JPH0369651B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は工作機械に用いられる自動工具交換装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

工具が収納される工具ポツトを多数備えた工具
貯蔵用マガジン（以下「工具マガジン」と称す
る）を、その工具ポツトの軸線を工作機械の主軸
と直交する方向に向けて工作機械のコラムの一側
部に配設した場合において、工具マガジンと工作
機械との間の工具交換は、工具どうしの干渉を避
けるため、工具交換用アームの他に中間アームお
よび中間ポツトを採用する方法（例えば特開昭55
−144946号公報）、あるいは、工具交換位置に割
出された工具ポツトを、その軸線が工作機械の主
軸と平行となる位置まで旋回させる方法などが採
用されている。

このような従来の工具交換方法は、中間アー
ム、中間ポツトなどを介在させているため、自動
工具交換装置の構造が複雑となり、また工具交換
動作が多く、工具交換時間が長くなるという欠点
がある。また、工具ポツトを旋回させる方法は、
工具マガジンの構造が複雑になるという問題があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、構造が簡単で工具交換時間を短縮するこ
とのできる自動工具交換装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、工具マガジンが、工具を収納する工
具ポツトの軸線を工作機械の主軸と直交する方向
に向けて配設されている場合において、工具マガ
ジンの工具交換位置に割出された工具ポツトと、
工作機械の主軸との間で、工具を自動的に交換す
る自動工具交換装置に関するものであり、先端に
工具把持部が形成されている交換用アームと、こ
のアームを回転および回転軸の方向に進退移動さ
せるアーム駆動機構を備えたアーム支持装置と、
アーム支持装置を旋回可能に保持するとともに、
工具マガジンと工作機械の主軸との間を移動する
キヤリツジと、アーム支持装置を旋回駆動するア
ーム旋回駆動機構とからなることを特徴としてい
る。

本発明によれば、アーム支持装置をほぼ90°旋
回させることにより、交換用アームの工具把持部
を直接、工具マガジンの工具交換位置に割出され
た工具に挿入して把持し、工具の取出しを行うこ
とができるとともに、交換用アームの進退移動を
利用して、使用済工具を、直接、工具マガジンに
収納することができる。

〔発明の実施例〕

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図および第２図は、本発明による自動工具
交換装置の一実施例を示す正面図および第１図
−線断面図である。図において符号１１は、工
作機械１０のベツドであり、このベツド１１上に
コラム１２が紙面に対し垂直方向に移動可能に搭
載されている。コラム１２の右側部には、主軸１
３を備えた主軸頭１４が、昇降自在に装着されて
いる。

コラム１２の左側部には、工具が収納される工
具ポツト２１を多数備えた工具マガジン２０が、
工作機械１０とは独立して床上に配設されてい
る。工具ポツト２１は搬送チエーン２２に取付け
られ、順次、工具交換位置に対し割出し移送され
得るようになつている（第５図参照）。また、こ
れらの工具ポツト２１の軸線は、主軸１３の軸線
方向と直交する方向に配設されている。

コラム１２の前壁面（主軸１３の装着側）に
は、上下に一対の水平ガイドレール３１が取付け
られている。また、工具マガジン２０の前面側壁
面にも、前記ガイドレール３１と所定の隙間を有
して連続するように、上下一対の水平ガイドレー
ル３２が取付けられている。これらのガイドレー
ル３１，３２は、主軸１３の近傍位置から、工具
ポツト２１が装着されている工具マガジン２０の
左側端位置まで延びている。

符号３３はキヤリツジであり、キヤリツジ３３
の背面は、ガイドレール３１，３２に対し移動可
能に装着されている。また、符号４０は、先端に
工具把持部が形成されている工具交換用アーム４
１を回転および回転軸の方向に進退移動可能に支
持するアーム支持装置である。アーム支持装置４
０は、その端部が旋回軸３４を介してキヤリツジ
３３に旋回可能に取付けられている。また、アー
ム支持装置４０の背面には、第３図に示すよう
に、ガイドレール３１，３２の長手方向と直交す
る方向に向いたピン４２が、上下一対のガイドレ
ール３２のほぼ中間付近まで突出して固着されて
いる。このピン４２は、その切欠部を主軸１３方
向に向けて配設されたフツク３５に係合可能とさ
れている。フツク３５は、工具マガジン２０に対
し、ピン３６を介して水平方向に揺動可能に取付
けられた油圧シリンダ３７のピストンロツド３８
の先端に固着されている。

