JPH09285930A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成により工具を確実に自動交換する
工具交換装置の提供。 【解決手段】 交換アーム１０の把持部１１には，固定
爪１２と，可動爪１３とを設ける。可動爪１３には，一
端部１３１を把持部１１に突出させる付勢部材と軸心Ｃ
と平行方向の当接面１４１を有する従動部材１４が設け
られ，外部には従動部材１４の当接面１４１に面接触す
る案内面３１１，３２１を有するガイド部材３１，３２
が固定されている。始めに交換アーム１０を後退状態に
して把持部１１を工具８９の近傍に正旋回させ，従動部
材１４とガイド部材３１，３２とを面接触旋回させた後
に交換アーム１０を前進させる。次に，把持部１１を反
旋回させ，交換アームを後退させて従動部材とガイド部
材とを面接触反旋回させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，工作機械の工具の自動交換装置
に関するものであり，特に簡素な構成で工具を確実に交
換することのできる把持構造に関する。

【０００２】

【従来技術】マシニングセンター等において工作機械の
工具を自動的に交換する装置が知られており，所謂アー
ム交換方式の装置においては，次のような手順に従って
交換が行われている。始めに，工作機械の主軸を工具の
交換位置に移動して待機させ，交換アームを回転機構に
より工具の位置に旋回させ，交換アームに設けた一方の
把持部により工具の一部を把持する。次いで，直動機構
により主軸と平行方向に交換アームを直動前進させ，工
具を主軸から抜き取る。この時，同時に，交換アームの
他方の把持部では，工具マガジンの工具を把持し，工具
マガジンから抜き取っている。

【０００３】次いで，回転機構を駆動し交換用の工具を
主軸位置まで旋回，移動させ，直動機構により主軸と平
行方向に交換アームを直動後退させ，工具を主軸に装着
する。また，他方の把持部では，同様に，主軸から取り
外された工具が工具マガジンに挿入される。そして，最
後に交換アームを原位置に復元させて，一連の交換工程
が完了する。

【０００４】そして，実開平４−１２８１３６号公報に
は，傾斜溝を有するバー（ドローバー）をカム機構を用
いて移動させ，自動的に工具を着脱する構造が示されい
ている。即ち，カム機構の回転により上記傾斜溝に当接
する工具把持用のクランパーを運動させ工具を把持又は
開放し，上記カム機構を交換アームの旋回に合わせて回
転させ，これによって工具を着脱する。また，実開平４
−１２５５４１号公報には，交換アームに把持した工具
を確実に保持するための構造が示されている。即ち，軸
心に対して傾斜したテーパ面を有するロックロッドを軸
心と平行方向にに移動させ，上記テーパ面に当接する可
動グリップの動きをロックし，工具の把持を確実なもの
とする。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，実開平４−１
２８１３６号公報に示された工具交換装置は，複雑な形
状のカム機構を交換装置に内蔵し，装置の形状と機械的
な構造が複雑で全体が大形であるという問題がある。ま
た，複雑な形状のカム機構を有するため保守に手間がか
かるという問題もある。

【０００６】また，交換アームを用いる工具交換装置
は，交換の高速化を図って交換アームを高速回転させた
とき，把持した工具の慣性モーメントが増大し，時には
工具がクランパー（グリップ，把持部）から外れてしま
うという問題もある。本発明は，かかる従来の問題点に
鑑みてなされたものであり，簡素な構成により工具を確
実に自動交換することのできる工具交換装置を提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，工具の把持部に
出入りする可動爪には一端部を上記把持部に突出させる
ように付勢する付勢部材が設けられると共に，軸心Ｃと
平行方向の当接面を有する従動部材が設けられるてい
る。そして，交換アームの外部には，把持部が工作機械
の主軸及び工具マガジンの工具の近傍にある場合おいて
上記従動部材の当接面に面接触し且つ交換アームの旋回
方向に向かって軸心Ｃに近接した後離隔するように曲折
する案内面を有するガイド部材が固定されている。

【０００８】そのため，交換アームが後退していて且つ
交換アームが旋回して把持部が工作機械の主軸及び工具
マガジンの工具の近傍にある場合には，ガイド部材に当
接する従動部材は旋回するに伴い，上記案内面の曲折に
対応して進退する。即ち，正方向に旋回する場合には，
従動部材（可動爪）は軸心Ｃに接近したのち軸心Ｃから
離隔するように運動する。また，交換アームが反旋回す
る場合には，従動部材（可動爪）は軸心Ｃから離隔した
状態から軸心Ｃに接近するように運動する。

