JPH11138376A - 工具交換アーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換アームにて工具を把持する場合に、
衝撃力を受けることがなく、且つ騒音の発生しない工具
交換アームの提供。 【解決手段】 工具交換アーム１の先端の工具把持用円
弧状凹部１ａと対向した位置にＶ字状一対の腕１０ｃ，
１０ｄをもった工具ロック爪１０を回動自在に取り付け
る。またこの工具ロック爪１０のボス部円板に２個所の
切欠き１０ａ，１０ｂを設け、この切欠き１０ａ，１０
ｂに係合するロックピン７を進退可能に工具交換アーム
１に挿入する。工具交換アーム１の旋回中心にロックピ
ン７の進退を制御するロック機構を設け、工具把持に際
し、この把持工具にて工具ロック爪を回動させて、工具
の把持を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】工作機械の自動工具交換装置
における工具交換アームに関するものであって、更に詳
しくは工具交換アーム先端の工具把持部に設けられた工
具ロック用の爪機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の工具交換アーム先端に設けられた
工具クランプ用爪の作動状態の概略図を示す図７におい
て、工具交換アーム１０１先端の工具把持用半円状凹部
１０２に工具Ｔが収容されたとき、工具を半円状凹部１
０２に押圧する位置に爪機構１０３が設けられている。

【０００３】この爪機構１０３について説明する。工具
交換アーム１０１内にて前記半円状凹部１０２を外れた
位置から工具交換アーム１０１の旋回中心部に向かって
穿設された奥が小径の段付穴１０４に摺動可能に段付ロ
ッド１０５が挿通されている。そして前記段付穴１０４
の大径部と前記段付ロッド１０５の大径部との間に圧縮
ばね１０６が介装されていて、前記段付ロッド１０５は
常に前記半円状凹部１０２側に前進するよう付勢されて
いる。

【０００４】前記段付ロッド１０５の大径部先端には前
記半円状凹部１０２に収容する工具Ｔの把持用Ｖ溝に係
合するようにローラ１０７が工具交換アーム１０１の旋
回軸心と平行なピン１０８により回転可能に枢支されて
いる。そして工具Ｔを工具交換アーム１０１の前記半円
状凹部１０２内に挿入するとき、また排出するとき、工
具Ｔの前記Ｖ溝内を前記ローラ１０７が転動して工具Ｔ
の挿入，排出をスムースに行わせるものである。

【０００５】更に前記ロッド１０５の小径部の後端には
工具交換アーム１０１の中心旋回軸１０９に設けた逃げ
溝１０９ａのカム面と係合するようにローラ１１０が工
具交換アーム１０１の旋回軸心と直角なピン１１１によ
り回転可能に枢支されている。そして前記逃げ溝１０９
ａを設けたことにより工具Ｔを工具交換アーム１０１の
前記半円状凹部１０２内に挿入するとき、また排出する
ときロッド１０５の後退を可能としている。

【０００６】また前記段付ロッド１０５の大径部で工具
交換アーム１０１から突出している部分には切欠き１０
５ａが形成されていて、この切欠き１０５ａには工具交
換アーム１０１に取付けたストッパ１１２が係合してい
る。そして前記圧縮ばね１０６の作用で前記段付ロッド
１０５が大きく前進して工具交換アーム１０１の半円状
凹部１０２に工具Ｔが挿入することを妨げるという状態
を前記ストッパ１１２の係合により防止している。その
上このストッパ１１２の係合により段付ロッド１０５が
段付穴１０４内にてロッド軸心を中心に回転することを
防いでいる。

