JP2002126961A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の据え付け面積を従来に比べて小さ
くすることのできる自動工具交換装置を提供する。 【解決手段】 工具Ｔを、その長さ方向が主軸軸線方向
と平行になるように保持する複数の工具ポット７を有す
る工具マガジン２と、主軸１と工具マガジン２との間で
工具を交換する工具交換アーム３とを有している。各工
具ポット７が工具マガジン２に枢着されることにより、
工具受け渡し位置Ｐに割り出された工具ポット７の両隣
のそれぞれ２つの工具ポット７は、工具交換アーム３の
旋回軌跡Ｏ上に位置する干渉位置と、同旋回軌跡上から
退避する退避位置との間で揺動する。工具受け渡し位置
Ｐに割り出された工具ポット７の両隣のそれぞれ２つの
工具ポット７を、工具マガジン２と工具交換アーム３と
の受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動させ、同じ
く非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺動させる揺
動装置13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、主軸頭に回転自在に支
持された主軸に対して工具を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】従来、自動工具交換装置として、工具
を、その長さ方向が主軸軸線方向と直交するように保持
する複数の工具ポットを有する工具マガジンと、主軸軸
線方向と平行な軸線の周りに回転自在であるとともに主
軸軸線方向に移動自在である工具交換アームと、工具マ
ガジンと工具交換アームとの間に配された工具搬送装置
とを備えたものが知られている。工具搬送装置は、工具
マガジンの受け渡し位置に割り出された工具ポットから
工具を引き抜き、かつ工具をその長さ方向が主軸軸線方
向と平行となるように９０度旋回させて工具交換アーム
との受け渡し位置まで搬送するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この自
動工具交換装置では、工具搬送装置により工具を搬送を
させる際に他の機器との干渉を避けるためのスペースを
必要とし、その結果マシニングセンタなどの工作機械の
据え付け面積を大きくしなければならないという問題が
ある。

【０００４】この発明の目的は、上記問題を解決し、工
作機械の据え付け面積を従来に比べて小さくすることの
できる自動工具交換装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段と発明の効果】請求項１の
発明による自動工具交換装置は、工具を、その長さ方向
が主軸軸線方向であるＺ軸方向と平行になるように保持
する複数の工具ポットを有する工具マガジンと、Ｚ軸と
平行な軸線の周りに回転自在であるとともにこの軸線の
方向に移動自在であり、かつ主軸と工具マガジンとの間
で工具を交換する工具交換アームとを有しており、各工
具ポットが工具マガジンに枢着されることにより、工具
受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両
隣の位置の工具ポットが、工具交換アームの旋回軌跡上
に位置する干渉位置と、同旋回軌跡上から退避する退避
位置との間で揺動するようになされており、工具受け渡
し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の位
置の工具ポットを、工具マガジンと工具交換アームとの
受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動させ、同じく
非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺動させる揺動
手段を備えているものである。

【０００６】請求項１の発明の自動工具交換装置によれ
ば、工具を、その長さ方向が主軸軸線方向であるＺ軸方
向と平行になるように保持する複数の工具ポットを有す
る工具マガジンと、Ｚ軸と平行な軸線の周りに回転自在
であるとともにこの軸線の方向に移動自在であり、かつ
主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する工具交換ア
ームとを有しているので、従来の自動工具交換装置の場
合のように、工具マガジンと工具交換アームとの間に工
具搬送装置を設ける必要がない。したがって、工具搬送
装置により工具を搬送をさせる際に他の機器との干渉を
避けるためのスペースが不要になり、その結果マシニン
グセンタなどの工作機械の据え付け面積を、従来の自動
工具交換装置を備えたものに比較して小さくすることが
できる。さらに、工具マガジンと工具交換アームとの受
け渡し時、すなわち工具マガジンの工具ポットに保持さ
れている次工具を把持するために工具交換アームが待機
位置から工具把持位置までの回転を始めるときから加工
の終了した工具を工具マガジンの工具ポットに差し込ん
だ後工具交換アームが待機位置までの回転を終了するま
での間は、揺動手段により、工具受け渡し位置に割り出
された工具ポットの少なくとも両隣の工具ポットを、干
渉位置から退避位置に揺動させておくと、回転する工具
交換アームと、上記両隣の工具ポットおよびこれに保持
されている工具との干渉を避けることができる。したが
って、隣接する工具ポット間の間隔を小さくすることが
でき、工具マガジンに多くの工具ポットを取り付けるこ
とが可能となり、その結果工具マガジンに多くの工具を
取り付けることができる。

