JPS6228363Y2

JPS6228363Y2 -

Info

Publication number: JPS6228363Y2
Application number: JP1981050621U
Authority: JP
Priority date: 1981-04-08
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1987-07-21
Also published as: JPS57166638U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、工具ホルダを工具交換アームで旋回
時に主軸又は工具マガジンと同方向に反転動作さ
せるようにした自動工具交換装置に関するもので
ある。

従来の自動工具交換装置において、工作機械の
主軸と工具マガジンの方向が異なる場合には、工
具マガジン内で工具ホルダを主軸と同方向に傾倒
作動させていた。このため、工具マガジン内に傾
倒部材を設けなければならないほか、高精度な傾
倒位置決めが要求され、工具ホルダは工具マガジ
ンとアーム間での受渡動作が不安定となることが
しばしばあつた。

また、ドローイングボルトで工具ホルダを主軸
に嵌着する軽切削用の工具ホルダにおいては、特
公昭53−44704号明細書に記載されているよう、
工具貯蔵マガジンの円板を水平姿勢に配置したイ
ンデツクステーブルの外周縁寄りに複数の保持孔
を穿ち、この孔に逆立ちとした工具ホルダをその
下方テーパ部を上方から嵌入保持させる構成を採
つている。そして、工具交換アームは、主軸に嵌
着された工具ホルダを一対の把持爪で掴んで引き
抜き、この把持爪の180゜の回転で工具ホルダを
上下反転しつつアームをインデツクステーブル側
へ旋回移動し、逆立ち状態の工具ホルダをインデ
ツクステーブル上の空孔に降下嵌入したのち爪を
開き、インデツクステーブルの回動で割出された
新たな工具ホルダを爪の閉口で把持する。この後
アームは、主軸側へ上述の経路を全く逆方向に旋
回移動して新たな工具ホルダを主軸に嵌着後、把
持爪を開いて待機する運動サイクルを採つてい
る。

上記自動工具交換装置においては、主軸から引
き抜いた工具ホルダを逆立ちでインデツクステー
ブルの孔に保持するから、工具ホルダの刃先に付
着している切削油や切粉がたれ下がつて下方のテ
ーパ部にまで至り、テーパ部を切削油や切粉で汚
す。このために、再び工具ホルダを主軸に嵌着す
るに当り、テーパ部を汚した切削油や切粉等によ
り工具ホルダが主軸に確実に嵌着されないことが
ある。このトラブル解消のために、従来では主軸
テーパ孔内にエア式の清掃部材を設けたものが有
るが、これによつてもテーパ部の切削油や切粉は
完全に排除されない。

また、アームが握持した工具ホルダは、主軸か
らインデツクステーブル（工具貯蔵マガジン）へ
の旋回移動時に上下を入れ替えた逆立ち姿勢に
180゜反転されるから、旋回運動と180゜反転運動
の２つが複合作用して工具ホルダは大きな慣性エ
ネルギをもつことになる。これはアームが高速運
転されると、非常に大きな慣性エネルギとなつて
工具ホルダに発生し、把持爪が工具ホルダを脱落
させる危険性をも伴うと共に、構成各部に無理な
応力が集中発生して装置の耐久性を損うという問
題がある。

本考案はドローイングボルトで主軸に嵌着させ
る工具ホルダ用の自動工具交換装置において、上
記問題点を解消することを目的とするものであ
る。工具交換アームの把持爪の反転運動量を90゜
として、アームを高速運転させても大きな慣性エ
ネルギや各構成部材の集中応力の発生を極力抑制
することができる。更にはアームによつて水平姿
勢の90゜回動された工具ホルダを、工具貯蔵マガ
ジンの把持爪に水平姿勢に受渡保持させること
で、工具ホルダのテーパ部への切削油、切粉のた
れ下がりによる汚れを完全に解消させることに成
功したものである。

