JP2003311569A - 主軸端面清掃機能を有する自動工具交換装置およびそのシーケンス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動工具交換装置から主軸端面の周辺に向け
てエアを噴出するようにして主軸端面回りを清掃し、２
面拘束工具の切屑等の噛み込みを未然に防止する。 【解決手段】 工作機械の主軸１６の軸方向と直角な方
向から工具交換位置に進入する自動工具交換装置１３の
本体部２２を備え、交換アーム２４の工具把持部の近辺
から主軸１６の端面に向けてエアを噴出するノズル部３
１を有する清掃手段３０を本体部２２に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
等の工作機械において、工具交換を行う際に、主軸端面
を清掃する機能を有する自動工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械に設置される自動工具交換
装置の動作は、交換アームによって旧工具を把持しなが
ら主軸から工具軸線方向に引く抜く動作、交換アームの
旋回動作、新しい工具を把持しながら工具軸線方向に主
軸に挿入する動作などの一連の動作からなる。

【０００３】新工具を主軸に装着するときに問題となる
のは、主軸テーパ穴のテーパ面に切屑などの異物が付着
したままになっていることでいる。異物が付着した状態
で新工具のテーパシャンクが挿入されて、工具のテーパ
シャンクと主軸テーパ穴のテーパ面の間に切屑などの異
物が噛み込まれてしまう。

【０００４】工具のテーパシャンクに切屑が噛み込まれ
ると、正常に取り付けた場合に較べて工具がわずかに傾
斜することになり、工具の位置に誤差が生じ、加工精度
の低下、加工不良に直結する。

【０００５】従来、主軸テーパ穴のテーパ面に切屑等が
付着するのを防止するために、旧工具を主軸から引き抜
いた後に、主軸内部のドローバーに形成したエア通路か
ら供給されるエアを主軸テーパ穴に向けて噴出し、切屑
等の異物を吹き飛ばして清掃を行っている。

【０００６】また、旧工具を工具マガジンに返却すると
きに、工具のテーパシャンクにエアを吹き付け、切屑等
の異物を吹き飛ばして工具を清掃することも行われるこ
とがある。

【０００７】従来、工具としては、ＢＴシャンクが標準
化されて広く使用されている。このＢＴシャンクは、そ
のテーパシャンクが主軸のテーパ穴に密着するが、主軸
端面とは隙間ができるようになっており、上記のように
主軸テーパ穴と工具のテーパシャンクをエアで清掃する
ことで、切屑等の噛込を効果的に防止することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
工作機械の高速化、高能率化の進展に伴い、高速回転す
る主軸のテーパ穴口元が遠心力によって拡がることによ
るツールの支持剛性の低下などを防止するために、工具
のテーパシャンクをテーパ穴に密着させるとともに、工
具のフランジ部を主軸端面に密着させることにより、２
面で工具を拘束できるようにした２面拘束ツールが開発
されている。

【０００９】この種の２面拘束ツールは、切削能力の向
上が認められ、この２面拘束ツール対応の主軸に対する
要求が増加してきている。しかし、上述したように、従
来の主軸では、主軸テーパ穴をエアにより清掃すること
は出来ても、主軸端面に付着してしまった切屑などの異
物を吹き飛ばすことはできない。したがって、２面拘束
ツールの場合、主軸の端面に密着させなければならない
ため、この主軸端面に付着する切屑などの異物を噛み込
み易いという問題が大きな課題とされている。

【００１０】従来は、２面拘束工具に交換する交換指令
が実行される前に加工状況を監視するオペレータが主軸
端面を手作業で清掃しているのが現状である。

【００１１】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、自動工具交換装置の工具交換動
作を合理的に利用して、自動工具交換装置から主軸端面
の周辺に向けてエアを噴出するようにして主軸端面回り
を清掃し、２面拘束工具の切屑等の噛み込みを防止でき
るようにした主軸端面の清掃機能を有する自動工具交換
装置およびそのシーケンス制御装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【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に係る発明は、工具把持部を両端部に有
する旋回式の交換アームを有する自動工具交換装置にお
いて、工作機械の主軸の軸方向と直角な方向から工具交
換位置に進入する自動工具交換装置の本体部を備え、前
記交換アームの工具把持部近辺から前記主軸の端面に向
けてエアを噴出するノズル部を有する清掃手段を前記本
体部に設けたことを特徴とするものである。

