JPH10291137A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換に際して工具マガジン等が曲がった
り損傷するのを未然に防止する。 【解決手段】 装置本体２１に回転自在に配設した支持
部材２４は、割出し用モータ２５により回転割出しされ
る。支持部材２４の回転中心に立設した支持軸３０に、
工具マガジン２７が水平回動かつ昇降自在に配設され
る。工具マガジン２７と支持部材２４との間に複数の圧
縮コイルばね３６が弾力的に介挿され、工具マガジン２
７は支持部材２４に対して常には離間する上方に向けて
付勢される。支持部材２４に立設した連結ピン３８が、
工具マガジン２７のホルダ３９に摺動可能に挿通され
る。すなわち、支持部材２４と工具マガジン２７とは、
連結ピン３８を介して一体的に回転すると共に、工具マ
ガジン２７の昇降は連結ピン３８をホルダ３９に摺動可
能に挿通したことにより許容される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具交換装置に関
し、更に詳細には、工具交換位置に割出した工具マガジ
ンの工具保持部に対し、工具装着部を有する主軸を回転
自在に備えた主軸ヘッドを近接離間移動することで、主
軸の工具装着部に対する工具の着脱交換が行なわれるよ
う構成した工具交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】テーブルに位置決めされた被加工物の表
面や端面に各種の機械加工を施す装置として、水平左右
方向(Ｙ方向)、水平前後方向(Ｘ方向)および垂直上下方
向(Ｚ方向)に主軸ヘッドを移動自在に配設し、このヘッ
ドに回転自在に配設した主軸の先端に、各種の工具を着
脱交換自在に装着する工作機械が知られている。この工
作機械は自動工具交換装置(ＡＴＣ)を備え、前記主軸ヘ
ッドの主軸に形成された工具装着部に、機械加工の種類
に応じて正面フライスやドリル等の工具を自動で交換し
得るよう構成される。自動工具交換装置には、周方向に
所定間隔で複数の工具保持部を形成した工具マガジンが
水平回転自在に配設され、この工具マガジンは、各種工
具が保持されている工具保持部を、工具交換位置に回転
割出しするよう構成されている。すなわち、前記主軸に
装着されている工具を別の工具と交換する場合は、空の
工具保持部を工具交換位置に位置決めしている工具マガ
ジンの上方(工具交換位置)に前記主軸ヘッドを移動した
後、該ヘッドを工具脱着位置まで下降させることによ
り、主軸に装着されている工具を工具保持部に嵌合させ
る。そして主軸の工具に対する連結を解除して主軸ヘッ
ドを上昇することにより、主軸から工具が抜外される。
次いで、新たに選択された工具が保持されている工具保
持部を工具交換位置に回転割出しした後、主軸ヘッドを
工具脱着位置まで下降させることにより、主軸に新たな
工具が装着されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記主軸と工具とは、
対応的に設けたキー溝とキーとを嵌合することにより、
一体的に回転するよう装着される。すなわち、工具交換
装置による主軸への工具の装着に際しては、工具交換位
置に位置決めした主軸のキー溝と工具のキーとを上下に
整列一致させる必要があり、このために前記工具マガジ
ンの工具保持部には、工具を位置決めするための位置決
めピンが突設してある。そして、工具に形成した位置決
め孔に位置決めピンを挿入するよう該工具を工具保持部
に保持させることで、工具交換位置に位置決めされた主
軸のキー溝と工具の主軸とが上下に整列一致するよう構
成してある。

【０００４】前述したように、工具マガジンの工具保持
部に対して工具は位置決め孔および位置決めピンにより
位置決め保持されるものの、工具マガジン自体の回転割
出しに誤差を生じたり、主軸ヘッドの工具交換位置への
位置決めに誤差を生ずると、前記主軸のキー溝と工具の
キーとが上下に整列一致しなくなる。この場合には、主
軸ヘッドを下降すると、工具脱着位置に至る前に主軸の
下端が工具のキーと干渉して工具装着部に工具が正確に
装着されず、該ヘッドが工具脱着位置に向けて更に下降
することにより、前記工具マガジンには大きな負荷が加
わって曲がったり損傷してしまい、工具の自動交換が不
能となる重大な問題があった。なお、主軸にキーが設け
られると共に工具にキー溝が形成される場合でも、主軸
のキーが工具と干渉して同様の問題を招く。

