JP3511857B2 - 工具交換装置及び工具交換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の主軸と工
具マガジンとにセットされた工具を交換するための工具
交換装置及び工具交換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、主軸と工具マガジンとの間で、工
具を交換可能な工作機械が知られている。これらの工作
機械は、工具交換実施用の工具交換装置を備え、その工
具交換装置を構成する工具交換アームの先端に設けられ
た把持部によって、主軸及び工具マガジンそれぞれにセ
ットされた工具を把持し、該工具交換アームの旋回軸周
りの旋回運動によって工具の位置を変え、該工具交換ア
ームの旋回軸方向の往復運動によって工具を主軸の工具
装着部に脱着することにより、工具交換を行うものであ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように工具交換アームを旋回させてから、該工具交換ア
ームを旋回軸方向に移動して、工具を主軸の工具装着部
に装着するため、旋回後の工具の位置が主軸の軸線に対
し、わずかでもずれている場合には問題が生ずる。すな
わち、このような状態で装着しようとすると、工具が工
具装着部に完全に装着される前に、工具と主軸の工具装
着部とが衝突して互いに干渉し、負荷がかかった状態で
強制的に装着されるため、最悪の場合には、工具又は主
軸が破損してしまうといった問題があった。このため、
上記工具交換アームの旋回後の位置決め精度を厳密に設
定する必要があり、この位置決め精度を実現するため
に、高精度のカム溝が形成された高価なローラギヤカム
等を使用する必要があった。

【０００４】本発明は上記課題を解決し、簡易な機構に
よりスムーズに工具の装着が実現できる工具交換装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明の工具交換装置は、少なくとも
一端に工具を把持するための把持部が設けられ、旋回軸
の軸線周りに回動可能なアーム本体を備え、前記旋回軸
の回転運動と往復運動とを利用して、前記把持部に把持
された工具を、主軸の工具装着部に挿入嵌合し、あるい
は該工具装着部から抜き取る工具交換装置において、該
アーム本体を、前記旋回軸に対して一体的に固定するア
ームロック機構を機能させ、あるいは解除するアームロ
ック・解除手段と、前記旋回軸の軸線周りに前記旋回軸
の回動とは独立して回動可能な外軸ギアと、該アームロ
ック・解除手段は、前記工具が前記工具装着部に対し、
予め定められた挿入深さにまで挿入された状態におい
て、前記アームロック機構を解除させ、さらに奥まで、
前記工具が挿入して、前記外軸ギアと前記アーム本体と
を一体的に運動可能な上死点まで前記アーム本体を移動
させ、前記外軸ギアの回転運動を利用して、前記アーム
本体を前記旋回軸の軸線周りに回動することを特徴とす
る。

【０００６】上記構成よれば、工具が上記予め定められ
た挿入深さにまで挿入された後は、アームロック機構が
解除されるため、先端に工具が把持されたアーム本体の
揺動が可能となる。この結果、工具はアームロック機構
が解除された後、旋回軸を中心とする所定の円周軌道上
を自由に移動することができる。すなわち、工具は上記
予め定められた深さまで挿入されて以降、工具位置が多
少ずれていても、アーム本体の旋回軸方向の移動ととも
に、主軸の工具装着部の装着面に沿って移動させられて
嵌合される。このとき、工具は主軸の工具装着面にガイ
ドされるかたちで挿入されるため、工具と工具装着部と
の間に負荷がかかることがない。

【０００７】また、上記予め定められた挿入深さにおい
ては、工具の装着面と主軸の工具装着部の装着面との間
にある程度のクリアランスがあるため、逆にこのクリア
ランスの大きさだけ、旋回軸の旋回後の工具位置の位置
決め精度を落とすことが可能となる。従って、従来のよ
うに、旋回軸の旋回後の工具位置を厳密に設定するため
にローラギヤカム等を使用した高価な機構を設ける必要
がなく、上記クリアランス分の誤差を許容して設計する
ことが可能である。この結果、装置の製造コストの低減
をも図ることができる。

【０００８】また、上記工具と上記工具装着部とは、各
々互いに係合するテーパ面を有し、上記工具は上記工具
装着部に該テーパ面に沿って挿入嵌合されることを特徴
とするものでもよい。このように構成すると、工具は、
上記予め定められた挿入深さにまで挿入された後、主軸
の軸線に対して僅かにずれていても、工具装着部のテー
パ面に沿って揺動しながら挿入勘合される。

