(57)【要約】主軸（１５）に面した加工領域（ＷＳ）の上方に該主軸側が低くなるように傾設され、工具（１６）を保持するグリッパ（２４）を周方向に複数有する回転可能な工具マガジン（２２）と、工具マガジン（２２）の下方に、主軸側に向けて開閉可能に配設されたシャッター（２６）とを備える。工具マガジン（２２）は、周方向の一部にグリッパ（２４）が存在しない工具不存在領域（ＡＲ２）を有するとともに、周方向の残部にグリッパ（２４）が存在する工具保持領域（ＡＲ１）を有し、シャッター（２６）の閉鎖時には、主軸側に工具不存在領域（ＡＲ２）が移動しており、シャッター（２６）の開放時に、主軸側に工具保持領域（ＡＲ１）が移動するように工具マガジン（２２）の回転を制御する。
2012114533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能に工具が取り付けられる主軸と、
前記主軸に面した加工領域の上方に該主軸側が低くなるように傾設され、前記主軸との間で交換する工具を保持する工具保持部を周方向に複数有する回転割出し可能な工具マガジンと、
前記工具マガジンと前記加工領域との境界部に開閉可能に配設されたシャッターと、
前記工具マガジンを回転する回転駆動部と、
前記シャッターを開閉する開閉駆動部と、
前記回転駆動部および前記開閉駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記工具マガジンは、周方向の一部に前記工具保持部が存在しない工具不存在領域を有するとともに、周方向の残部に前記工具保持部が存在する工具保持領域を有し、
前記制御部は、前記シャッターが開放しているときに前記主軸側に前記工具保持領域が移動し、前記工具不存在領域が前記主軸側に移動しているときに前記シャッターが閉鎖するように前記回転駆動部および前記開閉駆動部を制御することを特徴とするマシニングセンタ。
【請求項２】
請求項１に記載のマシニングセンタにおいて、
前記工具マガジンは、中心部を支点に回転し、外周が円弧部と弦部とによって形成された回転フレームを有し、
前記工具保持部は、前記円弧部に沿って前記回転フレームに設けられている、マシニングセンタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマシニングセンタにおいて、
前記工具マガジンの回転軸線の鉛直線に対する傾斜角を、前記工具マガジンがより水平に近い姿勢をとることができる他の傾斜角に変更する傾斜角変更部をさらに備え、
前記制御部は、前記傾斜角変更部により前記傾斜角が前記他の傾斜角に変更されているときには、前記シャッターが閉鎖しているときであっても前記主軸側に前記工具保持領域が移動可能となるように前記回転駆動部および前記開閉駆動部を制御する、マシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動工具交換機能を有するマシニングセンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
加工領域の上方に回転可能に工具マガジンを取り付け、工具マガジンと主軸との間で自動的に工具を交換するようにしたマシニングセンタが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のマシニングセンタには、加工領域内のワークの交換作業等を行うため、主軸の前方に、加工領域に面して開閉可能に扉が設けられる。さらに、ワーク交換作業等を容易にするため、扉側が高く主軸側が低くなるように工具マガジンが傾斜して設けられる。
しかしながら、上記特許文献１記載のマシニングセンタのように工具マガジンを傾斜して設ける場合には、マシニングセンタの全高が高くなりやすい。とくに、加工領域と工具マガジンとの間に水平方向に仕切壁としての開閉可能なシャッターを設ける場合には、工具マガジンをシャッターと干渉しない位置に取り付ける必要がある。