(57)【要約】【課題】  工具交換アームの駆動機構を簡単にし、コンパクトな工具交換装置を提供する。【解決手段】  ハウジング１３にクロスローラベアリング２３によりボールナット２５を回転支持し、サーボモータ３１とタイミングベルト３５とでボールナット２５を回転駆動する。ボールナット２５に螺合されたボールねじ軸２７の前端には工具交換アーム１５が固着され、ボールねじ軸２７の後端には旋回軸１７と直交する軸線周りに回転するカムフォロワ３７が取付けられている。カムフォロワ３７はハウジング１３内に設けられたカム溝４１に係合して走行可能で、ボールナット２５を回転駆動することによって、工具交換アーム１５が所定の往復動作及び旋回動作をし、工具交換が行える。【選択図】      図１
2006102853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸と工具貯蔵部との間で工具交換アームにより工具を交換する工具交換装置において、
工具交換装置のハウジングと、
工具を把持するグリッパを両端部に有し、前記主軸の軸線方向の往復動作及び前記主軸の軸線方向と平行な軸線周りの旋回動作が可能に設けられた工具交換アームと、
前記工具交換アームの旋回軸と同軸に、前記ハウジングに回転可能に設けられたボールナットと、
前記ボールナットを回転駆動する駆動手段と、
前端部に前記工具交換アームを固着し、前記ボールナットに螺合され、前記工具交換アームの旋回軸の軸線方向に往復動作可能に、かつ前記旋回軸周りに回転可能に設けられたボールねじ軸と、
前記ハウジングの内部に設けられ、前記ボールねじ軸に前記旋回軸の軸線方向の往復動作及び旋回軸周りの旋回動作を行わせるカム溝と、
前記ボールねじ軸に取り付けられ、前記カム溝に係合するカムフォロワと、
を具備し、前記ボールナットを回転駆動することにより前記工具交換アームに所定の工具交換動作を行わせることを特徴とした工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸と工具貯蔵部との間で工具交換アームにより工具を交換する工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の一般的な工具交換装置は、工具交換アームの両端のグリッパに工具を把持し、主軸と工具貯蔵部との間で、その工具交換アームに主軸の軸線方向の往復動作及び主軸の軸線と平行な軸線周りの旋回動作をさせることにより工具交換を行う。この工具交換アームに往復動作及び旋回動作を行わせる機構には、流体圧シリンダやモータ等のアクチュエータとラック・ピニオンとを組み合わせたもの、モータとカムを用いたもの等種々開発されている。また、ボールねじナット機構を利用した工具交換装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１の工具交換装置は、第１サーボモータの駆動力を工具交換アームに伝達する動力伝達機構に、第１サーボモータの回転運動を工具交換アームの直線運動に変換するボールねじナット機構を設けている。そして工具交換アームの回転駆動用の第２のサーボモータを有し、工具交換アームを回転させる際に、工具交換アームの回転運動によるボールねじ軸とボールナット間の相対回転量がゼロとなるように、第２サーボモータと共に第１サーボモータを駆動する機構をとっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３８３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の流体圧シリンダやモータ等のアクチュエータとラック・ピニオンとの組み合わせや、特許文献１の工具交換装置では、流体圧シリンダやサーボモータ等のアクチュエータが往復運動用及び旋回運動用として２つ必要である。すると工具交換装置が大型化する問題点があった。また、モータとカムを用いた工具交換装置は、１つのアクチュエータで工具交換アームに往復動作と旋回動作を行わせることが可能であるが、カム機構が複雑となり高価となる問題点があった。
【０００６】
本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、工具交換アームの駆動機構が簡単、コンパクトで、安価に製作できる工具交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するため、本発明は、工作機械の主軸と工具貯蔵部との間で工具交換アームにより工具を交換する工具交換装置において、工具交換装置のハウジングと、工具を把持するグリッパを両端部に有し、前記主軸の軸線方向の往復動作及び前記主軸の軸線方向と平行な軸線周りの旋回動作が可能に設けられた工具交換アームと、前記工具交換アームの旋回軸と同軸に、前記ハウジングに回転可能に設けられたボールナットと、前記ボールナットを回転駆動する駆動手段と、前端部に前記工具交換アームを固着し、前記ボールナットに螺合され、前記工具交換アームの旋回軸の軸線方向に往復動作可能に、かつ前記旋回軸周りに回転可能に設けられたボールねじ軸と、前記ハウジングの内部に設けられ、前記ボールねじ軸に前記旋回軸の軸線方向の往復動作及び旋回軸周りの旋回動作を行わせるカム溝と、前記ボールねじ軸に取り付けられ、前記カム溝に係合するカムフォロワと、を具備し、前記ボールナットを回転駆動することにより前記工具交換アームに所定の工具交換動作を行わせる工具交換装置が提供される。
