JPS63318234A - 工作機械 - 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、多数の工具把持具を外周に備えた工具マガ
ジンを回転させて、所望の工具の割出しを行なうに際し
、主軸ヘッドを直線往復動させるだけで容易に主軸に対
する工具の交換がなされ。

しかも主軸に工具を装着した後は、加工動作に移行した
主軸ヘッドが工具解放後の工具把持具と干渉することの
ない工作機械に関する。

従来技術 被加工物にねじ切りや孔開は等の加工を多機能に行ない
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、タップやドリル等の工具を予め所定の収納個所
に多数格納しておき、所望の工具を適時選択してこれを
使用の終了した工具と自動的に交換する装！（ＡＴＣ）
が一般に配設されている。この自動工具交換装置として
は種々の型式のものが提案されているが、比較的簡単な
型式のものとしては、例えば特開昭５８−５１０４６号
公報に開示される工作機械の如く、多数の工具を放射状
の配設した円盤型の工具マガジンを主軸ヘッドに回転自
在に取付け、前記主軸ヘッドがその加工動作領域（加工
のために主軸ヘッドが通常的に往復昇降する領域）より
上方に位置する自動交換領域に到来したときのみ、前記
工具マガジンが主軸ヘッドに対しスライドし得るように
した構成が知られている。

この構成によれば、工具交換に際し前記自動交換領域に
おいて、主軸ヘッドを工具マガジンに対しスライドさせ
つつ上昇させることにより使用済みの工具を主軸先端か
ら抜き取り、次いで前記工具マガジンを回転割出しして
所望の工具を前記主軸の直下に到来させ、その後に主軸
ヘッドを降下させることによって新たな工具の装着が行
なわれる。

また特公昭５６−３３２１６号公報には、主軸ヘッドの
軸線と平行な回転軸を有する円盤型の工具マガジンを備
え、この工具マガジンは、その周端部に工具を該回転軸
と平行に多数装着すると共に、主軸ヘッドに対して平行
に近接・離間移動し得るよう構成した工作機械が開示さ
れている。この構成では、主軸ヘッドを後退させると共
に工具マガジンを主軸ヘッドに向は近接下降させて、該
工具マガジンの特定の工具把持具（空席になっている）
を主軸ヘッドに指向させ１次いで主軸ヘッドを前進させ
て工具を工具把持具に把持させた後、再び主軸ヘッドを
後退させることにより、主軸ヘッドからの工具の抜取り
を行なう。その後に、工具マガジンを回転させて新たな
工具の割出しを行ない、割出された工具把持具に向けて
主軸ヘッドを前進させることにより、新たな工具を主軸
ヘッドに装着する０次いで主軸ヘッドを後退させること
により、該工具を工具把持具から抜取ると共に、工具マ
ガジンは主軸ヘッドから上昇離間させて工具交換を終了
し、主軸ヘッドは新たな工具による切削加工に移行する
。

発明が解決しようとする課題 しかし前者の発明の構成では、加工動作領域において、
主軸ヘッドが被加工物に加工を行なうべく下降し始める
と、この領域において工具マガジンも主軸ヘッドと一体
的に下降するため、被加工物の形態によっては、前記工
具マガジンに装着され半径方向に延出する工具が加工中
の被加工物と干渉する重大な欠点があった。

また後者の発明では、工具マガジンにおける工具把持具
から工具を抜取るために、主軸ヘッドが一旦後退し、か
つ新たに装着した工具による加工動作の妨げとならない
よう、工具マガジンは再び上方の待機位置にまで上昇す
る動作を必要とする。

このため、工具交換のシーケンスが繁雑化し、交換時間
が嵩む難点がある。

発明の目的 本発明は、多数の工具を配設した円盤型の工具マガジン
を回転させて、所望の工具を割出す自動工具交換装置を
備える工作機械に内在している前述した欠点に鑑み、こ
れを好適に解決するべく提案されたものであって、新た
な工具に交換され−た主軸ヘッドが、工具解放後の工具
把持具とモーすることなく直ちに加工動作に移行するこ
とができ、しかも工具交換のシーケンスが簡略化されて
交換時間を短縮し得る工作機械を提供することを目的と
°する。

課題を解決するための手段 先の課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明は
、一端に工具装着部を有する主軸を回転自在に支持する
主軸ヘッドを、フレームに対し前記主軸の軸線方向に往
復駆動して被加工物に加工を行なう工作機械において、 前記フレーム上に回転割出し可能に支持され、外周に配
設した複数個の工具把持具中から回転割出しされた１個
の工具把持具に把持された工具の軸線が、前記主軸の軸
線上に位置するように設定された工具マガジンを備え、 前記工具把持具は、一対の爪部材により構成されると共
に、工具を把持する把持位置と工具を解放する解放位置
との間を移動可能に前記工具マガジン上に支持され、被
加工物の加工時には工具把持具が解放位置に移動されて
、各爪部材間を前記主軸ヘッドが通過するように構成し
たことを特徴とする。

