JP3228185B2 - 工作機械のパレット交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
等の工作機械において、段取台と加工テーブルとの間で
パレットを交換するパレット交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のパレット交換装置は、例え
ば、図１１と図１２に示すように、一対の支持部１ａ、
１ｂにパレットＰａ、Ｐｂを支持した交換アーム１を昇
降機構３で上昇させてから、交換アーム１を旋回機構２
で中心軸４を中心に１８０度旋回させて、各支持部１
ａ、１ｂにそれぞれ支持されたパレットＰａ、Ｐｂを段
取台６と加工テーブル７との間で交換することができる
基本構造となっている。

【０００３】従来のパレット交換装置においては、昇降
機構３に普通の油圧シリンダ１１を用い、また旋回機構
２は、油圧シリンダ１２でラック１３を移動させてピニ
オン１４を回転させることにより、中心軸４と一緒に交
換アーム１を旋回させる構造となっている（実公平６−
２７３０９号公報、特開平８−１４１８６７号公報）。

【０００４】図１１と図１２のパレット交換装置は、実
公平６−２７３０９号公報に開示されたもので、符号８
は主軸、１６は架台であり、この架台１６に旋回機構２
と昇降機構３が設けられている。加工テーブル７は図１
１と図１２で左右に移動自在である。なお、特開平８−
１４１８６７号公報のパレット交換装置は、旋回機構２
のみが架台１６に設けられ、昇降機構３はベッド９に設
けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】旋回機構２の油圧シリ
ンダ１２を一定速度で伸縮作動させると、起動、停止時
には、図１３のようにほぼステップ状に交換アーム１の
旋回速度が変化するため、交換アーム１等に過大な慣性
力が作用することとなり、耐久性が低下し、衝撃音や振
動が発生する。

【０００６】そこで、油圧シリンダ１２をクッション構
造のものとしたり、油圧シリンダ１２の作動速度が徐々
に上がってから徐々に下がって停止ように油圧シリンダ
１２を制御装置で制御するようにしているが、全体構造
が複雑になる上、製作性も悪くコストアップになる問題
点がある。

【０００７】また、ラック１３とピニオン１４の間に、
切粉や粉塵が噛み込むようなことがあると、ラック１３
やピニオン１４が損傷し、全く動作しなくなる恐れがあ
るため、それらをカバー等で完全に覆う必要があり、こ
の点でも構造が複雑になる。

【０００８】本発明は、構造が簡単な工作機械のパレッ
ト交換装置を提供することを目的とする。本発明の他の
目的は、コストダウンとメンテナンス性の向上を図ると
ともに、作動が円滑な工作機械のパレット交換装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の少なくとも１つの
目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の
支持部にパレットを支持した交換アームを昇降機構で上
昇させてから、該交換アームを旋回機構で中心軸を中心
に旋回させて上記各支持部にそれぞれ支持されたパレッ
トを段取台と加工テーブルとの間で交換する工作機械の
パレット交換装置において、上記旋回機構は、枢軸で台
体にほぼ水平に回動自在に取り付けられ、カムフォロア
を案内溝に移動自在に嵌入して上記交換アームに先端部
を係止された回動アームと、平面視において、上記中心
軸の中心と枢軸の中心とを互いに結ぶ中心線の中心軸側
の延長線を、上記回動アームの先端部に横切らせて上記
枢軸を支点に回動アームを回動させる回動用シリンダと
を具備した構成とした。

【００１０】このパレット交換装置にあっては、旋回機
構の回動用シリンダを作動させて回動アームを枢軸を支
点に回動させると、カムフォロアが案内溝を相対的に移
動して中心軸を中心に交換アームを旋回させる。この
際、交換アームは、低速度から徐々に速度を上げて最高
速度に達した後、徐々に速度を下げて所定位置で停止す
る。回動用シリンダはクッション構造のシリンダとする
ことができる。回動アームの回動角度は９０度が一般的
であるが、９０度に限られるものでなく、９０度よりも
大きくすることも、小さくすることもできる。

