JP3313759B2 - 工具交換アームの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械に適用して好適
な工具交換装置に使用される工具交換アームの駆動装置
に関し、特に、リンク機構、油圧シリンダ等の複雑な機
構を使用することなく簡単な機構により工作機械の主軸
と工具マガジンとの間で工具を交換することができる工
具交換アームの駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸と工具交換マガジ
ンとの間で工具交換アームを使用して工具を交換するこ
とが広く行われている。

【０００３】ここで、工具交換アームは一般的に次の動
作を行う。 （１）待機位置から一定角度正方向に回転し、主軸およ
び工具マガジンに保持されているそれぞれの工具に係合
する。 （２）軸方向に前進移動して主軸に取り付けられていた
工具と、交換する工具とをそれぞれ抜き出す。 （３）１８０度正方向に回転し、抜き出したそれぞれの
工具の位置を変更する。 （４）軸方向に後進移動してそれぞれの工具を主軸およ
び工具マガジンに嵌合させる。 （５）嵌合された工具から離脱し、待機位置に戻るため
に逆方向に回転する。

【０００４】上記駆動を工具交換アームに与える工具交
換アーム駆動装置として、実開昭６１−１８７６４１号
公報に示すようなローラギアカムを使用する装置、特開
昭５９−１５２０３７号公報により板カムを使用する装
置、および特開昭６１−１６４７４５号公報に記載され
ているような２個のアクチュエータを使用する装置等が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ローラ
ギアカムを使用する装置、２つのカムフォロアタレット
を使用し軸の前後と同時にギアを切換える装置および板
カムを使用する装置は、構成部品の形状が大きく、コス
トも高いという問題があった。

【０００６】また、２個のアクチュエータを使用する装
置は、動作確認が必要となり、動作時間が長くなって作
業効率が悪いという問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、コンパクトかつ低コストであって動
作の速い工具交換アームの駆動装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の工具交換アームの駆動装置は、工具交換マガ
ジンに収納された工具と主軸に装着された工具とを交換
する際、工具交換アームが待機位置から旋回することに
よって、該工具交換アームに設けられた把持部により主
軸に装着された工具と、工具マガジンに収納された工具
とを把持し、工具交換アームが前進後退並びに旋回運動
することによって両工具を交換して、該待機位置に工具
交換アームを移動させるものを対象とし、特に、一端部
に前記工具交換アームが固定され、軸線方向に往復移動
可能かつ前記軸線回りに回転可能に支持される旋回軸
と、フレームに回転可能に支持され外周にカムフォロア
のタレットが付設され、前記旋回軸を前記軸線方向に往
復移動可能に支持しながら、回転運動を伝達する伝達軸
と、前記主軸側工具と前記工具マガジン側の工具とを交
換するために前記伝達軸を介して前記工具交換アームを
旋回させる第一パラレルカムと、前記工具交換アームを
待機位置に移動させるために前記伝達軸を旋回させる第
二パラレルカムと、前記第二パラレルカムを前記第一パ
ラレルカムに対して逆回転させる逆転機構と、前記カム
軸に回転力を与えるアクチュエータと、前記アクチュエ
ータによって前記カム軸が回転することで前記旋回軸を
前記軸線に沿って往復移動させる往復駆動手段とを有
し、前記第一パラレルカムが前記伝達軸を介して前記旋
回軸に一定方向の回転をさせ、前記逆転機構によって前
記旋回軸を前記第一パラレルカムと反対方向の回転にさ
せる。

【０００９】また、請求項２に記載の工具交換アームの
駆動装置は、前記往復駆動手段は、前記カム軸の外周に
設けられたバレルカムと、該バレルカム及び前記旋回軸
と係合するレバーとで構成している。

【００１０】また、請求項３に記載の工具交換アームの
駆動装置は、前記カム軸の外周に前記第一パラレルカム
を設け、前記第二パラレルカムを前記カム軸に対して回
転可能に保持している。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本発明の工具交換アームの駆
動装置の旋回軸は、一端部固定された工具交換アームを
軸線回りに回転運動させると共に軸線方向に往復移動を
行う。

【００１２】また、伝達軸は、旋回軸を軸線方向に往復
移動可能に支持しながら、スプラインを介して旋回軸に
回転運動を伝達する。

【００１３】更に、第一パラレルカムは、旋回軸に伝達
軸を介して正方向の回転を与え、一方、カム軸に対して
回転可能に保持される第二パラレルカムは、旋回軸に伝
達軸を介して逆方向の回転を与える。

