JP5964165B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、主軸の軸線方向への直動によって主軸と工具マガジンとの間で工具ホルダの受け渡しを行う工作機械の自動工具交換装置に関するものである。

工作機械では、主軸の回転や軸線方向の往復移動を数値制御するとともに、タップやドリル等の工具を工具マガジンに保持させておき、工具マガジンを回転して所要の工具を割り出した後、自動工具交換装置によって、割り出した工具を主軸先端の工具と自動的に交換することによって、被加工物に所望の加工を順次行うようになっている（特許文献１、２参照）。

かかる自動工具交換装置のうち、特許文献１に記載の自動工具交換装置では、工具マガジンの側に支持された工具ハンドが円弧状の軌跡を抽いて運動する一方、主軸が軸線方向に直動する結果、工具ハンドから主軸への工具の受け渡しが行われる。この場合、主軸と工具ハンドの運動が異なるため、工具ホルダの保持が不安定であるとして、特許文献２では、工具マガジンの側に支持された工具ハンドが主軸と同一方向に直動した後、工具ハンドが工具を解放する構成が提案されている。

特開平２−１５９３６号公報 特開平６−１８２６４６号公報

しかしながら、特許文献１、２では、工具ハンドが工具マガジンの側に支持されているため、工具マガジンに上記の動作を行う工具ハンドを複数設ける必要がある。このため、工具マガジン側の構成が複雑である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、工具マガジンの構成を簡素化することのできる工作機械の自動工具交換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、主軸の軸線方向への直動に連動して前記主軸と工具マガジンとの間で工具ホルダの受け渡しを行う工作機械の自動工具交換装置において、
前記主軸を前記軸線方向に移動可能に支持する支持台と、
前記支持台に支持された工具ハンドと、
前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、当該工具ハンドと前記主軸との間で前記工具ホルダを受け渡す第１受け渡し位置と前記工具ハンドと前記工具マガジンとの間で前記工具ホルダを受け渡す第２受け渡し位置との間を前記工具ハンドに移動させる第１伝達機構と、
前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して当該工具ハンドに開閉動作を行わせる第２伝達機構と、
が設けられ、
前記第２伝達機構は、前記主軸が前記軸線方向の前記一方側に直動する間に、前記第２受け渡し位置で前記工具ハンドを開から閉に移行させて前記工具ハンドが前記工具マガジンから前記工具ホルダを受け取る動作を行わせた後、前記第１受け渡し位置で前記工具ハンドを閉から開に移行させて前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す動作を行わせ、前記主軸が前記軸線方向の前記他方側に直動する間に、前記第１受け渡し位置で前記工具ハンドを開から閉に移行させて前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る動作を行わせた後、前記第２受け渡し位置で前記工具ハンドを閉から開に移行させて前記工具ハンドが前記工具マガジンに前記工具ホルダを渡す動作を行わせることを特徴とする。

本発明において、工具ハンドは支持台に支持されており、主軸が軸線方向に直動した際、かかる直動は、第１伝達機構および第２伝達機構を介して工具ハンドに伝達される。その結果、工具ハンドは、主軸との工具ホルダの第１受け渡し位置と工具マガジンとの工具ホルダの第２受け渡し位置との間で移動するとともに、開閉動作を行うため、工具マガジンの側には、主軸との間で工具ホルダを受け渡す複雑な動作を行う工具ハンドを複数設ける必要がない。それ故、工具マガジンの構成を簡素化することができる。

本発明において、さらに、前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、および前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、前記主軸が前記軸線方向に直動している間に前記工具ハンドに前記主軸の移動方向と同一方向の移動を行わせる第３伝達機構が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、工具ハンドは、主軸が軸線方向に直動している間、主軸の移動方向と同一方向の移動を行うことになる。従って、工具ハンドと主軸との間で工具ホルダを受け渡しするのに十分な時間がある。それ故、主軸と工具ハンドとの間で工具ホルダの受け渡しを確実に行うことができる。

本発明において、前記第３伝達機構は、さらに、前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、および前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、前記主軸が前記軸線方向に直動している間に前記工具ハンドに前記主軸の移動方向とは反対方向の移動を行わせることが好ましい。かかる構成によれば、主軸と工具ハンドとの間で工具ホルダの受け渡しを確実に行うことができる。

本発明において、前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、前記主軸は、前記軸線方向の一方側に直動し、前記第３伝達機構は、前記工具ホルダを保持する前記工具ハンドを前記軸線方向の他方側に直動させた後、当該工具ハンドを前記軸線方向の前記一方側に直動させ、前記第２伝達機構は、前記工具ハンドが前記軸線方向の前記一方側に直動を開始した以降、前記工具ハンドに前記工具ホルダの解放を行わせ、前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記工具ホルダを保持する前記主軸は、前記軸線方向の前記他方側に直動し、前記第３伝達機構は、前記工具ハンドを前記軸線方向の前記他方側に直動させた後、当該工具ハンドを前記軸線方向の前記一方側に直動させ、前記第２伝達機構は、前記工具ハンドが前記軸線方向の前記他方側への直動を終了する以前に前記工具ハンドに前記工具ホルダの保持を行わせることが好ましい。かかる構成によれば、工具ハンドは、主軸の移動方向と同一方向および反対方向に移動する際、直動を行うことになる。このため、工具ハンドが旋回する場合と違って、主軸と工具ハンドとの間で工具ホルダの受け渡しを確実に行うことができる。

本発明において、前記第３伝達機構は、前記主軸と一体に前記軸線方向への直動を行うカム面と、該カム面に当接するカムフォロアーにより前記カム面に従動し、前記軸線方向に対して直交する軸線周りに回動して前記工具ハンドに前記軸線方向の直動を行わせる回動部材と、を有している構成を採用することができる。かかる構成によれば、比較的簡素な構成で、主軸の直動に連動して、工具ハンドを主軸の軸線方向で移動させることができる。

