JPH11188513A - 工作機械のチャックの自動交換方法及び自動チャック交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャック交換の際にチャックを確実且つ精度
よく主軸側に装着することができるチャックの自動交換
方法及び自動チャック交換装置が求められていた。 【解決手段】 自動チャック交換装置２０は、複数のチ
ャック本体５が貯蔵されたチャックストッカと、このチ
ャックストッカから受け取ったチャック本体５を搬送す
る搬送装置７と、ＮＣ旋盤２の主軸１３に対して少なく
ともこの主軸の軸線ＣＬ方向に移動可能に設けられ、主
軸に対してチャック本体を取付けるための第１の位置及
び搬送装置７からチャック本体を受け取るための第２の
位置Ｐ₃ に移動可能なチャック移動装置２２とを備え、
第２の位置で搬送装置７からチャック本体を受け取った
チャック移動装置２２を第１の位置に移動させた後、チ
ャック移動装置２２に保持されたチャック本体５を主軸
１３に取付けるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ（数値制御）
旋盤など工作機械のチャックを自動で交換するチャック
の自動交換方法及び自動チャック交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のうち旋盤は、主軸の先端にチ
ャックが取付けられ、このチャックで工作物を把持し、
主軸等と一緒に工作物を所定の回転数で回転させ、工作
物と工具を主軸軸線と平行な方向であるＺ軸方向及びこ
のＺ軸方向と直交するＸ軸方向に相対移動させて旋削加
工を行う機械である。

【０００３】旋盤で加工する工作物の被把持部の径は一
定ではなく、各種寸法の直径になっており、また、同じ
工作物でも一次加工（例えば、表加工）と二次加工（例
えば、裏加工）の場合では、被把持部の直径は異なるこ
とが多い。一方、チャックの把持爪の開閉方向（径方
向）の移動ストロークは、構造上大きくすることが困難
である。そのため、チャックの把持爪は、工作物の被把
持部の径にあわせて成形加工して使用することが多い。
しかし、この方法では、複数の種類の工作物を自動的に
加工することができない。そのため、各種寸法の工作物
を自動的に順次加工するために、主軸に取付けられたチ
ャックを、各工作物の被把持部の直径に対応する把持爪
を備えたチャックに自動で交換する自動チャック交換装
置を設ける場合がある。

【０００４】一方、特開平５−２５３７１１号公報に
は、チャックマガジンをＮＣ旋盤の前面側に設け、チャ
ックマガジンを主軸に対して移動させてチャックの交換
を行うチャック自動交換装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このチ
ャック自動交換装置では、大型のチャックマガジンがＮ
Ｃ旋盤の前方の作業領域に設けられているので、チャッ
ク自動交換装置が邪魔になって作業者が加工領域等に接
近するのが困難であり、工具交換の作業やメンテナンス
作業等が容易でないという課題があった。また、このチ
ャック自動交換装置は、チャック交換専用の装置であり
ワーク（工作物）の交換を行うことができないので、Ｎ
Ｃ旋盤を自動運転する場合には、チャック自動交換装置
に加えてガントリーローダなどワーク搬送装置も別途必
要であった。

【０００６】更に、特開平６−１３４６０７号公報に
は、一台のロボットでワークとチャックを自動で交換す
る、工作機械のワーク，チャック等の交換装置が開示さ
れている。この交換装置では、軸線方向に長く形成され
たロボットアームの先端に設けられたグリッパーでチャ
ックを挟持して交換するようにしているので、十分な剛
性の交換装置を得ることが困難であった。

【０００７】チャックはワークと比べてその重量が大き
い場合が多い（例えば、５から１０倍の重量）のでアー
ムの剛性を大きくすると、アーム自体が重くなって高速
での動作が難しくなる。また、アームだけでなく駆動系
統全体の剛性向上も必要となり、装置が大型化してしま
う問題点も生じていた。一方、高速で動作させるために
アームを軽くすると剛性が小さくなってしまう。その結
果、チャックを工作機械に装着する際に、チャックと工
作機械の装着部との同心度，チャックを工作機械の装着
部に密着させる時のチャックの軸線方向の位置決め精度
等が低下して、チャックの交換が確実且つ精度よくでき
ない恐れがある。このようなチャックに保持されたワー
クを加工すると、ワークの加工精度が低下してしまう恐
れがあった。

【０００８】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、チャック交換の際にチャックを確実且つ
精度よく主軸側に装着することができる工作機械のチャ
ックの自動交換方法及び自動チャック交換装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る方法は、工作機械の主軸に対して少な
くともこの主軸の軸線方向に移動可能に設けられ、前記
主軸に対してチャックを取付けるための第１の位置及び
搬送装置から前記チャックを受け取るための第２の位置
に移動可能なチャック移動装置を備えた工作機械のチャ
ックの自動交換方法であって、前記搬送装置が、複数の
前記チャックを貯蔵しているチャックストッカから所望
の前記チャックを受け取り、前記搬送装置が前記チャッ
クストッカから前記第２の位置に前記チャックを搬送
し、前記チャック移動装置が前記第２の位置で前記搬送
装置から前記チャックを受け取り、前記チャック移動装
置が前記チャックを保持して前記第１の位置に移動し、
前記チャック移動装置に保持された前記チャックを前記
主軸に取付けるようにしている。

