CN107263188A - 工件更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件更换装置，其位于机床的开闭门的旁边，能在机床的内侧和外侧之间移动，用于更换工件。工件更换装置具有：第一臂部，第一臂部的一端部以第一臂部能够旋转的方式支承于底座；第二臂部，第二臂部的一端部以第二臂部能够旋转的方式支承于第一臂部的另一端部，在该第二臂部的另一端部设有用于把持工件的把持部；卡合部，其设于开闭门，能与第一臂部或第二臂部相卡合；及圆弧部，其绕着第一臂部或第二臂部的旋转轴线设置，能与卡合部相卡合。在第一臂部或第二臂部向一个方向旋转时，圆弧部与卡合部相卡合，通过使底座移动，从而使门开闭，在第一臂部或第二臂部向另一方向旋转时，圆弧部离开卡合部，即使底座部移动，门也不会开闭。

Description

工件更换装置

技术领域

本发明涉及一种能在机床的内侧和外侧之间移动，用于更换工件的工件更换装置。

背景技术

日本特许公开公报第H5－104391号公开了一种用于更换工件的机械手(工件更换装置)。机械手配置在NC加工机床的开闭门的旁边，能与开闭门的开闭方向平行地移动。机械手具有气缸，气缸具有向开闭门侧突出的杆。开闭门具有供杆插入的连结孔。机械手将杆插入连结孔后移动时，使开闭门开闭。在使用气缸时，需要用于供气和排气的配管等，因此，制造成本较高，故障因素也会增加。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不使用气缸，而是利用简易的结构使开闭门开闭的工件更换装置。

技术方案1的工件更换装置具有：更换机构，其配置在机床的开闭门的旁边，能在机床的内侧和外侧之间移动，用于更换工件；及移动机构，其用于使所述更换机构沿所述开闭门的开闭方向移动，其中，所述更换机构具有：第一臂部，该第一臂部的一端部以该第一臂部能够旋转的方式支承于底座；及第二臂部，该第二臂部的一端部以该第二臂部能够旋转的方式支承于第一臂部的另一端部，在该第二臂部的另一端部设有用于把持工件的把持部，该工件更换装置具有：卡合部，其设于开闭门，能与第一臂部或第二臂部相卡合；及圆弧部，其绕着第一臂部的旋转轴线或第二臂部的旋转轴线设置，能与卡合部相卡合，在第一臂部或第二臂部向一个方向旋转时，圆弧部与卡合部相卡合，通过利用所述移动机构使所述第一臂部和所述第二臂部移动，从而使所述开闭门开闭，在第一臂部或第二臂部向另一方向旋转时，圆弧部离开卡合部。

在要使开闭门开闭时，使第一臂部或第二臂部向一个方向旋转，使圆弧部与卡合部相卡合，通过利用移动机构使所述第一臂部和所述第二臂部移动，从而能够使开闭门开闭。在不要使开闭门开闭时，使第一臂部或第二臂部向另一方向旋转，使圆弧部离开卡合部，使圆弧部不与卡合部卡合。工件更换装置无需使用气缸等，能够利用简单的结构使开闭门开闭。

技术方案2的工件更换装置的所述圆弧部设于所述第一臂部，在所述第一臂部与所述开闭门平行时，所述圆弧部的一端与所述卡合部相卡合，所述圆弧部的另一端位于所述另一方向侧。因此，即使机床内产生的振动传递给第一臂部导致第一臂部向一个方向侧旋转，卡合状态也不会被解除。

技术方案3的工件更换装置的所述第一臂部能够向开闭门侧和与开闭门所处那一侧相反的一侧旋转，在第一臂部旋转至开闭门侧的最大旋转位置时，圆弧部的另一端侧与卡合部相卡合。因此，即使在机床内更换工件的过程中产生的振动传递给第一臂部导致第一臂部旋转，卡合状态也不会被解除。

技术方案4的工件更换装置的所述卡合部具有：外壳；弹性构件，其被收纳在该外壳中；及球，所述弹性构件对该球施力，该球的一部分从所述外壳突出，所述圆弧部具有供所述球卡合的卡合槽。即使圆弧部与卡合部在开闭门的开闭方向上隔有间隔，在圆弧部的上下方向位置与卡合部的上下方向位置对齐时，通过使圆弧部沿开闭方向移动，也能够在弹性构件的作用下使球向外壳侧移动进而越过圆弧部与卡合槽相卡合。因此，仅通过使第一臂部或第二臂部沿开闭方向移动，就能够实现门与第一臂部或第二臂部的卡合。

