(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具交換動作を行うとともに走行可能な工具交換ユニットを有する自動工具交換装置と、複数本の工具を貯蔵可能なマガジンと、前記工具が装着されて工作物を加工する工具用主軸とを備え、
前記工具交換ユニットが、マガジン位置と交換位置との間を走行して前記工具を搬送し、前記交換位置では前記工具用主軸に対して工具交換を行い、前記マガジン位置では前記マガジンに対して工具交換を行う工作機械であって、
この工作機械は、その前方から見て左右方向に長い加工領域を有しており、
前記交換位置を複数個所設定し、
この複数の交換位置の中から次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択し、
前記工具交換ユニットと、前記工具用主軸に装着された前記工具とが、前記選択された交換位置に移動して工具交換を行うように構成され、
前記加工領域は、前記複数の交換位置にそれぞれ対応して複数のシャッタが開閉可能に設けられたスプラッシュガードで覆われており、
前記工具交換ユニットは、前記スプラッシュガードより外方に配置されて前記左右方向に走行するとともに前記各シャッタの近傍の各待機位置で待機可能であることを特徴とする自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項２】
工具交換動作を行うとともに走行可能な工具交換ユニットを有する自動工具交換装置と、複数本の工具を貯蔵可能なマガジンと、前記工具が装着されて工作物を加工する工具用主軸とを備え、
前記工具交換ユニットが、マガジン位置と交換位置との間を走行して前記工具を搬送し、前記交換位置では前記工具用主軸に対して工具交換を行い、前記マガジン位置では前記マガジンに対して工具交換を行う工作機械であって、
この工作機械は、その前方から見て左右方向に長い加工領域を有しており、
前記交換位置を複数個所設定し、
この複数の交換位置の中から次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択するとともに、前記工具交換ユニットはこの選択された交換位置の近傍の待機位置で待機し、
工具交換開始信号が出力されると、前記工具が前記選択交換位置に到着するように前記工具用主軸が移動して、この選択交換位置で前記工具交換ユニットが前記工具用主軸に対して工具交換を行うように構成され、
前記加工領域は、前記複数の交換位置にそれぞれ対応して複数のシャッタが開閉可能に設けられたスプラッシュガードで覆われており、
前記工具交換ユニットは、前記スプラッシュガードより外方に配置されて前記左右方向に走行するとともに前記各シャッタの近傍の各前記待機位置で待機可能であることを特徴とする自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項３】
前記複数のシャッタは、前記スプラッシュガードの天井板に前記左右方向に並んで設けられ、
前記工具交換ユニットは、前記工作機械の天井の上部で、前記複数のシャッタに沿って前記左右方向に走行可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項４】
前記工具交換ユニットは、走行機構に案内支持されるとともに走行用サーボモータに駆動されて走行方向に移動可能なユニット本体部と、
このユニット本体部に支持され、往復移動用サーボモータに駆動されて、前記走行方向に対して直交する第１の方向に往復移動可能な往復移動部と、
この往復移動部に取付けられ旋回用サーボモータに駆動されて旋回し、前記工具を着脱可能に把持する少なくとも二つの工具把持部を有するアームとを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項５】
前記工作機械は長寸法の前記工作物を加工可能であり、
この長寸法の工作物を加工する際には、前記マガジンに貯蔵されている多数本の前記工具を順次使用するために前記工具交換ユニットにより前記工具を搬送し且つ工具交換を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項６】
前記工作機械は、前記工作物を把持するチャックが設けられる工作物用主軸を回転可能に支持する主軸台と、前記工具用主軸を有する刃物台とを備えた複合加工機であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの項に記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
【請求項７】
前記工具交換ユニットで交換する前記工具は、前記刃物台の前記工具用主軸に装着されているボーリングバーの先端部に着脱可能に装着される刃物部であり、
工具交換時には、前記刃物部が前記シャッタのすぐ下の前記選択交換位置に到着するように前記刃物台が移動して、前記工具交換ユニットが、前記工具用主軸に装着されている前記ボーリングバーに対して前記刃物部の交換を行うことを特徴とする請求項６に記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動工具交換装置とマガジンを有して工具交換を行うことができる工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）を有する工作機械は、特許文献１（米国特許４,７２９,１５９号）及び特許文献２（特開昭５９−２２７３４５号公報）などに開示されている。
