JPH0469128A

JPH0469128A - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JPH0469128A
Application number: JP18109190A
Authority: JP
Inventors: Toru Yagami; 八上　徹
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-03-04
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JP2860827B2

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、マシニングセンタなどの工作機械における工
具自動交換装置に関し、特に主軸の中空孔に複数の工具
を収容する工具自動交換装置に関する。

従来の技術本発明者等は、中空軸からなる主軸の中空孔に複数の工
具を軸方向に移動可能に収容し、これらの工具を前記主
軸の前端開口部に設けたチャックに差し換えて工具を交
換するようにした自動工具交換装置を特願昭６３−９３
８６７号及び特願昭６３−２２８０９２号（特開平１−
２６４７３４号公報参照）により提案した。

上記特許出願に係る自動工具交換装置においては、主軸
の中空孔に嵌挿した案内筒体（工具保持体）に収容され
ている複数の工具を軸方向に往復移動させて前記チャッ
クに差し換えるのに、各工具ごとに工具交換用シリンダ
装置か設けられていた。

発明が解決しようとする課題しかし、このような構造では、工具の数に対応して複数
のシリンダ装置と、該シリンダ装置の動作を確認するス
イッチその他の付帯装置か個別的に必要であり、部品点
数が多くてコスト高になるばかりではなく、装置全体が
大きく、かつ重くなるという問題点かあった。また、配
線や組立に手間を要しコスト高につくものであった。

本発明は上記のような問題点を解決すべくなされたもの
であり、１本のプッシュロッドを軸方向に往復移動させ
ることによって、複数の工具を交互に前記チャックに差
し換えることかできるようにした自動工具交換装置を提
供することを目的としている。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために、本発明の自動工具交換装置
においては、前記工具の差し換えユニットが、前記主軸
の中空孔に嵌挿される案内筒体と、該案内筒体の内周面
に沿って環状に配設され、かつ軸方向に移動自在に収容
された前記工具を個別的に連結する複数の作動杆と、各
作動杆の内側面に設けられた係合溝と、前記複数の作動
杆により包囲されるように前記案内筒体の中心部分に挿
入され、かつ軸方向に移動可能に配設された１本のプッ
シュロッドと、前記プッシュロッドに設けられ、前記係
合溝に係合するたクラッチ体と、前記プッシュロッドを
軸方向に往復移動させる手段とを備え、前記プッシュロッドの前進時に、前記作動杆の１本をそ
の係合溝に係合した前記クラッチ体を介して押し出し、
該作動杆に連結された工具を前記チャックに挿通してク
ランプ位置まで移動させる一方、前記プッシュロッドの
後退時に、前記作動杆を介して前記工具を待機位置に引
き戻すと共に前記クラッチ体が一定角度回動じて隣の作
動杆の係合溝に係合するようになっている。

前記ブツシュロットを軸方向に往復移動させる手段とし
ては通常、シリンダ装置を用いる。

作用上記構成により、プッシュロッドが案内筒体内で軸方向
に前進後退を繰り返す毎に前記案内筒体内に収容されて
いる複数の作動杆が順次軸方向に往復移動せしめられ、
その前進時に適宜の作動杆に連結されている工具を前記
チャックに挿入してクランプすると共に、後退時に前記
チャックから工具を待機位置に引き戻すことにより、工
具交換か行なわれる。

そして、プッシュロッドの前進後退のストロークを短く
すれば、工具交換は行なわれずに、前記プッシュロッド
に係合する作動杆が順次替わるので、工具の配列とは関
係なしに、任意の工具を選択して交換することも可能で
ある。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明による自動工具交換装置の要部を縦断
した正面図を示している。

１は主軸頭、２は主軸で、全長に亘って延びる中空孔３
を有する中空軸（タイル）からなり、前端開口部にチャ
ック４が取り付けられている。該主軸２にはボールスプ
ライン用す・ソト５とボールねじ用ナツト６か嵌合され
ている。そして、ボールスプライン用ナツト５に主軸２
の前端部分に被嵌する外筒７が連設され、該外筒７に伝
動プーリ８が嵌着される一方、ボールねし用ナツト６に
固着したボス９に伝動プーリ１０が嵌着されている。

