JP3249741B2 - 工作機械および工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械および
工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複合工作機械としての例えばマシ
ニングセンターは、通常１本の主軸を備えるとともに、
この主軸に対して工具交換を自動的に行うための自動工
具交換装置（ＡＴＣ）を備えている。従来の工具交換装
置は、主軸の軸方向に移動し、かつ１８０°回転する交
換アームを備え、主軸を交換位置に移動させた状態で、
この交換アームの一端に主軸側の使用済み工具を把持
し、他方にマガジン側の次に使用する工具（以下、「次
使用工具」という）を把持し、この状態で交換アームを
工具抜き方向に移動させた後、１８０°回転させて使用
済み工具と次使用工具の位置を入れ替え、然る後、交換
アームを工具差込み方向に移動させて、次使用工具を主
軸に装着するとともに、使用済み工具をマガジン側に収
容し、次いでそれぞれを交換アームの端部からアンチャ
ックすることにより工具交換を行う構成となっていた。
次使用工具が装着された主軸は、工具交換位置から原位
置（加工待機位置）に復帰した後、通常の加工動作に入
るようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のマシ
ニングセンターは１本の主軸で複合加工を行うものであ
ったので、この主軸の工具交換を行う場合には加工作業
を中断する必要があり、このため加工時間の短縮化には
限界があった。また、従来の工具交換装置によれば、工
具交換のためには、主軸を交換位置まで移動させ、交換
後、この交換位置から原位置に復帰させる必要があった
ため、工具交換時間すなわち加工作業中断時間が長引
き、この点でも加工時間の短縮化を図ることが困難であ
った。本発明は、工具交換時間を排除若しくは短縮化で
き、その結果種々工具を交換して行う複合加工を従来よ
りもさらに効率よく行うことのできる工作機械および工
具交換装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため、本願発明は、
前記請求項に記載した構成の工具交換装置とした。 請求
項１記載の工具交換装置は、第１および第２の主軸を備
えた工作機械において、該両主軸の各々に対応して備え
られている。このため、請求項１記載の工具交換装置に
よれば、一方の主軸による加工作業中に、他方の主軸の
工具を交換して、一方の主軸により加工作業終了後、直
ちに他方の主軸による加工作業に移行することができ、
工具交換時間を実質的に排除することができ、これによ
り複合加工作業の大幅な効率化を図ることができる。ま
た、請求項１記載の工具交換装置によれば、主軸が軸方
向に進退することにより工具の主軸に対する抜き差し動
作がなされるので、従来のように工具交換装置側の交換
アームを主軸の軸方向に移動させる必要がなく、この点
で工具交換装置の構造を簡略化できる。また、第１主軸
と第２主軸は独立して進退可能であるので、この両主軸
に対して個別に工具交換を行うことができる。

【０００５】さらに、請求項１記載の工具交換装置によ
れば、第１交換装置および第２交換装置が主軸ヘッドに
取り付けられれているので、加工送り方向（Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向）について、工具交換装置が主軸と常時一
体となって移動する。このため、工具交換段階で主軸を
従来のような交換位置に移動させる必要がなく、従って
加工送り方向について任意の位置で主軸の工具交換を行
うことができ、その分だけ工具交換時間の短縮化を図る
ことができる。また、請求項１記載の工具交換装置によ
れば、複数の工具を一直線上に配置し、該直線経路上を
一体で移動させて次使用工具を交換位置に移動させる構
成であるので、工具移動手段の簡略化を図ることがで
き、ひいては当該工具交換装置のコンパクト化、軽量化
を図って、当該工具交換装置を主軸ヘッドに設けたこと
により二次的に生ずる不都合を低減できる。

【０００６】また、請求項１記載の工具交換装置によれ
ば、工具交換時間を実質的に排除できるので、複合加工
作業の大幅な効率化を図ることができ、また工具交換時
間そのものも短縮化され、さらに当該工具交換装置のコ
ンパクト化、軽量化を図って主軸ヘッドを高速で移動さ
せることにより、当該工具交換装置を主軸ヘッドに設け
たことによる二次的作用を低減できる。さらに、第１主
軸および第２主軸に対してそれぞれ独立して工具交換可
能な第１および第２交換装置を備えているので、第１主
軸で加工を行いつつ第２主軸の工具を交換し、また第２
主軸で加工を行いつつ第１主軸の工具交換を並行して行
うことができる。このことから、一方の主軸による加工
を終了した後、直ちに他方の主軸により加工作業を続行
することができるので、従来のように工具交換の間加工
作業を中断する必要はなく、従って加工作業のスピード
アップを図ることができる。

