JP2002178236A

JP2002178236A - 工作機械

Info

Publication number: JP2002178236A
Application number: JP2000381427A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Hirose; 義郎広瀬; Akitoshi Sato; 秋利佐藤; Etsuji Yoshida; 悦治吉田
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-25

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の工具マガジンを備えている工作機械にお
いて、人手を介することなく、動作していない工具マガ
ジンに次に使用する工具を準備する。【解決手段】工具授受位置Ｆ１の工具マガジン１０で
主軸工具を次々と工具交換しながらの加工中に並行して
次の工程の加工に必要な工具をホルダ運搬装置１６０に
よって工具貯蔵マガジンから工具準備位置Ｆ２の工具マ
ガジン１０に自動的に準備する。工具授受位置Ｆ１の工
具マガジン１０が保有する工具による加工が終ると、ス
ライドベース１５１を移動させて工具準備位置Ｆ２の工
具マガジン１０を工具授受位置Ｆ１に、工具授受位置Ｆ
１の工具マガジン１０を工具準備位置Ｆ２に位置させ、
主軸３は、新たに工具授受位置Ｆ１に位置された次の工
程用の工具ホルダＴを保持する工具マガジン１０との間
で工具交換を行って直ちに次の工程の加工に移る。

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、工具自動交換機
能を有する工作機械に関し、特に、工具マガジンを複数
備えているものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多数の工具ホルダを保持する工具
マガジンを複数備え、それらの工具マガジンの内、ある
工程に対する工作機械の加工中に、その工程では動作を
することのない工具マガジンに対して、作業者の手によ
り安全に工具取り替えを行うようにしたものがある（特
開平１−２５７５５１号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この工作機械では、あ
る工具マガジンの工具により加工している最中に、その
時に動作しない工具マガジンに次の工程の工具を準備で
きるので、その次に使用する工具が準備された工具マガ
ジンを使用することにより直ちに次の工程の加工を始め
ることができる利点があるが、人手により工具交換作業
をしているので、工具重量が大きい場合（例えば２０ｋ
ｇ程度）には、工具の取り扱いに難儀する問題がある。
その上、段取り替えの都度、工具取り替え作業が要求さ
れ、完全自動化の妨げとなる欠点がある。この発明の課
題は、複数の工具マガジンを備えている工作機械におい
て、人手を介することなく、動作していない工具マガジ
ンに次に使用する工具を準備できる工作機械を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題解決のため、本
願では、主軸との間で工具をやり取りする工具マガジン
を複数備えている工作機械において、それらの工具マガ
ジンと別に、多数の工具ホルダを保管する工具貯蔵マガ
ジンを設け、工具マガジンの一つが主軸との間で工具を
やり取りする工具授受位置にあるとき、他の工具マガジ
ンの１つが工具貯蔵マガジンとの間で工具をやり取りす
る工具準備位置に位置するように工具マガジンを移動す
るように構成し、工具貯蔵マガジンと工具準備位置の工
具マガジンとの間で工具ホルダを運搬するホルダ運搬装
置を備えている（請求項１）。ホルダ運搬装置により、
工具貯蔵マガジンと工具マガジンとの間で工具ホルダが
やり取りされるので、人手による交換作業が不要であ
る。また、重量の大きな工具の運搬も容易である。

【０００５】工具マガジンは２組であり、その２組の工
具マガジンは、１つの工具授受位置に対して、シャトル
式に移動するように設けてあり、前記１つの工具授受位
置に対して両側に、工具準備位置が設定される（請求項
２）。工具マガジン及び工具貯蔵マガジンは、シャンク
部を下向きにして多数の工具ホルダを垂直に保持すると
共に、その工具ホルダの軸線と直交する方向の移動で、
押し広げられて工具ホルダを脱着するようになっている
グリッパアームを多数備え、ホルダ運搬装置は、これら
の工具貯蔵マガジンと工具マガジンの下方を移動し、工
具ホルダのシャンク部を受け入れて昇降する工具ポット
を含んでいる（請求項３）。

【０００６】複数のグリッパアームを背中合わせに備え
た貯蔵ユニットを、所定の通路（運搬通路）を挟んで機
台後方に複数列並設して工具貯蔵マガジンを構成して平
面視でマトリックス状に工具ホルダを貯蔵するように
し、その工具貯蔵マガジンの前方に、工具貯蔵マガジン
の幅方向に往復移動するように２組の工具マガジンを配
置した（請求項４）。ホルダ運搬装置は，マガジンベー
スに沿って前後方向に移動する幅方向に長い移動体と、
その移動体に沿って幅方向に移動するヘッド体と、ヘッ
ド体に昇降するように備えてある工具ポットとを含み，
移動体には幅方向長さとほぼ同じ長さの昇降レールが昇
降可能に設けられ，工具ポットをその昇降レールに長手
方向に移動自在かつ、昇降方向には一体となるように係
合し、その昇降レールの昇降駆動源を移動体に備えた
（請求項５）。これによれば、工具貯蔵マガジンに平面
視でマトリックス状に配置されている工具ホルダの夫々
を扱うために，ヘッド体は前後左右に移動するが、ヘッ
ド体に備えた工具ポットを昇降させる昇降駆動源を移動
体に備えているので，ヘッド体に昇降駆動源を備える場
合に比べて，昇降駆動源への電源線あるいは油圧配管な
どの取りまわしが容易となる。

