JPH032617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、工作機械における自動工具交換装置
に係り、特に直立ボール盤等の単軸工作機械に簡
単に装着できてその主軸に複数の異なる工具を自
動的に着脱することができるようにした安価な自
動工具交換装置に関する。

従来技術 従来、工作機械における自動工具交換装置とし
ては、種々のものが提案されているが、一般的に
構造が極めて複雑で、大型でありかつ非常に高価
であり、既存の直立ボール盤には取り付けること
ができないという欠点があつた。即ち、既存の単
軸直立ボール盤に簡単に取り付けられてしかも安
価な自動工具交換装置は従来全く存在しなかつ
た。

目 的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くため
になされたものであつて、その目的とするところ
は、単軸直立ボール盤等の単軸工作機械の主軸駆
動用クイルに固定されたブラケツトに対して複数
の工具を着脱し得るようにした回転板が上下動及
び一方向に間欠回転するようにして特定の工具に
よる加工が終了すると、該工具が主軸から外され
て次の工具が主軸に装着される如き工具交換工程
が自動的に行われるようにした構造が簡易で小型
であり、かつ安価な自動工具交換装置を提供する
ことである。また他の目的は、主軸に対する工具
の芯合せ及び主軸と工具間のキー溝とキー位置決
めが正確に行なわれるようにすることである。

構 成 要するに本発明は、単軸工作機械の主軸上部に
取り付けられた主軸位置停止機構と、前記単軸工
作機械の主軸上下動用クイルに固定されたブラケ
ツトと、該ブラケツトを貫通して上下動及び回転
運動可能な駆動ロツドと、該駆動ロツドに上下動
及び往復回転運動を与える往復回転複合機構と、
前記駆動ロツドに回動自在に取り付けられ複数の
工具が着脱自在に構成され該工具の数及びその取
付位置に対応した複数の回転駆動用ノツク穴及び
複数の位置決め穴が形成された回転板と、前記駆
動ロツドの下端に固着され前記回転駆動用ノツク
穴に係脱するノツクピン駆動機構を有し該駆動ロ
ツドと共に往復回転して前記回転板を一方向に回
転させるようにした回転アームと、基端部が前記
ブラケツトに固着され下端部がばねにより下方に
押圧付勢されて該基端部に対して摺動自在に構成
され該下端部が前記位置決め穴に係脱するように
した位置決め棒と、前記工具のフランジ部に形成
されたキー溝に対して水平方向に往復動して係脱
し得る工具位置決め駒を有する工具位置決め機構
と、該工具位置決め駒を前記回転板の上昇時に該
工具のキー溝から離脱させるように前記ブラケツ
トに固着されれたくさび状部材とを備えたことを
特徴とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明す
る。本発明に係る自動工具交換装置１は、主軸定
位置停止機構２と、ブラケツト３と、駆動ロツド
４と、往復回転複合機構５と、回転板６と、回転
アーム７と、位置決め棒８と、工具位置決め機構
９と、くさび状部材１０とを備えている。

主軸定位置停止機構２は、第１図、第７図、第
８図及び第９図において、単軸工作機械１１の主
軸１２の上部に取り付けられており、該主軸はモ
ータ１３によつて回転駆動されるようになつてい
る。主軸１２の上端１２ａには円筒カム１３が固
着されており、該円筒カムは、第７図及び第８図
に拡大して示すように、一対の斜面１４からなる
プロフイルと該斜面の下端部１４ａから下方に形
成された平行溝１５とからなつており、該平行溝
には、カム１３が回動自在に収容され単軸工作機
械１１の上部に固着された円筒部材１６が植設さ
れたピン１８が係合し得るように構成されてい
る。この主軸定位置停止機構２を設けたのは、該
主軸１２の下端に取り付けられる工具２０のフラ
ンジ部２１の一対のキー溝２１ａが第９図に示す
ように主軸１２の停止時に必ず同一方向を向くよ
うにするためである。

