JP4317511B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械において、工具を自動交換する自動工具交換装置に関する。

工作機械の主軸に取り付ける工具を自動的に交換する装置として、工具交換時に発生する衝撃を小さくし、かつ、工具交換時における主軸頭の動作量を少なくした自動交換装置が、すでに出願人によって開発され知られている（特許文献１参照）。

図１は、この自動工具交換装置の概要図である。該自動工具交換装置、上下動可能な腕部材４と、複数の工具保持具１２を備え工具ホルダ１１（工具）を保持するタレット１３と、を有している。該タレット１３は、割り出し動作により所望の工具を選定するために減速装置５を具備し、該減速装置５の出力により工具保持具１２は、回転し工具交換位置に保持できるように構成されている。また、主軸頭１には工具ホルダ（工具）１１が装着される主軸２が回転自在に保持されている。

主軸頭１には、工具保持具１２が保持する工具ホルダ１１を主軸２に取り付ける位置へ移動させるためタレット１３をスイング動作させるためのスイングカムＣｓａ、Ｃｓｂと、タレット１３を上下動させることによって、工具保持具１２上下動させて工具ホルダ１１を主軸２へ装着、離脱させるためのリフトカムＣL とを具備している。工具保持具１２は、タレット１３に設けられた減速装置の従動板のフランジ部に複数固定されている。タレットベース１３ａの中央部には、取着ピンを介して付勢手段１８が取着されており、タレットベース１３ａの一端は回転軸２０を介してタレットスライダ１６に取り付けられており、回転軸２０の反対側の端部には、前記スイングカムＣｓａ，Ｃｓｂと協働するスイングローラ１７が回転自在に取着されている。また、タレットベース１３ａの中央部には、取着ピンを介して付勢手段１８が取着されており、タレットベース１３ａは、回転軸２０を中心として反時計方向に付勢されている。スイングローラ１７は、前記付勢手段１８によりスイングカムＣｓのカム面上に付勢されるように構成されている。こうした構成により、前記スイングローラ１７がスイングカムＣｓａ，Ｃｓｂに支承されて同スイングカムＣｓａ，Ｃｓｂ上を相対的に動作させることにより、前記タレット１３はスイングカムＣｓａ，Ｃｓｂの形状に従ってスイング動作する。

回転軸２０はタレットスライダ１６と連結されており、該タレットスライダ１６は、腕部材４に固定された図示していないリニアガイドに沿って上下動可能に構成されている。タレットスライダ１６の他端には、ボールジョイント１０を介してリフトアジャスト部材１５が取り付けられ、該リフトアジャスト部材１５の他端にはリフトレバー１４が取着されている。該リフトレバー１４は、略９０度屈曲され、その屈曲点で腕部材４に回転自在に取り付けられ、かつ、該リフトレバー１４の他端にはリフトカムＣL と係合するリフトローラ９が回転自在に取着されている。なお、図１中、符号３は、主軸を駆動する主軸モータである。

上述した構成により、工具交換が指令されると、主軸のオリエンテーションが行われ、ると共に、主軸頭１が早送りで上動して、前記スイングローラ１７が、スイングカムＣｓａの平坦な支承面上を移動する（図１では、主軸頭１が上昇した位置を示しており、工具交換動作を開始する前は、主軸頭１は下降した位置にあり、タレット１３は主軸頭１に対して上部位置に位置し、スイングローラ１７はスイングカムＣｓａの上端部に位置する）。一方、リフトローラ９は、リフトカムＣL の直線部分を移動し、リフト動作は行われない。次に、主軸頭１の上動により前記スイングローラ１７は、スイングカムＣｓａの曲線部分を移動することにより、タレットベース１３ａが回転軸２０を中心として反時計回りの方向に回動し、タレット１３のスイング動作を開始する。工具保持具１２の先端が工具ホルダ１１のＶ溝に接近し、そして、工具保持具１２の先端部に具備されたローラがＶ溝に係合した後は、同ローラがＶ溝上を正確に移動するような構成となっている。

