JP3805567B2 - 工具交換方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具交換方法及びその装置に関し、さらに詳しくは工具交換用受け部を自動で降下し工具ホルダ受け部を手前に引き出して工具交換を行なう工具交換方法及びその装置、より詳しくは降下した工具交換用受け部に安全装置をかけてから工具ホルダ受け部を手前に引き出して工具交換を行なう工具交換方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具交換装置においては、円盤状工具マガジンが広く採用されているが、この円盤状工具マガジンは、文字通り円盤状に形成され、その外周に工具を着脱可能に保持するための複数の保持溝が放射方向に開口した状態で形成されている。
しかし、この従来の工具交換装置においては、該工具マガジンは、円盤状をなしてその外周に保持溝を有するため、工具マガジンの中心部には利用できない大きなスペースが形成され、工具交換装置がどうしても大型になってしまう問題があった。
【０００３】
また、加工中に破損した工具を交換する場合に、この交換は通常主軸又は工具マガジンを介して行われていた。主軸に工具交換する場合、機械の運転を停止させる必要があるとともに、作業のためカバーを外したりしなければならず、多大な時間が浪費されることになる。複数の工具交換では工具マガジンから工具を呼び出す都合上、前述の作業を繰り返し行なう必要があった。
【０００４】
さらに、前記工具マガジンにて工具交換する場合にも、工具マガジンを割出し回転させて空の保持溝を工具入替位置に割出し、この位置で作業者が新しい工具を差し込み、又は該工具マガジンにある旧工具を工具入替位置に割出し、新工具と差し替え交換する。その後、再び該工具マガジンを割出し回転させて、新しい工具を工具交換のための取出し位置に割出し、そこから工具交換位置へ取り出すことで、初めて工具交換アームによる工具交換動作が行われるものであった。このため、交換に要する時間が長くなると共に、いずれの場合にも、工具マガジンを介しての作業のため、機械を停止させた状態で工具交換を行なう必要があり、工具交換の作業中機械を作動することができず、加工作業の能率向上が妨げられていた。
【０００５】
そこで、複数の保持部が一方向に開口した状態で直線上に配列されてなるリニア工具マガジンを備えた工具交換装置が開発されてきた。この工具交換装置にあっては、前記リニア工具マガジンの一端側に下降可能に設けた工具交換用受け部を設け、手動で該工具交換用受け部を下降して工具交換が行なわれる。
【０００６】
さらに、補助工具マガジンを垂直方向に設け、昇降体を自動的に下降させて該補助工具マガジン内の工具との間で工具交換を自動で行なう工具交換装置も提案されている（特開平１０ー３４４７５号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の手動で工具交換用受け部を下降して工具交換を行う技術は、手動で工具交換用受け部を上下しているため、工具の重量、手動で降ろす高さなどに制限があった。
また、補助工具マガジンを垂直方向に設け、昇降体を自動的に下降させて工具交換を行なう前記の技術は、非常に便利であるものの、重装備になりすぎるきらいがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、安全性と作業性とを向上し、しかも重装備でなく簡易に工具交換又は工具補充を行える工具交換方法及びその装置を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために次の手段をとるものである。即ち、請求項１の発明は、リニア工具マガジン及び工具交換用受け部を有する工作機械において、工具ポットを保持する該工具交換用受け部を自動で降下し、ついで前記工具交換用受け部に受け渡された前記工具ポットに対し、切離しレバーを操作することにより工具ポットと工具ホルダとの係合状態を解除し、ついで前記工具ホルダを工具ホルダ受け部に載置したまま該工具ホルダ受け部を手前に引き出して工具交換又は工具補充を行なうようにし、前記工具交換用受け部にはキー溝が設けられ、アクチュエータにより往復動可能に駆動されるロッドにはロックキー及びロックレバーが設けられ、降下した工具交換用受け部に対し、自動でロックキーをキー溝に嵌入することにより工具交換用受け部をロックすると同時にロックレバーと切離しレバーのロックとを解除し、切離しレバーが操作可能となることを特徴とする工具交換方法である。
