JP2580050B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

工作機械の自動工具交換装置

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JP2580050B2
JP2580050B2 JP1299752A JP29975289A JP2580050B2 JP 2580050 B2 JP2580050 B2 JP 2580050B2 JP 1299752 A JP1299752 A JP 1299752A JP 29975289 A JP29975289 A JP 29975289A JP 2580050 B2 JP2580050 B2 JP 2580050B2
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美行 林
一久 沼居
正巳 君島
秀樹 岡
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の自動工具交換装置に関し、特
に、工作機械の工具主軸を回転状態に保持したまま工具
の自動交換作用を可能にして自動工具交換に伴うロス時
間を極力、低減させるように改良した工作機械の自動工
具交換装置に関する。
〔従来技術〕
工作機械に工具マガジン等の工具格納手段を具備する
と共に該工具マガジンに収納した複数工具の中から所要
の工具を割り出して工具主軸との間で自動的に工具の授
受を行う自動工具交換装置は既に多々提供され、実用さ
れている。また、このような自動工具交換装置を用いた
自動工具交換における交換作用時間の短縮化を図る機構
的な改善手段や機構も従来から既に種々のものが提供さ
れている。
〔発明が解決しようとする課題〕
然しながら、自動工具交換装置による工具交換の過程
の一般的作用順序として工作機械の工具主軸が加工作用
を終了してから使用済の工具を次作業用の工具に自動交
換する過程は、工具主軸又は同主軸を有した主軸頭の
工具交換位置への移動、主軸の回転停止とオリエンテ
ーション、工具マガジンとの間の自動工具交換、主
軸の回転起動、主軸又は主軸頭の加工位置への移動と
言う順序になる。斯かる過程で、工具マガジンとの間の
自動工具交換過程を短縮する改善手段に就いては、これ
まで多くの発明、考案が成されているが、工具交換時に
主軸を一旦停止させ、工具交換後に再び工具主軸を回転
起動させることによる時間的ロスを可及的に解消するよ
うにした改善手段は未だ提供されていない。依って、本
発明の目的は、主軸の回転停止、回転起動に伴う上記の
時間的ロスを解消することにより、自動工具交換作用の
能率改善を図った自動工具交換装置を提供せんとするも
のである。
〔課題を解決するための手段と作用〕
本発明によれば、工作機械の主軸と主軸回転状態のま
ま工具を自動交換する自動工具交換装置において、 前記主軸の回転軸心と平行な割り出し回転の軸心を有
し、かつ該割り出し回転の軸心に直交する方向に延設さ
れた腕部分を有する工具マガジンと、 前記工具マガジンの腕部分に回転軸受を介して回転自
在に保持される複数の独立の部材として形成され、複数
の工具を夫々個別に収納するための収納孔を夫々具備し
た複数の工具収納箱と、 前記工具マガジン上に設けられた単一個の駆動モータ
と該駆動モータから前記夫々の工具収納箱に回転を伝達
する伝動部材とを有してなり、前記夫々の工具収納箱を
前記主軸の回転速度に一致した相対速度ゼロの状態で回
転駆動するように設けられた工具箱回転駆動機構と、 前記工具マガジンに保持された前記複数の工具収納箱
における所望の工具収納箱の回転中心を、工具交換位置
において回転状態にある前記主軸と同軸位置に割出位置
決めするように前記工具マガジンを回転駆動可能な割出
駆動手段と、 前記工具マガジンを工具交換位置において回転状態に
ある前記主軸に対して相対的に接近、離反動作させるこ
とにより工具授受を行う工具授受手段とを、具備して構
成された工作機械の自動工具交換装置が提供され、工具
主軸を回転状態に維持したまま工具交換を遂行するもの
である。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づい
て更に詳細に説明する。
〔実施例〕
第1図は本発明に係る工作機械の自動工具交換装置に
おける一実施例として立形NC工作機械に適用した例を示
す要部断面図、第2図は第1図のII−II矢視による平面
図である。
第1図において、工作機械はNC工作機械として形成さ
れ、従ってNC装置10と接続されている。このNC工作機械
の主軸頭12は、図示されていないコラムに沿って上下に
可動に構成され、工具主軸14を備えている。この工具主
軸14はビルトイン形の駆動モータ16(ステータ16a、ロ
ータ16b)を内蔵した主軸ユニットとして形成され、該
駆動モータ16により高速回転して加工動作するもので、
下端14aによりテーパ孔を備えた工具装着部14bを有し、
軸中心部には上下に延設されたドローバー18を備えてい
る。このドローバー18の下端には工具係合部19が設けら
れており、同部19が工具20のテーパーシャンク20aの末
尾に設けられたプルスタッド20bに係合した状態でドロ
ーバー18が引き上げられると該工具20が工具装着部14b
に装着され、他方、ドローバー18が押し下げられられる
と工具係合部19が工具20のプルスタッド20bから解離し
て工具20を工具装着部14bから抜き出すことが可能に成
っている。上述において、ドローバー18はばね22の付勢
