JP2008023662A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測用工具によるマスターチェックに要する時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供する。
【解決手段】切削加工されたワークＷの孔部Ｗａの内径寸法を計測するエアマイクロメータ３６を有する計測用工具３２を着脱可能に支持する主軸１６と、ワークＷの孔部Ｗａの基準となる内径寸法で形成されるマスターゲージ９６を支持すると共に、マイクロメータ３６がマスターゲージ９６内に配置された状態で計測用工具３２を収納する特殊工具収納マガジン７１と、特殊工具収納マガジン７１を計測用工具３２が主軸１６に対して工具交換を行う工具交換位置Ｍ３との間で移動させるＺ軸方向移動用モータ５２及びＸ軸方向移動用モータ５９とを備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具収納マガジンに収納される計測用工具を、加工機の主軸との間で自動的に交換する自動工具交換装置に関する。

例えば、ワーク（被加工物）が、複数の隔壁を貫通するクランクシャフトやカムシャフトが配置される多気筒エンジンのシリンダブロック、同じく伝動軸が配置されるミッションケース等である場合には、ワークに複数の孔を同一軸線上に加工する必要がある。このように、複数の孔をワークにおける同一軸線上で、且つ、一度に精度良く加工できるものとしてラインボーリング加工が知られている。

ラインボーリング加工では、複数の孔に中ぐり加工を行うラインボーリングバー等の切削加工用工具を使用し、この切削加工用工具の周面に複数の刃具を装着することによって、例えば、ワークに予め形成された互いに整列する複数の下孔に対して、同時に荒加工または仕上げ加工を行うことができる。従来のラインボーリング加工においては、ラインボーリング加工を専用に行う加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うか、または、マシニングセンタ等の汎用の加工機に切削加工用工具を装着して加工を行うようにしていた。

そして、ラインボーリング加工後においては、孔の内径寸法、真直度、及び表面粗さや、孔同士の同心度等の計測をして、それぞれの孔径が所定精度に形成されているかを検査している。このラインボーリング加工後の孔径精度の計測方法では、計測用工具にエアマイクロメータを設け、加工後の孔に計測用工具を挿入したときのエア流量と、マスターゲージに計測用工具を挿入したときのエア流量とを計測し、これらを比較することにより孔径精度の検査を行っていた。

このような、従来の計測方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平８−１５５７９４号公報

しかしながら、上述した従来の計測方法は、ラインボーリング加工を行う加工機の外部に設置された孔径計測装置を用いて行われていた。従って、マスターゲージに計測用工具を挿入したときのエア流量を計測するとき、即ち、マスターチェック時においては、作業者が計測用工具をマスターゲージが設けられる孔径計測装置に移動させなければならなかった。これにより、作業者への負担が大きくなるばかりでなく、マスターチェックに要する時間が増大するという問題があった。

しかも、このような計測方法では、通常、計測用工具は加工機に取り付けられたままとなっていることから、計測用工具取付時や所定期間ごとにしかマスターチェックが行われない傾向にあった。この結果、計測データの信頼性が低下するだけでなく、ワークの品質低下にも繋がってしまう。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、計測用工具によるマスターチェックに要する時間を短縮することができる自動工具交換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る自動工具交換装置は、
切削加工された被加工物の孔部の内径寸法を計測する計測手段を有する計測用工具を着脱可能に支持する主軸と、
前記孔部の基準となる内径寸法で形成されるマスターゲージを支持すると共に、前記計測手段が前記マスターゲージ内に配置された状態で前記計測用工具を収納する工具収納マガジンと、
前記工具収納マガジンを前記計測用工具が前記主軸に対して工具交換を行う工具交換位置との間で移動させるマガジン移動手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る自動工具交換装置は、
第１の発明に係る自動工具交換装置において、
前記計測用工具が前記主軸に装着した後に、前記計測手段により前記マスターゲージの内径寸法を計測するようにした
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る自動工具交換装置は、
第１または第２の発明に係る自動工具交換装置において、
前記孔部を切削加工するときに使用する切削水を前記マスターゲージの周囲に循環させる
ことを特徴とする。

