JP2006150468A

JP2006150468A - 自動工具交換装置及び自動工具交換装置を有する加工装置

Info

Publication number: JP2006150468A
Application number: JP2004341112A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubota; 直樹窪田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】簡素な構造の自動工具交換装置を提供することである。
【解決手段】加工装置１１のフレーム１２には、工具パレット２０を収納するための開口部２１が設けられている。工具パレット２０は、扇状の形状でその周辺部に工具を収納するための複数の孔２０ａが設けらている。加工時には、工具パレット２０は開口部２１の中に収納され、工具交換時には、工具パレット２０の工具の中心軸が、主軸１６の中心軸と一致するように工具パレット２０の回転位置が位置決めされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置の自動工具交換装置及び自動工具交換装置を有する加工装置に関する。

自動工具交換機能を有する加工装置では、工具を取り付ける加工装置の主軸に対する工具交換のための複数の工具を収納する工具パレットを加工装置と別に設け、その工具パレットに収納されている工具をロボットハンド等によりつかんで工具の交換を行っている。

工具を自動的に交換する機構としては、回転式のディスクに工具を収納し、ディスクを回転させて工具を所定の位置まで移動させた後、ロボットハンド等の工具搬送装置により目的の工具を加工装置の主軸の位置まで搬送する構造のもの、マトリックス状に工具を整列格納し、工具搬送装置をＸ，Y方向に移動させて所望の工具を主軸の位置まで搬送する構造のもの、チェーン状に配列された工具を循環させ、工具を所定の位置まで移動させ、工具搬送装置により工具を主軸の位置まで搬送する構造のもの等が知られている。

特許文献１には、複数の工具パレットを垂直方向に多段に収納したストッカーを設け、ストッカー内の工具パレットを工作機械の所望の位置に搬送して工具の交換を行うことが記載されている。

しかしながら、上記の工具交換方法は、交換する工具を所定の位置まで移動させる工具移送機構や工具を加工装置の主軸の位置まで搬送するロボットアーム等の工具搬送装置が必要となる。そのため自動工具交換装置の構造が複雑になり、装置が大型になるという問題点があった。

上記の問題を解決するために、特許文献２には、加工時には、工具マガジンを工具が取り付けられる主軸ユニットの移動範囲外に配置し、工具交換時に工具マガジンを主軸ユニットの移動範囲内に移動させて工具の交換を行う工具交換装置が記載されている。
特開２００１−１９８７６２号公報特開平９−１４３８号公報

しかしながら、特許文献２の発明は、Ｘ軸方向に移動可能なテーブルと、Ｙ軸方向に移動可能な主軸ユニットとからなる加工装置において、工具マガジンをテーブルの端部と当接する位置まで移動させる移動機構と、主軸ユニットをＹ軸方向に移動させる移動機構の両方が必要であり工具交換装置の構造が複雑になっている。
本発明の課題は、簡素な構造の自動工具交換装置を提供することである。

本発明の自動工具交換装置は、複数の工具を挿脱自在に保持する工具収納部を有する工具パレットと、工具交換時に、前記工具収納部に収納されている工具の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させ、加工時は、前記加工装置の主軸の中心軸から所定距離離れた位置に前記工具パレットを回転移動させる工具パレット駆動モータとを備える。

この発明によれば、工具パレットを回転移動させることで工具収納部に収納されている工具を加工装置の主軸の中心軸の位置に移動させることができるので、交換用工具を加工装置の主軸の位置まで搬送する専用の搬送装置が不要となる。これにより、自動工具交換装置の構造が簡素になる。

上記の自動工具交換装置において、前記パレット駆動モータは、工具交換時に、工具が収納されていない工具収納部の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させて、前記加工装置に取り付けられている工具を前記工具収納部に収納した後、前記工具収納部に収納されている工具の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させる。

このように構成することで、工具交換時に、加工装置に取り付けられている工具を工具収納部の空きの部分に収納し、その後、工具収納部に収納されている工具を加工装置に取り付けることができる。

