JPH08309639A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】主軸に装着された工具ホルダに対して工具ヘッ
ドを自動的に交換することができる自動工具交換装置を
提供することにある。 【構成】工具交換装置本体１に、複数個の工具ヘッドａ
を着脱可能に保持するとともに工具ヘッド交換位置３３
に割出し可能な工具ヘッドマガジン３を設けると共に、
前記工具ヘッドａを把持可能なグリッパ機構６と、この
グリッパ機構６を保持し前記工具ヘッドマガジン３及び
主軸の工具ホルダ２の工具ヘッドａを把持して取出した
り、把持した工具ヘッドａを工具ヘッドマガジン３及び
主軸の工具ホルダ２に供給するＡＴＣアーム５およびＡ
ＴＣアーム５を支持して前記工具ヘッドマガジン３と主
軸の工具ホルダ２との間を結ぶ線上を往復運動するトラ
バーサ機構４とを具備したことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、立て型旋盤等の工作
機械の主軸に装着されたモジュラ工具のホルダ部に対し
て工具ヘッドを自動的に交換する自動工具交換装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】立て型旋盤の主軸に設けられた工具ホル
ダにモジュラ工具の工具ヘッドを装着し、生産管理情報
に基づいて指定された工具ヘッドを前記工具ホルダに装
着する工具の交換作業は作業者の手作業によって行われ
ていた。

【０００３】すなわち、立て型旋盤によって被加工物を
機械加工するには加工条件によって工具ヘッドを交換す
る必要があり、工具ヘッドマガジンには、各種異なる複
数個の工具ヘッドが保管されている。そして、機械加工
の加工条件あるいは切れ味が低下したときなどの工具ヘ
ッドの交換が必要になったとき、主軸に装着された工具
ホルダから旧工具ヘッドを取り外し、工具ヘッドマガジ
ンから指定の新工具ヘッドを運んで前記主軸に装着され
た工具ホルダに装着している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は複雑で精密な機械加工を１台の立て型旋盤によって行
えるようになっており、工具ヘッドの種類も多く、工具
ヘッドマガジンには数十種類、数百種類の工具ヘッドが
収納されている。したがって、加工段取りにしたがって
必要な工具ヘッドを探すのも困難であり、間違うことも
あり、加工ミスを招く恐れがある。

【０００５】また工具ヘッドマガジンを、複数台の立て
型旋盤が共用している場合、立て型旋盤から離れた位置
にあり、工具ヘッドマガジンから指定の工具ヘッドを探
して立て型旋盤まで運ぶ作業に多くの労力を費やし、稼
働率も低下している。さらに、工具ヘッドは重量物であ
り、持ち運びが困難で、危険性も伴うという事情があ
る。

【０００６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、主軸に装着された工
具ホルダに対して工具ヘッドを自動的に交換することが
でき、昼夜における無人化連続運転が可能で、稼働率を
アップでき、また作業者の安全性と加工の信頼性を向上
できる自動工具交換装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前述した目
的を達成するために、請求項１は、工作機械の主軸に、
モジュラ工具の工具ヘッドを自動的にクランプ・アンク
ランプが可能な機能を持った工具ホルダを備え、前記工
具ホルダに対して工具ヘッドを自動的に交換する自動工
具交換装置において、工具交換装置本体と、前記工具交
換装置本体に設けられ複数個の工具ヘッドを着脱可能に
保持するとともに工具ヘッド交換位置に割出し可能な工
具ヘッドマガジンと、前記工具ヘッドを把持可能なグリ
ッパ機構と、前記グリッパ機構を保持し前記工具ヘッド
マガジン及び前記主軸の工具ホルダの工具ヘッドを把持
して取出したり、把持した工具ヘッドを前記工具ヘッド
マガジン及び前記主軸の工具ホルダに供給するＡＴＣア
ームと、前記工具交換装置本体に設けられ前記ＡＴＣア
ームを支持して前記工具ヘッドマガジンと前記機械の工
具ホルダとの間を結ぶ線上を往復運動するトラバーサ機
構とを具備したことを特徴とする。

