JPH0112940Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主軸がＸ軸乃至はＹ軸及びＺ軸方向に
移動可能に形成されたラジアルボール盤のような
工作機械の自動工具交換装置に関するものであ
る。

従来より既設の数値制御（以下、NCという）
工作機械に後から自動工具交換（以下、ATCと
いう）機能を付与するいわゆるレトロフイツトが
行われており、また、このためのATC装置も数
多くの提案されてはいる。

しかし、従来提案されているボール盤のレトロ
フイツト用のATC装置には、次に述べるような
難点が見られる。

例えば、ボール盤のレトロフイツトによる
ATC化に於て、主コラムにATC装置を付加する
形式では主軸の作動空間或は作業時間を確保する
ため、ATC装置を前記コラムに付し旋回可能に
取附けた支持アームに装設する形式のものがある
が、コラムに支持アームを取附ける主軸頭の主コ
ラムに対する上下動範囲が狭められ上下方向での
作業範囲がATC装置を付加する前より狭くなつ
てしまうという不都合を生じている。

一方のボール盤にサブコラムを設けそれに
ATC装置を装設する形式のものでは上記のよう
な難点は見られないものの、工具マガジン自体が
サブコラムに直装され、該コラムの軸上で旋回す
るようにされているため、該マガジンがテーブル
側へ常時張出している形態となり、作業空間が狭
められてしまう難点がある。

この点に関して、工具マガジンを旋回アームの
先端に取付け、このアームの旋回、位置決めによ
り工具マガジンを主軸の直下に移動させるように
した装置が提案（特開昭53−80082号）されてい
るが、この装置は旋回アームが相当長目に形成さ
れていること、及び、この長目のアームの先端に
多数の交換工具を具備して重量が大きくなつた工
具マガジンが取付けられていることによつて、旋
回時の回転モーメントが大きくなりがちになり、
このため旋回速度を高くしたり、旋回の位置決め
精度を上げにくいという問題がある。

本考案は上述のようなレトロフイツト形式の
ATC装置に於て、本機の元の作業範囲を狭める
ことがないコンパクトな大きさと作動範囲をも
ち、しかも、工具交換に際しては、比較的簡単な
構造であり乍ら工具交換に十分な割出精度を安定
的且つ迅速に実現できるATC装置を提供するこ
とを目的としてなされたもので、その精度は、Ｚ
軸方向に相対移動可能な主軸のＸ軸又はＹ軸に関
する相対移動外端部に、前記主軸のＺ軸方向と平
行な支柱を立設し、該支柱に支持案内される
ATC取附アームを前記支柱に角回転、固定自在
に設け、該取附アームにゼネバ歯車を用いた間欠
回転を工具交換のため出力する割出機構を配設し
て成る自動工具交換装置に於て、取附アームは工
具ホルダを含む工具マガジンの旋回径と略同長に
形成し、割出機構はその駆動源を含み前記取附ア
ームの中間部に吊設された支持筒の中心側に内装
すると共に、該支持筒には、その同軸上に於て支
持筒の上部に遊貫された上部環と支持筒の底部外
周に回転可能に支持された下部環とこれら両環を
連結すると共にホルダ支持具を上下摺動可能に案
内する複数本の連結杆とによりほぼカゴ型に形成
されて当該支持筒に外装させられ、且つ、前記割
出機構の間欠回転が伝達されるようにした工具マ
ガジンを取附け、この工具マガジンには、工具ホ
ルダを支持する外向き二又爪状をなす複数のホル
ダ支持具を上記連結杆において上下摺動自在に設
ける一方、前記ATC取附アームの先端側に主軸
のクイツクチエンジチヤツクを開閉するチヤツク
操作フオークを上下揺動自在に設けると共に、該
フオークに対応してその下方に位置する前記支持
筒の下面側に、取附アーム先端側に位置付けられ
た前記ホルダ支持具に係合して当該支持具を上下
動させる作動体を設けて成ることを特徴とするも
のである。

次に、本考案の実施例を、既設のラジアルボー
ル盤に適用した場合について、図に拠り説明す
る。

第１図は本考案ATC装置を装着したラジアル
ボール盤の一例の正面図、第２図はその平面図、
第３図は第１図に於ける本考案ATC装置部分の
拡大図、第４図は同じく第２図におけるATC部
分の拡大図で、１はコラム、２は該コラムに旋回
及び上下動可能に取附けられた支持腕、２ａはＹ
軸方向の送りネジ、３は該腕２に取附けられＹ軸
方向、及び、Ｚ軸方向に摺動案内される主軸頭、
４は該主軸頭に設けられた主軸、５は上面にＸ軸
方向に摺動案内されるテーブル６を設けたベツド
で、これら１乃至６により公知のラジアルボール
盤の一例を構成する。