特許文献１に記載の工具交換装置は、工具を把持して搬送する搬送部が、工作機械の加工領域の外部を走行するようになっている。特許文献２に記載の工作機械は、工具を貯蔵するマガジン自体が移動して、工具交換装置によりマガジンと刃物台との間で工具交換するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許４,７２９,１５９号
【特許文献２】特開昭５９−２２７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の工具交換装置では、刃物台に対する工具交換位置は予め決められた定位置である。そのため、工具交換時には、刃物台は加工位置から工具交換位置まで移動しなければならない。その結果、刃物台の移動距離が長くなって工具交換に時間がかかり、工作機械の非加工時間が長くなっていた。
特に、前方から見て左右方向に長い加工領域を有する工作機械（いわゆる、ロング機）では、刃物台の移動距離がますます長くなってしまう。そのため、工具交換の時間を大幅に短縮できる技術が望まれていた。
【０００５】
他方、特許文献２に記載の工作機械では、マガジンを含む移動体が重いので高速で走行するのが困難であった。また、この工作機械は、マガジンを移動させるための機構が複雑で大掛かりなものになり、マガジンに貯蔵できる工具の本数をそれほど多くすることができず制約があった。
【０００６】
さらに他の従来のＡＴＣでは、マガジンと工具交換アームとの間に工具搬送装置を設け、この工具搬送装置を介してマガジンと工具交換アームとの間で工具交換していた。しかし、このＡＴＣは工具搬送装置を備えているので、ＡＴＣ全体の構成が複雑化していた。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、工具交換時における工具交換ユニットと工具用主軸の各移動距離を短くして、工作機械の非加工時間を短縮することができる自動工具交換装置を有する工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる自動工具交換装置を有する工作機械は、工具交換動作を行うとともに走行可能な工具交換ユニットを有する自動工具交換装置と、複数本の工具を貯蔵可能なマガジンと、前記工具が装着されて工作物を加工する工具用主軸とを備え、前記工具交換ユニットが、マガジン位置と交換位置との間を走行して前記工具を搬送し、前記交換位置では前記工具用主軸に対して工具交換を行い、前記マガジン位置では前記マガジンに対して工具交換を行う工作機械であって、この工作機械は、その前方から見て左右方向に長い加工領域を有しており、前記交換位置を複数個所設定し、この複数の交換位置の中から次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択し、前記工具交換ユニットと、前記工具用主軸に装着された前記工具とが、前記選択された交換位置に移動して工具交換を行うように構成され、前記加工領域は、前記複数の交換位置にそれぞれ対応して複数のシャッタが開閉可能に設けられたスプラッシュガードで覆われており、前記工具交換ユニットは、前記スプラッシュガードより外方に配置されて前記左右方向に走行するとともに前記各シャッタの近傍の各待機位置で待機可能である。
より具体的な実施態様にかかる工作機械は、工具交換動作を行うとともに走行可能な工具交換ユニットを有する自動工具交換装置と、複数本の工具を貯蔵可能なマガジンと、前記工具が装着されて工作物を加工する工具用主軸とを備え、前記工具交換ユニットが、マガジン位置と交換位置との間を走行して前記工具を搬送し、前記交換位置では前記工具用主軸に対して工具交換を行い、前記マガジン位置では前記マガジンに対して工具交換を行う工作機械であって、この工作機械は、その前方から見て左右方向に長い加工領域を有しており、前記交換位置を複数個所設定し、この複数の交換位置の中から次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択するとともに、前記工具交換ユニットはこの選択された交換位置の近傍の待機位置で待機し、工具交換開始信号が出力されると、前記工具が前記選択交換位置に到着するように前記工具用主軸が移動して、この選択交換位置で前記工具交換ユニットが前記工具用主軸に対して工具交換を行うように構成され、前記加工領域は、前記複数の交換位置にそれぞれ対応して複数のシャッタが開閉可能に設けられたスプラッシュガードで覆われており、前記工具交換ユニットは、前記スプラッシュガードより外方に配置されて前記左右方向に走行するとともに前記各シャッタの近傍の各前記待機位置で待機可能である。
好ましくは、前記複数のシャッタは、前記スプラッシュガードの天井板に前記左右方向に並んで設けられ、前記工具交換ユニットは、前記工作機械の天井の上部で、前記複数のシャッタに沿って前記左右方向に走行可能である。
好ましくは、前記工具交換ユニットは、走行機構に案内支持されるとともに走行用サーボモータに駆動されて走行方向に移動可能なユニット本体部と、このユニット本体部に支持され、往復移動用サーボモータに駆動されて、前記走行方向に対して直交する第１の方向に往復移動可能な往復移動部と、この往復移動部に取付けられ旋回用サーボモータに駆動されて旋回し、前記工具を着脱可能に把持する少なくとも二つの工具把持部を有するアームとを備えている。
