JPH01252310A - 多軸ヘッド交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は複数の多軸ヘッドが配置貯蔵されている多軸ヘ
ッドマガジンと工作機械の加工ユニットとの間で多軸ヘ
ッドを自動的に着脱交換するための多軸ヘッド交換装置
に関する。

（従来の技術） 多軸ヘッドが用いられているトランスファマシン、専用
加工機などの工作機械において、多種類のワークを加工
する場合、あるいは１つのステーション内で多工程の加
工を行うような場合には、加工要求の変化に応じて加工
ユニットに装着されている多軸ヘッドを自動的に交換す
る多軸ヘッド交換装置が用いられている。

種類の異なる複数の多軸ヘッドは、多軸ヘッドマガジン
に選択移動可能に配置貯蔵され、この多軸ヘッドマガジ
ンから所要の多軸ヘッドが選択取り出され、工作機械の
加工ユニットに搬送されて装着される。加工ユニットで
は装着された多軸ヘッドに駆動力が与えられ、所要の加
工動作が行われる。

従来、このような多軸ヘッド交換装置として、多軸ヘッ
ドマガジンの配置スペースの節約ヲ行つため、工作機械
の上部位置に多軸ヘッドマガジンを配置した構造のもの
が知られている（特開昭６２−４８４１０）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のこの構造の装置においては、多軸
ヘッドマガジンと加工ユニットとの間の多軸ヘッド交換
動作が、多軸ヘッドを上下方向に直線移動させて行なわ
れているので、交換動作を行うごとに多軸ヘッドマガジ
ンに使用済みの多軸ヘッドを移送収納するためのスペー
スが必要であった。また、使用済み多軸ヘッドを収納後
、多軸ヘッドマガジンを作動させて次に使用する新しい
多軸ヘッドを割出す間、加工ユニットには多軸ヘッドが
装着されておらず、これらの交換動作の間は加工工程が
停止するという問題があった。

また、多軸ヘッドを上下移動させるため、多軸ヘッドの
リフト機構が必要であり、装置全体が縦方向に高い構造
となっていた。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
多軸ヘッドの交換動作を迅速に行うことができるととも
に、装置全体を小型化することのできる多軸ヘッド交換
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、多軸ヘッドをクランプし、多軸ヘッドに駆動
力を与える加工ユニットと、多軸ヘッドの工具を加工ユ
ニットの軸線と直交する方向に向けて、複数の多軸ヘッ
ドを配置貯蔵する多軸ヘッドマガジンとの間で、多軸ヘ
ッドを自動的に交換する多軸ヘッド交換装置であって、
多軸ヘッドマガジンに隣接する位置に、加工ユニットの
軸線と４５＠の角度をなす軸線を中心に回転および軸線
方向に往復動可能に配設され、多軸ヘッドの背面をクラ
ンプするクランプ用爪が設けられている軸線とそれぞれ
４５″の角度を有して形成された２つのクランプ面を備
えたタレットヘッドと、加工ユニットとタレットヘッド
との間に、回転軸を加工ユニットの軸線と平行にして回
転可能に配設され、回転軸と平行な２つの面に多軸ヘッ
ドの側面をクランプするクランプ手段が設けられている
旋回交換部と、タレットヘッドを回転および回転軸方向
に往復駆動するタレットヘッド駆動手段と、旋回交換部
を回転駆動する旋回交換部駆動手段と、を備えてなるこ
とを特徴としている。

（作　用） 本発明によれば、タレットヘッドを前進移動させた状態
で４５”傾斜した軸を中心に１８０’旋回し、再び後退
移動することにより、タレットヘッドの２つのクランプ
面にクランプされている２つの多軸ヘッドが、それぞれ
多軸ヘッドマガジンと旋回交換部との間で交換移送され
る。旋回交換部側に移送された多軸ヘッドは、旋回交換
部を水平軸を中心に１８０”旋回することにより、加工
ユニット側に移送され、また加工ユニットに装着されて
いた使用済みの多軸ヘッドはタレットヘッド側に移送さ
れる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明による多軸ヘッド交換装置の一実施例を
示す側面図であり、第２図はこの多軸ヘッド交換装置を
備えた工作機械の一実施例を示す外観図である。

