JPS63295142A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は工作機械に用いられる自動工具交換装置に係り
、とりわけ工具交換時間を短縮することのできる自動工
具交換装置に関する。

（従来の技術） 工具が収納される工具ポットを多数備えた工具　−貯蔵
用マガジン（以下「工具マガジン」と称する）を、その
工具ポットの軸線を工作機械の主軸と直交する方向に向
けて工作機械のコラムの一側部に配設した場合において
、工具マガジンと工作機械との間の工具交換は、工具ど
うしの干渉あるいは工具とワークとの干渉を避けるため
、工具交換用アームの他に中間アームおよび中間ポット
を採用する方法（例えば特開昭５５−１４４９４６号公
報）、あるいは工具交換用アームを回転および回転軸の
方向に進退移動させるアーム駆動機構を備えたアーム支
持装置全体を、工具交換位置で９０″旋回するようにし
た装置（例えば特開昭５８−９４９５２号公報）などが
知られている。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の工具交換装置は、工具交換用アームの
他に、中間ポット、中間アームなどを介在させているた
め、装置の構造が複雑になるとともに、工具の交換動作
が多く、その制御装置が複雑化するという問題がある。

また、アーム支持装置全体を９０″旋回する方式の装置
は、このアーム支持装置を主軸から離れた工具マガジン
付近で待機させているため、工具交換動作の時間が長く
なるという問題がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
構造が簡単で工具交換時間を短縮することのできる自動
工具交換装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、工作機械の主軸と、この主軸と直交する方向
に配置され工具が収納される多数個の工具ポットを備え
た工具マガジンとの間で、工具を自動的に交換する自動
工具交換装置であって、多数個の工具ポットのうちの少
なくとも１つの工具ポットを、その軸線が主軸と平行で
ある位置まで揺動させる工具ポット揺動機構と、先端に
それぞれ工具把持部が形成され、互いに直角に折り曲げ
形成された少なくとも一対のアームを備えてなる工具交
換用アームと、交換用アームを回転および回転軸の方向
に進退移動させるアーム駆動機構を備えたアーム支持装
置と、工具マガジンと主軸のそれぞれの工具交換位置と
の間に配置され、アーム支持装置がそれぞれの工具交換
位置の間を往復移動可能に装着されている。ガイドレー
ルと、アーム支持装置をガイドレールに沿って往復移動
させるアーム支持装置往復移動機構と、を具備している
ことを特徴としている。

（作　用） 本発明による自動工具交換装置においては、工作機械の
主軸から使用済みの工具を受は取った工具交換用アーム
は、アーム支持装置とともに工具マガジンとの工具交換
位置方向へガイドレールに沿って移動し、軸線が主軸と
平行である位置まで転倒されている工具ポットに使用済
み工具を移転収納し、続いて割出された工具マガジンの
新しい工具を受取り、再びガイドレールに沿って主軸と
の工具交換位置まで移送し、新しい工具を主軸に装着す
る。

（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、本発明による自動工具交換装置
を工作機械（本実施例では横型マシニングセンタを示し
ている）に用いた例を示す正面図および平面図である。

図において符号１１は工作機械１０のベッドであり、こ
のベッド１１上にコラム１２が搭載されている。コラム
１２の前面側の一方端（図面では右方端）には、主軸１
３を備えた主軸頭１４が昇降自在に装着されている。

