(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具（１０１）を受取る少なくともｎ個の回転可能な工具マガジン（１１０）であって、ｎ≧２、前記工具マガジンが回転軸線の方向にタンデムに配置され、ｎ個の工具マガジン（１１０）の少なくとも１つが他の工具マガジン（１１０）とは独立して駆動部により駆動可能で、前記回転軸線の回りの回転運動を実行する、工具マガジン（１１０）と、
前記工具マガジン（１１０）から複数の工具（１０１）を取外すマニピュレータ（１２０）と
を備え、
前記工具（１０１）は前記ｎ個の工具マガジン（１１０）の周囲に沿って工具取付け部（１１２）に保持され、前記ｎ個の工具マガジン（１１０）の各々にて、前記工具（１０１）の長手軸線（L1）が１つの仮想面内に位置付けられ且つ前記工具マガジン（１１０）、の周囲（１１１）から突出し、前記工具（１０１）が各工具マガジン（１１０）の周囲（１１１）に沿って移動可能であり、
前記工具マガジン（１１０）は、前記マニピュレータ（１２０）から遠く離れた側に配置された最も外側の工具マガジン（１１０）を除いて、前記周囲（１１１）の１つの箇所に工具（１０１）の無い空き箇所（１１３）を有し、
ｍ番目の工具マガジン（１１０）から１つの工具を取出すために、前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）と前記マニピュレータ（１２０）との間での回転軸線（D1）に沿って配置された少なくとも１つの工具マガジン（１１０）が前記回転軸線（D1）の回りに所定の回転位置に回転され、該所定の回転位置にて、回転軸線（D1）に沿う前記空き箇所（１１３）が前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）への前記マニピュレータ（１２０）の側方移動によるアクセス通路（１１４）を提供し、
前記マニピュレータ（１２０）は前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）に位置付けられた１つの工具（１０１）を取出すべく構成されて、前記空き箇所（１１３）の前記アクセス通路（１１４）を通じて線形運動を実行し、
前記マニピュレータ（１２０）は前記工具マガジン（１１０）の側方且つ外側の待機位置又は工具移送位置から前記空き箇所（１１３）の前記アクセス通路（１１４）に沿い最大でも前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）まで移動され且つ復帰する、工作機械にて複数の工具を交換且つ提供するシステム。
【請求項２】
前記ｎ個の工具マガジン（１１０）は、前記工具（１０１）の長手軸線（L1）を含む共通の仮想面が床スペースに対して鉛直に向けられるように配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マニピュレータ（１２０）は前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）に位置付けられた１つの工具（１０１）を取出すため、前記回転軸線（D1）の方向に前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）まで前記空き箇所（１１３）の前記アクセス通路（１１４）を通じて移動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記空き箇所（１１３）を備えた前記工具マガジン（１１０）は開始位置として前記所定の回転位置に既に位置付けられ、工具（１０１）の交換のために、要求された工具（１０１）を備える工具マガジン（１１０）のみが回転され、次に、前記要求された工具（１０１）を前記アクセス通路（１１４）に位置付ける、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記マニピュレータ（１２０）は、径方向のグリップ動作によって前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）から前記工具（１０１）を取外し、前記アクセス通路（１１４）を通じて再び、前記ｍ番目の工具マガジン（１１０）の外に側方移動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記空き箇所（１１３）は工具（１０１）を装備しない箇所である、請求項１〜５の何れかに記載のシステム。
【請求項７】
前記工具（１０１）は長手方向の第１端にて前記工具取付け部（１１２）に受け取られ、前記工具（１０１）の前記第１端とは反対側の長手方向の第２端が前記ｎ個の工具マガジン（１１０）の前記周囲（１１１）に対して外側又は内側に突出し、該状態にて前記工具はロックされている、請求項１〜９の少なくとも１つに記載のシステム。
【請求項８】
前記ｎ個の工具マガジン（１１０）はマガジンホイール（１００）を形成し、該マガジンホイール（１００）は共通の回転軸線（D1）の回りに回転運動し、前記工具（１０１）の前記長手軸線（L1）は前記マガジンホイール（１００）の周囲から径方向外側に突出する、請求項１〜５の少なくとも１つに記載のシステム。