【００１０】
次に、請求項２の発明は、主軸と、複数の保持部が一方向に開口した状態で直線上に配列されてなるリニア工具マガジンと、該工具マガジンの一端側に設けられた工具交換装置と、該工具マガジンの他端側に設けられた工具交換用受け部と、前記リニア工具マガジンと工具交換装置と工具交換用受け部との間で工具ポットの受け渡しを行なう工具ローダとを有する工作機械において、該工具交換用受け部が自動で上下に移動可能に設けられ、降下した前記工具交換用受け部に保持された工具ポットと該工具ポットに係合された工具ホルダとの係合状態を解除する為の切離しレバーが設けられ、降下した工具を受け取る工具ホルダ受け部が手前に引出し可能に設けられ、前記工具交換用受け部にはキー溝が設けられ、アクチュエータにより往復動可能に駆動されるロッドにはロックキー及びロックレバーが設けられ、降下した工具交換用受け部に対し、自動でロックキーをキー溝に嵌入することにより工具交換用受け部をロックすると同時にロックレバーと切離しレバーとのロックを解除し、切離しレバーが操作可能となることを特徴とする工具交換装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図は、あくまでも説明のためのものであり、本発明の精神を逸脱しない限り多少の変更は許容される。図１は本発明の工具交換装置を備えた工作機械の一例を示す側面図である。図１において、工作機械Ｍのベース１上にはコラム２が前後方向及び左右方向に移動可能に配設され、該コラム２には主軸ヘッド３が上下動可能に支持されている。主軸４は、主軸ヘッド３に回転可能に支持され、その先端にはドリル等の工具５が着脱自在に装着される。そして、主軸ヘッド３が図１に２点鎖線で示す下方の加工位置に配置された状態で、主軸４が回転されながら、コラム２が図示しないテーブル上のワークに対して移動され、工具５によりワークに所定の加工が施される。
【００１７】
フレーム６は、ベース１上に立設されている。工具交換装置７の工具交換アーム８は、主軸４の上方に位置するように、フレーム６の側面に主軸４の軸線と平行な軸線の周りで回動可能及び軸線方向へ進退可能に支持され、その両端には工具把持部９が形成されている。そして、主軸ヘッド３が図１に実線で示す上方位置に配置された状態で、該工具交換アーム８が軸線の周りで回動され及び軸線方向に移動されることにより、主軸４側の工具５とリニア工具マガジン１０側から工具ローダにより移送されてきた工具５とは、工具把持部９にて把持されて同時に脱着交換される。なお、この際の工具交換方法は、本出願人が既に出願している特願平１０ー３２２１１４号明細書及び図面に詳細に記載されているので省略する。
【００１８】
リニア工具マガジン１０は、前記工具交換アーム８の後方（図に向かって左側）に位置するように、フレーム６上に固定され、主軸４の軸線方向に延びている。複数の保持部１２は、リニア工具マガジン１０の上側縁に沿って前後に延びる水平な直線上に所定ピッチで配列形成され、それぞれ同一方向の上方に向かって開口している。
【００１９】
工具ローダ１１は、背後に図示しないナットを有し、このナットは駆動モータ１３によって回転されるボールねじ１４に噛み合っている。工具ローダ１１は、ボールねじ１４の回転によって工具ローダ１１の一部を構成する図示しないサドルが図示しないレールの上を滑ることにより、ボールねじ１４の軸方向に移動して前記工具交換装置７で工具交換された旧工具をリニア工具マガジン１０に収容し、作業者が寿命間近い工具の工具番号釦をＯＮすることにより該当工具をリニア工具マガジン１０から工具交換用受け部１５に引き渡すように制御構成されている。
【００２０】
