CN85106563A

CN85106563A - 自动工具交换装置

Info

Publication number: CN85106563A
Application number: CN85106563.5A
Authority: CN
Inventors: 佐藤实治; 足立贤; 木村泉; 杉山茂雄
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-02-04
Also published as: CN1004996B

Abstract

本发明是能自动交换工具的自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置。自动工具交换装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用的臂的前端；臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构；使臂支持装置旋转的手段；使臂支持装置在与转轴垂直相交的方向往复移动的手段。

Description

本发明是关于被用在机床上的自动工具交换装置。

在贮藏工具用的料槽中（以下简称“工具料槽”），备有很多套住工具的工具筒，把工具筒和轴线向着与机床的主轴垂直相交的方向，并把工具筒配置在机床支柱的一侧，在这种情况下，为了避免相邻工具的干涉，工具料槽和机床之间工具交换采用中间臂和中间筒在工具交换用的臂以外的位置来交换的方法（例如：专利公开昭55-144946公报），或采用在工具交换位置分配工具筒，工具筒的轴线被旋转到与机床主轴平行的位置为止的方法。

这样现有技术的工具交换方法有以下缺陷：使介于中间臂和中间筒之间，自动工具交换装置的构造变得复杂;工具交换动作过多;工具交换时间增长;并且工具筒旋转的方法，会使工具料槽的构造变得复杂。

本发明的目的是在考虑现有技术存在的问题后，提供构造简单并能缩短工具简化时间的自动工具交换装置。

本发明是能自动交换工具的自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置。自动工具交换装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用的臂的前端;臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构;使臂支持装置旋转的手段;使臂支持装置在与转轴垂直相交的方向往复移动的手段。

如果使用本发明，由于使臂支持装置大致旋转90°，让交换用的臂的工具夹持部直接在工具料槽的工具交换位置分配工具，***并支持工具，能够把工具取出的同时，利用交换用的臂的进退移动，直接把用的工具套住在工具料槽中。

以下参照附图，对本发明的实施例加以说明：

图1和图2分别是表示本发明的自动工具交换装置的第1实施例的正面图和在图1中的Ⅱ-Ⅱ剖视图。在图1中的件11是机床10的床身、在床身上的支柱能够沿垂直图1中纸面的方向移动。在支柱12的右侧部，备有主轴13的主轴头14，该主轴头14能升降自如。

在支柱12的左侧部，有工具料槽20，该工具料槽备有很多工具筒，并且工具料槽20是独立地设置在床身上。工具筒21装在运输链22上，相对工具交换位置能按顺序分配移送（参照图5）。这些工具筒21的轴线是设置在与主轴13的轴线垂直的方向。

在支柱12的前臂面（安装主轴13的一侧），装有一对上下水平导轨31。同时也装有与水平导轨31相隔预定间隙的上下一对水平导轨32。这些导轨31，32是从主轴13的近旁位置开始，伸展到工具筒21的工具料槽20的左侧端位置为止。

件号33是拖板，该拖板33的背面装在导轨31，32上，并能相对它们移动。件号40是支持装置，该支持装置使工具交换用的臂41转动，而该臂41使工具夹持部形成在支持装置的前端，同时，该支持装置能支持转轴在进退方向移动。通过转轴34，臂支持装置40的端部，能装在拖板33内并旋转。又，臂支持装置40的背面，与导轨31，32的长度方向垂直相交的销42，大致突出地固定在上下一对导轨32中间，如图3中所示。销42上朝转轴方向的切平部分能与钩35相配合。通过销36，油压汽缸37相对工具料槽20能在水平方向摇动，钩35固定在汽缸37的活塞连杆38前端。

把转轴34的上、下端，支持在拖板33中并能相对拖板33转动。工具料槽20的工具筒21，是在工具交换位置分配的，而转轴34是装在工具筒21的轴线延长线L上，如图2中所示。

图4是表示臂支持装置40的构造纵向断面图。在臂支持装置40的本体箱43内，固定轴44以一端突出的状态固定着，空心转轴45是相对固定轴44转动，以及能相对固定轴44进退移动地嵌接。而且，交换用的臂41相对空心转轴45是嵌合固定的。在空心转轴45和固定轴44之间，由于在空心转轴45内，产生活塞运动而构成两个密封空间46a、46b，穿过固定轴44的两个油压通道47a、47b的一端分别对着空间46a、46b开口。在空心转轴45的后端部，直齿轮与空心转轴同轴地构成一体。