【０００７】工具マガジンと工具貯蔵マガジンとが、ベ
ッドから立ち上がる支柱上のマガジンベース上に備えて
あり、そのマガジンベースの下方空間を、前後方向の軸
線を有する主軸が前後、上下、左右に移動するように設
けてあり、工具授受位置には、工具マガジンと主軸との
間で工具ホルダをやり取りする工具交換装置を備え、そ
の工具交換装置は、工具ホルダを、垂直と水平との間で
変更する工具ホルダの傾倒装置と、傾倒装置により、水
平となった工具ホルダと主軸先端の工具ホルダとを交換
する交換アームとを含んでいる（請求項６）。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に示すマシニングセンタにお
いて、図示しないベッドから立ち上げた支柱１の上に、
マガジンベース２が一体に設けてある。マガジンベース
２の下方空間には、前後方向の軸線を持つ主軸３が前
後、上下、左右方向に移動自在に配置してある。マガジ
ンベース２の幅方向中央部下面には両端に工具把持部４
を備えた工具交換アーム５が設けてある。図２のように
この工具交換アーム５は、傾倒装置３０と共に工具交換
装置を構成し、水平な待機位置から９０度旋回して、傾
倒装置３０における工具移送位置Ｐ２に後述のポット３
１に保持されて位置している次工具ホルダＴと、所定の
工具交換位置Ｐ３に位置した主軸３先端の使用済み工具
ホルダＴとを把持し、前後軸線方向前方に移動して両者
を夫々ポット３１、主軸３先端から抜き取り、１８０度
旋回して両工具ホルダＴ、Ｔの位置を入れ替え、その
後、軸線方向に後退して、使用済み工具ホルダＴを工具
移送位置Ｐ２のポット３１に、次工具Ｔを主軸３先端に
夫々装着するものである。

【０００９】マガジンベース２上の前方部分には、機台
幅方向（左右方向）に延びる一対のガイドレール１５０
により、スライドベース１５１が左右方向移動自在に案
内され、シリンダ１５２により往復移動するようになっ
ている。スライドベース１５１上には夫々工具を備えた
多数の工具ホルダＴを保持し、その工具ホルダＴの１つ
を、工具授受位置Ｆ１では前方に向く所定の割り出し位
置Ｐ０に、また、工具準備位置Ｆ２では後方を向く後側
割り出し位置ＦＴに、夫々割り出す工具マガジン１０が
一対設けてある。機台幅方向中央に設定される工具授受
位置Ｆ１に対して、機台幅方向両側に、工具準備位置Ｆ
２、Ｆ２が設定され、スライドベース１５１が機台幅方
向にシャトル式に移動することにより、工具マガジン１
０は、その一方が後述のホルダ傾倒装置３０とホルダを
やり取りする工具授受位置Ｆ１にあるとき、他方は、ホ
ルダ運搬装置１６０との間でホルダをやり取りする工具
準備位置Ｆ２に位置するようになっている。

【００１０】図３〜５に示すように、各工具マガジン１
０において、回転プレート１１は、垂直（上下方向）軸
線回りに、図示しない割り出し機構により割り出し回転
される。回転プレート１１の周囲には、工具ホルダＴを
受け入れるための円弧状切欠部１２が円周方向所定間隔
で形成されている。各切欠部１２を挟んで両側には、そ
れぞれ左右一対のグリッパアーム１３の中間部が支持軸
１４により揺動自在に軸支されてグリッパアーム１３の
半径方向内端部、先端部が開閉するようになっている。
半径方向内端の対向部１３ａ間には、圧縮ばね１５が介
在されており、先端部を絶えず閉じる方向に付勢してい
る。その閉じ量は、各グリッパアーム１３の内端外面に
当接するストッパ１６により規制されている。各グリッ
パアーム１３の先端には、工具ホルダＴ外周のホルダ把
持溝１１０に係脱する把握片１７ａが一体に形成してあ
る。把握片１７ａの鉛直下側には、円盤状の把握部材１
８ａが取り付けてある。この把握部材１８ａは、保護キ
ャップ９０外周の把持溝９５に係脱するキャップ把持部
材である。

【００１１】切欠部１２には、半円弧状の固定側係止部
材２０が設けてある。固定側係止部材２０には、前記把
握片１７ａ、把握部材１８ａと高さ方向を同じくして夫
々、工具ホルダＴのホルダ把持溝１１０、保護キャップ
９０の把持溝９５の、切欠部１２に向く側のおよそ１／
２の部分と係止する円弧状係止部１７ｂ，１８ｂが形成
されている。従って、工具ホルダＴのホルダ把持溝１０
０は、把握片１７ａと円弧状係止部１７ｂとの間に挟ま
れた形で係止して工具マガジン１０に保持され、また、
保護キャップ９０の把持溝９５は、把握部材１８ａと円
弧状係止部１８ｂとの間に挟まれた形で係止して工具マ
ガジン１０に保持される。２１はキーである。

