JPS64175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工具交換装置付工作機械に関し、特に
生産ラインに設けられる工具交換装置付工作機械
に関するものである。

従来複数のカツターをアーバで支持する重量物
工具を扱う工具交換装置として最適なものはなく
重量物を支持するためにはアームの剛性を持たせ
ると共にグリツパの把持力を強固にするために大
形化し、余分な動力源を必要としていた。このた
めエネルギーロスや干渉問題が起る欠点が生じて
いた。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、
本発明の目的は工具交換装置の動作位置として待
避位置と工具交換位置と旋回位置の３位置を設け
ることにより狭いスペースで干渉問題やエネルギ
ーロスを生じることなく重量物工具を対象として
異種工具との工具交換及び工具破損、工具摩耗時
における工具交換を可能とし、専用機のFMS化
に適した工具交換装置付工作機械を提供すること
にある。

本発明は上記の目的を達成するため、工具の一
端を着脱自在に保持する主軸を回転可能に支承し
且つワークに対し相対移動自在の主軸ヘツドと、
前記工具の他端を主軸の軸線方向に着脱自在に軸
支すると共に該主軸の軸線方向に移動自在のアー
バサポートブラケツトと、前記主軸ヘツドに沿つ
て且つ前記主軸の軸線方向に対し直角な方向に移
動自在であつて、この移動によつて待避位置、工
具交換位置および旋回位置をとり得る工具交換装
置の本体と、該本体に装着されて前記主軸の軸線
に平行な方向に移動自在であると共に該主軸の軸
線に平行な回転軸線のまわりに旋回自在であつて
前記工具交換装置の移動方向と平行な中立位置と
該中立位置から右に90度旋回した位置と前記中立
位置から左に90度旋回した位置とをとる工具交換
用のアームと、該アームの両端において前記工具
を把持可能なグリツパとを有することを特徴とす
る工具交換装置付工作機械という構成をとる。

以下本発明の実施例について図面に基づいて説
明をする。第１図は生産ラインに設けられた本発
明の一実施例に係る工具交換装置付工作機械１の
全体概要図を示す正面図、第２図は第１図の矢
視平面図である。該工作機械１においてベツド２
上にベース３が載設され、該ベース３の具備する
Ｚ方向のガイド４にはコラム５がＺ方向移動自在
に載置されている。該コラム５の正面に具備する
Ｙ方向のガイド６にはサドル７がＹ方向移動自在
に案内され、該サドル７は左右一対の主軸ヘツド
８，８を具備している。

