(57)【要約】【課題】簡素な構成にすると共に工具交換時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供する。【解決手段】特殊工具収納マガジン７１に収納されたラインバー３１及び計測用工具３２，３３の基端側に対向すると共に、Ｙ軸方向に延設する開閉軸が移動体５５に支持される第１シャッタ６１と、特殊工具収納マガジン７１に収納されたラインバー３１及び計測用工具３２，３３の先端側に対向すると共に、Ｚ軸方向に延設する開閉軸が特殊工具収納マガジン７１に支持される第２シャッタ８１及び第３シャッタ８２とを備え、シャッタ６１，８１，８２を特殊工具収納マガジン７１の移動と共に開閉させるようにした。【選択図】図２
2008023661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能に支持した軸状の工具を駆動回転させて被加工物を加工する主軸と、
前記工具を前記主軸の軸線と平行なＺ軸方向で、且つ、主軸装着時と同じ向きに収納すると共に、筒状に形成されてその軸線がＺ軸方向に延設する工具収納マガジンと、
前記工具収納マガジンをＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に移動可能に支持するＸ軸方向移動手段と、
前記Ｘ軸方向移動手段をＺ軸方向に移動可能に支持するＺ軸方向移動手段と、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の基端側に対向すると共に、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向に延設する開閉軸が前記Ｚ軸方向移動手段に支持される基端側シャッタと、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の先端側に対向し、且つ、前記基端側シャッタに対しこの開閉軸とは反対側に隣接して配置されると共に、Ｚ軸方向に延設する開閉軸が前記工具収納マガジンに支持される先端側シャッタと、
前記Ｘ軸方向移動手段の駆動力により前記基端側シャッタを開閉可能にする基端側シャッタ開閉手段と、
前記Ｘ軸方向移動手段の駆動に連動して前記先端側シャッタを開閉可能にする先端側シャッタ開閉手段とを備える
ことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動工具交換装置において
前記基端側シャッタ開閉手段は、
前記基端側シャッタの背面に回転可能に設けられるローラと、
前記工具収納マガジンに設けられると共に、Ｘ軸方向に延設し、且つ、前記ローラが転動する溝部を有する溝部材とから構成される
ことを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具収納マガジンに収納される切削加工用工具を、加工機の主軸との間で自動的に交換する自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ワーク（被加工物）が、複数の隔壁を貫通するクランクシャフトやカムシャフトが配置される多気筒エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド、同じく伝動軸が配置されるミッションケース等である場合には、ワークに複数の孔を同一軸線上に加工する必要がある。このように、複数の孔をワークにおける同一軸線上で、且つ、一度に精度良く加工できるものとしてラインボーリング加工が知られている。
【０００３】
ラインボーリング加工では、複数の孔に中ぐり加工を行うラインボーリングバー等の切削加工用工具を使用し、この切削加工用工具の周面に複数の刃具を装着することによって、例えば、ワークに予め形成された互いに整列する複数の下孔に対して、同時に荒加工または仕上げ加工を行うことができる。従来のラインボーリング加工においては、ラインボーリング加工を専用に行う加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うか、または、マシニングセンタ等の汎用の加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うようにしていた。
【０００４】
しかしながら、ワークの大きさや、加工する孔の内径の大きさによっては、切削加工用工具が長尺で、且つ、大径をなす重量物になることから、従来のラインボーリング加工において、切削加工用工具の交換を行う場合には、作業者に大きな負担がかかっていた。
【０００５】
そこで、近年、切削加工用工具を収納する工具収納マガジンと、加工機の主軸との間で、切削加工用工具を自動的に交換する自動工具交換装置が提供されるようになった。このような、従来の自動工具交換装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２００３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の自動工具交換装置においては、切り屑や切削油等が加工領域から外部に飛散しないようにスプラッシュガードが設けられており、工具交換位置はこのスプラッシュガードの上方に配置されている。これにより、工具交換位置と加工位置との間の距離が大きくなり、主軸の移動量が増えてしまう。
【０００８】
また、工具交換位置に対向するスプラッシュガードには、工具交換時に主軸を通過させるためのシャッタが開閉可能に設けられている。このシャッタの開閉動作は切削加工用工具の移動動作に連動して自動開閉するようになっている。つまり、主軸を工具交換位置に移動させる場合には、先ず、切削加工用工具を工具交換位置に移動させなくてはならず、切削加工用工具と主軸とを同時に工具交換位置に移動させることができない。
