JPH0647643A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具マガジンの工具を主軸に直接装着するよ
うにしたマシニングセンタの工具交換装置において、工
具交換を迅速に行なう。 【構成】 駆動モータ２２が作動するとドラムカムの案
内条体によって第２ラック体は第２旋回腕５３を旋回
し、待機位置Ｃの第２テーブル１２を移動させて工具マ
ガジン１３に主軸５の工具ホルダＴを把持する。次に同
じく案内条体によって第１ラック体は第１旋回腕４１を
旋回し、工具マガジン１３と共に第１テーブル１０を前
端まで移動し工具ホルダＴを抜き取る。次いで工具マガ
ジン１３の工具割出が行なわれ、続いてドラムカムが逆
回転し案内条体により第１テーブル１０が元の後端まで
移動し、主軸５に工具ホルダＴを装着して工具Ｋの交換
をする。次いで逆回転する案内条体によって第２テーブ
ル１２を移動させ元の待機位置Ｃに戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は２次元移動するマガジ
ン用のテーブル上に工具マガジンを載置し、このテーブ
ルによって工具マガジンを移動させて主軸との間で直接
工具交換を行なうマシニングセンタ等の工具交換装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の自動工具交換装置におい
て、工具マガジンと主軸間での工具交換は、主軸が工具
交換位置にあるとき、ベース上に設けた第２テーブルの
主軸に対する側方からの近接、離反移動と、このテーブ
ルの上に設けられ工具マガジンを搭載した第１テーブル
の主軸軸線方向の移動とによって行なわれていた。各テ
ーブルの駆動はシリンダで行なわれ、第１，第２テーブ
ル間の作動タイミングは、夫々のテーブルの終端で位置
確認用のリミットスイッチの信号によって制御され一連
の工具交換動作を実行するようにしていた。また、この
工具交換動作中における主軸への工具ホルダのクラン
プ、アンクランプは、主軸後方に配置したクランプシリ
ンダで制御されており、このシリンダの動作制御は、一
般に工具マガジンの移動を検知するリミットスイッチの
信号により作動する電磁バルブで行なわれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記構成のものにあっ
てはテーブルを移動させて工具交換を行なうとき、テー
ブル移動の終端位置をリミットスイッチにより確認して
からシリンダの電磁バルブを切換えて次の動作を行なっ
ている。このように工具交換を行なうために各テーブル
の動作を確認して工具交換を行なうと工具交換に要する
時間が長びき工具交換時間の短縮化の妨げになる等の問
題があった。また、２つのテーブルに対して夫々シリン
ダを持ち、これらを制御するので、制御が煩雑になる等
の問題もあった（第１の課題）。加えて主軸への工具ホ
ルダのクランプ、アンクランプは、工具マガジンの移動
を確認するリミットスイッチの指令で電磁バルブを作動
しクランプシリンダを制御して行なわれていたために、
リミットスイッチの確認後はリレーを介してバルブを動
作させることになり、これも工具交換時間を短縮できな
い理由の１つとなっていた（第２の課題）。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るため、請求項１の発明はベース上に第１テーブルを主
軸に近接離反する方向と、主軸軸線と平行方向との何れ
か一方に移動するように案内し、この第１テーブル上に
第２テーブルを前記方向の内、他方へ移動するように案
内し、この第２テーブル上に多数の工具ホルダを割出自
在に備えた工具マガジンを載置し、第１，第２テーブル
によって工具マガジンをを移動させて主軸との間で直接
工具交換を行なうようにした工具交換装置において、ベ
ースにはドラムカム駆動モータと連結したドラムカムと
平行に第１テーブルに対応する第１ラック体と、第２テ
ーブルに対応する第２ラック体とを軸方向移動自在に並
設し、そのドラムカムの外周に第１ラック体及び第２ラ
ック体往復動用の案内条体を形成し、この案内条体に第
１ラック体及び第２ラック体に設けた案内体を夫々嵌入
し、また、ベースには第１ラック体と第２ラック体に対
応して、各ラック体と噛合うピニオンを備えた第１，第
２旋回軸をラック体の移動方向と直交して回動自在に支
持し、各第１，第２旋回軸に設けた旋回腕の先端を夫々
対応した第１，第２テーブルの移動案内溝に嵌入したこ
とを特徴とする。また、第１の課題に加えて第２の課題
を解決するために請求項２の発明は請求項１の発明に加
えて工具交換動作中の主軸に対する工具ホルダのクラン
プ及びアンクランプ動作を行なうシリンダの制御用バル
ブをメカバルブとし、このメカバルブを作動させる回転
カムをドラムカムと一体回転するように設けたことを特
徴とする。