実施例 次に、本発明に係る工作機械につき、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１０図
は、実施例に係る工作機械１ｏの全体的な概略構成を示
し、この工作機械１ｏは、主軸２６を回転自在に支持す
る主軸ヘッド１８を、フレーム１６に対し往復昇降可能
に支持して、被加工物に所要の切削加工を施し得るよう
になっている。主軸２６の下端部に設けた工具装着部５
２に、工具２０を着脱自在に挟持する工具挟持部材６６
が配設され、またフレーム１６に工具支持台２４が昇降
自在に支持されている。この工具支持台２４には、複数
個の工具把持具９６を放射状に配置した円盤状の工具マ
ガジン２２が回転割出し自在に枢支しである。後述する
如く工具把持具９６は、第１カム１６２および第１クラ
ンク２８により付勢されて、主軸２６の先端に設けた工
具２０に対する把持および解放を行ない得る。

（主軸ヘッドとその昇降系について） 第１０図に示す如く、基台１２に直立配置したコラム１
４の前面に中空箱型のフレーム１６が水平に配設固定さ
れ、主軸２６を回転自在に支持する主軸ヘッド１８が、
このフレーム１６中に昇降可能に配設されている。すな
わち第５図および第６図に示すように、コラム１４の前
面に平行に直立配置した一対の長尺柱部材３２，３２の
各長手方向端面に、ガイドレール３６がねじ３４を介し
て垂直に固着されている。そして、主軸ヘッド１８の後
部に上下一対で配設した左右−組の摺動こま３８．３８
を、前記ガイドレール３６，３６に対応的に嵌合させる
ことにより、該主軸ヘッド１８はフレーム１６に対し垂
直に昇降可能である。

また前記一対の長尺柱部材３２．３２の頂部間に支持板
３９が水平に橋架固定され、ロータリーエンコーダ４２
を内蔵したＡＣサーボモータ４０が前記支持板３９上に
直立配置されている。前記サーボモータ４０の回転軸４
１は、カップリング４３を介してボールねじ４４に固着
され、このボールねじ４４は第６図から判明するように
、前記一対のガイドレール３６．３６の中間において垂
直下方に延在している。更に第１図および第６図に示す
如く、主軸ヘッド１８の背面突出部にボルト４８を介し
てナツト４６が水平に固定され、このナツト４６に前記
ボールねじ４４が挿通螺合されている。そして前記ＡＣ
サーボモータ４０を回転させることによって、ボールね
じ４４は所要の方向に回転して前記ナツト４６に直線運
動を与え、主軸ヘッド１８は所定のストロークだけ垂直
方向に自在に昇降駆動される。

なお主軸ヘッド１８が昇降する領域は、第５図に示す如
く、■主軸ヘッド１８が被加工物に向は反復昇降して所
要の切削加工を行なう加工動作領域Ａと、■この領域よ
り上方のレベルに位置して、主軸２６に対する工具２０
の一連の着脱交換動作が行なわれる自動交換領域Ｂとに
大別される。そして自動交換領域Ｂ中を主軸ヘッド１８
が復動上昇する過程において、一連の工具交換動作を行
なわせる３つの変節点が現われる（後述）。ちなみに第
１図、第５図および第１０図に示す主軸ヘッド１８は、
被加工物に対する加工を終了して加工動作領域Ａの上限
（自動交換領域Ｂの下限）にまで上昇し、次の加工指令
または工具交換指令の何れかを待機している状態にある
。

（主軸の工具装着構造について） 前記主軸ヘッド１８には、第１図に示す如く、中空円筒
状の主軸２６が、上下の軸受５０，５０を介して回転自
在に垂直に軸承されている。また主軸ヘッド１８の頂部
に１、減速機５８を備えるモータ５６が直立配置され、
その出力軸６０はカップリング５４を介して前記主軸２
６の上端部に接続されている。また主軸２６の下端部に
、裁頭円錐状の開口部からなる工具装着部５２が形成さ
れ、アーバー６２を備える工具２０を着脱自在に装着し
得るようになっている。なお工具２０のツーバー後端部
にプルスタッド６４が設けられ、前記中空主軸２６中に
摺動自在に挿通した工具挟持部材６６により該プルスタ
ッド６４を挟持することによって、主軸２６への工具２
０の固定がなされる。

