JPS6040339B2 - 工具の取替え方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は自動工作機械に適用される工具の取替え方法に
関する。 マシニングセンタなどを多数並設し、これら工作機械を
コンピュータにより総括制御する加工設備（ＦＭＳ）が
最近数多〈みられる。 この設備で使用される工具は、他の場合と同様に、寿命
がきたり、折損したり、或いは加工の対象が変ったよう
な場合、これを取り替える必要がある。従来から行われ
てきた工具の取替え方法としては、‘ａ’工作機械を停
止さ、人手により工具マガジンの工具を取替る。 ‘ｂ’工作機械の工具マガジンを交換式にしてマガジン
ごと工具を取り替える。 ｛ｃ｝ 工作機械の工具マガジンと別のサブマガジンの
間で工具を取り替える。 などが採用されているが、上記‘ａ｝の場合は、機械を
停止させて工具を取り替える必要があるため稼働率が低
くなり、また人手を要するため、無人運転化することが
できないという欠点がある。 また、‘ｂ｝の場合は、一般の加工において工作物の工
程及び対象によって共用工具と専用工具で対処すること
になるが、これを一つの工具マガジンに収納するとき、
マガジンごと交換する取替え方法では、共用工具を各マ
ガジンごとにもつ必要があり不経済である上、マガジン
を搬送し、工作機械にローディングする装置、さらには
位置決め、クランプ装置など、通常の工具交換装置以外
の装鷹が必要で高価につき、しかも広いスペースを必要
とする。といった欠点がある。さらにまた‘ｃ｝の場合
は、ザプマガジンの搬送割出し袋鷹、工作機械の工具マ
ガジンへのローディング装置などが必要で、上記

【ｂ｝
の場合と同様に高価なものとなり、広いスペースもとる
といった欠点がある。本発明は、工作機械の主軸で取替
え工具マガジンを支持し、工作機械に備えられた工具チ
ェンジャにより上記取替え工具マガジンと工作機械に備
えられた専用工具マガジンとの間で工具を取り替えるこ
とにより上記従来の問題点を解消したもので、ドラムチ
エンジヤ（マガジンチヱンジヤ）のような大型のローデ
ィング装置や駆動装置、或いは工具マガジンの専用搬送
装置が不用である上、取替え工具マガジンの構造を単純
にして、確実安全な動作を得られるようにすることがで
きるとともに、既存の工作機械に簡単な装置を追加する
だけで工具の取替えを容易化することができる工具の数
替え方法を提供することを目的とする。 以下本発明を図面を参照して説明する。まず、本発明の
概要を第１図により説明すると、取替え工具マガジンＡ
は工具パレット８に積載され、工作機械Ｃの近くに設備
されたオートパレットチヱンジャ○の部分に工具ステー
ション（図示せず）から無人搬送車８で運搬される。 上記工具ステーションは、工作機械Ｃの加工スケジュー
ルに従って必要となる工具を取替え工具マガジンＡに取
り付けたりまたは加工スケジュール上不必要な工具を取
替え工具マガジンから取外したりする作業を手動または
自動的に行う場所である。オートパレットチェンジャＤ
の部分に選ばれた取替え工具マガジンＡは工具パレット
ＢごとオートパレットチェンジヤＤに移されたのち、工
作機械ＣのテーブルＫにのせられ、更に主軸Ｆにシャン
ク軸をくわえられて支持される。これが済むと工作機械
Ｃに備えられた工具チェンジヤＧが作動し、上記取替え
工具マガジンＡと工作機械Ｃに備えられた通常の工具マ
ガジン日の間で工具Ｊを取り替える。なお、上記の作動
はすべてコンピュータの指令によりなされる。次に本発
明の実施に用いられる各種機器の構造を説明する。 まず、取替え工具マガジンＡについて第２図ないし第５