第３図は第２図の−線断面図である。第３
図は前記左右一対の主軸ヘツドのうち左の主軸ヘ
ツド８について内部構造を示すものであるが、右
の主軸ヘツド８は左の主軸ヘツド８と同一の構造
とすることができるから、右の主軸ヘツド８につ
いて内部構造の図示を省略する。主軸ヘツド８の
内部には主軸９及び回転軸１０が回転可能に支承
されている。該回転軸１０には歯車１１，１２が
一体回転可能に嵌合され、また前記主軸９には該
歯車１１に噛合する歯車１３が一体回転可能に嵌
合されている。主軸９は駆動用のモータＭにより
ベルト伝動装置１５（第１図及び第２図）並びに
前記歯車１１，１２，１３を含む歯車装置を経て
回転駆動される。該主軸９に装着されるべき工具
の一例としてサイドカツター１６は、アーバ１７
の一方端に溝をなす把持部１８付きのフランジ部
１９及びテーパシヤンク２０と他方端に螺子部２
１を設け、アーバ１７に任意長のスペーサ２２，
２３及びスペーサを兼ねるスリーブ２４を介装し
たカツター２５，２６を着脱自在にキー２７を介
して嵌合し、前記アーバ１７の螺子部２１に螺合
したナツト２８の締付力によりカツター２５，２
６をアーバ１７に固定するものである。該サイド
カツター１６の前記スリーブ２４は、前記主軸ヘ
ツド８に取付けられたガイド２９にＹ方向移動自
在に案内されるアーバサポートブラケツト３０に
設けた軸受３１に嵌合支持されている。前記主軸
ヘツド８にはアーバサポートブラケツト移動用の
油圧シリンダ３２が取付けられ、該油圧シリンダ
３２のロツド３３は前記回転軸１０の回転を許容
しながら該回転軸１０及び主軸ヘツド８を貫通
し、該ロツド３３の先端の螺子部３４は前記アー
バサポートブラケツト３０に螺合している。また
サイドカツター１６の前記テーパシヤンク２０
は、前記主軸９に設けたテーパ孔３５に嵌合して
いる。主軸９には貫通孔３６が設けられており、
該貫通孔３６内に工具緊締用のバー３７が軸方向
移動自在に挿入されている。該バー３７の一方端
には螺子部３８が螺設され、該螺子部３８は前記
サイドカツター１６のアーバ１７の他方端に螺設
した螺子孔３９に螺合している。前記バー３７の
他方端にはスプライン４０が設けられ、該スプラ
イン４０は、主軸ヘツド８の上方に取付けられた
主軸着脱用のモータ４１の出力軸に、軸方向移動
自在且つ回転伝動可能に係合している。バー３７
の中間部にはフランジ４２が設けられており、該
フランジ４２の後方に備える軸受４３と主軸９と
の間にはコイルスプリング４４が介装され、該コ
イルスプリング４４は前記バー３７をサイドカツ
ター１６に向けて付勢している。またフランジ４
２の前面と主軸９との間には当て板４５，４６を
介して前記コイルスプリング４４よりもばね係数
の大きい皿ばね４７が介装され、該皿ばね４７は
サイドカツター１６を主軸９内に引込む付勢力を
発生する。４８は、主軸に工具を装着していない
状態において当て板４６が当接することによりバ
ー３７の軸方向の位置決めをなす主軸９の貫通孔
３６の肩部である。４９は、主軸の主軸端５０に
固着されてサイドカツター１６のフランジ部１９
の切欠溝５１に係合するキーである。

第１図において、ベツド２上には工作機械１と
該工作機械１の前後に設けられた他の専用工作機
械又は計測装置若しくは洗滌装置等とを結ぶワー
ク搬送装置５２が設けられている。該ワーク搬送
装置５２は、工作機械１の前方位置でベツド２上
にベース５３が載設され、ベース５３に設けられ
たレール５４に案内されながらワーク搬送用パレ
ツト５５が一端を駆動源に接続されたトランスフ
アーバー５６によりワーク搬送路５７に沿つて移
動可能である。５８は、ワーク搬送用パレツト５
５が工作機械１に対応する位置に来たとき該ワー
ク搬送用パレツト５５を位置決めするロケートピ
ンである。５９は該ワーク搬送用パレツト５５に
取付けられたワークを示す。

