JPH02292103A - 自動工具交換装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はマシニングセンタ．ＦＭＳ等の自動工具交換装
置に関するものである． 従来の技術 従来、この種の自動工具交換装置の主軸工具着脱機構は
、工具のプルスタンドを引張り棒の先端に設けたコレッ
トにより把持して、複数枚の皿ばねの力により引張り棒
を引上げ、主軸に工具を装着する方法が一般的に行われ
ている．また工具交喚姿勢にあるマガジンポットの工具
飛び出し防止用インクロックビンのかけ外しは、交換ア
ームによりマガジンポットの工具を抜き取る前と、マガ
ジンポットに工具を挿入した直後等工具交換時間に加算
される時間帯に行われるものが多かった。

発明が解決しようとする課題 従来の技術で述べた皿ばねの力により工具を主軸に装着
する方法は、主軸工具には大きな切削力が作用するため
、強いばね力が必要であり、ばね力を強くすると工具解
放時に、ばね力よりも大きな力が必要で、必然的に流体
圧シリンダの直径が大きくなり、作動のために多くの流
量が必要となる。また増力機構を設けたものもあるが、
この場合にはシリンダが長くなり、同様に多くの流量が
必要となり、共に工具交換時間が長くなるという問題点
を有している。また皿ばねを圧縮するための力が直接主
軸軸受にスラスト荷重としてかかるので、これに耐え得
る荷重容量の大きい軸受が必要となり、これが主軸の高
速回転化の障害となるという問題点をも有している。

更にマガジンポットのインクロックのかけ外しを工具交
換時間に加算されるような時間帯に行うことは、工具交
換時間を更に長くするという問題点を有している。

本発明は、従来の技術の有するこれらの問題点に鑑みな
されたものであり、その目的とするところは、工具交換
時間が短く、工具解放時の主軸軸受にかかるスラスト荷
重を軽減できる自動工具交換装置を提供しようとするも
のである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明における自動工具交
換装置は、工具引張り棒を工具が落下しない程度の力で
引込勝手に付勢する第１ばねと、前記工具が切削力に耐
え得る強い力で前記引張り棒を前記第１ばねと同一方向
に付勢する第２ばねと、該第２ばねと前記引張り棒との
縁を切るために主軸の鍔部とともに前記第２ばねを挾ん
で圧縮する軸方向移動できる第１流体圧駆動部材と、前
記引張り棒を前記第１ばねの力に抗して軸方向移動して
工具の着脱を行う第２流体圧駆動部材とを含んでなり、
第２ばね圧縮時に第１流体圧駆動部材が軸方向移動して
主軸軸受にスラスト荷重を与えないものである。

また第１流体圧駆動部材及び第２流体圧駆動部材は一体
で軸方向移動できる二重シリンダ構造とすることもでき
る。

また工具交換姿勢にあるマガジンポットのインクロノク
ピンかけ外し用第３流体圧駆動部材を設け、該第３流体
圧駆動部材と第１流体圧駆動部材とを同時作動させるも
のとすることもできる。

作用 今、ＮＣの工具交換指令で、次工具が装着されるマガジ
ンポットと使用済工具が装着される主軸とが、工具交換
位置で交換姿勢を取り、ツインアーム形交換アームによ
り工具交換が行われようとしている。待機姿勢の交換ア
ームが９０″旋回して、両側の把持爪で両工具を把持す
ると同時に第１及び第３流体圧駆動部材が作動し、両側
の把持爪で両工具を把持し、ばね力の強い第２ばねは、
第１駆動部材により両側から挾まれて圧縮され、引張り
棒との縁が切れ、同時にマガジンポットのインタロック
ピンは、第３２ｉｔ体圧駆動部材により軸方向移動して
インクロックが解除される。次いで第２流体圧駆動部材
が作動して、第１ばねの力に抗して引張り棒を押し出し
、先端のコレソトが開いて使用済工具を解放し、交換ア
ームの旋回軸方向の移動と、１８０’の旋回で、使用済
工具がマガジンポットに、次工具が主軸に同時に挿入さ
れる。次いで再び第２流体圧駆動部材が作動して、圧縮
されていた第１ばねが自由になり第１ばねの力で引張り
棒が軸方向移動して工具を把持して引上げ、これにより
次工具は、落下しない程度の弱い力で主軸に圧着される
。続いて交換アームが９０′旋回して両工具から離れて
待機姿勢に戻り、この動作中に、第１及び第３流体圧駆
動部材が同時に作動して、第２ばねが自由になり第２ば
ねの力により引張り棒が付勢されて切削力に耐える強い
力で工具を主軸に圧着し、マガジンボ７｝のインク口ソ
クビンが工具のプルスタンドと係合して抜け防止が行わ
れる。

