JPS60228048A - 工具交換装置付工作機械 - 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】 本発明は工具交換装置付工作機械に関し、特に生産ライ
ンに設けられる工具交換装置付工作機械に関するもので
ある。

従来複数のカッターをアーバで支持する重量物工具を扱
う工具交換装置として最適なものはなく重量物を支持す
るためにはアームの剛性を持たせると共にグリッパの把
持力を強固にするために大形化し、余分な動力源を必要
としていた。このためエネルギーロスや干渉問題が起る
欠点が生じていた。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の
目的は工具交換装置の動作位置として待避位置と工具交
換位置と旋回位置の３位置を設けることにより狭いスペ
ースで干渉問題やエネルギーロスを生じることなく重量
物工具を対象として異種工具との工具交換及び工具破損
、工具摩耗時における工具交換を可能とし、専用機のＦ
ＭＳ化に適した工具交換装置付工作機械を提供すること
にある。

本発明は上記の目的を達成するため、工具の一端を着脱
自在に保持する主軸を回転可能に支承し且つワークに対
し相対移動自在の主軸ヘッドと、前記工具の他端を主軸
の軸線方向に着脱自在に軸支すると共に該主軸の軸線方
向に移動自在のアーハサポートブラケソトと、前記主軸
ヘッドに沿って前後移動自在であって工具交換位置と該
工具交換位置よりも後方の待避位置と前記工具交換位置
よりも前方の旋回位置とをとる工具交換装置の本体と、
該本体に装着されて前記主軸の軸線に平行な方向に移動
自在であると共に該主軸の軸線に平行な回転軸線のまわ
りに旋回自在であって前後方向を向く中立位置と該中立
位置から右に９０度旋回した位置と前記中立位置から左
に９０度旋回した位置とをとる工具交換用のアームと、
該アームの両端において前記工具を把持可能なグリッパ
とを有することを特徴とする工具交換装置付工作機械と
いう構成をとる。

以下本発明の実施例について図面に基づいて説明をする
。第１図は生産ラインに設けられた本発明の一実施例に
係る工具交換装置付工作機械ｌの全体概要図を示す正面
図、第２図は第１図の■矢視平面図である。該工作機械
１においてヘッド２上にヘース３が載設され、該ヘース
３の具備するＺ方向のガイド４にはコラム５がＺ方向移
動自在に載置されている。該コラム５の正面に具備する
Ｙ方向のガイド６にはサドル７がＹ方向移動自在に案内
され、該サドル７は左右一対の主軸ヘッド８．８を具備
している。

第３図は第２図のｎｒ−ｍ線断面図である。第３図は前
記左右一対の主軸ヘッドのうち左の主軸ヘッド８につい
て内部構造を示すものであるが、右の主軸ヘッド８は左
の主軸ヘッド８と同一の構造とすることができるから、
右の主軸ヘッド８について内部構造の図示を省略する。

主軸ヘッド８の内部には主軸９及び回転軸１０が回転可
能に支承されている。該回転軸１０には歯車１１．１２
が一体回転可能に嵌合され、また前記主軸９には該歯車
１１に噛合する歯車１３が一体回転可能に嵌合されてい
る。主軸９は駆動用のモータＭによりヘルド伝動装置１
５（第１図及び第２図）並びに前記歯車１１，１２．１
３を含む歯車装置を経て回転駆動される。該主軸９に装
着されるべき工具の一例としてサイトカッター１６は、
アーム１７の一方端に溝をなす把持部１８付きのフラン
ジ部１９及びテーバシャンク２０と他方端に甥子部２１
を設け、アーム１７に任意長のスペーサ２２゜２３及び
スペーサを兼ねるスリーブ２４を介装したカッター２５
．２６を着脱自在にキー２７を介して嵌合し、前記アー
ム１７の甥子部２１に螺合したナンド２８の締付力によ
りカッター２５゜２６をアーム１７に固定するものであ
る。該サイドカッター１６の前記スリーブ２４は、前記
主軸ヘッド８に取付けられたガイド２９にＹ方向移動自
在に案内されるアーバサポートブラケノト３０に設けた
軸受３１に嵌合支持されている。前記主軸ヘッド８には
アーバサポートブラケノト移動用の油圧シリンダ３２が
取付けられ、該油圧シリンダ３２のロッド３３は前記回
転軸１０の回転を許容しながら該回転軸１０及び主軸ヘ
ッド８を貫通し、該ロッド３３の先端の甥子部３４は前
記アーバザポートブラケソト３０に螺合している。また
サイドカッター１６の前記テーバシャンク２０は、前記
主軸９に設けたテーバ孔３５に嵌合している。