次に工具交換装置６０について説明をする。第
４図は第２図の−線断面図、第５図は第４図
の−線断面図である。本工作機械１は、前記
左右一対の主軸ヘツド８，８に対応して、左右一
対の工具交換装置６０，６０を有する。第４図及
び第５図は右の工具交換装置６０について構造を
示すものであるが、左の工具交換装置６０は右の
工具交換装置６０と対称の構造とすることができ
るから、左の工具交換装置６０について詳細な図
示を省略する。前記コラム５の側壁にはガイドレ
ール６１がＺ方向に取付けられており、該ガイド
レール６１には工具交換装置の本体であるブロツ
ク６２に取付けたガイド部材６３，６３が係合し
て案内されている。該ブロツク６２の後方位置に
おいて前記コラム５には３ポジシヨンをとり得る
油圧シリンダ６４が固着されており、該油圧シリ
ンダ６２のピストンロツド６５の先端には前記ブ
ロツク６２が取付けられている。該ブロツク６２
にはＹ方向の貫通孔６６が穿設されている。該貫
通孔６６の上部にはブシユ６７が嵌合され、該ブ
シユ６７の外周螺子部に螺合するナツト６８はボ
ルト６９にてブロツク６２に対し回り止めされて
いる。該ブシユ６７の上部には油圧シリンダ７０
が装着され、該油圧シリンダ７０の備えるピスト
ン７１の上下に構成されている油室７２，７３に
は、ポート７４，７５を経て油圧が供給される。
また該ピストン７１に固着したピストンロツド７
６は油圧シリンダ７０を下方に油密に貫通し、該
ピストンロツド７６の下端に設けた螺子部７７に
は旋回軸７８の上端部が螺合されている。該旋回
軸７８は、前記ブシユ６７と、前記貫通孔６６の
下部に嵌合固着されたブシユ８１とに昇降動自在
且つ回転可能に嵌合している。該旋回軸７８の軸
方向中央部分にはピニオン７８が嵌合すると共に
キー８０にて回り止めされており、該ピニオン７
９には前記ブロツク６２に内臓した３ポジシヨン
をとり得る油圧シリンダ８２（図示省略）のラツ
ク付きピストン８３のラツク部８４が噛合してい
る。該ピニオン７９はピストン７１の作動による
ピストンロツド７６の昇降動の全範囲に渡つて該
噛合を維持し得る長さを有する。該ピニオン７９
は、前記油圧シリンダ８２が３ポジシヨンをとる
ことにより、中立位置と該中立位置から左又は右
に90度旋回した位置とをとり得る。８５は、ブロ
ツク６２に螺合されて、前記ピストン８３のラツ
ク部８２の背面に設けた溝８６に係合する回り止
め用の棒先ねじである。また８７は、前記ピスト
ン７１が下降位置をとるとき前記油圧シリンダ８
２の駆動により前記旋回軸７８と共に一体的に設
けられた軸７６がピストン７１に対し回転する場
合に、該ピストン７１と軸７６の段部の間に介在
する軸受である。８８は、前記ピストン７１が上
昇位置をとるとき前記旋回軸７８が旋回する場合
に、該旋回軸７８とブシユ６７及び油圧シリンダ
７０の下端との間に介在する軸受である。

前記旋回軸７８は下端に大径部８９を有し、該
大径部８９にはプレート９０，９１及びツインア
ーム式の工具交換用のアーム９２が、旋回軸７８
と一体回転をするように固着されている。アーム
９２の取付けられている方向は、前記ピニオン７
９が中立位置をとるときアーム９２は中立位置即
ちＺ方向に平行な方向に位置するものである。ま
たアーム９２の取付け高さは、前記ピストン７１
が上昇位置をとるとき該アーム９２が主軸９に装
着された工具の把持部１８と同一水平面上に位置
するものである。該プレート９０，９１及びアー
ム９２には、旋回軸７８の回転軸線まわりに円周
上２等配の位置で、Ｙ方向に且つ相互に同一軸線
上に孔９０ａ，９１ａ，９２ａが穿設されてい
る。該孔９０ａ，９１ａ，９２ａ内には係止軸９
３がＹ方向に軸方向移動自在に嵌合しており、該
係止軸９３はスプリング９４により上昇位置に付
勢されている。該係止軸９３の下端部には螺子部
９５が設けられ、該螺子部９５にはナツト９６が
螺合しており、該ナツト９６は係止軸９３の下端
面に螺合したボルト９７により緩み止めされてい
る。ナツト９６は手動にてこれをつまんで係止軸
９３を引下げることができるものである。９８
は、プレート９０に螺合され且つ係止軸９３の溝
９９に係合し、係止軸９３がプレート９０，９１
及びアーム９２に対して一定範囲内で軸方向移動
をすることを許容しながらプレート９０，９１及
びアーム９２に対する係止軸９３の相対回転を規
制する棒先ねじである。前記ブシユ８１には、ア
ーム９２が前記中立位置から右又は左に90度旋回
した位置をとるとき、主軸ヘツド８側に位置する
係止軸９３の上端面に対向する位置に当接面１０
０と、他方の係止軸９３の上端面に対向する位置
に切欠き１０１を有する。該当接面１００は、前
記ピストン７１が下降位置をとるとき係止軸９３
から隔離することにより係止軸９３がアーム６２
に対する上昇位置をとることを許容し、且つ前記
ピストン７１が上昇位置をとるとき係止軸９３を
アーム９２に対する下降位置まで押し下げるもの
である。また前記切欠き１０１は、前記ピストン
７１が下降位置と上昇位置のいずれをとつたとき
でも、係止軸９３がアーム９２に対する上昇位置
を取ることを許容する。