上記の自動工具交換装置において、前記工具パレットは、扇状の形状で、扇状の周辺部に工具収納部が設けられ、前記工具パレット駆動モータは、加工時に扇状の部分以外の部分が前記主軸の下部に位置するように前記工具パレットを回転移動させる。

このように加工時に、扇状の形状の工具パレットの扇状の部分以外の部分が加工装置の主軸の下部に移動するように工具パレット駆動モータを制御することで、工具が簡単に交換でき、かつ簡素な構造の自動工具交換装置を実現できる。

上記の自動工具交換装置において、前記工具パレットは、円盤状でその一部が欠けた形状であり、前記工具パレット駆動モータは、加工時に前記工具パレットの欠けた部分が前記加工装置の主軸の下部に位置するように前記工具パレットを回転移動させる。

このように構成することで、円形の工具パレットの欠けた部分が加工装置の主軸の下部に位置するように工具パレットを回転させることで、工具パレットが加工の際に邪魔にならないようにできる。

上記の自動工具交換装置において、前記工具パレットは、前記工具パレット駆動モータの回転軸に固定されている。
このように構成することで工具パレットを回転させるための駆動系をさらに簡素にできる。

上記の自動工具交換装置は、前記工具収納部の工具の有無を検出する工具検出手段を有し、前記工具検出手段により前記工具収納部の所定の位置が空きで、かつ所定の位置に交換用工具が収納されていることが検出されたとき、工具の交換を行う。

このように構成することで、主軸に取り付けられている工具を収納するための空きスペースが工具パレットにあり、かつ交換用工具が工具パレットに収納されているときに工具の交換を行うことができる。

本発明によれば、工具パレットを回転移動させることで工具収納部に収納されている工具を加工装置の主軸の中心軸の位置に移動させることができるので、交換用工具を加工装置の主軸の位置まで搬送する搬送装置が不要となる。これにより自動工具交換装置の構造が簡素になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態の自動工具交換装置を有する加工装置（マシニングセンタ）１１の外観斜視図である。
自動工具交換機能を有する加工装置（以下、加工装置という）１１は、フレーム１２にステージ１３が鉛直方向に移動可能に取り付けられており、そのステージ１３に主軸装置１４が取り付けられている。主軸装置１４は、主軸モータ１５により主軸（加工軸）１６に取り付けられた工具１７を回転させ被加工物の加工を行う。ステージ１３は、ステージ駆動モータ１８により鉛直方向の位置が制御される。

フレーム１２のステージ１３の下方には開口部２１が設けられており、その開口部２１の内部に工具パレット２０が収納されている。
工具パレット２０は、図２に示すように、扇状の形状で外周部側の同一円周上に工具を収納するための複数の孔２０ａ（工具収納部）が設けられている。扇の要の部分にはモータ（工具パレット駆動モータ）３１の回転軸３２が固定されており、モータ３１の回転角度を制御することで工具パレット２０を任意の位置に位置決めすることができる。

モータ３１はＬ字型のモータ固定部３３に固定され、そのモータ固定部３３の上面には、工具の有無を検出するセンサ（工具検出手段）３４が取り付けられている。このセンサ３４は、例えば、光センサ等からなり、主軸１６から取り外す工具を収納するために、所定の位置の孔２０ａが空きとなっているか否か、交換用工具が所定の位置の孔２０ａに収納されているか否かを検出するためのものである。このセンサ３４による検出は、センサ３４の光軸上において検出される工具の有無によって、即ち、工具パレット２０に収納された工具の下方側が工具パレット２０の下面よりも突出することによりセンサ３４の光軸上において検出されるか否かによって行われる。よって、光軸上において検出されない場合は、孔２０ａが空きとなる。これらの工具パレット２０，モータ３１、センサ３４等で自動工具交換装置を構成する。

工具パレット２０の孔２０ａには、主軸１６の工具取り付け部から取り外される工具と、次の加工のために新たに取り付けられる交換用工具１７が収納される。工具１７の上部は円錐状の傾斜面が形成されており、その傾斜面が主軸１６の工具取り付け部に挿入されて工具１７が主軸１６に固定される構造となっている。