【請求項９】
前記工具マガジン（１１０）は中空の円筒形状をなす回転可能な環状要素を有し、該環状要素の外周面に前記複数の工具を受取る孔構造を備えている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
機械フレーム（２０１）、機械ベッド（２０３）及び軸線を含むワークスピンドル（２０２）を有する工作機械（２００）を更に備え、前記ｎ個の工具マガジン（１１０）が前記ワークスピンドル（２０２）の軸線を横断する方向に沿い前記工作機械（２００）の側方に配置されている、請求項１〜１０の少なくとも１つに記載のシステム。
【請求項１１】
複数の工具のための工具マガジンであって、該工具マガジンが請求項１〜５の何れかに記載のシステムの工具マガジンとして構成されている、工具マガジン。
【請求項１２】
ワークピースを加工する工作機械であって、前記工作機械にて工具を交換する工具交換装置と、請求項１〜５の少なくとも１つに記載のシステムとを備え、前記工具マガジン（１１０）のための前記マニピュレータ（１２０）が前記工具マガジン（１１０）の１つのから前記工具交換装置に工具（１０１）を移送可能である、工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械にて複数の工具の交換や差込み又は提供をなすシステム、工具マガジン、並びに工具交換システム又は工具マガジンを有し、ワークピースを加工する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械にて複数の工具を交換や差込み又は提供をなすシステム並びに工作機械に複数の工具を提供する工具マガジンは従来技術から種々の形態で公知となっている。工具交換システムは複数のフライス盤システムに使用され、例えば前記各処理機のアイドル時間を減少させる。例えばアイドル時間はチップーチップ時間として公知である。
【０００３】
要求されたとき、この種の工具交換システムを介して、工具マガジンから工作機械のワークスピンドルに、また、ワークスピンドルから工具マガジンに複数の工具が交換される。適切であれば、工具の交換は完全に自動化且つプログラム制御可能に実施される。この目的のため、工具マガジンは工具の提供をなすために複数の工具を収容し、また、工具マガジンから工具を取出すためにマニピュレータを備え、このマニピュレータは工作機械に工具を移送可能である。
【０００４】
この点に関して、従来技術から特に２つの基本型の工作機械が公知であり、これら工作機械は、複数の工具が静止した不動の工具取付け部に保管され、そして、可動のマニピュレータが工具の保管位置まで走行し、取出し装置を介して工具を取出すか、又は、複数の工具を保管又は受け取るための受取り手段が所定の取出し位置まで移動され、この取出し位置にて、要求された工具が静止したマニピュレータによって取出されるか否かによって互いに相違する。
【０００５】
例えば、融通性の無い(rigid)マニピュレータを有する工作機械のチェーンマガジンは従来技術、例えば特許文献１（DE 3905780 C1）及び特許文献２（DE 10 2005 052353 A1）から公知である。この種のチェーンマガジンは１つのチェーンを備え、このチェーンはその進路に沿い複数の工具を受取る複数の受取り手段又は受取り部を含み、チェーンはガイドレールに沿い少なくとも部分的に案内される。
【０００６】
しかしながら、現代のマシニングセンタでのワークピースの多様な加工には、特に１つの工具マガジンに多数の異なる工具を備えることが必要である。上述のチェーンマガジンの場合、多数の工具を保管するには、複数のチェーン、即ち、複数のチェーンマガジンを備えているか、又は、不都合に長いチェーンを備えていなければならないという問題が生じる。このことは、チェーンマガジンのために広い設置領域が要求されることを意味する。そして、チェーンマガジンの場合、マニピュレータから距離を存してチェーンマガジンが配置され、該チェーンマガジンのチェーンに収容された１つの工具がマガジンから取出されるならば、工具の提供に掛かる時間が長くなる可能も生じる。
【０００７】
また、従来技術は、例えば特許文献３（DE 10 334 346 A1）に記載されたラックマガジンを開示し、このラックマガジンは融通性の無い受取り手段及び工具を取出すための制御可能な取出し装置を有する。
【０００８】
しかしながら、従来技術のラックマガジンでも多数の異なる工具を保管するうえで、マニピュレータの取出し装置による工具の提供や制御の可能性を条件とすれば、工具の提供に掛かる時間が長くなる可能性が生じ、また、ラックマガジンのために広い設置領域が要求される問題を被る。
【０００９】