このため、マシニングセンタの全高が一層高くなりやすく、機械の安定性を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６６８５６号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明によるマシニングセンタは、着脱可能に工具が取り付けられる主軸と、主軸に面した加工領域の上方に該主軸側が低くなるように傾設され、主軸との間で交換する工具を保持する工具保持部を周方向に複数有する回転割出し可能な工具マガジンと、工具マガジンと加工領域との境界部に開閉可能に配設されたシャッターと、工具マガジンを回転する回転駆動部と、シャッターを開閉する開閉駆動部と、回転駆動部および開閉駆動部を制御する制御部と、を備え、工具マガジンは、周方向の一部に工具保持部が存在しない工具不存在領域を有するとともに、周方向の残部に工具保持部が存在する工具保持領域を有し、制御部は、シャッターが開放しているときに主軸側に工具保持領域が移動し、工具不存在領域が主軸側に移動しているときにシャッターが閉鎖するように回転駆動部および開閉駆動部を制御することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの概略構成を示す側面図である。
図２は、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの外観斜視図である。
図３は、図１の矢視ＩＩＩ図である。
図４は、図１のマシニングセンタに用いられる工具の一例を示す側面図である。
図５は、図２の凹部の構成を概略的に示す縦断面図である。
図６は、本発明の実施の形態に係る工具交換装置の構成をより詳細に示すマシニングセンタの要部側面図であり、工具マガジンの第１傾斜姿勢を示す図である。
図７は、本発明の実施の形態に係る工具交換装置の構成をより詳細に示すマシニングセンタの要部平面図である。
図８は、図６，７のマガジンベースの支持部の構成を模式的に示す側面図である。
図９は、工具マガジンの第２傾斜姿勢を示す図である。
図１０は、本発明の実施の形態に係る工具差替装置の構成を示す図である。
図１１ａ〜図１１ｄは、それぞれ図１０の工具差替装置を用いた工具差替動作を説明する図である。
図１２は、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図１〜図１２を参照して、本発明によるマシニングセンタの実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの概略構成を示す側面図であり、図２は、このマシニングセンタの外観斜視図である。なお、以下では便宜上図示のように前後方向、左右方向、および上下方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。
図１に示すように、ベッド１０の後面には、直線送り機構を介して上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に上下移動体１１が支持されている。上下移動体１１の上面には、直線送り機構を介して左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に左右移動体１２が支持されている。左右移動体１２の上面には、直線送り機構を介して前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能に前後移動体１３が支持されている。前後移動体１３の前部には主軸頭１４が設けられ、主軸頭１４には、前後方向の回転軸線を中心に回転可能な主軸１５を介して工具１６が取り付けられている。上下方向、左右方向および前後方向の直線送り機構は、例えばガイドレールとガイドブロックによる案内装置、およびボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータによる駆動装置により構成される。工具１６は、主軸頭１４内のスピンドルモータにより回転駆動される。
ベッド１０の上面には、鉛直方向の軸線を中心に回転送り可能にテーブル１７が載置されている。テーブル１７の上面にはイケール１８が載置され、イケール１８の前面には工具１６の先端部に対向してワークＷが取り付けられている。この構成により、ワークＷに対して工具１６が直交３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）および回転１軸方向（Ｂ軸方向）に相対移動可能となり、ワークＷを所望の形状に加工することができる。さらに、テーブル１７を前後方向の軸線を中心に回転送り可能に構成し、マシニングセンタを直交３軸方向および回転２軸方向（Ｂ、Ｃ軸方向）に相対移動可能な５軸加工機とすることもできる。
