专利名称：工具更换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工具更换装置，尤其涉及将工具以可装拆的方式安装在机 床主轴上的工具更换装置。
背景技术：
以往，机床具有在主轴与工具库之间自动地进行工具更换的工具更换装 置。工具更换装置包括转动轴和长条状的臂本体。转动轴沿上下方向移动。在 转动轴的下端设置有臂本体。臂本体的长度方向与转动轴的轴线方向正交。臂 本体可绕转动轴的轴线转动。在臂本体的两端分别具有把持工具的把持部。在 一对把持部分别把持着工具的状态下，臂本体与转动轴一起转动，从而安装在 主轴的工具安装部上的工具与在工具库的工具更换位置上待机的工具互换。
在以往的工具更换装置中，在使转动轴和臂本体下降并使臂本体转动之 后， 一边使转动轴和臂本体上升一边将工具安装到主轴的工具安装部上。转动 后的工具的位置相对于主轴的轴线即使稍有错位，也会产生问题。具体而言， 若在工具的位置相对于主轴的轴线错位的状态下试着进行安装，则在将工具完 全安装到工具安装部上之前，工具与主轴的工具安装部之间会发生冲突而彼此 干涉。若在工具和主轴的工具安装部上作用有由干涉引起的负载的状态下将工 具强行安装到主轴的工具安装部上，最严重时会存在工具或主轴可能会破损的
问题。为了解决上述问题，例如在日本特许第3511857号公报中记载的工具更 换装置具有臂固定机构，该臂固定机构将臂本体一体地固定在转动轴上。在上 述公报所记载的工具更换装置中，当转动轴和臂本体上升而将工具插入主轴的 工具安装部内时，可解除臂固定机构的固定。
在上述公报所记载的工具更换装置中，在转动轴的下端设置有将臂本体可 转动地支撑的臂支撑体。在臂支撑体上设置有臂固定机构。臂固定机构具有相对于臂支撑体沿上下方向移动的臂固定销。臂固定销具有檐状的突部。突部具 有直径朝着上方变小的锥状的卡合面。臂本体具有供臂固定销的突部从下侧卡 合的卡合槽。卡合槽的内表面呈直径朝着上方变小的锥状，以与突部的卡合面 紧贴地抵接。弹簧始终对臂固定销朝着上方施力，通过突部与卡合槽卡合，可 将臂本体固定在臂支撑体上。其结果是，臂本体可与转动轴一起转动。
在为了将工具安装到主轴的工具安装部上而使臂本体上升至上死点时，机
床的主轴头的下部与从臂支撑体的上部突出的臂固定销的上部抵接，将臂固定 销压下。臂固定销一旦下降，臂固定销的突部便会从臂本体的卡合槽脱离。由 于臂固定销解除对臂本体的固定，因此臂本体可独立于转动轴地绕转动轴的轴 线转动。由于臂本体绕转动轴的轴线独立地转动，因此可使工具一边沿着工具 安装部的安装面移动一边嵌合。当将工具安装到主轴的工具安装部上时，即使 工具位置与主轴的轴线位置稍有错位，也可防止负载作用在工具与工具安装部 之间。
在上述公报所记载的工具更换装置中，由于工具更换时臂本体与铁制的工 具一起转动180。，因此会有转动惯量对臂本体起作用。当使转动轴从转动状 态成为停止状态时、以及使转动轴从停止状态成为转动状态时，由于作用在臂 本体上的转动惯量，臂本体的卡合槽会进行作用而将臂固定销的突部的锥面压 下。当压下臂固定销的力较大时，臂固定销下降，卡合槽的锥面会跨过突部的 锥面。当卡合槽的锥面跨过突部的锥面时，臂固定销可能会解除对臂本体的固 定。臂固定销一旦解除对臂本体的固定，臂本体就不会与转动轴一起正常地转 动。由于臂本体不与转动轴一起正常地转动，因此工具的位置不能准确地替换， 还会产生无法更换工具的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使在臂本体的转动中也能可靠地保持臂本 体相对于转动轴的固定状态的工具更换装置。
为了实现上述目的，技术方案1的发明的工具更换装置包括将机床的 主轴头可上下移动且可转动地支撑的转动轴；设于所述转动轴的下端、并绕所述转动轴的轴线转动的臂本体；设于所述臂本体的至少一端、并把持 工具的把持部；固定于所述转动轴的下端、并将所述臂本体可转动地支撑 的臂支撑体；可上下移动地设在所述臂支撑体上的轴状的臂固定部件；设 在所述臂固定部件的两端之间的锥形的第一突部；设在所述臂支撑体与所 述第一突部之间、并对所述臂固定部件朝着上方施力的第一施力机构；设 在所述臂本体上、且供被所述第一施力机构朝着上方施力了的所述臂固定 部件的所述第一突部从下侧卡合的第一卡合部；驱动所述转动轴上下移动 的第一驱动机构；驱动所述转动轴转动的第二驱动机构；以及驱动所述臂 