JPH0829470B2 - 数値制御工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

数値制御工作機械の自動工具交換装置

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JPH0829470B2
JPH0829470B2 JP2247149A JP24714990A JPH0829470B2 JP H0829470 B2 JPH0829470 B2 JP H0829470B2 JP 2247149 A JP2247149 A JP 2247149A JP 24714990 A JP24714990 A JP 24714990A JP H0829470 B2 JPH0829470 B2 JP H0829470B2
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swinging
plane
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尊敏 牧野
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Hitachi Seiki Co Ltd
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Hitachi Seiki Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、数値制御工作機械の自動工具交換装置に
関する。更に詳しくは、数値制御工作機械における工具
マガジンにおいて、自動工具交換時に工具マガジン内の
隣接工具の間の干渉を避けて工具を交換可能とする数値
制御工作機械の自動工具交換装置に関する。
[従来技術] マシニングセンタの工具マガジンは、可能な限りコン
パクトにするために複数の工具が高密度に隣接して収納
されている。自動工具交換装置の把持アームでこの工具
マガジン内の工具を抜き出すときに、工具ポットの軸線
方向に工具を抜き出すのが通常の工具交換方法である。
また、工具と工具の干渉を防ぐために、工具を把持した
工具ポットの間隔をある程度保つ必要がある。こうした
工具マガジンの制約から、通常の工具交換アームの交換
動作は限定された動作とならざるを得ない。すなわち、
工具を工具ポットの軸線方向に前進させて工具ポットか
ら抜き出し、この軸線と直角な面内で旋回させ、再び新
しい工具を工具ポットの軸線方向に後退させて工具ポッ
トに挿入させている。
[発明が解決しようとする課題] この発明は、前記した技術的背景から発明されたもの
であり、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、工具交換中に隣接工具との干渉が
なく、しかも工具マガジン、自動工具交換装置の全体構
造がコンパクトにできる数値制御工作機械の自動工具交
換装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、工具交換時間を短縮できる数
値制御工作機械の自動工具交換装置を提供することにあ
る。
[前記課題を解決するための手段] この発明は、前記課題を解決するために次の手段を採
る。
多数の工具を隣接して収納するための工具マガジン
と、前記工具を受け入れる加工主軸、前記工具マガジン
と前記加工主軸の両工具を把持して互いに保持された工
具を交換するための把持アームと、この把持アームを前
後方向に駆動するための前後駆動手段と、この前後駆動
手段で駆動中に第1の面内で前記把持アームを前記前後
方向に対して傾斜させて揺動させるための揺動手段と、
前記把持アームを前記第1の面内で揺動後前記第1の面
と垂直な第2の面内で旋回させるための旋回駆動手段と
からなる数値制御工作機械の自動工具交換装置である。
工具マガジンと加工主軸との間に中間工具ポットを介
設することができる。
前記前後駆動手段がシリンダ装置であり、前記揺動手
段がカムとカムフォロワであると更に効果的に前記目的
を達成できる。
[作用] 工具マガジンと中間工具ポットまたは主軸との間で工
具を交換する。まず工具把持アームを前方に前後駆動手
段で駆動し、この前後駆動中に揺動駆動手段により把持
アームを第1の面内で揺動させた後、旋回駆動手段によ
り前記第1の面と垂直な第2の面内で旋回させて工具を
交換する。この把持アームのこの揺動と旋回により、工
具マガジンと主軸または中間ポットとの間の工具変換を
行う。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。マシニングセンタ1のコラム2内には、主軸頭3が
上下方向に移動自在に設けられ、この移動は駆動モータ
(図示せず)により制御駆動される。主軸頭3には、主
軸4が回転自在に支持されている。主軸4には、工具T
のシャンク(図示せず)が公知の方法でクランプされて
いる。コラム2の上部には、工具交換用のアーム6が設
けられている。アーム6は、前後動および旋回を行うた
め周知の揺動形油圧アクチュエータおよび直線駆動用油
圧シリンダを備えており、後述する自動工具交換動作を
行う。
コラム2の最上部には、中間ポットアーム7が軸8を
中心に揺動自在に設けられている。中間ポットアーム7
は、揺動形油圧アクチュエータ9により、90度揺動され
る。中間ポットアーム7の先端には、中間ポット11が設
けられている。中間ポット11は、転送しようとする工具
Tを一時的に保持するためのものである。一方、コラム
