JP2722708B2 - 工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工具交換位置における工具ポットを定常時
の収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる工具交換装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の工具交換装置は、工具マガジンの回動
により工具交換位置に割出された工具ポットを、工具マ
ガジンの回動軸と略直交する旋回軸を中心として、工具
マガジンの回動軸と略平行な軸線を有する定常時の収納
姿勢から工具交換姿勢に旋回させる際の駆動源として空
圧シリンダや油圧シリンダ等を備えている。

例えば、特開昭63−123646号公報には、工具交換位置
に割出された工具ポットと空圧シリンダのロッド先端の
スライダを係合させ、この空圧シリンダを伸張させて工
具交換位置の工具ポットを旋回させる技術が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このように工具ポット旋回の駆動源と
して空圧シリンダ等を使用した場合、設計自由度が大き
く、しかも旋回時に工具ポットから工具が飛び出さない
程度の旋回速度制御等ができるといった点で好ましい
が、次の問題点が残されている。

上記したような工具交換装置を搭載した例えばマシニ
ングセンタ等では、工具交換に空圧源，油圧源が不可欠
であるため、その導入や設置位置が制限される。

又、これら空圧源，油圧源と空圧シリンダ，油圧シリ
ンダとの間の配管や流体の流れ方向等を切換える切換
弁，上記圧力変動を抑制するためのアキュムレータ等を
必要とし、工具交換装置を搭載する各種工作機械の小型
化が阻害されている。更に、各配管の継手等からの油の
漏洩により、設置場所が汚損される虞がある。

これら空圧シリンダ，油圧シリンダに替えてソレノイ
ドを使用することも考えられるが、駆動速度が大きす
ぎ、各工具ポットの工具重量に適合した旋回速度制御等
が困難なため、旋回時に工具が飛び出したりすることが
あり現実的な解決にはならない。

本発明は上記問題点を解決するためになされ、工具交
換装置を搭載した工作機械の小型化を促進すると共に、
工作機械本体から独立した空圧，油圧等の駆動源を用い
ることなく信頼性の高い工具ポットの旋回を行うことを
目的とする。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明の採用した手段
は、 一軸線を中心に回動自在に軸支された工具マガジンの
外周に、定常時には前記工具マガジンの回動軸と略平行
な軸線を有する収納姿勢に工具を保持する複数個の工具
ポットを設け、前記工具マガジンの回動により工具交換
位置に割出された工具ポットを、前記回動軸と略直交す
る旋回軸を中心として、前記収納姿勢から工具交換姿勢
に旋回させる工具旋回手段を有する工具交換装置におい
て、 前記各工具ポットは、前記旋回軸に対して工具収納側
とは反対側に作動部を備え、前記工具旋回手段は、前記
工具交換位置に割出された工具ポットの前記作動部に係
合可能な作動部係合部と、正逆回転可能なモータと、該
モータに連結されその回転を直線運動に変換する変換部
と、該変換部の変換した直線運動を、前記工具ポットの
旋回運動として前記作動部係合部に伝達する運動伝達部
とを備えること をその要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の工具交換装置は、定常時に
は工具マガジンの回動軸と略平行な軸線の収納姿勢に工
具を保持する工具ポットを、工具マガジンの回動により
工具交換位置に割出した後、工具マガジン回動軸と略直
交する旋回軸に対して工具収納側とは反対側に備えられ
た工具ポットの作動部に工具旋回手段の作動部係合部を
係合させ、正逆回転可能なモータの回転を変換部により
直線運動に変換し、運動伝達部によりその直線運動を工
具ポットの旋回運動として作動部係合部を介して工具ポ
ットの作動部に伝達して、工具交換位置における工具ポ
ットを旋回軸を中心として、収納姿勢から工具交換姿勢
に旋回させる。

つまり、工具交換装置を搭載した工作機械に使用する
共通の電源を用い、電気信号によりその回転方向，回転
速度等が制御可能なモータを使用して工具ポットの旋回
を実施する。