【００１２】マガジンベース２上には、工具授受位置Ｆ
１に位置された工具マガジン１０の前記所定の割出位置
Ｐ０の下方に、ホルダ傾倒装置３０が配置される。ホル
ダ傾倒装置３０は、工具マガジン１０の工具割出位置Ｐ
０の鉛直下方に対応する工具受渡位置Ｐ１と、前記主軸
３との間で工具ホルダＴをやり取りする工具移送位置Ｐ
２との間で工具ホルダＴを受け入れるポット３１を傾倒
させるものである。この工具ホルダ傾倒装置３０におい
て、ポット３１を挟んだ一方側に、ポット３１を所定の
移動軌跡に沿って移動させるためのポット案内手段３２
が設けてある。所定の移動軌跡は、水平な第１の直線軌
跡部分Ｔ１、垂直な第２の直線軌跡部分Ｔ３、これらを
接続する円弧軌跡部分Ｔ２とから成る。ポット案内手段
３２は、図６に示すように、円弧の１／４部分となる円
弧溝３３から成る１／４円弧案内部３４とその両端に連
続する所定長さの直線溝３５から成る直線案内部３６、
３７とを有している。各直線案内部３６、３７は、工具
受渡位置Ｐ１、工具移送位置Ｐ２に対応するように配置
されている。１／４円弧案内部３４と、その垂直端部に
連続している垂直方向の直線案内部３６及び、水平端部
に連続する水平方向の直線案内部３７の一部３７ａは、
一つのガイド部材３８に形成されており、垂直板３９の
ポット３１に向く面に固着されている。垂直板３９は取
付板４０に溶着されている。取付板４０は、マガジンベ
ース２上に固着される傾倒装置のベース板４１上に固着
されている。

【００１３】水平方向の直線案内部３７は、前記垂直板
３９に固定される一部３７ａに連続する、上下方向（工
具マガジン１０に保持された工具ホルダＴの軸線方向）
に可動の直線案内部３７ｂを有する。この可動の水平方
向の直線案内部３７ｂは、昇降ガイド部材４２に形成さ
れた前記直線溝３５の一部を成す案内溝３５ｂである。
昇降ガイド部材４２の背面には周知の直線転動案内（リ
ニアガイド）の案内子４３が設けてあり、前記と別の垂
直板４４に上下方向に取り付けた案内レール４５に上下
方向移動自在に案内されている。垂直板４４は取付板４
６と一体溶着され、ベース４１上に固定されている。こ
の昇降ガイド部材４２の背面にはさらにＬ字状のブラケ
ット４７（図２）が固着されている。そのブラケット４
７は、前記垂直板４４の背面に取り付けた上下方向のシ
リンダ４８のピストンロッド４９の先端に連結されてい
る。

【００１４】そして、前記ピストンロッド４９が上昇端
に位置すると、昇降ガイド部材４２の直線案内部３７ｂ
が、前記固定側の水平方向の直線案内部３７の一部３７
ａと連続して円弧案内部３４に連続する連続位置Ｓ１
（図８）に上昇し、ピストンロッド４９が下降端に引き
込まれると、工具ホルダＴのシャンク部１１１、保護キ
ャップ９０が完全にポット３１から抜け出て、工具マガ
ジン１０の割り出し回転を許容する離間位置Ｓ２（図１
１）に下降するようになっている。

【００１５】ポット３１を挟んで他方側には、ポット３
１を傾動させる駆動源５０として、モータ５１とそのモ
ータ５１に接続された減速装置５２とが設けてある。駆
動源５０とポット３１との間に、駆動伝達装置５５が介
在される。駆動伝達装置５５において、減速装置５２の
回転出力部材５３が断面ほぼコ字状の揺動腕５６の下端
部に一体固着され、工具受渡位置、工具移送位置Ｐ１、
Ｐ２に対応する２つの揺動端の間を揺動するようになっ
ている。揺動腕５６のポット３１に向く部分には、揺動
腕５６の長手方向に沿って案内レール５７が取り付けて
ある。この案内レール５７に案内される案内子５８を支
持部材５９の背面に固着してある。支持部材５９の先端
には、支持軸部材６０が回動可能に軸支されている。

【００１６】次にポット３１を説明する。図８，９にお
いて、ポット本体６５には、前記ポット案内手段３２に
向く側に、一対のガイドローラ６６が回転自在に設けて
ある。これらのガイドローラ６６は、前記ポット案内手
段３２の円弧溝３３、直線溝３５，３５ｂに沿って転動
可能に案内されている。ポット本体６５のガイドローラ
６６と反対側には、前記支持軸部材６０のフランジ部分
６０ａが一体連結されている。ポット本体６５は、ボデ
ィ６７と中空スリーブ６８とから成り、ボディ６７の中
心孔に、後端部から前方に向けてスリーブ６８が固着さ
れ、工具ホルダＴのシャンク部１１１を保護キャップ９
０と共にクランプするクランプ機構７５を備えている。
ボディ６７の内側面は、保護キャップ９０外周を受け入
れるテーパ嵌合面６９に形成されている。ボディ６７に
は、中空スリーブ６８外周に達する半径方向のキー部材
７０が固着されている。このキー部材７０は保護キャッ
プ９０に形成された切欠９３、工具ホルダＴのシャンク
部１１１に形成された切り欠き１１３と係止して保護キ
ャップ９０のポット本体６５に対する円周方向位置を定
めている。

【００１７】クランプ機構７５において、中空スリーブ
６８のシリンダ孔７１には、操作部材としてのピストン
部材７２が軸線方向前後（クランプ、アンクランプ方
向）に進退移動するように嵌め込んである。ピストン部
材７２の軸線先端部には、テーパ面７３が形成されてい
る。中空スリーブ６８には、先端部分に円周方向所定間
隔で複数（ここでは３つ）の係止ボール（係止部材）７
４が半径方向に移動可能に備えてある。この係止ボール
７４は前記ピストン部材７２のテーパ面７３がクランプ
方向へ移動することにより工具ホルダＴのシャンク部１
１１内側に形成されている係合テーパ面１１２と係合す
る方向に移動するものである。ピストン部材７２と中空
スリーブ６８のシリンダ孔７１底壁との間には、前記ピ
ストン部材７２をクランプ方向へ常時付勢するばね部材
７７が介在されている。スリーブ６８には、圧空を供給
する為の配管孔７６が形成され、この配管孔７６には、
工具ホルダＴがポット３１に嵌め込まれると、図示しな
い圧空源からの圧空がシリンダ孔７１に作用して、ピス
トン部材７２を前記ばね部材７７による付勢方向と同じ
方向に加勢する流体圧力付与構造を構成している。

