JP2014030874A - 交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのみならず、治具の交換の自動化も可能な交換装置を提供する。
【解決手段】本発明は、治具を介してワークを取り付け可能な主軸ユニットを備えた加工装置に用いられる交換装置であって、前記治具及びワークに着脱自在に固定される少なくとも１つの固定部を有する、固定機構と、前記固定部を、前記主軸ユニットと平行に延びる軸線に沿って、少なくとも、前記治具に着脱自在に固定可能な第１の位置、前記ワークに着脱自在に固定可能な第２の位置、及び前記軸線方向で前記治具及びワークと干渉しない第３の位置に、移動可能な移動機構と、を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、治具を介してワークを取り付け可能な主軸ユニットを備えた加工装置に用いられる交換装置に関する。

ワークを主軸ユニットで支持した状態で、これをカッターなどで加工する加工装置においては、ワークの交換を効果的に行うため、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、アームによってワークを掴み、これをワークパレットに搬送することでワークの交換を行っている。

特開平７−８８７０２号公報

ところで、上述した装置では、ワークの交換はできるものの、ワークの種類によってはこれを支持する治具も交換する必要がある。しかしながら、この装置では治具を自動的に交換することはできないため、治具の交換は手動で行うしかなかった。そのため、ワーク及び治具の交換作業についは、効率化の観点から未だ改善の余地があった。本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、ワークのみならず、治具の交換も自動化することが可能な交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、治具を介してワークを取り付け可能な主軸ユニットを備えた加工装置に用いられる交換装置であって、前記治具及びワークに着脱自在に固定される少なくとも１つの固定部を有する、固定機構と、前記固定部を、前記主軸ユニットと平行に延びる軸線に沿って、少なくとも、前記主軸ユニットに取り付けられた前記治具に着脱自在に固定可能な第１の位置、前記治具に取り付けられた前記ワークに着脱自在に固定可能な第２の位置、及び前記軸線方向で前記治具及びワークと干渉しない第３の位置に、移動可能な移動機構と、を備えている。

この構成によれば、ワーク及び治具に着脱自在に固定される固定部を有し、この固定部が、少なくとも、治具に着脱自在に固定可能な第１の位置、ワークに着脱自在に固定可能な第２の位置、及び軸線方向で治具及びワークと干渉しない第３の位置に、移動可能となっている。そのため、ワークのみならず、これを支持する治具の交換も可能となる。例えば、固定部を第２の位置でワークに固定し、この状態で第３の位置に移動させれば、ワークを治具から取り外すことができ、この第３の位置で新たなワークに交換することができる。さらに、ワークを治具から取り外した後、固定部を第１の位置に移動させて治具に固定し、これを第３の位置に移動させれば、治具を主軸ユニットから取り外すことができ、この第３の位置で治具の交換が可能となる。このように、本発明では、ワーク及び治具に固定可能な固定具を、軸方向の少なくとも３つの位置に移動可能とすることで、ワーク及び治具の交換を自動化することができる。

上記交換装置では、固定部を、軸線周りに回転させる回転機構をさらに設けることができる。このようにすると、固定部を主軸ユニットの軸線から外れた位置に移動させることができる。したがって、主軸ユニットに干渉することなく、固定部からワークや治具を取り外したり、新たなワークや治具を固定部に取り付けることができる。

上記固定機構は、種々の構成にすることができる。例えば、２以上の固定部を設けるとともに、これら固定部を支持する支持部をさらに設け、この支持部において、２以上の固定部を、軸周りで互いに異なる位置に配置することができる。このようにすると、次のような利点がある。例えば、一つの固定部が主軸ユニットに取り付けられたワーク又は治具を取り外しているときに、他の固定部に新たなワークや治具を取り付けておくことができる。そして、回転機構により、支持部を回転させれば、新たなワークや治具を主軸ユニットに取り付けることができる。したがって、主軸ユニットに取り付けられたワーク又は治具の取り外しと、新たなワーク又は治具の準備を同時に行うことができるため、交換作業を効率的に行うことができる。

上記移動機構は、例えば、次のように構成することができる。まず、伸縮可能な２つの第１及び第２のシリンダを設け、両シリンダが収縮状態にあるとき、固定部が第１の位置に配置され、第１のシリンダが収縮状態にあり、第２のシリンダが伸長状態にあるとき、固定部が第２の位置に配置され、両シリンダが伸長状態にあるとき、固定部が第３の位置に配置されるように、構成することができる。このように、２つのシリンダを設けることで、少なくとも３つの位置の位置決めを正確に行うことができる。したがって、上述した固定部を第１から第３の位置それぞれに正確に配置することができる。

