JPH11277357A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成を用いて低コストで製造可能な工
具交換装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 工具交換装置ＴＣは、アームＡの揺動運
動及び旋回運動を行う構成として、旋回軸３９に係合さ
れた円筒部材５９及び円筒部材５９に接した扇状レバー
６５を介して駆動軸２５の回転力を、アームＡがアーム
待機位置及び工具交換位置の間を揺動するのに必要な揺
動力に変換する平面カム溝２７ｃを有するカム２７と、
駆動軸２５の回転力を、旋回軸３９に係合したタレット
４５を介して旋回軸３９へ伝達するパラレルカム２７と
を備えている。このカム２７及びパラレルカム２９は、
従来のローラギアカムといった揺動運動及び旋回運動を
一度に行う複雑な形状のカムに比べて、簡易な形状であ
るため、製造が容易である。この結果、工具交換装置Ｔ
Ｃは、低コストで製造可能である。

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スピンド
ルと工具マガジンとに取り付けられた工具を交換するた
めの工具交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スピンドル（主軸）と工具マガジ
ンとに取り付けられた工具のそれぞれを互いに入れ換え
ることで、両工具を交換する工具交換装置が知られてい
る。これらの工具交換装置の中には、スピンドルと工具
マガジンとに取り付けられた工具のそれぞれを把持して
交換するためのアームを、工具交換時には、所定のアー
ム待機位置から、スピンドル及び工具マガジンに取り付
けられた両工具のある工具交換位置まで回動させて、工
具を把持する、いわゆる振り込み式の工具交換装置があ
る。

【０００３】この振り込み式の工具交換装置では、アー
ムをアーム待機位置から工具交換位置まで回動させて、
スピンドル及び工具マガジンに取り付けられた両工具を
把持する。そして、旋回軸を下降させて、スピンドル及
び工具マガジンからアームにより把持された工具を抜き
取る。次に、旋回軸を１８０度回転させた後、旋回軸を
上述したのとは反対の方向へ上昇させ、アームにより把
持された工具をスピンドル及び工具マガジンに挿入す
る。さらに、アームを工具交換位置からアーム待機位置
まで回動させることで、工具の交換を行う。

【０００４】そして、上記のアームが工具交換位置とア
ーム待機位置との間を揺動する動き（揺動運動）、及び
アームが旋回軸と共に１８０度回転する動き（旋回運
動）を、ローラギアカムと該ローラギアカムに係合する
ターレットによって実現し、旋回軸を往復させる動き
（往復運動）を、平面溝カムと該平面溝カムに係合する
レバーによって実現したものが、特開昭６０−２１３４
５４号公報に開示されいる。

【０００５】この特開昭６０−２１３４５４号公報で
は、ローラギアカムや平面溝カムを回転させる駆動軸そ
のものが同一方向に回転させるだけでよいため、駆動軸
の回転制御が非常に簡単であるという効果を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
工具交換装置にて用いられているローラギヤカムは、揺
動運動及び旋回運動を行うために、複雑な形状のカム溝
を備えており、製造に手間が掛かり、製作コストが高か
った。

【０００７】また、上記の工具交換装置においては、ア
ームの旋回運動及び揺動運動と、アームの往復運動とを
行うために、旋回軸が、中軸とアーム軸とに分かれてお
り、複雑な構成でもあった。旋回軸は上記のように複合
的な運動を行うものであるから、高い負荷が掛かること
もあり、より簡易な構成を求められていた。