実施例 実施例について第１図〜第３図を参照して説明する．公
知のたて形マシニングセンタにおいて、床上に設置され
たベソド１上に削設されたＹ軸方向のすべり案内面上に
、サドル２がＮＣにより移動位置決め可能に載置され、
サドル２上に削設されたＸ軸方向のすべり案内面上に、
テーブル３がＮＣにより移動位置決め可能に載置されて
いる。

ベッド１上左側に垂直（Ｚ軸）方向のすべり案内面４ａ
を有するコラム４が立設されており、すべり案内面４ａ
上に主軸頭５がＮＣにより移動位置決め可能に設けられ
ている。主軸頭５には複数の軸受により主軸６が回転の
み可能に軸承され、主軸先端のテーバ穴６ａに切削工具
が取付けられた工具ホルダ７が（以下工具と呼ぶ）着脱
可能に装着され、工具７のテーバシャンクの先端にプル
スタンド８が螺着されている．主軸６の中心穴には引張
り棒９が軸方向移動可能に嵌挿され、引張り棒９の先端
にこの軸方向移動を利用してプルスタッド８の把持及び
解放を行うコレット１０が取付けられている。そして引
張り棒９の後端には主軸６後端部外周に軸方向移動可能
に嵌合されるカップ円板１２が螺着されており、カップ
円板１２の大径中心穴の左端（第１図における左右方向
）と、主軸中心穴の段差部端面との間に、コイルばね１
４がカラー１３を介して張設され、ばね１４により引張
り棒９が工具引上げ方向に常時付勢され、落下しない程
度の力で工具７を主軸６に引上げるようになっている．
更に主軸６の後端寄り位置に、鍔部１６ａを有する鍔付
プッシュ１６が嵌着され、丸ナツ｝１７により軸方向位
置が規制されており、九ナソト１７の右端面と、カップ
円仮１２の左端面との間に、座金１８．１９を介して複
数個の皿ばね２０が張設されている。引張り棒９はこの
皿ばね２０により工具引上げ方向に常時付勢されて、工
具が切削力に耐え得る強い力で主軸に引上げられるよう
になっている。一方主軸台に主軸と同心に固着の円筒部
５ａに、円周上等間隔に穿設された複数の軸方向の穴５
ｂに、案内軸２２が軸方向移動可能に嵌挿されており、
案内軸２２の右端に、二重シリンダ構造のシリンダ本体
２６が、また左端に支え板２３がそれぞれ固着されてい
る．そして支え板２３の右端面と穴５ｂの段差部端面と
の間に、ばね２４が張設されており、ばね２４により円
筒部５ａの右端面にシリンダ本体２６が常時圧着される
ようになっている。そしてシリンダ本体２６には円周方
向外側に、第１流体圧シリンダ２６Ａが、また内側に、
第２流体シリンダ２６Ｂが形成されており、シリンダ本
体にＭ２７が゛固着されている。そして第１流体圧シリ
ンダ２６Ａにピストン２８が嵌挿されており、シリンダ
本体２６に円周上等間隔に穿設された軸方向の穴２６ａ
に、軸方向移動可能に嵌挿される押し棒２９の右端がピ
ストン２８の左端面に固着され、更に押し棒２９の左端
に、押し輪３０が固着されている。そしてシリンダ本体
２６に設けられた流路２６ｂから第１流体圧シリンダ２
６Ａの左室（前室）に圧力流体が供給されて、ピストン
が右に後退した状態で、シリンダ本体２６がばね２４に
より円筒部５ａの右端面に圧着され、支え板２３の右端
面と鍔付カラ−１６の鍔部ｋ６ａの左端面との間、及び
押し輪３０の左端面と座金１９の右端面との間にそれぞ
れ隙間を有している。そしてＭ２７に設けられた流路２
７ａから第１流体圧シリンダ２６Ａの右室（後室）に、
圧力流体が供給されてピストン２８が左側に前進すると
、最初に押し輸３０が座金１９右端面に当接し、この反
力でシリンダ本体２６がばね２４の力に抗して右行して
、支え板２３の右端面が鍔付カラ−１６の鍔部左端面に
当接して、支え板の軸方向位置が規制され、支え仮と押
し輪により鍔部１６ａと共に皿ばね２０を挟んで圧縮し
、座金１９の右端面がカップ円板１２の左端面から離れ
て、張り棒９と皿ばねとの縁が切れるようになっている
．更に蓋２７に穿設された軸方向の穴２７ｂに、軸方向
移動可能にドングビン３２が嵌挿されており、ドソグビ
ン３２の左端がピストン２８の右端面に固着され、蓋２
７に取付けられたリミントスイッチＬＳＩがドッグビン
先端部と係合してｌｉ！認信号が出力されるようになっ
ている． 第２流体圧シリンダ２６Ｂにはピストン３３が嵌挿され
ており、ピストン３３と一体の左側のビストンロフド３
３ａは、シリンダ本体２６の中心穴に軸方向移動可能に
嵌挿され、右側のピストンロッド３３ｂは、蓋２７の中
心穴に軸方向移動可能に嵌挿されている。そしてピスト
ンロッド３３ｂの右端に、一体に設けられたねじ軸３３
ｃに、ドッグ３４．３５が軸方向の位置調節可能に螺着
されており、蓋２７に固着のリミットスインチＬ３２．
ＬＳ３により確認信号が出力されるようになっている。

