JP3348448B2 - 自動交換装置付加工機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、複数種類のワークを
加工可能とするために、ワーククランプ用コレット又は
ワーク位置決め用ベースの自動交換が可能となっている
加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】 一つのワークを複数種類の工具で加工
可能とするために、工具自動交換装置付加工機がよく知
られている。この加工機の場合には、工具の種類数だけ
ホルダを用意する。このホルダは少なくともその外形形
状が統一されており、共通的にホルダ収容用のマガジン
内にあるホルダ固定装置や工具回転軸に取付け可能とな
っている。各工具は各ホルダに取付けられ、かつ全ホル
ダがマガジンに収容されている。マガジンにはホルダ割
出装置が付設されており、任意のホルダが工具回転軸に
取付けられたり、あるいは取外されたりできる位置に位
置決めされる。

【０００３】この装置を備えていると、マガジンに収容
されている任意の工具が工具回転軸に取付けられ、また
使用がすんだ工具はマガジンに返却される。このように
して工具が自動交換されながら、加工が行なわれる。こ
れに対し、多種類のワークを加工できる装置も知られて
いる。この種の装置では通常共通形状のパレットを用
い、予めワークをパレットに固定しておく。加工機の側
ではパレットを介してワークを固定するために、種類の
異なるワークを固定して加工することが可能となってい
る。

【０００４】しかしながら作業環境や製品形状等によっ
ては共通形状のパレットが利用できない場合も存在す
る。この場合は種類の異なるワークのそれぞれに対応す
るパレットを人手によって交換するか、あるいはまたワ
ークをコレットによって直接的に加工機に固定する。コ
レットによってワークを固定する形式では、ワーク形状
が異なるのに対応してコレット形状も異にする必要があ
る。ところがこれらのコレットおよびパレットを交換す
る場合の自動交換装置はまだ実用化されておらず、人手
によって交換しているのが大部分である。また限られた
種類のワークしか加工しない場合には、いずれのワーク
をも固定できる共通コレットを用いることでこの問題に
対処している。

【０００５】工具自動交換装置と同様にしてコレット等
の自動交換装置を構成することも可能であろう。しかし
そのようにすると工具自動交換装置とコレット等自動交
換装置を別々に構成することになる。これは経済的でな
いし、またスペースの点から両方の交換装置を付設する
ことができない場合も存在する。そこで本発明では、よ
り経済的でより実際的な自動交換装置付加工機を開発す
ることにしたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 そのために、本発明で
は、その概念が模式的に図１に示されているように、複
数のホルダ１・・・Ｎ＋Ｍを収容しているマガジンＢ
と、マガジンＢに収容されている任意の一つのホルダを
工具回転軸Ｃに脱着する位置に位置決めするホルダ割出
装置Ａと、工作物固定体と、その工作物固定体に移動可
能に支持されているコレット操作部材Ｄとを備えた加工
機において、複数のホルダ１・・・Ｎ＋Ｍのうちの１・
・・Ｎがコレット用ホルダとされ、コレット用ホルダ１
・・・Ｎのそれぞれに異なる種類の工作物（ワーク）を
クランプするためのコレット１・・・Ｎが着脱可能に取
付けられており、任意の一つのコレット用ホルダＪが工
具回転軸Ｃに取付け可能であるとともに、工具回転軸Ｃ
にコレット用ホルダＪを介して取付けられたコレットＪ
がコレット操作部材Ｄと係合可能となっており、コレッ
ト操作部材にコレットが係合した状態で工具回転軸が待
避することによってコレットがコレット用ホルダから離
脱して工作物固定体側に残され、コレット操作部材が工
作物固定体に対して移動することによってコレット操作
部材に係合したコレットと工作物固定体とによって工作
物がクランプされ、コレット操作部材との係合が解除さ
れたコレットをコレット用ホルダを介して収容した工具
回転軸が退避することによってコレットが工作物固定体
側から離脱して工具回転軸側に移ることを特徴とする自
動交換装置付加工機を開発した。なおここでＮは２以上
の整数であり、またＭは１以上の整数である。種々の工
作物に対して共通の工具が用いられる場合にはＭ＝１で
あり、工作物毎に異なる工具が用いられる場合にはＭ＝
Ｎとなる。また図１は模式図であり、ホルダ１・・・Ｎ
＋Ｍは無秩序にマガジンＢ内に収容されていてもよい。

