JPH03104531A - 交換アームの駆動制御装置 - Google Patents

交換アームの駆動制御装置

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JPH03104531A
JPH03104531A JP1236957A JP23695789A JPH03104531A JP H03104531 A JPH03104531 A JP H03104531A JP 1236957 A JP1236957 A JP 1236957A JP 23695789 A JP23695789 A JP 23695789A JP H03104531 A JPH03104531 A JP H03104531A
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Noriaki Kinoshita
木下　典明
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Daiichi Seiki Kk
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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〕 本発明は主軸とツールマガジン間に配設された二本の交
換アームでツールを交換する工作機械なかでも立型４軸
式マシニングセンタにおいて用いられる交換アームの駆
動制御装置である。
〔従来の技術及びその問題点〕
工作機械なかでも多軸式マシニングセンタはその複合機
能から有用性の高い商品であるが、ｌスピンドルタイプ
のものは生産性が低いため、昭和５９年頃から２スピン
ドルタイプのものが、また最近では４スピンドルタイプ
のものが開発されるに至っている。
しかし、これら多軸式マシニングセンタにおいては、軸
数の増加に伴い工具交換装置や工具マガジンを多数設け
る必要があるため、その構造が複雑化し工具交換速度の
迅速化が図れず、また機械全体が大型化してしまうとい
った欠点がある。
特に立型のマシニングセンタでは一方向のみの加工であ
るため、複数のツール交換時間の短縮化は生産効率上、
極めて重要な意義を持っている。
そのため、単軸用の自動工具交換装置を複数個設けるな
どして対処していた従来型のものから、最近では特公昭
６２−２７９４０号にあるようなタイプ、すなわち枢軸
を中心に旋回且つ上下動する二本の交換アームからなる
自動工具交換装置を有する工作機械が開発されている。
しかし、これによれば、新旧ツールを交換するために交
換アームがツールマガジンと主軸の間を二回往復しなけ
ればならないため、思った程ツール交換の迅速化が図れ
ず（ツール【０ツールで約２０〜３０秒）、またアーム
の待機位置における把持爪の中心と主軸の中心とが同心
となる位置であるため、切粉による影響を受け易いとい
う重大な欠点があった。
（発明の目的） 本発明は如上の問題点を解決するべく創案されたもので
あり、その目的とするところは、ツ〒ル交換を迅速且つ
確実に行え、切粉による影響も最小限に抑え、しかも工
作機械全体の小型化に貢献し得る交換アームの駆動制御
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段］ 本発明は斯かる問題点を解決するため、ツール把持及び
ツールホルダーのＺ軸連動手段、ツールホルダーの１８
０度回転手段、交換アームの９０度旋回及びツールホル
ダーの姿勢制御手段、交換アームのＹ軸連動手段の４つ
の手段を用いて交換アームの駆動を制御する装置に係る
。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。第１図は
本装置の実施図、第２図はその平面図、第３図は本装置
が工作機械に取り付けられた状態の平面略図、第４図は
本装置を装着した立型４軸式マシニングセンタの正面図
、第５図は交換アームの作動略図である。
