JPH0327321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は旋削工作機械におけるワークの自動交
換装置に関する。

従来より旋削工作機械において、素材と加工済
のワークの交換、あるいは素材を搬入すると共に
加工済のワークを搬出する等の搬送装置としては
種々のものが公知である。

しかし従来の交換あるいは搬送装置は一般に工
作機械とは独立に設けられ外部で組立てた装置
を、完成した工作機械に取付ける構成であるた
め、動作上の駆動源を個々に独立に設けていて構
成が複雑になり、且つ高価になることと、取付け
る際の芯出し作業、即ち工作機械のチヤツクに対
しての相対的な搬送装置の位置合わせが必要で、
而もこれは厄介な作業であつた。

然るに、全ての部品に前述のような構成は必要
でなく、一部の機能を工作機械の既存の機能と共
通化すれば構成及び組み立て作業を簡素化するこ
とができる。

本発明は前述した従来の問題点を解決すべく開
発されたもので、インシユート上のワークを工作
機械のチヤツクにある加工済のワークと迅速に交
換する構成とし、この交換装置を工作機械に一体
的に設けるとともに交換アームの旋回動作を主軸
駆動の機構と共通な駆動源により行うようにした
装置の提供にある。

また、交換アームの軸方向の動作を刃物台の駆
動機構と共通な駆動源とした装置の提供にある。

この結果、従来アームの旋回のために独立して
設けられていた駆動源が省かれ、旋回のための機
構は簡素化された。さらにこの装置を工作機械に
一体的に設けることにより芯出し作業も省かれる
ことになり、製作工数の短縮に寄与することとな
つた。

以下図面を参照し、本発明の実施例を説明す
る。第１図は本発明の装置を取り付けた旋削工数
機械を示す斜視図である。図示のものはシユート
を取付けたワークの自動交換装置を示しており、
主軸台１上に設けたガイド２，２及び該ガイド
２，２に案内されるサドルのガイド３によつて前
後（Ｘ）左右（Ｚ）に移動するスライド４上に工
具タレツト５、工具ホルダ６、および工具７が保
持されている。８はサドル３ａ移動用のボールね
じ、９は駆動モータを示し、サドル３ａを駆動す
る。また、スライド４はモータ９ａ、ボールねじ
８ａによつてＸ方向に駆動される。

一方主軸ヘツド１０には主軸２６（第２図参
照）が回転自在に設けられ、一端にチヤツク１１
が取付けられている。該チヤツク１１に付設され
た把持爪１２により、ワーク１３が把持され、前
記工具７によつてワーク１３の切削加工を行う。
ワーク１３はインシユート１４の傾斜を利用して
順次滑落させ、シリンダ１５の押し出し作用によ
つて自動交換アーム１６の一方側に装着せしめ、
該自動交換アーム１６の進退動作及び旋回動作に
よりチヤツク１１に対する脱着を行わしめる。１
４ａは加工済みのワークを取り出すアウトシユー
トである。ワーク１３はモータ等主軸駆動源２０
よりプーリ１７と、主軸側のプーリ１８および両
プーリ間を連結するベルト１９によつて回転駆動
せしめられる。

第２図は自動交換アーム１６を駆動させるため
の回転伝達機構の一例を示す。従つて、第１図と
共通する部分には同一番号を付して説明する。

前記の如く図中２０はモータであり、プーリ１
７，１８ベルト１９によつてギヤ軸２１に回転力
が伝達されるが、該ギヤ軸２１は主軸ヘツド１０
に軸受２２，２２を介して軸支されており、主軸
２６のギヤ２７，２８と択一的に噛み合うギヤ２
４，２５を設けてある。

このギヤ２４，２５は一体となつており異なつ
た主軸の回転数と回転トルクを得るためスプライ
ン２１′に形成したギヤ軸の軸線方向にシフトす
るように噛み合わせて取付けてある。

従つて主軸２６はギヤ軸２１のトルクを受けて
チヤツクに把持されたワーク１３を回転駆動せし
めるものであつて該主軸２６にキー２６′により
固着されている大ギヤ２８、小ギヤ２７を具備し
ており、該ギヤ２７とギヤ２４又ギヤ２８とギヤ
２５とを択一的に噛み合い、速度比の異なる回転
数で回転するように構成されている。

本発明は上記構成を有する主軸２６の回転駆動
機構に対して、ワークの自動交換用旋回軸２９を
同一の外筐内に収納し、旋回軸２９が主軸２６の
回転力を受けて自在に旋回させるための係合体、
即ち掛け外し自在のギヤを設けたことを特徴とし
ている。