図を参照して説明すると、取替え工具マガジンＡは円形
の固定ドラム１と旋回ドラム２とから構成されている。 上記固定ドラムーは、その中心に軸受け３を備え、また
外周部分に押圧機構４と戻し機構５を有するとともに、
中心と外周の中間部分に固定部材６と位置決めピン７を
備える。また上記旋回ドラム２は、中心縦付具２ｂによ
って固定されたシャンク軸８を、また外周部分に複数の
工具ポット９を等間隔でそれぞれ備えるとともに、上記
固定ドラムーの位置決めピン７に対応する部分にプッシ
ュ１０を有する。上誌シヤンク軸８は、工作機械Ｃの主
軸Ｆのテーパ穴に合致するテーパ軸部を有し、該テーパ
軸部の基部フランジ８ａに、主軸Ｆの端部のキー，に隊
合するキー溝８ｂが設けられている。上記のように構成
された固定ドラム１と旋回ドラム２は「固定ドラム１の
軸受３に旋回ドラム２のシャンク髄８を挿入し、相対的
に回転自在に対向状態で組み立てられている。ここで位
置決めピン７は、第４図右側の端部７ａをプッシュ１０
内に挿入されて固定ドラム１と旋回ドラム２の相対回転
を阻止するものであり、上記プッシュ１０から離れる方
向（第４図で左方）にバネ１１で付勢されて筒部材１２
内に収めらている。また、工臭ポット９は工具Ｊを保持
孔ｇａに着脱自在に保持するもので、固定ドラム１の外
周面ｌａをガイドするローラ１３を備え、シャンク軸８
の中心軸線を含む面内において回敷自在に、該外周部分
に固定した支持具２ａに設けられている取付け軸１４に
より、旋回ドラム２の外周部分に取り付けられている。
固定ドラム１の外周部分に配設れされた押圧機構４は、
固定ドラムごに固定したブラケット４ａにあげた挿入孔
１５に、先端部が前記工具ポットの根端部に当薮する押
圧ピン１６を挿入してなり、後で述べるように工具チェ
ンジャＧが回動すると、押圧ピン１６がバネ１７の弾力
に抗して第４図で斜右上方に押し動かされ、固定ドラム
１の欠切きｌｂの部分において工具ポット９を取付け軸
１４を中心に所定角度（図のものは４５度）回敷させる
ようになっている。なお、工具ポット９の上記回動に際
してはローラー３が切欠きｌｂに入ってこの部分を移動
する。前記の戻し機構５は、押圧ピン１６によって回動
せしめられ工具ポット９を元の状態に戻すもので、固定
ドラム１に固定した前記ブラケット４ａに回動自在に支
持された戻し軸１８に、戻しアーム１９の基部が固定さ
れ、該戻しアーム１９の先端側が切欠きｌｂの部分にお
いて工具ポット９の回動平面と同一の平面内で回敷自在
にされ、さらに、戻しバネ２０が戻し軸１８に装着され
その両端部をそれぞれ戻し軸１８の先端とブラケット４
ａとに止着してなり、戻しアーム１９の先端部のローラ
１９ａに前記工具ポット９のローラ亀３を触れさせた第
４図の状態において、工具ポット９が押圧ピン１６によ
り押されて回動すると「戻しアーム１９がローラ１３に
より押されて戻しバネ２０の弾力に抗してローラ１３と
ともに回動し、押圧ピン１６による工具ポット９の押圧
が解かれると、戻しバネ２０の作用によって逆方向に回
敷して工具ポット９を元の状態に戻すようになっている
。上記において工具ポット９は固定ドラム１に設けられ
た懐斜ストッパ２１に触れて煩斜状態で停止し、また旋
回ドラム２に設けられた水平ストッパ２２に触れて水平
状態で停止するが、工具ポット９が水平状態に戻された
状態において、戻しアーム１９はストパボルト２３に触
れ、ローラ１９ａを固定ドラム１の外周面ｌａに面一に
揃えて停止する。したがってこの状態においては、固定
ドラム１に対する旋回ドラム２の回動に際し、ロ−ラ１
３は切欠きｌｂの部分を支障なく通過する。次に、工具
パレットＢの概要を第２図と第３図を参照して説明する
