JP2510482B2 - 立型マシニングセンタ用の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立型マシニングセンタ
用の自動工具交換装置（ＡＴＣ）に関し、詳しくは立型
マシニングセンタの主軸ヘッドの周囲に配設された工具
マガジンにより、主軸に工具が装着された状態で工具の
周囲に円筒状のクーラント膜を形成することができるＡ
ＴＣに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、立型マシニングセンタ用のＡＴＣ
として、図８に示すものが知られている。このＡＴＣ
は、図示されるように、主軸ヘッド３にツールチェンジ
ャフレーム４が上下動自在に嵌装され、フレーム４はエ
アシリンダ５により上下方向に駆動される。また、フレ
ーム４にはエアシリンダ６，７が配設され、それぞれ下
方に接続されている平行リンク機構８，９を回動する。
平行リンク機構８，９の先端にグリップアーム１および
グリップホルダ２が取り付けられており、このグリップ
ホルダ２は常に水平に保たれるとともに、その内側に工
具を保持して工具マガジンが形成される。また、主軸ヘ
ッド３の上部とフレーム４の間に、引っ張りコイルバネ
１１が装着されており、エアシリンダ５がフレーム４を
上昇させる際の補助として作用する。

【０００３】図９は図８の要部を拡大して示したもので
あり、図１０は図９のグリップホルダ２の平面図であ
る。両図に示されるように、主軸ヘッド３の下端面に
は、主軸１２と同心円上であって、各グリップホルダ２
のガイドブッシュ１３に対応する位置に、ピン１４が突
設されており、このピン１４にガイドブッシュ１３が嵌
合することでグリップホルダ２の位置決めがなされる。
また、グリップホルダ２は二分割構造であり、先端の係
止レバー１５を解除することで、グリップホルダ２の一
方がグリップアーム１上のヒンジ部を中心にして外側に
回動可能となり、グリップホルダ２が開放された状態で
工具の着脱がなされる。なお図示しないが、工具のツー
ルホルダ部外周に形成されたＶ溝に、グリップホルダ２
内側のエッジ部が係合することにより、工具が保持され
る。

【０００４】図１１は図８のＡＴＣにおける工具の交換
動作を示す説明図である。図１の左端の最初の工程で
は、主軸１２に工具Ｔ１が装着されており、このときフ
レーム４は、エアシリンダ５により引き上げられて上方
に位置している。この状態で、工具Ｔ１によるワーク
（図示せず）の加工が可能である。次の第２工程では、
工具Ｔ１を取り外すためにエアシリンダ５のロッドを前
進させてフレーム４を下降させる。それにより、フレー
ム４に支持されている工具Ｔ１が下降して主軸１２から
外れる。

【０００５】次の第３工程では、工具Ｔ１を待機位置へ
移動するため、エアシリンダ６のロッドを後退させる。
それにより、平行リンク機構８の先端が右上方に移動し
て、工具Ｔ１が主軸１２の右横の待機位置へ移動する。
さらに、第４工程では、エアシリンダ７のロッドを前進
させることにより、平行リンク機構９の先端が右下方に
移動して、工具Ｔ２が主軸１２の左横の待機位置から主
軸１２の真下の位置へ移動する。次に、第５工程では、
工具Ｔ２を装着するために、エアシリンダ５のロッドを
後退させてフレーム４を上昇させることにより、工具Ｔ
２が主軸１２へ嵌着して固定され、工具交換が終了す
る。以後、工具Ｔ２による加工が可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人等
は、立型マシニングセンタにおいて、粉塵の発生をとも
なうグラファイト等を切削する場合の粉塵対策として、
工具の周囲にリング状のノズルを配置して円筒状のクー
ラント液膜を形成することを提案している。このクーラ
ントによる液膜は、一般にウォータフィルムバリヤと称
せられ、グラファイトの加工部を覆うことにより、発生
したグラファイト粉塵を吸収して、粉塵が外部へ飛散す
ることを防止することができる。なお、グラファイト粉
塵を吸収したクーラントは、濾過装置を通過して粉塵が
回収された後、再びノズルへ送られて循環する。

