JP3865330B2 - マトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジン - Google Patents
マトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジン Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に設けられたマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジンに係り、特に、工具を工具マガジン部の前方に抜き出して工具搬送するマトリックス型工具マガジンにおける工具搬送方法と工具マガジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）など工作機械は自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）を備えており、このＡＴＣにより、工作機械の主軸と、複数の工具を貯蔵する工具マガジン又は中間保持手段（中間ポット）との間で工具交換を行う。
工具マガジンには、工具の軸線方向寸法（以下、工具長と記載）が所定寸法以下の標準的な寸法である工具（以下、標準寸法工具と記載）をマトリックス状に配列して収納する構成のマトリックス型工具マガジンがある。
このマトリックス型工具マガジンには、収納用の工具ポットと所定の工具マガジン側工具交換位置にある工具ポットとの間を工具搬送装置が移動して、工具を各工具ポットに対して着脱することにより工具の搬送が行われるタイプのものがある。
【０００３】
ＡＴＣには、工具交換アーム（以下、交換アームと記載）が工具を把持して、マトリックス型工具マガジン（以下、工具マガジンと記載）と主軸との間，又はこれらと中間の待機位置との間を揺動することにより、主軸と工具マガジンとの間で工具の移送を行うものがある。
このタイプのＡＴＣでは、交換アームが待機位置から主軸側工具交換位置へ揺動する動作と、主軸に対する新旧工具の工具交換動作とを行って、主軸と交換アームとの間で工具交換を行う。
また、交換アームが、待機位置から工具マガジン側の工具交換位置へ揺動する動作と、工具マガジンに対する新旧工具の工具交換動作とを行って、工具マガジンと交換アームとの間で工具交換を行う。
【０００４】
特公平４−６４９２号公報及び特公平４−８１７３号公報には、ツールラックをそれぞれ移動させてツールラック間隔を可変とする工具マガジンが開示されている。
特開昭６３−５７１３４号公報には、カセットストッカから工具収納カセットを一列抜き出して、この工具収納カセットを工具マガジン側工具交換位置に移動させる工具マガジンが開示されている。
【０００５】
特開昭６２−１０２９４１号公報には、工具収納棚の工具ポットの軸線をトラバーサの移動方向に対して所定の角度傾斜させる工具マガジンが開示されている。特開平４−３１０３４１号公報には、工具を保持するホルダの工具装着口が互いに反対方向に開口した工具マガジンが開示されている。
さらに、特開昭６２−２３６６４３号公報にも、工具を工具マガジン部の前方に抜き出して工具搬送する構成の工具マガジンが開示され、特公昭４６−４２８３７号公報には、工具を上方に抜き出して工具搬送する構成の工具マガジンが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＮＣ工作機械では、工具交換に要する時間全体を短縮して作業能率を向上させるために、工具マガジンにおいても、工具搬送時間の短縮化が求められている。
しかも、前記標準寸法工具の他に、標準寸法工具とは異なる寸法の工具、例えば、標準寸法工具より工具長の長い工具（以下、長寸法工具と記載）を使用しないと加工ができない工作物がある。
【０００７】
このようなさまざまな種類の加工に対処するためには、ＮＣ工作機械の工具マガジンには標準寸法工具の他に長寸法工具も収納しなければならない。
しかし、長寸法工具を基準にして工具マガジンを設計，製作すると、工具マガジンが大型化してしまうという問題点が生じる。
【０００８】
さらに、上述の各公報に記載の技術では、工具を工具マガジン部の前方（又は上方）に抜き出して、収納用の工具ポットと工具マガジン側工具交換位置の工具ポットとの間で工具搬送する場合に、工具搬送経路を最短経路になるようにして工具を短時間で搬送することができない。
また、前記各公報には、標準寸法工具と長寸法工具など工具軸線方向の寸法が異なる複数種類の工具を収納するための構成も開示されていない。
【０００９】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、工具を工具マガジン部の前方に抜き出す構成のマトリックス型工具マガジンにおいて、さまざまな種類の加工に対処するために標準寸法工具の他、長寸法工具もマトリックス型工具マガジンに収納可能にし、且つ、工具搬送すべき工具を、収納中の他の工具に干渉することなく短時間で移動させて工具搬送することができるマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明に係る工具搬送方法は、工具を収納するための複数の工具収納手段をマトリックス状に配列した工具マガジン部を有し、この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送し、前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工作機械のマトリックス型工具マガジンにおける工具搬送方法であって、工具搬送すべき前記工具の被把持部を工具用ハンドで着脱自在に把持し、前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させて、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱し、前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出した後、この前方に抜き出された工具を、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させる。
【００１１】
なお、前方位置に移動した前記工具用ハンドを、前記工具収納手段相互間，前記工具収納手段と前記工具交換位置の前記工具保持部との間，及び前記工具収納手段と前記主軸の前記工具装着部との間で、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させるのが好ましい。
【００１２】
前記工具搬送方法を実現するためのマトリックス型工具マガジンは、工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列された工具マガジン部と、この工具マガジン部の前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向前方側に設けられ、前記工具の被把持部を把持して、前記工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工具搬送装置とを備えている。
【００１３】
そして、前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されており、前記工具搬送装置は、工具搬送すべき前記工具の前記被把持部を着脱自在に把持する工具用ハンドと、前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記主軸の前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱させるために、収納中の前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出し可能な進退移動手段と、この進退移動手段で前記前方位置に抜き出された前記工具を、前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させる平面的移動手段とを備えている。
【００１４】
好ましい態様に係る本発明のマトリックス型工具マガジンは、工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列され、この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工作機械のマトリックス型工具マガジンであって、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工具マガジン部と、工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具を着脱自在に把持する工具把持部を有する工具用ハンドと、前記工具マガジン部に設けられ、前記工具用ハンドを前記工具マガジン部と平行な面内で移動させる平面的移動手段と、この平面的移動手段の支柱部材に移動自在に設けられ、前記工具用ハンドを前記第２の収納部側に突き出すように支持するフレームと、このフレームに設けられ、前記工具マガジン部の前記工具収納手段に収納されている前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前方に移動したとき前記工具収納手段に収納されている前記工具と工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具とが干渉しない前方位置に前記工具用ハンドを移動させる進退移動手段とを有し、前記標準寸法工具及び前記長寸法工具のいずれかの工具を搬送する時に、収納中の標準寸法工具と長寸法工具のいずれにも干渉することな く移動可能にしている。
【００１５】
なお、前方に移動した前記工具用ハンドを、前記各前方位置に移動させる時、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態の一例を、図１乃至図５を参照しながら説明する。
図１及び図２はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る工作機械のマトリックス型工具マガジン（以下、工具マガジンと記載）の正面図及び平面図、図３は工具マガジンに設けられた工具搬送装置の拡大正面図、図４は図３に示す工具搬送装置の平面断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態は工作機械として横形のＭＣ（マシニングセンタ）の場合を示しているが、立形のＭＣ，ターニングセンタなど他の種類の工作機械であってもよい。
工作機械本体１の側部には自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）２が設置されており、工作機械本体１とＡＴＣ２とにより、ＡＴＣを備えたＭＣ３を構成している。
【００１８】
工作機械本体１の側部には、工具を貯蔵する工具マガジン４が設けられ、ＡＴＣ２は工具交換アーム（以下、交換アームと記載）５を備えている。
ＡＴＣ２は、交換アーム５を介して、工作機械本体１の主軸６と工具マガジン４との間で、主軸６に装着されるとともに工具長が所定長さ以下の標準的な寸法である工具（以下、標準寸法工具と記載）７と、工具長が前記所定長さより長い工具（以下、長寸法工具と記載）８の工具交換を行う。
【００１９】
標準寸法工具７と長寸法工具８は、主軸６の工具装着部に着脱自在に装着される同一形状のツールシャンクを有している。
ＭＣ３において使用される工具のうち、通常は、標準寸法工具７のみで加工可能な工作物が多いので、工具マガジン４には、多数の標準寸法工具７が貯蔵されている。
しかしながら、長寸法工具８を使用しないと加工できない工作物の場合には、長寸法工具８も工具マガジン４に貯蔵される。
【００２０】
