JPH07136887A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は工具交換時間を大幅に短縮し、構造簡
単でコンパクトな自動工具交換装置を実現することを目
的とする。 【構成】工具交換アーム１のアーム軸２の外周に第１円
筒部材３を回動可能に設ける。更にその外周に第２円筒
部材４を機械のフレームに固定して設ける。アーム軸２
と一体に設けた従動部材16を第１、第２円筒部材のカム
溝13，14に係合するよう構成する。第２円筒部材４を第
１円筒部材３に対して回動させると工具交換アーム１は
旋回動作を行いながらイン、アウト動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械に内蔵又は付
設され得る自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工作機械に内蔵又は付設される
自動工具交換装置は、その工具交換アームの両端に工具
把持用のグリップ部を具え、工具交換アームはその中央
を中心にして回動し得ると共にその軸線方向に往復動し
得るように構成されている。そして、工具交換時には、
工作機械の主軸に取り付けられている被交換工具は一方
のグリップ部で把持されて外方に引き抜かれ（往動）、
他方のグリップ部で把持されている交換工具は、工具交
換アームの 180度回転（旋回）により主軸の延長線上に
配置されて主軸に装着される（復動）。

【０００３】このような複合的な動きを安全且つ確実に
行わしめるために、通常、複数のアクチュエータを設け
且つ１つ１つの動作の完了毎にセンシングを行いシーケ
ンス的にこれらを制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近時、工作機械におい
ては加工のサイクルタイムを短くするという産業界の要
請から、非切削時間（無駄時間）である工具交換時間を
短縮することが最重要課題の１つとなっており、このた
めこれを実現するべく 0.1秒の差を争う開発競争が繰り
広げられている。

【０００５】しかしながら、上記従来の複数のアクチュ
エータを単に組み合わせてシーケンス的に制御するよう
な工具交換装置にあっては、剛性、経済上の制限等から
実用的・実際的に大きな時間短縮は期待し得ない。そこ
で、従来と全く異なる面から問題の解決を図り、工具交
換時間を飛躍的に短縮し、構造簡単でコンパクトな新規
な自動工具交換装置を提供することをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、工具交換アームが取着されたアーム軸と、
外周に第１の円筒カム溝が穿設された第１円筒部材と、
外周に第２の円筒カム溝が穿設された第２円筒部材とを
任意順序で同軸的に配置し、前記第１円筒部材及び第２
円筒部材の少なくとも一方と前記アーム軸とを前記アー
ム軸の軸線の周りに回動自在に支持し、前記アーム軸は
更に軸線方向に往復動自在に支持し、前記第１円筒部材
及び第２円筒部材を相対回動させ得る回動手段を配設
し、立体的に交差し得る前記第１の円筒カム溝及び第２
の円筒カム溝によって確動的に支承され得る従動部材を
前記アーム軸に一体的に延設し、前記第１及び第２円筒
部材の相対運動による前記第１及び第２の円筒カム溝の
立体交差位置の変化に応じた従動部材の従動運動に従っ
て、工具交換アームが前記軸線方向の往復動及び前記軸
線周りの旋回動を行い得るように構成したことを特徴と
する。

【０００７】

【作用】第１及び第２円筒部材の相対運動によって第１
及び第２の円筒カム溝の立体交差位置が変化し、確動的
に支承された従動部材はそれに応じて従動運動を行う。
これにより、従動部材と一体的な工具交換アームは軸線
方向の往復動及び軸線周りの旋回動を円滑に行うことに
なる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の実施例における自動工具交換装
置の要部概略斜視図、図２は図１のII−II線に沿い矢印
方向から見た横断面図、図３は本実施例装置の作動原理
を説明する図である。

【０００９】先ず、本実施例装置の要部につき図１及び
２を参照して説明すると、その先端側に工具交換アーム
１が取着されたアーム軸２が中央に配置され、これと同
軸的に円筒状の第１の円筒部材３及び第２の円筒部材４
がこの順序で所定間隔を空けて配置されている。なお、
順序はこれに限られない。工具交換アーム１は、その両
端側に工作機械の工具を着脱自在に把持し得るグリップ
部（詳細に図示せず）を具えている。

【００１０】アーム軸２は、その中央の長手軸線の周り
を自由に回動し得るように支持されている。前記アーム
軸２の長手軸線の周りを回動自在に支持される第１円筒
部材３は、工作機械（図示せず）に取着され得る本実施
例装置の本体６に固設されたアクチュエータ、例えば油
圧シリンダ８に連結されたラック９と噛合するピニオン
（特に図示せず）が着設され（図２参照）、油圧シリン
ダ８の作動により所定の回動運動を行い得るようになっ
ている。

【００１１】この第１円筒部材３を被包する第２円筒部
材４は、本実施例装置の本体６に不動連結されている。
ところで、第１円筒部材３及び第２円筒部材４はそれら
の外周に、それぞれの所定カム曲線（図１の右方側に展
開して示す）に基づく第１の円筒カム溝１３及び第２の
円筒カム溝１４が穿設されている。

