JP5503908B2 - マシニングセンタのツール交換機構及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、マシニングセンタにおけるツール交換機構、及びツール交換方法に関する。

マシニングセンタにおいては、複数種類のツールを内部マガジンに保持しており、加工プログラムに従って、回転主軸に把持するツールによってワークに加工を行うと共に、ワークの加工部位に応じて、回転主軸に把持するツールを、内部マガジンに保持するツールと適宜取り替えている。
マシニングセンタは、複数種類の部品を加工する汎用性を有しており、加工する部品によって使用するツールを適宜変更する必要がある。そのため、加工する部品が異なるときには、内部マガジンに保持するいくつかのツールを他のツールに取り替える必要が生じる。

また、例えば、特許文献１の工具交換方法及び工具交換装置においては、複数のマシニングセンタに対して、搬送コンベヤによってワークをセットしたワークパレットを巡回搬送し、加工するワークの種類を変更するときには、加工に必要な工具をセットした工具パレットを搬送コンベヤによって、交換を必要とするマシニングセンタまで搬送することが開示されている。また、例えば、特許文献２の工具搬送システムにおいても、搬送手段を用い、マシニングセンタ内の工具マガジンに保持する工具を、別途準備した工具搬送マガジンに保持する工具と交換することが開示されている。

特開２００５−１６９５８６号公報 特開平３−１６１２３２号公報

しかしながら、複数種類のツールを保持する内部マガジンを有するマシニングセンタにおいては、内部マガジンに保持するツールの交換が必要になったときには、作業者が介入してツールの交換作業を行っている。そのため、加工するワークの種類が変更されるときには、ツールの交換に時間がかかり、マシニングセンタにおける生産性を向上させることが困難になっていた。
なお、特許文献２においては、複数の工具を工具搬送マガジンに保持してマシニングセンタへ搬送することが開示されているが、工具搬送マガジンと工具マガジンとの間でどのようにして工具を交換するかについては何ら記載されていない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、装置の複雑化を防止し、ツール交換にかかる時間を短縮し、マシニングセンタにおける生産性を向上させることができるマシニングセンタのツール交換機構及び方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、ツールを保持する内部保持部を複数設けた内部マガジンと、該内部マガジンに保持する複数のツールのうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸とを備えたマシニングセンタにおいて構成したツール交換機構であって、
上記マシニングセンタにおける、回転するよう構成された加工テーブルに対して着脱可能に設置する外部マガジンを備えており、該外部マガジンは、上記ツールを保持するための外部保持部を複数有しており、
上記複数の内部保持部は、上記内部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該内部マガジンは、上記複数の内部保持部を循環させて、該各内部保持部を特定の内部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、
上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該外部マガジンは、上記複数の外部保持部の円中心を上記加工テーブルの回転中心と一致させて該加工テーブルに設置するよう構成してあり、該加工テーブルは、上記複数の外部保持部を循環させて、該各外部保持部を特定の外部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、
上記内部マガジンの回動軸と上記加工テーブルの回動軸とは、いずれも鉛直方向に向けて設けてあると共に、互いに平行に配設されており、
上記回転主軸は、上記内部受渡位置に移動した上記内部保持部である受渡内部保持部に対してツールの受渡を行うと共に、上記外部受渡位置に移動した上記外部保持部である受渡外部保持部に対してツールの受渡を行うよう構成してあり、
上記内部受渡位置と上記外部受渡位置とは、上記受渡内部保持部における受渡開口部と上記受渡外部保持部における受渡開口部とが互いに向き合う位置に設定してあり、
上記外部マガジンを上記加工テーブルに設置したときには、上記受渡内部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡外部保持部へ移載し、上記受渡外部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡内部保持部へ移載するよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構にある（請求項１）。

第２の参考発明は、ツールを保持する内部保持部を複数設けた内部マガジンと、該内部マガジンに保持する複数のツールのうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸とを備えたマシニングセンタにおける加工テーブルに対して着脱可能に設置する外部マガジンであって、
上記ツールを保持するための外部保持部を複数有しており、
上記加工テーブルに設置したときには、上記回転主軸の移動によって、上記内部保持部に保持するツールを上記外部保持部へ受け取ると共に、上記外部保持部に保持するツールを上記内部保持部へ受け渡すよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構に用いる外部マガジンにある。

