JPS5845837A - 自動工具交換方法及び装置 - 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】 本発明はマシニングセンタにおいて工具の自動交換時間
を短縮するための自動工具交換方法及び装置に関する。

　最近マ・シニングセンタに対してユーザはコストダウ
ンの激しい競争により稼動率向上の一環として工具交換
動作のよ・り高連化を要望しており、特に小型マシニン
グセンタにおいては切削時間が少ない割に工具交換の回
数が多いため０．１秒の時間短縮さえも全体では大きな
能率向上につながるとして交換時間の改善が強く値まれ
でいる。

しかし従来知られている例えば旋回形ツイーンアーム式
の交換アームを持つ自動工具交換装置はその工具交換時
のアームの動作は （イ）アーム待機位置から交換位置に旋回←）工具を把
持して抜き出し くハ）アーム１８０°旋回 に）交換した工具を挿入 −）アーム待機位置に旋回 の各動作が１動作の完了につづき順々に行なわれており
各動作の始めと終りのスローアップ・スローダウンの時
間が必ず必要なために工具交換時間が長くか−っていた
。　又時間を短縮しようと交換動作の速度を上げると各
停止時のショックにより工具が落下するおそれがある。

　それで安全の面からその速度に限界があって、現在で
は時間短縮もぎりぎりのところに来ており大きな進歩が
期待できなくなっていた。

そこで発明者は種々検討の結果アームの旋回軸方向の動
きと旋回の運動の変換点近傍を円弧運動で続けるように
することによって運動が滑らかになること、又テーパ形
式のシャンク部を有する工具（工具ホルダを含む）にお
いては工具が抜かれるに従ってシャンクとテーパ穴との
間の隙間が次第に大きくなり必ずしも抜き出す迄軸芯に
沿った直線運動を行なう必要のないことに想到したもの
であって、時間短縮を可能とする自動工具交換方法及び
装置を提供しようとするものである。

その第１発明は工具交換アームの軸方向の動きと旋回の
変換点近傍を円弧連動で連続した運動を行なわせる滑ら
かな運動で時間短縮できる自動工具交換方法である。　
第２の発明−はシャンクとテーバ穴との隙間の増す量を
交換アームの旋向運動蓋として与える。　即ちシャンク
をテーバ穴の壁面に沿って移動させこれにつづく旋回と
の間を円弧運動で続けて抜出しと旋回、旋回と挿入の動
作の切れ目をなくし動作の一部を互に重とうさぜ°て滑
らかな運動として交換速度をあげ、時間短縮を可能とす
る自動工具交換方法である。　第３の発明は第１の方法
を実施する装置であって工具交換アームを軸方向に移動
させる第１駆動装置と旋回させる第２駆動装置と、軸方
向の運動と旋回との変換点近傍を円弧運動となるように
第１駆動装置と第２駆動装置とを規制する手段を設けた
自動工具交換装置である。　第４の発明はＪＩ２の方法
を実施する装置であって工具交換アームを軸方向に移動
させる第１駆動装置と工具交換アームを旋回させる＃！
２の駆動装置と工具交換アームの旋回軸に設けたカムフ
ォロアと該カムフォロアと嵌合するカム溝を刻設し工具
交換アームの複合運動中の工員の移動軌跡を規制する円
筒カムと前記第１駆動装置とｊ１２駆動装置との作動時
機を制御する複数のリミットスイッチとよりなる自動工
具交換装置である。