【００１８】ピストン部材７２の中心にはクーラント排
出孔８０が設けてある。ピストン部材７２の後端はキャ
ップ７２ａで塞がれてスリーブ６８後方へ突出してお
り、キャップ７２ａにはクーラント排出孔８０と連通す
る流出孔８１が設けてある。クーラント排出孔８０の先
端は、工具ホルダＴを工具ポット３１に受け入れた状態
で、工具ホルダＴの中心に設けてあるクーラント供給筒
８２が嵌合する。クーラント供給筒８２は、主軸に装着
されたときに，主軸側の図示しないクーラント供給管に
連通するもので、供給されたクーラント液は、クーラン
ト供給筒８２を介して工具ホルダに装着した工具先端か
ら工作物の加工部位に放出される。従って，工具ホルダ
Ｔがポット３１に受け入れられたとき、工具ホルダＴに
残存するクーラント液は、前記クーラント供給筒８２、
クーラント排出孔８０、流出孔８１を介して、ポット３
１外部に排出されるようになっている。

【００１９】次に、工具ホルダＴのシャンク部１１１外
周を保護する保護キャップ９０を説明する。保護キャッ
プ９０は、外周面が前記ポット３１のテーパ嵌合面６９
に適合したテーパ部９１となっている。内面は、工具ホ
ルダＴのテーパ状のシャンク部１１１を受け入れるテー
パ状のシャンク受け入れ孔９２となっている。保護キャ
ップ９０には、前記ポット３１のキー部材７０に嵌め込
まれる切欠９３と丁度反対側に、キー部材９４を備えて
いる。このキー部材９４は、工具ホルダＴのシャンク部
１１１に形成されている前記切り欠き１１３と別の切り
欠き１１４と係合して、工具ホルダＴと保護キャップ９
０との円周方向の位相決めをしている。この保護キャッ
プ９０は、工具ホルダＴのシャンク部１１１外周に、工
具ホルダＴの軸線方向から抜き差し自在に嵌め込まれる
のみで、工具ホルダＴとの間で、軸線方向の連結機構を
有していない。保護キャップ９０のフランジ部分外周に
は把持溝９５が形成され、前記工具マガジン１０の把握
部材１８ａや、後述の工具移送位置Ｐ２に配置されるキ
ャップ係止部材１０１と係脱する。

【００２０】図６を参照して、ポット３１を傾倒動作さ
せるときに、工具ホルダＴが傾動動作に伴って垂直状態
と水平状態との間で軸線方向を変化させるとき、ポット
３１から工具ホルダＴが軸線前方に抜け落ちないよう
に、クランプ機構７５をクランプ状態にロックするロッ
ク機構を説明する。ポット３１背面側には、工具受渡位
置Ｐ１と工具移送位置Ｐ２間でポット３１が移動すると
き、前記ピストン部材７２のキャップ７２ａ後端と摺接
して、ピストン部材７２がアンクランプ方向（軸線方向
後方）に移動しないように保持する抜け止め案内部材９
８が配置されている。抜け止め案内部材９８は、ポット
３１が描く移動軌跡のうち、工具受渡位置近傍での水平
な第１の直線軌跡部分、１／４円弧案内部による円弧軌
跡部分、工具移送位置近傍で描く垂直な第２の直線軌跡
部分のうち、特に抜け落ちの発生しやすい、水平移動の
終端から円弧移動中及び、垂直移動部分に対応して設け
てある。抜け止め案内部材９８は、取付板４０に溶着さ
れたＬ字の保持ブラケット９９に一体固着してある。水
平移動中は、工具ホルダＴの自重が下方に向いているか
ら抜け落ちはない。

【００２１】工具移送位置Ｐ２には、傾倒装置３０によ
り軸線方向を垂直から水平に変化させて移動してきたポ
ット３１の下側となる周面を受け止めるポットストッパ
１００が設けてある。そのポットストッパ１００の前方
には、ポットストッパ１００で位置決めされたポット３
１に保持されて工具ホルダＴと共に移動してきた保護キ
ャップ９０の把持溝９５と係脱する上向きＵ字状のキャ
ップ係止部材１０１が設けてある（図１０）。

【００２２】図１２〜１５に基づいてホルダ運搬装置１
６０を説明する。前記一対の工具マガジン１０の後方に
は、マガジンベース２上に機台後方に延びる案内レール
１６１が敷設してある。案内レール１６１上には、機台
幅方向に延びる移動体１６２が前後方向に案内されてい
る。移動体１６２の中央に備えた駆動モータ１６３の回
転をベベルギヤ１６４を介して駆動軸１６５に伝え、そ
の駆動軸１６５の長手両端に設けたピニオンギヤ１６６
を回転するようにしてある。各ピニオンギヤ１６６は、
移動体１６２の長手両端外側に配置されており、前記案
内レール１６１と平行に、マガジンベース２上に設けて
ある下向きのラック１６７と噛み合っている。このラッ
ク１６７、ピニオン１６６の噛み合いにより、移動体１
６２はマガジンベース２上を前後に移動する。

