JPS61236451A - 自動工具交換装置 - 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】 （１１産業上の利用分野 本発明はＮＣ工作機械の自動工具交換装置に関する。

（２）　　従来の技術 従来、ＮＣ工作機械のマシニングセンタに使用される自
動工具交換装置は種々なものが知られている。

主軸と工具貯蔵マガジンの交換位置における工具軸とが
直交する位置関係を有するマシニングセンタでは、主軸
と工具貯蔵マガジンとの間で動作する自動工具交換装置
が設けられる。

この種の自動工具交換装置は、簡潔な構成を有し且つ迅
速な動作が要求される。また、自動工具交換装置は主軸
と工具貯蔵マガジン間で工具の受渡し動作を行う正確上
、どうしても加工エリアに近接あるいは浸入した位置に
設置せざるを得なかった。

（３）　　発明が解決しようとする問題点従来の自動工
具交換装置は、主軸と直交する位置関係にある工具貯蔵
マガジンの工具ポットを回動し、主軸の工具軸と工具貯
蔵マガジンの工具軸とを平行にした後、自動工具交換装
置におけるウィンアームのグリッパで工具を把持する。

そして工具を把持したツインアームの進退動作と旋回動
作によって工具を交換する構成となっている。従って、
工具ポットが回動する動作を必要とし、動作時間の短縮
化がはかれず、また、構造もツインアームの旋回半径が
長くなったり、全体的に複雑となっていた。

さらに、自動工具交換装置の設置位置が加工エリアを狭
める結果となり、作業性も悪くなって安全上問題が生じ
ている。また、交換動作中におけるワークとの干渉に気
を使わねばならず、ＮＣ加ニブログラムの作成上煩わし
さを残していた。加工エリアと待機位置にある自動工具
交換装置のツインアームとの間に分離カバーを設けるこ
とができないものでは、加工中の切粉やクーラントの飛
散から自動工具交換装置を保護できず故障や信頼性の点
で対策が望まれていた。

（４）　　目的 本発明の目的は上記事情に鑑み問題を解決するために提
案されたものであって、構造が簡単で、しかも加工領域
と完全に分離させ、コンパクトな動作で迅速に行うこと
が出来るようにした自動工具交換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の自動
工具交換装置は従来から知られている自動工具交換装置
を改良したものであって、その手段は主軸と工具貯蔵マ
ガジンの交換位置における工具軸とが相対的に直交する
位置関係にあるマシニングセンタで、前記主軸と前記工
具軸との間に設けた自動工具交換装置において、ツイン
アームが９０度振り込む旋回軸と、ツインアームが１８
０度回転する自転軸と、主軸あるいは工具貯蔵マガジン
に挿着された工具を把持させるために、前記旋回軸に嵌
合して、ツインアームを待機位置から前後に移動せしめ
るボディと、ツインアームを前後に移動し工具貯蔵マガ
ジンあるいは主軸に挿着された工具を抜き差しする動作
を行う前記ボディに取付けられた駆動源とから構成され
る。

而して、本発明は工具交換が早く出来、しかも加工領域
内に出ることがないから作業性の面で安全である。

（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。

（Ａ）まず、本発明が通用される工作機械の概要につい
て説明する。

第１図は本発明が通用されるコラム移動形の立型マシニ
ングセンタの正面図、第２図は第１図の■矢視平面図お
よび第３図は第１図の■矢視側面図である。

第１図〜第３図に示されたマシニングセンタにおいて、
ベッド１の後方にコラム２が載置され、Ｙ軸モータ３で
回路のポールスクリュによりＹ軸方向（第２図において
前後方向）に移動される。

コラム２の前面に取付けられた主軸ヘッド４がＺ軸モー
タ５で回路のポールスクリュによりＺ軸方向（第１図お
よび第３図において上下方向）に移動される。また、主
軸へラド４には主軸６が回転自在に軸承され主軸モータ
６ａにより回転される。ベッド１上の前方にはテーブル
７が載置され、Ｘ軸モータ８で回路のポールスクリュに
よりＸ軸方向（第１図および第３図において左右方向）
に移動される。テーブル７上には加工すべきワークが載
せられ所定の加工が施される。

ベッド１上の側方には工具を収納しておく工具貯蔵マガ
ジン９が一体的に立設されている。工具貯蔵マガジン９
内には工具Ｔが例えば第３図において円周上に複数本収
納されている。工具Ｔ＋の位置は、工具貯蔵マガジン９
から工具Ｔ１を本発明の自動工具交換装置１０により着
脱甘めしる位置である。主軸６と工具貯蔵マガジン９の
交換位置である工具軸とは直交した位置関係にあって、
しかも本発明の自動工具交換装置１０は工具貯蔵マガジ
ン９と主軸６との間に配設される。第１図〜第３図に示
された自動工具交換装置１０の位置は待機位置を示して
いる。