【００１４】そして、カム軸に取り付けられた往復移動
手段は、旋回軸を軸線に沿って往復移動させる。ここ
で、逆転機構は、第二パラレルカムを第一パラレルカム
に対して逆回転させる働きをしている。

【００１５】上記作用の組合せにより、工具交換アーム
を以下のように動作させる。 （１）待機位置から一定角度正方向に回転し、主軸に保
持されている使用していた工具および工具マガジンに保
持されている交換用工具にそれぞれ係合する。 （２）軸方向に前進移動して使用工具と交換用工具とを
抜き出す。 （３）１８０度正方向に回転し、抜き出した使用工具と
交換用工具との位置を変える。 （４）軸方向に後進移動して交換用工具を主軸に、使用
工具を工具マガジンに嵌合させる。 （５）嵌合されたそれぞれの工具から離脱し、待機位置
に戻るため逆方向に回転する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１７】本発明に係る工具交換アームの駆動装置の
構成を図１に示す。

【００１８】旋回軸２の一端部には、工具をクランプす
るためのロック機構を有する工具交換アーム１が固定さ
れている。旋回軸２の他端には、カムフォロア案内部２
ｃが取り付けられている。また、旋回軸２の上部にはス
プライン２ａが形成されている。

【００１９】旋回軸２は、伝達軸３の内周部に滑り軸受
け部３ｂと、旋回軸２のスプライン部２ａと係合するス
プライン部３ａとで支持されている。従って、旋回軸２
は、伝達軸３の内周部で回転の伝達を受けながら同時に
軸方向の往復運動が可能である。

【００２０】また、伝達軸３は、軸受け４ａ、４ｂによ
りフレーム５に回転可能に支持されている。伝達軸３の
外周部には、２組のカムフォロアタレット６ａ、６ｂが
配置され、カムフォロアタレット６ａ、６ｂには、それ
ぞれ複数個のカムフォロア７が配設されている。

【００２１】伝達軸３と平行にカム軸８が軸受け９ａ、
９ｂによりフレーム５に回転可能に支持されている。カ
ム軸８の外周部にはバレルカム３１と第１のパラレルカ
ム１０とが付設されている。

【００２２】また、カム軸８の外周部には、軸受け１７
ａ、１７ｂによりカム軸８に対して回転可能に第２のパ
ラレルカム１６が配設されている。

【００２３】第１のパラレルカム１０と第２のパラレル
カム１６は、それぞれカムフォロアタレット６ａ、６ｂ
の複数のカムフォロア７と予圧がかかって係合されてい
る。第１のパラレルカム１０にはプーリ１１が固着さ
れ、第２のパラレルカム１６にはギア１５が固着されて
いる。

【００２４】伝達軸３とカム軸８と平行に、逆転機構と
しての逆転軸１８が軸受け１９ａ、１９ｂによりフレー
ム５に回転可能に支持されている。逆転軸１８にはプー
リ１２とギヤ１４が配設されていて、プーリ１１とプー
リ１２とはベルト１３で連結されている。カム軸８の端
部には、継手２０により回転力を伝達可能に嵌合された
モータ等であるアクチュエータ２１がフレーム５に付設
されている。

【００２５】バレルカム３１と係合し前記旋回軸２を軸
線に沿って往復運動させるレバー２２は、２２ａを支点
に回転可能にフレーム５に支持されている。レバー２２
にはカムフォロア２３、２４が回転可能に配置され、カ
ムフォロア２３はバレルカム３１に、カムフォロア２４
はカムフォロア案内部２ｃに係合している。

【００２６】次に、以上の構成を有する本実施例の工具
交換アームの駆動装置の動作を説明する。

【００２７】また、アクチュエータ２１が回転すると、
継手２０を介してカム軸８が回転する。カム軸８が回転
すると、カム軸８に固定されたバレルカム３１と第１の
パラレルカム１０とが回転する。

