(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具把持部を有した交換アームを旋回させて工具を交換する工具交換装置において、
前記交換アームの旋回軸線と直交する面に平行な方向に往復移動可能に交換アームに設けられ、工具を前記工具把持部に把持するグリップロッドと、
前記交換アームに取り付けて前記旋回軸線周りに回転可能に支持され、外周面にカム溝が形成された円筒部材と、
前記カム溝と係合するカムフォロワを前記旋回軸線と平行な方向に移動させ、前記円筒部材を回転させる駆動手段と、
前記円筒部材の中心部に前記旋回軸線方向に移動して前記グリップロッドの往復移動を阻止、許容可能に設けられ、前記カム溝内に突出して前記カムフォロワと係合するピンを有したシャフトと、
前記シャフトを前記グリップロッドの往復移動を阻止する位置へ付勢する付勢手段と、  を具備すること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、工具把持部を有した交換アームを旋回させて工具を交換する工具交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械に備わる工具交換装置は、工作機械の主軸の軸線方向の往復動作と、主軸の軸線と平行な軸線周りでの旋回動作とをする工具交換アームを備えている。この工具交換アームは、両端部において、工具を把持する一対のグリップ部を備えている。軸方向の往復動作及び軸周りの旋回動作をする工具交換アームの駆動機構には、種々の機構があり、例えば、駆動源としてのシリンダの直線運動を回転運動に変換するラック及びピニオン機構と、モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ送り機構とを備えたものなどが知られている。
【０００３】
工具交換の際には、交換アームの一方のグリップ部で工作機械の主軸から工具ホルダが取り外され、交換アームが主軸から離れる方向である下方に直線移動し、交換アームが１８０°旋回し、交換アームが主軸に近づく方向である上方に直線移動した後、交換アームの他方のグリップ部で把持されている工具ホルダが工作機械の主軸に取り付けられるようになっている。
【０００４】
工具交換装置の従来例としては、特許文献１や２で開示されているものが知られている。特許文献１の段落番号［００１０］には、「アーム軸２は、その中央の長手軸線の周りを自由に回動し得るように支持されている。前記アーム軸２の長手軸線の周りを回動自在に支持される第１円筒部材３は、工作機械に取着され得る本実施例装置の本体６に固設されたアクチュエータ、例えば油圧シリンダ８に連結されたラック９と噛合するピニオン（特に図示せず）が着設され、油圧シリンダ８の作動により所定の回動運動を行い得るようになっている」と記載されている。同じく特許文献１の段落番号［００１１］には、「この第１円筒部材３を被包する第２円筒部材４は、本実施例装置の本体６に不動連結されている。ところで、第１円筒部材３及び第２円筒部材４はそれらの外周に、それぞれの所定カム曲線に基づく第１の円筒カム溝１３及び第２の円筒カム溝１４が穿設されている」と記載されている。
【０００５】
また、特許文献２の段落番号［００２４］には、「１つの駆動部の駆動により第１機構及び第２機構を介した機械的動力伝達で以上の一連の動作が実施される」と記載されている。同じく特許文献２の段落番号［００２８］には、「工具交換装置は、第２割出軸２６の回転が停止しているときの第１割出軸２５の回転により、旋回軸１４の待機旋回動作と工具把持部１２による工具８の把持・把持開放動作と主軸７及び待機ポット１５に対する工具８の保持・保持開放動作及び工具８の位置を反転させるための旋回軸１４の反転旋回動作を機械的動力伝達で実施する第１機構を有している。また、第１割出軸２５の回転が停止しているときの第２割出軸２６の回転により、旋回軸１４の軸方向の往復移動を機械的動力伝達で実施する第２機構が備えられている。」と記載されている。
【０００６】
特許文献１の工具交換装置は、いわゆる円筒カム方式で交換アームを動作させるものであり、特許文献２の工具交換装置は、いわゆるリンク連結方式で交換アームを動作させるものであり、両者は交換アームを動作させる方式が相違しているものの、両者は一つの駆動源により交換アームを動作させる点で共通している。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１３６８８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
