JPH0780109B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、工作機械の自動工具交換装置に関し、更に詳
しくは、主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドをフレー
ムに対し往復移動自在に配設し、工具ホルダを把持可能
なグリップアームを複数備えた工具マガジンを回転させ
ると共に、前記主軸ヘッドの往動により前記主軸と工具
マガジンとの間で工具ホルダの受渡しを自動的に行う工
作機械の自動工具交換装置に関する。

従来の技術及びその問題点 ワークに対し、ねじ切りや孔開け、座ぐり加工等多種の
加工を単一の装置で複合的になし得るよう構成したマシ
ニングセンタ（MC）に代表される多機能工作機械では、
タップやドリル等の工具を予め所定の収納個所に多数格
納しておき、所望の工具を適時に選択して、これを使用
が終了した工具と自動的に交換する自動工具交換装置
（ATC）が一般に配設されている。この自動工具交換装
置としては、種々の形式のものが提案されているが、主
軸ヘッドを垂直方向（以下「Ｚ軸方向」という）に移動
させ、フレームに対し固定的に配設した工具マガジンと
の間で、カム機構を利用して工具交換を行うようにした
機構が実用化されている。

例えば、出願人による先の出願に係る昭和62年特許願第
102345号（特開昭63−267136号）により提案された工作
機械は、外周に略Ｖ形溝部が刻設された工具ホルダを挟
持および解除可能な挟持解除機構を有した主軸を回転自
在に支持し、往復駆動機構によりフレームに対して前機
主軸の軸線方向に工具交換領域およびワーク加工領域に
わたって往復移動される主軸ヘッドと、前記フレームに
固定され、前記工具ホルダを前記略Ｖ形溝部において把
持可能な２股部が自由端に形成されたグリップアーム
を、揺動自在にかつ回転割出し可能に設けた工具マガジ
ンとを備え、工具を自動交換可能な工作機械において、
前記グリップアームの枢支部近くの反自由端に第１のカ
ムフォロアが設けられ、前記主軸ヘッドの往復移動に基
づいて該カムフォロアと当接して前記２股部を前記工具
ホルダの略Ｖ形溝部に沿って案内するカム面を形成した
第１のカム体が、前記主軸ヘッドの工具マガジンに対向
する側面に配設されたものである。

また、前記工作機械は、前記グリップアームの反自由端
に第２のカムフォロアが設けられ、前記主軸ヘッドの往
復移動に基づいて該カムフォロアと当接して前記グリッ
プアームの２股部を前記主軸ヘッドに向けて揺動するカ
ム面を形成した第２のカム体が、前記主軸ヘッドの工具
マガジンに対向する側面に固定的に配設される場合があ
る。

しかしながら、主軸ヘッドをＺ軸方向に移動させ、フレ
ームに対して固定位置に配設された工具マガジンに揺動
自在に枢支されたグリップアームを、前記主軸ヘッドの
側面に配設された第１のカム体で運動させる場合には、
グリップアームの枢支部近くに配設された第１のカムフ
ォロアでグリップアームを運動させるので、グリップア
ームの自由端部における２股部の工具保持部分と工具ホ
ルダに周設したＶ形溝部との把持位置における誤差は、
第１のカム体とカムフォロアの接触時における誤差ある
いは、グリップアームやカム体および枢支部の加工誤差
の数倍となって生じてしまう。

しかも、グリップアームの２股部を前記主軸ヘッドに向
けて揺動するための第２のカム体を備えている場合、グ
リップアームを運動させるカム体は２個となるので、両
カム体の加工精度、及びグリップアームの枢支部の加工
精度を極めて高くしなければならず、また異常動作時に
グリップアームの枢支部に過大な力が加わる場合が生
じ、ひいては、製造コストが高くなるか自動工具交換装
置の故障等の原因となる。

現在の多品種少量生産に対応するため、頻繁な工具交換
を要し、数秒の単位で加工時間の短縮を必要とされてい
る時勢において、工具交換が安定して行われる様にする
ことは、非常に重要なことである。

