(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの工具を着脱可能なアームが端部に設けられた旋回軸を、該旋回軸周りに回動及び該旋回軸長手方向へ往復させることで、スピンドルと工具マガジンとに支持された工具を交換する工具交換装置において、
原動機に接続され、前記旋回軸に平行に配置された駆動軸と、
前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第１伝達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記旋回軸の往復動力に変換する往復運動手段と、
前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第２伝達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記アームが前記スピンドル及び前記工具マガジンに支持された前記工具を保持する工具交換位置と該工具交換位置から所定角度離れたアーム待機位置との間を揺動するのに必要な揺動力に変換する揺動運動用カムと、
前記駆動軸に付設され、前記駆動軸の回転力を前記旋回軸に係合した第３伝達部材を介して前記旋回軸へ伝達する旋回運動用カムとを備え、
前記第２伝達部材及び前記第３伝達部材それぞれには、前記旋回軸が挿通される挿通孔が設けられ、かつ、前記挿通孔の内周それぞれには、前記旋回軸の外周に形成されたスプラインと係合するスプラインが形成されており、
さらに、前記第２伝達部材は、前記旋回軸が一軸線上で往復する際の上死点にある場合に、前記スプラインを介して前記旋回軸と係合し、前記第３伝達部材は、前記旋回軸が一軸線上で往復する際の下死点にある場合に、前記スプラインを介して前記旋回軸と係合することを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
請求項１記載の工具交換装置において、
前記揺動運動用カムが、前記駆動軸に設けられ、カム溝が形成された端面を有するカムであり、前記旋回運動用カムが、前記駆動軸に従動するパラレルカムであることを特徴とする工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械のスピンドルと工具マガジンとに取り付けられた工具を交換するための工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スピンドル（主軸）と工具マガジンとに取り付けられた工具のそれぞれを互いに入れ換えることで、両工具を交換する工具交換装置が知られている。これらの工具交換装置の中には、スピンドルと工具マガジンとに取り付けられた工具のそれぞれを把持して交換するためのアームを、工具交換時には、所定のアーム待機位置から、スピンドル及び工具マガジンに取り付けられた両工具のある工具交換位置まで回動させて、工具を把持する、いわゆる振り込み式の工具交換装置がある。
【０００３】
この振り込み式の工具交換装置では、アームをアーム待機位置から工具交換位置まで回動させて、スピンドル及び工具マガジンに取り付けられた両工具を把持する。そして、旋回軸を下降させて、スピンドル及び工具マガジンからアームにより把持された工具を抜き取る。次に、旋回軸を１８０度回転させた後、旋回軸を上述したのとは反対の方向へ上昇させ、アームにより把持された工具をスピンドル及び工具マガジンに挿入する。さらに、アームを工具交換位置からアーム待機位置まで回動させることで、工具の交換を行う。
【０００４】
そして、上記のアームが工具交換位置とアーム待機位置との間を揺動する動き（揺動運動）、及びアームが旋回軸と共に１８０度回転する動き（旋回運動）を、ローラギアカムと該ローラギアカムに係合するターレットによって実現し、旋回軸を往復させる動き（往復運動）を、平面溝カムと該平面溝カムに係合するレバーによって実現したものが、特開昭６０−２１３４５４号公報に開示されいる。
【０００５】
この特開昭６０−２１３４５４号公報では、ローラギアカムや平面溝カムを回転させる駆動軸そのものが同一方向に回転させるだけでよいため、駆動軸の回転制御が非常に簡単であるという効果を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の工具交換装置にて用いられているローラギヤカムは、揺動運動及び旋回運動を行うために、複雑な形状のカム溝を備えており、製造に手間が掛かり、製作コストが高かった。
