(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタイミングをもった回転運動が入力される第１回転軸と、
該第１回転軸と同軸で互いに相対回転可能に設けられ、第２のタイミングをもった回転運動が入力される第２回転軸と、
前記第１回転軸に設けられ、その軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カムと、
該運動変換カムに係合されるカムフォロワを有し、かつ前記第２回転軸にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合されて設けられるアーム支持部材と、
該アーム支持部材に設けられ、工具を着脱可能に支持する工具保持アームと、を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項２】
前記第１回転軸に入力される第１のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第１カムと、該第１カムに係合するカムフォロアを設けた第１ターレットとを備えた第１変換機構で作り出すことを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
【請求項３】
前記第２回転軸に入力される第２のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第２カムと、該第２カムに係合するカムフォロアを設けた第２ターレットとを備えた第２変換機構で作り出すことを特徴とする請求項１または２に記載の自動工具交換装置。
【請求項４】
前記第１のタイミングをもった回転運動は、前記第１回転軸に連結したサーボモータを回転制御することにより作り出すことを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
【請求項５】
前記第２のタイミングをもった回転運動は、前記第２回転軸に連結したサーボモータを回転制御することにより作り出すことを特徴とする請求項１または４に記載の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アームを旋回運動および往復直線運動させることにより、該アームに支持される工具を自動的に交換する自動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の自動工具交換装置としては、実開昭６０−３１５４５号公報（Int.Cl.F16H 37/16 ）および実開昭６１−１８７６４１号公報（Int.Cl.B23Q 3/157 ）に開示されたものが従来から知られている。即ち、かかる自動工具交換装置は入力回転を揺動回転に変換するドラム状カムを備え、このドラム状カムで変換された揺動回転を出力軸に伝達して、この出力軸を所定のタイミングをもって回転するようになっている。
【０００３】
一方、前記ドラム状カムの一側面にカム溝が形成され、このカム溝によってリンクを揺動運動させるようになっており、このリンクの揺動運動を前記出力軸に伝達して、この出力軸を所定のタイミングをもって軸方向に往復直線運動させるようになっている。そして、前記出力軸の回転により、この出力軸に設けた工具保持アームを旋回して工具を選択し、この出力軸の軸方向運動により工具の脱着が自動的に行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の自動工具交換装置にあっては、上述したように出力軸は回転するだけでなく、それ自体が軸方向へも移動する構造となっていて、したがってハウジング内にはこの出力軸の軸方向運動スペースをも確保する必要があり、このためハウジングの大型化を余儀なくされて、自動工具交換装置のコンパクト化を達成することができなかった。
【０００５】
また、工具を脱着するための前記出力軸の軸方向往復運動は上記のようにリンクの揺動運動によって得られるが、該リンクは一端部を回動可能な支点、他端部を前記出力軸に係合する作用点、中間部を前記カム溝に係合する力点とする構成であって、このようなリンク構成では力の伝達に際して著しく大きな負荷が発生すると共に、出力軸と工具保持アームとが一体となって軸方向に移動するために大きな慣性力が発生し、これらの影響で自動工具交換装置の高速運転を実現することが著しく困難であるという各種課題があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、出力軸をその軸方向に往復直線運動させることなく工具保持アームのみを往復直線運動させるようにして、出力軸に対する必要スペースを削減し装置の小型化を達成できるとともに、かつ工具保持アームを往復直線運動する際の慣性力を減少させて装置の高速運転を可能とする自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１に示す本発明