JP2860827B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マシニングセンタなどの工作機械における
工具自動交換装置に関し、特に主軸の中空孔に複数の工
具を収容する工具自動交換装置に関する。

従来の技術 本発明者等は、中空軸からなる主軸の中空孔に複数の
工具を軸方向に移動可能に収容し、これらの工具を前記
主軸の前端開口部に設けたチャックに差し換えて工具を
交換するようにした自動工具交換装置を特願昭63−9386
7号及び特願昭63−228092号（特開平１−264734号公報
参照）により提案した。

上記特許出願に係る自動工具交換装置においては、主
軸の中空孔に嵌挿した案内筒体（工具保持体）に収容さ
れている複数の工具を軸方向に往復移動させて前記チャ
ックに差し換えるのに、各工具ごとに工具交換用シリン
ダ装置が設けられていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような構造では、工具の数に対応して複
数のシリンダ装置と、該シリンダ装置の動作を確認する
スイッチその他の付帯装置が個別的に必要であり、部品
点数が多くてコスト高になるばかりではなく、装置全体
が大きく、かつ重くなるという問題点があった。また、
配線や組立に手間を要しコスト高につくものであった。

本発明は上記のような問題点を解決すべくなされたも
のであり、１本のプッシュロッドを軸方向に往復移動さ
せることによって、複数の工具を交互に前記チャックに
差し換えることができるようにした自動工具交換装置を
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 上記目的を達成するために、本発明の自動工具交換装
置においては、前記工具の差し換えユニットが、前記主
軸の中空孔に嵌挿される案内筒体と、該案内筒体の内周
面に沿って環状に配設され、かつ軸方向に移動自在に収
容された前記工具を個別的に連結する複数の作動杆と、
各作動杆の内側面に設けられた係合溝と、前記複数の作
動杆により包囲されるように前記案内筒体の中心部に挿
入され、かつ軸方向に移動可能に配設された１本のプッ
シュロッドと、前記プッシュロッドに設けられ、前記係
合溝に係合するたクラッチ体と、前記プッシュロッドを
軸方向に往復移動させる手段とを備え、 前記プッシュロッドの前進時に、前記作動杆の１本を
その係合溝に係合した前記クラッチ体を介して押し出
し、該作動杆に連結された工具を前記チャツクに挿通し
てクランプ位置まで移動させる一方、前記プッシュロッ
ドの後退時に、前記作動杆を介して前記工具を待機位置
に引き戻すと共に前記クラッチ体が一定角度回動して隣
の作動杆の係合溝に係合するようになっている。

前記プッシュロッドを軸方向に往復移動させる手段と
しては通常、シリンダ装置を用いる。

作 用 上記構成により、プッシュロッドが案内筒体内で軸孔
に前進後退を繰り返す毎に前記案内筒体内に収容されて
いる複数の作動杆が順次軸方向に往復移動せしめられ、
その前進時に適宜の作動杆に連結されている工具を前記
チャックに挿入してクランプすると共に、後退時に前記
チャックから工具を待機位置に引き戻すことにより、工
具交換が行なわれる。

そして、プッシュロッドの前進後退のストロークを短
くすれば、工具交換は行なわれずに、前記プッシュロッ
ドに係合する作動杆が順次替わるので、工具の配列とは
関係なしに、任意の工具を選択して交換することも可能
である。

実 施 例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明による自動工具交換装置の要部を縦
断した正面図を示している。

１は主軸頭、２は主軸で、全長に亘って延びる中空孔
３を有する中空軸（クイル）からなり、前端開口部にチ
ャック４が取り付けられている。該主軸２にはボールス
プライン用ナット５とボールねじ用ナット６が嵌合され
ている。そして、ボールスプライン用ナット５に主軸２
の前端部分に被嵌する外筒７が連設され、該外筒７に伝
動プーリ８が嵌着される一方、ボールねじ用ナット６に
固着したボス９に伝動プーリ10が嵌着されている。