工具挟持部材６６は、前記プルスタッド６４のネツク部
を複数のボール６８により囲続する構成に係る公知のコ
レットからなり、当該工具挟持部材６６が主軸２６の中
空部を軸線方向に摺動することによって、該プルスタッ
ド６４のクランプおよび解除を行ない得る。

第１図に示す如く、主軸２６の中空部内にプラグ７０が
上下摺動自在に挿入され、このプラグ７ｏの縦孔中に上
端部を挿通固定したドローバ−７６が、主軸２０の中心
軸線に沿って垂下すると共に、その下端部は前記工具挟
持部材６６の頂部に接続されている。主軸２６における
プラグ７０の配設位置には、長円形のスロット７４．７
４が対向的に穿設され（第１図）、前記プラグ７０に直
交的に挿通したビン７２の両端部が、前記一対のスロッ
ト７４．７４を介して主軸２６の外方に水平に延出して
いる（第６図）、なお第１図に示すように、工具装着部
５２に工具２０を装着した状態において、主軸中空部の
下方に形成した段部と前記プラグ７０の下端部に設けた
ワッシャー８０との間に一群の皿ばね７８が弾力的に圧
縮介挿され、この多数の皿ばね７８の中心部をドローバ
−７６が挿通延在している。そしてこの皿ばね７８の弾
力により、プラグ７０を常には上方に押圧して定位置に
保持すると共に、工具挟持部材６６を弾力的に引上げて
プルスタッド６４の挟持を確実にしている。

なお主軸外方に延出している直交ピン７２の上方には、
第１図および第６図に示すように、後述する第２クラン
ク３０の先端に２股形成したフォ　　−−ク部８１が近
接的に臨み、当該クランク３ｏの動作によりピン７２を
押圧付勢してドローバー７６を下降させるようになって
いる。すなわち後述する第２カム１８８および第２クラ
ンク３ｏのカム作動により、直交ピン７２を下方へ押圧
付勢すれば、前記ドローバ−７６は軸線方向に下降して
工具挟持部材６６を降下させ、ボール６８によるプルス
タッド６４の抑圧を解除する。従って工具２０は、工具
装着部５２から解放し得る状態となる。なお第１図にお
いて符号８３は、工具２゜に着脱自在に取付けられるド
リルやタップ等の切削刃物を示す。

（工具支持台について） 次に、フレーム１６上には、工具マガジン２２を回転自
在に支承する工具支持台２４が、前記主軸２６の軸線方
向に移動し得るように支持されている。第１図および第
６図において、フレーム１６の対向側壁１６ａ、１６ｂ
に支持板８２．８２が水平に取付けられ、各水平支持板
８２の適所に穿設した垂直貫通孔に丸棒状のガイドレー
ル８４が摺動自在に挿通されている。また第１図に示す
ように、フレーム１６の下方から夫々左右一対をなす水
平支持板８６が延出し、この水平支持板８６に穿設した
垂直貫通孔に前記ガイドレール８４が摺動自在に挿通さ
れている。前記ガイドレール８４（第６図に示すように
２本ある）の上端部および下端部は、工具支持台２４の
頂部に橋架した水平天板８８に設けた支持板９１および
底部に設けた支持板８９に夫々固定されている。従って
前記工具支持台２４は、ガイドレール８４を水平支持板
８２．８６に対し摺動させることにより、フレーム１６
に対し昇降可能であり、後述する第１カム１６２および
第１クランク２８のカム動作により所定のストロークだ
け昇降駆動される。なお工具支持台２４の前記支持板９
１に、ストッパーボルト９０が高さ調節自在に挿通螺着
され、該ボルト９０の下端部が常には水平支持板８２の
平面に休止することにより、該工具支持台２４をフレー
ム１６に対し所定の高さ位置に保持している。

（工具マガジンについて） 工具支持台２４には、多数の工具２０を放射状に保持し
た工具マガジン２２が回転割出し可能に支持されている
。すなわち工具支持台２４には、水平面に対し所定の角
度だけ斜め下方に傾斜させた軸線を有する枢軸９２が突
出固定され、この枢軸９２に工具マガジン２２が軸受け
９４を介して回転自在に支持されている。工具マガジン
２２は、第１図および第７図に示すように、基本的に大
径の平歯車９８をベースとする円盤形状をなし、この工
具マガジン２２の外周に複数個の工具把持具９６が配設
されて、等中心角で半径方向に延出している。前記大径
の平歯車９８は軸受け９４にボルト１００で固定され、
工具支持台２４に配設したモータ１０２の回転軸１０４
に固着したピニオン１０６が前記平歯車９８と噛み合っ
て、工具マガジン２２を回転させることにより、所望の
工具２０の割出しを可能としている。

