JP3254648B2 - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents
工作機械の自動工具交換装置Info
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Description
換装置に関するものであり、特に構造の簡単化に関する
ものである。
行い得る多機能工作機械の中には、タップやドリル,フ
ライス,エンドミル,中ぐり工具等の回転切削工具ある
いはバイト等の非回転切削工具を相当数工具マガジンに
格納しておき、必要なときに適宜選択して、使用済みの
工具と交換する自動交換装置を備えたものがある。特開
昭63−267136号公報,特開平2−274448
号公報に開示された自動工具交換装置付き工作機械はそ
の例である。
れた自動工具交換装置では、主軸ヘッドの往復運動を利
用してカム機構が作動させられ、主軸先端部での工具の
取り替えが行われる。二つのカム機構が工具の脱着の制
御に用いられており、一つは工具を主軸先端に固定する
クランプ機構の作動制御を行い、一つは工具取り替えを
行う回動アームの回動運動の制御を行う。主軸ヘッドの
上下方向の往復運動に伴って主軸ヘッドに備えられたク
ランクレバーがカムによって回動させられ、そのクラン
クレバーの運動が上記クランプ機構の作動に変換される
のであり、また、旋回割り出し可能な工具マガジンに回
動可能に配設された回動アームが、バネによって主軸ヘ
ッド方向に付勢され、主軸ヘッドの往復運動に伴ってカ
ムにより回動運動させられることにより、工具の抜き取
りおよび挿入が行われるのである。
た自動工具交換装置では、主軸が工具交換位置まで移動
させられ、工具を交換され、再び加工位置まで移動させ
られる。主軸が工具交換位置まで移動させられ、主軸に
クランプされている工具が工具把持具で把持された後、
油圧シリンダによりクランプが解除される。その後、複
数の工具把持具を有する旋回割り出し可能な工具マガジ
ンの前進,旋回割り出し,後退の動作によって主軸の工
具が他の任意の工具に交換され、クランプ解除と逆の動
作で工具が主軸にクランプされた後、主軸の移動により
工具が加工位置へ戻されるのである。上記二つの例は、
いずれも回転切削工具の自動工具交換装置に関するもの
であるが、非回転切削工具についても同じ機構で対応で
きる。
63−267136号公報の自動工具交換装置では、カ
ムを利用して工具のクランプが制御されているが、工具
交換を行う回動アームの制御にカムを使用するため工具
交換装置の構造および動きが複雑化し、また、特開平2
−274448号公報の自動工具交換装置では、クラン
プ制御のための動力源や検出装置等を必要とするため、
構造が複雑化する。したがって、いずれの場合において
もコストが増加し、かつ、動作の不確実性が増す。本発
明は、このような事情を背景として、構造の簡単な自動
工具交換装置を提供することを課題としてなされたもの
である。
は、工具をクランプにより固定して保持する工具保持装
置と、一対の把持爪により前記工具を把持する工具把持
具を有して前記工具保持装置との間で工具の受渡しを行
う工具受渡し装置と、その工具受渡し装置と前記工具保
持装置とをその工具保持装置に保持された工具の軸線と
直角な方向に相対的に接近,離間させる移動装置とを備
え、前記工具把持具に把持された工具の軸線である把持
軸線の方向が、少なくとも前記受渡し位置において工具
保持装置に保持された工具の軸線と平行で、かつ受渡し
位置における工具把持具の位置と工具保持装置に保持さ
れた工具の被把持部の位置とが把持軸線と平行な方向に
関して一致する工作機械において、前記受渡し位置にあ
る工具把持具と前記工具保持装置との接近限度位置に向
かう接近運動を前記クランプの解除運動に変換し、離間
運動をクランプ運動に変換する運動変換機構を設け、か
つ、前記工具把持具の把持爪の形状を、工具受渡し装置
と工具保持装置との接近に伴うクランプ解除以前に工具
保持装置に保持された工具の前記被把持部に係合すると
ともに、工具と工具把持具との接近限度位置への相対移
動を許容する形状としたことにある。
は、工具保持装置と工具受渡し装置との相対的な接近,
離間運動に基づいて、工具を工具保持装置に固定するク
ランプの制御が行われる。工具保持装置と工具受渡し装
置とが、工具保持装置に保持された工具の軸線と直角な
方向に接近運動すると、その接近運動は運動変換機構に
よって工具の工具保持装置へのクランプを解除する運動
に変換される。クランプが解除されると、工具に脱落或
いは位置ずれが起こる可能性が有るが、工具受渡し装置
に備えられた工具把持具の把持爪がクランプの解除開始
以前に工具と係合するため、そのような工具の脱落や位
置ずれが防止される。この把持爪は、工具と係合後も工
