JPH11138377A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】交換アームを高速かつ円滑に直線運動させ得る
自動工具交換装置を提供する。 【解決手段】第１サーボモータ７の駆動力を交換アーム
６に伝達する第１動力伝達機構８に、第１サーボモータ
７の回転運動を交換アーム６の直線運動に変換するボー
ルねじ機構３０を設けたことを特徴とする。また、交換
アーム６の回転駆動用の第２サーボモータ７を有し、交
換アーム６を回転運動させる際に、交換アーム６の回転
運動によるボールねじ軸３２とボールナット３１間の相
対回転量がゼロとなるように、第２サーボモータ９と共
に第１サーボモータ７を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
等のＮＣ工作機械に装備され、主軸上の工具を自動交換
する自動工具交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の自動工具交換装置として
は、一般的に、装置本体に交換アームが回転および直線
往復運動自在に支持された構成となっている。交換アー
ムの回転方向はアーム軸を回転中心とする回転運動であ
り、直線運動方向はアーム軸方向の直線往復運動であ
る。交換アームの両端部には工具を把持する一対の工具
把持部が設けられている。

【０００３】生産性の向上はマシニングセンタの基本目
標であり、なかでも、全サイクルタイムの２割程度を占
める自動工具交換装置による工具交換動作を短時間に行
うことは重要な技術課題である。

【０００４】この自動工具交換装置による主軸上の工具
交換動作を細分すると、次のようになる。

【０００５】（１）交換アームを回転させて一方の工具
把持部によって主軸に装着されている使用済みの工具を
把持する動作（他方の工具把持部にはこれから使用する
使用予定工具が把持されている）、（２）工具を交換可
能とするために工具を主軸把持装置から開放する動作、
（３）交換アームを軸方向に直線運動させて使用済み工
具のシャンク部を主軸のテーパ穴から抜き去る動作、
（４）交換アームを回転させて主軸の軸線上に使用済み
工具とこれから使用する使用予定工具を置き換える動
作、（５）交換アームを直線運動させて使用予定工具の
シャンク部を主軸のテーパ穴に挿入する動作、（６）使
用予定工具を主軸把持装置が把持する動作、（７）交換
アームを回転させて主軸に装着された使用予定工具を交
換アームが開放する動作ｅｔｃ．ここで上記（１），
（３）〜（５），（７）の交換アームの動作は、自動工
具交換装置に具備された機能であり、交換アームを直線
運動させるために、従来から回転駆動源の駆動力を交換
アームに伝達する動力伝達機構に、回転駆動源の回転運
動を交換アームの直線運動に変換する運動変換機構とし
て板カムや確動カム等のカム機構が用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにカム機構を用いた機構では、次のような欠点があ
った。

【０００７】ａ．機構的欠点 板カムの場合には接触子をカム輪郭に押圧して拘束する
必要があるが、この拘束力のために接触子とカム輪郭と
の接触圧力が増大し、カム輪郭の摩耗やトルク変動が大
きくなる欠点がある。

【０００８】一方、確動カムの場合には接触子が２点接
触で拘束力が不要となるものの、高速化されるにつれて
実際の部品が有する僅かな弾性や対隅のゆるみおよび製
作上の誤差が運動に与える影響が大きくなり、交換アー
ムの動作タイミングがずれたり動作軌跡が所定の軌跡か
らぶれて正確に動作させることが困難となる。

【０００９】ｂ．スペース上の欠点 確動カムは、たとえば図１０にように、カム溝１００を
備えたカム本体１０１と、カム溝１０１に係合する接触
子１０２と、接触子１０２が取り付けられる従節１０３
とからなるが、接触子１０２にかかる側圧を考慮すると
カム溝１００の曲率半径を小さくすることは不可能であ
り、限られたスペースにカム装置を納めることが困難で
ある。

【００１０】ｃ．コスト上の欠点 さらに、接触子１０２はカム溝１００の両溝側壁に２点
で接触し、一方の溝側壁との接触で決められる運動に他
方の溝側壁との接触部を追随させなけらばならないか
ら、カム溝１００の溝側壁を正確に加工する必要があ
り、溝加工は三次元溝加工，溝研削となって加工設備に
膨大な費用がかかり、カム単体のコストも割高になって
しまう。

