(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に自動工具交換装置を介して供給する工具を収納する工具収納部がマトリックス形に配列されたマトリックス形工具マガジンにおいて、
工具マガジン本体に沿って移動し指定された工具収納部の工具の取り出しおよび返却を行い工具を前記自動工具交換装置との間で受け渡す工具搬送装置と、
新たに使用する工具および不要の工具について工具マガジンに対する搬出入の段取りを行うための工具段取り部を備え、
前記工具段取り部は、工具を着脱可能に保持する工具保持手段を有する移動体と、
段取り部内の所定の段取り位置と工具を前記搬送装置に受け渡すための段取り部外の受渡し位置との間で前記移動体を往復させる搬送手段と、
前記段取り位置にある移動体上の工具に向けてノズルから洗浄媒体を噴出する自動洗浄手段と、
を具備することを特徴とするマトリックス形工具マガジン。
【請求項２】
前記自動洗浄手段は、ノズルから噴出させる洗浄媒体を切削油剤または圧縮空気の一方に選択的に切り換えられる洗浄媒体回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス形工具マガジン。
【請求項３】
前記洗浄自動手段は、切削油剤の供給タンクを工作機械と共用するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマトリックス形工具マガジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリックス形工具マガジンに係り、特に、工具を洗浄する機能をもった工具段取り部を備えたマトリックス形工具マガジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具マガジンの種類には、大きく分けるとチェーン型工具マガジンとマトリックス型工具マガジンとがある。
【０００３】
チェーン型工具マガジンは、多数の工具ポットをチェーンで無端状に繋ぎ、このチェーンをスプロケットに巻き掛け、スプロケットをモータにより駆動し工具ポットを移動させるようにしたものである。
【０００４】
この種のチェーン型工具マガジンでは、工具ポットがチェーンで無端状につながっている構造から、ＮＣ装置から指令された一本の工具を自動工具交換装置のチェンジャと受け渡す位置まで搬送するにも、工具マガジン内の全ての工具を移動させなければならない。交換する工具は一本にもかかわらず、収納工具全体の移動が必然的に伴うため、動力の浪費につながるばかりでなく、工具選択動作と工具返却動作に必要な時間が長くなる。とりわけ、多品種の部品加工に対応するために数百本もの工具を収納する工具マガジンでは、工具選択、返却動作にだけで数10秒もかかる場合があり、機械稼働率低下につながる。
【０００５】
これに対して、マトリックス型工具マガジンは、工具搬送装置が特定の工具ポットに直接アクセスできるため、工具選択動作と返却動作の高速化を実現できる利点がある。このようなマトリックス型工具マガジンの従来例としては、特公平４−６４９２号公報、特開平１０−１２８６３７号公報等を挙げることができる。
【０００６】
この種のマトリックス形工具マガジンでは、工具マガジンへ装填する工具の段取りを行うための工具段取り部が付属している。この段取り部は、マシニングセンタでの加工が終了して不要となった工具を外に搬出したり、逆に新たに必要となった工具を工具マガジンへ搬入するためのいわば出入口である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマトリックス形工具マガジンにあっては、不要となった工具は、段取り部までは搬送ロボットなどの搬送装置によって運ばれるが、その後は、作業員が手作業で段取り部から取り出している。取り出した不要工具には、その刃先や工具ホルダに切屑や切削油剤が付着して汚れているため、切屑を取り除いたり、切削油剤を拭き取る作業を別途行っている。
【０００８】
