JPH06304835A - 工作機械のストック用工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】工作機械のスピンドルに対して所望の工具を迅
速かつ容易に交換することができ、しかも複数の工具を
効率的に交換することを可能にする。 【構成】複数の工具Ｔを保持して移動テーブル１４に設
けられる工具マガジン６４と、工作機械１０の移動範囲
外に配設され、複数の工具Ｔを収容自在な工具ストッカ
６６と、前記工具マガジン６４と前記工具ストッカ６６
との間で、所定の工具Ｔを把持しかつ姿勢変換して前記
所定の工具Ｔを受け渡す工具受け渡し機構６８とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械と一体的に移
動する工具マガジンと、前記工作機械の動作外で複数の
工具を収容する工具ストッカとの間において所定の工具
を自動的に交換するための工作機械のストック用工具交
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ＮＣ（数値制御）工作機械では、
単一のスピンドルによりワークに対して加工を行ってい
るため、複数の加工が必要なワークが用いられる際にそ
の加工効率が低下するという問題が指摘されている。こ
のため、この種の問題を解決すべく種々の改良がなされ
ている。

【０００３】例えば、特公平４−６６６６３号公報に開
示されているように、複数の工具を収納可能な工具マガ
ジンを用意し、前記工具マガジンと工作機械との間を移
動するキャリッジに装着された交換用アームを介し、該
工具マガジンと前記工作機械のスピンドルとの間で所定
の工具を自動的に交換する自動工具交換装置が知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、工具マガジンが工作機械の動作範囲外に
配設されており、キャリッジが前記工作機械と工具マガ
ジンとの間を移動されるとともに、このキャリッジに設
けられた交換用アームが回転、進退移動および旋回され
ることにより該工作機械のスピンドルと工具マガジンと
の間で工具を交換している。このため、工具交換作業に
かなりの時間がかかってしまい、特に工具の交換作業が
頻繁に行われる際、該工具交換作業の効率化が容易に遂
行されないという問題が指摘されている。

【０００５】本発明はこの種の問題を解決するためのも
のであり、工作機械のスピンドルに対して所望の工具を
迅速かつ容易に交換することができ、しかも複数の工具
を効率的に交換することが可能な工作機械のストック用
工具交換装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、複数の工具を保持して工作機械を構成
する移動テーブルに設けられるとともに、前記工作機械
のスピンドルとの間で工具交換機構を介して工具の自動
交換作業を行う工具マガジンと、前記工作機械の移動範
囲外に配設され、複数の工具を収容自在な工具ストッカ
と、前記工具マガジンと前記工具ストッカとの間で、所
定の工具を把持しかつ姿勢変換して前記所定の工具を受
け渡す工具受け渡し機構と、を備えることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】上記の本発明に係る工作機械のストック用工具
交換装置では、工作機械を構成する移動テーブルに設け
られた工具マガジンに、所定の加工に必要とされる種類
の工具が収容されており、工具交換機構を介してこの工
具マガジンとスピンドルとの間で工具の交換作業が迅速
に遂行される。そして、多種類の異なる加工作業が行わ
れる際には、工具ストッカに収容されている複数の工具
が、工具受け渡し機構を介して工具マガジンに一旦受け
渡された後、工具交換機構の作用下にスピンドルに装着
される。従って、工具マガジンに収容可能な工具数以上
に多種類かつ多工程の加工作業が必要な場合に、工作機
械のスピンドルに所望の工具を迅速かつ容易に装着する
ことができ、工具交換作業の効率化が可能になる。

【０００８】

【実施例】本発明に係るストック用工具交換装置につい
て、これを組み込む工作機械との関連で実施例を挙げ、
添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【０００９】図１乃至図３において、参照符号１０は、
本実施例に係るストック用工具交換装置を組み込む工作
機械を示す。この工作機械１０は、基台１２上に矢印Ｘ
方向に進退自在に配設される移動テーブル１４と、この
移動テーブル１４上に支持されて矢印Ｚ方向に進退自在
な本体１６と、この本体１６の前面に設けられ第１サー
ボモータ１８を介して昇降可能な第１昇降テーブル２０
と、この第１昇降テーブル２０の前面に設けられ第２サ
ーボモータ２２を介して昇降可能な第２昇降テーブル２
４と、前記第１および第２昇降テーブル２０、２４に固
設されて上下方向に配列される第１および第２スピンド
ルユニット２６、２８とを備える。

