JP3521977B2 - 工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸と工具
マガジンとの間で工具交換を行う工具交換装置に関し、
特に、工具を収納する工具ポットを複数個並べた工具マ
ガジンと主軸との間で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を相対移
動させて直接的に工具交換を行う、いわゆる、アームレ
ス方式の工具交換装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】工作機械の工具マガジンには、工具を収
納する複数の工具ポットのいずれか１つを選択して所定
の工具交換位置へ移動可能にした移動式工具マガジン
と、工具ポットを移動せずにそれぞれの工具ポットの位
置で工具交換を行う固定式工具マガジンとがある。移動
式工具マガジンの代表的なものに、予め決められた１ヶ
所に設けられた工具交換位置へ所望の工具ポットを旋回
して割り出すようにしたチェーン式や円盤式の工具マガ
ジンがある。チェーン式や円盤式の工具マガジンに主軸
に装着されている工具を返却する場合、返却すべき工具
ポットを工具交換位置へ割り出し、その返却すべき工具
ポットが空であることを工具有無検出センサーで確認し
た後、工具返却動作を行う。このようにして、工具を返
却すべき工具ポットに万一工具が収納されていた場合の
事故を防止している。この技術は、例えば実開昭５８−
５９５４３号公報に開示されている。 【０００３】一方、固定式工具マガジンの代表的なもの
に、工具ポットを平面状に略等間隔で複数個並べたいわ
ゆる、エッグポット式の工具マガジンがある。この場合
には、全ての工具ポットとの間で工具交換が行われるの
で、返却すべき工具を収納する工具ポットが空であるこ
とを確認するために、工具有無検出センサーを全ての工
具ポットに設けなければならない。このときの工具交換
方式は、一般に所定の工具ポットに所定の工具を返却す
るようにした、いわゆる固定番地式によって行われる。
上述のエッグポット式工具マガジンで固定番地式の工具
交換制御が行われれば、最初、主軸には工具を装着せ
ず、工作機械の運転開始時に工具マガジンから所定の工
具を主軸に装着させる工程から開始させるようにすれ
ば、以後、必ず空の返却するべき工具ポットに主軸に装
着していた工具が返却され、全ての工具ポットに工具有
無検出センサーを設ける必要がないと思われるが、自動
運転を一時中断して作業者が工具マガジン内の工具の差
替えを行うと、誤って主軸に装着されている工具の返却
されるべき工具ポットに別の工具を差し込む危険性があ
る。そのため、全ての工具ポットに工具有無検出センサ
ーを設けて、工具交換毎に返却すべき工具ポットが空で
あることを確認する必要がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、主軸に
装着されている工具をエッグポット式工具マガジンに返
却するとき、返却する工具ポットに工具がないことを確
認するため、全ての工具ポットに工具有無検出センサー
を取付けないと、手動で工具マガジンの工具を差替えた
ときに、主軸に装着されている工具の返却ポットに工具
を差し込んでしまい、そのまま工具交換を行って工具交
換装置を壊してしまう恐れがあった。よって、エッグポ
ット式工具マガジンの工具ポットの数が増えると工具ポ
ットの個数分の工具有無検出センサーを取付けなければ
ならないので高価になり、工具有無検出センサーの取付
けスペースが大きくなってしまうためにコンパクトにで
きなかった。また、構造および制御が複雑になり、故障
の原因にもなった。 【０００５】よって、本発明の目的は、エッグポット式
工具マガジン等の固定式工具マガジンの工具を手動で差
替えるときの差替え間違いをなくして、構造が簡単で、
コンパクトで安価な工具交換装置を提供することにあ
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、工具を収納する工具ポットを複数個設けた
工具マガジンと、機械のＸ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を相対移
動させて主軸と前記工具マガジンとの間で直接的に工具
交換を行わせ、その工具交換は所定の工具ポットに所定
の工具を返却するように制御させる工具交換制御手段と
からなる工具交換装置において、作業者が前記工具マガ
ジンの工具の差替えを手動で行うときに動作させる工具
差替え準備スイッチ手段と、前記工具差替え準備スイッ
