JP5181273B2

JP5181273B2 - 工具交換方法と工具交換装置

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Publication number: JP5181273B2
Application number: JP2007310928A
Authority: JP
Inventors: 直弘池田
Original assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Current assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009131937A

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、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１１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ー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、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い、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、工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で把持し、工具チェンジャを介して主軸に取り付けるようにした工具交換方法において、
工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で取り出す際に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工具把持部材で把持する工程と、工具を工具把持部材から工具チェンジャに受け渡す工程と、オイルを工具のシャンク部に噴射する工程とを備え、工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能に設けられていて、受け取り位置でエアを工具に噴射させ、受け渡し位置でオイルを工具に噴射させるノズルが一体に移動可能であることを特徴とする。
本発明によれば、工具マガジンに格納された工具のいずれかを選択して取り出す際に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、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。
また、工具把持部材で工具を受け取る前にエアを噴射させることで異物を除去し、工具把持部材から工具を受け渡す位置でオイルを噴射させることで工具に錆等が発生するのを防止して工具の潤滑性を良好に保持できる。
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。

また、本発明による工具交換方法は、主軸に取り付けた工具を工具チェンジャで取り出し、工具把持部材で把持して工具マガジンに格納するようにした工具交換方法において、主軸に取り付けた工具を工具チェンジャから工具把持部材に移し替える際に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工具把持部材で把持する工程と、工具を工具把持部材から工具マガジンに格納する工程と、オイルを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、主軸に装着された工具を工具チェンジャから工具把持部材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まま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した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、工具マガジンに格納された工具を工具把持部材と工具チェンジャを介して主軸に取り付けると共に、当該工具を主軸から工具チェンジャと工具把持部材を介して工具マガジンに格納するようにした工具交換方法において、工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で取り出す際に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工具把持部材で把持する工程と、工具を工具把持部材から工具チェンジャに受け渡す工程と、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工具チェンジャから主軸に受け渡す工程と、主軸に取り付けた工具を工具チェンジャから工具把持部材に移し替える際に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工具把持部材で把持する工程と、工具を工具把持部材から工具マガジンに格納する工程と、オイルを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、工具マガジンに格納されたいずれかの工具を選択して取り出す際に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、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、工具を工具把持部材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、工具マガジンに装着した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、工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能に設けられていて前記受け取り位置でエアを工具に噴射させ、受け渡し位置でオイルを工具に噴射させるノズルが一体に移動可能であることが好ましい。
工具把持部材で工具を受け取る前にエアを噴射させることで異物を除去し、工具把持部材から工具を受け渡す位置でオイルを噴射させることで工具に錆等が発生するのを防止して工具の潤滑性を良好に保持できる。
また、工具把持部材の工具を着脱する方向の反対側にノズルが設けられ、該ノズルは工具把持部材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てもよい。
工具にエアやオイルを噴射させる際、工具を把持する工具把持部材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生じたりする不具合を防止できる。

本発明による工具交換装置は、工具マガジンに格納された工具を工具把持部材を介して主軸に取り付けると共に、当該工具を主軸から工具把持部材を介して工具マガジンに格納するようにした工具交換装置において、工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能であって工具の受け取り位置と受け渡し位置とで工具を着脱可能であり、工具把持部材に連動するように配設さ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ようにノズルが設けられ、工具把持部材で工具を把持する前の位置でノズルからエアを工具のシャンク部に噴射させ且つ工具把持部材から工具を離脱させた位置でノズルからオイルを工具のシャンク部に噴射するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、工具交換に関連して、工具を工具把持部材で把持する前の位置でノズルによってエアを工具のシャンク部に噴射し、工具が工具把持部材から離脱した位置でノズルからオイルを工具のシャンク部に噴射するから、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、ノズルは工具把持部材の工具を着脱する方向の反対側に配設され、工具把持部材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てもよい。
工具把持部材を通して工具を把持する側からエアまたはオイルを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、工具に錆が発生したり異物が残存したりする不具合を防止できる。
また、ノズルは、工具把持部材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。
工具把持部材の内面を通してエアまたはオイルを噴射させる際、工具把持部材の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、放射状のエア流によって異物を確実に外部に吹き出すことができる。