【０００９】また、本発明の工具交換方法は、少なくと
も一端に工具を把持するための把持部が設けられたアー
ム本体を、旋回軸の軸線周りに回動させ、あるいは該軸
方向に往復運動させることにより、上記把持部に把持さ
れた工具を、主軸の工具装着部に挿入嵌合し、あるいは
該工具装着部から抜き取る工具交換方法において、アー
ム本体を上記旋回軸に対して一体的に固定するためのア
ームロック機構を機能させる工程と、上記把持された工
具を、工具装着部に対し、予め定められた挿入深さにま
で挿入する工程と、上記工具が、上記予め定められた挿
入深さにまで挿入された時に、上記アーム本体が、上記
旋回軸に対して独立して回動できるように上記アームロ
ック機構を解除する工程と、該アーム本体の独立した回
動を利用して、上記工具を上記工具装着部に挿入嵌合す
る工程とを含むことを特徴とする。 上記方法は、本発
明に係る上記工具交換装置を利用可能な工具交換方法で
あり、アーム本体に把持された工具は、工具位置を入れ
替えて、主軸の工具装着部に対し予め定められた挿入深
さまで挿入されるまでは、旋回軸の位置精度に従うが、
これ以降アームロック機構が解除される。従って、それ
以降、上記工具は旋回軸の周りに揺動可能な状態で、工
具装着部の形状に従って挿入勘合される。

【００１０】旋回後の工具の位置決め精度は、上記予め
定められた挿入深さにおける工具と主軸の工具装着部と
のクリアランスの大きさだけ誤差が許容されるため、従
来ほどの位置決め精度が要求されることなく、工具交換
が完了する。この結果、従来高精度を要するために使用
されていたローラギヤカム等を使用しなくてもよいた
め、装置の製造コストを低く抑えることができる。

【００１１】また、上記工具交換方法において、上記工
具と上記工具装着部とは、各々互いに係合するテーパ面
を有し、上記工具は上記工具装着部にテーパ面に沿って
挿入嵌合されることを特徴とするものでもよい。このよ
うに構成すると、工具は、上記予め定められた挿入深さ
にまで挿入された後、主軸の軸線に対して微妙にずれて
いても、揺動しながら、工具装着部のテーパ面に沿って
挿入勘合される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を一層
明確にするため、本発明の好適な実施例を図面と共に説
明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に
何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属
する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもな
い。

【００１３】まず、本実施例の工具交換機ＴＣが装着さ
れたマシニングセンタの全体を主に図１を参照して、概
説する。図１に示すように、このマシニングセンタで
は、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、一対のリニアガイド４に
案内され、Ｚ軸送りモータ５及び送りネジ６により上下
方向に移動される。基台１に設けられたテーブル７は水
平面方向に移動可能である。主軸台３には主軸モータ
８、主軸９及び回転型の工具マガジン１０が搭載されて
いる。なお、主軸９と工具マガジン１０は、特開昭63-1
23646号で開示したものと同様なものが使用されてい
る。

【００１４】主軸９は、工具Ｔを着脱可能に保持しうる
工具装着部１１と、この工具装着部１１にドローバ（図
示せず）を介して連結し押し下げられることによって工
具Ｔを離脱させる工具リリースピン（図示せず）とを備
えている。工具マガジン１０は、工具Ｔを着脱可能に保
持し通常水平の姿勢にある保持ポットを、回転盤の周辺
部に複数備えたものである。その最下位に位置した保持
ポットのみ９０゜下方に回転して垂直な姿勢をとり、本
実施例の工具交換機ＴＣによって工具交換可能な状態に
なる。工具Ｔの選択（最下位置への配置）は、マガジン
モータ１４の回転により実施される。

【００１５】また、主軸台３には、工具マガジン１０と
主軸９との間で工具Ｔを交換する本実施例の工具交換機
ＴＣが組み込まれている。この工具交換機ＴＣは、工具
交換駆動モータ１５や工具交換アームＡ等から構成され
ている。本実施例の工具交換アームＡは、その旋回軸と
同一軸線上に延びるアーム中軸を有するアーム支持体１
６と、アーム中軸を中心にアーム支持体１６に回動可能
に支持され、両端に工具を支持するための把持部１７を
有するアーム本体１２とから構成されており、主軸９と
工具マガジン１０とにセットされた工具Ｔを、把持部１
７による把持と工具交換アームＡの旋回と上下動とを利
用して交換するものである。

