JPS6029391Y2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、特に工具ホルダをドローイングボルトで主軸
に嵌着する工具ホルダ用のために開発された自動工具交
換装置に関するものである。

工具ホルダのテーパ端に設けたプルスタッドを工作機械
の主軸内のコレットで引込嵌着する工具ホルダにおいて
、工具貯蔵マガジンにこの工具ホルダを貯蔵するのに工
具ホルダのプルスタッドを弾性力のある掴持体によって
吊持させる簡易手段が採れる。

このため、工具交換アームが工具貯蔵マガジンに吊持さ
れている工具ホルダを主軸へ受渡すに際して、工具ホル
ダの中腹部に設けたフランジをアームの把持爪だけで握
持し、掴持体の把持力に抗して工具ホルダを引抜く（又
は差し込む）だけでよい。

ところが、ドローイングボルトで工具ホルダを主軸に嵌
着する軽切削用の工具ホルダにおいては、プルスタッド
をもたないから、工具貯蔵マガジンにも工具のフランジ
を把持する把持爪やフック部材等を設けなければならな
い上に、工具交換アームとの受渡し時に同時に１つのフ
ランジを両者の把持爪で把持しなければならない。

従って、これを実現するために、自ずと特殊フランジの
工具ホルダや複雑な特殊マガジンを使用しなければなら
ないという制約を課せられる欠点がある。

本考案は上記欠点に鑑みてなされたもので工具交換アー
ムの一対の把持爪に切欠溝を設けて、この切欠溝に工具
貯蔵マガジンの把持爪が嵌入できる寸法関係に構成腰こ
れて工具ホルダのフランジに何んの改良を加えなく且特
殊マガジンを使用しなくとも両者の把持爪で同時に工具
ホルダの確実な把持を可能とし、工具ホルダの受渡が円
滑且確実にできるようにしたものである。

次に本考案に係る自動工具交換装置を、図面の実施例で
詳細に説明する。

第１図において、１は数値制御装置ＮＣによって運転制
御される工作機械（立型フライス盤）で、主要部をベー
ス２、テーブル３、コラム４、主軸頭５等によって構威
し、コラムの左壁面には工具貯蔵マガジンＴＭとこの前
書りに工具交換アームＴＡとを付設した自動工具交換装
置を装備している。

上記工具貯蔵マガジンＴＭは、水平姿勢に配置した円板
状のインデックステーブル１０の外周縁にフランジ受は
部材の保持器１１・・・・・・が複数個付設されており
、この一対の把持爪１１ａ・・・・・・にフランジＨ１
〜Ｈ，のフランジｈ□〜ｈｎが嵌入保持される簡潔な構
成となっている。

即ち、保持器１１の詳細構成は第３図の（ｉ）及び第４
図の（ｉ）に示すよう、インデックステーブル１０の外
周縁には、矩形ブラケット１０ａと下方に伸びる突片１
０ｂにボルト１２で付設したブラケット１３とからなる
取付部材が設けられている。

二股状に形成された上記２つのブラケット１０ａ、１３
間には、２本の支軸１４．１５が垂直姿勢にナツト１６
で架絡保持され、これに一対の細身寸法の把持爪１１ａ
、ｌｌａがその軸承部１１ｂ、ｌｌｂを回転自在に承持
されている。

１７．１８は一対のピニオンで、支軸１４゜１５に嵌合
し且把持爪１１ａ、ｌｌａの軸承部１１ｂ、ｌｌｂに固
着された状態で互いに噛合し合い、片方の把持爪１１ａ
を回動するとこれに連動して他方の把持爪１１ａも逆方
向に回動し、開閉作動する。

１９は把持爪１１ａ、ｌｌａの尾端１１ｃ、ｌｌｃ間に
圧装させたコイルばねで、この弾発力により把持爪１１
ａ、ｌｌａを閉口作動し、その内径寸法Ｒ１が工具ホル
ダＨ１のフランジ外径Ｒよりも若干狭い関係にストップ
されるよう一対のピン２０．２０によって閉口量が制限
されている。