ベッド１０の左右側方には、左右一対の支柱１９が立設され、支柱１９の上端部に工具交換装置２０が設けられている。工具交換装置２０は、左右の支柱１９の上端部に架設されたマガジンベース２１と、マガジンベース２１に回転可能に支持された工具マガジン２２とを有する。マガジンベース２１は、前側が高く、後側が低くなるように傾斜して設けられ、工具マガジン２２も同様に傾斜して設けられている。すなわち、鉛直線と工具マガジン２２の回転軸線とのなす角が所定の傾斜角αとなるように工具マガジン２２は傾設されている。
図３は、工具交換装置２０の背面図、すなわち、工具交換装置２０を傾斜角α方向から見た図（図１の矢視ＩＩＩ図）である。図１，３に示すように、マガジンベース２１の左右方向中央部には、工具マガジン２２の割出用のモータ（割出モータ）５０が固定されている。工具マガジン２２は、回転フレーム２３と、回転フレーム２３の周囲に取り付けられた複数の工具保持部、すなわちグリッパ２４とを有する。割出モータ５０の出力軸は、回転フレーム２３の回転中心部に連結され、工具マガジン２２はマガジンベース２１に図３の点Ｏを中心にして矢印β方向に回転可能に支持されている。割出モータ５０は、例えばサーボモータによって構成される。
本実施の形態の特徴的構成として、図３に示すように回転フレーム２３は、円の一部を直線状に切り欠いた形状をなし、円弧部２３ａと弦部２３ｂとによって外形形状が規定されている。円弧部２３ａには、周方向等間隔に複数のグリッパ２４が取り付けられている。各グリッパ２４には、それぞれ交換用工具１６が着脱可能に保持され、工具マガジン２２の周囲に工具保持領域ＡＲ１が形成されている。一方、弦部２３ｂには、グリッパ２４が設けられておらず、工具マガジン２２の周囲に工具不存在領域ＡＲ２が形成されている。なお、図１，３では、工具マガジン２２は回転基準状態にあり、回転基準状態では、弦部２３ｂが回転中心Ｏよりも後方にて左右方向に延在し、工具不存在領域ＡＲ２が後方に存在する。
図４は、グリッパ２４に保持される工具１６の一例を示す側面図である。工具１６は、回転軸線に沿ってシャンク１６ａ、フランジ１６ｂ、Ｖ溝１６ｃおよび工具部１６ｄ（図ではドリル）を有する。シャンク１６ａの周面は後端面に向けて先細のテーパ面形状をなし、主軸１５の先端部のテーパ孔（不図示）に密着状態で嵌合し、主軸１５に設けられたクランプ装置５４（図１２）によってクランプされる。なお、クランプ装置５４は、例えば工具１６のシャンク１６ａを主軸１５の後方に引き込むコレット付きのドローバー等、周知のものである。
工具交換時には、例えば工具マガジン２２の回転により、図１に点線で示すように、グリッパ２４に装着された工具１６を最下部かつ最後方の工具交換位置Ｐａに移動させる。この工具交換位置Ｐａにおいて工具１６の軸線方向が前後方向を向くように、工具１６は傾斜角αに応じた角度で、工具マガジン２２に対し傾斜してグリッパ２４に保持されている。
ワークＷと工具マガジン２２の間には、水平方向に加工領域ＷＳと工具マガジン２２とを仕切る水平カバー２５が延設されている。この水平カバー２５は、切り屑や加工液の工具マガジン２２への飛散を防止する機能を有する。水平カバー２５の後部には、工具交換位置Ｐａに対応して平面視略矩形状の開口部２５ａ（図７参照）が設けられている。水平カバー２５には前後方向にスライド可能にシャッター２６が設けられている。シャッター２６は開閉用シリンダ５３の駆動により前後方向にスライドし、シャッター２６によって開口部２５ａが開閉される。開閉用シリンダ５３は例えばエアシリンダにより構成される。なお、シャッター２６は左右方向にスライドする方式でも、蝶番方式でも、いかなる構成でもよい。
一方、移動体１１〜１３の前方には主軸頭カバー２７が立設され、水平カバー２５の下方かつ主軸頭カバー２７の前方に加工室（加工領域）ＷＳが形成されている。主軸頭カバー２７には開口部２７ａが設けられ、開口部２７ａを介して主軸１５および工具１６が主軸頭カバー２７を貫通している。主軸頭カバー２７は上下方向および左右方向に巻き取り可能であり、工具１６の上下動および左右動に伴い開口部２７ａも上下、左右に移動する。
