专利名称：工件把持器以及车床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及代替工具而装配在工具转塔的工具安装部的工件把持器、以及具备该工件把持器的车床。
背景技术：
机床的工具转塔(下面，简称“转塔”。)具备转塔头，所述转塔头在外周部设有多个工具安装部，通过使该转塔头间歇旋转(分度旋转)，从而将在各个时期的加工中使用的工具朝向工件进行转位(分度)，通过工件与转塔的相对移动，用转位后的工具进行工件的加工。能够安装钻头和铣刀等旋转工具的转塔具备工具驱动轴，其内置于转塔头；以及工具马达，其用于驱动所述工具驱动轴旋转。图9就是该种类的转塔，并且是本申请的申请人在专利文献I中公开的转塔。在图9中，转塔2经回转装置33安装于刀架32，所述回转装置33绕与纸面垂直方向的回转 轴(B轴方向)回转定位。转塔2的转塔头21固定在由未图示的分度马达驱动旋转的分度轴24的轴端，通过设在所述转塔头21与固定于回转装置33的机壳22之间的面齿轮联轴器(face couplings) 23，能够将所述转塔头21的分度位置固定。分度轴24是中空轴，基端固定于壳体22的固定轴25插入该分度轴24的中心孔，在转塔头21内设置的内壳体26固定在固定轴25的末端。固定轴25也是中空轴，由工具马达27旋转驱动的传导轴28插入该固定轴25的中心孔。转塔头21的径向的工具驱动轴29被轴支承于内壳体26。工具驱动轴29通过锥齿轮副30与传导轴28的轴端连接。当装配于转塔头21的旋转工具T移动到用于加工工件的分度位置时，旋转工具保持器内的工具轴与工具驱动轴29的末端嵌合而被驱动旋转。在使用攻螺纹工具进行螺纹加工的时候，由于退出攻螺纹工具时要逆向旋转，因此工具马达27使用的是能够正向旋转和反向旋转的马达。另一方面，提供工件把持器，所述工件把持器安装在转塔的工具安装部31进行使用。该种工件把持器在被固定于转塔的工具安装部的保持器设有开合爪(卡盘或机械手)及其开合装置。通过将该种工件把持器安装在转塔的工具安装部中的一个工具安装部，能够进行机床内部的简单的工件交接，例如能够在多个主轴间、主轴与工件的搬入装置和搬出装置间进行工件的交接。作为该种工件把持器中的开合装置的驱动源，以往是使用马达或气缸，作为开合机构则使用例如将由马达旋转驱动的螺杆的进退动作或气压缸的杆的进退动作通过凸轮或连杆转换为开合爪的开合动作的机构。通过电力或流体压力使开合爪开合的工件把持器需要用于向进行分度旋转的转塔头供给电力或流体压力的配线或配管，由此使得转塔的结构变得非常复杂。作为用简单的结构把持圆柱形工件的工件把持器，存在着用弹簧对开合爪向闭合方向施力的结构。在该结构中，从工件的侧面压入开合爪并通过弹簧的作用力把持工件，而在放开工件的位置，通过转塔的移动将从开合爪伸出的杆等按压于不动部件来打开开合爪。专利文献I :日本特开2003-311501号公报在以电动马达或流体压力作为驱动源的工件把持器中，用于向经在二维平面或三维空间中移动的刀架而进行分度旋转的转塔头供给电力或流体压力的电力配线或流体配管是必需的，因而使得转塔结构变得复杂。而且，由于这些的配 线或配管，刀架的移动和转塔头的旋转受到限制，因而还产生了这样的需求设置在转塔头的分度旋转时切断电力配线或流体配管的联接器等。另一方面，对于通过弹簧的作用力把持工件的构造，虽然工件把持器的结构简单且转塔的结构也不会变得复杂，但受到向闭合方向的施力的开合爪是在工件表面进行滑动的同时进行工件的把持的，因此存在着使工件受损的危险，对把持力的控制及对工件的放开位置的准确设定比较困难。并且，所能够把持的工件的形状也受到限制，存在着通用性差的问题。
