JPH0215935A - 工作機械の自動工具交換装置 - Google Patents

工作機械の自動工具交換装置

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JPH0215935A
JPH0215935A JP63160731A JP16073188A JPH0215935A JP H0215935 A JPH0215935 A JP H0215935A JP 63160731 A JP63160731 A JP 63160731A JP 16073188 A JP16073188 A JP 16073188A JP H0215935 A JPH0215935 A JP H0215935A
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    • Y10T483/1733Rotary spindle machine tool [e.g., milling machine, boring, machine, grinding machine, etc.]
    • Y10T483/179Direct tool exchange between spindle and matrix

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタレット上に多数の工具保持具を備え、工具交
換位置でタレットに工具割出し回転を伝達して、主軸頭
の工具とタレット上の選定した工具とを交換する、工作
機械の自動工具交換装置に関するものである。
〔従来の技術〕
本願発明の基礎をなし、且つ現在用いられている工作機
械の自動工具交換装置は、第7A、7B及び70図に示
す構成を備えている。
即ち、第7A乃至70図に示す如く、多数の工具保持具
9を周縁に備えたタレット3がサポート5上に支点01
により揺動可能に軸支されたクランク6′に垂下保持さ
れ、クランク6′の両側上腕の先端に係止した両側の引
張バネ17′によってタレット3が工具交換待機位置に
付勢保持され、クランク上に設けた係止レバー11は、
バネ42で常時係合突起41がタレットギヤ27と係合
してタレット3の回動を阻止すると共に、下端のローラ
40が押圧された時のみ保合突起41がタレットギヤ2
7から外れる如くされている。
また、サポート5上に支点Oxで揺動可能に軸支れた両
側のリンク4′の上端は、クランク6′上のローラ30
′に係合すると共に下端にローラ29′を備えている。
いっぽう、下方の作業位置と上方の工具交換位置との間
をガイド20によってリニアレールR上を摺動して上下
動する主軸22には、下端で工具7を把持する主軸頭1
がタレット3に対向する前面中央部に設けてあり、主軸
頭1は前面中間ローラ40を作動するカム2を備えてい
る。主軸頭の両側部には凹カム面80′を有する1対の
第1カム8′が各ローラ29′を作動するために配置し
である。
また、主軸上部中央に配置されたL型のアーム19は、
上端にローラ39と前端に係合片Eを備え、主軸が工具
交換位置へ上昇した時に、ローラ39がカム(図示なし
)の作用を受けて、アーム19の係合片Eが主軸頭上部
の解放機構Hを作動し、主軸頭下部の工具7を解放する
ようになっている。
作用に関しては、第7A図は主軸22が下方位置を占め
ており、工具7が作業中の位置であるが、工具交換の指
令があれば、主軸22は第7A図の位置から上昇し、第
1カム8′がローラ29′に接触した後、凹カム面80
′のローラ29′に対する作用により、リンク4′を矢
印A、方向に回動してクランク6′とタレット3とを矢
印B方向に揺動前進し、空の工具保持具9のフィンガー
91が、第7C図に示す軌跡L′のうちのLlの行程終
端で、工具のテーバ溝71内に滑入し、ついで第1カム
8′のカム角部に対するローラ29′の転勤により生ず
る曲線軌跡Lcに入ると同時に、アームローラ39も、
上方の第2カム(第7A図なし)の作用を受けてアーム
前端の係合片Eを主軸頭l上部の解放機構Hに嵌入作動
