JPS6047052B2 - 工具の取替え装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動工作機械に設備される工具の取替え装置に
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
最近数多くみられる。

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つたよ−
うな場合、これを取替える必要がある。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
停止させ、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）の場合には、一盤の加工において工作物の
工程及び対象によつ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
以外の装置が必要で高価につき、しかも広いスペースを
必要とする、といつた欠点がある。さらにまた（ｃ）の
場合は、サブマガジンの搬送割出し装置、工作機械の工
具マガジンヘ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
とるといつた欠点がある。また、上記以外に、工具パレ
ットに工具棚と工具取替え装置（ロボット）を設備し、
工具棚にのせられた工具をロボットによつて取り替える
ようにしたものも提案されているが（特開昭５１−７０
５７腸）、工具を取り替える際に他の工具が邪魔になり
やすく、工具の本数、及び工具の配置に大きな制約が出
るほか、ロボットの設備に起因して装置が高価になる欠
点がある。本発明は、工作機械の近くに配設されたブラ
ケツトに、傾斜軸を該傾斜軸の軸方向を垂直な面内で４
５度傾斜させ、かつ傾斜軸自体の周方向に回転自在に設
け、上記傾斜軸には傾斜軸を傾斜軸の周方向に回転させ
る回転装置を付設するとともに、上記傾斜軸に設けられ
た固定部材には、上記工作機械の水平な主軸に装着され
る水平なシャンク軸と、このシャンク軸を水平にした状
態において垂直な工具を把持する把持部とを有する取り
取替えツールグリツパを着脱自在に付設することにより
、上記従来の欠点を解消したもので、構造が簡単である
上、既設の工作機械にも設備することができ、しかも作
動が確実で安価につく、工具の取替え装置を提供するこ
とを目的とする。

以下本発明を図面を参照して説明する。第１図は本発明
の工具取替え装置Ａが設備される工作機械Ｂとこれの関
連機器の関連構成を示すもので、工作機械Ｂは専用工具
マガジン１と工具チェンジャ２とを備え、工具チェンジ
ャ２により、専用工具マガジン１から１個の工具３を取
り出してこれを主軸４に装着し、た主軸４から工具３を
取り外して専用工具マガジン１に戻ずことができるよう
になつている。

上記工作機械ＢのロータリテーブルＣを支持するテーブ
ルベース１０には、後で詳しく述べる本発明の工具取替
え装置Ａが設けられ、更にロータリテーブルＣの前にオ
ートパレットチェンジャＤが配設されており、無人搬送
車Ｅによつて運ばれてきたワークパレットＦまたは工具
パレットＧを、オートパレットチェンジャＤを通じてロ
ータリテーブルＣの上に送り込むことができるようにな
つている。なお、上記において本発明の工具取替え装置
Ａを除く他の工作機械ＢやオートパレットチェンジャＤ
等は周知のものである。第２図ないし第５図は本発明の
一実施例を示すもので、これらの図において５ａはロー
タリテーブルＣから離れた位置におけるテーブルベース
１０の側面に固定した仮置きステーションの支持体、５
は該支持体５ａに支持され、テーブルベース１０の上面
に対して垂直に設けられている垂直軸てある。この垂直
軸５はその中央部に形成されたピニオン９が、支持体５
ａに設けた第１回転装置を構成する油圧シリンダ装置６
のピストン７に形成されたラック８に噛み合わせられて
、ピストン７の移動によつて周方向に回転するように構
成されている。そして上記垂直軸５の上端にはブラケッ
ト１１が固着され、このブラケット１１には傾斜軸１２
がその軸方向を垂直な面内で４５度傾斜させて回転自在
に設けられており、該傾斜軸１２に形成したピニオン１
９がブラケット１１に設けた第２回転装置を構成する油
圧シリンダ装置１６のピストン１７に形成されたラック
１８に噛み合わせられて、ピストン１７の移動によつて
前記傾斜軸１２が周方向に回転するようになつている。
なお、垂直軸５と傾斜軸１２を周方向に回転させる二つ
の回転装置６，１６は同一構造であるので、第５図では
第２回転装置１６側の符号を併記してその図面を省略し
たが、各回転装置６，１６の種類及び両者の異同は任意
である。上記傾斜軸１２の上端には、逆Ｔ字状の嵌込み
溝１３を形成した係止具１４ａを有する固定部材１４が
取付けられ、またこの固定部材１４には固定用シリンダ
１５が固定用ピストン２０を上記嵌込み溝１３に出没自
在にして設けられ、嵌込み溝１３に嵌め込まれた取替え
ツールグリツパに設けた嵌込み突部２１を固定ピストン
２０により押圧して取り替えツールグリツパ２２を固定
部材１４に固定することができるようになつている。