上述のように主軸２に嵌合されたボールスプライン用ナ
ツト５とボールスねじ用ナツト６は、それぞれ軸受１１
及び１２を介して主軸頭１に回転自在に支持される一方
、ボールスプライン用ナツト５は支持枠１３を介して主
軸頭１に付設した第１サーボモータ１４によりタイミン
グベルト１５及び伝動プーリ８を介して回転駆動され、
また、ボールねじ用ナツト６は支持枠１６を介して主軸
頭１に付設した第２サーボモータ１７によりタイミング
ベルト１８及び伝動プーリ１０を介して回転駆動される
。そして、ボールスプライン用す・ソト５を回転駆動す
ると、主軸２は回転運動を行ない、ボールねじ用ナツト
６を回転駆動すると、主軸２は軸方向に往復運動を行な
う。したかって、両ナツト５．６を同時に回転駆動する
と、主軸２は回転しながら軸方向に往復運動するので、
チャック４にクランプしたドリルその他の回転工具Ｔに
よって、穴あけ加工、ねじ立て加工などを行なうことが
できる。このとき、主軸２と外筒７は同期回転する。

チャック４は、コレット２０を有する本体２１と、該本
体２１に被嵌されたテーパ付きスリーブ２２と、該スリ
ーブ２２に被嵌された前部！＜−２３と、スリーブ２２
と前カバー２３との間に介装された皿ばね２４と、本体
２１の外周部に周方向に等間隔をおいて配設された６本
のアンクランプピン２５とから成っている。本体２１は
主軸２の前端開口部２ａに嵌着固定され、前部／＜−２
３ζま本体２１に固定されている。テーノ々付きスリー
ブ２２はコレット２０に軸方向摺動可能に被嵌され、皿
ばね２４によってコレット２０をクランプするように付
勢されている。また、アンクランプピン２５は主軸２の
軸線と平行に本体２１を貫通して延び、内端鍔部２５ａ
がスリーブ２２の鍔部２２ａに当接し、外端部２５ｂが
本体２１より後方へ突出している。

而して、主軸２が最後端位置まで後退移動したとき、ア
ンクランプピン２５の外端部２５ｂか外筒７の端面に衝
接してスリーブ２２側に押し込まれ、内端鍔部２５ａで
スリーブ２２を皿ばね２４に抗して押動させることによ
り、コレット２０をアンクランプするようになっている
。

３０は複数の工具Ｔをチャック４に差し換えるための工
具差し換えユニットである。該ユニット３０は、主軸２
の中空孔３に嵌挿される案内筒体３１と、該案内筒体３
１の内周面に沿って環状に配設され、かつ軸方向に移動
自在の複数（図示の例では５本）の作動杆３２と、該作
動杆３２により包囲されるように案内筒体３１の中心部
分に挿入され、かつ軸方向に移動可能に配設されたプッ
シュロッド３３とを有している。これらの部材３１〜３
３は軽量化を図るためいずれもアクリル樹脂で成形され
ている。

案内筒体３１は、第２図ないし第６図に良く示されてい
るように、前端部分にチャック４に向けて収斂するテー
パ部３４と、該テーパ部３４に連続した円筒部３５とを
有し、テーパ部３４の後方には作動杆３２を内周面に沿
って環状に配列して収容するため及び各工具Ｔを個別に
待機位置に保持するための貫通孔３７を環状に配列して
設けた工具保持部３６が形成されている。そして、貫通
孔３７の前端開口からテーパ部３４に亘る内壁面に工具
Ｔを個別的に円筒部３５に誘導する案内溝３８が設けら
れている。一方、案内筒体３１の後端には取付用フラン
ジ部３９が連設されている。

作動杆３２は、第７図に良く示されているように、前部
が貫通孔３７に挿通する丸軸４０に形成され、後部が横
断面円弧状の角柱体４１に形成されていて、５本の作動
杆３２の角柱体４１を寄せ合わせると、案内筒体３１内
に嵌合する円筒形を形成するようになっている（第５図
、第６図参照）。そして、各角柱体４１の内側面には後
述するクラッチ体５１と係合する係合溝４２が設けられ
ている。係合溝４２は、第７図に示すように、軸方向に
相対向し、かつ軸線に対して互いに反対向きに傾斜した
１組のカム面４３．４４を有し、一方のカム面４４は２
段の傾斜面に形成されている。

一方、丸軸４０の前端にはワイヤー４５及び連結金具４
６を介して工具Ｔか連結されている。工具Ｔと連結金具
４６との間には図示を省略した軸受が介装されていて、
工具Ｔは連結金具４６に対して回転自在になっている。