本体转动的第三驱动机构，所述主轴头的下部与所述臂固定部件的上部抵 接而将所述臂固定部件压下，所述第一突部从所述第一卡合部脱离，从而 所述臂固定部件解除对所述臂本体的固定，解除了该固定的所述臂本体被 所述第三驱动机构驱动而转动，所述把持部将安装在所述机床的主轴上的 工具把持，通过所述第一驱动机构驱动所述转动轴向下移动，所述第一施 力机构使所述第一突部与所述第一卡合部卡合，从而将所述臂本体固定在 所述臂支撑体上，在所述臂本体固定在所述臂支撑体上的状态下，通过所 述第二驱动机构驱动所述转动轴转动，所述臂本体转动，所述第一驱动机 构驱动所述转动轴向上移动，从而将所述把持部把持的工具安装到机床的 主轴上，所述臂固定部件具有第一直线部，该第一直线部在所述第一突部 的上部朝着垂直上方延伸，并可与所述第一卡合部卡合。
因此，即使当臂固定部件下降、第一卡合部从臂固定部件的第一突部偏移 了时，第一卡合部也会被第一直线部卡住。臂固定部件可继续固定臂本体，即 使在臂本体的转动中，也能可靠地保持臂本体相对于转动轴的固定状态。
技术方案2的工具更换装置还包括:与安装在所述把持部上的工具抵接、 并以可从所述臂本体的内部朝着所述把持部前进后退地移动的形态设置的 抵接部件；对所述抵接部件朝着所述把持部侧施力的第二施力机构；可上 下移动地设在所述臂支撑体上的轴状的抵接部件固定轴；设在所述抵接部 件固定轴的两端之间的锥形的第二突部；在所述第二突部的上部朝着垂直 方向延伸的第二直线部；设在所述臂支撑体与所述第二突部之间、并对所述抵接部件固定轴朝着上方施力的第三施力机构；以及设在所述抵接部件 上、与所述第二突部或所述第二直线部卡合的第二卡合部，当所述第二突 部或所述第二直线部与所述第二卡合部卡合了时，限制所述抵接部件朝与 所述把持部相反的一侧移动，当所述臂本体利用所述第一驱动机构而上升 了时，所述主轴头的下部与所述抵接部件固定轴的上部抵接而将所述抵接 部件固定轴压下，所述第二突部和所述第二直线部从所述第二卡合部脱离， 从而解除对所述抵接部件朝与所述把持部相反的一侧移动的限制。
因此，即使当抵接部件固定轴下降、第二卡合部的锥部从抵接部件固定轴 的第二突部的锥部偏移了时，第二卡合部也会被第二直线部卡住。抵接部件固 定轴可继续限制抵接部件的移动，即使在臂本体的转动中，也能可靠地保持把 持部对工具的把持力。
图1是工具更换装置1的纵剖视图。
图2是工具更换装置1的下部的纵剖视图。
图3是工具更换臂IO的立体图。
图4是工具更换臂10的俯视图。
图5是臂转动轴51的锥面51b的纵剖视图。
图6是臂固定销91的立体图。
图7是滚轮轴固定销92的立体图。
图8是表示臂固定机构201和滚轮轴固定机构202的动作的说明图(工具 更换臂10上升至上死点的状态)。
图9是表示臂固定机构201和滚轮轴固定机构202的动作的说明图(工具 保持件7从主轴9脱离后的状态)。
图10是表示臂固定机构201和滚轮轴固定机构202的动作的说明图(工 具更换臂10移动至最低点的状态)。
图11是表示臂固定销91的卡合凸缘100的锥部101与臂转动轴51的锥 面51b抵接之前的状态的说明图。图12是表示臂固定销91的卡合凸缘100的锥部101与臂转动轴51的锥 面51b抵接后的状态的说明图。
具体实施例方式
下面参照附图对作为本发明的一具体实施形态的工具更换装置1进行说明。
首先对工具更换装置1的结构进行概略的说明。如图1所示，机床(未图 示)将工具更换装置1装入在主轴头3的内部。工具更换装置1是通过下述的 工具更换臂10的转动动作和升降动作来使安装在机床的主轴9 (参照图8)上 的工具6和移动至工具库(未图示)的待机位置的工具6互换地进行更换的装 置。工具更换装置1具有工具更换用的驱动马达15、沿铅垂方向贯通主轴头 3的内部的驱动轴18、转动轴25、以及工具更换臂IO。驱动马达15固定在主 轴头3的上部。驱动轴18与驱动马达15的驱动轴(未图示)连结。转动轴25 位于驱动轴18的侧方，随着驱动轴18的转动运动而绕轴线转动并沿上下方向 移动。工具更换臂10与转动轴25的下端连结，大致水平地伸出。工具更换臂 10的长度方向与转动轴25的轴线正交。工具更换臂10在两端上具有把持工具 用的把持部17、 17。
对驱动轴18进行说明。如图1所示，分别设于主轴头3的上部和下部的 轴承19、 20将驱动轴18的上端部和下端部可自由转动地轴支撑。在驱动轴18 的轴向中央同轴地固定有圆柱部件39。圆柱部件39在外周面的上部具有槽凸 轮22，在槽凸轮22的下方具有槽凸轮23。圆柱部件39在下表面上具有平面 槽凸轮24。
