JPH01274940A

JPH01274940A - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JPH01274940A
Application number: JP63103811A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Kitamura; 北村　義人; Yoichi Kamio; 神尾　洋一; Jiro Watanabe; 二郎渡辺
Original assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Current assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-02
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH0763905B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、マシニングセンタの自動工具交換装置（ＡＴ
Ｃ）に関する。更に詳しくは、カムとリンク機構でＡＴ
Ｃ動作を行わせた自動工具交換装置に関する。

［従来技術］従来、自動工具交換装置としては、駆動方式別に分ける
と、カム方式、油、空圧方式に分けられる。カム方式は
、工具交換アームの旋回および前・後進の各々の駆動源
により駆動するものであり、また、油・空圧方式は駆動
源である直進形シリンダ相互の組合せ、あるいは直進形
シリンダとロータリ形シリンダとの組合せで駆動し、２
つ以上の駆動源を使用して工具交換動作を行うものなど
が知られていた。

特開昭６０−２１３４５４号公報には、一つのモータで
ローラギアカムを駆動し、このローラギアカムにかみ合
う従節ローラで工具交換を行うアーム軸を回転させ、ロ
ーラギアカムに直結した平面溝カムに係合するレバーで
アーム軸にリフト動作を行わせるものが記載されている
。また、特開閉６１−１６４７４３号公報には、前記ロ
ーラギアカムをパラレルカム、平面溝カムをドラムカム
に換え′ｌ：：同様のものが記載されている。

［発明が解決しようとする課題」しかしながら、油・空圧駆動方式は、制御装置および配
線・配管な必要とし、構造がＰｉｉｉ化してメンテナン
スの困難性を有するなどの問題点があった。また、前記
した特開昭６０　２１３４５４号公報、特開昭６１−１
６４７４３号公報に記載されたカム駆動方式は、ドパー
が−本のレバーで構成されているため、マシニングセン
タの仕様が変わるたびに平面溝カムの形状を変えたり、
レバー比を変える必要がある。すなわち、マシニングセ
ンタの仕様によりアーム軸のリフトＬ回転量、交換アー
ムの動作タイミングが違ってくるためである。この発明
は、前記のような従来の問題点を解決するものである。

本発明の目的は、アーム軸を駆動するためのレバー比が
簡単に変えられるリンク興横を提供することにある。

本発明の他の目的は、工具交換アームの直線・旋回動作
を１つの駆動源で行い、工具交換１回につきアームの旋
回１回のみですむ構造と、その動−作を簡易化した自動
工具交換装置を提供するものである。

Ｅ問題点を解決するための手段１本発明は、前記問題点を解決するために主に次のような
手段を採る。

コラムと、該コラムに対し相対移動可能な主軸ヘッドと
、該主軸ヘッドに回転可能に支持されて工具を保持する
工具主軸と、複数の工具を貯蔵する工具貯蔵マガジンと
、該工具貯蔵マガジンと、前記−［具主軸との間に設け
られ前記工具貯蔵マガジンと工具主軸との間で工具を交
換する工具交換アームと、該工具交換アームに設けられ
たギヤと、該ギヤを回転させるローラギアカムと、該ロ
ーラギアカムと連動して作動するカムと、該カムと前記
交換アームに係合する複数のレバーとリンクで構成され
るリンク機構とからなり、前記工具交換アームの回転、
前進、後退の３動作を重複して連動させることを特徴と
する工作機械の自動工具交換装置である。

本発明の特徴は、前記リンク機構を複数個直線、■−字
状などのレバ・−、リンクを複数組み合わせて構成した
ので、レバー比を簡単に変えられるものである。

［作　用］アーム駆動モータ４０が回転すると、歯市伝動機横を介
してグロボイダルカム５３と、側面カム５８とが回転駆
動される。グロボイダルカム５３の回転は、カムフォロ
ア６０を介してアーム軸１００を回転させる。同時に、
側面カムに係合したカムレバー機構７０によりアーム軸
１００はリフトさせられる。アーム軸１００の回転とリ
フトによりアーム軸１００の先端に設けたツインアーム
１０１で工具交換動作を行う。

［実施例１以下、本発明の実施例を図面にしたがって曳明する。第
１図は、本発明の自動工具交換装置をコラムＩ−ラベル
形マシニングセンタ１に適用した場合の正面図である。

第２図はその左側面図を示す。ベツド２上には、３９１
１台３がＸ軸線方向にＸ軸ずベリ案内面４に沿って摺動
自在に設けである。更に、コラム台３上には、Ｘ軸サー
ボモータ９により、ねじ軸を回転させてＺ軸線方向に摺
動して駆動される立コラム６が搭載しである。したがっ
て、立コラム６は、図示したＸ、Ｚ軸線方向（すなわち
平面内）に摺動自在に移動できる。