して、主軸頭1の工具のアーバ70に対する把持を解放
し、以後の主軸頭1の上昇によってフィンガー91が第
70図り、→L2の軌跡を描きながら工具7を主軸頭1
から抜脱する。工具7の抜脱後の主軸頭の上昇によって
タレットギヤに主転ギヤが噛合し、同時に、第3カム2
のローラ40に対する作用により、係止レバー11を圧
縮バネ42に抗して回動して、その係合突起41のタレ
ットギヤに対する保合を離脱する。この状態で主軸頭が
工具の割り出し回転をして、選択された工具7を有する
工具保持具9が主軸頭1の下部に位置決めされ、次の主
軸頭lの下降により、第3カム2がローラ40を解放し
て係止レバー11によりタレットの回転を止めたま\、
第2カムがアームローラ39を解放してアーム19の係
合片Eを主軸頭の解放機構Hから抜脱して主軸頭1によ
る工具7の把持を達成させ、第1カム8′がローラ29
′を解放して引張スプリング17′によってタレット3
を工具交換待機位置に戻して工具交換作用が完了する。
〔発明が解決しようとする課題〕
本願発明の基礎をなす前述の自動工具交換装置にあって
は、 1、タレット3の工具保持具9が工具交換位置へ前進し
て主軸頭lから工具7を抜脱する際に、カム8′の凹カ
ム面80′のカム角部とリンク4′のローラ29′との
作用により、工具保持具のフィンガー91が第7C図に
示す如きL′の軌跡、即ちL + −L c”= L 
zの軌跡をたどることとなり、フィンガー91がテーバ
溝71を挾持して工具7を引抜く際に、その水平進入か
ら垂直引抜きの瞬間に半径rの円弧軌跡Lcを経ること
となり、アーバ70に曲げ応力を及ぼすと共に、フィン
ガー91がテーバ溝71内で無理な力による滑りを生じ
、結局工具保持具9の端部に無理な力が作用することと
なり、工具の主軸頭に対する円滑な嵌入、抜脱の障害と
なり、確実な工具交換動作のさまたげとなっていた。
2、また、主軸が上昇して第1カム8′及び第2カムが
、それぞれローラ29′及びアームローラ39の位置に
至ると必然的に工具交換作用を生起するため、主軸の加
工動作領域としてがなりの高さを設定する必要のある場
合には、ローラ29′及びアームローラ39をかなり高
い所に設置する必要があり、従って工具交換時の主軸の
上下動程が大となって工作機械の寸法が大となり、機械
の操業性能上、製造上、運搬上、及び設置スペース上の
不利を伴っていた。
3、また、クランク自体がタレット後退保持用のバネを
有し、かつクランクへのリンクの作用点であるローラ3
0′とクランク支点o1との距離が短いため、クランク
の保持には大きな力を作用させており、従って、ひずみ
の変動による振動が大きくて、機械の精密平滑な運転の
障害となっていた。
本願発明はこれら課題を抜本的に解決することを目的と
するものである。
〔課題を解決するための手段及び作用〕請求項1の発明
は、特に前述の課題1を解決するためのものであり、例
えば、第1図及び第2図に示す如く、タレットギヤ27
を備えたタレット3を回転自在に保持してサポート上に
揺動可能に支点O1で軸支したクランク6と、クランク
6を工具交換位置に付勢する引張バネ17とレバーロー
ラ29とを後端上部に備えてサポート5上に支点0で揺
動可能に軸支したレバー4の前端とを、負荷リミッタと
して機能するバネ18を備えたロッド1′0で連結する
と共に、上下動する主軸22にはレバーローラ29に作
用する第1カム8を取付け、レバー4を定位置に保持す
るレバー揺動ストッパ24と、クランク6の工具交換位
置への前進運動を定位置で停止するクランク揺動ストッ
パ23とをサポート5上に設置したものである。
従って、主軸が工具交換のために上昇すれば、第1カム
8がレバーローラ29を作動して引張バネ17に抗して
レバー4を矢印A方向に回動しながらクランク6を主軸
頭1側へ引き寄せるが、タレット上の工具保持具9のフ
ィンガー91が所定位置に到達した時点でクランク揺動
ストッパ23がクランクを停止して、それ以上のレバー
4のクランク、即ちタレットの引込み量はロンド′LO
内の負荷スプリングで吸収し、結局工具保持具のフィン
