JPH0466662B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、多数の工具把持具を外周に備えた
工具マガジンを回転させて、所望の工具の割出し
を行なうに際し、主軸ヘツドを直線往復動させる
だけで容易に主軸に対する工具の交換がなされ、
しかも主軸に工具を装着した後は、加工動作に移
行した主軸ヘツドが工具解放後の工具把持具と干
渉することのない工作機械に関する。

従来技術 被加工物にねじ切りや孔開け等の加工を多機能
に行ない得るよう構成したマシニングセンタ
（MC）等の工作機械では、タツプやドリル等の
工具を予め所定の収納個所に多数格納しておき、
所望の工具を適時選択してこれを使用の終了した
工具と自動的に交換する装置（ATC）が一般に
配設されている。この自動工具交換装置としては
種々の型式のものが提案されているが、比較的簡
単な型式のものとしては、例えば特開昭58−
51046号公報に開示される工作機械の如く、多数
の工具を放射状に配設した円盤型の工具マガジン
を主軸ヘツドに回転自在に取付け、前記主軸ヘツ
ドがその加工動作領域（加工のため主軸ヘツドが
通常的に往復昇降する領域）より上方に位置する
自動交換領域に到来したときのみ、前記工具マガ
ジンが主軸ヘツドに対しスライドし得るようにし
た構成が知られている。

この構成によれば、工具交換に際し前記自動交
換領域において、主軸ヘツドを工具マガジンに対
しスライドさせつつ上昇させることにより使用済
みの工具を主軸先端から抜き取り、次いで前記工
具マガジンを回転割出しして所望の工具を前記主
軸の直下に到来させ、その後に主軸ヘツドを降下
させることによつて新たな工具の装着が行なわれ
る。

また特公昭56−33216号公報には、主軸ヘツド
の軸線と平行な回転軸を有する円盤型の工具マガ
ジンを備え、この工具マガジンは、その周端部に
工具を該回転軸と平行に多数装着すると共に、主
軸ヘツドに対して平行に近接・離間移動し得るよ
う構成した工作機械が開示されている。この構成
では、主軸ヘツドを後退させると共に工具マガジ
ンを主軸ヘツドに向け近接下降させて、該工具マ
ガジンの特定の工具把持具（空席になつている）
を主軸ヘツドに指向させ、次いで主軸ヘツドを前
進させて工具を工具把持具に把持させた後、再び
主軸ヘツドを後退させることにより、主軸ヘツド
からの工具の抜取りを行なう。その後に、工具マ
ガジンを回転させて新たな工具の割出しを行な
い、割出された工具把持具に向けて主軸ヘツドを
前進させることにより、新たな工具を主軸ヘツド
に装着する。次いで主軸ヘツドを後退させること
により、該工具を工具把持具から抜取ると共に、
工具マガジンは主軸ヘツドから上昇離間させて工
具交換を終了し、主軸ヘツドは新たな工具による
切削加工に移行する。

発明が解決しようとする課題 しかし前者の発明の構成では、加工動作領域に
おいて、主軸ヘツドが被加工物に加工を行なうべ
く下降し始めると、この領域において工具マガジ
ンも主軸ヘツドと一体的に下降するため、被加工
物の形態によつては、前記工具マガジンに装着さ
れ半径方向に延出する工具が加工中の被加工物と
干渉する重大な欠点があつた。

また後者の発明では、工具マガジンにおける工
具把持具から工具を抜取るために、主軸ヘツドが
一旦後退し、かつ新たに装着した工具による加工
動作の妨げとならないよう、工具マガジンは再び
上方の待機位置にまで上昇する動作を必要とす
る。このため、工具交換のシーケンスが繁雑化
し、交換時間が嵩む難点がある。

発明の目的 本発明は、多数の工具を配設した円盤型の工具
マガジンを回転させて、所望の工具を割出す自動
工具交換装置を備える工作機械に内在している前
述した欠点を鑑み、これを好適に解決するべく提
案されたものであつて、新たな工具に交換された
主軸ヘツドが、工具解放後の工具把持具と干渉す
ることなく直ちに加工動作に移行することがで
き、しかも工具交換のシーケンスが簡略化されて
交換時間を短縮し得る工作機械を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 先の課題を克服し、所期の目的を達成するため
本発明は、フレームと、 一端に工具装着部を有すると共に他端が主軸駆
動用モータの出力軸に連結された主軸を、回転自
在に支持する主軸ヘツドと、 その主軸ヘツドが前記フレームに対し主軸の軸
線方向に往復移動可能に支持され、その往復移動
のための駆動機構が、前記フレームと主軸ヘツド
との間に設けられていることと、 前記フレーム上に回転割出し可能に支持され、
外周に夫々一対の開閉可能な爪部材よりなる複数
の工具把持具が配設された工具マガジンとを備
え、 前記主軸ヘツドの往復移動の移動範囲の内、被
加工物に近い部分が加工領域として、その他の部
分が工具交換領域として設定されていることと、 前記工具マガジンの回転割出しが前記工具交換
領域において行なわれるようにされていること
と、 前記回転割出しによつて次期使用工具として割
出された１個の工具把持具に把持された工具の軸
線が、前記主軸の回転軸線の延長線と一致するよ
うにされていることと、 次期使用工具として割出された前記工具は、前
記主軸ヘツドが工具交換領域から前記加工領域に
向かう移動に伴ない主軸の工具装着部に装着され
ると共に、工具把持具の爪部材の開放動作によつ
て、その爪部材より釈放されることと、 前記工具交換領域と加工領域との境界を越える
とき、および加工領域内での主軸ヘツドの往復移
動は、該主軸ヘツド自体が、開放された前記一対
の爪部材の間を通つて行なわれることと、 前記主軸の工具装着部に装着された使用済み工
具の抜き取りは、前記加工領域から工具交換領域
に向かう方向の主軸ヘツドの移動に伴なう工具把
持具における爪部材の閉鎖動作並びに工具マガジ
ンと主軸ヘツドとの相対運動とによつて行なわれ
ること、とによつて構成されていることを特徴と
する。

