JP2740243B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は工作機械に係り、より詳細には、組をなす交
換可能の異なる工具と共に使用され、この工具が割出し
工具マガジンに予め決められた角度で離隔する状態に取
り付けられて選択的に使用される工作機械に関する。さ
らに詳細には、本発明は、この工作機械の主軸が各種の
切削加工を施す対象である加工物に接近又は離隔する方
向に移動し、主軸に対して、工具マガジンの工具を着脱
するタイプの自動工具交換機構を有する工作機械に関す
る。

［従来の技術］ 従来、各種の自動工具交換装置が提案されて工作機械
に組み込まれているが、このような従来の自動工具交換
装置においては、その装置自体が概ね３つの構成部分に
区分されている。この３つの構成部分は割出し工具マガ
ジン、工具授受機構、及び工具把持装置である。割出し
工具マガジンは一連の工具を保持するためのものであ
り、工具授受機構は工具マガジンと主軸との間における
各工具の授受を行うためのものであり、工具把持装置は
各工具を主軸に保持するためのものである。これらの工
具を使用して加工物に対する切削加工を行うためには、
上記３つの構成部分を相互に良く同期させる必要があ
り、そのために、この構成部分を流体駆動装置、カム駆
動装置、又はサーボモータを用いて駆動させていたが、
このような従来の構成部分の作動装置は全て、所要部分
の構造及び配置が複雑であるために、満足し得るもので
はなかった。

特許公開昭60−155,338号公報には、構造及び配置を
簡単にした工具交換装置が記載されている。この公報に
記載された工具交換装置に於いては、主軸頭を加工物に
接近又は離隔する方向に移動させ、この主軸頭の移動に
よってカム及びクランク機構を移動させ、このカム及び
クランク機構を用いて工具マガジンと主軸との間の工具
の授受を行う。しかしながら、この従来の工具交換装置
は、工具マガジン割出しのために、専用の流体作動のア
クチュエータを使用している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の工具交換装置にあっては、この装置の流体
作動のアクチュエータに弁が必要であり、この弁をソレ
ノイド弁にしなければならない。これは、工具マガジン
の割出し回転を行なわせるためである。このように工具
マガジンを割出し回転させる度に、ソレノイド弁の動作
を点検して、工具マガジンが単位距離、駆動されたこと
を確認しなければならない。このような流体作動機構を
使用する工具マガジンの割出し装置の欠点は、カムを用
いて工具マガジンと主軸との間の工具の授受を行う動作
の信頼性が乏しく、この動作の速度も遅いということに
ある。

また、この従来の工具交換装置の他の欠点は、工具マ
ガジンを連続的に割り出す時に、この工具交換装置自体
によって示される。すなわち、対をなすグリッパ・ジョ
ーが各工具を工具マガジンに保持し、これに直接作用す
る指状部材がこの工具を工具マガジンとグリッパ・ジョ
ーとの間で受け渡しするが、この工具の授受のために使
用する指状部材は、工具マガジンを連続的に割り出す
間、グリッパ・ジョーに接近した位置に支持されてお
り、そのために、電気的な制御装置に異常が発生した場
合には、この工具引渡しのための指状部材が工具マガジ
ンの工具を打撃して工具マガジンから脱落させ、又は、
上記工具マガジンの工具を破壊するという問題点が発生
する。

本発明は、従来の工具交換装置よりも、構造的に作動
が確実で故障がなく、作動の信頼性が高く、迅速に作動
する工具交換機構を内蔵した工作機械を提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段およびその作用］ 本発明は、要約して説明すれば、複数の異なる工具と
共に使用される工作機械であり、主軸頭と、主軸とを有
し、この主軸頭が支持フレームに取り付けられて前記支
持フレームに対して予め決められた方向に往復動自在と
され、この主軸頭に上記主軸が支持されて回転し、この
主軸の回転が主軸頭の予め決められた移動方向に延びて
いる軸線を中心として行われ、この主軸が主軸頭と共に
移動する。この主軸が移動する範囲は、加工位置から工
具交換位置を経て後退位置までの範囲である。割出し工
具マガジンは支持フレームに支持されて回転する。この
割出し工具マガジンの回転軸線は主軸軸線に対して傾斜
している。この割出し工具マガジンは組をなす工具を予
め決められた角度で離間するように支持している。工具
マガジンが割り出される時に、工具を主軸と軸線方向に
並ぶ状態になる位置に移動させて、この工具を工具保持
孔に係合させ、この状態で、主軸を後退位置から工具交
換位置に移動させる。

主軸に取り付けられた工具を工具マガジンの工具と自
動的に交換するために、工具把持制御カムとグリッパ制
御カムとを設ける。この工具把持制御カム及びグリッパ
制御カムは支持フレームに取り付けられて回転する。工
具把持制御カムは工具把持制御カムフォロアに作用し、
工具把持チャック装置は主軸に組み込まれ、この工具把
持チャック装置に対して上記工具把持制御カムが作用す
る。この工具把持装置に対する工具把持制御カムフォロ
アの作用は、この工具把持チャック装置に、工具マガジ
ンの工具を工具交換位置に連続的に着脱する動作を行わ
せるという作用である。グリッパ制御カムはグリッパが
行う工具マガジンの各工具の着脱を制御する。そのため
に、グリッパ制御カムはクリッパ制御カムフォロアと協
働して、グリッパに次の動作をさせる。すなわち、この
動作は、工具交換位置で主軸に把握保持され終った所要
の各工具を解放する動作と、切削加工位置から主軸と共
に工具交換位置に戻されて来た使用済みの工具をつかむ
動作である。

