TWM452025U - 工件把持器以及車床 - Google Patents

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TWM452025U
TWM452025U TW101217586U TW101217586U TWM452025U TW M452025 U TWM452025 U TW M452025U TW 101217586 U TW101217586 U TW 101217586U TW 101217586 U TW101217586 U TW 101217586U TW M452025 U TWM452025 U TW M452025U
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Kenichi Takakura
Nobuhide Nakamura
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Nakamura Tome Precision Ind
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Description

本創作涉及代替工具而裝配在工具轉塔的工具安裝部的工件把持器、以及具備該工件把持器的車床。
機床的工具轉塔(下面，簡稱“轉塔”。)具備轉塔頭，該轉塔頭在外周部設有多個工具安裝部，藉由使該轉塔頭間歇旋轉(分度旋轉)，從而將在各個時期的加工中使用的工具朝向工件進行轉位(分度)，藉由工件與轉塔的相對移動，用轉位後的工具進行工件的加工。能夠安裝鑽頭和銑刀等旋轉工具的轉塔具備：工具驅動軸，其內置於轉塔頭；以及工具馬達，其用於驅動該工具驅動軸旋轉。
圖9就是該種類的轉塔，並且是本申請的申請人在專利文獻1中公開的轉塔。在圖9中，轉塔2經回轉裝置33安裝於刀架32，該回轉裝置33繞與紙面垂直方向的回轉軸(B軸方向)回轉定位。轉塔2的轉塔頭21固定在由未圖示的分度馬達驅動旋轉的分度軸24的軸端，藉由設在該轉塔頭21與固定於回轉裝置33的機殼22之間的面齒輪聯軸器(face couplings)23，能夠將該轉塔頭21的分度位置固定。分度軸24是中空軸，基端固定於機殼22的固定軸25插入該分度軸24的中心孔，在轉塔頭21內設置的內殼體26固定在固定軸25的末端。固定軸25也是中空軸，由工具馬達27旋轉驅動的傳導軸28插入該固定軸25的中心孔。
轉塔頭21的徑向的工具驅動軸29被軸支承於內殼體26。工具驅動軸29藉由錐齒輪副30與傳導軸28的軸端連接。當裝配於轉塔頭21的旋轉工具T移動到用於加工工件的分度位置時，旋轉工具保持器內的工具軸與工具驅動軸29的末端嵌合而被驅動旋轉。在使用攻牙工具進行螺紋加工的時候，由於退出攻牙工具時要逆向旋轉，因此工具馬達27使用的是能夠正向旋轉和反向旋轉的馬達。
另一方面，提供工件把持器，該工件把持器安裝在轉塔的工具安裝部31進行使用。該種工件把持器在被固定於轉塔的工具安裝部的保持器設有開合爪(卡盤或機械手)及其開合裝置。藉由將該種工件把持器安裝在轉塔的工具安裝部中的一個工具安裝部，能夠進行機床內部的簡單的工件交接，例如能夠在多個主軸間、主軸與工件的搬入裝置和搬出裝置間進行工件的交接。
作為該種工件把持器中的開合裝置的驅動源，以往是使用馬達或氣缸，作為開合機構則使用例如將由馬達旋轉驅動的螺桿的進退動作或氣壓缸的桿的進退動作藉由凸輪或連桿轉換為開合爪的開合動作的機構。
藉由電力或流體壓力使開合爪開合的工件把持器需要用於向進行分度旋轉的轉塔頭供給電力或流體壓力的配線或配管，由此使得轉塔的結構變得非常複雜。
