JPH08257863A - 回転と回転軸線方向移動とを一個の駆動源で行う駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の自動工具交換装置の工具交換アー
ムの旋回と旋回軸方向移動を一個のサーボモータで行う
駆動装置の提供。 【構成】 ユニット本体１の縦方向の穴１ａの上側同心
に設けられたサーボモータ２の出力軸２ａの下端に、穴
１ａに回転のみ可能に嵌挿するボールナット４が同心に
固着され、更にボールナット４と本体の底板１ａとの間
に雌スプライン５が回転のみ可能に嵌挿され、ボールナ
ット４と雌スプラインとの間にクラッチ部材６が、また
雌スプラインと底板１ｂの間にブレーキ部材７がそれぞ
れ設けられている。そしてクラッチ部材とブレーキ部材
を交互に係脱させることにより一個のサーボモータによ
り工具交換アーム８の旋回と旋回軸線方向移動とを行わ
せるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転と回転軸線方向移動
とを一個の駆動源によって行う駆動装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば工作機械の自動工具交換装
置に用いられる交換アームユニットにおける工具交換ア
ームの旋回と旋回軸線方向の移動とを行う駆動装置は、
図４の構成図に示すように工具交換アーム１０１を旋回
するためのＮＣ制御のサーボモータ１０２と、工具交換
アーム１０１を旋回軸線方向移動（抜き差し）するため
のＮＣ制御のサーボモータ１０３とを有している。旋回
用サーボモータ１０２は、減速機１０４，歯車列１０
５，１０６，１０７を介して雌スプライン１０８を回転
することにより、雌スプライン１０８に係合するスプラ
イン軸部１０９ａを同心かつ一体に有する中心軸１０９
を旋回する。

【０００３】また、抜き差し用サーボモータ１０３は歯
車列１１１，１１２を介して回転のみ可能なボールナッ
ト１１３を回転し、ボールナット１１３に螺合するボー
ルねじ部１０９ｂを同心かつ一体に有する中心軸１０９
を軸方向移動することにより、中心軸１０９先端に固着
のツイン形の工具交換アーム１０１により工具の交換動
作を行わせるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた工
具交換アームのＮＣ駆動装置は、サーボモータが二個必
要で、そのうえ歯車等部品点数が多く、軽量小型化が難
しい。更に軸制御機構も複雑で、その結果コスト高にな
り、安定性に欠け信頼性の低いものになり易いという問
題を有していた。

【０００５】本発明は、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、一個の駆動源により回転と回転軸線方向移動とを
可能とする簡素化された構造の小型でコストが安く動作
の安定した駆動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
に本発明における回転と回転軸線方向移動とを一個の駆
動源で行う駆動装置は、本体に固着されたモータと、該
モータの出力軸端に同心に固着されたボールナットと、
前記本体に該ボールナットと同心かつ隣接して回転のみ
可能に設けられた雌スプラインと、前記ボールナットか
ら該雌スプラインへの回転を係脱自在に伝達するクラッ
チ部材と、前記雌スプラインの回転を本体へ係脱自在に
係止するブレーキ部材と、該ブレーキ部材と前記クラッ
チ部材とを交互に係脱させる制御手段と、前記ボールナ
ットに螺合するとともに端部が前記出力軸の中心穴に遊
挿されるボールねじ部と前記雌スプラインと係合するス
プライン軸部とを同心かつ一体に有し先端が本体より突
出し回転及び回転軸線方向移動可能な中心軸とからなる
ものである。

【０００７】また、モータの出力軸端にボールナットを
固着する代わりにモータを前記ボールナットと平行に設
け、前記モータにより前記ボールナットを回転する歯車
列を設けたものである。

【０００８】

【作用】クラッチ部材を入としてモータの出力軸に固着
のボールナットと雌スプラインとを直結し、同時にブレ
ーキ部材を切として雌スプラインの本体への係止を解除
したあと、モータによりボールナットを介して雌スプラ
インを回転し、スプライン軸部を一体に有する中心軸の
旋回を行う。また、クラッチ部材を切としてボールナッ
トと雌スプラインとの縁を切り離し、同時にブレーキ部
材を入として雌スプラインを本体に係止して回転を拘束
したあと、モータにより直接ボールナットを正回転又は
逆回転し、ボールねじを同心かつ一体に有する中心軸の
軸方向移動を行う。