また、実開昭63−158739号公報には、工具のクランプ爪
（10）およびその爪開閉ノブ（７）を備えたアームブロ
ック（11）を、スプリング（16）により前方へ付勢され
たリンク機構により進退可能に設け、アームブロック
（11）がガイドレール（22）に当接する位置ではクラン
ク爪（10）が開き、スピンドルヘッド（６）が上昇して
アームブロック（11）がガイドレール（22）から離れた
ツールクランプ位置ではクランク爪（10）を閉じるよう
に構成した工作機械の工具交換装置が開示されている。

しかしながら、上記装置の工具ホルダの把持機構におい
ては、ワーク加工時にはスピンドルヘッド（６）が開い
たクランク爪（10）の間を通過しなければならない。こ
のため、スピンドルヘッド（６）の外形寸法がクランク
爪（10）の寸法により制限されてしまう。従って、例え
ば主軸の高出力化等のためにスピンドルヘッド（６）を
大きくする必要がある場合には、ツール交換アームユニ
ット（４）の取付け位置をスピンドルヘッド（６）から
大きく離すとともに、クランク爪（10）を長くしなけれ
ばならず、ツールマガジン（３）の周辺の構成が大型化
する等の問題点がある。

また、クランク爪（10）を開閉するための機構が必然的
に複雑になり、コスト高となるとともに耐久性が低下し
たり、開閉機構に切粉等が付着したり挟まったりして円
滑な作動ができなくなる虞れがある。

「発明が解決しようとする課題」 本発明は、上記各従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、工具を工具マガジンから主
軸に受渡す際、グリップアームの自由端部における非開
閉式の２股部の工具把持部材と、主軸に装着される工具
ホルダとの把持位置における精度を容易に出すことがで
きるとともに、作動の確実な自動工具交換装置を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、グリップア
ームの枢支部に過大な力が加わることなく、安定して工
具交換を行うことができる自動工具交換装置を提供する
ことにある。

「課題を解決するための手段および作用」 上記目的を達成するための、本発明の自動工具交換装置
は、グリップアームの２股部の先端部近傍に設けられた
第１のカムフォロアと、主軸ヘッドの往復移動に基づい
て該カムフォロアと当接して２股部の把持部材を工具ホ
ルダの把持溝に沿って案内すると共に主軸ヘッドの下降
時にカムフォロワを主軸ヘッドから退避させるために主
軸ヘッドの底面から側面にわたって主軸ヘッドに固定さ
れた固定カム体とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、主軸ヘッドが下降されると、主軸ヘ
ッドに固設された固定カム体に、グリップアームの非開
閉式の２股部の先端部近傍に設けられた第１のカムフォ
ロアが当接される。更に主軸ヘッドが下降されると、カ
ムフォロアがカム面を滑動してグリップアームが揺動さ
れ、非開閉式の２股部の把持部材が工具ホルダの把持溝
に沿って案内され、工具ホルダが主軸に装着される。そ
して、主軸ヘッドが更に下降されると、２股部の把持部
材が完全に主軸ヘッドから退避される。このようにグリ
ップアームの自由端の位置、即ち非開閉式の２股部の運
動を規定するカムフォロアを２股部の近傍に設けると共
に非開閉式の２股部の把持部材を工具ホルダの把持溝に
沿って案内する固定カムを主軸ヘッドに固設することに
より、工具ホルダの把持が精度良く行われる。

また、本発明の他の目的を達成する自動工具交換装置
は、第１のカムフォロアを固定カム体に当接させるため
に、第１のカムフォロアを固定カム体に向かって弾力的
に押圧するための押圧手段が設けられたことを特徴とす
る。

上記構成によれば、第１のカムフォロアが固定カム体に
当接した時、押圧手段が第１のカムフォロアを弾力的に
固定カム体に押圧しているため、グリップアーム及びそ
の枢支部に過大な力が加わることはなく、この力は押圧
手段により吸収される。