旋回軸３４は、その上下端をキヤリツジ３３に
対し回転可能に支持されている。また旋回軸３４
は、第２図に示すように、工具交換位置に割出さ
れた工具マガジン２０の工具ポツト２１の軸線の
延長線Ｌ上に配設されている。

第４図はアーム支持装置４０の構造を示す縦断
面図である。アーム支持装置４０の本体ケーシン
グ４３内には、固定軸４４が一端を突出させた状
態で固着され、この固定軸４４に対し、中空状の
回転軸４５が、回転および進退移動可能に嵌着さ
れている。そしてこの中空状の回転軸４５に対し
交換用アーム４１が嵌合固定されている。中空状
の回転軸４５と固定軸４４との間には、中空状の
回転軸４５にピストン運動を生じさせるため２つ
の密封空間４６ａ，４６ｂが形成され、それぞれ
の空間４６ａ，４６ｂに対し、固定軸４４に穿設
された２つの油圧通路４７ａ，４７ｂの一端が開
口している。また、中空状の回転軸４５の後端部
には、平歯車４８が中空状の回転軸４５と同軸に
形成されている。

本体ケーシング４３内には、さらに、中空状の
回転軸４５を旋回駆動する機構が設けられてい
る。すなわち、中空状の回転軸４５が前進した位
置（第４図では左方向移動した位置）にある場合
の平歯車４８ａと噛合うラツク４９が、紙面に対
して垂直方向に移動可能に配設されている。この
ラツク４９の移動は、例えば油圧駆動装置５１に
より行われ、側部がピニオンガイド５２に設けら
れたガイドキー５３によりガイドされるようにな
つている。ピニオンガイド５２は、中空状の回転
軸４５が前進した際、平歯車４８ａをラツク４９
と正確に係合させるために設けられており、本体
ケーシング４３に対し固定されている。また、中
空状の回転軸４５が後退した位置にある場合の平
歯車４８と噛合う揺動ラツク５４が、ピニオンガ
イド５２に対して皿ばね（図示せず）を用いて、
紙面垂直方向に微小移動可能に取付けられてい
る。

第１図および第２図において、符号５５は、キ
ヤリツジ３３を往復移動させる油圧シリンダであ
り、ピストンロツド５６をガイドレール３１，３
２と平行に、主軸１３方向に向けて、工具マガジ
ン２０に取付け固定されている。ピストンロツド
５６の先端は、キヤリツジ３３の下端部に連結さ
れている。

次に第２図および第６図を参照して本実施例の
作用について説明する。

まず、第２図および第６図に示す状態におい
て、主軸１３に装着されている使用済工具Ｔ１を
抜き出し、工具マガジン２０に貯蔵されている新
工具Ｔ２を主軸１３に装着する作用を説明する。
なお、ここで工具とは、主軸および工具マガジン
に装着されるテーパシヤンク部を有する工具ホル
ダに保持されている工具を意味する。したがつて
工具を交換するとは、工具ホルダを把持して、工
具ホルダごと交換することを意味する。

工具交換指令に基づき、工具マガジン２０内の
工具ポツトのうち、所定の工具Ｔ２が収納されて
いる工具ポツト２１が、工具交換位置に割出され
る。この工具交換位置に割出された工具ポツト２
１の軸心は、第１図に示すように主軸１３の同一
水平面内にある。

次に、油圧シリンダ３７が作動し、ピストンロ
ツド３８を押出す。この作動により、アーム支持
装置４０の背面に設けられたピン４２が、フツク
３５により押され、アーム支持装置４０が旋回軸
３４を中心に工具マガジン２０の方向に旋回する
（第６図）。油圧シリンダ３７は、ピン３６を介
して水平方向に揺動可能に取付けられているの
で、アーム支持装置４０を旋回させるためのピス
トンロツド３８の押出し動作はスムーズに行われ
る。