【０００９】

【実施例】以下本実施例について図面にもとづいて説明
する。 実施例１ 図１はマシニングセンタ等工作機械の自動工具交換装置
に用いる交換アームユニットを断面で示す構成図であ
る。ユニット本体１には穴１ａが垂直に穿設されてい
て、この穴１ａの上方位置にＮＣ制御のサーボモータ２
が同心かつ下向きに固着されており、サーボモータ２の
上に回転角度位置を検出する検出器３が同心に取着され
ている。サーボモータ２の中心穴２ｂを有する出力軸２
ａの先端に穴１ａに回転のみ可能に嵌挿されるボールナ
ット４が固着されている。

【００１０】更に、穴１ａにはユニット本体１の底板１
ｂとボールナット４との間に雌スプライン５が回転のみ
可能に嵌挿されており、ボールナット４と雌スプライン
５の間にクラッチ部材６が、また雌スプライン５と底板
１ｂの間にブレーキ部材７が設けられている。

【００１１】クラッチ部材６は雌スプライン側に固着の
電磁コイル６ａと、この電磁コイルにより軸方向移動す
る山形の可動側セレーション６ｂと、ボールナット側に
固着の固定側セレーション６ｃとからなり、電磁コイル
６ａへの通電で可動側セレーション６ｂが固定側セレー
ション６ｃに係合してボールナット４から雌スプライン
５への回転の伝達が可能となる。反対に電磁コイル７ａ
への通電が切れるとセレーション６ｂ，６ｃが離れてボ
ールナット４と雌スプライン５との縁が切れ回転の伝達
が不能となるようになっている。

【００１２】また、ブレーキ部材７は、雌スプライン側
に固着の電磁コイル７ａと、この電磁コイル７ａにより
軸方向移動する山形の可動側セレーション７ｂと、底板
１ａに固着の固定側セレーションとからなり、電磁コイ
ル７ａへの通電で、可動側セレーション７ｂが固定側セ
レーション７ｃと係合して、雌スプライン５が底板１ｂ
に係止され、雌スプライン５の回転が拘束される。反対
に電磁コイル７ａへの通電が切れるとセレーション７
ａ，７ｂが離れ、雌スプライン５の底板への係止が解除
されて回転が可能となるようになっている。電磁コイル
６ａ，７ｂには図示しない制御回路により交互に通電さ
れるようになっている。

【００１３】尚、クラッチ部材６，ブレーキ部材７は、
両方又は一方を電磁式のフリクションクラッチ又はフリ
クションブレーキとすることも可能である。また、雌ス
プライン５を軸方向に僅かに移動可能とし、図示しない
電磁式のシフタ部材により直接雌スプライン５を軸方向
移動してセレーションの係脱を行うようにすることも可
能である。

【００１４】中心軸９はボールナット４に螺合するとと
もに端部がサーボモータ２の出力軸２ａの中心穴２ｂ内
に遊挿されるボールねじ部９ａと、雌スプライン５に係
合するスプライン軸部５ｂとを同心かつ一体に有し、下
端部はユニット本体１の底板１ｂより下側に突出し、回
転及び回転軸方向移動可能に支持されている。中心軸９
の下端にツイン形の工具交換アーム８が固着されてい
る。

【００１５】続いて本実施例の作用を説明する。工具交
換アーム８の工具の把持及び開放のための待機位置から
のほぼ９０°旋回と、次工具と使用済工具の入れ替えの
ための１８０°旋回との旋回動作は、ブレーキ部材７の
電磁コイル７ａを非通電として、可動側セレーション７
ｂをユニット本体１に固着の固定側セレーション７ｃか
ら切り離し、クラッチ部材６の電磁コイル６ａに通電し
て可動側セレーション６ｂをボールナット４に固着の固
定側セレーション６ｃに係合させる。

【００１６】続いてＮＣ制御でサーボモータ２をほぼ９
０°又は１８０°回転させ、出力軸２２に固着のボール
ナット４を介して雌スプライン５を回転し、スフライン
軸部９ｂを同心かつ一体に有する中心軸９先端に固着の
工具交換アーム８を旋回する。