の自動工具交換装置は、第１のタイミングをもった回転運動が入力される第１回転軸と、該第１回転軸と同軸で互いに相対回転可能に設けられ、第２のタイミングをもった回転運動が入力される第２回転軸と、前記第１回転軸に設けられ、その軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カムと、該運動変換カムに係合されるカムフォロワを有し、かつ前記第２回転軸にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合されて設けられるアーム支持部材と、該アーム支持部材に設けられ、工具を着脱可能に支持する工具保持アームと、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に示す本発明の自動工具交換装置は、前記第１回転軸に入力される第１のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第１カムと、該第１カムに係合するカムフォロアを設けた第１ターレットとを備えた第１変換機構で作り出すことを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３に示す本発明の自動工具交換装置は、前記第２回転軸に入力される第２のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第２カムと、該第２カムに係合するカムフォロアを設けた第２ターレットとを備えた第２変換機構で作り出すことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に示す本発明の自動工具交換装置は、前記第１のタイミングをもった回転運動は、前記第１回転軸に連結したサーボモータを回転制御することにより作り出すことを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、請求項５に示す本発明の自動工具交換装置は、前記第２のタイミングをもった回転運動は、前記第２回転軸に連結したサーボモータを回転制御することにより作り出すことを特徴とする。
【００１２】
以上の構成による本発明の自動工具交換装置の作用を以下に述べると、請求項１の自動工具交換装置は、第１回転軸がこれに入力される第１のタイミングをもった回転運動によって回転されるとともに、第２回転軸はこれに入力される第２のタイミングをもった回転運動によって回転され、これに伴って運動変換カムは第１回転軸によってその軸周りに回転され、またアーム支持部材はこれがスプライン結合された第２回転軸によってその軸周りに回転される。この際、第１回転軸の軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カムにアーム支持部材のカムフォロワが係合されていることから、上記第１及び第２のタイミングの回転運動の設定に従ってこれら第１回転軸と第２回転軸との間に相対回転が生じると、運動変換カムに対してカムフォロワが変位して直線運動を行うこととなり、これによりスプライン結合を介して第２回転軸に軸方向に沿って相対移動可能に設けられたアーム支持部材が工具保持アームを直線運動させることになる。
【００１３】
他方、第１回転軸と第２回転軸が同期して回転する際には、運動変換カムとカムフォロワとの間に相対変位は発生せず、アーム支持部材は第２回転軸によって単に回転され、工具保持アームは単純に旋回運動されることになる。
【００１４】
このようにこれら第１回転軸および第２回転軸が複合して、工具保持アームに軸方向直線運動や旋回運動を生じさせる出力軸としての機能を発揮するが、本発明にあっては、第１回転軸に設けられその軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カムと、運動変換カムに係合されるカムフォロワを有し、かつ第２回転軸にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合されて設けられるアーム支持部材とを備えたことにより、出力軸を構成するこれら第１回転軸および第２回転軸の両者、特に工具保持アームに軸方向直線運動を生じさせる第１回転軸をなんらその軸方向に運動させることなく、工具保持アームのみを軸方向に直線運動させることができる。このため、出力軸であるこれら第１回転軸および第２回転軸に対する必要スペースを回転運動のみに要する最小限に止めることができて、装置の小型化を達成することができる。
【００１５】
また、工具保持アームを直線運動させるための運動変換カムと、この運動変換カムに係合するカムフォロワを有するアーム支持部材のスプライン結合部分以外の運動系がすべて回転運動系で構成され、また直線運動を得る構成部分もカム機構のみで構成しているので、運動が滑らかで負荷の発生が小さく、そしてまた直線運動する要素がアーム支持部材と工具保持アームのみであるため発生する慣性力を減少させることができ、装置の高速運転化を実現することができる。