第３の発明は、ツールを保持する内部保持部を複数設けた内部マガジンと、該内部マガジンに保持する複数のツールのうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸とを備えたマシニングセンタにおいて使用するツール交換方法であって、
上記マシニングセンタにおける、回転するよう構成された加工テーブルに対して着脱可能に設置する外部マガジンを用い、該外部マガジンには、上記ツールを保持するための外部保持部を複数形成し、
上記複数の内部保持部は、上記内部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該内部マガジンは、上記複数の内部保持部を循環させて、該各内部保持部を特定の内部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成し、
上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該外部マガジンは、上記複数の外部保持部の円中心を上記加工テーブルの回転中心と一致させて該加工テーブルに設置するよう構成し、該加工テーブルは、上記複数の外部保持部を循環させて、該各外部保持部を特定の外部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成し、
上記内部マガジンの回動軸と上記加工テーブルの回動軸とは、いずれも鉛直方向に向けて設けると共に、互いに平行に配設し、
上記回転主軸は、上記内部受渡位置に移動した上記内部保持部である受渡内部保持部に対してツールの受渡を行うと共に、上記外部受渡位置に移動した上記外部保持部である受渡外部保持部に対してツールの受渡を行うよう構成し、
上記内部受渡位置と上記外部受渡位置とは、上記受渡内部保持部における受渡開口部と上記受渡外部保持部における受渡開口部とが互いに向き合う位置に設定しておき、
上記マシニングセンタの外部において、上記外部マガジンにおける上記複数の外部保持部にツールを保持させた後、当該外部マガジンを上記加工テーブルへ搬入して設置する搬入工程と、
上記受渡内部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡外部保持部へ移載し、上記受渡外部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡内部保持部へ移載する移載工程と、
上記外部マガジンを上記加工テーブルから搬出する搬出工程とを含むことを特徴とするマシニングセンタのツール交換方法にある（請求項５）。

第１の発明のツール交換機構においては、加工を行うワークの種類を変更する段取り作業において、次の種類のワークの加工に不要なツールと次の加工に必要なツールとの交換を行う際に、次の種類のワークの加工に必要なツールを保持する外部マガジンを用い、マシニングセンタの回転主軸を利用する。そして、外部マガジンを加工テーブルに設置したときには、回転主軸の移動によって、内部保持部における不要なツールを外部保持部へ移載すると共に、外部保持部における必要なツールを内部保持部へ移載する。
これにより、ツールの交換を行う際に、この交換を専用で行う装置を別途用いる必要がなく、マシニングセンタの大型化を防止して、極めて簡単にツールの交換を行うことができる。

また、回転主軸によってツールの交換を行うため、内部マガジンと外部マガジンとの間におけるツールの交換作業を、マシニングセンタにおけるプログラムによって全て自動化して行うことができる。これにより、ツールの交換にかかる時間を極めて短縮することができ、マシニングセンタにおける生産性を向上させることができる。さらに、本発明のツール交換機構は、既存のマシニングセンタに対しても容易に増設することができる。
それ故、第１の発明のツール交換機構によれば、装置の複雑化を防止し、ツール交換にかかる時間を短縮し、マシニングセンタにおける生産性を向上させることができる。

第２の参考発明のツール交換機構に用いる外部マガジンによれば、第１の発明と同様に、装置の複雑化を防止し、ツール交換にかかる時間を短縮し、マシニングセンタにおける生産性を向上させることができる。
第３の発明のツール交換方法によれば、第１の発明と同様に、装置の複雑化を防止し、ツール交換にかかる時間を短縮し、マシニングセンタにおける生産性を向上させることができる。

