JP2000126968A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の装置に比べて構成を簡単にするととも
に小型化を図る。工作物に対する一連の工具を用いての
加工に要する時間を短縮する。 【解決手段】 主軸軸線方向であるＺ軸方向、ならびに
Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動しう
る主軸頭５に回転自在に支持された主軸４と、工具マガ
ジン12との間で工具Ｔを交換する自動工具交換装置であ
る。Ｚ軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられ
かつこの回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所定
の角度をなす２つの工具グリッパ15A、15Bを有する工具
交換アーム15と、工具交換アーム15を前記回転中心軸線
の回りに任意の角度回転させるサーボモータ16とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械、たと
えばマシニングセンタにおいて、主軸軸線方向であるＺ
軸方向、ならびにＺ軸方向と直交するＸ軸方向およびＹ
軸方向に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸
と、工具マガジンとの間で工具を交換する自動工具交換
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、こ
の種自動工具交換装置として、特公昭６３−６５４６５
号公報に記載されているように、主軸軸線方向であるＺ
軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられたアー
ム軸と、アーム軸に設けられかつアーム軸から放射方向
に伸びて互いに１８０度をなす２つの工具グリッパを有
する工具交換アームと、アーム軸を間欠回転させるとと
もにその軸線方向に直進運動させる駆動手段とを備えて
おり、駆動手段が、モータにより回転させられる駆動軸
と、駆動軸に設けられかつアーム軸を周期的に直進運動
させるみぞカムと、みぞカムに従動するとともにアーム
軸に係合しかつみぞカムの回転をアーム軸の軸線方向の
移動に変換するレバーと、アーム軸に同軸的に設けられ
るとともにアーム軸にスプライン結合する中間軸と、駆
動軸に設けられかつアーム軸を間欠回転させるローラギ
ヤカムと、ローラギヤカムのリブに案内される従節ロー
ラを有しかつ駆動軸のローラギヤカムの回転を中間軸の
回転に変換するターレットとを備えたものが知られてい
る。

【０００３】このような自動工具交換装置においては、
次のようにして主軸と工具マガジンとの間で工具の交換
が行われる。まず、主軸が工作位置にあり、主軸に取付
けられた工具（現工具）による工作が行われているとき
には、工具交換アームの両工具グリッパは待機位置にあ
る。このとき、両工具グリッパには工具は把持されてい
ない。現工具による工作が終了すると、主軸は工具交換
位置に移動し、主軸への現工具のクランプが解除され
る。ついで、駆動手段によりアーム軸が回転させられ、
工具交換アームの一方の工具グリッパにより主軸に取付
けられている現工具が把持されるとともに、同他方の工
具グリッパにより工具マガジンに取付けられている次工
具が把持される。ついで、駆動手段によりアーム軸の回
転が停止されるとともに、アーム軸が工具交換アームと
主軸および工具マガジンとが離隔するＺ軸方向に直進移
動させられ、現工具が主軸から引き抜かれると同時に次
工具が工具マガジンから引き抜かれる。アーム軸はこの
ような直進移動の後半から前記回転の方向と同方向の回
転を開始する。この回転は前記直進移動が停止した後も
回転角度が１８０度になるまで続いて停止する。このア
ーム軸の回転の後半からアーム軸が工具交換アームと主
軸および工具マガジンとが接近するＺ軸方向に直進移動
させられ、現工具が工具マガジンに把持されるとともに
次工具が主軸に挿入される。その後、アーム軸が前記回
転とは反対方向に所定角度回転し、工具交換アームの両
工具グリッパは待機位置に戻る。こうして、工具の交換
が行われる。工具の交換が終了すると、主軸は工作位置
に移動し、次工具による工作が行われる。

【０００４】しかしながら、従来の自動工具交換装置で
は、工具交換アームのアーム軸を駆動するための駆動手
段の構成が複雑で、ひいては全体の構成が複雑でかつ大
型化するという問題がある。

【０００５】また、従来の自動工具交換装置では、主軸
に取付けられた工具による工作時には工具交換アームの
両工具グリッパは待機位置にあるので、工作時に工具マ
ガジンと工具グリッパとの間での工具の受渡しを行うこ
とはできない。したがって、工具マガジンと工具グリッ
パとの間での工具の受渡しも主軸の停止時に行わなけれ
ばならず、主軸停止時間が比較的長くなる。その結果、
工作物に対する一連の工具を用いての加工に要する時間
が比較的長くなるという問題がある。