【０００７】また請求項２に係る発明では、複数のホル
ダ１・・・Ｎ＋Ｍのうちの１・・・Ｎがベース用ホルダ
とされ、ベース用ホルダ１・・・Ｎのそれぞれに異なる
種類の工作物を位置決めするベース１・・・Ｎが着脱可
能に取付けられており、任意の一つのベース用ホルダＪ
が工具回転軸Ｃに取付け可能であるとともに、工具回転
軸Ｃにベース用ホルダＪを介して取付けられたベースＪ
がベース操作部材Ｄと係合可能となっており、ベース操
作部材にベースが係合した状態で工具回転軸が待避する
ことによってベースがベース用ホルダから離脱してベッ
ド側に残され、ベッド側に残されたベースによって工作
物が位置決めされ、ベース操作部材との係合が解除され
たベースをベース用ホルダを介して収容した工具回転軸
が退避することによってベースがベース取付体側から離
脱して工具回転軸側に移ることを特徴とする自動交換装
置付加工機を開発した。

【０００８】

【作用】 請求項１の構成を備えていると、複数種類の
コレット用ホルダがマガジンＢ内に収容されており、こ
のうちの任意の一つが工具回転軸Ｃに取付けられる。こ
れは工具自動交換装置の場合と全く同様である。本発明
ではコレット用ホルダを介して工具回転軸Ｃに取付けら
れたコレットがコレット操作部材Ｄと係合して工具回転
軸Ｃから取外される。この状態では、コレットと工作物
固定体とによって、そのコレットに対応する種類の工作
物がクランプされる。工作物のクランプ・アンクランプ
は、コレット操作部材によって切りかえられる。また使
用済みコレットはコレット操作部材Ｄとの係合が解除さ
れてコレット用ホルダを介して工具回転軸Ｃに取付けら
れ、ついでマガジンＢに返却される。このようにして本
構成によると、１つの交換装置によってコレットの自動
交換も可能となる。

【０００９】また請求項２の構成を備えていると、複数
種類のベース用ホルダがマガジンＢ内に収容されてお
り、このうちの任意の一つが工具回転軸Ｃに取付けられ
る。これは工具自動交換装置の場合と全く同様である。
本発明ではベース用ホルダを介して工具回転軸Ｃに取付
けられたベースがベース操作部材と係合して工具回転軸
Ｃから取外される。この状態となると、ベッドに固定さ
れたベースによってそのベースに対応する種類の工作物
が位置決めされる。また使用済みベースはベース操作部
材との係合が解除されてベース用ホルダを介して工具回
転軸Ｃに取付けられ、ついでマガジンＢに返却される。
このようにして本構成によると、１つの交換装置によっ
てベースの自動交換も可能となる。

【００１０】

【実施例】 次に本発明を具現化した一実施例について
説明する。図２は加工機の全体構成を示しており、固定
ベット２にワーク１４の固定用ポスト４が立設・固定さ
れている。ワーク１４はこの実施例の場合はアルミホイ
ールであり、大別すると４種類が存在する。ワーク固定
用ポスト４に隣接してワーク１４の位相を調整するため
の部材８，１０がポール６を介して固定ベット２に固定
されている。

【００１１】固定ベット２にはＸ方向スライダ１２がＸ
方向（図２の左右方向）に移動可能に取付けられてお
り、Ｘ方向スライダ１２にＹ方向スライダ１６がＹ方向
（図２の紙面垂直方向）に移動可能に取付けられてお
り、Ｙ方向スライダ１６に工具回転軸１８用ヘッド２０
がＺ方向（図２の上下方向）に移動可能に取付けられて
いる。なおＸ方向スライダ１２，Ｙ方向スライダ１６，
回転軸用ヘッド２０はそれぞれ図示されていない電動モ
ータによってＸ，Ｙ，Ｚ方向にスライド移動する。この
ため、ワーク用ポスト４に固定されたワーク１４に対し
て工具回転軸１８がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動調整可能とな
っている。なお工具回転軸１８はモータ２２で回転駆動
される。