本発明において、前記第１伝達機構は、前記第１受け渡し位置と前記第２受け渡し位置との間で前記工具ハンドを直動させることが好ましい。かかる構成によれば、工具ハンドを狭い空間内で移動させることができる。

本発明において、工具ハンドは支持台に支持されており、主軸が軸線方向に直動した際、かかる直動は、第１伝達機構および第２伝達機構を介して工具ハンドに伝達される。その結果、工具ハンドは、主軸との工具ホルダの第１受け渡し位置と工具マガジンとの工具ホルダの第２受け渡し位置との間で移動するとともに、開閉動作を行うため、工具マガジンの側には、主軸との間で工具ホルダを受け渡す複雑な動作を行う工具ハンドを複数設ける必要がない。それ故、工具マガジンの構成を簡素化することができる。

本発明を適用した工作機械の要部を示す斜視図である。 図１に示す工作機械の正面図である。 本発明を適用した工作機械に設けた一対の工具ハンドのうちの一方の工具ハンドや工具ハンドに対して構成したカム面の構成を示す説明図である。 本発明を適用した工作機械の工具マガジンに設けたホルダ保持部の説明図である。 図４に示すホルダ保持部の分解斜視図である。 図４に示すホルダ保持部をさらに細かく分解した様子を示す分解斜視図である。 図４に示すホルダ保持部の開閉動作を示す説明図である。 本発明を適用した自動工具交換装置における動作を示すタイムチャートである。 本発明を適用した自動工具交換装置における動作を示す説明図である。 本発明を適用した自動工具交換装置において、図９に示す時間以降の動作を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、互いに直交する３方向を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、主軸の軸線に沿う方向（軸線方向Ｌ）をＺ軸とする。また、以下の説明では、Ｘ軸の一方側には−Ｘを付し、他方側には＋Ｘを付し、Ｙ軸の一方側には−Ｙを付し、他方側には＋Ｙを付し、Ｚ軸の一方側（下方向）には−Ｚを付し、他方側（上方向）には＋Ｚを付して説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した工作機械の要部を示す斜視図である。図２は、図１に示す工作機械の正面図である。

図１に示す工作機械１は、タップやドリル等の工具９９を保持する工具ホルダ９を下端部に保持する主軸１０と、主軸１０を回転可能に支持する主軸ヘッド１２と、主軸ヘッド１２をＺ軸方向（主軸１０の軸線方向Ｌ）に移動可能に支持する主軸台１１（支持台）とを有しており、主軸台１１は、主軸ヘッド１２を介して主軸１０を回転可能かつ軸線方向Ｌに移動可能に支持している。また、主軸台１１には、後述する伝達機構を支持する支持板２０および固定板２１が連結されており、支持板２０および固定板２１は、後述する工具マガジン３のマガジン支持台２８と主軸台１１とを連結している。また、主軸ヘッド１２の上端側は主軸ボックス１４の内側で支持され、かかる主軸ボックス１４は、主軸台１１によって、Ｚ軸方向（主軸１０の軸線方向Ｌ）に移動可能に支持されている。このため、主軸台１１は、主軸ボックス１４および主軸ヘッド１２を介して主軸１０をＺ軸方向に移動可能に支持している。

工作機械１は、タップやドリル等の複数の工具９９を保持する工具ホルダ９を複数、保持する工具マガジン３を主軸１０に対してＸ軸方向の他方側＋Ｘに有しているとともに、主軸１０と工具マガジン３との間で、工具９９を保持する工具ホルダ９の受け渡しを行う自動工具交換装置５が設けられている。主軸１０の下方位置には、基台（図示せず）の上部にワークテーブル（図示せず）が設けられており、かかるワークテーブル上に取り付けられた被加工物（図示せず）は、主軸１０が下降した状態で回転した際、ワークテーブルのＸ軸方向（水平横方向）およびＹ軸方向（水平前後方向）の移動によって、主軸１０に保持された工具９９により加工される。

本形態の自動工具交換装置５では、支持板２０の側（支持台１１の側）に一対の工具ハンド４１、４２が支持されており、工具ハンド４１、４２は、主軸１０の軸線方向の直動に連動して、工具マガジン３に設けられたホルダ保持部３０との間で工具ホルダ９の受け渡しを行うとともに、主軸１０との間で工具ホルダ９の受け渡しを行う。このため、本形態では、支持板２０の側に固定板２１を設ける一方、かかる固定板２１に対してＺ軸方向に移動可能にハンド支持板２２を設け、かかるハンド支持板２２によって工具ハンド４１、４２をＸ軸方向およびＹ軸方向で変位可能に支持した構造が採用されている。

また、主軸ヘッド１２のＸ軸方向の他方側＋Ｘの側面には、上下方向に延在するカム面１２０が形成されており、主軸１０、主軸ヘッド１２および主軸ボックス１４が軸線方向Ｌ（Ｚ軸方向）に直動した際、カム面１２０がＺ軸方向に直動する。そこで、工具マガジン３を回転可能に支持するマガジン支持台２８の下方位置には、カム面１２０のＺ軸方向の移動を工具マガジン３のホルダ保持部３０に伝達してホルダ保持部３０に開閉を行わせる伝達機構５４が構成されている。

（工具ハンド等の構成）
図３は、本発明を適用した工作機械１に設けた一対の工具ハンド４１、４２のうちの一方の工具ハンド４１や工具ハンド４１に対して構成したカム面の構成を示す説明図である。