チ手段が作動されると、前記主軸に装着中の工具が返却
されるべき工具ポットを作業者が確認できるように前記
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を駆動して前記返却されるべき工
具ポットの工具の授受口の前面に前記主軸に装着中の工
具を自動的に位置決めする位置決め指令手段とを具備し
た工具交換装置である。 【０００７】 【作用】本発明によれば、作業者が工具マガジンの工具
を差替えを行う場合に、まず、工具差替え準備スイッチ
手段を作動させ、すると、位置決め指令手段は主軸に装
着されている工具が返却されるべき工具ポットの位置を
認識して、その近傍までＸ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を駆動し
て主軸を位置決めさせるようＮＣ装置に指令を送出す
る。よって、作業者は、主軸が位置決めされた近傍の工
具ポットが空であることを目視で確認でき、他の工具ポ
ットの工具の差替えを行うのである。主軸の位置決めさ
れる位置が工具ポットの工具入口付近であれば、主軸が
当該工具ポットを塞ぐ形となり、作業者は物理的に当該
工具ポットに別の工具を差し込むことはできない。ま
た、作業者による工具差替えの後、自動運転を再開して
も、工具交換制御手段は所定の工具ポットに所定の工具
を返却する、いわゆる固定番地式の工具交換制御を行う
ので、空でない工具ポットに主軸に装着されている工具
を返却するという事故は起きない。 【０００８】 【実施例】図１は、本発明の一実施例による工具交換装
置の正面図および構成ブロック図、図２は、図１の矢視
ＩＩによる工具交換装置の要部の側面図、図３は、図２
の矢視ＩＩＩによる工具マガジンの上面図、図４は、本
発明の一実施例による工具交換装置の返却ポット確認処
理過程を図示したフローチャートである。 【０００９】まず、図１、図２を参照しながら本発明の
工具交換装置について説明する。本発明の工具交換装置
が適用される工作機械の本体は、上記主軸１を有した主
軸頭３と、被加工ワークを上面に保持、固定するテーブ
ル９とが相対的に少なくともＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方
向に移動可能に設けられ、それら各軸系の送り動作機構
を備えた周知の構造を有したものである。また、必要に
応じて前記主軸１の縦軸線まわりの回転や水平軸線まわ
りの旋回も可能なように夫々の回転系の動作機構を備え
た多送り軸形工作機械であっても本発明は適用可能であ
る。 【００１０】テーブル９の側部にブラケット２９を介し
てリニアガイド２７が設けられ、その上部にはリニアガ
イド２７によってＸ軸方向に往復移動可能に案内される
キャリア２５が設けられている。キャリア２５の上部に
は、マガジンベース２３が立設され、その上部に工具マ
ガジン２１が取付けられる。キャリア２５の左側（図１
参照）にはプレート３３が固定され、プレート３３はブ
ラケット２９に取付けられたシリンダ３１によって進退
するロッド３２に固着されている。よって、シリンダ３
１に空気圧供給装置３０から空気圧を作用させて工具マ
ガジン２１を図１に示す工具交換のための前進位置と、
左方の加工の邪魔にならない退避位置との間でＸ軸方向
に往復動作させることができる。プレート３３にはプー
リ支持部４１が一体的に設けられてプーリ４３を回転自
在に支持している。プーリ４３には同軸にピニオン３７
が固着され、リニアガイド２７に固着されたラック３５
と噛み合っている。また、プレート３３には、加工中に
飛散する切屑や加工液がこの工具マガジン装置にかから
ないように工具マガジン装置全体を覆うカバー５３が取
付けられ、その上部には開閉動作するマガジンカバー５
１が枢着される。マガジンカバー５１の枢軸と同軸にマ
ガジンカバー５１にプーリ５２が固着されている。そし
て、プーリ４１とプーリ５２との間にはベルト４５が張
設されている。 【００１１】通常、工具マガジン装置は加工領域外の待
避位置に位置し、そのときロッド３２はプレート３３に
固定している全ての部材を伴って左行（図１参照）して
おり、マガジンカバー５１は閉状態である。機械制御装
置１３からシリンダ３１に工具マガジン移動指令が発せ
られると、ロッド３２はプレート３３に固定している全
ての部材を右行する。すると、ピニオン３７がブラケッ
ト２９によって静止させられているラック３５と噛み合
って反時計回りしてマガジンカバー５１が開いて、工具
マガジン２１が前進する。つまり、工具マガジン２１が
前進位置に達すると、主軸頭３が工具マガジン２１にア