実施例 次に、本発明に係る工作機械につき、好適な実
施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明
する。第１０図は、実施例に係る工作機械１０の
全体的な概略構成を示し、この工作機械１０は、
主軸２６を回転自在に支持する主軸ヘツド１８
を、フレーム１６に対し往復昇降可能に支持し
て、被加工物に所要の切削加工を施し得るように
なつている。主軸２６の下端部に設けた工具装着
部５２に、工具２０を着脱自在に挾持する工具挾
持部材６６が配設され、またフレーム１６に工具
支持台２４が昇降自在に支持されている。この工
具支持台２４には、複数個の工具把持具９６を放
射状に配置した円盤状の工具マガジン２２が回転
割出し自在に枢支してある。後述する如く工具把
持具９６は、第１カム１６２および第１クランク
２８により付勢されて、主軸２６の先端に設けた
工具２０に対する把持および解放を行ない得る。

（主軸ヘツドとその昇降系について） 第１０図に示す如く、基台１２に直立配置した
コラム１４の前面に中空箱型のフレーム１６が水
平に配設固定され、主軸２６を回転自在に支持す
る主軸ヘツド１８が、このフレーム１６中に昇降
可能に配設されている。すなわち第５図および第
６図に示すように、コラム１４の前面に平行に直
立配置した一対の長尺柱部材３２，３２の各長手
方向端面に、ガイドレール３６がねじ３４を介し
て垂直に固着されている。そして、主軸ヘツド１
８の後部に上下一対で配設した左右一組の摺動こ
ま３８，３８を、前記ガイドレール３６，３６に
対応的に嵌合させることにより、該主軸ヘツド１
８はフレーム１６に対し垂直に昇降可能である。

また前記一対の長尺柱部材３２，３２の頂部間
に支持板３９が水平に橋架固定され、ロータリー
エンコーダ４２を内蔵したACサーボモータ４０
が前記支持板３９上に直立配置されている。前記
サーボモータ４０の回転軸４１は、カツプリング
４３を介してボールねじ４４に固着され、このボ
ールねじ４４は第６図から判明するように、前記
一対のガイドレール３６，３６の中間において垂
直下方に延在している。更に第１図および第６図
に示す如く、主軸ヘツド１８の背面突出部にボル
ト４８を介してナツト４６が水平に固定され、こ
のナツト４６に前記ボールねじ４４が挿通螺合さ
れている。そして前記ACサーボモータ４０を回
転させることによつて、ボールねじ４４は所要の
方向に回転して前記ナツト４６に直線運動を与
え、主軸ヘツド１８は所定のストロークだけ垂直
方向に自在に昇降駆動される。

なお主軸ヘツド１８が昇降する領域は、第５図
に示す如く、主軸ヘツド１８が被加工物に向け
反復昇降して所要の切削加工を行なう加工動作領
域Ａと、この領域より上方のレベルに位置し
て、主軸２６に対する工具２０の一連の着脱交換
動作が行なわれる自動交換領域Ｂとに大別され
る。そして自動交換領域Ｂ中を主軸ヘツド１８が
復動上昇する過程において、一連の工具交換動作
を行なわせる３つの変節点が現われる（後述）。
ちなみに第１図、第５図および第１０図に示す主
軸ヘツド１８は、被加工物に対する加工を終了し
て加工動作領域Ａの上限（自動交換領域Ｂの下
限）にまで上昇し、次の加工指令または工具交換
指令の何れかを待機している状態にある。

