(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ＮＣ工作機械に設けられた主軸と、工具マガジンと、前記主軸に装着されるシャンク部と切削用刃部とを備え且つ前記工具マガジンに収容された複数の工具とを具備し、前記工具を前記主軸と前記工具マガジンとの間で直接的に授受交換するＮＣ工作機械の工具交換装置において、
前記工具が、前記工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に移動可能に嵌着された弾性リング部材を有し、形状及び寸法が同一の複数の同種工具に対して、それぞれの工具の用途に応じた所望の工具長になるように前記弾性リング部材が前記工具に嵌着されており、また、前記工具マガジンに複数の工具ポットが設けられ、該工具ポットが、厚みの中間部を上下２層に形成する溝部と、工具のシャンク部径より小径の工具収容穴と、工具の受け渡しの通過部となる工具授受口と、前記主軸のＸ軸方向への移動により前記主軸に装着された工具が前記工具収容穴に収容されるときに弾性力により開閉動作する一対の把持爪とを有していて、前記工具に嵌着した前記弾性リング部材を前記工具ポットの溝部に嵌め込むことによって前記弾性リングを工具の軸線方向の基準として前記一対の把持爪によって工具を把持しており、前記工具マガジンの前記工具ポットに把持された前記工具を前記主軸と前記工具マガジンとの間の相対移動により工具交換を行うようにしたことを特徴とするＮＣ工作機械の工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工具を収納する工具ポットを複数個設けた工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を相対移動させて直接的に工具交換を行うアームレス方式のＮＣ工作機械の工具交換装置、および工具を一旦工具ホルダに固定し工具ホルダごと工具交換を行うのではなく、工具ホルダを介在させずに工具を工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間で直接的に交換するホルダレス方式のＮＣ工作機械の工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具マガジンにあらかじめ複数の工具を収納し、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間に工具転送アームを介在させず、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間の送り軸の相対移動により、主軸に装着された使用済みの工具を主軸から工具マガジンへ直接的に転送、収納して、その後、所望の工具を工具マガジンから主軸へ直接的に転送、装着するように工具交換を行う、いわゆるアームレス方式の工具交換装置がある。さらに、工具を工具ホルダに装着し、その工具ホルダごと工具交換するのではなく、工具マガジンに複数個設けられた工具ポットにあらかじめ工具を単体で収納しておき、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間で工具単体のまま直接的に工具交換を行う、いわゆるホルダレス方式の工具交換装置がある。特に、後者の方式の工具交換装置は、成形金型のリブ溝等の複雑な形状のワークの加工を比較的細身の工具を用いて行うＮＣ工作機械に適用されることが多い。
アームレス方式およびホルダレス方式を適用した工具交換装置の一例として、本出願人による特開平５−２７７８６７号公報に示すような工具交換装置がある。この装置は、工具の切削用刃部と主軸装着部との間の中間軸部の所定位置に刻設された位置決め溝に工具マガジンに設けられた位置決め板が弾性係合して、工具を軸線方向の所定位置に位置決めをするとともに、工具マガジンに複数個並設した工具ポットに複数の工具を把持、収納するようにして、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間の相対移動により、工具マガジンの全ての工具ポットとＮＣ工作機械の主軸との間で直接的に工具の授受、交換が行えるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、工具ホルダを介在させずに工具をＮＣ工作機械の主軸に直接的に装着する場合、工具交換の度に工具長にばらつきが生じるので、上記の特開平５−２７７８６７号公報の装置では、工具を工具マガジンに収納するとき、工具の中間軸部に刻設された位置決め溝により軸線方向の位置決めを行うようにしてこのばらつきをなくすようにしている。これは、工具長の管理の点では都合が良い反面、ワークの形状によっては、同一形状、同一寸法の同種工具でも、主軸からの突き出し寸法、すなわち工具長を種々変えなければならないことがある。例えば、ワークの深い部分を削る場合は主軸とワークとが干渉するので工具長を長くし、ワークの浅い部分を削る場合は工具長を短くして剛性の高い加工が行えるようにし、その中間の深さを削る場合は、主軸とワークとが干渉しない範囲で、かつできるだけ工具長を短くし剛性の高い加工を行ったほうがよい。つまり、同種工具でも任意の工具長で使用しなければならないときには、上記の装置のように位置決め溝を工具の中間軸部に刻設する方法では、中間軸部のいろいろな場所に位置決め溝を刻設した同種工具を準備しておかなければならないという不都合がある。また、工具の中間軸部に位置決め溝を刻設すると、工具の強度が落ちる問題点がある。さらに、工具の中間軸部に位置決め溝を追加工するため、既製品の工具がそのまま使用できないのでコストアップになるという問題点もある。