工作機械本体１の主軸頭９には主軸６が回転自在に支持されており、主軸６は、標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱自在に装着して主軸駆動モータにより回転駆動される。
主軸６には、公知のボール式引っ張り機構方式又はコレット式引っ張り機構方式等の工具クランプ・アンクランプ機構が内蔵されている。この工具クランプ・アンクランプ機構は、皿ばね，コイルばね等ばね部材とアンクランプ用シリンダとにより、標準寸法工具７又は長寸法工具８を、主軸前部の工具装着部にクランプ・アンクランプする。
主軸６に対向する位置には、工作物を取付けるためのテーブル１０が工作機械本体１に設けられており、主軸６に対してテーブル１０が少なくとも直交座標系の三軸方向に相対移動自在になっている。
【００２１】
テーブル１０，コラム及び主軸頭９等を、ＮＣ装置（数値制御装置）に制御されるサーボモータとボールねじとによって駆動位置決め制御することにより、テーブル１０上の工作物と、主軸６に装着された標準寸法工具７又は長寸法工具８とを、相対的に移動させて工作物を切削加工する。かかる駆動位置決め機構はリニアモータ等であってもよい。
なお、主軸６の軸線方向をＺ軸とし、これに直交して直交座標系をなす各方向をＸ軸，Ｙ軸とし、−Ｘ軸方向（図２の下方）を工具マガジン４の前方として説明する。
【００２２】
ＡＴＣ２は、標準寸法工具７及び長寸法工具８を着脱自在に把持するとともに、主軸６と工具マガジン４に対して標準寸法工具７及び長寸法工具８の受け渡しを行うツインアームタイプの交換アーム５と、交換アーム５を旋回動作，進退移動動作させる駆動手段（図示せず）と、主軸側の工具交換位置Ｓ１ ，待機位置Ｓ２ ，及び工具マガジン４側の工具交換位置Ｓ３ に交換アーム５を揺動させて位置決めする揺動手段（図示せず）とを備えている。
【００２３】
工具マガジン４は、標準寸法工具７及び長寸法工具８を収納するための複数の工具ポット１２がマトリックス状に配列された工具マガジン部１３と、工具マガジン部１３の工具ポット１２に収納された標準寸法工具７，長寸法工具８の軸線方向前方側に設けられた工具搬送装置１４とを備えている。
工具マガジン部１３は、Ｙ−Ｚ軸平面と平行な面内にマガジンスタンド２０を有している。標準寸法工具７，長寸法工具８を収納するための、複数の工具ポット１２，及び後述する工具ポット１２ｘは、マガジンスタンド２０にマトリックス状に縦横方向に配列して設けられている。
【００２４】
工具搬送装置１４は、マガジンスタンド２０上のマトリックスの交点即ち各工具ポット１２，１２ｘの場所に自在に移動動作をする。
工具搬送装置１４は、標準寸法工具７と長寸法工具８のツールシャンクの被把持部（フランジのＶ溝部）１５ａ，１５ｂを把持し、工具ポット１２，１２ｘから標準寸法工具７又は長寸法工具８を前方に抜き出し、工具ポット１２と、所定の工具交換位置例えば工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具保持部である工具ポット１２ｘとの間を移動し、標準寸法工具７又は長寸法工具８を所望の位置に搬送して各工具ポット１２，１２ｘに対して着脱する。
主軸６の工具装着部に装着できるように、標準寸法工具７と長寸法工具８の各ツールシャンクの形状と、被把持部１５ａ，１５ｂの形状は、全部の工具でそれぞれ同一になっている。
【００２５】
工具マガジン４側の工具交換位置Ｓ３ の下方隣の交点が、工具交換をしない時に工具搬送装置１４が待機する移動原位置（以下、原位置と記載）Ｓ４ である。工具マガジン４には、工具マガジン４に対する工具の段取りを行う工具段取り位置Ｓ５ が、所定の場所（例えば、図１の下方左側）に設定されている。
工具マガジン部１３には、これらの位置Ｓ３ 乃至Ｓ５ が一箇所ずつ準備されている。
工具搬送装置１４は、収納用の一つの工具ポット１２に標準寸法工具７，長寸法工具８を装着した後には、所望の標準寸法工具７，長寸法工具８が収納されている他の工具ポット１２の位置，工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの位置，又は原位置Ｓ４ に移動する。
【００２６】
図１の符号Ｂで示す場所（即ち、標準寸法工具貯蔵部Ｂ）にある工具ポット１２には標準寸法工具７のみが収納可能になっている。この標準寸法工具貯蔵部Ｂでは、工具ポット１２が一列又は複数の列（本実施形態では複数列）をなしている。
符号Ｃで示す場所（即ち、長寸法工具貯蔵可能部Ｃ）にある工具ポット１２には、標準寸法工具７又は長寸法工具８が収納可能になっている。
このように、工具マガジン部１３は、第１の収納部である標準寸法工具貯蔵部Ｂと、第２の収納部である長寸法工具貯蔵可能部Ｃとに分けられている。
【００２７】
長寸法工具８は、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の位置している側部（例えば、図１の右側部Ｒ）とは反対側の工具マガジン部側部（例えば、図１の左側部Ｌ）の近傍に位置する、一列の一つ又は複数の工具ポット１２に収納されている。
このように、長寸法工具貯蔵可能部Ｃは、工具搬送の際の工具搬送装置１４の出発位置及び到着位置である工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ とは最も離れた位置（即ち、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の位置している側部Ｒとは反対側の工具マガジン部側部Ｌの近傍）に配置されている。
これにより、標準寸法工具７，長寸法工具８の搬送経路の途中には、長寸法工具８は収納されないことになる。
【００２８】
図１乃至図４に示すように、工具搬送装置１４は、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを着脱自在に把持するとともに標準寸法工具７，長寸法工具８の配列に対応する形状を有する工具用ハンド３０と、工具用ハンド３０を移動させる平面的移動手段３１及び進退移動手段３２とを備えている。
【００２９】
進退移動手段３２は、工具マガジン部１３にマトリックス状に配列された収納用の工具ポット１２及び工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに対して標準寸法工具７，長寸法工具８を着脱させるために、工具用ハンド３０を、工具ポット１２に収納中の前記工具と工具との間のスペースを通して、図１の紙面と直交する方向である前後方向（Ｘ軸方向、即ち収納中の標準寸法工具７，長寸法工具８の軸線方向）に進退移動させる。
【００３０】
さらに、進退移動手段３２は、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部（即ち、プルスタッドの先端部）３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にあり工具マガジン４に収納中の工具（即ち、標準寸法工具７）の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出し可能になっている。
即ち、工具搬送装置１４は、標準寸法工具７又は長寸法工具８を搬送する時には標準寸法工具７上しか通過しないので、工具マガジン４の長寸法工具貯蔵可能部Ｃに収納されている長寸法工具８に干渉することなく自在に移動可能に構成されている。
【００３１】
平面的移動手段３１は、前方に移動した工具用ハンド３０を、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具ポット１２の前方位置との間などで、移動させる。
例えば、平面的移動手段３１は、進退移動手段３２により前方に抜き出された工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８を把持している状態の工具用ハンド３０を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で移動させる。
平面的移動手段３１により移動する工具用ハンド３０，標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路は、Ｙ−Ｚ軸平面と平行な面内に形成されることになる。
【００３２】
その結果、進退移動手段３２により前方位置に抜き出され保持された標準寸法工具７，長寸法工具８は、工具マガジン４に収納中の標準寸法工具７に干渉することなく、平面的移動手段３１により、工具マガジン部１３の面と平行な面内を任意の方向に自在に移動する。
進退移動手段３２により前方位置に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動する（矢印Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ 参照）。
【００３３】
次に、平面的移動手段３１の構成について説明する。
工具マガジン４の上部及び下部には、それぞれ上部ガイド２１及び下部ガイド２２が、左右方向（Ｚ軸方向）を向き且つ互いに平行に配設されている。上部，下部のガイド２１，２２には、縦方向（Ｙ軸方向）に立設されて工具搬送装置１４を支持する支柱部材２３が案内支持されている。
支柱部材２３は、その下部に設けられた水平移動用サーボモータ２４に駆動されて、上部，下部のガイド２１，２２に案内されながら、ラック２２ａ及びピニオン（図示せず）を介して左右方向即ちＺ軸方向に往復移動する。
【００３４】
工具搬送装置１４は、支柱部材２３にＹ軸方向に向けて設けられたねじ部材２５に係合している。ねじ部材２５は、支柱部材２３の上部に設けられた昇降用サーボモータ２６により、ベルト２７，プーリを介して正逆方向に回転する。
支柱部材２３には、ねじ部材２５と平行な一対の昇降用ガイド２８，２８が縦方向（Ｙ軸方向）に設けられており、工具搬送装置１４は、昇降移動自在に昇降用ガイド２８，２８に係合案内されている。
【００３５】
したがって、昇降用サーボモータ２６がねじ部材２５を回転させると、工具搬送装置１４は、昇降用ガイド２８に案内されながら上下方向に昇降移動する。
なお、水平移動用サーボモータ２４，昇降用サーボモータ２６は、ステッピングモータ，リニアモータなど他の駆動モータ（制御モータ）であってもよい。要するに、マトリックス状の所定の工具授受位置に、工具用ハンド３０を位置決め・駆動できるものであればよい。
【００３６】
工具搬送装置１４の本体４０は昇降用ガイド２８に昇降自在に案内され、ねじ部材２５にねじ込まれているナット（図示せず）が本体４０に固定されているので、本体４０は、ねじ部材２５の回転動作により昇降移動する。
工具搬送装置１４が標準寸法工具７，長寸法工具８を把持して工具マガジンの前面を工具搬送する時には、工具搬送装置本体４０，支柱部材２３，ねじ部材２５等の全体が、工具マガジン部１３の前面側を左右方向に往復移動する。
【００３７】
この時、前方に突出している収納中の長寸法工具８の工具前端部３７ａに干渉することを防止するために、工具搬送装置本体４０，支柱部材２３，ねじ部材２５等は、長寸法工具貯蔵可能部Ｃより遠い方の位置（即ち、図１の右方向であり、工具マガジン部１３の右側部Ｒの方向側）に配置されている。
したがって、進退移動手段３２により前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８は、工具搬送装置１４に支持された状態で、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で、自在に移動することになる。
【００３８】
次に、進退移動手段３２の構成について説明する。
工具搬送装置１４の本体４０には、一対の水平移動用ガイド４１が前後方向を向いて平行に且つ上下に並んで取付けられている。