たとえば、前記工作機械は長寸法の前記工作物を加工可能であり、この長寸法の工作物を加工する際には、前記マガジンに貯蔵されている多数本の前記工具を順次使用するために前記工具交換ユニットにより前記工具を搬送し且つ工具交換を行う。
前記工作機械は、前記工作物を把持するチャックが設けられる工作物用主軸を回転可能に支持する主軸台と、前記工具用主軸を有する刃物台とを備えた複合加工機であるのが好ましい。
なお、前記工具交換ユニットで交換する前記工具は、前記刃物台の前記工具用主軸に装着されているボーリングバーの先端部に着脱可能に装着される刃物部であり、工具交換時には、前記刃物部が前記シャッタのすぐ下の前記選択交換位置に到着するように前記刃物台が移動して、前記工具交換ユニットが、前記工具用主軸に装着されている前記ボーリングバーに対して前記刃物部の交換を行う場合であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる自動工具交換装置を有する工作機械は、上述のように構成して、工具交換ユニットと、工具用主軸に装着された工具とが、選択された交換位置に移動するので、工具交換時における工具交換ユニットと工具用主軸の各移動距離が短くなり、工作機械の非加工時間を短縮することができる。工具交換ユニットは、スプラッシュガードより外方に配置されているので、走行する際に干渉する恐れがなく、また、工具用主軸に対する工具交換を行うとき以外に、クーラントや切り屑が工具交換ユニットに飛び散ってこれを汚す恐れは少なくなり、工具交換を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかる自動工具交換装置を有する工作機械は、自動工具交換装置と、複数本の工具を貯蔵可能なマガジンと、工具が装着されて工作物を加工する工具用主軸とを備えている。自動工具交換装置は、工具交換動作を行うとともに走行可能な工具交換ユニット（以下、交換ユニットと記載）を有している。
そして、交換ユニットが、マガジン位置と交換位置との間を走行して工具を搬送する。交換ユニットは、交換位置では工具用主軸に対して工具交換を行い、マガジン位置ではマガジンに対して工具交換を行う。
交換位置は複数個所設定されている。この複数の交換位置の中から、次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択し、交換ユニットと工具用主軸に装着された工具とが、選択された交換位置に移動して工具交換を行う。これにより、工具交換時における、交換ユニットと工具用主軸の各移動距離を短くして非加工時間を短縮するという目的を実現している。
【００１１】
自動工具交換装置を有する工作機械として、下記の実施例では複合加工機の場合を示している。なお、工作機械として、刃物台に工具用主軸が設けられた旋盤や、主軸頭に工具用主軸が設けられたマシニングセンタであってもよい。さらに、工作機械としては、ターニングセンタ，研削盤などであってもよい。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明にかかる一実施例を図１ないし図１９を参照して説明する。
図１は工作機械の斜視図、図２，図３は、それぞれ工作機械の構造を示す斜視図，正面図である。図４は、ボーリングバーを使用するときの工作機械の構造を示す正面図である。図５は図３の右側面図、図６は自動工具交換装置の部分斜視図、図７は、工具交換の動作を示す概略正面図である。
【００１３】
図１ないし図７において、本実施例にかかる工作機械１は複合加工機である。工作機械１は、工作物３を把持するチャック５が設けられる工作物用主軸２７を回転可能に支持する主軸台６と、工具用主軸１５を有する刃物台１４とを備えている。
工作機械１は、工作物３を工具２で旋削加工する旋盤の機能と、切削加工するマシニングセンタの機能とを有している。また、工作機械１は、工作物３をボーリングバー４で加工するボーリングマシンの機能も有している。
工作機械１で工作物３を旋削加工または切削加工するための工具２は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）１０により交換される。工具２は、刃物台１４に設けられた工具用主軸１５に装着されて、主軸台６に把持されている工作物３を加工する。
【００１４】
工作機械１は、機械本体１１とＡＴＣ１０とマガジン１２とを備えている。ＡＴＣ１０は、工具交換動作を行うとともに走行可能な交換ユニット１３（工具交換ユニット１３）を有している。マガジン１２には複数本の工具２を貯蔵可能になっている。
工作機械１を旋盤として使用するときには、工具用主軸１５と工具２は回転せず、工作物３を回転させて工具２で旋削加工を行う。工作機械１をマシニングセンタとして使用するときには、工具用主軸１５により工具２を回転させて、工作物３の切削加工を行う。このときの刃物台１４は、マシニングセンタの主軸頭としての機能を発揮することになる。
【００１５】
工作機械１は、ＮＣ（数値制御）装置とＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを有する制御装置により制御されている。工作機械１の所定位置には、制御装置の制御盤１６が設けられている。
【００１６】