更に、主軸頭１の上動により、スイングローラ１７は、スイングカムＣｓａの屈曲及びスイングカムＣｓｂに移動し、その間のスイング動作が終了する直前に、リフトローラ９はリフトカムＣL の屈曲部と係合し、リフトレバー１４を、回転軸を中心に反時計方向に回動させ、リフトアジャスト部材１５と、タレットスライダ１６を上動させ、タレットベース１３ａ、つまりタレット１３を前記主軸頭１の上動々作に対して同一方向に加速する。その結果スイング動作終了時、前記主軸頭１の上動々作と前記タレット１３のリフト動作により相対速度がほぼ０となり衝撃を著しく減少させている。

スイング動作終了後、主軸頭１は早送りでへ上動し、同時に前記タレット１３は、工具ホルダ１１を主軸から抜き取るためのリフト動作を開始する。即ち、スイングローラ１７は、スイングカムＣｓｂ上を移動し、リフトローラ９は、リフトカムＣL の屈曲部の頂点から下降し方向に移動する。その結果、スイング動作は僅かなものとなる。又、前記リフトローラ９がリフトカムＣL の頂点まで移動したときと反対方向に移動することになるため、リフト加速度が反対向きとなり、上向きのリフト動作が減速される。下方のリフト動作を開始する。この主軸頭１に対する相対的な下方のリフト動作により、工具ホルダ１１は主軸２から抜き取られる。

主軸頭１の上動々作終了後、主軸２の主軸ギア１９と、減速装置５のタレットギア５ｅとが係合した状態となり、主軸２が回転して減速装置５を介してタレット１３を回転させて所望の工具の割り出しが実行される。タレット割り出し動作終了後、前記主軸頭１は上述した順序とは逆の順序で下動して工具交換動作が終了する。

図５は、この従来の自動工具交換装置に使用される減速装置の説明図である。減速装置は、保持器５１と駆動板５２と従動板５３で構成され、図５（ｃ）に示すように、駆動板５２は、その周面に歯を設けられタレットギア５ｅとされ、かつ駆動板５２の端面には、タレットギア５ｅの回転中心から偏心量Ｑだけ偏心して半径ｒの円形のカム溝５２ａが形成されている。また、保持器５１には、図５（ｂ）に示すように、半径方向に沿って長手方向に延設された長円形の溝部５１ａが、減速比をｎ（ｎ＝２，３，４．．）としてｎ＋１個、等角度間隔を置いて配設されている。図５に示す例では、減速比ｎ＝６の場合について示してある。前記長円形の溝部５１ａの軸線に沿った長手方向の長さは、駆動板５２の偏心した円形のカム溝５２ａにおける偏心量Ｑの２倍以上の長さを有している。そして該溝部５１ａ内には、ボール５４が各々１個づつ保持されるようになっている。従動板５３の面には、図５（ａ）に図示するように、前記ボール５４と係合する半径方向に減速比ｎと同じ個数の凹凸を有した花びら、或いはヒトデ状のカム溝５３ａを備えた略円形の部材である。図５の例では、減速比が６の場合を示している。

駆動板５２をタレットベース１３ａに回転自在に取り付け、該駆動板５２に重ねて保持器５１をタレットベース１３ａに固定し、保持器５１の長円形の溝部５１ａにそれぞれボール５４を保持させ、かつこのボール５４と駆動板５２のカム溝５２ａとも係合させる。さらに、保持器５１に対して回転自在でかつ重ねるように従動板５３を取り付ける。この従動板５３のカム溝５３ａと保持器５１で保持されたボール５４が係合するようにする。この従動板５３に工具保持具１２が取り付けられている。

駆動板５２が１回転する間に、ボール５４は従動板のカム溝５３ａに係合しつつ、保持器５１の溝部５１ａ内で半径方向に１往復させるように動作する。このボール５４の溝部５１ａ内での動作は、前記従動板５３のカム溝５３ａにおいては、例えば頂点から頂点と移動し、頂点から頂点間のカム溝５３ａの側面を押圧して、従動板５３をカム溝５３ａの１周期分を移動させる。即ち、カム溝５３ａの凹凸がｎ個備えられていることから中心角φに関して２π／ｎだけ移動することとなる。従って減速比６の場合、従動板５３は、前記駆動板５２が１回転する間に１／６回転することとなり、１／６の減速が得られることとなる。