【０００９】
更に、工具収納マガジンと工具交換位置との間には、切削加工用工具を移送させるための複雑な移送機構が設けられている。これにより、工具収納マガジンと移送機構との間における工具移載機構も複雑になっている。
【００１０】
この結果、従来の自動工具交換装置においては、切削加工用工具の交換時間が長くなってしまうという問題があった。また、各機構の構成が複雑であるため交換動作を高速で行うことは困難であった。
【００１１】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成にすると共に工具交換時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係る自動工具交換装置は、
着脱可能に支持した軸状の工具を駆動回転させて被加工物を加工する主軸と、
前記工具を前記主軸の軸線と平行なＺ軸方向で、且つ、主軸装着時と同じ向きに収納すると共に、筒状に形成されてその軸線がＺ軸方向に延設する工具収納マガジンと、
前記工具収納マガジンをＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に移動可能に支持するＸ軸方向移動手段と、
前記Ｘ軸方向移動手段をＺ軸方向に移動可能に支持するＺ軸方向移動手段と、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の基端側に対向すると共に、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向に延設する開閉軸が前記Ｚ軸方向移動手段に支持される基端側シャッタと、
前記工具収納マガジンに収納された前記工具の先端側に対向し、且つ、前記基端側シャッタに対しこの開閉軸とは反対側に隣接して配置されると共に、Ｚ軸方向に延設する開閉軸が前記工具収納マガジンに支持される先端側シャッタと、
前記Ｘ軸方向移動手段の駆動力により前記基端側シャッタを開閉可能にする基端側シャッタ開閉手段と、
前記Ｘ軸方向移動手段の駆動に連動して前記先端側シャッタを開閉可能にする先端側シャッタ開閉手段とを備える
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係る自動工具交換装置は、
第１の発明に係る自動工具交換装置において、
前記基端側シャッタ開閉手段は、
前記基端側シャッタの背面に回転可能に設けられるローラと、
前記工具収納マガジンに設けられると共に、Ｘ軸方向に延設し、且つ、前記ローラが転動する溝部を有する溝部材とから構成される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
従って、本発明に係る自動工具交換装置によれば、工具を収納した状態で工具収納マガジン自体を移動させ、当該工具を主軸に着脱できるようにしたので、装置の構成を簡素にすることができる。更に、基端側シャッタ及び先端側シャッタを工具収納マガジンに開閉可能に設けることにより、工具収納マガジンの移動量が低減され、工具交換時間の短縮を図ることができる。そして、基端側のシャッタの駆動源を工具収納マガジンの駆動源と共有することにより、工具収納マガジンの移動と共に、基端側シャッタの開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図れるだけでなく、小力効果も得ることができる。また、先端側シャッタ開閉手段を工具収納マガジンに設けることにより、工具収納マガジンの移動と共に、先端側シャッタの開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る自動工具交換装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図、図２は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図、図３は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図、図４は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図、図５は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図、図６は計測用工具の側断面図、図７は移動後のラインバーの様子を示した図、図８は主軸装着時のラインバーの様子を示した図、図９は加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図、図１０は加工中のラインバーの様子を示した図、図１１は待機中の計測用工具の様子を示した図、図１２は移動後の計測用工具の様子を示した図、図１３は主軸装着時の計測用工具の様子を示した図、図１４は支持部材から離間したときの計測用工具の様子を示した図、図１５は計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図、図１６は計測中の計測用工具の様子を示した図、図１７は工具投入時のサイクル線図である。
【００１６】
図１に示すように、工作機械１は機械本体２と自動工具交換装置３とから構成されている。そして、機械本体２及び自動工具交換装置３は機械用カバー４及び装置用カバー５で覆われている。
【００１７】