【００１０】前記方法を実施するのに好適な自動チャッ
ク交換装置は、工作機械のチャックを自動交換する自動
チャック交換装置において、複数の前記チャックが貯蔵
されたチャックストッカと、このチャックストッカから
受け取った前記チャックを搬送する搬送装置と、前記工
作機械の主軸に対して少なくともこの主軸の軸線方向に
移動可能に設けられ、前記主軸に対して前記チャックを
取付けるための第１の位置及び前記搬送装置から前記チ
ャックを受け取るための第２の位置に移動可能なチャッ
ク移動装置とを備え、前記第２の位置で前記搬送装置か
ら前記チャックを受け取った前記チャック移動装置を前
記第１の位置に移動させた後、前記チャック移動装置に
保持された前記チャックを前記主軸に取付けるようにし
ている。

【００１１】なお、前記方法及び前記自動チャック交換
装置において、前記チャックは、工作物を把持する把持
爪開閉部を有するとともに前記搬送装置で搬送されるチ
ャック本体と、前記主軸側に設けられるチャック取付け
装置とを備え、前記チャック移動装置に保持された前記
チャック本体を前記チャック取付け装置に取付けるよう
にすることが好ましい。また、前記工作機械に検出手段
を設け、前記主軸又は前記チャック取付け装置に取付け
られた前記チャック又は前記チャック本体の装着精度を
確認できるようにするのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
の一例を図１から図７を参照して説明する。図１は自動
チャック交換装置の正面図、図２及び図３は、それぞれ
前記自動チャック交換装置を有する旋盤を含む加工シス
テムの平面図及び正面図、図４は前記自動チャック交換
装置の一部を示す拡大断面図である。図５（Ａ）は前記
自動チャック交換装置におけるチャック取付け装置とチ
ャック本体の部分斜視図、図５（Ｂ）は図４のＶ−Ｖ線
部分拡大断面図、図６（Ａ）はチャック本体の装着精度
を確認している状態を示す説明図、図６（Ｂ）は図６
（Ａ）のVI線矢視図である。

【００１３】本実施形態では、自動チャック交換装置が
設けられた工作機械としてＮＣ旋盤の場合を示している
が、工作機械のチャックを自動で交換するタイプの工作
機械であれば、ターニングセンタ，研削盤，マシニング
センタなど他の種類の工作機械であってもよい。

【００１４】図１から図３に示すように、ＦＭＣ（フレ
キシブル加工セル）やＦＭＳ（フレキシブル生産システ
ム）など加工システム１では、形状，外径寸法などが異
なる各種の工作物が搬送されて加工されることが多い。
加工システム１は、工作物（ワーク）を加工する工作機
械としてのＮＣ旋盤（以下、旋盤と記載）２と、複数の
未加工工作物及び加工済工作物を貯蔵するための工作物
貯蔵装置３と、旋盤２に取付けられるチャック本体５を
複数個貯蔵するためのチャックストッカ６と、工作物貯
蔵装置３と旋盤２との間で工作物を搬送し、チャックス
トッカ６と旋盤２との間でチャック本体５を搬送する搬
送装置７とを備えている。

【００１５】旋盤２は、床面１８上に据付けられたベッ
ド１０と、ベッド１０に支持された主軸台１１とを有し
ており、主軸台１１には主軸１３が回転自在に支持され
ている。主軸１３の刃物台１２（後述する）と対向する
側に取付けられたチャック本体５は把持爪開閉部４を有
している。この把持爪開閉部４には、工作物を把持する
ための複数（例えば、三個）の把持爪（以下、爪と記
載）１７と、主軸軸線ＣＬ方向の運動を爪１７の開閉移
動動作に変える公知の楔機構やレバー機構等よりなる伝
達機構とが設けられている。主軸１３は、主軸台１１の
内部に取付けられたビルトイン型主軸モータ（図示せ
ず）により回転駆動され、複数の爪１７で工作物を把持
した状態で回転する。

【００１６】刃物台１２は、図示しないサドル，クロス
スライドによって主軸１３の軸線ＣＬと平行な方向であ
るＺ軸方向、及びＺ軸方向と直交するＸ軸方向に移動す
る。刃物台１２には、タレット１５が所定の軸線（例え
ば、Ｚ軸と平行な軸線）を中心に旋回割り出し可能に設
けられ、タレット１５には複数の工具１４が取付けられ
ている。

【００１７】工作物貯蔵装置３は、ロータリ状にワーク
用パレット８が工作物貯蔵装置３の基体上を循環移動す
る装置であり、ワーク用パレット８上、又はワーク用パ
レット８上に設けられたセット用治具に工作物がセット
される。搬送装置７は、ワーク用パレット８上の工作物
をハンド部５６が挟持して受け取ったり、ワーク用パレ
ット８上に工作物を載置したりする。所望のワーク用パ
レット８を工作物授受位置Ｐ₁ に割り出すことにより、
工作物貯蔵装置３と搬送装置７との間で工作物を授受可
能にしている。

【００１８】チャックストッカ６は、ロータリ状にチャ
ック用パレット９がチャックストッカ９の基体上を循環
移動する装置である。チャック用パレット９上にはセッ
ト用治具が取付けられ、工作物の種類に対応した爪１７
を有するチャック本体５がセット用治具内にセットされ
る。所望のチャック用パレット９をチャック授受位置Ｐ
₂ に割り出すことにより、チャックストッカ６と搬送装
置７との間でチャック本体５を授受可能にしている。

【００１９】加工システム１は、自動チャック交換装置
２０により主軸１３に対してチャック本体５を自動的に
交換する。このことにより、各種の工作物を自動的に加
工できるようにしている。工作物が、チャック本体５に
把持された状態で主軸１３とともに回転し、工具１４
が、工作物に対してＸ軸方向及びＺ軸方向に相対移動す
ることにより、工作物は工具１４で切削加工される。

