JPH11216632A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工作機械の主軸を回転させた状態で、しかも工
具を積極的に回転させずに工具の自動交換を可能とする
自動工具交換装置を提供する。 【解決手段】リング状の把持部を工具交換アームの両端
にベアリングで軸支し、さらに前記リング状の把持部の
内周部にボールなどの突状部を前記把持部の中心に向け
てばねで付勢して、工具を着脱自在に把持するととも
に、前記リング状の把持部にトルク伝達部材を設けて前
記リング状の把持部の回転を主軸の回転に同期させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸を
高速回転させたまま工具を自動交換する自動工具交換装
置に関し、さらに詳しくは工作機械の主軸を高速回転さ
せたまましかも工具も積極的に回転させないで自動交換
する自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸の工具を交換する
場合に、主軸を１度停止してオリエンテーションし、工
具交換を行い、再度主軸を回転すると云うプロセスが採
られていた。

【０００３】ところが、主軸の回転停止、回転起動に伴
う時間的ロスは多大なものであった。そのため、主軸を
停止しないで工具交換を行う装置が種々提案されてき
た。

【０００４】第ーに、回転作動中の工作機械の主軸にト
ランスファ・アームによって工具ホルダを案内する際
に、このトランスファ・アームの保持部と工具ホルダと
の間に摩擦力を発生させるブレーキ装置を設けて、回転
する主軸にともなう工具ホルダの回転を完全に制御し又
は抑える工作機械の工具ホルダ交換装置（特公平５ー５
５２６１号公報）が挙げられる。

【０００５】第二に、各ツールポットに保持される工具
を空回転のまま保持する工具貯蔵マガジンと、前記工具
貯蔵マガジン内に備えてツールポット内の工具を主軸回
転数まで増速する加速部材と、静圧軸受の把持爪で工具
を回転したまま把持する工具交換アームと、工具交換ア
ームの把持器に保持された工具と回転状態で係合嵌着す
る主軸とからなる主軸の無制動式工具交換装置（特開昭
５９ー８８２３７号公報）が挙げられる。

【０００６】この装置は、高速回転する主軸とほぼ等速
に工具マガジン内の工具を加速部材で空回転させてお
き、工具交換アームの両把持器を静圧軸受の把持爪構成
として高速回転中の工具を回転状態で把持できるように
なしたものである。

【０００７】第三に、工作機械の主軸と主軸回転状態の
まま工具を自動交換する自動工具交換装置において、前
記主軸の回転軸心と平行な割り出し回転の軸心を有し、
かつ該割り出し回転の軸心に直交する方向に延設された
腕部分を有する工具マガジンと、前記工具マガジンの腕
部分に回転軸受を介して回転自在に保持される複数の独
立の部材として形成され、複数の工具を夫々個別に収納
するための収納孔を夫々具備した複数の工具収納箱と、
前記工具マガジン上に設けられた単ー個の駆動モータと
該駆動モータから前記夫々の工具収納箱に回転を伝達す
る伝動部材とを有してなり、前記夫々の工具収納箱を前
記主軸の回転速度にー致した相対速度ゼロの状態で回転
駆動するように設けられた工具箱回転駆動機構と、前記
工具マガジンに保持された前記複数の工具収納箱におけ
る所望の工具収納箱の回転中心を、工具交換位置におい
て回転状態にある前記主軸と同軸位置に割出位置決めす
るように前記工具マガジンを回転駆動可能な割出駆動手
段と、前記工具マガジンを工具交換位置において回転状
態にある前記主軸に対して相対的に接近、離反動作させ
ることにより工具授受を行う工具授受手段とを、具備し
て構成されたことを特徴とする工作機械の自動工具交換
装置（特許第２５８００５０号公報）が挙げられる。