取替えツールグリツパ２２は直角に曲がつたフレーム２
２ａの一端に前記主軸４にくわえられるシャンク軸２３
を備えるともに他端に取り替え工具３の溝付フランジ部
３ａを把持する周知する周知のバネクランプ等の把持部
２４を有する。前記シャンク軸２３は、主軸４のテーパ
穴に合致するテーパｌ軸２３ａとツールチェンジャ２等
のグリツパーに把持される溝付フランジ２３ｂを有し、
溝付フランジ部には主軸４の端面に設けたキーと嵌合す
るキー溝を備えている。また前記把持部２４は、第６図
に示すごとく、取替え工具３の溝付フランジ・部３ａを
把持する爪２４ａを先端部に有しフレーム２２ａに回動
自在に軸支した一対のグリツパ２４ｂ，２４ｂと、該一
対のグリツパ２４ｂ，２４ｂの後端部間にあつて、前記
爪２４ａ，２４ａが閉じる側に付勢するバネ２４ｃと、
前記グリツパノ２４ｂ，２４ｂの間に位置してフレーム
７に固定され、爪２４ａ，２４ａの閉じる側へのグリツ
パ２４ｂ，２４ｂの回動を規制するとともに、該グリツ
パ２４ｂ，２４ｂに把持された工具３のフランジ部のキ
ー溝に嵌合する回止めキー２４ｄを有する係止部材２４
ｅとからなつている。さらに、把持部２４は、シャンク
軸２３の軸線ｘと４５度の角度て交わる傾斜軸１２の軸
線０上において、工具３の軸線Ｙをシャンク軸２３の上
記軸線Ｘと直交させて工具３を把持する構成となつてい
る。なお、上記ではシャンク軸２３と工具３とは軸線０
に対して対称配置になつているが、必ずしも対称配置で
なくてもよく、垂直な一つの面若しくは二つの面で、シ
ャンク軸２３と工具３のうちの一方が水平であるとき他
方が垂直になるように構成されておればよい。しかして
２５は工具パレットＧ上に固定されて運ばれるようにな
つている取替え工具マガジンであり、ドラム２５ａの外
周部に沿つて適宜間隔をあけて配置された複数個の工具
ポツ！・２６に、取替え工具３をその軸線が垂直（主軸
４の軸線に直交状態）にして着脱自在に装着されている
。

２７は固定部材１４に固定され、係止具１４ａの嵌込み
溝１３に嵌め付けられる取替えツールグリツパ２２を所
定の位置に停止させるストッパ、２８は固定ピストン２
０の戻しバネで、固定用ピストン２０の後端に固定され
て固定部材１４の外部に露出しているロッド２０ａの頭
部と固定部材１４との間に挾着されている。