【００１６】
また、請求項２に示す本発明の自動工具交換装置では、前記第１回転軸に入力される第１のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第１カムと、該第１カムに係合するカムフォロアを設けた第１ターレットとを備えた第１変換機構で作り出すようにしたので、入力軸と共に第１カムが回転されると、この第１カムに沿ってカムフォロアが変位し、これに伴ってこのカムフォロアを備える第１ターレットがその中心軸周りに回転され、この第１ターレットの回転が第１回転軸に入力されることになる。そして、前記第１カムのカム形状によって第１のタイミングをもった回転運動が設定される。
【００１７】
さらに、請求項３に示す本発明の自動工具交換装置では、前記第２回転軸に入力される第２のタイミングをもった回転運動は、入力軸に設けられた第２カムと、該第２カムに係合するカムフォロアを設けた第２ターレットとを備えた第２変換機構で作り出すようにしたので、入力軸と共に第２カムが回転されると、この第２カムに沿ってカムフォロアが変位し、これに伴ってこのカムフォロアを備える第２ターレットがその中心軸周りに回転され、この第２ターレットの回転が第２回転軸に入力されることになる。そして、前記第２カムのカム形状によって第２のタイミングをもった回転運動が設定される。
【００１８】
そして、上記第１変換機構と併用して、同一の入力軸から第１および第２のタイミングをもった回転運動を取り出して第１回転軸および第２回転軸を回転させることにより、これら各回転軸に設けた運動変換カムとアーム支持部材との相互作用によって得られる工具保持アームの作動の正確性を高めることができ、より高速な運転を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項４および５に示す自動工具交換装置では、前記第１のタイミングをもった回転運動、並びに第２のタイミングをもった回転運動が、第１回転軸および第２回転軸それぞれに連結したサーボモータを回転制御することにより作り出されるようになっていて、ハウジング内の装置構成がシンプルかつコンパクトとなり、さらなる装置の小型化を達成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図９は本発明の自動工具交換装置の第１実施形態を示し、図１は断面正面図、図２は図１中Ａ−Ａ線断面図、図３は図１中Ｂ−Ｂ線断面図、図４は図２中Ｃ−Ｃ線断面図、図５（イ），（ロ）はリフト用カムおよび旋回用カムのカム形状を展開した説明図、図６は運動変換カムのカム形状を展開した説明図、図７は工具保持アームの旋回および軸方向直線運動のタイミング線図、図８は作動状態を示す断面正面図、図９は工作機械への取付状態を示す正面図である。
【００２１】
本実施形態は基本的には、第１のタイミングをもった回転運動が入力される第１回転軸としてのリフト用回転軸２２と、リフト用回転軸２２と同軸で互いに相対回転可能に設けられ、第２のタイミングをもった回転運動が入力される第２回転軸としての旋回用回転軸２４と、リフト用回転軸２２に設けられ、その軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カム３８と、運動変換カム３８に係合されるカムフォロワ４２を有し、かつ旋回用回転軸２４にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合４４されて設けられるアーム支持部材４０と、アーム支持部材４０に設けられ、工具７２を着脱可能に支持する工具保持アーム２６とを備え、リフト用回転軸２２に入力される第１のタイミングをもった回転運動は、入力軸１６に設けられた第１カムとしてのリフト用カム４６と、リフト用カム４６に係合するカムフォロア５８を設けた第１ターレットとしてのリフト用ターレット５６とを備えた第１変換機構１８で作り出され、また旋回用回転軸２４に入力される第２のタイミングをもった回転運動は、入力軸１６に設けられた第２カムとしての旋回用カム４８と、旋回用カム４８に係合するカムフォロア６２を設けた第２ターレットとしての旋回用ターレット６０とを備えた第２変換機構２０で作り出されるように構成される。
【００２２】
そして、リフト用回転軸２２がこれに入力される第１のタイミングをもった回転運動によって回転されるとともに、旋回用回転軸２４はこれに入力される第２のタイミングをもった回転運動によって回転され、これに伴って運動変換カム３８はリフト用回転軸２２によってその軸周りに回転され、またアーム支持部材４０はこれがスプライン結合４４された旋回用回転軸２４によってその軸周りに回転される。この際、リフト用回転軸２２の軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カム３８にアーム支持部材４０のカムフォロワ４２が係合されていることから、上記第１及び第２のタイミングの回転運動の設定に従ってこれらリフト用回転軸２２と旋回用回転軸２４との間に相対な揺動回転運動が生じると、運動変換カム３８に対してカムフォロワ４２が変位して往復直線運動を行うこととなり、これにより、スプライン結合４４を介して旋回用回転軸２４に軸方向に沿って相対移動可能に設けられたアーム支持部材４０が工具保持アーム２６を往復直線運動させることになる。
