JPS62282840A - 工作機械における工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、工作機械における工具交換装置に関し、特に
交換アームの駆動部の改良に関するものである。

従来の技術 一般に、この種工具交換装置においては、主軸と工具マ
ガジンとの間において、両端に工具把持部を有する交換
アームが前後ストローク運動および回転運動することに
よって、主軸に支持された工具と、工具マガジンから移
送されて交換位置に置かれた新しい工具とを同時に交換
するようになっている。

この交換アームの運動は、主軸および交換位置から所定
角度回避した待機位置を原位置として、工具交換時には
、上記所定角度戻って主軸と交換位置での画工具を把持
し、そして前進して画工具を抜き取り、この状態から１
８０°回転して画工具を交換し、さらに後退して主軸と
交換位置とにそれぞれ交換した工具を挿着し、その後所
定角度回転して原位置に戻るという一連の動作がなされ
る。

そして、この交換アームを駆動するための機構として、
従来では、例えば特開昭５８−４５８３６号に示すもの
がある。これは交換アームのアーム軸と平行なカム軸を
有し、このカム軸にはアーム前後ストローク制御用カム
部材とアーム回転制御用カム部材とがそれぞれ取付けら
れている。上記回転制御用カム部材は前面側と後面側に
２個のカム要素を有し、それらはさらにこのカム軸と平
行に設けた軸に支持されている２種類の伝動部材をそれ
ぞれ運動させ、一方の伝動部材はアーム軸に９０°回転
を、他方の伝動部材は１８０°回転をそれぞれ与えるよ
うに構成されている。

このような構成では、アーム軸と平行に少なくとも２本
の軸を必要とし、しかもそれぞれに複数個のカム部材、
ギヤ等の複数の伝動部材が設けられ、部品点数も多く、
非常に構造が複雑で機構部全体が大型化している。また
、アームの９０°回転と１８０°回転はそれぞれ別な歯
車伝動機構によってなされ、それらとアーム軸との係合
はアームの前後移動とともに係脱され、よって工具交換
、の高速度化が難しかった。

発明の目的 ここに、本発明の目的とするところは、交換アームの運
動制御および工具クランプ用シリンダの制御を・１個の
カム部材で行え、簡単な構造で機構部全体をコンパクト
にでき、しかも確実な伝動で工具交換動作を非常に高速
度化できることにある。

発明の概要 そこで、本発明は、アーム軸と直交する方向のカム軸に
、交換アームの回転運動、前後ストローク運動および工
具クランプ・アンクランプ動作の３種類のカム要素を一
体に形成した１個のカム部材を取付け、この１個のカム
部材の回転によって・工具交換位置を行わせるようにし
たものである。

実施例の構成 以下、本発明装置の具体的実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図は本発明の工具交換装置１を備えた工作機械の正
面図で、第２図はそのＡ−Ａ矢視断面図である。

まず、第１図において、２は工作機械の本体フレーム、
３はこの本体フレーム２前面に水平に取付けられた主軸
、４は加工テーブル、５はこの加工テーブル４に固定さ
れたマガジン支持フレーム、６はこの支持フレーム５の
上部前面に取付けられ複数種の工具を収納した工具マガ
ジン、７は上記支持フレーム５に支持され工具交換装置
１を構成する交換アーム、８はその駆動機構である。

上記交換アーム７はアーム軸９を中心とした両端に工具
把持部１０．１０が形成され、上記工具マガジン６から
割出され工具交換位置１１に移送された新しい工具Ｔと
上記主軸３に支持されている工具Ｔとをアーム７の前後
ストローク運動および回転運動によって同時に交換する
ものである。

次に、第２図において、１２は上記支持フレーム５に固
定され上記駆動機構８を収納しているハウジングである
。このハウジング１２には、交換アーム７のアーム軸９
を挿通して支持している筒部１２ａと、その−側方に中
空円盤状に突出されたカム収納部１２ｂとが形成されて
いる。

