CN1810444A - 工具交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的工具交换装置，在主轴头(4)上，设置有通过与松开构件(25)相碰进行推压从而使安装在主轴(12)上的工具(16)开放的松开操作构件(22)，具有操作松开操作构件(22)的操作机构(23)，其特征在于，在松开操作构件(22)或固定部位上设置有松开凸轮(26)，在固定部位或松开操作构件(22)上设置有通过与松开凸轮(26)的凸轮面(29)接触从而对松开操作构件(22)进行操作的作用部(27)，并且，将从松开操作构件(22)朝接近松开构件(25)的方向开始移动的时间点起一直到即将与松开构件(25)相碰之前期间的松开操作构件(22)的平均移动速度定为V1，将松开操作构件(22)与松开构件(25)相碰时的松开操作构件(22)的移动速度定为V2，并以V1＞V2的形式构成凸轮面(29)的形状。

Description

工具交换装置
(1)技术领域
本发明涉及一种具有使机床的工具在主轴上把持或开放的功能的工具交换装置。
(2)背景技术
作为这种工具交换装置的一例，有一种日本特开平11-33805号公报(以下称为专利文献1)所公开的装置。该装置中，在可旋转支承主轴的主轴头上设置可转动的松开杆(松开操作构件)，该松开杆转动时，该松开杆与松开销(松开构件)相碰而对其进行推压，使安装在主轴上的工具开放。
转动所述松开杆的转动机构具有设于固定部位的松开凸轮和旋转自如地设于松开杆上的辊(作用部)。所述辊通过与所述松开凸轮的凸轮面接触而使所述松开杆转动。
上述构成中，主轴头上升时，设于松开杆一端部的辊与设于固定部的松开凸轮的凸轮面接触而进行凸轮动作，从而使松开杆转动。由此，设于松开杆另一端部的推压部与设于主轴的松开销相碰而对其进行推压，从而使安装在主轴上的工具开放。
上述以往构成中，在工具开放时、即松开杆与松开销相碰时会施加冲撞载荷。特别是在为了加快工具开放的动作而加快动作速度时，所述冲撞载荷会变大，有时会产生松开杆磨损、松开销磨损或松开时间错位的现象。另外，磨损粉进入主轴的轴承中会损伤轴承。并且，因产生相当大的冲击声，故还存在噪音太大的问题。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种在使工具从主轴开放时、能减小松开操作构件与松开构件相撞时的冲撞载荷的工具交换装置。
本发明的工具交换装置用于在主轴上进行工具的装卸，具有可旋转地支承所述主轴的主轴头，在所述主轴头上设置有将安装在所述主轴上的所述工具予以保持的工具保持机构，在所述主轴头上，设置有通过推压所述工具保持机构的松开构件从而使安装在所述主轴上的所述工具开放的松开操作构件，具有操作所述松开操作构件的操作机构，其特征在于，所述操作机构，在所述松开操作构件或固定部位上设置有松开凸轮，同时在所述固定部位或所述松开操作构件上设置有通过与所述松开凸轮的凸轮面接触从而对所述松开操作构件进行操作的作用部，并且，将从所述松开操作构件朝接近所述松开构件的方向开始移动的时点起一直到即将与所述松开构件相碰之前期间的所述松开操作构件的平均移动速度定为V1，将所述松开操作构件与所述松开构件相碰时的所述松开操作构件的移动速度定为V2，则使V1＞V2成立地构成所述凸轮面的形状。
采用上述构成，将从松开操作构件朝接近松开构件的方向开始移动的时点起一直到即将与所述松开构件相碰之前期间的所述松开操作构件的平均移动速度定为V1，将所述松开操作构件与所述松开构件相碰时的所述松开操作构件的移动速度定为V2，则使V1＞V2成立地构成所述凸轮面的形状，因此，可减小松开操作构件与松开构件相碰时的冲撞载荷，可防止松开操作构件和松开构件的磨损，并可降低噪音。
