(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ水平方向に延びるとともに、横方向に並設された複数の主軸に装着されている工具を、他の複数の工具と同時に交換するようにした工具交換装置において、
前記主軸の軸線と直角をなす方向に直線状に配列された複数の工具保持部を備え、複数の工具を各工具保持部に縦方向に配列した状態で前記主軸の軸線及び前記工具保持部の配列方向と直角をなす方向を向くように格納保持する工具マガジンと、
前記主軸の軸線と平行な軸線を中心に回転可能に配設され、主軸に対して複数の工具の着脱を行う工具着脱位置と、主軸と工具マガジンとの間で工具の受け渡しを行う工具受け渡し位置とに回転される工具交換アームと、
前記工具マガジンの工具保持部の配列方向に沿って移動可能に配設され、前記複数の工具を、前記受け渡し位置と、工具保持部に対応する位置との間で移動させる工具ローダと、
水平面，主軸の軸線を通る垂直面，工具マガジン上の工具の軸線を通る垂直面のいずれに対しても４５度傾斜した一軸線の周りに回動可能に支持され、工具ローダの移動途中で工具の姿勢を工具ローダとともに変更して、複数の工具を、主軸の軸線と平行に延びるとともに横方向に配列した第１の状態と、前記工具マガジン上の工具の延びる方向に向き、縦方向に配列した第２の状態とに方向替えする姿勢変更手段と
を設けたことを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記主軸が工具着脱位置の工具交換アームに対して接近離間する方向に相対移動されるとともに、軸線方向に相対移動されることにより、主軸と工具交換アームとの間で工具の受け渡しが行われるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記工具交換位置の工具交換アームが工具ローダに対して接近離間する方向に相対移動されることにより、工具交換アームと工具ローダとの間で工具の受け渡しが行われるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記姿勢変更手段は、工具マガジンの工具保持部の配列方向に移動可能な移動部材上に回転可能に支持された傾斜回転軸と、その傾斜回転軸を回転させるための回転手段とからなり、前記工具ローダは傾斜回転軸に固定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の工具交換装置。
【請求項５】
前記工具ローダには、工具マガジンの工具保持部との間で、複数の工具の着脱を行うための着脱手段を付設したことを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記工具交換アームから工具ローダに受け渡された使用済みの複数の工具の損傷状態を検出するための工具検出手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項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、例えば複数の主軸を備えた多軸工作機械等において、複数の主軸と工具マガジンとの間で工具を交換するための工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多軸工作機械等においては、例えば、複数の主軸が水平方向に延びる状態で横方向に並設され、それらの主軸には工具が着脱可能に装着されている。そして、この種の多軸工作機械に付設される工具交換装置としては、次のような構成のものが従来から知られている。
【０００３】
すなわち、この従来の工具交換装置では、スペースの有効利用を図るため、主軸の側部に工具マガジンが配設され、その工具マガジンには上方へ向かって開口した状態で複数の工具保持部が主軸の軸線と平行な面内で横方向に直線状に配列されている。そして、主軸に装着される工具が工具ポットに保持された状態で、工具マガジンの各工具保持部に着脱可能に取り付けられ、それらの工具が主軸の軸線と交差する方向に向いた状態で格納保持されるようになっている。
【０００４】
また、主軸の近傍には工具交換アームが、主軸の軸線と平行な軸線を中心に回転可能に配設され、この工具交換アームにより、主軸に装着されている工具が他の工具と同時に交換されるようになっている。工具交換アームと工具マガジンとの間には、工具の方向を転換するための方向転換機構と、工具を移送するための工具ローダとが配設されている。
【０００５】