【００２３】
他方、リフト用回転軸２２と旋回用回転軸２４が同期して回転する際には、運動変換カム３８とカムフォロワ４２との間に相対変位は発生せず、アーム支持部材４０は旋回用回転軸２４によって単に回転され、工具保持アーム２６は単純に旋回運動されることになる。
【００２４】
以下に詳述すると、本実施形態の自動工具交換装置１０は、図１，図２に示すようにハウジング１２にボールベアリング１４，１４を介して回転自在に取付けられた入力軸１６の回転を、第１変換機構１８および第２変換機構２０を介して第１回転軸としてのリフト用回転軸２２および第２回転軸としての旋回用回転軸２４へ、所定のタイミングをもった揺動回転および間欠回転に変換して伝達し、これら揺動回転および間欠回転によって工具保持アーム２６を旋回および軸方向移動させるようになっている。
【００２５】
前記リフト用回転軸２２および前記旋回用回転軸２４は、リフト用回転軸２２が中心部に配置され、旋回用回転軸２４がその外側に同軸で相対回転可能に設けられている。そして、これらリフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４は、図中水平方向に配置された前記入力軸１６の配置方向に対して直角方向となるように垂直に配置される。外側の旋回用回転軸２４は、ハウジング１２の上側にこれを貫通して固定される外筒３０に、ボールベアリング３２，３２を介して回転自在に支持されると共に、内側のリフト用回転軸２２は旋回用回転軸２４に対し、その上端部に配置されるニードルベアリング３４および下端部に配置されるボールベアリング３６を介して相対回転自在に支持される。
【００２６】
前記リフト用回転軸２２の上端部には、回転運動を軸方向運動に変換する運動変換カム３８が軸方向に設けられる。この運動変換カム３８はリフト用回転軸２２周りに、図６（イ）または（ロ）に示すような所定の螺旋形状に形成されたカム溝３８ａを備え、このカム溝３８ａに係合するカムフォロワ４２は、アーム支持部材４０が設けられた旋回用回転軸２４に対する当該リフト用回転軸２２の相対揺動回転によって、軸方向に往復直線運動を行うようになっている。
【００２７】
図６（イ）に示すような蛇行する形態のカム曲線に設定した場合には、移動開始初期はゆっくりと、そして中間にあっては早く、そしてまた停止する際にはまたゆっくりとした速度の動きをカムフォロワ４２、ひいては工具保持アーム２６に与えることができる。他方、図６（ロ）には、工具保持アーム２６を等速で駆動させることができるリニアな形態のカム曲線を設定した場合が示されている。このようにカム曲線の設定で移動速度を制御することができて、各種仕様の工具保持アーム２６それぞれに適した運動を設定することができる。一般に、等速度的な動きを設定した場合には起動時および停止時の慣性力の影響が非常に大きく、工具保持アーム２６の振動の発生が問題となるが、カム曲線を用いた駆動では慣性力の影響を小さく押さえることができ、高速で滑らかな作動を実現することができる。
【００２８】
このように構成した前記運動変換カム３８の外側には、相対移動および相対回転可能に筒状のアーム支持部材４０が設けられる。該アーム支持部材４０の上端部には前記工具保持アーム２６が一体に形成されるようになっている。また、該アーム支持部材４０にはその内側の対向位置に一対のカムフォロア４２，４２が取付けられ、これらカムフォロア４２，４２は前記運動変換カム３８のカム溝３８ａに係合される。
【００２９】
前記アーム支持部材４０の下端部は、前記旋回用回転軸２４の上端部外側にスプライン結合４４される。該スプライン結合４４は、図３に示すように旋回用回転軸２４の上端部外側を断面方形状に形成する一方、アーム支持部材４０の嵌合穴を旋回用回転軸２４の外側形状に沿って形成し、これらを互いに嵌合することにより構成される。従って、前記スプライン結合４４部分を介して、アーム支持部材４０は旋回用回転軸２４と一体に回転される一方、軸方向に相対移動が可能となっている。前記スプライン結合４４は、軸方向への相対移動を許容し、かつ軸周りの相対回転を規制できる機構であれば良い。
【００３０】
前記入力軸１６には、それぞれがグロボイダルカムとして形成される第１カムとしてのリフト用カム４６および第２カムとしての旋回用カム４８が一体回転可能に設けられる。リフト用カム４６および旋回用カム４８の外周にはテーパリブ４６ａ，４８ａがそれぞれ所定の形状をもって形成される。
【００３１】
