(57)【要約】【課題】従来に比べて、主軸とテーブルとをより接近させた位置で工具交換を行うように構成された横形マシニングセンタを提供する。【解決手段】横形マシニングセンタの工具交換装置は、新たな工具及び主軸のテーパ穴に装着された工具をそれぞれ把持した状態の交換アームに、直線移動動作と回転動作とが複合した抜取動作を行わせて主軸に装着された工具を抜き取り、この後、回転動作と、直線移動動作とが複合した装着動作を行わせて新たな工具を主軸のテーパ穴に装着するように構成される。そして、工具交換時に主軸１３とテーブル１４とが位置すべきＸ軸−Ｚ軸平面内における工具交換位置は、主軸１３とテーブル１４との間のＺ軸方向の距離ΔＺを所定の距離としたときに、Ｘ軸方向の距離ΔＸが最も小さくなり、且つ主軸１３に装着し得る最大工具Ｔｍの工具交換時における動作範囲Ｒがテーブル１４などと干渉しない位置に設定される。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に配置され、テーパ穴に工具が装着される主軸と、ワークが載置されるテーブルと、前記主軸の軸線と平行な第１軸、該第１軸と水平面内で直交する第２軸、並びに前記第１軸及び第２軸の双方と直交する第３軸の直交３軸方向に前記主軸とテーブルとを相対移動させる送り機構部と、工具を把持する把持部を両端に備えた交換アーム、及び該交換アームを前記主軸軸線と平行な軸線回りに回転させるとともに、前記主軸軸線に沿って直線移動させる駆動機構部を有する工具交換装置とを備えた横形マシニングセンタであって、
前記工具交換装置は、
前記第１軸と第２軸とで構成される２次元平面内において、前記主軸とテーブルとが所定の工具交換位置に位置した状態で、一方の把持部に新たな工具を把持し、且つ主軸のテーパ穴に装着された工具を他方の把持部に把持した状態の交換アームに、主軸から遠ざかる方向に直線移動する動作と前記軸線回りに９０°回転する動作とが複合した抜取動作を行わせて主軸に装着された工具を抜き取り、この後、引き続き同方向に９０°回転する動作と、主軸に近づく方向に直線移動する動作とが複合した装着動作を行わせて前記新たな工具を主軸のテーパ穴に装着するように構成され、
更に、工具交換の際に前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとが位置すべき相対的な位置関係たる前記工具交換位置が、前記主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義される矩形形状を前記主軸に装着可能な最大工具の形状と仮想した場合に、前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとの間の前記第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、前記第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と前記テーブル又は前記テーブル上に載置され得る最大ワークとが干渉しない位置に設定されてなることを特徴とする横形マシニングセンタ。
【請求項２】
前記工具交換位置が、前記主軸に装着可能な工具の最大長を複数の長さ区分に分割し、各長さ区分についてその採り得る最大工具径を設定して得られる多段段付き形状を前記主軸に装着し得る最大工具の形状と仮想した場合に、前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとの間の前記第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、前記第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と前記テーブル又は前記テーブル上に載置され得る最大ワークとが干渉しない位置に設定されてなることを特徴とする請求項１記載の横形マシニングセンタ。
【請求項３】
前記工具交換位置が、前記主軸に装着可能な工具の最大長を複数の長さ区分に分割し、各長さ区分についてその採り得る最大工具径を設定して得られる多段段付き形状の各段角部を順次結んで得られる形状を前記主軸に装着し得る最大工具の形状と仮想した場合に、前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとの間の前記第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、前記第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と前記テーブル又は前記テーブル上に載置され得る最大ワークとが干渉しない位置に設定されてなることを特徴とする請求項２記載の横形マシニングセンタ。
