JPS646188Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、複数の工具を収容する工具マガジン
と、工具マガジンとスピンドルとの間に配置され
両端にそれぞれ把持装置を備えた２腕状の工具交
換アームとを有し、該工具交換アームがスピンド
ル軸線に対して平行な中心回転軸線のまわりを回
転可能であり、かつこの中心回転軸線の方向に移
動可能に構成され、更に該工具交換アームが該中
心回転軸線に平行なもう一つの回動軸線の周りで
作業位置と非作業位置の間を回動可能である、ス
ピンドルに装着可能な工具を有する工作機械の工
具交換装置に関する。

上記した工具交換アームはその把持位置でスピ
ンドルに存在する工具、並びに工具マガジンの引
渡し位置に存在する工具を同時に把持し、これら
工具を交換アームの軸方向の移動によりそれらの
保持状態から引出し、交換アームの回動により工
具の場所を交換し、再び工具を装着する。即ち、
マガジンから取出された工具はスピンドル内に、
スピンドルから取出された工具はマガジンの空い
ている場所に装着される。交換行程終了後、交換
アームは把持位置から非作業位置へと回動する。
この非作業位置にあつて交換アームは例えば機械
の運動、機械への接近並びに工具に対する視野を
妨げることはない。特に移動可能なスピンドル台
および機械に固定された、例えばマガジンと共に
１つの構造単位を成す交換アームとの組合せ配設
の場合、この交換アームを交換行程終了後、移動
可能なスピンドル台によつて占められている空間
から完全に回動脱出させ、交換アームの運動がと
どこおるのを阻止する必要がある。工具交換アー
ムは全く任意の、例えば一定の角度で、その回転
面内で折曲げられた形状を有していてもよい。し
かし、大低の場合工具交換アームは真直ぐなその
回動軸線に対して対称的な交換アームとして形成
されている。

スピンドル軸線方向で水平に移動可能なスピン
ドル台を備えた工作機械の場合既に、交換アーム
をスピンドル台の傍らに設けること（“Modu−
line−Machining Center”米国在Kearney ＆
Trecker社製）が公知になつている。非作業位
置を得るには、交換アームはその回転軸線を中心
にして、この交換アームが垂直に、即ちスピンド
ル台の側面に対して平行に起立するまで回転す
る。交換アームの回転運動および摺動運動のため
の支承部は同様にスピンドル台の傍らに存在して
いる。

特に、スピンドル台が大きな端面を有している
場合、公知の装置にあつてはスピンドルと当該場
所との間に交換アームの回転支承部のための大き
な間隔が生じる。対称的に配設が行われているの
で、回転軸のマガジンに対する距離も同様に大き
くなければならない。総じてこれによつて交換ア
ームのアーム長さも大きくなり、またスピンドル
台とマガジンとの間の間隔も大きくなる。機械の
構造寸法が常に著しく不都合に大きくなる以外
に、特に工具を保持している交換アームの交換行
程の際の大きな慣性力と加速力も極めて不利な作
用を及ぼす。しかも、これらの力は交換時間を長
びかせ、振動を大きくし、また摩耗を大きくす
る。

他の欠点は、交換アームの回転半径が大きい場
合工具がマガジン内で相互から比較的遠い距離に
設けられていること、或いは、工具が公知の構成
におけるように、費用のかかる様式でマガジン内
で貯蔵位置と引渡し位置との間に設けられ、これ
により交換アームの端部が交換されるべき工具に
隣接している工具と接触しないようにしなければ
ならないことである。

上記の欠点を除くために、工具交換アームを中
心回転軸線に対して平行な他の回転軸線のまわり
で回動可能であるように構成したものは周知であ
る（実開昭52−86081号公報および特開昭50−
128881号公報）。しかしこの周知の工具交換装置
は、１つの工具交換サイクルを行うのに工具交換
アームが多くの運動過程を経なければならない欠
点がある。

本考案は、従来の装置における上記の欠点を除
去することを目的とする。

この目的は、最初に記した形式の工具交換装置
において、工具マガジンが、その工具がスピンド
ルの工具に対し平行でありかつ同じ高さにある軸
線位置となるように構成されていること、回動軸
線が中心回転軸線と工具交換アームの把持端部と
の間に配置され、それによつて回動軸線に関して
短かい交換アーム部分と長い交換アーム部分とが
形成されていること、そして回動軸線が工具マガ
ジンから短かい交換アーム部分に対応する距離を
有し、交換位置におけるスピンドルから長い交換
アーム部分に対応する距離を有するようにして達
成する。