これらの工具清掃は、従来は専ら手作業で行われている。作業員にとっては、ただでさえ重い工具を取り扱う作業が大変な上に、場合によっては刃先にからまった切屑を取り除くときに指にけがをしたり、切削油剤の処理中に廃油で衣服やからだが汚れることがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、工具マガジンの工具段取り部における工具清掃作業を自動化し、快適で安全な作業環境を提供できるようにしたマトリックス形工具マガジンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、工作機械の主軸に自動工具交換装置を介して供給する工具を収納する工具収納部がマトリックス形に配列されたマトリックス形工具マガジンにおいて、工具マガジン本体に沿って移動し指定された工具収納部の工具の取り出しおよび返却を行い工具を前記自動工具交換装置との間で受け渡す工具搬送装置と、新たに使用する工具および不要の工具について工具マガジンに対する搬出入の段取りを行うための工具段取り部を備え、前記工具段取り部は、工具を着脱可能に保持する工具保持手段を有する移動体と、段取り部内の所定の段取り位置と工具を前記搬送装置に受け渡すための段取り部外の受渡し位置との間で前記移動体を往復させる搬送手段と、前記段取り位置にある移動体上の工具に向けてノズルから洗浄媒体を噴出する自動洗浄手段と、を具備することを特徴としている。
【００１１】
また請求項２に記載した発明は、前記自動洗浄手段がノズルから噴出させる洗浄媒体を切削油剤または圧縮空気の一方に選択的に切り換えられる洗浄媒体回路を備えることを特徴としている。
【００１２】
前記洗浄自動手段は、請求項３に記載したように、切削油剤の供給タンクを工作機械と共用するようにしたことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるマトリックス形工具マガジンの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態によるマトリックス形工具マガジン全体を示す正面図、図２は同マトリックス工具マガジンの平面図である。この図１、図２は、横形のマシニングセンタに本発明を適用した実施の形態を示し、１が工作機械、２が自動工具交換装置（ＡＴＣ）である。ＡＴＣ２が工作機械１の主軸３に供給する工具を貯蔵している工具マガジン４は、工作機械１の側面側に配置されている。
【００１５】
マシニングセンタにおける座標系は、主軸３の軸線方向をＺ軸とし、これに直交して直交座標系をなす各方向をＸ軸、Ｙ軸としている。＋Ｘ軸方向が工具マガジン４の前方である。図１では、工具マガジン４を後側、すなわち−Ｘ軸方向にみている。
【００１６】
図２において、マシニングセンタの主軸頭１０に配置されている主軸３には、その先端部の工具装着部に装着される工具６をクランプ、アンクランプするための公知のコレット引っ張り機構方式の工具クランプ・アンクランプ機構が内蔵されている。ＡＴＣ２は、ツインアームタイプの交換アーム５の両端部で工具を把持し、旋回動作および軸方向への進退移動動作を組み合わせて主軸交換位置Ｐ1 にある主軸３と、待機位置Ｐ２で待機している工具キャリア１２との間の工具６の受け渡しを行う。この工具キャリア１２は、工具６を着脱自在に把持する把持機構を内蔵しているものである。１４は、工具キャリア１２を中継位置Ｐ3から 待機位置Ｐ2の間を移動させる中継装置である。本発明の工具マガジンでは、工 具マガジンに格納されている工具６は、工具キャリア１２に入れられた状態でそれぞれ工具６について指定されている格納位置と中継位置Ｐ３の間を搬送される。この搬送を行うのが参照符号１６で示す装置である。
【００１７】
工具マガジン４は、図１および図２に示すように、長方形の工具マガジンラック１８を備えており、この工具マガジンラック１８には、第１の工具収納部２０と第２の工具収納部２２の２種類の収納部が工具の使用状況に応じた比率でマトリックス状に、全体として一定の間隔であたかも斜めに配列されているようになっている。
【００１８】
第１工具収納部２０は、標準寸法の工具６を１本づつ収納する専用の収納部である。これに対して、第２工具収納部２２は、四つの菱形空間を区画するパネル２６を取り外すことで、標準寸法または大径の工具６のいずれの収納にも対応できるようになっている。工具６は、半月状のグリップ２４によって、落下することなく保持されている。
【００１９】
図２および図３に示すように、工具搬送装置１６は、Ｙ−Ｚ平面に平行なＬ字形のＺフレーム部４３と、Ｙ軸方向に昇降可能にＺフレーム部４３に取り付けられているＹフレーム部４４を備え、これらがＹ−Ｚ移動部を構成するようになっている。工具マガジン４の上枠および下枠には、工具搬送装置１６を案内するためにガイドレール４５ａ、４５ｂがＺ軸方向に設けられている。また、図２に示すように、天井部ガイドレール５１も、これらのガイドレール４５ａ、４５ｂと平行に架設されている。工具搬送装置１６をＺ軸方向に移動させる駆動モータが工具マガジン４の端部に配設されている第１のサーボモータ４６である。工具マガジン４の上下両端部には、タイミングベルト４８ａ、４８ｂが設けられており、第１サーボモータ４６の回転を伝動軸４７を介してタイミングベルト４８ａ、４８ｂに伝達し、タイミングベルト４８ａ、４８ｂと連結している工具搬送装置１６をＺ軸方向に往復移動させることができる。
