JPS58120442A - 数値制御旋盤の自動工具交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は数値制御旋盤（以下、Ｎ　Ｃａｍということ
もある。）の自動工具交換システムに関するＯ 従来、ＮＣ旋盤の自動工具交換システムとしては、例え
ば第１図に示すように構成されたものが知ら゛れている
。すなわち、図示しない旋盤本体のペッド１上にサドル
２が図示しない主軸の軸線方向（２軸方向）に摺動自在
に設けられ、このサドル２上に自動工具クランプ装置３
が主軸の軸線と直交し、かつ水平方向（Ｘ軸方向）に摺
動自在に設けられている。また、工具（図示せず）が装
着された工具ホルダ４を所定の交換位置に搬送するため
の工具マガジン５がベッド１の一端部に隣接し工設けら
れておプ、自動工具クランプ装置３と工具マガジン５と
の間には、Ｘ軸および２軸にそれぞれ直交する方向（Ｙ
軸方向）、つｔ）上下方向く移動自在になされた工具交
換アーム６を備えたガイドバー７が旋盤本体に設けられ
てなるものである。

そして、工具が装着された工具ホルダ４を自動工具クラ
ンプ装置３と工具マガジン５との間で交換する場合、ガ
イドバー７を図示の状態から／ｌθ。

回転させ、工具ホルダ４の一側に設けられ九把持部４＆
を工具交換アーム６の把持溝６ａＫよって把持させると
ともに１一旦工臭交換アーム６を上動させて、再び／に
θ°回転させる。次に、工具ホルダ４の下端面が自動工
具り２ング懺置３のストッパー面３ａに当接するまで工
具交換アーム６を下動させ、自動工具り２ンプ装置３の
ガイド３ｂ。

３ｂと工具ホルダ４のガイド溝４ｂ、４ｂをそれぞれ係
合させるとともに、自動工具クランプ装置３のクランプ
バー３ｃを工具ホルダ４のＴｌ１４ｃに挿入する。その
後、クランプバー３ｃを自動工具クランプ装置３の内方
に移動し、これによって工具ホルダ４を自動工具クラン
プ装置３に強固憶しかもＸ軸、Ｙ軸、ｚ軸方向に精度よ
く固定するものである。

しかしながら、このような自動工具交換システムにあっ
ては、専用の工具交換アーム６を必要とする丸め、その
分旋盤本体の作業空間を狭くする上、懺置自体高価にな
る。また、工具マガジン５は工具ホルダ４を工具交換ア
ーム６が把持し得る位置に精度よく搬送する必要があシ
、このため工具マガジン５自体およびその制御懺置が複
雑となシ、さらに工具交換アーム６は最初の把持状態を
保つｉｔｔ工具ホルダ４を自動工具クランプ載置に取シ
付けるものであるから、工具ホルダ４の当初の位置精度
、つまり工具ホルダ４の工具マガジン５に対する前後左
右の位置および向き精度を向となり、工具の本数が多く
なるとその分為価になシ、自動工具交換システム全体の
費用が嵩むという問題がある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、旋盤本体
の作業空間を有効に利用することができ、しかも製造費
用の低減を図ることができる数値制御旋盤の自動工具交
換システムを提供することを目的とする。

この発明の特徴は、ワークのロード、アンロードを行う
自動加工物交換用ロボット（以下、ロボットという。）
に工具マガジンと刃物台との間で新旧工具の交換を行わ
しめるとともに、新工具を工具マガジンから刃物台に搬
送して交換する際に、その新工具を工具姿勢矯正載置に
一旦載置し、その姿勢を矯正するようにした点にある。

さらに、姿勢を矯正された新工具を再度ロボットが把持
した位置決め部材に新工具を当接せしめ１．正確に位置
決めするようにした点にある。

以下、そのような特徴を有するこの発明の一実施例にり
いて第一図ないし第７４を図を参照して説明する。なお
、この発明において工具マガジンとは、交換すべき新工
具を搬送する工具コンベア、あるいは多数の工具を収納
するもの等をいうものとする。