７は上記ボール盤における支持腕２の外端側
に、その下端部をベツド５に固着してＺ軸と平行
な向きに立設した支柱、８は該支柱に支持案内さ
れ且つ前記支持腕２の外端に一体化した本考案
ATC装置の取附サドルで、該サドル８は支持腕
２の上下動に同動するようにしてある。

９はサドル８の下端側において、支柱７に対し
旋回自在に設けたATC取附アームで、該アーム
９の旋回駆動源は前記サドル８に後方へ向け水平
に突設した支持杆８ａに枢着支持されたエアシリ
ンダ９ａが果し、そのロツド９１ａが進行させら
れると、前記取附アーム９を支柱７を中心にして
旋回させ支持腕２の摺動面側に該面と略平行な姿
勢にし、前記ロツド９１ａが後退させられると前
記アーム９を第２図の鎖線で示す位置に旋回後退
させるように作動する。

尚、上記取附アーム９は、支持腕２と略平行で
コラム１側に向けて支柱７に旋回しないように設
けると共に、そのアーム９自体をテレスコピツク
構造などにより伸縮可能な構造とし、伸縮自在の
アーム９を、アームに内装したエアシリンダ９ａ
のようなアクチユエータにより支持腕２に沿つて
任意量進退させてその位置で固定するようにして
もよい。

上記の旋回しないで進退可能な取附アーム９
は、例えば穴あけ専用機のように取附アーム９の
旋回をさせることが不能又は不用の機械に本考案
ATC装置を適用する場合において有用である。

第３図に於て、１０は上記取附アーム９の下面
に固着吊下した支持筒で、後述する工具マガジン
１１を回転可能に支持する。即ち、支持筒１０の
下端には、第５図に示すように、その底板１０ａ
に取附けたフランジ状の支持環１０ｂが周設して
あり、該支持環１０ｂに、カゴ型に形成されて前
記支持筒１０を外側から囲むように位置付けられ
る工具マガジン１１が回転可能に装架されている
のである。

第５図に於て、上記支持筒１０の内部には、前
記マガジン１１の回転駆動源となるモータ１０
ｃ、その出力を受けるゼネバ歯車の原車１０ｄ、
同従車１０ｅ、該従車１０ｅと同軸にした間欠回
転の出力歯車１０ｆが前記マガジンの割出機構と
して設けられている。一方、前記工具マガジン１
１の下部環１１ａの内周面には上記出力歯車１０
ｆと噛合する内歯歯車１１ｂが固設され、上記歯
車１０ｆの間欠回転を工具マガジン１１に伝達す
るようにしてある。

而して、工具マガジン１１は、下部環１１ａと
上部環１１ｃとを同径の内周上に等ピツチで設け
た連結杆１１ｄにより一体化したカゴ形に形成さ
れ、支持筒１０に遊挿された形態で装設されてお
り、下部環１１ａの外周上には、後述する工具ホ
ルダ１６を把持するホルダ支持具１２の複数が上
記連結杆１１ｄと等ピツチで装設してある。

即ち、ホルダ支持具１２は一般的な先開二又状
をなす爪部材１２ａの後端部を上記マガジン１１
の連結杆１１ｄに上下摺動自在に貫挿させると共
に、該爪部材１２ａの後方下面に上記連結杆１１
ｄと平行な向きの案内杆１２ｂを吊設し、該杆１
２ｂを上記マガジン１１における下部環１１ａの
外周上に等ピツチで貫設した摺動案内孔１１１ａ
に貫挿することにより、工具マガジン１１上にお
いて上下摺動可能にして等ピツチで設けられてい
るのである。尚、１２ｃは案内杆１２ｂの下端
に、前記支持筒１０の中心側へ向け突設した係合
片、１２ｄはいずれかの案内杆１２ｂに近接させ
て対設した位置検出センサで、上記係合片１２ｃ
は、後述する当該支持具１２の昇降機構１３に関
連し、また、センサ１２ｄはモータ１０ｃの起
動、停止に係る信号を検出するためのものであ
る。