ブラケツト３は、第１図、第２図及び第３図に
示すように、単軸工作機械１１の主軸上下動用ク
イル２２に固定されており、平板状に形成されて
いる。

駆動ロツド４は、第１から第３図に示すよう
に、ブラケツト３を貫通して上下動及び回転運動
可能に構成されており、軸受２３によつて支承さ
れて、その上端４ａにはピン４ｂが植設され、ま
たその下方にはストツパ４ｃが植設されている。
そして下端４ｄは回転アーム７がピン２４によつ
て固着されており、該下端４ｄは回転板６に軸受
２５を介して回動自在に支承されており、該回転
板６の上下には一対のカラー２６が固着されてい
る。

往復回転複合機構５は、第２図及び第３図にお
いて、駆動ロツド４に上下動及び往復回転複合運
動を与えるためのものであつて、ブラケツト３に
シリンダ２５が固着され、該シリンダ２５のシリ
ンダ室２５ａは第４図に示すように、その断面が
楕円形に形成されており、下方に段部２５ｂが形
成され、該段部に駆動ロツド４のストツパ４ｃが
当接することによつて駆動ロツド４の下方への移
動範囲が規制されるようになつている。またシリ
ンダ室２５ａには該シリンダ室と同一形状の楕円
形のピストン２６が摺動自在に収容されており、
該ピストン２６の穴２６ａには、その内面に所定
のリードを有するねじ溝２６ｂが形成されてお
り、該ねじ溝に駆動ロツド４のピン４ｂが摺動自
在に係合している。またシリンダ室２５ａの段部
２５ｂの下方には空間２５ｃが形成されており、
該空間には外部からエアを供給するためのパイプ
２８が接続されている。またシリンダ２５の上端
には同様に外部からエアを供給するためのパイプ
２９が接続されている。

回転板６は、第２図、第３図、第５図及び第６
図において、四角形状に形成されており、駆動ロ
ツド４に回動自在に取り付けられ、複数、例えば
４つの工具２０が着脱自在に構成され、該工具２
０の数及びその取付位置に対応した複数、例えば
４つの回転駆動用ノツク穴６ａ及び複数の位置決
め穴６ｂが形成されている。該回転板６の４つの
角部に形成された円弧部６ｃには、夫々異なる工
具２０がスラスト軸受３０を介して着増自在に取
り付けられるようになつており、該工具はそのフ
ランジ部２１がスラスト軸受３０の上に載置され
るようになつている。また回転駆動用ノツク穴６
ａ及び位置決め穴６ｂは夫々回転方向に90度間隔
で形成されている。また回転板６の他の部分には
くさび状部材１０が貫通できるようにした角穴６
ｄが複数、例えば４個形成されている。

回転アーム７は、第２図に示すように駆動ロツ
ド４の下端４ｄに固着されており、回転駆動用ノ
ツク穴６ａに係脱するノツクピン駆動機構３１を
有し、駆動ロツド４と共に往復回転して回転板６
を一方向に回転させるように構成されている。回
転アーム７はピン２４により駆動ロツド４に固着
され、シリンダ３２が一体的に形成され、該シリ
ンダ内にはノツクピン駆動用のピストン３３が摺
動自在に収容され、該ピストンはばね３４によつ
て常時下方に押圧付勢されている。またシリンダ
３２の下端には外部からエアを供給するためのパ
イプ３７が接続されている。そしてシリンダ３２
の作動によりノツクピン３５が回転駆動用ノツク
穴６ａに係合することによつて回転アーム７と回
転板６とが一体的に回転し得るように構成されて
いる。

位置決め棒８は、第３図に示すように、基端部
８ａがブラケツト６に固着されており、下端部８
ｂがばね３５により常時下方に押圧付勢されて、
基端部８ａに対して摺動自在に構成され、下端部
８ｂが位置決め穴６ｂに係脱するように構成され
ている。

工具位置決め穴９は、第２図、第３図及び５図
に示すように、工具２０のフランジ部２１に形成
されたキー溝２１ａに対して水平方向に往復動し
て係脱し得る工具位置決め駒３６を有し、該工具
位置決め機構９は、第５図に示すように、回転板
６上に複数、例えば４個同一のものが装着されて
いる。そして位置決め駒３６は、回転板６に固着
された支持部材３８のコの字形の溝３８ａ内に摺
動自在に収容されており、常時ばね３９によつて
工具２０の方向に押圧付勢されている。工具位置
決め駒３６には水平方向にピン４０が四角形状の
穴３６ａを水平方向に貫通して固着されている。
そして工具位置決め駒３６の先端３６ｂはばね３
９により押圧されて前進することにより工具２０
のキー溝２１ａに係合するように構成されてい
る。

