1277482 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是具有使工作機器的工具被主軸握持或釋放之 功能的工具交換裝置。 【先前技術】 該種工具交換裝置的其中一例，如日本特開〗b 3 3 8 〇 5 ®號公報（以下稱爲專利文獻1 )所揭示的裝置。在該裝置 中是構成··可自由迴轉地將鬆開桿（鬆開操作構件）設於主 軸頭座’而該主軸頭座能將主軸支承成可自由迴轉，當使 上述鬆開桿迴轉時，藉由該鬆開桿抵接於鬆開銷（鬆開構 件）並對其形成按壓，可釋放安裝於主軸的工具。 促使上述鬆開桿產生迴轉的迴轉機構，具有設於固定 部位的鬆開凸輪、及可自由迴轉地設於鬆開桿的滾子（作 用部）。上述的滾子’可藉由接觸於上述鬆開凸輪的凸輪 # 面，促使上述鬆開桿產生迴轉。 在上述的場合中，當主軸頭座上升時，設於鬆開桿之 其中一端部的滾子，藉由抵接於設在固定部之鬆開凸輪的 凸輪面後執行凸輪動作，可促使鬆開桿產生迴轉。如此一 來，由於使設於鬆開桿另一端部的按壓部抵接於設在主軸 的鬆開銷並對其形成按壓，而可釋放安裝於主軸的工具。 在上述傳統結構的場合中’當工具釋放時，也就是當 鬆開桿抵接於鬆開銷時’將作用衝撞負荷。特別是由於加 速執行至工具釋放爲止的動作’一旦動作速度加快，由於 _ 4 - (2) 1277482 上述的衝撞負荷增加，將造成鬆開桿的磨耗、或鬆開 磨耗，導致鬆開的時序（timing )偏移。此外，磨耗 進入主軸的軸承內，而導致軸承受損。甚至，由於產 當程度的衝撞聲響，而衍生出吵雜噪音的問題。 【發明內容】 〔發明的目的〕 • 本發明的目的爲提供一種：當從主軸釋放工具時 降低當鬆開操作構件抵接於鬆開構件時之衝撞負荷的 交換裝置。 〔發明的要點〕 本發明的工具交換裝置，是可將工具裝卸於主軸 具交換裝置，具備能將上述主軸支承成可自由迴轉的 頭座，將用來保持安裝於上述主軸之上述工具的工具 ® 機構設於上述主軸頭座，將藉由按壓上述工具保持機 鬆開構件而釋放安裝於上述主軸之上述工具的鬆開操 件設於上述主軸，並具備用來操作上述鬆開操作構件 作機構，其特徵爲：上述的操作機構是構成：將鬆開 設於上述鬆開操作構件或固定部位，並將利用接觸於 鬆開凸輪之凸輪面而操作上述鬆開操作構件的作用部 上述固定部位或上述鬆開操作構件，此外，將令上述 操作構件接近上述鬆開構件地從開始移動時起直到抵 上述鬆開構件爲止前之上述鬆開操作構件的平均移動 銷的 粉將 生相 ，可 工具 的工 主軸 保持 構的 作構 的操 凸輪 上述 設於 鬆開 接於 速度 -5- (3) 1277482 作爲V 1，並將上述鬆開操作構件抵接於上述鬆開構件時 之上述鬆開操作構件的平均移動速度作爲V2的場合中， 上述凸輪面的形狀是構成符合V 1 > V2。 根據上述的構造，將令上述鬆開操作構件接近上述鬆 開構件地從開始移動時起直到抵接於上述鬆開構件爲止前 之上述鬆開操作構件的平均移動速度作爲V 1，並將上述 鬆開操作構件抵接於上述鬆開構件時之上述鬆開操作構件 # 的平均移動速度作爲V2的場合中，由於上述凸輪面的形 狀是構成符合V 1 > V2，因此可降低當鬆開操作構件抵接 於鬆開構件時的衝撞負荷，不僅可防止鬆開操作構件和鬆 開構件的磨耗，並可降低噪音。 【實施方式】 以下，針對本發明的第1實施例，參考第1〜3圖進行 說明。首先，第1圖是顯示本發明之第1實施例的工作機 • 械縱剖面圖。