而して、昇降機構１３は前記ATC取附アーム
９の先端側に位置付けられたホルダ支持具１２の
昇降をさせるため、前記アーム９の先端側に位置
する支持筒１０内に設けたエアシリンダ１３ａの
ロツドの先端（図の下端）に、上記係合片１２ｃ
を遊嵌する支持切欠１３ｃを有する作動体１３ｂ
を設けると共に、該作動体１３ｂの上下摺動案内
並びに回り止めのため前記支持筒１０の底板１０
ａに下向きに植設されて前記作動体１３ｂに貫通
した２本の支持案内杆１３ｄによつて構成してあ
る。

この結果、ホルダ支持具１２は、工具マガジン
１１の旋回によつて上記昇降機構１３に対応する
箇所に位置付けられたとき、その係合片１２ｃが
上記作動体１３ｂの支持切欠１３ｃに入るので、
エアシリンダ１３ａを作動させれば、その支持具
を前記マガジン１１上で昇降させることができ
る。

１４は、いずれかのホルダ支持具１２が上記の
ような昇降可能位置にある場合に於て、該ホルダ
支持具１２が支持されている工具マガジン１１の
連結杆１１ｄと同一半径上に位置する前記支持筒
１０の外側面であつて、取附腕９の先端側に設け
たチヤツク操作機構で、主軸４に装着されている
クイツクチエンジチヤツク１５を開閉する。

而して、チヤツク操作機構１４は支持筒１０の
外壁面に下端部を枢着したエアシリンダ１４ａ
と、先端側を二又状の支持杆１４ｂに形成すると
共に該杆１４ｂの内側でピボツト支持１４ｄされ
た半円環状のフオーク部材１４ｃとからなり、前
記支持杆１４ｂの中程を前記取附腕９の先端部に
枢着１４ｅすると共に、該支持杆１４ｂの後端を
前記エアシリンダ１４のロツド先端（図の上端）
に枢着して構成されている。

本機の主軸４に装着したクイツクチエンジチヤ
ツク１５はそのシヤンク部１５ａのテーパを本機
の主軸４のテーパに合わせ、ここではモールテー
パに形成してある。而して、該チヤツク１５にお
ける１５ｂはこのチヤツク１８に脱着される工具
ホルダ１６の着脱を開閉するための作動環で、図
に表われないバネにより常に下方に向け付勢され
ているが、先に述べたチヤツク操作機構１４のフ
オーク部材１４ｃが係合溝１５ｃに嵌合し、該フ
オーク部材１４ｃに支持杆１４ｂの上向揺動によ
り上動されたとき工具ホルダ１６を前記チヤツク
１５から抜出すように作用する。尚、フオーク部
材１４ｃが作動環の係合溝１５ｃに嵌合している
とき、ホルダ支持具１２もその昇降機構１３によ
り上昇位置におかれ主軸４の工具ホルダ１６を把
持している。

而して、本考案に於ては、工具ホルダ１６に一
般的なATC用の工具ホルダを用いるが、一般的
な工具ホルダ１６はそのシヤンク部がナシヨナル
テーパに形成されている一方、本考案を適用すべ
き既設の汎用機における主軸４の工具把持部はモ
ールステーパであるところから、上記クイツクチ
エンジチヤツク１５はそのシヤンク部１５ａがモ
ールステーパで、工具ホルダ１６の把持部をナシ
ヨナルテーパに形成したものが用いられる。尚、
図中、１７は工具交換位置、即ち、取附アーム９
の先端側を切開した円筒状のカバーで、工具マガ
ジン１１をカバーできる大きさに形成してある。

本考案によるATC装置の一例の構成は以上の
通りであり、次にその作動例について説明する。

まず、主軸４に任意の工具（以下１番工具Ｔ１
という）を工具ホルダ１６を介して装着し適宜の
加工をするとき、工具マガジン１１のホルダ支持
具１２には前記主軸４に装着された１番工具の工
具ホルダ１６の支持具１２を除いて順次使用する
工具（以下、順次２番工具乃至ｎ番工具Ｔ２乃至
Tnという）が各工具ホルダ１６に保持された状
態で支持され、且つ、取附腕９は後退旋回した位
置におかれている。

而して、１番工具Ｔ１による所定加工が完了す
ると取付腕９がエアシリンダ９ａの作動によりス
イングし工具交換位置へ進出位置決めされる。こ
の位置決めは、図示しない近接スイツチで進出終
点を検出することにより行うようにしてあるが、
スイング角自体は前記シリンダ９ａにおけるロツ
ド９１ａの進退量を調整することにより調整可能
にしてある。

