JPH07164214A - 工具交換装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具クランプ機構を駆動するカムの作用とは
無関係に工具をクランプ及びアンクランプできる工具交
換装置を備えた工作機械を提供する。 【構成】 油圧シリンダ２５５がロッド５２Ｂの端部に
推力を加え、ロッド５２Ｂの該Ｙ字部１１９にて工具リ
リースピン５４を上方から押圧する。なおこの時、該ロ
ッド５２Ｂの片持ち部１１８は、バネ２５６の付勢力に
対抗してもち上げられ、ロッド５２Ａとの係合が解かれ
る。これによりドローバー５３が押し下げられ、コレッ
ト１３４が下降して、コレット１３４の各ボール１３６
はコレット室１３３下方のテーパ部１３７で径方向に逃
げ、プルスタッド１３１は自由にコレット１３４内を通
過することができるようになり工具１３は主軸から抜き
取り可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工具交換装置を備えた工
作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種工具を着脱可能に保持するコ
レットを有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、そ
の主軸台を、該主軸に保持された工具と相対する被加工
物に対して相対的に、該主軸の回転軸線と同方向に往復
移動可能に支持するフレームと、その工具マガジンに保
持された工具の一つを選択して該主軸に装着された工具
と交換するための工具交換装置とを備えた工作機械にお
いて、該主軸と工具マガジンとの間に工具交換アームを
配置し、該工具交換アームによる工具の把持、主軸の回
転軸線と同方向への往復動及び該軸線を中心とした回動
運動により主軸と工具マガジン上の工具とを交換する工
具交換装置を備えた工作機械が、例えば特開平２−２６
２９３６に知られている。

【０００３】この工作機械においては、該工具クランプ
機構が、コレットを支持するドローバーと、該ドローバ
ーに被加工物とは反対方向の弾性力を付加して、該コレ
ットに工具をクランプさせる皿バネとを有している。更
に、該工具クランプ機構を駆動するためにモータによっ
て回転される工具クランプ機構駆動用カムと、該工具ク
ランプ機構駆動用カムによって作動され、該ドローバー
を被加工物方向に付勢してコレットに工具をアンクラン
プさせるリンクロッドとを備える構成を有している。そ
して、該工具クランプ機構駆動用カムが一回転すること
により、この回転に従動するリンクロッドがドローバー
を被加工物側に付勢しコレットをアンクランプさせ、そ
して、該被加工物方向への付勢を解くことによりコレッ
トをクランプさせていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成に係る工具交換装置においては、工具クランプ機構駆
動用カムの回転にリンクロッドを従動させ、これにより
ドローバーを駆動しているため、主軸に装着された工具
のクランプ及びアンクランプを該工具クランプ機構駆動
用カムの回動、即ち、この工具クランプ機構駆動用カム
を回動させる工具交換装置の動作と独立して行うことが
できなかった。

【０００５】このため、工具が破損した場合に新しい工
具と交換するためには、工具交換装置により該破損した
工具を工具マガジンに入れ直し、その後、新たな工具を
主軸に装着しなければならないため復旧に時間がかかっ
た。また、該工具クランプ機構駆動用カムを駆動するモ
ータが故障した場合等には、主軸に装着された工具を、
該工具クランプ機構駆動用カムの駆動軸を手動により回
転させてアンクランプさせる必要があり大変手間がかか
った。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、工具クランプ機構を駆動するカム
の作用とは無関係に工具をクランプ及びアンクランプで
きる工具交換装置を備えた工作機械を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、本発明においては、第１の態様においては、各種工
具を着脱可能に保持するコレットを有する工具クランプ
機構を内蔵する主軸と、前記主軸を回転可能に支持する
主軸台と、その主軸台を、前記主軸に保持された工具と
相対する被加工物に対して相対的に、前記主軸の回転軸
線と同方向に往復移動可能に支持するフレームと、複数
の各種工具を保持する工具マガジンと、その工具マガジ
ンに保持された工具の一つを選択して前記主軸に装着さ
れた工具と交換するための工具交換装置とを備えた工作
機械であって、前記工具クランプ機構が、前記コレット
を支持するドローバーと、該ドローバーに被加工物とは
反対方向の弾性力を付加して、該コレットに工具をクラ
ンプさせる弾性手段とを有し、前記工具クランプ機構を
駆動するためにモータによって回転される工具クランプ
機構駆動用カムと、該工具クランプ機構駆動用カムによ
って作動され、前記ドローバーを被加工物方向に付勢し
てコレットに工具をアンクランプさせるリンクロッドで
あって、ロッド間にリンクを解くリンク解除手段を有す
るリンクロッドと、該リンクロッドのドローバー側の端
部を押圧してドローバーを被加工物方向に付勢して、該
コレットに工具をアンクランプさせる付勢手段とを備え
ることを特徴とする。