アーム９２は両端部の対称位置に一対のグリツ
パを有する。両グリツパを区別するため、アーム
９２が旋回の中立位置をとるとき後方即ち油圧シ
リンダ６４に近い側に位置するグリツパをＡと
し、前方即ち油圧シリンダ６４から遠い側に位置
するグリツパをＢとする。アーム９２は、その各
先端部に、サイドカツター１６のフランジ部１９
の把持部１８を受ける凸部１０２と、キー１０３
を有する。アーム９２は、各凸部１０２に対応し
て、係止軸９３の軸心に直交する方向に孔１０４
を有する。該孔１０４内には工具緊締用ロツド１
０５が軸方向移動自在に嵌合している。該ロツド
１０５の一方端はアーム９２の前記凸部１０２側
外方に臨み、ロツド１０５の一方端には工具に対
するストツパー１０６が取付けられ、該ストツパ
ー１０６はサイドカツター１６に接触するための
円弧面１０７を有する。該ロツド１０５はスプリ
ング１０８によりストツパ１０６がサイドカツタ
ー１６を押圧する方向に付勢されている。１０９
は、アーム９２に螺合され且つロツド１０５の溝
１１０に係合して、ロツド１０５がアーム９２に
対して一定範囲内で軸方向移動することを許容し
ながらアーム９２に対するロツド１０５の相対回
転を規制する棒先ねじである。ロツド１０５の端
部には、第４図においてスプリング９４の付勢方
向に対向する向きの傾斜面１１１が形成されてい
る。係止軸９３の側面にはロツド１０５の該傾斜
面１１１に対応する傾斜面１１２が形成されてい
る。係止軸９３には、また該傾斜面１１２の上方
に隣接する位置に、該係止軸９３がピストン７１
の作動によりスプリング９４の付勢力に抗して押
し込まれ下降位置をとつたとき、前記ロツド１０
５の軸心の延長線上に位置してロツド１０５がス
プリング１０８の付勢力に抗して軸方向に押し込
まれることを許容し得る穴１１３が穿設されてい
る。以上がアーム９２においてサイドカツター１
６を把持しまた解放するめの構造である。