実施例１における、マシニングセンタにおけるツール交換機構を示す平面説明図。 実施例１における、マシニングセンタにおけるツール交換機構を示す側方説明図。 実施例１における、ツール交換機構の要部を拡大して示す平面説明図。 実施例１における、ツールの一例を示す平面説明図。 実施例１における、ツールを取り付ける前の回転主軸を示す断面説明図。 実施例１における、ツールを取り付けた状態の回転主軸を示す断面説明図。 実施例１における、回転主軸によって内部マガジンからツールを取り出す状態を示す平面説明図。 実施例１における、回転主軸によって外部マガジンへツールを受け渡す状態を示す平面説明図。 実施例１における、外部マガジンを回動させた状態を示す平面説明図。 実施例１における、回転主軸によって外部マガジンからツールを受け取る状態を示す平面説明図。 実施例１における、回転主軸によって内部マガジンへツールを受け渡す状態を示す平面説明図。 実施例１における、内部マガジンを回動させた状態を示す平面説明図。 実施例１における、他の構造のツール及び回転主軸を示す断面説明図。 実施例２における、マシニングセンタにおけるツール交換機構を示す平面説明図。 実施例２における、他のマシニングセンタにおけるツール交換機構を示す平面説明図。

上述した第１、第３の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第３の発明においては、上記複数の内部保持部は、上記内部マガジンにおいて環状に配列してあり、該内部マガジンは、上記複数の内部保持部を循環させて、該各内部保持部を特定の内部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて環状に配列してあり、上記加工テーブルは、上記複数の外部保持部を循環させて、該各外部保持部を特定の外部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、上記回転主軸は、上記内部受渡位置に移動した上記内部保持部である受渡内部保持部に対してツールの受渡を行うと共に、上記外部受渡位置に移動した上記外部保持部である受渡外部保持部に対してツールの受渡を行う。

この場合には、回転主軸は、内部マガジンとの間でツールの受渡を行うときには、常に内部受渡位置へ移動すればよく、外部マガジンとの間でツールの受渡を行うときには、常に外部受渡位置へ移動すればよい。また、内部マガジンは、次の種類のワークの加工に不要なツールを保持する各内部保持部を内部受渡位置へ逐次割り出す（送り出す）ことができる。さらに、加工テーブルは、次の種類のワークの加工に必要なツールを保持する各外部保持部を外部受渡位置へ逐次割り出す（送り出す）ことができる。
そのため、ツール交換の際に、回転主軸が移動する経路を短縮すると共に、ツール交換にかかる時間をより短縮することができる。

また、第１、第３の発明においては、上記加工テーブルは回転するよう構成してあり、上記外部マガジンは、上記複数の外部保持部を円周状に配列してなり、その円中心を上記加工テーブルの回転中心と一致させて該加工テーブルに設置するよう構成してある。
この場合には、加工テーブルの回転によって、外部マガジンにおける各外部保持部を容易に外部受渡位置に割り出すことができる。

また、第１、第３の発明においては、上記ツールのすべては、共通部分として、周方向の１箇所又は複数箇所に保持溝を形成してなり、上記複数の内部保持部は、上記内部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあり、上記複数の外部保持部は、上記外部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあることが好ましい（請求項２、６）。
この場合には、受渡内部保持部と受渡外部保持部とに移動する回転主軸の移動経路をさらに短縮することができる。

内部受渡位置と外部受渡位置とは、受渡内部保持部における受渡開口部と受渡外部保持部における受渡開口部とが互いに向き合う位置として、上記マシニングセンタの前後方向において、内部マガジンにおける前方側に位置する１８０°の範囲内と、外部マガジンにおける後方側に位置する１８０°の範囲内とにそれぞれ設定することができる。また、より好ましくは、内部受渡位置と外部受渡位置とは、内部マガジンにおける前方側に位置する左右４５°の範囲内（左右合わせて９０°の範囲内）と、外部マガジンにおける後方側に位置する左右４５°の範囲内（左右合わせて９０°の範囲内）とにそれぞれ設定することができる。
ツールに設けた保持溝は、回転主軸に対するツールの回止めを行うために用いることができる。また、ツールには、保持溝とは別に、回転主軸に対する回止めを行うためのキー溝を設けることもできる。

