JPH04152044A - 工作機械のパレット交換装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、工作ｌｌｌ１ｆＩのパレット交ｍｉｘに関す
る。

（従来の技術） 従来の工作４１！４１１！のパレット交換装置として、
特開昭６３−２０７５３５号、特開昭６３−２７８７３
８号、実開平２゜９７５３９号の各公報に記軟されたも
のが知られている。

これらのパレット交換装置は、いずれも装置自体を小型
化するためテーブルのＸ軸方向の送りを利用してパレッ
トを移動し交換させるものである。

特開昭６３−２０７５３５号公報記戦のものは、パレッ
ト交換位置におけるテーブルのＸ軸方向の送りを、レバ
ーアームの１８０度の往復回動に変換し、待機位置とテ
ーブル面との間でパレットを移動・交換する。

特開昭６３−２７８７３８号および実開平２−９７５３
９号公報記載のものは、テーブルのＸ軸方向に沿って設
けたチェーン等からなるパレット移動手段をＸ軸方向の
送りにより駆動してパレットを移動し交換する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の工作機械のパレット交換装置
は、いずれもテーブルのＸ軸方向の送りを利用して、パ
レットをパレット台からテーブル上に引き寄せ、加工終
了後にパレット台へ戻して交換していた。このときテー
ブルのＸ軸方向の送りを増速してパレット交換に用いて
いるので、パレット台とテーブルとの間は、移動距離に
応じて充分な間隔を必要とする。そのため、パレットサ
イズが移動方向に長過ぎると、構造上交換できないこと
がある。

とくにレバーアーム方式の場合、レバーアームの半径の
２倍がパレットの移動距離となり、その回動スペースが
テーブル幅により制限される。つまり、テーブルの幅に
よりレバーアームの最大半径が決められてしまうので、
ストロークが不足する場合はパレット台を補助的に移動
しなければ交換ができず、パレット台をＸ軸方向に移動
させる余分な補助機構を必要とする。

さらに、Ｘ軸送りの増速機構の増速比を大きくした場合
、パレットの移動中に停電等により、Ｘ軸の送りモータ
が停止すると、移動中のパレットの慣性力が増幅されて
駆動機構部に過大な負荷となって加わり、駆動機構部を
破損するおそれがある。

また、チェーン等からなるパレット移動手段を用いた場
合は、パレットの移動開始時および終了時の加・減速が
大きく、駆動機構部やパレットの保合部等に衝撃が加わ
りやすく磨耗や耐久性の点で問題がある。

さらにまた、Ｘ軸等のテーブル送りには、通常ボールネ
ジが使用されているため、パレットの交換時に何らかの
異常によりパレットの移動が妨げられた場合でも、ボー
ルネジにより強力に駆動されるので、パレットおよびパ
レット交換装置のいずれかに損傷を生じることがある。

このように上述した従来の工作機械のパレット交換装置
には各種の問題点がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、小型であって移動の際の加・
減速がゆるやかでしか−も停電等の異常発生時にも損傷
の恐れの少ない工作機械のパレット交換装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、加工するワークが
取付けられたパレットを待機位置からテーブル上に移動
し、加工が終了した後に再びパレットを待機位置に戻す
工作機械のパレット交換装置において、テーブルに設置
され、油圧アクチュエータを用いて少なくとも１８０度
の回動運動を発生する回動手段と、テーブル本体に垂直
に設置した中空軸に軸支されるとともに回動手段に駆動
されて水平方向に回動する第１のアームと、第１のアー
ム内部に位置し中空軸の外周部に中空軸と同心に形成さ
れた固定歯車と、第１のアームの他端に中空軸と平行に
軸支されるとともに固定歯車の２分の１の歯数からなる
衛星歯車と、第１のアーム内の固定歯車と衛星歯車との
間に配設され固定歯車と衛星歯車とを噛合・接続する奇
数個の歯車列と、第１のアームとほぼ同一の回動半径で
あるとともに一方の端部が衛星歯車の上端部に固定され
かつ他方の端部上面にカムフォロアを立設した第２のア
ームと、パレット部に設けられ溝方向をカムフォロアの
移動方向と直角に配置したカムフォロア係合溝部とを備
えたことを特徴とする。