【０００５】また、例えば工作機械の主軸に装着したド
リル等の工具により被加工物に所要の孔あけ加工を施す
場合は、その孔あけ加工に際して被加工物から生ずる切
屑が、長くつながった状態で工具に巻き付いてしまうこ
とがある。従って、切屑が巻き付いた工具を工具交換装
置で自動交換する際に主軸ヘッドを下降すると、工具脱
着位置に至る前に切屑が工具マガジンと干渉して工具保
持部に工具が確実に嵌合されず、該ヘッドが工具脱着位
置に向けて更に下降することにより、前述したと同様に
工具マガジンに大きな負荷が加わって曲がったり損傷し
てしまう問題も指摘される。そして、前述したように工
具マガジンが曲がったり損傷すると、運転を中断して工
具マガジンを交換しなければならず、この交換作業に要
する時間的なロスによって生産能率が低下する難点を招
く。また、場合によっては工具マガジンだけでなく、そ
の回転割出し機構も損傷して部品交換等を必要とする重
大な問題も派生する。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、前述した従来の技術に内在
している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提
案されたものであって、工具交換に際して工具マガジン
等が曲がったり損傷するのを未然に防止し得る工具交換
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を克服し、所
期の目的を達成するため本発明は、装置本体に回転割出
し可能に配設され、工具を着脱自在に保持する複数の工
具保持部が形成された工具マガジンを備え、一端に工具
装着部を有する主軸を回転自在に備えた主軸ヘッドを、
前記工具マガジンの工具交換位置に割出した工具保持部
に対して近接離間移動することで、主軸に対する工具の
脱着交換が行なわれる工具交換装置において、前記装置
本体に回転割出し自在に配設され、前記工具マガジンが
一体回転可能でかつ主軸ヘッドの移動方向に移動自在に
配設された支持部材と、前記支持部材と工具マガジンと
の間に弾力的に介挿され、工具マガジンを常には支持部
材から離間する方向に付勢して定位置に保持する弾性部
材と、前記工具マガジンが定位置から移動したことを検
出する検出手段とからなり、前記主軸に対する工具の脱
着交換に際し、前記主軸ヘッドの工具マガジンへの近接
移動に伴って該工具マガジンが弾性部材の弾力に抗して
定位置から移動した際に、これを前記検出手段で検出し
て主軸ヘッドの移動を停止するよう構成したことを特徴
とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る工具交換装置
につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しなが
ら以下説明する。

【０００９】図１および図２は、実施例に係る工具交換
装置を採用した工作機械の全体を示す概略構成図であっ
て、工作機械１０は、被加工物の固定用テーブル１１を
挟む左右両側の床面に、一対のレール１２,１２がＸ方
向に沿って平行に敷設されている。また各レール１２に
は、台車１３が走行自在に載架されると共に、両台車１
３,１３間にガーダ１４がＹ方向に沿って平行に架設さ
れ、図示しない適宜の送り機構により台車１３,１３を
レール１２,１２に沿って走行させることにより、ガー
ダ１４がＸ方向に平行移動するよう構成される。

【００１０】前記ガーダ１４の前面には、該ガーダ１４
に沿うＹ方向に移動自在にサドル１５が配設され、この
サドル１５は、例えばラックとピニオンとの組合わせ等
からなる適宜の送り機構(図示せず)によってＹ方向に移
動するようになっている。またサドル１５には、主軸へ
ッド１６が昇降自在に配設され、該主軸ヘッド１６は、
ボールねじとナットとの組合わせ等からなる適宜の送り
機構(図示せず)によりＺ方向(被加工物に対して近接・
離間する図２の上下方向)に移動するよう構成される。
主軸ヘッド１６は、モータ１７により駆動される主軸１
８を回転自在に備え、該主軸１８の一端に、ドリル等の
工具１９が着脱交換自在に装着されるようになってい
る。

【００１１】前記一方の台車１３には、前記主軸１８に
装着される工具１９の自動交換を行なう工具交換装置２
０が配設されており、前記サドル１５をガーダ１４に沿
って移動して工具交換装置２０の上方の工具交換位置に
主軸ヘッド１６を位置決めした後、該ヘッド１６を工具
交換装置２０に対して近接離間移動(昇降移動)すること
で主軸１８に対する工具交換が行なわれるようになって
いる。この工具交換装置２０は、図３および図５に示す
如く、台車１３に立設された装置本体２１の天板２１ａ
に、上方に開放する筒体２２が立設され、この筒体２２
の内部に軸受２３を介して支持部材２４が回転自在に配
設される。また、装置本体２１における天板２１ａの下
面に割出し用モータ２５が配設され、このモータ２５の
回転軸２５ａに減速装置２６を介して支持部材２４を接
続している。そして、割出し用モータ２５を駆動するこ
とによって支持部材２４に低速な割出し回転が付与さ
れ、後述する工具マガジン２７の工具保持部４１を工具
交換位置Ｃ(図４参照)に割出すよう構成されている。な
お符号２８は、筒体２２の上端にねじ２９を介して固定
されて、支持部材２４の脱落を防止する環状の規制部材
を示す。