第１図に示す如く、工具支持台２４の適宜個所に、収納
の圧縮ばね１１０により弾力的に押圧されるボール１１
２を備えた中空円筒部材１０８が。

前記枢軸９２とその軸線を平行させて配設されている。

また平歯車９８の平坦部には１周方向に所定間隔でノツ
チ１１４が凹設され、このノツチ１１４に前記ボール１
１２を弾力的に押圧着座させることにより、工具マガジ
ン２２における所望工具２ｏの回転割出し時に、該工具
２０は定位置でクリックストップされる。

なお第１図および第７図に示すように、前記枢軸９２の
先端に、該枢軸に対し直角方向に延在する二股部材１１
６がボルト１１８を介して締付は固定されている。この
二股部材１１６に所定厚みの支持板１２０が橋架固定さ
れ、該支持板１２０の上面および下面に平行配置した一
対の取付板１２２．１２２に、夫々発光素子および受光
素子からなる一対の光センサ１２４が、光軸を一致させ
て対向的に配設されている。この発光素子および受光素
子の間に、前記軸受９４に配設固定されて工具マガジン
２２と一体的に回転するスリット円盤１２６が非接触で
介在し、前記光軸を遮断することにより、工具マガジン
２２に保持した複数の工具２０の内、何れの工具２０が
現在主軸２６に保持されているか、を適宜の電気回路に
より指示することができる。

（工具把持具について） 次に、工具マガジン２２の外周に配設されている工具把
持具９６について説明する。この工具把持具９６は、第
２図〜第４図に示すように、フィンガ１３０に開閉自在
に旋回し得るよう支持した一対の爪部材１２８，１２８
から基本的に構成される。すなわ、ち第１図において、
工具マガジン２２の基体となる平歯車９８の周方向に、
複数のフィンガ１３０が所定の中心角でボルト１３２に
より固定されて半径方向に延在している。このフィンガ
１３０は、所要角度に折曲形成した板状部材からなり、
該フィンガ１３０の自由端に一対の爪部材１２８，１２
８が開閉自在に枢支されている。

すなわち各爪部材１２８は、平面において「＜」字状に
折曲形成され、その折曲部を境とする長尺のアーム部１
２８ａと短尺のアーム部１２８ｂとから構成されている
。その長尺アーム部１２８ａの先端内側に設けられる工
具把持面１２９は、工具２０のフランジ１９６に周設し
た山形溝２１０と密着的に嵌合可能なテーパ付き弧状凹
部として形成されている。そして、これら一対の爪部材
１２８．１２８は、その折曲部において前記フィンガ１
３０の自由端裏面に枢着ピン１３４を介して枢支され、
これにより前記工具把持面１２９゜１２９を相互に対向
させた状態で所要角度だけ回動可能になっている。また
、両長尺アーム部１２８ａ、１２８ａ間に引張ばね１３
６が弾力的に張架されて、第２図に示すように１両爪部
材１２８．１２８を常には相互に閉成する方向に付勢し
ている。

更に、各爪部材１２８における短尺部１２８ｂの先端は
、第２図〜第４図に示す如く相互に重ね合わせられ、そ
の重ね合わせ部に軸ビン１３８を垂直に挿通することに
より共通的に遊着しである。

そしてこの軸ビン１３８は、フィンガ１３０に開設した
開口部１３０ａを介して、上方に所要距離だけ突出延在
している。従って、後述するベルクランク機構により、
前記軸ビン１３８を第４図において矢印Ｘ方向へ強制的
に付勢すれば、各爪部材１２８は枢着ピン１３４を中心
として、前記引張ばね１３６の弾力に抗しつつ外方へ回
動し、工具２０の溝付きフランジ１９６に対する把持を
解放する（第３図）、また第３図の状態から、前記軸ビ
ン１３８に対する付勢を解除すれば、引張ばね１３６の
弾力作用下に１両爪部材１２８，１２８は、各枢着ピン
１３４を中心として相互に近接し合う方向に閉成し、前
記工具２０の溝付きフランジ１９６を把持する（第２図
）。

すなわち工具把持具９６における両爪部材１２８，１２
８は、工具２０を把持する把持位置と工具２０を解放す
る解放位置との間を移動可能であり、被加工物の加工時
に両爪部材１２８，１２８は解放位置に移動される。そ
してこの加工時に前記主軸ヘッド１８が、両爪部材１２
８，１２８の間を通過し得る解放角度に予め設定しであ
る。この場合において、工具マガジン２２の外周に各工
具把持具９６を支持する前記フィンガ１３０の折曲角度
は、回転割出しされた工具把持具９６に把持した工具２
０が、前記主軸先端の工具装着部５２の下方に到来した
際に、当該工具２０の軸線が主軸２６の中心軸線と整列
し得る値に設定されている。