［実施例］ 次に、本発明に係る工具交換装置の実施例について図
面に基づき説明する。第１図は実施例の工具交換装置の
工具マガジン側要部断面図、第２図は工具マガジンの工
具収納部を取り外した工具マガジン駆動側の正面図、第
３図は実施例の工具交換装置を搭載した小型のNC制御工
作機械であるマシニングセンタの要部斜視図、第４図は
その平面図である。

第３図，第４図に示すように、、マシニングセンタ１
は、加工に用いる工具を着脱可能に保持する図示しない
主軸が内蔵された加工ヘッド２を、水平面でＸ−Ｙ方向
に移動自在なワークテーブル３に対して近接・離間可能
にコラム４に支持したいわゆる立て型のマシニングセン
タであり、加工ヘッド２の向かって左側面には、主軸の
軸線Ｌに直交するマガジン軸線Ｍを中心として回動自在
な工具マガジン５と、主軸の軸線Ｌに平行な軸線Ｎを中
心として回転するとともにこの軸線Ｎの軸方向にそって
上下動する工具交換アーム６とからなる工具交換装置７
とを備えている。

又、コラム４の上部には、送りネジ８を介して加工ヘ
ッド２を上下動させるためのＺ軸送りモータ９を、加工
ヘッド２の上部には、主軸を回転させるための主軸モー
タ10を、工具マガジン５の上部には、工具マガジン５を
回動するためのマガジン用モータ11と工具マガジン５下
部の工具交換位置において後述する工具ポットを旋回さ
せるためのポット旋回用モータ12とを、その回転軸を主
軸の軸線Ｌと平行にして備える。

更に、加工ヘッド２の向かって右側面には、加工ヘッ
ド２に内蔵された図示しない工具交換アーム駆動機構を
介して工具交換アーム６を回転・上下動させるための交
換アーム用モータ13を備えている。

従って、このマシニングセンタ１は、Ｚ軸送りモータ
９による加工ヘッド２の上方退避，主軸モータ10による
主軸オリエンテーション，マガジン用モータ11による工
具マガジン５における次工程工具ポットの工具交換位置
への回転割出し，ポット旋回用モータ12による工具ポッ
トの下方への旋回，交換アーム用モータ13による工具交
換アーム６の工具把持・抜取・回転・挿入・開放といっ
た工具交換動作を実行して工具マガジン５に収納された
複数の工具Ｔを自動交換しつつ、所望する工具によるワ
ークの連続加工を実施する。

次に、上記した工具マガジン５等を備える工具交換装
置７について、工具交換装置７の工具マガジン側要部を
断面視する第１図及び工具収納部を取り外した工具マガ
ジン駆動側の正面を示す第２図を用いて詳細に説明す
る。

第１図，第２図に示すように、工具マガジン５は、加
工ヘッド２側面に直接組付け・固定されるブラケット14
に取付られたシャフト15に軸受16を介して回動自在に軸
支されて工具を保持するものであり、次のようにして構
成されている。

軸受16に直に組み付けられるマガジン本体17の軸心嵌
合穴18には、大歯車19が嵌合・固定されており、マガジ
ン本体17の外周には、マガジン本体17底面に組付け・固
定されたポットアーム20に旋回軸21を中心として旋回自
在に軸支された複数個の工具ポット22が等分割に８個設
置されている。

ブラケット14内には、マガジン用モータ11の回転軸に
カップリング23（第２図参照）を介して連結され軸受ブ
ラケット24により軸支されたピニオンシャフト25と、そ
の先端に設けられマガジン本体17の大歯車19に食い違っ
て噛み合うようネジ歯車として形成されたピニオン26が
設けられている。更に、ブラケット14には、工具マガジ
ン下部の工具交換位置に配置されＵ字溝27を有する旋回
用把持部材28と、その駆動源となるポット旋回用モータ
12の回転軸に形成された雄ネジ29に螺合しブラケット14
の立て溝14a内の廻り止め30により上記モータ12の回転
にともなって上下動する上下動伝達部材31と、この上下
動伝達部材31にボールジョイント32を介して連結されそ
の先端が旋回用把持部材28に嵌合・固定された中間シャ
フト33と、その外周を案内する二股状のシャフトブラケ
ット34と、このシャフトブラケット34から突出し旋回用
把持部材28を貫通して支持する支持シャフト35と、ポッ
トストッパ36等が設けられている。尚、このピニオン26
と大歯車19とは、マガジン用モータ11とマガジン本体17
との間に、減速比が50:1の一組の食違い傘歯車（ハイポ
イド・ギヤ）を構成している。