【０００８】そこで、本発明は、上記の複雑な構成を用
いることなく、簡易な構成を用いて低コストで製造可能
な工具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、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記の目的を達成するためになされた本発明
の請求項１記載の工具交換装置は、二つの工具を着脱可
能なアームが端部に設けられた旋回軸を、該旋回軸周り
に回動及び該旋回軸長手方向へ往復させることで、スピ
ンドルと工具マガジンとに支持された工具を交換する工
具交換装置において、原動機に接続され、前記旋回軸に
平行に配置された駆動軸と、前記駆動軸に付設され、前
記旋回軸に係合された第１伝達部材を案内して前記駆動
軸の回転力を前記旋回軸の往復動力に変換する往復運動
手段と、前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合され
た第２伝達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記ア
ームが前記スピンドル及び前記工具マガジンに支持され
た前記工具を保持する工具交換位置と該工具交換位置か
ら所定角度離れたアーム待機位置との間を揺動するのに
必要な揺動力に変換する揺動運動用カムと、前記駆動軸
に付設され、前記駆動軸の回転力を前記旋回軸に係合し
た第３伝達部材を介して前記旋回軸へ伝達する旋回運動
用カムとを備え、前記第２伝達部材は、前記旋回軸が一
軸線上で往復する際の上死点にある場合に、前記旋回軸
と係合し、前記第３伝達部材は、前記旋回軸が一軸線上
で往復する際の下死点にある場合に、前記旋回軸と係合
することを特徴とする。

【００１０】以上請求項１記載の工具交換装置によれ
ば、揺動運動及び旋回運動を行う構成として、従来のよ
うに、ローラギアカムといった揺動運動及び旋回運動を
一度に行う複雑な形状のカムを用いず、揺動運動には揺
動運動用カムを、旋回運動には旋回運動用カムを用いて
いる。従って、揺動運動用カムは揺動運動を行うのみで
よく、旋回運動用カムは旋回運動を行うのみでよいか
ら、簡易な形状のカムやギヤで揺動運動及び旋回運動を
行う構成を実現できる。この結果、本発明の工具交換装
置は、従来のようなローラギヤカムを用いなくともよ
く、簡易な構成にすることができ、低コストで製造可能
である。

【００１１】さらに、旋回軸が、上死点に位置する際に
第２伝達部材を介して揺動運動用カムと係合して揺動運
動し、下死点に位置する際に第３伝達部材を介して旋回
運動用カムと係合して旋回運動する構成であり、従来と
は異なり、一軸で構成されている。従って、多様な動作
を行う旋回軸の剛性が高く、しかも、構成が簡易である
から、製造コストの削減も可能である。

【００１２】ところで、上記揺動運動用カム及び旋回運
動用カムの好適な構成としては、次のような構成にする
とよい。つまり、請求項２に記載したように、前記揺動
運動用カムが、前記駆動軸に設けられ、カム溝が形成さ
れた端面を有するカムであり、前記旋回運動用カムが、
前記駆動軸に従動するパラレルカムであることを特徴と
する構成にするとよい。

【００１３】このように、揺動運動用に用いられる平面
溝カムや、旋回運動用に用いられるパラレルカムは、後
述の実施例にもあるように構成が簡易であり、上記の揺
動運動用カム及び旋回運動用カムの構成として好適であ
る。請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の
工具交換装置において、前記第２伝達部材及び第３伝達
部材が、前記旋回軸に形成されたスプラインを介して係
合することを特徴とする。

【００１４】第２伝達部材及び第３伝達部材が、旋回軸
と係合する際の構成としては、例えば、ギヤを第２伝達
部材、第３伝達部材、旋回軸に設けても構成できるが、
後述の実施例にあるように、上記各部材、旋回軸にスプ
ラインを形成し、該スプラインにて係合するようにすれ
ば、余分な構成を用いることがないので、構成を複雑に
することがなく、また、よりコストを削減できる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本実施例の工具交換装置ＴＣが装着
されたマシニングセンタの全体を示す概略図である。

【００１６】まず、マシニングセンタの全体を概略を説
明する。図１に示すように、このマシニングセンタで
は、基台１に直立して固定されたコラム２に主軸台３が
支持されている。主軸台３は、一対のリニアガイド４に
案内され、Ｚ軸送りモータ５及び送りネジ６により上下
方向に移動可能となっている。基台１に設けられたテー
ブル７は水平方向へ移動可能な構成となっている。ま
た、主軸台３には、主軸モータ８、主軸（スピンドル）
９及び回転型の工具マガジン１０が搭載されている。