【００２０】次に、自動チャック交換装置２０について
説明する。自動チャック交換装置２０は、主軸１３に対
向して少なくともＺ軸方向と平行な方向に進退移動する
とともにチャック本体５をチャック本体保持部２１で保
持するチャック移動装置２２と、チャックストッカ６と
チャック移動装置２２との間でチャック本体５を搬送す
るとともに、チャック移動装置２２に設けられたチャッ
ク本体保持部２１との間でチャック本体５を授受する搬
送装置７と、主軸１３に取付けられ、チャック本体５が
着脱可能に装着されるチャック取付け装置２３と、爪１
７を開閉するチャック用駆動体であるチャックシリンダ
１６等を備えている。

【００２１】本実施形態では、工作物を把持する把持爪
開閉部４を有するとともに搬送装置７で搬送されるチャ
ック本体５と、主軸１３側に設けられるチャック取付け
装置２３とによりチャック３５が構成され、チャック移
動装置２２に保持されたチャック本体５をチャック取付
け装置２３に取付ける場合を示している。チャック移動
装置２２は、主軸１３に対してチャック本体５を取付け
るための、主軸１３側の第１の位置、及び搬送装置７か
らチャック本体５を受け取るための、主軸１３より離れ
た第２の位置に移動可能になっている。

【００２２】チャック移動装置２２が第１の位置に移動
することにより、チャック本体保持部２１とチャック取
付け装置２３との間で、チャック本体５を取付け，取外
しするようにしている。チャック取付け装置２３に取付
けられた状態のチャック本体５の把持爪開閉部４の爪１
７は、チャックシリンダ１６のドローバー用シリンダ１
６ａによって、工作物を把持又は把持解除する動作を行
う。

【００２３】チャック移動装置２２は、旋盤２のベッド
１０に固定されて一対のガイド部２４がＺ軸方向に延在
するガイド基体２５と、第１の駆動手段としてのサーボ
モータ２６により駆動され、ガイド部２４に案内されて
Ｚ軸方向に自在に往復移動する移動台２７とを備えてい
る。サーボモータ２６は、ＮＣプログラム，操作盤等か
らの指令で制御されている。ガイド基体２５のガイド部
２４は、移動台２７を移動自在に案内し、移動台２７
は、ガイド部２４に案内されてＺ軸方向にのみ移動可能
になっている。

【００２４】更に、チャック移動装置２２は、移動台２
７に取付けられて主軸１３と対向する位置に配設された
移動装置本体２８と、移動装置本体２８の主軸１３と対
向する側に取付けられ、チャック本体５を保持するため
の複数（例えば、一対）の爪２９を有するチャック本体
保持部２１と、移動装置本体２８の後部に設けられ、チ
ャック本体保持部２１を駆動する第２の駆動手段として
の流体圧シリンダ（例えば、油圧シリンダ）３０とを備
えている。チャック本体保持部２１は楔型，レバー型等
のチャックであり、流体圧シリンダ３０で爪２９が開閉
動作する。

【００２５】移動装置本体２８と、この移動装置本体２
８の前後にそれぞれ設けられたチャック本体保持部２１
及び流体圧シリンダ３０とは、主軸軸線ＣＬと同心にな
るように配置されている。流体圧シリンダ３０を駆動す
ることにより、一対の爪２９が径方向に移動してチャッ
ク本体５の外周面を把持又は把持解除するようになって
いる。なお、構成を分かり易くするために、一対の爪２
９が上下方向に配置されているように便宜上図示したが
（図１）、一対の爪２９は水平方向など他の方向に対向
配置されていてもよい。

【００２６】移動台２７は、サーボモータ２６により移
動するとともに位置決め可能になっており、サーボモー
タ２６はベッド１０又はガイド基体２５に取付けられて
いる。サーボモータ２６の出力軸には、移動台２７等を
移動させる送りねじとしてのボールねじ３１を構成する
ねじ軸３２が連結され、ねじ軸３２はＺ軸方向に向けて
配設されている。移動台２７には、ねじ軸３２にねじ込
まれてボールねじ３１を構成するボールナット３３が固
定されている。

【００２７】なお、サーボモータ２６の出力軸とねじ軸
３２は、歯車機構，ベルト・プーリ機構等の伝達機構を
介して回転駆動力が伝達されるものであってもよい。更
に、サーボモータ２６は、ステッピングモータ等の制御
モータであってもよい。また、サーボモータ２６，ボー
ルねじ３１で移動台２７を移動制御しているが、リニア
モータ，シリンダ等のようなものでもよく、要するに、
移動台２７を指令により移動，位置決めできるものであ
ればよい。

【００２８】したがって、サーボモータ２６によりねじ
軸３２が正逆方向に回転駆動されると、ねじ軸３２にね
じ込まれているボールナット３３とともに移動台２７
が、ガイド部２４に案内されながらＺ軸方向に往復移動
する。移動台２７が移動することにより、移動装置本体
２８，チャック本体保持部２１及び流体圧シリンダ３０
など移動体も、矢印Ｂに示すようにＺ軸方向に一緒に移
動する。その結果、チャック本体保持部２１は、他の部
位と干渉することがなく且つ切粉や切削油剤の影響を受
けにくいように主軸１３より離れて待避している待避位
置，チャック交換位置Ｐ₃ （即ち、第２の位置）及び第
１の位置等に、それぞれ位置決め制御される。