【００１６】図２に工具交換アームＡの動きを引き起こ
す上記工具交換機ＴＣ全体の構成を、図３に本発明の主
要部に相当する工具交換装置の下部の断面図を示す。図
２に示すように、工具交換機ＴＣのＡＴＣ駆動軸１８は
工具交換駆動モータ１５に結合されて鉛直方向を向いて
配置され、軸受１９，２０を介して主軸台３に回転自在
に軸支されている。ＡＴＣ駆動軸１８には４つのカム２
１，２２，２３，２４が設けられている。

【００１７】一方、ＡＴＣ駆動軸１８の側方には、旋回
軸２５が鉛直向きに配置されている。この旋回軸２５の
上部にはスプライン２５ａが、最下端にフランジ２５ｂ
が設けられ、該フランジ２５ｂには、工具交換アームＡ
が固定されている。上記旋回軸２５の上端には該旋回軸
２５の軸中心に沿って所定の深さの段付孔３２が開けら
れており、この段付孔３２の内径より小さい外径を有す
る長軸状の支持部材３１が、主軸台３の上部機械フレー
ム２８に開けられた透孔２８ａに挿通されている。支持
部材３１は上部機械フレーム２８に固定され、上記段付
孔３２の上段に配設されたブッシュ３３を介し、上記段
付孔３２に挿通され、旋回軸２５の上部を軸支してい
る。

【００１８】一方、図３に示すように、上記旋回軸２５
の下端は、旋回軸２５の径より大きい孔径を持つ略円筒
形状の外軸ギヤ２９を貫通し、ブッシュ３０と外軸ギヤ
２９とをガイドとして中心軸周りの回動と軸方向の往復
運動が可能に支承されている。 主軸台３の下部機械フ
レーム２６には孔２６ａが設けられており、上記外軸ギ
ヤ２９が、ブッシュ２７を介して該孔２６ａを貫通し、
上記旋回軸２５の回動とは独立して、中心軸周りの回動
ができるように支承されている。

【００１９】また、図２に示すように、旋回軸２５は上
下方向中央近辺に固定された、円周溝をもつ円筒部材３
６を有し、該円筒部材３６が上下されることによって、
該旋回軸２５は鉛直方向に往復移動する。更に、旋回軸
２５は、その上部のスプライン２５ａと嵌合したスプラ
イン副軸３７の軸回りの回転に伴って回転する。なお、
スプライン副軸３７の外周に形成されたフランジ部３７
ａの上下面には、カム２１の従動子としての従動ローラ
３８の軸が固定されている。

【００２０】図３に示すように、外軸ギヤ２９の上端部
外周には、ギヤ２９ａが刻まれており、そのギヤ２９ａ
は側方のセグメントギヤ３４に噛合している。このセグ
メントギヤ３４には、揺動子３５が固定されており、こ
れがカム２４に従動する。また、円筒状の外軸ギヤ２９
の下端部の互いに１８０゜離れた２ヶ所には、下方が開
いた凹部７１ａ、７１ｂが設けられ、該凹部を介して後
述する工具交換アームＡのアーム回転軸と嵌合してい
る。

【００２１】本実施例の工具交換アームＡは、中心にア
ーム中軸６２を有するアーム支持体１６及び該アーム支
持体１６にアーム中軸６２を中心に回動可能に支持され
ているアーム本体１２等から構成されている。上記アー
ム支持体１６は、アーム中軸６２の上端部に一体的に形
成され、半径方向外側に延在する上フランジ６１と、ア
ーム中軸６２の下端部に嵌合された円盤状の部材からな
る下フランジ６３とを有し、該上フランジ６１と下フラ
ンジ６３との間にアーム本体１２を回動可能に挟持して
いる。

【００２２】アーム本体１２は、アーム中軸６２が貫通
する中空円筒形状のアーム回転軸５１と、中央部が該ア
ーム回転軸５１の下部に嵌合され、両端部が工具を把持
するための把持部１７を有する旋回アーム５２とから構
成されている。上記アーム回転軸５１は上部にフランジ
５１ａを有し、その上端部において上記外軸ギヤ２９の
下端に設けた凹部７１ａ，７１ｂに対向する２ヶ所に上
方に突出した凸部７２ａ、７２ｂが設けられている。ま
た、上記旋回アーム５２は、その中央に凹部を有し、該
凹部の中央に貫通孔が設けられている。換言すれば、該
凹部側面から中心に向かうフランジ５２ａが一体的に形
成された形状を有する。アーム本体１２は、その一部で
あるフランジ５２ａが上記フランジ５１ａに接合される
ことにより、フランジ５１ａと一体化して構成されてい
る。なお、上記アーム回転軸５１と旋回アーム５２とは
一体的に成形してもよい。