クセス可能となり、また、作業者が工具マガジン２１の
工具の差替えを行うことも可能となる。図示の工具マガ
ジン２１は、ばね鋼や樹脂材料等の弾性材料の板状部材
でなり、工具を収納する工具ポット２２を８個有してい
る。工具マガジン２１は、上下の厚みの中間に溝部２１
ａが形成されて上下２層になっている。左右方向（図３
参照）には、７つのスリット２１ｂが形成されて８個の
工具ポット２２を区画している。各工具ポット２２に
は、工具収納穴２１ｃ、工具の授受口２１ｄ、抜き穴２
１ｅ、および切欠き２１ｆがあけられて、一対の把持爪
２１ｇ、２１ｇを構成している。抜き穴２１ｅは把持爪
２１ｇが弾性変形し易くなるようにあけられたものであ
る。主軸１に装着された工具７が機械のＸ軸の送り軸の
動きで工具収納穴２１ｃに移動されるとき、把持爪２１
ｇはその弾性力の作用で開閉動作する。各工具７の所定
位置にスナップリング６が嵌着されており、そのスナッ
プリング６が溝部２１ａに丁度嵌まるように工具７が工
具ポット２２に収納把持される。このスナップリング６
は、工具７の工具マガジン２１からの落下防止用のスト
ッパであり、また、工具７の主軸１への軸線方向の位置
決め基準となっている。 【００１２】主軸１は主軸頭３に回転可能に軸支され、
その先端にはコレット５を介して工具７を自動的にクラ
ンプ、アンクランプできるように装着している。本実施
例においては、主軸頭３がＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向
に移動すると考える。ＮＣ装置１７は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の
各送り軸駆動モータＭＸ，ＭＹ，ＭＺを駆動制御する。
機械制御装置１３は、ＮＣ装置１７で解読した工具交換
命令を受けて、位置決め指令手段１５と協働して、後述
のような工具交換動作を所定のシーケンスに従って行わ
せる。工具差替え準備スイッチ手段１１は、機械の操作
盤に設けられており、例えば押し釦スイッチからなる工
具差替えスイッチからなる。位置決め指令手段１５は、
前記工具差替え準備スイッチ手段１１が作業者によって
作動されると、主軸工具番号の工具ポットの確認できる
位置に主軸１を位置決めするため、主軸工具番号の工具
ポットに対応した位置データをマクロプログラムによっ
てＮＣ装置１７に送り込む。作業者は主軸１に装着中の
工具７の返却されるべき工具ポット近傍に位置決めされ
るので、工具マガジン２１の工具７の差替えを手動で行
うとき、主軸１に装着中の工具７の返却されるべき工具
ポットを作業者が目視で確認できる。 【００１３】図１、図２、図４を参照しながら本発明の
工具交換装置の工具マガジンの工具を差替える動作シー
ケンスについて説明する。主軸１に装着されている工具
７の返却すべき工具ポットを確認できる位置に主軸１を
移動させるため工具差替え準備スイッチを押す。工具差
替え準備スイッチに内蔵されているランプが点灯する
（ステップＳ１０１）。工具差替え準備スイッチが押さ
れたことにより、主軸１がテーブル９上のワークや工具
マガジン２１と干渉しないように、主軸頭３を上昇、つ
まり、Ｚ軸を原点復帰する（ステップＳ１０２）。次
に、機械制御装置１３から空気圧供給装置３０に指令を
送り、シリンダ３１によって工具マガジン２１を前進さ
せるとともに、マガジンカバー５３が開口して工具差替
え可能な状態となる（ステップＳ１０３）。次に、機械
制御装置１３内に主軸１に装着されている工具７の返却
すべき工具ポットの番号、つまり、主軸工具番号が記憶
されているかを確かめる（ステップＳ１０４）。主軸工
具番号が記憶されていた、つまり、主軸に工具が装着さ
れている場合には、機械制御装置１３内にある位置決め
指令手段１５から主軸工具番号の工具ポットの確認でき
る工具マガジン２１の近傍の位置に主軸１を位置決めす
るため、主軸工具番号の工具ポットに対応した位置デー
タをマクロプログラムによってＮＣ装置１７に送り込
み、ＮＣ装置１７からＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸駆動モータ
ＭＸ，ＭＹ，ＭＺに移動指令が発せられる。例えば、主
軸工具番号の工具ポットの５０ｍｍ手前にＸ，Ｙ，Ｚ軸
の送り軸により主軸１を位置決めする。位置決めが完了
すると、工具差替え準備スイッチに内蔵されているラン
プが点灯から点滅になる（ステップＳ１０５）。以上の
動作が完了すると、作業者は主軸１に装着されている工
具７の返却すべき工具ポットを目視にて確認することが
できる。また、このときに工具差替えもできる（ステッ