【００１２】Ｙ方向スライダ１６にはマガジン２８が取
付けられている。マガジン２８はモータ２４によって軸
２６のまわりに回転可能になっているとともに、図示省
略のモータによってＸ方向に移動可能となっている。マ
ガジン２８内には、工具用ホルダ６３に取付けられた工
具とコレット用ホルダ５８に取付けられたコレット５６
がそれぞれ４種類ずつ収容されている。

【００１３】図３はマガジン２８を上方から見た図であ
り、一対のホルダ保持爪３２ａ，３２ｂが８組設けられ
ている。各爪３２ａ，３２ｂはディスク３８の周囲に支
持ピン３６ａ，３６ｂによって回動可能に取付けられて
いる。１対の保持爪３２ａ，３２ｂの外側にそれぞれ隣
接する保持爪３２ｂ，３２ａから圧縮ばね３４が取付け
られており、常時保持側に付勢されている。このマガジ
ン２８は軸２６によって回転可能であり、これから工具
回転軸１８に取付けようとするホルダを図示Ｐ１の位置
に回転させておく。次に前記した図示されていないモー
タによってマガジン２８をＸ方向に移動させる。このた
め図示Ｐ１に存在していたホルダは図示Ｐの位置に移動
する。この点Ｐは工具回転軸１８の直下であり、この位
置でホルダは回転軸１８に取付けられる。すなわちマガ
ジン２８を回転させるモータ２４とマガジン２８をＸ方
向に送るモータとでホルダ割出装置が構成されている。
次にマガジン２８がＸ方向に図示Ｐ１の位置に後退する
と、工具回転軸１８に取付けられたホルダはマガジン２
８から取出される。逆の動作によって使用済みホルダは
工具回転軸側からマガジンに返却される。

【００１４】図３によく示されているように、本実施例
のマガジン２８は８個のホルダ収容箇所を備えており、
４種類の工具と４種類のコレットをホルダを介して収容
可能となっている。図４はコレット交換時の状態を示し
ている。図４によく示されているように、工具回転軸１
８はベアリング４０を介して回転軸用ヘッド２０に回転
可能となっている。工具回転軸１８内には、チャック操
作ロッド１８ｃとチャック１８ｂとテーパ面１８ａが設
けられている。

【００１５】マガジン２８内では、コレット５６がコレ
ット用ホルダ５８に収容されている。コレット用ホルダ
５８は、図４に示すように、工具用ホルダ６３の後端部
６２と同一形状を有する後端部５２と、工具用ホルダ６
３のマガジン２８への取付け溝６４ｂと同一形状のマガ
ジン２８への取付け溝５４ｂを備えている。コレット用
ホルダ５８の後端部５２にはチャック１８ｂでチャック
されるチャック首５２ａとテーパ面１８ａに密着するテ
ーパ面５２ｂが形成されている。これらは後述のよう
に、工具用ホルダ６３の後端部６２と同一形状である。
またコレット用ホルダ５８には工具用ホルダ６３と同様
に、マガジン２８の保持爪３２ａ，３２ｂが掴むための
溝５４ｂが開けられている。またコレット用ホルダ５８
の先端部５４には先端から軸心に沿った開口５４ａが形
成されており、ここにコレット５６が収容される。

【００１６】コレット５６の側面には係合溝５６ｃが形
成されており、ここにコレット用ホルダ側のピン５４ｅ
が嵌まりこむことによってコレット５６がコレット用ホ
ルダ５８から抜けないようになっている。ピン５４ｅは
コレット用ホルダ５８に固定されたキャップ５４ｃとば
ね５４ｄによって係合溝５６ｃに嵌まりこむように付勢
されている。

