JPH03131446A - 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】 ｌ肚立亘狗 ［産業上の利用分野］ 本発明＋＆　　工具交換位置における工具ポットを定常
時の収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる工具交換装
置に関する。

［従来の技術］ 従来　この種の工具交換装置（上　工具マガジンの回動
により工具交換位置に割出された工具ポットを、工具マ
ガジンの回動軸と略直交する旋回軸を中心として、工具
マガジンの回動軸と略平行な軸線を有する定常時の収納
姿勢から工具交換姿勢に旋回させる際の駆動源として空
圧シリンダや油圧シリンダ等を備えている。

例えｌｉ　　特開昭６３−１２３６４６号公報には、工
具交換位置に割出された工具ポットと空圧シリンダのロ
ッド先端のスライダとを係合させ、この空圧シリンダを
伸張させて工具交換位置の工具ポットを旋回させる技術
が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このように工具ポット旋回の駆動源とし
て空圧シリンダ等を使用した場合、設計自由度が大きく
、　しかも旋回時に工具ポットから工具が飛び出さない
程度の旋回速度制御等ができるといった点で好ましいが
、次の問題点が残されている。

上記したような工具交換装置を搭載した例えばマシニン
グセンタ等で（上　工具交換に空圧風　油圧源が不可欠
であるため、その導入や設置位置が制限される。

又　これら空圧風　油圧源と空圧シリンダ、油圧シリン
ダとの間の配管や流体の流れ方向等を切換える切換弁、
上記圧力変動を抑制するためのアキュムレータ等を必要
とし、工具交換装置を搭載する各種工作機械の小型化が
阻害されている。更１：、各配管の継手等からの油の漏
洩により、設置場所が汚損される虞がある。

これら空圧シリンダ、油圧シリンダに替えてソレノイド
を使用することも考えられるが、駆動速度が大きすぎ、
各工具ポットの工具重量に適合した旋回速度制御等が困
難なため、旋回時に工具が飛び出したりすることがあり
現実的な解決にはならない。

本発明は上記問題点を解決するためになさ札工具交換装
置を搭載した工作機械の小型化を促進すると共１：、工
作機械本体から独立した空圧　油圧等の駆動源を用いる
ことなく信頼性の高い工具ポットの旋回を行うことを目
的とする。

λ胛五盪滅 ［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明の採用した手段（上 一軸線を中心に回動自在に軸支された工具マガジンの外
周１ミ　定常時には前記工具マガジンの回動軸と略平行
な軸線を有する収納姿勢に工具を保持する複数個の工具
ポットを設け、前記工具マガジンの回動により工具交換
位置に割出された工具ポットを、前記回動軸と略直交す
る旋回軸を中心として、前記収納姿勢から工具交換姿勢
に旋回させる工具旋回手段を有する工具交換装置におい
て、前記各工具ポット１友　前記旋回軸に対して工具収
納側とは反対側に作動部を備え、前記工具旋回手段（上
　前記工具交換位置に割出された工具ポットの前記作動
部に係合可能な作動部係合部と、正逆回転可能なモータ
と、該モータに連結されその回転を直線運動に変換する
変換部と、該変換部の変換した直線運動を、前記工具ポ
ットの旋回運動として前記作動部係合部に伝達する運動
伝達部とを備えること をその要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の工具交換装置１表　定常時に
は工具マガジンの回動軸と略平行な軸線の収納姿勢に工
具を保持する工具ポットを、工具マガジンの回動により
工具交換位置に割出した後、工具マガジン回動軸と略直
交する旋回軸に対して工具収納側とは反対側に備えられ
た工具ポットの作動部に工具旋回手段の作動部係合部を
係合させ、正逆回転可能なモータの回転を変換部により
直線運動に変換し、運動伝達部によりその直線運動を工
具ポットの旋回運動として作動部係合部を介して工具ポ
ットの作動部に伝達して、工具交換位置における工具ポ
ットを旋回軸を中心として、収納姿勢から工具交換姿勢
に旋回させる。

つまり、工具交換装置を搭載した工作ｔｉ械に使用する
共通の電源を用い、電気信号によりその回転方向　回転
速度等が制御可能なモータを使用して工具ポットの旋回
を実施する。