具と工具把持具とが接近限度位置まで移動することを許
容する形状を有するため、工具は把持爪と係合したまま
移動し、クランプの解除が行われる。接近限度位置にお
いて把持された工具は、既にクランプが解除されている
ため、工具受渡し装置の作動により直ちに別の工具に交
換される。交換後は工具保持具と工具受渡し装置とが離
間をはじめ、これまでと逆の順序で離間運動がクランプ
運動に変換され、工具把持具が工具から離脱する前に工
具の工具保持装置へのクランプが完了する。
工具保持装置と工具受渡し装置との接近,離間運動が運
動変換機構によって工具の工具保持具へのクランプ制御
運動に変換される。この時、工具保持装置と工具受渡し
装置との接近時のクランプ解除以前から離間時のクラン
プ終了以降まで工具把持具の把持爪が工具と係合し続け
ることにより、工具の工具保持装置からの脱落や位置ず
れを伴うこと無くクランプが制御される。その結果、本
発明に従えば、前記回動アームを備えた自動工具交換装
置及びクランプ制御専用の動力源等を必要とする自動工
具交換装置と比較して、簡単な構造で、低コストの自動
工具交換装置を得ることができる。
置を図面に基づいて説明する。
図である。本ボール盤は、ベース10,コラム12,主
軸ヘッド14,工具マガジン駆動部16,および工具マ
ガジン18等を備えている。上記主軸ヘッド14は、コ
ラム12の開口20内に配置され、コラム12上面に設
置されたサーボモータ22によってボールネジ24を介
して上下方向に移動させられる。また、工具マガジン1
8は複数の工具把持具26を有してコラム12上部に配
設されており、コラム12上面に配設された工具マガジ
ン駆動部16によって主軸軸線に平行な方向の前後動、
及び、旋回割り出しを行う。
4,工具マガジン駆動部16および工具マガジン18の
構成について説明する。主軸ヘッド14は、主軸28,
主軸モータ30およびアンクランプレバー32等を備え
ており、主軸28はカップリング34を介して主軸モー
タ30に接続されている。
6を介してヘッド本体37に対して回転可能に支持され
ており、主軸28内部には、軸方向の貫通孔38が形成
されている。主軸先端部には工具40を保持した工具ホ
ルダ42を装着できるテーパ穴である工具ホルダ装着穴
44が形成され、それに続く貫通孔38は段付孔をなし
ている。貫通孔38内には主軸28と同軸に、かつ、軸
方向に摺動自在にドローバー46が備えられ、そのドロ
ーバー46は、先端のクランプ部48,中央のロッド部
50および末端のピストン部52から構成されている。
所に、それぞれ半径方向に貫通する複数のボール穴53
が等角度間隔に形成されており、各ボール穴53に剛球
54が半径方向に移動可能に、かつ脱落を防止されて組
み込まれている。ドローバー46の後退に伴ってこの剛
球54が主軸28内面に設けられたカム面56の作用に
より内周側へ押し込まれ、工具ホルダ42後端部のプル
スタッド58と係合し、工具ホルダ42を工具ホルダ装
着穴44内へ引き込むことにより主軸28にクランプす
る。また、逆に、ドローバー46の前進に伴って、プル
スタッド58と剛球54との係合がはずれるため工具ホ
ルダ42の主軸28に対するクランプが解除される。
には、ピン60が主軸28の径方向に貫通して固定さ
れ、そのピン60の両端が主軸28に設けられた軸方向
長孔62から主軸28の両側に突出している。ドローバ
ー46のクランプ部48とピストン部52とを連結する
ロッド部50の回りには、皿バネ64が複数個配されて
一つのバネ機構66を形成している。そのバネ機構66
の一端が主軸28の段部68に支持され、他端が上記ピ
ストン部52に支持されることにより、ドローバー46
が後退方向に付勢され、常時は工具ホルダ42を主軸2
8にクランプしている。
37に支持軸70で回動可能に取り付けられており、図
5に示すように、中央部に主軸28の貫通を許容する貫
通穴72を有している。アンクランプレバー32は上記
ピストン部52に設けられたピン60に当接可能な位置
に押圧部74を備え、上部にカム面76を備えている。
カム面76は、主軸ヘッド14の上下移動により、コラ
ム12に回転可能に取り付けられたカムフォロア78と
係合し、アンランプレバー32に回動運動を付与する形
状を有する。
2にカム面76、コラム12にカムフォロア78が設け
らているが、逆の構成としてアンクランプレバーにカム
フォロア、コラムに固定カム面を設けることも可能であ
る。
うに構成されており、コラム12の上面79に、ハウジ
ング80を介してボールネジナット82が取り付けら
れ、ハウジング84を介してスプラインナット86が取
り付けられている。これらは、一軸線上で各々回転可能
であり、把持装置軸88が挿通されている。把持装置軸