本考案の有利な実施態様によれば、回動運動は
旋回回動運動である。この場合、上記の公知構造
に相応した構成にあつては、例えば交換アームは
スピンドル台側壁に対して平行な垂直な非作業位
置と水平な作業位置との間を運動する。これによ
り交換アームに非作業位置から作業位置へと回動
する際直接にその把握位置に達し、したがつて回
動行程は附加的な時間を要せずして行われる。

優れた実施態様にあつては、交換アームは公知
の様式で真直に形成され、工具交換の際180゜の回
転を行う。この場合、回動角度は例えば90゜であ
る。回動軸線は、中心回転軸線と交換アームの両
端の一端との間に設けられている。回動軸線に対
する短い長さを持つたアームは、作業位置内へ回
動運動する際工具マガジン方向に揺動する。この
構成によつて、比較的短いアームに対しては、回
転軸線によつて定まるアーム長に比してずつと短
い揺動半径が得られる。これに相応して、工具を
マガジンに密に配置することが可能となる。

本考案の他の実施例においては、工具交換アー
ムの中心回転軸線が軸受ケーシング内に回転可能
に配置されており、この軸受ケーシング自体は中
心回転軸線に対して平行な回動軸線のまわりを回
動可能に、かつこの回動軸線の方向で機械に沿つ
て移動可能に軸受されており、また交換アームの
回動運動、軸受ケーシングの回動運動並びに摺動
運動のための駆動部が設けられている。交換アー
ムはその非作業位置から作業位置へ回動させるた
め、軸受ケーシングは回動される。この場合、軸
受ケーシングは回転軸を連行する。その際、交換
アームは軸受ケーシングに対して相対的に固定さ
れたまま留まり、したがつて交換アームは回動運
動を一緒に行い、実施例に詳しく述べるように直
接その把持位置に達する。

以下に、添付図面に示した本考案の実施例を詳
説する。

第１図に図示した機械は、縦方向に摺動可能な
被加工材料用テーブル４を備えた機械ベツド２
と、その上方で横方向に、即ち紙面に対して垂直
に運動可能な水平スライダ６と、これのところで
垂直に移動可能なスピンドル台８とを有し、この
スピンドル台は作業スピンドル１０と図示してい
ないスピンドル駆動部とを有する。機械の傍らに
は、操作兼表示盤１４を備えた給電並びに機械制
御のための制御台が設けられている。

水平スタイダ６の第１図に於て左側には、工具
交換装置１６が設けられている。この工具交換装
置は、工具２０と工具交換アーム２２とを備えた
チエーンマガジン１８を有している。このチエー
ンマガジンは、公知のしたがつて詳細に図示しな
かつた形態で２つの転向板を経て案内されている
無端のチエーンから成り、該チエーンは工具のた
めの保持部を備えている。このチエーンが更に運
動することによつて、それぞれ次の物としてスピ
ンドルに装着されるべき工具が、交換アーム２２
によつてマガジンから取出されることが可能とな
る位置にもたらされる。

第１図から判るように、交換アーム２２はその
非作業位置（実線で示した位置）において完全に
水平スライダ６の摺動道程外に存在している。し
たがつて、交換アームは水平スライダの横方向運
動を妨げない。交換行程にあつて、交換アームは
回動軸線２４を中心にして90゜揺動して、その作
業位置（鎖線で示した位置）に達する。これによ
つて中心回転軸線２６はスピンドルに近い位置を
占め、したがつて交換アームは短く構成されてい
てもよい。その際、相応してチエーンマガジン１
８も水平スタイダ６に設けることが可能である。

更に第１図から明らかなように、交換アーム２
２の回動軸線２４に対する長さが短いアーム２８
の揺動半経は極めて小さい。したがつて交換アー
ムは、衝突することなくチエーンマガジン１８の
狭い範囲に設けられた工具間に回動して入込むこ
とが可能となる。交換アーム２２の第１図におい
て鎖線で示した作業位置は、同時に把持位置であ
る。もちろん交換行程のために、スピンドル台８
はこれに設けた作業スピンドル１０が交換アーム
２２の高さ、即ち回動軸線２４の高さ位置になる
まで移動されなければならない。この状態は、図
面を見易くするため図示しなかつた。