。 この工具パレットＢは、前に述べたように、取替え工具
マガジンＡを積載して無人搬送車Ｅにより選ばれるもの
で、間隔をあげてパレットＢの本体上に立設した一対の
支柱２４ａ，２４ａとこれらを連結する結合材２４ｂと
からなる支持台２４と上記各支柱２４ａ，２４ａの上端
面に固定した一対のロケートパッド２５と、上記支持台
２４の内側において工具パレット本体上に立設した固定
ピン２６と、該固定ピン２６の前面位置において工具パ
レット本体上に固定した回止め都材２７、及び前記一方
（第２図で左方）の支柱２４ａの側面に固定した割出し
アーム２８とを備える。 そしてこの工具パレットＢは取替え工具マガジンＡの固
定ドラムーに設けられた固定部村６の孔に上記固定ピン
２６を挿入するとともに、旋回ドラム２の外周部分に設
けられた工具ポット９，９の間に上記回止め部村２７を
入れ、固定ドラム１と旋回ドラム２の自由な回動を阻止
する一方、その固定ドラムーに固定した一対のブロック
ｌｃ，ｌｃの各綾ｌｄを各ロケ−トパッド２５に鼓合さ
せることにより、前記固定ドラム１が工具パレットＢの
上面に垂直（工具ポットが工具パレット上面に対して平
行状態）になるように、すなわち、取替え工具マガジン
Ａのシャンク軸８の工作機械の主軸Ｆと平行になるよう
に取替え工具マガジンＡを支持し、また、取替え工具マ
ガジンＡが主軸Ｆにシャンク麹８をくわえられて支持さ
れた後において、割出しアーム２８の溝２８ａに下方の
工具ポット９のローラ１３を嫉め込んで、第２図で右に
移動し、旋回ドラム２を１ピッチ旋回させて別の工具ポ
ット９に装着された新たな工具Ｊを所定の位置に割り出
すことができるようになっている。最後に工作機械Ｃに
ついて説明する。本発明の実施対象となる工作機械Ｃに
は、周知の、主軸Ｆ、専用工具マガジン日、及び上記主
軸Ｆと専用工具マガジン日の間において工具Ｊを交換す
る工具チェンジャＧのほかに、位置決め機構３０（第４
図）と中途停止機構３１（第６図）が設備される。 位置決め機構３０はシャンク軸８を主軸Ｆ‘こくわえら
れて支持された取替え工具マガジンＡの固定ドラムーを
主軸ヘッド３２に固定し、かつ旋回ドラム２を固定ドラ
ム１に固定したり旋回ドラム２の固定を解いたりするも
ので、シリンダ装置３３とこのシリンダ袋鷹のシリンダ
蓋を兼用する位置決めブラケツト３６とからなり、該位
置決めブラケット３６は、シリンダ装置３３のピストン
ロッド３４の先端部が移動自在に挿入される、該ピスト
ンロッド３４と同一軸線のかつ該ロッドより大径の位置
決め孔３５を有し、固定ドラム１の前記位置決めピン７
に上記位置決め孔３５が対向するようにして主軸ヘッド
３２に取り付けられている。 上記位置決め孔３５は位魔決めピン７の第４図左側の端
部７ｂを挿入して主軸ヘッド３２に対する固定ドラム１
の旋回を抱東し、またシリンダ装置３３はピストンロッ
ド３４で位置決めピン７をバネ１１の弾力に抗して旋回
ドラム２脚に押し、第４図左側の端部７ｂが位置決め孔
３５から抜け出さない状態において位置決めピン７の他
の端部７ａをプッシュ１０に挿入して固定ドラム１に旋
回ドラム２を固定する構成となっている。また、中途停
止機構３１は、工作機械Ｃのコラムに固定した枠体また
は、該コラムの側方に設置したフレームＬ‘こ設けた枢
軸３８を中心に主軸Ｆを専用工具マガジン日の間を回動
して工具Ｊを相互に交換する工具チェンジャＧを、主軸
Ｆと専用工具マガジン日の中間位置で停止させるもので
、前記枠体Ｌに一端を回動自在に取り付けた中途停止用
シリンダ装置３９と、この中途停止用シリンダ装置３９
のピストンロッド３９ａに中間部を回動自在に連結され
「基端部を枠体に固定したブロック４０ａに支持した中