水平移動用ガイド４１には、本体４０に対して前後方向に相対移動可能なフレーム４２が、水平移動自在に係合案内されており、進退移動手段３２はこのフレーム４２に設けられている。
フレーム４２は、支柱部材２３に移動自在に設けられ、工具用ハンド３２を長寸法工具貯蔵可能部Ｃ側に突き出すように支持している。
【００３９】
工具搬送装置本体４０には、第１の駆動手段としての第１のシリンダ（流体圧シリンダ）４３が前後方向に向けて水平に取付けられている。フレーム４２は、水平移動用ガイド４１に案内されながら、第１のシリンダ４３に駆動されて所定のストロークで前後方向に往復移動する。
フレーム４２のこの移動動作は、工具搬送装置本体４０に取付けられた近接スイッチ４４と、フレーム４２に取付けられたドッグ４４ａとにより検出される。
【００４０】
フレーム４２には、工具用ハンド３０をフレーム４２に対して相対的に前後方向に往復移動させるための第２の駆動手段としての第２のシリンダ（流体圧シリンダ）４５が、前後方向に向けて水平に取付けられている。
第１，第２のシリンダ４３，４５は、圧縮空気又は圧力油など圧力流体の供給により駆動される。
フレーム４２には第１，第２の軸部材４６，４７が往復移動自在に支持され、第１，第２の軸部材４６，４７は、前後方向に向けて水平に且つ平行に設けられている。第１，第２の軸部材４６，４７の後端部４６ａ，４７ａには、工具用ハンド３０が締結固定されている。
【００４１】
第１，第２の軸部材４６，４７は、フレーム４２に取付けられた第１，第２の筒状部材４６ｂ，４７ｂ内に、ころがりガイド部材，オイレスメタル等のすべりガイド部材等のガイド部材４６ｃ，４７ｃを介して嵌合して、軸線方向に移動自在に支持されている。
第１の軸部材４６は、第２のシリンダ４５に駆動されて前後方向に往復移動可能になっている。
したがって、第１の軸部材４６が第２のシリンダ４５に駆動されると、第１，第２の軸部材４６，４７及び工具用ハンド３０が、一体的に所定のストロークで前後方向に往復移動する。この移動動作は、フレーム４２に設けられた近接スイッチ４８，４９により検出される。
【００４２】
工具用ハンド３０を前後方向に移動させる場合、本実施形態の進退移動手段３２においては、まず第一段階として、第１のシリンダ４３で、フレーム４２，第１，第２の筒状部材４６ｂ，４７ｂ，第１，第２の軸部材４６，４７，及び工具用ハンド３０を全体的に前後方向に移動させる。
次いで第二段階として、第２のシリンダ４５で第１の軸部材４６を動かして、工具用ハンド３０をフレーム４２に対して相対的に前後方向に移動させている。
このような二段階の移動動作により、工具用ハンド３０は工具搬送装置本体４０に対して前後方向に移動することになる。
【００４３】
これにより、工具用ハンド３０は、ストローク前端位置からストローク後端位置までの長いストロークＳで前後方向に往復移動するので、標準寸法工具７及び長寸法工具８であっても工具搬送が可能である。
なお、標準寸法工具７，長寸法工具８の工具長が短い場合には、ストロークＳも短かくてもよいので、第１のシリンダ４３を省略して第２のシリンダ４５のみの一段階の往復動作をするようにしてもよい。
【００４４】
工具ポット１２には、公知の工具保持手段と、標準寸法工具７，長寸法工具８の回転方向を規制して位置決めする回転方向規制部材とが設けられている。
工具保持手段は、一つ又は複数（例えば、３個）のボールを標準寸法工具７，長寸法工具８のプルスタッドに着脱自在に係合させ、圧縮ばねのばね力によりボールを付勢して標準寸法工具７，長寸法工具８を保持するように構成されている。工具ポット１２と工具保持手段により、工具収納手段１６が構成されている。
【００４５】
工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘも、工具ポット１２と同一の構造を有しており、また、前記構成の工具保持手段と同一の工具保持手段を備えている。
なお、工具保持手段において、標準寸法工具７，長寸法工具８のプルスタッドを板ばね，ゴムなど弾性部材の弾性力により着脱自在に把持するように構成してもよい。また、工具ポットに収納された状態の工具軸線を上下方向に対して傾斜させ、工具の自重で工具ポットに収納されるものであってもよい。
【００４６】
次に、工具用ハンド３０について説明する。
図１乃至図４に示すように、工具用ハンド３０が工具ポット１２に対して標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱する時には、工具用ハンド３０は、把持部中心Ｏ１ がマトリックス状に並んだ収納中の工具と工具との間のスペース内を、又は収納されている工具の工具中心上を、前後方向即ち収納中の工具の軸線方向に進退移動することになる。
【００４７】
工具用ハンド３０のこの前後方向への進退移動動作時と着脱動作時に、工具用ハンド３０や第１，第２の軸部材４６，４７等が、収納中の標準寸法工具７，長寸法工具８と干渉することを防止する必要がある。
そこで、工具用ハンド３０の上面に形成されている工具把持部３４を、ほぼ半円状に形成している。
【００４８】
図３及び図４に示すように、工具把持部３４は、標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂに着脱自在に係合して、標準寸法工具７，長寸法工具８を把持するようになっている。
工具用ハンド３０には、工具把持爪５０が、矢印Ｅに示すように自在に所定角度で揺動するように取付けられている。工具把持爪５０は、工具把持部３４で把持した標準寸法工具７，長寸法工具８が脱落しないように、標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを係合離脱自在に係止する。
工具把持爪５０に形成された係合部５０ａ，５０ｂは、工具把持爪５０が標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを把持した時に、被把持部１５ａ，１５ｂに形成されたキー部（キー溝）と係合して、標準寸法工具７，長寸法工具８の回転方向の位置を規制して位置決めするためのものである。
【００４９】
工具把持爪５０は、図示しない公知のロック・アンロック機構により、ロック，アンロックされる。即ち、標準寸法工具７，長寸法工具８が工具把持爪５０により把持された状態で工具用ハンド３０が移動する時は、このロック・アンロック機構はロック状態になって標準寸法工具７，長寸法工具８が脱落しないようにする。
ところが、工具用ハンド３０が最も後方（即ち、ストローク後端位置）に移動した位置、即ち、工具ポット１２，１２ｘに収納されている標準寸法工具７，長寸法工具８の被係合部１５ａ，１５ｂと工具把持爪５０とが係脱する位置では、ロック・アンロック機構をアンロック状態にする。
【００５０】
次に、工具マガジン４による自動工具搬送方法について説明する。
本実施形態に係る自動工具搬送方法において、標準寸法工具７を工具搬送する時には、工具用ハンド３０により、標準寸法工具７の被把持部１５ａを把持し、長寸法工具８を工具搬送する時には、長寸法工具８の被把持部１５ｂを把持する。
そして、工具用ハンド３０は、工具マガジン４の工具ポット１２に収納された工具と工具との間，又は把持部中心Ｏ１ と工具中心とが一致した位置で、工具の軸線方向に進退移動する。
また、Ｘ軸方向の前方に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘとの間，及び一つの工具ポット１２と他の工具ポット１２との間を移動して、各工具ポット１２，１２ｘに対して、標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱する。
【００５１】
即ち、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にあり工具マガジン４に収納中の工具（即ち、標準寸法工具７）の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出した後、この前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８を、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間で、Ｙ−Ｚ軸平面内を移動させるようにしている。
【００５２】
この場合に、前方に移動した工具用ハンド３０を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具用ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動させるようにしているので（矢印Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ 参照）、標準寸法工具７，長寸法工具８の搬送時間と工具用ハンド３０の移動時間が最短になる。
【００５３】
次に、図１乃至図５を参照しながら、本実施形態における工具搬送の具体的な手順を説明する。図５は工具搬送の手順を示すフローチャートである。
交換アーム５は、待機位置Ｓ２ で待機している時は、ＭＣ３の加工動作の邪魔にならないように、加工領域外（スプラッシュガードの外方）で待機している。
この状態で、標準寸法工具７又は長寸法工具８が工具装着部に装着された主軸６を、主軸駆動モータにより回転駆動するとともに、テーブル１０，コラム及び主軸頭９を、ＮＣ装置に制御されるサーボモータとボールねじとによりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動制御することにより、テーブル１０上の工作物を切削加工する。
【００５４】
この加工工程の後に次工具による加工がある場合には、工具マガジン４の工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに、工具搬送装置１４により次加工用の工具を搬送し、ＡＴＣ２によりこの次加工用の工具に自動的に工具交換する必要がある。
そこで、図５に示すように、次加工用の所望の工具Ｔｍｎ（例えば、長寸法工具８）を工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ に呼び出して待機させるべく、ＮＣ装置から工具Ｔｍｎの工具呼出し指令が出力される（ステップ１０１）。
なお、この場合の初期条件としては、交換アーム５が待機位置Ｓ２ にあり、工具搬送装置１４が原位置Ｓ４ にあり、工具用ハンド３０がストローク前端位置に位置し、また、交換アーム５の工具マガジン側把持部には標準寸法工具７（旧工具）が把持されているものとする。
【００５５】
工具Ｔｍｎの工具番号「ｍｎ」は、工具マガジン部１３に収納された各工具の番号，又は各工具が収納されている工具ポット１２の番号であり、２桁乃至４桁の数字で表されている。
工具呼出し指令により指令工具Ｔｍｎが要求されると、交換アーム５は工具マガジン４側に揺動し、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに標準寸法工具７を返却する。
こうして工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに返却されたこの工具７を、工具マガジン部１３の収納用の工具ポット１２に返却収納する必要がある。交換アーム５は、工具返却後に待機位置Ｓ２ に戻って待機する。
【００５６】
この工具７の返却収納を行うためには、まず初めに、工具搬送装置１４が原位置Ｓ４ に位置していることを確認する（ステップ１０２）。
工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させたのち上方に移動させ、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに収納されている工具７の被把持部１５ａに工具把持部３４を係合させて、工具７を把持する。