【００１１】本発明は上記した従来技術の欠点を解消す
るためになされたもので、その目的とするところは、交
換アームを高速かつ円滑に直線運動させ得る自動工具交
換装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を達成するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、工具把持部を有する交換アーム
と、該交換アームを回転自在でかつ回転軸の軸方向に直
線運動自在に支持する装置本体と、を備え、該装置本体
は回転駆動源と該回転駆動源の駆動力を交換アームに伝
達する動力伝達機構を有し、該動力伝達機構は前記回転
駆動源の回転運動を交換アームの直線運動に変換する運
動変換機構を備えた自動工具交換装置において、前記運
動変換機構として送りねじ機構を用いたことを特徴とす
る。

【００１３】このように送りねじ機構を用いれば、ねじ
軸とナットは一定のリード角のねじ溝に沿って回転運動
するので、カムのようにトルクの急激な変動は無く、円
滑に駆動力が伝達される。また、接触子がカムに局部的
に接触する構成ではなく、ナットとねじ軸のねじ部が接
触するので、実際の部品のわずかな弾性やゆるみおよび
製作上の誤差等はねじ係合部全長にわたって平均化され
て運動に与える影響は小さく、高速で直線送りすること
ができる。

【００１４】また、直線運動方向に沿って直線的に送り
ねじ機構が配置されるので、カムのように平面的な占有
空間が不要となり、省スペース化を図ることができる。

【００１５】上記送りねじ機構はボールねじ機構とする
ことが好適である。

【００１６】ボールねじ機構を用いることにより、送り
ねじ機構のバックラッシュを防止でき、交換アームの精
密な送りが可能となる。また、ナットとねじ軸間の摩擦
がボールの転がり摩擦となり、駆動トルク変換時の摩擦
損失がほとんど無く、より円滑に移動させることができ
る。

【００１７】また、回転駆動源として、交換アームの直
線駆動用の第１回転駆動源と、交換アームの回転駆動用
の第２回転駆動源とを有し、動力伝達機構として、第１
回転駆動源の駆動力を交換アームに直線駆動力として伝
達する送りねじ機構を備えた第１動力伝達機構と、該第
２回転駆動源の駆動力を交換アームに伝達する第２動力
伝達機構とを有し、前記送りねじ機構はナットとねじ軸
のいずれか一方を回転させ他方を交換アームに対して回
り止めして直線運動させる構成で、交換アームを回転運
動させる際に、交換アームの回転運動による送りねじ機
構のねじ軸とナットの相対回転量がゼロとなるように、
第２回転駆動源と共に第１回転駆動源を駆動する制御手
段を設けたことを特徴とする。

【００１８】第２回転駆動源によって交換アームを回転
運動させると、送りねじ機構のナットとねじ軸間が相対
回転して交換アームが軸方向に移動してしまうので、第
１回転駆動源を第２回転駆動源と共に回転させることに
より、交換アームを同一平面上で回転運動させることが
可能となる。ここで、第１回転駆動源と第２回転駆動源
の駆動制御は、サーボ制御等によって回転中精密に同期
をとってもよいし、回転開始時位置と回転終了位置だけ
を決めて回転中は特に精密に制御することなく駆動して
もよい。その意味で、第１，第２回転駆動源がほぼ同期
して駆動するように制御されればよい。

【００１９】第１，第２回転駆動源としてはサーボモー
タが用いられ、交換アームがサーボ制御されることが好
適である。

【００２０】また、装置本体に回転自在に支持される中
空のセンタ軸を備え、該センタ軸に対して交換アームが
回転方向に移動不能でかつ軸方向に移動自在に嵌合さ
れ、第１動力伝達機構の送りねじ機構は前記センタ軸の
中空内部であって前記装置本体と交換アームとの間に前
記センタ軸と同軸的に配置され、第２動力伝達機構は第
２回転駆動源の動力をセンタ軸に伝達し、センタ軸を介
して交換アームに伝達する構成となっていることを特徴
とする。

