JPH0155938B2

JPH0155938B2 -

Info

Publication number: JPH0155938B2
Application number: JP59183336A
Authority: JP
Inventors: Shinji Muraki; Junichi Shiozawa
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1989-11-28
Also published as: JPS6161735A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、工作機械の工具を自動的に交換する
ための駆動装置に関する。

従来技術ツインアーム形式の自動工具交換装置では、ツ
インアームの軸を中心とする旋回運動のほかに、
その軸線方向への進退運動が必要となる。従来の
装置では、これらのそれぞれの運動ごとに駆動源
が設けられているため、その駆動源の設置数が多
くなり、それらの順次制御が複雑となるほか、小
型化が困難となる。またこれらの複数の駆動源が
通常各動作の完了を待つて順次起動するようにな
つているため、工具交換時の動作の高速化に限界
がある。

また、特開昭58−45836号公報や実開昭59−
50646号公報などは、工具交換用の軸に旋回運動
と進退運動を与えるために、１つの駆動源の回転
運動を２つの伝達経路に分割し、一方の伝達経路
に複雑な輪郭形状のカム機構を採用し、そのカム
で工具交換用の軸に対し進退運動を与えている。
しかし、これらの従来技術によると、回転力が２
つの伝達経路に分岐しているため、それらの伝達
経路の間で、正確な同期調整が必要であり、これ
が同期ずれの原因となつている。また、複雑な輪
郭形状のカムが不可欠であるため、その製作過程
で、実施上の困難が伴う。

発明の目的したがつて、本発明の目的は、１つの駆動源で
ツインアームの旋回および進退運動すなわち複合
的な運動を得られるようにし、駆動部の構造の簡
略化を図るとともに、それらの複合運動を同時に
かつ滑らかに行わせることにより、工具交換動作
の高速化を図ることである。

発明の概要そこで、本発明は、１つの駆動源の回転運動を
往復スライダクランク機構によりツインアーム軸
の往復運動に変換するとともに、上記駆動源の回
転運動を間欠運動機構、例えばゼネバ機構および
ラツク・ピニオン機構を用いてツインアーム軸に
回転方向の運動として伝達するようにしている。
ここで往復スライダクランク機構のスライダおよ
び間欠運動機構のゼネバ歯車は、衝撃のない、滑
らかな運動をするから、工具交換動作は、滑らか
な運動のもとに、高速で行える。また、間欠運動
機構が駆動源に対し一部の範囲でのみ伝達力を受
けることになるから、ツインアーム軸の旋回運動
と進退運動とを理想的な状態で複合化できること
になる。さらに、これらの複合運動が１つの駆動
源によつて機械的に常に同期しているから、それ
らの複合運動に従来のような特別な制御手段が必
要とされず、動作が確実となる。

発明の構成以下、本発明の一実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。

まず、第１図ないし第４図は、本発明の自動工
具交換用駆動装置１を示している。この自動工具
交換用駆動装置１は、工作機械の主軸頭２または
この実施例のように、それに取付けられるケース
体３の内部に組み込まれる。このケース体３は、
主軸頭２の部分の主軸４と平行な状態で、筒状の
ツインアーム軸５を先端部分で２つの滑り軸受６
により回転自在で、しかも軸線方向に摺動可能な
状態で保持している。このツインアーム軸５の後
端部分は、玉軸受７によりスライダ８に対し回転
自在に支持されている。このスライダ８は、ブシ
ユ９によつて、ガイドバー１０に対し摺動自在に
案内されるようになつている。なお、このガイド
バー１０は、ツインアーム軸５と平行な状態で、
ケース体３に取付けられている。

また、上記ツインアーム軸５は、その内部で爪
開閉駆動部材として爪開閉軸１１を収納してい
る。この爪開閉軸１１は、先端部分で滑り軸受１
２によつて支持されており、かつ後端部分でスプ
ライン１３ではまり合うカツプリング１４により
支持されている。このカツプリング１４は、ツイ
ンアーム軸５の内部で滑り対偶のもとに回転自在
に支持されており、かつ内部の圧縮スプリング１
５によつて、常に後退する方向に付勢されてい
る。