附图说明

图1是表示机床、壁、门组件、机械手和机罩的立体图。

图2是表示机床、壁和门组件的立体图。

图3是表示柱塞和块状物的局部放大立体图。

图4是表示柱塞的纵剖视图。

图5是表示机械手的局部截面右视图。

图6是表示把持部附近的放大纵剖视图。

图7是表示更换机构的立体图。

图8是表示第一臂部向右侧倾斜时的圆弧部的局部放大主视图。

图9是表示第一臂部与开闭门平行时的、与球相卡合的圆弧部的局部放大主视图。

图10是表示第一臂部向左侧倾斜时的、与球相卡合的圆弧部的局部放大主视图。

图11是表示开闭门关闭且第一臂部向右侧倾斜的状态时的机床和机械手的俯视图。

图12是表示开闭门关闭且第一臂部与开闭门平行的状态时的机床和机械手的俯视图。

图13是表示开闭门打开且第一臂部向左侧倾斜的状态时的机床和机械手的俯视图。

具体实施方式

下面，基于附图说明工件更换装置。在下面的说明中，使用附图所示的上下左右前后。包覆机床100的壁101设于机床100周围。壁101的右部具有开口(省略图示)，门组件4设于开口的右侧。俯视时呈字母U状的机罩2设于门组件4的右侧。机罩2具有沿左右方向延伸的前板部2a和后板部2b以及沿前后方向延伸的右板部2c。前板部2a的右端和后板部2b的右端与右板部2c相连结。开口2d设于右板部2c。机罩2、壁101和门组件4将机械手1围起来。供工件91配置的台90设于机罩2的右侧，台90位于开口2d的右侧且是开口2d的旁边。机械手1、机罩2和门组件4构成了工件更换装置。

如图2所示，门组件4具有呈长方体状且较薄的壳体41。壳体41沿上下方向和前后方向延伸，具有开口42。开口42沿左右方向贯穿壳体41的右侧面和左侧面。开口42处于与壁101的开口相对应的位置。壳体41收纳有能够沿前后方向移动的开闭门43。开闭门43与壳体41大致平行，通过使开闭门43沿前后方向移动来使开口42开闭。开闭门43的开闭方向与前后方向相对应。

如图2、图3所示，柱塞44和块状物45a借助呈字母L状的安装件46设于开闭门43的前端部。柱塞44位于块状物45a的上侧。如图4所示，柱塞44具有外壳44a、弹性构件44c、球44d和筒状的收纳室44b。外壳44a从开闭门43向右方突出。收纳室44b在外壳44a内沿左右方向延伸，弹性构件44c收纳于收纳室44b。球44d设于弹性构件44c的右端。收纳室44b贯穿外壳44a的右侧面，收纳室44b的右端的直径小于收纳室44b的其他部分的直径。

球44d的直径大于收纳室44b的右端的直径，且小于收纳室44b的其他部分的直径。因此，球44d能够在收纳室44b内沿左右方向移动且不会从收纳室44b跑出去。弹性构件44c向右方对球44d施力。弹性构件44c例如是弹簧或橡胶。块状物45a是能够被后述的接近传感器45b检测到的构件，块状物45a是由铁等金属形成的箱状构件。

机械手1具有更换机构70、基座12和移动机构10。图5中用纵截面表示更换机构70。基座12呈长方体状，且沿前后方向延伸。移动机构10具有螺杆14、第一马达11、螺母16、沿前后方向延伸的两条轨道13。两条轨道13设于基座12的右侧面，且在上下方向上隔有间隔。沿前后方向延伸的螺杆14设于两条轨道13之间。两个轴承15支承螺杆14的前部和后部。第一马达11设于螺杆14的后端。螺母16借助滚动体(省略图示)与螺杆14的中段部相连结。

移动机构10还设有底座18和安装板17，底座18设于螺母16的右侧，且从前方观察时呈倒L状。底座18具有沿上下方向和前后方向延伸的右板部18a和从右板部18a的上端向左方突出的上板部18b。右板部18a固定于安装板17，安装板17与螺母16相连结。螺母16和底座18能够通过第一马达11的旋转沿前后方向移动。如图5、图7所示，接近传感器45b设于上板部18b，与壁101相对。接近传感器45b例如是霍尔传感器、光传感器或超声波传感器，能够检测到有物体接近。