【０００８】また、本発明においては、第２の態様にお
いては、各種工具を着脱可能に保持するコレットを有す
る工具クランプ機構を内蔵する主軸と、前記主軸を回転
可能に支持する主軸台と、その主軸台を、前記主軸に保
持された工具と相対する被加工物に対して相対的に、前
記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可能に支持するフ
レームと、複数の各種工具を保持する工具マガジンと、
その工具マガジンに保持された工具の一つを選択して前
記主軸に装着された工具と交換するための工具交換装置
とを備えた工作機械であって、前記工具クランプ機構
が、前記コレットを支持するドローバーと、該ドローバ
ーに被加工物とは反対方向の弾性力を付加して、該コレ
ットに工具をクランプさせる弾性手段とを有し、前記工
具クランプ機構を駆動するためにモータによって回転さ
れる工具クランプ機構駆動用カムと、該工具クランプ機
構駆動用カムによって作動され、前記ドローバーを被加
工物方向に付勢してコレットに工具をアンクランプさせ
るロッドであって、前記工具クランプ機構駆動用カムと
の間の係合を解く係合解除手段を有するロッドと、該ロ
ッドのドローバー側の端部を押圧して該ドローバーを被
加工物方向に付勢して、該コレットに工具をアンクラン
プさせる付勢手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】このように本発明を構成したことにより、本発
明は第１の態様において、該付勢手段がドローバーを被
加工物方向に付勢すると、該ドローバを該工具クランプ
機構駆動用カムの作用により付勢するリンクロッド間の
リンク係合が、リンク解除手段によって解かれるため、
該工具クランプ機構駆動用カムの作用とは無関係に、上
記付勢手段はドローバーを被加工物方向に付勢して該コ
レットに工具をアンクランプさせることができる。ま
た、該付勢手段がドローバーの付勢を解くことにより、
弾性手段が該ドローバーへ被加工物とは反対方向の弾性
力を付加して、該コレットに工具をクランプさせること
ができる。

【００１０】また、本発明の第２に態様においては、該
付勢手段がドローバーを被加工物方向に付勢すると、該
ドローバを該工具クランプ機構駆動用カムの作用により
付勢するロッドと、該工具クランプ機構駆動用カムとの
係合が、係合解除手段によって解かれるため、該工具ク
ランプ機構駆動用カムの作用とは無関係に、上記付勢手
段はドローバーを被加工物方向に付勢して該コレットに
工具をアンクランプさせることができる。また、該付勢
手段がドローバーの付勢を解くことにより、弾性手段が
該ドローバーへ被加工物とは反対方向の弾性力を付加し
て、該コレットに工具をクランプさせることができる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例について図面に従って具体的
に説明する。図２は本発明に係る工具交換装が搭載され
たマシニングセンタを示す斜視図、図３は平面図であ
る。基台１に直立して固定されたコラム２に主軸台３が
支持されている。主軸台３はリニアガイド４に案内され
Ｚ軸送りモータ５及び送りねじ６により上下方向に移動
される。テーブル７は水平面でＸ−Ｙ方向に移動可能で
ある。主軸台３には主軸１１及び主軸１１に直線連結さ
れた主軸モータ１０の他に、回転型の工具マガジン８が
搭載されている。工具マガジン８はマガジンモータ１２
により回転され選択工具が割出される。また、主軸台３
には、工具マガジン８と主軸１１との間で工具１３を交
換する工具交換装置（ＡＴＣ装置）が組込まれている。
両端に工具把持爪１５を備えた旋回アーム１６、工具交
換駆動モータ１７（以下ＡＴＣモータ１７と称す）等が
その部材である。

【００１２】図１は本発明に係る工具交換装置の機構の
概要を示す模式図である。ＡＴＣモータ１７の回転はウ
ォーム２１及びウォーム歯車２２により工具交換駆動軸
２３（以下ＡＴＣ駆動軸２３と称する）に伝えられる。
ＡＴＣ駆動軸は軸受２４、２５により主軸台に回転自在
に軸支されている。ＡＴＣ駆動軸２３には４つのカムが
設けられている。

【００１３】一方、第１のスリーブ２６が軸受２７、２
８により主軸台３に回転自在に軸支されている。第１の
スリーブ２６の内周面にはスプラインキー２９が形成さ
れ、第２のスリーブ３０のスプライン部３１が係合す
る。第２のスリーブ３０は第１のスリーブ２６の内周面
及びメタル軸受３２を介して主軸台３に支承され、第１
のスリーブ２６と一体に回転されると共に軸方向に摺動
可能である。第２のスリーブ３０の先端には旋回アーム
１６が固定されている。第２のスリーブ３０は旋回アー
ム軸をなす。旋回アーム１６内には工具把持爪１５を開
閉する開閉機構が内蔵されている。その開閉機構の駆動
部に、第２のスリーブ３０に挿通され主軸台３に回転自
在に支持された回動ロッド３３が係合し、回動ロッド３
３の回転により工具把持爪１５を開閉する。そして、旋
回アーム１６の回転及び軸方向への移動により主軸１１
と工具マガジン８の工具ポット３４との間で工具１３を
交換する。

【００１４】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第１のカム
は２枚の板カム３５、３６からなる複合カムであり、い
わゆるパラレルカム３７と称されるものである。２枚の
板カム３５、３６は、第１のスリーブ２６と一体に構成
された従動子３８の従節ローラ３９、４０に当接し、第
１のスリーブ２６の回転位置を規制する。そして、ＡＴ
Ｃ駆動軸２３の一回転の間に第１のスリーブ２６を間欠
的に１８０°回転させる。