・発明の構成 まず、ツール把持及びツールホルダーのＺ軸連動手段は
、新旧それぞれ各２個のツールを把持するための計４個
のツールフィンガー９を設けたツールホルダー６と、そ
の下部に取り付けられた第２の回転用プーリー５と同軸
上で連結固定されるスプラインシャフト７を備えたリフ
ト用シリンダ８とからなる。またツールホルダー６には
交換アームｌｌが主軸側或いはツールマガジン側に旋回
した際に交換アーム１１に装着されたドグ２７、２８に
押圧されてツールフィンガー９ａ、９ｂを開閉させるた
めのプッシュピン２５と、ツールフィンガー９ｃ，９ｄ
を開閉させるためのプンシュピン２６が装着されている
。当該機構により、ツールホルダー６はリフト用シリン
ダ８のｏｎ−ｏｆｆによってスプラインシャフト７上を
自動的にＺ軸方向に運動することができ、またプッシュ
ピン２５、２６のｏｎ−ｏｆｆによって自動的にツール
の把持及び解除を行うことができる。
次にツールホルダーの１８０度回転手段は、交換ア一ム
に内蔵され、第１のアクチュエータ１の駆動力を前記ス
プラインシャフト７に伝達するための第１の回転用プー
リー３と第２の回転用プーリー５及び回転用ベルト４と
からなり、第ｌの回転用プーリー３は交換アーム１１の
回転中心と同軸上で第１のアクチュエータｌの回転用シ
ャフト２と連結し、回転用ベルト４が噛合して第２の回
転用プーリー５と連動する。当該機構により、第１のア
クチュエータｌをＯｎにすることでその駆動力は回転用
シャフト２を通じて第１の回転用プーリー３に伝達され
、更に回転用プーリー３の回動は回転用ベルト４を介し
て第２の回転用プーリー５に伝達され、結果的にツール
ホルダー６を１８０度回転させることになる。また、第
１の回転用プーリー３と第２の回転用プーリー５及び回
転用ベルト４はいずれも交換アーム１１内に収納されて
いるが、後述する交換アームの９０度旋回手段とは何ら
干渉しない別個独立の構戒となっている。
次に交換アームの９０度旋回及びツールホルダーの姿勢
制御手段は、交換アームｌｌ上に固着され、前記第１の
アクチュエータＩと干渉しない状態で第２の旋回用プー
リー１５と連結される中空シャフ［６と、アクチュエー
タ台１０に内蔵され、第２のアクチュエータｌ２の駆動
力を該中空シャフｌ−１６に伝達するための第１の旋回
用プーリーｌ３と第２の旋回用ブーリ−１５と旋回用ベ
ルトｌ４とからなり、第１の旋回用プーリー１３は第２
のアクチュエータ１２の旋回用シャフト２３と同軸上で
連結し、第２の旋回用プーリー１５は交換アーム１１の
回転中心と同軸上で中空シャツ｝１６と連結し、第１の
旋回用プーリー１３は旋回用ベルＨ４が噛合して第２の
旋回用プーリー１５と連動する。また、交換アーム１１
にはその旋回に際してプッシュビン２５、２６を押圧す
るためのドグ２７、２日が装着されている。当該機構に
より、第２のアクチュエータｌ２をｏｎにすることでそ
の駆動力は旋回用シャフト２３を通して第１の旋回用プ
ーリー１３に伝達され、更に旋回用プーリーｌ３の回動
は旋回用ベル｝１４を介して第２の旋回用プーリー１５
に伝達されて、結果的に旋回用プーリー１５の回動は中
空シャフトｌ６を載置固着してある交換アーム１１を自
動的に９０度旋回させることになる．この際、第２の旋
回用プーリー１５の固定に中空シャフトｌ６を採用した
ため、前記回転用シャフト２は中空シャフ｝１６の回動
とは全くフリーの関係にある。その結果、中空シャフト
１６を載置固着した交換アーム１ｌは旋回するが、中空
シャフトｌ６とフリーの状態で交換アームに内蔵されて
いる回転用ベルト４は静と状態が保持制御されることと
なって、旋回用ベル｝１４の旋回に伴い、必然的にこれ
とは逆方向に９０度分だけ掛け変わる、すなわち第２の
回転用プーリー５を９０度分だけ逆回転させることとな
る。そのため、第２の回転用プーリー５に連結されたス
プラインシャフト７、ひいては該スプラインシャフト７
と同軸上で連結したツールホルダー６をも自動的に９０
度分だけ逆回転させることになる。従って、交換アーム
