JP5537131B2 - 工作機械用の工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの工具グリッパと、上昇及び下降し長手方向軸線の周りを回転することのできる工具グリッパ用支柱と、カム・バレル、駆動モータ、及び中間歯車を有する、工具グリッパの上昇及び回転移動を生じさせるための機械式カム駆動装置とを備える、工作機械用の工具交換装置に関するものである。

現行の金属切断用工作機械では、様々なタイプの工具交換デバイスは慣例的なものであり、ほとんどの場合に実際の動作スペースの外側に配置された工具収納容器と、工具交換装置とを有する。これらのシステムによって、それぞれの動作機械の非生産的な時間、具体的にはいわゆる工具交換サイクル時間を短縮するために、自動的な工具交換が行われる。具体的には、工具交換サイクル時間の相当な割合である実際の工具の余裕を最小限に抑えることが意図される。できるだけ短い期間内に工具交換を行うためには、工具交換装置の構成要素のいくつかの移動を互いに集約する。例えば、予め交換位置に移動した交換すべき工具を工作機械のワーク・スピンドルの外に取り出すための工具グリッパの下降移動と、それに続いて、交換すべき工具をワーク・スピンドルの下方の位置から取り外し、同時に挿入すべき工具をその位置に移動させるための、通常１８０度の回転角度である工具グリッパの回転移動と、最後に、挿入すべき工具をワーク・スピンドルのクランピング・コーンに導入するための上昇移動とである。静止時間又はセンサ評価時間なしに、このように集約した上昇及び枢動移動が「一気に」行われることが適切である。こうした連続した移動を行うためには、機械式カム駆動装置が用いられ、その機械式カム駆動装置は、カム・バレルと、カム・バレルを移動、具体的には回転させるための駆動モータと、中間歯車とを備える。バレルのシェル上にカム・トラックが形成され、そのカム・トラックにタペット部材が係合する。カム・バレルが回転移動すると、工具グリッパの支柱がその長手方向軸線の周りを回転し、同時に長手方向に移動し、それにより、対応する工具グリッパの回転及び上昇移動が生じる。

カム・バレルの直径をできるだけ小さく保つことが機械式カム駆動装置の設計の特有の問題である。バレルの直径が小さいと、この上昇及び枢動用の歯車装置の慣性モーメントが低くなるので、バレルの直径が十分に小さい場合にのみ、極めて速い加速及び減速の両方を実現することが可能である。一方、バレル直径を縮小すると、カーブの勾配が急になり、それにより機械式構成要素の負荷が上昇する。

既知の機械式カム駆動装置では、カム・バレルの上側前面に溝形のカム・トラックが形成され、そのカム・トラック内で、工具グリッパを含む支柱の上昇移動を生じさせるためにタペットが案内される。グリッパの回転移動は、限定された勾配のみを有する、カム・バレルのシェル表面の１つ又は複数のカムによって開始される。その限定された勾配は、それに対応して大きい約２５０ｍｍのバレル直径によってのみ実現できる。その結果、全体として、機械式カム駆動装置の体積が比較的大きくなり、慣性モーメントが比較的大きくなり、そのため工具の余裕の短縮を実現するために駆動力を大きく設定しなければならない。望ましくなく高い機械式負荷は除いて、こうした既知の機械式カム駆動装置は、工作機械上に比較的大きい構造上の空間も必要とし、これにより、ピックアップ原理に従った工具交換の場合に、ワーク・スピンドルをそれぞれ工具交換装置及び工具グリッパまで移動しなければならない必要性が生じる場合がある。こうした移動は、特に軸線方向の通路が長い工作機械の場合に、軸線方向通路が長いにもかかわらず、金属切断中に十分な剛直性を確保するように、これらの機械は大きく重い台車装置を有するので、非常に時間を浪費する。