この時、ロック・アンロック機構は、工具用把持爪５０をアンロック状態にするので、工具用把持爪５０は、工具７の被把持部１５ａへの挿入時に揺動する（ステップ１０３）。
【００５７】
次に、工具７を把持した状態の工具用ハンド３０を前進させれば、ロック・アンロック機構はロック状態になり、工具用把持爪５０はロックされる。そして、工具用ハンド３０を前方ストローク端まで前進させる。
その後、水平移動用サーボモータ２４及び昇降用サーボモータ２６を駆動して、工具７を返却すべき所定の工具ポット１２の中心と、返却する工具７の中心とが一致状態となる前方中心位置に、工具用ハンド３０を直線的に最短経路３８で移動させる。
【００５８】
次に、工具用ハンド３０の把持部中心Ｏ１ を工具ポット１２の中心にＸ軸方向前方位置で一致させ、工具用ハンド３０をストローク後端部まで後退させて、工具７を工具ポット１２に返却する。この返却動作時には、ロック・アンロック機構はアンロック状態になっている。
工具用ハンド３０を下降させて、工具把持部３４を工具７の被把持部１５ａより離脱させた後、工具用ハンド３０を前進させ、ストローク前端位置に移動させる（ステップ１０４）。
【００５９】
次いで、工具用ハンド３０を有する工具搬送装置１４を、収納中の指令工具Ｔｍｎの前方であって、この指令工具Ｔｍｎの中心より把持部中心Ｏ１ が所定量下方の位置である前方把持準備位置に、最短経路３９になるようにほぼ直線的に移動させる。
また、指令工具Ｔｍｎの下方位置の標準寸法工具７又は長寸法工具８と工具用ハンド３０とが干渉しないような位置に、工具用ハンド３０が移動している（ステップ１０５）。
なお、前方把持準備位置と前方中心位置を総称して「前方位置」と記載する。
【００６０】
次に、工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させると、後端位置でロック・アンロック機構がロック状態からアンロック状態になる。工具用ハンド３３を上方に移動させ、収納中の指令工具Ｔｍｎ（長寸法工具８）の被把持部１５ｂに工具把持部３４を係合させて、この指令工具Ｔｍｎを把持する（ステップ１０６）。
そして、工具用ハンド３０をストローク前端位置まで前進させる。この前進移動動作で、ロック・アンロック機構がロック状態になる（ステップ１０７）。
【００６１】
次いで、工具搬送装置１４を、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方中心位置に、最短経路３９ａになるようにほぼ直線的に移動させる。
把持部中心Ｏ１ とマガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの中心とをＸ軸方向前方位置で一致させて、工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させれば、ロック・アンロック機構はアンロック状態となる。
これにより、指令工具Ｔｍｎ（ここでは、長寸法工具８）は、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに装着されて待機する（ステップ１０８）。
次に、工具搬送装置１４を下方に移動させて原位置Ｓ４ に戻す（ステップ１０９）。
【００６２】
最後に、待機位置Ｓ２ に待機している交換アーム５が工具マガジン４側に揺動して、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ に収納されている指令工具Ｔｍｎ（即ち、長寸法工具８）を把持する。
その後、駆動手段と揺動手段（図示せず）で、交換アーム５を工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ から待機位置Ｓ２ に揺動させることにより、工具呼出し指令の実行が終了する。
こうして、指令工具Ｔｍｎが交換アーム５に把持されて待機位置Ｓ２ に待機すれば、工具呼出し指令による動作が完了する（ステップ１１０）。
【００６３】
次に、工具交換指令Ｍ０６が出力されると、待機位置Ｓ２ に待機している交換アーム５を主軸側工具交換位置Ｓ１ に揺動させる。その後、交換アーム５に把持された新工具（指令工具Ｔｍｎ）と、主軸６に装着されている旧工具との工具交換が、主軸側工具交換位置Ｓ１ で実行される。
【００６４】
上述のように、本実施形態では、標準寸法工具７と長寸法工具８とを工具マガジン４の工具ポット１２に収納し、この標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出して工具搬送するタイプの工具マガジン４において、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にある工具ポット１２に収納された標準寸法工具７の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出した後、この前方に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で、Ｙ−Ｚ軸平面内を移動させるようにした。
【００６５】
その結果、進退移動手段３２により前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８は、移動経路にある標準寸法工具７に干渉することなく、平面的移動手段３１によりＹ−Ｚ軸平面内を任意の方向に自在に移動できることになる。
また、工具マガジン部１３の前方に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具用ポット１２の前方位置と他の工具用ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動できる。
これにより、工具用ハンド３０の移動距離が最短になり、工具搬送に要する全体の時間を短縮することができる。
【００６６】
本発明では、標準寸法工具７と長寸法工具８など工具軸線方向寸法の異なる種類の工具を、工具マガジン４の工具ポット１２に収納できるので、工具マガジン４に貯蔵可能な工具長の制限が緩和される。
また、工具マガジン部１３の前方が解放しているので、工具搬送装置１４を設置するためのスペース的な制約がなく、収納する長寸法工具８の長さにも制限が少ない。
【００６７】
なお、工具搬送装置は、工具収納手段を構成する各工具ポットと工具マガジン側工具交換位置の工具ポット（工具保持部）との間で工具を搬送しているが、工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間を工具搬送するその他の例としては、各工具ポットと中間搬送部材（工具保持部）との間で工具を搬送する場合でもよく、各工具ポットと主軸の工具装着部との間で工具を直接搬送する場合であってもよい。
特に、工具マガジンと主軸とが同一平面にある場合や、平行な平面にある場合等には、収納用の工具ポットと主軸の工具装着部との間で工具を直接搬送する方法は有効である。
【００６８】
さらに、工具はＪＩＳＢ６３３９で規定されているツールシャンクとプルスタッドを有するものを示したが、ＨＳＫ（ホローツールシャンク）タイプの工具であってもよい。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、工具を工具マガジン部の前方に抜き出す構成のマトリックス型工具マガジンは、さまざまな種類の加工に対処するために標準寸法工具の他、長寸法工具も収納することができ、且つ、長寸法工具を収納する第２の収納部が所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されているので、標準寸法工具と長寸法工具の搬送経路の途中には長寸法工具は収納されないことになり、工具搬送すべき工具を、収納中の他の工具に干渉することなく短時間で移動させて工具搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１乃至図５は本発明の実施形態の一例を示す図で、図１は工作機械のマトリックス型工具マガジンの正面図である。
【図２】 図１のマトリックス型工具マガジンの平面図である。
【図３】 前記マトリックス型工具マガジンの工具搬送装置の拡大正面図である。
【図４】 図３に示す工具搬送装置の平面断面図である。
【図５】 本実施形態における自動工具搬送の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３ マシニングセンタ（工作機械）
４ マトリックス型工具マガジン
６ 主軸
７ 標準寸法工具（工具）
８ 長寸法工具（工具）
１２ｘ 工具ポット（工具保持部）
１３ 工具マガジン部
１４ 工具搬送装置
１５ａ 標準寸法工具の被把持部（工具の被把持部）
１５ｂ 長寸法工具の被把持部（工具の被把持部）
１６ 工具収納手段
２３ 支柱部材
３０ 工具用ハンド
３１ 平面的移動手段
３２ 進退移動手段
３４ 工具把持部
３６ 工具後端部
３７ 標準寸法工具の前端部（収納中の工具の前端部）
３８，３９，３９ａ 最短経路
４２ フレーム
Ｂ 標準寸法工具貯蔵部（第１の収納部）
Ｃ 長寸法工具貯蔵可能部（第２の収納部）
Ｓ３ 工具マガジン側の工具交換位置（所定の工具交換位置）
α 所定距離
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に設けられたマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジンに係り、特に、工具を工具マガジン部の前方に抜き出して工具搬送するマトリックス型工具マガジンにおける工具搬送方法と工具マガジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）など工作機械は自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）を備えており、このＡＴＣにより、工作機械の主軸と、複数の工具を貯蔵する工具マガジン又は中間保持手段（中間ポット）との間で工具交換を行う。
工具マガジンには、工具の軸線方向寸法（以下、工具長と記載）が所定寸法以下の標準的な寸法である工具（以下、標準寸法工具と記載）をマトリックス状に配列して収納する構成のマトリックス型工具マガジンがある。
このマトリックス型工具マガジンには、収納用の工具ポットと所定の工具マガジン側工具交換位置にある工具ポットとの間を工具搬送装置が移動して、工具を各工具ポットに対して着脱することにより工具の搬送が行われるタイプのものがある。
【０００３】
ＡＴＣには、工具交換アーム（以下、交換アームと記載）が工具を把持して、マトリックス型工具マガジン（以下、工具マガジンと記載）と主軸との間，又はこれらと中間の待機位置との間を揺動することにより、主軸と工具マガジンとの間で工具の移送を行うものがある。
このタイプのＡＴＣでは、交換アームが待機位置から主軸側工具交換位置へ揺動する動作と、主軸に対する新旧工具の工具交換動作とを行って、主軸と交換アームとの間で工具交換を行う。
また、交換アームが、待機位置から工具マガジン側の工具交換位置へ揺動する動作と、工具マガジンに対する新旧工具の工具交換動作とを行って、工具マガジンと交換アームとの間で工具交換を行う。
【０００４】
特公平４−６４９２号公報及び特公平４−８１７３号公報には、ツールラックをそれぞれ移動させてツールラック間隔を可変とする工具マガジンが開示されている。
特開昭６３−５７１３４号公報には、カセットストッカから工具収納カセットを一列抜き出して、この工具収納カセットを工具マガジン側工具交換位置に移動させる工具マガジンが開示されている。
【０００５】
