CN102452010A - 自动工具交换装置 - Google Patents

Abstract

一种自动工具交换装置，不会对交换臂等造成损伤或者向周围发出较大声音，并且稳定地把持工具架。具备：夹持块(21)，自由开闭地设置在交换臂(3)侧，与把持部(3a)把持工具架(H)或者解除把持；驱动轴(7)，配设在输出轴(2)内，与凸轮齿轮(4)联动而进退运动；以及驱动构件(22～29)，与驱动轴(7)的进退运动联动而对夹持块(21)进行开闭驱动。驱动轴(7)与凸轮齿轮(4)联动，以便在交换臂(3)未把持工具架(H)的位置夹持块(21)开放，在交换臂(3)把持工具架(H)的位置夹持块(21)闭合。

Description

自动工具交换装置

技术领域

本发明涉及一种自动工具交换装置(ATC：Automatic Tool Changer)，特别涉及通过交换臂来把持工具架的机构。

背景技术

作为通过自动工具交换装置的交换臂来把持工具架的机构，以往已知如下的机构(例如参照专利文献1)。即，如图26所示，锁定销101能够进退地配设在交换臂100内，通过弹簧102使锁定销101的前端始终从交换臂100的把持部100a突出。此外，当交换臂100转动(旋转)而把持部100a的开口侧朝向工具架H、工具架H与把持部100a嵌合时，成为通过把持部100a和锁定销101夹持工具架H的状态。

此外，当在工具架H被固定到工作机械的主轴等上的状态下、交换臂100向反方向转动时，锁定销101后退而把持部100a对工具架H的夹持被解除。并且，设置有如下的锁定机构：在夹持了工具架H的状态下，对锁定销101进行锁定(固定)，以使锁定销101不后退，在解除夹持时解除锁定。

专利文献1：日本特开平11-254261号公报

然而，在上述那种工具架的把持机构中，锁定销101的前端成为始终从交换臂100的把持部100a突出的状态。因此，在工具架H与把持部100a嵌合时，工具架H与锁定销101触碰，在由于工具架H而锁定销101后退、工具架H与把持部100a嵌合之后，锁定销101再次前进而夹持工具架H。即，在每次把持工具架H时，工具架H都与锁定销101碰撞，交换臂100(尤其是锁定销101)以及工具架H受到较强的冲击力。并且，自动工具交换装置的动作速度高速化，交换臂100的转动速度也较快，工具架H与锁定销101碰撞的冲击力较大。结果，会对交换臂100以及工具架H造成损伤，或者向周围发出较大的冲击音。

此外，在上述把持机构中，工具架H在使锁定销101后退的同时与把持部100a嵌合，当接近嵌合结束时，锁定销101再次前进而开始夹持。即，在工具架H和把持部100a的嵌合结束之前，由把持部100a和锁定销101进行夹持。因此，工具架H的夹持、把持变得不稳定。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种自动工具交换装置，不会对交换臂等造成损伤或向周围发出较大声音，并且能够稳定地把持工具架。

为了实现上述目的，第一方案记载的发明为一种自动工具交换装置，在一端部侧配设有交换臂的输出轴，与主凸轮联动而在轴向上进退运动并且绕轴中心转动，在上述交换臂上设置有把持工具架的把持部，其特征在于，具备：把持体，自由开闭地设置在上述交换臂侧，与上述把持部把持上述工具架或解除把持；驱动轴，配设在上述输出轴内，与上述主凸轮联动而在上述输出轴的轴向上进退运动；以及驱动构件，与上述驱动轴的进退运动联动而对上述把持体进行开闭驱动；上述驱动轴与上述主凸轮联动，以便在上述交换臂未把持上述工具架的位置上把持体开放，在上述交换臂把持上述工具架的位置上把持体闭合。

根据本发明，在交换臂不把持工具架的位置上、即在把持工具架之前，通过与驱动轴联动的驱动构件使把持体开放，工具架和把持体不接触。此外，在交换臂把持工具架的位置上，通过与驱动轴联动的驱动构件使把持体闭合，工具架和把持体接触。

发明的效果

根据第一方案的发明，在交换臂把持工具架之前使把持体开放，工具架和把持体不接触。因此，工具架和把持体不会碰撞，而不会对交换臂、把持体或工具架造成损伤或者向周围发出较大的冲击音。并且，在交换臂把持工具架的位置上使把持体闭合并把持工具架，所以在工具架与交换臂的把持部嵌合了(被把持)之后使把持体闭合，能够稳定地把持工具架。此外，驱动轴配设在输出轴内，并且驱动轴在输出轴的轴向上进退运动，所以能够使装置整体小型化、轻量化，并且最适合于将输出轴垂直地配置的纵型的自动工具交换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的自动工具交换装置的主视图。

