JPH0628830B2

JPH0628830B2 - 自動工具交換用ア−ム装置

Info

Publication number: JPH0628830B2
Application number: JP61007371A
Authority: JP
Inventors: 正雄平栗; 順一塩沢; 貞雄山田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1986-01-16
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS62166937A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、工具ストッカーと工作機械の加工軸との間で
工具を交換する自動工具交換装置に関し、特に２つのア
ームを直角に配置し、これらを回転方向に割り出し、ま
たその回転軸の方向に互いに独立に変位させる手段に係
る。

従来技術工具交換の自動化にともない、各種の自動工具交換装置
が開発されている。

従来からの代表的な工具交換装置は、１つの回動アーム
を回転させ、加工軸の工具と工具ストッカー側の工具と
を同時に入れ換える型式のものである。そのような交換
装置では、工具ストッカー側で同じ位置に異なる工具が
入れ換えられ、工具交換のたびに工具ストッカー側で工
具の配列がランダムになってしまうため、割り出し制御
が複数になり、また作業者による工具の補充や差し替え
がめんどうである。

一方、回動アームの回転軸自体が、工具ストッカーの工
具交換位置と、加工軸の工具交換位置とを往復移動する
型式のものでは、その往復移動機構があるために、自動
工具交換装置が大型化し、また構造的に複雑となる。

また、工作機械の加工軸自体が工具ストッカーの工具交
換位置まで移動し、その加工軸の動きによって、工具交
換を行うものでは、工具交換時間に工具の割り出し時間
が入り込んでしまうため、工具交換時間が必要以上に長
くなってしまう。

ところで、後者の２つの型式では、工具ストッカーの所
定の位置に必ずある特定工具が装着されるため、工具ス
トッカーの番地は、いわゆる固定番地となる。このよう
な固定番地では、工具収納位置の番号がそのまま数値制
御プログラム上の工具番号と一致するため、工具ストッ
カーに対する工具の補充や、差し替えが作業ミスのない
状態で確実に行える。

しかし、すでに述べたように、後者の２つの型式のもの
では、主軸に対する工具の着脱動作と、工具ストッカー
に対する工具の出し入れ動作とが時間的にずれていなけ
ればならず、このために回動アームなどが中間位置で一
時的に待機することになる。このような中間位置での待
機機構が交付交換装置を複雑にする原因となっている。

発明の目的したがって、本発明の目的は、工具交換時間を長くしな
いで、また特別な中間待機機構を設けないまま、簡単な
機構で、工具をツールストッカーの固定番地に収納でき
るようにすることである。

発明の解決手段そこで、本発明は、工具ストッカーの工具着脱位置と、
回動アームの回転軸および加工軸とを平面的に見て、例
えば一直線上に配列し、上記回動アームを２本のアーム
によって構成し、しかもこれらのアームを回転方向に直
角に配置し、かつ互いに独立して回転軸の方向例えば上
下方向に移動可能な状態としている。

したがって、それぞれのアームは、工具ストッカーの工
具着脱位置、または加工軸の工具交換位置で、独立に動
作できる状態となる。

実施例まず、第１図は、本発明の自動工具交換用アーム装置１
の全体的な構成を示している。

この自動工具交換用アーム装置１は、工具ストッカー２
と工作機械の加工軸３との間に設けられており、例えば
垂直方向の回転軸４の下端部分で、回動アームとして２
つのアーム５、６を平面的にみて直角の状態で備えてい
る。上記回転軸４は、例えば工具ストッカー２のフレー
ム７に取り付けられたハウジング８の内部で、上下の軸
受け９により、抜け止め状態で回転自在に支持されてい
る。