（作　用） 本発明においては、パレットを交換しようとして、テー
ブルに設置されている油圧アクチュエータを駆動すると
、回動手段が１８０度の範囲で回動する。

回動手段の回動はテーブル本体に垂直に設置した中空軸
に軸支された第１のアームに伝達されて、第１のアーム
を水平方向に回動させる。

第１のアームが回動すると、第１のアーム内部に位置し
て中空軸の外周部に同心上に形成された固定歯車と噛合
う奇数個の歯車列が回転駆動される。

歯車列の回転は第１のアーム末端の衛星歯車に伝達され
、第１のアームの回動角度とは反対方向に２倍の角度で
衛星歯車および衛星歯車に取り付けられた第２のアーム
を回動する。

このようにして第２のアームの回動角度が第１のアーム
と反対方向に２倍の回動角度で駆動されることにより、
第２のアーム先端のカムフォロアは直線上をアームの回
動半径のほぼ４倍のストロークで往復移動する。

カムフォロアの移動に際し、カムフォロアをパレット端
部のカムフォロア係合溝部と係合させて、パレットを待
機位置からテーブル上に、およびテーブル上から待機位
置へ移動させて交換することができる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用したマシニングセンタの平面図で
ある。

図において、１はベースであり、ベースｌの後部に設！
されたコラム２にはへラド３が上下動自在に支持される
。ベース１の前部にはｙ軸方向の摺動案内面４，４が平
行に形成され、その上にサドル５がｙ軸方向に移動自在
に載置される。サドル５上にはＸ軸方向の摺動案内面６
．６が平行に形成され、その上にテーブル７がＸ軸方向
に移動自在に載置される。サドル５およびテーブル７は
、図示しないがそれぞれサーボモータ駆動のボールネジ
により軸送りが制御される。テーブル７には、加工され
るワーク（図示せず）を固定したパレット８が油圧シリ
ンダ１７によりクランプされ、図中の加工エリア内をテ
ーブル７により移動されながら所望の加工がおこなわれ
る。

加工エリアの右側には、パレット待機エリアとして、パ
レット２面分のスペースが確保されている。パレット待
機エリアには、パレットを所定位置に支持するパレット
台１１．１２が設！されている。

また、テーブル７のやや手前側には、パレット交換装置
１３が設けられ、パレット８．９の左側面の手前角部に
それぞれ設けた係合溝８ａ、９ａにパレット交換装置が
係合して、パレット台１１またはパレット台１２とテー
ブル７上との間で移動・交換がおこなわれる。パレット
交換時には、テーブル７をｘ、Ｘ方向にそれぞれ移動し
て、パレット交換装置１３先端のカムフォロア５３が右
側端に最大に伸ばした状態で、パレット台１１゜１２上
のパレット８，９の係合溝８ａ、９ａに一致させてから
交換をおこなう０図では、パレット８がパレット台１１
からテーブル７上に移動された状態を示す。

なおここで、テーブル７上のパレット８と、パレット台
１２のパレット９とを交換しようとすると、図の状態か
らパレット交換装置１３を作動させてパレット８をパレ
ット台１１上の仮想線の位置に戻す。次いで、テーブル
７をＸ方向の位置をそのままにしてＸ方向に後退（図中
上方向）させ、パレット交換装置１３先端のカムフォロ
ア５３がパレット９の係合溝９ａに一致・保合したとこ
ろでテーブル７を停止し、パレット交換装置１３を作動
させてパレット９をテーブル７上に移動させる。

第２図は第１図の■−■線上の拡大断面図である。

図において、サドル５の上部に形成されたＸ軸方向の摺
動案内面６．６に摺動自在に嵌合・支持されたテーブル
７の下面には、ナツト用のブラケット１４が取付けられ
ている。ブラケット１４にはボールネジシャフト１５と
螺合するポールネジナラ）１６が固定されてテーブル７
がＸ軸方向に駆動される。

