JPS61203244A - 工作機械の工具受渡し装置 - 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】 （１）産業上の利用分野 本発明は工具の自動工具交換時間の短縮と非切削時間の
短縮、および構造のコンパクト化を図るのに好適な工作
機械の工具受渡し装置に関する。

（２）従来の技術 数値制御工作機械のマシニングセンタにおいては、機械
本体近傍に多数の工具を保有する工具貯蔵マガジンが設
けられている。工具は工具貯蔵マガジンと主軸間で自動
工具交換される。機械本体は、通常主軸ヘッドを有し、
主軸ヘッドは三次元方向く上下、左右９前後方向）に座
標移動するように構成されている。主軸ヘッドには回転
自在に軸承された主軸を設け、該主軸に所要の工具を挿
着する。主軸の工具は駆動手段により回転され、ワーク
の加工を行なう。

主軸に挿着された工具によりワークを加工した後、次の
加工の為主軸と工具貯蔵マガジンとの間で所定の関係位
置に移動位置決めされ、自動工具交換装置（以下ＡＴＣ
という）により工具の自動交換が行われている。

該ＡＴＣの交換時間は、ワーク加工の実切削時間に対す
る非切削時間に相当し、工具交換時間の短縮のため、種
々の機械構成やＡＴＣ機構およびＡＴＣ制御技術の構築
などが現出しているが、今だその解決余地を残している
。

自動工具交換に関わる機械構成のうち、工具貯蔵マガジ
ンの工具の軸線方向と主軸軸線方向が平行でない場合、
工具貯蔵マガジンの工具ポットが主軸軸線方向と平行に
なるまで回動し、続いてＡＴＣのアームが工具ポットへ
直線移動をして、アームのグリッパが工具を把持するか
、あるいはＡＴＣのアームが９０°旋回動作をし、グリ
ッパが工具を把持しており、複数の動作を必要としてい
た。

また、工具貯蔵マガジンの工具ポットが回動しない構成
のものでは、揺動支点を有するＡＴＣのアームが、工具
ポットの軸線と平行になるまで揺動し、続いてアームが
工具ポットへ直線移動をし、て、アームのグリッパが工
具を把持するか、あるいはＡＴＣのアームが９０°旋回
動作をし、グリッパが工具を把持しており、やはり複数
の動作を必要としていた。従って、アームのグリッパに
よ　　−る工具把持部の掴み動作として、独立に１モー
シヨンを要していた。このような構成では、工具交換時
間の短縮が難かしく、またコスト的には高価なものとな
っていた。

（３）発明が解決しようとする問題点 工具交換のためには、主軸が交換位置まで移動する時間
、所望工具を工具貯蔵マガジン内で所定交換位１まで回
送する時間、および回送された工具をＡＴＣにより引き
出し、これを主軸内に挿着する時間（あるいは、ＡＴＣ
により主軸の工具を離脱させる時間）並びにＡＴＣが待
機位置に到達する時間などが必要となり従来技術ではこ
れ等の加算時間が非切削時間となり、機械稼動率を低下
させる主要要因とされていた。

また、昨今のマシニングセンタでは、客先要求から設置
スペースの縮小がせまられ、空間まで含めた、同一機能
でもコンパクト化された機械が社会ニーズとなっている
。従って、自動工具交換に関わる諸装置の簡素化とコン
パクト構成が一層重要となってきた。

従来技術においては、自動工具交換に関わる機械構成の
うち、工具貯蔵マガジンの工具の軸線方向と主軸軸線方
向が平行でない場合には、両者を平行にさせる動作と、
平行に動作した位置からＡＴＣアームのグリッパが工具
を把持するまでの動作が個々に行なわれ、動作数を簡略
化することができなかった。

（４）　　　目　　的 本発明の目的は上記の事情に鑑みて問題を解決するため
に提案されたものである。すなわち、自動工具交換を迅
速に行ない、さらにコンパクトな構成にするため、ＡＴ
Ｃアームのグリッパに対し工具を円周上の軌跡に沿って
揺動し、最終位置すなわちグリッパ開口部の突Ｖ爪と工
具把持用の■溝が干渉を起こさずに１モーシヨンで係合
するように構成した工作機械の工具受渡し装置を提供す
ることにある。