図２に示すようにマシニングセンタは全体が略直方体形状をなし、その前後面、左右面および上下面はそれぞれカバー１００によって覆われている。前面のカバー１００には開口部１０１が設けられている。開口部１０１は左右方向にスライド可能な扉１０２によって開閉され、扉１０２を開放した状態で加工領域ＷＳ内のワークＷの交換作業等が行われる。扉１０２には監視用の窓１０３が設けられている。
右面のカバー１００の一部は内側（左方）に入り込み、凹部１０４が形成されている。右面カバー１００の凹部１０４の前側には操作盤１１０が設けられている。図５は、凹部１０４の構成を概略的に示す縦断面図である。凹部１０４の奥面（左面）には監視用の窓１０５が取り付けられている。凹部１０４の上面は左下に向けて斜めになった傾斜面で形成され、その上面に開口部１０６が形成されている。開口部１０６は、ヒンジ部１０７を支点に上下方向に回動可能な扉１０８によって閉塞されている。扉１０８にはアクチュエータ５５（図１２）によって作動するロック機構１０９が設けられ、ロック機構１０９により扉１０８が解錠または施錠される。扉１０８の上端部には取っ手１０８ａが取り付けられている。ロック機構１０９が解錠された状態で取っ手１０８ａを把持して扉１０８を開放し、後述する工具１６の差替作業を行う。
図６は、工具交換装置２０の構成をより詳細に示すマシニングセンタの要部側面図（左側から見た図）であり、図７は、要部平面図である。なお、図６，７では、グリッパ２４の図示を一部省略し、さらに図７では、グリッパ２４に保持される工具１６の図示を省略している。
図６，７に示すようにマガジンベース２１は、平面視略矩形状の枠部２１ａと、枠部２１ａの中央に配置されたモータ支持部２１ｂとを有し、モータ支持部２１ｂに割出モータ５０が固定されている。一方（左側）の支柱１９の上端部にはブラケット２８が固設されている。
図８は、マガジンベース２１の支持部の構成を模式的に示す側面図である。図８に示すように、ブラケット２８は、支柱１９の上面に固設されたベース板２８ａと、ベース板２８ａの後端部から上方に立ち上がる縦板２８ｂと、ベース板２８ａと縦板２８ｂとの間に架設された略三角形状の補強用リブ２８ｃとを有し、ベース板２８ａの前端部に軸受２９が設けられている。なお、軸受２９は左右の支柱１９の上端部に設けられている。
マガジンベース２１の枠部２１ａの左右側端面にはそれぞれステー３０の一端部が固定されている。ステー３０は下方に向けて延在し、ステー３０の他端部には左右方向外側に向けて軸部３０ａが突設されている。軸部３０ａは左右の軸受２９に回転可能に挿入され、これによりマガジンベース２１は、ステー３０またはステー３０とブラケット２８とを介して左右の支柱１９に回動可能に支持されている。
図６〜図８に示すように、マガジンベース２１の枠部２１ａの前端かつ左側端部には、上方に向けて突起部材３１が突設されている。突起部材３１の上端部には傾動用シリンダ５２の一端部が回転可能に軸支され、傾動用シリンダ５２の他端部はブラケット２８（縦板２８ｂ）の上端部に回転可能に軸支されている。傾動用シリンダは例えばエアシリンダにより構成され、傾動用シリンダ５２の駆動により軸部３０ａを支点に工具マガジン２２（回転フレーム２３）を傾動させることができる。これにより工具マガジン２２の鉛直線に対する傾斜角αを変更することができる。
図６は、傾動用シリンダ５２を最大に縮退した第１傾斜姿勢を示しており、この場合の工具マガジン２２の傾斜角αはα１（例えば３０°）である。一方、図９は、傾動用シリンダ５２を最大に伸張した第２傾斜姿勢を示しており、この場合の工具マガジン２２の傾斜角αはα２（例えば１８°）である。第１傾斜姿勢は、主軸１５に装着される工具１６を交換するための工具交換に適した姿勢であり、第２傾斜姿勢は、工具マガジン２２に保持される工具１６を差し替えるための工具差替に適した姿勢である。なお、第２傾斜姿勢では、工具マガジン２２に保持される工具１６の最下部の位置が高くなるため、工具マガジン２２はシャッター２６が閉鎖していても開放していても、シャッター２６と干渉することなく回転可能である。
図８に示すように、回転フレーム２３の円弧部２３ａにおける周面は、回転軸線Ｌ０に対して円錐状に傾斜して形成され、この傾斜面に複数のグリッパ２４が取り付けられている。図６，７に示すように、各グリッパ２４は、周方向に互いに向かい合わせに配置された一対の把持部材２４ａを有する。各把持部材２４ａはそれぞれピン２４ｂを介して円弧部２３ａに回動可能に支持されている。
