JP2000210829A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具マガジンに工具を直接支持し、かつＡＴ
Ｃアームと工具マガジンとの間において工具の移送を行
う工具移送装置に、工具を直接係合保持する工具保持装
置を進退自在かつ上下動自在に備えた工具交換装置を提
供する。 【解決手段】 工作機械１における主軸７に装着した工
具１１と次に使用する工具との交換を行うＡＴＣアーム
２１と、複数の工具を保持した工具マガジン２３との間
において工具の交換を行う工具交換装置において、前記
ＡＴＣアーム２１と工具マガジン２３との間において工
具１１の移送を行う工具移送部材に、工具の端部を直接
保持自在の工具保持装置３１を進退自在かつ上下動自在
に設けた構成であり、工具移送部材は回転自在の回転ア
ーム２５よりなり、工具マガジン２３は、上記回転アー
ム２５の回転中心を中心とする円弧状に設けてあり、か
つ前記回転アーム２５の先端部に工具保持装置３１が設
けてある。

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
主軸に対して工具の着脱交換を行うＡＴＣアームと、複
数の工具を保持した工具マガジンとの間において工具の
交換を行う工具交換装置に係り、さらに詳細には、工具
マガジンに工具を直接支持し、かつＡＴＣアームと工具
マガジンとの間において工具の移送を行う工具移送装置
に、工具を直接係合保持する工具保持装置を進退自在か
つ上下動自在に設けた工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係る先行例として、例えば特開
平７−３２２３８号公報がある。この先行例において
は、工作機械における主軸の上方位置に、上記主軸と平
行な軸心回りに回転自在な工具交換アーム（ＡＴＣアー
ム）を設け、かつ前記主軸の上方位置でかつ前記ＡＴＣ
アームの後側に、前記主軸と平行な前後方向に長い工具
マガジンを設けた構成である。そして、上記工具マガジ
ンに備えた複数の保持溝に、工具のテーパシャンク部を
着脱可能に保持した工具ポットが着脱可能に支持されて
いる。

【０００３】そして、前記工具マガジンとＡＴＣアーム
との間において工具の交換を行うために、工具マガジン
に沿って前後方向へ移動自在の工具ローダが設けてあ
り、この工具ローダには、工具を支持した工具ポットを
工具マガジンから取り出して前側へ移動し、ＡＴＣアー
ムに近接したときに、工具の軸心を左右方向に指向した
状態から前後方向へ指向した状態に工具を回動する構成
が備えられており、工具の軸心が前後方向を指向した状
態において前記ＡＴＣアームとの間において工具の交換
が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のごとき先行例の
構成においては、工具マガジンに支持された工具ポット
に工具を装着した構成であり、換言すれば各工具に工具
ポットを必要とするものであるから、それだけ構成が複
雑化しかつコストアップになるという問題がある。ま
た、工具マガジンに支持されていた工具をＡＴＣアーム
との間において交換するときには、工具の軸心の指向方
向を左右方向から前後方向に変えるために、工具ローダ
の工具保持部を急激に回動すると、工具を保持した工具
ポットから工具が落下する虞れがある等の問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のごとき
従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発
明は、工作機械における主軸に装着した工具と次に使用
する工具との交換を行うＡＴＣアームと、複数の工具を
保持した工具マガジンとの間において工具の交換を行う
工具交換装置において、前記ＡＴＣアームと工具マガジ
ンとの間において工具の移送を行う工具移送部材に、工
具の端部を直接保持自在の工具保持装置を進退自在かつ
上下動自在に設けた構成である。

【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
工具交換装置において、工具移送部材は回転自在の回転
アームよりなり、工具マガジンは、上記回転アームの回
転中心を中心とする円弧状に設けてあり、かつ前記回転
アームの先端部に工具保持装置が進退自在かつ上下動自
在に設けてある。

