JPH09300158A - 工作機械の工具転送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換の動作を少ないアクチュエータで確
実に行い、かつ工具交換の時間短縮を図った工作機械の
工具転送装置を提供する。 【解決手段】 把持用シリンダ３０を作動させグリッパ
２８により工具受渡位置Ａに割り出された工具７８を把
持し、離脱用シリンダ３６を作動させ板カム１２ととも
にブラケット１４およびグリッパ２８を移動させ工具７
８を工具ポット７４ごと工具マガジン７０から離脱す
る。その後、旋回用シリンダ２６を作動させ板カム１２
に設けられたカム溝１２ａとグリッパ２８に設けられた
旋回用カムフォロア２８ｂとを係合させながら、ブラケ
ット１４の旋回移動およびブラケット１４に対するグリ
ッパ２８の往復移動を行い工具受渡位置Ａから工具交換
位置Ｂに工具７８を転送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具ポットを介し
て工具を収納する工具マガジンの工具受渡位置から主軸
との間で工具の授受、交換を行う工具交換位置に前記工
具を転送する工作機械の工具転送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動工具交換装置は、工具マガジ
ンに収納する工具の本数の増大化、工具マガジンの省ス
ペース化、工具マガジンへの工具の収納の容易化を図る
ために、無端チェーンに連結された複数の工具ポットを
介して水平方向に工具を収納し無端チェーンを回転させ
ることにより任意の工具を割り出すことができる大型の
工具マガジンを機械側部に設置している例が多くある。
この場合、主軸の移動方向と工具の収納方向との位相の
ズレから主軸と工具マガジンとの間で直接的に工具交換
を行うことができない。

【０００３】そのために、例えば特公平４−１３０８７
号公報に開示された横形マシニングセンタでは、工具を
把持する工具交換アームを先端に有した旋回アームを工
具マガジンに設け、工具マガジンの工具受渡位置に割り
出された工具を工具交換アームにより保持して、旋回ア
ームを垂直軸線回りに旋回させ、工具交換位置に転送す
るとともに工具交換アームを旋回させ、主軸に装着され
ている工具との間で工具交換を行っている。

【０００４】また、立形マシニングセンタにおいて上記
のような工具マガジンを設置した場合には、工作機械の
構成から工具を工具ポットから分離するようにして主軸
との間で工具交換を行うことは困難である。そのため、
例えば特開平４−３１０３４１号公報に開示された立形
マシニングセンタでは工具マガジンと工具交換アームと
の間に把持部を備えた工具転送装置を介在させ、工具マ
ガジンの工具受渡位置に割り出された工具を工具転送装
置により工具ポットごと把持して工具マガジンから引き
抜き工具交換位置まで転送し、工作機械に配設された工
具交換アームを旋回させ、主軸に装着されている工具と
の間で工具交換を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−３１０３４１号公報に開示された工具交換装置で
は、工具ポットを工具受渡位置から工具交換位置まで転
送する工具転送装置を移動させるために工具転送装置の
旋回および直線移動方向に対応したアクチュエータが必
要であり、構造が複雑となり製造コストが増加する問題
がある。

【０００６】また、特公平４−１３０８７号公報に開示
された工作機械の自動工具交換装置では、横形マシニン
グセンタにおいて旋回アームの移動のアクチュエータに
板カムとカムフォロアとを使用して少ないアクチュエー
タで工具交換の動作が得られるようにしているが、工具
交換アームが垂直軸線方向に旋回する構造となっている
ために、立形マシニングセンタへ応用することは難しい
問題がある。

【０００７】他方、加工時間を短縮するために工具交換
時間の短縮が近時望まれているが、これを実現するに
は、上記したような旋回アームと工具転送装置の移動に
係わる全てのアクチュエータの動作速度を高める必要が
ある。しかし、例えば工具マガジンの工具受渡位置に割
り出された工具を工具転送装置により工具ポットととも
に工具マガジンから引き抜くようにして工具交換位置ま
で転送する際、工具転送装置の旋回移動に基づく遠心力
により工具転送装置の把持部で把持する工具ポットが工
具転送装置から抜け落ちる危惧がある。