上記移動機構及び回転機構は、例えば、次のように構成することができる。ます、固定機構に接続され、軸方向に移動可能で、且つ外周面にスプラインが形成された、移動ロッドを設けることができる。そして、回転機構に、移動ロッドとスプライン結合するナットと、このナットを回転駆動する駆動部と、を設けることができる。これにより、固定機構の軸方向への移動と、軸周りの回転を行うことができる。

固定部は、種々の構成にすることができるが、例えば、治具及びワークを挟持可能な一対のアームを設けることができる。

本発明に係る交換装置によれば、ワークのみならず、治具の交換を自動化することができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置及び交換装置の概略構成を示す正面図である。 加工装置の主軸ユニット及び交換装置の断面図である。 主軸ユニット及びこれに取り付けられた治具及びワークの拡大正面図である。 回転機構を下方から見た平面図及び動作図である。 固定機構の平面図である。 固定機構を主軸ユニット側から見た側面図である。 治具の交換を示す動作説明図である。 ワークの交換を示す動作説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る交換装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この交換装置は、ワーク及びこのワークを支持する治具を交換するためのものである。ここでは、この交換装置を、歯車の加工装置に適用した例について説明する。以下では、まず、加工装置について説明し、その後、交換装置について説明する。

図１は、本実施形態に係る加工装置及び交換装置の概略構成を示す正面図である。図１に示すように、本実施形態に係る歯車の加工装置１は、内部空間１１１及びこの内部空間１１１の上部を塞ぐ蓋部１１２を有する基台１１を備えている。そして、この基台１１には、ワークＷである歯車を支持する主軸ユニット１２と、この主軸ユニット１２との間でワークＷを挟持する心押しユニット１３とが設けられている。さらに、基台１１上には、ワークＷを加工するためのカッター等の加工具が支持された加工具ユニット１４が設けられている。以下、これら各ユニットについて詳細に説明する。

図２は、加工装置の主軸ユニット及び交換装置の断面図である。図２に示すように、主軸ユニット１２は、基台１１の蓋部１１２に固定される筒状の基部１２１と、この基部１２１の内部に挿通される筒状の回転スリーブ１２２と、を備えている。基部１２１の下端部は、蓋部１１２に固定されており、ここから上方へと延びている。そして、回転スリーブ１２２は、軸方向に離れて配置された一対の軸受１２３を介して、基部１２１の内部に回転自在に取り付けられている。また、回転スリーブ１２２の上下の両端部は、基部１２１の上端及び下端からそれぞれ突出している。このうち、回転スリーブ１２２の下端部は、基台１１の内部空間１１１に突出し、この突出部分に第１プーリー１２４が固定されている。また、基部１１の内部空間１１１には、回転スリーブ１２２と平行に延びる回転軸を有する駆動モータ１２５が配置され、この駆動モータ１２５の回転軸には第２プーリー１２６が取り付けられている。そして、第１及び第２プーリー１２４，１２６には伝動ベルト１２７が掛け渡されており、駆動モータ１２５を駆動することで、回転スリーブ１２２が軸周りに回転するようになっている。

回転スリーブ１２２の内部には、軸方向に上下動可能な可動ロッド１２８が設けられている。また、回転スリーブ１２２の上端部には、治具Ｚを固定するためのチャック部１２０が設けられている。このチャック部１２０には、後述するように、チャック部１２０の上面及び側面を覆うように配置される治具Ｚが取り付けられるようになっており、チャック部１２０が治具Ｚの内壁面を径方向外方に押圧することで、治具Ｚをチャック部１２０に固定するようになっている。具体的には、上述した可動ロッド１２８が、下方からチャック部１２０の内部を押圧することで、チャック部１２０の外周面が治具Ｚの拘束を解くように構成されており、可動ロッド１２８が下降すると、チャック部１２０が治具Ｚを固定するようになっている。チャック部１２０としては、公知のコレットチャックなどを用いることができる。