(4)附图说明
图1为表示本发明的第1实施例的机床的纵剖视图。
图2为松开凸轮的局部侧视图。
图3为表示松开凸轮的凸轮面的形状、松开杆的旋转角度和时间的关系的图。
图4为表示本发明的第2实施例的、与图3相当的图。
图5为表示本发明的第3实施例的松开凸轮的凸轮面的形状的图。
图6为表示本发明的第4实施例的、与图3相当的图。
(5)具体实施方式
下面参照图1～图3说明本发明的第1实施例。首先，图1为表示适用本实施例的机床的概略结构的纵剖视图。如图1所示，机床1具有：立设在基台(未图示)上的立柱2；由水平配设固定于立柱2的前表面上的箱形中空壳体构成的构架3；可升降地配设于构架3内的主轴头4；通过箱体支承座5配设在构架3上的可旋转分度的工具箱6。
在立柱2上垂直地配设导轨7，在该导轨7上通过滑动块8、8可在上下(Z轴)方向上升降自如地设置有主轴头4。在立柱2上，沿着导轨7平行地设置有旋转自如的滚珠丝杠9，将所述滚珠丝杠9旋入并穿过固定在主轴头4背面的螺母10。通过配设在立柱2上部的伺服电机11对所述滚珠丝杠9进行正反旋转驱动。在伺服电机11驱动下，通过滚珠丝杠9及螺母10使主轴头4沿所述导轨7进行上下方向移动。
在主轴头4的内部垂直地配设有旋转自如的主轴12，该主轴12通过联接器14与配设于主轴头4上部的主轴电机13连接。通过主轴电机13对主轴12进行旋转驱动。在设于主轴12下端部的工具保持部15上可嵌合前端安装有工具16的工具夹17的心轴18。
一旦将所述工具夹17嵌合插入在工具保持部15中，则设于主轴12内的夹具夹持构件20会夹持(夹紧)设于工具夹17上的牵引杆19。在同轴地穿过配置在主轴12的中心穿过孔内的拉杆21对夹具夹持构件20进行推压时，将夹具夹持构件20对牵引杆19的夹持解除(松开)，可将工具夹17取下。由工具保持部15、夹具夹持构件20、拉杆21(以及后述的松开销25)等构成工具保持机构。
为了将与工具保持部15嵌合、处在夹持中的工具夹17松开，而设置有松开杆(松开操作构件)22和使该构件摆动的凸轮机构(操作机构)23。
所述松开杆22是大致呈L字形的构件。将该松开杆22通过支轴24可摆动(转动)地配设在主轴头4上。该松开杆22的一端部即短的端部22a的前端部下表面可与正交于拉杆21而突设的松开销(松开构件)25卡合。在松开杆22的另一端部即长的端部22b的图1中的右侧面上固定着例如平板凸轮状的松开凸轮26。该松开凸轮26和可旋转地配设于作为固定部的伺服电机11的图1中的左侧面上的辊(作用部)27构成了对松开杆22进行摆动操作的凸轮机构23。松开凸轮26的凸轮面29可以与辊27卡合、脱离。
在松开杆22的长的端部22b与主轴头4之间配设拉伸螺旋弹簧30，该拉伸螺旋弹簧30对松开杆22施加顺时针方向的转动力。由此，将松开杆22的短的端部22a对松开销25的推压予以解除。
在伺服电机11的通电驱动下，主轴头4上升时，通过使松开杆22的松开凸轮26与固定部位的辊27卡合，从而松开杆22以支轴24为中心进行逆时针方向转动(摆动)。由此，因松开杆22的短的端部22a向下方推压松开销25，故拉杆21推压夹具夹持构件20，由此将夹具夹持构件20对牵引杆19的夹持予以解除(松开)，可将工具夹17取下。
再参照图2和图3对松开凸轮26的凸轮面29的具体形状、操作机构28的具体动作以及松开杆22的具体动作进行说明。如图2所示，在松开凸轮26的凸轮面29上，从上方开始按顺序设置第1凸轮面部29a、第2凸轮面部29b、第3凸轮面部29c。
