专利名称：随行夹具互换系统和具备该系统的加工中心的制作方法
技术领域：
本发明涉及对随行夹具和互换用的随行夹具互换的随行夹具互换系统，该随行夹具在机械加工头的工作前端部的位置支承工件且由随行夹具夹紧装置把持，该互换用的随行夹具载置于准备工作台且支承其他工件。
背景技术：
随行夹具夹紧装置经把持的随行夹具将工件配置在机械加工头的前端工作位置，互换用的随行夹具配置于准备工作台。在现有技术中，在互换随行夹具夹紧装置中的随行夹具的情况下，由外部装置将随行夹具在夹紧装置和准备工作台之间输送。而且，在随行夹具夹紧装置为移动方式或固定方式的任一情况下均需要上述输送。作为输送上述随行夹具的代表性的方式，采用可将臂以多个级伸缩的互换臂装置或可使臂自由移动的互换臂装置。但是，在为可伸缩的互换臂装置的情况下，设置空间增大，而且只能一个个地互换随行夹具，因此随行夹具互换时间必须变长。另一方面，在为可动式互换臂装置的情况下，用于进行移动和停止的控制装置是不可缺少的，但是，该控制装置必将设定比可伸缩的互换臂装置的情况更复杂的构成。因此，申请人已取得专利权的专利文献I着眼于在机械加工头的前端部移动的主轴是移动自如的这一点，通过在互换臂(随行夹具把持臂)的一侧由主轴加工头来把持成为工作对象的随行夹具，在另一侧把持互换用随行夹具，从而在主轴加工头下降时，在使该互换臂上升之后使互换臂旋转的构成，来进行高效的随行夹具互换。在上述构成的情况下，互换臂兼具随行夹具夹紧装置的功能，而且用于进行随行夹具的互换所需的上升机构比较简单。但是，在上述互换臂的情况下，其结果，为了进行互换臂的移动而必需外部的驱动装置，而且跨越主轴工作头的工作位置和准备工作台之间，其结果，在上述构成中，与可动式互换臂的情况同样，必需又长又大的空间。与之相对，专利文献2通过在可旋转的互换臂设置带台阶的轨道且使互换用的随行夹具在该轨道上移动，从而通过不需要互换臂的伸缩机构或移动机构的构成来改善现有技术。但是，在上述构成的情况下，必需且不可缺少在使互换用的随行夹具从旋转臂的端部侧向旋转中心侧移动的情况下，使其他的支承加工工作已完成的工件的随行夹具上升，相反在使该其他随行夹具从旋转臂的旋转中心位置移动到端部侧的情况下，使上述互换用的随行夹具下降的其他特别的控制。专利文献3改善了上述现有技术，能够设定为将互换臂的两侧中途部位的前端侧在上侧垂直区域旋转自如地轴支承，而且该前端侧相对于水平方向以预定的角度而位于垂直方向上侧的方向的状态，从而使随行夹具夹紧装置的空间成为紧凑状态，另一方面，通过简单的构成来实现与随行夹具夹紧装置所把持的随行夹具的互换。但是，在为上述专利文献I的构成的情况下，在必要且不可缺少将由随行夹具夹紧装置把持的随行夹具取出了的一侧的臂的旋转控制这一点上，不可避免与现有技术不同的繁杂性。从如上所述的现有技术和专利文献1、2、3那样的公知技术可知，此前没有提及与使主轴等工作的机械加工头是移动自如的无关地、将此类机械加工头的移动功能自身活用于随行夹具的输送那样的随行夹具互换系统。现有技术文献专利文献I :特开2005-81528号公报；
专利文献2 :特开2000-176782号公报；专利文献3 :特开2000-24867号公报。
发明内容