即ち前記主軸２６と旋回軸２９間に、中間軸３
０を設け、該中間軸３０にキー３０′を介して小
ギヤ３１、大ギア３２を固着せしめ、該ギヤ３２
をギヤ２７に噛み合わせる。一方前記旋回軸２９
においてもキー２９′を介して大ギヤ３３、小ギ
ヤ３４が固着してあり、旋回軸２９が軸方向に移
動するに伴い、夫々中間軸３０に固着した前記小
ギヤ３１に大ギヤ３３が、または大ギヤ３２に小
ギヤ３４が択一的に噛み合うように構成されてい
る。

３５，３５′はロツド３６を矢印Ｓの如く左右
に摺動させ、これにより旋回軸２９を軸方向に移
動させるためのシリンダから成る駆動体であり、
そのロツド３６と旋回軸２９はシフター３７を介
して連結されていて、ロツド３６の左右動と同期
して旋回軸２９も左右に摺動移動する。

尚、３８は交換アーム１６の先端に設けられた
把持装置１６ａ，１６ｂの開閉動作のための駆動
源へ流体を送るための流体デイストリビユータで
あり、３９ａ，３９ｂ，３９ｃは旋回軸２９に設
けたドツグ４０が接触する位置に配置した旋回軸
２９の位置確認及び移動停止用リミツトスイツ
チ、４１はブラケツト４３に固設した旋回軸２９
の回転防止案内溝であり、旋回軸２９により突出
する杆体４２の一端が嵌入している。

上記こ構成を有する本発明装置の動作について
以下に説明する。今、シリンダ３５，３５′を駆
動してロツド３６の左右動により旋回軸２９を左
右動させるに際し、第２図に示した位置（実線）
を仮に第１の位置S₁と設定する。即ち第１の位置
では旋回軸２９と中間軸３０に固着したギヤが噛
み合つておらず、且つ旋回軸２９は回転防止され
て主軸台側の退避位置にある。

次にシリンダ３５′に圧油すると共にシリンダ
３５内の油を抜くことによつてロツド３６を右方
向（点線）に摺動移動させ、旋回軸２９のドツグ
４０がリミツトスイツチ３９ｂの位置まで旋回軸
２９を移動させた状態を第３図に示し、この位置
を第２の位置と設定する。即ち第２の位置では旋
回軸２９の大ギヤ３３と中間軸３０の小ギヤ３１
とが噛み合つており、自動交換アーム１６がS₁の
位置に延出移動する。

この第２の位置はワークを交換アームの把持装
置とチヤツクとの間で受渡し可能とする位置であ
る。

更にシリンダ３５′を駆動して、旋回軸２９の
ドツグ４０がリミツトスイツチ３９ｃの位置まで
摺動移動させた状態を第４図に示し、この位置を
第３の位置と設定する。

即ち、第３の位置では旋回軸２９の小ギヤ３４
と中間軸３０の大ギヤ３２とが噛合回転してお
り、自動交換アーム１６がS₂の位置まで更に延出
移動する。この第３の位置は交換アームの把持装
置で把持したワークをチヤツク側から離脱し、交
換アームが新旧のワークを把持して旋回可能とす
る位置である。

尤も旋回軸２９を摺動移動させる手段は上記シ
リンダ装置に限定されるものではなく、例えば第
５図に示すようにサーボモータ４４と連結された
ねじ軸４５の回転により移動する移動部材４６よ
り突出するシフター３７を旋回軸２９に係合させ
て旋回軸２９をS_1，S_2，S₃の如く左右に移動させ
るようにしても良い。

続いて第６図によつて本発明に係る装置の動作
態様を詳述する。同図１はインシユート１４内を
滑落するワーク１３が所定位置に位置決めされ、
シリンダ１５のピストン１５′に押し出されて自
動交換アーム１６の把持装置１６ａ，１６ｂに把
持される様子を示している。この際自動交換アー
ム１６は第１の位置にある。

次に同図２はワーク１３を把持して自動交換ア
ーム１６を第２の位置にセツトした様子を示す。
即ち１３′はチヤツク１１に把持された加工済の
ワークを示し、未加工のワーク１３の位置に一致
し平行な位置を占める。次に同図３は第２の位置
において旋回軸２９を90度回転させて自動交換ア
ーム１６の両端にワーク１３及び１３′を把持し
た状態を示す。この時ワーク１３′のチヤツク１
１は解放状態にある。次に同図４は旋回軸２９を
更にS₂に延長して自動交換アーム１６を第３の位
置にセツトし、次に同図５に示すように旋回軸２
９を180度回転させてワーク１３及びワーク１
３′の位置を逆転させ、次に同図６に示すように
旋回軸２９を短縮させて自動交換アーム１６を第
２の位置まで戻しつつ未加工のワーク１３をチヤ
ツク１１に嵌入固定せしめる。