自動工具交換装置を駆動するために回転形アクチュエ
ータを１つだけ使用する。この回転形アクチュエータは
工具把持制御カムおよびグリッパ制御カムの一方を回転
させる。機械的な駆動リンク機構は、工具把持制御カム
およびグリッパ制御カムの一方の回転を、他方の制御カ
ムに伝達する。また、回転形アクチュエータは間欠作動
型の機械的な駆動装置をも駆動し、この間欠作動型駆動
装置は工具マガジンに連結され、工具把持制御カム及び
グリッパ制御カムの回転と同期している状態の下で、こ
の工具マガジンの割出しを行う。

また、本発明の好ましい形態においては、回転形アク
チュエータは工具把持制御カムに結合されて、この工具
把持制御カムを直接駆動する。この工具把持制御カムの
回転は、例えば、機械的駆動リンク機構としてのベルト
とスプロケットとから成る装置を介して、グリッパ制御
カムに伝達される。また、このグリッパ制御カムの回転
は、グリッパ制御カムを180度回転させた時に、工具マ
ガジンを割出し単位角度だけ回転させ得る従来型の間欠
作動型駆動機構を介して工具マガジンに伝達される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図において、符号10は本発明の工作機
械の全体を表わし、この工作機械10は自動工具交換装置
12を備えている。この工作機械10はフレームを有し、こ
のフレームはコラム14を有し、このコラム14に主軸頭16
が取り付けられ、この主軸頭16がコラム14に対して上下
に移動する。この形態においては、主軸頭16を上下に移
動させるために、従来の工作機械と同様、直立した送り
ねじ18及びボールねじ20を用いている。送りねじ18はコ
ラム14に回転し得るように支持さられる。双方向サーボ
モータ22は送りねじ18の上に設けられ、この双方向サー
ボモータ22に送りねじ18が連結されている。ボールねじ
20は奥のねじ18にかみ合うと共に、主軸頭16に固着され
ている。この構造によって、サーボモータ22が送りねじ
18をいずれかの方向に回転させ、このいずれかの方向に
回転する送りねじ18がボールねじ20を主軸頭16と共に上
下に移動させる。

第１図及び第２図に示すように、主軸24は中空であ
り、この主軸24は主軸頭16に垂直に取り付けられ、送り
ねじ18の軸線に平行に回転して、主軸頭16と共に上下に
移動する。この主軸24を移動させる範囲は、下方の加工
位置（第7A図）から、工具交換位置（第7B図）の中央位
置を経て、上方の後退位置（第7E図）に至るまでの範囲
である。第１図には、さらに、加工位置にある主軸24を
も示す。第２のサーボモータ26は主軸頭16の頂部に取り
付けられると共に主軸24に連結されていて、切削加工を
実施している間、この主軸24を回転させる。このサーボ
モータ26は主軸24の回転を予め決められた角度で停止さ
せることができる。また、主軸24の中に公知の任意のチ
ャック28その他の適当な構造を組み込み、この構造を用
いて切削工具の基端部を強固にかつ着脱し得るように保
持する。

自動工具交換装置12は割出し工具マガジン30を含み、
この割出し工具マガジン30は回転可能であり、この工具
マガジン30の回転軸線は主軸24の軸線に対して傾斜して
いる。工具マガジン30はアーバのある一組の工具を支持
している。工具32は第１図には２つ示してあり、この２
つの工具32は工具マガジン30に、工具マガジンの軸線の
周囲で予め決められた角度離隔して配設される。工具の
配置は、工具マガジンが割出された時に、各工具の軸線
が主軸24の軸線と一線をなすようになっている。工具マ
ガジン30はグリッパ・ジョー34を有し、このグリッパ・
ジョー34は対をなし、各工具32の所要の部位をつかむこ
とも、つかんでいた工具32を離すこともできる。各対の
グリッパ・ジョー34は、後に説明する手段により作動さ
れて開閉し、工具をつかみ又は離して、その工具を主軸
24への着脱を可能にする。

また、自動工具交換装置12は第３図及び第４図に示す
ように工具把持制御カム36を含み、この工具把持制御カ
ム36はコラム14のＵ形の工具支持フレーム38に取り付け
られて、水平な軸線を中心として回転することができ
る。工具把持制御カム36は、工具32を主軸に順次着脱す
る時に、工具交換装置の駆動モータ40に駆動されて、こ
の工具把持制御カム36と関係する後述のカムフォロアを
介して、主軸の内部のチャック28を作動させる作用をす
る。

自動工具交換装置12の他の重要な構成部材は、第１図
および第２図に示すグリッパ制御カム42であり、このグ
リッパ制御カム42の回転軸線は、工具把持制御カム36の
回転軸線に平行である。グリッパ制御カム42には後述の
カムフォロアが設けられ、このカムフォロアは、主軸24
と工具マガジン30との間で工具を授受する時に、工具マ
ガジンの１対のグリッパ・ジョー34に作用して、このグ
リッパ・ジョー34を開く作用をする。