可動ロッド１２８の下端部は、回転スリーブ１２２の下端から下方に突出しており、この突出部分に支持板１２９が取り付けられている。支持板１２９と回転スリーブ１２２との間には、可動ロッド１２８の外周面に巻き付くようにバネ１２９０が配置されており、このバネ１２９０によって支持板１２９が下方に押し下げられている。すなわち、このバネ１２９０により、可動ロッド１２８は、通常は下方に押し遣られ、チャック部１２０に力を及ばせないようにしている。また、支持板１２９には、可動ロッド１２８を囲むように周方向に上方へ突出する複数の支持棒１２９１が配置されている。各支持棒１２９１は、第１プーリー１２４の下面に形成された穴にそれぞれ挿入され、上下動可能となっている。したがって、第１プーリー１２４が回転すると、支持棒１２９１を介して連結された支持板１２９も回転し、これに伴って可動ロッド１２８も回転する。すなわち、可動ロッド１２８は回転スリーブ１２２とともに軸周りに回転する。

支持板１２９の下方には、支持板１２９を上方に押し上げるための押し上げ機構１５が設けられている。この押し上げ機構１５は、支持板１２９の下方に配置された複数の押し上げ棒１５１を備えており、これら押し上げ棒１５１が基板１５２によって支持されている。基板１５２の下方には油圧シリンダ１５３が配置されており、この油圧シリンダ１５３によって基板１５２が上方に押し上げられる。これにより、押し上げ棒１５１が支持板１２９を上方に押し上げ、可動ロッド１２８がチャック部１２０に作用する。すなわち、チャック部１２０と治具Ｚの固定状態が解除される。一方、押し上げ棒１５１が降下すると、可動ロッド１２８も下降し、チャック部１２０と治具Ｚが固定される。押し上げ棒１５１が降下すると、可動ロッド１２８はバネ１２９０によって下方に付勢されているため、チャック部１２０と治具Ｚとの固定状態が維持される。なお、押し上げ棒１５１の上端と支持板１２９との間には隙間が形成されており、油圧シリンダ１５３が作動していないときには押し上げ棒１５１は支持板１２９に接触しないようになっている。そのため、支持板１２９は押し上げ棒１５１と干渉せず、可動ロッド１２８とともに回転可能となる。

また、この主軸ユニット１２には、チャック部１２０に対して空気を供給するための空気供給機構が設けられている。具体的には、以下の通りである。まず、支持板１２９の下面に、ロータリジョイント１６が回転可能に連結されており、このロータリジョイント１６を介して、可動ロッド１２８内にエアを供給できるようになっている。可動ロッド１２８の内部には、軸方向に延びる貫通孔１２８１が形成されており、貫通孔１２８１の下端部が上述したロータリジョイント１６に連結されている。この貫通孔１２８１は、可動ロッド１２８の上端付近で径方向に延び、回転スリーブ１２２の内部に開口している。このエアの流通路は、上方に延び、チャック部１２０の上面で開口している。このように形成されたエアの流通路からはエアが排出され、これによってチャック部１２０の上面のゴミを吹き飛ばすことができる。したがって、治具Ｚを正確に取り付けることができる。また、流通路１２２１とは別の流通路（図示せず）が可動ロッド１２８に設けられ、チェック部１２０に治具Ｚが装着されると、流通路（図示せず）が治具Ｚによって塞がれ、エアが排出されないようになるため、ロータリジョイント１６にエアを供給する供給源（図示省略）が、これを検出することで、治具Ｚが装着されたことを検知することができる。

図１に示すように、心押しユニット１３は、基台１１上に配置され、上方に延びる支持部１３１と、この支持部１３１に沿って上下動可能な心押し部１３２とを備えている。支持部１３１の上端には、モータ１３３が取り付けられており、このモータ１３３の回転軸に、下方へ延びるボールねじ１３４が連結されている。ボールねじ１３４には、ナット１３５が螺合しており、このナット１３５に心押し部１３２が取り付けられている。また、支持部１３１には、ボールねじ１３４と平行に、上下方向に延びるガイドレール１３６が取り付けられており、心押し部１３２は、このガイドレール１３６によってガイドされつつ上下動するようになっている。また、心押し部１３２の下端には、後述するように、治具Ｚを押圧する棒状の押圧部材１３２１が取り付けられている。