【０００７】さらに、請求項１記載の工具交換装置によ
れば、第１交換装置および第２交換装置は主軸ヘッドに
設けられているので、加工時において主軸が主軸ヘッド
に対して相対移動しない状態では、両交換装置は主軸と
一体となって加工送り方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）に
移動し、従って主軸に対して両交換装置の交換位置は移
動しない。このことから、加工送り方向について主軸の
任意の位置でそのまま工具交換を行うことができるの
で、従来のように主軸を交換位置まで移動させる必要が
なく、この点で工具交換時間自体を短縮できる。工具交
換は、主軸から使用済み工具を取り外した後、これに代
えて次に使用する交換工具を主軸に装着することにより
行われる。先ず、使用済み工具の取り外しは、主軸を任
意の位置で主軸ヘッドに対して軸方向後方の交換待機位
置に後退させる。なお、工具交換時点以外において、交
換位置には空の工具把持手段（工具を把持していない工
具把持手段）が位置され、従って使用済み工具取り外し
の段階で工具把持手段を移動させる必要はない。主軸を
交換待機位置に後退させた後、工具把持手段により使用
済み工具をチャックし、このチャック状態で主軸を主軸
ヘッドに対して軸方向さらに後方の取り外し位置にまで
後退させると、使用済み工具が主軸から取り外される。

【０００８】次に、交換工具の装着は、上記使用済み工
具の取り外し後、主軸を取り外し位置に後退させたま
ま、工具移動手段により工具把持手段を移動させて、次
に装着する交換工具を交換位置に移動させる。交換位置
に至ると、交換工具は主軸の前方において同軸に位置す
る状態となるので、次に主軸を交換待機位置まで前進さ
せれば、主軸にこの交換工具が結合される。然る後、把
持手段操作装置により工具把持手段を操作して交換工具
をアンチャックすると、交換工具が工具把持手段から主
軸に受け渡される。工具把持手段がアンチャックする
と、主軸の前進が許容される状態となるので、主軸はそ
のまま主軸ヘッドに対して前進して軸方向前方の加工位
置に復帰でき、以上で工具の交換が完了する。

【０００９】このように、主軸と空の工具把持手段が加
工方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）に一体で移動するの
で、使用済み工具の取り外し段階において、主軸を従来
の交換位置のような特定の位置に移動させる必要はな
く、その場で工具の交換を行うことができ、また、交換
工具の装着段階において、工具把持手段がアンチャック
すると、主軸の前進が許容されるので、工具把持手段の
退避等、交換装置の特別の動作を必要とすることなく、
主軸をそのまま前進させて加工位置に復帰させることが
でき、この点でも交換時間を従来よりも短縮化できる。
また、請求項１記載の工具交換装置によれば、１本のカ
ム軸を回転させるだけで、複数の工具把持手段を一定の
間隔をおいて一斉に移動させることができる。各工具把
持手段間の間隔はカム溝のリードにより任意に設定で
き、また設定したリードに対してカム軸の回転数を適切
に設定することにより、各工具把持手段の移動距離を正
確に制御できる。

