JPH04201148A - 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、フライス、ドリル等の種々の機械加工におけ
る工具の交換を自動化した自動工具交換装置に関する。

（従来の技術） 自動車のエンジン部品であるシリンダブロックには、フ
ライス、ドリル、ポーリング、リーミング、タッピング
、あるいは、ホーニング等の各種の機械加工が施されて
いる。

このような多工程の機械加工を伴なう部品を大量生産す
る場合、フライス、ドリル等の複数台の専用工作機械と
、加工品の姿勢を変える装置とを配設し、その間を加工
品を搬送するトランスファバー等の搬送装置で連結し、
加工品を順次機械加工するトランスファラインが知られ
ている。

また、加工品が自動車用部品等の場合にあっては、複数
の部品をランダムに大量生産する要請があるため、前記
専用工作機械をＮＣ（数値制御）化し、よりフレキシブ
ルな生産システムを実現するフレキシブル・トランスフ
ァラインが採用されている。

このようなフレキンプル・トランスファラインの工作機
械には、ドリル等の工具を仕様に応じて自動的に交換す
る自動工具交換装置（ＡＴＣ）や、ギヤヘッド自体を自
動的に交換する自動ヘッド交換装置（ＡＨＣ）か組み込
まれている。

従来の自動工具交換装置は、所定の配列をもって多種類
の工具か並べられたマガジンと、工具を工作機械に搬送
し装着するアームとを有している。

そして、アームを所望の工具を選択するように作動させ
るか、あるいは、所定の工具をその位置に移動させるこ
とにより、アームは、工具を把持した状態で当該工具を
工作機械まで搬送して、装着するようになっている。ま
た、加工が終了した工具は、前記アームによって取り外
されると共に前記マガジンに搬送され元の位置に戻され
る。

（発明か解決しようとする課題） このように、従来の自動工具交換装置にあっては、アー
ムを作動させるための装置や、工具を移動するための装
置を必要とするため、工具交換装置の大型化を招くと共
に、設備費用も多大なものとなる欠点を白°している。

本発明は、」二記従来技術に伴う課題を解決するために
なされたものであり、簡素でしかも小型化を図り得る自
動工具交換装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するだめの本発明は、ワークを加工する
工具を着脱自在に保持する工具保持部材を有し、この工
具保持部材に保持される前記工具の回動を阻止する回動
阻止手段を前記工具と前記工具保持部材とに設け、前記
工具を着脱自在に把持する回動自在な主軸を備えたワー
ク加工手段を、前記工具保持部材に対し、保持された前
記工具の軸線に沿って進退移動する第１方向とこれに略
直交する第２方向の少なくとも２方向に移動自在に設け
、前記ワーク加工手段の前記第２方向への移動に伴い前
記主軸を回動させる主軸回動手段を前記主軸と前記工具
保持部材とに設け、前記主軸の回動により前記工具の把
持ないし把持の解除を行う把持手段を前記工具と前記主
軸とに設けたことを特徴とする自動工具交換装置である
。

（作用） 回動阻止手段によって工具保持部材に保持される工具の
回動か阻止されているため、ワーク加工手段か第２方向
へ移動すると、主軸回動手段によりワーク加工手段の主
軸のみが回動し、この主軸の回動に伴って把持手段によ
る工具の把持ないし把持の解除か行われる。

このように、ワーク加工手段自体を２方向へ移動するこ
とにより、主軸への工具の着脱か行われることになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基ついて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を
組み込んだ加工ステージョンを示す構成図、第２（Ａ）
〜（Ｃ）図は、同実施例のホルダを示す平面図、正面図
、側面図、第３．４図は、同実施例のマガジンを示す正
面図、側面図、第５図は、第３図のＡ−Ａ線に沿う断面
図である。

第１図に示す加エステーンヨンは、フレキシブル・トラ
ンスファラインに組込まれるものであり、前工程のステ
ーションで加Ｔ、姿勢変換等が行われたワークＷか搬入
され、多工程にわたる機械加工を行った後に、次のステ
ーションに搬送するようになっている。前記ワークＷは
、各ステーションの間をコンベア（図示せず）により搬
送されている。そして、この加工ステージョンの基台２
上には、搬送されてきたワークＷを支持するワーク支持
装置３と、ワークＷに対してフライス、ドリル、ホーリ
ング等の機械加工を行うワーク加工装置（ワーク加工手
段に相当する）１とが設けられている。