工具交換装置駆動モータ40は、本発明に基づく完全に
機械的な装置を介して、工具把持制御カム36だけでな
く、グリッパ制御カム42及び工具マガジン30をも駆動す
る。

以下、主軸24とそのチャック28、工具マガジン30、工
具把持制御カム36とそのカムフォロア、グリッパ制御カ
ム42とそのカムフォロア、及び、工具交換装置の駆動モ
ータ40とこれに関連する駆動装置を、それぞれ独立した
項目に分けて説明する。工具交換装置12全体の作動につ
いては上記各構成部材の説明の後に詳細に説明する。

主軸及び工具チャック組立体 第１図に示すように、主軸24は下部に工具保持孔44を
有し、この工具保持孔44はテーパが付けられ、主軸24と
同軸であり、この工具保持孔44に各工具32のアーバ46が
挿入される。主軸内部の工具チャック28は引込み用のロ
ッドすなわち引込み棒48を含んでいる。この引込み棒48
は主軸24の中空部分の中に、この中空部分と同軸になる
ように挿入され、従って、この引込み棒48と主軸24の中
空部分との間にほぼ均一な間隙が形成される。この間隙
の空間は引込み棒を主軸に対して上下に移動させるため
に使用される。引込み棒48の下端部は工具把持用の１対
のジョー50を支持し、この工具把持用のジョー50は引張
りスタッド52に係合する。この引張りスタッド52は工具
32のテーパ形の支持アーバ46から上方及び後方に延びて
いる。デイスク状のばね組立体54は引込み棒48のまわり
に設けられ、このばね組立体54は引込み棒を上に押し上
げる作用をする。従って、主軸内部の工具把持チャック
28は通常、その工具把持用のジョー50で工具32をしっか
りと保持する。引込み棒48の頂端部は摺動部材56の中に
挿入固定されている。

第１図に示すように、摺動部材56はピン58を介してス
リーブ60に強固に結合され、このスリーブ60は主軸24の
外周で摺動する。ピン58は１対の長孔62を貫いて延びて
おり、この長孔62は主軸24の直径方向に対向する位置に
形成され、この主軸の軸線に平行に延びた形状を有す
る。従って、スリーブ60は引込み棒48と共に主軸24に対
して上下に移動することができる。スリーブ60は工具把
持制御カム36のカムフォロアによってばね組立体54の力
に逆らって押し下げられて、主軸24から工具を取り外す
ことができる状態にする。これについては、後に詳細に
説明する。

工具マガジン 第１図及び第２図に示すように、工具マガジン30は支
持フレーム64の遠いほうの端部に取り付けられて回転
し、この支持フレーム64はコラム14の近傍に強固に装着
されて、この工作機械の主軸頭16その他の部材を収容す
る空間66（第２図）を形成する。工具マガジン30は円盤
状であり、この円盤状の工具マガジン30は中央のシャフ
ト68と共に１個の部材を形成し、このシャフト68は支持
フレーム64に回転支持され、このシャフトは主軸頭16か
ら離れるにつれて下方に傾斜する軸線を中心として回転
する。円盤状の工具マガジン30は傘状に広がるリム70を
有し、この傘状に広がるリムプの最下部は、第１図に示
すように、主軸24が工具交換位置にある時に、主軸24の
真下で主軸の軸線を直角によぎる面上にある。一組の工
具32は、各対のグリッパ・ジョー34によって、リム70の
予め決められた工具位置に着脱できるように保持され
る。このような工具位置は工具マガジン30の傾斜した軸
の周囲に一定の角度で離隔配設される。

第５図に１対のグリッパ・ジョー34を示す。このグリ
ッパ・ジョー34は工具マガジン30のリム70に工具32を着
脱できるように保持する。これ以外の対をなす形のグリ
ッパ・ジョーも、上記グリッパ・ジョー34と同様の構造
である。上記代表的な対をなすグリッパ・ジョー34は工
具マガジンのリム70上で回転し、引張りコイルばね74に
よって相互に近づく方向に引張られて、取り付ける工具
32の支持アーバ46をつかむ。対をなす形のグリッパ・ジ
ョー34はグリッパ制御カム42のカムフォロアによって後
述のように引張りばね74の力に逆らって、相互に離れる
方向に回動される。この構造によって、工具32を取り外
すことができる。

工具マガジン30を回転させるために間欠作動型駆動機
構76を使用する。この間欠作動型駆動機構76はシャフト
78に連結され、第２図に示すように、このシャフト78に
グリッパ制御カムが固定装着される。この間欠作動型駆
動機構は、従来型であるから詳細を図示しないが、カム
とローラとを備えており、このカムとローラは、グリッ
パ制御カムシャフト78を180度回転させると、間欠作動
型駆動機構の出力シャフト80が角度割出し装置を単位割
出し角度だけ回転させ得るように取り付けられる。