【００１１】上記パレット交換装置において、カムフォ
ロアを回動アームの先端部に設け、案内溝を交換アーム
に設けた構成とすることも（請求項２）、カムフォロア
を交換アームに設け、案内溝を回動アームの先端部に設
けた構成とする（請求項４）こともできる。カムフォロ
アを回動アームの先端部に設け、案内溝を交換アームに
設けた構成とした場合は、枢軸を、平面視において、加
工テーブルと段取台上の両支持部の並び方向における中
心軸の中心を通る中心線上に配設し、また案内溝を、上
記中心線におろした中心軸を通る垂線位置に配設すると
よい（請求項３）。

【００１２】また、直径が案内溝の横幅よりも小さくさ
れたカムフォロアに、該カムフォロアよりも直径を大と
され、交換アームの下降の終段に上記案内溝に嵌入して
交換アームを位置決めする位置決め軸を連設することが
好ましい（請求項５）。台体に、回動アームを所定位置
で停止させるストッパを調節自在に設けることができる
（請求項６）。

【００１３】請求項１ないし６のいずれかに記載の工作
機械のパレット交換装置において、上記昇降機構は、上
昇用油路と下降用油路及びシリンダ室を有し、台体に垂
直に固定された固定ロッドと、上記上昇用油路が連通さ
れた上昇用油室を形成して上記固定ロッドに嵌合され、
上記交換アームを昇降自在に支えたシリンダ本体と、上
記下降用油路に連通された下降用油室を形成して上記シ
リンダ室に昇降自在に嵌入されたピストンと、該ピスト
ンに取り付けられ、上端を上記シリンダ本体に結合され
た可動ロッドとを具備した構成とすることができる。

【００１４】上記の装置にあっては、上昇用油路を通じ
て上昇用油室に作動油を供給すると、シリンダ本体が上
昇して交換アームを上昇させる。この際、ピストンは可
動ロッドに引かれてシリンダ室を上昇する。上記の上昇
状態で、下降用油路を通じて下降用油室に作動油を供給
してピストンを下降させると、交換アームがシリンダ本
体と一緒に下降する。

【００１５】上記昇降機構は、下降用油室が固定ロッド
に設けられているため、上昇用油室と下降用油室とをピ
ストンの上下に設けた通常の油圧シリンダよりも高さを
低くすることができる。

【００１６】

【００１７】台体を、加工テーブルを移動させる送り装
置の保護カバーと該保護カバーの上の交換アームとの間
に保護カバーを跨いでベッドに設けることができる（請
求項８）。

【００１８】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図１ないし図１０は本発明の実施の形態を
示す。これらの図において、符号２１は台体である。台
体２１は、門型で、加工テーブル７を移動させる送り装
置２２（図３）の伸縮自在とされた保護カバー２３を跨
いでベッド９に設けられている。

【００１９】旋回機構２は、回動アーム２５と回動用油
圧シリンダ（以下、回動用シリンダ）２６とを備える。
回動アーム２５はローラ構造のカムフォロア２７と断面
円形の位置決め軸２８とを同軸に一端に有し、カムフォ
ロア２７と位置決め軸２８を交換アーム１の下面に形成
された案内溝１ｃに嵌め入れて台体２１に枢軸２９で水
平に回動自在に取り付けられている。また、回動用シリ
ンダ２６は、そのピストンロッド２６ａを回動アーム２
５の他端にピン継手３１で結合して台体２１に取付具３
２で水平に回動自在に取り付けられている。

【００２０】ここで、枢軸２９は、平面視において、加
工テーブル７と段取台６上の両支持部１ａ、１ｂの並び
方向における交換アーム１の中心軸４の中心Ｏ（図６）
を通る中心線ＣＬ上に配設され、また案内溝１ｃは、上
記中心線ＣＬにおろした上記中心Ｏを通る垂線ｐの位置
に配設されている。

【００２１】また、カムフォロア２７は、その直径を案
内溝１ｃの横幅よりも僅かに小さくされていて、交換ア
ーム１の上昇状態において図７の実線のように案内溝１
ｃに正しく嵌め入れられて回動アーム２５の動きを交換
アーム１に伝え、位置決め軸２８は、その直径をカムフ
ォロア２７の直径よりも大きく、案内溝１ｃの横幅とほ
とんど同一とされていて、交換アーム１の下降時に案内
溝１ｃに嵌入して（図７の２点鎖線参照）交換アーム１
を位置決めするようになっている。