機械本体２にはベッド１１が設けられている。ベッド１１上には左右方向（以下、Ｘ軸方向と記す）に延設するガイド１２が設けられており、このガイド１２にはコラム１３が往復移動可能に支持されている。コラム１３の前面には上下方向（以下、Ｙ軸方向と記す）に延設するガイド１４が設けられており、このガイド１４にはヘッドストック１５が昇降可能に支持されている。ヘッドストック１５には水平軸回りに回転駆動する主軸１６が支持されており、この主軸１６は図示しない駆動装置に接続されている。
【００１８】
また、ベッド１１上には前後方向（以下、Ｚ軸方向と記す）に延設するガイド１７が設けられており、このガイド１７には第１テーブル１８が往復移動可能に支持されている。第１テーブル１８には鉛直軸回りに割出回転可能に支持される第２テーブル１９が設けられており、この第２テーブル１９上には、例えば、多気筒エンジンのシリンダブロックとしてのワーク（被加工物）Ｗが着脱可能に取り付けられる。
【００１９】
更に、ベッド１１の側部には自動工具交換機構２０が設けられている。自動工具交換機構２０は図示しない一般工具収納マガジン及び旋回式アーム等から構成されている。一般工具収納マガジンには、ドリルやフライスカッタ等の所謂ショートツールといわれる切削加工用工具（以下、工具と記す）２１が各種収納されている。従って、周知のように、自動工具交換機構２０は、旋回式アームを駆動させることにより、一般工具収納マガジンと主軸１６との間で、各種の工具２１を自動交換することができる。
【００２０】
なお、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは水平面内で直交するものであり、Ｚ軸方向はこれらＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するものである。即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、直行３軸を形成している。
【００２１】
一方、自動工具交換装置３内には、下方から順に、ラインボーリングバー（以下、ラインバーと記す）３１及び計測用工具３２，３３が配置されている（図２参照）。これらはその軸線がＺ軸方向と平行で、且つ、主軸装着時と同じ向きになるように収納されている。
【００２２】
ラインバー３１は、所謂、ロングツールといわれる切削加工用工具であって、ワークＷにおける同一軸線上に形成される複数の孔からなる孔部Ｗａに、ラインボーリング加工を行うものであり、その周面には軸方向に所定間隔で複数の刃具が装着されている。また、詳細は後述するが、計測用工具３２は、ラインバー３１によりラインボーリング加工されたワークＷの孔部Ｗａに挿入されることで、孔部Ｗａの内径寸法を計測するものである。一方、計測用工具３３は、ドリル等の工具２１によりラインボーリング加工以外、例えば、穴あけ加工されたワークＷの孔に挿入されることで、当該孔の内径寸法を計測するものであり、計測用工具３２よりも短軸に形成されている。
【００２３】
即ち、詳細は後述するが、自動工具交換装置３を駆動させることにより、機械本体２の主軸１６との間で、収納したラインバー３１及び計測用工３２，３３が自動交換されるようになっている。
【００２４】
従って、工作機械１は、自動工具交換機構２０及び自動工具交換装置３を備えることにより、同一の主軸１６に各種切削加工用工具である工具２１またはラインバー３１を着脱可能にして、ドリルやフライスカッタ等の工具２１による通常のマシニングセンタによる穴あけ加工や平面加工等の切削加工を行う一方、ラインバー３１によるラインボーリング加工を行うことができる。即ち、工作機械１は、工具２１またはラインバー３１を使い分けながら多岐に亘る切削加工を行うことができる。更に、それぞれの切削加工後に形成されたワークＷの孔部Ｗａまたは孔は、自動工具交換装置３により主軸１６に装着された計測用工具３２または計測用工具３３により、その内径寸法が計測されるようになっている。
【００２５】
次に、図１乃至６を用いて自動工具交換装置３を説明する。
【００２６】
図１乃至５に示すように、自動工具交換装置３にはラインバー３１及び計測用工具３２，３３を吊り下げ支持する吊り下げ構造体４１が設けられている。吊り下げ構造体４１は、４本の立設する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、隣接する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの上端間を連結する上梁部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと、隣接する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの長手方向略中間部間を連結する中間梁部材４４ａ，４４ｂ，４４ｃとから構成されている。
【００２７】
４３ｂ，４３ｄの下面には板状の支持板５１が設けられている。支持板５１の下面におけるＺ軸方向前端にはＺ軸方向移動用モータ５２が設けられており、このＺ軸方向移動用モータ５２の出力軸にはボールねじ軸５３が接続されている。また、支持板５１の下面におけるＸ軸方向両側にはＺ軸方向に延設するレール部材５４が設けられている。
【００２８】
支持板５１の下方には枠状の移動体５５が配置されている。移動体５５の上面には、ボールねじ軸５３と螺合するボールナット部材５６と、レール部材５４と摺動可能に係合する摺動部材５７とが設けられている。一方、移動体５５の下面におけるＺ軸方向両側にはＸ軸方向に延設するレール部材５８が設けられている。また、移動体５５のＸ軸方向外端にはＸ軸方向移動用モータ５９が設けられており、このＸ軸方向移動用モータ５９の出力軸には移動体５５内の空間に貫通するボールねじ軸６０が接続されている。