１３ａは下側のブラケット１３から前方へ突出した受座
で、第４図（ｉ）に鎖線で示すよう把持爪１１ａ、１１
ａがフランジｈ、の中央部を握持するようフランジｈ１
の下面を受は止める用をなす。

上記保持器１１に対する本考案要部の工具交換アームＴ
Ａの把持爪２１，２１の構成は、第３図の（ｉｉ）及び
第４図の（ｉｉ）に示す如くである。

即ち、円弧状を呈する一対の把持爪２１，２１は、内装
体３２の外端に突設した上下鍔片２２ａ、２２ｂ間に架
絡させた２本のピン軸２３．２４にその基端部２１ａ、
２１ａを枢着し、この基端部外周に刻設したピニオン２
１ｂ、２１ｂをピストン杆３８（第２図）のラック歯２
５と噛合させている。

これで、把持爪２１，２１はラック歯２５の前進時に開
口し、後退時に図示のように工具ホルダＨ１のフランジ
ｈ１を握持する構成をなしている。

上記把持爪２１，２１は、第４図（ｉｉ）に示すよう中
央部分に切欠溝２１Ｃ？２１Ｃが切設されて長身な二股
形状を呈しており、これでフランジ外径の中央部を残し
た上下両環線を握持し、切欠溝２１ｃ９２１ｃに保持器
１１の把持爪１１ａ、１１ａが嵌入できる関係に構成さ
れている。

然して、工具ホルダＨ１のフランジｈ□に何んの改良を
加えなくても同時に両把持爪１１ａ・ｌｌａ、２１・２
１で握持できる。

次に、工具交換アームＴＡは、Ｌ字状の外観を呈してそ
の自由端に開閉式の把持爪２１，２１を備え、該アーム
はこの昇降運動と主軸５ａ、マガジンＴＭ間を往復する
１８０°の旋回運転と把持爪２１．２１の進退運転（ア
ームの伸縮運動）及び開閉運動を行う。

然るに、上記工具交換アームＴＡは、各運動の合理的な
組合せ制御によって、工具貯蔵マガジンＴＭの工具交換
位置口にある工具ホルダを掴み、これを旋回して主軸５
ａの位置イヘ搬送し、主軸５ａへ差し込み嵌着する働き
と、主軸の工具ホルダを引き抜いてマガジン側へ搬送し
、待機している保持器１１に嵌入保持する働きを威すの
である。

ここで工具交換アームＴＡの内部構成は、第２図によっ
て明らかにする。

先ず、２６は機体箱で、工具交換アームＴＡを内蔵し、
これを主軸５ａとマガジンＴＭの中間位置となるコラム
４に取付けている。

２７は工具交換アームＴＡの旋回腕となる筒体で、その
外周面の中腹部を機体箱２６の下方に設けた軸承部に垂
直姿勢で回動及び上下摺動自在に嵌合されている。

２７ａは筒体の上部に連接する長身な管柱で、この管柱
中腹よりや）下側位置に刺殺した軸承環２７ｂに作動杆
２８ａを回動自在に係合し、この作動杆２８ａの基端が
機体箱２６内壁に設けた空圧駆動シリンダ゛Ｃ１のピス
トン杆２８に連結され、ピストン杆２８の上下方向のス
トロークによって筒体２７を回動自在な状態下において
昇降運転する構成となっている。

２９は管柱２７ａの上半部に設けたスプライン２７ｃに
係合する作動ピニオンで、この溝環２９ａを機体箱２６
内壁にボルト２６ｂで不動に固着したホルダ２６ｃが回
転自在に嵌合保持し、別設の空圧駆動シリンダ（図示な
し）と直結する駆動ラック杆２９ｂを作動ピニオン２９
と噛合し、この前後ストロークにより筒体２７をその昇
降位置に係りなく、即ち筒体の昇降位置に係りなく、即
ち筒体の昇降動に干渉されることなく旋回運動（回動運
動）する構成となっている。

３０は旋回腕の中枢部となる支持筒で、垂直筒体２７の
側壁下部に水平姿勢に付設されていて、この筒内には２
つのシリンダ室Ｃ２，Ｃ３が隔壁３０ａによって形成さ
れ、外端が開放しているシリンダ室Ｃ３の下方全長に亘
って切欠Ｒ３０ｂが切開されている。