本発明による工具交換装置は、工具マガジンに格納された工具を工具把持部材を介して主軸に取り付けると共に、当該工具を主軸から工具把持部材を介して工具マガジンに格納するようにした工具交換装置において、工具マガジンにおける工具の配列方向に移動して所望の工具の位置を割り出す工具キャリアと、工具キャリアに設けられていて工具の受け取り位置と受け渡し位置との間を移動可能であって工具の受け取り位置と受け渡し位置とで工具を着脱する工具把持部材と、工具把持部材に連動して設けられていて工具の受け取り位置で工具把持部材が工具を把持する前に工具のシャンク部にエアを噴射させ且つ工具の受け渡し位置で工具把持部材が工具を受け渡した後で工具のシャンク部にオイルを噴射する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、工具把持部材による工具の受け取りと受け渡し位置でエアまたはオイルを工具のシャンク部に噴射させることができ、工具交換のサイクル時間を長くすることなく、工具に対する異物の除去とオイルによる潤滑と防錆処理を行える。

本発明の工具交換方法及び工具交換装置によれば、工具交換のための工具の工具把持部材による受け取りと受け渡しに際して、工具のシャンク部にエアまたはオイルを選択的に噴出させることで、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、しかも、工具交換に用いる工具把持部材による工具交換動作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工作機械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は工具マガジンと工具キャリアを示す側面図、図４は工具キャリアにおける工具取り出し工程を示す図、図５は工具キャリアに設けた工具把持ポットと工具洗浄装置を示す図、図６は工具把持ポットで工具を把握した状態を示す図、図７は工具キャリアにおける工具受け取り状態を示す図、図８は工具を把持した工具把持ポットを受け渡し位置に移動させた状態の要部断面図、図９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１０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マトリクス型の工具マガジン３と、工具マガジン３に格納された多種の工具２のいずれかを選択的に取り出す工具キャリア５と、工具キャリア５に設けられていて工具マガジン３から所望の工具２を受け取って受け渡し位置まで移送する工具把持ポット４と、工具把持ポット４に連結されていてエアブロー（以下、エアということがある）とオイルミストを選択的に工具２に噴射する工具洗浄装置６と、工具キャリア５から工具２を受け取って切削のために主軸７に装着する工具チェンジャ８とを概略で備えている。これらを工具交換装置９とする。
図２に示す工具マガジン３は柱状の工具ラック１０が所定間隔で複数本設置されており、各工具ラック１０には両側に設けたグリッパ１１が上下方向に所定間隔で配列されている。図３に示すように、工具２は、例えば刃部を備えた略円柱状の工具本体２ａと、主軸７に装着されて固定されるテーパシャンク部（以下、単にシャンク部ということがある）２ｂと、工具本体２ａ及びテーパシャンク部２ｂの間に形成されていて工具２の受け渡しの際に挟持されるＶ字状の凹溝部２ｃとを有している。各工具２はグリッパ１１に凹溝部２ｃを把持されることで工具マガジン３内に保持される。
ここで、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には各工具ラック１０のグリッパ１１で保持された工具２がＸ１−Ｙ１軸方向にマトリクス状に配列された状態で保持されている。図２に示す工具マガジン３の右上部は工具２を交換する際の受け渡し位置とされている。

図３に示すように、工具マガジン３にマトリクス状に配列された状態で保持された各工具２のテーパシャンク部２ｂ側に工具キャリア５の駆動機構５Ａが配設されている。駆動機構５Ａは基部１３上に設けられたＸ１軸レール部１４がＸ１軸方向に延びており、Ｘ１軸レール部１４にはＹ１軸方向（上下方向）に延びる支柱状のＸ１軸キャリア１５がＸ１軸方向に摺動可能に保持されている。
Ｘ１軸キャリア１５には工具キャリア５が上下動可能即ちＹ１軸方向に移動可能に保持されている。工具キャリア５には水平方向のＺ１軸方向に第一レール部１７が設けられている。第一レール部１７には着脱交換するために選択された工具２を把持するための工具把持ポット４がアーム部１９によって摺動可能に支持されている。
工具把持ポット４は図３においてＺ１軸方向左端位置で工具マガジン３のグリッパ１１に保持された工具２を把持して受け取り、Ｚ１軸方向右端位置で工具チェンジャ８に工具２を受け渡す。そのため、図３において、工具２を工具マガジン３から取り出して主軸７に装着する工程では、工具把持ポット４の軸方向左端位置が工具2の受け取り位置、右端位置が工具受け渡し位置になる。また、工具２を主軸７から工具マガジン３に戻す工程では、工具把持ポット４の軸方向左端位置が工具2の受け渡し位置、右端位置が工具受け取り位置になる。
従って、工具キャリア５は、工具マガジン３に対して駆動機構５ＡのＸ１軸レール部１４とＸ１軸キャリア１５によってＸ１軸−Ｙ１軸方向に移動することで任意の位置に格納された工具２を受け取りまたは受け渡すことができる。なお、Ｘ１軸キャリア１５と工具キャリア５と工具把持ポット４の移動は図示しない駆動モータ等の駆動源によって行われる。

