簡介
以往的應用機器人自動換刀裝置，例如，有一種具備自動換刀裝置的數控機床，其目的在於，實現 ATC 的動作的簡單化且謀求刀具的更換時間的縮短化。在數控機床具有用於在刀具臺上的轉塔和刀庫之間自動更換刀具的自動換刀裝置。自動換刀裝置具有一邊把持刀具一邊向主軸的軸線方向以及與主軸的軸線方向正交的方向移動的刀架。
另外，在一種具備刀具更換裝置的機床，其目的在於，具備如下的清掃部件 ：其結構簡單且能可靠地進行操作，在以直線往復移動自動更換刀架時，該清掃構件能迅速且容易地進行各引導面的清掃。
在機床具有用於在刀具臺上的轉塔頭和刀庫之間自動更換刀具的更換部件。更換部件具有用於把持刀具的夾具，並且設為能夠在轉塔頭和刀庫之間前進以及後退。另外，在有一種刀具更換裝置，其目的在於，相對於安裝於轉塔的刀具保持件以與轉塔的中心軸線平行的方式裝卸刀具單元，或者以與轉塔的中心軸線成直角的方式裝卸刀具單元 。
在所公開的刀具更換裝置中，在轉塔的附近設有 X － Z 載物臺，其以驅動箱能夠沿與轉塔的中心軸線成直角的方向以及與轉塔的中心軸線平行的方向移動的方式保持驅動箱。在驅動箱中以能夠旋轉的方式設有刀具更換箱，該刀具更換箱具有用於夾持刀具單元的刀具把持部。
應用機器人自動換刀及上下工件
通過透視形成機床的外觀的殼體來示出機床的內部。參照圖 ，機床 100 是具有使用了固定刀具的車削功能和使用了旋轉刀具的銑削功能的複合加工機械。首先，對機床 100 的整體結構進行說明，機床 100 具有機座 141、第 1主軸臺 111、第 2 主軸臺 116、刀具主軸 121 和下刀具臺 131。機座 141 是用於支承第 1 主軸臺 111、第 2 主軸臺 116、刀具主軸 121 以及下刀具臺 131 的基座構件，設於工廠等的安裝面。第 1 主軸臺 111 以及第 2 主軸臺 116 在沿水平方向延伸的 Z 軸方向上以互相相對的方式設置。第 1 主軸臺 111 具有用於在使用了固定刀具的車削加工時使工件 ( 加工物 )旋轉的主軸 112，第 2 主軸臺 116 具有用於在使用了固定刀具的車削加工時使工件 ( 加工物 ) 旋轉的主軸 117。主軸 112 設為能夠以與 Z 軸平行的中心軸線 201 為中心旋轉，主軸117 設為能夠以與 Z 軸平行的中心軸線 202 為中心旋轉。在主軸 112 以及主軸 117 設有用於以能夠裝卸工件的方式保持工件的卡盤機構 ( 日文 ：チャック機構 )。刀具主軸 ( 上刀具臺 )121 在使用了旋轉刀具的銑削加工時使旋轉刀具旋轉。刀具主軸 121 設為能夠以與沿鉛垂方向延伸的 X 軸平行的中心軸線 203 為中心旋轉。在刀具主軸 121 設有用於以能夠裝卸旋轉刀具的方式保持旋轉刀具的夾持機構 ( 日文 ：クランプ機構 )。刀具主軸 121 利用未圖示的支柱等支承於機座 141 上。刀具主軸 121 利用設於支柱等的各種進給機構、引導機構、伺服電動機等設為能夠沿 X 軸方向、Y 軸方向以及 Z 軸方向移動，該 Y 軸方向沿水平方向延伸且與 Z 軸方向正交。安裝於刀具主軸 121 的旋轉刀具所進行的加工位置三維移動。刀具主軸 121 還被設為能夠以與 Y 軸平行的中心軸線為中心旋轉。下刀具臺 131 安裝有多個用於車削加工的固定刀具。下刀具臺 131 是所謂的轉塔形，多個固定刀具呈放射狀安裝，進行旋轉轉位。更具體地說，下刀具臺 131 具有旋轉部 132。旋轉部 132 設為能夠以與 Z 軸平行的中心軸線 204 為中心旋轉。以中心軸線 204 為中心，在其周向上隔開間隔的位置 ( 在方式中是 10 處 ) 安裝有用於保持固定刀具的刀具保持件。