以下、本考案の自動工具交換装置を図面に示す
実施例に基づいて説明する。第１，２図の実施例
において、１は数値制御装置NCによつて運転制
御される工作機械（立型フライス盤）で、主要部
をベース２、テーブル３、コラム４、主軸頭５等
によつて構成し、コラムの左壁面には工具貯蔵マ
ガジンTMとこの前寄りに工具交換アームTAと
を付設した自動工具交換装置を装備している。上
記工具貯蔵マガジンTMは、垂直姿勢に配置した
円板上のインデツクステーブル１０の外周縁に工
具受け部材の保持器１１が複数個付設されてお
り、この一対の把持爪１１ａ，１１ａ……に工具
ホルダH₁〜Hnのフランジh₁〜ｈ_oが嵌合保持され
る構成となつている。即ち、保持器１１の構成は
第３，４図に示すよう、インデツクステーブル１
０の外周縁には、突出ブラケツト１０ａと下方に
伸びる突片１０ｂにボルト１２で付設したブラケ
ツト１３とからなる取付部材が設けられている。
二股状に形成された上記２つのブラケツト１０
ａ，１３間には、２本の支軸１４，１５が垂直姿
勢にナツト１６，１６で架絡保持され、これに一
対の細身寸法の把持爪１１ａ，１１ａがその軸承
部１１ｂ，１１ｂを回動自在に承持されている。
１１ｃ，１１ｃは軸承部１１ｂ，１１ｂの対面側
に歯切した数放の歯山で、互いに噛合し合い、片
方の把持爪１１ａを回動するとこれに連動して他
方の把持爪１１ａも逆方向に回動し、開閉作動す
る。１７は把持爪１１ａ，１１ａの尾端１１ｄ，
１１ｄ間に圧装させたコイルばねで、この弾発力
により把持爪１１ａ，１１ａを閉口作動し、その
内径寸法が工具ホルダH₁のフランジ外径寸法よ
りも若干狭い関係にストツプされる一対のピン１
８，１８によつて閉口量が制限されている。１０
ｃは上側のブラケツト１０ａの先端に設けた受座
で、先端面１０c′が工具ホルダH₁のテーパ部２０
の外周面に沿うよう凹面状となつている。１３ａ
は下側のブラケツト１３の先端に設けた受座で、
先端面１３a′は上記１０c′と同様に凹面状を呈し
ており、第３図に鎖線で示すよう把持爪１１ａ，
１１ａがフランジh₁の中央部を握持し続けるよう
に上下の受座１０ｃ，１３ａはフランジの上下面
と極接状態に対面している。これで、工具ホルダ
H₂〜Hnを握持した工具貯蔵マガジンTMが回動
しても工具ホルダは把持爪から脱落することがな
い。

上記保持器１１に対する工具交換アームTAの
把持爪２１，２１の構成は第３，４図に示す如く
である。即ち、円弧状を呈する一対の把持爪２
１，２１は、内装体３２の外端に突設した上下鍔
片２２ａ，２２ｂ間に架絡させた２本のピン軸２
３，２４にその基端部２１ａ，２１ａを枢着し、
この基端部外周に刻設したピニオン２１ｂ，２１
ｂをピストン杆６３（第５図）のラツク歯２５と
噛合されている。これで、把持爪２１，２１はラ
ツク歯２５の前進時に開口し、後退時に工具ホル
ダH₁のフランジh₁を握持する構成となつてい
る。上記把持爪２１，２１は中央部分に切欠溝２
１ｃ，２１ｃが切設されて長身な二股形状を呈し
ており、これでフランジh₁の中央部を残した上下
両環縁を握持し、切欠溝２１ｃ，２１ｃに保持器
１１の把持爪１１ａ，１１ａが嵌入できる関係に
構成されている。而して、工具ホルダH₁のフラ
ンジh₁に何んの改良を加えなくても別々の把持爪
１１ａ，１１ａ，２１，２１で工具ホルダのフラ
ンジを同時に握持できる。