そしてシリンダ本体２６に穿設された流路２６Ｃから第
２流体圧シリンダ２６Ｂの左室に圧力流体が供給され、
ピストン３３が右側に移動した状態で、ピストンロッド
３３ａの左端面と引張り棒９の右端面との間に、僅かに
隙間を有しており、蓋２７に穿設された流路２７ｃから
圧力流体が供給されて、ピストン３３が左側に移動した
とき、ピストンロッド３３ａの左端面で、引張り棒９の
右端面を押圧して、ばね１４の力に抗して引張り棒を軸
方向移動させて、コレット１０を開きプルスタンド８を
解放する。

コラム４の側面に、工具７を軸方向水平にして貯蔵する
工具マガジン装置４０が取付けられている．工具マガジ
ン装置の図示しない旋回割出装置により旋回割出しされ
るマガジンポット４１に工具７が装着されており、下側
の工具交換位置に割出されたマガジンボソト４１は、図
示しない旋回機構により９０’旋回されて工具がＺ軸方
向下側を向き、工具交換姿勢を取るようになっている。

更に主軸６と工具交換姿勢のマガジンボソト４１の中央
に設けられたＺ軸方向移動かつ９０６と１８０゜に旋回
可能な旋回軸の先端に、ツインアーム４２が取付けられ
ている。そしてマガジンポソト４１には、放射状等間隔
に設けられたばねにより軸心側に付勢される鋼球により
、工具７のプルスタッド８の頚部を押圧する図示しない
把持機構と、ばね４３により常時突出勝手に付勢されて
プルスタンド８の頚部に軸部外周が係合して、工具７の
抜けを防止するインク口ンクピン４４が、ポット軸心に
対して直角かつ軸方向移動可能に設けられている．そし
てマガジンポットがＺ軸方向下側向きの工具交換姿勢と
なったときのインタロフクピン４４は、マガジンフレー
ムにインタロックピンと同心に設けられた第３流体圧シ
リンダ４５のピストンロッド４６により、ばね４３の力
に抗して押し込まれて、溝部４４ａがプルスタフドの位
置に移動し、インクロックが解除されるようになってい
る。そしてこのインクロックのかけ外しはマガジンフレ
ームに固着のリミントスイッチＬＳ４．ＬＳ５により確
認信号が出力されるようになっている． 第１流体圧シリンダ２６Ａ，第２流体圧シリンダ２６Ｂ
．第３流体圧シリンダ４５に、圧力流体を供給する回路
は、第３図に示すように、元圧Ｐ供給用管路４７及び貯
蔵タンクＴへの戻り用管路４８が電磁切換弁４９及び５
０に連通されており、電磁切換弁４９は、管路５１によ
り第１流体圧シリンダ２６Ａの後室に、また前室には管
路５２によりそれぞれ連通されている．また第３流体圧
シリンダ４５の後室には管路５１の途中から分岐した管
路５３が、また前室には管路５２の途中から分岐した管
路５４が連通されている．更に電磁切喚弁５０は、管路
５５により第２流体圧シリンダ２６Ｂの後室に、また前
室には管路５６によりそれぞれ連通されている。

