JP2011526846A - 工作機械用の工具交換装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、軸方向に移動可能で回転自在に取り付けられたシャフト（４２）の自由端に取り付けられ、２つのプライヤのような工具ホルダ（５１，５２）を有するダブル工具グリッパ（５０）と、ダブル工具グリッパ（５０）の直線運動および回転運動のためにシャフト（５２）に運動学的に連結された駆動モータ（３１）と、駆動モータ（３１）のモータ・シャフトの回転をダブル工具グリッパ（５０）の直線運動および回転運動に変換する伝達手段とを備える、工作機械用、特にフライス盤用の工具交換装置に関し、伝達手段は駆動モータ（３１）に駆動されるウォーム・ギア（３２，３３；３２’，３３’）を含み、ウォーム・ギアは、線形運動のための持ち上げカーブ（５５，５５’）および回転カーブ（３５，３５’）がその前面に形成されるカム・プレート（３３’，３４）を駆動し、シャフト（４２）に回転自在に連結されたラック・アンド・ピニオン・ドライブ（３７，３８；３７’，３８’）の伝達機構（３６，３６’）が回転カーブ（３５，３５’）に係合し、シャフト（４２）に移動可能に連結された旋回リンケージ（５７，５７’）の伝達機構（５６，５６’）が持ち上げカーブ（５５，５５’）に係合し、それに案内される。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸方向に移動可能で回転自在に取り付けられたシャフトの自由端に取り付けられ、２つの正反対であるプライヤのような工具ホルダを有するダブル工具グリッパと、ダブル工具グリッパの直線運動および回転運動のためにシャフトに運動学的に連結された駆動モータと、駆動モータのモータ・シャフトの回転をダブル工具グリッパの直線運動および回転運動に変換する伝達手段とを備える、工作機械用、特にフライス盤用の工具交換装置に関する。

カム・プレートまたはカム・バレルを有する工作機械用の工具変換装置はすでに周知である。カム・プレートは、工具変換装置の持ち上げ、すなわち、ダブル工具グリッパの運動の促進を実現する横方向のハーポールホードカーブを含む。さらに、カム・プレートおよびカム・バレルは、それぞれ外殻表面に球状カムを含み、その球状カムは、スプライン・シャフト上で軸方向に移動可能に支持され、ダブル工具グリッパの回転運動を生じさせるボール・スターまたはロール・スターにより係合される。しばしば遊星ギアが、駆動モータと、カム・プレートまたはカム・バレルとの間に接続される。上述した部品とハーポールホードカーブとを互いに適切に配置することで、ダブル工具グリッパの所望の持ち上げ−回転−持ち上げ（lift - swivel - lift）運動が生み出される。しかしながら、そのような工具交換装置は、遊星減速ギア、ロール・スターからなる球状カムで構成されるサーボ駆動のため、および、最終的には持ち上げ運動および旋回運動を重ね合わせるためのスプライン・シャフトの外形のために、複雑で高価である。

工作機械、特にフライス盤、およびマシニングセンタ等用の工具交換装置を提供することが発明の目的であり、当該工具交換装置は、上記先行技術の欠陥を克服し、構造的に単純で単独の部品からなり、低コストで高い操作信頼性を生み出すことができる。

この目的は、伝達手段が、駆動モータにより、およびカム・プレートを駆動することにより駆動されるウォーム・ギアを含むという事実、持ち上げカーブおよび回転カーブがカム・プレートの表面に構築されるという事実、シャフトに回転結合されたラック・アンド・ピニオン・ドライブの伝達機構が持ち上げカーブに係合するという事実、および、シャフトに移動可能に連結された旋回リンケージの伝達機構が回転カーブに係合し、それによって案内されるという事実によって、本発明に従って達成される。

本発明の有利な構造によれば、カム・プレートは、その片面に持ち上げカーブを有し、その反対面に回転カーブを有する。この方法では、ラック・アンド・ピニオン・ドライブがカム・プレートの片方の外面に配置され、旋回リンケージがカム・プレートの反対の外面に配置されるので、小型の構造が提供される。全体では、結果として工作機械と関連する工具マガジンとの間の脇でわずかなスペースのみを要求する小型の工具交換装置となる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、ウォーム・ギアのウォーム・ホイールが、スイベル・プレートを形成し、この目的のために、その外側周囲に対応する歯を有する。本発明の別の好適な構造によれば、コストの観点から、駆動モータとして、サーボ・ダイレクト・ドライブ・モータ、または極数変換交流モータが使用される。

本発明にしたがって設計された工具交換装置では、小さな外寸法および低い製造コストの有利な点は、例えば、シャフトが長手方向に延びる歯状部を有し、当該歯状部がラックの歯状部によって係合されるといった点で構造的に単純な組立部品に起因する。このようにして、ラックの直線運動は、細長い管状筐体に二重に組み込まれたシャフトの回転運動に直接変換される。