ポット旋回用モータ12下部に当たるブラケット14側面
には、上下動伝達部材31が原点及び上昇端に達したこと
を検出するための上昇位置検出器37が設置されている。
尚、第２図は、上下動伝達部材31が原点に位置した状態
を表している。

マガジン本体17外周に配置された工具ポット22は（第
１図参照）、定常時には工具マガジン５の回動軸である
シャフト15と平行な収納姿勢に工具を保持し、工具を保
持したままマガジン本体17とともにその外周とブラケッ
ト14の筒状側壁38内周との間を回転すると共に、工具交
換位置に割出された後に工具を旋回軸21を中心として収
納姿勢から主軸の軸線Ｌと平行な工具交換姿勢に旋回す
るよう、次のように構成されている。

工具ポット22内周には、工具のプルスタッドを把持し
その工具を保持するための図示しない弾性把持部材を底
部に有するテーパ孔39が形成されており、外周には工具
の位置決めを行うポットキー40が固定されている。ま
た、個々の工具ポット22の工具収納側と反対側には、旋
回用ローラ41を軸支する突出片42が設けられており、工
具交換位置に割り出された時に旋回用ローラ41が旋回用
把持部材28のＵ字溝27に係合・把持される。尚、マガジ
ン本体17の外周には、Ｏリング43が設けられている。

又、マガジン本体17の端面には、その回動中心を中心
とする同心円上に図示しない複数のスリット孔の組合せ
を工具ポット数分有し、中央に貫通孔44aを有する回転
スリット44が、蓋体45,リング材46とともに固定されて
いる。一方、シャフト15の端面には、回転スリット44を
挟んで図示しない発光ダイオードと受光ダイオードとを
それぞれ対向させる発光側板材47,受光側板材48が固定
されている。つまり、発光側板材47と受光側板材48とか
ら工具ポット読取器49を構成し、この図示しない各スリ
ット孔を通過した光を受光ダイオードが受光し、そのオ
ン・オフ状態の組合せにより、工具交換位置における工
具ポットのポット番号を判別する。

次に、工具交換装置７を駆動制御する電子制御回路50
について説明する。第５図はこの電子制御回路50を中心
としたブロック図である。

同図に示すように、電子制御回路50は、論理演算を実
行する周知のマイクロコンピュータ（CPU）51の他、後
述するプログラム等を記憶しているROM52、一時的情報
の記憶を行うRAM53、電源オフ後にも記憶データを保持
しているバックアップRAM54、情報の受渡し口となる入
力ポート55,出力ポート56等を備えている。これらCPU51
ないし出力ポート56は互いにバス57にて接続されてい
る。

入力ポート55には、上昇位置検出器37と、工具ポット
のポット番号を判別するための工具ポット読取器49と、
工具重量，工具長，工具形状等の工具情報を入力するた
めのキーボード60と、ワークの加工プログラムを読取る
ための加工プログラム読取器61とを備えている。

一方、出力ポート56には、Ｚ軸送りモータ９と、主軸
モータ10と、マガジン用モータ11と、ポット旋回用モー
タ12と、交換アーム用モータ13等が接続されている。

次に、工具交換位置に割出された工具ポット22を旋回
軸21を中心として収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させ
る旋回ルーチンについて、第６図に示すフローチャート
を用いて説明する。

第６図に示す旋回ルーチンは、加工プログラム読取器
61又はキーボード60から工具交換指令を入力する度に割
込処理されるものであり、電子制御回路50の起動時には
内部レジスタのクリア，上下動伝達部材31の原点復帰等
の初期処理がなされたのち実行される。