【００１７】一方コレット５６には上側に段差孔５６ａ
が形成され軸心に貫通孔５６ｂが形成されている。貫通
孔５６ｂは図５によく示されているように長孔状となっ
ており、段差孔５６ａは大径を直径とする円形の孔とな
っている。ワーク固定用ポスト４には図示しないシリン
ダが収容されており、そのピストン４９がコレットの操
作部材としてポスト４中を上下動する。コレット操作部
材４９の先端には前記貫通孔５６ｂに対応する外形を有
する係合ヘッド４４と、前記貫通孔５６ｂの小径を直径
とする細首部４３が形成されている。このために、係合
ヘッド４４と貫通孔５６ｂの位相があうと、係合ヘッド
４４は貫通孔５６ｂを挿通でき、挿通してしまうと係合
ヘッド４４は段差孔５６ａ中で回転できるし、また細首
部４３は貫通孔５６ｂ中で回転できる。そして係合ヘッ
ド４４と貫通孔５６ｂが異なる位相となるように回転す
ると、もはや抜け出せなくなる。また、ポスト４の外周
にはワーク１４を支持する基準プレート４ａが形成され
ている。

【００１８】固定ベット２に固定されているワークの位
相調整装置は図示しないシリンダによってその作動ポス
ト１０がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能となっており、その
先端にワーク１４に開けられている孔１４ａ（図５に示
されている）に係合するピン１５を固定したレバー１１
が取付けられている。作動ポスト１０がＺ方向に動くこ
とによりピン１５と孔１４ａの係合が行なわれ、その状
態でＸ，Ｙ方向に動くことでワーク１５の位相あわせが
行なわれる。

【００１９】マガジン２８に収容されている４種類の工
具用ホルダの工具回転軸１８に取付けられる後端部６２
は共通形状であり、コレット用ホルダ５８の後端部５２
と同一形状である。すなわちチャック１８ｂによってチ
ャックされるチャック首６２ａとテーパ面１８ｃに密着
するテーパ面６２ｂを有している。工具用ホルダ６３の
先端部６４は工具用ホルダ６３の後端部６２が工具回転
軸１８に取付けられたときに工具回転軸１８の端面に当
接する。工具（図示されていない）の刃先は工具用ホル
ダ６３の先端部に装着されており、この状態で工具は工
具用ホルダ６３に支持された状態で工具回転軸１８とと
もに共転する。

【００２０】なお図４はコレット５６とコレット用ホル
ダ５８が工具回転軸１８に取付けられた状態を示してお
り、工具と工具用ホルダ６３が取付けられた状態でな
い。ただし、工具と工具用ホルダ６３が取付けられたと
きにも同一に図示される部分には工具用ホルダ６３の番
号が付記されている。

【００２１】さて次に本装置の作動の様子を説明する。
今４種類の工具６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが工具
用ホルダ６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄに取付けられ
ており、４種類のワーク用コレット５６Ａ，５６Ｂ，５
６Ｃ，５６Ｄがコレット用ホルダ５８Ａ，５８Ｂ，５８
Ｃ，５８Ｄに取付けられており、これらを用いてＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄという４種類のワークが加工されるものとす
る。そして工具６２Ａと工具用ホルダ６３Ａが工具回転
軸１８に取付けられており、またコレット５６Ａがコレ
ット操作部材４９に係合した状態で種類Ａの加工が終
り、次に種類Ｂの加工のために交換する場合を例として
説明する。

【００２２】 (1)まずホルダを収容していないマガジン２８内の爪３
２ａ，３２ｂ（以下これを３２Ａという）を図３のＰ１
の位置に回転させる。(2) 次に回転軸用ヘッド２０とともに工具回転軸１８を
下降させる。すると工具６２Ａと工具用ホルダ６３Ａも
下降する。(3)次にマガジン２８をＸ方向に動かして爪３２Ａを図
３のＰの位置をおく。この結果、工具用ホルダ６４Ａの
溝６３ｂが爪３２Ａに保持される。 (4)次にチャック操作ロッド１８ｃを操作してチャック
１８ｂによるチャックを解除する。 (5)そして回転軸用ヘッド２０とともに回転軸１８を上
昇させる。