更换机构70具有前支承体20、后支承体21、第一臂部31和第二臂部32。前支承体20与后支承体21在前后方向上隔有间隔，固定于上板部18b的上表面。后支承体21为沿前后方向延伸的筒状，第二马达22(第一驱动源)设于后支承体21的后部。沿前后方向延伸的传动圆柱24设于后支承体21的内侧。第二马达22的旋转轴22a与传动圆柱24的轴部分相连结。前支承体20为沿前后方向延伸的筒状，第三马达23(第二驱动源)收纳于前支承体20。第三马达23的旋转轴23a从前支承体20向后方突出。

如图5所示，第一臂部31设于前支承体20与后支承体21之间。第一臂部31呈箱状。第一臂部31的下端部呈沿前后方向贯通的筒状，第一臂部31的下端部向后方突出。圆弧部310是第一臂部31的下端部的后部的外周面的一部分向外周侧突出的部分。圆弧部310具有以旋转轴22a为中心的外周面。所述外周面具有沿着以旋转轴22a为中心的圆周方向的卡合槽311。球44d能够与卡合槽311相卡合。第一臂部31的下端部在内部具有圆板状的毂部(日文：ハブ)25。传动圆柱24与毂部25相连结。

第三马达23的旋转轴23a插入第一臂部31的下端部的前侧部分。带轮26设于第一臂部31的内部，且与旋转轴23a相连接。第三马达23的旋转轴23a、第二马达22的旋转轴22a、传动圆柱24的轴部分和第一臂部31的下端部的轴心位于第一轴线51(参照图7)上。随着第二马达22旋转，传动圆柱24绕第一轴线51旋转，第一臂部31以下端部为中心绕第一轴线51旋转。

沿前后方向延伸的传动圆柱33设于第一臂部31的上端部的前侧部分。传动圆柱33具有在前方和后方突出的轴部33a。轴部33a的后端部贯穿第一臂部31的上端部，且位于第一臂部31的内侧。带轮33b设于轴部33a的后端部。皮带38张设在带轮33b和设于第三马达23的旋转轴23a的带轮26上。

第二臂部32设于传动圆柱33的前侧部分。第二臂部32呈箱状。传动圆柱33与第二臂部32的上端部相连结。轴部33a位于第二轴线52(参照图7)上。随着第三马达23旋转，轴部33a和传动圆柱33借助皮带38绕第二轴线52旋转，第二臂部32绕第二轴线52旋转。第二臂部32的下端部收纳有第四马达34。开口32a设于第二臂部32的下端部的后侧部分。第四马达34的旋转轴34a从开口32a向后方突出。带轮35设于旋转轴34a。

如图6所示，沿前后方向延伸的支承筒66设于第二臂部32的下端部的下表面。支承筒66为有底圆筒状，支承筒66的底部位于后侧。传动体65设于支承筒66。传动体65呈以前后方向为轴线方向的圆板状。旋转轴67设于传动体65的中心。旋转轴67从传动体65向前方和后方延伸，旋转轴67的后端部贯穿支承筒66的底部，突出到比支承筒66靠后的位置。带轮36设于旋转轴67的后端部。皮带37张设在带轮35和带轮36这个两个带轮上。

圆板部68设于旋转轴67的前端部。主视时呈字母L状的支承板64设于圆板部68的前侧部分。圆板部68与支承板64的拐角部64a相连结。随着第四马达34和带轮35旋转，带轮36、旋转轴67和传动体65借助皮带37旋转，支承板64旋转。支承板64以前后方向为旋转轴线方向，以拐角部64a为中心旋转。

把持部60设于支承板64的两端部。把持部60具有缸部61、移动板62和接受构件63，把持部60用于把持工件91。移动板62能够在缸部61的驱动下移动。接受构件63与移动板62相对。随着缸部61进行驱动，移动板62靠近接受构件63或远离接受构件63。工件91位于移动板62与接受构件63之间，在移动板62靠近接受构件63时，移动板62和接受构件63把持工件91。在移动板62远离接受构件63时，移动板62和接受构件63放开工件91。