2の隣接した側面位置には、工具マガジン12が配置され
ている。工具マガジン12には、複数の工具T1〜Tmがチェ
ーン13に設けた工具ポット14に収納保持されている。
工具マガジン12と中間ポット11との間のコラム2上に
は、自動工具交換装置15が設けられている。数値制御装
置5は、これらを制御コントロールする周知のものであ
る。以下、その機能、構造を説明する。
自動工具交換装置15 第2図は、第1図の矢印IIからみた正面図である。自
動工具交換装置15は、工具マガジン12の工具Tnと中間ポ
ット11との間で把持アーム17により工具Tnを交換する。
把持アーム17は、後述するように回転、前後駆動のため
のアクチュエータを有している。把持アーム17は、最初
の位置(2点鎖線)から90度旋回して、工具マガジン12
の工具Tnと工具ポット11の工具Tを同時につかむ。この
把持アーム17のつかみ動作の旋回円の外周の軌跡は、円
弧Aである。円弧Bは、正面からみたときの工具T1〜Tm
の最外周の直径である。
円弧Aは、工具Tn-1と工具Tn+1とには、工具Tn-1と工
具Tn+1の把持部分(把持アームの保持部)の直径が小さ
いために干渉しない(第3図参照)。しかし、把持アー
ム17により工具を把持後、工具マガジン12の工具ポット
14の前方に抜き出し、かつ把持アーム17を旋回させて、
干渉しないようにするには、工具T1〜Tmの中の最も長い
工具である工具Tkの高さ位置までせり出す必要がある。
更に、隣接する工具Tn-1と工具Tn+1が正面フライスなど
の直径が大きい工具のときは、工具の直径Bが大きいの
で抜き出し動作のとき干渉することがある。
第3図は、第2図の平面図である。従来の構成である
と前記したように、工具Tnを工具ポット14から短い距離
(工具ポット11、14から抜き出た程度で工具Tnのテーパ
部端が完全に抜け出る最小距離)抜き出し後、円弧Aで
把持アーム17を旋回させると隣の工具Tn-1、Tn+1と干渉
する。そこで第3図に示すように、本例では、角度θで
引き抜いて自動工具交換装置本体を傾けた後工具Tnおよ
び工具Tを旋回させる。この旋回により工具Tnの外周
は、円弧Cを描く(第2図では楕円形になる)。円弧C
は、隣の工具Tn-1、Tn+1と干渉せずしかも最小限の引き
抜き距離で旋回させて工具交換ができることを示してい
る。
駆動部 以下、この把持アーム17の引き抜き、旋回機構につい
て説明する。第4図はアーム17の駆動部の断面図であ
る。把持アーム17の中央には、中空のスプライン軸18の
一端が固定されている。スプライン軸18の中心には、ピ
ストン軸19の前部を軸受20、20により支持されている。
スプライン軸18の外周には、ベベルギヤ筒21の内周面が
スプライン結合により取り付けられている。ベベルギヤ
筒21の一端には、ベベルギヤ22が一体に形成されてい
る。
ベベルギヤ筒21は、軸受23、23により回転自在にケー
ス24に支持されている。ケース24の後端には、シリンダ
チューブ26が一体に設けられている。ピストン軸19は、
シリンダチューブ26内を貫通している。ピストン軸19に
は、ピストン27が固定されており、このピストン27はシ
リンダチューブ26内に摺動自在に挿入されている。この
ピストン27およびシリンダチューブ26は、シリンダ装置
を構成し、把持アーム17を前後動させる。ピストン軸19
の最後端には、カムフォロワ28が設けられている。カム
フォロワ28は、マシニングセンタコラム上に設けられた
カムプレートのカム溝29内を転動する。
カム溝29は、直線部30、曲線部31が連続して形成され
ている。一方、ベベルギヤ22には、ベベルギヤ35が噛み
合っている(第5図参照)。ベベルギヤ35は、ベベルギ
ヤ筒36と一体に設けられている。ベベルギヤ筒36の外周
には、キー37を介してピニオン筒38が設けられている。
ピニオン筒38の下端には、ピニオン39が一体に設けられ
ている。ピニオン筒38は、軸受40、40によりケース24に
回転自在に支持されている。一方、前記ベベルギヤ筒36
は、コラム2上に固定された支持体44に回転可能に支持
されている。従って、前記ベベルギヤ筒36はピニオン筒
38と一体となって回転し、さらに前記ケース24はこの支
持体44を支点にして揺動が可能な構成になっている。
ピニオン39には、ラック41が噛み合わされている。ラ
ック41の一端には、ピストンロッド42に連結されてい
る。ピストンロッド42は、シリンダ43により駆動され
る。結局、シリンダ43を駆動すると、ピストンロッド42
が移動され、この移動は更にラック41、ピニオン39、ベ
ベルギヤ35、ベベルギヤ22、スプライン軸18の順で伝達
して、把持アーム17を回転させる。
作動 本実施例は前記のような構造であって、以下のように
作動する。主軸4に装着された工具TにNC装置5から工
具交換指令が発せられると、主軸頭3がコラム2内を上
昇させられ最上端の工具交換位置に移動する。一方、中
間ポットアーム7は、あらかじめ主軸4と平行な位置に
必要な工具を把持して待機している。把持アーム6に内
蔵されているアクチュエータにより、把持アーム6が水
平状態から90度回転させられ、主軸4の工具Tと中間ポ
ット11の工具Tを同時につかむ。
更に、把持アーム6は前方に前進した後、180度回転
する。この回転後、把持アーム6は後退し、中間ポット
11の工具Tは主軸4に挿入され、主軸4の工具Tは中間
ポット11に挿入把持される。把持アーム6は、再び旋回
し最初の待機位置に戻る(第1図の状態)。この交換