图2是图1的自动工具交换装置的仰视图。

图3是表示将图1的自动工具交换装置的主体盖拆下的状态的主视图。

图4是图3状态的自动工具交换装置的立体图。

图5是图3的自动工具交换装置的后视图。

图6是图5的自动工具交换装置的立体图。

图7是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮和回转环之间的位置关系的立体图。

图8是从背面侧观察图1的自动工具交换装置的臂单元的立体图。

图9是从正面侧观察图1的自动工具交换装置的臂单元的立体图。

图10是表示本发明的实施方式的工具架的被把持部的主视图。

图11是表示图1的自动工具交换装置的交换臂的平面图，(a)表示把持了工具架的状态，(b)表示解除了把持的状态。

图12是图1的自动工具交换装置的沿着垂直面的截面图。

图13是表示图1的自动工具交换装置的动作、作用的时间图。

图14是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为0度的状态的立体图。

图15是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ3度的状态的立体图。

图16是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ4度的状态的立体图。

图17是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ6度的状态的立体图。

图18是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ7度的状态的立体图。

图19是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ8度的状态的立体图。

图20是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ9度的状态的立体图。

图21是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ10度的状态的立体图。

图22是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ11度的状态的立体图。

图23是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ12度的状态的立体图。

图24是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ13度的状态的立体图。

图25是表示图1的自动工具交换装置的凸轮齿轮的旋转角θ为θ14度的状态的立体图。

图26是表示现有自动工具交换装置的交换臂的把持机构的主视图。

符号的说明：

1自动工具交换装置

2输出轴

3交换臂

3a把持部

4凸轮齿轮(主凸轮)

4a蜗轮

4b回转凸轮槽

4c移动凸轮槽

4d锁定凸轮槽

5蜗杆轴

6回转环

7驱动轴

71按压盘

8移动连杆

9锁定连杆

20臂单元

21夹持块(把持体)

22连杆轴

23夹持连杆(转动体)

24连结轴

25夹持轴(进退运动体)

26弹簧(按压构件)

28连结棒(连结体)

29抵接板

H工具架

具体实施方式

以下，根据图示的实施方式对本发明进行说明。

图1是表示本实施方式的自动工具交换装置1的主视图，图2是图1的仰视图，图3是拆下了图1的主体盖50的状态下的主视图，图4是图3状态下的立体图。该自动工具交换装置1是输出轴2在垂直方向上延伸配设的纵型的自动工具交换装置，在输出轴2的前端部侧(下端侧)配设有交换臂3，输出轴2与凸轮齿轮(主凸轮)4联动而在轴向上进退运动并且绕轴中心转动，并且通过交换臂3把持工具架H或解除把持。

具体而言，如图3、4所示，在凸轮齿轮4的外周上形成有蜗轮4a和回转凸轮槽4b，在凸轮齿轮4的一个侧面上形成有环状的移动凸轮槽4c，并且如图5、6所示，在另一个侧面上形成有环状的锁定凸轮槽4d。当蜗轮4a与蜗杆轴5的蜗轮5a啮合、通过马达51驱动蜗杆轴5时，经由蜗轮5a、4a的啮合、凸轮齿轮4旋转。

如图7所示，回转凸轮槽4b与回转环6外周上所配设的多个钢球6a啮合。在此，在输出轴2的外周上形成有在轴向上延伸的外周花键2a，在回转环6的内周上形成有与外周花键2a啮合的内周花键(未图示)，输出轴2相对于回转环6在轴向上滑动自由。此外，在凸轮齿轮4旋转时，经由回转凸轮槽4b和钢球6a之间的啮合、回转环6旋转，伴随该旋转而输出轴2绕轴中心转动(旋转)。

如图3、4所示，移动连杆8的驱动侧凸轮从动件8a滑动自由地插入移动凸轮槽4c中，移动连杆8的从动侧凸轮从动件8b安装在输出轴2的移动槽2b中。在此，移动槽2b配设在输出轴2的上端部，与输出轴2的轴向垂直的圆板状的夹持部，以夹着从动侧凸轮从动件8b的方式上下地配设而构成。此外，移动连杆8为大致“Z”字形，被配设为以驱动侧凸轮从动件8a侧的端部的第一连杆轴8c、在中央部与后述的锁定连杆9连结的第二连杆轴8d为轴进行摆动。而且，当凸轮齿轮4旋转时，驱动侧凸轮从动件8a沿着移动凸轮槽4c滑动，从动侧凸轮从动件8b以连杆轴8c、8d为轴上下运动(摆动)。伴随该上下运动，输出轴2在轴向上进退运动(往复运动)。