作為用簡單的結構把持圓柱形工件的工件把持器，存在著用彈簧對開合爪向閉合方向施力的結構。在該結構中，從工件的側面壓入開合爪並藉由彈簧的作用力把持工件，而在放開工件的位置，藉由轉塔的移動將從開合爪伸 出的桿等按壓於不動部件來打開開合爪。
專利文獻1：日本特開2003-311501號公報
在以電動馬達或流體壓力作為驅動源的工件把持器中，用於向經在二維平面或三維空間中移動的刀架而進行分度旋轉的轉塔頭供給電力或流體壓力的電力配線或流體配管是必需的，因而使得轉塔結構變得複雜。而且，由於這些的配線或配管，刀架的移動和轉塔頭的旋轉受到限制，因而還產生了這樣的需求：設置在轉塔頭的分度旋轉時切斷電力配線或流體配管的聯接器等。
另一方面，對於藉由彈簧的作用力把持工件的構造，雖然工件把持器的結構簡單且轉塔的結構也不會變得複雜，但受到向閉合方向的施力的開合爪是在工件表面進行滑動的同時進行工件的把持的，因此存在著使工件受損的危險，對把持力的控制及對工件的放開位置的準確設定比較困難。並且，所能夠把持的工件的形狀也受到限制，存在著通用性差的問題。
形成為能夠裝配鑽頭和銑刀等旋轉工具的轉塔具備對向工件進行了轉位的工具傳遞旋轉力的工具驅動軸，該工具驅動軸由伺服馬達驅動。本創作著眼於該結構，提供一種工件把持器，其設有借助於工具馬達的旋轉來開合的開合爪。
本創作提供一種工件把持器，該工件把持器具備：保持器，該保持器裝配於工具轉塔的工具安裝部，該工具轉塔具備用於驅動旋轉工具的工具驅動軸；輸入軸，該輸入 軸為以能夠自由旋轉的方式軸支承於該保持器的輸入軸，並且當該保持器裝配於該工具轉塔並轉位至工件加工位置時，該輸入軸的末端與該工具驅動軸連接；以及開合爪，該開合爪以該輸入軸的旋轉為驅動源而進行開合。
上述工件把持器中，將該輸入軸或者與該輸入軸旋轉連接的正交軸的正向和反向的旋轉運動轉換為該開合爪的開合運動的轉換機構是齒條齒輪機構。
本創作還提供一種車床，該車床具備：主軸，其用於保持工件並進行旋轉；刀架，其能夠在與主軸軸線平行的Z軸方向、作為工具切入方向的X軸方向、以及與該兩個軸正交的Y軸方向進行移動定位；工具轉塔，其經回轉裝置裝配於該刀架，該回轉裝置能夠繞Y軸進行至少90度的回轉定位，該工具轉塔能夠繞與X-Z平面平行的軸進行分度旋轉；工具驅動軸，其設置於該工具轉塔；如請求項1或2所述的工件把持器，其裝配於該工具轉塔的工具安裝部；以及搬送裝置，其用於相對於該工具轉塔的移動區域的周緣部預定位置搬入和搬出工件，該車床利用該把持器的開合爪的開合動作、該刀架的移動動作、該回轉裝置的回轉動作和工具轉塔的分度旋轉動作，來進行前述預定位置與主軸之間的工件的搬送。
本創作的工件把持器5具備被固定到轉塔的工具安裝部31的保持器51(51a、51b)。保持器51具備輸入軸54，當保持器51安裝在工具安裝部31時該輸入軸54藉由與旋轉工具相同的結構與轉塔頭21內的工具驅動軸29連接。並且，該工件把持器5具備例如齒條齒輪機構57、59 或螺旋凸輪機構62、63那樣的運動轉換機構，該運動轉換機構用於將該輸入軸54的正轉和反轉轉換為工件把持器5的開合爪58的開合動作。
用於搭載轉塔的刀架在車床中能夠沿X軸和Z軸、乃至Y軸方向移動，其移動位置也由數控裝置準確地控制。從而能夠準確地控制工件的把持位置和放開位置。而且，在使用伺服馬達作為工具馬達的機床中，藉由工具馬達的旋轉角控制和轉矩控制，能夠實現對工件的把持力的調整及與工件尺寸對應的開合爪的開合行程的控制。
將本創作的工件把持器5裝配在轉塔2的工具安裝部31中的一個工具安裝部31，藉由工具馬達的旋轉角控制和轉矩控制來進行工件的把持和放開時的開合爪的開合動作，利用裝配了該把持器5的轉塔2的Z-X-Y軸方向的移動和繞Y軸(B軸方向)的回轉動作來進行所把持的工件的搬送，由此，能夠進行車床內的工件的交接。