【０００７】請求項２の発明による自動工具交換装置
は、請求項１の発明において、工具受け渡し位置に割り
出された工具ポットを固定する固定手段を有しているも
のである。この場合、待機位置から工具把持位置まで回
転してきた工具交換アームによる工具に対する把持を確
実に行うことができる。

【０００８】請求項３の発明による自動工具交換装置
は、請求項１または２の発明において、工具マガジンが
チェーン式であって、工具受け渡し位置に割り出された
工具ポットと少なくともその両隣の工具ポットが１直線
上に並ぶようになされ、揺動手段が、工具受け渡し位置
の両側に配されかつ工具受け渡し位置に割り出された工
具ポットの揺動中心を中心として回転する２つの回転部
材と、いずれか一方の回転部材を駆動する駆動手段と、
両回転部材にそれぞれ取り付けられかつ工具受け渡し位
置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の工具ポ
ットに係合する可動係合部材とを備えており、固定手段
が、固定部分に固定されかつ工具受け渡し位置に割り出
された工具ポットに係合する固定係合部材と、揺動手段
の両回転部材間に渡し止められかつ工具受け渡し位置に
割り出された工具ポットを把持する把持部材とを備えて
いるものである。この場合、工具受け渡し位置に割り出
された工具ポットに隣接した工具ポットを簡素な構造で
退避位置に揺動可能に構成することができ、また単一の
駆動源で、工具受け渡し位置の両側の工具ポットの退避
位置への揺動と工具受け渡し位置の工具ポットの固定と
を行うことができる。さらに、工具受け渡し位置に割り
出された工具ポットと少なくともその両隣の工具ポット
が並ぶ方向と、主軸の軸線および工具交換アームの回転
中心軸線を結ぶ方向とが、直交するように配置すること
ができるので、工作機械の幅を小さくすることができ
る。

【０００９】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１
の上側を前、これと反対側を後といい、図１の左右（図
２〜図４の左右）を左右というものとする。

【００１０】図１はこの発明による自動工具交換装置の
下方から見た全体構成を示し、図２〜図７はその要部の
構成を示す。

【００１１】図１において、自動工具交換装置は、マシ
ニングセンタの主軸頭に回転自在に支持され、かつ軸線
方向であるＺ軸が上下方向を向いた主軸(1)に対して工
具(T)を自動的に交換するものであって、水平状のチェ
ーン式工具マガジン(2)と、Ｚ軸と平行な垂直軸線の周
りに回転自在であるとともに上下方向に移動自在であ
り、かつ主軸(1)と工具マガジン(2)との間で工具(T)を
交換する工具交換アーム(3)とを備えている。工具交換
アーム(3)の両端部に工具(T)を把持するグリッパ(4)が
設けられている。

【００１２】工具マガジン(2)は、前後に間隔をおいて
配されかつ垂直軸線の周りに回転自在である１対のスプ
ロケット(5)と、両スプロケット(5)に掛け渡された無端
状チェーン(6)と、チェーン(6)にその長さ方向に間隔を
おいて取り付けられかつ工具(T)を下向きに保持する複
数の工具ポット(7)とよりなる。

