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JP2518151B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

自動工具交換装置

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JP2518151B2
JP2518151B2 JP5107088A JP10708893A JP2518151B2 JP 2518151 B2 JP2518151 B2 JP 2518151B2 JP 5107088 A JP5107088 A JP 5107088A JP 10708893 A JP10708893 A JP 10708893A JP 2518151 B2 JP2518151 B2 JP 2518151B2
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JP
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spindle
bevel gear
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JP5107088A
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久一 佐藤
幸夫 田村
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Niigata Engineering Co Ltd
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Niigata Engineering Co Ltd
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタに設
備されて、主軸と工具マガジンの間で工具を交換する自
動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】生産性の向上はマシニングセンタの基本
的性能のひとつである。切削能率の向上とともに、特に
切削時間の短い軽合金加工に於いて、非切削時間の短縮
が強く求められている。なかでも全サイクルタイムの２
割程度を占める工具交換を短時間に行うことは重要な技
術課題であり、これまでも種々の自動工具交換装置が開
発されている（例えば、実公昭６１−４２７５５号公
報、特公昭６１−５３１８２号公報、特開平５−１６０
４７号公報）。
【０００３】しかし、それらは、（１）主軸に装着され
ている使用済みの工具を把持する動作、（２）工具のシ
ャンク部を主軸のテーパ穴から抜き去る動作、（３）主
軸軸線上に使用済みの工具とこれから使用する工具を置
き換える動作、（４）これから使用する工具を主軸に挿
入する動作、（５）主軸を回転、移動可能とするために
把持装置から開放する動作からなり、それらの動作を油
圧または機械式伝動機構を用いて高速化しようとするも
のであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（１）〜
（５）の動作を必要とする従来の自動工具交換装置には
次の欠点がある。 （ａ） 工具の運動量（工具交換のための工具移動の軌
跡）が大きく速度と加速度の限界内での高速化に留ま
る。 （ｂ） 順次各動作を行うため動作毎に加減速時間を要
すると共にタイムラグがある。 （ｃ） それぞれの運動のための機構が必要のため、構
造が複雑で故障の確率が大きく製作が困難である。
【０００５】本発明は、工具の交換を迅速に行うことが
でき、しかも信頼性が高く製作が容易な自動工具交換装
置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の自動工具交換装置は、一対の回転軸を
主軸の軸方向に見た正面視において互いの中心軸線を交
差させて周方向に回転自在に設けるとともに、各回転軸
に、工具を把持するグリッパを自由端に備えそれらのグ
リッパを主軸の中心軸線上に存在する共通の一つの装着
位置に主軸に沿 う第１及び第２の面内で回転軸を中心に
旋回させる旋回アームを互いに位相をずらしてそれぞれ
取り付け、また上記一対の回転軸に、それらを同時に回