特開平６−７３８号公報

上述した従来の自動工具交換装置では、タレット１３を回転駆動させるとき、負荷が大きく、加減速を緩やかにする必要があり、又、減速装置のボール５４の摩耗やボール５４による押し付け力が偏在して、タレットの回転にうねりが生じるという問題があった。
上述したように従来の自動工具交換装置で使用される減速装置は、図５に示すように駆動板５２に設けられたカム溝５２ａが円形であるため、設計自由度が少なく、十分に低い圧力角を設定することができない。圧力角を低くするためには、駆動板５２のカム溝５２ａの偏心量Ｑを大きくして、ボール５４の移動量を増大させると、従動板５３のカム溝５３ａに切り下げを生じるか、又は従動板５３のカム溝５３ａの曲率半径が極端に小さくなってしまう。そのため、圧力角を下げることができない。圧力角が高いことにより、タレットを回転駆動する際の負荷が大きく、タレット回転を円滑に行う為に、加減速を緩やかにする必要があり、工具交換に時間を要していた。

又、駆動板５２のカム溝５２ａの偏心により、各ボール５４が負担する軸方向の押し付け力が偏り、不均一となり、各ボールの負担する面圧が局部的に高くなる。これにより、カム溝５２ａやカム溝５３ａ、或いはボールが摩耗して、十分な耐久寿命を発揮しない場合がある。さらに、駆動板５２、従動板５３の面に対してボール５４が偏在するため、各ボール５４が負担する軸方向の押し付け力の偏りにより、駆動板５２の回転時にうねりが生じ、主軸側のギア１９とタレットギア５ｅが噛み合って回転する際に、ギアの歯面におけるバックラッシが変動し、このバックラッシを適切に調整することができない。そのため、騒音が大きいという問題がある。
そこで、本発明は、上述した各問題を解決することを目的とするものである。

本願請求項１に係る発明は、工作機械に用いられる自動工具交換装置であって、該自動工具交換装置に用いられる減速装置として、同軸上に配置されボールを保持する保持器と、駆動力が入力される駆動板及び複数の工具を保持する工具保持手段が取り付けられた従動板を備え、前記従動板は、一周で複数の周期を持った連続曲線で構成されたボール溝を備え、前記駆動板には、前記従動板のボール溝を角度方向に拡大し、前記従動板のボール溝の半径ストロークの平均半径を中心として僅か拡大して転写して得られた一周で２周期以上の周期を有する連続曲線からなるボール溝が形成され、前記保持器は、減速機のベースに固定され、それぞれ保持するボールの円周方向への移動を制限して半径方向へ移動自在に案内する複数の案内孔を備え、該各案内孔に保持された各ボールは駆動板及び従動板のボール溝と係合するよう配置され、駆動板の回転により従動板が減速回転する減速装置とした自動工具交換装置である。

又、請求項２に係る発明は、複数の工具を保持可能な工具保持手段と、主軸の回転部へ固定され、主軸の回転により駆動される第１のギアと、前記工具保持手段側に設けられた前記第１のギアに連結されて駆動する第２のギアと、前記第２のギアと前記工具保持手段間に同軸に設けられた減速装置とを具備し、工具選択時に前記第１のギアと第２のギアの噛合わせと前記主軸の回転によって、前記工具保持手段の回転駆動を行うように構成された工作機械において、前記減速装置は、複数のボールと、同軸上に回転自在に支承された駆動板及び従動板と、前記ボールの円周方向への移動を制限して半径方向へ移動自在に案内する案内孔を有する保持器を具備し、前記従動板には複数の周期を持った連続曲線からなるボール溝が形成され、前記駆動板には、前記従動板のボール溝を角度方向に拡大し、前記従動板のボール溝の半径ストロークの平均半径を中心として僅か拡大して転写して得られた一周で２周期以上の周期を有する連続曲線からなるボール溝が形成され、前記駆動板と前記従動板の間に前記保持器を固定的に配置し、該保持器の複数の案内孔へ前記複数のボールを配置し、前記駆動板の回転を前記ボールの半径方向への移動に変換し、前記ボールの半径方向への移動を前記従動板の回転に変換して、前記駆動板の回転を減少して前記従動板へ伝達する様に構成されることを特徴とした自動工具交換装置である。