【請求項４】
前記テーブルが前記第３軸と平行な軸中心に回転可能に設けられるとともに、
前記工具交換位置が、
前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとの間の前記第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、前記第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と、前記テーブルの回転動作範囲又は前記テーブル上に載置され得る最大ワークの回転動作範囲とが相互に干渉しない位置に設定されてなることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの横形マシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具交換装置を備え、予め設定された工具交換位置で工具交換を行うように構成された横形マシニングセンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、横形マシニングセンタは、水平に配置され、テーパ穴に工具が装着される主軸と、ワークが載置，固定されるテーブルと、これら主軸とテーブルとを、主軸の軸線と平行なＺ軸、このＺ軸と水平面内で直交するＸ軸、並びにＺ軸及びＸ軸の双方と直交するＹ軸の直交３軸方向に相対移動させる送り機構部と、主軸に装着された工具を新たな工具と交換する工具交換装置などを備えて構成される。
【０００３】
前記工具交換装置は、各種工具を保持する複数の保持部を備えた工具マガジンと、一方端側に、主軸のテーパ穴に装着された工具を把持する主軸工具把持部を備え、他方端側に、工具マガジンから移送され、所定位置に位置決めされた次工具を把持する次工具把持部を備えた交換アームと、主軸の軸線と平行に設けられ、この交換アームの中央部にこれと直交するように連結された回転軸と、この回転軸をその軸中心に回転させるとともに、その軸線に沿って移動させる駆動機構部などからなる。
【０００４】
そして、従来、この工具交換装置による工具交換は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すような各動作が順次実行されることにより行われていた。尚、図中の各（ｉ）及び（ｉｉ）は、工具交換動作を説明するための平面図及び正面図である。
【０００５】
まず、図１１（ａ）に示すように、回転軸９１をその軸中心に回転させて、主軸９２のテーパ穴に装着された工具Ｔを交換アーム９３の主軸工具把持部９３ａに把持させる一方、工具マガジンから移送され、所定位置に位置決めされた工具（次工具）Ｔ’を交換アーム９３の次工具把持部９３ｂに把持させる把持動作が実行される。
【０００６】
ついで、図１１（ｂ）に示すように、回転軸９１をその軸線に沿って交換アーム９３が主軸９２から遠ざかる方向に直線移動させて、当該交換アーム９３に把持された工具Ｔ，Ｔ’をそれぞれ主軸９２及び工具マガジンの保持部９４から抜き取る抜取動作が実行される。
【０００７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、回転軸９１をその軸中心に１８０°回転させる回転動作が実行された後、図１１（ｄ）に示すように、回転軸９１をその軸線に沿って交換アーム９３が主軸９２に近づく方向に直線移動させて、工具Ｔ’を主軸９２のテーパ穴に装着する一方、工具Ｔを保持部９４に保持させる装着動作が実行される。
【０００８】
そして、交換アーム９３は、上記工具交換動作が開始される前の位置、即ち、図１１（ａ）に２点鎖線で示した待機位置に適宜移動せしめられ、このようにして、主軸９２に装着された工具Ｔが新たな工具Ｔ’と交換される。
【０００９】
このように、工具交換が行われる際に、工具（次工具）は、工具交換装置によって所定の領域内を移動せしめられるようになっており、このため、前記主軸とテーブルとは、この工具交換に伴う工具の動作範囲と、テーブル及びこのテーブル上に固定されたワークとが干渉しないような位置関係となっている必要がある。
【００１０】
その一方、安全を見すぎて、主軸とテーブルとを必要以上に離隔させた位置で工具交換を行うようにすると、当該横形マシニングセンタの外形寸法が大きくなり、製造コストが高くなったり、大きな設置面積を要するといった不都合を生じる。