【０００８】
前述のように、本発明の工具交換装置は、ボールねじナット機構のボールナットを回転駆動する構造を採用しているので、ボールねじ軸に取り付けられたカムフォロワとハウジングの内部に設けられたカム溝との関係が、カムフォロワの軸線方向の移動が可能な部分（軸線方向のカム溝部分）では、ボールねじ軸が軸線方向に往復動作し、カムフォロワの軸線方向の移動が規制された部分（周方向のカム溝部分）では、ボールねじ軸がボールナットと一体で軸線周りに回転動作する。駆動手段によって、ボールナットの回転、停止及び回転角度制御を行い、ボールねじ軸に固着した工具交換アームに所定の往復動作及び旋回動作を行わせ、工具を交換することができる。
【発明の効果】
【０００９】
ボールナットを回転駆動するボールねじナット機構と、ハウジングの内部に設けられたカム溝にボールねじ軸に取付けられたカムフォロワが係合するカム機構とを用いて、ボールねじ軸に固着した工具交換アームに所定の往復動作及び旋回動作を行わせるので、工具交換装置の構造が単純となり、コンパクトにできる。主軸と工具貯蔵部との間に設ける工具交換装置がコンパクトになると、工作機械全体もその分小型化できる。またハウジングの内部に設けるカム溝は、軸線方向のカム溝及び周方向のカム溝という単純な形状でよく、カム溝の加工が容易となり、工具交換装置を安価に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による工具交換装置の好しい実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の工具交換装置の断面図、図２は図１の工具交換装置の原理機構を示す斜視図、図３は工具交換ステップを順次示した動作図である。
【００１１】
工作機械の主軸頭１に回転可能に設けられた主軸３の先端に工具５が装着され、加工が行われる。次の加工に使用される工具７は、工具貯蔵部９に準備される。工具交換装置１１は主軸頭1と工具貯蔵部９との間に設けられ、ハウジング１３と工具交換アーム１５とを主要な構成要素としている。工具交換アーム１５は、主軸３の軸線と平行な旋回軸１７の軸線方向に往復動作可能であり、かつ、旋回軸１７周りに旋回動作可能である。旋回軸１７と直交する方向の工具交換アーム１５の両端部には、それぞれ工具５、７に形成された円形の凹溝部に係合可能なグリッパ１９、２１を有しており、工具５、７を把持することができる。
【００１２】
工具交換アーム１５の往復動作には、ハウジング１３から進出するアウト動作とハウジング１３に接近するイン動作があり、工具交換アーム１５の旋回動作には、時計回り（ＣＷ）に９０度又は１８０度回転する動作と、半時計回り（ＣＣＷ）に９０度回転する動作がある。工具交換アーム１５のこの往復動作と旋回動作の組み合わせにより、主軸３に装着された工具５と工具貯蔵部９に収納された工具７とを交換する。工具交換アーム１５は工具を交換していない場合、図３（ａ）に示すように、加工や工具貯蔵部９の割出しの邪魔にならないよう、スタンバイ位置に待機している。
【００１３】
ハウジング１３には、クロスローラベアリング２３によりボールナット２５が旋回軸１７周りに回転可能に支持され、ボールナット２５にはボールねじ軸２７が螺合している。ボールねじ軸２７の前端部には工具交換アーム１５がテーパリング等を用いて固着される。ボールナット２５の外周にはタイミングプーリ２９がテーパリング等を用いて固着される。ハウジング１３に取付けられたサーボモータ３１の回転軸には、タイミングプーリ３３がキー等を用いて固着される。タイミングプーリ２９とタイミングプーリ３３との間にタイミングベルト３５が張架されて、サーボモータ３１によってボールナット２５は回転駆動される。また、ボールねじ軸２７の後端部には、中心軸１７と直交する軸線周りに回転可能なカムフォロワ３７を備えたブロック３９が、テーパリング等を用いて固着される。
【００１４】
次に、ボールねじ軸２７の後方部が収納されたハウジング１３の内側に設けられ、カムフォロワ３７が係合して走行するカム溝４１について説明する。カム溝４１は、前側に一周にわたって形成された周溝４３と、工具交換アーム１５の往復動作のストロークに相当する距離だけ周溝４３から後方へ向って、かつ中心軸１７に関して１８０度対向して形成された直線溝４５、４７と、直線溝４５、４７の後端からそれぞれ周方向へ１／４周にわたって、かつ、中心軸１７に関して１８０度対向して形成された１／４周溝４９、５１とで成る。