このとき、工具ホルダ１６が支持されていない
支持具１２はその昇降機構１３の作動で、第５図
に示すように、上昇位置にあると共に、クイツク
チエンジチヤツク１５の操作機構１４の支持杆１
４ｂは先端側が降下位置、即ち、そのシリンダ１
４ａのロツドが進出した状態にある。

本考案ATC装置が上記状態にあるとき、主軸
頭３は主軸４をＺ軸原点に復帰させて支持腕２の
外端側に設定した工具交換位置、即ち、工具ホル
ダ１６の支持具１２及び前記操作機構１４側へ移
動する。

この移動量は予め設定されているもので、チヤ
ツク操作機構１４のフオーク部材１４ｃがクイツ
クチエンジチヤツク１５の係合溝１５ｃに嵌り合
うと共に、支持具１２の爪部材１２ｂが工具ホル
ダ１６の支持溝１６ａに嵌り合う位置で停止する
ようにしてある。

この状態で操作機構１４のエアシリンダ１４ａ
が作動し、支持杆１４ｂの先端側を上動させる
と、クイツクチエンジチヤツク１５の作動環１５
ｂが上動され、該チヤツク１５から工具ホルダ１
６の抜出が可能になる。そこで、ホルダ昇降機構
１３が作動し、その作動体１３ｂを降下させて工
具ホルダ１６を挟持した支持具１２を下降させる
と、１番工具Ｔ１が工具マガジン１１に収装され
る。

次いで、モータ１０ｃが回転しゼネバ歯車１０
ｄ，１０ｅなどから成る割出機構により工具マガ
ジン１１が間欠回転し、２番工具が工具交換位置
に位置付けられる。２番工具の位置決めセンサ１
２ｄの対向面に、他の工具ホルダ支持具１２にお
ける案内杆１２ｂが位置したときを前記センサ１
２ｄで検出し、モータ１０ｃの回転を停止させる
ことにより行う。

而して、２番工具が交換位置に位置付けられれ
ば、工具ホルダ１６の支持具１２の係合片１２ｃ
が昇降機構１３の作動体１３ｂの係合切欠１３ｃ
に嵌入し、２番工具の主軸４への装着準備が整
う。この段階で主軸４が回転され始めると共に、
昇降機構１３が作動されその作動体１３ｂを上昇
することにより２番工具の支持具１２を上昇さ
せ、２番工具の工具ホルダ１６のシヤンク部分を
クイツクチエンジチヤツク１５に嵌入させる。次
いで、チヤツク操作機構１４の支持杆１４ｂの下
降により前記チヤツク１５の作動環１５ｂを元の
位置に戻し、上記２番工具を当該チヤツク１５に
装着させると共に、この間回転していた主軸４の
回転を停止させることにより工具交換を完了す
る。

主軸４に２番工具が装着されると、主軸頭３が
支持腕２に沿つて加工位置に戻り、次の作業に入
るのである。

上述の工具交換作動は、本機がNC機であると
きは、NCプログラムにおけるＭ指令を利用し、
主軸頭３の移動や工具交換時における主軸４の回
転、或は、本考案ATC装置の各作動部の動作を、
プログラムに従つて自動的に行わせるが、手動操
作によつて上記各動作を行わせてもよいこと勿論
である。

また、上記実施例はラジアルボール盤について
のものであるが、本考案装置は、この外、中ぐり
盤やフライス盤などにも適用することができる。

本考案は以上の通りであつて、工具が交換され
る主軸のＸ軸又はＹ軸の相対移動外端に支柱を立
設し、該支柱に、取附アームに設けられて工具交
換位置に旋回進退する割出機構、並びに、昇降可
能なホルダ支持具及びチヤツク操作機構を有する
工具マガジンを始めとするATC装置を設けたか
ら、ATC装置を設けることによつて既設機械の
本来の作業空間を狭めてしまうという従来のレト
ロフイツトによるATC装置の一般的難点を払拭
できるほか、次のような固有の効果が得られる。