アーム支持装置４０は、工具マガジン２０の方
向へ90°旋回され、交換用アーム４１の先端の工
具把持部が、第５図に示すように、工具交換位置
に割出されている工具ポツト２１に収納された工
具Ｔ２に、横方向から直接挿入係合する（この状
態の交換用アームを符号４１ａで示す）。この場
合、中空状の回転軸４５に形成された平歯車４８
が揺動ラツク５４と噛合うことにより、交換用ア
ーム４１に微小な揺動運動が与えられ、工具把持
部と工具Ｔ２との係合動作がスムーズに行われる
（第４図参照）。

工具Ｔ２が交換用アーム４１により把持される
と、中空状の回転軸４５内の密封空間４６ａに油
圧通路４７ａを通して圧力油が供給され、中空状
の回転軸４５が固定軸４４に沿つて押出され、交
換用アーム４１が回転軸の方向に前進する（第６
図）。この交換用アーム４１の前進動作により、
工具ポツト２１から工具Ｔ２が抜き出される（符
号４１ｂで示す）。

続いて、油圧シリンダ３７がピストンロツド３
８を引込む動作を行うと、ピン４２がフツク３５
に引張られ、アーム支持装置４０が、第６図に
示すように旋回軸３４を中心に再び逆方向に90°
旋回する（符号４１ｃで示す）。

中空状の回転軸４５の密封空間４６ｂに、油圧
通路４７ｂを通して圧力油を供給し、中空状の回
転軸４５および交換用アーム４１を後退移動させ
る（第６図）。

次に、油圧シリンダ５５を作動し、ピストンロ
ツド５６を押出すことにより、キヤリツジ３３が
ガイドレール３２，３１（図示省略）に沿つて主
軸１３方向へ移動する（なお、このキヤリツジ３
３の移動を可能とするため、コラム１２はガイド
レール３１が工具マガジン２０側のガイドレール
３２と連続する位置まで、ベツド１１上を移動し
ていることが必要である。）。キヤリツジ３３が移
動し主軸１３の近傍位置まで来ると（符号３３ａ
で示す）、交換用アーム４１ｄの他端側（工具Ｔ
２を把持していない側）が、主軸１３に装着され
ている工具Ｔ１に横方向から挿入係合される（第
６図）。

この状態で交換用アームを前進させると、主軸
１３に装着されていた工具Ｔ１は引抜かれて交換
用アームの他端側に把持される（第６図）。

次に、油圧駆動装置５１を作動してラツク４９
を紙面に対し垂直方向に移動させると、ラツク４
９に噛合つている中空状の回転軸４５の平歯車４
８ａが回転させられ、交換用アーム４１ｅが固定
軸４４を中心として180°回転する（第６図）。

そして再び交換用アームを後退移動させると、
交換用アーム４１ｅの先端に把持されている新工
具Ｔ２のテーパ部が主軸１３内に挿入され、例え
ばプルスタツドをクランプすることにより主軸１
３内に固定される（第６図）。

続いて油圧シリンダ５５を作動させてピストン
ロツド５６ａを引込めると、キヤリツジ３３が工
具マガジン２０側に移動するとともに、新工具Ｔ
２と交換用アーム４１との係合が解放され、新工
具Ｔ２の主軸１３への装着動作が終了する（第６
図）。

キヤリツジ３３が工具マガジン２０側に移動し
て、ガイドレール３２上に完全に移つた後は、ラ
ム１２および主軸頭１４を所定の位置に移動させ
て、新工具Ｔ２によるワークの加工を開始でき
る。

キヤリツジ３３が工具マガジン２０の所定端位
置まで移動すると、アーム支持装置４０の背面に
設けられたピン４２が横方向からフツク３５に係
合する。

続いて次の動作により、使用済工具Ｔ１の工具
マガジン２０への収納作業がなされる。

まず、中空状の回転軸４５を作動させて交換用
アーム４１を前進させる（第６図xi）。続いて油
圧シリンダ３７を作動して、アーム支持装置４０
を、旋回軸３４を中心に工具マガジン２０側へ
90°旋回する（第６図xii）。続いて交換用アーム４
１を後退させると、交換用アームの先端に把持さ
れている工具Ｔ１のテーパ部が、工具ポツトに挿
入され、適宜な方法によりクランプされる（第６
図）。そして、油圧シリンダ３７を再び作動
してピストンロツド３８を引込めると、アーム支
持装置４０が旋回し、第２図に示す位置に復帰す
る（第６図）。この際、交換用アーム４１と
工具Ｔ１との係合が解放され、使用済工具Ｔ１の
工具マガジン２０への収納動作が終了する。