次に本発明の実施例に係る工具交換装置付工作
機械１の作用について主に第６図を参照しながら
説明をする。ワーク搬送路５７に沿つてワーク５
９が搬入される際各工具交換装置６０のブロツク
６２及びアーム９２は待避位置１１４に位置して
いる。加工位置に搬入されたワーク５９が工作機
械１に装着されている工具即ちサイドカツター１
６により加工されている間、前記アーム９２は、
待避位置１１４においてアーム９２の一方のグリ
ツパ即ちグリツパＡに、次に加工に使用すべき工
具即ちサイドカツター１６が装着され且つ他方の
グリツパＢに工具が装着されない状態で、旋回の
中立位置をとると共に上昇位置をとつて待機して
いる。工作機械１に装着されているサイドカツタ
ー１６による加工が終了して工具交換を行なう場
合には次のようにする。まず油圧シリンダ６４の
作動により工具交換装置６０のブロツク６２及び
アーム９２を主軸の軸線１１６に対応する位置即
ち工具交換位置１１５まで第６図ので示すよう
に前進移動させる。次に油圧シリンダ８２の作動
によりアーム９２を第６図ののようにグリツパ
Ｂが主軸の軸線１１６に向かう方向に90度旋回さ
せる。グリツパＢが主軸９に装着されているサイ
ドカツター１６の把持部１８に衝突し、このとき
係止軸９３にブシユ８１の当接面１００により押
し下げられているので、グリツパＢのストツパー
１０６はアーム９２の回転力に基づいてサイドカ
ツター１６により押し込まれてサイドカツター１
６の通過を許容し、サイドカツター１６がグリツ
パＢ内に係合するとアーム９２の回転が停止する
と共にスプリング１０８の付勢力によりストツパ
ー１０６がサイドカツター１６に押圧係合する。
次に油圧シリンダ３２の作動によりアーバサポー
トブラケツト３０を第６図のように第３図の鎖
線で示す下降位置まで移動させる。次にモータ４
１の作動によりバー３７とサイドカツター１６と
の螺合を解いた後、油圧シリンダ７０の作動によ
りアーム９２を第６図のように下降位置まで移
動させる。このとき係止軸９３はブシユ８１の当
接面１００から解放されてアームに対する上昇位
置をとるのでロツド１０５を係止し、従つてサイ
ドカツター１６はグリツパＢにより安全に把持さ
れると共に、サイドカツター１６は第３図の鎖線
で示す位置まで下降して主軸９から抜脱される。
次に油圧シリンダ６４の作動により工具交換装置
６０のブロツク６２及びアーム９２を主軸ヘツド
８の前方に突出する位置即ち旋回位置１１７まで
第６図に示すように前進移動させる。次に油圧
シリンダ８２の作動によりアーム９２を第６図
のように180度旋回させると、グリツパＡが主軸
側に位置する。次に油圧シリンダ６４の作動によ
り工具交換装置６０のブロツク６２及びアーム９
２を工具交換装置１１５まで第６図のように後
退移動させると、グリツパＡに把持されたサイド
カツター１６が主軸の軸線１１６上に位置する。
次に油圧シリンダ７０の作動によりアーム９２を
第６図のに示すように上昇位置まで移動させ
る。このときグリツパＡに把持されてサイドカツ
ター１６は第３図の実線で示す位置まで上昇して
主軸９に挿入されると共に、係止軸９３はブシユ
８１の当接面１００により押し込まれてロツド１
０５の係止を解く。次にモータ４１の作動により
バー３７をサイドカツター１６に螺合せしめた
後、油圧シリンダ３２の作動によりアーバサポー
トブラケツト３０を第６図のように上昇位置ま
で移動させると該サイドカツター１６は工作機械
１に装着される。次に油圧シリンダ６４の作動に
より工具交換装置６０のブロツク６２及びアーム
９２を旋回位置１１７まで第６図のように前進
移動させると、ストツパ１０６が工作機械１に装
着されたサイドカツター１６により押し込まれる
ので該サイドカツター１６はグリツパＡから離脱
する。次に油圧シリンダ８２の作動によりアーム
９２を第６図のように90度旋回させて中立位置
に戻す。次に油圧シリンダ６４の作動により工具
交換装置６０のブロツク６２及びアーム９２を待
避位置１１４まで後退移動させる。以上により工
具交換が終了し、工作機械１に装着されたサイド
カツター１６によりワークの加工が行なわれる。

この加工が終了した後に行なう工具交換に手順
としては次の２方法がある。第１の方法は待避位
置１１４にあるアーム９２において前方に位置す
るグリツパ即ちグリツパＢに装着されている使用
済みの工具を取外すと共に、後方に位置するグリ
ツパ即ちグリツパＡに次に加工に使用すべき工具
を装着した待機し、工具交換時には上記に説明を
した第６図からまでと同一の手順をとるもの
である。この方法は工具交換時においてとる手順
が常に一定であるから、この手順を工作機械に備
える数値制御装置の制御下で自動的に行なうこと
が容易であるという利点がある。また次に使用す
る工具を常にグリツパＡ即ち待避位置にあるアー
ムの後部に位置するグリツパに接着するから、工
具の装着作業を人手により行なう場合には加工位
置から遠いので危険が少なく、工具の装着作業を
他の位置により自動的に行なう場合には該装置の
干渉問題を容易に解決することができ、更に次に
使用する工具に切粉やクーラントが付着する虞が
少ないという利点もある。

