(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御工作機械の工具マガジンと主軸間で工具を受け渡しする工具交換装置であって、工具交換位置において二個の工具保持体が前記主軸の軸線と平行な所定位置に割出し可能な工具マガジンを設け、前記主軸の工具の戻し受取位置と前記工具マガジンの工具保持体に収納・受取位置間を移動可能な移動体と、該移動体を移動させる直線駆動装置と、前記移動体に前記マガジンの工具保持体の軸と平行に設けられ前記工具保持体への工具の抜き差し方向の移動位置決め及び旋回が可能な旋回軸と、該旋回軸を抜き差し位置決めする直線駆動装置と、前記旋回軸の先端に固着された工具把持部を有して正逆方向１８０度旋回可能なアームと、前記旋回軸を旋回させる旋回用駆動装置とをユニットに構成し、このユニットの二基を組として二個のアームを別々に次工具用と現工具用として前記マガジンの二個の工具保持体位置に対応して配置し、二個の移動体の位置制御と二個の旋回軸の位置制御と二個の旋回軸の旋回制御と二個のアームの工具把持部間の主軸の位置制御とを併せて行うことを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記二基のユニットの移動体を合体して一基の移動体とし、二個の前記旋回軸を前記マガジンの二個の工具保持体位置に対応して設けたものである請求項1に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記二個の旋回軸に互いに噛み合う歯車を固着し前記旋回用駆動装置一個で二個の旋回軸を旋回させるようになしたものである請求項２記載の工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械の工具交換装置に関するものであり、更に詳しくは主軸と工具マガジン間にあって個別の旋回機能を備えた２基のアームを有する工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来マシニングセンタ等ＮＣ工作機械の自動工具交換装置（以下単にＡＴＣという）の旋回及び抜き差し動作は、油圧やＡＣモータを駆動源としカム若しくはリンク等を用いて行っている。
予め工具交換アームの一端に次工具を把持し、現工具を主軸から受け取ってアームの両端に工具を把持した状態で工具交換アームは急速旋回し次工具を主軸に嵌着し工具把持を解除して主軸とアームは離れることとなる。
工具交換時には主軸を拘束する時間を少なくする必要があり、アームの両端に重量工具を把持したまま急激に旋回させた場合には構造上の強度が問題となる。
【０００３】
そのため従来の油圧式又はカム式のＡＴＣでは動作速度は工具交換アームの両方の把持爪に重量工具を把持した場合を想定して比較的遅い速度に設定されており、搬送負荷の軽い場合には旋回速度としては余力のある速度となっている。
搬送負荷の多少を考慮し適正な旋回速度で旋回可能とした方案が特開平５−６９２５９号に提案されている。本案ではＡＴＣをＮＣ駆動として現工具，次工具の有無を判断し一方の工具のみを把持して工具交換動作を行う場合に限り高速旋回指令を出し工具交換の所要時間の短縮化を計っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べた油圧式及びカム式のＡＴＣは、旋回アームの両端に共に重量工具を把持した場合にアーム旋回動作時に構造体に無理が加わらず衝撃を適正な範囲内にあるように動作速度が低く選ばれているので軽量工具又は片側負荷の場合には工具交換速度は非能率な場合が生じる。
また旋回時の負荷量に応じ旋回速度を適正にして旋回所要時間を最少にしても旋回アームを旋回させる過程を省略することまではできないのでその分の時間損失を生ずる。
【０００５】
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、工具マガジンと主軸間で旋回可能な２本のアームを備えた工具受渡し部を設け、主軸工具の交換時にはアームの旋回をすることなく工具交換を可能とする工具交換装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本請求項１の発明は、数値制御工作機械の工具マガジンと主軸間で工具を受け渡しする工具交換装置であって、工具交換位置において二個の工具保持体が前記主軸の軸線と平行な所定位置に割出し可能な工具マガジンを設け、前記主軸の工具の戻し受取位置と前記工具マガジンの工具保持体に収納・受取位置間を移動可能な移動体と、該移動体を移動させる直線駆動装置と、前記移動体に前記マガジンの工具保持体の軸と平行に設けられ前記工具保持体への工具の抜き差し方向の移動位置決め及び旋回が可能な旋回軸と、該旋回軸を抜き差し位置決めする直線駆動装置と、前記旋回軸の先端に固着された工具把持部を有して正逆方向１８０度旋回可能なアームと、前記旋回軸を旋回させる旋回用駆動装置とをユニットに構成し、このユニットの二基を組として二個のアームを別々に次工具用と現工具用として前記マガジンの二個の工具保持体位置に対応して配置し、二個の移動体の位置制御と二個の旋回軸の位置制御と二個の旋回軸の旋回制御と二個のアームの工具把持部間の主軸の位置制御とを併せて行うようにしたものである。