【００２３】なお、外軸ギヤ２９の下端に設けられた上
記各凹部７１ａ、７１ｂと、アーム本体１２の上端に設
けられた上記各凸部７２ａ、７２ｂとが嵌合することに
より、外軸ギヤ２９とアーム本体１２とは、一体的に運
動することができる。図５に旋回アーム５２の水平方向
の部分断面図を示すように、該旋回アーム５２は、アー
ム中軸６２を中心として対称に構成され、その両端には
把持部１７，１７が、互いに逆向き面した工具当接部５
６，５６を有して設けられている。

【００２４】また、旋回アーム５２の中央部に設けられ
たフランジ５２ａの外側には中心に対して対称な位置に
２つの透孔５５，５５が設けられている。該各透孔５５
には、後述するツールロックピン９１及びアームロック
ピン９２が鉛直方向に挿通され、該透孔内で所定角度回
動できるように形成されている。

【００２５】また、アーム本体１２の内部には、工具当
接部５６が面した側の側面に近接して、上記透孔５５と
把持部１７との間に長手方向に延び、その中央よりも透
孔５５側に小さくなる段部を有する段付挿通孔５８が設
けられている。該段付挿通孔５８には、工具当接部５６
に当接した工具を押圧固定するためのローラ８１を一端
に回転自在に軸支した係止部材としてのローラシャフト
８０が挿通されている。該ローラシャフト８０は、その
棒状円柱形状の中央に透孔５５側に小さくなる段部を有
し、上記段付挿通孔５８を摺動可能に貫通している。ま
た、上記ローラシャフト８０の中央部には長円形のスロ
ット８３が設けられており、旋回アーム５２に固定され
た直交ピン５９を該スロット８３に挿通させることによ
って、ローラシャフト８０の自軸回りの回転を防止して
いる。更に、上記段付挿通孔５８の段部とローラシャフ
ト８０の段部との間には、バネ８５が弾力的に圧縮介挿
され、ローラシャフト８０を把持部側に付勢している。

【００２６】図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面を示す図
である。図３及び図４から分かるように、旋回軸２５と
アーム支持体１６とを接続するフランジ２５ｂは、図４
に示すように、円盤の相対する部分を平行に切り欠いた
形状をしていて、その上面の中央部が旋回軸２５の下面
と結合されている。また、該フランジ２５ｂの下面は２
ヶ所の円周部でアーム支持体１６の上面にピン７６を用
いて結合されている。上記凹部７１ａ、７１ｂと凸部７
２ａ、７２ｂとの嵌合はフランジ２５ｂの上面から上方
に少し離れた位置で行われる。後述するように、旋回軸
２５とアーム支持体１６との回転運動は、旋回軸２５及
びアーム支持体１６を下方に移動させて上記嵌合部の嵌
合を解除した状態で行われるが、外軸ギヤ２９とアーム
回転軸５１との回転運動は、旋回軸２５及びアーム支持
体１６が上方に引き上げられて、外軸ギヤ２９とアーム
回転軸５１とが上記嵌合部で嵌合した状態で行われる。

【００２７】図８にアーム本体１２が待機位置（２点鎖
線）にある時と工具交換位置（実線）にある時を示すよ
うに、上記凸部７２ａ，７２ｂは、アーム支持体１６の
上フランジ６１においてフランジ２５ｂの側部に設けら
れた透孔７３内を所定角度回転するだけであるので、フ
ランジ２５ｂによりその回動が妨げられることはない。
図３に戻り、アーム支持体１６には、上記ローラシャ
フト８０の先端に設けられたローラを把持された工具に
押圧後固定するために、ローラシャフト８０の摺動をロ
ックする一対のツールロック機構ＴＲと、アーム本体１
２をアーム中軸６２に対してロックあるいは解除するた
めの一対のアームロック機構ＡＲとが各々軸対称に設け
られている。図３では、アーム中軸６２を中心として、
右方にツールロック機構ＴＲが、左方にアームロック機
構ＡＲが配置されているように示されているが、図５に
示すように、ツールロック機構ＴＲの一方とアームロッ
ク機構ＡＲの一方とは互いに近接して設けられている。