（主軸の工具装着構造について） 前記主軸ヘツド１８には、第１図に示す如く、
中空円筒状の主軸２６が、上下の軸受５０，５０
を介して回転自在に垂直に軸承されている。また
主軸ヘツド１８の頂部に、減速機５８を備えるモ
ータ５６が直立配置され、その出力軸６０はカツ
プリング５４を介して前記主軸２６の上端部に接
続されている。また主軸２６の下端部に、裁頭円
錐状の開口部からなる工具装着部５２が形成さ
れ、アーバー６２を備える工具２０を着脱自在に
装着し得るようになつている。なお工具２０のア
ーバー後端部にプルスタツド６４が設けられ、前
記中空主軸２６中に摺動自在に挿通し工具挾持部
材６６により該プルスタツド６４を挾持すること
によつて、主軸２６への工具２０のの固定がなさ
れる。工具挾持部６６は、前記プルスタツド６４
のネツク部を複数のボール６８により囲繞する構
成に係る公知のコレツトからなり、当該工具挾持
部材６６が主軸２６の中空部を軸線方向に摺動す
ることによつて、該プルスタツド６４のクランプ
および解除を行ない得る。

第１図に示す如く、主軸２６の中空部内にプラ
グ７０が上下摺動自在に挿入され、このプラグ７
０の縦孔中に上端部を挿通固定したドローバー７
６が、主軸２０の中心軸線に沿つて垂下すると共
に、その下端部は前記工具挾持部材６６の頂部に
接続されている。主軸２６におけるプラグ７０の
配設位置には、長円形のスロツト７４，７４が対
向的に穿設され（第１図）、前記プラグ７０に直
交的に挿通したピン７２の両端部が、前記一対の
スロツト７４，７４を介して主軸２６の外方に水
平に延出している（第６図）。なお第１図に示す
ように、工具装着部５２に工具２０を装着した状
態ににおいて、主軸中心部の下方に形成した段部
と前記プラグ７０下端部に設けたワツシヤー８０
との間に一群の皿ばね７８が弾力的に圧縮介挿さ
れ、この多数の皿ばね７８の中心部をドローバー
７６が挿通延在している。そしてこの皿ばね７８
の弾力により、プラグ７０を常には上方に押圧し
て定位置に保持すると共に、工具挟持部材６６を
弾力的に引上げてプルスタツド６４の挾持を確実
にしている。

なお主軸外方に延出している直交ピン７２の上
方には、第１図および第６図に示すように、後述
する第２クランク３０の先端に２股形成したフオ
ーク部８１が近接的に臨み、当該クランク３０の
動作によりピン７２を押圧付勢してドローバー７
６を下降させるようになつている。すなわち後述
する第２カム１８８および第２クランク３０のカ
ム作動により、直交ピン７２を下方へ押圧付勢す
れば、前記ドローバー７６は軸線方向に下降して
工具挾持部材６６を降下させ、ボール６８による
プルスタツド６４の押圧を解除する。従つて工具
２０は、工具装着部５２から解放し得る状態とな
る。なお第１図において符号８３は、工具２０に
着脱自在に取付けられるドリルやタツプ等の切削
刃物を示す。

（工具支持台について） 次に、フレーム１６上には、工具マガジン２２
を回転自在に支承する工具支持台２４が、前記主
軸２６の軸線方向に移動し得るように支持されて
いる。第１図および第６図において、フレーム１
６の対向側壁１６ａ，１６ｂに支持板８２，８２
が水平に取付けられ、各水平支持板８２の適所に
穿設した垂直貫通孔に丸棒状のガイドレール８４
が摺動自在に挿通されている。また第１図に示す
ように、フレーム１６の下方から夫々左右一対を
なす水平支持板８６が延出し、この水平支持板８
６に穿設した垂直貫通孔に前記ガイドレール８４
が摺動自在に挿通されている。前記ガイドレール
８４（第６図に示すように２本ある）の上端部お
よび下端部は、工具支持台２４の頂部に橋架した
水平天板８８に設けた支持板９１および底部に設
けた支持板８９に夫々固定されている。従つて前
記工具支持台２４は、ガイドレール８４を水平支
持板８２，８６に対し摺動させることにより、フ
レーム１６に対し昇降可能であり、後述する第１
カム１６２および第１クランク２８のカム動作に
より所定のストロークだけ昇降駆動される。なお
工具支持台２４の前記支持板９１に、ストツパー
ボルト９０が高さ調節自在に挿通螺着され、該ボ
ルト９０の下端部が常には水平支持板８２の平面
に休止することにより、該工具支持台２４をフレ
ーム１６に対し所定の高さ位置に保持している。

（工具マガジンについて） 工具支持台２４には、多数の工具２０を放射状
に保持した工具マガジン２２が回転割出し可能に
支持されている。すなわち工具支持台２４には、
水平面に対し所定の角度だけ斜め下方に傾斜させ
た軸線を有する枢軸９２が突出固定され、この枢
軸９２に工具マガジン２２が軸受け９４を介して
回転自在に支持されている。工具マガジン２２
は、第１図および第７図に示すように、基本的に
大径の平歯車９８をベースとする円盤形状をな
し、この工具マガジン２２の外周に複数個の工具
把持具９６が配設されて、等中心角で半径方向に
延出している。前記大径の平歯車９８は軸受け９
４にボルト１００で固定され、工具支持台２４に
配設したモータ１０２の回転軸１０４に固着した
ピニオン１０６が前記平歯車９８と噛み合つて、
工具マガジン２２を回転させることにより、所望
の工具２０の割出しを可能としている。