主軸９には貫通孔３６が設けられており、該貫通孔３６
内に工具緊締用のバー３７が軸方向移動自在に挿入され
ている。該バー３７の一方端には甥子部３８が螺設され
、該甥子部３８は前記サイドカッター１６のアーム１７
の他方端に螺設した螺子孔３９に螺合している。前記バ
ー３７の他方端にはスプライン４０が設けられ、該スプ
ライン４０は、主軸ヘッド８の上方に取付けられた工具
着脱用のモータ４１の出力軸に、軸方向移動自在且つ回
転伝動可能に係合している。バー３７の中間部にはフラ
ンジ４２が設けられており、該フランジ４２の後方に備
える軸受４３と主軸９との間にはコイルスプリング４４
が介装され、該コイルスプリング４４は前記バー３７を
サイドカッター１６に向けて付勢している。またフラン
ジ４２の前面と主軸９との間には当て板４５．４６を介
して前記コイルスプリング４４よりもばね係数の大きい
皿ばね４７が介装され、該皿ばね４７はサイドカッター
１６を主軸９内に引込む付勢力を発生する。４８は、主
軸に工具を装着していない状態において当て板４６が当
接することによりバー３７の軸方向の位置決めをなす主
軸９の貫通孔３６の肩部である。４９は、主軸９の主軸
端５０に固着されてサイドカッター１６のフランジ部１
９の切欠溝５１に係合するキーである。

第１図において、ヘッド２上には工作機械１と該工作機
械１の前後に設けられた他の専用工作機械又は計測装置
若しくは洗滌装置等とを結ぶワーク搬送装置５２が設け
られている。該ワーク搬送装Ｗ５２は、工作機械１の前
方位置でヘッド２上にベース５３が載設され、ベース５
３に設けられたレール５４に案内されながらワーク搬送
用パレット５５が一端を駆動源に接続されたトランスフ
ァーバー５６によりワーク搬送路５７に沿って移動可能
である。５８は、ワーク搬送用パレット５５が工作機械
ｌに対応する位置に来たとき該ワーク搬送用パレット５
５を位置決めするロケートピンである。５９は該ワーク
搬送用パレット５５に取付けられたワークを示す。

次に工具交換装置６０について説明をする。第４図は第
２図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は第４図の■−Ｖ線
断面図である。本工作機械１は、前記左右一対の主軸ヘ
ッド８．８に対応して、左右一対の工具交換装置６０．
６０を有する。第４図及び第５図は右の工具交換装置６
０について構造を示すものであるが、左の工具交換装置
６０は右の工具交換装置６０と対称の構造とすることが
できるから、左の工具交換装置６０について詳細な図示
を省略する。前記コラム５の側壁にはガイドレール６１
がＺ方向に取付けられており、該ガイドレール６１には
工具交換装置の本体であるブロック６２に取付けたガイ
ド部材６３．６３が係合して案内されている。該ブロッ
ク６２の後方位置において前記コラム５には３ポジシヨ
ンをとり得る油圧シリンダ６４が固着されており、該油
圧シリンダ６４のピストンロッド６５の先端には前記ブ
ロック６２が取付けられている。該ブロック６２にはＹ
方向の貫通孔６６が穿設されている。該貫通孔６６の上
部にはブシュ６７が嵌合され、該ブシュ６７の外周螺子
部に螺合するナツト６８はボルト６９にてブロック６２
に対し回り止めされている。該ブシュ６７の上部には油
圧シリンダ７０が装着され、該油圧シリンダ７０の備え
るピストン７１の上下に構成されている油室７２．７３
には、ボー）７４．７５を経て圧油が供給される。