第一図および第３図は、この自動工具交換システムの全
体構成の一部を省略してそれぞれ示す側面図および斜視
図である。図中符号１１は旋盤本体で、この旋盤本体１
１は、加工素材１２を把持するチャック１３を有する主
軸１４と、自動工具クランプ装置１５を有するタレット
刃物台（刃物台）１６と、加工素材１２と加工完了品（
図示せず〕との交換を行うロボット１７とを鋏備してい
る。オ九、旋盤本体１１に隣接してその前方には、加工
素材１２をコンベアトレー１８を介して担持して循環し
、加工素材１２を加工物交換位置Ｐｓに搬送するコンベ
ア装置工９が設置されている。工具素材１２と加工完了
品との交換は、加工物交換位置Ｐｉにおいてロボツ）１
７によシ行われるようになっている。さらに、旋盤本体
１１とコンベア装［１９との間には、交換すべき新工Ｊ
２０ｍをコンベアトレー２１を介して担持して循環し、
新工具２０ｍを工具交換位置Ｐｓに搬送する工具コンベ
ア（工具マガジン）２２が設置されている。これら旋盤
本体１１、コンベア装置１９および工具コンベア２２は
通常の数値制御装置ｉｔ（図示せず）によって制御され
ている０以上の点は、従来の自動工具交換システムと同
様である。しかし、この発明の自動工具交換システムに
あっては、ロボット１７に工具コンベア上の新工具２０
ｍとタレット刃物台１６の１日工具２０ｂとの交換を行
わしめるプログラムが数値制御装置に組み込まれている
とともに、工具コンベア２２に工具姿勢矯正装置２３が
付設されている。

そして、新旧工具２０ｍ、２０ｂの交換を行う場合、タ
レット刃物台１６を割り出し回転させ、旧工具２０ｂを
工具交換位置Ｐｓに位置させる。次に１０ボツト１７に
よってｍ１Ｊｌｌ、２０ｂをタレット刃物台１６から取
り外し、工具コンベア２２上に載せたシ、あるいは工具
コンベア２２の隣接位置に廃棄用のシュータ（図示せず
）を配置しておき、そのシュータを介して廃棄する。次
に、工具交換位置Ｐ８に位置している新工具２０ｍをロ
ボット１７によって把持させ、その新工具２０ｍを工具
姿勢矯正装置２３に一旦載置してその姿勢、つまｂｘ軸
、Ｙ軸、ｚ軸の３軸方向の位置および向きを矯正させる
。位置を矯正され九新工具２０ｍをこのように、ヒの発
明の自動工具交換システムにあっては、四ボット１７に
工具交換を行わしめてｂるから、要用の工具交換位置を
必要とせず、従って旋盤本体１１の作業空間を効率的に
利用することができ、しかも費用が安価になる。ｉ九、
工具姿勢矯正装置２３によって新工具２０ａの位置精度
向上を図っているから、工具コンベア２２による新工兵
２０ｍの工具交換位置Ｐ３への搬送精度および新工具２
０ｍの工具コンベア２２に対する位置精度については、
あｔＣ高い精度を必要とせず、従って工具コンベア２２
自体およびその制御装置が簡単な亀のでよく、さらに工
具コンベア２２に新工具２０ａを精度よく取υ付ける九
めの特別の保持具を必要とせず、よシ一層製造費用を低
減することができる。

なお、工具コンベア２２については他の瀝式の工具マガ
ジンであってもよいこと紘勿論である。

ｔｉ、加工物交換位置Ｐｓ、工具交換位置Ｐ２および工
具姿勢矯正装置２３については、四ボット１７の搬送動
作の単純化を図るため、ロボット１７０回転子面上に位
置させるのが望ましい０さらに、この発明は上述のタレ
ット刃物台１６に代えて固定式の単一また紘複数の＜シ
臘刃物台であってもよい。

