JP5696203B1 - ツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造を提供する。【解決手段】本発明のツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造は、ツール交換アームと、該ツール交換アームに配置された少なくとも１つの係合ブロックと、クランクロッド群と、第１係合部品群と、第２係合部品群とを含む。上記構成によって、第１係合部品群及び第２係合部品群と、クランクロッド群とが協働することによって、係合ブロックがクランクロッド群に連動されて移動するため、ツール交換アームがツールを把持する時、金属衝突音を発生せず、無音でツールを把持する目的を達成するとともに、関連部品の衝突により発生する振動や磨耗を防止でき、これにより使用寿命を延長する。同時に、関連部品を簡素化することができ、生産技術を簡単にし、コストを削減することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、ツールマガジンのツール交換アームの技術領域に関し、特に、ツール把持時に、金属衝突音が発生せず、無音でツールを把持するためのツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造に関する。

従来のマシニングセンタは、工作物に対して多種類の異なる加工作業を実行することに用いられ、加工主軸が配置されるほか、さらに、多種類の加工形態のツールを架設するツールマガジンが配置されて、加工主軸がツール交換を行い、かつ加工作業を実行することができる。ツールの自動化交換の目的を達成するため、一般にマシニングセンタには、ツール交換機構（ＡＴＣ）がさらに設置され、予め設定されたプログラムに基づき、ツールマガジンにより各種のツールを取り出して加工主軸に取り付け、ツールの自動交換作業を行っている。

従来のツール交換機構は、図７に示すように、マシンシート９００の底端に、ツールアーム回転軸９０２と押さえ板９０４が設けられ、ツールアーム回転軸９０２を利用してツール交換アーム９２０を駆動し、たとえば、ツール把持、直進ツール抜取り、ツール交換、後退ツール挿入及び回転回復等のフローのツール交換作業を行っている。そのうち、ツール交換アーム９２０のツールアーム回転軸９０２に臨む箇所には、収容室９２２が設けられて、上向きに突出するキャッチ部品９４０を取り付けることができる。ツール交換アーム９２０の端部には、ツール把持口９２４が設けられ、該ツール把持口９２４に臨む箇所には、収容室９２２と連通する開溝９２６が設けられて、ツール交換アーム９２０に対して直線移動できる押圧部品９６０を取り付けることができ、押圧部品９６０の後端は、キャッチ部品９４０の表面に当接する。

キャッチ部品９４０が押さえ板９０４に押されて下向きに移動する時、収容室９２２中に活動空間が形成され、押圧部品９６０は活動空間が増えることで、後ろに向かって移動する活動範囲が増え、ツール交換アーム９２０を回転させてツール９８０を保持させ、押圧部品９６０がツール９８０に衝突する時に、後ろに向かって退避する機能を有し得る。

また、ツール把持完成後に、ツール引き抜きと回転ツール交換の動作を行う必要る場合、ツールアーム回転軸９０２は下向きに移動し、該キャッチ部品９４０が押さえ板９０４との接触から離脱し、並びにキャッチ部品９４０内の弾性部品９４２の弾力により、キャッチ部品９４０を上に向かって移動させて、キャッチ部品９４０が押圧部品９６０に当接する。これにより、押圧部品９６０の後退する活動空間がなくなって、ツール９８０がツール把持口９２４中に係止され、その後のツール交換アーム９２０の高速回転でツール９８０がはね飛ばされて、全体のツール交換の作業と安全性に影響が生じるのを防止し、これが従来のツール交換作業の基本動作である。

ただし、実施するに当っては、ツール交換アーム９２０がツール９８０を把持する時に、「カチン」という金属衝突音が発生し、この音は、ツール９８０とツール把持口９２４箇所の押圧部品９６０の端部が相互に衝突することで発生する。通常での押圧部品９６０は、その後端の弾性部品９６２の弾性回復力により、ツール把持口９２４に向って移動し、端部がツール把持口９２４に伸出されるため、ツール把持或いはツール交換作業のいずれでも、該ツール９８０は押圧部品９６０の端部と衝突し、これにより、金属衝突音が発生する。なお、ツール９８０と押圧部品９６０に関しては、相互に経常的な衝突が発生するため、関連部品の振動や磨耗損壊が容易にもたらされ、使用寿命が減少し、関連部品の交換と修理コストが増加される。特に、高速なツール交換が求められる現在、高速化につれて衝突力が大きくなるため、関連部品の振動や磨耗が時間の経過とともに増加する。