また該ピストン７１に固着したピストンロンドア６は油
圧シリンダ７０を下方に油密に貫通し、該ピストンロン
ドア６の下端に設けた螺子部７７には旋回軸７８の上端
部が螺合されている。該旋回軸７８は、前記ブシュ６７
と、前記貫通孔６６の下部に嵌合固着されたブシュ８Ｉ
とに昇降動自在且つ回転可能に嵌合している。該旋回軸
７８の軸方向中央部分にはピニオン７９が嵌合すると共
にキー８０にて回り止めされており、該ピニオン７９に
は前記ブロック６２に内臓した３ポジシヨンをとり得る
油圧シリンダ８２　（図示省略）のランク付きピストン
８３のランク部８４が噛合している。該ピニオン７９は
ピストン７１の作動によるピストンロンドアＧの昇降動
の全範囲に渡って該噛合を維持し得る長さを有する。該
ピニオン７９は、前記油圧シリンダ８２が３ポジシヨン
をとることにより、中立位置と該中立位置から左又は右
に９０度旋回した位置とをとり得る。８５は、ブロック
６２に螺合されて、前記ピストン８３のラック部８４の
背面に設けた溝８６に係合する回り止め用の棒先ねじで
ある。また８７は、前記ピストン７１が下降位置をとる
とき前記油圧シリンダ８２の駆動により前記旋回軸７８
と共に一体的に設けられた軸７６がピストン７１に対し
回転する場合に、該ピストン７１と軸７６の段部の間に
介在する軸受である。８８は、前記ピストン７１が上昇
位置をとるとき前記旋回軸７８が旋回する場合に、該旋
回軸７８とブシュ６７及び油圧シリンダ７０の下端との
間に介在する軸受である。

前記旋回軸７８は下端に大径部８９を有し、該大径部８
９にはプレー）９０．９１及びツインアーム式の工具交
換用のアーム９２が、旋回軸７８と一体回転をするよう
に固着されている。アーム９２の取付けられている方向
は、前記ピニオン７９が中立位置をとるときアーム９２
が中立位置即ちＺ方向に平行な方向に位置するものであ
る。

またアーム９２の取付は高さは、前記ピストン７１が上
昇位置をとるとき該アーム９２が主軸９に装着された工
具の把持部１８と同一水平面上に位置するものである。

該プレート９０．９１及びアーム９２には、旋回軸７８
の回転軸線まわりに円周上２等配の位置で、Ｙ方向に且
つ相互に同一軸線上に孔９０ａ、９１ａ、９２ａが穿設
されている。該孔９０ａ、９１ａ、９２ａ内には係止軸
９３がＹ方向に軸方向移動自在に嵌合しており、該係止
軸９３はスプリング９４により上昇位置に付勢されてい
る。該係止軸９３の下端部には螺子部９５が設けられ、
該螺子部９５にはナツト９６が螺合しており、該ナツト
９６は係止軸９３の下端面に螺合したポルト９７により
緩み止めされている。ナンド９６は手動にてこれをつま
んで係止軸９３を引下げることができるものである。９
８は、プレート９０に螺合され且つ係止軸９３の溝９９
に係合して、係止軸９３がプレー１〜９０゜９１及びア
ーム９２に対して一定範囲内で軸方向移動をすることを
許容しながらプレート９０゜９１及びアーム９２に対す
る係止軸９３の相対回転を規制する棒先わしである。前
記ブシュ８１には、アーム９２が前記中立位置がら右又
は左に９０度旋回した位置をとるとき、主軸−・ノド８
側に位置する係止軸９３の上端面に対向する位置に当接
面１００と、他方の係止軸９３の上端面に対向する位置
に切欠き１０１を有する。該当接面１００は、前記ピス
トン７１が下降位置をとるとき係止軸９３から隔離する
ことにより係止軸９３がアーム９２に対する上昇位置を
とることを許容し、且つ前記ピストン７１が上昇位置を
とるとき係止軸９３をアーム９２に対する下降位置まで
押し下げるものである。また前記切欠き１０１は、前記
ピストン７１が下降位置と上昇位置のいずれをとったと
きでも、係止軸９３がアーム９２に対する上昇位置を取
ることを許容する。