第１図に示す如く、工具支持台２４の適宜個所
に、収納の圧縮ばね１１０により弾力的に押圧さ
れるボール１１２を備えた中空円筒部材１０８
が、前記枢軸９２とその軸線を平行させて配設さ
れている。また平歯車９８の平坦部には、周方向
に所定間隔でノツチ１１４が凹設され、このノツ
チ１１４に前記ボール１１２を弾力的に押圧着座
させることにより、工具マガジン２２における所
望工具２０の回転割出し時に、該工具２０は定位
置でクリツクストツプされる。

なお第１図および第７図に示すように、前記枢
軸９２の先端に、該枢軸に対し直角方向に延在す
る二股部材１１６がボルト１１８を介して締付け
固定されている。この二股部材１１６に所定厚み
の支持板１２０が橋架固定され、該支持板１２０
の上面および下面に平行配置した一対の取付板１
２２，１２２に、夫々発光素子および受光素子か
らなる一対の光センサ１２４が、光軸を一致させ
て対向的に配設されている。この発光素子および
受光素子の間に、前記軸受９４に配設固定されて
工具マガジン２２と一体的に回転するスリツト円
盤１２６が非接触で介在し、前記光軸を遮断する
ことにより、工具マガジン２２に保持した複数の
工具２０の内、何れの工具２０が現在主軸２６に
保持されているか、を適宜の電気回路により指示
することができる。

（工具把持具について） 次に、工具マガジン２２の外周に配設されてい
る工具把持具９６について説明する。この工具把
持具９６は、第２図〜第４図に示すように、フイ
ンガ１３０に開閉自在に旋回し得るよう支持した
一対の爪部材１２８，１２８から基本的に構成さ
れる。すなわち第１図において、工具マガジン２
２の基体となる平歯車９８の周方向に、複数のフ
インガ１３０が所定の中心角でボルト１３２によ
り固定されて半径方向に延在している。このフイ
ンガ１３０は、所要角度に折曲形成した板状部材
からなり、該フインガ１３０の自由端に一対の爪
部材１２８，１２８が開閉自在に枢支されてい
る。

すなわち各爪部材１２８は、平面において
「く」字状に折曲形成され、その折曲部を境とす
る長尺のアーム部１２８ａと短尺のアーム部１２
８ｂとから構成されている。その長尺アーム部１
２８ａの先端内側に設けられる工具把持面１２９
は、工具２０のフランジ１９６に周設した山形溝
２１０と密着的に嵌合可能なテーパ付き弧状凹部
として形成されている。そして、これら一対の爪
部材１２８，１２８は、その折曲部において前記
フインガ１３０の自由端裏面に枢着ピン１３４を
介して枢支され、これにより前記工具把持面１２
９，１２９を相互に対向させた状態で所要直角だ
け回動可能になつている。また、両長尺アーム部
１２８ａ，１２８ａ間に引張ばね１３６が弾力的
に張架され、第２図に示すように、両爪部材１２
８，１２８を常には相互に閉成する方向に付勢し
ている。

更に、各爪部材１２８における短尺部１２８ｂ
の先端は、第２図〜第４図に示す如く相互に重ね
合わせられ、その重ね合わせ部に軸ピン１３８を
垂直に挿通することにより共通的に遊着してあ
る。そしてこの軸ピン１３８は、フインガ１３０
に開設した開口部１３０ａを介して、上方に所要
距離だけ突出延出している。従つて、後述するベ
ルクランク機構により、前記軸ピン１３８を第４
図において矢印Ｘ方向へ強制的に付勢すれば、各
爪部材１２８は枢着ピン１３４を中心として、前
記引張ばね１３６の弾力に抗しつつ外方へ回動
し、工具２０の溝付きフランジ１９６に対する把
持を解放する（第３図）。また第３図の状態から、
前記軸ピン１３８に対する付勢を解除すれば、引
張ばね１３６の弾力作用下に、両爪部材１２８，
１２８は、各枢着ピン１３４を中心として相互に
近接し合う方向に閉成し、前記工具２０の溝付き
フランジ１９６を把持する（第２図）。

すなわち工具把持具９６における両爪部材１２
８，１２８は、工具２０を把持する把持位置と工
具２０を解放する解放位置との間を移動可能であ
り、被加工物の加工時に両爪部材１２８，１２８
は解放位置に移動される。そしてその加工時に前
記主軸ヘツド１８が、両爪部材１２８，１２８の
間を通過し得る解放角度に設定してある。この場
合において、工具マガジン２２の外周に各工具把
持具９６を支持する前記フインガ１３０の折曲角
度は、回転割出しされた工具把持具９６に把持し
た工具２０が、前記主軸先端の工具装着部５２の
下方に到来した際に、当該工具２０の軸線が主軸
２６の中心軸線と整列し得る値に設定されてい
る。

