JP2000126970A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工部に切削流体等を供給する場合に切削流
体等をスピンドルに導入する導入口の設置位置の自由度
を大きくすることにより、容易に切削流体等をスピンド
ルに導入することができる自動工具交換装置を提供す
る。 【解決手段】 加工対象に応じ、ツールマガジン内の工
具とスピンドルの先端に取り付けた工具とを複合カム機
構によりアーム軸が回転及び前後進して交換する自動工
具交換装置において、スピンドルケーシング１内にスピ
ンドル２の回転駆動源であるビルトインモータ５２を設
置し、スピンドル２に内蔵した摺動機構を形成する部材
に工具５３に切削流体及び圧縮空気を供給するための貫
通孔を設け、工具５３に供給する切削流体及び圧宿空気
をスピンドル２内に導入する際の導入口となるロータリ
ージョイント６９を、スピンドル２の軸後端部に設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
自動工具交換装置に関する。さらに詳しくは、工具の入
ったツールマガジンと、工具を把持して回転及び前進し
て加工するスピンドルと、複合カム機構により回転およ
び前後進するアームとを備え、ツールマガジン内の工具
とスピンドルの先端に取り付けられた工具とを加工対象
に応じて自動的に交換する自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の自動工具交換装置として、本出
願人は特願平９−１２２１５７号の自動工具交換装置を
提案している。かかる装置は図３に示すように、スピン
ドルケーシング１に内蔵され、工具を把持して回転及び
スピンドルケーシング１と共に前進して加工するスピン
ドル２と、交換用の複数の工具が入ったツールマガジン
３と、ツールマガジン３内の工具とスピンドル２の先端
に取り付けられた工具とを交換するアーム４を備えたア
ーム軸５と、アーム軸５及びスピンドル２内のドローロ
ッド６の駆動源となる複合カム機構７とから構成され
る。

【０００３】スピンドル２を内蔵したスピンドルケーシ
ング１は、図示しない外部からの駆動力により図３に示
す位置である工具交換部位と、加工部位間を移動するこ
とができる。円筒形状のスピンドル２はベアリング等に
よりスピンドルケーシング１に回転自在に支持されてい
る。スピンドルケーシング１の後端部にはスピンドル２
の回転駆動源となるスピンドル用モータ８が設けられ、
スピンドル２とスピンドル用モータ８の出力軸９はカッ
プリング１０を介して直結されている。また、スピンド
ル２の内部先端部には工具を開放又は把持するプルスタ
ッドコレット１１が備えられており、このプルスタッド
コレット１１は、スピンドル２内に摺動可能に設けられ
たドローロッド６に連結されている。従って、プルスタ
ッドコレット１１はドローロッド６をスピンドル２の先
端方向へ押すことにより工具を開放し、ドローロッド６
の押圧力を解除してドローロッド６先端部に設けられた
スプリング１２の反発力でドローロッド６が復動される
ことにより工具を把持する。

【０００４】一方、ドローロッド６の後端部には受動ピ
ン１３が設けられ、ドローロッド６はスピンドルケーシ
ング１に設けられた長穴１４からこの受動ピン１３が突
出するように配置されている。また、スピンドルケーシ
ング１の軸方向の中間部には複合カム機構７からの動力
をドローロッド６に伝えるアンクランプアーム１５が設
けられている。アンクランプアーム１５はアンクランプ
アーム軸１６を支点に回転可能に設置され、上側の突片
１７は後述するアンクランプリンク１８の作動ローラ１
９が揺動する軌跡上に対向しており、下側の突片２０は
スピンドルケーシング１内に突入し、受動ピン１３に対
向している。

【０００５】ツールマガジン３はスピンドルケーシング
１の上部に配置され、複合カム機構７を収納するカムケ
ーシング２１に隣接している。このツールマガジン３は
複数のツールポット２２を円周方向に等間隔に有し、ツ
ールマガジン用モータ２３により回転し、一つのツール
ポット２２が工具交換部位に至った時に傾倒するように
なっている。

【０００６】後述する複合カム機構７により前後進及び
回転するアーム軸５の先端部には、両端にて工具を把持
することができるアーム４が固定されている。従って、
アーム４は工具の交換に適したタイミングで前進、回
転、後退の各作動を行うことができる。