コラム台３のＸ軸方向の直線移動は、Ｘ軸サーボモータ
７により、ねじ軸８を回転させて駆動される。立コラム
６には、主軸頭７が上下方向すなわちＹ軸線方向に移動
自在に設けである。この主軸頭７のＹ軸線方向の移動は
、Ｙ軸サーボモータ１０により送りねじ１１を回転して
駆動される。

主軸頭７内には、工具主軸２０がその軸線が水平方向に
設けである。立コラム６の上面には、回転割出しできる
工具マガジン３０が設けである。工具マガジン３０は、
タレラミータイプで円周上に多数の工具３１が配置され
ている。

この工具３１は、呼び出しがあれば所望の工具３１を割
り出して所定位置に位置決めできる周知の工具マガジン
である。ツインアーム１０５は、３つの位置を採るアー
ムユニット本体１２１に搭載しである。アームユニット
本体１２１は、後述する駆動装置で上下動される。ツイ
ンアーム１０５は、工具マガジン３０内の工具３１をつ
かみ、工具主軸２０側に移動して、工具主軸の工具３１
と１８０度回転して両者を交換するものである。

第３図に示すものは、ツインアーム１０５を駆動する駆
動装置の展開図を示す０箱状の工具交換アーム本体４１
には、アーム駆動モータ４０が取り付けである。アーム
駆動モータ４０の回転駆動力を出力する出力軸４２には
、かさ歯車４３がキー結合しである。かさ歯車４３は、
工具交換アーム本体４１に設けた軸受４４で回転自在に
支持しである。かさ歯車４３は、かさ歯車４５とかみ合
っている。かさ歯車４５と一体に平歯車４６が設けであ
る。このかさ歯車４５と小径平歯車４６とは、軸４７に
共にキー止めされている。

軸４７の中間部には、歯車４８がキー止めされている。

更に、軸４７の他端には、チェーン車４９がキー止めさ
れている。前記小径平歯車４６には、大径の大径平歯車
５１がかみ合っている。大−怪事歯車５１は、グロボイ
ダルカム（ローラギアカム）５３に位置決めビン５５に
より相対移動しないように止められ、かつボルト５６に
よりクランプされている。グロボイダルカム５３の外周
には、螺旋状の螺旋溝５４が形成しである。

平歯車５７は、軸５２に回転自在に設けである。平歯車
５７と一体に側面カム５８が設けである。一方、螺旋溝
５４には、カムフォロア６ｏのローラ６１が挿入されて
いる。カムフォロア６゜を固定している軸６２の一端に
は、平歯車６３が固定してあり、この平歯６３は、平歯
車９０にかみ合っている（第５図）、平歯車９０は、ア
ーム駆動軸９１にキー結合されている。アーム駆動軸９
１の他端は、スプライン９２が形成しである。

側面カム５８のカム満５９には、ローラ７１が挿入され
ている。ローラ７１は、揺動レバー７２の一端に固定し
である。揺動レバー７２は、軸７３に回転自在に設けで
ある。第４図は、リンク機構７０の側面図である。第６
図は、リンク機構７０の展開図である。ローラ７１は、
リンク７２のほぼ中央部に固定されている。リンク７２
の一端は、軸７３に回動自在に設けである。リンク７２
の他端には、軸７４が固定しである。軸７４には、リン
ク７５の一端がベアリングを介して回転自在に設けであ
る。

リンク７５の他端は、軸７６の一端にベアリングを介し
て回動自在に設けである。軸７６の他端は、揺動レバー
７７の一端に固定しである。揺動レバー７７は、Ｌ字状
の形をしている。そのＬ字状の角部は、軸５２に回動自
在に設けである。揺動レバー７７の他端には、軸７８が
固定されている。軸７８の他端には、リンク７９の一端
が回動自在に設けである。リンク７９の他端は、軸８０
に回動自在に設けである。軸８０には、シフター８１が
固定しである。

アーム駆動軸９１のスプライン軸９２には、内周面にス
プライン歯を有したアーム軸１００がかみ合っている。

アーム軸１００の外周には、フランジ１０１が一体に形
成しである。シフター８１は、ベアリングを介してフラ
ンジ１ｏ１．フランジ１０２により挾まれているので、
フランジ１゜２、ナツト１０３によりねじ込まれ固定さ
れる。