図３は主軸ユニット及びこれに取り付けられた治具及びワークの拡大正面図である。同図に示すように、本実施形態の治具Ｚは、ワークＷを支持するためのものであり、上述したように、主軸ユニット１２のチャック部１２０に取り付けられる。治具Ｚは、主として３つの部位で構成されている。すなわち、下方から上方へ一体的に構成された、固定部Ｚ１、テーパ部Ｚ２、及び挿通部Ｚ３を備えている。固定部Ｚ１は、概ね円筒状に形成され、その下面にはチャック部１２０が挿入される開口Ｚ１１が形成されている。また、固定部Ｚ１の外周面には、周方向に延びる環状溝Ｚ１２が形成されており、後述するように、この環状溝Ｚ１２に交換装置２のアームが嵌まるようになっている。そして、固定部Ｚ１の上端には上方に延びるテーパ部Ｚ２が一体的に連結されており、上方にいくにしたがって治具Ｚの径が小さくなる。テーパ部Ｚ２の上端には、径の小さい挿通部Ｚ３が設けられ、この挿通部Ｚ３がワークＷの中心穴Ｗ１に挿入される。挿通部Ｚ３には、上方から心押しユニット１３の押圧部材１３２１によって押圧されると、径方向に移動する可動部（図示省略）が設けられており、この可動部がワークＷの中心穴Ｗ１を内側から押圧することで、ワークＷが挿通部Ｚ３に固定される。このような挿通部Ｚ３としては、例えば、公知のコレットチャックを用いることができる。

図１に示すように、本実施形態では、ワークＷである歯車の面取りを行う加工具１４１が加工具ユニット１４に取り付けられている。この加工具ユニット１４は、心押しユニット１３の支持部１３１の側面に、水平方向に移動可能に取り付けられた基部１４２と、この基部１４２に回転自在に支持される加工具支持部１４３とを備えている。基部１４２は、図示を省略するモータ、ボールねじ、及びナットを有する移動機構によって、主軸ユニット１２側に近接離間するようになっている。そして、基部１４２に取り付けられる加工具支持部１４３は、円形に形成され、その外周に６個の加工具１４１が等間隔で設けられている。各加工具１４１は、歯車の両面の角部に押圧される一対の押圧部材１４１１と、これら押圧部材１４１１を回転自在に支持する支持部１４１２とを備えている。各押圧部材１４１１は、円板状に形成され、歯車の両面の角部に当接するように所定間隔をあけて平行に配置されている。本実施形態の加工具ユニット１４は、歯車の厚みや、面取り形状に合わせて形態の異なる６個の加工具１４１を備えている。加工を行う際には、加工具支持部１４３を回転させて、いずれかの加工具１４１が主軸ユニット１２のワークＷと対向するように配置し、その後、基部１４２を主軸ユニット１２側に移動させ、押圧部材１４１１をワークＷに押しつけることで、加工を行う。

続いて、交換装置について説明する。図２に示すように、交換装置２は、基台１１に固定される筒状の基部２０と、この基部２０の内部に挿通支持される筒状の回転スリーブ２１とを備えている。また、回転スリーブ２１内に挿通される昇降ロッド２２を有しており、これらは主軸ユニット１２と隣接して配置されている。交換装置２の基部２０の下端部は、蓋部１１２に固定されており、ここから上方へ延びている。回転スリーブ２１は、基部２０の内部で軸周りに回転可能で、その内部に挿通される昇降ロッド２２は昇降可能であり、その下半分にはスプライン加工が施されたスプライン部２２１を構成している。そして、このスプライン部２２１が基部２０の下端から基台１１の内部空間１１１へ延び、その下端部には、ロータリジョイント２３が回転可能に取り付けられている。昇降ロッド２２の内部には、４つの貫通孔（図６参照）が軸方向に形成されており、ロータリジョイント２３を介して４つの貫通孔にエアが供給されるようになっている。

次に、昇降ロッド２２を上下方向に移動させる移動機構について説明する。まず、ロータリジョイント２３の側面には固定部材２３１を介して第１エアシリンダ２４が取り付けられており、さらに、この第１エアシリンダ２４の下端には、第２エアシリンダ２５が取り付けられている。両エアシリンダ２４，２５は、上下方向に伸縮するように構成されており、第２エアシリンダ２５の下端部が基台１１に固定されている。このような２つのエアシリンダ２４，２５により、昇降ロッド２２は、３つの位置を取り得る。すなわち、第１及び第２エアシリンダ２４，２５がともに縮んだ第１の位置(1)、第２エアシリンダ２５が伸長し第１エアシリンダ２４が縮んだ第２の位置(2)、及び第１及び第２エアシリンダ２４，２５がともに伸長した第３の位置(3)、の３つの位置を取り得る。