【００１０】基台１２には、ガイドレール３０ａ乃至３
０ｃと第１駆動モータ３２とが固設され、この第１駆動
モータ３２に連結されて矢印Ｘ方向に延びるボールねじ
３４が移動テーブル１４に設けられたナット部材３６に
係合する（図３参照）。この移動テーブル１４には、ガ
イドレール３８、３８と第２駆動モータ４０とが固着さ
れ、この第２駆動モータ４０に連結されて矢印Ｚ方向に
延びるボールねじ４２が本体１６に係合する（図２参
照）。

【００１１】第１サーボモータ１８から鉛直下方向に向
かって延びるボールねじ４４が、第１昇降テーブル２０
に係合するとともに、第２サーボモータ２２から鉛直下
方向に向かって延びるボールねじ４６が、第２昇降テー
ブル２４に係合する。第１および第２スピンドルユニッ
ト２６、２８は、スピンドル４８、５０を備え、このス
ピンドル４８、５０は、同一のモータまたはそれぞれ異
なるモータに連結されている。

【００１２】このように構成される工作機械１０に、本
実施に係るストック用工具交換装置６０が装着される。
図１に示すように、このストック用工具交換装置６０
は、複数の工具Ｔを保持して移動テーブル１４に設けら
れ工作機械１０のスピンドル４８、５０との間で工具交
換機構６２を介して工具Ｔの自動交換作業を行う工具マ
ガジン６４と、前記工作機械１０の移動範囲外に配設さ
れ複数の工具Ｔを収容自在な工具ストッカ６６と、前記
工具マガジン６４と前記工具ストッカ６６との間で、所
定の工具Ｔを把持しかつ姿勢変換して前記所定の工具Ｔ
を受け渡す工具受け渡し機構６８とを備える。

【００１３】図３および図４に示すように、工具交換機
構６２は、本体１６の側部に設けられる駆動ユニット７
０と、この駆動ユニット７０に第１および第２スピンド
ルユニット２６、２８の軸線方向（矢印Ｚ方向）に進退
自在に支持されるギヤケース７２と、このギヤケース７
２に旋回可能に支持されるケーシング部材７４と、この
ケーシング部材７４に対し半径方向（矢印Ｘ方向）両側
に移動自在に装着され、第１および第２スピンドルユニ
ット２６、２８と工具マガジン６４とに保持されている
それぞれ二以上の工具Ｔを同時に把持可能な工具把持手
段７６とを備える。

【００１４】駆動ユニット７０は、モータ７８を備えて
おり、このモータ７８が、ギヤケース７２およびケーシ
ング部材７４を進退させるとともに、前記ケーシング部
材７４を回転させ、さらに工具把持手段７６を構成する
上下二つのチャック部材８０ａ、８０ｂと８２ａ、８２
ｂとを開閉させる機能を有している。

【００１５】工具マガジン６４は、多角形状（六角形
状）を有しており、取付部材８４を介して移動テーブル
１４の側部に支持されるとともに、この取付部材８４に
固着されるモータ８６を介して回転自在であり、その外
側部には、二本ずつ複数組の工具Ｔが工具ポット８８を
介して取り外し自在に保持されている。

【００１６】工具ストッカ６６は、図１に示すように、
基台１２の後方外部（移動テーブル１４の移動範囲外）
に立設される一対の支柱９０、９０を備え、この支柱９
０、９０の上部に枠体９２が固着される。この枠体９２
に駆動モータ９４が装着され、この駆動モータ９４によ
りエンドレス状の搬送チェーン９６が周回走行する。搬
送チェーン９６には、複数の工具ポット９８が所定の間
隔ずつ離間して取着され、各工具ポット９８に多工程に
対応すべく多種類の工具Ｔが保持されている。