また、テーブル７の中心部には上下方向に油圧シリンダ
１７が形成されている０図中の右側に示した状態はピス
トン１８が上昇してパレット８の交換可能な状態を表し
、左側に示した状態はピストン１８が下降してパレット
８がクランプされた状態をあられす。

ピストン１８の上昇中は、ピストン１８のロッド部１８
ａの先端に固定されたクランププレート１９が上昇し、
パレット日下面の穴部２２と位置決めピン２３との保合
がフリーとなる。この状態でパレット８の移動交換が可
能になる。また、移動の際は、溝部８ｂによりパレット
８がテーブル７と平行な姿勢に保たれる。

パレット８が交換されてテーブル７に対し所定の位置に
停止した状態で、ピストン１８が下降すると、クランプ
プレート１９がパレット８下面に固定された位置決めプ
レート２１を押し下げる。

位置決めプレート２１の下面に形成した穴部２２にテー
ブル７上に突設した位置決めピン２３が嵌合され、パレ
ット８がテーブル７の所定位置にクランプされる。なお
、油圧シリンダ１７の上端は、ロッド部１８ａを挿通し
たロッドカバー２４により封止される。

テーブル７の右側には、パレット交換装置１３が設置さ
れている。

パレット交換装置１３は、クランプされたパレット８の
ほぼ端部に相当する位置のテーブル７に穿設された小径
部と大径部からなる孔に、テーブル７と垂直に中空軸２
６がボルト２７により固定される。中空軸２６の上部外
囲には歯車２８が形成され、内側には上下にベアリング
２９．３０を介して中心軸３２が回転自在に支持される
。中心軸３２の下端には歯車３３が形成されている。こ
の歯車３３と同一レベルのテーブル７偏に油圧シリンダ
３４が配設され、この油圧シリンダ３４に往復駆動され
るラック３５により歯車３３が回動される。ラック３５
はテーブル７に形成されたガイドプレート３６により摺
動自在に支持される。

中心軸３２の上端には、中空に形成された第１のアーム
３７の端部が覆うようにしてボルト３８により取付けら
れる。アーム３７における中心軸３２との取付は部を除
く部分は、裏蓋３９により覆われる。アーム３７の内部
には、アーム３７と裏蓋３９との間に支持されたピン４
１〜４３により、歯車列であるアイドラ歯車４４〜４６
が軸支される。内側のアイドラ歯車４４は、中空軸２６
と一体の歯車２８と噛合う、アイドラ歯車４４はアイド
ラ歯車４５を介して外側のアイドラ歯車４６と噛合う、
アイドラ歯車４６は、アーム３７の端部にピン４７とブ
ンシェ４９により軸支された歯車４８と噛合う、衛星歯
車である歯車４８は歯数が歯車２８の２分の１である。

さらに歯車４８は第２のアーム５１をボルト５２により
固定し、アーム５１をアーム３７の上方に回転自在に支
持する。アーム５１の先端の上部には、カムフォロア５
３が垂直方向に取付けらる。ここで、ピン４７からカム
フォロア５３までの水平距離と、ピン４７から中心軸３
２の中心までの水平距離、すなわち両アーム３７．５１
の回動半径はほぼ等しい。

カムフォロア５３はパレット８の溝部８ａに係合し、ア
ーム５１の回動とともにパレット８を移動させる。

図の右部に仮想線で示したのはアーム５１が反対側の位
置に回動した状態であり、パレット８を移動させるため
に係合溝８ａにカムフォロア５３が係合していることを
示す。

なお、テーブル７およびパレット８の側面部はカバー５
４により覆われている。

第３図は第１図におけるパレット交換装置１３およびそ
の周辺のテーブル７を拡大した平面図である。

図において、油圧シリンダ３４はテーブル７に支持固定
されたブラケント５５にピン５６によりトラニオン支持
されるとともに、ロッド５７の先端が連結プレート５８
を介してラック３５に固定されている。