【０００７】しかしながら、このリング状をしたノズル
は、主軸の周囲の主軸ヘッド下端に取り付けられて支持
されるため、図８に示した構造のＡＴＣを装着した立型
マシニングセンタについては、グリップアーム１および
グリップホルダ２と干渉してしまい、ノズルが取り付け
られないという問題があった。本発明は上記問題点を解
決するためになされたもので、その目的とするところ
は、立型マシニングセンタの主軸に工具を装着した状態
で工具の周囲に円筒状のクーラント膜を形成することが
できる立型マシニングセンタ用のＡＴＣを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、グリップホルダにより工具を把持し
た複数の工具マガジンを主軸ヘッドの周囲に主軸と平行
に配設し、軸方向の移動機構と平行リンク機構とにより
グリップホルダに保持されている工具を主軸に着脱する
立型マシニングセンタ用の自動工具交換装置において、
中央に工具のツールホルダを挿通する孔が形成されたグ
リップホルダ本体と、ツールホルダのＶ溝と係合するエ
ッジ部が内側に形成されるとともに、開閉自在にグリッ
プホルダ本体の上部に支持された工具保持部と、グリッ
プホルダ本体の下面に形成されたリング状のスリットお
よびスリット上部にスリットと連続して形成されたリン
グ状の液路とからなるノズルとを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において、グリ
ップホルダ本体の側面に基端部が球面軸受けにより首振
り自在に支持されるとともに、内側に傾けた状態で先端
がノズルのスリットからの垂線よりも内側に位置する補
助ノズルを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】第１の発明においては、グリップホルダ本体の
上部に支持された工具保持部が開かれた状態で、グリッ
プホルダ本体の孔に工具が挿通され、次いで工具保持部
が閉じられ、ツールホルダのＶ溝に工具保持部のエッジ
部が係合されて工具が保持される。また、グリップホル
ダ本体下面に形成されたリング状をした液路にクーラン
トが供給されると、下面に形成されたリング状のスリッ
トから流出して、工具の周囲にクーラントによる円筒状
の液膜が形成される。

【００１１】第２の発明においては、工具の加工部分へ
のクーラントの供給が必要な場合は、補助ノズルを工具
に向かうように傾けることにより、ノズルにより形成さ
れた円筒状のクーラント液膜の内部に補助ノズルの先端
が位置し、そこからクーラントが吐出される。このよう
にして、補助ノズルから吐出されたクーラントは円筒状
のクーラント液膜と衝突することがなく液膜内に供給さ
れる。

【００１２】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係るＡＴＣのグリップホルダ部を示
す正面図、図２は平面図、図３は底面図、図４は左側面
図、図５は右側面図、図６は図２のＡ−Ａ線断面図、図
７は工具の交換時の動作説明図である。図１において、
１は立型マシニングセンタ用ＡＴＣのグリップアームで
あり、その下部に本発明に係るグリップホルダ本体２１
が固定される。この実施例は、グリップホルダ部以外の
ＡＴＣの構成が従来のＡＴＣと共通であるので共通部の
説明を省略し、以下、グリップホルダ部について説明す
る。

【００１３】図２に示されるように、本体２１の中心部
には工具（図示せず）を挿通するための孔２２が形成さ
れ、上面左端の支軸２３により、工具を保持するための
保持片２４，２５が軸支されている。保持片２４，２５
は、その内側に孔２２よりも小径であって、工具のツー
ルホルダのＶ溝（図示せず）と係合するエッジ部２４
ａ，２５ａが形成されている。この保持片２４，２５は
支軸２３に装着されたねじりコイルばね２６により常時
閉方向に付勢されるとともに、支軸２３の左側で一端が
保持片２５に軸支された係止レバー２７の他端が保持片
２４に係合することにより閉状態が保持される。

【００１４】また、保持片２４，２５の右端外形は、支
軸２３を中心とした円弧状に形成されて、本体２１に形
成された円弧状の凸部に摺接してガイドされる。さら
に、保持片２４，２５の外側端部はガイド板２８，２９
により本体２１の上面から離間しないように保持されて
いる。また、保持片２４，２５の左側の上下斜め方向に
支持されたピン３１，３２は保持片２４，２５を開く場
合の把手となり、保持片２４，２５の外側端部にネジ込
まれたボルト３３，３４は、保持片２４，２５が閉じる
際のストッパとして作動する。

【００１５】なお、図中のネジ穴３５，３６には、図示
しないがガイドブッシュ１３が固定され、さらに、孔３
７，３８によりグリップアーム１が固定される。係止レ
バー２７は、図４に示されるように、その一端がピン３
９により保持片２５に軸支され、他端が保持片２４に取
り付けられたボールプランジャ４１により係止される。

【００１６】ここで、保持片２４，２５の動作を図７に
より説明すると、ボールプランジャ４１に係止されてい
る係止レバー２７を反時計方向に回動させてボールプラ
ンジャ４１から外す。次いで、ピン３１，３２をつまん
で互いに近づくように移動させることにより、支軸２３
を中心にして保持片２４を反時計方向に、保持片２５を
時計方向にそれぞれ回動させる。すると、エッジ部２４
ａ，２５ａが両側に開いて、ともに孔２２よりも外側へ
移動する。