「実施例」 次に、本発明の自動工具交換装置の実施例を第１図から
第10図について説明する。

《主軸ヘッドおよび工具マガジンについて》 第１図に示す自動工具交換装置を備える工作機械は、垂
直なコラム10に固設したフレーム12に配設されてＺ軸方
向に往復移動可能な主軸ヘッド24と、前記フレーム12に
マガジン支持台58を介して配設され、回転割出し可能な
工具マガジン66とを基本的に備えている。すなわち前記
フレーム12にガイドレール14が垂直に配設され、上下の
関係で配設した一対の摺動こま16,16を介して主軸ヘッ
ド24が、前記ガイドレール14に沿ってＺ軸方向に昇降自
在に取付けられている。この主軸ヘッド24には適宜の位
置にナット18が固定され、前記ガイドレール14に沿って
平行に支持した回転自在なボールねじ20が、前記ナット
18にねじ込み挿通されている。そして該ボールねじ20を
フレーム12の上方に配置したサーボモータ22により正逆
両方向に回転駆動することによって、前記主軸ヘッド24
には、ナット18およびボールねじ20の螺合作用下に、ガ
イドレール14に沿ってＺ軸方向に上昇する円滑な運動が
付与される。

主軸ヘッド24の内部には、下端部に工具保持部42を備え
た主軸40が回転自在に垂直に配設され、この主軸40はフ
レーム12の上方に設けた工具駆動用モータ36にカップリ
ング38を介して連結され、当該モータ36により回転駆動
されるようになっている。主軸40の前記工具保持部42
は、先端に工具50を装着した工具ホルダ48におけるアー
バー52を嵌挿可能になっており、この工具ホルダ48を工
具保持部42に嵌挿すると、該ホルダ48に設けたプルスタ
ッド54が主軸40中に設けたホルダ挟持部材44により挟持
（クランプ）される。またこのホルダ挟持部材44を、主
軸40の中心通孔中に同軸的に挿通配置したドローバー46
により押圧すると、該ホルダ挟持部材44による前記プル
スタッド54の挟持が解除（アンクランプ）され、工具ホ
ルダ48の取外しが可能となる。

《工具ホルダの挟持・挟持解除機構について》 前記工具保持部42に嵌挿された工具ホルダ48をクランプ
し、また当該クランプを解除するために、クランクレバ
ーおよびこれに揺動運動を付与するカム機構が設けられ
ている。すなわち主軸ヘッド24の適宜位置に、支軸32を
介して略Ｌ字形のクランクレバー30が揺動自在に枢支さ
れ、このレバー30における一方の短尺レバー30aの先端
部が、前記ドローバー46に直交的に突設したピン56と係
合可能になっている。またクランクレバー30の他方の長
尺レバー30bに下方から上方に向かって登上る斜面を形
成された図示形状の板カム28が固定され、当該板カム28
はその移動軌跡に位置するよう前記サーボモータ22に配
設したカムフォロア26と係合離脱可能になっている。な
お前記長尺レバー30bと主軸ヘッド24との間に引張コイ
ルばね34が弾力的に介装され、クランクレバー30を常に
は時計方向に付勢して、短尺レバー30aによる前記ピン5
6の押圧を解除している。

そして前記サーボモータ22の駆動により主軸ヘッド24が
上昇すると、その上昇過程においてクランクレバー30に
設けた板カム28が固定位置に配置した前記カムフォロア
26と係合し、当該クランクレバー30に支軸32を中心とす
る反時計方向の動きを付与する。これにより短尺レバー
30aが前記ピン56を下方に押圧し、ドローバー46を介し
てホルダ挟持部材44を付勢し、工具ホルダ48のプルスタ
ッド54に対するクランプを解除する。

《工具マガジンの回転割出機構について》 フレーム12に固設したマガジン支持台58には、第１図に
示すように、主軸ヘッド24の工具交換領域と隣接して斜
め左下方に指向する支持軸60が配設され、この支持軸60
に鍔付円筒状のマガジンベース64が、軸受62を介して回
転自在に枢支されている。当該マガジンベース64には、
後に説明するホルダ把持手段として機能するグリップア
ーム82が、放射状に所要の中心角で複数個（図示例では
10個）揺動自在に配設されている。このマガジンベース
64には、前記支持軸60を中心とする割出円板80がボルト
79を介して固定され、この割出円板80の一側面にローラ
形状のカムフォロア78が、グリップアーム82の配設位置
に対応させて複数個（実施例では10個）設けられてい
る。