工具パレット２０は、開口部２１の内部に収納される位置と、工具パレット２０に収納されている特定の工具の中心軸が、主軸１６の中心軸と一致する位置の２つの位置を取ることができる。工具パレット２０の回転位置の位置決めは、図示しない制御装置がモータ３１の回転角度を制御することにより行われる。

図１に戻り、主軸装置１４の下方には、被加工物を載せるテーブル１９が設けられており、テーブル１９はＸ，Ｙ軸方向（図１の正面から見て水平方向と、奥行き方向）に移動可能に構成されている。

次に、図３は、主軸１６とフレーム１２の開口部２１と工具パレット２０との位置関係を示す図である。
図３に示すように、工具パレット２０はモータ３１の回転軸３２を中心にして回転可能に構成されており、モータ３１の回転角度を制御することで、フレーム１２の開口部２１の内部に収納される位置と、工具パレット２０の特定の位置の孔２０ａの中心軸、あるいは特定の孔２０ａに収納される交換用工具の中心軸が主軸１６の中心軸と一致する位置の２つの位置を取ることができる。

次に、以上のような構成の加工装置１１の加工時と工具交換時の動作を図４及び図５を参照して説明する。
最初に加工時の動作を、図４（Ａ）の加工時の加工装置１１の外観斜視図と、図４（Ｂ）の工具パレット２０と開口部２１の位置関係を参照して説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）において、２１ａは、開口部２１の底面の部分を示している。

主軸装置１４により被加工物の加工を行う場合には、モータ３１は工具パレット２０を回転移動させて開口部２１の内部、すなわち、図４（Ｂ）に示す開口部２１の底面２１ａの上部の位置に位置決めする。

このときの工具パレット２０と主軸１６との位置関係は、図４（Ｂ）に示すように、工具パレット２０の孔２０ａが主軸１６の中心軸から所定距離離れた位置となる。
従って、主軸装置１４を鉛直方向（図４（Ａ）の矢印ａ方向）に移動させて加工を行っても、工具パレット２０が加工の邪魔になることはない。

次に、工具を交換する場合の動作を、図５（Ａ）の交換時の加工装置１１の外観斜視図と、図５（Ｂ）の交換時の工具パレット２０と開口部２１の位置関係を参照して説明する。

工具を交換する場合には、モータ３１を駆動して工具パレット２０を約１８０度回転させ、工具パレット２０の所定の位置の孔２０ａの中心軸が、主軸１６の中心軸と一致する位置に移動させる。そして、センサ３４により主軸１６の下の位置の孔２０ａに工具が収納されているか否かを検出する。工具が収納されている場合には、工具パレット２０を所定角度回転させ、他の孔２０ａが主軸１６の中心軸の真下にくるようにする。そして、センサ３４によりその孔２０ａに工具が収納されているか否かを検出する。

主軸１６の真下の孔２０ａが空きとなっていることを確認したなら、制御装置は、ステージ駆動モータ１８により主軸装置１４を鉛直下方向に移動させ、主軸１６の先端の工具を工具パレット２０の空いている孔２０ａに挿入して工具を工具パレット２０に移動させ、次いで主軸装置１４を上方向に移動して主軸１６を上昇させる。

次に、制御装置は、工具パレット２０を回転移動させ、工具パレット２０に収納されている次の加工に用いる予定の交換用工具の中心軸が、主軸１６の中心軸と一致する位置に位置決めする。そして、センサ３４により主軸１６の中心軸と一致する位置の孔２０ａに交換用工具が収納されているか否かを検出する。交換用工具が収納されているときには、ステージ駆動モータ１８を駆動して主軸装置１４を鉛直下方向に移動させ、工具パレット２０の交換用工具を主軸１６の先端の工具取り付け部に挿入する。

図５（Ｂ）は、このときの工具パレット２０と主軸１６の位置関係を示しており、主軸１６の中心軸と工具パレット２０の孔２０ａに収納された交換用工具の中心軸とが一致する位置に工具パレット２０の回転位置が位置決めされている。

