JP2009160699A

JP2009160699A - 工具交換方法と工具交換装置

Info

Publication number: JP2009160699A
Application number: JP2008001511A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Ikeda; 直弘池田
Original assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Current assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: JP5246570B2

Abstract

【課題】工具交換時に工具に付着する異物を除去し、工具に潤滑性と防錆性を付与する。
【解決手段】工具マガジンの無端状チェーンに工具を格納した格納ポット１５を配列している。受け渡し位置の格納ポット１５から工具を工具チェンジャによって取り出す際に、第一ノズル１７によってエアを格納ポットの内面を通して工具のシャンク部に噴射し、異物を除去する。その後、工具チェンジャによって工具を待機ポット６に移送する。待機ポット６から主軸に向けて工具を取り出す際に、第二ノズル２３によってオイルミストを待機ポット６の内面を通して工具のシャンク部に噴射する。切削後の工具を主軸から取り出して待機ポットに挿入する際、第二ノズル２３からエアを工具に噴射して切粉や切削液を除去する。工具を待機ポットから格納ポットに移送する際、オイルミストを噴射して潤滑油を被覆して錆を防ぐ。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば工具マガジンに格納された工具をマシニングセンタなどの工作機械の主軸との間で着脱交換する際に、工具を清掃・潤滑・防錆を施すための工具交換方法と工具交換装置に関する。

従来、例えばマシニングセンタなどの工作機械では、チェーン形の工具マガジンに保持された多数の交換工具を、工作機械本体内の主軸に自動的に着脱交換して被削材を切削加工するようにしている。このような工作機械では、工具交換に際して工具にゴミや切り屑等の異物が付着していると主軸に工具のテーパシャンク部を装着した際に、位置ずれを生じて精密に装着できず、加工精度を悪化させるおそれがある。
また、図１０に示すように主軸６０に工具６１が装着された切削可能状態で、主軸６０の中心と工具６１の中心を連通する流路６２からクーラントとして切削液を吐出させて刃先の加熱や摩耗等を抑制する場合、近年、水溶性切削液が多く使用されるようになってきている。このような場合、工具６１のテーパシャンク部６１ａに被覆されている潤滑油が水溶性切削液で流されてしまい、加工後の工具６１のシャンク部６１ａに錆が発生したり、主軸６０に潤滑性の低下した工具６１のテーパシャンク部６１ａが固着して抜けなくなるという不具合が発生することがある。
また、切削加工時に工具６１のテーパシャンク部６１ａに付着した切削液が残存して乾燥することで粘着性を発揮すると、主軸６０と工具６１との固着の原因になるおそれもあった。

このような不具合を改善する発明として、例えば下記特許文献１乃至４に記載された交換工具の洗浄・清掃装置が提案されている。
特許文献１に記載された自動工具洗浄装置では、自動工具交換装置においてチェーン式マガジン内の工具を格納した多数の工具格納ポットのうちの１つのポットを洗浄ポットとしている。マガジンを割り出すことで、洗浄すべき工具を格納した洗浄ポットを洗浄位置に持ち来すことで別個に備えた洗浄装置と連結する。この状態で、洗浄ポット内に洗浄媒体を吐出させて、ＡＴＣ交換アームを利用して工具を洗浄ポットに対して抜き差ししながら洗浄するようにしている。

特許文献２に記載された工具交換装置では、工具ホルダに保持された待機中の工具が保護カバーで覆われた状態で、工具の表面にエア等の流体を流して工具の表面に付着する異物を洗い流すようにしている。
また、特許文献３に記載された工具マガジンでは、工具マガジンに対して工具を取り出し及び返却する動作に連動して工具のシャンク部にエアブロー手段でエアを噴出して工具に付着する異物を洗浄するようにしている。
また、特許文献４に記載された工作機械では、使用済みの工具を回転アームで主軸から取り出して工具マガジンに格納する前に、回転アームで保持する工具を清掃位置で保持する。この状態で、工具を２体の回転ブラシで挟み込み、回転ブラシを旋回させながら移動させることで使用済みの工具を素早く清掃するようにしている。
特許第３９５５４２８号公報特開平６−２１０５３６号公報特開２００１−１０５２６６号公報特開２００３−３４０６６９号公報

しかしながら、上記のような工具清掃装置や工具交換装置等には、以下のような問題があった。
即ち、特許文献１に記載の自動工具洗浄装置では、工具マガジンで工具を格納するポットの１つを洗浄ポットとしているため、洗浄の都度、工具マガジンから洗浄すべき工具を割り出してポットから抜き出し、更に洗浄ポットを割り出してその工具の洗浄を行う必要があるから、洗浄すべき工具や洗浄ポットの割り出しに時間を要することになり、効率的で迅速な工具の洗浄を行えない欠点がある。
しかも、洗浄ポットではエアで洗浄を行うだけであり、切削時にクーラントで工具のテーパシャンク部に付着している潤滑油分が流されてしまうと、工具に錆が発生してしまうという欠点もある。