工具キャリア５に設けた工具把持ポット４は、図５及び図６に示すように、略有底円筒状に形成され、内周面には工具２のテーパシャンク部２ｂを嵌合するためのテーパ部４ａが形成されている。工具把持ポット４の内周面底部には貫通孔４ｂが穿孔され、貫通孔４ｂの内面にはテーパシャンク部２ｂ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２０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。
工具把持ポット４の貫通孔４ｂに対向する位置には、エアとオイルミストを選択的に工具把持ポット４の内部に噴出するノズル２２が設けられている。このノズル２２は工具キャリア５の上下部に設けた一対の第二レール部２３、２３間を摺動可能に支持された支柱２４に固定されている（図４参照）。また、支柱２４は工具把持ポット４のアーム部１９に連結されていて一体に摺動することになる。
工具キャリア５において、下面に駆動モータＭが固定され、駆動モータＭの出力軸に駆動アーム部２５が回転可能に支持され、駆動アーム部２５の他端は支柱２４に摺動可能に支承されている。そのため、駆動モータＭを正逆回転させることで駆動アーム２５が往復旋回し、これに連動して支柱２４をＺ軸方向に前後動させて工具把持ポット４を進退させる。
そのため、ノズル２２は工具把持ポット４と連結されており、工具把持ポット４のＺ軸方向の進退と一体に進退移動する。図５に示すように、ノズル２２は工具キャリア５に設けたエア回路２６に接続されており、これらノズル２２とエア回路２６は工具洗浄装置６を構成する。

次に、工具洗浄装置６について図５に基づいて説明する。
工具洗浄装置６のエア回路２６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２７からエア流路がエアフィルタ２８を介してレギュレータ２９に接続され、エアブロー用切換弁３０でエアブローの開、閉を切換制御される。切換弁３０から供給されるエアはチェック弁（逆止弁）３１を介してノズル２２に供給される。
また、レギュレータ２９とエアブロー用切換弁３０との間でエア流路が分岐され、分岐された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３２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３３、絞り弁３４、チェック弁３５が順次設けられてノズル２２にオイルミストを供給する。
絞り弁３４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。

途中で二股に分岐されたエア流路の一方に設けたエアブロー用切換弁３０と他方に設けたオイルミスト用切換弁３３とは図示しない制御手段によってそれぞれ切換制御され、ノズル２２からエアとオイルミストの一方が選択的に噴出可能とされている。
また、ノズル２２は、その内部の流路３７が途中で分岐流路３７ａ、…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３７ａ、…は同軸に配設されたノズル２２と工具把持ポット４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、ノズル２２から噴出されたエアやオイルミストが貫通孔４ｂを通って工具把持ポット４の内周面のテーパ部４ａに沿ってテーパシャンク部２ｂの全周に噴射され、渦巻き流によるテーパ部４ａへの逆流が発生しないようにしている。
これに対し、図１２の比較例に示すように、ノズル２２の噴射口が中心線Ｏ上に１つ形成されている場合には、ノズル２２から噴射されて工具把持ポット４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工具把持ポット４の内周面のテーパ部４ａ部に流入させて異物を付着させる。そのため、ノズル２２によるエアブロー後に把持する工具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。