また、二基のユニットの移動体を合体して一基の移動体とし、二個の前記旋回軸を前記マガジンの二個の工具保持体位置に対応して設けたものである。
また、二個の旋回軸に互いに噛み合う歯車を固着し前記旋回用駆動装置一個で二個の旋回軸を旋回させるようになしたものである。
【０００７】
主軸は現工具を一つの移動体の工具把持部へ渡し主軸のＸ軸制御で移動し他の移動体の工具把持部で予め待機していた次工具を受け取れば主軸の工具交換は完了する。従って直ちに主軸は次の加工プログラムに従って移動することができるので主軸を工具交換で拘束する時間を極めて短くすることができる。
【０００８】
また、現工具を受け取ったアームは所定の工具保持体へ現工具を格納し他の移動体は次工具を受け取るため工具マガジンの割出した所定の工具を随時取り出して待機が可能である。そのため加工順序に従って工具を工具マガジン上に順次配置する必要もなく、同一工具を繰り返し使用する場合も工具マガジンへのアクセスが容易である。
【０００９】
また工具交換時には両アームとも旋回しないのでアームに重量の大きい工具を把持して振り回すこともない。
工具交換を終了し主軸は直ちに加工工程に入ることができる。主軸が加工中に工具受け渡し部と工具マガジンとの間で使用ずみ工具の工具マガジンの空きポットへの収納と次工具の取り出しが行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。図１は本発明に係る２つの旋回アームを有する移動体７が工具マガジン部１と主軸２との間に設けられてなる３者の位置関係を示す説明図である。
【００１１】
工具マガジン１が複数のポット３からなり所定位置に旋回して割り出し可能に設けられている。現工具４による加工工程が終了した主軸２は軸制御により現工具４をアーム６Ｂに移動させＺ軸方向反工具側に移動して現工具４を取り出す。次工具５がアーム６Ａに装着され主軸へ渡す準備が完了している場合には主軸２はアーム６Ａの軸心までＸ軸移動し、続いてＺ軸方向に移動して次工具５を主軸２に嵌着する。主軸はＹ軸方向に移動してアーム６Ａから分離され次の加工プロセスに移行する。図１は主として主軸２と移動体７との工具の受け渡しに係わる直接の部材の位置関係を示すものである。
【００１２】
〔実施例１〕
図２は本発明に係る移動体の斜視図で１基の移動体に一個のアーム６Ａが設けられ単独に旋回する旋回軸を有する移動体である。図３は旋回軸断面図である。
【００１３】
図２においてアーム６Ａは旋回軸８Ａの軸端に固着されている。旋回軸８Ａは移動体７Ａに支承され軸方向移動自在に軸受９（図３）で支持されている。また旋回軸８Ａは移動体７Ａに固定された直線運動駆動装置例えば油・空圧のシリンダピストン部材１０と、ピストンに該設されたラック１１と旋回軸８Ａに係合して回転を伝えるピニオン１２によりアーム旋回運動が伝えられる。
【００１４】
図３において、ピニオン１２と旋回軸８Ａとの係合はキー材２０又はスプライン溝等でなされており、ピニオン１２は円筒の片端に刻設され該円筒がハウジングに回転可能に軸受２１で支持されている。旋回軸８Ａはピストン１７が左行し連結板１５と共に左行する。この後ラック１１によりピニオン１２が回転したときアーム６Ａは軸受２１，２２に支承されて旋回する。
【００１５】
旋回軸８Ａは、アームを固定した軸端の反対側軸端部で連結板１５に軸承され回転可能かつ軸方向位置が拘束されている。連結板１５は移動体７Ａ内に固定されたシリンダピストン部材のピストン１７に結合されアーム６Ａの前進・後退を可能にしている。主軸とアーム間の工具着脱若しくはポットとアーム間の工具の受け渡しにこの動作が使用される。
【００１６】
更に移動体７Ａは全体として昇降する機能を有している。
例えば図２に示すように箱状に形成してなる移動体７Ａを昇降可能に軸承し油・空圧等の直線駆動装置を付加して駆動する方法や直接油・空圧等の装置で昇降駆動することも可能である。
【００１７】