通過旋轉部 132 以中心軸線204 為中心旋轉，保持於刀具保持件的固定刀具沿周向移動，用於車削加工的固定刀具被轉位。下刀具臺 131 利用未圖示的床鞍等支承於機座 141 上。下刀具臺 131 利用設於床鞍等的各種進給機構、引導機構、伺服電動機等設為能夠沿 X 軸方向以及 Z 軸方向移動。在本實施方式中，下刀具臺 131 內裝有用於使旋轉刀具旋轉的馬達。來自馬達的旋轉力傳遞到保持於刀具保持件的旋轉刀具，從而能夠使用下刀具臺 131 中的旋轉刀具。接著，對機床 100 所具有的自動換刀裝置 (ATC ：Auto Tool Changer)10 的結構進行說明。機床 100 具有自動換刀裝置 10 以及刀具存放部 151。自動換刀裝置 10 對安裝於下刀具臺 131 的刀具進行自動更換。刀具存放部 151 被設為收納安裝於下刀具臺 131 的、更換用的刀具的刀具收納部。機床 100 具有 (ATC 用 ) 刀具保持件 136。刀具保持件 136 安裝於下刀具臺 131( 旋轉部 132)。刀具保持件 136 內裝有用於以能夠裝卸刀具的方式保持刀具的夾持機構。自動換刀裝置 10 對多個安裝於下刀具 131 的刀具中的保持於刀具保持件 136 的刀具和收納於刀具存放部 151 的刀具進行自動更換。向下刀具臺 131 安裝刀具時，刀具沿與 Z 軸平行的方向插入刀具保持件 136。此外，雖然在圖 1 中未示出，但是機床 100 在第 1 主軸臺 111 周圍具有 ：自動換刀裝置，其用於對安裝於刀具主軸 121 的刀具進行自動更換 ；以及刀庫，其收納安裝於刀具主軸 121 的、更換用的刀具。機床 100 具有側面殼 142。側面殼 142 相對於第 2 主軸臺 116 設於與第 1 主軸臺111 相反的那一側。利用側面殼 142 分隔出加工區域 200 的內外。在側面殼 142 設有能夠開閉的活門 143。刀具存放部 151 設於加工區域外。
自動換刀裝置 10 具有機器人手臂 31 以及移動機構部 21。機器人手臂 31 以能夠把持刀具的方式設置。移動機構部 21 使機器人手臂 31 在加工區域 200 的內外之間移動。移動機構部21使機器人手臂31在加工區域內的刀具更換位置31A、加工區域外的待機位置31B 以及加工區域外的存放部位置 31C 之間移動。移動機構部21作為用於使機器人手臂31直線往復移動的機構，具有基座構件23、直線導軌 22、齒條齒輪 25、伺服電動機 ( 未圖示 ) 以及支柱 24。基座構件 23 由板材形成，安裝有機器人手臂 31 以及伺服電動機。直線導軌 22 以及齒條齒輪 25 利用支柱 24 設於距離機床 100 的安裝面一定高度的位置。直線導軌 22 設為沿與 Z 軸平行的方向引導基座構件 23 的引導機構。齒條齒輪 25 將自伺服電動機輸出的旋轉變換為直線運動，使基座構件 23 沿 Z 軸方向移動。在工件的加工中，機器人手臂 31 以未把持刀具的狀態在待機位置 31B 待機。當工件的加工結束，需要對安裝於下刀具 131 的刀具進行更換時，活門 143 成為打開狀態。機器人手臂 31 通過產生於側面殼 142 的開口部進入加工區域內，移動到刀具更換位置 31A。機器人手臂 31 把持被保持於刀具保持件 136 的刀具。刀具保持件 136 在刀具被機器人手臂31 把持了的時刻解除對刀具的夾持。把持了刀具的機器人手臂 31 自刀具更換位置 31A 移動至存放部位置 31C( 輸送刀具 )。機器人手臂 31 使自下刀具臺 131 取出的刀具返回到刀具存放部 151。機器人手臂 31 把持在刀具存放部 151 中準備好的更換用的刀具，自存放部位置31C 移動至刀具更換位置 31A( 輸送刀具 )。