前記リフト用カム４６の片側には図４に示すように、入力軸１６に対して直角方向に垂直配置される支軸５２が、ボールベアリング５４，５４を介してハウジング１２に回転自在に支持され、この支軸５２に第１ターレットとしてのリフト用ターレット５６が設けられる。該リフト用ターレット５６の外周には、前記リフト用カム４６のテーパリブ４６ａの両側を挟むように係合されるカムフォロア５８が設けられる。該カムフォロア５８はリフト用ターレット５６の外周に等間隔に４個が設けられ、そのうちの隣設される２個が前記テーパリブ４６ａの両側に係合されるようになっている。そして、前記リフト用カム４６とカムフォロア５８を設けた前記リフト用ターレット５６とによって、前記第１変換機構１８が構成される。
【００３２】
一方、前記旋回用回転軸２４の下端部は第２ターレットとしての旋回用ターレット６０として形成され、該旋回用ターレット６０の外周には、前記旋回用カム４８のテーパリブ４８ａに係合されるカムフォロア６２が設けられる。該カムフォロア６２は前記リフト用ターレット５６と同様に旋回用ターレット６０の外周に等間隔に４個が設けられ、そのうちの隣設される２個がテーパリブ４８ａの両側に係合される。そして、前記旋回用カム４８とカムフォロア６２を設けた前記旋回用ターレット６０とによって、前記第２変換機構２０が構成される。
【００３３】
前記リフト用ターレット５６を支持する支軸５２の下端部に第１ギア６４が設けられる一方、前記リフト用回転軸２２の下端部は前記旋回用ターレット６０の下端から突出され、この突出部分に前記第１ギア６４に噛合される第２ギア６６が設けられる。そして、これら第１，第２ギア６４，６６を介して前記リフト用ターレット５６の回転がリフト用回転軸２２に伝達されるようになっている。本実施形態では前記第１ギア６４と前記第２ギア６６とのギア比は２：１に設定され、リフト用ターレット５６の回転がリフト用回転軸２２に増速されて伝達されるようになっている。
【００３４】
ここで、前記第１変換機構１８を構成するリフト用カム４６のテーパリブ４６ａは、図５（イ）に示す蛇行形状をもって形成されてリフト用ターレット５６に変位を生じさせ、第１ギア６４および第２ギア６６を介してリフト用回転軸２２に第１のタイミングをもった揺動回転を伝達する一方、前記第２変換機構２０を構成する旋回用カム４８のテーパリブ４８ａは、図５（ロ）に示す螺旋形状をもって形成され、旋回用ターレット６０に変位を生じさせて旋回用回転軸２４に第２のタイミングをもった間欠回転を伝達するようになっている。
【００３５】
以上の構成により本実施形態のカム式の自動工具交換装置１０にあっては、入力軸１６が回転駆動されると、これに伴ってリフト用カム４６，旋回用カム４８が回転される。すると、リフト用カム４６の回転によって、これのテーパリブ４６ａに沿ってカムフォロア５８が入力軸１６の軸方向に沿って移動され、リフト用ターレット５６は支軸５２周りに第１のタイミングをもって揺動回転され、この揺動回転は第１，第２ギア６４，６６を介してリフト用回転軸２２に伝達される。一方、旋回用カム４８の回転によって、これのテーパリブ４８ａに沿ってカムフォロア６２がこれも入力軸１６の軸方向に沿って移動され、旋回用ターレット６０は旋回用回転軸２４を第２のタイミングをもって間欠回転させる。
【００３６】
前記リフト用回転軸２２の揺動回転は、このリフト用回転軸２２の上端部に設けられた運動変換カム３８に伝達され、この運動変換カム３８の揺動回転は、カム溝３８ａに係合されたカムフォロア４２を介してアーム支持部材４０の往復直線運動、具体的には上下方向へのリフト運動に変換され、図８に示すように工具保持アーム２６を上下にリフトさせる。このリフト運動の際には、前記アーム支持部材４０は旋回用回転軸２４とのスプライン結合４４部分を介して摺動されるようになっている。一方、前記旋回用回転軸２４の間欠回転も、スプライン結合４４部分を介して前記アーム支持部材４０に伝達されるようになっており、工具保持アーム２６はこのアーム支持部材４０と共に間欠的に旋回運動する。
【００３７】
本実施形態では図９に示すように、このカム式の自動工具交換装置１０は図１とは逆さの向きにして工作機械７０に取付けられ、この工作機械７０に用いられる工具７２を交換するようになっている。即ち、前記工具保持アーム２６は両端部で工具７２を着脱可能に保持するようになっており、工具保持アーム２６の一端部に新たな工具７２を保持させるとともに他端部に不要となった工具７２を保持させ、次いでこの工具保持アーム２６を１８０°旋回させ、その後工具保持アーム２６を上方へリフト運動させて新たな工具７２を工作機械７０にセットするとともに、不要となった工具７２を工具ラック７４へ戻し、その後さらに工具保持アーム２６を下方へリフト運動させることにより、工具７２の交換が行われるようになっている。
【００３８】