シャフトの軸方向の前進運動およびダブル工具グリッパの持ち上げ運動をそれぞれ技術的に単純な手段を使用して実現するために、旋回リンケージは適した旋回レバーを有し、その旋回レバーには、シャフトに連結された駆動装置と、前者と間隙を介し、スイベル・プレートの持ち上げカーブに係合した伝達機構とが取り付けられる。旋回レバーは、持ち上げカーブの軌道に従って、シャフトの並進前進運動に変換されるそのベアリングについて旋回運動する。適切には、駆動装置は旋回レバーの一端に取り付けられ、伝達機構はその他端に取り付けられる。

以下に、発明に関するフライス盤用工具交換装置の好適な実施形態を、図を参照しながら詳細に述べる。

マガジン・チェーンおよび本発明に係る工具交換装置からなるフライス盤の概略斜視図である。 図１の装置で使用される工具交換装置のある操作位置における、部分的に断面を示す側面図である。 図１の装置で使用される工具交換装置の図２とは異なる操作位置における、部分的に断面を示す側面図である。 図２の工具交換装置と同じ操作位置における、部分的に断面を示す、反対側からの斜視図である。 図３の工具交換装置と同じ操作位置における、部分的に断面を示す、反対側からの斜視図である。 発明に関する工具交換装置の別な実施形態の側面斜視図である。 発明に関する工具交換装置の別な実施形態の側面斜視図である。

図１に示される工作機械は、長尺土台２の後端に配置されたスタンド１を有する高剛性構造でプログラム制御されるフライス盤であり、当該長尺土台２の表面には、互いに平行な２つのガイドレール３，４が取り付けられる。水平スライド５は、これらのガイドレールのＸ座標軸に沿って移動する。スライド５の水平運動のための駆動装置として、例えば、ボールねじや電動リニアモータ、その他の適切な駆動装置からなるスピンドル・ドライブが使用される。水平スライド５は、２つの後方案内突起７，８を有し、当該後方案内突起７，８には、ガイドレール３，４上を滑走する案内滑走部（ガイド・シュー）が取り付けられる。図示されるように、水平スライド５は、前面に軽量でありながら高い固有の剛性を授けるＵ形の開口を有し、それは総合的な機械の高い動力および機械精度に影響する。２つの平行な垂直ガイドレール１１，１２がＵ形水平スライド５の２つの前方平行脚９，１０に取り付けられ、当該垂直ガイドレール１１，１２上で、垂直スライド１３が垂直方向のＺ座標軸方向に移動可能に案内される。図示されるように、垂直スライド１３は、支持および案内部材１５が取り付けられる後側に前方プレート部材１４を有し、当該支持および案内部材１５は、水平スライド５の２つの脚９，１０の間に係合され、それぞれそれらに案内される。工具ホルダからなるスピンドル・ヘッド１６は、垂直スライド１３の前面に配置される。

土台２の上面では、工作物台配置２０が、平行ガイドレール２１，２２上でＸ座標軸方向に移動可能に案内される。当該工作物台配置２０は、レール２１，２２に支持され、例えば１つ以上のリニアモータといった手段でＸ方向に移動可能である土台２３、および、土台２３上に配置される回転板２４を含む。

工作機械の側面には、支持構造上に工具マガジン・チェーン２５が配置され、また本発明に従って設計された工具交換装置２７が、機械と工具マガジンとの間の場所で支持構造体２８上に配置され、当該工具交換装置２７は以下により詳細に説明される。

図２〜５に示される工具交換装置２７はハウジング３０を有し、その底壁には垂直整列にモータ３１が取り付けられる。モータ３１は、ウォーム・ホイール・ギア３２，３３を駆動し、この目的のために、モータ・シャフトがウォーム３２に連結され、当該ウォーム３２は水平シャフトに支持されるウォーム・ホイール３３の歯に係合される。ウォーム・ホイール３３は、一方の側面に溝型の回転カーブ３５が形成されたスイベル・プレート３４を駆動する。伝達機構３６は、この回転カーブ３５で案内され、この場合四角形の断面を有するラック３７に取り付けられる。当該ラック３７は、その上端部に歯３８を有し、ハウジング３０内で垂直に移動可能に案内される。スイベル・プレート３４の回転は、伝達機構３６の溝型の回転カーブ３５への係合を介してラック３７の垂直運動につながり、長手方向に歯のあるシャフトの歯状部４４への後者の係合を介してシャフト４２およびダブル・グリッパ５０の回転につながる。