【０００７】
また、上記の工具交換装置においては、アームの旋回運動及び揺動運動と、アームの往復運動とを行うために、旋回軸が、中軸とアーム軸とに分かれており、複雑な構成でもあった。旋回軸は上記のように複合的な運動を行うものであるから、高い負荷が掛かることもあり、より簡易な構成を求められていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の複雑な構成を用いることなく、簡易な構成を用いて低コストで製造可能な工具交換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発明の効果】
上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項１記載の工具交換装置は、二つの工具を着脱可能なアームが端部に設けられた旋回軸を、該旋回軸周りに回動及び該旋回軸長手方向へ往復させることで、スピンドルと工具マガジンとに支持された工具を交換する工具交換装置において、原動機に接続され、前記旋回軸に平行に配置された駆動軸と、前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第１伝達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記旋回軸の往復動力に変換する往復運動手段と、前記駆動軸に付設され、前記旋回軸に係合された第２伝達部材を案内して前記駆動軸の回転力を前記アームが前記スピンドル及び前記工具マガジンに支持された前記工具を保持する工具交換位置と該工具交換位置から所定角度離れたアーム待機位置との間を揺動するのに必要な揺動力に変換する揺動運動用カムと、前記駆動軸に付設され、前記駆動軸の回転力を前記旋回軸に係合した第３伝達部材を介して前記旋回軸へ伝達する旋回運動用カムとを備え、前前記第２伝達部材及び前記第３伝達部材それぞれには、前記旋回軸が挿通される挿通孔が設けられ、かつ、前記挿通孔の内周それぞれには、前記旋回軸の外周に形成されたスプラインと係合するスプラインが形成されており、さらに、前記第２伝達部材は、前記旋回軸が一軸線上で往復する際の上死点にある場合に、前記スプラインを介して前記旋回軸と係合し、前記第３伝達部材は、前記旋回軸が一軸線上で往復する際の下死点にある場合に、前記スプラインを介して前記旋回軸と係合することを特徴とする。
【００１０】
以上請求項１記載の工具交換装置によれば、揺動運動及び旋回運動を行う構成として、従来のように、ローラギアカムといった揺動運動及び旋回運動を一度に行う複雑な形状のカムを用いず、揺動運動には揺動運動用カムを、旋回運動には旋回運動用カムを用いている。従って、揺動運動用カムは揺動運動を行うのみでよく、旋回運動用カムは旋回運動を行うのみでよいから、簡易な形状のカムやギヤで揺動運動及び旋回運動を行う構成を実現できる。この結果、本発明の工具交換装置は、従来のようなローラギヤカムを用いなくともよく、簡易な構成にすることができ、低コストで製造可能である。
【００１１】
さらに、旋回軸が、上死点に位置する際に第２伝達部材を介して揺動運動用カムと係合して揺動運動し、下死点に位置する際に第３伝達部材を介して旋回運動用カムと係合して旋回運動する構成であり、従来とは異なり、一軸で構成されている。従って、多様な動作を行う旋回軸の剛性が高く、しかも、構成が簡易であるから、製造コストの削減も可能である。
【００１２】
ところで、上記揺動運動用カム及び旋回運動用カムの好適な構成としては、次のような構成にするとよい。つまり、請求項２に記載したように、前記揺動運動用カムが、前記駆動軸に設けられ、カム溝が形成された端面を有するカムであり、前記旋回運動用カムが、前記駆動軸に従動するパラレルカムであることを特徴とする構成にするとよい。
【００１３】
このように、揺動運動用に用いられる平面溝カムや、旋回運動用に用いられるパラレルカムは、後述の実施例にもあるように構成が簡易であり、上記の揺動運動用カム及び旋回運動用カムの構成として好適である。
【００１４】
第２伝達部材及び第３伝達部材が、旋回軸と係合する際の構成としては、例えば、ギヤを第２伝達部材、第３伝達部材、旋回軸に設けても構成できるが、後述の実施例にあるように、上記各部材、旋回軸にスプラインを形成し、該スプラインにて係合するようにすれば、余分な構成を用いることがないので、構成を複雑にすることがなく、また、よりコストを削減できる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の工具交換装置ＴＣが装着されたマシニングセンタの全体を示す概略図である。