なお、工具ローダ１１と、リニア工具マガジン１０又は工具交換用受け部１５との間の工具ポットの授受は、例えば、前述の特願平１０ー３２２１１４号明細書及び図面に記載されているように、工具ポット上の図示しないピンと、工具ローダに設けられた図示しない受け渡し用シリンダのピストンロッドの先端に設けられたフック部材の係合溝との間で、ピストンロッドの上下動と工具ローダの水平移動とによって行われる。
【００２１】
工具交換用受け部１５はレール１６上を摺動するように設けられ、工具交換用受け部１５にチエーン１７の一端が固着されている。チエーン１７は、スプロケット１８に噛み合いつつその他端が横フレーム１９に取り付けられている。シリンダー２０は基台２６に立設されたフレーム２３に取り付けられ、シリンダー２０の中にはピストンロッド２１が取り付けられたピストン２２が摺動するように設けられ、ピストンロッドの先端２４はスプロケットガイド部材２５に固着されている。２７、２８は、流体の流入、排出のための開口部である。流体の例としては、気体、液体などが挙げられるが、そのうちでも液体の油圧が好ましい。以下においては油圧を例にして説明する。
【００２２】
開口２７から矢印Ａ方向に油圧が供給されることにより、ピストン２２が押し上げられ、その結果ピストンロッド２１が上昇し、その先端２４に取り付けられたスプロケットガイド部材２５が上昇して同図の２点鎖線の位置までに到達すると、工具交換用受け部１５もチエーン１７に引張られてレール１６上を昇り２点鎖線に示す位置に到達し、工具ローダ１１から工具ポット（図示せず）を受け取ることができる。
他方、開口部２８から矢印Ｂ方向に油圧が供給されるとともに開口部２７から油圧が排出されると、ピストンロッド２１が降下し工具交換用受け部１５も降下して同図の実線に示されるようになる。
【００２３】
３０は工具交換予報ランプであり、リニア工具マガジン１０に収容された旧工具の寿命が間近いことを知らせるものであり（カウントアップ）、工具交換予報ランプ３０がカウントアップしたとき、作業者が工具交換用操作盤（画面付き）３４のカウントアップされた工具番号釦をＯＮすることにより、工具ローダ１１は該当工具を工具ポットに収容したままリニア工具マガジン１０から工具交換用受け部１５に搬送して引き渡すことになる。
【００２４】
工具ローダ１１は、工具交換用受け部１５（２点鎖線で示す）に旧工具を引き渡した後、工具交換用受け部１５の位置以外の場所（領域Ｒ）内で必要な動作をしつつ領域Ｒ外に移動しないように制御構成される。
【００２５】
工具ポットを受け取った工具交換用受け部１５は、自動で下記の動作により図１に示す最下位の位置に降下する。すなわち、工具交換用受け部１５が工具ポットを受け取った旨の信号が図示しない油圧供給部に伝えられると、開口部２８から油圧が供給されるとともに開口部２７から油圧が排出されてピストン２２、ピストンロッド２１が下降して工具交換用受け部１５は図１に示すように最下位の位置に降下する。
【００２６】
２９は安全装置であり、この安全装置２９は、図２に示される。図２は、本発明にかかる工具交換装置の正面図である。同図において、工具交換用受け部１５が図１の最下位の位置に到達した旨の信号が図示しない流体供給部に伝えられると、シリンダ３７の開口部３５から矢印Ｃ方向に流体（例えばエア）が供給されるとともに開口部３６からエアが排出され、ピストン３８が図に向かって左方向に押されてピストンロッド３９も左方向に押され、ピストンロッド３９に固着されたロックレバー４０、ロックキー４１も左方向に押され、ロックキーの左部分４１ａが工具交換用受け部１５のキー溝４２に嵌入するように構成される。４３はガイドである。
【００２７】
このようにして、工具交換用受け部１５が最下位の位置で自動でロックされると、工具交換用操作盤３４には工具取出しＯＫが表示される（図示せず。）。
作業者が工具交換用操作盤３４のカウントアップされた工具の工具番号釦をＯＮした後、工具取出しＯＫまでの動作は、シーケンス制御され自動的に行われる。図１の３３は、自動制御を行なうための制御盤である。
【００２８】