从主视角度观察时，圆弧部310设于以第一轴线51为中心的规定角度θ的范围。规定角度θ是下述这样的范围：即使在第一臂部31越过开闭门43旋转至机床100的工件拆装区域侧的最大旋转位置时，卡合槽311仍然与柱塞44相卡合，即使在第一臂部31与开闭门43平行时，卡合槽311仍然与柱塞44相卡合，规定角度θ例如为60度～180度。圆弧部310从圆弧部310的左端部310a绕顺时针方向延伸至右端部310b。在要从更换机构70与开闭门43未卡合的状态转换到使更换机构70与开闭门43相卡合的状态时，先使第一臂部31从与开闭门43大致平行的位置向远离开闭门43的方向旋转，使圆弧部310的卡合槽311旋转至离开球44d的位置。接着，利用移动机构10使更换机构70移动，以使得圆弧部310的卡合槽311与球44d在前后方向上处于相同的位置。之后，使第一臂部31旋转到与开闭门43大致平行的位置，使卡合槽311与球44d卡合。在卡合槽311与球44d卡合之后，利用移动机构10使更换机构70移动，从而使开闭门43开闭。如图8所示，在第一臂部31以第一轴线51为中心绕顺时针方向(绕着旋转轴线的方向中的另一方向)旋转到向右侧倾斜时，圆弧部310与球44d在前后方向(开闭门43的开闭方向)上并不相对。圆弧部310的左端部310a(靠开闭门43侧的端部)位于比球44d靠上侧的位置。球44d不与卡合槽311卡合。如图9所示，在第一臂部31以第一轴线51为中心绕逆时针方向(绕着旋转轴线的方向中的一个方向)旋转到沿与开闭门43平行的方向向上方延伸时，圆弧部310的卡合槽311与球44d卡合，且圆弧部310的卡合槽311与球44d在前后方向上相对。圆弧部310的左端部310a位于比球44d靠下侧的位置。圆弧部310的右端部310b位于比球44d靠上侧的位置。球44d与卡合槽311相卡合。

如图10所示，在第一臂部31以第一轴线51为中心继续绕逆时针方向旋转到向左侧倾斜时，圆弧部310与球44d维持卡合状态。图9、图10中的圆弧部310的左端部310a在上下方向上位于比球44d靠下侧的位置，且在左右方向上向右侧离开球44d。图9、图10中的圆弧部310的右端部310b在上下方向上位于比球44d靠上侧的位置。球44d与卡合槽311相卡合。即使第一臂部31绕逆时针方向旋转至最大旋转位置，圆弧部310的右端部310b在上下方向上仍然位于比球44d靠上侧的位置，球44d仍然与卡合槽311相卡合。换言之，以在第一臂部31绕逆时针方向旋转到最大限度时，球44d仍然与卡合槽311相卡合的方式，设定圆弧部310的绕着第一轴线51的位置和规定角度θ。

如图8～图10所示，绕第一轴线51的规定角度θ的外角的范围构成了非卡合区域312，在该非卡合区域312，球44d不与卡合槽311卡合。非卡合区域312是从圆弧部310的左端部310a(靠开闭门43侧的端部)绕逆时针方向形成的。如图8所示，在第一臂部31向右侧倾斜时，球44d与非卡合区域312相对。即，球44d不与卡合槽311卡合。

图11与图8相对应，图12与图9相对应，图13与图10相对应。如图11所示，更换机构70穿过机罩2的开口2d，在机罩2的外侧于台90上进行工件91的更换。在图11中，开闭门43是关闭的。更换机构70位于比柱塞44靠后方的位置，第一臂部31向右侧倾，因此，球44d不与卡合槽311卡合(参照图8)。

如图12所示，移动机构10使更换机构70移动到前侧，以使得卡合槽311处于能够与球44d相卡合的位置。第一臂部31绕逆时针方向旋转，在旋转至与开闭门43平行的位置时停止旋转，球44d与卡合槽311相卡合(参照图9)。但在更换机构70的卡合槽311的位置与柱塞44的位置在前后方向上不同时，球44d不与卡合槽311卡合。在该情况下，移动机构10为了对更换机构70进行位置调整，使更换机构70沿前后方向移动，由此，球44d利用弹性构件44c移动到收纳室44b的内侧进而越过圆弧部310，与卡合槽311卡合。

随着更换机构70从图12中的状态移动到后侧，使开闭门43与更换机构70一起移动到后侧从而被打开(图13)。第一臂部31向左侧倾，第一臂部31和第二臂部32位于壁101的内侧，对机床100的工件保持部所保持的工件91进行更换。球44d维持与卡合部311相卡合的状态(参照图10)。

圆弧部310也可以设于第二臂部32。在该情况下，柱塞44位于开闭门43的、与圆弧部310相对应的部分，从前方观察时，圆弧部310位于以第二轴线52为中心的规定角度θ的范围。