また、角柱体４１の後端部外側面に周方向に延びるＶ溝
４７が設けられていて、該Ｖ溝４７に案内筒体３１のフ
ランジ部３９に装着したボールプランジャー４８を係合
きせることによって、５本の作動杆３２が案内筒体３１
内の所定位置に係止保持されるようになっている。この
とき、工具Ｔは貫通孔３７の前端開口部に嵌合し待機位
置に保持される。

プッシュロッド３３は、前部にクラッチ体５１の取付穴
５０を有している。クラッチ体５１は取付穴５０内に軸
方向に摺動自在に嵌装され、かつ２つのばね５２．５３
により挾まれて支持されている（第９図参照）。そして
、クラッチ体５１に突設したクラッチ片５４が割り溝５
９を通じて半径方向に突出している。クラッチ片５４は
、後述するよ゛うに作動杆３２の係合溝４２に咬み合っ
たとき、そのカム面４３．４４と係合する傾斜面５５．
５６を有する台形状に形成されている（第８図参照）。

プッシュロッド３３は、案内筒体３１内に収容した５本
の作動杆３２の角柱体４１により形成される円筒体の中
心孔に挿入され、クラッチ片５４が作動杆３２の係合溝
４２に咬み合う。

一方、プッシュロッド３３の後部はフランジ部３９を貫
通して延び、後端にシリンダ装置５７のピストン５８が
設けられている。すなわち、プッシュロッド３３はシリ
ンダ装［５７のピストンロッドを兼ね、該シリンダ装置
５７によって軸方向へ往復移動せしめられるようになっ
ている。シリンダ装置５７はフランジ部３９に固定され
ている。

なお、プッシュロッド３３のストロークは作動杆３２の
ストロークより若干長くなっていて、前記２つのばね５
２，５３か両者のスフローフ差を吸収し、工具Ｔをクラ
ンプ位置に正しく押し出すように作用している。

６０は工具差し換えユニット３０の支持枠である。該支
持枠６０は、主軸頭１の底部に設けたガイドレール６１
に沿って主軸２の軸線方向に移動自在に取り付けられる
と共に、主軸２の後端部に軸受６２を介して連結されて
いる。そして、主軸２の中空孔３にその後端開口から嵌
挿した案内筒体３１のフランジ部３９を止めねじ６３に
より支持枠６０に固定する一方、中空孔３に嵌挿された
案内筒体３１前端の円筒部３５をチャック本体２１に軸
受６４を介して相対回転自在に支持することによって、
工具差し換えユニット３０は主軸２の中空孔３内に着脱
自在に装填される。

上記構成からなる自動工具交換装置の作動を第１０図に
示すクラッチ片の動作順序にしたがって説明する。

工具交換を行なう場合、まず主軸２を最後端位置まで後
退させ、外筒７の端面に衝接したアンクランプピン２５
によりスリーブ２２を皿ばね２４に抗して押動し、コレ
ット２０をアンクランプにする。

次に、シリンダ装置５７が作動し、プッシュロッド３３
を前進させると、第１０図ｆｉｌ（２１に示すように、
クラッチ片５４が係合溝４２に沿って軸方向に移動した
のち、カム面４３に誘導されて３６°回転する（第１０
図（３）参照）。このクラッチ片５４の回転に連動して
プッシュロッド３３も３６°回転する。更にプッシュロ
ッド３３が前進すると、クラッチ片５４を介して作動杆
３２がチャック４側に押し出され（第１０図１４１５１
参照）、該作動杆３２に連結されている工具Ｔがチャッ
ク４のコレット２０に挿入され、該工具Ｔはコレット２
０の前端から所定長さ突出したクランプ位置で停止する
。続いて主軸２をボールねじ用ナツト６により少し前進
させると、アンクランプピン２５が外筒７の端面から離
れ、血ばね２４によってコレット２０が自動的にクラン
プされ工具Ｔを把持固定する。

この状態で主軸２が回転し、工具Ｔによる切削加工が行
なわれる。加工中、プッシュロッド３３及び前記工具Ｔ
を連結した作動杆３２は前進位置、すなわち工具押し出
し位置に停止している（第１Ｏ図（５）参照）。

加工が終了し、次の工具交換を行なう場合には、上記と
同様に主軸２を最終後端位置まで後退させてコレット２
０をアンクランプにしたのち、シリンダ装置５７を作動
してプッシュロッド３３を後退させる。プッシュロッド
３３が後退すると、先ず、クラッチ片５４が係合溝４２
に沿って軸方向に移動し、傾斜面５６がカム面４４に当
接する（第１０図（６）参照）。続いて作動杆３２がク
ラッチ片５４を介してプッシュロッド３３により引き戻
され、そのＶ溝４７にボールプランジャ４８が係合する
復帰位置に係止保持される（第１０図（８）参照）。こ
のとき、該作動杆３２に連結した工具Ｔは貫通孔３７の
前端開口部に嵌合して待機状態に戻る。