【００２９】
移動体５１の下方には、筒状に形成されてその軸線がＺ軸方向に延設する特殊工具収納マガジン７１が配置されている。特殊工具収納マガジン７１は、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３を収納するものであって、Ｘ軸方向内側に配置される内壁７２と、この内壁７２ようも外側に配置される外壁７３と、内壁７２の下端と外壁７３の下端とを接続する底板７４とを備えている。内壁７２の上端には板状の上板７５が設けられる一方、外壁７３の上端には板状の支持板７６が設けられている。支持板７６の上面には、レール部材５８と摺動可能に係合する摺動部材７７と、ボールねじ軸６０と螺合するボールナット部材７８とが設けられている。
【００３０】
なお、Ｚ軸方向移動用モータ５２、ボールねじ軸５３、レール部材５４、ボールナット部材５６、摺動部材５７等はＺ軸方向移動手段を構成するものである。また、レール部材５８、Ｘ軸方向移動用モータ５９、ボールねじ軸６０、摺動部材７７、ボールナット部材７８等はＸ軸方向移動手段を構成するものである。
【００３１】
従って、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動させると、ボールねじ軸５３が回転してボールナット部材５６が当該ボールねじ軸５３上を移動する。これにより、摺動部材５７がレール部材５４に沿って摺動するので、移動体５５をＺ軸方向に往復移動させることができる。即ち、特殊工具収納マガジン７１をＺ軸方向に往復移動させることができる。また、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動させると、ボールねじ軸６０が回転してボールナット部材７８が当該ボールねじ軸６０上を移動する。これにより、摺動部材７７がレール部材５８に沿って摺動するので、特殊工具収納マガジン７１をＸ軸方向に往復移動させることができる。
【００３２】
内壁７２のＺ軸方向両側には、第１シャッタ（基端側シャッタ）６１及びカバー部材６２が当該内壁７２と面一になるように配置されている。第１シャッタ６１は、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３の基端側に対向するように配置されている。また、第１シャッタ６１はＬ字形をなす支持部材６３を介して移動体５５のＺ軸方向後端に支持されており、支持部材６３の長辺部６３ａに図示しないＹ軸方向に延設する開閉軸を介して開閉可能に取り付けられている。一方、カバー部材６２はブラケット６５を介して移動体５５のＺ軸方向前端に支持されている。
【００３３】
第１シャッタ６１の背面における上端及び下端の近傍にはローラ６４が回転可能に支持される一方、底板７４及び支持板７６のＺ軸方向後端には各ローラ６４に対向するように溝部材７９が支持されている。溝部材７９はＸ軸方向に延設しており、その先端はＺ軸方向前方側に向けて傾斜するように形成されている。そして、溝部材７９には、当該溝部材７９の形状に沿うように、Ｚ軸方向前方側に向けて傾斜する傾斜溝７９ａと、Ｘ軸方向に延設する直線溝７９ｂとが連続して形成されている。各ローラ６４はこの傾斜溝７９ａ及び直線溝７９ｂ内に配置されて転動するようになっている。なお、ローラ６４及び溝部材７９等は基端側シャッタ開閉手段を構成するものである。
【００３４】
従って、Ｘ軸方向移動用モータを駆動させると、溝部材７９は特殊工具収納マガジン７１と共にＸ軸方向に往復移動される。これにより、各ローラ６４が傾斜溝７９ａ及び直線溝７９ｂ内を往復転動するので、第１シャッタ６１の開閉動作を行うことができる。なお、第１シャッタ６１の開扉時においては、溝部材７９はその先端部を第１シャッタ６１の背面に押圧しながらＸ軸方向内側に移動することになるので、傾斜溝７９ａ内及び直線溝７９ｂ内におけるローラ６４の転動をスムーズに行うことができる。
【００３５】
内壁７２には、第１シャッタ６１に対し当該第１シャッタの開閉軸とは反対側に隣接するように、且つ、上下に並設けられた第２シャッタ（先端側シャッタ）８１及び第３シャッタ（先端側シャッタ）８２が設けられている。第２シャッタ８１は、計測用工具３２，３３の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないＺ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁７２に開閉可能に支持されている。一方、第３シャッタ８２は、ラインバー３１の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないＺ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁７２に開閉可能に支持されている。
【００３６】
第２シャッタ８１の背面には回動部材８３が設けられており、この回動部材８３に対向する外壁７３の外面には第２シャッタ用エアシリンダ（先端側シャッタ開閉手段）８４がブラケット８５を介して支持されている。第２シャッタ用エアシリンダ８４は、外壁７３を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン７１内をラインバー３１及び計測用工具３２，３３と干渉することなく、計測用工具３３と略同一高さになるように配置されている。そして、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａは図示しない回動軸を介して回動部材８３の先端に支持されている。