【０００５】

【作用】請求項１の発明によれば、第１テーブル及び第
２テーブルが主軸側方に離れた待機位置でドラムカムが
回転開始位置にあるとき、駆動モータの駆動でドラムカ
ムが回転すると次の動作が行なわれる。ドラムカムの案
内条体によって一方のラック体、例えば第２ラック体は
ドラムカムと平行な方向に移動しピニオンを回転させて
第２回転腕を所定角度旋回させる。第２テーブルは、第
２回転腕の旋回によって主軸に側方から接近移動し、主
軸の工具ホルダを工具マガジンによって把持する。次に
ドラムカムの案内条体によって第１ラック体は第２ラッ
ク体より遅れてドラムカムと平行な方向に移動し、ピニ
オンを回転させ第１回転腕を所定角度回転させる。第１
テーブルは第１回転腕の旋回によって主軸軸線方向前方
へ移動して工具マガジンに把持した前記工具ホルダを主
軸から引き抜く。次いで工具マガジンは工具の割出しを
行ない、次に必要な工具ホルダを第１テーブルの主軸軸
線方向後方の移動によって主軸に装着し工具ホルダの入
替をする。そして案内条体による第２ラック体の移動に
よりピニオンを介して第２旋回腕を旋回させ第２テーブ
ルを移動させ元の待機位置に戻し一連の工具交換動作は
完了する。また、請求項２の発明では、工具交換動作中
に主軸の工具ホルダを工具マガジンによって把持するタ
イミングでドラムカムと一体回転する回転カムによりメ
カバルブを作動させ、シリンダを制御して主軸の工具ホ
ルダをアンクランプし、また、主軸に新しい工具ホルダ
が装着されたタイミングで回転カムがメカバルブを作動
させて工具ホルダを主軸にクランプする。工具マガジン
による把持タイミング、主軸への工具ホルダの装着タイ
ミングをリミットスイッチで確認しないことにより、工
具交換の一層の高速化を図ることができる。

【０００６】

【実施例】図５，図６は本発明の工具交換装置１が搭載
されたマシニングセンタを示す正面図である。ベッド２
上を前後左右移動自在としたコラム３の前面に主軸頭４
が支持され主軸頭４には主軸５が装着してある。この主
軸頭４は摺動案内レール６に案内されＺ軸送りモータ７
により上下方向に移動可能にしてある。図７に示すよう
に主軸５には先端に工具挿着孔６０が形成されこれに工
具ホルダＴを挿着し、工具挿着孔６０に続いて設けた貫
通孔６１にプルロッド６２が軸方向摺動自在に挿通され
て皿ばね６３により主軸５と反対方向に付勢されてい
る。プルロッド６２の先端には保持部６４が設けられ工
具ホルダＴ後端のプルスタッド６５と係脱できるように
され、後述のメカバルブの作動によって油圧シリンダ６
６のピストンロッド６７が突出し、皿ばね６３の圧力力
に抗してピストンロッド６７でプルロッド６２を押圧す
るとプルロッド６２先端がプルスタッド６５を押圧し保
持部６４が工具ホルダＴのクランプを解放し、主軸５に
対し、工具ホルダＴをアンクランプするようにしてあ
る。

【０００７】コラム３の側方にはベッド２上面に台座２
ａが取付けられ，その上にベース８が載置してある。こ
の上面に第１リニアガイド９に案内されて前後移動自在
とした第１テーブル１０が載置され主軸軸線方向に移動
できるようにしてある。又、その上面には第２リニアガ
イド１１に案内され左右移動自在な第２テーブル１２が
工具マガジン１３を載置し工具交換位置Ａにある主軸５
に側方から近接、離反するようにしてある。この工具マ
ガジン１３は、工具ホルダＴを把持する工具把持部１４
が外周８ヶ所（本実施例の場合）に等ピッチで備えてあ
り各工具把持部１４にはドリル等の工具Ｋを備えた工具
ホルダＴが着脱可能に挿着され工具交換時に所望の工具
把持部１４を所定の工具交換位置に割出すようになって
いる。