また、第１、第３の発明においては、上記回転主軸は、その回転位置を一定にして、上記受渡内部保持部及び上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うよう構成することができる（請求項３、７）。
この場合には、回転主軸の回転位置を一定にした状態で、回転主軸を直線状に移動させてツールの受渡を行うことができ、回転主軸の移動経路をさらに短縮することができる。

また、第１、第３の発明においては、上記回転主軸は、その回転位置を第１回転位置にして、上記受渡内部保持部との間でツールの受渡を行うと共に、その回転位置を第２回転位置にして、上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うよう構成することもできる（請求項４、８）。
この場合は、受渡内部保持部における溝係合部と、受渡外部保持部における溝係合部とが異なる方向を向く場合であり、回転主軸を２つの回転位置で回転停止させることにより、容易にこれに対応することができる。

第２の参考発明においては、上記ツールのすべては、共通部分として、周方向の１箇所又は複数箇所に保持溝を形成してなり、上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて円周状に配列してあると共に、上記保持溝に係合する溝係合部を、上記円周状に配列した円中心に対して同一の向きに形成してなり、かつ上記円周状に配列した円中心に対する径方向へツールを移動させることによって該ツールの受渡が可能であることが好ましい。
この場合には、外部マガジンの構造が最適であり、加工テーブルに設置した外部マガジンを、外部保持部を配置した周方向割出間隔で逐次回転させることにより、ツール交換にかかる時間をより短縮することができる。

以下に、本発明のマシニングセンタのツール交換機構及び方法並びに外部マガジンにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のマシニングセンタ２のツール交換機構１は、図１、図２に示すごとく、マシニングセンタ２の回転主軸３に把持するツール６を、内部マガジン４と外部マガジン５との間で交換するよう構成してある。マシニングセンタ２は、ツール６を保持する内部保持部４１を複数設けた内部マガジン４と、内部マガジン４に保持する複数のツール６のうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸３とを備えている。ツール交換機構１は、マシニングセンタ２における加工テーブル２１に対して着脱可能に設置する外部マガジン５を備えている。
図３に示すごとく、外部マガジン５は、内部保持部４１に保持させるためのツール６を保持する外部保持部５１を複数有している。ツール交換機構１は、外部マガジン５を加工テーブル２１に設置したときには、回転主軸３の移動によって、内部保持部４１におけるツール６を外部保持部５１へ移載すると共に、外部保持部５１におけるツール６を内部保持部４１へ移載するよう構成してある。

以下に、本例のマシニングセンタ２のツール交換機構１及び方法並びに外部マガジン５につき、図１〜図１２を参照して詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例のマシニングセンタ２は、複数種類のワークに対して種々の加工ができるよう汎用性を有するものである。マシニングセンタ２は、加工するワークの部位、種類によって回転主軸３に把持するツール６を、内部マガジン４に保持する別のツール６と交換することができるよう構成してある。また、加工テーブル２１は、鉛直方向に設けた回動軸の回りに回動するよう構成してある。マシニングセンタ２は、加工テーブル２１に載置したワークを回転させ、このワークに対して、回転主軸３に把持したツール６を３次元的に移動させながら回転させて加工を行うよう構成してある。

図３に示すごとく、マシニングセンタ２に内蔵されている内部マガジン４は、ツール６を保持するための複数の内部保持部４１を円周状に等間隔に配列してなり、複数の内部保持部４１の円中心に設けた回動軸の回りに回動するよう構成してある。内部マガジン４は、内部保持部４１を配列した周方向Ｒの割出間隔で回動し、内部保持部４１を特定の内部受渡位置４０１に順次割り出すことができるよう構成してある。
内部マガジン４の回動軸と加工テーブル２１の回動軸とは、いずれも鉛直方向に向けて設けてあり、互いに平行に配設されている。

図２に示すごとく、加工テーブル２１には、ワークを保持したパレットを載置してクランプ固定するクランプ手段２２が設けてある。本例の外部マガジン５は、ワークを保持するパレットのベース部と共通する形状のベース部５６上に形成してある。そして、外部マガジン５を加工テーブル２１に載置したときには、クランプ手段２２によって外部マガジン５におけるベース部５６をクランプ固定する。