【００２０】
Ｚフレーム部４３には、Ｙフレーム部４４の昇降を案内するガイドレール４９ａ、４９ｂがＹ軸方向に取り付けられており、ボールネジ５０が同じく平行に配置されている。Ｙフレーム部４４は、ガイドレール４９ａ、４９ｂに摺動自在に係合しているとともに、このボールネジ５０に螺合するボールナット（図示せず）がＹフレーム部４４に固定されている。５２は、ボールネジ５０を回転駆動する第２のサーボモータである。
【００２１】
Ｘ軸方向に工具キャリア１２を移動させるためのＸ軸移動部５６は、工具キャリア１２を着脱可能に保持するクランプ部を内蔵し、Ｙフレーム部４４にＸ軸方向に敷設されたガイドレール５７ａ、５７ｂに摺動自在に係合している。このガイドレール５７ａ、５７ｂと平行にボールネジ６０が配設され、このボールネジ６０に螺合するボールナット６２は、Ｘ軸移動部５６に固定されている。ボールネジ６０を回転駆動する第３のサーボモータ６４は、Ｙフレーム部４４に取り付けられており、タイミングベルト６６を介してボールネジ６０に回転を伝達するようになっている。
【００２２】
このような工具搬送装置１６では、Ｙ−Ｚ移動部は、工具６を保持した工具キャリア１２あるいは空の工具キャリア１２を工具マガジン４と平行なＹ−Ｚ平面に沿って移動させ、指定された位置の工具収納部２０または２２の前まで移動させ、Ｘ移動部がＸ軸方向に工具キャリア１２を移動させ、工具６の返却、取り出しを行うことができる。例えば、図１において、中継位置Ｐ４で中継装置１４から工具搬送装置１６に渡された工具キャリア１２は、Ｐ７で示す工具返却位置まで移動する。ここで工具を返却してから、工具搬送装置１６は、空の工具キャリア１２をＰ８で示す位置まで移動させてから、指令された工具を取り出し、さらに中継位置Ｐ４まで移動させて工具キャリア１２を中継装置１４に工具ごと渡すようになっている。
【００２３】
次に、図１において、７０は、工具段取り部を示している。この工具段取り部７０は、工具マガジン４に必要な工具６を補充したり、使えなくなくった工具と新たな工具を交換したり、あるいは、不要となった工具を搬出するなど、工具マガジン４への工具段取りを行うためのもので、ＡＴＣ２に近い位置に設けられる。段取りされる工具６は、工具段取り部７０内の段取り位置Ｐ５と、工具マガジン４の端部に位置する待機ポット７２の受渡し位置Ｐ６との間を、工具段取り部７０に設けられた搬送手段によって往復移動させることができる。
【００２４】
そこで、図４に工具段取り部７０の詳細を示す。
【００２５】
この図４において、７３が段取り部のハウジングである。このハウジング７３の外側と内側には、ベース７４に固定されたフランジ７５ａ、７５ｂが直立しており、このフランジ７５ａ、７５ｂにＺ軸と平行にガイドレール７６ａ、７６ｂが架け渡されている。このガイドレールに７６ａ、７６ｂに摺動自在に嵌合するガイド７７を有する移動体７８は、ガイドレール７６ａ、７６ｂに案内されて前記段取り位置Ｐ５と受渡し位置Ｐ６の間を移動可能になっている。ハウジング７３の外側、すなわち工具マガジン４側のフランジ７５ａには、駆動シリンダ８０のヘッド側が固定されており、この駆動シリンダ８０のロッド側からはガイドレール７６ａ、７６ｂと平行にピストンロッド８２が延び、その先端部がブラケット８３を介して移動体７８と連結されている。駆動シリンダ８０のピストンロッド８２が前進することで移動体７８は段取り位置Ｐ５まで移動し、ピストンロッド８２が後退することで、ハウジング７３外部の受渡し位置Ｐ６まで移動することができる。この駆動シリンダ８０の動作は、図示しない電磁切換弁が切り換える。
【００２６】
移動体７８には、工具６を着脱可能に保持する手段として工具６の工具ホルダ６ａが嵌まるように半月状の切り欠きを有する把持部８４が設けられている。この把持部８４には、工具６の工具ホルダ６に形成されているドライブキー溝に係合して工具６を回転方向に規制するキー８５が取り付けられている。
【００２７】
図４に示されるように、段取り部７０には、工具６を自動洗浄する手段が次のように設けられている。段取り部７０の内部には、圧縮エア、切削油剤などの洗浄媒体を導入する洗浄パイプ８６が工具６の長手方向に延び、この洗浄パイプ８６には、洗浄媒体を移動体７８上の工具６に向けて噴出する洗浄ノズル８７ａが所要数取り付けられている。洗浄パイプ８６には、管継手を介して洗浄パイプ８８、８９が直角に接続され、それぞれ工具ホルダ６ａ、工具刃先側に向けて洗浄媒体を噴出する洗浄ノズル８７ｂ、８７ｃが取り付けられている。