【００１７】図５に示すように、工具受け渡し機構６８
は、基台１２上で工具マガジン６４と工具ストッカ６６
との間に配設される支柱１００を備え、この支柱１００
に回転本体１０２が支持される。この支柱１００には、
駆動シリンダ１０４が設けられ、この駆動シリンダ１０
４から水平方向にラックバー１０６が延びており、この
ラックバー１０６が回転本体１０２に固着されたピニオ
ン１０８に噛合する。

【００１８】図６に示すように、回転本体１０２には、
貫通孔１１０ａ、１１０ｂが互いに平行に設けられ、こ
の貫通孔１１０ａ、１１０ｂに、互いに異なる方向に向
かって外側棒体１１２ａ、１１２ｂが回転かつ進退自在
に挿入される。外側棒体１１２ａ、１１２ｂの外周面に
は、所定の長さにわたって複数の周溝１１４ａ、１１４
ｂが一条ずつ形成されるとともに、この周溝１１４ａと
周溝１１４ｂとは、同期用ギヤ１１６に一体的に噛合し
ている。

【００１９】外側棒体１１２ａ、１１２ｂの一端部から
所定の長さまで孔部１１８ａ、１１８ｂが形成され、そ
の一端部にスプライン溝部１２０ａ、１２０ｂが設けら
れる。この外側棒体１１２ａ、１１２ｂの他端部には、
開閉自在なチャック部１２２ａ、１２２ｂが装着され
る。

【００２０】外側棒体１１２ａ、１１２ｂの孔部１１８
ａ、１１８ｂに、スプライン軸体１２４ａ、１２４ｂが
挿入され、このスプライン軸体１２４ａ、１２４ｂは、
スプライン溝部１２０ａ、１２０ｂに噛合するととも
に、その外部に突出する端部にチャック部１２６ａ、１
２６ｂが開閉自在に装着される。

【００２１】回転本体１０２には、外側棒体１１２ａ、
１１２ｂおよびスプライン軸体１２４ａ、１２４ｂを互
いに離間する方向に一体的に進退させるためのシフト機
構１２８が装着される。このシフト機構１２８は、回転
本体１０２に固着されるシフトシリンダ１３０を備え、
このシフトシリンダ１３０から延びるロッド１３２に連
結板１３４の端部が係合する。この連結板１３４は、ベ
アリング１３６ａ、１３６ｂを介して外側棒体１１２ａ
の端部とスプライン軸体１２４ｂの端部とを回転自在に
支持する。

【００２２】スプライン軸体１２４ａの端部と外側棒体
１１２ｂの端部とに、チャック部１２２ａ、１２２ｂお
よびチャック部１２６ａ、１２６ｂを一体的に揺動させ
るためのチャック部揺動機構１３８が装着される。この
チャック部揺動機構１３８は、スプライン軸体１２４ａ
の端部と外側棒体１１２ｂの端部とをベアリング１４０
ａ、１４０ｂを介して回転自在に支持するギヤケース１
４２を備える。このギヤケース１４２には、駆動モータ
１４４が固着され、この駆動モータ１４４の回転軸１４
６に駆動ギヤ１４８が固定される。この駆動ギヤ１４８
は、ギヤトレイン１５０を介して従動ギヤ１５２、１５
４に噛合するとともに、この従動ギヤ１５２、１５４
は、スプライン軸体１２４ａ、外側棒体１１２ｂの端部
に固着されて互いに異なる方向に回転される。

【００２３】図２に示すように、基台１２上には、前述
した本体１６の他、本体１６ａが移動テーブル１４ａを
介して個別に移動自在に配置されており、この本体１６
と同一の構成要素には同一の参照数字に符号ａを付して
その詳細な説明は省略する。前記本体１６ａ側には、前
述したストック用工具交換装置６０と同一のストック用
工具交換装置（図示せず）が装着されており、その詳細
な説明は省略する。