【０００７】アーム軸５及びスピンドル２内のドローロ
ッド６の駆動源となる複合カム機構７はスピンドルケー
シング１上部に配置されたカムケーシング２１に収納さ
れている。この複合カム機構７は、アーム軸５を回転さ
せるローラギアカム２４と、アーム軸５をスライドリン
ク２５にて前進、後退させる溝カム（図示省略）と、受
動ピン１３を介してドローロッド６を押すプレートカム
２６とから構成される。また、カムケーシング２１には
中間部が屈折したブーメラン状のアンクランプリンク１
８が支持ピン２７を支点に回転可能に取り付けられてお
り、アンクランプリンク１８の屈折した中間部にはプレ
ートカム２６に従接するカムローラ２８が設けられてい
る。カムローラ２８は支持ピン２７に備えた図示しない
スプリングによってプレートカム２６に圧接されてお
り、また、アンクランプリンク１８の下端部には作動ロ
ーラ１９が設けられている。

【０００８】以上の構成により、複合カム機構７の動力
がどのようにドローロッド６に伝わるかを以下に説明す
る。複合カム機構７が起動するとプレートカム２６が回
転し、その回転に伴いカムローラ２８が図中右側へ押さ
れるのでアンクランプリンク１８の作動ローラ１９が図
中右側へ押される。作動ローラ１９が図中右側に押され
ると、アンクランプアーム１５の上側の突片１７が図中
右側に押されるため、アンクランプアーム１５が図中時
計回りに回転する。そして、アンクランプアーム１５が
回転すると下側の突片２０が受動ピン１３を押すのでド
ローロッド６はスプリング１２に抗して前進し、その先
端に取り付けられているプルスタッドコレット１１を開
放する。さらにプレートカム２６を回転させると、アン
クランプリンク１８は図中左側に揺動してアンクランプ
アーム１５への押圧力が解除されるため、スプリング１
２の反発力でドローロッド６が復動し、プルスタッドコ
レット１１は閉鎖する。

【０００９】以上に示した特願平９−１２２１５７号の
自動工具交換装置では、次のように工具交換動作が行わ
れる。スピンドル２が加工を終え工具交換部位に位置す
ると、アーム軸５の回転に伴いアーム４がツールポット
２２の工具とスピンドル２の先端の工具を保持し、アン
クランプリンク１８とアンクランプアーム１５の上述し
た揺動によりプルスタッドコレット１１が開放され、そ
の後アーム４が前進、回転、後退してスピンドル２に取
り付けられていた工具がツールポット２２に返され、ツ
ールポット２２の工具がスピンドル２に差し込まれる。

【００１０】この特願平９−１２２１５７号の自動工具
交換装置は、複合カム機構７によって揺動するアンクラ
ンプリンク１８及びアンクランプアーム１５を有し、ス
ピンドル２をスピンドル用モータ８の出力軸９に直結す
ることにより、スピンドルの惰性が小さくなり、また加
減速の切り換えが迅速に行われ、より正確な加工を実施
することができるという利点を有している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の特願平
９−１２２１５７号の自動工具交換装置についても、工
具等に切削水を供給する場合に以下の点で改善の余地が
認められた。すなわち、特願平９−１２２１５７号の自
動工具交換装置は図３に示すように、スピンドル２の回
転駆動源となるスピンドル用モータ８がスピンドルケー
シング１の後端部に設けられているので、スピンドル２
の中心部及びスピンドル２に装着する工具の中心部を貫
通する通路を設け、この通路を介して加工部に切削流体
（クーラント）等を供給する場合に、切削流体等をスピ
ンドル２に導入する導入口をスピンドルケーシング１の
後端部に設けることができなかった。従って、高速回転
するスピンドル２にスピンドルケーシング１の側面部か
ら切削流体等を導入しなければならなかった。このよう
に、高速回転するスピンドル２にスピンドルケーシング
１の側面部から切削流体等を導入することは困難であ
り、また、高速回転するスピンドル２にスピンドルケー
シング１の側面部から切削流体等を導入しようとすれ
ば、切削流体等の導入部には複雑で高価な部品を配置せ
ざるを得なかった。

