JP3511660B2 - 工具交換装置を備えた工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工具交換装置を備えた工
作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種工具を着脱可能に保持するコ
レットを有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、前
記主軸を回転可能に支持する主軸台と、その主軸台を、
前記主軸に保持された工具と相対する被加工物に対して
相対的に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可能
に支持するフレームと、複数の各種工具を保持する工具
マガジンと、その工具マガジンに保持された工具の一つ
を選択して前記主軸に装着された工具と交換するための
工具交換装置とを備えた工作機械において、単一のモー
タにより複数のカムを取り付けた工具交換駆動軸を回転
させ、該複数のカムによって、コレットによる工具のク
ランプ及びアンクランプ、工具交換アームによる工具の
把持、工具交換アームの回動運動により主軸と工具マガ
ジン上の工具との交換を行う工具交換装置を備えた工作
機械が、例えば特開平２−２６２９３６に知られてい
る。この工具交換装置を備えた工作機械においては、モ
ータによる工具交換駆動軸の１回転の間に、上記の複数
のカムによる一連の動作が行われ工具の交換が完了する
ように構成されている。

【０００３】なお、上記の主軸に内蔵された工具クラン
プ機構は、半径方向に突出する工具リリースピンが取り
付けられたドローバーと、該ドローバーに保持されたコ
レットと、該ドローバーへ被加工物と反対方向の弾性力
を付与する皿バネとから主として構成され、該皿バネの
弾性力によりドローバーを押し上げてコレットに工具を
クランプさせると共に、上記複数のカムの内の１つ（円
筒溝カム）に従動するリンクロッドにより、上記工具リ
リースピンを該皿バネの弾性力に対抗して押下げること
によりコレットをアンクランプさせていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成に係る工具交換装置においては、加工時の工具の滑り
を防止するため、コレットに工具を強固に把持させるよ
う該コレットを上方へ押し上げる皿バネに比較的大きな
弾性力（付勢力）を与えている。その一方で、コレット
に工具をアンクランプさせる際には、上述したようにモ
ータで円筒溝カムを駆動して、この円筒溝カムの作用を
リンクロッドを介してドローバーへ伝達し、上記皿バネ
の大きな弾性力に対抗して該ドローバーを押し下げる必
要があった。この皿バネの弾性力に対抗するための力を
上記リンクロッドを介してドローバーへ伝達する必要が
あるため、モータには高い出力が要求されると共に、円
筒溝カム、特に、該円筒溝カムの作用をリンクロッドに
渡すカムフォロワーに大きな力が加わるため、カム及カ
ムフォロワーを大型化する必要があった。

【０００５】更に、上述したようにモータが工具交換駆
動軸を１回転させ、該工具交換駆動軸に取り付けられた
複数のカムにより、コレットによる工具のクランプ及び
アンクランプ、工具交換アームによる工具の把持、工具
交換アームの回動運動により主軸と工具マガジン上の工
具との交換を行ってるが、このモータの駆動力による上
記一連の動作の中でコレットのアンクランプのために最
も大きなトルクが必要となった。このため、モータは、
このアンクランプ動作を行い得るトルクを有する大型の
ものが選択されていた。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、小出力のモータで小さなカムによ
り、コレットのクランプのために弾性手段により付与さ
れている弾性力に対抗してコレットをアンクランプさせ
得る工具交換装置を備えた工作機械を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、本発明においては、各種工具を着脱可能に保持する
コレットを有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、
前記主軸を回転可能に支持する主軸台と、その主軸台
を、前記主軸に保持された工具と相対する被加工物に対
して相対的に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動
可能に支持するフレームと、複数の各種工具を保持する
工具マガジンと、その工具マガジンに保持された工具の
一つを選択して前記主軸に装着された工具と交換するた
めの工具交換装置と、単一のモータにより回動されるカ
ム群であって前記工具交換装置の駆動用カム及び前記工
具クランプ機構の駆動用カムを含むカム群とを備えた工
作機械であって、前記工具クランプ機構が、前記コレッ
トを支持するドローバーと、前記ドローバーに設けられ
たリリースピンと、該ドローバーへ被加工物とは反対方
向の弾性力を付加して、該コレットに工具をクランプさ
せる弾性手段とを有し、前記工具クランプ機構の駆動用
カムに従動するリンクロッドであって、該リンクロッド
を構成する内の１つのロッドが、前記ドローバーの移動
方向に垂直に配置された回転軸に揺動自在に支持され、
アンクランプの際に、前記ロッドの端部が、前記リリー
スピンを押圧して前記ドローバーを被加工物方向に移動
させてコレットに工具をアンクランプさせ；クランプの
際に前記ロッドの該端部が、前記リリースピンから離
れ、前記弾性手段によって前記ドローバーを被加工物の
反対方向に移動させてコレットに工具をクランプさせる
リンクロッドと、該リンクロッドの前記ロッドの前記端
部の反対側の端部へ、前記ドローバーを被加工物方向に
移動させる方向へ前記弾性手段の弾性力に対抗するアン
クランプのための付勢力を付与する引っ張りバネと、を
備えることを特徴とする。