そして、工具交換アームにて主軸から取り外された使用済みの工具が、工具ポットに保持された状態で方向転換機構により、主軸の軸線と平行に延びる第１の状態から、主軸の軸線と交差する方向に向く第２の状態に転換された後、工具ローダにより工具マガジンの所定の工具保持部まで移送される。さらに、工具交換アームにより主軸に装着される工具が、工具ポットに保持された状態で工具ローダにより、工具マガジンの工具保持部から取り出されるとともに主軸側に移送された後、方向転換機構により前記第２の状態から第１の状態に転換されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、工具を１本ずつ工具マガジンと主軸との間で交換する場合は、工具マガジン上における工具の方向と主軸の軸線方向とが異なっても、工具を旋回させて向きを換えれば、工具をその両方向に沿わせることができる。
【０００７】
ところが、主軸は水平方向に複数並設され、工具マガジンには同数の工具が主軸の軸線と交差する方向に向き、上下方向に配列して保持されるような場合には、各工具の向きを換えるだけではなく、工具の配列方向変更する必要がある。従って、このためには、工具の向きを変える機構の外に、配列方向を変える機構が必要となり、構成がきわめて複雑になり、大型化する。
【０００８】
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、工具の追加及び配列方向を変更する構成が簡単で、装置全体を小型にすることができるとともに、工具の方向変更を含む交換動作を短時間に行うことができる工具交換装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ほぼ水平方向に延びるとともに、横方向に並設された複数の主軸に装着されている工具を、他の複数の工具と同時に交換するようにした工具交換装置において、前記主軸の軸線と直角をなす方向に直線状に配列された複数の工具保持部を備え、複数の工具を各工具保持部に縦方向に配列した状態で前記主軸の軸線及び前記工具保持部の配列方向と直角をなす方向を向くように格納保持する工具マガジンと、前記主軸の軸線と平行な軸線を中心に回転可能に配設され、主軸に対して複数の工具の着脱を行う工具着脱位置と、主軸と工具マガジンとの間で工具の受け渡しを行う工具受け渡し位置とに回転される工具交換アームと、前記工具マガジンの工具保持部の配列方向に沿って移動可能に配設され、前記複数の工具を、前記受け渡し位置と、工具保持部に対応する位置との間で移動させる工具ローダと、水平面，主軸の軸線を通る垂直面，工具マガジン上の工具の軸線を通る垂直面のいずれにも対しても４５度傾斜した一軸線の周りに回動可能に支持され、工具ローダの移動途中で工具の姿勢を工具ローダとともに変更して、複数の工具を、主軸の軸線と平行に延びるとともに横方向に配列した第１の状態と、前記工具マガジン上の工具の延びる方向に向き、縦方向に配列した第２の状態とに方向替えする姿勢変更手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、工具ローダの移動途中で傾斜した一軸線の周りを回動する姿勢変更手段により、工具の向き及び複数の工具の配列方向が変更される。すなわち、工具ローダの回転により、工具の向きが変更され、傾斜した軸線の作用により工具全体が捻られ、工具の配列方向が変更される。しかも、このための構成は、軸線を傾斜させただけであるから、部品点数が増えることはなく、構成が簡単で、装置全体を小型にすることができるとともに、工具の向きの変更と配列方向の変更とを同時に行うことができるため、交換動作を短時間に行うことができる。また、この請求項１に記載の発明では、工具ローダが１２０度回動すれば、工具の向き及び工具の配列方向がそれぞれ９０度変更される。このため、主軸の軸線方向と工具マガジン上の工具の軸線方向、複数の主軸の並設方向と工具マガジンの工具の配列方向がそれぞれ９０度異なる場合、例えば、主軸が水平方向に並設され、工具が工具マガジン上で上下に配列される場合には、きわめて好都合である。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記主軸が工具着脱位置の工具交換アームに対して接近離間する方向に相対移動されるとともに、軸線方向に相対移動されることにより、主軸と工具交換アームとの間で工具の受け渡しが行われるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、主軸が工具交換アームに対して接近離間する方向に相対移動されるとともに、軸線方向に相対移動されることによって、主軸と工具交換アームとの間での工具の受け渡しを容易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記工