（５）問題点を解決するための手段と作用本発明は工具
が貯蔵されている工具貯蔵マガジンと工具を交換するＡ
ＴＣとの位１関係を一定角度傾斜させて構成し、その空
間に待機位置と受渡し位置間で回動し、ツインアームヘ
工具を受渡す中間ポットを介在させる。工具受渡し装置
は前記工具貯蔵マガジンから工具を着脱する着脱位置と
、中間ポットの待機位置と該待機位置にある工具をＡＴ
Ｃのツインアームの一方へ受渡す受渡し位置とを有し、
それらの間で工具を転送するようになっている。

工具受渡し装置は加工中に工具貯蔵マガジンから次加工
用の工具が選定された後、該工具を工具貯蔵マガジン部
に設けられたシングルハンド駆動部により、待機位置で
待機している中間ポットに挿着し、加工が終了するまで
待機せしめられる。

加工が終了し工具交換の指令が発せられると、速かに待
機位置から受渡し位置へ回動して工具がＡＴＣへ受渡さ
れる。

（６）実施例 以下、本発明の一実施態様を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の工具受渡し装置が取付けられているマ
シニングセンタの正面図および第２図は第１図の■矢視
側面図である。

第１図および第２図おいて、ベッド１上にコラム２が載
置されていて、モータ３　（第２図）によりボールスク
リュー４を回転しナツト４ａを介してコラム２がＸ軸方
向（前後方向）にガイドレール５ａ、５ｂに沿って移動
し得るようになっている。コラム２に主軸ヘッド６が取
付けられ、該主軸ヘッド６には主軸７が軸承されていて
回転自在である。マシニングセンタの前面にはワークＷ
を載せるテーブル１１が載置されていて、図略のモータ
からボールスクリュー２へ回転が伝えられＸ軸方向（第
２図において、紙面に対し直交する方向）にガイドレー
ル１３ａ、１３ｂに沿って移動し得るようになっている
。主軸ヘッド６は第１図の如くモータ８からボールスク
リュ９へ回転が伝えられ、Ｙ軸方向（上下方向）にガイ
ドレール１０ａ、１０ｂに沿って移動し得るようになっ
ている。

主軸ヘッド６の上方にＡＴＣ１５のツインアーム１４が
軸承されたツインアーム駆動部］、　５　ａがコラム２
の上部に固定的に取付けられている。またベット１から
複数の支柱１６が立設され、コラム２の上方部で、複数
の支柱１６上に工具貯蔵マガジンのベース１７が固設さ
れている。該ベース１７の下部中央に中間ボット１８が
設けられ、傾斜した待機位置］、　８　ａと水平な受渡
し位置１８ｂの２位置間で回動するようになっている。

ツインアーム１４は主軸７軸線方向の進退動と第１図に
示した一点鎖線の円弧上を１８０°旋回するように構成
されている。

複数の支柱１６が立設されたベース１７上に工具貯蔵マ
ガジンＭが配設されている。工具貯蔵マガジンＭはツー
ルホルダ１９が複数配設され、ツールホルダの軸線がベ
ース１７と平行に設けられる、いわゆる放射状マガジン
であって、後記するように該ツールホルダ１９を一定間
隔で固定したチェーンをスプロケットホイールに巻回し
回動位置決めされるように構成されている。

第２図において、主軸ヘッド６は下端部の位置にある状
態を示し、上方へ移動した二点鎖線の状態が上端部の位
置を示す。この位置で主軸７の工具はツインアーム１４
の一方に把持され、また、工具貯蔵マガジンＭ内の所要
の工具は、あらかじめ中間ポット１８に装着し待機せし
められ、工具Ｃ１５の駆動により、工具の自動交換が行
なわれる。なお、工具の自動交換時、コラム２は後端部
の位置（第２図の位置）にある。ワークＷを加工する際
は前方へ移動する。