上述シリンダ室Ｃ２にはピストン３１が気密性を保って
嵌入し、シリンダ室Ｃ３の開放右端面に内装体３２を嵌
入して閉塞させ、両者をピストン杆３３で連結している
。

３４は摺動棒で、ブラケット３５を介して内装体３２の
下方位置において支持筒３０と平行に片持され、この先
端側を支持筒３０の下縁に付設した管体３６に挿入させ
ており、内装体３２と一体に左右動してこの回動を拘束
する。

そして上記切欠溝３０ｂの左右端にはリミットスイッチ
ＬＳ□、ＬＳ２を配置し、ピストン３１によって進退駆
動される内装体３２のストロークを検出する。

上記内装体３２にもシリンダ室Ｃ１を備えてピストン３
７を内蔵し、軸芯に穿った通孔３２ａからピストン杆３
８が外部へ突出されこの先端両面には前述ピニオン２１
ｂ、２１ｂと噛合するラック歯２５が刻設されている。

そして図示の如く、ピストン３７がシリンダ室Ｃ４の左
端に位置するとき一対の把持爪２１，２１は第２．３図
のように閉じて工具ホルダＨ□のフランジｈ１を握持す
ることができ、シリンダ室Ｃ４内に圧縮空気が供給され
ていないときもシリンダ室Ｃ１に圧装したばね３９の弾
発力によって把持爪２１．２１が工具ホルダを握持する
ことができ、ばね３９の弾発力に抗してピストン３７が
シリンダ室Ｃ１の右側へ移動すると１、ラック歯２５の
突出量が増大して一対の把持爪２１，２１を開く関係と
なっている。

上記２つのシリンダ室Ｃ２，Ｃ４への圧縮空気は、管柱
２７ａの頂部に備える接続器４０から管柱内及び筒体２
７内を通って各シリンダ室Ｃ２゜Ｃ１の左右端に設けた
ポートＰ工、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４へ供給される。

そして、シリンダ室Ｃ２の左室へ圧縮空気が供給される
と、ピストン３１の右進で内装体３２を長伸させて先端
の把持爪２１，２１を主軸５ａ又は工具交換位置口にあ
る保持器１１と接合する関係をなし、これを内装体３２
に付設するドッグＤでリミットスイッチＬＳ２を作動さ
せて感知する。

更にシリンダ室Ｃ２の右室へ圧縮空気が送り込まれると
、ピストン３１が左進して内装体３２をシリンダ室Ｃ３
へ挿入してアームの全長を短くし、第１．３．４図の如
く昇降する主軸クイル５ａ及び旋回するマガジンＴＭの
保持器１１から逃げる。

一方、シリンダ室Ｃ４の右室に圧縮空気が送り込まれる
と第２図の実線の如くばね３９の弾発力と相俟ってピス
トン３７が左進して把持爪２１，２１を強力に閉じ、ま
たシリンダ室Ｃ４の左室に圧縮空気が送り込まれるとば
ね３９の弾発力に抗してピストン３７を内装体３２の右
先端に当接されるまで右進腰このとき一対の把持爪２１
．２１が一直線状に開く関係構成となっている。

本考案に係わる工具交換アームＴＡの内部構成は上述の
如くであり、以下その作用を第１，５図から第１０図で
説明する。

工作機械の運転中は、工具ホルダＨ１を嵌着した主軸ク
イル５ａがテーブル３近くまで第１図鎖線で示すよう降
下し、ワーク（図示なし）を加工する。

そして工具交換指令が発信されると、第１図の実線の如
く主軸クイル５ａが上昇して待機位置イにある工具交換
アームＴＡの開口した把持爪２１．２１の右側に工具ホ
ルダＨ１のフランジｈ□が対面する。

このときシリンダ室Ｃ２の左室に圧縮空気が送り込まれ
て内装体３２を長伸させ、開口させた把持爪２１，２１
をフランジ−工に接近する。

尚、空圧駆動シリンダＣ□の下側室には圧縮空気が圧送
された状態を維持して筒体２７を最上昇位置に待機させ
、また工具貯蔵マガジンＴＭの空保持器１１を工具交換
位置口に待機させている。