（工具把持具の開閉機構について） 第１図に示すように、工具支持台２４の支持板
８９に一体形成したクレビス１４０に、ピン１４
４を介してベルクランク１４２が、その中央部に
おいて回動自在に枢支されている。このベルクラ
ンク１４２の下端部は二股部１４６として形成さ
れ、、工具マガジン２２の回転割出しにより前記
工具把持具９６が主軸２６の直下に到来した位置
において、前記軸ピン１３８が二股部１４６の間
に介在し得るよう位置設定されている。

またフレーム１６に取付けた上下の水平支持板
８２，８６に、第１図および第６図に示す垂直板
１４８が配設固定され、所要の屈曲溝１５０から
なる溝カム１５２が前記垂直板１４８にボルト１
５４を介して取付けられている。前ベルクランク
１４２の上端部にはピンフオロワ１５６が取付け
られ、このピンフオロワ１５６は前記溝カム１５
２に挿入されて、その屈曲溝１５０に倣い摺動可
能になつている。しかも前述したように工具支持
台２４は、フレーム１６に対し所定のストローク
だけ上昇し得るようになつているから、後述する
第１カム１６２および第１クランク２８のカム作
動により、工具支持台２４が上昇を開始すれば、
この工具支持台２４に軸着された前記ベルクラン
ク１４２も一体的に上昇する。従つて、ベルクラ
ンク１４２の上端部に取付けたピンフオロワ１５
６は、フレーム１６側に固定した前記溝カム１５
２の屈曲溝１５０に倣つて摺動し、これによりカ
ム動作が与えられて、前記ベルクランク１４２は
ピン１４４を中心として時計方向に若干回動する
ことになる。すなわちベルクランク１４２の二股
部１４６は、工具把持具９６の軸ピン１３８を第
４図において矢印Ｙ方向へ駆動し、一対の爪部材
１２８，１２８を閉成させる。また逆に、ベルク
ランク１４２が反時計方向に回動すれば、二股部
１４６は軸ピン１３８を第４図において矢印Ｘ方
向へ強制的に駆動し、一対の爪部材１２８，１２
８を解放することになる。

（工具支持台の昇降降機構について） 次に主軸ヘツド１８の復動に基き工具支持台２
４を、自動交換領域Ｂ内でフレーム１６に対し上
昇させる機構につき説明する。第１図、第５図お
よび第６図に示す如く、フレーム１６における対
向側壁１６ａ，１６ｂの各内面に、Ｌ型形状を有
する第１クランク２８が軸１５８を介して回動自
在に夫々軸着されている。この第１クランク２８
を構成する一方の短いアーム部１６７の端部に
は、ローラ１６０が回転自在に枢着されている。
また第５図に明確に示す如く、傾斜カム面１６４
を形成した第１板カム１６２が、主軸ヘツド１８
の側面にボルト１６６を介して取付けられてい
る。なお、この第１板カム１６２は、図示の如く
主軸ヘツド１８が自動交換領域Ｂの下限に位置し
ている状態において、前記第１クランク２８に軸
支したローラ１６０の下方に離間的に位置するよ
う設定されている。

また第１クランク２８における他方の長いアー
ム部１６８には、その上端面に接触子１７０が固
定されている。この接触子１７０は、第５図およ
び第６図に示す如く、工具支持台２４の天板８８
に固定した支持板９１にねじ込んだボルト１７２
の下端部と、常には若干の距離だけ離間して下方
に位置している。そして後述するように、サーボ
モータ４０を回転させて主軸ヘツド１８を上昇さ
せれば、この主軸ヘツド１８の両側面に夫々取付
けた前記板カム１６２の傾斜カム面１６４が、前
記第１クランク２８のローラ１６０に当接して、
該クランク２８を軸１５８を中心として時計方向
へ回動させる。これにより長いアーム部１６８の
接触子１７０が、前記ボルト１７２の下端部に当
接して、工具支持台２２を所定のストロークだけ
ガイドレール８４に沿つて上昇させる。なお第１
クランク２８の長いアーム部１６８および短いア
ーム部１６７の寸法比率および両アームの折曲角
度は、主軸ヘツド１８の上昇距離と工具支持台２
４の上昇距離とが一致し、かつその上昇速度が同
期するような値に予め設定されているものとす
る。

（工具挾持部材の解放機構について） 次に、前記第１カム１６２および第１クランク
機構２８により主軸ヘツド１８および工具支持台
２４が一体的に復動される際に、工具装着部５２
中に設けた工具挾持部材６６が工具２０を解放さ
せるべく作動する第２カムおよびクランク機構に
ついて説明する。第１図および第６図に示す如
く、主軸ヘツド１８の内部に軸１７６を介して、
Ｌ型形状を有する第２クランク３０が所定の回動
角度だけ揺動可能に取付けられている。この第２
クランク３０を構成する長いアーム部１７８の先
端に、ローラ１８０が回転自在に枢着されると共
に、短いアーム部１８２の先端部は、第６図に示
す如く、前記フオーク部８１として分岐形成され
ている。フオーク部８１は、主軸２６を外方から
囲繞すると共に、前記ドローバー７６の頂部に設
けたプラグ７０に挿弾した直交ピン７２の僅か上
方に、常には非接触で位置して工具解放指令を待
機している。

