JPH0310736A - 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） この発明は、例えばＮＣ工作機械の主軸に装着した加工
済みツール（旧ツール）をＡＴＣアームで次加工工程の
ツール（新ツール）に自動交換するような自動工具交換
装置に関する。

（従来技術） 従来、上述例の自動工具交換装置としては、例えば、特
開昭６３−２５１１４３号公報に記載の装置がある。

すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ操作される主軸ヘッ
ド（主軸頭のこと）に配設した単一の主軸と、刃具、ア
ダプタ、ツールシャンク、プルスタッドからなるツーリ
ングシステムの多数のツールを割出し可能に収納したツ
ールマガジンとを設け、上述の主軸とツールマガジンと
の間にＡＴＣアームを配設したマシニングセンタである
。

しかし、上述の従来装置においては、ワーク加工終了時
に上述の主軸ヘッドを原点位置に復帰させた後に、上述
の単一の主軸から加工済みの旧ツールをＡＴＣアームで
一旦抜き取り、このＡＴＣアームを１８０度旋同右せて
次加工用の新ツールを上述の同一の主軸に装着させる関
係上、旧ツールから新ツールに自動交換する時間が長く
、装置の稼働率が悪い問題点を有していた。

（発明の目的） この発明は、工具交換時間を大幅に短縮して、装置の稼
働率の向上を図ることができる自動工具交換装置の提供
を目的とする。

（発明の構成） この発明は、コラムに主軸ヘッドを介して配設された主
軸と、ツールマガジンとの間に交換ヘッドを配設し、上
記主軸を第１主軸と第２主軸との２軸構造に成す一方、
上記交換ヘッドは、上記−方の主軸にツールを装着し、
他方の主軸のツールを取出すツールポストと、上記主軸
ヘッドに主軸を介して取付けられたツールによるワーク
加工中に、上記ツールポストの旧ツールを上記ツールマ
ガジンに収容し、新ツールを上記ツールマガジンから取
出すＡＴＣアームとを備えた自動工具交換装置であるこ
とを特徴とする。

（発明の効果） この発明によれば、上述の主軸を第１主軸と第２主軸と
の２軸構造に成したので、工具交換時には上述の交換ヘ
ッドのツールポストにより、一方の主軸に対する新ツー
ルの装着と、他方の主軸に対する旧ツールの取出しとを
同時に行なうことができ、また、これら各ツールのツー
ルマガジンに対する収容および取出しは上述のＡＴＣア
ームによりワーク加工中に行なうことができる。

この結果、工具交換時間を大幅に短縮して、装置の稼働
率の向上を図ることができる効果がある。

（実施例） この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。

図面は自動工具交換装置を示し、第１図において基台１
のＸ軸周ガイド２に沿って矢印Ｘ方向へ駆動されるスラ
イドベース３を設け、このスライドベース３上にはＺ軸
周ガイド４およびＺ軸周ボールネジ５によりＺ軸方向へ
駆動されるコラム６を配設している。

上述のコラム６にはＹ軸周サーボモータ７で駆動される
Ｙ軸スクリュ８を張架し、このＹ紬スクリュ８に螺合配
設した主軸ヘッド９（主軸頭とも或は主軸台ともいう）
を、上述のコラム６の一対のＹ軸シール１０．１０に沿
って矢印Ｙ方向へ駆動すべく構成している。

上述の主軸ヘッド９には第２図、第３図に示すように上
下に離間配設した第１スピンドル１１と第２スピンドル
１２とを回転可能に取付けて、上述の各要素によりＮＣ
工作機械を構成している。

これらの各スピンドル１１．１２は上述の主軸ヘッド９
にベアリング１３・・・を介して配設され、これら各ス
ピンドル１１．１２の主軸ヘッド９からの突出端部には
ツールユニット１３．１４交換および装着用の径方向へ
の貫通溝１５を形成している。