【００１３】さらにまた、請求項４に係る発明は、工具
マガジンより新工具を抜き出した後、工具交換装置を工
具交換位置に向かって移動させ、工具交換位置手前の清
掃位置に停止させる動作と、前記ノズル部からエアの噴
出を開始するとともに主軸を回転させる動作と、所定時
間経過後前記ノズル部からのエアの噴出および主軸の回
転を停止させる動作と、前記交換アームを清掃位置から
工具交換位置に進入させる動作と、旧工具を主軸から抜
き出し新工具を主軸に装着する一連の工具交換動作と、
を含む一連のシーケンスを制御することを特徴とするも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による主軸端面清掃
機能を有する自動工具交換装置およびそのシーケンス制
御装置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。

【００１５】図１は、本発明の一実施形態による自動工
具交換装置を備えた横フライス中ぐり盤を示す。図１に
おいて、参照符号１０はコラムを示す。このコラム１０
は、Ｘ軸を制御軸としてベッド１１上を案内に沿って移
動する。１２はコラムの案内面に沿ってＹ軸を制御軸に
上下に昇降する主軸頭である。この主軸頭１２には、ラ
ム１４がＺ軸を制御軸として水平方向に移動可能に設け
られている。主軸１６はラム１４に組み込まれ保持され
ている。１３は自動工具交換装置、１５は工具マガジン
である。１８は種々のアタッチメントが収納されている
アタッチメントストッカである。

【００１６】次に、図２は自動工具交換装置１３を示
す。この自動工具交換装置１３は、走行台２０と、チェ
ンジャ本体２２と、交換アーム２４とを備えている。チ
ェンジャ本体２２が取り付けられている走行台２０は、
コラム１０の側壁に水平に敷設されたガイドレール２１
ａ、２１ｂを案内として走行し、図１において、工具マ
ガジン１５に対する工具受渡位置と、ラム１４の主軸１
６に対する工具交換位置との間を往復移動し、主軸１６
に対しては、軸方向と直角な方向から交換アーム２４が
進入するようになっている。図２において、２３が走行
台２０の走行させる走行用シリンダである。

【００１７】チェンジャ本体２２は、互いに直交するＡ
軸、Ｂ軸について旋回し略９０度姿勢を反転可能になっ
ている。後述するように、工具マガジン１５に工具を返
却し取り出す場合には、チェンジャ本体２２がＡ軸回り
に旋回する。

【００１８】また、チェンジャ本体２２は、旋回軸２５
を介して支持されており、ラム１４にアタッチメントが
取り付けられた場合において工具交換を行うときには、
チェンジャ本体２２は、反転シリンダ２６のピストンロ
ッドが伸縮することによって、Ｂ軸回りに旋回すること
ができる。

【００１９】交換アーム２４は、この実施形態では、い
わゆるアーム両端部の把持部２７ａ、２７ｂがフック形
のアームであり、これらの把持部２７ａ、２７ｂには、
工具把持状態を固定・解除するためのロック機構を備え
ている。交換アーム２４は、チェンジャ本体２２の内蔵
するロータリアクチュエータ等によりＣ軸回りに１８０
度旋回することができるとともに、シリンダ２８によっ
てＣ軸に沿って直線移動することができる。

【００２０】図３に示すように、チェンジャ本体２２に
は、主軸端面に向けてエアまたは切削剤を噴出する主軸
端面清掃部３０が設けられている。この主軸端面清掃部
３０には、交換アーム２４に沿って伸びる管の先端にノ
ズル部３１が取り付けられている。

【００２１】図３において、参照符号３２がエアと切削
剤とを切り替える電磁方向切換弁である。この電磁方向
切換弁３２のＡポートにはコラム１０にあるエア供給配
管３３が接続され、Ｂポートには、図示しないクーラン
ト供給ユニットから延びる切削剤供給管３４が接続され
ている。Ｐポートには配管３５が接続され、この配管３
５は、図２において可撓性のホース３６として他の配
管、配線とともに結束されてチェンジャ本体２２に接続
され、主軸端面清掃部３０にエアまたは切削剤が供給さ
れる。

【００２２】なお、図３において、参照符号４０はＮＣ
装置であり、４２は、プログラマブルシーケンスコント
ローラ（以下、ＰＬＣという。）で、自動工具交換装置
１３、工具マガジン１５、ロータリテーブル１６、アタ
ッチメントストッカ１７、アタッチメント着脱機構２８
等の周辺機器の動作制御を制御するとともに、あらかじ
め作成されたシーケンス制御プログラムに基づいて前記
電磁方向切換弁３２のソレノイド３２ａ、３２ｂのＯＮ
／ＯＦＦを制御する。

【００２３】次に、本実施形態による工具交換の一連の
動作について、交換アームの動作のシーケンスを示す図
４乃至図６を参照しながら説明する。

【００２４】ＮＣ装置４０からＰＬＣ４２に工具交換指
令がされると、ＰＬＣ４２は、図４乃至図６の工具交換
動作が実現するように自動工具交換装置１３をシーケン
ス制御する。