［実施例］ 次１：、本発明に係る工具交換装置の実施例について図
面に基づき説明する。第１図は実施例の工具交換装置の
工具マガジン側要部断面医　第２図は工具マガジンの工
具収納部を取り外した工具マガジン駆動側の正面医　第
３図は実施例の工具交換装置を搭載した小型のＮＣ制御
工作機械であるマシニングセンタの要部斜視医　第４図
はその平面図である。

第３巴　第４図に示すよう１：、マシニングセンタ１（
上　加工に用いる工具を着脱可能に保持する図示しない
主軸が内蔵された加工ヘッド２を、水平面でＸ−Ｙ方向
に移動自在なワークテーブル３に対して近接・離間可能
にコラム４に支持したいわゆる立て型のマシニングセン
タであり、加工ヘッド２の向かって左側面に１瓜　主軸
の軸線しに直交するマガジン軸線Ｍを中心として回動自
在な工具マガジン５と、主軸の軸線りに平行な軸線Ｎを
中心として回転するとともにこの軸線Ｎの軸方向にそっ
て上下動する工具交換アーム６とからなる工具交換装置
７とを備えている。

又、コラム４の上部に１山　送りネジ８を介して加工ヘ
ッド２を上下動させるためのＺ輸送リモータ９を、加工
ヘッド２の上部に（友　主軸を回転させるための主軸モ
ータ１０を、工具マガジン５の上部に（よ　工具マガジ
ン５を回動するためのマガジン用モータ］１と工具マガ
ジン５下部の工具交換位置において後述する工具ポット
を旋回させるためのポット旋回用モータ１２とを、その
回転軸を主軸の軸線りと平行にして備える。

更に、　加工ヘッド２の向かって右側面に（上　加工ヘ
ッド２に内蔵された図示しない工具交換アーム駆動機構
を介して工具交換アーム６を回転・上下動させるための
交換アーム用モータ１３を備えている。

従って、このマシニングセンタ１１ｉＺ軸送りモータ９
による加工ヘッド２の上方退避　主軸モータ１０による
主軸オリエンテーション、マガジン用モータ１１による
工具マガジン５における次工程工具ポットの工具交換位
置への回転割出し。

ポット旋回用モータ１２による工具ポットの下方への旋
回、交換アーム用モータ１３による工具交換アーム６の
工具把持・抜取・回転・挿入・開放といった工具交換動
作を実行して工具マガジン５に収納された複数゛の工具
Ｔを自動交換しつつ、所望する工具によるワークの連続
加工を実施する。

次に、上記した工具マガジン５等を備える工具交換装置
７について、工具交換装置７の工具マガジン側要部を断
面視する第１図及び工具収納部を取り外した工具マガジ
ン駆動側の正面を示す第２図を用いて詳細に説明する。

第１諷　第２図に示すよう１：、工具マガジン５は、加
工ヘッド２側面に直接組付け・固定されるブラケット１
４に取付られたシャフト］５に軸受１６を介して回動自
在に軸支されて工具を保持するものであり、次のように
して構成されている。

軸受１６に直に組み付けられるマガジン本体１７の軸心
嵌合穴１８に（良　大歯車１９が嵌合・固定されており
、マガジン本体１７の外周に（よ　マガジン本体１７底
面に組付け・固定されたポットアーム２０に旋回軸２］
を中心として旋回自在に軸支された複数個の工具ポット
２２が等分割に８個設置されている。

ブラケット１４内に（よ　マガジン用モータ１１の回転
軸にカップリング２３（第２図参照）を介して連結され
軸受ブラケット２４により軸支されたビニオンシャフト
２５と、その先端に設けられマガジン本体１７の大歯車
１９に食い違って噛み合うようネジ歯車として形成され
たビニオン２６が設けられている。更１：、ブラケット
１４には、工具マガジン下部の工具交換位置に配置され
Ｕ字溝２７を有する旋回用把持部材２８と、その駆動源
となるポット旋回用モータ１２の回転軸に形成された雄
ネジ２９に螺合しブラケット１４の立て溝１４ａ内の廻
り止め３０により上記モータ１２の回転にともなって上
下動する上下動伝達部材３１と、この上下動伝達部材３
１にボールジヨイント３２を介して連結されその先端が
旋回用把持部材２８に嵌合・固定された中間シャフト３
３と、その外周を案内する二股状のシャフトブラケット
３４と、このシャフトブラケット３４から突出し旋回用
把持部材２８を貫通して支持する支持シャフト３５と、
ポットストッパ３６等が設けられている。尚、このビニ
オン２６と大歯車１９と１表マガジン用モータ１１とマ
ガジン本体１７との間１：、減速比が５０＝１の一組の
食違い傘歯車（ハイポイド・ギヤ）を構成している。