また、特許文献２では、工具マガジンの工具を格納するポットの全てに洗浄装置を取り付ける必要があり、工具格納本数が多いとコスト高になる上に洗浄装置の数が増えて構造が複雑になる欠点がある。しかも、この洗浄装置もエアによる洗浄だけであり、工具のテーパシャンク部の潤滑と防錆については考慮されていない。特許文献３においても、エアブロー手段によって工具のテーパシャンク部にエアを噴出して洗浄するだけであり、特許文献１及び２と同様に、工具のテーパシャンク部の潤滑と防錆については考慮されていない。
特許文献４では、回転ブラシによって工具に付着する異物を除去するため、回転ブラシに付着した異物が次の工具に付着してしまうことがあり、十分な洗浄を行えない欠点がある。しかも、上述した特許文献１乃至３と同様に、この洗浄装置も工具のテーパシャンク部の潤滑と防錆については考慮されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、工具の交換に際し、工具に付着する異物を除去するだけでなく、工具の潤滑と防錆を発揮できるようにした工具交換方法と工具交換装置を提供することを目的とする。

本発明による工具交換方法は、工具を格納した複数の格納ポットを設けた工具マガジンのいずれかの格納ポットから工具を取り出して待機ポットに移送し、待機ポットから主軸に取り付けるようにした工具交換方法において、工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、エアを噴射した後に工具を前記待機ポットに装着する工程と、該待機ポットから工具を取り出す際に第二ノズルによってオイルを前記工具のシャンク部に噴射する工程とを備えてなることを特徴とする。
本発明によれば、工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルでエアを噴射させることで、工具に付着している異物を除去する等の清掃を行うことができ、工具を主軸に装着した際に異物を挟むことで位置ずれが生じて加工精度が悪化することを防止できる。更に、待機ポットから工具を取り出す際に第二ノズルで工具にオイルを噴射させることによって潤滑性が向上して主軸に対する工具のシャンク部の装着と離脱をスムーズに行うことができ、錆等が発生し主軸に工具が固着して抜けなくなることを防止できる。
しかも、工具に対するエアとオイルの噴射を工具の交換工程の中で行うことができるから、サイクル時間が長くなるのを防止できる。

本発明による工具交換方法は、主軸から工具を取り出して待機ポットに挿入し、該待機ポットから工具を取り出して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換方法において、主軸から取り出した工具を待機ポットに移し替える際に第二ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、エアを噴射した後に工具を待機ポットに装着する工程と、待機ポットから工具を格納ポットに格納する際に第一ノズルによって工具のシャンク部にオイルを噴射する工程と、オイルを噴射した後に工具を格納ポットに装着する工程とを備えてなることを特徴とする。
本発明によれば、主軸から取り出した工具を待機ポットに移し変える際にエアを噴射させることで、工具に付着している切削液や切粉等の異物を除去する等の清掃を行うことができ、これらの異物が工具に付着したり粘着化して次の切削時に主軸への取り付け精度を悪化させたり主軸から工具が抜けない等の不具合を防止できる。また、その後、工具マガジンに装着する際に、工具にオイルを噴射させることで潤滑性が向上して工具のシャンク部に錆等が発生するのを防止できる。
しかも、工具に対するエアとオイルの噴射を工具の交換工程の中で行うことができるから、サイクル時間が長くなるのを防止できる。

本発明による工具交換方法は、工具を格納した複数の格納ポットを設けた工具マガジンのいずれかの格納ポットから工具を取り出して待機ポットに移送し、待機ポットから主軸に取り付けると共に、当該工具を主軸から取り出して待機ポットに挿入し、該待機ポットから工具を取り出して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換方法において、工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、エアを噴射した後に工具を待機ポットに装着する工程と、待機ポットから工具を取り出す際に第二ノズルによってオイルを工具のシャンク部に噴射する工程と、オイルを噴射した後に工具を主軸に装着する工程と、主軸から工具を待機ポットに移し替える際に第二ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、待機ポットから工具を格納ポットに格納する際に第一ノズルによってオイルを工具のシャンク部に噴射する工程と、オイルを噴射した後に工具を格納ポットに装着する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルによってエアを噴射させることで工具のシャンク部に付着している異物を除去する等の清掃を行うことができ、工具を主軸に装着した際に異物による装着精度が悪化することを防止できる。また、エアブロー後に、第二ノズルによって工具にオイルを噴射させることで潤滑性が向上して主軸に対する工具のシャンク部の装着と離脱をスムーズに行うことができ、錆等で主軸に工具が固着して抜けなくなることを防止できる。
そして、主軸に装着した工具で被削材を切削した後、工具を待機ポットに移し変える際にエアを噴射させることで、加工時に工具に付着した切削液や切粉等の異物を除去する等の清掃を行うことができ、これらの異物が工具に付着したまま残ったり粘着物化したりして次の切削時に主軸への取り付け精度が悪化したり主軸から工具が抜けない等の不具合を防止できる。エアブロー後に、格納ポットに工具を格納する際に工具にオイルを噴射させることで潤滑性が向上して工具のシャンク部に錆等が発生するのを防止できる。
しかも、工具に対するエアとオイルの噴射を工具の主軸への装着及び工具マガジンへの格納という各交換工程の中でそれぞれ行うことができるから、工具交換のサイクル時間が長くなるのを防止できる。

また、第一ノズルは工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットに対向して設けられており、第二ノズルは待機ポットに対向して設けられていることが好ましく、二つのノズルによって使用予定及び使用後の工具に対するエアとオイルの噴射を順次行うことができて経済的である。
特に、工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットには工具を着脱する方向の反対側に第一ノズルが設けられ、該第一ノズルは格納ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした。
また、待機ポットには工具を着脱する方向の反対側に第二ノズルが設けられ、該第二ノズルは待機ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした。
そのため、工具にエアやオイルを噴射させる際、工具のシャンク部側から噴射させることで工具のシャンク部全体に均等に噴射させることができ、工具の一部に異物が残存したり切削液による粘着物が付着したりする不具合を防止でき、工具の一部にオイルが付着しないで錆が発生したり潤滑性が悪くなることを防止できる。