【００１７】工具交換アーム８の工具を抜き差しのため
の旋回軸方向移動は、ブレーキ部材７の電磁コイル７ａ
に通電して、可動側セレーション７ｂをユニット本体１
に固着の固定側セレーション７ｃに係合させ、雌スプラ
イン５の回転を拘束し、クラッチ部材６の電磁コイル６
ａを非通電として可動側セレーション６ｂをボールナッ
ト４に固着の固定側セレーション６ｃから切り離し、ボ
ールナット４と雌スプライン５との縁を切る。

【００１８】次いでＮＣ制御でサーボモータ２を正回転
又は逆回転させて、出力軸２に固着のボールナット４の
回転で、ボールねじ部９ａを同心かつ一体に有する中心
軸９を軸方向移動させ、中心軸９の先端に固着の工具交
換アーム８の抜き差し動作を行う。

【００１９】実施例２ 実施例２の交換アームユニットは、図２に示すようにユ
ニット本体１の垂直方向の穴１ａに回転のみ可能に嵌挿
されるボールナット１４に歯車１０が固着又は一体に設
けられており、ＮＣ制御のサーボモータ１２は穴１ａと
平行かつ下向きにユニット本体１に固着されていて、出
力軸１２ａに嵌着されている歯車１１が、歯車１０と噛
合されている。以上のほかはすべて実施例１と同様のた
め同一個所には同一符号を付して説明を省略する。また
実施例２の作用は実施例１の作用とほぼ同一のため省略
する。

【００２０】実施例３ 図３は旋盤等工作機械のタレット刃物台を断面にて示す
構成図である。刃物台本体２１には主軸軸線方向の穴２
１ａが穿設されており、この穴２１ａと同心にＮＣ制御
のサーボモータ２２が前向きに固着されていて、穴２１
ａ内に回転のみ可能に嵌挿されるボールナット２４がサ
ーボモータ２２の出力軸２２ａの先端に同心に固着され
ている。

【００２１】刃物台本体２１の前端面には中心穴２３ａ
を有する蓋２３が穴２１ａと同心に固着されていて、穴
２１ａには蓋２３とボールナット４との間に雌スプライ
ン２５が回転のみ可能に嵌挿されている。更にボールナ
ット２４と雌スプライン２５との間にクラッチ部材２６
が、また、雌スプライン２５と蓋２３の間にブレーキ部
材２７がそれぞれ設けられている。クラッチ部材２６及
びブレーキ部材２７は、実施例１と同様電磁コイル２６
ａ，２７ａ、可動側セレーション２６ｂ，２７ｂ、固定
側セレーション２６ｃ，２７ｃとからなるものである。

【００２２】蓋２３の中心穴２３ａに旋回及び軸方向移
動可能に嵌挿されている中心軸２９は、雌スプライン２
５と係合するスプライン軸部２９ｂと、ボールナットに
螺合されるボールねじ部２９ａとを同心かつ一体に有
し、ボールねじ部２９ａの端部はサーボモータ２２の出
力軸２２ａの中心穴２２ｂ内に遊挿されている。

【００２３】中心軸２９先端にはタレット３０が固着さ
れており、タレット３０の後端面と刃物台本体１の前端
面とに公知の一対のクラウン歯形状カップリング３１
Ａ，３２Ｂが固着されている。そしてタレット３０を引
き込んでカップリング３１Ａを刃物台本体２１側のカッ
プリング３１Ｂに圧接することによりタレット３０のク
ランプと位置決めとを行うようになっている。タレット
３０の前端面又は外周の等分割位置に設けられた工具ス
テーションに図示しない複数の工具が着脱可能に装着さ
れるようになっている。

【００２４】続いて本実施例の作用を説明する。タレッ
ト３０の旋回割出しに先立ってカップリング３１Ａ，３
１Ｂによるクランプを解除する動作は、ブレーキ部材２
７の電磁コイル２７ａに通電して、可動側セレーション
２７ｂを蓋２３に固着の固定側セレーション２７ｃに係
合させて雌スプライン２５の回転を拘束する。同時にク
ラッチ部材２６の電磁コイルを非通電として可動側セレ
ーション２６ｂをボールナット２４に固着の固定側セレ
ーション２６ｃから切り離し、雌スプライン２５とボー
ルナット２４との縁を切る。