間欠作動型駆動機構76には、駆動用ピニオン82が固定
されている。この駆動用ピニオン82は駆動用ギア84にか
み合い、この駆動用ギア82は工具マガジンのシャフト68
に固定されている。従って、図に示すように、工具マガ
ジン30はグリッパ制御カムシャフト78によって直接駆動
され、このグリッパ制御カムシャフト78は後述する装置
を介して工具交換装置駆動モータ40によって駆動され
る。間欠作動型駆動機構76の回転の各単位割出角度と、
駆動用ピニオン82対駆動用ギア84の減速比は、工具マガ
ジン30の角度を割出す装置によって決められ、従って、
工具マガジンにおける工具位置の数によって決められ
る。

工具把持制御カム及びそのカムフォロア 工具把持制御カム36とそのカムフォロアとを第１図及
び第２図に示し、その拡大図を第３図及び第４図に示
す。工具把持制御カム36はカムシャフト86に固定装着さ
れ、このカムシャフト86はフレーム部材38に水平に取り
付けられ、工具交換装置駆動モータ40に直結されてい
る。第４図に示すように、工具把持制御カム36は直径の
大きい部分88と、直径の小さい部分90とを有し、この直
径が小さい部分90は比較的小さい突出部92を有し、この
突出部92は直径の小さい部分90の中央部に形成されてい
る。

94は工具把持制御カムフォロアのレバーであって、こ
のレバー94の基端は回転可能のシャフト96に固定され、
このシャフト96は主軸頭16に水平に取り付けられてい
る。カムフォロアのレバー94の先端部はカムフォロアロ
ーラ98を支持し、このローラ98は工具把持制御カム36の
外周部に回転係合する。この構造によって、工具把持制
御カム36がローラ98に接触しつつ回転すると、レバー94
を介してシャフト96が回転する。

工具把持解除アーム100はシャフト96の中央部に固定
装着され、第２図に最も良く示すように二股に分岐され
た端部を有し、この分岐された端部は主軸24の摺動スリ
ーブ60上にある。カムフォロアローラ98のレバー94は、
ローラ98が第４図に示すように工具把持制御カム36の直
径が大きい部分88に接触していると、第１図において、
反時計回りに回転する。それによりシャフト96が同じ方
向に回転し、このシャフト96が把持解除アーム100に摺
動スリーブ60を押し下げる作用をさせ、この作用によっ
て、工具把持チャック28が開かれる。第１図及び第４図
に示すように、引張りコイルばね102が把持解除アーム1
00の他方の端部と主軸頭16との間に張設され、カムフォ
ロアのレバー94を押して、このレバー94を工具把持制御
カム36に回転係合させるようにしている。リミットスト
ッパ104は主軸頭16に設けられ、ローラ98が工具把持制
御カム36の突出部92に載せられた時に、工具把持解除ア
ーム100に係合し、引張りばね102の力の作用によって、
カムフォロアのレバー94の回転を限定する。

第３図及び第４図に明示したように、他のリミットス
トッパ106はフレーム部材38に固定される。リミットス
トッパ106はローラ108を有し、このローラ108はシャフ
ト96の軸線に平行な軸線を中心とする回転を行うことが
できる。接触部材110はストップローラ108に係合自在で
ある。この接触部材110はカムフォロアのレバー94の先
端部に保持され、接触面112を有し、この接触面112はほ
ぼ垂直に延びてストップローラ108に直接接触する。リ
ミットストッパ106はローラ108と共に接触部材110と協
働して、主軸頭16が主軸24及びそのカムフォロアレバー
94と共に第１図の工具交換位置の上方にある時に、カム
フォロアレバー94を工具把持制御カム36に対して第４図
に示す角度に保持する。

グリッパ制御カム及びカムフォロア 第１図及び第２図にグリッパ制御カム42と、そのカム
フォロアとを示したが、第６図にグリッパ制御カム42を
より詳細に示す。このグリッパ制御カム42は概ね円盤形
であり、ほぼ環状のカム溝114を有し、このカム溝114は
例えばこのグリッパ制御カム42の一方の面に形成されて
いる。グリッパ制御カム42はシャフト78にキー結合され
る。カムフォロアレバー120の一方の端部にカムフォロ
アローラ118が設けられ、このローラ118がカム溝114に
回転係合し、このカムフォロアレバー120の他方の端部
にシャフト122が保持されている。このシャフト122は支
持フレーム64に回転自在に装着され、その回転軸線はグ
リッパ制御カムのシャフト78の回転軸線に平行である。

第２図及び第６図に示すように、支持アーム124がシ
ャフト122に強固に取り付けられ、このシャフト122から
下方に延びて、カムフォロアレバー120と共に回動する
ようになっている。支持アーム124は第６図に符号126を
用いて示す位置で二股に分岐しており、この２つの分岐
部分の間に工具把持解除用アーム128が摺動自在に支持
されている。この工具把持解除用アーム128は上記２つ
の分岐部分と同一直線上にある。工具把持解除用アーム
128には案内用の１対の案内スロット130が形成されてお
り、これらの案内スロット130は相互に離間すると共に
相互に縦方向に延びている。各案内スロット130に案内
ピン132が摺動挿入され、この案内ピンの反対側の端部
が分岐形支持アーム124の２つの分岐部分に固着されて
いる。従って、工具把持解除用アーム128は支持アーム1
24の長手方向に直線移動するように拘束されるが、この
工具把持解除用アーム128は、グリッパ制御カム42がカ
ムフォロアレバー122を回転させる時には、支持アーム1
24と共に回転することができる。工具把持解除用アーム
128は、支持アーム124の下端部134を越えて下方に延び
ており、その端部が指状のプッシャ部分136となってい
る。この指状のプッシャ部分136は主軸24の方向にほぼ
直角に曲がった形状をなしている。