なお、加工指令を受けて主軸２６を回転させる
モータ５６は、その加工終了時に常に定位置で停
止する制御がなされている。従つて主軸２６から
直角に延出する前記ピン７２も、モータ停止時
に、第６図に示す如く、フオーク部８１の直下の
定位置で停止するので、後述する第２クランク３
０の作動時にフオーク部８１は確実にピン７２を
捕捉し得る。

次に、前記自動交換領域Ｂ中を第２クランク３
０が、主軸ヘツド１８と共に上昇移動する経路中
に、所要の傾斜カム面１８６を有する第２板カム
１８８が配設され、前記第２クランク３０と当接
して所定のカム動作を行なうようになつている。
すなわち第２板カム１８８は、第１図および第６
図から判明するように、前記ロータリーエンコー
ダ４２の垂直ケーシング面にボルト１９０を介し
て固定され、その傾斜カム面１８６を垂直下方に
指向させている。そして主軸ヘツド１８を上昇さ
せると、第２クランク３０における長いアーム部
１７８の先端に軸支したローラ１８０が、前記板
カム１８８の傾斜カム面１８６に乗り上げ、これ
により該第２クランク３０は軸１７６を中として
所定中心角だけ反時計方向へ回動する。このため
短いアーム部１８２の先端に設けたフオーク部８
１が前記直交ピン７２を接触押圧し、ドローバー
７６を所定距離だけ引下げて工具挾持部材６６を
下降させる。そしてボール６８が前記プルスタツ
ド６４から解除され、工具装着部５２における工
具２０の挾持を解除する。なお第２クランク３０
の長いアーム部１７８に板ばね１９２が取付けら
れ、該板ばね１９２の解放端部は主軸ヘツド１８
の頂部に設けた水平支持板１９４の直立端面に常
時接触して、該クランク３０に時計方向への復帰
力を与えるようになつている。

なお第１クランク２８および第１板カム１６２
の動作タイミングは、前記第２クランク３０およ
び第２板カム１８８の動作タイミングよりも、常
に時間的に先行する関係に設定されているものと
する。すなわち動作説明の項で述べる如く、第１
図に示す基本位置において、例えば主軸ヘツド１
８が20mm上昇する間に、第１クランク２８が第１
板カム１６２と接触してカム作動を行なつて工具
支持台２４を20mm持ち上げ、更に主軸ヘツド１８
が30mm上昇する過程に移行することにより、第２
クランク３０が第２板カム１８８と当接してカム
作動を行ない、前記ドローバー７６を押し下げて
工具２０のプルスタツド６４に対する工具挾持部
材６６の挾持を解除するシーケンスに予め設定さ
れている。

実施例の作用 次に、このように構成した実施例に係る工作機
械の作用について説明する。第１図は、主軸ヘツ
ド１８が通常の切削加工を終了して、前記加工動
作領域Ａにおける上限の定位置にまで復動して停
止し、かつピン７２が第２クランク３０のフオー
ク部８１と直交する定位置に停止された後、次の
指令を待機している状態を示す。すなわち、次の
指令が引続き切削加工をすべき旨の指令であれ
ば、主軸ヘツド１８は加工動作領域Ａを往動して
被加工物への加工を行なう。また工具換指令であ
れば、当該主軸ヘツド１８は、後述するように自
動交換領域Ｂに向けて復動上昇する。

なお第１図では、前記ベルクランク１４２の二
股部１４６が、工具把持具９６の軸ピン１３８を
Ｘ方向（第４図）に押圧している結果として、爪
部材１２８，１２８は解放し工具２０の把持を解
除した状態となつている。また第１図では、工具
２０のフランジ部１９６に形成した山形溝２１０
は、爪部材１２８より距離αだけ下方に位置して
おり、この状態では両爪部材１２８，１２８が閉
成しても、工具２０を定位置で把持することはで
きない。しかし主軸ヘツド１８の上昇により、第
１図から第８図ａに示す位置に移行する過程にお
いて、第１板カム１６２は第１クランク２８に設
けたローラ１６０に当接するまで距離αだけ移動
するので、前述した山形溝２１０が該爪部材１２
８より距離αだけ下方に位置している問題点は解
消される。

第１図に示す状態において、工具交換指令が出
されると、前記ACサーボモータ４０が駆動され
てボールねじ４４が回転し、ナツト４６を介して
主軸ヘツド１８を自動交換領域Ｂに向けて垂直に
上昇させる。これにより主軸ヘツド１８は、第８
図ａ，ｂに示す第１段階の復動に入る。すなわち
第８図ａに示す如く、主軸ヘツド１８は距離αだ
け単独で上昇し、これにより前述した工具２０の
山形溝２１０と爪部材１２８との間の距離αが吸
収される。更に主軸ヘツド１８の上昇により、第
１板カム１６２が第１クランク２８のローラ１６
０に当接して、該クランク２８を軸１５８を中心
として時計方向に回動させる。このためクランク
２８の長いアーム部１６８に設けた接触子１７０
が、工具支持台２４の支持板９１に設けたボルト
１７２の下端部と接触するに至る。このときAC
サーボモータ４０は微速回転されて、接触子１７
０とボルト１７２との当接音が抑制され、その後
は所定の速度で駆動される。