ここで、上述のツールユニット１３．１４は第３図乃至
第５図に示す如く、その先端にアダプタを介して刃具を
取付けるツールシャンク１６（以下単にツールと略記す
る）と、このツール１６のシャンク部１６ｂを保持する
ツールホルダ１７と、ツール１６の背面に取付けたプル
スタッド１８の環状係止部１８ａをボール１９・・・の
突没動により着脱可能に挟持するクランプ部材２０と、
上述のツールホルダ１７の背面およびクランプ部材２０
の前面間に張架したコイルスプリング２１とを備え、第
３図に示すように主軸ヘッド９側のドローバ−２２のプ
ル動作時に上述のツール１６を保持固定する。

また、上述の第１スピンドル１１、第２スピンドル１２
の先端にはツールホルダ位置決め用のキー２３を突設固
定する一方、上述のツールホルダ１７の所定部には第４
図、第５図に示すように、上述の各キー２３．２３と嵌
合するキー？ａ２４゜２４を形成している。

さらに、上述のツールホルダ１７およびツール１６には
工具交換用の環状のＶ溝１７ａ、１６ａをそれぞれ形成
する一方、第５図に示すように上述のツールホルダ１７
のテーパ孔１７ｂ端部にはツール１６のキー溝２５と嵌
合するツール位置決め用のキー２６を取付けている。

ところで、上述のコラム６および主軸ヘッド９の原点復
帰位置（第１図参照）と、ツールマガジン２７との間に
は、油圧シリンダ２８により矢印Ｘ方向へ前進および後
退駆動される交換ヘッド２９を配設している。

すなわち、上述の油圧シリンダ２８のピストンロッド３
０先端にジヨイント３１を介してヘッドベース３２を取
付け、このヘッドベース３２上に上述の交換ヘッド２９
を取付けている。

そして、この交換ヘッド２９には一方のスピンドル１１
または１２にツール１６を装着し、他方のスピンドル１
２または１１のツール１６を取出す第１ツールポスト３
３、第２ツールボスト３４を上下に離間して取付けてい
る。

これらの各ツールポスト３３．３４はスプリング３５に
抗して開閉される一対のクランプアーム３６．３６を備
え、上述の各スピンドル１１，１２に対して第４図に示
すツールユニット１３全体の装着および取出しを行なう
。

つまり、ツール１６のみならずツールホルダ１７および
クランプ部材２０も同時に装着および取出すように構成
している。

さらに、上述の交換ヘッド２９の近傍にはＺ軸方向への
駆動および３６０度の回転動が可能な駆動ロッド３７．
３８を設け、これらの各駆動ロッド３７．３８には第１
ＡＴＣアーム３９および第２ＡＴＣアーム４０を各別に
取付けて、主軸ヘッド９にスピンドル１１または１２を
介して取付けられたツール１６によるワーク加工中に、
上述のツールポスト３３．３４の旧ツールを前述のツー
ルマガジン２７に収容し、新ツールを該ツールマガジン
２７から取出すように構成している。

ここで、上述の第１および第２の各ＡＴＣアーム３９．
４０によるツール１６の交換動作は、上述の第１、第２
のツールポスト３３．３４にツールホルダ１７およびク
ランプ部材２０を残した状態で行なわれるため、上述の
ツールポスト３３゜３４におけるツールユニット１３の
挟持部背面には、クランプ部材２０を第４図の矢印ａ方
向ヘアンクランプ動させ、かつ第５図の矢印す方向ヘク
ランプ動させる駆動部材（図示せず）を配設している。

ところで、上述のツールマガジン２７は第１図に示す如
くマガジンベース４１上に配設され、正方向および逆方
向への回転（特に近廻り回転駆動）が可能な割出しモー
タ（図示せず）の駆動により、環状に多数配設したツー
ル１６・・・を同図の所定位置α、βに旋回割出しすべ
く構成している。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下作用
を説明する。

