JPH0698531B2 - 工作機械のチャック爪自動交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、工作機械のチャック爪自動交換装置に関す
る。更に詳しくは、主軸を割り出してチャック爪を１個
単位に自動的に交換する工作機械のチャック爪自動交換
装置に関する。

［従来技術］ NC工作機械において、長時間の連続運転を続けるには自
動化のための各種の対策を講じなければならない。工作
物が異なるものを連続的に長時間加工するには困難な問
題がある。とくに、NC旋盤の場合、工作物の直径に応じ
て工作物チャックの爪を交換するか、工作物チャックそ
のものを交換する必要がある。NC旋盤のチャック爪を自
動交換するものは、知られている。例えば、特開昭55−
5273号公報には、チャック爪を貯蔵するマガジンと、こ
のマガジン内のチャック爪をつかみ同時に主軸の工作物
チャック爪をつかんで旋回して交換する交換アームとを
備えたチャック爪自動交換装置が記載されている。

特公昭63−39631号公報には、円環状の保持具に複数の
チャック爪を半径方向に取り付け、同時に複数のチャッ
ク爪を自動交換するものが記載されている。また、特公
昭63−41682号公報には、爪貯蔵マガジンと、チャック
の半径方向にチャック爪を移動させる爪移動装置を備え
たものが記載されている。チャック爪を交換するときに
は、爪貯蔵マガジンの爪を爪移動装置によりチャックま
で移動させてチャック爪を交換している。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記した特開昭55−5273号公報、特公昭63−41682号公
報に記載されたものは、チャック爪をつかんで交換する
ための専用の交換アーム、爪移動装置などを備える必要
がある。この方式は、高速にチャック爪を交換できるな
どの利点があるが、チャック爪の交換機構が複雑になる
ことはまぬがれない。

特公昭63−39361号公報に記載されたものは、同時に複
数のチャック爪を交換するため位置決めが難しく、信頼
性の面で問題がある。また、前記した各自動爪交換装置
は、チャック爪交換後にチャック爪が確実にマスタージ
ョーに密着したか否か判断するセンサーがないので確認
できず、信頼性の点で問題がある。この発明は、これら
の問題点にかんがみてなされたものである。

この発明の目的は、簡素な構造の工作機械のチャック爪
自動交換装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、チャック爪がチャック本体に密
着したのを確認るす検知手段を有する工作機械のチャッ
ク爪自動交換装置を提供することにある。

［前記課題を解決するための手段］ この発明は、前記課題を解決するため次の手段を採る。

NC旋盤（１）と、 このNC旋盤の主軸に設けられ、チャックボディ（30）、
このチャックボディに半径方向に移動自在に設けられた
マスタージョー（32）及びこのマスタージョーの前端面
（49）に後端面（48）が密着して着脱自在に取付けられ
るチャック爪（33）を有する工作物チャック（５）と、 この工作物チャックの前記チャック爪を交換するための
搬送手段（10）と、 前記主軸を一定角度位置に割出し固定するための主軸割
出しモータと、 前記マスタージョーの前端面に形成され、傾面（38）を
有する第１係合部（34a）と、 前記チャック爪の後端面に形成され、前記マスタージョ
ーの傾面と係合離脱自在な傾面（36）を有する第２係合
部（34b）と、 前記マスタージョー（32）に前記主軸の軸線と平行に設
けられたシリンダ（43）と、 このシリンダに摺動自在に配置されたピストン（42）
と、 このピストンの一側面に前記マスタージョーの前端面か
ら突出自在に設けられ、先端にテーパー（41）を有する
ロックピン（40）と、 前記ピストンを前記ロックピンが前記マスタージョーの
前端面から突出する方向に付勢する付勢手段（44）と、 前記チャック爪の後端面に設けられ、前記ロックピンの
テーパーと楔係合するテーパー（38）を有するロック孔
（37）と、 前記チャックボディ及び前記マスタージョーの内部に形
成され、かつ前記シリンダに開口し前記付勢手段に抗し
て前記ロックピンを解放する方向に移動させる加圧流体
を供給するための第１流体流路（45）と、 前記チャックボディ及び前記マスタージョーの内部に形
成され、前記マスタージョーの前記前端面に開口する吐
出口を有し、かつこの吐出口が前記マスタージョーに密
着される前記チャック爪の後端面によって閉鎖される第
２流体流路（47）と、 前記主軸割り出しモータに割り出され停止した前記工作
物チャックの前記チャックボディに当接し、前記第１及
び第２流体流路に個別に加圧流体を供給する流体継手
（50）と、 前記第２流体流路に供給された加圧流体が、前記第２流
体流路の前記吐出口から漏出するするか否かによって、
前記マスタージョーに前記チャック爪が正確に密着され
ているか否かを判断する密着確認手段（63）と からなる工作機械のチャック爪自動交換装置である。