【００１１】
そこで、上記従来の横形マシニングセンタでは、干渉が生じることなく、しかも主軸とテーブルとが最も接近するような工具交換位置で工具交換を行うことができるように、当該工具交換位置は、以下に説明するようにして算出された位置に設定されている。
【００１２】
図１２は、上記テーブルが非回転に設けられた固定テーブル５２の場合の工具交換位置を示した説明図であるが、まず、主軸５１に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義される最大工具Ｔｍを想定し、想定された最大工具（仮想工具）Ｔｍが上記一連の工具交換動作によって移動するＸ軸−Ｚ軸平面内における動作範囲Ｒを検証する。尚、同図１２に示すように、想定される最大工具Ｔｍの形状、及び当該最大工具Ｔｍの動作範囲Ｒは、それぞれ平面視矩形状となる。
【００１３】
ついで、主軸５１の軸線とその端面とが交差する点Ｓａと、固定テーブル５２の中心点Ｔａとの間のＺ軸方向における距離ΔＺを予め設定した距離としたときに、前記動作範囲Ｒと、固定テーブル５２上に載置され得る最大のワークＷｍ（最大ワークＷｍが固定テーブル５２よりも小さい場合には固定テーブル５２）とが干渉しない範囲で、Ｘ軸方向における距離ΔＸが最も小さい値となるように主軸５１と固定テーブル５２とを相互に接近させ、この状態における前記ΔＸ及びΔＺをもって工具交換の際の主軸５１と固定テーブル５２相互間の相対的な位置関係とするのである。
【００１４】
尚、前記距離ΔＺは、想定される最長の工具を用いたときに、固定テーブル５２上のワークＷを当該工具によって加工可能なように設定された距離である。
【００１５】
また、図１３は、テーブルが回転可能に設けられた回転テーブル５３の場合の工具交換位置を示した説明図であるが、上記と同様に、まず、前記最大工具Ｔｍを想定して、その工具交換時の動作範囲Ｒを検証し、ついで、主軸５１の軸線とその端面とが交差する点Ｓａと、前記距離ΔＺを予め設定した距離としたときに、前記動作範囲Ｒと、回転テーブル５３上に載置され得る最大ワークＷｍの回転動作範囲Ｓ（最大ワークＷｍが回転テーブル５３よりも小さい場合には回転テーブル５３の回転動作範囲Ｓ’）とが干渉しない範囲で、Ｘ軸方向における距離ΔＸが最も小さい値となるように主軸５１と回転テーブル５３とを相互に接近させ、この状態における前記ΔＸ及びΔＺをもって工具交換時の主軸５１と回転テーブル５３相互間の相対的な位置関係とするのである。
【００１６】
尚、このようにＸ軸−Ｚ軸平面内における干渉を検証するようにしているのは、横形マシニングセンタにおいて許容されるワークの最大幅と最大高さとを比べた場合、通常、最大高さの方が大きいため、実質的に、ワークの最大幅を考慮したＸ軸−Ｚ軸平面内における前記干渉を検証すれば、主軸とテーブルとが最も接近するような両者間の相対的な位置関係を算出することができるからである。
【００１７】
また、前記最大工具の最大長さ及び最大直径は主軸の剛性やクランプ能力などに基づいて設定され、また、ワークの最大幅はテーブルの大きさや剛性などに基づいて設定される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、あらゆる製造部門で、生産効率を高めるべく、製造に使用される機械の設置面積を小さくする要請が高まっており、上記横形マシニングセンタについても例外ではなく、そのコンパクト化が求められている。
【００１９】
しかしながら、工具交換時に工具が移動するその範囲は、工具交換装置における一連の動作によって決定されるため、従来の工具交換動作のままでは、主軸とテーブルとの相対的な位置関係を一定距離以上に接近させること、即ち、横形マシニングセンタ全体の大きさ（外形寸法）を更に小さくすることはできなかった。
【００２０】
また、工具交換位置を設定する際に想定される最大工具は、上述のように、主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義されているが、横形マシニングセンタにおいて、通常使用される工具は、加工上、その工具長が長ければその直径を小さくする必要があり、逆に、工具長が短ければ直径を大きくすることが可能である。即ち、所定長さの工具については、その長さに対して許容される限界の直径が存在するのである。これは、フェイスミルなど径の大きな工具を長尺のホルダで保持した構成では、加工時にビビリ振動を生じたり、或いは工具重量が重くなりすぎて主軸の把持力が弱まるといった不具合を生じることから容易に理解することができる。
【００２１】