本発明による工具交換装置は、工具マガジンの格納ポットに格納された工具を待機ポットを介して主軸に取り付けるようにした工具交換装置において、工具を格納する格納ポットが複数配列されていて任意の格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、受け渡し位置にある格納ポットと待機ポットと主軸との間で工具を移送する工具チェンジャと、受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてエアを工具に噴射する第一ノズルと、待機ポットに対応する位置に設けられていてオイルを工具に噴射する第二ノズルとを備えたことを特徴とする。
本発明による工具交換装置によれば、工具交換に関連して、受け渡し位置にある格納ポットから工具を取り出す際、第一ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射し、工具を待機ポットから主軸に向けて取り出す際に第二ノズルによってオイルを工具のシャンク部に噴射することができ、工具交換のサイクル時間がエアとオイルの噴射処理に関連して長くなることがない。しかも、先に工具にエアを噴射してゴミ等の異物を除去した後でオイルを噴射して工具に潤滑性を持たせたから、主軸へ精度の良い装着と離脱をスムーズに行え、錆等の発生を抑制できる。

本発明による工具交換装置は、主軸から取り出した工具を待機ポットを介して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換装置において、主軸と待機ポットと受け渡し位置にある格納ポットとの間で工具を移送する工具チェンジャと、工具を格納する格納ポットが複数配列されていて任意の格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、待機ポットに対応する位置に設けられていてエアを工具に噴射する第二ノズルと、受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてオイルを工具に噴射する第一ノズルとを備えたことを特徴とする。
本発明による工具交換装置によれば、工具交換に関連して、主軸から取り出した工具を待機ポットに装着する際、第二ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射し、工具を待機ポットから工具マガジンの格納ポットに装着する際に第一ノズルによってオイルを工具のシャンク部に噴射することができ、工具交換のサイクル時間がエアとオイルの噴射処理に関連して長くなることがない。しかも、先に工具にエアを噴射して切粉や切削液等の異物を除去した後でオイルを噴射して工具に潤滑性を持たせたから、工具マガジンに格納する工具に錆等が発生するのを抑制できる。

本発明による工具交換装置は、工具マガジンの格納ポットに格納された工具を待機ポットを介して主軸に取り付けると共に、該主軸から取り出した工具を待機ポットを介して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換装置において、工具を格納する格納ポットが複数配列されていて任意の格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、受け渡し位置にある格納ポットと待機ポットと主軸との間で工具を移送する工具チェンジャと、受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてエアとオイルの一方を選択的に工具に噴射する第一ノズルと、待機ポットに対応する位置に設けられていてエアとオイルの一方を選択的に工具に噴射する第二ノズルとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、工具を工具マガジンから主軸に装着したり、主軸から工具マガジンに格納したりする際に、最初にエアを工具に噴射してシャンク部に付着している異物を除去し、その後に工具のシャンク部にオイルを噴射させることで異物を含むことなく工具に潤滑性と防錆性を付与することができる。しかも、工具交換工程において行われるから、工具交換のサイクル時間がエアとオイルの噴射処理に関連して長くなることがない。

また、第一ノズルは格納ポットの工具を着脱する方向の反対側に配設され、第二ノズルは待機ポットの工具を着脱する方向の反対側に配設され、格納ポットまたは待機ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした。
これにより、工具にエアやオイルを噴射させる際、工具のシャンク部側から噴射させることで工具のシャンク部の全体に均等に噴射させることができ、一部に異物が残存したりオイルが付着しないで錆や切削液による粘着物が付着したりしない。
また、第一ノズルは、格納ポットの内面の中心線に対して傾斜する角度でエアまたはオイルを噴射する複数の噴射口が設けられており、第二ノズルは、待機ポットの内面の中心線に対して傾斜する角度でエアまたはオイルを噴射する複数の噴射口が設けられていることが好ましい。
格納ポットや待機ポットの内面を通してエアまたはオイルを噴射させる際、内部でエアが中央側から外側に渦巻いてノズル側に戻る渦巻き流が発生して異物が内部に巻き込まれることを防止でき、放射状のエア流がシャンク部に沿って流れて異物を確実に外部に吹き出すことができ、オイルはシャンク部全体に付着できる。。
また、工具マガジンは、工具をそれぞれ格納する複数の格納ポットが無端状に周回して配列されているチェーン形工具マガジンであり、格納ポットは駆動源によって周回移動可能とされていていずれかの格納ポットを受け渡し位置に停止させるようにしたことが好ましい。
チェーン形の無端状に配列された格納ポットを順次工具の受け渡し位置に移動させることができる。

本発明の工具交換方法及び工具交換装置によれば、工具交換に際して工具マガジンの格納ポットと待機ポットを介して主軸との間で工具の交換を行い、工具のシャンク部にエア噴射させて工具に付着している異物をエアによって除去できると共に工具にオイルを付着させることで工具の潤滑性と防錆処理を行うことができる。しかも、工具交換工程に連動してエアとオイルを選択的に工具に噴射させることで、工具交換に必要なサイクルタイムを延長することなく効率的に工具を洗浄して潤滑性と防錆性とを付与できる。