上記筒部１２ａ内において、上記アーム軸は上記筒部１
２ａの右端部すなわち第１図前端部に形成されている案
内筒部１２ｃによって回転自在にかつ軸方向に摺動自在
に案内支持され、アーム軸９の左端部すなわち第１図後
端部は、ベアリング１３．１４によってハウジング１２
に回転自在にかつ軸方向に固定されて支持された第１係
合部材としての回転筒１５に案内支持されている。この
回転筒１５とアーム軸９はスプライン係合され、よって
アーム軸９は回転筒１５内を軸方向に摺動移動可能であ
るが回転運動は回転筒１５に拘束されている。

次に、上記カム収納部１２ｂ内において、垂直方向のカ
ム軸１６を中心に回転される円盤状のカム部材１７が収
納されている。このカム部材１７の外周面には、第３図
で示すように第１カム要素としてのローラギヤカム１８
が形成され、またこのカム部材１７の上面には第２カム
要素としての第１溝カム１９（第９図）が、さらに下面
には第３カム要素としての第２溝カム２０（第８図）が
それぞれ刻設されている。

上記第１カム要素は交換アーム７の回転運動、すなわち
、原位置から９０°時計方向回転、１８００反時計方向
回転、そして９０°反時計方向回転を起こさせるように
形成され、上記第２カム要素は交換アーム７の前後スト
ローク運動を起こさせるように形成され、さらに上記第
３カム要素は上記主軸３における後述する工具クランプ
用シリンダ４３ｔ′動作切換させるように形成されてい
る。

上記カム軸１６はベアリング２１．２２を介してハウジ
ング１２に回転自在に支持され、その一端部はハウジン
グ１２上部に固定されたカム駆動用モータ２３に連結さ
れている。また、このカム軸１６とカム部材１７はスプ
ライン１６ａおよびフランジ１６ｂ、１６ｃによって回
転方向および軸方向に一体的に結合されている。

上記第１カム要素としてのローラギヤカム１８には、上
記回転筒１５に取付けられたローラギヤ２４がかみ合っ
ている。このローラギヤ２４は、回転筒１５に支承され
た放射状の複数本の軸２４ａにそれぞれ回転自在に取付
けられた複数個の係合ローラ２４ｂによって構成されて
いる。そして、この係合ローラ２４ｂのうちいずれか２
個が常に上記ローラギヤカム１８のカム面に転勤自在に
係合され、カム部材１７の回転に伴う上記ローラギヤカ
ム１８のカム曲線に基いて回転筒１５に上記時計方向お
よび反時計方向の回転運動が伝達されるようになってい
る。

また、上記カム部材１７の上面に対向して、第２係合部
材としての揺動アーム２５がハウジング１２から突設さ
れた軸２６を中心に揺動自在に設けられ、上記カム部材
１８の下面に対向して、第３係合部材としての揺動レバ
ー２７がこれと一体の軸２８を中心に揺動自在に設けら
れている。この揺動レバー２７の軸２８は、ハウジング
１２に回動自在に支持され、かつその一端部はハウジン
グ１２より外方へ突出している。

一上記揺動アーム２５は略Ｓ字状をなし、その両端には
上記軸２６と平行な各ローラ軸によってそれぞれ係合ロ
ーラ２９．３０が回動自在に取付けられている。一方の
係合ローラ２９は上記アーム軸９の中間部に形成された
一対のフランジ３１．３２からなる円周方向の係合溝３
３に転勤自在に係合されている。他方の係合ローラ２９
は上記カム部材１７の第２カム要素としての第１溝カム
１９に転動自在に係合され、カム部材１７の回転に伴う
上記第１溝カム１９のカム曲線に基いて揺動アーム２５
に揺動運動を与え、これによってアーム軸９に前進およ
び後退運動が伝達されるようになっている。すなわち、
揺動アーム２５が第２図の実線で示す状態のとき、アー
ム軸９は後退限位置に保持され、揺動アーム２５が第２
図の二点鎖線で示す状態に揺動されたとき、アーム軸９
は前進限位置に移動される。