多軸ヘッド交換装置は、複数の多軸ヘッドを配置貯蔵す
る多軸ヘッドマガジン１０に隣接する位置に配設された
タレットヘッド２０と、〜多軸ヘッドをクランプし、多
軸ヘッドに駆動力を与える加工ユニット３０とタレット
ヘッド２０との間に配設された旋回交換部４０とを備え
ている。

多軸ヘッドマガジン１０は、多軸ヘッド交換装置の上方
位置に配設され、第３図に示すように、４個の多軸ヘッ
ドＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＣ。

１１Ｄ（以下符号１１で多軸ヘッドを総称する）が、そ
の工具１２の軸線を、加工ユニット３０の軸線と直交す
る方向に向けて配置貯蔵されている。

多軸ヘッドマガジン１０は、互いに直交する関係で配置
された４つの垂直平面１３ａが形成された回転ドラム１
３を有し、この回転ドラム１３の垂直平面１３ａにそれ
ぞれ多軸へラド１１をクランプする略長方形板状のクラ
ンプ片１４が回転および回転軸方向に移動可能に設けら
れている。符号１５は、回転ドラム１３を割出し回転す
るためのマガジン駆動装置であり、またクランプ片１４
はマガジン駆動装置１５内に設けられた駆動機構（図示
せず）により回転および回転軸方向に往復駆動されるよ
うになっている。

タレットヘッド２０は、互いに直交する関係に形成され
た２つのクランプ面２０ａ、２０ｂを有し、このクラン
プ面２０ａ、２０ｂに、それぞれ第４図に示すように、
多軸ヘッドクランプ用の爪２１．２２が２個ずつ所定の
位置に配置固定されている。このクランプ用爪２１．２
２には、それぞれクランプ面２０ａ　（２０ｂ）と平行
な同一平面上に存在する凹溝２１ａ、２２ａが設けられ
ている。この凹溝２１ａ、２２ａは、第１図に示す状態
で、クランプ面２０ａの延長上にある多軸ヘッドマガジ
ン１０の回転ドラム１３の回転軸を中心として描いた円
弧上および、クランプ面２０ｂの延長上にある旋回交換
部４０の旋回軸を中心として描いた円弧上にそれぞれ存
在するように形成されている。また、クランプ用爪２１
．２２の間には、ロケートピン２３がクランプ面２０ａ
（２０ｂ）から進退移動可能に設けられている。

タレットヘッド２０は、多軸ヘッドマガジン１０の回転
ドラム１３の回転軸に対し、４５＠の角度をなす軸線を
中心に回転および軸線方向に往復可能に配設されている
。第５図は第１図ｖ−Ｖ線断面図であり、タレットヘッ
ド２０を回転および回転軸方向に往復駆動するタレット
ヘッド駆動手段を示している。

タレットヘッド２０は、中空円筒状のピストンスリーブ
２４内に軸受２６により回転支持されたタレットヘッド
回転軸２５の先端部に固定保持されている。ピストンス
リーブ２４は外周はぼ中央部に環状突起部２４ａを有し
、この環状突起部２４ａが、装置本体ケーシング５０内
に形成されたシリンダ部２７内に摺動可能に挿入されて
いる。

またピストンスリーブ２４は装置本体ケーシング５０に
対して往復動可能に保持されている。符号２７ａおよび
２７ｂは、シリンダ部２７へ圧油を供給し、ピストンス
リーブ２４を往復動させるための圧油供給路である。

タレットヘッド回転軸２５の後端には歯車２８が嵌着さ
れ、この歯車２８は装置本体ケーシング５０に回転支持
された歯幅の大きいピニオン２９に噛合っている。この
ピニオン２９は装置本体ケーシング５０内に配設された
回転駆動源（図示せず）により回転駆動される。タレッ
トヘッド２０には、回転軸２５と平行に２本の深穴２０
ａが設けられ、この深穴２Ｏａ内に、装置本体ケーシン
グ５０に回転軸２５と平行に突設された所定長さを有す
るロケートピン５０ａが挿入可能とされている。