次いで第８図ｂに示すように、主軸ヘツド１８
は例えば20mm上昇する。この上昇過程において、
第１クランク２８は第１板カム１６２とのカム作
動下に更に回動し、フレーム１６に摺動自在に支
持した工具支持台２４を、主軸ヘツド１８と一体
的に20mm上昇させる。この工具支持台２４の上昇
により、該工具支持台２４に軸着した前記ベルク
ランク１４２も一体的に上昇し、その上端部に設
けたピンフオロワ１５６は、フレーム１６側に固
定した前記溝カム１５２の屈曲溝１５０に倣つて
摺動する。これによりカム動作が与えられて、ベ
ルクランク１４２はピン１４４を中心として時計
方向に若干回動する。すなわちベルクランク１４
２の二股部１４６は、工具把持具９６の軸ピン１
３８を、第２図および第４図において矢印Ｙ方向
へ駆動し、一対の爪部材１２８，１２８を引張ば
ね１３６の弾力作用下に閉成動作させて、工具２
０のフランジ部１９６を確実に把持する。

更に主軸ヘツド１８は、引続き第８図ｃに示す
第２段階の復動に入る。このとき第１クランク２
８のローラ１６０は、第１板カム１６２の傾斜カ
ム面１６４と当接して転動している途次にあるの
で、工具支持台２４は主軸ヘツド１８と一体的に
例えば30mm上昇する。また主軸ヘツド１８の第２
段階の復動により、第２クランク３０の長いアー
ム部１７８に設けたローラ１８０が、上方定位置
にある第２板カム１８８に当接して、このクラン
ク３０を軸１７６を中心として反時計方向に回動
させるに至る。これによつて疑いアーム部先端の
フオーク部８１が前記直交ピン７２に接触し、該
ピン７２を下方に押圧してドローバー７６を所定
距離だけ引下げて工具挾持部材を下降させる。こ
のためボール６８が工具２０のプルスタツド６４
から解除され、主軸２６先端の工具装着部５２に
おける工具２０の挾持も解除される。このとき工
具２０は、工具把持具９６により既に把持されて
いので（前述）、該工具２０が自重で下方へ脱落
することはない。なおフレーム１６側に固定した
溝カム１５２に対して、工具支持台２４に取付け
たベルクランク１４２は上昇するが、ピン１４４
は屈曲溝１５０の傾斜溝を既に通過して主軸２６
の軸線と平行な溝部に位置しているから、該ベル
クランク１４２はこのエリアではカム作動しな
い。

次いで主軸ヘツド１８は、第８図ｄに示すよう
に第３段階の復動に入り、例えば70mm上昇する。
このとき第１クランク２８のローラ１６０は第１
板カム１６２の平坦面に乗上げているので、カム
作動はせず、従つて工具支持台２４は上昇しない
で主軸ヘツド１８だけが単独で上昇する。また第
２クランク３０のローラ１８０も、第２板カム１
８８の平坦面に乗上げてカム作動はしないので、
前記ドローバー７６も下方に押下げられた状態を
保持し、プルスタツド６４は依然挾持を解除され
たままである。しかも前述の如く、工具２０は工
具把持具９６により既に定位置に把持されている
から、主軸ヘツド１８の単独上昇により工具２０
のアーバー６２が主軸２６先端の工具装着部５２
から抜出される。そして主軸ヘツド１８は、工具
把持具９６により把持されている工具２０のプル
スタツド６４頂部より上方に位置して停止する。

次に、工具マガジン２２のモータ１０２が駆動
されて工具２０の回転割出しを行ない、先程の工
具装着部５２から抜出された工具２０を運び去る
と共に、新たに選択された所望の工具２０を工具
装着部５２の下方に到来させて軸線を整列させた
状態で停止させる。その後に第８図ａ〜ｄに示す
前記動作の逆を行なうことにより、工具の自動交
換が達成される。すなわち、主軸ヘツド１８が70
mm下降すると、工具装着部５２に工具２０のアー
バー６２が装着され、更に30mm下降することによ
り、ドローバー７６に対する第２クランク３０に
よる押圧が解除されて、一群の皿ばね７８の弾力
作用下に、工具挾持部材６６が工具２０のプラス
タツド６４を挾持する。引続き主軸ヘツド１８お
よび工具支持台２４が20mm下降することにより、
ベルクランク１４２が逆作動して、工具把持具９
６の軸ピン１３８を第４図においてＸ方向に押圧
し、爪部材１２８，１２８を開放して工具２０に
対する把持を解放する。