【００１２】前記支持部材２４の回転中心には、前記筒
体２２から上方に突出する支持軸３０が立設され、この
支持軸３０に、工具マガジン２７が水平回動かつ昇降自
在に配設されている。工具マガジン２７は、支持軸３０
の挿通を許容する通孔３１ａが形成された筒部３１ｂの
外周に所要径で円形のフランジ３１ｃを形成したマガジ
ンベース３１と、該マガジンベース３１のフランジ３１
ｃに複数のボルト３２を介して着脱自在に配設される環
状の工具保持盤３３とから構成され、前記筒部３１ｂの
通孔３１ａに支持軸３０が軸受３４を介して回動自在に
嵌挿してある。またマガジンベース３１のフランジ３１
ｃには、図４に示す如く、周方向に所定間隔離間して複
数(実施例では６個)のばね保持ピン３５が垂設されると
共に、各保持ピン３５に外装した弾性部材としての圧縮
コイルばね３６が前記支持部材２４との間に弾力的に介
挿され、工具マガジン２７を支持部材２４に対して常に
は離間する上方に向けて付勢している。更に、前記支持
部材２４の適宜位置に連結ピン３８が立設され、この連
結ピン３８が、マガジンベース３１の対応位置に配設し
たホルダ３９に軸受４０を介して摺動可能に挿通されて
いる。すなわち、支持部材２４と工具マガジン２７と
は、連結ピン３８を介して一体的に回転すると共に、工
具マガジン２７の昇降は連結ピン３８をホルダ３９に摺
動可能に挿通したことにより許容するよう構成される。
なお、前記支持軸３０の上端にはマガジンベース３１に
おける筒部３１ｂの上端が当接する規制板３７が配設さ
れ、工具マガジン２７は６個の圧縮コイルばね３６の弾
力によって常には筒部３１ｂが規制板３７に当接する定
位置に臨むようになっている。

【００１３】前記工具マガジン２７における工具保持盤
３３の外周には、図４に示す如く、外方に開放する溝状
の工具保持部４１が、周方向に所定間隔で複数(実施例
では１２個所)形成され、各工具保持部４１に上側から
工具１９が着脱自在に保持されるようになっている。実
施例に係る工具１９は、前記主軸１８の下端に形成され
た工具装着部(図示せず)に嵌挿可能なアーバ部１９ａ
と、アーバ部１９ａの下端外周に周設したフランジ１９
ｂと、フランジ１９ｂの下部に垂設した加工部１９ｃと
から構成される。そして、加工部１９ｃを工具保持盤３
３の工具保持部４１から垂下するようにフランジ１９ｂ
を工具保持盤３３の上面に載置することで、工具１９が
工具保持部４１に保持されるようになっている(図５参
照)。なお、工具保持盤３３には、図４に示す如く、各
工具保持部４１を挟んで一対の位置決めピン４２,４２
が立設され、両ピン４２,４２に工具１９のフランジ１
９ｂに対応的に穿設した位置決め孔(図示せず)を嵌挿す
ることで、前記主軸１８の工具装着部に設けられるキー
(またはキー溝)と対応して工具１９に設けられるキー溝
(またはキー)何れも図示せず)の位置決めがなされるよ
う構成してある。

【００１４】前記工具マガジン２７の上方に、前記台車
１３に配設されて工具交換に支障を来すことのない形状
に形成されたカバー４３が臨み、このカバー４３には、
図示しない制御装置に接続して工具マガジン２７を検出
可能な検出手段としての保護センサ４４がブラケット４
５を介して配設される。この保護センサ４４としては、
例えば近接センサが好適に使用され、工具マガジン２７
が前述した定位置に臨んでいる状態(図５)でＯＮ作動す
ると共に、該マガジン２７が定位置から下方に移動して
保護センサ４４から離間した際(図６)にＯＦＦ作動する
よう設定される。そして、後述する主軸１８に対する工
具１９の交換作業に際し、前記主軸ヘッド１６の下降途
中において保護センサ４４がＯＦＦ作動したときに、主
軸ヘッド１６の下降を停止制御するよう構成されてい
る。なお、実施例では保護センサ４４を２基備え、何れ
か一方の故障等を補償するよう構成している。