上記揺動レバー２７は、その先端に上記軸２８と平行な
ローラ軸によって係合ローラ３４が回動自在に取付けら
れている。この係合ローラ３４は上記カム部材１７の第
３カム要素として第２溝カム２０に転勤自在に係合され
、カム部材１７の回転に伴う上記第２溝カム２０のカム
曲線に基いて揺動レバー２７に第２図の破線から二点鎖
線までの間の揺動運動を与えるようになっている。

この揺動レバー２７の軸２８は、第６図で示すようにそ
の一端部がハウジング１２より外方すなわち下方に突出
しており、その先端に作動レバー３５の基端が固着され
ている。

この作動レバー３５の先端は、第７図で示すように連結
ロッド３６およびアーム３７を介して軸３８と連結して
いる。この軸３８は上記支持フレーム５にベアリング３
９．４０によって回動自在に支持され、そしてこの軸３
８には上記交換位置１１において工具Ｔｔ′保持した工
具ボットＰのロック部材Ｌ７Ｉ！：移動させて工具Ｔを
ロックおよびアンロック動作する切換レバー４１が取付
けられている。

さらに、この作動レバー３５は本体フレーム２側に設け
られたメカバルブ４２の切換棒４２ａと長孔係合してい
る。このメカバルブ４２は第１０図で示すように主軸３
における工具クランプ用シリンダ４３への油圧供給路中
に設けられ、上記シリンダ４３のボートを切換えるため
の切換バルブである。

上記シリンダ４３のピストンロッド４４は、主軸３の軸
中心に挿入された摺動ロッド４５の一端と結合している
。この摺動ロッド４５は、ピストンロッド４４によって
皿ばね４６に抗して前進されたときに、主軸３に装着さ
れた工具ホルダーのプルスタッド頭部Ｈを押し出し、ク
ランプポール４７から外すことによって工具をアングラ
シブするものである。常時は第１１図のように上記皿ば
ね４６によって左方向へ引張られクランプ状態に保持さ
れている。

また、上記ピストンロッド４４の他端にはドグ４４ａが
設けられ、ピストンロッド４４が前進し揺動ロッド４５
が工具Ｔをアンクランプしたときに、上記ドグ４４ａが
リミットスイッチＬＳを押し工具アンクランブ信号が出
されるようになっている。

このように、上記揺動レバー２７の揺動運動は軸２８を
介して上記作動レバー３５を一体に揺動させ、交換位置
１１での工具ボットＰの工具Ｔのロックアンロックと、
主軸３での工具クランプアンクランプとを同時に行わせ
るようになっている。

また、上記油圧供給路中にはもう１つのメカバルブ４８
が上記メカバルブ４２と直列に設けられ、これは操作レ
バー４９によって作業者が必要時マニ、ユアル操作゛で
バルブ４８の切換えすなわち上記シリンダ４３のボート
切換えを行えるようになっている。

また、第３図および第４図で示すように、上記カム軸１
６の他端部すなわち第１図における下端部には３個のド
グ部材５０．５１．５２が設けられ、この各ドグ部材５
０．５１．５２にそれぞれ対応してハウジング１２に固
定されたスイッチ取付板５３に３個の近接スイッチ５４
．５５．５６が取付けられている。まず、第１のスイッ
チ５４は主軸３　Ｉｌｌの工具アングラシブ確認用スイ
ッチで、第２のスイッチ５５はアーム原位置確認用スイ
ッチで、第３のスイッチ５６はモータ停止指令スイッチ
である。これらは、カム軸１６のそれぞれ設定された回
転角度によって各動作タイミング確認用の基準信号を読
み取る。

さらに、第２図および第５図で示すように、上記アーム
軸９の一方のフランジ３２から左方すなわち第１図後方
に延びたドグ部材５７．５７がアーム軸９の外周に１８
０°離れた２箇所に突設されている。そして、このドグ
部材５７．５７に対応するように、ハウジング１２の筒
部１２ａに１個の近接スイッチ５８が取付けられている
。この近接スイッチ５８はアーム原位置スイッチで、ア
ーム軸９が後退限でかつ待機角度にある原位置に実際に
位置したときアーム７の原位置信号を出力する。