加工機械の分野においては、工具交換装置のコンパクト化を図るという要請の他に、加工のサイクルタイムを短くするために、工具交換時間を短くするという要請がある。前者の要請に対しては、一つの駆動源により工具交換アームを動作させる構成を採ることが有効である。後者の要請は生産性を高めるための要請であり、工具交換アームの動作時間を短くするためには、工具交換アームを高速で動作させる必要がある。マシニングセンタによる加工では、加工が終了するまでに数１０種類の工具が使用される場合があり、僅かな時間短縮でも累積する工具交換時間は無視できない時間となるためである。しかし、工具交換アームの一対のグリップ部に工具を把持した状態で工具交換アームを高速に動作させると、遠心力が大きくなり、工具がグリップ部から外れる可能性が高くなることが懸念されていた。
【０００９】
本発明は、工具交換アームの動作時にグリップ部から工具が外れないように確実に把持することができ、逆に、工具交換アームの停止時にはグリップ部から工具が外れることを許容することができ、これにより、工具交換アームによる工具の着脱信頼性を高めることができる工具交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、工具把持部を有した交換アームを旋回させて工具を交換する工具交換装置において、前記交換アームの旋回軸線と直交する面に平行な方向に往復移動可能に交換アームに設けられ、工具を前記工具把持部に把持するグリップロッドと、前記交換アームに取り付けて前記旋回軸線周りに回転可能に支持され、外周面にカム溝が形成された円筒部材と、前記カム溝と係合するカムフォロワを前記旋回軸線と平行な方向に移動させ、前記円筒部材を回転させる駆動手段と、前記円筒部材の中心部に前記旋回軸線方向に移動して前記グリップロッドの往復移動を阻止、許容可能に設けられ、前記カム溝内に突出して前記カムフォロワと係合するピンを有したシャフトと、前記シャフトを前記グリップロッドの往復移動を阻止する位置へ付勢する付勢手段と、を具備する工具交換装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の工具交換装置によれば、工具交換アームを旋回動作させる円筒部材の内側に、グリップロッドの往復移動を規制するシャフトが配設され、円筒部材のカム溝に係合してこの円筒部材を回転させるカムフォロワが、シャフトに設けられたピンと係合することで、グリップロッドの往復移動が許容される。したがって、工具交換アームの旋回動作時にはグリップ部から工具が外れないように把持することができ、工具交換アームの旋回停止時にはグリップ部から工具が外れることが許容され、これにより、工具交換アームによる工具の着脱信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る工具交換装置の一実施形態を示す。本実施の形態の工具交換装置１は、装置本体２と工具交換アーム３とを備えており、工作機械の主軸と工具マガジンとの間に設けられている。工具交換アーム３は、長手方向の中間部が装置本体２に回転自在に設けられている円筒部材２１に連結されているため、円筒部材２１と共に回転するようになっている。
【００１３】
図２に示すように、工具交換アーム３の両端部には、工具５を把持可能なグリップ部１１が形成されている。工具５は、ホルダ６と、図示しない工具主体部とから構成されている。ホルダ６は、工作機械の主軸に装着されるテーパ部７ａを有しており、テーパ部７ａの根元側がグリップ部１１で把持されるようになっている。工具主体部は、ドリルやカッタなどに相当し、ホルダ６の端部に締結部材により固定されるようになっている。グリップ部１１は、半円状をなしている。グリップ部１１のグリップ内面１２ａには、グリップ内面１２ａの周方向に沿う凸部１２ｂが形成されている。この凸部１２ｂは、工具５の外周側面に形成された環状溝８に係合するようになっている。工具５の環状溝８は、工具５を工具交換アーム３のグリップ部１１などで把持するために形成されたものである。工具５は、端部に設けられたプルスタット７ｂが工作機械の主軸のドローバーで所定の力で引っ張られることにより、主軸に装着されるようになっている。
【００１４】