【０００８】

【作用】このように本発明を構成したことにより、該工
具クランプ機構の駆動用カムがモータにより回動され、
この工具クランプ機構の駆動用カムに従動するリンクロ
ッドが、該ドローバーを被加工物方向へ移動させてコレ
ットのアンクランプを行う際に、付勢手段が、該リンク
ロッドへ該ドローバーを被加工物方向に移動させる方向
へ該弾性手段の弾性力に対抗するための付勢力を付与す
る。この付勢手段の付勢力を付加することにより、モー
タの負荷を軽減するとともに、小さなカムで、該弾性手
段の弾性力に対抗してコレットをアンクランプさせるこ
とができる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例について図面に従って具体的
に説明する。図２は本発明に係る工具交換装が搭載され
たマシニングセンタを示す斜視図、図３は平面図であ
る。基台１に直立して固定されたコラム２に主軸台３が
支持されている。主軸台３はリニアガイド４に案内され
Ｚ軸送りモータ５及び送りねじ６により上下方向に移動
される。テーブル７は水平面でＸ−Ｙ方向に移動可能で
ある。主軸台３には主軸１１及び主軸１１に直線連結さ
れた主軸モータ１０の他に、回転型の工具マガジン８が
搭載されている。工具マガジン８はマガジンモータ１２
により回転され選択工具が割出される。また、主軸台３
には、工具マガジン８と主軸１１との間で工具１３を交
換する工具交換装置（ＡＴＣ装置）が組込まれている。
両端に工具把持爪１５を備えた旋回アーム１６、工具交
換駆動モータ１７（以下ＡＴＣモータ１７と称す）等が
その部材である。

【００１０】図１は本発明に係る工具交換装置の機構の
概要を示す模式図である。ＡＴＣモータ１７の回転はウ
ォーム２１及びウォーム歯車２２により工具交換駆動軸
２３（以下ＡＴＣ駆動軸２３と称する）に伝えられる。
ＡＴＣ駆動軸は軸受２４、２５により主軸台に回転自在
に軸支されている。ＡＴＣ駆動軸２３には４つのカムが
設けられている。

【００１１】一方、第１のスリーブ２６が軸受２７、２
８により主軸台３に回転自在に軸支されている。第１の
スリーブ２６の内周面にはスプラインキー２９が形成さ
れ、第２のスリーブ３０のスプライン部３１が係合す
る。第２のスリーブ３０は第１のスリーブ２６の内周面
及びメタル軸受３２を介して主軸台３に支承され、第１
のスリーブ２６と一体に回転されると共に軸方向に摺動
可能である。第２のスリーブ３０の先端には旋回アーム
１６が固定されている。第２のスリーブ３０は旋回アー
ム軸をなす。旋回アーム１６内には工具把持爪１５を開
閉する開閉機構が内蔵されている。その開閉機構の駆動
部に、第２のスリーブ３０に挿通され主軸台３に回転自
在に支持された回動ロッド３３が係合し、回動ロッド３
３の回転により工具把持爪１５を開閉する。そして、旋
回アーム１６の回転及び軸方向への移動により主軸１１
と工具マガジン８の工具ポット３４との間で工具１３を
交換する。

【００１２】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第１のカム
は２枚の板カム３５、３６からなる複合カムであり、い
わゆるパラレルカム３７と称されるものである。２枚の
板カム３５、３６は、第１のスリーブ２６と一体に構成
された従動子３８の従節ローラ３９、４０に当接し、第
１のスリーブ２６の回転位置を規制する。そして、ＡＴ
Ｃ駆動軸２３の一回転の間に第１のスリーブ２６を間欠
的に１８０°回転させる。

【００１３】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第２のカム
は円筒部材４１の周面に形成された第１の円筒溝カム４
２である。第１の円筒溝カム４２に従動して揺動される
揺動レバー４３に設けられた接触子４４が、第２のスリ
ーブ３０の外周の円周溝４５に係合し、第２のスリーブ
３０の軸方向位置を規制する。ＡＴＣ駆動軸２３の一回
転の間に第２のスリーブ３０は軸方向に間欠的に一往復
される。

【００１４】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第３のカム
は円板４６の上面に形成された平面溝カム４７である。
平面溝カム４７に従動して往復動されるラック４８が回
動ロッド３３のピニオン４９と係合し、回動ロッド３３
の回動位置を規制する。回動ロッド３３の回動位置に従
って工具把持爪１５が開閉される。

