JPH0460777B2 - - Google Patents

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JPH0460777B2
JPH0460777B2 JP61269242A JP26924286A JPH0460777B2 JP H0460777 B2 JPH0460777 B2 JP H0460777B2 JP 61269242 A JP61269242 A JP 61269242A JP 26924286 A JP26924286 A JP 26924286A JP H0460777 B2 JPH0460777 B2 JP H0460777B2
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drive shaft
cam
rotation
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Mitsuo Kobayashi
Hiroaki Nomura
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Brother Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は工作機械の工具交換装置（ATC装置）
に関する。
「従来の技術」 従来、マシニングセンタ等の工具交換装置で
は、工具マガジンと主軸との間で工具を交換する
旋回アームをコラム上など固定した位置に設けて
いた。また、工具把持爪による工具の把持、工具
の抜取り、180゜の旋回、新工具の挿入、工具のク
ランプといつた一連の工具交換動作は、それぞれ
の要素を油圧シリンダで駆動し、リミツトスイツ
チを用いて動作確認をしながら次の動作を行なわ
せるものであつた。
「発明が解決しようとする問題点」 このため、工具交換を行うには主軸台を旋回ア
ームが設けられた位置、即ち工具交換位置まで移
動しなければならず、無駄な時間を要するという
問題点があつた。
また、工具交換動作に入つた後も、各動作が前
の動作の終了を確認した後にシーケンシヤルに実
行されるため動作の一部を重複させることができ
ず、時間の短縮が困難であるという問題点があつ
た。
さらに、油圧シリンダを駆動源としているた
め、加減速度の加速度の制御が困難であり、ある
限度を越えて動作を高速化することを困難である
という問題点があつた。また、特開昭58−45836
号公報の発明は、工具交換腕３６を約90度回転し
て工具を把持して工具交換終了後も約90度回転し
て次の交換動作までこの状態を保持して待機して
いるので（公報第６頁左上欄第４行〜第10行、及
び第７ｅ図と第７ｆ図参照）、工具交換を行うた
めに長い時間が必要であるという欠点がある。
さらに、上記従来の発明は、主軸６を支持する
主軸台１４と工具交換装置１１を支持する機枠４
８とを別々の部材にて構成した別体構造とし、加
工時には主軸６を主軸台１４と共に加工位置へ向
かつて下方に移動させるようになつているので
（引用例１の第６頁左欄第16行乃至第17行）、工具
交換時には主軸台１４を機枠４８の位置まで後退
させる必要があり、工具交換を行うために長い時
間が必要であるという欠点がある。
本発明は上記の問題点を解決するためなされた
ものであり、高速動作が可能で工具交換に要する
時間が極く短い工具交換装置を提供することを目
的とする。
「問題点を解決するための手段」 上記の目的を達成するために、本発明の工具交
換装置を備えた工作機械は、複数の各種工具１３
を保持する工具マガジン８と、その工具マガジン
８に保持された各種工具１３を一端に着脱可能に
保持し、それら工具１３に対する工具クランプ機
構を内蔵する主軸１１と、主軸１１を回転可能に
支持する主軸台３と、その主軸台３を、主軸１１
に保持された工具１３に相対する被加工物に対し
て相対的に、主軸１１の回転軸線と同方向に往復
移動可能に支持するフレーム１５０とを備え、更
に主軸１１の回転軸線と平行な一軸線に沿う往復
運動と、その一軸線の周りの旋回運動とができる
ように主軸台３に支持された工具交換軸３０と、
その工具交換軸３０の一端に取付けられ、前記一
軸線をはさむ両側にそれぞれ一対の工具把持爪１
５を有し、内部に工具把持爪１５の工具クラン
プ、アンクランプ作動のための作動機構を備える
と共に、加工時においても工具把持爪１５をアン
クランプした状態で工具交換位置に待機する工具
交換アーム１６と、主軸台３に回転可能に支持さ
れた駆動軸２３と、その駆動軸２３と主軸１１の
工具クランプ機構との間に設けられ、駆動軸２３