【０００８】本発明は工具交換の動作を少ないアクチュ
エータで行うことにより工具交換が確実に行え、かつ工
具交換の時間短縮が図れる工作機械の工具転送装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】工具ポットを介して工具
を収納する工具マガジンの工具受渡位置から主軸との間
で工具の授受、交換を行う工具交換位置に前記工具を転
送する工作機械の工具転送装置が、前記工具マガジンの
前記工具受渡位置に割り出した前記工具ポットを前記工
具の長手方向後方から把持するグリッパを具備し、該グ
リッパの把持爪を開閉させるために第１のアクチュエー
タが設けられる。前記工具の収納方向と直交する方向に
設けられた固定軸を回転中心として旋回するブラケット
が設けられ、前記グリッパは案内手段によりブラケット
に対して往復移動する。前記工具受渡位置と前記工具交
換位置との間の前記工具の転送経路を規定するカム溝が
形成された板カムが設けられており、カム溝と係合する
カムフォロアが前記グリッパに取り付けられている。更
に、前記ブラケットを旋回移動および前記ブラケットに
対する前記グリッパの往復移動を行い、前記工具を前記
工具受渡位置と前記工具交換位置との間で転送する第２
のアクチュエータが前記ブラケットに設けられている。
前記板カムは前記工具の収納方向と平行な方向に板カム
取付板に取り付けられ、前記工具マガジンの基台に設け
られた第３のアクチュエータが前記工具の収納方向と直
交する方向へ前記板カムおよび前記グリッパを移動さ
せ、前記工具ポットを前記工具マガジンから離脱させ
る。

【００１０】本発明の他の特徴によれば、前記ブラケッ
トに設けられたドッグと、前記工具を前記工具受渡位置
と前記工具交換位置との間で転送するときに前記ブラケ
ットの旋回移動および前記ブラケットに対する前記グリ
ッパの往復移動と同期して前記ドッグと係合するロック
レバーとがさらに設けられている。

【００１１】

【作用】工具の収納方向と直交する方向に設けられた固
定軸の回りに旋回するブラケットに対して往復移動する
グリッパにより、工具マガジンの工具受渡位置に割り出
された工具を工具ポットごと第１のアクチュエータを作
動させ把持し、次に、第３のアクチュエータを作動させ
て工具の収納方向と直交する方向へ板カムが取り付けら
れた板カム取付板とともにブラケットおよびグリッパを
移動させることにより、工具を工具ポットごと工具マガ
ジンから離脱させる。その後、板カムに設けられた工具
受渡位置から工具交換位置までの工具の転送経路を規定
するカム溝とグリッパに設けられたカムフォロアとを係
合させながらブラケットに設けられた第２のアクチュエ
ータを作動させ、ブラケットの旋回移動およびブラケッ
トに対するグリッパの往復移動を行うことにより工具マ
ガジンの工具受渡位置から工具交換位置に工具を転送す
るようにした。また、これと逆の動作により、工具交換
位置から工具マガジンの工具受渡位置に工具を転送でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。まず、図２を参照すると、工具
転送位置１０が立形マシニングセンタ４０と工具マガジ
ン７０との間に配設されている。立形マシニングセンタ
４０は工場等の床面に設置されるベッド４２と、ベッド
４２の上面に固定されたコラムベース４４とを具備し、
コラムベース４４の上面にはコラム４６がＸ軸方向、す
なわち図２において左右方向に往復動作可能に設けられ
ている。また、ベッド４２上にはワークを載置するテー
ブル５２が図２の紙面に対して垂直な方向（Ｙ方向）に
往復移動可能に設けられている。コラム４６の前面には
主軸頭４８が取り付けられており、該主軸頭４８は主軸
５０を垂直軸線を中心として回転自在に支持し、かつ垂
直軸線方向、すなわちＺ軸方向に往復動作可能となって
いる。さらに、主軸５０の先端には工具ホルダ７６を介
して工具７８が装着される。

【００１３】図１，３を参照すると、工具マガジン７０
は立形マシニングセンタ４０のベース４２の左端面に鉛
直に取り付けられたマガジンベース７２を有する立形の
工具マガジンであり、マガジンベース７２の上下の両端
部に一対のスプロケット８４、８６が回転自在に取り付
けられており、該一対のスプロケット８４、８６にチェ
ーン８０が張り渡されている。また、チェーン８０には
複数のホルダ８２が連結されており、個々のホルダ８２
には工具７８が工具ポット７４を介して保持される。図
示する実施形態ではマガジンベース８０の下端側に取り
付けられたスプロケット８４が工具マガジン駆動モータ
（図示せず）の回転軸と連結されており、チェーン８０
を介して一連の工具をマガジンベース７２の周囲で正逆
両方向に回転させ工具受渡位置Ａに所望の工具を割り出
すように構成されている。