上記把持爪の構成に対して、工具交換アーム
TAは、Ｌ字状の外観を呈してその自由端に開閉
式の把持爪を備え、このアームは昇降運動と主軸
５ａ、マガジンTM間を往復する180゜以上の旋
回運動と把持爪２１，２１の進退運動（アームの
伸縮運動）及び把持爪自体の90゜反転運動と開閉
運動を行う。然るに、上記工具交換アームTA
は、マガジンTMの工具交換位置にある水平姿勢
の工具ホルダを掴み、これを旋回して主軸５ａの
直下へ搬送し、主軸に嵌着する働きと、主軸の工
具ホルダを引き抜いてマガジン側へ搬送し、待機
している保持器１１に受渡す働きを成す。ここ
で、本案要旨にかかる上記動作をする工具交換ア
ームの内部構成を第５図で明らかにする。４０は
機体箱で、工具交換アームTAを内蔵し、これを
主軸５ａとマガジンTMの中間位置となるコラム
４に取付けている。４１は工具交換アームTAの
旋回腕となる筒体で、その外周面の中腹部を機体
箱４０の下方に設けた軸承部４０ａに垂直姿勢で
回動及び上下摺動自在に嵌合されている。４２は
長身な管柱で、その下端フランジ４２ａを筒体４
１の内壁中腹に鍔設したフランジ４１ａの上面に
ボルト４３……で螺着して直立されており、この
管柱中腹よりやゝ下側位置に刳設した軸承環４２
ｂにＬ字状の作動杆４４を回動自在に係合し、こ
の作動杆４４の基端が機体箱４０内壁に設けた空
圧駆動シリンダ４５のピストン杆４５ａに連結さ
れ、ピストン杆４５ａの上下方向のストロークに
よつて筒体４１を回動自在な状態下において昇降
運動する構成となつている。４６は管柱４２の上
半部に設けたスプライン４２ｃに噛合する作動ピ
ニオンで、この溝環４６ａを機体箱４０内壁にボ
ルト４７で不動に固着したホルダ４８が回転自在
に嵌合保持し、別設の空圧駆動シリンダ（図示な
し）と直結する駆動ラツク杆４９を作動ピニオン
４６と噛合し、この前後ストロークにより筒体４
１をその昇降位置に係りなく、即ち筒体の昇降動
に干渉されることなく旋回運動（回動運動）する
構成となつている。５０は旋回腕の中枢部となる
支持筒で、垂直筒体４１の側壁下部に水平姿勢に
付設されていて、この筒内にはシリンダ体５１の
左半部が嵌入し、軸受５２で支持筒５０の基端面
５０ａの軸芯に回転自在に軸承した支軸５３の中
腹螺子部５３ａに固定ピストン５４を螺着させて
いる。そして、支軸の右半分に設けたスプライン
５３ｂはシリンダ体５１の左端面に気密に係合し
ており、シリンダ体５１を所定のストロークＳで
進退できる。上記支軸５３の左端にはベベルギヤ
５５が取付けられ、これに1/2以下の歯数をもつ
即ちこの歯数比を１：２以上に設定されたベベル
ギヤ５６が噛合されており、このベベルギヤ５６
は管柱４２内を貫通して上下端で軸受５７，５８
に承持された軸棒５９の下端に取付けられ、更に
軸棒５９は連接杆６０によつて回動不能に上端取
付片５９ａを作動杆４４に連結している。これに
より、筒体４１が駆動ラツク杆４９によつて回動
されてもベベルギヤ５６は不動状態を維持し、筒
体４１の180゜以上旋回運動に対して、ベベルギ
ヤ５５がベベルギヤ５６上を転動しシリンダ体５
１を減角した90゜だけ反転運動しつつ、180゜以
上異なる方向へ転換する関係に構成されている。
上述シリンダ体５１のシリンダ室S₀にはピストン
６１が気密性を保つて嵌入し、このシリンダ室S₀
の開放右端面に内装体３２を螺締して閉塞させて
いる。６３はピストン杆で、内装体３２の軸芯に
穿つた通孔３２ａを挿通して外部へ突出させた先
端両面にはラツク歯６３ａが刻設されている。２
１，２１は円弧状を呈する一対の把持爪で、内装
体３２の外端に突設した上下鍔片３２ｂ，３２ｃ
間に架絡させた２本のピン２３，２４にその基端
部２１ａ，２１ａを枢着し、この基端部外周に刻
設したピニオン２１ｂ，２１ｂを上記ピストン杆
６３のラツク歯２５に噛合させている。これで、
ピストン６１がシリンダ室S₀の左端に位置すると
き一対の把持爪２１，２１は第２，３図のように
閉じて工具ホルダH₁のフランジh₁を握持するこ
とができ、シリンダ室S₀内に圧縮空気が供給され
ていないときも内装体３２とピストン６１間に圧
装したばね３６の弾発力によつて把持爪２１，２
１が工具ホルダを握持することができ、ばね３６
の弾発力に抗してピストン６１がシリンダ室S₀の
右側へ移動すると、ラツク歯２５の突出量が増大
して一対の把持爪２１，２１を開く関係となつて
いる。上記ピストン６１への圧縮空気は、２本の
配管６７，６８によつて支持筒５０の下側面のポ
ートP₁，P₂に供給され、シリンダ室S₀の左室と右
室に夫々通路５１a′，５１b′によつて連絡されて
いる。これで、配管６８からシリンダ室S₀の右室
に圧縮空気が送り込まれると第５図の実線の如く
ばね３６の弾発力と相俟つてピストン６１が左進
して把持爪２１，２１を強力に閉じ、また配管６
７からシリンダ室S₀左室に圧縮空気が送り込まれ
るとばね３６の弾発力に抗してピストン６１を内
装体３２の左先端に当接されるまで右進し、この
とき一対の把持爪２１，２１が一直線状に開く関
係構成となつている。また、アームTAを伸縮さ
せる構成は、支持筒５０内のシリンダ室S₁に圧縮
空気を供給するとシリンダ体５１が右進して長伸
し、シリンダ体５１内の左端シリンダS₂内に嵌入
するスプライン５３ａの先端ピストン５３ｃの左
側に圧縮空気を供給するとシリンダ体５１が左進
して短縮する関係となつている。次に、工具交換
アームTAを昇降させる運動及び主軸５ａとマガ
ジンTM間を往復する180゜以上の旋回運動と工
具ホルダを握持した把持爪２１，２１の90゜反転
運動の各タイミング調整は、筒体４１の外周面に
刳設した一条の拘束溝７０と機体箱４０の軸承部
４０ａに螺着しその先端７１ａを拘束溝７０に係
入させたピン７２とで構成された運動時期調整部
材によつて支配されている。上記拘束溝７０の形
状は図示ないが水平溝部と垂直溝部とからなる倒
Ｌ字を呈しており、第５図の如くアームTAが上
昇位置にあるときピン７２は、拘束溝７０の垂直
溝部の最下位置にあり、第２図の如く下降したと
きピン７２は、拘束溝７０の水平溝部（垂直溝部
の上端）に位置している。そしてアームTAの旋
回移動中ピン７２は常に水平溝部に係合してい
て、主軸５ａからマガジンTMまでの旋回移動区
間で把持爪２１，２１が90゜反転する関係であ
る。