【００１５】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第４のカム
は円筒部材４１の上部に形成された第２の円筒溝カム５
１である。第２の円筒溝カム５１にロッド１２５、１８
０、１８２かなら成るリンクロッドを従動させ、該ロッ
ド１８２により工具着脱装置のドローバー５３に連結さ
れた工具リリースピン５４を押圧し、主軸１１の工具１
３をアンクランプ状態とすることが可能である。このロ
ッド１８０とロッド１８２のリンク部分には、引っ張り
バネ１８１が配置されており、ロッド１８２へ主軸１１
のアンクランプのための付勢力を付加している。

【００１６】以下、上記の機構の詳細について説明す
る。図４は主軸台３の左側面を覆う工具マガジン８を取
外して見た図３のＡ−Ａ線矢視図であり、図５は第２の
スリーブ３０の縦断面図である。主軸台３の上部に円筒
形状のブラケット５７が固定されている。その円筒状ブ
ラケット５７及び主軸台３のリブ部５８に軸受５９、６
０を介して第１のスリーブ２６が回転自在に支承されて
いる。第１のスリーブ２６は、多数の従節ローラ３９、
４０を支承する上下３枚の円板からなるパラレルカム３
７の従動子３８と一体に構成されている。また、その内
周面にはスプラインキー２９が形成されている。

【００１７】第２のスリーブ３０の上部にはスプライン
３１が形成され、そのスプライン３１が第１のスリーブ
２６のスプラインキー２９と係合して第２のスリーブ３
０の上部を支承する。第２のスリーブ３０の下部はメタ
ル軸受３２により主軸台３に回転自在かつ軸方向に移動
自在に支承されている。第２のスリーブ３０の中央部外
周にはリング部材６１がねじ６２により固定されてお
り、そのリング部材６１の円周溝４５に揺動レバー４３
の接触子４４が係合して第２のスリーブ３０の軸方向位
置を規制し支持している。

【００１８】第２のスリーブ３０の内部には、工具把持
爪１５を開閉するための回動ロッド３３が挿通されてい
る。回動ロッド３３は上端部を円筒状ブラケット５７内
で軸受６３により回転自在に支持されている。回動ロッ
ド３３は軸方向には移動することができない。回動ロッ
ド３３の上端に設けられたピニオン４９は、円筒状ブラ
ケット５７に摺動自在に支持され平面溝カム４７に従動
して往復動されるラック４８と係合する。

【００１９】第２のスリーブ３０を回転駆動するカムイ
ンデックス機構について図５及び図６Ａを参照し説明す
る。図６Ａは図４のＢ−Ｂ線断面図である。ＡＴＣ駆動
軸２３に固定された２枚の板カム３５、３６はそれぞれ
真円部３５Ａ、３６Ａと山部３５Ｂ、３６Ｂとからなる
カム輪郭を有し、２枚の板カム３５、３６の山部３５
Ｂ、３６Ｂは互いにずらして構成されている。第１のス
リーブ２６と一体に形成された３枚の円板３８の間に
は、それぞれ４つの従節ローラ３９、４０が回転自在に
支持されパラレルカム３７の従動子３８を構成してい
る。上段の従節ローラ３９と下段の従節ローラ４０とは
互い違いに位置するように配設されている。２枚の板カ
ム３５、３６はそれぞれ４つの従節ローラ３９、４０の
いずれかに当接する。

【００２０】ＡＴＣ駆動軸２３の回転に従い、板カム３
５、３６の山部３５Ｂ、３６Ｂが一種のギアの様になっ
て従節ローラ３９、４０と噛み合い、従動子３８即ち第
１のスリーブ２６を回転させる。また、図６Ａに示す様
に板カム３５、３６の真円部３５Ａ、３６Ａが従節ロー
ラ３９、４０に当接しているときは、上下段の互い違い
の従節ローラ３９、４０が板カム３５、３６の真円部３
５Ａ、３６Ａを挟んだ状態になり、板カム３５、３６の
回転にかかわらず従動子３８即ち第１のスリーブ２６は
完全にロックされた停止状態になる。板カム３５、３６
のカム輪郭は１８０°の回転で従動子３８を１８０°回
転し、残りの１８０°の回転では従動子３８を停止状態
にロックするように形成されている。

【００２１】第２のスリーブ３０を軸方向に往復動させ
る軸送り機構について図４及び図６Ｂを参照し説明す
る。図６Ｂは図４のＣ−Ｃ線断面図である。揺動レバー
４３が主軸台３の隔壁６５に設けられた軸６６を支点と
して揺動自在に支承されている。揺動レバー４３の中央
部には側方に突出した円筒形状のカムフォロワー６７が
設けられ、先端部にはローラからなる接触子４４が設け
られている。カムフォロワー６７は第１の円筒溝カム４
２に係合され、先端の接触子４４は第２のスリーブ３０
に固定されたリング部材６１の円周溝４５に係合されて
いる。ＡＴＣ駆動軸２３の回転に従い第２のスリーブ３
０が軸方向に上下動される。