以上を鑑みて、本発明の主な目的は、ツールマガジン及び加工主軸のツールを把持する時、金属衝突振動や音声を発生せず、同時に関連部品の衝突により発生する部品の結合精度の誤差を防止することができ、これにより使用寿命を延長するツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造を提供する。

上記従来技術の問題及び欠点に鑑みて、本発明の主な目的は、ツールを把持する時、金属衝突振動や音声を発生せず、ツールマガジン、ツール、ツールアーム及び加工主軸などの関連部品の衝突により発生する磨耗を防止することができ、これにより、使用寿命を延長するとともに、関連部品を大幅に簡素化し、部品の生産技術を簡単にし、コストを削減することができるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造を提供する。

上記目的を達成するために、本発明が提供するツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造は、ツール交換アームと、該ツール交換アームに配置された、少なくとも１つの係合ブロックと、クランクロッド群と、第１係合部品群と、第２係合部品群とを含む。ツール交換アームの両端のそれぞれには、ツール把持口が設けられ、ツール交換アームの中心に臨む両側には、上向きに開放する収容室及びシュートがそれぞれ設けられ、且つシュートの両端は、収容室及びツール把持口に連通し、ツール交換アームは、収容室に連通する貫通孔及び透孔をさらに有する。前記係合ブロックは、シュートに収容され、ツール把持口に移動可能に突出するツール保持端を有する。前記クランクロッド群は、収容室に収容され、一端が収容室に枢接され、他端が係合ブロックに接続される。前記第１係合部品群は、収容孔を有する収容シートと、収容孔に収容された弾性部品と、係合部品とを含み、係合部品の一端は、透孔を移動可能に貫通してクランクロッド群に押し付ける。前記第２係合部品群は、貫通孔に移動可能に収容され、一端がクランクロッド群に押し当てられ、他端が貫通穴の外側に突出する。上記構成によって、第１係合部品群及び第２係合部品群と、クランクロッド群とが協働することによって、係合ブロックがクランクロッド群に連動されて移動するため、金属衝突音を発生せず、同時に関連部品の衝突により発生する磨耗を防止することができ、これにより使用寿命を延長する。

本発明の一実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の概略図である。 本発明の一実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の分解概略図である。 本発明の一実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の断面概略図１である。 本発明の一実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の断面概略図２である。 本発明のもう一つ実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の断面概略図１である。 本発明のもう一つ実施例によるツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の断面概略図２である。 従来のツール交換アームの断面概略図である。

以下、本発明のツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の実施例について、図面を用いて説明する。本発明の実施形態を理解するために、以下、同一部材は同一符号を付与して説明する。

図１乃至図６に示したように、ツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造は、ツール交換アーム２００と、該ツール交換アーム２００に配置された少なくとも１つの係合ブロック２２０と、クランクロッド群２４０と、第１係合部品群２６０と、第２係合部品群２８０と、押圧板２１２とを含む。第１係合部品群２６０及び第２係合部品群２８０と、クランクロッド群２４０とが協働することによって、係合ブロック２２０がクランクロッド群２４０に連動されて移動するため、ツール交換アーム２２０がツール６００を把持する時、係合ブロック２２０が先に内側に退避し、ツール６００と衝突せず、関連部品の衝突により発生する振動や衝突音、磨耗を防止することができ、これにより使用寿命を延長する。