ガーは理想軌跡、Lt=Lo→L8を描いて工具の着脱
を無理なく行うようになった。
請求項2の発明は、請求項1の発明に、更に前述の課題
2を解決する手段を付加したものであり、例えば第4A
、4B、5A、及び5B図に示す如く、第1アクチュエ
ータ15の制御作動でレバー4のレバーローラ29と第
1カム8との水平方向関係位置を、両者が触れる位置と
1.触れない位置とを占めるようにする手段、及び第2
アクチュエータ16の制御作動で、主軸頭1の工具解放
を司るアーム19のアームローラ39と第2カム12と
の水平方向関係位置を、両者が触れる位置と、触れない
位置とを占めるようする手段とを付加して、両アクチュ
エータ15 、16を関連制御する手段を付加したもの
である。
従って、請求項1の発明の作用に更に、両アクチュエー
タの制御作動によって、レバーローラ29と第1カム8
、及びアームローラ39と第2カム12が、共に触れる
位置を占める場合は、主軸22の上昇により工具交換を
達成し、共に触れない位置を占める場合は、主軸22の
上昇運動は工具交換せずに、単に加工の動作領域として
作用するだけになり、結局主軸の加工のための上下方向
動作領域の拡大を達成した。
請求項3の発明は、請求項2の発明に於て、更にロッド
部と、第1及び第2アクチュエータ手段に改善を加えた
ものであって、例えば第3図、第4A、4B図、及び第
5A、5B図に示す如く、ロッド100両端を、それぞ
れ軸面受部101とボールBとから成る軸受゛によって
、クランク6端とレバー4端とに連結し、第1アクチュ
エータ15をレバー4の軸心上に連結し、第2アクチュ
エータ16を第2カム12に連結した。
レバー4も第2カム12も共に固定枠上に取付けられた
ものであるから、制御用の各アクチュエータ設置が合理
的に実施出来、第4B図のレバー4のF、方向の位置変
位も、球面軸受を介したロッド10の追従変位によって
円滑に達成出来た。
請求項4の発明は、請求項1から3までの各発明に、更
に前述の課題3を解決する手段を付加したものであり、
第1図に示す如く、クランクの垂下端部にロッドを連結
し、工具交換待機位置では、ロッド10とレバーとの連
結点J2を、ロッド10とクランク6との、連結点J、
とクランクの支点Oとを結ぶ直線X−X上か、や\バネ
17の付勢側に位置させ、且つ直線X−Xとクランク6
の揺動方向とを略一致させる構成を各発明に付加したも
のである。
従って、クランクへの力の作用点(連結点)は支点から
十分に距離があるので、動作の伝達が確実であり、クラ
ンク部に伝えるべき力は、クランク移動時の位置保持力
だけとなり、クランク支点の軸のひずみ変動による振動
が非常に軽減出来、工具交換待機位置におけるクランク
の位置保持力を高めることが出来る作用を付加すること
となった。
〔実施例〕
第12図及び第2図に示す如く、主軸22は従来袋W(
第7A、7B図)同様に、ガイド2oによってリニアレ
ール部上を上下動可能とし、その前面中央部に、下端に
主軸ギヤ37を、上端に工具解放機構Hを、且つ中間前
面に第3カム2を備えた主軸頭1を配設し、中央上部に
は主軸22に支点0.を中心に揺動するL型アーム19
を軸支し、アーム19の水平腕部前端に解放機構Hに係
脱する係合片Eを、垂直腕部上端にアームローラ39を
備えて、従来装置と同一構造とした。但し、主軸22上
の第1カム8のみは従来装置の第1カム8′ (第7A
図)と異なる構造とした。即ち、主軸の1側面の中間部
に、凸状カム面8oを有する形態のカム8を取付けた。
タレット3も第7A図に示す従来品と同一構造とした。
即ち、フィンガー91を先端に備えた工具保持具9を外
周に多数配設し、工具選定割り出し用のタレットギヤ2
7を備えたタレット3を軸Sで回転自在にクランク6に
取付けると共に、クランク上でバネ付勢した係止レバー
11の上端係合突起41 (第6C図参照)をタレット
ギヤ27に噛合し、レバー11下端にローラ40を設け
た。
但し、クランク6は従来装置と異なった構造とした。即
ち、クランク6はサポート5上に支点01で垂下しただ