【００２８】
洗浄パイプ８６には、ハウジング７３の外側側面で管継手を介してホース９０が接続されている。このホース９０は、逆止め弁９１ａ、９１ｂを組み込んである三方管継手９１によって分岐され、一方には切削油剤用ホース９２が接続され、他方には、電磁切換弁９３を介してエア用ホース９４が接続されている。
【００２９】
図５に示すように、切削油剤用ホース９２は切削油剤ポンプ９５と接続されている。この場合、切削油剤供給タンク９６は、工作機械１と共用するようになっており、切削油剤ポンプ９５は、切削油剤供給タンク９６に溜まっている切削油剤を前記切削油剤ホース９２から段取り部７０に送る他、加工中の工作機械１の主軸に図示しない配管を介して送ることができる。９７は、段取り部７０の底に配置されているオイルパンで、このオイルパン９７で受けた切削油剤は、ドレン管９８を通じて切削油剤供給タンク９６に回収される。一方、エア供給源９９から供給される圧縮空気は、電磁切換弁９３が開いたときに段取り部７０の洗浄ノズル８７ａ乃至８７ｃに送ることができる。
【００３０】
図４において、段取り部７０は、洗浄中に切削油剤が外部に飛散しないように全体を覆うためにカバー１００が設けられている。このカバー１００は、矢印方向に引いて開閉することができる。なお、図示はしないが、このカバー１００には、安全確保のためにカバー１００の開状態、閉状態を検出するためのリミットスイッチが設けられている。
【００３１】
以上のように構成される段取り部７０では、カバー１００を開いた状態にしておいて、工具６の搬出入が行われる。上述したように、駆動シリンダ８０によって駆動されて工具６を載せた移動体７８が図１における段取り位置Ｐ５と受渡し位置Ｐ６の間を往復運動する。
【００３２】
工具マガジン４から不要になった工具６が段取り部７０まで搬送されてくると、工具は自動的に洗浄される。一連の洗浄の手順は、前記の移動体７８の移動と連携する電気シーケンス制御として組まれていて、次のように実行される。
【００３３】
まず、カバー１００が閉じられてから、切削油剤ポンプ９５が運転される。切削油剤は、ホース９２、洗浄パイプ８６を通って洗浄ノズル８７ａ、８７ｂ、８７ｃから移動体７８上の工具６に向けて勢いよく噴出される。この切削油剤の噴射によって工具６の表面の汚れや付着した切屑は吹き飛ばされる。この切削油剤の噴射を所定時間続けた後、切削油剤ポンプ９５は停止する。
【００３４】
次いで、電磁切換弁９３が開き、圧縮空気がホース９４、継手９１、洗浄パイプ８６を通って洗浄ノズル８７ａ、８７ｂ、８７ｃに送られる。したがって、洗浄ノズル８７ａ、８７ｂ、８７ｃからは切削油剤に替って圧縮空気が勢いよく噴出され、工具６の表面の残っている切屑を吹き飛ばすとともに、表面を乾燥させる。この圧縮空気は、逆止弁９１ｂによって切削油剤側の回路には流れ込むことがないようになっている。
【００３５】
こうして所定時間エアブローを続けてから電磁切換弁９３が閉じて工具６の洗浄が終了する。その後、カバー１００が開くので、使用済みの工具６についてはつねに人手を介することなくきれいに洗浄された状態にして取り出すことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、工具マガジンに工具自動洗浄機能を付加した工具段取り部を設けているので、工具マガジンで不要になった使用済み工具をつねにきれいに清掃された状態で取り出すことが可能となり、工具マガジンの工具段取り部における工具清掃作業を自動化し、快適で安全な作業環境を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマトリックス形工具マガジンの一実施形態を示す側面図。
【図２】同マトリックス形工具マガジンの平面図。
【図３】本発明によるマトリックス形工具マガジンと工具搬送装置を示す概略斜視図。
【図４】同マトリックス形工具マガジンに設けられる工具段取り部を示す斜視図。
【図５】同工具段取り部の自動洗浄装置の回路図。
【符号の説明】
１  工作機械
２  自動工具交換装置
３  主軸
４  工具マガジン
５  交換アーム
６  工具
１０  主軸頭
１２  工具キャリア
１４  中継装置
１６  工具搬送装置
７０  工具段取り部
７８  移動体
８０  駆動シリンダ
８４  保持部
８７ａ〜ｃ  洗浄ノズル
１００  カバー
【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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