図１、図２および図３に示すように、工具ハンド４１は、略Ｌ字形状に折れ曲がったアーム形状を有しており、上端部にはカムフォロアー４１１が設けられ、下端部には、工具ホルダ９の下端部を一方側の側面から掴む円弧状の爪部４１０が設けられている。工具ハンド４１は、上下方向の途中位置から上方に向けて溝４１２によって２つに分岐しており、かかる分岐した２つの部分の各々に、Ｘ軸方向に延在するガイド軸５１１が通る軸穴が形成されている。

このように構成した自動工具交換装置５において、固定板２１に対してハンド支持板２２とは反対側では、主軸ヘッド１２から下方に向けて２枚のカム板（第１カム板１６および第２カム板１７）が延在しており、２枚のカム板（第１カム板１６および第２カム板１７）は、主軸１０および主軸ヘッド１２と一体にＺ軸方向に直動する。

本形態では、２枚のカム板のうち、第１カム板１６の側面に形成したカム面１６１（第１カム面）を利用して、主軸１０の軸線方向Ｌの直動を工具ハンド４１に伝達して、工具ハンド４１を主軸１０との工具ホルダ９の第１受け渡し位置Ｗ１と工具マガジン３との工具ホルダ９の第２受け渡し位置Ｗ２との間で工具ホルダ９を移動させる第１伝達機構５１が構成されている。

また、第２カム板１７において固定板２１の側に向く面に形成したカム面１７２（第２カム面）を利用して、主軸１０の軸線方向Ｌの直動を工具ハンド４１に伝達して、工具ハンド４１に開閉動作を行わせる第２伝達機構５２が構成されている。

さらに、第１カム板１６において固定板２１の側に向く面に形成した段差状のカム面１６３（第３カム面）を利用して、主軸１０の軸線方向Ｌの直動を工具ハンド４１に伝達して、工具ハンド４１を主軸１０に対してＺ軸方向に相対移動させる第３伝達機構５３が設けられている。

（第１伝達機構５１の構成）
第１伝達機構５１は、一方端１８６（上端）を中心に他方端１８７（下端）が回転可能な第１回動部材１８と、一方端１９６が第１回動部材１８の他方端１８７に軸１８１によって連結された第２回動部材１９とを有しており、第２回動部材１９の他方端１９７は、工具ハンド４１に機構的に接続されている。また、第１伝達機構５１は、第１受け渡し位置Ｗ１と第２受け渡し位置Ｗ２との間で延在するガイド軸５１１を有しており、ガイド軸５１１は、工具ハンド４１で分岐した２つの部分の各々の上端部を貫通している。

ここで、第１回動部材１８および第２回動部材１９は、一体に連結されてレバーを構成しており、第１回動部材１８の他方端１８７および第２回動部材１９は、一方端１８６（上端）と固定板２１とを接続する軸２１１を中心にＹ軸周りに回転可能である。また、第１回動部材１８の他方端１８７（下端）と第２回動部材１９の一方端１９６（上端）との接続部分には軸１８１と同軸状にカムフォロアー５１４（第１カムフォロアー）が設けられており、かかるカムフォロアー５１４は、第１カム板１６のＸ軸方向の他方側＋Ｘの側面に形成されたカム面１６１（第１カム面）にバネ等（図示せず）の付勢力によって常時当接している。カム面１６１には、下端寄りの位置にＸ軸方向の他方側＋Ｘ（カムフォロアー５１４が位置する側）に向けて突出した凸状部１６１ａが形成されている。また、第２回動部材１９の他方端１９７（下端）は、工具ハンド４１で分岐した２つの部分の間（溝４１２内）に位置し、かつ、第２回動部材１９の他方端１９７（下端）には、軸１９１によってカムフォロアー５１５が取り付けられている。

このため、主軸１０の軸線方向Ｌの直動に伴って第１カム板１６がＺ軸方向に移動すると、カム面１６１に形成された凸状部１６１ａに沿ってカムフォロアー５１４がＸ軸方向に移動する。従って、工具ハンド４１はカムフォロアー５１５に押圧されてガイド軸５１１に沿ってＸ軸方向に移動する。それ故、工具ハンド４１は、第１受け渡し位置Ｗ１と第２受け渡し位置Ｗ２との間で直動することになる。

（第２伝達機構５２の構成）
第２伝達機構５２は、第２カム板１７において固定板２１の側に向く面に形成したカム面１７２（第２カム面）と、工具ハンド４１の上端部に設けられたカムフォロアー４１１（第２カムフォロアー）とによって構成されており、カムフォロアー４１１は、バネ等（図示せず）の付勢力によってカム面１７２に常時当接している。ここで、工具ハンド４１は、ガイド軸５１１を中心に揺動可能であり、カム面１７２には、Ｚ軸方向の途中位置にＹ軸方向の一方側−Ｙ（カムフォロアー４１１が位置する側）に向けて突出した凸状部１７２ａが形成されている。このため、主軸１０の軸線方向Ｌの直動に伴って第２カム板１７がＺ軸方向に移動すると、カム面１７２に形成された凸状部１７２ａに沿ってカムフォロアー４１１がＹ軸方向に移動する。従って、工具ハンド４１はカムフォロアー４１１に押圧されてガイド軸５１１の軸線周りに揺動し、下端側の爪部４１０がＹ軸方向で変位する。かかる動作は、２つの工具ハンド４１、４２の双方で実行されるので、２つの工具ハンド４１、４２は、互いの爪部４１０、４２０が接近する閉方向、および互いの爪部４１０、４２０が離間する開方向に変位することになる。

