(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を、その長さ方向が主軸軸線方向であるＺ軸方向と平行になるように保持する複数の工具ポットを有するチェーン式工具マガジンと、Ｚ軸と平行な軸線の周りに回転自在であるとともにこの軸線の方向に移動自在であり、かつ主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する工具交換アームとを有しており、チェーン式工具マガジンにおける工具受け渡し位置に割り出された工具ポットと少なくともその両隣の工具ポットが１直線上に並ぶようになされ、各工具ポットが工具マガジンに枢着されることにより、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポットが、工具交換アームの旋回軌跡上に位置する干渉位置と、同旋回軌跡上から退避する退避位置との間で揺動するようになされており、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポットを、工具マガジンと工具交換アームとの受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動させ、同じく非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺動させる揺動手段と、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットを、チェーン式工具マガジンのチェーンの走行方向の前後両側から挟む１対のフィンガが設けられた把持部材を備えているとともに、フィンガを利用して工具ポットを前記チェーンの走行方向の前後両側から挟着固定する固定手段とを有している自動工具交換装置。
【請求項２】
揺動手段が、工具受け渡し位置の両側に配されかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの揺動中心を中心として回転する２つの回転部材と、いずれか一方の回転部材を駆動する駆動手段と、両回転部材にそれぞれ取り付けられかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の工具ポットに係合する可動係合部材とを備えており、固定手段が、固定部分に固定されかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットに係合する固定係合部材と、揺動手段の両回転部材間に渡し止められかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットを把持する把持部材とを備えている請求項１の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械、たとえばマシニングセンタにおいて、主軸頭に回転自在に支持された主軸に対して工具を自動的に交換する自動工具交換装置に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、図１の上側を前、これと反対側を後といい、図１の左右（図２〜図４の左右）を左右というものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来、自動工具交換装置として、工具を、その長さ方向が主軸軸線方向と直交するように保持する複数の工具ポットを有する工具マガジンと、主軸軸線方向と平行な軸線の周りに回転自在であるとともに主軸軸線方向に移動自在である工具交換アームと、工具マガジンと工具交換アームとの間に配された工具搬送装置とを備えたものが知られている。工具搬送装置は、工具マガジンの受け渡し位置に割り出された工具ポットから工具を引き抜き、かつ工具をその長さ方向が主軸軸線方向と平行となるように９０度旋回させて工具交換アームとの受け渡し位置まで搬送するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この自動工具交換装置では、工具搬送装置により工具を搬送をさせる際に他の機器との干渉を避けるためのスペースを必要とし、その結果マシニングセンタなどの工作機械の据え付け面積を大きくしなければならないという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、上記問題を解決し、工作機械の据え付け面積を従来に比べて小さくすることのできる自動工具交換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による自動工具交換装置は、工具を、その長さ方向が主軸軸線方向であるＺ軸方向と平行になるように保持する複数の工具ポットを有するチェーン式工具マガジンと、Ｚ軸と平行な軸線の周りに回転自在であるとともにこの軸線の方向に移動自在であり、かつ主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する工具交換アームとを有しており、チェーン式工具マガジンにおける工具受け渡し位置に割り出された工具ポットと少なくともその両隣の工具ポットが１直線上に並ぶようになされ、各工具ポットが工具マガジンに枢着されることにより、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポットが、工具交換アームの旋回軌跡上に位置する干渉位置と、同旋回軌跡上から退避する退避位置との間で揺動するようになされており、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の位置の工具ポットを、工具マガジンと工具交換アームとの受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動させ、同じく非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺動させる揺動手段と、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットを、チェーン式工具マガジンのチェーンの走行方向の前後両側から挟む１対のフィンガが設けられた把持部材を備えているとともに、フィンガを利用して工具ポットを前記チェーンの走行方向の前後両側から挟着固定する固定手段とを有しているものである。
