JPS603539B2 - 数値制御旋盤の自動工具交換システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は数値制御旋盤（以下、ＮＣ旋盤ということも
ある。

）の自動工具交換システムに関する。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ト１上にサドル２
が図示しない主軸の軸線方向（Ｚ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線方向）に超動
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がペット１の一端部に隣接して設けられ
ており、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Ｚ軸にそれぞれ直交する方向（Ｙ軸
方向）、つまり上下方向に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１８０ｏ
回転させ、工具ホルダ４の一側に設けられた把持部４ａ
を工具交換アーム６の把持溝６ａによって把持させると
ともに、一旦工具交換アーム６を上動させて、再び１８
００回転させる。

次に、工具ホルダ４の下端面が自動工具クランプ装置３
のストッパ一面３ａに当綾するまで工具交換アーム６を
下動させ、自動工具クランプ装置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Ｔ溝４ｃ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に強固に、しかも×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
要とするため、その分旋盤本体の作業空間を狭くする上
、装置自体高価になる。

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り、こ
のため工具マガジン５自体およびその制御装置が複雑と
なり、さらに工具交換アーム６は最初の把持状態を保つ
たまま工具ホルダ４を自動工具クランフ三２壱贋に取り
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上させる必要があり、この
ため工具ホルダ４を工具マガジン５に取り付けるのに特
別の保持具が必要となり、工具の本数が多くなるとその
分高価になり、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装置
に一旦載層し、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
持して刃物台に装着する際、ロボットに組み込まれた押
圧部村により刃物台の自動工具クランプ装置に設けた位
置決め部材に新工具を当綾せしめ、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ついて第２図ないし第１４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ァ、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２
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１１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とを装備している。また、
旋盤本体１１に隣酸してその前方には、加工素材１２を
コンペアトレー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Ｐ，に搬送するコンベア装置１９
が設置されている。加工素材１２と加工完了品との交換
は「加工物交換位置Ｐ，においてロボット１７により行
われるようになっている。さらに、旋盤本体１１とコン
ベァ装置１９との間には、交換すべき新工具２０ａをコ
ンペアトレ−２１を介して担持して循環し、新工具２０
ａを工具交換位置Ｐ２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（図示せず）によって制御されている。以上の
点は、従来の自動工具交換システムと同機である。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２０ａとタレット刃
物台１６の旧工具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２０ａ，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Ｐ３に位置させる。

次に「 ロボット１７によって旧工具２０ｂをタレツト
刃物台１６から取り外し、工具コンベア２２上に載せた
り、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Ｐ２に位置している
新工具２０ａをロボット１７によって把持させ、その新
工具２０ａを工具姿勢矯正装置２３に一旦戦遣してその
姿勢、つまり×軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３藤方向の位置および
向きを矯正させる。位置を矯正された新工具２０ａをロ
ボット１７によって再び把持させ、タレツト刃物台１６
の自動工具クランプ装置１５に取り付ける。このように
、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に工具交換を行わしめているから、専用の工具交
換装置を必要とせず、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
。

また、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
新工具２０ａの工具交換位置Ｐ２への搬送精度および新
工具２０ａの工具コンベア２２に対する位置精度につい
ては、あまり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ものでよく、さ
らに工具コンベア２２に新工具２０ａを精度よく取り付
けるための特別の保持具を必要とせず、より一層製造費
用を低減することができる。なお、工具コンベア２２に
ついては他の型式の工具マガジンであってもよいことは
勿論である。

また、加工物交換位置Ｐ，、工具交換位置Ｐ２および工
具姿勢矯正装置２３については、ロボット１７の搬送動
作の単純化を図るため、ロボット１７の回転平面上に位
置させるのが望ましい。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は複数のくし
型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な自動工具クランプ装置１５、ロボ
ット１７および工具姿勢矯正装置２３について説明する
。

第４図および第５図は自動工具クランプ装置１５を示す
図で、タレット刃物台１６の外周にはクランプベース１
５１がボルト（図示せず）によって固定されている。こ
のクランプベース１５１の先端面（第４図の左端面）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の藤線と直交し、かつ水平方向に延びるあり部１５
２が形成されている。このあり部１５２は、工具２０ａ
（２０ｂ）に形成されたあり溝２０１と同形状であるが
、寸法は若干小さく形成され、工具２０ａ（２０ｂ）が
そのあり溝２０１をあり部１５２に着脱自在に鉄合され
るようになっている。また、あり部１５２の一側部中央
の一部を分割して可動片１５３とし、タレット刃物台１
６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の移動については、カム装置あるいは油圧装
置等で行えばよい。また、あり部１５２の主軸１４の軸
線から遠ざかる×軸方向の端部には、ストッパ（位置決
め部材）１５４が設けられており、これに対応して工具
２０ａ（２０ｂ）の一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に新工
具２０ａを取り付ける場合、ストッパ溝２０２の側面が
ストッパ１５４に当接するまで新工具２０ａのあり溝２
０１をあり部１５２に鉄合して移動させ、これによって
新工具２０ａのＸ鯛方向の位置決めをする。

