JPH0748356Y2 - 工具交換装置 - Google Patents

工具交換装置

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JPH0748356Y2
JPH0748356Y2 JP1989050718U JP5071889U JPH0748356Y2 JP H0748356 Y2 JPH0748356 Y2 JP H0748356Y2 JP 1989050718 U JP1989050718 U JP 1989050718U JP 5071889 U JP5071889 U JP 5071889U JP H0748356 Y2 JPH0748356 Y2 JP H0748356Y2
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JP
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tool
tool holder
head
spindle
holder
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JP1989050718U
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Inventor
満 温井
市郎 西村
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株式会社日平トヤマ
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、例えばフライス工具等の工具の両端を支持し
ながら工具交換する工具交換装置に関する。
[従来の技術] 一般に、この種の工具交換装置としては、例えば工具マ
ガジン内に収納された工具ホルダーを交換アームの揺動
方式によって自動交換する方法が知られている。しか
し、この方法では交換アームが旋回揺動するために、そ
の割出し構造が複雑であった。そして、その割出し構造
をコンパクトにまとめようとすると、工具マガジン内の
工具スペースも少なくなり、さらに交換アームによる工
具ホルダーの支持が工具ホルダーの片側のみで行なわれ
ていたので、短かい工具ホルダーの交換のみにしか使用
できなかった。
このような欠点を補うべく、交換アームを介さずにしか
も長尺の工具ホルダーでも容易に自動交換できるものと
して、例えば実開昭63−94645号公報に記載されたもの
がある。これは、主軸の軸線方向に対してはヘッド側は
動かずワーク送り型である。そして、工具交換時には工
具マガジンがマガジン移動機構によってヘッドの位置に
対し進退移動される。
したがって、工具ホルダーをヘッドから工具マガジンへ
移載する際或は工具マガジンから主軸へ装着する際に
は、工具ホルダーを工具マガジン上に載置した状態で工
具ホルダーのシャンク部が主軸から完全に抜け出し或は
挿入されるための軸方向の移動量だけ工具マガジン上で
工具ホルダーがスライドされる方式となっている。
[考案が解決しようとする問題点] このような従来の方法では、工具交換時にスライドによ
る工具ホルダーの損傷を避け得ないとともに、スライド
時に工具ホルダーが回転し最終的に工具ホルダーの位相
がずれた状態で工具マガジンに収納されてしまう。ま
た、工具マガジンの移動時の振動等によっても工具ホル
ダーが回転してしまう。
これにより、次にその工具ホルダーを主軸に装着する際
には、主軸側のキーに工具ホルダーのキー溝が対応せ
ず、無理な挿入によって工具ホルダーおよび主軸側のキ
ーなどを損傷させたり、また挿入不可能となったりする
など工具交換動作に支障を来たすおそれがある。
このため、工具マガジンから主軸へ工具ホルダーを装着
する際に作業者は常に工具ホルダーが所定の位相にある
かどうか監視していなければならず、位相合わせの作業
が必要となり、それだけ工具交換時間が多くかかるとと
もに、自動化に充分に適合できるものではなかった。
また、例えば何らかの原因で工具マガジン上に工具ホル
ダーが正常な姿勢で着座されていない場合、つまり傾い
て収納され水平状態が保たれていないようなこともあ
る。このような場合、主軸に対し反対方向から押込み部
材によって工具ホルダーを押し込むとき、工具ホルダー
の芯ずれのために主軸の片壁にぶつかって主軸を傷つけ
てしまったり、工具ホルダーを破損するなどの事故が発