そこで本発明は、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間のホルダレス方式の自動工具交換において、工具長の設定を任意に、容易に行えるようにし、かつ既製品の工具をそのまま使用できるようにして工具のコストダウンも可能としたＮＣ工作機械の工具交換装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的に鑑み、本発明は以下に述べるとおりの各構成要件を具備してなる。
少なくとも、ＮＣ工作機械に設けられた主軸と、工具マガジンと、前記主軸に装着されるシャンク部と切削用刃部とを備え且つ前記工具マガジンに収容された複数の工具とを具備し、前記工具を前記主軸と前記工具マガジンとの間で直接的に授受交換するＮＣ工作機械の工具交換装置において、前記工具が、前記工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に移動可能に嵌着された弾性リング部材を有し、形状及び寸法が同一の複数の同種工具に対して、それぞれの工具の用途に応じた所望の工具長になるように前記弾性リング部材が前記工具に嵌着されており、また、前記工具マガジンに複数の工具ポットが設けられ、該工具ポットが、厚みの中間部を上下２層に形成する溝部と、工具のシャンク部径より小径の工具収容穴と、工具の受け渡しの通過部となる工具授受口と、前記主軸のＸ軸方向への移動により前記主軸に装着された工具が前記工具収容穴に収容されるときに弾性力により開閉動作する一対の把持爪とを有していて、前記工具に嵌着した前記弾性リング部材を前記工具ポットの溝部に嵌め込むことによって前記弾性リングを工具の軸線方向の基準として前記一対の把持爪によって工具を把持しており、前記工具マガジンの前記工具ポットに把持された前記工具を前記主軸と前記工具マガジンとの間の相対移動により工具交換を行うようにしたことを特徴とするＮＣ工作機械の工具交換装置。
【０００５】
【作用】
上述の構成により、主軸に装着したときの工具長に見合った各工具のシャンク部にリング部材を嵌着、固定し、そのリング部材を基準にして各工具を工具マガジンの各工具ポットに収納する。なお、リング部材は各工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に移動可能になっているので、既製品の同種工具をいろいろな工具長に設定できる。
また、ホルダレス方式のため、工具交換の度に主軸への工具装着精度が変わる恐れがあるので、工具交換指令があった場合、工具交換の度に工具長測定手段で工具長を測定し、その測定した工具長で工具オフセットを行ってから、当該工具による加工を開始するようにしたので、高精度のＮＣ加工を行うことができる。
【０００６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について図面に沿って説明する。
図１は、本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具交換時の要部正面図および構成ブロック図、図２は、図１の断面Ａ−Ａによる要部側面図、図３は、図２の矢視Ｂによる工具マガジンの平面図、図４は、本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具装着時の主軸の要部断面図である。
【０００７】
まず、図１、図２、図３を参照して、本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の要部を説明する。
本発明実施例の工具交換装置が適用されるＮＣ工作機械の本体（図示せず）は、工具１をコレット３を介して装着する主軸５が主軸頭７に回転自在に支持され、主軸頭７とワークを載置するテーブル９とが、ＮＣ装置１１により制御されるＸ軸送りモータ１３、Ｙ軸送りモータ１５、Ｚ軸送りモータ１７を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向に相対移動するようになっている。
【０００８】
テーブル９側面部に取り付けられたブラケット１９上部にリニアガイド２１が設けられ、リニアガイド２１によりＸ軸方向に往復移動可能に案内されるキャリア２３上部にマガジンベース２５が立設され、工具１を収納する工具マガジン２７がマガジンベース２５上部に４本のボルト２９で固定されている。キャリア２３左側面部に取り付けられたプレート３１にはブラケット１９に設けられたシリンダ３３により進退するロッド３５がナット３７で固定されており、よって、シリンダ３３に空気圧供給装置３９からエアを供給してロッド３５を進退させることにより、キャリア２３上部に立設したマガジンベース２５上部に固定された工具マガジン２７を、工具交換可能位置である前進位置（図１に図示の位置）とワークの加工領域外の退避位置との間でＸ軸方向に往復移動させることができる。
【０００９】