第１図および第１図のＣ矢視図である第６図に示す如
く、前記マガジン支持台58に垂直配置したケーシング67
の上部に割出し用モータ68が倒立配置され、このモータ
68の回転軸69に駆動軸70がカップリング71を介して接続
されている。この駆動軸70の下端部にはベベルギヤ72が
固定され、当該ベベルギヤ72は軸受73,73を介して水平
に枢支した回転軸75に設けたベベルギヤ74と噛み合っ
て、当該回転軸75に所要方向の回転を付与し得るように
なっている。前記回転軸75には、外周面に直線とねじ形
状とを連続させた所要の曲線を描くカム溝76aが形成さ
れたバレルカム76が配設され、このカム溝76aに前記割
出円板80に放射配置した各カムフォロア78が順次嵌合可
能になっている。そして当該バレルカム76の回転によ
り、割出円板80に間欠的な割出し回転が付与される。

《グリップアームについて》 次に、前述した回転割出し機構により割出される所要の
グリップアーム82、および当該グリップアームを工具ホ
ルダ48の受渡しのため揺動駆動する機構につき説明す
る。第２図〜第４図に示す如く、工具マガジン66の一部
を構成するマガジンベース64には、前記支持軸60を中心
とする円周方向に、所要の中心角でクレビス81が順次配
設されている（図示例では10個）。夫々のクレビス81に
は、枢支軸84を介して棒状のグリップアーム82が揺動自
在に枢支され、該アームの自由端を半径方向外方に臨ま
せている。前記グリップアーム82の自由端には、殊に第
３図に示すように、前記工具ホルダ48の外径部に周設さ
れたＶ形溝部48aを挟持可能な寸法に設定した非開閉式
の２股部83が形成されている。また、この２股部83の各
内端部には、アーム基部に対し直交する方向に行止り孔
83aが穿設され、この行止り孔83aに圧縮コイルばね99に
より弾圧される支持ピン98が後退可能に収納され、当該
支持ピン98の先端を２股部内方に臨ませている。従って
２股部83の両内端部では、一対の支持ピン98,98が中心
線を整列させてその先端を相互に対向させていることに
なる。そしてグリップアーム82の２股部83を前記工具ホ
ルダ48のＶ形溝部48aに位置合わせすることにより、一
対の支持ピン98,98が前記Ｖ形溝部48aに挿通されて当接
し、圧縮コイルばね99の弾力に抗して後退した状態で工
具ホルダ48を把持する。また、前記２股部83の各外端部
には、前記支持ピン98の中心を回転中心とする第１のカ
ムフォロア94が夫々回転可能に設けられている。

また第２図に示すようにグリップアーム82の反自由端に
も別の行止り孔82aが穿設され、この行止り孔82aに圧縮
コイルばね92と共に鋼球90が弾力的に収納されて、当該
鋼球90の一部を行止り孔82aの開孔から突出させてい
る。またマガジンベース64におけるボス部64aには、第
２図に示すように、断面が円弧状を呈する案内面88aを
外周に周設したグリップ支持カラー88が外挿され、この
案内面88aに前記グリップアーム82に設けた鋼球90が弾
力的に当接可能になっている。なお前記案内面88aのマ
ガジンベース64側にはノッチ溝88bが周設され、第１図
で割出し待機状態にある各グリップアーム82は、その鋼
球90を前記ノッチ溝88bに落着させて、該アーム82をそ
の姿勢で安定保持させ得るようになっている。