図１において、工具キャリア５と主軸７との間には、支軸３９に支持された工具チェンジャ８が設けられている。工具チェンジャ８は、両側に工具２を把持するための略コ字状の把持部４０ａ、４０ｂを備えていて中心軸４１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８の一方の把持部４０ａ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４０ｂ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、工具チェンジャ８は図１に示す位置から工具マガジン３側に向けて水平方向（Ｘ−Ｚ軸面内）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。そのため、工具チェンジャ８は主軸８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８は、第二交換位置では、工具受け渡し位置にある工具把持ポット４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８が図１に示す第一交換位置では主軸７に対して工具交換可能とされ、９０°回転した第二交換位置では、工具受け渡し位置にある工具把持ポット４に対して工具把持ポット４と工具チェンジャ８の把持部４０ａ（４０ｂ）との間で工具交換可能とされている。
また、主軸７はマシニングセンタ１のベース４２に保持されたコラム４３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８の把持部４０ａ、４０ｂとの間で工具交換可能とされている。

本実施形態によるマシニングセンタ１の工具交換装置９は上述の構成を備えており、次にこの工具交換装置９を用いた工具交換方法について図９に示すタイムチャートと図１０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がマトリクス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を割り出す。そして、図３において、工具キャリア５を駆動機構５ＡによってＸ１−Ｙ１軸方向の割り出し位置に移動させる。工具キャリア５内で工具把持ポット４をノズル２２と共に第一及び第二レール１７，２３、２３に沿って工具マガジン３側へＺ１軸方向に移動させ、所望の工具２のテーパシャンク部２ｂに工具把持ポット４を若干の間隔で対向させる（ステップ１０１）。

この状態で、工具洗浄装置６のエア回路２６において図示しない制御手段によりエアブロー用切換弁３０を開、オイルミスト用切換弁３３を閉に設定して、圧縮エアをエアブローとしてノズル２２から貫通孔４ｂと工具把持ポット４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、ノズル２２から噴射されるエアブローは複数の分岐流路３７ａ、…が中心軸Ｏから傾斜した角度に設定されているから、各エアブローは工具把持ポット４の内周面で外側に向けて噴射される。噴射されたエアは、工具把持ポット４の内周面内またはその近傍で渦巻き流となって工具把持ポット４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６、図７に示すように、工具把持ポット４が更に前進して工具マガジン３のグリッパ１１で把持された工具２をつかむと同時にエアブローを停止させる（ステップ１０３）。これにより、工具２のプルスタッド２ｄが工具把持ポット４内で中心軸Ｏ側に付勢された複数のボール２０で把持される。その後、工具把持ポット４がＺ軸方向の主軸側に後退することで工具２が工具マガジン３から引き抜かれる。
そして、工具キャリア５を駆動機構５ＡによってＸ１−Ｙ１軸方向に移動させると共に、工具把持ポット４をＺ１軸方向主軸７側に移動させることで工具２は所定の工具受け渡し位置に到達する（ステップ１０４）。
工具受け渡し位置において、工具チェンジャ８を図１に示す第一位置から約９０°水平旋回させて把持部４０ａまたは４０ｂを工具把持ポット４で把持された工具２の凹溝部２ｃに対向する第二位置に持ち来す。そして、工具チェンジャ８を工具把持ポット４側に移動させることで工具２の凹溝部２ｃを把持部４０ａまたは４０ｂで挟持する。次に工具チェンジャ８を工具マガジン３側に移動させることで、工具２を工具把持ポット４から引き抜く（ステップ１０５）。

工具２を工具把持ポット４から引き抜くと同時に、工具洗浄装置６のエア回路２６において図示しない制御手段によりオイルミスト用切換弁３３を開に設定して、ルプリケータ３２でエアブローに潤滑油を霧状に送り込み、オイルミストとしてノズル２２の複数の分岐流路３７ａ、…から工具把持ポット４の貫通孔４ｂを通して工具２のテーパシャンク部２ｂの全周に噴射させる（ステップ１０６）。これにより、工具２のテーパシャンク部２ｂに潤滑油を均等に付着させる。
そして、工具チェンジャ８を９０°旋回させて図１に示す主軸７近傍の第一位置に工具２を持ち来す。更に工具チェンジャ８を中心軸４１回りにＸ−Ｙ軸面内で１８０°旋回させると、把持部４１ａまたは４１ｂで把持された工具２は主軸７に近接した位置にくる。そして、工具チェンジャ８を図１でＺ軸方向とＸ軸方向に順次移動させることで主軸７に工具２のテーパシャンク部２ｂを装着し、図示しない主軸コレットでクランプする（ステップ１０７）。
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にはミスト状の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１０８）。