在本体箱43内，设置有驱动空心转轴45的机构，就是说，在空心转轴45前进的位置上（如图4中、左方向移动的位置），直齿轮48a和相啮合的齿条49，是能面对图4中的纸面垂直方向移动的。例如：通过油压驱动装置51的推动，齿条49移动，由于导向键53设置在导向小齿轮52中而构成导向作用。在空心转轴前进时，导向小齿轮52是为了让直齿轮48a和齿条49正确地结合而设置的，并相对本体箱43固定。在空心转轴45后退的位置上，与直齿轮48相啮合的摇动齿条54，能面对图4中的纸面垂直方向作微小移动，因为它相对导向小齿轮52装有碟式弹簧（图中未示出）。

在图1和图2中，件号55是让拖板作往复运动油压汽缸。该油压汽缸使活塞连杆56与导轨31、32平行，并且朝主轴13方向移动，活塞连杆56的前端连接在拖板33的下端部。而油压汽缸安装固定在工具料槽20中。

其次，参照图2和图6就本实施例的作用说明之。

首先，在图2和图6（ⅰ）表示的状态中，说明拔出装在主轴13中的工具T₁，把贮存在工具料槽20中的新工具T₂装在主轴12中。装在主轴和料槽中的工具有锥柄部，意味着持有被夹紧工具的部位。但是，就交换工具而言，意味着夹持工具和交换工具的夹具。

根据工具交换指令，工具料槽20内的工具筒中，套住预定工具T₂的工具筒21被分配在工具交换位置。在工具交换位置分配的工具筒21的轴心是与表示在图1中的主轴13的轴心，在同一水平面内。

其次，油压汽缸37开始动作的同时，推出活塞连杆38。由于这种动作，设置在臂支持装置40背面的销42是通过钩35推动的。臂支持装置40，是绕转轴34的中心转到工具料槽20的方向（图6（ⅱ）所示）。由于油压汽缸37通过销36能摇动，所以，使臂支持装置40旋转的活塞连杆38的推出动作是很平稳的。

臂支持装置40是朝工具料槽20的方向转90°，交换用的臂41前端的工具夹持部，是在工具交换位置分配的工具筒21上，该工具筒21套住的工具T₂是从横向直接***而相配合（这种状态下的交换用的臂，以件号41a表示）。这种场合下，形成在空心转轴45上的直齿轮48是由于同摇动齿条54相啮合，使尽管用的臂41有微小的摇动运动，工具夹持部和工具T₂的配合是很平滑的（参照图4）。

工具T₂是用交换用的臂夹持住，把油压通过47a接通空心转轴45内的密封空间46a，并且供给压力油，空心转轴45沿着固定轴44推出，交换用的臂41是在转轴的方向上前进（图6（ⅲ）所示）。由于这种交换用的臂41的前进动作，从工具筒21中拔出工具T₂（用件号416表示）。

接着，油压汽缸37引进活塞连杆38，销42就拉动钩35，臂支持装置40绕图6（ⅳ）所示的转轴34的中心，再逆向转90°（件号41c所示）。

把油压通道47b连通空心转轴45内的密封空间46a，并且供给压力油，使空心转轴45和交换用的臂41后退移动（图6（ⅴ）所示）。

使油压汽缸55动作的同时，由于推动活塞连杆56，拖板33沿着导轨32、31朝主轴13的方向移动（为了能移动拖板33，从导轨31到工具料槽20则的导轨32的位置为止，支柱12都必须在床身上移动）。拖板33移动到主轴13的附近位置为止（用件号33a表示），交换用的臂41d的另一端（不夹持工具T₂的一侧），是从横方向插到主轴13上的工具T₁上（图6（ⅵ）所示）。

在这种状态下，使交换用的臂一前进，在主轴13上的工具T₁被拔到交换用的臂的另一端夹持住（图6（ⅶ）所示）。

使油压驱动装置51动作的同时，让齿条49对着图4中的底面垂直方向一移动，与齿条49相啮合的空心转轴45的直齿轮48a就被转动，交换用的臂41e绕固定轴44中心转动180°（图6（ⅷ）所示）。

然后，再让交换用的臂后退移动，夹持在交换用的臂41e的前端的新工具T₂的锥度部，就被***主轴13内，例如：由于臂41d夹持拉杆而固定在主轴13内（图6（ⅸ）所示）。

使油压汽缸55一动作的同时，活塞连杆56a就被引进，拖板33移动到工具料槽20侧的同时，新工具T₂和交换用的臂41的配合被松开，使安装新工具T₂到主轴13中的动作完结（图6（Ⅹ）所示）。