【００２８】第１のパラレルカム１０が回転することに
より、図３に示すように、第１のパラレルカム１０の外
周部に形成されたカム１０ａが、カムフォロアタレット
６ａにかかると伝達軸３が回転し、伝達軸３の内周部に
形成されたスプライン部３を介して旋回軸２に回転力が
伝達され、旋回軸２は待機位置から正方向に回転する。
このとき、第１のパラレルカム１０により回転力が旋回
軸２に伝達される微小時間前に、第２のパラレルカム１
６のカム溝１６ａは逃げている。なお、図２、図３、図
６においては、カム動作の理解の便宜上、同じカム軸８
に取り付けられる第１のパラレルカム１０と第２のパラ
レルカム１６とをずらして表している点に注意された
い。

【００２９】すなわち、工具交換アーム１は、主軸に把
持され使用されていた工具を把持する位置となり、使用
工具を係合する。

【００３０】次に、旋回軸２は、バレルカム３１による
レバー２２の動きにより軸方向に前進して使用工具を抜
き出す。

【００３１】すなわち、バレルカム３１の外周部に形成
されたカム溝３１ａは図４に示すタイミングで動作する
ので、それに係合するカムフォロア２３によりレバー２
２は支点２２ａを中心に回転し、カムフォロア２４によ
りそれに係合するカムフォロア案内部２ｃを介して旋回
軸２は軸方向運動する。

【００３２】更にカム軸８の回転が進むと、第１のパラ
レルカム１０のカム１０ｂがカムフォロアタレット６ａ
にかかり同様にカム１０ｂにより、旋回軸２は正方向に
１８０度回転し工具交換アームは主軸と工具マガジンと
反転した位置になる。

【００３３】次に、第１のパラレルカム１０と第２のパ
ラレルカム１６のカム溝１６ａが共に逃げているとき
に、バレルカム３１の外周部に形成されたカム溝３１ａ
は図４に示すタイミングで動作するので、それに係合す
るカムフォロア２３によりレバー２２は支点２２ａを中
心に回転し、カムフォロア２４によりそれに係合するカ
ムフォロア案内部２ｃを介して旋回軸２は軸方向運動す
る。それにより、旋回軸２が軸方向に後進移動して交換
用工具を主軸に、また使用工具を工具マガジンに嵌合さ
せる。

【００３４】次に、工具交換アーム１を逆転させて待機
位置に戻す。この逆転機構が本発明の主要装置である。

【００３５】すなわち、カム軸８がさらに回転すると、
第１のパラレルカム１０は時計方向（図２の矢印Ａ方
向）に回転し、第１のパラレルカム１０に嵌合するプー
リ１１とベルト１３と逆転軸１８に固定されたプーリ１
２によりギア１４は第１のパラレルカムと同方向（矢印
Ａ方向）に回転する。

【００３６】しかし、ギア１４に係合するギア１５によ
りギア１５に嵌合する第２パラレルカム１６は、反時計
方向（図２の矢印Ｂ方向）に回転する。

【００３７】そして、第２のパラレルカム１６が反時計
方向（矢印Ｂ方向）に回転することにより、図３に示す
ように、第２パラレルカム１６の外周部に形成されたカ
ム１６ａが、カムフォロアタレット６ａにかかると伝達
軸３が逆方向回転し、伝達軸３の内周部に形成されたス
プライン部３を介して旋回軸２に回転力が伝達され、旋
回軸２は待機位置まで回転する。

【００３８】上記説明した回転運動と軸方向運動によ
り、工具は回転運動と軸方向運動とを同時に行うので、
動作に無駄がなく作業効率が高い。

【００３９】また、上記工具交換アームの駆動装置によ
れば、旋回軸を駆動させる駆動部材が、旋回軸の延長線
上でなく側方に平行に配置されているので全体構造をコ
ンパクト化でき、アクチュエータの数を増やして動作確
認の時間やアクチュエータの加減速時間を増やさなくて
もすみ、短時間で工具交換ができる。

【００４０】以上の説明は、１つの実施例においてなさ
れたものであり、逆転機構部においてベルトとギアでな
く、平歯車の組み合せや、かさ歯車を用いても実施可能
である。平歯車を使用した第２実施例を図５および図６
に示し、かさ歯車を使用した第３実施例を図７に示す。

【００４１】ここで、構成部品で図１および図２と同一
のものについては同一の符号を付している。プーリ１１
の駆動が平歯車１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１
ｆの駆動やかさ歯車１１ａの駆動に換わっただけであ
り、詳細な説明は省略する。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の工具交換アームの駆動機構によれば、工具交換ア
ームの固定された旋回軸を正回転させる第一パラレルカ
ムと逆回転させる第二パラレルカムが取り付いたカム軸
が旋回軸の延長線上でなく側方に平行に配置されている
ので、全体構造をコンパクト化でき、アクチュエータの
数を増やして動作確認の時間やアクチュエータの加減速
時間を増やさなくてもすみ、短時間で工具交換ができ、
コンパクトかつ低コストであって動作の速い工具交換ア
ームの駆動装置を提供できる。