交換ユニット１３は、マガジン位置Ｐmと交換位置Ｐxとのあいだを走行して、工具２を搬送する。交換ユニット１３は、交換位置Ｐxでは工具用主軸１５に対して工具交換を行い、マガジン位置Ｐmではマガジン１２に対して工具交換を行う。
工作機械１には、交換位置Ｐxが複数個所（ここでは、第１交換位置Ｐ1，第２交換位置Ｐ2，第３交換位置Ｐ3の３個所）設定されている。
ＡＴＣ１０で工具交換を行う場合には、複数の交換位置Ｐxの中から、次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置（たとえば、第１交換位置Ｐ1）を予め選択する。このとき選択される交換位置は、加工位置で現在加工作業を行なっている工具２の位置（または、次回加工を行う予定の加工位置での工具２の位置）から最も近いところの交換位置（たとえば、第１交換位置Ｐ1）である。
そして、工具交換時には、交換ユニット１３と、工具用主軸１５に装着された工具２とが、選択された交換位置（たとえば、第１交換位置Ｐ1）に移動して工具交換を行う。その結果、工具交換時における交換ユニット１３と工具用主軸１５の各移動距離が短くなる。したがって、短時間で工具交換して工作機械１の非加工時間を短縮することができる。
【００１７】
工作機械１のベッド１７とコラム１８は、機械本体１１の基体を構成して床面上に設置されている。コラム１８は、正面から見て左右一対配置されている。クロスレール１９は、左右方向に水平に延びて配置され、一対のコラム１８に支持されている。
床面に対して垂直に設置された一対のコラム１８と、この一対のコラム１８間に水平に掛け渡されたクロスレール１９とにより、左右方向に延びた門形の基体が構成されている。なお、工作機械１を正面から見て、上下方向，前後方向，左右方向をそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。
【００１８】
クロススライド２０は、左右一対の縦部材２１と、上の横部材（図示せず）と、下の横部材２２とにより矩形のフレームをなして、Ｚ軸方向（左右方向）に移動可能になっている。クロススライド２０の下部と上部が、それぞれベッド１７とクロスレール１９により支持されている。
クロススライド２０には、サドル２３がＸ軸方向（上下方向）に移動可能に支持されている。サドル２３の前面側には、刃物台１４が取付けられている。刃物台１４の工具用主軸１５には、工具２が着脱可能に装着される。
刃物台１４は、旋削加工時には工具２を非回転状態で支持し、切削加工時には工具２を回転駆動する。刃物台１４は、Ｙ軸方向（前後方向）を向く中心軸線ＣＬ1を中心として矢印Ｂに示すように旋回可能であり、割出し動作も行う。
刃物台１４には、工具用主軸１５に装着されている工具２をクランプ・アンクランプするためのクランプ・アンクランプ機構（図示せず）が設けられている。
【００１９】
クロススライド２０をＺ軸方向に移動させるために、機械本体１１には、Ｚ軸用サーボモータ２４，２５，Ｚ軸用ボールねじ２６およびＺ軸用ガイドレールなどが設けられている。
Ｚ軸用ボールねじ２６は、Ｚ軸用サーボモータ２４，２５に駆動されて回転する。すると、クロススライド２０が、Ｚ軸用ガイドレールに案内支持されてＺ軸方向に往復移動する。
サドル２３をＸ軸方向に移動させるために、クロススライド２０には、Ｘ軸用サーボモータ３０，Ｘ軸用ボールねじ３１およびＸ軸用ガイドレール３２などが設けられている。Ｘ軸用ボールねじ３１は、Ｘ軸用サーボモータ３０に駆動されて回転する。すると、サドル２３が、Ｘ軸用ガイドレール３２に案内支持されてＸ軸方向に往復移動する。
【００２０】
主軸台６は、工作物用主軸２７を回転可能に支持している。工作物用主軸２７の先端にはチャック５が着脱可能に取付けられている。工作物３はチャック５に把持されて、工作物用主軸２７により中心軸線ＣＬ2を中心として回転することができる。
なお、工作物３を回転工具（工具２）により切削する場合には、主軸台６を制御して、工作物用主軸２７により工作物３を所定角度回転させて所定位置に割出すこともできる。
【００２１】
工作機械１は、その前方から見て左右方向（Ｚ軸方向）に長い加工領域ＳＰを有している「ロング機」であり、長寸法（たとえば、１,０００mm〜６,０００mm）の工作物３を加工するのに適している。
工作機械１で長寸法の工作物３を加工するには、マガジン１２に多数本の工具２を貯蔵する。そして、交換ユニット１３で工具２を搬送し且つ工具交換を行なって、工具２で工作物３を加工する。
【００２２】
加工領域ＳＰは、クーラントや切り屑などが外部に飛散しないようにスプラッシュガード４０で覆われている。スプラッシュガード４０は、開閉可能な扉４１，４２，４３を有している。
工具交換を行うために、スプラッシュガード４０には複数のシャッタ４４，４５，４６が開閉可能に設けられている。複数のシャッタ４４，４５，４６は、工具交換を行うための複数の交換位置Ｐxにそれぞれ対応して配置されている。本実施例では、第１のシャッタ４４，第２のシャッタ４５，第３のシャッタ４６が、扉４１，４２，４３の天井部にそれぞれ設けられている。
シャッタ４４，４５，４６がそれぞれ開くと、交換ユニット１３が通過可能な開口がそれぞれ形成される。三つのシャッタ４４，４５，４６全部が閉じると、加工領域ＳＰはスプラッシュガード４０により覆われる。
すべての扉４１，４２，４３を閉じて加工領域ＳＰで加工可能な状態のとき、第１のシャッタ４４は第１交換位置Ｐ1のすぐ上部に配置される。第２のシャッタ４５は第２交換位置Ｐ2のすぐ上部に配置される。第３のシャッタ４６は第３交換位置Ｐ3のすぐ上部に配置されている。