实用新型内容形成为能够装配钻头和铣刀等旋转工具的转塔具备对向工件进行了转位的工具传递旋转力的工具驱动轴，该工具驱动轴由伺服马达驱动。本实用新型着眼于该结构，提供一种工件把持器，其设有借助于工具马达的旋转来开合的开合爪。本实用新型提供一种工件把持器，其特征在于，该工件把持器具备保持器，所述保持器装配于工具转塔的工具安装部，所述工具转塔具备用于驱动旋转工具的工具驱动轴；输入轴，所述输入轴为以能够自由旋转的方式轴支承于所述保持器的输入轴，并且当所述保持器装配于所述工具转塔并转位至工件加工位置时，所述输入轴的末端与所述工具驱动轴连接；以及开合爪，所述开合爪以所述输入轴的旋转为驱动源而进行开合。上述工件把持器中，将所述输入轴或者与该输入轴旋转连接的正交轴的正向和反向的旋转运动转换为所述开合爪的开合运动的转换机构是齿条齿轮机构。本实用新型还提供一种车床，其特征在于，所述车床具备主轴，其用于保持工件并进行旋转；刀架，其能够在与主轴轴线平行的Z轴方向、作为工具切入方向的X轴方向、以及与该两个轴正交的Y轴方向进行移动定位；工具转塔，其经回转装置装配于所述刀架，所述回转装置能够绕Y轴进行至少90度的回转定位，所述工具转塔能够绕与X-Z平面平行的轴进行分度旋转；工具驱动轴，其设置于所述工具转塔；权利要求I或2所述的工件把持器，其装配于所述工具转塔的工具安装部；以及搬送装置，其用于相对于所述工具转塔的移动区域的周缘部预定位置搬入和搬出工件，所述车床利用所述把持器的开合爪的开合动作、所述刀架的移动动作、所述回转装置的回转动作和工具转塔的分度旋转动作，来进行前述预定位置与主轴之间的工件的搬送。本实用新型的工件把持器5具备被固定到转塔的工具安装部31的保持器51(51a、51b)。保持器51具备输入轴54，当保持器51安装在工具安装部31时该输入轴54通过与旋转工具相同的结构与转塔头21内的工具驱动轴29连接。并且，该工件把持器5具备例如齿条齿轮机构57、59或螺旋凸轮机构62、63那样的运动转换机构，所述运动转换机构用于将该输入轴54的正转和反转转换为工件把持器5的开合爪58的开合动作。用于搭载转塔的刀架在车床中能够沿X轴和Z轴、乃至Y轴方向移动，其移动位置也由数控装置准确地控制。从而能够准确地控制工件的把持位置和放开位置。而且，在使用伺服马达作为工具马达的机床中，通过工具马达的旋转角控制和转矩控制，能够实现对工件的把持力的调整及与工件尺寸对应的开合爪的开合行程的控制。将本实用新型的工件把持器5装配在转塔2的工具安装部31中的一个工具安装部31，通过工具马达的旋转角控制和转矩控制来进行工件的把持和放开时的开合爪的开合动作，利用装配了该把持器5的转塔2的Z-X-Y轴方向的移动和绕Y轴(B轴方向)的回转动作来进行所把持的工件的搬送，由此，能够进行车床内的工件的交接。采用本实用新型的工件把持器5的话，通过利用加工程序控制工具马达27的旋转方向、旋转角和转矩，能够自由且准确地设定开合爪58的开合行程和工件把持力，无需在转塔设置电力配线或流体配管。
·[0020]另外，对于齿条齿轮机构57、59或螺旋凸轮机构62、63，与工具马达的旋转角对应的开合爪58的开合量和与工具马达的转矩对应的把持力不会随开合爪58的位置变化而变化，因此加工程序对开合爪58的行程和把持力的控制是容易的。在具备旋转工具的驱动装置的转塔2的工具安装部31的一个部位装配本实用新型的工件把持器5的话，将该工件把持器5朝向保持在主轴的工件利用工具马达使开合爪58开合，能够在工件把持器5和主轴之间进行工件的交接，通过在把持着工件的状态下移动转塔，能够在机床内部进行工件的移送。在转塔安装的工件把持器的开合爪的开合是通过转塔的工具马达来进行的，无需在工件把持器设置用于所述开合爪的开合的电动马达或气压缸等驱动源，工件把持器的结构简化，并且，不必设置与进行移动和分度旋转的转塔相连的电力配线或流体压力配管，能够在与主轴或工件搬入搬出装置之间进行工件的交接。
图I是示出第I实施例的工件把持器的内部构造的示意性侧视图。图2是图I的主视图。图3是示出第2实施例的工件把持器的内部构造的示意性侧视图。图4是图3的主视图。图5是示出第3实施例的工件把持器的内部构造的示意性主视图。图6是示出装配有第I实施例的工件把持器的车床的一例的示意性主视图。图7是图6的车床中的工件的排出动作的说明图。图8是图6的车床中的工件的供给动作的说明图。图9是示出回转工具转塔的一例的剖视图。标号说明2:回转工具转塔；5 :工件把持器；21 :转塔头；29 :工具驱动轴；31 :工具安装部；51 (51a, 51b):保持器；[0039]54 :输入轴；57、59 :齿条齿轮机构；58:开合爪。
具体实施方式