【００１７】ここで、孔２２に工具（図示せず）を挿通
して、そのツールホルダのＶ溝をエッジ部２４ａ，２５
ａの位置に合わせてから、ピン３１，３２を元の位置に
戻す。このとき、保持片２４，２５はねじりコイルばね
２６により閉じ方向に付勢されているため、保持片２
４，２５はボルト３３，３４が本体２１に当接する元の
位置まで復帰して停止する。こうして、エッジ部２４
ａ，２５ａがツールホルダのＶ溝に係合して工具が保持
される。

【００１８】次に、クーラントを吐出してウォータフィ
ルムバリヤを形成するノズルについて説明する。図６に
おいて、本体２１の外周部から下方へ円筒部４３が突設
され、その内側にリング体４４が嵌合されている。リン
グ体４４の下部と円筒部４３の下部との間に全周にわた
りスリット４５が形成されて、リング状のノズルとな
る。このスリット４５の上部に全周にわたり断面矩形の
液溜まり４６が形成され、さらに、液溜まり４６の上方
に、断面がより大きい矩形からなる液路４７が形成され
ている。

【００１９】この液路４７と液溜まり４６との間は、等
間隔に形成された孔４８により連通されている。液路４
７は、図５に示すように、円筒部４３を貫通して形成さ
れたネジ孔４９により、外部のホース（図示せず）と接
続されてクーラントが供給される。それにより、クーラ
ントは液路４７、孔４８、液溜まり４６を経てスリット
４５から下方へ吐出され、図１に示すような円筒状のク
ーラント液膜ＷＢが形成される。

【００２０】なお、液膜ＷＢは、クーラント自体の表面
張力により、落下とともに内側に引き寄せられ細くなろ
うとするので、必要により、本体２１に形成されたエア
パージ用の孔５０に外部のエアホース（図示せず）より
常時エアを供給して、液膜ＷＢが拡がるようにする。ま
た、クーラントを供給するホースおよびエアホースは、
図示しないが、グリップホルダ本体２１を支持するグリ
ップアーム１に沿って主軸ヘッド側より配管される。

【００２１】また、図５，図６に示すように、グリップ
アーム１が取り付けられる側の円筒部４３の側面に、ノ
ズルホルダ５１がボルト５２，５３により取り付けら
れ、円筒部４３に形成された孔５４を介して液路４７か
らクーラントがノズルホルダ５１内に供給される。ノズ
ルホルダ５１の下面内側に、球面軸受け５５を介してパ
イプ状の補助ノズル５６が回動自在に支持されている。
それにより、クーラントは液路４７、孔５４を経てノズ
ルホルダ５１内に送られ、補助ノズル５６から吐出され
る。

【００２２】ここで、補助ノズル５６を内側に傾ける
と、図１に示すように、その先端は液膜ＷＢの内側に位
置し、また、補助ノズル５６を外側に傾けると、その先
端は液膜ＷＢの外側に位置する。すなわち、加工中の工
具にクーラントを供給する場合は、補助ノズル５６を内
側に傾けて最適な方向に調節することにより、クーラン
トが工具に供給される。これは、液膜ＷＢの外部に位置
するノズルよりクーラントを噴出させ、クーラント自体
が液膜ＷＢを貫通して工具に供給した場合に比べ、液膜
ＷＢが良好に保持される。

【００２３】つまり、液膜ＷＢの外部に位置するノズル
よりクーラントを噴出させて液膜ＷＢを貫通して工具に
供給した場合は、ほぼ垂直に落下する液膜ＷＢのクーラ
ントに横方向からやや高速のクーラントが衝突するた
め、その位置で液膜ＷＢのクーラントが内側に飛ばされ
て液膜ＷＢが切断され、そこから下方の液膜ＷＢが欠け
ることになる。それにより、グラファイト等の加工中に
発生する切粉、粉塵等の飛散を防止する効果が大きく減
少することになる。しかしながら、本発明の実施例のよ
うに、液膜ＷＢをパイプ状の補助ノズル５６により貫通
する場合は、静止している補助ノズル５６が液膜ＷＢを
貫通するだけであるから、液膜ＷＢは切断されることな
く、補助ノズル５６を通過した後も連続した状態が保た
れる。