【００２３】 (6)これによって工具６２Ａとホルダ６３Ａはマガジン
２８に残り、工具回転軸１８から取外される。 (7)次にマガジン２８を回転させ、コレット５６Ａ用の
コレット用ホルダ５８Ａを図３のＰ位置に位置決めす
る。 (8)次に工具回転軸１８を下降させ、コレット用ホルダ
５８Ａの後端部５２を工具回転軸１８内に収容させる。 (9)チャック操作ロッド１８ｃを操作してチャック首５
２ａをチャックする。次にマガジン２８をＸ方向に退避
させ、コレット用ホルダ５８Ａをマガジン２８から取り
出す。 (10)工具回転軸１８を下降させ、コレット用ホルダ５８
Ａの開口５４ｄ内にコレット５６Ａを収容する。ピン５
４ｅが係合溝５６ｃに係合するまで下降させる。

【００２４】 (11)次に工具回転軸１８を回転させ、コレット５６Ａの
貫通孔５６ｂの位相と係合ヘッド４４の位相をあわせ
る。 (12)そして工具回転軸１８を上昇させる。するとコレッ
ト５６Ａは係合ヘッド４４を抜け出て上方に持ち上げら
れる。 (13)工具回転軸１８が所定の高さまで上昇したら、マガ
ジン２８をＸ方向に前進させ、保持爪３２ａ，３２ｂで
溝５４ｂを掴む。その後に、チャック操作ロッド１８ｃ
を操作してチャック１８ｂによるチャックが解除する。 (14)さらに工具回転軸１８を上昇させると、コレット５
６Ａとコレット用ホルダ５８Ａはマガジン２８内に残さ
れ、工具回転軸１８から取外される。 (15)次にマガジン２８を回転させてコレット用ホルダ５
８Ｂを図３のＰの位置におく。

【００２５】 (16)工具回転軸１８が下降してコレット用ホルダ５８Ｂ
の後端部５２を工具回転軸１８中に収容する。 (17)チャック操作ロッド１８ｃによってコレットホルダ
５８Ｂを工具回転軸１８にチャックする。 (18)マガジン２８をＸ方向に退避させて、コレットホル
ダ５８Ｂとコレット５６Ｂをマガジン２８から取出す。 (19)工具回転軸１８を下降させ、コレット５６Ｂの貫通
孔５６ｂを係合ヘッド４４が通り抜けるようにする。

【００２６】 (20)工具回転軸１８を回転させ、貫通孔５６ｂと係合ヘ
ッド４４の位相をずらす。 (21)工具回転軸１８を上昇させる。するとコレット５６
Ｂは係合ヘッド４４と係合してワークＢが固定可能とな
る。係合ヘッド４４と係合したコレット５６Ｂはコレッ
ト操作部材（ピストン）４９の進退に追従してワーク固
定用ポスト（工作物固定体）４に対して上下動する。ワ
ーク１４は、コレット操作部材４９が下方に移動するこ
とでコレット５６Ｂと固定ポスト４によってクランプさ
れ、コレット操作部材４９が上方に移動することでアン
クランプされる。 (22)次ぎに主軸に残されたコレット用ホルダ５８Ｂをマ
ガジン２８に戻す。 (23)次に工具６２Ｂを収容している工具用ホルダ６３Ｂ
を図３のＰに位置させておく。 (24)工具回転軸１８を下降させ、 (25)チャック操作ロッド１８ｃを操作して工具用ホルダ
６３Ｂをチャックし、 (26)マガジン２８をＸ方向に退避させて工具６２Ｂと工
具用ホルダ６３Ｂをマガジン２８から抜き取る。これに
よってコレット５６Ｂがコレット操作部材４９に係合し
てワークＢがコレット５６Ｂでクランプ可能となり、ま
た工具５２ＢによってワークＢが加工可能となる。