生し、安全性についても問題点があった。
そこで、本考案は上記従来の問題点を解決するために、
工具交換動作を短時間でスムーズにかつ安全に行えるよ
うな工具交換装置を提供することを目的とするものであ
る。
[問題点を解決するための手段] 本考案は、直交3軸方向に移動制御されるヘッドに水平
な主軸を設けた工作機械において、加工位置より一制御
軸方向へ工具マガジンを固定して設け、この工具マガジ
ンと主軸との間で、主軸の動きとサポートの軸線方向の
動きとによって工具ホルダーの交換動作を行い、かつ工
具マガジン側の支持台に設けた位置決め突片に工具ホル
ダーの既設のキー溝を嵌合させて工具ホルダーを常に所
定の位相に保持して収納させることにより、工具ホルダ
ーを工具マガジン上でスライドさせることなく、常に工
具ホルダーを正常な姿勢で主軸にスムーズに装着できる
とともに、工具ホルダーの着座状態を検知する手段を設
けたことで、無理な工具交換動作による工具ホルダー或
は主軸側の破損事故を未然に防止でき、安全性を高めた
ものである。
[作用] 工具交換の際に、ヘッドは、その主軸とサポートとで工
具ホルダーの両端を支持したまま、上昇位置より工具マ
ガジン側のこの工具ホルダーを収納すべき収納部の位置
へ向かって水平移動し、次にその位置で下降動作する。
これにより、対応する収納部の一対の支持台上に工具ホ
ルダーが着座される。同時に、工具ホルダーに形成され
たキー係合側とは反対側のキー溝に、支持台に設けた位
置決め突片が嵌合し、工具ホルダーはそのままの一定の
位相に位置決め保持される。
次に、サポートが工具ホルダーの他端から離れる方向に
軸線方向に所定量移動し、その後、主軸側のクランプ装
置がアンクランプ動作して工具ホルダーの一端のクラン
プを解除する。このアンクランプが確認されると、次に
ヘッドが工具ホルダーの一端から離れる方向に軸線方向
に所定量移動し、主軸から工具ホルダーを完全に抜き出
す。これにより、工具ホルダーは工具マガジンに完全に
受け渡される。
次に、ヘッドは交換すべき工具ホルダーの収納されてい
る収納部に対応する位置へ水平移動により割り出され
る。このとき、工具ホルダーは位置決め突片によって確
実に所定の位相で収納部に保持されているため、次のヘ
ッドへの装着動作に際し、主軸側のキーとの位相ずれを
生じることは全くなくなる。よって、ヘッドとサポート
の上述した工具ホルダー収納動作時と反対の動作によっ
て、工具ホルダーを確実かつスムーズにヘッドに装着で
きる。
装着後、ヘッドは上昇し、次いで加工位置へ移動して、
次の加工を開始する。
[実施例] 以下、本考案装置の一実施例を図面に基づいて説明す
る。
第1図は本考案に係る工作機械としてのフライス盤の正
面図、第2図はその平面図、第3図はヘッド部分の一部
断面図、第4図は第3図のA方向から見た図、第5図は
主軸と工具マガジン間の工具ホルダー受け渡し状態を示
す図、第6図は第5図における支持台のB方向から見た
図、第7図は工具マガジンの平面図、第8図は第7図の
C方向から見た図である。
フライス盤1は、水平面上のX軸案内テーブル2、この
テーブル2上に摺動自在に搭載されX軸方向に移動され
るY軸案内テーブル3、このテーブル3上に摺動自在に
搭載されY軸方向に移動されるコラム4、このコラム4
の前面側に上下方向すなわちZ軸方向に摺動自在に支持
されたヘッド5よりなる。
そして、ヘッド5は例えばNC装置によって、上記たがい
に直交するX,Y,Zの3軸方向に自動送り制御される。な
お、6はX軸駆動モータ、7はY軸駆動モータ、8はZ
軸駆動モータ、さらに9は主軸回転駆動モータである。
主軸10はヘッド5に対し、その軸方向をY軸方向と一致
させて回転自在に支持され、周知の主軸駆動機構を介
し、上記モータ9より駆動される。また、内部には周知
のATC用プルスタッドクランプ方式のクランプ装置11が
内蔵されている。
また、ヘッド5には第3図で示すように、フライス工具
Tを保持した工具ホルダー12の他端を支持するサポート
装置13が設けられている。
主軸10側には工具ホルダー12の一端に形成されたATC用
のテーパシャンク部14を嵌合する円錐形の工具装着孔15
が形成されている。そして、この主軸10の反対側に対向
して工具ホルダー12の他端を支えるためのサポート16が
軸線方向に移動自在に支持されている。このサポート16
は、連結板18に取り付けられ、この連結板18は2本のロ
ッド18a、18aを有し、ヘッド5に固定された2本のガイ