１ｌの９０度旋回に伴い、ツールホルダー６は恰も回転
していないが如く、ツールマガジン２２側と主軸側とで
自動的にその姿勢を同一に保持制御することができる。
また、交換アーム１１の旋回に伴いドグ２７、２８がプ
ッシュピン２５、２６を交互に押圧するため、自動的に
必要とされるツールフィンガー９の開閉を行うことが可
能である。
最後に、交換アームのＹ軸連動手段については、ＡＴＣ
ベース２０下部に取り付けられ、交換アーム１ｌとアク
チュエータ台１０を載置連結するスライドヘースｌ８の
後部に固着するスライドシャフト２４を備えたスライド
用シリンダ２ｌと、ＡＴＣベース２０前部に取り付けら
れ、該スライドベースｌ８を案内するためこれを挟持し
ているナローガイドｌ９とからなり、スライドシャフト
２４はスライド用シリンダ２ｌの摺動に連動する。当該
機構により、スライド用シリンダ２ｌをｏｎにすること
でスライドベースｌ８をＹ軸方向に摺動させることがで
き、結果的にこれに載置連結されている交換アーム１１
を自動的にＹ軸方向に運動させることができる。
本発明は、如上のような簡単な構或によりツールホルダ
ーのＺ軸運動、交換アームの９０度旋回、交換アームの
９０度旋回時におけるツールホルダーの姿勢制御、ツー
ルホルダーの１８０度回転、及び交換アームのＹ軸運動
といった複合運動を可能にした点を特徴とし、殊に１本
の回転用ベルトで交換アームの９０度旋回時におけるツ
ールホルダーの姿勢制御と主軸側でのツールホルダーの
１８０度回転を可能にした点に最大の特徴を有する交換
アームの駆動制御装置である。
本発明は、主に立型４軸式マシニングセンタにおいて用
いられる交換アームの駆動制御装置であるため、本発明
に係る前示交換アーム２本と、これに対応するツールマ
ガジン２台或いは共用のツールマガジン１台を用いるの
が一般的であるが、ツールフィンガーを６個又は８個設
けたツールホルダーを採用したり、本発明に係る交換ア
ームを２本以上採用することで、６軸式や８軸式マシニ
ングセンタにも十分対応可能であり、また交換アームと
ツールマガジンの配置次第では横型多軸式マシニングセ
ンタへの応用も可能である。
・作動手順 以下、本装置を用いてツール交換を行う場合の交換アー
ムの作動手順を、第１図及び第５図に基づき説明する。
まず、主軸の加工中は、交換アーム１ｌはツールフィン
ガー９ｃ、９ｄがこれから使用する新ツール１゛１、Ｔ
２をその溝に差し込み、スライド用シリンダ２ｌのＹ軸
運動により主軸寄りに摺動した（前進）状態でツールマ
ガジン側で待機している（イ）。この際、ツールホルダ
ー６はリフト用シリンダ８の２軸運動により上昇した状
態にあり、またドグ２８がプッシュビン２６を押圧して
いるため、ツールフィンガー９０、９ｄは新ツールＴ，
，Ｔ２の溝部に差し込まれているだけでロックした状態
ではない。
ツール交換のシグナルが発せられると、第２のアクチュ
エータｌ２が駆動を開始し、その回動は旋回用シャフト
２３、第１の旋回用プーリー１３、旋回用ベル｝１４、
第２の旋回用プーリー１５及び中空シャフト１６を介し
て、中空シャフト１６を！！置固着する交換アーム１１
に伝達され、新ツールＴｔ　、Ｔｚを主軸側に搬送する
（口）。その際、第２の旋回用プーリー１５が回転用シ
ャフト２に連結されていれば、その回動は回転用シャフ
ト２に伝達されてツールホルダー６も共に回転して９０
度向きを変えることになるが、本装置では第２の旋回用
プーリー１５が回転用シャフト２をフリーの状態で囲繞
する中空シャフトｌ６に連結固着されているため、中空
シャフトｌ６の旋回に伴い回転用シャフト２が連動する
ことはない。すなわち、交換アームｌ１が９０度旋回し
ても、第ｌのアクチュエータｌ、回転用シャフト２、第
１の回転用プーリー３、回転用ベルト４及び第２の回転
用プーリー５はこれに連動せず、結局、第２の回転用プ
ーリー５に連結したツールホルダー６は静止したままで
ある。しかし、交換アーム１１は９０度旋回するため、
交換アーム１ｌとその内部に静止状態で内蔵されている