けである。
(工具交換待機位置保持機構) サポート5上に支点0で揺動可能に軸支した2腕レバー
4の上腕端部にレバーローラ29を設け、前腕端部にロ
ッド10の後端を連結点J!で連結し、ロッド10の前
端をクランク6の下端と連結点J+で連結し、レバー4
の上腕端部のピンP。
とサポート上のビン23間に引張バネ17を張設して、
タレット3に後方の工具交換待機位置へのバネ力を付勢
すると共に、点Oと点J、とを結ぶ直線x−X上よりわ
ずか上方に点Jzが位置する関係を維持するためのレバ
ー揺動ストッパ24と、クランク6が工具交換のために
前進した際にクランク6を定位置に停止するためのクラ
ンク揺動ストッパ23とを、サポート5に設けたスタッ
ド25上に調節可能に配置した。
(ロッド連結構造) ロッド10の連結は、第3図に示す如く、クランク6の
下端から側方に突出したボルト61の先端のボールBを
スリーブ100の外側端部の球面受部101で支承し、
スリーブ100の筒孔H内の底部102に、ロフト10
の内端に固定した座金104を当接し、圧縮用バネ18
を介在してブツシュ103外周のネジS、と筒孔内周の
ネジStとの螺着によって、バネ18を40kgの負荷
にセットし、弛み止めネジ105でセットし、ロッド1
0の外端部の球面受部101によってレバー4の端部か
ら側方に突出したボルト50の先端のボールBを支承し
た。
(工具交換選択作動機構) レバー4は、第4A、4B図に示す如く、サポート5上
に固定した第1アクチエエータ15の出没軸150を支
点Oとして揺動可能とした。
またアーム19の上端のアームローラ39を作動するた
めに上方のサポート5上に設置された従来と同一形状の
第2カム12は、第5A、5B図に示す如く、第2サポ
ート50に固定した第2アクチュエータ16の出没軸1
60上に固定した。アクチュエータとしては慣用のエア
シリンダ型を用いた。
(工具交換作用) 第1図はタレットが工具交換待機位置にあり、工具7が
加工中の状態であり、この状態では引張バネ17の付勢
力がレバー4のみに付与されており、レバー4がバネ1
7の力でレバー揺動ストンバ24で支承されている。ク
ランク6はタレット3を垂下してその揺動方向がロッド
10及びレバー4の前方腕と一直線になるように保持さ
れている。
この状態で工具交換の指令が出れば、主軸22はリニア
レールRに沿って上昇して第6A図の状態に至り、第1
カム8の凸カム面80がレバーローラ29に作用し、レ
バー4は矢印入方向に揺動してクランク6を手前に引き
寄せて第6B図の状態に至る。第6B図の状態は工具保
持具9のフィンガー91が工具7のアーμ溝71を挾持
した位置であり、クランクの前進を停止する定位置であ
り、クランク揺動ストッパ23がクランク6のこれ以上
の前進を阻止する。即ち、カム面800角部のレバーロ
ーラ29に対するr(円弧軌跡)発生現象によるクラン
クのこれ以上のわずかな引き寄せ量は、第3図の矢印F
のロフト10の引き伸ばし力として作用し、ロッド10
内の圧縮バネ18の゛圧縮により吸収する。
また、第6B図の状態では、図示されてないがアームロ
ーラ39が第2カム12まで上昇して当接し、カム12
の作用を受けてアーム19が揺動し、保合片Eが主軸頭
の解放機構Hに作用して、工具7は把持力が解除されて
いる。
次に、第6C図の状態まで主軸22が上昇すれば、工具
保持具9は、クランク6が定位置にクランク揺動ストッ
パ23で停止されたま\であって、フィンガー91の位
置移動が防止されたま\、工具7のアーバ70を主軸頭
下端から抜き取る。即ち、フィンガー91の工具抜き取
り軌跡は第6D図に示すL1→L、→L2の経路である
また、第6C図の位置では、主軸ギヤ37がタレットギ
ヤ27と係合すると同時に、第3カム2がローラ40を
作動して係止レバーの係合突起41をタレットギヤ27
から外す。そして主軸ギヤ37の割り出し回転によって
タレント上の選択された工具を有する工具保持具9を主
軸頭下部に位置させ、次いで、主軸22の下降作用によ