特許文献４（DE 10 2004 028151 A1）は、重ね合わせの保管トレイを備えた機械を取扱うための保管構成を開示する。保管トレイの下面には複数の工具取付け部が設けられ、これら工具取付け部は１つの円の形状に配置されている。複数の工具は、工具取付け部から可動のグリッパアームによって取出し可能である。グリッパアームは、取付け状態の工具の軸線に対して鉛直且つ径方向内側の方向に工具を取出す。同様な構成の工具マガジンが特許文献５（DE 41 16 091 C1）に記載されている。この場合もまた、工具取付け部は円に沿って配置されており、この円の円弧中心に配置された交換装置によって、径方向内側に取出される。同様に、特許文献６（DE 10 2009 008 647 A1）は工具交換システムを記載し、この工具交換システムにて、複数の工具は工具マガジン内にて、異なる仮想面上の複数の保管区画部に取付けられ、これら保管区画部は１つの円の円弧に沿って配置されている。
【００１０】
特許文献７（US 4 394 908 A）は工具マガジンを開示し、この工具マガジンでは複数の工具が２つの円形の受取りディスクの周囲に沿って取付けられ、これら受取りディスクは径方向にて互いに上下に配置されている。複数の工具は複数の受取り容器に保管され、上側のディスクにおける受取り容器及び工具は下側のディスクにおける受取り容器及び工具に対して傾斜している。この工具マガジンの不具合は、所定の交換位置のみにて工具交換器が工具を取出し可能であるため、上側のディスクから１つの工具を取出すには、先ず、適切な容器が下側のディスクの空き位置に下降されなければならないことである。このことは工具の交換時間を長くする。更にまた、構造的な機構は最大でも２つの重ね合わせディスクのみで機能し、ディスクの増加ができない。従って、複数の工具のための受取りスペースは制限される。
【００１１】
他方、特許文献８（DE 197 08 096 A1）はマシニングセンタを開示する。このマシニングセンタは１つの工具保管庫を備え、マガジンから複数の工具を先ず取出して、これら工具をワークスピンドルに送出するマニピュレータを備えることなく、複数の工具を工具保管庫からワークスピンドルに向けて径方向外側に直接に送出する
【００１２】
チェーンマガジンと同様に、この種の円形型又は円筒型の工具マガジンはラックマガジンと対比して複数の工具に対する迅速なアクセスでもって多数の工具を保管することができる。しかしながら、工作機械に隣接する制限された位置付けスペースに起因して、１つの狭いラックマガジンのみが使用可能であるなら、実際上、未だにラックマガジンが屡々使用されなければならない。
【００１３】
特許文献９（US 2007/0 167 303 A）は工具マガジンを開示し、この工具マガジンにて、複数の工具は１つの円の円弧に沿い交換可能に取付けられ、複数の工具は床スペースに対して垂直な仮想面内に配置されている。各々の場合において、円の周囲に沿う２重の取付け部に２つの工具を保管することができる。このような工具マガジンの不具合は、工具交換器の反対側の複数の工具のみが工具マガジンの回転運動とマニピュレータの走行運動とが交互に繰り返されることによって交換可能であるので、工具交換時間が長いことである。更にまた、記載された工具交換器は単一の工具マガジンのためにのみに実行可能であるため、受取り容積が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】独特許第3905780号公報
【特許文献２】独特許公開第10 2005 052353号公報
【特許文献３】独特許公開第10 334 346号公報
【特許文献４】独特許公開第10 2004 028151号公報
【特許文献５】独特許第41 16 091号公報
【特許文献６】独特許公開第10 2009 008 647号公報
【特許文献７】米国特許第4 394 908号公報
【特許文献８】独特許第197 08 096号公報
【特許文献９】米国特許公開第2007/0 167 303号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、工作機械にて工具の交換・差込み又は提供するためのシステム、複数の工具を保管する工具マガジン、並びに工作機械にて工具の交換・差込み又は提供するためのシステムを有してワークピースを加工する工作機械を提供することにあり、これらのシステム、工具マガジン及び工作機械は従来公知のチェーン、ラック及び円形のマガジンにおける前述の不具合を解消する。
【００１６】
特に、本発明の他の目的は、工作機械にて工具の交換・差込み又は提供するためのシステム、複数の工具を受取るコンパクトな寸法の工具マガジン、並びに工作機械にて工具の交換・差込み又は提供するためのシステムを有する工作機械を提供することにあり、これらシステム、工具マガジン及び工作機械では異なるタイプ及びサイズの多数の工具を保管のための受取り可能であり、そして、収容された複数の工具にとっても工具の提供時間の短縮が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上述の目的は、請求項１に係る工作機械にて工具の交換且つ提供するためのシステム、請求項１１に係る工具マガジン、並びに請求項１２に係る工作機械にて工具の交換且つ提供するためのシステムを有する工作機械によって達成される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１８】