次に、あり部１５２の分割された可動片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１５３のあり面１５３ａがあり溝２
０１の一方のあり面２０１ａに当綾し、さらにこの反力
によってあり溝２０１の他方のあり面２０１ｂがあり部
１５２のあり面１５２ａに当接し、Ｙ軸方向の位置決め
が行われるとともに、新工具２０ａの底面がクランプベ
ース１５１の先端面に当俵し、Ｚ軸方向の位置決めが行
われる。これによって新工具２０ａがＸ、Ｙ、Ｚ頚隣方
向に位置決めされるとともに、タレツト刃物台１６に強
固に取り付けうれる。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、第６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。この手首１７１の先端部には一対の把持爪１
７２，１７２を有するロボットハンド１７３がボルト１
７４によって固定されている。このロボットハンド１７
３には把持爪１７２，１７２の開閉面中心線と鞠線を一
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’７５ａ、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
ト状のプッシャ（押圧部材）１７６がその軸線方向に移
動自在に挿入されている。このプッシャ１７６の頭部と
ばね座１７５ｃとの間にはばね等の弾性部材１７７が装
着されており、これによってプッシャ１７６が先端側（
第６図の左側方向）に常時付勢されるとともに、プッシ
ャ１７６の後端のねじ部に蟻合されたナット１７８が大
軽部１７５ａの底面に当緩されている。そして、このよ
うなロボット１７によって新工具２０ａをタレット刃物
台１６の自動工具クランプ装置１５に取り付ける場合、
あり溝２０１にあり部１５２を豚合させ、ストツパ溝２
０２の側面がストツパ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、把持爪１７２，１７２を開き、さらにロボット１
７を前進させる。すると、プッシャ１７６の頭部が新工
具２０ａの把持円筒面に当陵し、新工具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によって新工具２
０ａをタレツト刃物台１６に強固に取り付ける。このよ
うに、新工具２０ａは、弾性部材１７７の弾性力によっ
て一定の力でストッパー５４に当援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、取り付け時
に位置ずれを生じることがなく、より一層正確に取り付
けることができる。なお、弾性部村１７７の押圧力につ
いては、ボルト１７６が新工具２０ａに当接した後のロ
ボット１７の移動量、あるいはボルト１７６に対するナ
ット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１４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側に突出する支持
板２３１が取り付けられている。この支持板２３１の上
面には、３個以上（この実施例においては４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
。各ポール２３３の最上端は一水平面上に位遣させられ
ている。また、支持板２３１の上面にはばね２３４が接
着等によって固定されている。このばね２３４は１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（戦層部）２３５に接着等に
よって固定されている。このパレット２３５は、その上
面（基準平面）２３５ａに新工具２０ａが戦層されない
状態においては、各ばね２３４によって支持され、各ボ
ール２３３から離間させられる一方、上面２３５ａに新
工具２０ａが戦遣された状態においては、各ボール２３
３によって水平に支持されている。またパレット２３５
の上面２３５ａには、２個一対の工具位置矯正ガイド２
３６，２３６が二対、第８図の上下方向に、つまりロボ
ット１７が交換すべき新工具２０ａをこの工具姿勢矯正
装置２３に一旦載層する際に、その新工具２０ａのあり
溝２０１が延びるべき方向に互いに離間してボルト２３
７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２３６
ａ，２３６ａになされ、これによって一対の工具位置矯
正ガイド２３６，２３６の外側の差し渡し幅が上端から
下端に向かうに従って大きくなるようになっており、下
端の差し渡し幅は新工具２０ａの底面におけるあり溝２
０１の関口幅と同寸法になっている。さらに「パレット
２３５の上面には、第８図の上下方向に離間した一対の
工具位置矯正ガイド２３８，２３８がボルト２３９，２
３９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２３６と同時になされてお
り、傾斜面２３８ａを内側に向けて、つまり傾斜面２３
８ａ，２３８ａを対向して配置され、しかもこれら工具
位置矯正ガイド２３８，２３８の下端は、あり溝２０１
の各端部に接するようになっている。そして、ロボット
１７によって工具コンベア２２から搬送された新工具２
０ａの位置が予め定められた位置からずれている場合、
新工具２０ａの底面とあり溝２０１とによって形成され
る稜線が工具位置矯正ガイド２３６の傾斜面２３６ａあ
るいは工具位置矯正ガイド２３８の傾斜面２３８ａに当
接し、パレット２３５が新工具２０ａ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２
３４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上の新工具２０ａは、その自重によって
傾斜面２３６ａ２３８ａを滑り落ち、工具位置矯正ガイ
ド２３６によってあり溝２０１の向きおよび×敵方向の
位置を、工具位置矯正ガイド２３８によってＺ軸方向の
位置を、底面がパレット２３５の上面２３５ａに当援す
ることによってＹ藤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
２への搬送精度および新工具２０ａの工具コンベア２２
に対する位置精度が多少悪くとも、新工具２０ａ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によって新工具２０ａを、正確な取り付け位置
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。