【００１３】両スプロケット(5)のうちいずれか一方
が、減速歯車装置を介してサーボモータ（いずれも図示
略）により駆動されるようになっている。チェーン(6)
は、両スプロケット(5)間において、それぞれ前後方向
に伸びる左右両直線状ガイド(6A)(6B)により案内される
ようになっており、各ガイド(6A)(6B)に案内される部分
において複数の工具ポット(7)が１直線上に並ぶように
なっている。右側ガイド(6B)における前後の中央部が、
工具交換アーム(3)との工具受け渡し位置(P)である。そ
して、図１に鎖線で示すように、工具受け渡し位置(P)
に割出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞれ２つ
の工具ポット(7)が、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)
上に位置するようになっている。図３および図４に示す
ように、工具ポット(7)の上端部は、水平ピン(8)により
チェーン(6)に固定されたブラケット(9)に枢着されてい
る。ピン(8)は、チェーン(6)が左右両側のガイド(6A)(6
B)に案内される部分において、これらのガイド(6A)(6B)
と両スプロケット(5)によるテンションによって前後方
向を向くようになっている。その結果、工具受け渡し位
置(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞ
れ２つの工具ポット(7)は、工具交換アーム(3)の旋回軌
跡(O)上に位置する干渉位置（図１〜図３実線参照）
と、同旋回軌跡(O)上から退避する退避位置（図１〜図
３鎖線参照）との間でピン(8)の周りに左右方向に揺動
するようになされている。各工具ポット(7)の下端部に
おける左右方向内側部分（左側ガイド(6A)において右側
に位置し、右側ガイド(6B)においては左側に位置する部
分）に、左側ガイド(6A)に沿ってフレーム(10)下面に固
定された垂直帯板状ガイド(11)に係合する係合部(12)が
設けられている。

【００１４】自動工具交換装置は、工具受け渡し位置
(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞれ
２つの工具ポット(7)を、工具マガジン(2)と工具交換ア
ーム(3)との受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動
させ、同じく非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺
動させる揺動装置(13)と、工具受け渡し位置(P)に割り
出された工具ポット(7)を固定する固定装置(14)とを備
えている。

【００１５】図２〜図５に示すように、工具受け渡し位
置(P)の前後両側において、それぞれフレーム(10)下面
に垂直板状ブラケット(15)が固定されている。各ブラケ
ット(15)には、チェーン(6)および工具ポット(7)の移動
の際の干渉を避けるための切り欠き(15a)が形成されて
いる。両ブラケット(15)の前後方向内面に沿って、それ
ぞれ右側ガイド(6B)に位置する工具ポット(7)の揺動中
心を中心とした円周上に位置する円弧状の回転部材(16)
が配されている。各回転部材(16)は、チェーン(6)およ
び工具ポット(7)の移動の際の干渉を避けるために、下
方に開口した円弧状となされている。各回転部材(16)
は、各ブラケット(15)の内面に取り付けられた複数のガ
イドローラ(17)に案内されて、上記揺動中心の周りに回
転するようになっている。両回転部材(16)は、前後方向
に伸びる複数の連結ロッド(18)により相互に連結され、
一体的に回転するようになっている。これらの回転部材
(16)は、駆動用エアシリンダ(19)により回転させられる
ようになっている。エアシリンダ(19)は、後側の回転部
材(16)の左側において、回転部材(16)が配されている上
記円周の接線上に、そのピストンロッド(20)を右斜め上
方に向けて配されており、フレーム(10)の下面に取付部
材(21)を介して取り付けられている。ピストンロッド(2
0)の先端は、後側の回転部材(16)に固定されたブロック
(22)に枢着されている。前後両回転部材(16)の左端部
に、それぞれ前後方向に伸びかつ工具受け渡し位置(P)
の前後両側に位置する２つの工具ポット(7)の係合部(1
2)に係合する帯板状の可動係合板(23)が固定されてい
る。工具マガジン(2)と工具交換アーム(3)との非受け渡
し時には、回転部材(16)は図３に実線で示す状態にあ
り、可動係合板(23)は垂直面内に位置することになっ
て、工具ポット(7)の係合部(12)と係合しガイドの役割
を果たしている。そして、回転部材(16)、エアシリンダ
(19)および可動係合板(23)により揺動装置(13)が構成さ
れている。

【００１６】工具受け渡し位置(P)において、右側ガイ
ド(6B)の左方に、前後方向に伸びかつ工具ポット(7)の
係合部(12)と係合する垂直帯板状の固定係合板(24)が配
されている。固定係合板(24)は工具ポット(7)のガイド
の役割を果たすものであり、フレーム(10)の下面に取付
部材(25)を介して固定されている。また、前後両回転部
材(16)の右端部間に、工具受け渡し位置(P)に割り出さ
れた工具ポット(7)を把持する把持部材(26)が設けられ
ている。把持部材(26)は、前後両回転部材(16)間に渡し
止められた連結ロッド(27)と、連結ロッド(27)の長さの
中間部に左方突出状に一体に形成され、かつ工具受け渡
し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を前後両側から
挟む１対のフィンガ(28)とよりなる。そして、固定係合
板(24)、回転部材(16)、エアシリンダ(19)および把持部
材(26)により固定装置(14)が構成されている。