【０００８】すなわち、この装置は、工具主軸側を常時
回転状態に維持し、工具収納箱の回転を工具主軸の回転
と完全に同期する速度でかつ回転方向を同方向にして、
主軸と工具収納箱との間では相対速度を零にして工具の
交換を行うものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第ーの
装置は、工具ホルダを回転作動中のスピンドル軸（主
軸）に確実にかつ安定して接結合するために、回転する
スピンドル軸に伴う工具ホルダの回転を完全に制御し又
は抑えてスピンドル軸の係止部の摺動ブロックを工具ホ
ルダの溝にかみ合わせるものであり、したがって、停止
している工具ホルダがかみ合いと同時に高速回転し、衝
撃力が工具ホルダ及びスピンドル軸にかかり、安全性及
びメンテナンスの面で、大きな問題点を有する。

【００１０】また、第二の装置は、工具交換アームの両
端に静圧軸受の把持爪構成の把持器を有して高速回転中
の工具を回転状態で把持できるようにしたものであり、
長い目で見れば空気の消費の面で好ましくなく、また、
加速部材を用いるなどエネルギー消費の面で若干の難点
を有する。

【００１１】さらに、第三の装置も、工作機械の工具主
軸を回転状態に保持したまま工具の自動交換を行って自
動工具交換に伴うロス時間を極力低減させるようにした
もので、この点において優れてはいるものの全て積極的
に駆動源に依存しているので長期的にはエネルギー消費
の面で難点を有する。

【００１２】そこで、本発明は、従来の技術を改良し、
工作機械の主軸を回転状態のまま該主軸と工具を自動交
換するに当たり、工具交換アームの両端の把持部で工具
を把持しつつも積極的に工具を回転しないで工具を自動
交換する自動工具交換装置を提供することを課題とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために次の手段を採るものである。すなわち、
請求項１の発明は、回転状態のままの工作機械の主軸と
の間で工具を自動交換する自動工具交換装置に於いて、
両端においてリング状の把持部をベアリングで軸支し、
該把持部の内周部には工具を把持するための突状部が前
記把持部の中心に向かってばねによって付勢されてなる
工具交換アームと、工具交換位置において回転状態にあ
る前記主軸に該リング状の把持部を割出位置決めする割
出し駆動手段とを含んでなり、該主軸に工具をクランプ
する場合には該工具の回転を駆動源によらずに該主軸の
回転に同期させてクランプし、回転中の該主軸から工具
をアンクランプする場合には該リング状の把持部で回転
中の工具を装着して同期回転させた後、該主軸から該工
具をアンクランプするように構成したことを特徴とする
自動工具交換装置である。

【００１４】また、請求項２の発明は、ばねによって付
勢されている突状部がボール又はノーズで有る請求項１
に記載の自動工具交換装置である。

【００１５】さらに、請求項３の発明は、同期の手段が
主軸に面した工具交換アームの把持部に設けられたトル
ク伝達部材である請求項１又は２に記載の自動工具交換
装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に示す実施
例に基づいて詳細に説明する。なお、図は、あくまでも
説明のためのものであり、本発明の精神を逸脱しない限
り多少の変更は許容される。図１は、立形工作機械に本
発明の自動工具交換装置を適用した例を示す要部断面
図、図２は、リング状の把持部と、工具をクランプした
主軸とが接近状態に有る場合の断面図、図３は、主軸に
クランプされた工具がリング状の把持部に装着された場
合の断面図、図４は、突状部としてのノーズがスプリン
グで付勢される、いわゆるスプリングプランジャの断面
図、図５は、リング状の把持部の斜視図、図６は、主軸
のテーパ孔とシャンクとの近辺を表わす断面図である。

