(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉せず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、
加工エリア内に主軸と円板状工具マガジンが干渉する干渉エリアを設定する設定手段と、工具交換に際して、主軸が干渉エリア内にあるか否かを判定する干渉判定手段と、主軸が干渉エリア内にあると判定されたときは主軸を工具交換開始位置へ移動させた後に円板状工具マガジンの割出し指令を行い、主軸が干渉エリア内にないと判定されたときは主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行う制御手段、とを備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動工具交換装置において、主軸に保持された工具の有無を判定する工具有無判定手段を備え、前記制御手段は、主軸に工具が保持されていないと判定されたときは、干渉判定手段の判定結果にかかわらず主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行うようにしたことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項３】
円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉ぜず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段が備えられていることを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項４】
前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段が、工作機械の不動部材に取り付けられ鉛直方向に伸びたレール部材と、前記レール部材に案内されるガイド部材と、前記ガイド部材に取り付けられたナットと、前記ナットに係合し、前記不動部材に回転可能に支持されたねじ部材と、前記ガイド部材もしくは前記ナットに取付けられたブラケットとより構成され、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンが前記ブラケットに旋回可能に取付けられていることを特徴とする請求項３記載の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工具交換時間を短縮し、機構が簡素化できる工作機械の自動工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工具交換アームを用いることなく、加工エリアの上方に設けられた円板状の工具マガジンに対して、主軸が移動することにより、工具交換を行うようにした自動工具交換装置において、工具交換時間短縮のために、前記円板状の工具マガジンをその一部が加工エリア内に入るように配置して、加工エリア内で工具交換を行うようにすると共に、加工時の主軸と工具マガジンとの干渉を防止するために工具マガジンの一部に切り欠きを設け、加工時には、前記切り欠き部が前記加工エリアに入る位置となるような工具マガジンの割出し位置を採るようにした自動工具交換装置は既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記自動工具交換装置においては、工具マガジンの割出しの際は、工具マガジンの一部が加工エリア内に位置するので、主軸と工具マガジンとの干渉を防止するため、主軸と工具マガジンが干渉しない工具交換開始位置へ主軸を位置決めした後、工具マガジンの割出しを行なわなげればならず、工具交換時間が長くなるという問題がある。
また、加工エリアと干渉する位置に工具マガジンが設置されているので、工作機械のメンテナンス及び工具マガジンのメンテナンスの際の作業性が悪く、例えば、工具マガジンのメンテナンスにおいても、工作機械のカバー等多くの部品の分解が必要となり、これらメンテナンスを考慮すると設計時の制約事項が多くなり工作機械及び工具マガジンの設計の自由度が失われるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記従来技術の問題点を解決するため、本発明の自動工具交換装置は、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉せず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、
加工エリア内に主軸と円板状工具マガジンが干渉する干渉エリアを設定する設定手段と、工具交換に際して、主軸が干渉エリア内にあるか否かを判定する干渉判定手段と、主軸が干渉エリア内にあると判定されたときは主軸を工具交換開始位置へ移動させた後に円板状工具マガジンの割出し指令を行い、主軸が干渉エリア内にないと判定されたときは主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行う制御手段、とを備えたことを特徴としている。