【０００６】この発明の目的は、上記問題を解決し、従
来の装置に比べて構成が簡単であるとともに小型化を図
ることができ、しかも工作物に対する一連の工具を用い
ての加工に要する時間を短縮することができる自動工具
交換装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よる自動工具交換装置は、主軸軸線方向であるＺ軸方向
と直交しかつ互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の
少なくとも一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持さ
れた主軸と、工具マガジンとの間で工具を交換する自動
工具交換装置であって、主軸頭と工具マガジンとの間に
おいてＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けら
れかつこの回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所
定の角度をなす２つの工具グリッパを有する工具交換ア
ームと、工具交換アームを前記回転中心軸線の回りに任
意の角度回転させる駆動手段とを備えており、前記主軸
および前記工具交換アームのうち少なくともいずれか一
方がＺ軸方向に移動可能に構成されているものである。

【０００８】この発明の自動工具交換装置によれば、次
のようにして主軸と工具マガジンとの間で工具の交換が
行われる。まず、主軸が工作位置にあり、主軸に取付け
られている工具（現工具）による工作が行われている間
に、工具交換アームは駆動手段により工具マガジンへの
工具受渡し位置に回転させられる。一方の工具グリッパ
に工具が把持され、他方の工具グリッパに工具が把持さ
れていない場合には、工具が把持されている工具グリッ
パが工具マガジンへの移載位置に来るように駆動手段に
より工具交換アームが回転させられ、工具がこの工具グ
リッパから工具マガジンに移載される。ついで、駆動手
段により他方の工具グリッパが工具移載位置に来るまで
工具交換アームが回転させられ、次工具が工具マガジン
から他方の工具グリッパに移載される。また、両方の工
具グリッパに工具が把持されていない場合には、いずれ
か一方の工具グリッパが工具移載位置に来るように駆動
手段により工具交換アームが回転させられ、この工具グ
リッパに工具マガジンから次工具が移載される。現工具
による工作が終了すると、工具交換アームは、駆動手段
により主軸への受渡し位置に回転させられ、次工具を把
持していない工具グリッパが主軸への移載位置に位置さ
せられる。これと同時に、主軸が工具交換位置に来るよ
うに主軸頭が移動させられ、主軸に取付けられている現
工具が工具交換アームの空いている工具グリッパに把持
される。ついで、工具着脱装置による主軸への現工具の
クランプが解除されとともに、主軸が工具交換アームか
らＺ軸方向に離隔するように主軸頭が移動させられ、現
工具が主軸から引き抜かられる。ついで、次工具を把持
した工具グリッパが主軸への移載位置に来るように、駆
動手段により工具交換アームが回転させられる。つい
で、主軸が工具交換アームにＺ軸方向に接近するように
主軸頭が移動させられて次工具が主軸に挿入され、工具
着脱装置によりクランプされる。その後、主軸が工作位
置に移動させられ、次工具による工作が開始される。

【０００９】次工具による工作が行われている間に、工
具交換アームは駆動手段により工具マガジンへの受渡し
位置まで回転させられ、上述したのと同様にして、工具
グリッパに把持されている工具が工具マガジンに移載さ
れるとともに、他方の空いている工具グリッパにさらに
次の工具が移載される。

【００１０】このような動作を繰返すことによって、主
軸と工具マガジンとの間での工具の交換が連続して行わ
れる。

【００１１】そして、この発明の自動工具交換装置によ
れば、次のような効果を奏する。すなわち、この自動工
具交換装置を備えたマシニングセンタのような工作機械
においては、主軸に取付けられた工具による工作時に工
具交換アームを駆動手段により任意の角度回転させるこ
とによって、前の工作に用いた工具を工具マガジンに戻
すとともに、次の工作に用いられる工具を工具グリッパ
で把持し、さらに次の工具を把持した工具交換アームを
主軸への受渡し位置に回転させておくことができる。し
たがって、工具交換時には主軸および工具交換アームの
うちの少なくともいずれか一方がＺ軸方向に移動すれば
よく、特に主軸がＺ軸方向に移動する場合には、工具交
換アームと駆動手段を有するだけでよいので、従来の装
置と比較してその構成が簡単になるとともに、小型化を
図ることができる。また、従来の装置の場合に比較して
主軸の停止時間が短くなり、その結果工作物に対する一
連の工具を用いての加工に要する時間が短縮される。

【００１２】この発明の自動工具交換装置において、工
具交換アームの２つの工具グリッパのなす角度が９０度
未満であることが好ましい。この場合、工具交換に要す
る時間を短縮することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、
図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図２の
左側を前、これと反対側を後というものとする。

【００１４】図１および図２はこの発明の自動工具交換
装置を備えたマシニングセンタを示し、図３〜図７はこ
の発明の自動工具交換装置を使用した工具交換方法を示
す。

【００１５】図１および図２において、マシニングセン
タは、ベース(1) と、ベース(1) 上に左右方向（Ｘ軸方
向）に移動自在に設けられたサドル(2) と、サドル(2)
上に前後方向（Ｚ軸方向）に移動自在に設けられたコラ
ム(3) と、コラム(3) に上下方向（Ｙ軸方向）に移動自
在に設けられ、かつ主軸(4) を回転自在に支持した主軸
頭(5) とを備えている。