【００１５】
このカム溝４１をハウジング１３の内側に設ける形態は、図１に示すように、周溝４３と直線溝４５、４７を形成した円筒体５３をハウジング１３に固定し、１／４周溝４９、５１を形成した円筒体５５を円筒体５３の後方へ固定している。このようにカム溝４１を２つの円筒体５３、５５に分けて形成することにより、カム溝の加工を容易にすると共に、工具交換装置１１の組み立てを容易にしている。円筒体５５の後方はカバー５７でふさがれる。
【００１６】
次に、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて、工具交換装置１１の動作を説明する。図３（ａ）は、グリッパ１９、２１を上下にした垂直姿勢で待機しているスタンバイ状態の工具交換アーム１５を示している。このときカムフォロワ３７は１／４周溝４９の端部Ａに位置する。主軸３の工具５と工具貯蔵部９の工具７とが工具交換位置に位置決めされると、サーボモータ３１が時計回りに回転し、ボールナット２５を時計回りに回転させる。カムフォロワ３７は１／４周溝４９内に位置しているので軸線方向には移動できない。つまりボールねじ軸２７はボールナット２５と一体になって時計回りに回転し、工具交換アーム１５も時計回りに回転する。工具交換アーム１５のグリッパ１９が工具５を、グリッパ２１が工具７を同時に把持したらサーボモータ３１を一旦停止する。このときカムフォロワ３７は地点Ｂに位置しており、交換アーム１５は時計回りに９０度旋回動作したことになる（図３（ｂ））。
【００１７】
主軸３内に設けられた工具クランプ装置をアンクランプにし、サーボモータ３１を時計回りに回転開始する。するとカムフォロワ３７は直線溝４５に沿って前方へ移動するしか経路がないので、ボールねじ軸２７すなわち工具交換アーム１５はグリッパ１９、２１に工具５、７を把持して前方へ進出（アウト動作）する（図３（ｃ））。カムフォロワ３７が地点Ｃに到達しても更にサーボモータ３１を時計回りに回転させると、ボールナット２５とボールねじ軸２７は一体となり時計回りに回転させられ、カムフォロワ３７は周溝４３内を時計回りに１８０度走行する。このときカムフォロワ３７は周溝４３の前側の壁面４３ａに当接して走行する。こうして工具交換アーム１５は時計回りに１８０度旋回動作し、工具５、７の位置が入れ替わる。カムフォロワ３７が地点Ｄに到着したらサーボモータ３１を停止し、今度は反時計回りに逆回転させる（図３（ｄ））。
【００１８】
するとカムフォロワ３７は今度は周溝４３の後側の壁面４３ｂに当接しようとするが、地点Ｄにおいては後側の壁面４３ｂがなく直線溝４７が形成されているので、カムフォロワ３７は直線溝４７内を地点Ｅまで移動し、サーボモータ３１を停止する。すると工具交換アーム１５はイン動作し、工具７を主軸３に、工具５を工具貯蔵部９に収納させたことになる（図３（ｅ））。そして主軸３内の工具クランプ装置をクランプにし、工具７を主軸３にクランプさせる。次にサーボモータ３１を反時計回りに回転させると、カムフォロワ３７は１／４周溝５１内を端部Ｆまで走行し、サーボモータ３１を停止させ、工具交換アーム１５をスタンバイ状態に待機させる（図３（ｆ））。
【００１９】
次の工具交換動作は、サーボモータ３１を前述と同様に駆動することにより、工具交換アーム１５は時計回りに９０度旋回動作、アウト動作、時計回りに１８０度旋回動作、イン動作、反時計回りに９０度旋回動作する。ただしカムフォロワ３７は、地点Ｆ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順に逆の経路をたどる。工具交換アーム１５の要所要所での位置決め、減速、加速は、サーボモータ３１を制御して行う。
本実施形態では、水平横向きの横形主軸の工作機械で説明したが、本発明の工具交換装置は立形主軸の工作機械にも適用できる。また、カムフォロワ３７を旋回軸１７に対して対称な位置にもう１つ設けても同様な作用を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の工具交換装置の断面図である。
【図２】図１の工具交換装置の原理機構を示す斜視図である。
【図３】工具交換ステップを順次示した動作図である。
【符号の説明】
【００２１】
１１    工具交換装置
１３    ハウジング
１５    工具交換アーム
２５    ボールナット
２７    ボールねじ軸
３１    サーボモータ
３７    カムフォロワ
４１    カム溝
【図１】
2006102853.tif 000003
【図２】
2006102853.tif 000004
【図３】
2006102853.tif 000005