杆40在中央具有卡合件43。卡合件43与槽凸轮23卡合。杆40以支撑 点44为支点进行摆动。设于杆40前端的接触件41与下述的圆筒部件36的圆 周槽(未图示)卡合。圆筒部件36同轴地固定在转动轴25的中央。若驱动轴 18旋转一周，则杆40跟随槽凸轮23从动地摆动，转动轴25和工具更换臂10 沿轴向往复一次。
摆动部件42与槽凸轮22卡合。在驱动轴18转动时，摆动部件42跟随槽凸轮22从动地摆动。摆动部件42通过摆动而将主轴9 (参照图8)具有的工 具把持机构(未图示)压下。通过摆动部件42将所述工具把持机构压下，工 具更换装置1可将保持工具6的工具保持件7从主轴9具有的工具安装部9a 中拔出。
主轴头3在内部的下部将齿轮34可自由转动地支撑。齿轮34具有摆动件 35 (参照图2)。摆动件35 (参照图2)与平面槽凸轮24卡合。通过摆动件 35跟随平面槽凸轮24从动，齿轮34转动。在齿轮34转动时，与齿轮34啮合 的外轴齿轮29转动。如下面所述，臂转动轴51与外轴齿轮29嵌合。由于臂 转动轴51和臂本体52 —体成形，因此可使臂本体52随着外轴齿轮29的转动 而转动。
驱动轴18在轴向的上部同轴地具有圆柱状的平行凸轮21。平行凸轮21 是具有檐状的板凸轮21a、 21b的复合凸轮。板凸轮21a、 21b与下述的滚轮38、 38分别抵接。转动轴25在上端部具有花键轴37。花键轴37在外周上具有凸 缘部37a。凸缘部37a在上下表面上分别轴支撑着滚轮38、 38。驱动轴18旋 转一周，花键轴37、转动轴25和工具更换臂IO便转动180° 。
对转动轴25进行说明。如图1所示，转动轴25在上方外周具有花键 25a，在最下端具有板状的凸缘25b。凸缘25b将大致水平延伸的工具更换 臂10的中央部位固定。转动轴25在上部具有沿着转动轴25的轴线的规定 深度的孔32。在孔32内插通有下述的支撑部件31。支撑部件31形成为长 轴状，具有比孔32的内径小的外径。上部机械架28固定在主轴头3的上 部，具有孔28a。支撑部件31经由上部机械架28的孔28a对转动轴25的 上部予以轴支撑。
如图2所示，在转动轴25的下端外插有圆筒状的外轴齿轮29。轴承 30在外轴齿轮29的上方配置在外轴齿轮29与转动轴25之间。主轴头3 在下部具有的下部机械架26具有孔26a。下部机械架26通过轴承27将插 入孔26a内的外轴齿轮29可转动地支撑。
外轴齿轮29在下端部的彼此相对的位置上具有下侧开口的凹部71a、 71b。凹部71a、 71b可与工具更换臂10的下述的臂转动轴51的凸部72a、72b嵌合。通过凹部71a、 71b与凸部72a、 72b嵌合，臂转动轴51与外轴 齿轮29 —起转动。
对工具更换臂10的构造进行详细说明。如图2、图3、图4所示，工 具更换臂10具有臂本体52和俯视呈圆形的臂支撑体16。臂本体52在长度 方向两侧具有把持部17、 17。臂支撑体16从上下将臂本体52的中央夹入 而将臂本体52可转动地支撑。
对臂本体52进行说明。如图3、图4所示，臂本体52具有圆盘状的 本体部53以及臂部54、 54。臂部54、 54分别固定在本体部53的左右侧部。 各臂部54、 54在前端具有俯视呈"C"形状的把持部17。把持部17的朝向 是使所述"C"形状的朝向以本体部53为中心彼此反向的朝向。把持部17 具有朝着把持部17的内侧突出的工具卡合部56。工具卡合部56与工具保 持件7 (参照图8)外周面上的卡合槽7a (参照图8)卡合。
如图2所示，本体部53在上表面中央具有凹状部分。凹状部分在中央 具有沿轴心贯通的贯通孔53a。下述的圆筒状的臂转动轴51与贯通孔53a 嵌合，并用螺钉(未图示)固定在本体部53上。本体部53在凹状部分外 侧的彼此相对的位置上具有一对孔55、 55。下述的臂固定销91和滚轮轴固 定销92沿铅垂方向分别位于孔55内。
如图2、图5所示，臂转动轴51在其轴向中央具有朝着径向外侧伸出 的凸缘51a。如图5所示，在凸缘51a外周面的与下述的臂固定销91相对 的位置上具有锥面51b。锥面51b向臂转动轴51的径向内侧朝着斜下方倾 斜，锥角(铅垂线与倾斜面所成的角度)为大致10° 。臂固定销91的下述 的卡合凸缘100从下侧与锥面51b卡合。卡合凸缘100的下述的锥部101 (参照图6)与锥面51b抵接。通过锥部101与锥面51b抵接，臂固定销 91与臂转动轴51连结。g卩，具有臂固定销91的臂支撑体16与臂本体52 连结。臂固定销91的形状在下面说明。