の回転に基づき、主軸１１に設けられた工具クラ
ンプ機構のクランプ、アンクランプ作動を行う第
１のカム機構５１と、駆動軸２３と前記工具交換
軸３０との間に設けられ、駆動軸２３の回転に基
づき、主軸１１ならびに工具マガジン８に対する
工具の引き抜き、挿入のための工具交換軸３０の
往復運動と、主軸１１と工具マガジン８と間の工
具交換作動のための工具交換軸３０の旋回運動と
を行う第２のカム機構３７，４２と、駆動軸２３
と前記作動機構との間に設けられ、駆動軸２３の
回転に基づき、工具把持爪１５の工具クランプ、
アンクランプのための作動機構の作動を行う第３
のカム機構４７と、駆動軸を回転させる一個のモ
ータ１７とを有している。
「作 用」 上記の構成によれば、一つのモータ１７により
駆動させる一つの駆動軸２３の回転に基づいて第
１乃至第33のカム機構３７，４２，４７，５１が
作動され、それぞれのカムに従動して工具把持爪
１５による工具１３の保持、主軸１１の工具アン
クランプ、工具交換アーム１６の軸方向の移動に
よる工具１３の抜き取り、工具交換アーム１６の
旋回による工具１３の交換、工具交換アーム１６
の軸方向の移動による新しい工具１３の挿入、主
軸１１の工具クランプ、及び工具把持爪１５のア
ンクランプといつた一連の工具交換動作が連続し
て行われる。カムに従動した動作であるから各部
材の動作位置が駆動軸２３の回転角位置に対応す
るカム高さにより正確に規制され、個々の動作確
認を一つずつ行うことなく連続的に実施できる。
更に、各カム機構３７，４２，４７，５１のカ
ム輪郭を適切に形成することにより各部材の加減
速時の加速度を適切に制御することができ、高速
でかつ滑らかな動作が可能になる。
そして、ワークの加工中は、工具交換アーム１
６の工具把持爪１５をアンクランプした状態で工
具交換位置に待機しているから、工具交換を短い
時間で行うことができる。
また、主軸１１を支持する主軸台３内にすべて
の自動工具交換機構を備えているので、工具交換
時に主軸台３を移動させる必要がないので工具交
換時間を短縮することができる。
「実施例」 本発明の実施例について図面に従つて具体的に
説明する。
第２図は本発明に係る工具交換装置が搭載され
たマシニングセンタを示す斜視図、第３図は平面
図である。
基台１に直立して固定されたコラム２に主軸台
３が支持されている。主軸台３はリニアガイド４
に案内されＺ軸送りモータ５及び送りねじ６によ
り上下方向に移動される。テーブル７は水平面で
Ｘ−Ｙ方向に移動可能である。主軸台３には主軸
モータ１０及び主軸１１の他に、回転型の工具マ
ガジン８が搭載されている。工具マガジン８はマ
ガジンモータ１２により回転され選択工具が割出
される。また、主軸台３には、工具マガジン８と
主軸１１との間で工具１３を交換する工具交換装
置（ATC装置）が組込まれている。両端に工具
把持爪１５を備えた旋回アーム１６、工具交換駆
動モータ１７（以下ATCモータ１７と称す）等
がその部材である。
第１図は本発明に係る工具交換装置の機構の概
要を示す模式図である。
ATCモータ１７の回転はウオーム２１及びウ
オーム歯車２２により工具交換駆動軸２３（以下
ATC駆動軸２３と称する）に伝えられる。ATC
駆動軸は軸受２４，２５により主軸台に回転自在
に軸支されている。ATC駆動軸２３には４つの
カムが設けられている。
一方、第１のスリーブ２６が軸受２７，２８に
より主軸台３に回転自在に軸支されている。第１
のスリーブ２６の内周面にはスプラインキー２９
が形成され、第２のスリーブ３０のスプライン部
３１が係合する。第２のスリーブ３０は第１のス
リーブ２６の内周面及びメタル軸受３２を介して
主軸台３に支承され、第１のスリーブ２６と一体
に回転されると共に軸方向に摺動可能である。第
２のスリーブ３０の先端には旋回アーム１６が固
定されている。第２のスリーブ３０は旋回アーム
軸をなす。旋回アーム１６内には工具把持爪１５
を開閉する開閉機構が内蔵されている。その開閉
機構の駆動部に、第２のスリーブ３０に挿通され
主軸台３に回転自在に支持された回動ロツド３３
が係合し、回動ロツドド３３の回転により工具把
持爪１５を開閉する。そして、旋回アーム１６の
回転及び軸方向への移動により主軸１１と工具マ
ガジン８の工具ポツト３４との間で工具１３を交
換する。
ATC駆動軸２３に設けられた第１のカムは２
枚の板カム３５，３６からなる複合カムであり、
いわゆるパラレルカム３７と称されるものであ
る。２枚の板カム３５，３６は、第１のスリーブ
２６と一体に構成された従動子３８の従節ローラ
３９，４０に当接し、第１のスリーブ２６の回転
