JPH06155215A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素にして保守が容易で性能的にも充分な自
動工具交換装置を提供する。 【構成】 交換アームユニット４の枠体５に、円筒カム
６を回転及び軸方向移動可能に支持し、円筒カムの中心
穴にナット８ａを有する軸８Ａ，８Ｂを回転のみ可能に
軸承して、回り止め１３により枠体に対する回転を阻止
し、円筒カム外周のリード部と軸心と平行の直線部から
なるカム溝６ａに係合するカムフォロア１５を枠体に設
け、サーボモータ９により送りねじ１１を介して円筒カ
ムを軸方向移動して、カム溝のリード部で円筒カムの軸
方向移動による旋回運動を発生させて、円筒カム先端に
固着の工具交換アーム１４の旋回を行い、直線部で抜き
差し動作を行って工具交換をする。尚、円筒カムの軸方
向移動の折り返し点ではカムフォロアの進路を規制する
ストッパとソレノイド２６，２７が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマシニングセンタ等工作
機械の自動工具交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マシニングセンタ等工作機械の自
動工具交換装置は、油圧駆動式と、ＡＣモータを用いた
カム式と、サーボモータを用いたＮＣ式の三つに大別す
ることができる。油圧式は図９に示すように油圧シリン
ダ１０１により工具交換アーム１０２の旋回を行い、油
圧シリンダ１０３により工具交換アーム１０２の抜き差
しを行うものである。ＡＣモータを用いたカム式は、図
１０に示すように一個のＡＣモータ１０４で旋回用ロー
ラギヤカム１０５と抜き差し用溝カム１０６とを駆動
し、ローラギヤカム１０５に係合するタレットフォロア
カム１０７により中間軸１０８を旋回して、歯車１０
９，１１０を介して工具交換アーム１１１の旋回を行
い、溝カム１０６に係合するカムフォロア１１２を有す
るレバー１１３により工具交換アーム１１１の抜き差し
を行うものである。

【０００３】サーボモータを用いるＮＣ式は図１１に示
すように二個のサーボモータ１１４，１１５を有し、一
方のサーボモータ１１４で減速機１１６を介して駆動軸
１１７を回転し、歯車１１８，１１９，１２０を介して
工具交換アーム１２１の旋回を行い、他方のサーボモー
タ１１５で歯車１２２，１２３を介してボールねじスプ
ライン１２４を回転し、工具交換アーム１２１の抜き差
しを行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた油
圧式自動工具交換装置は、振動や衝撃が大きくなるため
動作速度を上げることができず、そのうえ油圧源として
コンプレッサや油圧ユニットが必要で加圧された油を制
御するコントロールユニットと配管部品が必要になる等
比較的部品点数が多く高価になるという問題を有してい
る。ＡＣモータを用いたカム式は、二種類のカムが必要
で、ローラギヤカム等比較的高価な部品が多く、構造が
複雑かつ高価になるという問題点を有している。

【０００５】サーボモータを用いるＮＣ式は、ボールね
じスプラインやサーボモータが二個必要で、ドライブユ
ニットが二個分必要となり、それぞれの加減速の制御，
回転角の制御等コントロールソフトも複雑となり開発に
時間がかかるという問題を有している。本発明は従来の
技術の有するこれらの問題点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、部品点数が少なく簡素で
しかも動作が確実な自動工具交換装置を提供しようとす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における自動工具交換装置は、工具交換アーム
の旋回と抜き差し動作により自動工具交換を行う交換ア
ームユニットにおいて、前記交換アームユニットの枠体
に旋回と軸心方向直進用カム溝を外周に有する円筒カム
を回転及び軸方向移動可能に設け、該円筒カムの先端に
前記工具交換アームを設け、前記円筒カムを軸方向移動
させるモータによる送り手段を設け、前記カム溝に係合
され前記円筒カムの動きを規制するカムフォロアを前記
枠体に設け、前記カム溝の旋回と直進を前記モータの逆
回転により行う折り返し点での前記円筒カムの戻りを阻
止する規制手段を設けてなり、一個のモータと一個の円
筒カムにより自動工具交換動作を行うものである。

【０００７】

【作用】サーボモータにより送りねじを介して円筒カム
を軸方向移動すると、リード部と軸心線と平行な直線部
からなるカム溝が枠体に設けられているカムフォロアに
より動きが規制されて、リード部により円筒カム自体の
旋回運動が発生する。従ってリード部で工具交換アーム
の９０°と１８０°の旋回が行われ、直線部で抜き差し
を行う。この抜き差し動作切り換えはカム溝の折り返し
点においてモータの回転方向を変えることにより行わ
れ、折り返し点における円筒カムの戻りをストッパによ
り阻止して所定の工具交換動作を行わせる。