アーム９２は両端部の対称位置に一対のグリッパを有す
る。両グリッパを区別するため、アーム９２が旋回の中
立位置をとるとき後方即ち油圧シリンダ６４に近い側に
位置するグリッパをＡとし、前方即ち油圧シリンダ６４
から遠い側に位置するグリッパをＢとする。アーム９２
ば、その各先端部に、サイドカッター１６のフランジ部
１９の把持部１８を受ける凸部１０２と、キー１０３を
有する。アーム９２は、各凸部１０２に対応して、係止
軸９３の軸心に直交する方向に孔１０４を有する。該孔
１０４内には工具緊締用のロッド１０５が軸方向移動自
在に嵌合している。該ロッド１０５の一方端はアーム９
２の前記凸部１０２例外方に臨み、ロッド１０５の一方
端には工具に対するストッパー１０６が取付けられ、該
ストッパー１０６はサイドカッター１６に接触するため
の円弧面１０７を有する。該ロッド１０５はスプリング
１０８によりストッパ１０６がサイドカンタ−１６を押
圧する方向に付勢されている。

１０９は、アーム９２に螺合され且つロッド１０５の？
ａｌｌＯに係合して、ロッド１０５がアーム９２に対し
て一定範囲内で軸方向移動することを許容しながらアー
ム９２に対するロッド１０５の相対回転を規制する棒先
わしである。ロア　１”　１０５の端部には、第４図に
おいてスプリング９４の付勢方向に対向する向きの傾斜
面ＩＩＩが形成されている。係止軸９３の側面にはロッ
ド１０５の該傾斜面Ｉｌｌに対応する１頃斜面１１２が
形成されている。係止軸９３には、また該傾斜面１１２
の１−、方に隣接する位置に、該係止軸９３がピストン
７１の作動によりスプリング９４の付勢力に抗して押し
込まれ下降位置をとったとき、前記ロッド１０５の軸心
の延長線上に位置してロッド１０５がスプリング１０８
の付勢力に抗して軸方向に押し込まれることを許容し得
る穴１１３が穿設されている。以上がアーム９２におい
てサイドカッター１６を把持しまた解放するための構造
である。

次に本発明の実施例に係る工具交換装置付工作機械１の
作用について主に第６図を参照しながら説明をする。ワ
ーク搬送路５７に沿ってワーク５９が搬入される際各工
具交換装置６０のブロック６２及びアーム９２は待避位
置１１４に位置している。加工位置に搬入されたワーク
５９が工作機械１に装着されている工具即ちサイドカッ
クー１６により加工されている間、前記アーム９２は、
待避位置１１４においてアーム９２の一方のグリッパ即
ちグリッパＡに、次に加工に使用すべき工具即ちサイド
カックー１６が装着され且つ他方のグリッパＢに工具が
装着されない状態で、旋回の中立位置をとると共に上昇
位置をとって待機している。工作機械１に装着されてい
るサイドカッター１６による加工が終了して工具交換を
行なう場合には次のようにする。まず油圧シリンダ６４
の作動により工具交換装置６０のブロック６２及びアー
ム９２を主軸の軸線１１６に対応する位置即ち工具交換
位Ｗ１１５まで第６図の■で示すように前進移動させる
。次に油圧シ１クンダ８２の作動によりアーム９２を第
６図の■のようにグリ、バＢが主軸の軸線１１６に向か
う方向に９０度旋回させる。グリッパＢが主軸９に装着
されているサイドカッター１６の把持部１８に衝接し、
このとき係止軸９３はブシュ８１の当接面１００により
押し下げられているので、グリッパＢのストッパー１０
６はアーム９２の回転力に基づいてサイドカッター１６
により押し込まれてサイドカッター１０６の通過を許容
し、サイドカッター１０６がグリッパＢ内に係合すると
アーム９２の回転が停市すると共にスプリング１０８の
付勢力によりストッパー１０６がサイドカッター１１１
６に押圧係合する。次に油圧シリンダ３２の作動により
アーバサポートブラケソト３０を第６図■のように第３
図の鎖線で示す下降位置まで移動させる。次にモータ４
１の作動によりバー３７とサイドカッター１６との螺合
を解いた後、油圧シリンダ７０の作動によりアーム９２
を第６図■のように下降位置まで移動させる。このとき
係止軸９３はブシュ８１の当接面１００から解放されて
アームに対する上昇位置をとるのでロッド１０５を係止
し、従ってサイドカッター１６はグリ・ツバＢにより安
全に把持されると共に、サイド力・ツタ−１６は第３図
の鋭線で示す位置まで下降して主軸９から抜脱される。