【００４３】また、請求項２に記載の工具交換アームの
駆動装置によれば、前記往復駆動手段を前記カム軸に設
けられたバレルカムとそのバレルカムに係合するレバー
とで構成しているため、カム軸の旋回によって往復運動
を実施することができ、改めてアクチューエータを必要
としない。

【００４４】また、請求項３に記載の工具交換アームの
駆動装置によれば、前記カム軸の外周に前記第一パラレ
ルカムを設け、前記第二パラレルカムを前記カム軸に対
して回転可能に保持しているため、一層小型化にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具交換アームの駆動機構の第１実施
例の旋回アーム機構の断面図である。

【図２】第１実施例の２個のパラレルカムとその逆転機
構図である。

【図３】第１実施例におけるパラレルカムとカムフォロ
アタレットの位置関係を示す説明図である。

【図４】カム軸の回転に対する工具交換アームの旋回運
動と軸方向往復運動の、タイミング線図である。

【図５】本発明の工具交換アームの駆動機構の第２実施
例の旋回アーム機構の断面図である。

【図６】２個のパラレルカムとその逆転機構図の第２実
施例である。

【図７】本発明の工具交換アームの駆動機構の第３実施
例の旋回アーム機構の断面図である。

【符号の説明】

１ 工具交換アーム ２ 旋回軸 ３ 伝達軸 ８ カム軸 １０ 第１のパラレルカム １１ プーリ １２ プーリ １３ ベルト １４ ギア １５ ギア １６ 第２のパラレルカム １８ 逆転軸 ２１ アクチュエータ ２２ レバー ３１ バレルカム

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具交換マガジンに収納された工具と主
   軸に装着された工具とを交換する際、工具交換アームが
   待機位置から旋回することによって、該工具交換アーム
   に設けられた把持部により主軸に装着された工具と、工
   具マガジンに収納された工具とを把持し、工具交換アー
   ムが前進後退並びに旋回運動することによって両工具を
   交換して、該待機位置に工具交換アームを移動させる工
   具交換アームの駆動装置において、 一端部に前記工具交換アームが固定され、軸線方向に往
   復移動可能かつ前記軸線回りに回転可能に支持される旋
   回軸と、 フレームに回転可能に支持され外周に第一、第二カムフ
   ォロアのタレットが付設され、前記旋回軸を前記軸線方
   向に往復移動可能に支持しながら、回転運動を伝達する
   伝達軸と、 前記主軸側工具と前記工具マガジン側の工具とを交換す
   るために前記第一カムフォロアのタレットにかかり前記
   伝達軸を介して前記工具交換アームを旋回させるカム軸
   に固定された第一パラレルカムと、 前記工具交換アームを待機位置に移動させるために前記
   第二カムフォロアのタレットにかかり前記伝達軸を旋回
   させる前記カム軸に回転可能な第二パラレルカムと、 前記第二パラレルカムを前記第一パラレルカムに対して
   逆回転させる逆転機構と、 前記旋回軸と平行に支持されるカム軸に回転力を与える
   アクチュエータと、 前記アクチュエータによって前記カム軸が回転すること
   で前記旋回軸を前記軸線に沿って往復移動させる往復駆
   動手段とを有し、 前記第一パラレルカムが前記伝達軸を介して前記旋回軸
   に一定方向の回転をさせ、前記逆転機構によって前記旋
   回軸を前記第一パラレルカムと反対方向の回転にさせる
   ことを特徴とする工具交換アームの駆動装置。
2. 【請求項２】 前記往復駆動手段は、前記カム軸の外周
   に設けられたバレルカムと、該バレルカム及び前記旋回
   軸と係合するレバーとで構成したことを特徴とする請求
   項１に記載の工具交換アームの駆動装置。
3. 【請求項３】 前記カム軸の外周に前記第一パラレルカ
   ムを設け、前記第二パラレルカムを前記カム軸に対して
   回転可能に保持したことを特徴とする請求項１または２
   に記載の工具交換アームの駆動装置