後述の工具交換終了釦をＯＮすることにより、シリンダ３７の開口部３６から矢印Ｄ方向に流体（例えばエア）が供給されるとともに開口部３５からエアが排出され、ピストン３８が右方向に移動してロックレバー４０の溝４４が切離しレバー４５に嵌合し、切離しレバー４５の動きを拘束することになる。そして、ロックキーの左部分４１ａも工具交換用受け部１５の溝４２から外れるとともに、引出しレバー４７の引出しレバーキー４６がＥの状態からＦの状態に移動した状態でロックキーの右部分４１ｂが右方向に移動して仕切り板４８に引出しレバーキー４６をロックするように構成される。４９はガイドである。
【００２９】
図３は、工具交換用受け部１５から工具ホルダ受け部５２を引き出した状態の斜視図である。同図において、シリンダ３７内のピストン３８が左方向に移動してロックキー４１が工具交換用受け部１５の溝４２に嵌入することにより、工具交換用受け部１５はこの位置に上方に移動しないようにロックされる。他方、引出しレバーキー４６は引き出される前においてロックキー４１から開放され、また、切離しレバー４５もロックレバー４０の溝４４からも開放されることになる。なお、５３はカバーである。
【００３０】
したがってこの状態にあっては切離しレバー４５のノブ５１を下に下げることにより、揺動レバー５４が図示しない工具ポットの軸心を押すことにより工具ポットから工具ホルダが引き出されやすくなる。ついで、引き出しレバー４７のハンドル５０を矢印方向に廻して引出しレバーキー４６を仕切り板４８の溝４８ａから外し、ハンドル５０を手前に引き出すことにより工具ホルダ受け部５２を図示しないレール上を滑らせて図３に示す状態が得られる。
【００３１】
図４は、工具交換用受け部１５と工具ポット５５と工具ホルダ５７との関係を示す平面図である。同図において揺動レバー５４が矢印方向に押されて軸心５６を押すことにより、その頭部５６ａが左方向に移動しボール５８が孔５９に落ち込み工具ホルダ５７が工具ポット５５から引き出され易くなる。
【００３２】
図５は、工具交換用受け部１５（略図）に工具ポット５５が載置され、工具ホルダ５７が引き出される前の状態を示す側面図である。同図において工具ホルダ５７はハンドル５０を図３の矢印方向に廻すことにより押板６２で押さえ付けられ、工具６１の左側部分が下がらないようにしている。図６は、図５において矢印Ｘ―Ｘ方向に見た断面図である。工具ホルダ受け部５２がレール６０上を滑るように構成され、押板６２で工具ホルダ５７は押さえ付けられている。なお、押板６２を図２のＥの位置からＦの位置へ戻すために図示しないばねを用いるのが好ましい。
【００３３】
工具交換後、引出しレバー４７を元に戻し、切離しレバー４５を上に上げ工具交換操作盤の交換終了釦（図示せず。）をＯＮにすると、以後自動で安全装置２９のロックが外され（図２においてロックキー４１が右方向に移動せしめられてロックキーの左部分４１ａが工具交換用受け部１５のキー溝４２から外れ）、工具交換用受け部１５は交換後又は補充後の新工具を収容した工具ホルダー受け部５２を装着した工具ポットを保持して図２に２点鎖線で示す上方の位置に移動し、
さらに自動で図１に示す工具ローダ１１が工具交換用受け部１５の該工具ポットを保持してリニア工具マガジン１０に搬送するように構成される。
【００３４】
ここで本発明の作用について図をまじえながら説明する。なお、以下図において工具ポット、工具ホルダ及び工具は工具交換用受け部に装着されているとして説明する。図１において主軸ヘッド３の寿命が間近い工具は、工具交換装置７において工具ローダ１１によりリニア工具マガジン１０から運ばれてきた新工具と交換され、交換された旧工具は工具ポットに装着されたまま工具ローダ１１により左方向に運ばれ図１に示すリニア工具マガジン１０に収容される。この場合に工具交換予報ランプ３０が点灯してカウントアップが作業者に知らされる。
【００３５】
ついで、作業者が工具交換用操作盤３４のカウントアップされた工具の工具番号釦をＯＮにすることにより、工具ローダ１１はリニア工具マガジン１０の該当工具を工具ポットに収容したまま保持、搬送して工具交換用受け部１５に引き渡し、右方向に移動し領域Ｒ内で必要な作業をする。他方、シリンダ２０の開口部２８から油圧が供給されるとともに開口部２７から油圧が排出されてピストン２２が下降し、ピストン２２のピストンロッド２１に固着されたスプロケットガイド部材２５が図の２点鎖線で示される位置から降下して実線で示される位置に到達し、したがって工具交換用受け部１５も図の２点鎖線の位置から下方の実線位置に示される位置に降下する。
