JPH08108336A - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の自動工具交換装置において、マガ
ジンからスピンドルヘッドに工具を受け渡す際に、マガ
ジンの旋回割り出し位置に誤差があっても正確な位置に
修正でき、マガジン旋回機構部に不要な負荷が作用せ
ず、また、工具の取り付け状況によりマガジンに偏荷重
がかかっても支障がないようにする。 【構成】 マガジン１５からスピンドルヘッド３に工具
を渡すためにマガジン１５が後退した時、マガジン１５
の回り止め位置決め穴２１ｂに、マガジン支持部１６の
位置決めピン２１ａが嵌まり込む。これにより、マガジ
ン１５の旋回割り出し位置がずれていても、修正される
ので、マガジン１５に把持された工具がスピンドルヘッ
ド３にぶつかるようなことがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具が取り付けられる
スピンドルヘッドと、このスピンドルヘッドに対して取
り付け交換される工具を保持するマガジンとを備えた工
作機械の自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工作機械の自動工具交換装置
において、工具が交換自在に取り付けられるスピンドル
ヘッドと、交換される工具を放射状に複数個保持する旋
回可能なマガジンとを備え、マガジンが前後移動及び旋
回して、スピンドルヘッドとの間でダイレクトに工具の
受け渡しを行い、工具の交換を行うものがある。このマ
ガジンの旋回駆動と位置決め割り出しは、通常、サーボ
モータで行っている。この種の装置において、工具交換
に際して、マガジンは工具を把持していないグリップ位
置がスピンドルヘッドに対向するように割り出され、そ
のマガジンがスピンドルヘッドに対して後退及び前進動
作することにより、スピンドルヘッドのホルダー部に保
持されている工具を受け取る。その後、マガジンは旋回
して、新たに取り付けようとする工具を把持しているグ
リップ位置がスピンドルヘッドに対向するように割り出
され、そのマガジンが後退動作することにより、スピン
ドルヘッドのホルダー部に工具を挿入して受け渡すよう
にしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の自動工具交換装置においては、マガジン
旋回後の停止位置の割り出しに誤差があると、マガジン
が後退して工具をスピンドルヘッドのホルダー部に挿入
する時などに、スピンドルヘッドに工具がぶつかり、該
ホルダー部を損傷したり、サーボ及び旋回機構部に大き
な負荷がかかることになる。また、マガジンには複数の
工具が放射状に保持されるようになっており、これを偏
って取り付けた場合、マガジンの停止中、偏荷重により
トルクが発生してマガジンが回転しようとする。これを
静止させておくため、モータのサーボを作動させておく
か、ブレーキを設ける必要があるが、サーボを作動させ
ておく場合には、モータは発熱し、また、ブレーキを設
ける場合には、ブレーキ装置分だけコスト高となる。本
発明は、上記の問題を解消するためになされたものであ
り、マガジンの回り止め位置決め部材を設けたことによ
り、マガジンの位置決めに誤差があっても正確な位置に
修正することが可能で、マガジンを旋回するモータや旋
回機構部に不要な負荷が作用せず、また、工具の取り付
け状況によりマガジンに偏荷重がかかっても、モータを
作動させておくような必要がなくモータが発熱するよう
なことのない工作機械の自動工具交換装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１の発明は、工具が取り付けられるスピンドル
ヘッドと、このスピンドルヘッドに対して取り付け交換
される工具を把持するグリップが複数個放射状に設けら
れたマガジンとからなり、マガジンがその支持部に対し
て工具交換のために旋回及び前後移動可能に設けられて
なる工作機械の自動工具交換装置において、支持部のマ
ガジンに対向する部位には、マガジンを回り止めし位置
決めする部材が設けられ、マガジンには、工具交換のた
めに旋回割り出されたマガジンが後方移動した時に、回
り止め位置決め部材が嵌まり込む凹凸部が設けられてい
るものである。また、請求項２の発明は、請求項１記載
の工作機械の自動工具交換装置において、回り止め位置
決め部材が、先端をテーパ状としたピンであるものであ
る。また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の
工作機械の自動工具交換装置において、マガジンには、
該マガジンに設けられたグリップと同数の凹凸部が各グ
リップの位置に対応して設けられているものである。