【００１０】請求項２記載の工具交換装置によれば、上
記作用効果に加えて、工具把持手段の２本のクランプア
ームが閉じると両クランプアーム間に工具が挟み込まれ
てチャックされる一方、開くとアンチャックされる。請
求項３記載の工具交換装置によれば、上記作用効果に加
えて、工具把持手段の連結部を直線方向に移動させるこ
とにより２本のクランプアームが開閉されて、工具がチ
ャック・アンチャックされる。請求項４記載の工具交換
装置によれば、上記作用効果に加えて、交換位置に設け
た把持手段操作装置のクランプアーム開閉部材を直線方
向に往復動させるのみの簡単な構成で、工具把持手段の
２本のクランプアームを開閉して工具をチャック・アン
チャックすることができる。請求項５記載の工具交換装
置によれば、請求項１記載の構成による作用効果に加え
て、交換位置に位置する工具把持手段と、その前後の工
具把持手段との間の間隔は大きくなる。すなわち、工具
把持手段は交換位置に移動すると他の工具把持手段と離
されるので、当該交換位置において他の工具把持手段と
干渉することなく、工具をアンチャックできる。また、
請求項６記載の工作機械によっても、上記請求項１〜５
のいずれか１項に記載した構成による作用効果を得るこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図１〜
図６に基づいて説明する。図１および図２は、本実施形
態の工作機械１およびこれに装備された工具交換装置２
０の全体を示している。この工作機械１はいわゆる横型
のマシニングセンターであり、図中２はベッドを示し、
このベッド２上にはリニアスライド機構３，３を介して
テーブル４がＺ軸方向（図２において左右方向）に移動
可能に設けられている。このテーブル４は、モータ５ａ
およびボールねじ５ｂを含む駆動機構５によりＺ軸方向
に移動制御される。テーブル４上には、同じくリニアス
ライド機構６，６を介してフレーム７がＸ軸方向（図１
において左右方向）に移動可能に設けられ、このＸ軸方
向の移動はモータ８ａおよびボールねじ８ｂを含む駆動
機構８によりなされる。フレーム７には、同じくリニア
スライド機構（図示省略）を介して主軸ヘッド１０がＹ
軸方向（図示上下方向）に移動可能に設けられ、このＹ
軸方向の移動はモータ９ａおよびボールねじ９ｂを含む
駆動機構９によりなされる。主軸ヘッド１０は、上記モ
ータ５ａ，８ａ，９ａの回転方向および回転数等をそれ
ぞれ独立して制御することにより、加工送り方向である
Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸方向に移動可能となっている。以上の
点については、従来と同様であり、特に変更を要しな
い。

【００１２】さて、主軸ヘッド１０には、第１および第
２の主軸１１，１２が設けられている。両主軸１１，１
２は、それぞれリニアスライド機構１１ａ，１１ａ，１
２ａ，１２ａを介して主軸ヘッド１０に取付けられた主
軸ベース１１ｃ，１２ｃに支持されており、このため両
主軸１１，１２は主軸ヘッド１０に対してそれぞれ独立
してその軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能となっている。
両主軸１１，１２は、それぞれ主軸ベース１１ｃ，１２
ｃに取り付けた主軸モータにより回転する。なお、図２
では、第２主軸１２およびその主軸モータ１２ｂのみが
見えており、第１主軸１１およびその主軸モータは見え
ていない。両主軸１１，１２の主軸ヘッド１０に対する
軸方向の移動は、それぞれ独立して作動制御されるシリ
ンダ１３，１３によりなされる。両主軸１１，１２は、
それぞれシリンダ１３の作動を制御することにより、主
軸ヘッド１０に対してＺ軸方向に最も前進した加工位置
（イ）と、これよりも後退した交換待機位置（ロ）と、
最も後退した取り外し位置（ハ）の３位置に停止可能と
なっている。この主軸１１，１２の主軸ヘッド１０に対
するＺ軸方向の移動は工具交換時にのみなされるのであ
り、加工時における主軸１１，１２のＺ軸方向の移動
は、上記テーブル４をＺ軸方向に移動させることにより
主軸ヘッド１０と一体でなされる。

【００１３】このように構成された横型マシニングセン
ター１の主軸ヘッド１０に、以下説明する本実施形態の
自動工具交換装置２０が取付けられている。この自動工
具交換装置２０は、第１主軸１１の工具Ｔを交換するた
めの第１交換装置２１と、第２主軸１２の工具Ｔを交換
するための第２交換装置２２から構成され、それぞれ主
軸ヘッド１０の前面に取付けられている。両交換装置２
１，２２は、図１に示すように主軸ヘッド１０の左右両
端部に取付けられ、それぞれ上方および下方に長く延び
ている。両交換装置２１，２２は、左右対称に構成され
ているので、以下、図１において左側の第１交換装置２
１について説明する。この第１交換装置２１は、主軸ヘ
ッド１０の前面左端部に取り付けたベース２３上に構成
されている。このベース２３は上下に長い帯板形状をな
すもので、第１主軸１１の位置から上方および下方にほ
ぼ同じ寸法だけ突き出して取付けられている。図４〜図
６に示すようにこのベース２３の前面（図示上面）に
は、１本のガイドレール２４が上下方向（Ｙ軸方向）に
沿って取付けられており、このガイドレール２４には６
個の移動台２５〜２５がそれぞれ別個に移動可能に取付
けられている。各移動体２５〜２５の上面に、１本の工
具Ｔを把持するための工具把持手段２７が取付けられて
いる。ガイドレール２４は、この６個の工具把持手段２
７〜２７を全て主軸１１よりも上側または下側に移動さ
せ得る長さを有しており、これにより６個全ての工具把
持手段２７〜２７、ひいてはこれらに把持された全ての
工具Ｔ〜Ｔを、主軸１１とＹ軸方向同じ高さに設定した
交換位置に移動させることができるようになっている。