【００２９】流体圧シリンダ３０のシリンダロッド４０
は、連結部材４１を介してチャック本体保持部２１のロ
ッド４２と連結されている。連結部材４１は、移動装置
本体２８に固定された案内部材４３内に、中心軸線（即
ち、主軸軸線ＣＬ）方向に往復移動自在に嵌合してい
る。連結部材４１の外周面に中心軸線ＣＬと平行な方向
に長く形成された溝部４４には、案内部材４３に取付け
られた回り止め部材４５が相対移動自在に係合してい
る。これにより、シリンダロッド４０，連結部材４１及
びロッド４２は、非回転状態で移動装置本体２８に対し
て矢印Ｄに示すように往復移動する。

【００３０】ロッド４２が移動装置本体２８に対して往
復移動することにより、移動装置本体２８内に設けられ
た動力伝達機構（図示せず）を介して、一対の爪２９が
径方向に開閉動作を行うので、爪２９により、チャック
本体５を保持，保持解除することができる。なお、爪２
９を一対設けた場合を示したが、爪２９の数は三個以上
であってもよい。また、チャック本体保持部２１の前方
側の面にストッパを設け、このストッパとチャック本体
５とを軸線方向で当接させてもよい。このようにすれ
ば、チャック本体保持部２１でチャック本体５を更にし
っかりと軸線方向に押圧することができるので、チャッ
ク移動装置２２でチャック本体５をチャック取付け装置
２３に装着する時の位置決め精度がより向上する。

【００３１】搬送装置７は横桁部材５０を有しており、
横桁部材５０は床面１８から立設した複数の支柱５１に
支持され、チャックストッカ６，工作物貯蔵装置３，旋
盤２に沿って延びている。横桁部材５０にはガイドレー
ル（図示せず）が水平方向に向けて設けられ、走行部材
５２が、このガイドレール等に案内されて水平方向に走
行移動する。走行部材５２は、走行用駆動モータ５３に
駆動されて回転するピニオンと、このピニオンに噛み合
い、走行方向に延在して横桁部材５０に取付けられたラ
ックとによって走行動作する。走行部材５２には、昇降
部材５４が昇降自在に垂直方向に設けられている。昇降
部材５４は、昇降用駆動モータ（図示せず）によって回
転するピニオンと、このピニオンに噛み合い、上下方向
に延在して昇降部材５４に取付けられたラックとによっ
て、ガイドレール等に案内されて昇降動作する。

【００３２】昇降部材５４の下部にはハンド部５６が設
けられている。ハンド部５６は開閉自在な一対のハンド
爪５７を有しており、駆動体（図示せず）によって開閉
動作するハンド爪５７でチャック本体５又は工作物を挟
持する。走行部材５２及び昇降部材５４の動作により、
ハンド部５６が走行方向及び昇降方向に移動することに
より、チャックストッカ６とチャック移動装置２２との
間でチャック本体５を搬送して授受し、工作物貯蔵装置
３と主軸１３との間で工作物を搬送して授受する。ハン
ド部５６は、チャック本体５を挟持する第１の挟持部
と、工作物を挟持する第２の挟持部とを有しているの
で、ハンド部を交換しなくても、一つのハンド部５６で
チャック本体５及び工作物のいずれの挟持もできる。ま
た、流体圧シリンダ５５は、ハンド爪５７を支軸５８を
中心にして垂直方向と水平方向に揺動させる。

【００３３】図１から図５（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、主軸１３の一方の端部（チャック移動装置２２側の
端部）には、チャック本体５を装着するためのチャック
取付け装置２３が取付けられている。チャック本体５
は、チャック取付け装置２３の装着部に着脱可能に装着
される被固定部６０と、被固定部６０に複数のボルト６
１など締結部材により締結固定された把持爪開閉部４と
を備えている。チャック本体５がチャック取付け装置２
３に装着された状態で、把持爪開閉部４の爪１７を径方
向に移動させれば、工作物を把持又は把持解除できる。

【００３４】チャック取付け装置２３の中心部には、主
軸軸線ＣＬ方向に進退移動するドローバー６２と、ドロ
ーバー６２の外周側でドローバー６２と同様に主軸軸線
ＣＬ方向に進退移動するドローパイプ６３とが設けられ
ている。ドローバー６２は、把持爪開閉部４の爪１７
を、公知の楔機構，レバー機構を介して開閉動作させる
ためのものであり、ドローパイプ６３は、チャック取付
け装置２３の装着部に装着された被固定部６０をクラン
プ・アンクランプするためのものである。

【００３５】ドローバー６２及びドローパイプ６３は、
主軸台１１に取付けられたチャックシリンダ１６によっ
てそれぞれ独立して進退移動する。そのために、チャッ
クシリンダ１６はダブルシリンダ構造になっており、ド
ローバー６２用のシリンダ１６ａ及びドローパイプ６３
用のシリンダ１６ｂとしてそれぞれ独立して中心軸線Ｃ
Ｌ方向に移動自在になっている。符号１６ｃは、各シリ
ンダ１６ａ，１６ｂのシリンダ室に圧力流体を供給する
ためのロータリジョイントである。

【００３６】ドローパイプ６３の移動動作により、揺動
部材６４を介して楔部材６５が径方向に往復移動するよ
うになっており、楔部材６５は複数個（例えば、周方向
に均等に三個）配列されている。被固定部６０には係合
溝７４が形成され、この係合溝７４には楔部材６５と係
合離脱可能な係合面６６が形成されている。係合溝７４
を形成する一方の側壁には、チャック本体５の挿入・離
脱時に楔部材６５を通過させるための切欠き部７３が形
成されている。