【０００５】

【作用】上記の構成を有する請求項１の工作機械の自動
工具交換装置によれば、工具の交換に際して、マガジン
は前方移動と旋回による位置割り出しと後方移動とによ
り、スピンドルヘッドから工具を受け取ると共に、スピ
ンドルヘッドに別の工具を取り付ける。この工具交換動
作において、マガジンは、スピンドルヘッドに新たに取
り付けようとする工具が把持されたグリップが該スピン
ドルヘッドに対向するような位置が割り出される。この
割り出されたマガジンが後方移動して、マガジンからス
ピンドルヘッドへ工具を受け渡す際に、マガジンに対向
する支持部に設けられた回り止め位置決め部材がマガジ
ンに設けた凹凸部に嵌まり込む。これにより、マガジン
の旋回割り出し位置がずれていても、正確に修正され
る。従って、マガジンのグリップに把持された工具がス
ピンドルヘッドにぶつかるようなことはなくなる。ま
た、請求項２の工作機械の自動工具交換装置によれば、
支持部の回り止め位置決め部材がマガジンの凹凸部に嵌
まり込む時に、回り止め位置決め部材の先端がテーパ状
のピンであるので、同部材は滑らかに嵌まり込み、旋回
機構等に衝撃を与えるようなことがない。また、請求項
３の工作機械の自動工具交換装置によれば、マガジンに
は各グリップ位置に対応して凹凸部が設けられているの
で、旋回割り出しされた全ての位置で、その凹凸部に支
持部の回り止め位置決め部材が嵌まり込み、旋回割り出
し位置が修正される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例による自
動工具交換装置を備えた工作機械について図面を参照し
て説明する。図１は全体構成を示す側面図、図２は本装
置のマガジンをマガジン支持部側から見た図である。工
作機械１は、ワーク（図示なし）に対して水平方向（図
面上では左右）に切削その他の工作を行うものであり、
前後及び左右方向に移動可能に設けられたコラム２に対
して上下方向に移動可能に設けられたスピンドルヘッド
３と、このコラム２に対して前後方向に移動可能でか
つ、自転可能に設けられた自動工具交換のためのマガジ
ン装置４とから構成される。スピンドルヘッド３は、コ
ラム２側に設けられたボールねじ（図示なし）で上下駆
動されるようになっている。このスピンドルヘッド３
は、工具ホルダー５ａ（図２）を保持しクランプするホ
ルダー部５を先端部に有し回転駆動されるスピンドル軸
（主軸）６と、このスピンドル軸６を回転駆動するスピ
ンドルモータ７と、工具のクランプを解除するアンクラ
ンプ機構８の一部を備えている。

【０００７】アンクランプ機構８を構成する部材とし
て、スピンドル軸６の中空部に該軸と平行に移動可能に
挿入され、アンクランプバネ（不図示）により付勢され
たロッド９と、スピンドル軸６の外周囲に嵌合され、前
記ロッド９の後端部側でピンにより連結されたアンクラ
ンプリング１０とが、スピンドルヘッド３側に設けられ
ている。アンクランプ機構８を構成するその他の部材と
して、コラム２側に支点台１１に回転可能に支持された
アンクランプレバー１２と、このアンクランプレバー１
２を所定角度内で回転駆動するカム１３とが、コラム２
側に設けられている。アンクランプレバー１２の上端部
（点線部）は、カム１３のアンクランプ用カム溝１３ａ
に嵌まっており、カム１３の回転により該アンクランプ
レバー１２が回動する。アンクランプレバー１２の下端
部は、スピンドルヘッド３の外装カバーに開けた開口３
ａを通してスピンドルヘッド３内に臨み、スピンドルヘ
ッド３が上昇した時にアンクランプリング１０の側端面
に当接し得る状態となり、カム駆動により、アンクラン
プレバー１２が二点鎖線で示すように回動して、アンク
ランプリング１０を前方に押し出し、これにより工具の
クランプ状態を解除できるようになっている。

【０００８】マガジン装置４は、放射状に複数の工具を
保持するグリップ１４を有した円盤状のマガジン１５を
有し、このマガジン１５は、コラム２側に固定されたマ
ガジン支持部１６に旋回自在に支持された回転軸１７に
保持されており、この回転軸１７に形成されたスプライ
ンにより水平方向には移動可能とされ、該軸１７と一体
に旋回されるようになっている。回転軸１７は、減速歯
車機構１８と駆動軸１９を介してマガジン旋回モータ２
０に連結されている。工具を保持するグリップ１４の各
々は、マガジン１５の円盤状部材に回動自在に支持さ
れ、かつ、閉じる方向にバネにより付勢された２つの開
閉可能なアーム状部材（図２）からなる。