第１の発明に係る自動工具交換装置によれば、切削加工された被加工物の孔部の内径寸法を計測する計測手段を有する計測用工具を着脱可能に支持する主軸と、前記孔部の基準となる内径寸法で形成されるマスターゲージを支持すると共に、前記計測手段が前記マスターゲージ内に配置された状態で前記計測用工具を収納する工具収納マガジンと、前記工具収納マガジンを前記計測用工具が前記主軸に対して工具交換を行う工具交換位置との間で移動させるマガジン移動手段とを備えることにより、前記計測用工具を前記マスターゲージに挿入する作業がなくなるので、前記計測用工具によるマスターチェックに要する時間を短縮することができる。

第２の発明に係る自動工具交換装置によれば、第１の発明に係る自動工具交換装置において、前記計測用工具が前記主軸に装着した後に、前記計測手段により前記マスターゲージの内径寸法を計測するようにしたことにより、前記計測用工具を使用するごとにマスターチェックを行えるので、前記孔部を精度よく計測することができる。

第３の発明に係る自動工具交換装置によれば、第１または第２の発明に係る自動工具交換装置において、前記孔部を切削加工するときに使用する切削水を前記マスターゲージの周囲に循環させることにより、被加工物の温度と前記マスターゲージの温度とが略同一温度に保持され、前記孔部の計測時の計測環境とマスターチェック時の計測環境とが略同一に設定することができる。この結果、被加工物と前記マスターゲージとの熱変形誤差を抑制することができるので、高精度に計測することができる。

以下、本発明に係る自動工具交換装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図、図２は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図、図３は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図、図４は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図、図５は本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図、図６は計測用工具の側断面図、図７はマスターゲージの概略図、図８は移動後のラインバーの様子を示した図、図９は主軸装着時のラインバーの様子を示した図、図１０は加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図、図１１は加工中のラインバーの様子を示した図、図１２は待機中の計測用工具の様子を示した図、図１３は移動後の計測用工具の様子を示した図、図１４は主軸装着時の計測用工具の様子を示した図、図１５はマスターゲージから引き抜かれたときの計測用工具の様子を示した図、図１６は計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図、図１７は計測中の計測用工具の様子を示した図である。

図１に示すように、工作機械１は機械本体２と自動工具交換装置３とから構成されている。そして、機械本体２及び自動工具交換装置３は機械用カバー４及び装置用カバー５で覆われている。

機械本体２にはベッド１１が設けられている。ベッド１１上には左右方向（以下、Ｘ軸方向と記す）に延設するガイド１２が設けられており、このガイド１２にはコラム１３が往復移動可能に支持されている。コラム１３の前面には上下方向（以下、Ｙ軸方向と記す）に延設するガイド１４が設けられており、このガイド１４にはヘッドストック１５が昇降可能に支持されている。ヘッドストック１５には水平軸回りに回転駆動する主軸１６が支持されており、この主軸１６は図示しない駆動装置に接続されている。

また、ベッド１１上には前後方向（以下、Ｚ軸方向と記す）に延設するガイド１７が設けられており、このガイド１７には第１テーブル１８が往復移動可能に支持されている。第１テーブル１８には鉛直軸回りに割出回転可能に支持される第２テーブル１９が設けられており、この第２テーブル１９上には、例えば、多気筒エンジンのシリンダブロックとしてのワーク（被加工物）Ｗが着脱可能に取り付けられる。

更に、ベッド１１の側部には自動工具交換機構２０が設けられている。自動工具交換機構２０は図示しない一般工具収納マガジン及び旋回式アーム等から構成されている。一般工具収納マガジンには、ドリルやフライスカッタ等の所謂ショートツールといわれる切削加工用工具（以下、工具と記す）２１が各種収納されている。従って、周知のように、自動工具交換機構２０は、旋回式アームを駆動させることにより、一般工具収納マガジンと主軸１６との間で、各種の工具２１を自動交換することができる。

なお、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは水平面内で直交するものであり、Ｚ軸方向はこれらＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するものである。即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、直行３軸を形成している。

一方、自動工具交換装置３内には、下方から順に、ラインボーリングバー（以下、ラインバーと記す）３１及び計測用工具３２，３３が配置されている（図２参照）。これらはその軸線がＺ軸方向と平行で、且つ、主軸装着時と同じ向きになるように収納されている。

ラインバー３１は、所謂、ロングツールといわれる切削加工用工具であって、ワークＷにおける同一軸線上に形成される複数の孔からなる孔部Ｗａに、ラインボーリング加工を行うものであり、その周面には軸方向に所定間隔で複数の刃具が装着されている。また、詳細は後述するが、計測用工具３２は、ラインバー３１によりラインボーリング加工されたワークＷの孔部Ｗａに挿入されることで、孔部Ｗａの内径寸法を計測するものである。一方、計測用工具３３は、ドリル等の工具２１によりラインボーリング加工以外、例えば、穴あけ加工されたワークＷの孔に挿入されることで、当該孔の内径寸法を計測するものであり、計測用工具３２よりも短軸に形成されている。