如图2所示，臂部54、 54在其内部分别具有插通孔58，插通孔58使 孔55与把持部17之间贯通。插通孔58具有直径朝着孔55侧变小的台阶 部(未图示)。插通孔58将滚轮轴80可滑动(可前进后退地移动)地支撑。滚轮轴80在把持部17侧的一端将滚轮81可自由旋转地轴支撑。滚轮 81将与把持部17的内侧抵接的工具保持件7 (参照图8)推压固定。滚轮 轴80在轴向中央具有直径朝着孔55侧变小的台阶部(未图示)。滚轮轴 80的台阶部与插通孔58的台阶部卡合。利用插通孔58的台阶部和滚轮轴 80的台阶部来防止滚轮轴80从插通孔58内脱出。
圆筒状的弹簧85位于插通孔58的台阶部与滚轮轴80的台阶部之间。 弹簧85始终对滚轮轴80朝着把持部17侧施力。滚轮轴80在滚轮轴80的 朝孔55侧突出的端部具有锥面80a。锥面80a与下述的滚轮轴固定销92 的卡合凸缘150的锥部151 (参照图7)的面对应地倾斜。当滚轮轴固定销 92上升时，卡合凸缘150从下侧与锥面80a抵接。卡合凸缘150在与锥面 80a抵接时限制滚轮轴80向孔55侧滑动。由于滚轮轴80的滚轮81将工具 保持件7朝着工具卡合部56侧推压，因此把持部17能可靠地把持工具保 持件7。
下面对臂支撑体16进行说明。如图2、图3所示，臂支撑体16具有 大致圆盘状的上凸缘61和圆盘状的下凸缘63。上凸缘61在中央部具有朝 着下方突出的突出部61a。在突出部61a上套设有臂转动轴51。下凸缘63 在中央具有供突出部61a嵌合的轴孔57。突出部61a利用螺钉(未图示) 固定在下凸缘63上。上凸缘61通过凸缘25b固定在转动轴25上。上凸缘 61和下凸缘63将臂本体52的本体部53夹在中间予以支撑。
如图3所示，上凸缘61在以俯视时的中央为基点的对称位置上分别具 有贯通孔65、 65。上凸缘61在靠近贯通孔65、 65且以俯视时的中央为基 点的对称位置上分别具有直径大于贯通孔65、 65的贯通孔67、 67。上凸缘 61在贯通孔65、 67的内侧分别设置有大致沿着圆周的孔73、 73。臂转动 轴51的凸部72a、 72b从下侧向上方从孔73、 73突出。孔73、 73用于使 上凸缘61不与随着臂本体52的转动而转动的凸部72a、 72b干涉。
如图2所示，下凸缘63在以轴孔57为基点对称的、并与上凸缘61的 贯通孔65、 65相对的位置上具有带台阶插通孔68、 68。带台阶插通孔68、 68在下方具有直径变小的台阶部(未图示)。下凸缘63在与上凸缘61的贯通孔67、 67相对的各个位置上具有与带台阶插通孔68 —样的具有台阶 部的带台阶插通孔69、 69。
臂支撑体16夹着突出部61a分别具有一对臂固定机构201和一对滚轮 轴固定机构202。臂固定机构201是用于使臂本体52与臂支撑体16固定或 解除固定的机构。滚轮轴固定机构202是用于限制滚轮轴80的滑动的机构。
对臂固定销91的形状进行说明。如图6所示，臂固定销91呈长轴形 状，并在轴向中央位置上具有卡合凸缘100。卡合凸缘IOO具有锥部101、 基台部102和直线部103。锥部101具有直径朝着上方变小(上端的直径小 于下端的直径)的锥形。基台部102具有沿锥部101的下端直径部分(底 部)的外周朝着径向外侧伸出、与臂固定销91的轴向平行延伸的周面。直 线部103具有从锥部101的上端直径部分(上部)与臂固定销91的轴向平 行地朝上方延伸的周面。锥部101的倾斜角度(锥面相对于臂固定销91的 轴向的角度)为10° ，与臂转动轴51的锥面51b (参照图5)的倾斜角度 大致相同。
对滚轮轴固定销92的形状进行说明。如图7所示，滚轮轴固定销92 呈长轴形状，并在轴向中央位置上具有卡合凸缘150。卡合凸缘150具有锥 部151、基台部152和直线部153。锥部151具有直径朝着上方变小的锥形。 基台部152从锥部151底部的外周朝着铅垂下方伸出。直线部153从锥部 151的上端直径部分(上部)与滚轮轴固定销92的轴向平行地朝上方伸出。
对臂固定机构201进行说明。如图2所示，在下凸缘63的带台阶插通 孔69内插通着臂固定销91。在带台阶插通孔69的台阶部的上表面与卡合 凸缘100的基台部102 (参照图6)的底面之间配置有弹簧95。弹簧95始 终对臂固定销91朝着上方施力。