【００３７】
一方、第３シャッタ８２の前面には回動部材８６が設けられており、この回動部材８６に対向する外壁７３の外面には第３シャッタ用エアシリンダ（先端側シャッタ開閉手段）８７がブラケット８８を介して支持されている。第３シャッタ用エアシリンダ８７は、外壁７３を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン７１内をラインバー３１及び計測用工具３２，３３と干渉することなく、計測用工具３２と略同一高さになるように配置されている。そして、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａは図示しない回動軸を介して回動部材８６の先端に支持されている。
【００３８】
なお、第２シャッタ８１は第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが短縮したときに閉扉状態となる一方、第３シャッタ８２は第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａが伸長したときに閉扉状態となっている。
【００３９】
従って、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａを伸長させると、回動部材８３が上方に回動し、第２シャッタ８１を開扉することができると共に、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａを短縮させると、回動部材８３が下方に回動し、第２シャッタ８１を閉扉することができる。一方、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａを短縮させると、回動部材８６が上方に回動し、第３シャッタ８２を開扉することができると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａを伸長させると、回動部材８６が下方に回動し、第３シャッタ８２を閉扉することができる。
【００４０】
そして、上述したように、特殊工具収納マガジン７１内には、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３が収納されており、ラインバー３１は底板７４に支持される保持部材９１上に保持されると共に、計測用工具３２，３３は外壁７３に支持される保持部材９２，９３上に保持されている。
【００４１】
ここで、図６に示すように、計測用工具３２，３３の基端にはエア供給口３４，３５が設けられる一方、その先端にはエアマイクロメータ３６，３７が装着されている。エア供給口３４，３５は計測用工具３２，３３の主軸装着時に主軸１６内の図示しないエア回路と連通されており、このエア回路は図示しないエア供給装置に接続されている。また、エア供給口３４，３５は計測用工具３２，３３の軸方向に延設するエア供給路３２ａ，３３ａと連通しており、このエア供給路３２ａ，３３ａはエアマイクロメータ３６，３７の径方向に延設するノズル部３６ａ，３７ａと連通している。即ち、計測用工具３２，３３が主軸１６に装着されると、エア供給装置から供給されたエアはエア供給口３４，３５から流入し、エア供給路３２ａ，３３ａを介してノズル部３６ａ，３７ａから吹き出すようになっている。
【００４２】
従って、切削加工後のワークＷの孔部Ｗａ及び孔に計測用工具３２，３３を挿入したときのエア流量（計測値）と、図示しないマスターゲージに計測用工具３２，３３を挿入したとき、即ち、マスターチェック時のエア流量（基準値）とを、エアマイクロメータ３６，３７により計測し、これらを比較することによりワークＷの孔部Ｗａ及び孔の内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かを検査することができる。つまり、計測値が基準値よりも大きいときには、孔部Ｗａ及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも小さいと判定される一方、計測値が基準値よりも小さいときには、孔部Ｗａ及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも大きいと判定されるようになっている。なお、エア流量を計測するのではなく、エア圧を計測するようにしても構わない。
【００４３】
次に、工作機械１の工具交換動作及び計測動作について図７乃至図１６を用いて説明する。
【００４４】
先ず、図３に示すように、第１テーブル１８は待機位置Ｔ１に配置されており、第２テーブル１９上にはワークＷが取り付けられる。また、主軸１６はＸ軸方向においてワークＷの孔部Ｗａと対向するような待機位置Ｓ１に配置されている。なお、待機位置Ｍ１に配置される特殊工具収納マガジン７１には、ワークＷの孔部Ｗａにラインボーリング加工を行うラインバー３１と、ラインボーリング加工後の孔部Ｗａを計測する計測用工具３２と、工具２１による切削加工（例えば、穴あけ加工）に対応した計測用工具３３とが、作業者Ｐにより収納されている。
【００４５】
次いで、図７に示すように、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に移動させることにより、主軸１６を待機位置Ｓ１からラインバー交換位置Ｓ２に移動させる。同時に、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を待機位置Ｍ１から工具準備位置Ｍ２に移動させる。従って、主軸１６の軸線とラインバー３１の軸線とが一致される。