【０００９】また、マガジン支持部１６のマガジン１５
に対向する面には、マガジン１５を所定の割り出し旋回
位置に停止させるための位置決めピン（回り止め位置決
め部材）２１ａが設けられ、マガジン１５の背面には、
図２に示すように、前記位置決めピン２１ａが嵌まり込
み得る位置決め穴（凹凸部）２１ｂが複数のグリップ１
４の各々に対応した位置にその個数分だけ設けられてい
る。そして、割り出されたマガジン１５が工具交換のた
めに後退した時に、位置決めピン２１ａが位置決め穴２
１ｂに嵌まり込むことにより、マガジン１５が正確に位
置決めされる。位置決めピン２１ａは、位置決め穴２１
ｂへの嵌め合いが滑らかに行われるように、先端をテー
パ状としている。この位置決めピン２１ａのテーパ状部
は、マガジン１５が後退した時に、該テーパ状部全体が
位置決め穴２１ｂに入りきる長さとしておく。また、マ
ガジン１５には、常時はグリップ１４を閉じる方向にロ
ックするためのテーパ状のロック部材を持つロック機構
２２が設けられ、工具交換を行う位置等の所定の回転位
置でのみ該ロックは解除されるようになっている。な
お、図１のマガジン１５の下側はロック解除の状態を示
している。

【００１０】さらに、マガジン１５を工具交換のために
前後方向に移動させるための機構として、マガジン支持
部１６に取り付けられたカムベース１６ａに前後移動自
在に支持された前後シャフト軸２３と、この前後シャフ
ト軸２３を前後移動させるための前後レバー２４とを有
する。この前後レバー２４は、カムベース１６ａの天板
に回転自在に支持され、その一端に締結されたカムフォ
ロア（図示なし）はカム１３の前後用カム溝１３ｂに嵌
められ、他端に締結されたカムフォロア２４ａは前後シ
ャフト軸２３に結合された前後カム部材２５に係合され
ている。前後シャフト軸２３の前端部に締結したカムフ
ォロア２３ａは、マガジン１５と一体に設けたカム溝２
６に係合させ、該シャフト軸２３の前後移動をマガジン
１５に伝達するようにしている。また、アンクランプ用
カム溝１３ａと前後用カム溝１３ｂとが設けられた一体
のカム１３は、カップリング（図示なし）を介してカム
駆動モータ（図示なし）に連結されており、カム１３の
回転位置を検出するカムセンサ（図示なし）からの信号
に基づいて回転制御されるようになっている。カム動作
により、マガジン１５は前後レバー２４を介して前後方
向に駆動される。二点鎖線で示す前後カム部材２５´は
前方に移動した時の位置を示している。

【００１１】次に、上記のように構成された工作機械の
自動工具交換装置の動作について、図５のフローチャー
トを参照して説明する。自動工具交換の動作が開始され
ると、スピンドルヘッド３が上昇し、アンクランプレバ
ー１２がアンクランプリング１０に当接し得る状態とな
り、この時、スピンドルヘッド３側のスピンドル軸６の
ホルダー部５にクランプされている工具ホルダーは、マ
ガジン１５のグリップ１４に受け渡される。上記動作に
相前後して、カム駆動モータ２８が駆動されてカム軸２
７を介してカム１３が回転駆動され（Ｓ１）、アンクラ
ンプレバー１２の上端のカムフォロアがアンクランプ用
カム溝１３ａの傾斜にかかり、アンクランプレバー１２
が支点台１１の軸回りに回動され、その下端のカムフォ
ロアがアンクランプリング１０の側端面を押し、ロッド
９がアンクランプバネによる付勢に抗して移動され、ア
ンクランプが行われる（Ｓ２）。

【００１２】上記のアンクランプが終了する直前に、前
後レバー２４の一端のカムフォロアがマガジン前後用カ
ム溝１３ｂの傾斜にかかり、前後レバー２４が動き出
し、その他端のカムフォロア２４ａが前後カム２５を押
し、前後シャフト軸２３を前進させる。これにより、前
後シャフト軸２３の先端のカムフォロア２３ａがカム溝
２６を介してマガジン１５を前進させる（Ｓ３）。マガ
ジン１５の前進は、不図示のカムセンサによる検出信号
に基づいてカム駆動モータを停止させることで終了す
る。その後、マガジン旋回モータ２０が回転し、減速歯
車機構１８と回転軸１７のスプラインを経てマガジン１
５を旋回させ、停止位置の割り出しを行う（Ｓ４）。割
り出し終了後、カム駆動モータを逆回転させることで、
カム１３を反転させる（Ｓ５）。これにより、上記動作
と逆の順序で逆の動作を行う。すなわち、割り出された
マガジン１５を後退させ（Ｓ６）、マガジン１５からス
ピンドルヘッド３側のホルダー部５へ工具ホルダー５ａ
（図２）を渡し、そのクランプを行う（Ｓ７）。