【００１２】これらの円筒カム溝13, 14を貫通するよう
に、主軸部材２から従動部材１６が突設され、各円筒カ
ム溝13, 14とこれと関係する従動部材１６部分との間に
はカムフォロア18, 19が介在される。なお、図１にあっ
ては、これらカムフォロア18, 19が無いものとして図示
してある。従動部材１６は、これが貫通する第１及び第
２の円筒カム溝13, 14が立体的に交差する（或いはし得
る）ために、確動的にすなわち両溝13, 14から離脱せず
に運動伝達が確実に行われるように空間的に（殆どガタ
無く）支承される。

【００１３】以上の構成を有する図示実施例において
は、油圧シリンダ８に駆動される第１円筒部材３の回動
運動によって第１及び第２の円筒カム溝13, 14の立体交
差位置が変化し、これに応じて従動部材１６が従動運動
を行う。従って、工具交換アーム１が回動軸線方向の往
復動及びこの軸線周りの旋回動を行う、具体的には工具
交換のためのいわゆるイン・アウト動作並びに 180度旋
回動作を行うことになる。

【００１４】ここで、上記作動の原理を分かり易く説明
するために図３に示す平面的に描いたモデルを参照する
と、山状のカム溝２３を具えた板カム３３及び円弧状の
カム溝２４を具えた板カム３４は、それぞれ上記第１円
筒部材３及び第２円筒部材４に対応する。両カム溝23,
24に直接係合して確動的にその位置が決定されている従
動ピン２６は、上記従動部材１６に対応する。また、板
カム３４は固定され、これに対して板カム３３が移動
し、その移動方向Ｘ及びこれに直交する方向Ｙは、それ
ぞれ上記実施例における従動部材１６（あるいは工具交
換アーム１）の旋回動及び往復動（イン・アウト）のそ
れに対応する。

【００１５】このモデルにあっては、板カム３３がＸ方
向に移動するときの要所を示す図３の (A)乃至(G) から
理解されるように、従動ピン２６は基本的に固定板カム
３４のカム溝２４に沿う軌跡を描き、そのときの速度や
加速度等は移動板カム３３のカム溝２３形状に、厳密に
は両カム溝23, 24の交差位置の変化に、換言すれば両カ
ム溝23, 24の形状に依存することになる。このため、両
カム溝23, 24の形状次第によっては従動ピン２６は、所
定軌跡上において一時停止したり様々の速度で移動した
りすることが出来る。

【００１６】以上の原理を立体的なものに適用したのが
上記実施例装置に他ならない。従って、図１及び２に示
す上記実施例においては、第１及び第２の円筒カム溝1
3, 14の溝形状を適当に設定することにより動作的及び
時間的に無駄のない円滑な理想的な工具交換アーム１の
イン・アウト動作及び旋回動作を得ることが出来る。し
かも、単一のアクチュエータ（油圧シリンダ８）でこれ
を達成しているために、複雑な制御が全く不要であり、
作動効率上及び作動経済上、極めて好ましい。

【００１７】更に、本実施例装置を構成する際に、比較
的安価な円筒カム溝の形成のみで済み、また機構が簡素
な単純構造から成るために保全上好ましく、極めて実用
的・実際的である。本実施例では内側からアーム軸、第
１円筒部材、第２円筒部材の順に同軸的に組み上げた構
成にしているが、例えばアーム軸が一番外側にあって
も、まん中にあっても本発明は成り立つ。つまりこの３
者の構成順序は任意である。

【００１８】なお、本実施例装置を本格的に実用に供す
るような場合において、機械加工時に工具交換アーム１
を、工具交換時の位置に直交するような待機位置に避難
させる必要があるようなとき、その９０度旋回作動は、
例えば図２に示す本実施例装置の本体６自体を９０度回
動させることによって簡易・簡便に得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、従来の不都
合が解消し、工具交換における良好な動作性能を確保で
き且つその交換時間を大幅に短縮することが可能とな
り、実用価値が著しく向上する。また構造が簡単でコン
パクトな自動工具交換装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例における自動工具交換
装置の要部概略斜視図である。

【図２】図２は、図１のII−II線に沿い矢印方向から見
た横断面図である。

【図３】図３は、基本原理を説明する図である。

【符号の説明】

１…工具交換アーム ２…アーム軸 ３…第１円筒部材 ４…第２円筒部材 ８…油圧シリンダ ９…ラック １３…第１の円筒カム溝 １４…第２の円筒カム溝 １６…従動部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具交換アームが取着されたアーム軸
   と、外周に第１の円筒カム溝が穿設された第１円筒部材
   と、外周に第２の円筒カム溝が穿設された第２円筒部材
   とを任意順序で同軸的に配置し、 前記第１円筒部材及び第２円筒部材の少なくとも一方と
   前記アーム軸とを前記アーム軸の軸線の周りに回動自在
   に支持し、 前記アーム軸は更に軸線方向に往復動自在に支持し、 前記第１円筒部材及び第２円筒部材を相対回動させ得る
   回動手段を配設し、 立体的に交差し得る前記第１の円筒カム溝及び第２の円
   筒カム溝によって確動的に支承され得る従動部材を前記
   アーム軸に一体的に延設し、 前記第１及び第２円筒部材の相対運動による前記第１及
   び第２の円筒カム溝の立体交差位置の変化に応じた従動
   部材の従動運動に従って、工具交換アームが前記軸線方
   向の往復動及び前記軸線周りの旋回動を行い得るように
   構成したことを特徴とする自動工具交換装置。