【００１６】
まず、マシニングセンタの全体を概略を説明する。図１に示すように、このマシニングセンタでは、基台１に直立して固定されたコラム２に主軸台３が支持されている。主軸台３は、一対のリニアガイド４に案内され、Ｚ軸送りモータ５及び送りネジ６により上下方向に移動可能となっている。基台１に設けられたテーブル７は水平方向へ移動可能な構成となっている。また、主軸台３には、主軸モータ８、主軸（スピンドル）９及び回転型の工具マガジン１０が搭載されている。
【００１７】
主軸９は、主軸モータ８により回転させられると共に、リリースピン１３（図２参照）が下げられたときに、工具Ｔの保持を解除する構成となっている。工具マガジン１０は、工具Ｔを着脱自在に保持し、通常、主軸９に対して水平の姿勢にある複数の保持ポッドを、マガジンモータ１４により回転される回転盤の周辺部に備えたものである。そして、保持ポッドの内で、もっとも下端に位置した保持ポッドのみ下方へ倒れて、主軸９と平行な姿勢を取り、本実施例の後述のアームＡによって工具交換可能な状態となる構成とされている。次に、工具マガジン１０と主軸９との間で、工具Ｔを交換する本実施例の工具交換装置ＴＣについて説明する。
【００１８】
工具交換装置ＴＣは、アームＡ及び後述の駆動軸を回転させる駆動軸モータ１５といった主軸台３から露出している部分を除いて、主軸台３内部に組み込まれている。図２は、工具交換装置ＴＣの縦方向の断面図、図３（ａ）は横方向の断面図である。
【００１９】
主軸台３の内部には、図２に示すように、主軸台３に軸受け２１、２３を介して、駆動軸２５が回転自在に軸支されている。一方、駆動軸２５の側方には、旋回軸３９が駆動軸２５に対して平行となるように設けられている。駆動軸２５には、その上方の端部に駆動軸モータ１５が接続され、回動されるようになっており、カム２７と、ギヤ３３とが設けられている。
【００２０】
カム２７には、周縁部に円カム溝２７ａ、２７ｂと、下方端面に平面カム溝２７ｃとが形成されている。また、ギヤ３３は、円盤状のカム板２９ａ及び２９ｂを有するパラレルカム２９の上方に設けられたギヤ３１に接している。また、旋回軸３９には、下端にアームＡが固定され、中程に周囲にスプラインを有するスプライン部材４１が設けられ、さらに上方に円周溝４３ａが形成された円筒部材４３が設けられており、主軸台３の上部及び下部に図示しないブッシュなどを介して該旋回軸３９長手方向に往復可能に、且つ、該旋回軸３９周りに回動可能に支承されている。
【００２１】
そして、旋回軸３９は、図３（ａ）に示すように、レバー３７により坦持されている。つまり、レバー３７は、一端の支点３５によって主軸台３に回転自在に固定され、中程の従動ローラ３７ａによって上記カム２７の円カム溝２７ａに係合され、さらに他端の従動ローラ３７ｂによって円筒部材４３の円周溝４３ａに係合されており、結果として、旋回軸３９を坦持している。
【００２２】
また、図２に示すように、駆動軸２５が駆動軸モータ１５により回転されると、レバー３７は、従動ローラ３７ａが円カム溝２７ａに係合しているので、円カム溝２７ａの形状に合わせて、支点３５を中心として上下に揺動する。そして、旋回軸３９は、レバー３７の従動ローラ３７ｂに係合しているので、レバー３７の揺動運動に合わせて、鉛直方向へ往復運動を行う。
【００２３】
また、上述のカム２７の平面カム溝２７ｃは、カム２７の下面図である図４（ａ）に示すように、下面から見てほぼＤ字型に形成された溝であり、扇状レバー６５の従動ローラ６３ａが係合している。扇状レバー６５には、ハウジング４９へ回動自在に固定された支点６７と、弧の部分に形成されたギヤ６９とが設けられ、平面カム溝２７ｃの形状に従動ローラ６３ａが沿うことで、支点６７を中心にして揺動運動する。
【００２４】
扇状レバー６５のギヤ６９は、図２に示すように、円筒部材５９の周縁部に設けられたギヤ５９ｂに接合している。円筒部材５９は、ハウジング４９へ軸受け６１を介して回転自在に固定され、旋回軸３９を挿通する挿通孔５９ａが形成されている。また、円筒部材５９の挿通孔５９ａには、旋回軸３９のスプライン部材４１が係合するスプラインが形成されている。そして、この円筒部材５９は、扇状レバー６５のギヤ６９の揺動運動を、ギヤ５９ｂにて受けて揺動する。
【００２５】
