JP3002938B2 - 自動工具交換装置及び工具交換方法 - Google Patents

自動工具交換装置及び工具交換方法

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JP3002938B2
JP3002938B2 JP5294323A JP29432393A JP3002938B2 JP 3002938 B2 JP3002938 B2 JP 3002938B2 JP 5294323 A JP5294323 A JP 5294323A JP 29432393 A JP29432393 A JP 29432393A JP 3002938 B2 JP3002938 B2 JP 3002938B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一個のワーク主軸台と、
複数個の工具主軸台を有する工作機械の自動工具交換方
法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械の自動工具交換装置は工
具主軸台を所定の一箇所に移動位置決めして自動工具交
換を行うものが殆どで、複数個の工具主軸台が上下左右
に配置された工作機械においては、交換アームユニット
又は工具マガジンを単独で移動可能とすることで対応し
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた交
換アームユニット又は工具マガジンを単独で移動させる
方法は、構造が複雑かつ大掛かりとなり、それだけ故障
率もコストも高くなるという問題を有していた。本発明
は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは交換アームユニッ
トをワーク主軸台に取り付けた簡単な装置でワーク加工
に必要な動作を利用して複数個の工具主軸台に対する自
動工具交換を可能とする自動工具交換方法及び装置を提
供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における自動工具交換装置は、X軸方向に移動
可能なテーブル上に平行にX軸方向に並置される一段又
は二段積みの複数個の工具主軸台と、該工具主軸台に対
向するZ軸及びY軸方向に移動可能なワーク主軸台とを
備える工作機械において、前記複数の工具主軸台の上方
に設けられ複数本の工具を貯蔵しZ軸方向ワーク主軸台
側を向く交換位置に指定工具を割出す工具マガジンと、
前記ワーク主軸台のワーク主軸の上側位置に設けられZ
軸方向の旋回中心軸のまわりで旋回及び抜き差し可能な
工具交換アームを有する交換アームユニットを構成要素
とするものである。本発明における自動工具交換方法
は、請求項1の自動工具交換装置を用いて、上となる列
に並置された複数個の前記工具主軸台と前記工具マガジ
ンとの間の工具交換方法であって、待機状態におかれた
前記工具交換アームの旋回中心をマガジンの交換位置の
ポットと前記並置された工具主軸台との中央にY軸方向
移動位置決めし、前記工具主軸台のうち使用済工具を挿
通した指定工具主軸台を前記交換位置のポットの真下に
X軸方向移動位置決めし、前記工具交換アームが工具と
干渉しない中間Z軸方向位置で角度位置決めし、前記工
具交換アームをZ軸前進端として、前記マガジンポット
の工具と工具主軸台の工具を同時に把持し、前記工具交
換アームをZ軸中間位置として抜き取り180°反転さ
せ、Z軸前進端でポットと工具主軸台にそれぞれ挿入
し、把持を開放して待機状態に戻るようにしたものであ
る。本発明における自動工具交換方法は、請求項1の自
動工具交換装置を用いて、二段に設けられた内の下段に
並置された複数個の前記工具主軸台と前記工具マガジン
との間の工具交換方法であって、前記工具主軸台を前記
工具交換アームの動作と干渉しない位置にX軸移動して
退避位置とし、前記工具交換アームの一方により前記マ
ガジンポットより工具を抜き取り、前記工具主軸台の使
用済工具を挿着した指定工具主軸台を交換位置に位置決
めし、前記工具交換アームの他方で前記指定工具主軸台
から工具を抜き取り、前記工具交換アームが180°反
転して前記指定工具主軸台に次工具を挿入して退避さ
せ、前記工具主軸台を前記工具交換アームの動作と干渉
のない位置にX軸移動して退避位置とし、前記工具交換
アームが使用済工具を前記マガジンのポットに挿入し待
機位置に戻るようにしたものである。
【0005】
【作用】上段の工具主軸台の装着工具を交換する場合
は、交換アームユニットをマガジンポットと上段の工具
主軸との中央にY軸位置決めして、交換を行う工具を有
する上段の工具主軸台を工具マガジンの工具交換位置a
の真下にX軸位置決めし、工具交換アームの旋回と抜き
差し動作で工具交換を行う。下段の工具主軸台の装着工
具を交換する場合は、最初に工具主軸台をX軸移動端に
退避させてマガジンポットの工具を抜き取り、交換アー