【０００７】
請求項１の発明の自動工具交換装置によれば、工具を、その長さ方向が主軸軸線方向であるＺ軸方向と平行になるように保持する複数の工具ポットを有する工具マガジンと、Ｚ軸と平行な軸線の周りに回転自在であるとともにこの軸線の方向に移動自在であり、かつ主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する工具交換アームとを有しているので、従来の自動工具交換装置の場合のように、工具マガジンと工具交換アームとの間に工具搬送装置を設ける必要がない。したがって、工具搬送装置により工具を搬送をさせる際に他の機器との干渉を避けるためのスペースが不要になり、その結果マシニングセンタなどの工作機械の据え付け面積を、従来の自動工具交換装置を備えたものに比較して小さくすることができる。さらに、工具マガジンと工具交換アームとの受け渡し時、すなわち工具マガジンの工具ポットに保持されている次工具を把持するために工具交換アームが待機位置から工具把持位置までの回転を始めるときから加工の終了した工具を工具マガジンの工具ポットに差し込んだ後工具交換アームが待機位置までの回転を終了するまでの間は、揺動手段により、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の工具ポットを、干渉位置から退避位置に揺動させておくと、回転する工具交換アームと、上記両隣の工具ポットおよびこれに保持されている工具との干渉を避けることができる。したがって、隣接する工具ポット間の間隔を小さくすることができ、工具マガジンに多くの工具ポットを取り付けることが可能となり、その結果工具マガジンに多くの工具を取り付けることができる。
【０００８】
また、請求項１の発明による自動工具交換装置は、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットを固定する固定手段を有しているものである。この場合、待機位置から工具把持位置まで回転してきた工具交換アームによる工具に対する把持を確実に行うことができる。
【０００９】
請求項２の発明による自動工具交換装置は、請求項１の発明において、揺動手段が、工具受け渡し位置の両側に配されかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの揺動中心を中心として回転する２つの回転部材と、いずれか一方の回転部材を駆動する駆動手段と、両回転部材にそれぞれ取り付けられかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットの少なくとも両隣の工具ポットに係合する可動係合部材とを備えており、固定手段が、固定部分に固定されかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットに係合する固定係合部材と、揺動手段の両回転部材間に渡し止められかつ工具受け渡し位置に割り出された工具ポットを把持する把持部材とを備えているものである。この場合、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットに隣接した工具ポットを簡素な構造で退避位置に揺動可能に構成することができ、また単一の駆動源で、工具受け渡し位置の両側の工具ポットの退避位置への揺動と工具受け渡し位置の工具ポットの固定とを行うことができる。さらに、工具受け渡し位置に割り出された工具ポットと少なくともその両隣の工具ポットが並ぶ方向と、主軸の軸線および工具交換アームの回転中心軸線を結ぶ方向とが、直交するように配置することができるので、工作機械の幅を小さくすることができる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１はこの発明による自動工具交換装置の下方から見た全体構成を示し、図２〜図７はその要部の構成を示す。
【００１２】
図１において、自動工具交換装置は、マシニングセンタの主軸頭に回転自在に支持され、かつ軸線方向であるＺ軸が上下方向を向いた主軸(1)に対して工具(T)を自動的に交換するものであって、水平状のチェーン式工具マガジン(2)と、Ｚ軸と平行な垂直軸線の周りに回転自在であるとともに上下方向に移動自在であり、かつ主軸(1)と工具マガジン(2)との間で工具(T)を交換する工具交換アーム(3)とを備えている。工具交換アーム(3)の両端部に工具(T)を把持するグリッパ(4)が設けられている。
【００１３】
工具マガジン(2)は、前後に間隔をおいて配されかつ垂直軸線の周りに回転自在である１対のスプロケット(5)と、両スプロケット(5)に掛け渡された無端状チェーン(6)と、チェーン(6)にその長さ方向に間隔をおいて取り付けられかつ工具(T)を下向きに保持する複数の工具ポット(7)とよりなる。
【００１４】
両スプロケット(5)のうちいずれか一方が、減速歯車装置を介してサーボモータ（いずれも図示略）により駆動されるようになっている。チェーン(6)は、両スプロケット(5)間において、それぞれ前後方向に伸びる左右両直線状ガイド(6A)(6B)により案内されるようになっており、各ガイド(6A)(6B)に案内される部分において複数の工具ポット(7)が１直線上に並ぶようになっている。右側ガイド(6B)における前後の中央部が、工具交換アーム(3)との工具受け渡し位置(P)である。そして、図１に鎖線で示すように、工具受け渡し位置(P)に割出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)が、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上に位置するようになっている。図３および図４に示すように、工具ポット(7)の上端部は、水平ピン(8)によりチェーン(6)に固定されたブラケット(9)に枢着されている。