【００２１】このように、送りねじ機構を交換アームを
支持するセンタ軸の中空内部に収納することで、装置本
体自体の一層の省スペース化を図ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２３】本発明に係る自動工具交換装置の一実施の
形態を図１〜４に示している。

【００２４】すなわち、この自動工具交換装置１は、基
台２上に直線運動案内装置３を介して支持される装置本
体としてのギア箱４と、このギア箱４に回転自在でかつ
軸方向には移動不能に支持される中空のセンタ軸５と、
このセンタ軸５外周にセンタ軸５に対して相対回転不能
でかつ軸方向に相対移動自在に嵌合される交換アーム６
と、ギア箱１に設けられる第１回転駆動源としての第１
サーボモータ７と、この第１サーボモータ７の駆動力を
交換アーム６に伝達する第１動力伝達機構８と、ギア箱
１に第１サーボモータ７とは別個に設けられる第２回転
駆動源としての第２サーボモータ９と、この第２サーボ
モータ９の駆動力を交換アーム６に伝達する第２動力伝
達機構１０と、を備えている。

【００２５】センタ軸５はギア箱１に立設される円筒状
の中空軸で、一端がギア箱４に軸受１１を介して軸方向
には回転不能でかつ回転方向には移動自在に支持され、
他端が自由端となっている。

【００２６】交換アーム６は、センタ軸５外周に嵌合さ
れるガイド筒部１２と、このガイド筒部１２のギア箱１
側の端部から互いに１８０度反対方向に張り出す工具把
持部１３を備えた一対の把持腕１４とを有している。工
具把持部１３は回転方向に開放された半円形状の爪部１
３ａを有し、交換アーム６の回転運動によって工具Ｔの
シャンク部Ｔｓの溝に爪部１３ａが係合するように構成
となっている。

【００２７】センタ軸５外周には軸方向に延びるキー溝
５ａが設けられ、ガイド筒部１２にはキー溝５ａに係合
するキー１５を有するキーホルダ部１６が設けられてい
る。

【００２８】第１動力伝達機構８は、回転運動を伝動す
る回転運動伝達機構１７と、回転運動を直線運動に変換
する運動変換機構を構成する送りねじ機構としてのボー
ルねじ機構３０と、を備えている。

【００２９】回転運動伝達機構１７は、第１回転駆動源
としての第１サーボモータ７の回転運動をボールねじ機
構３０に伝達するもので、ギア箱４に固定される第１サ
ーボモータ７の出力軸に連結される傘歯車２１と、この
傘歯車２１と噛み合う傘歯車２５と、この傘歯車２５と
同軸的に設けられた平歯車２６と、この平歯車２６に噛
み合う平歯車２９と、この平歯車２９と噛み合うナット
シャフト１８に係合されている平歯車３０とから構成さ
れている。

【００３０】上記傘歯車２１は軸受２０を介してギア箱
１に回転自在に支持され、傘歯車２５と平歯車２６はは
ギア箱１に軸受２３，２４を介して回転自在に支持され
た軸２２上に同軸的に固定され、平歯車２９はギア箱１
に固定された固定軸２７に軸受２８を介して回転自在に
支持されている。

【００３１】ボールねじ機構３０は、センタ軸５の中空
内部であって、ギア箱４と交換アーム６間に配設されて
いる。ボールねじ機構１８は、図２(ａ)に示すように、
ボールナット３１とボールねじ軸３２のねじ溝間に多数
のボール３３を転動自在に組み込んだもので、ボールナ
ット３１の回転運動を円滑に直線往復運動に変換してい
る。

【００３２】この例では、ボールねじ機構３０のボール
ナット３１が中空のナットシャフト１８を介してギア箱
４に回転自在に支持され、ボールナット３１の回転運動
によってボールねじ軸３２を直線往復運動させるように
なっている。

【００３３】ナットシャフト１８はセンタシャフト１５
の内部に同軸的に設けられる中空軸で、一端が軸受３４
を介してギア箱４に回転自在に支持され、他端にボール
ねじ機構３０のボールナット３１が取り付けられる。ナ
ットシャフト１８の中途部外周はセンタシャフト内周に
軸受３５を介して回転自在に支持され、他端に設けられ
たナット保持部１９にボールナット３１が軸方向に移動
不能に収容保持されている。ボールナット３１とナット
保持部１９間はキー３６を介して回り止めが図られ、ボ
ールナット３１とナットシャフト１８が一体的に回転す
るようになっている。