第５図に最も良く示すように、指状のプッシャ部分13
6はグリッパ・ジョー34の延長部138に対向する位置に保
持される。このグリッパ・ジョー34は対をなす形であ
り、前述のように工具マガジン30に設けられている。こ
の対をなす２つのグリッパ・ジョー34は、その延長部13
8で、相互に重ねられる。カムフォロアレバー120のロー
ラ118がグリッパ制御カムの溝114の半径が小さい部分11
6の中に挿入された時に、指状のプッシャ部分136がグリ
ッパ・ジョー138に逆らって押され、この動作によっ
て、対をなす形のグリッパ・ジョー34がばね74の力に逆
らって開かれ、これに引き続いて工具32の授受が行われ
る。

ここで再び第６図を参照してスタッド状引掛け部材14
0について説明する。この引掛け部材140は棒状で、ほぼ
直立した形状である。この引掛け部材140は、シャフト1
22に直径方向に設けられた孔142を貫通して、摺動可能
に延びている。引掛け部材140の下端部は工具把持解除
用アーム128に固定され、これに対して、この引掛け部
材140の上端部は主軸頭16の方向に曲げられてフック144
を形成している。主軸頭16に板状突出部146が形成され
ており、この板状突出部146は第１図により明瞭に示し
たようにＬ形であり、このＬ形の板状突出部はフック14
4に係合することができる。圧縮コイルばね148がシャフ
ト122と工具把持解除用アーム128の頂端部との間に装着
されている。

圧縮ばね148は通常、第６図に実線で示すように、工
具把持解除用アーム128を分岐形支持アーム124の下方の
位置に保持している。主軸頭の板状突出部146は、主軸
頭46が上に移動した時に、棒状の引掛け部材140のフッ
ク部分144に係合して、工具把持解除用アーム128を圧縮
ばね148の力に逆らって上に引き上げる作用をする。こ
れは、指状のプッシャ部分136が工具マガジン30に干渉
することを防止するためである。

工具交換装置の駆動装置 既に説明したように、自動工具交換装置12の各種の可
動部分は、全て、第２図及び第３図に示した工具交換装
置を駆動するモータ40によって駆動される。このモータ
40はシャフト86を介して工具把持制御カム36を直接的に
駆動する。シャフト86は回転した時に、さらに、駆動リ
ンク機構を介して、グリッパ制御カム42を回転させる。
この駆動リンク機構は図示した形態では無端チエン150
である。第１図にも示したように、無端チエン150は、
工具把持制御カム86の駆動スプロケット152と、グリッ
パ制御カムシャフト78の被駆動スプロケット154との間
で延びている。この２つのスプロケット152,154は直径
が同一であって、工具把持制御カム36とグリッパ制御カ
ム42を同一速度で駆動する。

既述のように、グリッパ制御カムシャフト78は、間欠
作動型の前記機械的駆動装置76を介して、割出し工具マ
ガジン30のシャフト68に連結されている。

作用 第１図及び第7A図ないし第7H図を参照して、自動工具
交換装置12の１サイクルの工具交換作用を説明する。第
7A図ないし第7H図に、このサイクルの各段階を逐次的に
示したものである。さらに、自動工具交換装置12の作用
を要約して第８図に線図で示す。この第８図は工具把持
制御カム36、グリッパ制御カム42、及び工具マガジン30
の角度位置を示している。

第１図に示した工作機械は、工具マガジン30の一連の
工具の第１のもの32が工具交換位置で主軸24に保持され
た直後の状態にある。カムフォロアのレバー94のローラ
98が工具把持制御カム36の半径の小さい部分90の中央部
の小さい突出部92に載せられる角度位置にある時には、
工具交換装置駆動モータ40は回転しない。工具把持解除
アーム100は、引張りばね102の引張り作用によって回転
され、主軸24上の摺動スリーブ60から離れ、デイスクば
ね組立体54の作用によって把持保持用のジョー50は第１
工具32に係合してそれを保持している。グリッパ制御カ
ム42は、カムフォロアレバー120のローラ118をカム溝11
4の半径の小さい部分116に挿入させる角度位置にある。
従って、工具把持解除用アーム128は、第６図に実線で
示すように、支持アーム124と共に反時計回りに回転
し、その結果、指状のプッシャ部分136が、引張りばね7
4の力に抗して、工具交換位置に保持された対をなす形
のグリッパ・ジョー34を開く。この作用によって、第１
工具32が主軸24に把持され、その対をなす形のグリッパ
・ジョー34の把持が解除されている。

第８図に、工具把持制御カム36とグリッパ制御カム42
の動作開始位置Ａを示す。

この段階で、工作機械は第１工具による切削加工を行
うことができ、サーボモータ22は所要の方向に回転し
て、主軸24を加工位置まで下げることができる状態にな
る。このようにして加工位置まで下げられた主軸24を第
7A図に示す。この図に示すように、工具把持制御カム36
とグリッパ制御カム42は、切削加工が逐次的に行われる
間、第１図に示す角度位置で待機状態を維持する。この
ような切削加工が行われる間、主軸頭16のサーボモータ
26は主軸24を回転させている。