本考案の自動工具交換装置は上述の如く構成さ
れており、以下その作用を説明する。先ず、主軸
５ａに嵌着された工具ホルダH₁をマガジンTMの
保持器１１に受渡す動作は、第１図の鎖線又は第
５図の如く、伸長したアームTAがその把持爪２
１，２１で工具ホルダH₁のフランジh₁を握持す
る。次に、駆動シリンダ４５の作動で第６図のよ
うにアームTAが下降すると、工具ホルダH₁が主
軸５ａから抜け出し、これでピン７２は拘束溝７
０の水平溝部（垂直溝部の上端）に係合位置をか
える。これに続いて、駆動ラツク杆４９の作動で
第７図のようにアームTAは主軸位置からマガジ
ンTMの工具交換位置まで旋回をはじめる。この
旋回運動と同時にシリンダ室S₂内に圧縮空気が送
り込まれてアームTAの腕長は短縮し、また工具
ホルダを握持している把持爪２１，２１も反時計
方向へ反転をはじめ、マガジンTMの工具交換位
置に到達するとき第２図の如く90゜反転した水平
姿勢となる。この後、シリンダ室S₁に圧縮空気が
送り込まれるとアームTAの腕が伸長し、第３図
の鎖線の如く待機しているマガジンTMの保持器
１１の把持爪１１ａ，１１ａにばね１７の弾発力
に抗して嵌入させる。このとき、細身の把持爪１
１ａ，１１ａはアーム側の把持爪２１，２１の切
欠溝２１ｃ，２１ｃに嵌入する形態でフランジh₁
の中央部を握持すると共に前後の受座１０ｃ，１
３ａによつてフランジh₁の前後を挟持して脱落を
防いでいる。而る後に、第８図の如くアーム側の
把持爪２１，２１を開口させ、これに続いて次に
交換すべき工具ホルダを工具交換位置に割出す。
そして、再び把持爪２１，２１を閉じて新たな工
具ホルダHnを握持し、アームの短縮によりばね
１７の弾発力に抗して工具ホルダHnをマガジン
TMの保持器１１から引き離す。この後、上記と
は逆経路をたどつて主軸５ａの直下に第６図の如
く至り、アームTAの上昇により第５図のように
工具ホルダが主軸５ａに嵌着され、而る後に把持
爪２１，２１が開き腕長の短縮により工具交換作
用が終了する。