即ち、詳細は後述するが、自動工具交換装置３を駆動させることにより、機械本体２の主軸１６との間で、収納したラインバー３１及び計測用工３２，３３が自動交換されるようになっている。

従って、工作機械１は、自動工具交換機構２０及び自動工具交換装置３を備えることにより、同一の主軸１６に各種切削加工用工具である工具２１またはラインバー３１を着脱可能にして、ドリルやフライスカッタ等の工具２１による通常のマシニングセンタによる穴あけ加工や平面加工等の切削加工を行う一方、ラインバー３１によるラインボーリング加工を行うことができる。即ち、工作機械１は、工具２１またはラインバー３１を使い分けながら多岐に亘る切削加工を行うことができる。更に、それぞれの切削加工後に形成されたワークＷの孔部Ｗａまたは孔は、自動工具交換装置３により主軸１６に装着された計測用工具３２または計測用工具３３により、その内径寸法が計測されるようになっている。

次に、図１乃至７を用いて自動工具交換装置３を説明する。

図１乃至５に示すように、自動工具交換装置３にはラインバー３１及び計測用工具３２，３３を吊り下げ支持する吊り下げ構造体４１が設けられている。吊り下げ構造体４１は、４本の立設する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと、隣接する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの上端間を連結する上梁部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと、隣接する支柱部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの長手方向略中間部間を連結する中間梁部材４４ａ，４４ｂ，４４ｃとから構成されている。

４３ｂ，４３ｄの下面には板状の支持板５１が設けられている。支持板５１の下面におけるＺ軸方向前端にはＺ軸方向移動用モータ５２が設けられており、このＺ軸方向移動用モータ５２の出力軸にはボールねじ軸５３が接続されている。また、支持板５１の下面におけるＸ軸方向両側にはＺ軸方向に延設するレール部材５４が設けられている。

支持板５１の下方には枠状の移動体５５が配置されている。移動体５５の上面には、ボールねじ軸５３と螺合するボールナット部材５６と、レール部材５４と摺動可能に係合する摺動部材５７とが設けられている。一方、移動体５５の下面におけるＺ軸方向両側にはＸ軸方向に延設するレール部材５８が設けられている。また、移動体５５のＸ軸方向外端にはＸ軸方向移動用モータ５９が設けられており、このＸ軸方向移動用モータ５９の出力軸には移動体５５内の空間に貫通するボールねじ軸６０が接続されている。

移動体５１の下方には、筒状に形成されてその軸線がＺ軸方向に延設する特殊工具収納マガジン７１が配置されている。特殊工具収納マガジン７１は、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３を収納するものであって、Ｘ軸方向内側に配置される内壁７２と、この内壁７２ようも外側に配置される外壁７３と、内壁７２の下端と外壁７３の下端とを接続する底板７４とを備えている。内壁７２の上端には板状の上板７５が設けられる一方、外壁７３の上端には板状の支持板７６が設けられている。支持板７６の上面には、レール部材５８と摺動可能に係合する摺動部材７７と、ボールねじ軸６０と螺合するボールナット部材７８とが設けられている。

なお、Ｚ軸方向移動用モータ５２、ボールねじ軸５３，６０、レール部材５４，５８、ボールナット部材５６，７８、摺動部材５７，７７、Ｘ軸方向移動用モータ５９等はマガジン移動手段を構成するものである。

従って、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動させると、ボールねじ軸５３が回転してボールナット部材５６が当該ボールねじ軸５３上を移動する。これにより、摺動部材５７がレール部材５４に沿って摺動するので、移動体５５をＺ軸方向に往復移動させることができる。即ち、特殊工具収納マガジン７１をＺ軸方向に往復移動させることができる。また、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動させると、ボールねじ軸６０が回転してボールナット部材７８が当該ボールねじ軸６０上を移動する。これにより、摺動部材７７がレール部材５８に沿って摺動するので、特殊工具収納マガジン７１をＸ軸方向に往復移動させることができる。