【００４６】
ここで、特殊工具収納マガジン７１がＸ軸方向内側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン７１に支持される溝部材７９もＸ軸方向内側に移動する。従って、第１シャッタ６１は、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に、その背面が溝部材７９の先端に押圧され、開扉することになる。このとき、ローラ６４は傾斜溝７９ａ内から直線溝７９ｂ内に転動することになるが、ローラ６４が傾斜溝７９ａ内を転動しているときには第１シャッタ６１の開扉動作が行われるようになっており、ローラ６４が直線溝７９ｂ内を転動するときには第１シャッタ６１は開扉状態のままとなっている。
【００４７】
また、特殊工具交換マガジン７１がＸ軸方向内側に移動すると同時に、第２シャッタ用エアシリンダ８４が連動してそのロッド部８４ａを伸長し、第２シャッタ８１が開扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７が連動してそのロッド８７ａを短縮し、第３シャッタ８２が開扉されることになる。
【００４８】
なお、第１シャッタ６１は移動体５５に固定されているためＸ軸方向内側に移動することなく開扉する一方、溝部材７９は特殊工具収納マガジン７１と共にＸ軸方向内側に移動するものの、特殊工具収納マガジン７１の上端及び下端に支持されることにより、特殊工具収納マガジン７１の工具準備位置Ｍ２への移動時においては、第１シャッタ６１及び溝部材７９は主軸１６と接触することはない。
【００４９】
次いで、図８に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン７１は工具準備位置Ｍ２から工具交換位置Ｍ３に移動され、ラインバー３１が主軸１６に装着される。
【００５０】
次いで、主軸１６にラインバー３１が装着されると、ラインバー３１が保持部材９１から離間する程度に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に若干移動させる。そして、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン７１を工具交換位置Ｍ３から工具準備位置Ｍ２に移動させる。
【００５１】
その後、図９に示すように、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を工具準備位置Ｍ２から待機位置Ｍ１に移動させる。同時に、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向下方側に移動させることにより、主軸１６をラインバー交換位置Ｓ２から加工位置Ｓ３に移動させる。そして、主軸１６は駆動装置により駆動回転される。
【００５２】
ここで、特殊工具収納マガジン７１がＸ軸方向外側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン７１に支持される溝部材７９もＸ軸方向外側に移動する。従って、第１シャッタ６１の背面から溝部材７９の押圧力が解除され、第１シャッタ６１は閉扉されることになる。このとき、ローラ６４は直線溝７９ｂ内から傾斜溝７９ａ内に転動することになるが、ローラ６４が直線溝７９ｂ内を転動しているときには第１シャッタ６１は開扉状態となっており、ローラ６４が傾斜溝７９ａ内を転動するときには第１シャッタ６１の閉扉動作が行われるようになっている。
【００５３】
また、特殊工具交換マガジン７１がＸ軸方向外側に移動すると同時に、第２シャッタ用エアシリンダ８４が連動してそのロッド部８４ａを短縮し、第２シャッタ８１が閉扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７が連動してそのロッド８７ａを伸長し、第３シャッタ８２が閉扉されることになる。
【００５４】
次いで、図１０に示すように、第１テーブル１８を待機位置Ｔ１から加工位置Ｔ２に移動させ、ラインバー３１をワークＷの孔部Ｗａに挿入させる。そして、第１テーブル１８をＺ軸方向に移動制御すると共に、主軸１６の回転速度を制御することにより、ワークＷの孔部ｗａをラインボーリング加工することができる。
【００５５】
上述したように、ラインボーリング加工が終了した後には、計測用工具３２を用いてワークＷの孔部Ｗａの内径寸法を計測して仕上げ加工の合否の判定を行う。このとき、ラインバー３１から計測用工具３２に工具交換を行うことになるが、上述した取付動作の説明から、ラインバー３１を主軸１６から取り外して特殊工具収納マガジン７１に戻す動作は十分に理解できることから、ラインバー３１の取外し動作の説明は省略する。よって、下記に説明する通り、計測用工具３２の取付動作を説明する。
【００５６】
先ず、図１１に示すように、第１テーブル１８は待機位置Ｔ１に移動されており、第２テーブル１９上にはラインボーリング加工後のワークＷがそのまま取り付けられている。また、主軸１６は待機位置Ｓ１に配置されており、待機位置Ｍ１に配置される特殊工具収納マガジン７１には上述した通り計測用工具３２が収納されたままとなっている。
【００５７】
次いで、図１２に示すように、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に移動させることにより、主軸１６を待機位置Ｓ１から計測用工具交換位置Ｓ４に移動させる。同時に、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を待機位置Ｍ１から工具準備位置Ｍ２に移動させる。従って、主軸１６の軸線と計測用工具３２の軸線とが一致される。