以下、本発明の実施の形態による工具交換装置について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態によるマシニングセンタにおける工具交換装置の正面図、図２は工具マガジンの正面図、図３は工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットを示す断面図、図４は工具チェンジャで待機ポットに装着された工具を把持した平面図、図５は図４に示す工具チェンジャのＡ−Ａ線断面図、図６は待機ポットに近接する工具にエアまたはオイルミストを噴射する状態の図、図７は格納ポット及び待機ポットにエアまたはオイルミストを供給するエア回路の図、図８は工具交換と工具に対する清掃、潤滑、防錆工程を示すタイムチャート、図９は工具交換方法のフローチャートである。
なお、図中に記載したＸＹＺ軸座標系は、Ｙ軸が鉛直方向、Ｘ軸とＺ軸は水平面内における互いに直交する方向を指している。

図１に示す本実施形態による工作機械、例えばマシニングセンタ１は、多種の工具２をそれぞれ格納するチェーン型の工具マガジン３と、工具マガジン３に格納された多種の工具２のうち受け渡し位置にある工具２を取り出す工具チェンジャ５と、工具チェンジャ５で取り出された工具２を収容する待機ポット６と、待機ポット６から工具チェンジャ５で工具２を受け取って切削のために装着する主軸７とを概略で備えている。これらを工具交換装置８とする。
図２に示す工具マガジン３の座標系は工作機械の座標系でいうとＹ−Ｚ軸方向であるが、工具マガジン３の座標系はＸ軸の向きが工作機械と異なるためＸ１−Ｙ１軸方向とし、この面に直交する方向をＺ１軸とする。
工具マガジン３は無端状のチェーン１０が例えば略四角形枠状をなすように形成され、その四つの角部の内側にはスプロケットホイール１１ａ、１１ｂとガイドホイール１１ｃ、１１ｄとが配設されていてチェーン１０の周回運動をガイドする。１のスプロケットホイール１１ａには駆動モータＭが連結されており、駆動モータＭの駆動力は伝達機構を介してスプロケット１１ａに伝動されてチェーン１０を間欠回転させることになる。

工具マガジン３のチェーン１０は複数の連結板１３とプレート１４とが回転可能に連結されて無端状に構成されている。各連結板１３とプレート１４との連結部には工具２を格納する格納ポット１５が連結板１３と例えば図示しないキーとキー溝の相互嵌合によって支持されている。そのため、多数の格納ポット１５はチェーン１０の周回方向に沿ってチェーン１０によって移動可能に配列されている。この格納ポット１５に装着される工具２は刃部を含む工具本体２ａとテーパシャンク部（単にテーパ部ということがある）２ｂとこれらの間に位置する凹溝部２ｃとを備えており、テーパシャンク部２ｂの基端にはプルスタッド２ｄが設けられている（図３参照）。
格納ポット１５は、図３に示すように、略有底円筒状に形成され、底部１５ａには貫通孔１５ｂが穿孔されている。格納ポット１５の開口部側内面には工具２のテーパシャンク部２ｂを嵌合するテーパ部１５ｃが形成されている。貫通孔１５ｂの内面には工具２のプルスタッド２ｄを内部に引き込んで固定するための複数のボール１６がコイルバネ等の付勢部材によって径方向内側に付勢されている。
図２において、工具マガジン３の略四角形枠状に形成されたチェーン１０の右上部で、工具チェンジャ５と同一高さに位置する格納ポット１５は工具２の受け渡し位置Ｐとされている。図３において、この受け渡し位置Ｐに位置する格納ポット１５の貫通孔１５ｂに対向する後端側の位置には、エアブロー（単にエアということがある）とオイルミストを選択的に格納ポット１５の内部に噴出する第一ノズル１７が設けられている（図３参照）。第一ノズル１７は格納ポット１５の貫通孔１５ｂを通して工具２のテーパシャンク部２ｂにエアまたはオイルミストを均等に噴射することになる。

また、図１において、主軸７と工具マガジン３との間に設けられた工具チェンジャ５は、両側に工具２を把持するための略コ字状の把持部２１ａ、２１ｂを備えていて中心軸２２回りにＸ−Ｙ軸面内で略１８０°旋回可能とされている。工具チェンジャ５の一方の把持部２１ａで例えば主軸７から使用済みの工具２を取り出して把持し、他方の把持部２１ｂでは交換用の新たな工具２を把持することで、主軸７に対して工具２の交換を可能としている。
また、図１において、工具チェンジャ５は水平方向（Ｘ−Ｚ軸面内）に旋回可能である。工具チェンジャ５は図１に示す位置から軸部２０を中心に工具マガジン３側に向けて水平方向に約４５°旋回した位置を中立位置とし、中立位置から図１に示すように主軸７側に水平方向に約４５°回転した第一位置と工具マガジン３側に４５°旋回した第二位置との間を９０°に亘って旋回可能としている。そして、工具チェンジャ５は主軸７側と工具マガジン３側とに水平方向（Ｘ軸方向）に直線移動可能とされ、また前後方向（Ｚ軸方向）にも直線移動可能とされている。
工具チェンジャ５は、第二位置では、工具受け渡し位置Ｐにあるチェーン１０の格納ポット１５に対して直交する位置（図１で紙面に直交する位置）に保持される。