【００３４】ボールねじ軸３２の軸端はキャップ３７を
介して交換アーム６のガイド筒部１２に連結されてい
る。すなわち、ボールねじ軸３２の軸端にはキャップ３
７がキャップ押え３８にはさみ込まれるように固定さ
れ、キャップ３７が交換アーム６のガイド筒部１２の先
端に締結され、ボールねじ軸３２の直線往復運動をその
まま交換アーム６に伝達している。

【００３５】したがって、第１サーボモータ８で発生す
るトルクは、傘歯車２１，傘歯車２２，平歯車２６，平
歯車２９，平歯車３０を介してナットシャフト１８から
ボールねじ機構３０のボールナット３１に伝わる。ボー
ルナット３１の回転力はボールナット３１、ボールねじ
軸３２間で円滑に直線運動に変換され、キャップ押え３
８，キャップ３７を介して交換アーム６に伝達される。

【００３６】ボールナット３１の回転運動をボールねじ
軸３２の直線往復運動に変換する際、ボールねじ軸３２
がボールナット３１と共回りしないように回り止めをす
る必要がある。本実施の形態では、ボールねじ軸３２を
交換アーム６に対して一体的に固定することによりボー
ルねじ軸３２の回り止めを図っている。具体的には、ボ
ールねじ軸３２の軸端に固定されるキャップ３７とボー
ルねじ軸３２間に回り止め用のキー３９を設け、交換ア
ーム６とボールねじ軸３２が一体的に回転するように構
成している。

【００３７】また、ボールねじ軸３２には、アームグリ
ップ１３を確実に保持するための作動油用通路８０が中
心軸に沿って貫通形成されている。この作動油用通路８
０のギア箱４側の端部開口部には、ガイド軸８１が軸方
向に相対移動自在に挿入されている。ガイド軸８１はナ
ッシャフト１８内に挿入され、一端がギア箱４に固定さ
れ、他端がボールねじ軸３２の作動油用通路８０内に挿
入されている。ガイド軸８１にはボールねじ軸３２の作
動油用通路８０に連通する作動油用通路８２が設けられ
ている。

【００３８】また、ボールねじ軸３２が固定されるキャ
ップ３７およびキャップ押え３８にも作動油用通路８３
が設けられ、ボールねじ軸３２に設けられた作動油用通
路８０と交換アーム６のガイド筒１２に設けられた作動
油用通路８４とを連通している。

【００３９】一方、第２動力伝達機構１０は、第２サー
ボモータ９の回転運動をセンタ軸５に伝達する回転運動
伝達機構で、本実施の形態では歯車伝動機構によって構
成されている。

【００４０】すなわち、第２動力伝達機構１０は、第２
サーボモータ９の出力軸に連結されるウォーム４１と、
ウォーム４１に噛み合うウォームホイール４２と、ウォ
ームホイール４２一体的に締結されている平歯車４３
と、この平歯車４３と噛み合う平歯車４４と、この平歯
車４４と同軸的に一体的に締結された平歯車４５と、こ
の平歯車４５と噛み合うセンタ軸５に締結された平歯車
４６とを備えている。

【００４１】上記ウォーム４１は軸受４７，４８を介し
てギア箱４に回転自在に支持され、ウォームホイール４
２はギア箱４に固定された固定軸４９を中心として軸受
５０を介して回転自在に支持されている。平歯車４３は
ギア箱４に固定された固定軸５１を中心として軸受５２
を介して回転自在に支持されている。

【００４２】したがって、第２サーボモータ９で発生し
たトルクは、ウォーム４１，ウォームホイール４２、平
歯車４３，４４，４５，４６を介してセンタ軸５に伝達
され、キーホルダ部１６，交換アーム６の順で伝達され
る。