位置を規制する。そして、ATC駆動軸２３の一
回転の間に第１のスリーブ２６を間欠的に180゜回
転させる。
ATC駆動軸２３に設けられた第２のカムは円
筒部材４１の周面に形成された第１の円筒溝カム
４２である。第１の円筒溝カム４２に従動して揺
動される揺動レバー４３に設けられた接触子４４
が、第２のスリーブ３０外周の円筒溝４５に係合
し、第２のスリーブ３０の軸方向位置を規制す
る。ATC駆動軸２３の一回転の間に第２のスリ
ーブ３０は軸方向に間欠的に一往復される。
ATC駆動軸２３に設けられた第３のカムは円
板４６の上面に形成された平面溝カム４７であ
る。平面溝カム４７に従動して往復動されるラツ
ク４８が回動ロツド３３のピニオン４９と係合
し、回動ロツド３３の回動位置を規制する。回動
ロツド３３の回動位置に従つて工具把持爪１５が
開閉される。
ATC駆動軸２３に設けられた第４のカムは円
筒部材４１の上部に形成された第２の円筒溝カム
５１である。第２の円筒溝カム５１に従動して揺
動される揺動部材５２により工具脱着装置のドロ
ーバー５３に連結された工具リリースピン５４を
押圧し、主軸１１の工具１３をアンクランプ状態
とすることが可能である。
以下、上記の機構の詳細について説明する。
第４図は主軸台３の左側面を覆う工具マガジン
８を取外して見た第３図のＡ−Ａ線矢視図であ
り、第５図は第２のスリーブ３０の縦断面図であ
る。
主軸台３の上部に円筒形状のブラケツト５７が
固定されている。その円筒状ブラケツト５７及び
主軸台３のリブ部５８に軸受５９，６０を介して
第１のスリーブ２６が回転自在に支承されてい
る。第１のスリーブ２６は、多数の従節ローラ３
９，４０を支承する上下３板の円板からなるパラ
レルカム３７の従動子３８と一体に構成されてい
る。また、その内周面にはスプラインキー２９が
形成されている。
第２のスリーブ３０の上部にはスプライン３１
が形成され、そのスプライン３１が第１のスリー
ブ２６のスプラインキー２９と係合して第２のス
リーブ３０の上部を支承する。第２のスリーブ３
０の下部はメタル軸受３２により主軸台３に回転
自在かつ軸方向に移動自在に支承されている。第
２のスリーブ３０の中央部外周にはリング部材６
１がねじ６２により固定されており、そのリング
部材６１の円周溝４５に揺動レバー４３の接触子
４４が係合して第２のスリーブ３０の軸方向位置
を規制し支持している。
第２のスリーブ３０の内部には、工具把持爪１
５を開閉するための回動ロツド３３が挿通されて
いる。回動ロツド３３は上端部を円筒状ブラケツ
ト５７内で軸受６３により回転自在に支持されて
いる。回動ロツド３３は軸方向には移動すること
ができない。回動ロツド３３の上端に設けられた
ピニオン４９は、円筒状ブラケツト５７に摺動自
在に支持され平面溝カム４７に従動して往復動さ
れるラツク４８と係合する。
第２のスリーブ３０を回転駆動するカムインデ
ツクス機構について第５図及び第６図を参照し説
明する。第６図は第４図のＢ−Ｂ線断面図であ
る。
ATC駆動軸２３に固定された２枚の板カム３
５，３６はそれぞれ真円部３５Ａ，３６Ａと山部
３５Ｂ，３６Ｂとからなるカム輪郭を有し、２枚
の板カム３５，３６の山部３５Ｂ，３６Ｂは互い
にずらして構成されている。第１のスリーブ２６
と一体に形成された３枚の円板３８の間には、そ
れぞれ４つの従節ローラ３９，４０が回転自在に
支持されパラレルカム３７の従動子３８を構成し
ている。上段の従節ローラ３９と下段の従節ロー
ラ４０とは互い違いに位置するように配設されて
いる。２枚の板カム３５，３６はそれぞれ４つの
従節ローラ３９，４０のいずれかに当接する。
ATC駆動軸２３の回転に従い、板カム３５，
３６の山部３５Ｂ，３６Ｂが一種のギアの様にな
つて従節ローラ３９，４０と噛み合い、従動子３
８即ち第１のスリーブ２６を回転させる。また、
第６図に示す様に板カム３５，３６の真円部３５
Ａ，３６Ａが従節ローラ３９，４０に当接してい
るときは、上下段の互い違いの従節ローラ３９，
４０が板カム３５，３６の真円部３５Ａ，３６Ａ
を挟んだ状態になり、板カム３５，３６の回転に
かかわらず従動子３８即ち第１のスリーブ２６は
完全にロツクされた停止状態になる。板カム３
５，３６のカム輪郭は180゜の回転で従動子３８を
180゜回転し、残りの180゜の回転では従動子３８を
停止状態にロツクするように形成されている。
第２のスリーブ３０を軸方向に往復動させる軸
送り機構について第４図及び第７図を参照し説明
する。第７図は第４図のＣ−Ｃ線断面図である。
揺動レバー４３が主軸台３の隔壁６５に設けら
れた軸６６を支点として揺動自在に支承されてい