【０００５】
更に、本発明の自動工具交換装置は、前記特徴に加えて、主軸に保持された工具の有無を判定する工具有無判定手段を備え、前記制御手段は、主軸に工具が保持されていないと判定されたときは、干渉判定手段の判定結果にかかわらず主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行うようにしたことを特徴としている。
【０００６】
更に、本発明の自動工具交換装置は、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉せず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段が備えられていることを特徴としているものである。
【０００７】
更に、本発明の自動工具交換装置は、前記各特徴に加えて、前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段が、工作機械の不動部材に取り付けられ鉛直方向に伸びたレール部材と、前記レール部材に案内されるガイド部材と、前記ガイド部材に取り付けられたナットと、前記ナットに係合し、前記不動部材に回転可能に支持されたねじ部材と、前記ガイド部材もしくは前記ナットに取付けられたブラケットとより構成され、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンが前記ブラケットに旋回可能に取付けられていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の自動工具交換装置は、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉せず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、加工エリア内に主軸と円板状工具マガジンが干渉する干渉エリアを設定する設定手段と、工具交換に際して、主軸が干渉エリア内にあるか否かを判定する干渉判定手段と、主軸が干渉エリア内にあると判定されたときは主軸を工具交換開始位置へ移動させた後に円板状工具マガジンの割出し指令を行い、主軸が干渉エリア内にないと判定されたときは主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行う制御手段、とを備えているので、加工終了時の主軸位置に関係なく自動的に、安全、迅速な工具交換作動ができ、工具交換時間を短縮することができる。
【０００９】
更に、本発明の自動工具交換装置は、前記特徴に加えて、主軸に保持された工具の有無を判定する工具有無判定手段を備え、前記制御手段は、主軸に工具が保持されていないと判定されたときは、干渉判定手段の判定結果にかかわらず主軸の工具交換開始位置への移動と円板状工具マガジンの割出しを同時に行うようにしたので、工具主軸に工具が固定されていない場合にも自動的に、安全に、迅速な工具交換作動ができ、工具交換時間をさらに短縮することができる。
【００１０】
更に、本発明の自動工具交換装置は、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉せず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段が備えられているので、円板上工具マガジンのみ上方へ移動させてメンテナンスを行うことができる。
【００１１】
更に、本発明の前記円板状工具マガジンを上方へ移動可能とする手段を、工作機械の不動部材に取り付けられ鉛直方向に伸びたレール部材と、前記レール部材に案内されるガイド部材と、前記ガイド部材に取り付けられたナットと、前記ナットに係合し、前記不動部材に回転可能に支持されたねじ部材と、前記ガイド部材もしくは前記ナットに取付けられたブラケットとより構成し、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンが前記ブラケットに旋回可能に取付けられていることにより、簡潔な構造により工作機械全体のカバーから円板状工具マガジンのみを作動位置から、上方へ移動させて工具マガジンのメンテナンス作業を行うことができる。その際、円板状工具マガジン部分のみに取り外し自在カバーを設けることにより、より容易にメンテナンス作業をすることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の実施例を図１〜図４について説明する。
本発明の自動工具交換装置を備えた工作機械の基本構成は、図１〜図３に示されるように、ベッド１上の図１における左右方向（Ｘ軸方向）にコラム２が摺動自在に設けられ、コラム２の垂直方向（Ｙ軸方向）に工具主軸頭４を支持する主軸サドル３が摺動自在に支持され、主軸サドル３の水平前後方向すなわち図１の紙面に垂直方向（Ｚ軸方向）に工具主軸頭４が前後方向に摺動自在に支持されている。なお、図１の正面図では、コラム２の前面側は、その両側に取付けられた巻取式カバー２２により覆われておりコラム２の形状は明確になっていない。ベッド１の前方部のテーブル上に固定される工作物に対して、主軸頭４に回転自在に支持された主軸の先端に固定された工具を、コラム２により左右方向（Ｘ軸方向）に、主軸サドル３により垂直方向（Ｙ軸方向）に、主軸頭４により前後方向（Ｚ軸方向）に制御移動させながら加工を行うものである。