２９，３０は、ブラケット１１、傾斜軸１２、固定部材
１４にあけられ、前記固定用シリンダ１５に圧油を供給
する油孔である。

次に本発明の工具取り替え装置の作用を工具の運出しか
ら順を追つて説明する。

工具ステーションで用意された工具３は工具パレットＧ
にのせられた所定の取替え工具マガジン２５の各工具ポ
ット２６に保持される。

工作機械等を統括制御するコンピュータには、前記工具
パレットＮＯ．（取替え工具マガジンＮＯ．）、取替え
工具マガジン内の工具ＮＯ．と工具コード（工具は絶対
コードが付与されている。）が記憶される。取替え工具
マガジン２５をセットされた工具パレットＧ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つて取替え指令が出
ると、取替え工具マガジン２５をセットした工具パレッ
トＧは無人搬送車Ｅにのせられて工作機械Ｂのオートパ
レットチェンジャＤの所まで運ばれ、取替え工具マガジ
ン２５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Ｂが加工中である時は、加工が終るまで工具パ
レットＧはオートパレットチェンジャＤの上で待機する
。工作機械Ｂによる加工が終了すると、工具パレットＧ
は工作機械ＢのロータリテーブルＣに移され、主軸４と
工具パレットＧの中心が合わされる。なお、上記に並行
して、主軸４にくわえられた使用工具３は工具チェンジ
ャ２の作用で専用工具マガジン１に移される。上記とは
別に使用工具３を取り外ずした主軸４は、固定部材１４
にシャンク軸２３を水平状態にして保持されている取り
替えツールグリツパ２２を、そのシャンク軸２３をつか
んで固定部材１４から取り外しこれを支持している。な
お取替えツールグリツパ２２を主軸４に支持させるには
、シャンク軸２３が垂直になつている第２図２点鎖線の
状態から第２回転装置１６で傾斜軸１２を１８０度回動
させ、シャンク軸２３を水平にした後、そのシャンク軸
２３を主軸４でつかむとともに固定用シリンダ１５へ作
用していた油圧を解放することにより、戻しバネ２８の
弾力を作用させて固定用ピストン２０による取替えツー
ルグリツパ２２の固定を解き、主軸４を上昇させて嵌込
み溝１３から取替えツールグリツパ２２を引き抜く。シ
ャンク軸２３をくわえて取替えツールグリツパ２２を支
持した主軸は、上下、左右に動いて取替え工具マガジン
２５の工具ポット２６に垂直に保持された取り替えるべ
き工具３の前に把持部２４を位置させ、そのまま前方（
第２図で右方）に動いて把持部２４に上記取替え工具３
を把持した後、上方に動いて工具３を工具ポット２６か
ら引き抜き後退する。

次に主軸４は、横方向（第２で紙面に垂直な方向）に動
いて取替えツールグリツパ２２を固定部材１４の真上に
動かし、そのまま下降して嵌込み突部２１を固定部材１
４の嵌込み溝１３に嵌め込む。このとき固定用シリンダ
１５に油孔３０，２９を通じて圧油が供給され、固定用
ピストン２０を戻しバネ２８の弾力に抗して動かして取
替えツールグリツパ２２を固定部材１４に固定する。し
かる後、主軸４はその中のチャックを開放してシャンク
軸２３を離す。取替えツールグリツバ２２を固定部材１
４に装着された本発明の工具取替え装置Ａは、第２回転
装置１６の作動で傾斜軸１２を中心に取替えソールグリ
ツパ２２を１８０度回動させてそれまで垂直に把持部２
４に把持されていた取替え工具３を水平にする。

これが済むと主軸４が前進して上記の取替え工具３をつ
かみ、上昇して取替え工具３を取替えツールグリツパ２
２の把持部２４から外し工具の交換位置につく。工具チ
ェンジャ２は、主軸４が工具交換位置につくまでの間に
専用工具マガジン１から被取替え工具を取り出して待機
し、主軸４が工具交換位置につくと、それまて主軸４に
くわえられていた取替え工具を取り外すとともに、被取
替え工具を主軸４にくわえさせた後、前記主軸４から取
り外した取替え工具３を専用工具マガジン１に装着する
。主軸４は工具チェンジャ２から被取替え工具を受け取
ると、取替えツールグリツパ２２の把持部２４の真上に
移動して下降し、被取替え工具を把持部２４に装着して
該工具を離し後退する。