第２の方法は、待避位置１１４にあるアーム９
２において前方に位置するグリツパ即ちグリツパ
Ｂに次に加工に使用すべき工具を装着して待機
し、工具交換時には上記に説明をした第６図か
らまでとは逆の手順で且つ逆の動作を行うもの
である。この工具交換により工作機械に装着され
た工具で加工を終えた後更に工具交換を行なう場
合には、逆の動作を行なう。即ち次に加工に使用
すべき工具を再びグリツパＡに装着して待機し、
工具交換時には上記に説明をした第６図から
までと同一の手順となり、その後の工具交換は同
様に前回の工具交換とは逆の動作をとるものであ
る。この方法は特に、該工作機械を含む生産ライ
ン全体の作業計画の観点から、該工作機械におい
て各工作物において２種の工具による加工を行な
うため該２種の工具を交互に交換する場合に、待
避位置にあるアームのグリツパＢからグリツパＡ
に工具を移す作業を要しないという利点がある。

本発明は以上の構成をとるものであり、以下に
説明をするように優れた効果をもたらすものであ
る。

工具交換用のアームは、工具交換装置の本体
が主軸ヘツドに沿つて前後移動するに連れて待
避位置と工具交換装置と旋回位置とをとり、且
つ中立位置と左右の旋回位置に旋回自在である
から、待避位置を加工位置より後方に離れた位
置に設けることができる。従つて待避位置にあ
るアームにおいて工具に切粉やクーラントが付
着することがなく、また待避位置にあるアーム
への工具の着脱作業が安全であり且つ作業性が
良い。

アームは待避位置において主軸ヘツドに沿つ
て前後移動するのみであつてアームが待避位置
において旋回動作を行なわないから、旋回動作
による工作機械との干渉や作業者の安全を考慮
する必要がなく、従つて工作機械の側方のスペ
ースを省減して延いては生産ライン全体の設置
スペースを縮小することができる。

旋回位置を工具交換位置よりも前方に設ける
から、加工位置である搬送路側でアームの旋回
動作を行なう。従つて旋回動作におけるアーム
と工作機械との干渉問題は極めて簡単に回避し
得るものであると共に、作業の安全を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は正面
図、第２図は第１図の矢視平面図、第３図は第
２図の−線断面図、第４図は第２図の−
線断面図、第５図は第４図の−線断面図、第
６図は工具交換動作を説明する斜視図である。 １……工作機械、８……主軸ヘツド、９……主
軸、１６……サイドカツター、３０……アーバサ
ポートブラケツト、５７……ワークの搬送路、５
９……ワーク、６０……工具交換装置、６２……
ブロツク、９２……アーム、１１４……待避位
置、１１５……工具交換位置、１１６……主軸の
軸線、１１７……旋回位置、Ａ，Ｂ……グリツ
パ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工具の一端を着脱自在に保持する主軸を回転
   可能に支承し且つワークに対し相対移動自在の主
   軸ヘツドと、前記工具の他端を軸支すると共に該
   主軸の軸線方向に移動自在のアーバサポートブラ
   ケツトと、前記主軸ヘツドに沿つて且つ前記主軸
   の軸線方向に対し直角な方向に移動自在であつて
   この移動によつて待避位置、工具交換位置および
   旋回位置をとり得る工具交換装置の本体と、該本
   体に装着されて前記主軸の軸線に平行な方向に移
   動自在であると共に該主軸の軸線に平行な回転軸
   線のまわりに旋回自在であつて前記工具交換装置
   の移動方向と平行な中立位置と該中立位置から右
   に90度旋回した位置と前記中立位置から左に90度
   旋回した位置とをとり得る工具交換用のアーム
   と、該アームの両端において前記工具を把持可能
   なグリツパとを有することを特徴とする工具交換
   装置付工作機械。