上述のように主軸２に嵌合されたボールスプライン用
ナット５とボールスねじ用ナット６は、それぞれ軸受11
及び12を介して主軸頭１に回転自在に支持される一方、
ボールスプライン用ナット５は支持枠13を介して主軸頭
１に付設した第１サーボモータ14によりタイミングベル
ト15及び伝動プーリ８を介して回転駆動され、また、ボ
ールねじ用ナット６は支持枠16を介して主軸頭１に付設
した第２サーボモータ17によりタイミングベルト18及び
伝動プーリ10介して回転駆動される。そして、ボールス
プライン用ナット５を回転駆動すると、主軸２は回転運
動を行ない、ボールねじ用ナット６を回転駆動すると、
主軸２は軸方向に往復運動を行なう。したがって、両ナ
ット５、６を同時に回転駆動すると、主軸２は回転しな
がら軸方向に往復運動するので、チャック４にクランプ
したドリルその他の回転工具Ｔによって、穴あけ加工、
ねじ立て加工などを行なうことができる。このとき、主
軸２と外筒７は同期回転する。

チャック４は、コレット20を有する本体21と、該本体
21に被嵌されたテーパ付きスリーブ22と、該スリーブ22
に被嵌された前カバー23と、スリーブ22と前カバー23と
間に介装された皿ばね24と、本体21の外周部に周方向に
等間隔をおいて配設された６本のアンクランプピン25と
から成っている。本体21は主軸２の前端開口部2aに嵌着
固定され、前カバー23は本体21に固定されている。テー
パ付きスリーブ22はコレット20に軸方向摺動可動に被嵌
され、皿ばね24によってコレット20をクランプするよう
に付勢されている。また、アンクランプピン25は主軸２
の軸線と平行に本体21を貫通して延び、内端鍔部25aが
スリーブ22の鍔部22aに当接し、外端部25bが本体21より
後方へ突出している。

而して、主軸２が最後端位置まで後退移動したとき、
アンクランプピン25の外端部25bが外筒７の端面に衝接
してスリーブ22側に押し込まれ、内端鍔部25aでスリー
ブ22を皿ばね24に抗して押動させることにより、コレッ
ト20をアンクランプするようになっている。

30は複数の工具Ｔをチャツク３に差し換えるための工
具差し換えユニットである。該ユニット30は、主軸２の
中空孔３に嵌挿される案内筒体31と、該案内筒体31の内
周面に沿って環状に配設され、かつ軸方向に移動自在の
複数（図示の例では５本）の作動杆32と、該作動杆32に
より包囲されるように案内筒体31の中心部分に挿入さ
れ、かつ軸方向に移動可能に配設されたプッシュロッド
33とを有している。これらの部材31〜33は軽量化を図る
ためいずれもアクリル樹脂で成形されている。

案内筒体31は、第２図ないし第６図に良く示されてい
るように、前端部分にチャック４に向けて収斂するテー
パ部34と、該テーパ部34に連続した円筒部35とを有し、
テーパ部34の後方には作動杆32を内周面に沿って環状に
配列して収容するため及び各工具Ｔを個別に待機位置に
保持するための貫通孔37を環状に配列して設けた工具保
持部６が形成されている。そして、貫通孔37の前端開口
からテーパ部34に亘る内壁面に工具Ｔを個別的に円周部
35に誘導する案内溝38が設けられている。一方、案内筒
体31の後端には取付用フランジ部39が連設されている。

作動杆32は、第７図に良く示されているように、前部
が貫通孔37に挿通する丸軸40に形成され、後部が横断面
円弧状の角柱体41に形成されていて、５本の作動杆32の
角柱体41を寄せ合わせると、案内筒体31内に嵌合する円
筒形を形成するようになっている（第５図、第６図参
照）。そして、各角柱体41の内側面には後述するクラッ
チ体51と係合する係合溝42が設けられている。係合溝42
は、第７図に示すように、軸方向に相対向し、かつ軸線
に対して互いに反対向きに傾斜した１組のカム面43,44
を有し、一方のカム面44は２段の傾斜面に形成されてい
る。

一方、丸軸40の前端にはワイヤー45及び連結金具46を
介して工具Ｔが連結されている。工具Ｔと連結金具46と
の間には図示を省略した軸受が介装されていて、工具Ｔ
は連結金具46に対して回転自在になっている。また、角
柱体41の後端部外側面に周方向に延びるＶ溝47が設けら
れていて、該Ｖ溝47に案内筒体31のフランジ部39に装着
したボールプランジャー48を係合させることによって、
５本の作動杆32が案内筒体31内の所定位置に係止保持さ
れるようになっている。このとき、工具Ｔは貫通孔37の
前端開口部に嵌合し待機位置に保持される。