【０００８】請求項２は、前記工具交換装置本体は、前
記工作機械の本体部に取付けられることを特徴とする。
請求項３は、前記工具ヘッドマガジンは、水平状態に軸
支された回転テーブルと、この回転テーブルの周縁部に
所定間隔を存して配置され工具ヘッドを着脱可能に保持
する複数個の保持具と、前記回転テーブルを回転駆動し
工具ヘッドを工具ヘッド交換位置に割出し可能な回転駆
動機構とから構成されていることを特徴とする。

【０００９】請求項４は、前記ＡＴＣアームは、シリン
ダと、このシリンダによって伸縮可能なロッドとからな
り、このロッドの先端部に前記グリッパ機構が前記ロッ
ドの軸心を中心として回転可能に設けられていることを
特徴とする。

【００１０】請求項５は、前記主軸の工具ホルダに対向
する前記工具交換装置本体には、前記モジュラ工具の工
具ホルダに対してクランプされた工具ヘッドをアンクラ
ンプするリリース用シリンダが設けられていることを特
徴とする。

【００１１】

【作用】工具ホルダに装着されたモジュラ工具の旧工具
ヘッドがリリース用シリンダによってアンクランプされ
た後、ＡＴＣアームに設けられたグリッパ機構によって
把持して旧工具ヘッドを取り外し、トラバーサ機構によ
ってＡＴＣアームを工具ヘッドマガジンと対向する位置
に移動させ、グリッパ機構に把持された旧工具ヘッドを
工具ヘッドマガジンの保持具に保持する。次に、工具ヘ
ッドマガジンの工具ヘッド交換位置に割出された新工具
ヘッドをグリッパ機構によって把持して新工具ヘッドを
取り外し、トラバーサ機構によってＡＴＣアームを工具
ホルダに移動させ、新工具ヘッドを主軸に装着されてい
る工具ホルダに供給して工具ホルダと新工具ヘッドをク
ランプする。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１は自動工具交換装置の概略的構成を示す
もので、１は工具交換装置本体である。この本体１は平
板状のプレートからなり、後述する立て型旋盤の本体部
に固定される。立て型旋盤の工具ホルダ２の近傍に位置
する本体１には複数個の工具を着脱可能に保持する工具
ヘッドマガジン３が設けられている。ここで使用する工
具は、モジュラ工具であり、工具ホルダ２に対して工具
ヘッドａが着脱可能に設けられている。工具ホルダ２は
立て型旋盤の主軸に装着され、種類の異なる複数個の工
具ヘッドａは工具ヘッドマガジン３に保持されている。

【００１３】前記本体１には工具ヘッドマガジン３と立
て型旋盤の工具ホルダ２との間を結ぶ線上にトラバーサ
機構４が設けられている。このトラバーサ機構４にはＡ
ＴＣアーム５が設けられ、このＡＴＣアーム５には工具
ヘッドａを把持可能なグリッパ機構６が設けられてい
る。

【００１４】つぎに、各部の構成について詳細に説明す
ると、図２は立て型旋盤７を示し、コラムポスト８には
Ｚ軸方向に昇降可能な昇降台９が設けられ、この昇降台
９にはＸ軸方向に移動可能な移動台１０が設けられてい
る。移動台１０には刃物台１１が設けられ、この刃物台
１１の下端部には主軸１２を介して前記工具ホルダ２が
装着されている。工具ホルダ２の下部には回転駆動され
るテーブル１３が設けられ、このテーブル１３には被加
工物（図示しない）が載置固定されるようになってい
る。

【００１５】図３および図４は工具ホルダ２を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。図３に示す工
具ホルダ２のホルダ本体１４の上端部には主軸１２に対
して着脱可能に装着される装着部１５が設けられ、下端
部の下面には外径用の工具取付け部１６が設けられてい
る。図４に示す工具ホルダ２のホルダ本体１４の下端部
の側面には内径用の工具取付け部１７が設けられてい
る。これら工具取付け部１６，１７には図５に示すよう
に、工具ヘッドａの基端部を支承する受け台１８が設け
られ、この受け台１８には突没可能なドローバ１９が設
けられている。ドローバ１９は工具ヘッドａの係合凹部
ｂに係合する係合凸部２０が設けられ、係合凹部ｂの一
端開口を係合凸部２０の端部に位置決めし、係合凸部２
０の長手方向にスライドさせることにより、係合凹部ｂ
と係合凸部２０が係合するようになっている。