プＳ１０６）。工具差替えが終了したら、点滅している
工具差替え準備スイッチを押す（ステップＳ１０７）。
点滅している工具差替え準備スイッチが押されたことに
より、工具マガジン２１が待避位置へ後退するととも
に、マガジンカバー５１が閉じる（ステップＳ１０
８）。主軸工具番号が記憶されていない、つまり、主軸
に工具が装着されていない場合には、工具差替えの邪魔
にならないような位置へ主軸１を移動させる。例えば、
Ｘ軸を＋ストロークエンド、Ｙ軸を原点に位置決めする
（ステップＳ１０９）。この場合、主軸１は工具マガジ
ン２１の近傍に位置決めされないので、作業者は全ての
工具ポットの工具差替えを行える（ステップＳ１１
０）。その後、前記ステップＳ１０７へ戻る。 【００１４】また、作業者による工具差替え作業終了後
は、機械の自動運転を再開するが、工具交換制御は固定
番地式で行われるので、主軸１に装着されている工具７
が返却されるべき工具ポットは必ず空で、工具衝突の事
故の危険性はない。作業者が工具差替え準備スイッチ手
段１１を動作させると、主軸１が現在主軸１に装着され
ている工具７の返却されるべき工具ポットの近傍に位置
決めされるが、この時、主軸１に装着されている工具７
で工具マガジン２１の工具の授受口２１ｄをふさぐ極く
近傍位置（図３の右から２つ目の工具ポットに破線で示
す工具７が位置決めされている）に位置決めされると、
作業者は物理的に当該工具ポットに工具を差し込むこと
ができず、うっかりミスを防ぐことができる。自動運転
中は、工具マガジン装置は待避位置に後退しており、マ
ガジンカバー５１が閉じているので作業者は工具差替え
作業を行うことはできない。工具衝突の事故の原因は、
作業者が介在して工具差替えを行った場合であり、その
作業者による工具差替え作業は前述の通り確実に行われ
るので、工具交換装置として、工具衝突の事故の危険性
はなく、安全な装置であることが保証される。また、本
発明の工具交換装置をトレーサにスタイラスを交換する
スタイラス交換装置に応用することもできる。 【００１５】 【発明の効果】本考案によれば、作業者が工具マガジン
の工具の差替えを行うとき、主軸に装着されている工具
の返却されるべき工具ポットの近傍まで主軸を位置決め
させるので、主軸に装着中の工具が返却されるべき工具
ポットが空であることを目視で確認できるので、作業者
が主軸に装着中の工具が返却されるべき工具ポットに工
具を差し込んでしまい、機械の自動運転再開後の工具交
換動作によって工具マガジンを壊してしまう恐れがなく
なった。また、工具ポットの個数分の多数の工具有無検
出センサーを取付けなくてもよいので、構造が簡単でコ
ンパクトで安価な工具交換装置が実現できた。 【００１６】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す工具交換装置の正面図
及び構成ブロック図である。 【図２】図１の矢視ＩＩによる工具交換装置の要部の側
面図である。 【図３】図２の矢視ＩＩＩによる工具マガジンの上面図
である。 【図４】本発明の一実施例による工具交換装置の返却ポ
ット確認処理過程を図示したフローチャートである。 【符号の説明】 １ 主軸 ３ 主軸頭 ５ コレット ７ 工具 ９ テーブル １１ 工具差替え準備スイッチ手段 １３ 機械制御装置 １５ 位置決め指令手段 １７ ＮＣ装置 ２１ 工具マガジン ２２ 工具ポット

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 工具を収納する工具ポットを複数個設け
   た工具マガジンと、機械のＸ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を相対
   移動させて主軸と前記工具マガジンとの間で直接的に工
   具交換を行わせ、その工具交換は所定の工具ポットに所
   定の工具を返却するように制御させる工具交換制御手段
   とからなる工具交換装置において、 作業者が前記工具マガジンの工具の差替えを手動で行う
   ときに動作させる工具差替え準備スイッチ手段と、 前記工具差替え準備スイッチ手段が作動されると、前記
   主軸に装着中の工具が返却されるべき工具ポットを作業
   者が確認できるように前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を駆動
   して前記返却されるべき工具ポットの工具の授受口の前
   面に前記主軸に装着中の工具を自動的に位置決めする位
   置決め指令手段と、 を具備したことを特徴とする工具交換装置。