内壁７２のＺ軸方向両側には、第１シャッタ６１及びカバー部材６２が当該内壁７２と面一になるように配置されている。第１シャッタ６１は、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３の基端側に対向するように配置されている。また、第１シャッタ６１はＬ字形をなす支持部材６３を介して移動体５５のＺ軸方向後端に支持されており、支持部材６３の長辺部６３ａに図示しないＹ軸方向に延設する開閉軸を介して開閉可能に取り付けられている。一方、カバー部材６２はブラケット６５を介して移動体５５のＺ軸方向前端に支持されている。

第１シャッタ６１の背面における上端及び下端の近傍にはローラ６４が回転可能に支持される一方、底板７４及び支持板７６のＺ軸方向後端には各ローラ６４に対向するように溝部材７９が支持されている。溝部材７９はＸ軸方向に延設しており、その先端はＺ軸方向前方側に向けて傾斜するように形成されている。そして、溝部材７９には、当該溝部材７９の形状に沿うように、Ｚ軸方向前方側に向けて傾斜する傾斜溝７９ａと、Ｘ軸方向に延設する直線溝７９ｂとが連続して形成されている。各ローラ６４はこの傾斜溝７９ａ及び直線溝７９ｂ内に配置されて転動するようになっている。

従って、Ｘ軸方向移動用モータを駆動させると、溝部材７９は特殊工具収納マガジン７１と共にＸ軸方向に往復移動される。これにより、各ローラ６４が傾斜溝７９ａ及び直線溝７９ｂ内を往復転動するので、第１シャッタ６１の開閉動作を行うことができる。なお、第１シャッタ６１の開扉時においては、溝部材７９はその先端部を第１シャッタ６１の背面に押圧しながらＸ軸方向内側に移動することになるので、傾斜溝７９ａ内及び直線溝７９ｂ内におけるローラ６４の転動をスムーズに行うことができる。

内壁７２には、第１シャッタ６１に対し当該第１シャッタの開閉軸とは反対側に隣接するように、且つ、上下に並設けられた第２シャッタ８１及び第３シャッタ８２が設けられている。第２シャッタ８１は、計測用工具３２，３３の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないＺ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁７２に開閉可能に支持されている。一方、第３シャッタ８２は、ラインバー３１の先端側に対向するように配置されると共に、その上辺側を図示しないＺ軸方向に延設する開閉軸を介して内壁７２に開閉可能に支持されている。

第２シャッタ８１の背面には回動部材８３が設けられており、この回動部材８３に対向する外壁７３の外面には第２シャッタ用エアシリンダ８４がブラケット８５を介して支持されている。第２シャッタ用エアシリンダ８４は、外壁７３を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン７１内をラインバー３１及び計測用工具３２，３３と干渉することなく、計測用工具３３と略同一高さになるように配置されている。そして、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａは図示しない回動軸を介して回動部材８３の先端に支持されている。

一方、第３シャッタ８２の前面には回動部材８６が設けられており、この回動部材８６に対向する外壁７３の外面には第３シャッタ用エアシリンダ８７がブラケット８８を介して支持されている。第３シャッタ用エアシリンダ８７は、外壁７３を貫通すると共に、特殊工具収納マガジン７１内をラインバー３１及び計測用工具３２，３３と干渉することなく、計測用工具３２と略同一高さになるように配置されている。そして、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａは図示しない回動軸を介して回動部材８６の先端に支持されている。

なお、第２シャッタ８１は第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが短縮したときに閉扉状態となる一方、第３シャッタ８２は第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａが伸長したときに閉扉状態となっている。

従って、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａを伸長させると、回動部材８３が上方に回動し、第２シャッタ８１を開扉することができると共に、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａを短縮させると、回動部材８３が下方に回動し、第２シャッタ８１を閉扉することができる。一方、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａを短縮させると、回動部材８６が上方に回動し、第３シャッタ８２を開扉することができると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド部８７ａを伸長させると、回動部材８６が下方に回動し、第３シャッタ８２を閉扉することができる。

そして、上述したように、特殊工具収納マガジン７１内には、ラインバー３１及び計測用工具３２，３３が収納されており、ラインバー３１は底板７４に支持される保持部材９１上に保持されると共に、計測用工具３２，３３は外壁７３に支持される保持部材９２，９３上に保持されている。