本発明に係る工作機械にて工具の交換且つ提供するためのシステムは、複数の工具を受取るために少なくとも１つの回転可能な工具マガジンを備え、この工具マガジンでは、複数の工具の長手軸線が回転可能な工具マガジンの仮想面内に位置付けられ且つ工具マガジンの周囲から突出するようにして複数の工具が工具マガジンの周囲に沿う工具取付け部に保持され、工具は取出しのための適切な位置に移動するため、工具マガジンの周囲に沿って可動である。また、工具交換システムは工具マガジンから複数の工具を取出すためのマニピュレータを備える。
【００１９】
上述の配置は工具マガジンにおける省スペースな構成を提供し、工具マガジンの幅は工具の幅によって実質的に決定される。好ましくは、複数の工具は、工具の長手軸線が位置付けられる仮想面内にて移動される。好ましくは、複数の工具はその長手軸線でみて第１端領域、即ち、長手方向の第１端にて工具取付け部内に受取られ、これにより、複数の工具の反対側の第２端領域、即ち、長手方向の第２端は外側又は内側に突出する。換言すれば、複数の工具は工具マガジンの周囲に、１つの端点のみで取付けられている。
【００２０】
工具を交換且つ提供をなす本発明のシステムは工具マガジンを有し、この工具マガジン内にて、複数の工具がマガジンの周囲に沿って取付けられ且つ周囲から突出する。工具を受取るために付加的な区画部又は他の保管領域が要求されないので、システムは特に軽量且つスリムであると同時に高い工具密度の工具マガジンを可能にする。
【００２１】
工具マガジンの周囲にて可能な限りコンパクトな工具の配置を可能にするため、複数の工具はその長手軸線が工具マガジンの周囲に対して垂直な方向を向くように工具マガジンの周囲の外側又は内側に突出するのが好ましい。換言すれば、複数の工具は工具マガジンの外周ラインに直交する長手方向に配置されているのが好ましく、これにより、複数の工具の長手軸線は、工具が周囲の工具取付け部に取付けられた点での接線方向に対して垂直となる。
【００２２】
好ましくは、複数の工具は外側に突出し、工具マガジンの周囲に取付けられていない長手方向の端を備える。また、工具マガジンの外周から突出する複数の工具の星形配置は、工具マガジンの周囲の外側に十分なスペース及び最適な利用スペースを備え、比較的大径である複数の工具を提供する。
【００２３】
好ましくは、マニピュレータは工具マガジンに対して側方且つ外部に配置されている。この結果、工具マガジンから複数の工具を取出すための外部配置のマニピュレータは、工具マガジンと工作機械のワークスピンドルとの間に好適に位置付け可能である。これにより、要求された工具を所定の取出し位置に提供可能とする回転可能な工具マガジンに関して、工具マガジンからワークスピンドルへのマニピュレータのための送り経路が短く且つ簡単に提示される。
【００２４】
好ましくは、工具マガジンは、複数の工具の長手軸線によって規定される仮想面が床スペースに対して鉛直に向けられるように配置されている。換言すれば、平板な工具マガジンは直立し、これにより、工作機械の長手方向面に配置可能である。このことは、通常の水平システムの場合のように、本発明における工具マガジンの幅がその直径によって決定されるのではなく、複数の工具の幅によって実質的に決定され、複数の工具が仮想面上に長手方向に配置され、複数の区画部又は他の厄介な取付け部無しに工具マガジンの周囲に取付けられているので、本発明に係る工具交換システム又は工作機械及び工具交換システムからなるシステムの全幅、即ち、設置領域（設置面積）は特にコンパクトになる。
【００２５】
この結果、工作機械とともに周方向の工具保管庫を備えた工具交換システムの使用が初めて可能となり、これに対して、従来では、工作機械に隣接する制限された位置付け領域のために複数の工具を交換するラックシステムのみが使用可能である。
【００２６】
好ましくは、複数の工具は工具取付け部にロック接続、キャッチ機構又は結合機構を介して保持されている。このことは、複数の工具が付加的なギャップ、区画部又は他の保管要素を無しにして、互いに隣接したコンパクトな態様で工具マガジンに取付け可能となる利点を有する。本発明はこれらの接続機構に制約されない。本発明によれば、複数の工具が工具マガジンの周囲の取付け位置にしっかりとロック可能で、工具マガジンが回転されたとき、複数の工具がしっかりと取付けられていると同時にマニピュレータにより迅速且つ容易に取出し可能とする如何なる解放可能な接続機構も工具交換システムのために使用可能である。更にまた、工具取付け部は工具マガジンの外周に固定された別個の工具取付け部として、又は、工具マガジンと一体的又は型成形された工具取付け部として実現可能であるか、或いは結合片として実現可能である。
【００２７】
好ましくは、複数の工具マガジンはマガジンホイールとして構成され、このマガジンホイール内の各工具マガジンにて複数の工具が工具マガジンの周囲に沿い複数の工具取付け部に保持され、この際、複数の工具の長手軸線は工具マガジンの外周から径方向外側に突出する。これは、複数の工具が工具マガジンの周囲に沿って配置され、この際、複数の工具の長手軸線の仮想延長線が工具マガジンの中心を通過することを意味する。工具マガジンの外周に取付けられていない複数の工具の長手軸線の端は工具マガジンから星型の形態で突出する。好ましくは、工具マガジンは環状又は環状の中空筒として構成されている。円形状は、外周に沿いコンパクトな寸法でもって高い工具密度、迅速なアクセス時間、また、軽量且つ安価な構成を可能にする。
