JPS6133834A - 工作機械の工具交換装置 - 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】 技術分野 この発明は工作機械の工具交換装置に関するものであっ
て、更に詳細には、複数の工具保持具を支持した回転板
を搭載したマガジン台を主軸ヘッドに対して該主軸の軸
線方向に摺動自在に支持すると共に、回転板に支持され
た工具保持具を当該回転板に対して所定ストロークだけ
摺動し得る構成とし、回転割出しされて主軸に装着され
た工具を担当する工具保持具を割出し位置に残留させた
ままマガジン台を前記回転板と共に退避させ、これによ
って該回転板に放射状に配置した待機中の工具群を被加
工物から積極的に離間させて両者が相互に干渉するのを
防ぎ、併せて工具交換時間を短縮化することを企図した
ものである。

従来技術 被加工物（ワーク）にフライス切削や孔開は等の各種加
工を多機能に行い得るように構成したマシニングセンタ
（ＭＣ）等の工作機械では、フライスカッタやドリル等
の工具を所定のマガジンに多数格納しておき、加工中に
所望の工具を該マガジンから適時選択して、これを加工
の終了した工具と自動的に交換する工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）が一般に配設されている。この工具交換装置として
は、その設計仕様に応じて種々の型式のものが提案され
ている。例えばアームレスＡＴＣの如く、工具マガジン
に向けて主軸が移動して工具を受は取る型式のものや、
実公昭５５−２７８２１号公報に開示される考案の如く
、多数の工具を斜め放射状に配設したドラムをヘッドに
対して回転自在に設け、特定の工具を回転割出しするよ
うにしたものが知られている。しかし前者の型式では、
主軸ヘッドが加工中に被加工物から大きく移動して、マ
ガジンまで工具を受取りに行くために工具交換に要する
時間が長くなる欠点がある。また後者の型式では、工具
マガジンは主軸ヘッドと一体的に移動するものであるた
めに、被加工物の形態によっては、マガジンに装着され
て半径方向に延出する待機中の工具群が、前記被加工物
と干渉する重大な欠点があった。また一般に、工作機械
の工具交換装置（ＡＴＣ）は構成が複雑であり、このた
め故障が頻発したり、製造コス１〜が嵩む等の欠点が併
せて指摘されている。

目的 本発明は、多数の工具を放射状に配設したマガジンを回
転させて所望の工具を割出すようにした従来技術に係る
工作機械の工具交換装置に内在している前記欠点に鑑み
、これを良好に解決するべく提案されたものであって、
主軸ヘッドに対してマガジン台を摺動可能に搭載すると
共に、このマガジン台に枢支した回転板に放射状に配設
される工具保持具を当該回転板に対して摺動可能に支持
して、工具装着時には回転板およびマガジン台を主軸ヘ
ッドに対し前進させて工具交換に要する時間を短縮し、
また被加工物の加工に先立って、主軸に装着された工具
を担当する工具保持具を割出し位置に残留させたままマ
ガジン台を前記回転板と共に退避させることによって、
該回転板に配置した待機中のＴｉ群を被加工物から積極
的に離間させ、両者が相互に干渉することのないように
して迅速な工具交換および円滑な切削加工を達成するこ
とを目的とする。

実施例 次に本発明に係る工作機械の工具交換装置の詳細につき
、好適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら以下説
明する。第１図は本発明に係る工具交換装置を搭載した
工作機械の概略構成図、第２図は本発明に係る工具交換
装置の拡大図であって、マガジン台４０が主軸ヘッド１
２上を最前進位置まで前進した状態を示し、第３図はマ
ガジン台４０が主軸ヘッド１２上を前方または後方に向
けて移動しつつある途中の過程を示し、第４図はマガジ
ン台４０が主軸ヘッド１２上を完全に後退しきった位置
にある状態を示す。

図において本発明に係る工具交換装置が搭載される工作
機械は、機台１０上に水平方向への摺動可能に搭載され
た主軸ヘッド１２と、前記機台１０に垂直に立設した支
柱１４に昇降自在に配設したニー１６と、このニー１６
上に配設されて前記主軸ヘッド１２に対し直角な方向に
水平摺動可能なテーブル１８とから基本的に構成される
。主軸ヘッド１２の内部には、第３図および第４図に示
す如く、一端部にテーパー開口部からなる工具装着部２
０を形成した主軸２２が、軸受２４，２４を介して回転
自在に水平支持されている。なおこの主軸２２は、プー
リ２６，２６およびタイミングベルト２８を介して主軸
駆動モータ３０により回転されるようになっている。ま
た主軸ヘッド１２は、別のモータ３１により駆動されて
機台】０上を水平に前進後退走行するものである。すな
わちテーブル１８上に載置された被加工物３２は、該テ
ーブル１８のＸ方向の移動および２方向の昇降並びに主
軸ヘッド１２のＹ方向の移動の合成により、主軸ヘッド
１２に装着した工具３４、例えばフライスカッタに対し
て相対的な動きが与えられ、所望の切削加工がなされる
ようになっている。