下面，参照附图对本实用新型的工件把持器及使用该工件把持器的工件的交接动作进行说明。图I及图2是示出本实用新型的工件把持器的第I实施例的图，是在角度保持器51a设有三爪卡盘52a的例子，所述角度保持器51a用螺栓等安装在转塔的工具安装部31(图9)。保持器51a具备圆筒部53，所述圆筒部53嵌装在设于转塔的工具安装部31的嵌 合孔，输入轴54以能够自由旋转的方式轴支承于该圆筒部的轴心。输入轴54的末端从圆筒部53的端面突出，在该末端设有衔铁(舌片)55，所述衔铁55与设在转塔头内的工具驱动轴29的末端的直径方向的连接槽34 (参照图I)嵌合。在保持器51a的一个侧面安装有三爪卡盘52a，在该三爪卡盘的中心轴线上，正交轴56以能够自由旋转的方式轴支承于保持器51a。在正交轴56的末端固定着小齿轮57，固定于三爪卡盘52a的各个爪58并朝向卡盘中心侧伸出的齿条59与所述小齿轮57啮合。输入轴54的基端与正交轴56的基端通过锥齿轮副60连接。三爪卡盘52a的各个开合爪58由引导件61 (参照图5)引导而沿放射方向移动，通过输入轴54的正转和反转，3个开合爪58同步开合。图3及图4是示出本实用新型的工件把持器的第2实施例的图，是在安装于转塔的工具安装部31的直线保持器51b设有钩爪(finger)52b的例子。输入轴54通过与第I实施例相同的结构被轴支承于保持器51b，在输入轴54的基端设有小齿轮57。并且，在对置的开合爪58分别固定的齿条59与该小齿轮57啮合。钩爪52b的对置的开合爪58由彼此接近和分离的方向的引导件引导，通过输入轴54的正转和反转，开合爪58同步地开合。在上述例子中，通过齿条齿轮将输入轴54的正转和反转转换为开合爪58的开合运动，不过也可以形成为与广泛应用的三爪卡盘(scroll chuck)相同的结构。S卩，也可以形成为下述结构如图5所示，通过设有螺旋槽62的凸轮圆板63的正转和反转，使由放射方向的直线引导件61引导且与螺旋槽62滑动自如地卡合的开合爪58同步开合。图6至图8是以双主轴双转塔车床为例，示出通过本实用新型的工件把持器5进行的工件的交接动作的例子的图。图中所示车床具备两根主轴(未图示)，其在主轴轴线a上对置；和转塔2、4，其分别配置在主轴轴线a的上下。在作业员视角的左侧的主轴的主轴台Ila固定设置于床身，右侧的主轴的主轴台Ilb被设成沿主轴轴线a移动自如。配置在主轴轴线a的上方的转塔(下面，称为“回转转塔”。)2是如图9所示结构的转塔，其工具马达27是能够通过数控装置控制旋转角和转矩的伺服马达。回转转塔2经回转装置33安装于上刀架32，所述回转装置33绕Y轴(B轴方向)进行回转定位，所述上刀架32能够在作为主轴轴线方向的Z轴方向、与Z轴方向正交的工具的切入方向即X轴方向、以及与Z轴方向和X轴方向这两个方向正交的Y轴方向移动定位。配置在主轴轴线a的下方的转塔(下转塔)4以分度轴处于Z轴方向的方式装配于下刀架42，所述下刀架42能够在Z轴及X轴方向移动定位。[0049]标号7是要加工的工件的搬入和搬出装置。图中的搬入和搬出装置7是这样的结构在下端具备用于把持工件的机械手71的升降装置72沿Z轴方向的引导件73往复移动。搬入和搬出装置7以机械手71把持储料器74上的毛坯工件，通过机械手71的上升及沿引导件73的移动，将该毛坯工件搬入到设定在机械手71的移动端的工件交接位置75。而且，搬入和搬出 装置7将在工件交接位置75接收的加工完毕的工件通过与搬入时相反的动作搬出到储料器74上。工件交接位置75设定在由隔壁91或闸板等围起的工件加工区域9的周边部内侧。在回转转塔2的工具安装部的一个部位装配有如图I所示的角度卡盘结构的把持器5。工件的加工是在用设于图的左侧的主轴的第I卡盘Ia和设于右侧的主轴的第2卡盘Ib分别保持工件W1、W2的状态下，使用装配于回转转塔2的工具和装配于下转塔4的工具并行进行的。在第2卡盘的工件W2的加工结束后，回转转塔2通过B轴方向的回转(下面，称作“B回转”。)和转塔头21的分度旋转，使在该转塔装配的把持器5朝向工件W2侧，通过上刀架32的Z-X-Y轴方向的移动，使该把持具5与工件W2的相对(图8的虚线)。接着，通过闭合开合爪58并打开第2卡盘Ib来接收工件W2，然后通过Z-X-Y移动和B回转而移动至图8中以实线示出的位置，将加工完毕的工件W2在交接位置75交给搬入和搬出装置的机械手71。