前記搬送手段が工作物を搬送する手段と兼用しているこ
とを特徴とする工作機械のチャック爪自動交換装置を兼
用するとなお効果的である。

更に、前記密着確認手段が前記チャック爪の密着部に空
気圧を噴出させて空気圧を検知する圧力スイッチでも良
い。

［作 用］ NC旋盤の主軸を一定角度位置に割出しし、このNC旋盤の
工作物チャックに流体継手を押圧し、この流体継手を介
して加圧流体を導入し、工作物チャックのチャック爪の
係合の着脱を行い、他方チャック爪が正確な位置に密着
されたか否か密着確認流体回路で確認する。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面と共に説明する。第７図
は、この発明の工作機械のチャック爪自動交換装置を適
用したターニングセルの全体を示す正面図である。第８
図は第７図の平面図、第９図は第７図の側面図である。
NC旋盤１は、工具貯蔵マガジン２を備えている。工具貯
蔵マガジン２内の工具は、自動工具交換装置（図示せ
ず）によりタレット刃物台３の工具との間で自動的に工
具交換される。主軸には、ワークチャック５が取り付け
てある。

NC旋盤１の側位置には、爪・フィンガー用ストッカ６が
設置してある。爪・フィンガー用ストッカ６には、ワー
クチャック５のチャック爪33と、搬送ロボット10のフィ
ンガーを多種類内蔵している。NC旋盤１と爪・フィンガ
ー用ストッカ６と、更にトレーチェンジャー７が同一線
上に設置固定してある。このトレーチェンジャー７は、
複数の工作物を整列したトレー箱を収納したものであ
る。トレー箱は、順次必要に応じて他のトレー箱と交換
できるものである。

搬送ロボット10とトレーチェンジャー７と協働して工作
物を整列させる。このトレーチェンジャー７は、公知の
技術であり本出願人の特許出願も既に公開されている。
このトレーチェンジャー７についてはここでは詳記しな
い。NC旋盤１、爪フィンガー用ストッカ６、トレーチェ
ンジャー７の上には、直線の搬送レール８が支柱９に支
持されて配置してある。

搬送ロボット 搬送レール８上には、搬送ロボット10が移動自在に載置
してある。この搬送ロボット10の移動の制御はNC制御さ
れる。搬送ロボット10の先端には、チャック爪を把持す
るためのハンド11を備えている。ハンド11の先端のフィ
ンガーは、把持する対象によって自由に交換できる。チ
ャック爪33と搬送ロボット10のフィンガー20が収納され
ている。通常、ロボットの先端のハンドは、用途に応じ
て変えられる。

例えば、組立ロボットであれば組立用ハンド、溶接用で
あれば溶接用ハンド、搬送用であれば搬送ハンドなど用
途ごとに最適な構造機能を有したものに取り換えられ
る。本実施例の搬送ロボット10の場合は、ハンド11全体
を交換せずに必要最小限のフィンガー20のみを交換する
ものである。このフィンガー20は、工作物の直径、把持
対象物が変わるときに交換するものである。更に、チャ
ック爪31を交換するときも専用のフィンガー20に交換す
る。