【０００７】

【発明の効果】請求項１に係る発明は、工作機械におけ
る主軸に装着した工具と次に使用する工具との交換を行
うＡＴＣアームと、複数の工具を保持した工具マガジン
との間において工具の交換を行う工具交換装置におい
て、前記ＡＴＣアームと工具マガジンとの間において工
具の移送を行う工具移送部材に、工具の端部を直接保持
自在の工具保持装置を進退自在かつ上下動自在に設けた
構成であるから、各工具に対する工具ポットが不要であ
り、構成がより簡単になると共に、共通の工具保持装置
によって工具を直接保持するので、各工具の保持を確実
に行うことができ、工具保持の信頼性を向上することが
できるものである。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
工具交換装置において、工具移送部材は回転自在の回転
アームよりなり、工具マガジンは、上記回転アームの回
転中心を中心とする円弧状に設けてあり、かつ前記回転
アームの先端部に工具保持装置が進退自在かつ上下動自
在に設けてあるから、工具移送部材としての回転アーム
は最大でも半回転すればよいものであり、工具マガジン
を直線的に構成した場合に比較してより迅速かつ能率の
良い工具交換を行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の理解を容易にする
ために、工作機械の概要及び工具交換装置を含めた全体
的構成について説明すると、図１，図２に示すように、
工作機械１におけるベッド３上には移動コラム５がＺ軸
方向へ移動自在に装着されており、この移動コラム５の
前面（図１においての右側面）には主軸台（図示省略）
がＹ軸方向へ上下動自在に支持されている。そして、上
記主軸台には主軸７を水平にかつ回転自在に支持した主
軸ヘッド９が、Ｚ軸及びＹ軸に直交するＸ軸方向へ移動
自在に支持されている。

【００１０】上記構成において、主軸７に工具１１を装
着し、主軸７を回転すると共に主軸７をＸ，Ｙ，Ｚ軸方
向へ移動することにより、ワーク（図示省略）の加工が
適宜に行われるものである。なお、この様に主軸７が
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動する形式の工作機械において、
主軸７の回転やＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動はＣＮＣ装置
などのごとき適宜の制御装置１３の制御の下に自動的に
制御されるものであるが、この種の工作機械は周知であ
るから、工作機械のより詳細な説明は省略する。

【００１１】前記ベッド３には脚柱１５が立設してあ
り、この脚柱１５には前記移動コラム５の上方位置に位
置する支持フレーム１７が水平に設けてある。この支持
フレーム１７の先端部には、前記主軸７の軸心と平行な
回転軸１９を中心として回転自在のＡＴＣアーム２１が
設けられている。このＡＴＣアーム２１は、一般的な自
動工具交換装置（ＡＴＣ）におけるツインアーム形工具
搬送装置をなすものであって、前記主軸７に対して着脱
交換する工具を保持するための工具保持部を両端側に備
えた構成であり、かつ工具交換を行うためにＺ軸方向
（主軸７の軸心に平行な方向）へ移動自在に設けられて
いるものである。

【００１２】このＡＴＣアーム２１の構成や動作は、一
般的な自動工具交換装置において周知であるから、ＡＴ
Ｃアーム２１の構成等についての詳細な説明は省略す
る。

【００１３】前記支持フレーム１７の上面には、複数の
工具１１を支持する工具マガジン２３と、この工具マガ
ジン２３と前記ＡＴＣアーム２１との間で工具１１の移
送交換を行うための工具移送部材が設けられている。工
具移送部材の一例として本例においては、回転自在な回
転アーム２５で例示してある。

【００１４】より詳細には、前記支持フレーム１７の上
面にはモータ２７が装着してあり、このモータ２７の回
転によって前記回転アーム２５が水平に回転するように
設けてある。すなわち、上記回転アーム２５は、前記Ａ
ＴＣアーム２１の回転軸と交差する方向の軸心回り（本
例においては垂直軸心回り）に回転自在に設けてある。
なお、上記モータ２７には、例えばＡＴＣアーム２１と
の工具交換位置を基準位置とする回転アーム２５の回転
位置を検出するための例えばロータリーエンコーダ等の
ごとき回転位置検出器（図示省略）が連結してある。

【００１５】前記工具マガジン２３は、交換自在の工具
１１を個々に保持する複数の工具保持ブロック２９を、
前記回転アーム２５の回転中心を中心とする円弧状に適
宜間隔に備えてなるものであって、基準位置に対する各
工具保持ブロック２９の位置は、前記工作機械１および
モータ２７等のシステム全体を制御する前記制御装置１
３におけるメモリに予め登録されているものである。

【００１６】前記工具保持ブロック２９には、図３，図
４に示すように、工具１１において周面にＶ字形状の周
溝を備えたフランジ１１Ｆの上記周溝を着脱可能に直接
係合支持するＵ字形状の工具保持凹部２９Ｃが上方向に
開口して形成されている。