【００３６】
さらに、工具交換用受け部１５が図２に示す最下位の位置に到達すると、その旨の信号が図示しない流体供給部に伝えられ、開口部３５から流体例えばエアが供給されるとともに開口部３６からエアが排出され、ピストン３８が左方向に移動してピストンロッド３９も左方向に移動し、ロックキーの左部分４１ａが左に移動して工具交換用受け部１５の溝４２に嵌入して工具交換用受け部１５の上昇を防止するためにロックがかけられるとともに、ロックレバー４０の左方向への移動により切離しレバー４５が溝４４から外れ、また、ロックキーの右部分４１ｂが左方向に移動するために引出しレバーキー４６が矢印方向に移動可能になり、仕切り板４８から外されることが可能になる。
【００３７】
ついで、作業者がノブ５１を下げることにより、図４に示されるように揺動レバー５４が矢印方向に軸心５６を押しその頭部５６ａが左方向に移動してボール５８が孔５９に落ち込み、工具ホルダ５７が工具ポット５５から容易に引き出され易い状態が形成される。
【００３８】
引き続いて、引出しレバー４７のハンドル５０を矢印方向に廻して引出しレバーキー４６を仕切り板４８から外しハンドル５０を手前に引き出すことにより、図３に示す状態が形成される。図３において、工具交換用受け部１５には工具ポット（図示せず）が装着され、工具ホルダ受け部５２には工具ホルダおよび工具（図示せず）が装着されていることになる。この状態で、作業者が新旧工具を交換するか、又は旧工具が無い場合には新工具を補充するなどの工具交換作業を終了する。
【００３９】
工具交換作業終了後、引出しレバー４７を奥に差し込み、ついで引出しレバーキー４６を仕切り板４８の溝４８ａに嵌合し、切離しレバー４５を上に上げる。ついで、工具交換用の操作盤３４の交換終了釦（図示せず。）をＯＮにすると、シリンダー３７の流体供給部（図示せず。）にその旨の信号が伝えられ、開口部３６からエアが供給されるとともに開口部３５からエアが排出され、ロックキー４１及びロックレバー４０が右方向に移動し、その結果ロックキーの左部分４１ａが溝４２から外れるとともに、ロックキーの右部分４１ｂが仕切り板４８の溝４８ａに嵌合しロックレバー４０の溝４４が切離しレバー４５に嵌合し、引出しレバー４７及び切離しレバー４５はそれぞれロックされ、工具交換用受け部１５のロックが解除されることになる。
【００４０】
ついで、工具交換用受け部１５のロックが解除されると、自動でピストン２２、ピストンロッド２１が上昇してスプロケットガイド部材２５、工具交換用受け部１５が図１に示す２点鎖線の状態になり、図１に示す工具ローダ１１が工具交換用受け部１５の位置に呼び出され、工具ローダ１１はこの位置で工具交換用受け部１５から工具ポットを受け取り、図１の右方向に走行してリニア工具マガジン１０に工具を収容した工具ポットを載置する。
【００４１】
これらの一連の自動動作はシーケンス制御され、叙上の作業者の工具交換のための一連の作業中にも工作機械は稼働し、工具ローダ１１も領域Ｒ内で必要な動作をするので稼働率は大幅に向上される。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、工具の上下をいわゆるアクチュエータ化して安全性を向上し、また切離しレバーを操作することにより工具ポットと工具ホルダとの係合状態を解除できるようにしたので工具ホルダを工具ホルダ受け部に受け渡された工具ポットに装着させたまま手前に無理無く引き出して工具交換を可能にし、しかも工具交換用受け部における工具交換作業の合間においても工作機械を停止することなく簡易な方法で工具交換を行うことができることに加え、降下した工具交換用受け部にロックが自動でかけられ、また、それと同時に切離しレバーのロックが解除された後、工具交換作業に入るようにしたので作業の安全が充分に確保される顕著な効果が奏される。
【００４３】