ド筒17、17に摺動自在に挿入されている。そして、この
連結板18はヘッド5側に上記2本のガイド筒17、17間に
位置して固定されたシリンダ19のピストンロッド20に連
結され軸線方向に進退駆動される。
また、上記サポート16の支え端は回転センター16aにて
なり、工具ホルダー12の他端に形成された円錐穴21に係
合し、主軸10に装着された工具ホルダー12の他端を補助
的に支えるものである。
また、22は被加工材WをX軸方向にスライド搬送するロ
ーラコンベアであり、このコンベア22の延長上に加工位
置Pが位置される。加工位置Pにおける前端部下方に被
加工材Wの前端面を受け止めるストッパー23が軸24を中
心に揺動自在に設けられ、搬送されてくる被加工材Wを
加工位置Pに基準位置決めする。さらに、加工位置Pに
おいて被加工部材Wの両側を挟み込んで固定するワーク
クランプ装置25が幅調整自在に設けられている。また、
コンベア22上の加工位置Pに近い上方位置においても、
図示しないが被加工物Wを上方より押圧して基準面Sに
固定するワーククランプ装置が設けられている。
また、主軸10の前方加工位置P周囲を取り囲むように切
粉等飛散防止用の遮閉カバー26が開閉自在に設けられて
いる。
さらに、加工位置PよりX軸方向延長上において加工位
置Pと隣り合う位置に、複数の工具ホルダー12を格納可
能な工具マガジン27が取付台37上に固定されている。工
具マガジン27は本実施例では工具ホルダー収納部28を2
個並列して形成している。
各収納部28は、それぞれ工具ホルダー12のシャンク部14
側を支える支持台29と他端側を支える支持台30とでな
る。
一方の支持台29は、工具ホルダー12のシャンク部14外周
囲に形成されたV字溝の環状縁を形成した把持部31に対
し、その一部と係合する凸縁でなるV形受け部32を形成
している。そして、この受け部32の底部中央において位
置決め突片33が突出している。この位置決め突片33は工
具ホルダー12の把持部31近傍に形成されている180°位
相を離した一対のキー溝34、34のうちの下方のキー溝34
に係合し、工具ホルダー12を位置決め保持する。
他方の支持台30は工具ホルダー12の他端側軸部を支える
V形受け部35を形成している。
また、上記両支持台29、30のそれぞれ内側において着座
検知手段としての2個の近接スイッチ36、36が設けられ
ている。
これは工具ホルダー12が両V形受け部32、35に正常な状
態で着座しているか否かを検知するもので、いずれかの
スイッチ36がOFFとなった場合に着座不良が検知され
る。
仮に工具ホルダー12が正常に着座されていない状態で主
軸10に工具ホルダー12を装着するとしたら、工具ホルダ
ー12が主軸10の工具装着孔15に嵌まりきれずに装着が不
可能となったり、また、無理な工具装着動作から工具ホ
ルダー12もしくは主軸10側に傷が発生したり破損させて
しまうために、未然に正常着座を確認しておく必要があ
るからである。
着座不良が検知された場合には、アラーム等警報を発
し、一時的に工具交換動作を中止して作業者に通報する
ようになっている。
また、加工位置Pと工具マガジン27との間において加工
側の切粉や切削液が工具マガジン27へ飛散しないように
飛散防止板38を設けている。工具ホルダー12の交換のた
めのヘッド5の移動時には、ヘッド5は上昇位置でその
飛散防止板38の上方を通って工具マガジン27との間で工
具ホルダー12の受け渡しを行う。また、上記飛散防止板
38の下部には開口38aが形成され、ここより排塵ダクト3
9を通って、飛散された切粉等を吸い込んで、外部へ排
出するようになっている。
次に動作を説明する。
コンベア22により被加工材Wが加工位置Pに搬送されて
くると、図示しない前方に突出したストッパー23により
前端位置を決められ、停止される。この位置で側部のク
ランプ装置25および図示しない上方のクランプ装置が働
き、被加工材Wが加工位置Pに固定される。クランプが
確認されると、上記ストッパー23が下方へ揺動し、退避
する。
次に、NC加工プログラムに基づいて自動制御されなが
ら、ヘッド5に取り付けられたフライス工具Tによって
所定の加工が行なわれる。
主軸10が駆動モータ9により回転駆動され、ヘッド5の
X軸、Z軸およびY軸送りとにより、被加工材Wの端面
等に所定のフライス加工が施される。
一工程が終了し、次工程の加工を施す場合、次工程に対