【００１６】前記ホルダ本体１４の内部にはドローバ１
９を引込み方向に付勢する皿ばね等のばね機構２１が設
けられ、ドローバ１９を引込むことによって工具ヘッド
ａをクランプできるようになっている。また、ばね機構
２１の背面側は油圧通路２２を介してシリンダ２３に連
通している。シリンダ２３にはピストン２４が進退自在
に挿入され、ピストン２４を前進させることにより油圧
通路２２内のオイルが圧送され、ばね機構２１の付勢力
に勝る押圧力を付与してドローバ１９を突出させて工具
ヘッドａをアンクランプできるようになっている。

【００１７】図６は工具ホルダ２の変形例を示し、ホル
ダ本体１４に外径用と内径用の工具取付け部１６，１７
が設けられ、これら工具取付け部１６，１７には工具ヘ
ッドａが前述同様の手段によって着脱可能に設けられて
いる。

【００１８】前記工具ヘッドマガジン３は、図７〜図９
に示すように構成されている。すなわち、基台２５には
回転軸２６が垂直状態に軸支されていて、この回転軸２
６の下端部にはスプロケット２７が嵌着されている。ス
プロケット２７はチェーン２８を介して基台２５の隣側
に設置された回転駆動機構としてのモータ２９に連動し
ており、モータ２９によって回転軸２６が正逆回転でき
るようになっている。

【００１９】回転軸２６の上端部には円板状の回転テー
ブル３０が水平状態に取付けられており、この回転テー
ブル３０の外周縁には所定間隔を存して工具ヘッドａを
保持するための複数個の保持具３１が設けられている。
これら保持具３１は回転テーブル３０の外周方向に向っ
て放射状に突出する保持ピン３２を有しており、工具ヘ
ッドａを下向きにして押し込むことにより、工具ヘッド
ａの係合凹部ｂが保持ピン３２によって保持されるよう
になっている。そして、回転テーブル３０の回転によっ
て保持具３１に保持された指定の工具ヘッドａを工具ヘ
ッド交換位置３３に割出し、位置決めできるようになっ
ている。

【００２０】次に、前記トラバーサ機構４について説明
すると、３４は直線状のガイドレールであり、このガイ
ドレール３４には移動ブロック３５が往復運動自在に支
持されている。移動ブロック３５は、例えばガイドレー
ル３４に沿って架設したスクリューロッドと移動ブロッ
ク３５に設けられ、スクリューロッドと螺合するナット
によって移動させてもよく、またはエアシリンダによっ
て移動させてもよい。

【００２１】移動ブロック３５にはガイドレール３４と
直交してＡＴＣアーム５が搭載されている。ＡＴＣアー
ム５は、エアシリンダ３７と、このエアシリンダ３７に
よって伸縮するロッド３８とからなり、ロッド３８の先
端部には前記グリッパ機構６が設けられている。グリッ
パ機構６はロッド３８の軸心を中心として回転するロー
タリソレノイド３９が設けられ、このロータリソレノイ
ド３９の先端部には工具ヘッドａの略中間部を両側から
把持する一対の把持片４０が設けられ、この把持片４０
は例えばソレノイドによって開閉駆動されるようになっ
ている。

【００２２】また、前記工具ホルダ２の直下に位置する
本体１には２台のリリース用シリンダ４１が設けられて
いる。このリリース用シリンダ４１にはプッシュロッド
４２が上向きに垂直に設けられており、突出時に工具ホ
ルダ２のピストン２４を押圧して工具ホルダ２に対して
工具ヘッドａをアンクランプできるようになっている。
なお、工具ホルダ２の側面にピストン２４が設けられて
いる場合には、リリース用シリンダ４１は工具ホルダ２
の側部に設けられ、プッシュロッド４２が横方向に突出
するようになっている。