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、ノズル２２からのエアブロー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８の把持部４０ａまたは４０ｂで把持して主軸７から取り外し（ステップ１０９）、工具チェンジャ８をＸ−Ｙ軸面内で１８０°旋回すると共に９０°水平方向（Ｘ−Ｚ面内）に旋回して受け渡し位置にある工具キャリア５の工具把持ポット４に対向する位置に持ち来す（ステップ１１０）。この状態で、ノズル２２からエアブローを工具２のテーパシャンク部２ｂに噴射させ（ステップ１１１）、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する。
次に、工具チェンジャ８の把持部４０ａまたは４０ｂで把持された工具２のテーパシャンク部２ｂを工具キャリア５の工具把持ポット４内に装着して複数のボール２０でプルスタッド２ｄをクランプする（ステップ１１２）。そして、工具把持ポット４を受け取り位置からＺ１軸方向に移動させ、更に駆動機構５Ａによって工具キャリア５をＸ１−Ｙ１軸面内を移動させて工具マガジン３の所定のグリッパ１１に受け渡す（ステップ１１３）。

次いで、グリッパ１１で凹溝部２ｃを把持された工具２から工具把持ポット４が離間する際に、若干離れた位置でノズル２２からオイルミストをテーパシャンク部２ｂに噴射させる（ステップ１１４）。これにより、工具２のテーパシャンク部２ｂは潤滑油で均等に被覆されることになるから、工具マガジン３に保持された状態で工具２に錆等を生じることはない。
このような作業を繰り返すことで、適宜の工具２を主軸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に格納するようにしたが、これに代えて主軸７から工具チェンジャ８の一方の把持部４０ａ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８を１８０°反転させて他方の把持部４０ｂで把持する新規の工具２を主軸７に取り付けることで交換して使用するようにしてもよい。

上述のように、本実施形態による工具交換装置９及び工具交換方法によれば、工具２を工具マガジン３から抜き出して主軸７に装着するまでの間で、工具把持ポット４で工具マガジン３または工具チェンジャ８から工具２を受け取る場合には、ノズル２２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正確な切削を行える。
また、工具把持ポット４から工具チェンジャ８または工具マガジン３に工具２を受け渡す場合には、ノズル２２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することはなく、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を工具把持ポット４へ着脱する前後の工程で上述したエアとオイルミストを噴射させるから、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、本実施形態によるノズル２２では、ノズル２２及び工具把持ポット４の内周面の中心線Ｏに対して傾斜する分岐流路３７ａ、…からエアブローやオイルミストを噴射させるから、エアがノズル２２側に戻る渦流を発生することがなく工具把持ポット４内のテーパ面４ａにゴミ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９及び工具交換方法において、工具キャリア５は設けなくてもよく、工具把持ポット４を直接、駆動機構５Ａに設けてマトリクス式の工具マガジン３に沿ってＸ１−Ｙ１軸方向に移動可能にして所要の工具２を割り出し、且つ工具２の受け取り及び受け渡しのために工具把持ポット４をＺ軸方向に移動可能としてもよい。
また、ノズル２２の噴射口を形成する複数の分岐流路３７ａ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３７ａ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、テーパ面４ａ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工具把持ポット４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、ノズル２２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８に工具２の移送のための旋回及び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工具把持ポット４と主軸７との間の工具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８以外の移送機構にも分担させてもよいし、或いは工具把持ポット４を旋回可能及び／または水平方向の左右動及び／または前後動させて、工具チェンジャ８の動きを少なくしたりなくすように構成してもよい。要するに、この間の工具２の搬送機構は工具チェンジャ８に限定されることなく任意に設定できる。また、工具キャリア５の駆動機構５Ａに代えて、工具マガジン３と工具把持ポット４との間に工具２のピックアップ機構を追加してもよい。
なお、工具把持ポット４は工具把持部材を構成するが、工具把持部材は工具把持ポット４によるテーパシャンク部２ｂを収容するポット機構に限定されることなく、グリッパのような把持機構やその他の保持機構を採用してもよい。