该3个凸轮面部29a、29b、29c是从图2中的左方向右方倾斜的倾斜面，并且是连续的形状。第2凸轮面部29b的倾斜度(该场合是相对沿图2中上下方向的直线的倾斜度)比第1凸轮面部29a的倾斜度平缓。第3凸轮面部29c的倾斜度比第2凸轮面部29b的倾斜度陡立。第1凸轮面部29a的倾斜度与第3凸轮面部29c的倾斜度基本相同。
当辊27与第1凸轮面部29a抵触而使松开杆22开始摆动(转动)时，松开杆22进行朝接近松开销25方向的动作(移动)。将接近时的松开杆22的转动速度(移动速度)定为第1速度。可以说，第1凸轮面部29a具有使松开杆22以第1速度接近松开销25的功能。
在松开杆22即将与松开销25相碰之前，辊27与第2凸轮面部29b抵触，松开杆22的转动速度(移动速度)减小，成为几乎接近于零的值(最好是尽量低速)。在该速度下，松开杆22与松开销25相碰而对其进行推压。将所述即将冲撞前的松开杆22的转动速度(移动速度)定为第2速度。可以说，第2凸轮面部29b具有使松开杆22以第2速度与松开销25相碰进行推压的功能。
辊27与第3凸轮面部29c抵触，松开杆22的转动速度(移动速度)增大至与所述第1速度相同的程度。松开杆22以所述增大的速度继续对松开销25进行推压，将夹具夹持构件20对牵引杆19的夹持松开。将该推压时的松开杆22的转动速度(移动速度)定为第3速度。可以说，第3凸轮面部29c具有在松开杆22与松开销25相碰后使松开杆22以第3速度推压松开销25的功能。
图3表示松开凸轮26的凸轮面29的形状、松开杆22的旋转角度和时间的关系。图3的上部图表中的纵轴表示松开杆22的旋转角度θ，横轴表示时间。在上述图表中，旋转角度θt表示松开杆22与松开销25冲撞时(冲撞时间点t)的旋转角度。在该冲撞时间点t上，因松开杆22的旋转角度变化极小(图表中的直线L的倾斜度度极小)，故松开杆22的旋转速度相当低(即，最好是几乎接近于零的速度)。
从上述图3中可以得出如下结论：当辊27正在与第1凸轮面部29a抵触时，因松开杆22的旋转角度的变化大(直线L的倾斜度度大)，故松开杆22的旋转速度(第1速度)达到某种程度的大。旋转速度是旋转角度的时间微分。当辊27形成与第2凸轮面部29b抵触的状态时，因松开杆22的旋转角度的变化极小(直线L的倾斜度度极小)，故松开杆22的旋转速度(第2速度)减慢，成为几乎接近于零的值。
其后，当辊27形成与第3凸轮面部29c抵触的状态时，因松开杆22的旋转角度的变化大(直线L的倾斜度度大)，故松开杆22的旋转速度(第3速度)达到某种程度的大，即增大到所述第1速度的程度。
所述松开凸轮26的凸轮面29的形状也可表现为以下构成：将从松开杆22朝接近松开销25的方向开始旋转(移动)的时间点起一直到即将与松开销25相碰之前期间的松开杆22的平均移动速度(平均旋转速度)定为V1，将松开杆22与松开销25相碰时的松开杆22的移动速度(旋转速度)定为V2，使V1＞V2成立地构成凸轮面29的形状。该场合，V2速度越低(越小)越好。在采用图3的构成时，只要V1满足以下公式：
V1＞θt/t
换言之，V1＞θt/t＞V2(式中，V2越小越好)，
则从松开杆22朝接近松开销25的方向开始转动的时间点起一直到即将与松开销25相碰之前的期间相对应的凸轮面29的形状可以是任何形状(必须符合辊27平滑地与凸轮面29接触(抵触)的条件)。
采用这种构成的本实施例，由于松开杆22与松开销25相碰对其进行推压时、也就是即将冲撞之前(旋转角度为θt时)的松开杆22的旋转速度(移动速度)几乎为零(第2速度)，因此可减小冲击能((1/2)mv2)、即冲撞载荷。由此可防止松开杆22和松开销25的磨损，不会产生磨损粉，故可防止主轴轴承的损伤，降低噪音。本实施例中，若将松开杆22的第1速度和第3速度设定成高到某种程度(例如比以往构成的速度高)，则可大幅缩短到达松开(即、从主轴12开放工具16)的动作时间，可实现高速化。