【００２４】本体１６、１６ａの前方には、ワークＷ
（図３参照）を位置決め保持するためのワーク取付台
（図示せず）が配設されている。

【００２５】次に、このように構成されるストック用工
具交換装置６０の動作について工作機械１０との関連で
説明する。

【００２６】先ず、ワーク取付台にワークＷが所定の加
工姿勢で位置決め保持される一方、本体１６に装着され
ている第１および第２スピンドルユニット２６、２８に
は、このワークＷの加工作業に対応して所定の工具Ｔ、
Ｔが予め装着されている。そこで、この第１および第２
スピンドルユニット２６、２８に装着された工具Ｔ、Ｔ
は、一体的に回転駆動されるとともに、第１サーボモー
タ１８および第２サーボモータ２２の作用下にワークＷ
の加工部位に対応して夫々の高さ位置が調整される。

【００２７】次いで、第１および第２スピンドルユニッ
ト２６、２８は、第１駆動モータ３２が駆動されること
によりワークＷに対して矢印Ｘ方向に位置決めされ、さ
らに第２駆動モータ４０が駆動されることにより前記ワ
ークＷの各加工部位に向かって（矢印Ｚ方向前方）移動
される。

【００２８】従って、上記の各動作を選択的に行うこと
により、第１および第２スピンドルユニット２６、２８
に装着されて回転している工具Ｔ、Ｔが、ワークＷの所
定の加工部位に対し加工作業を自動的に遂行する。この
加工作業が終了した後、第２駆動モータ４０が前記とは
逆方向に駆動され、本体１６がワークＷから離間する方
向に移動して工具Ｔ、ＴをワークＷから離脱させる。そ
して、加工終了後のワークＷがワーク取付台から取り外
され、このワーク取付台には新たな加工前のワークＷが
取着され、前述した加工作業を行うことによりこのワー
クＷに対する加工作業が遂行される。

【００２９】次いで、種類の異なるワークＷに対し加工
作業を行う場合、工具マガジン６４がモータ８６の作用
下に所定の角度だけ回転され、その外側部に保持されて
いる所望の工具Ｔ、Ｔが水平方向に向かって配置される
位置で停止される。一方、第１および第２サーボモータ
１８、２２が駆動され、第１および第２昇降テーブル２
０、２４が上下方向に変位されて第１および第２スピン
ドルユニット２６、２８に装着されている工具Ｔ、Ｔが
ケーシング部材７４の工具把持手段７６の高さに対応し
て位置決めされる。

【００３０】そこで、駆動ユニット７０を構成するモー
タ７８が駆動され、チャック部材８０ａ、８０ｂにより
工具マガジン６４に保持されていた所望の工具Ｔ、Ｔが
把持される一方、チャック部材８２ａ、８２ｂによりス
ピンドル５０、４８に装着されている工具Ｔ、Ｔが把持
される。モータ７８がさらに回転されると、ギヤケース
７２およびケーシング部材７４が前方に移動した後、こ
のケーシング部材７４が１８０°旋回する。

【００３１】次いで、ギヤケース７２およびケーシング
部材７４が後退することにより、チャック部材８０ａ、
８０ｂに把持された工具Ｔ、Ｔがスピンドル４８、５０
に装着されるとともに、チャック部材８２ａ、８２ｂに
把持された工具Ｔ、Ｔが工具マガジン６４の工具ポット
８８に保持される。そして、チャック部材８０ａ、８０
ｂおよび８２ａ、８２ｂが、それぞれ工具Ｔ、Ｔから離
脱してケーシング部材７４の内方に移動し、工具交換作
業が終了する。

【００３２】ところで、複数の工具Ｔを使用して多工程
の加工作業が必要なワークＷを加工する場合、工具マガ
ジン６４に保持されている数の工具Ｔでは不十分である
ことが多い。このため、本実施例では、複数の工具Ｔを
収容自在な工具ストッカ６６が基台１２の外方に配設さ
れており、工具受け渡し機構６８を介して工具マガジン
６４と前記工具ストッカ６６との間で所定の工具Ｔを交
換する作業が自動的に行われている。