このワーク加工装置１は、自動工具交換装置と自動ヘッ
ド交換装置とを備え、数値制御によって一台で複数の種
類の機械加工を行うものであり、回動自在なドラム４を
有している。ドラム４の外周には、六面体のタレット面
５が形成されており、各タレット面５にギヤヘッドＨが
着脱自在に装着されている。図示する実施例では、６つ
のギヤヘッドＨのうち４つが多軸のギヤヘッド上１残り
の２つか１軸のギヤヘッドＨであり、この１軸ギヤヘツ
ドＨは相互に対向するタレット面５に装着されている。

ワーク加工装置１は、水平方向に移動自在に構成された
第１フイードユニツト６ａと、この第１フイードユニツ
ト６ａに装着されワークＷに対して進退移動、及び、上
下方向の移動が自在に構成された第２フイードユニツト
６ｂとを有し、この第２フイードユニツト６ｂ上に、前
記ドラム４が設けられている。また、第２フイードユニ
ツト６ｂには、ドラム４を回動駆動するドラム駆動用モ
ータと、ワークＷに対向するギヤヘッドＨの主軸７を駆
動する主軸モータ（いずれも図示せず）とが設けられて
いる。そして、ドラム駆動用モータによりドラム４を６
０度づつ回転することにより、各ギヤヘッドＨはワーク
Ｗに対向し、主軸モータにより駆動される工具８で所定
の機械加工を行うようになっている。

前記１軸ギヤヘツドＨの主軸７は、第７図に示すように
、複数の軸受９を介してヘッド本体１０に回動自在に支
持されている。主軸７の先端部には２つのキー溝１１が
相互に対向するように形成されており、外周面には歯形
１２が形成されている。この主軸７には、工具８を取り
付けたホルダ１３を装着するための取付孔１４が形成さ
れている。この取付孔１４内には、前記キー溝１１と同
じ位相を持つ部位に、後述するホルタ１３に形成された
凹部２９に係合するボール部材１５か装着されている。

また、第１図に示すように、加工ステージョンは、複数
のホルダ１３を所定の配列をもって保持するマガジン（
工具保持部材に相当する）１６を有している。このマガ
ジン１６は、第２フイードユニツト６ｂの進退移動方向
にホルダ１３の軸線が沿うように、各ホルタ１３を着脱
自在に保持している。従って、ワーク加工装置１は、マ
ガジン１６に対して、保持されたホルダ１３の軸線に沿
って進退移動する第１方向と、これに直交して水平移動
する第２方向と、上下方向に移動自在となっている。

前記ホルダ１３は、第２（Ａ）〜ＣＣ）図に示すように
、テーパシャンク１７と大径部１８を釘するホルタ本体
１９と、このホルダ本体１９の小径部２０に取り付けら
れる先端部２１とを何し、中心部に前記工具８が固定さ
れている。ホルダ本体１９の小径部２０には、軸線方向
に延伸する２つのキー２２を有するカラー２３が、大径
部１８と先端部２１との間で摺動自在に装着されている
。

カラー２３と先端部２１との間にはスプリング２４が介
装されており、カラー２３はこのスプリング２４の弾発
力が付勢されて大径部１８の端面１８ａに当接している
。前記キー２２は、相互に対向して設けられており、こ
れら両キー２２を案内するための溝部２５が大径部１８
に形成されている。前記カラー２３の外径は、大径部１
８の外径と路間−である。また、キー２２の長さは、カ
ラー２３が大径部１８の端面１８ａに当接するときには
この大径部１８の他方の端面１８ｂから突出し、先端部
２１の端面２１ａに当接するときには前記他方の端面１
８ｂから突出しない長さに設定されている。大径部１８
から突出したキー２２は、主軸７に形成したキー溝１１
に係合するようになっている。

更に、ホルダ本体１９及びカラー２３の外周面のうち、
前記キー２２と９０度の位相を持つ部位は一部削り落と
されており、側壁２６ａを有する切り欠き部２６が形成
されている。一方、テーパシャンク１７の端部には小径
の突出部２７が設けられている。この突出部２７の外周
面のうち、前記キー２２と９０度の位相を持つ部位は一
部削り落とされ、２つの平坦面２８が形成されている。

また、キー２２と同じ位相を持つ部位には、凹部２９が
形成されている。この四部２９に前記主軸７に取り付け
られたボール部材１５が係合することにより、ホルダ１
３か主軸７に把持されるようになっている。これら凹部
２９とボール部材１５とによって、主軸７の回動により
ホルダ１３すなわち工具８の把持ないし把持の解除を行
う把持手段が構成されている。