心髄４川こ枢着され、該中心感４０を中心に工具チヱン
ジャＧの回転移動面に回動せしめられ、工具チヱンジャ
Ｇの停止ボルト４１を当俵ごれて工具チェンジャＧを停
止さる停止レバー４２と、前記ブロック４０ａに取付け
られ、停止レバー４２を所定の位置に停止させる調節ボ
ルト４３とから構成されている。工具チヱンジャＧは、
専用工具マガジン日と主軸Ｆの間、及び専用工具マガジ
ン日と取替え工具マガジンＡの間で工具Ｊの交換を行う
もので、枢軸３８を中心に回動自在に設けられたスイン
グアーム４４にト中心軸４５が軸万向に移動自在にかつ
周方向に回動自在に設けられ、この中心軸４５の先端に
両端に工具保持部４６を有する保持アーム４７が取り付
けられている。 次に本発明を詳細に説明する。 工具ステーションで用意された加工スケジュール上次に
必要となる工具Ｊは、所定の取替え工具マガジンＡの各
工具ポット９に保持され、所定の工具パレットＢに取替
え工具マガジンＡごとのせられる。 この時取替え工具マガジンＡは、固定ドラムーの固定部
材６の孔に固定ピン２６を挿入され、かつ旋回ドラム２
の工具ポット９，９の間に回止め部材２７を入れてロケ
ートパツド２５に支持されているので、勝手に回動して
工具ポット９等の位置をずらすことはない。上記準備が
終ると、工作機械等を統括制御するコンピュータには、
それらの工具パレットＮ０（取替え工具マガジンＮＯ）
、取替え工具マガジンＡ内の工具ポットＮ○、と工具コ
ード（工具は絶対コードが付与されている。）が記憶さ
せられる。取替え工具マガジンＡをセットされた工具パ
レットＢはコンピュータからの取替え指令があるまでパ
レット収納場所などで待機する。加工スケジュールに従
って取替え指令が出ると、取替え工具マガジンＡをセッ
トした工具パレットＢは、無人搬送車Ｅにのせられて工
作機械ＣのオートパレットチェンジヤＤの所まで運ばれ
、取替え工具マガジンＡとともにオートパレットチェン
ジャＤに引込まれる。 工作機械Ｃが加工中である時は、加工が終るまで工具パ
レットＢはオートチェンジャＤの上で待機する。工作機
械Ｃによる加工が終了すると、工具パレットＢは取替え
工具マガジンＡのシヤンク軸８を工作機械Ｃ側に向けて
工作機械ＣのテーブルＫに移される。 なお、上記に平行して、主軸Ｆにくわえられた工具Ｊは
工具チェンジャＧの作用で専用工具マガジン日に移され
る。取替え工具マガジンＡを積んだまま工具パレットＢ
がテーブルＫに移されると、主軸ヘッド３２は左右（工
作機械のＸ軸）方向及び上下（同Ｙ鞠）方向に移動して
主軸Ｆをシャンク軸８の前位置に動かす。これが済むと
、主軸ヘッド３２は前後（工作機械のＺ軸）方向に移動
して取替え工具マガジンＡのシャンク軸８を第４図に示
すように主軸日こくわえさせる。この時位置決めピン７
の端部７ｂが位置決め機構３０の位置決めブラケツト３
６に設けられた位置決め孔３５内に入って主軸ヘッド３
２に固定ドラム１を固定する。このようにして位置決め
孔３５に位置決めピン７の端部７ｂが挿入されると、位
置決め機構３０のシリンダ装置３３が作用し端部７ｂが
位置決め孔３５から抜け出さない範囲でピストンロッド
３４を固定ドラム１側に動かし、位置決めピン７を押し
て端部７ａを旋回ドラム２のプッシュ１０に挿入させる
。上記の作動によって、取替え工具マガジンＡの固定ド
ラム１と旋回ドラム２は主軸ヘッド３２に固定される。
上記の作動が終ると主軸ヘッド３２は、上方に動いて取
替え工具マガジンＡを工具パレットＢから外し、更に後
方（Ｚ軸方向において工具パレットから相対的に離れる
方向）に動いて取替え工具マガジンＡを工具交換位置に
つかしめる。 なお、取替え工具マガジンＡを上方に動かし工具パレッ