次に、このような自動工具交換システムに好適′＆―動
工具クランプ装置１５、ロボツ）１７および工具姿勢矯
正装置２３について説明する。

第ダ図および第５図は自動１異クランプ装置１５を示す
図で、タレット刃物台１俸の外周にはクランプペース１
５１ががルト（図示せず）Ｋよって固定されている。こ
のり２ンプベース１５１の先端面（第４１＠の左端面）
中央部には、加工位置に割り出し位置決めされた際に主
軸１４の軸線と直交し、かつ水平方向に延びるあり部１
５２が形成されている。このＴｏシ部１５２は、工具２
０ａ（Ｒｏｂ）に形成されたあ）壽２０１と同形状であ
るが、寸法は若午小さく形成され、工具２０ａ（ｚｏｂ
）がそのＴｏｊ＋＄２０１をあ９部１５２に着脱自在に
嵌合されるよう罠なっているＯｆ丸、あシ部１５２のｍ
個部中央の一部を分割して可動片１５３とし、タレット
刃物台１６の内外方向に移動自在に形成している。なお
、この可動片１５３の移動にりいては、カム装＃ｌある
いは油圧装置等で行えばよい。また、あ如部１５２の主
軸１４の軸線から遠ざかるＸ軸方向の端部には、ストツ
ノ（（位置決め部材）１５４が設けられておシ、これに
対応して工具２０ａ（２０ｂ）の−側部にはストッパ溝
２０２が形成されている。

そして、自動工具クランプ装置１５に折重具２０ｍを取
り付ける場合、ストッパ溝２０２の側面がストッパ１５
４に当接するまで折重具２０ｍのあシ溝２０１をあり部
１５２に嵌合して移動させ、これによって折重具２０ａ
のＸ軸方向の位置決めをする。次に、あり部１５２０分
割された可動片１５３をカム装置等によってタレット刃
物台１６の内方へ移動させる。すると、その可動片１５
３の６１面１５３ａがＴｏυ溝２０１の一方のあり面２
０１ａに当接し、さらにとの反力によってあり＄２０１
の他方のあり面２０ｉｂがあ９部１５２のあり面１５２
ａに当接し、Ｙ軸方向の位置決めが行われるとともに、
折重具２０＆の底面がクランプペース１５１の先端面に
当接し、２軸方向の位置決めが行われる。これによって
折重具２０ａがＸ、Ｙ、７３軸方向に位置決めされると
ともに、タレット刃物台１６に強固に堰り付けられる。

なお、旧工具２０ｂをタレット刃物台１６から取り外す
場合には、上記と逆の手順で行えばよく、その説明は省
略する。

次に、＃Ｉ６図を参照してロボット１７について説明す
る。図中符号１７１は手首で、本体部分に回転自在に設
けられている。この手１１７１の先端部には一対の把持
爪１７２．１７２を有するロボットハンド１７３がボル
ト１７４によって固定されている。このロボットハンド
１７３には把持爪１７２．１７２の開閉面中心線と軸線
を一致するようにして貫通孔１７５が明けられている。

この貫通孔１７５は手首１７１側から先端側に向かって
順次形成された、大径部１７５　ｍ、小径部１７５ｂお
よびばね座１７５ｃとからなる。また、貫通孔１７５に
はボルト状のブツシャ（抑圧部材）１７６がその軸線方
向に移動自在に挿入されている。このブツシャ１７６の
頭部とばね座１７５ｃとの間にはばね等の弾性部材１７
７が装着されており、これによってブツシャ１７６が先
端側（第６図の左側方向）Ｋ常時付勢されるとともに、
ブツシャ１７６の後端のねじ部に螺合されたナツト１７
８が大径部１７５ａの底面に当接されていもそ］７て、
このようなロボット１７によって折重４２０ｍをタレッ
ト刃物台１６の自動工具クランプ装置１５にＭＲシ付け
る場合、あシ溝２０１にあり部１５２を嵌合させ、スト
ッパ溝２０２の側面がストッパ１５４に当接するまで、
あるいはその直前まで移動させる。次に１把持爪１７２
．１７２を開き、さらにロボット１７を前進させる。す
ると、ブツシャ１７６の頭部が折重具２０ａの把持円筒
面に当接し、折重具２０ａが弾性部材１７７によってス
トッパ１５４に押圧される。押圧した状態で、自動工具
クランプ装置１５によって折重具２０ａをタレット刃物
台１６に強固に取り付ける。このように、折重具２０ｍ
は、弾性部材１７７の弾性力によって一定の力でストッ
パ１５４に当接せしめられた状態でタレット刃物台１６
に取り付けられるから、取如付は時に位置ずれを生じる
ことがなく、よシ一層正確に取り付けることができる。