拖板33移动到工具料槽20侧，并且完全移在导轨32上后，让支柱和主轴头14移动到所定的位置，用新工具T₂能开始工件的加工。

拖板33一移动到工具料槽20的所定端位置为止，设置在臂支持装置40背面的销41，从横向与钩35相配合。

由于下一个连续动作，构成从工具T₁的工具料槽20里套住工具的操作。

首先使空心转轴45动作的同时，让交换用的臂41前进（图6（ⅹⅰ）所示）。随之，让油压汽缸37动作，把臂支持装置40绕转轴34中心向工具料槽20侧转动90°（图6（ⅹⅱ）所示）。让交换用的臂41一后退，夹持交换用的臂的先端工具T₁的锥度部，就被***工具筒，并且用适当的方法夹紧（图6（ⅹⅲ）所示）。然后，再使油压汽缸37动作的同时，引进活塞连杆38，臂支持装置40就开始转动，恢复在图2所示的位置（图6（ⅹⅳ）所示）。此时，交换用的臂41和工具T₁的配合被松开，从使用工具T₁的工具料槽20里套住工具的动作完结。

这些一连串的动作，一般采用程序控制技术执行。

臂转动驱动机构是用来转动臂支持装置40的，例如：把小齿轮嵌在转轴34上，用油压汽缸使齿条与小齿轮啮合并且驱动，因此，可以把转轴34看作是直接接受转动的机构。另外，对于拖板33的移动方法，由于有油压汽缸55的其它直接转动方法，例如：使用齿轮的啮合移动方式，调谐驱动方式等。再，主轴头14，在图1、图2中的支柱12右策侧部的情况下，也能省略机床侧的导轨31。

在本实施例中，把拖板移动的导轨配置在工具料槽的前壁和机床支柱的前壁上，利用臂支持装置的90°旋转，把工具***工具筒上。但是，如果把导轨配置在工具料槽的侧壁支柱的侧壁上，使拖板和臂支持装置沿与主轴平行移动，到支柱前壁位置为止，利用臂支持装置的90°旋转，把工具***主轴内也是可以的。这种***的实施例在主轴位于工具料槽侧的情况，或有两根支柱的门型机床等情况中都是有效的。

图7和图8是表示本发明的第2实施例的图。本实施例与前述的第1实施例不同，主轴配置在接近工具料槽的位置，适用于臂支持装置的往复直线移动距离很短的情况。在图中的符号70是臂支持装置，该装置转动带有工具夹持部的工具交换用的臂并能支持在转轴方向上进退移动，其工具夹持部的半径方向前端是可口的。工具交换用的臂71的转动驱动机构和进退移动机构是设置在臂支持在臂支持装置70的内部，这些机构与第1实施例中的臂支持装置40中的机构相同，故此说明省略。

臂支持装置70相对支架部件72能保持作往复直线移动，该支架部件72的一部分是对着工具料槽80，转轴73设置在与臂支持装置70的往复直线移动相垂直的方向上，由于转轴73的作用，该支架部件72能在90°范围内旋转。再支架部件72的一边处，一对导轨74被平行地固定着，支持在导轨74中的臂支持装置70能在直线方向擦动。在一对导轨74之间，配置了往复直线移动用的油压汽缸75，而活塞连杆（图未表示）是连接在臂支持装置70上。

在支架72的下端装有销76，油压汽缸77的活塞连杆78的前端，相对销76以活铰链式连接并能相对转动90°。油压汽缸77相对工具料槽80的水平方向摇动。在图8中，件号79是臂支持装置70的检测中间的开关。

其次，用图9来说明本实施例的作用：

图9（ⅰ）至（ⅲ）是根据新工具选择指令选择夹持新工具，同时表示把新工具移送到中间位置（待机位置）且一直在待机状态。首先，在图9（ⅰ）中，新工具T₂的选择指令一发出，工具料槽80就进行所定的分配移动，把新工具T₂分配在交换位置上。接着臂支持装置70是在支架72中沿箭头方向移动，交换用的臂71的前端工具夹持部被***新工具T₂并相配合（图9（ⅱ）所示）。交换用臂71是在转轴轴线方向前进，从工具料槽80的工具筒81中，拔出新工具T₂。

接着，油压汽缸77的活塞连杆78是前进移动，同时，支架部件72绕转轴73的中心旋转45°（图9（ⅲ）所示）。交换用的臂71在转轴轴线方向后退，同时用图9（ⅲ）所示的状态夹持新工具T₂处于待机状态。

一发出使用工具（旧工具）T₁的交换指令，油压汽缸77就动作，同时，使活塞连杆78前进，从待机位置使支架部件72旋转45°（图9（ⅳ）所示）。

接着，油压汽缸75的连杆75a（图8所示）动作，使臂支持装置70沿支架部件的导轨74，向主轴头方向直线移动。由于臂支持装置70的移动，交换用的71的前端工具夹持部，对着装在主轴91上的旧工具T₁，从横向插进并夹持工具T₁（图9（ⅴ）所示）。