【０００９】従って，交換アームが正方向に旋回する場
合には，可動爪の端部は把持部から一端退いた後突出す
る。それ故，始めに可動爪が後退している場合に交換ア
ームの旋回と共に工具と当接することなく工具を把持部
に引き入れることができ，その後，旋回と共に可動爪が
突出して工具に当接し工具をしっかりと把持することが
出来る（主軸及びマガジンからの工具の受取，把持）。

【００１０】逆に，交換アームが反旋回する場合には，
可動爪の端部は把持部から突出した把持状態からスター
トし，その後に後退する。そのため，正旋回とは反対の
手順により，突出した可動爪の端部が把持部から後退
し，把持部にある工具を把持状態から開放状態に変化さ
せ工具を工具マガジン及び工作機械の主軸に受け渡すこ
とが可能となる（工具の開放と受け渡し）。

【００１１】そして，駆動手段は，上記手順が進行する
ように，前半では，始めに上記交換アームを直動方向に
後退状態にして上記交換アームの把持部を工作機械の主
軸及び工具マガジンの工具の近傍に正旋回させ，上記従
動部材とガイド部材とを面接触させた後に，旋回を停止
して交換アームを直動方向に前進させる。次いで後半で
は，把持部を工具マガジンの工具及び工作機械の主軸の
近傍に反旋回させ，続いて，交換アームを直動方向に後
退させて上記従動部材とガイド部材とを面接触旋回させ
るよう交換アームを駆動する。

【００１２】即ち，前半の正方向の旋回工程において，
取り替えられるべき工具を主軸から受取り，同時に反対
側の把持部では交換する新工具をマガジンから受け取る
ことが出来る。そして，後半の反旋回工程において，交
換する新工具を主軸に受渡し，同時に反対側の把持部で
は工具マガジンに工具が返却される。

【００１３】なお，請求項２記載のように，交換アーム
の外部に端面Ｓを有する交換アームの当接部材を固定し
て配置し，更に交換アームに上記端面Ｓの方向に向かっ
て付勢され上記端面Ｓに当接するロックロッドを設け，
上記ロックロッドには端面Ｓに向かって軸心Ｃとの距離
を漸減させるテーパー面を設けると共に可動爪の他端に
は交換アームを前進させた場合において上記テーパー面
に面接触する傾斜面を設けるように構成することが好ま
しい。

【００１４】上記のように構成することにより，交換ア
ームを前進させた場合には，端面Ｓ側に付勢されている
ロックロッドは交換アームに対して相対的に後退し，上
記ロックロッドのテーパー面に可動爪の傾斜面が当接す
る。即ち，これによって可動爪が軸心Ｃの方向に移動す
るのを抑止し，把持部に突出した可動爪の一端が軸心Ｃ
側に後退するのを抑止することが出来る。即ち，交換ア
ームを前進させることにより，把持部における可動爪の
工具の把持状態を確実なものとすることが可能となる。

【００１５】それ故，交換アームを高速回転させたとき
にも，交換アームを前進させることにより，工具をしっ
かり把持することが出来る。従って，把持された工具の
慣性モーメントが増大して工具が交換アームからから外
れてしまうという不具合を抑制することが可能となる。

【００１６】なお，前記ガイド部材は，請求項３記載の
ように，工作機械本体と工具マガジン本体とにそれぞれ
固定することが好ましい。工作機械本体と工具マガジン
本体に固定することにより，工作機械本体と工具マガジ
ン本体にある交換されるべき工具とガイド部材及び従動
部材との間の位置関係を確実なものにすることが出来る
からである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施形態例 本例は，図３に示すように，工作機械８０の主軸８１に
装着された工具と工具マガジン８５に装着された工具と
を交換する工作機械８０の工具交換装置１である。そし
て，主軸８１に平行な軸心Ｃ（図２）を有し軸心Ｃに平
行な直動進退と軸心Ｃを中心とした旋回とが可能な駆動
軸２１と，この駆動軸２１に装着され軸心Ｃに垂直な両
側部に工具を把持する把持部１１を設けた交換アーム１
０と，駆動軸２１を旋回または直動進退させる駆動手段
４０とを有している。

【００１８】図１，図２に示すように，交換アーム１０
の両側部の把持部１１には，装着された工具８９の外周
の一部分と接触する固定爪１２と，軸心Ｃ（図２）と垂
直な方向に進退して一端１３１を把持部１１に出入りさ
せ装着された工具８９の他の一部分と当接または離間す
る可動爪１３とが設けられている。