続いて本実施例の作用について説明する。ＮＣ装置より
工具交換指令が出されると、工具マガジン装置の次工具
が装着したマガジンボット４１が工具交換位置に割出さ
れ、９０６旋回してＺ軸方向下向きとなり、同時に主軸
頭５がＺ軸方向上側に移動して工具交換位置に位置決め
される。

このときマガジンポットに装着する次工具は、インクロ
ンクピン４４により抜け防止が施されている。次いで待
機中のツインアーム４２が９０°旋回して、主軸６に装
着する使用済工具とマガジンポット４１に装着する次工
具とを同時に、把持する。このツインアームの旋回と同
時に、電磁切換弁４９が■位置に切換えられて、元圧Ｐ
が第１流体圧シリンダ２６Ａの後室（第１図では右室）
と第３流体圧シリンダ４５の後室とに同時に供給され、
ピストン２８が前進して押し棒２９を介して押し輪３０
が座金１９に当接する．そしてその反力でシリンダ本体
２６がばね２４の力に抗して軸方向移動されて、支え板
２３が鍔付カラ−１６の鍔部に当接し、シリンダ本体の
移動が制限され、更にピストン２８が前進して主軸軸受
に過大なスラスト荷重を与えることなく皿ばね２０を圧
縮して引張り棒９との縁を切る．そしてドソグビン３２
の先端部がリミットスイッチＬＳＩから離れて、皿ばね
による把持解除信号を出力する。これと同時に第３流体
圧シリンダ４５のピストンロッド４Ｇが前進してばね４
３の力に抗してインクロソクピン４４を押し込んでイン
クロツクを解除し、リミットスイッチＬＳ４からインタ
ロック解除信号が出力される． 次いで電磁切換弁５０が■位置に切換えられて、元圧Ｐ
が第２流体圧シリンダ２６Ｂの後室（第１図では右室）
に供給されてピストン３３が前進し、ピストンロンド３
３ａ先端で引張り棒９の後端面を押圧して、ばね１４の
力に抗して軸方向工具側へ押し出し、コレフト１０が開
いてプルスタッド８を解放する。次いでツインアーム４
２が旋回軸方向下側に移動して、把持する両工具を主軸
６及びマガジンポフト４１から同時に抜き取る。次いで
ツインアーム４２が１８０”旋回したのち、旋回軸方同
上側に移動して、使用済工具がマガジンポットに、次工
具が主軸に同時に挿入される。次いで電磁切換弁５０が
■位置に切換えられて第２流体圧シリンダ２６Ｂの前室
に元圧Ｐが供給され、ピストン３３が後退して引張り棒
がばねｌ４の力で後退し、コレフト１０がブルスタ・２
ド８を把持して工具７を引き上げ、工具のテーパシャン
ク部をばね１４の工具重量を支える程度の弱い力で主軸
テーバ穴６ａに圧着する。次いでツインアーム４２が９
０″″旋回して両工具７から離れて待機姿勢となり、同
時に電磁弁４９が■位置に切換えられ、第１流体圧シリ
ンダ２６Ａの前室に元圧Ｐが供給されて、ピストン２８
が後退すると、皿ばね２０によりカップ円板１２を介し
て引張り棒９が工具引上げ方向に押圧されて、切削力に
耐える強い力で次工具を主軸に圧着し、リミットスイッ
チＬＳＩから皿ばねによる把持完了信号が出力される。