ハウジング３０の上方部分には、その側面に、長手方向の軸に対して回転可能になるよう終端のフランジ４１によって支持パイプ４０が支持され、当該支持パイプ４０は自由端に向かって次第に細くなる形状、すなわち若干円錐形の形状を有する。支持パイプ４０はまた円筒形状であってもよい。シャフト４２は、この支持パイプ４０内に、軸方向に移動可能に収容され、当該シャフト４２は円筒部４３、長手方向歯状部４４および終端の制限ブッシング４５を有する。長手方向に歯のあるシャフトの歯状部４４は、ベアリング・リング４６内で案内される。シャフト４２の自由端には、ダブル工具グリッパ５０が取り付けられ、当該ダブル工具グリッパ５０は、それぞれが一つの工具としてプライヤのように形成された２つの半円状のホルダ５１，５２を支持する。

図４および５は、図２および３にしたがって、遠近法且つ部分的に切り取った図で、工具交換装置の第２側面図を示す。図示されるように、スイベル・プレート３４は第２面に持ち上げカーブ５５を有し、当該持ち上げカーブ５５は他面の回転カーブ３５と同様に溝として形成され、伝達機構５６が持ち上げカーブ５５に係合する。この伝達機構５６は、腕を形成する旋回レバー５７にピボットまたはローラーとして横方向に取り付けられ、当該旋回レバー５７は、山形鋼のように形成され、その下端部ではハウジング３０上のベアリング５８によって移動可能に支持されている。旋回レバー５７の上端部で、伝達機構５９が、例えば回転可能に支持されたローラーの形状で、配置され、スリーブを形成する端部区切り４５の２つの径方向フランジの間に係合される。図４では、旋回レバー５７は、シャフト４２が伝達機構５９の係合によって前に出された位置に移動した、前方旋回位置で図示されている。図５による位置では、旋回レバー５７は右位置に旋回され、それゆえにダブル工具グリッパと同様にシャフト４２が右方向の後退した位置に移動されている。

その技術概念にしたがって、図６および７の実施形態は、図２から５に参照される上述の構造に対応する。このため、図６および７に係る実施形態で同じ機能を持つ部品には、同じ参照番号（ダッシュ記号を含む）を付した。

本実施形態の電気駆動モータ３１’は、水平に配置され、その出力シャフトを介してウォーム３２’を駆動し、当該出力シャフトは、図２〜５の第１実施形態では垂直に配置されるのに対し、この場合、水平に配置される。ウォーム３２’はウォーム・ホイール３３’とともにウォーム・ギアを形成し、当該ウォーム・ホイール３３’は、図２〜５の実施形態のスイベル・プレートと一体的に形成され、その外周部にウォーム３２’の歯に係合された歯を有する。

図６の側面図から分かるように、回転カーブ３５’は、ウォーム・ホイール３３’の片面に組み込まれ、当該回転カーブ３５’には、例えば小さいローラーを有す伝達機構３６’が係合される。当該伝達機構３６’は、歯状端部３８’を有することでハウジング（図示しない）内で往復運動されるラックを形成する旋回レバー３７’に配置される。歯状部３８’は、図２〜５に係る実施形態の場合と同様に、円筒状の支持管に軸方向に移動可能に支持されるシャフト４２’の長手方向歯状部４４’に係合する。シャフト４２’の自由端では、ダブル工具グリッパ５０’が図２〜５に係る実施形態と同様の構造で取り付けられる。

図７は、工具交換装置の構造を、反対側からの概略斜視図で示す。図６の回転カーブ３５’の反対面で、ウォーム・ホイール３３’はモールド成型された溝形状の持ち上げカーブ５５’を有し、当該持ち上げカーブ５５’には、ピボットまたは旋回レバー５７’の中央の広がった部分に固定される伝達機構５６’が係合する。その下端部では、ピボットまたは旋回レバー５７’が、ハウジング（図示しない）上のベアリング５８’によって旋回可能に支持される。その上端部では、ピボットまたは旋回レバーは、ブッシング部材４５’の半径方向の中間にある場所に係合する伝達機構５９’を有する。

上述した実施形態の操作モードは、大体において同じである。電気モータを駆動することによって、ウォーム・ギアのウォームが駆動され、当該ウォーム・ギアはスイベル・プレートに機械的に連結されるか、一体化される方法で形成される。ウォームが回転すると、スイベル・プレートが回転し、それによって一方の側の持ち上げカーブ、および、他方の側の回転カーブに係合している伝達機構がカーブの各軌道にしたがって移動する。ラック３７，３７’に結合された伝達機構３６，３６’は、ラックの往復運動、それゆえにダブル工具グリッパ５０，５０’と同様にシャフト４２，４２’の長手方向軸を軸とした１８０°の回転を引き起こす。それと同時に、または所定の時間差で、伝達機構５６，５６’の持ち上げカーブ５５，５５’への係合は、ピボットまたは旋回レバー５７，５７’を旋回させ、その伝達機構５９，５９’が、シャフト４２，４２’を、それゆえにダブル工具グリッパをもまた軸方向に移動させる。