そのため、工具チェンジャ５が図１に示す第一位置では主軸７に対して工具着脱交換可能とされ、９０°回転した第二位置では工具受け渡し位置Ｐにあるチェーン１０の格納ポット１５に対して工具着脱可能とされている。
また、主軸７はマシニングセンタ１のベース１８に保持されたコラム１９から突出して取り付けられている。そして、工具チェンジャ５の把持部２１ａ、２１ｂとの間で工具交換可能とされている。
第一位置における工具チェンジャ５の主軸７から遠い側の把持部２１ｂ（２１ａ）に対向する位置には、主軸７と略平行な位置に工具２を着脱する待機ポット６が配設されている。

待機ポット６は、図４及び図６に示すように、格納ポット１５と同様に略有底筒状に形成されており、底部６ａには貫通孔６ｂが形成されている。待機ポット６の開口部から続く内面には工具２のテーパシャンク部２ｂを嵌合するためのテーパ部６ｃが設けられている。また、待機ポット６の後方には貫通孔６ｂに対向してエアブロー（単にエアということがある）とオイルミストを選択的に噴射させる第二ノズル２３が軸受を介して相対回転可能に取り付けられている。第二ノズル２３から噴射されるエアまたはオイルミストは待機ポット６の内部を通して工具２のテーパシャンク部２ｂにほぼ均等に吹き付けられる。
また、図４及び図５に示すように、工具チェンジャ５の中心軸２２に連結されている回転軸２２Ａの周囲の枠部２４には、例えば略くの字形状のポットアーム２５が支持されている。ポットアーム２５はその一端部２５ａで揺動可能に支持されており、他端部には待機ポット６が連結されている。そして、ポットアーム２５の中途部と枠部２４とは伸縮可能なバネ部材２６によって連結されている。
そのため、待機ポット６は、常態では図４に示すバネ部材２６によって第一位置にある工具チェンジャ５の把持部２１ｂ（２１ａ）に対向する位置（図５の実線位置：図４参照）にあり、工具チェンジャ５が工具マガジン３側に旋回した第二位置ではポットアーム２５が工具マガジン３等で押されて回動し、回転軸２２Ａに当接する位置に格納される。

また、図７に示すように、第一ノズル１７と第二ノズル２３はエア回路２７に接続されており、これら第一及び第二ノズル１７，２３とエア回路２７は工具洗浄潤滑装置２８を構成する。
次に、工具洗浄潤滑装置２８について図７に基づいて説明する。
工具洗浄潤滑装置２８のエア回路２７は圧縮空気を供給するコンプレッサ等の圧縮エア供給源２９からエア流路がエアフィルタ３０を介してレギュレータ３１に接続され、エアブロー用切換弁３２でエアブローの開、閉を切換制御される。切換弁３２から供給されるエアはチェック弁（逆止弁）３３を介してノズル切換弁３４に供給され、ノズル切換弁３４では、エアを第一ノズル１７と第二ノズル２３のいずれか一方に供給するよう制御手段４０によって切換制御する。

また、エア回路２７において、レギュレータ３１とエアブロー用切換弁３２との間でエア流路が分岐され、この分岐エア流路には潤滑油（オイル）をミスト状にしてエアブローに送り込んでオイルミストとするルブリケータ３５が設けられている。その下流側にはオイルミストの開、閉を切換制御するオイルミスト用切換弁３６、絞り弁３７、チェック弁３８が順次設けられ、その後、分岐エア流路は逆止弁３３とノズル切換弁３４との間でエア流路と合流する。そして、分岐エア流路のオイルミストをノズル切換弁３４で第一ノズル１７と第二ノズル２３のいずれか一方に供給するよう切換制御する。
なお、絞り弁３７は、オイルミストの潤滑油分を工具２のテーパシャンク部２ｂに適度に付着させるためにエアの流速を調整するものである。エア流路に設けたエアブロー用切換弁３２と分岐エア流路に設けたオイルミスト用切換弁３６も制御手段４０によってそれぞれ切換制御される。

また、第一ノズル１７は、その内部の流路４２が途中で分岐流路４２ａ、…として複数に分岐され、それぞれ噴射口を構成する。各分岐流路４２ａ、…は同軸に配設された第一ノズル１７と格納ポット１５の中心線Ｏに対して適宜の所定角度だけ傾斜して形成されている。
これにより、第一ノズル１７から噴出されたエアやオイルミストが貫通孔１５ｂを通って格納ポット１５の開口部内面のテーパ部１５ｃに沿ってテーパシャンク部２ｂの全周に噴射され、渦巻き流による格納ポット１５内部への逆流が発生しないようにしている。
第二ノズル２３も第一ノズル１７とほぼ同一の構成と機能を有している。
これに対し、図１１の比較例に示すように、第一ノズル１７′（第二ノズル２３′）の噴射口が中心線Ｏ上に１つ形成されている場合には、第一ノズル１７′から噴射されて格納ポット１５（待機ポット６）の内周面の中心線Ｏ上を流れるエアブローは外側に回る渦巻き流となって外気と異物を格納ポット１５の内周面に流入させて異物を付着させる。そのため、第一ノズル１７′によるエアブロー後に装着する工具２のテーパシャンク部２ｂに異物が付着する不具合が発生する。