一方、コラム１２の主軸１３側と反対側の側面には、工
具が収納される多数個の工具ポット２１を備えた工具マ
ガジン２０が取付けられている。

これらの多数個の工具ポット２１は、その軸線が主軸１
３と直交する方向に配置されている。

第３図は工具マガジン２０の構造を詳細に示す図である
。多数個の工具ポット２１は、一対のスプロケット２２
に巻掛けられた搬送チェーン２３に対し、その軸線をス
プロケット２２の回転軸と平行に向けて装着されており
、そのうちの少なくとも１つの工具ポット２１ｇが、割
出し位置Ａにおいて９０°１″ｉ３動（転倒）可能とさ
れている。第４図は、割出し位ＭＡにおける工具ポット
２１ａを９０°揺動させる工具ポット揺動機構の一例を
示している。工具ポット２１は、搬送チェーン２３の工
具ポット保持部２３ａにビン２４により揺動可能に取付
けられ、この工具ポット２１の下端部に係合ビン２５が
突設されている。この係合ビン２５は、スプロケット２
２の回転軸と直交する方向に摺動自在に配設された摺動
ブロック２６に形成された切欠き２６ａに係合可能とさ
れている。摺動ブロック２６は、一端に連結された油圧
シリンダ２７により往復駆動されるようになっている。

工具マガジン２０と主軸１３のそれぞれの工具交換位置
との間、例えば工具マガジン２０の工具割出し位置Ａに
隣接する位置と主軸頭１４の上昇限位置との間には、水
乎方向に向けてガイドレール３１がコラム１２の前面側
に固着されている。

このガイドレール３１には、交換用アーム４１を回転お
よび回転軸の方向に進退移動させるアーム駆動機構を備
えたアーム支持装置４０が往復移動可能に装着されてい
る。

交換用アーム４１は、先端にそれぞれ工具把持部が形成
され、互いに直角に折り曲げ形成された一対のアーム４
１ａ、４１ｂを備えている。

第５図はアーム支持装置４０をコラム１２の前面側にブ
ラケット３３を用いて固設されたガイドレール３１に沿
って往復移動させるアーム支持装置往復移動機構を示す
側断面図である。アーム支持装置４０の背面側には一対
のガイドバー３２が所定の間隔をおいて平行に固設され
、このガイドバー３２によりガイドレール３１を上下か
ら摺動可能に挟持することにより、アーム支持装置４０
がコラム１２の前面側に装着されている。ブラケット３
３にはさらに、チェーン受はブロック３４を用いてチェ
ーン３５がガイドレール３１と平行に張設されている。

アーム支持装置４０の背面側には、スプロケット３６が
回転可能に取付けられ、チェーン３５に噛合係合されて
いる。スプロケット３６は、アーム支持装置４０に取付
けられたモータ３７により回転駆動されるようになって
いる。

第６図はアーム支持装置４０の内部構造を示す断面図で
ある。アーム支持装置４０の本体ケーシング４２内には
、中空円筒シリンダ４３がその一端を本体ケーシング４
２から突出させた状態で回転可能に保持されている。こ
の中空円筒シリンダ４３内には、細長いピストン４４が
摺動可能に挿入され、このピストン４４の両端はそれぞ
れ中空円筒シリンダ４３の両端部から外方へ突出してい
る。

本体ケーシング４２から突出した中空円筒シリンダ４３
の外周部には、中空円筒状のブツシュ４５が、中空円筒
シリンダ４３に対し回転を拘束された状態で軸線方向に
摺動可能に嵌挿されている。ピストン４４の一方の外方
突出端には、ブツシュ４５の端面を閉塞する蓋部材４６
が連結されている。

中空円筒シリンダ４３の両端部には、それぞれピストン
４４を挟んで圧油供給排出孔４３ａ。

４３ｂが設けられている。また、本体ケーシング４２内
の中空円筒シリンダ４３の外周部には平歯車５１が嵌若
され、この平歯車５１に噛合う中間歯車５２が中空円筒
シリンダ４３と平行に配設された中間軸５３に回転可能
に取付けられている。

この中間軸５３は、本体ケーシング４２に対し、その両
端が摺動自在に保持され、その両端付近に設けられたシ
リンダ室５４ａ、５４ｂに圧油を供給することによりピ
ストン移動するようにされている。中間歯車５２には、
さらにラック５５が噛合係合し、このラック５５は、例
えばラック５５の両端に形成されたシリンダ室（図示せ
ず）に圧油を供給することにより往復駆動されるように
なっている。