【００２３】
交換ユニット１３は、スプラッシュガード４０より外方に配置されてＺ軸方向に走行する。交換ユニット１３は、各シャッタ４４，４５，４６のすぐ上部の各待機位置（たとえば、第１待機位置Ｗ1，第２待機位置Ｗ2，第３待機位置Ｗ3）で待機可能である。
このように、三つのシャッタ４４，４５，４６は、スプラッシュガード４０の天井板に左右方向に並んで設けられている。交換ユニット１３は、工作機械１の天井の上部で、複数のシャッタ４４，４５，４６に沿ってＺ軸方向に走行可能になっている。
これにより、交換ユニット１３は、マガジン１２と複数の交換位置Ｐ1〜Ｐ3との間を、直線的な最短距離で短時間に走行することができる。また、交換ユニット１３を走行させるための走行機構５０は、Ｚ軸方向に直線的に延びた構成になるので、その構造が簡略化する。なお、複数のシャッタを、スプラッシュガードの後面に設けた場合であってもよい。
【００２４】
図１，図１８，図１９に示すように、マガジン１２は機械本体１１に付設されている。マガジン１２は、スプラッシュガード４０の外部の所定位置（ここでは、機械本体１１の左側端部）に設けられて、複数本の工具２を貯蔵可能になっている。
マガジン１２は、複数の工具収納部５２と複数のリンクプレート部５３とを有している。複数の工具収納部５２には、複数本の工具２が着脱可能に保持される。工具収納部５２とリンクプレート部５３は、エンドレス状に連結されており、マガジン駆動手段５４により駆動されて、時計回り方向および反時計回り方向に折れ曲がりながら移動動作を行う。
そして、マガジン１２は、所望の工具（たとえば、未使用の工具２）が収納された工具収納部５２（または、使用済みの工具２を戻すための空の工具収納部５２）を、マガジン側工具交換位置Ｐaに割り出す動作を行う。
【００２５】
マガジン１２は、機械本体１１とは独立して配置されており、また、マガジン１２自体がＺ軸方向に走行するわけではない。したがって、マガジン１２における工具の収納可能本数には制限がない。
そのため、マガジン１２が多数本（たとえば、１００本ないし４００本）の工具２を貯蔵する能力を有していればよい。こうすれば、上述のような多数本の工具２で長寸法の工作物３を加工する場合でも、工作機械１は十分に対応できる。
また、工作物３が、たとえば硬い材料のタービン用シャフトの場合には、工具２が摩耗しやすい。そのため、マガジン１２に同一の工具２を多数本貯蔵して、工具２が摩耗したら未使用の工具２に順次交換する必要がある。このような場合でも、マガジン１２に多数本の工具２を貯蔵しておけば、対応可能である。
【００２６】
工作物３が上述のような長寸法の場合、図４に示すようなボーリングバー４でボーリング加工することが多い。このときのＡＴＣ１０は、工具としてのボーリングバー４を刃物台１４に対して交換することになる。なお、ボーリングバー４のうち特に長寸法の工具は、ロングボーリングバーと呼ばれている。
ボーリングバー４には、その先端部に刃物部２ａを着脱可能に装着し、刃物部２ａのみを交換する構成のものもある。この場合のＡＴＣ１０は、刃物台１４の工具用主軸１５に装着されているボーリングバー４に対して、工具としての刃物部２ａを交換することになる。
【００２７】
ボーリングバー４の刃物部２ａのみを交換ユニット１３で交換するときには、まず、工具交換開始信号が出力される。すると、刃物部２ａがシャッタ（第１のシャッタ４４，第２のシャッタ４５または第３のシャッタ４６）のすぐ下の選択交換位置（第１交換位置Ｐ1，第２交換位置Ｐ2または第３交換位置Ｐ3）に到着するように、刃物台１４が移動する。
他方、待機位置で待機していた交換ユニット１３も、選択交換位置に移動する。そして、交換ユニット１３が、工具用主軸１５に装着されているボーリングバー４に対して刃物部２ａの交換を行う。このように、ＡＴＣ１０は、工具用主軸１５に直接装着する工具２のほかに、ボーリングバー４の先端部に装着される刃物部２ａの交換もできる。
したがって、本発明によれば、工具用主軸１５に直接装着する工具のほかに、ボーリングバー４の刃物部２ａのみの交換も容易にでき、且つ上述と同様の作用効果を奏する。また、ボーリングバー４のサイズや長さの制約なしに、刃物部２ａをボーリングバー４に対して容易に交換することができる。
【００２８】
図１ないし図８に示すように、ＡＴＣ１０で工具交換を行う場合には、まず最初に、複数の交換位置Ｐx（すなわち、第１交換位置Ｐ1，第２交換位置Ｐ2，第３交換位置Ｐ3）の中から、次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置（たとえば、第３交換位置Ｐ3）を予め選択する。たとえば、第３交換位置Ｐ3が選択された理由は、三つの交換位置のうちで第３交換位置Ｐ3が、加工位置で現在加工作業を行なっている工具２から最も近いところにあるからである。
次に、交換ユニット１３は、この選択された交換位置（ここでは、第３交換位置Ｐ3）の近傍の待機位置（ここでは、第３待機位置Ｗ3）で待機する。
その後、工具交換開始信号が出力されると、工具２が選択交換位置（ここでは、第３交換位置Ｐ3）に到着するように、刃物台１４が移動する。このようにして、交換ユニット１３と、工具用主軸１５に装着された工具２の両方が、交換位置（ここでは、第３交換位置Ｐ3）に移動する。その後、選択交換位置（ここでは、第３交換位置Ｐ3）で、交換ユニット１３が工具用主軸１５に対して工具交換を行う。