【００１２】本発明は以上の従来技術における問題に鑑
み、加工部に切削流体等を供給する場合に切削流体等を
スピンドルに導入する導入口の設置位置の自由度を大き
くすることにより、容易に切削流体等をスピンドルに導
入することができる自動工具交換装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を達成するた
め提供する請求項１の発明は、加工対象に応じ、ツール
マガジン内の工具とスピンドルの先端に取り付けた工具
とを複合カム機構によりアーム軸が回転及び前後進して
交換する自動工具交換装置において、スピンドルケーシ
ング内にスピンドルの回転駆動源であるビルトインモー
タを設置し、スピンドルに内蔵した摺動機構を形成する
部材に、工具に切削流体及び圧縮空気を供給するための
貫通孔を設けてなることを特徴とする自動工具交換装置
である。

【００１４】以上の構成とすることにより、スピンドル
の回転駆動源であるスピンドル用モータをスピンドルケ
ーシングの後端部に設ける必要がないため、切削流体等
をスピンドルに導入する導入口の設置位置の自由度を大
きくすることができ、容易に切削流体等をスピンドルに
導入することができる。加えて、スピンドルケーシング
内にスピンドルの回転駆動源であるビルトインモータを
設置したことにより、装置のスリム化を図ることができ
ると共にスピンドルの回転の偏心（ブレ）を減少させる
ことができる。

【００１５】また、以上の課題を達成するため提供する
請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる自動工具交
換装置において、工具に供給する切削流体及び圧宿空気
をスピンドル内に導入する際の導入口となるロータリー
ジョイントを、スピンドルの軸後端部に設けたことを特
徴とする自動工具交換装置である。

【００１６】かかる構成とすることにより、スピンドル
ケーシングの後端部から簡易な装置であるロータリージ
ョイントにてスピンドルの回転を維持しつつ容易に切削
流体等をスピンドルに導入することができる。

【００１７】また、請求項１又は請求項２の発明にかか
る自動工具交換装置において、工具に供給する切削流体
及び圧縮空気の切り換えを行う制御バルブとして電磁弁
を設けてある。

【００１８】かかる構成とすることにより、工具交換の
際等必要に応じて工具に供給する切削流体を圧縮空気に
切り換え、スピンドル内等に残留した切削流体を圧縮空
気にて排出することができる。さらに、主軸のテーパ部
における清掃にもこの圧縮空気が利用できる。

【００１９】また、以上の課題を達成するため提供する
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明にかか
る自動工具交換装置において、摺動機構が、複合カム機
構の動力を摺動機構に伝達するアンクランプアームによ
り押圧前進されるスライドピンと、スライドピンに固定
されるスライドと、スライドに固定されるドローロッド
と、スピンドルの先端にて工具を把持するプルスタッド
コレットをドローロッドに固定するコレット取付部材と
から構成されてなることを特徴とする自動工具交換装置
である。

【００２０】かかる構成とすることにより、スピンドル
の軸上に摺動機構を構成する部材を配置することができ
るため、ビルトインモータを装備してもスピンドルケー
シングのスリム化を図ることができ、かつ効率的に複合
カム機構の動力をプルスタッドコレットに伝えることが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態を図
１及び図２を参照して説明する。なお、本実施の形態に
かかる自動工具交換装置を説明するにあたり、図３に示
した特願平９−１２２１５７号の自動工具交換装置と名
称を同じくする部材は、同一符号を付して説明する。図
１は本実施の形態にかかる自動工具交換装置において、
工具を把持して加工するスピンドル部を主に表した正面
断面図である。ここで、本実施の形態にかかる自動工具
交換装置は図１に示すスピンドル部以外の部分の構成を
ほぼ図３に示した特願平９−１２２１５７号の自動工具
交換装置と同じくするので、スピンドル部以外の部分の
図示を省略している。

【００２２】本実施の形態にかかる自動工具交換装置
は、図１に示すように、スピンドルケーシング１に内蔵
され、工具を把持して回転及びスピンドルケーシング１
と共に前進して加工するスピンドル２と、交換用の複数
の工具が入ったツールマガジン３（図示せず）と、ツー
ルマガジン３内の工具とスピンドル２の先端に取り付け
られた工具とを交換するアーム４を備えたアーム軸５
（図示せず）と、アーム軸５及びスピンドル２内のドロ
ーロッド６の駆動源となる複合カム機構７（図示せず）
とから構成される。