如图5、6所示，锁定连杆9的驱动侧凸轮从动件9a滑动自由地插入锁定凸轮槽4d，锁定连杆9的从动侧凸轮从动件9b位于驱动轴7的基端部(上端部)侧。在此，锁定连杆9为大致“ヘ”字形，在中央部连结有上述第二连杆轴8d，以第二连杆轴8d为轴自由摆动。此外，驱动轴7与输出轴2同轴地配设在输出轴2内并在轴向上自由地进退运动，基端部(上端部)从输出轴2的上端突出并安装有按压盘71。该按压盘71具备圆板状的按压部71a，锁定连杆9的从动侧凸轮从动件9b位于该按压部71a的上方，从动侧凸轮从动件9b的上方成为释放状态(自由)。另一方面，驱动轴7的下端部延伸到输出轴2的下端部，并如后述那样与抵接板29抵接(参照图12)。

通过这种构成，当凸轮齿轮4旋转时，驱动侧凸轮从动件9a沿着锁定凸轮槽4d滑动，从动侧凸轮从动件9b以第二连杆轴8d为轴上下运动(摆动)。并且，在后述的定时，该从动侧凸轮从动件9b向下运动，由此按压部71a被向下方按压，驱动轴7向下方前进。此外，如后述那样，锁定凸轮槽4d的凸轮形状(凸轮轨迹)被设定为，仅在仅需要使驱动轴7向下方前进的情况、位置，从动侧凸轮从动件9b才对按压部71a进行按压，在其他情况下，从动侧凸轮从动件9b也可以不接触按压部71a。即，锁定凸轮槽4d的凸轮形状被设定为，在驱动轴7和输出轴2一起位于下方的情况下，从动侧凸轮从动件9b不追随按压部71a(参照图18～21)，由此实现凸轮齿轮4的小型化。

如图1、3所示，在输出轴2的前端部侧配设有臂单元20，图8、9表示拆下了臂单元20的单元盖20a的一部分的状态。如图所示，交换臂3为板状，并被配设为板面位于相对于输出轴2的轴向垂直的位置。在该交换臂3的端部形成有把持工具架H的(工具架H嵌合的)圆弧状的把持部3a，这种交换臂3相对于输出轴2被配设为点对称。在此，在本实施方式中，使交换臂3为两个，但也可以为一个。

配设有与该交换臂3的各把持部3a对置、且开闭自由的夹持块(把持体)21，通过使夹持块21闭合，由此通过夹持块21和把持部3a来把持工具架H，通过使夹持块21开放，由此解除夹持块21和把持部3a的把持。即，如图10所示，在工具架H的外周上形成有把持槽H1，把持部3a形成为与该把持槽H1嵌合。此外，如图11所示，通过在把持部3a与把持槽H1嵌合了的状态下使夹持块21闭合，由此通过把持部3a和夹持块21来把持工具架H(图11(a)的状态)，通过使夹持块21开放，由此解除夹持块21和把持部3a的把持(图11(b)的状态)。

具体而言，如图8、9所示，“コ”字状的夹持连杆(转动体)23被配设为以与输出轴2平行的连杆轴22为旋转轴而自由转动，该夹持连杆23的一端部向把持部3a侧延伸，在其前端部23a上安装有夹持块21。此外，在夹持连杆23的开口侧安装有与连杆轴22平行的连结轴24。

另一方面，在输出轴2与连结轴24之间，与输出轴2平行且在轴向上进退运动自由地配设有夹持轴(进退运动体)25，并且配设有将该夹持轴25向上方(按压盘71侧)按压的弹簧(按压构件)26。即，如图12所示，在夹持轴25的上端固定有挡块25a，在该挡块25a和底板27之间配设有弹簧26，对夹持轴25始终作用朝向上方的力。

此外，如图9所示，以夹着连结轴24和夹持轴25的方式，配设有对连结轴24(夹持连杆23)和夹持轴25进行连结的一对(两个)连结棒(连结体)28，连结棒28的两端部自由转动。并且，如图12所示，以架设在2个夹持轴25的下端部的方式配设有板状的抵接板29。并且，如后述那样，连结轴24、夹持轴25以及连结棒28被配设为，在驱动轴7未按压抵接板29的状态下，通过弹簧26使夹持轴25位于上方，连结棒28相对于连结轴24和夹持轴25大致垂直。