これにより、工具交換時における交換ユニット１３と工具用主軸１５の各移動距離が短くなるので、短時間で工具交換ができ、工作機械１の非加工時間を短縮することができる。
【００２９】
Ｚ軸方向に長く延びた走行機構５０は、加工領域ＳＰの後部で且つ機械本体１１の上部に配置されて、交換ユニット１３をＺ軸方向に走行させるための機構である。
走行機構５０は、Ｚ軸方向に延びて上下に並んで配置された一対のガイドレール６０と、ガイドレール６０と平行でＺ軸方向に延びて配置されたラック６１とを有している。
【００３０】
交換ユニット１３は、ユニット本体部６２と往復移動部６３とアーム６４とを備えている。
ユニット本体部６２は、走行機構５０（すなわち、そのガイドレール６０）に案内支持されるとともに、走行用サーボモータ６５に駆動されて走行方向（Ｚ軸方向すなわち左右方向）に移動可能になっている。走行用サーボモータ６５は、ユニット本体部６２に下方向を向いて取付けられている。
往復移動部６３は、ユニット本体部６２に支持されている。往復移動部６３は、往復移動用サーボモータ６６に駆動されて、走行方向に対して直交する第１の方向（本実施例では、Ｘ軸方向すなわち上下方向）に往復移動可能になっている。往復移動用サーボモータ６６は水平方向に配置され、且つ出力部が左方向を向いている。
【００３１】
アーム６４は、工具２を着脱可能に把持する少なくとも二つ（本実施例では、二つ）の工具把持部６８を有している。アーム６４は、往復移動部６３に取付けられ、旋回用サーボモータ６７に駆動されて中心軸線ＣＬ3を中心として旋回する。
旋回用サーボモータ６７を駆動すれば、アーム６４は、中心軸線ＣＬ3を中心として矢印Ｈに示すように旋回して所望の方向を向く。また、旋回用サーボモータ６７を駆動して、工具把持部６８に把持されている未使用の工具２を所定方向に割り出したり、空の工具把持部６８を所定方向に割り出すことができる。
走行用サーボモータ６５を駆動して、交換ユニット１３全体を矢印Ｄに示すように移動させれば、アーム６４も、その中心軸線ＣＬ3方向に進退移動する。
アーム６４の旋回動作と進退動作により、アーム６４は、工具用主軸１５に未使用の工具２を装着したり、工具用主軸１５から使用済みの工具２を引き抜くことができる。
【００３２】
交換ユニット１３は、複数の交換位置ＰXの中から選択されたいずれか一つの交換位置で、工具用主軸１５に対して工具交換することができる。
また、交換ユニット１３は、マガジン位置Ｐmで、マガジン１２に対して工具２を直接的に交換することができる。したがって、従来はマガジンと工具交換アームとの間に設けられていた工具搬送装置が不要になり、ＡＴＣ１０全体の構成が簡略化する。
【００３３】
ユニット本体部６２において、走行用サーボモータ６５のピニオン（図示せず）が、ラック６１と噛み合っている。したがって、走行用サーボモータ６５が駆動されると、ピニオンとラック６１を介して、交換ユニット１３が矢印Ｄに示すようにＺ軸方向に走行する。
往復移動用サーボモータ６６は、ユニット本体部６２に水平方向に取付けられている。往復移動部６３には、上下方向を向くラック７５が設けられている。往復移動用サーボモータ６６に取付けられたピニオン７６が、ラック７５と噛み合っている。
往復移動部６３のフレームは、ユニット本体部６２に案内支持されて、矢印Ｇに示すようにＸ軸方向に移動可能である。往復移動用サーボモータ６６が駆動されると、ピニオン７６とラック７５を介して、往復移動部６３が、矢印Ｇに示すようにＸ軸方向に昇降動作する。
往復移動部６３には、旋回用サーボモータ６７が水平で且つＺ軸方向を向いて取付けられている。旋回用サーボモータ６７の出力部は、マガジン１２の方向（すなわち左方向）を向いている。旋回用サーボモータ６７は、減速機構６９を有してアーム６４を旋回割出しすることができる。
【００３４】
前記構成を有する交換ユニット１３は、マガジン位置Ｐmと、複数の交換位置Ｐxの中から選択されたいずれか一つの交換位置との間を走行して、工具２を搬送する。
交換ユニット１３は、第１交換位置Ｐ1，第２交換位置Ｐ2または第３交換位置Ｐ3で、工具用主軸１５に対して工具交換を行う。また、交換ユニット１３は、マガジン位置Ｐmでマガジン１２に対して工具交換を行う。
前記構成の交換ユニット１３は、従来の自動工具交換装置と比べて極めて簡素な構成で且つ軽量である。
【００３５】
次に、ＡＴＣ１０で工具２を交換する手順について、図１，図３，図６ないし図１９を参照して説明する。
図８は、工具交換の手順を示すフローチャートである。図９ないし図１９は、それぞれ交換ユニット１３などの動作を示す部分斜視図である。
まず前提として、主軸台６のチャック５には工作物３が把持され、刃物台１４には工具２が装着されて、加工が行われている状態とする（ステップ１０１，図７（Ａ））。
【００３６】
制御装置から出力される指令信号により工具交換制御が開始される。すると、制御装置は、刃物台１４による加工動作中に、三つの交換位置（第１交換位置Ｐ1，第２交換位置Ｐ2，第３交換位置Ｐ3）の中から、次回に工具交換を行う予定の一つの交換位置を予め選択する（ステップ１０２）。このとき、現在加工作業を行なっている刃物台１４の工具２から最も近いところにある交換位置が選択される。