次に油圧シリンダ６４の作動により工具交換装置６０の
ブロック６２及びアーム９２を主軸ヘッド８の前方に突
出する位置即ち旋回位置１１７まで第６図■に示すよう
に前進移動させる。

次に油圧シリンダ８２の作動によりアーム９２を第６図
■のように１８０度旋旋回せると、グリッパＡが主軸側
に位置する。次に油圧シリンダ６４の作動により工具交
換装置６０のプロ・ツク６２及びアーム９２を工具交換
位置１１５まで第６図■のように後退移動させると、グ
リッパＡに把持されたサイドカッター１６が主軸の軸線
１１６上に位置する。次に油圧シリンダ７０の作動によ
りアーム９２を第６図の■に示すように上昇位置まで移
動させる。このときグリッパＡに把持されたサイドカッ
ター１６は第３図の実線で示す位置まで上昇して主軸９
に挿入されると共に、係止軸９３はブシュ８１の当接面
１００により押し込まれてロッド１０５の係止を解く。

次にモータ４１の作動によりバー３７をサイドカッター
１６に螺合せしめた後、油圧シリンダ３２の作動により
アーバサポートブラケノト３０を第６図■のように上昇
位置まで移動させると該サイドカッター１６は工作機械
１に装着される。次に油圧シリンダ６４の作動により工
具交換装置６０のブロック６２及びアーム９２を旋回位
置１１７まで第６図［相］のように前進移動させると、
ストッパ１０６が工作機械１に装着されたサイドカッタ
ー１６により押し込まれるので該サイドカッター１６は
グリッパＡから離脱する。次に油圧シリンダ８２の作動
によりアーム９２を第６図■のように９０度旋回させて
中立位置に戻す。次に油圧シリンダ６４の作動により工
具交換装置６０のブロック６２及びアーム９２を待避位
置１１４まで後退移動させる。以上により工具交換が終
了し、工作機械１に装着されたサイドカッター１６によ
りワークの加工が行なわれる。

この加工が終了した後に行なう工具交換の手順としては
次の２方法がある。第１の方法は待避位置１１４にある
アーム９２において前方に位置するグリッパ即ちグリッ
パＢに装着されている使用済みの工具を取外すと共に、
後方に位置するグリッパ即ちグリッパＡに次に加工に使
用すべき工具を装着して待機し、工具交換時には上記に
説明をした第６図■から＠までと同一の手順をとるもの
である。この方法は工具交換時においてとる手順が常に
一定であるから、この手順を工作機械に備える数値制御
装置の制御下で自動的に行なうことが容易であるという
利点がある。また次に使用する工具を常にグリッパＡ即
ち待避位置にあるアームの後部に位置するグリッパに装
着するから、工具の装着作業を人手により行なう場合に
は加工位置から遠いので危険が少なく、工具の装着作業
を他の装置により自動的に行なう場合には該装置の干渉
問題を容易に解決することができ、更に次に使用する工
具に切粉やクーラントが付着する虞が少ないという利点
もある。

