JP2013031912A

JP2013031912A - 改善された工具交換装置

Info

Publication number: JP2013031912A
Application number: JP2012020043A
Authority: JP
Inventors: Velar Jesus Maria Alberdi; ヘスス・マリア・アルベルディ・ベラル
Original assignee: A INGENIERIA DE AUTOMATISMOS SA
Current assignee: A INGENIERIA DE AUTOMATISMOS SA
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: JP5575821B2; EP2551052A1; ES2400136B1; ES2400136R1; CN102896539B; CN102896539A; ES2400136A2; ES2527317T3; EP2551052B1

Abstract

【課題】異なるタイプの工具ホルダーの使用を可能にする工具交換装置を提供する。
【解決手段】工具交換装置は、フィンガーに一体につながれたヒンジを中心にフィンガーの少なくとも１つが回転運動することによって工具ホルダーを把持する、把持手段としての少なくとも２つのフィンガーと、軸を中心に回動するシャフトにさらに取り付けられている、フィンガーの少なくとも一端の上にフィンガーを備える支持構造体として作用するアームと、運動を伝える少なくとも１つのアクチュエータと、を備える。工具交換装置は、カムの一面上にフィンガーに設けられた従動部を収容する少なくとも１つの溝を備える少なくとも１つのカムをさらに備える。カムは、直線の移動運動を伝えるために、アクチュエータによって駆動される。カムは、溝によって、ヒンジを中心にした回転運動をフィンガーに伝える。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具交換装置の取り付け及び取り外しを要求することなく、自動マシニングセンタ(machining center)での機械加工プロセスにおいていくつかのタイプの工具ホルダーの使用を可能にして、その多用途性及び効率を増加させる構成及びデザインを備える改善された工具交換装置（tool changer）に関する。

現在、マシニングセンタの使用は、パーツ（part）機械加工プロセスにおいて一般的である。これらのマシニングセンタは、材料のブロックからパーツ（part）を得るために、ＣＡＤ−ＣＡＭのソフトウェアが用いられる完全自動化のマシニングセンタを特徴としている。

パーツは、いくつかのツールを用いてこれらのマシニングセンタで機械加工される。機械加工プロセスの間に、いくつかのツールを交換する必要がある。ツール交換を可能にするために、「工具交換装置」として知られているアームが用いられる。工具交換装置は、「工具ホルダー（tool holder）」として知られている把持要素を担当する「フィンガー」を含む。機械工具の貯蔵庫（machine tool store）からドライブ・スピンドルに移動させるために、あるいはドライブ・スピンドルから機械工具の貯蔵庫に移動させるために、ミルやドリルの刃先などの工具が、フィンガーに連結される。いくつかのタイプの工具ホルダーが存在し、最も広く使用されている工具ホルダーは、HSKコーン及びISOコーンである。

現在の工具交換装置に関する問題は、特定種類の工具ホルダーに対して工具交換装置が設計されていることである。このことは、マシニングセンタにインストールされた工具交換装置に依存して、単一タイプの工具ホルダーが用いられて、マシニングセンタにおける制限に導かれるであろう。この制限は、主として、適応性の低下に帰着し、その結果、生産性の低下に帰着する。

本願明細書に記載された発明は、用いられる工具ホルダーに応じてフィンガーの異なる開位置及び閉位置を得ることを可能にするデザイン（design）により、異なるタイプの工具ホルダーの使用が可能になる、改善された工具交換装置を開示する。同様に、フィンガーは、各タイプの工具ホルダーを把持するように規定されたセクターの各々で特定の形状（profile）を有する。

本発明の工具交換装置は、
フィンガーに一体につながれたヒンジを中心にフィンガーの少なくとも１つが回転運動することによって工具ホルダーを把持する把持手段としての少なくとも２つのフィンガーと、
アームの少なくとも１端にフィンガーを備える支持構造体として作用するアームであって、動き且つそれ自身の軸を中心に回動する（move and rotate about its own axis）シャフトにさらに取り付けられているアームと、
運動を伝える少なくとも１つのアクチュエータと、を備える。