ピン２４ｂの下方において、一対の把持部材２４ａの内側には工具１６のＶ溝１６ｃ（図４）に対応して湾曲凸部２４ｃが設けられている。一方、ピン２４ｂの上方において、一対の把持部材２４ａの内側にはばね２４ｄが介装され、ばね２４ｄの付勢力により湾曲凸部２４ｃに工具１６が保持されている。
図６の点線に示すように、グリッパ２４が工具交換位置Ｐａにある場合、主軸１５を上下移動および前後移動させることで、ばね２４ｄの付勢力に抗してグリッパ２４に工具を着脱することができる。すなわち、主軸１５からグリッパ２４に、またはグリッパ２４から主軸１５に工具１６を受け渡すことができ、主軸１５の工具交換が可能となる。このように工具交換は主軸１５の移動によって自動的に行われるのに対し、工具差替はブラケット２８の下部に取り付けられた工具差替装置３５を用いて手動で行う。
図１０は、工具差替装置３５を右方から見た図であり、図１１ａは工具差替装置３５の側面図である。なお、工具差替装置３５は工具マガジン２２の回転中心に向けて、すなわち図７の矢印Ａ方向に向けて設けられており、図１０では工具差替装置３５が斜視図として示されている。
図１０，１１ａに示すように、ブラケット２８の底部には下方に向けて支持部２８ｄが突設されている。支持部２８ｄの下端部には、第１リンク部材３６の一端部が軸部３６ａを支点に回動可能に取り付けられている。第１リンク部材３６の下端部には、工具１６と干渉しないように外側に屈曲した屈曲形状のレバー３７が連設されている。レバー３７の下端部は略直角に折り曲げられ、操作部３７ａが形成されている。操作部３７ａはカバー１００の開口部１０６に面して配置され、作業員は開口部１０６を介してレバー３７を操作可能となる。
支持部２８ｄの上端部には、断面略Ｕ字形状の第２リンク部材３８の一端部が軸部３８ａを支点に回動可能に取り付けられている。第１リンク部材３６の他端部および第２リンク部材３８の他端部には、それぞれ軸部３６ｂ，３８ｂを介して押し込み部材３９が回動可能に取り付けられている。押し込み部材３９の両側端部には、グリッパ２４に向けてそれぞれ爪部３９ａが突設され、一対の爪部３９ａの間に凹空間３９ｂが形成されている。図１０に示すように一対の爪部３９ａは互いに対向して配設され、爪部３９ａ間の距離は下方にかけて徐々に拡大している。この爪部３９ａに対応して一対の把持部材２４ａの上部外側には、それぞれ下方にかけて拡がる勾配２４ｅが形成されている。
図１１ａ〜図１１ｄは、工具差替作業の一例を示す図である。工具差替時には、まず、傾動シリンダ５２の駆動により、図９に示すように工具マガジン２２の鉛直線に対する傾斜角αをα２とする。この状態で工具マガジン２２の回転により、図１１ａに示すように差替を要する工具１６を、工具差替装置３５の押し込み部材３９下方の工具差替位置（図９の位置Ｐｃ）に移動する。次いで、右面のカバー１００の扉１０８を開放し、開口部１０６を介してレバー３７を引き上げ操作する。これにより、図１１ｂに示すように第１リンク部材３６および第２リンク部材３８を介して押し込み部材３９がグリッパ２４に接近しながら下降し、爪部３９ａの下端が把持部材２４ａの上部外側に当接する。
この状態からさらにレバー３７を引き上げ操作すると、図１１ｃに示すように押し込み部材３９がさらに下降して爪部３９ａが把持部材２４ａの上部の勾配２４ｅを押動する。このとき、一対の爪部３９ａ間の距離は上方にかけて狭くなっているため、爪部３９ａの下降に伴い把持部材２４ａの内側のばね２４ｄが押し縮められ、一対の把持部材２４ａは上端側が互いに接近し、下端側が離間する。図１１ｄに示すようにレバー３７を最大に引き上げ操作すると、一対の把持部材２４ａの下端側が最大に押し拡げられる。これにより工具１６をグリッパ２４の湾曲凸部２４ｃ（図７）から取り外すことができる。
その後、グリッパ２４に新たな工具１６を装着する場合には、把持部材２４ａの湾曲凸部２４ｃ間に下方から工具１６を挿入し、上述したのと逆の手順でレバー３７を戻し操作すればよい。なお、以上の工具差替作業は、シャッター２６の開閉に拘わらず行うことができる。