上述实施例中，工具箱6及其旋转分度机构使用了与所述专利文献1记载的构成相同的机构，故省略说明。也可采用其它众所周知的构成，以取代上述专利文献1所记载的构成。
图4表示本发明的第2实施例。与第1实施例相同的部分上标记同一符号。在上述第1实施例中，将松开杆22的第1速度和第3速度分别设定成了基本一定的速度，但也可取而代之，在第2实施例中，将松开杆22的第1速度和第3速度设定成平滑变化的可变速度。
具体来讲，将松开凸轮26的凸轮面31的形状作成图4所示的形状，第1凸轮面部31a整体上作成平滑曲面的斜面，并最初是平缓的斜面，然后是陡立的斜面。第3凸轮面部31c整体上作成平滑曲面的斜面，并最初是平缓的斜面，然后是陡立的斜面，再其后是平缓的斜面。松开杆22的摆动(旋转)角度如图4中的曲线P所示地变化，松开杆22的第1速度和第3速度(进而是第2速度)成为平滑变化的可变速度。
第2实施例中，减小松开杆22即将与松开销25相碰之前的第2速度，使其几乎接近于零，同时也减小凸轮机构23的辊27即将与松开凸轮26的第1凸轮面部31a相碰之前的第1速度。
上述以外的第2实施例的构成与第1实施例的构成相同。第2实施例也能得到与第1实施例基本相同的作用效果。第2实施例中，由于减小了凸轮机构23的辊27即将与松开凸轮26的第1凸轮面部31a相碰之前的第1速度，因此，可减小辊27与松开凸轮26相碰时的冲击能，可防止辊27和松开凸轮26的磨损，并能降低噪音。
图5表示本发明的第3实施例。与第2实施例相同的部分上标记同一符号。在该第3实施例中，对松开杆22的凸轮面31的形状与第2实施例相比作了稍许变化。具体来讲，如图5所示，将凸轮面31的第1凸轮面部31a的左端部的形状作成了带圆弧的形状。将第3凸轮面部31c的右端部的形状作成了大致平面状的斜面。上述以外的第3实施例的构成与第2实施例的构成基本相同。第3实施例也能得到与第2实施例基本相同的作用效果。
图6表示本发明的第4实施例。与第2实施例相同的部分上标记同一符号。在该第4实施例中，对松开杆22的凸轮面31的形状与第2实施例相比作了改变。具体来讲，如图6的下部所示，凸轮面31具有2个的凸轮面部(凸轮面部A)31d和凸轮面部(凸轮面部B)31e。图6中的左侧的凸轮面部31d是使松开杆22朝接近松开销25的方向开始移动(旋转)后一直移动(旋转)到与松开销25相碰的凸轮面部。该凸轮面部31d的剖面形状是大致圆弧状。
由此，将从松开杆22朝接近松开销25的方向开始旋转(移动)的时间点起一直到即将与松开销25相碰之前期间的松开杆22的平均移动速度定为V1，将松开杆22与松开销25相碰时的松开杆22的移动速度定为V2，则V1＞V2成立。
图6中的右侧的凸轮面部31e与所述凸轮面部31d连续形成，该凸轮面部31e是在松开杆22与松开销25相碰后使松开杆22继续旋转(移动)的凸轮面部。该凸轮面部31e的形状是与凸轮面部31d连续的部分的倾斜度平缓，而剩下部分的倾斜度比所述连续部分的倾斜度陡立。由此，与松开销25相碰后的松开杆22的旋转速度(移动速度)迅速加快。
上述以外的第4实施例的构成与第2实施例的构成基本相同。第4实施例也能得到与第2实施例基本相同的作用效果。
上述各实施例中，作为松开操作构件设置了可摆动的松开杆22，但也可取而代之，通过连接机构等设置可在上下方向移动的松开操作构件。上述各实施例中，作为松开构件设置了松开销25，但并不限定于此，作为松开构件也可设置具有卡合凸部和卡合凹部的构件。