【０００８】

【実施例】以下実施例について図面を参照して説明す
る。横形マシニングセンタにおいて、主軸頭１に回転可
能に支持される主軸２と、マガジンポット３の中央に交
換アームユニット４が取付けられている。交換アームユ
ニット４の枠体５には中空の円筒カム６が回転可能かつ
軸方向移動可能に支持されており、円筒カム６の中心穴
に複数の軸受７を介して回転のみ可能に軸８Ａ，８Ｂが
支持されている。軸８Ｂは中心にナット８ａを有し、枠
体５の後端に固着のサーボモータ９により回転されるボ
ールねじ等の送りねじ１１がナット８ａに螺合されてい
る。更に軸８Ｂの後端部に固着の鍔１２に固着されてい
る回り止め１３が枠体の穴の内面に刻設されている軸方
向の溝５ａに係合されており、この回り止め１３により
軸８Ａ，８Ｂの回転が阻止されている。

【０００９】円筒カム６の先端には工具交換アーム１４
が固着されており、工具交換アーム１４は両端に反時計
方向の旋回でマガジンポット３と主軸２の装着工具を同
時に把持するグリッパ１４ａを有している。円筒カム６
は外周にカム溝６ａを有し、このカム溝６ａに係合する
カムフォロア１５は枠体５に取付けられている。カム溝
６ａは図３に示すようにリード部と軸心線と平行な直線
部からなり、図４の展開図に示すようなパターンに形成
されている。図４は軸方向を横軸に円周方向を縦軸に表
し、鋭角の屈折部ａはサーボモータ９の逆転による軸方
向移動の折り返し点である。そしてこの折り返し点を検
知するドッグ１６と近接スイッチ１７が円筒カムの後端
面と枠体５のカムフォロアの近傍にそれぞれ固着されて
いる。

【００１０】図５は屈折部ａの部分拡大図で、折り返し
点にカムフォロア１５が係合している状態を表し、折り
返し点の前後のカム溝内にＡモード用ストッパ１８とＢ
モード用ストッパ１９が取付けられている。Ａモードと
は図４の展開図で（１）〜（５）の動作、Ｂモードとは
（６）〜（１０）の動作であり、モード判別用ドッグ３
１と近接スイッチ３２が円筒カム６と枠体５にそれぞれ
取付けられている。Ａモード用ストッパ１８は、カム溝
６ａの底に刻設されたねじ穴６ｂに埋設されるばね箱２
０内に軸方向移動可能に設けられた止め板２１がばね２
２によって常時突出勝手に付勢されている。

【００１１】またＢモード用ストッパ１９は、カム溝６
ａの底に刻設された角穴６ｃ内に軸方向移動可能に設け
られている止め駒２３が、角穴６ｃの奥に刻設されてい
るねじ穴６ｄに埋設されるばね箱２４内のばね２５によ
り常時突出勝手に付勢されている。そしてこの止め板２
１，止め駒２５はともに屈折部ａの交点（折り返し点）
にカムフォロア１５が近づく場合のみ、ばね２２，２５
の力に抗して押し込まれてカムフォロア１５の通過が可
能で、逆に折り返し点から遠ざかる方向への移動を阻止
するようになっている。従ってＡモードのときはＢモー
ド用ストッパ１９を、ＢモードのときはＡモード用スト
ッパ１８をそれぞれ押し込んでストッパ作用を解除して
所定の動作が行われるようにする必要がある。

【００１２】このため枠体５のカムフォロア１５の近傍
対応位置にＡモード用ソレノイド２６とＢモード用ソレ
ノイド２７が取付けられている。Ａモード用ソレノイド
２６は、Ａモード動作中カムフォロア１５に折り返し点
が到達すると、近接スイッチ１７の信号で押しピン２８
によりストッパ１９を押し込み、Ｂモード用ソレノイド
２７は、Ｂモード動作中カムフォロア１５に折り返し点
が到達すると押しピン２９によりストッパ１８を押し込
んでそれぞれストッパ作用を解除するようになってい
る。

【００１３】続いて本実施例の作用について説明する。
今、工具交換アーム１４は垂直姿勢で待機位置にあり、
ドッグ３１がモード判別用近接スイッチ３２に接近して
Ａモードに切り換わっている。ＮＣより工具交換指令が
出ると、サーボモータ９が正方向に回転して送りねじ１
１により軸８Ａ，８Ｂが軸方向前側に押し出される。そ
してこの軸８Ａ，８Ｂの外周に回転のみ可能に支持さ
れ、枠体に設けられたカムフォロア１５がカム溝６ａに
係合されている円筒カム６が軸方向移動することにより
図４に示すカム溝６ａのリード部（１）により回転運動
を発生し、工具交換アーム１４が９０°旋回してマガジ
ンポット３の次工具Ｔと主軸２の現工具Ｔとを同時に把
持する。このときの工具交換アーム１４のグリッパ１４
ａの動きは、図８に示すように斜めに移動するが移動軌
跡の角度αが工具Ｔの鍔に刻設されているＶ溝の角度の
３０°以下になるようカム溝６ａのリード角θが形成さ
れているので干渉はしない。