ところで、リフト用ターレット５６および旋回用ターレット６０によって生じる工具保持アーム２６の動作は、図７に示すタイミングをもって行われることになる。工具保持アーム２６の旋回は、旋回用回転軸２４の回転により行われるが、この際、アーム支持部材４０は、その内側に設けたカムフォロア４２が運動変換カム３８のカム溝３８ａに係合した状態で回転するため、工具保持アーム２６は旋回に伴ってリフト運動をも行い得るが、本実施形態では前記工具保持アーム２６の旋回運動とリフト運動とを分けるように上記回転運動のタイミングを設定しており、すなわちリフト用ターレット５６、延いてはリフト用回転軸２２を旋回用回転軸２４の回転と同期して回転させるようにしている。
【００３９】
即ち、上記タイミング線図に沿ってカム式の自動工具交換装置１０の作動を述べると、まず、▲１▼入力軸１６の回転角０°〜９０°では、入力軸１６の回転が第１変換機構１８を介してリフト用ターレット５６に第１のタイミングをもった９０°戻す回転として入力され、この回転はギヤ比２：１の第１，第２ギア６４，６６を介してリフト用回転軸２２に入力されて運動変換カム３８を１８０°戻すように回転する。この回転により工具保持アーム２６は図８に示したように下方に移動（移動量は５０ｍｍ）する。このとき、旋回用ターレット６０は回転されない。
【００４０】
▲２▼入力軸１６の回転角９０°〜２７０°では、入力軸１６の回転が第２変換機構２０を介して旋回用ターレット６０に第２のタイミングをもった１８０°進める回転として入力され、この回転で旋回用回転軸２４が１８０°進む回転をし、この旋回用回転軸２４の回転により工具保持アーム２６が１８０°旋回する。このとき、上述したように運動変換カム３８がアーム支持部材４０に対して相対回転して工具保持アーム２６がリフト運動するのを防止するため、リフト用ターレット５６、ひいてはリフト用回転軸２２も同期して１８０°進む回転をする。
【００４１】
▲３▼入力軸１６の回転角２７０°〜３６０°では、入力軸１６の回転が第１変換機構１８を介してリフト用ターレット５６に、前記▲１▼の０°〜９０°の場合とは逆方向の９０°進める回転として入力され、この回転は第１，第２ギア６４，６６を介してリフト用回転軸２２と共に運動変換カム３８を１８０°進めるように回転する。これによって工具保持アーム２６は▲１▼の場合とは逆に上方に移動されて初期状態に戻される。このとき、旋回用ターレット６０は回転されない。
【００４２】
本実施形態のカム式の自動工具交換装置１０では、リフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４が複合して、工具保持アーム２６にリフト運動や旋回運動を生じさせる出力軸としての機能を発揮するが、本実施形態にあっては、リフト用回転軸２２に設けられその軸周りの回転運動をリフト運動に変換する運動変換カム３８と、運動変換カム３８に係合されるカムフォロワ４２を有し、かつ旋回用回転軸２４にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合４４されて設けられるアーム支持部材４０とを備えたことにより、出力軸を構成するこれらリフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４の両者、特に工具保持アーム２６にリフト運動を生じさせるリフト用回転軸２２をなんらその軸方向に運動させることなく、工具保持アーム２６のみをリフト運動させることができる。このため、出力軸であるこれらリフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４に対する必要スペースを回転運動のみに要する最小限に止めることができて、自動工具交換装置１０の小型化を達成することができる。
【００４３】
また、工具保持アーム２６をリフト運動させるための運動変換カム３８と、この運動変換カム３８に係合するカムフォロワ４２を有するアーム支持部材４０のスプライン結合４４部分以外の運動系がすべて回転運動系で構成され、またリフト運動を得る構成部分もカム機構のみで構成しているので、運動が滑らかで負荷の発生が小さく、そしてまたリフト運動する要素がアーム支持部材４０と工具保持アーム２６のみであるため発生する慣性力を減少させることができ、自動工具交換装置１０の高速運転化を実現することができる。
【００４４】
また、本実施形態ではリフト用カム４６を備えた第１変換機構１８および旋回用カム４８を備えた第２変換機構２０によって、入力軸１６の回転からリフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４に入力される第１のタイミングをもった揺動回転および第２のタイミングをもった間欠回転を作り出すようになっている。
【００４５】
そしてまた、同一の入力軸１６から第１および第２のタイミングをもった回転運動を取り出してリフト用回転軸２２および旋回用回転軸２４を回転させることにより、これら各回転軸２２，２４に設けた運動変換カム３８とアーム支持部材４０との相互作用によって得られる工具保持アーム２６の作動の正確性を高めることができ、より高速な運転を実現することができる。
【００４６】