続いて、昇降ロッド２２を軸周りに回転させるための回転機構について、図２及び図４を参照しつつ説明する。図４は、回転機構を下方から見た平面図及び動作図である。昇降ロッド２２のスプライン部２２１には、回転スリーブ２１の下方においてスプラインナット２２２が螺合しており、このスプラインナット２２２の外周面には歯車が形成されている。また、スプラインナット２２２には、その約２倍の径の駆動歯車２２３が噛合している。この駆動歯車２２３の回転軸２２４は、基台１１の蓋部１１２の下面に取り付けられている。すなわち、駆動歯車２２３が蓋部１１２の下面から回転自在に吊り下げられた状態となっている。また、駆動歯車２２３の下面には、平面視円形のカム２２５が一体的に取り付けられている。このカム２２５には、径方向に延びる切欠き２２５１が形成されており、この切欠き２２５１には後述するカムフォロワー２２６が係合している。また、カム２２５の径は、駆動歯車２２３よりもやや大きく、駆動歯車２２３の外形よりも径方向に突出した部分にスプラインナット２２２が支持されている。カム２２５に隣接する位置には、平面視Ｌ字型のリンク部材２２９が設けられている。このリンク部材２２９は、蓋部１１２の下面から下方へ延びる回転軸２２７に回転自在に支持されており、この回転軸２２７がリンク部材２２６の屈曲部分に連結されている。リンク部材２２９の一端部には、上述したカムフォロワー２２６が取り付けられ、他端部には、油圧シリンダ２２８が取り付けられている。油圧シリンダ２２８は、ピストン部２２８１とこれを収容するシリンダ本体２２８２によって構成され、シリンダ本体２２８２は固定部材２２８３を介して蓋部１１２の下面に固定されている。また、ピストン部２２８１の先端は、リンク部材２２６の他端部に揺動自在に取り付けられている。

図４（ａ）に示すように、油圧シリンダ２２８のピストン部２２８１は初期状態で伸長しており、図４（ｂ）に示すように、ピストン部２２８１がシリンダ本体２２８２内に収容されることでリンク部材２２６が回転軸２２７周りに約９０度揺動する。これに伴って、カムフォロワー２２６と係合するカム２２５が約９０度回転し、これによってスプラインナット２２２は昇降ロッド２２とともに約１８０度正回転する。一方、この状態からピストン部２２８１が伸長すると、昇降ロッド２２は、約１８０度逆回転し、初期状態に復帰する。また、リンク部材２２９には、初期状態でストッパ２２０が当接しており、これによって初期状態を維持する。一方、リンク部材２２９が揺動すると、ストッパ２２０からリンク部材２２９が離間し、ピストン部２２８１の動作端で回転した位置を維持する。

次に、昇降ロッドの上端部に設けられた固定機構について、図５及び図６も参照しつつ説明する。図５は固定機構の平面図であり、図６はこの固定機構を主軸ユニット１２側から見た側面図である。この固定機構１７は、主軸ユニット１２に取り付けられたワークＷや治具Ｚを交換するためのものである。図６に示すように、この固定機構１７は、昇降ロッド２２の上端部に取り付けられる支持板１７１を備えている。この支持板１７１は、初期状態において、一方の面が主軸ユニット１２側を向くように配置されている。以下、この面を第１面１７１１と称し、反対側の面を第２面１７１２と称することとする。また、支持板１７１の両面の構成は同じであるため、ここでは図６に示す第１面について説明する。但し、以下では、同一部材であっても、第１面に配置された部材にａ，第２面に配置された部材にｂを付して説明することがある。

図６に示すように、支持板１７１の第１面１７１１には、上下方向の中央付近に水平方向に延びるガイドレール１７２が取り付けられている。ガイドレール１７２には、図６の左側に第１アーム支持部材１７４、右側に第２アーム支持部材１７５が取り付けられ、それぞれがガイドレール１７２に沿って水平方向に移動可能となっている。各アーム支持部材１７４，１７５の下端部には、棒状のアーム１７６がそれぞれ取り付けられている。各第１アーム１７６は、支持板１７１から水平方向に突出しており、両アーム１７６によってワークＷや治具Ｚを挟持可能となっている。図５に示すように、各アーム１７６において互いに対向する面には、平面視三角形状の切欠き１７６１が形成されており、この切欠き１７６１によってワークＷなどを挟持しやすくなっている。