本発明の目的は、機械式カム駆動装置が技術的に単純かつコンパクトに構成され、そのため慣性が低くなって、比較的小さい駆動力しか必要とせず、工具交換サイクル時間を短縮しながら工具の交換を速くすることのできる、工作機械用の工具交換装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、機械式カム駆動装置のカム・バレルが、上側前面に工具グリッパの回転駆動のためのタペットと、外周上に工具グリッパの上昇移動のためのカム曲線とを有し、そのタペットが、工具グリッパの回転軸に平行なシャフト上で支持されたマルタ歯車と係合し、工具グリッパの支柱、カム・バレル、及びマルタ歯車が軸線に平行に連続して配置されることによって解決される。

互いに平行に連続して配置された３つの軸線上における上昇及び枢動用の歯車装置の歯車部材の本発明の配置により、所望のように機械式歯車装置がコンパクトになり、すなわち工具交換装置の幅が小さくなり、それにより、機械上で利用可能なスペースが小さい場合でさえ、形状が細長く狭いので本発明の工具交換装置の使用が可能になる。ダブル・グリッパを用いて、一方のグリッパで交換する工具を受け取り、もう一方のグリッパで挿入する工具を収容する。交換動作に必要な上昇及び下降移動を行うためには、ダブル・グリッパを支柱に固定し、その支柱は、長手方向に垂直に移動することができ、工具交換に必要な上昇移動を可能にするロッド・ガイドを有する。さらに、その支柱は支持体中に収容され、その結果工具を移すために工具グリッパが柱の軸線の周りで回転移動することが可能になる。カム・ガイドはタペットを有し、そのタペットは、カム・バレルの周囲面に付けられたカム曲線と直接係合する。したがって、工具交換に必要な工具グリッパの上昇移動が生じ、適時にその回転移動と同期する。カム・バレル周囲面にカム曲線を配置することに基づいて、カム曲線は、実行可能な勾配を受け入れることができ、同時に、従来技術と比べてカム・バレルの直径を大幅に、例えば１３０ｍｍまで縮小することが可能であり、その結果、慣性が低くなり、構造部品の機械的負荷が低くなる。

本発明によれば、カム・バレル前面のタペットによって工具グリッパの回転移動が生じる。このタペットは、マルタ又はゼネバ歯車と係合し、このマルタ又はゼネバ歯車は、工具グリッパの回転軸線に平行なシャフト上で支持される。カム・バレルの小さい直径を保つことを可能にするには、マルタ・ステップの歯車比を、ある駆動から次の駆動までの角度距離を少ししか変更しないように選択する。しかし、マルタ・ステップによって適正に実現することのできない、工具グリッパの１８０度の回転が必要なときは、工具グリッパが１８０度の回転を実行するように、マルタ歯車の回転が中間歯車によって伝動される。中間歯車は、マルタ歯車上に配置されカム・バレルのシャフト上で別々に支持された歯車の組と噛合う歯車から構成され、その歯車の組のうちの２番目の歯車は、工具グリッパの回転軸上に配置された歯車を駆動する。直径及び歯の数に関して、これらの歯車は、工具グリッパの回転の合計が１８０度になるように寸法設定される。

本発明による配置により、カム・バレルの直径を縮小し、そのカム・バレルの周囲面にカム曲線を配置することによって、工具グリッパの上昇及び枢動移動のための機械式カム駆動装置並びに他の構成要素に必要な空間が最小限に抑えられる。特に有利な工具交換装置の外部寸法は、軸線が互いに平行な、好ましくは鉛直に、駆動モータ、カム・バレル、中間歯車、及び支柱の連続した配置の結果生じる。さらに、マルタ歯車と、それが中間歯車と連結することにより、がたがた揺れることのない工具グリッパの回転駆動が可能になる。工具グリッパの回転移動のために中間歯車を設けることにより、駆動のために周囲で必要な角度を小さく、外周で４５度〜１５０度までのカム・バレルの角度を保つことが可能になり、これによりバレルの直径をさらに縮小することが可能になる。

本発明による工具交換装置は、工作機械上に静止して配置することができ、すなわち工具グリッパが上端に取り付けられた支柱が、常に特定の位置にあり、工具交換に必要な水平移動はワーク・スピンドルによって実行される。