【００１７】前記工具マガジン２３における各工具保持
ブロック２９と前記ＡＴＣアーム２１との間で工具１１
の交換を行うために、前記回転アーム２５の先端部に
は、工具保持装置３１が進退自在かつ上下動自在に設け
られている。

【００１８】すなわち、図３，図４に詳細に示すよう
に、回転アーム２５の前端部には、回転アーム２５の長
手方向と同方向に水平に延伸した左右一対のガイド部材
３３が設けてあり、このガイド部材３３にはスライドブ
ロック３５が前後方向（図３において左右方向：ガイド
部材３３に沿う方向）に進退移動自在に支持されてい
る。そして、上記スライドブロック３５に取付けた上下
ガイド部材３７に、工具１１のテーパ部１１Ｔを係合保
持自在の前記工具保持装置３１が上下動自在に支持され
ている。

【００１９】そして、前記回転アーム２５には、前記ス
ライドブロック３５をガイド部材３３に沿って進退移動
するための流体圧シリンダのごときアクチュエータ３９
が装着してあり、そのピストンロッド３９Ｐが前記スラ
イドブロック３５に連結してある。また、前記スライド
ブロック３５には前記上下ガイド部材３７に沿って前記
工具保持装置３１を上下動するための流体圧シリンダの
ごときアクチュエータ４１が装着してあり、そのピスト
ンロッド４１Ｐが前記工具保持装置３１に連結してあ
る。

【００２０】上記構成により、回転アーム２５を適宜に
回転して工具マガジン２３における適宜位置の工具保持
ブロック２９に保持された工具１１に工具保持装置３１
を対向位置決めした後、アクチュエータ３９を作動しス
ライドブロック３５を介して工具保持装置３１を工具１
１のテーパ部１１Ｔ側へ移動し係合することにより、工
具１１のテーパ部１１Ｔが工具保持装置３１に係合保持
されることになる。

【００２１】上記工具保持装置３１が上記工具１１のテ
ーパ部１１Ｔを係合保持する構成は公知であるが、概略
的に説明すると、工具保持装置３１は、上記テーパ部１
１Ｔの外周面と係合するテーパ孔を備えると共に、上記
テーパ部１１Ｔの軸心部に形成した係合孔内へ進入自在
の係合ピンを前記テーパ孔の軸心部に備え、かつ上記係
合ピンに、上記係合孔の内周面に形成した周溝に係止自
在の複数の係止ボールを係合ピンの周面から突出自在に
備えた構成であり、上記係止ボールを突出方向へ付勢す
るスプリング等の付勢力は最重量の工具１１を係止保持
した場合であっても容易に脱落しないように予め強力に
付勢してある。

【００２２】したがって、前述のごとく、工具保持装置
３１のテーパ孔と工具１１のテーパ部１１Ｔとの係合を
行うときには、工具保持装置３１をテーパ部１１Ｔへ比
較的強力に押圧するものである。工具保持装置３１によ
って工具１１のテーパ部１１Ｔを係合保持した後、アク
チュエータ４１の作動によって工具保持装置３１を上昇
せしめることにより、工具保持ブロック２９の工具保持
凹部２９Ｃから上方向へ工具１１が取り外される。そし
て、工具保持ブロック２９への工具１１の返却は、前述
の動作を逆に行うことによって行われるものである。

【００２３】上記構成によれば、工具保持ブロック２９
でもって工具１１のＶ字形状の周溝を備えた円形のフラ
ンジ１１Ｆを直接支持するので、工具ポットを省略する
ことができる。また、適宜位置の工具保持ブロック２９
に支持された工具１１に工具保持装置３１を対向位置決
めすべく回転アーム２５を回動するとき、上記工具保持
装置３１を工具１１等に対して非接触状態で回動するこ
とができるので、例えば工具ポットを備える従来の構成
に比較してより高速で回動することができるものであ
る。

【００２４】上記構成においてこの回転アーム２５，工
具保持装置３１の一連の動作を示すと、図５に示すよう
になる。すなわち、矢印で示すようにアクチュエータ
３９のピストンロッド３９Ｐを突出せしめて工具保持装
置３１を前進してＡ位置の工具１１を係合保持した後、
矢印で示すように、アクチュエータ４１の上昇作動に
よって工具保持装置３１を上昇し、かつ矢印で示すよ
うにモータ２７の正回転により回転アーム２５を回転す
ることにより、次の交換すべき工具１１を、ＡＴＣアー
ム２１と工具交換するＡＴＣ位置に位置決めされる。

