JP2006102853A - Tool changer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械の主軸と工具貯蔵部との間で工具交換アームにより工具を交換する工具交換装置に関する。 The present invention relates to a tool changer that changes a tool by a tool change arm between a spindle of a machine tool and a tool storage unit.
工作機械の一般的な工具交換装置は、工具交換アームの両端のグリッパに工具を把持し、主軸と工具貯蔵部との間で、その工具交換アームに主軸の軸線方向の往復動作及び主軸の軸線と平行な軸線周りの旋回動作をさせることにより工具交換を行う。この工具交換アームに往復動作及び旋回動作を行わせる機構には、流体圧シリンダやモータ等のアクチュエータとラック・ピニオンとを組み合わせたもの、モータとカムを用いたもの等種々開発されている。また、ボールねじナット機構を利用した工具交換装置が特許文献1に開示されている。
A general tool changer of a machine tool grips a tool with grippers at both ends of a tool change arm, and reciprocates in the axial direction of the main shaft between the main shaft and the tool storage unit and the main shaft axis. Tool change is performed by turning around an axis parallel to the axis. Various mechanisms have been developed for causing the tool changing arm to reciprocate and rotate, such as a combination of an actuator such as a fluid pressure cylinder or a motor and a rack and pinion, and a mechanism using a motor and a cam. A tool changer using a ball screw nut mechanism is disclosed in
特許文献1の工具交換装置は、第1サーボモータの駆動力を工具交換アームに伝達する動力伝達機構に、第1サーボモータの回転運動を工具交換アームの直線運動に変換するボールねじナット機構を設けている。そして工具交換アームの回転駆動用の第2のサーボモータを有し、工具交換アームを回転させる際に、工具交換アームの回転運動によるボールねじ軸とボールナット間の相対回転量がゼロとなるように、第2サーボモータと共に第1サーボモータを駆動する機構をとっている。
The tool changer of
前述の流体圧シリンダやモータ等のアクチュエータとラック・ピニオンとの組み合わせや、特許文献1の工具交換装置では、流体圧シリンダやサーボモータ等のアクチュエータが往復運動用及び旋回運動用として2つ必要である。すると工具交換装置が大型化する問題点があった。また、モータとカムを用いた工具交換装置は、1つのアクチュエータで工具交換アームに往復動作と旋回動作を行わせることが可能であるが、カム機構が複雑となり高価となる問題点があった。
In the combination of the above-described actuator such as a fluid pressure cylinder or motor and a rack and pinion, and the tool changer disclosed in
本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、工具交換アームの駆動機構が簡単、コンパクトで、安価に製作できる工具交換装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a tool changer that has a simple and compact drive mechanism for a tool change arm and can be manufactured at low cost.
前述の目的を達成するため、本発明は、工作機械の主軸と工具貯蔵部との間で工具交換アームにより工具を交換する工具交換装置において、工具交換装置のハウジングと、工具を把持するグリッパを両端部に有し、前記主軸の軸線方向の往復動作及び前記主軸の軸線方向と平行な軸線周りの旋回動作が可能に設けられた工具交換アームと、前記工具交換アームの旋回軸と同軸に、前記ハウジングに回転可能に設けられたボールナットと、前記ボールナットを回転駆動する駆動手段と、前端部に前記工具交換アームを固着し、前記ボールナットに螺合され、前記工具交換アームの旋回軸の軸線方向に往復動作可能に、かつ前記旋回軸周りに回転可能に設けられたボールねじ軸と、前記ハウジングの内部に設けられ、前記ボールねじ軸に前記旋回軸の軸線方向の往復動作及び旋回軸周りの旋回動作を行わせるカム溝と、前記ボールねじ軸に取り付けられ、前記カム溝に係合するカムフォロワと、を具備し、前記ボールナットを回転駆動することにより前記工具交換アームに所定の工具交換動作を行わせる工具交換装置が提供される。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a tool changer for exchanging a tool by a tool changer arm between a spindle of a machine tool and a tool storage unit, and includes a housing of the tool changer and a gripper for gripping the tool. A tool change arm provided at both ends, and capable of reciprocating in the axial direction of the spindle and turning around an axis parallel to the axial direction of the spindle, and coaxial with the turning axis of the tool change arm, A ball nut rotatably provided on the housing, a driving means for rotationally driving the ball nut, a tool change arm fixed to a front end portion, screwed to the ball nut, and a pivot shaft of the tool change arm A ball screw shaft that is reciprocally movable in the axial direction of the shaft and rotatable about the swivel axis, and is provided inside the housing, and is pivoted on the ball screw shaft. A cam groove that performs a reciprocating operation in the axial direction and a turning operation around the turning shaft, and a cam follower that is attached to the ball screw shaft and engages with the cam groove, and rotationally drives the ball nut. Thus, a tool changer for causing the tool change arm to perform a predetermined tool change operation is provided.