ムユニットを下段の工具主軸台対応位置にY軸位置決め
して、交換する工具を有する下段の工具主軸台を、マガ
ジンの工具交換位置aの真下にX軸位置決めして工具交
換を行い、再び工具主軸台をX軸移動端に退避させて使
用済となった工具をマガジンポットに返却する。
【0006】
【実施例】以下実施例について図面にもとづいて説明す
る。図1の工作機械において、床上に設置されたベッド
1A上にZ軸方向の案内1aが、またベッド1B上にX
軸方向の案内1bがそれぞれ設けられており、Z軸案内
1a上にコラム2が、またX軸案内1b上にテーブル3
がそれぞれ移動位置決め可能に載置されている。コラム
2は前面にY軸方向の案内2aを有し、このY軸案内2
a上にワーク主軸台4が移動位置決め可能に設けられて
おり、ワーク主軸台4にワーク主軸5が回転及び割出可
能に軸承され、ワーク主軸5の先端にチャック6が同心
に取付けられている。
【0007】一方、テーブル3上には複数個の工具主軸
台7が平行かつ等間隔にX軸方向に並んで二段に積み重
ねられた状態で載置されており、各工具主軸台7には工
具主軸8が回転可能に軸承され、工具主軸8の先端テー
パ穴に工具ホルダ付工具Tがそれぞれ着脱自在に装着で
きるようになっている。更にベッド1Bの側面には門形
のマガジン台8が固着されており、マガジン台8上ほぼ
中央に工具マガジン9が設置されている。工具マガジン
9は外周等間隔かつ放射状に複数のマガジンポット10
を有するマガジンプレート11がZ軸方向の旋回中心軸
のまわりで旋回割出し可能に設けられ、マガジンプレー
ト11外周のマガジンポット10に複数の工具が着脱自
在に貯蔵されており、指定された貯蔵工具TがZ軸方向
ワーク主軸5側を向く工具交換位置aに割出されるよう
になっている。
【0008】ワーク主軸台4にはワーク主軸5の上側位
置に交換アームユニット12が取付けられており、交換
アームユニット12のユニット本体13に旋回及び軸方
向移動可能に設けられたZ軸方向工具交換位置a側を向
く旋回中心軸14の先端に、コ字形に折り曲がった形状
のツイン形工具交換アーム15が取付けられており、工
具交換アーム15の両端に工具Tを把持するグリッパ1
6が開閉自在に設けられている。
【0009】続いて本実施例の作用について説明する。
最初に上段の工具主軸台7の工具交換動作を図2,図3
を参照して説明する。ワーク主軸台4をX軸方向所定の
交換位置に位置決めし、同時にY軸方向に移動して旋回
中心軸14がマガジンポット10と上段の工具主軸8と
の中央になるよう位置決めし、テーブル3をX軸移動し
て工具交換を行う使用済工具Tを有する指定の工具主軸
台7を交換位置aの真下に位置決めする。次いで工具交
換アーム15を旋回中心軸方向後退端の退避位置から中
間退避位置に前進させたのち、水平の待機姿勢から角度
θ1旋回して隣接する主軸装着工具に干渉しない斜め姿
勢とし、更に工具交換アーム15を軸方向に前進させ
て、グリッパ16を工具Tの把持鍔部と同一平面上とす
る。
【0010】次いで工具交換アーム15が角度θ2旋回
して垂直姿勢となり、マガジンポット10の次工具Tと
上段の工具主軸台7の使用済工具Tとを同時に把持し、
軸方向に中間退避位置まで後退して両工具を同時にマガ
ジンポット10及び工具主軸8より抜き取る。次いで工
具交換アーム15が180°旋回して両工具Tの位置が
入れ替わり、再び軸方向に前進して次工具Tを工具主軸
8に、また使用済工具Tをマガジンポットに同時に挿入
する。次いで工具交換アーム15が角度θ2旋回して斜
め姿勢となり両工具Tから離れたのち、軸方向に後退し
て中間退避位置となり、更に角度θ1旋回して水平の待
機姿勢となって、切削加工に支障のない退避位置へ退避
し、次の切削加工が行われる。
【0011】次に下段の工具主軸台7の工具交換動作を
図4〜図6を参照して説明する。テーブル3をX軸方向
移動端に退避させて上段の工具主軸台7と工具交換アー
ム15との干渉を避け(図5)、前述と同様の動作でマ
ガジンポット10から次工具Tを抜き取って工具交換ア
ーム15が中間退避位置に後退し、角度θ2旋回して斜
め姿勢となる。次いでテーブル3がX軸移動して交換す
る使用済工具Tが嵌挿されている下段の指定工具主軸7
が交換位置aの真下に位置決めされ、同時にワーク主軸
台4がY軸方向下側に上段の工具主軸7と下段の工具主
軸台7の軸心間距離だけ移動する(図6)。
【0012】次いで中間退避位置にある工具交換アーム
15が軸方向に前進したのち、角度θ2旋回して垂直姿
勢となり、下側のグリッパ16で工具主軸8の使用済工
具Tを把持し、再び中間退避位置に後退して使用済工具
Tを工具主軸8より抜き取る。次いで両工具Tを把持す
る工具交換アーム15が180°旋回して両工具の位置
が入れ替わり、再び工具交換アーム15が軸方向に前進
して次工具Tを工具交換主軸8に挿入し、角度θ2旋回
して斜め姿勢となって次工具から離れ、工具交換アーム