図４は、マシニングセンタ２において用いるツール６の一例を示す。なお、ツール６は、種々の形状をしたものがあり、図２においては、考えられるツール６の最大外形を２点鎖線の四角枠で囲って示す。図５は、ツール６を取り付ける前の回転主軸３を示し、図６は、ツール６を取り付けた状態の回転主軸３を示す。
図４に示すごとく、回転主軸３に取り付けるツール６のすべては、共通部分として、回転主軸３によって把持される被把持部６１と、被把持部６１に対して拡径したフランジ部６２と、回転主軸３に対する回止めを行うためのキー溝６３と、フランジ部６２においてキー溝６３の形成方向と同一方向に形成した保持溝６４と、ツール６の中心部にクーラントを受け入れるクーラント受入部６５とを有している。また、ツール６のすべては、フランジ部６２の下方には、種々の形状のツール本体部６０を有している。キー溝６３は、径方向に互いに対向する部位に一対に形成してあり、保持溝６４は、キー溝６３の周方向の形成部位と同じ部位に一対に形成してある。

図５、図６に示すごとく、回転主軸３は、被把持部６１を把持する把持部３１と、キー溝６３に係合する回止め部３２とを有している。把持部３１は、ツール６における被把持部６１のテーパ外周面が嵌合するテーパ内周面３１１と、ツール６におけるクーラント受入部６５へクーラントを供給するクーラント供給部３１２と、ツール６の保持又は保持の解除を行う保持部３１３とを有している。そして、把持部３１は、中心位置出しを行った状態で、ツール６の把持又は把持の解除を行うよう構成してある。また、回転主軸３にツール６を把持する際には、回転主軸３の把持部３１に対してツール６のフランジ部６２が対面する。回止め部３２は、ツール６におけるキー溝６３の形成方向と同一方向に一対に設けてあり、一対のキー溝６３に係合して、ツール６の回り止めを行うよう構成してある。

図２に示すごとく、外部マガジン５は、ベース部５６（ワークを保持するパレットと形状が共通するパレット）に対して支柱５７を立設し、支柱５７の上部に配設した本体部５５に、ツール６を保持するための複数の外部保持部５１を円周状に等間隔に配列してなる。本例の加工テーブル２１は、載置面に垂直な軸回りに回転する回転テーブルである。外部マガジン５は、複数の外部保持部５１の円中心を加工テーブル２１の回転中心と一致させて加工テーブル２１に設置するよう構成してある。
図３に示すごとく、外部保持部５１は、外部マガジン５の中心に対する径方向外周側からツール６を挿入して保持するよう構成してあり、ツール６のフランジ部６２に共通して形成された溝部６２１を係止する係止部５２と、係止部５２に対する外部マガジン５の周方向Ｒの両側に位置してツール６の抜け出しを防止する一対の受け部５３と、一対の保持溝６４の一方に係合する溝係合部５４とを有している。

受け部５３は、バネ５３１によってツール６の抜け出しを防止する方向に付勢されている。溝係合部５４は、係止部５２の周方向Ｒの中間位置において径方向外周側に向けて突出形成してある。そして、係止部５２に対して外周側からツール６を挿入するときには、一対の受け部５３同士の間がバネ５３１の付勢力に抗して開けられ、ツール６の溝部６２１に係止部５２が係止され、ツール６の保持溝６４の一方に溝係合部５４が係合したときには、バネ５３１の付勢力によって一対の受け部５３が復帰して、ツール６の外周側への抜け出しが防止される。
また、一方の保持溝６４に対して溝係合部５４が係合することにより、外部保持部５１に対するツール６の周方向Ｒの向き（キー溝６３の向き）が固定される。
また、複数の外部保持部５１は、外部受渡位置５０１に移動したときには、ツール６の保持溝６４に係合する溝係合部５４を一定方向へ向けるよう構成してある。