【００１５】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第２のカム
は円筒部材４１の周面に形成された第１の円筒溝カム４
２である。第１の円筒溝カム４２に従動して揺動される
揺動レバー４３に設けられた接触子４４が、第２のスリ
ーブ３０の外周の円周溝４５に係合し、第２のスリーブ
３０の軸方向位置を規制する。ＡＴＣ駆動軸２３の一回
転の間に第２のスリーブ３０は軸方向に間欠的に一往復
される。

【００１６】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第３のカム
は円板４６の上面に形成された平面溝カム４７である。
平面溝カム４７に従動して往復動されるラック４８が回
動ロッド３３のピニオン４９と係合し、回動ロッド３３
の回動位置を規制する。回動ロッド３３の回動位置に従
って工具把持爪１５が開閉される。

【００１７】ＡＴＣ駆動軸２３に設けられた第４のカム
は円筒部材４１の上部に形成された第２の円筒溝カム５
１である。第２の円筒溝カム５１にロッド５２Ａ及びロ
ッド５２Ｂかなら成るリンクロッド５２を従動させ、該
ロッド５２Ｂにより工具着脱装置のドローバー５３に連
結された工具リリースピン５４を押圧し、主軸１１の工
具１３をアンクランプ状態とすることが可能である。他
方、該ロッド５２Ｂの一方の端部の上部には、該ロッド
５２Ｂに工具リリースピン５４を押圧させて工具１３を
アンクランプさせる推力を加えるための油圧シリンダ２
５５が設けられている。該油圧シリンダ２５５は図示し
ないスイッチまたはＮＣデータ上の命令に基づき駆動さ
れる。また、該ロッド５２Ｂの他方の端部の下方には、
該ロッド５２Ｂとこれを連動させるロッド５２Ａとの係
合を保持するための引っ張りバネ２５６が配置されてい
る。

【００１８】以下、上記の機構の詳細について説明す
る。図４は主軸台３の左側面を覆う工具マガジン８を取
外して見た図３のＡ−Ａ線矢視図であり、図５は第２の
スリーブ３０の縦断面図である。主軸台３の上部に円筒
形状のブラケット５７が固定されている。その円筒状ブ
ラケット５７及び主軸台３のリブ部５８に軸受５９、６
０を介して第１のスリーブ２６が回転自在に支承されて
いる。第１のスリーブ２６は、多数の従節ローラ３９、
４０を支承する上下３枚の円板からなるパラレルカム３
７の従動子３８と一体に構成されている。また、その内
周面にはスプラインキー２９が形成されている。

【００１９】第２のスリーブ３０の上部にはスプライン
３１が形成され、そのスプライン３１が第１のスリーブ
２６のスプラインキー２９と係合して第２のスリーブ３
０の上部を支承する。第２のスリーブ３０の下部はメタ
ル軸受３２により主軸台３に回転自在かつ軸方向に移動
自在に支承されている。第２のスリーブ３０の中央部外
周にはリング部材６１がねじ６２により固定されてお
り、そのリング部材６１の円周溝４５に揺動レバー４３
の接触子４４が係合して第２のスリーブ３０の軸方向位
置を規制し支持している。

【００２０】第２のスリーブ３０の内部には、工具把持
爪１５を開閉するための回動ロッド３３が挿通されてい
る。回動ロッド３３は上端部を円筒状ブラケット５７内
で軸受６３により回転自在に支持されている。回動ロッ
ド３３は軸方向には移動することができない。回動ロッ
ド３３の上端に設けられたピニオン４９は、円筒状ブラ
ケット５７に摺動自在に支持され平面溝カム４７に従動
して往復動されるラック４８と係合する。

【００２１】第２のスリーブ３０を回転駆動するカムイ
ンデックス機構について図５及び図６を参照し説明す
る。図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。ＡＴＣ駆動軸
２３に固定された２枚の板カム３５、３６はそれぞれ真
円部３５Ａ、３６Ａと山部３５Ｂ、３６Ｂとからなるカ
ム輪郭を有し、２枚の板カム３５、３６の山部３５Ｂ、
３６Ｂは互いにずらして構成されている。第１のスリー
ブ２６と一体に形成された３枚の円板（従動子）３８の
間には、それぞれ４つの従節ローラ３９、４０が回転自
在に支持されパラレルカム３７の従動子３８を構成して
いる。上段の従節ローラ３９と下段の従節ローラ４０と
は互い違いに位置するように配設されている。２枚の板
カム３５、３６はそれぞれ４つの従節ローラ３９、４０
のいずれかに当接する。

【００２２】ＡＴＣ駆動軸２３の回転に従い、板カム３
５、３６の山部３５Ｂ、３６Ｂが一種のギアの様になっ
て従節ローラ３９、４０と噛み合い、従動子３８即ち第
１のスリーブ２６を回転させる。また、図６に示す様に
板カム３５、３６の真円部３５Ａ、３６Ａが従節ローラ
３９、４０に当接しているときは、上下段の互い違いの
従節ローラ３９、４０が板カム３５、３６の真円部３５
Ａ、３６Ａを挟んだ状態になり、板カム３５、３６の回
転にかかわらず従動子３８即ち第１のスリーブ２６は完
全にロックされた停止状態になる。板カム３５、３６の
カム輪郭は１８０°の回転で従動子３８を１８０°回転
し、残りの１８０°の回転では従動子３８を停止状態に
ロックするように形成されている。