プレート３１右側面部にはプーリ４１を回転自在に支持するプーリブラケット４３が取り付けられ、プーリ４１に同軸状に固着されたピニオン４５がリニアガイド２１に取り付けられたラック４７と噛み合っている。さらに、プレート３１には切屑や加工液が加工中に工具マガジン２７周辺部に飛散しないようにするカバー４９が取り付けられ、カバー４９上部にはマガジンカバー５１がプーリ５３とともに同軸状に枢着され、ベルト５５がプーリ４１とプーリ５３との間に張設されている。通常、工具マガジン２７はワークの加工領域外である退避位置にあり、プレート３１に固定されたロッド３５が左行してマガジンカバー５１は閉じている。しかし、工具交換時、機械制御装置５７から工具マガジン移動指令が発せられると、空気圧供給装置３９によりシリンダ３３にエアが供給されてプレート３１に固定されたロッド３５が右行し工具マガジン２７が前進するとともに、リニアガイド２１に取り付けられたラック４７と噛み合っているピニオン４５に固定されたプーリ４１が反時計回りして、ベルト５５を介しプーリ５３を反時計回りに回転させ、マガジンカバー５１が開く（図１参照）。この状態で工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の相対移動による自動工具交換および工具マガジン２７に収納されている工具１と外部工具との手動による差替えが可能となる。
【００１０】
また、テーブル９上部の加工の妨げとならない所定位置に工具長測定用のタッチセンサ５９が設けられ、工具１を装着した主軸５を下降させタッチセンサ５９に接近させていき、工具１の刃部１ｂ先端がタッチセンサ５９に接触したことを接触信号として機械制御装置５７に送るようになっている。機械制御装置５７は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の位置座標を刻々把握しており、接触信号を受信したときの現在位置座標から工具長を測定することができる。また、機械制御装置５７は、ＮＣ装置１１から工具交換指令を受けると、工具交換後、引き続いて工具長測定を行うようにＮＣ装置１１に信号を発して、上記工具長測定を行うのである。
【００１１】
図３に示すように、工具マガジン２７は樹脂等の弾性材料からなる板材であり、左右方向に設けられた７つのスリット２７ａにより、工具１を収納する８個の工具ポット６１を形成しており、厚みの中間部に溝部２７ｂが形成されて上下２層となっている。各工具ポット６１には、工具１のシャンク部１ａ径より小径の工具収納穴２７ｃ、工具１の受け渡しの通過部となる工具授受口２７ｄ、主軸５のＸ軸方向への移動により主軸５に装着された工具１が工具収納穴２７ｃに収納されるとき、弾性力が作用して開閉動作する一対の把持爪２７ｅ，２７ｅ、一対の把持爪２７ｅ，２７ｅに弾性力を付与させる抜き穴２７ｆおよび切欠き２７ｇがそれぞれ設けられている。また、各工具１のシャンク部１ａには、主軸５への装着時の工具長を調節する弾性リング６３が嵌着され、工具マガジン２７の工具ポット６１への工具１の収納時には、工具マガジン２７に形成された溝部２７ｂに工具１に嵌着した弾性リング６３が嵌まって軸線方向のおおよその基準となり、弾性リング６３の上下を挟むようにして工具１のシャンク部１ａが工具ポット６１の一対の把持爪２７ｅ，２７ｅの弾性力により把持されている。
また、工具ポット６１の一対の把持爪２７ｅ，２７ｅの弾性力で工具１を把持せず、工具ポット６１の工具収納穴２７ｃを工具１のシャンク部１ａ径より若干大きくして、弾性リング６３を工具マガジン２７の上面部に引っ掛けて収納する形式にしてもよい。さらに、弾性リング６３の代わりに、工具１の外周方向から止めねじで固定する形式のリング部材を用いてもよい。
【００１２】
次に、図４を参照して、本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具装着時の主軸の要部を説明する。なお、（ａ）は、ある工具を最大工具長にした工具装着時、（ｂ）は、その工具を最小工具長にした工具装着時を示している。
主軸頭７に回転自在に支持された主軸５内部にはドローバー６５が設けられ、ドローバー６５下部のねじ部６５ａにコレット３が螺着され、主軸５内部をドローバー６５がコレット３とともに上下方向に移動可能となっている。工具１はシャンク部１ａと刃部１ｂとからなり、シャンク部１ａに弾性リング６３を嵌着して主軸５への装着時の工具長を調節するとともに、シャンク部１ａがコレット３のチャック部３ａに把持される。工具１のシャンク部１ａへの弾性リング６３の嵌着位置により、コレット３のチャック部３ａに把持される工具１のシャンク部１ａの把持長さが変わるので、コレット３内部に工具１のシャンク部１ａの逃げのための空間部３ｂを設けてあり、空間部３ｂの上下方向の長さが工具長調節可能長さとなっている。また、工具交換の際、主軸５に装着された工具１をアンクランプ状態にして工具マガジン２７の工具ポット６１に収納するときには、ドローバー６５をドローバー６５上部に設けられた複数枚の皿ばね（図示せず）の弾性力に抗して下方に押し込むことにより、ドローバー６５下部に螺着されたコレット３を主軸５先端部から突出させてコレット３のチャック部３ａを開放させる。これに対し、工具マガジン２７の工具ポット６１に収納されている工具１を主軸５に装着するときには、皿ばねの弾性力でドローバー６５を引き上げ、コレット３のチャック部３ａ外形のテーパ部と主軸１先端部に設けたテーパ穴とが嵌合してコレット３のチャック部３ａに把持力が与えられ工具１をクランプする。
【００１３】