力により、上方へ常に引上げ力を受け、他方、工具20を
工具装着部14bから離脱させるべくドローバー18を押し
下げるときは押し下げ手段24a、24bによりドローバー18
の上端に形成した押し下げ頭18bを押し下げることによ
り達成される。
上述した工作機械の主軸頭12、工具主軸14の構成にお
いて、第1図には主軸頭12、工具主軸14が被加工物、つ
まりワーク(図示なし)に機械加工を施す加工位置から
予め定められた工具交換位置へ後退した状態を示してお
り、この工具交換位置に後退した工具主軸14との間で自
動工具交換を行う本発明に係る自動工具交換装置30は主
軸頭12の下方に位置して水平面内で回転する工具マガジ
ン32と、この工具マガジン32に回転軸受36を介して回転
自在に保持された複数個の工具収納箱34と、高速から低
速まで回転数制御が自在な主軸用モータ(スピンドルモ
ータ)から成る駆動モータ38とベルト・プーリ機構40や
又はチェーン・スプロケット機構、歯車伝動機構等の適
宜の回転伝達機構を介して上記の複数の工具収納箱34を
夫々所望の回転速度で回転駆動可能な回転駆動機構42
と、工具マガジン32を回転中心Rcの周りに回転させて、
所望の工具収納箱34の軸中心を工具主軸14の軸心と一致
する位置へ割出し移動させる割出し駆動モータ44とを具
備して構成されている。また、上記の工具マガジン32
は、第2図に図示のように2以上の腕46(本実施例では
3本)をマガジン回転中心Rcから放射状に突出させて具
備し、これらの腕46の先端位置に上記の工具収納箱34を
回転可能に支持した構成にある。
上述した構成を有する本実施例の自動工具交換装置30
による工具交換作用を以下に説明する。
まず、工作機械の主軸頭12は既述のように工具交換を
要するとみには、工具交換位置へ後退する。このとき、
工具主軸14は回転状態を維持したまま同工具交換位置に
到達しているものとする。
工具主軸14が既に使用済の工具20を装着しているとき
には、先ず、その使用済工具20を工具マガジン32の空の
工具収納箱34に戻す作用が成される。即ち、工具マガジ
ン32は割出し駆動モータ44の駆動により、空の工具収納
箱34を主軸14の軸心位置の下方に割出し、主軸14の軸心
と工具収納箱34の軸心を一致させる。次いで、工具主軸
14と工具マガジン32とを互いに上下方向に接近動作させ
る。この接近動作は主軸頭12をコラムに沿って降下させ
ても良く、或いは工具マガジン32側を工作機械の一部に
形成した摺動路(図示なし)に沿って摺動上動させても
良い。接近と共に工具収納箱14を回転駆動機構42により
回転駆動させる。このとき、工具収納箱34の回転は、NC
装置10の制御の下に工具主軸14の回転と完全に同期する
速度で、かつ回転方向を同方向にして回転させ、以て主
軸14と工具収納箱との間では恰も相互に停止状態にある
ようにする。
斯くして、両者が接近後、工具主軸14の工具装着部14
bに装着された工具20をドローバー18の下方で解放すれ
ば、工具主軸14の工具装着孔14bに装着されていた工具2
0は落下して下方に在る空の工具収納箱34内に定着す
る。このとき、予めNC装置10は主軸14に装着された工具
20のキー位置と工具収納箱34の工具収納孔34aに形成さ
れているキー溝(図示略)とのオリエンテーションは共
にNCデータとして有しているので、工具収納箱34を工具
主軸14と同期した回転速度に到達させる過程で、これら
のオリエンテーションデータを用いて工具20のキーが工
具収納箱34のキー溝に収まるように位置決めされる。
上述のようにして、工具主軸14からの使用済工具20を
工具マガジン32の工具収納箱34内に戻した後、次に使用
する工具20を収納している工具収納箱34を工具マガジン
32の割出し回転により、前述と同様に工具主軸14の軸心
下方に位置決めする。
次に、両者を軸心方向に相互に接近させながら、再
び、工具収納箱34を主軸14の回転速度に同期させる。接
近させた状態では工具主軸14内のドローバー18は工具解
離位置に維持させて工具20の受取が可能なように維持さ
れている。次に、工具主軸14と工具収納箱34とを更に接
近させると、工具収納箱34内に有る工具20のテーパーシ
ャンク20aとプルスタッド20bとは主軸14の工具装着部14
b内に導入される。こうして、工具20が装着可能状態に
達したとき、ドローバー18の押し下げを解除すれば、同
ドローバー18の下端の工具係合部19が、工具20のプルス
タッド20bに係合し、ドローバー18の引上げ動作に応じ
て工具20は工具主軸14の工具装着部14bにしっかりと装
着される。
次いで主軸頭12と工具マガジン32との間で相対的に離
反方向に移動させれば、工具20は、それが収納されてい
た工具マガジン32の工具収納箱34から離れ、工具主軸14
と共に回転状態となる。その後、工具マガジン32を割出
し回転方向に回転させ、主軸頭12が下方の加工位置へ降
下し得るように、工具マガジン32の腕46の間の開放空間
を降下通路として確保すれば、主軸頭12は加工位置へ降
下して新たに工具主軸14に装着した工具20で機械加工作
用を遂行する。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、工
具20を収納する工具マガジン34の工具収納箱34を主軸14
と同期速度で同方向に回転させる構成とし、工具主軸14
側は常時、回転状態に維持し得るようにしたから、工具
20の自動工具交換過程で工具主軸14が一旦停止し、交換