本发明的目的是提供将加工中心的机械加工头的移动功能自身活用于随行夹具的输送的随行夹具互换系统和具有该系统的加工中心的构成。为解决上述问题，本发明的基本构成为(I) 一种互换系统，对随行夹具和互换用的随行夹具进行互换，该随行夹具在机械加工头的工作前端部的位置支承工件且由随行夹具夹紧装置把持，该互换用的随行夹具载置于准备工作台且支承其他工件，其特征在于，具备随行夹具互换单元和控制部，该随行夹具互换单元相对于机械加工头接合以及脱离自如、并设置有与互换臂成为一体而旋转的旋转支柱和针对该旋转支柱的驱动马达，该控制部通过以下各步骤来控制机械加工头和随行夹具互换单元，各该步骤为I.机械加工头工作以及保持着互换用的随行夹具的随行夹具互换单元在待机位置固定，II.结束了预定单位的工作的机械加工头向所述待机位置移动以及该移动后与随行夹具互换单元接合，III.与随行夹具互换单元接合了的机械加工头向随行夹具夹紧装置侧移动，以及在该移动后互换臂的两侧臂中的没有保持互换用的随行夹具的一侧臂对由随行夹具夹紧装置把持的随行夹具进行嵌合，进而将该随行夹从所述把持状态脱离，由此实现该臂对该随行夹具的保持状态，IV.互换臂旋转，V.与随行夹具夹紧装置对互换用的随行夹具所进行的把持相伴地互换随行夹具，VI.与随行夹具互换单元接合了的机械加工头向所述待机位置复位以及在该复位后机械加工头从随行夹具互换单元脱离。(2) 一种加工中心，具备上述(I)的随行夹具互换系统，由机械加工头进行工作。发明的效果在基于上述基本构成(I)、(2)的本发明中，为了随行夹具的输送，不像现有技术的臂装置的情况那样必需输送机构和移动机构，其结果，可省略伸缩所需的空间和移动所需的特别的控制装置，可使制造成本廉价。而且，通过机械加工头所具备高速的移动，可缩短随行夹具的输送所需的时间，而且可实现高效的随行夹具的互换。再有，如后述的各实施例那样，在使随行夹具互换单元和机械加工头或随行夹具夹紧装置移动到预定的位置的基础上使互换臂旋转的情况下，也可在有限的空间内实现随行夹具的互换。
图I是表示实施例I的工作的俯视图，(a)表示通过步骤III,在没有保持随行夹具的随行夹具互换臂与由随行夹具夹紧装置把持的随行夹具嵌合后直到保持该随行夹具的阶段，(b)表示与随行夹具互换单元接合了的机械加工头通过从步骤III的位置起移动而在可旋转的空间进行步骤IV的旋转的状态，(C)表示在步骤IV的旋转后移动到了随行 夹具夹紧装置侧的互换臂进行步骤V的互换的状态(此外，双层的斜线表示处于机械加工头的工作结束了的阶段的随行夹具的俯视状态，斑点表示互换用的随行夹具的俯视状态)。图2是表示实施例2的随行夹具互换状态的俯视图，(a)表示通过步骤III，在没有保持随行夹具的随行夹具互换臂与由随行夹具夹紧装置把持的随行夹具嵌合后直到保持该随行夹具的阶段，(b)表示随行夹具夹紧装置及其支承台通过从步骤III的位置起移动而在可旋转的空间进行步骤IV的旋转的状态，(C)表示通过在步骤IV的旋转后随行夹具夹紧装置及其支承台的向上述移动前的位置复位来进行步骤V的随行夹具的互换的状态(此外，双层的斜线表示处于机械加工头的工作结束了的阶段的随行夹具的俯视状态，斑点表示互换用的随行夹具的俯视状态)。图3将根据本发明的优选实施方式的随行夹具互换系统的机构原理在基本构成
(I)的各步骤中表示，(a)表示步骤I, (b)表示步骤II, (C)表示步骤III, (d)表示步骤IV和步骤V，(e)表示步骤IV。图4表示进行图3的实施方式的控制的计算机所需的流程。图5是表示随行夹具互换单元的实施方式的示意图，(a)表示具有与机械加工头接合所需的凸部一侧，(b)表示与具有上述凸部一侧相反的一侧。图6表示使随行夹具互换单元和机械加工头自如接合以及脱离的实施方式，(a)表示将与个人计算机相关的凸部和凹部的突出方向和突入方向设为与机械加工头和随行夹具互换单元成为一体地移动的方向相交的方向的实施方式(此外，白箭头表示机械加工头和随行夹具互换单元的移动方向)，(b)表示由机械加工头的液压缸活塞经凹部的壁部的间隙来推压随行夹具互换单元的凸部周围的实施方式，(c)表示将随行夹具互换单元具备的凸部设为磁性体且由机械加工头的电磁体经上述凹部的壁部的间隙来吸附随行夹具互换单元所具备的凸部的周围的实施方式。图7是表示随行夹具支承工件的状态的示意图。附图标记说明I随行夹具互换单元 2互换臂 12旋转柱 13驱动马达14减速机15突设框架 2机械加工头 20机械加工头的工作部 21液压缸 22液压活塞23线圈 24电磁体 3随行夹具 30由随行夹具支承的工件 4随行夹具夹紧装置 41随行夹具夹紧装置的支承部 5凸部 6凹部 7固定部