【００２７】なお以上の実施例にかえて、図６に示すよ
うに、ワークを位置決めクランプするベース（パレッ
ト）１５６ｄの全体を交換させることもできる。このた
めにはベース用ホルダ１５８に対してホルダ係合部１５
６ａや位相調整ピン１５６ｅが形成されたベース１５６
ｄを脱着可能とする。ベース用ホルダ１５８は第１実施
例と同様、工具回転軸１８に取付ける後端部１５２とマ
ガジン２８に収容するための取付け溝１５４が一体に形
成されたものであり、第１実施例と同様のものである。
このベース１５６ｄを固定ベット２にシリンダ５で開閉
する爪３で固定するようにすると、位相調整ピン１５６
ｅとベース１５６ｄの全体が交換される。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると、工具交換用マガジンと
ホルダ割出装置によって、工具のみならずワークのクラ
ンプ用コレットおよびワークの位置決め用ベースも自動
交換可能となるために、多種のワークを多種の工具で加
工することが可能となる。このため加工効率は大幅に向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】一実施例の全体図

【図３】マガジンの詳細図

【図４】一実施例の要部詳細図

【図５】コレットとワークの平面図

【図６】第二実施例の要部詳細図

【符号の説明】

Ａ：ホルダ割出装置；モータ２４等 Ｂ：マガジン；マガジン２８ ホルダ：コレット用ホルダ；５８ 工具用ホルダ；６３ ベース用ホルダ１５８ コレット：５６ベース：１５６ｄ Ｃ：工具回転軸；１８ Ｄ：コレット操作部材；４９

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−55399（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−164536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−293749（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−5839（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 3/155 B23Q 3/06 B23Q 7/00 B23B 31/02 B23B 31/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のホルダを収容しているマガジン
   と、該マガジンに収容されている任意の一つのホルダを
   工具回転軸に脱着する位置に位置決めするホルダ割出装
   置と、ベッドに載置された工作物固定体と、その工作物
   固定体に移動可能に支持されているコレット操作部材と
   を備えた加工機において、 該マガジンにコレット用ホルダを収容し、 該コレット用ホルダに工作物をクランプするためのコレ
   ットを着脱可能に取付け、 該コレット用ホルダが該工具回転軸に取付け可能である
   とともに、該工具回転軸に該コレット用ホルダを介して
   取付けられたコレットがコレット操作部材と係合可能で
   あり、 コレット操作部材にコレットが係合した状態で工具回転
   軸が待避することによってコレットがコレット用ホルダ
   から離脱して工作物体側に残され、 コレット操作部材が工作物固定体に対して移動すること
   によってコレット操作部材に係合したコレットと工作物
   固定体とによって工作物がクランプされ、 コレット操作部材との係合が解除されたコレットをコレ
   ット用ホルダを介して収容した工具回転軸が退避するこ
   とによってコレットが工作物固定体側から離脱して工具
   回転軸側に移る ことを特徴とする自動交換装置付加工
   機。
2. 【請求項２】 複数のホルダを収容しているマガジン
   と、該マガジンに収容されている任意の一つのホルダを
   工具回転軸に脱着する位置に位置決めするホルダ割出装
   置と、ベース取付用ベッドと、そのベース取付用ベッド
   に移動可能に支持されているベース操作部材とを備えた
   加工機において、 該マガジンにベース用ホルダを収容し、 該ベース用ホルダに工作物を位置決めするベースを着脱
   可能に取付け、 該ベース用ホルダが該工具回転軸に取付け可能であると
   ともに、該工具回転軸に該ベース用ホルダを介して取付
   けられたベースがベース操作部材と係合可能であり、 ベース操作部材にベースが係合した状態で工具回転軸が
   待避することによってベースがベース用ホルダから離脱
   してベッド側に残され、 ベッド側に残されたベースによって工作物が位置決めさ
   れ、 ベース操作部材との係合が解除されたベースをベース用
   ホルダを介して収容した工具回転軸が退避することによ
   ってベースがベース取付用ベッド側から離脱して工具回
   転軸側に移る ことを特徴とする自動交換装置付加工機。