動させて、一方の旋回アームのグリッパを上記装着位置
から他の位置に主軸に沿う第１の面内で旋回させてその
グリッパで主軸から工具を抜き取らせ、他方の旋回アー
ムのグリッパを上記装着位置に主軸に沿う第２の面内で
旋回させてそのグリッパに把持された他の工具を上記一
方の旋回アームのグリッパで工具を抜き取られた後の主
軸に装着させる駆動装置を付設した構成とした。
【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、一対の回転軸に、駆動装置をそれぞれ個々に
付設した構成とした。
【０００８】更に、請求項３の発明は、請求項１の発明
において、一対の回転軸の間に、駆動装置によって回転
させられる駆動傘歯車を配設し、上記各回転軸に取り付
けられた従動傘歯車を上記駆動傘歯車に噛み合わせた構
成とした。
【０００９】
【作用】請求項１と２の自動工具交換装置においては、
一対の旋回アームが同時に旋回して一方の旋回アームが
主軸から工具を抜き取るとともに、他方の旋回アームが
工具を抜き取られた主軸に他の工具を装着する。したが
って、短時間で工具を交換することができる。請求項１
の発明は、駆動装置が一台しか設けられていないので、
構造がより簡単で製作が容易である。
【００１０】また、請求項３の自動工具交換装置におい
ては、駆動装置で駆動傘歯車を回転させると、従動傘歯
車を介して回転軸がそれぞれ回転し、一対の旋回アーム
を主軸に対して互いに逆方向に旋回させる。伝動系が１
個の駆動傘歯車と２個の従動傘歯車で済むので、一層構
造が簡単になり、故障や誤作動がなくなって高い信頼性
が得られる。
【００１１】
【実施例】図１ないし図４は本発明に係る自動工具交換
装置の一実施例を示す。これらの図において符号１は支
持フレームである。支持フレーム１には駆動装置２が固
定され、また回転軸３，４が軸受け１ａ，１ｂに支えら
れて周方向に回転自在に設けられている。駆動装置２
は、電動モータや油圧モータ、油圧アクチュエータ等か
らなり、出力軸２ａの下端に固定具２ｂを介して取り付
けられた駆動傘歯車５を軸受け１ｃに支えられている。
【００１２】一対の回転軸３，４は、マシニングセンタ
Ｂの主軸２１の軸方向に見た正面視において互いの中心
軸線を出力軸２ａの中心軸線に駆動傘歯車５の上方（駆
動装置２側）で交差させて出力軸２ａの左右に互いに対
称に一つの平面に配設されている。各回転軸３，４の上
端には、従動傘歯車６，７がそれぞれ固定具３ａ，４ａ
を介して個々に取り付けられ、駆動歯車５に噛み合わさ
れている。
【００１３】各回転軸３，４には、旋回アーム８，９が
互いの位相を９０度ずらしてそれぞれ固定具３ｂ，４ｂ
（４ｂは図示せず）を介して個々に取り付けられてい
る。各旋回アーム８，９は、工具１０を把持するグリッ
パ１１，１２を自由端にそれぞれ個々に備えるととも
に、グリッパ１１，１２とともに形状的に互いに対称と
され、駆動装置２の作動でグリッパ１１，１２及び各グ
リッパ１１，１２に把持された工具１０，１０も含めて
互いに干渉することなく、かつ同時にマシニングセンタ
Ｂの主軸２１に沿う面内で９０度旋回して、一方の旋回
アーム８，９が装着位置（図１等で旋回アーム８の状
態）から退避（準備）位置（図１等で旋回アーム９の状
態）にグリッパ１１，１２を主軸２１に沿う第１の面内
で弧状に旋回させ、また他方の旋回アーム９，８が準備
（退避）位置から装着位置にグリッパ１１，１２を主軸
２１に沿う第２の面内で弧状に旋回させる構成とされて
いる。両グリッパ１１，１２の上記装着位置は互いに共
通（一致）しており、主軸２１の中心軸線上（厳密に
は、中心軸線の延長線上）に存在する。グリッパ１１，
１２は周知のものであり、爪１１ａ，１１ａ、１２ａ，
１２ａによって工具１０を弾性的に把持する。
【００１４】上記の構成とされた本発明の自動工具交換
装置Ａは、図５と図６に示すように、マシニングセンタ
Ｂの主軸２１と工具マガジン２２との間に設けられる。
支持フレーム１は案内棒２３に取り付けられ、Ｘ軸方向
（図５で左右方向）とＹ軸方向（図５で上下方向）に移
動自在とされている。主軸２１はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向（図
５で紙面に垂直な方向）に移動することができる。