【０００７】そして工具Ｔを把持するため工具交換アー
ム１０１を矢印時計方向に旋回させると、先ず工具Ｔが
ローラ１０７に当接し、圧縮ばね１０６に抗してロッド
１０５を工具交換アーム１０１の中心軸１０９の方に後
退させる。工具交換アーム１０１の続いての旋回によっ
て工具Ｔが工具交換アーム１０１の先端の半円状凹部１
０２に収容されると、爪機構１０３のロッド１０５は圧
縮ばね１０６の作用で前進し、ローラ１０７にて工具Ｔ
を半円状凹部１０２に押圧し、工具交換アーム１０１に
よる工具Ｔの把持が完了する。この後工具交換アーム１
０１の旋回中心軸１０９の軸線方向の動きによる逃げ溝
１０９ａのカム面の作用にてロッド１０５の後退は阻止
され、工具Ｔは工具交換アーム１０１に確実に把持クラ
ンプされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた工
具交換アームの爪機構は、工具交換アーム１０１が旋回
して工具Ｔを把持するとき、先ずローラ１０７が工具Ｔ
に当接するため爪機構１０３に大きな衝撃力が加えられ
る。従って爪機構１０３の寿命ひいては工具交換アーム
の全体の寿命を短くするという問題を有していた。また
当接時に衝撃力と共に騒音が発生するという問題を有し
ていた。本発明は従来の技術の有するこのような問題に
鑑みなされたものであり、その目的とするところは、工
具交換アームにて工具を把持する場合に衝撃力を受ける
ことがなく、且つ騒音の発生しない爪機構を提供しよう
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載された工具交換アームは、自
動工具交換装置の工具交換アームであって、工具交換ア
ームの先端に設けられた工具把持部と、該工具把持部と
向き合った位置で工具交換アームの旋回平面と同一平面
内にて回動可能で工具の把持溝に係合する先端部を有し
たＶ形の腕を備えた工具ロック爪と、該工具ロック爪を
工具把持位置と工具排出位置の２位置に位置決めするた
めの位置決め手段とを設け、工具の把持及び排出に際し
工具にて工具ロック爪の腕に当接して回動させるもので
ある。

【００１０】上述の機構によれば工具交換アームにて工
具を把持する場合工具交換アームの旋回動きによって工
具ロック爪が工具に挿入されながら回動させられるため
衝撃力が発生しないばかりでなく、騒音も発生しない。

【００１１】また請求項２に記載された工具交換アーム
は、工具ロック爪のＶ字形の腕を弾性変形可能となし、
工具交換アームにて工具を把持するに際し２つの腕の弾
発力により確実に工具を把持するものである。上述の機
構によれば工具ロック爪を弾性変形可能となしたため弾
発力により工具を間隙なく確実に把持することが出来
る。

【００１２】また請求項３に記載された工具交換アーム
は、前記位置決め手段が、前記工具ロック爪のボス部に
形成され回動による前記工具ロック爪の工具把持位置と
工具排出位置の２位置に位置決めするための二つの切欠
き部と、前記工具交換アーム内に進退可能に挿通され、
ばね部材により常時は前記工具ロック爪を工具排出位置
に位置決めする切欠き部と係合しているロックピンとか
らなるものである。上述の機構によれば工具ロック爪を
２位置に位置決め可能となしたので、工具の挿入，排
出，把持を確実に行うことが出来る。

【００１３】また請求項４に記載された工具交換アーム
は、ロックピンによる作用点が工具を工具交換アームの
円弧状凹部に押圧する方向となるよう、前記ロックピン
と工具ロック爪との当接位置を工具ロック爪の回動中心
からシフトした位置に設けたものである。上述の機構に
よればロックピンによる作用点を変更して、ロックピン
により工具ロック爪が工具を工具交換アームに押圧する
ようになしたので、ロックピンにより工具把持力を生じ
させることが可能で、工具を確実に把持することが出来
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづき説明する。図１は工具交換アームの中心旋回軸
に設けたロック機構の説明図である。

【００１５】

【実施例】工具交換アーム１の旋回中心部に図示しない
本体に軸承された中空旋回軸２が回転可能に軸線方向位
置を固定されて支持されている。そしてこの中空旋回軸
２の中心穴先端部に雌スプライン３が嵌着されている。
更に中空旋回軸２の外周に中空軸４が軸方向移動可能に
嵌合されており、中空軸４の先端に蓋５が固着されてい
る。また中空旋回軸２の中心穴内に軸心線方向に移動可
能にスプライン軸６が設けられていて、前記雌スプライ
ン３と軸方向移動可能に嵌合している。その上このスプ
ライン軸６は図示しない駆動源によって回転させられる
ように図示しない本体に軸承されていて前記蓋５と固着
している。中空軸４には鍔部４ａが設けられていて、こ
の鍔部４ａに工具把持部を両端に有する前記工具交換ア
ーム１が固着されている。図２は工具交換アームの先端
工具把持部分の説明図である。

【００１６】工具交換アーム１の両端工具把持部は一方
が開口し工具の挿入排出を可能とする形状をなしてい
て、工具Ｔを収容したとき工具Ｔの把持用Ｖ溝にはまり
合う断面山形の円弧状凹部１ａが工具交換アーム１の先
端内側に四半円にわたって形成されている。また工具交
換アーム１には前記開口側で前記円弧状凹部１ａに向き
合った位置に出口を有し、工具交換アーム１の旋回中心
方向に向かって奥を小径とする段付穴１ｂが穿設されて
いる。そしてこの段付穴１ｂに段付のロックピン７が小
径部で摺動可能に嵌挿されている。