【００１７】図１において、割出駆動手段１は、その軸
９の先端に工具交換アーム２を備えており、前進（図で
は上昇）、後退（図では下降）をし、また、回転運動を
してリング状の把持部３の軸心を主軸１０の軸心とー致
する位置すなわち同軸位置に割出位置決めするように構
成される。主軸頭１１は、図示しないコラムに沿って上
下に移動するように構成され、その中には主軸１０を備
えている。主軸１０は、図示しないモータにより回転さ
れ、そのテーパ孔１２の中に嵌合されたシャンク１３を
介して工具Ｔを回転するように構成される。図２に示す
ように、主軸１０の内部にはクランプロッド１４がその
周囲に皿ばね１５を装着して設けられており、該クラン
プロッド１４の先端付近にはクランプボール１６が備え
られている。そして、クランプロッド１４の上方から力
を加えて下方に押すことにより、クランプボール１６が
凹所１８に退避してクランプボール１６とプルスタッド
１９との係合が外れ、工具Ｔがアンクランプされるよう
に構成される。他方、工具Ｔが主軸１０内に押し込まれ
ると、皿ばね１５の働きでクランプロッド１４は上方に
保持され、したがって、クランプボール１６は上方に引
き上げられ、プルスタッド１９がクランプボール１６と
係合することにより、工具Ｔはクランプされる。なお、
１７はベアリングである。

【００１８】工具交換アーム２は、図１に示されるよう
に、その両端にリング状の把持部３を備える。リング状
の把持部３は、図２〜３に示すようにその内周部に突状
部としてのボール４が中心に向かってばね６によって付
勢され、工具Ｔを脱着する構造を有する。図１、２では
ボール４として２個を示しているが、さらに２個を加え
て対称的に４個のボールを配置させた構造であっても良
く、また、図５に示すように６個を対称的に配置した構
造でも良く、把持力を考慮して適宜の数を選べば良い。
特に４個が好ましい。なお、ボール４とばね６とを組み
合わせたものとして、いわゆるボールプランジャが挙げ
られる。突状部としては、ボール４のほかに図４に示す
ようなノーズ２０が挙げられる。ノーズ２０とばね２１
との組合せとして、いわゆるスプリングプランジャが挙
げられる。

【００１９】前記リング状の把持部３は、工具交換アー
ム２の両端にベアリング７で軸支され、フリーに回転す
るようになっている。

【００２０】また、リング状の把持部３にはトルク伝達
部材として摩擦クラッチ５が設けられている。摩擦クラ
ッチ５は、下からばね８によって上向きに付勢されてい
る。したがって、図３に示すように主軸頭１１とリング
状の把持部３とが接近して主軸１０の肩部２２が摩擦ク
ラッチ５を押すと、ばね８がたわみリング状の把持部３
は主軸１０とともに回転するようになっている。摩擦ク
ラッチ５の材質としては、自動車のブレーキのデイスク
パッド又はクラッチのフエーシング材などが挙げられ
る。

【００２１】摩擦クラッチ５として図のものとは異なり
環状タイプのものを用いることにより制動力を増すこと
ができる。図２、３において、２３は、摩擦クラッチ５
の飛出しを防止するためのガイドである。

【００２２】なお、図１に示すリング状の把持部３に装
着した工具Ｔを回転中の主軸１０に挿入する場合には、
図６に示すように焼付き防止のために焼付き防止部２５
に砲金、銅合金を用いるのが好ましい。

【００２３】回転中の主軸から外され、まだ回転中の工
具を停止するには、ツールポツトに接触させて行うか、
デイスクブレーキキヤリパでリング状の把持部３を制動
すれば良い。

【００２４】ここで、係る構成を有する本発明の自動工
具交換装置の実施例による工具交換作用を説明する。

【００２５】まず、図１において主軸頭１１は、工具交
換位置にもどり、主軸１０は回転中であるとする。

【００２６】そして、主軸１０が使用済みの工具Ｔを装
着しているとする。工具交換アーム２は、原位置から９
０°回転した状態を示している。ついで、工具交換アー
ム２が前進（図では上昇）し、図２に示すように回転中
の工具Ｔは工具交換アーム２のリング状の把持部３に近
づき、やがて図３に示すように主軸１０の肩部２２が摩
擦クラッチ５を２点鎖線の位置から実線の位置迄押し込
み、そのためばね８は撓み、工具Ｔの溝２４にボール４
がはまり、リング状の把持部３が工具交換アーム２にベ
アリング７によりフリーに回転可能に軸支されているた
め、ばね８の付勢力により工具Ｔは主軸１０とともに回
転することになる。つづいて、クランプロッド１４を上
方から押すことにより該クランプボール１６が凹所１８
に退避して、プルスタッド１９は係合をとかれ、同時に
工具交換アーム２は後退（図では下降）する。