【００５８】
このとき、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に溝部材７９も移動し、第１シャッタ６１の背面が溝部材７９の先端に押圧され、第１シャッタ６１は開扉される。また、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが伸長し、第２シャッタ８１は開扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド８７ａが短縮し、第３シャッタ８２は開扉される。
【００５９】
次いで、図１３に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン７１は工具準備位置Ｍ２から工具交換位置Ｍ３に移動され、計測用工具３２が主軸１６に装着されると共に、エア供給口３４がエア回路と接続される。
【００６０】
次いで、図１４に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン７１を工具交換位置Ｍ３から工具準備位置Ｍ２に移動させる。これにより、計測用工具３２は支持部材９２から離間される。
【００６１】
次いで、図１５に示すように、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を工具準備位置Ｍ２から待機位置Ｍ１に移動させる。同時に、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向下方側に移動させることにより、主軸１６を計測用工具交換位置Ｓ４から計測位置Ｓ５に移動させる。
【００６２】
このとき、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に溝部材７９も移動し、第１シャッタ６１の背面から溝部材７９の押圧力が解除され、第１シャッタ６１は閉扉される。また、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが短縮し、第２シャッタ８１は閉扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド８７ａが伸長し、第３シャッタ８２は閉扉される。
【００６３】
次いで、図１６に示すように、第１テーブル１８を待機位置Ｔ１から計測位置Ｔ３に移動させ、計測用工具３２をワークＷの孔部Ｗａに挿入させる。このように、計測用工具３２がワークＷの孔部Ｗａに挿入されると、エア供給装置から供給されたエアは、エア供給口３４を介してエア供給路３２ａに流入した後、ノズル部３６ａから吹き出される。これにより、エアマイクロメータ３６によりワークＷの孔部Ｗａとの間のエア流量（計測値）が計測される。そして、ワークＷの孔部Ｗａによる計測値と、マスターチェック時の基準値とを比較し、ワークＷの孔部Ｗａの内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かが検査される。
【００６４】
即ち、図１７に示すように、本発明に係る自動工具交換装置においては、５つの工程を行うことにより工具交換を行うことができる。工程１では、特殊工具収納マガジン７１の待機位置Ｍ１から工具準備位置Ｍ２への移動、シャッタ６１，８１，８２の開扉動作、及び主軸１６の待機位置Ｓ１からラインバー交換位置Ｓ２または計測用工具交換位置Ｓ４への移動が行われる。工程２では、特殊工具収納マガジン７１の工具準備位置Ｍ２から工具交換位置Ｍ３への移動が行われる。工程３では、主軸１６に対するラインバー３１または計測用工具３２，３３の装着が行われる。工程４では、特殊工具収納マガジン７１の工具交換位置Ｍ３から工具準備位置Ｍ２への移動が行われる。工程５では、特殊工具収納マガジン７１の工具準備位置Ｍ２から待機位置Ｍ１への移動、シャッタ６１，８１，８２の閉扉動作、及び主軸１６のラインバー交換位置Ｓ２また計測用工具交換位置Ｓ４から加工位置Ｓ３または計測位置Ｓ５への移動が行われる。従って、工程１，５において３つの動作を同時に行うことができ、工具交換時間が短縮される。
【００６５】
なお、この検査時において、ワークＷの孔部Ｗａの内径寸法が所定寸法範囲外と判定された場合には、別のラインバーを用いて再ラインボーリング加工を行うか、あるいは、そのワークＷの使用を中止するようにする。
【００６６】
また、工具２１を用いて切削加工を行った場合には、計測用工具３３を用いて計測することになる。この計測用工具３３の計測動作については、上述した計測用工具３２の計測動作と同一であるため説明は省略する。
【００６７】
従って、本発明に係る自動工具交換装置によれば、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３を収納した状態で特殊工具収納マガジン７１自体を移動させ、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３を主軸１６に対する工具交換位置Ｍ３に移動できるようにしたので、自動工具交換装置３の構成を簡素にすることができる。
【００６８】
更に、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３の取り出し及び取り入れを行うための特殊工具収納マガジン７１の開口部に、３つに分割したシャッタ６１，８１，８２を開閉可能に設けることにより、特殊工具収納マガジン７１の機械本体２内への侵入量を少なくすることができるので、移動量が低減され工具交換時間の短縮を図ることができる。しかも、分割したことによりシャッタ６１，８１，８２の開閉時に受ける抵抗が少なくなり、開閉速度の高速化を図ることができる。