プッシュロッド33は、前部にクラッチ体51の取付穴50
を有している。クラッチ体51は取付穴50内に軸方向に摺
動自在に嵌挿され、かつ２つのばね52,53により挟まれ
て支持されている（第９図参照）。そして、クラッチ体
51に突設したクラッチ片54が割り溝59を通じて半径方向
に突出している。クラッチ片54は、後述するように作動
杆32の係合溝42に咬み合ったとき、そのカム面43,44と
係合する傾斜面55,56を有する台形状に形成されている
（第８図参照）。

プッシュロッド33は、案内筒体31内に収容した５本の
作動杆32の角柱体41により形成される円筒体の中心孔に
挿入され、クラッチ片54が作動杆32の係合溝42に咬み合
う。

一方、プッシュロッド33の後部はフランジ部39を貫通
して延び、後端にシリンダ装置57のピストン58が設けら
れている。すなわち、プッシュロッド33はシリンダ装置
57のピストンロッドを兼ね、該シリンダ装置57によって
軸方向へ往復移動せしめられるようになっている。シリ
ンダ装置57はフランジ部39に固定されている。

なお、プッシュロッド33のストロークは作動杆32のス
トロークより若干長くなっていて、前記２つのばね52,5
3が両者のスクローク差を吸収し、工具Ｔをクランプ位
置に正しく押し出すように作用している。

60は工具差し換えユニット30の支持枠である。該支持
枠60は、主軸頭１の底部に設けたガイドレール61に沿っ
て主軸２の軸線方向に移動自在に取り付けられると共
に、主軸２に後端部に軸受62を介して連結されている。
そして、主軸２の中空孔３にその後端開口から嵌挿した
案内筒体31のフランジ部39を止めねじ63により支持枠60
に固定する一方、中空孔３に嵌挿された案内筒体31前端
の円筒部35をチャック本体21に軸受64を介して相対回転
自在に支持することによって、工具差し換えユニット30
は主軸２の中空孔３内に着脱自在に装填される。

上記構成からなる自動工具交換装置の作動を第10図に
示すクラッチ片の動作順序にしたがって説明する。

工具交換を行なう場合、まず主軸２を最後端位置まで
後退させ、外筒７の端面に衝接したアンクランプピン25
によりスリーブ22を皿ばね24に抗して押動し、コレット
20をアンクランプにする。

次に、シリンダ装置57が作動し、プッシュロッド33を
前進させると、第10図（１）（２）に示すように、クラ
ッチ片54が係合溝42に沿って軸方向に移動したのち、カ
ム面43に誘導されて36゜回転する（第10図（３）参
照）。このクラッチ片54の回転に連動してプッシュロッ
ド33も36゜回転する。更にプッシュロッド33が前進する
と、クラッチ片54を介して作動杆32がチャック４側に押
し出され（第10図（４）（５）参照）、該作動杆32に連
結されている工具Ｔがチャック４のコレット20に挿入さ
れ、該工具Ｔはコレット20の前端から所定長さ突出した
クランプ位置で停止する。続いて主軸２をボールねじ用
ナット６により少し前進させると、アンクランプピン25
が外筒７の端面から離れ、血ばね24によってコレット20
が自動的にクランプされ工具Ｔを把持固定する。

この状態で主軸２が回転し、工具Ｔによる切削加工が
行なわれる。加工中、プッシュロッド33及び前記工具Ｔ
を連結した作動杆32は前進位置、すなわち工具押し出し
位置に停止している（第10図（５）参照）。

加工が終了し、次の工具交換を行う場合には、上記と
同様に主軸２を最終後端位置まで後退させてコレット20
をアンクランプにしたのち、シリンダ装置57を作動して
プッシュロッド33を後退させる。プッシュロッド33が後
退すると、先ず、クラッチ片54が係合溝42に沿って軸方
向に移動し、傾斜面56がカム面44に当接する（第10図
（６）参照）。続いて作動杆32がクラッチ片54を介して
プッシュロッド33により引き戻され、そのＶ溝47にボー
ルプランジャ48が係合する復帰位置に係止保持される
（第10図（８）参照）。このとき、該作動杆32に連結し
た工具Ｔは貫通孔37の前端開口部に嵌合して待機状態に
戻る。