【００１４】さて、各工具把持手段２７は、移動台２５
の上面に取り付けたブロック２７ａと、このブロック２
７ａの上面に、それぞれ支持ピン２８ａ，２９ａにより
回動可能に取り付けた２本のクランプアーム２８，２９
を主体として構成されている。工具Ｔは、その径方向両
側から両クランプアーム２８，２９に挟み込まれてクラ
ンプされる。このため、両クランプアーム２８，２９の
回動先端側の対向面には、工具Ｔのツールホルダーの溝
部に嵌まり込み可能な、円弧形状の爪部が形成されてい
る。この点は従来と同様であり、特に変更を要しない。
両クランプアーム２８，２９は、略Ｌ字型に屈曲したそ
の回動後端部において連結ピン３０により連結され、こ
の連結ピン３０の頭部は上方に突き出されてより大径の
ガイドピン部３０ａとされている。また、両クランプア
ーム２８，２９間には引張りばね３１が介装されている
ため、この両クランプアーム２８，２９はそれぞれ閉じ
方向に付勢されている。

【００１５】このように構成された工具把持手段２７に
よれば、両クランプアーム２８，２９の連結部としての
ガイドピン部３０ａを、図３において右方に直線移動さ
せると両クランプアーム２８，２９がそれぞれ引張りば
ね３１に抗して開き方向に回動して工具Ｔをアンクラン
プし、逆に図示左方に直線移動させるとそれぞれ閉じ方
向に回動して工具Ｔを挟み込んでクランプする。このよ
うに各工具把持手段２７において、ガイドピン部３０ａ
を直線移動させることにより、クランプアーム２８，２
９が開閉されて工具Ｔがクランプ・アンクランプされ
る。ガイドピン部３０ａの移動は、後述する把持手段操
作装置５０によりなされる。なお、両クランプアーム２
８，２９の開閉動作はガイドピン部３０ａの移動により
強制的になされるのであり、引張りばね３１は両クラン
プアーム２８，２９の閉じ方向への回動動作を補助する
機能を有する。また、両クランプアーム２８，２９の、
連結ピン３０が挿通される挿通孔２８ｂ，２９ｂはそれ
ぞれ所定方向に長い長孔に形成されており、これにより
ガイドピン部３０ａの直線移動に伴う両クランプアーム
２８，２９の回動が許容されるようになっている。

【００１６】次に、上記各工具把持手段２７〜２７は、
工具移動手段４０により上下方向に一斉に移動される。
この工具移動手段４０は１本のカム軸４１を主体として
構成され、このカム軸４１には、所定リードで螺旋状の
カム溝４１ａが形成されている。このカム軸４１は、ガ
イドレール２４とほぼ同じ長さ有し、図示は省略したが
その上端部と下端部の２箇所で軸受を介して回転可能に
ベース２３の前面側に支持され、かつガイドレール２４
との間に一定の間隔をおいて平行に配置されている。こ
のカム軸４１は、ベース２３の上端部に取り付けたモー
タ４２によりされ、その回転方向および回転数等が適切
に制御される。一方、前記工具把持手段２７〜２７の各
ブロック２７ａの側面には、円柱形状のガイド突起２７
ｂが設けられており、この各ガイド突起２７ｂ〜２７ｂ
がカム軸４１のカム溝４１ａに挿入されている。このた
め、カム軸４１が回転すると、６個の工具把持手段２７
〜２７が上方または下方へ相互に一定の間隔を保って一
体で移動する。

【００１７】ここで、カム溝４１ａのリードは、長手方
向中央の交換位置に相当する部分において他部位よりも
大きく設定されている。このため、ある工具把持手段２
７が交換位置に至ると、その前後に隣接する他の工具把
持手段２７，２７との間により大きな間隔があけられ、
これによりこの交換位置においてある工具把持手段２７
のクランプアーム２８，２９を開いて工具Ｔをアンクラ
ンプしたときに、両クランプアーム２８，２９が上下に
隣接する他の工具把持手段２７，２７に干渉しないよう
になっている。交換位置以外についてのリードは、両ク
ランプアーム２８，２９を閉じて工具Ｔをクランプした
状態で隣接する工具把持手段２７，２７相互間の干渉を
回避するのに必要かつ十分な間隔になるよう設定されて
いる。この工具移動手段４０により６個の工具把持手段
２７〜２７のうち任意の工具把持手段２７を交換位置に
移動させることができ、ある工具把持手段２７が交換位
置に移動すると、これに把持された工具Ｔが軸方向に後
退した第１主軸１１に対して前方かつ同軸にセットされ
る。