次に同図７に示すように再度旋回軸２９をS₂に
延長させてワーク１３の把持動作を終了し、次に
同図８に示すように自動交換アーム１６を90度旋
回せしめた後同図９に示すように旋回軸２９を元
位置に短縮させて自動交換アーム１６を第１の位
置に再セツトし、自動交換アーム１６のワーク把
持を解放して、加工済みのワーク１３′をアウト
シユート１４ａへ排出せしめる。

第７図は本発明の他の実施例を示しており、第
２図に示したシリンダ３５，３５′による駆同動
の代り、刃物台に係合部材３７−１を取り付け、
この係合部材を直接旋回軸２９ａに連結させ、刃
物台の動作を利用して軸方向に移動することによ
り第２図に示した例と同様な動作態様が得られる
構成である。尚第７図において６は刃物台に付属
するタレツトヘツドを示す。この場合には交換ア
ームの軸方向の移動動作も機械本体の既存の駆動
体を利用することになり、装置専用の駆動源は必
要としないことになる。第８図は交換アームの一
例を示す正断面図、第９図は同平断面図であり、
把持爪８１，８２に対して、支持部材８３内に収
納したシリンダS_1，S₂及び駆動ギヤG_1，G₂の相
互作用によつてワーク１３及びワーク１３′の把
持と解放を行わしめるものであつて、本実施例で
はシリンダを独立に動作させるようにしている。
しかし、この機構は公知に属するものであるから
詳細な動作の説明を省略する。

以上詳細に示した動作態様における自動交換ア
ーム１６の旋回動作は、その回転角が夫々主軸２
６、中間軸３０、及び旋回軸２９に配設した各種
大小ギヤのギヤ比と、サーボモータ等主軸駆動源
２０の回転角により決定されるものであつて、自
動交換アームの軸方向の動きとを含め、これらを
自動制御することによつて全動作を自動化させる
ことができる。

以下にその制御構成の実施例に関し説明する。
第１０図は全体の回路構成を示すブロツク図であ
り、基本的にはCPU５０に対する制御回路５１
水晶発振器５２及びバス５３に対して付設された
各種部品より成り、NCコントロールのためのプ
ログラム用PROM５４、割込タイマ制御回路５
５、一時的メモリ用RAM５６、加工プログラム
用バブルメモリ５７、サーボコントロール装置５
８、紙テープリーダPTR５９、入出力インタフ
エース６０、キーボード及び表示装置６１等によ
つてNC制御および主軸モータコントロール装置
６２を駆動せしめる。

第１１図は主軸位置決めループを含む制御ブロ
ツク線図であり、NC工作機械の主軸に回転位置
検出器を設け、主軸を任意の一定角度位置に位置
決め可能な機能を持たしめたものである。これを
詳細に述べると、図中Ｓレジスタ６３は主軸の速
度制御の場合にはその速度を設定して、この値が
切換ゲート６４を介してＤ／Ａコンバータ６５の
入力となるようにし、一方主軸の位置決めを行う
場合には、主軸の位置決め速度をＳレジスタ６３
に設定し、切換ゲート６４、Ｄ／Ａコンバータ６
５を介してモータＭの駆動アンプ６６を作動せし
めることにより、モータＭの回転位置検出器PG
から１回転信号が発生するまで主軸を正転させ
る。PG信号（グリツド信号）がオンすると切換
ゲート６４を誤差カウンタ６７へ切換え、同時に
回転位置検出器PGから誤差カウンタ６７へのフ
イードバツク用ゲート６８を開くことによつて閉
ループを構成する。ゲート６８はグリツド信号に
よつて動作する割込制御回路６９によつて開閉を
コントロールする。

上記の閉ループによつて誤差カウンタの内容が
零になるように制御することにより主軸の位置決
めが正確に行われる。尚誤差カウンタの内容とし
ては、主軸のスタート位置（以下主軸原点と称
す）と検出器グリツド点との誤差、主軸原点のシ
フト量（＝施回量）の誤差をパラメータとして
夫々のメモリアドレスに入力設定しておけば良
い。

次に誤差カウンタ６７はプリセツト可能な加減
算カウンタであり、Ｄ／Ａコンバータ６５に対す
る出力にはリミツタ機能を有している。即ち第１
３図イに示す誤差カウンタ６７の出力は、Ｄ／Ａ
コンバータ６５に対して同図ロに示すリミツト部
分Ｌに示されるパターンを保持して入力される。
即ちリミツト部分Ｌは主軸の位置決め速度の上限
（又は下限）を決めるものであり、このリミツタ
機能によつてＤ／Ａコンバータ６５への出力を一
定値以下におさえて、位置決め速度を決定するこ
とができる。

尚、主軸の位置決め方向で正、逆の決定が必要
な場合には、主軸原点のシフト量（即ち施回量）
のみ正転の場合と逆転の場合と二つに設定し、第
２、第３のシフト量は主軸原点との誤差として扱
うことができる。