前記マガジン１６は、第３．４図に示すように、ツール
スタンド３１をＨし５、このツールスタンド３１にはギ
ヤヘットＨの水平移動り向に沿ってＵ溝３２か形成され
ている。このＵ溝３２の上下両端面３２ａ、３２ｂが前
記ホルタ１３の切り欠き部２６に係合することにより、
ホルタ１３は回動することなく保持されると共に、Ｕ溝
３２内でスライド移動自在となっている。これら切り欠
き部２６とＵ溝３２とによって、マガジン１６に保持さ
れるホルダ１３すなわち工具８の回動を阻止する回動阻
止手段か構成されている。また、Ｕ溝３２内で保持され
るホルタ１３を固定するため、ローラ３４を一端に備え
た支持プレート３５がツールスタンド３１に回動自在に
取り付けられている。

支持プレート３５の他端には圧縮ハネ３６が当接してお
り、ローラ３４は、圧縮バネ３６の弾発力が付勢されて
ホルダ本体１９の外周面に圧接している。

第５図に示すように、ホルダ１３かマガジン１６から抜
き出されている場合には、カラー２３はスプリング２４
に押圧され大径部１８の端面１８ａに当接している。ホ
ルダ１３をこの状態からＵ溝３２内に挿入する際、カラ
ー２３をスプリング２４の弾発力に抗して先端部２１側
へ移動させる共に、カラー２３のキー２２か大径部１８
の端面１８ｂから突出しない状態でホルダ１３を保持す
るため、Ｕ溝３２の開口端近傍は傾斜面３７に形成され
ている。更に、主軸７に形成した歯形１２と噛み合うラ
ックギヤ３８かツールスタンド３１に固定されている。

これら歯形１２とラックギヤ３８とによって、ワーク加
工装置１の前記第２方向への移動に伴い主軸７を回動さ
せる主軸回動手段か構成されている。

このラックギヤ３８と主軸７の歯形１２との噛み合い状
態、及び、Ｕ溝３２内でのホルダ１３の状態を概念的に
示すと第６図の通りである。例えは、ホルダ１３を把持
したギヤヘッドＨか図中矢Ｅｒ］Ａで示す水平方向に移
動すると、まず、ホルタ１３は、その切り欠き部２６か
Ｕ溝３２の上下両端面３２ａ、３２ｂに係合した状態と
なり、回動か阻止されＵ溝３２内を矢印ｈ５向にスライ
ド移動する。ギヤヘットＨを矢印入方向に更に移動して
ホルタ１３か図中り位置までスライド移動すると、ラッ
クギヤ３８と主軸７の歯形１２が噛み合う。そして、ギ
ヤヘットＨを矢印Ａ方向に更に移動すると、ホルダ１３
はＵ溝３２内で回動することなく矢印り方向にスライド
移動し、一方、主軸７はラックギヤ３８と噛み合うため
ギヤヘッドＨの移動に伴って矢印ｇ方向に回転すること
になる。

同図から明らかなように、主軸７を９ｏ度回転させるよ
うに、ラックギヤ３８の取り付は位置や、Ｕ溝３２の長
さか決定されている。

多軸ギヤヘットＨは、周知のように、複数の工具８か取
り付けら、複数の機械加工を同時に行うものである。こ
の多軸ギヤヘッドＨを自動的に交換するのか自動ヘッド
交換装置（図示せず）であり、複数のギヤヘットＨを収
容するストッカーと、ギヤヘットＨをトラム４まて搬送
し装着するヘッド搬送装置を有している。そして、ヘッ
ド搬送装置は、ギヤヘッドＨを把持した状態で当該ギヤ
ヘッドＨをドラム４まで搬送して装着するようになって
いる。また、加工か終了したギヤヘッドＨは、前記ヘッ
ド搬送装置によって取り外されると共に、ストッカーに
搬送され元の位置に戻されるようになっている。

次に、本実施例の作用を説明する。

先ず、加ニブログラムに従ってドラム４が回転すると共
にフィードユニット６ａ、５ｔ）が作動し、選択された
ギヤヘッドＨが、ワーク支持装置３に固定されたワーク
Ｗに対向する。次いで、ギヤヘッドＨかワークＷに向け
て前進移動し、主軸モータで駆動される工具８により所
定の機械加工が行われる。加工か終了すると、主軸モー
タが停止すると共にギヤヘッドＨか後退移動し、プログ
ラムに従い次ぎのギヤヘットＨが選択されて順次加工を
続行する。本実施例にあっては、多軸のギヤヘッドＨと
１軸のギヤヘットＨの両方をドラム４に装着しであるた
め、多軸ギヤヘッドＨによる量産性を達成すると共に、
１軸キヤヘツドＨによる加工内容の拡大を図ることが可
能となる。