【００２３】第２のスリーブ３０を軸方向に往復動させ
る軸送り機構について図４及び図７を参照し説明する。
図７は図４のＣ−Ｃ線断面図である。揺動レバー４３が
主軸台３の隔壁６５に設けられた軸６６を支点として揺
動自在に支承されている。揺動レバー４３の中央部には
側方に突出した円筒形状のカムフォロワー６７が設けら
れ、先端部にはローラからなる接触子４４が設けられて
いる。カムフォロワー６７は第１の円筒溝カム４２に係
合され、先端の接触子４４は第２のスリーブ３０に固定
されたリング部材６１の円周溝４５に係合されている。
ＡＴＣ駆動軸２３の回転に従い第２のスリーブ３０が軸
方向に上下動される。

【００２４】回動ロッド３３を平面溝カム４７に従動し
て回動する機構について図８及び図９を参照し説明す
る。図８は図４のＤ−Ｄ線階段断面図、図９は図８のＥ
−Ｅ線矢視図である。主軸台３の天井壁７０に水平レバ
ー７１が中央部を軸７２に支承され、水平面内で揺動自
在に取付けられている。水平レバー７１の一端には下方
に突出した円筒状のカムフォロワー７３が設けられ、他
端には上方に突出した円筒状の接触子７４が設けられて
いる。回動ロッド３３の上端を支持する円筒状ブラケッ
ト５７には水平方向に貫通する円形の案内孔７５が形成
され、その案内孔７５にラック４８が摺動自在に挿通さ
れ案内されている。ラック４８は回動ロッド３３の上端
に設けられたピニオン４９と噛合する。円筒状ブラケッ
ト５７の側面から突出したラック４８の後端部には係合
溝７６が形成され、その係合溝７６に水平レバー７１の
接触子７４が係合する。また、水平レバー７１のカムフ
ォロワー７３は平面溝カム４７に係合する。ＡＴＣ駆動
軸２３の回転に従い、水平レバー７１が揺動され、ラッ
ク４８が前後に摺動されて回動ロッド３３が回動され
る。

【００２５】回動ロッド３３の回動に従って工具把持爪
１５を開閉する把持爪開閉機構について図５及び図１０
を参照して説明する。図１０は図５のＫ−Ｋ線断面図で
ある。回動ロッドの下端部には円筒形状をしたソケット
８０がピン８１により取付られている。ソケット８０は
第２のスリーブ３０の内周面に摺接し、回動ロッド３３
の下端を第２のスリーブ３０の回転中心軸線上に支持す
る。回動ロッド３３の下端には、水平方向に突出して係
合ピン８２が設けられている。一方、第２のスリーブ３
０の先端に固定された旋回アーム１６の中心には、ピニ
オン軸８３が軸受８４、８５を介して垂直に軸支されて
いる。ピニオン軸８３の上端面には回動ロッド３３の係
合ピン８２と係合するためのＵ字溝８６が形成されてい
る。図５に示す様に、第２のスリーブ３０が上昇端に位
置したときに、係合ピン８２がＵ字溝８６に係合し回動
ロッド３３の回動に従動してピニオン軸８３が回動され
る。

【００２６】旋回アーム１６内には、ピニオン軸８３の
ピニオンに噛合すラック部材８８がケーシング８９に案
内され左右に摺動自在に設けられている。ラック部材８
８は、その先端部９０がケーシング８９から突出し工具
ホルダの溝に係合するノッチを兼ねる部材である。ラッ
ク部材８８の摺動面をなす側面には２つのＶ溝９１、９
２が垂直に形成されている。ケーシング８９の上記Ｖ溝
９１、９２に対応する位置に孔９３が設けられ、その孔
９３に、ねじ９４によって圧縮されたバネ９５により付
勢されたボール９６が配設されている。ボール９６はＶ
溝９１、９２に係合可能であり、ラック部材８８を前進
位置又は後退位置に保持することができる。ラック部材
８８の中央部には長孔状の透孔９７が設けられ、その透
孔９７を挿通して２本の固定ピン９８、９９が直立して
ケーシング８９に固定されている。透孔９７はラック部
材８８の直線移動を逃すためのものである。

【００２７】一方の工具把持爪１５Ａが２つのレバー１
０１、１０２により固定ピン９８、９９に連結されてい
る。各レバー１０１、１０２はピン１０３、１０４によ
り工具把持爪１５Ａと連結されており、各レバー１０
１、１０２は揺動自在である。一方の工具把持爪１５Ａ
を連結するレバー１０１、１０２はラック部材８８の上
方で固定ピン９８、９９に連結し、対となる他方の工具
把持爪１５Ｂを連結するレバー１０５、１０６はラック
部材８８の下方で固定ピン９８、９９に連結する。各レ
バー１０１、１０２及び１０５、１０６の揺動を可能と
するスペースを空けるため、ラック部材８８の透孔９７
が設けられた附近は上下面が削られ板厚が薄くされてい
る。