【００３７】ドローバー６２の先端部にも、複数（例え
ば、二個）の係止片６７が突出して周方向に形成されて
いる。チャック本体５のプランジャナット６８には、係
止片６７を所定角度（例えば、ほぼ９０度）回転させる
ことにより係止片６７と係合離脱可能な係合部６９が形
成されている。したがって、チャック本体５をチャック
取付け装置２３に装着し、楔部材６５が切欠き部７３を
通った状態で、主軸１３及びチャック取付け装置２３を
ほぼ９０度回転させれば、楔部材６５が被固定部６０の
係合溝７４内に挿入され、ドローバー６２の係止片６７
がプランジャナット６８の係合部６９内に挿入される。

【００３８】この状態で、ドローパイプ用シリンダ１６
ｂを駆動してドローパイプ６３を引っ張れば、揺動部材
６４が時計回り方向（図４）に揺動して、楔部材６５を
半径方向外方に移動させる。これにより、チャック取付
け装置２３のテーパ面２３ａに被固定部６０のテーパ穴
６０ａが密着し、チャック取付け装置２３の端面２３ｂ
に被固定部６０の端面６０ｂが密着した状態で、楔部材
６５が係合面６６に圧接して、チャック本体５がチャッ
ク取付け装置２３にクランプされる。アンクランプ状態
にするには、ドローパイプ用シリンダ１６ｂを駆動し
て、ドローパイプ６３をチャック本体５側に移動させれ
ばよい。

【００３９】チャック本体５の爪１７を開閉動作させる
場合には、ドローバー用シリンダ１６ａを駆動して、ド
ローバー６２を主軸軸線ＣＬ方向に進退移動させる。す
ると、係止片６７に係合している係合部６９を有するプ
ランジャナット６８が主軸軸線ＣＬ方向に移動して、公
知の楔機構，レバー機構等からなる動力伝達機構（図示
せず）を介して爪１７が径方向に移動する。図４は、チ
ャック本体５がチャック取付け装置２３にクランプさ
れ、爪１７が把持解除状態の場合を示している。

【００４０】図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、旋盤２
の刃物台１２には、検出手段を構成するタッチセンサ７
０が取付けられている。タッチセンサ７０は、タレット
１５に工具を装着するための複数の装着部のうちの一箇
所に取付けられている。チャック取付け装置２３にチャ
ック本体５を装着した後、タッチセンサ７０で、チャッ
ク取付け装置２３に取付けられた状態のチャック本体５
の姿勢を検出することにより、チャック本体５の装着精
度を確認するようにしている。

【００４１】本実施形態では、チャック本体５の表面７
１に、三つの被検出部７２を周方向に１２０度ずつ離れ
て均等に配置している。被検出部７２にタッチセンサ７
０を順次接触させて、タッチセンサ７０からタッチ信号
が出力された時の位置データ（Ｚ軸方向の位置データ）
を読取り、それぞれの被検出部７２の位置データの差か
ら、チャック本体５の装着精度が許容値の範囲内か否か
を判別している。チャック本体５の装着精度不良の場合
には、アラーム表示をするか、又は再装着させてみる等
のことを行うことができる。なお、タッチセンサ７０を
刃物台１２に取付けた場合を示したが、刃物台１２以外
の場所に取付けてもよい。例えば、タッチセンサ７０を
チャック移動装置２２の前面に取付けてもよいが、ＮＣ
装置によって軸移動が制御されている心押台が旋盤に設
けられている場合には、この心押台にタッチセンサ７０
を取付けてもよい。

【００４２】次に、自動チャック交換装置２０によるチ
ャックの自動交換方法について図１から図７を参照して
説明する。図７はチャックの自動交換の手順を示すフロ
ーチャートである。図示するように、本発明の方法は、
チャック本体５を搬送装置７によりチャックストッカ６
とチャック移動装置２２との間で搬送し、チャック本体
保持部２１に対して搬送装置７がチャック本体５を授受
する。そして、チャック移動装置２２が主軸１３側に移
動することにより、チャック取付け装置２３にチャック
本体５を着脱可能に装着するとともに、チャック取付け
装置２３からチャック本体５を離脱させるようにしてい
る。

【００４３】当初、チャック取付け装置２３には第１の
チャック本体５が取付けられているものとする。この
時、爪１７には工作物は把持されていない。なお、工作
物を加工する時には、チャック移動装置２２は、主軸１
３より離れた待避位置に待避している。次の新しい工作
物を加工するための第２のチャック本体５へのチャック
交換指令が出力されると、図７に示すように、主軸１３
に対するチャック取外し工程Ｓ₁ とチャック取付け工程
Ｓ₂ に移行してチャックの自動交換を行う。

【００４４】まず最初に、チャック移動装置２２が、主
軸１３の方向のチャック本体５を取付け・取外しするた
めの所定の位置（第１の位置）に前進する（ステップ１
０１）。そのために、サーボモータ２６を駆動してねじ
軸３２を回転させると、ねじ軸３２にねじ込まれている
ボールナット３３を介して、移動台２７がガイド部２４
に案内されて前方に移動する。これにより、移動台２７
に取付けられた移動装置本体２８，チャック本体保持部
２１，流体圧シリンダ３０等が移動台２７とともに前進
する。この時、チャック本体保持部２１の爪２９は開状
態になっている。

【００４５】次いで、チャック移動装置２２が所定位置
まで前進して位置決め制御された後、チャック本体保持
部２１が、チャック取付け装置２３に取付けられている
チャック本体５を保持する（ステップ１０２）。そのた
めには、流体圧シリンダ３０を駆動して、シリンダロッ
ド４０，連結部材４１，ロッド４２を介して一対の爪２
９を径方向に閉じることにより、チャック本体５の外周
部が爪２９により保持される。