くさび状部材１０は、第２図、第３図及び第５
図に示すように、工具位置決め駒３６を回転板６
の上昇時に該工具のキー溝２１ａから離脱させる
ようにブラケツト３にその基端部１０ａが固着さ
れており、その先端１０ｂには勾配をつけた傾斜
面１０ｃが形成されており、該傾斜面によつて工
具位置決め駒３６をばね３９の押圧力に抗して後
退させるように構成されている。

また回転板６に取り付けられる工具２０として
は、例えば第１段加工用の小径のドリル２０Ａ、
第２段加工用の大径のドリル２０Ｂ、荒加工用の
リーマ２０Ｃ及び仕上加工用のリーマ２０Ｄが取
り付けられるようになつている。工具２０が主軸
１２に取り付けられる場合には、フランジ部２１
の一対のキー溝２１ａに主軸側のキー１２ｃが係
合して回転力が該工具に伝達されるようになつて
いる。

倒れ防止用シリンダ４３は、その基端部４３ａ
にブラケツト３に固着されており、ピストンロツ
ド４４の下端に固着されたフツク４５が回転板６
の下面を支え該回転板の倒れ防止するように構成
されている。

作 用 本発明は、上記のように構成されており、以下
その作用について説明する。まず第２図に示す状
態においては、工具２０の一例たるドリル２０Ａ
が単軸工作機械１１の主軸１２のテーパ穴１２ｂ
に取り付けられ、キー１２ｃがフランジ部２１の
キー溝２１ａに係合し、主軸１２からの動力が該
ドリル２０Ａに伝達されるようになつており、往
復回転複合機構５は、エアが矢印Ａの如くパイプ
２８から空間２５ｃに供給されてピストン２６が
上方に押し上げられ、この結果駆動ロツド４が上
昇して回転板６が上昇し、位置決め穴６ａには位
置決め棒８が係合しており、くさび状部材１０が
回転板６まで入り込んで位置決め駒３６が矢印Ｂ
の如く後退した位置にあり、またノツクピン駆動
機構３１においては、パイプ３７からエアが排気
されてばね３４の復元力によりピストン３３が下
降し、ノツクピン３５が回転駆動用ノツク穴６ａ
から離脱している。

このような状態において、モータ１３が回転し
図示しない上下駆動機構によつて主軸１２が下降
すると、ドリル２０Ａは回転しながら下降して単
軸工作機械１１のテーブル４１上に取り付けられ
たワーク（図示せず）に所定の第１段階の穴あけ
加工を行う。このようにして第１段階の穴あけ加
工が完了すると、主軸１２は自動的に上昇し、主
軸定位置停止機構２によつて定位置に停止する。

即ち、第７図及び第８図に示すように、主軸１
２が上昇してその上死点付近に達すると、カム１
３の一対の斜面１４のいずれか又はその頂部１４
ｂがピン１８に当接し、いずれかの斜面１４が該
ピンにより案内されて、換言すればピン１８はい
ずれかの斜面１４に沿つて摺動しながら下降し、
カム１３及び主軸１２をいずれかの方向に回転さ
せ、最終的にピン１８が溝１５に係合して主軸１
２の回転が停止するので、該主軸はその停止状態
においては必ず定位置に停止し、この結果第９図
に示すように、工具２０のフランジ部２１のキー
溝２１ａが、例えば図中水平方向に停止し、必ず
工具位置決め機構９の位置決め駒３６にキー溝２
１ａが対向して停止するようになる。