【００２３】移動体１６２には、その長手両端に夫々駆
動、従動プーリ１７０，１７１を回転自在に備えてい
る。これらのプーリ１７０，１７１間には周回チェン１
７２が巻回されている。駆動プーリ１７０は周回モータ
１７３により駆動される。移動体１６２の前面には上下
に案内レール１７４が備えてある。案内レール１７４に
はヘッド体１７５が機台幅方向に移動自在に案内されて
いる。ヘッド体１７５には前記周回チェン１７２の中間
部が接続されている。従って、周回モータ１７３の正逆
回転で、周回チェン１７２が周回し、これによりヘッド
体１７５が機台幅方向に往復移動する。ヘッド体１７５
の前面には上下方向の案内レール１７６が取り付けてあ
る。

【００２４】案内レール１７６に昇降ベース１７７が昇
降自在に案内されている。昇降ベース１７７には、工具
ポット３１Ａが固着されている。工具ポット３１Ａは、
ピストン部材７２の後端がキャップで塞がれていない
点、カムフォロア６６を備えていない点及び、エアーに
よるクランプ力付加構造を除いた他は前述の工具ポット
３０と同じ構造である。ヘッド体１７５には上下方向長
孔１７８が設けてある。昇降ベース１７７の背面からそ
の上下方向長孔１７８を通って、後方にカムフオロア１
７９が突出している。図１４に示すように、周回チェン
１７２の上下の水平移行部分の間に、移動体１６２の長
手に沿って延びる昇降レール１８０が配置される。昇降
レール１８０の前面の案内溝１８０ａに、前記カムフォ
ロア１７９が案内されている。図１５に示すように、昇
降レール１８０の背面に一体に設けた複数の（４つの）
支持軸１８１が夫々揺動レバー１８２先端に回動自在に
支持されている。揺動レバー１８２は、その揺動レバー
１８２と一体の回転軸１８３により、移動体１６２の前
面に揺動可能に支持されている。各回転軸１８３には移
動体１６２内側でリンク１８４が一体に連結され、各リ
ンク１８４は連結リンク１８５で夫々枢着されている。
図１５において、最も右側のリンク１８４には、さらに
昇降シリンダ１８６のピストン１８７先端が連結されて
いる。昇降シリンダ１８６は移動体１６２に設けてあ
る。この構成によって、昇降シリンダ１８６のピストン
１８７が出没することにより、揺動レバー１８２が所定
角度揺動して昇降レール１８０が水平姿勢を保ったま
ま、所定量昇降し、その昇降レール１８０の溝１８０ａ
にカムフォロア１７９が嵌まり込んでいるから、幅方向
においてどの位置にあっても昇降ベース１７７即ち工具
ポット３１Ａが昇降され、工具マガジン１０、工具貯蔵
マガジンに保持されている工具ホルダＴのシャンク部１
１１を保護キャップ９０ごと受け入れる上昇位置と、工
具ホルダＴから軸線方向に離脱する離脱位置との間で昇
降するようになっている。幅方向に移動する工具ポット
３１Ａを昇降させる昇降シリンダ１８６への配管は、移
動体１６２の前後移動に追従するように取り回しすれば
良く、そのような昇降シリンダ１８６を、前後及び幅方
向に移動するヘッド体１７５に設けた場合の配管に比べ
て、取り回しが容易である。

【００２５】工具マガジン１０，１０の後方には、工具
貯蔵マガジン１９０が配置されている。マガジンベース
２の上に立設される脚１９１が前後枠１９２でつなが
れ、その前後枠１９２の間を複数の横枠１９３で繋いで
マガジン枠体１９４が構成してある。各横枠１９３の下
側には、貯蔵ユニット１９５が幅方向に一対ずつ吊下げ
てあり、幅方向の貯蔵ユニット１９５間に図１３のよう
に前後方向の通路１９６が形成されている。各貯蔵ユニ
ット１９５は、図１６に示すように、長方形プレート１
９７の前後部分にプレート長手方向（機台幅方向）に所
定間隔で前記工具マガジン同様の切欠部１２を設け、各
切欠部１２に夫々前記同様のグリッパアーム１３、把握
片１７ａ、、把握部材１８ａ、固定側係止部材２０が背
中合わせに設けてあり、工具ホルダＴを保護キャップ９
０と共に保持できるようになっている。長方形プレート
１９７には吊下げ腕１９８が一体固着され、その吊下げ
腕１９８の上端が前記横枠１９３に連結してある。横枠
１９３に吊下げた状態において、前後の貯蔵ユニット１
９５は、工具ホルダＴをグリッパアーム１３からホルダ
軸線と直交する方向（水平方向）に取り出し得る幅方向
の通路１９９をおいて配置されている。こうして、工具
貯蔵マガジン１９０には、平面視で工具ホルダＴが、シ
ャンク部１１１を下向きとして軸線を垂直にした状態で
前後左右に行列状（マトリックス状）に保持されるよう
になっている。前記移動体１６２の工具ポット３１Ａ
は、工具貯蔵マガジン１９０のすべての工具ホルダＴの
直下位置に移動でき、また、工具準備位置Ｆ２の工具マ
ガジン１０の後方割り出し位置ＦＴの直下位置に移動で
きるようになっていると共に、最も後列の貯蔵ユニット
１９５よりさらに後方位置まで移動できるようにしてあ
り、工具ポット３１Ａ自体のメンテナンス作業をやりや
すくしてある。