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
途中の新工具２０ａのあり溝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り明らかにする。

第１１図はロボット１７による搬送途中における新工具
２０ａのあり溝２０１の基準設定位置に対する変位量の
測定方法を示し、第１２図Ａは工具姿勢矯正装置２３を
使用しなかった場合、第Ｉ２図Ｂは使用した場合にあり
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、工具姿勢矯正装瞳２３を使
用した場合、あり溝２０１の左右両端部の基準位置から
の変位量には差がない。つまりあり溝２０１の向きが正
しいことがわかる。しかも、変位量目体も使用しなかっ
た場合に比して々・さし、。また、第１３図はロボット
１７による搬送途中における新工具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１４図Ａ
は工具姿勢矯正装置２３を使用しなかった場合、第１４
図Ｂは使用した場合の新工具２０ａの底面の基準設定位
置からの変位量をそれぞれ示す。

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０．４肋を越え、バラッキ幅は０．６帆を越えてい
る。このため、交換すべき新工具２０ａを自動工具クラ
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０．０５肋であり、ほとんど無視し得
る程度である。なお、第１５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上に載遣した
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をその基準面に当俵するば
ね２３４を設けてもよい。しかし、その場合にはロボッ
ト１７が新工具２０ａをパレット２３５に載贋する位置
を、ばね２３４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
発明による数値制御旋盤の自動工具交換システムによれ
ば、従来ワークを搬送しているロボットを工具搬送に使
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
よび新工具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、しかも工具姿勢矯正装置は、基準平面を有する教
壇部と傾斜面を有する工具位置矯正ガイドとを具備して
なる簡単な構成であるから、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押圧部材を
設けた場合には、新工具を刃物台により−層精度よく取
り付けることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の数値制御旋盤の自動工具交換システムの
一例を示す一部省略斜視図、第２図〜第１４図はこの発
明の一実施例を示し、第２図はその一部省略側面図、第
３図はその一部省略斜視図、第４図は自動工具クランプ
装置を示す側面図、第５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
ベァ（工具マガジン）を示す一部省略斜視図「第８図は
工具姿勢矯正装置を示す平面図、第９図はそのＫ−Ｋ線
に沿う矢視断面図、第１０図は工具姿勢矯正装置の作用
を説明するための図、第１１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１２図Ａ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、第１２図Ｂは工具姿勢矯正装置を使用
した場合の第１２図Ａと同様の図、第１３図はロボット
による搬送途中における新工具底面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１４図Ａは
工具姿勢矯正装置を使用しなかった場合の新工具底面の
基準設定位置に対する変位量を示す図「第１４図Ｂは工
具姿勢矯正装置２３を使用した場合の第１４図Ａと同様
の図、第１５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・・・自動
工具クランプ装置、１６・・・タレツト刃物台（刃物台
）、１７…ロボット、１９…コンベア装置、２０ａ・・
・新工具、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、１
５４…ストツパ（位置決め部材）、１７２…把持爪、１
７６…プッシャ（押圧部材）、２３５…パレット（載層
部）「 ２３５ａ…上面（基準平面）〜 ２３６，２３
８・・・工具位置矯正ガイド、２３６ａ，２３８ａ…傾
斜面。 第２図 第１図 第７図 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動加工物交換用ロボツトと自動工具クランプ装置
   を有する刃物台とを装備した数値制御旋盤と、前記ロボ
   ツ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り、前記工具姿勢矯正装
   置は、基準平面を有する載置部と、この載置部に前記基
   準平面に載置された工具の輪郭に沿って設けられ、かつ
   前記工具に対向する側にその工具に向かって下り勾配と
   なる傾斜面が形成された工具位置矯正ガイドとを備えて
   おり、前記ロボツトによって前記工具マガジンから所要
   の新工具を取り出し、一旦前記工具姿勢矯正装置の基準
   平面上に載置して新工具の姿勢を矯正した後、再度前記
   ロボツ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た前記新工具を装着させること
   を特徴とする数値制御旋盤の自動工具交換システム。 ２ 一対の把持爪の開閉面中心線に沿って進退可能に付
   勢された押圧部材を有する自動加工物交換用ロボツトと
   自動工具クランプ装置を有する刃物台とを装備した数値
   制御旋盤と、前記ロボツ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り
   、前記工具姿勢矯正装置は、基準平面を有する載置部と
   、この載置部に前記基準平面に載置された工具の輪郭に
   沿って設けられ、かつ前記工具に対向する側にその工具
   に向かって下り勾配となる傾斜面が形成された工具位置
   矯正ガイドとを備えており、前記ロボツトによって前記
   工具マガジンから所要の新工具を取り出し、一旦前記工
   具姿勢矯正装置の基準平面上に載置して新工具の姿勢を
   矯正した後、再度前記ロボツ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た前記新
   工具を装着させるとき、前記ロボツトの押圧部材によっ
   て交換すべき前記新工具を前記自動工具クランプ装置の
   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。