【００６９】
そして、第１シャッタ６１の駆動源を特殊工具収納マガジン７１の駆動源であるＸ軸方向移動用モータ５９と共有することにより、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に、第１シャッタ６１の開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図れるだけでなく、小力効果も得ることができる。また、シャッタ８１，８２を特殊工具収納マガジン７１に設けるだけでなく、その駆動源となるシャッタ用エアシリンダ８４，８７も特殊工具収納マガジンに設けることにより、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に、シャッタ８１，８２の開閉を行うことができるので、工具交換時間の短縮を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、高い寸法精度が要求される孔の内径計測を行う内径非接触計測装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図である。
【図５】本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図である。
【図６】計測用工具の側断面図である。
【図７】移動後のラインバーの様子を示した図である。
【図８】主軸装着時のラインバーの様子を示した図である。
【図９】加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図である。
【図１０】加工中のラインバーの様子を示した図である。
【図１１】待機中の計測用工具の様子を示した図である。
【図１２】移動後の計測用工具の様子を示した図である。
【図１３】主軸装着時の計測用工具の様子を示した図である。
【図１４】支持部材から離間したときの計測用工具の様子を示した図である。
【図１５】計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図である。
【図１６】計測中の計測用工具の様子を示した図である。
【図１７】工具投入時のサイクル線図である。
【符号の説明】
【００７２】
１      工作機械
２      機械本体
３      自動工具交換装置
４      機械用カバー
５      装置用カバー
１１      ヘッド
１２      ガイド
１３      コラム
１４      ガイド
１５      ヘッドストック
１６      主軸
１７      ガイド
１８      第１テーブル
１９      第２テーブル
２０      自動工具交換機構
２１      工具
３１      ラインバー
３２，３３      計測用工具
３２ａ，３３ａ      エア供給路
３４，３５      エア供給口
３６，３７      エアマイクロメータ
３６ａ，３７ａ      ノズル部
４１      吊り下げ機構
４２ａ〜４２ｄ      支柱部材
４３ａ〜４３ｄ      上梁部材
４４ａ〜４４ｃ      中間梁部材
５１      支持板
５２      Ｚ軸方向移動用モータ
５３      ボールねじ軸
５４      レール部材
５５      移動体
５６      ボールナット部材
５７      摺動部材
５８      レール部材
５９      Ｘ軸方向移動用モータ
６０      ボールねじ軸
６１      第１シャッタ
６２      カバー部材
６３      支持部材
６３ａ      長辺部
６４      ローラ
６５      ブラケット
７１      特殊工具収納マガジン
７２      内壁
７３      外壁
７４      底板
７５      上板
７６      支持板
７７      摺動部材
７８      ボールナット部材
７９      溝部材
７９ａ      傾斜溝
７９ｂ      直線溝
８１      第２シャッタ
８２      第３シャッタ
８３，８６      回動部材
８４      第２シャッタ用エアシリンダ
８５，８８      ブラケット
８７      第３シャッタ用エアシリンダ
８４ａ，８７ａ      ロッド部
９１〜９３      保持部材
Ｗ      ワーク
Ｗａ      孔部
【図１】
2008023661.tif 000003
【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】
2008023661.tif 000008
【図７】
2008023661.tif 000009
【図８】
2008023661.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008023661.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008023661.tif 000015
【図１４】
2008023661.tif 000016
【図１５】
2008023661.tif 000017
【図１６】
2008023661.tif 000018
【図１７】
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