請求項２の発明によれば、リニア工具マガジンを備えた工作機械において、簡易な構造でしかも作業者の安全性と作業性を考慮し、さらに工作機械を停止することなく工具交換用受け部に受け渡された工具ポットから容易に工具ホルダを抜き取ることが可能な構造の工具交換装置が得られることに加えて降下した工具交換用受け部にロックが自動でかけられ、また、それと同時に切離しレバーのロックが解除された後、工具交換作業に入るようにしたので作業者への安全性を充分に配慮した装置が得られるという顕著な効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具交換装置を備えた工作機械の一例を示す側面図である。
【図２】本発明に係る工具交換装置の正面図である。
【図３】工具交換用受け部から工具ホルダ受け部を引き出した状態の斜視図である。
【図４】工具交換用受け部と工具ポットと工具ホルダとの関係を示す平面図である。
【図５】工具交換用受け部に工具ポットが載置され、工具ホルダが引き出される前の状態を示す側面図である。
【図６】図５において矢印Ｘ―Ｘ方向に見た断面図である。
【符号の説明】
１ ベース
２ コラム
３ 主軸ヘッド
４ 主軸
５ 工具
６ フレーム
７ 工具交換装置
８ 工具交換アーム
９ 工具把持部
１０ リニア工具マガジン
１１ 工具ローダ
１２ 保持部
１３ 駆動モータ
１４ ボールねじ
１５ 工具交換用受け部
１６ レール
１７ チエーン
１８ スプロケット
１９ 横フレーム
２０ シリンダー
２１ ピストンロッド
２２ ピストン
２４ ピストンロッドの先端
２５ スプロケットガイド部材
２９ 安全装置
３０ 工具交換予報ランプ
３４ 工具交換用操作盤
４０ ロックレバー
４１ ロックキー
４２ キー溝
４３ ガイド
４４ 溝
４５ 切離しレバー
４６ 引出しレバーキー
４７ 引出しレバー
４８ 仕切り板
４９ ガイド
５０ ハンドル
５１ ノブ
５２ 工具ホルダ受け部
５３ カバー
５４ 搖動レバー
５５ 工具ポット
５７ 工具ホルダ
６０ レール

Claims (2)

1. リニア工具マガジン及び工具交換用受け部を有する工作機械において、工具ポットを保持する該工具交換用受け部を自動で降下し、ついで前記工具交換用受け部に受け渡された前記工具ポットに対し、切離しレバーを操作することにより工具ポットと工具ホルダとの係合状態を解除し、ついで前記工具ホルダを工具ホルダ受け部に載置したまま該工具ホルダ受け部を手前に引き出して工具交換又は工具補充を行なうようにし、前記工具交換用受け部にはキー溝が設けられ、アクチュエータにより往復動可能に駆動されるロッドにはロックキー及びロックレバーが設けられ、降下した工具交換用受け部に対し、自動でロックキーをキー溝に嵌入することにより工具交換用受け部をロックすると同時にロックレバーと切離しレバーのロックとを解除し、切離しレバーが操作可能となることを特徴とする工具交換方法。
2. 主軸と、複数の保持部が一方向に開口した状態で直線上に配列されてなるリニア工具マガジンと、該工具マガジンの一端側に設けられた工具交換装置と、該工具マガジンの他端側に設けられた工具交換用受け部と、前記リニア工具マガジンと工具交換装置と工具交換用受け部との間で工具ポットの受け渡しを行なう工具ローダとを有する工作機械において、該工具交換用受け部が自動で上下に移動可能に設けられ、降下した前記工具交換用受け部に保持された工具ポットと該工具ポットに係合された工具ホルダとの係合状態を解除する為の切離しレバーが設けられ、降下した工具を受け取る工具ホルダ受け部が手前に引出し可能に設けられ、前記工具交換用受け部にはキー溝が設けられ、アクチュエータにより往復動可能に駆動されるロッドにはロックキー及びロックレバーが設けられ、降下した工具交換用受け部に対し、自動でロックキーをキー溝に嵌入することにより工具交換用受け部をロックすると同時にロックレバーと切離しレバーとのロックを解除し、切離しレバーが操作可能となることを特徴とする工具交換装置。

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