【００２２】また、交換アーム１の上昇状態において、
回動用シリンダ２６を作動させて枢軸２９を支点に回動
アーム２５を９０度回動させると、交換アーム１が中心
軸４を中心に図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように
１８０度旋回するようになっている。なお、カムフォロ
ア２７は、回動アーム２５の回動開始時には案内溝１ｃ
の中心軸４から離れた外端位置にあり（図６（ａ）参
照）、回動アーム２５の回動にしたがって案内溝１ｃを
移動して中心軸４に近づいた（ｂ）のち、案内溝１ｃの
外端に移動する（ｃ）。このため、交換アーム１は、回
動アーム２５を等速度で回動させると、図８に示すよう
に、低速度から徐々に速度を上げて最高速度に達した
後、徐々に速度を下げて停止する。この際、カムフォロ
ア２７と位置決め軸２８が設けられた回動アーム２５の
先端部は、中心軸４の中心Ｏと枢軸２９の中心とを結ぶ
中心線ＣＬの中心軸４側の延長線を図６（ｂ）のように
横切って回動する。

【００２３】台体２１には、回動アーム２５が中心線Ｃ
Ｌから４５度旋回した位置で回動アーム２５を停止させ
るボルト構造のストッパ３３ａ、３３ｂが、回動アーム
２５の停止位置を微調節できるように取り付けられてい
る。

【００２４】一方、昇降機構３は、図１０と図１１に示
すように、固定ロッド３６と、シリンダ本体３７と、ピ
ストン３８と、可動ロッド３９を備える。固定ロッド３
６は、上昇用油路３６ａと下降用油路３６ｂ及びシリン
ダ室３６ｃを有し、台体２１の上面に垂直に複数本の取
付ボルト４１（図９と図１０には１本しか示されていな
い。）で固定されている。

【００２５】また、シリンダ本体３７は、固定ロッド３
６に、上昇用油路３６ａに連通した上昇用油室Ａを形成
して昇降自在に嵌合され、ベアリング４２を介して交換
アーム１を水平に旋回自在に支えている。シリンダ本体
３７の下端には、滑りキー４３がボルト４４で取り付け
られ、固定ロッド３６に対するシリンダ本体３７の回動
を防止している。なお、シリンダ本体３７は、前記の中
心軸４を構成している。

【００２６】更に、ピストン３８は、下降用油路３６ｂ
に連通した下降用油室Ｂを形成してシリンダ室３６ｃに
昇降自在に嵌入されている。そして、ピストン３８の上
面には可動ロッド３９が一体に設けられ、下面には可動
軸４６が一体に設けられている。可動ロッド３９は固定
ロッド３６の貫通孔３６ｄを上に貫通してシリンダ本体
３７に固定ボルト４７で固定され、また可動軸４６は固
定ロッド３６の貫通孔３６ｅを下に貫通している。可動
軸４６には空気孔４６ａが形成され、シリンダ室３６ｃ
のピストン３８の下側を大気に開放している。

【００２７】次に、上記の構成とされた工作機械のパレ
ット交換装置の作用を説明する。図９において、作動油
を上昇用油路３６ａ（図１０）を通じて上昇用油室Ａに
供給すると、シリンダ本体３７が上に動いて交換アーム
１を上昇させる（図１０）。交換アーム１の上昇により
案内溝１ｃがカムフォロア２７の位置につく。この状態
で回動用シリンダ２６を伸長させると、回動アーム２５
が図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に枢軸２９を支点
に９０度回動して交換アーム１を中心軸４であるシリン
ダ本体３７を中心に１８０度旋回させ、それまで段取台
６の上にあったパレットＰａを加工テーブル７の上に、
また加工テーブル７の上にあったパレットＰｂを段取台
６の上につける。

【００２８】上記の状態で、作動油を下降用油路３６ｂ
を通じて下降用油室Ｂに供給すると、シリンダ本体３７
が下に動いて交換アーム１を下降させる。交換アーム１
の下降により案内溝１ｃが位置決め軸２８に嵌合される
ので、交換アーム１が正確に位置決めされる。段取台６
上のパレットＰｂを加工テーブル７の上に、また加工テ
ーブル７上のパレットＰａを段取台６の上につける場合
は、回動用シリンダ２６を縮小させる。