ポット旋回用モータ１２下部に当たるブラケット１４側
面に（友　上下動伝達部材３１が原点及び上昇端に達し
たことを検出するための上昇位置検出器３７が設置され
ている。臥　第２図（友　上下動伝達部材３１が原点に
位置した状態を表している。

マガジン本体１７外周に配置された工具ポット２２は（
第１図参照）、定常時には工具マガジン５の回動軸であ
るシャフト１５と平行な収納姿勢に工具を保持し、工具
を保持したままマガジン本体１７とともにその外周とブ
ラケット１４の筒状側壁３８内周との間を回転すると共
に、　工具交換位置に割出された後に工具を旋回軸２１
を中心として収納姿勢から主軸の軸線りと平行な工具交
換姿勢に旋回するよう、次のように構成されている。

工具ボット２２内周に（表　工具のプルスタッドを把持
しその工具を保持するための図示しない弾性把持部材を
底部に有するテーバ孔３９が形成されており、外周には
工具の位置決めを行うポットキー４ｏが固定されている
。また、個々の工具ポット２２の工具収納側と反対側に
（上　旋回用ロラ４１を軸支する突出片４２が設けられ
ており、工具交換位置に割り出された時に旋回用ローラ
４１が旋回用把持部材２８のＵ字溝２７に係合・把持さ
れる。随　マガジン本体１７の外周に＋、ｔ、　　０リ
ング４３が設けられている。

又、マガジン本体１７の端面に１よ　その回動中心を中
心とする同心円上に図示しない複数のスリット孔の組合
せを工具ポット数分有し、中央に貫通孔４４ａを有する
回転スリット４４が、蓋体４５、リング材４６とともに
固定されている。一方、シャフト１５の端面には、回転
スリット４４を挟んで図示しない発光ダイオードと受光
ダイオードとをそれぞれ対向させる発光側板材４７．受
光側板材４８が固定されている。つまり、発光側板材４
７と受光側板材４８とから工具ポット読取器４９を構成
し、この図示しない各スリット孔を通過した光を受光ダ
イ゛オードが受光し、そのオン・オフ状態の組合せによ
り、工具交換位置における工具ポットのポット番号を判
別する。

次に、工具交換装置７を駆動制御する電子制御回路５０
について説明する。第５図はこの電子制御回路５０を中
心としたブロック図である。

同図に示すように、電子制御回路５０１よ　論理演算を
実行する周知のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）５１の
イ包　　後述するプログラム等を記憶しているＲＯＭ５
２、−時的情報の記憶を行うＲＡＭ５３、電源オフ後に
も記憶データを保持しているバックアップＲＡＭ５４、
情報の受渡し口となる入力ボート５５．出力ボート５６
等を備えている。これらＣＰＬｊ５１ないし出力ポート
５６は互いにバス５７にて接続されている。

入力ポート５５に（上　上昇位置検出器３７と、工具ポ
ットのポット番号を判別するための工具ポット読取器４
９と、工具重重　工具長、工具形状等の工具情報を入力
するためのキーボード６０と、ワークの加ニブログラム
を読取るための加ニブログラム読取器６１とを備えてい
る。

一方、出力ポート５６に［ｉ　　Ｚ軸送りモータ９と、
主軸モータ１０と、マガジン用モータ１１と、ポット旋
回用モータ１２と、交換アーム用モータ１３等が接続さ
れている。

次に、工具交換位置に割出された工具ポット２２を旋回
軸２１を中心として収納姿勢から工具交換姿勢に旋回さ
せる旋回ルーチンについて、第６図に示すフローチャー
トを用いて説明する。

第６図に示す旋回ルーチン（上　加ニブログラム読取器
６１又はキーボード６０から工具交換指令を入力する度
に割込処理されるものであり、電子制御回路５０の起動
時には内部レジスタのクリア。