【００２６】次に作用を説明する。図１０において、工
具移送位置Ｐ２に位置しているポット３１に使用済み工
具Ｔが主軸３から戻される状態から説明する。この時、
工具授受位置Ｆ１に位置している一方の工具マガジン１
０の１組のグリッパアーム１３は工具ホルダＴを把持し
ていない「空き」の状態であり、その「空き」のグリッ
パアーム１３は、工具マガジン１０の所定の割り出し位
置Ｐ０に位置している。工具移送位置Ｐ２で使用済み工
具ホルダＴがポット３１前方から保護キャップ９０に押
し込まれると、シャンク部１１１が係止ボール７４を半
径方向内方に押し込み、ばね力によるピストン部材７２
のクランプ方向力に抗してピストン部材７２をアンクラ
ンプ方向に押し戻し、保護キャップ９０に完全に嵌め込
まれると、前記ばね力の力でピストン部材７２が旧に復
して係止ボール７４を半径方向外側に押し出して、工具
ホルダＴの係合テーパ面１１２と係止し、ポット３１に
戻された工具ホルダＴを保護キャップ９０ごとポット３
１にクランプする。また、工具ホルダＴのクーラント供
給筒８２がクーラント排出孔８０に嵌まり込む。同時
に、圧空が配管孔７６を介してピストン部材７２に作用
して、工具ホルダＴは、ばね及び圧空により強力にクラ
ンプされる。

【００２７】次いで、駆動源の回転で揺動腕５６が水平
位置（図７の二点鎖線位置）から垂直位置に揺動開始す
る。ポット３１は、そのガイドローラ６６が垂直な直線
案内部３６に案内されて、工具移送位置Ｐ２でポット３
１に保持した工具ホルダＴの軸線に対して直交する方向
（垂直方向）に所定距離移動する。この垂直移動によ
り、保護キャップ９０の把持溝９５がキャップ係止部材
１０１から垂直方向に抜き上げられる。引き続き揺動腕
５６が円弧移動することで、ポット３１のガイドローラ
６６が円弧案内部３４に案内されて、ポット３１に保持
された工具ホルダＴは軸線方向を徐々に上方に向けて移
動する。水平な直線案内部３７に至ると、ポット３１に
クランプされた工具ホルダＴの軸線は上下方向となり、
その軸線と直交する前後方向に移動して工具受渡位置Ｐ
１に至る。工具受渡位置Ｐ１の近傍でポット３１がこの
ような水平な直線軌跡を描くことにより、ポット３１に
クランプされていた工具ホルダＴと保護キャップ９０と
は、割り出し位置Ｐ０の夫々対応する把握片１７ａ、把
握部材１８ａに対して、水平方向から真っ直ぐ入り込
み、グリッパアーム１３を圧縮ばね１５のばね力に抗し
て外側に押し開き、その後、切欠部１２まで入り込む
と、グリッパアーム１３はばね力で閉じ、工具ホルダＴ
と保護キャップ９０とは、夫々把握片１７ａと円弧状係
止部１７ｂ、把握部材１８ａと円弧状係止部１８ｂとの
間に挟まれた形で係止して工具マガジン１０に保持され
る。

【００２８】また、工具移送位置Ｐ２から工具受渡位置
Ｐ１へ移動する途中、水平な直線案内部３６で案内され
る直前位置までの間は、ポット３１のピストン部材７２
のキャップ７２ａ後端が、抜け止め案内部材９８の摺接
面９８ａを摺接して、軸方向後方（アンクランプ方向）
に移動できないので、仮に、移動中に工具ホルダＴに軸
線前方への過大な外力が作用したとしても、ピストン部
材７２はクランプ位置から後退できないから、工具ホル
ダＴが軸線前方へ抜け落ちることはない。それゆえ、工
具ホルダＴ（工具も含めて）の重量が極めて大きな場合
（たとえば２０ｋｇ程度）であっても、傾倒動作中にポ
ット３１から抜け落ちることがない。また、工具ホルダ
Ｔが水平状態から垂直に向けて軸線方向を変化させてい
くとき、工具ホルダＴに残存していたクーラント液は、
ピストン部材７２のクーラント排出孔８０を経て、流出
孔８１からポット３１外部に排出されるので、クーラン
ト液がポット３１の内部に漏れ出るおそれがなくなり、
ポット３１内側に溜まって保護キャップ９０や工具ホル
ダＴのシャンク部１１１が入り込めなくなることを防止
できる。クーラント液は、ベース上に滴下した後、オイ
ルパンに回収される。

【００２９】こうして、使用済み工具ホルダＴとそのシ
ャンク部１１１に嵌まっている保護キャップ９０が工具
マガジン１０の割り出し位置Ｐ０にあるグリッパアーム
１３に保持されると、ピストン部材７２に対する圧空供
給が止められ、昇降シリンダ４８が動作して、上昇端に
あったピストンロッド４９を下降端に下降する。これに
より、昇降ガイド部材４２が上昇端から下降端に下降す
る。工具ポット３１は、そのガイドローラ６６が昇降ガ
イド部材４２の案内溝３５ｂに嵌まり込んでおり、ま
た、揺動腕５６に長手方向に案内されているから、工具
ポット３１は、昇降ガイド部材４２の下降によりこれと
共に下降する。工具ホルダＴと保護キャップ９０とは、
工具マガジン１０のグリッパアーム１３に保持されてい
るから、ポット３１は、これらから下方に抜き取られ、
工具マガジン１０に保持されている工具ホルダＴ、保護
キャップ９０の下端より下方に位置する（図１１）。