採用本創作的工件把持器5的話，藉由利用加工程式控制工具馬達27的旋轉方向、旋轉角和轉矩，能夠自由且準確地設定開合爪58的開合行程和工件把持力，無需在轉塔設置電力配線或流體配管。
另外，對於齒條齒輪機構57、59或螺旋凸輪機構62、63，與工具馬達的旋轉角對應的開合爪58的開合量和與工具馬達的轉矩對應的把持力不會隨開合爪58的位置變化而變化，因此加工程式對開合爪58的行程和把持力的控制是容易的。
在具備旋轉工具的驅動裝置的轉塔2的工具安裝部31 的一個部位裝配本創作的工件把持器5的話，將該工件把持器5朝向保持在主軸的工件利用工具馬達使開合爪58開合，能夠在工件把持器5和主軸之間進行工件的交接，藉由在把持著工件的狀態下移動轉塔，能夠在機床內部進行工件的移送。
在轉塔安裝的工件把持器的開合爪的開合是藉由轉塔的工具馬達來進行的，無需在工件把持器設置用於該開合爪的開合的電動馬達或氣壓缸等驅動源，工件把持器的結構簡化，並且，不必設置與進行移動和分度旋轉的轉塔相連的電力配線或流體壓力配管，能夠在與主軸或工件搬入搬出裝置之間進行工件的交接。
下面，參照附圖對本創作的工件把持器及使用該工件把持器的工件的交接動作進行說明。
圖1及圖2是示出本創作的工件把持器的第1實施例的圖，是在角度保持器51a設有三爪卡盤52a的例子，該角度保持器51a用螺栓等安裝在轉塔的工具安裝部31(圖9)。保持器51a具備圓筒部53，該圓筒部53嵌裝在設於轉塔的工具安裝部31的嵌合孔，輸入軸54以能夠自由旋轉的方式軸支承於該圓筒部53的軸心。輸入軸54的末端從圓筒部53的端面突出，在該末端設有銜鐵(舌片)55，該銜鐵55與設在轉塔頭內的工具驅動軸29的末端的直徑方向的連接槽34(參照圖1)嵌合。
在保持器51a的一個側面安裝有三爪卡盤52a，在該三爪卡盤52a的中心軸線上，正交軸56以能夠自由旋轉的 方式軸支承於保持器51a。在正交軸56的末端固定著小齒輪(齒條齒輪機構57)，固定於三爪卡盤52a的各個爪58並朝向卡盤中心側伸出的齒條(齒條齒輪機構59)與該小齒輪(齒條齒輪機構57)嚙合。輸入軸54的基端與正交軸56的基端藉由錐齒輪副60連接。三爪卡盤52a的各個開合爪58由引導件61(參照圖5)引導而沿放射方向移動，藉由輸入軸54的正轉和反轉，3個開合爪58同步開合。
圖3及圖4是示出本創作的工件把持器的第2實施例的圖，是在安裝於轉塔的工具安裝部31的直線保持器51b設有鉤爪(finger)52b的例子。輸入軸54藉由與第1實施例相同的結構被軸支承於保持器51b，在輸入軸54的基端設有小齒輪(齒條齒輪機構57)。並且，在對置的開合爪58分別固定的齒條(齒條齒輪機構59)與該小齒輪(齒條齒輪機構57)嚙合。鉤爪52b的對置的開合爪58由彼此接近和分離的方向的引導件引導，藉由輸入軸54的正轉和反轉，開合爪58同步地開合。
在上述例子中，藉由齒條齒輪將輸入軸54的正轉和反轉轉換為開合爪58的開合運動，不過也可以形成為與廣泛應用的三爪卡盤(scroll chuck)相同的結構。即，也可以形成為下述結構：如圖5所示，藉由設有螺旋槽(螺旋凸輪機構62)的凸輪圓板(螺旋凸輪機構63)的正轉和反轉，使由放射方向的直線引導件61引導且與螺旋槽(螺旋凸輪機構62)滑動自如地卡合的開合爪58同步開合。
圖6至圖8是以雙主軸雙轉塔車床為例，示出藉由本創作的工件把持器5進行的工件的交接動作的例子的圖。 圖中所示車床具備：兩根主軸(未圖示)，其在主軸軸線a上對置；和轉塔2、4，其分別配置在主軸軸線a的上下。在作業員視角的左側的主軸的主軸台11a固定設置於床身，右側的主軸的主軸台11b被設成沿主軸軸線a移動自如。