【００２８】まず、ツールロック機構ＴＲについて説明
する。上記アーム支持体１６の上フランジ６１には、ア
ーム中軸６２に対し対称な位置に貫通孔６５，６５が設
けられ（図４参照）、下フランジ６３の上記貫通孔６
５，６５に鉛直軸線上で対向する位置には、下方に小さ
くなる段付挿通孔６８，６８が設けられている。また、
上記貫通孔６５及び段付挿通孔６８を貫通するようにし
てツールロックピン９１が設けられている。ツールロッ
クピン９１は、長軸形状の略中央位置に上方に向かって
断面が小さくなるテーパを有するフランジ９１ａを有
し、その上端部が上記貫通孔６５を貫通しており、下端
部が上記段付挿通孔６８に挿通されている。そして、段
付挿通孔６８の段部上面と上記フランジ９１ａの底面間
には、バネ９３が弾力的に圧縮介挿され、ツールロック
ピン９１を上方に付勢している。該ツールロックピン９
１が上昇したとき、フランジ９１ａのテーパ面が旋回ア
ーム５２の透孔５５に突き出たローラシャフト８０の端
部を押圧することにより、ローラシャフト８０の透孔５
５側への摺動をロックする。

【００２９】次に、アームロック機構ＡＲについて説明
する。上記アーム支持体１６の上フランジ６１には、ア
ーム中軸６２に対し対称な位置に貫通孔６７，６７が設
けられ（図４参照）、下フランジ６３の上記貫通孔６
７，６７に鉛直軸線上で対向する位置には、下方に小さ
くなる段付挿通孔６９，６９が設けられている。また、
上記貫通孔６７及び段付挿通孔６９を貫通するようにし
てアームロックピン９２が設けられている。アームロッ
クピン９２は、長軸形状の略中央位置に上方に向かって
断面が小さくなるテーパを有するフランジ９２ａを有
し、その上端部が上記貫通孔６７を貫通しており、下端
部が上記段付挿通孔６９を挿通している。そして、段付
挿通孔６９の段部上面と上記フランジ９２ａの底面間に
は、バネ９５が弾力的に圧縮介挿され、アームロックピ
ン９２を上方に付勢している。該アームロックピン９２
が上昇したとき、そのテーパ面が上記アーム回転軸の側
面に設けられた丸溝５１ｂ（図５参照）に嵌合すること
により、アーム本体１２のアーム支持体１６に対する回
動をロックする。

【００３０】以上工具交換機の全体構成が明らかとなっ
たところで、本実施例の工具交換機ＴＣの動きを説明す
る。本発明の工具交換装置による工具交換機構は、旋回
により工具当接部５６を工具Ｔに当接させた後に把持を
ロックさせるタイプのものである。工具交換工程は、工
具交換位置から旋回平面内において所定角度離れたアー
ム待機位置から該所定角度旋回して工具交換位置に移動
し、工具交換アームＡの両端に設けられた把持部１７が
それぞれ主軸９に装着された使用後の工具Ｔとマガジン
１０とにセットされた新しい工具Ｔとを把持する工程
（図１参照）、把持が完了すると工具交換アームＡが下
降して１８０゜旋回し、工具の位置を換える工程（図７
参照）、その後、上記工具交換アームＡが上昇し、新し
い工具Ｔを主軸９に装着した後、工具Ｔの把持を解除
し、使用後の工具Ｔをマガジン１０に収納する工程、収
納が完了した後、所定角度逆旋回し、アーム待機位置に
戻る工程から構成されている。 以下各工程の動作につ
いて詳細に説明する。

【００３１】上述のように、工具交換アームＡは、待機
位置から所定角度旋回して工具把持位置に移動して工具
を把持し、最終的に工具を交換した後、工具交換位置か
ら上記待機位置に逆旋回する機構が備えられている。こ
れは、本実施例の工具把持機構が、工具交換アームＡの
工具当接部を工具に対し片側から当接させるタイプであ
るからである。この動きに係わるのは、ＡＴＣ駆動軸１
８周囲の円筒部材３９の下面の平面溝カム２４である
（図２，３参照）。

【００３２】図６に、図３のＸ−Ｘ断面図を示す。図示
するように、平面溝カム２４の溝形状は、閉じたリング
状であって、カム軸を中心とする円弧状の大径部２４ａ
と小径部２４ｂとそれらを連結する連結部分２４ｃとを
有する。揺動子３５が、回転する平面溝カム２４の大径
部２４ａ、小径部２４ｂ、連結部２４ｃのどこに組み付
くかによって、工具交換アームＡは、待機位置、工具交
換位置、または旋回運動状態となる。

【００３３】すなわち、ＡＴＣ駆動軸１８が回転して所
定の角度に達すると、平面溝カム２４の大径部２４ａか
ら揺動子３５が脱し、該揺動子３５が大径部２４ａから
小径部２４ｂに至るまでの連結部２４ｃを通過する間、
該揺動子３５はセグメントギヤ３４の軸を中心として一
方向に揺動する。更に上記揺動子３５が小径部２４ｂを
脱し、該揺動子３５が小径部２４ｂから大径部２４ａに
至るまでの連結部２４ｃを通過する間、該揺動子３５は
上記と逆方向に揺動する。