在这种状态下，当驱动轴7向下方前进而按压抵接板29时，夹持轴25反抗弹簧26的按压力而向下方前进，经由连结棒28、连结轴24而夹持连杆23以连杆轴22为轴向图9中箭头D1方向转动。而且，伴随该转动，夹持块21以从把持部3a后退的方式开放。在如此使夹持块21开放了的状态下，工具架H能够不接触夹持块21地相对于把持部3a出入自由。

另一方面，当如后述那样解除驱动轴7向抵接板29的按压时，通过弹簧26使夹持轴25向上方后退，经由连结棒28、连结轴24而夹持连杆23以连杆轴22为轴向图9中箭头D2方向转动。而且，伴随该转动，夹持块21以向把持部3a侧前进的方式闭合，通过夹持块21和把持部3a来把持工具架H。在此，在驱动轴7向抵接板29的按压被解除了的状态下，驱动轴7成为仅接触抵接板29的状态。

在这种把持状态下，如上所述，连结棒28位于相对于夹持轴25大致垂直的位置。即，连结棒28所位于的位置为，从交换臂3经由连结棒28传递到夹持轴25的力的进退运动方向(垂直方向)的成分力变小，换言之，仅与夹持轴25的轴向垂直的力负载到夹持轴25上。因此，不会由于来自交换臂3的力(工具架H的重力或离心力等)而夹持轴25被向轴向按压。即，弹簧26的按压力不会受到较大影响，夹持块21的把持力稳定(能够通过弹簧26的按压力来稳定、可靠地进行把持)。

如上所述，通过连杆轴22、夹持连杆23、连结轴24、夹持轴25、弹簧26、连结棒28以及抵接板29，构成对夹持块21进行开闭驱动的驱动构件，该驱动构件配设在交换臂3侧即臂单元20内。

在此，通过如下地说明自动工具交换装置1的动作、作用，由此省略说明凸轮齿轮4的回转凸轮槽4b、移动凸轮槽4c以及锁定凸轮槽4d的凸轮形状(输出轴2、驱动轴7的联动、动作定时)。即，各凸轮槽4b、4c、4d的凸轮形状(凸轮轨迹)被设定为，能够得到以下说明的自动工具交换装置1的动作、作用。

接着，根据图13的时间图，对这种构成的自动工具交换装置1的动作、作用进行说明。

首先，在凸轮齿轮4的旋转角θ为0度的状态下，如图14所示，输出轴2即交换臂3的旋转角(回转角)

为0度(基准位置)，行程位置(直动位置)成为最上位P1、即最大后退而接近凸轮齿轮4的位置。此外，在该状态下，驱动轴7的行程位置(直动位置)也位于最上位P3、即最大后退而位于从动侧凸轮从动件9b侧，如上所述，夹持轴25位于上方而成为夹持块21闭合的状态(工具夹持状态)。

接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ1度时，交换臂3开始转动，并且，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ2度时，驱动轴7开始向下方前进。接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ3度时，如图15所示，驱动轴7达到最下位P4、即最大前进的位置，如上所述，通过驱动轴7使夹持轴25前进而夹持连杆23转动，夹持块21开放。即，成为工具放开状态。此时，交换臂3的旋转角

成为

度。

当从这种状态起凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ4度时，如图16所示，通过弹簧26使驱动轴7开始后退，如上所述，夹持轴25后退而夹持连杆23转动，夹持块21开始闭合。与此同时，交换臂3的转动速度、即输出轴2的转动速度减速。即，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ4度的时刻，交换臂3的旋转角

达到

度，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ5度的时刻，交换臂3的旋转角

达到

度，从旋转角

度到

度的转动速度(图13中的图线T1的倾斜)比从旋转角θ度到

度的转动速度慢。另一方面，当交换臂3的旋转角

达到

度时，交换臂3的把持部3a与工具架H完全接触(工具架H与把持部3a嵌合)，并且旋转角

度和

度之差被设定为1度左右。即，回转凸轮槽4b的凸轮形状被设定为，在把持部3a即将接触工具架H之前，交换臂3的转动速度减速。

接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ5度时，交换臂3的旋转角

达到

度，而维持该旋转角此外，在旋转角

为

度的时刻、即交换臂3的把持部3a中嵌合了工具架H的时刻，夹持块21成为开放到不接触工具架H的程度的状态。当从该状态起凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ6度时，如图17所示，驱动轴7达到最上位P3，与上述同样夹持块21闭合，把持部3a对工具架H的把持结束。另一方面，在该把持的结束的同时，交换臂3开始前进。