る。揺動レバー４３の中央部には側方に突出した
円筒形状のカムフオロワー６７が設けられ、先端
部にはローラからなる接触子４４が設けられてい
る。カムフオロワー６７は第１の円筒溝カム４２
に係合され、先端の接触子４４は第２のスリーブ
３０に固定されたリング部材６１の円周溝４５に
係合されている。ATC駆動軸２３の回転に従い
第２のスリーブ３０が軸方向に上下動される。
回動ロツド３３を平面溝カム４７に従動して回
動する機構について第８図及び第９図を参照し説
明する。第８図は第４図のＤ−Ｄ線階段断面図、
第９図は第８図のＥ−Ｅ線矢視図である。
主軸台３の天井壁７０に水平レバー７１が中央
部を軸７２に支承され、水平面内で揺動自在に取
付けられている。水平レバー７１の一端には下方
に突出した円筒状のカムフオロワー７３が設けら
れ、他端には上方に突出した円筒状の接触子７４
が設けられている。回動ロツド３３の上端を支持
する円筒状ブラケツト５７には水平方向に貫通す
る円形の案内孔７５が形成され、その案内孔７５
にラツク４８が摺動自在に挿通され案内されてい
る。ラツク４８は回動ロツド３３の上端に設けら
れたピニオン４９と噛合する。円筒状ブラケツト
５７の側面から突出したラツク４８の後端部には
係合溝７６が形成され、その係合溝７６に水平レ
バー７１の接触子７４が係合する。また、水平レ
バー７１のカムフオロワー６７は平面溝カム４７
に係合する。ATC駆動軸２３の回転し従い、水
平レバー７１が揺動され、ラツク４８が前後に摺
動されて回動ロツド３３が回動される。
回動ロツド３３の回動に従つて工具把持爪１５
を開閉する把持爪開閉機構について第５図及び第
１０図を参照して説明する。第１０図は第５図の
Ｋ−Ｋ線断面図である。
回動ロツドの下端部には円筒形状をしたソケツ
ト８０がピン８１により取付けられている。ソケ
ツト８０は第２のスリーブ３０の内周面に摺接
し、回動ロツド３３の下端を第２のスリーブ３０
の回転中心軸線上に支持する。回動ロツド３３の
下端には、水平方向に突出して係合ピン８２が設
けられている。
一方、第２のスリーブ３０の先端に固定された
旋回アーム１６の中心には、ピニオン軸８３が軸
受８４，８５を介し垂直に軸支されている。ピニ
オン軸８３の上端面には回動ロツド３３の係合ピ
ン８２と係合するためのＵ字溝８６が形成されて
いる。第５図に示す様に、第２のスリーブ３０が
上昇端に位置したときに、係合ピン８２がＵ字溝
８６に係合し回動ロツド３３の回動に従動してピ
ニオン軸８３が回動される。
旋回アーム１６内には、ピニオン軸８３のピニ
オンに噛合するラツク部材８８がケーシング８９
に案内された左右に摺動自在に設けられている。
ラツク部材８８は、その先端部９０がケーシング
８９から突出し工具ホルダの溝に係合するノツチ
を兼ねる部材である。ラツク部材８８の摺動面を
なす側面には２つのＶ溝９１，９２が垂直に形成
されている。ケーシング８９の上記Ｖ溝９１，９
２に対応する位置に孔９３が設けられ、その孔９
３に、ねじ９４によつて圧縮されたばね９５によ
り付勢されたボール９６が配設されている。ボー
ル９６はＶ溝９１，９２に係合可能であり、ラツ
ク部材８８を前進位置又は後退位置に保持するこ
とができる。ラツク部材８８の中央部には長孔状
の透孔９７が設けられ、その透孔９７を挿通して
２本の固定ピン９８，９９が直立してケーシング
８９に固定されている。透孔９７はラツク部材８
８の直線移動を逃がすためのものである。
一方の工具把持爪１５Ａが２つのレバー１０
１，１０２により固定ピン９８，９９に連結され
ている。各レバー１０１，１０２はピン１０３，
１０４により工具把持爪１５Ａと連結されてお
り、各レバー１０１，１０２は揺動自在である。
一方の工具把持爪１５Ａを連結するレバー１０
１，１０２はラツク部材８８の上方で固定ピン９
８，９９に連結し、対となる他方の工具把持爪１
５Ｂを連結するレバー１０５，１０６はラツク部
材８８の下方で固定ピン９８，９９に連結する。
各レバー１０１，１０２及び１０５，１０６の揺
動を可能とするスペースを空けるため、ラツク部
材８８の透孔９７が設けられた附近は上下面が削
られ板厚が薄くされている。
ピニオン軸８３が回転駆動されラツク部材８８
が前進すると、ラツク部材８８の後方の段部１０
７がレバー１０１の側端を押圧し、固定ピン９８
を中心にレバー１０１が回転されて工具把持爪１
５Ａを閉じる。そして、ボール９６がＶ溝９１に
係合した状態でラツク部材８８が保持される。そ
の後、第２のスリーブ３０が下降し回動ロツド３
３の係合ピン８２とＵ字溝８６との係合が外れ、
ピニオン軸８３がフリーになつた状態でも、作用