本発明の有利な実施例では、工具交換装置は、狭く伸張形状の静止した基礎台と、その上を長手方向に移動することのできる台車とを有する。台車はハウジングから構成され、そのハウジングは、工具交換装置の機能部品を収容し、直線駆動装置、例えば、エア・オイル・シリンダ、スピンドル駆動装置などによって動かされる。この実施例では、工具交換に必要な相対的に水平な移動が、台車に位置する工具グリッパによって実行され、これ以外には、ワーク・スピンドルの水平移動も可能である。

エネルギー消費及び省スペースの観点から特に好都合な配置は、静止した工具交換装置のハウジング及び台車のそれぞれにおいて、駆動モータが、軸線に平行にかつカム・バレルの上流で、直立すなわち鉛直方向に配置されることによって実行される。これにより、減速歯車として働く１対の歯車と、駆動モータ及びカム・バレルの上方のハウジング中の中間歯車を含むマルタ歯車の配置とを介してカム・バレルを駆動することが可能になる。

以下で、本発明の工作機械用の工具交換装置の実施例を、図面を参照してより詳細に説明する。

工具交換装置を備えたプログラム制御のフライス盤の概略斜視図。 本発明による工具交換装置の概略斜視図。 初期位置及び端部位置にある、図２による工具交換装置の機械設計図。 中間位置にある、図２による工具交換装置の機械設計図。

図１の斜視図に概略的に示したフライス盤は、スタンド１と、その前面側に配置されたベッド２とを備える。ベッド２の傾斜した前面３にワークピース・テーブル４が取り付けられている。スタンド１の鉛直前面にワーキング・ユニット５が配置され、この場合フライス・ヘッド６は鉛直に配置されて、従来の工具保持固定具を用いて工具７が留められている。図１では、スタンド１の右側に、循環式マガジン・チェーンを備えた工具チェーン・マガジン１０があり、その循環式マガジン・チェーンには、鉛直に向いた複数の工具１１が掛けられている。マガジン・チェーンを駆動させることにより、工具１１のそれぞれ１つを工具交換位置に移動させることができる。

図１では、チェーン・マガジン１０の下方に、基礎台１４上に台車１５を有する工具交換装置１３も、機械スタンド１の横に水平方向に傾斜して配置されている。この台車１５は、基礎台１４上のモータ・スピンドル駆動装置１６によって両方向矢印の方向に移動することができ、ハウジング１７を形成する。台車１５の自由端では、鉛直に向いた支柱１８が回転式に支持され、支柱１８の上端に工具ダブル・グリッパ２０が取り付けられている。その工具ダブル・グリッパ２０は、直径方向に互いに対向する２つのグリッパ・トングを備える。

図２から理解できるように、支柱１８は、２つの支持ストラット１８ａ、１８ｂから構成され、支持ストラット１８ａ、１８ｂの下端は、共通の回転ディスク１９に固定され、支持ストラット１８ａ、１８ｂの上端に、ダブル・グリッパとして形成された工具グリッパ２０が取り付けられる。支柱１８は、両方向矢印２１の方向に移動し、回転軸線２２の周りを１８０度回転する（図３及び図４参照）ことができる。図２から理解できるように、ロッド・ガイド２３が、支柱１８の回転軸線２２上で支柱１８の下に設けられ、ロッド・ガイド２３の下端が、ハウジング１７のフロア・ベアリング２４により支持される。このロッド・ガイド２３上で横方向に位置合わせされた部材２６が支持され、その部材は、共通回転ディスク１９の下端に連結され、その部材の端部にタペット２５を有する。ハウジング１７では、支柱１８のロッド・ガイド２３の横でカム・バレル３０が支持され、カム・バレル３０の回転軸線３１は支柱１８の回転軸２２に平行に向いている。カム・バレル３０の周囲面には、溝形のカム曲線３２が形成されて、ロッド・ガイド２３のタペット２５がその溝形のカム曲線３２と係合する。カム・バレル又はリフティング・バレル３０の上側前面には、さらなるタペット３４が偏心して固定され、そのタペット３４は、リフティング・バレル３０が回転する際に、以下で説明するようにマルタ歯車４０と協働する。