本実施の形態に係るマシニングセンタは制御装置を有し、ここではマシニングセンタの動作、とくに工具交換動作および工具差替動作の説明をする。図１２は、この制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置は、工具交換および工具差替に関する各種情報を入力する入力装置４１と、シャッター２６の開閉状態を検出するシャッター開閉検出器４２と、主軸１５の位置を検出する主軸位置検出器４３と、主軸１５に装着された工具１６のクランプ状態を検出するクランプ状態検出器４４と、工具マガジン２１の姿勢を検出する姿勢検出器４５と、工具マガジン２２の割出し位置を検出する割出し位置検出器４６と、これら入力装置４１、シャッター開閉検出器４２、主軸位置検出器４３、クランプ状態検出器４４、姿勢検出器４５および割出し位置検出器４６からの信号に基づき所定の処理を実行する制御部４０と、制御部４０からの信号によりそれぞれ制御される割出モータ５０、主軸制御用モータ５１、傾動用シリンダ５２、開閉用シリンダ５３、クランプ装置５４およびロック機構用アクチュエータ５５を有する。
入力装置４１は、操作盤１１０と、ＮＣプログラムの読取り部とを含む。シャッター開閉検出器４２は、例えばシャッター２６の開位置でオンし、閉位置でオフするスイッチによって構成される。主軸位置検出器４３は、Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータに付属する回転量検出器によって構成される。クランプ状態検出器４４は、例えばクランプ装置５４の作動による工具１６のクランプ時にオンし、アンクランプ時にオフするスイッチによって構成される。姿勢検出器４５は、例えば傾動用シリンダ５２の伸縮に応じてオンオフするスイッチによって構成され、傾斜角α＝α１の第１傾斜姿勢および傾斜角α＝α２の第２傾斜姿勢を検出する。割出し位置検出器４６は、例えば割出モータ５０に付属する回転量検出器によって構成される。主軸制御用モータ５１は、Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータ（Ｘ軸用モータ５１ａ，Ｙ軸用モータ５１ｂ，Ｚ軸用モータ５１ｃ）と主軸回転用のスピンドルモータ５１ｄとを含む。ロック機構用アクチュエータ５５は、ロック機構１０９（図５）を作動するアクチュエータであり、ソレノイドやエアシリンダ等によって構成できる。
制御部４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。制御部４０は、工具交換に関する処理（工具交換処理）を実行する工具交換処理部４０ａと、工具差替に関する処理（工具差替処理）を実行する工具差替処理部４０ｂとを有する。
以下、工具交換処理について説明する。工具交換処理は、入力装置４１から工具交換指令が入力されると開始される。なお、ここでは、ＮＣプログラムの実行により加工領域ＷＳ内でワークの加工を行っている状態からの処理を説明する。ワーク加工時には、工具マガジン２２は基準状態に割り出され、工具マガジン２２の傾斜角はα１とされ、シャッター２６は閉じられている。
工具交換指令が入力されると、まず、制御部４０はスピンドルモータ５１ｄに制御信号を出力し、主軸１５の回転を停止させるとともに、Ｘ軸用モータ５１ａおよびＺ軸用モータ５１ｃにそれぞれ制御信号を出力し、図６に示すように主軸１５の前後方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）の位置をそれぞれ工具交換位置Ｐａに一致させる（これを準備位置Ｐｂと呼ぶ）。なお、図６には、ワーク加工時における主軸１５の上限位置および下限位置をそれぞれＰｕ，Ｐｄで示している。工具交換位置Ｐａは、この主軸１５の移動範囲の外側、すなわち上限位置Ｐｕの上方に位置し、上限位置Ｐｕと工具交換位置Ｐａとの間の移動ストロークは、工具交換のために設定されている。
主軸位置検出器４３により主軸１５の準備位置Ｐｂへの移動が検出されると、制御部４０は開閉用シリンダ５３に制御信号を出力してシャッター２６を前方にスライド移動し、開口部２５ａを開放する。シャッター開閉検出器４２によりシャッター２６の開放状態が検出されると、割出モータ５０に制御信号を出力し、工具１６が装着されていないグリッパ２４（いわゆる空グリッパ）を、開口部２５ａを介して工具交換位置Ｐａに割り出す。この割出し状態は、割出し位置検出器４６の検出値によって確認される。
