(57)【要約】【課題】工具の交換作業を工作機械から離間した位置において容易かつ安全に行うことができるとともに、工具交換のために工作機械の運転を長時間に亘って停止させる必要がなく、工作機械の加工能率を向上させることができる工具交換装置を提供する。【解決手段】工作機械１１の主軸装置１３に対して工具１５の脱着を行うための工具交換アーム２８を備える。その工具交換アーム２８は、工作機械１１と近接する工具交換位置Ｐ１ａと、工作機械１１から離間した待機位置Ｐ１ｂとの間で移動可能に配設する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸装置に対して工具の脱着を行う工具交換アームを備え、その工具交換アームは支軸を中心に回転自在に設けられ、工具交換アームの先端には工具を把持するための２つの工具把持部が設けられ、該工具交換アームを、主軸に近接する工具交換位置と、主軸から離間した工具を取り出すための待機位置との間で移動可能に配設したことを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記工具交換アームがトランスファマシンのトランスファバーと平行な方向に移動されるとともに、前記工具交換位置には、工作機械の加工部と隔離するためのシャッタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械に付設される工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具マガジンを有しない工作機械において、主軸装置に装着されている工具が摩耗や損傷した場合には、作業者が工作機械の運転を中止した状態で、手作業にて工具を主軸装置に対して直接に脱着交換していた。特に、５Ｋｇ以上の重い工具や長い工具の場合は、両手での作業を必要としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この従来の工具交換方法では、工具交換作業が手作業で行われるため、作業者が工作機械を囲む防護壁のシャッターを開いて、加工エリア内で主軸に装着された工具を手で直接保持して不自然な姿勢をとりながら交換作業を行っていた。このため、交換作業が面倒で時間がかかり、労力を要するという問題があった。また、この工具の交換作業中に、工作機械の運転を長時間にわたって停止させる必要があるため、加工能率の低下を招くという問題もあった。
【０００４】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、工具の交換作業を工作機械から離間した位置から容易かつ安全に行うことができるとともに、工具交換のために工作機械の運転を長時間にわたって停止させる必要がなく、工作機械の加工能率を向上させることができる工具交換装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械の主軸装置に対して工具の脱着を行う工具交換アームを備え、その工具交換アームは支軸を中心に回転自在に設けられ、工具交換アームの先端には工具を把持するための２つの工具把持部が設けられ、該工具交換アームを、主軸に近接する工具交換位置と、主軸から離間した工具を取り出すための待機位置との間で移動可能に配設したことを特徴とするものである。
【０００６】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、作業者が工具の交換作業を工作機械の主軸装置に対して直接に行うことなく、工具交換装置を用いて工作機械から離間した位置において間接的で容易かつ安全に行うことができる。また、作業者が直接工具交換を行う場合と比較して工具交換のための時間が短くて済むので、工具交換のために、工作機械の運転を長時間に亘って停止させる必要がなく、工作機械の加工能率を向上させることができる。また、２つの工具把持部を旧工具及び新工具の把持用として別々に使用することができ、工具の交換作業を連続して迅速に行うことができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記工具交換アームがトランスファマシンのトランスファバーと平行な方向に移動されるとともに、前記工具交換位置には、工作機械の加工部と隔離するためのシャッタが設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、工具交換装置をトランスファマシンの工作機械に付設した場合、工具交換アームをトランスファバーの移動方向と干渉することなく移動させることができる。