【００１９】可動爪１３には，一端部１３１を把持部１
１に突出させるように付勢する付勢部材（スプリング１
３４）と軸心Ｃと平行方向の当接面１４１を有する従動
部材１４とが設けられている。また，交換アーム１０の
外部には把持部１１が工作機械８０の主軸８１及び工具
マガジン８５の工具の近傍にあり且つ交換アーム１０が
直動方向に後退している場合（図２の状態）おいて従動
部材１４の当接面１４１に面接触する案内面３１１，３
２１を備えたガイド部材３１，３２が固定されている
（図３参照）。そして，案内面３１１，３２１は，交換
アーム１０の正旋回方向に沿って軸心Ｃに近接した後離
隔するように形成されている。

【００２０】また，図２に示すように，交換アーム１０
の外部には軸心Ｃに垂直で且つ交換アーム１０の進退と
共に交換アーム１０の後面１００側に離隔，近接する端
面Ｓを有する交換アーム１０の当接部材３５が固定され
ている。そして，交換アーム１０には軸心Ｃと平行な方
向に進退可能で且つバネ１６１よって端面Ｓの方向に向
かって付勢され端面Ｓに端部（ローラ１５１）を当接す
るロックロッド１５が設けられている。更に，ロックロ
ッド１５の側部には端面Ｓに向かって軸心Ｃとの距離を
漸減させるテーパー面１５２が設けられている。一方，
可動爪１３の他端には交換アーム１０を端面Ｓから離隔
し直動方向に前進させた場合においてテーパー面１５２
に面接触する傾斜面１３２が形成されている。

【００２１】そして，図３に示す駆動手段４０は，駆動
軸２１を介して，始めに交換アーム１０を直動方向に後
退状態（図２の状態）にして交換アーム１０の把持部１
１を工作機械８０の主軸８１及び工具マガジン８５の工
具の近傍に正旋回（図１，矢印Ｆ方向の旋回）させ，続
いて，従動部材１４（当接面１４１）とガイド部材３
１，３２（案内面３１１，３２１）とを面接触旋回させ
た後に交換アーム１０を図２の矢印方向に示す直動方向
に前進させる。

【００２２】次いで，駆動手段４０は，把持部１１を工
具マガジン８５の工具及び工作機械８０の主軸８１の近
傍に反旋回（図１，矢印Ｒ方向の旋回）させ，続いて，
交換アーム１０を直動方向に後退させて従動部材１４
（当接面１４１）とガイド部材３１，３２（案内面３１
１，３２１）とを面接触反旋回させた後に交換アーム１
０を原位置に復元するよう交換アームを駆動する。図
１，図２において，符号４５は，駆動軸２１に交換アー
ム１０を固定する締結部材であり，図３において，符号
４１は駆動手段４０の駆動モーターである。

【００２３】その結果，上記駆動の順序に従って交換装
置１は，以下に述べるように，前半で工具８９を主軸８
１と工具マガジン８５から取り外し，後半で取り外した
工具８９を主軸８１と工具マガジン８５に装着するよう
に作動する。即ち，前半では，始めに交換アーム１０を
直動方向に後退状態（図２の状態）にしているから，ロ
ックロッド１５のテーパー面１５２は，可動爪１３の他
端の傾斜面１３２と当接しておらず，可動爪１３は自由
に進退可能な状態にある。そして，可動爪１３の一端部
１３１は，付勢部材（スプリング１３４）の作用によ
り，把持部１１に向けて突出する。

【００２４】その後，交換アーム１０の把持部１１を工
作機械８０の主軸８１及び工具マガジン８５の工具の近
傍に正旋回させ，従動部材１４（当接面１４１）とガイ
ド部材３１，３２（案内面３１１，３２１）とを面接触
旋回させる。これにより，従動部材１４（当接面１４
１）は始めに案内面３１１，３２１に押されて軸心Ｃ側
に動き，可動爪１３の一端部１３１は後退する。そし
て，工具８９に可動爪１３の一端部１３１が当接するこ
となく，主軸８１及び工具マガジン８５にある工具８９
は，把持部１１に引き入れられ，固定爪１２と工具８９
とが当接する。更に旋回すると，案内面３１１，３２１
が軸心Ｃから離隔し，スプリング１３４に押された可動
爪１３の一端部１３１が前進し，これにより把持部１１
に工具８９がしっかりと把持される。

【００２５】このような工具８９の把持状態において，
次に交換アーム１０の旋回を停止し，交換アーム１０を
図２の矢印方向に示す直動方向に前進させる。すると，
ロックロッド１５のテーパー面１５２が可動爪１３の他
端の傾斜面１３２に当接し，可動爪１３の軸心Ｃ方向へ
の移動がロックされ，工具８９は確実に把持され，同時
に工具８９は引き抜かれる。即ち，前半の工程では，主
軸８１及び工具マガジン８５から工具８９が交換アーム
１０に移動して把持される。