【００１８】次に、交換位置に至った工具把持手段２７
の両クランプアーム２８，２９をクランプ・アンクラン
プ操作するための把持手段操作装置５０について説明す
る。この把持手段操作装置５０は、交換位置に設けられ
ており、その詳細が図４に示されている。前記ベース２
３の前面（図示上面）には、支持壁５１がその上下方向
全長にわたって立ち上げ状に設けられている。この支持
壁５１の上下方向中央すなわち交換位置には、ブロック
５２およびベース５３を介してシリンダ５４が取付けら
れている。このシリンダ５４は２本ロッドタイプのもの
で、その両ロッド５４ａ，５４ａの先端には取付けプレ
ート５４ｂが取付けられている。この取付けプレート５
４ｂには、クランプアーム開閉部材として略Ｌ字型の操
作プレート５５が取付けられており、この操作プレート
５５の下面には係合溝５５ａが形成されている。なお、
シリンダ５４が２本ロッドタイプのものであることによ
り操作プレート５５の回り止めがなされ、これにより係
合溝５５ａは常時工具把持手段２７側に向けられてい
る。

【００１９】この係合溝５５ａは、各工具把持手段２７
のガイドピン部３０ａを挿入するのに必要かつ十分な幅
で上下方向（図４において紙面に直交する方向）に沿っ
て形成されており、その上下端部はガイドプレート５５
の上面および下面に開口されている。工具把持手段２７
が交換位置に至ると、そのガイドピン部３０ａが上記係
合溝５５ａに進入する。この進入状態で、シリンダ５４
が突き出し方向に作動して、図中二点鎖線で示すように
操作プレート５５が図示左方のアンクランプ位置に移動
すると、係合溝５５ａとの係合を経てガイドピン部３０
ａも図示左方に移動し、これにより両クランプアーム２
８，２９が開かれて工具Ｔがアンクランプされる。逆
に、シリンダ５４が引込み方向に作動して、図中実線で
示すように操作プレート５５が図示右方のクランプ位置
に移動すると、同じく係合溝５５ａとの係合を経てガイ
ドピン部３０ａも図示右方に移動し、これにより両クラ
ンプアーム２８，２９が閉じられて工具Ｔがクランプさ
れる。

【００２０】次に、上記交換位置以外では、工具把持手
段２７〜２７の両クランプアーム２８，２９は閉じ状態
に維持されるようになっている。すなわち、交換位置に
対してＹ軸方向上側および下側において、上記支持壁５
１には、図５に示すようにガイドプレート５６，５６が
それぞれ工具把持手段２７〜２７側へ張出し状に取付け
られ、このガイドプレート５６，５６の図示下面には、
上記係合溝５５ａと同じ幅でガイド溝５６ａ，５６ａが
それぞれ上下方向に沿って形成されている。両ガイド溝
５６ａ，５６ａは、相互に同一線上に位置している。こ
のガイド溝５６ａ内に、各工具把持手段２７のガイドピ
ン部３０ａが挿入されることにより、そのアンクランプ
方向（図５において左方）への移動が規制されるので、
両アーム２８，２９は閉じ状態に維持され、従って工具
把持手段２７〜２７が工具Ｔをクランプした状態に維持
される。また、把持手段操作装置５０の操作プレート５
５が図４中実線で示すクランプ位置に戻されると、その
係合溝５５ａが上側および下側のガイド溝５６ａ，５６
ａと１本に連なり、これにより前記工具移動手段４０に
より各工具把持手段２７を交換位置から上側または下側
へ、あるいは交換位置を通過して上側から下側へ、また
は下側から上側へ移動させることができる。

