JPH0631571A - 工具交換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マシニングセンタの主軸側交換位置に割出さ
れたツールポットの工具と、主軸の工具とを自動交換す
る工具交換アーム１２の、旋回及び抜き差し動作を、一
個のモータ１６により駆動される一組のねじ１４及びナ
ット１９で行うことのできる簡素で高速かつ確実な工具
交換機構を提供する。 【構成】 枠体１１の穴１１ａに軸方向と円周方向の屈
曲した一連続の案内溝（２６〜３０）を設け、これに摺
動する係合駒３１を外周に有し、両端にクラッチ用爪２
１ａ，２１ｂを有するハウジング２１を介して、ナット
１９をアーム中心軸１３の後端部に嵌着し、ねじ１４の
両側に軸方向移動のみ可能な一方向形の爪クラッチ２
２，２３をばね２４，２５により係合方向に付勢し、案
内溝の屈曲部に逆転防止用の板ばね（３２，３３，３
４，３５）を設けて、ねじの正逆回転で係合駒を案内溝
に沿って摺動させることにより工具交換アームの旋回と
抜き差し動作を行う。

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、工具交換アームの旋回及び抜き差し動作を行う
ための、工具交換アームユニットの工具交換機構に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マシニングセンタの工具交換アー
ムユニットの工具交換機構に工具交換アームの旋回及び
抜き差し動作をカムによって行う方式がある。このもの
は図９，図１０に示すように、一個の駆動モータ１０１
により減速器１０２を介して駆動軸１０３を回転し、シ
フトカム１０４による工具交換アーム１０５の旋回軸方
向の抜き差し動作と、ローラギヤカム１０６及びカムフ
オロア１０７により工具交換アーム１０５の旋回動作と
を行うようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた交
換動作をカムによって行う方式は，カムの加工が困難
で、そのうえ構造が複雑となり、動作不良の頻度が多
く、コストアップになるという問題点を有していた。本
考案は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなさ
れたものであり、その目的とするところは、１個の駆動
モータと、部品の少ない簡単な構造で、動作の高速安定
化とコスト低減が達成できる工具交換機構を提供しよう
とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における工具交換機構は、主軸とツールポット
の中央で工具交換アームの旋回とアーム中心軸の方向の
抜き差し動作により工具交換を行うための工具交換アー
ムユニットの機構であって、前記工具交換アームユニッ
トの枠体に前記アーム中心軸と同心かつ回転可能に設け
られ可変速モータにより駆動されるねじと、前記アーム
中心軸の後端部に同心に嵌着されるとともに前記ねじに
螺合され両端にクラッチ用爪と外周に係合駒を有するナ
ット部材と、前記枠体の前記アーム中心軸が嵌装される
穴に刻設され前記係合駒が摺動可能に係合される軸方向
と円周方向に屈曲する一連の案内溝と、該案内溝のそれ
ぞれの屈曲部に設けられた反転防止用ばねと、前記ねじ
の両端に軸方向移動のみ可能に設けられ前記ナット部材
の軸方向移動端で前記クラッチ用爪と係合し、前記ねじ
の両端に設けられたばねにより、係合勝手に付勢される
一方向形の二個の爪クラッチとを含んでなるものであ
る。

【０００５】

【作用】枠体のアーム中心軸が嵌挿されている穴に刻設
されている円周方向の案内溝内に、ナット外周の係合駒
が係合されている場合には、ナットは軸方向移動が規制
されているので、ねじとともに回転して、工具交換アー
ムの旋回動作が行われる。また軸方向の案内溝内に係合
駒が係合されている場合には、ナットは回転が規制され
ているので、ねじの回転で軸方向移動して、工具交換ア
ームの抜き差し動作が行われる。そして案内溝の屈曲点
に係合駒があるときには、ばねにより把持工具の重量の
アンバランス等による工具交換アームの逆転が防止さ
れ、ねじ両端の一方向形爪クラッチが、ナット両端の爪
の一方と係合して係合駒の方向転換が円滑に行われる。