このカツプリング１４は、第５図および第６図
に示すように、その先端面で直交する方向のかみ
合い溝１６を形成しており、この部分で回転駆動
軸１７のかみ合い突起１８にはまり合えるように
なつている。なお、このかみ合い突起１８は、第
７図および第８図に示すように、回転駆動軸１７
の両側面を面取りすることによつて形成されてい
る。この回動駆動軸１７は、軸受押え兼用のキヤ
ツプ１９の中心孔を通り、かみ合い溝１６の内部
に臨んでいる。このキヤツプ１９は、ツインアー
ム軸５の先端面に固定されており、その内側すな
わちカツプリング１４と対応する面で、第９図お
よび第１０図に示すように、かみ合い溝１６とは
まり合う４つの突起２０を一体的に形成してい
る。

そして、上記の回転駆動軸１７は、主軸頭２に
固定された軸受ブラケツト２１によつて回転自在
に支持されており、アーム２２の先端部分でピン
２５によりシリンダ２３のピストンロツド２３ａ
に連結されている。なお、このシリンダ２３は、
支持ピン２４およびブラケツト２６により主軸頭
２に取付けられている。

一方、１つの駆動源としてのロータリアクチユ
エータ２７はケース体３の側面に対しカバー２８
とともに取付けられており、その出力軸２９によ
り、ケース体３の内部で原動側の回動アーム３０
に回り止め状態で連結されている。この回動アー
ム３０の先端部分は、連結ピン３１によりリンク
部材３２の一端に回り対偶の状態で連結されてい
る。このリンク部材３２の他端部分は、連結ピン
３３により前記スライダ８に同様に、回り対偶に
より連結されている。なお、上記出力軸２９と同
一軸線上で、補助軸３４がローラ軸受３５により
回転自在に支持されている。この補助軸３４は、
前記連結ピン３１に連結された補助アーム３６を
回転自在に支持している。この補助アーム３６
は、上記連結ピン３１を回動アーム３０ととも
に、いわゆる両持ち状態で支持している。また上
記連結ピン３１は、補助アーム３６の端部でロー
ラ状の係合子３７を回転自在に支持している。そ
して、上記のスライダ８、出力軸２９、回動アー
ム３０、連結ピン３１，３３およびリンク部材３
２は、往復スライダクランク機構を構成してい
る。

また、上記ケース体３は、出力軸２９および連
結ピン３３を結ぶ直線上で、支軸３８によりゼネ
バレバー３９を回転自在に支持している。このゼ
ネバレバー３９は、上記係合子３７とともにゼネ
バ機構を構成していて、その係合子３７に対し
て、従動側であり、それとはまり合う係合溝４０
を一体的に形成している。この係合溝４０の先端
の開口部は、上記係合子３７の円弧状の回動域に
臨んでおり、円弧状の軌跡に対して接線方向に位
置している。またこのゼネバレバー３９は、係合
溝４０と異なる側で、軸４１によつて連動体４２
に対し回動自在にはまり合つている。この連動体
４２は、四角柱であり、ラツク杆４３の背面に形
成された滑り溝４４の内部に摺動可能な状態では
まり合つている。上記ラツク杆４３は、円柱状で
あり、ケース体３の案内孔４５の内部で軸線方向
に摺動自在に保持されており、ケース体３に固定
された回り止めピン４６およびラツク杆４３の軸
線方向の回り止め溝４７とのはまり合いにより回
り止め状態となつており、またラツク杆４３に形
成された２つの窪み４８に対するケース体３に設
けられたクリツクボール４９のはまり合いによ
り、前進限または後退限で位置決め状態とし、位
置ずれを阻止できる構造となつている。なお、こ
のラツク杆４３の前進限および後退限は、ラツク
杆４３の先端および後退に対応する近接センサー
５２，５３によつて電気的に検出される。そし
て、このラツク杆４３のラツク５０は、前記ツイ
ンアーム軸５の外周面に長手方向に沿つて形成さ
れたピニオン５１とかみ合つている。なお、上記
ピニオン５１は、ツインアーム軸５の進退方向の
ストロークの範囲にわたつて形成されている。