【００１７】ロックピン７は大径７ａ側先端がほぼ直角
の円錐状に形成されていて、小径７ｂ側後端部には前記
中空旋回軸２の外周に刻設した逃げ溝２ａのカム面上を
転動するローラ８が中空旋回軸２の軸心に対し直角方向
のピン１３により回転可能に枢支されている。そして前
記段付穴１ｂの大径部と前記段付ロックピン７の大径部
７ａとの間に圧縮ばね９が介装されていて、前記段付ロ
ックピン７は常に前記開口側に前進するよう付勢されて
いる。また段付ロックピン７の大径部７ａにはキー溝７
ｃが刻設されていて、工具交換アーム１のこのキー溝７
ｃとの対応位置に植設されたピン１４と係合して段付ロ
ックピン７の回り止めをなしている。

【００１８】工具交換アーム１の先端部において前記段
付穴１ｂの出口部近傍の延長線上であって前記円弧状凹
部１ａと向き合った位置に前記中空旋回軸２の軸心に平
行にピン１１が植設されている。そしてこのピン１１に
工具ロック爪１０が枢支されている。工具ロック爪１０
はボス部に２ケ所の切欠き１０ａ，１０ｂを有し、更に
先端が工具ＴのＶ溝に係合する形状の突設部を持つ一対
の腕１０ｃ，１０ｄを有している。そして一対の腕１０
ｃ，１０ｄにてＶ形を形成し、このＶ形にて工具Ｔを挟
み前記凹部１ａによって３点支持にて工具Ｔの把持を行
うものである。また工具交換アーム１の先端工具把持部
に工具Ｔを収容したとき、工具ロック爪１０の奥の腕１
０ｃが工具Ｔに押されて反時計方向に回動し正規の位置
に位置決めされたことを検知する近接スイッチ等の腕位
置検出器１２が工具交換アーム１上の腕１０ｃと対応す
る位置に取り付けられている。

【００１９】次に本発明の爪機構についてその作用を説
明する。図２は固定位置にある工具Ｔに対し工具交換ア
ーム１が矢印時計方向に旋回して近づいた状態を示すも
のである。この状態で工具ロック爪１０は外側の腕１０
ｄが工具Ｔの通過を許容する位置にあり、ロックピン７
の先端部がボス部の外側の切欠き１０ｂにはいり込ん
で、工具ロック爪１０の位置を確保している。

【００２０】続いて工具交換アーム１が矢印時計方向に
旋回し、工具ロック爪１０の外の腕１０ｄを通過した工
具Ｔは奥の腕１０ｃを押し、工具ロック爪１０は反時計
方向に回動させられてロックピン７の先端はボス部の外
側の切欠き１０ｂの斜面に沿って圧縮ばね９に抗して後
退し、図３に示す如く２つの切欠き１０ａ，１０ｂの中
間の山と接触する状態となる。

【００２１】更に工具交換アーム１が矢印時計方向に旋
回し、工具ロック爪１０が更に反時計方向に回動され、
工具Ｔの把持が完了した時点で工具ロックピン７と対向
位置となり圧縮ばね９の作用によりロックピン７は前進
し、図４に示す如く先端部がボス部の切欠き１０ａに係
合して、工具ロック爪１０の位置決めを行う。

【００２２】このとき工具Ｔは、工具ロック爪１０の一
対の腕１０ｃ，１０ｄと工具交換アーム１の先端四半円
の円弧状凹部１ａとにより３点支持される。この状態に
て主軸や工具ポットから工具Ｔを抜き出すために図示し
ない駆動源にて中空軸４が軸線方向に図１にて下方に移
動させられると、ロックピン７の後端に取り付けたロー
ラ８は逃げ溝２ａのカム面に押されて逃げ溝２ａの刻設
されていない中空の旋回軸２の外周面上に転動すること
となり、ロックピン７は後退することが出来ず、工具Ｔ
は確実に工具交換アーム１に把持されて脱落することが
ない。

【００２３】工具Ｔの脱落が防止された状態でスプライ
ン軸６を図示しない駆動源により回転させると、スプラ
イン軸６，雌スプラインブシュ３，中空旋回軸２，蓋
５，中空軸４，及び交換アーム１が全て一体的に旋回動
し、工具Ｔの交換動作を行う。尚工具交換シーケンスに
おいて爪位置検出器１２による工具ロック爪１０の位置
が異常な時には直ちに工具交換動作を停止させる。逆に
工具Ｔを工具交換アーム１から取りはずす時には工具交
換アーム１が反時計方向に旋回し、図４，図３，図２の
順に工具ロック爪１０が作動し、次の工具Ｔを受け入れ
るまで図２の状態を維持する。