【００２９】なお、交換アーム１の上昇時には、下降用
油室Ｂ内の作動油は下降用油路３６ｂを通って油圧回路
に流れ、交換アーム１の下降時には上昇用油室Ａ内の作
動油は上昇用油路３６ａを通って油圧回路に流れること
は言うまでもない。また、ピストン３８の上下動に伴っ
てピストン３８の下側のシリンダ室３６ｃに空気孔４６
ａを通って空気が出入りする。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明は、一対の支持部にパレットを支持した交換アームを
昇降機構で上昇させてから、該交換アームを旋回機構で
中心軸を中心に旋回させて上記各支持部にそれぞれ支持
されたパレットを段取台と加工テーブルとの間で交換す
る工作機械のパレット交換装置において、上記旋回機構
は、枢軸で台体にほぼ水平に回動自在に取り付けられ、
カムフォロアを案内溝に移動自在に嵌入して上記交換ア
ームに先端部を係止された回動アームと、平面視におい
て、上記中心軸の中心と枢軸の中心とを互いに結ぶ中心
線の中心軸側の延長線を、上記回動アームの先端部に横
切らせて上記枢軸を支点に回動アームを回動させる回動
用シリンダとを具備した構成とされているので、交換ア
ームは作動の初期で加速し、終期で減速するようにな
る。したがって加速と減速が滑らかとなり、旋回時及び
停止時の衝撃が緩和されて耐久性が大幅に向上する。

【００３１】また、衝撃音や振動を低減できるので、作
業環境が改善されるようになり、商品価値が高まる。更
に、パレットに高重量のワークを載せた場合でも、ラッ
クピニオンを使用した周速一定作動の従来の旋回機構に
比較して、短時間で的確にパレットを交換することがで
きる。また、クッション構造の回動用シリンダや、回動
用シリンダの作動速度を制御する制御装置が不要であ
り、しかも、単にカムフォロアで案内して力を伝達する
構成なので、構造が簡単で製作が容易となる。その上、
従来のラックピニオンに比べて、切粉や粉塵が混入して
も大きな損傷を受けることがない。

【００３２】また、請求項１ないし６のいずれかに記載
の工作機械のパレット交換装置において、上記昇降機構
は、上昇用油路と下降用油路及びシリンダ室を有し、台
体に垂直に固定された固定ロッドと、上記上昇用油路が
連通された上昇用油室を形成して上記固定ロッドに嵌合
され、上記交換アームを昇降自在に支えたシリンダ本体
と、上記下降用油路に連通された下降用油室を形成して
上記シリンダ室に昇降自在に嵌入されたピストンと、該
ピストンに取り付けられ、上端を上記シリンダ本体に結
合された可動ロッドとを具備した構成とすると、昇降機
構の高さを低く抑えることができる。したがって、昇降
機構を交換アームの部分に設けた場合でも、交換アーム
や加工テーブル等の設置高さを低くしてそれらの剛性を
高めることができ、また、切粉を滑落させる保護カバー
の傾斜を適正に保つことができる。

【００３３】上記工作機械のパレット交換装置におい
て、台体を、加工テーブルを移動させる送り装置の保護
カバーと該保護カバーの上の交換アームとの間に保護カ
バーを跨いでベッドに設けた構成とすると、昇降機構や
旋回機構を交換アーム上の架台に設けた従来のパレット
交換装置と違って、保守点検が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るパレット交換装置を設備した工
作機械の平面図である。

