JPS6150735A - 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】 産業上の利用分野 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チェー
ン体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構成とし、前記主軸ヘ
ッドを所定レベルより上昇させることによりマガジン台
を相対的に主軸ヘッドから離間させ、この状態で前記チ
ェーン体をマガジン台に対し回転させて工具の回転割出
しを行い１割出された工具の軸線と主軸の軸線とを一致
させたまま主軸ヘッドを下降させてマガジン台に相対的
に近接させることにより工具の装着を迅速かつ確実に実
施し得るようにした工具交換装置に関する。

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１ノル等
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。この工具交換装置は、そ
の設計仕様に応じて種々の型式のものが提案され、例え
ば実公昭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
ようにした装置等が知られている。また実公昭５７−５
０１９０号公報には、コラムに対して揺動自在に軸支し
た一対の等径スプロケットにチェーンを巻掛け、このチ
ェーンに複数の工具を装着して該チェーンの回転により
特定−の工具を回転割出しするようにした自動工具交換
装置が開示されている。

発明が解決しようとする問題点 しかし前記実公昭５５−２７８２１号の装置では、工具
マガジンが主軸ヘッドと一体的に移動する構成になって
いるために、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。更に実公昭５７
−５０１９０号装置では、チェーンをコラムに対して揺
動させる機構が極めて複雑になり、またチェーンに装着
される工具群において、回転割出しされた工具に隣接し
て位置する待機中の工具が、当該被加工物に同じく干渉
する欠点がある。このように工作機械の工具交換装置（
ＡＴＣ）は構成が一般に複雑であり、このため故障が頻
発したり、製造コストが嵩む等の欠点が併せて指摘され
ている。

発明の目的 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、
工具交換を迅速に達成すると共に、チェーン体に配置し
た待機中の工具群を被加工物から積極的に離間させ、両
者が相互に干渉することのないようにして円滑な切削加
工を実施することを目的とする。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するために本発明は、工具装着部を備
えた主軸を支持する主軸ヘッドを、テーブル上の被加工
物に対し相対的に往復駆動するよう構成した工作機械に
おいて、前記主軸ヘッド上で主軸軸線方向に摺動可能に
支持されたマガジン台と、装着した多数の工具保持具申
から割出さ九た工具のｌ１ｌｌａが前記主軸の軸線と同
一！ｌＩｌ線上に一致するように回転割出しを行う前記
マガジン台上に配設したチェーン体と、前記主軸の軸線
上に回転割出しされた工具が前記主軸の工具装着部に嵌
合された位置および当該嵌合位置から前記工具が離間さ
れ前記チェーン体を回転割出し可能な位置の間で前記マ
ガジン台を移動させるための移動手段とを設けるように
しである。

作用 前記主軸ヘッドをコラムに対して所定レベルより上昇さ
せると共に、該マガジン台が主軸ヘッドと一緒に上昇す
るのを規制して、マガジン台を相対的に主軸ヘッドから
離間させ、この状態で前記チェーン体をマガジン台に対
し回転させて工具の回転割出しを行い、割出された工具
の軸線と主軸の軸線とを整列させた状態で主軸ヘッドを
下降させることにより前記マガジン台に相対的に近接さ
せ、これによって主軸における工具装着部への工具の装
着を達成する。

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１ｏの概略構成図であって、マガジン台１２が
主軸ヘッド１４に対して完全に上昇しきった位置にある
状態を示し、第２図は第１図に示す位置関係にあるマガ
ジン台１２および主軸ヘッド１４の縦断面図、第３図は
マガジン台１２が主軸ヘッド１４に対して完全に下降し
きった関係にある工作機械の概略図、第４図は本発明に
係る工具交換装置の一部切欠平面図である。

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１ｏは、工具装着部１６を一端に設けた主軸１８を
回転自在に支持する主軸ヘッド１４を、コラム２０に対
し往復昇降可能に支持して、テーブル２２上に載置した
被加工物２４に所要の加工を行う構成になっている。す
なわち主軸１８は、第２図に示す如く中空円筒状に構成
され。

主軸ヘッド１４の内部に軸受２６．２６を介して回転自
在に垂直支持され、その下端部にはテーパー開口部から
なる工具装着部１６が形成されている。

なおこの主軸１８は、その上端部において、前記主軸ヘ
ッド１４の頂部に直立配置した主軸駆動用モータ２８お
よび減速機３０の出力軸（図示せず）にカップリング接
続されるようになっている。