在第I卡盘的工件Wl的加工结束、正在进行工件W2的排出动作的回转转塔2离开了与第2主轴台Ilb干涉的区域的阶段，第2主轴台Ilb向第I主轴台Ila侧前进，第2卡盘Ib保持工件Wl的末端，在第I卡盘Ia打开后第2主轴台Ilb后退，从而将工件Wl从第I卡盘Ia交接到第2卡盘lb。在此期间，回转转塔2通过使把持器5与通过搬入和搬出装置搬入到了交接位置75的毛坯工件Wl相对(图7的实线)并闭合开合爪58，来把持毛坯工件W1。接着，通过Z-X-Y轴移动和B回转，使所把持的毛坯工件Wl与第I卡盘Ia相对(图7的实线)，继而沿Z轴方向移动将毛坯工件Wl插入第I卡盘la。此时，通过对上刀架32的Z轴方向的进给马达的转矩限制，能够以希望的力将毛坯工件Wl按压于第I卡盘la。接着，闭合第I卡盘，打开把持器5并使把持器5从主轴轴线上退避，从而完成工件的供给。在该回转转塔2进行的工件的供给动作的期间，能够由下转塔4的工具继续对第二卡盘的工件W2的加工。在双主轴对置车床或使用旋转工具的车床中，为了设定工件的交接和旋转工具的加工位置，需要进行卡盘la、lb的相位控制(卡盘绕主轴轴线a的旋转角控制)。因此，如果将毛坯工件以固定的相位搬入交接位置75的话，能够使工件的相位成为希望的相位并供给到第I卡盘la。上述回转转塔2进行的工件进给和退出动作均能够由机床侧的数控装置的加工程序控制。而且，关于该进给和退出中的把持器5与隔壁91、卡盘la、lb以及固定于这些部件的工件的干涉检查，通过利用搭载于机床的数控装置的工具的干涉检查功能来进行，从而能够将冲突防止于未然。而且，具备双主轴和多个刀架的车床中，在回转转塔2进行的工件的供给和退出动作的期间，也能够继续对固定在另一个卡盘的工件的加工，因而不会使工件的加工效率降低。
权利要求1.一种工件把持器，其特征在于，该工件把持器具备 保持器，所述保持器装配于工具转塔的工具安装部，所述工具转塔具备用于驱动旋转工具的工具驱动轴； 输入轴，所述输入轴为以能够自由旋转的方式轴支承于所述保持器的输入轴，并且当所述保持器装配于所述工具转塔并转位至工件加工位置时，所述输入轴的末端与所述工具驱动轴连接；以及 开合爪，所述开合爪以所述输入轴的旋转为驱动源而进行开合。
2.根据权利要求I所述的工件把持器，其中， 将所述输入轴或者与该输入轴旋转连接的正交轴的正向和反向的旋转运动转换为所述开合爪的开合运动的转换机构是齿条齿轮机构。
3.一种车床，其特征在于，所述车床具备 主轴，其用于保持工件并进行旋转； 刀架，其能够在与主轴轴线平行的Z轴方向、作为工具切入方向的X轴方向、以及与该两个轴的正交的Y轴方向进行移动定位； 工具转塔，其经回转装置装配于所述刀架，所述回转装置能够绕Y轴进行至少90度的回转定位，所述工具转塔能够绕与X-Z平面平行的轴进行分度旋转； 工具驱动轴，其设置于所述工具转塔； 权利要求I或2所述的工件把持器，其装配于所述工具转塔的工具安装部；以及 搬送装置，其用于相对于所述工具转塔的移动区域的周缘部预定位置搬入和搬出工件， 所述车床利用所述把持器的开合爪的开合动作、所述刀架的移动动作、所述回转装置的回转动作和工具转塔的分度旋转动作，来进行前述预定位置与主轴之间的工件的搬送。
专利摘要本实用新型涉及工件把持器以及车床，所述工件把持器装配于工具转塔，所述车床使用该把持器在内部进行工件交接，无需在工件把持器设置驱动源，无需与移动和分度旋转的转塔相连的电力配线或流体压力配管。本实用新型提供具备由工具马达的旋转来驱动开合的开合爪的工件把持器。工件把持器的保持器具备输入轴，在将保持器安装到工具转塔时所述输入轴以与旋转工具相同的结构与转塔头内的工具驱动轴连接，并且工件把持器具备运动转换机构，所述运动转换机构将该输入轴的正转和反转转换为设于保持器的把持器的开合爪的开合动作。
文档编号B23B3/00GK202763098SQ20122046383
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月12日 优先权日2011年9月13日
发明者高仓健一, 中村畅秀 申请人:中村留精密工业株式会社