JPS6176244A - 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】 〔発明の技術分野） 本発明は、工作機械のスピンドルと工具マガジンとの間
で、工具を自動的に交換する工具交換装置に係り、とり
わけ複数のスピンドルと、この複数のスピンドルに対し
て共用される工具マカジンとの間で工具を交換する工具
交換装置に関する。

〔発明の技術的前項とその問題点〕

中量多種生産の要望により、１個のコラムに対し複数（
例えば２個）のスピンドルが装着された工作機械が開発
されている。

そしてこのような複数のスピンドルを備えた工作殿械に
対し、工具を多数収納保持した工具マガジンを取付け、
工具交換装置を用いて工具を自Ｑノ的に交換する試みが
なされている。このような工具交換装置として、１台の
工具マガジンをコラムの上部に配設し、これを複数のス
ピンドルに対し共用させたものが知られている（特開昭
５９−４７１３６′号公報）。しかしながら、上記公報
に記載された工具交換装置においては、それぞれのスピ
ンドルに対応して配設された工具交換用のアームが、ア
ームの旋回、進退移動動作に加えて工具マガジンとスピ
ンドルとの間を往復移動Ｖる動作をも行うため、工具交
換用アームの駆ｉ１１機構が複雑となり、工具交換装置
がｍ雑化、大型化するという欠点がある。また、コラム
の上部に配設された工具マガジンと、スピンドルとの工
具交換位置が同一面上にあるため、工具交換用アームは
、その旋回動作を行なうごとに前後進移動を行なわな（
）ればならず工具交換用アームの動作が一層複惟である
。また、工具マガジンがコラム上部の館方側に位置して
いるため、工具マガジンのｆｆ１ｆｆｌがコラムの萌方
側にかかり、コラムに不安定な曲げモーメントを生じさ
せる。これは、工作機械の精度を低下させ、とりわけコ
ラム移動タイプの工作機械では加工精度に大きな影響を
およぼすおそれがある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
工具交換用アームの動作を簡単化し、装置の小形化なら
びに構造の簡単化を図ることのできる工作機械の工員交
換装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、工作機械のコラムに沿って上下移動可能な複
数のスピンドルと、コラムの上部に配設され複数のスピ
ンドルに対して共用される工具マガジンとの間で、旋回
可能な交換アームを用いて工具を自動的に交換する工作
機械の工具交換装置であって、工具マガジンが、工具交
換位置に位置している複数の工具収納ポットのそれぞれ
の軸線を共通に含む平面上に軸線と直行して配置された
ｍ動軸を中心として揺動可能に配設され、交換アームが
、複数のスピンドルのそれぞれの上背限位置と工具マガ
ジンとの間に配設され、スピンドルの軸線と同一方向に
進退移動可能であることを特徴として（゛る。

本発明によれば、工具マガジンの揺動動作およびスピン
ドルの上下移動動作を利用して、交換アームとの間にお
けるそれぞれの工具交換動作が行なわれるので、交換ア
ーム自体の動作が簡単となり、工具交換装置の小形化な
らびに構造の簡単化を図ることができる。

（発明の実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図および第２図は、本発明による工具交換装置を備
えた工作殿械を示す正面図および側面図である。図にお
いて符号１１はコラムであり、このコラム１１に対しそ
れぞれスピンドル１２ａ。

１２ｂを備えた２個のスピンドルヘッド１３ａ。

１３ｂが上下方向に囲動自在に装着されている。

］コラム１の上部には、工具を保持収納する工具収納ポ
ット１４を多数個備えた工具マガジン１５が揺動可能に
配設されている。この工具マガジン１５の１ヱリ１　（
ＩＩＩ　１６は、後述するように、工具交換位置に位置
している２ｆｌ！Ｊの工具収納ポットのそれぞれの軸線
を共通に含む平面上に、軸線と直行して配置されている
。

符号１７ａ、１７ｂは、両端に工具把持部１７１ａ、１
７１ｂの形成された工具交換用の交換アームであり、ス
ピンドル１２ａ、１２ｂのそれぞれの上昇限位置と工具
マガジン１５との間に、旋回ならびにスピンドル１２ａ
、１２ｂの軸線と同一方向に進退移りＪ回部に配設され
ている。工具把持部１．．７１　ａ、１７１　ｂは、先
端が開閉動作する２つの爪部材から構成されている。