前述のように、本発明の工具交換装置は、ボールねじナット機構のボールナットを回転駆動する構造を採用しているので、ボールねじ軸に取り付けられたカムフォロワとハウジングの内部に設けられたカム溝との関係が、カムフォロワの軸線方向の移動が可能な部分(軸線方向のカム溝部分)では、ボールねじ軸が軸線方向に往復動作し、カムフォロワの軸線方向の移動が規制された部分(周方向のカム溝部分)では、ボールねじ軸がボールナットと一体で軸線周りに回転動作する。駆動手段によって、ボールナットの回転、停止及び回転角度制御を行い、ボールねじ軸に固着した工具交換アームに所定の往復動作及び旋回動作を行わせ、工具を交換することができる。 As described above, the tool changer of the present invention employs a structure that rotationally drives the ball nut of the ball screw nut mechanism, so that the cam follower attached to the ball screw shaft and the cam groove provided inside the housing In the part where the cam follower can move in the axial direction (cam groove part in the axial direction), the part where the ball screw shaft reciprocates in the axial direction and the movement of the cam follower in the axial direction is restricted (circumferential direction) In the cam groove portion), the ball screw shaft rotates integrally with the ball nut around the axis. The drive means performs rotation, stop, and rotation angle control of the ball nut, and allows the tool exchange arm fixed to the ball screw shaft to perform a predetermined reciprocating operation and a turning operation, thereby exchanging the tool.
ボールナットを回転駆動するボールねじナット機構と、ハウジングの内部に設けられたカム溝にボールねじ軸に取付けられたカムフォロワが係合するカム機構とを用いて、ボールねじ軸に固着した工具交換アームに所定の往復動作及び旋回動作を行わせるので、工具交換装置の構造が単純となり、コンパクトにできる。主軸と工具貯蔵部との間に設ける工具交換装置がコンパクトになると、工作機械全体もその分小型化できる。またハウジングの内部に設けるカム溝は、軸線方向のカム溝及び周方向のカム溝という単純な形状でよく、カム溝の加工が容易となり、工具交換装置を安価に製作することができる。 A tool change arm fixed to the ball screw shaft using a ball screw nut mechanism for rotating the ball nut and a cam mechanism engaged with a cam follower attached to the ball screw shaft in a cam groove provided in the housing. Therefore, the structure of the tool changer becomes simple and compact. If the tool changer provided between the spindle and the tool storage unit becomes compact, the entire machine tool can be reduced in size accordingly. The cam groove provided in the housing may have a simple shape such as an axial cam groove and a circumferential cam groove, the cam groove can be easily processed, and the tool changer can be manufactured at low cost.
以下、本発明による工具交換装置の好しい実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の工具交換装置の断面図、図2は図1の工具交換装置の原理機構を示す斜視図、図3は工具交換ステップを順次示した動作図である。 Hereinafter, preferred embodiments of a tool changer according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a tool changer according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a principle mechanism of the tool changer shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an operation diagram sequentially showing tool change steps.