また、上述のカム２７の円カム溝２７ｂには、レバー６３が係合する。レバー６３は、図３（ａ）に示すように、一端に円カム溝２７ｂに係合する従動ローラ６３ａが設けられ、中程に両端を主軸台３へ回転自在に固定された支点６３ｂが設けられ、他端に二股に分かれており主軸９のリリースピン１３を押下するための押下部６３ｃが形成されている。そして、レバー６３は、駆動軸２５が回転すると、従動ローラ６３ａが円カム溝２７ｂの形状に合わせて上下に揺動することから、支点６３ｂを中心にして押下部６３ｃが従動ローラ６３ａとは逆に上下に揺動する。従って、レバー６３の押下部６３ｃは、下がっている際に主軸９のリリースピン１３を押下する。
【００２６】
また、上述のパラレルカム２９は、図２に示すように、主軸台３に固定されたハウジング４９に、軸受け５１、５３を介して軸支され、上記のように駆動軸２５のギヤ３３に接するギヤ３１が設けられている。そして、パラレルカム２９は、駆動軸２５の回転力を、ギヤ３３を介してギヤ３１が受けて回転する。
【００２７】
また、パラレルカム２９のカム板２９ａ及び２９ｂが、タレット４５の各々４つ設けられた従動ローラ４５ａ及び４５ｂに接合している。タレット４５は、上記の従動ローラ４５ａ及び４５ｂが設けられ、旋回軸３９を挿通する挿通孔５７を有し、ハウジング４９へ軸受け４７及び４８を介して旋回軸３９周りに回転自在に固定されている。また、タレット４５の挿通孔５７には、旋回軸３９のスプライン部材４１が係合するスプラインが形成されている。
【００２８】
そして、このタレット４５は、駆動軸２５の回転力を旋回軸３９を伝達させて、旋回軸３９を旋回運動させる。次に、旋回軸３９に固定されたアームＡについて、側面図である図３（ｂ）及び下面図である図３（ｃ）を参照しながら説明する。
【００２９】
アームＡは、その中心が旋回軸３９に固定され、両端部に工具Ｔを把持するための把持部７３、及び把持部７３に把持された工具が抜けないようにするシャフト７１が設けられている。把持部７３は、鈎状に形成された部材であり、工具Ｔを把持することができる。
【００３０】
シャフト７１は、アームＡの長手方向（矢印Ｇ方向）に向かって付勢されており、さらに、アームＡの旋回運動中に把持部７３から工具Ｔが抜け落ちないように上記の付勢方向に延びたまま固定されるロック機構が付随されている。以上工具交換装置ＴＣの全体構成が明らかになったところで、工具交換装置ＴＣの動作について説明する。
【００３１】
工具交換を行うには、まず、アームＡが、図３（ｃ）の２点鎖線Ｆに示すアーム待機位置から、実線Ｈに示す工具交換位置まで移動して、アームＡの両端にそれぞれ設けられた把持部７３へ、工具マガジン１０と主軸９とに取り付けられた工具Ｔを把持させる（揺動運動、第１行程）。そして、アームＡの工具Ｔの把持が完了すると、旋回軸３９と共にアームＡは降下し（往復運動、第２行程）、１８０度旋回する（旋回運動、第３行程）。さらに、旋回軸３９と共にアームＡは上昇し、把持部７３が把持した工具Ｔのそれぞれを、工具マガジン１０と主軸９とに取り付ける（往復運動、第４行程）。その後、アームＡは工具交換位置から、再びアーム待機位置まで移動して工具交換を完了する（揺動運動、第５行程）。
【００３２】
以下に上記の動作について詳しく説明する。まず、アームＡは、図２に示すように、旋回軸３９が上死点まで上昇しており、旋回軸３９のスプライン部材４１に、円筒部材５９がスプラインにて係合した状態にある。そして、駆動軸２５の回転に伴って平面カム溝２７ｃが回転すると、図４（ａ）に示す円筒部材５９に接した扇状レバー６５は、図４（ｂ）の矢印Ｄに示す一方向へ揺動する。すると、円筒部材５９と共に旋回軸３９が揺動し、アームＡがアーム待機位置から工具交換位置まで移動する。
【００３３】
また、同時に駆動軸２５の回転に伴って円カム溝２７ｂが回転することから、レバー６３が揺動し、リリースピン１３を押下する。そして、主軸９は、工具Ｔの保持を解除する。そして、アームＡが工具交換位置にて、主軸９及び工具マガジン１０に取り付けられた工具Ｔのそれぞれを挟み込む。この際には、アームＡは、シャフト７１のロック機構が解除されているから、工具Ｔを挟み込むことができる（第１行程）。
【００３４】
次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝２７ａが回転すると、レバー３７が揺動して、旋回軸３９が上死点から下死点へ移動する。すると、旋回軸３９の円筒部材４３が２点鎖線Ｂに示す下方位置に移動し、旋回軸３９のスプライン部材４１が２点鎖線Ｃに示す下方位置に移動してタレット４５のスプラインに係合する。この際には、アームＡは、シャフト７１のロック機構が有効となり、工具Ｔをロックする。さらに、アームＡは下降して主軸９及び工具マガジン１０のそれぞれの工具Ｔを抜き取る。