【００２３】スピンドル２を内蔵したスピンドルケーシ
ング１は、図示しない外部からの駆動力により図１に示
す位置である工具交換部位と、加工部位間を移動するこ
とができる。円筒形状のスピンドル２は複数のベアリン
グ５１によりスピンドルケーシング１に回転自在に支持
されている。スピンドルケーシング１内には、軸方向中
央部にスピンドル２の回転駆動源となるビルトインモー
タ５２が設けられ、スピンドル２はこのビルトインモー
タ５２の駆動力によりスピンドルケーシング１内で高速
回転する。

【００２４】スピンドル２の内部先端部には工具５３を
開放又は把持するプルスタッドコレット１１が備えられ
ており、このプルスタッドコレット１１は、スピンドル
２内に摺動可能に設けられたドローロッド６とコレット
取付部材５４を介して連結されている。また、ドローロ
ッド６とスピンドル２との間の中空部にはスプリング
（皿バネ）１２が設けられている。従って、プルスタッ
ドコレット１１はドローロッド６をスピンドル２の先端
方向へ押すことにより工具を開放し、ドローロッド６の
押圧力を解除してスプリング１２の反発力でドローロッ
ド６が復動されることにより工具を把持する。

【００２５】一方、ドローロッド６の後端部にはスライ
ド５５が固定されている。このスライド５５部分の機構
を示す平面断面図である図２に示すように、スライド５
５の中央部には円柱状のスライドピン５６が、スライド
５５の長手方向とスライドピン５６の長手方向が直角に
なるよう嵌入され、止めネジ５７にて固定されている。
このスライドピン５６はスピンドル２の表面に設けられ
た２つの長穴５８からその先端部が突出するように配置
され、スピンドルケーシング１に設けられているアンク
ランプアーム１５の下側の突片２０はスライドピン５６
に対向している。

【００２６】以上説明したコレット取付部材５４、ドロ
ーロッド６、スライド５５、スライドピン５６とで摺動
機構を構成する。この摺動機構は、アンクランプアーム
１５の下側の突片２０がスライドピン５６を押圧するこ
とにより、一体となってスピンドル２内を前進する。ま
た、摺動機構を構成するコレット取付部材５４、ドロー
ロッド６、スライド５５、スライドピン５６にはそれぞ
れ切削流体及び圧縮空気の通り道となる貫通孔５９〜６
２が設けられ、摺動機構を構成する部材同士の固着は切
削流体及び圧縮空気が漏洩しないようネジ止め等で強固
に行われている。なお、工具５３にも貫通孔６３が設け
られており、工具５３装着時には摺動機構と工具５３と
の間で切削流体及び圧縮空気の漏洩が起こらないよう、
プルスタッドコレット１１は工具５３を強固に把持す
る。

【００２７】スピンドル２の後端部には貫通孔６４を有
するアダプタ６５が設けられ、図２に示すように、アダ
プタ６５の凸部６６がスライド５５の凹部６７に挿入さ
れた状態でアダプタ６５はスピンドル２に固定される。
アダプタ６５の凸部６６がスライド５５の凹部６７には
シールリング６８が設けられ、スライド５５が摺動して
もスライド５５とアダプタ６５との間で切削流体及び圧
縮空気の漏洩が起こらないようになっている。

【００２８】また、アダプタ６５の後端部にはロータリ
ージョイント６９が取り付けられいる。このロータリー
ジョイント６９はアダプタ６５に対して固定され、スピ
ンドル２と共に回転する回転部７０とスピンドルケーシ
ング１に対して固定される非回転部７１とから構成され
る。ロータリージョイント６９にも貫通孔が設けられて
おり、図示しない外部からの切削流体及び圧縮空気の供
給装置から、ロータリージョイント６９、アダプタ６５
を介して摺動機構に切削流体及び圧縮空気が供給され
る。

【００２９】なお、前述したようにツールマガジン３、
アーム軸５、複合カム機構７の構成及び動作は、図３に
示した特願平９−１２２１５７号の自動工具交換装置と
ほぼ同じであるので説明を省略する。

【００３０】以上に示した本実施の形態にかかる自動工
具交換装置では、次のように工具交換動作が行われる。
スピンドル２が加工を終え工具交換部位に位置すると、
アーム軸５の回転に伴いアーム４がツールポット２２の
工具とスピンドル２の先端の工具を保持し、アンクラン
プリンク１８とアンクランプアーム１５の揺動によりプ
ルスタッドコレット１１が開放され、その後アーム４が
前進、回転、後退してスピンドル２に取り付けられてい
た工具がツールポット２２に返され、ツールポット２２
の工具５３がスピンドル２に差し込まれる。