【００１３】
一方、工具マガジン６が主軸頭４の前方上方に設けられており、主軸と工具マガジン６との間で直接工具交換を行うように構成されている。すなわち、ベッド１の左端には、コラム２の直前部に、ベッド１から直接立設された工具マガジンを支持するための支持柱５が設けられており、該支持柱５にはその内側に垂直方向にガイドレール１０が設けられ、該ガイドレール１０に係合する２つのリニヤガイド１１を固定した支持ブラケット１２が支持されており、該支持ブラケット１２に工具マガジン６が旋回割出し可能に支持されている。該ガイドレール１０の両端に設けられたブラケット１３間には角ねじ棒１４が支持されており、該角ねじ棒１４に前記支持ブラケット１２に取り付けられたナット１５が螺合されているので、角ねじ棒１４の端部のハンドル取付部１４´にハンドルを嵌合して角ねじ棒１４を回転することにより前記支持ブラケット１２に支持されている工具マガジン６を上下方向に移動することができる。
【００１４】
工具マガジン６を含めた工作機械全体は全体カバー２０により覆われている。そして、工具マガジン６の前面部と上方部は別途に取り外し自在に設けられた工具マガジン用取外し自在カバー２１により覆われている。工具マガジン用取外し自在カバー２１は図２に示しように工具マガジン６の前面上方部と上面部を覆うようになっており、全体カバー２０に取外し自在に取付けられている。
したがって、工作機械の作動中は全体カバー２０、取外し自在カバー２１により完全にカバーされており、また、工具マガジン６のメンテナンスや、工具のメンテナンス等必要がある場合には、取外し自在カバー２１を取り外し、ハンドルにより角ねじ棒１４を回転して円板状工具マガジン６を上昇させ（図１の２点鎖線の状態）て、メンテナンス等の作業を容易に行うことができる。
【００１５】
工具マガジン６は、外周に複数の工具を保持するための工具把持部８を設けた円板状をなし、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、その切り欠き部にはカバ−７が設けられている。工具把持部８は固定爪及び可動爪より構成され、その先端は法線方向外側に向かって解放された形状をしている。図３には、その円板状工具マガジン６と主軸頭４の配置関係が示されている。工具主軸を回転自在に支持する主軸頭４は、工作機械のベッド１の上方で４隅に書かれた範囲内で移動可能である。すなわち図３の主軸頭４（イ）、４（ロ）、４（ハ）、４（ニ）で示される範囲内が工作物の加工領域である。そして工具マガジン６の位置は工作物加工中の待機状態（工具マガジンの原点）を示しており、その切り欠き部に取付けられたカバー７が下方を向いており、加工領域が広く取れるように配置されていると共に、加工中に切屑、クーラント等がカバー７により工具マガジン内に入らないようになっている。図３における主軸頭４（ホ）の位置は中心でありプログラム上の原点を表し、４（ヘ）は工具交換を行うための工具交換開始位置を示しており、工具交換が行われるのは４（ニ）の工具主軸位置である。
【００１６】
次に、本発明の実施例の工具交換サイクルを図４のフローチャートに基づいて説明する。
工具交換には、加工が終了した工具主軸頭４を工具交換開始位置４（へ）に移動させて待機し、工具マガジン６の空の工具把持部８を割出す必要がある。その場合、例えば加工を終了した状態の工具主軸の位置が４（ニ）の位置にあった場合には、その位置で工具マガジン６を旋回すると主軸と干渉して破損することになる。
【００１７】
そこで本発明では、工具交換処理３０がスタートすると、ステップ３１で工具主軸上に工具があるか否かを判定し、工具が主軸上にない場合には干渉する恐れがないので、主軸頭４の位置にかかわりなく、いきなり主軸の工具交換開始位置４（ヘ）への移動指令と、工具マガジンの割出指令３７を出す。工具主軸に工具がある場合にはステップ３２へ進み、主軸の現在位置が干渉エリア内にあるか否かを判定し、干渉エリア内にない場合には前記と同様に、主軸の工具交換開始位置４（ヘ）への移動指令と、工具マガジンの割出指令３７を出す。工具主軸と工具マガジンとが干渉しないエリアは図３の斜線で示された範囲であり、上限の主軸位置４（ホ）と４（ヘ）を結ぶ傾斜線（干渉エリア境界線）９は、例えば、加工領域をＸ軸方向ストローク５００ｍｍ｛４（イ）の位置と４（ロ）の位置の間の距離＝５００ｍｍ｝、Ｙ軸方向ストローク５００ｍｍ｛４（ロ）の位置と４（ヘ）の位置の間の距離＝５００ｍｍ｝とし、プログラム原点｛４（ホ）の位置｝とすると、式（Ｙ＝−０．５Ｘ＋１２５）で表わすことができるので、式（Ｙ＞−０．５Ｘ＋１２５）を満たせば干渉エリア内にあると判定できる。そこで、式（Ｙ＞−０．５Ｘ＋１２５）を干渉エリアとして設定手段に設定しておき、干渉判定手段で主軸の現在位置を入力して干渉エリア内にあるか否かを判定する。