次いで、制御部４０はＹ軸用モータ５１ｂに制御信号を出力し、主軸１５を上方の工具交換位置Ｐａへ移動させる。これにより、図６の一点鎖線に示すように主軸１５に装着された工具１６がグリッパ２４に係合する。主軸位置検出器４３により主軸１５の工具交換位置Ｐａへの移動が検出されると、主軸１５内のクランプ装置５４に制御信号を出力し、工具１６をアンクランプする。次いで、クランプ状態検出器４４により工具１６のアンクランプが検出されると、Ｚ軸用モータ５１ｃに制御信号を出力し、工具マガジン２２と干渉しない位置まで主軸１５を後方に退避させる。このようにして工具１６がグリッパ２４に受け渡される。
主軸位置検出器４３により主軸１５の退避動作が検出されると、制御部４０は割出モータ５０に制御信号を出力し、次の加工に用いる工具１６を工具交換位置Ｐａに割り出す。次いで、Ｚ軸用モータ５１ｃに制御信号を出力し、工具交換位置Ｐａまで主軸１５を前進させる。主軸位置検出器４３により主軸１５の工具交換位置Ｐａへの移動が検出されると、クランプ装置５４に制御信号を出力し、主軸１５に工具１６をクランプする。クランプ状態検出器４４により工具１６のクランプが検出されると、Ｙ軸用モータ５１ｂに制御信号を出力し、主軸１５とともに工具１６を加工領域ＷＳ内（例えば準備位置Ｐｂ）に移動する。
主軸位置検出器４３により加工領域ＷＳ内への工具１６の移動が検出されると、制御部４０は割出モータ５０に制御信号を出力し、工具マガジン２１を基準状態（図７）に割り出す。割出し位置検出器４６により工具マガジン２１の基準状態への割出しが検出されると、開閉用シリンダ５３に制御信号を出力してシャッター２６を後方にスライド移動し、開口部２５ａを閉鎖する。シャッター開閉検出器４２によりシャッター２６の閉鎖状態が検出されると、スピンドルモータ５１ｄに制御信号を出力し、工具１６を回転駆動する。以降、制御部４０は、ＮＣプログラムの実行によりワークＷに対して工具１６を相対移動させ、ワークＷを加工する。
次に、工具差替処理について説明する。工具差替処理は、入力装置４１から工具差替指令が入力されると開始される。工具差替指令は、例えばワーク加工開始前またはワーク加工終了後に、操作盤１１０に設けられた工具差替釦の操作によって作業者が入力する。なお、ワーク加工中に工具差替指令を入力することもでき、その場合には、ＮＣプログラムの割り込み処理として、工具交換処理に優先して工具差替処理が実行される。以下では、予め工具マガジン２２に装着されている工具１６を別の工具に差し替える場合の動作を説明する。
工具差替指令の入力前は、工具マガジン２２は図６，７の基準状態にセットされ、扉１０８はロック機構１０９により閉状態にロックされている。工具差替指令が入力されると、制御部４０は傾動シリンダ５２に制御信号を出力し、図９に示すように工具マガジン２２をα＝α２の第２傾斜姿勢に傾動させる。姿勢検出器４５により第２傾斜姿勢が検出されると、割出モータ５０に制御信号を出力し、差替用の工具１６を工具差替装置３５の押し込み部材３９下方の工具差替位置Ｐｃに割り出す。この割出状態は、割出し位置検出器４６の検出値によって確認される。
次いで、制御部４０はアクチュエータ５５に制御信号を出力し、ロック機構１０９を解錠する。ロック機構１０９が解錠されると、作業員は扉１０８を開放し、開口部１０６を介して工具差替装置３５のレバー３７を引き上げ操作する。これにより、上述したように工具差替装置３５の押し込み部材３９が把持部材２４ａの勾配２４ｅを押動し、グリッパ２４から工具１６を取り外すことができる。工具１６を取り外した後、作業員は新たな工具１６を一対の把持部材２４ａの内側に挿入し、レバー３７を元に戻し操作する。これにより、グリッパ２４に新たな工具１６が装着される。
工具１６の装着が完了すると、作業員は扉１０８を閉じ、操作盤１１０に設けられた工具差替完了釦を操作する。これにより制御部４０はアクチュエータ５５に制御信号を出力し、ロック機構１０９を施錠するとともに、割出モータ５０に制御信号を出力し、工具マガジン２２を基準状態に割り出す。次いで、傾動用シリンダ５２に制御信号を出力し、工具マガジン２２をα＝α１の第１傾斜姿勢に傾動させて、工具差替処理を終了する。制御装置４０は、工具マガジン２２が第１傾斜姿勢でシャッター２６が閉状態のときは、割出しモータ５０の駆動を禁止する。