前記主軸ヘッド１２上には、後述する工具群３４および
回転板５２を搭載したマガジン台４゜が前記主軸２２の
軸線りに沿って水平摺動自在に支持されている。すなわ
ち２本のガイドバー３６゜３６（但し図面上は、片方の
ガイドバー３６だけが示されている）が、主軸ヘッド１
２の頂部に近接して平行に配設され、主軸ヘッド１２が
ら一体的に突設した支持突片３８，３８を介して固定さ
れている。この２本のガイドバー３６．３６は、平面に
おいて矩形状をなすマガジン台４ｏの四隅部に夫々形成
したスライダ４２．４２に前後の関係で挿通され、前記
マガジン台４０が主軸２２の軸線りの方向に摺動するの
を許容している。なお主軸駆動用モータ３０の」二部に
は第１の流体圧シリンダ４４が水平に配置され、該シリ
ンダ４４に設けたピストンロンド４６の端部が前記マガ
ジン台４０に連結されている。従ってシリンダ４４を正
逆付勢することにより、前記マガジン台４０は前記主軸
２２の軸線ａ、に沿って水平に進退駆動される。

マガジン台４０には、第４図に示す如く、主軸２２に対
し斜め前方上方に指向する回転軸４８が、軸受５０，５
０を介して回転自在に軸支されている。

この回転軸４８は、逆円錐台形状をなす回転板５２の中
心に突設した軸支部５４に挿通固定され、これによって
回転板５２は前記マガジン台４ｏに対して回転自在に支
持されている。また回転軸４８の下端部に設けたへりカ
ルギヤ５６は、マガジン台４０に水平に取付けたモータ
５８の回転軸６０に固着したへりカルギヤ６２と噛合し
て、前記モータ５８の回転により回転板５２の回転割出
しを行うようになっている。

前記回転板５２には、その円錐外表面をなす周側に沿っ
て放射状に複数（本実施例では６個）の工具保持具６４
が配設され、これらの工具保持具６４の夫々に後述する
把持爪７０．７０を介して、フライスカッタ等の各種工
具３４が着脱自在に保持されるようになっている。そし
て前記複数の工具保持具６４中から所望の工具保持具６
４が、前記回転板５２の回転により割出しされると、該
工具保持具６４に保持された工具３４の軸線１１が、前
記主軸２２の軸線で７と整列するような位置関係に予め
設定されている。

前記工具保持具６４は、殊に第４図および第５図から判
明するように、丸棒からなる長尺のガイド棒６８と、こ
のガイド棒６８の先端部に設けた基部８４と、この基部
８４に開閉自在に枢支されかつ前記ガイド棒６８に対し
直角に延出する一対の工具把持爪７０．７０とから基本
的に構成される。

この工具保持具６４のガイド棒６８は、前記回転板５２
の円錐面外周に所要間隔で半径方向に突設した複数の支
持突起６５に穿設した案内孔６６中に摺動自在に緊密に
挿通されている。このときガイド棒６８の外周長手方向
には一条のキー溝７２が穿設され、前記案内孔６６中に
臨むよう配設したキー７４が前記キー溝７２に嵌入係合
することにより、ガイド棒６８の回り止めがなされるよ
うになっている。またガイド棒６８の両端部近傍には、
所要の間隔を置いて環状溝７６．７８が周設されており
、第４図に示す如く前記案内孔６６の適宜位置に形成し
た通孔中に収納したボール８０が、圧縮ばね８２により
弾力的に押圧されて前記環状溝７６（７８）に嵌合しク
リックストップを行って、前記ガイド捧６８の摺動距離
が規制されるようになっている。更にガイド棒６８の先
端部に固着した基部８４には、第５図に示す如く前記一
対の把持爪７０．７０がピン８６．８６を介して枢支さ
れ、後述する機構により両把持爪の開閉がなされる。