角の関係から工具把持爪１５からの力によりラツ
ク部材８８が移動することはない。回動ロツド３
３によりピニオン軸８３が逆方向に回転されラツ
ク部材８８が後退すると、ラツク部材８８の前方
の段部１０８がレバー１０２の側端を押圧し、工
具把持爪１５Ａを開く。
工具脱着装置駆動機構について第１１図、第１
２図及び第１３図を参照し説明する。第１１図は
第４図のＦ−Ｆ線断面図、第１２図は第１１図の
Ｇ−Ｇ線断面図、第１３図は主軸の縦断面を示す
第１１図のＨ−Ｈ線断面図である。
主軸台３の側壁１１１には、上下方向に延びる
突出部１１２が形成され、その内側面には内面に
円柱形状の空間を有するフランジ部１１３が形成
されている。主軸台３の隔壁６５には、内面に前
記フランジ部１１３と略同一の空間を有するフラ
ンジ部１１４が形成されている。そして、前記フ
ランジ部１１３，１１４の空間には、すべり軸受
１２１，１２２が夫々取付けられ、そのすべり軸
受１２１，１２２には夫々支持棒１２３，１２４
が上下方向に摺動可能に支持されている。その各
支持棒１２３，１２４の上部には、連結部材１２
５がねじ１２６，１２７により夫々固定されてい
る。連結部材１２５の先端は主軸台３の隔壁６５
の窓１２８を挿通してATC駆動軸２３が配設さ
れた室に達するようにされている。その連結部材
１２５の先端にはカムフオロワ１１６が回転自在
に取付られ、第２の円筒溝カム５１に係合する。
連結部材１２５とは垂直な方向に揺動部材５２
が配設される。揺動部材５２は側壁１１１及び隔
壁６５に支持された水平軸１１７に中央部を支承
され上下方向に揺動自在である。揺動部材５２の
一端には上下方向に二つに岐れた二股部１１８が
形成され、その二股部１１８が連結部材１２５の
略中間部を挟持して、揺動部材５２が連結部材１
２５に係合されている。揺動部材５２の他端は水
平方向にＹ字状に２つに岐れ、そのＹ字部１１９
が主軸１１の側面に突出した工具リリースピン５
４を上方から押圧可能である。
第２の円筒溝カム５１のカム高さが低いときは
揺動部材５２のＹ字部１１９は工具リリースピン
５４から離れ、第２の円筒溝カム５１のカム高さ
が高いときは揺動部材５２が揺動されＹ字部１１
９が工具リリースピン５４を上方から押圧する。
工具脱着装置について第１３図を参照し説明す
る。この装置は、テーパー形状のアーバー１３０
及びプルスタツド１３１を備える工具１３を着脱
自在に装着するものである。主軸１１の軸端面に
はアーバー１３０が密着しテーパ嵌合するテーパ
孔１３２が設けられている。テーパ孔１３２に連
通する上方のコレツト室１３３には円筒形状をし
たコレツト１３４が軸方向に摺動自在に設けられ
ている。コレツト１３４の周上に設けられた複数
の小さなテーパ孔１３５にボール１３６が配設さ
れ、複数のボール１３６がプルスタツド１３１の
ネツク部を囲むように保持されている。コレツト
１３４が上昇したときには、各ボール１３６はコ
レツト室１３３上部のテーパ部１３７に押圧され
て中心方向に移動し、複数のボール１３６がプル
スタツド１３１を挟持して引き上げる。一方、コ
レツト１３４が下降したときは、第１３図に示す
様に、コレツト室１３３の側壁がやや拡がつてい
るため各ボール１３６は径方向に逃げることがで
き、プルスタツド１３１は自由にコレツト１３４
内を通過することができる。
コレツト１３４にはドローバー５３が固着さ
れ、ドローバー５３の上端には、ねじによりプラ
グ１３８が固定されている。プラグ１３８は主軸
１１の中空部内を軸方向に摺動自在である。プラ
グ１３８と、主軸１１の中空部に形成された段部
１３９との間に一群の皿ばね１４０が弾力的に圧
縮介挿されている。皿ばね１４０の強い圧縮力に
よりプラグ１３８は上方に付勢され、ドローバー
５３及びコレツト１３４が上方に付勢されてい
る。主軸１１には長円形の長孔１４１が対向的に
設けられ、その長孔１４１からプラグ１３８に直
交して挿通固定された工具リリースピン５４が突
出している。
揺動部材５２のＹ字部１１９により、工具リリ
ースピン５４を皿ばね１４０の付勢力に抗して下
方に押圧することにより工具１３をアンクランプ
状態とすることができる。
工具マガジン８の構造について第１４図を参照
し説明する。第１４図は第３図のＪ−Ｊ線断面図
である。
フレーム１５０の中央部に突出した円筒状部分
１５１に、軸受１５２を介して円盤１５３が回転
自在に支持されている。円盤１５３の裏面に固定
された環体１５４には、同一円周上に多数のロー
ラ１５５が配設されている。これらのローラ１５
５はバレルカム１５６のカムフオロアをなす。カ
ム軸１５７が垂直にフレーム１５０に軸支されて