15が軸方向に後退して中間退避位置となり、角度θ2
旋回して垂直姿勢となる。
【0013】次いでテーブル3がX軸方向移動端まで移
動して干渉を避け、ワーク主軸台4がY軸方向上側に上
段と下段の工具主軸軸心間距離だけ移動して、工具交換
アーム15の上側グリッパ16に把持される使用済工具
Tがマガジンポット10と同心となる。次いで工具交換
アーム15の前進で使用済工具Tがマガジンポット10
に挿入され、工具交換アーム15が角度θ2旋回して使
用済工具Tから離れ、工具交換アーム15が中間退避位
置に後退し、角度θ1旋回して水平姿勢となり、後退端
の待機位置まで後退する。
【0014】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で次に記載する効果を奏する。工具主軸台に対向するワ
ーク主軸台に交換アームユニットを設け、切削加工に必
要な各軸移動を利用して工具交換動作を行うようにした
ので、構造が簡素で故障率の少ない安価で信頼性の高い
自動工具交換装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の自動工具交換装置付工作機械
の構成図である。
【図2】本実施例の自動工具交換装置の上段の工具主軸
台の工具交換動作を表す側面図である。
【図3】図2のA−A線視図である。
【図4】下段の工具主軸台の工具交換時の下段の主軸工
具の着脱動作を表す側面図である。
【図5】下段の工具主軸台の工具交換時のマガジン工具
の着脱動作を表す正面図である。
【図6】図4のB−B線視図である。
【符号の説明】
1A,1B ベッド 2 コラム 3 テーブル 4 ワーク主
軸台 5 ワーク主軸 7 工具主軸
台 8 工具主軸 9 工具マガ
ジン 12 交換アームユニット 15 工具交
換アーム

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸方向に移動可能なテーブル上に平行
    にX軸方向に並置される一段又は二段積みの複数個の工
    具主軸台と、該工具主軸台に対向するZ軸及びY軸方向
    に移動可能なワーク主軸台とを備える工作機械におい
    て、前記複数の工具主軸台の上方に設けられ複数本の工
    具を貯蔵しZ軸方向ワーク主軸台側を向く交換位置に指
    定工具を割出す工具マガジンと、前記ワーク主軸台のワ
    ーク主軸の上側位置に設けられZ軸方向の旋回中心軸の
    まわりで旋回及び抜き差し可能なツイーン形工具交換ア
    ームを有する交換アームユニットを構成要素とする自動
    工具交換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の自動工具交換装置を用いて、
    上となる列に並置された複数個の前記工具主軸台と前記
    工具マガジンとの間の工具交換方法であって、待機状態
    におかれた前記工具交換アームの旋回中心をマガジンの
    交換位置のポットと前記並置された工具主軸台との中央
    にY軸方向移動位置決めし、前記工具主軸台のうち使用
    済工具を挿通した指定工具主軸台を前記交換位置のポッ
    トの真下にX軸方向移動位置決めし、前記工具交換アー
    ムが工具と干渉しない中間Z軸方向位置で角度位置決め
    し、前記工具交換アームをZ軸前進端として、前記マガ
    ジンポットの工具と工具主軸台の工具を同時に把持し、
    前記工具交換アームをZ軸中間位置として抜き取り18
    0°反転させ、Z軸前進端でポットと工具主軸台にそれ
    ぞれ挿入し、把持を開放して待機状態に戻ることを特徴
    とする自動工具交換方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の自動工具交換装置を用いて、
    二段に設けられた内の下段に並置された複数個の前記工
    具主軸台と前記工具マガジンとの間の工具交換方法であ
    って、前記工具主軸台を前記工具交換アームの動作と干
    渉しない位置にX軸移動して退避位置とし、前記工具交
    換アームの一方により前記マガジンポットより工具を抜
    き取り、前記工具主軸台の使用済工具を挿着した指定工
    具主軸台を交換位置に位置決めし、前記工具交換アーム
    の他方で前記指定工具主軸台から工具を抜き取り、前記
    工具交換アームが180°反転して前記指定工具主軸台
    に次工具を挿入して退避させ、前記工具主軸台を前記工
    具交換アームの動作と干渉のない位置にX軸移動して退
    避位置とし、前記工具交換アームが使用済工具を前記マ
    ガジンのポットに挿入し待機位置に戻ることを特徴とす
    る自動工具交換方法。
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