JPH0657375B2 - 工具交換装置の作動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はタッピングマシーン、ドリルマシーン等の工作
機械の工具を交換する装置の作動機構に関する。

（従来の技術） スピンドル装置を備えたタッピングマシーンやドリルマ
シーンは加工するワークの機種変更等に対応して頻繁に
工具を交換しなければならない。

このため従来にあっては、多数の異なる種類の工具をツ
ールマガジンにストックしておき、工具を交換するにあ
たってはスピンドル装置がツールマガジンの位置まで移
動して工具交換を行うようにしたもの、或いはこの逆に
ツールマガジンがスピンドル装置の位置まで移動して工
具交換を行うのが一般的である。

上述した機構では装置自体が大がかりとなるため、スピ
ンドル装置とツールマガジンとの間に工具交換用のアー
ムを設け、工具の交換を行うには、先ずスピンドル装置
から工具を取外してこれをツールマガジンに収納し、次
いでツールマガジンにストックされている別の工具をス
ピンドル装置に装着するようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した工具交換装置はいずれも単一の動作によって工
具の交換を全て行うことができないため、それぞれの動
作を行わせるための駆動源を別々に設けている。例えば
直線動をなすためのシリンダユニット、回転動をなすた
めのモータ等を１つの装置に具備している。

その結果、交換装置が大がかりとなり、重量も増加し、
更に各動作の連続性にも支障が生じやすい。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明は、工作機械１１とツー
ルマガジン１４との間に工具交換装置１５を設け、この
工具交換装置１５の作動機構として、モータ４２等によ
って回転せしめられるカウンターシャフト４５と、この
カウンターシャフト４５と平行に配設され且つ先端にチ
ャッキングユニット４１を備えてなるアウターシャフト
４７と、このアウターシャフト４７内に回転自在に挿入
され且つ先端にピニオン８３を備えてなるインナーシャ
フト４８を設けた。

そして、カウンターシャフト４５側の溝カム５３とアウ
ターシャフト４７側のガイドリング５７に揺動アーム５
５を係合せしめた第１のカム機構４９によって、カウン
ターシャフト４５の回転をアウターシャフト４７及びイ
ンナーシャフト４８の軸方向の直線動に変換するように
するとともに、カウンターシャフト４５側のパラレルイ
ンデックスカム５８とアウターシャフト４７側のスパイ
ダ５９を係合せしめ且つスパイダ５９内周のスプライン
部５９ａをインナーシャフト４８外周のスプライン部４
８ａに係脱自在にした第２のカム機構５０によって、カ
ウンターシャフト４５の回転をアウターシャフト４７及
びインナーシャフト４８の間欠回転に変換するように
し、また、カウンターシャフト４５側の溝カム６１に係
合する揺動アーム６３をインナーシャフト４８側のレバ
ー６６にリンク６５結合せしめ且つレバー６６内周のス
プライン部６６ａをインナーシャフト４８外周のスプラ
イン部４８ａに係脱自在にした第３のカム機構５１によ
って、カウンターシャフト４５の回転をインナーシャフ
ト４８の回転に変換するようにした。

そして、前記インナーシャフト４８先端のピニオン８３
を前記チャッキングユニット４１のラック部材８２に噛
合させ、このラック部材８２に取付けたフィンガー８６
を前記工作機械１１とツールマガジン１４に向けて進退
自在にした。

（作用） まず、第３のカム機構５１によってインナーシャフト４
８を回転させることで、インナーシャフト４８先端のピ
ニオン８３、ラック部材８２によってフィンガー８６を
前進させ、工作機械１１とツールマガジン１４の工具を
把持する。

この際、レバー６６内周のスプライン部６６ａをインナ
ーシャフト４８外周のスプライン部４８ａに係合させた
状態で第３のカム機構５１を作動させる。

次に第１のカム機構４９の揺動アーム５５によって、ア
ウターシャフト４７とインナーシャフト４８を軸方向に
直線動させて工具を引抜く。

この際、インナーシャフト４８外周のスプライン部４８
ａは、レバー６６内周のスプライン部６６ａから外れ、
今度は、第２のカム機構５０のスパイダ５９内周のスプ
ライン部５９ａに係合する。

次いで、第２のカム機構５０を作動させてアウターシャ
フト４７とインナーシャフト４８を回転させることで、
チャッキングユニット４１を１８０度旋回させ、工作機
械１１とツールマガジン１４の工具の位置を変換する。