旋回交換部４０は、回転軸４１が加工ユニット３０の軸
線と平行して回転可能に配設され、回転軸４１の先端部
に、回転軸４１と平行でかつ回転軸４１を中心に対称の
位置に形成された２つのクランプ面４２が設けられてい
る。この２つのクランプ面４２には、それぞれ略長方形
板状のクランプ片４３が旋回可能に突設されている。第
６図に示すように、クランプ片４３の回転軸４３ａには
ピニオン４４が嵌着され、このピニオン４４にロッド４
５に形成されたラック４５ａが噛合っている。それぞれ
のロッド４５は、その先端部が揺動レバー４６の両端部
に接続され、揺動レバー４６はその中央部が支持ブロッ
ク４７により揺動可能に支持されている。支持ブロック
４７は揺動レバー４６と交叉して揺動レバー４６の下方
位置に配設された棒状部材４８の中央部に固設され、こ
の棒状部材４８はその両端に連結されたロッド４９によ
り支持されている。ロッド４９は油圧シリンダ機構（図
示せず）により往復駆動されるようになっている。

第７図は加工ユニット３０の構造を示す断面図である。

略中空円筒状の加工ユニットケーシング３１内には略中
空円筒状のピストンシリンダ３３が往復動可能に挿入さ
れ、ピストンシリンダ３３のほぼ中央部に設けられた環
状突起部３３ａがケーシング３１内に形成された油圧シ
リンダ室３２内で摺動可能とされている。ピストンシリ
ンダ３３の先端部には軸心と直交する面内に湾曲した互
いに平行な２本の凹溝３３ｂが形成されている。

この凹溝３３ｂの湾曲は、それぞれ旋回交換部４０の旋
回軸を中心として描いた円弧の一部として形成されてい
る。またこの凹溝３３ｂの形成された部分はケーシング
３１の前端部３１ａからさらに前方に突出移動可能とさ
れている。

ケーシング３１の中央部には主軸３４が回転可能に配設
されている。主軸３４の先端部にはスプライン３４ａが
形成され、内周部にこのスプライン３４ａと係合するス
プライン溝３５ａの形成された略中空円筒状のスリーブ
３５が摺動可能に嵌合されている。スリーブ３５の先端
部には円周方向に凹凸部が交互に配列されたクラッチ部
３５ｂが形成されている。またスリーブ３５の外周部に
は、クラッチ部３５ｂが、多軸ヘッド１１の回転軸１３
１の端部に設けられた同様のクラッチ部１３１ａと噛合
う際の衝撃を吸収するためのスプリング３６が装着され
ている。

ケーシング３１の前端部３１ａには、さらに多軸ヘッド
１１の背面１１ｂに設けられたカービックカップリング
１４１と係合するカービックカップリング３７が固設さ
れている。またケーシング３１の後方部には、油圧シリ
ンダ室３２の油圧がオフしたときにピストンシリンダ３
３をロックするためのロケートピン３８が主軸３４と直
交する方向に進退移動可能に装着され、ピストンシリン
ダ３３の後方部に設けられたロケート穴３３ｃに挿入可
能とされている。このロケートピン３８は、常時はロケ
ート穴３３ｃには挿入されず、油圧シリンダ室３２の油
圧がオフしたときにのみ係合し、ピストンシリンダ３３
が前進してカービックカップリングの係合が外れるのを
防止している。

第８図乃至第１２図は本実施例による多軸ヘッド交換装
置により交換される多軸ヘッド１１の一実施例を示す図
である。これらの図においては、主としてクランプ用爪
の形状、構造を示すために、背面１１ｂに固設されてい
るカービックカップリング１４１（第７図参照）は図示
を省略しである。

多軸ヘッド１１の側面１１ａ（工具１２の装着される面
と直交する面）および背面１１ｂ（工具１２の装着され
る面と反対側の面）には、それぞれ多軸ヘッド１１を多
軸ヘッドマガジン１０、タレットヘッド２０、加工ユニ
ット３０および旋回交換部４０に着脱可能に装着するた
めのクランプ用爪が設けられている。