そして、この回転軸４は、その下端部分で連結体１０に
より、２つのピストンロッド１１、１２を垂直方向で、
固定的に支持している。これらのピストンロッド１１、
１２は、シリンダチューブ１３、１４とともに、アーム
５、６を回転軸４の軸線方向に独立に変位させる案内手
段を構成しており、それぞれのシリンダチューブ１３、
１４の内部で、ピストン１５、１６を一体的に形成して
いる。これらのシリンダチューブ１３、１４は、下端部
分でテールカバー１７、１８によりそれぞれ閉じられ、
またヘッド側の部分でピストンロッド１１、１２に対し
摺動自在にはまり合っており、さらにそれぞれアーム
５、６の基端部分に固定されている。なお、これらのシ
リンダチューブ１３、１４は、第２図に示すように、一
方に形成されたあり溝１９と、他方に形成されたあり２
０とのはまり合いによって、アーム５、６の直角の交角
を回転軸４の軸線方向にのみ移動可能な状態で互いに連
結されている。ここで、あり溝１９とあり２０とは連結
手段を構成している。

またシリンダチューブ１３、１４の内部で、ピストン１
５、１６よりも上の室は、第１図、第２図および第５図
に示すように、回転軸４、連結体１０およびピストンロ
ッド１１に形成された通路２１、２２により、回転継手
２５の環状の連通路２６、２７に通じており、また同様
に下方の室は、通路２３、２４により回転継手２５の環
状の連通路２８、２９に通じている。この回転継手２５
は、前記ハウジング８の上端部分に固定されており、回
転軸４の回転を許す状態で、回転軸４の上端に固定され
た回転体２５ａにはまり合っている。

これらのアーム５、６は、先端部分で位置決め用の突起
３０、３１とともに、半円弧状の工具把持部３２、３３
を形成しており、またその近くでピン３４、３５により
工具保持用のチャック３６、３７を回動自在に備えてい
る。これらのチャック３６、３７は、それぞれアーム
５、６の内部に収められた押圧ロッド３８、３９によ
り、付勢スプリング４０、４１の付勢力を受け、常にチ
ャッキング方向に付勢されている。ここで、押圧ロッド
３８、３９、付勢スプリング４０、４１、ストッパー４
４、４５、コイルスプリング５０、５１などは、工具保
持用のそれぞれのチャック３６、３７に対する開放阻止
手段を構成している。

そして、押圧ロッド３８、３９の後端部分は、アーム
５、６に形成された案内孔４２、４３の部分に臨み、ス
トッパー４４、４５の側面またはそのストッパー孔４
６、４７と対応している。このストッパー４４、４５
は、それぞれシリンダチューブ１３、１４の内部で摺動
自在で、しかもコイルスプリング５０、５１により上向
きに付勢されており、かつ先端部分で、連結体１０の下
面に取り付けられた度当り４８、４９と対応している。
なお、これらのアーム５、６は、後端部分でセンサーロ
ッド５２、５３の下端部分に連結されている。これらの
センサーロッド５２、５３は、それぞれ回転軸４、連結
体１０および回転体２５ａを貫通し、ドグ５４、５５に
より回転体２５ａに取り付けられた近接スイッチ５６、
５７と対応している。

一方、上記回転軸４は、第５図に示す割り出し回転手段
５８によって駆動されるようになっている。すなわち、
この割り出し回転手段５８は、例えば前記フレーム７の
部分に取り付けられており、駆動源としてサーボモータ
５９を備えている。このサーボモータ５９の回転は、ウ
ォーム６０、ウォームホィール６１を介し、中間軸６２
によりそのゼネバ６３に伝達される。そして、このゼネ
バ６３は、そのローラ６４により、ゼネバホィール６５
側の駆動軸６６に９０度毎の間欠回転として伝達され
る。さらに、この駆動軸６６の回転は、駆動軸６６のタ
イミングホィール６８、回転軸４のタイミングホィール
６９およびこれらに巻き掛けられたタイミングベルト６
７により、アーム５、６を９０度づつ割り出しながら駆
動するための回転力として、回転軸４に伝達される。な
お、上記中間軸６２および駆動軸６６は、それぞれ軸受
け７０、７１によりフレーム７に対し回転自在に支持さ
れているが、それらの回転は、回転検出センサー７２、
７３、７４によってそれぞれ検出される。