次いで、第２回転装置１６が作動して傾斜軸１２と一緒
に取替えツールグリツパ２２を１８０度回動させ、水平
状態の被取替え工具３を垂直に、また、垂直状態にあつ
たシャンク軸２３を水平にする。前記で被取替え工具を
離して後退した主軸４は、再び前進し、今度はシャンク
軸２３をつかんで取替えツールグリツパ２２を再度保持
し、固定ピストン２０が固定部材１４に対する取替えツ
ールグリツパ２２の固定を解くのを待つて上昇して取替
えツールグリツパ２２を固定部材１４から外す。取替え
ツールグリツパ２２を保持した主軸４は、横及び前に動
いて取替えツールグリツパ２２の把持部２４に装着され
た被取替え工具３を取替え工具マガジン２５の空の工具
ポット２６の真上につけ、そのまま下降して被取替え工
具３を工具ポット２６に挿入し、次いで後退して把持部
２４から工具を外す。上記で１回の工具交換が終了する
が、何本もの工具を交換する場合は上記の作動が繰り返
えされる。

なお、この場合、ロータリーテーブルＣが工具パレット
Ｇをそのまま回動して次の工具を割り出す。工具を工具
ポットに挿入して後退した主軸４は、最後に固定部材１
４の位置まで移動して下降し、取替えツールグリツパ２
２を固定部材１４に装着し、次の指令を待つことになる
。

なお、工具の取替え動作をしない場合は、取替えツール
グリツパは上記のごとく固定部材１４に固定しておいて
もよいが、専用工具マガジン１に収納することもできる
。

この場合は、取替え動作指令にもとづき、主軸４が取替
えツールグリツパ２２をくわえて通常の工具交換位置へ
移動した後、工具チェンジャ２より主軸４にくわえられ
た取替えツールグリツパ２がその溝付フランジ部２３ｂ
が把持されて、主軸より抜き出されて、専用工具マガジ
ンに収納される。主軸４の作動による加工時、或いはそ
の他の必要時においては、回転装置６により垂直軸５を
回動させて、取替えツールグリツパ２２やブラケット１
１が邪魔にならないようにする。なお、上記においては
、工具チェンジャ２を使用して専用工具マガジン１と主
軸４との間で通常の工具交換を行う方式の自動工具交換
装置工作機械に、本発明を適用した場合を示したが、本
発明はこれに限定されず、上記工具チェンジャ２を使用
しないで、専用工具マガジン１と主軸４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
械にも適用てきる。

以上説明したように、本発明の工具取替え装置は、多機
能のロボットを必要とせず、傾斜軸の回動によつてシャ
ンク軸と工具の姿勢を水平から垂直に、また垂直から水
平に変え、ロータリテーブルが持つ割出し機能と、主軸
（主軸ヘッド）等の工作機械制御軸の送り機構及ひ主軸
の支持機能を活用して工具の取替えを行うものであるか
ら、構造が簡単である上、作動が確実で安価につき、し
”かも既設の工作機械にも設備することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具取替え装置を設備した工作機械及
びこれの関連機器の平面略図、第２図は本発明の工具取
替え装置の一実施例を示す断面図、第３図は固定部材に
対する取替えツールグリツパの固定状態を示す断面図、
第４図は固定部材の縦断面図、第５図は回転装置の一例
を示す断面図、第６図は取替えツールグリツパの把持部
を、一部断面で示した平面図である。 ３・・・・・・工具、４・・・・・・主軸、５・・・・
・・垂直軸、６・・・・・・油圧シリンダ装置（回転装
置）、１２・・・・・・傾斜軸、１６・・・・・・油圧
シリンダ（回転装置）、２２・・・・・取替えツールグ
リツパ、２３・・・・・・シャンク軸、２４・・・・・
・把持部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工作機械の近くに配設されたブラケットに、傾斜軸
   が該傾斜軸の軸方向を垂直な面内で４５度傾斜させ、か
   つ傾斜軸自体の周方向に回転自在に設けられ、上記傾斜
   軸には傾斜軸を傾斜軸の周方向に回転させる回転装置が
   付設されるとともに、上記傾斜軸に設けられた固定部材
   には、上記工作機械の水平な主軸に装着される水平なシ
   ャンク軸と、このシャンク軸も水平にした状態において
   垂直な工具を把持する把持部とを有する取替えツールグ
   リツパが着脱自在に付設されて成ることを特徴とする工
   具の取替え装置。