如第1圖所示，工作機械1具備··豎立設置 於基台（圖面中未顯示）的柱2 ;和由水平配設固定於柱2 前面之箱形的中空殻體所構成的框體3 ;和可升降地配設 於框體3內的主軸頭座4;及經由艙室支承台5配設於框 體3，且可迴轉分度（indexing)的工具艙室6。 垂直地將導軌7配設於柱2 ’主軸頭座4是可自由升 降於上下（Z軸）方向地隔著滑動鍵8、8配設於該導軌7。 可自由迴轉的滾珠螺桿9是沿著導軌7平行設置於柱2， 並旋轉貫穿固定於主軸頭座4背面的螺帽1 〇。藉由配設於 -6 - (4) 1277482 柱2上部的伺服馬達1 1，使上述滾珠螺桿9可正返迴轉驅 動。藉由伺服馬達1 1的驅動，並透過滾珠螺桿9與螺帽 1 〇使主軸頭座4可沿著上述的導軌7移動於上下方向。 在主軸頭座4的內部，可自由迴轉且垂直地配設有主 軸1 2，該主軸1 2是經由聯接器1 4而連結於配設在主軸頭 座4上部的主軸馬達13。由主軸馬達13迴轉驅動主軸12 。前端安裝有工具16之工具承座17的臂18，是可嵌合在 φ 設於主軸1 2下端的工具保持部1 5。 當上述工具承座17嵌合於工具保持部15而插入時， 設於主軸12內的承座挾持構件20，將挾持（鉗住）設於工 具承座17的拉桿19。當承座挾持構件20被同軸地貫穿配 置於主軸1 2之中心貫穿孔內的延伸桿2 1所按壓時，將解 除承座挾持構件20對拉桿1 9的挾持，而可卸下工具承座 17。由工具保持部15、承座挾持構件20、延伸桿21 (及後 述的鬆開銷25)等構成工具保持機構。 # 爲了鬆開嵌合於工具保持部1 5而形成挾持的工具承 座17，設有可搖動鬆開桿21 (鬆開操作構件）22與工作保 持部15的凸輪機構（操作構件）2 3。 上述的鬆開桿22爲略呈L字型的構件。該鬆開桿22 是經由支軸24而可搖動（迴轉）地配設於主軸頭座4。該鬆 開桿22之其中一端也就是較短的端部22a的前端部下面 ，可與垂直地突設於延伸桿2 1的鬆開銷（鬆開構件）2 5形 成卡合。在鬆開桿22之另一端，也就是較長之端部22b 於第1圖中的右側面，固定有譬如呈板凸輪狀的鬆開凸輪 (5) 1277482 26。搖動操作鬆開桿22的凸輪機構23是由：上述的鬆開 凸輪26及滾子（作用部）27所構成，該滾子27是配設在固 定部也就是伺服馬達1 1於第1圖中的左側面。鬆開凸輪 26的凸輪面29，可對滾子27形成卡合/脫離。 在鬆開桿22的長端部22b與主軸頭座4之間，配設 有張力螺旋彈簧3 0，該張力螺旋彈簧3 0迴轉於順時針方 向上並彈壓鬆開桿22。藉此，可解除鬆開桿22之短端部 _ 22a對鬆開銷25的按壓。 當藉由伺服馬達1 1的通電驅動而使主軸頭座4上升 時’藉由使鬆開桿2 2之鬆開凸輪2 6卡合於固定部位的滾 子27，可使鬆開桿22以支軸24作爲中心而迴轉（搖動）於 逆時針方向上。如此一來，由於鬆開桿22之短端部22a 朝下方按壓鬆開銷2 5，而使延伸桿2 1按壓承座挾持構件 20，據此，可解除承座挾持構件20對拉桿19的挾持，而 可卸下工具承座17。 • 針對鬆開凸輪26之凸輪面29的具體形狀、操作機構 28的具體動作、鬆開桿22的具體動作，參考第2、3圖進 行說明。如第2圖所示，在鬆開凸輪26的凸輪面29，從 上依序設有第1凸輪面部29a、第2凸輪面部29b、第3 凸輪面部2 9 c。 上述3個凸輪面29a、29b、29c，是從第2圖中左側 朝右側傾斜的傾斜面，且形成連接。