ところで、前述の工具ストッカー２は、第１図および第
６図に示すように、例えばチェーン型式のものであり、
エンドレス状のチェーン７５により複数のツールポット
７６を回動自在に支持し、そのツールポット７６の内部
で工具７７を工具ホルダー７８とともに着脱可能な状態
で保持している。すなわちこのチェーン７５は、両端の
チェーンローラ７９により一対のローラガイド８０に沿
って移動可能な状態となっており、リンクプレートの部
分でブラケット８１およびその水平な支点軸８２により
ツールポット７６を回動可能な状態で支持している。こ
のツールポット７６は、その内部で工具７７とともに、
工具ホルダー７８を位置決め状態で保持し、そのプルス
タット８３をツールポット７６に固定された一対のボー
ルプランジャー８４により着脱可能な状態で抜け止め状
態としている。なおこのツールポット７６は、チェーン
７５の移動時に、下側の案内レール８５によって支持さ
れ、滑りながら移動できるようになっている。しかし、
この工具ストッカー２の工具着脱位置では、この案内レ
ール８５が分断されているため、ツールポット７６は、
支点軸８２を中心として回動できる状態にある。

また、このツールポット７６の後端部分にホルダー８６
によりカムフォロア８７が回転自在に支持されており、
対応のカム８８の内部にはまり合えるようになってい
る。そして、このカム８８は、軸受け８９によって上下
方向に摺動自在に支持された軸９０の下端部分に固定さ
れている。この軸９０は、連結板９１によって駆動用シ
リンダ９２のピストンロッド９３に連結されている。な
お上記軸受け８９および駆動用シリンダ９２は、前記フ
レーム７に固定されている。

次に、工具交換時の一連の動作を説明する。

まず、アーム５、６は、ともに上昇位置で、割り出し回
転手段５８に駆動され、第７図Ａで示す回転位置にあっ
て、一方のアーム５の側で工具ストッカー２からの特定
の工具７７の受け取りに備えている。工具７７を受け取
るとき、回転軸４は、割り出し回転手段５８によって想
像線で示すように、反時計方向に例えば２０度回転した
位置で停止している。この回転位置は、サーボモータ５
３の回転量によって規制されており、このとき、ゼネバ
６３およびゼネバホィール６５は、９０度の割り出し途
中の状態となっている。

この間に、工具ストッカー２は、図示しないインデック
ス装置によって割り出され、新たに加工軸３に装着すべ
き特定の工具７７を工具着脱位置まで移動させる。この
とき、カムフォロワ８７は、カム８８の溝部分にはまり
合った状態で停止する。この状態で駆動用シリンダ９２
がそのピストンロッド９３を進出させ、カム８８を上方
に移動させるため、ツールポット７６は、工具７７およ
び工具ホルダー７８を保持した状態で、第１図に示すよ
うに、支点軸８２を中心として、反時計方向に９０度だ
け回転し、想像線で示すように、ツールポット７６を下
向きにした状態で停止する。このようにして、工具７７
および工具ホルダー７８は、下向きの状態となって、一
方のアーム５の工具把持部３２と対向する。

その後、割り出し回転手段５８が回転軸４を第７図で２
０度だけ時計方向に回転させ、元の位置に復帰させるた
め、アーム５は、その工具把持部３２の部分で工具ホル
ダー７８にはまり合う。この状態では、アーム５がまだ
上昇位置にあるため、チャック３６は、押圧ロッド３８
を後退させ、工具ホルダー７８を受け入れて、再び付勢
スプリング４０の力を受けて、その外周に接する。な
お、押圧ロッド３８は、後退するときに、第３図に示す
ように、度当り４８に当って下降中のストッパー孔４６
の内部に入り込む。その後、通路２３に駆動用の流体が
供給されるため、シリンダチューブ１３は、ピストンロ
ッド１１に案内されながら、下方の方向に移動する。こ
のとき、アーム５は、工具ホルダー７８をツールポット
７６から引き抜いて、その工具把持部３２の部分で保持
する。アーム５が下降したとき、ストッパー４４がコイ
ルスプリング５０によって上方に移動するため、押圧ロ
ッド３８は、その後端面で、ストッパー４４の側面に当
たり、後退できない状態となる。したがって、アーム５
が下降すると、チャック３６は、もはや開放できない状
態となって、工具７７および工具ホルダー７８を工具把
持部３２で保持し、落下しないように係止している。