【００４６】次に、ドローパイプ用シリンダ１６ｂを駆
動して、ドローパイプ６３をチャック本体５側に移動さ
せて、チャック本体５をアンクランプ状態にする（ステ
ップ１０３）。即ち、ドローパイプ６３がチャック本体
５側に移動することにより、揺動部材６４が反時計回り
方向（図４）に揺動して、楔部材６５を半径方向内方に
移動させるので、楔部材６５とチャック本体５の係合面
６６は非係合状態になる。その後、サーボモータ２６を
駆動して、チャック移動装置２２を所定距離（例えば、
０．５mm）後退させる（ステップ１０４）。チャック本
体５を保持した状態でチャック移動装置２２が所定距離
後退するので、ドローバー６２の係止片６７とチャック
本体５の係合部６９とは非当接状態になる。

【００４７】主軸モータを駆動し、Ｃ軸（Ｚ軸方向の周
り）方向に主軸１３を制御して、主軸１３とともにチャ
ック取付け装置２３をほぼ９０度回転させることによ
り、チャック本体５をチャック取付け装置２３から離脱
可能状態にする（ステップ１０５）。この状態では、係
合面６６の切欠き部７３の位置に楔部材６５が位置して
いるので、被固定部６０は楔部材６５と干渉することな
く離脱可能である。また、チャック本体５の係合部６９
も、ドローバー６２の係止片６７と干渉することなく離
脱可能になっている。

【００４８】サーボモータ２６を駆動してチャック移動
装置２２を後退させる（ステップ１０６）。チャック本
体５は、チャック取付け装置２３から抜き出された後、
ハンド部５６との間でチャック本体５を授受するチャッ
ク交換位置Ｐ₃ （第２の位置）に移動して位置決めされ
る。搬送装置７を駆動して、走行部材５２の走行動作，
昇降部材５４の昇降動作，ハンド部５６の挟持動作等に
より、ハンド部５６は、チャック交換位置Ｐ₃ でチャッ
ク本体５をハンド爪５７で挟持する（ステップ１０
７）。

【００４９】こうして、ハンド部５６がチャック本体５
を挟持している状態で、流体圧シリンダ３０を駆動して
チャック本体保持部２１の爪２９を開放する（ステップ
１０８）。爪２９を開放したのちサーボモータ２６を駆
動して、ハンド部５６の昇降動作時に爪２９とチャック
本体５とが干渉しない位置までチャック移動装置２２を
後退させる。なお、チャック移動装置２２を後退させな
くても、爪２９とチャック本体５とが前記昇降動作時に
干渉しない場合にはこの後退動作は不要となる。

【００５０】ハンド部５６に渡されたチャック本体５
は、搬送装置７でチャック移動装置２２からチャックス
トッカ６に搬送され、チャック授受位置Ｐ₂ で所定のチ
ャック用パレット９上に載置される（ステップ１０
９）。なお、ステップ１０１から１０８では、チャック
本体５をチャック移動装置２２を介してチャック取付け
装置２３から取外したのちハンド部５６に渡す場合につ
いて説明したが、チャック本体５の取外しの時には、チ
ャック移動装置２２を使用しないで、ハンド部５６が、
チャック取付け装置２３から直接チャック本体５を受け
取ってもよい。このようにすれば、チャック交換時間が
短縮される。

【００５１】次いで、チャックストッカ６を運転して、
次に使用する第２のチャック本体５が載置されている所
望のチャック用パレット９をチャック授受位置Ｐ₂ に割
り出す。割り出された所望の新しい第２のチャック本体
５は、チャック授受位置Ｐ₂ でハンド部５６により挟持
された後、搬送装置７でチャックストッカ６からチャッ
ク移動装置２２に搬送される（ステップ１１０）。

【００５２】こうして、ハンド部５６で挟持された新し
いチャック本体５がチャック交換位置Ｐ₃ に到着して主
軸軸線ＣＬと同心位置に位置決めされた後、チャック本
体５は、チャック交換位置Ｐ₃ （第２の位置）に移動し
たチャック移動装置２２に渡される（ステップ１１
１）。この場合には、流体圧シリンダ３０を駆動し、チ
ャック本体保持部２１を動作させて、一対の爪２９でチ
ャック本体５を保持する。その後、ハンド爪５７を挟持
解除状態にするとともにハンド部５６を上昇させる。

【００５３】サーボモータ２６を駆動して、チャック移
動装置２２を、チャック取付け装置２３に対するチャッ
ク装着位置（即ち、第１の位置）に対して所定距離（例
えば、５から１０mm）手前まで早送りで移動させた後、
更に、所定の送り速度で第１の位置側に微小距離ずつ前
進させる（ステップ１１２）。チャック移動装置２２の
サーボモータ２６の負荷値（例えば、モータ電流値，ト
ルク値等）を検出し（ステップ１１３）、この検出負荷
値が負荷設定値を超えているか否かを判断する（ステッ
プ１１４）。負荷設定値は、チャック取付け装置２３に
チャック本体５を正常に挿入して密着させるため押圧し
た時に生ずる負荷値であり、予め設定されている。検出
負荷値が負荷設定値を超えていない場合にはステップ１
１２に戻り、チャック移動装置２２を微小距離前進させ
る。検出負荷値が負荷設定値を超えた場合には、ステッ
プ１１５に移行する。

【００５４】ステップ１１５では、検出負荷値が負荷制
限値を超えたか否かを判断する。負荷制限値は、これ以
上の負荷をかけるとどこかに破損等を生じる恐れがある
ため制限をかける負荷最大値であり、予め設定されてい
る。検出負荷値が負荷制限値を超えている場合には、駆
動系の故障，負荷検出の不安定等による異常動作と判断
して、自動チャック交換装置２０のチャック交換動作を
中断しアラーム処理を行う（ステップ１１７）。