本例では、工作物の直径が変化したときと、チャック爪
33を把持するときにフィンガー20を交換する。第５図
（ａ）、（ｂ）に示すものは、フィンガー20をロボット
ハンド11の本体に着脱自在に取り付ける構造である。フ
ィンガー20の根元には、ピン21がビスで固定してある。
ピン21には、凹溝状の外周溝22が形成してある。一方、
ロボットハンド11の本体には、２本のフィンガー本体25
がピン21を中心に揺動自在に設けてある。

２本のフィンガー本体25の一端は、ピン27に挿入されて
いる。ピン27は、油圧、サーボモータなどで駆動され、
フィンガー本体25の先端は開閉する。フィンガー本体25
の先端には、ピン孔部材28がボルトにより固定してあ
る。このピン孔部材28には、ピン孔29が形成してある。
ピン孔29には、ピン21が挿入してある。ピン孔29には、
半径方向に２か所からノッチ24が突き出している。

ノッチ24は、スプリングによりピン孔29の中心方向に常
時押されているが、半径方向に押されるとスプリングを
圧縮してピン孔29から引き込む。ピン21のピン孔29内に
挿入すると、ノッチ24がピン21の外周溝22内に挿入され
る。このためフィンガー20は、ピン孔29から抜け出るこ
とはない。また、フィンガー20には、段部23が形成して
あるので、この段部23とピン孔部材28の側面が接してい
るのでフィンガー20はピン21を中心に回転することはな
い。図示されていないが、このロボットハンド11は、フ
ィンガー20を２組備えているタイプで、いわゆるダブル
ハンドタイプである。

チャック爪着脱機構 第１図に示すものは、工作物チャック５の概観を示す。
工作物チャック５は、チャック爪33を円周方向等角度に
３個有する三つ爪チャックである。チャックボディ30の
中心に向かって３方向からマスタージョー32が公知の油
圧機構で摺動溝31内を同時に摺動する。マスタージョー
32の前端面は、チャック爪33が着脱自在に設けてある。
マスタージョー32の前面には、二つのダブテイル34a、3
4aが形成してある。このダブテイル34a、34a間には、チ
ャック爪33のダブテイル34bが挿入されている。

ダブテイル34bの傾面35とダブテイル34aの傾面36とは密
着して結合している。ダブテイル34bには、ロック孔37
が明けてある。ロック孔37には、ロックピン40が挿入し
てある。ロックピン40の先端はテーパー41になってい
て、このテーパー41は、ロック孔37のテーパー面38に接
触している。ロックピン40の後端は、ピストン42が一体
に設けてある。ピストン42は、シリンダー43内に挿入さ
れている。

ピストン42とマスタージョー32の間には、コイルバネ44
が介在してある。このコイルバネ44はピストン42を常に
押している。シリンダー43の前方には、空気圧路45が後
述する空気圧源と連通している。更に、マスタージョー
32には、空気圧路47が設けられ、この空気圧路47の前端
面は開放している。この開放した孔は、チャック爪33の
後端面48をマスタージョー32の前端面49に密着させてい
るので、空気圧は漏れることはない。

ただし、この密着面に切粉などの異物の介在、位置ずれ
などで空気圧は漏れる。第３図は、チャック爪33の密着
確認とピン引抜きのための流体継手50の一部断面図であ
る。流体継手50は、チャックボディ30の後端部の外周位
置に位置している。チャックボディ30の一部には、空気
圧路47、45が半径方向に開口している。この開口面は一
部平面に形成してあり、継手面46を作る。継手面46に対
向してピストン51の前端面52が接触している。ピストン
51は、シリンダー53内に挿入されてる。

ピストン51とシリンダー53の間には、コイルスプリング
54が介在させてあり、常にピストン51を後方に押してい
る。このため、ピストン51の前端面52とチャックボディ
30の継手面46とは接触していない。しかし、ピストン51
の後端のシリンダー53内に空気圧を供給すると、ピスト
ン51は前進し、継手面46とピストン51の前端面52は接触
する。ピストン51の軸線方向には、二つの空気圧路55、
56が設けてある。