【００２８】ピニオン軸８３が回転駆動されラック部材
８８が前進すると、ラック部材８８の後方の段部１０７
がレバー１０１の側端を押圧し、固定ピン９８を中心に
レバー１０１が回転されて工具把持爪１５Ａを閉じる。
そして、ボール９６がＶ溝９１に係合した状態でラック
部材８８が保持される。その後、第２のスリーブ３０が
下降し回動ロッド３３の係合ピン８２とＵ字溝８６との
係合が外れ、ピニオン軸８３がフリーになった状態で
も、作用角の関係から工具把持爪１５からの力によりラ
ック部材８８が移動することはない。回動ロッド３３に
よりピニオン軸８３が逆方向に回転されラック部材８８
が後退すると、ラック部材８８の前方の段部１０８がレ
バー１０２の側端を押圧し、工具把持爪１５Ａを開く。

【００２９】工具着脱装置駆動機構について図１１、図
１２及び図１３を参照し説明する。図１１は図４のＦ−
Ｆ線断面図、図１２は図１１のＧ−Ｇ線断面図、図１３
は主軸の縦断面を示す図１１のＨ−Ｈ線断面図である。
先ず、図１１及び図１２を参照し、主軸台３の側壁１１
１には、上下方向に延びる突出部１１２が形成され、そ
の内側面には内面に円柱形状の空間を有するフランジ部
１１３が形成されている。主軸台３の隔壁６５には、内
面に前記フランジ部１１３と略同一の空間を有するフラ
ンジ部１１４が形成されている。そして、前記フランジ
部１１３、１１４の空間には、すべり軸受１２１、１２
２が夫々取付けられ、そのすべり軸受１２１、１２２に
は夫々支持棒１２３、１２４が上下方向に摺動可能に支
持されている。その各支持棒１２３、１２４の上部に
は、リンクロッド５２の一方のロッド５２Ａがねじ１２
６、１２７により夫々固定されている。ロッド５２Ａの
先端は主軸台３の隔壁６５の窓１２８を挿通してＡＴＣ
駆動軸２３が配設された室に達するようにされている。
そのロッド５２Ａの先端にはカムフォロワー１１６が回
転自在に取付られ、第２の円筒溝カム５１に係合する。

【００３０】ロッド５２Ａとは垂直な方向に該ロッド５
２Ａと係合するロッド５２Ｂが配設される。ロッド５２
Ｂは側壁１１１及び隔壁６５に支持された水平軸１１７
に中央部を支承され上下方向に揺動自在である。ロッド
５２Ｂの一端には、ロッド５２Ａの略中間部と係合する
片持ち部１１８が形成されていると共に（図１３参
照）、その下方にピン２５７にて支持される引っ張りバ
ネ２５６が配置され、該バネ２５６で該片持ち部１１８
がロッド５２Ａに押圧されることにより、ロッド５２Ｂ
とロッド５２Ａとのリンクが保たれている。ロッド５２
Ｂの他端は水平方向にＹ字状に２つに岐れ、そのＹ字部
１１９が主軸１１の側面に突出した工具リリースピン５
４を上方から押圧可能である。このロッド５２Ｂの該他
端側の上部には、油圧シリンダ２５５が配置されてお
り、該端部に押圧することにより、上述したと同様にロ
ッド５２ＢのＹ字部１１９にて主軸１１の側面に突出し
た工具リリースピン５４を上方から押圧できるようにな
っている。

【００３１】第２の円筒溝カム５１のカム高さが低いと
きはロッド５２Ａが低い位置を取ると共に、ロッド５２
Ｂの片持ち部１１８がバネ２５７により引張られ、該ロ
ッド５２Ａとの係合が保たれて該ロッド５２ＢのＹ字部
１１９は工具リリースピン５４から離れる。他方、第２
の円筒溝カム５１のカム高さが高いときはロッド５２Ａ
が高い位置を取ると共に、ロッド５２Ｂの片持ち部１１
８が押し上げられて該Ｙ字部１１９にて工具リリースピ
ン５４を上方から押圧する。この第２の円筒溝カム５１
の動作とは別に、油圧シリンダ２５５がロッド５２Ｂの
端部に押圧することにより、上述したと同様にロッド５
２ＢのＹ字部１１９にて工具リリースピン５４を上方か
ら押圧することができる。

【００３２】工具着脱装置について図１３を参照し説明
する。この装置は、テーパー形状のアーパー１３０及び
プルスタッド１３１を備える工具１３を着脱自在に装着
するものである。軸１１の軸端面にはアーパー１３０が
密着しテーパー嵌合するテーパー孔１３２が設けられて
いる。テーパー孔１３２に連通する上方のコレット室１
３３には円筒形状をしたコレット１３４が軸方向に摺動
自在に設けられている。コレット１３４の周上に設けら
れた複数の小さなテーパー孔１３５にボール１３６が配
設され、複数のボール１３６がプルスタッド１３１のネ
ック部を囲むように保持されている。コレット１３４が
上昇したときには、各ボール１３６はコレット室１３３
上部のテーパ部１３７に押圧されて中心方向に移動し、
複数のボール１３６がプルスタッド１３１を挟持して引
き上げる。一方、コレット１３４が下降したときは、コ
レット室１３３の側壁がやや拡がっているため各ボール
１３６は径方向に逃げることができ、プルスタッド１３
１は自由にコレット１３４内を通過することができる。