（工具把持具の開閉機構について） 第１図に示すように、工具支持台２４の支持板８９に一
体形成したクレビス１４０に、ピン１４４を介してベル
クランク１４２が、その中央部において回動自在に枢支
されている。このベルクランク１４２の下端部は二股部
１４６として形成され、工具マガジン２２の回転割出し
により前記工具把持具９６が主軸２６の直下に到来した
位置において、前記軸ピン１３８が７二股部１４６の間
に介在し得るよう位置設定されている。

またフレーム１６に取付けた上下の水平支持板８２．８
６に、第１図および第６図に示す垂直板１４８が配設固
定され、所要の屈曲溝１５０からなる溝カム１５２が前
記垂直板１４８にボルト１５４を介して取付け、られて
いる。前記ベルクランク１４２の上端部にはピンフォロ
ワ１５６が取付けられ、このピンフォロワ１５６は前記
溝カム１５２に挿入されて、その屈曲溝１５０に倣い摺
動可能になっている。しかも前述したように工具支持台
２４は、フレーム１６に対し所定のストロークだけ上昇
し得るようになっているから、後述する第１カム１６２
および第１クランク２８のカム作動により、工具支持台
２４が上昇を開始すれば、この工具支持台２４に軸着さ
れた前記ベルクランク１４２も一体的に上昇する。従っ
て、ベルクランク１４２の上端部に取付けたピンフォロ
ワ１５６は、フレーム１６側に固定した前記溝カム１５
２の屈曲溝１５０に倣って摺動し、これによりカム動作
が与えられて、前記ベルクランク１４２はピン１４４を
中心として時計方向に若干回動することになる。すなわ
ちベルクランク１４２の二股部１４６は、工具把持具９
６の軸ビン１３８を第４図において矢印Ｙ方向へ駆動し
、一対の爪部材１２８，１２８を閉成させる。また逆に
、ベルクランク１４２が反時計方向に回動すれば、二股
部１４６は軸ピン１３８を第４図において矢印Ｘ方向へ
強制的に駆動し、一対の爪部材１２８．１２８を解放す
ることになる。

（工具支持台の昇降機構について） 次に主軸ヘッド１８の復動に基き工具支持台２４を、自
動交換領域Ｂ内でフレーム１６に対し上昇させる機構に
つき説明する。第１図、第５図および第６図に示す如く
、フレーム１６における対向側壁１６　ａ、１６　ｂの
各内面に、Ｌ型形状を有する第１クランク２８が軸１５
８を介して回動自在に夫々軸着されている。この第１ク
ランク２８を構成する一方の短いアーム部１６７の端部
には、ローラ１６０が回転自在に枢着されている。また
第５図に明確に示す如く、傾斜カム面１６４を形成した
第１板カム１６２が、主軸ヘッド１８の側面にボルト１
６６を介して取付けられている。なお、この第１板カム
１６２は１図示の如く主軸ヘッド１８が自動交換領域Ｂ
の下限に位置している状態において、前記第１クランク
２８に軸支したローラ１６０の下方に離間的に位置する
よう設定されている。

また第１クランク２８における他方の長いアーム部１６
８には、その上端面に接触子１７０が固定されている。

この接触子１７０は、第５図および第６図に示す如く、
工具支持台２４の天板８８に固定した支持板９１にねじ
込んだボルト１７２の下端部と、常には若干の距離だけ
離間して下方に位置している。そして後述するように、
サーボモータ４０を回転させて主軸ヘッド１８を上昇さ
せれば、この主軸ヘッド１８の両側面に夫々取付けた前
記板カム１６２の傾斜カム面１６４が、前記第１クラン
ク２８のローラ１６０に当接して、該クランク２８を軸
１５８を中心として時計方向へ回動させる。これにより
長いアーム部１６８の接触子１７０が、前記ボルト１７
２の下端部に当接して、工具支持台２２を所定のストロ
ークだけガイドレール８４に沿って上昇させる。なお第
１クランク２８の長いアーム部１６８および短いアーム
部１６７の寸法比率および両アームの折曲角度は、主軸
ヘッド１８の上昇距離と工具支持台２４の上昇距離とが
一致し、かつその上昇速度が同期するような値に予め設
定されているものとする。