工作機械の主軸頭1に回転可能に設けられた主軸3の先端に工具5が装着され、加工が行われる。次の加工に使用される工具7は、工具貯蔵部9に準備される。工具交換装置11は主軸頭1と工具貯蔵部9との間に設けられ、ハウジング13と工具交換アーム15とを主要な構成要素としている。工具交換アーム15は、主軸3の軸線と平行な旋回軸17の軸線方向に往復動作可能であり、かつ、旋回軸17周りに旋回動作可能である。旋回軸17と直交する方向の工具交換アーム15の両端部には、それぞれ工具5、7に形成された円形の凹溝部に係合可能なグリッパ19、21を有しており、工具5、7を把持することができる。
A tool 5 is attached to the tip of a spindle 3 rotatably provided on the
工具交換アーム15の往復動作には、ハウジング13から進出するアウト動作とハウジング13に接近するイン動作があり、工具交換アーム15の旋回動作には、時計回り(CW)に90度又は180度回転する動作と、半時計回り(CCW)に90度回転する動作がある。工具交換アーム15のこの往復動作と旋回動作の組み合わせにより、主軸3に装着された工具5と工具貯蔵部9に収納された工具7とを交換する。工具交換アーム15は工具を交換していない場合、図3(a)に示すように、加工や工具貯蔵部9の割出しの邪魔にならないよう、スタンバイ位置に待機している。
The reciprocating operation of the
ハウジング13には、クロスローラベアリング23によりボールナット25が旋回軸17周りに回転可能に支持され、ボールナット25にはボールねじ軸27が螺合している。ボールねじ軸27の前端部には工具交換アーム15がテーパリング等を用いて固着される。ボールナット25の外周にはタイミングプーリ29がテーパリング等を用いて固着される。ハウジング13に取付けられたサーボモータ31の回転軸には、タイミングプーリ33がキー等を用いて固着される。タイミングプーリ29とタイミングプーリ33との間にタイミングベルト35が張架されて、サーボモータ31によってボールナット25は回転駆動される。また、ボールねじ軸27の後端部には、中心軸17と直交する軸線周りに回転可能なカムフォロワ37を備えたブロック39が、テーパリング等を用いて固着される。
A
次に、ボールねじ軸27の後方部が収納されたハウジング13の内側に設けられ、カムフォロワ37が係合して走行するカム溝41について説明する。カム溝41は、前側に一周にわたって形成された周溝43と、工具交換アーム15の往復動作のストロークに相当する距離だけ周溝43から後方へ向って、かつ中心軸17に関して180度対向して形成された直線溝45、47と、直線溝45、47の後端からそれぞれ周方向へ1/4周にわたって、かつ、中心軸17に関して180度対向して形成された1/4周溝49、51とで成る。
Next, the
このカム溝41をハウジング13の内側に設ける形態は、図1に示すように、周溝43と直線溝45、47を形成した円筒体53をハウジング13に固定し、1/4周溝49、51を形成した円筒体55を円筒体53の後方へ固定している。このようにカム溝41を2つの円筒体53、55に分けて形成することにより、カム溝の加工を容易にすると共に、工具交換装置11の組み立てを容易にしている。円筒体55の後方はカバー57でふさがれる。
As shown in FIG. 1, the
次に、図3(a)〜(f)を用いて、工具交換装置11の動作を説明する。図3(a)は、グリッパ19、21を上下にした垂直姿勢で待機しているスタンバイ状態の工具交換アーム15を示している。このときカムフォロワ37は1/4周溝49の端部Aに位置する。主軸3の工具5と工具貯蔵部9の工具7とが工具交換位置に位置決めされると、サーボモータ31が時計回りに回転し、ボールナット25を時計回りに回転させる。カムフォロワ37は1/4周溝49内に位置しているので軸線方向には移動できない。つまりボールねじ軸27はボールナット25と一体になって時計回りに回転し、工具交換アーム15も時計回りに回転する。工具交換アーム15のグリッパ19が工具5を、グリッパ21が工具7を同時に把持したらサーボモータ31を一旦停止する。このときカムフォロワ37は地点Bに位置しており、交換アーム15は時計回りに90度旋回動作したことになる(図3(b))。
Next, operation | movement of the
主軸3内に設けられた工具クランプ装置をアンクランプにし、サーボモータ31を時計回りに回転開始する。するとカムフォロワ37は直線溝45に沿って前方へ移動するしか経路がないので、ボールねじ軸27すなわち工具交換アーム15はグリッパ19、21に工具5、7を把持して前方へ進出(アウト動作)する(図3(c))。カムフォロワ37が地点Cに到達しても更にサーボモータ31を時計回りに回転させると、ボールナット25とボールねじ軸27は一体となり時計回りに回転させられ、カムフォロワ37は周溝43内を時計回りに180度走行する。このときカムフォロワ37は周溝43の前側の壁面43aに当接して走行する。こうして工具交換アーム15は時計回りに180度旋回動作し、工具5、7の位置が入れ替わる。カムフォロワ37が地点Dに到着したらサーボモータ31を停止し、今度は反時計回りに逆回転させる(図3(d))。
The tool clamping device provided in the main shaft 3 is unclamped, and the
するとカムフォロワ37は今度は周溝43の後側の壁面43bに当接しようとするが、地点Dにおいては後側の壁面43bがなく直線溝47が形成されているので、カムフォロワ37は直線溝47内を地点Eまで移動し、サーボモータ31を停止する。すると工具交換アーム15はイン動作し、工具7を主軸3に、工具5を工具貯蔵部9に収納させたことになる(図3(e))。そして主軸3内の工具クランプ装置をクランプにし、工具7を主軸3にクランプさせる。次にサーボモータ31を反時計回りに回転させると、カムフォロワ37は1/4周溝51内を端部Fまで走行し、サーボモータ31を停止させ、工具交換アーム15をスタンバイ状態に待機させる(図3(f))。
Then, the