その後、第１のカム機構４９でアウターシャフト４７と
インナーシャフト４８を軸方向に直線動させて工具を挿
入し、同時にインナーシャフト４８外周のスプライン部
４８ａをスパイダ５内周のスプライン部５９ａから外
し、レバー６６内周のスプライン部６６ａに係合させ
る。

そして第３のカム機構５１によってインナーシャフト４
８を回転させ、工具の把持を解くとともにフィンガー８
６を退動させる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る交換機構を適用した工作機械の正
面図、第２図は同工作機械の側面図、第３図は同工作機
械の平面図であり、床上に固設されたベッド１上には左
右方向（Ｘ方向）にガイドレール２が設けられ、このガ
イドレール２上にモータ３によって左右方向に移動する
移動体４を取付け、この移動体４にガイドレール７を設
け、このガイドレール７上にモータ５によって前後方向
（Ｚ方向）に進退動をなす移動体８を係合し、この移動
体８上に支持体９を設けている。

そして、支持体９の前面側には支持体９内に組込んだ旋
回用モータによって垂直面内で回転する旋回テーブル１
０を取付け、この旋回テーブル１０の前面側で旋回中心
から外れた位置にはスピンドル装置１１を設け、このス
ピンドル装置１１を支持体９の後面側に取付けたモータ
１２によって回転せしめるようにしている。

また、移動体４からは斜め上方にアーム１３を延出し、
このアーム１３の先端部に交換用のツールを保持したツ
ールマガジン１４を取付け、アーム１３の中間部にはツ
ールマガジン１４とスピンドル装置１１との間でツール
の交換を行う交換装置１５を設け、更にベッド１の後方
には操作盤を備えた制御ボックス１６を配置するととも
にベッド１の後方の床上にはクーラントユニット１７を
設置している。

ここで支持体９は第４図に示すように前方（図中左方）
に向って開放された凹部１８内に施回テーブル１０を垂
直面内で回転させるダイレクトドライブモータ１９を設
けている。このモータ１９は筒状をなす固定部材１９ａ
と、この固定部材１９ａ内に支承される中空回転軸１９
ｂとからなり、中空回転軸１９ｂの先端に施回テーブル
１０を固着している。

一方、施回テーブル１０は正面視で円盤状をなすととも
に内部を中空とし、更に後方に向って環状リブ２０を突
設している。この環状リブ２０の後端部には摺接リング
２１を設け、この摺接リング２１と環状リブ２０との間
に溝部２２を形成している。また支持体９の前面には摺
接リング２１と全面的に摺接する支持リング２３を固着
し、この支持リング２３の前面側に断面アングル状の係
止環２４を取付け、この係止環２４を前記溝部２２に係
合することで係止環２４を支持リング２３との間で摺接
リング２１を摺動し得る隙間を保持しつつ挟持するよう
にしている。

また、スピンドル装置１１を駆動するスピンドルモータ
１２は支持体９の後面側に支持プレート２５を介して取
付けられ、この支持プレート２５の前部は筒状部２６と
し、この筒状部２６内にスピンドルモータ軸２７を回転
自在に支承し、施回テーブル１０の中空部内に突出する
スピンドルモータ軸２７の先端にプーリ２８を嵌着し、
このプーリ２８とスピンドル装置１１の中空スピンドル
軸２９に嵌着したプーリ３０間にタイミングベルト３１
を張設し、スピンドルモータ１２の回転をスピンドル軸
２９に伝達するようにしている。

また、スピンドル軸２９の先端部にはメステーパ部３２
が形成され、このメステーパ部３２内にツールホルダー
３３のオステーパ部３４が嵌合するようにし、このオス
テーパ部３４にはチャッキング駒３５を螺着し、更にス
ピンドル軸２９内にはドローバー３６を挿入し、このド
ローバー３６を前記交換装置１５の作動と連動するドロ
ーバー作動アーム３７によって皿バネ３８を抗して進退
動させることで、スピンドル装置に対してツールホルダ
ー３３を脱着するようにしている。

次に工具交換装置１５の構造及び作用を第５図乃至第１
６図に基づいて説明する。

ここで第５図は工具交換装置１５の平面図、第６図は第
７図のＡ方向矢視図、第７図は第５図のＢ−Ｂ線断面
図、第８図は第７図のＣ−Ｃ線断面図、第９図は第７図
のＤ−Ｄ線断面図、第１０図は第７図のＥ−Ｅ線断面
図、第１１図は第７図のＦ−Ｆ線断面図、第１２図は第
８図のＧ−Ｇ線断面図、第１３図は第７図のＨ方向矢視
図、第１４図は第１３図のＩ−Ｉ線断面図、第１５図は
第１３図のＪ−Ｊ線断面図、第１６図はチャッキングユ
ニットの正面図である。