中空円筒状のブツシュ４５の基端部（本体ケーシング４
２側）付近には、Ｌ字形の交換用アーム４１がそのＬ字
形の角部を嵌着させることにより固定されている。交換
用アーム４１のそれぞれのアーム４１ａ、４１ｂは、第
７図に示すように、工具（より厳密には工具ホルダ）を
把持する円弧部６１ａ、６２ａの形成された一対のフィ
ンガ６１．６２ををし、これらのフィンガ６１．６２は
アーム本体６４に固定された固定軸６３を中心にその中
間部分が揺動可能に取付けられている。

フィンガ６１．６２の後端部（円弧部６１ａ。

６２ａと反対側部）の相対向する側面部６１ｂ。

６２ｂの間には、ロックピン６５が固定軸６３と平行方
向に進退移動可能に配設され、そのロックピン６５の両
側端部が側面部６１ｂ、６２ｂに当接し、フィンガ６１
．６２の揺動をロックするようにされている。またフィ
ンガ６１．６２の後端部付近の間にはスプリング６６が
配設され、フィンガ６１．６２の先端部を工具を把持す
る方向に付勢している。なお、ロックピン６５の進退移
動は、第５図および第６図に示すように、アーム支持装
置４０の本体ケーシング４２に固設された押板６８に当
接することにより、ロックピン６５を弾性保持するスプ
リング（図示せず）に抗して行なわれるようになってい
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第
８図を参照にして説明する。

まず第８図（ｉ）〜（Ｖ）は、工具交換指令に基づき、
待機位置に新工具Ｔ　を把持して待機しているＬ字形交
換用アーム４１を作動させ、工作機械の主軸１３に装着
されている使用済みの石工具Ｔ　と交換する一連の動作
を示す図である。第８図（ｉ）に示すように、工具交換
指令が発せられる以前は、アーム支持装置４０は、主軸
１３と工具マガジン２０との中間位置に静止されている
が、工具交換指令により、モータ３７が回転駆動され、
スプロケット３６が回転することにより、これと噛合う
チェーン３５に沿ってアーム支持装置４０が主軸頭１４
の上方位置まで移動する（第８図（１１））。続いて主
軸頭１４が上昇移動し、主軸１３に装着されている使用
済みの石工具Ｔ（より厳密には石工具Ｔ　を保持する工
具ホルダ）のクランプ部が交換用ア゛−ム４１の一方の
アーム４１ｂの先端部に挿入係合される。このアーム４
１ｂの先端部への挿入係合動作は、ロックピン６５を押
板６８に押圧させることにより移動させ、フィンガ６１
．６２の後端部との係合を外すことにより、フィンガ６
１．６２をクランプフリーの状態にすることにより行う
。主軸１３の工具把持状態をアンクランプ状態とし、交
換用アーム４１を回転軸方向へ前進移動させると、主軸
１３に装着されていた石工具Ｔ　は引抜かれてアーム４
１ｂの先端部にクランプされる。アーム４１ｂが前進移
動して押板６８から離間すると、ロックピン６５はスプ
リング（図示せず）によりロック位置まで復帰移動され
、フィンガ６１．６２の後端部に当接することによりフ
ィンガ６１．６２の揺動をロックする。これによりフィ
ンガ６１゜６２にクランプされた石工具Ｔ　は、移動中
落下することを防止される。また、交換用アーム４１の
前進移動は、圧油供給排出孔４３ａに圧油を供給し、ピ
ストン４４を中空円筒シリンダ４３内で前進移動（第６
図で左方向移動）させ、蓋部材４６とともにブツシュ４
５を中空円筒シリンダ４３の外周部に沿って移動させる
ことにより行われる（第８図（Ｉｌｌ）　）。