具交換位置の工具交換アームが工具ローダに対して接近離間する方向に相対移動されることにより、工具交換アームと工具ローダとの間で工具の受け渡しが行われるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、この請求項３に記載の発明によれば、工具交換アームが工具ローダに対して接近離間する方向に相対移動されることによって、工具交換アームと工具ローダとの間での工具の受け渡しを容易かつ確実に行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記姿勢変更手段は、工具マガジンの工具保持部の配列方向に移動可能な移動部材上に回転可能に支持された傾斜回転軸と、その傾斜回転軸を回転させるための回転手段とからなり、前記工具ローダは傾斜回転軸に固定したことを特徴とするものである。
【００１６】
従って、この請求項４に記載の発明によれば、回転手段にて傾斜回転軸が回転されることにより、工具ローダが移動途中で傾斜軸線を中心に回転されて、工具の姿勢が変更される。よって、複数の工具の延長及び配列方向を、簡単な構成で容易かつ短時間に変更することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記工具ローダには、工具マガジンの工具保持部との間で、複数の工具の着脱を行うための着脱手段を付設したことを特徴とするものである。
【００２１】
従って、この請求項５に記載の発明によれば、工具ローダと工具マガジンの工具保持部との間で、複数の工具を容易かつ確実に着脱することができる。
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記工具交換アームから工具ローダに受け渡された使用済みの複数の工具の損傷状態を検出するための工具検出手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
従って、この請求項６に記載の発明によれば、使用済みの複数の工具が工具交換アームから工具ローダに受け渡された時点で、その工具の損傷状態を検出することができて、損傷状態の工具が工具マガジンの工具保持部に格納されるのを抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明を多軸工作機械の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。
【００２４】
図１及び図２に示すように、この実施形態の多軸工作機械では、ベース１１上に移動台１２が複数のガイドレール１３を介してＺ方向へ移動可能に支持され、図示しないモータによりボールネジ等を介して移動されるようになっている。移動台１２上にはコラム１４が一対のガイドレール１５を介してＸ方向へ移動可能に支持され、図示しないモータによりボールネジ等を介して移動されるようになっている。コラム１４には主軸ヘッド１６が一対のガイドロッド１７を介してＹ方向へ移動可能に支持され、図示しないボールネジとモータにより移動されるようになっている。
【００２５】
前記主軸ヘッド１６には複数本（実施形態では４本）の主軸１８が、Ｚ方向に向かって水平に延びるとともにＸ方向に所定間隔をおいた状態で回転可能に並設され、それらの先端には工具１９が着脱可能に装着されている。ベース１１上にはテーブル２０が配設され、そのテーブル２０上にはワーク２１が着脱可能に載置されている。そして、図示しないモータにより主軸１８が回転されて、主軸ヘッド１６が図１に鎖線で示す加工位置に移動された状態で、各工具１９によりワーク２１の複数箇所に所定の加工が同時に行われるようになっている。
【００２６】
前記主軸ヘッド１６の上方に位置するように、ベース１１上には工具交換装置２２が支持フレーム２３を介して配設されている。工具交換装置２２の下部にはシャッタ２４が開閉可能に配設され、前記工具１９によるワーク２１の加工中には、このシャッタ２４が閉じられて、切粉やクーラント等が工具交換装置２２側へ侵入しないようになっている。そして、主軸１８に装着された工具１９を交換する場合には、シャッタ２４が開放されるとともに、主軸ヘッド１６が図１に実線で示す上方の工具交換位置に移動された状態で、工具交換装置２２により複数の工具１９の交換が同時に行われるようになっている。
【００２７】
次に、前記工具交換装置２２の構成について詳細に説明する。図１〜図５に示すように、前記支持フレーム２３上には工具マガジン２７が配設され、その工具マガジン２７にはそれぞれ上方（Ｙ方向）へ向かって開口した状態で複数の縦溝状の工具保持部２８がＺ方向に所定間隔で直線状に配列形成されている。そして、主軸１８に装着される複数の工具１９が各工具ポット２９に装着保持された状態で、各工具保持部２８に着脱可能に取り付けられて、それらの工具１９がＸ方向、すなわち主軸１８の軸線（Ｚ方向）と直角をなす方向に向くとともに、縦（Ｙ）方向に配列した状態で格納保持されるようになっている。