請求項３に係る発明は、前記従動板の回転速度と前記主軸との回転速度の比を前記従動板の回転を１とし、主軸の回転を前記工具保持手段上の工具本数の整数倍を２で除した値にした。請求項４に係る発明は、前記従動板に設けられた連続曲線は、該従動板に固定された工具保持手段が備える工具数に対応した周期数を備えるものとした。

従動板に形成するボール溝は、任意の連続曲線でよいものであり、十分に低い圧力角を設定できる。これにより、タレット駆動時の負荷を低くすることができ、これにより、工具選択時のタレット駆動の加減速を急激に行うことが可能になり、工具交換時間が短縮できる。又、駆動板１回転で複数の周期を持ったボール溝にした為、各ボールが軸方向の押し付け力を均一に負担することになり、駆動板、従動板の双方のボール溝、及びボールの磨耗が避けられ、耐久性が向上する。さらに、各ボールが駆動板、従動板の面上で分散して位置することになるから、軸方向の押し付け力を均一に負担することになり、タレットギアの回転中のうねりが避けられた。これにより、ギアの歯面においてバックラッシの変動が抑えられ、常に適切なバックラッシが維持され、タレット割り出し時の騒音レベルを低下することができる。

本発明は、図１に示した自動工具交換装置に適用する減速装置を改良したものであり、タレットを減速回転させる減速装置の改良である。
本発明は、減速装置以外の自動工具交換装置の構成は、従来の自動工具交換装置の構成と同等であり、その動作も図１に示した従来の自動工具交換装置と減速装置の動作部分以外は同じである。よって、図１は本発明の一実施形態の自動工具交換装置の概要図でもある。
図２は、本発明の一実施形態の自動工具交換装置に適用される減速装置の一部断面図である。タレット１３内に設けられた減速装置５は、駆動板５ａ、保持器５ｂ、従動板５ｃ
及びボール５ｄで構成されている。タレットベース１３ａに駆動板５ａがベアリング５ｉにより回転自在に取り付けられ、さらに、保持器５ｂがこのタレットベース１３ａに固定されている。また、保持器５ｂの軸部にベアリング５ｊにより、回転自在に工具保持手段を構成する従動板５ｃのフランジ５ｆが取り付けられ、保持器５ｂを駆動板５ａと従動板５ｃが両側から挟み付けるように取り付けられている。さらに、後述するように、保持器５ｂに設けられた案内孔にはボール５ｄが保持され、駆動板５ａ、従動板５ｃに設けられたボール溝とボールが係合するように構成されている。

駆動板５ａの周面には、歯が設けられ、主軸２に設けられた主軸ギア１９と噛み合うタレットギア５ｅを構成している。又、タレットベース１３ａと駆動板５ａ間には、駆動板５ａを工具交換位置に位置決めするための位置決めボール５ｈがスプリング５ｇで駆動板５ａを押圧するように配置され、駆動板５ａにもこの位置決めボール５ｈと係合する位置に駆動板５ａの１／２回転毎に位置決めされるように窪み５Ｌが形成されている。
又、従動板５ｃと一体のフランジ５ｆには、複数の工具保持具１２が取り付けられている。即ち、このフランジ５ｆが工具保持手段を形成している。なお、符号５ｋは、ベアリング５ｊを保持するためのナットである。

図３（ａ）は駆動板５ａの平面図、図３（ｂ）は保持器５ｂの平面図、図３（ｃ）は従動板５ｃの平面図である。
この実施形態では、工具本数１４本とし、主軸ギア１９とタレットギア（駆動板５ａ）５ｅのギア比が１：２、減速装置５の駆動板５ａと従動板５ｃの速度比が７：１の場合を示している。