このように、実際に使用される最大の工具は、主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義されるものではなく、工具の長さに応じ、その長さ毎に許容される最大の直径を持つものとして観念されるものなのである。
【００２２】
しかるに、従来は、最大工具の形状を、実際に使用される最大工具の形状よりも大きな、最大長さと最大直径とで定義される矩形形状のものと想定して、前記工具交換時における主軸とテーブル相互間の相対的な位置関係を決定しており、必ずしも厳密な意味において、主軸とテーブルとが接近した状態に設定されているとは言い難いものがあった。
【００２３】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、従来に比べて、主軸とテーブルとをより接近させた位置で工具交換を行うように構成された横形マシニングセンタの提供をその目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、水平に配置され、テーパ穴に工具が装着される主軸と、ワークが載置されるテーブルと、前記主軸の軸線と平行な第１軸、当該第１軸と水平面内で直交する第２軸、並びに前記第１軸及び第２軸の双方と直交する第３軸の直交３軸方向に前記主軸とテーブルとを相対移動させる送り機構部と、工具を把持する把持部を両端に備えた交換アーム、及び当該交換アームを前記主軸軸線と平行な軸線回りに回転させるとともに、前記主軸軸線に沿って直線移動させる駆動機構部を有する工具交換装置とを備えた横形マシニングセンタであって、
前記工具交換装置は、
前記第１軸と第２軸とで構成される２次元平面内において、前記主軸とテーブルとが所定の工具交換位置に位置した状態で、一方の把持部に新たな工具を把持し、且つ主軸のテーパ穴に装着された工具を他方の把持部に把持した状態の交換アームに、主軸から遠ざかる方向に直線移動する動作と前記軸線回りに９０°回転する動作とが複合した抜取動作を行わせて主軸に装着された工具を抜き取り、この後、引き続き同方向に９０°回転する動作と、主軸に近づく方向に直線移動する動作とが複合した装着動作を行わせて前記新たな工具を主軸のテーパ穴に装着するように構成され、
更に、工具交換の際に前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとが位置すべき相対的な位置関係たる前記工具交換位置が、前記主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義される矩形形状を前記主軸に装着可能な最大工具の形状と仮想した場合に、前記２次元平面内で前記主軸とテーブルとの間の前記第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、前記第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と前記テーブル又は前記テーブル上に載置され得る最大ワークとが干渉しない位置に設定されてなることを特徴とする横形マシニングセンタに係る。
【００２５】
この発明によれば、工具交換装置が、上記抜取動作及び装着動作を実行することによって、主軸に装着された工具が新たな工具と交換される。
【００２６】
即ち、抜取動作では、一方の把持部に新たな工具を把持し、且つ主軸のテーパ穴に装着された工具を他方の把持部に把持した状態の交換アームが、主軸から遠ざかる方向に主軸軸線に沿って直線移動する動作と、主軸軸線と平行な軸線回りに９０°回転する動作とが複合した動作が行われ、これにより、主軸のテーパ穴に装着された工具が当該主軸から抜き取られる。
【００２７】
一方、装着動作では、前記交換アームが、前記抜取動作時における回転方向と同方向に引き続き９０°回転する動作と、主軸に近づく方向に直線移動する動作とが複合した動作が行われ、これにより、新たな工具が主軸のテーパ穴に装着される。
【００２８】
そして、前記工具交換の際に、主軸とテーブルとが位置すべき工具交換位置は、以下のようにして設定される。
【００２９】
まず、主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義される最大工具を想定し、想定した最大工具（仮想工具）が、前記第１軸と第２軸とで構成される２次元平面内において、上記抜取動作及び装着動作によって移動する動作範囲を検証する。尚、想定される最大工具の形状は、平面視矩形状となる。
【００３０】