台車１５のハウジング１７は、前面部分で電気駆動モータ３５がカム・バレル３０の軸線に平行に配置され、電気駆動モータ３５の被駆動シャフト３６に歯車３７が設けられ、歯車３７はリフティング・バレル３０の底面端部にある他の歯車３８と係合する。歯車の対３７、３８は、減速歯車を成し、その減速歯車を介して、リフティング・バレル３０が、電気モータ３５によって駆動される。

図３（ａ）および図４（ａ）に概略的に示すマルタ歯車４０が、シャフト３９に固定され、そのシャフト３９は、台車ハウジング１７のカバー・プレートにより支持され、バレルの軸線３１に平行に位置合わせされる。カム・バレル又はリフティング・バレル３０の上面に固定されたタペット３４は、マルタ歯車４０の径方向スロット４１のうちの１つと係合し、図４に示すようにマルタ歯車４０を回転させることができる。同軸に支持された歯車４３は、マルタ歯車４０にしっかりと連結され、その歯車４３はピニオン４４と係合し、そのピニオン４４は、カム・バレル又はリフティング・バレル３０のシャフト３１上で支持される。歯車４５は、他の歯車４６と係合し、このピニオン４４にしっかりと連結される。歯車４３〜４６は、中間歯車を形成する。

図３及び図４から理解できるように、カム・バレル３０、共通回転ディスク１９、マルタ歯車４０、駆動モータ３５、及び減速歯車と中間歯車の両方の歯車は、共通ハウジング１７内に配置され、それぞれの鉛直軸線は互いに平行である。

本発明による工具交換装置の本質的な利点の１つ、すなわち比較的幅が小さいことは、具体的には図３及び図４から理解することができる。こうした狭い伸張形状により、図１に示す水平面において、工作機械及び動作スペースのそれぞれに対して、工具交換装置を傾斜して方向付けすることが可能になる。こうした幅の小ささは、個々の構成要素、すなわち支柱１８、カム・バレル又はリフティング・バレル３０、マルタ歯車４０、及び駆動モータ３５を１列に配置することによって実現される。カム・バレル又はリフティング・バレル３０の意図された小さい直径は、カム曲線３２をバレルの周囲面に、マルタ歯車４０と係合するタペット３４をカム・バレル又はリフティング・バレル３０の上側前面に形成することによって得られる。

図３から理解できるように、支柱１８及び工具グリッパ２０は上部初期位置にあり、その上部初期位置では、タペット２５がリフティング・バレル３０上のカム曲線３２の上部と係合し、リフティング・バレル３０の前面に配置されたタペット３４は、マルタ歯車４０の反対側の位置にある。電気駆動モータ３５を作動させると、減速歯車３７、３８を介してリフティング・バレル３０が図４に示す中間位置に回転する。その中間位置では、支柱１８、したがって工具グリッパ２０も最も下の位置にある。リフティング・バレル３０が半分回転することにより、タペット３４は、直径上の反対側の位置に移動し、マルタ歯車４０の径方向スロット４１のうちの１つに押し込まれる。マルタ歯車４０に伝達された回転移動は、一組の歯車４３〜４６を介して、支柱１８に伝達され、それにより、工具グリッパ２０にも伝達される。それにより生じる工具グリッパ２０の上昇及び枢動移動は、連続した移動であり、それにより速い自動的な工具交換が可能になり、一方で比較的小さい空間しか必要としない。上昇及び枢動用の歯車装置を含む工具交換装置１３は、コンパクトに形成され、それが占める構造空間は小さい。したがって、とりわけ工具グリッパを載せる台車１５を、狭く、すなわち挿入すべき工具の最大直径よりもわずかに幅広に形成することができる。