配置在主軸軸線a的上方的轉塔(下面，稱為“回轉轉塔”。)2是如圖9所示結構的轉塔，其工具馬達27是能夠藉由數控裝置控制旋轉角和轉矩的伺服馬達。回轉轉塔2經回轉裝置33安裝於上刀架32，該回轉裝置33繞Y軸(B軸方向)進行回轉定位，該上刀架32能夠在作為主軸軸線方向的Z軸方向、與Z軸方向正交的工具的切入方向即X軸方向、以及與Z軸方向和X軸方向這兩個方向正交的Y軸方向移動定位。配置在主軸軸線a的下方的轉塔(下轉塔)4以分度軸處於Z軸方向的方式裝配於下刀架42，該下刀架42能夠在Z軸及X軸方向移動定位。
標號7是要加工的工件的搬入和搬出裝置。圖中的搬入和搬出裝置7是這樣的結構：在下端具備用於把持工件的機械手71的升降裝置72沿Z軸方向的引導件73往復移動。搬入和搬出裝置7以機械手71把持儲料器74上的毛坯工件，藉由機械手71的上升及沿引導件73的移動，將該毛坯工件搬入到設定在機械手71的移動端的工件交接位置75。而且，搬入和搬出裝置7將在工件交接位置75接收的加工完畢的工件藉由與搬入時相反的動作搬出到儲料器74上。工件交接位置75設定在由隔壁91或閘板等圍起的工件加工區域9的周邊部內側。
在回轉轉塔2的工具安裝部的一個部位裝配有如圖1所示的角度卡盤結構的把持器5。工件的加工是在用設於圖的左側的主軸的第1卡盤1a和設於右側的主軸的第2卡盤1b分別保持工件W1、W2的狀態下，使用裝配於回轉轉塔2的工具和裝配於下轉塔4的工具並行進行的。
在第2卡盤的工件W2的加工結束後，回轉轉塔2藉由B軸方向的回轉(下面，稱作“B回轉”。)和轉塔頭21的分度旋轉，使在該轉塔裝配的把持器5朝向工件W2側，藉由上刀架32的Z-X-Y軸方向的移動，使該把持器5與工件W2的相對(圖8的虛線)。接著，藉由閉合開合爪58並打開第2卡盤1b來接收工件W2，然後藉由Z-X-Y移動和B回轉而移動至圖8中以實線示出的位置，將加工完畢的工件W2在交接位置75交給搬入和搬出裝置的機械手71。
在第1卡盤的工件W1的加工結束、正在進行工件W2的排出動作的回轉轉塔2離開了與第2主軸台11b干涉的區域的階段，第2主軸台11b向第1主軸台11a側前進，第2卡盤1b保持工件W1的末端，在第1卡盤1a打開後第2主軸台11b後退，從而將工件W1從第1卡盤1a交接到第2卡盤1b。
在此期間，回轉轉塔2藉由使把持器5與藉由搬入和搬出裝置搬入到了交接位置75的毛坯工件W1相對(圖7的實線)並閉合開合爪58，來把持毛坯工件W1。接著，藉由Z-X-Y軸移動和B回轉，使所把持的毛坯工件W1與第1卡盤1a相對(圖7的實線)，繼而沿Z軸方向移動將 毛坯工件W1插入第1卡盤1a。此時，藉由對上刀架32的Z軸方向的進給馬達的轉矩限制，能夠以希望的力將毛坯工件W1按壓於第1卡盤1a。接著，閉合第1卡盤，打開把持器5並使把持器5從主軸軸線上退避，從而完成工件的供給。在該回轉轉塔2進行的工件的供給動作的期間，能夠由下轉塔4的工具繼續對第二卡盤的工件W2的加工。
在雙主軸對置車床或使用旋轉工具的車床中，為了設定工件的交接和旋轉工具的加工位置，需要進行卡盤1a、1b的相位控制(卡盤繞主軸軸線a的旋轉角控制)。因此，如果將毛坯工件以固定的相位搬入交接位置75的話，能夠使工件的相位成為希望的相位並供給到第1卡盤1a。
上述回轉轉塔2進行的工件進給和退出動作均能夠由機床側的數控裝置的加工程式控制。而且，關於該進給和退出中的把持器5與隔壁91、卡盤1a、1b以及固定於這些部件的工件的干涉檢查，藉由利用搭載於機床的數控裝置的工具的干涉檢查功能來進行，從而能夠將衝突防止於未然。而且，具備雙主軸和多個刀架的車床中，在回轉轉塔2進行的工件的供給和退出動作的期間，也能夠繼續對固定在另一個卡盤的工件的加工，因而不會使工件的加工效率降低。