ピストン51の前進時に空気圧路55、56は、空気圧路47、
45とそれぞれ連通する。第４図は、チャック爪33の密着
確認の検出と、ロックピン40の引抜きを制御する空圧回
路図である。空気圧源60からの空気圧は、切換弁61を介
して空気圧路56、45に連通する。空気圧は、ピストン42
を移動させコイルスプリング44を圧縮し、ロックピン40
をロック孔37から引き抜く。チャック爪33はチャック５
の半径方向に移動可能となる。

一方、切換弁62からの空気圧は、フィルタ、圧力制御
弁、流量制御弁、一定圧を検知する圧力スイッチ63を介
して空気圧路55に連通する。空気圧路55の空気圧は、空
気圧路47に連通する。空気圧路47の空気は、マスタージ
ョー32の前端面49に達する。しかし、チャック爪33の後
端面48がマスタージョー32の前端面49に密着していると
きは、空気圧は流出しない。このため、空気圧が圧力ス
イッチ63を作動させるのでこの信号を取り出し両者の密
着を確認する。

爪自動交換の動作フロー 以下、前記した爪自動交換装置の動作の概要を説明す
る。第６図（ａ）、（ｂ）に示すものは、チャック爪自
動交換装置の動作を示すフロー図である。まず、NC旋盤
１の主軸を低速回転にし、同時に工作物チャック５周囲
の付着物をエアーで吹き飛ばしながら主軸を停止させる
（ステップP₁）。主軸の割出しモータ（図示せず）を制
御して爪交換位置に工作物チャック５を割出す（P₂）。
切換弁64を作動して空気圧をシリンダ53に導入し、ピス
トン51を前方に移動させる。

ピストン51の前端面52がチャックボディ30の継手面46に
密着接触する（P₃）。搬送ロボット10が下降して、前工
程のチャック爪33を把持する（P₄、P₅）。次に切換弁61
を切り換える、空気圧路56、45に空圧が導入されて、ピ
ストン42がコイルスプリング44を圧縮する。ロックピン
40は、ロック孔37から引き抜かれる（P₆）。搬送ロボッ
トハンド下降し工作物チャックの回転軸線方向（Ｚ軸方
向）に退避し、ハンド11を旋回して、もう一方のハンド
11を割出す（P₇、P₈）。

再びハンド11を工作物チャック５へアプローチして、次
工程のチャック爪33をダブテイル34aに係合させる
（P₉、P₁₀）。切換弁61を切換えて空気圧の供給を遮断
する。空気圧の供給がなくなったのでコイルスプリング
44がピストン42を押し出す。ロックピン40のテーパー41
がテーパー孔38を押圧する。この押圧で、傾面35と傾面
36が密着して、チャック爪33は、マスタージョー32に固
定される（P₁₁）。ハンド11のフィンガー20が開く
（P₁₂）。

切換弁62が切り換えられ、空気圧が空気圧路55、47に導
入される。マスタージョー32の前端面49と、チャック爪
33の後端面48が密着していれば、空気圧路47の開放端か
ら空気は流出しないので、圧力スイッチ63がこれを検知
する（P₁₃、P₁₄）。もし、この確認がとれないようであ
れば、前記と逆の作動でチャック爪33を取り外して、再
度エアーブローを行ってチャック爪33をはめ込む。

密着を確認すると、切換弁62を切り換えて空気の供給を
遮断する。ハンド11をＺ軸線方向に退避させて上昇させ
て、交換した旧チャック爪33を把持して、搬送レール８
上を移動して爪・フィンガー用ストッカ６に戻す。すべ
てのチャック爪33の交換が終了していれば終了であり、
交換が終了していなければ新しいチャック爪33をフィン
ガー20で把持し、再び前記同様の繰り返し動作を行う
（P₁₆、P₁₇、P₁₈、P₁₉、P₂₀）。