まず、従動板５ｃから説明する。従動板５ｃの端面にはボール５ｄと係合しカム溝を形成するボール溝６ｃが設けられている。該ボール溝６ｃは、平均半径Ｒの円を中心とし半径方向に正弦波状の凹凸形状の周期を持った連続曲線の溝で構成されている。このボール溝６ｃは、図３（ｃ）における符号Ａ及びＢに示される、ボール溝６ｃの内側コーナーで極端に小さな凸状の屈曲部とならないように、且つ、図の符号Ｃ点に示される領域は、十分に低い最小圧力角（３０°以下）が得られるようにしている。この実施形態では、１４本の工具をタレットが備えることができるように構成していることから、この工具本数に合わせて、従動板５ｃのボール溝６ｃの凹凸が、従動板５ｃの１周で１４周期（１周期α＝３６０°/１４）で繰返す連続曲線である。

保持器５ｂは図３（ｂ）に示す通り、この実施形態では、３６０度を１６等分した各位置に半径方向へ伸びる放射状に配置された案内孔６ｂが設けられている。この各案内孔６ｂへそれぞれボール５ｄを入れ、各ボール５ｄの周方向への移動を規制して、各ボール５ｄを半径方向のみへ移動可能としている。この保持器５ｂに配置可能な案内孔６ｂ数は、（駆動板５ａの１回転におけるボール溝６ａの周期数）×（必要とする速度比＋１）であり、この実施形態では、駆動板５ａの１回転におけるボール溝６ａの周期数＝２、この減速装置の減速比を７としているから、２×（７+１）＝１６である。当然ではあるが、配置後に案内孔６ｂを幾つか間引いても原理的に成立する。

駆動板５ａにもカム溝を形成するボール溝６ａが設けられ、この実施形態では、主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比は２：１とした。駆動板５ａのボール溝６ａは前述の従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ７倍に拡大し転写して得られる略楕円形の曲線としている。即ち、駆動板５ａの１周で２周期のカム曲線を持つボール溝６ａである。又、前述したように、駆動板５ａの背面には、駆動板５ａの１/２回転毎に位置決めされる様に、円錐状の窪みを２箇所設けて、ボール５ｈをスプリング５ｇで付勢している。

さらに、本実施形態では、駆動板５ａのボール溝６ａは、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ７倍に拡大し転写した形状よりも、僅か半径方向に拡大されている。半径方向ストロークの平均半径Ｒを中心として、平均Ｒと従動板５ｃのボール溝６ｃの半径方向距離を１．０３倍程度に拡大して転写することで、ボール５ｄが従動板５ｃのボール溝６ｃの凹部部分へより強く接触する状態が得られる。これにより、先に述べた従動板５ｃのボール溝６ｃの凸部Ａ、Ｂに生じる面圧を更に低減することができる。

即ち、本発明においては、まず、従動板５ｃのボール溝６ｃを所望する圧力角（理想的な圧力角）γとなるように、駆動板５ａのボール溝の周期数に減速装置における必要とする速度比を乗じて得られる数の凹凸波形で形成する。そして、この従動板５ｃのボール溝６ｃの形状に適合させるために、従動板５ｃにおけるボール溝６ｃの半径方向ストロークの平均半径Ｒを中心として、半径方向に僅か拡大するとともに、角度方向に数倍拡大（実施形態では７倍）して転写した形状を駆動板５ａのボール溝６ａとする。このように、まず、所望する圧力角γを決めて従動板５ｃのボール溝６ｃの形状を決定し、この従動板５ｃのボール溝６ｃの形状に合わせて駆動板５ａのボール溝６ａを形成する点に特徴を有し、このことから所望する圧力角で駆動することができるものである。

工具を割り出す際に、タレットギア５ｅが主軸ギア１９と噛み合い、主軸２の回転により、タレットギア５ｅを有する駆動板５ａが回転すると、保持器５ｂの各案内孔６ｂに保持された各ボール５ｄは駆動板５ａのボール溝６ａによって力を受けるが、各案内孔６ｂによって周方向への移動が拘束されているから、半径方向に移動する。この各ボール５ｄの半径方向の移動によって、従動板５ｃのボール溝６ｃは、ボール溝６ｃの凹凸波形の側面（図３（ｃ）の符号Ｃの部分）で力を受け従動板５ｃを回転させる。この従動板５ｃと一体のフランジ（工具保持手段）５ｆも共に回転し、該フランジ（工具保持手段）５ｆが取り付けられている工具保持具１２を回転させることになる。この従動板５ｃのボール溝６ｃは、理想的な低い圧力角γに設定されていることから、タレットを駆動するときの負荷が軽減される。