次に第３図乃至第５図を参照して、本実施例による工具
交換装置を詳細に説明する。

第３図は工具マガジン１５と交換アーム１７ａ。

１７ｂとの位置関係を示す正面図である。工員マズジン
１５は、水平方面に間隔をおいて配置されたスプロケッ
ト１５１に対し移動可能に巻掛けられた搬送チェーン１
５２と、この搬送チェーン１５２にそれぞれ取付けられ
た工具収納ポット１４とをｖミえている。この工具マガ
ジン１５は、２個のスピンドル１２８．１２ｂに対し共
用され得るよう、搬送チェーン１５２の下側水平部の長
さが２個の交換アーム１７ａ、１７ｂの配置間隔より大
きくされている。また、コラム１１の上部に固設された
ベースプレート１８と、工具マガジン１５の背部プレー
ト１５３の上方部との間は、トラニオン形の工具マガジ
ン揺動用油圧シリンダ１５４により接続されている。

交換アーム１７ａ、１７ｂは、両端に半円弧状の凹部を
形成する２つの開閉可能な爪部材からなる工具把持部１
７１ａ、１７１ｂを有し、この工具把持部のうち、上側
（工具マガジン側）の位置にある工具把持部１７１ａ、
１７１ｂの中心（半円弧状の凹部の中心）は、工具交換
位置に位置している工具マガジン１５のそれぞれの工具
収納ボット１４の軸心と一致する関係になっている。な
お、工員マガジン１５の工具交換位置とは、交換アーム
１７ａ、１７ｂとの間で工具を受は渡しする位置であり
、本実施例では交換アーム１７ａ。

１７ｂの上側■μ把持部１７１ａ、１７１ｂの中心と一
致する工具マガジン１５の工具収納ボット１４の位置を
意味する。

第４図および第５図において、符号１７２は交換アーム
保持用ケーシングであり、この保持用ケ゛−シング１７
２は、スピンドル１２ａ、１２ｂの軸線方向と同一方向
に延びる細長い中空状をしており、ベースプレート１８
上の前部に配設されたホルダ１７３により、スピンドル
１２ａ、１２ｂの軸線方向に開動可能に保持されている
。交換アームｉ７ａ、１７ｂは、この保持用ケーシング
１７２の先端に回転可能に取付けられている。

保持用ケーシング１７２内には、交換アーム１７ａ、１
７ｂ回転駆動用の回転軸１７４が、スピンドル１２ａ、
１２ｂの軸線と同一方向に向けて回転可能に保持されて
いる。この回転軸１７４の後方部は、保持用ケーシング
１７２を量適してさらに後方に延び、その後端にビニオ
ン１７５が嵌着されている。また、回転軸１７４の後方
部は、ベースプレート１８上の後部に配設されたホルダ
１７６により、回転且つ軸線方向に摺動可能に保持され
ている。このホルダ１７６は、スピンドル１２ａ、１２
ｂの軸線方向と直行する方向に配設された細長い棒状体
であり、その両端部で回転軸１７４が保持されている。

ホルダ１７６の側部には、交換用アーム旋回用油圧シリ
ンダ１７７が回転＠ｌ１１７４と直行する方向に向けて
固設されている。交換アーム旋回用油圧シリンダ１７７
のピストンロッド先端部には、交換アーム１７ａ。

１７ｂが最前方位置に前進移動した際、それぞれの回転
軸１７４の１１２端に嵌着されたビニオン１７５と共通
に噛合係合する細長いラック１７８が固着されている。

符号１７９はガイドラックであり、ピニオン１７５に回
転軸１７４の軸線方向に向けて店Ｏノ自在に係合し、回
転軸１７４の軸線方向移動をガイドするとともに、ピニ
オン１７５の回転を拘束りる。ビニオン１７５は、ガイ
ドラック１７９の先端を越えて前進した際、ラック１７
８に正ｂ「に噛合係合りることかできる。　　・回転軸
１７４の先端には、交換アーム１７ａ。

１７ｂの旋回駆動用歯車１８１が嵌着され、交換アーム
１７ａ、１７ｂのそれぞれの回転軸１８３に嵌着された
歯車１８２と噛合係合している。このように、交換アー
ムの回転軸１８３を、回転軸１７４より下方側に配置す
ることにより、交換アーム１７ａ、１７ｂの旋回半径を
大きくすることなく、コラム１１の上端よりかなり下方
に位置するスピンドル１２ａ、１２ｂの工具交換位置と
の間で工具交換が可能である。これは、スピンドルヘッ
ド１３ａ、１３ｂの上昇位置に限界がある場合、特に有
効である。

それぞれの交換アーム保持用ケーシング１７２は、その
前端部が連結プレート１８４により互いに連結され、同
時に進退移動され得るようになっている。符号１８５は
、交換アーム進退移動用油圧シリンダであり、ピストン
ロッドの先端が連結プレート１８４に連結され、油圧シ
リンダ１８５の後端がホルダ１７６に連結されている。