工具交換装置１５は作動機構を内蔵したボックス４０と
チャッキングユニット４１とからなり、ボックス４０の
下面には作動機構を動作させるモータ４２を取付けてい
る。また、ボックス４０内には第７図に示すようにベア
リング４３，４４を用いてカウンターシャフト４５を回
転自在に架設し、ウォームギヤ４６を介して前記モータ
４２の回転をカウンターシャフト４５に伝達するように
している。

またボックス４０にはカウンターシャフト４５と平行に
パイプ状のアウターシャフト４７を回転自在且つ軸方向
に摺動自在に挿通支持し、ボックス４０から突出したア
ウターシャフト４７の先端に前記チャッキングユニット
４１を取付け、アウターシャフト４７内には両端がアウ
ターシャフト４７から突出するようにインナーシャフト
４８を回転自在に挿入している。

また、前記カウンターシャフト４５とアウターシャフト
４７との間には第１のカム機構４９及び第２のカム機構
５０を設け、カウンターシャフト４５とインナーシャフ
ト４８との間には第３のカム機構５１を設け、カウンタ
ーシャフト４５の回転を直線動、間欠回転動或いは回転
動としてアウターシャフト４７及びインナーシャフト４
８に伝達するようにし、更にカウンターシャフト４５の
後端には第４のカム機構５２を設けている。

第１のカム機構４９は第８図にも示すように、カウンタ
ーシャフト４５に溝カム５３を固着し、溝カム５３の外
周面に形成したカム溝５４に一端をボックス４０の内側
面に回動自在に支持した揺動アーム５５のローラ５６を
係合し、更に揺動アーム５５の先端部をアウターシャフ
ト４７に嵌着したガイドリング５７に係合し、カウンタ
ーシャフト４５の回転動を直線動としてアウターシャフ
ト４７に伝達し、アウターシャフト４７、及び軸方向に
対してアウターシャフト４７と一体の動きとなるインナ
ーシャフト４８を軸方向に進退動せしめるようにしてい
る。

第２のカム機構５０は第９図にも示すように、カウンタ
ーシャフト４５にパラレルインデックスカム５８をキー
嵌合し、一方アウターシャフト４７から後方へ突出した
インナーシャフト４８の外周部にパラレルインデックス
カム５８を係合するスパイダ５９を装着する一方、スパ
イダ５９の内周の一部に、図７に示すようなスプライン
部５９ａを形成し、このスパイダ５９のスプライン部５
９ａは、インナーシャフト４８が後退した際（図７の状
態）、インナーシャフト４８外周のスプライン部４８ａ
との係合が外れて、スパイダ５９がインナーシャフト４
８に対して回転自在になるようにされるとともに、イン
ナーシャフト４８が前進（図７の右方）した際、インナ
ーシャフト４８のスプライン部４８ａとスプライン嵌合
するようにしている。

また、このスパイダ５９を筒体６０の端面に固着し、こ
の筒体はアウターシャフトとスプライン嵌合し、カウン
ターシャフト４５の回転動を間欠回転動としてアウター
シャフト４７にも伝達するようにしている。

第３のカム機構５１は第１０図にも示すように、カウン
ターシャフト４５に溝カム６１を固着し、溝カム６１の
一端面に形成したカム溝６２に一端をボックス４０の内
底部に回動自在に支持した揺動アーム６３のローラ６４
を係合し、この揺動アーム６３の先端部をリンク６５を
介してインナーシャフト４８の外周部にスプライン嵌合
するレバー６６に連結し、カウンターシャフト４５が所
定量回転することでインナーシャフト４８が所定角度だ
け往復回転するようにしている。

この際、図７、図１０に示すように、レバー６６内周の
スプライン部６６ａは、インナーシャフト４８が後退
（図７の状態）した際にインナーシャフト４８外周のス
プライン部４８ａに嵌合し、インナーシャフト４８が前
進（図７の右方）した際、スプライン嵌合が外れるよう
にしている。

第４のカム機構５２は第１１図にも示すように、カウン
ターシャフト４５に板状カム６７を固着し、この板状カ
ム６７の外周面に基端をボックス４０のブラケット６８
に枢着し先端をガイドバー６９に係合した揺動アーム７
０のローラ７１を当接し、更にガイドバー６９について
はスプリング７２によって一方向に付勢するとともに、
ガイドバー６９の一端には第５図及び第６図に示すよう
に揺動アーム７３の先端部を係合している。揺動アーム
７３の基端部はボックス４０の後側端面に設けたピン７
４に回転自在に被冠した筒体７５に固着し、この筒体７
５にはレバー７６の基端部を固着し、このレバー７６の
先端部をボックス４０に摺動自在に保持したプッシュロ
ッド７７に連結し、このプッシュロッド７７の先端部を
前記ドローバー作動アーム３７に係合するようになって
いる。而して、１つの駆動源によって工作機械とツール
マガジン間における工具の交換だけでなく、スピンドル
装置１１に対する工具の着脱も自動的に行える。