いる。円筒部材にスパイラル状に溝が創成された
バレルカム１５６がカム軸１５７に固定され、複
数のローラ１５５と係合する。カム軸１５７は減
速機１５８を介してフレーム１５０上部に配設さ
れたマガジンモータ１２に連結されている。カム
軸１５７の回転に従動して次々にローラ１５５が
バレルカム１５６に係合し、円盤１５３を回転駆
動する。
円盤の表面には多数の工具ポツト３４を支持す
る支持部材１６０が固定されている。支持部材１
６０は円盤１５３の周囲で放射状にかつ内部の方
向（図面左方向）に延出し、その各延出部１６１
に設けられた支持軸１６２に各工具ポツト３４が
揺動可能に支持されている。
各工具ポツト３４には圧縮ばね１６４で付勢さ
れたボール１６５からなるラツチ機構が設けられ
ており、工具１３を圧縮ばね１６４の付勢力に抗
して強く押し込むとブルスタツド１３１にボール
１６５が係合して工具１３が保持され、圧縮ばね
１６４の付勢力に抗して強く引き抜くと工具１３
を工具ポツト３４から取外すことができる。
各工具ポツト３４の後端にはピン１６６が設け
られている。このピン１６６に係合可能なＵ字溝
１６７を有するスライダ１６８が上下方向に摺動
自在にフレーム１５０下方に支持され、エアシリ
ンダ１７０のピストンロツド１７１に連結されて
いる。最も下の位置に割出された工具ポツト３４
のピン１６６がスライダ１６８のＵ字溝１６７に
係合する。ピストンロツド１７１を後退してスラ
イダ１６８を上昇させることにより、想像線に示
す様に、割出された工具ポツト３４が90゜回転さ
れてマガジンから取出され、旋回アーム１６によ
り工具交換が可能な姿勢にされる。マガジンの周
囲を囲む円筒状のカバー１７２は工具１３が取出
される最下部の箇所だけ切欠かれている。
以上の構成に基き作動について第１５図及び第
１６図を参照し説明する。第１５図は工具交換装
置の作動を示すタイミングチヤート、第１６図は
シーケンス図である。
加工が終了するとＺ軸送りモータ５が駆動さ
れ、工具１３が被加工物と干渉しない位置まで主
軸台３が上昇される（状態２０２）。同時に主軸
１１の定位値停止が行なわれる（状態２０２）。
また、工具マガジン８のシリンダ１７０が上昇さ
れ割出された工具ポツト３４が90゜回転されて工
具交換が可能な姿勢にされる（状態３０２）。
主軸定位値停止が確認されると直ちにATCモ
ータ１７が駆動されATC駆動軸２３が回転を始
める。ATC駆動軸２３が約20゜回転したところか
ら平面溝カム４７のカム高さが上昇を始め、回動
ロツド３３を回転して工具把持爪１５を閉じる
（状態２０３，３０３）。これにより、主軸１１及
び工具マガジン８の工具１３が旋回アーム１６に
保持される。ATC駆動軸２３が約35゜回転すると
第２の円筒溝カム５１のカム高さが上昇を始め、
揺動部材５２により工具リリースピン５４を押し
下げ、主軸１１に保持された工具１３をアンクラ
ンプ状態にする（状態２０４）。さらにATC駆動
軸２３の回転が進み約65゜の回転角に達すると、
第１の円筒溝４２のカム高さが下降を始め、第２
のスリーブ３０を下降させて工具１３の抜取りを
開始する（状態２０５，３０５）。工具１３の抜
取りはATC駆動軸２３の65゜から115゜の回転角の
間に行なわれる。一方、ATC駆動軸２３が約90゜
の回転角に達するとパラレルカム３７の２枚の板
カム３５，３６の山部３５Ｂ，３６Ｂが従節ロー
ラ３９，４０に当接し始め、第１のスリーブ２６
を回転させて旋回アーム１６の回転が開始される
（状態２０６）。ここで、ATC駆動軸２３の回転
角が90゜から115゜の間には、第２のスリーブ３０
の下降による工具１３の抜取り動作と旋回アーム
１６の回転による工具１３の交換動作が一部重複
して行なわれる（第１５図に４０１で示す）。こ
のように、動作を一部重複させることにより工具
交換時間をより短縮することができる。旋回アー
ム１６はATC駆動軸２３の90゜から270゜までの回
転の間に180゜回転され工具位置が交換される。
そして、ATC駆動軸２３が約255゜の位置まで
回転すると、第１の円筒溝カム４２のカム高さが
上昇を始め、第２のスリーブ３０が上昇して新し
い工具１３の挿入開始される（状態２０７，３０
７）。ここでも、旋回アーム１６の回転と上昇と
が一部重複して行なわれる（第１５図に４０２で
示す）、工具交換時間の短縮が図られている。次
に、ATC駆動軸２３が約305゜の位置まで回転す
ると、第２の円筒溝カム５１のカム高さが下降し
て揺動部材５２が工具リリースピン５４から離
れ、皿ばね１４０の付勢力により工具１３が主軸
１１にクランプされる（状態２０８）。そして、
ATC駆動軸２３の回転角が320゜から350゜の間に、