第３図は工具貯蔵マガジンＭと本発明の工具受渡し装置
の拡大一部正面断面図、第４図は工具貯蔵マガジンＭの
シングルハンド駆動部３８を一部断面した拡大正面図で
ある。第５図は第３図の■−ＩＩ線断面図、第６図は第
５図のｍ−ｍ線断面図、および第７図は第４図の■−■
線断面図である。

第３図〜第７図において、傾斜して固設されたベース１
７の下部空間に中間ポット１８が取付けられ、中間ポッ
ト１８の先端部では工具Ｔが挿着される挿着孔１８Ｃが
穿設されている。中間ポット１８の後端部には中間ポッ
ト１８の回動支点となるピン２０が穴２１に挿嵌されて
いる。　　゛中間ポット１８のほぼ中央部には、枢動ピ
ン２２（第３図、第４図）が挿嵌され、該枢動ピン２２
は回動自在どこ連結部材２３に軸支され、該連結部材２
３と一体化されたピストンロッド２４を進退動させるシ
リンダ２５が設けられている。シリンダ２５内に圧油を
供給し、シリンダ２５のピストンロッド２４を前方へ移
動させると中間ポット１８がピン２０を支点として回動
し、傾斜した待機位置１８ａから水平な受渡し位置１８
ｂへ移行する。

また、シリンダ２５は一体化して形成された回動ピン２
５ａ　（第５図、第６図）を有し、ベース１７に固定さ
れた支持部材１７ａに嵌挿されている。

傾斜したベース１７上にはツールホルダＩ９が複数配設
され、ツールホルダ１９の軸線がベース１７と平行に設
けられている。而して複数のツールホルダ１９を一定間
隔で同定したチェーン２６をスプロケットホイール２７
．２８に巻回しインデックスモーク３１により回動位置
決めされる。

巻回チェーン２６の左端上部にはシングルハンド２９を
駆動せしめるシングルハンド駆動部３８とチェーン２６
を回動せしめるインデックスモーク３１が取付けられて
いる。該インデックスモーク３１の出力軸３２からギヤ
３３へ回転が伝達される。ベース１７に回転自在に軸支
された軸３５は、ベアリング３６ａ、３６ｂを介してギ
ヤ３４とスプロケットホイール２７が軸着されている。

而してギヤ３３からギヤ３４を介してスプロケットホイ
ール２７に回転が伝達される。従ってスプロケットホイ
ール２７と従動側のスプロケットホイール２８に巻回し
たチェーン２６が回動する。巻回しているチェーン２６
にツールホルダ１９が複数取付けられ、ツールホルダ１
９が、前方の中間ポット１８と対向した着脱位置（１９
Ａの位置）でシングルハンド２９により工具Ｔを工具貯
蔵マガジンＭと中間ポット１８との間で転送が行なわれ
る。

シングルハンド２９の構造について説明する。

第３図、第４図および第７図において、シングルハンド
の駆動部３８は前後方向（矢印Ａ）へ移動せしめるシリ
ンダ３７ａと上下方向（矢印Ｂ）へ移動せしめるシリン
ダ３７ｂとから構成されている。シリンダ３７ａ内には
ピストンロッド３９が嵌入されていて、回路の油通路か
ら圧油を供給することによりピストンロッド３９が直線
型ベアリング４１に案内されて前後方向へ移動する。従
って、ピストンロッド３９の進退動によりツールホルダ
１９および中間ポット１８にある工具Ｔの着脱動作が行
なわれる。

上下へ移動せしめるシリンダ３７ｂ内には特に第７図に
示す如く、ピストンロッド４２ａと４２ｂが嵌合して収
納されている。ピストンロフト４２ｂの他端部はシング
ルハンド２９が挿入され、ナツト４３で螺着されている
。シングルハンド２９のほぼ中央部には、工具の把持部
に係合する係止部４４が形成され、かつピストンロッド
４２ａ、４２ｂの軸線と平行にガイド４５が設けられて
いる。ガイド４５の一端部は係止部４４の中央でボルト
４６により螺着されている。