【００２８】
更にまた、工具マガジンはその回転軸線が床スペースに対して平行にして配置されているのが好ましい。換言すれば、工具マガジンは直立し、この結果、工作機械の側方に配置可能である。このことは、本発明の工具マガジンの幅が通常の水平システムの場合のように工具マガジンの径でなく、狭い幅によって実質的に決定されるので、本発明における工作機械及び工具交換システムからなるシステム全体の幅を特にコンパクトにすることができる。
【００２９】
好適な実施形態において、本発明の工具交換システムは少なくともｎ個の工具マガジンを備え、ここで、ｎ≧２であり、工具マガジンはタンデムに配置されている。これにより、各工具マガジンの複数の工具の長手軸線によって規定された仮想面は互いに平行である。この点に関し、ｎ個の工具マガジンはマガジンホイールを形成し、該マガジンホイール内にて工具マガジンは回転軸線の方向にタンデムに配置される。このタイプの配置は、工具マガジンを付加することにより、全体の幅が僅かに増加するだけで、工具密度を所望の通りに増加させることができる。付加的な工具マガジンを備えても、工具を囲む厄介なラック要素が要求されないので、その配置の全幅は付加的な工具マガジンの幅、例えば工具の幅によって実質的に決定される工具マガジンの幅だけ増加されるに過ぎない。
【００３０】
本発明の更なる利点は、ｎ個の工具マガジンが他の工具マガジンとは独立して１個以上の駆動部により駆動されて回転運動を実行可能なことである。これは、工具マガジン、例えば、所望の工具を含む工具マガジンのみが移動されるだけの利点を有する。更にまた、要求される複数の工具の順序が予め決まっている所定の製造過程中に、種々の工具をワークスピンドルの方向に向けて既に移動可能であり、この際、交換時間の更なる短縮を図るため、要求された複数の工具はマニピュレータによる取出位置又はその近傍に既に位置付けられている。
【００３１】
好適には、ｎ個の工具マガジンの半径は実質的に同一のサイズである。これは、休止位置から工具交換位置へのマニピュレータの複数の経路を可能な限り短くできることを意味する。しかしながら、異なる径を有した複数の工具マガジンに異なる寸法の複数の工具を保管することも可能である。
【００３２】
好ましくは、ｎ個の工具マガジンは最も外側の工具マガジンを除き、外周の一箇所に工具の無い空き箇所を有する。空き箇所のサイズ又は数はマニピュレータの寸法に依存する。空き箇所は工具マガジンの周囲に凹みとして構成されているか、工具が非装着の箇所によって構成されている。ｍ番目の工具マガジンから１つの工具を取出すためには、好ましくは、ｍ番目の工具マガジンとマニピュレータとの間に配置された少なくとも１つの工具マガジンが回転軸線回りに回転され、この際、それらの空き箇所がｍ番目のマガジンに対するマニピュレータのアクセスを可能にする。
【００３３】
好適には、ｎ個の工具マガジンは最も外側の工具マガジンを除き、その周囲の一箇所に工具のない空き箇所を有する。空き箇所のサイズ及び数はマニピュレータの寸法に依存する。空き箇所は工具マガジンの周囲に凹みとして構成されているか、工具が非装着の箇所によって構成されている。ｍ番目の工具マガジンから１つの工具を取出すためには、好ましくは、ｍ番目の工具マガジンとマニピュレータとの間に回転軸線に沿って配置された少なくとも１つの工具マガジンが回転軸線回りに回転され、この際、それらの空き箇所がｍ番目のマガジンに対するマニピュレータのアクセスを回転軸線に沿って可能にする。
【００３４】
この結果としての工具配置内の「穴」、即ち、アクセス通路を通じて、マニピュレータは回転軸線の方向にｍ番目の工具マガジンまで横に移動し、径方向のグリップ運動によってｍ番目の工具マガジンから要求された工具を取出し、そして、前記アクセス通路を通じて工具マガジン、即ち、マガジンホイールから横に再び移動し、その外に出ることができる。この結果、線形運動のみで工具マガジンからの１つの工具の取出しと、工具マガジンへの工具の戻しとが可能となる。例えば、マニピュレータは最大、ｍ番目の工具マガジンまで横に移動しなければならないだけであり、これ以上ではない。各工具は各工具マガジンに対する横運動（線形運動）によって取出し可能である。この場合、マニピュレータはその待機位置又は工具移送位置から最大、ｍ番目の工具マガジンまで空き箇所（アクセス通路）に沿いマガジンの外側を横に移動し且つ復動する。
【００３５】
このことは、マニピュレータが迅速で好適な線形運動でもって、工具マガジンの如何なる工具にも達することができるという利点を有する。これはマニピュレータの移送経路、ひいては工具交換を短縮する。付け加えて、工具マガジンの側方にマニピュレータを位置付け可能であるので、全体のサイズをよりコンパクトにすることができる。
【００３６】
より正確には、本発明の構成は複数の工具マガジンを有し、これら工具マガジンは互いに前後に配置され、互いに独立して回転可能であり、従来技術における公知の工具マガジンの全てと対比して、上述したように工具の数を大幅に増加させることができ、所定（短い）の期間及び／又は工具マガジンでの工具の取出し位置から移送手段の移送位置又はワークスピンドルに直接に至る所定（短い）の移動経路でもって、マニピュレータは工具に到達することができる。