第１の回転用プーリー３との位相に９０度分の変位を生
じ、第１の回転用プーリー３は９０度旋回した交換アー
ム１ｌに対して９０度分だけ逆回転したことになる。そ
のため、第１の回転用プーリー３に噛合している回転用
ベルト４も９０度分だけ逆方向に掛け変わり、第２の回
転用プーリー５を９０度分逆回転させるため、これとス
プラインシャフト７で連結されたツールホルダー６は、
ツールマガジン側での姿勢が保持制御されたまま主軸側
に新ツールを搬送することができる。交換アームｌ１が
旋回を開始すると直ぐにドグ２８のプッシュビン２６に
対する押圧が解除されて、ツールフィンガー９０、９ｄ
は新ツールＴＩ，Ｔ！をロックする。また、交換アーム
ｌ１が約７０度旋回した付近に来ると、今度はドグ２７
がプッシュピン２５を押圧して、ツールフィンガー９ａ
、９ｂのロックを解除する。
かくして、姿勢等保持制御したまま９０度旋回したツー
ルホルダー６は、ツールフィンガー９ａ，９ｂが主軸３
１、５２にクランプされている使用済み旧ツールＴ，　
、Ｔ．の溝部に差し込まれる（ハ）。差し込みが完了し
主軸Ｓ＋、Ｓｔがアンクランプ状態になると、続いてリ
フト用シリンダ８が作動し、スプラインシャフト７の２
軸運動によって、ツールホルダー６は向きを変えずに下
降する（二）。下降を開始すると直ぐにドグ２７のプッ
シュビン２５に対する押圧が解かれて、ツールフィンガ
ー９ａ、９ｂが旧ツールＴ２　、Ｔａをロックする。
次いで、第１のアクチュエータｌが駆動を開始し、その
回動は回転用シャフト２、第ｌの回転用プーリー３、回
転用ヘルト４を介して第２の回転用プーリー５に伝達さ
れて、第２の回転用プーリー５とスプラインシャフト７
で連結されるツールホルダー６は下降した状態で１８０
度回転する（ホ）。ツールホルダー６の１８０度回転に
よって、ツールフィンガー９ｃの把持する新ツールＴ１
の中心が主軸Ｓ２の回転中心と、またツールフィンガー
９ｄの把持する新ツールＴｔの中心が主軸Ｓ，の回転中
心と同心となる位置で停止する。
続いてリフト用シリンダ８が作動すると、スプラインシ
ャフト７のＺ軸運動により、ツールホルダー６は向きを
変えずに上昇し、新ツールＴ．を主軸Ｓ２に、新ツール
Ｔ２を主軸Ｓ，に挿入する（へ）。この際、ツールホル
ダー６の上昇に伴い、ドグ２７がプッシュビン２６を押
圧することなるため、ツールフィンガー９Ｃ、９ｄのロ
ックが解除される。
ツールの主軸への挿入が完了し、主軸Ｓｒ　、Ｓｚがツ
ールクランプの状態になると、次いで第２のアクチュエ
ータｌ２が逆方向に駆動を開始し、その回動は旋回用シ
ャフト２３、第１の旋回用プーリー１３、旋回用ベルト
ｌ４、第２の旋回用プーリーｌ５、中空シャフＩ−１６
に伝達されて、交換アーム１１をツールマガジン側に９
０度旋回させる（ト）。その際も、ツールホルダー６は
前記と同じ原理により同一の姿勢が保持制御される。な
お、主軸での加工は交換アーム１１がツールマガジン側
に９０度旋回したこの時点で開始される。また、加工の
際は切粉の影響を回避するべく、開閉可能なフィルター
（図示しない）が機械本体に設けてあることが望ましい
。
交換アーム１１のツールマガジン側への９０度旋回が完
了すると、リフト用シリンダ８が作動して、スプライン
シャフト７のＺ軸運動により、ツールホルダー６は下降
する（チ）。この際、ツール交換時間を短縮化するため
、交換アームｌ１の９０度旋回と同時にツールホルダー
６の下降を行わせることもできる。
ツールホルダー６の下降が完了すると、次いでスライド
用シリンダ２ｌが作動し、交換アームｌ１とアクチュエ
ータ台ＩＯを載置したスライドベース１８の後部で連結
固着されたスライドシャフト２４のＹ軸運動により、交
換アーム１１がツールマガジン寄りに摺動ずる（後退）
（り）．その際、スライドベース１８はこれを扶持する
よう設けられたナローガイド１９によって案内され、ツ
ールフィンガー９ａに把持された旧ツールＴ，の中心と
収納ポット３０の中心とが、またツールフィンガー９ｂ
に把持された旧ツールＴ，の中心と収納ボット２９の中