り係止レバー11がタレットギヤ27を固定し、第2カ
ム12とアームローラ39との離脱によって主軸頭1に
工具把持力を復元した状態の下に第6B図の位置に至っ
て、主軸頭1が嵌入された工具のアーバ70を完全に把
持した状態で、第1カム8がレバーローラ29を第6B
図から第6A図の状態へと変位させ、引張バネ17によ
ってクランクを後退させて工具保持具9を主軸頭1に嵌
着した工具から外し、工具交換を完了する。
(工具交換不作用) 主軸22の工具交換位置への上昇を単に加工の上方への
動作領域の拡大と指示した場合は、第1アクチュエータ
15及び第2アクチュエータ16を共に工具不作用位置
に作用させる。即ち、レバー4を第4A図から第4B図
の如(エアシリンダ作用で出没軸を矢印F、方向に引き
込んで、レバーローラ29を第1カム8から水平方向に
引き離して第1カム8と接触しない位置に退避させ、同
時に第2アクチュエータ16も指令によるエアシリンダ
作用で第5A図から第5B図に示す如く、出没軸160
に取付けた第2カム12を水平方向の矢印F8の方向に
押し出して、第2カム12をアームローラ39と接触し
ない位置に退避させる。
レバー4の引き込みはロッドの両端の球面軸受構造のた
めに無理な曲げ応力を発生させずに達成出来る。
両アクチュエータが作用している状態では、主軸22が
上昇して工具交換位置に至っても、第1カム8とレバー
ローラ29間にも、第2カム12とアームローラ39間
にも何ら作用が生じなく、従ってタレットを工具交換待
機位置に維持し、主軸頭1が工具を外すことなく、主軸
は工具交換位置を加工の動作領域に利用出来る。
く他 例〉 第1アクチュエータ15を、レバー4に適用するのに代
えて主軸上の第1カム8の変位に適用することも可能で
あり、この場合は、クランク6とレバー4とを連結して
いるロッド10には複雑な変位を生起しないので、ロッ
ド10の両端は球面軸受にかえて簡便なピン連結にする
ことが出来る。
また、第2アクチュエータ16を、第2カム12に適用
するのに代えてアームローラ39の出没に適用しても同
効機能を奏する。
〔発明の効果〕
クランクに揺動作用を伝達するロッド10にはバネ18
を介在させ、且つクランク揺動ストッパ23を配置した
ため、工具の主軸頭への着脱を行なうフィンガー91の
軌跡が理想軌跡(Ll→t、p=L*)となり、アーμ
溝71への侵入(水平方向)とアーバの抜取り(垂直)
の過程で従来の軌跡Lc(第7C図)で発生する無理な
作用力が除去出来、主軸頭のアーバ把持部に対するガタ
の発生、及びタレットの工具保持具に対するガタの発生
が防止出来る。
また、アクチュエータによりレバー4と第1カム8との
関係、及びアーム19と第2カム12との関係を、工具
交換関係と工具不交換関係とに制御するため、主軸頭の
加工のための動作領域を上方に拡大出来る。
また、駆動側のレバーをバネにより付勢し、従動側のク
ランクへの力の作用点をクランク支点から最も離れた端
部に設定したため、動作の伝達が確実に行え、クランク
の揺動方向とロッド及びレバーが略直線上になっている
ため、クランクの振動作用は好適に防止出来、工具交換
待機位置におけるクランクの位置保持力を高めることが
出来る。
また、クランク部に伝えるべき力が小さいため、クラン
ク引き込み動作のための機構も従来の如く左右対称であ
る必要がなくなり片側に設けただけで十分となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施した工具交換装置の切開側面図
であり、第2図は、同じく切開平面図である。 第3図は、第2図に於けるロフトA部の拡大図である。 第4A図は、工具交換動作をする位置のアクチュエータ
A部の平面図であり、第4B図はその工具交換動作をし
ない位置の平面図である。 第5A図は、工具交換動作をする位置のアクチュエータ
8部の平面図であり、第5B図はその工具交換動作をし
ない位置の平面図である。 第6A図乃至第6D図はそれぞれ作用説明側面図であっ
て、第6A図は工具交換待機位置を、第6B図は工具保