第2凸輪面部29b的 傾斜（該場合中是對沿著第2圖中之上下方向的直線形成 傾斜），是形成較第1凸輪面部29a的傾斜更緩和。第3 -8- (6) 1277482 凸輪面部2 9 c的傾斜，則形成較第2傾斜面的傾斜更陡峭 。第1凸輪面部29a的傾斜與第3凸輪面部29c的傾斜是 形成大致相等。 當滾子27抵接於第1凸輪面部29a而使鬆開桿22開 始搖動（迴轉）時，鬆開桿22將開始動作（移動）而接近鬆開 銷25。該接近時之鬆開桿22的迴轉速度（移動速度）爲第1 速度。第1凸輪面部29a具有使鬆開桿22以第1速度接 # 近鬆開銷25的功能。 在鬆開桿2 2即將抵接於鬆開銷2 5之前，滾子2 7將 抵接於第2凸輪面部29b，而降低鬆開桿22的迴轉速度（ 移動速度），而形成幾乎趨近於0的値（最好爲極低的速度） 。在該速度的狀態下，鬆開桿22抵接於鬆開銷25並對其 形成按壓。上述即將形成衝撞之前的鬆開桿22的迴轉速 度（移動速度）爲第2速度。第2凸輪面部2 9b，具有使鬆 開桿22以第2速度抵接於鬆開銷25並形成按壓的功能。 • 滾子27形成抵接於第3凸輪面部29c，而使鬆開桿 22的迴轉速度（移動速度）增加至與上述第1速度相同的程 度。鬆開桿22是以上述增大的速度按壓鬆開銷25，而鬆 開承座夾持構件20對拉桿1 9的挾持。該按壓時之鬆開構 件22的迴轉速度（移動速度）爲第3速度。第3凸輪面部 2 9c，具有當鬆開桿22抵接於鬆開銷25後，使鬆開桿3 3 以第3速度對鬆開銷25形成按壓的功能。 鬆開凸輪26之凸輪面29的形狀、和鬆開桿22的迴 轉角度及時間之間的關係顯示於第3圖。第3圖上部之圖 -9 - (7) 1277482 表的縱軸，代表鬆開桿2 2的迴轉角度θ，橫軸則代表時間 。在上述的圖表中，迴轉角度Θ t是表示當鬆開桿2 2衝撞 鬆開銷25時（衝撞時間點〇的迴轉角度。在該衝撞時間點 t，由於鬆開桿22之迴轉角度的變化極小（圖表中之直線L 的傾斜度極小），而可使鬆開桿22的迴轉速度大幅下降（亦 即，形成幾乎趨近於〇的速度最佳）。 根據上述第3圖可明瞭以下的內容。當滾子2 7抵接 鲁於第1凸輪面部2 9 a時，由於鬆開桿2 2之迴轉角度的變 化大（直線L的傾斜度大），因此鬆開桿22的迴轉速度（第 1速度）爲相當程度的大。迴轉速度爲迴轉角度的時間導數 (derivative)。當滾子27抵接於第2凸輪面部29b時，由 於鬆開桿22之迴轉角度的變化極小（直線L的傾斜度極小 )，使鬆開桿22的迴轉速度（第2速度）降低，而形成幾乎 趨近於〇的値。 在此之後，當滾子27抵接於第3凸輪面部29c時， • 由於鬆開桿22之迴轉角度的變化大（直線L的傾斜度大） ，而使鬆開桿22的迴轉速度形成相當程度的增加，也就 是增大至第1速度的程度。 上述鬆開凸輪26之凸輪面29形狀，亦可構成以下所 述的結構。將使鬆開桿22接近鬆開銷25地開始迴轉（移 動）的時間點起，直到即將抵接於鬆開銷25前之鬆開桿22 的平均移動速度（平均迴轉速度）作爲V 1，將鬆開桿22 抵接於鬆開銷25時之鬆開桿22的移動速度（迴轉速度） 作爲V2時，凸輪面29的形狀是形成VI > V2。在上述的 -10· (8) 1277482 場合中，V 2是越低速（越小）越好。此外’ V1在第3圖 之構造的場合中，是根據以下的公式所定義。 