（第３伝達機構５３の構成）
第３伝達機構５３は、第１カム板１６において固定板２１の側に向く面に形成した段差状のカム面１６３（第３カム面）と、固定板２１に軸２１４によって回転可能に支持された回動部材１５（第３回動部材）とを利用して構成されており、カム面１６３のＺ軸方向の中央部よりやや下方には、Ｘ軸方向の他方側＋Ｘに向けて突出した凸状部１６３ａが形成されている。回動部材１５は、軸２１４による支持位置を中心に屈曲したアーム状部材であり、回動部材１５の一方端１５１側には、バネ等（図示せず）の付勢力によってカム面１６３に常時当接するカムフォロアー５３１（第３カムフォロアー）が取り付けられている。また、回動部材１５の他方端１５２側には、図１に示すように、固定板２１の開口を貫通してハンド支持板２２に形成された矩形の溝状開口部２２１の内側に位置するカムフォロアー５３２（第４カムフォロアー）が取り付けられている。

ここで、溝状開口部２２１は、Ｘ軸方向に延在する矩形形状であり、Ｚ軸方向の幅寸法は、カムフォロアー５３２よりわずかに大である。このため、主軸１０の軸線方向Ｌの直動に伴って第１カム板１６がＺ軸方向に移動すると、カム面１６３に形成された凸状部１６３ａに沿ってカムフォロアー５３１がＸ軸方向に移動し、その結果、カムフォロアー５３２が溝状開口部２２１の内側でＸ軸方向に移動しながらＺ軸方向に移動する。従って、ハンド支持板２２がＺ軸方向に移動する結果、工具ハンド４１、４２は、Ｚ軸方向に直動することになる。

（ホルダ保持部の構成）
図４は、本発明を適用した工作機械１の工具マガジン３に設けたホルダ保持部３０の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ホルダ保持部３０の斜視図、側面図、および平面図である。図５は、図４に示すホルダ保持部３０の分解斜視図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、ホルダ保持部３０を分解した様子を示す分解斜視図、および一対のホルダ保持部材を分離した様子を示す分解斜視図である。図６は、図４に示すホルダ保持部３０をさらに細かく分解した様子を示す分解斜視図である。図７は、図４に示すホルダ保持部３０の開閉動作を示す説明図である。

図２に示すように、工具マガジン３は、マガジン支持台２８に対して円盤状のマガジンベース３９が回転可能に取り付けられ、かかるマガジンベース３９の外周部には、複数のホルダ保持部３０が等角度間隔に設けられている。工具マガジン３は、マガジン支持台２８の下面にＹ軸に平行な軸線周りに揺動可能なレバー３８を有しており、かかるレバー３８の一方の端部に設けられたカムフォロアー３８１は、バネ等（図示せず）の付勢力によって主軸ヘッド１２のカム面１２０に常時当接している。また、レバー３８の他方の端部は、Ｘ軸方向に２つに分岐しており、これらの分岐部分においてＸ軸方向で離間する各端部にもカムフォロアー３８２、３８３が設けられている。従って、主軸１０および主軸ヘッド１２が軸線方向Ｌに直動すると、レバー３８は、Ｙ軸周りに揺動する結果、２つのカムフォロアー３８２、３８３はＸ軸方向に変位する。

本形態において、ホルダ保持部３０は、図４、図５、図６および図７（ａ）に示すように、工具ホルダ９の側面を一方側から支持する第１ホルダ保持部材３１と、工具ホルダ９の側面を他方側から支持する第２ホルダ保持部材３２と、これらのホルダ保持部材（第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２）を支持する支持部材３３とを有しており、以下に説明するように、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２は、図１および図２を参照して説明したレバー３８の２つのカムフォロアー３８２、３８３がＸ軸方向に変位する動作に連動して開閉動作を行う。支持部材３３は、マガジンベース３９に固定される傾斜板部３３１と、Ｚ軸方向で対向するように傾斜板部３３１から突出した２枚の支持板部３３２、３３３とを有しており、２枚の支持板部３３２、３３３の先端部では穴３３４、３３５が貫通している。また、２枚の支持板部３３２、３３３のうち、Ｚ軸方向の他方側＋Ｚに位置する支持板部３３３では、穴３３５の付近からＸ軸方向に直線的に延在するガイド溝３３６（ガイド部）が形成されている。

まず、ホルダ保持部３０において、第１ホルダ保持部材３１は、延在方向の途中位置で屈曲しており、かかる屈曲部分に位置する板状部分３１６、３１７には、第１ホルダ保持部材３１を開方向および閉方向に揺動可能に支持する軸からなる支点部３４が設けられている。また、第１ホルダ保持部材３１の支点部３４に対して工具ホルダ９を保持する先端部（挟持部分）とは反対側の基端部には、Ｚ軸方向に延在する軸３６０によって第１可動部材３６の一方端がＺ軸方向に延在する軸線回りに回転可能に連結されている。

より具体的には、第１可動部材３６は、Ｚ軸方向で対向する一対の板状部分３６１、３６２と、一対の板状部分３６１、３６２の端部を連結する側板部３６３と、側板部３６３から板状部分３６１、３６２とは反対側に突出した凸板部３６４とを備えている。また、第１ホルダ保持部材３１は、Ｚ軸方向に延在する板状部３１５と、板状部３１５の先端部においてＺ軸方向で対向する一対の板状部分３１６、３１７と、一対の板状部分３１６、３１７のうち、Ｚ軸方向の他方側＋Ｚの板状部分３１７から突出した凸板部３１８とを備えている。従って、第１ホルダ保持部材３１と第１可動部材３６とは、第１可動部材３６の板状部分３６１、３６２の間に第１ホルダ保持部材３１の凸板部３１８を挟んだ状態で板状部分３６１、３６２および凸板部３１８を貫通する穴に軸３６０が止められることによって回転可能に連結されている。