【００２８】
前記主軸ヘッド１６の上方において、支持フレーム２３には、図４に示すように、軸受体３０が一対のガイドロッド３１を介してＹ方向へ昇降移動可能に配設され、シリンダ３２により昇降移動されるようになっている。軸受体３０には、二叉状の工具交換アーム３３が主軸１８の軸線と平行な軸線を中心に回転可能に支持されている。工具交換アーム３３の外周部には、主軸１８から使用済みの複数の工具１９を受け取って後述する工具ローダ３９に受け渡す複数の第１工具把持部３４と、工具ローダ３９から未使用の複数の工具１９を受け取って主軸１８に受け渡す複数の第２工具把持部３５とが、所定の角度θ（実施形態では６０度）を隔てて配設されている。
【００２９】
前記軸受体３０にはモータ３６が支持され、そのモータ軸が工具交換アーム３３に連結されている。そして、このモータ３６により工具交換アーム３３が予め設定された所定角度ずつ割り出し回転されて、主軸１８に対して複数の工具１９の着脱を行う工具着脱位置と、工具マガジン２７との間で工具１９の受け渡しを行う工具受け渡し位置とに順次配置されるようになっている。
【００３０】
図３〜図５に示すように、前記工具マガジン２７の後側において支持フレーム２３上には、立方体状の移動部材３７が水平に配置された一対のガイドレール３８を介して、工具マガジン２７の工具保持部２８の配列方向、すなわちＺ方向へ移動可能に配設されている。移動部材３７には工具ローダ３９が姿勢変更手段としての姿勢変更機構４０を介して姿勢変更可能に支持されている。その移動部材３７には、前記工具ポット２９の両側の係合溝２９ａに係合して、その工具ポット２９を着脱可能に支持するための一対のレール状の支持部３９ａを備えている。
【００３１】
そして、複数の工具１９を保持した工具ポット２９が工具ローダ３９に支持された状態で、移動部材３７が工具ローダ３９とともに図示しないモータによりボールネジ等を介して移動される。これによって、複数の工具１９が工具交換アーム３３に対応する工作機械の正面側位置と、工具マガジン２７上の所定の工具保持部２８に対応する側面側位置との間で移動されるようになっている。また、この工具ローダ３９の移動途中において、姿勢変更機構４０により工具ポット２９が工具ローダ３９とともに姿勢変更される。これによって、工具ポット２９に保持された複数の工具１９が、主軸１８の軸線（Ｚ方向）に向くとともに、横（Ｘ）方向に配列された第１の状態Ｓ１と、主軸１８の軸線と直角をなすＸ方向、すなわち工具マガジン２７に保持された工具１９の延びる方向に向くとともに、縦（Ｙ）方向に配列された第２の状態Ｓ２とに方向替えされるようになっている。
【００３２】
そこで、前記姿勢変更機構４０の構成について詳細に説明する。図３〜図５に示すように、前記移動部材３７の立方体頂点のコーナ部間には傾斜回転軸４１が、機械正面、側面及び平面のいずれの方向から見た場合でも４５度傾斜した軸線を中心にして回転可能に支持されている。すなわち、傾斜回転軸４１は、三次元に傾斜し、水平面、主軸１８の軸線を通る垂直面及びその垂直面のそれぞれに対して４５度傾斜している。移動部材３７には回転手段としてのモータ４２が配設され、このモータ４２により傾斜回転軸４１が回転されるようになっている。
【００３３】
そして、前記工具ローダ３９が傾斜回転軸４１に固定され、傾斜回転軸４１が回転されることにより、工具ローダ３９に支持された工具ポット２９の姿勢が変更されるようになっている。すなわち、傾斜回転軸４１が一方向に１２０度回転されるようになっており、図３〜図５に鎖線で示すように、工具ローダ３９が移動部材３７の正面前方位置に姿勢変更されて、工具ポット２９に保持された複数の工具１９が第１の状態Ｓ１に配置される。また、この状態から傾斜回転軸４１が他方向に１２０度回転されると、同図に実線で示すように、工具ローダ３９が捻られるようにして移動部材３７の側方位置に姿勢変更されて、工具ポット２９上の複数の工具１９が第２の状態Ｓ２に配置されるようになっている。以上のように、傾斜回転軸４１が１２０度回転されると、工具１９の向きが横向きと前向きとの間で９０度変更されるとともに、配列方向が縦方向と横方向との間で変更される。
【００３４】
図５及び図６に示すように、前記工具ローダ３９にはポット着脱手段としてのポット着脱機構４３が付設されている。そして、工具ローダ３９が工具マガジン２７の所定の工具保持部２８と対応する位置に移動された状態で、このポット着脱機構４３により、工具ローダ３９と工具保持部２８との間で、複数の工具１９を保持した工具ポット２９の着脱が行われるようになっている。