【００３７】
上述したように空き箇所を備えた工具マガジンを構成することにより、マニピュレータにとって要求された取出し時間及び／又は要求された移動経路の短縮が更に可能となり、また、移動経路は簡略化される。
【００３８】
好ましくは、ｎ個の工具マガジンの各々は例えば、例えば長手軸線の仮想面とは垂直な方向、即ち、工具マガジンが互いに前後に「重ねられた」方向に取外し可能である。これは、工具交換器の装着に係る自由度を高め且つ時間を短縮させる。工具マガジンが再装着される間、本発明の工具交換機械は主操作の機能を果たし続け、不必要な中断時間を大幅に低減可能となる。これにより、本発明の工具交換システムは、タンデム配置の工具マガジンを備えたモジュール構造が工具マガジンの迅速且つ自由な拡張を可能にするので、「マガジンホイール内マガジン」を提供する。
【００３９】
複数の工具が工具マガジンの外周から外側に突出する構成は１つの好適な実施形態であり、この実施形態にて、複数の工具は工具マガジンの外周ラインに沿い、その長手軸線の端を可能な限り近接させて取付け可能である。工具マガジンの全体の直径を減少させるため、複数の工具はこれら工具が周囲の内方に突出するように配置可能である。この実施形態において、好ましくは、複数の工具は工具マガジンの周囲に互いに僅かな距離を存して取付けられている。
【００４０】
堅固なリングとしての工具マガジンの構成は１つの好適な実施形態である。しかしながら、外周が環状に構成されるべきことは重要ではない。従って、チェーンに複数の工具取付け部が設けられたチェーン駆動が使用されるとき、複数の工具は外周ラインに沿う全ての位置にチェーン駆動によって移動可能である。これにより、チェーンガイドを前提として、工具マガジンの外周は他の如何なる周形状であってもよい。例えば、周形状は複数の直線部分（三角又は四角形状の場合）又は複数の湾曲部分（円又は楕円形状の場合）から構成可能である。通常のチェーンマガジンと対比して、複数の工具の長手軸線は放射状の態様で外側又は内側に突出する。即ち、その長手軸線はチェーンによって形成された周方向から外側又は内側に向けられ、１つの仮想面内に位置付けられている。
【００４１】
更にまた、複数の工具は３６０°の回転運動を実行するように工具マガジンの外周に沿って移動可能である。代替的には、工具マガジンの回転運動は、複数の工具が外周の一部、例えば１８０°の角領域に沿ってのみ移動できるように構成可能である。この場合、マニピュレータが所定の１つの取出し位置のみにて工具を取出すように構成されているなら、工具マガジンは所定の取出し位置に時計方向及び反時計方向に回転されなければならない。代替的には、マニピュレータは複数の所定の取出し位置にて工具を取出すように構成可能であり、これにより、好ましくは、工具マガジンは要求された工具にとって最も近い取出し位置に一度だけ回転されなければならない。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の複数の工具を保管する工具マガジンは、該工具マガジンが工作機械にて工具の交換・差込み又は提供のための上述のステムの１つのである工具マガジンとして構成されていることに特徴付けられる。
本発明のワークピースを加工する工作機械は、工作機械にて工具を交換する工具交換装置と、工作機械にて工具の交換・差込み又は提供のための上述のシステムの１つとを備え、工具マガジンのマニピュレータ装置は工具マガジンから工具交換装置に１つの工具を送り出し可能である。
【００４３】
上述の本発明の概要は実質的に、工具マガジンに保管される複数の工具の取出しと、工作機械にて複数の工具の交換をなす工具交換装置への１つ工具の送り出しとを記載する。しかしながら、工作機械にて工具の交換・差込み又は提供をなす本発明のシステム、本発明の工具マガジン及び本発明の工作機械は、上述した工具の取出し及び送り出しに類似した取出し装置の制御又は移動により、工作機械又は交換装置から保管のために、工具マガジンに複数の工具を戻すように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る工具の交換又は提供をなすシステムの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工具マガジンを除いた工具の交換又は提供をなすシステムの斜視図である。
【図３】５個の工具マガジンを備えた実施形態の概略を示す図である。
【図４】図３の実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態をより詳細に説明する。
図１は工作機械にて工具の交換又は提供をなすための本発明に係る一実施形態のシステム１を示す。システム１内にて、工具マガジンはマガジンホイールを構成している。構成原理を図示するため、図１の工具マガジン及びマニピュレータは、図２に工作機械を除いて示されている。
【００４６】