【００２５】そして、ＡＴＣ位置でＡＴＣアーム２１と
の間において工具１１を交換した後、モータ２７の逆回
転により矢印で示すように回転アーム２５を回転しＢ
位置に位置決めし、この位置において矢印で示すよう
にアクチュエータ４１の下降作動によって工具保持装置
３１を下降することによって、Ｂ位置の工具保持ブロッ
ク２９に対して、前記ＡＴＣアーム２１から受け取った
旧工具の返却が行われ、矢印で示すごとくアクチュエ
ータ３９の引込み作動によって工具保持装置３１を後退
することにより、Ｂ位置の工具保持ブロック２９に支持
された旧工具から離脱される。その後、矢印で示すよ
うにモータ２７の逆回転により回転アーム２５をＣ位置
へ移動し、矢印で示すようにアクチュエータ３９を突
出作動して、工具保持装置３１を前進することにより、
Ｃ位置の工具保持ブロック２９に支持されている新工具
を係合保持する。そして、矢印で示すようにアクチュ
エ

【外１】 にモータ２７の正回転により回転アーム２５をＡＴＣ位
置方向へ回転することにより、次に交換すべき新工具が
ＡＴＣ位置へ位置決めされるものである。

【００２６】以上のごとき説明より理解されるように、
工具移送部材（回転アーム）に備えた工具保持装置３１
によって工具１１を直接係合保持するものであるから、
前述した先行例におけるごとき工具ポットを省略するこ
とができ、構成をより簡単にすることができるものであ
る。

【００２７】そして、工具保持装置３１においては、工
具１１を係合保持するための複数のボールは対象とする
工具の最大重量のものを係合保持した場合であっても移
送時の振動等によっては容易に脱落しないように予め強
力に付勢してあり、この共通の工具保持装置３１によっ
て工具マガジン２３とＡＴＣアーム２１との間で工具の
保持移送が行われるので、工具ポットを利用する場合に
比較して工具保持の信頼性が向上するものである。

【００２８】さらに、前記例においては工具マガジン２
３は円弧状に設けてあり、工具移送部材は回転自在の回
転アーム２５によって構成してあるから、工具交換のた
めに回転アーム２５は半回転すれば充分であり、迅速か
つ能率の良い工具交換を行い得るものである。

【００２９】なお、前記説明においては工具マガジン２
３を円弧状に設け、工具保持装置３１を備えた工具移送
部材としての回転アーム２５を回転する場合について説
明したが、工具保持装置３１でもって工具１１を直接係
合保持する構成としては、工具マガジンを直線状に設け
て工具保持装置を備えた工具移送部材を直線移動するよ
うに構成しても良いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械及び工具交
換装置を示す側面説明図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る工作機械及び工具交
換装置を示す平面説明図である。

【図３】工具交換装置における工具移送部材としての回
転アームの側面説明図である。

【図４】工具交換装置における工具移送部材としての回
転アームの正面説明図である。

【図５】回転アーム等の一連の動作を示す動作説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 工作機械 ３ ベッド ５ 移動コラム ７ 主軸 ９ 主軸ヘッド １１ 工具 １７ 支持フレーム １９ 回転軸 ２１ ＡＴＣアーム ２３ 工具マガジン ２５ 回転アーム（工具移送部材） ２９ 工具保持ブロック ３１ 工具保持装置 ３３ ガイド部材 ３５ スライドブロック ３７ 上下ガイド部材 ３９，４１ アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械における主軸に装着した工具と
   次に使用する工具との交換を行うＡＴＣアームと、複数
   の工具を保持した工具マガジンとの間において工具の交
   換を行う工具交換装置において、前記ＡＴＣアームと工
   具マガジンとの間において工具の移送を行う工具移送部
   材に、工具の端部を直接保持自在の工具保持装置を進退
   自在かつ上下動自在に設けたことを特徴とする工具交換
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の工具交換装置におい
   て、工具移送部材は回転自在の回転アームよりなり、工
   具マガジンは、上記回転アームの回転中心を中心とする
   円弧状に設けてあり、かつ前記回転アームの先端部に工
   具保持装置が進退自在かつ上下動自在に設けてあること
   を特徴とする工具交換装置。