本来の交換行程は、公知の形態により以下のよ
うにして行われる。即ち、交換アームはスピンド
ル１０内に存在している工具並びにマガジン１８
の引渡し位置に存在している工具を把持し、これ
らの工具を、交換アームが中心回転軸線方向で摺
動運動することにより、それらの保持部から取出
し、中心回転軸線２６を中心にして180゜回転して
これらの工具の位置を交替させ、反対方向に新に
摺動してこれら工具を再び装着する。次いで交換
アームは、回動軸線２４を中心にして回動し、再
び非作業位置に来る。

第２図は、交換アーム２２の構造並びにその軸
受部および駆動機構を詳細に示したものである。
交換アーム２２は中空軸３０と固く連結してお
り、この中空軸は軸受ケーシング３２内に軸受３
４，３６を介して回転可能に支承されていて、か
つ交換アームのための回動軸の働らきをする。軸
受ケーシング自体はねじ４０を介して中空軸３８
と固く結合している。この中空軸は、詳細に図示
しなかつた滑り軸受部を介して回転可能にかつ縦
方向に摺動可能に担持ケーシング４２内に支承さ
れている。この担持ケーシング４２は、機械に固
定されている。中空軸３８が回転すると、軸受ケ
ーシング３２が回動される。

中空軸３８内には、駆動軸４４がころ軸受４
６，４８により回転可能にかつ縦方向に摺動しな
いように設けられている。この駆動軸は、中空軸
の揺動アーム２２とは反対側端部５０から突出し
ている。駆動軸の反対側端部には歯車５２が固定
されており、この歯車は、軸受ケーシング３２内
に軸受されている中間ピニオン５４を介して、中
間軸３０の外側面に形成された歯５５と歯合つて
いる。駆動軸が回転すると、軸受ケーシング３２
における交換アーム２２が回転する。

中空軸３８の回転運動はラツク式駆動部５６を
介して、駆動軸４４の回転運動はラツク式駆動部
５６もしくはラツク式駆動部５８を介して、駆動
軸が後退した位置を占めているか、或いは前進し
た位置を占めているかに応じて、それぞれ行われ
る。これに関しては、後に詳しく説明する。中空
軸３８、したがつて軸受ケーシング３２と交換ア
ーム２２とを連行する駆動軸４４の摺動運動は、
略示でしか図示しなかつた摺動駆動部６０によつ
て行われ、構造上の他の細部は、以下に記載の作
動態様に関する記述でもつて説明する。第２図
は、非作業状態にある工具交換装置を示す。即
ち、交換アーム２２を備えた軸受ケーシング３２
は、スピンドル台８の傍らに垂直に立つている
（第１図参照）。交換アーム２２をその作業位置も
しくは把持位置に回動させるため、ラツク式駆動
部５６が作動される。このラツク式駆動部は、担
持ケーシング４２内にもしくはこの担持ケーシン
グと固く結合されている構造部分内に軸受されて
いて、かつその外歯４６にラツク６６が噛合つて
いる歯車６２を回転させる。更に、この歯車６２
は端面クローギヤ６８を有している。この端面ク
ローギヤは、中空軸３８の端部５０に形成されて
いる端面クロー７０に噛合つている。同時に、歯
車６２が内歯７２を介して駆動軸の外歯７４に噛
合つている。したがつて、駆動軸も連行される。
その結果、ラツク式駆動部５６が作動することに
よつて、軸受ケーシング３２並びに交換アーム２
２が同じ方向に回動される。中空軸３８はその外
面にガイド溝７６を備えており、このガイド溝は
周方向に延びる部分７８と、この部分に接続して
いて縦方向に延びる部分８０とを備えている。中
空軸３８が回転した際、担持ケーシング４２の内
側に設けられた滑り部材８４は、部分８０と同列
に並ぶまで部分７８内を滑る。

かくして交換アーム２２はスピンドルとマガジ
ンの工具を捕捉し、符号８２で示した錠止装置に
よつて確保する。摺動駆動部６０により、駆動軸
４４は第２図において右方向に摺動する。この場
合、この駆動軸４４は中空軸３８を連行する。こ
の摺動の際、端面クロー６８，７０の噛合いが外
れる。中空軸の回転は、ガイド溝７６の部分８０
に係合する滑り部材８４によつて阻止される。交
換アームの両側における重量の等しくない工具の
作用下における駆動軸４４の回転は、駆動軸の後
方の外歯８６が歯車９０の内歯８８に噛合い、こ
の歯車がラツク式駆動部５８と協働するまで、歯
車６２の内歯７２が駆動軸４４の外歯７４との噛
合い状態に留まることによつて阻止される。