また工作機械１０のテーブル２２に直立配こしたコラム
２０の前面には、一対の長尺柱部材３２゜３２が平行に
配置され、第４図に示すように、その長手方向の垂直端
面に、ガイドレール３４が夫々垂直にねじ込み固着され
ている。そして前記主軸ヘッド１４の後部に所定間隔離
間させて配設した左右−組の摺動こま３６，３６を、前
記ガイドレール３４，３４に摺動自在に夫々密着嵌合さ
せることによって、該主軸ヘッド１４は垂直方向に摺動
昇降し得るようになっている。更に前記一対の長尺柱部
材３２．３２の頂部には、ロータリーエンコーダ３８を
内蔵したＡＣサーボモータ４０が配設され、その回転軸
に固着したボールねじ４２が前記一対のガイドレール３
４．３４の中間において垂直下方に延在している。この
ボールねじ４２は、主軸ヘッド１４の背面突出部に設け
たナツト４４に挿通螺合されている。そして前記ＡＣサ
ーボモータ４０を回転駆動することによって、ボールね
じ４２は所定の方向に回転して前記ナツト４４に円滑な
直線運動を与え、主軸ヘッド１４は前記ガイドレール３
４，３４に沿って所定ストローク２Ｉ！直方向に自在に
昇降し得るようになっている。なお主軸ヘッド１４の昇
降ストロークは、第１図および第３図に示す如く、■主
軸ヘッド１４が被加工物２４に向は通常的に反復昇降し
て加工を行う加工動作領域Ａと、■この領域より上方レ
ベルに位置して、主軸１８に対する工具４６の一連の着
脱交換動作が行われる工具交換領域Ｂとに大別される。

ちなみに第３図に示す主軸ヘッド１４は、被加工物２４
に対する通常の加工を終了して、加工動作領域Ａより上
方の工具交換領域Ｂにまで上昇した状態にある。

前記主軸ヘット１４には、後述する工具保持具４８を多
数チェーン体５０に搭載したマガジン台１２が、前記主
軸１８の軸線に沿って垂直方向に摺動自在に支持されて
いる。すなわちマガジン台１２は、第２図および第４図
から判明する如く、前記主軸ヘッド１４の垂直前面部を
囲繞する中空フレームとして構成され、該マガジン台１
２の左右側面から上下の関係で一体的に突設した支持突
片５２，５２に夫々ガイドバー５４が垂直に挿通固定さ
れている。このガイドバー５４は、前記主軸ヘッド１４
の側部に突設したスライダ５６に摺動自在に挿通軸支さ
れ、マガジン台１２が主軸１８の軸線方向に昇降動する
のを許容している。なお図面から判るように、マガジン
台１２の両側面下部には、ばね引掛片５８がボルト固定
されて水平に延出しており、また主軸ヘッド１４の頂部
にも一対のばね引掛片６０が垂直支持片６２を介して水
平に固定されている。そして上下の関係にあるばね引掛
片５８．６０の間に夫々引張りばね６４が弾力的に介装
されて、前記マガジン台１２を主軸ヘッド１４に対して
上方へ引張り付勢し、第１図に示す如く、下部ばね引掛
片５８をスライダ５６に当接させて所定位ｉｃに規制保
持している。

また第１図〜第４図に示すように、コラム２゜上に配置
した前記ロータリーエンコーダ３８にコ字状の支持片６
６が取付けられ、この支持片６６に固定した一対の規制
片６８．６８の下端部が左右に垂下している。そして第
３図に示すように、マガジン台１２と共に上昇する主軸
ヘッド１４が前記自動交換領域Ｂに到達した際に、マガ
ジン台ｌ２から水平に突出する支持突片５２が前記規制
片６８の下端部に当接して、当該マガジン台１２の上昇
を規制するように寸法設定されている。この一対の規制
片６８．６８およびＡＣサーボモータ４０は、後述する
如く、主軸１８の軸線上に割出された工具４６が前記工
具装着部１６に嵌合された位置（第１図）と、その嵌合
位置から前記工具４６が離間されチェーン体（後述）５
０を回転割出し可能な位＠（第３図）との間で、前記マ
ガジン台１２を移動させる手段を構成するものである。