【００３０】次いで、工具マガジン１０が割り出し回転
し、次に使用する工具を有する工具ホルダＴを工具マガ
ジン１０の所定の割り出し位置Ｐ０に割り出す。次に昇
降シリンダ４８のピストンロッド４９が上昇し、昇降ガ
イド部材４２の直線案内部３７ｂが固定側の直線案内部
３７ａと連続する連続位置Ｓ１まで上昇し、この上昇
で、下降位置にあったポット３１は、工具受渡位置Ｐ１
に上昇して、新たに割り出された工具ホルダＴのシャン
ク部１１１を保護キャップ９０ごとそのテーパ孔６９に
嵌入し、係止ボール７４を半径方向に出入りさせて工具
ホルダＴを保護キャップ９０と共にポット３１にクラン
プする。その後、圧空力がピストン部材７２に作用し、
ここにおけるクランプ状態も、ばねと圧空による強力な
ものとなる。

【００３１】そして、揺動腕５６を前回とは反対方向に
９０度旋回させ、ポット３１を工具受渡位置Ｐ１から水
平直線部３７に沿って工具ホルダ軸線と直交する方向に
移動させることで、工具ホルダＴと保護キャップ９０
を、工具マガジン１０のグリッパアーム１３を押し開い
て工具マガジン１０の半径方向外方へ抜き出し、次い
で、円弧軌跡を描かせて、ポット３１に保持されている
工具ホルダＴの軸線を徐々に水平にし、最後は、垂直な
直線案内部３６に沿って、ポット３１を工具軸線と直交
する方向に移動させて、工具移送位置Ｐ２にあるキャッ
プ係止部材１０１に、保護キャップ９０の把持溝９５を
嵌め込む。これと同時にピストン部材７２に対する圧空
供給が止められる。円弧移動するときに、ピストン部材
７２の後端が抜け止め案内面９５ａを摺接し、ピストン
部材７２がアンクランプ方向に移動しないようになって
いることも前記した通りである。その後、工具交換アー
ム５により、工具移送位置にあるポット３１に保持され
ている工具ホルダＴが軸線前方に抜き出されるが、この
時、防塵キャップ９０は軸線方向移動がキャップ係止部
材１０１で阻止されるので、工具ホルダＴのみが抜き出
され、主軸側の工具ホルダＴと入れ替えられる。新たな
工具ホルダを受け入れた主軸は、加工に移り、工具授受
位置にある工具マガジンとの間で次々と工具交換しつつ
加工を進める。

【００３２】一方、こうして工具授受位置Ｆ１にある工
具マガジン１０から工具ホルダＴの供給を受けて主軸３
が加工を行っている間に、工具準備位置Ｆ２にある他方
の工具マガジン１０に対して、次に使用する工具を準備
する作業が行われる。先ず、他方の工具マガジン１０か
ら不要な工具ホルダＴを取り出す為に、ポット運搬手段
１６０が動作して、工具ポット３１Ａが工具準備位置Ｆ
２の工具マガジン１０の後方割り出し位置ＦＴの工具ホ
ルダＴ直下に位置し、上昇して、ホルダＴをポット３１
Ａに受け入れる。ポット３１ＡにホルダＴのシャンク部
１１１が保護キャップ９０ごとばねクランプされる。そ
して、そのまま水平に後退して工具マガジン１０のグリ
ッパアーム１３，１３を押し開いて工具ホルダＴを工具
マガジン１０から水平に取り出す。次いで、貯蔵ユニッ
ト１９５の間に設けてある前後方向の通路１９６と幅方
向の通路１９９を通って、工具貯蔵マガジン１９０にお
いて、その工具ホルダＴを戻す空のグリッパアーム１３
位置に到達する。そして、水平に移動してその空のグリ
ッパアーム１３，１３を押し開き、保護キャップ９０ご
と、工具ホルダＴを保持させる。次いで、工具ポット３
１Ａを離脱位置に下降して工具ホルダＴのシャンク部１
１１をキャップ９０ごと抜き去り、前後、左右位置を制
御して次に使用する工具ホルダＴの直下位置へ移動す
る。

【００３３】次に使用する工具ホルダＴの直下位置に移
動した工具ポット３１Ａは、上昇位置に上昇して工具ホ
ルダＴのシャンク部１１１を保護キャップ９０ごと受け
入れ、水平に抜き出し、通路１９９、通路１９６を通っ
て前記工具準備位置Ｆ２の工具マガジン１０の後方割り
出し位置ＦＴの空のグリッパアーム１３，１３間に水平
に押し込み、そこで下降して工具ホルダＴを保護キャッ
プ９０ごと受け渡す。次いで、工具準備位置Ｆ２の工具
マガジン１０が割り出し動作し、別の使用済みの工具ホ
ルダＴを工具貯蔵マガジン１９０に戻し、前記と同じ手
順で次に使用する工具ホルダＴを工具貯蔵マガジン１９
０から工具準備位置Ｆ２の工具マガジン１０に配給す
る。

【００３４】こうして、工具授受位置Ｆ１の工具マガジ
ン１０で次々と工具交換しながらの加工中に並行して次
の加工に必要な工具を工具準備位置Ｆ２の工具マガジン
１０に自動的に準備する。そして、工具授受位置Ｆ１の
工具マガジン１０が保有する工具による加工が終ると、
スライドベース１５１を移動させて工具準備位置Ｆ２の
工具マガジン１０を工具授受位置Ｆ１に、工具授受位置
Ｆ１の工具マガジン１０を工具準備位置Ｆ２に位置さ
せ、主軸３は、新たに工具授受位置Ｆ１に位置された次
の工程用の工具ホルダＴを保持する工具マガジン１０と
の間で工具交換を行って直ちに次の工程の加工に移る。