前記工具３４は、先端に設けたフライスカッタ等の刃部
と、これに接続するシャンク８８と、このシャンク外周
に突設したフランジ９ｏに形成した環状凹溝９２と、円
錐状のアーバー９４と、その後端部に設けたプルスタッ
ド９６とから構成される公知のものであって、主軸端部
に設けた工具装着部２０に着脱自在に装着されるように
なっている。すなわち工具装着部２０は、前記工具３４
におけるアーバー９４の挿通を許容する截頭円錐状の開
口部として形成され、主軸２２の中空部に摺動自在に挿
通したドローパー９８の先端に設けた工具挾持部材１．
　ＯＯが前記開口部に臨んで、工具３４の後端部に設け
たプルスタッド９６を挾持するようになっている。例え
ば工具挾持部材１００は、プルスタッド９６のネック部
を複数個のボール１０２により接離自在に囲繞するよう
に構成した公知のコレット構造からなり、前記ドローパ
ー９８の後端部に直角に挿通支持したピン１０４の両端
を後述するクランク１０６の二股形成部により押圧する
ことによって、前記プルスタッド９６の挟持および解除
を行う構成になっている。なお前記ドローパー９８は、
第４図に示すように主軸２２の軸線方向に穿設した中空
部内に移動自在に挿通配置され、該中空部の段部と該ド
ローパー９８の後端部との間に介装した圧縮ばね１０８
によって、常には主軸前方に弾力的に付勢されている。

そして前記クランク１０６は主軸ヘッド１２内にピン１
０９を介して枢支され、その下端部は第２の流体圧シリ
ンダ１１０のピストンロッド１１２にピン１１４を介し
て連結され、これによりクランク作動が与えられるよう
になっている。

次に工具保持具６４における把持爪７０，７０の開閉機
構について、概略を説明する。第３図および第４図に示
すように、主軸ヘッド１２の前端部には、工具装着部２
０に近接して一対の支持片１１６．１１６（第５図）が
一体的に突設され、この面支持片間に第３図に示す特殊
形状に形成した抑圧部材１１８が配置されて、ピン１２
０により垂直方向への回動自在に枢支されている。この
抑圧部材１１８の」二端部にはピン１２１が挿通固着さ
れ、このピン１２１の両端部は第５図に示すように左右
に若干突出して、両把持爪７０．７０の開放端部と償金
離脱することにより、該把持爪を開放するように寸法設
定されている。また第４図に示すように、主軸ヘッド１
２内には第３の流体圧シリンダ１２２が水平に配設され
、そのピストンロッド１２４の先端は主軸ヘッド１２を
貫通して前方に突出し、前記両支持片１１６，１１６の
間に臨んでいる。そして所要のテーパを頂部に形成した
係合部材１２６が両支持片１１６，１１６の間に配置さ
れて、前記ピストンロッド１２４の先端に固着されてい
る。この係合部材１２６は、前記押圧部材１１８の底面
に突設した半球状突起１２８と常時係合当接し得るよう
に位置設定されている。

第５図において把持爪７０．７０間には、引張りばね１
３０が弾力的に係着されて開成方向に常時付勢されてお
り、また両把持爪の下部自由端の内側には夫々テーパー
１３２が形成されている。そして後述する如く、工具装
着部２０の軸線方向前方に所望の工具３４が回転割出し
され、次いでマガジン台４０が所要ストロークだけ主軸
ヘッド１２上を後退して停止した際に、把持爪７０．７
０の各テーパー１３２が、第３図に示すように抑圧部材
１１８から突出するピン１２１に相対するようになって
いる。そして第３のシリンダ１２２を付勢することによ
りピストンロッド１２４が後退されると、係合部材１２
６のテーパー面に倣って押圧部材１１８を回動上昇させ
、これによって両把持爪７０の開放がなされるようにな
っている。

なお図において、マガジン台４０に配設した回転板割出
し用のモータ５８の頂部には、第４の流体圧シリンダ１
３４が水平に固定され、そのピストンロッド１３６の先
端に設けた二股部１３８が、回転板５２に放射状に配設
した複数の工具保持具６４における特定のガイド棒６８
に嵌合して、当該回転板５２の停止保持を行うようにな
っている。