まず多軸ヘッド１１の側面１１ａには、一対のＬ形断面
のレール部材１５１が、折れ曲り部１５１ａを互いに対
向する方向に向けて平行に固設されている。このレール
部材１５１の折れ曲り部１５１ａの間隔は、多軸ヘッド
マガジン１０および旋回交換部４０に設けられたクラン
プ片１４およびクランプ片４３の小さい方の幅寸法より
大きく、大きい方の幅寸法より小さくされている。

また、側面１１ａと折れ曲り部１５１ａとの間隔は、ク
ランプ片１４．４３の板厚より大きくされている。

多軸へラド１１の背面１１ｂには、タレットヘッド２０
のクランプ面２０ａ　（２０ｂ）に設けられたクランプ
用爪２１．２２と係合するためのクランプ用爪１６１お
よび１７１がそれぞれ２個ずつ固設されている。第４図
に示すようにクランプ用爪Ｓ４！１と係合するクランプ
用爪１７１には、凹溝２１ａに係合する折れ曲り部１７
１ａが凹溝２１ａとほぼ平行に形成されている。また、
クランプ用爪２２と係合するクランプ用爪１６１には、
凹溝２２ａに係合する折れ曲り部１６１ａが凹溝２２ａ
とほぼ平行に形成されている。またクランプ用爪１６１
の平面部には、ロケートピン２３が挿入係合されるロケ
ート穴１６１ｂが形成されている。

多軸へラド１１の背面１１ｂには、さらに中央部に、加
工ユニット３０のピストンシリンダ３３の凹溝３３ｂと
係合する幅寸法で２つのクランプ用フランジ１８１が設
けられている。このクランプ用フランジ１８１は、凹溝
３３ｂの湾曲半径とほぼ同一の半径で互いに平行に湾曲
して形成されている。第１２図に示すように、多軸ヘッ
ド１１の背面中央部には、回転軸１３１が突設されてい
る。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

まず多軸ヘッド１１を用いてワークを加工する場合には
、加工ユニット３０のピストンシリンダ３３を後退移動
させ、凹溝３３ｂで多軸ヘッド１１Ｆ（第２図参照）の
クランプ用フランジ１８１をケーシング３１内に引込ん
だ状態が保持されている。カービックカップリング３７
および１４１が噛合うことにより多軸ヘッド１１Ｆの位
置決め固定がなされ、クラッチ部３５ｂおよび１３１ａ
との係合により、主軸３４の回転力が多軸ヘッド１１Ｆ
の回転軸１３１に伝達されている。

また旋回交換部４０のクランプ片４３は、それぞれ第６
図に示すようなアンクランプの位置に旋回している。

次に交換使用される多軸ヘッド１１Ｅは、旋回交換部４
０のタレットヘッド２０側に移送待機されている。タレ
ットヘッド２０は後退位置に停止され、タレットヘッド
２０のクランプ用爪２１゜２２が多軸ヘッド１１Ｅおよ
びＩＩＡのクランプ用爪１６１，１７１にそれぞれ係合
するとともに、ロケートピン２３がロケート穴１６１ｂ
に挿入係合されている。

この状態で所定の加工が終了し、加工ユニット３０の駆
動動作が終了すると、多軸ヘッド交換指令が出される。

まず、加工ユニット３０のピストンシリンダ３３が前進
移動（第７図で左方向移動）し、多軸ヘッド１１Ｆを加
工ユニット３０から切離す方向に移動させる（第７図二
点鎖線で示す）。

旋回交換部４０の揺動レバー４６を移動させてロッド４
５を移動させ、ラック４５ａと噛合うビニオン４３ａを
回転させてクランプ片４３をクランプの位置まで９０＠
旋回させる。また、タレットヘッド２０のクランプ面２
Ｏｂ側のロケートピン２３を後退させてロケート穴１６
１ｂとの係合を解除する。この状態で回転軸４１を１８
０”回転すると、多軸ヘッド１１Ｅおよび１１Ｆが、そ
の側面１１ａの一対のレール部材１５１をクランプ片４
３でクランプされた状態で旋回交換部４０のクランプ面
４２とともに１８０’旋回移動する。