本発明の自動工具交換装置１０の駆動手段は４つの駆動
部を備えている。すなわち、ツインアーム１１を待機位
置（すなわち、工具貯蔵マガジン９側）から主軸６側へ
９０度旋回軸１２により振り込むシリンダ１３　（第４
図）、ツインアーム１１を１８０度旋置きせる揺動シリ
ンダ１４、ツインアーム１１により主軸６又は工具貯蔵
マガジン９に挿着された工具Ｔを抜き差しする抜き差し
用シリンダ１５、およびツインアーム１１を待機位置か
ら主軸６または工具貯蔵マガジン９の工具Ｔを把持する
ため、前後退せしめる３位置用シリンダ１６．３３Ａの
駆動部から構成される。

（Ｂ）ツインアーム１１を待機位置（工具貯蔵マガジン
９側）から主軸６側へ旋回軸１２により振り込む構成を
、第２図および第４図に基づいて説明する。

第４図は第２図のｍ−ｍ線拡大断面図である。

第２図および第４図において、工具貯蔵マガジン９の背
面側部一端にブロック１７が取付けられ、該ブロック１
７内にボールスプラインからなる旋回軸１２と該旋回軸
１２に嵌合されたレバー１８および該レバー１８の一端
部にピン１９で軸支されたロッド２０が収納されている
。

該ロッド２０はブロック１７の下方へ延在しロッド２０
の他端部がシリンダ１３に収納されている。シリンダ１
３の下端部は工具貯蔵マガジン９の下方部に取付けられ
たブロック２１内にピン２２で軸支される。

シリンダ１３の作動によりロッド２０が下方へ移動する
ことにより、ロッド２０の上端部がピン１９でレバー１
８に軸支されていることからレバー１８が矢印の如く右
廻りに９０度回動（第４図２点鎖線の位置）し旋回軸１
２をまわす。旋回軸１２がまわるため該旋回軸１２の先
端部でボディ２３を介して取付けられたツインアーム１
１が待機位置から主軸６例の位置へ振り込まれる（第２
図の二点鎖線の位置）。またロッド２０を下方位置から
上方へ移動させることにより、レバー１８が左廻りに９
０度回動じ旋回軸１２をまわし、ツインアーム１１が主
軸６側の位置から待機位置（工具貯蔵マガジン９側）へ
移行する。（第４図実線の位置） なお、ブロック１７の上方部にスプリングを介して安全
装置１７ａの安全ピン１７ｂが嵌入され、停電等の際、
圧油が抜かれて安全ピン１７ｂが下方へ移動しツインア
ーム１１が主軸６側へ回動するのを防止している。

（Ｃ）ツインアーム１１を１８０度旋置きせる構成を第
１図、第３図および第５図に基づいて具体的に説明する
。第５図はツインアーム１１を旋回軸１２により９０度
主軸６側へ振り込んだ後、主軸６に挿着されている工具
Ｔを把持している状態（第１図における二点鎖線で示し
たツインアーム１１′）を示した拡大断面図である。

第１図、第３図および第５図において、旋回軸１２にボ
ディ２３の軸部２３ａが嵌合されている。

ボディ２３の一側端部に工具Ｔの抜き差し用シリンダ１
５が設けられ（後述）、該抜き差し用シリンダ１５の側
部に揺動シリンダ１４のボディ２４が一体的に取付けら
れる。該ボディ２４内にはベアリング２５ａ、２５ｂを
介して揺動軸２６が回転自在に取付けられる。該揺動軸
２６の先端部はボールスプラインからなる軸２７が延在
し、ツインアーム１１の軸部１１ａに嵌合されている。

従うて、揺動シリンダ１４の作動によりベアリング２５
ａ、２５ｂを介して揺動軸２６が１８０度回軸回転、揺
動軸２６の先端部である軸２７の回転がツインアーム１
１の軸部ｔｔａに伝達されツインアーム１１がベアリン
グ２８で軸支されて１８０度回軸回転る。

（Ｄ）ツインアーム１１で主軸６あるいは工具貯蔵マガ
ジン９に挿着された工具Ｔの抜き差し用シリンダ１５の
取付構成を具体的に説明する。

第５図において、抜き差し用シリンダ１５内にはロッド
２９が前後方向に移動されるように挿嵌される。ロッド
２９の先端部に挿着されたリング部材３０がツインアー
ム１１の軸部１１ａをベアリング２８を介して回転可能
に支持する。