上述各实施例中，将松开凸轮26设置在松开杆22上，将辊27设置在固定部上，但也可取而代之，将松开凸轮设置在固定部上，将辊设置在松开杆22上。上述各实施例中，由辊27构成了作用部，但并不限定于此，也可使用其它的凸轮从动件构成。

Claims (12)

1、一种工具交换装置，用于在主轴上进行工具的装卸，具有可旋转地支承所述主轴的主轴头，在所述主轴头上设置有将安装在所述主轴上的所述工具予以保持的工具保持机构，在所述主轴头上设置有通过推压所述工具保持机构的松开构件从而使安装在所述主轴上的所述工具开放的松开操作构件，具有操作所述松开操作构件的操作机构，其特征在于，
所述操作机构在所述松开操作构件或固定部位上设置有松开凸轮，
同时在所述固定部位或所述松开操作构件上设置有通过与所述松开凸轮的凸轮面接触从而对所述松开操作构件进行操作的作用部，并且，
将从所述松开操作构件朝接近所述松开构件的方向开始移动的时间点起一直到即将与所述松开构件相碰之前期间的所述松开操作构件的平均移动速度定为V1，将所述松开操作构件与所述松开构件相碰时的所述松开操作构件的移动速度定为V2，并以V1＞V2的形式构成所述凸轮面的形状。
2、如权利要求1所述的工具交换装置，其特征在于，在所述凸轮面上设置有：使所述松开操作构件以第1速度朝接近所述松开构件的方向移动的第1凸轮面部；以及使所述松开操作构件以第2速度与所述松开构件相碰进行推压的第2凸轮面部，通过使第2凸轮面部的倾斜度比第1凸轮面部的倾斜度平缓，从而使所述第2速度比所述第1速度慢，并使V1＞V2成立。
3、如权利要求2所述的工具交换装置，其特征在于，所述第2速度几乎接近于零。
4、如权利要求2所述的工具交换装置，其特征在于，在所述凸轮面上，设置有在所述松开操作构件与所述松开构件相碰后使所述松开操作构件以第3速度移动的第3凸轮面部，通过使该第3凸轮面部的倾斜度比所述第2凸轮面部的倾斜度陡立，从而使所述第3速度比所述第2速度快。
5、如权利要求3所述的工具交换装置，其特征在于，在所述凸轮面上，设置有在所述松开操作构件与所述松开构件相碰后使所述松开操作构件以第3速度移动的第3凸轮面部，通过使该第3凸轮面部的倾斜度比所述第2凸轮面部的倾斜度陡立，从而使所述第3速度比所述第2速度快。
6、如权利要求2所述的工具交换装置，其特征在于，所述第1速度或所述第3速度设定成平滑变化的可变速度。
7、如权利要求3所述的工具交换装置，其特征在于，所述第1速度或所述第3速度设定成平滑变化的可变速度。
8、如权利要求4所述的工具交换装置，其特征在于，所述第1速度或所述第3速度设定成平滑变化的可变速度。
9、如权利要求5所述的工具交换装置，其特征在于，所述第1速度或所述第3速度设定成平滑变化的可变速度。
10、如权利要求1所述的工具交换装置，其特征在于，在所述凸轮面上，设置有使所述松开操作构件朝接近所述松开构件的方向开始移动后一直移动到与所述松开构件相碰的凸轮面部(A)，通过将该凸轮面部(A)的剖面形状构成为大致圆弧状，从而使V1＞V2成立。
11、如权利要求1所述的工具交换装置，其特征在于，在所述凸轮面上，设置有与所述凸轮面部(A)连续的、在所述松开操作构件与所述松开构件相碰后使所述松开操作构件移动的凸轮面部(B)，该凸轮面部(B)中的与所述凸轮面部(A)连续的部分的倾斜度平缓，同时凸轮面部(B)的其余部分的倾斜度比所述连续部分的倾斜度陡立，从而使与所述松开构件相碰后的所述松开操作构件的移动速度迅速地加快。
12、如权利要求6至11中任一项所述的工具交换装置，其特征在于，所述作用部是辊。
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