従って、工具交換装置をおさまりよく配置することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明をトランスファマシンによるワーク搬送方向に沿って配置される複数の工作機械において、それらの工作機械に付設される工具交換装置に具体化した一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１，図２及び図３に示すように、各工作機械１１のフレーム１２は前後方向（図１及び図２の紙面表裏方向）に移動可能である。このフレーム１２の前面には主軸装置１３が上下方向及び左右方向へ移動可能に配設され、その主軸１４の先端にはドリル等の工具１５が図示しないクランプ装置を介して着脱可能に取り付けられている。従って、前記工具１５は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に移動可能である。そして、主軸装置１３により工具１５が回転されながら、図示しないテーブル上のワークに対して穿孔等の加工が施されるようになっている。
【００１１】
前記各工作機械１１の前方には、トランスファバー１６が水平方向（図示左右方向）へ延びるように配設されている。そして、各工作機械１１においてワークに対する所定の加工が終了するごとに、このトランスファバー１６が上昇、前進、下降及び後退の四送り運動を行うことによって、そのワークが隣接する後続の工作機械１１に移送されるようになっている。
【００１２】
前記工作機械１１の側部には工具交換装置１７が付設され、主軸装置１３上の工具１５が摩耗あるいは損傷したりした場合等において、その工具１５を新しいものと脱着交換できるようになっている。工作機械１１と工具交換装置１７との間には防護壁としての隔壁１８が配設され、その隔壁１８の一部には工具交換用の開口部１９が形成されている。開口部１９にはシャッタ２０が開閉可能に取り付けられ、工具交換装置１７による工具１５の交換時に、図示しない開閉用シリンダ等にて自動的に開閉されるようになっている。このシャッタ２０は、工作機械１１の加工部とその外部とを隔離するためのものである。
【００１３】
前記工具交換装置１７の側部には遮蔽板２１が配設され、その遮蔽板２１の一部には窓部２２が形成され、この窓部２２を介して旧工具１５と新工具とが取り替えられる。窓部２２には開閉板２３が開閉可能に取り付けられ、作業者が工具交換装置１７に対して旧工具１５と新工具との取り替え作業を行う際に、この開閉板２３を手動操作にて開閉させるようになっている。
【００１４】
前記工具交換装置１７のフレーム２５上には支持板２６がガイドレール２７を介して、トランスファバー１６の延長方向と平行な左右水平方向へ移動可能に配設されている。支持板２６上には工具交換アーム２８が前後方向に延びる水平な支軸２９を介して垂直面内において回動自在に支持されている。フレーム２５には移動用モータ３０が配設され、この移動用モータ３０によりボールネジ３１を介して支持板２６が前述した左右方向に移動される。これにより、工具交換アーム２８が図１に実線で示すように工作機械１１の主軸１４に近接した工具交換位置Ｐ１ａと、同図に鎖線及び図２に実線で示すように工作機械１１の主軸１４から離間した待機位置Ｐ１ｂとに移動配置されるようになっている。
【００１５】
前記工具交換アーム２８の先端部には第１，第２の２つの工具把持部３２Ａ，３２Ｂが設けられ、第１工具把持部３２Ａにて旧工具１５を把持するとともに、第２工具把持部３２Ｂにて新工具１５を把持するようになっている。各工具把持部３２Ａ，３２Ｂには、一対の開閉可能な把持爪３３と、それらの把持爪３３を開閉するための開閉用シリンダ３４とが設けられている。
【００１６】
前記支持板２６上には回動用モータ３５が配設され、この回動用モータ３５によりギヤ３６，３７を介して工具交換アーム２８が前述した垂直面内を回動される。これにより、工具交換アーム２８が図１に実線及び鎖線で示すように主軸装置１３に対応する工具脱着位置Ｐ２ａと、同図に鎖線で示すように主軸装置１３から離間した工具取り替え位置Ｐ２ｂとに回動配置されるようになっている。工具交換アーム２８は、前記工具脱着位置Ｐ２ａにおいて、後述するように、図１に実線で示す第１位置Ｐ２ａ−１と、鎖線で示すようにその下方の第２位置Ｐ２ａ−２とに配置される。
【００１７】
すなわち、前記工具交換アーム２８の下部外側面には、ストッパとしての当接ボルト３８が突出量の調節可能に取り付けられている。この当接ボルト３８と当接可能に対応するように、支持板２６上には第１ストッパ３９が前記当接ボルト３８の回動軌跡に対して出没可能に配設されている。また、工具交換アーム２８の下部外側面には、第２ストッパ４０が固定配置されている。