工具マガジン１５の背部プレート１５３には、このプレ
ート１５３と直角方向に一対のブラケット１５５が固着
され、このブラケット１５５の基端部が揺動軸１６に枢
着されている。揺動軸１６は、コラム１１の上面に回転
可能に配設され、かつ工具交換位置に位置している２個
の工具収納ボッ１−１４のそれぞれの軸線を共通に含む
平面上に、これらの軸線と直行して配置され−Ｃいる。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

第６図は本実施例による工具交換装置を用いて工具を交
換する工程を示す説明図である。第６図（Ａ）は、次に
使用りる工具Ｔ１を工具交換位置へ、！、１１出す工程
を示している。まず交換アーム１７３は、保持用ケーシ
ング１７２を交換アーム進退移動用油圧シリンダ゛１８
５により後退させることにより、最後端ｉＱ　′ＩＦ！
ｉに後退さけられている。

また、工具マガジン１５は工員マガジンＩヱ紡用油圧シ
リンダ１５４を作動させることにより、上方に揺ｎノさ
せられている。この状態で、工具マガジン１５のスプロ
ケット１５１を回転駆動し、搬送ヂエーン１５２を移動
さＵることにより、交換されるべき工具Ｔ１の収納され
た工具収納ポット１４を工具交換位置へ割出し移動させ
る。この場合、工具マガジン１５が上方へ揺動ざじられ
ているので、工具Ｔ１の先端が交換アーム１７ａに干渉
することはない。工具の割出し動作が終了すると、揺動
用油圧シリンダ１５４を作動させて工具マガジン１５を
下方定位置まで（駆動させる（第６図（Ｂ））。工具交
換位置にある工具収納ポット１４の軸線と、交換アーム
１７ａの上側工具把持部１７１ａの中心とは一致してい
るので、工具Ｔ１を保持する工具ホルダの保持部（グリ
ップ部）は、交換アーム１７ａの上側工具把持部１７１
ａに挿入係合される。また、工具マガジン１５の揺動軸
１６は、工具交換位置にある工具収納ポットの軸線の延
長上にあるので、工具マガジン１５の工具交換位置にあ
る工具収納ポット１４に収納された工具Ｔ１は、交換ア
ーム１７ａの上側工具把持部１７１ａに対しほぼ直線状
に降下し、上記挿入係合動作はきわめてスムーズに行な
われる。続いて、進退移動用油圧シリンダ１８５を作動
させ、保持用ケーシング１７２を中間位置まで前進さじ
る（第６図（Ｃ））。これにより、工具Ｔ１は工具マガ
ジン１５から汝き出され、交換アーム１７　ａのＦ側工
具把持部１７１ａにより保持される。この中間位置は、
工具を保持している工具ホルダを工員マガジン１５から
抜き出すに十分な移動距離にあり、また同時に、スピン
ドル１２ａの先端面と、交換アーム１７ａの下側工具把
持部とがほぼ一致する位置を意味している。交換アーム
１７ａが１貝［１を保持した状態で中間位置まで前進移
動した後、使用湾み工具−「２の装着されたスピンドル
１２ａが、スピンドルヘッド１３ａの上昇とともに交換
アーム１７ａの下側工具把持部の位置まＣ上ｄ移動し、
工具−「２を保持した工具ホルダが交換アーム１７ａの
下側■具把持部に挿入係合される（第６図（Ｄ））、次
に、進退移動用油圧シリンダ１８５が作動し、保持用ケ
ーシング１７２を＋）ｆｆ進させ、交換アーム１７ａを
最面喘位置に前進移動さける（第６図（Ｅ））。これに
より工具「２がスピンドル１２ａから汰き出され、交換
アーム１７ａの上、下側工具把持部に工具ＴＩ　、Ｔ２
がそれぞれ把持された状態となる。また、工具マガジン
１５が上方に揺動させられるとともに、スプロケット１
５１が回転駆動して、工具Ｔ２が収納される工具収納ポ
ットが工具交換位置に割出される。交換アーム１７ａが
最前端位置に前進移動させられると、回転軸１７４の後
端に嵌着されたビニオン１７５は、ガイドラック１７９
との係合を外れ、交換アーム旋回用油圧シリンダ１７７
の先端に取付けられたラック１７８と噛合係合する。こ
の状態で油圧シリンダ１７７を作動させると、ビニオン
１７５が回転させられ、回転１袖１７４、歯車１８１，
１８２を介して回転軸１８３が回転させられ、交換アー
ム１７ａが１８０°旋回させられる（第６図（Ｆ））。