さらに、工具交換アーム３は、各グリップ部１１が規定する把持空間１３内に一端が出没自在に突出し、グリップ部１１に把持されている工具５の外周側面（環状溝８）に一端が当接してグリップ部１１から工具５が外れるのを防止するグリップロッド１５を有している（図４参照）。グリップロッド１５は、壁部に固定されている筒部１７ａと、この筒部１７ａに進退可能に挿入されているロッド部１７ｂと、筒部１７ａの内側でロッド部１７ｂを弾性支持するコイルばね（図示せず）とを有している。
【００１５】
ロッド部１７ｂは、先端が把持空間１３内に突出するように、コイルばねにより先方に常時付勢されている。このため、グリップ部１１で工具５を把持する際は、ロッド部１７ｂがコイルばねを圧縮してロッド部１７ｂの先端が一旦後退するものの、グリップ部１７ｂで工具５を把持した後は、ロッド部１７ｂがコイルばねにより先方に押され、ロッド部１７ｂの先端が工具５の外周側面に当接するようになっている。これにより、工具５はグリップ部１１に仮保持された状態となり、グリップ部１１から工具５が外れることを防止する。コイルばねのバネ定数は、工具５の着脱性が損なわれず、工具５がグリップ部１１から脱落しないように所定の値に設定されている。
【００１６】
しかし、工具交換アーム３を高速で旋回動作させた場合には、遠心力が大きくなり、工具５がグリップ部１１から外れる心配があるため、本発明では、工具交換アーム３の回転時には工具５がグリップ部１１から外れないようにするためにグリップロッド１５の移動を阻止するロック機構が設けられている。このロック機構については後述する。
【００１７】
次に、装置本体２について説明する。装置本体２は、ハウジング２０と、工具交換アーム３の中央部に連結する円筒部材２１と、円筒部材２１を回転駆動する駆動機構２２と、円筒部材２１の内側で円筒部材２１と同軸に設けられて、グリップロッド１５の後退を阻止して工具５がグリップ部１１に保持された状態を維持するシャフト２３と、を備えている。
【００１８】
ハウジング２０は、円筒部材２１と、円筒部材２１の内側に配設されているシャフト２３と、円筒部材２１のカム溝２７に係合するカムフォロワ２５を有するスライダ２４と、を収容している。駆動源としての油圧シリンダ１９は、ハウジング２０の外側に設けられている。
【００１９】
円筒部材２１は、外側面にカムフォロワ２５が係合するカム溝２７を有しており、ハウジング２０にベアリング２６を介して回転自在に支持されている。円筒部材２１の一端は、工具交換アーム３の中間部に締結部材により連結されている。カム溝２７にスライド自在に係合するカムフォロワ２５は、回転自在であるため、カムフォロワ２５とカム溝２７は低摩擦で転がり接触するようになっている。
【００２０】
図３には、説明の便宜上、円筒部材２１の外側面が部分的に展開されている状態が示され、カムフォロワ２５がカム溝２７を斜めに進むように記載されているが、実際のカムフォロワ２５はシリンダ１９により軸方向（上下方向）に動くため、円筒部材２１が回転するようになっている。カム溝２７は、カムフォロワ２５がこのカム溝２７の一方の端部から他方の端部まで移動したときに、円筒部材２１が１８０度回転するように形成されている。これにより、工作機械の主軸と工具マガジンとの間で工具５が交換されるようになっている。
【００２１】
シャフト２３は、先端にグリップロッド１５の後端に当接してグリップロッド１５の後退を阻止する規制部３０を有し、カム溝２７の一端及び他端でカムフォロワ２５に押圧される係止解除ピン３１，３２を有しており、両端部において常時圧縮されている圧縮コイルばね（弾性部材）３３，３４により弾性支持されている。上側の圧縮コイルばね３３は規制部３０の下面に当たる位置で、シャフト２３と円筒部材２１の間に配置されている。下側の圧縮コイルばね３４は、シャフト２３に移動自在に外挿されたブッシュ３５に当接する位置で、シャフト２３と円筒部材２１の間に配置されている。シャフト２３は、係止解除ピン３１，３２がカムフォロワ２５に押されることにより、軸方向に往復移動するように設けられている。規制部３０は、プレート状をなしており、工具交換アーム３の中間部の孔１８に配置されている。図２に示すように、一対のグリップロッド１５は、規制部３０の対角線方向にそれぞれ配置されている。
【００２２】
係止解除ピン３１，３２は、シャフト２３の外周面に互いに逆向きで、シャフト２３の軸方向の上下に離間した位置で突設されている。上側の係止解除ピン３１は、カム溝２７の上端で長円状の貫通孔２８に移動可能に配置され、下側の係止解除ピン３２は、カム溝２７の下端で長円状の貫通孔２９に移動可能に配置されている。
【００２３】