前記抜取動作では、交換アームが主軸軸線に沿った方向に直線移動する動作と、主軸軸線と平行な軸線回りに回転する動作とが複合、即ち、各動作が並行して行われるため、交換アームに把持された最大工具は、前記２次元平面内において、主軸から遠ざかりつつ交換アームの回転中心軸線に近づく移動軌跡を描く。
【００３１】
一方、装着動作では、交換アームが主軸軸線と平行な軸線回りに回転する動作と、主軸軸線に沿った方向に直線移動する動作とが並行して行われるため、交換アームに把持された最大工具は、前記２次元平面内において、主軸に近づきつつ交換アームの回転中心軸線から遠ざかる移動軌跡を描く。
【００３２】
斯くして、前記抜取動作及び装着動作に伴う工具の動作範囲は、平面視、前記抜き取り方向に先細り状になった形状となる。
【００３３】
次に、前記２次元平面内における主軸とテーブルとの相対的な位置関係であって、主軸とテーブルとの間の第１軸に沿った方向の距離を予め設定した距離としたときに、第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記検証した最大工具の動作範囲がテーブル又はテーブル上に載置され得る最大ワークと干渉しない主軸とテーブル相互間の相対的な位置を算出し、算出された主軸及びテーブルの位置を前記工具交換位置として設定する。
【００３４】
尚、上述の予め設定された第１軸方向の距離とは、主軸に装着され得る最長の工具を用いたときに、テーブル上のワークを当該工具によって加工可能なように設定された距離のことである。
【００３５】
斯くして、本発明に係る横形マシニングセンタによれば、工具交換の際の工具の動作範囲が、その抜き取り方向に先細り状になるので、この先細りとなる分だけ、従来より動作範囲を小さくすることができ、このように動作範囲を小さくすることで、前記工具交換の際に、主軸とテーブルとが位置すべき相互間の位置関係をより接近させた位置とすることができる。これにより、工具交換装置を含めた横形マシニングセンタ全体の大きさをよりコンパクトにすることができ、その設置面積を小さくすることができる。
【００３６】
ところで、上述したように、横形マシニングセンタで実際に使用される最大の工具は、主軸に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義されるものではなく、工具の長さに応じ、その長さ毎に許容される最大の直径を持つものとして観念されるものである。
【００３７】
このため、前記最大工具（仮想工具）の形状は、これを次のように設定するのが好ましい。即ち、主軸に装着可能な最大長さの工具を想定し、想定した工具の長さを複数の長さ区分に分割し、しかる後、各長さ区分毎にその採り得る最大工具径を設定し、設定した各区分の長さとその最大工具径とで定義される平面視矩形形状の工具形状を重畳して平面視多段段付き形状の工具形状を設定する。そして、このようにして設定した工具形状を、主軸に装着し得る最大工具（仮想工具）の形状と仮想するのである。
【００３８】
最大工具をこのように想定することで、最大長さと最大直径とで一律に定義した工具形状に比べて、その大きさが小さい、より現実の使用状態に即した最大工具の形状を想定することができる。そして、かかる仮想工具を用いた上記工具交換時における動作範囲は、仮想工具自体が先細り状になっているため、上記に増して先細り状になり、工具交換の際に、主軸とテーブルとが位置すべき相互間の位置関係を更に接近させた位置とすることができ、横形マシニングセンタ全体の大きさを更にコンパクトにすることができる。
【００３９】
尚、工具の長さを複数の長さ区分に分割するその数には何ら制限は無いが、分割数を多くするほど、想定される仮想工具形状が実際に使用される最大工具の形状に近くなって好ましい。
【００４０】
また、前記仮想工具形状は、これを、前記多段段付き形状の各段角部を順次結んで得られる形状としても良い。
【００４１】
また、横形マシニングセンタのテーブルが、第３軸と平行な軸中心に回転可能に設けられている場合には、前記工具交換位置を、前記２次元平面内で主軸とテーブルとの間の第１軸に沿った方向の距離を予め設定された距離としたとき、第２軸に沿った方向の距離が最も小さくなり、且つ前記抜取動作及び装着動作における前記仮想工具の動作範囲と、テーブルの回転動作範囲又はテーブル上に載置され得る最大ワークの回転動作範囲とが相互に干渉しない位置に設定すると良い。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る横形マシニングセンタの概略構成を示した平面図であり、図２は、その正面図である。
【００４３】