上述した実施の形態によれば、工具パレット２０を回転させ、工具パレット２０の孔２０ａの中心軸またはその孔２０ａに収納されている工具の中心軸が、主軸１６の中心軸と一致するように位置決めすることで、工具パレット２０から主軸装置１４まで工具を搬送する搬送装置が不要となる。これにより、自動工具交換装置の構造が簡素になる。また、工具パレット２０を回転させる駆動部は、モータ３１、あるいはモータ３１の回転力を伝達する歯車等でよいので簡素な構造の自動工具交換装置を実現できる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）工具パレット２０は、モータ３１の回転軸３２に直接取り付ける方法に限らず、歯車等を介して駆動しても良い。
（２）工具パレット２０の形状は扇状のものに限らず、例えば、円盤状の形状で、主軸１６の加工の邪魔にならないように一部が欠けた形状となっていても良い。また、工具収納部の形状は、実施の形態のような孔２０ａに限らず、使用する工具の形状にあわせて任意の形状にできる。
（３）加工装置はマシニングセンタに限らず、マシニングセンタと旋盤等の他の加工装置を組み合わせた複合加工装置でも良い。

実施の形態の加工装置の外観斜視図である。工具パレットとその回転機構を示す図である。主軸と工具パレットの位置関係を示す図である。加工時の工具パレットの動作説明図である。工具交換時の工具パレットの動作説明図である。

符号の説明

１１加工装置
１２フレーム
１３ステージ
１４主軸装置
１５主軸モータ
１６主軸
１７工具
１８ステージ駆動モータ
１９ベッド
２０工具パレット
３１モータ
３２回転軸
３４センサ

Claims

複数の工具を挿脱自在に保持する工具収納部を有する工具パレットと、
工具交換時に、前記工具収納部に収納されている工具の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させ、加工時は、前記加工装置の主軸の中心軸から所定距離離れた位置に前記工具パレットを回転移動させる工具パレット駆動モータとを備える自動工具交換装置。
前記パレット駆動モータは、工具交換時に、工具が収納されていない工具収納部の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させて、前記加工装置に取り付けられている工具を前記工具収納部に収納した後、前記工具収納部に収納されている工具の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致する位置に前記工具パレットを回転移動させる請求項１記載の自動工具交換装置。
前記工具パレットは、扇状の形状で、扇の周辺部に工具収納部が設けられ、
前記工具パレット駆動モータは、加工時に扇状の部分以外の部分が前記主軸の下部に位置するように前記工具パレットを回転移動させる請求項１または２記載の自動工具交換装置。
前記工具パレットは、円盤状でその一部が欠けた形状であり、
前記工具パレット駆動モータは、加工時に前記工具パレットの欠けた部分が前記加工装置の主軸の下部に位置するように回転移動させる請求項１または２記載の自動工具交換装置。
前記工具パレットは、前記工具パレット駆動モータの回転軸に固定されている請求項１，２または３記載の自動工具交換装置。
前記工具収納部の工具の有無を検出する工具検出手段を有し、
前記工具検出手段により前記工具収納部の所定の位置が空きで、かつ所定の位置に交換用工具が収納されているとき、工具の交換を行う請求項１，２，３，４または５記載の自動工具交換装置。
複数の工具を挿脱自在に保持する工具収納部を有する工具パレットと、
工具交換時に、前記工具収納部に収納されている工具の中心軸が、加工装置の主軸の中心軸と一致するように前記工具パレットを回転移動させ、加工時には、前記加工装置の主軸の中心軸から所定距離離れた位置に前記工具パレットを回転移動させる工具パレット駆動モータとからなる自動工具交換装置を有する加工装置。
前記工具パレットは、扇状の形状で、その周辺部に工具収納部が設けられ、
前記工具パレット駆動モータは、工具交換時に、前記工具収納部に収納された工具の中心軸と前記加工装置の主軸の中心軸が一致するように前記工具パレットを回転移動させ、加工時には、前記工具パレットの扇状の部分以外の部分が、前記加工装置の主軸の下部に位置するように前記工具パレットを回転移動させる請求項７記載の自動工具交換装置を有する加工装置。