ピン(8)は、チェーン(6)が左右両側のガイド(6A)(6B)に案内される部分において、これらのガイド(6A)(6B)と両スプロケット(5)によるテンションによって前後方向を向くようになっている。その結果、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)は、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上に位置する干渉位置（図１〜図３実線参照）と、同旋回軌跡(O)上から退避する退避位置（図１〜図３鎖線参照）との間でピン(8)の周りに左右方向に揺動するようになされている。各工具ポット(7)の下端部における左右方向内側部分（左側ガイド(6A)において右側に位置し、右側ガイド(6B)においては左側に位置する部分）に、左側ガイド(6A)に沿ってフレーム(10)下面に固定された垂直帯板状ガイド(11)に係合する係合部(12)が設けられている。
【００１５】
自動工具交換装置は、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)を、工具マガジン(2)と工具交換アーム(3)との受け渡し時に干渉位置から退避位置に揺動させ、同じく非受け渡し時に退避位置から干渉位置に揺動させる揺動装置(13)と、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を固定する固定装置(14)とを備えている。
【００１６】
図２〜図５に示すように、工具受け渡し位置(P)の前後両側において、それぞれフレーム(10)下面に垂直板状ブラケット(15)が固定されている。各ブラケット(15)には、チェーン(6)および工具ポット(7)の移動の際の干渉を避けるための切り欠き(15a)が形成されている。両ブラケット(15)の前後方向内面に沿って、それぞれ右側ガイド(6B)に位置する工具ポット(7)の揺動中心を中心とした円周上に位置する円弧状の回転部材(16)が配されている。各回転部材(16)は、チェーン(6)および工具ポット(7)の移動の際の干渉を避けるために、下方に開口した円弧状となされている。各回転部材(16)は、各ブラケット(15)の内面に取り付けられた複数のガイドローラ(17)に案内されて、上記揺動中心の周りに回転するようになっている。両回転部材(16)は、前後方向に伸びる複数の連結ロッド(18)により相互に連結され、一体的に回転するようになっている。これらの回転部材(16)は、駆動用エアシリンダ(19)により回転させられるようになっている。エアシリンダ(19)は、後側の回転部材(16)の左側において、回転部材(16)が配されている上記円周の接線上に、そのピストンロッド(20)を右斜め上方に向けて配されており、フレーム(10)の下面に取付部材(21)を介して取り付けられている。ピストンロッド(20)の先端は、後側の回転部材(16)に固定されたブロック(22)に枢着されている。前後両回転部材(16)の左端部に、それぞれ前後方向に伸びかつ工具受け渡し位置(P)の前後両側に位置する２つの工具ポット(7)の係合部(12)に係合する帯板状の可動係合板(23)が固定されている。工具マガジン(2)と工具交換アーム(3)との非受け渡し時には、回転部材(16)は図３に実線で示す状態にあり、可動係合板(23)は垂直面内に位置することになって、工具ポット(7)の係合部(12)と係合しガイドの役割を果たしている。そして、回転部材(16)、エアシリンダ(19)および可動係合板(23)により揺動装置(13)が構成されている。
【００１７】
工具受け渡し位置(P)において、右側ガイド(6B)の左方に、前後方向に伸びかつ工具ポット(7)の係合部(12)と係合する垂直帯板状の固定係合板(24)が配されている。固定係合板(24)は工具ポット(7)のガイドの役割を果たすものであり、フレーム(10)の下面に取付部材(25)を介して固定されている。また、前後両回転部材(16)の右端部間に、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を把持する把持部材(26)が設けられている。把持部材(26)は、前後両回転部材(16)間に渡し止められた連結ロッド(27)と、連結ロッド(27)の長さの中間部に左方突出状に一体に形成され、かつ工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)を前後両側から挟む１対のフィンガ(28)とよりなる。そして、固定係合板(24)、回転部材(16)、エアシリンダ(19)および把持部材(26)により固定装置(14)が構成されている。
【００１８】
工具ポット(7)の割り出しのために、チェーン(6)が走行して工具ポット(7)が移動している際には、図３および図４に実線で示すように、エアシリンダ(19)のピストンロッド(20)は退入状態にあり、可動係合板(23)が垂直状態となって工具ポット(7)の係合部(12)に係合し、ガイドの役割を果たしている。また、固定係合板(24)も工具ポット(7)の係合部(12)に係合してガイドの役割を果たしている。
【００１９】
所定の工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出されると、エアシリンダ(19)のピストンロッド(20)が進出し、両回転部材(16)が図３および図４に矢印で示すように時計方向に回転させられる。すると、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)の係合部(12)に係合している可動係合板(23)も、図３に鎖線で示すように時計方向に移動し、これにより工具ポット(7)が、その下端部が左方に移動するように揺動させられる。これと同時に、把持部材(26)が、図４に鎖線で示すように時計方向に移動し、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)が、両フィンガ(28)により前後から挟着されて固定される。
【００２０】