【００２１】このように構成された第１交換装置２１と
これと同じ構成の第２交換装置２２が主軸ヘッド１０の
前面に取付けられている。両交換装置２１，２２は相互
に独立して作動可能で、例えば第１主軸１１による加工
中に、第２交換装置２２を作動させて第２主軸１２の工
具Ｔを交換することができ、また逆に第２主軸１２によ
る加工中に第１交換装置２１を作動させて、第１主軸１
１の工具Ｔを交換することができる。以下、後者の場合
について、工具交換の動作手順を説明する。第２主軸１
２による加工中では、主軸ヘッド１０は、Ｘ軸、Ｙ軸ま
たはＺ軸方向に移動し、従って自動工具交換装置２０も
同方向へ一体となって移動する。このため、第１主軸１
１に対して設定された第１交換装置２１の交換位置は変
位しない。交換位置にはアンクランプ状態の工具把持手
段２７が位置しており、従って把持手段操作装置５０の
シリンダ５４は突き出し方向に作動した状態に保持され
ている。工具Ｔは第１主軸１１に装着されている。そこ
で、先ずこのアンクランプ状態の工具把持手段２７によ
る工具Ｔの取り外しがなされる。先ずシリンダ１３が引
込み方向に作動して第１主軸１１が加工位置（イ）から
交換待機位置（ロ）に後退する。

【００２２】次に、把持手段操作装置５０のシリンダ５
４が引込み方向に作動して、操作プレート５５が後退
し、これにより両クランプアーム２８，２９が閉じ方向
に回動して第１主軸１１に装着された工具Ｔがクランプ
される。このクランプ状態のまま、シリンダ１３がさら
に引込み方向に作動して、第１主軸１１だけが交換待機
位置（ロ）から取り外し位置（ハ）にまでさらに後退す
ることにより第１主軸１１から工具Ｔが取り外される。
然る後、第１主軸１１を取り外し位置（ハ）に後退させ
たまま、モータ４２が再起動して工具移動手段４０が作
動し、これにより次に使用する工具Ｔを把持した別の工
具把持手段２７を交換位置に移動させる。この間にも、
第２主軸１２では加工が行われているので、主軸ヘッド
１０とともに工具交換装置２１，２２が一体で移動して
おり、これと並行して工具把持手段２７〜２７の移動が
行われる。なお、モータ４２の回転方向および回転数を
制御することにより、工具把持手段２７〜２７の移動方
向および移動距離が正確に制御されるようになってお
り、これにより次使用工具Ｔを把持した工具把持手段２
７が確実に交換位置に移動される。次使用工具Ｔを把持
した工具把持手段２７が交換位置に至ると、モータ４２
が回転停止して工具移動手段４０がロックされる。この
段階で、次使用工具Ｔは、取り外し位置（ハ）にまで後
退した状態の第１主軸１１に対して、前方かつ同軸の位
置に位置する状態となっている。

【００２３】次に、シリンダ１３が突き出し方向に作動
して、第１主軸１１が取り外し位置（ハ）から交換待機
位置（ロ）にまで前進し、これにより主軸１１に次使用
工具Ｔが装着される。こうして次使用工具Ｔが装着され
た段階で、把持手段操作装置５０のシリンダ５４が突き
出し方向に作動して操作プレート５５が図４において二
点鎖線で示す位置まで前進し、これにより両クランプア
ーム２８，２９が開き方向に回動して次使用工具Ｔがア
ンクランプされる。この段階で、把持手段操作装置５０
のシリンダ５４は突き出し方向に作動した状態にロック
されて操作プレート５５がアンクランプ位置に保持さ
れ、従って工具把持手段２７の両クランプアーム２８，
２９は開き方向に回動したアンクランプ状態に保持され
る。両クランプアーム２８，２９がアンクランプ状態に
保持されるので、図１および図３によく示されているよ
うに第１主軸１１の前進が許容される状態となる。そこ
で、シリンダ１３がさらに突き出し方向に作動して、第
１主軸１１が交換待機位置（ロ）から加工位置（イ）に
戻され、以上で第１主軸１１の工具交換動作が完了す
る。この工具交換完了状態のまま、第１主軸１１は第２
主軸１２に代わって加工を開始するまで待機する。以
上、第２主軸１２による加工に並行して、第１主軸１１
の工具Ｔを交換する動作について説明したが、第１主軸
１１による加工に並行るして、第２主軸１２の工具Ｔを
交換する動作についても同様の手順で各部が動作する。