すると、交換ユニット１３は、選択された交換位置の上部にあるシャッタ（第１のシャッタ４４，第２のシャッタ４５または第３のシャッタ４６）のすぐ上の待機位置（第１待機位置Ｗ1，第２待機位置Ｗ2または第３待機位置Ｗ3）まで移動する（ステップ１０３）。
そして、交換ユニット１３は、このシャッタのすぐ上の待機位置で待機する（ステップ１０４）。図６では、交換ユニット１３が待機して、アーム６４が水平方向を向いている場合を示している。
【００３７】
図７（Ｂ）では、第１交換位置Ｐ1で工具交換を行うために、交換ユニット１３が、第１のシャッタ４４のすぐ上の第１待機位置Ｗ1で待機している。図７（Ｃ）では、第２交換位置Ｐ2で工具交換を行うために、交換ユニット１３が、第２のシャッタ４５のすぐ上の第２待機位置Ｗ2で待機している。図７（Ｄ）では、第３交換位置Ｐ3で工具交換を行うために、交換ユニット１３が、第３のシャッタ４６のすぐ上の第３待機位置Ｗ3で待機している。
【００３８】
刃物台１４の工具２による工作物３の加工が進行して、工具交換を行うときには工具交換開始信号が出力される（ステップ１０５）。
すると、刃物台１４は、加工動作を中断して、加工位置から最も近い交換位置まで（すなわち、シャッタのすぐ下まで）、矢印Ｋに示すように移動する（ステップ１０６，図７（Ｂ）〜（Ｄ））。このとき、刃物台１４は斜め上方に直線的に移動すれば、刃物台１４の移動距離が最短になるので好ましい。
刃物台１４の移動動作と同時にまたはその後に、シャッタが開いて開口が形成される（ステップ１０７）。
交換ユニット１３のアーム６４が旋回して、空の工具把持部６８を下方に向ける（図９）。この状態で、アーム６４が、シャッタの開口を通過して下方の交換位置まで下降する（ステップ１０８）。
このアーム６４の下降動作後に、交換位置で工具交換動作が開始される（ステップ１０９）。すなわち、アーム６４が下降すると、下方の空の工具把持部６８が、刃物台１４に装着されている使用済みの工具２を把持する（図１０）。そして、刃物台１４のクランプ・アンクランプ機構を動作させて、使用済みの工具２をアンクランプ状態にする。
【００３９】
次に、交換ユニット１３の走行用サーボモータ６５を駆動して、交換ユニット１３全体を若干左方向に移動させる。すると、アーム６４が刃物台１４から中心軸線ＣＬ3方向に後退するので、使用済みの工具２は刃物台１４から引き抜かれる（図１１）。
次いで、アーム６４を１８０度旋回させて、使用済みの工具２を上方に、未使用の工具２を下方に、それぞれ位置させる（図１２，図１３）。
この状態で走行用サーボモータ６５を駆動して、交換ユニット１３全体を若干右方向に移動させる。すると、アーム６４の工具把持部６８に把持されている未使用の工具２が、刃物台１４の工具用主軸１５に装着される（図１４）。そして、刃物台１４のクランプ・アンクランプ機構を動作させて、未使用の工具２を工具用主軸１５にクランプする。
こうして工具交換動作が終了すると、アーム６４が上昇する（ステップ１１０，図１５）。次いで、シャッタが閉まって加工領域ＳＰが閉じられ（ステップ１１１）、刃物台１４は、加工位置に移動して加工動作を再開する（ステップ１１２）。
【００４０】
アーム６４は、旋回して前後方向を向いた後（図１６）、交換ユニット１３は、交換位置からマガジン位置Ｐmに矢印Ｄに示すように移動する（ステップ１１３，図１７）。交換ユニット１３がマガジン位置Ｐmに到着した後（図１８）、アーム６４は、マガジン１２に対して工具交換を行う（ステップ１１４，図１９）。
この工具交換の際には、交換ユニット１３は、アーム６４を、中心軸線ＣＬ3回りに旋回させるとともに中心軸線ＣＬ3方向に進退移動させる。他方、マガジン１２は、所望の工具２が収納された工具収納部５２（または、使用済みの工具２を戻すための空の工具収納部５２）を、マガジン側工具交換位置Ｐaに割り出す。
すなわち、マガジン側工具交換位置Ｐaにおいて、アーム６４に把持されている使用済み工具２を空の工具収納部５２に収納する。その後、次に使用する未使用の工具２をマガジン側工具交換位置Ｐaに割り出す。そして、工具収納部５２に収納されている未使用の工具２を、アーム６４の空の工具把持部６８で把持する。
【００４１】
マガジン１２との間で工具２を交換した後（ステップ１１４）、次の工具交換を行うか否かが判別される。工具交換する場合にはステップ１０２に戻り、工具交換しない場合には工具交換制御が終了する（ステップ１１５）。
他方、工作機械１において、刃物台１４が、新たな工具２での加工を再開した後（ステップ１１２）、一連の加工作業が終了したか否かが判別される。終了しない場合にはステップ１０２に戻り、終了した場合には工具交換の制御も終了する（ステップ１１６）。
【００４２】
上述のように、ＡＴＣ１０の交換ユニット１３と、工具用主軸１５に装着された工具２との両方が、交換位置に移動して工具交換を行う。しかも、工具用主軸１５に対する交換位置を、複数個所（ここでは、３個所）設定している。
交換ユニット１３は、予め選択された交換位置の近傍の待機位置まで移動してそこで待機する。したがって、工具交換開始信号が出力された後に、交換ユニット１３と工具用主軸１５が交換位置まで移動する際の各移動距離が短くなる。
【００４３】
特に、図示する工作機械１は長い加工領域ＳＰを有しているが、従来なら、工具交換時に刃物台１４が移動すべき移動距離は、非常に長くなっていた。
これに対して、本実施例のＡＴＣ１０では、工作機械１が長い加工領域ＳＰを有していても、工具交換時には、刃物台１４は、加工位置に最も近い交換位置のところまで移動すればよい。したがって、刃物台１４が移動すべき距離は短くて済む。