次の工具交換動作は、サーボモータ31を前述と同様に駆動することにより、工具交換アーム15は時計回りに90度旋回動作、アウト動作、時計回りに180度旋回動作、イン動作、反時計回りに90度旋回動作する。ただしカムフォロワ37は、地点F、E、D、C、B、Aの順に逆の経路をたどる。工具交換アーム15の要所要所での位置決め、減速、加速は、サーボモータ31を制御して行う。
本実施形態では、水平横向きの横形主軸の工作機械で説明したが、本発明の工具交換装置は立形主軸の工作機械にも適用できる。また、カムフォロワ37を旋回軸17に対して対称な位置にもう1つ設けても同様な作用を行う。
In the next tool change operation, the
In the present embodiment, the description has been given for the horizontal and horizontal horizontal spindle machine tool, but the tool changer of the present invention can also be applied to a vertical spindle machine tool. Further, even if another
11 工具交換装置
13 ハウジング
15 工具交換アーム
25 ボールナット
27 ボールねじ軸
31 サーボモータ
37 カムフォロワ
41 カム溝
11
Claims (1)
工具交換装置のハウジングと、
工具を把持するグリッパを両端部に有し、前記主軸の軸線方向の往復動作及び前記主軸の軸線方向と平行な軸線周りの旋回動作が可能に設けられた工具交換アームと、
前記工具交換アームの旋回軸と同軸に、前記ハウジングに回転可能に設けられたボールナットと、
前記ボールナットを回転駆動する駆動手段と、
前端部に前記工具交換アームを固着し、前記ボールナットに螺合され、前記工具交換アームの旋回軸の軸線方向に往復動作可能に、かつ前記旋回軸周りに回転可能に設けられたボールねじ軸と、
前記ハウジングの内部に設けられ、前記ボールねじ軸に前記旋回軸の軸線方向の往復動作及び旋回軸周りの旋回動作を行わせるカム溝と、
前記ボールねじ軸に取り付けられ、前記カム溝に係合するカムフォロワと、
を具備し、前記ボールナットを回転駆動することにより前記工具交換アームに所定の工具交換動作を行わせることを特徴とした工具交換装置。 In a tool changer for exchanging tools with a tool change arm between a spindle of a machine tool and a tool storage unit,
A tool changer housing;
A tool changer arm having grippers at both ends for gripping a tool, and capable of reciprocating in the axial direction of the spindle and turning around an axis parallel to the axial direction of the spindle;
A ball nut provided coaxially with the swivel axis of the tool change arm and rotatably on the housing;
Driving means for rotationally driving the ball nut;
A ball screw shaft fixed to the front end of the tool changer arm, screwed into the ball nut, reciprocally movable in the axial direction of the swivel axis of the tool changer arm, and rotatable about the swivel axis When,
A cam groove provided inside the housing and causing the ball screw shaft to perform a reciprocating motion in the axial direction of the swivel shaft and a swiveling motion around the swivel shaft;
A cam follower attached to the ball screw shaft and engaged with the cam groove;
And a tool changer which causes the tool change arm to perform a predetermined tool change operation by rotationally driving the ball nut.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004291194A JP2006102853A (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Tool changer |
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Family Applications (1)
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JP2004291194A Pending JP2006102853A (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Tool changer |
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2004
- 2004-10-04 JP JP2004291194A patent/JP2006102853A/en active Pending
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