更にプッシュロッド33が後退すると、クラッチ片54が
カム面44に誘導されて36゜回転し、隣接する作動杵32の
係合溝42に咬み合って隣に配置されている工具Ｔの交換
準備が完了する。（第10図参照）以下、上記同様の動作
を繰り返して工具交換を行なう。

なお、隣に配置されている工具Ｔとは別の工具Ｔを選
択して交換したい場合には、プッシュロッド33をクラッ
チ片54が36゜回転する位置、すなわち第10図（３）の位
置まで前進させた後、第10図（８）に示す位置を経てク
ラッチ片54が更に36゜回転する第10図（10）の位置まで
後退させる小ストロークの前進後退を繰り返すことによ
って、前記クラッチ片54を順次隣に配置されている作動
杆32の係合溝42に係合させ、所望の工具Ｔを選択して交
換することができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、１本のプッシ
ュロッドを軸方向に往復移動するだけで複数の工具を任
意に交換することができる。したがって、前記プッシュ
ロッドを作動する工具交換用シリンダ装置も１台でよ
く、製作コストが安価になるばかりでなく、装置の小型
化、軽量化が図れる。

また、部分点数が少なく、組み付けも簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動工具交換装置の縦断正面図、
第２図は工具差し換えユニットの縦断正面図、第３図な
いし第６図はそれぞれ第２図の３−３線、４−４線、５
−５線及び６−６線に沿う断面図、第７図は作動杆の一
部切き斜視図、第８図はクラッチ体の斜視図、第９図は
クラッチ体を組み込んだプッシュロッドの要部を示す平
面図、第10図はクラッチ片の動作順序を示す説明図であ
る。 １……主軸頭、２……主軸 ３……中空孔、４……チャック 30……工具差し換えユニット 31……案内筒体、32……作動杆 33……プッシュロッド、34……テーパ部 35……円筒部、42……係合溝 43,44……カム面、51……クラッチ体 54……クラッチ片、55,56……傾斜面 60……支持枠

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空軸からなる主軸の中空孔に複数の工具
   を軸方向に移動可能に収容し、これらの工具を前記主軸
   の前端開口部に設けたチャックに差し換えるようにした
   工作機械の自動工具交換装置において、 前記工具の差し換えユニットが、 前記主軸の中空孔に嵌挿される案内筒体と、 該案内筒体の内周面に沿って環状に配設され、かつ軸方
   向に移動自在に収容された前記工具を個別的に連結する
   複数の作動杆と、 各作動杆の内側面に設けられた係合溝と、 前記複数の作動杆により包囲されるように前記案内筒体
   の中心部分に挿入され、かつ軸方向に移動可能に配設さ
   れた１本のプッシュロッドと、 前記プッシュロッドに設けられ、前記係合溝に係合する
   クラッチ体と、 前記プッシュロッドを軸方向に往復移動させる手段とを
   備え、 前記プッシュロッドの前進時に、前記作動杆の１本をそ
   の係合溝に係合した前記クラッチ体を介して押し出し、
   該作動杆に連結された工具を前記チャックに挿通してク
   ランプ位置まで移動させる一方、 前記プッシュロッドの後退時に、前記作動杆を介して前
   記工具を待機位置に引き戻すと共に、前記クラッチ体が
   一定角度回転して隣の作動杆の係合溝に係合するように
   なっている自動工具交換装置。
2. 【請求項２】前記案内筒体が、前端部分に前記チャック
   に向けて収斂するテーパ部と、該テーパ部に連続する円
   筒部を有している請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】前記主軸の中空孔に嵌挿された前記案内筒
   体の円筒部が前記チャックに回転自在に支持されると共
   に、後端部分が前記主軸に連動して軸方向に移動自在の
   支持枠に固定されている請求項２記載の自動工具交換装
   置。
4. 【請求項４】前記プッシュロッドが小ストロークの前
   進、後退を繰り返すことによって、工具交換動作を行わ
   ずに前記クラッチ体が順次隣の作動杆の係合溝に係合す
   るようになっている請求項1,2又は３記載の自動工具交
   換装置。