【００２２】回動ロッド３３を平面溝カム４７に従動し
て回動する機構について図７及び図８を参照し説明す
る。図７は図４のＤ−Ｄ線階段断面図、図８は図７のＥ
−Ｅ線矢視図である。主軸台３の天井壁７０に水平レバ
ー７１が中央部を軸７２に支承され、水平面内で揺動自
在に取付けられている。水平レバー７１の一端には下方
に突出した円筒状のカムフォロワー７３が設けられ、他
端には上方に突出した円筒状の接触子７４が設けられて
いる。回動ロッド３３の上端を支持する円筒状ブラケッ
ト５７には水平方向に貫通する円形の案内孔７５が形成
され、その案内孔７５にラック４８が摺動自在に挿通さ
れ案内されている。ラック４８は回動ロッド３３の上端
に設けられたピニオン４９と噛合する。円筒状ブラケッ
ト５７の側面から突出したラック４８の後端部には係合
溝７６が形成され、その係合溝７６に水平レバー７１の
接触子７４が係合する。また、水平レバー７１のカムフ
ォロワー７３は平面溝カム４７に係合する。ＡＴＣ駆動
軸２３の回転に従い、水平レバー７１が揺動され、ラッ
ク４８が前後に摺動されて回動ロッド３３が回動され
る。

【００２３】回動ロッド３３の回動に従って工具把持爪
１５を開閉する把持爪開閉機構について図５及び図９を
参照して説明する。図９は図５のＫ−Ｋ線断面図であ
る。回動ロッドの下端部には円筒形状をしたソケット８
０がピン８１により取付られている。ソケット８０は第
２のスリーブ３０の内周面に摺接し、回動ロッド３３の
下端を第２のスリーブ３０の回転中心軸線上に支持す
る。回動ロッド３３の下端には、水平方向に突出して係
合ピン８２が設けられている。一方、第２のスリーブ３
０の先端に固定された旋回アーム１６の中心には、ピニ
オン軸８３が軸受８４、８５を介して垂直に軸支されて
いる。ピニオン軸８３の上端面には回動ロッド３３の係
合ピン８２と係合するためのＵ字溝８６が形成されてい
る。図５に示す様に、第２のスリーブ３０が上昇端に位
置したときに、係合ピン８２がＵ字溝８６に係合し回動
ロッド３３の回動に従動してピニオン軸８３が回動され
る。

【００２４】旋回アーム１６内には、ピニオン軸８３の
ピニオンに噛合すラック部材８８がケーシング８９に案
内され左右に摺動自在に設けられている。ラック部材８
８は、その先端部９０がケーシング８９から突出し工具
ホルダの溝に係合するノッチを兼ねる部材である。ラッ
ク部材８８の摺動面をなす側面には２つのＶ溝９１、９
２が垂直に形成されている。ケーシング８９の上記Ｖ溝
９１、９２に対応する位置に孔９３が設けられ、その孔
９３に、ねじ９４によって圧縮されたバネ９５により付
勢されたボール９６が配設されている。ボール９６はＶ
溝９１、９２に係合可能であり、ラック部材８８を前進
位置又は後退位置に保持することができる。ラック部材
８８の中央部には長孔状の透孔９７が設けられ、その透
孔９７を挿通して２本の固定ピン９８、９９が直立して
ケーシング８９に固定されている。透孔９７はラック部
材８８の直線移動を逃すためのものである。

【００２５】一方の工具把持爪１５Ａが２つのレバー１
０１、１０２により固定ピン９８、９９に連結されてい
る。各レバー１０１、１０２はピン１０３、１０４によ
り工具把持爪１５Ａと連結されており、各レバー１０
１、１０２は揺動自在である。一方の工具把持爪１５Ａ
を連結するレバー１０１、１０２はラック部材８８の上
方で固定ピン９８、９９に連結し、対となる他方の工具
把持爪１５Ｂを連結するレバー１０５、１０６はラック
部材８８の下方で固定ピン９８、９９に連結する。各レ
バー１０１、１０２及び１０５、１０６の揺動を可能と
するスペースを空けるため、ラック部材８８の透孔９７
が設けられた附近は上下面が削られ板厚が薄くされてい
る。