一方、この間に、加工軸３は、工作機械の運動によっ
て、工具交換位置まで案内され、そこで停止している。
その後、割り出し回転手段５８は、回転軸４を９０度だ
け回転させることによって、アーム５、６を第７図Ｂで
示す位置で停止させ、他方のアーム６の工具把持部３２
により加工軸３の取り外すべき工具７７にはまり合う。
このときの、９０度の回転角は、ゼネバ６３およびゼネ
バホィール６５によって正確に割り出される。この状態
で、同様に駆動流体によって、他方のシリンダチューブ
１４が下降するため、アーム６は、工具把持部３３の内
部で、取り外すべき工具ホルダー７８を保持しながら加
工軸３から引き抜き、かつチャック３７によりその工具
ホルダー７８を落下しない状態で確実に保持する。ここ
でも、前記と同様に、アーム６が下降することにより、
押圧ロッド３９は、ストッパー４５の側面に当たり、後
退できない状態となっている。このようにして、加工軸
３の工具ホルダー７８は、アーム６によって引き抜か
れ、その工具把持部３３の内部でチャック３７により抜
け止め状態として支持される。この時点では、いずれの
アーム５、６も下降位置にある。

次に割り出し回転手段５８は、回転軸４を９０度だけ反
時計方向に回し、第７図Ｃのように、新たな工具７７を
加工軸３の中心線上に案内する。この状態で、通路２１
に駆動流体が供給されるため、シリンダチューブ１３
は、上昇することによって、一方のアーム５を上限位置
まで移動させ、これによって新たな工具７７を加工軸３
の内部に装着する。このとき、加工軸３の内部で工具ホ
ルダー７８のプルスタット８３を保持するための機構が
働き、それを抜け止め状態で保持する。もちろんこの状
態では、アーム５が上昇限にあり、ストッパー４４が度
当り４９に当たっているため、その押圧ロッド３８は、
後退できる状態になっている。

続いて、割り出し回転手段５８は、第７図Ｄのように、
さらに、回転軸４を９０度だけ反時計方向に回転させる
ことによって、加工軸３にはめ込まれた新たな工具７７
および工具ホルダー７８から、工具把持部３２を離す。
その後、加工軸３は、加工位置に戻り、その新たな工具
７７によって、必要な切削加工を開始する。この間に、
工具ストッカー２は、チェーン７５を駆動し、加工軸３
から引き抜かれた工具７７および工具ホルダー７８を収
めるために、その工具７７と対応するツールポット７６
を工具着脱位置まで案内し、下向き状態にして待機して
いる。

次に、シリンダチューブ１４が上昇するため、アーム６
は、工具着脱位置で下から上に戻り、その工具７７およ
び工具ホルダー７８を下向きのツールポット７６にはめ
込む。その後、割り出し回転手段５８は、回転軸４を例
えば２０度だけ時計方向に戻し、想像線で示す位置に待
機する。

このようにして、いままで、加工軸３に取り付けられて
いた工具７７および工具ホルダー７８は、収められるべ
きツールポット７６にはめ込まれ、その内部のボールプ
ランジャ８４によって抜け止め状態として保持されてい
る。

まもなく、カム８８が上昇位置から下降するため、ツー
ルポット７６は、支点軸８２を中心として、９０度だけ
回転し、工具７７および工具ホルダー７８を水平な状態
に設定する。この状態で、工具ストッカー２がチェーン
７５を送り方向に駆動すると、そのツールポット７６
は、案内レール８５に案内されながら、所定の位置に移
動する。このようにして、工具ストッカー２は、新たに
使う工具７７を再び割り出し、工具着脱位置まで案内
し、次の工具交換動作に備える。

上記のように、アーム５、６は、反時計方向に回転する
過程で、工具ストッカー２に対する工具７７の着脱およ
び加工軸３に対する工具７７の交換を独立に、しかも９
０度毎の回転と、回転軸４の軸方向の移動運動との組み
合わせによって、中間のステップ位置で一たん停止しな
がら、行っていくことになる。

一方、次の工具交換では、上記の回転方向とは逆に、２
つのアーム５、６は、時計方向に９０度づつ回転する過
程で、工具７７の着脱および交換を行っていく。このた
め、割り出し回転手段５８は、１回の工具交換動作毎
に、回転軸４を逆方向に駆動していくことになる。