【０００６】

【実施例】実施例について図１〜図８を参照して説明す
る。図６に示すマシニングセンタにおいて、ベッド１上
前側に設けられたＸ軸案内上にテーブル２が移動位置決
め可能に載置され、ベッド１上後側のＺ軸案内上にコラ
ム３が移動位置決め可能に載置されている。コラム３の
前面に設けられたＹ軸案内上に主軸頭４が移動位置決め
可能に載架され、主軸頭４に主軸５が回転可能に支持さ
れている。更にコラム３の左側床上に工具マガジン６が
設置されており、このマガジン６に取付けられた台１０
上にツールポット７を工具マガジン側交換位置から主軸
側待機位置に搬送する搬送アーム８が、水平面内におい
て、９０°旋回可能に設けられており、コラム３前面に
図１に示す工具交換アームユニット９が取付けられてい
る。

【０００７】工具交換アームユニット９の枠体１１には
Ｚ軸方向の穴１１ａが穿設されており、この穴１１ａに
先端に工具交換アーム１２を有する円筒状のアーム中心
軸１３が、旋回及び軸方向移動可能に嵌挿されている。
更に枠体１１には穴１１ａに対して同心にねじ１４が回
転可能に支持され、ねじ１４は左ねじに形成され、後端
部に歯車１５が嵌着されている。歯車１５は枠体１１に
固着の可変速モータ１６の出力軸に嵌着されている歯車
１７と噛合され、可変速モータ１６には位置検出器１８
が同心に取付けられている。

【０００８】ねじ１４に螺合されるナット１９は、ハウ
ジング２１を介してアーム中心軸１３の後端部に嵌着さ
れており、ハウジング２１の両端にクラッチ用の爪２１
ａ，２１ｂが一体に設けられている。そしてねじ１４に
はねじ部の両側に爪２２ａ，２３ａをそれぞれ一体に有
する爪クラッチ２２，２３が軸方向移動のみ可能に嵌挿
されており、爪クラッチ２２，２３は、ばね２４，２５
により常時爪２２ａ，２３ａ側にそれぞれ付勢されてい
る。図５は爪２２ａの形状を表す斜視図で、ねじ１４と
同一のリード角とを有し、ねじ１４が右回転（モータ１
６側から見て）されたとき、爪２１ａに対して回転力の
伝達が可能な一方向クラッチとされており、爪２３ａも
同様の形状に形成されている。

【０００９】枠体１１の穴１１ａには、図８に示すよう
に１８０°位相を異にする軸方向の案内溝２７，２９、
及びこの案内溝２７，２９のそれぞれの前端（左端）を
結ぶ円周方向の案内溝２８、更に案内溝２７の後端（右
端）に接続するほぼ９０°の円周方向の案内溝２６及び
案内溝２９の後端に接続するほぼ９０°の円周方向の案
内溝３０が屈曲した一連の案内溝に形成されている。そ
してこの案内溝２６〜３０内にハウジングの外周上に突
出する係合駒３１が摺動可能に係合されている。更に枠
体１１には案内溝２６〜３０の屈曲点近くに半径方向の
貫通穴が四個穿設されており、この貫通穴に図４に示す
ように反転防止用の板ばね３２〜３５が図２，図３に示
すような状態にそれぞれ取付けられている。

【００１０】続いて実施例の作用を図７及び図８の動作
番号（１）〜（５）に従って説明する。工具交換アーム
１２が水平状態の待機姿勢のとき係合駒３１はＡ点にあ
り、爪クラッチ２３の爪２３ａとハウジング２１の爪２
１ｂは係合状態にある。可変速モータ１６によりねじ１
４が左回転（モータ１６側から見て）されると、Ａ点に
ある係合駒は円周方向の案内溝２６に沿ってＢ点に向か
って移動（１）し、板ばね３２を傾斜面３２ｂ側から乗
り越えてＢ点に到達し、板ばね３２により逆転が規制さ
れる。この間に工具交換アーム１２がほぼ９０°旋回し
て、両端の把持爪で主軸５の現工具と待機位置にあるツ
ールポット７の次工具とを同時に把持する。