【００２６】ピニオン軸８３が回転駆動されラック部材
８８が前進すると、ラック部材８８の後方の段部１０７
がレバー１０１の側端を押圧し、固定ピン９８を中心に
レバー１０１が回転されて工具把持爪１５Ａを閉じる。
そして、ボール９６がＶ溝９１に係合した状態でラック
部材８８が保持される。その後、第２のスリーブ３０が
下降し回動ロッド３３の係合ピン８２とＵ字溝８６との
係合が外れ、ピニオン軸８３がフリーになった状態で
も、作用角の関係から工具把持爪１５からの力によりラ
ック部材８８が移動することはない。回動ロッド３３に
よりピニオン軸８３が逆方向に回転されラック部材８８
が後退すると、ラック部材８８の前方の段部１０８がレ
バー１０２の側端を押圧し、工具把持爪１５Ａを開く。

【００２７】工具着脱装置駆動機構について図１０、図
１１及び図１２を参照し説明する。図１０は図４のＦ−
Ｆ線断面図、図１１は図１０のＧ−Ｇ線断面図、図１２
は主軸の縦断面を示す図１０のＨ−Ｈ線断面図である。
先ず図１０及び図１１を参照し、主軸台３の側壁１１１
には、上下方向に延びる突出部１１２が形成され、その
内側面には内面に円柱形状の空間を有するフランジ部１
１３が形成されている。主軸台３の隔壁６５には、内面
に前記フランジ部１１３と略同一の空間を有するフラン
ジ部１１４が形成されている。そして、前記フランジ部
１１３、１１４の空間には、すべり軸受１２１、１２２
が夫々取付けられ、そのすべり軸受１２１、１２２には
夫々支持棒１２３、１２４が上下方向に摺動可能に支持
されている。その各支持棒１２３、１２４の上部には、
ロッド１２５がねじ１２６、１２７により夫々固定され
ている。ロッド１２５の先端は主軸台３の隔壁６５の窓
１２８を挿通してＡＴＣ駆動軸２３が配設された室に達
するようにされている。そのロッド１２５の先端にはカ
ムフォロワー１１６が回転自在に取付られ、第２の円筒
溝カム５１に係合する。

【００２８】ロッド１２５とは垂直な方向にロッド１８
０が配設される。ロッド１８０は側壁１１１及び隔壁６
５に支持された水平軸１１７に中央部を支承され上下方
向に揺動自在である。ロッド１８０の一端には上下方向
に二つに分かれた二股部１１８が形成され（図１２参
照）、その二股部１１８がロッド１２５の略中間部を挟
持して、ロッド１８０がロッド１２５に係合されてい
る。ロッド１８０の他端には、ロッド１８２が連結軸１
８３により連結されている。該ロッド１８２は、側壁１
１１及び隔壁６５に支持された水平軸１８４に中央部を
支承され上下方向に揺動自在である。ロッド１８２の他
端は水平方向にＹ字状に２つに分かれ、そのＹ字部１１
９が主軸１１の側面に突出した工具リリースピン５４を
上方から押圧可能である。上記ロッド１２５、１８０、
１８２がリンクロッドを形成して、第２の円筒溝カム５
１の作用力を該工具リリースピン５４へ伝達するように
成っている。このロッド１８０とロッド１８２とを連結
する該連結軸１８３は、側壁１１１に設けられたピン１
８５（図１２参照）に支持された引っ張りバネ１８１に
より上方へ付勢されている。

【００２９】工具着脱装置について図１２を参照し説明
する。この装置は、テーパー形状のアーパー１３０及び
プルスタッド１３１を備える工具１３を着脱自在に装着
するものである。軸１１の軸端面にはアーパー１３０が
密着しテーパー嵌合するテーパー孔１３２が設けられて
いる。テーパー孔１３２に連通する上方のコレット室１
３３には円筒形状をしたコレット１３４が軸方向に摺動
自在に設けられている。コレット１３４の周上に設けら
れた複数の小さなテーパー孔１３５にボール１３６が配
設され、複数のボール１３６がプルスタッド１３１のネ
ック部を囲むように保持されている。コレット１３４が
上昇したときには、各ボール１３６はコレット室１３３
上部のテーパ部１３７に押圧されて中心方向に移動し、
複数のボール１３６がプルスタッド１３１を挟持して引
き上げる。一方、コレット１３４が下降したときは、図
１２に示す様に、コレット室１３３の側壁がやや拡がっ
ているため各ボール１３６は径方向に逃げることがで
き、プルスタッド１３１は自由にコレット１３４内を通
過することができる。

【００３０】コレット１３４にはドローバー５３が固着
され、ドローバー５３の上端には、ねじによりプラグ１
３８が固定されている。プラグ１３８は主軸１１の中空
部内を軸方向に摺動自在である。プラグ１３８と、主軸
１１の中空部に形成された段部１３９との間に一群の皿
バネ１４０が弾力的に圧縮介挿されている。皿バネ１４
０の強い弾性力によりプラグ１３８は上方に付勢され、
ドローバー５３及びコレット１３４が上方に付勢されて
いる。主軸１１には長円形の長孔１４１が対向的に設け
られ、その長孔１４１からプラグ１３８に直交して挿通
固定された工具リリースピン５４が突出している。