特開昭６２−１０２９４１号公報には、工具収納棚の工具ポットの軸線をトラバーサの移動方向に対して所定の角度傾斜させる工具マガジンが開示されている。特開平４−３１０３４１号公報には、工具を保持するホルダの工具装着口が互いに反対方向に開口した工具マガジンが開示されている。
さらに、特開昭６２−２３６６４３号公報にも、工具を工具マガジン部の前方に抜き出して工具搬送する構成の工具マガジンが開示され、特公昭４６−４２８３７号公報には、工具を上方に抜き出して工具搬送する構成の工具マガジンが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＮＣ工作機械では、工具交換に要する時間全体を短縮して作業能率を向上させるために、工具マガジンにおいても、工具搬送時間の短縮化が求められている。
しかも、前記標準寸法工具の他に、標準寸法工具とは異なる寸法の工具、例えば、標準寸法工具より工具長の長い工具（以下、長寸法工具と記載）を使用しないと加工ができない工作物がある。
【０００７】
このようなさまざまな種類の加工に対処するためには、ＮＣ工作機械の工具マガジンには標準寸法工具の他に長寸法工具も収納しなければならない。
しかし、長寸法工具を基準にして工具マガジンを設計，製作すると、工具マガジンが大型化してしまうという問題点が生じる。
【０００８】
さらに、上述の各公報に記載の技術では、工具を工具マガジン部の前方（又は上方）に抜き出して、収納用の工具ポットと工具マガジン側工具交換位置の工具ポットとの間で工具搬送する場合に、工具搬送経路を最短経路になるようにして工具を短時間で搬送することができない。
また、前記各公報には、標準寸法工具と長寸法工具など工具軸線方向の寸法が異なる複数種類の工具を収納するための構成も開示されていない。
【０００９】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、工具を工具マガジン部の前方に抜き出す構成のマトリックス型工具マガジンにおいて、さまざまな種類の加工に対処するために標準寸法工具の他、長寸法工具もマトリックス型工具マガジンに収納可能にし、且つ、工具搬送すべき工具を、収納中の他の工具に干渉することなく短時間で移動させて工具搬送することができるマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法及びマトリックス型工具マガジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明に係る工具搬送方法は、工具を収納するための複数の工具収納手段をマトリックス状に配列した工具マガジン部を有し、この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送し、前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工作機械のマトリックス型工具マガジンにおける工具搬送方法であって、工具搬送すべき前記工具の被把持部を工具用ハンドで着脱自在に把持し、前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させて、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱し、前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出した後、この前方に抜き出された工具を、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させる。
【００１１】
なお、前方位置に移動した前記工具用ハンドを、前記工具収納手段相互間，前記工具収納手段と前記工具交換位置の前記工具保持部との間，及び前記工具収納手段と前記主軸の前記工具装着部との間で、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させるのが好ましい。
【００１２】
前記工具搬送方法を実現するためのマトリックス型工具マガジンは、工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列された工具マガジン部と、この工具マガジン部の前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向前方側に設けられ、前記工具の被把持部を把持して、前記工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工具搬送装置とを備えている。
【００１３】
そして、前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されており、前記工具搬送装置は、工具搬送すべき前記工具の前記被把持部を着脱自在に把持する工具用ハンドと、前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記主軸の前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱させるために、収納中の前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出し可能な進退移動手段と、この進退移動手段で前記前方位置に抜き出された前記工具を、前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させる平面的移動手段とを備えている。
【００１４】
好ましい態様に係る本発明のマトリックス型工具マガジンは、工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列され、この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工作機械のマトリックス型工具マガジンであって、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工具マガジン部と、工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具を着脱自在に把持する工具把持部を有する工具用ハンドと、前記工具マガジン部に設けられ、前記工具用ハンドを前記工具マガジン部と平行な面内で移動させる平面的移動手段と、この平面的移動手段の支柱部材に移動自在に設けられ、前記工具用ハンドを前記第２の収納部側に突き出すように支持するフレームと、このフレームに設けられ、前記工具マガジン部の前記工具収納手段に収納されている前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前方に移動したとき前記工具収納手段に収納されている前記工具と工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具とが干渉しない前方位置に前記工具用ハンドを移動させる進退移動手段とを有し、前記標準寸法工具及び前記長寸法工具のいずれかの工具を搬送する時に、収納中の標準寸法工具と長寸法工具のいずれにも干渉することな く移動可能にしている。
【００１５】
なお、前方に移動した前記工具用ハンドを、前記各前方位置に移動させる時、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態の一例を、図１乃至図５を参照しながら説明する。
図１及び図２はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る工作機械のマトリックス型工具マガジン（以下、工具マガジンと記載）の正面図及び平面図、図３は工具マガジンに設けられた工具搬送装置の拡大正面図、図４は図３に示す工具搬送装置の平面断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態は工作機械として横形のＭＣ（マシニングセンタ）の場合を示しているが、立形のＭＣ，ターニングセンタなど他の種類の工作機械であってもよい。
工作機械本体１の側部には自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記載）２が設置されており、工作機械本体１とＡＴＣ２とにより、ＡＴＣを備えたＭＣ３を構成している。
【００１８】
工作機械本体１の側部には、工具を貯蔵する工具マガジン４が設けられ、ＡＴＣ２は工具交換アーム（以下、交換アームと記載）５を備えている。
ＡＴＣ２は、交換アーム５を介して、工作機械本体１の主軸６と工具マガジン４との間で、主軸６に装着されるとともに工具長が所定長さ以下の標準的な寸法である工具（以下、標準寸法工具と記載）７と、工具長が前記所定長さより長い工具（以下、長寸法工具と記載）８の工具交換を行う。
【００１９】
標準寸法工具７と長寸法工具８は、主軸６の工具装着部に着脱自在に装着される同一形状のツールシャンクを有している。
ＭＣ３において使用される工具のうち、通常は、標準寸法工具７のみで加工可能な工作物が多いので、工具マガジン４には、多数の標準寸法工具７が貯蔵されている。
しかしながら、長寸法工具８を使用しないと加工できない工作物の場合には、長寸法工具８も工具マガジン４に貯蔵される。
【００２０】
工作機械本体１の主軸頭９には主軸６が回転自在に支持されており、主軸６は、標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱自在に装着して主軸駆動モータにより回転駆動される。
主軸６には、公知のボール式引っ張り機構方式又はコレット式引っ張り機構方式等の工具クランプ・アンクランプ機構が内蔵されている。この工具クランプ・アンクランプ機構は、皿ばね，コイルばね等ばね部材とアンクランプ用シリンダとにより、標準寸法工具７又は長寸法工具８を、主軸前部の工具装着部にクランプ・アンクランプする。
主軸６に対向する位置には、工作物を取付けるためのテーブル１０が工作機械本体１に設けられており、主軸６に対してテーブル１０が少なくとも直交座標系の三軸方向に相対移動自在になっている。
【００２１】
テーブル１０，コラム及び主軸頭９等を、ＮＣ装置（数値制御装置）に制御されるサーボモータとボールねじとによって駆動位置決め制御することにより、テーブル１０上の工作物と、主軸６に装着された標準寸法工具７又は長寸法工具８とを、相対的に移動させて工作物を切削加工する。かかる駆動位置決め機構はリニアモータ等であってもよい。
なお、主軸６の軸線方向をＺ軸とし、これに直交して直交座標系をなす各方向をＸ軸，Ｙ軸とし、−Ｘ軸方向（図２の下方）を工具マガジン４の前方として説明する。
【００２２】
ＡＴＣ２は、標準寸法工具７及び長寸法工具８を着脱自在に把持するとともに、主軸６と工具マガジン４に対して標準寸法工具７及び長寸法工具８の受け渡しを行うツインアームタイプの交換アーム５と、交換アーム５を旋回動作，進退移動動作させる駆動手段（図示せず）と、主軸側の工具交換位置Ｓ１ ，待機位置Ｓ２ ，及び工具マガジン４側の工具交換位置Ｓ３ に交換アーム５を揺動させて位置決めする揺動手段（図示せず）とを備えている。
【００２３】
工具マガジン４は、標準寸法工具７及び長寸法工具８を収納するための複数の工具ポット１２がマトリックス状に配列された工具マガジン部１３と、工具マガジン部１３の工具ポット１２に収納された標準寸法工具７，長寸法工具８の軸線方向前方側に設けられた工具搬送装置１４とを備えている。
工具マガジン部１３は、Ｙ−Ｚ軸平面と平行な面内にマガジンスタンド２０を有している。標準寸法工具７，長寸法工具８を収納するための、複数の工具ポット１２，及び後述する工具ポット１２ｘは、マガジンスタンド２０にマトリックス状に縦横方向に配列して設けられている。
【００２４】
工具搬送装置１４は、マガジンスタンド２０上のマトリックスの交点即ち各工具ポット１２，１２ｘの場所に自在に移動動作をする。