具体实施例方式在上述基本构成(I)、(2)中，其最大的特点在于通过使随行夹具互换单元I与机械加工头2接合，并且成为一体地移动，从而进行用于输送且互换随行夹具3所需的控制。S卩，主要如图3所示，其特征在于，通过以下的步骤控制来实现随行夹具3的互换。I.机械加工头2工作和随行夹具互换单元I待机(图3 (a))，II.机械加工头2向上述待机位置移动以及随后与随行夹具互换单元I接合(图 3(b))，III.与随行夹具互换单元I接合了的机械加工头2向加工位置移动以及之后互换臂11对随行夹具3进行嵌合，进而对该随行夹具3进行保持(图3(c))，IV.互换臂11旋转(图3 (d))，V.互换臂11进行随行夹具3的互换(图3 (d))，VI.随行夹具互换单元I和接合了的机械加工头2向待机位置复位(图3 (e))。但是，在图3中，支承工件30的随行夹具3所占的空间区域(由黑色印刷表示的区域)相对较小且难以把握，因此由图7表示随行夹具3对工件30的支承状态。在完成步骤III的互换臂11所进行的保持后，步骤IV的旋转可否直接进行取决于在随行夹具夹紧装置4的附近是否存在可进行步骤IV的旋转的空间。特别地，图3表示上述空间存在的实施方式，其特征在于，互换臂11的步骤III的对随行夹具3的保持完成的位置以及步骤V的随行夹具3的互换位置和步骤IV的互换臂11的旋转位置相同。此外，在上述空间不存在的情况下的实施方式在实施例I和实施例2中如后所述。上述实施方式的控制所需的与计算机的工作相关的流程如图4所示。再有，在图4的流程中，也表示了机械加工头2从步骤VI的复位开始再次回到自己的工作位置的通常步骤。如图5所示，在本发明中采用的随行夹具互换单元I具有支承互换臂11且成为与其一体地旋转的旋转柱12和用于该旋转的驱动马达13。还有，在图5所示的实施方式中，表示了如下的状态设置有用于与后述的机械加工头2的凹部6嵌合的凸部5以及针对驱动马达13的旋转的减速机14，且具备载置于固定部7的突设框架15。作为将随行夹具互换单元I和机械加工头2设为接合以及脱离自如的实施方式，可米用各种构成。但是，作为最为易于选择的构成，在机械加工头2中，通过设置设为可把持随行夹具互换单元I且可从该把持脱离的机器人机构，可实现随行夹具互换单元I和机械加工头2的接合以及脱离。然而，如果是采用机器人机构的方式，则由机器人机构自身进行臂的互换即可，在上述接合和分离中使用机器人机构不一定是高效的方法。不但如此，与对于互换臂11将伸缩机构或可动机构设为必需的现有技术相比，如果考虑采用简单的构成的本发明的特征点，则上述机器人机构的采用不一定是优选实施方式。上述接合和脱离可通过以以下内容为特征的实施方式来实现在随行夹具互换单元I和机械加工头2中的任一个设置凸部5，在另一个设置凹部6，通过相互的嵌合来进行步骤II的接合。图6 (a)表示采用上述凹部6和凸部5的实施方式中的、以凸部5的突出方向和凹部6的突入方向与随行夹具互换单元I和机械加工头2的移动方向相交为特征的实施方式。S卩，通过将互相嵌合的凸部5和凹部6的突出方向和突入方向选择为与机械加工头2在与随行夹具互换单元I接合了的状态下移动的方向相交的方向，即使随行夹具互换单元I和机械加工头2因在两方中的任一方设置的凸部5和凹部6的嵌合而产生因上述移 动所形成的加速度的变化或冲击，也可防止相互的嵌合状态脱离。