ここで、図６に示すように、計測用工具３２，３３の基端にはエア供給口３４，３５が設けられる一方、その先端にはエアマイクロメータ（計測手段）３６，３７が装着されている。エア供給口３４，３５は計測用工具３２，３３の主軸装着時に主軸１６内の図示しないエア回路と連通されており、このエア回路は図示しないエア供給装置に接続されている。また、エア供給口３４，３５は計測用工具３２，３３の軸方向に延設するエア供給路３２ａ，３３ａと連通しており、このエア供給路３２ａ，３３ａはエアマイクロメータ３６，３７の径方向に延設するノズル部３６ａ，３７ａと連通している。即ち、計測用工具３２，３３が主軸１６に装着されると、エア供給装置から供給されたエアはエア供給口３４，３５から流入し、エア供給路３２ａ，３３ａを介してノズル部３６ａ，３７ａから吹き出すようになっている。

また、図７に示すように、外壁７３の計測用工具３２，３３に対向した内面にはブロック９４，９５が設けられている。ブロック９４，９５の中央には円形の開口部９４ａ，９５ａが開口されており、この開口部９４ａ，９５ａにはリング状のマスターゲージ９６，９７が嵌め込まれている。マスターゲージ９６，９７はワークＷの孔部Ｗａ及び孔の基準となる内径寸法で形成されている。即ち、計測用工具３２，３３は、エアマイクロメータ３６，３７のノズル部３６ａ，３７ａがマスターゲージ９６，９７内に挿入されるように、保持部材９２，９３上に保持されている。

従って、切削加工後のワークＷの孔部Ｗａ及び孔に計測用工具３２，３３を挿入したときのエア流量（計測値）と、マスターゲージ９６，９７に計測用工具３２，３３を挿入したとき、即ち、マスターチェック時のエア流量（基準値）とを、エアマイクロメータ３６，３７により計測し、これらを比較することによりワークＷの孔部Ｗａ及び孔の内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かを検査することができる。つまり、計測値が基準値よりも大きいときには、孔部Ｗａ及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも小さいと判定される一方、計測値が基準値よりも小さいときには、孔部Ｗａ及び孔の内径寸法は所定寸法範囲よりも大きいと判定されるようになっている。なお、エア流量を計測するのではなく、エア圧を計測するようにしても構わない。

更に、ブロック９４，９５内には、マスターゲージ９６，９７を囲うように冷却通路９８，９９が設けられている。冷却通路９８，９９には、図示しない切削水供給装置によりワークＷを切削加工するときに使用する切削水が常時循環されている。即ち、切削水供給装置から供給された切削水は、切削加工中の工具２１またはラインバー３１（加工点）に向けて供給され、潤滑、冷却、及び洗浄等を行うために使用されると共に、冷却通路９８，９９に供給され、マスターゲージ９６，９７の冷却を行うためにも使用される。

次に、工作機械１の工具交換動作及び計測動作について図８乃至図１７を用いて説明する。

先ず、図３に示すように、第１テーブル１８は待機位置Ｔ１に配置されており、第２テーブル１９上にはワークＷが取り付けられる。また、主軸１６はＸ軸方向においてワークＷの孔部Ｗａと対向するような待機位置Ｓ１に配置されている。なお、待機位置Ｍ１に配置される特殊工具収納マガジン７１には、ワークＷの孔部Ｗａにラインボーリング加工を行うラインバー３１と、ラインボーリング加工後の孔部Ｗａを計測する計測用工具３２と、工具２１による切削加工（例えば、穴あけ加工）に対応した計測用工具３３とが、作業者Ｐにより収納されている。

次いで、図８に示すように、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に移動させることにより、主軸１６を待機位置Ｓ１からラインバー交換位置Ｓ２に移動させる。同時に、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を待機位置Ｍ１から工具準備位置Ｍ２に移動させる。従って、主軸１６の軸線とラインバー３１の軸線とが一致される。

ここで、特殊工具収納マガジン７１がＸ軸方向内側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン７１に支持される溝部材７９もＸ軸方向内側に移動する。従って、第１シャッタ６１は、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に、その背面が溝部材７９の先端に押圧され、開扉することになる。このとき、ローラ６４は傾斜溝７９ａ内から直線溝７９ｂ内に転動することになるが、ローラ６４が傾斜溝７９ａ内を転動しているときには第１シャッタ６１の開扉動作が行われるようになっており、ローラ６４が直線溝７９ｂ内を転動するときには第１シャッタ６１は開扉状態のままとなっている。