サーボモータ22は、第１工具による切削加工が終了し
た時に、反対方向に回転して主軸24を上昇させ、この主
軸24を主軸頭16と共に第１図に示す工具交換位置に戻
す。工具把持制御カム36がまだ動いていないので、カム
フォロアレバー94にあるローラ98は、主軸24が工具交換
位置に戻る時に、カム36の小さい突出部92に戻る。

第7B図に、工具把持制御カム36とグリッパ制御カム42
とが第１図及び第7A図に示す位置から第８図に示す位置
Ｂまで時計回りに約20度回転した時の状態を示す。この
状態では、カムフォロアローラ98はまだ工具把持制御カ
ム36の半径が小さい部分90に残されている。従って、把
持解除アーム100は主軸24の摺動スリーブ60に接触しな
い状態を維持し、主軸に把持された第１工具32を保持し
ている。他方、グリッパ制御カム42は、カムフォロアロ
ーラ118がカム溝114の半径の大きい部分に入りかけた角
度位置にある。これによって、工具把持解除用アーム12
8が支持アーム124と共に時計回りに回転させられ、指状
のプッシャ部分136が対をなす形のグリッパ・ジョー34
の延長部分138に接触しない状態になり、引張りばね74
の力の作用によって、グリッパ・ジョー34が相互に近づ
く方向に回転させられ、従って、第１工具32はグリッパ
・ジョー34の間につかまれる。

第7C図に、工具把持制御カム36が第８図の位置Ｃに回
転移動した時の状態を示す。この位置Ｃで、カムフォロ
アローラ98が工具把持制御カム36の半径の大きい部分88
に乗り始める。従って、カムフォロアレバー94が引張り
ばね102の作用に抗して反時計回りに回転し、分岐形の
工具把持解除アーム100が摺動スリーブ60に係合して、
この摺動スリーブ60をデイスク状のばね組立体54の力に
逆らって主軸24に対して押し下げる。これと同時に引込
み棒48が下方に移動し、主軸内部の工具チャック28を開
き、第１工具32を自由な状態にする。カムフォロアロー
ラ118がまだグリッパ制御カム42のカム溝の半径が大き
い部分にあるので、対をなすグリッパ・ジョー34は、工
具交換位置で、第１工具32を掴んだ状態を維持してい
る。

カム36,42が第８図の位置Ｄまで約20度回転した後
に、工具交換装置駆動モータ40が一時的に回転される。
この状態を第7D図に示す。この状態では、第１工具32は
対をなすグリッパ・ジョー34によってつかまれたままの
状態で主軸24から把持解除される。

その後に、工具交換装置を駆動するモータ40が回転し
ない状態で、サーボモータ22を逆方向回転を行うように
して、主軸24を第7E図に示す後退位置に上昇させる。こ
の後退位置は工具交換位置を基準として位置決めされ
る。この位置決めは、主軸24が後退位置に到達した時
に、把持解除された工具32を主軸24から充分に引き抜き
得る状態にすることができるように行う。

主軸頭16の突起部分146は、主軸24が第7D図に示す工
具交換位置から第7E図に示す後退位置に上昇する間、工
具把持解除用アーム128に固定された棒状の引掛け部材1
40のフック部分144に係合する。その後に、棒状の引掛
け部材140は工具把持解除用アーム128を、ばね148の力
に逆らって第６図の仮想線位置まで引く。このように工
具把持解除用アーム128を指状のプッシャ部分136と共に
後退させることは、この動作に続いて行われる工具マガ
ジン30の割出しの際に、グリッパ・ジョー34との干渉を
防止するために必要である。

第7E図において注意すべきことは、主軸24が後退位置
にある時に、把持制御カムフォロアのレバー94の接触部
材110が、ローラ108を介して、フレーム部材38にあるリ
ミットストッパ106に係合することである。この構造に
よって、レバー94は、カムフォロアレバー94のローラ98
が工具把持制御カム36から外された後においても、ロー
ラ98がカム36の直径が大きい部分88上にある時と同様
に、同じ角度位置に維持され、従って、主軸内部の工具
チャック28は、主軸24が後退位置にある時に、開かれた
状態に維持される。

次に、主軸24が後退した状態で、工具交換装置を駆動
するモータ40が再び回転して、工具把持制御カム36とグ
リッパ制御カム42とを第８図の位置Ｄから位置Ｆまで18
0度一緒に回転させる。この回転が行われた時における
状態を第7F図に示す。ここでは、カム36,42の角度位置
だけでなく、工具マガジン30の角度位置についても、注
意する必要がある。この時、工具マガジン30の割出し
は、グリッパ制御カムシャフト78が間欠作動型駆動機構
76及びギア82,84を介して工具マガジン30を駆動するこ
とにより行われている。この場合、工具マガジン30の割
出しの角度は、第２の工具32を、この第２工具32が後退
位置に保持されている主軸24と軸線方向に並ぶ位置まで
移動させることができる角度である。工具交換装置を駆
動するモータ40は180度回転してまた停止する。