この交換アーム１７ａの旋回により、交換アーム１７ａ
の両端に把持された工具Ｔｉ　、Ｔ２の位置が１８００
Åれ替る。続いて進退移動用油圧シリンダ１８５を作動
させ、交換アーム１７ａを中間位置に後退移動させる（
第６図（Ｇ））。これにより、交換アーム１７ａの下側
工具把持部に保持されている工具１１の工具ホルダがス
ピンドル１２ａ内に挿入され、スピンドル１２ａ内のク
ランプ装置（図示せず）により１１１１Ｉ定保持される
。この状態からスピンドルヘッド１３ａをコラム１１に
沿って下降さけると、工具Ｌ１はスピンドル１２ａに：
！４着された状態で下降し、交換アーム＋７８のＰ側上
し↓把槓部から離１１５２　’ｌ’る（第６図（Ｈ））
０次に、工具マガジン１５を下方定位置に１記動させた
後、交換アーム１７ａを最後端位置まで後退移シｊさせ
ると、交換アーム１７ａの上側工具把持部に気持されて
いる工員Ｔ２が、工具マガジン１５の所定の工具収納ボ
ット１４に挿入される（第６図（Ｉ））。続いて、工具
マガジン１５をＦ方に揺動すると、工具Ｔ２は工具収納
ボット１４に収納保持された状態で交換アーム１７ａの
上側工具把持部から離脱し、１具Ｔ２が工具マガジン１
５に完全に受は渡される。

なお、これらの一連の動作は、一般のシーケンス制御技
術を用いて制御される。また、本実施例の作用について
は、交換アーム１７ａについて説明したが、もう一方の
交換アーム１７ｂについても同様である。

このように本実施例によれば、スピンドル１２ａ、１２
ｂの上下移動と、工具マガジン１５の揺動動作とを利用
して、交換アーム１７ａ。

１７ｂとの間で工具ＴＩ　、Ｔ２を交換することができ
るので、交換アーム１７ａ、１７ｂの動作は、旋回動作
と進退移動動作のみでよく、交換アーム１７ａ、１７ｂ
の動作が簡単となり、交換アーム駆動礪構を簡単化、小
形化づ−ることかできる。また、工具マガジン１５を揺
動可能とし、交換アーム１７ａ、１７ｂの最後端位置に
おいて工具マガジン１５との間で工具交換動作を行なわ
せるようにしたので、コラム１１の上部重心位置を比較
的後方側にとることができ、コラム１１の真直廓に悪影
響を及ぼすことがない。

なお、本実施例においては、スピンドル１２ａ。

１２ｂを２個備えた工作機械について説明したが、複数
個（３個以上）備えたものについても応用することがで
きる。また、動作を簡単化するため、２つの交換アーム
保持用ケーシング１７２を連結プレート１８４で互いに
連結した構造のものを示したが、乙れぞれの交換アーム
保持用ケーシング１７２を別々の進退移動用油圧シリン
グで前後進移動させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、交換アームを用
いて、複数のスピンドルと、複数のスピンドルに共用さ
れる工具マガジンとの間で工具を交換する場合にＪｊい
て、スピンドルの上下移ｉ１１動作と工具マガジンの１
■戊作とを利用して行なうことにより、交換アームの交
換動作を単純化することができ、工具交換装置の構造の
簡単化ならびに小形化を図ることができる。また、工具
マガジンをコラム上面の比較的後方位置に配置すること
が可能であり、コラムの真直度に悪影響を及ぼすことが
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による工具交換装置を備え
た工作機械を示す正面図および側面図、第３図は第２図
矢印用方向から見た工具マガジンおよび交換アームの配
設関係を示す図、第４図は第２図ＩＶ　−ＩＶ線断面図
、第５図は第４図ｖ−ｖ線断面図、第６図は本発明によ
る工具交換装置を用いて工具を交換する工程を示す説明
図である。 １１・・・コラム、１２ａ、１２ｂ・・・スピンドル、
１４・・・工具収納ボット、１５・・・工員マガジン、
１６・・・揺動軸、１７ａ、１７ｂ・・・交換アーム、
１７２・・・保持ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工作機械のコラムに沿って上下移動可能な複数のス
   ピンドルと、前記コラムの上部に配設され前記複数のス
   ピンドルに対して共用される工具マガジンとの間で、旋
   回可能な交換アームを用いて工具を自動交換する工作機
   械の工具交換装置において、前記工具マガジンは、工具
   交換位置に位置している複数の工具収納ポットのそれぞ
   れの軸線を共通に含む平面上に前記軸線と直行して配置
   された揺動軸を中心として揺動可能に配設され、前記交
   換アームは、前記工具マガジンと前記複数のスピンドル
   のそれぞれの上昇限位置との間に配設され、スピンドル
   の軸線と同一方向に進退移動可能であることを特徴とす
   る工作機械の工具交換装置。 ２、交換アームに旋回動作を生じさせる旋回駆動機構の
   駆動源は、複数の交換アームで共用されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具交換装置。