第１図および第５図に示す如く、前記グリップアーム82
の枢支点となる枢支軸84を挟むアーム長手方向の反自由
端側の位置で、かつ前記枢支軸84に近接した位置に、ロ
ーラ形状を呈する第２のカルフォロア96が回転自在に枢
支されている。そして、この第２のカムフォロア96は、
第１図および第５図に示す可動カム体86に形成した斜面
状の可動カム面86aに対応的に当接可能になっている。
すなわち、第１図，第７図および第８図に示す如く、主
軸ヘッド24の垂直面で、かつ工具マガジン66と対応する
側面に可動カム体86が支軸93により枢着され、またこの
可動カム体86と主軸ヘッド24の間に圧縮コイルばね85が
配設されることにより、可動カム体86は弾力的に浮動可
能にされている。そして、これら可動カム体86及び圧縮
コイルばね85と第２のカムフォロア96とが第１のカムフ
ォロア94を固定カム体87に当接させるために、第１のカ
ルフォロア94を固定カム体87に向かって弾力的に押圧す
るための押圧手段を構成している。この可動カム体86
は、第５図および第７図に示すように、２股部83よりも
幅狭に形成されており、２股部83がこの可動カム体86を
挟む軌跡で通過できるようにされている。また、第７図
に示すように、前記２股部における第１のカムフォロア
94の下面軌跡94bも、可動カム体86を挟んで通過可能で
ある。第１図，第５図，第７図および第８図に示すよう
に、主軸ヘッド24の軸線方向底部には固定カム体87が固
設されている。この固定カム体87は、主軸ヘッド24の前
面の下端部から連続して前方が緩かな曲線とこれに続く
斜面を成し後方が主軸ヘッド24の底部と平行になる形状
のカム面87aが形成されている。また、主軸ヘッド24の
前面には固定カム体87に連続して案内レール97が形成さ
れている。この固定カム体87のカム面87aに案内される
ところの、第１のカムフォロア94の中心軌跡94aは、工
具ホルダ48のＶ形溝部48aの中心と一致するようにされ
ている。なお、第８図に示すように、第２のカムフォロ
ア96の中心軌跡96aは可動カム体86のカム面に倣った斜
面状を呈する。

そして、グリップアーム82に設けた第１のカムフォロア
94および第２のカムフォロア96は、第９図（ａ）〜
（ｊ）および第10図に関して後述する如く、原点Z0を中
心とする主軸ヘッド24の工具交換領域内での往復移動に
より、前記固定カム体87のカム面87aおよび可動カム体8
6のカム面86aと夫々対応的に摺動自在に当接するように
位置設定されている。つまり、主軸ヘッド24をＺ軸方向
に往復移動させると、後述する条件の下で第１のカムフ
ォロア94が固定カム体87に、また第２のカムフォロア96
が可動カム体86に当接して、各対応のカム作用下に前記
グリップアーム82は枢支軸84を中心として所定の揺動運
動を行う。このときグリップアーム82の反自由端に設け
た鋼球90は、グリップ支持カラー88に周設したノッチ溝
88bから離脱し、円弧状の案内面88aに倣いつつ移動する
ことになる。

《実施例に係る装置の動作》 次に、このように構成した実施例に係る自動工具交換装
置の動作につき、第９図（ａ）〜（ｊ）を参照して説明
する。なお前述した如く、主軸ヘッド24およびこれに設
けた固定カム体87および可動カム体86は、サーボモータ
22の回転によるボールねじ20とナット18との螺合作用下
に、Ｚ軸方向の昇降移動を与えられるが、工具マガジン
66自体はフレーム12上の定位置にあって、割出し用モー
タ68の回転によりマガジンベース64を回転させ、各グリ
ップアーム82に保持された工具ホルダ48の割出しを行う
ものである。従って第９図（ａ）〜（ｊ）の全てに亘っ
て、主軸ヘッド24の基準動作レベルとなる原点Z0が設定
されている。またこの第９図（ａ）〜（ｊ）に関連する
各部材の動作タイミングを、第10図にチャートとして示
す。