【００１５】工具マガジン２２は、例えば、工具のツー
ルポット（図示せず）を備えた多数のリンクを連結した
無端状のチェーン２４を、プーリ２５，２６，２７に巻
き掛けて成り、軸方向をＸ軸方向に向けてツールポット
に装着された工具１０をそのツールポットと一緒に、プ
ーリ２５の部分において水平に９０度回動させてその軸
方向をＺ軸方向に向けることができる構成とされている
（図５のＤ参照）。なお、マシニングセンタＢ自体は周
知のものである。
【００１６】次に上記の構成とされた本発明に係る自動
工具交換装置の作用を説明する。旋回アーム８，９のグ
リッパ１１，１２に工具１０を把持するには、本自動工
具交換装置Ａを、その待機位置（図５に示す位置）から
主軸２１、或いは工具マガジン２２に対して相対的にＸ
軸方向に移動させ、下に倒された旋回アーム８，９のグ
リッパ１１，１２を、第１交換位置Ｃに移動されている
主軸２１、或いはツールポットの回動によって主軸２１
と平行となる様に第２交換位置Ｄに位置された、工具マ
ガジン２２の目的とする工具１０の真上につけ、本装置
Ａを主軸２１或いは工具マガジン２２の工具１０に対し
そのまま相対的に下降させて行う。
【００１７】また、グリッパ１１，１２に把持されてい
る工具をグリッパ１１，１２から外す場合は、グリッパ
１１，１２に把持された工具１０が主軸２１、或いは工
具マガジン２２に装着されている状態において、本装置
Ａを主軸２１等に対して相対的に上昇させて行う。
【００１８】主軸２１と工具マガジン２２の間で工具１
０を交換する場合は、上記のようにして、例えば、下に
倒した旋回アーム９のグリッパ１２に工具マガジン２２
の１本の工具１０を把持してから、駆動装置２を作動さ
せる。工具１０をグリッパ１２に把持した旋回アーム９
は、駆動装置２の作動によって、上に旋回し工具マガジ
ン２２から工具を引き抜いて水平状態になるとともに、
グリッパ１１が空いている他の旋回アーム８は上記旋回
アーム９の旋回と同時に下に旋回する。
【００１９】次いで、本装置Ａを一旦上方位置に移動さ
せた後、主軸２１に対して相対的にＸ軸方向に移動させ
て主軸２１の真上に旋回アーム８のグリッパ１１を付け
た後、本装置Ａを相対的に下降させて主軸２１の工具１
０をグリッパ１１に把持する（図１参照）。
【００２０】上記の準備状態において、駆動装置２を前
記とは逆の方向に作動させる。これにより、旋回アーム
８は上に旋回して主軸２１からそれまで使用していた工
具１０を抜き取り水平状態になるとともに、他の旋回ア
ーム９は旋回アーム８の旋回と同時に下に旋回し、工具
１０を抜き取られた後の主軸２１に他の工具１０を装着
する。本装置Ａを主軸２１に対し相対的に上昇させて主
軸２１の工具１０からグリッパ１１を外し、主軸２１に
装着した工具１０により加工作業が開始される。一方、
上記同様の操作で旋回アーム８の使用済み工具１０は工
具マガジン２２に戻され、交換が終了する。
【００２１】なお、上記の本交換装置Ａと主軸２１及び
工具マガジン２２の作動は一般的なものであり、工具マ
ガジンの種類等に応じて様々に変えられることは言うま
でもない。図の実施例の場合、各工具は工具マガジンの
チェーン番号に対し固定であり、工具管理が容易であ
る。又、ツールポットは工具及びチェーンに対しランダ
ムであり、次工具の準備時間が短縮される。
【００２２】上記の実施例は、１個の駆動装置２で両旋
回アーム８，９を同速度で旋回させ、旋回作動時におけ
る旋回アーム８，９両方の相互干渉を位置的に回避した
場合である。この他に、両旋回アーム８，９の旋回開始
時間を少しずらしたり、或いは両旋回アーム８，９の旋
回速度を変えることで、互いの干渉を位置的、及び時間
（速度）的に避けることができる。このようにした場合
でも、両旋回アーム８，９の旋回が一部重畳する限り、
その重畳時間だけ工具交換時間を短縮することができる
ので、本明細書においては、両旋回アーム８，９の旋回
が一部重畳する場合も両旋回アーム８，９の「同時旋
回」の意に含める。
【００２３】２台の駆動装置で各旋回アーム８，９をそ
れぞれ別個に同時旋回させることもできる。旋回アーム
８，９の旋回開始時間や旋回速度を変える場合、図の傘
歯車５，６，７に代えて特殊な伝動機構を用いて行うこ
ともできるが、上記のように２台の駆動装置を使用する