図４は、この実施形態による従動板５ｃ、保持器５ｂ、ボール５ｄを配置し、従動板５ｃが工具１本を割り出すための、隣り合う工具間の回転角度を移動する間に、各ボール５ｄが移動する様子を示したものである。
図４（ａ）は移動開始の状態、図４（ｂ）は従動板５ｃが１／３周期（１周期α＝３６０／１４、α／３＝８．５７°）移動した状態、図４（ｃ）は従動板５ｃが２／３周期（＝１７．１４°）移動した状態、図４（ｄ）は従動板５ｃが１周期（α＝２５．７１°）移動した状態を示す。

図４において、駆動板５ａの回転に伴い、楕円状のボール溝６ａによってボール５ｄの配置が従動板５ｃと逆の回転方向へ７倍の移動量だけ回転する。従動板５ｃが隣り合う工具保持具１２間に相当する２５．７１°回転する間に、楕円状のボールの配置が１８０°回転する。即ち、駆動板５ａは半回転しているものであり、駆動板５ａの半回転で、従動板５ｃのフランジ（工具保持手段）５ｆに取り付けられた工具把持具１２間の角度だけ移動させるものである。

以上説明した実施形態においては、タレット１３上の工具本数１４本に対し、主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比は２：１、駆動板５ａと従動板５ｃの速度比は７：１であり、この結果主軸とタレットの速度比は１４：１となる。即ち、主軸１回転で駆動板５ａが１／２回転し、駆動板５ａの１／２回転により従動板５ｃが３６０／１４＝２５．７１°回転し、工具１本を割り出すことになる。

上述した実施形態では、主軸２の速度に対するタレット（従動板５ｃ）の回転速度の比を１４：１としたが、この速度比この限りではない。要するに、タレットの割り出しが終了した時点で、工具を保持可能な位相へ主軸の位置決めが完了していることを目的とするものであるから、主軸端面の２箇所のキーと、工具フランジ部の２箇所に設けられたキー溝が合致する位相で工具ホルダは主軸へ装着可能であり、従って、主軸へ保持する工具の位相の表裏を再現する必要がない場合には、タレット１３上の１４本の工具ホルダ１１に対して速度比が半分の７：１も可能であり、又、より大きな速度比を設定する事も可能である。

即ち、タレット（従動板５ｃ）の回転速度を１とし主軸２の回転速度をタレットに設けられた工具保持具の数（工具本数）の整数倍を２で除した数の値とすることによって、工具位置を割り出すことができる。逆に言うと、主軸１回転する間に従動板５ｃが（２／工具本数の整数倍）回転するようにすればよい。式で表すと、工具本数に掛ける値をＸとすると、主軸１回転に対して、タレット（従動板５ｃ）の回転数Ｙが次の１式の回転になるように設計すればよい。

Ｙ＝２／工具本数×Ｘ （１）
例えば、実施可能な工具本数と、主軸とタレットの速度比の対応を纏めると以下のようになる。

工具本数が１０本の場合、速度比は、
５：１、１０：１、１５：１、２０：１・・・
工具本数が１４本の場合、速度比は、
７：１、１４：１、２１：１、２８：１・・・
工具本数が２１本の場合、速度比は、
２１：２、２１：１、４２：３、４２：１・・・
となる。

従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数）×（減速装置における必要とする速度比）の周期数の凹凸形状のボール溝６ｃを形成し、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａとし、保持器５ｂには、（駆動板５ａのボール溝６ａの周期数）×（減速機における必要とする速度比+１）の数の案内孔６ｂを形成する。

● 工具本数が１０本の場合で、速度比を５：１の場合
主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比が２：１とする。従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＝２．５）＝５周期の凹凸形状のボール溝６ｃが形成され、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比＝２．５）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａ（２周期）とし、保持器５ｂには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＋１＝３．５）＝７の数の案内孔６ｂを形成する。