次に前記マガジン台１２には、第１図および第５図に示
すようし；、多数の工具保持具４８を所定間隔で装着し
た無端チェーン体５０が回転自在に配設され、該チェー
ン体５ｏの回転により割出された工具保持具４８に設け
た工具４６の軸線が。

前記主ｌ１Ｉｈ１８の軸線と同一軸線上に一致するよう
になっている。すなわちマガジン台１２の前面に亀　　
　　　　は、第１図に示すように、チェーン支持板７０
が上下の頚部７２．７４を介して傾斜固定され、このチ
ェーン支持板７ｏの各頚部に、直径の異る２つのスプロ
ケット７６．７１３（図示の実施例では、上方のスプロ
ケットが大径になっている）が回転自在に軸承され・て
いる、この異径の両スプロケット７６．７８には、前記
チェーン体５０が張設され。

該チェーン体の各構成セグメントとなるチェーンリンク
８０に第５図に示す形態をした工具保持具４８が取付け
られて、当該チェーン体５０外方に延出している。なお
チェーン支持板７０に取付けたモータ８８の回転軸およ
び前記スプロケット７６の回転軸には夫々プーリ９０，
９０が固着され、両プーリ間にタイミングベルト９２が
巻掛けである。従って前記モータ８８を正逆駆動すれば
、プーリ・ベルト伝達機構により両スプロケット７６゜
７８が回転し、チェーン体５０の回転駆動がなされて工
具保持具４８の割出しがなされることが諒解されよう。

なお工具保持具４８の先端には、ドリル等の工具４６が
取付けられているが、各工具４６は工具保持具４８に対
して、チェーン体５０の回転により割出された特定の工
具４６の１ＩＩＩｌ　ｖＡが、前記主軸１８の＃ａと整
列するような角度関係に設定されている（第３図参照）
、前記工具４６のツーバー後端部にはプルスタッド８２
が設けられ、第２図に示す主軸１８中に摺動自在に挿通
したドローバ−゛８３先端の工具挾持部材８４により前
記プルスタッド８２を挾持することによって、工具４６
を工具装着部１６に固定する構成になっている。すなわ
ち工具挾持部材８４は、前記プルスタッド８２のネック
部を複数のボール８６により１ＩＩＥ％する公知のコレ
ットからなり、この工具挾持部材８４が主軸１８の中空
部を軸線方向に摺動することによって、前記プルスタッ
ド８２の挟圧および解除を行うものである。

更に第２図１−示す如く、主軸ヘッド１４内１；はＬ型
クランク９４が、水平ピン９５を軸支点として所要中心
角で揺動自在に配設されている。このＬ型クランク９４
の先端には２股状のフォーク９６が形成され、該フォー
クは中空主軸１８を外方からＩ１１繞すると共に、該主
１ｊｉｌｌｌ１８に穿設したスロット９８を介して水平
に延出するピン１００（ドローバー８３に直角に挿通固
着しである）の上方に非接触で近接的に臨んでいる。ま
たＬ型クランク９４の上端部にはローラ１０２が軸支さ
れている。そしてＬ型クランク９４が、主軸ヘッド１４
の上昇に伴い工具交換領域Ｂ中を移動する経路中に、所
要の傾斜を付したカム面を有する板カム１０４が配設さ
れ、前記クランク９４と当接して所定のカム動作を行う
ようになっている。すなわち板カム１０４は、第２図お
よび第４図から判明する如く、前記ロータリーエンコー
ダ３８の垂直面に取付けた支持片６６に垂直にボルト固
定され、その傾斜カム面を垂直下方に指向させている。

そして主軸ヘッド１４を上昇付勢すると、クランク９４
に軸支したローラ１０２が、仮カム１０４の傾斜カム面
に乗り上げる結果として、当該クランクはピン９５を中
心として所定中心角だけ反時計方向へ回動する。これに
よってフォーク９６が前記直交ピン１００を接触押圧し
、ドローバ−８３を引下げ、最終的し；工Ａ装置部１６
しこおける工具４６を解除するようになっている。