そして、上記のツインアーム軸５は、第１１図
に示すように、先端のフランジ部分で取付けねじ
５４によりツインアーム本体５５を固定してい
る。このツインアーム本体５５は、これに固定さ
れたカバー５６とともに、第１２図に示すように
内部で共通のギヤ５７、２つのギヤ５８，５９，
６０および２つの位置決めピン６１を収納してい
る。すなわち上記のギヤ５７は、前記回転駆動軸
１７の先端に固定されており、２つのギヤ５８に
異なる位置でそれぞれかみ合つている。これらの
ギヤ５８は、その一部で回転軸を兼用し、しかも
複合ギヤとなつており、一方の歯の部分でそれぞ
れのギヤ５９とかみ合つており、また他方の歯の
部分で対応の位置決めピン６１のラツク６２にか
み合つている。また上記ギヤ５９，６０は、互い
にかみ合い、かつそれぞれの軸６３に対し回り止
め状態で固定されている。そしてこの軸６３，６
４は、それぞれのチヤツク爪６５，６６の基端部
に対しピンなどにより回り止め状態で固定されて
いる。これらの一対のチヤツク爪６５，６６は、
軸６３，６４を中心として開閉動作を行い、その
円弧状の把持部６７，６８により工具ホルダー６
９を保持する。また上記位置決めピン６１は、ツ
インアーム本体５５およびカバー５６の内部で、
一対のチヤツク爪６５，６６の対称軸の方向にそ
つて進退自在に設けられており、その先端を把持
部６７，６８の内部に臨ませ、工具ホルダー６９
の位置決め溝７０にはまり合うことにより、工具
ホルダー６９を回転方向に位置決め状態とする。

発明の作用次に、上記自動工具交換用駆動装置１の作用を
説明する。

駆動源としてのロータリアクチユエータ２７の
出力軸２９が回動アーム３０を第２図に示すよう
に原位置Ａに置いているとき、スライダ８および
これに連結されたツインアーム軸５は、後退位置
にある。ツインアーム軸５がこの後退位置にある
とき、一対のチヤツク爪６５，６６は、爪開閉軸
１１の回転を受けて開放状態となり、例えば回転
式の工具マガジン７１および主軸４の工具ホルダ
ー６９を把持できる位置まで移動している。

このような状態でシリンダ２３のピストンロツ
ド２３ａが回転駆動軸１７を所定の方向に回転さ
せると、その回転は、かみ合い溝１６およびかみ
合い突起１８のかみ合いによつて、カツプリング
１４に伝達され、さらにスプライン１３を経て、
そのまま爪開閉軸１１に伝達される。この爪開閉
軸１１の回転は、ギヤ５７，５８，５９，６０を
経て、軸６３，６４に伝達されるため、一対のチ
ヤツク爪６５，６６は、閉じる方向に回動し、工
具ホルダー６９を挟み込みチヤツク状態で保持す
る。これと同時に、位置決めピン６１がギヤ５８
の回転を受けて、突出方向に移動し、その先端を
工具ホルダー６９の位置決め溝７０に押し込むた
め、それらの工具ホルダー６９は、ツインアーム
本体５５のそれぞれの先端部分で回転方向に位置
決めされ、かつ工具ホルダー６９の外周の溝によ
り抜け止め状態で把持される。

この状態で、ロータリアクチユエータ２７の出
力軸２９が第２図で時計方向に回動すると、スラ
イダ８がガイドバー１０に案内されながら、出力
軸２９に接近する方向に移動するため、ツインア
ーム軸５は、爪開閉軸１１とともに前進方向、す
なわち第１図で左方向に移動し、把持状態の２つ
の工具ホルダー６９を主軸４および工具マガジン
７１から抜き出す。出力軸２９が等速回転運動を
するとき、スライダ８の加速度は、正弦曲線に近
い曲線で変化し、ツインアーム軸５の前進運動
は、衝撃のない状態で、滑らかに開始される。