応するフライス工具Tを組込んだ別の工具ホルダー12と
交換する必要がある。
次に、その工具交換動作について説明する。
まず、ヘッド5は上方の原位置に戻り、その高さでX軸
方向に送られ、工具ホルダー12を収納すべき工具マガジ
ン27上の空き収納部28に対応する位置へ割り出される。
このとき、主軸10の軸線と工具ホルダー収納部28の軸線
とが一致している。
そのままヘッド5が下降し、工具ホルダー12を支持した
まま下方の支持台29、30上へ着座させる。第5図で示す
ように、工具ホルダー12の上方のキー溝34は主軸10のキ
ー10aと係合しているが、下方のキー溝34は空きとなっ
ており、着座と同時に、下方のキー溝34が支持台29の位
置決め突片33に嵌まり込んで、チャック部31はV形受け
部32に、他端側は支持台30のV形受け部35に確実に嵌ま
り込む。
そして、下方のスイッチ36、36にて正常着座が検知され
ると、まず、シリンダ19によってサポート16が所定距離
Lだけ第5図右方向に移動され、実線で示すように工具
ホルダー12の他端から離れる。この距離Lは少なくとも
サポート16が工具ホルダー12側の円錐穴21から完全に抜
け切れる移動量l1と、後述の主軸10側が工具ホルダー12
のシャンク部14を完全に抜き出すときの移動量l2とを加
えた量、すなわちL≧l1+l2に設定しておく。
その後、主軸10側のクランプ装置11がアンクランプ動作
し、工具ホルダー12のシャンク部14のクランプを解除す
る。この状態から工具ホルダー12は、ヘッド5から工具
マガジン27の収納部28に受け渡される。
次に、ヘッド5がY軸方向に所定距離l2だけ後退し、第
5図にて2点鎖線で示すように工具ホルダー12のシャン
ク部14先端が主軸10前面より外れるまで完全に抜き出
す。このとき、ヘッド5の移動とともに、反対側のサポ
ート16は工具ホルダー12の他端に近づく方向に同様に距
離l2だけ移動するが、第5図で2点鎖線で示すように、
工具ホルダー12との間に少なくとも距離l1の隙間だけは
確保されるため、工具ホルダー12には干渉することはな
い。
この状態のまま、ヘッド5はX軸送りされて交換すべき
工具Tが組込まれた工具ホルダー12の収納部28に対応す
る位置へ割り出される。このとき、工具ホルダー12の両
端に対しヘッド5の主軸10とサポート16が同軸上で対設
される。
次に、この収納部28における近接スイッチ36、36による
正常着座の確認に基づいて、ヘッド5の工具ホルダー12
の装着動作を開始する。これは上述したヘッド5から工
具ホルダー12を収納部28へ受け渡しする時の動作と全く
逆の動作で行われる。
まず、ヘッド5がY軸方向に所定距離l2だけ前進され、
主軸10の装着孔15を工具ホルダー12のシャンク部14に挿
入する。このとき、収納部28では位置決め突片33によっ
て常に所定の位相で保持されたまま収納されているの
で、主軸10のキー10aは工具ホルダー12のキー溝34に嵌
り込む。
次に、主軸10内部のクランプ装置11が動作し、シャンク
部14を引き込むようにしてクランプする。クランプが完
了すると、次に、シリンダ19によってサポート16が工具
ホルダー12に向かって所定量Lだけ移動され、サポート
16が工具ホルダー12の他端円錐穴21に挿入される。これ
により、ヘッド5は工具ホルダー12を完全に支持し、こ
の状態で上昇し、工具マガジン27の収納部28より工具ホ
ルダー12を取り出す。
これによって、工具マガジン27には一方の収納部28に使
用済の工具ホルダー12が格納され、他方の収納部28はそ
こに格納されていた工具ホルダー12はヘッド5によって
取り出されたため空きとなる。
このようにして、工具交換が完了し、ヘッド5はX軸方
向へ送られて飛散防止板38を乗り越えて加工位置Pへ移
動される。ここより、次工程のフライス加工が開始され
る。
上述の一連の動作はNCプログラムにより自動的に行なわ
れる。この動作の繰返しにより複数種のフライス工具T
を用いた各種加工を継続して行うことができる。
なお、工具マガジン27には収納部28は2個に限らず、何
個形成してもよく、複数種の工具ホルダー12を収納可能
とすることもできる。
また、サポート16も回転センター16aを用いなくとも、
周知のサポート手段によって支持する構造を用いてもよ
い。
[考案の効果] 本考案によれば、直交3軸方向に移動制御されるヘッド
に水平な主軸を設けた工作機械において、加工位置より