次に、このように構成した本発明に係る工具交換装置の
動作例につき説明する。第１図および第２図は、主軸ヘ
ッド１４が被加工物２４に対する切削加工を終了し、前
記加工動作領域Ａにおける上限の定位置にまで′６１動
停止して、次の指令待機中にある状態を示す、すなわち
次の指令が引続き切削加工をすべき旨の指令であれば、
主軸ヘッド１４は加工動作領域Ａを往動して被加工物２
４の加工を行、い、また工具を交換すべき旨の指令であ
れば、当該主軸ヘッド１４は後述するように工具交換指
令已に向けて更に復動上昇するものである（主軸ヘット
上昇）、なお第２図から判明する如く、Ｌ型クランク９
４のフォーク９６は前記ドローバ−８３の直交ピン１０
０に接触して上方付勢されており、そのローラ１０２は
仮カム１０４に未だ当接していないから、工具挟持部材
８４は工具４６を確実に把持している。

第２図に示す状態において工具交換指令が出されると、
前記ＡＣサーボモータ４０が駆動されてボールねじ４２
が回転し、ナツト４４を介して主軸ヘッド１４を工具交
換領域Ｂに向けて垂直に上昇させる。すなわち主軸ヘッ
ド１４は、マガジン台１２を伴ったまま上昇を開始しく
マガジン台１２は、主軸ヘッド１４に対し摺動自在に取
付けられているが、引張りばね６４により常に上方へ付
勢されているから）、前記工具交換領域Ｂ内において先
ずＬ型クランク９４が仮カム１０４の傾斜カム面に当接
する。これによりＬ型クランク９４は、ピン９５を中心
として反時計方向に回動し、前述したようにフォーク９
６が前記ピン１００を接触抑圧してドローバ−８３を引
下げ、工具”ｈ％Ｒ部１６における工具４６の把持を解
除する（工具アンクランプ）、このようにＬ型クランク
９４が仮カム１０４に当接して工具４６の把持を解除し
た後も、工具交換領域Ｂ内における主軸ヘッド１４の上
昇は更に継続される。すなわちこの段階までは、前述し
た如くマガジン台Ｉ２は主軸ヘッド１４と共に上昇する
が、第３図に示すように、前記規制片６８の下端部のレ
ベルＤにマガジン台１２が到来すると、当該マガジン台
１２の支持突片５２がこの規制片６８に当接し、その上
方移動を規制されるに至る。このようにマガジン台１２
の上動は停止されるが、主軸ヘッド１４は引張りばね６
４の弾力に抗しつつ依然として上昇を継続しているから
、結果的にマガジン台１２はレベルＤの位置に取残され
ることになる（マガジン台移動停止）、すなわちマガジ
ン台１２に搭載されたチェーン体５０および工具保持具
４８も取残され、主軸ヘッド１４のみ上動する結果とし
て、被加工物２４に対する加工を終了した工具４６は、
主軸１８の工具装着部１６から抜出される。なお主軸ヘ
ッド１４は、所定のレベルまで上昇した後停止する。

次いでマガジン台１２におけるモータ８８が駆動さ九て
チェーン体５０を回転させ、該チェーン体５０に搭載し
た工具保持具４８の回転割出しを行い、先程の工具装着
部１６から抜出された工具４６を運び去り、新たに選択
された所望の工具４Ｇを対応の工具保持具４８と共に主
軸１８の工具装着部１Ｇの下方に到来させて軸線を整列
させた状ＩＣで停止させる（工具割出し）。

その後に第２図および第３図に示す前記動作の逆を行う
ことにより、一連の工具自動交換が達成される。すなわ
ち主軸ヘッド１８は往動下降を開始するが、先に述べた
ようにマガジン台１２は引張りばね６４により上方に引
張付勢されているので、該マガジン台１２はその支持突
片５２を規制片６８に当接させた状態でレベルＤの位置
に保持されている。しかし主軸ヘッド１４は下降を！！
続しているから、新たに回転割出しされた工具４６のア
ーバーは下降してくる主軸ヘッド１４の工具装着部１６
中に挿入されるに至る（工具挿入）、その後に主軸ヘッ
ド１４の前記スライダ５６が、マガジン台１２の下部支
持突片５２に当接して、該マガジン台１２を主軸ヘッド
１４に随伴して同期下降させる（マガジン台下降）。