【００３３】すなわち、移動テーブル１４が基台１２の
側部側に移動され、工具マガジン６４が工具受け渡し機
構６８に対応して配置される。ここで、シフト機構１２
８を構成するシフトシリンダ１３０が駆動され、ロッド
１３２が外方に延びると、このロッド１３２に係合する
連結板１３４を介して外側棒体１１２ａとスプライン軸
体１２４ｂとが一体的に外方（図８中、矢印Ａ方向）に
移動し、チャック部１２２ａ、１２６ｂが工具ストッカ
６６の工具ポット９８、９８に保持されている所定の工
具Ｔ、Ｔに対して位置決めされる。

【００３４】その際、外側棒体１１２ａが矢印Ａ方向に
移動すると、この外側棒体１１２ａの外周面に形成され
た周溝１１４ａに噛合する同期用ギヤ１１６が、図８
中、矢印Ｂ方向に回転し、この同期用ギヤ１１６に噛合
する周溝１１４ｂを介して外側棒体１１２ｂが矢印Ａ方
向とは反対側（矢印Ｃ方向）に移動する。この外側棒体
１１２ｂには、ギヤケース１４２を介してスプライン軸
体１２４ａが連結されており、前記スプライン軸体１２
４ａが矢印Ｃ方向に移動する。これにより、チャック部
１２２ｂ、１２６ａが工具マガジン６４の工具ポット８
８、８８に保持されている所定の工具Ｔ、Ｔに対して位
置決めされる。

【００３５】次に、チャック部揺動機構１３８を構成す
る駆動モータ１４４が駆動され、回転軸１４６と駆動ギ
ヤ１４８とが一体的に回転される。この駆動ギヤ１４８
にギヤトレイン１５０を介して噛合する従動ギヤ１５
２、１５４は、スプライン軸体１２４ａ、外側棒体１１
２ｂと一体的に回転されるとともに、外側棒体１１２
ａ、スプライン軸体１２４ｂが、スプライン溝部１２０
ａ、１２０ｂを介してこのスプライン軸体１２４ａ、外
側棒体１１２ｂと一体的に回転される。このため、チャ
ック部１２２ａ、１２２ｂおよびチャック部１２６ａ、
１２６ｂが一体的に揺動し、工具ストッカ６６の工具ポ
ット９８、９８に保持されている所定の工具Ｔ、Ｔおよ
び工具マガジン６４の工具ポット８８、８８に保持され
ている所定の工具Ｔ、Ｔが把持される（図７参照）。

【００３６】さらに、シフトシリンダ１３０が駆動さ
れ、ロッド１３２が矢印Ｃ方向に移動されると、外側棒
体１１２ａ、１１２ｂおよびスプライン軸体１２４ａ、
１２４ｂが互いに近接する方向（内方向）に移動して、
チャック部１２２ａ、１２６ｂおよびチャック部１２２
ｂ、１２６ａに把持された工具Ｔが、工具ストッカ６６
および工具マガジン６４から取り出される。

【００３７】そこで、駆動シリンダ１０４の作用下にラ
ックバー１０６が移動すると、このラックバー１０６に
噛合するピニオン１０８を介して回転本体１０２が１８
０°だけ回転される。その後、シフトシリンダ１３０が
駆動され、チャック部１２２ａ、１２６ｂに把持されて
いる工具Ｔが、工具マガジン６４の工具ポット８８に保
持されるとともに、チャック部１２６ａ、１２２ｂに把
持されている工具Ｔが、工具ストッカ６６の工具ポット
９８に保持される。さらに、駆動モータ１４４が前記と
は逆方向に回転されてチャック部１２２ａ、１２２ｂ、
１２６ａおよび１２６ｂが工具Ｔから離脱され、シフト
シリンダ１３０の作用下に該チャック部１２２ａ、１２
２ｂ、１２６ａおよび１２６ｂが退動される。