【０００８】次にこの工具交換装置１について説明す
る。図１，図２，図３に示すようにベッド２上の台座２
ａに取付けられたベース８にはベース８上部から垂下さ
れる支持ブラケット１５，１６の軸受孔１５ａ，１６ａ
に嵌着された軸受１７，１８によってドラムカム２０が
回転自在に軸支されている。このドラムカム２０の軸２
１には中心に軸孔２１ａが軸方向に設けられベース８端
面の突出した取付面８ａに取付けられた正、逆回転可能
に制御される駆動モータ２２の回転軸２２ａとキー連結
してある。このドラムカム２０の外周には１条の案内条
体（カム溝）２５が設けてある。

【０００９】次にドラムカム２０の軸方向におけるベー
ス８の前壁８ｂと他方の前記ブラケット１５との間には
ドラムカム２０を中央にして後述の第１ラック体用のガ
イドロッド３０と第２ラック体用のガイドロッド３１と
がそれぞれ上下に２本ずつ並設され、各ガイドロッド３
０，３１のブラケット１５側端部に設けられた切込部３
０ａ，３１ａにはブラケット１５に固着された係止板３
２，３２が係止され、軸方向に抜けないようにしてあ
る。ガイドロッド３０，３１にはラック支持部材３５が
軸受３４を介して軸方向に往復動自在に案内され、ラッ
ク支持部材３５には第１ラック体３６が一体固着してあ
り、その結果第１ラック体３６はドラムカム２０の軸方
向に往復動自在にしてある。

【００１０】この第１ラック体３６はドラムカム２０外
周とベース８の上面から垂下される軸受支持部材３７の
軸受３８によって垂直軸線回りに回動自在に軸支されて
いる第１旋回軸３９との間に配設してあり、その先端に
は第１旋回軸３９下端に一体に設けた第１ピニオン３３
と噛合可能にしたラック３６ａが刻設してある。ラック
支持部材３５のドラムカム周面側の後部には案内体とし
てのカムフォロア４０が回動自在に連結され、このカム
フォロア４０は前記案内体２５に転動自在に嵌入されて
いる。又、第１旋回腕４１の先端にはカムフォロア４２
が回動自在に連結され、カムフォロア４２は第１テーブ
ル１０上面に取付けられたスライド４３の左右方向の直
線状のガイド溝４３ａに転動自在に嵌入されている。そ
してドラムカム２０の回転でカムフォロア４０が案内条
体２５に案内され第１ラック体３６が等速で軸方向に前
後に第１ピニオン３３を回転させ、第１旋回軸３９上端
部の第１旋回腕４１を正逆方向に１８０度旋回するよう
にし、第１テーブル１０を図８に示すタイミングで待機
位置Ｂと前端との間で主軸軸線方向に前後させるように
してある。

【００１１】次にガイドロッド３１，３１にはラック支
持部材４７が軸受４６を介して軸方向に往復動自在に案
内され、このラック支持部材４７には第２ラック体４８
が固着され、第１ラック体３６同様に第２ラック体４８
はドラムカム２０の軸線方向に往復動自在である。この
第２ラック体４８はドラムカム２０外周とベース８の上
面から垂下される軸受支持部材４９の軸受５０によって
軸支されている第２旋回軸５１との間に配設にある。
又、その先端にはピニオン４５と噛合可能にしたラック
４８ａが刻設してある。ラック支持部材３５のドラムカ
ム周面側には案内体としてのカムフォロア５２が回動自
在に連結され、このカムフォロア５２は案内条体２５に
前記、第１ラック体３６のカムフォロア４０と対向する
位置、即ち位相を１８０度違えた位置に転動自在に嵌入
されている。

【００１２】又第２旋回腕５３の先端にはカムフォロア
５４が回動自在に連結され、このカムフォロア５４は第
２テーブル１２下面に取付けられたスライド５５の前後
方向に直線状のガイド溝５５ａに転動自在に嵌入されて
いる。そしてドラムカム２０の回転でカムフォロア４０
が案内条体２５に案内され、第２ラック体４８が軸方向
に等速で前後して第２ピニオン４５を回転させ、第２旋
回軸５１上端部の第２旋回腕５３を正、逆方向に１８０
度旋回するようにし、第２テーブル１２を図８に示すタ
イミングで待機位置Ｃと工具交換位置Ａ間で主軸５に対
して側方から近接、離反するようにしてある。