［発明の効果］ 以上詳記したように、この発明は、工作物の搬送ロボッ
トと兼用のロボットでチャック爪を自動的に交換でき
る。その交換機構も簡素なもので済む。また、チャック
爪の交換が正確に行われているか確認するための密着確
認検知機構を設けたのでチャック爪交換の信頼性が向上
した。

【図面の簡単な説明】

第１図は工作物チャックの概観を示す図、第２図は工作
物チャックの第１図の断面図、第３図は流体継手の断面
図、第４図はチャック爪交換のための空圧回路図、第５
図（ａ）、（ｂ）は搬送ロボットのハンドの正面図と断
面図、第６図（ａ）、（ｂ）は自動チャック爪交換の動
作の概要を示すフロー図、第７図はターニングセルの概
要を示す正面図、第８図は第１図の平面図、第９図は第
１図の側面図である。 １……NC旋盤、２……工具貯蔵マガジン、５……工作物
チャック、６……爪・フィンガー用ストッカ、８……搬
送レール、10……搬送ロボット、33……チャック爪、50
……流体継手、63……圧力スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】NC旋盤（１）と、 このNC旋盤の主軸に設けられ、チャックボディ（30）、
   このチャックボディに半径方向に移動自在に設けられた
   マスタージョー（32）及びこのマスタージョーの前端面
   （49）に後端面（48）が密着して着脱自在に取付けられ
   るチャック爪（33）を有する工作物チャック（５）と、 この工作物チャックの前記チャック爪を交換するための
   搬送手段（10）と、 前記主軸を一定角度位置に割出し固定するための主軸割
   出しモータと、 前記マスタージョーの前端面に形成され、傾面（38）を
   有する第１係合部（34a）と、 前記チャック爪の後端面に形成され、前記マスタージョ
   ーの傾面と係合離脱自在な傾面（36）を有する第２係合
   部（34b）と、 前記マスタージョー（32）に前記主軸の軸線と平行に設
   けられたシリンダ（43）と、 このシリンダに摺動自在に配置されたピストン（42）
   と、 このピストンの一側面に前記マスタージョーの前端面か
   ら突出自在に設けられ、先端にテーパー（41）を有する
   ロックピン（40）と、 前記ピストンを前記ロックピンが前記マスタージョーの
   前端面から突出する方向に付勢する付勢手段（44）と、 前記チャック爪の後端面に設けられ、前記ロックピンの
   テーパーと楔係合するテーパー（38）を有するロック孔
   （37）と、 前記チャックボディ及び前記マスタージョーの内部に形
   成され、かつ前記シリンダに開口し前記付勢手段に抗し
   て前記ロックピンを解放する方向に移動させる加圧流体
   を供給するための第１流体流路（45）と、 前記チャックボディ及び前記マスタージョーの内部に形
   成され、前記マスタージョーの前記前端面に開口する吐
   出口を有し、かつこの吐出口が前記マスタージョーに密
   着される前記チャック爪の後端面によって閉鎖される第
   ２流体流路（47）と、 前記主軸割り出しモータに割り出され停止した前記工作
   物チャックの前記チャックボディに当接し、前記第１及
   び第２流体流路に個別に加圧流体を供給する流体継手
   （50）と、 前記第２流体流路に供給された加圧流体が、前記第２流
   体流路の前記吐出口から漏出するするか否かによって、
   前記マスタージョーに前記チャック爪が正確に密着され
   ているか否かを判断する密着確認手段（63）と からなる工作機械のチャック爪自動交換装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記搬送手段（10）が工作物を搬送する手段を兼用して
   いることを特徴とする工作機械のチャック爪自動交換装
   置。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記密着確認手段が前記密着部に空気圧を噴出させて空
   気圧を検知する圧力スイッチ（63）であることを特徴と
   する工作機械のチャック爪自動交換装置。