その後に、サーボモータ22が再び起動して、主軸24
を、第7F図の状態に維持されたカム36,42及び工具マガ
ジン30と共に、後退位置から工具交換位置に下げる。主
軸24は、工具交換位置まで下げられた時に、第２工具32
の支持アーバ46を、この主軸のテーパ形の工具保持孔44
内に受ける。また、主軸頭のカムフォロアレバー94上の
ローラ98は、主軸頭16が主軸24と共に下げられた時に、
工具把持制御カム36の半径が大きい部分に再接触する。
従って、把持解除アーム100は、さらに主軸24の摺動ス
リーブ60に作用し、引張りばね102の力に抗して、主軸
内部の工具チャック28を開いた状態に維持する。

さらに、上述のように主軸24が後退位置から工具交換
位置に下がると、棒状の引掛け部材140と主軸頭16の板
状突出部146との係合が解除され、圧縮ばね148の力の作
用によって、工具把持解除用アーム128が下降する。こ
の工具把持解除用アーム128の下降の下限は、工具把持
解除用アーム128が分岐形支持アーム124に作用する位置
である。しかしながら、この工具把持解除用アーム128
が下降する時に、カムフォロアレバー120上のローラ118
はまだグリッパ制御カム42の半径が大きい部分にある。
従って、工具把持解除用アーム128上の指状のプッシャ
部分136がグリッパ・ジョーの延長部分138から外された
状態に保持されるので、工具マガジンの支持アーバ46が
上述のように主軸24の工具保持孔44に挿入されている時
でも、第２工具32を工具マガジン30に掴まれた状態にす
ることができる。

その後に、工具交換装置駆動モータ40が起動され、こ
の工具交換装置駆動モータ40がカム36,42を第８図の位
置Ｆから位置Ｇまで約20度回転させる。このように回転
された状態を第7G図に示す。この図に示すように、カム
フォロアのローラ98はまだ工具把持制御カム36の半径が
大きい部分88にあって、主軸内部の工具把持装置28を開
いたままの状態に維持する。さらに、グリッパ制御カム
42は工具マガジン30を所要の角度位置に保持する。この
所要の角度位置は、工具マガジン30上に第２工具32を掴
み続け得る角度位置である。

その後さらに工具交換装置駆動モータ40が作動を継続
すれば、カム36,42は第８図の位置Ｇから位置Ｈまで回
転する。この時には、カムフォロアレバー98は、第7H図
に示すように、工具把持制御カム36の半径が小さい部分
90に戻されている。その後、カムフォロアレバー94は引
張りばね102の作用を受けて時計回りに回転する。この
カムフォロアレバー94の回転により、把持解除アーム10
0が主軸24の摺動スリーブ60から離され、この把持解除
アーム100が主軸24の摺動スリーブ60から離れることに
よって、デイスク状のばね組立体54の作用で、主軸内部
の工具チャック28が第２工具32を把持する。他方、グリ
ッパ制御カム42は、まだ、第２工具32を工具マガジン30
に保持し得る角度位置にある。

その後、さらに工具交換装置の駆動モータ40が作動を
継続すれば、カム36,42が第８図の位置Ｈから初期の位
置Ａに戻される。これで、工作機械10は第１図に示した
状態に戻る。そして、工具交換装置を駆動するモータ40
は停止される。また、第１図に示すように、カムフォロ
アローラ118がグリッパ制御カム42のカム溝114の半径が
小さい部分116に戻される。その結果、工具把持解除用
アーム128の指状のプッシャ部分136が対をなす形のグリ
ッパ・ジョー34の延長部分138を押して、工具交換位置
にあるグリッパ・ジョー34を開いて、第２工具32の解放
を可能にする。

これで、工作機械10は第２工具により切削加工を行い
得る状態になる。主軸32は、次の作動サイクルのため
に、第7A図に示すように、第２工具を把持した状態で加
工位置に押し下げられる。