图6 (b)的特征在于，在随行夹具互换单元I设置凸部5，在机械加工头2设置凹部6，且设置在上述凸部5嵌入上述凹部6时、由机械加工头2所具备的液压缸21机构经上述凹部6周围的间隙而推压上述凸部5的液压活塞22。S卩，在机械加工头2中，基于为了旋转主轴等工作机械的移动而具备的液压缸21，如图6(b)所示那样，通过液压活塞22来推压随行夹具互换单元I的凸部5从而实现牢固的接合，可防止相互的嵌合状态脱离。图6 (C)的特征在于，在随行夹具互换单元I设置由磁性体所形成的凸部5，在机械加工头2设置凹部6，且设置在上述凸部5嵌入上述凹部6时、通过机械加工头2所具备的导电系统经上述凹部6周围的间隙而与上述凸部5吸附的电磁体24。S卩，在机械加工头2中，基于为了旋转主轴等工作机械的控制而具备的导电系统，如图6(c)所示那样，通过电磁体22来吸附随行夹具互换单元I的凸部5从而快速实现牢固的接合，可防止相互的嵌合状态脱离。下面用实施例进行说明。实施例I如图I所示，实施例I的特征在于，在随行夹具夹紧装置4的周围不存在互换臂11在保持随行夹具3的状态下旋转的空间的情况下，在步骤III后，在进行了向存在与随行夹具互换单元I接合了的机械加工头2的互换臂11可进行上述旋转的空间的位置移动的步骤的基础上，进行步骤IV的旋转，进而在上述接合的机械加工头2移动到随行夹具夹紧装置4侧后，进行步骤V的随行夹具3的互换。S卩，在实施例I中，如图I (b)所示，根据与随行夹具互换单元I接合了的机械加工头2从步骤III的位置起进一步移动，通过互换臂11在步骤IV的旋转，即使随行夹具夹紧装置4的周围是紧凑的空间，结果也可实现随行夹具3的互换。实施例2如图2所示，实施例2的特征在于，在随行夹具夹紧装置4的周围不存在互换臂11在保持随行夹具3的状态下旋转的空间的情况下，步骤III的互换臂11相对于随行夹具3的保持状态的完成的前后或与该保持同时地，在进行形成由随行夹具夹紧装置4和针对该随行夹具夹紧装置4的支承部41的向步骤III的位置的移动所产生的上述空间的步骤的基础上，进行步骤IV的旋转，进而在随行夹具夹紧装置4及其支承部41复位于上述移动前的位置后，进行步骤V所进行的随行夹具3的互换。即，在实施例2中，也如图2(b)所示，基于随行夹具夹紧装置4及其支承部41的移动，通过互换臂11在步骤IV的旋转，即使随行夹具夹紧装置4的周围是紧凑的空间，结果也可实现随行夹具3的互换。
产业上的可利用性本发明可应用于全部的随行夹具互换系统、以及具备该系统且通过机械加工头进行工作的全部加工中心，特别地，在小空间的状态下对于短时间的随行夹具的互换具有适用性。
权利要求
1. 一种互换系统，对随行夹具和互换用的随行夹具进行互换，该随行夹具在机械加工头的工作前端部的位置支承工件且由随行夹具夹紧装置把持，该互换用的随行夹具载置于准备工作台且支承其他工件，其特征在于， 具备随行夹具互换单元和控制部，该随行夹具互换单元相对于机械加工头接合以及脱离自如、并设置有与互换臂成为一体而旋转的旋转支柱和针对该旋转支柱的驱动马达，该控制部通过以下各步骤来控制机械加工头和随行夹具互换单元，各该步骤为 1.机械加工头工作以及保持着互换用的随行夹具的随行夹具互换单元在待机位置固定， II.结束了预定单位的工作的机械加工头向所述待机位置移动以及该移动后与随行夹具互换单元接合， III.与随行夹具互换单元接合了的机械加工头向随行夹具夹紧装置侧移动，以及在该移动后互换臂的两侧臂中的没有保持互换用的随行夹具的一侧臂对由随行夹具夹紧装置把持的随行夹具进行嵌合，进而将该随行夹从所述把持状态脱离，由此实现该臂对该随行夹具的保持状态， IV.互换臂旋转， V.与随行夹具夹紧装置对互换用的随行夹具所进行的把持相伴地互换随行夹具， VI.与随行夹具互换单元接合了的机械加工头向所述待机位置复位以及在该复位后机械加工头从随行夹具互换单元脱离。