また、特殊工具交換マガジン７１がＸ軸方向内側に移動すると同時に、第２シャッタ用エアシリンダ８４が連動してそのロッド部８４ａを伸長し、第２シャッタ８１が開扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７が連動してそのロッド８７ａを短縮し、第３シャッタ８２が開扉されることになる。

なお、第１シャッタ６１は移動体５５に固定されているためＸ軸方向内側に移動することなく開扉する一方、溝部材７９は特殊工具収納マガジン７１と共にＸ軸方向内側に移動するものの、特殊工具収納マガジン７１の上端及び下端に支持されることにより、特殊工具収納マガジン７１の工具準備位置Ｍ２への移動時においては、第１シャッタ６１及び溝部材７９は主軸１６と接触することはない。

次いで、図９に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン７１は工具準備位置Ｍ２から工具交換位置Ｍ３に移動され、ラインバー３１が主軸１６に装着される。

次いで、主軸１６にラインバー３１が装着されると、ラインバー３１が保持部材９１から離間する程度に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に若干移動させる。そして、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン７１を工具交換位置Ｍ３から工具準備位置Ｍ２に移動させる。

その後、図１０に示すように、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を工具準備位置Ｍ２から待機位置Ｍ１に移動させる。同時に、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向下方側に移動させることにより、主軸１６をラインバー交換位置Ｓ２から加工位置Ｓ３に移動させる。そして、主軸１６は駆動装置により駆動回転される。

ここで、特殊工具収納マガジン７１がＸ軸方向外側に移動すると同時に、当該特殊工具収納マガジン７１に支持される溝部材７９もＸ軸方向外側に移動する。従って、第１シャッタ６１の背面から溝部材７９の押圧力が解除され、第１シャッタ６１は閉扉されることになる。このとき、ローラ６４は直線溝７９ｂ内から傾斜溝７９ａ内に転動することになるが、ローラ６４が直線溝７９ｂ内を転動しているときには第１シャッタ６１は開扉状態となっており、ローラ６４が傾斜溝７９ａ内を転動するときには第１シャッタ６１の閉扉動作が行われるようになっている。

また、特殊工具交換マガジン７１がＸ軸方向外側に移動すると同時に、第２シャッタ用エアシリンダ８４が連動してそのロッド部８４ａを短縮し、第２シャッタ８１が閉扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７が連動してそのロッド８７ａを伸長し、第３シャッタ８２が閉扉されることになる。

次いで、図１１に示すように、第１テーブル１８を待機位置Ｔ１から加工位置Ｔ２に移動させ、ラインバー３１をワークＷの孔部Ｗａに挿入させる。そして、第１テーブル１８をＺ軸方向に移動制御すると共に、主軸１６の回転速度を制御することにより、ワークＷの孔部ｗａをラインボーリング加工することができる。

上述したように、ラインボーリング加工が終了した後には、計測用工具３２を用いてワークＷの孔部Ｗａの内径寸法を計測して仕上げ加工の合否の判定を行う。このとき、ラインバー３１から計測用工具３２に工具交換を行うことになるが、上述した取付動作の説明から、ラインバー３１を主軸１６から取り外して特殊工具収納マガジン７１に戻す動作は十分に理解できることから、ラインバー３１の取外し動作の説明は省略する。よって、下記に説明する通り、計測用工具３２の取付動作を説明する。

先ず、図１２に示すように、第１テーブル１８は待機位置Ｔ１に移動されており、第２テーブル１９上にはラインボーリング加工後のワークＷがそのまま取り付けられている。また、主軸１６は待機位置Ｓ１に配置されており、待機位置Ｍ１に配置される特殊工具収納マガジン７１には上述した通り計測用工具３２が収納されたままとなっている。そして、ブロック９４の冷却通路９８には切削水供給装置から所定温度に調整された切削水が常時循環されている。これにより、マスターゲージ９６はその切削水の温度と略同一温度に保持される。

次いで、図１３に示すように、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向上方側に移動させることにより、主軸１６を待機位置Ｓ１から計測用工具交換位置Ｓ４に移動させる。同時に、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を待機位置Ｍ１から工具準備位置Ｍ２に移動させる。従って、主軸１６の軸線と計測用工具３２の軸線とが一致される。

このとき、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に溝部材７９も移動し、第１シャッタ６１の背面が溝部材７９の先端に押圧され、第１シャッタ６１は開扉される。また、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが伸長し、第２シャッタ８１は開扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド８７ａが短縮し、第３シャッタ８２は開扉される。