心とがそれぞれ同心となる位置で停止する。続いて、リ
フト用シリンダ８が作動して、スプラインシャフト７の
Ｚ軸運動によりツールホルダー６を上昇させ、旧ツール
Ｔ３を収納ボッｌ−３０に、旧ツールＴ４を収納ポット
２つに挿入する（ヌ）。
その際、ツールホルダー６の上昇に伴い、ドグ２８がプ
ッシュピン２５を押圧して、ツールフィンガー９ａ、９
ｂのロックを解除する。
旧ツールの収納ポットへの挿入が完了し、収納ポット２
９、３０がツールクランプの状態になると、次いでスラ
イド用シリンダ２ｌが作動して、そのスライドシャフト
２４のＹ軸運動により、交換アーム１ｌをスライドベー
ス１８と共に主軸寄りに摺動する（前進）（ル）。
かくして、新旧ツールの交換が完了すると、モーター（
図示しない）が作動してツールマガジン２２を回転させ
て新たに使用するツールを選択する。新たなツール選択
が完了すると、再びスライド用シリンダ２ｌが作動し、
交換アームＩ１をツールマガジン寄りにＹ軸摺動（後退
）させ（ヲ）、ツールフィンガー９８、９ｂを新たなツ
ール（図示しない）の溝部に差し込み、収納ポットがア
ンクランプとなるのに続いて、リフト用シリンダ２１が
作動してツールホルダー６をＺ軸下降させて新たなツー
ルを抜き出し（ワ）、ドグ２８のプッシュピン２５への
押圧が解かれて、ツールフィンガー９ａ，９ｂが新たな
ツールをロックする。次いで、再びスライド用シリンダ
２１が作動して交換アームＩ１を主軸側にＹ軸摺動（前
進）すると（力）、リフト用シリンダ８が作動して、ツ
ールホルダー６をＺ軸上昇させる（ヨ）。この際、ツー
ル交換時間を短縮するため、交換アーム１ｌの主軸側へ
のＹ軸摺動とツールホルダー６のＺ軸上昇とを同時に行
わせることもできる。
かくして、ツールフィンガー９ａ、９ｂを新たなツール
の溝部に差し込んでいる交換アーム１１は、主軸の加工
が終了するまでの間、再びこの状態で待機することにな
る。
なお、本発明は主に立型４軸式マシニングセンタにおい
て用いられるため、本装置２＆ｆｌとこれに対応するツ
ールマガジン２台を用いるのが一般的であるが、共用の
ツールマガジン１台とすることも可能であり、またツー
ルフィンガーを６個又は８個設けたツールホルダーを採
用したり、本発明に係る交換アームを２本以上使用する
ことで、６軸式や８軸式マシニングセンタに対応するこ
とも十分可能である。更に、本装置とツールマガジンの
配置次第では、横型多軸式マシニングセンタに応用する
こともできる。
〔発明の効果〕
本発明に係る交換アームの駆動制御装置の構或は如上の
とおりであるが、殊に４個のツールフィンガーを設けた
ツールホルダーを採用したことで、新旧各２個のツール
を同時に搬送することを可能とし、また交換アームの９
０度旋回時においてツールホルダーの姿勢を保持制御可
能な構戊としたことで、旋回に伴い主軸側の空のツール
フィンガー２個をダイレクト且つ正確に主軸にクランプ
された旧ツールに差し込むことを可能とし、更にツール
ホルダーを主軸側で１８０度回転可能な構成としたこと
で、主軸側での新旧ツール交換を可能とした点を最大の
特徴としている。
その結果、本装置を用いてツール交換をする場合は、従
来のように交換アームがツールマガジンと主軸間を２回
往復する必要がなく、交換アームの一回の往復で新旧ツ
ールの交換が可能であるため、ツール交換時問が著しく
迅速化された（因みにツールｔｏツールで約８〜１０秒
、従来型では約２０〜３０秒）。
また、本装置は交換アームの９０度旋回時でのツールホ
ルダーの姿勢制御と、ツールホルダーの１８０度回転を
一本の回転用ベルトで行える簡単な構成であるため、装
置全体が大幅に小型化され、そのためツールマカシンｔ
＋ＡＴｃベース下部に要領良く配設することが可能とな
り、結果的に工作機械全体の省スペース化を図ることが
できる。
更に、本装置によれば、交換アームの待機位置がツール
マガジン側であるため、切粉による影響を最小限に抑え
ることが可能である（なお、機械本体側にフィルターを