この場合、多軸へラド１１Ｅおよび１１Ｆの背面１１ｂ
に設けられているクランプ用爪１６１゜１７１およびク
ランプ用フランジ１８１は、タレットヘッド２０のクラ
ンプ用爪２１．２２および加工ユニット３０のピストン
シリンダ３３の凹溝３３ｂと同様、旋回交換部４０の回
転軸４１を中心として描いた円弧上に存在するよう形成
されているので、互いに干渉することはない。

上記の動作により次に使用する多軸へラド１１Ｅが加工
ユニット３０側に旋回移動し、背面１１ｂのクランプ用
フランジ１８１がピストンシリンダ３３の凹溝３３ｂ内
に挿入係合される。また、使用済みの多軸ヘッド１１Ｆ
はタレットヘッド２０のクランプ面２Ｏｂ側に旋回移動
し、背面１１ｂのクランプ用爪１６１，１７１がクラン
プ用爪２１．２２に係合する。

加工ユニット３０のピストンシリンダ３３が再び後退移
動して、多軸ヘッド１１Ｅのクランプ用フランジ１８１
をケーシング３１内に引込みむことにより、多軸ヘッド
１１Ｅが加工ユニット３０に装着される。また、旋回交
換部４０のクランプ片４３は９０°旋回してアンクラン
プの状態となる。

加工ユニット３０に装着された多軸ヘッド１１Ｅを用い
て加工が行われている間、使用済みの多軸ヘッド１１Ｆ
が多軸ヘッドマガジン１０へ戻されるとともに、次の使
用される多軸ヘッド１１Ａが待機位置へ移送される動作
が行われる。

まずタレットヘッド２０のロケートピン２３を、多軸ヘ
ッド１１Ｆおよび１１Ａの背面１１ｂのロケート穴１６
１ｂに挿入するとともに、多軸ヘッドマガジン１０のク
ランプ片１４を多軸ヘッド１１Ａの側面１１ａの一対の
レール部材１５１とアンクランプの状態となるまで旋回
する。次にピストンスリーブ２４（第５図参照）を前進
移動（第５図左方移動）し、タレットヘッド２０をタレ
ットヘッド回転軸２５の方向へ所定距離前進移動させる
（第１図および第２図において、タレットヘッド２０が
左上方へ移動する）。このタレットヘッド２０の移動に
より、多軸ヘッド１１Ａ。

１１Ｆの側面１１ａのレール部材１５１と多軸ヘッドマ
ガジン１０のクランプ片１４および旋回交換部４０のク
ランプ片４３とが完全に離れた状態となる。続いてタレ
ットヘッド回転軸２５を駆動してタレットヘッド２０を
１８０”回転させることにより、多軸ヘッドＩＩＡ、１
１Ｆが、タレットヘッド２０のクランプ面２０ａ、２０
ｂに装着された状態で１８０°旋回移動する。そして再
びピストンスリーブ２４を後退移動させると、多軸ヘッ
ド１１Ｆの側面１１ａのレール部材１５１が多軸ヘッド
マガジン１０のクランプ片１４と係合可能な位置に、多
軸ヘッド１１Ａの側面１１ａのレニル部材１５１が旋回
交換部４０のクランプ片４３と係合可能な位置にそれぞ
れ位置することになる。また、多軸へラド１１Ａは、次
の加工工程で交換使用されるための待機位置に位置する
ことになる。

タレットヘッド２０のクランプ面２０ｂのロケートピン
２３が後退し、多軸ヘッドＩＩＦのロケート穴１６１ｂ
との係合が解除されるとともに、多軸ヘッドマガジン１
０のクランプ片１４が旋回して多軸ヘッド１１Ｆのレー
ル部材１５１と係合する。この状態でマガジン駆動装置
１５を駆動し、回転ドラム１３を回転させることにより
、多軸へラドＩＩＡに続いて使用する予定の多軸ヘッド
（例えば１１Ｂ）をタレットヘッド２０のクランプ面２
０ｂの位置まで移動させる。多軸ヘッド１１Ｂの背面１
１ｂのクランプ用爪１６１゜１７１は、タレットヘッド
２０のクランプ面２０ｂに設けられているクランプ用爪
２１．２２と同様に、回転ドラム１３の回転軸を中心と
して描いた円弧上に存在するよう形成されているので、
多軸ヘッド１１Ｂがタレットヘッド２０のクランプ面２
Ｏｂ上に移送される際、それぞれのクランプ用爪２１，
２２；１６１，１７１が互いに干渉することはない。