当臂固定销91相对于臂支撑体16上升了时，卡合凸缘100的锥部101 与臂转动轴51的锥面51b卡合(参照图12)。因此，臂固定销91将臂本 体52和臂支撑体16固定，限制臂本体52相对于臂支撑体16转动。在上 述状态下，臂本体52可与转动轴25—体地转动。
图11表示的是与臂固定销91的上部抵接的主轴头3的下部克服弹簧95的施力而将臂固定销91压下的状态。臂固定销91的卡合凸缘100从臂转动轴 51的锥面51b离开。因此，臂固定销91将臂本体52与臂支撑体16之间的固 定解除。臂本体52与臂支撑体16之间的固定解除仅允许臂本体52相对于臂 支撑体16转动。在上述状态下，臂本体52独立于转动轴25地转动。
对滚轮轴固定机构202进行说明。如图2所示，在下凸缘63的带台阶插 通孔68内插通着滚轮轴固定销92。在带台阶插通孔69的台阶部的上表面与卡 合凸缘150的基台部152 (参照图7)的底面之间配置有弹簧93。弹簧93始终 对滚轮轴固定销92朝着上方施力。
当滚轮轴固定销92上升了时，卡合凸缘150的锥部151从下侧与滚轮轴 80的锥面80a卡合。由于滚轮轴固定销92对滚轮轴80在带台阶插通孔58内 的滑动进行限制，因此滚轮81可推压维持与把持部17卡合的工具保持件7。
当克服弹簧93的施力而将滚轮轴固定销92压下了时，卡合凸缘150的 锥部151从滚轮轴80的锥面80a离开。滚轮轴固定销92允许滚轮轴80朝着 孔55侧滑动。在此状态下，可在把持部17上进行工具保持件7的装拆。
对臂本体52的工具更换位置(A)和臂待机位置(B)进行说明。如图4 所示，臂本体52以突出部61a (参照图2)为中心转动。在工具更换位置(A) 上，安装在主轴9上的工具保持件7位于一方的把持部17的内侧，安装在工 具库上的工具保持件7位于另一方的把持部17的内侧。通过一对把持部17将 各工具保持件7把持，臂本体52与转动轴25—起转动180° ，从而各工具保 持件7的位置互换。此后，各把持部17解除对各工具保持件7的保持。在上 述状态下， 一方的把持部17仍然位于主轴9的附近。位于主轴9附近的把持 部17会妨碍安装在主轴9的工具安装部9a上的工具6进行切削加工。通过仅 使臂本体52转动规定角度，臂本体52成为臂待机位置(B)。由于一方的把 持部17从主轴9离开，因此把持部17不会妨碍安装在主轴9上的工具6进行 切削加工。
对具有上述结构的工具更换装置1的工具更换工序进行说明。工具更换工 序主要包括四个工序。在第一工序中，仅臂本体52转动规定角度，从而从臂 待机位置(B)移动到工具更换位置(A)。然后，用把持部17、 17来把持对安装在主轴9上的使用后的工具6予以保持的工具保持件7和对工具库的新的 工具6予以保持的工具保持件7。在第二工序中，工具更换臂10与转动轴25 一起移动至最低点。然后，通过工具更换臂10与转动轴25—起转动180° ， 工具6、 6的位置互换。在第三工序中，工具更换臂10与转动轴25—起上升。 在主轴9上安装对新的工具6予以保持的工具保持件7，在工具库内收纳对使 用后的工具6予以保持的工具保持件7。在第四工序中，把持部17、 17离开各 工具保持件7、 7。然后，仅臂本体52朝着与第一工序相反的方向转动，从而 从工具更换位置(A)回到臂待机位置(B)。下面对这些第一 第四工序的各 种动作进行具体说明。
对第一工序进行说明。如图8所示，位于臂待机位置(B)的工具更换 臂10移动到了上死点。臂转动轴51的凸部72a、 72b与外轴齿轮的凹部71a、 71b分别嵌合。主轴头3的下部与从上凸缘61突出到上方的臂固定销91和滚 轮轴固定销92抵接，将臂固定销91和滚轮轴固定销92朝着下方压下。在上 述情况下，臂固定销91的卡合凸缘100与臂转动轴51的凸缘51a具有的锥面 51b (参照图5)并不卡合。臂固定销91将臂本体52与臂支撑体16之间的固 定解除，仅允许臂转动轴51 (即臂本体52)相对于臂支撑体16的转动。
主轴头3的下部将滚轮轴固定销92压下。滚轮轴固定销92的卡合凸缘 150的锥部151从滚轮轴80的锥面80a脱离。滚轮轴固定销92允许滚轮轴80 朝着孔55侧滑动。