【００１３】上記動作において、割り出されたマガジン
１５が後退する時に、その背面に設けられた位置決め穴
２１ｂに、マガジン支持部１６に設けられた先端テーパ
状の位置決めピン２１ａが嵌まり込む。そのため、マガ
ジン１５の割り出しに少々の誤差があっても、マガジン
１５は正規の位置に修正されることになる。従って、マ
ガジン１５に把持された工具ホルダー５ａ（図２）がス
ピンドル軸６のホルダー部５に挿入される時に、工具ホ
ルダー５ａがホルダー部５の内壁にぶつかるようなこと
がなくなり、マガジン１５の旋回機構等に不要な負荷が
かからなくなる。また、マガジン１５に偏って工具ホル
ダー５ａを取り付けた場合、マガジン１５の停止中、偏
荷重によりマガジン１５に旋回トルクが発生するが、位
置決めピン２１ａが位置決め穴２１ｂに嵌まり込むこと
により回り止めがなされるので、上記トルクは阻止され
る。このため、偏荷重トルクに抗してサーボモータを駆
動しておく従来装置におけるモータ発熱の問題や、ブレ
ーキ装置を備えた場合における装置のコスト高の問題が
解消される。

【００１４】なお、本発明は上記実施例構成に限られず
種々の変形が可能であり、例えば、上記では、マガジン
１５側に位置決め穴２１ｂが、マガジン支持部１６側に
位置決めピン２１ａが設けられたものを示したが、これ
とは逆に、前者に位置決めピン、後者に位置決め穴が設
けられたものであってもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る工作
機械の自動工具交換装置によれば、マガジンからスピン
ドルヘッドに工具を渡す際に、マガジンが後方移動した
時に、マガジン支持部の回り止め位置決め部材がマガジ
ンの凹凸部に嵌まり込むので、マガジンの旋回割り出し
位置がずれていても、正確に修正される。従って、マガ
ジンの旋回機構等に不要な負荷が作用しなくなる。さら
に、工具の取り付け状況によりマガジンに偏荷重がかか
っていても、旋回用モータを作動させておくような必要
がなく、モータが発熱するようなことがなくなる。ま
た、請求項２の発明に係る工作機械の自動工具交換装置
によれば、上記の効果に加えて、回り止め位置決め部材
の先端がテーパ状ピンであるので、この回り止め位置決
め部材がマガジンの凹凸部に嵌まり込む時に、滑らかな
嵌合動作が得られ、マガジン旋回機構等に衝撃を与える
ようなことがない また、請求項３の発明に係る工作機械の自動工具交換装
置によれば、上記の効果に加えて、マガジンの全てのグ
リップに対応する旋回割り出し位置で、凹凸部に回り止
め位置決め部材が嵌まり込むので、常に、割り出し位置
が修正される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自動工具交換装置を備
えた工作機械の側断面図である。

【図２】同装置におけるマガジンの背面図である。

【図３】同装置の工具交換動作を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１ 工作機械 ２ コラム ３ スピンドルヘッド １４ グリップ １５ マガジン １７ 回転軸 ２１ａ 位置決めピン ２１ｂ 位置決め穴 ２３ 前後シャフト軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具が取り付けられるスピンドルヘッド
   と、このスピンドルヘッドに対して取り付け交換される
   工具を把持するグリップが複数個放射状に設けられたマ
   ガジンとからなり、前記マガジンがその支持部に対して
   工具交換のために旋回及び前後移動可能に設けられてな
   る工作機械の自動工具交換装置において、 前記支持部の前記マガジンに対向する部位には、該マガ
   ジンを回り止めし位置決めする部材が設けられ、 前記マガジンには、工具交換のために旋回割り出された
   該マガジンが後方移動した時に、前記回り止め位置決め
   部材が嵌まり込む凹凸部が設けられ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】 前記回り止め位置決め部材が、先端をテ
   ーパ状としたピンであることを特徴とする請求項１記載
   の工作機械の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記マガジンには、該マガジンに設けら
   れたグリップと同数の凹凸部が各グリップの位置に対応
   して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の工作機械の自動工具交換装置。