接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ7度时，如图18所示，交换臂3再次开始转动，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ8度的时刻，如图19所示，交换臂3的行程位置达到最下位P2、即最大前进了的位置。如此，在交换臂3的行程位置从最上位P1达到最下位P2的期间，驱动轴7与输出轴2一起前进，成为锁定连杆9的从动侧凸轮从动件9b从按压盘11离开的状态。即，在该期间，如上所述，不需要使驱动轴7向下方前进，所以从动侧凸轮从动件9b不会接触、追随按压盘71。

接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ9度时，如图20所示，交换臂3开始后退，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ10度的时刻，如图21所示，交换臂3的旋转角

达到

度(180度以上)。

接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ11度时，如图22所示，驱动轴7开始前进，如上所述夹持块21开始开放。与此同时，交换臂3的后退速度、即输出轴2的后退速度减速。即，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ11度的时刻，交换臂3的行程位置达到位置P5，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ12度的时刻，交换臂3的行程位置达到最上位P1，从位置P5到最上位P1的后退速度(图13中的图线T2的倾斜)比从最下位P2到位置P5的后退速度慢。并且，从位置P5到最上位P1的距离为1mm以下，与从最下位P2到位置P5的距离为100mm以上的情况相比，被设定为显著较短。即，交换臂3在即将达到最上位P1之前后退速度减速，在减速了的速度状态下达到最上位P1、即后述的工具放开状态。

接着，在凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ12度时，如图23所示，驱动轴7达到最下位P4，与上述同样夹持块21开放，成为工具放开状态。与此同时，如上所述，交换臂3达到最上位P1，并且交换臂3开始向反方向转动。在该状态下，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ13度时，如图24所示，驱动轴7开始后退，如上所述，夹持块21开始闭合。此时，交换臂3的旋转角

成为

度。

并且，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ14度时，如图25所示，驱动轴7达到最上位P3，与上述同样夹持块21闭合，把持部3a对工具架H的把持结束。接着，当凸轮齿轮4的旋转角θ达到θ15度时，交换臂3的旋转角

达到180度，在该状态下，凸轮齿轮4的旋转角θ达到360度。

如上所述，根据该自动工具交换装置1，在工具架H与交换臂3的把持部3a接触(嵌合)之前，在夹持块21开放的状态下，工具架H不接触夹持块21。因此，工具架H和夹持块21不会碰撞而不会对交换臂3、夹持块21或工具架H造成损伤或者向周围发出较大的冲击音。并且，在工具架H与交换臂3的把持部3a嵌合了之后，夹持块21闭合而把持工具架H，所以能够稳定地把持工具架H。

此外，在交换臂3的把持部3a即将接触工具架H之前，交换臂3的转动速度减速，所以把持部3a和工具架H之间的冲击力得到缓和，对交换臂3或工具架H等的损伤以及向周围的冲击音进一步得到抑制。并且，在交换臂3后退而即将达到最上位P1之前，交换臂3的后退速度减速，所以交换臂3的后退的冲击力(惯性力)得到缓和。并且，在交换臂3从位置P5后退到最上位P1的较短距离中，工具架H被放开(释放)，所以能够吸收工具架H的位置精度的偏差。

另一方面，驱动轴7自由进退运动地配设在输出轴2内，并且仅在需要时使锁定连杆9活动，由此使凸轮齿轮4小型化，所以能够使装置1整体小型化、轻量化。并且，在输出轴2的上部未配置部件或机构，而确保了空间。因此，最适合作为纵型的自动工具交换装置1，并且能够配置在工作机械的主轴上方等。此外，在交换臂3侧集中地构成、配设有臂单元20、驱动构件22～29，因此能够容易地进行驱动构件22～29等的维护、修缮等。并且，通过一体的夹持块21来把持工具架H，所以构成简单。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是具体构成不限于上述实施方式，即使存在不脱离本发明主旨的范围内的设计变更等，也包含于本发明。例如，也可以将夹持块21与夹持连杆23设置成一体。此外，当然能够应用于输出轴2在水平方向上延伸配设的横型的自动工具交换装置。

Claims (1)

1.一种自动工具交换装置，在一端部侧配设有交换臂的输出轴，与主凸轮联动而在轴向上进退运动并且绕轴中心转动，在上述交换臂上设置有把持工具架的把持部，其特征在于，

具备：

把持体，自由开闭地设置在上述交换臂侧，与上述把持部把持上述工具架或解除把持；

驱动轴，配设在上述输出轴内，与上述主凸轮联动而在上述输出轴的轴向上进退运动；以及

驱动构件，与上述驱动轴的进退运动联动而对上述把持体进行开闭驱动，

上述驱动轴与上述主凸轮联动，以便在上述交换臂未把持上述工具架的位置上把持体开放，在上述交换臂把持上述工具架的位置上把持体闭合。

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