【００１７】主軸９は、主軸モータ８により回転させら
れると共に、リリースピン１３（図２参照）が下げられ
たときに、工具Ｔの保持を解除する構成となっている。
工具マガジン１０は、工具Ｔを着脱自在に保持し、通
常、主軸９に対して水平の姿勢にある複数の保持ポッド
を、マガジンモータ１４により回転される回転盤の周辺
部に備えたものである。そして、保持ポッドの内で、も
っとも下端に位置した保持ポッドのみ下方へ倒れて、主
軸９と平行な姿勢を取り、本実施例の後述のアームＡに
よって工具交換可能な状態となる構成とされている。次
に、工具マガジン１０と主軸９との間で、工具Ｔを交換
する本実施例の工具交換装置ＴＣについて説明する。

【００１８】工具交換装置ＴＣは、アームＡ及び後述の
駆動軸を回転させる駆動軸モータ１５といった主軸台３
から露出している部分を除いて、主軸台３内部に組み込
まれている。図２は、工具交換装置ＴＣの縦方向の断面
図、図３（ａ）は横方向の断面図である。

【００１９】主軸台３の内部には、図２に示すように、
主軸台３に軸受け２１、２３を介して、駆動軸２５が回
転自在に軸支されている。一方、駆動軸２５の側方に
は、旋回軸３９が駆動軸２５に対して平行となるように
設けられている。駆動軸２５には、その上方の端部に駆
動軸モータ１５が接続され、回動されるようになってお
り、カム２７と、ギヤ３３とが設けられている。

【００２０】カム２７には、周縁部に円カム溝２７ａ、
２７ｂと、下方端面に平面カム溝２７ｃとが形成されて
いる。また、ギヤ３３は、円盤状のカム板２９ａ及び２
９ｂを有するパラレルカム２９の上方に設けられたギヤ
３１に接している。また、旋回軸３９には、下端にアー
ムＡが固定され、中程に周囲にスプラインを有するスプ
ライン部材４１が設けられ、さらに上方に円周溝４３ａ
が形成された円筒部材４３が設けられており、主軸台３
の上部及び下部に図示しないブッシュなどを介して該旋
回軸３９長手方向に往復可能に、且つ、該旋回軸３９周
りに回動可能に支承されている。

【００２１】そして、旋回軸３９は、図３（ａ）に示す
ように、レバー３７により坦持されている。つまり、レ
バー３７は、一端の支点３５によって主軸台３に回転自
在に固定され、中程の従動ローラ３７ａによって上記カ
ム２７の円カム溝２７ａに係合され、さらに他端の従動
ローラ３７ｂによって円筒部材４３の円周溝４３ａに係
合されており、結果として、旋回軸３９を坦持してい
る。

【００２２】また、図２に示すように、駆動軸２５が駆
動軸モータ１５により回転されると、レバー３７は、従
動ローラ３７ａが円カム溝２７ａに係合しているので、
円カム溝２７ａの形状に合わせて、支点３５を中心とし
て上下に揺動する。そして、旋回軸３９は、レバー３７
の従動ローラ３７ｂに係合しているので、レバー３７の
揺動運動に合わせて、鉛直方向へ往復運動を行う。

【００２３】また、上述のカム２７の平面カム溝２７ｃ
は、カム２７の下面図である図４（ａ）に示すように、
下面から見てほぼＤ字型に形成された溝であり、扇状レ
バー６５の従動ローラ６３ａが係合している。扇状レバ
ー６５には、ハウジング４９へ回動自在に固定された支
点６７と、弧の部分に形成されたギヤ６９とが設けら
れ、平面カム溝２７ｃの形状に従動ローラ６３ａが沿う
ことで、支点６７を中心にして揺動運動する。