以下本発明のツインアーム式に対する実施例を図面にも
とづき説明する。　１はマシニングセンタ機体に固着さ
れたブラケットで軸受２により旋回スプライン軸３を支
承している。　該スプライ・ン軸３には一端に該軸の旋
回角度に対応してブラケット１に設けたリミットスイッ
チ群ＬＳ１〜ＬＳ５を作動させる円板カム４ａ〜４ｅが
並列に固着されており、又後述のラックと噛合うビニオ
ン５がキー着されている。　６は前記スプラ、イン軸３
に嵌合する雌スプラインカラー７を固着した中空のアー
ム旋回軸でその一端には対称位置に工具Ｔを把持するツ
イーンアーム形式のアーム８が固着されている。　９は
機体に固定された外筒でアーム旋回軸６を旋回並びに軸
方向移動可能に支承している。　１０は外筒９に固着さ
れたアーム旋回軸６を軸方向に往復動させる流体圧作動
の工具抜出し挿入用シリンダでそのピストンロッド１１
端にはアームの旋回軸乙に軸方向には移動しないようス
ラスト軸受で支承され、且回動が可能に設けられた連結
腕１２が固着されている。　１３は外筒９に固着された
ブラケット１４に軸方向に摺動可能に軸承されたドッグ
杆で先端は連結腕に固着されており、アーム旋回軸乙の
上昇端・下降端を確認するとともに後述の旋回シリンダ
作動の信号を出すリミットスイッチＬＳ−６，ＬＳ　　
７を作動させるドック１５が固着されている。　１６は
外筒９の薄肉部とアーム旋回軸６との間に嵌装され外筒
９に固着された円筒カムでその内側に展開図で示した第
２図のような一連のカム溝１６ａ〜１６１　が刻設され
ている。　１７は雌スプラインカラー７の側面に設けら
れたカムフォロアで円筒カム１６のカム溝１６＆　に挿
入されておりアーム旋回軸６の軸方向の移動、並びに旋
回を規制する。　１８はブラケット１にスプライン軸６
と直角方向に設けられたアーム８の６４°旋回用流体圧
作動の第一旋回シリンダで＃！１ピストン１９が嵌装さ
れている。　この第１ピストン１９はアーム１８０°旋
回用の流体圧作動の第２旋回シリンダ１９′を兼ね第２
ピストン２０が嵌装されている。　２１は１１ｇ２ピス
トン２０のピストンロッドに刻設されたラックでビニオ
ン５と噛合い！１１・第２ピストンの組合わせ移動によ
ってスプライン軸は６４’、１８０°正逆転されアーム
８に必要なる交換動作を与える。

前記円筒カム１６のカム溝１６＆・１６１　はスプライ
ン軸に対して直角な平面内で刻設されており、交換アー
ムが図示しない主軸とレディステーションとの間にアー
ム８が位置する待機位置とアームが主軸とレディステー
ションを結ぶ位置にある交換位置との間の約６４°の旋
回角度のみを規制している◎　この間み動きは第１旋回
シリンダ機構によって与えられる。　カム溝１６ｂ・１
＜Ｓｈ　はそれぞれカム溝１６ａ・１６１　につづきス
プライン軸と平行に刻設されており、アーム旋回軸６を
真直ぐに軸方向移動させる範闘でこの間の動きは工具抜
出し　挿入用シリンダ１０によって与えられる。

１６ｃ・１６ｇ　　はそれぞれカム溝１６ｂ・１６ｈに
続いてスプライン軸に対し少し斜め即ち主軸及びレディ
ステーションのポットの工具挿入のテーバ穴の角度に等
しい角度のリードをもって刻設されており、アーム旋回
軸６は軸方向の移動に伴ない旋回される。　この移動は
工具抜出し挿入用シリンダ１０によって与えられる。　
カム溝１６ｄ・１６ｆはそれぞれカム溝１６ｃ・１６ｇ
　に続いて２６円の弧状に刻設されており、アーム旋回
軸６はカム７オロア１７が力＾溝で軸方向と旋回方向が
等しい量移動するよう規制され工具は円弧運動を行なう
。

そしてこの運動は工具抜出し挿入用シリンダ１０と１８
００の第２旋回シリンダ１９′の働きによって与えられ
る。　カム溝１６６　はカム溝１６＆・１６ｆの間をつ
なぎスプライン軸６と直角な平面内で一線に刻設されて
おり、アーム旋回軸６の旋回は第２旋回シリンダ１９で
与えられる。　図中Ａ矢印方向のカムフォロアの移動を
Ａモード旋回・Ｂ矢印方向のカム７オロアの移動即ち交
換アームが逆移動なりモード旋回として区別し工具交換
は交互のＡ、Ｂモードで実行される。

前記リミットスイッチ群ＬＳ−ｉ〜ＬＳ−７は工具交換
アーム８の位置確認及びソレノイド・機械の作動指令の
信号を発するよう円板カム４＆〜４ｅ及びドック１５と
関係づけられているものであって、ＬＳ−ｉは交換アー
ム８がＡモードの待機位置において円板カム４＆により
作動されオン信号を出す０Ｌ５−２は交換アーム８がＢ
モードの待機位置において円板カム４ｂの作動によりオ
ン信号を出す。

ＬＳ−３は交換アームが６４°旋回して工具交換位置か
ら軸方向に直線に移動している間即ちカム溝１６ｂ・１
６ｈ　に倣っている間円板カム４Ｇの作動によりオン信
号を出す。　ＬＳ−４はＡモードにおいて交換アームの
工具が軸方向移動からテーバ面に沿い始めて一部旋回と
工具シャンクが抜き出てから軸方向と旋回方向の円弧運
動の行なわれる間（Ｂモードはこの逆移動の間）円板カ
ム４ｄの作動によりオン信号を出す。　ＬＳ−５は同じ
くＢモードにおけるテーバ穴に入る迄の円弧運動とテー
バ面に沿っての一部旋回より軸方向移動の間（Ａセード
はこの逆移動の間）円板カム４ｅの作動によってオン信
号を出す。　ＬＳ　　６は交換アームが竪形の場合上昇
端領域即ち６４°旋回できるときにドッグ１５の作動に
よりオン信号を出す。　ＬＳ−７は同じく下降端領域即
ち１８０°旋回可能のときにドッグ１５の作動によりオ
ン信号を出す。