トＢから外すとき、固定ドラムーの固定部材６が工具パ
レットＢの固定ピン２６から外れ、また、それまで、工
具パレットＢの回止め部村２７の左右にあって旋回ドラ
ム２の自由回動を阻止していた一対の工具ポット９，９
が回止め部材２７から外れるが、前記のように、取替え
工具マガジンＡの上昇に先立って位置決めピン７が働き
、主軸ヘッド３２に固定ドラム１と旋回ドラム２を固定
しているので、固定ドラム１と旋回ドラム２が勝手に回
動して所定の状態を崩すことはない。これまでの間に、
工具チェンジャＧの保持アーム４７の１個の工具保持部
４６に、専用工具マガジン日から取り替えるべき１個の
工具Ｊを保持させておく。取替え工具マガジンＡがシャ
ンク軸８を主軸Ｆにくわえられて工具交換位置につくと
、まず、中途停止機構３１の中途停止用シリンダ装置３
９が作用して停止レバー４２を停止ボルト４１の旋回移
動面に回動させ、次いで工具チェンジヤＧのスィングア
−ム４４が枢軸３８を中心に旋回する。 スイングアーム４４は停止ボルト４１を停止レバー４２
に当てて停止するが、停止の直前に押圧機横４の押圧ピ
ン１６を押す。このため、押圧ピン１６は第４図におい
て斜め石上方に動き、工具ポット９を取付け軸１４を中
心に第４図で時計方向に回敷させる。この際、戻し機構
５の戻しアーム１９は戻しバネ２０の弾力に抗して戻し
軸１８を中心に第４図で反時計万向に回動する。上記の
状態において保持アーム４７は直立状態から中心軸４５
を中心に９０度回勤して水平となり、押圧ピン１６によ
って回動せしめられ１個の工具ポット９の工具Ｊを空の
工具保持部４６に保持する。 工具Ｊを空の工具保持部に保持し終ると、保持アーム４
７は中心軸４５によって中心軸４５の軸方向に動かされ
、取替え工具マガジンＡの工具ポット９から取替え工具
Ｊを引き抜く。これが済むと保持アーム４７は、中心軸
４５を中心にして１８０度回敷し、前工程で専用工具マ
ガジン日から引き抜いた取り替えるべき工具Ｊを取替え
工具マガジンＡの上記空の工具ポット９の前に動かした
後、中心軸４６の軸方向に戻ってその工具を空の工具ポ
ット９に装着し、最後に中心軸４５を中心に前記とは逆
方向に回動して、新たな工具ポット９に装着された前記
敗替えるべき工具から工具保持部４６を離す。その後、
工具チェンジャＧのスイングアーム４４は、枢軸３８を
中心に第６図において時計方向に回動して元の状態に戻
り、取替え工具マガジンＡから引き抜いた専用工具マガ
ジン日に装着するが、このスイングアーム４４の戻り回
動に追随して、押圧ピン１６がバネ１７の働きで元に戻
され、また戻しアーム】９が戻しバネ２０の作用で戻し
軸１８を中心に第４図で時計方向に回動して工具ポット
９を元の水平状態に戻す。 これで取替え工具マガジンＡと専用工具マガジン日との
間における工具交換の一作動が終るが、更に専用工具マ
ガジン日と取替え工具マガジンＡの間で次の工具を交換
する必要がある場合は、工作機械のＹ軸、Ｚ軸を移動し
て、作動させて主軸Ｆを移動させると共に、×軸を作動
させてテーフルＫを移動させて工具パレットＢに設けた
割出しアーム２８を主軸Ｆにくわえられている工具取替
えマガジンＡの最下位の工具ポット位置まで動かしてそ
の溝２８ａにその工具ポット９のーラ１３を挟み込み、
次いで位置決め機構３０のシリンダ装置３３を前記とは
逆に作用させてピストンロッド３４を第４図で左に動か
す。 これによって位置決めピン７はピストンロッド３４の押
圧を解かれ、バネ１１の働きにより第４図で左に動いて
端部７ａをブッシュ１０から引き抜くので、旋回ドラム
２の拘束が解除される。さらに、主軸の旋回位置決め機