従ってピストンロッド４２ａ、４２ｂの下方への移動で
ガイド４５も下方へ移動し、ツールホルダ１９の着脱位
置１９Ａにある工具Ｔを把持する。

またシングルハンド２９の側端部にはツールを把持する
ための爪部材４７がピン４８を支点に回動自在に取付け
られている。爪部材４７の他端部にはスプリング４９を
介設した受は部材５０が爪部材４７に貫通して挿着され
ている。従って爪部材４７の先端部は常時ピン４８を支
点として内方へスプリング４９により付勢され、かつピ
ン４８を支点として外方へ回動し得るようになっている
から、係止部４４で工具Ｔを把持する際爪部材４７の先
端部が外方へ回動した後工具Ｔと係合する。

シリンダ３７ｂには３つの油通路５１ａ、５１ｂおよび
５１ｃが連通されている。油通路５１ａと５１Ｃに圧油
を供給すると、その圧力差によりピストンロッド４２ａ
が下方へ押され、ピストンロッド４２ｂも同時に同一距
離移動し工具貯蔵マガジンＭのツールホルダ１９の着脱
位置１９Ａにある工具Ｔを把持する。

この状態から工具Ｔを抜いたのち油通路５１ａに圧油を
供給したまま、油通路５１ｂに圧油を供給し、油通路５
１ｃの圧油の供給をやめると、ピストンロフト４２ｂが
下方へ押し出され、シングルハンド２９が中間ポット１
８の待機位置１８ａまで移動する。

油通路５１ａ、５１ｂの圧油の供給をやめ、油通路５１
ｃに圧油を供給すると、ピストンロッド４２ａと４２ｂ
が第７図に示す原位置へ戻される。

中間ポット１８がシリンダ２５により、待機位置１８ａ
から受渡し位置１８ｂへ回動し、工具Ｔをツインアーム
１４の一方の爪部材１４ｂへ受渡す構成について説明す
る。ツインアーム１４へ工具１゛を受渡す場合、従来は
、ツインアーム１４の水子軸線に対し直角方向に移動さ
せ、爪部材１４ｂで把持される。しかしながら、従来の
工具受渡し装置は受渡し動作を複数にして受渡すか、あ
るいは単一動作にした場合は、待機位置を干渉外領域ま
で空間スペースをひろく設ける必要があった。

本発明は、コンパクト化を図るため、中間ポット１８の
所要スペースを極小にし、且つ動作を単一にした工具受
渡し装置である。

第８図（イ）は中間ポンド１８の工具Ｔが傾斜した待機
位置１８ａからピン２０を支点に単一動作で回動し、受
渡し位１ｉ１８ｂでツインアーム１４の一方の爪部材１
４ｂに把持されるまでの軌跡図である。ここで問題とな
るのは工具Ｔがツインアーム１４の爪部材１４ｂまで回
動して受渡すことに起因する干渉があり得ることである
。

第８図（ｏ）は第８図（イ）のＶ矢視図である。ツイン
アーム１４と工具Ｔとの干渉は、ツインアーム１４の半
円状の爪部材１４ｂの両側端部（二点鎖線用Ｃ＋、Ｃｔ
部）が干渉発生の懸念される領域である。なお、爪部材
１４ｂの断面は傾斜山形形状を呈している。第８図（ハ
）は第８図（ｔｌ）の円ＣＩ部における工具Ｔと爪部材
１４ｂのＶｌ　−Ｖｌ　線断面軌跡図である。第８図（
ハ）において、工具Ｔが待機位置１８ａから受渡し位置
１８ｂまで回動する場合、工具Ｔの軸線ＣＬに直交する
中実軸線ｔが、徐々にｔｌ＋　ｔＺ＋　ｔ３＋　ｔ４と
ツインアーム軸線１４ａに接近していく状態をあられし
ている。