上記構成の自動工具交換装置において、主軸(1)と工具マガジン(2)との間の工具交換方法について説明する。
【００２１】
主軸(1)での加工中には、工具交換アーム(3)はその上昇位置である工具差込位置で、かつ工具把持位置から９０度回転した待機位置にある（図１参照）。このとき、工具交換アーム(3)の各グリッパ(4)は空である。また、主軸(1)の加工中に、ＮＣ装置からの工具交換指令により、サーボモータが作動し、減速歯車装置を介して一方のスプロケット(5)が回転させられることによりチェーン(6)が走行し、次工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出される。割り出し作業中は、エアシリンダ(19)のピストンロッド(20)は退入状態であり、可動係合板(23)は、固定係合板(24)とともにガイドの役割を果たしている。また、把持部材(26)は工具ポット(7)に干渉しない退避位置にある。そして、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)は、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上に位置する干渉位置にある。
【００２２】
次工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出されると、エアシリンダ(19)のピストンロッド(20)が進出させられて両回転部材(16)が図３および図４に矢印で示す時計方向に回転する。すると、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)の係合部(12)に係合している可動係合板(23)も同方向に移動し、これら４つの工具ポット(7)が、工具交換アーム(3)の旋回軌跡(O)上から退避した退避位置まで、ピン(8)を中心として左方に揺動させられる（図６参照）。これと同時に、把持部材(26)も同方向に移動し、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)は、両フィンガ(28)により前後両側から挟着されることによって固定される（図７参照）。
【００２３】
主軸(1)に取り付けられている工具(T)での加工が終了すると、主軸(1)が工具交換位置に移動する。ついで、工具交換アーム(3)が待機位置から工具把持位置まで９０度回転させられ、一方のグリッパ(4)により主軸(1)の使用済み工具(T)が把持されるとともに、他方のグリッパ(4)により工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の次工具(T)が把持される。このとき、工具交換アーム(3)と、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)との干渉は防止される。
【００２４】
ついで、工具交換アーム(3)が下降し、使用済み工具(T)が主軸(1)から、次工具(T)が工具ポット(7)からそれぞれ引き抜かれる。ついで、工具交換アーム(3)が１８０度回転させられる。その時点でも、グリッパ(4)により把持された工具(T)と、工具受け渡し位置(P)の前後両側の工具ポット(7)に挿入されている工具(T)との干渉は防止される。工具交換アーム(3)はその後上昇し、次工具(T)が主軸(1)へ、使用済み工具(T)が工具ポット(7)へそれぞれ差し込まれる。その後、工具交換アーム(3)が９０度回転させられて待機位置に戻る。この工具交換アーム(3)の回転の際にも、工具交換アーム(3)と、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)との干渉は防止される。こうして、工具交換が終了する。
【００２５】
工具交換が終了すると、エアシリンダ(19)のピストンロッド(20)が退入することにより、両回転部材(16)が図６および図７の反時計方向に回転させられる。すると、可動係合板(23)が垂直状態に戻り、工具受け渡し位置(P)の前後両側のそれぞれ２つの工具ポット(7)は干渉位置まで右方に揺動させられる。これと同時に、把持部材(26)も図６および図７の反時計方向に移動させられて工具ポット(7)から離れ、工具受け渡し位置(P)に割り出されている工具ポット(7)の固定が解除される。
【００２６】
新たに主軸(1)に取り付けられた工具(T)による加工が始まると、再びＮＣ装置からの工具交換指令により、さらに次の工具(T)を保持した工具ポット(7)が工具受け渡し位置(P)に割り出される。
【００２７】
上記実施形態においては、揺動装置(13)によって、工具受け渡し位置(P)に割り出された工具ポット(7)の両隣のそれぞれ２つずつの工具ポット(7)が干渉位置と退避位置との間で揺動させられるようになっているが、揺動させられる工具ポット(7)の数はこれに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による自動工具交換装置の全体構成を示す底面図である。
【図２】  図１の部分拡大図である。
【図３】  図２のIII−III線断面図である。
【図４】  図２のIV−IV線断面図である。
【図５】  揺動装置および固定装置を部分的に示す一部切り欠き斜視図である。
【図６】  工具受け渡し時の状態を示す図３相当の断面図である。
【図７】  工具受け渡し時の状態を示す図４相当の断面図である。
【符号の説明】
(1)：主軸
(2)：工具マガジン
(3)：工具交換アーム
(6)：チェーン
(7)：工具ポット
(13)：揺動装置（揺動手段）
(14)：固定装置（固定手段）
(16)：回転部材
(19)：エアシリンダ（駆動手段）
(23)：可動係合板（可動係合部材）
(24)：固定係合板（固定係合部材）
(26)：把持部材
(O)：工具交換アームの旋回軌跡
(P)：工具受け渡し位置
【図１】
0003921569.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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