【００１５】ここで、前記６個の圧縮コイルばね３６の
合計弾力は、工具交換に際して前記主軸１８の工具装着
部に工具１９が正常に装着される際に工具マガジン２７
に加わる力、または主軸１８の工具１９が工具保持部４
１に正常に嵌挿される際に工具マガジン２７に加わる力
には抗するが、それ以上の力が加わった際には工具マガ
ジン２７の下動を許容するよう設定される。すなわち、
前記保護センサ４４がＯＦＦ作動したときには、何らか
の原因により主軸１８の工具装着部に工具１９が正常に
装着されなかったり、または主軸１８の工具１９が工具
保持部４１に正常に嵌挿されなかったと判断されるよう
になっている。なお、工具マガジン２７の全ての工具保
持部４１に工具１９が保持されているときには圧縮コイ
ルばね３６には大きな荷重が加わるが、このときにも工
具マガジン２７を定位置に保持するよう設定される。

【００１６】前記カバー４３における工具マガジン２７
の工具保持部４１が回転割出しされる工具交換位置Ｃと
対応する位置に、制御装置に接続する工具検出センサ４
６がブラケット４７を介して配設される。この工具検出
センサ４６は、工具交換位置Ｃに割出された工具保持部
４１に工具１９が存在するか否かを検出するべく機能す
る。また工具マガジン２７における工具保持盤３３の外
周には、周方向に隣り合う工具保持部４１,４１の間に
溝４８が夫々形成されると共に、該溝４８を検出可能な
位置検出センサ４９が、前記台車１３に立設した支柱５
０の上端に配設されている。この位置検出センサ４９
は、工具マガジン２７を回転割出ししたときに工具保持
部４１が工具交換位置Ｃに正しく割出された位置で前記
溝４８を検出するよう位置決めされており、該センサ４
９の検出結果によって正確な割出しがなされた否かを判
定するよう構成してある。

【００１７】

【実施例の作用】次に、このように構成した実施例に係
る工具交換装置の作用につき説明する。

【００１８】前記工作機械１０の主軸１８に、機械加工
の種類に応じた工具１９を装着する場合は、先ず前記ガ
ーダ１４に配設したサドル１５をＹ方向に移動し、主軸
ヘッド１６を工具交換装置２０の上方の工具交換位置に
位置決めする。また工具交換装置２０の割出し用モータ
２５を駆動し、支持部材２４を介して工具マガジン２７
を回転割出しすることで、任意の工具保持部４１を工具
交換位置Ｃに割出す。このとき、前記位置検出センサ４
９が溝４８を検出することで、正確な割出しがなされた
ことを確認した後、前記主軸ヘッド１６をサドル１５に
沿って工具脱着位置まで下降させることにより、前記主
軸１８の工具装着部に工具保持部４１に位置決め保持さ
れている工具１９が装着される。

【００１９】この場合において、主軸ヘッド１６の位置
決め誤差や工具マガジン２７の回転割出し誤差を生じた
場合は、主軸ヘッド１６が工具脱着位置まで下降する前
に、主軸１８の下端のキー等が前記フランジ１９ｂに当
接してしまう。このときには、主軸ヘッド１６から工具
マガジン２７を押下げる力が加わり、その力が６本の圧
縮コイルばね３６の弾力より大きくなると、図６に示す
如く、該工具マガジン２７は主軸ヘッド１６と共に下動
する。そして、これを前記保護センサ４４が検出(ＯＦ
Ｆ作動)すると、主軸ヘッド１６の下降が停止制御され
る。

【００２０】また、前記主軸１８に装着されている工具
１９を別の工具１９に交換する場合において、被加工物
の切屑等が工具１９に巻き付いていると、工具交換位置
に位置決めした主軸ヘッド１６を工具脱着位置まで下降
させる前に、切屑が工具マガジン２７の上面に当接して
円滑な下降を阻害する。このため、工具マガジン２７に
は前述したと同様に主軸ヘッド１６により押下げ力が加
わり、該マガジン２７が圧縮コイルばね３６の弾力に抗
して下動すると、これを保護センサ４４が検出して主軸
ヘッド１６の下降が停止制御される。