これらのスイッチ出力は、第１２図の動作タイミングに
基いた工具交換動作のたがいに開運し合った動作を確認
しながら各動作をスムーズに運行させるようになってい
る。

また、第２図に示すように、上記交換アーム７内には各
把持部１０．１０に対しクランプロッド５９．５９が摺
動自在に挿入され、この各クランプロッド５９．５９先
端部にクランプ爪６０．６０が連結されている。この各
クランプ爪６０はスプリング６１によって常に把持部１
０へ突出するように付勢されており、把持部１０内の工
具をクランプするものである。

このクランプロッド５９．５９をくさび作用によりクラ
ンプ状態にロックするくさびロッド６１が上記アーム軸
９内に摺動自在に挿入されている。

このくさびロッド６１は、前方の圧縮スプリング６２に
よって常に後方の係止ロッド６３に当接されている。こ
の係止ロッド６３は、その後端部がハウジング１２に調
整可能にねじ止めされたストッパ６４により位置規制さ
れており、アーム軸９が後退限位置にあるときは第２図
で示すように上記スプリング６２を圧縮させてくさびロ
ッド６１をアーム軸９に対して前方すなわち第２図右方
へ摺動させ両クランプロッド５９．５９の各傾斜面５　
　９ａ、５９ａをくさびロッド６１の傾斜面から解放し
、アンロック状態を維持している。そして、アーム軸９
の前進時は上記スプリング６２の復帰力によってくさび
ロッド６１は両クランプロッド５９．５９間に挿入され
、前進限位置では完全に上記傾斜面５９ａ、５９ａ間に
嵌まり込んで両クランプ爪６０．６０をロックする。

実施例の作用 次に、本実施例による工具交換動作を第１２図および第
１３図に順じて説明する。第１２図はカム軸１６の回転
に対する各動作タイミング図で、（ａ）はアーム７の回
転動作、（ｂ）はアーム７の前後ストローク動作、（ｃ
）はメカバルブ４２の切換動作、（ｄ）は工具クランプ
用シリンダ４３のピストンロッド４４のストローク動作
、（ｅ）はリミットスイッチＬＳによる主軸３の工具ア
ンクランプ信号、（ｆ）はスイッチ５４による工具アン
クランプ確認信号、（ｇ）はスイッチ５６によるモータ
２３の停止指令信号、（ｈ）はスイッチ５８によるアー
ム７の原位置信号、（ｉ）はスイッチ５５によるアーム
７の原位置確認信号を示す。

また、第１３図において実線で示すアーム７の角度が待
機角度でこのときアーム７は後退限にあり、すなわちア
ーム７の原位置を表わしている。

この位置を、カム軸１６の始点すなわち回転角度０°と
している。

モータ２３が始動しカム軸１６が（ア）の角度まで回転
する間に、ローラギヤカム１８→ローラギヤ２４→回転
筒１５→アーム軸９の運動伝達によってアーム７は第１
３図の原位置から実線矢印（り）のように時計方向に９
０°回転され、二点鎖線７′のようにその両把持部１０
’　、１０’　によって交換位置１１と主軸３にある工
具Ｔを同時に把持する。

また、第２溝カム２０→揺動レバー２７→作動レバー３
５→メカバルブ４２の運動伝達によりメカバルブ４２は
スプリング４２ｂの弾発力も伴って右方へ移動され第１
０図の状態に切換ねり、ポート４３ｂからシリンダ４３
の左側の圧力室に油を流入し、ピストンロッド４４を前
進させる。これと同時に交換位置１１にある工具ボット
Ｐのロック部材しもアンロック方向に切換動作される。

　　　。

次に、カム軸１６が（イ）の角度まで回転したときに主
軸３は工具Ｔｆ！：アンクランブし、リミットスイッチ
ＬＳが工具アンクランプ信号を出力する。その後（つ）
の角度でスイッチ５０が工具アンクランプ確認信号を出
力し、この確認信号を基準としてその前段階に上記工具
アンクランプ信号が出力されていれば、カム軸１６から
クランプ用シリンダ４３への動作伝達に異常がないこと
が確認される。