又第１旋回シリンダ機構はＡモードではＬＳ−７５゜Ｌ
Ｓ−１がオンのときアーム８が右旋回するように図示し
ないソレノイドの作動で圧力流体が送られ第１ピストン
１９を前進させ、又ＬＳ−７５，ＬＳ−３゜ＬＳ、−５
がオンで主軸とレディステーションの工具締め完了信号
が出たときアームが左旋回するようにソレノイドの作用
で第１ピストン１９が後退されアーム８を待機位置にお
く、ＢモードではＬＳ−７５，ＬＳ−２がオンのときア
ーム８が右旋回するようソレノイドの作動で第１ピスト
ン１９が前進され、又ＬＳ−６，ＬＳ−４，ＬＳ　　３
がオンで主軸とレディステーションの工具締め完了信号
が出たときアーム８が左旋回するようにソレノイドの作
動で第１ピストン１９は後退される。　そしてピストン
は常時どちらかに圧力流体で押圧されている。

第２旋回シリンダ機構はＡモードではＬＳ−７がオンの
ときアームを右旋回するようソレノイドの作動で第２ピ
ストン２０を前進させる。　Ｂモードでは後退させる。

　同様にピストンは常時どちらかに押圧されている。

工具抜出し挿入用シリンダ機構はＡモードではＬＳ−（
５，ＬＳ−３がオンで主軸及びレディステーションの工
具ゆるめ完了信号でソレノイドが作動しピストンロッド
１１を介してアーム８を下降させ、ＬＳ−３，ＬＳ−４
のオンの間引続き下降される。

又ＬＳ　　５がオンでソレノイドが作動しアーム８は上
昇させられＬＳ−３，ＬＳ−５の間続けられる。

ＢモードではＬＳ−６，ＬＳ−３のオンでソレノイドが
作動しアーム８は下降させられ、ＬＳ−６，ＬＳ　−５
のオン間引続き下降される。　又ＬＳ−４のオンでソレ
ノイドの作動でアーム８は上昇させられＬＳ−４，ＬＳ
−３のオンの間上昇される。　同様にピストンは常時ど
ちらかに押圧されている。

次に本発明の詳細な説明する。　工具交換アーム８はＡ
モードで実行される状態の待機位置にある。

そこで工具交換指令が出されると、図示しない主軸は交
換位置の位置決めと主軸の割り出しが行なわれる。　こ
の完了信号と既にドッグ１５及び円板カム４ａによって
ＬＳ−６，ＬＳ−１から出力されているオン信号とによ
って第１旋回シリンダ１８に圧力流体が送られ第１ピス
トン１９が後退位置にある第２ピストン２０を伴なって
前進し、ラック２１と噛合うビニオン５１スプライン軸
６の回転が雌スプライン力Ｌ７を介してアーム旋回軸６
゜７−ム８に伝達され待機位置から約６４°右旋回させ
る。　このときカム７オロア１７はカム溝１６ａ内を旋
回移動するのみで規制をしない。　旋回完了しアーム８
は主軸及びレディステーションの工具Ｔを把持するとと
もに円板カム４ｃ、４ａによってＬＳ−４，ＬＳ−６の
オンによりＬＳ−６のオンに加えられた旋回完了信号に
より主軸及びレディステーションの工具の締結を解除し
、ゆるめ、完了信号によって工具抜出し挿入用シリンダ
１０に圧力流体が送られ、ピストンロッド１１が下降し
連結板１２を介してアーム旋回軸６、アーム８が下降さ
れるがこの時カムフォロア１７はカム溝１６ｂ　に倣っ
て旋回軸と平行に下降し、カム溝１６Ｃに入って工具シ
ャンクはテーバ穴の壁面に沿って下降するようにアーム
旋回軸６はカム溝１６Ｃのリードにより旋回される。　
工具シャンク先端が主軸及びレディステーションから一
部は切った位置でアーム旋回軸６とともに下降したドッ
グ杆１３のドッグ１５がＬＳ−７をオンにしこの信号で
ソレノイドを作動させ第２旋回シリンダ１９′に圧力流
体が送られて第２ピストン２０が前進させられラック２
１がビニオン５、スプライン軸６、雌スプラインカラー
を介してアーム旋回軸６、アーム８を右旋回させる。　
この旋回と軸方向の移動がカムフォロア１７をカム溝１
６ｄに倣って円弧運動させ、アーム８の運動方向の切換
え増速が滑らかに行なわれる。　円弧運動の終りでＬＳ
−４がオフになりカム７オロア２１がカム溝１６ｅ　に
倣って１８０°の旋回のみとなり減速域に入り円板カム
４ｅによりＬＳ−５がオンされ工具抜出し挿入シリンダ
１０に圧力流体が送られアーム旋回軸６が上昇させられ
第２旋回シリンダ１９′の作用とでカム７オロア２１は
カム溝１６ｆに倣って円弧運動して旋回から上昇に移り
は讐１８０°旋回した工具の挿入位置において、ドッグ
１５はＬＳ−７をオフとし軸方向の動きのみでカムフォ
ロア１７はカム溝１６ｇのリードに倣ッて上昇、工具シ
ャンクはテーバ穴の壁面に沿って僅かに旋回しながらカ
ム溝１６ｈに入って円板カム４ＣがＬＳ　　５をオンと
し、アーム旋回軸６は直線上昇する。　交換アーム８が
上昇端に位置しドッグ１５がＬＳ−６をオンとした時点
で工具が主軸及びレディステーションのテーバ穴に挿入
すれる。　ＬＳ−５，ＬＳ−５に加えてＬＳ−７５のオ
ン信号で主軸及びレディステーションに挿入された工具
は締結される。　この締結完了信号により第１旋回シリ
ンダ１８に圧力流体が送られ第１ピストン１９は後退し
前進端のラックを後退させ、アーム旋回軸６を約６４°
左旋回させ円板カム４ｂがＬＳ−２位置する。