取付アーム９は工具ホルダ１６を含む工具マガ
ジン１１の旋回径と大略同長に形成し、割出機構
をこの取附アーム９の中間部に吊設した支持筒１
０に内装する一方、工具マガジン１１を略カゴ型
に形成して上記支持筒１０を外側から覆うような
形態で当該支持筒１０に回転可能に取付けたの
で、取附アーム９は短か目ですみ、回転モーメン
トも大きくならず。また、ATC装置全体のコン
パクト化を図ることができる。

また、本考案における取附アーム９が短か目で
あり、しかも、このアームの長さ内に工具マガジ
ン１１が収まつていることにより、アーム９の旋
回角が小さく（実施例で90度弱）ても、工具マガ
ジン１１を始めとする本考案のATC機構が本機
やワークに干渉することがない。

更に、工具マガジン１１の割出しに用いたゼネ
バ歯車１０ｄ，１０ｅは、取附アーム９の中程に
吊設された支持筒１０に内装されていると共に、
その駆動源も当該支持筒１０に収められているの
で、割出機構自体もコンパクトに形成することが
できる。

しかも、本考案では工具マガジン１１を取付け
た取附アーム９の旋回位置決め精度や工具マガジ
ン１１の割出し精度が構成部材の加工誤差や組立
誤差が累積することなどにより多少粗くなつて
も、工具マガジン１１における任意のホルダ支持
具１２が工具交換位置に位置決めされると、外向
き二又爪状をなす当該ホルダ支持具１２が位置付
けられたところに、高精度の位置決めが可能な工
具ホルダ１６を取付けた状態の主軸頭３が、支持
腕２の上をスライドすると共にこの主軸頭３の主
軸４がＺ軸方向にスライドして移動して来るの
で、割出し位置に多少のズレが生じていても、前
記ホルダ支持具１２の外向き爪は、その内側に主
軸４の工具ホルダ１６を案内導入することがで
き、従つて、工具マガジンの割出し回転角のズレ
は、ホルダ支持具１２が主軸４の工具ホルダ１６
を受け入れることによつて矯正されつつ、前記ホ
ルダ支持具１２が当該ホルダ１６に正確に嵌合
し、これによつて工具交換を確実に行うことがで
きる。

従つて、本考案は既設機構のレトロフイツトに
よる自動効換装置としてきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置を取附けたラジアルボール
盤の正面図、第２図はその平面図、第３図は第１
図における要部を拡大して一部を断面とした正面
図、第４図はその平面図、第５図は本考案装置の
要部の正断面図である。 １……コラム、２……支持腕、３……主軸頭、
４……主軸、５……ベツド、６……テーブル、７
……支柱、８……サドル、９……ATC取附アー
ム、９ａ……エアシリンダ、１０……支持筒、１
１……工具マガジン、１２……ホルダ支持具、１
３……昇降機構、１４……チヤツク操作機構、１
５……クイツクチエンジチヤツク、１６……工具
ホルダ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. Ｚ軸方向に相対移動可能な主軸のＸ軸又はＹ軸
   に関する相対移動外端部に、前記主軸のＺ軸方向
   と平行な支柱を立設し、該支柱に支持案内される
   ATC取附アームを前記支柱に角回転、固定自在
   に設け、該取附アームにゼネバ歯車を用いた間欠
   回転を工具交換のため出力する割出機構を配設し
   て成る自動工具交換装置に於て、取附アームは工
   具ホルダを含む工具マガジンの旋回径と略同長に
   形成し、割出機構はその駆動源を含み前記取附ア
   ームの中間部に吊設された支持筒の中心側に内装
   すると共に、該支持筒には、その同軸上に於て支
   持筒の上部に遊貫された上部環と支持筒の底部外
   周に回転可能に支持された下部環とこれら両環を
   連結すると共にホルダ支持具を上下摺動可能に案
   内する複数本の連結杆とによりほぼカゴ型に形成
   されて当該支持筒に外装させられ、且つ、前記割
   出機構の間欠回転が伝達されるようにした工具マ
   ガジンを取附け、この工具マガジンには、工具ホ
   ルダを支持する外向き二又爪状をなす複数のホル
   ダ支持具を上記連結杆において上下摺動自在に設
   ける一方、前記ATC取附アームの先端側に主軸
   のクイツクチエンジチヤツクを開閉するチヤツク
   操作フオークを上下揺動自在に設けると共に、該
   フオークに対応してその下方に位置する前記支持
   筒の下面側に、取附アーム先端側に位置付けられ
   た前記ホルダ支持具に係合して当該支持具を上下
   動させる作動体を設けて成ることを特徴とする自
   動工具交換装置。