なお工具４６が工具装着部１６中に挿入さ九た時点では
、ドローバー８３における工具挟持部材８４は開放して
いるが、主軸ヘット１４およびマガジン台１２が更に下
降することにより、前記り型クランク９４のローラ１０
２は板カム＋０４がら離脱して時計方向に回動する。こ
れによりビン１００およびドローバ−８３に対する抑圧
が解除され、工具挾持部材８４が工具４６のプルスタン
ド８２を挾持する（工具クランプ）。

効果 以上詳細に説明した如く本発明は、工具装着部を備えた
主軸を支持する主軸ヘットを、テーブル上の被加工物に
対し相対的に往復駆動するよう構成した工作機械におい
て、前記主軸ヘッド上で主軸の軸線方向に摺動可能に支
持されたマガジン台と、多数の工具保持具をリンク上に
搭載し、該工具保持具から割出された工具の軸線が前記
主軸の軸線と同一軸線上に一致するように回転割出しを
行う前記マガジン台上に配設したチェーン体と、前記主
軸の軸線上し二回転割出しされた工具が前記主軸の工具
装着部に嵌合された位置および当該嵌合位置から前記工
具が離間され前記チェーン体を、　　　　　　回転割出
し可能な位置の間で前記マガジン台を移動させる手段と
を設けるべく構成したものである。

従って工具交換に際しては、前記主軸ヘッドをマガジン
台と共に通常の加工領域より上方に位置する工具交換領
域のレベルまで上昇させ、所定のし、ベルにおいて該マ
ガジン台が主軸ヘッドと一緒に上昇するのを規制すれば
、マガジン台は相対的に主軸ヘッドから離間する。この
状態で前記チェーン体をマガジン台に対し回転させて工
具の回転゛削出しを行い１割出された工具の軸線と主軸
の軸線とを整列させた後、主軸ヘッドを下降させると。

当該主軸ヘッドは前記マガジン台に相対的に近接して主
軸への工具装着が行われるものである。このため前車な
構成でありながら、工具交換に要する時間が短縮され５
確実に工具の自動交換を達成することができ等、多くの
有益な効果を奏する。

なお前記チェーン体が巻掛けられる一対のスプロケット
は、その直径が上部スプロケットよりも下部スプロケッ
トの方が小さくなるよう設定しであるので１回転割出し
された工具を備える工具保持具と、これに隣接する左右
の工具保持具との離間中心角が充分太き（設定され、従
ってこれら待機中の工具群が被加工物と干渉することも
なく、円滑な切削加工が達成される。

【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
の概略構成図であって、マガジン台が主軸ヘラ１くに対
し完全に上昇しきった位置にある状態を示し、第２図は
第１図に示す位置関係にあるマガジン台および主軸ヘッ
ドの縦断面図、第３図はマガジン台が主軸ヘッドに対し
完全に下降しきった関係にある工作機械の概略図、第４
図は本発明に係る工具交換装置の一部切欠平面図、第５
回はチェーン体の一部切欠正面図である。 １２　・・マガジン台　　１４・・・・主軸ヘッド１Ｇ
・・・・工具装着部　　１８・・・・主軸２２・・・・
テーブル　　　２４・・・・被加工物４０・・・・モー
タ　　　　４６・・・・工具４８・・・・工具保持具　
　５ｏ・・・・チェーン体６８・・・・規制片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端に工具装着部（１６）を有する主軸（１８）を回転
   自在に支持する主軸ヘッド（１４）を、テーブル（２２
   ）上に保持された被加工物（２４）に対し相対的に往復
   駆動して前記被加工物（２４）の加工を行う工作機械に
   おいて、 前記主軸ヘッド（１４）上において主軸（１８）の軸線
   方向に摺動可能に支持されたマガジン台（１２）と、そ
   のマガジン台（１２）上に配設されると共に多数の工具
   保持具（４８）が装着され、その工具保持具（４８）中
   の１つに保持された工具（４６）の軸線が前記主軸（１
   ８）の軸線と同一軸線上に一致するように回転割出しさ
   れるチェーン体（５０）と、 前記主軸（１８）の軸線上に回転割出しされた工具（４
   ６）が前記主軸（１８）の工具装着部（１６）に嵌合さ
   れた位置と、その嵌合位置より前記工具（４６）が離間
   され前記チェーン体（５０）を回転割出し可能な位置と
   の間で前記マガジン台（１２）を移動させるための移動
   手段（４０、６８） とを備えていることを特徴とする工作機械の工具交換装
   置。