【００１８】
そして、第１ストッパ３９が突出位置に配置された状態で、工具交換アーム２８が工具脱着位置Ｐ２ａに回動されたときには、図１に実線で示すように、当接ボルト３８が第１ストッパ３９に当接する。これにより、工具交換アーム２８が第１工具把持部３２Ａにおいて主軸装置１３の主軸１４と対応する第１位置Ｐ２ａ−１に規制保持される。また、工具交換アーム２８が工具脱着位置Ｐ２ａに回動されたとき、第１ストッパ３９が没入位置に配置された状態では、同図に鎖線で示すように、当接ボルト３８が第２ストッパ４０に当接される。これにより、第２工具把持部３２Ｂが主軸装置１３の主軸１４と対応し、前記第１位置Ｐ２ａ−１の下方に位置する第２位置Ｐ２ａ−２に規制保持されるようになっている。なお、工具交換アーム２８は、図示しないストッパ等により工具取り替え位置Ｐ２ｂにおいて規制保持される。
【００１９】
前記遮蔽板２１の窓部２２の内側位置には工具置台４１が配設されている。そして、作業者が開閉板２３を開放した状態で、窓部２２の外側のベッド１上の図示しない支持台に設けられた工具ホルダ４２から同じくベッド１上の図示しない支持台に設けられた工具置台４１上に新工具１５をセットできる。また、工具置台４１上から工具ホルダ４２に旧工具１５を取り出すことができる。また、工具交換アーム２８が待機位置Ｐ１ｂに移動配置されるとともに、工具取り替え位置Ｐ２ｂに回動配置された状態で、以下の動作が行われる。すなわち、図示しないマニュプレータ等の搬送機構を介して、工具交換アーム２８の第１工具把持部３２Ａから工具置台４１上に旧工具１５を受け取ったり、工具置台４１上から第２工具把持部３２Ｂに新工具１５を把持させたりすることが行われる。
【００２０】
なお、前記開閉板２３と前記マニュプレータ等の搬送機構との間にはインターロック機構が介在されており、搬送機構は、開閉板２３が閉鎖されている場合にのみ作動可能である。
【００２１】
次に、前記のように構成された工具交換装置１７の動作を説明する。
さて、工作機械１１の加工運転時には、図２に示すように、工具交換アーム２８の第２工具把持部３２Ｂに新工具１５が把持された状態で、その工具交換アーム２８が待機位置Ｐ１ｂに移動配置されるとともに、工具脱着位置Ｐ２ａの第１位置Ｐ２ａ−１に回動配置されている。そして、工作機械１１の加工運転に際して、主軸装置１３の主軸１４に装着された工具１５が摩耗または損傷した場合には、工作機械１１の運転が一時停止される。次いで、シャッタ２０が開放され、移動用モータ３０により工具交換アーム２８が待機位置Ｐ１ｂから工具交換位置Ｐ１ａに移動される。これにより、図１に実線で示すように、工具交換アーム２８上の第１工具把持部３２Ａが主軸装置１３の主軸１４に装着されている旧工具１５を把持する。
【００２２】
この状態で、前記フレーム１２が後退して、工具１５が主軸１４から離脱され、旧工具１５が図示しないクランプ装置による主軸１４へのクランプ状態から解放されるとともに、主軸装置１３が後退移動される。これにより、旧工具１５が主軸１４の先端から抜き取られて、工具交換アーム２８上の第１工具把持部３２Ａに移し替えられる。その後、第１ストッパ３９が没入位置に移動されて、工具交換アーム２８が工具脱着位置Ｐ２ａの第１位置Ｐ２ａ−１から第２位置Ｐ２ａ−２に回動される。このため、第２工具把持部３２Ｂに把持されている新工具１５が主軸１４に対向配置される。そして、主軸装置１３が前進移動されることにより、新工具１５が主軸装置のクランプ装置によりクランプされて主軸１４に装着される。
【００２３】
次いで、移動用モータ３０により工具交換アーム２８が工具交換位置Ｐ１ａから待機位置Ｐ１ｂに移動されて、工作機械１１より離間した位置に配置されるとともに、シャッタ２０が閉鎖される。その閉鎖と同時に新工具１５を用いてワークに対する加工が再開される。その後、図１に鎖線で示すように、回動用モータ３５により工具交換アーム２８が工具脱着位置Ｐ２ａから工具取り替え位置Ｐ２ｂに回動されて、工具把持部３２Ａ，３２Ｂが工具置台４１に対応配置される。
【００２４】
そして、この工作機械１１の加工運転中に、工作機械１１から離間した位置において、作業者が工具交換アーム２８に対して旧工具１５と新工具１５との取り替えを容易かつ安全に行うことができる。すなわち、開閉板２３を開放させた状態で、前記マニュプレータ等の搬送装置により、旧工具１５を工具交換アーム２８の第１工具把持部３２Ａから工具置台４１上に受け取らせる。次いで、作業者が旧工具１５をその工具置台４１から工具ホルダ４２上に取り出す。また、新工具１５を工具ホルダ４２から工具置台４１上にセットする。そして、前記搬送装置により、工具置台４１上の新工具１５が工具交換アーム２８の第２工具把持部３２Ｂに移し替えられる。