【００２７】ついで、工具交換アーム２は、１８０°回
転し、その後工具交換アーム２は前進（図では上昇）
し、新たな工具Ｔは、使用済みの工具Ｔを取り除いた主
軸１０内に挿入され 前述のようにして、主軸１０にク
ランプされ、工具Ｔは主軸１０と同期して回転する。

【００２８】さらに、工具交換アーム２が後退（図では
下降）し、工具Ｔはリング状の把持部３のボール４から
外れ、工具Ｔは主軸１０にクランプされたまま回転する
ことになる。

【００２９】ついで、工具交換アーム２は９０°回転
し、工具交換アーム２は前進（図では上昇）し、原位置
に戻る。

【００３０】その後、主軸頭１０を加工位置に戻し、新
たに主軸１０に装着した工具Ｔで機械加工を遂行するこ
とになる。

【００３１】なお、本実施例では立形工作機械に適用す
る例について説明したが、横形工作機械にも適用が可能
である。

【００３２】

【発明の効果】このように、請求項１、２、３の発明に
よれば、工作機械の自動工具交換において、加工を完了
した主軸の工具を交換する際に又は主軸に交換工具を係
合する際に、主軸を回転させたままで、しかも工具交換
アームのリング状の把持部を積極回転させずに主軸の回
転と同期させて主軸との間で工具の交換を自動的に行う
ことができるので、自動工具交換における主軸の加減速
時間の削減による時間短縮及びオリエンテーション時間
の削減による時間短縮、ひいては工作機械の稼働率の向
上、並びに同期回転を消極的に行うことによるコスト低
減を図ることができると云う顕著な効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】立形工作機械に本発明の自動工具交換装置を適
用した例を示す要部断面図である。

【図２】リング状の把持部と、工具をクランプした主軸
とが接近状態に有る場合の断面図である。

【図３】主軸にクランプされた工具がリング状の把持部
に装着された場合の断面図である。

【図４】スプリングプランジャの断面図である。

【図５】リング状の把持部の斜視図である。

【図６】主軸のテーパ孔とシャンクとの近辺を表わ断面
図である。

【符号の説明】

１ 割出駆動手段 ２ 工具交換アーム ３ リング状の把持部 ４ ボール ５ 摩擦クラッチ ６ ばね ７ ベアリング ８ ばね ９ 軸 １０ 主軸 １１ 主軸頭 １４ クランプロッド １６ クランプボール ２２ 肩部 ２３ ガイド ２４ 溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転状態のままの工作機械の主軸との間で
   工具を自動交換する自動工具交換装置に於いて、両端に
   おいてリング状の把持部をベアリングで軸支し、該把持
   部の内周部には工具を把持するための突状部が前記把持
   部の中心に向かってばねによって付勢されてなる工具交
   換アームと、工具交換位置において回転状態にある前記
   主軸に該リング状の把持部を割出位置決めする割出し駆
   動手段とを含んでなり、該主軸に工具をクランプする場
   合には該工具の回転を駆動源によらずに該主軸の回転に
   同期させてクランプし、回転中の該主軸から工具をアン
   クランプする場合には該リング状の把持部で回転中の工
   具を装着して同期回転させた後、該主軸から該工具をア
   ンクランプするように構成したことを特徴とする自動工
   具交換装置。
2. 【請求項２】ばねによって付勢されている突状部がボー
   ル又はノーズで有る請求項１に記載の自動工具交換装
   置。
3. 【請求項３】同期の手段が主軸に面した工具交換アーム
   の把持部に設けられたトルク伝達部材である請求項１ま
   たは２に記載の自動工具交換装置。