システム１はマガジンホイール１００を備え、本実施形態にてマガジンホイール１００は環状の工具マガジン１１０を有し、この工具マガジン１１０に複数の工具１０１が保管可能である。
【００４７】
工具１０１は工具マガジン１１０の周方向に沿う１つの端点１０２にて取付けられている。工具マガジンは環状の中空筒として構成されている。工具マガジンの１１０の周方向、即ち、その周囲に沿い複数の工具取付け部１１２が位置付けられ、これら工具取付け部１１２は工具１０１を備えて、取外し可能な１つの接続部に入り込み可能である。図１において、工具取付け部１１２は工具マガジンの外側面に沿い、孔構造として配置され、このことは特に簡単な構成モードを提供する。工具は工具取付け部１１２にて遠心力及び重力によってロックされている。この目的のため、本実施形態においては、複数の工具を接続する１つの留め金によってアクティブロックが実現され、留め金内にて工具は１つの実用的な接続でもって強制的にロックされている。工具取付け部１１２にて工具１０１を固定するために、平坦な接触面を備えた自己保持型の中空シャンクテーパ(HSK)がインタフェースとして使用される（図示せず）。代替として、急勾配テーパ又はモールステーパが使用可能である。
【００４８】
従って、複数の工具はその長手方向端１０２の１つにて、工具マガジン１１０の外周に取付けられ、これにより、複数の工具は工具マガジンの外周から径方向外側に放射状に突出する。この結果、複数の工具の長手軸線は図２中に破線L1で示されているような１つの仮想面に位置付けられている。この結果、複数の工具は工具マガジン１１０の周囲１１１に沿って互いに隣接し且つ極端に近接したコンパクトな形態で配置可能である。
【００４９】
工具マガジンは、非切削や切削の加工をなす全ての現行の工具を備えることができる。構成原理を図示するため、図１は１つの工具１０１を備えた１つの取付け構成のみを示す。
本実施形態において、工具マガジンは６３個の工具取付け部を有するが、通常の作業中では、６０個の工具のみが備えられている。この結果である空き箇所の機能については、工具マガジンの複数の使用形態（図３参照）とともに以下に詳細に説明する。
【００５０】
工具マガジンは三角フレーム１１５を介して取付けられ、この三角フレームの３つの突端に走行車輪１１６がそれぞれ配置されている。また、ここで示した３点取付けに加えて、４点又は多重点での取付けもまた可能である。また、工具マガジン１１０は三角フレーム１１５に代えて中心軸に取付け可能である。工具マガジン１１０はチェーン駆動によって回転され、図１には単に駆動チェーン１１７が示されているに過ぎない。ここで示されたチェーン駆動に代えて、工具マガジン１１０はピニオン又は摩擦ロックによって直接に駆動可能である。
【００５１】
更に、システムは工具マガジン１１０から複数の工具１０１を取出すためのマニピュレータ１２０を備え、これにより、複数の工具は工作機械２００のワークスピンドル２０２に向けて移送可能である。工作機械２００は、切削又は非切削の加工をなす従来公知の工作機械である。複数の工具の交換や差込み又は提供をなすシステムは、一般的なマシニングセンタにとって特に好適である。何故なら、一般的なマシニングセンタは融通性をもって多くの異なる工具を備えていなければならない。工具マガジン１１０が機械ベッド２０３及び機械フレーム２０１の側方にて直立姿勢で位置付けられ、ワークスピンドル２０２へのマニピュレータ１２０の移送経路の短縮が可能であるとき、可能な限りコンパクトな配置が得られる。工具マガジン１１０の直立姿勢が可能であることに起因して、工具交換システムは、機械フレーム及び機械ベッドの形状が異なる場合でも殆ど常に、ワークスピンドルに可能な限り近接して位置付け可能である。
【００５２】
工具マガジン１１０のマニピュレータ１２０は、非装着の工具マガジン１１０に対して外部に配置、即ち、工具マガジン１１０の周囲の外側に配置され、これにより、マニピュレータ１２０は工具マガジン１１０の外側に複数の工具１０１を工具マガジンの回転軸線及び/又はその１つの径方向に取出すことができる。ここに概略的に図示されたマニピュレータは第１線形軸線L2を備えている。この第１線形軸線L2は工具マガジンの回転軸線D1の方向、即ち、工具マガジンの側方にマニピュレータを移動可能とし、ワークスピンドル２０２と工具マガジン１１０との間でのマニピュレータの水平移動を実行させる。また、マニピュレータ１２０は第２線形軸線（図示しない）を有する。この第２線形軸線は、工具マガジンの１つの径方向にある工具交換位置にマニピュレータの移動を可能にする。
【００５３】
図示の実施形態において、複数の工具１０１を取出すため、マニピュレータ１２０は２重のグリッパを備えた刀型交換器(sword changer)として構成され、左側取付け部１２１a及び右側取付け部１２１bを有する。２重グリッパは最後に使用された工具及び次に要求される工具を同時に取付け可能であり、これにより、１つの工具交換はワークスピンドル２０２と工具マガジン１１０との間にて、マニピュレータ１２０の１つの水平移動のみで可能である。
【００５４】