【００２４】以上説明したように、本実施形態の自動工
具交換装置２０によれば、第１主軸１１および第２主軸
１２に対してそれぞれ独立して工具交換可能な第１およ
び第２交換装置２１，２２を備えているので、第１主軸
１１で加工を行いつつ第２主軸１２の工具交換を並行し
て行うことができ、また第２主軸１２で加工を行いつつ
第１主軸１１の工具交換を並行して行うことができる。
このことから、一方の主軸１１（１２）による加工を終
了した後、直ちに他方の主軸１２（１１）により加工作
業を続行することができるので、従来のように工具交換
の間加工作業を中断する必要はなく、実質的に工具交換
時間を排除することができ、従って種々工具を交換して
行う複合加工作業の大幅なスピードアップを図ることが
できる。また、第１交換装置２１および第２交換装置２
２は主軸ヘッド１０に設けられているので、加工時にお
いて第１および第２の主軸１１，１２が主軸ヘッド１０
に対して相対移動しない状態では、両交換装置２１，２
２は第１および第２の主軸１１，１２と一体となって加
工方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）に移動し、従って第１
および第２の主軸１１，１２に対する両交換装置２１，
２２の交換位置は移動しない。このことから、第１およ
び第２の主軸１１，１２の任意の位置でそのまま工具交
換を行うことができるので、従来のように主軸１１，１
２を交換位置まで移動させる必要がなく、この点で工具
交換時間そのものを短縮できる。

【００２５】さらに、次使用工具Ｔの装着段階におい
て、工具把持手段２７がアンチャックすると、両クラン
プアーム２８，２９が第１および第２の主軸１１，１２
の移動経路から退避されることにより両主軸１１，１２
の交換待機位置（ロ）から加工位置（イ）への前進が許
容されるので、アンチャック状態の工具把持手段２７を
交換位置から退避させることなく、第１または第２主軸
１１，１２をそのまま前進させて加工位置（イ）に復帰
させることができ、この点でも交換時間を従来よりも短
縮化できる。また、例示した工作機械１によれば、主軸
１１（１２）を軸方向に進退させることにより工具Ｔの
抜き差し動作を行う構成であるので、従来のように工具
交換装置の交換アーム側を移動させる構成に比して、工
具交換装置２０の構造を簡略化でき、これにより当該工
具交換装置２０のコンパクト化あるいは軽量化を図るこ
とができる。この構成は、工具交換装置が例示した本実
施形態に係る構成のものである場合に限らず、従来の交
換アームタイプのものにも適用できる。しかも、６本の
工具Ｔ〜Ｔを直線経路に沿って一体で移動させる構成で
あるので、工具移動手段４０をモータ４２によりカム軸
４１を回転させる構成とすれば足り、これにより当該工
具移動手段４０の簡略化を図って、この点でも工具交換
装置２０のコンパクト化あるいは軽量化を図ることがで
きる。

【００２６】このように、工具交換装置２０の簡略化お
よび軽量化を図ることができるので、当該工具交換装置
２０を主軸ヘッド１０に取り付けたことによる二次的作
用、例えば主軸ヘッド１０の重量が大きくなることによ
り高速で移動させることが困難になるといった不具合を
低減できる。さらに、把持手段操作装置５０の操作プレ
ート５５を移動させて、工具把持手段２７のガイドピン
部３０ａを直線方向に移動させることにより２本のクラ
ンプアーム２８，２９を連動して開閉し、これにより工
具Ｔをチャック・アンチャックする構成であるので、簡
単な構成で確実なチャック・アンチャック動作を得るこ
とができる。また、本実施形態の工具移動手段４０によ
れば、１本のカム軸４１を回転させるだけで、６個の工
具把持手段２７〜２７を一定の間隔をおいて一斉に移動
させることができる。各工具把持手段間２７，２７の間
隔はカム溝４１ａのリードを適切に設定することにより
任意に設定でき、また設定したリードに対してカム軸４
１の回転数を適切に設定することにより、各工具把持手
段２７〜２７の移動距離を正確に制御できる。