平面溝カム４７のカム高さが下降し、回動ロツド
３３が逆回転されて工具把持爪１５が開かれて
（状態２０９，３０９）、工具１３が旋回アーム１
６から離脱する。
ATC駆動軸２３が１回転し最初の状態に戻る
と、ATCモータ１７が停止され、工具交換が終
了する。工具交換が終了すると直ちにＺ軸送りモ
ータ５及び主軸モータ１０が駆動され（状態２１
０）、次の加工作業に入る（状態２１１）。一方、
工具マガジン８では、シリンダ１７０が下降し工
具ポツト３４が90゜回転されて格納され（状態３
１０）、マガジンモータ１２が駆動されて次に交
換する工具の割出が開始され（状態３１１）、次
の工具交換に備える。
第１５図では動作を明確に示すため各カム３
７，４２，４７，５１のカム輪郭が直線的に変化
するかのように図示したが、実際には各カムのカ
ム輪郭は滑らかな曲線に形成され、各部材にシヨ
ツクを与えることなく高速に動作させることを可
能としている。
以上述べた本実施例は次のような利点がある。
(1) 工具交換時に、旋回アーム１６が下降しなが
ら回転するなど（第１５図の４０１，４０２に
示す）、動作に一部重複部分を設けているため、
工具交換に要する時間をより短縮することがで
きる。
(2) カムに、平面溝カム４０、第１及び第２の円
筒溝カム４２，５１、パラレルカム３７などの
拘束カムを用いているから、高速動作をさせて
も従動される各部材の動作位置が確実に規制で
きる。このため、旋回アーム１６の下降と回転
などの各動作を限界まで重複させることがで
き、工具交換時間をより短縮することができ
る。
(3) 主軸台３に工具マガジン８及び旋回アーム１
６等の工具交換装置が設けられているから、主
軸台３の位置にかかわらず工具交換を行うこと
ができ、特定の工具交換位置まで戻る必要がな
い。
(4) 工具マガジン８の割出しにバレルカム１５６
を用いているから、マガジンの割出しのための
ノツチ等が不要であり、騒音も発生しない。ま
た、バレルカム１５６はセルフロツク機能が働
き円盤１５３側から回転させることができない
から、搭載された工具重量のアンバランスによ
りマガジンが回転されることはなく、また、マ
ガジンモータ１２の停止時にマガジンの慣性力
により回り過ぎ割出しに失敗することがない。
(5) ATC駆動軸２３に設けられた各カム３７，
４２，４７，５１のカム輪郭が、ATC駆動軸
２３の１回転により１回の工具交換動作を行う
ように形成されているから、動作が単純になり
制御が容易である。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は上記の構成を有
し、１つの駆動軸の回転に基づいて作動される複
数のカムにより、主軸内の工具クランプ／アンク
ランプ動作をも含んだ一連の工具交換動作が行な
われるものであるから、高速動作が可能になり、
工具交換時間を著しく短縮することができるとい
う優れた効果がある。さらに、本発明はワークの
加工中は工具交換アームの把持爪をアンクランプ
した状態で工具交換位置に待機しており、また、
主軸を支持する主軸台内にすべての自動工具交換
機構を備えているから、工具交換のための工具交
換アームおよび主軸台の動きが少ないので工具交
換時間を短縮することができるという優れた効果
がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示し、第１図は工具
交換装置の概要を示す模式図、第２図は外観を示
す斜視図、第３図は平面図、第４図は第３図のＡ
−Ａ線矢視図、第５図は第２のスリーブの縦断面
図、第６図はパラレルカムを示す第４図のＢ−Ｂ
線断面図、第７図は第１の円筒溝カムを示す第４
図のＣ−Ｃ線断面図、第８図は平面溝カムを示す
第４図のＤ−Ｄ線階段断面図、第９図は第８図の
Ｅ−Ｅ線矢視図、第１０図は旋回アームを示す第
５図のＫ−Ｋ線断面図、第１１図は第２の円筒溝
カムを示す第４図のＦ−Ｆ線断面図、第１２図は
第１１図のＧ−Ｇ線断面図、第１３図は主軸の縦
断面を示す第１１図のＨ−Ｈ線断面図、第１４図
は工具マガジンの縦断面を示す第３図のＪ−Ｊ線
断面図、第１５図は作動を示すタイミングチヤー
ト、第１６図はシーケンス図である。 ３…主軸台、１１…主軸、１５…工具把持爪、
１６…旋回アーム、１７…ATCモータ、２３…
ATC駆動軸、２６…第１のスリーブ、３０…第
２のスリーブ（ATC軸）、３３…回動ロツド、３
７…パラレルカム（第１のカム）、４２…第１の
円筒溝カム（第２のカム）、４７…平面溝カム
（第３のカム）、５１…第２の円筒溝カム（第４の