【００２６】次に，後半では，主軸８１及び工具マガジ
ン８５の位置から把持部１１を工具マガジン８５及び主
軸８１の近傍に反旋回させ，続いて，交換アーム１０を
直動方向に後退させる。その結果，ロックロッド１５の
テーパー面１５２と可動爪１３の他端の傾斜面１３２と
の当接は解除され，可動爪１３は自由に進退可能とな
り，同時に，従動部材１４（当接面１４１）とガイド部
材３１，３２（案内面３１１，３２１）とが当接する。
そして，当接面１４１と案内面３１１，３２１とが面接
触しつつ反旋回する。

【００２７】これにより，当接面１４１が案内面３１
１，３２１に押されて軸心Ｃ方向に後退し，可動爪１３
の一端部１３１が把持部１１から引き入れられる。その
ため，工具８９が把持部１１から取り外し可能となり，
主軸８１及び工具マガジン８５への取り付けが可能とな
る。上記のように，本例の工具交換装置１によれば，工
具を自動的に着脱し，且つ交換アーム１０の旋回時に
は，可動爪１３をロックロッド１５により確実に把持し
て自動交換することが出来る。そして，実開平４−１２
８１３６号公報に示された工具交換装置のように，複雑
なカム機構を用いることもなく，構成が簡素である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の交換アームの半断面正面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ矢視線断面図。

【図３】実施形態例１の工具交換装置を装着した工作機
械及び工具マガジンの斜視図。

【符号の説明】

１０．．．交換アーム， １１．．．把持部， １２．．．固定爪， １３．．．可動爪， １４．．．従動部材， １４１．．．当接面， ３１，３２．．．ガイド部材， ３１１，３２１．．．案内面， ８９．．．工具，

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸に装着された工具と工具
   マガジンに装着された工具とを交換する工作機械の工具
   交換装置であって，上記主軸に平行な軸心Ｃを有し軸心
   Ｃ方向への直動進退と軸心Ｃを中心とした旋回とが可能
   な駆動軸と，この駆動軸の前方側に装着され軸心Ｃに垂
   直な両側部に工具を把持する把持部を設けた交換アーム
   と，上記駆動軸を旋回または直動進退させる駆動手段と
   を有しており，上記交換アームの両側部の把持部には，
   装着された工具の外周の一部分と接触する固定爪と，軸
   心Ｃと垂直な方向に進退して一端を上記把持部に出入り
   させ装着された工具の他の一部分と当接または離間する
   可動爪とが設けられており，上記可動爪は，上記一端部
   を上記把持部に突出させるように付勢する付勢部材と上
   記軸心Ｃと平行方向の当接面を有する従動部材とを備え
   ており，上記交換アームの外部には，上記把持部が工作
   機械の主軸及び工具マガジンの工具の近傍にあり且つ交
   換アームが直動方向に後退している場合に上記従動部材
   の当接面に面接触する案内面を備えたガイド部材が固定
   されており，上記案内面は，交換アームの正旋回方向に
   沿って軸心Ｃに近接した後離隔するよう形成されてお
   り，上記駆動手段は，上記駆動軸を介して，始めに上記
   交換アームを直動方向に後退させて上記交換アームの把
   持部を工作機械の主軸及び工具マガジンの工具の近傍に
   正旋回させ，上記従動部材とガイド部材とを面接触旋回
   させた後に交換アームの旋回を停止して直動方向に前進
   させ，次いで，上記駆動手段は，把持部を工具マガジン
   の工具及び工作機械の主軸の近傍に反旋回させ，続い
   て，交換アームを直動方向に後退させてから上記従動部
   材とガイド部材とを面接触反旋回させることを特徴とす
   る工作機械械の工具交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，前記交換アームの外
   部には軸心Ｃに垂直で且つ交換アームの進退に伴って交
   換アームの後面側に離隔，近接する端面Ｓを有する交換
   アームの当接部材が固定されていると共に，上記交換ア
   ームには軸心Ｃと平行な方向に進退可能であり且つ上記
   端面Ｓの方向に向かって付勢され上記端面Ｓに当接する
   ロックロッドが設けられており，更に，上記ロックロッ
   ドの側部には端面Ｓに向かって軸心Ｃとの距離を漸減さ
   せるテーパー面が設けられると共に前記可動爪の他端に
   は上記交換アームを端面Ｓから離隔して直動方向に前進
   させた場合において上記テーパー面に面接触する傾斜面
   が形成されていることを特徴とする工作機械械の工具交
   換装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において，前記
   ガイド部材は，工作機械本体と工具マガジン本体とに固
   定されていることを特徴とする工作機械械の工具交換装
   置。