（工具挟持部材の解放機構について） 次に、前記第１カム１６２および第１クランク機構２８
により主軸ヘッド１８および工具支持台２４が一体的に
復動される際に、工具装着部５２中に設けた工具挟持部
材６６が工具２０を解放させるべく作動する第２カムお
よびクランク機構について説明する。第１図および第６
図に示す如く、主軸ヘッド１８の内部に軸１７６を介し
て、Ｌ型形状を有する第２クランク３０が所定の回動角
度だけ揺動可能に取付けられている。この第２クランク
３０を構成する長いアーム部１７８の先端に。

ローラ１８０が回転自在に枢着されると共に、短いアー
ム部１８２の先端部は、第６図に示す如く。

前記フォーク部８１として分岐形成されている。

フォーク部８１は、主軸２６を外方から囲続すると共に
、前記ドローバ−７６の頂部に設けたプラグ７０に挿通
した直交ピン７２の僅か上方に、常には非接触で位置し
て工具解放指令を待機している。

なお、加工指令を受けて主軸２６を回転させるモータ５
６は、その加工終了時に常に定位置で停止する制御がな
されている。従って主軸２６から直角に延出する前記ピ
ン７２も、モータ停止ヒ時に。

第６図に示す如く、フォーク部８１の直下の定位置で停
止するので、後述する第２クランク３０の作動時にフォ
ーク部８１は確実にピン７２を捕捉し得る。

次に、前記自動交換領域Ｂ中を第２クランク３０が、主
軸ヘッド１８と共に上昇移動する経路中に、所要の傾斜
カム面１８６を有する第２板カ４１８８が配設され、前
記第２クランク３ｏと当接して所定のカム動作を行なう
ようになっている。

すなわち第２板カム１８８は、第１図および第６図から
判明するように、前記ロータリーエンコーダ４２の垂直
ケーシング面にボルト１９０を介して固定され、その傾
斜カム而１８６を垂直下方に指向させている。そして主
軸ヘッド１８を上昇させると、第２クランク３０におけ
る長いアーム部１７８の先端に軸支したローラ１８０が
、前記板カム１８８の傾斜カム面１８６に乗り上げ、こ
れにより該第２クランク３０は軸１７６を中心として所
定中心角だけ反時計方向へ回動する。このため短いアー
ム部１８２の先端に設けたフォーク部８１が前記直交ピ
ン７２を接触押圧し、ドローバ−７６を所定距離だけ引
下げて工具挟持部材６６を下降させる。そしてボール６
８が前記プルスタッド６４から解除され、工具装着部５
２における工具２０の挟持を解除する。なお第２クラン
ク３０の長いアーム部１７８に板ばね１９２が取付けら
れ、鎖板ばね１９２の解放端部は主軸ヘッド１８の頂部
に設けた水平支持板１９４の直立端面に常時接触して、
該クランク３０に時計方向への復帰力を与えるようにな
っている。

なお第１クランク２８および第１板カム１６２の動作タ
イミングは、前記第２クランク３０および第２板カム１
８８の動作タイミングよりも、常に時間的に先行する関
係に設定されているものとする。すなわち動作説明の項
で述べる如く、第１図に示す基本位置において、例えば
主軸ヘッド１８が２０ｍｍ上昇する間に、第１クランク
２８が第１板カム１６２と接触してカム作動を行なって
工具支持台２４を２０ｍ５ｔ持ち上げ、更に主軸ヘッド
１８が３０ｍ厘上昇する過程に移行することにより、第
２クランク３０が第２板カム１８８と当接してカム作動
を行ない、前記ドローバー７６を押し下げて工具２０の
プルスタッド６４に対する工具挟持部材６６の挟持を解
除するシーケンスに予め設定されている。

実施例の作用 次に、このように構成した実施例に係る工作機械の作用
について説明する。第１図は、主軸ヘッド１８が通常の
切削加工を終了して、前記加工動作領域Ａにおける上限
の定位置にまで復動して停止し、かつピン７２が第２ク
ランク３０のフォーり部８１と直交する定位置に停止さ
れた後、次の指令を待機している状態を示す。すなわち
１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１８は加工動作領域Ａを往動して被加工物へ
の加工を行なう。また工具交換指令であれば、当該主軸
ヘッド１８は、後述するように自動交換領域Ｂに向けて
復動上昇する。

なお第１図では、前記ベルクランク１４２の二股部１４
６が、工具把持具９６の軸ピン１３８をＸ方向（第４図
）に押圧している結果として、爪部材１２８，１２８は
解放し工具２０の把持を解除した状態となっている。ま
た第１図では、工具２０のフランジ部１９６に形成した
山形溝２１０は、爪部材１２８より距離αだけ下方に位
置しており、この状態では両爪部材１２８，１２８が閉
成しても、工具２０を定位置で把持することはできない
、しかし主軸ヘッド１８の上昇により、第１図から第８
図（ａ）に示す位置に移行する過程において、第１板カ
ム１６２は第１クランク２８に設けたローラ１６０に当
接するまで距離αだけ移動するので。