設けることで、一層効果を高めることが出来る）。
以上
【図面の簡単な説明】
第１図は本装置の実施図、第２図はその平面図、第３図
は本装置が工作機械に取り付けられた際のツールマガジ
ンとの位置関係を示す平面略図、第４図は本装置が装着
された立型４軸式マシニングセンタの正面図、第５図は
交換アームの作動略図である。 １・・・第１のアクチュエータ、２・・・回転用シャフ
ト、３・・・第１の回転用プーリー、４・・・回転用ヘ
ルト、５・・・第２の回転用プーリー、６・・・ツール
ホルダー、７・・・スプラインシャフト、８・・・リフ
ト用シリンダ、ｌ１・・・交換アーム、１２・・・第２
のアクチュエータ、ｌ３・・・第ｌの旋回用プーリー、
ｌ４・・・旋回用ベルト、１５・・・第２の旋回用プー
リー、ｌ６・・・中空シャフト、ｌ９・・・ナローガイ
ド、２１・・・スライド用シリンダ、２３・・・旋回用
シャフト、２４・・・スライドシャフト、２５．２６・
・・プッシュピン、２７．２８・・　・　ドグ。 手続ネｎｔ正書（自発） ２、特許請求の範囲（訂正） 平威２年３月２日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　主軸の両側部に設けられ、工作機械、なかでも二本の
    交換アームでツール交換を行う立型４軸式マシニングセ
    ンタに用いられる交換アームの駆動制御装置において、 ４個のツールフィンガーを備えたツールホルダーと、そ
    の下部に取り付けられ、第２の回転用プーリーと連結す
    るスプラインシャフトを備えたリフト用シリンダとから
    なるツール把持及びツールホルダーのＺ軸運動手段と、 交換アームに内蔵され、第１のアクチュエータの駆動力
    を前記スプラインシャフトに伝達するための第１及び第
    ２の回転用プーリーと回転用ベルトとからなるツールホ
    ルダーの１８０度回転手段と、 交換アーム上に固着され、前記第１のアクチュエータと
    干渉しない状態で第２の旋回用プーリーと連結される中
    空シャフトと、アクチュエータ台に内蔵され、第２のア
    クチュエータの駆動力を該中空シャフトに伝達するため
    の第１及び第２の旋回用プーリーと旋回用ベルトとから
    なる交換アームの９０度回転及びツールホルダーの姿勢
    制御手段と、 ＡＴＣベース下部に取り付けられ、前記交換アームとア
    クチュエータ台を載置するスライドベース後部に固着さ
    れるスライドシャフトを備えたスライド用シリンダと、
    ＡＴＣベース前部に取り付けられ、該スライドベースを
    案内するためこれを挟持しているナローガイドとからな
    る交換アームのＹ軸連動手段とからなり、交換アームの
    ９０度旋回時にツールホルダーの姿勢を保持したままツ
    ールを搬送し、また主軸側でツールホルダーを１８０度
    回転し得るようにしたことを特徴とする交換アームの駆
    動制御装置に関する。
JP1236957A 1989-09-14 1989-09-14 交換アームの駆動制御装置 Expired - Lifetime JPH07108500B2 (ja)

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ES199090904423T ES2026841T1 (es) 1989-09-14 1990-03-08 Aparato de control de accionamiento de brazo de intercambio.
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PCT/JP1990/000302 WO1991004131A1 (en) 1989-09-14 1990-03-08 Apparatus for controlling driving of change arm
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