［発明の効果］ 以上のよう、本発明によれば、２つのカムのみならず
工具マガジンをも、両者に共通のアクチュエータを用い
て駆動することが可能になるので、構造が簡単で作動が
確実になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく構成の自動工具交換装置を内蔵
する一例としての工作機械の部分縦断面図、第２図は第
１図の工作機械の横断面図、第３図は工作機械の工具把
持制御カムとそのカムフォロア装置の細部を示す部分拡
大平面図、第４図は第３図の工作機械の一部の拡大立面
図、第５図は第１図及び第２図に示した工作機械に工具
を着脱可動に保持する対をなすグリッパ・ジョーの一方
のグリッパ・ジョーと、グリッパ・ジョーを開くための
指状のプッシャ部分とを、説明のために部分的に断面で
示す拡大平面図、第６図は上記工作機械のグリッパ制御
カムとそのカムフォロア装置とを、説明のために部分的
に断面で示す拡大立面図、第7A図ないし第7H図は第１図
に示した工作機械に概ね類似する工作機械の自動工具交
換装置を用いて行う工具交換作動の完全な１サイクルの
一連の各段階を、その順序に従って示す説明図、第８図
は第7A図ないし第7H図に示す工具交換段階を工具把持制
御カム及びグリッパ制御カムの完全な１回転動作と関連
付けて示すタイミング説明図である。 10……工作機械全体、12……自動工具交換装置、14……
コラム、16……主軸頭、18……送りねじ、20……ボール
ねじ、22……双方向サーボモータ、24……主軸、26……
第２のサーボモータ、28……工具チャック、30……工具
マガジン、32……工具、34……グリッパ・ジョー、36…
…工具把持制御カム、38……工具支持フレーム、40……
工具交換装置を駆動するモータ、42……グリッパ制御カ
ム、44……工具保持孔、46……支持アーバ、48……引込
み棒、50……把握保持用のジョー、52……引張りスタッ
ド、54……デイスク状のばね組立体、56……摺動部材、
60……スリーブ、62……長孔、64……支持フレーム、66
……部材を収容するための空間、68……中央部のシャフ
ト、70……傘状リム、74……引張りばね、76……間欠作
動型駆動機構、78……グリッパ制御カムそのシャフト、
80……間欠作動型駆動機構の出力シャフト、82……駆動
用ピニオン、84……駆動用ギア、86……カムシャフト、
88……工具把持制御カムの半径が大きい部分、90……工
具把持制御カムの半径が小さい部分、92……突出部、94
……工具把持制御カムフォロアレバー、96……シャフ
ト、98……カムフォロアレバーの離れているほうの端
部、98……ローラ、100……把持解除アーム、102……引
張りばね、104,106……リミットストッパ、108……ロー
ラ108、110……接触部材、114……カム溝、118……ロー
ラ、114……カム溝、120……カムフォロアレバー、122
……シャフト、124……支持アーム、126……支持アー
ム、128……工具把持解除用アーム、130……案内スロッ
ト、136……指状のプッシャ部分、138……グリッパ・ジ
ョー、140……引掛け部材、144……フック、146……突
起部分、148……圧縮ばね、150……無端チエン、152,15
4……駆動用スプロケット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の異なる工具と共に使用される工作機
   械であって、 工具支持フレームと、主軸頭と、主軸と、割出し工具マ
   ガジンと、工具把持チャック装置と、工具把持制御カム
   と、工具把持制御カムフォロアと、グリッパと、グリッ
   パ制御カムと、グリッパ制御カムフォロアと、回転形ア
   クチュエータと、機械的駆動用リンク機構と、間欠作動
   型の機械的駆動装置とを組み合わせ成り、 前記主軸頭は支持フレームに取り付けられて往復移動自
   在であり、この往復移動の方向が前記フレームに対して
   定められた方向であり、 前記主軸は主軸頭に支持されて、主軸頭の予め定められ
   た方向をもつ第１軸線を中心として前記主軸頭に対して
   回転自在とされ、この主軸の一方の端部に、この主軸と
   同軸になるように工具保持孔が形成され、前記主軸は主
   軸頭と共に加工位置から工具交換位置を経て後退位置に
   至る範囲で移動自在とされ、 前記割出し工具マガジンは支持フレームに取り付けら
   れ、第１軸線に対して傾斜する第２軸線を中心として支
   持フレームに対して回転自在とされ、工具マガジンは、
   組をなす工具を第２軸線の周囲で予め決められた角度を
   おいて支持し、工具マガジンは、各工具を、後退位置か
   ら工具交換位置に移動した主軸と軸線方向に並ぶ位置に
   移動させて前記工具保持孔に係合させうるように回転自
   在とされ、 前記工具把持チャック装置は主軸の中に組み込まれ、こ
   の工具把持チャック装置は、工具保持孔に工具を着脱自
   在に保持するように構成され、 前記工具把持制御カムは支持フレームに回転自在に取り
   付けられ、 前記工具把持制御カムフォロアは、工具把持制御カムの
   作用を受けると共に工具把持チャック装置に作用して、
   この工具把持チャック装置を、工具交換位置にある工具
   マガジンに対して工具の連続着脱を行ないうるように作
   動させるように構成され、 前記グリッパは工具マガジンにあって、この工具マガジ
   ンの各工具を着脱自在とされ、 前記グリッパ制御カム支持フレームに回転可能に取り付
   けられ、 前記グリッパ制御カムフォロアはグリッパ制御カムの作
   用を受けると共に前記グリッパに対して作用して、この
   グリッパを作動させるようにされ、このグリッパの作動
   は、工具交換位置で主軸に把持され終った新しい各工具
   を解放する動作と、加工位置から工具交換位置に主軸と
   共に戻されて来た使用ずみ工具をつかむ動作であり、 前記回転形アクチュエータは、工具把持制御カム又はグ
   リッパ制御カムの一方を回転させるように連結され、 前記機械的駆動用リンク機構は、前記工具把持制御カム
   又はグリッパ制御カムの一方のものの回転を、他方のも
   のに達成する機構であり、 前記間欠作動型の機械的駆動装置は、回転形アクチュエ
   ータによって駆動されるように連結されるとともに、工
   具把持制御カム及びグリッパ制御カムの作動に関連して
   前記工具マガジンの割出しを行うように工具マガジンに
   連結され、 前記構成によって、１つの回転形アクチュエータを用い
   て、工具把持制御カムと、グリッパ制御カムと、工具マ
   ガジンとを、全て、相互に正確に機械的に同期駆動する
   ことを特徴とする工作機械。