【００３４】上記揺動子３５の揺動によって、該揺動子
３５に従動するセグメントギヤ３４が回動し、該セグメ
ントギヤ３４にギヤ２９ａを介して噛合する外軸ギヤ２
９が回動する。この外軸ギヤの回動に伴って、該外軸ギ
ヤの下端にアーム回転軸の上端部で嵌合した工具交換ア
ームＡが待機位置から工具交換位置へ、あるいは、工具
交換位置から待機位置へ旋回運動するのである。

【００３５】また、工具交換アームＡは、旋回軸２５の
軸方向に往復移動する。これは、工具Ｔを主軸台９や工
具マガジン１０から抜き取ったり、クランプするためで
ある。この動きに係わるのは、ＡＴＣ駆動軸１８回りの
円筒部材３９の周面中央部に形成された円筒溝カム２３
である（図２参照）。該円筒溝カム２３には支持点４４
を支点として揺動する揺動レバー４０が、その中央付近
に設けられた係合子４３を介して係合しており、該揺動
レバー４０の先端に設けられた接触子４１が、旋回軸２
５に固定された円筒部材３６の円周溝に係合している。
このためＡＴＣ駆動軸１８が１回転すると、上記揺動レ
バー４０が揺動し、旋回軸２５及びこれに固定されてい
る工具交換アームＡを、軸方向に１往復させる。図２で
は接触子４１と円筒部材３６との係合関係を概念的に示
している。

【００３６】なお、図２に示すように、本実施例の工具
交換機ＴＣは、使用後の工具Ｔを主軸９から抜き取るた
めの機構を有する。すなわち、ＡＴＣ駆動軸１８外側の
円筒部材３９の周面上部には円筒溝カム２２が形成され
ており、主軸９から工具Ｔを抜き取る際には、該円筒溝
カム２２に従動して揺動される揺動部材４２により主軸
９の工具脱着装置のドローバ（図示せず）に連結された
工具リリースピン（図示せず）を押圧して下げることに
より、離脱状態にすることが可能である。

【００３７】更に、工具交換アームＡは、水平方向に旋
回する。これは、主軸９と工具マガジン１０との工具Ｔ
を交換するためである。この動きに係わるのは、ＡＴＣ
駆動軸１８の最上位に設けられたパラレルカム２１であ
る。これによる動きに関しては、特開昭63-123646号公
報開示の装置の対応部と同様なので、簡略に説明する。
パラレルカム２１は２枚の板カム２１ａ，ｂからなる複
合カムであり、スプライン副軸３７に設けられている従
動子としての従動ローラ３８に当接している。この構成
に基づき、ＡＴＣ駆動軸１８の１回転の間に、スプライ
ン副軸３７、旋回軸２５、及び工具交換アームＡが１８
０゜回転する。

【００３８】以下、図７に基づいて、本発明の工具交換
装置のアームロック・解除手段及びツールロック・解除
手段、及び、工具Ｔが主軸に装着されるときのタイミン
グについて説明する。なお、図においては、簡単のため
主軸の工具装着部に装着される側の工具のみ示し、工具
マガジンに収納される側の工具については省略した。

【００３９】図７に示すように、本実施例における工具
装着は、テーパシャンクからなるアーバーＴａを備え、
アーム本体１２の把持部１７に把持された工具Ｔを、該
アーバーＴａの密着挿通を許容する裁頭円錐形状の開口
部を有する主軸９下端の工具装着部１１に、公知のコレ
ット方式を採用して挿入固定することにより行ってい
る。

【００４０】図７（ａ）は、工具交換アームＡが下降し
た状態である。ツールロックピン９１及びアームロック
ピン９２の上端が開放されているため、バネ９３，９５
の付勢力により、上記ツールロックピン９１及びアーム
ロックピン９２が上方に押し上げられており、上記ツー
ルロック機構ＴＲ及びアームロック機構ＡＲが機能して
いる。すなわち、上記ツールロックピン９１が上昇し
て、ツールロックピン９１のテーパ面が旋回アームの透
孔に突き出たローラシャフト８０の端部を押圧すること
により、ローラシャフト８０の透孔側への摺動をロック
し、一方、上記アームロックピン９２が上昇して、アー
ムロックピン９２のテーパ面が上記アーム回転軸の下面
に設けられた丸溝５１ｂ（図５参照）に嵌合することに
より、アーム本体１２のアーム支持体１６に対する回動
をロックしている。ツールロック機構ＴＲにより、把持
された工具Ｔは把持部に強固に固定されており、アーム
ロック機構ＡＲによりアーム本体１２は、アーム支持体
１６に対し、一体となった状態、すなわち、アーム本体
１２が、旋回軸２５に対して一体化した状態となってい
る。この状態で、工具交換アームＡの１８０゜の旋回運
動が行われ、工具Ｔの位置が入れかわる。