前述した山形溝２１０が該爪部材１２８より距離αだけ
下方に位置している問題点は解消される。

第１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４
４が回転し、ナツト４６を介して主軸ヘッド１８を自動
交換領域Ｂに向けて垂直に上昇させる。これにより主軸
ヘッド１８は、第８図（ａ）、（ｂ）に示す第１段階の
復動に入る。すなわち第８図（ａ）に示す如く、主軸ヘ
ッド１８は距離αだけ単独で上昇し、これにより前述し
た工具２０の山形溝２１０と爪部材１２８との間の距離
αが吸収される。更に主軸ヘッド１８の上昇により、第
１板カム１６２が第１クランク２８のローラ１６０に当
接して、該クランク２８を軸１５８を中心として時計方
向に回動させる。このためクランク２８の長いアーム部
１６Ｂに設けた接触子１７０が、工具支持台２４の支持
板９１に設けたボルト１７２の下端部と接触するに至る
。このときＡＣサーボモータ４０は微速回転されて、接
触子１７０とボルト１７２との当接音が抑制され、その
後は所定の速度で駆動される。

次いで第８図（ｂ）に示すように、主軸ヘッド１８は例
えば２０ｍｍ上昇する。この上昇過程において、第１ク
ランク２８は第１板カム１６２とのカム作動下に更に回
動し、フレーム１６に摺動自在に支持した工具支持台２
４を、主軸ヘッド１８と一体的に２０ｍ＋ｍ上昇させる
。この工具支持台２４の上昇により、該工具支持台２４
に軸着した前記ベルクランク１４２も一体的に上昇し、
その上端部に設けたピンフォロワ１５６は、フレーム１
６側に固定した前記溝カム１５２の屈曲溝１５０に倣っ
て摺動する。これによりカム動作が与えられて、ベルク
ランク１４２はピン１４４を中心として時計方向に若干
回動する。すなわちベルクランク１４２の二股部１４６
は、工具把持具９６の軸ピン１３８を、第２図および第
４図において矢印Ｙ方向へ駆動し、一対の爪部材１２８
゜１２８を引張ばね１３６の弾力作用下に閉成動作させ
て、工具２０のフランジ部１９６を確実に把持する。

更に主軸ヘッド１８は、引続き第８図（ｃ）に示す第２
段階の復動に入る。このとき第１クランク２８のローラ
１６０は、第１板カム１６２の傾斜カム面１６４と当接
して転動している途次にあるので、工具支持台２４は主
軸ヘッド１８と一体的に例えば３０ｍｍ上昇する。また
主軸ヘッド１８の第２段階の復動により、第２クランク
３０の長いアーム部１７８に設けたローラ１８０が、−
ヒ方定位置にある第２板カム１８８に当接して、このク
ランク３０を軸１７６を中心として反時計方向に回動さ
せるに至る。これによって短いアーム部先端のフォーク
部８１が前記直交ピン７２に接触し、該ピン７２を下方
に押圧してドローバ−７６を所定距離だけ引下げて工具
挟持部材を下降させる。

このためボール６８が工具２０のプルスタッド６４から
解除され、主軸２６先端の工具装着部５２における工具
２０の挟持も解除される。このとき工具２０は、工具把
持具９６により既に把持されているので（前述）、該工
具２０が自重で下方へ脱落することはない、なおフレー
ム１６側に固定した溝カム１５２に対して、工具支持台
２４に取付けたベルクランク１４２は上昇するが、ピン
１４４は屈曲溝１５０の傾斜溝を既に通過して主軸２６
の軸線と平行な溝部に位置しているから、該ベルクラン
ク１４２はこのエリアではカム作動しない。

次いで主軸ヘッド１８は、第８図（ｄ）に示すように第
３段階の復動に入り１例えば７０ｍ＋ｎ上昇する。この
とき第１クランク２８のローラ１６０は第１板カム１６
２の平坦面に乗上げているので、カム作動はせず、従っ
て工具支持台２４は上昇しないで主軸ヘッド１８だけが
単独で上昇する。また第２クランク３０のローラ１８０
も、第２板カム１８８の平坦面に乗上げてカム作動はし
ないので、前記ドローバ−７６も下方に押下げられた状
態を保持し、プルスタッド６４は依然挟持を解除された
ままである。しかも前述の如く、工具２０は工具把持具
９６により既に定位置に把持されているから、主軸ヘッ
ド１８の単独上昇により工具２０のアーバー６２が主軸
２６先端の工具装着部５２から抜出される。そして主軸
ヘッド１８は。