【００２４】扇状レバー６５のギヤ６９は、図２に示す
ように、円筒部材５９の周縁部に設けられたギヤ５９ｂ
に接合している。円筒部材５９は、ハウジング４９へ軸
受け６１を介して回転自在に固定され、旋回軸３９を挿
通する挿通孔５９ａが形成されている。また、円筒部材
５９の挿通孔５９ａには、旋回軸３９のスプライン部材
４１が係合するスプラインが形成されている。そして、
この円筒部材５９は、扇状レバー６５のギヤ６９の揺動
運動を、ギヤ５９ｂにて受けて揺動する。

【００２５】また、上述のカム２７の円カム溝２７ｂに
は、レバー６３が係合する。レバー６３は、図３（ａ）
に示すように、一端に円カム溝２７ｂに係合する従動ロ
ーラ６３ａが設けられ、中程に両端を主軸台３へ回転自
在に固定された支点６３ｂが設けられ、他端に二股に分
かれており主軸９のリリースピン１３を押下するための
押下部６３ｃが形成されている。そして、レバー６３
は、駆動軸２５が回転すると、従動ローラ６３ａが円カ
ム溝２７ｂの形状に合わせて上下に揺動することから、
支点６３ｂを中心にして押下部６３ｃが従動ローラ６３
ａとは逆に上下に揺動する。従って、レバー６３の押下
部６３ｃは、下がっている際に主軸９のリリースピン１
３を押下する。

【００２６】また、上述のパラレルカム２９は、図２に
示すように、主軸台３に固定されたハウジング４９に、
軸受け５１、５３を介して軸支され、上記のように駆動
軸２５のギヤ３３に接するギヤ３１が設けられている。
そして、パラレルカム２９は、駆動軸２５の回転力を、
ギヤ３３を介してギヤ３１が受けて回転する。

【００２７】また、パラレルカム２９のカム板２９ａ及
び２９ｂが、タレット４５の各々４つ設けられた従動ロ
ーラ４５ａ及び４５ｂに接合している。タレット４５
は、上記の従動ローラ４５ａ及び４５ｂが設けられ、旋
回軸３９を挿通する挿通孔５７を有し、ハウジング４９
へ軸受け４７及び４８を介して旋回軸３９周りに回転自
在に固定されている。また、タレット４５の挿通孔５７
には、旋回軸３９のスプライン部材４１が係合するスプ
ラインが形成されている。

【００２８】そして、このタレット４５は、駆動軸２５
の回転力を旋回軸３９を伝達させて、旋回軸３９を旋回
運動させる。次に、旋回軸３９に固定されたアームＡに
ついて、側面図である図３（ｂ）及び下面図である図３
（ｃ）を参照しながら説明する。

【００２９】アームＡは、その中心が旋回軸３９に固定
され、両端部に工具Ｔを把持するための把持部７３、及
び把持部７３に把持された工具が抜けないようにするシ
ャフト７１が設けられている。把持部７３は、鈎状に形
成された部材であり、工具Ｔを把持することができる。

【００３０】シャフト７１は、アームＡの長手方向（矢
印Ｇ方向）に向かって付勢されており、さらに、アーム
Ａの旋回運動中に把持部７３から工具Ｔが抜け落ちない
ように上記の付勢方向に延びたまま固定されるロック機
構が付随されている。以上工具交換装置ＴＣの全体構成
が明らかになったところで、工具交換装置ＴＣの動作に
ついて説明する。

【００３１】工具交換を行うには、まず、アームＡが、
図３（ｃ）の２点鎖線Ｆに示すアーム待機位置から、実
線Ｈに示す工具交換位置まで移動して、アームＡの両端
にそれぞれ設けられた把持部７３へ、工具マガジン１０
と主軸９とに取り付けられた工具Ｔを把持させる（揺動
運動、第１行程）。そして、アームＡの工具Ｔの把持が
完了すると、旋回軸３９と共にアームＡは降下し（往復
運動、第２行程）、１８０度旋回する（旋回運動、第３
行程）。さらに、旋回軸３９と共にアームＡは上昇し、
把持部７３が把持した工具Ｔのそれぞれを、工具マガジ
ン１０と主軸９とに取り付ける（往復運動、第４行
程）。その後、アームＡは工具交換位置から、再びアー
ム待機位置まで移動して工具交換を完了する（揺動運
動、第５行程）。