【００１３】又、前記第１ラック体３６と第２ラック体
４８との軸方向の一端には工具交換時に工具マガジン１
３に割出指令を出すためのリミットスイッチＬＳ１及び
工具交換動作完了の確認スイッチＬＳ２を作動させるド
ッグ５６，５６を備えた作動ロッド５７，５７が取付け
られ、作動ロッド５７，５７の中央部がベース８の後壁
８ｃに嵌着された軸受５８，５８に前後動自在に支持し
てある。その外側には作動ロッド５７，５７を囲う防護
カバー５９，５９が後壁８ｃから突設してある。

【００１４】次に駆動モータ２２側へ突出したドラムカ
ム２０の軸２１外周には回転カム７０が一体回転するよ
うに嵌着され、外周が円周方向になだらかな形状をした
突設部７０ａが設けてある。この突設部７０ａはベース
８のブラケット７１を介して取付けられた油圧式のメカ
バルブ７２の作動ローラ７３に圧接し、図８に示す前記
主軸５に対する工具のクランプ、或いはアンクランプ時
のタイミングに合わせてメカバルブ７２が作動するよう
に突設部７０ａの外周が形成してある。

【００１５】次に前記構成による作用を説明する。前回
の工具交換終了時においてドラムカム２０の案内条体２
５は第１旋回腕４１を介して第１テーブル１０を待機位
置Ｂにし、また第２旋回腕５３を介して第２テーブル１
２を待機位置Ｃにしている。また工具マガジンＢは工具
ホルダＴを把持してない空の工具把持部１４が主軸側方
位置に割出されている。こうした状態で工具交換指令が
出されると主軸５は工具交換位置Ａに移動する。そして
駆動モータ２２を正転駆動させ、ドラムカム２０を正回
転させると図８の工具交換動作図に示すようにドラムカ
ム２０の回転に基づいて各動作が行なわれる。

【００１６】案内条体２５は第２ラック体４８をガイド
ロッド３１の軸方向前方に移動させ、ピニオン４５を回
転させ、ピニオン４５と一体な第２旋回腕５３は１８０
度旋回し、図６において時計方向に第２テーブル１２を
待機位置Ｃから主軸５方向に移動させ、工具マガジン１
３の空の工具把持部１４により主軸５の工具ホルダＴを
把持する。この時回転カム７０によってメカバルブ７２
の流路が切換えられ、油圧シリンダ６６のピストンロッ
ド６７が突出され主軸５の工具ホルダＴのアンクランプ
が行なわれる。

【００１７】このアンクランプに続いて案内条体２５は
第１ラック体３６をガイドロッド３０の軸方向に移動さ
せ、ピニオン３３を回転させ第１旋回腕４１が図６にお
いて時計方向に１８０度旋回し第１テーブル１０を前端
まで移動させ、工具把持部１４に工具ホルダＴを把持し
たまま主軸５より工具ホルダＴを抜き取る。第１テーブ
ル１０が前端に至ったことをリミットスイッチＬＳ１が
検出して割出指令し工具マガジン１３へ出力し、工具割
出装置によって所要工具の割出しが行なわれ主軸５に対
向する位置に所要工具が割り出されると図示しない工具
割出完了の確認信号によって駆動モータ２２にドラムカ
ム２０を逆回転させる駆動が与えられる。

【００１８】ドラムカム２０が逆回転すると案内条体２
５は第１テーブル１０に正回転時の移動と逆の動作を与
えるように第１回転腕４１のカムフォロア４０を逆方向
に戻るように案内し、第１ラック体３６を後退移動さ
せ、第１旋回腕４１を前記に逆方向に１８０度旋回す
る。第１テーブル１０は後端に移動し主軸５の工具交換
位置Ａで所要工具を主軸５に挿着する。第１テーブル１
０が工具交換位置Ａで主軸５に所要工具を挿着すると、
回転カム７０によってメカバルブ７２の作動が切換えら
れ油圧シリンダ６６のピストンロッド６７が没入しバネ
６３によって主軸５の工具のクランプが行なわれる。次
いで第２テーブル１２が待機位置Ｃ方向に移動すること
によって工具マガジン１３の工具把持部１４は主軸５の
工具ホルダＴを解放し、第２テーブル１２を元の待機位
置Ｃに位置させて工具交換は完了する。