【００３５】
すなわち、工具ローダ３９には固定ラック４４が長手（Ｙ）方向に延長配置されるとともに、可動ラック４５がガイドレール４６を介して長手（Ｙ）方向へ移動可能に対応配置されている。両ラック４４，４５間において、ガイドレール４６には支持部材４７が移動可能に支持され、その支持部材４７上には両ラック４４，４５に噛合可能なピニオン４８が回転可能に支持されている。可動ラック４５には係止体４９が突設され、工具ポット２９上の係合部５０に凹凸係合離脱されるようになっている。
【００３６】
前記工具ローダ３９にはシリンダ５１が配設され、そのピストンロッドが支持部材４７に連結されている。そして、図６に示すように、複数の工具１９を保持した工具ポット２９が工具ローダ３９に支持された状態で、シリンダ５１が没入動作されたとき、支持部材４７が下降されるとともに、ピニオン４８と可動ラック４５との噛合を介して可動ラック４５が下降される。そして、この時、ピニオン４８と固定ラック４４との噛合により生じたピニオン４８の回転力により可動ラック４５に対してさらに下降方向への力が作用し、結果として可動ラック４５は支持部材４７よりも大きなストロークで増幅下降される。これにより、図７に示すように、係止体４９と係合部５０との凹凸係合を介して、工具ポット２９が工具ローダ３９から下方に離脱され、工具マガジン２７の工具保持部２８に受け渡されるようになっている。
【００３７】
これに対して、図７に示すように、工具ポット２９が工具マガジン２７の工具保持部２８に保持された状態で、係止体４９が係合部５０に凹凸係合された後、シリンダ５１が突出動作されたとき、支持部材４７が上昇されるとともに、ピニオン４８を介して可動ラック４５が前記とは逆の動作により増幅上昇される。これにより、図６に示すように、工具ポット２９が工具保持部２８から上方に離脱されて、工具ローダ３９に受け渡されるようになっている。
【００３８】
図１及び図３に示すように、前記工具交換アーム３３の近傍において、支持フレーム２３上には工具検出手段としての工具検出センサ５２が配設されている。そして、使用済みの複数の工具１９が工具交換アーム３３から工具ローダ３９上の工具ポット２９に受け渡された後、図１及び図３に鎖線で示すように、工具ローダ３９の移動により複数の工具１９が工具検出センサ５２に近接配置される。この状態で、工具検出センサ５２により、使用済みの複数の工具１９の損傷状態が検出されるようになっている。
【００３９】
前記工具マガジン２７の側端部に隣接するように、ベース１１上にはシュータ５３が立設配置されている。そして、工具検出センサ５２により、工具１９の損傷状態が検出された場合には、その工具１９を保持した工具ポット２９が工具ローダ３９の移動により、工具マガジン２７の各工具保持部２８上を通過して、シュータ５３上まで搬送され、前記ポット着脱機構４３により、シュータ５３内に投入と同時に取り替え要求が出されるようになっている。
【００４０】
次に、前記のように構成された工具交換装置２２の動作を説明する。
なお、ここでは、ワーク２１の加工中には、図４に示すように、工具交換装置２２の工具ローダ３９に未使用の複数の工具１９を保持した工具ポット２９が支持されるとともに、工具交換アーム３３の第１工具把持部３４に主軸１８から取り外された使用済みの複数の工具１９が把持されるものとする。
【００４１】
さて、この工具交換装置２２を備えた多軸工作機械において、複数の主軸１８に所定の工具１９が装着された状態で、それらの工具１９によりワーク２１に加工が施されている間は、シャッタ２４が閉じられて、工具交換装置２２側への切粉やクーラント等の侵入が抑制される。また、このワーク２１の加工途中では、図３〜図５に鎖線で示すように、工具交換装置２２の工具ローダ３９に未使用の複数の工具１９を保持した工具ポット２９が支持されて、その工具１９が主軸１８の軸線と平行に延びるとともに水平方向に配列した第１の状態Ｓ１に配置されている。
【００４２】
さらに、工具交換アーム３３は下降位置にあって、図４に実線で示すように工具交換アーム３３の二叉中心位置Ｑが第１工具交換位置Ｐ１に割り出し回転されて、第２工具把持部３５が工具ローダ３９に対応配置されている。そして、この工具交換アーム３３の第２工具把持部３５は空の状態になっているとともに、第１工具把持部３４には主軸１８から取り外された使用済みの複数の工具１９が把持されている。
【００４３】