【００１１】Ｂ点の係合駒は、板ばね３２により逆転が
規制され、案内溝２７により軸方向前側（左側）への移
動が可能とされているので、ねじ１４が右回転される
と、案内溝２７に沿ってＣ点に向かって移動（２）し、
板ばね３３を傾斜面３３ａ側から乗り越えて右回転が規
制されない状態でＣ点に到達し、爪２１ａが爪クラッチ
２２の爪２２ａと係合する。この間に両工具を把持した
工具交換アーム１２がアーム中心軸１３方向に伸びて両
工具を主軸５及びツールポット７より抜き取る。Ｃ点の
係合駒３１は、案内溝２８によって円周方向の移動が可
能とされているので、ねじ１４の右回転でＤ点に向かっ
て移動（３）し、板ばね３４を乗り越えて逆転が規制さ
れた状態でＤ点に到達する。この間に工具交換アーム１
２が１８０°旋回して、把持する次工具と現工具の位置
が入れ替わる。

【００１２】Ｄ点の係合駒３１は、板ばね３４により逆
転が規制され、案内溝２９により後側（右側）への軸方
向移動が可能とされているので、ねじ１４の左回転で、
Ｅ点に向かって移動（４）し、板ばね３５を傾斜面３５
ａ側から乗り越えてＥ点に到達（４）し、逆転が規制さ
れ、爪２１ｂが爪クラッチ２３の爪２３ａに係合する。
この間に把持する両工具が主軸５とツールポット７に同
時に挿入される。Ｅ点の係合駒３１は、案内溝３０によ
って円周方向右回りの移動が可能とされているので、ね
じ１４の右回転でＦ点に向かって移動（５）する。この
間に工具交換アーム１２がほぼ９０°旋回して両工具か
ら離れて水平状態の待機姿勢に戻る。尚、次回の工具交
換動作は上記の逆の（６）〜（１０）の順序で行われ
る。

【００１３】

【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。一個の可変速モータと
一組のねじ及びナットにより工具交換アームの旋回と抜
き差し動作ができるようにしたので、部品点数の少ない
簡素な工具交換機構となり、安定した高速動作が安価に
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の工具交換ユニット側面の断面図であ
る。

【図２】図１のＧ−Ｇ線視断面図で、逆転防止用板ばね
の取付姿勢を示す図である。

【図３】図１のＨ−Ｈ線視断面図で、逆転防止用板ばね
の取付姿勢を示す図である。

【図４】逆転防止用板ばねの斜視図である。

【図５】爪クラッチの爪部のみの斜視図である。

【図６】マシニングセンタの姿図である。

【図７】本実施例の動作シーケンスを表す図である。

【図８】案内溝の展開図と動作順を表す図である。

【図９】従来の技術のカム式工具交換ユニットの断面図
である。

【図１０】従来の技術のカム式工具交換ユニットの断面
図である。

【符号の説明】

９ 工具交換アームユニット １１ 枠体 １１ａ 穴 １２ 工具交換
アーム １３ アーム中心軸 １４ ねじ １６ 可変速モータ １９ ナット ２１ ハウジング ２２，２３ 爪
クラッチ ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２３ａ 爪 ２４，２５ ばね ３１ 係合駒 ２６〜３０ 案内溝 ３２〜３５ 板
ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸とツールポットの中央で工具交換ア
   ームの旋回とアーム中心軸方向の抜き差し動作により工
   具交換を行うための工具交換アームユニットの機構であ
   って、前記工具交換アームユニットの枠体に前記アーム
   中心軸と同心かつ回転可能に設けられ可変速モータによ
   り駆動されるねじと、前記アーム中心軸の後端部に同心
   に嵌着されるとともに前記ねじに螺合され両端にクラッ
   チ用爪と外周に係合駒とを有するナット部材と、前記枠
   体の前記アーム中心軸が嵌挿される穴に刻設され前記係
   合駒が摺動可能に係合される軸方向と円周方向に屈曲す
   る一連の案内溝と、該案内溝のそれぞれの屈曲部に設け
   られた反転防止用ばねと、前記ねじの両端に軸方向移動
   のみ可能に設けられ前記ナット部材の軸方向移動端で前
   記クラッチ用爪と係合し、前記ねじの両端に設けられた
   ばねにより、係合勝手に付勢される一方向形の二個の爪
   クラッチとを含んでなることを特徴とする工具交換機
   構。