次ぎに、１軸ギヤヘツドＨヘホルダ１３を装着する場合
を説明する。

第７図に示すように、ホルダ１３は、カラー２３のキー
２２か水平方向に位置して、マガジン１６のＵ溝３２内
に保持されている。従って、突出部２７に形成した平坦
面２８は上下方向に位置している。一方、ギヤヘッドＨ
の主軸７は、キー溝１１が前記キー２２と９０度ずれた
状態すなわち上下方向に位置するように、回転位置が割
り出されている。従って、主軸７に装着したボール部材
１５も上下方向に位置している。

次いで、第８図に示すように、主軸７の軸線をマガジン
１６に保持されたホルダ１３の軸線に一致させ、１軸ギ
ヤヘツドＨをワークＷに対して後退移動すなわちマガジ
ン１６に対して前進移動し、ホルダ１３のテーパシャン
ク部１７を主軸７内に挿入する。

更に、第９．１０図に示すように、主軸７の端面７ａが
ホルダ１３の大径部１８の端面１８ｂに密着するまで１
軸ギヤヘツドＨを前進移動し、この主軸７の端面７ａで
キー２２を先端部２１側へ若干押圧する。これによりＵ
溝３２の上下両端面３２ａ、３２ｂとホルダ１３の切り
欠き部２６との係合が緩やかな状態となり、以後のホル
ダ１３のスライド移動が円滑なものとなる。また、この
とき、第６図中Ｃ位置（保持位置）で示すように、主軸
７のボール部材１５かホルダ１３の平坦面２８側に位置
するため、ホルダ１３の突出部２７とボール部）ｒＡ１
５とか干渉することなく、ホルタ１３は主軸７内に挿入
される。更に、主軸７の外周面に形成した歯形１２とラ
ックギヤ３８とが噛み合うことになる。

次いで、第６図矢印Ｂで示すように、１軸ギヤヘツドＨ
をＣ位置（保持位置）から水平移動する。

すると、主軸７はラックギヤ３８と噛み合っているため
水平移動に伴って矢印ｅで示す方向に回転する。一方、
主軸７に挿入されたホルダ１３は、その切り欠き部２６
がＵ溝３２に係合することにより回転が阻止されたまま
、矢印ｆて示す方向にＵ溝３２内をスライド移動する。

そして、主軸７かラックギヤ３８を介して第６図中のＤ
位置まで９０度回転すると、第１１．１２図に示すよう
に、主軸７のボール部祠１５がホルダ１３の突出部２７
に形成した四部２９に係合して、ホルタ１３が主軸７に
把持されることになる。更に、第６図に示すように、ラ
ックギヤ３８と主軸７の歯形１２との噛み合いが解除さ
れる。

１軸ギヤヘツドＨを第６図中のＤ位置から矢印Ｂで示す
水平方向に更に移動すると、主軸７はラックギヤ３８と
の噛み合いが解除されているため回転することなく移動
し、ホルダ１３も矢印ｆで示す方向にＵ溝３２内をスラ
イド移動して、ホルダ１３がＵ溝３２から完全に抜き出
されることになる。ホルダ１３がツールスタンド３１か
ら外れ切り欠き部２６とＵ溝３２との係合が解除される
と、第１２図に示すように、カラー２３はスプリング２
４の弾発力が付勢されて大径部１８の端面１８ａに当接
する。これにより、カラー２３のキー２２が大径部１８
の他方の端面１８ｂから突出して主軸７のキー溝１１と
嵌合して、ホルダ１３の１軸ギヤヘツドＨへの装着が完
了することになる。

次ぎに、１軸ギヤヘツドＨからホルダ１３を外す場合を
説明する。

先ず、第５図に示すように、１軸ギヤヘツドＨに装着さ
れたホルダ１３の切り欠き部２６がマガジン１６のＵ溝
３２に沿うように、主軸７の回転位置を割り出すと共に
、ドラム４をマガジン１６に対して進退移動する。

次いで、第６図矢印Ａで示すように、１軸ギヤヘツドＨ
を水平移動すると、ホルタ１３の切り欠き部２６とＵ溝
３２の上下両端面３２ａ、３２ｂとが係合した状態で、
ホルダ１３が矢印りで示す方向にスライド移動する。こ
のとき、Ｕ溝３２の開口端近傍が傾斜面３７に形成され
ているため、ホルダ１３がＵ溝３２内に進入するのに伴
って、カラー２３はスプリング２４の弾発力に抗して先
端部２１側へ移動することになる。また、第１３図に示
すように、カラー２３の移動に伴い、主軸７のキー溝１
１に嵌合していたキー２２も当該キー溝１１から外れる
ことになる。そして、第６図のＤ位置で示すように、ホ
ルタ１３の切り欠き部２６とＵ溝３２とか完全に係合す
るまで１軸キヤヘソドＨか水平移動すると、主軸７の歯
形１２かラックギヤ３８に噛み合うことになる。