機器人手臂 31 將新的刀具插入到刀具保持件136。刀具保持件 136 在被機器人手臂 31 插入刀具了的時刻夾持刀具。機器人手臂 31 自刀具更換位置 31A 向準備位置 31B 移動，活門 143 成為關閉狀態，從而完成自動換刀裝置 10所進行的刀具更換。圖 2 是表示圖 1 中的機器人手臂的立體圖。圖 3 是表示圖 2 中的機器人手臂的頂端部的側視圖。參照圖 1 ～圖 3，對機器人手臂 31 的結構進行更詳細的說明，機器人手臂 31 具有基部 32、臂部 33 以及把持部 36。基部 32 與移動機構部 21 相連結。基部 32 具有自移動機構部 21 向鉛垂下方向突出的形狀。臂部 33 以能夠以轉動軸線 211 為中心轉動的方式連結於基部 32。在圖 2 中，轉動軸線 211 沿與 Y 軸平行的方向延伸。把持部 36 設於臂部 33。把持部 36 以能夠裝卸的方式把持刀具。把持部 36 是能夠同時把持一個刀具的單臂類型。臂部 33 具有自基部 32 向把持部 36 呈臂狀延伸的形狀。在臂部 33 的一端以及另一端分別設有基部 32 以及把持部 36。臂部 33 具有在與轉動軸線 211 正交的平面內呈臂狀延伸的形狀。如圖 2 中的箭頭 221 所示，臂部 33 以轉動軸線 211 為支點進行擺動。伴隨著臂部 33 的擺動，把持於把持部 36 的刀具的位置在與轉動軸線 211 正交的平面內移動。臂部 33 包括第 1 可動部 33L、第 2 可動部 33M 以及第 3 可動部 33N。第 1 可動部 33L 以能夠以轉動軸線 211( 第 1 轉動軸線 ) 為中心轉動的方式連結於基部 32。第 1 可動部 33L 具有自基部 32 向與轉動軸線 211 正交的方向呈臂狀延伸的形狀。如圖 2 中的箭頭 221 所示，第 1 可動部 33L 以轉動軸線 211 為支點進行擺動。第 2 可動部 33M 以能夠以轉動軸線 212( 第 2 轉動軸線 ) 為中心轉動的方式連結於第 1 可動部 33L。轉動軸線 212 沿與轉動軸線 211 平行的方向延伸。第 2 可動部 33M 連結於自基部 32 呈臂狀延伸的第 1 可動部 33L 的頂端。第 2 可動部 33M 自第 1 可動部 33L沿與轉動軸線 212 正交的方向呈臂狀延伸。如圖 2 中的箭頭 222 所示，第 2 可動部 33M 以轉動軸線 212 為支點進行擺動。第 3 可動部 33N 以能夠以轉動軸線 213( 第 3 轉動軸線 ) 為中心轉動的方式連結於第 2 可動部 33M。轉動軸線 213 沿與轉動軸線 211 以及轉動軸線 212 平行的方向延伸。第 3 可動部 33N 連結於自第 1 可動部 33L 呈臂狀延伸的第 2 可動部 33M 的頂端。第 3 可動部 33N 自第 2 可動部 33M 沿與轉動軸線 213 正交的方向呈臂狀延伸。如圖 2 中的箭頭 223所示，第 3 可動部 33N 以轉動軸線 213 為支點進行擺動。如圖 2 中的箭頭 224 所示，基部 32 設為能夠以旋轉軸線 214( 第 1 旋轉軸線 ) 為中心旋轉。旋轉軸線 214 沿與轉動軸線 211 正交的方向延伸。旋轉軸線 214 沿鉛垂方向延伸。第 2 可動部 33M 沿旋轉軸線 215( 第 2 旋轉軸線 ) 的軸線方向呈臂狀延伸。如圖2 中的箭頭 225 所示，第 2 可動部 33M 設為能夠以旋轉軸線 215 為中心旋轉。旋轉軸線 215沿與轉動軸線 212 正交的方向延伸。第 3 可動部 33N 沿旋轉軸線 216( 第 3 旋轉軸線 ) 的軸線方向呈臂狀延伸。如圖 2 中的箭頭 226 所示，第 3 可動部 33N 設為能夠以旋轉軸線 216為中心旋轉。