一方、ツインアーム軸５が前進すると、回転駆
動軸１７は、キヤツプ１９から抜け出てしまい、
カツプリング１４のかみ合い溝１６とかみ合わな
くなる。しかし、ツインアーム軸５が前進を開始
すると、キヤツプ１９も一体的に前進し、圧縮ス
プリング１５がカツプリング１４をキヤツプ１９
の突起２０の部分に押しつけるため、かみ合い突
起１８がかみ合い溝１６から外れる前に、カツプ
リング１４のかみ合い溝１６にキヤツプ１９の突
起２０がかみ合うので、ツインアーム軸５と一体
的なキヤツプ１９によつて回り止め状態となる。
したがつて、ツインアーム軸５が前進する過程
で、一対のチヤツク爪６５，６６は、開放状態と
ならず、把持状態のままとなつている。

出力軸２９がさらに回転し、係合子３７の円弧
状の回動域と、ゼネバレバー３９の回動域とが交
差する位置すなわち連動位置ａの位置にくると、
２つの工具ホルダー６９は、主軸４および工具マ
ガジン７１から完全に抜き出された状態になる。
この時点で、係合子３７がゼネバレバー３９の係
合溝４０にはまり込み、その後の回転によつてゼ
ネバレバー３９を第２図で反時計方向に回動させ
る。このゼネバレバー３９の回動は、軸４１およ
び連動体４２によつてラツク杆４３に直線運動と
して伝達される。そこでこのラツク杆４３は、そ
のラツク５０でツインアーム軸５のピニオン５１
にかみ合い、ツインアーム軸５に旋回運動を与え
る。

係合子３７の中心が出力軸２９と連結ピン３３
とを結ぶ直線上にきたとき、ツインアーム軸５
は、前進限まで移動し、かつ90度の回転角だけ旋
回している。その後、係合子３７の中心が他方の
連動位置ｂの位置まで来ると、ツインアーム軸５
は、完全に180度だけ旋回し、後退運動に入つて
いる。このようにしてゼネバレバー３９は、連動
位置ａから連動位置ｂの間でほぼ90度回転する
が、このときのラツク杆４３のストロークは、ラ
ツク５０およびピニオン５１とのかみ合い関係に
より、ツインアーム軸５に完全な180度の旋回角
度を与え得る長さに設定されている。

しかも、従動側のゼネバレバー３９の角速度
は、前半でゼロから滑らかに立ち上がり、回動域
の中心位置つまりスライダ８の速度ゼロ位置で最
大速度となり、かつ後半で滑らかに立ち下がる。
したがつて、駆動源側の回転速度が仮に一定であ
つたとしても、旋回・往復の複合的な運動過程
で、旋回運動および往復進退運動は、相互に慣性
上干渉せず、かつ衝撃のない滑らかな高速運動と
なり得る。

さらに、係合子３７が連動位置ｂから原位置Ｂ
に移動する間に、工具マガジン７１から取り出さ
れた新たな工具ホルダー６９は、主軸４の内部に
納められ、またこの主軸４から取り外された前の
工具ホルダー６９は、工具マガジン７１の所定の
位置に納められる。

ツインアーム軸５が後退限まで移動すると、回
転駆動軸１７が再びキヤツプ１９の内部に入りカ
ツプリング１４を押し、キヤツプ１９とカツプリ
ング１４とのかみ合いを外し、カツプリング１４
を回転できる状態に戻し、かつこれにかみ合う。
ここでシリンダ２３がそのピストンロツド２３ａ
を移動させ、回転駆動軸１７により爪開閉軸１１
に一対のチヤツク爪６５，６６を開放する方向の
回転を与えることにより両端の工具ホルダー６９
を解放し、アンチヤツク状態にする。このように
して一連の工具交換動作が完了することになる。

なお、次の工具交換動作では、出力軸２９が逆
方向に回転し、必要な工具交換動作を行うことに
なる。

発明の変形例上記の実施例は、工具交換動作の高速化のため
に、ゼネバ歯車機構を用い、従動側のゼネバレバ
ー３９を加速度の急変のない状態で駆動してい
る。しかし、この原動側の回動アーム３０と従動
側のゼネバレバー３９との関係は、円弧状の回動
域の部分でのみ回転を伝達するいわゆる間欠回転
機構であればよいから、加速度の急変を犠牲にす
るならば、例えば欠歯歯車機構で置き換えること
もできる。