なお、弾性部材１７７の押圧力については、ボルト１７
６が折重具２０ａＫ幽接した後のロボット１７の移動量
、あるいはボルト１７６に対するナツト１７８のねじ込
み量によって調節することができる。

次に、第７図から第７４を図を参照して工具姿勢矯正装
置２３について説明する。工具コンベア２２には、旋盤
本体１１側に央出する支持板２３１が取り付けられてい
る。この支持板２３１の上向には、３個以上（この実施
例においては９個）のパレット高さ調節台２３２が立設
されている。各パレット高さ調節台２３２は、ねじ機構
等によってその高さを調節し得るようになっている。各
パレット高さ調節台２３２の上面には、ボール２３３が
回転自在に装着されている。各ボール２３３の最上端は
一水平面上に位置させられている。！。

支持板２３１の上面にはばね２３４が接着等によって同
定されている。このばね２３４は７個でもよいが、３個
以上とするのがよい。そして、各ばね２３４の上端はパ
レット２３５に接着等によって固定されている０このパ
レツ）２３５ｔｉ、その上面に折重具２０ｍが載置され
ない状態においては、各ばね２３４によって支持され、
各ボール２３３から離間させられている。また、ノ（レ
ット２３５の上面には、２個一対の工具位置矯正ガイド
２３６．２３６が二対、第３図の上下方向に、折重具２
０ａのあり溝２０１が延びるべき方向に互いに離間して
ポルト２３７によって固定されている。この一対の工具
位置矯正ガイド２３６．２３６には、外側を向く面が傾
斜面２３６ａ、２３６ａになされ、これによって一対の
１臭位置矯正ガイド２３６，２３６の外側の差し渡し幅
が上端からるあり溝２０１の開口幅と同寸法になってい
る０さらに、パレット２３５の上面には、第１図の上下
方向に離間し九一対の工具位置矯正ガイド２３８゜２３
８がポル）２３９，２３９によって固定されている。こ
の工具位置矯正ガイド２３８は工具位置矯正ガイド２３
６と同形になされており、傾斜面２３８ａを内側に向け
て、つまり傾斜面２３８　ｍ　＋２３８１を対向して配
置され、しか屯これら工具位置矯正ガイド２３８，２３
８の下端は、あり溝２０１の各端部に接するようＫなっ
ている。

そして、ロボット１７によって工具コンベア２２から搬
送された折重具２０１の位置が予め定められた位置から
ずれている場合、折重具２０ｍの底面とあり＄２０１と
によって形成される稜線が工具位置矯正ガイド２３６′
りるいは２３８に当接し、パレット２３５が折重Ａ２０
ａ側に引き寄せられる。次に、把持爪１７２を開くと、
パレット２３５はばね２３４の弾性復元力によって元の
位置に復帰する。一方、パレット２３５上の折重具２０
ａは、その自重によって傾斜面２３６ＪＬ、２３８１Ｌ
を滑シ落ち、工具位置矯正ガイド２３６によってあり溝
２０１の向きおよびＸ軸方向の位置を、工具位置矯正ガ
イド２３８によって２軸方向の位置を、底面がパレット
２３５の上面に当接することによってＹ軸方向の位置を
それぞれ矯正される。