図１及び図２に示すように、本例の横形マシニングセンタ１は、ベッド１０と、ベッド１０上に配設され、Ｘ軸（第２軸）方向に移動可能となったコラム１１と、コラム１１に支持され、Ｙ軸（第３軸）方向に移動可能となった主軸頭１２と、主軸頭１２によって軸中心に回転自在に支持され、工具Ｔが装着される主軸１３と、ベッド１０上に配設されるとともに上面にワークＷが載置され、Ｚ軸（第１軸）方向に移動可能且つＹ軸と平行な回転中心軸回りに回転可能となったテーブル１４と、コラム１１，主軸頭１２及びテーブル１４をそれぞれ前記軸方向に移動させる送り機構部（図示せず）と、テーブル１４を回転させる回転駆動機構部（図示せず）と、主軸１３に装着された工具Ｔを新たな工具Ｔ’と交換する工具交換装置２０とを備えて構成される。
【００４４】
尚、前記主軸１３には、その中心部にテーパ穴が形成され、このテーパ穴内には、工具Ｔを保持，固定するためのコレット及びこれを駆動するドローバなどが配設されており、前記工具交換装置２０による工具交換時には、このコレットによる工具Ｔの保持，固定が適宜解除されるようになっている。
【００４５】
前記工具交換装置２０は、各種工具を保持する複数の保持部を備えた工具マガジン２１と、一方端側に、主軸１３に装着された工具Ｔを把持する主軸工具把持部２２ａを備え、他方端側に、工具マガジン２１から移送され、所定位置に位置決めされた工具（次工具）Ｔ’を把持する次工具把持部２２ｂを備えた交換アーム２２と、主軸１３の軸線と平行に設けられ、交換アーム２２の中央部にこれと直交するように連結された回転軸２３と、この回転軸２３をその軸中心に回転させるとともに、その軸線に沿って移動させる駆動機構部（図示せず）などからなる。
【００４６】
また、この工具交換装置２０は、図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）並びに図４（ａ）及び（ｂ）に示すような各動作を順次実行して、主軸１３に装着された工具Ｔを新たな工具Ｔ’と交換するように構成される。尚、工具交換を行うに当たり、コラム１１，主軸頭１２及びテーブル１４は、それぞれ工具交換位置に適宜移動せしめられるようになっている。図中の各（ｉ）及び（ｉｉ）は、工具交換動作を説明するための平面図及び正面図である。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、回転軸２３をその軸中心に回転させて、主軸１３のテーパ穴に装着された工具Ｔを交換アーム２２の主軸工具把持部２２ａに把持させる一方、工具マガジン２１から移送され、所定位置に位置決めされた工具Ｔ’を交換アーム２２の次工具把持部２２ｂに把持させる把持動作を実行する。
【００４８】
ついで、図３（ｂ）に示すように、回転軸２３をその軸線に沿って交換アーム２２が主軸１３から遠ざかる方向に所定量だけ直線移動させる第１抜取動作を実行し、次に、図３（ｃ）に示すように、回転軸２３をその軸線に沿って引き続き直線移動させつつ、その軸中心に９０°回転させて、工具Ｔ，Ｔ’を主軸１３及び保持部２１ａからそれぞれ抜き取る第２抜取動作を実行する。
【００４９】
ついで、図４（ａ）に示すように、回転軸２３をその軸中心に引き続き９０°回転させつつ、その軸線に沿って交換アーム２２が主軸１３に近づく方向に所定量だけ直線移動させる第１装着動作を実行し、次に、図４（ｂ）に示すように、回転軸２３をその軸線に沿って引き続き直線移動させて、工具Ｔ’を主軸１３のテーパ穴に装着するとともに、工具Ｔを保持部２１ａに保持させる第２装着動作を実行する。
【００５０】
この後、交換アーム２２は、上記工具交換動作が開始される前の位置、即ち、図３（ａ）に２点鎖線で示した待機位置に適宜移動せしめられる。
【００５１】
このように、直線移動動作と回転動作とが複合した抜取動作によって工具Ｔ，Ｔ’が主軸１３、保持部２１ａからそれぞれ抜き取られ、この後、同じく回転動作と直線移動動作とが複合した装着動作によって、工具Ｔ’が主軸１３に装着され、工具Ｔが保持部２１ａに保持される。このようにして、主軸１３に装着された工具Ｔが新たな工具Ｔ’と交換される。
【００５２】
そして、かかる工具交換の際に、コラム１１及び主軸頭１２（直接的には主軸１３）と、テーブル１４とが位置すべき工具交換位置は、これが以下のようにして設定される。
【００５３】
最初に、Ｘ軸−Ｚ軸平面内で、主軸１３とテーブル１４とが位置すべき相対的な位置関係について説明する。
【００５４】