次に、この図によりパレット交換装置１３の動作を説明
する。

先ず、油圧シリンダ３４を作動させて、ロンド５７を後
退させると、連結プレート５８がラック３５をガイドブ
レート３６に沿って左方へ摺動させる。ラック３５に噛
合っている歯車３３は、ラック３５の移動に従い時計方
向に回動する。歯車３３は中心軸３２を介してアーム３
７と一体に固定されているため、アーム３７も時計方向
に回動を開始する。このとき、アーム３７に支持されて
いるアイドラ歯車４４はアーム３７の回動とともに、歯
車２８に噛み合ったままで公転をするが、歯車２８は中
空軸２６と一体であるため静止している。ここで、アイ
ドラ歯車４４は時計方向の自転を開始する。アイドラ歯
車４４の自転はアイドラ歯車４５．４６を介して歯車４
８に伝わる。歯車４８の歯数は歯車２８の２分の１であ
り、しかも中間のアイドラ歯車４４〜４６が３個の奇数
個であるため、歯車４８は時計方向に公転するとともに
、反時計方向に公転の２倍の角速度で自転することにな
る。その結果、歯車４８に一体に固定されたアーム５１
は反時計方向に回動し、先端のカムフォロア５３の移動
軌跡は直線となる。つまり、アーム３７の回動中心を０
、アーム５１の回動中心をＡ、アーム５１の先端に取り
付けられたカムフォロア５３の位置をＢとすると、アー
ム３７の辺ＯＡ、アーム５１の辺ＡＢが常に一定の長さ
で、辺ＯＢの長さが変化する２等辺三角形ΔＡＢＯが形
成される。この三角形ΔＡＢＯは、アーム３７の回動に
より変化するＺＡＯＢを角度αとすると、頂角のＺＯＡ
Ｂが（π−２α）となり、残りの内角ＺＡＢ○が角度α
となる。そのため、辺ＯＡであるアーム３７の回動にと
もなって、辺ＡＢであるアーム５１が上述した内角の関
係を保ちながら移動することにより、その先端である点
Ｂの軌跡が直線となる。

例えば、アーム３７が時計方向に９０度回動した時点で
、アーム５１は反時計方向に１８０度回動し、アーム３
７とアーム５１が重なりカムフォロア５３の位置は中心
軸３２の中心０と一致する。

このようにして、アーム３７が１８０度回動して反対側
に位置したとき、アーム５１も１８０度回動し左側に伸
びきって、アーム３７とアーム５１が直線となり、カム
フォロア５３は最も左側のいわゆる死点に位置すること
になる。

ここで、アーム３７およびアーム５１の動作によるアー
ム５１の先端の軌跡について詳しく述べてみる。

第４図に示すように、アーム３７およびアーム５１の回
動半径をともにｒとし、アーム３７の回動中心０をｘ、
ｙ座標軸の原点とし、アーム３７の回動角度をθとする
。

ここで、アーム５１のアーム３７に対する相対的な回動
角度は、上述したように−２０となる。

そのため、アーム３７の先端で回動するアーム５１のｘ
、ｙｌｉ標軸に対する回動角度は一〇となる。

ここで、アーム３７の回動端部であるＡ点の座標（Ｘａ
、ＹＡ）を求めると次式のようになる。

Ｘａ−ｒ　−ｃｏｓθ　　　　　　・・・・・・（１）
Ｙａ−ｒ・ｓｉｎθ　　　　　−・・・・・（２）さら
に同様にしてアーム５１の先端であるＢ点の座標（Ｘ、
、Ｙ、）を求めると次式のようになる。

Ｘａ−Ｘａ＋ｒ　−ｃｏｓ（−〇）　　・（３）Ｙｍ−
Ｙ６＋ｒ　　−５ｉｎ（−〇’）　　　・（４）（３）
、　（４）式に（１）、（２）式を代入すると、Ｘａ−
ｒ−ｃｏｓθ＋ｒ−ｃｏｓ（−θ）−２ｒ−ｃｏｓθ　
　　　・・・・・・（５）Ｙｍ＝　ｒ−ｓｉｎθ＋ｒ−
ｓｉｎ（−〇）−〇　　　　　　　　　・・・・・・（
６）となり、θが変化した場合のＢ点の軌跡はＸ軸上の
直線となる。