一方、前記チャッキングユニット１は第１３図乃至第１
６図に示すように、前記アウターシャフト先端部にチャ
ッキングユニット４１のボックス８０を取付け、このボ
ックス８０内に一対の平行なレール８１，８１を設け、
これらレール８１，８１とボックス８０内周面との間に
ラックスライド部材８２，８２を摺動自在に係合し、こ
れらラックスライド部材８２，８２をインナーシャフト
４８を嵌着したピニオン８３に噛合せしめ、ピニオン８
３が回転することで、ラックスライド部材８２，８２が
互いに反対方向に直線動をなすようにしている。そし
て、各スライド部材８２，８２の夫々には先部が凹状を
なす支持板８４，８４を取付け、この支持板８４には円
弧状部材８５とキィー８５′とを一体に取付けるととも
にこの円弧状部材８５を外側にフィンガー８６，８６を
軸８７，８７を中心として揺動自在に支持し、これらフ
ィンガー８６，８６の基端部間にスプリング８８を拡装
し、フィンガー８６，８６を閉じ方向に付勢している。

また、フィンガー８６，８６の先端部には工具（ツール
ホルダー）把持用のローラ８９…を設けている。

以上において、インナーシャフト４８の回転動によりピ
ニオン８３が回転し、スライド部材８２，８２が互いに
離反する方向に摺動すると、第１５図に示すように各ス
ライド部材８２に取付けられている支持板８４，８４も
互いに離反する方向に移動し、一方の支持板８４に取付
けられているフィンガー８６，８６は第１６図に示すよ
うにツールマガジン１４に保持されている工具Ｔ１（図
示例では工具自体ではなくツールホルダーを示してい
る）を保持し、他方の支持板８４に取付けられているフ
ィンガー８６，８６はスピンドル装置１１に装着されて
いる工具Ｔ２を保持する。

以上の如き構成の工具交換装置１５を用いて工具Ｔ１，
Ｔ２を交換する手順を以下に説明する。

先ず、工具を交換する位置は旋回テーブル１０が回転
し、スピンドル装置１１がツールマガジン１４の中心と
交換装置１５の中心を結ぶ線上にきた位置とし、この位
置を基準として説明する。

上述した基準位置において、モータ４２を駆動してカウ
ンターシャフト４５を回転せしめる。すると第３のカム
機構５１によってインナーシャフト４８が回転し、この
インナーシャフト４８に固着したピニオン８３が回転す
る。そして、ピニオン８３の回転によってチャッキング
ユニット４１のラックスライド部材８２，８２が離反す
る方向に移動し、この移動によってフィンガー８６，８
６も移動し、第１６図に示したように一対のフィンガー
８６，８６間にてツールマガジン１４に保持されている
工具Ｔ１を把持し、他方の一対のフィンガー８６，８６
間にてスピンドル装置１１に保持されている工具Ｔ２を
把持する。次に第４カム機構が作動してスピンドル先端
の工具Ｔ２の把持状態を解除する。

尚、上記の操作の間に第１のカム機構４９を構成する溝
カム５３及び第２のカム機構５０を構成するパラレルイ
ンデックスカム５８も等角度回転しているが、第１のカ
ム機構４９を構成する揺動アーム５５のローラ５６はカ
ム溝５４のうち溝カム５３の回転方向と平行な直線部に
沿って転動しているため、アウターシャフト４７は前進
動を行わない。また、パラレルインデックスカム５８の
カム部もスパイダ５９のカムフォロアに当接しない角度
範囲の回転としているため、アウターシャフト４７は回
転動も行わない。

次いで第１のカム機構４９を構成する溝カム５３のカム
溝５４のうち溝カム５３の回転方向と非平行な部分を揺
動アーム５５のローラ５６が転動すると、揺動アーム５
５が第７図中時計方向に揺動しアウターシャフト４７と
インナーシャフト４８及びチャッキングユニット４１を
右方向へ突出せしめる。即ちこの動作によりツールマガ
ジン１４及びスピンドル装置１１に保持されていた工具
Ｔ１，Ｔ２がそれぞれツールマガジン１４及びスピンド
ル装置１１から引き抜かれる。尚、このときインナーシ
ャフト４８及びピニオン８３は回転せず、したがってフ
ィンガー８６，８６は突出した位置を維持している。