まず、主軸１３に装着可能な工具Ｔの最大長さと最大直径とで定義される最大工具を想定して、平面視矩形状の最大工具形状を設定した後、図５に示すように、設定された最大工具（仮想工具）Ｔｍが上記一連の工具交換動作によって移動するＸ軸−Ｚ軸平面内における動作範囲（図３及び図４に示すような各動作が順次実行されることによって最大工具Ｔｍが動作するその範囲）Ｒを検証する。
【００５５】
前記抜取動作では、主軸工具把持部２２ａに把持された最大工具Ｔｍが、上述した如く、第１抜取動作によって直線移動し、ついで第２抜取動作によって直線移動と並行して回転軸２３中心に回転し、この結果、図６に示すように、最大工具Ｔｍの先端角部が主軸１３から直線的に遠ざかった後、主軸１３から遠ざかりつつ回転軸２３の軸線２３ａに近づく移動軌跡Ｌを描く。尚、次工具把持部２２ｂに把持された最大工具Ｔｍについては、これと対称の移動軌跡を描く。
【００５６】
一方、前記装着動作では、次工具把持部２２ｂに把持された最大工具Ｔｍが、第１装着動作によって回転軸２３中心の回転と並行して直線移動し、ついで、第２装着動作によって直線移動し、この結果、最大工具Ｔｍが主軸１３に近づきつつ回転軸２３の軸線２３ａから遠ざかり、その後主軸１３に直線的に近づく、図６と同様の移動軌跡を描く。尚、主軸工具把持部２２ａによって把持された最大工具Ｔｍについては、これと対称の移動軌跡を描く。
【００５７】
斯くして、前記抜取動作及び装着動作によって移動する前記最大工具Ｔｍの動作範囲は、平面視、図５に示すように、工具の抜き取り方向に先細り状になった形状となる。
【００５８】
次に、同図５に示すように、主軸１３の軸線とその端面とが交差する点Ｓａと、テーブル１４の中心点Ｔａとの間のＺ軸方向における距離ΔＺを予め設定した距離としたときに、前記検証した最大工具Ｔｍの動作範囲Ｒと、テーブル１４上に載置され得る最大ワークＷｍの回転動作範囲Ｓ（最大ワークＷｍがテーブル１４よりも小さい場合にはテーブル１４の回転動作範囲Ｓ’）とが干渉しない範囲で、Ｘ軸方向における距離ΔＸが最も小さい値となるように前記主軸１３とテーブル１４とを相互に接近させ、この状態における前記ΔＸ及びΔＺをもって工具交換時の主軸１３とテーブル１４相互間の相対的な位置関係とする。
【００５９】
尚、前記距離ΔＺは、想定される最大長さの工具を用いたときに、テーブル１４上の最大ワークＷｍを当該工具によって加工可能なように設定された距離である。
【００６０】
一方、Ｘ軸−Ｙ軸平面内において主軸１３が位置すべきＹ軸方向の位置については、上記のようにして、Ｘ軸−Ｚ軸平面における主軸１３の位置を決定すれば、同位置において、最大工具Ｔｍとテーブル１４や最大ワークＷｍとが干渉することは無く、適宜任意にこれを設定することができる。
【００６１】
斯くして、本例の横形マシニングセンタ１によれば、工具交換の際の工具Ｔの動作範囲が、その抜き取り方向に先細り状になるので、この先細りとなる分だけ、従来より動作範囲を小さくすることができ、このように動作範囲を小さくすることで、前記工具交換の際に、主軸１３とテーブル１４とが位置すべき相互間の位置関係をより接近させた位置とすることができる。これにより、工具交換装置２０を含めた横形マシニングセンタ１全体の大きさを従来に比べてよりコンパクトにすることができ、その設置面積を小さくすることができる。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００６３】
上述したように、前記横形マシニングセンタ１で実際に使用される最大の工具は、主軸１３に装着可能な工具の最大長さと最大直径とで定義されるものではなく、工具の長さに応じ、その長さ毎に許容される最大の直径を持つものとして観念される。このことは、フェイスミルなど径の大きな工具Ｔを長尺のホルダで保持した構成では、加工時にビビリ振動を生じたり、或いは工具重量が重くなりすぎて主軸１３の把持力が弱まるといった不具合を生じることから容易に理解することができる。
【００６４】
このため、前記仮想工具の形状は、これを次のように設定することが好ましい。即ち、図７に示すように、主軸１３に装着可能な最大長さＬ５の工具Ｔを想定し、想定した工具Ｔの長さを例えば５つの長さ区分（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５）に分割し、各長さ区分毎にその採り得る最大工具径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５）を設定する。このように設定される各長さ区分毎の工具形状は、図示する如く、矩形形状となる。
【００６５】
ついで、得られた各区分毎の矩形工具形状を重畳し、主軸１３に装着可能な最大工具の形状として平面視多段段付き形状の工具形状を想定する。このようにして得られる工具形状を図８に示す。