【００３２】以下に上記の動作について詳しく説明す
る。まず、アームＡは、図２に示すように、旋回軸３９
が上死点まで上昇しており、旋回軸３９のスプライン部
材４１に、円筒部材５９がスプラインにて係合した状態
にある。そして、駆動軸２５の回転に伴って平面カム溝
２７ｃが回転すると、図４（ａ）に示す円筒部材５９に
接した扇状レバー６５は、図４（ｂ）の矢印Ｄに示す一
方向へ揺動する。すると、円筒部材５９と共に旋回軸３
９が揺動し、アームＡがアーム待機位置から工具交換位
置まで移動する。

【００３３】また、同時に駆動軸２５の回転に伴って円
カム溝２７ｂが回転することから、レバー６３が揺動
し、リリースピン１３を押下する。そして、主軸９は、
工具Ｔの保持を解除する。そして、アームＡが工具交換
位置にて、主軸９及び工具マガジン１０に取り付けられ
た工具Ｔのそれぞれを挟み込む。この際には、アームＡ
は、シャフト７１のロック機構が解除されているから、
工具Ｔを挟み込むことができる（第１行程）。

【００３４】次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝
２７ａが回転すると、レバー３７が揺動して、旋回軸３
９が上死点から下死点へ移動する。すると、旋回軸３９
の円筒部材４３が２点鎖線Ｂに示す下方位置に移動し、
旋回軸３９のスプライン部材４１が２点鎖線Ｃに示す下
方位置に移動してタレット４５のスプラインに係合す
る。この際には、アームＡは、シャフト７１のロック機
構が有効となり、工具Ｔをロックする。さらに、アーム
Ａは下降して主軸９及び工具マガジン１０のそれぞれの
工具Ｔを抜き取る。

【００３５】なお、図４（ｃ）に示すように、駆動軸２
５の回転に伴って平面カム溝２７ｃが回転するが、扇状
レバー６５は、アームＡが工具交換位置にある状態の時
から、移動せずそのままの位置を維持する。また、アー
ムＡが上死点まで戻ってくるまで、扇状レバー６５はこ
の位置を維持する（第２行程）。

【００３６】次に、タレット４５にスプライン部材４１
が係合しており、旋回軸３９が、駆動軸２５の回転に伴
って１８０度回転する。従って、アームＡの挟み込まれ
た工具Ｔのそれぞれは、互いに位置を入れ換える（第３
行程）。次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝２７
ａが回転すると、レバー３７が揺動して、旋回軸３９が
下死点から上死点へ移動する。すると、旋回軸３９の円
筒部材４３及びスプライン部材４１が上記とは逆に移動
し、スプライン部材４１が円筒部材５９のスプラインに
係合する。そして、アームＡは上昇して、工具Ｔのそれ
ぞれを主軸９及び工具マガジン１０へ差し込む。この際
に、アームＡは、シャフト７１のロック機構が解除され
るので、工具Ｔを離すことができる（往復運動、第４行
程）。

【００３７】次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝
２７ｂが回転すると、レバー６３が揺動し、リリースピ
ン１３の押下を解除する。そして、主軸９は、工具Ｔを
ロックする。また、ほぼ同時に追随するようにして、駆
動軸２５の回転に伴って平面カム溝２７ｃが回転するこ
とから、図４（ｃ）に示す扇状レバー６５は、図４
（ｄ）の矢印Ｅに示す上記とは逆の方向へ揺動する。す
ると、円筒部材５９と共に旋回軸３９が揺動し、アーム
Ａが工具交換位置からアーム待機位置まで移動する（第
５行程）。このようにして工具交換が完了する。