【００２４】即ち工具交換アーム１に把持されている工
具Ｔが工作機械の主軸或いは工具マガジン等に装着され
た後、工具交換アーム１が反時計方向に旋回を開始すれ
ば、工具Ｔにより工具ロック爪１０の外側の腕１０ｄが
押されて工具ロック爪１０は時計方向に回動を開始す
る。このとき工具ロックピン７の先端円錐部は工具ロッ
ク爪１０のボス部に設けた奥の切欠き１０ａの斜面に押
され、圧縮ばね９に抗して工具交換アーム１の旋回中心
の方に後退させられる。工具交換アーム１の反時計方向
への旋回が進むにつれ工具ロック爪１０も腕１０ｄが工
具Ｔに押されて時計方向へ回動し、工具ロックピン７は
さらに後退し、工具ロワク爪１０の２つの切欠き１０
ａ，１０ｂの中間山部に到達し図３の状態となる。

【００２５】その後工具交換アーム１の反時計方向への
旋回により工具ロック爪１０の腕１０ｄは工具Ｔにより
さらに押されて工具ロック爪１０が時計方向に回動して
ボス部の外側の切欠き１０ｂがロックピン７の対向位置
となり、圧縮ばね９の作用によりロックピン７は前進し
て先端円錐部が切欠き１０ｂに係合して工具ロック爪１
０の位置決めを行い図２の状態となる。このとき工具ロ
ック爪１０の外側の腕１０ｄは工具Ｔと干渉しない位置
に位置決めされていて、工具Ｔの通過を許容するもので
ある。

【００２６】

【実施例】次に本発明の工具ロック爪に対する他の実施
例について説明する。図５は工具ロック爪を弾性変形可
能な形状となした場合の説明図である。工具ロック爪２
０において中心ボス部は２つの切欠き２０ａ，２０ｂを
有する円板状をなしていて、Ｖ形に伸びる一対の腕２０
ｃ，２０ｄは弾性変形の容易な形例えば中間部を薄肉と
している。そして工具Ｔに接触する部分のみ工具Ｔのフ
ランジＶ溝にはまり合う断面山形の形状に形成する。

【００２７】工具交換アーム１によって工具Ｔを把持し
たとき前記薄肉部分が外方に湾曲し、Ｖ形が開く状態と
なるよう、常時はＶ形の角度を少し小さくしておく。そ
のため工具受け入れ状態において腕２０ｄが工具Ｔと干
渉せず工具Ｔの通過を許容するよう調整した位置に切欠
き２０ｂを設ける。従って工具Ｔを挟持した場合、一対
の腕２０ｂ，２０ｃの弾発力によって確実に把持が出来
る。尚形状を変えることなく、弾性変形可能な材質にて
工具ロック爪を製作して同様の効果をもたらせることも
可能である。

【００２８】

【実施例】図６は工具ロック爪のボス部切欠き位置を変
更し、この変更した切欠き位置に対応させてロックピン
の位置を工具ロック爪の回動中心位置からシフトさせた
場合の説明図である。

【００２９】工具交換アーム１により工具Ｔを把持した
状態で、工具ロック爪３０を押圧するロックピン７が爪
ボス部の一対の切欠き部３０ａ，３０ｂに当接する位置
を工具ロック爪３０の回動中心から外方に工具交換アー
ム１の先端工具把持部での開口方向に図６で下方にシフ
トさせる。これによりロックピン７による押圧力が工具
ロック爪３０を回動させる回転力として作用することに
なり、工具Ｔを工具交換アーム１先端で工具把持用の円
弧状凹部１ａに押しつけることが出来て、工具Ｔを確実
に把持することが可能となる。

【００３０】本実施例の場合工具ロック爪３０が工具受
け入れ状態にあるとき、ロックピン７に押されて工具ロ
ック爪３０が反時計方向に回動して、工具ロック爪３０
の外側の腕３０ｃが工具Ｔの通過を妨害するという不都
合が生じる。そこでロックピン７にキー溝７ｃを刻設
し、工具交換アーム１に螺装したストッパピン３１の偏
心先端をキー溝７ｃに挿入する。このストッパピン３１
の回転角度を調整することにより偏心先端にてロックピ
ン７の突き出し量が制限され工具ロック爪３０の大きく
反時計方向に回動することが阻止される。しかし工具Ｔ
を把持する時には工具ロック爪３０にて工具Ｔが工具交
換アーム１の先端工具把持用の円弧状凹部１ａに押し付
けられる。ストッパピン３１は回転角度調整後ロックナ
ット３２により工具交換アーム１に固着される。