【００１９】第１テーブル１０、第２テーブル１２の移
動は、第１，第２旋回腕４１，５３と第１，第２テーブ
ル１０，１２に設けた移動案内溝４３ａ，５５ａとによ
って行なわれているので、各テーブル１０，１２の移動
開始と終了時には、その移動速度が遅く、中間で速いサ
インカーブ状に変化させることができ、停止時のショッ
クが少ない。

【００２０】

【発明の効果】以上のように請求項１の工具交換装置に
よればドラムカムの回転によって案内条体、案内体、第
１，第２ラック体、第１，第２旋回軸を介して第１旋回
腕と第２旋回腕とを旋回させこれに連結した第１テーブ
ル及び第２テーブルを移動するようにして主軸の工具ホ
ルダを交換するようにしたので、ドラムカムの回転だけ
で工具交換を行なうことができ１つの駆動源の制御でよ
いために、制御が容易となる。しかも、第１，第２テー
ブルは本発明によって全てドラムカムの回転から機械的
連繋を経て移動されるので、リミットスイッチ等で動作
確認して第１，第２テーブル間の移動を制御していた従
来のものに比べ、工具交換に要する時間を短くできる。
加えて、第１，第２テーブルは、第１，第２旋回腕の回
転を移動案内溝により直線連動に変換しているので、第
１，第２テーブルの移動速度をサインカーブ状にでき、
スタート停止時に工具マガジンに与えるショックが小さ
く、移動速度を高速化できる。

【００２１】また、請求項２の発明によれば、工具交換
時の工具ホルダの主軸へのクランプ、及びアンクランプ
をドラムカムと一体回転する回転カムによってメカバル
ブを連動してクランプ用のシリンダを制御するようにし
たので、リミットスイッチによってシリンダバルブを作
動させる確認作業は必要なく工具交換に要する時間が更
に短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図６のＩ−Ｉ断面図である。

【図２】図５のII−II線に沿う断面図である。

【図３】回転カムとメカバルブの説明図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】本発明の工具交換装置をマシニングセンタに装
備した正面図である。

【図６】本発明の工具交換装置をマシニングセンタに装
備した平面図である。

【図７】主軸の説明図である。

【図８】工具交換装置の作動説明図である。

【符号の説明】

１ 工具交換装置、 ５ 主軸、 ８ ベース、 １０
第１テーブル、１２ 第２テーブル、 １３ 工具マ
ガジン、 ２０ ドラムカム、２２ 駆動モータ、 ２
５ 案内条体、 ３３ 第１ピニオン、３６ 第１ラッ
ク体、 ３９ 第１旋回軸、４０ カムフォロア（案内
体）、 ４１ 第１旋回腕、４５ 第２ピニオン、 ４
８ 第２ラック体、 ５１ 第２旋回軸、５２ カムフ
ォロア（案内体）、 ５３ 第２旋回腕、 ７０ 回転
カム、７２ メカバルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース上に第１テーブルを主軸に近接離
   反する方向と、主軸軸線と平行方向との何れか一方に移
   動するように案内し、この第１テーブル上に第２テーブ
   ルを前記方向の残る方向へ移動するように案内し、この
   第２テーブル上に多数の工具ホルダを割出自在に備えた
   工具マガジンを載置し、第１，第２テーブルによって工
   具マガジンを移動させて主軸との間で直接工具交換を行
   なうようにした工具交換装置において、ベースにはドラ
   ムカム駆動モータと連結したドラムカムと平行に第１テ
   ーブルに対応する第１ラック体と、第２テーブルに対応
   する第２ラック体とを軸方向移動自在に並設し、そのド
   ラムカムの外周に第１ラック体及び第２ラック体往復動
   用の案内条体を形成し、この案内条体に第１ラック体及
   び第２ラック体に設けた案内体を夫々嵌入し、また、ベ
   ースには第１ラック体と第２ラック体に対応して、各ラ
   ック体と噛合うピニオンを備えた第１，第２旋回軸をラ
   ック体の移動方向と直交して回動自在に支持し、各第
   １，第２旋回軸に設けた旋回腕の先端を夫々対応した第
   １，第２テーブルの移動案内溝に嵌入したことを特徴と
   する工具交換装置。
2. 【請求項２】 工具交換動作中の主軸に対する工具ホル
   ダのクランプ及びアンクランプ動作を行なうシリンダの
   制御用バルブをメカバルブとし、このメカバルブを作動
   させる回転カムをドラムカムと一体回転するように設け
   た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。