支持板１７１において、ガイドレール１７２の上方にはピニオンギア１７３が回転自在に取り付けられており、第１アーム支持部材１７４の上端部には、ピニオンギア１７３に下側から噛み合うラック１７４１が水平方向に延びるように設けられている。一方、第２アーム支持部材１７５の上端部には、第１アーム支持部材１７４側へ水平方向に延びるラック１７５１が取り付けられている。このラック１７５１は、ピニオンギア１７３に上方から噛み合うように配置され、さらに、支持板１７１には、このラック１７５１を挟んでピニオンギア１７３の上方にガイドローラ１７７が回転自在に取り付けられている。このようにピニオンギア１７３を上下から挟むように、各アーム支持部材１７４，１７５にはラック１７４１，１７５１が設けられており、これによって各アーム支持部材１７４，１７５は互いに近接離間するようになっている。

また、支持板１７１の上端部には、ピストン部１７８１と、このピストン部１７８１を収容するシリンダ本体１７８２とで構成された複動型のエアシリンダ１７８が取り付けられている。具体的には、シリンダ本体１７８２が水平方向に延びるように支持板１７１に固定され、ピストン部１７８１の先端が第２アーム支持部材１７５に固定されている。これにより、ピストン部１７８１の進退とともに、第２アーム支持部材１７５が水平方向に移動し、これと同期して第１アーム支持部材１７４も移動する。これに伴って、上述したように、両アーム１７６は互いに近接離間するようになっている。なお、両アーム１７６が最も離れたとき、両者の距離は、治具Ｚの最大径よりも大きく、治具Ｚに干渉しないようになっており、両アーム１７６が近接したときには、後述するように、治具Ｚの環状溝Ｚ１２またはワークＷを挟持するようになっている。

上述したように、昇降ロッド２２の内部には、４つの貫通孔１７９ｉ〜１７９ｉｖが形成されているが、図６に示すように、この貫通孔１７９ｉ、１７９ｉｉは、支持板１７１の内部に形成された４つの流通路１７１０ｉ〜１７１０ｉｖに連通している。そのうちの２つ１７９ｉ，１７９ｉｉは、流通路１７１０ｉ（１７１０ｉｉ）及び連結チューブ（図示省略）などを介して、支持板１７１の第１面１７１１に設けられたエアシリンダ１７８ａに接続され、残りの２つは、同様に流通路１７１０ｉｉｉ（１７１０ｉｖ）及び連結チューブ（図示省略）などを介して、支持板１７１の第２面１７１２に設けられたエアシリンダ１７８ｂに接続されている。すなわち、各エアシリンダ１７８ａ，１７８ｂには、各々２つの流路からエアが供給され、上述したように複動式のエアシリンダとして機能する。なお、昇降ロッド２２の中央に貫通させた通路１７１０ｃには、エアシリンダ１７８ａ・１７８ｂの動作確認用センサに繋がる配線が挿通される。

また、昇降ロッド２２の上下方向の位置と、アーム１７６との関係は以下の通りである。図２も参照して説明する。すなわち、昇降ロッド２２が最も低い第１の位置にあるとき、アーム１７６は、治具Ｚの環状溝と対向する位置に配置され、両アームが近接することでアームが環状溝Ｚ１２に係合し、治具Ｚを挟持することができる。次に、第２の位置にあるときは、アーム１７６は、治具Ｚに取り付けられたワークＷと対向する位置に配置される。これにより、アーム１７６によってワークＷを挟持可能になる。そして、第３の位置にあるときは、アーム１７６はワークＷよりも上方で、両アーム１７６が近接してもワークＷとは干渉しない位置に配置される。なお、上述した各機構の操作は、図示を省略する制御部によって行われ、次に説明するように動作する。

次に、上記のように構成された歯車加工装置及び交換装置の動作について、図７及び図８を参照しつつ説明する。まず、加工装置１の主軸ユニット１２に治具Ｚが取り付けられていない状態で、ロータリジョイント１６から可動ロッド１２８内にエアを注入する。このエアは、可動ロッド１２８及び回転スリーブ１２２の流通路を介して、主軸ユニット１２の先端にあるチャック部１２０の上面から噴射され、チャック部１２０の上面のゴミを吹き飛ばすと共に治具Ｚの着座確認を待ち受ける。このようにエアの噴射を継続した状態で、治具Ｚ及びワークＷの取り付けを行う。