88外周には図示しないボールネジ溝と図示しないスプ
ライン溝とが形成されており、ボールネジ溝はボールネ
ジナット82と螺合し、スプライン溝はスプラインナッ
ト86と噛合している。
90が固定され、タイミングベルト92を介してボール
ネジナット82を回転駆動可能であり、ハウジング84
上にはスプライン用モータ94が設けられ、タイミング
ベルト96を介してスプラインナット86を回転駆動可
能である。把持装置軸88の軸方向移動(旋回は停止)
はスプラインナット86を停止させた状態でボールネジ
ナット82を回転させることにより可能であり、把持装
置軸88の旋回(軸方向の移動は停止)はボールネジナ
ット82とスプラインナット86を同期回転させること
により可能である。
端に固定されている。工具マガジン18の本体である円
盤97の外周部には、工具把持具26が10組設けられ
ている。各工具把持具26は図6に示すようにそれぞれ
が支持軸98の軸心まわりに回動可能な一対の把持爪1
00を有し、各把持爪100には円弧状を成し、工具ホ
ルダ42を位置決めして把持可能な工具把持部102が
形成されており、工具ホルダ42を把持する方向にコイ
ルバネ104によって付勢されている。また、把持爪1
00には幅が一定のストレート部105および先端に向
かって広がったガイド部106が工具把持部102と連
続的に形成されている。これら工具把持部102,スト
レート部105およびガイド部106は、工具ホルダ4
2のV溝部110に対応した台形の断面形状を有してい
る。
持部102,ストレート部105およびガイド部106
を設けているが、ストレート部105およびガイド部1
06は主軸ヘッド14が工具交換位置108に移動する
途中で主軸28に対し工具ホルダ42の相対運動を許容
しないために設けられたものであり、他の要素例えばス
トレート部105をカム形状にしたり、あるいはローラ
を用いることなどの方法によることも可能である。
置の動作について説明する。主軸28に装着された工具
40による加工が終了すると、主軸28の回転が停止さ
せられ、主軸ヘッド14がサーボモータ22およびボー
ルネジ24により上昇させられて工具交換位置108に
ある工具把持具26に近づく。さらに上昇すると主軸2
8に装着された工具ホルダ42が工具把持具26の把持
爪100のガイド部106に係合し、把持爪100をコ
イルバネ104の力に抗して押し広げる。その結果、把
持爪100のストレート部105とV溝部110とが図
6,図7に示すように、係合し、工具ホルダ42の主軸
28軸線方向の移動が不能となる。なお、この時点で
は、図4(A)に示すように、主軸ヘッド14に設けら
れたアンクランプレバー32のカム面76とコラム12
に取り付けられたカムフォロア78とは離れているた
め、アンクランプレバー32の押圧部74と前記ピン6
0とは当接せず、工具ホルダ42が皿バネ64の作用に
より主軸28にクランプされた状態が維持される。
図4(B)に示すように、主軸28とカムフォロア78
との距離が縮まり、カムフォロア78とアンクランプレ
バー32のカム面76とが当接し、アンクランプレバー
32は支持軸70を中心として図4における反時計回り
に回動させられる。この回動運動により、アンクランプ
レバー32の押圧部74がピン60に当接し、ドローバ
ー46を皿バネ64のバネ力に抗して前進させる。その
結果、工具ホルダ42のクランプが解除されるが、工具
ホルダ42のV溝部110と把持爪100のストレート
部105とが係合しているため工具ホルダ42は主軸2
8に対して移動しない。したがって、工具ホルダ42は
主軸28の工具ホルダ装着穴44から抜けず、主軸28
と一体となって上昇する。主軸28が工具交換位置10
8まで移動すると、工具ホルダ42が把持爪100の工
具把持部102と係合して確実に把持された状態とな
る。この状態で主軸ヘッド14の上昇が停止させられ、
工具マガジン16により、工具マガジン18が駆動され
て工具40の交換が行われる。
具マガジン18が前進し、工具ホルダ42が主軸28か
ら抜き取られた後、ボールネジナット82とスプライン
ナット86とが一定量同期回転させられて、次工具40
の工具ホルダ42が工具交換位置108まで来るように
工具マガジン18が旋回割り出しされる。次にボールネ
ジナット82が回転駆動されて工具マガジン18を後退
させ、新しい工具ホルダ42が主軸28に装着された
後、主軸ヘッド14が下方に移動させられる。
ダ42のV溝部110と把持爪100のストレート部1
05とが係合し続け、工具ホルダ42を主軸28の工具
ホルダ装着穴44内の正規の位置に保つため、工具ホル
ダ42は主軸28と一体となって下方へ移動する。この
過程において、アンクランプレバー32のカム面76が
カムフォロア78から離れ、工具ホルダ42は主軸28