方が制御しやすくなる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の自動工
具交換装置は、一対の回転軸が主軸の軸方向に見た正面
視において互いの中心軸線を交差させて周方向に回転自
在に設けられるとともに、各回転軸には、工具を把持す
るグリッパを自由端に備えそれらのグリッパを主軸の中
心軸線上に存在する共通の一つの装着位置に主軸に沿う
第１及び第２の面内で回転軸を中心に旋回させる旋回ア
ームが互いに位相をずらしてそれぞれ取り付けられ、ま
た上記一対の回転軸には、それらを同時に回動させて、
一方の旋回アームのグリッパを上記装着位置から他の位
置に主軸に沿う第１の面内で旋回させてそのグリッパで
主軸から工具を抜き取らせ、他方の旋回アームのグリッ
パを上記装着位置に主軸に沿う第２の面内で旋回させて
そのグリッパに把持された他の工具を上記一方の旋回ア
ームのグリッパで工具を抜き取られた後の主軸に装着さ
せる駆動装置が付設された構成とされ、また請求項２の
発明は、請求項１の発明において、一対の回転軸に、駆
動装置がそれぞれ個々に付設された構成とされているの
で、従来の自動工具交換装置における前記（２），
（３），及び（４）の動作、すなわち、工具のシャンク
部を主軸のテーパ穴から抜き去る動作と、主軸軸線上に
使用済みの工具とこれから使用する工具を置き換える動
作、及びこれから使用する工具を主軸に挿入する動作
を、１動作とし、工具の交換を短時間で迅速に行うこと
ができる。
【００２５】請求項３の自動工具交換装置は、請求項１
の発明において、一対の回転軸の間に、駆動装置によっ
て回転させられる駆動傘歯車が配設され、上記各回転軸
に取り付けられた従動傘歯車が上記駆動傘歯車に噛み合
わされた構成とされているので、上記の他、構造が簡単
で製作が容易である上、誤作動や故障がしにくく、作動
の信頼性が高い長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すもので、要部を破断
した自動工具交換装置の正面図である。
【図２】 図１の自動工具交換装置を左から右に見た側
面図である。
【図３】 図１の自動工具交換装置を右から左に見た側
面図である。
【図４】 ２本の旋回アームと主軸等の関係を示す展開
図である。
【図５】 マシニングセンタに対する本自動工具交換装
置の設備状態を示す正面図である。
【図６】 同じく、側面図である。
【符号の説明】
２ 駆動装置 ３，４ 回転軸 ５ 駆動傘歯車 ６，７ 従動傘歯車 ８，９ 旋回アーム １０ 工具 １１，１２ グリッパ ２１ 主軸

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の回転軸が主軸の軸方向に見た正面
    視において互いの中心軸線を交差させて周方向に回転自
    在に設けられるとともに、各回転軸には、工具を把持す
    るグリッパを自由端に備えそれらのグリッパを主軸の中
    心軸線上に存在する共通の一つの装着位置に主軸に沿う
    第１及び第２の面内で回転軸を中心に旋回させる旋回ア
    ームが互いに位相をずらしてそれぞれ取り付けられ、ま
    た上記一対の回転軸には、それらを同時に回動させて、
    一方の旋回アームのグリッパを上記装着位置から他の位
    置に主軸に沿う第１の面内で旋回させてそのグリッパで
    主軸から工具を抜き取らせ、他方の旋回アームのグリッ
    パを上記装着位置に主軸に沿う第２の面内で旋回させて
    そのグリッパに把持された他の工具を上記一方の旋回ア
    ームのグリッパで工具を抜き取られた後の主軸に装着さ
    せる駆動装置が付設されたことを特徴とする自動工具交
    換装置。
  2. 【請求項２】 一対の回転軸に、駆動装置がそれぞれ個
    々に付設されたことを特徴とする請求項１記載の自動工
    具交換装置。
  3. 【請求項３】 一対の回転軸の間に、駆動装置によって
    回転させられる駆動傘歯車が配設され、上記各回転軸に
    取り付けられた従動傘歯車が上記駆動傘歯車に噛み合わ
    されたことを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装
    置。
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