本考案の自動工具交換装置によるときは、工具
貯蔵マガジンを垂直姿勢に配置すると共にこのイ
ンデツクステーブル又は無端チエーンの外周に一
対の細身な把持爪からなる複数組の保持器を設
け、回動及び昇降自在に支持された垂直筒体内へ
外周にスプラインを刻設した管柱を植立させ、機
体箱上の昇降用駆動シリンダを上記管柱に係合連
結させ、旋回用駆動シリンダで作動するラツク杆
と噛合うピニオンを上記スプラインに嵌合させて
機体箱上のホルダで支持し、下端にベベルギヤを
固着した軸棒を回動不能にして上記管柱内に貫通
させ、上記垂直筒体に付設した水平支持筒へ先端
に把持爪をもつシリンダ体を回転自在に嵌入し、
上記シリンダ体と摺動自在に結合された支軸端に
ベベルギヤを固着して上記両ベベルギヤを噛合せ
この歯数比を１：２以上に設定し、筒体の回転に
伴つて大径ベベルギヤが小径（固定側）ベベルギ
ヤ上を転動し上記シリンダ体（把持爪）を90゜だ
け反転させるようにして工具交換するようにした
から、工具交換アームの把持爪の反転量が一つの
駆動源で反転と旋回を同時に行なつた90゜に減角
されて、アームを高速運転させても大きな慣性エ
ネルギや各構成部材の集中応力の発生を極力抑制
して工具ホルダの脱落を防ぐと共に、耐久性の向
上を図ることができるほか、アームによつて水平
姿勢に反転された工具ホルダを工具貯蔵マガジン
の把持爪に水平姿勢に受渡保持することで、工具
ホルダのテーパ部への切削油、切粉等のたれ下が
りによる汚れを完全に解消させるなどの実用的効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の自動工具交換装置を備えた工
作機械の正面図、第２図は本考案第１実施例の自
動工具交換装置を示す正面図、第３図はアームと
マガジンとの把持爪の関係構成を示す平断面図、
第４図は正断面図、第５図は工具交換アームの内
部構成を示す断面図、第６〜８図は作用状態を示
す正面図である。５……主軸頭、５ａ……主軸、１０……インデ
ツクステーブル、１１……保持器、１１ａ……把
持爪、H₁〜Ｈ_o……工具ホルダ、TA……工具交
換アーム、４０……機体箱、４１……垂直筒体、
４２……管柱、４５……昇降用駆動シリンダ、４
６……ピニオン、４９……ラツク杆、５０……水
平支持筒、５１……シリンダ体、５３……支軸、
５５，５６……ベベルギヤ、TM……工具貯蔵マ
ガジン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

工具貯蔵マガジンのインデツクステーブル又は
無端チエーンの外周に複数の保持部材を持ち、工
具交換アームが主軸から引き抜いた工具ホルダを
主軸から工具マガジンへの旋回時に反転して工具
マガジン上の保持部材に向け、この工具ホルダを
上記保持部材に保持させるようにした自動工具交
換装置において、工具貯蔵マガジンを垂直姿勢に
配置すると共にこのインデツクステーブル又は無
端チエーンの外周に保持部材としての一対の細身
な把持爪からなる複数組の保持器を設け、回動及
び昇降自在に支持された垂直筒体内へ外周にスプ
ラインを刻設した管柱を植立させ、機体箱上の昇
降用駆動シリンダを上記管柱に係合連結させ、旋
回用駆動シリンダで作動するラツク杆と噛合うピ
ニオンを上記スプラインに嵌合させて機体箱上の
ホルダで支持し、下端にベベルギヤを固着した軸
棒を回動不能にして上記管柱内に貫通させ、上記
垂直筒体に付設した水平支持筒へ先端に把持爪を
もつシリンダ体を回転自在に嵌入し、上記シリン
ダ体と摺動自在に結合された支軸端にベベルギヤ
を固着して上記両ベベルギヤを噛合せこの歯数比
を１：２以上に設定したことを特徴とする自動工
具交換装置。