【００１４】次いでカム溝６ａの直線部（２）に入って
工具抜き動作に入り、工具交換アーム１４の両端に把持
される次工具Ｔと現工具Ｔが同時に抜き取られる。次い
でカム溝６ａのリード部（３）に入り回転力が発生して
工具交換アーム１４が１８０°旋回して両工具の位置が
入れ替わり、カムフォロア１５に屈折部ａの折り返し点
が到達する。ここでドッグ１６が近接スイッチ１７に接
近して、サーボモータ９の逆転指令が出ると同時に、Ａ
モード用ソレノイド２６に信号が入ってＢモード用スト
ッパ１９を押し込む。これによりカム溝６ａの直線部
（３）方向への進行が可能となり、リード部（３）方向
への戻りはＡモード用ストッパ１８により阻止されてい
るので、サーボモータ９の逆方向の回転で円筒カム６が
軸方向後側に移動して工具交換アーム１４が引き込ま
れ、次工具Ｔが主軸２に、現工具がマガジンポットにそ
れぞれ差し込まれる。

【００１５】次いでカム溝６ａのリード部（５）により
工具交換アーム１４が９０°旋回して両工具から離れ、
垂直姿勢となって待機する。そしてこの場合はドッグ３
１は１８０°位相を異にする位置にあるため、近接スイ
ッチ３２から信号が出ずＮＣの待機位置の位置決め完了
信号のみでＢモードに切り換わる。次に行われるＢモー
ドの動作は、カム溝６ａの（６）〜（１０）の逆コース
をたどることによって９０°旋回，抜き，１８０°旋
回，差し，９０°旋回の各動作が行われる。但し屈折部
ａの折り返し点でサーボモータ９を逆方向に回転すると
同時に、Ｂモード用ソレノイド２７によりＡモード用ス
トッパ１８を押し込んで、リード部（８）方向への進行
を可能とし、Ａモード用ストッパ１９により直線部
（７）方向への戻りを阻止する。

【００１６】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。一個のサーボモータに
より送りねじ部材を介して円筒カムの軸方向移動を行
い、枠体に設けられたカムフォロアが係合するカム溝の
リード部で軸方向移動による旋回動作を発生させて工具
交換アームの旋回と抜き差し動作を行うようにしたの
で、最小の部品点数で充分な性能を有する自動工具交換
装置となり、大幅なコストダウンが達成できるとともに
簡素で保守の容易な自動工具交換装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の自動工具交換装置の交換アームユニ
ットの断面図である。

【図２】本実施例の工具交換アームとマガジンポット，
主軸との関係を表す斜視図である。

【図３】工具交換アームと円筒カムのカム溝との関係を
表す斜視図である。

【図４】カム溝の展開図である。

【図５】カム溝の折り返し点における進路規制機構で、
ａは上視図、ｂはａのＢ−Ｂ線視断面図、ｃはａのＡ−
Ａ線視断面図である。

【図６】Ａモード動作中の戻り防止用規制機構を示すａ
は側面図、ｂは正面図である。

【図７】Ｂモード動作中の戻り防止用規制機構を示すａ
は側面図，ｂは正面図である。

【図８】工具交換アームの工具把持動作の説明図であ
る。

【図９】従来の技術の油圧駆動式自動工具交換装置の構
造図である。

【図１０】従来の技術のカム式自動工具交換装置の断面
図である。

【図１１】従来の技術のＮＣ式自動工具交換装置の断面
図である。

【符号の説明】

４ 交換アームユニット ５ 枠体 ６ 円筒カム ６ａ カム
溝 ８Ａ，８Ｂ 軸 ９ サーボ
モータ １１ 送りねじ １３ 回り
止め １４ 工具交換アーム １８ Ａモ
ード用ストッパ １９ Ｂモード用ストッパ ２６ Ａモ
ード用ソレノイド ２７ Ｂモード用ソレノイド Ｔ 工具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具交換アームの旋回と抜き差し動作に
   より自動工具交換を行う交換アームユニットにおいて、
   前記交換アームユニットの枠体に旋回と軸心方向直進用
   のカム溝を外周に有する円筒カムを回転及び軸方向移動
   可能に設け、該円筒カムの先端に前記工具交換アームを
   設け、前記円筒カムを軸方向移動させるモータによる送
   り手段を設け、前記カム溝に係合され前記円筒カムの動
   きを規制するカムフォロアを前記枠体に設け、前記カム
   溝の旋回と直進を前記モータの逆回転により行う折り返
   し点での前記円筒カムの戻りを阻止する規制手段を設け
   てなり、一個のモータと一個の円筒カムにより自動工具
   交換動作を行うことを特徴とする自動工具交換装置。