後、主軸4の工具Tは数値制御装置5の指令により次工
程の加工を行う。中間ポットアーム7は、次の使用予定
の工具Tnを把持するために、揺動形油圧アクチュエータ
9に回転駆動されて90度旋回する。(第1図で実線に示
す位置。) 把持アーム17は、シリンダ43により90度旋回させられ
る。すなわち、シリンダ43に圧油が供給されると、ピス
トンロッド42とラック41が直線運動する。ラック41の直
線運動は、ピニオン39、ベベルギヤ35、ベベルギヤ22、
スプライン軸18を順次伝導し回転させる。スプライン軸
18の回転は、把持アーム17を円弧軌跡Aで旋回させられ
て工具マガジン12の工具ポット14の工具Tnと中間ポット
アーム7の中間ポット11の工具Tを同時につかむ。
次に、シリンダチューブ26内に圧油が供給させられ、
ピストン27が前方に移動する。ピストン27の移動によ
り、スプライン軸18および把持アーム17が両工具Tn、T
をつかんだ状態で前方に移動させられる。この移動中、
カムフォロワ28はカム溝29の直線部30を転動後、曲線部
31を転動する。カムフォロワ28が曲線部31を転動する
と、ケース24およびシリンダチューブ26は中心点イを中
心に揺動される。
このため、把持アーム17は、工具ポット14および中間
ポット11の軸線と角度を有しながら抜き出しせり出され
る(第3図、第4図の2点鎖線の状態)。このせり出し
は、工具Tnと工具Tが工具ポット14および中間ポット11
からシャンクが抜け出す距離だけで良く、工具の高さは
必要ない。この後、再びシリンダ43を逆方向に駆動させ
て、把持アーム17を旋回させる。このとき、把持アーム
17に把持した工具Tnの最外周が描く円弧の軌跡Cは、工
具マガジン12内の工具Tn-1、Tn+1には干渉することなく
旋回する。
再び、シリンダチューブ26に圧油を供給し、把持アー
ム17を元の位置に戻して、工具マガジン12の工具Tnを中
間ポット11に、中間ポット11の工具Tを工具マガジン12
の工具ポット14にそれぞれ装着する。この装着後、シリ
ンダ43を駆動して把持アーム17を待機位置に停止させ
る。
[その他の実施例] 前記実施例の自動工具交換装置は、工具マガジン12と
中間ポット11との間の自動工具交換に適用したものであ
ったが、工具マガジンと主軸との間の工具交換に前記実
施例を適用しても良い。前記実施例の把持アーム6は、
180度旋回して工具を交換しているが、180度より小さな
角度でも良い。
[発明の効果] 以上詳記したように、この発明の自動工具交換装置を
用いると、多数の工具を近接させて工具マガジンに収納
できるので、工具マガジンがコンパクトになる。また、
把持アームの前進後退距離が短いので、工具交換時間が
短いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の概要を示す概観図、第2図は
自動工具交換装置の正面図、第3図は第2図の平面図、
第4図は自動工具交換装置の断面図を示す断面図、第5
図は自動工具交換装置の旋回駆動機構部分を示す断面図
である。 1……マシニングセンタ、2……コラム、3……主軸
頭、4……主軸、5……NC装置、6……把持アーム、7
……中間ポットアーム、8……軸、9……揺動形油圧ア
クチュエータ、18……スプライン軸、26……シリンダチ
ューブ、28……カムフォロワ、29……カム溝、43……シ
リンダ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の工具を隣接して収納するための工具
    マガジンと、前記工具を受け入れる加工主軸と、前記工
    具マガジンと前記加工主軸の両工具を把持して互いに保
    持された工具を交換するための把持アームと、この把持
    アームを前後方向に駆動するための前後駆動手段と、こ
    の前後駆動手段で駆動中に第1の面内で前記把持アーム
    を前記前後方向に対して傾斜させて揺動させるための揺
    動手段と、前記把持アームを前記第1の面内で揺動後前
    記第1の面と垂直な第2の面内で旋回させるための旋回
    駆動手段とからなる数値制御工作機械の自動工具交換装
    置。
  2. 【請求項2】多数の工具を隣接して収納するための工具
    マガジンと、前記工具を受け入れ加工主軸の近傍へ工具
    を移送し保持固定するための中間工具ポットと、前記工
    具マガジンと前記中間工具ポットの両工具を把持して互
    いに保持された工具を交換するための把持アームと、こ
    の把持アームを前後方向に駆動するための前後駆動手段
    と、この前後駆動手段で駆動中に第1の面内で前記把持
    アームを前記前後方向に対して傾斜させて揺動させるた
    めの揺動手段と、前記把持アームを前記第1の面内で揺
    動後前記第1の面と垂直な第2の面内で旋回させるため
    の旋回駆動手段とからなる数値制御工作機械の自動工具
    交換装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記前後駆動
    手段がシリンダ装置であり、前記揺動手段がカムとカム
    フォロワであることを特徴とする数値制御工作機械の自
    動工具交換装置。
JP2247149A 1990-09-19 1990-09-19 数値制御工作機械の自動工具交換装置 Expired - Lifetime JPH0829470B2 (ja)

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