次に、リミットスイッチＬＳ２の作動に基づきシリンダ
室Ｃ１の左室への空気供給を断ち、右室へ圧縮空気を供
給すると、第１図の鎖線及び第２図の如くピストン３７
を左側へ移動させて把持爪２１，２１が工具ホルダＨ１
のフランジｈ□を握持する。

この直後に主軸５ａ内のドローイングボルト （図示な
し）が回動して工具ホルダＨ１から外れ、続いて空圧駆
動シリンダＣ□への圧縮空気の供給方向が切換えられて
筒体２７を最下位置へ降下し、ホルダＨ１を主軸５ａか
ら分離する。

そしてシリンダ室室Ｃ２の左室から右室へ圧縮空気の供
給が切換えられて内装体３２が支持筒３０内へ深く挿入
して全長を短くし、リミットスイッチＬＳ１の作動に基
づいて駆動ラッり杆２９ｂが手前側へ前進して筒体２７
即ちアームＴＡを第１図の如く工具貯蔵マガジンＴＭ側
の工具交換位置口へ旋回して停止する。

このとき把持爪２１，２１に握持された工具ホルダＨ１
は第３．４図の如く全保持器１１と離れて対面する。

然る状態のもとにシリンダ室Ｃ２の左室へ再び圧縮空気
を供給することにより内装体３２を長伸させ、第５図の
如く工具ホルダＨ１のフランジｈ１を保持器１１の把持
爪１１ａ、１１ａにも同時に握持させる。

即ち、第３，４図に見るよう、切欠溝２１ｃを設けた把
持爪２１，２１がフランジｈ□の上下両縁を握持してお
り、フランジｈ□の中央部に間隙が生じている。

ここで、内装体３２の前進により待機している保持器１
１の把持爪１１ａ、１１ａをアーム側の把持爪２１，２
１の股部に進入させながらコイルばね１９の弾発力に抗
してフランジｈ□で１１ａ、１１ａを押し開き、第４図
（ｉ）の鎖線で示す如くアーム側の把持爪２１，２１が
フランジｈ１を握持状態のま）で保持器１１の把持爪１
１ａ、１１ａにもフランジｈ□を握持させる。

然る後、シリンダ室Ｃ４の右室から左室へ圧縮空気が供
給されると把持爪２１，２１を開口して工具ホルダＨ１
が保持器１１に受渡される。

そして第６図に見るよう、工具貯蔵マガジンＴＭが旋回
して新たな工具ホルダＨ２を工具交換位置口に停止させ
、これを待って開口待機している把持爪２１．２１を閉
口して工具ホルダＨ２を握持する。

この後、第７図に見るよう内装体３２が支持筒３０へ引
き込まれて全長を短かくし、新たな工具ホルダＨ２を保
持器１１から受取り、これに続いて第８図のようにアー
ムＴＡが主軸５ａ側へ旋回されると共に、内装体３２を
長伸させる。

次に第９図のように主軸５ａの直下にある工具ホルダＨ
２をアームＴＡの上昇運動でそのテーパ部を主軸に差し
入れる。

この状態を検出して主軸に挿通するドローイングボルト
（図示なし）を回動して工具ホルダＨ２を完全に主軸に
嵌着させる。

然る後に、シリンダ室Ｃ１の左室へ圧縮空気が供給され
て把持爪２１，２１を開き、これに続いてシリンダ室Ｃ
２の右室にも圧縮空気が供給され、第１０図に見るよう
開口した把持爪２１，２１が主軸５ａから離反して待機
する。

以上で主軸５ａに対する新たな工具Ｔ２の交換作用が完
結され、再び主軸クイル５ａがテーブル３上へ降下して
ワーク（図示なし）に対して切削加工する。

尚、上記工具交換アームＴＡは、主軸クイル５ａが昇降
する型式のものであるからアームの待機位置イは主軸と
対面した位置であるが、主軸頭５を昇降させる工作機械
においては主軸頭から外れた位置に待機させる必要があ
る。