構の固定を解除して、該主軸の回転を自由として旋回ド
ラム２の拘束を解いたら、工作機械ＣのテーブルＫをＸ
軸方向に移動させて工具パレットＢの上記割出しアーム
２８を横に所定量動かして旋回ドラム２をシャンク軸８
を中ＣＩこ１ピッチ旋回させ次の工具を取替え位置に割
り出し、次いで位置決め機構３０のシリンダ装置３３を
作用させてピストンロッド３４で粒鷹決めピン７を押し
、再び旋回ドラム２を固定ドラム１に固定する。以後は
前記と同一に作動して工具の交換がなされる。なお、ピ
ストンロッド３４、スイングアーム４４等の可動部材を
動かす駆動装置の連係作動は適例のようにリミットスイ
ッチ等の連係手段によってなされる。 なおまた、図の取替え工具マガジンＡの工具ポット９は
、４５度回動した状態で保持アーム４７によって工具を
保持されるようになっており、他の工具の干渉を受ける
ことなく保持アームを回敷させて工具を取り出せるとい
う長所を持つが、工具ポット９の回動角度は上記に限ら
れるものではなく、主軸Ｆと専用工具マガジン日及び取
替え工具マガジンＡの関連構成によっては、取替え工具
マガジンＡの工具ポット９を全く回動させずに保持アー
ム４７に工具を保持するようにすることもできる。また
、上記は、工具チェンジャＧを使用して専用工具マガジ
ン日と主軸Ｆとの間で通常の工具交換を行う方式の自動
工具交換装置付工作機械に、本発明を適用した場合の実
施例であるが、本発明はこれに限らず、上記工具チェン
ジヤＧを使用しないで専用工具マガジン日と主軸Ｆとの
間で直接に通常の工具交換を行う方式の自動工具交換装
置付工作機械にも適用し得る。 この場合、取替え工具と取替えるべき工具との交換は、
専用工具マガジン日と取替え工具マガジンＡとの間で直
接に行われる。以上説明したように、本発明においては
、取替え工具マガジンに設けられたシャンク軸を利用し
て工具マガジンを工作機械の主軸に支持し、工作機械に
備えられた工具チェンジャにより上記取替え工具マガジ
ンと工作機械に備えられた専用工具マガジンとの間で工
具を取り替えるものであるから、工作機械に備えられた
工具マガジンを他の工具マガジンに取り替える方式のも
のと違って大型のローディング装置や駆動装置が不要で
あり、全体的に規模が小さくて良い上、工具マガジン専
用の搬送装置を必要とせずワーク搬送装置と共用にする
ことができる。 しかも、既存の工作機械に位贋決め機構や中途停止機構
等の簡単な装置を取り付けるだけでよいので、実施が容
易であり、また経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要を示す説明図、第２図は工具パレ
ットに対する取替え工具マガジンの積載状態を示す正面
略図、第３図は同、側面略図、第４図は主軸に対する取
替え工具マガジンの支持状態を示す断面図、第５図は戻
し機構の正面図、第６図は中途停止機機と工具チェンジ
ャの関係を示す平面図である。 Ａ・・・取替え工具マガジン、Ｂ・・・工具パレット、
Ｃ・・・工作機械、Ｄ・・・オートパレットチェンジャ
、Ｅ・・・無人搬送車、Ｆ・・・主軸、Ｇ・・・工具チ
ェンジヤ、日・・・専用工具マガジン、Ｊ・・・工具、
８…シャンク滋。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 取替え工具マガジンを積載した工具パレツトを工作
   機械のテーブル上に載置して、上記取替え工具マガジン
   に設けられたシヤンク軸を利用して取替え工具マガジン
   を工作機械の主軸に支持し、上記取替え工具マガジンと
   工作機械に備えられた専用工具マガジンとの間で工具を
   取り替えることを特徴とする工具の取替え方法。