【００４３】このように、交換アーム６の直線運動用と
回転用の回転駆動源として第１，第２サーボモータ７，
９を具備し、直線運動用の第１サーボモータ７から交換
アーム６への第１動力伝達機構８にボールねじ機構３０
等の送りねじ機構を設けることにより、カム機構を用い
ない高速で円滑な交換動作を実現できる。

【００４４】なお、回転運動を伝達する第１動力伝達機
構８の回転運動伝達機構１７および第２動力伝達機構１
０として歯車伝達機構を用いているが、たとえばタイミ
ングングベルト等を用いた巻き掛け伝動機構を用いても
よい。

【００４５】次に、図５および図６を用いて、上記自動
工具交換装置による工具交換動作について説明する。

【００４６】図５(ａ)は、工具交換の待機状態を示す。

【００４７】すなわち、交換アーム６の一方の把持腕１
４には次回使用予定工具Ｔ２が把持され、他方の把持腕
１４は空の状態で待機している。この位置を交換アーム
６の回転方向および直線運動の原点位置とする。

【００４８】この状態から、図５(ｂ)，(ｃ)に示すよう
に、交換アーム６を所定角度θ１（図示例では７５°）
だけ時計回りに方向に回転させて、空の把持腕１４によ
って主軸６０上の加工済み工具Ｔ１を把持する。

【００４９】この把持動作は、図６(ａ)の動作線図上は
０からｔ1までの領域で、原点位置から交換アーム６が
時計回り方向に７５°回転して停止する。このとき、交
換アーム６は軸方向は作動せず、図６(ｂ)に示すように
原点位置で停止している。

【００５０】次に、主軸６０の工具把持装置（不図示）
を解除し、図５(ｄ)に示すように、交換アーム６を、軸
方向に所定ストロークＳ１伸張させて加工済み工具Ｔ１
を主軸６０のテーパ穴（不図示）から抜き出す。

【００５１】図６(ａ)，(ｂ)の動作線図を用いて説明す
ると、主軸６０の工具把持動作の解除はｔ1〜ｔ2の間、
交換アーム６の伸張動作はｔ2〜ｔ3の間である。ｔ1〜
ｔ2の間は、交換アーム６は回転方向にも軸方向にも停
止状態に維持され、主軸６０による工具把持動作が解除
されると、図６(ｂ)に示されるように、交換アーム６を
１６５［ｍｍ］ストロークさせて停止する。この間、回
転角度は７５°の状態が維持される（図６(ａ)参照）。

【００５２】次に、図５(ｅ)，(ｆ)に示すように、加工
済み工具Ｔ１と使用予定工具Ｔ２を把持した状態で交換
アーム６を１８０°回転させて主軸６０の軸線上に使用
予定工具Ｔ２を位置させる。

【００５３】この反転動作は、図６(ａ)，(ｂ)の動作線
図上はｔ3〜ｔ4までの領域で、図６(ａ)に示すように、
交換アームを７５°から２５５°まで回転させて停止す
る。ストロークは１６５［ｍｍ］のままである。

【００５４】次に、図５(ｇ)に示すように、交換アーム
６を抜き出し時のストロークＳ１だけ戻し、使用予定工
具Ｔ２を主軸６０のテーパ穴に差し込み、主軸６０の工
具把持装置によって把持する。

【００５５】図６(ａ)，(ｂ)の動作線図を用いて説明す
ると、主軸６０の工具把持動作はｔ5〜ｔ6の間、交換ア
ーム６の伸張動作はｔ6〜ｔ7の間である。ｔ5〜ｔ6の間
は、交換アーム６は回転方向にも軸方向にも停止状態に
維持され、主軸６０の工具把持装置の把持が完了する
と、図６(ｂ)に示されるように、交換アーム６を１６５
［ｍｍ］逆方向にストロークさせて停止する。この間、
回転角度は２５５°の状態が維持される（図６(ａ)参
照）次に、図５(ｈ)に示すように、交換アーム６を把持
動作とは反対方向に所定角度θ１逆転させて加工済み工
具Ｔ２から把持腕１４を外す。