【００３１】工具交換駆動モータ１７により第２の円筒
溝カム５１が回動され、該円筒溝カム５１のカム高さが
高くなると、ロッド１２５が高い位置をとり、ロッド１
８０が図１２の時計方向に回動され、ロッド１８０とロ
ッド１８２と間の連結軸１８３がバネ１８１の付勢力に
対抗して下げられ、そして、ロッド１８２が反時計方向
に回動されそのＹ字部１１９は工具リリースピン５４か
ら離れる。この状態において、皿バネ１４０の強い弾性
力により工具リリースピン５４は上方に付勢され、ドロ
ーバー５３に支持されたコレット１３４が引き上げられ
工具をクランプする。

【００３２】他方、工具交換駆動モータ１７により第２
の円筒溝カム５１が更に回動され、該円筒溝カム５１の
カム高さが低くなると、図１２に示すようにロッド１２
５が低い位置をとり、ロッド１８０が反時計方向に回動
され、ロッド１８２が時計方向に回動され該Ｙ字部１１
９が工具リリースピン５４を上方から押圧する。この際
に、ロッド１８０とロッド１８２と間の連結軸１８３に
取り付けられたバネ１８１が、ロッド１８２の時計方向
の回動へ付勢力を付加する。これにより、ロッド１８２
のＹ字部１１９は、該皿バネ１４０の強い弾性力に対抗
して工具リリースピン５４を下方に押圧し、コレット１
３４が押し下げられ工具をアンクランプする。即ち、皿
バネ１４０の弾性力に対抗してコレット１３４をアンク
ランプする際に、ロッド１８２が引っ張りバネ１８１に
より付勢されているため、小さな出力の工具交換駆動モ
ータ１７でコレット１３４をアンクランプさせることが
できる。また、このコレット１３４のアンクランプの際
に円筒溝カム５１へ加わる力が小さくなる。

【００３３】工具マガジン８の構造について図１３を参
照し説明する。図１３は図３のＪ−Ｊ線断面図である。
フレーム１５０の中央部に突出した円筒状部分１５１
に、軸受１５２を介して円盤１５３が回転自在に支持さ
れている。円盤１５３の裏面に固定された環体１５４に
は、同一円周上に多数のローラ１５５が配設されてい
る。これらのローラ１５５はバレルカム１５６のカムフ
ォロワーをなす。カム軸１５７が垂直にフレーム１５０
に軸支されている。円筒部材にスパイラル状に溝が創成
されたバレルカム１５６がカム軸１５７に固定され、複
数のローラ１５５と係合する。カム軸１５７は減速機１
５８を介してフレーム１５０上部に配設されたマガジン
モータ１２に連結されている。カム軸１５７の回転に従
動して次々にローラ１５５がバレルカム１５６に係合
し、円盤１５３を回転駆動する。

【００３４】円盤の表面には多数の工具の工具ポット３
４を支持する支持部材１６０が固定されている。支持部
材１６０は円盤１５３の周囲で放射状にかつ内部の方向
（図面左方向）に延出し、その各延出部１６１に設けら
れた支持軸１６２に各工具ポット３４が揺動可能に支持
されている。各工具ポット３４には圧縮バネ１６４で付
勢されたボール１６５からなるラッチ機構が設けられて
おり、工具１３を圧縮バネ１６４の付勢力に抗して強く
押し込むとプルスタッド１３１にボール１６５が係合し
て工具１３が保持され、圧縮バネ１６４の付勢力に抗し
て強く引き抜くと工具１３を工具ポット３４から取外す
ことができる。

【００３５】各工具ポット３４の後端にはピン１６６が
設けられている。このピン１６６に係合可能なＵ字溝１
６７を有するスライダ１６８が上下方向に摺動自在にフ
レーム１５０下方に支持され、エアーシリンダ１７０の
ピストンロッド１７１に連結されている。最も下の位置
に割出された工具ポット３４のピン１６６がスライダ１
６８のＵ字溝１６７に係合する。ピストンロッド１７１
を後退してスライダ１６８を上昇させることにより、想
像線に示す様に、割出された工具ポット３４が９０°回
転されてマガジンから取出され、旋回アーム１６により
工具交換が可能な姿勢にされる。マガジンの周囲を囲む
円筒状のカバー１７２は工具１３が取出される最下部の
箇所だけ切り欠かれている。

【００３６】以上の構成に基き作動について図１４及び
図１５を参照し説明する。図１４は工具交換装置の作動
を示すタイミングチャート、図１５はシーケンス図であ
る。加工が終了するとＺ軸送りモータ５が駆動され、工
具１３が被加工物と干渉しない位置まで主軸台３が上昇
される（状態２０２）。同時に主軸１１の定位置停止が
行なわれる（状態２０２）。また、工具マガジン８のシ
リンダ１７０が上昇され割出された工具ポット３４が９
０°回転され工具交換が可能な姿勢にされる（状態３０
２）。