在这个状态，让交换有的臂71前进，立即就把装在主轴91上的旧工具T₁拔出。这样一来，把新工具T₂和旧工具T₁，夹持在交换用的臂71的两端，然后把交换用的臂71转动180°（图9（ⅳ）所示）。再使交换用的臂71后退移动，把新工具T***转轴91内，用主轴头90内的夹紧装置夹紧新工具T₂后，使臂支持装置70沿支架部件72，背离主轴头90的方向直线移动（图9（ⅶ）所示）。

接着，让油压汽缸77动作，同时使支架部件72旋转45°，***换用的臂71前进移动（图9（ⅷ）所示）。在这个阶段，安装新工具T₂到主轴91的工序完毕，机床开始用新工具T₂进行加工。

旧工具T₁夹持在交换用的臂71a的一端，让支架部件72再旋转45°，使旧工具T₁的轴线与工具料槽80的工具筒81的轴线相一致后，由于后退移动交换用的臂71a，旧工具T₁被***工具料槽80的工具筒81中（图9（ⅸ）所示）。接着，使臂支持装置70沿支架部件72、背离工具料槽80的方向直线移动，把交换用的臂71的前端从旧工具T₁的结合状态松开。

通过这样一连串的过程，完成了本实施例的工具交换动作。

如果使用本实施例，因为臂支持装置70安装成相对旋转的支架部件往复直线移动，所以不需要上述第1实施例那样的导轨31、32。

本实施例在门型支柱的机床中，在主轴和工具料槽处在接近的位置时特别适用。

另外，在本实施例的说明中，作为工具选择的方式，已经表示了采用固定地点方式的例子，但是，采用变动地点方式的情况，在说明本实施例的作用中，省略交换用的臂71的待机位置（图9（ⅲ）、49（ⅷ）所示），而能够直接交换。

象以上说明的那样，如果使用本发明，工具料槽就要使套住工具的工具筒的轴线向着与机床主轴垂直的方向，如现有技术，或者在中间臂和中间筒之间、或者即使不设计成使工具筒转90°的机构，只让交换用的臂旋转，也能进行直接工具的夹持动作。从而，自动工具交换装置的构造变得很简单，同时也能使工具交换时间缩短。为了使交换动作比较单纯，要求更换动作的操作变得很简单。

图的简单说明：

图1是表示本发明的自动工具交换装置的第1实施例的正视图，图2是图1中的Ⅱ-Ⅱ剖视图，图3是图2Ⅲ-Ⅳ方向的剖视图，图4是图2Ⅳ-Ⅳ剖视图，图5是从图1箭头Ⅴ方向的向视图，图6（ⅰ）至（ⅹⅸ）是表示本发明的第1实施例的作用说明图，图7是表示本发明的第2实施例的主要部分的俯视图，图8是从图7箭头Ⅷ方向的向视图，图9（ⅰ）至（ⅹ）是表示本发明的第2实施例的作用说明图。

10-机床 12-支柱

13、91-主轴 20、80-工具料槽

21、81-工具筒 31、32-导轨

33-拖板 34-转轴

35-钩 37-油压汽缸

42-销 55-油压汽缸

72-支架部件 T₁-旧工具

T₂-新工具

40、70-臂支持装置

41、71-交换用的臂

Claims

1、本发明是能自动交换工具的自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置；自动工具交换装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用的臂的前端；臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构；使臂支持装置旋转的手段；使臂支持装置在与转轴垂直相交的方向往复移动的手段。

2、按权利要求1所述的本发明是能自动交换工具的自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置;自动交换装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用的臂的前端;臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构;能保持旋转臂支持装置的同时，拖板移动在工具料槽和机床主轴之间;臂旋转驱动机构是用来旋转臂支持装置。

3、按权利要求2所述的自动工具交换装置的特征在于：臂支持装置的旋转中心是设置在工具筒轴线的延长线上，该工具筒是在工具料槽的工具交换位置上。

4、按权利要求2所述的自动工具交换装置的特征在于：拖板是沿导轨移动，该导轨是分别连接到工具料槽的前臂和机床的支柱的前壁上。

5、按权利要求2所述的自动工具交换装置的特征在于：臂旋转驱动机构是没有钩子的油压汽缸装置，该钩子一端结合在臂支持装置的背面的销上，另一端结合在工具料槽上的活塞连杆前端的销上。

6、按权利要求1所述的本发明是能自动交换工具的自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置，自动工具交换装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用的臂的前端;臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退动的臂驱动机构;能保持往复直线移动臂支持装置的同时，支架部件旋转90°;支架旋转驱动是用来旋转支架部件。

7、按权利要求6所述的自动工具交换装置的特征在于：臂支持装置是沿导轨移动，该导轨是设在支架部件上，并且相对支架部件的旋转中心轴的垂直方向移动。