工具搬送装置１４は、標準寸法工具７と長寸法工具８のツールシャンクの被把持部（フランジのＶ溝部）１５ａ，１５ｂを把持し、工具ポット１２，１２ｘから標準寸法工具７又は長寸法工具８を前方に抜き出し、工具ポット１２と、所定の工具交換位置例えば工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具保持部である工具ポット１２ｘとの間を移動し、標準寸法工具７又は長寸法工具８を所望の位置に搬送して各工具ポット１２，１２ｘに対して着脱する。
主軸６の工具装着部に装着できるように、標準寸法工具７と長寸法工具８の各ツールシャンクの形状と、被把持部１５ａ，１５ｂの形状は、全部の工具でそれぞれ同一になっている。
【００２５】
工具マガジン４側の工具交換位置Ｓ３ の下方隣の交点が、工具交換をしない時に工具搬送装置１４が待機する移動原位置（以下、原位置と記載）Ｓ４ である。工具マガジン４には、工具マガジン４に対する工具の段取りを行う工具段取り位置Ｓ５ が、所定の場所（例えば、図１の下方左側）に設定されている。
工具マガジン部１３には、これらの位置Ｓ３ 乃至Ｓ５ が一箇所ずつ準備されている。
工具搬送装置１４は、収納用の一つの工具ポット１２に標準寸法工具７，長寸法工具８を装着した後には、所望の標準寸法工具７，長寸法工具８が収納されている他の工具ポット１２の位置，工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの位置，又は原位置Ｓ４ に移動する。
【００２６】
図１の符号Ｂで示す場所（即ち、標準寸法工具貯蔵部Ｂ）にある工具ポット１２には標準寸法工具７のみが収納可能になっている。この標準寸法工具貯蔵部Ｂでは、工具ポット１２が一列又は複数の列（本実施形態では複数列）をなしている。
符号Ｃで示す場所（即ち、長寸法工具貯蔵可能部Ｃ）にある工具ポット１２には、標準寸法工具７又は長寸法工具８が収納可能になっている。
このように、工具マガジン部１３は、第１の収納部である標準寸法工具貯蔵部Ｂと、第２の収納部である長寸法工具貯蔵可能部Ｃとに分けられている。
【００２７】
長寸法工具８は、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の位置している側部（例えば、図１の右側部Ｒ）とは反対側の工具マガジン部側部（例えば、図１の左側部Ｌ）の近傍に位置する、一列の一つ又は複数の工具ポット１２に収納されている。
このように、長寸法工具貯蔵可能部Ｃは、工具搬送の際の工具搬送装置１４の出発位置及び到着位置である工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ とは最も離れた位置（即ち、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の位置している側部Ｒとは反対側の工具マガジン部側部Ｌの近傍）に配置されている。
これにより、標準寸法工具７，長寸法工具８の搬送経路の途中には、長寸法工具８は収納されないことになる。
【００２８】
図１乃至図４に示すように、工具搬送装置１４は、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを着脱自在に把持するとともに標準寸法工具７，長寸法工具８の配列に対応する形状を有する工具用ハンド３０と、工具用ハンド３０を移動させる平面的移動手段３１及び進退移動手段３２とを備えている。
【００２９】
進退移動手段３２は、工具マガジン部１３にマトリックス状に配列された収納用の工具ポット１２及び工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに対して標準寸法工具７，長寸法工具８を着脱させるために、工具用ハンド３０を、工具ポット１２に収納中の前記工具と工具との間のスペースを通して、図１の紙面と直交する方向である前後方向（Ｘ軸方向、即ち収納中の標準寸法工具７，長寸法工具８の軸線方向）に進退移動させる。
【００３０】
さらに、進退移動手段３２は、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部（即ち、プルスタッドの先端部）３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にあり工具マガジン４に収納中の工具（即ち、標準寸法工具７）の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出し可能になっている。
即ち、工具搬送装置１４は、標準寸法工具７又は長寸法工具８を搬送する時には標準寸法工具７上しか通過しないので、工具マガジン４の長寸法工具貯蔵可能部Ｃに収納されている長寸法工具８に干渉することなく自在に移動可能に構成されている。
【００３１】
平面的移動手段３１は、前方に移動した工具用ハンド３０を、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具ポット１２の前方位置との間などで、移動させる。
例えば、平面的移動手段３１は、進退移動手段３２により前方に抜き出された工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８を把持している状態の工具用ハンド３０を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で移動させる。
平面的移動手段３１により移動する工具用ハンド３０，標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路は、Ｙ−Ｚ軸平面と平行な面内に形成されることになる。
【００３２】
その結果、進退移動手段３２により前方位置に抜き出され保持された標準寸法工具７，長寸法工具８は、工具マガジン４に収納中の標準寸法工具７に干渉することなく、平面的移動手段３１により、工具マガジン部１３の面と平行な面内を任意の方向に自在に移動する。
進退移動手段３２により前方位置に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動する（矢印Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ 参照）。
【００３３】
次に、平面的移動手段３１の構成について説明する。
工具マガジン４の上部及び下部には、それぞれ上部ガイド２１及び下部ガイド２２が、左右方向（Ｚ軸方向）を向き且つ互いに平行に配設されている。上部，下部のガイド２１，２２には、縦方向（Ｙ軸方向）に立設されて工具搬送装置１４を支持する支柱部材２３が案内支持されている。
支柱部材２３は、その下部に設けられた水平移動用サーボモータ２４に駆動されて、上部，下部のガイド２１，２２に案内されながら、ラック２２ａ及びピニオン（図示せず）を介して左右方向即ちＺ軸方向に往復移動する。
【００３４】
工具搬送装置１４は、支柱部材２３にＹ軸方向に向けて設けられたねじ部材２５に係合している。ねじ部材２５は、支柱部材２３の上部に設けられた昇降用サーボモータ２６により、ベルト２７，プーリを介して正逆方向に回転する。
支柱部材２３には、ねじ部材２５と平行な一対の昇降用ガイド２８，２８が縦方向（Ｙ軸方向）に設けられており、工具搬送装置１４は、昇降移動自在に昇降用ガイド２８，２８に係合案内されている。
【００３５】
したがって、昇降用サーボモータ２６がねじ部材２５を回転させると、工具搬送装置１４は、昇降用ガイド２８に案内されながら上下方向に昇降移動する。
なお、水平移動用サーボモータ２４，昇降用サーボモータ２６は、ステッピングモータ，リニアモータなど他の駆動モータ（制御モータ）であってもよい。要するに、マトリックス状の所定の工具授受位置に、工具用ハンド３０を位置決め・駆動できるものであればよい。
【００３６】
工具搬送装置１４の本体４０は昇降用ガイド２８に昇降自在に案内され、ねじ部材２５にねじ込まれているナット（図示せず）が本体４０に固定されているので、本体４０は、ねじ部材２５の回転動作により昇降移動する。
工具搬送装置１４が標準寸法工具７，長寸法工具８を把持して工具マガジンの前面を工具搬送する時には、工具搬送装置本体４０，支柱部材２３，ねじ部材２５等の全体が、工具マガジン部１３の前面側を左右方向に往復移動する。
【００３７】
この時、前方に突出している収納中の長寸法工具８の工具前端部３７ａに干渉することを防止するために、工具搬送装置本体４０，支柱部材２３，ねじ部材２５等は、長寸法工具貯蔵可能部Ｃより遠い方の位置（即ち、図１の右方向であり、工具マガジン部１３の右側部Ｒの方向側）に配置されている。
したがって、進退移動手段３２により前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８は、工具搬送装置１４に支持された状態で、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で、自在に移動することになる。
【００３８】
次に、進退移動手段３２の構成について説明する。
工具搬送装置１４の本体４０には、一対の水平移動用ガイド４１が前後方向を向いて平行に且つ上下に並んで取付けられている。
水平移動用ガイド４１には、本体４０に対して前後方向に相対移動可能なフレーム４２が、水平移動自在に係合案内されており、進退移動手段３２はこのフレーム４２に設けられている。
フレーム４２は、支柱部材２３に移動自在に設けられ、工具用ハンド３２を長寸法工具貯蔵可能部Ｃ側に突き出すように支持している。
【００３９】
工具搬送装置本体４０には、第１の駆動手段としての第１のシリンダ（流体圧シリンダ）４３が前後方向に向けて水平に取付けられている。フレーム４２は、水平移動用ガイド４１に案内されながら、第１のシリンダ４３に駆動されて所定のストロークで前後方向に往復移動する。
フレーム４２のこの移動動作は、工具搬送装置本体４０に取付けられた近接スイッチ４４と、フレーム４２に取付けられたドッグ４４ａとにより検出される。
【００４０】
フレーム４２には、工具用ハンド３０をフレーム４２に対して相対的に前後方向に往復移動させるための第２の駆動手段としての第２のシリンダ（流体圧シリンダ）４５が、前後方向に向けて水平に取付けられている。
第１，第２のシリンダ４３，４５は、圧縮空気又は圧力油など圧力流体の供給により駆動される。
フレーム４２には第１，第２の軸部材４６，４７が往復移動自在に支持され、第１，第２の軸部材４６，４７は、前後方向に向けて水平に且つ平行に設けられている。第１，第２の軸部材４６，４７の後端部４６ａ，４７ａには、工具用ハンド３０が締結固定されている。
【００４１】
第１，第２の軸部材４６，４７は、フレーム４２に取付けられた第１，第２の筒状部材４６ｂ，４７ｂ内に、ころがりガイド部材，オイレスメタル等のすべりガイド部材等のガイド部材４６ｃ，４７ｃを介して嵌合して、軸線方向に移動自在に支持されている。
第１の軸部材４６は、第２のシリンダ４５に駆動されて前後方向に往復移動可能になっている。
したがって、第１の軸部材４６が第２のシリンダ４５に駆動されると、第１，第２の軸部材４６，４７及び工具用ハンド３０が、一体的に所定のストロークで前後方向に往復移動する。この移動動作は、フレーム４２に設けられた近接スイッチ４８，４９により検出される。
【００４２】
工具用ハンド３０を前後方向に移動させる場合、本実施形態の進退移動手段３２においては、まず第一段階として、第１のシリンダ４３で、フレーム４２，第１，第２の筒状部材４６ｂ，４７ｂ，第１，第２の軸部材４６，４７，及び工具用ハンド３０を全体的に前後方向に移動させる。
次いで第二段階として、第２のシリンダ４５で第１の軸部材４６を動かして、工具用ハンド３０をフレーム４２に対して相対的に前後方向に移動させている。
このような二段階の移動動作により、工具用ハンド３０は工具搬送装置本体４０に対して前後方向に移動することになる。