先ず、マガジン用モータ11に駆動信号を出力して工具
マガジン５を回動し（ステップ100,以下、ステップを単
にＳと表す）、工具ポット読取器49により割出し位置に
回動してくる工具ポットのポット番号を読込む（S11
0）。その後、読込んだポット番号が工具交換指令にお
けるポット番号と一致するか否かを判断し（S115）、両
ポット番号が一致するまで工具マガジンを回動する。

ポット番号が一致すると判断した場合は、マガジン用
モータ11を停止させ工具マガジン５の割出しを行い（S1
20）、主軸スピンドルに保持されている主軸工具と割出
し位置に割出された工具ポットに保持されている交換工
具に関する工具情報、即ち工具重量，工具長，工具形状
等をRAM53から読込む（S130）。尚、この交換工具に関
する工具情報は、保持していた工具ポットのポット番号
と関連づけて記憶されている。

続いて、読込んだ工具情報のうち交換工具に関する工
具情報に基づいて、収納姿勢から交換姿勢に旋回させる
際の旋回速度を算出・決定する（S140）。つまり、交換
工具についての旋回軸21を中心としたモーメント等を算
出し、旋回時における工具の飛び出しを回避できる最大
旋回速度を求め、求めた最大旋回速度で工具ポットが旋
回するようポット旋回用モータ12に出力する駆動信号を
決定する。

こうして決定した駆動信号を出力してポット旋回用モ
ータ12を回転させ、第１図中に二点鎖線で示すように、
上下動伝達部材31,中間シャフト33等を介して旋回用把
持部材28を上昇させることにより、工具ポットを収納姿
勢から90度旋回した交換姿勢に向けて旋回させ（S15
0）、この旋回処理を上下動伝達部材31が上昇端に達す
るまで実施する（S155）。尚、S155において上下動伝達
部材31が上昇端に達したか否かは、上昇位置検出器37か
らの検出信号により判断する。

上下動伝達部材31が上昇端に達すれば、旋回した工具
ポットの交換工具が交換姿勢にあると判断できるので、
交換アーム用モータ13に駆動信号を出力して、工具交換
アーム６の工具把持・抜取・回転・挿入・開放等を行い
工具交換を実施する（S160）。

その後、工具交換前まで主軸スピンドルに保持されて
いた主軸工具に関する工具情報（工具重量，工具長，工
具形状等）に基づいて、S140,150と同様、交換姿勢から
収納姿勢に旋回（復帰）させる際の旋回速度を算出・決
定し（S170）、求めた復帰時の最大旋回速度に応じた駆
動信号をポット旋回用モータ12に出力して回転させ、旋
回用把持部材28を下降させることにより、工具ポットを
交換姿勢から収納姿勢に向けて旋回させ（S180）、この
旋回処理を上昇位置検出器37により上下動伝達部材31が
原点に達するまで実施する（S185）。

上下動伝達部材31が原点に達した後は、工具交換前ま
で主軸スピンドルに保持されていた主軸工具に関する工
具情報を、収納した工具ポットについての工具情報とし
て書換え、その工具ポットのポット番号と関連づけてRA
M53に記憶し（S190）、本ルーチンを終了する。

上記構成を有する実施例のマシニングセンタ１におけ
る工具交換装置によれば、マシニングセンタにおける工
具交換装置の旋回を，ポット旋回用モータ12,工具交換
位置の工具ポット22の旋回用ローラ41に係合する旋回用
把持部材28,ポット旋回用モータ12の旋回を上下動に変
換して旋回用把持部材28に伝達する上下動伝達部材31,
中間シャフト33等により実施し、その際の駆動源を電動
モータとしているので、常に信頼性の高い工具ポット旋
回を行うことができる。

又、工具交換装置の駆動専用に空圧源，油圧源等を必
要としないので、マシニングセンタの導入や設置位置の
確保が容易になり、その普及を促進することができる。
加えて、工具ポット旋回時にポット旋回用モータ12以外
の器機、例えば駆動方向を切換えるための切換弁，出力
変動を抑制するためのアキュムレータ等が不要となり、
工具交換装置，延いてはマシニングセンタの小型化や、
設置場所の汚損防止を確実に図ることができる。