【００６６】
そして、図９に示すように、上記と同様にして、得られた最大工具Ｔｍの動作範囲Ｒを検証し、Ｚ軸方向における前記距離ΔＺを予め設定した距離としたときに、検証した動作範囲Ｒと、テーブル１４上に載置された最大ワークＷｍ（最大ワークＷｍがテーブル１４よりも小さい場合にはテーブル１４）とが干渉しない範囲で、Ｘ軸方向における距離ΔＸが最も小さい値となるように前記主軸１３とテーブル１４とを相互に接近させ、この状態における前記ΔＸ及びΔＺをもって工具交換時の主軸１３とテーブル１４相互間の相対的な位置関係とする。
【００６７】
このようにして最大工具形状を想定することで、最大長さと最大直径とで一律に定義した工具形状に比べて、その大きさが小さい、より現実の使用状態に即した最大工具形状を想定することができる。そして、かかる仮想工具を用いた上記工具交換時における動作範囲は、仮想工具自体が先細り状になっているため、上記に増して先細り状になり、工具交換の際に、主軸１３とテーブル１４とが位置すべき相互間の位置関係を更に接近させた位置とすることができ、横形マシニングセンタ１全体の大きさを更にコンパクトにすることができる。
【００６８】
また、前記最大工具Ｔｍの形状は、これを、図８に示すような多段段付き形状に代えて、図１０に示すように、多段段付き形状の各段角部を順次結んで得られる形状としても良い。このようにしても、同様の効果が奏される。
【００６９】
また、上例において、テーブル１４は、その回転中心軸回りに回転可能に構成されていたが、これに限られるものではなく、非回転に構成されていても良い。
【００７０】
この場合、工具交換時の主軸１３とテーブル１４との相対的な位置関係は、図１０に示すように、最大工具Ｔｍの動作範囲Ｒと、テーブル１４上に載置された最大ワークＷｍ（最大ワークＷｍがテーブル１４よりも小さい場合にはテーブル１４）とが干渉しない範囲で、主軸１３の軸線とその端面とが交差する点Ｓａと、テーブル１４の中心点Ｔａとの間のＺ軸方向における距離ΔＺを予め設定される距離としたときに、Ｘ軸方向における距離ΔＸが最も小さい値となるような位置関係に設定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る横形マシニングセンタの概略構成を示した平面図である。
【図２】本実施形態に係る横形マシニングセンタの概略構成を示した正面図である。
【図３】本実施形態における一連の工具交換動作を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態における一連の工具交換動作を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態に係る工具交換位置を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態に係る工具交換装置によって移動せしめられる最大工具（仮想工具）の移動軌跡を説明するための説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る最大工具（仮想工具）の形状を説明するための説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る最大工具（仮想工具）の形状を説明するための説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る工具交換位置を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る工具交換位置を説明するための説明図である。
【図１１】従来例における一連の工具交換動作を説明するための説明図である。
【図１２】従来例に係る工具交換位置を説明するための説明図である。
【図１３】従来例に係る工具交換位置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    横形マシニングセンタ
１０  ベッド
１１  コラム
１２  主軸頭
１３  主軸
１４  テーブル
２０  工具交換装置
２１  工具マガジン
２２  交換アーム
２３  回転軸
Ｔ，Ｔ’    工具
Ｔｍ  最大工具（仮想工具）
Ｗ    ワーク
Ｗｍ  最大ワーク
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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