【００５６】この把持外し動作は、図６(ａ)，(ｂ)の動
作線図上はｔ6〜ｔ7までの領域で、図６(ｂ)に示すよう
に、交換アーム６を２５５°から１８０°までが逆方向
に回転させて停止する。この間の直線運動方向のストロ
ークは、図６(ｂ)に示すようにゼロのままである。

【００５７】次に、上記した交換アーム６を回転動作さ
せる場合の、第１，第２サーボモータ７，９の制御につ
いて説明する。

【００５８】すなわち、加工済み工具Ｔ１の把持動作
（０〜ｔ1間）、加工済み工具Ｔ１と使用予定工具Ｔ２
の反転動作（ｔ3〜ｔ4間）、使用予定工具Ｔ２の把持外
し動作（ｔ4〜ｔ5間）は、第２サーボモータ９を駆動し
て交換アーム６を回転作動させるが、図７(ｂ)に示すよ
うに第２サーボモータ９のみを駆動した場合には、図７
(ｃ)，(ｄ)に示すように、交換アーム６の回転に伴って
ボールねじ軸３２がボールナット３１に対して相対回転
して交換アーム６が軸方向に所定量Ｌだけ直線運動し、
図７(ａ)に示すように、交換アーム６の軸方向位置が目
標位置からずれてしまう。

【００５９】たとえば、交換アーム６が角度θだけ回転
した場合、交換アーム６に係合しているキャップ３７と
キャップ３７よりキー３９を介して係合しているボール
ねじ軸３２が交換アーム６の回転運動と同様に角度θだ
け回転する。ボールナット３１が回転方向に拘束されて
いるために、ボールねじ軸３２の直線運動量（Ｌ）＝
（ボールねじのリード）×（交換アーム６の回転角θ／
３６０°）分だけ余分に移動してしまうことになる。

【００６０】しかし、工具Ｔ１，Ｔ２のシャンク部は決
められた量だけ移動すればよいから、図７(ｅ)に示すよ
うに、直線移動量Ｌがゼロとなるように、ボールナット
３１をボールねじ軸３１と同一方向に同期回転させれば
よい。すなわち、図６(ｃ)に示すように第１，第２サー
ボモータ７，９を同時に駆動してボールねじ軸３２とボ
ールナット３１を同一速度で共回りさせ、交換アーム６
の回転運動によるボールねじ機構３０のボールナット３
１とボールねじ軸３２の相対回転量がゼロとなるように
制御すれば、ボールねじ軸３２の軸方向移動が無くな
り、交換アーム６は同一平面上を回転することになる。

【００６１】ここで、第１，第２サーボモータ７，９の
駆動制御は、サーボ制御等によって回転中精密に同期を
とって制御してもよいし、回転開始時位置と回転終了位
置だけを決めて回転中は特に精密に制御することなく駆
動してもよい。その意味で、第１，第２サーボモータ
７，９がほぼ同期して駆動するように制御されればよ
い。

【００６２】図８には、第１，第２サーボモータ７，９
を制御する制御手段としての制御装置の構成例が示され
ている。

【００６３】制御装置７０は、ＣＰＵ等の演算処理部７
１、入力部７２、出力部７３および記憶部７４を備えて
おり、記憶部７４に格納された動作プログラムに基づい
て、第１，第２サーボモータ７，９の各駆動回路７７，
７８に制御信号が出力される。交換アーム６の回転角度
および軸方向ストロークは、角度センサ７５および位置
センサ７６、あるいは第１，第２サーボモータ７，９の
回転角度を検出するエンコーダ（不図示）によって検出
され、演算処理部７１にフィードバックされる。

【００６４】図９は第１，第２サーボモータ７，９の制
御フローチャートの一例である。

【００６５】まず、第１，第２サーボモータ７，９を同
期駆動させる（ステップ１）。第１，第２サーボモータ
７，９の回転速度は、各動力伝達機構のギア比から演算
することができる。交換アーム６の回転角度が７５°に
達すると第１，第２サーボモータ７，９を停止する（ス
テップ２，３）。この時点で交換アーム６によって主軸
６０上の加工済み工具Ｔ１が把持される。