カム）、１５６…バレルカム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の各種工具を保持する工具マガジンと、
    その工具マガジンに保持された各種工具を一端に
    着脱可能に保持し、それら工具に対する工具クラ
    ンプ機構を内蔵する主軸と、その主軸を回転可能
    に支持する主軸台と、その主軸台を、前記主軸に
    保持された工具と相対する被加工物に対して相対
    的に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可
    能に支持するフレームとを備えた工作機械におい
    て、前記主軸の回転軸線と平行な一軸線に沿う往
    復運動と、その一軸線の周りの旋回運動とができ
    るように前記主軸台に支持された工具交換軸と、 その工具交換軸の一端に取付けられ、前記一軸
    線をはさむ両側にそれぞれ一対の工具把持爪を有
    し、内部に前記工具把持爪の工具クランプ、アン
    クランプ作動のための作動機構を備えると共に、
    加工時においても工具把持爪をアンクランプした
    状態で工具交換位置に待機する工具交換アーム
    と、 前記主軸台３に回転可能に支持された駆動軸
    と、 その駆動軸と前記主軸の工具クランプ機構との
    間に設けられ、駆動軸の回転に基づき、主軸に設
    けられた工具クランプ機構のクランプ、アンクラ
    ンプ作動を行う第１のカム機構と、 前記駆動軸と前記工具交換軸との間に設けら
    れ、駆動軸の回転に基づき、前記主軸ならびに前
    記工具マガジンに対する工具の引き抜き、挿入の
    ための工具交換軸の往復運動と、主軸と工具マガ
    ジンとの間の工具交換作動のための工具交換軸の
    旋回運動とを行う第２のカム機構と、 前記駆動軸と前記作動機構との間に設けられ、
    駆動軸の回転に基づき、前記工具把持爪の工具ク
    ランプ、アンクランプのための作動機構の作動を
    行う第３のカム機構と、 前記駆動軸を回転させる一個のモータと、 を有することを特徴とする工具交換装置を備えた
    工作機械。 ２ 前記主軸台が、前記工具マガジンを回転割り
    出し可能に支持していることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の工具交換装置を備えた工作
    機械。 ３ 前記主軸台が、前記工具マガジンを前記主軸
    の回転軸線と略直交する一軸線の周りに回転割り
    出し可能に支持していることを特徴とする特許請
    求の範囲第２項記載の工具交換装置を備えた工作
    機械。 ４ 前記工具マガジンが、前記モータとは別のモ
    ーターに連結され、そのモータによつて回転割り
    出しされることを特徴とする特許請求の範囲第２
    項又は第３項記載の工具交換装置を備えた工作機
    械。 ５ 前記工具交換軸の少なくとも一部が、管状の
    外周軸、その管状外周軸の内部に挿嵌された同じ
    く管状の中間軸、その管状中間軸の内部に挿嵌さ
    れた中心軸の三軸よりなる三重軸とされているこ
    とと、 前記外周軸は前記駆動軸によつて回転のみを行
    うようにされ、かつ、その回転を前記中間軸に伝
    達するようにされていることと、 前記中間軸は前記の回転と前記駆動軸により与
    えられる軸方向往復運動とを行うようにされ、か
    つ、一端に前記工具交換アームが固着されている
    ことと、 前記中心軸は前記外周軸ならびに中間軸とは無
    関係に前記駆動軸によつて回転のみを行うように
    され、かつ、前記工具交換アームの内部に設けら
    れた工具把持爪の工具クランプ、アンクランプ作
    動のための作動機構の駆動部材とされていること
    と、 よりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の工具交換装置を備えた工作機械。 ６ 前記工具マガジンが、その外周に複数の工具
    を、常にはそれらの工具軸線が工具マガジンの回
    転軸線と平行となる姿勢に保持し、工具交換位置
    に回転割り出しされた工具が、その割り出し位置
    において、前記姿勢から工具軸線が主軸の回転軸
    線と平行となる姿勢に向かつて起伏可能となるよ
    うに支持していることを特徴とする特許請求の範
    囲第４項に記載の工具交換装置を備えた工作機
    械。
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