【００２４】この実施例では、立型マシニングセンタ用
ＡＴＣのグリップアーム１に取り付けられるグリップホ
ルダ本体２１の下部に、リング状のノズルを形成すると
ともに、その側面に補助ノズル５６を設置したことによ
り、立型マシニングセンタがグラファイト加工する際に
工具の周囲にウォータフィルムバリヤが形成され、環境
をクリーンに保つことが可能になる。

【００２５】なお、グリップホルダ本体２１の内側に嵌
合されたリング体４４は、係合機構により本体２１と着
脱自在に保持されており、ノズルの目詰まりの清掃等の
ために取り外すことが可能である。この係合機構は、リ
ング体４４の液路４７の上部を形成するフランジ状の凸
部４７ａの下面に位置する本体２１側にクランピング用
の２個のプレッシャーピン６１，６２を設置しておくと
ともに、プレッシャーピン６１，６２が係合する凸部４
７ａの外周部に切欠きを形成しておく。それにより、凸
部４７ａの切欠きをプレッシャーピン６１，６２に合わ
せることで、本体２１に対してリング体４４を下方から
挿入して取り付け、取り外しすることが可能となる。

【００２６】また、本体２１にリング体４４を取り付け
た状態でリング体４４を回転することで切欠きとプレッ
シャーピンの位置がずれて、リング体４４が本体２１に
係合される。なお、図２の６３は平行ピンであり、下端
が凸部４７ａに形成された切欠きに係合して、リング体
４４の回動範囲を規制する。また、図６の５７は支軸２
３に嵌合したカラーであり、５８は本体２１とノズルホ
ルダ５１とをシールするＯリングである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように第１の発明によれば、
ＡＴＣのグリップホルダ本体の下面にリング状をしたス
リットおよびスリットと連続する液路からなるノズル部
を形成したことにより、立型マシニングセンタについて
も主軸に工具を装着した状態で工具の周囲に円筒状のク
ーラント膜を形成することができるようになり、立型マ
シニングセンタによるグラファイト等の加工時における
環境のクリーン化がはかられる。

【００２８】また、第２の発明によれば、ノズルの外部
から補助ノズルを介して円筒状のクーラント膜の内側に
クーラントを供給することにより、クーラント膜を破損
することなく、工具の加工部分へクーラントを供給する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例のグリップホルダ部を示す
正面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の底面図である。

【図４】図１の左側面図である。

【図５】図１の右側面図である。

【図６】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】実施例の動作説明図である。

【図８】従来例の外観図である。

【図９】図８の要部の拡大図である。

【図１０】図９の平面図である。

【図１１】従来例の工具交換動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ グリップアーム ２１ グリップホルダ本体 ２２ 孔 ２３ 支軸 ２４，２５ 保持片 ２４ａ，２５ａ エッジ部 ２６ ねじりコイルばね ２７ 係止レバー ２８，２９ ガイド板 ３１，３２ ピン ３３，３４ ボルト ３５，３６ ネジ穴 ３７，３８ 孔 ３９ ピン ４１ ボールプランジャ ４３ 円筒部 ４４ リング体 ４５ スリット ４６ 液溜まり ４７ 液路 ４７ａ 凸部 ４８ 孔 ４９ ネジ孔 ５０ 孔 ５１ ノズルホルダ ５２，５３ ボルト ５４ 孔 ５５ 球面軸受け ５６ 補助ノズル ５７ カラー ５８ Ｏリング ６１，６２ プレッシャーピン ６３ 平行ピン ＷＢ クーラント液膜

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グリップホルダにより工具を把持した複
   数の工具マガジンを主軸ヘッドの周囲に主軸と平行に配
   設し、軸方向の移動機構と平行リンク機構とによりグリ
   ップホルダに保持されている工具を主軸に着脱する立型
   マシニングセンタ用の自動工具交換装置において、 中央に工具のツールホルダを挿通する孔が形成されたグ
   リップホルダ本体と、 ツールホルダのＶ溝と係合するエッジ部が内側に形成さ
   れるとともに、開閉自在にグリップホルダ本体の上部に
   支持された工具保持部と、 グリップホルダ本体の下面に形成されたリング状のスリ
   ットおよびスリット上部にスリットと連続して形成され
   たリング状の液路とからなるノズルと、 を備えたことを特徴とする立型マシニングセンタ用の自
   動工具交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の立型マシニングセンタ用
   の自動工具交換装置において、 グリップホルダ本体の側面に基端部が球面軸受けにより
   首振り自在に支持されるとともに、内側に傾けた状態で
   先端がノズルのスリットからの垂線よりも内側に位置す
   る補助ノズルを備えたことを特徴とする立型マシニング
   センタ用の自動工具交換装置。