このように、爪部材１２８，１２８が工具２０
に対する把持を解放した第８図ａに示す状態にお
いて、加工動作指令が出されると、ACサーボモ
ータ４０の駆動によりボールねじ４４が回転し、
新たに交換された工具２０を装着した主軸ヘツド
１８を、第９図に示すように加工動作領域Ａに向
けて垂直に下降させる。このと両爪部材１２８，
１２８は前述の如く大きく解放しているので、主
軸ヘツド１８はこれら爪部材１２８，１２８の間
をそのまま通過して、直ちに切削加工に移行する
ことができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明に係る工作機械で
は、一対の爪部材で構成した工具把持具を外周に
多数備えた工具マガジンを回転させて、所望の工
具の割出しを行なうに際し、主軸ヘツドを直線往
復動すると共に、一対の爪部材を開閉させるだけ
で、容易に主軸に対する工具の交換をなし得る。
しかも新たな工具が交具装着された主軸ヘツド
は、工具解放後の一対の爪部材の間を通過して、
直ちに加工動作に移行することができる。また、
工具マガジンも主軸ヘツドに対して退避する余分
な移動を必要としないので、工具交換のシーケン
スが簡略化され交換時間を短縮し得て、加工能率
を更に向上させることができる。

更に、工具マガジンと主軸ヘツドとが別体に構
成され、しかも主軸ヘツドが開放された爪部材の
間を通過して加工領域に移行するので、工具マガ
ジンに装着されている工具やマガジン自体が被加
工物に接触するのを回避させ得るものである。ま
た、工具マガジンと別体に構成した主軸ヘツドに
対して、主軸は回転を許容するよう支持されてい
るだけなので、該主軸の支持構造を簡略化し得、
この結果主軸ヘツド自体の軽量化を達成し得る効
果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例に係る工作機械
の内部構造を示す縦断面図、第２図は実施例の工
作機械に使用される工具把持具の概略構成を示す
斜視図であつて、一対の爪部材を閉成させて工具
のフランジ部を把持した状態を示し、第３図は工
具把持具における一対の爪部材を解放させて、工
具のフランジ部に対する把持を解放した状態を示
し、第４図は工具把持具の概略平面図、第５図は
第１図に示す工作機械の一部切欠側面図、第６図
は第１図に示す工作機械の一部切欠平面図、第７
図は工具マガジンにおける中心部分の一部切欠概
略図、第８図ａ〜ｄは実施例に係る工作機械の動
作順序を示す説明図、第９図は第８図ａに示す状
態から加工指令を受けて、引続き加工動作に入つ
た場合を示す説明図であつて、工具把持具におけ
る解放した両爪部材の間に主軸ヘツドが通過して
いる状態を示し、第１０図は実施例に係る工作機
械の主要構成部材の全体配置を示す概略説明図で
ある。 １６…フレーム、１８…主軸ヘツド、２０…工
具、２２…工具マガジン、２６…主軸、４０…
ACサーボモータ、４４…ボールねじ、４６…ナ
ツト、５２…工具装着部、５６…駆動用モータ、
６０…出力軸、９６…工具把持具、１２８…爪部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フレーム１６と、 一端に工具装着部５２を有すると共に他端が主
   軸駆動用モータ５６の出力軸６０に連結された主
   軸２６を、回転自在に支持する主軸ヘツド１８
   と、 その主軸ヘツド１８が前記フレーム１６に対し
   主軸２６の軸線方向に往復移動可能に支持され、
   その往復移動のための駆動機構４０，４４，４６
   が、前記フレーム１６と主軸ヘツド１８との間に
   設けられていることと、 前記フレーム１６上に回転割出し可能に支持さ
   れ、外周に夫々一対の開閉可能な爪部材１２８，
   １２８よりなる複数の工具把持具９６が配設され
   た工具マガジン２２とを備え、 前記主軸ヘツド１８の往復移動の移動範囲の
   内、被加工物に近い部分が加工領域として、その
   他の部分が工具交換領域として設定されているこ
   とと、 前記工具マガジン２２の回転割出しが前記工具
   交換領域において行なわれるようにされているこ
   とと、 前記回転割出しによつて次期使用工具として割
   出された１個の工具把持具９６に把持された工具
   ２０の軸線が、前記主軸２６の回転軸線の延長線
   と一致するようにされていることと、 次期使用工具として割出された前記工具２０
   は、前記主軸ヘツド１８が工具交換領域から前記
   加工領域に向かう移動に伴ない主軸２６の工具装
   着部５２に装着されると共に、工具把持具９６の
   爪部材１２８，１２８の開放動作によつて、その
   爪部材より釈放されることと、 前記工具交換領域と加工領域との境界を越える
   とき、および加工領域内での主軸ヘツド１８の往
   復移動は、該主軸ヘツド１８自体が、開放された
   前記一対の爪部材１２８，１２８の間を通つて行
   なわれることと、 前記主軸２６の工具装着部５２に装着された使
   用済み工具２０の抜き取りは、前記加工領域から
   工具交換領域に向かう方向の主軸ヘツド１８の移
   動に伴なう工具把持具９６における爪部材１２
   ８，１２８の閉鎖動作並びに工具マガジン２２と
   主軸へツド１８との相対運動とによつて行なわれ
   ること、とによつて構成されていることを特徴と
   する工作機械。