また、交換ユニット１３が簡素な構成なので、駆動用の各サーボモータ６５，６６，６７およびそれらの駆動力伝達機構が小型化できて、交換ユニット１３の全体が軽量化する。その結果、交換ユニット１３は高速で走行，動作でき、アーム６４も高速で旋回できる。
したがって、工具用主軸１５に対する工具交換に必要な時間が短くなって、工作機械１の非加工時間が短縮される。特に、本実施例のように長い加工領域ＳＰを有している工作機械（ロング機）１にＡＴＣ１０を適用すれば、非加工時間を大幅に短縮できるという本発明の利点が最大限発揮される。
【００４４】
たとえば、同じサイズの加工領域ＳＰを有する工作機械（ロング機）における、従来のＡＴＣと本実施例のＡＴＣ１０とを比較検討した。
それによると、従来のＡＴＣでは、刃物台１４が交換位置に最も近い位置で加工していた場合、工具交換に要する時間は、たとえば６.７秒であった。ところが、刃物台１４が交換位置から最も遠い位置で加工していた場合、工具交換には２７.３秒も掛かった。
これに対して、本実施例のＡＴＣ１０によれば、刃物台１４がどの位置で加工している場合でも、常に約１０秒以内に工具交換できることが確認できた。なお、ＡＴＣ１０の場合、交換ユニット１３がＺ軸方向に走行するときの速度は７０ｍ/minであり、Ｘ軸方向に昇降するときの速度は４０ｍ/minであった。
【００４５】
交換ユニット１３は、スプラッシュガード４０より外方に配置されている。したがって、交換ユニット１３が、Ｚ軸方向に走行する際に刃物台１４と干渉（接触）する恐れはない。また、工具用主軸１５に対する工具交換を行うとき以外に、クーラントや切り屑が交換ユニット１３に飛び散ってこれを汚す恐れは少ない。その結果、工具交換を高精度に行うことができる。
【００４６】
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のＡＴＣは、複合加工機のほかに、旋盤，マシニングセンタ，ターニングセンタ，研削盤などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１ないし図１９は本発明の一実施例を示す図で、図１は工作機械の斜視図である。
【図２】工作機械の構造を示す斜視図である。
【図３】工作機械の構造を示す正面図である。
【図４】ボーリングバーを使用するときの工作機械の構造を示す正面図である。
【図５】図３の右側面図である。
【図６】自動工具交換装置の部分斜視図である。
【図７】工具交換の動作を示す概略正面図である。
【図８】工具交換の手順を示すフローチャートである。
【図９】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１０】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１１】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１２】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１３】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１４】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１５】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１６】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１７】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１８】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【図１９】交換ユニットの動作を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    工作機械
２    工具
２ａ  刃物部（工具）
４    ボーリングバー（工具）
５    チャック
６    主軸台
１０  自動工具交換装置
１２  マガジン
１３  工具交換ユニット
１４  刃物台
１５  工具用主軸
２７  工作物用主軸
４０  スプラッシュガード
４４  第１のシャッタ（シャッタ）
４５  第２のシャッタ（シャッタ）
４６  第３のシャッタ（シャッタ）
５０  走行機構
６２  ユニット本体部
６３  往復移動部
６４  アーム
６５  走行用サーボモータ
６６  往復移動用サーボモータ
６７  旋回用サーボモータ
６８  工具把持部
Ｐm   マガジン位置
Ｐx   複数の交換位置
Ｐ1   第１交換位置（交換位置）
Ｐ2   第２交換位置（交換位置）
Ｐ3   第３交換位置（交換位置）
ＳＰ  加工領域
Ｗ1   第１待機位置（待機位置）
Ｗ2   第２待機位置（待機位置）
Ｗ3   第３待機位置（待機位置）
Ｘ軸方向    上下方向，第１の方向
Ｚ軸方向    左右方向，走行方向
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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