次いで、図１４に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向後方側に移動させる。これにより、特殊工具収納マガジン７１は工具準備位置Ｍ２から工具交換位置Ｍ３に移動され、計測用工具３２が主軸１６に装着されると共に、エア供給口３４がエア回路と接続される。そして、エア供給装置から供給されたエアは、エア供給口３４を介してエア供給路３２ａに流入した後、ノズル部３６ａから吹き出される。これにより、エアマイクロメータ３６によりマスターゲージ９６との間のエア流量（基準値）が計測され、マスターチェックが行われる。

なお、エアマイクロメータ３６によりエア流量が計測されない場合には、主軸１６に計測用工具３２が正しく装着されていないと判定され、再度特殊工具収納マガジン７１を移動させるか、あるいは、作用者Ｐにより計測用工具３２を正しく装着し直すようにする。

次いで、図１５に示すように、Ｚ軸方向移動用モータ５２を駆動し、移動体５５をＺ軸方向前方側に移動させることにより、特殊工具収納マガジン７１を工具交換位置Ｍ３から工具準備位置Ｍ２に移動させる。これにより、計測用工具３２は、支持部材９２から離間すると共に、マスターゲージ９６から引き抜かれる。

次いで、図１６に示すように、Ｘ軸方向移動用モータ５９を駆動し、特殊工具収納マガジン７１を工具準備位置Ｍ２から待機位置Ｍ１に移動させる。同時に、コラム１３をＸ軸方向に移動させると共に、ヘッドストック１５をＹ軸方向下方側に移動させることにより、主軸１６を計測用工具交換位置Ｓ４から計測位置Ｓ５に移動させる。

このとき、特殊工具収納マガジン７１の移動と共に溝部材７９も移動し、第１シャッタ６１の背面から溝部材７９の押圧力が解除され、第１シャッタ６１は閉扉される。また、第２シャッタ用エアシリンダ８４のロッド部８４ａが短縮し、第２シャッタ８１は閉扉されると共に、第３シャッタ用エアシリンダ８７のロッド８７ａが伸長し、第３シャッタ８２は閉扉される。

次いで、図１７に示すように、第１テーブル１８を待機位置Ｔ１から計測位置Ｔ３に移動させ、計測用工具３２をワークＷの孔部Ｗａに挿入させる。このように、計測用工具３２がワークＷの孔部Ｗａに挿入されると、エア供給装置から供給されたエアは、エア供給口３４を介してエア供給路３２ａに流入した後、ノズル部３６ａから吹き出される。これにより、エアマイクロメータ３６によりワークＷの孔部Ｗａとの間のエア流量（計測値）が計測される。そして、ワークＷの孔部Ｗａによる計測値と、マスターチェック時の基準値とを比較し、ワークＷの孔部Ｗａの内径寸法が所定寸法範囲内であるか否かが検査される。

また、ワークＷのラインボーリング加工時に使用する切削水を、マスターゲージ９６の周囲に設けられる冷却通路９８に循環させているので、ワークＷの温度とマスターゲージ９６の温度とが略同一温度となっている。これにより、ワークＷの孔部Ｗａのエア流量計測時の計測環境と、マスターチェック時の計測環境とが略同一に設定される。従って、加工熱や機械熱等によるワークＷ及びマスターゲージ９６の熱変形誤差が抑制され、エアマイクロメータ３６による計測が高精度に行われる。

なお、この検査時において、ワークＷの孔部Ｗａの内径寸法が所定寸法範囲外と判定された場合には、別のラインバーを用いて再ラインボーリング加工を行うか、あるいは、そのワークＷの使用を中止するようにする。

また、工具２１を用いて切削加工を行った場合には、計測用工具３３を用いて計測することになる。この計測用工具３３の計測動作については、上述した計測用工具３２の計測動作と同一であるため説明は省略する。