【００４１】そして、工具交換アームＡが上昇し、図７
（ｂ）に示すように、アームロックピン９２及びツール
ロックピン９１の上端面が、下部機械フレーム２６の下
面に当接する。この当接するタイミング、すなわち、ア
ームロック機構ＡＲ及びツールロック機構ＴＲが解除さ
れるタイミングは、工具Ｔの上記アーバーＴａが、上記
工具装着部１１に所定量挿入された位置に設定されてい
る。つまり、アーバーＴａが、工具装着部に確実に固定
される以前にアームロック機構ＡＲ及びツールロック機
構ＴＲは解除される。

【００４２】つまり、下部機械フレーム２６の下面によ
り、ツールロックピン９１及びアームロックピン９２の
上端が押圧され、バネ９３，９５の付勢力に抗して上記
ツールロックピン９１及びアームロックピン９２が下方
に押し下げられることにより、上記ツールロック機構Ｔ
Ｒ及びアームロック機構ＡＲが解除される。すなわち、
上記ツールロックピン９１が下降すると同時に、ツール
ロックピン９１のテーパ面と旋回アームの透孔に突き出
たローラシャフト８０の端部との係合が開放されること
により、ローラシャフト８０の透孔側への摺動が可能と
なり、一方、上記アームロックピン９２が下降すると同
時に、アームロックピン９２のテーパ面と上記アーム回
転軸の下面に設けられた丸溝５１ｂ（図５参照）との嵌
合が開放されることにより、アーム本体１２のアーム支
持体に対する回動が可能となる。

【００４３】アームロック機構ＡＲが解除されると、ア
ーム本体１２は、旋回軸２５とは独立して旋回軸２５の
軸線周りに揺動可能な状態となり、工具ＴのアーバーＴ
ａが主軸の工具装着部のテーパに沿って挿入されるとき
の工具Ｔの動きに従って揺動する。

【００４４】図７（ｃ）の状態においては、工具交換ア
ームＡが上死点にあり、この状態で外軸ギヤ２９が回動
することにより、アーム待機位置と工具交換位置までの
往復旋回運動が、旋回軸２５の動きとは独立に行われ
る。本発明の工具交換装置は、工具交換アームＡの上下
動に伴ってツールロック機構ＴＲ及びアームロック機構
ＡＲを機能あるいは解除させることができ、また、駆動
軸の回転運動を平面溝カム２４及び外軸ギヤ２９を介し
て、アーム本体１２のアーム待機位置と工具交換位置と
の間の往復旋回運動に変換する簡単な機構により工具交
換を可能にしている。更に、工具Ｔを工具装着部１１に
挿入する際の位置決め精度が多少低くても、アーム本体
１２の揺動によりこれを吸収できるため、工具Ｔ及び工
具装着部１１に負荷をかけることなく、確実に装着する
ことが可能になる。この結果、この位置決め精度を高精
度で実現する高価なローラカムギヤ等を用いる必要がな
く、製造コストを低く抑えることができる。

【００４５】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば本実施例では駆動源としてモータを用いてい
るが、ロータリシリンダやラック・ピニオン等を用いて
もよい。更に、本実施例では、外軸ギヤを動作させるも
のとしてカム機構で行われているが、他の駆動源、例え
ばエアシリンダあるいはＡＴＣ駆動軸に直結しない別途
設置したモータ等によって動作させるようにしてもよ
い。

【００４６】また、本実施例では、アームロック機構Ａ
Ｒとツールロック機構ＴＲとを同時に機能させるように
設定したが、アームロックピン９２の長さとツールロッ
クピン９１の長さとを相違させることにより（各上端面
の位置を相違させることにより）、アームロック機構Ａ
Ｒが機能するタイミングとツールロック機構ＴＲが機能
するタイミングとをずらして、所望のロックタイミング
を形成してもよい。

【００４７】更に、本実施例のアーム本体には、いわゆ
るフック式のダブルアームを使用したが、把持部が片側
にしかないいわゆる片持ち式のアームや、工具を両側か
ら挟持するいわゆるフィンガー式のアームに同様のアー
ムロック機構を設けたものを使用してもよいことはもち
ろんである。