【００２３】次に、前述のように構成された自動工具交
換装置の作用について説明する。立て型旋盤７の工具ホ
ルダ２に装着された工具ヘッドａによって被加工物の加
工が終了した後、または加工途中であるが、加工条件が
変ったとき等、工具ヘッドａ（以下、旧工具ヘッドとい
う）を交換する際には、まず立て型旋盤７の刃物台１１
がＸ軸方向およびＺ軸方向に移動し、工具ホルダ２のピ
ストン２４がリリース用シリンダ４１に対向する。そし
て、リリース用シリンダ４１のプッシュロッド４２が突
出してピストン２４を押し込むと、油圧通路２２内のオ
イルがばね機構２１方向に圧送される。したがって、ば
ね機構２１は圧縮されてドローバ１９が突出し、工具ホ
ルダ２の旧工具ヘッドａとがアンクランプされる。

【００２４】一方、トラバーサ機構４に支持されたＡＴ
Ｃアーム５は工具ホルダ２の側方に待機しており、旧工
具ヘッドａのアンクランプが完了すると、エアシリンダ
３７によってロッド３８が前進し、グリッパ機構６の一
対の把持片４０が旧工具ヘッドａの両側に位置する。そ
して、ソレノイドによって把持片４０が閉じると、旧工
具ヘッドａが把持片４０によって把持される。この状態
で刃物台１１がＺ軸方向に僅かに移動すると、ドローバ
１９の係合凸部２０から旧工具ヘッドａの係合凹部ｂが
抜け、工具ホルダ２と旧工具ヘッドａとが分離される。

【００２５】次に、ＡＴＣアーム５のエアシリンダ３７
によってロッド３８が後退し、グリッパ機構６が工具ホ
ルダ２から離れた後、トラバーサ機構４が作動してＡＴ
Ｃアーム５がガイドレール３４に案内されて横方向に移
動し、ＡＴＣアーム５が工具ヘッドマガジン３の工具ヘ
ッド交換位置３３に位置したところで停止する。

【００２６】そして、ＡＴＣアーム５のエアシリンダ３
７のロッド３８が再び前進し、グリッパ機構６の把持片
４０に把持された旧工具ヘッドａを工具ヘッドマガジン
３の工具ヘッド交換位置３３に移動する。

【００２７】一方、工具ヘッドマガジン３の回転テーブ
ル３０はモータ２９によって回転され、複数個の保持具
３１のうち空の保持具３１が工具ヘッド交換位置３３に
割り出されて待機している。そして、保持具３１には保
持ピン３２が回転テーブル３０の外周方向に向かって突
出しているため、ロータリソレノイド３９が作動してグ
リッパ機構６の把持片４０を回転させ、旧工具ヘッドａ
の刃先を下向きにし、ＡＴＣアーム５のロッド３８がさ
らに前進すると、旧工具ヘッドａの係合凹部ｂが保持ピ
ン３２に嵌合され、旧工具ヘッドａは保持具３１に保持
されるとともに、ＡＴＣアーム５が後退する。

【００２８】旧工具ヘッドａのマガジンへの保持が完了
すると、工具ヘッドマガジン３の回転テーブル３０はモ
ータ２９によって再び回転され、新工具ヘッドａが工具
ヘッド交換位置３３に割り出されて停止する。ＡＴＣア
ーム５のエアシリンダ３７のロッド３８が再び前進し、
グリッパ機構６の把持片４０によって新工具ヘッドａを
把持した後、後退する。そして、グリッパ機構６が保持
具３１から離れた後、トラバーサ機構４が作動してＡＴ
Ｃアーム５がガイドレール３４に案内されて横方向に移
動し、ＡＴＣアーム５が工具ホルダ２に対向したところ
で停止する。

【００２９】そして、ＡＴＣアーム５のエアシリンダ３
７のロッド３８が再び前進し、グリッパ機構６の把持片
４０に把持された新工具ヘッドａを工具ホルダ２の工具
取付け部１６または１７に移動する。グリッパ機構６の
把持された新工具ヘッドａの係合凹部ｂがドローバ１９
の係合凸部２０に対向したところで、刃物台１１がＺ軸
方向に僅かに移動すると、ドローバ１９の係合凸部２０
が新工具ヘッドａの係合凹部ｂに係合し、この状態でリ
リース用シリンダ４１のプッシュッド４２が後退する
と、ピストン２４も後退する。したがって、油圧通路２
２のオイルがシリンダ２３側に戻り、ばね機構２１の付
勢力によってドローバ１９が引き込まれる。そして、工
具ホルダ２に対して新工具ヘッドａがクランプされる。