従って、本発明に係る自動工具加工装置によれば、特殊工具収納マガジン７１内に計測用工具３２，３３をエアマイクロメータ３６，３７がマスターゲージ９６，９７内に配置された状態で収納しているので、計測用工具３２，３３をマスターゲージ９６，９７に挿入する作業がなくなり、マスターチェックに要する時間を短縮することができる。また、計測用工具３２，３３を主軸１６に装着した後にマスターチェックを行い、切削加工直前に基準値を計測しているので、ワークＷ孔部Ｗａ及び孔を精度よく計測することができる。更に、ワークＷを切削加工するときに使用する切削水をマスターゲージ９６，９７の周囲に循環させているので、ワークＷの温度とマスターゲージ９６，９７の温度とが略同一温度に保持され、ワークＷの孔部Ｗａ及び孔の計測時の計測環境とマスターチェック時の計測環境とが略同一に設定することができる。この結果、ワークＷとマスターゲージ９６，９７との熱変形誤差を抑制することができるので、高精度に計測することができる。

本発明は、高い寸法精度が要求される孔の内径計測を行う内径非接触計測装置に適用可能である。

本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の斜視図である。 本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の正面図である。 本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の平面図である。 本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の右側面図である。 本発明の一実施例に係る自動工具交換装置を備えた工作機械の左側面斜視図である。 計測用工具の側断面図である。 マスターゲージの概略図である。 移動後のラインバーの様子を示した図である。 主軸装着時のラインバーの様子を示した図である。 加工位置に配置されたときのラインバーの様子を示した図である。 加工中のラインバーの様子を示した図である。 待機中の計測用工具の様子を示した図である。 移動後の計測用工具の様子を示した図である。 主軸装着時の計測用工具の様子を示した図である。 マスターゲージから引き抜かれたときの計測用工具の様子を示した図である。 計測位置に配置されたときの計測用工具の様子を示した状態の図である。 計測中の計測用工具の様子を示した図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 機械本体
３ 自動工具交換装置
４ 機械用カバー
５ 装置用カバー
１１ ヘッド
１２ ガイド
１３ コラム
１４ ガイド
１５ ヘッドストック
１６ 主軸
１７ ガイド
１８ 第１テーブル
１９ 第２テーブル
２０ 自動工具交換機構
２１ 工具
３１ ラインバー
３２，３３ 計測用工具
３２ａ，３３ａ エア供給路
３４，３５ エア供給口
３６，３７ エアマイクロメータ
３６ａ，３７ａ ノズル部
４１ 吊り下げ機構
４２ａ〜４２ｄ 支柱部材
４３ａ〜４３ｄ 上梁部材
４４ａ〜４４ｃ 中間梁部材
５１ 支持板
５２ Ｚ軸方向移動用モータ
５３ ボールねじ軸
５４ レール部材
５５ 移動体
５６ ボールナット部材
５７ 摺動部材
５８ レール部材
５９ Ｘ軸方向移動用モータ
６０ ボールねじ軸
６１ 第１シャッタ
６２ カバー部材
６３ 支持部材
６３ａ 長辺部
６４ ローラ
６５ ブラケット
７１ 特殊工具収納マガジン
７２ 内壁
７３ 外壁
７４ 底板
７５ 上板
７６ 支持板
７７ 摺動部材
７８ ボールナット部材
７９ 溝部材
７９ａ 傾斜溝
７９ｂ 直線溝
８１ 第２シャッタ
８２ 第３シャッタ
８３，８６ 回動部材
８４ 第２シャッタ用エアシリンダ
８５，８８ ブラケット
８７ 第３シャッタ用エアシリンダ
８４ａ，８７ａ ロッド部
９１〜９３ 保持部材
９４，９５ ブロック
９４ａ，９５ａ 開口部
９６，９７ マスターゲージ
９８，９９ 冷却通路
Ｗ ワーク
Ｗａ 孔部

Claims (3)

1. 切削加工された被加工物の孔部の内径寸法を計測する計測手段を有する計測用工具を着脱可能に支持する主軸と、
   前記孔部の基準となる内径寸法で形成されるマスターゲージを支持すると共に、前記計測手段が前記マスターゲージ内に配置された状態で前記計測用工具を収納する工具収納マガジンと、
   前記工具収納マガジンを前記計測用工具が前記主軸に対して工具交換を行う工具交換位置との間で移動させるマガジン移動手段とを備える
   ことを特徴とする自動工具交換装置。
2. 請求項１に記載の自動工具交換装置において、
   前記計測用工具が前記主軸に装着した後に、前記計測手段により前記マスターゲージの内径寸法を計測するようにした
   ことを特徴とする自動工具交換装置。
3. 請求項１または２に記載の自動工具交換装置において、
   前記孔部を切削加工するときに使用する切削水を前記マスターゲージの周囲に循環させる
   ことを特徴とする自動工具交換装置。

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