【００２５】次いでサーボモータ２２を回転し出力軸２
２ａに固着のボールナット２４の回転で、ボールねじ部
２９ａを同心かつ一体に有する中心軸２９先端に固着の
タレット３０を軸方向反本体２１側へ移動してカップリ
ング３１Ａ，３１Ｂの係合を解除する。

【００２６】タレット３０の旋回割出し動作は、ブレー
キ部材２７の電磁コイルを非通電とし、可動側セレーシ
ョン２７ｂを固定側セレーション２７ｃから切り離し、
雌スプライン２５の刃物台本体への係止を解除して雌ス
プライン２５の回転を可能とし、同時にクラッチ部材２
６の電磁コイル２６ａに通電して可動側セレーション２
６ｂを固定側セレーション２６ｃに係合させ、ボールナ
ット２４の回転を雌スプライン２５に伝達可能とする。
次いでサーボモータ２２の回転で、雌スプライン２５を
介してスプライン軸部２９ｂを同心かつ一体に有する中
間軸２９先端に固着のタレット３０を設定角度旋回す
る。

【００２７】旋回後にクラッチ部材２６とブレーキ部材
２７を前述のクランプ解除動作時と同様前者をＯＮ，後
者をＯＦＦとして、サーボモータ２２の逆回転でタレッ
ト３０を引込み、カップリング３１Ａ，３１Ｂを圧接し
てタレット３０を刃物台本体２１にクランプすると同時
に位置決めを行う。

【００２８】尚、各実施例とも雌スプライン及びスプラ
イン軸の溝に僅かなリード角を設けて、軸方向移動中に
工具交換アーム又はタレットを干渉の無い範囲で旋回さ
せておくことにより動作時間の短縮を図ることができ
る。

【００２９】

【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。クラッチ部材及びブレ
ーキ部材を交互にかけ外しすることにより一個の駆動源
で中心軸の回転と回転軸線方向移動とを行う簡素な駆動
装置としたので、小型，軽量化と省スペース化が実現で
き、コストダウンに効果がある。自動工具交換装置又は
タレット刃物台のほか、アタッチメントの割出し機構等
工作機械において回転と回転軸方向移動とを行うところ
に適用する場合に有効である。また、リミットスイッチ
等保守を必要とする検出部材が不要のため、制御が簡単
となると同時に信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動装置を用いた実施例１の交換アー
ムユニットを断面で表した構成図である。

【図２】同じく実施例２の交換アームユニットの構成図
である。

【図３】本発明の駆動装置を用いた実施例３のタレット
刃物台を断面で表した構成図である。

【図４】従来の技術の交換アームユニットの構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ユニット本体 ２，２２ サーボモータ ４，２４ ボールナット ５，２５ 雌スプライン ６，２６ クラッチ部材 ７，２７ ブレーキ部材 ８ 工具交換アーム ９，２９ 中心軸 ９ａ，２９ａ ボールねじ部 ９ｂ，２９ｂ スプライン軸部 ２１ 刃物台本体 ３０ タレット ３１Ａ，３１Ｂ カップリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体に固着されたモータと、該モータの
   出力軸端に同心に固着されたボールナットと、前記本体
   に該ボールナットと同心かつ隣接して回転のみ可能に設
   けられた雌スプラインと、前記ボールナットから該雌ス
   プラインへの回転を係脱自在に伝達するクラッチ部材
   と、前記雌スプラインの回転を本体へ係脱自在に係止す
   るブレーキ部材と、該ブレーキ部材と前記クラッチ部材
   とを交互に係脱させる制御手段と、前記ボールナットに
   螺合するとともに端部が前記出力軸の中心穴に遊挿され
   るボールねじ部と前記雌スプラインと係合するスプライ
   ン軸部とを同心かつ一体に有し先端が本体より突出し回
   転及び回転軸線方向移動可能な中心軸とからなることを
   特徴とする回転と回転軸線方向移動とを一個の駆動源で
   行う駆動装置。
2. 【請求項２】 モータの出力軸端にボールナットを固着
   する代わりにモータを前記ボールナットと平行に設け、
   前記モータにより前記ボールナットを回転する歯車列を
   設けたことを特徴とする請求項１記載の回転と回転軸線
   方向移動とを一個の駆動源で行う駆動装置。