後に再度、回転起動する必要が無く、流れ動作的に自動
工具交換が進捗するのである。なお、主軸14と工具収納
箱34の回転の同期化は主軸14の駆動モータ16も自動工具
交換装置30側の駆動モータ38も共に周知のロータリエン
コーダ等から成る回転検出器有し、NC制御装置10にこれ
らの駆動モータ16、38が接続されているので、夫々の回
転検出器の出力信号に基づき、NC装置10が両モータ16、
38の系統の回転同期を図ることは容易に遂行できるので
ある。
なお、本実施例は、立形工作機械に適用する例に基づ
いて説明したが、主軸と交換用工具との間で同期回転に
よる相対停止状態を形成し、工具主軸軸心と工具収納箱
又は交換用工具の軸心とを一致させて自動交換させる技
術思想は横形工作機械にも等しく適用可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、工作機械の自動工具交換装置による
工具の自動交換作用の過程で、加工完了した工具主軸は
工具の交換に当たり、その回転を一旦停止させることな
く、交換工具またはその交換工具を収納した工具収納箱
を同期回転させて両者間を相対的に停止状態として自動
工具交換を遂行するから、主軸は回転停止、回転の再始
動を行う必要がなく、自動工具交換作用における時間短
縮を達成し、延いては、工作機械の稼動能率を向上させ
得る効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る工作機械の自動工具交換装置にお
ける一実施例として立形NC工作機械に適用した例を示す
要部断面図、第2図は第1図のII−II矢視による平面
図。 10……NC装置、12……主軸頭、14……工具主軸、14b…
…工具装着部、18……ドローバー、30……自動工具交換
装置、32……工具マガジン、34……工具収納箱、40……
回転駆動機構。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼居 一久 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 君島 正巳 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 岡 秀樹 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 前田 尚志 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 (56)参考文献 特開 昭59−88237(JP,A) 特公 昭59−35737(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】工作機械の主軸と主軸回転状態のまま工具
    を自動交換する自動工具交換装置において、 前記主軸の回転軸心と平行な割り出し回転の軸心を有
    し、かつ該割り出し回転の軸心に直交する方向に延設さ
    れた腕部分を有する工具マガジンと、 前記工具マガジンの腕部分に回転軸受を介して回転自在
    に保持される複数の独立の部材として形成され、複数の
    工具を夫々個別に収納するための収納孔を夫々具備した
    複数の工具収納箱と、 前記工具マガジン上に設けられた単一個の駆動モータと
    該駆動モータから前記夫々の工具収納箱に回転を伝達す
    る伝動部材とを有してなり、前記夫々の工具収納箱を前
    記主軸の回転速度に一致した相対速度ゼロの状態で回転
    駆動するように設けられた工具箱回転駆動機構と、 前記工具マガジンに保持された前記複数の工具収納箱に
    おける所望の工具収納箱の回転中心を、工具交換位置に
    おいて回転状態にある前記主軸と同軸位置に割出位置決
    めするように前記工具マガジンを回転駆動可能な割出駆
    動手段と、 前記工具マガジンを工具交換位置において回転状態にあ
    る前記主軸に対して相対的に接近、離反動作させること
    により工具授受を行う工具授受手段とを、 具備して構成されたことを特徴とする工作機械の自動工
    具交換装置。
  2. 【請求項2】前記主軸は、立形工作機械が有する回転、
    上下動可能な主軸からなり、また、前記工具マガジンの
    腕部分は、該工具マガジンの回転の中心から放射状に突
    出した複数の腕を有すると共に該腕の先端に夫々前記工
    具収納用の工具収納箱を有して成り、かつ、前記工具箱
    回転駆動機構の前記伝動部材は、前記単一個の駆動モー
    タと前記工具収納箱との間に配設されたベルト・プーリ
    機構からなる請求項1に記載の工作機械の自動工具交換
    装置。
JP1299752A 1989-11-20 1989-11-20 工作機械の自動工具交換装置 Expired - Lifetime JP2580050B2 (ja)

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JPS5935737A (ja) * 1982-08-23 1984-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気カ−ペツト
JPS5988237A (ja) * 1982-11-04 1984-05-22 Enshu Ltd 主軸無制動式工具交換装置

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