工具交換装置は、さらに、少なくとも１つのカムを備える。当該カムは、カムの一面の上に、１つのフィンガーに設けられた従動部（follower）を収容する少なくとも１つの溝（groove）を備える。

本発明の特徴は、直線の移動運動をカムに与えるためにカムがアクチュエータによって駆動され、その結果、溝によりカムがヒンジを中心とした回転運動を前記フィンガーに伝えることである。アクチュエータは液圧で（hydraulically）制御される。

カムの少なくとも１つの溝は、少なくとも１つの直線セグメントを含む。この少なくとも１つの直線セグメントは、カムの長手方向軸に関して１度乃至１５度の「α」によって規定される偏向（deviation）角度を有する。さらに、カムの少なくとも１つの溝は、湾曲セグメントによってお互いにつながれた少なくとも２つの直線セグメントを備える。

本発明の改善された工具交換装置の更なる特徴は、フィンガーが、フィンガーの端部領域で及びフィンガーの内側面で、カム溝に含まれた直線セグメントの数に対応する数の（a number of）把持領域を備える工具ホルダー用の接触領域を備えることである。把持領域は、把持される工具ホルダーの湾曲と一致する半径を持った湾曲（curvature）を備える。

本発明のさらに別の特徴は、カムの少なくとも１つの溝が、フィンガーと接触するその領域で最大の直径を持った工具ホルダーを把持するのに必要な開口よりもフィンガーのより大きな開口を得るための第４の直線セグメントを備えるということである。この第４のセグメントは、カムを交換するためにカムの外側に開いている。カムの少なくとも１つの溝は、第４の直線セグメントと第３の直線セグメントとの間に第３の湾曲セグメントを備える。

本発明の工具交換装置は、バネの一端でカムに接していて、液圧システムが正常に機能しなくなった場合にフィンガーを工具交換装置に対してきつく（tight）しておくためにカムを押圧する、少なくとも１つのバネを備える。

説明の理解を助けするために、本明細書が１セットの図面によって完成する。図示のみの目的であり、限定されない意味において、以下の図面が示される。

本発明の改善された工具交換装置の上部の斜視図を示す。本発明の改善された工具交換装置の底部の斜視図を示す。本発明の改善された工具交換装置の端部の断面の斜視図を示す。第１の工具ホルダーの把持を示す斜視図である。結合領域（union area）の拡大図を備える、第２の工具ホルダーの把持を示す斜視図である。第３の工具ホルダーの把持を示す斜視図である。第１の工具ホルダーの把持状態を示す平面図である。第２の工具ホルダーの把持状態を示す平面図である。第３の工具ホルダーの把持状態を示す平面図である。本発明の改善された工具交換装置のカムの拡大斜視図である。

上述したように、また、図１及び２から分かるように、改善された工具交換装置は、支持構造体（supporting structure）としてのアーム1から形成されている。

アーム1は、該アームの端部の各々の上に、工具ホルダーをつかむことのための「爪（claw）」を備える。それぞれの爪は、固定されたポイント4でヒンジされた１対のフィンガー（finger）2である。さらに、これらのフィンガー2の各々は、従動部（follower）3を備える。該従動部3は、カム5の一方の面に作られた溝6に沿って動く。溝6における従動部3の移動は、アクチュエータ8によってカム5に伝えられる直線運動によってもたらされる。その結果、カム5は、フィンガー2に対して開閉運動を伝える。

図３は、他の要素の間にあるカム5及び前述の従動部3に加えて、カバー9(図１に示される)の下にあるいくつかのバネ7の存在を示す。円筒状の要素13が、これらのバネ7の各々に挿入される。この円筒状の要素13は、バネ7に対するガイド機能を行なう。この円筒状の要素13の一方の端部が、アーム1に取り付けられている。バネ7が円筒状の要素13を囲みながら、円筒状の要素13の他方の端部が、カム5の中に作られたオリフィス7'に挿入される。