本発明の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械において、工具交換の度に工具マガジン２７から主軸５に装着される工具１の工具長を測定する動作制御の過程を説明する。
まず、ワークの加工に用いる刃部１ｂ形状の異なった複数種類の工具１のシャンク部１ａの適宜位置に弾性リング６３を嵌着し、工具マガジン２７の工具ポット６１に収納する。このとき、主軸５に工具１が装着されている場合には、その工具１を収納するための空の工具ポット６１を工具マガジン２７に設けておく（図２参照）。図２において、工具マガジン２７の工具ポット６１に収納されている工具１の内、左から１，２，７，８番目の工具はシャンク部１ａおよび刃部１ｂ形状および寸法が全く同じ同種工具であり、その工具のシャンク部１ａへの弾性リング６３の嵌着位置を変えて工具マガジン２７の工具ポット６１に収納することで、１種類の工具でそれぞれの工具長を得たものである。同様に、左から３，４番目の工具１も工具のシャンク部１ａへの弾性リング６３の嵌着位置をそれぞれ変えただけの同種工具である。
【００１４】
ＮＣ装置１１に与えられたＮＣプログラムにより、ワークの加工が開始され、その過程で工具交換指令が発せられると、ＮＣ装置１１から機械制御装置５７に工具マガジン移動指令が送られ、空気圧供給装置３９によりエアが供給されてシリンダ３３が作動し、工具マガジン２７が工具交換可能位置へ前進する。その後、工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の相対移動により、まず、主軸５に装着されている使用済みの工具１を空の工具ポット６１に収納し、これから使用する工具１を主軸５に装着し、再び工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の相対移動により、主軸５に装着した工具１を工具マガジン２７の工具ポット６１から取り外すとともに、テーブル９上に取り付けたタッチセンサ５９上に移動し工具長測定を行う。
【００１５】
一方、ＮＣ装置１１には、ある工具長でプログラムされたＮＣ加工データがあらかじめ入力されているので、現在主軸に装着されている状態の当該工具の工具長の測定結果と、あらかじめプログラムされているＮＣ加工データ中の工具長との差だけＺ軸方向の移動量を補正する工具長オフセットをＮＣ装置１１で行う。その後、ワークの加工を行うので、高精度のＮＣ加工が実現できる。
また、弾性リング６３は弾性による摩擦力だけで工具１のシャンク部１ａに嵌着しており、工具長調節可能長さを越えるような位置へ弾性リング６３を嵌着した場合には、主軸５が工具１を押し下げて弾性リング６３のみが工具１の軸線方向にずれて誤りを吸収するので、工具マガジン２７を破損することがなく、また、この状態でも工具長を必ず測定してから加工を行うので加工間違いも発生しない。さらに、弾性リング６３の弾性力は、加工中にその位置がずれない程度の大きさのものを選定するのである。出願人は、実加工を行って実用上問題のないことを把握している。
【００１６】
工程設計の段階で最適な工具長を見積り、それに適合するようにあらかじめ工具に弾性リング６３を嵌着しておくので、作業者は、あらかじめ用意された工具の弾性リング６３を工具マガジン２７の溝部２７ｂに合わせるようにして、工具ポット６１に工具を機械的に収納すればよいので、工具の工具長設定から工具ポット６１への収納までの一連の作業が簡単に行えるという効果もある。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、シャンク部の任意位置にリング部材を嵌着した工具を、そのリング部材を軸線方向のおおよその基準として工具マガジンの工具ポットに収納するようにしたので、工具の主軸への装着時の工具長を任意に調節ができるようになった。これにより、同種工具の工具長を加工深さに応じて簡単に変えることができる。従来のように工具の中間軸部に位置決め溝を刻設する必要がないので、工具の強度が落ちることがなくなったことと相まって、できる限り工具長を短くして剛性の高い切削加工が行える。また、工具長測定手段を設けて工具交換の度に工具長を測定し、その測定結果により工具長オフセットを行うようにしたので、ホルダレス方式の工具交換装置でありながら、高精度のＮＣ加工が実現できる。さらに、工具への追加工の必要がなく、既製品の工具をそのまま使用できるので工具のコストダウンも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具交換時の要部正面図および構成ブロック図である。
【図２】図１の断面Ａ−Ａによる要部側面図である。
【図３】図２の矢視Ｂによる工具マガジンの平面図である。
【図４】本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具装着時の主軸の要部断面図である。
【符号の説明】
１  工具
１ａ  シャンク部
１ｂ  刃部
３  コレット
５  主軸
９  テーブル
１１  ＮＣ装置
２５  マガジンベース
２７  工具マガジン
３３  シリンダ
３９  空気圧供給装置
５７  機械制御装置
５９  タッチセンサ
６１  工具ポット
６３  弾性リング
６５  ドローバー
【図１】
0003669730.tif 000002
【図２】
0003669730.tif 000003
【図３】
0003669730.tif 000004
【図４】
0003669730.tif 000005