【００３１】また、加工時には図示しない切削流体及び
圧縮空気の供給装置から、ロータリージョイント６９、
アダプタ６５、摺動機構、工具５３を通って切削流体が
供給され、加工部を潤滑、冷却する。さらに工具交換時
には供給する切削流体を圧縮空気に切り換えて同様に供
給し、摺動機構内等に残留している切削流体を排出して
クリーニングする。なお、上記切削流体と圧縮空気の切
り換えは、電磁弁等の制御バルブを装置本体に取り付け
ることにより、容易に行うことができる。

【００３２】以上に示したように本実施の形態にかかる
自動工具交換装置は、スピンドルケーシング１内にスピ
ンドル２の回転駆動源であるビルトインモータ５２を設
置し、スピンドル２に内蔵した摺動機構を構成するコレ
ット取付部材５４、ドローロッド６、スライド５５、ス
ライドピン５６にそれぞれ切削流体及び圧縮空気の通り
道となる貫通孔５９〜６２を設け、工具５３に供給する
切削流体及び圧宿空気をスピンドル２内に導入する際の
導入口となるロータリージョイント６９をスピンドル２
の軸後端部に設けたことにより、スピンドルケーシング
１の後端部からスピンドル２の回転を維持しつつ容易に
切削流体等をスピンドル２に導入することができる。ま
た、装置のスリム化を図ることができると共にスピンド
ル２の回転の偏心（ブレ）を減少させることができる。
さらに、工具に供給する切削流体及び圧縮空気の切り換
えを行う電磁弁等の制御バルブを設けることにより、切
削流体と圧縮空気の切り換えを容易に行うことができ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明による自動工具交換式加工装置
は、スピンドルケーシング内にスピンドルの回転駆動源
であるビルトインモータを設置し、スピンドルに内蔵し
た摺動機構を形成する部材に、工具に切削流体及び圧縮
空気を供給するための貫通孔を設け、工具に供給する切
削流体及び圧宿空気をスピンドル内に導入する際の導入
口となるロータリージョイントを、スピンドルの軸後端
部に設けたことにより、スピンドルケーシングの後端部
から容易に切削流体等をスピンドルに導入することがで
きる。

【００３４】さらに、複合カム機構による工具交換を採
用しているためＡＴＣの高速化を維持しながら、スピン
ドルスルー方式による工具等への切削流体及び圧縮空気
の供給が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態にかかる自動工具交換装
置において、工具を把持して加工するスピンドル部を主
に表した正面断面図である。

【図２】 本発明の一実施形態にかかる自動工具交換装
置において、スライド部分の機構を示す平面断面図であ
る。

【図３】 特願平９−１２２１５７号の自動工具交換装
置を示す正面断面図である。

【符号の説明】

１ スピンドルケーシング ２ スピンドル ６ ドローロッド １１ プルスタッドコレット １５ アンクランプアーム ５２ ビルトインモータ ５４ コレット取付部材 ５５ スライド ５６ スライドピン ６５ アダプタ ６９ ロータリージョイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 悟 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 氷見 太 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 Ｆターム(参考） 3C002 FF03 FF04 3C011 EE09 3C032 AA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工対象に応じ、ツールマガジン内の工
   具とスピンドルの先端に取り付けた工具とを複合カム機
   構によりアーム軸が回転及び前後進して交換する自動工
   具交換装置において、スピンドルケーシング内にスピン
   ドルの回転駆動源であるビルトインモータを設置し、ス
   ピンドルに内蔵した摺動機構を形成する部材に、工具に
   切削流体及び圧縮空気を供給するための貫通孔を設けて
   なることを特徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 工具に供給する切削流体及び圧縮空気を
   スピンドル内に導入する際の導入口となるロータリージ
   ョイントを、スピンドルの軸後端部に設けたことを特徴
   とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 摺動機構が、複合カム機構の動力を摺動
   機構に伝達するアンクランプアームにより押圧前進され
   るスライドピンと、スライドピンに固定されるスライド
   と、スライドに固定されるドローロッドと、スピンドル
   の先端にて工具を把持するプルスタッドコレットをドロ
   ーロッドに固定するコレット取付部材とから構成されて
   なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自
   動工具交換装置。