工具Ｔがツインアーム１４の爪部材１４ｂへの最接近位
置においても干渉しないことが判明される。

従って、交換指令が発せられると、工具Ｔは待機位置１
８ａから受渡し位置１８ｂまで単一の回動動作によって
スピーディに移動し受渡される。

次に本発明の動作について説明する。

（イ）加工中に次加工用ツールの選択指令で、インデッ
クスモーク３１を駆動し、巻回したチェーン２６を回動
し、次加工用ツールが挿着されたツールホルダ１９を着
脱位置１９ａまでインデックスする。

（ｒｌ）油通路５１ａ、５１ｃに圧油が供給されてシリ
ンダ３７ｂのピストンロッド４２ａと４２ｂを下方へ押
し出して、シングルハンド２９を移動させ、着脱位置１
９Ａにあるツールホルダ１９のツールＴを把持する。

（ハ）シリンダ３７ａの油室に圧油を供給してピストン
ロッド３９を前方へ移動せしめて、着脱位置１９Ａにあ
るツールホルダ１９からツールＴを抜く。

（ニ）さらに油通路５１ｂに圧油を供給して（油通路５
１Ｃの圧油の供給をやめる）ピストンロッド４２ｂのみ
を下方へ押し出し、シングルハンド２９で把持した工具
Ｔを中間ポット１８の待機位置１８ａまで移動せしめる
。

（ネ）シリンダ３７ａによりピストンロッド３９を戻す
ことにより、工具Ｔを中間ポット１８に挿着し、待機位
置１８ａで待機させる。

（へ）油通路５１２．５１ｂの圧油の供給をやめ、油通
路５１ｃに圧油が供給されて、ピストンロッド４２ａと
４２ｂが元の位置へ戻される。

（ト）所定の加工が終了して、工具交換指令が発せられ
ると、シリンダ２５　（第３図、第５図および第６図）
に圧油が供給されて、シリンダ２５内のピストンロッド
２４が前方へ一定長移動する。ピストンロッド２４が一
定長移動すると、ピン２０を支点として中間ボ・ノド１
８が回動し、受渡し位置１８ｂで停止する。なお、シリ
ンダ２５は回動ピン２２を介してベース１７に支持され
ている。

（チ）受渡し位置１８ｂに至った工具Ｔはツインアーム
１４の一方の爪部材１４ｂに把持されて、すでに交換指
令によって移動しツインアーム１４の他方の爪部材１４
ｂに把持された加工済の主軸６の工具Ｔと自動交換され
る。

（す）加工済の工具Ｔが挿着された中間ボット１８が待
機位置１８ａに戻される。

（ヌ）加工済の工具Ｔは、シングルハンドＭＩＸ　ｅ　
部３８により、工具貯蔵マガジンＭの着脱位置１９Ａに
あるツールホルダ１９に転送、収納される。

すなわち、シリンダ３７ｂの油通路５１ａ、５１ｂに圧
油を供給し、ピストンロッド４２ａ、４２ｂは下方へ移
動する。ツールハンド２９は待機位置１８ａにある加工
済の工具Ｔを把持する。次にシリンダ３７ａに油圧を供
給し、ピストンロッド３９を前進させ、中間ボッ）１８
から工具Ｔを抜く。シリンダ３７ｂの油通路５１ａ、５
１ｃへ油圧の供給切換えを行ない、着脱位置１９Ａへ移
動させる。シリンダ３７ａに圧油を供給し、ピストンロ
ッド３９を後退させ、ツールホルダ１９に工具Ｔを挿着
する。シリンダ３７ｂの油通路５１ｃにのみ圧油を供給
し、シリンダルハンド２９を原位置へ戻す。