図４に示すように、係止解除ピン３１，３２をカムフォロワ２５が押圧していないときは、シャフト２３の規制部３０がグリップロッド１５の後端と対向するように、シャフト２３の軸方向位置が定まるようになっている。上側の圧縮コイルばね３３は下側の圧縮コイルばね３４よりばね定数が小さくなっているため、下側の圧縮コイルばね３４はブッシュ３５を最大限下向きに押した位置で、シャフト２３の軸方向位置が定まっている。シャフト２３のこの位置は、工具交換アーム３の旋回中の位置である。これにより、グリップロッド１５の後退が規制部３０により阻止されてロック状態となり、工具５がグリップ部１１から外れることが防止される。
【００２４】
図３及び図５に示すように、カムフォロワ２５を上に直線移動させ（円筒部材２１が左回り回転する）、上側に位置する係止解除ピン３１をカムフォロワ２５で押圧すると、下側の圧縮コイルばね３４が圧縮されつつ、シャフト２３が係止解除ピン３１と共に押し上がり、工具交換アーム３の一対のグリップロッド１５の往復移動が許容される。この状態から、カムフォロワ２５を下に直線移動させると（円筒部材２１が右回りに回転する）、シャフト２３は下側の圧縮コイルばね３４のばね力により下方に移動し、グリップロッド１５の後退が規制部３０により阻止されるロック位置まで下がる。
【００２５】
また、図６に示すように、カムフォロワ２５を下に直線移動させ、下側に位置する係止解除ピン３２をカムフォロワ２５で押圧すると、上側の圧縮コイルばね３３が圧縮されつつ、シャフト２３が係止解除ピン３２と共に押し下がり、工具交換アーム３の一対のグリップロッド１５の往復移動が許容される。この状態から、カムフォロワ２５を上に直線移動させると、シャフト２３は上側の圧縮コイルばね３３のばね力により上方に移動し、グリップロッド１５の後退が規制部３０により阻止されるロック位置まで上がる。
【００２６】
図５及び図６で示すように、一対のグリップロッド１５の往復移動が許容される位置は、工具交換アーム３の旋回が止まっている位置（０度又は１８０度の位置）であり、これにより、工作機械の主軸又は工具マガジンのポットに対して工具５の着脱が行われるようになっている。
【００２７】
以上のように、本実施の形態の工具交換装置１によれば、円筒部材２１のカム溝２７に係合してこの円筒部材２１を回転させるカムフォロワ２５が、シャフト２３の外周面に突設された係止解除ピン３１，３２の間に位置した状態でグリップロッド１５の後退が阻止され、グリップロッド１５がロックされた状態となる。これにより、工具交換アーム３の旋回動作時において、グリップ部１１から工具５が外れることが防止される。カムフォロワ２５が係止解除ピン３１，３２のいずれか一方の係止解除ピン３１を押圧した状態でグリップロッド１５の後退が許容され、グリップロッド１５がアンロックされた状態となる。これにより、工具交換アーム３の旋回停止時において、グリップ部１１から工具５が外れる状態となる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る工具交換装置の実施の形態の断面図である。
【図２】図１に示す工具交換アームの平面図である。
【図３】カムフォロワに係合するカム溝を有する円筒部材の部分展開図である。
【図４】工具交換装置の要部を示し、シャフトの規制部がグリップロッドの往復移動を規制している状態を示す説明図である。
【図５】工具交換装置の要部を示し、シャフトが軸方向上方に移動し、シャフトの規制部がグリップロッドの往復移動を許容している状態を示す説明図である。
【図６】工具交換装置の要部を示し、シャフトが軸方向下方に移動し、シャフトの規制部がグリップロッドの往復移動を許容している状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    工具交換装置
２    装置本体
３    工具交換アーム
１１    グリップ部
１５    グリップロッド
２１    円筒部材
２３    シャフト
２５    カムフォロワ
２７    カム溝
３０    規制部
３１，３２    係止解除ピン
３３，３４    圧縮コイルばね
【図１】
0005057943.tif 000002
【図２】
0005057943.tif 000003
【図３】
0005057943.tif 000004
【図４】
0005057943.tif 000005
【図５】
0005057943.tif 000006
【図６】
0005057943.tif 000007