【００４３】
これにより、工具用ハンド３０は、ストローク前端位置からストローク後端位置までの長いストロークＳで前後方向に往復移動するので、標準寸法工具７及び長寸法工具８であっても工具搬送が可能である。
なお、標準寸法工具７，長寸法工具８の工具長が短い場合には、ストロークＳも短かくてもよいので、第１のシリンダ４３を省略して第２のシリンダ４５のみの一段階の往復動作をするようにしてもよい。
【００４４】
工具ポット１２には、公知の工具保持手段と、標準寸法工具７，長寸法工具８の回転方向を規制して位置決めする回転方向規制部材とが設けられている。
工具保持手段は、一つ又は複数（例えば、３個）のボールを標準寸法工具７，長寸法工具８のプルスタッドに着脱自在に係合させ、圧縮ばねのばね力によりボールを付勢して標準寸法工具７，長寸法工具８を保持するように構成されている。工具ポット１２と工具保持手段により、工具収納手段１６が構成されている。
【００４５】
工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘも、工具ポット１２と同一の構造を有しており、また、前記構成の工具保持手段と同一の工具保持手段を備えている。
なお、工具保持手段において、標準寸法工具７，長寸法工具８のプルスタッドを板ばね，ゴムなど弾性部材の弾性力により着脱自在に把持するように構成してもよい。また、工具ポットに収納された状態の工具軸線を上下方向に対して傾斜させ、工具の自重で工具ポットに収納されるものであってもよい。
【００４６】
次に、工具用ハンド３０について説明する。
図１乃至図４に示すように、工具用ハンド３０が工具ポット１２に対して標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱する時には、工具用ハンド３０は、把持部中心Ｏ１ がマトリックス状に並んだ収納中の工具と工具との間のスペース内を、又は収納されている工具の工具中心上を、前後方向即ち収納中の工具の軸線方向に進退移動することになる。
【００４７】
工具用ハンド３０のこの前後方向への進退移動動作時と着脱動作時に、工具用ハンド３０や第１，第２の軸部材４６，４７等が、収納中の標準寸法工具７，長寸法工具８と干渉することを防止する必要がある。
そこで、工具用ハンド３０の上面に形成されている工具把持部３４を、ほぼ半円状に形成している。
【００４８】
図３及び図４に示すように、工具把持部３４は、標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂに着脱自在に係合して、標準寸法工具７，長寸法工具８を把持するようになっている。
工具用ハンド３０には、工具把持爪５０が、矢印Ｅに示すように自在に所定角度で揺動するように取付けられている。工具把持爪５０は、工具把持部３４で把持した標準寸法工具７，長寸法工具８が脱落しないように、標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを係合離脱自在に係止する。
工具把持爪５０に形成された係合部５０ａ，５０ｂは、工具把持爪５０が標準寸法工具７，長寸法工具８の被把持部１５ａ，１５ｂを把持した時に、被把持部１５ａ，１５ｂに形成されたキー部（キー溝）と係合して、標準寸法工具７，長寸法工具８の回転方向の位置を規制して位置決めするためのものである。
【００４９】
工具把持爪５０は、図示しない公知のロック・アンロック機構により、ロック，アンロックされる。即ち、標準寸法工具７，長寸法工具８が工具把持爪５０により把持された状態で工具用ハンド３０が移動する時は、このロック・アンロック機構はロック状態になって標準寸法工具７，長寸法工具８が脱落しないようにする。
ところが、工具用ハンド３０が最も後方（即ち、ストローク後端位置）に移動した位置、即ち、工具ポット１２，１２ｘに収納されている標準寸法工具７，長寸法工具８の被係合部１５ａ，１５ｂと工具把持爪５０とが係脱する位置では、ロック・アンロック機構をアンロック状態にする。
【００５０】
次に、工具マガジン４による自動工具搬送方法について説明する。
本実施形態に係る自動工具搬送方法において、標準寸法工具７を工具搬送する時には、工具用ハンド３０により、標準寸法工具７の被把持部１５ａを把持し、長寸法工具８を工具搬送する時には、長寸法工具８の被把持部１５ｂを把持する。
そして、工具用ハンド３０は、工具マガジン４の工具ポット１２に収納された工具と工具との間，又は把持部中心Ｏ１ と工具中心とが一致した位置で、工具の軸線方向に進退移動する。
また、Ｘ軸方向の前方に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘとの間，及び一つの工具ポット１２と他の工具ポット１２との間を移動して、各工具ポット１２，１２ｘに対して、標準寸法工具７又は長寸法工具８を着脱する。
【００５１】
即ち、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にあり工具マガジン４に収納中の工具（即ち、標準寸法工具７）の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出した後、この前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８を、収納用の工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間で、Ｙ−Ｚ軸平面内を移動させるようにしている。
【００５２】
この場合に、前方に移動した工具用ハンド３０を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具ポット１２の前方位置と他の工具用ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動させるようにしているので（矢印Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ 参照）、標準寸法工具７，長寸法工具８の搬送時間と工具用ハンド３０の移動時間が最短になる。
【００５３】
次に、図１乃至図５を参照しながら、本実施形態における工具搬送の具体的な手順を説明する。図５は工具搬送の手順を示すフローチャートである。
交換アーム５は、待機位置Ｓ２ で待機している時は、ＭＣ３の加工動作の邪魔にならないように、加工領域外（スプラッシュガードの外方）で待機している。
この状態で、標準寸法工具７又は長寸法工具８が工具装着部に装着された主軸６を、主軸駆動モータにより回転駆動するとともに、テーブル１０，コラム及び主軸頭９を、ＮＣ装置に制御されるサーボモータとボールねじとによりＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動制御することにより、テーブル１０上の工作物を切削加工する。
【００５４】
この加工工程の後に次工具による加工がある場合には、工具マガジン４の工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに、工具搬送装置１４により次加工用の工具を搬送し、ＡＴＣ２によりこの次加工用の工具に自動的に工具交換する必要がある。
そこで、図５に示すように、次加工用の所望の工具Ｔｍｎ（例えば、長寸法工具８）を工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ に呼び出して待機させるべく、ＮＣ装置から工具Ｔｍｎの工具呼出し指令が出力される（ステップ１０１）。
なお、この場合の初期条件としては、交換アーム５が待機位置Ｓ２ にあり、工具搬送装置１４が原位置Ｓ４ にあり、工具用ハンド３０がストローク前端位置に位置し、また、交換アーム５の工具マガジン側把持部には標準寸法工具７（旧工具）が把持されているものとする。
【００５５】
工具Ｔｍｎの工具番号「ｍｎ」は、工具マガジン部１３に収納された各工具の番号，又は各工具が収納されている工具ポット１２の番号であり、２桁乃至４桁の数字で表されている。
工具呼出し指令により指令工具Ｔｍｎが要求されると、交換アーム５は工具マガジン４側に揺動し、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに標準寸法工具７を返却する。
こうして工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに返却されたこの工具７を、工具マガジン部１３の収納用の工具ポット１２に返却収納する必要がある。交換アーム５は、工具返却後に待機位置Ｓ２ に戻って待機する。
【００５６】
この工具７の返却収納を行うためには、まず初めに、工具搬送装置１４が原位置Ｓ４ に位置していることを確認する（ステップ１０２）。
工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させたのち上方に移動させ、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに収納されている工具７の被把持部１５ａに工具把持部３４を係合させて、工具７を把持する。
この時、ロック・アンロック機構は、工具用把持爪５０をアンロック状態にするので、工具用把持爪５０は、工具７の被把持部１５ａへの挿入時に揺動する（ステップ１０３）。
【００５７】
次に、工具７を把持した状態の工具用ハンド３０を前進させれば、ロック・アンロック機構はロック状態になり、工具用把持爪５０はロックされる。そして、工具用ハンド３０を前方ストローク端まで前進させる。
その後、水平移動用サーボモータ２４及び昇降用サーボモータ２６を駆動して、工具７を返却すべき所定の工具ポット１２の中心と、返却する工具７の中心とが一致状態となる前方中心位置に、工具用ハンド３０を直線的に最短経路３８で移動させる。
【００５８】
次に、工具用ハンド３０の把持部中心Ｏ１ を工具ポット１２の中心にＸ軸方向前方位置で一致させ、工具用ハンド３０をストローク後端部まで後退させて、工具７を工具ポット１２に返却する。この返却動作時には、ロック・アンロック機構はアンロック状態になっている。
工具用ハンド３０を下降させて、工具把持部３４を工具７の被把持部１５ａより離脱させた後、工具用ハンド３０を前進させ、ストローク前端位置に移動させる（ステップ１０４）。
【００５９】
次いで、工具用ハンド３０を有する工具搬送装置１４を、収納中の指令工具Ｔｍｎの前方であって、この指令工具Ｔｍｎの中心より把持部中心Ｏ１ が所定量下方の位置である前方把持準備位置に、最短経路３９になるようにほぼ直線的に移動させる。
また、指令工具Ｔｍｎの下方位置の標準寸法工具７又は長寸法工具８と工具用ハンド３０とが干渉しないような位置に、工具用ハンド３０が移動している（ステップ１０５）。
なお、前方把持準備位置と前方中心位置を総称して「前方位置」と記載する。
【００６０】
次に、工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させると、後端位置でロック・アンロック機構がロック状態からアンロック状態になる。工具用ハンド３３を上方に移動させ、収納中の指令工具Ｔｍｎ（長寸法工具８）の被把持部１５ｂに工具把持部３４を係合させて、この指令工具Ｔｍｎを把持する（ステップ１０６）。
そして、工具用ハンド３０をストローク前端位置まで前進させる。この前進移動動作で、ロック・アンロック機構がロック状態になる（ステップ１０７）。
【００６１】
次いで、工具搬送装置１４を、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方中心位置に、最短経路３９ａになるようにほぼ直線的に移動させる。