実施する時、ツール交換アーム２００位外の他の部品はツール交換アーム２００の両端に対称して配置されるため、以下の部品については、片側の数量を主として説明する。

ツール交換アーム２００において、両端がツール把持口２０２、収容室２０４、シュート２０６、貫通孔２０８及び透孔２１０を含む。ツール把持口２０２は、ツール交換アーム２００の両端に形成され、収容室２０４とシュート２０６は、ツール交換アーム２００の軸線に対して垂直し、かつ上向きに開放するように、ツール交換アーム２００の中心に臨む両側に形成される。また、シュート２０６は、ツール把持口２０２と収容室２０４に連通する。更に、貫通孔２０８と透孔２１０は、収容室２０４にそれぞれ連通するように、ツール交換アーム２００に形成される。

係合ブロック２２０はシュート２０６に収容され、係合ブロック２２０のツール把持端２２２がツール把持口２０２に移動可能に突出する。

クランクロッド群２４０は、ツール交換アーム２００の収容室２０４に収容され、かつ相互に枢接する第１クランクロッド２４２と第２クランクロッド２４４とを含み、そのうち、第１クランクロッド２４２の一端とツール把持端２２２は係合ブロック２２０の他端で枢接し、第２クランクロッド２４４の一端は、収容室２０４の空間に枢接される。

第１係合部品群２６０は、ツール交換アーム２００の外側に配置され、且つ収容シート２６２と、弾性部品２６４と、係合部品２６６とを含む。収容シート２６２は弾性部品２６４と係合部品２６６とを収容するための収容孔２６８を有し、収容孔２６８の位置が透孔２１０に相互に対応することにより、係合部品２６６は、弾性部品２６４の弾性回復力により押し付けられ、透孔２１０を選択的に貫通してクランクロッド群２４０に押し当てる。

実施する時、図５及び図６に示すように、第１係合部品群２６０'は、ツール交換アーム２００の外側に所定の角度を呈して配置され、その収容シート２６２'の収容孔２６８'、弾性部品２６４'及び係合部品２６６'が、クランクロッド群２４０の第２クランクロッド２４４の法線方向に接近することにより、係合部品２６６は、弾性部品２６４の弾性回復力により押し付けられ、選択的に第２クランクロッド２４４の法線方向に沿って、透孔２１０を貫通してクランクロッド群２４０を押し付ける。

前記第２係合部品群２８０は、貫通孔２０８に移動可能に収容され、かつ係合ボルト２８２と調整ボルト２８４とを含む。係合ボルト２８２は、貫通孔２０８に移動可能に収容され、一端がクランクロッド群２４０に押し当てられ、他端が貫通穴２０８の外側に突出し、前記第２係合部品群２８０はネジ穴２８６を有する。調整ボルト２８４は、ネジ穴２８６に調整可能に螺合される。

押圧板２１２は、収容室２０４及びシュート２０６の開放端を閉鎖するとともに、ツール交換アーム２００に締め付けられる。

上述したのは、本発明が提供するツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造の好ましい実施例に係る各部品及び組立方法である。本発明の実施例に係る作動の特徴は、以下のように説明する。まず、ツール交換アーム２００の中心は、回転軸４０２を介して基台４００に枢接される。そのうち、基台４００のツール交換アーム２００に対向する表面には、複数の位置決め孔４０４（図３、図５を参照）が予め設けられ、且つ各位置決め孔４０４は、同一直径上の相対位置に位置する。調整ボルト２８４が係合ボルト２８２のネジ穴２８６に螺合される高さを調整することにより、第２係合部品群２８０と基台４００との間の間隔を調整することができ、これによって、第２係合部品群２８０の長さが変化する。第２係合部品群２８０は、その長さが長ければ長いほど基台４００に早く接触することができる。それにより、係合ボルト２８２の底部がクランクロッド群２４０を早く駆動させることで、クランクロッド群２４０のスイング幅が増加し、それに対してクランクロッド群２４０に枢接された第１クランクロッド２４２の行程が変化し、第１クランクロッド２４２に枢接された係合ブロック２２０の活動行程も増加する。その目的は、関連部品の加工・組立により生じた誤差を適時に修正することができる。