図１０は本発明の第２実施形態を示す自動工具交換装置１０ａの断面正面図で、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００４７】
即ち、この実施形態の自動工具交換装置１０ａは、リフト用回転軸２２に入力される第１のタイミングをもった揺動回転と、旋回用回転軸２４に入力される第２のタイミングをもった間欠回転とを、それぞれに連結した第１サーボモータ８０および第２サーボモータ８２の回転制御により作り出す構成となっている。
【００４８】
前記第１サーボモータ８０は、前記リフト用回転軸２２の直下となるハウジング１２の底部１２ａに取付けられると共に、第２サーボモータ８２は、前記第１サーボモータ８０の外周を囲繞するように配置された筒状台座８４の上側に、この第１サーボモータ８０と同軸に取付けられる。第２サーボモータ８２には、中心部に前記リフト用回転軸２２を挿通する中空孔８２ａが形成され、リフト用回転軸２２はその下端部が該中空孔８２ａに挿通されて第１サーボモータ８０に連結される。
【００４９】
一方、前記第２サーボモータ８２は中空孔８２ａを囲繞するように出力部８２ｂが設けられるようになっており、そして、旋回用回転軸２４の下端部に設けたフランジ部２４ａを該出力部８２ｂにボルト８６を介して連結するようになっている。
【００５０】
そして、前記第１サーボモータ８０の回転を、第１のタイミングをもって正逆回転制御することにより、リフト用回転軸２２に入力される揺動回転を得、また前記第２サーボモータ８２の回転を、第２のタイミングをもって間欠回転制御することにより、旋回用回転軸２４に入力される間欠回転を得るようになっている。
【００５１】
従って、この実施形態にあっては前記第１実施形態と同様に、リフト用回転軸２２に入力される揺動回転を運動変換カム３８を介して軸方向直線往復運動に変換して、工具保持アーム２６をリフト運動させると共に、旋回用回転軸２４に入力される間欠回転により工具保持アーム２６を旋回させて、工具の交換を行うことができる。そして、第１のタイミングをもった揺動回転および第２のタイミングをもった間欠回転を前記第１，第２サーボモータ８０，８２で発生させることができるため、ハウジング１２内の構造をシンプルかつコンパクト化することができて、延いては、自動工具交換装置１０ａを小型化することができる。
【００５２】
図１１は本発明の第３実施形態を示す自動工具交換装置１０ｂの断面正面図で、前記第１，第２実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００５３】
即ち、この実施形態の自動工具交換装置１０ｂは、前記第２実施形態と同様にリフト用回転軸２２に入力される揺動回転を第１サーボモータ９０で作り出すと共に、旋回用回転軸２４に入力される間欠回転を第２サーボモータ９２で作り出すようになっている。
【００５４】
第１サーボモータ９０は、リフト用回転軸２２から離れた部位においてハウジング１２の底部１２ａに取付けられると共に、第２サーボモータ９２はハウジング１２の天井部１２ｂに、前記第１サーボモータ９０と対向して取付けられる。そして、前記第１サーボモータ９０の出力回転を、第１，第２リフト用ギア９４，９４ａを介してリフト用回転軸２２に出力すると共に、第２サーボモータ９２の出力回転を、第１，第２旋回用ギア９６，９６ａを介して旋回用回転軸２４に出力するようになっている。
【００５５】
そして、前記第２実施形態と同様に前記第１サーボモータ９０の回転を、リフト用回転軸２２に入力される第１のタイミングをもった揺動回転に制御し、かつ、前記第２サーボモータ９２の回転を、旋回用回転軸２４に入力される第２のタイミングをもった間欠回転に制御するようになっている。
【００５６】
従って、この実施形態にあっては前記第２実施形態と同様に、リフト用回転軸２２に入力される揺動回転によって工具保持アーム２６をリフト運動させ、旋回用回転軸２４に入力される間欠回転によって工具保持アーム２６を旋回させることができるとともに、自動工具交換装置１０ｂの小型化を達成することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す自動工具交換装置にあっては、第１回転軸および第２回転軸が複合して、工具保持アームに軸方向直線運動や旋回運動を生じさせる出力軸としての機能を発揮するが、本発明にあっては、第１回転軸に設けられその軸周りの回転運動を軸方向直線運動に変換する運動変換カムと、運動変換カムに係合されるカムフォロワを有し、かつ第２回転軸にその軸方向に沿って相対移動可能にスプライン結合されて設けられるアーム支持部材とを備えたことにより、出力軸を構成するこれら第１回転軸および第２回転軸の両者、特に工具保持アームに軸方向直線運動を生じさせる第１回転軸をなんらその軸方向に運動させることなく、工具保持アームのみを軸方向に直線運動させることができる。このため、出力軸であるこれら第１回転軸および第２回転軸に対する必要スペースを回転運動のみに要する最小限に止めることができて、装置の小型化を達成することができる。