把持部中心Ｏ１ とマガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの中心とをＸ軸方向前方位置で一致させて、工具用ハンド３０をストローク後端位置まで後退させれば、ロック・アンロック機構はアンロック状態となる。
これにより、指令工具Ｔｍｎ（ここでは、長寸法工具８）は、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘに装着されて待機する（ステップ１０８）。
次に、工具搬送装置１４を下方に移動させて原位置Ｓ４ に戻す（ステップ１０９）。
【００６２】
最後に、待機位置Ｓ２ に待機している交換アーム５が工具マガジン４側に揺動して、工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ に収納されている指令工具Ｔｍｎ（即ち、長寸法工具８）を把持する。
その後、駆動手段と揺動手段（図示せず）で、交換アーム５を工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ から待機位置Ｓ２ に揺動させることにより、工具呼出し指令の実行が終了する。
こうして、指令工具Ｔｍｎが交換アーム５に把持されて待機位置Ｓ２ に待機すれば、工具呼出し指令による動作が完了する（ステップ１１０）。
【００６３】
次に、工具交換指令Ｍ０６が出力されると、待機位置Ｓ２ に待機している交換アーム５を主軸側工具交換位置Ｓ１ に揺動させる。その後、交換アーム５に把持された新工具（指令工具Ｔｍｎ）と、主軸６に装着されている旧工具との工具交換が、主軸側工具交換位置Ｓ１ で実行される。
【００６４】
上述のように、本実施形態では、標準寸法工具７と長寸法工具８とを工具マガジン４の工具ポット１２に収納し、この標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出して工具搬送するタイプの工具マガジン４において、工具搬送すべき標準寸法工具７，長寸法工具８の後端部３６が、この標準寸法工具７，長寸法工具８の移動経路にある工具ポット１２に収納された標準寸法工具７の前端部３７より所定距離αだけ前方の前方位置に位置するまで、標準寸法工具７，長寸法工具８を前方に抜き出した後、この前方に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８を、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の前方位置との間で、Ｙ−Ｚ軸平面内を移動させるようにした。
【００６５】
その結果、進退移動手段３２により前方位置に抜き出された標準寸法工具７，長寸法工具８は、移動経路にある標準寸法工具７に干渉することなく、平面的移動手段３１によりＹ−Ｚ軸平面内を任意の方向に自在に移動できることになる。
また、工具マガジン部１３の前方に移動した工具用ハンド３０は、工具ポット１２の前方位置と工具マガジン側工具交換位置Ｓ３ の工具ポット１２ｘの前方位置との間，及び一つの工具用ポット１２の前方位置と他の工具用ポット１２の前方位置との間で、最短経路３８，３９，３９ａになるようにほぼ直線的に移動できる。
これにより、工具用ハンド３０の移動距離が最短になり、工具搬送に要する全体の時間を短縮することができる。
【００６６】
本発明では、標準寸法工具７と長寸法工具８など工具軸線方向寸法の異なる種類の工具を、工具マガジン４の工具ポット１２に収納できるので、工具マガジン４に貯蔵可能な工具長の制限が緩和される。
また、工具マガジン部１３の前方が解放しているので、工具搬送装置１４を設置するためのスペース的な制約がなく、収納する長寸法工具８の長さにも制限が少ない。
【００６７】
なお、工具搬送装置は、工具収納手段を構成する各工具ポットと工具マガジン側工具交換位置の工具ポット（工具保持部）との間で工具を搬送しているが、工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間を工具搬送するその他の例としては、各工具ポットと中間搬送部材（工具保持部）との間で工具を搬送する場合でもよく、各工具ポットと主軸の工具装着部との間で工具を直接搬送する場合であってもよい。
特に、工具マガジンと主軸とが同一平面にある場合や、平行な平面にある場合等には、収納用の工具ポットと主軸の工具装着部との間で工具を直接搬送する方法は有効である。
【００６８】
さらに、工具はＪＩＳＢ６３３９で規定されているツールシャンクとプルスタッドを有するものを示したが、ＨＳＫ（ホローツールシャンク）タイプの工具であってもよい。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、工具を工具マガジン部の前方に抜き出す構成のマトリックス型工具マガジンは、さまざまな種類の加工に対処するために標準寸法工具の他、長寸法工具も収納することができ、且つ、長寸法工具を収納する第２の収納部が所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されているので、標準寸法工具と長寸法工具の搬送経路の途中には長寸法工具は収納されないことになり、工具搬送すべき工具を、収納中の他の工具に干渉することなく短時間で移動させて工具搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１乃至図５は本発明の実施形態の一例を示す図で、図１は工作機械のマトリックス型工具マガジンの正面図である。
【図２】 図１のマトリックス型工具マガジンの平面図である。
【図３】 前記マトリックス型工具マガジンの工具搬送装置の拡大正面図である。
【図４】 図３に示す工具搬送装置の平面断面図である。
【図５】 本実施形態における自動工具搬送の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３ マシニングセンタ（工作機械）
４ マトリックス型工具マガジン
６ 主軸
７ 標準寸法工具（工具）
８ 長寸法工具（工具）
１２ｘ 工具ポット（工具保持部）
１３ 工具マガジン部
１４ 工具搬送装置
１５ａ 標準寸法工具の被把持部（工具の被把持部）
１５ｂ 長寸法工具の被把持部（工具の被把持部）
１６ 工具収納手段
２３ 支柱部材
３０ 工具用ハンド
３１ 平面的移動手段
３２ 進退移動手段
３４ 工具把持部
３６ 工具後端部
３７ 標準寸法工具の前端部（収納中の工具の前端部）
３８，３９，３９ａ 最短経路
４２ フレーム
Ｂ 標準寸法工具貯蔵部（第１の収納部）
Ｃ 長寸法工具貯蔵可能部（第２の収納部）
Ｓ３ 工具マガジン側の工具交換位置（所定の工具交換位置）
α 所定距離
Claims (5)
- 工具を収納するための複数の工具収納手段をマトリックス状に配列した工具マガジン部を有し、
この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送し、
前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工作機械のマトリックス型工具マガジンにおける工具搬送方法であって、
工具搬送すべき前記工具の被把持部を工具用ハンドで着脱自在に把持し、
前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させて、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱し、
前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出した後、
この前方に抜き出された工具を、前記工具収納手段，前記工具保持部及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させることを特徴とするマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法。 - 前方位置に移動した前記工具用ハンドを、前記工具収納手段相互間，前記工具収納手段と前記工具交換位置の前記工具保持部との間，及び前記工具収納手段と前記主軸の前記工具装着部との間で、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス型工具マガジンの工具搬送方法。
- 工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列された工具マガジン部と、
この工具マガジン部の前記工具収納手段に収納された前記工具の軸線方向前方側に設けられ、前記工具の被把持部を把持して、前記工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工具搬送装置とを備えた工作機械のマトリックス型工具マガジンであって、
前記工具マガジン部は、一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されており、
前記工具搬送装置は、
工具搬送すべき前記工具の前記被把持部を着脱自在に把持する工具用ハンドと、
前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記主軸の前記工具装着部のいずれかに対して前記工具を着脱させるために、収納中の前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前記工具搬送すべき工具の後端部が、この工具の移動経路にある収納中の前記工具の前端部より所定距離前方の前方位置に位置するまで、前記工具搬送すべき工具を前方に抜き出し可能な進退移動手段と、
この進退移動手段で前記前方位置に抜き出された前記工具を、前記工具収納手段，前記所定の工具交換位置の前記工具保持部，及び前記工具装着部のいずれかの前方位置の間で移動させる平面的移動手段とを備えたことを特徴とするマトリックス型工具マガジン。 - 工具を収納するための複数の工具収納手段がマトリックス状に配列され、この工具収納手段相互間，又は前記工具収納手段と所定の工具交換位置の工具保持部との間，又は前記工具収納手段と主軸の工具装着部との間を工具搬送する工作機械のマトリックス型工具マガジンであって、
一列又は複数の列をなし工具軸線方向寸法が所定寸法以下の標準寸法工具を収納する第１の収納部と、前記標準寸法工具又は前記所定寸法以上の長寸法工具を収納する一列の第２の収納部とに分けられ、この第２の収納部が、前記所定の工具交換位置とは最も離れた位置に配置されている工具マガジン部と、
工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具を着脱自在に把持する工具把持部を有する工具用ハンドと、
前記工具マガジン部に設けられ、前記工具用ハンドを前記工具マガジン部と平行な面内で移動させる平面的移動手段と、
この平面的移動手段の支柱部材に移動自在に設けられ、前記工具用ハンドを前記第２の収納部側に突き出すように支持するフレームと、
このフレームに設けられ、前記工具マガジン部の前記工具収納手段に収納されている前記工具の軸線方向に前記工具用ハンドを進退移動させるとともに、前方に移動したとき前記工具収納手段に収納されている前記工具と工具搬送する前記標準寸法工具又は前記長寸法工具とが干渉しない前方位置に前記工具用ハンドを移動させる進退移動手段とを有し、
前記標準寸法工具及び前記長寸法工具のいずれかの工具を搬送する時に、収納中の標準寸法工具と長寸法工具のいずれにも干渉することなく移動可能にしたことを特徴とするマトリックス型工具マガジン。 - 前方に移動した前記工具用ハンドを、前記各前方位置に移動させる時、最短経路になるようにほぼ直線的に移動させることを特徴とする請求項３又は４に記載のマトリックス型工具マガジン。
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