バネ7及び円筒状の要素13によって形成されたこのアセンブリーは、安全なシステムを決定する。アクチュエータ8が、カム5の直線移動によってフィンガー2にいかなる運動も伝えることを失敗する場合、バネ7及び円筒状の要素13によって、フィンガー2の不可逆の閉運動が保証される。フィンガー2が完全に閉じた状態にあることを除き、バネ7が圧縮状態にあるときに、このことが起こる。このように、バネ7は、フィンガー2によって工具ホルダー10に加えられた圧力を保持して、もたらされたマイナスの結果で工具ホルダー10が偶然に解放されることを防止する。

図４ａ，４ｂ及び４ｃは、図５ａ，５ｂ及び５ｃと一緒に、それぞれ、本発明の工具交換装置のフィンガー2が、異なる把持領域11a，11b，11cによって最も一般に使用される工具ホルダー10a，10b，10cをどのようにして把持できるかを示す。フィンガー2の端部2'には、前記把持領域11a，11b，11cの内側部分であって把持領域11a，11b，11cに沿って、長手方向の突出部14が設けられているので、工具ホルダー10a，10b，10cの把持が可能である。突出部14は、図４の拡大図で見ることができる。これらの長手方向の突出部14は、工具ホルダー10の溝15の中に挿入されるように作られている。溝15は、通常、円形の接触領域に含まれる。さらに、把持領域11は異なる湾曲（curvature）を有する。これらの湾曲により、フィンガー2が、異なる工具ホルダー10の円形の接触領域に対して正確に適合する（adjust precisely）ことができる。

図６はカム5を示す。図６において、長手方向軸12に関してカム5を２つの対称的な部分に分割する長手方向軸12を見ることができる。また、バネ7を収容するいくつかのオリフィス7'と、カム5に運動を伝えるアクチュエータ8の移動する端部が固定されるオリフィス7'の間にあるゾーンと、長手方向軸12に関してお互いに対称的である２つの溝6と、が示されている。

図６の拡大図から分かるように、これらの溝6の各々は、３つの直線セグメント6a，6b，6cと、２つの湾曲セグメント6.1，6.2と、を備える。さらに、溝6は、第３の工具ホルダー10cを把持するか解放する（release）ために、第３の工具ホルダー10cの場合に把持するのに必要なフィンガー2の開きよりも大きな開きを可能にする第４の直線セグメント6dを備える。第３の工具ホルダー10cは、最も大きな直径を有する。さらに、工具ホルダーの新しい直径に適合した溝6及び把持領域11に基づいた構成によって、異なる直径を有する工具ホルダー10を保持するために、カム5を取り替えることが必要であるとき、溝6から従動部3を取り除くことを可能にし、それによりカム5を放出する（release）ために、第４の直線セグメント6dは、カム5の外側に向けて開いている。

第１の湾曲セグメント6.1が、第１の直線セグメント6aと第２の直線セグメント6bとの間にある移行（transition）の領域に相当して、第２の湾曲セグメント6.2が、第２の直線セグメント6bと第３の直線セグメント6cとの間にある移行の領域に相当する。第３の直線セグメント6cと第４の直線セグメント6dとの間にある移行の領域に相当する第３の湾曲セグメント6.3も示されている。

直線セグメント6a，6b，6cは、カム5の長手方向軸12に対して１度乃至１５度の角度「α」によって規定された偏向（deviation）角度を有する。この偏向角度「α」は、工具ホルダー10に把持力を及ぼすことを可能にするとともに、溝6によって直線セグメント6a，6b，6cから隣接した湾曲セグメント6.1，6.2まで従動部3が移動することを可能にする。

第１の直線セグメント6aは、第１の工具ホルダー10aの把持部と一致する。第２の直線セグメント6bは、第２の工具ホルダー10bの把持部と一致する。また、第３の直線セグメント6cは、第３の工具ホルダー10cの把持部と一致する。

したがって、工具交換装置の交換を必要としないで、異なる工具ホルダー10a，10b，10cが適切に保持されることを保証することを可能にするものは、カム5を含む結果として、フィンガー2の開閉運動と、フィンガーの外側端部2'における把持領域11a，11b，11cとの組み合わせである。