にクランプされる。主軸ヘッド14が更に下降をさせら
れると把持爪100が工具ホルダ42から離れ、次の加
工が可能となる。
工作機械の自動工具交換装置においては、主軸の工具交
換位置への上下移動に伴って、工具のクランプ・アンク
ランプ動作および工具把持装置の工具把持具による工具
把持動作が連続的かつ確実に行われるため、工具交換時
間を短縮できる。また、主軸への工具のクランプ・アン
クランプ制御にカム機構が利用されているため専用の動
力源を必要とせず、動作も確実であり近接センサ等によ
る動作確認手段も不要で、コスト,信頼性の面でも優れ
ている。
アンクランプ制御機構を採用することも可能である。本
実施例装置は、上記実施例装置と比較してドローバー1
22の軸方向への移動を制御する部分が異なっており、
他は同じである。
主軸124の軸線方向の貫通孔126内に半径方向内向
きに突出する円環状の突部128を有する。突部128
は、主軸124と嵌合する内周面に円環溝130を有し
ている。主軸124は、内部に軸方向の貫通孔132を
有するとともに、上記溝130と対応する部分におい
て、半径方向の貫通穴134を有している。貫通孔13
2には、通路136を有するブロック138が嵌合固定
されている。上記溝130,貫通穴134および通路1
36により、ドローバー122を前進させるための液圧
を伝達する液通路140が形成されている。また、上記
ブロック138とドローバー122末端のピストン部1
42との間に液圧室144が形成されている。突部12
8,ブロック138およびピストン部142にシール部
材150およびOリング152が備えられている。
154が設けられ、配管156および管継手158によ
り上記液通路140に接続されている。加圧シリンダ1
54はピストン164の下降により作動液を加圧し、上
昇により加圧を解除するものである。主軸ヘッド118
の上昇にともなって加圧シリンダ154も上昇するた
め、ピストン164に固定のピストンロッド166が、
所定位置において図示しない固定部と当接して押し下げ
られ、ピストン164が液圧を発生させる。この液圧
は、配管156および液通路140を経て液圧室144
に伝えられ、ドローバー122が皿バネ168の付勢力
に抗して前進させられる。
圧が解除され、皿バネ168の作用によりピストン16
4が元の位置に押し戻される。
置に適用した場合について説明したが、非回転切削工具
の自動交換装置にも適用することができる。主軸28,
124を通常の刃物台,タレット刃物台等に置き換えれ
ば良いのである。また、工具交換について、工具を主軸
から工具マガジンに直接受け渡しする方法を例示した
が、主軸と工具マガジンとの間に前記把持爪を有して工
具の受渡しを行う工具アームを設け、その工具アームを
介して工具の交換を行うことも可能である。例えば、両
端に上記把持爪を装着した工具アームの一方に主軸に装
着された工具が把持され、他方に工具マガジンに保持さ
れた工具が把持されて、工具アームの旋回によって工具
の交換を行うものである。その他、運動変換機構を変更
するなど特許請求の範囲を逸脱すること無く、等業者の
知識に基づいて種々の変形,改良を施した態様で本発明
を実施することができる。
面断面図である。
正面図である。
図である。
る。
把持具との係合状態を示す平面断面図である。
要部を示す側面断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 工具をクランプにより固定して保持する
工具保持装置と、一対の把持爪により前記工具を把持す
る工具把持具を有して前記工具保持装置との間で工具の
受渡しを行う工具受渡し装置と、その工具受渡し装置と
前記工具保持装置とをその工具保持装置に保持された工
具の軸線と直角な方向に相対的に接近,離間させる移動
装置とを備え、前記工具把持具に把持された工具の軸線
である把持軸線の方向が、少なくとも前記受渡し位置に
おいて工具保持装置に保持された工具の軸線と平行で、
かつ受渡し位置における工具把持具の位置と工具保持装
置に保持された工具の被把持部の位置とが把持軸線と平
行な方向に関して一致する工作機械において、 前記受渡し位置にある工具把持具と前記工具保持装置と
の接近限度位置に向かう接近運動を前記クランプの解除
運動に変換し、離間運動をクランプ運動に変換する運動
変換機構を設け、かつ、前記工具把持具の把持爪の形状
を、工具受渡し装置と工具保持装置との接近に伴うクラ
ンプ解除以前に工具保持装置に保持された工具の前記被
把持部に係合するとともに、工具と工具把持具との接近
限度位置への相対移動を許容する形状としたことを特徴
とする工作機械の自動工具交換装置。
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