更にプッシュロッド３３が後退すると、クラッチ片５４
がカム面４４に誘導されて３６°回転し、隣接する作動
杆３２の係合溝４２に咬み合って隣に配置されている工
具Ｔの交換準備が完了する。

（第１０図参照）以下、上記同様の動作を繰り返して工
具交換を行なう。

なお、隣に配置されている工具Ｔとは別の工具Ｔを選択
して交換したい場合には、プッシュロッド３３をクラッ
チ片５４か３６°回転する位置、すなわち第１０図（３
）の位置まで前進させた後、第１０図（８）に示す位置
を経てクラッチ片５４が更に３６″回転する第１０図（
１ωの位置まで後退させる小ストロークの前進後退を繰
り返すことによって、前記クラッチ片５４を順次隣に配
置されている作動杆３２の係合溝４２に係合させ、所望
の工具Ｔを選択して交換することができる。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、１本のプッシュロ
ッドを軸方向に往復移動するたけて複数の工具を任意に
交換することができる。したがって、前記プッシュロッ
ドを作動する工具交換用シリンダ装置も１台でよく、製
作コストが安価になるばかりではなく、装置の小型化、
軽量化が図れる。

また、部分点数が少なく、組み付けも簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動工具交換装置の縦断正面図、
第２図は工具差し換えユニットの縦断正面図、第３図な
いし第６図はそれぞれ第２図の３−３線、４−４線、５
−５線及び６−６線に沿う断面図、第７図は作動杆の一
部切欠き斜視図、第８図はクラッチ体の斜視図、第９図
はクラッチ体を組み込んだプッシュロッドの要部を示す
平面図、第１０図はクラッチ片の動作順序を示す説明図
である。１・・・主軸頭　　　　　　２・・・主軸３・・・中空
孔　　　　　　４・・チャック３０・・・工具差し換え
ユニット３１・・・案内筒体　　　　３２・・・作動杆３３・・
・プッシュロッド　３４・・・テーパ部３５・・・円筒
部　　　　　４２・・・係合溝４３．４４・・・カム面
　　５１・・・クラッチ体５４・・・クラッチ片　　　
５５．５６・・・傾斜面６０・・・支持枠

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中空軸からなる主軸の中空孔に複数の工具を軸方
向に移動可能に収容し、これらの工具を前記主軸の前端
開口部に設けたチャックに差し換えるようにした工作機
械の自動工具交換装置において、前記工具の差し換えユ
ニットが、前記主軸の中空孔に嵌挿される案内筒体と、該案内筒体
の内周面に沿って環状に配設され、かつ軸方向に移動自
在に収容された前記工具を個別的に連結する複数の作動
杆と、各作動杆の内側面に設けられた係合溝と、前記複数の作動杆により包囲されるように前記案内筒体
の中心部分に挿入され、かつ軸方向に移動可能に配設さ
れた１本のプッシュロッドと、前記プッシュロッドに設
けられ、前記係合溝に係合するクラッチ体と、前記プッシュロッドを軸方向に往復移動させる手段とを
備え、前記プッシュロッドの前進時に、前記作動杆の１本をそ
の係合溝に係合した前記クラッチ体を介して押し出し、
該作動杆に連結された工具を前記チャックに挿通してク
ランプ位置まで移動させる一方、前記プッシュロッドの後退時に、前記作動杆を介して前
記工具を待機位置に引き戻すと共に、前記クラッチ体が
一定角度回転して隣の作動杆の係合溝に係合するように
なっている自動工具交換装置。
（２）前記案内筒体が、前端部分に前記チャックに向け
て収斂するテーパ部と、該テーパ部に連続する円筒部を
有している請求項１記載の自動工具交換装置。
（３）前記主軸の中空孔に嵌挿された前記案内筒体の円
筒部が前記チャックに回転自在に支持されると共に、後
端部分が前記主軸に連動して軸方向に移動自在の支持枠
に固定されている請求項２記載の自動工具交換装置。
（４）前記プッシュロッドが小ストロークの前進、後退
を繰り返すことによって、工具交換動作を行なわずに前
記クラッチ体が順次隣の作動杆の係合溝に係合するよう
になっている請求項１、２又は３記載の自動工具交換装
置。