この状態で、工具交換装置２２の動作が開始されると、シリンダ３２により工具交換アーム３３が工具ローダ３９に対して接近する方向へ上昇移動されて、工具ローダ３９に支持されている未使用の複数の工具１９が第２工具把持部３５に係合される。その後、工具ローダ３９と一体の移動部材３７が図３の左側方に後退移動されることにより、図８に示すように、各工具１９が工具ローダ３９上の工具ポット２９から抜き取られて、第２工具把持部３５に一斉に受け渡される。
【００４４】
続いて、図９に示すように、モータ３６により工具交換アーム３３の中心位置Ｑが第１工具交換位置Ｐ１から第２工具交換位置Ｐ２に反時計方向へ６０度割り出し回転され、第１工具把持部３４が工具ローダ３９に対応配置される。この状態で、工具ローダ３９が上記動作と反対の図９の紙面手前側に前進移動されることにより、第１工具把持部３４に把持されている使用済みの複数の工具１９が工具ローダ３９上の工具ポット２９に嵌挿される。その後、シリンダ３２により工具交換アーム３３が工具ローダ３９に対して離間する方向へ下降移動されて、各工具１９が第１工具把持部３４から工具ローダ３９に受け渡される。
【００４５】
このように、工具ローダ３９に使用済みの工具１９が受け渡されると、工具ローダ３９がさらに前進移動され、図３に鎖線で示すように、各工具１９が工具検出センサ５２に近接配置されて、その工具検出センサ５２により各工具１９の損傷状態が検出される。その後、工具ローダ３９が図３の左側方に後退移動が開始され、その工具ローダ３９上に支持された使用済みの工具１９が、工具マガジン２７の所定の工具保持部２８と対応する位置まで移送される。なお、このとき、前記工具検出センサ５２により、損傷状態が検出された工具１９については、シュータ５３と対応する位置まで移送される。
【００４６】
そして、この工具ローダ３９の後退移動途中において、姿勢変更機構４０のモータ４２により傾斜回転軸４１が回転され、工具ローダ３９が移動部材３７の正面前方位置から側方位置に姿勢変更される。これにより、図３〜図５に実線で示すように、工具ローダ３９に支持されている複数の工具１９が前記第１の状態Ｓ１から、第２の状態Ｓ２に方向替えされる。
【００４７】
このように、方向替えされた使用済みの工具１９が工具マガジン２７の所定の工具保持部２８、またはシュータ５３と対応する位置まで移送されると、ポット着脱機構４３のシリンダ５１が没入動作される。これにより、図７に示すように、ポット着脱機構４３を介して工具ポット２９が工具ローダ３９から下方に離脱移動され、その工具ポット２９に保持された使用済みの工具１９が工具マガジン２７の工具保持部２８またはシュータ５３に受け渡される。
【００４８】
続いて、工具ローダ３９が所定の工具を格納した工具保持部２８と対応する位置まで移動される。そして、この位置において図７に示すように、係止体４９が係合部５０に凹凸係合された後、ポット着脱機構４３のシリンダ５１が突出動作される。これにより、図６に示すように、ポット着脱機構４３を介して工具ポット２９が工具保持部２８から上方に抜き取られ、その工具ポット２９に保持された未使用の工具１９が工具ローダ３９に受け渡される。
【００４９】
その後、工具ローダ３９が図３の右側方に前進移動され、その工具ローダ３９に支持された未使用の工具１９が工具交換アーム３３と対応する位置まで移送される。そして、この工具ローダ３９の前進移動途中において、姿勢変更機構４０により工具ローダ３９が移動部材３７の側方位置から正面前方位置に姿勢変更されて、その工具ローダ３９上の複数の工具１９が第２の状態Ｓ２から第１の状態Ｓ１に方向替えされ、前記工具交換装置２２の動作開始時の状態に戻る。
【００５０】
一方、前記のように工具交換アーム３３の中心位置Ｑが第２工具交換位置Ｐ２に割り出し回転された状態で、第１工具把持部３４から工具ローダ３９への使用済みの工具１９の受け渡しが終了した後は、モータ３６により工具交換アーム３３が原位置（第１工具交換位置Ｐ１）に戻されて、ワーク２１の加工終了が待たれる。そして、加工が終了すると、シャッタ２４が開かれるとともに、主軸ヘッド１６が図１及び図４に実線で示す上方の工具交換位置に移動配置される。
【００５１】
それとともに、図１０に示すように、工具交換アーム３３の中心位置Ｑが第１工具交換位置Ｐ１から第１工具着脱位置Ｐ３に時計方向へ割り出し回転されて、空の状態の第１工具把持部３４が主軸ヘッド１６上の主軸１８に対応配置される。その後、主軸ヘッド１６が工具交換アーム３３に接近する方向へ上昇移動されて、各主軸１８に装着された使用済みの各工具１９が第１工具把持部３４に係合される。この状態で、各主軸１８が主軸ヘッド１６とともに軸線方向へ後退移動され、各工具１９が主軸１８から抜き取られて、第１工具把持部３４に受け渡される。
【００５２】