【００２７】さらに、交換位置に位置する工具把持手段
２７と、その前後（上下）の工具把持手段２７，２７と
の間の間隔は大きくなる。すなわち、工具把持手段２７
は交換位置に移動するとその前後の工具把持手段２７，
２７から離されるので、当該交換位置において他の工具
把持手段２７と干渉することなく、両クランプアーム２
８，２９を開き方向に回動させて工具Ｔをアンチャック
できる。最後に、以上説明した実施形態には種々変更を
加えることが可能であり、例えば、片側６本の工具Ｔ〜
Ｔを収納する構成で例示したが、収納工具Ｔ〜Ｔの本数
は任意である。また、工具Ｔ〜Ｔを上下方向に直線移動
させる構成で例示したが、工具Ｔ〜Ｔの移動経路は直線
に限らずループさせる構成としてもよく、これによれば
より多数本の工具Ｔ〜Ｔを収納できる。なお、この場
合、工具移動手段として例示したカム軸４１を用いる構
成に代えて例えば搬送用のローラーチェーンを用いる構
成とすることも可能である。また、例示した工具交換装
置２０は、２本の主軸１１，１２に対応して第１および
第２の交換装置２１，２２からなる構成であったが、３
本以上の主軸に対してそれぞれ配置される３組以上の交
換装置を備えたより大規模な構成に発展させることも可
能であり、さらに横型に限らず縦型のマシニングセンタ
ーあるいはその他の工作機械に広く適用可能であること
は言うまでもない。さらに、工具交換装置として従来の
交換アームタイプのものを、第１および第２主軸１１，
１２についてそれぞれ設けた工作機械とすることによっ
ても、工具交換時間を実質的に排除できる点で、複合加
工の効率化を図ることができる。この構成の場合、工具
交換装置を主軸ヘッド１０に設けるのではなく、例えば
ベッド２上に配置し、あるいは他の部位に別置きするこ
ととしもよい。但し、例示したように、工具交換時に主
軸１１，１２を交換位置まで移動させる必要がなく、主
軸１１，１２の任意の位置で工具交換を行うことができ
るという点で、主軸ヘッド１０に設けることがより望ま
しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の工具交換装置を備えた工作機械の
全体正面図である。

【図２】同じく、工作機械の全体側面図である。

【図３】第１主軸および工具交換位置周辺の正面図であ
る。

【図４】図１の−線矢視図であって、工具交換位置
周辺の平面図である。

【図５】図１の−線矢視図であって、工具収納位置
における工具把持手段の平面図である。

【図６】図４の矢視図であって、交換位置周辺の側面
図である。但し、工具は省略されている。

【符号の説明】

１…工作機械（横型マシニングセンター） １０…主軸ヘッド １１…第１主軸 １２…第２主軸 １３…シリンダ （イ）…加工位置 （ロ）…交換待機位置 （ハ）…取り外し位置 Ｔ…工具 ２０…自動工具交換装置 ２１…第１交換装置 ２２…第２交換装置 ２７…工具把持手段 ２８，２９…クランプアーム ３０ａ…ガイドピン部 ４０…工具移動手段 ４１…カム軸、４１ａ…カム溝 ５０…把持手段操作装置 ５５…操作プレート（クランプアーム開閉部材） ５５ａ…係合溝 ５６ａ…ガイド溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−180536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−89235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−68243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−50735（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−174363（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−19441（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 3/157

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の主軸ヘッドに軸方向へ独立して進
   退可能に設けた第１および第２の主軸に対応して前記主
   軸ヘッドに設けた第１交換装置と第２交換装置を備え、 該両交換装置は、それぞれ 直線経路上を一体で移動する
   複数の工具把持手段と、回転するカム軸を備え、該カム軸のカム溝に前記工具把
   持手段を係合させた状態で該カム軸を回転して該複数の
   工具把持手段を移動させて、 次使用工具を前記主軸ヘッ
   ドに対して後退した前記第１または第２の主軸に対して
   前方かつ同軸の交換位置に移動するための工具移動手段
   と、 該交換位置の工具把持手段を操作して前記次使用工具を
   アンチャックするための把持手段操作装置を備え、 前記交換位置において前記工具把持手段がアンチャック
   すると、前記後退した主軸の前進が許容される構成とし
   たことを特徴とする工具交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の工具交換装置であって、
   工具把持手段は、工具を挟み込んで把持する２本のクラ
   ンプアームを備えた工具交換装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の工具交換装置であって、
   工具把持手段は、２本のクランプアームと、該２本のク
   ランプアームが回転可能に支持されて、工具移動手段よ
   り移動する移動台を備え、該２本のクランプアームの回
   動後端部を連結する連結部を直線方向に移動させて該２
   本のクランプアームを開閉させる構成とした工具交換装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の工具交換装置であって、
   把持手段操作装置は、２本のクランプアームの連結部が
   係合され、直線方向に往復動して該クランプアームを開
   閉するクランプアーム開閉部材を備えた工具交換装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の工具交換装置であって、
   カム溝のリードを、交換位置で最大に設定したことを特
   徴とする工具交換装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載した
   工具交換装置を備え た工作機械。