第１２図は以上述べた主軸の位置決め制御方法
を動作系統図としてまとめたフローチヤートであ
る。同チヤートよりわかる如く、最初は速度制御
モードで回転させ、回転位置検出器PGからの１
回転検出信号によつて閉ループ制御モードにゲー
トを切換えることになる。従つて、速度制御モー
ドと閉ループ制御モードでの主軸回転の方向を一
致させた方が滑らかで高速な位置決めが可能とな
る。又、誤差カウンタ６７へセツトするシフト量
は、速度制御モードで回転させる方向と一致する
ような値にする必要があり、位置決め方向を逆方
向にする場合にはシフト量は２の補数として設定
すれば良い。

以上詳細に説明したように本発明に係る工具及
びワークの自動交換装置は、主軸の駆動源と
ATC装置の施回及び位置決め駆動源とが一致し
ており、両者間に回転力の伝達及び切離し手段を
設けてあるため、駆動制御系統を統一化する事が
できる外、ATCアーム施回用駆動源が不要とな
つて装置全体をコンパクト化することができる。
駆動源としては主軸用Ｄ／Ｃモータを使用してい
るので、スローアツプ、スローダウンがワークの
大きさに応じて調整可能となる。更にアームの振
込み時においてアームグリツパー位置が主軸中心
線上にあり、ワーク交換と刃物台上の工具交換が
１個のATCアームを用いて可能である。ATCア
ームの前後動はワークの長さへの対応にフレキシ
ビリテイを持つ外、シーケンス動作を変え、アー
ムの前後動でバーワークのバー引出し動作にも応
用することができる等の利点を有しており、主と
してNC施削工作機械に適用して有効である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示しており、第１図は
本装置全体の概要を説明する斜視図、第２図は回
転力伝達機構の一例を示す要部断面図、第３図、
第４図は動作の態様を示す実施例断面図、第５図
は施回軸の摺動機構を示す他の実施例断面図、第
６図は本発明に係る装置の動作態様を説明する部
分的斜視図、第７図は本発明の他の実施例を示す
要部断面図、第８図はATCアームの一例を示す
正断面図、第９図は同平断面図、第１０図は電子
的制御手段の一例を示すブロツク図、第１１図は
主軸の位置決めループを含む制御ブロツク線図、
第１２図は主軸の位置決め制御方法を動作系統図
としてまとめたフローチヤート、第１３図は誤差
カウンタの出力特性グラフである。 １……主軸台、４……スライド、５……工具タ
レツト、６……工具ホルダ、７……工具、８……
ボールねじ、９……駆動モータ、１０……主軸ヘ
ツド、１１……チヤツク、１２……把持爪、１
３，１３′，１３″……ワーク、１４……インシユ
ート、１５……シリンダ、１６……自動交換アー
ム、１４ａ……アウトシユート、２０……主軸駆
動源、２１……ギヤ軸、２６……主軸、２８，３
２，３３……大ギヤ、２７，３１，３４……小ギ
ヤ、２９……施回軸、３０……中間軸、３５，３
５′……シリンダ、３６……ロツド、３７……シ
フター、３８……デイストリビユータ、３９ａ，
３９ｂ，３９ｃ……リミツトスイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主軸台と、該主軸台に回転自在に支承された
   主軸と、該主軸の一端に設けられワークを把持す
   る第１の把持装置と前記主軸を回転させるための
   回転駆動機構と、該回転駆動機構に係合して回転
   可能な係合体と、該係合体を一体的に保持し回転
   且つ前記主軸軸線と平行に移動可能な軸体と、該
   軸体を前記主軸の軸線と平行に移動させる駆動体
   と、前記軸体の一端に設けられ、主軸軸線に対し
   て直角方向に旋回可能な交換アームと、該交換ア
   ームの先端に設けられ前記第１の把持装置との間
   でワークの受渡し動作をする第２の把持装置とか
   らなり、主軸の回転駆動機構により交換アームを
   旋回させワークの自動交換を行うことを特徴とす
   る工作機械のワーク自動交換装置。 ２ 前記軸体が軸方向の複数の所定位置に移動す
   る際に、係合体が主軸の回転駆動機構の異なる位
   置に係合することによつて前記交換アームの旋回
   位置を変えられるようにした特許請求の範囲第１
   項記載の工作機械のワーク自動交換装置。 ３ ワークを加工するため駆動する刃物台を前記
   交換アームに係合可能に構成して前記駆動体と
   し、前記刃物台の動作で前記交換アームを主軸軸
   線と平行に移動させるようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の工作機械のワーク
   自動交換装置。 ４ 前記係合体及び回転駆動機構が歯車である特
   許請求の範囲第１項記載の工作機械のワーク自動
   交換装置。