また、Ｂ点の加速度は（５）式をθについて微分して求
められ、 ｄＸｌ／ｄθ−−２ｒ−ｓｉｎθ・（７）となり、軌跡
の両端（θ−０，π）で加速度が０となって、なめらか
な加速、減速によりパレットが移動されることをあられ
す。

このように、実施例では、油圧シリンダ３４を駆動源に
して、先端が直線軌跡を措く等しい長さのアーム３７．
５１を用いてたことにより加速・減速がゆるやかになり
、しかもアームが２つに折りたたまれながら先端が往復
動作することにより設置面積を小さ（したパレット交換
装置１３を構成することができる。

また、図示しないが、油圧シリンダ３４用の油圧回路に
停電等の異常事態に備えたセーフティ回路を設けること
で、停電等の異常事態に対応した処置がおこなわれ、装
置の破損等を防止することが可能になる。

なお、図の実施例では、油圧シリンダ３４の直線動作を
ランク３５により回動動作に変換して、アーム３７．５
１を回動させたが、他に専用の回転アクチュエータ等を
用いて駆動させることも可能である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、パレット交換の際に
実際にパレットを移動させる可動部が屈曲動作する２本
のアームにより構成されるため装置を小型化することが
できる。

また、パレットに係合して移動するアーム先端に取付け
られたカムフォロアの加速度は、アーム２本分の長さを
半径とした回転運動の正弦成分となり、パレットの移動
開始時と終了時の加・減速４゜ かなめらかになり、スムーズな交換が可能になる。

さらには、装置の動力源である回動手段が油圧アクチュ
エータにより駆動されて、テーブルの送りと分離されて
いるため、フェイルセーフ装置を油圧回路中に設けて、
非常時の対応をより安全にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したマシニングセンタの平面図、
第２図は第１図■−■線上の拡大断面図、第３図は第１
図の要部を拡大した平面図、第４図は動作の説明図であ
る。 ｌ・・・ベース　２・・・コラム　３・・・ヘッド　５
・・・サドル　７・・・テーブル　８・・・パレット　
８ａ・・・係合溝　９・・・パレッ）　　９ａ・・・係
合溝　　１１゜１２・・・パレット台　　１３・・・パ
レット交換装置１７・・・油圧シリンダ　１８・−・ピ
ストン　１９・・・クランププレート　　２１・・・位
置決めプレート１２２・・・穴部　２３・・・位置決め
ピン　２６・・・中空軸　　２８・・・歯車　　２９．
３０・・・ベアリング３２・・・中心軸　３３・・・歯
車　３４・・・油圧シリンダ　３５・・・ラック　３７
・・・第１のアーム　３８・・・ボルト　　３９・・・
裏蓋　　４１〜４３・・・ピン４４〜４６・・・アイド
ラ歯車　４７・・・ピン　４８・・・歯車　４９・・・
ブツシュ　５１・・・第２のアーム５３・・・カムフォ
ロア　５７・・・ロッド　５８・・・連結プレート 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　加工するワークが取付けられたパレットを待機位置か
   らテーブル上に移動し、加工が終了した後に再びパレッ
   トを待機位置に戻す工作機械のパレット交換装置におい
   て、 テーブルに設置され、油圧アクチュエータを用いて少な
   くとも１８０度の回動運動を発生する回動手段と、 テーブル本体に垂直に設置した中空軸に軸支されるとと
   もに、回動手段に駆動されて水平方向に回動する第１の
   アームと、 第１のアーム内部に位置し、中空軸の外周部に中空軸と
   同心に形成された固定歯車と、 第１のアームの他端に中空軸と平行に軸支されるととも
   に固定歯車の２分の１の歯数からなる衛星歯車と、 第１のアーム内の固定歯車と衛星歯車との間に配設され
   、固定歯車と衛星歯車とを噛合・接続する奇数個の歯車
   列と、 第１のアームとほぼ同一の回動半径であるとともに、一
   方の端部が衛生歯車の上端部に固定され、かつ他方の端
   部上面にカムフォロアを立設した第２のアームと、 パレット部に設けられ、溝方向をカムフォロアの移動方
   向と直角に配置したカムフォロア係合溝部と、 を備えたことを特徴とする工作機械のパレット交換装置
   。