アーム軸１００の一端には、ツインアーム１０５が固定
されている。

一方、工具交換アーム本体４１には、軸１１０が固定さ
れている。軸１１０には、チェーン車１１１が軸受を介
して回転自在に支持しである。

チェーン車１１１の側面には、円筒体１１２が一体に固
定しである。円筒体１１２の外周には、ドッグ１１３が
固定しである。ドッグ１１３の回動位置には、近接スイ
ッチ１１４がアーム本体４１に固定されている。チェー
ン車１１１とチェーン車４９との間には、チェーン車１
１５が掛は渡しであるアームユニット上下−１立コラム６の上部には、Ｙ軸線方向に断面が円形の円形
すべり面１２３を有する円柱１２２と、コ字状に３方向
のすべり面１２５をイ）゛する角柱、１２４が平行に設
けである。この円形すべり面１２３と、すべり面１２５
とに摺動自在にアームユニット本体１２１が設けである
。アームユニット本体１２１に前記した工具交換アーム
本体４１、ツインアーム１０５などが搭載されている。

アーム１ニツト本体１２１の内面には、Ｘ軸線方向に１
１２７を有するスライダ１２６か固定して設けである。

−・方、立コラム６のＹ＠線方向には、シリンダ１３０
が固定して設けである９シリンダ１，３０には、油圧で
作動するピストン１３１が設けである。そのピストンロ
ッド１３２には７う・ツク１３３が形成しである。ラッ
ク１−３３には、ビニオン１３４がかみ合っている。ビ
ニオフ１３４は、軸１３５にキーで固定しである。軸１
３５は、立コラム６に軸受１３６で回転自在に設けであ
る。軸１３５の一端には、フランジ１３７が形成しであ
る。フランジ１３７には、クラ〉・り１３８が固定しで
あるやクランク１３．ｆ３の先端には、ビン１３９が固
定してあろ、ビン１３９は、渭１３２に挿入されている
。作動は、次のようになる。シリンダ１３０内に油圧が
導入されてビス１−ン１３１が一シリンダ１３０内を移
動する。ピストンロッド１３２＆７形成したラック１３
３がビニオン１３４を回す。ビニオン１３４が回転す゛
ると、クランク１３８が揺動し、その先端のビンが溝１
２７内を摺動［７ながら上１′：動で７゛−ムユニット
本体１２１も上下動される。

ピストン１３１が等速で移動し、ても、γ−ム１ニット
本体１２１．はＬ下位置ではゆっくりと、中間では？い
スピードで移動するので後述する工具交換動作には良い
。

ｍ勝工１叉轟芙−霞−の＝作気第９図は、自動工具交換装置の動作順序を示す図である
。アームユニット１２０は、工具マガジン３０と、主軸
頭７との間の中間位置に位置し待機している（ステップ
■）。工具交換指令が出ると、主軸頭７が工具交換位置
へ移動し、工具主軸２０の先端の工具がツインアーム１
０５に挿入された後、工具主軸２０の工具をアンロック
する（ステップ■）、ツインアーム１０５は、主軸頭７
の工具を前方に押し出して抜き出すくステップ■）。ツ
インアーム１０５は、１８００旋回する（ステップ■）
。

ツインアーム】０５の反対側端に取り付けた工具を工具
主軸２０内に挿入しくステップ■）、工具を工具主軸２
０内にロックすると同時に主軸頭７が加工位置へ移動す
る（ステップ■）。ツインアーム１０５は、Ｚ軸線方向
に出される（ステップ■）。ツインアーム１０５は、Ｙ
軸線方向に上昇して工具マガジン３０上のツールポット
上に位置する（ステップ■）。ツインアーム３．　Ｏ５
は、］二具マガジン３０内にツインアーム１０５に保持
した工具をマガジン３０内に挿入する。（ステップ■）工具マガジン３０に工具がロックされると、アームユニ
ット１２０は、下降を開始する（ステップ［株］）、工
具マガジン３０が回転して必要な次に使用する工具を削
出すくステップ■）。アーム１ニツト１２０は、上昇し
て工具マガジン３０内の工具を保持する（ステ・ツブ＠
）。ツインアーム１０５がＺ軸線方向にリフトして、マ
ガジン内の工具を抜き出す（ステップ■）。アームユニ
ット１２０は、Ｙ軸原点に下降し、Ｚ軸線方向に入った
状態で待機する（ステップ［相］、■、［相］）。

以上の工具交換動作の特徴は、工具主軸２０の工具交換
はステップ■からステップ■の動作ですむ、また、工具
マガジン３０への工具の格納および待機工具の選択は加
工中に行えるため工具交換時間が大幅に短縮できる。

ツインアニ、ｂ工１＜）旦−Δ■退”’ｉ”Ｄｏ−隨艶
前記した動作は、工具交換動作であるが、次にツインア
ーム１０５の出没、回転動作をメカニズムの動きにした
がって説明する。アーム駆動モータ４０が回転を開始す
ると、かさ歯車４３、かさ歯車４５、平歯車４６が回転
駆動される。平歯車４６が回転駆動されると、大径平歯
車５１、グロボイダルカム５３が回転される。グロボイ
ダルカム−５３は、カムフォロア６０、軸６２、平歯車
６３を回す、平歯車６３の回転は、平歯車９０、アーム
駆動軸９１を回す。