【００５８】
また、工具保持アームを直線運動させるための運動変換カムと、この運動変換カムに係合するカムフォロワを有するアーム支持部材のスプライン結合部分以外の運動系がすべて回転運動系で構成され、また直線運動を得る構成部分もカム機構のみで構成しているので、運動が滑らかで負荷の発生が小さく、そしてまた直線運動する要素がアーム支持部材と工具保持アームのみであるため発生する慣性力を減少させることができ、装置の高速運転化を実現することができる。
【００５９】
また、本発明の請求項２に示す自動工具交換装置にあっては、前記第１回転軸に入力される第１のタイミングをもった回転運動を、入力軸に設けられた第１カムと、該第１カムに係合するカムフォロアを設けた第１ターレットとを備えた第１変換機構で作り出すようにしたので、カムとカムフォロワとの転がり接触により高い伝達効率を確保できて運転効率を向上することができるとともに、カム曲線により動作の制御が自在で、自動工具交換装置の起動・停止時にあっても滑らかな動作を与えることができる。
【００６０】
さらに、本発明の請求項３に示す自動工具交換装置にあっては、前記第２回転軸に入力される第２のタイミングをもった回転運動を、入力軸に設けられた第２カムと、該第２カムに係合するカムフォロアを設けた第２ターレットとを備えた第２変換機構で作り出すようにしたので、カムとカムフォロワとの転がり接触により高い伝達効率を確保できて運転効率を向上することができるとともに、カム曲線により動作の制御が自在で、自動工具交換装置の起動・停止時にあっても滑らかな動作を与えることができる。
【００６１】
そしてまた、上記第１変換機構と併用して、同一の入力軸から第１および第２のタイミングをもった回転運動を取り出して第１回転軸および第２回転軸を回転させることにより、これら各回転軸に設けた運動変換カムとアーム支持部材との相互作用によって得られる工具保持アームの作動の正確性を高めることができ、より高速な運転を実現することができる。
【００６２】
また、本発明の請求項４および５に示す自動工具交換装置にあっては、前記第１のタイミングをもった回転運動、並びに第２のタイミングをもった回転運動を、第１回転軸および第２回転軸それぞれに連結したサーボモータを回転制御することにより作り出すようにしたので、ハウジング内の装置構成をシンプルかつコンパクト化することができ、さらなる装置の小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す断面正面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】リフト用カムおよび旋回用カムのカム形状を展開した説明図である。
【図６】運動変換カムのカム形状を展開した説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に用いられる工具保持アームの旋回および軸方向移動のタイミング線図である。
【図８】本発明の第１実施形態における作動状態を示す断面正面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の取付状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す断面正面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態を示す断面正面図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ  自動工具交換装置
１２  ハウジング
１６  入力軸
１８  第１変換機構
２０  第２変換機構
２２  リフト用回転軸（第１回転軸）
２４  旋回用回転軸（第２回転軸）
２６  工具保持アーム
３８  運動変換カム
３８ａ  カム溝
４０  アーム支持部材
４２  カムフォロア
４４  スプライン結合
４６  リフト用カム（第１カム）
４６ａ  テーパリブ
４８  旋回用カム（第２カム）
４８ａ  テーパリブ
５６  リフト用ターレット（第１ターレット）
５８  カムフォロア
６０  旋回用ターレット（第２ターレット）
６２  カムフォロア
８０，８２，９０，９２  サーボモータ
【図１】
0003669793.tif 000002
【図２】
0003669793.tif 000003
【図３】
0003669793.tif 000004
【図４】
0003669793.tif 000005
【図５】
0003669793.tif 000006
【図６】
0003669793.tif 000007
【図７】
0003669793.tif 000008
【図８】
0003669793.tif 000009
【図９】
0003669793.tif 000010
【図１０】
0003669793.tif 000011
【図１１】
0003669793.tif 000012