【００１４】工具受渡位置Ａに割り出された工具７８
は、工具転送装置１０により工具ポット７４に装着され
た状態で工具交換位置Ｂへ転送される。工具交換位置Ｂ
には工具交換アーム装置６０が配設され、該工具交換ア
ーム装置６０は立形マシニングセンタ４０のベース４２
に取り付けられたアームベース６２と、該アームベース
に立設されたアームロッド６４と、該アームロッド６４
の先端に取り付けられた工具交換アーム６６とを具備し
ている。アームロッド６４は図２において矢印ＺＺで示
す鉛直方向に往復動作可能に、かつ矢印ＲＲで示すよう
に長手方向の軸線を中心として回転自在に設けられてい
る。好ましくは、アームロッド６４はＲＲの方向に一回
転する間にＺＺ方向に一往復するように構成されてい
る。

【００１５】工具転送装置１０により工具交換位置Ｂに
転送された工具７８は、該工具交換アーム６６の先端部
に設けられた把持部（図示せず）と工具ホルダ７６の係
合溝（図示せず）との係合により工具交換アーム６６に
保持される。次いで、アームロッド６４が下動して工具
７８が工具ポット７４から抜去される。こうして工具７
８は工具ホルダ７６を介して工具交換アーム６６の把持
部に保持され、立形マシニングセンタ４０側の工具交換
動作の開始を待機する。

【００１６】立形マシニングセンタ４０側の工具交換動
作が開始すると、立形マシニングセンタ４０のコラム４
６が図２に示す状態から工具交換アーム６６の他方の工
具７８を保持していない把持部の上方までＸ軸に沿って
左方向に移動するとともに主軸５０がＺ軸方向に下動
し、主軸５０の先端部に装着された工具７８が工具交換
位置Ｂへ向けて転送される。この動作により、主軸５０
の先端に装着された工具７８が工具交換アーム６６の他
方の把持部に保持される。次いで、アームロッド６４お
よび工具交換アーム６６が矢印ＲＲの方向に回転すると
ともにＺＺ方向に上下動して、旧工具７８が主軸５０の
先端部から抜去され、かつ新工具７８が主軸５０に装着
されて工具交換が行われる。

【００１７】次に、図１、３、４を参照して本実施形態
による工具転送装置１０を更に詳細に説明する。本実施
形態による工具転送装置１０は下端部に後述する旋回用
カムフォロア２８ｂを有する概ね逆Ｌ字状の部材より成
るグリッパ２８と、該グリッパ２８と共働して工具ポッ
ト７４を把持する把持爪３２とを具備している。グリッ
パ２８と把持爪３２は工具ポット７４の保持を確実にす
るために、各々の先端部に工具ポット７４の係合凹部７
４ｂ（図４参照）と係合する係合突起２８ａ、３２ａを
備えている。また、グリッパ２８は係合突起２８ａと反
対側にガイド２２と、該ガイド２２と係合突起２８ａと
の間に前記把持爪３２を駆動するための第１のアクチュ
エータとして把持用シリンダ３０とを有し、把持用シリ
ンダ３０のピストン室３０ａには把持用ピストン３０ｂ
が摺動自在に配設されている。

【００１８】工具転送装置１０は、更に前記旋回用カム
フォロア２８ｂと係合するカム溝１２ａが形成された板
カム１２を具備している。板カム１２は概ね鉛直に設け
られており、背面には水平方向に延びる板カムベース１
２ｂが固着されている。板カムベース１２ｂは前記マガ
ジンベース７２に固着された板カムベースガイド７２ａ
に対して図４の矢印Ｃで示す水平方向、すなわち図１、
２において紙面に対して垂直な方向に往復摺動自在に取
り付けられている。マガジンベース７２にはシリンダブ
ラケット３６ｂにより、第３のアクチュエータとしての
離脱用シリンダ３６が前記板カムベース１２ｂに対し平
行に取り付けられ、離脱用シリンダ３６の離脱用ピスト
ン３６ａの先端が板カム１２の裏面に連結されており板
カム１２をＣ方向、つまり、工具マガジン７０の工具収
納方向に対して直交する方向へ往復移動する。