第９図（ａ）は、本発明の工作機械により、ワーク91を
切削している状態を示す。主軸ヘッド24における主軸40
の下部開放端は、原点Z0より下方のワーク加工領域に位
置していて、この状態でグリップアーム82に設けた第１
のカムフォロア94は、対応する固定カム体87を上昇しき
った位置にある。また第２のカムフォロア96も対応する
可動カム体86を上昇しきった位置にあり、当該グリップ
アーム82の２股部83は最も左方向に振り切った状態に保
持している。すなわち２股部83は、主軸40の工具保持部
42に装着した特定の工具ホルダ48から大きく離間して位
置し、このため主軸ヘッド24は単独でワーク91に向け下
降して所要の切削加工を行うことができる。

第９図（ｂ）は、主軸ヘッド24がワーク91を離れた工具
交換領域に上昇した状態を示している。グリップアーム
82の２股部83は、この２股部83より幅狭な可動カム体86
に当接することなく、主軸ヘッド24の垂直な側面に沿う
ため、主軸ヘッド24は自由に上昇することができる。

第９図（ｃ）は、第９図（ｂ）図示の状態を経由して主
軸ヘッド24が上昇して、主軸40の下部開放端が原点Z0と
略一致した状態を示している。主軸40はオリエンテーシ
ョン（回転方向位置決め）終了の状態となっており、グ
リップアーム82の第２のカムフォロア96は可動カム体86
の中途に位置して、当該グリップアーム82を枢支軸84を
中心として反時計方向に僅かに揺動させている。また、
グリップアーム82の第１のカムフォロア94は固定カム体
87の中途に位置し、これにより２股部83に設けた一対の
支持ピン98,98（第３図）を、工具ホルダ48の外径部に
形成され水平に位置しているＶ形溝部48aに一致させて
近接している。

グリップアーム82の自由端における第１のカムフォロア
94、および反自由端側における第２のカムフォロア96
は、固定カム体87および可動カム体86にそれぞれ当接す
るため、例えば両カム体86,87の取付位置に誤差が生じ
た場合、または固定カム体87のカム面に切削屑などが付
着した場合等の異常時には、グリップアーム82の枢支軸
84などに過大な力が加わろうとするが、この力は可動カ
ム体86の弾力的な浮動により吸収される。

次に工具ホルダ48を交換するべく、主軸ヘッド24が原点
Z0よりも、例えば距離Z30だけ上昇した状態を第９図
（ｄ）に示す。このレベルまで主軸ヘッド24が上昇する
過程で、第１図に示したクランクレバー30の板カム28が
カムフォロア26に当接するに至り、当該クランクレバー
30は引張コイルばね34の弾力に抗して反時計方向への回
動を開始する。また原点Z0より上方への主軸ヘッド24の
上昇に伴い、可動カム体86は対応の第２のカムフォロア
96に当接して、グリップアーム82を反時計方向に更に揺
動させる。これにより、第２のカムフォロア94は固定カ
ム体87に倣って案内され、グリップアーム82の２股部83
に設けた一対の支持ピン98,98は、工具ホルダ48のＶ形
溝部48aに整列して追従移動し、当該支持ピン98,98をコ
イルばね99,99の弾力に抗して後退させながら、主軸40
の中心線Ｃ上に位置するに至る。

なおこの時点で、前記クランクレバー30の短尺レバー30
aがドローバー46に設けたピン56を押下げ始め、工具ホ
ルダ48のプルスタッド54に対するホルダ挟持部材44によ
る挟持の解除を開始する。

第９図（ｅ）は、主軸ヘッド24が原点Z0よりも距離Z50
だけ上昇した状態を示している。第10図から判明する如
く、この状態に至る直前で、前記クランクレバー30は完
全に揺動しきって、ホルダ挟持部材44はプルスタッド54
を解除し、工具ホルダ48に対するアンクランプを終了し
ている。グリップアーム82は、両カム面87a,86aと各対
応のカムフォロア94,96との作用下に反時計方向に更に
揺動して、該アーム82の鋼球90をグリップ支持カラー88
のノッチ溝88b中に落着させて安定しその動作を終了し
ている。またアーム２股部83の支持98,98が、工具ホル
ダ48のＶ形溝部48aを完全に把持して、グリップアーム8
2による工具ホルダ48の把持がなされる。