2.根据权利要求I所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 互换臂在步骤III中对随行夹具实现保持的位置以及步骤V中的随行夹具的互换位置与步骤IV中的互换臂的旋转位置相同。
3.根据权利要求I所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 在随行夹具夹紧装置的周围不存在互换臂以保持了随行夹具的状态旋转的空间的情况下，在步骤III后，在经过了与随行夹具互换单元接合了的机械加工头向存在互换臂可进行所述旋转的空间的位置移动的步骤的基础上，进行步骤IV的旋转，进而在所述接合了的机械加工头移动到随行夹具夹紧装置侧后，进行步骤V的随行夹具的互换。
4.根据权利要求I所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 在随行夹具夹紧装置的周围不存在互换臂以保持了随行夹具的状态旋转的空间的情况下，在实现步骤III的互换臂对于随行夹具的保持状态的前后或与该保持同时地，在经过了随行夹具夹紧装置和针对该随行夹具夹紧装置的支承部从步骤III的位置起移动而形成所述空间的步骤的基础上，进行步骤IV的旋转，进而在随行夹具夹紧装置及其支承部复位到上述移动前的位置后，进行步骤V的随行夹具的互换。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 在随行夹具互换单元和机械加工头中的任一个设置有凸部，在另一个设置有凹部，通过互相的嵌合来进行步骤II的接合。
6.根据权利要求5所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 凸部的突出方向和凹部的突入方向与随行夹具互换单元和机械加工头的移动方向相交。
7.根据权利要求5所述的随行夹具互换系统，其特征在于，在随行夹具互换单元设置有凸部，在机械加工头设置有凹部，设有在所述凸部嵌入于所述凹部时、利用机械加工头所具备液压缸机构经所述凹部周围的间隙来推压所述凸部的液压活塞。
8.根据权利要求5所述的随行夹具互换系统，其特征在于， 在随行夹具互换单元设置有由磁性体所形成的凸部，在机械加工头设置有凹部，设有在所述凸部嵌入于所述凹部时、利用机械加工头所具备的导电系统经所述凹部周围的间隙来与所述凸部相互吸附的电磁体。
9.一种加工中心，其特征在于， 具备根据权利要求I至8中的任一项所述的随行夹具互换系统，通过机械加工头进行·工作。
全文摘要
本发明的目的是提供将加工中心的机械加工头的移动功能自身用于随行夹具的输送的随行夹具互换系统和具有该系统的加工中心的构成。该随行夹具互换系统，通过使进行工件的加工的机械加工头(2)在与具有可通过驱动马达(13)来旋转的互换臂(11)的随行夹具互换单元(1)接合了的基础上，移动来输送随行夹具(3)，通过互换臂(11)的旋转来将由随行夹具夹紧装置(4)把持的随行夹具(3)和互换用的随行夹具(3)互换从而可实现上述目的，该加工中心具备该系统而且进行由机械加工头(1)所进行的工作。
文档编号B23Q3/152GK102950497SQ20111039131
公开日2013年3月6日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年8月22日
发明者天谷浩一, 加藤敏彦, 金子真树 申请人:株式会社松浦机械制作所