W1‧‧‧工件
W2‧‧‧工件
T‧‧‧旋轉工具
1a‧‧‧第1卡盤
1b‧‧‧第2卡盤
11a‧‧‧主軸台
11b‧‧‧主軸台
2‧‧‧轉塔
21‧‧‧轉塔頭
22‧‧‧機殼
23‧‧‧面齒輪聯軸器
24‧‧‧分度軸
25‧‧‧固定軸
26‧‧‧內殼體
27‧‧‧工具馬達
28‧‧‧傳導軸
29‧‧‧工具驅動軸
30‧‧‧錐齒輪副
31‧‧‧工具安裝部
32‧‧‧刀架
33‧‧‧回轉裝置
34‧‧‧連接槽
4‧‧‧轉塔
42‧‧‧下刀架
5‧‧‧工件把持器
51‧‧‧保持器
51a‧‧‧保持器
51b‧‧‧保持器
52a‧‧‧三爪卡盤
52b‧‧‧鉤爪
53‧‧‧圓筒部
54‧‧‧輸入軸
55‧‧‧銜鐵
56‧‧‧正交軸
57‧‧‧齒條齒輪機構
58‧‧‧開合爪
59‧‧‧齒條齒輪機構
60‧‧‧錐齒輪副
61‧‧‧引導件
62‧‧‧螺旋凸輪機構
63‧‧‧螺旋凸輪機構
7‧‧‧搬入和搬出裝置
71‧‧‧機械手
72‧‧‧升降裝置
73‧‧‧引導件
74‧‧‧儲料器
75‧‧‧工件交接位置
9‧‧‧工件加工區域
91‧‧‧隔壁
圖1是示出第1實施例的工件把持器的內部構造的示意性側視圖。
圖2是圖1的前視圖。
圖3是示出第2實施例的工件把持器的內部構造的示 意性側視圖。
圖4是圖3的前視圖。
圖5是示出第3實施例的工件把持器的內部構造的示意性前視圖。
圖6是示出裝配有第1實施例的工件把持器的車床的一例的示意性前視圖。
圖7是圖6的車床中的工件的排出動作的說明圖。
圖8是圖6的車床中的工件的供給動作的說明圖。
圖9是示出回轉工具轉塔的一例的剖視圖。
29‧‧‧工具驅動軸
34‧‧‧連接槽
5‧‧‧工件把持器
51a‧‧‧保持器
52a‧‧‧三爪卡盤
53‧‧‧圓筒部
54‧‧‧輸入軸
55‧‧‧銜鐵
56‧‧‧正交軸
57‧‧‧齒條齒輪機構
58‧‧‧開合爪
59‧‧‧齒條齒輪機構
60‧‧‧錐齒輪副

Claims (3)

  1. 一種工件把持器，該工件把持器具備：保持器，該保持器裝配於工具轉塔的工具安裝部，該工具轉塔具備用於驅動旋轉工具的工具驅動軸；輸入軸，該輸入軸為以能夠自由旋轉的方式軸支承於該保持器的輸入軸，並且當該保持器裝配於該工具轉塔並轉位至工件加工位置時，該輸入軸的末端與該工具驅動軸連接；以及開合爪，該開合爪以該輸入軸的旋轉為驅動源而進行開合。
  2. 如請求項1所述之工件把持器，其中，將該輸入軸或者與該輸入軸旋轉連接的正交軸的正向和反向的旋轉運動轉換為該開合爪的開合運動的轉換機構是齒條齒輪機構。
  3. 一種車床，該車床具備：主軸，其用於保持工件並進行旋轉；刀架，其能夠在與主軸軸線平行的Z軸方向、作為工具切入方向的X軸方向、以及與該兩個軸的正交的Y軸方向進行移動定位；工具轉塔，其經回轉裝置裝配於該刀架，該回轉裝置能夠繞Y軸進行至少90度的回轉定位，該工具轉塔能夠繞與X-Z平面平行的軸進行分度旋轉；工具驅動軸，其設置於該工具轉塔；如請求項1或2所述的工件把持器，其裝配於該工具轉塔的工具安裝部；以及搬送裝置，其用於相對於該工具轉塔的移動區域的周 緣部預定位置搬入和搬出工件，該車床利用該把持器的開合爪的開合動作、該刀架的移動動作、該回轉裝置的回轉動作和工具轉塔的分度旋轉動作，來進行前述預定位置與主軸之間的工件的搬送。
TW101217586U 2011-09-13 2012-09-12 工件把持器以及車床 TWM452025U (zh)

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