マガジンホイール１００は１個以上の工具マガジン１１０を任意に備えることができる。図３は５個の工具マガジンを備えた他の実施形態を示す。構成原理を図示するため、図３にて、工具マガジン１１０の駆動や取付け、マニピュレータの線形軸線及び自動化された工具交換の制御ユニット等の他の構成要素は通常の通りに構成され、図示されていない。複数の工具マガジンの取付けは、３つの軸受点１１８にて概略的に示されている。マニピュレータ１２０は１つの工具交換位置及び１つの休止位置にて示されている。工具マガジン１１０の各々は自身の駆動部（図示しない）を有し、該駆動部はその工具マガジンを自身の回転軸線D1の回りに回転運動させる。これにより、各工具マガジン１１０は他の工具マガジン１１０とは独立して駆動されることで所望の回転位置にもたらされ、該回転位置にて要求された工具が１つのマニピュレータによって取外される。
【００５５】
互いに隣接して位置付けられた３つの空き箇所はアクセス通路１１４を提供し、該アクセス通路を通じてマニピュレータ１２０が所定の工具マガジン１１０の側方に移動でき、要求された工具を取外し又は交換する。
【００５６】
マニピュレータ１２０で工具マガジン１１０から要求された工具の取出しを可能にするため、要求された工具１０１aが３番目の工具マガジン１１０aに位置付けられていると仮定して以下の工程が実施される。この場合、先ず、３番目の工具マガジン１１０aとマニピュレータ１２０との間の回転軸線に沿って配置された外側２つの工具マガジンが回転軸線D1の回りに回転され、それらの３つの空き箇所がマニピュレータ１２０に対して所定の位置にて一致し、３番目の工具マガジン１１０aの回転軸線D1に沿い、側方からのマニピュレータのアクセスを可能にする。好ましくは、３つの空き箇所を備えた工具マガジンは開始位置としての所定の位置に既に位置合わせされており、これにより、要求された工具を備えた工具マガジンのみが常に回転されるだけで、アクセス通路１１４の中央に次に要求された工具１０１aが位置付けられる。
【００５７】
工具１０１aを取出すため、マニピュレータ１２０は第３工具マガジン１１０aまでアクセス通路１１４を通じて回転軸線D1の方向に移動される。マニピュレータ１２０は、径方向のグリップ移動でもって工具１０１aの結合を切り離す。ここでは、マニピュレータは先ず径方向下方に移動し、ダブルグリッパのグリッパ１２１aを使用して、そのホルダ部分に工具を掴み、該工具を工具取付け部１１２から切り離す。この後、径方向移動が逆向きに実施され、工具を持ち上げて側方に移動させてアクセス通路の外側に取出す。取出された工具はマニピュレータ１２０によってワークスピンドル２０２まで移送される。これは自動化且つプログラム制御された実施される。工具マガジン内での複数の工具の選択された取付けにより、マニピュレータ１２は空き箇所に関連して１つの線形軸線L2のみを備えているだけでも、複数の工具を工具マガジン１１０から単一の側方移動のみで取出することができる。特に、外部に配置され且つ工具を交換するためにワークスピンドル２０２と工具マガジン１１０と間のみを前後に移動するマニピュレータとの組み合わせでもって、簡単且つ短い移送経路や迅速な工具交換が可能となる。前述したように、この目的のために工具マガジン１１０は取出されるべき工具がマニピュレータ１２０のレベルに位置付けられるまで、その回転軸線D1の回りに回転され、これにより、理想的な場合、マニピュレータ１２０は単に、工具を掴み且つ該工具をワークスピンドル２０２に移送するために水平移動を実施するだけで済む。
【００５８】
本発明は特に、製作（加工）時間と並行してセットアップを可能にし、ここでは工具マガジン１１０の１つがマガジンホイール１００から取外される。取外された工具マガジン１１０が再装備されながら、システムは他の工具マガジン１１０と一緒に作動を継続することができる。
【００５９】
図４は、５個の工具マガジンを有する実施形態の正面図である。図示された正面図は、工作機械２００及びマガジンホイール１００からなるシステム全体の狭い全幅を明瞭に示し、本実施形態では、その全幅は約２．５ｍである。この場合、１つの工具マガジンは１８０mmの幅を有する。マガジンホイール１００は工作機械２００の長手方向に沿い側方に配置され、工具マガジン１１０は工作機械２００の接地領域に対して鉛直に配置されている。工具マガジンの直立姿勢に起因して、工作機械と工具マガジンからなるシステム全体の特に小さな幅寸法が実現可能となる。付加的な工具マガジン１１０によれば、マガジンホイールの幅が１８０mmのみ増加するものの、利用可能な工具箇所の数は６０だけ増加する。
【符号の説明】
【００６０】
１００            マガジンホイール
１０１            工具
１１０            工具マガジン
１１１            周囲
１１２            工具取付け部
１１３            空き箇所
１１４            アクセス通路
１２０            マニピュレータ
２０１            機械フレーム
２０３            機械ベッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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