在要使开闭门43开闭时，使第一臂部31或第二臂部32绕从前方观察时的逆时针方向(一个方向)旋转，使圆弧部310在前后方向(开闭方向)上与柱塞44(卡合部)相对。通过使圆弧部310的卡合槽311与柱塞44的球44d相卡合，从而使更换机构70能够开闭开闭门43。在不要使开闭门43开闭时，使第一臂部31或第二臂部32绕顺时针方向(另一方向)旋转，不使圆弧部310与柱塞44相对。在该情况下，即使更换机构70沿前后方向移动，开闭门43也不会开闭。工件更换装置无需使用气缸等就能够使开闭门43开闭。

以下述方式形成了圆弧部310：即使在第一臂部31旋转至开闭门43侧的最大旋转位置时，卡合槽311仍然持续与柱塞44相卡合的状态。因此，即使机床内产生的振动传递给第一臂部31导致第一臂部31绕逆时针方向旋转，球44d与卡合槽311相卡合的状态也不会被解除。

在第一臂部31与开闭门43平行时，圆弧部310与柱塞44在前后方向上相对，且从柱塞44绕着第一轴线51(旋转轴线)绕顺时针方向(另一方向侧)延伸。因此，即使机床100内产生的振动传递给第一臂部31导致第一臂部31绕逆时针方向(一个方向侧)旋转，球44d与卡合槽311相卡合的状态也不会被解除。只有使第一臂部31绕顺时针方向(与开闭门所处那一侧相反的一侧)旋转，才能将卡合槽311与柱塞44相卡合的状态解除。

圆弧部310形成有卡合槽311，但也可以代替卡合槽311地形成凸状部分。在该情况下，球44d变更为能与凸状部分相卡合的凹状。也可以是，在开闭门43设置接近传感器45b，在上板部18b设置块状物45a。

在第一臂部31位于与开闭门43平行的位置时，球44d与卡合槽311卡合，但也可以做成为下述方式：在使第一臂部31向右侧旋转至第一臂部31的上端的右端部与右板部2c在左右方向上快要重叠的程度时(换言之，第一臂部31位于机罩2内的范围时)，球44d与卡合槽311卡合。

Claims (4)

1.一种工件更换装置，该工件更换装置具有：更换机构(70)，其配置在机床(100)的开闭门(43)的旁边，能在机床的内侧和外侧之间移动，用于更换工件(91)；及移动机构(10)，其用于使所述更换机构沿所述开闭门的开闭方向移动，

该工件更换装置的特征在于，

所述更换机构具有：

第一臂部(31)，该第一臂部的一端部以该第一臂部能够旋转的方式支承于底座(18)；及

第二臂部(32)，该第二臂部的一端部以该第二臂部能够旋转的方式支承于所述第一臂部的另一端部，在该第二臂部的另一端部设有用于把持工件的把持部(60)，

该工件更换装置具有：

卡合部(44)，其设于所述开闭门，能与所述第一臂部或第二臂部相卡合；及

圆弧部(310)，其绕着所述第一臂部的旋转轴线或第二臂部的旋转轴线设置，能与所述卡合部相卡合，

在所述第一臂部或第二臂部向一个方向旋转时，所述圆弧部与所述卡合部相卡合，通过利用所述移动机构使所述第一臂部和所述第二臂部移动，从而使所述开闭门开闭，

在所述第一臂部或第二臂部向另一方向旋转时，所述圆弧部离开所述卡合部。

2.根据权利要求1所述的工件更换装置，其特征在于，

所述圆弧部设于所述第一臂部，

在所述第一臂部与所述开闭门平行时，所述圆弧部的一端与所述卡合部相卡合，所述圆弧部的另一端位于所述另一方向侧。

3.根据权利要求2所述的工件更换装置，其特征在于，

所述第一臂部能够向所述开闭门侧和与所述开闭门所处那一侧相反的一侧旋转，

在所述第一臂部旋转至所述开闭门侧的最大旋转位置时，所述圆弧部的所述另一端侧与所述卡合部相卡合。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的工件更换装置，其特征在于，

所述卡合部具有：

外壳(44a)；

弹性构件(44c)，其被收纳在所述外壳中；及

球(44d)，所述弹性构件对该球施力，该球的一部分从所述外壳突出，

所述圆弧部具有供所述球卡合的卡合槽(311)。