【００３３】コレット１３４にはドローバー５３が固着
され、ドローバー５３の上端には、ねじによりプラグ１
３８が固定されている。プラグ１３８は主軸１１の中空
部内を軸方向に摺動自在である。プラグ１３８と、主軸
１１の中空部に形成された段部１３９との間に一群の皿
バネ１４０が弾力的に圧縮介挿されている。皿バネ１４
０の強い圧縮力によりプラグ１３８は上方に付勢され、
ドローバー５３及びコレット１３４が上方に付勢されて
いる。主軸１１には長円形の長孔１４１が対向的に設け
られ、その長孔１４１からプラグ１３８に直交して挿通
固定された工具リリースピン５４が突出している。ロッ
ド５２ＢのＹ字部１１９により、工具リリースピン５４
を皿バネ１４０の付勢力に抗して下方に押圧することに
より工具１３をアンクランプ状態とすることができる。

【００３４】以上の構成に基き通常の工具交換作動につ
いて以下説明する。加工が終了するとＺ軸送りモータ５
が駆動され、工具１３が被加工物と干渉しない位置まで
主軸台３が上昇される。同時に主軸１１の定位置停止が
行なわれる。また、工具マガジン８のシリンダが上昇さ
れ割出された工具ポット３４が９０°回転され工具交換
が可能な姿勢にされる。

【００３５】主軸定位置停止が確認されると直ちにＡＴ
Ｃモータ１７が駆動されＡＴＣ駆動軸２３が回転を始め
る。ＡＴＣ駆動軸２３が約２０°回転したところから平
面溝カム４７のカム高さが上昇を始め、回動ロッド３３
を回転して工具把持爪１５を閉じる。これにより、主軸
１１及び工具マガジン８の工具１３が旋回アーム１６に
保持される。ＡＴＣ駆動軸２３が約３５°回転すると第
２の円筒溝カム５１のカム高さが上昇を始め、ロッド５
２Ｂにより工具リリースピン５４を押し下げ、主軸１１
に保持された工具１３をアンクランプ状態にする。さら
にＡＴＣ駆動軸２３の回転が進み約６５°の回転角に達
すると、第１の円筒溝カム４２のカム高さが下降を始
め、第２のスリーブ３０を下降させて工具１３の抜取り
を開始する。

【００３６】工具１３の抜取りはＡＴＣ駆動軸２３の６
５°から１１５°の回転角の間に行なわれる。一方、Ａ
ＴＣ駆動軸２３が約９０°の回転角に達するとパラレル
カム３７の２枚の板カム３５、３６の山部３５Ｂ、３６
Ｂが従節ローラ３９、４０に当接し始め、第１のスリー
ブ２６を回転させて旋回アーム１６の回転が開始され
る。ここで、ＡＴＣ駆動軸２３の回転角が９０°から１
１５°の間には、第２のスリーブ３０の下降による工具
１３の抜取り動作と旋回アーム１６の回転による工具１
３の交換動作が一部重複して行なわれる。このように、
動作を一部重複させることにより工具交換時間をより短
縮することができる。旋回アーム１６はＡＴＣ駆動軸２
３の９０°から２７０°までの間に１８０°回転され工
具位置が交換される。

【００３７】そして、ＡＴＣ駆動軸２３が約２５５°の
位置まで回転すると、第１の円筒溝カム４２のカム高さ
が上昇を始め、第２のスリーブ３０が上昇して新しい工
具１３の挿入が開始される。ここでも、旋回アーム１６
の回転と上昇とが一部重複して行なわれ、工具交換時間
の短縮が図られている。次に、ＡＴＣ駆動軸２３が約３
０５°の位置まで回転すると、第２の円筒溝カム５１の
カム高さが下降してロッド５２Ｂが工具リリースピン５
４から離れ、皿バネ１４０の付勢力により工具１３が主
軸１１にクランプされる。そして、ＡＴＣ駆動軸２３の
回転が３２０°から３５０°の間に、平面溝カム４７の
カム高さが下降し、回動ロッド３３が逆回転されて工具
把持爪１５が開かれて、工具１３が旋回アーム１６から
離脱する。

【００３８】ＡＴＣ駆動軸２３が１回転し最初の状態に
戻ると、ＡＴＣモータ１７が停止され、工具交換が終了
する。工具交換が終了すると直ちにＺ軸送りモータ５及
び主軸モータ１０が駆動され、次の加工作業に入る。一
方、工具マガジン８では、シリンダが下降し工具ポット
３４が９０°回転されて格納されマガジンモータ１２が
駆動されて次に交換する工具の割出しが開始され、次の
工具交換に備える。

【００３９】次に、上記工具交換動作から独立させて工
具１３をアンクランプ及びクランプさせる動作について
図１３を参照して説明する。図１３は、前述したように
第２の円筒溝カム５１のカム高さが高く、ロッド５２Ａ
が高い位置を取る（図中実線で示す）と共に、ロッド５
２Ｂがリリースピン５４を押圧して、コレット１３４を
押し下げ工具１３をアンクランプしている状態を示して
いる。他方、工具１３が主軸に装着され加工可能な状態
においては、第２の円筒溝カム５１のカム高さは低い状
態にあり、ロッド５２Ａが低い位置を取る（図中鎖線で
示す）と共に、ロッド５２Ｂの片持ち部１１８がバネ２
５６により引張られて圧接し、該ロッド５２Ｂとロッド
５２Ａとの係合が保たれている。他方、該ロッド５２Ｂ
のＹ字部１１９は工具リリースピン５４から離れ、コレ
ット１３４が工具１３を保持している。