また、上記実施例は、ゼネバレバー３９を支軸
３８により回動自在に支持し、この回転運動をラ
ツク杆４３に直線運動に変換した上で伝達してい
るが、このゼネバレバー３９は、第１３図のよう
に、ラツク杆４３に対し直接、直交状態で固定的
に取付け、その係合溝４０を適切な位置の係合子
３７の円弧状の回動域の接線方向に臨ませておい
てもよい。

また駆動源は、ロータリアクチユエータ２７に
限らず、電動機あるいはシリンダなどで構成する
こともできる。

発明の効果本発明では、下記の特有の効果が得られる。

まず第１に、ツインアーム軸の進退運動および
旋回運動すなわち複合的な運動が１つの駆動源に
よつて得られるから、駆動部分の構造が簡略化で
き、小型化および低価格化が可能となる。

第２に、複合的な運動が、機械的に連動した状
態で行われるため、それぞれの運動の同期が確実
であり、電気的な同期制御が不必要となり、さら
に制御回路などにインターロツクなどの安全手段
が必要とされない。

さらに、第３として、１つの駆動源の回転運動
が２つの伝達経路に分割されないまま、有機的な
結合状態の往復スライダクランク機構およびゼネ
バ機構の原動側の機械要素に伝達され、ツインア
ーム軸の進退運動の適切な位置で、旋回運動が得
られ、しかもそれらの運動が常に運動の初期およ
び周期で滑らかな加速度で立ち上がるため、従動
側のゼネバレバーのかみ合い運動時に加速度の急
変がなく、しかも全体として衝撃のない滑らかな
複合的な高速運動が得られる。

さらに、第４として、１つの駆動源の回転運動
が直接往復スライダクランク機構およびゼネバ機
構に伝達され、その伝達経路が単一となつている
ため、機械的な同期ずれがなく、タイミング合わ
せも必要とされない。

最後に、第５として、運動の伝達過程で、カム
機構が用いられていないため、複雑な輪郭曲線の
設計や製作なども必要とされないため、この装置
の実施が簡単な構造上の利点と相まつて、容易に
実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動工具交換用駆動装置の断
面図、第２図は同装置を第１図の−線矢印か
ら見た断面図、第３図は第１図の−線矢印で
の断面図、第４図は回転駆動軸の駆動部を第１図
の右側から見た正面図、第５図はカツプリングの
正面図、第６図はカツプリングの断面図、第７図
は回転駆動軸の側面図、第８図は回転駆動軸の正
面図、第９図はカバーの正面図、第１０図はカバ
ーの断面図、第１１図はツインアームの部分の断
面図、第１２図はツインアームの内部の底面図、
第１３図は他の実施例での間欠運動機構の断面図
である。１……自動工具交換用駆動装置、４……主軸、
５……ツインアーム軸、８……スライダ、１１…
…爪開閉軸、１４……カツプリング、１７……回
転駆動軸、１９……キヤツプ、２３……シリン
ダ、２７……駆動源としてのロータリアクチユエ
ータ、２９……出力軸、３０……回動アーム、３
２……リンク部材、３７……係合子、３９……ゼ
ネバレバー、４０……係合溝、４２……連動体、
４３……ラツク杆、５１……ピニオン、５５……
ツインアーム本体、６５，６６……チヤツク爪、
６９……工具ホルダー、７１……工具マガジン。

Claims

【特許請求の範囲】

１内部に爪開閉駆動部材が貫通するツインアー
ム軸と、このツインアーム軸の方向に往復動自在
に案内され上記ツインアーム軸を回転自在に支持
するスライダと、上記ツインアーム軸と直交方向
に往復動自在に案内され上記ツインアーム軸の外
周に設けたピニオンと常時かみ合うラツク杆と、
駆動源により回動する回動アームと、この回動ア
ームと上記スライダとを連結するリンク部材と、
上記回動アームと一体に回転する係合子およびこ
の係合子の回動域に設けられ上記ラツク杆を往復
動させるゼネバレバーからなるゼネバ機構と、を
具備することを特徴とする自動工具交換用駆動装
置。