この例では、主軸２が５回転してタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１回転するものであり、主軸１回転でタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１／５回転させるものである。主軸１回転で、駆動板５ａは１／２回転し、ボール溝６ａにより、ボール５ｄを１往復させ、従動板５ｃのボール溝６ｃの凹凸周期１周期移動させ、タレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／５回転させることになる。

● 工具本数が１０本の場合で、速度比が１０：１の場合
主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比が２：１とする、従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＝５）＝１０周期の凹凸形状のボール溝６ｃが形成され、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比＝５）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａ（２周期）とし、保持器５ｂには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＋１＝６）＝１２の数の案内孔６ｂを形成する。

主軸１回転でタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／１０回転させるものであるが、主軸ギア１９とタレットギア５ｅの２：１の速度比であるから、主軸１回転で、駆動板５ａは１／２回転しボール溝６ａの１周期分回転し、ボール５ｄを１往復させ、従動板５ｃにおけるボール溝６ｃの凹凸周期の１周期を移動させ、タレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／１０回転させることになる。

● 工具本数が１０本で、速度比が１５：１の場合
主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比を２：１とする。従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＝７．５）＝１５周期の凹凸形状のボール溝６ｃが形成され、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比＝７．５）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａ（２周期）とし、保持器５ｂには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＋１＝８．５）＝１７の数の案内孔６ｂを形成する。
主軸２が１５回転してタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１回転するようにするものであり、主軸１回転でタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１／１５回転させるものである。主軸１回転で、駆動板５ａは１／２回転し駆動板５ａのボール溝６ａの１周期分回転するから、ボールは１往復し、従動板５ｃにおけるボール溝６ｃの凹凸周期の１周期分移動させる。よって、タレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／１５回転させることになる。同様に、主軸１．５回転で従動板を工具１本に相当する１／１０回転させることになる。

● 工具本数が１４本で、速度比が７：１の場合、
主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比が２：１とし、従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＝３．５）＝７周期の凹凸形状のボール溝６ｃが形成され、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比＝３．５）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａ（２周期）とし、保持器５ｂには、（駆動板のボール溝の周期数＝２）×（減速装置における必要とする速度比＋１＝４．５）＝９の数の案内孔６ｂを形成する。

主軸２が７回転してタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１回転するものであるから、主軸１回転でタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１／７回転させるようにするものである。主軸１回転で、駆動板５ａは１／２回転しボール溝６ａの１周期分回転するから、ボールを１往復させ、従動板５ｃにおけるボール溝６ｃの凹凸周期の１周期移動させ、タレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／７回転させることになる。
工具本数が２１の場合も同様であるので、説明は省略する。

なお、上述した実施形態では、駆動板５ａに拡大して転写する従動板５ｃの周期数を２周期としたが、駆動板５ａに転写する周期数が整数値にように従動板５ｃの凹凸周期を拡大して転写するようにしてもよい。

例えば、工具本数が２１本で、主軸２とタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）の速度比を２１：１、駆動板の周期数を３とする場合、
主軸ギア１９とタレットギア５ｅの速度比が３：１とし、従動板５ｃには、（駆動板のボール溝の周期数＝３）×（減速装置における必要とする速度比＝７）＝２１周期の凹凸形状のボール溝６ｃが形成され、駆動板５ａには、従動板５ｃのボール溝６ｃを角度方向へ（減速装置における必要とする速度比＝７）倍に拡大し転写した形状のボール溝６ａ（３周期分）とし、保持器５ｂには、（駆動板のボール溝の周期数＝３）×（減速装置における必要とする速度比＋１＝８）＝２４の数の案内孔６ｂを形成する。

主軸２が２１回転してタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１回転するものであるから、主軸１回転でタレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）は１／２１回転させるものである。主軸１回転で、駆動板５ａは１／３回転し駆動板５ａのボール溝６ａの１周期分回転するから、ボールを１往復させ、従動板５ｃにおけるボール溝の凹凸周期の１周期移動させ、タレット（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）を１／２１回転させることになる。