【００３８】以上に説明した本実施例の工具交換装置Ｔ
Ｃによれば、揺動運動及び旋回運動を行う構成として、
従来のローラギアカムといった揺動運動及び旋回運動を
一度に行う複雑な形状のカムに比べて、簡易な形状の平
面カム溝２７ｃを有するカム２７及びパラレルカム２９
を用いている。

【００３９】この結果、本実施例の工具交換装置ＴＣ
は、従来のようなローラギヤカムを用いなくともよく、
簡易な構成にすることができ、低コストで製造可能であ
る。また、旋回軸３９が、上死点に位置する際に円筒部
材５９及び扇状レバー６５を介して平面カム溝２７ｃと
係合して揺動運動し、下死点に位置する際にタレット４
５を介してパラレルカム２９と結合して旋回運動する構
成であり、従来とは異なり、一軸で構成されている。従
って、多様な動作を行う旋回軸３９の剛性が高く、しか
も、構成が簡易であるから、製造コストの削減も可能で
ある。

【００４０】なお、本実施例と請求項との対応をまとめ
ると、駆動軸モータ１５が原動機に、レバー３７が第１
伝達部材に、平面カム溝２７ｃがカム溝に、円カム溝２
７ａ及び平面カム溝２７ｃを有するカム２７が往復運動
用手段及び揺動運動用カムに、円筒部材５９及び扇状レ
バー６５が第２伝達部材に、タレット４５が第３伝達部
材に、パラレルカム２９が旋回運動用カムに、それぞれ
相当する。

【００４１】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこれに限らず、さらに種々なる態様にてこれを実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の工具交換装置ＴＣを備えたマシニ
ングセンタの概略を示す概略図である。

【図２】 本実施例の工具交換装置ＴＣの縦方向の一部
断面を示す断面図である。

【図３】 （ａ）は、本実施例の工具交換装置ＴＣの横
方向の断面を示す断面図、（ｂ）は、アームＡの側面を
示す側面図、（ｃ）は、アームＡの下面を示す下面図で
ある。

【図４】 本実施例のカム２７と扇状レバー６５の下面
を示す下面図である。

【符号の説明】

１５…駆動軸モータ、２５…駆動軸、２７…カム、２７
ａ、２７ｂ…円カム溝、２７ｃ…平面カム溝、２９…パ
ラレルカム、３７…レバー、３９…旋回軸、４５…タレ
ット、５９…円筒部材、６５…扇状レバー、ＴＣ…工具
交換装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの工具を着脱可能なアームが端部に
   設けられた旋回軸を、該旋回軸周りに回動及び該旋回軸
   長手方向へ往復させることで、スピンドルと工具マガジ
   ンとに支持された工具を交換する工具交換装置におい
   て、 原動機に接続され、前記旋回軸に平行に配置された駆動
   軸と、 前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第１伝
   達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記旋回軸の往
   復動力に変換する往復運動手段と、 前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第２伝
   達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記アームが前
   記スピンドル及び前記工具マガジンに支持された前記工
   具を保持する工具交換位置と該工具交換位置から所定角
   度離れたアーム待機位置との間を揺動するのに必要な揺
   動力に変換する揺動運動用カムと、 前記駆動軸に付設され、前記駆動軸の回転力を前記旋回
   軸に係合した第３伝達部材を介して前記旋回軸へ伝達す
   る旋回運動用カムとを備え、前記第２伝達部材は、前記
   旋回軸が一軸線上で往復する際の上死点にある場合に、
   前記旋回軸と係合し、前記第３伝達部材は、前記旋回軸
   が一軸線上で往復する際の下死点にある場合に、前記旋
   回軸と係合することを特徴とする工具交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の工具交換装置において、 前記揺動運動用カムが、前記駆動軸に設けられ、カム溝
   が形成された端面を有するカムであり、前記旋回運動用
   カムが、前記駆動軸に従動するパラレルカムであること
   を特徴とする工具交換装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の工具交換装置
   において、 前記第２伝達部材及び第３伝達部材が、前記旋回軸に形
   成されたスプラインを介して係合することを特徴とする
   工具交換装置。