従って、たとえ工具コンベア２２による工具交換位置Ｐ
意への搬送精度および折重具２０ａの工具コンベア２２
に対する位置精度が多少悪くとも、折重具２０ｍの位置
が工具姿勢矯正装置２３によって矯正されるので、ロボ
ット１７によって折重具２０ａを、正確な取υ付は位置
精度が要求される自動工具クランプ装置１５にスムース
に取り付けることができる０ 次に、このような工具姿勢矯正装置２３を使用した場合
と使用しない場合とにおいて、ロボット１７による搬送
途中の折重具２０ｍの６Ｄ溝２０１および底面の基準設
定位置に対する変位量とをそれぞれ示すことにより、こ
の発明の有用性をよシ明らかにする。

第１／図はロボット１７による搬送途中における折重具
２０ａのｓｂ溝２０１の基準設定位置に対する変位量の
測定方法を示し、第７．２回置は工具姿勢矯正装置２３
を使用しなかった場合、第１２図（Ｂ）は使用し九場合
のあシ溝２０１の基準設定位置からの変位量をそれぞれ
示す。この図から明らかなように、工具姿勢矯正装置２
３を使用した場合、あシ濤２０１の左右両端部の基準位
置からの変位量には差がない。つ１ｋ）２りり溝２０１
の向きが正しいことがわかる。しかも、変位量自体も使
用しなかった場合に比して小さい。

また、第７３図はロボット１７による搬送途中における
折重具２０ａの底面の基準設定位置に対する変位量の測
定方法を示し、第１ダ図囚は工具姿勢矯正装置２３を使
用しなかった場合、第１１１図（Ｂ）は使用した場合の
折重具２０ａの底面の基準設定位置からの変位量をそれ
ぞれ示す、１工具姿勢矯正装置２３を使用しなかった場
合、最大変位量はθダ■を越え、バラツキ幅はａ６鴫を
越えている。この友め、交換すべき折重具２０＆を自動
１臭クランプ装置１５に取り付けることができないおそ
れがある。これに対し、工具姿勢矯正装置２３を使用し
た場合には、最大変位量はａθｊ＋ｗ＋であシ、はとん
ど無視し得る程度である〇なお、第１Ｓ図は工具姿勢矯
正装置２３の他の実施例を示すもので、ボール２３３上
に載置したパレット２３５と支持板２３１との間の四方
に水平方向に作用するばね２３４を設け、また工具位置
矯正ガイド２３６を一体に形成している。その他の構成
は前述した実施例と同様である。なおこの場合、隣接す
る二辺のばね２３４に代えて基準面を設け、他の二辺に
パレット２３５をその基準面に幽接するばね２３４を設
けてもよい。しかし、その場合にはロボッ）１７が折重
具２０ｍをパレット２３５に載置する位置を、ばね２３
４を弾性変形させる側に比較的大きくずらしておくこと
が必要である。