そして、カム軸１６が（１）の角度にくると第１溝カム
１９→揺動レバー２５→アーム軸９の運動伝達によって
アーム軸９は前進動作され、（オ）の角度までに工具ポ
ットＰと主軸３から画工具Ｔが抜き取られる。このとき
アーム軸９の前進によりくさびロッド６１が両クランプ
ロッド５９．５９間に係合し、両把持部１０．１０のク
ランプ爪６０．６０はクランプ状態にロックされる。

そして、（り）の角度までの間にローラギヤカム１８に
よってアーム７は第１３図三点鎖線矢印（チ）のように
反時計方向に１８０°回転され、交換位置１１側の新し
い工具Ｔを主軸３側へ、主軸３側の工具Ｔを交換位置１
１側へ位置交換する。

この間（力）から（キ）までの角度内ではアーム７は前
進限位置を維持している。そして、（キ）の角度から第
１溝カム１９によってアーム７が後退動作され、（ケ）
の角度までに主軸３に新しい工具Ｔが、交換位置１１で
の空ボットＰには主軸３側からの旧工具Ｔが同時に装着
される。このとき、アーム軸９の後退によりくさびロッ
ド６１が両クランプロッド５９．５９から外れ、クラン
プ爪６０．６０はアンロックされる。これと略同時に第
２溝カム２０によってメカバルブ４２および工具ポット
Ｐのロック部材りが切換えられる。すなわち、メカバル
ブ４２は第１０図の状態からスプリング４２ａに抗して
左方向へ移動され、ボート４３ａからシリンダ４３の右
側の圧力室に油を流入し、皿ばね４６の復帰力も伴って
ピストンロッド４４を後退させる。それからすぐ（コ）
の角度位置で主軸３は工具Ｔを完全にクランプし、工具
ボットＰも工具Ｔをロックする。

その後（す）の角度でアーム９は後退限位置のままロー
ラギヤカム１８によって、第１３国王点鎖線矢印（ツ）
のように反時計方向にさらに９０゜回転され待機角度に
戻される。このとき、カム軸１６の（シ）の設定角度で
スイッチ５６がモータ停止指令信号を出力し、図示しな
いリレーを介してモータ２３に停止信号が送られる。さ
らに（ス）の角度位置でスイッチ５８がアーム軸９のド
グ部材５７を検出してアーム原位置信号を出力する。

そして、その後の（セ）の角度位置でスイッチ５５がア
ーム原位置確認信号を出力する。上記アーム原位置が出
力されたとき、これを基準としてその前段階に上記モー
タ停止指令信号が出力されており、かつ上記アーム原位
置確認信号が出力されたとき、これを基準としてその前
段階に上記アーム原位置信号が出力されていた場合、す
なわち第１２図のように（シ）（ス）（セ）の順序で各
信号が出力されていれば、カム軸１６からアーム７への
動作伝達に異常がないことが確認される。

ψ　そして、（ソ）の角度でアーム７は完全に原位置に
静止され、カム軸１６の３６０”　、すなわち０°でカ
ム軸９は停止し、工具交換動作の一サイクルを終了する
。

なお、主軸３に対し手動で工具Ｔを取換えたい場合、或
は故障時、すぐに工具Ｔを取外したい場合などには操作
レバー４９によって手動用のメカバルブ４８を切換える
ことにより、任意時に作業者の手によって主軸３の工具
クランプアンクランプ切換を行うことが可能である。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、交換アームの回転
運動と前後ストローク運動そして主軸ＩＢの工具クラン
プアンクランプ動作を行う３つのカム要素を１つのカム
部材に一体に形成し、このカム部材を交換アームのアー
ム軸と直交する方向のカム軸に支持し、この１つの力、
ム部材を一回転させ°るだけで上記３種類の運動制御を
一度に成し得るようにしたので、複数のカム部材やクラ
ンク機構成は複雑な歯車機構やゼネバ機構等を必要とせ
ず、それぞれ上記カム部材との間に１個ずつの係合部材
を介して伝動が可能であり、部品点数が削減でき、構造
がきわめて簡単で、機構部全体を非常にコンパクトにで
きる。