これらの一連の動作は、一般のシーケンス技術
を用いて制御される。

なお、アーム支持装置４０を旋回させるアーム
旋回駆動機構としては、例えば、旋回軸３４にピ
ニオンを嵌着し、これに噛合うラツクを油圧シリ
ンダで駆動して旋回軸３４を直接回動させる機構
とすることもできる。また、キヤリツジ３３の移
動方法としては、油圧シリンダ５５による直動方
式の他に、例えば歯車の噛合いを用いた走行方
式、チエーン駆動方式等を用いることもできる。
さらに、主軸頭１４が、例えば第１図、第２図に
おいてコラム１２の左側部にあるような場合に
は、工作機械側のガイドレール３１を省略するこ
とも可能である。

また、本実施例では、キヤリツジが移動するガ
イドレールを、工具マガジンの前壁面および工作
機械のコラムの前壁面に配設し、アーム支持装置
の90°旋回を利用して工具ポツトに工具を挿入す
る例を示したが、この逆に、ガイドレールを、例
えば工具マガジンの側壁面あるいはコラムの側壁
面に配設し、キヤリツジおよびアーム支持装置を
主軸と平行にコラム前壁面位置まで移動させ、ア
ーム支持装置の90°旋回を利用して主軸に工具を
挿入するようにしても良い。この変形例は、主軸
が工具マガジン側に位置している場合、あるいは
コラムを２本有する門型工作機械の場合などにお
いて有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工具マ
ガジンが、工具を収納する工具ポツトの軸線を、
工作機械の主軸と直交する方向に向けて配設され
ている場合において、従来のように、中間アー
ム、中間ポツトを介在させたり、工具ポツトを
90°旋回させる機構を設けたりしなくても、交換
用アームを旋回させるのみで、直接工具の把持動
作を行うことができる。したがつて自動工具交換
装置の構造が簡単となるとともに、工具交換時間
の短縮化を図ることができる。さらに交換動作が
比較的単純であるため、交換動作の制御が簡単と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動工具交換装置の一実
施例を示す正面図、第２図は第１図−線断面
図、第３図は第２図−線方向に見た部分断面
図、第４図は第２図−線断面図、第５図は第
１図矢印方向から見た図、第６図乃至は
本発明の作用を示す説明図である。 １０……工作機械、１２……コラム、１３……
主軸、２０……工具マガジン、２１……工具ポツ
ト、３１，３２……ガイドレール、３３……キヤ
リツジ、３４……旋回軸、３５……フツク、３７
……油圧シリンダ、４０……アーム支持装置、４
１……交換用アーム、４２……ピン、５５……油
圧シリンダ、Ｔ１，Ｔ２……工具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工具が収納される工具ポツトを多数備えた工
   具マガジンと前記工具ポツトの軸線と直交する方
   向に配設されている工作機械の主軸との間で、工
   具を自動的に交換する自動工具交換装置におい
   て、先端に工具把持部が形成されている交換用ア
   ームと；前記交換用アームを回転および回転軸の
   方向に進退移動させるアーム駆動機構を備えたア
   ーム支持装置と；工具マガジンの前壁面および工
   作機械のコラムの前壁面にそれぞれ互いに連続す
   る関係で設けられたガイドレールと；前記アーム
   支持装置を旋回可能に保持するとともに、工具マ
   ガジンと工作機械の主軸との間を前記ガイドレー
   ルに沿つて移動するキヤリツジと；アーム支持装
   置の背面に設けられたピンと、工具マガジンに取
   付けられピストンロツドの先端に前記ピンと係合
   するフツクが設けられている油圧シリンダとを備
   え、工具マガジンの工具交換位置における工具ポ
   ツトの軸線の延長上に配置された旋回中心を中心
   としてアーム支持装置を旋回駆動するアーム旋回
   駆動機構と；を具備していることを特徴とする自
   動工具交換装置。