【図２】 図１の工作機械の一部破断の側面図である。

【図３】 本発明の工作機械のパレット交換装置の正面
図である。

【図４】 同じく、外観図である。

【図５】 台体と回動アーム等の関係を示す外観図であ
る。

【図６】 旋回機構の作動を説明するための平面略図で
ある。

【図７】 カムフォロアと位置決め軸及び案内溝の関係
を示す断面図である。

【図８】 交換アームの旋回角度と旋回速度の関係の一
例を示す図である。

【図９】 交換アームを下降させた昇降機構の断面図で
ある。

【図１０】 交換アームを上昇させた昇降機構の断面図
である。

【図１１】 従来のパレット交換装置を設備した工作機
械の平面図である。

【図１２】 従来のパレット交換装置の断面図である。

【図１３】 図１２のパレット交換装置における交換ア
ームの旋回角度と旋回速度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 交換アーム １ａ、１ｂ 支持
部 １ｃ 案内溝 ２ 旋回機構 ３ 昇降機構 ４ 中心軸 ６ 段取台 ７ 加工テーブル ２１ 台体 ２２ 送り装置 ２３ 保護カバー ２５ 回動アーム ２６ 回動用シリンダ ２７ カムフォロ
ア ２８ 位置決め軸 ２９ 枢軸 ３３ａ、３３ｂ ストッパ ３６ 固定ロッド ３６ａ 上昇用油路 ３６ｂ 下降用油
路 ３６ｃ シリンダ室 ３７ シリンダ本
体 ３８ ピストン ３９ 可動ロッド Ａ 上昇用油室 Ｂ 下降用油室 ＣＬ 中心線 ｐ 垂線 Ｏ 中心 Ｐａ、Ｐｂ パレ
ット

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の支持部にパレットを支持した交換
   アームを昇降機構で上昇させてから、該交換アームを旋
   回機構で中心軸を中心に旋回させて上記各支持部にそれ
   ぞれ支持されたパレットを段取台と加工テーブルとの間
   で交換する工作機械のパレット交換装置において、 上記旋回機構は、枢軸で台体にほぼ水平に回動自在に取
   り付けられ、カムフォロアを案内溝に移動自在に嵌入し
   て上記交換アームに先端部を係止された回動アームと、 平面視において、上記中心軸の中心と枢軸の中心とを互
   いに結ぶ中心線の中心軸側の延長線を、上記回動アーム
   の先端部に横切らせて上記枢軸を支点に回動アームを回
   動させる回動用シリンダとを具備したことを特徴とする
   工作機械のパレット交換装置。
2. 【請求項２】 カムフォロアは回動アームの先端部に設
   けられ、 案内溝は交換アームに設けられたことを特徴とする請求
   項１記載の工作機械のパレット交換装置。
3. 【請求項３】 枢軸は、平面視において、加工テーブル
   と段取台上の両支持部の並び方向における中心軸の中心
   を通る中心線上に配設され、 また案内溝は、上記中心線におろした中心軸を通る垂線
   位置に配設されたことを特徴とする請求項２記載の工作
   機械のパレット交換装置。
4. 【請求項４】 カムフォロアは交換アームに設けられ、 案内溝は回動アームの先端部に設けられたことを特徴と
   する請求項１記載の工作機械のパレット交換装置。
5. 【請求項５】 直径が案内溝の横幅よりも小さくされた
   カムフォロアに、該カムフォロアよりも直径を大とさ
   れ、交換アームの下降の終段に上記案内溝に嵌入して交
   換アームを位置決めする位置決め軸が連設されたことを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の工作機
   械のパレット交換装置。
6. 【請求項６】 台体に、回動アームを所定位置で停止さ
   せるストッパが調節自在に設けられたことを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれかに記載の工作機械のパレッ
   ト交換装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の工
   作機械のパレット交換装置において、 上記昇降機構は、上昇用油路と下降用油路及びシリンダ
   室を有し、台体に垂直に固定された固定ロッドと、 上記上昇用油路が連通された上昇用油室を形成して上記
   固定ロッドに嵌合され、上記交換アームを昇降自在に支
   えたシリンダ本体と、 上記下降用油路に連通された下降用油室を形成して上記
   シリンダ室に昇降自在に嵌入されたピストンと、 該ピストンに取り付けられ、上端を上記シリンダ本体に
   結合された可動ロッドとを具備したことを特徴とする工
   作機械のパレット交換装置。
8. 【請求項８】 台体は、加工テーブルを移動させる送り
   装置の保護カバーと該保護カバーの上の交換アームとの
   間に保護カバーを跨いでベッドに設けられたことを特徴
   とする請求項１ないし７のいずれかに記載の工作機械の
   パレット交換装置。