在驱动轴18转动时，摆动件35沿着平面槽凸轮24摆动(参照图2)。 若摆动件35摆动，则跟随摆动件35从动的齿轮34转动，与齿轮34啮合的外 轴齿轮29转动。由于臂固定销91解除了对臂转动轴51的固定，因此臂转动 轴51随着外轴齿轮29的转动而转动。与该臂转动轴51构成一体的臂本体52 转动。臂本体52从图4所示的臂待机位置(B)向工具更换位置(A)转动。
把持部17的工具卡合部56与安装在主轴9的工具安装部9a上的工具保 持件7的卡合槽7a卡合。工具保持件7对滚轮轴80朝着孔55侧施力，滚轮 轴80朝着孔55侧移动。滚轮81因弹簧85的施力而对与把持部17的工具卡 合部56卡合的工具保持件7推压施力。如上所述，把持部17将工具保持件7把持。另一方的把持部17通过同样的方法来把持对工具库(未图示)的位于
待机位置上的工具6予以保持的工具保持件7。这样，第一工序结束。
对第二工序进行说明。如图8所示，在第一工序中把持部17、 17把持了 工具保持件7、 7的状态下，驱动轴18继续转动。在驱动轴18转动时，跟随 槽凸轮22从动的摆动部件42摆动。通过摆动部件42摆动，将主轴9的工具 把持机构(未图示)压下。若将主轴9的工具把持机构压下，则工具保持件7 可从主轴9脱离。由于驱动轴18转动，杆40摆动，因此如图9所示，转动轴 25向下方移动。随之，工具更换臂10向下移动，从而可将工具保持件7从主 轴9中拔出。
弹簧93、 95将与主轴头3的下部抵接而下降了的臂固定销91和滚轮轴固 定销92上推。如图10所示，在转动轴25和工具更换臂10移动至最低点时， 在臂固定机构201中，臂固定销91的卡合凸缘100从下侧与臂转动轴51的凸 缘51a具有的锥面51b (参照图5)卡合。因此，卡合凸缘100的锥部101与 锥面51b紧贴地卡合。臂固定销91将臂本体52和臂支撑体16固定，仅限制 臂本体52相对于臂支撑体16的转动。在上述状态下，臂本体52与转动轴25 一体地转动。
在滚轮轴固定机构202中，卡合凸缘150的锥部151 (参照图7)从下侧 与滚轮轴80的锥面80a卡合。由于滚轮轴固定销92对滚轮轴80的滑动进行 限制，因此可保持滚轮81对工具保持件7的推压施力。因此，把持部17能可 靠地保持工具保持件7。
在把持部17、 17把持了工具保持件7、 7的状态下，若驱动轴18继续转 动，则平行凸轮21转动。通过平行凸轮21的板凸轮21a、 21b与设在花键轴 37上的滚轮38抵接，转动轴25和工具更换臂10转动180° 。由于工具更换 臂10在用把持部17、 17把持着工具保持件7、 7的同时进行转动，因此由铁 制的工具6、 6、工具保持件7、 7等的重量而引起的转动惯量会对臂本体52 起作用。因此，即使转动轴25的转动停止，臂本体52仍会受到欲使其继续转 动的惯性力。当转动轴25开始转动时也一样，臂本体52会受到欲使其继续停 止的惯性力。无论是哪一种情况，臂本体52受到的惯性力都会将与臂转动轴51的凸缘51a的锥面51b卡合的臂固定销91的卡合凸缘100压下。
在上述情况中，由于卡合凸缘100的锥部101相对于锥面51b朝着下方偏 移，因此锥面51b可能会跨过卡合凸缘100的锥部101。但即使锥面51b跨过 了卡合凸缘100的锥部101，也会有直线部103与锥面51b抵接。臂固定机构 201的臂固定销91维持着臂本体52与臂支撑体16之间的固定。当工具更换臂 10转动时，臂固定销91能可靠地保持臂本体52与臂支撑体16之间的固定， 因此可防止工具更换臂10的转动位置错位。
在滚轮轴固定机构202中，作用在臂本体52上的惯性力也会将与滚轮轴 80的锥面80a抵接的滚轮轴固定销92的卡合凸缘150压下。在上述情况中， 由于卡合凸缘150的锥部151相对于滚轮轴80的锥面80a朝着下方偏移，因 此滚轮轴80的锥面80a可能会跨过卡合凸缘150的锥部151。但即使滚轮轴 80的锥面80a跨过了卡合凸缘150的锥部151，也会有直线部153与滚轮轴80 的锥面80a抵接。滚轮轴固定销92对滚轮轴80的滑动进行限制。当工具更换 臂10转动时，由于滚轮轴固定销92对滚轮轴80的滑动进行限制，因此能可 靠地防止工具保持件7从把持部17脱落。工具更换臂10准确且安全地转动180 ° ，工具6、 6的位置互换。