旋轉軸線 216 沿與轉動軸線 213 正交的方向延伸。根據這樣的結構，機器人手臂 31 設為能夠以互相獨立的方式控制六根軸線 ( 轉動軸線 211 ～ 213 以及旋轉軸線 214 ～ 216) 的機器人手臂。把持部 36 設於旋轉軸線 216 的延長線上，第 3 可動部 33N 沿該旋轉軸線 216 呈臂狀延伸。把持部 36 包括連結部 37 以及爪部 38。爪部 38 具有能夠與刀具卡合的爪形狀。爪部 38 設於延長旋轉軸線 216 而成的軸線的外週上。連結部 37 設為用於將爪部 38 連結於臂部 33( 第 3 可動部 33N) 的連結機構。圖 4 ～圖 8 是表示在圖 1 中的機床中自動更換安裝於下刀具臺的刀具時的、機器人手臂動作的側視圖。參照圖 1 以及圖 4，在自動更換安裝於下刀具 131 的刀具 150 時，利用移動機構部21 使機器人手臂 31 沿 Z 軸方向移動，使機器人手臂 31 自待機位置 31B 進入加工區域內。在機器人手臂 31 自準備位置 31B 向加工區域內進入時，臂部 33 成為摺疊狀態。具體地說，臂部 33 的狀態被控制為，第 1 可動部 33L 自基部 32 向斜上方向延伸，第 2 可動部 33M 自第 1 可動部 33L 向斜下方向延伸，第 3 可動部 33N 自第 2 可動部 33M 向斜上方向延伸。參照圖 1、圖 5 以及圖 6，利用移動機構部 21 使機器人手臂 31 進一步沿 Z 軸方向移動，並且以使把持部 36 向保持於刀具保持件 136 的刀具 150 靠近的方式使臂部 33 擺動。在本實施方式中，使臂部 33( 第 1 可動部 33L) 以轉動軸線 211 為支點擺動，使把持部 36 移動至與保持於刀具保持件 136 的刀具 150 相同高度的位置。此時，臂部 33 成為第 3 可動部 33N 的旋轉軸線 216 沿與 Z 軸平行的方向延伸的姿勢。保持於刀具保持件 136的刀具 150 被定位於第 3 可動部 33N 的旋轉軸線 216 的延長線上。使第 3 可動部 33N 以旋轉軸線 216 為中心旋轉，從而使把持部 36 的爪部 38 的位置與保持於刀具保持件 136 的刀具 150 相對應。也可以在刀具設置記錄了刀具 ID 的芯片，利用機器人手臂 31 讀取芯片的數據來把握爪部 38 的與每個刀具相對應的不同的位置。參照圖 1 以及圖 7，在保持了臂部 33 的姿勢的狀態下，利用移動機構部 21 使機器人手臂 31 進一步沿 Z 軸方向移動。利用把持部 36 把持被保持於刀具保持件 136 的刀具150。參照圖 1 以及圖 8，在保持了臂部 33 的姿勢的狀態下，利用移動機構部 21 使機器人手臂 31 向沿著 Z 軸方向的相反方向移動。由此，使刀具 150 脫離下刀具臺 131。在此，對卸下被安裝於下刀具 131 的刀具 150 的工序進行了說明，然而，機器人手臂 31 在將更換用的刀具安裝於下刀具臺 131 的情況也進行同樣的動作。參照圖1，在存放部位置31C處進行刀具更換時，通過控制機器人手臂31的六根軸線 ( 轉動軸線 211 ～ 213 以及旋轉軸線 214 ～ 216)，相對於在刀具存放部 151 中所準備好的刀具對把持部 36 適當地進行定位，或者，使其姿勢改變。
在本實施方式的自動換刀裝置 10 中，利用能夠在加工區域 200 的內外移動的機器人手臂 31 進行被安裝於下刀具 131 的刀具的自動更換，因此，能夠利用簡單且緊湊的機構構成自動換刀裝置 10。由此，能夠防止機床 100 的過大化
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