駆動軸が完全に繰出されてしまうと、ラツク式
駆動部５８が作動し、このラツク式駆動部は歯車
９０、駆動軸４４および歯車５２，５４，５５を
介して交換アームを回転させる。次いで、駆動軸
４４が再び引戻され（これによつて工具がスピン
ドルおよびマガジン内に挿入される）、錠止部８
２は解除され、交換アームはラツク式駆動部５６
の作動によりその非作業位置に回動される。この
場合、実際に制御技術的に、交換アームの非作業
位置への回動以前に交換アームを先ず再び前方へ
摺動させ、その出発位置へ回動させて戻すことが
可能である。しかし、交換アームを、これが交換
行程後占せる位置においても非作業位置に回動さ
せることが可能である。次いで、この場合交換ア
ームの回転運動が時計方向へ或いは反時計方向へ
と交互に行われる。

ラツク式駆動部は、例えば液圧シリンダによつ
て作動され、電気的なリミツトスイツチ９２によ
つて制御される。リミツトスイツチ９４は、摺動
駆動部６０の道程を制限する。

第３図は、第２図における線−に相当する
ラツク式駆動部５８の断面図である。このラツク
式駆動部はケーシング９６から成り、このケーシ
ング内でラツク９８は縦方向に摺動可能に支承さ
れている。このラツクの両端には、所属するシリ
ンダ１０４，１０６内を摺動可能な各々１つのピ
ストン１００，１０２が設けられている。ラツク
９８の道程、これに伴つて形成される駆動軸４４
の回転角度は、リミツトスイツチ９２によつて正
確に決定される。ラツクの歯１０８は歯車９０の
外歯１１０に噛合い、これを回転させる。歯車９
０の内歯８８は、既に述べたように駆動軸４４の
外歯８６に噛合つている。