0t VI > 換言之，只要是符合以下的公式 • V! > tLy V2 (但是V2越小越好） t 對應於「使鬆開桿22接近鬆開銷2 5地開始迴轉的時 間點起，直到即將抵接於鬆開銷25前」之間的凸輪面29 的形狀，可爲任意的形狀（必要的條件爲：滾子27必需 滑順地接觸（抵接）於凸輪面29 )。 根據上述構成的本發明，由於當鬆開桿22抵接於鬆 開銷25並對其形成按壓時，也就是即將衝撞前（迴轉角 • 度0t時）之鬆開桿22的迴轉角度（移動速度）幾乎趨近 於〇，故可降低衝撞能量（)，也就是衝撞負荷。因 此，可防止鬆開桿2 2和鬆開銷2 5的磨耗，且由於不會產 生磨耗粉末，而能防止主軸軸承受損，進而降低噪音。在 本實施例的場合中’倘若將鬆開桿2 2的第1速度與第3 速度設爲相當程度的高速（譬如高於傳統結構的速度）時 ，可充分縮短至鬆開（從主軸1 2釋放工具〗6 )爲止的動 作時間，因此可形成高速化。 在上述的實施例中，由於工具艙室6與迴轉分度機構 -11 - (9) 1277482 是採用與上述專利文獻1相同構造的裝置，故省略其說明 。但亦可採用其他的慣用（業界所熟知）構造來取代上述 專利文獻1所記載的構造。 第4圖是顯示本發明的第2實施例。與第】實施例相 同的部分是標示相同的圖號。雖然在上述的第1實施例中 ，鬆開桿22的第1速度與第3速度是分別形成一定的速 度，但在第2實施例中，可將鬆開桿2 2的第1速度與第3 • 速度設成可平滑地變速的可變速動來加以取代。 具體地說，鬆開凸輪26之凸輪面3 1的形狀是形成第 4圖所示的形狀，第1凸輪面部3 1 a是形成：整體平滑的 曲面狀斜面且一開始爲平緩的斜面，接著形成陡峭的斜面 。第3凸輪面部3 1 c是形成：整體平滑的圓弧狀斜面且一 開始爲平緩的斜面，接著形成陡峭的斜面，在此之後形成 平緩的斜面。鬆開桿22的搖動（迴轉）角度，形成如第4 中曲線P所示的變化，使鬆開桿22的第1與第3速度（ ® 連帶地使第2速度）成爲可平滑地產生變化的可變速度。 在第2實施例中是構成：鬆開桿22即將抵接於鬆開 銷25之前的第2速度降低而幾乎趨近於0，且凸輪機構 23的滾子27即將抵接於鬆開凸輪26之第1凸輪面部31a 前的第1速度也降低。 除了以上所描述的部分以外，第2實施例的構成與第 1實施例的構成相同。在第2實施例中也能獲得與第1實 施例相同的作用效果。由於在第2實施例中是構成：凸輪 機構23之滾子27即將抵接於鬆開凸輪26之第1凸輪面 -12- (10) 1277482 部3 1 a前的第1速度降低，因此可將降低當滾子2 7即將 抵接於鬆開凸輪26之前的衝撞能量，不僅可防止滾子27 和鬆開凸輪26的磨耗，更能降低噪音。 第5圖是顯示本發明的第3實施例。與第2實施例相 同的部分是標不相同的圖號。在上述的第3實施例中，鬆 開凸輪26之凸輪面3 1的形狀，與第2實施例形成稍微的 改變。如第5圖所示，凸輪面3 1的第1凸輪面部3 1 a之 # 左端部的形狀是形成帶有圓形的形狀。第3凸輪面部3 1 c 之右端部的形狀則形成略平面狀的斜面。除了上述的部分 以外，第3實施例的構成與第2實施例的構成幾乎相同。 在第3實施例中也能獲得與第2實施例相同的作用效果。 第6圖是顯示本發明的第4實施例。與第2實施例相 同的部分是標示相同的圖號。在上述的第4實施例中，鬆 開凸輪26之凸輪面3 1的形狀，與第2實施例不同（形成 改變）。具體的內容如第6圖的下部所示，凸輪面31具 ® 有2個凸輪面部（凸輪面部A)31d與凸輪面部（凸輪面 部B ) 3 1 e。第6圖中左側的凸輪面部3 1 d爲：當使鬆開 桿22接近鬆開銷25而開始移動（迴轉）後，形成移動（ 迴轉）直到抵接於鬆開銷25爲止的凸輪面部。該凸輪面 部3 1 d的剖面是構成略圓弧狀。