而して抜き差し用シリンダ１５の油通路１５ａに圧油を
供給することによりロッド２９が前方へ押し出される。

ロッド２９がリング部材３０に固着されベアリング２８
を介してツインアーム１１の軸部１１ａを支持している
から、ツインアーム１１の軸部１１ａがボールスプライ
ンからなる軸２７に対して前方へ移動し主軸６から工具
Ｔを抜く。抜き差し用シリンダ１５の油通路１５ｂに圧
油を供給することによりロッド２９が後方へ押し戻され
る。ツインアーム１１の軸部１１ａがボールスプライン
からなる軸２７に対し後方へ押し戻されて第５図に示す
如き状態すなわち主軸６へ工具Ｔを挿着する。

（Ｅ）ツインアーム１１で主軸６側または工具貯蔵マガ
ジン９の工具Ｔを把持するため旋回軸１２上で待機位置
から前後退せしめる構成を第２図および第６図に基づい
て具体的に説明する。

第６図は第１図のＩＶ−ｒＶ線断面図である。第１図、
第２図および第６図において、ブロック１７内に取付け
られた旋回軸１２はベアリング３１ａ。

３１ｂを介して回転しツインアーム１１を振り込むと共
に、ボールスプラインからなる旋回軸１２がボディ２３
の軸部２３ａに嵌合される。

３位置用シリンダ１６．３３Ａには２本のロッド３２．
３３の夫々の一端部に設けられたピストン３２ａ、３３
ａが挿入される。ロッド３２の他端部３２ｂが工具貯蔵
マガジン９の側端部９ａに固定され、またロッド３３の
他端部３３ｂがブラケット３４を介してボディ２３の後
部に取付けられる。

而して、ツインアーム１１が振り込まれ第２図の２点鎖
線の位置、すなわち主軸６側における待機位置の状態か
らシリンダ３３Ａの油路３３ｃに圧油を供給しロッド３
３を前方へ押し出す、ボディ２３がボールスプラインか
らなる旋回軸１２に対して前方へ押し出されてツインア
ーム１１が前進する。こ前進動作は、ツインアーム１１
が主軸６に挿着されている工具Ｔをツインアーム１１の
把持部１１ｂで把持する動作となる。また油路３３ｄに
圧油を供給しロフト３３を後方へ押し戻すことにより待
機位置に戻される。

一方、ツインアーム１１が工具貯蔵マガジン９側にある
場合は、待機位置からシリンダ１６の油路１６ａに圧油
を供給すると、ロッド３２の一端部３２ｂが工具貯蔵マ
ガジン９の側端部９ａに固定されているため、シリンダ
１６自体が後方へ移動する。ボディ２３がボールスプラ
インからなる旋回軸１２に対しブラケット３４．軸部２
３ａを介して後方へ移動することになりツインアーム１
１が後退し工具貯蔵マガジン９の工具交換位置（第３図
のＴ１位置）にある工具Ｔをツインアーム１１の他方の
把持部１１ｃで把持する。シリンダ１６の油路１６ｂに
圧油を供給し前方へ押し戻されて待機位置に戻される。

本発明の動作について説明する。

（イ）第２図における待機位置の状態にある自動工具交
換装置ｌＯのツインアーム１１　（すでに、次に使用さ
れる工具Ｔを一方の把持部１１ｃに把持されている）が
シリンダ１３（第４図）の作動でロッド２０を上方から
下方へ移動させることにより、ロッド２０の上端部がピ
ン１９でレバー１８に軸支されているから、レバー１８
に嵌合された旋回軸１２が右廻りに９０度回動すること
により、旋回軸１２に嵌合されているボディ　２３に一
体化されたツインアーム１１が主軸６側へ９０度振り込
む。

（ロ）第２図で示した二点鎖線の中間位置に振り込まれ
たツインアーム１１は、第６図に示したシリンダ３３Ａ
の作動でロッド３３を前方へ移動せしめることにより、
ボディ２３が前方へ進むから（第２図の矢印方向）、ツ
インアーム１１が前進し主軸６に挿着されている工具Ｔ
を把持する。

（ハ）ツインアーム１１が第５図の抜き差し用シリンダ
１５の作動でロッド２９を押し出すことにより主軸６に
挿着されている工具Ｔをツインアーム１１の把持部ｆｌ
ｂで把持した状態で工具Ｔの主軸ロック解除の後、ツイ
ンアーム１１が前方へ押し出されて主軸６から工具Ｔが
抜かれる。

（ニ）上記（ハ）の状態で第５図に示した揺動シリンダ
２６の作動でベアリング２５ａ、２５ｂを介して回転軸
２６を１８０度回転させると、回転軸２６の先端部に一
体化された軸２７がベアリング２８を介してツインアー
ム１１を１８０度回転させる。而してツインアーム１１
の把持部１１ｂと１１０が反転し位置を変える。ツイン
アーム１１の把持部１１ｃに把持された新工具が主軸６
側に来る。