【００３５】工具マガジン１０、工具貯蔵マガジン１９
０で待機している各工具ホルダＴは、全て保護キャップ
９０でシャンク部１１１が保護されているので、加工に
伴う微塵が油と混じってシャンク部１１１に付着するこ
とがない。また、保護キャップ９０は、工具マガジン１
０から工具ホルダＴと一緒に外されて、マガジン１０の
外にある工具移送位置Ｐ２に至り、そこで始めて工具ホ
ルダＴのシャンク部１１１と切り離されるものであるの
で、シャンク部１１１が外部にさらされるのは、工具交
換アーム５で抜き取られて旋回する間の、極めて短い間
だけとなり、保護機能が極めて高い。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本願発明では、複数の工具
マガジンの内、加工中に主軸との工具をやり取りしてい
ない工具マガジンと、大容量の工具収容能力を持つ工具
貯蔵マガジンとの間で、工具搬送手段によって自動的に
工具取り替えするようにしたので、人手によることなく
重量の大きな工具ホルダの取り替えも行い得て、自動化
に寄与するところが大きい。また、ある工具マガジンが
保有している工具ホルダにより加工しているときに、次
の加工に用いる工具ホルダを待機位置の工具マガジンに
準備できるので、次に使用する工具が準備された工具マ
ガジンを使用することにより直ちに次の工程の加工を始
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願工作機械の上部側面図である。

【図２】図１のＩＩ視拡大図である。

【図３】一部を破断して示す図２の平面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面拡大図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

【図７】図２の右側面図であり、主に揺動腕を示す図で
ある。

【図８】図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図であ
る。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

【図１０】ポットが工具移送位置にある状態を示す図で
ある。

【図１１】工具マガジンと傾倒装置のポット間の動作説
明図である。

【図１２】ホルダ運搬装置と工具マガジン部分の平面図
である。

【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ視図である。

【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面拡大図であ
る。

【図１５】昇降レールの昇降機構を示す正面図である。

【図１６】図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図であり、貯
蔵ユニット平面図である。

【符号の説明】

１支柱２マガジンベース３主軸５交換アーム１０工具マガジン１３グリッパアーム３０ホルダ傾倒装置３１、３１Ａ工具ポット１６０ホルダ運搬装置１６２移動体１７５ヘッド体１８０昇降レール１８６昇降シリンダ（昇降レールの昇降駆動源）１９０工具貯蔵マガジン１９５貯蔵ユニットＦ１工具授受位置Ｆ２工具準備位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸との間で工具をやり取りする工具マ
ガジンを複数備えている工作機械において、それらの工
具マガジンと別に、多数の工具ホルダを保管する工具貯
蔵マガジンを設け、工具マガジンの一つが主軸との間で
工具をやり取りする工具授受位置にあるとき、他の工具
マガジンの１つが工具貯蔵マガジンとの間で工具をやり
取りする工具準備位置に位置するように工具マガジンを
移動するように構成し、工具貯蔵マガジンと工具準備位
置の工具マガジンとの間で工具ホルダを運搬するホルダ
運搬装置を備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】工具マガジンは２組であり、その２組の
工具マガジンは、１つの工具授受位置に対して、シャト
ル式に移動するように設けてあり、前記１つの工具授受
位置に対して両側に、工具準備位置が設定されることを
特徴とする請求項１記載の工作機械。
【請求項３】工具マガジン及び工具貯蔵マガジンは、
シャンク部を下向きにして多数の工具ホルダを垂直に保
持すると共に、その工具ホルダの軸線と直交する方向の
移動で、押し広げられて工具ホルダを脱着するようにな
っているグリッパアームを多数備え、ホルダ運搬装置
は、これらの工具貯蔵マガジンと工具マガジンの下方を
移動し、工具ホルダのシャンク部を受け入れて昇降する
工具ポットを含んでいることを特徴とする請求項１また
は２記載の工作機械。
【請求項４】複数のグリッパアームを背中合わせに備
えた貯蔵ユニットを、所定の通路を挟んで機台後方に複
数列並設して工具貯蔵マガジンを構成して平面視でマト
リックス状に工具ホルダを貯蔵するようにし、その工具
貯蔵マガジンの前方に、工具貯蔵マガジンの幅方向に往
復移動するように２組の工具マガジンを配置したことを
特徴とする請求項３記載の工作機械。
【請求項５】ホルダ運搬装置は，マガジンベースに沿
って前後方向に移動する幅方向に長い移動体と、その移
動体に沿って幅方向に移動するヘッド体と、ヘッド体に
昇降するように備えてある工具ポットとを含み，移動体
には幅方向長さとほぼ同じ長さの昇降レールが昇降可能
に設けられ，工具ポットをその昇降レールに長手方向に
移動自在かつ、昇降方向には一体となるように係合し、
その昇降レールの昇降駆動源を移動体に備えたことを特
徴とする請求項４記載の工作機械。
【請求項６】工具マガジンと工具貯蔵マガジンとが、
ベッドから立ち上がる支柱上のマガジンベース上に備え
てあり、そのマガジンベースの下方空間を、前後方向の
軸線を有する主軸が前後、上下、左右に移動するように
設けてあり、工具授受位置には、工具マガジンと主軸と
の間で工具ホルダをやり取りする工具交換装置を備え、
その工具交換装置は、工具ホルダを、垂直と水平との間
で変更する工具ホルダの傾倒装置と、傾倒装置により、
水平となった工具ホルダと主軸先端の工具ホルダとを交
換する交換アームとを含んでいることを特徴とする請求
項５記載の工作機械。