次に本実施例１の作用について説明する。
図２に示すように移動体に一個のアームを備え、旋回・昇降・抜き差し（アームの前進・後退）機能を併有するユニット式の移動体を二つ以上併設して工具交換装置を構成した場合はアームの各機能を独立して作用させることができるので工具マガジン上の工具の配列は自由であり、任意の工具に任意の順序で次工具の準備が可能で現工具の収納、次工具の取り出しについての制限は完全に排除することができる。
【００１８】
この実施例１では、移動体のアームによる工具マガジンの任意位置のポットに収納された工具の取り出し及び収納が独立して可能であるため、工具マガジンにおける工具の配列は任意で良く、予め加工順序に配置しておく必要がない。
【００１９】
主軸とアーム間の工具着脱と工具マガジンとアーム間の収納・取り出しとが完全に分離して行えるので特に収納・取り出しについては時間的な制約が少なくなるので適度な速度でマガジンの旋回、移動体の移動、アームの旋回等を行えば良いので構造体に無理な作用力が発生しない。
【００２０】
次に工具の受け渡し時のアーム及び移動体の作用を図５に基づき説明する。アーム６Ａは次工具用、アーム６Ｂは現工具用である。加工が完了すると現工具を収納するために主軸が移動しアーム６Ｂへ現工具を戻す〔図中（１）〕、次工具を受け取るため、主軸は次工具を把持したアーム６Ａの位置へ移動し〔同（２）〕、次工具を受け取る〔同（３）〕。
【００２１】
次にアーム６Ｂに把持した現工具を工具マガジンのポットに移送するためにアーム６Ｂが現工具を把持して１８０度旋回し〔同（４）〕、工具マガジン側へ割り出される。
工具把持中心を工具マガジンのポット中心位置に一致させるため移動体７全体を旋回軸の基準位置から上昇させる〔同（５）〕。
【００２２】
現工具をポットに収納する前にアーム６Ｂに対応するポットに工具が収納されていないことを確認し、現工具はアーム６Ｂによりポットに収納される〔同（６）〕。収納完了後、移動体７は旋回軸の基準位置まで降下する〔同（７）〕。アーム６Ｂが１８０同旋回し主軸側に割り出される〔同（８）〕。
【００２３】
一方、次に使用する工具をアーム６Ａが受け取るため、アーム６Ａが１８０度旋回し工具マガジン側に割り出される〔同（９）〕。工具マガジンのポットが送られ、次に使用する工具が装着されたポットがアーム６Ａの位置に割り出される。移動体７を上昇させアーム６Ａが次に使用する工具を把持する〔同（１０）〕。アーム６Ｂは主軸側に割り出されているので干渉することはない。アーム６Ａが移動され次に使用する工具はポットから分離される〔同（１１）〕。
【００２４】
次にアーム６Ａの工具把持中心はポットの中心位置から降下させ旋回軸中心を基準位置に戻す。次にアーム６Ａは１８０度旋回し主軸側に割り出され次の工具を受け渡し準備は完了する。
【００２５】
〔実施例２〕
図４は図２において説明した移動体２基を一つにし、アーム６Ａ，６Ｂが一つの旋回用駆動装置により旋回できるようにしたものである。尚、図２に示すものと同一物には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図４において、旋回軸８Ａ，８Ｂは移動体７に固定されたハウジング１４Ａ，１４Ｂ内に軸方向移動自在に軸受９で支持されている。又、旋回軸８Ａは移動体７に固定された直線運動駆動装置例えば油・空圧のシリンダピストン部材１０とピストンに刻設されたラック１１と旋回軸８Ａに係合して回転を伝えるピニオン１２によりアーム旋回運動が伝えられる。旋回軸８Ａの旋回運動は歯車１３Ａ，１３Ｂを介し、旋回軸８Ｂに伝えられ、アーム６Ａ，６Ｂを旋回させる。
【００２７】
旋回軸８Ａはハウジング１４Ａに、旋回軸８Ｂはハウジング１４Ｂに軸方向移動可能に軸承されている。アームを固定した軸端の反対側の旋回軸８Ａ，８Ｂの軸端は共に連結板１５に軸承され回転可能かつ軸方向位置が拘束されている。連結板１５は移動体７内に固定された油・空圧等による直線駆動装置１６，１７に結合されており、アーム６Ａ，６Ｂの前進後退を可能にしており主軸２とアーム６Ａ，６Ｂとの工具の着脱又はポット３とアーム６Ａ，６Ｂとの工具の受け渡しにこの動きが使用される。更に移動体７は実施例１と同様に全体として昇降する機能を有している。
【００２８】
次に工具受け渡し時のアーム及び移動体の作用を図５に基づいて説明する。
【００２９】
図５において、アーム６Ａは次工具用、アーム６Ｂは現工具用である。動作上で特徴的なことはアーム６Ａ，６Ｂの旋回が必ず併行して行われることであり、加工が完了すると現工具を収納するために主軸からアーム６Ｂが現工具を戻す〔図中（１）〕。次工具を受け取るため、主軸は次工具を把持したアーム６Ａの位置へ移動し〔同（２）〕、次工具を受け取る〔同（３）〕。