交換用アーム４１が前進位置まで移動した状態で、ラッ
ク５５がその軸線方向に駆動され、中間歯車５２を介し
て平歯車５１が回転駆動される。

これにより、中空円筒シリンダ４３が回転させられ、ブ
ツシュ４５とともに交換用アーム４１が第８図で時計方
向に９０″回転させられる。次に圧油供給排出孔４３ｂ
に圧油が供給され、ピストン４４が後退移動（第６図で
右方向移動）することにより、交換用アーム４１が後退
位置まで移動する。これにより、新工具Ｔ　が主軸１３
内に挿入され、主軸１３内のクランプ機構（図示せず）
によりクランプされるとともに、押板６８にロックビン
６５が当接してアーム４１ａのフィンガ６１゜６２がフ
リーとなる（第８図（Ｉｖ））。続いて主軸頭１４が降
下し、主軸１３に対し新工具Ｔ　の移転動作が完了する
（第８図（Ｖ））。主軸頭１４は加工位置に移動し、新
工具を用いた加工が開始される。

第８図（■１）〜（ｘｉｉ）は、使用済みの旧工具Ｔ。

を工具マガジン２０の所定位置に収納保持させるととも
に、次に使用する予定の新工具Ｔ　を工具マガジン２０
から受取り、待機位置でこれを保持した状態で待機する
までの一連の工程を示している。

新工具Ｔ　を受渡した交換用アーム４１は、まず前進位
置まで前進移動され、続いて時計方向に９０°回転させ
られる（第８図（ｖｉ））。前進位置まで移動させられ
るのは、続いての交換用アーム４１の回転により、アー
ム４１ｂのロックピン６５が押板６８に当接し、フィン
ガ６１．６２がフリーの状態になることを防止するため
である。

また、９０°回転動作は次のようにしてなされる。

まず、第８図（Ｉｖ）の固定で軸方向移動しているラッ
ク５５を元位置に戻すため、シリンダ室５４ａに圧油を
供給し、中間軸５３を第６図左方向に移動させ、中間歯
車５２と平歯車５１との噛合を切離す。続いてラック５
５を元位置に復帰させ、シリンダ室５４ｂに圧油を供給
し、再び中間歯車５２と平歯車５１を噛合係合させる。

このようにしてラック５５を元位置に復帰させる動作を
介在させることにより、交換用アーム４１を常に時計方
向に９０″ずつ回転させることができる。

交換用アーム４１を第８図（ｖｌ）の状態から、さらに
時計方向に９０″回転することにより、アーム４１ｂに
クランプされた旧工具Ｔ　の軸心が、ガイドレール３１
と平行に引かれた、工具マガジン２０の割出し位置Ａに
おける工具ポット２１ａの軸心を通る線上に位置する（
第８図（ｖｌｌ）　）。

モータ３７を作動させ、スプロケット３６とチェーン３
５との噛合いにより、アーム支持装置４０をガイドレー
ル３１に沿って工具マガジン２０との工具交換位置まで
移動する。続いて交換用アーム４１を後退移動させ、旧
工具Ｔ　を割出し位置Ａに転倒されている工具ポット２
１ａ内に挿入させる（第８図（ｖｌｌｌ））。交換用ア
ーム４１が後退移動することによりロックピン６５とソ
イ１ンガ６１，６２との係合が解除され、旧工具Ｔ０の
クランプ状態がフリーとなるので、モータ３７を作動さ
せ、アーム支持装置４０を再び主軸１３側へ移動させる
ことにより、旧工具Ｔ　のアーム４１ｂから工具マガジ
ン２０への受渡し動作が行われる。旧工具Ｔ　を渡され
た工具マガジン２０は、転倒されている工具ポット２１
ａを油圧シリンダ２７を作動させて９０″揺動させ、他
の工具ポット２１と同じ方向を向かせる。続いてスプロ
ケット２２を回転駆動して次に使用する予定の工具の割
出し動作を行う（第８図（ｌｘ））。

次に使用する予定の新工具Ｔ　′は割出し位置Ａにおい
て９０″揺動されて転倒され、一方、交換用アーム４１
は９０°時計方向に回転されて、その一方のアーム４１
ａの先端が転倒されている新工具Ｔ　′に向けられる（
第８図（Ｘ））。そ−り３７を作動させ、アーム支持装
置４０を工具マガジン２０側に移動させることにより、
アーム４１ａの先端に新工具Ｔ　′がクランプされ、交
換用アーム４１を前進移動させることにより工具ポット
から新工兵Ｔ　′が引抜かれる（第８図（ｘｉ））。新
工具Ｔ　′を把持した交換用アーム４１は、モータ３７
の作動によりガイドレール３１に沿って主軸１３方向へ
移動し、次の工具交換動作を行うため待機位置で待機す
る（第８図（Ｘｌｌ）　）。これにより一連の工具交換
動作を終了し、続いての工具交換動作は再び第８図（１
）の状態から開始される。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することができる。