以上のように、駆動板５ａに転写する従動板５ｃのボール溝６ｃの周期数を決めることによって、減速装置５における減速比が決まる。この減速比に基づいて、最終的な主軸２に対するタレット１３（従動板５ｃ、工具保持手段５ｆ）の減速比になるように、減速装置５への入力である主軸２と減速装置５間の減速比（主軸ギア１９とタレットギア５ｅの減速比）を決めればよいものである。

本発明の一実施形態の自動工具交換装置の概要図である。 同実施形態における減速装置の一部断面図である。 同減速装置の減速原理の説明図である。 同減速装置の動作説明図である。 従来の自動工具交換装置に用いられている減速装置の動作説明図である。

符号の説明

１ 主軸頭
２ 主軸
３ 主軸モータ
４ 腕部材
５ 減速装置
５ａ 駆動板
５ｂ 保持器
５ｃ 従動板
５ｄ ボール
５ｅ タレットギア
５ｆ フランジ（工具保持手段）
６ａ ボール溝
６ｂ 案内孔
６ｃ ボール溝
７ 窪み
９ リフトローラ
１０ ボールジョイント
１１ 工具ホルダ
１２ 工具保持具
１３ タレット
１３ａ タレットベース
１４ リフトレバー
１５ リフトアジャスト部材
１６ タレットスライダ
１７ スイングローラ
１８ 付勢手段（スプリング）
１９ 主軸ギア
２０ 回転軸

Claims (4)

1. 工作機械に用いられる自動工具交換装置であって、
   該自動工具交換装置に用いられる減速装置は、
   同軸上に配置されボールを保持する保持器と、駆動力が入力される駆動板及び複数の工具を保持する工具保持手段が取り付けられた従動板を備え、
   前記従動板は、一周で複数の周期を持った連続曲線で構成されたボール溝を備え、
   前記駆動板には、前記従動板のボール溝を角度方向に拡大し、前記従動板のボール溝の半径ストロークの平均半径を中心として僅か拡大して転写して得られた一周で２周期以上の周期を有する連続曲線からなるボール溝が形成され、
   前記保持器は、減速機のベースに固定され、それぞれ保持するボールの円周方向への移動を制限して半径方向へ移動自在に案内する複数の案内孔を備え、該各案内孔に保持された各ボールは駆動板及び従動板のボール溝と係合するよう配置され、駆動板の回転により従動板が減速回転することを特徴とする自動工具交換装置。
2. 複数の工具を保持可能な工具保持手段と、
   主軸の回転部へ固定され、主軸の回転により駆動される第１のギアと、
   前記工具保持手段側に設けられた前記第１のギアに連結されて駆動する第２のギアと、
   前記第２のギアと前記工具保持手段間に同軸に設けられた減速装置とを具備し、
   工具選択時に前記第１のギアと第２のギアの噛合わせと前記主軸の回転によって、前記工具保持手段を回転駆動を行うように構成された工作機械において、
   前記減速装置は、複数のボールと、同軸上に回転自在に支承された駆動板及び従動板と、前記ボールの円周方向への移動を制限して半径方向へ移動自在に案内する案内孔を有する保持器を具備し、
   前記従動板には複数の周期を持った連続曲線からなるボール溝が形成され、
   前記駆動板には、前記従動板のボール溝を角度方向に拡大し、前記従動板のボール溝の半径ストロークの平均半径を中心として僅か拡大して転写して得られた一周で２周期以上の周期を有する連続曲線からなるボール溝が形成され、
   前記駆動板と前記従動板の間に前記保持器を固定的に配置し、該保持器の複数の案内孔へ前記複数のボールを配置し、
   前記駆動板の回転を前記ボールの半径方向への移動に変換し、前記ボールの半径方向への移動を前記従動板の回転に変換して、前記駆動板の回転を減少して前記従動板へ伝達する様に構成されることを特徴とした、自動工具交換装置。
3. 前記従動板の回転速度と前記主軸との回転速度の比を前記従動板の回転を１とし、主軸の回転を前記工具保持手段上の工具本数の整数倍を２で除した値にしたことを特徴とした、請求項２に記載の自動工具交換装置。
4. 前記従動板に設けられた連続曲線は、該従動板に固定された工具保持手段が備える工具数に対応した周期数を備える請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の自動工具交換装置。

Images