このように本実施例によれば、加工ユニット３０に対し
多軸ヘッドを連続的に交換装着することができ、多軸ヘ
ッド交換動作による工作機械の加工工程の中断時間を大
幅に短縮することができる。また、タレットヘッド２０
を旋回および旋回軸方向に進退移動可能にしたことによ
り、交換動作中の多軸ヘッド１１の移動距離が短くてす
むとともに、装置全体の寸法を小型化することができる
。

なお、本実施例においては、多軸ヘッドマガジン１０に
４個の多軸へラド１１を配置した例を示したが、多軸ヘ
ッドの配置個数には制限はなく、さらに多くの多軸ヘッ
ドを配置してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、加工ユニットお
よび多軸ヘッドマガジンのそれぞれの回転軸線と４５°
の角度をなす軸線を中心に回転および軸線方向に往復移
動可能に配設されたタレットヘッドを用いたことにより
、多軸ヘッドの交換動作を迅速に行うことができ、また
装置全体を小型化することができるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多軸ヘッド交換装置の一実施例を
示す側面図、第２図はこの多軸ヘッド交換装置を備えた
工作機械の一実施例を示す外観図、第３図は本発明によ
る多軸ヘッド交換装置の上平面図、第４図はタレットヘ
ッドのクランプ面を示す図、第５図は第１図ｖ−ｖ線断
面図、第６図は旋回交換部のクランプ面を示す上平面図
、第７図は加工ユニットの構造を示す断面図、第８図乃
至第１２図は本発明において用いられる多軸ヘッドの一
例を示す図であり、第８図はその側面図、第９図は背面
から見た図、第１０図は第８図の矢印Ｘ方向から見た図
、第１１図はクランプ用爪の形状を示すための第９図Ｘ
Ｉ−ＸＩ線断面図、第１２図はクランプ用フランジを示
すための第９図ｘｎ−ｘｎ線断面図である。 １０・・・多軸ヘッドマガジン、１１・・・多軸ヘッド
、２０・・・タレットヘッド、２０　ａ、　　２０　ｂ
・・・クランプ面、２１．２２・・・クランプ用爪、３
０・・・加工ユニット、４０・・・旋回交換部、４１・
・・回転軸、４３・・・クランプ片、１６１，１７１・
・・クランプ用爪、１８１・・・クランプ用フランジ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 −１，６目 ＝Ｆ、ｔｏ　　図 甚　θ　図 ＄ｌｌ　　図　　若１２　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多軸ヘッドをクランプし、多軸ヘッドに駆動力を与える
   加工ユニットと、多軸ヘッドの工具を加工ユニットの軸
   線と直交する方向に向けて、複数の多軸ヘッドを配置貯
   蔵する多軸ヘッドマガジンとの間で、多軸ヘッドを自動
   的に交換する多軸ヘッド交換装置であって、前記多軸ヘ
   ッドマガジンに隣接する位置に、加工ユニットの軸線と
   ４５°の角度をなす軸線を中心に回転および軸線方向に
   往復動可能に配設され、多軸ヘッドの背面をクランプす
   るクランプ用爪が設けられている前記軸線とそれぞれ４
   ５°の角度を有して形成された２つのクランプ面を備え
   たタレットヘッドと、 加工ユニットとタレットヘッドとの間に、回転軸を加工
   ユニットの軸線と平行にして回転可能に配設され、前記
   回転軸と平行な２つの面に多軸ヘッドの側面をクランプ
   するクランプ手段が設けられている旋回交換部と、 前記タレットヘッドを回転および回転軸方向に往復駆動
   するタレットヘッド駆動手段と、前記旋回交換部を回転
   駆動する旋回交換部駆動手段と、 を備えてなる多軸ヘッド交換装置。