【００２５】まず、図４は、新工具５０を工具マガジン
から取り出す動作を逐次示す説明図である。自動工具交
換装置１３は、最初に工具マガジン１５に向かって走行
し、図４（ａ）に二点鎖線で示す位置で停止すると、チ
ェンジャ本体２２は図２におけるＡ軸回りに９０度姿勢
が反転する。このチェンジャ本体２２の反転とともに交
換アーム２４の一方の把持部２７ｂには、工具マガジン
１５に格納されている新工具５０のグリップ部が入るよ
うになっており、交換アーム３４は把持部２７ｂで新工
具５０を把持することができる。なお、この新工具５０
は、２面拘束ツールであるものとする。

【００２６】次いで、図４（ｂ）に示すように、交換ア
ーム２４が新工具５０を掴んだ状態でシリンダ２８のピ
ストンロッドが伸張すると、新工具５０は工具マガジン
１５から取り出され、さらに、図４（ｃ）に示すよう
に、チェンジャ本体２２が図４（ａ）とは逆方向に９０
度反転すると、ガイドレール２１ａ、２１ｂに沿って走
行できる姿勢になる。

【００２７】図５は、主軸１６に対する工具交換位置手
前の清掃位置での主軸端面の清掃動作を順を追って示
す。

【００２８】まず、図５（ａ）に示すように、シリンダ
２８のピストンロッドが後退してからチェンジャ本体２
２は主軸１６に向かって走行を始め、図５（ｂ）に示す
位置、すなわち、正規の工具交換位置より手前の清掃位
置で停止する。この清掃位置では、図３に示すように、
主軸端面清掃部３０のノズル部３１は主軸１６の端面に
接近した位置にある。

【００２９】そこで、図３において、電磁方向切換弁３
２のソレノイド３２ａが励磁されると、エアが主軸端面
清掃部３０に供給されるので、ノズル部３１からはエア
が勢い良く主軸１６の端面に向けて噴出される。このエ
ア吹出と同時に主軸１６はゆっくりと回転を開始する。
このようにして主軸１６を回転させながらエアを主軸１
６の端面に勢い良く吹き付けることで、主軸１６に装着
された工具５２が主軸テーパ穴のテーパ面だけに密着す
る通常の工具であるとすれば、工具５２のフランジ部と
主軸端面には隙間があるので、主軸端面に切屑等の異物
が付着していた場合には、この異物をエアによって吹き
飛ばし主軸端面を清掃することができる。

【００３０】このようにして主軸１６を回転しながら行
う清掃を所定時間続けた後、主軸１６の回転を停止する
とともに、電磁方向切換弁３２のソレノイド３２ａを消
磁し中立位置にして、エアの噴出を停止する（図５
（ｄ））。

【００３１】なお、以上はエアを噴出する例であるが、
加工状況によっては、電磁方向切換弁のソレノイド３２
ｂの方を励磁し、主軸端面清掃部３０に切削剤を供給
し、ノズル部３１から主軸端面に噴出することで、エア
よりも確実に切屑を除去することもできる。

【００３２】次に、図６は、主軸１６から旧工具５２を
抜き取り、新工具５０を装着する交換アーム２４の一連
の動作を示す図である。

【００３３】図５（ｂ）乃至図５（ｄ）に示した清掃位
置から、交換アーム２４が工具交換位置に進入して停止
する過程で、図６（ａ）に示すように、交換アーム２４
の空の把持部２７ａには旧工具５２のグリップ部が入る
ので、この把持部２７ａで旧工具５２を把持することが
できる。

【００３４】次に、図６（ｂ）に示すように、シリンダ
２８のピストンロッドが伸張すると、交換アーム２４は
旧工具５２を持ったまま軸方向に移動し主軸１６から抜
き取ることができる。このとき、主軸１６側では、主軸
内部からエアを吹き出してテーパ穴を清掃しておくこと
が好ましい。

【００３５】次いで、交換アーム２４は、１８０度旋回
し（図６（ｃ））、シリンダ２８が後退して新工具５０
を主軸に装着する（図６（ｄ））。

【００３６】以上のようにして工具交換が完了するが、
新工具５０が２面拘束工具である場合でも、既に、主軸
端面の清掃が自動的になされているため、新工具５０と
主軸端面の間に切屑等を噛み込むことを未然に防止する
ことができる。

【００３７】工具交換の終了した自動工具交換装置１３
は、図４（ｃ）の位置に移動し、図４（ｂ）、図４
（ａ）の順にチェンジャ本体２２が反転しながら旧工具
５２を工具マガジン１５に返却する。