以上の実施の形態によれば、略円形の回転フレーム２３の周囲にグリッパ２４を設けて工具マガジン２２に工具保持領域ＡＲ１を形成するとともに、回転フレーム２３の周方向一部を直線状に切り欠いてグリッパ２４が存在しない工具不存在領域ＡＲ２を形成した。そして、シャッター２６の閉鎖時には、工具不存在領域ＡＲ２が最下部となる基準状態に工具マガジン２２を割り出しておき、シャッター２６の開放時に、工具保持領域ＡＲ１内の工具１６が工具交換位置Ｐ０に移動するように工具マガジン２２を割り出すようにした。これにより工具交換時における工具マガジン２２とシャッター２６との干渉を避けつつ、水平カバー２５に接近して工具マガジン２２を配置することができる。したがって、工具マガジン２２を低位置に配置することができ、機械の全高を低くし、安定性を高めることができる。
また、傾動用シリンダ５２により工具マガジン２２を傾動可能に支持し、工具交換時に、工具マガジン２２の傾斜角αを工具交換位置Ｐａに対応したα１に制御し、工具差替時に、傾斜角αを工具差替位置Ｐｃに対応したα２に制御するようにした。これにより工具差替装置３５を、工具交換位置Ｐａに制限されずに取り付けることができ、工具差替装置３５の取付が容易となる。この場合、工具差替時の傾斜角α２は工具交換時の傾斜角α１よりも小さいので、工具マガジン２２をより水平に近い姿勢に傾動させることになり、シャッター２６を閉じた状態で工具マガジン２２をシャッター２６と干渉することなく回転させることができる。したがって、ワーク加工中であっても工具差替作業が可能となり、作業効率を向上できる。
なお、上記実施の形態では、円形の一部を直線状に切り欠いて工具マガジン２２の回転フレーム２３を構成し、回転フレーム２３の円弧部２３ａにグリッパ２４を設けるようにした。しかし、回転フレーム２３の周方向一部に工具不存在領域ＡＲ２を形成することにより、工具マガジン２２を水平カバー２５と干渉しない低位置に傾斜して配置することができるのであれば、回転フレーム２３の構成は上述したものに限らない。
上記実施の形態では、工具マガジン２２の下方の水平カバー２５にスライド可能にシャッター２６を設けて開口部２５ａを開閉するようにしたが、シャッターの構成はいかなるものでもよい。開閉用シリンダ５３以外の開閉駆動部を用いてシャッター２６を開閉するようにしてもよい。割出モータ５０以外の回転駆動部を用いて工具マガジン２２を回転するようにしてもよい。工具保持部としてのグリッパ２４の構成はいかなるものでもよい。シャッター２６の閉鎖時には、主軸１５側（工具交換位置Ｐａ）に工具不存在領域ＡＲ２が移動されており、シャッター２６の開放時に、主軸１５側に工具保持領域ＡＲ１が移動するように開閉用シリンダ５３と割出モータ５０を制御するのであれば、制御部４０の構成は上述したものに限らない。
上記実施の形態では、傾動用シリンダ５２の伸縮により工具マガジンの傾斜角αを変更するようにしたが、グリッパ２４に保持された工具１６を工具交換位置Ｐａに移動可能な傾斜角α１（第１の傾斜角）と、工具差替装置３５を動作可能な傾斜角α２（第２の傾斜角）とに傾斜角αを変更可能であれば、傾斜角変更部の構成はいかなるものでもよい。グリッパ２４に工具１６を着脱するための工具差替装置３５の構成およびその取付位置も上述したものに限らない。例えば、工具差替装置３５がなく、工具差替位置Ｐｃだけが設定されており、グリッパ２４をこじあける手持ちレバー具を用いて工具１６の差替えを行ってもよい。
本発明によれば、傾斜して配設された工具マガジンの周方向一部に工具不存在領域を形成し、シャッターの閉鎖時には、主軸側に工具不存在領域が移動しており、シャッターの開放時に、主軸側に工具保持領域が移動するようにした。これにより、工具交換時における工具マガジンと工具マガジンカバーとの干渉を避けつつ、工具マガジンを低位置に配置することができる。
【符号の説明】
【０００７】
１５  主軸
１６  工具
２２  工具マガジン
２３  回転フレーム
２３ａ  円弧部
２３ｂ  弦部
２４  グリッパ
２５  水平カバー
２６  シャッター
３５  工具差替装置
４０  制御部
５０  割出モータ
５２  傾動用シリンダ
ＡＲ１  工具保持領域
ＡＲ２  工具不存在領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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