工具把持具９６により把持されている工具２０のプルス
タッド６４頂部より上昇に位置して停止する。

次に、工具マガジン２２のモータ１０２が駆動されて工
具２０の回転割出しを行ない、先程の工具装着部５２か
ら抜出された工具２０を運び去ると共に、新たに選択さ
れた所望の工具２０を工具装着部５２の下方に到来させ
て軸線を整列させた状態で停止させる。その後に第８図
（ａ）〜（ｄ）に示す前記動作の逆を行なうことにより
、工具の自動交換が達成される。すなわち、主軸ヘッド
１８が７０ｍｍ下降すると、工具装着部５２に工具２０
のアーバー６２が装着され、更に３０ｍｍ下降すること
により、ドローバ−７６に対する第２クランク３ｏによ
る押圧が解除されて、一群の皿ばね７８の弾力作用下に
、工具挟持部材６６が工具２０のプルスタッド６４を挟
持する。引続き主軸ヘッド１８および工具支持台２４が
２０＋ｉｎ＋下降することにより、ベルクランク１４２
が逆作動して、工具把持具９６の軸ピン１３８を第４図
においてＸ方向に押圧し、爪部材１２８，１２８を開放
して工具２０に対する把持を解放する。

このように、爪部材１２８，１２８が工具２０に対する
把持を解放した第８図（ａ）に示す状態において、加工
動作指令が出されると、ＡＣサーボモータ４０の駆動に
よりボールねじ４４が回転し、新たに交換された工具２
０を装着した主軸ヘッド１８を、第９図に示すように加
工動作領域Ａに向けて垂直に下降させる。このとき両爪
部材１２８゜１２８は前述の如く大きく解放しているの
で、主軸ヘッド１８はこれら爪部材１２．８　、１２８
の間をそのまま通過して、直ちに切削加工に移行するこ
とができる。

効果 以上説明したように、本発明に係る工作機械では、多数
の工具把持具を外周に備えた工具マガジンを回転させて
、所望の工具の割出しを行なうに際し、主軸ヘッドを直
線往復動させるだけで容易に主軸に対する工具の交換が
なされ、しかも新たな工具が交換装着された主軸ヘッド
は、工具解放後の工具把持具と干渉することなく、直ち
に加工動作に移行することができ、また工具マガジンも
主軸ヘッドに対して退避する余分な移動を必要としない
。従って、工具交換のシーケンスが簡略化され交換時間
を短縮し得て、加工能率を更に向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例に係る工作機械の内部構
造を示す縦断面図、第２図は実施例の工作機械に使用さ
れる工具把持具の概略構成を示す斜視図であって、一対
の爪部材を閉成させて工具のフランジ部を把持した状態
を示し、第３図は工具把持具における一対の爪部材を解
放させて、工具のフランジ部に対する把持を解放した状
態を示し、第４図は工具把持具の概略平面図、第５図は
第１図に示す工作機械の一部切欠側面図、第６図は第１
図に示す工作機械の一部切欠平面図、第７図は工具マガ
ジンにおける中心部分の一部切欠概略図、第８１１（ａ
）〜（ｄ）は実施例に係る工作機械の動作順序を示す説
明図、第９図は第８図（ａ）に示す状態から加工指令を
受けて、引続き加工動作に入った場合を示す説明図であ
って、工具把持具における解放した両爪部材の間を主軸
ヘッドが通過している状態を示し、第１０図は実施例に
係る工作機械の主要構成部材の全体配置を示す概略説明
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端に工具装着部（５２）を有する主軸（２６）を回転
   自在に支持する主軸ヘッド（１８）を、フレーム（１６
   ）に対し前記主軸（２６）の軸線方向に往復駆動して被
   加工物に加工を行なう工作機械において、 前記フレーム（１６）上に回転割出し可能に支持され、
   外周に配設した複数個の工具把持具（９６）中から回転
   割出しされた１個の工具把持具（９６）に把持された工
   具（２０）の軸線が、前記主軸（２６）の軸線上に位置
   するように設定された工具マガジン（２２）を備え、前
   記工具把持具（９６）は、一対の爪部材（１２８、１２
   ８）により構成されると共に、工具（２０）を把持する
   把持位置と工具（２０）を解放する解放位置との間を移
   動可能に前記工具マガジン（２２）上に支持され、被加
   工物の加工時には工具把持具（９６）が解放位置に移動
   されて、各爪部材（１２８、１２８）間を前記主軸ヘッ
   ド（１８）が通過するように構成されていることを特徴
   とする工作機械。