【００３８】以上のような一連の工具交換のシーケンス
は、加工プログラムにおいてＭコードで指定される工具
交換用のマクロとしておき、２面拘束工具に交換する指
令を受けたときにＰＬＣ４２はそのマクロを呼び出して
実行するようにしてもよい。

【００３９】次に、図７は、アタッチメントとして、ラ
ム１４にアングルヘッド６０を連結して加工を行う場合
において、アングルヘッド６０に対して工具交換を行う
ときの自動工具交換装置１３の姿勢を示す図である。

【００４０】自動工具交換装置１３の交換アーム２４を
アングルヘッド６０に対する工具交換位置に進入させる
ために、チェンジャ本体２２は、図２の姿勢から９０度
Ｂ軸回り旋回し、これにより交換アーム２４は反転した
姿勢で進入する。この場合、反転シリンダ２６が伸張す
ることで図７に示す姿勢に反転させることができる。

【００４１】チェンジャ本体２２がこの姿勢にあると、
交換アーム２４はアングルヘッド６０に取り付けてある
工具に対してアクセスすることができる。しかも、主軸
端面清掃部３０のノズル３１は、アングルヘッド６０の
端面に対して指向しており、エアを直接吹き付け可能な
向きにあるため、上述の主軸端面の清掃と同様にして、
工具交換位置の手前で停止してエアをノズル３１から噴
出させながらアングルヘッド６０の軸を回転させながら
端面を清掃し、しかる後に工具を交換することができ
る。

【００４２】以上のようにして、本実施形態の工具交換
装置によれば、アングルヘッド６０を使用した場合にも
工具交換時にアングルヘッド６０の端面を自動的に清掃
することができる。

【００４３】

【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、自動工具交換装置の工具交換動作を合理的に
利用して、自動工具交換装置から主軸端面の周辺に向け
てエアを噴出するようにして主軸端面回りを自動的に清
掃し、２面拘束工具の切屑等の噛み込みを確実に防止す
ることができる。

【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る横フラ
イス中ぐり盤を示す正面図。

【図２】本発明の一実施形態による自動工具交換装置を
示す斜視図。

【図３】本発明の一実施形態による自動工具交換装置の
備える主軸端面清掃部のノズルと主軸の位置関係を示す
図。

【図４】工具マガジンから工具を取り出す自動工具交換
装置の動作を順次示す動作説明図。

【図５】主軸端面を清掃する自動工具交換装置の動作を
順次示す動作説明図。

【図６】主軸端面の清掃後、主軸に対し工具を交換する
自動工具交換装置の動作を順次示す動作説明図。

【図７】アングルヘッドをラムに取り付けた場合の自動
工具交換装置の姿勢を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ コラム １１ ベッド １２ 主軸頭 １３ 自動工具交換装置 １４ ラム １５ 工具マガジン １６ 主軸 １８ アタッチメントストッカ ２０ 走行台 ２２ チェンジャ本体 ２４ 交換アーム ２６ 反転シリンダ ３０ 主軸端面清掃部 ３１ ノズル部 ６０ アングルヘッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具把持部を両端部に有する旋回式の交換
   アームを有する自動工具交換装置において、 工作機械の主軸の軸方向と直角な方向から工具交換位置
   に進入する自動工具交換装置の本体部を備え、前記交換
   アームの工具把持部の近辺から前記主軸の端面に向けて
   エアを噴出するノズル部を有する清掃手段を前記本体部
   に設けたことを特徴とする主軸端面清掃機能を有する自
   動工具交換装置。
2. 【請求項２】前記本体部は、前記交換アームを９０度反
   転させ、前記交換アームを前記主軸と連結されたアング
   ルヘッドへの工具交換位置に進入させる反転機構を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の主軸端面清掃機能
   を有する自動工具交換装置。
3. 【請求項３】前記清掃手段のノズル部にエア供給するエ
   ア供給回路と、切削剤を主軸に供給する切削剤供給回路
   とを電磁切換弁により接続し、前記ノズル部からエアの
   替わりに切削剤を噴出するようにしたことを特徴とする
   請求項１に記載の主軸端面清掃機能を有する自動工具交
   換装置。
4. 【請求項４】工具マガジンより新工具を抜き出した後、
   工具交換装置を工具交換位置に向かって移動させ、工具
   交換位置手前の清掃位置に停止させる動作と、前記ノズ
   ル部からエアの噴出を開始するとともに主軸を回転させ
   る動作と、所定時間経過後前記ノズル部からのエアの噴
   出および主軸の回転を停止させる動作と、前記交換アー
   ムを清掃位置から工具交換位置に進入させる動作と、旧
   工具を主軸から抜き出し新工具を主軸に装着する一連の
   工具交換動作と、を含む一連のシーケンスを制御するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置のシ
   ーケンス制御装置。