そして、交換アームの交換動作に対し、タイミングのず
れを生じることなく、工具クランプ用シリンダに正確な
動作が伝えられるため、交換アームが主軸から工具を抜
きとるときおよび挿し込むときには主軸側のヘッドは確
実に工具アンクランプ状態となり、かつ主軸に工具が装
着されたときには工具を確実にクランプし、工具交換動
作がスムーズにかつ非常に短時間に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具交換装置を備えた工作機械の正面
図、第２図は第１図中Ａ−Ａ矢視断面図、第３図は第２
図中Ｂ−Ｂ矢視断面図、第４図は第２図中Ｃ−Ｃ矢視断
面図、第５図は第３図中Ｙ矢視図、第６図は第１図中Ｘ
矢視図、第７図は第１図中Ｘ矢視図、第８図は第２溝カ
ムの形状を示す図、第９図は第１溝カムの形状を示す図
、第１０図は工具クランプ用シリンダ駆動用の油圧回路
図、第１１図は第１０図中り円内の拡大図、第１２図は
カム軸の回転に対する交換アーム等の各動作タイミング
図、第１３図は交換アームの回転動作の説明図である。 １・・・工具交換装置、３・・・主軸、６・・・工具マ
ガジン、７・・・交換アーム、９・・・アーム軸、１１
・・・交換位置、１５・・・第１係合部材としての回転
筒、１６・・・カム軸、１７・・・カム部材、１８・・
・第１カム要素としてのローラギヤカム、１９・・・第
２カム要素としての第１溝カム、２０・・・第３カム要
素としての第２溝カム、２３・・・カム駆動用モータ、
２４・・・ローラギヤ、２５・・・第２係合部材として
の揺動アーム、２７・・・第３係合部材としての揺動レ
バー、３０・・・係合ローラ、３４・・・係合ローラ、
４２・・・切換バルブとしてのメカバルブ、４３・・・
工具クランプ用シリンダ。 第１図 第６図 【オ） 男８図　　　　　　　男９図 も７図 第１０図 第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸と工具マガジンとの間においてこれらの軸と
   平行なアーム軸によって交換アームが前後ストローク運
   動および回転運動することによって、主軸に支持された
   工具と工具マガジンからの工具とを同時交換するように
   した装置において、上記アーム軸と直交する方向のカム
   軸を設け、このカム軸には、上記交換アームの時計方向
   および反時計方向の回転運動を起こさせるための第１カ
   ム要素、上記交換アームの前後ストローク運動を起こさ
   せるための第２カム要素および上記主軸における工具ク
   ランプ用シリンダを動作させるための第３カム要素を一
   体に有するカム部材が取付けられ、このカム部材と上記
   アーム軸との間に、上記第１カム要素と係合して動作さ
   れ上記アーム軸に回転方向の運動を伝達する第１係合部
   材、および上記第２カム要素と係合して動作され上記ア
   ーム軸に軸方向の進退運動を伝達する第２係合部材を設
   けるとともに、上記カム部材と上記工具クランプ用シリ
   ンダへの油圧供給路中に接続した切換バルブとの間に、
   上記第３カム要素と係合して動作され上記切換バルブの
   切換動作を行う第３係合部材を設け、モータによる上記
   カム部材の回転によつて上記交換アームの工具交換動作
   および主軸における工具クランプアンクランプ動作を行
   わせることを特徴とする工作機械における工具交換装置
   。
2. （２）上記第１カム要素はローラギヤカムで形成され、
   上記第１係合部材は上記ローラギヤカムと係合するロー
   ラギヤを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の工作機械における工具交換装置。
3. （３）上記第２カム要素は溝カムで形成され、上記第２
   係合部材は上記溝カムと係合する係合ローラを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項記載
   の工作機械における工具交換装置。
4. （４）上記第３カム要素は溝カムで形成され、上記第３
   係合部材は上記溝カムと係合する係合ローラを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項記載
   の工作機械における工具交換装置。