他の実施例上記実施例は工具保持用のチャック３６、３７を爪状の
もので構成しているが、その部分は、他のチャック機構
で置き換えることもできる。また案内手段は、シリンダ
機構に限らず、その他の滑り案内機構を利用してもよ
く、したがって、その駆動源は、流体圧に限らず、他の
駆動手段であってもよい。また、割り出し回転手段５８
は、実施例のように、サーボモータ５９と、ゼネバ機構
とによらず、可逆モータの回転量のみから回転軸４の回
転量を規制する型式のものであってもよい。

発明の効果本発明では、次のような特有の効果が得られる。

一対のアームが直角の状態で配置されているため、一方
のアーム部分が工具着脱位置または工具交換位置にある
とき、他方のアームがそれらの位置からはずれた位置に
あり、しかもそれぞれのアームが回転軸の方向に独立に
案内されるため、工具着脱動作のうち一方の動作が他方
の動作から無関係に独立に行える。したがって、これら
のアームについて、中間待機位置やアーム全体の移動機
構などが不必要となり、それだけアームの支持構造が簡
略化できる。

さらに、本件の２本のアームが、連結手段により、回転
軸の軸線方向にのみ移動可能な状態で互いに連結されて
いる構成となっているから、小型でありながら、工具ス
トッカーおよび加工軸の両位置を、正確に制御でき、か
つ、工具交換時間を短くするために高速に移動すること
も可能となる。

また、一方のアームが工具交換位置にあるとき、他方の
アームが工具着脱位置からはずれているため、工具交換
動作中に、工具ストッカーの割り出し動作が可能とな
る。したがって、工具を常に特定のツールポット内に収
めることにより、ツールの収納がいわゆる固定番地方式
となるため、その割り出し制御が従来の１８０度すなわ
ち直線的な回動アームに比較して、その回転制御が容易
となる。

さらに、アームの部分にチャックの開放阻止手段が設け
られていて、チャックが工具交換位置以外の部分で開放
状態とならないため、アームの回転動作中に、工具の落
下事故が未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動工具交換用アーム装置の一部破断
正面図、第２図は２つのアーム部分の一部破断平面図、
第３図は一方のアームの一部破断側面図、第４図は２つ
のアームの支持部分の平面図、第５図は回転軸の上部お
よびその割り出し回転手段の断面図、第６図は工具スト
ッカー部分の側面図、第７図はアームの動作順序を示す
平面図である。１……自動工具交換用アーム装置、２……工具ストッカ
ー、３……加工軸、４……回転軸、５、６……アーム、
１１、１２……ピストンロッド、１３、１４……シリン
ダチューブ、２５……回転継手、３２、３３……工具把
持部、３６、３７……工具保持用のチャック、３８、３
９……押圧ロッド、４０、４１……付勢スプリング、４
４、４５……ストッパー、５８……割り出し回転手段、
５９……サーボモータ、６３……ゼネバ、６５……ゼネ
バホィール、７５……チェーン、７６……ツールポッ
ト、７７……工具、７８……工具ホルダー、８２……支
点軸、９２……駆動用シリンダ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具ストッカーと加工軸との間で回動アー
ムにより工具を移送する自動工具交換装置において、回転軸に支持され回転軸の軸線方向に対して平行な２本
のピストンロッドと、それぞれのピストンロッドにピス
トンロッドの軸線方向に移動自在に嵌まり合う２つのシ
リンダチューブと、２つのチューブを軸線方向に摺動自
在に嵌合して連結し独立に軸線方向に移動自在として２
つのシリンダチューブを互いに連結する連結手段と、そ
れぞれのシリンダチューブに固定され回転軸の軸線方向
に対して直角で互いに直角の交角として配置された２本
のアームと、回転軸を回転させて回転軸を中心として２
本のアームを一体に回す割り出し回転手段と、各アーム
の先端に設けられた工具保持用のチャックと、各アーム
先端に支持し工具交換位置で開放させられるチャックの
開放阻止手段と、を具備することを特徴とする自動工具
交換用アーム装置。