【００３８】このように、本実施例では、工具マガジン
６４に、所定のワークＷの加工作業に必要な最少限の工
具Ｔが保持されており、工具交換機構６２を介してこの
工具マガジン６４とスピンドル４８、５０との間で所望
の工具Ｔの交換作業が迅速に遂行される。そして、複数
の工具Ｔを使用して多工程の加工作業が必要なワークＷ
を加工する場合には、多数の工具Ｔが収容されている工
具ストッカ６６と工具マガジン６４との間で、工具受け
渡し機構６８を介して工具Ｔの交換作業が自動的に遂行
される。このため、工具マガジン６４には、多数の工具
Ｔが順次供給されており、工具交換機構６２を介してス
ピンドル４８、５０に多種類の工具Ｔを迅速に送り出す
ことができる。これにより、特に多種類の工具Ｔを使用
して多工程の加工作業が必要なワークＷを加工する際
に、効率的な工具交換作業が容易かつ自動的に遂行され
るという効果が得られる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る工作機械のストック用工具
交換装置によれば、以下の効果が得られる。

【００４０】工作機械を構成する移動テーブルに設けら
れた工具マガジンと、前記工作機械の移動範囲外に配設
され複数の工具が保持されている工具ストッカとの間
で、工具受け渡し機構を介して工具の交換作業が自動的
に行われるため、特に多種類かつ多工程の加工作業が必
要な場合に、工具マガジンに所望の工具を順次保持させ
ることにより、該工作機械のスピンドルに所望の工具を
迅速かつ容易に装着することができる。これによって、
工具マガジンに収容可能な工具数よりも多い工具が使用
される際にも、スピンドルに対して所望の工具を効率的
かつ自動的に交換することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るストック用工具交換装置の側面説
明図である。

【図２】前記工具交換装置を組み込む工作機械の正面説
明図である。

【図３】前記工作機械の要部平面説明図である。

【図４】前記工具交換装置を構成する工具マガジン、工
具ストッカおよび工具受け渡し機構と工具交換機構の平
面図である。

【図５】前記工具交換装置を構成する工具受け渡し機構
の側面図である。

【図６】前記工具受け渡し機構の要部縦断面図である。

【図７】前記工具受け渡し機構の正面説明図である。

【図８】前記工具受け渡し機構の動作を説明する縦断面
図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １２、１２ａ…基台 １４、１４ａ…移動テーブル １６、１６ａ…本体 １８、２２…サーボモータ ２６、２６ａ、２８、２８ａ…スピンドルユニット ４８、４８ａ、５０、５０ａ…スピンドル ６０、６０ａ…工具交換装置 ６２…工具交換機構 ６４…工具マガジン ６６…工具ストッカ ６８…工具受け渡し機構 ７０…駆動ユニット ７２…ギヤケース ７４…ケーシング部材 ７６…工具把持手段 ９６…搬送チェーン ９８…工具ポット １０２…回転本体 １０４…駆動シリンダ １１２ａ、１１２ｂ…外側棒体 １１６…同期用ギヤ １２２ａ、１２２ｂ…チャック部 １２４ａ、１２４ｂ…スプライン軸体 １２６ａ、１２６ｂ…チャック部 １２８…シフト機構 １３０…シフトシリンダ １３８…チャック部揺動機構 １４４…駆動モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の工具を保持して工作機械を構成する
   移動テーブルに設けられるとともに、前記工作機械のス
   ピンドルとの間で工具交換機構を介して工具の自動交換
   作業を行う工具マガジンと、 前記工作機械の移動範囲外に配設され、複数の工具を収
   容自在な工具ストッカと、 前記工具マガジンと前記工具ストッカとの間で、所定の
   工具を把持しかつ姿勢変換して前記所定の工具を受け渡
   す工具受け渡し機構と、 を備えることを特徴とする工作機械のストック用工具交
   換装置。