また、ホルダ保持部３０において、第２ホルダ保持部材３２は、第１ホルダ保持部材３１と同様、延在方向の途中位置で屈曲しているが、第２ホルダ保持部材３２の屈曲方向は、第１ホルダ保持部材３１の屈曲方向と逆である。第２ホルダ保持部材３２の屈曲部分に位置する板状部分３２６、３２７には、第２ホルダ保持部材３２を開方向および閉方向に揺動可能に支持する支点部３４が設けられている。また、第２ホルダ保持部材３２の支点部３４に対して工具ホルダ９を保持する先端部（挟持部分）とは反対側の基端部には、Ｚ軸方向に延在する軸３７０によって第２可動部材３７の一方端がＺ軸方向に延在する軸線回りに回転可能に連結されている。

より具体的には、第２可動部材３７は、Ｚ軸方向で対向する一対の板状部分３７１、３７２と、一対の板状部分３７１、３７２の端部を連結する側板部３７３と、側板部３７３から板状部分３７１、３７２とは反対側に突出した凸板部３７４とを備えている。また、第２ホルダ保持部材３２は、Ｚ軸方向に延在する板状部３２５と、板状部３２５の先端部においてＺ軸方向で対向する一対の板状部分３２６、３２７と、一対の板状部分３２６、３２７の各々から突出した凸板部３２８、３２９とを備えている。従って、第２ホルダ保持部材３２と第２可動部材３７とは、第２ホルダ保持部材３２の凸板部３２８、３２９の間に第２可動部材３７の凸板部３７４を挟んだ状態で凸板部３２８、３２９、３７４を貫通する穴に軸３７０が止められることによって回転可能に連結されている。

また、第２ホルダ保持部材３２の板状部分３２６、３２７の間には、第１ホルダ保持部材３１の板状部分３１６、３１７のうち、Ｚ軸方向の他方側＋Ｚに位置する板状部分３１７が挿入されている。その結果、第１ホルダ保持部材３１の板状部分３１６、３１７の間には、第２ホルダ保持部材３２の板状部分３２６、３２７のうち、Ｚ軸方向の一方側−Ｚに位置する板状部分３２６が挿入された状態にある。この状態で、第１ホルダ保持部材３１と第２ホルダ保持部材３２とは、板状部分３１６、３１７、３２６、３２７を貫通する穴に軸３４０が止められることによって連結され、かかる軸３４０が支持部材３３の支持板部３３２、３３３の穴３３４、３３５に嵌ることによって、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２は、支持部材３３の支持板部３３２、３３３によって揺動可能に支持される。このようにして、第１ホルダ保持部材３１と第２ホルダ保持部材３２との重なり部分には、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２に対して共通の支点部３４が構成される。

また、第１可動部材３６の凸板部３６４は、第２可動部材３７の板状部分３７１、３７２の間に挿入され、この状態で、第１可動部材３６と第２可動部材３７とは、凸板部３６４および板状部分３７１、３７２を貫通する穴に従動軸３５（従動部材）が止められることによって連結される。その結果、第１可動部材３６と第２可動部材３７との重なり部分を利用して第１可動部材３６および第２可動部材３７に対して共通の従動軸３５が設けられる。この状態で、従動軸３５の上半部は、支持部材３３の支持板部３３３のガイド溝３３６からＺ軸方向の他方側＋Ｚに突出し、図２を参照して説明したレバー３８のカムフォロアー３８２、３８３の間に配置される。従って、レバー３８のカムフォロアー３８２、３８３がＸ軸方向に移動すると、ガイド溝３３６の内部において、従動軸３５は、ガイド溝３３６に沿って、支点部３４に接近する方向または支点部３４から離間する方向に移動する。その結果、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２は、支点部３４を中心に逆方向に揺動し、開閉動作を行うことになる。

ここで、従動軸３５は、Ｚ軸方向からみると、閉状態では、第１ホルダ保持部材３１と第１可動部材３６との連結部分（軸３６０の位置）と、第２ホルダ保持部材３２と第２可動部材３７との連結部分（軸３７０の位置）とを結ぶ仮想の直線に対して平面視で重なる位置にある。

図４（ｂ）に示すように、工具ホルダ９では、円錐状胴部９１の小径側端部にプルスタッド９２が形成されており、ホルダ保持部３０は、工具ホルダ９のうち、プルスタッド９２が形成されている小径側端部とは反対側に位置する大径側端部９３を露出させる一方、円錐状胴部９１およびプルスタッド９２を覆うように工具ホルダ９を保持する。

本形態では、ホルダ保持部３０は、工具ホルダ９の側面を一方側から支持する第１ホルダ保持部材３１と、工具ホルダ９の側面を他方側から支持する第２ホルダ保持部材３２とを備えていることから、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２は、工具ホルダ９を保持した閉状態で、工具ホルダ９の円錐状胴部９１およびプルスタッド９２を全周にわたって覆うカップ形状を構成するようになっている。

（工具マガジン３から主軸１０への工具ホルダ９の受け渡し動作）
図８は、本発明を適用した自動工具交換装置５における動作を示すタイムチャートであり、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、主軸１０のＺ軸方向の位置を示す説明図、工具ハンド４１、４２のＸ軸方向の位置を示す説明図、工具ハンド４１、４２のＺ軸方向の位置を示す説明図、工具ハンド４１、４２の開閉動作を示す説明図、およびホルダ保持部３０の開閉動作を示す説明図である。図９は、本発明を適用した自動工具交換装置５における動作を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、時間ｔ１０における様子を示す説明図、時間ｔ１２における様子を示す説明図、および時間ｔ１５における様子を示す説明図である。図１０は、本発明を適用した自動工具交換装置５において、図９に示す時間以降の動作を示す説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、時間ｔ１６における様子を示す説明図、時間ｔ１７における様子を示す説明図、および時間ｔ１８における様子を示す説明図である。