【００４０】このようにコレット１３４が工具１３を保
持している、即ち、加工可能な状態において、工具１３
に破損等が生じオペレータにより図示しないスイッチが
オンされ油圧シリンダ２５５が駆動されると、該油圧シ
リンダ２５５がロッド５２Ｂの端部に推力を加え（図中
鎖線で示す）、ロッド５２ＢのＹ字部１１９にて工具リ
リースピン５４を上方から押圧する。なおこの時、該ロ
ッド５２Ｂの片持ち部１１８は、バネ２５６の付勢力に
対抗して持ち上げられ、ロッド５２Ａ（図中鎖線で示
す）との係合が解かれる。これによりドローバー５３が
押し下げられ、コレット１３４が下降して、コレット１
３４の各ボール１３６はコレット室１３３下方のテーパ
部１３７で径方向に逃げ、プルスタッド１３１は自由に
コレット１３４内を通過することができるようになり工
具１３は主軸から抜き取り可能となる。

【００４１】一方、工具１３の交換が完了し、オペレー
タによりスイッチがオフされると、該油圧シリンダ２５
５によるロッド５２Ｂの端部への推力が除かれる。工具
リリースピン５４が、その下方に位置している一群の皿
バネ１４０の圧縮力により持ち上げられると同時に、ド
ローバー５３も押し上げられ、コレット１３４が上昇し
て、各ボール１３６はコレット室１３３下方のテーパ部
１３７に押圧されて中心方向に移動し、複数のボール１
３６がプルスタッド１３１を挟持して引き上げる。これ
により工具は、コレット１３４にクランプされる。なお
この時に、該ロッド５２Ｂの片持ち部１１８は、バネ２
５６によりロッド５２Ａに圧接され該ロッド５２Ｂとロ
ッド５２Ａとの係合が回復する。この状態において、該
ロッド５２ＢのＹ字部１１９は工具リリースピン５４か
ら離れる。

【００４２】なお、上記の説明においては、オペレータ
がスイッチがオンして油圧シリンダ２５５を駆動し工具
交換を行う例について説明したが、例えば、テーパー孔
１３２の測定を行う場合に、ＮＣデータの指令によって
油圧シリンダ２５５を駆動し、工具を脱抜して該テーパ
ー孔１３２の測定を行い得るようにすることも可能であ
る。

【００４３】次に本発明の第２実施例について、図１４
を参照して説明する。図１４に示す第２実施例の工具交
換装置の概要は、図１を参照して説明した第１実施例の
構成と略同様である。但し、工具着脱装置の工具リリー
スピン５４を押圧するための第２のカムが、図１を参照
して前述した第１実施例では円筒溝カム５１であったの
に対し、この第２実施例では上面が開放された円筒の端
面カム３５１から成っている。そして、第１実施例で
は、円筒溝カム５１からの作動力を上記工具リリースピ
ン５４へ伝達するのに一対のロッド５２Ａ、５２Ｂから
成るリンクロッド５２を用いたのに対して、この第２実
施例では、１本のロッド３５２によって、端面カム３５
１からの作動力を上記工具リリースピン５４へ伝達する
ようになっている。このロッド３５２は、軸３５３によ
って支承され、一方の端部が引っ張りバネ３５６により
端面カム３５１の上面に押し当てられ、そして、他方の
端部が該端部の上方に配置されたエアーシリンダ３５５
によって、工具リリースピン５４側に押圧され得るよう
に配置されている。

【００４４】この第２実施例の工具交換装置における工
具交換駆動軸２３の回動に基づく工具交換動作は、図１
〜図１３を参照して説明した第１実施例と略同様である
のでその説明は省略し、該工具交換動作から独立して工
具１３をアンクランプ及びクランプさせる動作について
説明する。工具１３に破損等が生じオペレータにより図
示しないスイッチがオンされエアーシリンダ３５５が駆
動されると、該エアーシリンダ３５５がロッド３５２の
端部に推力を加え、ロッド３５２のＹ字部にて工具リリ
ースピン５４を上方から押圧する。なおこの時、該ロッ
ド３５２の反対の端部は、バネ３５６の付勢力に対抗し
て上昇し端面カム３５１のカム面から離れ、該ロッド３
５２と端面カム３５１との係合が解かれる。これにより
ドローバー５３が押し下げられ、コレットが下降して工
具１３は主軸から脱抜可能となる。

【００４５】一方、工具１３の交換が完了し、オペレー
タによりスイッチがオフされると、該エアーシリンダ３
５５によるロッド３５２の端部への推力が除かれる。工
具リリースピン５４が、その下方に位置している一群の
皿バネの圧縮力により持ち上げられると同時に、ドロー
バー５３が押し上げられ、コレットが上昇して工具をク
ランプする。なおこの時、該ロッド３５２の他方の端部
は、バネ３５６により端面カム３５１へ圧接され、該ロ
ッド３５２と端面カム３５１との係合が回復される。