工具主軸が干渉エリア内にある場合にはステップ３３へ進み主軸移動指令のみ出して工具主軸を工具交換開始位置４（ヘ）へ移動させる。工具主軸の工具交換開始位置４（ヘ）への移動が終わった状態でステップ３４へ進み、工具マガジンの割出指令を出し、次の工具交換に必要な工具把持部８（通常、主軸頭４に工具が存在しているのでその工具を収納するための空の工具把持部である）が工具交換位置４（ニ）へ来るように工具マガジン６を旋回割出しする。
【００１８】
工具交換の準備ができた状態でステップ３５へ進み工具交換指令が出され、工具交換作動が行われる。工具交換動作は、まず、主軸を上昇させて工具のフランジ部を工具マガジン６の空の工具把持部８に外方から挿入し工具把持爪により把持させる。その状態で主軸のドローボルトを解除して工具の主軸への固定を解除し、その後主軸を後退（Ｚ軸方向）させる。次に、工具マガジン６を旋回し、次の加工に使用する工具を工具主軸と整列する工具交換位置に割出し、工具主軸を前進して工具を主軸先端部の孔内に挿入し、ドローボルトにより主軸内に固定し、主軸頭４を下降させて、工具のフランジ部を工具マガジン６の工具把持爪の外方へ解放する。主軸が工具交換開始位置４（ヘ）へ戻るとステップ３６へ進み、工具マガジン６を原位置（図３の状態）へ旋回復帰させ、工具交換動作を終了し、次の加工作業へ移る。
なお、主軸先端の孔から工具を挿入、離脱するための前記主軸頭４のＺ軸方向の移動に代えて、円板状工具マガジンをＺ軸方向に移動するようにすることもできる。
【００１９】
以上のように、本発明においては、加工が終了して次の工具の交換を行う場合に、工具主軸に工具があるか否かを判定し、ない場合には主軸の工具交換開始位置への移動と、工具マガジンの旋回割出しとを同時に行うようにし、また、工具の現在位置が干渉エリア内にあるか否かを判定し、該干渉エリア内にない場合には主軸の工具交換開始位置への移動と、工具マガジンの旋回割出しとを同時に行うことができるので、工具交換時間を短縮することができるものである。
なお、上記２つの判定手段はそれぞれ独立しており、工具主軸上に工具があっても、主軸頭４が干渉エリア外にある場合には安全性が確保されているので、工具有無の判定手段を省略することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の自動工具交換装置は、円周方向の一部に切り欠き部が設けられ、外周に複数の工具を保持した円板状工具マガジンを有し、該円板状工具マガジンを所定の角度位置（工具マガジン原点）に位置決めしたときは、切り欠き部により円板状工具マガジンは加工エリア内に干渉ぜず、円板状工具マガジンを旋回させると工具が加工エリア内に入る工具マガジンの旋回動作と主軸のＸ軸方向及びＹ軸方向移動と工具マガジンと主軸の相対的なＺ軸方向移動により工具交換を行う自動工具交換装置において、
加工が終了して次の工具の交換を行う場合に、工具主軸の現在位置が工具マガジンと干渉するエリア内にあるか否かを判定し、該干渉エリア内にない場合には主軸の工具交換開始位置への移動と、工具マガジンの旋回割出しとを同時に行うことができるので、工具交換時間を短縮することができるものである。
また、工具主軸上に工具があるか否かを判定して、工具がない場合には工具マガジンと干渉する恐れがないので、主軸の工具交換開始位置への移動と、工具マガジンの旋回割出しとを同時に行うようにしたで、さらに工具交換時間を短縮することができるものである。
【００２１】
更に、本発明の自動工具交換装置は、円板状工具マガジンを上方へ移動可能に設たことにより、工具マガジンのメンテナンスや、工具のメンテナンス等必要がある場合には、取外し自在カバーを取り外し、ハンドルにより角ねじ棒を回転して円板状工具マガジンを上昇させて、メンテナンス等の作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動工具交換装置を備えた横形工作機械の正面図。
【図２】本発明による自動工具交換装置を備えた横形工作機械の側面図。
【図３】本発明による自動工具交換装置の工具交換位置を示す正面図。
【図４】本発明による自動工具交換装置の工具交換処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１：    ベッド
２：    コラム
３：    主軸サドル
４：    主軸頭
４（ホ）：    主軸頭の原点
４（ヘ）：    主軸頭の工具交換開始位置
４（ニ）：    主軸頭の工具交換位置
５：    支柱
６：    円板状工具マガジン
８：    工具把持部
９：    干渉エリア境界線
１０：  レール
１２：  工具マガジン支持ブラケット
１４：  角ねじ棒
【図１】
0003883027.tif 000002
【図２】
0003883027.tif 000003
【図３】
0003883027.tif 000004
【図４】
0003883027.tif 000005