本形態の自動工具交換装置５において、工具マガジン３から主軸１０への工具ホルダ９の受け渡しを行う様子を、図８、図９および図１０を参照して説明する。まず、時間ｔ１０では、主軸１０はＺ軸方向の他方側＋Ｚにあり、工具ハンド４１、４２は、第１受け渡し位置Ｗ１において開状態にある（図９（ａ）参照）。

次に、主軸１０に工具ホルダ９を渡すには、時間ｔ１０から時間ｔ１８まで主軸１０がＺ軸方向の一方側−Ｚに降下していく。その間、時間ｔ１０から時間ｔ１１までの間に工具ハンド４１、４２は、Ｘ軸方向の他方側＋Ｘ（第２受け渡し位置Ｗ２）に直線的に移動し、時間ｔ１１から時間ｔ１３まで第２受け渡し位置Ｗ２に停止する（図９（ｂ）参照）。また、時間ｔ１１から時間ｔ１２までに工具ハンド４１、４２が開状態から閉状態に切り換わる一方、時間ｔ１２から時間ｔ１３までにホルダ保持部３０が閉状態から開状態に切り換わる。その結果、工具ホルダ９は、工具マガジン３から工具ハンド４１、４２に渡される。

次に、時間ｔ１３から時間ｔ１５までの間に工具ハンド４１、４２は、Ｘ軸方向の一方側−Ｘ（第１受け渡し位置Ｗ１）に直線的に移動した後、Ｘ軸方向の移動が停止する（図９（ｃ）参照）。また、工具ハンド４１、４２は、まず、時間ｔ１４から時間ｔ１６の間、主軸１０とは反対にＺ軸方向の他方側＋Ｚに直線的に移動し（図１０（ａ）参照）、その後の時間ｔ１６から時間ｔ１７の間、主軸１０とは同一のＺ軸方向の一方側−Ｚに直線的に移動する。そして、時間ｔ１７でＺ軸方向の移動が停止した後（図１０（ｂ）参照）、時間ｔ１８までの間に、工具ハンド４１、４２は、閉状態から開状態に切り換わる（図１０（ｃ）参照）。このようにして、工具マガジン３から主軸１０への工具ホルダ９の受け渡しが完了する。

（主軸１０から工具マガジン３への工具ホルダ９の受け渡し動作）
次に、主軸１０から工具マガジン３へ工具ホルダ９の受け渡しを行う様子を、図８、図９および図１０を参照して説明する。なお、本動作は、工具マガジン３から主軸１０への工具ホルダ９の受け渡し動作と逆の動作となる。

まず、時間ｔ２０では、主軸１０はＺ軸方向の一方側−Ｚにあり、工具ハンド４１、４２は、第１受け渡し位置Ｗ１において開状態にある（図１０（ｃ）参照）。

次に、主軸１０から工具ホルダ９を受け取るには、時間ｔ２０から時間ｔ２８まで主軸１０がＺ軸方向の他方側＋Ｚに上昇していく。そして、時間ｔ２０から時間ｔ２１までの間に工具ハンド４１、４２は、開状態から閉状態に切り換わるとともに（図１０（ｂ）参照）、時間ｔ２１から時間ｔ２２までの間、主軸１０とは同一のＺ軸方向の他方側＋Ｚに直線的に移動する（図１０（ａ）参照）。そして、工具ハンド４１、４２は、時間ｔ２２から時間ｔ２４までの間、主軸１０とは反対のＺ軸方向の一方側−Ｚに直線的に移動し、工具ホルダ９を受け取る（図９（ｃ）参照）。

そして、工具ハンド４１、４２は、時間ｔ２３から時間ｔ２５までの間にＸ軸方向の他方側＋Ｘ（第２受け渡し位置Ｗ２）に直線的に移動し、時間ｔ２５から時間ｔ２７まで第２受け渡し位置Ｗ２に停止する（図９（ｂ）参照）。また、時間ｔ２５から時間ｔ２６までにホルダ保持部３０が開状態から閉状態に切り換わる一方、時間ｔ２６から時間ｔ２７までに工具ハンド４１、４２は閉状態から開状態に切り換わる。その結果、工具ホルダ９は、工具ハンド４１、４２から工具マガジン３に渡される。

次に、時間ｔ２７から時間ｔ２８までの間に工具ハンド４１、４２は、Ｘ軸方向の一方側−Ｘ（第１受け渡し位置Ｗ１）に直線的に移動した後、停止する（図９（ａ）参照）。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の自動工具交換装置５では、工具ハンド４１、４２は支持板２０に支持されており、主軸１０が軸線方向Ｌに直動した際、かかる直動は、第１伝達機構５１および第２伝達機構５２を介して工具ハンド４１、４２に伝達される。その結果、工具ハンド４１、４２は、主軸１０との工具ホルダ９の第１受け渡し位置Ｗ１と工具マガジン３との工具ホルダ９の第２受け渡し位置Ｗ２との間で移動するとともに、開閉動作を行う。このため、工具マガジン３の側には、主軸１０との間で工具ホルダ９を直接、受け渡す複雑な動作を行う工具ハンドを設ける必要がない。それ故、工具マガジン３の構成を簡素化することができる。