続いて、図１１に示すように、モータ３６により工具交換アーム３３の中心位置Ｑが第１工具着脱位置Ｐ３から第２工具着脱位置Ｐ４に時計方向へ割り出し回転されて、未使用の工具１９を把持した第２工具把持部３５が主軸ヘッド１６上の主軸１８に対応配置される。この状態で、各主軸１８が主軸ヘッド１６とともに軸線方向へ前進移動され、第２工具把持部３５上の各工具１９が主軸１８に装着される。そして、主軸ヘッド１６が工具交換アーム３３から離間する方向へ下降移動されて、各工具１９が第２工具把持部３５から主軸１８に受け渡される。
【００５３】
その後、モータ３６により工具交換アーム３３が第２工具着脱位置Ｐ４から第２工具交換位置Ｐ２に時計方向へ割り出し回転され、第１及び第２工具把持部３４，３５が主軸ヘッド１６と対応する位置から退避される。この状態で、シャッタ２４が閉じられるとともに、主軸１８が起動されてワーク２１の加工が開始される。そして、モータ３６により工具交換アーム３３が第２工具交換位置Ｐ２から第１工具交換位置Ｐ１に時計方向へ割り出し回転されて、前記工具交換装置２２の動作開始時の状態に戻る。
【００５４】
以上のように、工具交換装置２２により、主軸１８に装着された複数の工具１９が他の工具１９と順に交換されながら、ワーク２１に対する加工が連続的に行われる。この場合、ワーク２１上で加工を必要としない箇所が存在するときには、工具ポット２９上の対応位置に図示しないダミーホルダが予め取り付けられ、このダミーホルダが工具交換に際して工具ポット２９上の他の工具１９とともに、主軸１８に装着されるようになっている。このため、加工を必要としない箇所における主軸１８のスピンドル内に、切粉やクーラント等が侵入するおそれはなく、後工程の工具交換を支障なく行うことができる。
【００５５】
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２２においては、ほぼ水平方向に延びるとともに、横方向に並設された複数の主軸１８に装着されている工具１９が、工具交換アーム３３により他の複数の工具１９と同時に交換されるようになっている。複数の工具１９は工具ポット２９に保持された状態で、工具マガジン２７の各工具保持部２８に、主軸１８の軸線（Ｚ方向）に対して直角をなすＸ方向に向くとともに、縦（Ｙ）方向に配列されるように格納保持されている。工具交換アーム３３と工具マガジン２７の各工具保持部２８との間では、工具ローダ３９の移動により複数の工具１９が工具ポット２９に保持された状態で移送される。この工具ローダ３９の移動途中で、姿勢変更機構４０により工具ポット２９の姿勢が変更され、工具ポット２９に保持された複数の工具１９が、主軸１８の軸線（Ｚ方向）と平行に延びるとともに横（Ｘ）方向に配列した第１の状態Ｓ１と、主軸１８の軸線と交差する方向に向くとともに縦（Ｙ）方向に配列した第２の状態Ｓ２とに方向替えされるようになっている。このため、工具１９の追加及び配列方向を変更する構成が簡単で、装置全体を小型にすることができる。また、工具ローダ３９の移動途中で、複数の工具１９の配列方向を変更することができて、工具１９の方向変更を含む交換動作を短時間に行うことができる。
【００５６】
（２）この工具交換装置２２においては、前記工具交換アーム３３が、主軸１８から使用済みの複数の工具１９を受け取って工具ローダ３９に受け渡すための複数の第１工具把持部３４と、工具ローダ３９から未使用の複数の工具１９を受け取って主軸１８に受け渡すための複数の第２工具把持部３５とを備えている。このため、工具交換アーム３３を大きく回転させることなく、主軸１８と工具交換アーム３３との間での工具１９の相互受け渡し、及び工具交換アーム３３と工具ローダ３９との間での工具１９の相互受け渡しを、容易かつ短時間に行うことができる。
【００５７】
（３）この工具交換装置２２においては、前記主軸１８が工具着脱位置Ｐ３，Ｐ４の工具交換アーム３３に対して接近離間する方向に移動されるとともに、軸線方向に移動されることにより、主軸１８と工具交換アーム３３との間で工具１９の受け渡しが行われるようになっている。このため、主軸１８が工具交換アーム３３に対して接近離間する方向に移動されるとともに、軸線方向に移動されることによって、主軸１８と工具交換アーム３３との間での工具１９の受け渡しを容易かつ確実に行うことができる。
【００５８】
（４）この工具交換装置２２においては、工具交換位置Ｐ１，Ｐ２の工具交換アーム３３が工具ローダ３９に対して接近離間する方向に移動されることにより、工具交換アーム３３と工具ローダ３９との間で工具１９の受け渡しが行われるようになっている。このため、工具交換アーム３３が工具ローダ３９に対して接近離間する方向に移動されることによって、工具交換アーム３３と工具ローダ３９との間での工具１９の受け渡しを容易かつ確実に行うことができる。