更に、廻り止め30により回転が規制された上下動伝達
部材31をポット旋回用モータ12の回転軸に直接形成した
雄ネジに螺合させて、モータの回転を直線運動（上下
動）に変換するよう構成したので、簡単な構成で回転運
動の直線運動への変換を容易に実施することができる。

しかも、工具ポットに収納されている工具情報（工具
重量，工具長，工具形状等）に基づいてポット旋回用モ
ータ12の回転速度を調整しているので、旋回時の工具の
飛び出しを防止しつつ、旋回速度の高速化、即ち工具交
換の高速化を図ることができる。この結果、実施例のマ
シニングセンタ１は、工具交換に要する非加工時間の短
縮により、ワーク加工の効率を高めることができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る
ことは勿論である。例えば、立て型のマシニングセンタ
に限らず、横型マシニングセンタ，回動自在な工具マガ
ジンを搭載したNC制御旋盤等に適用できることは勿論で
ある。

発明の効果 以上実施例を含めて詳述したように、本発明の工具交
換装置によれば、工具マガジンの回動軸と略平行な軸線
を有する収納姿勢から工具交換姿勢に工具ポットを旋回
させる際、工具ポットの作動部に作動部係合部を係合し
て一体とし、正逆回転可能なモータの回転を工具ポット
の旋回運動として作動部係合部を介して工具ポットの作
動部に伝達し、工具交換位置における工具ポットを旋回
軸を中心として収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させ
る。この際に、電気信号によりその回転方向，回転速度
等が制御可能で安定した出力を得ることのできる電動モ
ータを使用するだけでよいので、常に信頼性の高い工具
ポット旋回を行うことができる。

又、工具交換装置の駆動専用に空圧源，油圧源等を必
要とせず、工具交換装置を搭載した工作機械と共通の電
源でこの工具交換装置を駆動できるので、工作機械の導
入や設置位置の確保が容易になり、その普及を促進する
ことができる。加えて、工具ポット旋回時にモータ以外
の器機が不要となり、工具交換装置，延いては工作機械
の小型化や、その設置場所の汚損防止を確実に図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の工具交換装置の工具マガジン側要部断
面図、第２図は工具マガジンの工具収納部を取り外した
工具マガジン駆動側の正面図、第３図は実施例の工具交
換装置を搭載した小型のNC制御工作機械であるマシニン
グセンタの要部斜視図、第４図はその平面図、第５図は
この電子制御回路50を中心としたブロック図、第６図は
工具ポット収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる旋回
ルーチンを表すフローチャートである。 １……マシニングセンタ、２……加工ヘッド ５……工具マガジン、７……工具交換装置 11……マガジン用モータ 12……ポット旋回用モータ 15……シャフト、17……マガジン本体 22……工具ポット、28……旋回用把持部材 31……上下動伝達部材、33……中間シャフト 34……シャフトブラケット 41……旋回用ローラ42……突出片 Ｍ……マガジン軸線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一軸線を中心に回動自在に軸支された工具
   マガジンの外周に、定常時には前記工具マガジンの回動
   軸と略平行な軸線を有する収納姿勢に工具を保持する複
   数個の工具ポットを設け、 前記工具マガジンの回動により工具交換位置に割出され
   た工具ポットを、前記回動軸と略直交する旋回軸を中心
   として、前記収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる工
   具旋回手段を有する工具交換装置において、 前記各工具ポットは、前記旋回軸に対して工具収納側と
   は反対側に作動部を備え、 前記工具旋回手段は、 前記工具交換位置に割出された工具ポットの前記作動部
   に係合可能な作動部係合部と、 正逆回転可能なモータと、 該モータに連結されその回転を直線運動に変換する変換
   部と、 該変換部の変換した直線運動を、前記工具ポットの旋回
   運動として前記作動部係合部に伝達する運動伝達部とを
   備えること を特徴とする工具交換装置。