また、工具ハンド４１、４２は、第３伝達機構５３によって、主軸１０が軸線方向Ｌに直動している間、主軸１０の移動方向と同一方向の移動および主軸１０の移動方向と反対方向の移動を行う。このため、主軸１０に工具ホルダ９を渡す際、主軸１０と工具ハンド４１、４２とは所定の時間、同一方向に移動する。また、主軸１０から工具ホルダ９を受け取る際も、主軸１０と工具ハンド４１、４２とは所定の時間、同一方向に移動する。従って、工具ハンド４１、４２と主軸１０との間で工具ホルダ９を受け渡しする際、十分な時間がある。それ故、主軸１０と工具ハンド４１、４２との間で工具ホルダ９の受け渡しを確実に行うことができる。

しかも、工具ハンド４１、４２が主軸１０に工具ホルダ９を渡す際、主軸１０は、Ｚ軸方向の一方側−Ｚ（下方）に直動する一方、第３伝達機構５３は、工具ホルダ９を保持する工具ハンド４１、４２をＺ軸方向の他方側＋Ｚ（上方）に直動させた後、工具ハンド４１、４２をＺ軸方向の一方側−Ｚに直動させ、第２伝達機構５２は、工具ハンド４１、４２がＺ軸方向の一方側−Ｚに直動を開始した以降、工具ハンド４１、４２に工具ホルダ９の解放を行わせる。また、工具ハンド４１、４２が主軸１０から工具ホルダ９を受け取る際、工具ホルダ９を保持する主軸１０は、Ｚ軸方向の他方側＋Ｚに直動する一方、第３伝達機構５３は、工具ハンド４１、４２をＺ軸方向の他方側＋Ｚに直動させた後、工具ハンド４１、４２をＺ軸方向の一方側−Ｚに直動させ、第２伝達機構５２は、工具ハンド４１、４２がＺ軸方向の他方側＋Ｚへの直動を終了する以前に工具ハンド４１、４２に工具ホルダ９の保持を行わせる。このため、工具ハンド４１、４２が旋回する場合と違って、主軸１０と工具ハンド４１、４２との間で工具ホルダ９の受け渡しを確実に行うことができる。

また、工具マガジン３のホルダ保持部３０との間、および主軸１０との間で工具ホルダ９の受け渡しを行う工具ハンド４１、４２を有しているため、工具マガジン３のホルダ保持部３０は、工具ホルダ９の円錐状胴部９１に対してプルスタッド９２とは反対側の大径側端部９３を露出させておけば、かかる大径側端部９３を工具ハンド４１、４２が保持するので、円錐状胴部９１およびプルスタッド９２を主軸１０に保持させることができる。ここで、ホルダ保持部３０は、円錐状胴部９１およびプルスタッド９２を覆うように工具ホルダ９を保持するため、円錐状胴部９１およびプルスタッド９２に切り屑等の異物が付着しにくい。それ故、主軸１０は、工具ホルダ９の円錐状胴部９１およびプルスタッド９２を確実に保持することができる。

また、ホルダ保持部３０では、主軸１０が軸線方向Ｌに直動すると、伝達機構５４が第１可動部材３６および第２可動部材３７の他方端（従動軸３５）を支点部３４から離間する方向および支点部３４に接近する方向に移動させる。その結果、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２は支点部３４を中心に揺動して開状態と閉状態との間で切り換わる。また、第１可動部材３６および第２可動部材３７の他方端を支点部３４から離間する方向および支点部３４に接近する方向に移動させる方式であるため、主軸１０の直動がカムを介して直接、ホルダ保持部材を駆動する場合と違って、カムの設計や製作に多大な手間がかからない。また、主軸１０の近傍で第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を駆動する場合に限らず、主軸１０から離間した位置で第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を駆動する場合でも、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を容易に駆動することができる。

ここで、従動軸３５（従動部材）は、Ｚ軸方向からみると、閉状態では、第１ホルダ保持部材３１と第１可動部材３６との連結部分（軸３６０の位置）と、第２ホルダ保持部材３２と第２可動部材３７との連結部分（軸３７０の位置）とを結ぶ仮想の直線に対して、平面視で重なる位置にある。このため、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２に閉状態から開状態に移行しようとする外力が加わっても、従動軸３５にはガイド溝３３６の内壁に向けて押し付けられる力が加わるだけで、従動軸３５はガイド溝３３６に沿って移動しにくい。それ故、簡素な構成であるにもかかわらず、ホルダ保持部３０の閉状態を確実に保持することができる。

［バネ部材の構成］
本形態の工作機械１および自動工具交換装置５に用いた工具マガジン３のホルダ保持部３０において、図７（ａ）に示すように、従動軸３５に捩じりコイルバネからなる付勢部材Ｓを取り付け、捩じりコイルバネの端部を軸３６０、３７０のＸ軸方向の一方側−Ｘに引っ掛けてもよい。かかる構成によれば、従動軸３５は常に支点部３４に接近する方向に付勢される結果、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を閉状態に維持しようと付勢する。このため、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２の閉状態は確実に維持される。なお、図７（ａ）に示す構成において、捩じりコイルバネの端部を軸３６０、３７０のＸ軸方向の他方側＋Ｙに引っ掛ければ、従動軸３５は常に支点部３４から離間する方向に付勢される。その結果、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を開状態に維持しようと付勢する。

また、図７（ｂ）に示すように、従動軸３５と支点部３４の軸３４０との間に引っ張りコイルバネからなる付勢部材Ｓを取り付けてもよい。かかる構成によれば、従動軸３５は常に支点部３４に接近する方向に付勢される結果、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を閉状態に維持しようと付勢する。このため、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２の閉状態は確実に維持される。なお、図７（ｂ）に示す構成において、付勢部材Ｓとして圧縮コイルバネを用いてもよく、この場合、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を開状態に維持しようと付勢する。