上記（イ）から（ヌ）までの動作を繰り返すことによっ
てツールの自動交換が行なわれる。

なお、本実施例では、工具貯蔵マガジンとは別置の中間
ポ・ノドがＡＴＣアームのグリッパに対し回動し、中間
ポットの工具軸線方向が主軸軸線方向と平行に動作した
位置で工具の■溝とグリッパの突Ｖ爪が係合し干渉がな
く単一動作で行なわれるように構成したが、工具貯蔵マ
ガジン内の中間ポットが回動して工具の受渡しを行なう
構成にも適用し得る。また、工具ポットが回動しない構
成のものではＡＴＣのアームと工具貯蔵マガジンとの間
における工具の受渡し、あるいはＡＴＣのアームと主軸
との間における工具の受渡しを行なうのにＡＴＣアーム
に揺動支点を設け、アームを円軌道に沿って揺動し、ア
ームの揺動軸線が工具貯蔵マガジンの工具軸線、あるい
は主軸軸線と平行になった位置で工具の■溝とアームの
グリッパの突■爪が係合し、干渉がなく単一動作で行な
うように構成する装置にも適用できる。

（８）効果 本発明の工具受渡し装置は傾斜して固設した工具貯蔵マ
ガジンとＡＴＣとの空間に中間ポットを設け、加工中に
工具貯蔵マガジンから工具をシングルハンドによりツー
ルホルダの着脱位置から、中間ポットの待機位置へ転送
し、また、傾斜した待機位置からツインアームの水平な
受渡し位置へ単一の回動動作で受渡すことがきる。すな
わち、傾斜空間内に設けた中間ポットであるから、工具
の待機位置と受渡し位置間の距離を最短にすることがで
き、コンパクトな構成となった。

また、加工終了後次加工のため工具交換の指令が発せら
れると、短時間で、受渡し装置の待機位置から受渡し位
置へ単一回動じて工具が受渡しされる。すなわち、工具
貯蔵マガジンからＡＴＣへの工具交換が従来よりも増し
て短時間に行なわれ、延いては非切削時間が大巾に短縮
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具受渡し装置が取付けられているマ
シニングセンタの正面図および第２図は第１図のＩ矢視
側面図である。 第３図は工具貯蔵マガジンと本発明の工具受渡し装置の
拡大一部正面断面図、第４図は工具貯蔵マガジンのシン
グルハンド駆動部を一部断面した拡大正面図である。第
５図は第３図のｎ−ｎ線断面図、第６図は第５図のｍ−
ｍ線矢視断面図、および第７図は第４図のｒＶ−ＩＶ線
断面図である。 第８図（イ）は中間ポットの工具が待機位置から受渡し
位置まで回動する軌跡図であり、第８図（ロ）は第８図
（イ）のＶ矢視図および第８図（ハ）は第８図（イ）の
ＶＩ−ＶＩ線断面軌跡図である。 ２・・・コラム　　　　　　６・・・主軸ヘッド７・・
・主　軸　　　　　　１４・・・ツインアーム１８・・
・中間ポット１８ａ・・・待機位置１８ｂ・・・受渡し
位置　　　１９・・・ツールホルダ２０・・・ピ　ン　
　　　　　２６・・・チェーン２９・・・シングルハン
ド 特許出願人　　　日立精機株式会社 牙８図（］＼） γ■ ラド８　図（イ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自動工具交換装置を備えた工作機械において、外周に工
   具把持用Ｖ溝が形成された工具と、該工具を装着し保持
   する第１の位置に設けられた工具受入部材と、前記自動
   工具交換装置の駆動で前記工具を交換すべく前進後退お
   よび旋回動作する第２の位置に設けられたアームと、該
   アームの先端に設けられた工具把持用の突Ｖ爪が形成さ
   れたグリッパと、前記工具受入部材もしくは前記アーム
   を円軌道に沿って移動すべく揺動支点を有する揺動装置
   とからなり、該揺動装置の駆動で前記工具受入部材もし
   くは前記アームが前記第１の位置と前記第２の位置との
   間で円軌道に沿って移動し前記工具の工具把持用Ｖ溝と
   前記グリッパの突Ｖ爪とが係合することを特徴とする工
   作機械の工具受渡し装置。