【００４８】なお、本実施例においては、高価なローラ
ギヤカム等を使用せずに、簡易に実現できる工具交換装
置について説明したが、上記ローラギヤカム等が用いら
れた工具交換装置に上記のようなアームロック機構を搭
載し、本実施例で示すタイミングでアームロック機構を
解除する構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の工具交換機の斜視図である。

【図２】 本実施例の工具交換機の鉛直方向断面図であ
る。

【図３】 本実施例の工具交換装置の下部の断面図であ
る。

【図４】 図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】 本実施例のアーム本体の水平方向部分断面図
である。

【図６】 図３のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】 本実施例のアームロック手段及びツールロッ
ク手段を説明する図である。

【図８】 本実施例の工具交換アームが待機位置と工具
把持位置との間での旋回運動を説明する図である。

【符号の説明】

３・・・主軸台、 ９・・・主軸、 １１・・・工具装
着部、 １２・・・アーム本体、 １６・・・アーム支持体、 １７・・・把持部、 ２４・・・平面溝カム、 ２５・・・旋回軸、 ２６・・・下部機械フレーム、 ２９・・・外軸ギヤ、 ５１・・・アーム回転軸、 ５ ２・・・旋回アーム、 ５４・・・把持部、 ５５・・・透孔、 ５６・・・工
具当接部、 ５８・・・段付挿通孔、 ５９・・・直交ピン、 ６１・・・上フランジ、 ６２・・・アーム中軸、 ６３・・・下フランジ、 ８０・・・ローラシャフト、 ９１・・・アームロックピン、 ９２・・・ツールロッ
クピン、 Ａ・・・工具交換アーム、 Ｔ・・・工具、 ＴＣ・・
・工具交換機、 ＡＲ・・・アームロック機構、 ＴＲ・・・ツールロッ
ク機構 Ｔａ・・・アーバー

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一端に工具を把持するための
   把持部が設けられ、旋回軸の軸線周りに回動可能なアー
   ム本体を備え、 前記旋回軸の回転運動と往復運動とを利用して、前記把
   持部に把持された工具を、主軸の工具装着部に挿入嵌合
   し、あるいは該工具装着部から抜き取る工具交換装置に
   おいて、 該アーム本体を、前記旋回軸に対して一体的に固定する
   アームロック機構を機能させ、あるいは解除するアーム
   ロック・解除手段と、 前記旋回軸の軸線周りに前記旋回軸の回動とは独立して
   回動可能な外軸ギアと、 該アームロック・解除手段は、前記工具が前記工具装着
   部に対し、予め定められた挿入深さにまで挿入された状
   態において、前記アームロック機構を解除させ、 さらに奥まで、前記工具が挿入して、前記外軸ギアと 前
   記アーム本体とを一体的に運動可能な上死点まで前記ア
   ーム本体を移動させ、前記外軸ギアの回転運動を利用し
   て、前記アーム本体を前記旋回軸の軸線周りに回動する
   ことを特徴とする工具交換装置。
2. 【請求項２】 前記工具と前記工具装着部とは、各々互
   いに係合するテーパ面を有し、前記工具は前記工具装着
   部に該テーパ面に沿って挿入嵌合されることを特徴とす
   る請求項１記載の工具交換装置。
3. 【請求項３】 少なくとも一端に工具を把持するための
   把持部が設けられたアーム本体を、旋回軸の軸線周りに
   回動させ、あるいは該軸線方向に往復運動させることに
   より、前記把持部に把持された工具を、主軸の工具装着
   部に挿入嵌合し、あるいは該工具装着部から抜き取る工
   具交換方法において、 アーム本体を前記旋回軸に対して一体的に固定するため
   のアームロック機構を機能させる工程と、 前記把持された工具を、工具装着部に対し、予め定めら
   れた挿入深さにまで挿入する工程と、 前記工具が、前記予め定められた挿入深さにまで挿入さ
   れた時に、前記アーム本体が、前記旋回軸に対して独立
   して回動できるように前記アームロック機構を解除する
   工程と、 該アーム本体の独立した回動を利用して、前記工具を前
   記工具装着部に挿入嵌合する工程と、 を含むことを特徴とする工具交換装置の工具交換方法。
4. 【請求項４】 前記工具と前記工具装着部とは、各々互
   いに係合するテーパ面を有し、前記工具は前記工具装着
   部にテーパ面に沿って挿入嵌合されることを特徴とする
   請求項３記載の工具交換装置の工具交換方法。