【００３１】

【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。請求項１に記載された工
具交換アームは、工具交換アームの先端工具把持用の円
弧状凹部と対向した位置に工具ロック爪を回動自在に取
り付ける。そして工具把持に際しては工具交換アームの
旋回により工具ロック爪の奥の腕が工具に押圧させられ
ながら回動し、工具把持完了時にはロックピンにより工
具ロック爪の位置決めを行うようになした。従って工具
交換アームによる工具把持に際し、工具ロック爪と工具
との当接時に衝撃力が発生することはなく、工具交換ア
ームに無理な力が加わらず工具交換アームの寿命を縮め
ることがない。更に衝撃が発生しないため騒音も生じな
い。その上工具ロック爪の一対の腕と工具交換アームの
円弧状凹部との３点にて工具を支持するため工具保持能
力が増大する。

【００３２】また請求項２に記載された工具交換アーム
は工具ロック爪を弾性変形可能となしたので、工具を隙
間なく確実に把持することが出来る。また請求項３に記
載された工具交換アームは工具ロック爪を２位置に位置
決め可能となしたので、工具の挿入，排出，把持を確実
に行うことが出来る。

【００３３】また請求項４に記載された工具交換アーム
はロックピンの作用点を工具ロック爪の回動中心に対し
てシフトさせて工具ロック爪の位置決め時にロックピン
による押圧力にて工具ロック爪を回動させるよう作用さ
せたので、工具を工具交換アームの工具把持用円弧状凹
部に押圧するようになり、確実に把持することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具交換アームの中心旋回軸に設けたロック機
構の概略説明図である。

【図２】工具交換アームの先端工具把持部の概略説明図
であり、工具把持部が工具に近づいた状態を示してい
る。

【図３】工具交換アームの工具把持部に工具がはいり込
み工具ロック爪の腕を押圧した状態を示す図である。

【図４】工具交換アームの工具把持部に工具が完全に把
持された状態を示す図である。

【図５】弾性変形可能な形状の工具ロック爪となした他
の実施例の説明図である。

【図６】ロックピンの位置を工具ロック爪の回動中心か
らシフトさせた他の実施例の説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 工具交換アーム １ａ 円弧状凹部 ７ ロックピン ９ 圧縮ばね １０，２０，３０ 工具ロック爪 １０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ 切
欠き １０ｃ，１０ｄ，２０ｃ，２０ｄ，３０ｃ，３０ｄ 腕 Ｔ 工具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動工具交換装置の工具交換アームであ
   って、工具交換アームの先端に設けられた工具把持部
   と、該工具把持部と向き合った位置で工具交換アームの
   旋回平面と同一平面内にて回動可能で工具の把持溝に係
   合する先端部を有したＶ形の腕を備えた工具ロック爪
   と、該工具ロック爪を工具把持位置と工具排出位置の２
   位置に位置決めするための位置決め手段とを設け、工具
   の把持及び排出に際し工具にて工具ロック爪の腕に当接
   して回動させることを特徴とした工具ロック用爪機構を
   有する工具交換アーム。
2. 【請求項２】 工具ロック爪のＶ字形の腕を弾性変形可
   能となし、工具交換アームにて工具を把持するに際し２
   つの腕の弾発力により確実に工具を把持する請求項１に
   記載の工具交換アーム。
3. 【請求項３】 前記位置決め手段が、前記工具ロック爪
   のボス部に形成され回動による前記工具ロック爪の工具
   把持位置と工具排出位置の２位置に位置決めするための
   二つの切欠き部と、前記工具交換アーム内に進退可能に
   挿通され、ばね部材により常時は前記工具ロック爪を工
   具排出位置に位置決めする切欠き部と係合しているロッ
   クピンとからなる請求項１又は２に記載の工具交換アー
   ム。
4. 【請求項４】 ロックピンによる作用点が工具を工具交
   換アームの円弧状凹部に押圧する方向となるよう、前記
   ロックピンと工具ロック爪との当接位置を工具ロック爪
   の回動中心からシフトした位置に設けた請求項３に記載
   の工具交換アーム。