このように本実施例によれば、工作機械の主軸と工具マ
ガジンの工具ポットの軸線とが直交する場合において、
途中に中間ポット、中間アームなどを用いなくても、迅
速、容易に工具を自動的に交換することができる。また
、工具の待機位置を主軸に接近させることができるとと
もに・Ｌ字形交換用アーム４１の９０″回転により新旧
工具の入替えができるでの、工具交換時間の短縮化を図
ることができる。さらに、工具マガジンへ旧工具を返却
する動作が、主軸頭１４のストローク外で行われるので
、工具交換後、主軸頭１４は即時に加工動作に入ること
ができる。

なお、本実施例においては、工具交換用アームとして、
一対のアームを有するＬ字形交換用アームを用いる例を
示したが、互いに９０＠の角度で配置された４本のアー
ムを備えたクロス形交換用アームを用いることもできる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工作機械の主軸
と工具マガジンの工具ポットとが直交する配置関係にあ
る場合でも、簡単な構造で工具を自動交換することがで
きるとともに、工具交換時間の短縮化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動工具交換装置を横型マシニン
グセンタに適用した例を示す正面図、第２図は同平面図
、第３図は工具マガジンを示す正面図、第４図は工具ポ
ットの揺動機構を示す第３図■−■線断面図、第５図は
アーム支持装置の往復移動機構を示す側断面図、第６図
はアーム支持装置のアーム駆動機構の一例を示す側断面
図、第７図は工具交換用アームの構造を示す部分拡大断
面図、第８図（１）〜（Ｘ１１）は本実施例の作用を示
す概略工程図である。 １３・・・主軸、２０・・・工具マガジン、２１・・・
工具ポット、２１ａ・・・割出し位置における工具ポッ
ト、３１・・・ガイドレール、３５・・・チェーン、３
６・・・スプロケット、３７・・・モータ、４０・・・
アーム支持装置、４１・・・工具交換用アーム、Ｔ　・
・・新工具、Ｔ　′・・・新工具、Ｔ　・・・旧工具。 ｎ　　　　　　　　　　　　　　　。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１　図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工作機械の主軸と、この主軸と直交する方向に配置
   され工具が収納される多数個の工具ポットを備えた工具
   マガジンとの間で、工具を自動的に交換する自動工具交
   換装置において、 前記多数個の工具ポットのうちの少なくとも１つの工具
   ポットを、その軸線が前記主軸と平行である位置まで揺
   動させる工具ポット揺動機構と；先端にそれぞれ工具把
   持部が形成され、互いに直角に折り曲げ形成された少な
   くとも一対のアームを備えてなる工具交換用アームと； 前記交換用アームを回転および回転軸の方向に進退移動
   させるアーム駆動機構を備えたアーム支持装置と； 工具マガジンと主軸のそれぞれの工具交換位置との間に
   配置され、アーム支持装置が前記それぞれの工具交換位
   置の間を往復移動可能に装着されているガイドレールと
   ； 前記アーム支持装置をガイドレールに沿って往復移動さ
   せるアーム支持装置往復移動機構と；を具備しているこ
   とを特徴とする自動工具交換装置。 ２、工具交換用アームは、２つのアームを直角に折り曲
   げ形成してなるＬ字形交換用アームであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の自動工具交換装置。 ３、アーム支持装置往復移動機構は、ガイドレールに沿
   って配置固定されたチェーンと、前記アーム支持装置に
   回転可能に取付けられ、前記チェーンに噛合うスプロケ
   ットと、このスプロケットを回転駆動するモータとを備
   えてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   自動工具交換装置。