以上の如くしてツールマガジン１４及びスピンドル装置
１１から工具Ｔ１，Ｔ２を引き抜いた後は、第２のカム
機構５０によってパラレルインデックスカム５８のカム
部がスパイダ５９のカムフォロアに当接し、アウターシ
ャフト４７とインナーシャフト４８及びこれに結着され
るチャッキングユニット４１を垂直面内で１８０゜回転
せしめ、ツールマガジン１４から取り出した工具Ｔ１を
スピンドル装置１１の前方位置に、スピンドル装置１１
から取り出した工具Ｔ２をツールマガジン１４の前方に
位置させ、更にカウンターシャフト４５が回転すること
で、第１カム機構の原位置復帰によりアウターシャフト
４７及びチャッキングユニット４１を後退させ、工具Ｔ
１をスピンドル装置１１に、工具Ｔ２をツールマガジン
１４に装着し、更に第４カム機構の作動でプッシュロッ
ドが後退し工具Ｔ２をスピンドルに把持する。この後、
第３カム機構によりインナーシャフト４８を回転させフ
ィンガー８６，８６を元に戻し、フィンガー８６，８６
による把持状態を解除する。

（発明の効果） 以上に説明した如く本発明によれば、１つの駆動源によ
り複数の異なる動作をなさしめ、工具交換を１つの駆動
源のみで行えるようにしたので、装置全体のコンパクト
化、軽量化更には動作の確実性が向上する。特にカウン
ターシャフトの回転をアウターシャフト及びインナーシ
ャフトに無理なく伝達するようにしたので故障しにく
く、装置の寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具交換装置を適用した工作機械
の正面図、第２図は同工作機械の側面図、第３図は同工
作機械の平面図、第４図は支持体の断面図、第５図は工
具交換装置の平面図、第６図は第５図のＡ方向矢視図、
第７図は第５図のＢ−Ｂ線断面図、第８図は第７図のＣ
−Ｃ線断面図、第９図は第７図のＤ−Ｄ線断面図、第１
０図は第７図のＥ−Ｅ線断面図、第１１図は第７図のＦ
−Ｆ線断面図、第１２図は第８図のＧ−Ｇ線断面図、第
１３図は第７図のＨ方向矢視図、第１４図は第１３図の
Ｉ−Ｉ線断面図、第１５図は第１３図のＪ−Ｊ線断面
図、第１６図はチャッキングユニットの正面図である。 尚、図面中１１はスピンドル装置、１４はツールマガジ
ン、１５は交換装置、４０はボックス、４１はチャッキ
ングユニット、４５はカウンターシャフト、４７はアウ
ターシャフト、４８はインナーシャフト、４９は第１の
カム機構、５０は第２のカム機構、５１は第３のカム機
構、Ｔ１，Ｔ２は工具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械とツールマガジンとの間に配設さ
   れる工具交換装置の作動機構において、この作動機構は
   モータ等によって回転せしめられるカウンターシャフト
   と、このカウンターシャフトと平行に配設され且つ先端
   にチャッキングユニットを備えてなるアウターシャフト
   と、このアウターシャフト内に回転自在に挿入され且つ
   先端にピニオンを備えてなるインナーシャフトと、カウ
   ンターシャフトの回転をアウターシャフト及びインナー
   シャフトの軸方向の直線動に変換するため、カウンター
   シャフト側の溝カムとアウターシャフト側のガイドリン
   グに揺動アームを係合せしめた第１のカム機構と、カウ
   ンターシャフトの回転をアウターシャフト及びインナー
   シャフトの間欠回転に変換するため、カウンターシャフ
   ト側のパラレルインデックスカムとアウターシャフト側
   のスパイダを係合せしめ且つスパイダ内周のスプライン
   部をインナーシャフト外周のスプライン部に対して係脱
   自在にした第２のカム機構と、カウンターシャフトの回
   転をインナーシャフトの回転に変換するため、カウンタ
   ーシャフト側の溝カムに係合する揺動アームをインナー
   シャフト側のレバーにリンク結合せしめ且つこのレバー
   内周のスプライン部をインナーシャフト外周のスプライ
   ン部に対して係脱自在にした第３のカム機構からなり、
   前記インナーシャフト先端のピニオンを前記チャッキン
   グユニットのラック部材に噛合させ、このラック部材に
   取付けたフィンガーを前記工作機械とツールマガジンに
   向けて進退自在にしたことを特徴とする工具交換装置の
   作動機構。