JPH0825116B2

JPH0825116B2 - 工作機械の自動工具交換装置

Info

Publication number: JPH0825116B2
Application number: JP63160731A
Authority: JP
Inventors: 明彦藤元
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: EP0377049A4; EP0377049A1; EP0377049B1; KR930007537B1; JPH0215935A; WO1990000104A1; KR900701466A; US5020210A

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7C図に示す構
成を備えている。

即ち、第7A乃至第7C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O₁に
より摺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に引
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
れた時のみ係合突起41がタレットギヤ27から外れる如く
されている。

また、サポート５上に支点O₂で揺動可能に軸支された
両側のリンク４′の上端は、クランク６′上のローラ3
0′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を把握する主軸頭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′を作動するためにに配置してあ
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A₁方向に回
動してクランク６′とタレット３と矢印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L₁の工程終端で、工具のアーバ溝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′の転動により生ずる曲線軌跡L_c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１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7C図L_c→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係合を離脱する。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１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ゝ、第
２カムがアームローラ39を解放してアーム19の係止片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１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L₁→L_c→L₂の軌跡をたどることとな
り、フィンガー91がアーバ溝71を挟持して工具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L_c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がアーバ溝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
領域としてかなりの高さを設定する必要がある場合に
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30′
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Ｏ
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10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ッド10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、L₁→L_p→L₂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4
A,4B,5A,及び第5B図に示す如く、第１アクチュエータ15
の制御作動がレバー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
ータの制動作動によって、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10の両端を、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F₁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J₁とクラ
ンクの支点Ｏとを結ぶ直線Ｘ−Ｘ上か、やゝバネ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１図及び第２図に示す如く、主軸22は従来装置（第
7A,7B図）同様に、ガイド20によってリニアレールＲ上
に上下動可能とし、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
主点O₂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80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27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O₁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Ｏ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J₂で連結し、ロッド０の前端をク
ランク６の下端と連結点J₁で連結し、レバー４の上腕端
部のピンP₁とサポート上のピンP₂間に引張バネ17を引設
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J₁とを結ぶ直線Ｘ−Ｘ上よ
りわずか上方に点J₂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に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、ロッド10の内端に固定した
座金104を当接し、圧縮用バネ18を介在してブッシュ103
外周のネジS₁と筒孔内周のネジS₂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10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アクチュエータ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の上端にアームローラ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160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17
の力でレバー揺動ストッパ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Ａ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のアーバ溝71を挟持した位置であ
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80の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のロッド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、係合片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で停止されたまゝであって、フィンガー91の位置移動
が防止されたまゝ、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第6D
図に示すL₁→L_p→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
て係止レバーの係止突起41とタレットギヤ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ット上の
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
置させて、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２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
せて、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図の如くエ
アシリンダ作用で出没軸を矢印F₁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F₂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。

〈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
るのに変えてアームローラ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（L₁→L_p→L₂）となり、アーバ溝71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L_c（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図に於けるロッド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Ｂ
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図はタレット割り出し位置を
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7A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、10…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…圧縮バネ、19…アーム、20…ガイド、21
…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、39…アームローラ、40…
ローラ、41…係合突起、50…第２サポート、91…フィン
ガー、100…スリーブ、101…球面受部、102…筒底、103
…ブッシュ、104…端金、105…弛み止め。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
（22）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。
【請求項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）の工具解放を司るア
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。
【請求項３】ロッド（10）の両端が、それぞれ球面軸受
（101,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
【請求項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（J₂）がほぼ、ロッド（10）とクラ
ンク（６）先端との連結点（J₁）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。