作用・効果 次に、このように構成した本発明に係る工作機械の工具
交換装置の作用および効果につき説明する。

第１図において、主軸装着部２０に取付けた工具３４が
、テーブル１８上に載置した被加工物３２の切削加工を
終了すると、モータ３１が回転して主軸ヘッド１２を基
台１０上において工具抜取分だけ後退駆動させて停止す
る。次いで主軸駆動用モータ３０が駆動して、主軸２２
を所要角度だけ回動させ位置決めを行う。このとき工具
保持具６４に設けた両把持爪７０．７０は開放状態にあ
って、工具３４のフランジ９０に周設した環状凹溝９２
からは離間している。そこで前記第３のシリンダ１２２
を付勢して、ピストンロッド１２４をシリンダチューブ
中に前進させれば、該ロッド１２４に固着した係合部材
１２６は、そのテーパー面に当接する半球状突起１２８
を介して抑圧部材１１８を反時計方向に僅かに回動させ
ることになる（第４図）。そして押圧部材１１８に突設
したピン１２１の両端部を夫々把持爪７０．７０のテー
パー１３２から離間させることにより、前記引張りばね
１３０の作用下に両把持爪７ｏの閉成を行って、工具３
４の把持を行う。なお工具３４のプルスタッド９６は、
工具挾持部材１００により挾持された状態にある。

次いで前記第１のシリンダ４４を圧力付勢してピストン
ロッド４６を延伸させれば、第３図に示す如くマガジン
台４０は、ガイドバー３６．３６と共に主軸ヘッド１２
上を水平方向前方に摺動する。

このとき工具保持具６４の両把持爪７ｏは、前述した如
く工具３４を把持しているがら、該マガジン台４０の前
方移動につれて回転板５２の案内孔６６はガイド捧６８
に対して摺動し、最終的にガイド棒６８の把持爪７０取
付は側に周設した環状溝７６に、ボール８０が弾力的に
嵌合してクリックストップがなされる。このマガジン台
４ｏの前進によってボール８０が環状溝７６に嵌合した
タイミングを適宜のセンサにより検出し、前記第２のシ
リンダ１１０を付勢すれば、クランク１．０６は第４図
において半時針方向に回動する。これによりドローバー
９８は主軸２２の軸線りに沿って左方へ移動付勢され、
工具挾持部材１００に配設したボール１０２を遊動させ
て、工具３４におけるプルスタッド９６の挾持を解放す
る（工具アンクランプ）。

この工具３４のアンクランプが終了した後も、第１のシ
リンダ４４の付勢は継続され、このためマガジン台４０
は更に主軸ヘッド１２上を前進する。このとき工具３４
のアンクランプは完了し、かつ工具保持具６４は両把持
爪７ｏにより工具本体の把持を続行しているがら、前記
マガジン台４０の前進移動につれ、回転板５２に装着さ
れた工具保持具６４は、工具３４を把持したまま前記工
具装着部２０から軸線方向前方に離脱する。これによっ
て、第２図に示すように工具３４の抜取りが終了する。

次に第４のシリンダ１３４が逆付勢されてビス−１５＝ トンロッド１３６が後退し、その２股部１３８が回転板
５２上で待機中の工具保持具６４のガイド棒６８に対す
る保持を解除する。次いでモータ５８が回転してヘリカ
ルギヤ５６．６２の噛合作用下に前記回転板５２を所定
方向に回転させ、工具３４の割出しを行う。このように
回転板５２が回転されることにより、所望の工具３４が
工具装着部２０の前方に到来し、該工具３４の軸線１１
が主軸２２の軸線込と整列する。このタイミングを捉え
て前記第４のシリンダ１３４が付勢され、ピストンロッ
ド１３６が延伸して、別の工具保持具６４におけるガイ
ド捧６８を係止保持する。このとき新たに割出された工
具保持具６４は、その両把持爪７０により工具３４を確
実に把持しており、また主軸２２の中空部内に位置する
工具挾持部材１００は開放してプルスタッド９６の受入
れを待機している状態にある。なお割出された工具３４
の中心軸線１．は、主軸２２の軸線１．に整列している
ことは前述した通りである。

次に第２図の状態においてシリンダ４４が逆位勢されビ
ス１ヘンロツド４６が後退すると、マガジン台４０は主
軸ヘッド１２上を摺動後退し、その途次において第３図
に示す如く工具３４のテーパー９４が工具装着部２０の
開口部中に挿入される。

これによりプルスタッド９６は開放待機している工具挾
持部材１００中に侵入するが、このタイミングを捉えて
シリンダ１１０を逆付勢すれば、クランク１０６は時計
方向に傾動し、ドローバ−９８に対する抑圧付勢を解除
する。このため圧縮ばね１０８が弾力復帰してドローバ
ー９８を軸線方向右側に摺動させ、工具挾持部材１００
によるプルスタッド９６の挾持が行われる（工具クラン
プ）。