【００３７】主軸定位置停止が確認されると直ちにＡＴ
Ｃモータ１７が駆動されＡＴＣ駆動軸２３が回転を始め
る。ＡＴＣ駆動軸２３が約２０°回転したところから平
面溝カム４７のカム高さが上昇を始め、回動ロッド３３
を回転して工具把持爪１５を閉じる（状態２０３、３０
３）。これにより、主軸１１及び工具マガジン８の工具
１３が旋回アーム１６に保持される。ＡＴＣ駆動軸２３
が約３５°回転すると第２の円筒溝カム５１のカム高さ
が下降を始め、ロッド１８２により工具リリースピン５
４を押し下げ、主軸１１に保持された工具１３をアンク
ランプ状態にする（状態２０４）。さらにＡＴＣ駆動軸
２３の回転が進み約６５°の回転角に達すると、第１の
円筒溝カム４２のカム高さが下降を始め、第２のスリー
ブ３０を下降させて工具１３の抜取りを開始する（状態
２０５、３０５）。

【００３８】工具１３の抜取りはＡＴＣ駆動軸２３の６
５°から１１５°の回転角の間に行なわれる。一方、Ａ
ＴＣ駆動軸２３が約９０°の回転角に達するとパラレル
カム３７の２枚の板カム３５、３６の山部３５Ｂ、３６
Ｂが従節ローラ３９、４０に当接し始め、第１のスリー
ブ２６を回転させて旋回アーム１６の回転が開始される
（状態２０６）。ここで、ＡＴＣ駆動軸２３の回転角が
９０°から１１５°の間には、第２のスリーブ３０の下
降による工具１３の抜取り動作と旋回アーム１６の回転
による工具１３の交換動作が一部重複して行なわれる
（図１４に４０１で示す）。このように、動作を一部重
複させることにより工具交換時間をより短縮することが
できる。旋回アーム１６はＡＴＣ駆動軸２３の９０°か
ら２７０°までの間に１８０°回転され工具位置が交換
される。

【００３９】そして、ＡＴＣ駆動軸２３が約２５５°の
位置まで回転すると、第１の円筒溝カム４２のカム高さ
が上昇を始め、第２のスリーブ３０が上昇して新しい工
具１３の挿入が開始される（状態２０７、３０７）。こ
こでも、旋回アーム１６の回転と上昇とが一部重複して
行なわれ（図１４に４０２で示す）、工具交換時間の短
縮が図られている。次に、ＡＴＣ駆動軸２３が約３０５
°の位置まで回転すると、第２の円筒溝カム５１のカム
高さが上昇してロッド１８２が工具リリースピン５４か
ら離れ、皿バネ１４０の付勢力により工具１３が主軸１
１にクランプされる（状態２０８）。そして、ＡＴＣ駆
動軸２３の回転が３２０°から３５０°の間に、平面溝
カム４７のカム高さが下降し、回動ロッド３３が逆回転
されて工具把持爪１５が開かれて（状態２０９、３０
９）、工具１３が旋回アーム１６から離脱する。

【００４０】ＡＴＣ駆動軸２３が１回転し最初の状態に
戻ると、ＡＴＣモータ１７が停止され、工具交換が終了
する。工具交換が終了すると直ちにＺ軸送りモータ５及
び主軸モータ１０が駆動され（状態２１０）、次の加工
作業に入る（状態２１１）。一方、工具マガジン８で
は、シリンダ１７０が下降し工具ポット３４が９０°回
転されて格納され（状態３１０）、マガジンモータ１２
が駆動されて次に交換する工具の割出しが開始され（状
態３１１）、次の工具交換に備える。図１４では動作を
明確に示すため各カム３７、４２、４７、５１のカム輪
郭が直線的に変化するかのように図示したが、実際には
各カムのカム輪郭は滑らかな曲線に形成され、各部材に
ショックを与えることなく高速に動作させることを可能
としている。

【００４１】以上説明した実施例においては、円筒溝カ
ム５１の作用を３本のロッド１２５、１８０、１８２か
ら成るリンクロッドにより工具リリースピン５４へ伝達
したが、このリンクロッドは、２本のロッドから成る構
成とすることも可能である。また、皿バネ１４０の弾性
力に対抗する力を加えるために、付勢手段として引っ張
りバネ１８１を用いたが、このバネ１８１の代わりに他
の弾性体、例えば、ゴム等を用いることができる。更
に、引っ張りバネ１８１の代わりに圧縮バネを、該引っ
張りバネ１８１と反対位置に置くことも可能である。ま
た、この実施例では、リンクロッドへのバネ１８１によ
る付勢力を、ロッド１８０とロッド１８２との間の連結
軸１８３に加えたが、この付勢力を他の適宜の場所に付
与することによっても本発明の目的を達成することがで
きる。