アーム駆動軸９１の回転は、ツインアーム１０５を１８
０°回転させるものである。この動作と同時に、軸４７
の回転は、平歯車４８を回転させて平歯車５７を回転さ
せて側面カム５８を回転させる。側面カム５８が回転す
ると、カムフォロア７１がカム溝５９に沿って移動する
。この移動は、レバー７２を軸７３を中心に揺動させる
。このレバー７２の揺動運動は、リンク７５を移動させ
て、揺動レバー７７を軸５２を中心に揺動させる。

揺動レバー７７は、軸５２を中心に揺動して、リンク７
９、軸８０、シフター８１をスプライン軸９２に沿って
アーム軸１００を軸線方向に出没させる。この出没動作
は、ツインアーム１０５が工具主軸２０または、工具マ
ガジン３０内に工具３１を出没させるための動作である
。一方、この出没動作は、軸４７、チェーン車４９、チ
ェーン１１５、チェーン車１１１を回転させる。チェー
ン車１１１に固定した円筒体１１２が回転すると、ドッ
グ１１３を近接スイッチ１１４で検出して停止する。

この停止位置は、ツインアーム１０５が工具を工具主軸
２０、または、工具マガジン３０に挿入また抜き出す動
作である。これらの一連のツインアーム１０５の動作は
、第７図に示した動作の順序にしたがって駆動されるよ
うに、カム溝５９、レバー７２．リンク７５、揺動レバ
ー７７、アームユニット１２０のタイミングが合致する
ように設計され調整、組立されている。

［他の実施例］前記した実施例のアーム駆動モータ４０は、回転する電
気モータであるが、油圧シリンダ、油圧回転モータなど
の駆動モータでも良い、また、前記したリンク機構７０
は、レバー７２．リンク７５、揺動レバー７７の３本で
構成されているが更に他のリンク、レバーを加えて同様
のリンク機構を作っても良い、前記実施例は、アームユ
ニット１２０を上下動させているが工具主軸２０と工具
マガジン３０との間で直接に工具を交換する方法でも良
い。

［発明の効果］本発明の自動工具交換装置は、複数のレバーを組み合わ
せてカムリンク機構を構成したので、マシニングセンタ
の仕様を変更してもレバー比を変えるだけで対応できる
。

本発明のツインアームの工具交換は、前進、後退、回動
および後退の３動作が一連的に行われるので、極少ない
動作で済み、かつグロボイダルカムとリンク機構を利用
してメカニカルな動作としたことから複数の動作を重複
してタイミングよく運動させることができる。

さらに本発明によるツインアームの工具交換の駆動に上
述したようにグロボイダルカムとリンク機構を利用して
いるので、バックラッシュが起きることなく、かつスム
ースに動作できる。

本発明の自動工具交換装置は、構造が簡単なのでメンテ
ナンスが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はマシニングセンタの正面図、第２図は第１図の
側面図、第３図は工具交換装置の駆動装置の展開図、第
４図は第３図の■の方向から見た図、第５図は第３図の
Ｖの方向から見た図、第６図はレバー機構の展開図、第
７図はアームユニット本体のＸ−Ｚ軸平面での断面図、
第８図は第７図の■−■断面図、第９図は自動工具交換
動作の順序図を示す。１・・・コラムトラベル形マシニングセンタ、２・・・
ベツド、３・・・コラム台、２０・・・工具主軸、３０
・・・工具マガジン、４０・・・アーム駆動モータ、５
３・・・グロボイダルカム、５８・・・側面カム、６０
・・・カムフォロア、７０・・・リンクｆ［ＩＩ、１０
０・・・アーム軸、１２０・・・アームユニット

Claims

【特許請求の範囲】

１、コラムと、該コラムに対し相対移動可能な主軸ヘッ
ドと、該主軸ヘッドに回転可能に支持されて工具を保持
する工具主軸と、複数の工具を貯蔵する工具貯蔵マガジ
ンと、該工具貯蔵マガジンと、前記工具主軸との間に設
けられ前記工具貯蔵マガジンと工具主軸との間で工具を
交換する工具交換アームと、該工具交換アームに設けら
れたギヤと、該ギヤを回転させるローラギアカムと、該
ローラギアカムと連動して作動するカムと、該カムと前
記交換アームに係合する複数のレバーとリンクで構成さ
れるリンク機構とからなり、前記工具交換アームの回転
、前進、後退の３動作を重複して連動させることを特徴
とする工作機械の自動工具交換装置。