【００６６】次に主軸６０内の工具把持を解除し（ステ
ップ４）、第１サーボモータ７のみを駆動して交換アー
ム６を前進させ、交換アーム６が１６５［ｍｍ］前進し
た時点で第１サーボモータ７を停止する（ステップ５〜
７）。これで加工済み工具Ｔ１が主軸６０から抜き出さ
れる。

【００６７】次に第１，第２サーボモータ７，９を同期
駆動させる（ステップ８）。交換アーム６の回転角度が
２５５°に達すると第１，第２サーボモータ７，９を停
止する（ステップ９，１０）。この時点で主軸６０の軸
線上に使用予定工具Ｔ２が位置することになる。

【００６８】次に、第１サーボモータ７のみを逆転駆動
させ（ステップ１１）、交換アーム６が１６５［ｍｍ］
後進して原点位置に達すると第１サーボモータ７を停止
する（ステップ１２，１３）。この時点で主軸６０のテ
ーパ穴内に使用予定工具Ｔ２のシャンク部が挿入され
る。

【００６９】次に、主軸６０内の工具把持装置を動作さ
せて使用予定工具Ｔ２を把持する（ステップ１４）。

【００７０】次に、第１，第２サーボモータ７，９を同
期させて逆転駆動させ（ステップ１５）、交換アーム６
の回転角度が１８０°に戻った時点で第１，第２サーボ
モータ７，９を停止する（ステップ１６，１７）。この
時点で主軸６０に把持された使用予定工具Ｔ２から交換
アーム６が外される。

【００７１】このように、交換アーム６が回転している
間、交換アーム６と同一の方向および速度でボールナッ
ト３１が回転するように、第２サーボモータ９と同期さ
せて第１サーボモータ７を駆動する。

【００７２】なお、上記実施の形態では、送りねじ機構
としてボールねじ機構３０を用いたが、ボールねじ機構
３０に限定されるものではなく、ボールを用いないすべ
り接触の送りねじ機構を用いてもよい。

【００７３】また、ボールナット３１を回転させてボー
ルねじ軸３２を直線運動させるように構成しているが、
逆にボールねじ軸３２を回転させてボールナット３１を
直線運動させる構成とし、ボールナット３１を交換アー
ム６に固定するようにしてもよい。

【００７４】また、上記実施の形態では、ボールねじ軸
３２の回り止めを交換アーム６に固定することによって
行っているが、ボールねじ軸３２のギア箱４側の端部の
作動油用通路８０に挿入されるガイド軸８１との間で回
り止めを行うようにしてもよい。この場合には、交換ア
ーム６のキャップ３７とボールねじ軸３２間は軸受等に
よって軸方向には固定でかつ回転方向には移動自在に連
結すればよい。

【００７５】また、交換アーム６の工具把持部１３ａは
回転によって工具を把持するように回転方向に開放され
る半月形状となっているが、半径方向に開放される半月
形状として基台２に対するギア箱４の直線送り動作によ
って把持動作を行うような構成でもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、交換アームの直線運動用の回転駆動源から交換アー
ムへの動力伝達部にボールねじ機構等の送りねじ機構を
設けることにより、カム機構を用いない高速で円滑な交
換動作を実現できる。

【００７７】また、送りねじ機構を用いれば、送りねじ
機構のねじ軸とナットのスペースがあればよく、カム機
構を用いる場合のようにカム部品によるスペースの制約
が無くなる。

【００７８】さらに、送りねじ機構としてボールねじ機
構を用いることにより一層の円滑な動作が可能となり、
さらなる高速化を図ることができる。

【００７９】また、交換アームの直線駆動用の第１回転
駆動源とは別に回転駆動用の第２回転駆動源を設け、交
換アームを回転駆動させる際に、直線駆動用の送りねじ
機構のナットとねじ軸が共回りするように、第１回転駆
動源を第２回転駆動源と共に駆動するようにすれば、交
換アームを同一平面上で回転運動させることが可能とな
る。

【００８０】また、交換アームを支持する中空のセンタ
シャフトを利用して第１動力伝達機構の送りねじ機構を
配置すれば、送りねじ機構用のスペースが特に不要とな
り一層の省スペース化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図４は本発明の一実施の形態に係る自
動工具交換装置を示すもので、図１は図３のＡ−Ａ線に
沿う軸間の展開断面図である。