なお、第６図乃至第１５図は自動工具交換装置を図示の
便宜上、概略的に示している。

まず、第６図に示す主軸ヘッド９に第１スピンドル１１
を介して取付けられたツール１６によるワーク加工中に
おいて、ツールマガジン２７の任意の位置の次加工用ツ
ール１６を旋回割出し制御する。

つまり、ツールマガジン２７の可逆割出しモータ（図示
せず）を近廻り方向としての矢印Ｃ方向へ駆動制御して
、第７図に示すように上述の次加工用ツール１６を所定
の割出し位置αに割出す。

次に、上述の駆動ロッド３８を第７図の矢印ｄ方向へ旋
回駆動し、第２ＡＴＣアーム４０の爪部で第８図に示す
如く割出し位置αのツール１６を挟持する。

このとき、上述の第２ＡＴＣアーム４０の爪部はツール
１６の環状のＶ溝１６ａ（第５図参照）を挟持する。

次に、第８図に示す状態で上述の第２ＡＴＣアーム４０
を２軸方向へ前進させ、ツールマガジン２７から上述の
ツール１６を取出した後に、この第２ＡＴＣアーム４０
を第８図の矢印ｅ方向へ旋回駆動して、該アーム４０の
爪部で挟持したツール１６を第２ツールボスト３４の挟
持部と対向させる。

次に、第９図に示すように、上述の駆動ロッド３８をＺ
軸方向へ後退させて、第２ツールボスト３４に残存する
ツールホルダ１７に上述のツール１６を装着する。

次に、第９図に示す状態から上述の第２ＡＴＣアーム４
０を矢印ｆ方向へ旋回戻し駆動して第１０図の状態とな
す。

次に、第１０図に示すＮＣ工作機械の加工状態から主軸
ヘッド９を矢印Ｙ方向へ、またコラム６を矢印Ｘ方向へ
駆動制御して、これらの主軸ヘッド９およびコラム６を
第１１図に示すように原点復帰位置に復帰動させ、第１
および第２の各スピンドル１１．１２の貫通溝１５を水
平方向へ指向させる（第１図乃至第３図参照）。

次に、第１２図に示すように油圧シリンダ２８のピスト
ンロッド３０を介して交換ヘッド２９をＸ軸方向へ前進
させ、第１ツールボスト３３の一対のクランプアーム３
６．３６の爪部で、主軸ヘッド９側のツールユニット１
３におけるツールホルダ１７の環状のＶ溝１６ａを挟持
すると共に、第２ツールボスト３３に挟持した次加工用
ツール１６をツールホルダ１７およびクランプ部材２０
とともに上述の第２スピンドル１２の貫通溝１５に挿入
する。

上述の第１２図に示す状態下において主軸ヘッド９側の
ドローバ−２２，２２（第３図参照）の操作により、第
１スピンドル１１側のツールユニット１３をアンクラン
プ−させると同時に、第２スピンドル１２側のツールユ
ニット１４をクランプさせる。

次に、第１３図に示す如く上述の油圧シリンダ２８のピ
ストンロッド３０を介して交換ヘッド２９をＸ軸方向へ
後退させると、第１ツールボスト３３は加工済みの旧ツ
ール１６（ツールホルダ１７およびクランプ部材２０を
含んだ状態のツールユニット）を挟持した元位置にリタ
ーン動する。

次に、第１３図に示す状態から第１ＡＴＣアーム３９を
矢印ｇ方向へ旋回駆動して、第１ツールボスト３３上の
旧ツール１６を第１４図に示す如く挟持する。

次に、第１４図の状態下において、駆動ロッド３７を介
して第１ＡＴＣアーム３９を一旦Ｚ軸方向へ前進させ、
上述の第１ツールボスト３３にツールホルダ１７および
クランプ部材２０を残存させた状態で旧ツール１６のみ
を取外す。