藉此，將使鬆開桿22接近鬆開銷25地開始迴轉（移 動）的時間點起，直到即將抵接於鬆開銷25前之鬆開桿22 的平均移動速度作爲V 1，將鬆開桿22抵接於鬆開銷25 時之鬆開桿22的移動速度作爲V2的場合中，是形成VI -13- (11) 1277482 第6圖中右側的凸輪面部3 1 e，是形成連接於上述凸 輪面部3 1 d，該凸輪面部3 1 e爲：當鬆開桿22抵接於鬆開 銷2 5後，使鬆開桿22繼續迴轉（移動）的凸輪面部。該 凸輪面部3 1 e是構成：連接於凸輪面部3 1 d的部分是形成 平緩的傾斜，而剩餘部分的傾斜是形成較上述連接部分的 傾斜更陡峭。藉此，使鬆開桿22抵接於鬆開銷25後的迴 ^ 轉速度（移動速度），形成急速地變快。 除了上述的部分以外，第4實施例的構成與第2實施 例的構成幾乎相同。在第4實施例中也能獲得與第2實施 例相同的作用效果。 在上述的各實施例中，雖然是將作爲鬆開操作構件的 鬆開桿2 2設成可搖動，但亦可設成利用連桿機構使鬆開 操作構件可於上下方向中移動的方式加以取代。雖然在上 述的各實施例中，設置鬆開銷2 5作爲鬆開構件，但本發 ^ 明確不受限於此，亦可設置具有卡合凸部和卡合凹部的構 件來作爲鬆開構件。 在上述的各實施例中，雖然是構成將鬆開凸輪26設; 於鬆該桿2 2，且將滾子2 7設於固定部，但亦可將鬆開凸 輪設於定部，將滾子設於鬆開桿22來加以取代。此外， 雖然在上述各實施例中是由滾子27構成作用部，但本發 明卻不侷限於此，亦可由其他的凸輪從動件（cam follower)構成。 -14- 1277482 SI口 縱 械 機 作 Η 的 例 施 實 ΊΑ 第 之 明 發 本 示 1 顯 明是 說·· 單圖 2)簡 1 α 式第。 圖 圖 [ 面 第2圖：鬆開凸輪的部分側面圖。 第3圖：是顯示鬆開凸輪之凸輪面形狀與鬆開桿之迴 轉角度與時間的關係圖。 第4圖··顯示本發明的第2實施例，相當於第3圖。 φ 第5圖：爲本發明的第3實施例’是顯示鬆開構件凸 輪之凸輪面的形狀。 第ό圖：顯示本發明的第4實施例，相當於第3圖。 【主要元件符號說明】 1 :工作機械 2 :柱 3 :框體 4 :主軸頭座 5 :艙室支承台 6 :工具艙室 7 :導軌 8 :滑動鍵 9 :滾珠螺桿 1 〇 :螺帽 1 1 :伺服馬達 12 :主軸 -15- (13) 1277482 1 3 :主軸馬達 1 4 :聯接器 1 5 :工具保持部 1 6 :工具 1 7 :工具承座 1 8 :心軸 1 9 :拉桿 _ 2 0 :承座挾持構件 21 :延伸桿 22 :鬆開桿（鬆開操作構件） 2 2 a ·短u而部 22b :長端部 23 :凸輪機構（操作機構） 24 :支軸 2 5 :鬆開銷（鬆開構件） Φ 26 ··鬆開凸輪 27 :滾子（作用部） 2 8 :操作機構 29 :凸輪面 29a :第1凸輪面部 29b :第2凸輪面部 29c :第3凸輪面部 3 0 :張力螺旋彈簧 3 1 :凸輪面 -16- (14) (14)1277482
3 1 a :第1凸輪面部 3 1 b :第2凸輪面部 31c:第3凸輪面部 3 1 d :凸輪面部A 3 1 e :凸輪面部B