ラツク式駆動部５６は同じ構造なので、詳しく
説明しなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は横方向に摺動可能なスピンドル台の傍
らに設けられた交換アームを有する横フライス盤
および横中ぐり盤の正面図、第２図は第１図に示
した交換アームの縦断面図、第３図は第２図の
−線に相当する断面図である。 ８……スピンドル台、１０……スピンドル、１
６……工具交換装置、１８……マガジン、２０…
…工具、２２……工具交換アーム、２４……回動
軸線、２６……中心回転軸線、２８……アーム、
３２……軸受ケーシング、３８……中空軸、４２
……担持ケーシング、４４……駆動軸、５０……
端部、５２，５４，５５……歯車装置、５６，５
８，６０……駆動部、６２，９０……歯車、６
６，９８……ラツク、６８，７０……端面歯、７
２，８８……内歯、７４，８６……外歯、７６…
…ガイド溝、７８，８０……部分、８４……滑り
部材。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 複数の工具を収容する工具マガジンと、工具
   マガジンとスピンドルとの間に配置され両端に
   それぞれ把持装置を備えた２腕状の工具交換ア
   ームとを有し、該工具交換アームがスピンドル
   軸線に対して平行な中心回転軸線のまわりを回
   転可能であり、かつこの中心回転軸線の方向に
   移動可能に構成され、更に該工具交換アームが
   該中心回転軸線に平行なもう一つの回動軸線の
   周りで作業位置と非作業位置の間を回動可能で
   ある、スピンドルに装着可能な工具を有する工
   作機械の工具交換装置において、工具マガジン
   １８が、その工具がスピンドル１０の工具に対
   し平行でありかつ同じ高さにある軸線位置とな
   るように構成されていること、回動軸線２４が
   中心回転軸線２６と工具交換アーム２２の把持
   端部との間に配置され、それによつて回動軸線
   ２４に関して短かい交換アーム部分と長い交換
   アーム部分とが形成されていること、そして回
   動軸線２４が工具マガジン１８から短かい交換
   アーム部分２８に対応する距離を有し、交換位
   置におけるスピンドル１０から長い交換アーム
   部分に対応する距離を有することを特徴とする
   工具交換装置。 (2) 工具交換アーム２２がその非作業位置から直
   接把持位置へと回動運動する実用新案登録請求
   の範囲第１項に記載の工具交換装置。 (3) 中心回転軸線２６の周りの180゜の回動運動を
   行い、その際回動軸線２４の周りの回動角度が
   ほぼ90゜である真直な工具交換アーム２２が用
   いられている実用新案登録請求の範囲第１項或
   いは第２項に記載の工具交換装置。 (4) 工具交換アーム２２の短かい交換アーム部分
   ２８が回動運動の際工具マガジン１８方向に回
   動する実用新案登録請求の範囲第３項に記載の
   工具交換装置。 (5) 工具交換アーム２２の中心回転軸線２６が軸
   受ケーシング３２内において回転可能に配置さ
   れ、この軸受ケーシング自体は工具交換アーム
   ２２の中心回転軸線２６に対して平行な回動軸
   線２４のまわりを回動可能に、かつこの回動軸
   線の方向に移動可能に機械に支承され、工具交
   換アーム２２の回転運動と軸受ケーシング３２
   の移動と回動運転のための駆動部５６，５８，
   ６０が設けられている実用新案登録請求の範囲
   第１項から第４項までのうちいずれか１つに記
   載の工具交換装置。 (6) 工具交換アーム２２の支承のための軸受ケー
   シング３２が中空軸３８の端部に固定されてお
   り、この中空軸が機械と固く結合されている担
   持ケーシング４２内に回転可能にかつ摺動可能
   に支承され、中空軸３８の内側に軸受ケーシン
   グ３２内に設けられた歯車装置５２，５４，５
   ５、を介して工具交換アーム２２と回転連結さ
   れている駆動軸４４が設けられている実用新案
   登録請求の範囲第５項に記載の工具交換装置。 (7) 中空軸３８の工具交換アーム２２と反対側の
   後方端部５０にこの中空軸の回転のための回転
   駆動部５６が設けられ、他の回転駆動部５８が
   駆動軸４４の中空軸３８の後方端部から突出し
   ている部分に取付けられ、駆動軸４４の交換ア
   ーム２２と反対側の端部にこの駆動軸の縦方向
   の摺動のための摺動駆動部６０が取付けられて
   いる実用新案登録請求の範囲第６項に記載の工
   具交換装置。 (8) 中空軸３８のための回転駆動部５６が、この
   中空軸に対して同心状に配設されかつ担持ケー
   シング４２内に支承された歯車６２を駆動する
   縦方向に摺動可能なラツク６６を備えており、
   この場合上記の歯車が、交換アームが入込んだ
   場合端面歯６８又はその類似の手段で中空軸３
   ８の後部端面に形成された端面歯７０に、そし
   て内歯７２を介して駆動軸に形成された第１の
   外歯７４と噛合う実用新案登録請求の範囲第６
   項に記載の工具交換装置。 (9) 駆動軸４４のための回転駆動部５８が、駆動
   軸に対して同心状に配設されかつ担持ケーシン
   グ４２内に支承された歯車９０を駆動する縦方
   向に摺動可能なラツク９８を備えており、この
   場合上記の歯車が内歯８８を有し、この内歯が
   交換アーム２２の繰出しの際この交換アームの
   領域内に達する駆動軸４４の第２の外歯８６に
   噛合う実用新案登録請求の範囲第６項から第８
   項までのうちいずれか１つに記載の工具交換装
   置。 (10) 駆動軸４４の外歯７４，８６の領域が、駆動
   軸が摺動した際中央の摺動位置において両外歯
   がそれらに所属する歯車６２，９０と噛合うよ
   うに設けられている実用新案登録請求の範囲第
   ６項から第９項までのうちいずれか１つに記載
   の工具交換装置。 (11) 中空軸３８が、これが軸受ケーシング３２の
   作業位置に相当する位置で誤つて回転するのを
   阻止する手段を有している実用新案登録請求の
   範囲第６項から第10項までのうちいずれか１つ
   に記載の工具交換装置。 (12) 中空軸３８の回転を阻止する上記の手段が、
   中空軸の外表面に形成されていてかつ担持ケー
   シング４２の内面に設けられている滑り部材８
   ４又はその類似手段が係合するガイド溝７６を
   備えている実用新案登録請求の範囲第第11項に
   記載の工具交換装置。 (13) 上記のガイド溝７６が周方向に延びていて
   中空軸３８の回転を許容する部分７８と、この
   部分に接続していて縦方向に延びかつ中空軸の
   縦方向の摺動を許容し、また回転を阻止する部
   分８０を備えている実用新案登録請求の範囲第
   第12項に記載の工具交換装置。 (14) 工作機械が摺動可能なスピンドル台を備
   え、工具交換アーム２２の回動軸線２４がスピ
   ンドル台８で占められている空間の外側で機械
   に対し位置不動に設けられ、工具交換アームが
   その作業位置とスピンドル台で占められている
   空間の完全に外側に存在する非作業位置との間
   で回動可能である実用新案登録請求の範囲第(1)
   項から第13項までのうちいずれか１つに記載の
   工具交換装置。