次に、第１５図に示すように、旧ツール１６を挟持した
上述の第１ＡＴＣアーム３９を矢印り方向へ旋回駆動し
て、この旧ツール１６をツールマガジン２７の所定の割
出し位置βと対向させた後に、上述の駆動ロッド３７を
Ｚ軸方向へ後退させて、旧ツール１６をツールマガジン
２７の所定位置に収納する。

このツールマガジン２７への旧ツール１６の収納後に、
上述の第１ＡＴＣアーム３９は第６図に示すノーマル位
置に旋回戻し駆動され、以下このような一連の自動工具
交換動作を繰返す。

以上要するに、主軸を第１主軸としてこの第１スピンド
ル１１と、第２主軸としての第２スピンドル１２との２
軸構造に成したので、工具交換時には上述の交換ヘッド
２９の第１および第２の各ツールポスト３３．３４によ
り、一方のスピンドルたとえば、第２スピンドル１２に
対する新ツール１６の装着と、他方のスピンドルたとえ
ば第１スピンドル１１に対する旧ツール１６の取出しと
を同時に行なうことができ、また、これら各ツール１６
．１６のツールマガジン２７に対する収容および取出し
は上述の第１および第２の各ＡＴＣアーム３９．４０に
よりワーク加工中に行なうことができる。

この結果、工具交換時間を大幅に短縮して、装置の稼動
率の向上を図ることができる効果がある。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、 この発明の主軸は、実施例のスピンドルに対応し、 以下同様に、 第１主軸は、第１スピンドル１１に対応し、第２主軸は
、第２スピンドル１２に対応し、ツールポストは、第１
ツールボスト３３および第２ツールボスト３４に対応し
、 ＡＴＣアームは、第１ＡＴＣアーム３９および第２ＡＴ
Ｃ４０に対応するも、 この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、 第１図は自動工具交換装置の正面図、 第２図は主軸ヘッド部およびスピンドル部の拡大図、 第３図は第２図のＡ−Ａ線矢視断面図、第４図はツール
ユニットの説明図、 第５図はツールをツールホルダから取外した状態で示す
説明図、 第６図は新ツールの割出し初期状態を示す概略図、第７
図は新ツールの割出し完了状態を示す概略図、第８図は
ＡＴＣアームによる新ツール挟持状態を示す概略図、 第９図はツールポストへの新ツール装着状態を示す概略
図、 第１０図はＡＴＣアームの旋回戻り状態を示す概略図、 第１１図はコラムおよび主軸ヘッド側の原点復帰状態を
示す概略図、 第１２図はツールポスト前進状態を示す概略図、第１３
図はツールポスト後退状態を示す概略図、第１４図はＡ
ＴＣアームによる旧ツール挟持状態を示す概略図、 第１５図は旧ツールのツールマガジンへの収納状態を示
す概略図である。 ６・・・コラム　　　　　　９・・・主軸へラド１１・
・・第１スピンドル　１２・・・第２スピンドル１６・
・・ツール　　　　　２７・・・ツールマガジン２９・
・・交換ヘッド ３３・・・第１ツールポスト ３４・・・第２ツールポスト ３９・・・第１ＡＴＣアーム ４０・・・第２ＡＴＣアーム ６　・・コラム ９・・・ま序白ヘシド ３９・・・葛ＩＡＴＣアーム ６・・・コラム ６・・コラム ６・・・コラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コラムに主軸ヘッドを介して配設された主軸と、
   ツールマガジンとの間に交換ヘッドを配設し、 上記主軸を第１主軸と第２主軸との２軸構造に成す一方
   、 上記交換ヘッドは、 上記一方の主軸にツールを装着し、他方の主軸のツール
   を取出すツールポストと、 上記主軸ヘッドに主軸を介して取付けられたツールによ
   るワーク加工中に、上記ツールポストの旧ツールを上記
   ツールマガジンに収容し、新ツールを上記ツールマガジ
   ンから取出すＡＴＣアームとを備えた 自動工具交換装置。