これと同時に第３流体圧シリンダ４５の前室に、元圧Ｐ
が供給されてピストンロッド４６が後退し、インタロッ
クピン４４がばね４３により押し出され、プルスタッド
８の頚部にロソクピン外周が係合して工具７の抜け防止
が施され、リミットスイッチＬＳ５からインタロソク完
了信号が出力される。次いで主軸に装着された次工具に
よる切削が開始され、同時にマガジンポソト４１が９０
゜旋回してＸ軸方向水平となり、使用済工具のマガジン
装置への返却が完了する。

発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので次に記載す
る効果を奏する． 工具を落とさない程度の弱い力の第１ばねと、切削力に
耐え得る強い力の第２ばねにより引張り棒を付勢して工
具を把持して引上げるようにし、工具着脱に際して他の
動作中に、軸方向に移動可能な第１流体圧駆動部材によ
り第２ばねと引張り棒との保合，ｊ１脱を行ったのち、
第２流体圧駆動部材により引張り棒を軸方向移動して、
工具の着脱を行うようになしたので、非切削中であれば
いつでも準備動作として第２ばねと引張り棒との縁を切
ることができ、他の交換動作時間に吸収させることが可
能である．また第２流体圧駆動部材のシリンダは径が小
さいので少ない流量で高速駆動が可能で、工具交換時間
を短縮することができる。

更に第２流体圧駆動部材により第２ばねと引張り棒との
縁を切るとき、第２ばねを軸方向両側から挟んで圧縮し
て主軸軸受にスラスト荷重を与えないようにしたので、
高速回転仕様の軸受を使用することが可能となり、主軸
の高速化が達成できる。

更に工具交換姿勢にあるマガジンポットの工具飛び抜け
防止用インクロソクビンのかけ外しを、第２ばねの圧縮
及び解除と同時に行うようにしたので、更に工具交換時
間の短縮ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は主軸工具着脱機構の説明図、第２図はたて型マ
シニングセンタの側面姿図、第３図は工具交換装置の油
圧回路図である。 ６・・主軸　　　　７・・工具 ９・・引張り棒　　１４・・ばね １６ａ・・鍔部　　２０・・皿ばね ２６・・シリンダ本体 ２６Ａ・・第１流体圧シリンダ ２６Ｂ・・第２流体圧シリンダ ４１・・マガジンポット ４４・・インクロソクピン ４５・・第３流体圧シリンダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸工具の着脱機構において、工具引張り棒（９
   ）を工具（７）が落下しない程度の力で引込勝手に付勢
   する第１ばね（１４）と、前記工具が切削力に耐え得る
   強い力で前記引張り棒を前記第１ばねと同一方向に付勢
   する第２ばね（２０）と、該第２ばねと前記引張り棒と
   の縁を切るために主軸（６）の鍔部（１６ａ）とともに
   前記第２ばねを挟んで圧縮する軸方向移動できる第１流
   体圧駆動部材（２２〜３０、２６Ａ）と、前記引張り棒
   を前記第１ばねの力に抗して軸方向移動して工具の着脱
   を行う第２流体圧駆動部材（２６Ｂ、３３）とを含んで
   なり、第２ばね圧縮時に第１流体圧駆動部材が軸方向移
   動して主軸軸受にスラスト荷重を与えないことを特徴と
   する自動工具交換装置。
2. （２）第１流体圧駆動部材（２２〜３０、２６Ａ）及び
   第２流体圧駆動部材（２６Ｂ、３３）は一体で軸方向移
   動できる二重シリンダ構造である請求項１記載の自動工
   具交換装置。
3. （３）工具交換姿勢にあるマガジンポット（４１）のイ
   ンタロックピン（４４）かけ外し用第３流体圧駆動部材
   （４５、４６）を設け、該第３流体圧駆動部材と第１流
   体圧駆動部材（２２〜３０、２６Ａ）とを同時作動させ
   ることを特徴とする請求項１及び２記載の自動工具交換
   装置。