交換された工具での加工が完了し工具交換指令で主軸が
交換位置に位置決め割り出しされ、位置決め完了信号に
よって工具交換は第４図のシーケンス図のようにＢモー
ドで実行される。　なお前記説明においては工具シャン
クがテーバ穴から抜は出たところから円弧運動させたが
穴から抜は出る手前から円弧運動に入ることもできる。

　又テーバ穴形式に限らずストレートシャンク形式にお
いてもシャンクが穴から抜は出たところから円弧運動に
入ることができ相当の効果を有する。　更にジングルア
ー人形式にもこの発明を採用することは勿論可能である
。

以上詳述したようにこの発明は交換アームを旋回させて
工具を交換時工具装着穴から工具を抜出な動きとなり高
速化して交換時間を短縮することができる。　又工具シ
ャンク部及び主軸ノーズ穴がテーバ形状をしているもの
においては工具の抜傍を円弧運動させたのでアームの交
換動作距離が短かくなり動作時間を一層短縮することが
できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は工具交換アームの縦断面図 第２図は円筒カムの展開図 第６図は工具の抜出し軌跡図 第４図は工具交換アームのシーケンスを示す図である。 ６・・・スプライン軸　　４ａ〜４ｅ・・・円板カム　
　５・・・ビニオン　　６・・・アーム旋回軸　　７・
・・雌スプラインカラー ８・・・アーム　　１０・・・工具抜出し挿入用シリン
ダ　　１２・・・連結板 １６・・・ドッグ杆　　１５・・・ドッグ１６・・・円
筒カム　　１６＆〜１６１・・・カム溝１７・・・カム
７オロア １８・・・第１旋回シリンダ １９・・・第１ピストン １９′・・・第２旋回シリンダ ２０・・・第２ピストン ２１・・・ラック ゝ・−一Σゾ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）自動工具交換装置を有するマシニングセンタにお
   いて、工具が交換されるときに工具が抜き出されて交換
   の旋回動作に入る運動の切換位置近傍の軸方向直線運動
   から旋回運動に移る運動並びに交換の旋回動作が終って
   工具が挿入される運動の移る運動の真運動を重とうさせ
   て工具に円弧運動具交換方法。 部がテーパ形状をなしていて主軸に装着される工交換の
   旋回運動とを順次連続してさせることを特とする自動工
   具交換装置。 （４）自動工具交換装置を有し、工具シャンク若しくは
   工具ホルダのシャンク部がテーバ形状のマシニングセン
   タにおいて、工具交換アームに工具を置と１工具交換ア
   ームの旋回軸に一体のカム７オシアと、該カム７オロア
   を嵌合するカム溝を有し工具の移動軌跡を規定する円筒
   カムと、前記第１駆動装置と第２駆動装置の作動時機を
   規制する腹数のリミットスイッチとを含んでなる自動工
   具交換装置。