本発明は、示された実施形態に限定されるものではない。例えば、電気モータ３１の代わりに例えばサーボモータなどの別な駆動アセンブリが使用されてもよい。また、リンケージがシャフト、それゆえにダブル工具グリッパの持ち上げ運動のために使用されてもよく、当該リンケージは、構造に関してピボットまたは旋回レバー５７と異なるように形成される。

Claims (8)

1. 軸方向に移動可能で回転自在になるようハウジング（３０，３０’）内に取り付けられたシャフト（４２，４２’）の自由端に取り付けられ、２つのプライヤのような工具ホルダ（５１，５２）を有するダブル工具グリッパ（５０，５０’）と、
   前記ダブル工具グリッパ（５０，５０’）の直線運動および回転運動のためにシャフト（４２，４２’）に運動学的に連結された駆動モータ（３１，３１’）と、
   前記駆動モータ（３１，３１’）のモータ・シャフトの回転を前記ダブル工具グリッパ（５０，５０’）の直線運動および回転運動に変換する伝達手段とを備え、
   前記伝達手段は前記駆動モータ（３１，３１’）に駆動されるトランスミッション（３２，３３；３２’，３３’）を含み、
   前記トランスミッションは、線形運動のための持ち上げカーブ（５５，５５’）および回転運動のための回転カーブ（３５，３５’）がその前面に形成されるカム・プレート（３３’，３４）を駆動し、
   前記シャフト（４２，４２’）に回転自在に連結されたラック・アンド・ピニオン・ドライブ（３７，３８；３７’，３８’）の伝達機構（３６，３６’）が前記回転カーブ（３５，３５’）に係合し、ラック（３７，３７’）が前記シャフト（４２，４２’）の長手方向歯状部（４４，４４’）と協働し、
   前記シャフト（４２）に移動可能に連結された旋回リンケージ（５７，５７’）の伝達機構（５６，５６’）が前記持ち上げカーブ（５５，５５’）に係合し、それに案内され、
   前記トランスミッションは、ウォーム・ギア（３２，３３；３２’，３３’）および前記カム・プレート（３３’，３４）を直接駆動するウォーム・ホイール（３３，３３’）であり、
   少なくとも部分的に前記シャフト（４２，４２’）を囲む支持管（４０，４０’）がハウジング（３０，３０’）の終端に取り付けられることを特徴とする工作機械用、特にフライス盤用の工具交換装置。
2. 前記ウォーム・ギアの前記ウォーム・ホイール（３３’）が、ラック・アンド・ピニオン・ドライブ（３７’，３８’，４４’）を介して前記ダブル工具グリッパ（５０’）の前記シャフト（４２’）を回転させ、前記旋回リンケージ（５７，５７’）を使用することにより前記持ち上げカーブを介して前記シャフト（４２’）を軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
3. 前記ウォーム・ギアの前記ウォーム・ホイール（３３）に関連したスイベル・プレート（３４）が、その片面に前記持ち上げカーブ（５５）を有し、その他面に前記回転カーブ（３５）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の工具交換装置。
4. ラック（３７）の中央交差リンクに配置された駆動部材（３６）が、伝達機構として前記回転カーブ（３５）に係合することを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
5. ピボットまたは旋回アーム（３７，５７）がその片方の自由端に伝達機構として駆動部材（５９）を有し、前記駆動部材（５９）は、前記シャフト（４２）を軸方向に移動させるために、前記シャフトに取り付けられた環状ブッシングに係合し、ピボット・ベアリング（５８）が前記ピボットまたは旋回アーム（５７）の他方の自由端に設けられ、前記ピボットまたは旋回アーム（５７）の中心部に横方向に取り付けられた駆動部材（５６）がスイベル・プレート（３４）の側面に形成された持ち上げカーブ溝（５５）に係合することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の工具交換装置。
6. スイベル・プレート（３４）が、両面があるカム・プレートとして形成され、その片面に前記回転カーブ（３５）を、その他面に前記持ち上げカーブ（５５）をいずれも削られた溝として有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工具交換装置。
7. 前記ウォーム・ホイール（３３’）が、その外周部でウォーム（３２’）に係合する歯を有する前記カム・プレートを形成することを特徴とする請求項６に記載の工具交換装置。
8. 前記駆動モータ（３１，３１’）がサーボ・ダイレクト・ドライブ・モータ、または極数変換交流モータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の工具交換装置。

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