またこの時点から、工具ホルダ48の抜き取りが開始され
る。すなわち第９図（ｅ）に示す位置から主軸ヘッド24
が更に上昇して、例えば第９図（ｆ）に示す如く当該主
軸ヘッド24が原点Z0から距離Z138だけ上昇すると、ワー
ク91の加工に使用されていた工具ホルダ48はグリップア
ーム82に把持されたまま残留し、これにより工具ホルダ
48の抜き取り（主軸ヘッド24から工具マガジン66への受
渡し）が完了している。この状態で、第１図および第６
図に関して説明した割出し用モータ68が回転駆動され、
バレルカム76およびカムフォロア78のカム作用下に、割
出円板80の回転割出しがなされる。これにより次に使用
される工具ホルダ48を把持した別のグリップアーム82
が、前記主軸ヘッド24の工具保持部42の直下に中心線Ｃ
を整列させて位置する（第９図（ｇ）参照）。

次いで、この新たに割出された工具ホルダ48が主軸ヘッ
ド24の工具保持部42に嵌挿される過程を説明する。サー
ボモータ22を逆方向に回転させると、ボールねじ20およ
びナット18の螺合作用下に主軸ヘッド24は、第９図
（ｇ）に示す距離Z138の位置から第９図（ｈ）に示す距
離Z50の位置まで下降する。この主軸ヘッド24の下降に
より、新たに割出された工具ホルダ48のアーバー52は工
具保持部42中に挿入される。なお第９図（ｆ）および
（ｇ）では、第１のカムフォロア94は固定カム体87から
離脱していたが、この第９図（ｈ）に示す状態に至っ
て、該カムフォロア94は再び対応の固定カム87と当接し
て、そのカム面87aに沿ってカムフォロア94が転動しな
がらグリップアーム82の逃し動作が開始される。すなわ
ちグリップアーム82は、枢支軸84を中心とする時計方向
への揺動を開始し、該アーム82の２股部83に設けた支持
ピン98,98が、工具ホルダ48に形成したＶ系溝部48aの動
きに追従して後退する動作を行う。なお、第２のカムフ
ォロア96は可動カム体86に当接するが、グリップアーム
82の枢支軸84などに過大な力が加わることはなく、可動
カム体86の弾力的な浮動によりこの力が吸収される。

また主軸ヘッド24が、第９図（ｉ）に示すように、距離
Z30まで下降すると、今迄カムフォロア26に係合してク
ランクレバー30を反時計方向に揺動させていた板カム28
は、カムフォロア26から逃げ始め、工具ホルダ48のプル
スタッド54に対するホルダ挟持部材44による挟持を開始
する。

第９図（ｊ）に示す如く、主軸ヘッド24が更に下降して
原点Z0に到ると、前記クランクレバー30における板カム
28はカムフォロア26から完全に離脱し、これによりホル
ダ挟持部材44がプルスタッド54を挟持してクランプ動作
を終了する。またグリップアーム82は、そのカムフォロ
ア94が対応の固定カム体87と連繋動作することにより、
アーム先端に設けた鋼球90がグリップ支持カラー88のノ
ッチ溝88bから離脱し、時計方向に揺動する。そして、
グリップアーム82は工具保持部42に嵌挿保持された工具
ホルダ48から完全に離脱する。これにより主軸40の回転
が許容され、ワーク91に対する加工を可能とする。更に
この原点Z0よりも主軸ヘッド24が下降すると、グリップ
アーム82は、例えば第９図（ａ）に示す如く、更に離間
方向へ逃げ、主軸ヘッド24によるワーク91に対する単独
の下降が可能とされる。

「発明の効果」 以上説明した如く、本発明の自動工具交換装置は、グリ
ップアームの２股部の先端部近傍に設けられた第１のカ
ムフォロアと、主軸ヘッドの往復移動に基づいて該カム
フォロアと当接して２股部の把持部材を工具ホルダの把
持溝に沿って案内すると共に主軸ヘッドの下降時にカム
フォロアを主軸ヘッドから退避させるために主軸ヘッド
の底面から側面にわたって主軸ヘッドに固定された固定
カム体とを備えているものであるから、グリップアーム
の２股部の把持部材に把持された工具ホルダの近傍にて
主軸に対する工具ホルダの装着がスムーズに行え、精度
が向上し、安定した作動の自動工具交換が可能となる。