【００１６】サドル(2) は駆動モータ(6) とボールねじ
等の送りねじ(7) とを有する駆動手段によりベース(1)
上を左右方向に移動させられる。コラム(3) は駆動モー
タ(8) とボールねじ等の送りねじ(9) とを有する駆動手
段によりサドル(2) 上を前後方向に移動させられる。主
軸頭(5) も駆動モータ(10)とボールねじ等の送りねじ(1
1)とを有する駆動手段によりコラム(3) に沿って上下方
向に移動させられる。したがって、主軸頭(5) は、主軸
(4) の軸線方向であるＺ軸方向、ならびにＺ軸方向と直
交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させられる。

【００１７】コラム(3) における主軸頭(5) よりも左上
方の部分に工具マガジン(12)が設けられている。工具マ
ガジン(12)はサーボモータ(13)によりＺ軸方向と平行な
軸線の回りに回転させられるようになっている。工具マ
ガジン(12)の後方でかつ下方の部分に、工具マガジン(1
2)と後述する工具交換アーム(15)との間で工具(T) の受
渡しを行うレディステーション(14)が上下動自在に設け
られている。レディステーション(14)は図示しない適当
な駆動手段により上下動させられる。

【００１８】そして、主軸(4) と工具マガジン(12)との
間での工具(T) の交換を行うために、この発明の自動工
具交換装置が設けられている。自動工具交換装置は、工
具マガジン(12)の下方でかつ主軸(4) よりも上方の位置
においてコラム(3) にＺ軸方向と平行な軸線の回りに回
転自在に設けられた工具交換アーム(15)と、工具交換ア
ーム(15)を前記回転中心軸線の回りに任意の角度回転さ
せるサーボモータ(16)（駆動手段）とを備えている。工
具交換アーム(15)は、前記回転中心軸線から放射方向に
伸びて互いに所定の角度をなす２つの工具グリッパ(15
A)(15B)を有する。２つの工具グリッパ(15A)(15B)のな
す角度は、工具交換時間短縮のために９０度未満である
ことが好ましく、工具交換に支障を来さない限り、でき
るだけ小さいことが工具交換時間短縮のために一層好ま
しい。

【００１９】工具交換アーム(15)を回転させるサーボモ
ータ(16)はモータ制御手段(18)に接続されている。ま
た、図示は省略したが、モータ制御手段(18)には、工具
マガジン(12)を回転させるサーボモータ(13)と、レディ
ステーション駆動手段と、サドル(2) 、コラム(3) およ
び主軸頭(5) の各駆動モータ(6)(8)(10)とが接続されて
いる。モータ制御手段(18)は、主軸(4) が工作位置にあ
るときに、サーボモータ(16)により主軸(4) への工具受
渡し位置（図１鎖線参照）と工具マガジン(12)への工具
受渡し位置（図１実線参照）との間で工具交換アーム(1
5)を回転させるとともに、工具マガジン(12)への工具受
渡し位置にある工具交換アーム(15)の一方の工具グリッ
パ(15A) から工具マガジン(12)に工具(T) を移載しかつ
他方の工具グリッパ(15B) に工具マガジン(12)から工具
(T) を移載しうるようにサーボモータ(16)により工具交
換アーム(15)を回転させ、主軸(4) が工具交換位置にあ
るときに、主軸(4) への工具受渡し位置にある工具交換
アーム(15)の一方の工具グリッパ(15A) に主軸(4) から
工具(T) を移載しかつ他方の工具グリッパ(15B) から主
軸(4) に工具(T) を移載しうるようにサーボモータ(16)
により工具交換アーム(15)を回転させるとともに、駆動
モータ(6)(8)(10)により主軸頭(5) を移動させるもので
ある。