（ホ）抜き差し用シリンダ１５を作動させてロッド２９
を押し戻してツインアーム１１の把持部１１Ｃに把持さ
れた新工具を主軸６に挿着させる。

（第５図） （へ）フィンアーム１１をシリンダ３３Ａの作動でロフ
ト３３を後方へ後退せしめ中間位置に戻す。

（第２図の二点鎖線の位置） （ト）旋回軸１２がシリンダ１３の作動でロッド２０を
上方へ移動せしめることにより左廻りに回動してツイン
アーム１１を上方へ振り込ませて待機位置に戻す、（第
２図） （チ）さらに、抜き差し用シリンダ１５の作動でロフト
２９を前方へ押し出してツインアーム１１を前方へ位置
せしめる。

（す）シリンダ１６の作動で固定されたロッド３２に対
しシリンダ１６が後方へ後退することにより、ツインア
ーム１１の把持部１１ｂが工具貯蔵マガジン９の交換位
置上にくる。

（ヌ）抜き差し用シリンダ１５の作動でロッド２９を押
し戻すことにより、ツインアーム１１の把持部１１ｂに
把持された加工済工具が工具貯蔵マガジン９の空きポッ
ト内に収納される。

（ル）シリンダ１６の作動でツインアーム１１を待機位
置へ移動し、次に使用する工具を工具貯蔵マガジン９の
割出し装置によって、工具交換位置に割出して、ツイン
アーム１１をシリンダ１６の作動でツインアーム１１の
把持部１１ｂに工具を把持する。

（オ）ツインアーム１１の把持部１１ｂで工具貯蔵マガ
ジン９の交換位置から工具を抜き待機位置に移動して抜
き差し用シリンダ５の作動でロッド２９を押し戻し待機
せしめる。

以上の一連の動作を繰り返すことにより工具貯蔵マガジ
ン９の交換位置にある工具軸と主軸６との間で本発明の
自動工具交換装置１０を介して工具Ｔが自動交換される
。

（７）効果 本発明の自動工具交換装置は主軸と工具貯蔵マガジンの
交換位置における工具軸とが相対的に直交する位置関係
にあるＮＧ工作機械に通用される。

本発明は主軸と工具貯蔵マガジンの先端部との間に設け
られ、待機位置における自動工具交換装置を加工領域か
ら完全に分離させたので、切粉やクーラントの飛散から
保護するこができる。従って、信頼性や耐久性の向上に
つながった。

また、ツインアームの旋回半径を短くすることができ、
それとともに、主軸側の中間位置に振り込まれても、加
工領域に浸入することのない構成であり、安全性や作業
性を害することはない。従って、交換動作中にとけるワ
ークとの干渉に気を使う必要はなくＮＣ加ニブログラム
の作成が一層容易となる。

さらに、構造が簡単でコンパクトな構成であるから動作
速度を高めることができ、工具交換動作の迅速化をはか
ることができた。すなわち、生産能率の向上につながる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される移動形の立型マシニングセ
ンタの正面図、第２図は第１図の■矢視平面図および第
３図は第１図の■矢視側面図である。 第４図は第２図の■−■線拡線断大断面図る。 第５図はツインアームを旋回軸により９０度主軸側へ込
んだ後主軸に挿着されている工具を把持している状態の
拡大断面図である。第６図は第１図のＩＶ−ＴＶ線断面
図である。 ２・・・コラム　　　　　　４・・・主軸ヘッド６・・
・主軸　　　　　　　７・・・テーブル９・・・工具貯
蔵マガジン　１０・・・自動工具交換装置１１・・・ツ
インアーム　　　１２・・・旋回軸１３・・・シリンダ
　　　　　１４・・・揺動シリンダ１５・・・工具抜き
差し用シリンダ １６・・・３位置用シリンダ　１７・・・ブロック１８
・・・レバー　　　　　　２０・・・ロッド２３．２４
・・・ボディ　　　　２９，３２．３３・・・ロンド第
２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸と工具貯蔵マガジンの交換位置における工具軸とが
   相対的に直交する位置関係にあるＮＣ工作機械で、前記
   主軸と前記工具軸との間に設けた自動工具交換装置にお
   いて、ツインアームを工具貯蔵マガジン側と主軸の後方
   側に振込む回転軸を有する振り込み装置と、前記回転軸
   に嵌合し前記ツインアームを支持して移動可能に設けら
   れたボディと、該ボディを待機位置から前後に移動し、
   前記ツインアームにより工具貯蔵マガジンの工具あるい
   は主軸の工具の把持動作を行わせしめる３位置移動部と
   、前記ボディに設けられツインアームを反転させる旋回
   軸を有する旋回駆動部と、前記ボディに設けられツイン
   アームを進退動し、工具貯蔵マガジンの工具あるいは主
   軸の工具の抜き差しを行う抜き差し駆動部とからなる自
   動工具交換装置。