本実施形態によるマシニングセンタ１の工具交換装置８は上述の構成を備えており、次にこの工具交換装置８を用いた工具交換方法について図８に示すタイムチャートと図９に示すフローチャートに沿って説明する。
先ず、工具交換指令により、多種類の工具２が無端のチェーン状に格納された工具マガジン３から被削材を切削するための所望の工具２を割り出して、駆動モータＭを駆動させてチェーン１０を間欠的に周回運動させ、所要の工具２を受け渡し位置Ｐまで搬送させる（ステップ１０１）。そして、図１において、第一位置にある工具チェンジャ５を中立位置から第二位置まで略９０°Ｘ−Ｚ軸面内で水平旋回させ、工具チェンジャ５を格納ポット１５の凹溝部２ｃに対向する位置に持ち来す。
次いで工具チェンジャ５をＺ軸方向に移動させて受け渡し位置Ｐの格納ポット１５に格納された工具２の凹溝部２ｃを把持部２１ｂで把持し、更にＸ軸方向に移動させて格納ポット１５から工具２を引き抜く。

工具チェンジャ５で把持された工具２のテーパシャンク部２ｂが格納ポット１５から離れた状態（図３参照）で、図７に示す工具洗浄潤滑装置２８のエア回路２７において制御手段４０によりエアブロー用切換弁３２を開、オイルミスト用切換弁３６を閉、切換弁３４を切り替え設定して、圧縮エアをエアブローとして第一ノズル１７から貫通孔１５ｂと格納ポット１５を通して工具２のテーパシャンク部２ｂに噴射させる（ステップ１０２）。これにより、工具２のテーパシャンク部２ｂに付着しているゴミ等の異物を除去できる。
このとき、第一ノズル１７から噴射されるエアブローは複数の分岐流路４２ａ、…が中心軸Ｏから傾斜した角度に設定されているから、各エアブローは格納ポット１５の内周面で外側に向けて噴射される。噴射されたエアは、格納ポット１５の内周面内またはその近傍で渦巻き流となって格納ポット１５内に戻る流れを生じることはなく、テーパシャンク部２ｂの全周に均等に吹き付けられテーパシャンク部２ｂ上の異物を除去する。

次いで、図１において、工具チェンジャ５を格納ポット１５から外れた位置でＸ軸方向の逆方向に戻し、第二位置から第一位置へ９０°旋回させる。図１に示す第一位置で工具チェンジャ５の把持部２１ｂによって把持された工具２は待機ポット６に対向する位置に来る。更に工具チェンジャ５をＺ軸方向に移動させて工具２を待機ポット６に装着する（ステップ１０３）。
更に、工具チェンジャ５を主軸７側にへ旋回させ、把持部２１ａによって主軸７に保持された使用済みの工具２を把持した後、工具チェンジャ５で待機ポット６から工具２を引き抜いた状態で、図６に示すように第二ノズル２３からエア回路２７で選択されたオイルミストを噴射させる（ステップ１０４）。これにより、待機ポット６の内部を通して工具２のテーパシャンク部２ｂの全周にほぼ均等にミスト状のオイルが付着する。
次に、工具チェンジャ５をＸ−Ｙ軸面内で１８０°回転させ、工具２を把持する把持部２１ｂを主軸７側に位置させる。次いで、工具チェンジャ５をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させて主軸７の図示しない主軸コレットで工具２のテーパシャンク部２ｂをクランプする（ステップ１０５）。
この場合、主軸７に装着される工具２のテーパシャンク部２ｂにはオイルミストによる潤滑油が均等に付着しているから、主軸７へのテーパシャンク部２ｂの装着と離脱がスムーズに行われる。テーパシャンク部２ｂに錆が発生したりせず、錆や切削液の乾燥が進んだ粘着物がテーパシャンク部２ｂに付着して工具２が主軸７から抜けなくなることもない。
この状態で、主軸７に装着された工具２によって被削材を切削することになる（ステップ１０６）。

次に主軸７に装着して切削加工に用いた使用済みの工具２を工具マガジン３に戻すには、上述した工具２を工具マガジン３から主軸７に装着する手順と逆の手順で作動させればよい。ここでは、第一及び第二ノズル１７，２３からのエアとオイルミストの噴射を中心に説明する。
先ず、工具２の凹溝部２ｃを工具チェンジャ５の把持部２１ａ（または２１ｂ）で把持して主軸７から引き抜く（ステップ１０７）。次に、工具チェンジャ５をＸ−Ｙ軸面内で１８０°旋回することで把持部２１ａで把持する工具２は待機ポット６に対向する位置にくる。図６に示すように、工具チェンジャ５をＺ軸方向に移動させて把持部２１ａで把持する工具２を待機ポット６に引き渡す際、第二ノズル２３から待機ポット６の内部を通してエアをテーパシャンク部２ｂに噴射させる（ステップ１０８）。これにより、テーパシャンク部２ｂに付着している切粉や切削液等の異物を除去し、工具２を待機ポット６に装着する（ステップ１０９）。

次に、工具チェンジャ５の把持部２１ａで工具２を把持して引き抜き（ステップ１１０）、工具チェンジャ５をＸ−Ｚ軸面内で略９０°水平回転させて工具マガジン３側に移動させる。そして、工具チェンジャ５をＸ軸及びＺ軸方向に順次移動させて工具２を工具マガジン３の受け渡し位置における格納ポット１５に対向させる。更に、工具２のテーパシャンク部２ｂを格納ポット１５に受け渡す際に、図３に示すように若干離れた位置で第一ノズル１７からオイルミストを噴射させる（ステップ１１１）。すると、オイルミストは格納ポット１５の内部を通過して工具２のテーパシャンク部２ｂに均等に付着して被覆されることになるから、その後、工具マガジン３の格納ポット１５に格納された状態で工具２に錆等を生じることはない（ステップ１１２）。