図３に示すごとく、回転主軸３は、内部受渡位置４０１に回動した内部保持部４１である受渡内部保持部４１Ａに対してツール６の受渡を行うと共に、外部受渡位置５０１に回動した外部保持部５１である受渡外部保持部５１Ａに対してツール６の受渡を行うよう構成してある。
また、内部マガジン４における内部受渡位置４０１と、外部マガジン５における外部受渡位置５０１とは、当該内部マガジン４と当該外部マガジン５とが向き合う側、すなわち受渡内部保持部４１Ａにおける受渡開口部４１１と受渡外部保持部５１Ａにおける受渡開口部５１１とが互いに向き合う位置に設定してある。本例の内部マガジン４の内部受渡位置４０１は、内部マガジン４の中心から若干右側に回転した位置に形成してあり、受渡内部保持部４１Ａは、この若干右側に回転した位置において、マシニングセンタ２の前方側へ向けて（内部マガジン４における前方側に位置する左右４５°の範囲内に）形成してある。なお、同図において、前方側を矢印Ｆで示す。

また、内部マガジン４における内部保持部４１は、外部マガジン５における外部保持部５１と同様の構成を有しており、係止部４２、受け部４３、バネ４３１、溝係合部４４を設けて形成されている。また、各内部保持部４１は、内部マガジン４の中心に対する径方向外周側からツール６を挿入して保持するよう構成されている。
また、複数の内部保持部４１は、内部受渡位置４０１に移動したときには、ツール６の保持溝６４に係合する溝係合部４４を一定方向へ向けるよう構成してある。
本例の加工テーブル２１に設置した外部マガジン５の外部受渡位置５０１は、加工テーブル２１の中心から若干右側に回転した位置に形成してあり、受渡外部保持部５１Ａは、この若干右側に回転した位置において、マシニングセンタ２の後方側へ向けて（外部マガジン５における後方側に位置する左右４５°の範囲内に）形成してある。

図３に示すごとく、本例の回転主軸３は、内部マガジン４の内部保持部４１とツール６の交換を行うための第１回転位置３０１と、外部マガジン５の外部保持部５１とツール６の受渡を行うための第２回転位置３０２との２つの回転位置で回転停止するよう構成されている。
そして、回転主軸３は、その回転位置を第１回転位置３０１にして、受渡内部保持部４１Ａとの間でツール６の受渡を行うよう構成してある。第１回転位置３０１は、回転主軸３の回止め部３２の向きが、受渡内部保持部４１Ａにおける溝係合部５４の周方向の向きと一致する回転位置としてある。また、回転主軸３は、その回転位置を第２回転位置３０２にして、受渡外部保持部５１Ａとの間でツール６の受渡を行うよう構成してある。第２回転位置３０２は、回転主軸３の回止め部３２の向きが、受渡外部保持部５１Ａにおける溝係合部５４の向きと一致する回転位置としてある。
本例の回転主軸３は、第１回転位置３０１で回転停止して、受渡内部保持部４１Ａに対する径方向に移動して受渡内部保持部４１Ａとの間でツール６の受渡を行い、第２回転位置３０２で回転停止して、受渡外部保持部５１Ａに対する径方向に移動して受渡外部保持部５１Ａとの間でツール６の受渡を行う。

図示は省略するが、内部マガジン４における各内部保持部４１と、外部マガジン５における各外部保持部５１とには、それぞれツール６の有無を検出するスイッチが配設してある。そして、マシニングセンタ２の制御装置は、内部保持部４１又は外部保持部５１にツール６がセットされているか否かを検出して、内部マガジン４と外部マガジン５との間でツール６の移載を行うことができる。なお、ツール交換のプログラム動作で、内部マガジン４及び外部マガジン５におけるツール６の有無の状態が正常でない場合には、警告、異常停止等を行うことができる。

また、図１に示すごとく、内部マガジン４における内部保持部４１の形成数は、外部マガジン５における外部保持部５１の形成数よりも多くなっている。ツール交換機構１は、次の種類のワークの加工に必要な所定数のツール６を内部マガジン４に残し、次の種類のワークの加工に必要な不足分のツール６Ｙを外部マガジン５から内部マガジン４へ受け取ると共に、次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを内部マガジン４から外部マガジン５へ受け渡すよう構成してある。
本例においては、マシニングセンタ２の外部において、外部マガジン５に対して内部マガジン４に必要とされる複数のツール６を保持させ、この外部マガジン５を搬送台車等によってマシニングセンタ２まで搬送する。