また、図７（ｃ）に示すように、軸３６０と軸３７０との間に圧縮コイルバネからなる付勢部材Ｓを取り付けてもよい。かかる構成によれば、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を閉状態に維持しようと付勢する。このため、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２の閉状態は確実に維持される。なお、図７（ｃ）に示す構成において、付勢部材Ｓとして引っ張りコイルバネを用いてもよく、この場合、付勢部材Ｓは、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を開状態に維持しようと付勢する。

［ホルダ保持部材の他の構成例］
本形態の工作機械１および自動工具交換装置５に用いた工具マガジン３のホルダ保持部３０において、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２を直線的に延在した構成とし、第１ホルダ保持部材３１と第２ホルダ保持部材３２とを交差するように配置して上記の構成を適用すると、従動軸３５（従動部材）は、Ｚ軸方向からみると、開状態で、第１ホルダ保持部材３１と第１可動部材３６との連結部分（軸３６０の位置）と、第２ホルダ保持部材３２と第２可動部材３７との連結部分（軸３７０の位置）とを結ぶ仮想の直線に対して、平面視で重なる位置にある。このような構成の場合、第１ホルダ保持部材３１および第２ホルダ保持部材３２に開状態から閉状態に移行しようとする外力が加わっても、従動軸３５にはガイド溝３３６の内壁に向けて押し付けられる力が加わるだけで、従動軸３５はガイド溝３３６に沿って移動しにくい。それ故、簡素な構成であるにもかかわらず、ホルダ保持部３０の開状態を確実に保持することができる。

１ 工作機械
３ 工具マガジン
５ 自動工具交換装置
９ 工具ホルダ
１０ 主軸
１１ 主軸台
１２ 主軸ヘッド
２０ 支持板
３０ ホルダ保持部
３１ 第１ホルダ保持部材
３２ 第２ホルダ保持部材
３４ 支点部
３６ 第１可動部材
３７ 第２可動部材
４１、４２ 工具ハンド
５１ 第１伝達機構
５２ 第２伝達機構
５３ 第３伝達機構
５４ 伝達機構
３３６ ガイド溝（ガイド部）
Ｓ 付勢部材

Claims (6)

1. 主軸の軸線方向への直動に連動して前記主軸と工具マガジンとの間で工具ホルダの受け渡しを行う工作機械の自動工具交換装置において、
   前記主軸を前記軸線方向に移動可能に支持する支持台と、
   前記支持台に支持された工具ハンドと、
   前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、当該工具ハンドと前記主軸との間で前記工具ホルダを受け渡す第１受け渡し位置と前記工具ハンドと前記工具マガジンとの間で前記工具ホルダを受け渡す第２受け渡し位置との間を前記工具ハンドに移動させる第１伝達機構と、
   前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して当該工具ハンドに開閉動作を行わせる第２伝達機構と、
   が設けられ、
   前記第２伝達機構は、前記主軸が前記軸線方向の前記一方側に直動する間に、前記第２受け渡し位置で前記工具ハンドを開から閉に移行させて前記工具ハンドが前記工具マガジンから前記工具ホルダを受け取る動作を行わせた後、前記第１受け渡し位置で前記工具ハンドを閉から開に移行させて前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す動作を行わせ、前記主軸が前記軸線方向の前記他方側に直動する間に、前記第１受け渡し位置で前記工具ハンドを開から閉に移行させて前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る動作を行わせた後、前記第２受け渡し位置で前記工具ハンドを閉から開に移行させて前記工具ハンドが前記工具マガジンに前記工具ホルダを渡す動作を行わせることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
2. さらに、前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、および前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、前記主軸が前記軸線方向に直動している間に前記工具ハンドに前記主軸の移動方向と同一方向の移動を行わせる第３伝達機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の自動工具交換装置。
3. 前記第３伝達機構は、さらに、前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、および前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記主軸の前記軸線方向の直動を前記工具ハンドに伝達して、前記主軸が前記軸線方向に直動している間に前記工具ハンドに前記主軸の移動方向とは反対方向の移動を行わせることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の自動工具交換装置。
4. 前記工具ハンドが前記主軸に前記工具ホルダを渡す際、前記主軸は、前記軸線方向の一方側に直動し、前記第３伝達機構は、前記工具ホルダを保持する前記工具ハンドを前記軸線方向の他方側に直動させた後、当該工具ハンドを前記軸線方向の前記一方側に直動させ、
   前記第２伝達機構は、前記工具ハンドが前記軸線方向の前記一方側に直動を開始した以降、前記工具ハンドに前記工具ホルダの解放を行わせ、
   前記工具ハンドが前記主軸から前記工具ホルダを受け取る際、前記工具ホルダを保持する前記主軸は、前記軸線方向の前記他方側に直動し、前記第３伝達機構は、前記工具ハンドを前記軸線方向の前記他方側に直動させた後、当該工具ハンドを前記軸線方向の前記一方側に直動させ、前記第２伝達機構は、前記工具ハンドが前記軸線方向の前記他方側への直動を終了する以前に前記工具ハンドに前記工具ホルダの保持を行わせることを特徴とする請求項３に記載の工作機械の自動工具交換装置。
5. 前記第３伝達機構は、前記主軸と一体に前記軸線方向への直動を行うカム面と、該カム面に当接するカムフォロアーにより前記カム面に従動し、前記軸線方向に対して直交する軸線周りに回動して前記工具ハンドに前記軸線方向の直動を行わせる回動部材と、を有していることを特徴とする請求項３または４に記載の工作機械の自動工具交換装置。
6. 前記第１伝達機構は、前記第１受け渡し位置と前記第２受け渡し位置との間で前記工具ハンドを直動させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の工作機械の自動工具交換装置。

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