このような作業を繰り返すことで、適宜の工具２を選択して主軸７に取り付けて切削加工を行える。
なお、上述の説明では、工具２を工具マガジン３の格納ポット１５から主軸７に取り付けて切削加工した後で、主軸７から工具２を取り出して工具マガジン３の格納ポット１５に格納するようにしたが、本発明はこのような手順に限定されない。例えば、主軸７から工具チェンジャ５の一方の把持部２１ａによって使用後の工具２を取り外し、次いで工具チェンジャ５を１８０°反転させて他方の把持部２１ｂで把持する新規の工具２を主軸７に取り付けることで２種の工具２の着脱交換を連続して行うようにしてもよい。

上述のように、本実施形態による工具交換装置８及び工具交換方法によれば、工具マガジン３のチェーン１０に配列された格納ポット１５のうち、受け渡し位置Ｐに位置する格納ポット１５と主軸７近傍に設けた待機ポット６との間で、格納ポット１５から新しい工具２を抜き出す際及び使用後の工具２を待機ポット６へ挿入する際に、第一ノズル１７と第二ノズル２３からエアを噴射することで、工具２のテーパシャンク部２ｂから異物を除去したり切削時の切粉や切削液等を除去することができて、主軸７に対する工具２の装着を正確に行えて高精度の切削を行え、着脱が容易である。
また、待機ポット６から主軸７へ向けて工具２を引き抜く際及び待機ポット６から格納ポット１５に工具２を受け渡す際、第二ノズル２３と第一ノズル１７からオイルミストを噴射することで、工具２のテーパシャンク部２ｂに潤滑性を確保して主軸７にスムーズに着脱できて固着してしまうことはなく、また工具２の防錆性を確保できる。

しかも、上述した工具２の主軸７への装着工程と工具マガジン３への格納工程において、工具２を格納ポット１５と待機ポット６へ着脱する前後の段階で上述したエアとオイルミストを選択的に噴射させるから、エアブローとオイルミストの噴射処理効率がよく、工具交換処理を中断させることがないため、工具２の着脱交換のサイクルタイムを短縮化できる。
更に、本実施形態による第一ノズル１７及び第二ノズル２３では、各ノズル１７，２３及び格納ポット１５及び待機ポット６の内周面の中心線Ｏに対して傾斜する分岐流路４２ａ、…からエアブローやオイルミストを噴射させるから、エアが格納ポット１５や待機ポット６の内面に戻る渦流を発生することがなく格納ポット１５や待機ポット６の内面にゴミや切粉等の異物が付着して工具２のテーパシャンク部２ｄに付着するのを防止できる。

なお、上述の実施形態による工具交換装置８及び工具交換方法において、第一及び第二ノズル１７，２３の噴射口を形成する複数の分岐流路４２ａは中心線Ｏに対して一定の傾斜角である必要はなく、中心線Ｏに対して例えば０°〜１０°程度の角度範囲で傾斜角を変更してもよい。この場合、最も傾斜角の大きい分岐流路４２ａの内径を最も小さくする構成を採用してもよい。これにより、中心線Ｏ寄りのエア流量を増大させ、格納ポット１５や待機ポット６の内面に向かう傾斜流量を低減させてもよい。この場合でも渦巻き流の発生による異物の格納ポット１５や待機ポット６内への逆流を防止できると共に、中心線Ｏ寄りのエア流量が増大することで、テーパシャンク部２ｂの傾斜面に沿ったエア流を増大させて付着している異物の除去効率を向上できる。
また、第一及び第二ノズル１７、２３によって噴出するオイルはエアブロー中に霧状の潤滑油（オイル）を混入させたオイルミストとして工具２のテーパシャンク部２ｂに噴射することが好ましいが、潤滑油自体をミスト状にして噴射させるようにしてもよい。そのため、本明細書でいうオイルはオイルミストを含むものである。

また、上述の実施形態では、工具チェンジャ５に工具２の移送のための１８０°回転、９０°水平旋回、水平方向の左右及び前後動を行わせるようにして、受け渡しまたは受け取り位置にある格納ポット１５と待機ポット６と主軸７との間の二段階に亘る工具２の搬送を担わせたが、この間の工具２の移動は工具チェンジャ５以外の移送機構にも分担させてもよい。要するに、この間の工具２の搬送機構は上述した工具チェンジャ５に限定されることなく公知の任意の機構を採用できる。本発明の工具チェンジャはこれらを包含する概念である。

本発明の実施形態による工作機械における工具交換装置の正面図である。図１に示す工具マガジンの正面図である。工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットから離れた工具に第一ノズルでエア、オイルミストを噴射可能な状態を示す断面図である。工具チェンジャで待機ポットに装着された工具を把持した状態の平面図である。図４に示す工具チェンジャのＡ−Ａ線断面図である。待機ポットから離れた工具に第二ノズルでエアまたはオイルミストを噴射可能な状態を示す断面図である。第一、第二ノズルにエアまたはオイルミストを供給するエア回路を含む工具洗浄潤滑装置の説明図である。工具交換と工具に対する清掃、潤滑、防錆工程を示すタイムチャートである。工具交換方法のフローチャートである。従来の主軸に装着された工具を通した切削液の吐出状態を示す断面図である。ノズルによるエアの噴射方向が工具格納ポットの中心線方向である場合のエアブローの流れ方向を示す説明図である。