１軸キヤヘツドＨをＤ位置から矢印Ａで示す方向に更に
水平移動すると、主軸７はラックギヤ３８と噛み合って
いるため水平移動に伴って矢印ｇで示す方向に回転し、
ホルタ１３は回転か阻止されたまま矢印りて示す方向に
スライド移動することになる。このようにホルタ１３に
対して主軸７のみか回転することから、ホルダ１３の凹
部２９に係合していた主軸７のボール部材１５が当該凹
部２９から外れ、主軸７によるホルダ１３の把持か解除
されることになる。

そして、主軸７かラックギヤ３８を介して第６図中のＣ
位置まで９０度回転すると、ホルダ１３は弾発力が付勢
されたローラ３４に押圧されてマガジン１６に保持され
ることになる。また、このＣ位置では、主軸７のボール
部材１５かホルダ１３の平坦面２８側に位置している。

従って、第１４図に示すように、ホルタ１３の突出部２
７とホール部ヰ」１５とか干渉することかなくなるため
、１軸ギヤヘツドＨをワークＷに対して前進移動すなわ
ちマガジン１６に対して後退移動することにより、ホル
タ１３はギヤヘッドＨから外れる二と（こなる。

このように、ホルタ１３の１軸ギヤヘツドＨへの装着、
及び、当該ギヤヘッドＨからの取り外しを、マカジン１
６に対する主軸７の進退移動及び水平移動だけで実現で
きるため、ホルダ１３をマガジン１６から取り外してギ
ヤヘッドＨに装着するための搬送装置等を別個に設置す
る必要かなくなり、工作機械全体の小型化を図ることか
可能となる。しかも、本実施例の工具交換装置はその構
造が簡単であるため、設備故障率の低減、及び、設備費
用の低減を達成することができる。

（発明の効果） 以」−説明したように、本発明の自動工具交換装置によ
れは、ワーク加工手段を２方向へ移動することにより主
軸への下見の着脱を行うことかできるため、自動下見交
換装置を備えたワーク加工手段の小型化を達成すること
か可能となる。しかも、この下見交換装置は、その構造
か簡単であるため。

設備故障率の低減を図ることかできると共に、設備費用
か安価なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を
組み込んた加工ステージョンを示す構成図、第２（Ａ）
〜（Ｃ）図は、同実施例のホルダを示す平面図、正面図
、側面図、第３．４図は、同実施例のマガジンを示す正
面図、側面図、第５図は、第３図のＡ−Ａ線に沿う断面
図、第６図は、同実施例の作動状態を概念的に示す図、
第７〜１４図は、同実施例の作用の説明に供する要部断
面図である。 １・・・ワーク加工装置（ワーク加工手段）、７・・・
主軸、　　　　　　　　　　　　８・・・工具、１２・
・・歯形（主軸回動手段）、　　　１３・・・ホルタ、
１５・・・ボール部祠（把持手段）、 １６・・・マガジン（工具保持部材）、２３・・・カラ
ー、２６・・・切り欠き部（回動阻止手段）、２９・・
・凹部（把持手段）、 ３２・・・Ｕ溝（回動阻止手段）、 ３８・・・ラックギヤ（主軸回動手段）、Ｈ・・・ギヤ
ヘッド、　　　　Ｗ・・・ワーク。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　　八　１）　幹　雄（他１名）第２
図　　。 狽上今没） （イ、１デ、十ヶを２〕旺） 第０図 η

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワークを加工する工具を着脱自在に保持する工具保持部
   材を有し、この工具保持部材に保持される前記工具の回
   動を阻止する回動阻止手段を前記工具と前記工具保持部
   材とに設け、 前記工具を着脱自在に把持する回動自在な主軸を備えた
   ワーク加工手段を、前記工具保持部材に対し、保持され
   た前記工具の軸線に沿って進退移動する第１方向とこれ
   に略直交する第２方向の少なくとも２方向に移動自在に
   設け、 前記ワーク加工手段の前記第２方向への移動に伴い前記
   主軸を回動させる主軸回動手段を前記主軸と前記工具保
   持部材とに設け、 前記主軸の回動により前記工具の把持ないし把持の解除
   を行う把持手段を前記工具と前記主軸とに設けたことを
   特徴とする自動工具交換装置。