以上説明したように、この発１ｊｌＩＫよる数値制御旋
盤の自動工具交換システムによれば、従来７−りを搬送
している冒ボットを１臭搬送に使用しているから、専用
の工具交換装置を設置する必要がなく、従って旋盤本体
の作業空間を有効に利用することができ、製造費用の低
減を図ることができる。また、工具マガジンと刃物台と
の途中に工具姿勢矯正装置を設置しているから、工具マ
ガジン自体の位置精度および折重真の工具マガジンに対
する位置精度を高める必要がなく、従って工具マガジン
を安価に製造することができ、しかも工具マガジンに折
重具を精度よく保持するための特別の保持具を設置する
必要がなく、システム全体の製造費用の低減を図ること
ができる。さらに、ロボットの把持爪の開閉面中心線に
沿って進退可能に付勢された抑圧部材を設けた場合に娘
、折重具を刃物台によシ一層精度よく取シ付けることが
できる勢の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図線従来の数値制御旋盤の自動工具交換シ部省略側
面図、第３図はその一部省略斜視図、第９図は自動工具
クランプ装置を示す側面図、第Ｓ図はそのｖ−ｖ線矢視
図、第６図はロボットを示す一部省略平面図、第７図は
工具コンベア（工具マガジン）を示す一部省略斜視図、
第を図は工具姿勢矯正装置を示す平面図、第２図はその
ＩＸ−に線に沿う矢視断面図、第１θ図は工具姿勢矯正
装置の作用を説明するための図、第１／図はロボットに
よる搬送途中におけるあり溝の基準設定位置に対する変
位量の測定方法を説明する説明図、第７２回置は工具姿
勢矯正装置を使用しなかった場合のあり溝の基準設定位
置に対する変位量を示す図、＃Ｉ／λ図（Ｂｌは工具姿
勢矯正装置を使用した場合の第７２回置と同様の図、第
７３図はロボットによる搬送途中における折重真底藺の
基準設定位置に対する変位量の測定方法を説明する説明
図、第１グ図囚は工具姿勢矯正装置を使゛用しなかった
場合の折重具底面の基準設定位置く対する変位量を示す
図、第１１図（Ｂ）は工具姿勢矯正装置を使用した場合
の第１ｑ図囚と同様の図、第１ｊ図はこの発明の他の□
実施例を示す側面図である。 １１・・・・・・旋盤本体、１２・・・・・・加工素材
、１５・旧・・自動工具クランプ装置、１６・・・・・
・タレット刃物台（刃物台）、１７・・・・・・ロボッ
ト、１９・・・・・・コンペア載置、２０［・・・・・
折重具、２０ｂ・・・・・・旧工具、２２・・・・・・
工具コンベア（工具マガジン）、２３・・・・・・工具
姿勢矯正装置、１５４・・・・・・ストッパ（位置決め
部材）、１７２・・・・・・把持爪、１７６・・・・・
・ブツシャ（抑圧部材）０ 出願人池貝鉄工株式会社 へ ′、−ノ 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　自動加工物交換用ロボットと自動工具クランプ装置
   を有する刃物台とを装備し友数値制御旋盤と、前記ロボ
   ットによって搬送交換される加工素材および加工完了物
   を搬送するコンベア装置と、このコンベア装置とは独立
   して設置された工具マガジンと、工具の姿勢を矯正する
   工具姿勢矯正装置とを備えてな９、前記ロボットによっ
   て前記工具マガジンから所要の新工具を取シ出し、一旦
   前記工具姿勢矯正装置上に載置して新工具の姿勢を矯正
   し九後、再度前記ロボットによって搬送して前記刃物台
   の自動工具クランプ装置に姿勢を矯正　３された前記新
   工＾を装着させることを特徴とする　“数値制御旋盤の
   自動工具交換システム。 二　一対の把持爪の開閉面中心線に沿って進退可能に付
   勢され九押圧部材を有する自動加工物交換用ロボットと
   自動工具クランプ装置を有する刃物台とを装備し九数値
   制御旋盤と、前記ロボットによって搬送交換される加工
   素材および加工完了物を搬送するコンベア装置と、この
   コンベア装置と唸独立して設置され九工具マガジンと、
   工具の姿勢を矯正する工具姿勢矯正装置とを備えてなシ
   、前記ロボットによって前起工臭マガジンから所要の新
   工兵を取シ出し、一旦前記工＾姿勢矯正装置上に載置し
   て新工＾の姿勢を矯正した後、再度前記四ボットによっ
   て搬送して前記刃物台の自動工具クランプ装置に姿勢を
   矯正され九前記新工＾を装着させゐ・とき、前記ロボッ
   トの抑圧部材によって交換すべき前記新工＾を前記自動
   工具クランプ載置の位置決め部材に当接せしめることを
   特徴とする数値制御旋盤の自動工具交換システム〇