本発明を構成する、図面に示された異なる要素のリストが以下に与えられる。

1：アーム
2：フィンガー
2'：フィンガーの外側端部
3：従動部
4：ヒンジ
5：カム
6：溝
6a：第１の直線セグメント
6b：第２の直線セグメント
6c：第３の直線セグメント
6d：第４の直線セグメント
6.1：第１の湾曲セグメント
6.2：第２の湾曲セグメント
6.3：第３の湾曲セグメント
7：バネ
7'：オリフィス
8：アクチュエータ
9：カバー
10：工具ホルダー
10a：第１の工具ホルダー
10b：第２の工具ホルダー
10c：第３の工具ホルダー
11：把持領域
11a：第１の把持領域
11b：第２の把持領域
11c：第３の把持領域
12：長手方向軸
13：円筒状の要素
14：長手方向の（longitudinal）突出部
15：溝

Claims

フィンガーに一体につながれたヒンジ(4)を中心にフィンガーの少なくとも１つが回転運動することによって工具ホルダーを把持する把持手段としての少なくとも２つのフィンガー(2)と、
アームの少なくとも一端に前記フィンガーを備える支持構造体として作用するアームであって、動き且つそれ自身の軸を中心に回動するシャフトにさらに取り付けられているアーム(1)と、
運動を伝える少なくとも１つのアクチュエータ(8)と、を備える工具交換装置であって、
フィンガー(2)に設けられた従動部(3)を収容する少なくとも１つの溝(6)をカムの一面の上に備える少なくとも１つのカム(5)をさらに備えて、
前記カム(5)は、直線の移動運動を与えるために前記アクチュエータ(8)によって駆動され、前記溝(6)によって前記カム(5)が、前記ヒンジ(4)を中心とする回転運動を前記フィンガー(2)に伝えることを特徴とする工具交換装置。
前記カム(5)の少なくとも１つの溝(6)が、少なくとも１つの直線セグメント(6a，6b，6c)を備えることを特徴とする、請求項１に記載の工具交換装置。
少なくとも１つの直線セグメント(6a，6b，6c)が、前記カム(5)の長手方向軸(12)に対して、１度乃至１５度の偏向角度(α)を有することを特徴とする、請求項２に記載の工具交換装置。
前記カム(5)の少なくとも１つの溝(6)が、湾曲セグメント(6.1，6.2)によってお互いにつながれた少なくとも２つの直線セグメント(6a，6b，6c)を備えることを特徴とする、請求項２に記載の工具交換装置。
前記フィンガー(2)は、当該フィンガーの端部領域(2')及び当該フィンガーの内面において、前記カム(5)の前記溝(6)の中に含まれる直線セグメント(6a，6b，6c)の数に対応する数の把持領域(11a，11b，11c)を備える工具ホルダー(10)用の接触領域を備える、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の工具交換装置。
前記把持領域(11a，11b，11c)が、保持される前記工具ホルダー(10a，10b，10c)の湾曲に適合する湾曲を備えることを特徴とする、請求項５に記載の工具交換装置。
前記カム(5)の少なくとも１つの溝(6)は、前記フィンガー(2)との接触領域で最も大きな直径を有する前記工具ホルダー(10c)を保持するのに要求されるフィンガー(2)の開きよりも大きな開きを達成するために、第４の直線セグメント(6d)を備えることを特徴とする、請求項１に記載の工具交換装置。
前記第４の直線セグメント(6d)は、前記カム(5)を交換するために、前記カム(5)の外側に向けて開いていることを特徴とする、請求項７に記載の工具交換装置。
前記カム(5)の少なくとも１つの溝(6)は、前記第４の直線セグメント(6d)と前記第３の直線セグメント(6c)との間にある第３の湾曲セグメント(6.3)を備えることを特徴とする、請求項７に記載の工具交換装置。
前記工具交換装置は、バネの一端で前記カム(5)に接して、前記アクチュエータ(8)が正常に機能しなくなった場合に、前記フィンガー(2)を前記工具交換装置(10)に対してきつくしておくために前記カム(5)を押圧する少なくとも１つのバネ(7)を備えることを特徴とする、請求項１に記載の工具交換装置。
前記アクチュエータ(8)が液圧で制御されることを特徴とする、請求項１に記載の工具交換装置。