上下動伝達部材３１の原点復帰等の初期処理がなされた
のち実行される。

先ず、マガジン用モータ１１に駆動信号を出力して工具
マガジン５を回動しくステップ］００゜以下、ステップ
を単にＳと表す）、工具ポット読取器４９により割出し
位置に回動してくる工具ポットのポット番号を読込む（
Ｓ１１０）。その後、読込んだポット番号が工具交換指
令におけるポット番号と一致するか否かを判断しくＳ　
＋　１５）、両ポット番号が一致するまで工具マガジン
を回動する。

ポット番号が一致すると判断した場合（友　マガジン用
モータ１１を停止させ工具マガジン５の割出しを行い（
Ｓ１２０）、主軸スピンドルに保持されている主軸工具
と割出し位置に割出された工具ポットに保持されている
交換工具に関する工具情報、即ち工具重重　工具長、工
具形状等をＲＡＭ５３から読込む（Ｓ１３０）。砥　ニ
の交換工具に関する工具情報（よ　保持していた工具ポ
ットのポット番号と関連づけて記憶されている。

続いて、読込んだ工具情報のうち交換工具に関する工具
情報に基づいて、収納姿勢から交換姿勢に旋回させる際
の旋回速度を算出・決定する（Ｓ］４ｏ）。つまり、交
換工具についての旋回軸２１を中心としたモーメント等
を算出し、旋回時における工具の飛び出しを回避できる
最大旋回速度を求め、求めた最大旋回速度で工具ポット
が旋回するようポット旋回用モータ１２に出力する駆動
信号を決定する。

こうして決定した駆動信号を出力してポット旋回用モー
タ１２を回転させ、第１図中に二点鎖線で示すように、
上下動伝達部材３１．中間シャフト３３等を介して旋回
用把持部材２８を上昇させることにより、工具ポットを
収納姿勢から９０度旋回した交換姿勢に向けて旋回させ
（Ｓ　１５０）、この旋回処理を上下動伝達部材３１が
上昇端に達するまで実施する（Ｓ　１５５）。尚、５１
５５において上下動伝達部材３１が上昇端に達したか否
か（上　上昇位置検出器３７からの検出信号により判断
する。

上下動伝達部材３１が上昇端に達すれ（戯　旋回した工
具ポットの交換工具が交換姿勢にあると判断できるので
、交換アーム用モータ１３に駆動信号を出力して、工具
交換アーム６の工具把持・抜取・回転・挿入・開放等を
行い工具交換を実施する（Ｓ１６０）。

その後、工具交換前まで主軸スピンドルに保持されてい
た主軸工具に関する工具情報（工具重重工具長、工具形
状等）に基づいて、５１４０，１５０と同捻　交換姿勢
から収納姿勢に旋回（復帰）させる際の旋回速度を算出
・決定しくＳ　１７０）、求めた復帰時の最大旋回速度
に応じた駆動信号をポット旋回用モータ１２に出力して
回転させ、旋回用把持部材２８を下降させることにより
、工具ポラトラ交換姿勢から収納姿勢に向けて旋回させ
（Ｓ　１８０）、この旋回処理を上昇位置検出器３７に
より上下動伝達部材３１が原点に達するまで実施する（
Ｓ　１８５）。

上下動伝達部材３１が原点に達した後（上　工具交換前
まで主軸スピンドルに保持されていた主軸工具に関する
工具情報を、収納した工具ポットについての工具情報と
して書換え、その工具ポットのポット番号と関連づけて
ＲＡＭ５３に記憶しく５１９０）、本ルーチンを終了す
る。

上記構成を有する実施例のマシニングセンタ１における
工具交換装置によれ（戴　マシニングセンタにおける工
具交換装置の旋回を、ポット旋回用モータ１２．工具交
換位置の工具ポット２２の旋回用ローラ４１に係合する
旋回用把持部材２８゜ポット旋回用モータ１２の旋回を
上下動に変換して旋回用把持部材２８に伝達する上下動
伝達部材３１、中間シャフト３３等により実施し、その
際の駆動源を電動モータとしているので、常に信頼性の
高い工具ポット旋回を行うことができる。

又　工具交換装置の駆動専用に空圧風　油圧源等を必要
としないので、マシニングセンタの導入や設置位置の確
保が容易になり、その普及を促進することができる。加
えて、工具ポット旋回時にポット旋回用モータ１２以外
の器機　例えば駆動方向を切換えるための切換弁、出力
変動を抑制するためのアキュムレータ等が不要となり、
工具交換装置　延いてはマシニングセンタの小型化や、
設置場所の汚損防止を確実に図ることができる。