一制御軸方向へ工具マガジンを固定して設け、この工具
マガジンと主軸との間で、ヘッドの動きとサポートの軸
線方向の動きとによって工具ホルダーの交換動作を行う
ので、工具ホルダーを工具マガジン上でスライドさせる
ことなく交換動作が確実かつ容易に行えるため、工具ホ
ルダーや主軸を損傷するようなことはない。
しかも、工具マガジン側の支持台に設けた位置決め突片
に工具ホルダーの既設のキー溝を係合させて工具ホルダ
ーを常に所定の位相に保持して収納させたので、常に工
具ホルダーは位置決め突片によって確実に所定の位相で
収納部に保持されているため、次のヘッドへの装着動作
に際し、主軸側のキーとの位相ずれを生じることは全く
なく、工具ホルダーを主軸に確実かつスムーズに装着で
きる。これにより、作業者による工具ホルダー側のオリ
エンテーション作業が全く要らず、工具交換動作の完全
な自動化が確立でき、工具交換を短時間で容易に行うこ
とができ、複数種の工具を用いた複数種加工を連続して
スムーズに為し逐げることができる。
また、工具マガジンの各収納部に、工具ホルダーの着座
状態を検知する手段を設けたことで、無理な工具交換動
作による工具ホルダー或は主軸側の破損事故を未然に防
止でき、安全性が高められる。
さらに、加工位置と工具マガジンとの間に切粉飛散防止
板を設けたことにより、工具マガジンが切粉等によって
汚染されることがないため、収納されている工具ホルダ
ーのATC用シャンク部分を常に清浄に保つことができ、
しかも、工具マガジンを加工位置と隣り合わせの最も近
い位置に設けておくことが可能であるため、装置全体と
してコンパクト化できるとともに工具交換時のヘッドの
移動ストロークも小さくてよく、工具交換時間も短縮さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係る工作機械としてのフライス盤の正
面図、第2図はその平面図、第3図はヘッド部分の一部
断面図、第4図は第3図のA方向から見た図、第5図は
主軸と工具マガジン間の工具ホルダー受け渡し状態を示
す図、第6図は第5図における支持台のB方向から見た
図、第7図は工具マガジンの平面図、第8図は第7図の
C方向から見た図である。 1…工作機械としてのフライス盤、5…ヘッド、10…主
軸、11…クランプ装置、12…工具ホルダー、16…サポー
ト、27…工具マガジン、28…工具ホルダー収納部、29、
30…支持台、33…位置決め突片、34…キー溝、36…着座
検知手段としての近接スイッチ、38…切粉飛散防止板、
P…加工位置、T…フライス工具、W…被加工材、X、
Y、Z…直交3軸。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】直交3軸方向に移動制御されるヘッドを有
    し、このヘッドの主軸側に工具ホルダーの一端を主軸に
    対し着脱自在にクランプするクランプ装置を設けるとと
    もに、このヘッドの主軸と対向する側に軸線方向の移動
    によって工具ホルダーの他端と係脱し上記主軸に装着し
    た工具ホルダーを回転自在に支持するサポートを設けた
    工作機械において、加工位置からヘッドの一制御軸方向
    に変位した位置に複数の工具ホルダー収納部を形成した
    工具マガジンを固定して設け、各工具ホルダー収納部は
    工具ホルダーの一端側と他端側をそれぞれ受ける一対の
    支持台を有し、一方の支持台に工具ホルダーに形成され
    たキー溝に係合する位置決め突片を突設し、ヘッドの移
    動およびサポートの移動によって主軸と工具マガジンと
    の間で工具ホルダーの交換を可能とし、かつ工具マガジ
    ンへは上記位置決め突片により工具ホルダーを所定の位
    相に保持して収納し、さらに、各工具ホルダー収納部に
    は、工具ホルダーが正常な状態で着座されているか否か
    を検知する着座検知手段を設け、着座不良時には警報を
    発するようにしたことを特徴とする工具交換装置。
  2. 【請求項2】加工位置と工具マガジン間に切粉飛散防止
    板を立設したことを特徴とする請求項1記載の工具交換
    装置。
JP1989050718U 1989-04-28 1989-04-28 工具交換装置 Active JPH0748356Y2 (ja)

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