【００５９】
（５）この工具交換装置２２においては、前記姿勢変更機構４０が、工具マガジン２７の工具保持部２８の配列方向に移動可能な移動部材３７上に回転可能に支持された傾斜回転軸４１と、その傾斜回転軸４１を回転させるためのモータ４２とから構成されている。そして、工具ローダ３９が傾斜回転軸４１に固定されている。このため、モータ４２にて傾斜回転軸４１が回転されることにより、工具ローダ３９が移動途中で傾斜軸線を中心に回転されて、工具ポット２９の姿勢が変更される。よって、工具ポット２９に保持された複数の工具１９の配列方向を、簡単な構成で容易かつ短時間に変更することができる。すなわち、傾斜回転軸４１の作用により、工具１９の向きが主軸１８の軸線に沿う方向と、そこから９０度離隔する方向とに変更される。これと同時に、工具１９の配列方向が上下方向と、水平方向とに変更される。従って、回転軸４１を傾斜させただけの構成で、２つの動作を同時に行わせることができ、その構成がきわめて簡単である。
【００６０】
（６）この工具交換装置２２においては、前記工具ローダ３９に、工具マガジン２７の工具保持部２８との間で、複数の工具１９を保持した工具ポット２９の着脱を行うためのポット着脱機構４３が付設されている。このため、工具ローダ３９と工具マガジン２７の工具保持部２８との間で、複数の工具１９を保持した工具ポット２９を容易かつ確実に着脱することができる。
【００６１】
（７）この工具交換装置２２においては、前記工具交換アーム３３から工具ローダ３９に受け渡された使用済みの複数の工具１９の損傷状態を検出するための工具検出センサ５２が設けられている。このため、使用済みの複数の工具１９が工具交換アーム３３から工具ローダ３９に受け渡された時点で、その工具１９の損傷状態を検出することができて、損傷状態の工具１９が工具マガジン２７の工具保持部２８に格納されるのを抑制することができる。
【００６２】
（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、工具交換アーム３３側が主軸１８に対して接近離間する方向に移動されるとともに、主軸１８の軸線方向に移動されることにより、主軸１８と工具交換アーム３３との間で工具１９の受け渡しが行われるように構成してもよい。
【００６３】
・  前記実施形態において、工具ローダ３９側が工具交換アーム３３に対して上下方向（Ｙ方向）において接近離間する方向に移動されることにより、工具交換アーム３３と工具ローダ３９との間で工具１９の受け渡しが行われるように構成してもよい。
【００６４】
・  前記実施形態において、主軸ヘッド１６に３本または５本以上の複数の主軸１８を設け、それらの主軸１８に対して相当数の工具１９を同時に工具交換するように構成してもよい。
【００６５】
このように構成した場合でも、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施形態の工具交換装置を備えた工作機械を示す側面図。
【図２】  図１の工作機械の正面図。
【図３】  図１の工具交換装置を拡大して示す要部側面図。
【図４】  図３の工具交換装置の要部正面図。
【図５】  図３の工具交換装置の要部平面図。
【図６】  図３の６−６線における要部拡大断面図。
【図７】  図６の構成の動作状態を示す要部断面図。
【図８】  工具が第２工具把持部に受け渡された状態を示す一部側面図。
【図９】  工具交換アームが第２交換位置に配置された状態を示す一部正面図。
【図１０】  工具交換アームが第３交換位置に配置された状態を示す一部正面図。
【図１１】  工具交換アームが第４交換位置に配置された状態を示す一部正面図。
【符号の説明】
１６…主軸ヘッド、１８…主軸、１９…工具、２１…ワーク、２２…工具交換装置、２７…工具マガジン、２８…工具保持部、２９…工具ポット、３２…シリンダ、３３…工具交換アーム、３４…第１工具把持部、３５…第２工具把持部、３６…モータ、３７…移動部材、３９…工具ローダ、４０…姿勢変更手段としての姿勢変更機構、４１…傾斜回転軸、４２…回転手段としてのモータ、４３…ポット着脱手段としてのポット着脱機構、５２…工具検出手段としての工具検出センサ、Ｐ１…第１工具交換位置、Ｐ２…第２工具交換位置、Ｐ３…第１工具着脱位置、Ｐ４…第２工具着脱位置、Ｓ１…第１の状態、Ｓ２…第２の状態。
【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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