【００４２】本実施例によれば、コレット１３４のクラ
ンプのための皿バネ１４０の弾性力に対抗してコレット
１３４をアンクランプさせる際に、ロッド１８２が引っ
張りバネ１８１により付勢されるため、小出力の工具交
換駆動モータ１７でもコレット１３４のアンクランプを
行い得る。また、コレット１３４のアンクランプの際に
円筒溝カム５１に加わる力が小さくなるため、該円筒溝
カム５１を小型化できる。更に、当該円筒溝カム５１の
作用をリンクロッド１２５、１８０、１８２に渡すカム
フォロワー１１６に加わる力が小さくなるため、円筒溝
カム５１とカムフォロワー１１６との接触による磨耗が
少なくなり、これら部材の耐久性が向上する。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、コ
レットのクランプのための弾性体の弾性力に対抗してコ
レットをアンクランプさせる際に、リンクロッドが付勢
手段により該弾性体の弾性力に対抗するよう付勢される
ため、小出力のモータで小さなカムにより、コレットの
クランプのために弾性手段により付与されている弾性力
に対抗してコレットをアンクランプさせることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 工具交換装置の概要を示す模式図。

【図２】 工具交換装置の外観を示す斜視図。

【図３】 工具交換装置の平面図。

【図４】 図３のＡ−Ａ線矢示図。

【図５】 第２のスリーブの断面図。

【図６】 図６Ａはパラレルカムを示す図４のＢ−Ｂ線
断面図、図６Ｂは第１の円筒溝カムを示す図４のＣ−Ｃ
断面図。

【図７】 平面溝カムを示す図４のＤ−Ｄ線階段断面
図。

【図８】 図７のＥ−Ｅ線矢示図。

【図９】 旋回アームを示す図５のＫ−Ｋ線断面図。

【図１０】 第２の円筒溝カムを示す図４のＦ−Ｆ線断
面図。

【図１１】 図１０のＧ−Ｇ線断面図。

【図１２】 主軸の縦断面を示す図１０のＨ−Ｈ線断面
図。

【図１３】 工具マガジンの断面を示す図３のＪ−Ｊ線
断面図。

【図１４】 作動を示すタイミングチャート。

【図１５】 シーケンス図。

【符号の説明】

１１ 主軸 １７ 工具交換駆動モータ ２３ ＡＴＣ駆動軸 ５１ 円筒溝カム ５３ ドローバー １２５ ロッド １３４ コレット １４０ 皿バネ １８０ ロッド １８１ バネ １８２ ロッド

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種工具を着脱可能に保持するコレット
   を有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、前記主軸
   を回転可能に支持する主軸台と、その主軸台を、前記主
   軸に保持された工具と相対する被加工物に対して相対的
   に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可能に支持
   するフレームと、複数の各種工具を保持する工具マガジ
   ンと、その工具マガジンに保持された工具の一つを選択
   して前記主軸に装着された工具と交換するための工具交
   換装置と、単一のモータにより回動されるカム群であっ
   て前記工具交換装置の駆動用カム及び前記工具クランプ
   機構の駆動用カムを含むカム群とを備えた工作機械であ
   って、 前記工具クランプ機構が、 前記コレットを支持するドローバーと、前記ドローバーに設けられたリリースピンと、 該ドローバーへ被加工物とは反対方向の弾性力を付加し
   て、該コレットに工具をクランプさせる弾性手段とを有
   し、 前記工具クランプ機構の駆動用カムに従動するリンクロ
   ッドであって、該リンクロッドを構成する内の１つのロ
   ッドが、前記ドローバーの移動方向に垂直に配置された
   回転軸に揺動自在に支持され、アンクランプの際に、前
   記ロッドの端部が、前記リリースピンを押圧して前記ド
   ローバーを被加工物方向に移動させてコレットに工具を
   アンクランプさせ；クランプの際に前記ロッドの該端部
   が、前記リリースピンから離れ、前記弾性手段によって
   前記ドローバーを被加工物の反対方向に移動させてコレ
   ットに工具をクランプさせるリンクロッドと、該リンクロッドの前記ロッドの前記端部の反対側の端部
   へ、 前記ドローバーを被加工物方向に移動させる方向へ
   前記弾性手段の弾性力に対抗するアンクランプのための
   付勢力を付与する付勢手段と、を備えることを特徴とす
   る工具交換装置を備えた工作機械。
2. 【請求項２】 前記付勢手段が引っ張りバネから成るこ
   とを特徴とする請求項１の工具交換装置を備えた工作機
   械。