【００４６】なお、上述した第１実施例では、２本のロ
ッド５２Ａ、５２Ｂからなるリンクロッド５２を用いた
が、３本以上のロッドから成るリンクロッドも好適に用
いることができる。また、第１実施例において、ロッド
５２Ａ、５２Ｂのリンクを保つために引っ張りバネ２５
６を用い、また、第２実施例においては、端面カム３５
１とロッド３５２との係合を保つために引っ張りバネ３
５６を用いたが、引っ張りバネの代わりに反対方向に配
置された圧縮バネを用いることも可能である。そして、
このバネの代わりに種々の弾性付勢手段、例えばゴム等
を用いることもできる。また、第１実施例では、工具リ
リースピン５４の押圧に油圧シリンダ２５５を用い、第
２実施例ではエアーシリンダ３５５を用いたが、この代
わりに種々の付勢手段、例えばソレノイド等を用いるこ
とも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
具クランプ機構駆動用のカムとコレットを保持するドロ
ーバーとの間のロッドによるリンク作動の解除を可能と
すると共に、該ドローバーを付勢する手段を設けたの
で、工具交換装置での工具クランプ機構駆動用のカムに
よるクランプ及びアンクランプ動作とは独立して、主軸
に装着された工具を着脱することが可能となる。このた
め、工具が破損した場合等に新しい工具と迅速に交換す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 工具交換装置の概要を示す模式図。

【図２】 工具交換装置の外観を示す斜視図。

【図３】 工具交換装置の平面図。

【図４】 図３のＡ−Ａ線矢示図。

【図５】 第２のスリーブの断面図。

【図６】 パラレルカムを示す図４のＢ−Ｂ線断面図。

【図７】 第１の円筒溝カムを示す図４のＣ−Ｃ断面
図。

【図８】 平面溝カムを示す図４のＤ−Ｄ線階段断面
図。

【図９】 図８のＥ−Ｅ線矢示図。

【図１０】 旋回アームを示す図５のＫ−Ｋ線断面図。

【図１１】 第２の円筒溝カムを示す図４のＦ−Ｆ線断
面図。

【図１２】 図１１のＧ−Ｇ線断面図。

【図１３】 主軸の縦断面を示す図１１のＨ−Ｈ線断面
図。

【図１４】 本発明の第２実施例に係る工具交換装置の
概要を示す模式図。

【符号の説明】

１１ 主軸 １７ ＡＴＣモータ ５１ 円筒溝カム ５２ リンクロッド ５３ ドローバー ２５５ 油圧シリンダ ３５１ 端面カム ３５２ ロッド ３５５ エアーシリンダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種工具を着脱可能に保持するコレット
   を有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、前記主軸
   を回転可能に支持する主軸台と、その主軸台を、前記主
   軸に保持された工具と相対する被加工物に対して相対的
   に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可能に支持
   するフレームと、複数の各種工具を保持する工具マガジ
   ンと、その工具マガジンに保持された工具の一つを選択
   して前記主軸に装着された工具と交換するための工具交
   換装置とを備えた工作機械であって、前記工具クランプ
   機構が、 前記コレットを支持するドローバーと、 該ドローバーに被加工物とは反対方向の弾性力を付加し
   て、該コレットに工具をクランプさせる弾性手段とを有
   し、 前記工具クランプ機構を駆動するためにモータによって
   回転される工具クランプ機構駆動用カムと、 該工具クランプ機構駆動用カムによって作動され、前記
   ドローバーを被加工物方向に付勢してコレットに工具を
   アンクランプさせるリンクロッドであって、ロッド間に
   リンクを解くリンク解除手段を有するリンクロッドと、 該リンクロッドのドローバー側の端部を押圧してドロー
   バーを被加工物方向に付勢して、該コレットに工具をア
   ンクランプさせる付勢手段と、 を備えることを特徴とする工具交換装置を備えた工作機
   械。
2. 【請求項２】 各種工具を着脱可能に保持するコレット
   を有する工具クランプ機構を内蔵する主軸と、前記主軸
   を回転可能に支持する主軸台と、その主軸台を、前記主
   軸に保持された工具と相対する被加工物に対して相対的
   に、前記主軸の回転軸線と同方向に往復移動可能に支持
   するフレームと、複数の各種工具を保持する工具マガジ
   ンと、その工具マガジンに保持された工具の一つを選択
   して前記主軸に装着された工具と交換するための工具交
   換装置とを備えた工作機械であって、前記工具クランプ
   機構が、 前記コレットを支持するドローバーと、 該ドローバーに被加工物とは反対方向の弾性力を付加し
   て、該コレットに工具をクランプさせる弾性手段とを有
   し、 前記工具クランプ機構を駆動するためにモータによって
   回転される工具クランプ機構駆動用カムと、 該工具クランプ機構駆動用カムによって作動され、前記
   ドローバーを被加工物方向に付勢してコレットに工具を
   アンクランプさせるロッドであって、前記工具クランプ
   機構駆動用カムとの間の係合を解く係合解除手段を有す
   るロッドと、 該ロッドのドローバー側の端部を押圧して該ドローバー
   を被加工物方向に付勢して、該コレットに工具をアンク
   ランプさせる付勢手段と、 を備えることを特徴とする工具交換装置を備えた工作機
   械。