このように工具３４のクランプが完了した時点では、第
３図に示すようにマガジン台４０は主軸ヘッド１２の途
中に位置して、当該マガジン台４０に搭載した回転板５
２は被加工物３２に比較的近接した位置にある。しかし
シリンダ４４はその逆付勢が継続されているため、マガ
ジン台４０は主軸ヘッド１２に対して更に後退する。こ
のとき回転板５２の前記案内孔６６は、回転割出しされ
た工具３４を把持している工員保持具６４のガイド捧６
８に対して、主軸２２の軸線１．と平行に摺動し得るよ
うに設定されているから、第４図に示すように、マガジ
ン台４０および回転板５２だけが主軸ヘッド１２に対し
て後退し、工員保持具６４は割出しされた工具３４を把
持したまま第３図に示す位置に取残されることになる。

この回転板５２の後退に伴い、前記案内孔６６に収納し
たボール８０がガイド捧６８の開放端部に設けた環状溝
７８に嵌入し、クリックスｌ−ツブがなされて位置規制
が行われる。この位置規制が完了したところでシリンダ
４４の逆付勢を停止すれは、第４図に示す如く、マガジ
ン台４０は主軸へｙド１２上の右限界位置に到来して停
止する。

次いでシリンダ１２２が細分されてロッド１２４が後退
し、抑圧部材１１８を」二昇させることにより、該抑圧
部材に設けたピン１２１の両端部が両把持爪７０のテー
パ１３２に当接して該把持爪７０．７０を大きく開放し
、工具３４に対する把持を解放する。この一連の動作に
より新たな工具の割出しおよび装着が全て終了し、被加
工物に対する加工が開始される。すなわち本発明によれ
ば、工具３４の回転割出しおよび主軸２２への工具装着
が完了した後、前記割出しがなされた工具３４以外の使
用待機中の工具群は、回転板５２に保持されたまま所定
のストロークだけマガジン台４０と共に主軸ヘッド１２
上を後退しているから、主軸２２に装着した工具３４が
被加工物３２の切削加工中において、他の待機中の工具
群が当該被加工物３２と干渉することはない。

以」二詳細に説明した如く、本発明に係る工具交換装置
によれば、工具の割出しおよび装着を完了するまではマ
ガジン台が主軸ヘッド前方に到来位置しており、加工に
先立って工具群を保持した回転板を搭載したマガジン台
が後方に退避するよう構成したので、前記待機中の工具
群が被加工物と干渉することがなく１円滑な切削加工が
達成される。また主軸に対して工具マガジンが自走して
工具交換を行うものであるから、工具交換に要する１９
一 時間が短縮される利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る工具交換装置を搭載した工作機械
の概略構成図、第２図は本発明に係る工具交換装置の拡
大図であって、マガジン台が主軸ヘッド」二を最前進位
置まで前進した状態を示し、第３図はマガジン台が主軸
ヘッド上を前方または後方に向けて移動しつつある途中
の過程を示す説明図、第４図はマガジン台が主軸ヘッド
上を完全に後退しきった位置にある状態を示す説明図、
第５図は工具保持具の把持爪およびその開閉機構を主軸
ヘッドの前方から観察した正面図、第６図は本発明に係
る工具交換装置の作動状態を示すフローシート図である
。 １２・・・・ヘッド　　　　１８・・・・テーブル２０
・・・・工具装着部　　２２・・・・主軸３２・・・・
被加工物　　　３４・・・・工具４０・・・・マガジン
台　　５２・・・・回転板６４・・・・工具保持具

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端に工具装着部（２０）を有する主軸（２２）を回転
   自在に支持する主軸ヘッド（１２）を、テーブル（１８
   ）上に保持された被加工物（３２）に対し相対的に往復
   駆動して前記被加工物（３２）の加工を行う工作機械に
   おいて、 前記主軸ヘッド（１２）上において主軸（２２）の軸線
   方向に摺動可能に支持されたマガジン台（４０）と、そ
   のマガジン台（４０）上に回転可能に支持され、周側に
   沿って複数の工具保持具（６４）が配設されると共に、
   当該複数の工具保持具（６４）中の１つに保持された工
   具（３４）の軸線ｌ＿１が前記主軸（２２）の軸線ｌ＿
   ２と整列するように回転割出しされる回転板（５２）と
   、 前記複数の工具保持具（６４）は、前記主軸（２２）の
   軸線ｌ＿２上に回転割出しされた工具（３４）を保持す
   る工具保持具（６４）が前記主軸（２２）の軸線ｌ＿２
   と平行に移動し得るように、前記回転板（５２）に対し
   て摺動のみ可能に夫々支持されている ことを特徴とする工作機械の工具交換装置。