最初に、図７（ａ）に示すように、支持板１７１の第２面１７１２を主軸ユニット１２とは反対側に向け、第３の位置(3)において、ロボットアームなどの搬送装置（図示省略）を介して、アーム１７６ｂに治具Ｚを挟持させる。そして、回転機構により、支持板１７１を１８０度回転させ、図７（ｂ）に示すように、第２面１７１２が主軸ユニット１２と対向するようにする。次に、図７（ｃ）に示すように、支持板１７１を降下させ、アーム１７６ｂに挟持された治具Ｚを主軸ユニット１２のチャック部１２０に装着する。すなわち、油圧シリンダ１５３を駆動して、可動ロッド１２８を上昇させ、チャック部１２０へ治具Ｚが装着可能な状態とする。そして、チャック部１２０の上面への治具Ｚの着座が確認されると、油圧シリンダ１５３を駆動し、可動ロッド１２８を降下させる。これにより、チャック部１２０が治具Ｚを径方向外方に押圧し、治具Ｚがチャック部１２０に固定される。

次に、両アーム１７６ｂを離間させ、アーム１７６ｂを治具Ｚから離した後、支持板１７１を上昇させ、アーム１７６ｂを第３の位置(3)に配置する。このとき、上述したロボットアームなどを介して、支持板１７１の第１面１７１１にあるアーム１７６ａにワークＷを挟持させる。これに続いて、支持板１７１を１８０度回転させ、図８（ａ）に示すように、第１面１７１１を主軸ユニット１２に対向させる。この状態で、図８（ｂ）に示すように、支持板１７１を下降させ、ワークＷを挟持した第アーム１７６ａを第２の位置(2)に配置する。これにより、ワークＷの中心穴に治具Ｚの挿通部Ｚ３が挿通される。続いて、心押しユニット１４の心押し部１３２を下降させ、押圧部材１３２１で治具Ｚの挿通部Ｚ３を押圧すれば、挿通部Ｚ３が径方向外方にワークＷの中心穴を押圧し、ワークＷが治具Ｚに固定される。これに続いて、両アーム１７６ａを互いに離間させ、ワークＷから離した後、支持板１７１を下降させ、図８（ｃ）に示すように、アーム１７６ａを第１の位置に配置する。その後、回転スリーブ１２２を軸周りに回転させた状態で、加工具ユニット１４の加工具１４１をワークＷに押しつける。これにより、加工具１４１の押圧部材１４１１が、ワークＷとともに回転しつつ、ワークＷの両面の角部の面取りが行われる。

こうして、ワークＷの加工が完了すると、加工具１４１をワークＷから離間させる。続いて、アーム１７６ａを第２の位置に移動させた後、両アーム１７６ａを互いに近接させてワークＷを挟持する。この状態で、心押し部１３２を上昇させると、挿通部Ｚ３とワークＷとの固定状態が解除され、ワークＷが治具Ｚから取り外し可能な状態となる。そして、アーム１７６ａを上昇させ、第３の位置に配置する。このとき、支持板１７１の第２面１７１１のアーム１７６ｂには次に加工を行うワークＷを挟持させておく。そして、支持板１７１を１８０度回転させ、アーム１７６ａに挟持された加工後のワークＷを、ロボットアームなどで取り外し、新たなワークＷをアーム１７６ａに挟持させる。主軸ユニット１２に対向した第２面１７１２のアーム１７６ｂのワークＷに対しては、上述したように、加工を施す。

上記のように、ワークＷの加工と交換を繰り返した後、必要に応じて治具Ｚの交換も行う。治具Ｚの交換はワークＷの交換と同じであり、例えば、アーム１７６ａを第１の位置(1)に移動させて治具Ｚを挟持し、チャック部１２０から取り外す。そして、第３の位置(3)までアーム１７６ａを上昇させた後、支持板１７１を回転させる。このとき、第２面１７１２のアーム１７６ｂには新たな治具Ｚが挟持されており、支持板１７１が回転した後、アーム１７６ｂを第３の位置(3)まで下降させ、チャック部１２０に新たな治具Ｚを取り付ける。こうして、治具Ｚの交換が行われると、この治具Ｚに対応したワークＷを取り付け、加工を行う。