本発明は、図面に示し上記で説明した実施例に限定されるものではない。例えば、工具交換装置の基礎台は、ハウジング１７のための静止した支持構造又は工具交換装置の機能部品を形成することができ、すなわち、台車１５の代わりに、ハウジング１７を基礎台１４に固定して取り付けることができる。この場合は、ワーク・スピンドルの工具保持固定具とそれぞれの工具グリッパとの間の、工具交換に必要な水平移動は、ワーク・スピンドル又はフライス・ヘッドによって行われる。これを別にして、カム・バレル又はリフティング・バレル３０を、モータ及び支柱１８と１列になるように、ハウジング１７中で駆動モータ３５の上流に配置することもできる。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの回転式工具グリッパ（２０）と、
   上昇及び下降し回転軸線（２２）の周りを回転することのできる、前記工具グリッパ（２０）用の支柱（１８）と、
   駆動モータ（３５）、カム・バレル（３０）、並びに前記カム・バレル（３０）よりも上方に配置された中間歯車（４３〜４６）を有する、前記工具グリッパ（２０）の上昇及び下降移動並びに回転を生じさせるための機械式カム駆動装置と
   を備える、工作機械用の工具交換装置において、
   前記カム・バレル（３０）が、上面に前記工具グリッパ（２０）の回転駆動のためのタペット（３４）と、周囲面に前記工具グリッパ（２０）の上昇移動のためのカム曲線（３２）とを有し、
   前記前面タペット（３４）が、前記工具グリッパ（２０）の前記回転軸線（２２）に平行なシャフト（３９）上で支持されたマルタ歯車（４０）を駆動し、前記中間歯車（４３〜４６）が前記マルタ歯車の回転を伝動して前記工具グリッパ（２０）を回転させるようになっており、
   前記マルタ歯車（４０）、前記カム・バレル（３０）、及び前記工具グリッパ（２０）の前記支柱（１８）が、前記回転軸線（２２）に平行に支持されることを特徴とする、工具交換装置。
2. 互いに平行な鉛直軸線をそれぞれ有する、前記カム・バレル（３０）、前記支柱（１８）、前記マルタ歯車（４０）、前記駆動モータ（３５）、及び前記中間歯車（４３〜４６）が、共通のハウジング（１７）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載された工具交換装置。
3. 前記ハウジング（１７）が、狭い静止した基礎台（１４）上を長手方向にモータによって移動できる台車（１５）の一部であることを特徴とする、請求項２に記載された工具交換装置。
4. 前記ハウジング（１７）が、静止した狭く伸張形状の基礎台に固定して取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載された工具交換装置。
5. ロッド・ガイド（２３）が、前記支柱（１８）に割り当てられ、前記ロッド・ガイドが、横方向に位置合わせされた部材（２６）の径方向外側端部で前記溝形のカム曲線（３２）と係合するタペット（２５）を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された工具交換装置。
6. 前記駆動モータ（３５）が、前記ハウジング（１７）内で前記カム・バレル（３０）の上流に配置されることを特徴とする、請求項２から請求項５までのいずれか一項に記載された工具交換装置。
7. 前記駆動モータ（３５）が、減速歯車（３７、３８）を介して前記カム・バレル（３０）を駆動することを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された工具交換装置。
8. 前記中間歯車（４３〜４６）が、前記マルタ歯車（４０）の回転移動を伝動するために前記ハウジング（１７）内に設けられ、前記中間歯車（４３〜４６）が、前記ハウジング（１７）内で、前記工具グリッパ（２０）の回転軸線（２２）に平行な軸線を有し、該軸線がその軸線方向から見て１列に並んで配置されることを特徴とする、請求項２から請求項７までのいずれか一項に記載された工具交換装置。
9. 前記支柱（１８）が、互いに平行な２つの支持ストラット（１８ａ、１８ｂ）と、前記台車（１５）の前記ハウジング内に配置されたロッド・ガイド（２３）とを有し、前記ロッド・ガイド上では、前記タペット（２５）が、前記横方向部材（２６）を介して軸線方向に移動可能に配置されることを特徴とする、請求項２から請求項８までのいずれか一項に記載された工具交換装置。

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