第２の方法は、待避位置１１４にあるアーム９２におい
て前方に位置するグリッパ即ちグリ。

パＢに次に加工に使用すべき工具を装着して待機し、工
具交換時には上記に説明をした第６図■から＠までとは
逆の手順で且つ逆の動作を行うものである。この工具交
換により工作機械に装着された工具で加工を終えた後部
に工具交換を行なう場合には、逆の動作を行なう。即ち
次に加工に使用すべき工具を再びグリッパＡに装着して
待機し、工具交換時には上記に説明をした第６図■から
＠までと同一の手順をとり、その後の工具交換は同様に
前回の工具交換とは逆の動作をとるものである。この方
法は特に、該工作機械を含む生産ライン全体の作業計画
の観点から、該工作機械において各工作物について２種
の工具による加工を行なうため該２種の工具を交互に交
換する場合に、待避位置にあるアームのグリッパＢから
グリッパＡに工具を移す作業を要しないという利点があ
る。

本発明は以上の構成をとるものであり、以下に説明をす
るように優れた効果をもたらすものである。

■工具交換用のアームは、工具交換装置の本体が主軸ヘ
ッドに沿って前後移動するに連れて待避位置と工具交換
位置と旋回位置とをとり、且つ中立位置と左右の旋回位
置に旋回自在であるから、待避位置を加工位置より後方
に離れた位置に設けることができる。従って待避位置に
あるアーノ・において工具に切粉やクーラントが付着す
ることがなく、また待避位置にあるアームへの工具の着
脱作業が安全であり且つ作業性が良い。

■アームは待避位置において主軸ヘッドに沿って前後移
動するのみであってアームが待避位置において旋回動作
を行なわないから、旋回動作による工作機械との干渉や
作業者の安全を考慮する必要がなく、従って工作機械の
側方のスペースを省減して延いては生産ライン全体の設
置スペースを縮小することができる。

■旋回位置を工具交換位置よりも前方に設けるから、加
工位置である搬送路側でアームの旋回動作を行なう。従
って旋回動作におけるアームと工作機械との干渉問題は
極めて簡単に回避し得るものであると共に、作業の安全
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は正面図、第２図
は第１図の■矢視平面図、第３図は第２図の■−ｍ線断
面図、第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は
第４図のＶ−Ｖ線断面図、第６図は工具交換動作を説明
する斜視図である。 １１１．工作機械　８．１．主軸ヘッド９００．主軸　
１６．　、　、サイドカッター３０、、、アーバ号ポー
トブラケット ５７、、、ワークの搬送路 ５９、、、ワーク　６０．、、工具交換装置６２、　、
　、ブロック　９２．、、アーム１１４、、、待避位置
　１１５．、、工具交換位置１１６、、、主軸の軸線　
１１７．’、、旋回位置＾、Ｂ、、、グリッパ 特許出願人　日産自動車株式会社 日立精機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工具の一端を着脱自在に保持する主軸を回転可能に支承
   し且つワークに対し相対移動自在の主軸ヘッドと、前記
   工具の他端を軸支すると共に該主軸の軸線方向に移動自
   在のアーバサポートブラケソトと、前記主軸ヘッドに沿
   って前後移動自在であって工具交換位置と該工具交換位
   置よりも後方の待避位置と前記工具交換位置よりも前方
   の旋回位置とを有する工具交換装置の本体と、該本体に
   装着されて前記主軸の軸線に平行な方向に移動自在であ
   ると共に該主軸の軸線に平行な回転軸線のまわりに旋回
   自在であって前記工具交換装置の移動方向と平行に前後
   方向を向く中立位置と該中立位置から右に９０度旋回し
   た位置と前記中立位置から左に９０度旋回した位置とを
   有する工具交換用のアームと、該アームの両端において
   前記工具を把持可能なグリッパとを有することを特徴と
   する工具交換装置付工作機械。