【００３５】
なお、図４（ｃ）に示すように、駆動軸２５の回転に伴って平面カム溝２７ｃが回転するが、扇状レバー６５は、アームＡが工具交換位置にある状態の時から、移動せずそのままの位置を維持する。また、アームＡが上死点まで戻ってくるまで、扇状レバー６５はこの位置を維持する（第２行程）。
【００３６】
次に、タレット４５にスプライン部材４１が係合しており、旋回軸３９が、駆動軸２５の回転に伴って１８０度回転する。従って、アームＡの挟み込まれた工具Ｔのそれぞれは、互いに位置を入れ換える（第３行程）。次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝２７ａが回転すると、レバー３７が揺動して、旋回軸３９が下死点から上死点へ移動する。すると、旋回軸３９の円筒部材４３及びスプライン部材４１が上記とは逆に移動し、スプライン部材４１が円筒部材５９のスプラインに係合する。そして、アームＡは上昇して、工具Ｔのそれぞれを主軸９及び工具マガジン１０へ差し込む。この際に、アームＡは、シャフト７１のロック機構が解除されるので、工具Ｔを離すことができる（往復運動、第４行程）。
【００３７】
次に、駆動軸２５の回転に伴って円カム溝２７ｂが回転すると、レバー６３が揺動し、リリースピン１３の押下を解除する。そして、主軸９は、工具Ｔをロックする。また、ほぼ同時に追随するようにして、駆動軸２５の回転に伴って平面カム溝２７ｃが回転することから、図４（ｃ）に示す扇状レバー６５は、図４（ｄ）の矢印Ｅに示す上記とは逆の方向へ揺動する。すると、円筒部材５９と共に旋回軸３９が揺動し、アームＡが工具交換位置からアーム待機位置まで移動する（第５行程）。このようにして工具交換が完了する。
【００３８】
以上に説明した本実施例の工具交換装置ＴＣによれば、揺動運動及び旋回運動を行う構成として、従来のローラギアカムといった揺動運動及び旋回運動を一度に行う複雑な形状のカムに比べて、簡易な形状の平面カム溝２７ｃを有するカム２７及びパラレルカム２９を用いている。
【００３９】
この結果、本実施例の工具交換装置ＴＣは、従来のようなローラギヤカムを用いなくともよく、簡易な構成にすることができ、低コストで製造可能である。また、旋回軸３９が、上死点に位置する際に円筒部材５９及び扇状レバー６５を介して平面カム溝２７ｃと係合して揺動運動し、下死点に位置する際にタレット４５を介してパラレルカム２９と結合して旋回運動する構成であり、従来とは異なり、一軸で構成されている。従って、多様な動作を行う旋回軸３９の剛性が高く、しかも、構成が簡易であるから、製造コストの削減も可能である。
【００４０】
なお、本実施例と請求項との対応をまとめると、駆動軸モータ１５が原動機に、レバー３７が第１伝達部材に、平面カム溝２７ｃがカム溝に、円カム溝２７ａ及び平面カム溝２７ｃを有するカム２７が往復運動用手段及び揺動運動用カムに、円筒部材５９及び扇状レバー６５が第２伝達部材に、タレット４５が第３伝達部材に、パラレルカム２９が旋回運動用カムに、それぞれ相当する。
【００４１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限らず、さらに種々なる態様にてこれを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例の工具交換装置ＴＣを備えたマシニングセンタの概略を示す概略図である。
【図２】  本実施例の工具交換装置ＴＣの縦方向の一部断面を示す断面図である。
【図３】  （ａ）は、本実施例の工具交換装置ＴＣの横方向の断面を示す断面図、（ｂ）は、アームＡの側面を示す側面図、（ｃ）は、アームＡの下面を示す下面図である。
【図４】  本実施例のカム２７と扇状レバー６５の下面を示す下面図である。
【符号の説明】
１５…駆動軸モータ、２５…駆動軸、２７…カム、２７ａ、２７ｂ…円カム溝、２７ｃ…平面カム溝、２９…パラレルカム、３７…レバー、３９…旋回軸、４５…タレット、５９…円筒部材、６５…扇状レバー、ＴＣ…工具交換装置。
【図１】
0004013319.tif 000002
【図２】
0004013319.tif 000003
【図３】
0004013319.tif 000004
【図４】
0004013319.tif 000005