また、本考案においてはドローイングボルト方式の工具
ホルダについての実施例で説明されているが、プルスタ
ットをテーパ尾端にもつ工具ホルダでもよい。

更に工具ホルダを握持する把持爪２１，２１の開閉機構
もピストン杆３８の先端２５と把持爪２１，２１の尾端
とをリンク連節させた構成としてもよい。

また更に、第１１図に示すようフランジｈ′の中央部が
窪んだ環状を呈する工具ホルダＨ（においては、フラン
ジｈ′の上下斜面ａ、ｂを把持爪２１．２１が握持でき
るよう把持爪の内側当接面をテーパにしてもよい。

本考案によるときは工具貯蔵マガジンに備える各保持器
の一対の把持爪を工具ホルダのフランジ中央部のみを握
持できる細身寸法とすると共に、保持器にフランジ下面
を受止める受座を設け、工具交換アームの一対の把持爪
には切欠溝を設けて工具ホルダのフランジ上下両縁を握
持する長身な二股形状に形成させ、該把持爪の切欠溝に
上記保持器の一対の把持爪が嵌入できる関係とな腰両者
の把持爪で工具ホルダのフランジを同時に握持できるよ
うに構成したから、工具ホルダのフランジに何んの改良
を加えなく且つ特殊マガジンを使用しなくとも保持器及
び工具交換アームの両把持爪で同時に工具ホルダの確実
な握持を可能とし、これで工具ホルダの型式にとられれ
ることなく互換性に富み、更に工具ホルダの受渡しが円
滑かつ確実にできるという実用的効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の工具交換装置を装備したフライス盤の
正面図、第２図は本考案工具交換アームの拡大断面図、
第３図は本考案保持器とアームの把持爪との正対状態を
示す拡大平面図、第４図は保持器を第３図のＡ−Ａ線で
示す断面図とアーム把持爪の側面図、第５図から第１０
図は作用図、第１１図は把持爪の変形例を示す側面図で
ある。 ５・・・・・・主軸頭、５ａ・・・・・・主軸、１０・
・・・・・インデックステーブル、１１・・・・・・保
持器、１１ａ・・・・・・把持爪、１３ａ・・・・・・
受座、２０・・・・・・機体箱、２１・・・・・・把持
爪、２１ｃ・・・・・・切欠溝、２５・・・・・・ラッ
ク歯、３０・・・・・・支持筒、３２・・・・・・内装
体、３１，３７・・・・・ゼストン、３３，３８・・・
・・ゼストン杆、３９・・・・・・ばね、Ｃ１・・・・
・・空圧駆動シリンダ、０２〜Ｃ１・・・・・・シリン
ダ室、Ｈ１〜Ｈｎ・・・・・・工具ホルダ、ｈ□〜ｈｎ
・・・・・・フランジ、ＴＡ・・・・・・工具交換アー
ム、ＴＭ・・・・・・工具貯蔵マガジン、イ・・・・・
・主軸位置（アームの待機位置）、口・・・・・・工具
交換位置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. インデックステーブルの外周縁に工具ホルダのフランジ
   を握持する保持器を多数付設した工具貯蔵マガジンと、
   該工具貯蔵マガジンと工作機械の主軸頭との間に配置さ
   れて工具ホルダのフランジを握持して工具貯蔵マガジン
   と主軸との間でアームの旋回及び伸縮動作により受渡搬
   送する工具交換アームとからなる工具交換装置において
   、工具貯蔵マガジンに備える各保持器の一対の把持爪を
   工具ホルダのフランジ中央部のみを握持できる細身寸法
   とすると共に、保持器にフランジ下面を受止める受座を
   設け、工具交換アームの一対の把持爪には切欠溝を設け
   て工具ホルダのフランジ上下両縁を握持する長身な二股
   形状に形成させ、該把持爪の切欠溝に上記保持器の一対
   の把持爪が嵌入できる関係とな腰両者の把持爪で工具ホ
   ルダのフランジを同時に握持できるように構威したこと
   を特徴とする自動工具交換装置。