更１ミ　廻り止め３０により回転が規制された上下動伝
達部材３１をポット旋回用モータ１２の回転軸に直接形
成した雄ネジに螺合させて、モータの回転を直線運動（
上下動）に変換するよう構成したので、簡単な構成で回
転運動の直線運動への変換を容易に実施することができ
る。

しかも、工具ポットに収納されている工具情報（工具重
態　工具長、工具形状等）に基づいてポット旋回用モー
タ１２の回転速度を調整しているので、旋回時の工具の
飛び出しを防止しつつ、旋回速度の高速イし　即ち工具
交換の高速化を図ることができる。この結巣　実施例の
マシニングセンタ１１表　工具交換に要する非加工時間
の短縮により、ワーク加工の効率を高めることができる
。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得るこ
とは勿論である。例え（Ｌ立て型のマシニングセンタに
限らず、横型マシニングセンタ、回動自在な工具マガジ
ンを搭載したＮＣ制御旋盤等に適用できることは勿論で
ある。

λ更Δ塾１ 以上実施例を含めて詳述したよう１：、本発明の工具交
換装置によれ（′Ｌ　工具マガジンの回動軸と略平行な
軸線を有する収納姿勢から工具交換姿勢に工具ポットを
旋回させる際　工具ポットの作動部に作動部係合部を係
合して一体とし、正逆回転可能なモータの回転を工具ポ
ットの旋回運動として作動部係合部を介して工具ポット
の作動部に伝達し、工具交換位置における工具ポットを
旋回軸を中心として収納姿勢から工具交換姿勢に旋回さ
せる。この際に、電気信号によりその回転方向回転速度
等が制御可能で安定した出力を得ることのできる電動モ
ータを使用するだけでよいので、常に信頼性の高い工具
ポット旋回を行うことができる。

又　工具交換装置の駆動専用に空圧５凰　油圧源等を必
要とせず、工具交換装置を搭載した工作機械と共通の電
源でこの工具交換装置を駆動できるので、工作機械の導
入や設置位置の確保が容易になり、その普及を促進する
ことができる。加えて、工具ポット旋回時にモータ以外
の器機が不要となり、工具交換装ａ　延いては工作機械
の小型化や、その設置場所の汚損防止を確実に図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の工具交換装置の工具マガジン側要部断
面医　第２図は工具マガジンの工具収納部を取り外した
工具マガジン駆動側の正面は　第３図は実施例の工具交
換装置を搭載した小型のＮＣ制御工作機械であるマシニ
ングセンタの要部斜視医　第４図はその平面医　第５図
はこの電子制御回路５０を中心としたブロック医　第６
図は工具ポット収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる
旋回ルーチンを表すフローチャートである。 １・・・マシニングセンタ　２・・・加工ヘッド５・・
・工具マガジン　　　７・・・工具交換装置１１・・・
マガジン用モータ １２・・・ポット旋回用モータ １５・・・シャフト　　　　１７・・−マガジン本体２
２・・・工具ポット　　　２８・・・旋回用把持部材３
１・・・上下動伝達部材　３３・・・中間シャフト３４
・・・シャフトブラケット ４１・・・旋回用ローラ　　４２・・・突出片Ｍ・・・
マガジン軸線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一軸線を中心に回動自在に軸支された工具マガジン
   の外周に、定常時には前記工具マガジンの回動軸と略平
   行な軸線を有する収納姿勢に工具を保持する複数個の工
   具ポットを設け、 前記工具マガジンの回動により工具交換位置に割出され
   た工具ポットを、前記回動軸と略直交する旋回軸を中心
   として、前記収納姿勢から工具交換姿勢に旋回させる工
   具旋回手段を有する工具交換装置において、 前記各工具ポットは、前記旋回軸に対して工具収納側と
   は反対側に作動部を備え、 前記工具旋回手段は、 前記工具交換位置に割出された工具ポット の前記作動部に係合可能な作動部係合部と、正逆回転可
   能なモータと、 該モータに連結されその回転を直線運動に 変換する変換部と、 該変換部の変換した直線運動を、前記工具 ポットの旋回運動として前記作動部係合部に伝達する運
   動伝達部とを備えること を特徴とする工具交換装置。