符号の説明

１マシニングセンター
２工具
２ｂテーパシャンク部
３工具マガジン
５工具チェンジャー
６待機ポット
７主軸
８工具交換装置
１０チェーン
１５格納ポット
１７第一ノズル
２３第二ノズル
２７エア回路
４２ａ分岐流路（噴射口）

Claims

工具を格納した複数の格納ポットを設けた工具マガジンのいずれかの格納ポットから工具を取り出して待機ポットに移送し、待機ポットから主軸に取り付けるようにした工具交換方法において、
前記工具マガジンの受け渡し位置にある前記格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、
エアを噴射した後に工具を前記待機ポットに装着する工程と、
該待機ポットから工具を取り出す際に第二ノズルによってオイルを前記工具のシャンク部に噴射する工程と
を備えてなる工具交換方法。
主軸から工具を取り出して待機ポットに挿入し、該待機ポットから工具を取り出して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換方法において、
前記主軸から取り出した工具を前記待機ポットに移し替える際に第二ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、
エアを噴射した後に工具を待機ポットに装着する工程と、
該待機ポットから工具を前記格納ポットに格納する際に第一ノズルによって前記工具のシャンク部にオイルを噴射する工程と、
オイルを噴射した後に工具を前記格納ポットに装着する工程と
を備えてなる工具交換方法。
工具を格納した複数の格納ポットを設けた工具マガジンのいずれかの格納ポットから工具を取り出して待機ポットに移送し、待機ポットから主軸に取り付けると共に、当該工具を主軸から取り出して待機ポットに挿入し、該待機ポットから工具を取り出して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換方法において、
前記工具マガジンの受け渡し位置にある前記格納ポットから工具を取り出す際に第一ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、
エアを噴射した後に工具を前記待機ポットに装着する工程と、
該待機ポットから工具を取り出す際に第二ノズルによってオイルを前記工具のシャンク部に噴射する工程と、
オイルを噴射した後に工具を主軸に装着する工程と、
前記主軸から工具を待機ポットに移し替える際に前記第二ノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射する工程と、
前記待機ポットから工具を前記格納ポットに格納する際に前記第一ノズルによってオイルを工具のシャンク部に噴射する工程と、
オイルを噴射した後に工具を前記格納ポットに装着する工程と
を備えてなる工具交換方法。
前記第一ノズルは前記工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットに対向して設けられており、前記第二ノズルは前記待機ポットに対向して設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の工具交換方法。
前記工具マガジンの受け渡し位置にある格納ポットには工具を着脱する方向の反対側に前記第一ノズルが設けられ、該第一ノズルは前記格納ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした請求項１乃至４のいずれかに記載の工具交換方法。
前記待機ポットには工具を着脱する方向の反対側に前記第二ノズルが設けられ、該第二ノズルは前記待機ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした請求項１乃至５のいずれかに記載の工具交換方法。
工具マガジンの格納ポットに格納された工具を待機ポットを介して主軸に取り付けるようにした工具交換装置において、
工具を格納する格納ポットが複数配列されていて任意の前記格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、
受け渡し位置にある前記格納ポットと待機ポットと主軸との間で工具を移送する工具チェンジャと、
前記受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてエアを工具に噴射する第一ノズルと、
前記待機ポットに対応する位置に設けられていてオイルを工具に噴射する第二ノズルとを備えたことを特徴とする工具交換装置。
主軸から取り出した工具を待機ポットを介して工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換装置において、
前記主軸と待機ポットと受け渡し位置にある格納ポットとの間で工具を移送する工具チェンジャと、
工具を格納する格納ポットが複数配列されていて任意の前記格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、
前記待機ポットに対応する位置に設けられていてエアを工具に噴射する第二ノズルと、
前記受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてオイルを工具に噴射する第一ノズルと
を備えたことを特徴とする工具交換装置。
工具マガジンの格納ポットに格納された工具を待機ポットを介して主軸に取り付けると共に、該主軸から取り出した工具を前記待機ポットを介して前記工具マガジンの格納ポットに格納するようにした工具交換装置において、
工具を格納する前記格納ポットが複数配列されていて任意の前記格納ポットを受け渡し位置に移送可能な工具マガジンと、
受け渡し位置にある前記格納ポットと待機ポットと主軸との間で工具を移送する工具チェンジャと、
前記受け渡し位置にある格納ポットに対応する位置に設けられていてエアとオイルの一方を選択的に工具に噴射する第一ノズルと、
前記待機ポットに対応する位置に設けられていてエアとオイルの一方を選択的に工具に噴射する第二ノズルと
を備えたことを特徴とする工具交換装置。
前記第一ノズルは前記格納ポットの工具を着脱する方向の反対側に配設され、第二ノズルは待機ポットの工具を着脱する方向の反対側に配設され、前記格納ポットまたは待機ポットの内部を通して工具にエアまたはオイルを噴射させるようにした請求項７乃至９のいずれかに記載の工具交換装置。
前記第一ノズルは、前記格納ポットの内面の中心線に対して傾斜する角度でエアまたはオイルを噴射する複数の噴射口が設けられており、前記第二ノズルは、前記待機ポットの内面の中心線に対して傾斜する角度でエアまたはオイルを噴射する複数の噴射口が設けられている請求項１０に記載の工具交換装置。
前記工具マガジンは、工具をそれぞれ格納する複数の格納ポットが無端状に周回して配列されているチェーン形工具マガジンであり、前記格納ポットは駆動源によって周回移動可能とされていていずれかの前記格納ポットを前記受け渡し位置に停止させるようにしたことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の工具交換装置。