【００１７】工具ポット(7)の割り出しのために、チェ
ーン(6)が走行して工具ポット(7)が移動している際に
は、図３および図４に実線で示すように、エアシリンダ
(19)のピストンロッド(20)は退入状態にあり、可動係合
板(23)が垂直状態となって工具ポット(7)の係合部(12)
に係合し、ガイドの役割を果たしている。また、固定係
合板(24)も工具ポット(7)の係合部(12)に係合してガイ
ドの役割を果たしている。

【００１８】所定の工具(T)を保持した工具ポット(7)が
工具受け渡し位置(P)に割り出されると、エアシリンダ
(19)のピストンロッド(20)が進出し、両回転部材(16)が
図３および図４に矢印で示すように時計方向に回転させ
られる。すると、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそ
れぞれ２つの工具ポット(7)の係合部(12)に係合してい
る可動係合板(23)も、図３に鎖線で示すように時計方向
に移動し、これにより工具ポット(7)が、その下端部が
左方に移動するように揺動させられる。これと同時に、
把持部材(26)が、図４に鎖線で示すように時計方向に移
動し、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット
(7)が、両フィンガ(28)により前後から挟着されて固定
される。

【００１９】上記構成の自動工具交換装置において、主
軸(1)と工具マガジン(2)との間の工具交換方法について
説明する。

【００２０】主軸(1)での加工中には、工具交換アーム
(3)はその上昇位置である工具差込位置で、かつ工具把
持位置から９０度回転した待機位置にある（図１参
照）。このとき、工具交換アーム(3)の各グリッパ(4)は
空である。また、主軸(1)の加工中に、ＮＣ装置からの
工具交換指令により、サーボモータが作動し、減速歯車
装置を介して一方のスプロケット(5)が回転させられる
ことによりチェーン(6)が走行し、次工具(T)を保持した
工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出される。
割り出し作業中は、エアシリンダ(19)のピストンロッド
(20)は退入状態であり、可動係合板(23)は、固定係合板
(24)とともにガイドの役割を果たしている。また、把持
部材(26)は工具ポット(7)に干渉しない退避位置にあ
る。そして、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞ
れ２つの工具ポット(7)は、工具交換アーム(3)の旋回軌
跡(O)上に位置する干渉位置にある。

【００２１】次工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具
受け渡し位置(P)に割り出されると、エアシリンダ(19)
のピストンロッド(20)が進出させられて両回転部材(16)
が図３および図４に矢印で示す時計方向に回転する。す
ると、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つ
の工具ポット(7)の係合部(12)に係合している可動係合
板(23)も同方向に移動し、これら４つの工具ポット(7)
が、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上から退避した退
避位置まで、ピン(8)を中心として左方に揺動させられ
る（図６参照）。これと同時に、把持部材(26)も同方向
に移動し、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポ
ット(7)は、両フィンガ(28)により前後両側から挟着さ
れることによって固定される（図７参照）。

【００２２】主軸(1)に取り付けられている工具(T)での
加工が終了すると、主軸(1)が工具交換位置に移動す
る。ついで、工具交換アーム(3)が待機位置から工具把
持位置まで９０度回転させられ、一方のグリッパ(4)に
より主軸(1)の使用済み工具(T)が把持されるとともに、
他方のグリッパ(4)により工具受け渡し位置(P)に割り出
された工具ポット(7)の次工具(T)が把持される。このと
き、工具交換アーム(3)と、工具受け渡し位置(P)の前後
両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)との干渉は防止さ
れる。

【００２３】ついで、工具交換アーム(3)が下降し、使
用済み工具(T)が主軸(1)から、次工具(T)が工具ポット
(7)からそれぞれ引き抜かれる。ついで、工具交換アー
ム(3)が１８０度回転させられる。その時点でも、グリ
ッパ(4)により把持された工具(T)と、工具受け渡し位置
(P)の前後両側の工具ポット(7)に挿入されている工具
(T)との干渉は防止される。工具交換アーム(3)はその後
上昇し、次工具(T)が主軸(1)へ、使用済み工具(T)が工
具ポット(7)へそれぞれ差し込まれる。その後、工具交
換アーム(3)が９０度回転させられて待機位置に戻る。
この工具交換アーム(3)の回転の際にも、工具交換アー
ム(3)と、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２
つの工具ポット(7)との干渉は防止される。こうして、
工具交換が終了する。