【００１９】板カム１２の上方部には前記板カムベース
１２ｂと概ね平行に、すなわち工具マガジン７０の工具
収納方向に垂直方向に回転軸１４ａが固着されており、
該回転軸１４ａに概ね逆Ｌ字状の板部材より成るブラケ
ット１４が回転自在に取り付けられている。図１、２に
図示するように、ブラケット１４の一方の腕には前記グ
リッパ２８に固着されたガイド２２と係合するレール１
８とドッグ２０とがレールベース１６を介して取り付け
られている。ドッグ２０は図１から理解されるように、
長手方向中央部が高くなった概ね台形にて形成されてい
る。グリッパ２８はガイド２２とレール１８との係合に
より、ブラケット１４に対して直線方向に往復動作自在
に取り付けられる。また、ブラケット１４の他方の腕に
は第２のアクチュエータとしての旋回用シリンダ２６が
取り付けられ、該旋回用シリンダ２６のピストン棒２６
ａは前記把持用ピストン３０ｂの作用棒の一方端部に連
結され、把持用ピストン３０ｂの他方端部はピンを介し
て把持爪３２に枢着されている。把持用ピストン３０ｂ
において、旋回用シリンダ２６のピストン棒２６ａと連
結される側にはバネ押さえ３０ｃが取り付けられてお
り、該バネ押さえ３０ｃとグリッパ２８との間に、把持
用ピストン３０ｂおよび旋回用シリンダ２６のピストン
棒２６ａを上方に付勢するためのバネ３８が配設され
る。

【００２０】図１を参照すると工具転送装置１０は、更
に概ねＶ字状のロックレバー２４とロックピン３４とを
具備している。ロックレバー２４はその一方の腕２４ａ
の先端において、グリッパ２８に枢着され、ロックレバ
ー２４のＶ字の頂点に回転自在のローラ部材より成るロ
ック用カムフォロア２４ｃが前記ドッグ２０と係合可能
に取着されている。特に図４をも参照するとロックレバ
ー２４の他方の腕２４ｂの先端部は図１において手前側
に屈曲しており、グリッパ２８および把持爪３２により
把持された工具ポット７４に設けられたロックピン３４
の先端と係合する。すなわち、工具ポット７４の側面に
はロックピン３４のための貫通孔が形成されており、該
貫通孔に挿入されたロックピン３４はその内側の先端が
工具ポット７４に装着された工具ホルダ７６の先端部の
プルスタッド７６ｂと係合可能となっており、工具ポッ
ト７４の外側に突出する先端がロックレバー２４の腕２
４ｂと係合可能となっている。

【００２１】次に、工具転送装置１０の作用について説
明する。既述のようにして、新工具７８が工具マガジン
７０の工具受渡位置Ａに割り出されると工具転送装置１
０が作動を開始する。工具マガジン７０による工具７８
の割出動作の間、離脱用シリンダ３６のピストン３６ａ
は伸長した位置にあり、従って工具転送装置１０は図４
の実線で示すように工具受渡位置Ａから離反した位置に
ある。工具転送装置１０の動作を開始するとき旋回用シ
リンダ２６のピストン棒２６ａは後退しており、図１の
実線で示す工具マガジン７０の工具受渡位置Ａにある。
このとき、把持用シリンダ３０により把持用ピストン３
０ｂに対してグリッパ２８が上動し、把持爪３２が下方
に回動して係合突起２８ａ、３２ａの間が開く。

【００２２】次いで、離脱用シリンダ３６のピストン３
６ａが後退して、工具転送装置１０が工具受渡位置Ａに
移動すると、その一対の係合突起２８ａ、３２ａが割り
出された工具７８の工具ポット７４の係合凹部７４ｂを
臨む位置にあり、把持用シリンダ３０によりグリッパ２
８を旋回用シリンダ２６のピストン棒２６ａに対して相
対的に下動させる。これにより、把持爪３２が上方に回
動して一対の係合突起２８ａ、３２ａが互いに接近し
て、両者間に工具ポット７４が把持される。

【００２３】次いで、離脱用シリンダ３６のピストン削
３６ａが伸長して、工具転送装置１０は工具受渡位置Ａ
から離反すると、工具転送装置１０は板カム１２に形成
されたカム溝１２ａとカムフォロア２８ｂとの係合によ
りカム溝１２ａに沿って案内され、回転軸１４ａを中心
として工具交換位置Ｂへの旋回動作を開始する。これと
同時にグリッパ２８が工具ポット７４を把持した状態
で、レール１８に沿ってブラケット１４に対して相対的
に直線摺動を開始する。グリッパ２８がレール１８に沿
って摺動するとロック用カムフォロア２４ｃがドッグ２
０の台形の長手方向中央部の高く形成された平坦部と係
合し、ロックレバー２４が図１において反時計回りの方
向に回転する。これにより、ロックピン３４が工具ポッ
ト７４の内側へ付勢され、その先端部が工具ポット７４
に装着された工具ホルダ７６のプルスタッド７６ｂと係
合して工具ホルダ７６を係止する。よって、工具転送装
置１０の回転軸１４ａを中心とする旋回動作に基づく遠
心力により工具７８が工具ポット７４から抜け落ちるこ
とが確実に防止される。