以上のように、本実施形態によれば、ワークＷ及び治具Ｚに着脱自在に固定されるアームを有し、このアームが、主軸ユニット１２に取り付けられた治具Ｚを挟持可能な第１の位置、治具Ｚに取り付けられたワークＷを挟持可能な第２の位置(2)、及び軸線方向で治具Ｚ及びワークＷと干渉しない第３の位置(3)に、移動可能となっている。そのため、ワークＷのみならず、これを支持する治具Ｚの交換も可能となる。例えば、第２の位置(2)でアームによりワークＷを挟持し、この状態で第３の位置(3)に移動させれば、ワークＷを治具から取り外すことができる。さらに、ワークＷを治具から取り外した後、アームを第１の位置(1)に移動させて治具Ｚを挟持し、これを第３の位置(3)に移動させれば治具Ｚを主軸ユニット１２から取り外すことができ、治具Ｚの交換が可能となる。このように、ワークＷ及び治具Ｚに固定可能なアームを、軸方向の少なくとも３つの位置に移動可能とすることで、ワークＷ及び治具Ｚを自動的に交換することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。

上記実施形態では、ワークとして歯車を例にして説明したが、ワークの種類は特には限定されない。また、治具についても同じであり、主軸ユニット１２に取り付けられ、ワークを支持するものであれば、形状などは、特には限定されない。

また、上記実施形態では、加工具として歯車の面取りを行うものを例示したが、これも特には限定されない。すなわち、ワークを加工できるものであればよく、加工具の形態、加工具が配置される位置も特には限定されない。また、上記実施形態では、加工の態様に合わせて主軸ユニット１２が軸周りに回転したが、このような回転を伴わない加工であってもよい。したがって、本発明に係る交換装置は、ワーク及び治具が取り付けられる主軸ユニットを備えているどのような加工装置にも適用することができる。

また、上記実施形態では、本発明の固定部として、一対のアーム１７６でワークＷや治具Ｚを挟持したが、ワークや治具を着脱自在に固定できるものであれば、その態様は特には限定されない。例えば、１つの固定部をワークや治具に係合させてもよいし、ワークや治具に形成された穴や溝に係合させてもよい。

上記実施形態では、主軸ユニット１２の軸線が鉛直方向に沿う、いわゆる縦型の加工装置に対応するように交換装置を構成しているが、主軸ユニットが水平方向を向く横型の加工装置に対しても適用することができる。

１２ 主軸ユニット
１７ 固定機構
１７１ 支持板（支持部）
１７６ アーム（固定部）
２２ 昇降ロッド（移動ロッド）
２２１ スプライン部
２２２ スプラインナット
２２８ 油圧シリンダ（駆動部）
２４ 第１シリンダ
２５ 第２シリンダ
Ｚ 治具
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 治具を介してワークを取り付け可能な主軸ユニットを備えた加工装置に用いられる交換装置であって、
   前記治具及びワークに着脱自在に固定される少なくとも１つの固定部を有する、固定機構と、
   前記固定部を、前記主軸ユニットと平行に延びる軸線に沿って、少なくとも、前記主軸ユニットに取り付けられた前記治具に着脱自在に固定可能な第１の位置、前記治具に取り付けられた前記ワークに着脱自在に固定可能な第２の位置、及び前記軸線方向で前記治具及びワークと干渉しない第３の位置に、移動可能な移動機構と、
   を備えている、交換装置。
2. 前記固定部を、前記軸線周りに回転させる回転機構をさらに備えている、請求項１に記載の交換装置。
3. 前記固定機構は、
   ２以上の前記固定部を有し、
   前記各固定部を支持する支持部をさらに備え、
   前記支持部において、前記２以上の固定部は、前記軸周りで互いに異なる位置に配置されている、請求項２に記載の交換装置。
4. 前記移動機構は、伸縮可能な第１及び第２のシリンダを備えており、
   前記両シリンダが収縮状態にあるとき、前記固定部が第１の位置に配置され、
   前記第１のシリンダが収縮状態にあり、第２のシリンダが伸長状態にあるとき、前記固定部が第２の位置に配置され、
   前記両シリンダが伸長状態にあるとき、前記固定部が第３の位置に配置されるように、構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の交換装置。
5. 前記移動機構は、前記固定機構に接続され、前記軸線方向に移動可能で、且つ外周面にスプライン部が形成された、移動ロッドを備えており、
   前記回転機構は、前記移動ロッドとスプライン結合するナットと、当該ナットを回転駆動する駆動部と、を備えている、請求項１から４のいずれかに記載の交換装置。
6. 前記固定部は、前記治具及びワークを挟持可能な一対のアームを備えている、請求項１から５のいずれかに記載の交換装置。