对第三工序进行说明。在通过第二工序工具6、 6的位置互换了的状态下， 若驱动轴18继续转动，则杆40摆动，转动轴25向上移动。随之，工具更换 臂10向上移动。如图8、图9所示，在工具更换臂IO移动至上死点时，主轴 头3的下部与臂固定销91和滚轮轴固定销92抵接，将臂固定销91和滚轮轴 固定销92朝着下方压下。臂固定机构201解除锥面51b与锥部101之间的卡 合，仅允许臂本体52相对于臂支撑体16的转动。在上述状态下，臂本体52 可独立于转动轴25转动。臂本体52在将工具保持件7沿着主轴9的工具安装 部9a插入时可跟随工具保持件7的动作进行摆动。从而即使在把持部17把持 的工具保持件7的位置相对于主轴9的工具安装部9a错位了时，工具更换装 置l也能可靠地将工具保持件7安装到工具安装部9a上。因此，在工具更换 装置l中，可防止负载作用在工具保持件7与工具安装部9a之间。
滚轮轴固定机构202将滚轮轴80的锥面80a与锥部151之间的卡合解除。滚轮轴固定机构202允许滚轮轴80朝着孔55侧滑动。因此，把持部17可解 除对工具保持件7的把持。
对第四工序进行说明。如图8所示，通过第三工序，在主轴9的工具安装 部9a内插入新的工具保持件7，各把持部17、 17解除了对工具保持件7的把 持。臂转动轴51的凸部72a、 72b与外轴齿轮29的凹部71a、 71b分别嵌合。 若驱动轴18继续转动，则摆动件35沿着平面槽凸轮24摆动。跟随摆动件35 从动的齿轮34朝着与第一工序相反的方向转动，与齿轮34啮合的外轴齿轮29 也朝着与第一工序相反的方向转动。由于臂固定销91解除了臂本体52与臂支 撑体16之间的固定，因此臂转动轴51跟随外轴齿轮29的转动而转动。在臂 转动轴51转动时，与臂转动轴构成一体的臂本体52转动。臂本体52从工具 更换位置(A)转动到臂待机位置(B)。
在上面的说明中，图2、图3所示的把持部17相当于本发明的"把持 部"。弹簧95相当于本发明的"第一施力机构"。弹簧85相当于本发明 的"第二施力机构"，弹簧93相当于本发明的"第三施力机构"。滚轮轴 80相当于本发明的"抵接部件"。图6所示的臂固定销91相当于本发明的 "臂固定部件"，锥部101相当于本发明的"第一突部"，直线部103相 当于本发明的"第一直线部"。图7所示的滚轮轴固定销92相当于本发明 的"抵接部件固定轴"，锥部151相当于本发明的"第二突部"，直线部 153相当于本发明的"第二直线部"。设在图2所示的臂转动轴51的凸缘 51a上的锥面51b相当于本发明的"第一卡合部"，滚轮轴80的锥面80a 相当于本发明的"第二卡合部"。图1所示的驱动马达15、驱动轴18、杆 40、圆柱部件39的槽凸轮23相当于本发明的"第一驱动机构"。图1所 示的驱动马达15、驱动轴18、平行凸轮21、花键轴37、滚轮38相当于本 发明的"第二驱动机构"。图1所示的驱动马达15、驱动轴18、圆柱部件 39的平面槽凸轮24、摆动件35、齿轮34、外轴齿轮29、臂转动轴51相当 于本发明的"第三驱动机构"。
如上所述，在本实施形态的工具更换装置1中，在构成臂固定机构201 的臂固定销91的卡合凸缘100中在锥部101的上部设置有直线部103。在构成滚轮轴固定机构202的滚轮轴固定销92的卡合凸缘150中，在锥部151 的上部设置有直线部153。当工具更换臂10转动180°时，由铁制的工具6、 6、工具保持件7、 7等的重量而引起的转动惯量会对臂本体52起作用。工 具更换臂10转动时作用在臂本体52上的惯性力会将与臂转动轴51的凸缘 51a的锥面51b卡合的臂固定销91的卡合凸缘100压下。因此，卡合凸缘 100的锥部101相对于凸缘51a的锥面51b朝着下方偏移。即使凸缘51a 的锥面51b跨过了卡合凸缘100的锥部101，也会有直线部103与凸缘51a的 锥面51b抵接。臂固定机构201的臂固定销91仍然会保持对臂转动轴51的固 定。当工具更换臂10转动时，由于臂固定销91可靠地保持着对臂转动轴51 的固定，因此可防止工具更换臂10的转动位置错位。
在滚轮轴固定机构202中，作用在臂本体52上的惯性力也会将与滚轮 轴80的孔55侧的端部抵接的滚轮轴固定销92的卡合凸缘150压下。卡合 凸缘150的锥部151相对于滚轮轴80的锥面80a朝着下方偏移。即使滚轮 轴80的锥面80a跨过了卡合凸缘150的锥部151，也会有直线部153与滚 轮轴80的锥面80a抵接。滚轮轴固定机构202的滚轮轴固定销92仍然会 保持对滚轮轴80的固定。当工具更换臂10转动时，由于滚轮轴固定销92可 靠地保持着对滚轮轴80的固定，因此能在转动中可靠地防止工具从把持部17 脱落。通过工具更换臂IO准确且安全地转动180° ，可使工具6、 6的位置互 换。