【００２１】すなわち、工具交換に際して主軸ヘッド１
６が工具脱着位置まで下降する前に、工具マガジン２７
に所定以上の力が加わった際には、該マガジン２７が主
軸ヘッド１６と一体的に下動することで大きな負荷が加
わるのを防止し、これにより工具マガジン２７が曲がっ
たり損傷するのを未然に防ぐことができる。従って、工
具マガジン２７の交換や補修作業に要するロスタイムを
無くして、生産能率を向上させ得る。また、前記支持部
材２４や割出し用モータ２５が損傷するおそれもない。

【００２２】なお、実施例では工具マガジン２７のマガ
ジンベース３１に対して工具保持盤３３を着脱交換可能
に配設してあるので、仮に工具保持盤３３が曲がったり
損傷しても、マガジンベース２７に対して工具保持盤３
３を交換するのみで対応し得る。すなわち、大掛かりな
部品交換を行なう必要はないので、交換時間を短縮し得
ると共に、部品自体のコストも低廉に抑えることができ
る。

【００２３】前述した実施例では、工具マガジンを分割
可能な２つの部材により構成した場合につき説明した
が、１つの部材により構成してもよい。また、工具マガ
ジンの定位置からの移動を近接センサ等により検出する
のに代えて、工具マガジンに加わる負荷をロードセル等
の手段により検知して移動を検出することも可能であ
る。更に、実施例ではガントリー型式の工作機械を例に
挙げて説明したが、本願はこれに限定されるものでな
く、被加工物にねじ切りや孔開け等の加工を多機能的に
行ない得るよう構成したマシニングセンタ等の工作機械
にも採用し得るものである。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る工具交
換装置によれば、支持部材に対して工具マガジンを主軸
ヘッドの移動方向に移動自在に構成したので、工具交換
に際し工具マガジンに所定以上の負荷が加わった際に
は、工具マガジンが主軸ヘッドと共に移動することで、
該マガジンに曲がったり損傷するのを未然に防止するこ
とができる。従って、工具マガジンや割出し機構等の交
換に伴う時間的ロスを低減して、生産能率を向上させ得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る工具交換装置が採用され
る工作機械の全体を示す概略平面図である。

【図２】実施例に係る工作機械の概略正面図である。

【図３】実施例に係る工具交換装置を一部切欠いて示す
概略側面図である。

【図４】実施例に係る工具交換装置の概略平面図であ
る。

【図５】実施例に係る工具交換装置の工具マガジンが定
位置に臨む状態で示す縦断側面図である。

【図６】実施例に係る工具交換装置の工具マガジンが定
位置から移動した状態で示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１６ 主軸ヘッド １８ 主軸 １９ 工具 ２１ 装置本体 ２４ 支持部材 ２７ 工具マガジ
ン ３６ 圧縮コイルばね(弾性部材) ４１ 工具保持部 ４４ 保護センサ(検出手段) Ｃ 工具交換位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体(21)に回転割出し可能に配設さ
   れ、工具(19)を着脱自在に保持する複数の工具保持部(4
   1)が形成された工具マガジン(27)を備え、一端に工具装
   着部を有する主軸(18)を回転自在に備えた主軸ヘッド(1
   6)を、前記工具マガジン(27)の工具交換位置(C)に割出
   した工具保持部(41)に対して近接離間移動することで、
   主軸(18)に対する工具(19)の脱着交換が行なわれる工具
   交換装置において、 前記装置本体(21)に回転割出し自在に配設され、前記工
   具マガジン(27)が一体回転可能でかつ主軸ヘッド(16)の
   移動方向に移動自在に配設された支持部材(24)と、 前記支持部材(24)と工具マガジン(27)との間に弾力的に
   介挿され、工具マガジン(27)を常には支持部材(24)から
   離間する方向に付勢して定位置に保持する弾性部材(36)
   と、 前記工具マガジン(27)が定位置から移動したことを検出
   する検出手段(44)とからなり、 前記主軸(18)に対する工具(19)の脱着交換に際し、前記
   主軸ヘッド(16)の工具マガジン(27)への近接移動に伴っ
   て該工具マガジン(27)が弾性部材(36)の弾力に抗して定
   位置から移動した際に、これを前記検出手段(44)で検出
   して主軸ヘッド(16)の移動を停止するよう構成したこと
   を特徴とする工具交換装置。