【図２】図２(ａ)は図１の動力伝達機構を示す機構図、
同図(ｂ)は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】図３は図４のＣ−Ｃ線断面図である。

【図４】図４は側面図である。

【図５】図５は交換アームの動作説明図である。

【図６】図６(ａ)は交換アームの回転方向の動作線図、
同図(ｂ)は交換アームの軸方向の動作線図、同図(ｃ)は
第１，第２サーボモータのタイミングチャートである。

【図７】図７(ａ)は回転時に第２サーボモータのみを回
転させた補正前の交換アームの軸方向動作線図、同図
(ｂ)は同図(ａ)の第１，第２サーボモータのタイミング
チャート、同図(ｃ)，(ｄ)は同図(ａ)の補正前の交換ア
ーム回転時の交換アーム，ボールねじ軸およびボールナ
ットの動作説明図、同図(ｅ)は補正後の交換アーム回転
時の交換アーム，ボールねじ軸およびボールナットの動
作説明図である。

【図８】図８は第１，第２サーボモータを制御する制御
ブロック図である。

【図９】図９は図６の動作線図の動作を行うための第
１，第２サーボモータの制御手順の一例を示すフローチ
ャートである。

【図１０】図１０は従来の自動工具交換装置に用いられ
る確動カムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 自動工具交換装置 ４ ギア箱（装置本体） ５ センタ軸 ６ 交換アーム ７ 第１サーボモータ（第１回転駆動源） ８ 第１動力伝達機構 ９ 第２サーボモータ（第２回転駆動源） １０ 第２動力伝達機構 １３ 工具把持部 １４ 把持腕 １６ キーホルダ部 １７ 回転運動伝達機構 １８ ナットシャフト １９ ナット保持部 ３０ ボールねじ機構（送りねじ機構） ３１ ボールナット ３２ ボールねじ軸 ３３ ボール ３７ キャップ ６０ 主軸 Ｔ１ 加工済み工具 Ｔ２ 使用予定工具 ７０ シーケンサ（制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具把持部を有する交換アームと、該交換
   アームを回転自在でかつ回転軸の軸方向に直線往復運動
   自在に支持する装置本体と、を備え、 該装置本体は回転駆動源と該回転駆動源の駆動力を交換
   アームに伝達する動力伝達機構を有し、該動力伝達機構
   は前記回転駆動源の回転運動を交換アームの直線往復運
   動に変換する運動変換機構を備えた自動工具交換装置に
   おいて、 前記運動変換機構として送りねじ機構を用いたことを特
   徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】送りねじ機構はボールねじ機構であること
   を特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】回転駆動源として、交換アームの直線駆動
   用の第１回転駆動源と、交換アームの回転駆動用の第２
   回転駆動源とを有し、 動力伝達機構として、前記第１回転駆動源の駆動力を交
   換アームに伝達する送りねじ機構を備えた第１動力伝達
   機構と、前記第２回転駆動源の駆動力を交換アームに伝
   達する第２動力伝達機構とを有し、 前記送りねじ機構はナットとねじ軸のいずれか一方を回
   転させ他方を交換アームに対して回り止めして直線運動
   させる構成で、 交換アームを回転運動させる際に、交換アームの回転運
   動による送りねじ機構のねじ軸とナットの相対回転量が
   ゼロとなるように、第２回転駆動源と共に第１回転駆動
   源を駆動する制御手段を設けたことを特徴とする請求項
   １または２に記載の自動工具交換装置。
4. 【請求項４】装置本体に回転自在に支持される中空のセ
   ンタ軸を備え、 該センタ軸に対して交換アームが回転方向に移動不能で
   かつ軸方向に移動自在に嵌合され、 第１動力伝達機構の送りねじ機構は前記センタ軸の中空
   内部であって前記装置本体と交換アームとの間に前記セ
   ンタ軸と同軸的に配置され、 第２動力伝達機構は第２回転駆動源の動力をセンタ軸に
   伝達し、センタ軸を介して交換アームに伝達する構成と
   なっていることを特徴とする請求項３に記載の自動工具
   交換装置。