本发明的工具更换装置并不局限于上述实施形态，当然可以进行各种变 形。例如，在上述实施形态中，在工具更换臂10的臂本体52上，本体部53 和臂部54、 54—体形成，但本体部53和臂部54、 54也可分开构成。还可将 上凸缘部61和突出部61a分开构成。
工具更换臂10的把持部17、 17的朝向只要构成为彼此对称的朝向即可， 也可以是与上述实施形态相反的朝向。
在上述实施形态中，臂固定销91的卡合凸缘100的锥部101、滚轮轴固 定销92的卡合凸缘150的锥部151、以及凸缘51a的锥面51b的截面呈直线状， 但也可以是曲线状。工业上的可利用性
本发明的工具更换装置可应用于利用转动轴使臂本体作转动动作、从 而以可装拆的形态将工具安装到机床的主轴上的工具更换装置。
权利要求
1.一种工具更换装置，包括将机床的主轴头可上下移动且可转动地支撑的转动轴；设于所述转动轴的下端、并绕所述转动轴的轴线转动的臂本体；设于所述臂本体的至少一端、并把持工具的把持部；固定于所述转动轴的下端、并将所述臂本体可转动地支撑的臂支撑体；可上下移动地设在所述臂支撑体上的轴状的臂固定部件；设在所述臂固定部件的两端之间的锥形的第一突部；设在所述臂支撑体与所述第一突部之间、并对所述臂固定部件朝着上方施力的第一施力机构；设在所述臂本体上、且供被所述第一施力机构朝着上方施力了的所述臂固定部件的所述第一突部从下侧卡合的第一卡合部；驱动所述转动轴上下移动的第一驱动机构；驱动所述转动轴转动的第二驱动机构；以及驱动所述臂本体转动的第三驱动机构，所述主轴头的下部与所述臂固定部件的上部抵接而将所述臂固定部件压下，所述第一突部从所述第一卡合部脱离，从而所述臂固定部件解除对所述臂本体的固定，解除了该固定的所述臂本体被所述第三驱动机构驱动而转动，所述把持部将安装在所述机床的主轴上的工具把持，通过所述第一驱动机构驱动所述转动轴向下移动，所述第一施力机构使所述第一突部与所述第一卡合部卡合，从而将所述臂本体固定在所述臂支撑体上，在所述臂本体固定在所述臂支撑体上的状态下，通过所述第二驱动机构驱动所述转动轴转动，所述臂本体转动，所述第一驱动机构驱动所述转动轴向上移动，从而将所述把持部把持的工具安装到机床的主轴上，其特征在于，所述臂固定部件具有第一直线部，该第一直线部在所述第一突部的上部朝着垂直上方延伸，并可与所述第一卡合部卡合。
2.如权利要求l所述的工具更换装置，其特征在于，还包括 与安装在所述把持部上的工具抵接、并以可从所述臂本体的内部朝着所述把持部前进后退地移动的形态设置的抵接部件；对所述抵接部件朝着所述把持部侧施力的第二施力机构； 可上下移动地设在所述臂支撑体上的轴状的抵接部件固定轴； 设在所述抵接部件固定轴的两端之间的锥形的第二突部； 在所述第二突部的上部朝着垂直方向延伸的第二直线部； 设在所述臂支撑体与所述第二突部之间、并对所述抵接部件固定轴朝着上方施力的第三施力机构；以及设在所述抵接部件上、与所述第二突部或所述第二直线部卡合的第二卡合部，当所述第二突部或所述第二直线部与所述第二卡合部卡合了时，限制 所述抵接部件朝与所述把持部相反的一侧移动，当所述臂本体利用所述第一驱动机构而上升了时，所述主轴头的下部 与所述抵接部件固定轴的上部抵接而将所述抵接部件固定轴压下，所述第 二突部和所述第二直线部从所述第二卡合部脱离，从而解除对所述抵接部 件朝与所述把持部相反的一侧移动的限制。
全文摘要
一种工具更换装置，在对臂本体(52)的转动进行固定的臂固定销(91)的卡合凸缘(100)上设有锥部，在锥部的上部设有直线部。当工具更换臂(10)转动时，工具(6)、工具保持件(7)等的重量的函数、即转动惯量会对臂本体(52)起作用。由于作用在臂本体(52)上的惯性力会将与臂转动轴(51)的锥面(51b)卡合的臂固定销(91)的卡合凸缘(100)压下，因此卡合凸缘(100)的锥部相对于锥面(51b)朝着下方偏移。由于即使锥面(51b)跨过卡合凸缘(100)的锥部，也会有直线部(103)与锥面(51b)抵接，因此，臂固定销(91)可保持对臂本体(52)的转动进行固定。
文档编号B23Q3/157GK101314208SQ200810109539
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月27日 优先权日2007年5月31日
发明者石桥伸晃 申请人:兄弟工业株式会社