持具が工具をとらえた位置を、第6C図はタレント割り
出し位置を示し、第6D図はその工具保持具のフィンガ
ーの軌跡を示す図である。 第7A図乃至第7C図はそれぞれ従来例であって、第7
A図は工具交換装置の切開側面図を、第7B図はその切
開平面図を、第7C図は工具交換動作に於ける工具保持
具のフィンガーの軌跡を示す図である。 1・・・主軸頭、      2・・・第3カム、3・
・・タレット、      4・・・レバー5・・・サ
ポート、      6・・・クランク、7・・・工具
、       8・・・第1カム、9・・・工具保持
具、     lO・・・ロッド、11・・・係止レバ
ー    12・・・第2カム、13・・・主軸モータ
、    14・・・サーボモータ、15・・・第1ア
クチュエータ、 16・・・第2アクチュエータ、 17・・・引張バネ、     18・・i圧縮バネ、
19・・・アーム、      20・・・ガイド、2
1・・・パルスコーダ、  22・・・主軸、23・・
・クランク揺動ストッパ、 24・・・レバー揺動ストッパ、 27・・・タレットギヤ、   29・・・レバーロー
ラ、37・・・主軸ギヤ、 40・・・ローラ、 50・・・第2サポート、 100・・・スリーブ、 102・・・筒底、 104・・・端金、 9・・・アームローラ、 l・・・係合突起、 1・・・フィンガー ・・・球面受部、 ・・・ブツシュ、 ・・・弛み止め。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、タレットギヤ(27)を備えたタレット(3)を回
    転自在に保持してサポート上に揺動可能に軸支したクラ
    ンク(6)と、クランク(6)を工具交換待機位置に付
    勢するバネ(17)とレバーローラ(29)とを備えて
    サポート(5)上に揺動可能に軸支したレバー(4)と
    を、負荷リミッタとして機能するバネ(18)を備えた
    ロッド(10)で連結すると共に、上下動する主軸(2
    2)にはレバーローラ(29)に作用する第1カム(8
    )を設置し、レバー(4)を定位置に保持するレバー揺
    動ストッパ(24)と、クランク(6)の工具交換位置
    への前進運動を定位置で停止するクランク揺動ストッパ
    (23)とをサポート(5)上に設けたことを特徴とす
    る工作機械の自動工具交換装置。 2、第1アクチュエータ(15)の制御作動でレバー(
    4)のレバーローラ(29)と第1カム(8)との水平
    方向関係位置を、両者が触れる位置と触れない位置とを
    占めるようにし、主軸頭(1)の工具開放を司るアーム
    (19)のアームローラ(39)と第2サポート(50
    )上の第2カム(12)との水平方向関係位置を第2ア
    クチュエータ(16)により制御して、両者が触れる位
    置と触れない位置とを占めるようにして、第1アクチュ
    エータ(15)と第2アクチュエータ(16)とを関連
    制御するようにした請求項1に記載の自動工具交換装置
    。 3、ロッド(10)の両端が、それぞれ球面軸受(10
    1、B)によってクランク(6)とレバー(4)とに連
    結され、第1アクチュエータ(15)がレバー(4)の
    出没を制御し、第2アクチュエータ(16)が第2カム
    (12)の出没を制御する請求項2に記載の自動工具交
    換装置 4、クランク(6)の垂下端部にロッド(10)を連結
    し、工具交換待機位置では、ロッド(10)とレバー(
    4)との連結点(J_2)がほぼ、ロッド(10)とク
    ランク(6)先端との連結点(J_1)とクランクの支
    点(O)とを結ぶ直線(X−X)上に位置し、且つ直線
    (X−X)とクランク(6)の揺動方向とを略一致する
    よう配置した請求項1項から3項までのいずれか1項に
    記載の自動工具交換装置。
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