更に、第１のカムフォロアをグリップアームの２股部の
先端部近傍に設け、主軸ヘッドが加工位置に移動した時
にグリップアーム全体を主軸ヘッドから退避させるよう
にしたため把持部材を非開閉式の２股部とすることがで
き、開閉機構を設ける必要がなく、耐久性が向上すると
共に切り粉等が付着したり挟まったりして円滑な作動が
できなくなる虞がない等の優れた効果がある。

また、本発明の自動工具交換装置は、第１のカムフォロ
アを固定カム体に向かって弾力的に押圧するための押圧
手段を設け、第１のカムフォロアが固定カム体に当接し
た時、押圧手段が第１のカムフォロアを弾力的に固定カ
ム体に押圧しているため、グリップアーム及びその枢支
部に過大な力が加わることはなく、安定した自動工具交
換を迅速に行うことができるなどの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動工具交換装置の好適実施例に係る
主要構成部分の概略構成を示す縦断面図、第２図は工具
マガジンの主要部分を示す縦断面図、第３図は第２図に
示す工具マガジンのＡ矢視図、第４図は第２図に示す工
具マガジンのＢ矢視図、第５図は本実施例に係る自動工
具交換装置の要部を概略的に示す分解状態斜視図、第６
図は本実施例に使用する工具マガジン割出し機構の一実
施例を示す第１図のＣ矢視図、第７図は工具マガジン側
から見た主軸ヘッドを示す第１図のＤ矢視図、第８図は
第７図に示す主軸ヘッドのＥ矢視図、第９図（ａ）〜
（ｊ）は固定位置に配置した工具マガジンとＺ方向に昇
降する主軸ヘッドと当該工具マガジンに回転割出し自在
に設けたグリップアームの夫々の経時的な動作を示す概
略説明図、第10図は第９図（ｂ）〜（ｊ）に示す主軸ヘ
ッドの移動に対応する各部材の動作を経時的に示すタイ
ムチャート図である。 12……フレーム、18……ナット、20……ボールねじ、22
……サーボモータ、24……主軸ヘッド、40……主軸、42
……工具保持部、48……工具ホルダ、64……マガジンベ
ース、66……工具マガジン、82……ホルダ把持手段（グ
リップアーム）、83……２股部、84……枢支軸、86……
可動カム体、86a……可動カム面、87……固定カム体、8
7a……固定カム面、94……第１のカムフォロア、96……
第２のカムフォロア、97……レール板、98……支持ピ
ン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具ホルダを挟持および解除可能な挟持解
   除機能を有した主軸を回転自在に支持し、往復駆動機構
   によりフレームに対して前記主軸の軸線方向に工具交換
   領域およびワーク加工領域にわたって往復移動される主
   軸ヘッドと、前記フレームに固定され、前記工具ホルダ
   に刻設された把持溝と協動して該工具ホルダを把持可能
   な把持部材を有する非開閉式の２股部が自由端に形成さ
   れたグリップアームを、揺動自在にかつ回転割出し可能
   に設けた工具マガジンとを備え、工具を自動交換可能な
   工作機械において、 前記グリップアームの前記２股部の先端部近傍に設けら
   れた第一のカムフォロアと、 前記主軸ヘッドの往復移動に基づいて該カムフォロアと
   当接して前記２股部の把持部材を前記工具ホルダの把持
   溝に沿って案内すると共に主軸ヘッドの下降時にカムフ
   ォロワを主軸ヘッドから退避させるために主軸ヘッドの
   底面から側面にわたって主軸ヘッドに固定された固定カ
   ム体とを備えていることを特徴とする工作機械の自動工
   具交換装置。
2. 【請求項２】前記第１のカムフォロアを前記固定カム体
   に当接させるために、第１のカムフォロアを固定カム体
   に向かって弾力的に押圧するための押圧手段が設けられ
   たことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の自動工
   具交換装置。