【００２４】工具転送装置１０が工具交換位置Ｂへ到達
すると、工具７８と工具ポット７４は図１において一点
鎖線で示すように概ね鉛直位置に保持され、このときに
ロック用カムフォロア２４ｃはドッグ２０の先端を行き
過ぎて該ドック２０との係合が解除されており、ロック
ピン３４は工具ポット７４の前記貫通孔内で自由に動く
ことができるが、工具ポット７４は把持用シリンダ３０
によりグリッパ２８および把持爪３２の係合突起２８
ａ、３２ａの間に挟持されており、工具転送装置１０か
ら落下することはない。次いで、工具７８は工具ホルダ
７６を介して既述したように工具交換アーム装置６０の
工具交換アーム６６により保持され工具転送装置１０に
より保持されている工具ポット７４から抜去され、既述
したように工具交換アーム装置６０により工具交換位置
Ｂへ転送された新工具７８と立形マシニングセンタ４０
の主軸５０の先端に装着されていた旧工具７８とが交換
される。

【００２５】

【発明の効果】立形マシニングセンタにおいて工具マガ
ジンの工具受渡位置から工具交換位置に工具を転送する
工具転送装置に板カムを利用したので、工具マガジンで
の工具の把持および工具交換位置までの工具の転送が少
ない個数のアクチュエータで行えるようになった。ま
た、その際の工具ポットからの工具の抜け落ちの防止が
確実に行えるので工具の落下防止とともに工具交換時間
を短縮することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の工作機械の工具転送装置にお
ける工具受渡位置および工具交換位置での工具の状態を
示す正面断面図である。

【図２】本発明実施形態の工具転送装置を備えた工作機
械の正面図である。

【図３】図２の矢視III −III の方向における工具マガ
ジンの側面図である。

【図４】図２の矢視IV−IVの方向における工具マガジン
の上面図である。

【符号の説明】

１０…工具転送装置 １２…板カム １２ａ…カム溝 １２ｂ…板カム取付板 １４…ブラケット １４ａ…回転軸 １８…レール ２０…ドッグ ２２…ガイド ２４…ロックレバー ２４ｃ…ロック用カムフォロア ２６…旋回用シリンダ ２８…グリッパ ２８ｂ…旋回用カムフォロア ３０…把持用シリンダ ３２…把持爪 ３６…離脱用シリンダ ５０…主軸 ７０…工具マガジン ７２…マガジンベース ７４…工具ポット ７８…工具 Ａ…工具受渡位置 Ｂ…工具交換位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具ポットを介して工具を収納する工具
   マガジンの工具受渡位置から主軸との間で工具の授受、
   交換を行う工具交換位置に前記工具を転送する工作機械
   の工具転送装置において、 前記工具マガジンの前記工具受渡位置に割り出した前記
   工具ポットを前記工具の長手方向後方から把持するグリ
   ッパと、 前記グリッパの把持爪を開閉させる第１のアクチュエー
   タと、 前記工具の収納方向と直交する方向に設けられた固定軸
   を回転中心として旋回するブラケットと、 前記ブラケットに対する前記グリッパの往復移動を案内
   する案内手段と、 前記工具受渡位置と前記工具交換位置との間の前記工具
   の転送経路を規定するカム溝を有した板カムと、 前記グリッパに設けられ前記板カムのカム溝と係合する
   カムフォロアと、 前記ブラケットに設けられ前記ブラケットを旋回移動お
   よび前記ブラケットに対する前記グリッパの往復移動を
   行い、前記工具を前記工具受渡位置と前記工具交換位置
   との間で転送する第２のアクチュエータと、 前記工具の収納方向と平行な方向に前記板カムが取り付
   けられた板カム取付板と、 前記工具マガジンの基台に設けられ前記工具の収納方向
   と直交する方向へ前記板カムおよび前記グリッパを移動
   させ、前記工具ポットを前記工具マガジンから離脱させ
   る第３のアクチュエータと、 を具備したことを特徴とする工作機械の工具転送装置。
2. 【請求項２】 前記ブラケットに設けられたドッグと、
   前記工具を前記工具受渡位置から前記工具交換位置に転
   送するときに前記ブラケットの旋回移動および前記ブラ
   ケットに対する前記グリッパの往復移動と同期して前記
   ドッグと係合するロックレバーとからなる工具落下防止
   手段をさらに具備した請求項１に記載の工作機械の工具
   転送装置。