ツール把持準備の状態において、第２係合部品群２８０の係合ボルト２８２（調整ボルト２８４）が基台４００の表面に押し当ることで、第２係合部品群２８０の係合ボルト２８２（調整ボルト２８４）の一端が、収容室２０４の底部に移動すると同時に、クランクロッド群２４０の第２ロッド２４４の一端に押し当てられて、枢接軸を中心とするスイング状態になる。これにより、第２ロッド２４４の牽引により第１ロッド２４２及び係合ブロックを後退させることで、第１ロッド２４２と第２ロッド２４４との枢接端が下向きにスイングして、第１係合部品群２６０に押し当てられる。これによって、第１係合部品群２６０の係合部品２６６は、弾性部品２６４を圧縮して収容シート２６２の収容孔２６８内に退縮させるとともに、第１係合部品群２６０が圧縮エネルギー蓄積状態になる。係合ブロック２２０がクランクロッド群２４０により連動されて、係合ブロック２２０の、ツール把持口２０２に突出していた係合ブロック２２０のツール把持端２２２が、シュート２０６内に退縮し、ツール把持口２０２に突出しないことにより、ツール把持の瞬間に、ツール６００との衝突状況を防止することができる（図４、図６を参照）。

回転軸４０２がツール交換アーム２００を駆動して所定の角度に回転させる時、ツール交換アーム２００のツール把持口２０２は、加工主軸とツールマガジン中のツール６００をそれぞれ把持し、すなわち、ツール交換作業の回転ツール把持プロセスである。

回転ツール把持を実施する期間に、第２係合部品群２８０は、ツール交換アーム２００に伴って基台４００に対して回転する。ツール交換アーム２００が完全なツール把持位置に至り、すなわち、ツール把持口２０２がツール６００を把持する時、第２係合部品群２８０の係合ボルト２８２（調整ボルト２８４）は、ちょうど基台４００の１つの位置決め孔４０４と同軸に対応し、このとき、第１係合部品群２６０中の弾性部品２６４は、その弾性回復力により係合部品２６６を押し付け、これにより、係合部品２６６が透孔２１０を再び貫通してクランクロッド群２４０に押し付けられて、係合ブロック２２０がクランクロッド群２４０に連動される。これにより、係合ブロック２２０のツール把持端２２２は、シュート２０６からツール把持口２０２に再び突出し、ツール６００を固定及び位置決めする目的を達成し、ツール交換アーム２００が高速作業時に、ツール６００がツール交換アーム２００上より脱落するのを防止する（図３、図５を参照）。

係合ブロック２２０がツール６００を把持した後、回転軸４０２はツール交換アーム２００を駆動して下向きに適切な位置に移動させた後、把持したツール６００を加工主軸及びツールマガジンから抜取り、すなわち、ツール交換作業の直進ツール引き抜きプロセスである。この時、クランクロッド群２４０は、続けて第１係合部品群２６０の押圧作用を受け、これにより、連動する係合ブロック２２０のツール把持端２２２が、ツール把持口２０２に突出状態を保持するため、ツール６００はツール把持口２０２から離脱しない（図３、図５を参照）。

ツール引き抜き動作が完成した後、回転軸４０２は、さらにツール交換アーム２００を駆動して位置決めさせた後、上向きに適切な位置へ移動させて、加工主軸から抜き取ったツール６００をツールマガジンに戻し、ツールマガジンから抜き取ったツール６００を加工主軸に挿入し、すなわち、後退ツール挿入プロセスである。その後、ツール交換アーム２００をもとの位置に回転させて、ツール交換の全てのステップを完成し、次のツール交換作業に待機する。

したがって、ツール６００がツール把持口２０２に進入する前に、係合ブロック２２０のツール把持端２２２は、第２係合部品群２８０とクランクロッド群２４０が協働することによって、ツール把持口２０２に臨む箇所からツール交換アーム２００のシュート２０６に退縮し、これにより、第１係合部品群２６０が圧縮エネルギー蓄積状態となる。

そのため、ツール交換アーム２００が回転してツール把持口２０２でツール６００を把持する時、対応するツール６００はツール把持端２２２と衝突しても振動や衝突音を発生しなくなる。