【００３０】
次にアーム６Ｂに把持した現工具を工具マガジンのポットへ移送する。そのためにアーム６Ｂが現工具を把持してシリンダピストン部材１０，１１により左に１８０°旋回するとき既に工具を主軸に渡して工具のないアーム６Ａは、歯車１３Ａ，１３Ｂにより右に１８０°旋回してアーム６Ａ，６Ｂを工具マガジン側に割り出し次工具を受け取る段階へと移行する〔同（４）（９）〕。
【００３１】
工具把持中心を工具マガジンのポットの中心位置に一致させるため移動体７全体を旋回軸の基準位置からシリンダピストン部材１８，１９で上昇させる〔同（５）〕。
【００３２】
現工具をポットに収納する前にアーム６Ａ，６Ｂに対応するポットに工具が収納されていないことを確認し、シリンダピストン部材１６，１７の作用により旋回軸８Ａ，８Ｂを移動させ現工具はアーム６Ｂによりポットに収納される〔同（６）〕。
【００３３】
収納完了後アーム６Ａ，６Ｂは降下する〔同（７）〕。アーム６Ｂは現工具から離れ待機している間に工具マガジンのポットはアーム６Ａ側からアーム６Ｂ側へ一つ送られる。その結果予め次工具が装着されたポットがアーム６Ａの位置に、アーム６Ｂの位置には直前にアーム６Ａの位置にあった無工具のポットが送られている。
【００３４】
移動体をシリンダピストン部材１８，１９で上昇させアーム６Ａが次工具を把持する〔同（１０）〕。アーム６Ｂに対応するポットには工具はないので干渉することはない。シリンダピストン部材１０，１１により旋回軸８Ａが旋回され次工具はポットから分離されアーム６Ｂも同様にポットから離れる。
【００３５】
次にアーム６Ａの次工具把持中心は工具ポットの中心位置からシリンダピストン部材１８，１９で降下させ旋回軸中心を基準位置に戻す。
次にアーム６Ａは次工具を把持して、アーム６Ｂは工具無しでシリンダピストン部材１０，１１により旋回させて次の工具の受け渡しの準備は完了する〔同（８）〕。
【００３６】
なお工具マガジンには加工順序に従い工具を配列しておき、また最初に使用する工具を収納しているポットの一つ前のポットは無工具にしておく配慮が必要である。実施例２は移動体が一つにまとまり指令系も複雑でなく全体の構成を簡素化できる点が有利である。
【００３７】
この実施例２では、工具交換時に現工具を一つのアームに渡し次工具を把持して待機する他のアームに移動して受け取ることにより主軸を拘束する時間を少なくできる。
尚、上記実施例の他、前記工具保持体への工具の抜き差し方向及び前記工具保持体の工具交換位置から前記主軸方向に移動位置決め可能な単一の移動体に独立して旋回可能な二つのアームを設けたり、工具マガジンとアーム間の工具抜き差し方向の移動をマガジン側で行うなど、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の工具交換装置では工具交換時に工具を旋回させず主軸の軸制御により現工具と次工具を交換するのみで次工具準備は工具交換とは別個に行うので工具受け渡し部に加わる機械的負荷を軽減することが可能であり設計上の制約も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る旋回アームを有する移動体と工具マガジン及び主軸の位置関係を示す説明図である。
【図２】本発明に係る移動体を分割してユニット化しアーム６Ａ，６Ｂが別々に旋回可能とする移動体の斜視図である。
【図３】本発明の旋回軸の断面図である。
【図４】本発明に係るアーム６Ａ，６Ｂが同時に旋回する移動体の斜視図である。
【図５】本発明の工具受け渡し時の旋回アーム及び移動体の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 工具マガジシン ２ 主軸
３   ポット（工具保持体）
４ 現工具
５ 次工具
６Ａ，６Ｂ アーム
７，７Ａ 移動体
８Ａ，８Ｂ 旋回軸 ９ 軸受
１０ アーム旋回シリンダ（線駆動装置）
１１ ラック付ピストン
１２ ピニオン
１３Ａ，１３Ｂ 歯車
１４Ａ，１４Ｂ ハウジング
１５ 連結板
１６ 工具抜き差しシリンダ（線駆動装置）
１７ 工具抜き差しピストン
１８ 移動体昇降用シリンダ（線駆動装置）
１９ 移動体昇降用ピストン
【図１】
0004187835.tif 000002
【図２】
0004187835.tif 000003
【図３】
0004187835.tif 000004
【図４】
0004187835.tif 000005
【図５】
0004187835.tif 000006