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。工具マガジンの正面図である。工具マガジンと工具キャリアを示す側面図である。工具キャリアにおける工具把持ポットの工具取りだし工程を示す図である。工具把持ポットとエア回路を有する工具洗浄装置を示す図である。工具把持ポットによる工具を把握した状態を示す図である。工具キャリアの工具把持ポットによる工具受け取りを完了した状態を示す図である。工具を把持した工具把持ポットを工具受け渡し位置に移動させた状態を示す図である。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把持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
４工具把持ポット
５工具キャリア
５Ａ駆動機構
６工具洗浄装置
７主軸
８工具チェンジャ
２２ノズル
３７分岐流路（噴射口）

Claims

工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で把持し、工具チェンジャを介して主軸に取り付けるようにした工具交換方法において、
前記工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で取り出す際に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前記工具を前記工具把持部材で把持する工程と、
前記工具を前記工具把持部材から工具チェンジャに受け渡す工程と、
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、
前記工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能に設けられていて前記受け取り位置でエアを工具に噴射させ、受け渡し位置でオイルを工具に噴射させるノズルが一体に移動可能である工具交換方法。
主軸に取り付けた工具を工具チェンジャで取り出し、工具把持部材で把持して工具マガジンに格納するようにした工具交換方法において、
前記主軸に取り付けた工具を前記工具チェンジャから工具把持部材に移し替える際に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前記工具を前記工具把持部材で把持する工程と、
前記工具を前記工具把持部材から工具マガジンに格納する工程と、
オイルを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。
工具マガジンに格納された工具を工具把持部材と工具チェンジャを介して主軸に取り付けると共に、当該工具を前記主軸から工具チェンジャと工具把持部材を介して前記工具マガジンに格納するようにした工具交換方法において、
前記工具マガジンに格納された工具を工具把持部材で取り出す際に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前記工具を前記工具把持部材で把持する工程と、
前記工具を前記工具把持部材から工具チェンジャに受け渡す工程と、
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前記工具を前記工具チェンジャから主軸に受け渡す工程と、
前記主軸に取り付けた工具を前記工具チェンジャから工具把持部材に移し替える際に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前記工具を前記工具把持部材で把持する工程と、
前記工具を前記工具把持部材から工具マガジンに格納する工程と、
オイルを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。
前記工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能に設けられていて前記受け取り位置でエアを工具に噴射させ、受け渡し位置でオイルを工具に噴射させるノズルが一体に移動可能である請求項２または３に記載の工具交換方法。
前記工具把持部材の工具を着脱する方向の反対側にノズルが設けられ、該ノズルは前記工具把持部材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。
工具マガジンに格納された工具を工具把持部材を介して主軸に取り付けると共に、当該工具を前記主軸から工具把持部材を介して前記工具マガジンに格納するようにした工具交換装置において、
前記工具把持部材は、工具の受け取り位置と受け渡し位置との間で移動可能であって前記工具の受け取り位置と受け渡し位置とで工具を着脱可能であり、
前記工具把持部材に連動するように配設さ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ノズルが設けられ、
前記工具把持部材で工具を把持する前の位置で前記ノズルからエアを工具のシャンク部に噴射させ且つ前記工具把持部材から工具を離脱させた位置で前記ノズルからオイルを工具のシャンク部に噴射するようにしたことを特徴とする工具交換装置。
前記ノズルは前記工具把持部材の工具を着脱する方向の反対側に配設され、前記工具把持部材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６に記載の工具交換装置。
前記ノズルは、前記工具把持部材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７に記載の工具交換装置。
工具マガジンに格納された工具を工具把持部材を介して主軸に取り付けると共に、当該工具を前記主軸から工具把持部材を介して前記工具マガジンに格納するようにした工具交換装置において、
前記工具マガジンにおける工具の配列方向に移動して所望の工具の位置を割り出す工具キャリアと、
該工具キャリアに設けられていて工具の受け取り位置と受け渡し位置との間を移動可能であって工具の受け取り位置と受け渡し位置とで工具を着脱する工具把持部材と、
該工具把持部材に連動して設けられていて工具の受け取り位置で前記工具把持部材が工具を把持する前に工具のシャンク部にエアを噴射させ且つ工具の受け渡し位置で前記工具把持部材が工具を受け渡した後で工具のシャンク部にオイルを噴射するノズルと
を備えたことを特徴とする工具交換装置。