【００３０】このように生産管理情報に基づいて加工が
終了した旧工具ヘッドａを工具ホルダ２から取り外して
工具ヘッドマガジン２に格納する作業、および指定され
た新工具ヘッドａを工具ホルダ２に装着する一連の交換
作業が自動的に行え、安全にしかも可動率をアップさせ
ることができる。

【００３１】なお、前記一実施例においては、立て型旋
盤に自動工具交換装置を備えた場合について説明した
が、新規な自動工具交換装置付き立て型旋盤としてもよ
く、既設の立て型旋盤に前述した自動工具交換装置を付
設して立て型旋盤の付加価値を高めるようにしてもよ
い。さらに、立て型旋盤に限定されず、他の工作機械に
も付設することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、主軸に装着された工具ホルダに対して工具ヘッドを
自動的に交換することができ、昼夜における無人化連続
運転が可能で、稼働率をアップでき、また作業者の安全
性と加工の信頼性を向上できるという効果がある。ま
た、既設の工作機械に自動工具交換装置を付設して付加
価値を高めることもでき経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す自動工具交換装置の
概略的斜視図。

【図２】同実施例の立て型旋盤の正面図。

【図３】同実施例の外径用工具ヘッドを装着した工具ホ
ルダの側面図および下面図。

【図４】同実施例の内径用工具ヘッドを装着した工具ホ
ルダの側面図および下面図。

【図５】同実施例の工具取付け部の斜視図。

【図６】同実施例の内径用と外径用工具ヘッドを装着し
た工具ホルダの側面図および下面図。

【図７】同実施例の自動工具交換装置の平面図。

【図８】同実施例の自動工具交換装置の正面図。

【図９】同実施例の自動工具交換装置の側面図。

【符号の説明】

１…本体、２…工具ホルダ、３…工具ヘッドマガジン、
４…トラバーサ機構、５…ＡＴＣアーム、６…グリッパ
機構、７…立て型旋盤、１２…主軸、２９…モータ、３
０…回転テーブル、３１…保持具、３３…工具ヘッド交
換位置、３７…シリンダ、３８…ロッド。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸に、モジュラ工具の工具
   ヘッドを自動的にクランプ・アンクランプが可能な機能
   を持った工具ホルダを備え、この工具ホルダに対して工
   具ヘッドを自動的に交換する自動工具交換装置におい
   て、 工具交換装置本体と、 前記工具交換装置本体に設けられ複数個の工具ヘッドを
   着脱可能に保持するとともに工具ヘッド交換位置に割出
   し可能な工具ヘッドマガジンと、 前記工具ヘッドを把持可能なグリッパ機構と、 前記グリッパ機構を保持し前記工具ヘッドマガジン及び
   前記主軸の工具ホルダの工具ヘッドを把持して取出した
   り、把持した工具ヘッドを前記工具ヘッドマガジン及び
   前記主軸の工具ホルダに供給するＡＴＣアームと、 前記工具交換装置本体に設けられ前記ＡＴＣアームを支
   持して前記工具ヘッドマガジンと前記工作機械の工具ホ
   ルダとの間を結ぶ線上を往復運動するトラバーサ機構
   と、 を具備したことを特徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 前記工具交換装置本体は、前記工作機械
   の本体部に取付けられることを特徴とする請求項１記載
   の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記工具ヘッドマガジンは、水平状態に
   軸支された回転テーブルと、この回転テーブルの周縁部
   に所定間隔を存して配置され工具ヘッドを着脱可能に保
   持する複数個の保持具と、前記回転テーブルを回転駆動
   し工具ヘッドを工具ヘッド交換位置に割出し可能な回転
   駆動機構とから構成されていることを特徴とする請求項
   １記載の自動工具交換装置。
4. 【請求項４】 前記ＡＴＣアームは、シリンダと、この
   シリンダによって伸縮可能なロッドとからなり、このロ
   ッドの先端部に前記グリッパ機構が前記ロッドの軸心を
   中心として回転可能に設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の自動工具交換装置。
5. 【請求項５】 前記主軸の工具ホルダに対向する前記工
   具交換装置本体には、前記モジュラ工具の工具ホルダに
   対してクランプされた工具ヘッドをアンクランプするリ
   リース用シリンダが設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の自動工具交換装置。