【００５５】ステップ１１５で検出負荷値が負荷制限値
を超えていない場合には、チャック移動装置２２を所定
距離（例えば、０．５mm）後退させる（ステップ１１
６）。主軸１３をＣ軸制御してほぼ９０度回転させ、楔
部材６５を係合面６６に係合可能にし、ドローバー６２
の係止片６７をプランジャナット６８の係合部６９に係
合可能にすることにより、ドローバー６２とチャック本
体５とが連結される（ステップ１１８）。サーボモータ
２６を駆動して、チャック移動装置２２を所定距離（例
えば、０．５mm）だけ前進させて、チャック本体５のテ
ーパ穴６０ａ等をチャック取付け装置２３のテーパ部２
３ａ等に密着させる（ステップ１１９）。

【００５６】ドローパイプ用シリンダ１６ｂを駆動し
て、ドローパイプ６３を反チャック側方向に引っ張る。
楔部材６５が、揺動部材６４を介して半径方向外方に移
動してチャック本体５の係合面６６に押し付けられるの
で、チャック本体５は、チャック取付け装置２３に強く
クランプされる（ステップ１２０）。流体圧シリンダ３
０を駆動して、チャック本体保持部２１の爪２９を開放
して保持を解除した後（ステップ１２１）、サーボモー
タ２６を駆動して、チャック移動装置２２を待避位置ま
で待避させる（ステップ１２２）。

【００５７】次に、刃物台１２のタレット１５を旋回割
り出し動作させて、タッチセンサ７０をチャック本体５
の対向位置に割り出す。刃物台１２をＺ軸方向，Ｘ軸方
向に移動させるとともに主軸１３をＣ軸制御して、タッ
チセンサ７０をチャック本体５の三箇所の被検出部７２
に順次接触させ、その時の位置データを読み取って位置
データ同士の差を求めることにより、チャック本体５の
装着精度を確認する（ステップ１２３）。こうして、位
置データ（Ｚ軸方向）の差である装着精度が許容範囲内
か否かを判別し（ステップ１２４）、許容範囲内である
場合にはチャック交換の手順を終了する。

【００５８】一方、例えばチャック本体５が傾いた場合
には装着精度が許容範囲を超えているので、アラームを
出力して作業者にその旨を知らせて手順を終了する（ス
テップ１２５）。前記ステップ１０１から１０９がチャ
ック取外し工程Ｓ₁ であり、ステップ１１０から１２５
がチャック取付け工程Ｓ₂ である。なお、チャック本体
５の装着精度がよくない場合には、ステップ１２５でア
ラームを出力して手順を終了する場合を示したが、チャ
ック移動装置２２を動作させて、この装着精度のよくな
いチャック本体５をチャック取付け装置２３から一旦取
外したのち再び装着し、この動作を所定回数繰り返して
も装着精度内に入らない場合にアラームとする処理を行
ってもよい。

【００５９】このように、本発明によれば、搬送装置７
で搬送されてきたチャック本体５を、チャック移動装置
２２を介して主軸１３側のチャック取付け装置２３に装
着するようにしている。そして、チャック移動装置２２
は、旋盤２のベッド１０に取付けられた剛性の大きいガ
イド基体２５にしっかりと支持された状態で、ガイド部
２４に案内されながらボールねじ３１を介して主軸軸線
ＣＬ方向に進退移動するので高い剛性が得られる。チャ
ック本体保持部２１がオーバーハングしていないので、
この点でもチャック移動装置２２の剛性の向上が図れ
る。

【００６０】その結果、チャックの重量の大小に拘ら
ず、チャック移動装置２２によりチャック本体５を把持
した状態でチャック取付け装置２３に装着する際に、チ
ャック本体５と主軸１３との同心度，チャック本体５を
チャック取付け装置２３に密着させる時の主軸軸線ＣＬ
方向の位置決め精度等を向上させて、チャック本体５を
確実且つ精度よく主軸１３側に装着することができる。

【００６１】搬送装置７のハンド部５６は主軸１３に対
するチャック本体５の着脱動作を行わないので、ハンド
部５６を軽量化することができ、高速での搬送動作が可
能である。また、旋盤２の作業領域に従来のような大型
のチャック交換装置を設ける必要がないので、旋盤２の
切削加工領域への作業者の接近性が良好で、メンテナン
ス作業等が容易になる。搬送装置７とチャック移動装置
２２でチャック交換をし、搬送装置７で旋盤２のチャッ
ク本体５に対して工作物の交換ができるので、自動工作
物交換装置を別途設ける必要がない。

【００６２】なお、本実施形態では、チャック移動装置
２２を主軸１３に対向する位置に常時配置する場合を示
したが、チャック移動装置２２が、主軸軸線ＣＬ上のチ
ャック交換動作位置（使用位置）と待避位置との間で振
込動作を行うようにしてもよい。長い工作物を加工する
必要がある場合には、心押台を別途設けるのが好まし
い。この場合には、チャック移動装置２２，刃物台１２
及び心押台が相互に干渉しないように、チャック移動装
置２２等のうちいずれか一つ以上が、それぞれ使用位置
と待避位置との間で振込動作を行うようにしてもよい。

【００６３】チャック３５を、チャック本体５とチャッ
ク取付け装置２３により構成し、主軸１３にチャック取
付け装置２３を設けて、このチャック取付け装置２３に
チャック本体５を装着する場合を示したが、チャックを
チャック本体のみにより構成して、主軸に直接チャック
を装着することができる自動チャック交換装置であって
もよい。また、主軸をＣ軸機能を使用して所定角度回転
させているが、主軸を所定角度回転させることができれ
ばＣ軸機能は必ずしも必要ではない。