【００２０】自動工具交換装置による主軸(4) と工具マ
ガジン(12)との間で工具(T) の交換は、次のようにして
行われる。まず、図１〜図３に示すように、主軸(4) が
工作位置にあり、主軸(4) に取付けられている工具(T)
（現工具）による工作が行われている間に、工具交換ア
ーム(15)はサーボモータ(16)により工具マガジン(12)へ
の工具受渡し位置に回転させられており、工具(T) が把
持されている一方の工具グリッパ(15A) が工具マガジン
(12)への移載位置に来るようにサーボモータ(16)により
工具交換アーム(15)が回転させられ、レディステーショ
ン(14)により工具(T) がこの工具グリッパ(15A) から工
具マガジン(12)の空いている工具保持部分に移載され
る。ついで、サーボモータ(16)により工具(T) が把持さ
れていない他方の工具グリッパ(15B) が工具移載位置に
来るまで工具交換アーム(15)が回転させられるとともに
（図３鎖線参照）、レディステーション(14)により次工
具(T) が工具マガジン(12)から他方の工具グリッパ(15
B) に移載される。なお、両方の工具グリッパ(15A)(15
B)に工具(T) が把持されていない場合には、いずれか一
方の工具グリッパ(15A) が工具移載位置に来るようにサ
ーボモータ(16)により工具交換アーム(15)が回転させら
れ、レディステーション(14)によりこの工具グリッパ(1
5A) に工具マガジン(12)から次工具(T) が移載される。
ついで、工具交換アーム(15)は、サーボモータ(16)によ
り主軸(4) への受渡し位置に回転させられ、次工具(T)
を把持していない工具グリッパ(15A) が主軸(4) への移
載位置に位置させられる（図４参照）。この状態で、主
軸(4) に取付けられた現工具(T) による工作が終了する
まで待機させられる。

【００２１】現工具(T) による工作が終了すると、主軸
(4) が工具交換位置に来るように主軸頭(5) が移動させ
られ、主軸(4) に取付けられている現工具(T) が工具交
換アーム(15)の空いている工具グリッパ(15A) に把持さ
れる（図５参照）。ついで、工具着脱装置（図示略）に
よる主軸(4) への現工具(T) のクランプが解除されとと
もに、主軸(4) が工具交換アーム(15)からＺ軸方向に離
隔するように主軸頭(5) が後方に移動させられ、現工具
(T) が主軸(4) から引き抜かられる（図５(b)鎖線参
照）。ついで、次工具(T) を把持した工具グリッパ(15
B) が主軸(4) への移載位置に来るように、サーボモー
タ(16)により工具交換アーム(15)が回転させられる（図
６参照）。ついで、主軸(4) が工具交換アーム(15)にＺ
軸方向に接近するように主軸頭(5) が前方に移動させら
れて次工具(T) が主軸(4) に挿入され（図６(b) 鎖線参
照）、工具着脱装置によりクランプされる。その後、図
７に示すように主軸(4) が下方に移動させられるととも
に右方に移動させられて工作位置に戻り、次工具(T) に
よる工作が開始される。

【００２２】次工具(T) による工作が行われている間
に、工具交換アーム(15)はサーボモータ(16)により工具
マガジン(12)への受渡し位置まで回転させられ、上述し
たのと同様にして、工具グリッパ(15A) に把持されてい
る工具(T) が工具マガジン(12)に移載されるとともに、
他方の空いている工具グリッパ(15B) にさらに次の工具
(T) が移載される。

【００２３】このような動作を繰返すことによって、主
軸(4) と工具マガジン(12)との間での工具(T) の交換が
連続して行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による自動工具交換装置を備えたマシ
ニングセンタの正面図である。

【図２】同じく部分側面図である。

【図３】主軸が工作位置にあり、工具交換アームが工具
マガジンへの工具受渡し位置にある状態を示す正面図で
ある。

【図４】工具交換アームの一方の工具グリッパが主軸へ
の移載位置にあり、主軸が工具交換位置に向かう途中の
状態を示す正面図である。

【図５】主軸に取付けられている現工具が工具交換アー
ムの一方の工具グリッパに把持された状態を示し、(a)
は正面図、(b) は側面図である。

【図６】工具交換アームの次工具を把持している他方の
グリッパが主軸への移載位置にある状態を示し、(a) は
正面図、(b) は側面図である。

【図７】次工具が取付けられた主軸が工作位置へ向かう
途中の状態を示す正面図である。

【符号の説明】

(4)：主軸 (5)：主軸頭 (12)：工具マガジン (15)：工具交換アーム (15A)(15B)：工具グリッパ (16)：サーボモータ（駆動手段） (18)：モータ制御手段 (T)：工具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸軸線方向であるＺ軸方向と直交しか
   つ互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも
   一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸
   と、工具マガジンとの間で工具を交換する自動工具交換
   装置であって、主軸頭と工具マガジンとの間においてＺ
   軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつこ
   の回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所定の角度
   をなす２つの工具グリッパを有する工具交換アームと、
   工具交換アームを前記回転中心軸線の回りに任意の角度
   回転させる駆動手段とを備えており、前記主軸および前
   記工具交換アームのうち少なくともいずれか一方がＺ軸
   方向に移動可能に構成されている自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 工具交換アームの２つの工具グリッパの
   なす角度が９０度未満である請求項１の自動工具交換装
   置。