【００２４】工具交換が終了すると、エアシリンダ(19)
のピストンロッド(20)が退入することにより、両回転部
材(16)が図６および図７の反時計方向に回転させられ
る。すると、可動係合板(12)が垂直状態に戻り、工具受
け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット
(7)は干渉位置まで右方に揺動させられる。これと同時
に、把持部材(26)も図６および図７の反時計方向に移動
させられて工具ポット(7)から離れ、工具受け渡し位置
(P)に割り出されている工具ポット(7)の固定が解除され
る。

【００２５】新たに主軸(1)に取り付けられた工具(T)に
よる加工が始まると、再びＮＣ装置からの工具交換指令
により、さらに次の工具(T)を保持した工具ポット(7)が
工具受け渡し位置(P)に割り出される。

【００２６】上記実施形態においては、工具マガジン
(2)はチェーン式であり、かつ水平状態に配されている
が、これに限るものではなく、回転ドラム式などの他の
形式であったり、垂直状態などの他の姿勢で配されてい
てもよい。また、上記実施形態においては、揺動装置(1
3)によって、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具
ポット(7)の両隣のそれぞれ２つずつの工具ポット(7)が
干渉位置と退避位置との間で揺動させられるようになっ
ているが、揺動させられる工具ポット(7)の数はこれに
限るものではない。

【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の全体構成を
示す底面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】図２のIII−III線断面図である。

【図４】図２のIV−IV線断面図である。

【図５】揺動装置および固定装置を部分的に示す一部切
り欠き斜視図である。

【図６】工具受け渡し時の状態を示す図３相当の断面図
である。

【図７】工具受け渡し時の状態を示す図４相当の断面図
である。

【符号の説明】

(1)：主軸 (2)：工具マガジン (3)：工具交換アーム (6)：チェーン (7)：工具ポット (13)：揺動装置（揺動手段） (14)：固定装置（固定手段） (16)：回転部材 (19)：エアシリンダ（駆動手段） (23)：可動係合板（可動係合部材） (24)：固定係合板（固定係合部材） (26)：把持部材 (O)：工具交換アームの旋回軌跡 (P)：工具受け渡し位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を、その長さ方向が主軸軸線方向で
   あるＺ軸方向と平行になるように保持する複数の工具ポ
   ットを有する工具マガジンと、Ｚ軸と平行な軸線の周り
   に回転自在であるとともにこの軸線の方向に移動自在で
   あり、かつ主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する
   工具交換アームとを有しており、各工具ポットが工具マ
   ガジンに枢着されることにより、工具受け渡し位置に割
   り出された工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポ
   ットが、工具交換アームの旋回軌跡上に位置する干渉位
   置と、同旋回軌跡上から退避する退避位置との間で揺動
   するようになされており、工具受け渡し位置に割り出さ
   れた工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポット
   を、工具マガジンと工具交換アームとの受け渡し時に干
   渉位置から退避位置に揺動させ、同じく非受け渡し時に
   退避位置から干渉位置に揺動させる揺動手段を備えてい
   る自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 工具受け渡し位置に割り出された工具ポ
   ットを固定する固定手段を有している請求項１の自動工
   具交換装置。
3. 【請求項３】 工具マガジンがチェーン式であって、工
   具受け渡し位置に割り出された工具ポットと少なくとも
   その両隣の工具ポットが１直線上に並ぶようになされ、
   揺動手段が、工具受け渡し位置の両側に配されかつ工具
   受け渡し位置に割り出された工具ポットの揺動中心を中
   心として回転する２つの回転部材と、いずれか一方の回
   転部材を駆動する駆動手段と、両回転部材にそれぞれ取
   り付けられかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポ
   ットの少なくとも両隣の工具ポットに係合する可動係合
   部材とを備えており、固定手段が、固定部分に固定され
   かつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットに係合
   する固定係合部材と、揺動手段の両回転部材間に渡し止
   められかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポット
   を把持する把持部材とを備えている請求項１または２の
   自動工具交換装置。