【００６４】なお、チャックを主軸に取付ける際、チャ
ック移動装置のサーボモータの負荷値が所定の負荷設定
値になったことを検出したのち所定の負荷制限値（負荷
最大値）になったか否かを検出しているが、これに限定
されない。例えば、チャック移動装置を各所定の位置に
移動指令で移動させ、この移動中や所定位置に位置決め
された状態の時に、チャック移動装置のサーボモータの
負荷値が過負荷（例えば、前記負荷制限値）であるか否
かを検出し、過負荷でなければ移動動作を継続するが、
過負荷の場合には移動動作を中断してアラーム表示等を
するような方法であってもよい。

【００６５】また、チャックの装着精度をチャック本体
の端面位置で確認しているが、チャック又はチャック本
体の外周の振レをタッチセンサ，電気マイクロメータな
ど計測装置で検出することにより、チャック又はチャッ
ク本体の装着精度を確認するものであってもよい。な
お、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００６６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、自
動チャック交換装置の剛性を高めて、チャック交換の際
にチャックを確実且つ精度よく主軸側に装着することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１から図７は本発明の実施形態の一例を示す
図で、図１は自動チャック交換装置の正面図である。

【図２】前記自動チャック交換装置を有する旋盤を含む
加工システムの平面図である。

【図３】前記加工システムの正面図である。

【図４】前記自動チャック交換装置の一部を示す拡大断
面図である。

【図５】図５（Ａ）は前記自動チャック交換装置におけ
るチャック取付け装置とチャック本体の部分斜視図、図
５（Ｂ）は図４のＶ−Ｖ線部分断面図である。

【図６】図６（Ａ）はチャック本体の装着精度を確認し
ている状態を示す説明図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のVI
線矢視図である。

【図７】チャックの自動交換の手順を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

２ ＮＣ旋盤（工作機械） ４ 把持爪開閉部 ５ チャック本体 ６ チャックストッカ ７ 搬送装置 １３ 主軸 ２０ 自動チャック交換装置 ２２ チャック移動装置 ２３ チャック取付け装置 ３５ チャック ７０ タッチセンサ（検出手段） ＣＬ 主軸軸線 Ｐ₃ チャック交換位置（第２の位置）

フロントページの続き (72)発明者 田辺 勝次 千葉県我孫子市我孫子１番地 日立精機株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸に対して少なくともこの
   主軸の軸線方向に移動可能に設けられ、前記主軸に対し
   てチャックを取付けるための第１の位置及び搬送装置か
   ら前記チャックを受け取るための第２の位置に移動可能
   なチャック移動装置を備えた工作機械のチャックの自動
   交換方法であって、 前記搬送装置が、複数の前記チャックを貯蔵しているチ
   ャックストッカから所望の前記チャックを受け取り、 前記搬送装置が前記チャックストッカから前記第２の位
   置に前記チャックを搬送し、 前記チャック移動装置が前記第２の位置で前記搬送装置
   から前記チャックを受け取り、 前記チャック移動装置が前記チャックを保持して前記第
   １の位置に移動し、 前記チャック移動装置に保持された前記チャックを前記
   主軸に取付けることを特徴とする工作機械のチャックの
   自動交換方法。
2. 【請求項２】 前記チャックは、工作物を把持する把持
   爪開閉部を有するとともに前記搬送装置で搬送されるチ
   ャック本体と、前記主軸側に設けられるチャック取付け
   装置とを備え、前記チャック移動装置に保持された前記
   チャック本体を前記チャック取付け装置に取付けるよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のチ
   ャックの自動交換方法。
3. 【請求項３】 前記主軸又は前記チャック取付け装置に
   前記チャック又は前記チャック本体を取付けた後、前記
   工作機械に設けた検出手段で前記チャック又は前記チャ
   ック本体の装着精度を確認することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の工作機械のチャックの自動交換方法。
4. 【請求項４】 工作機械のチャックを自動交換する自動
   チャック交換装置において、 複数の前記チャックが貯蔵されたチャックストッカと、 このチャックストッカから受け取った前記チャックを搬
   送する搬送装置と、 前記工作機械の主軸に対して少なくともこの主軸の軸線
   方向に移動可能に設けられ、前記主軸に対して前記チャ
   ックを取付けるための第１の位置及び前記搬送装置から
   前記チャックを受け取るための第２の位置に移動可能な
   チャック移動装置とを備え、 前記第２の位置で前記搬送装置から前記チャックを受け
   取った前記チャック移動装置を前記第１の位置に移動さ
   せた後、前記チャック移動装置に保持された前記チャッ
   クを前記主軸に取付けるようにしたことを特徴とする自
   動チャック交換装置。
5. 【請求項５】 前記チャックは、工作物を把持する把持
   爪開閉部を有するとともに前記搬送装置で搬送されるチ
   ャック本体と、前記主軸側に設けられるチャック取付け
   装置とを備え、前記チャック移動装置に保持された前記
   チャック本体を前記チャック取付け装置に取付けるよう
   にしたことを特徴とする請求項４に記載の自動チャック
   交換装置。
6. 【請求項６】 前記工作機械に検出手段を設け、前記主
   軸又は前記チャック取付け装置に取付けられた前記チャ
   ック又は前記チャック本体の装着精度を確認できるよう
   にしたことを特徴とする請求項４又は５に記載の自動チ
   ャック交換装置。