次に自動工具交換作用について説明すると、ま
ず第２図の状態から第３図の状態に移行し、往復
回転複合機構５のシリンダ２５のパイプ２９から
矢印Ｃの如くエアが供給されると、ピストン２６
は駆動ロツド４のストツパ４ｃがシリンダ２５の
段部２５ｂに当接するまで下降して、これによつ
て駆動ロツド４が第３図に示す位置、即ち下死点
まで下降する。これによつて回転板６及び４つの
工具２０が下降し、工具２０のテーパ部２０ａが
主軸１２のテーパ穴１２ｂから離脱し、同時にく
さび状部材１０が工具位置決め機構９の位置決め
駒３６の穴３６ａから抜け出し、ばね３９の押圧
力によつて該位置決め駒が前進し、主軸１２から
離脱した工具２０のフランジ部２１のキー溝２１
ａにその先端３６ｂが係合し、該工具の自由な回
転を防止する。また同時に位置決め棒８の下端部
８ｂがばね２７により下方に押圧されて位置決め
穴６ｂにその一部が軽く係合する。これによつて
位置決め棒８が回転板６に対して軽い制動力を付
与することになる。一方ノツクピン駆動機構３１
のシリンダ３２には矢印Ｄの如くパイプ３７から
エアが供給され、ピストン３３がばね３４の押圧
力に抗して上昇し、ノツクピン３５が回転駆動用
ノツク穴６ａに係合し、回転アーム７と回転板６
とが一体化する。このような状態において往復回
転複合機構５のシリンダ２５のパイプ２９から引
き続き矢印Ｃの如くエアが供給されると、駆動ロ
ツド４はこれ以上下降できないためピストン２６
のみが該駆動ロツド４に対して相対的に下降を開
始し、この場合ピストン２５は楕円形であるため
シリンダ２５に対して回転することができないの
で、ねじ溝２６ｂに沿つて駆動ロツド４のピン４
ｂが摺動することとなり、この結果駆動ロツド４
は矢印Ｅの如く、第６図に示すように時計方向に
90度回転する。この結果工具２０は、ドリル２０
Ａが90度進んだ回転位置に移動すると共に、次の
ドリル２０Ｂが主軸１２の真下に到達し、この位
置において位置決め棒８の先端８ｂが次の位置決
め穴６ｂに係合する。

このように回転板６が矢印Ｅの如く90度回転す
ると、ノツクピン駆動機構３１のパイプ３７から
エアが排気されれ、ばね３４の復元力によつてピ
ストン３３が下降し、ノツクピン３５が回転駆動
用ノツク穴６ａから離脱する。次いで矢印Ａの如
くパイプ２８からエアがシリンダ２５の空間２５
ｃに供給されると駆動ロツド４は上昇することな
く、そのままの位置に停止し、ピストン２６のみ
が上昇するので、ねじ溝２６ｂとピン４ｂとの協
働作用によつて駆動ロツド４は矢印Ｆの如く、第
６図に仮想線で示す位置から実線で示す位置に戻
ることになり、ノツクピン３５は次の回転駆動用
ノツク穴６ａの真下に位置する。

そして更に矢印Ａの如くパイプ２８からエアが
供給されると、それ以上ピストン２６は単独では
上昇し得なくなり、ピン４ｂを介して駆動ロツド
４を引き上げ、第２図に示す上死点に到達して停
止する。この場合において、駆動ロツド４は矢印
Ｇの如く、回転することなしに上昇し、回転板６
もこれを同時に上昇するが、この場合において、
工具位置決め機構９の位置決め駒３６はばね３９
の復元力により第３図に示すように前進して工具
２０のフランジ部２１のキー溝２１ａに係合して
いるので、工具２０の回転方向の位置決めがなさ
れた状態で上昇し、その上昇量がある程度に達す
るとくさび状部材１０の斜面１０ｃが位置決め駒
３６に対して相対的に下降して、該位置決め駒３
６を第２図に示すように、矢印Ｂの如く後退させ
る。この結果工具２０のフランジ部２１のキー溝
２１ａは支障なく主軸１２のキー１２ｃに係合し
得、例えばドリル２０Ｂがそのテーパ部２０ａに
つて主軸１２のテーパ穴１２ｂに対して取り付け
られる。この場合において位置決め棒８の下端部
８ｂは、第２図に示すように、再び回転板６の位
置決め穴６ｂに完全に係合し、該回転板の回転を
拘束する。このようにしてモータ１３が回転して
主軸１２が下降すると、ドリル２０Ｂによつてワ
ークに第２段階の穴あけ加工が行われる。