係合ブロック２２０がツール交換アーム２００に伴い完全なツール把持位置に至る時、第２係合部品群２８０は、ちょうど基台４００の位置決め孔４０４と同軸に対応し、第１係合部品群２６０は弾性部品２６４の弾性回復力により、第１係合部品群２６０の係合部品２６６を、透孔２１０から貫通させてクランクロッド群２４０に押し付けるようにし、さらに、クランクロッド群２４０が係合ブロック２２０と連動し、係合ブロック２２０のツール把持端２２２が、シュート２０６からツール把持口２０２に突出して、適時にツール６００を保持及び位置決めする。

以上の説明は、単に本発明の好ましい実施形態で、本発明の特徴を明確するためのものの、本発明の実施例の範囲を限定するものではない。当業者は、本発明に基づいて行った同等効果を備える変化や修飾は全て、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

２００ ツール交換アーム
２０２ ツール把持口
２０４ 収容室
２０６ シュート
２０８ 貫通孔
２１０ 透孔
２１２ 押圧板
２２０ 係合ブロック
２２２ ツール把持端
２４０ クランクロッド群
２４２ 第１クランクロッド
２４４ 第２クランクロッド
２６０、２６０' 第１係合部品群
２６２、２６２' 収容シート
２６４、２６４' 弾性部品
２６６、２６６' 係合部品
２６８、２６８' 収容孔
２８０ 第２係合部品群
２８２ 係合ボルト
２８４ 調整ボルト
２８６ ネジ穴
４００ 基台
４０２ 回転軸
４０４ 位置決め孔
６００ ツール
９００ 基台
９０２ ツールアーム回転軸
９０４ 押さえ板
９２０ ツール交換アーム
９２２ 収容室
９２４ ツール把持口
９２６ 開溝
９４０ 係合部品
９４２ 弾性部品
９６０ 押圧部品
９６２ 弾性部品
９８０ ツール

Claims (3)

1. ツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造であって、
   ツール交換アームと、２つの係合ブロックと、２つのクランクロッド群と、２つの第１係合部品群と、２つの第２係合部品群と、を含み、
   前記ツール交換アームの両端には、それぞれツール把持口が設けられており、前記ツール交換アームの中心に臨む両側には、ツール交換アームの軸線に対して垂直しかつ上向きに開放する収容室とシュートとがそれぞれ設けられており、前記シュートの両端が前記収容室とツール把持口に連通し、前記ツール交換アームには前記収容室に連通する貫通孔と透孔とがそれぞれ設けられており、
   前記係合ブロックは、前記シュートに収容され、かつ前記ツール把持口に移動可能に突出するツール保持端を有し、
   前記クランクロッド群は、前記収容室に収容され、かつ相互に枢接する第１クランクロッドと第２クランクロッドとを含み、第２クランクロッドの一端が前記収容室に枢接され、第１クランクロッドの一端が前記係合ブロックに接続されており、
   前記第１係合部品群は、前記ツール交換アームに配置され、かつ収容シートと弾性部品と係合部品とを含み、前記収容シートは、前記弾性部品と前記係合部品とを収容するための収容孔を有し、且つ前記収容孔の位置が前記透孔に対応することにより、前記係合部品は前記弾性部品に押し付けられ、前記係合部品の一端が前記透孔を貫通して前記第１クランクロッドと前記第２クランクロッドの接続する部位に押し付けており、
   前記第２係合部品群は、前記貫通孔に移動可能に収容され、少なくとも１つの係合ボルトを含み、前記係合ボルトの一端は、前記第２クランクロッドに押し当てられ、他端は前記貫通孔の外側に突出することを特徴とするツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造。
2. 前記第２係合部品群は、調整ボルトをさらに含み、前記係合ボルトに対応して配置されるボルト穴は、前記第２係合部品群の前記貫通孔の外側に突出する相対的な高さを調整するように、前記調整ボルトの締め付けに用いられることを特徴とする請求項１に記載のツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造。
3. 前記ツール交換アームは、前記収容室及び前記シュートの開放端を閉鎖するための押圧板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のツール交換用ツールマガジンのツール交換アーム構造。