【００２５】
その後、第１ストッパ３９が突出位置に移動されるとともに、回動用モータ３５により工具交換アーム２８が工具取り替え位置Ｐ２ｂから工具脱着位置Ｐ２ａの第１位置Ｐ２ａ−１に回動配置される。そして、この状態で加工運転中の工作機械１１の主軸装置１３に装着されている工具１５の次回の交換のために待機する。
【００２６】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  この工具交換装置１７においては、工作機械１１の主軸装置１３に対して工具１５の脱着を行うための工具交換アーム２８が装備されている。そして、この工具交換アーム２８が、工作機械１１と近接する工具交換位置Ｐ１ａと、工作機械１１から離間した待機位置Ｐ１ｂとの間において移動可能に配設されている。
【００２７】
このため、工作機械１１の工具１５の交換作業を作業者が直接に行うことなく、工作機械１１から離間した待機位置Ｐ１ｂに移動されている工具交換アーム２８に対して間接的に行えばよい。よって、工具１５の交換作業を容易かつ安全に行うことができる。また、工作機械１１に対する工具交換が人力によることなく機械的に行われるため、工具交換のために工作機械１１の運転を長時間に亘って停止させる必要がなく、工作機械１１の加工能率を向上させることができる。
【００２８】
（２）  この工具交換装置１７においては、前記工具交換アーム２８に工具１５を把持するための２つの工具把持部３２Ａ，３２Ｂが設けられている。このため、２つの工具把持部３２Ａ，３２Ｂを旧工具１５及び新工具１５の把持用として分担して別々に使用することができて、工具１５の交換作業を容易かつ迅速に行うことができる。
【００２９】
（３）  この工具交換装置１７においては、前記工具交換アーム２８がトランスファマシンのトランスファバー１６と平行な方向に移動されるようになっている。このため、工具交換装置１７をトランスファマシンの工作機械１１に付設した場合、工具交換アーム２８をトランスファバー１６の移動方向と干渉することなく移動させることができる。言い換えれば、トランスファバー１６の移動方向に対して工具交換アーム２８の移動方向を沿わせることができるため、複数の工作機械１１を含むシステム全体を小さくすることが可能になる。
【００３０】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記実施形態において、移動用モータ３０に代えて移動用シリンダを設け、この移動用シリンダにより、支持板２６とともに工具交換アーム２８を工具交換位置Ｐ１ａと待機位置Ｐ１ｂとに移動させるように構成すること。
【００３１】
・  前記実施形態において、回動用モータ３５に代えて回動用シリンダを設け、この回動用シリンダにより、回動レバー及びギヤを介して工具交換アーム２８を回動させるように構成すること。
【００３２】
（他の技術的思想）
請求項に記載された技術的思想以外の他の技術的思想は以下の通りである。
（１）  工具マガジンを有しない工作機械に付設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の工具交換装置。
【００３３】
（２）  工作機械の主軸の軸線方向と交差する方向に移動可能に配設された請求項１または２に記載の工具交換装置。
【００３４】
【発明の効果】
以上、実施形態で例示したように、この発明においては、工具の交換作業を工作機械から離間した位置において容易かつ安全に行うことができる。また、工具交換のために工作機械の運転を長時間に亘って停止させる必要がなく、工作機械の加工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の工具交換装置を示す要部断面図。
【図２】図１の工具交換装置の待機状態を示す要部断面図。
【図３】工作機械全体を示す正面図。
【符号の説明】
１１…工作機械、１３…主軸装置、１４…主軸、１５…工具、１６…トランスファバー、１７…工具交換装置、２０…シャッタ、２６…支持板、２８…工具交換アーム、２９…支軸、３０…移動用モータ、３２Ａ…第１工具把持部、３２Ｂ…第２工具把持部、３５…回動用モータ、４１…工具置台、Ｐ１ａ…工具交換位置、Ｐ１ｂ…待機位置。
【図１】
2004261918.tif 000003
【図２】
2004261918.tif 000004
【図３】
2004261918.tif 000005