以下同様にして、主軸１２の上下動及び往復回
転複合機構５の作用による駆動ロツド４の上下動
並びにノツクピン駆動機構３１の作動及び工具位
置決め機構９のくさび状部材１０の作用によつて
順次工具２０が自動的に交換され、リーマ２０Ｃ
及びリーマ２０Ｄが次々と主軸１２に取り付けら
れて、夫々の加工が円滑に行われる。このように
して、例えば４本の工具２０によつて４通りの加
工が完了すると、単軸工作機械１１は停止し、作
業者はワークをテーブル４１上から取り外し、次
の未加工のワークを取り付け、以下同様の加工が
行われ、各工具２０が自動的に交換されるもので
ある。

なお上記実施においては、工具２０は４本とし
て説明したが、これは４本に限定されないことは
言うまでもない。

効 果 本発明は、上記のように構成され、作用するも
のであるから、単軸直立ボール盤等の単軸工作機
械の主軸駆動用クイルに固定されたブラケツトに
対して複数の工具を着脱し得るようにした回転板
が上下動及び一方向に間欠回転するようにして特
定の工具による加工が終了すると、該工具が主軸
から外されて次の工具が主軸に装着される如き工
具交換工程が自動的に行われるようにした構造が
簡易で小型であり、かつ安価な自動工具交換装置
を提供することができる効果が得られる。また主
軸に対する工具の芯合せ及び主軸と工具間のキー
溝とキーの位置決めが正確に行われるので、簡易
な構造でありながら非常に高精度かつ高能率の工
具自動工具交換作用が行われる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図は自動工
具交換装置を装着した単軸工作機械の側面図、第
２図は工具の取り付け状態における自動工具交換
装置の（第５図の−矢視）要部縦断面図、第
３図は工具交換状態を示す自動工具交換装置の要
部縦断面図、第４図は第３図の−矢視横断面
図、第５図は回転板及び工具位置決め機構並びに
工具のフランジ部との相互関係を示す平面図、第
６図は工具のフランジ部と回転アームと回転板と
の相互関係を示す概略平面図、第７図は主軸定位
置停止機構の要部縦断面図、第８図は主軸定位置
停止機構の同様な縦断面図、第９図は主軸定位置
停止機構と工具のフランジ部との相互関係を示す
概略平面図である。 １は自動工具交換装置、２は主軸定位置停止機
構、３はブラケツト、４は駆動ロツド、４ｄは下
端、５は往復回転複合機構、６は回転板、６ａは
回転駆動用ノツク穴、６ｂは位置決め穴、７は回
転アーム、８は位置決め棒、８ｂは下端部、８ａ
は基端部、９は工具位置決め機構、１０はくさび
状部材、１１は単軸工作機械、１２は主軸、２０
は工具、２１はフランジ部、２１ａはキー溝、３
１はノツクピン駆動機構、３６は位置決め駒であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単軸工作機械の主軸上部に取り付けられた主
   軸固定位置停止機構と、前記単軸工作機械の主軸
   上下動用クイルに固定されたブラケツトと、該ブ
   ラケツトを貫通して上下動及び回転運動可能な駆
   動ロツドと、該駆動ロツドに上下動及び往復回転
   運動を与える往復回転複合機構と、前記駆動ロツ
   ドに回動自在に取り付けられ複数の工具が着脱自
   在に構成され該工具の数及びその取付位置に対応
   した複数の回転駆動用ノツク穴及び複数の位置決
   め穴が形成された回転板と、前記駆動ロツドの下
   端に固着され前記回転駆動用ノツク穴に係脱する
   ノツクピン駆動機構を有し該駆動ロツドと共に往
   復回転して前記回転板を一方向に回転させるよう
   にした回転アームと、基端部が前記ブラケツトに
   固着され下端部がばねにより下方に押圧付勢され
   て該基端部に対して摺動自在に構成され該下端部
   が前記位置決め穴に係脱するようにした位置決め
   棒と、前記工具のフランジ部に形成されたキー溝
   に対して水平方向に往復動して係脱し得る工具位
   置決め駒を有する工具位置決め機構と、該工具位
   置決め駒を前記回転板の上昇時に該工具のキー溝
   から離脱させるように前記ブラケツトに固着され
   たくさび状部材とを備えたことを特徴とする自動
   工具交換装置。