次に、上記ツール交換機構１を用いて、内部マガジン４に保持するツール６Ｘを別のツール６Ｙに交換する方法につき説明する。
マシニングセンタ２において加工するワークの種類が替わるときには、加工の段取りとして、内部マガジン４から次の種類のワークに不要なツール６Ｘを取り出し、内部マガジン４へ次の種類のワークに必要なツール６Ｙを保持させる。このとき、内部マガジン４に保持する複数のツール６のうち、次の種類のワークの加工にも用いるツール６はそのまま保留して内部保持部４１に保持する。
このツール交換方法においては、以下の搬入工程、移載工程及び搬出工程を行って、ツール６の交換をする。

図３に示すごとく、搬入工程においては、マシニングセンタ２の外部において、外部マガジン５における複数の外部保持部５１に、マシニングセンタ２における次の種類のワークの加工に用いるツール６Ｙ（内部マガジン４に必要なツール６Ｙ）を保持させる。このとき、外部マガジン５においては、少なくとも１つの外部保持部５１についてはツール６を保持しない空状態を形成しておく。そして、この外部マガジン５を加工テーブル２１へ搬入し、この外部マガジン５を、クランプ手段２２によって加工テーブル２１にクランプ固定する。

移載工程においては、回転主軸３の移動によって、次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを内部マガジン４から外部マガジン５へ移載すると共に、次の種類のワークの加工に必要なツール６Ｙを外部マガジン５から内部マガジン４へ移載する。この移載工程は、マシニングセンタ２の制御装置において入力されたプログラムを動作させることによって自動的に行うことができる。
搬出工程においては、加工テーブル２１におけるクランプ手段２２のクランプ固定を解除し、外部マガジン５を加工テーブル２１から取り外して、マシニングセンタ２の外部へ搬出する。

以下に、移載工程における動作を、図７〜図１２を参照して詳説する。
図７に示すごとく、移載工程を行う前には、回転主軸３にはツール６を把持していない状態を形成しておく。
制御装置は、内部マガジン４を制御し、次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを保持する内部保持部４１を、内部受渡位置４０１まで回動させる。また、制御装置は、回転主軸３を第１回転位置３０１で回転停止させ、その回止め部３２の向きを、内部受渡位置４０１に回動した内部保持部４１である受渡内部保持部４１Ａにおける溝係合部４４（ツール６Ｘのキー溝６３）の向きと一致させる。

次いで、制御装置は、回転主軸３を、受渡内部保持部４１Ａの上方まで移動させた後に下降させ、回転主軸３の把持部３１をクランプ状態にして、受渡内部保持部４１Ａに保持されたツール６Ｘを、回転主軸３に把持させる。次いで、制御装置は、ツール６Ｘを把持する回転主軸３を、受渡内部保持部４１Ａに対するツール移載方向Ｄ１に移動させ、受渡内部保持部４１Ａからツール６Ｘを受け取り、所定位置まで移動する。

また、制御装置は、加工テーブル２１を制御し、加工テーブル２１に固定した外部マガジン５においてツール６を保持していない空状態の外部保持部５１を、外部受渡位置５０１まで回動させておく。
次いで、図８に示すごとく、制御装置は、回転主軸３を第１回転位置３０１から回転させて、第２回転位置３０２で回転停止させ、その回止め部３２の向きを、外部受渡位置５０１に回動した外部保持部５１である受渡外部保持部５１Ａにおける溝係合部５４の向きと一致させる。そして、制御装置は、ツール６Ｘを把持する回転主軸３を、受渡外部保持部５１Ａに対するツール移載方向Ｄ２に移動させ、回転主軸３の把持部３１をアンクランプ状態にして、空状態の受渡外部保持部５１Ａに対してツール６Ｘを受け渡す。次いで、制御装置は、ツール６を把持しない回転主軸３を上昇させた位置で待機させる。

次いで、図９に示すごとく、制御装置は、加工テーブル２１を制御し、次の種類のワークの加工に用いる別のツール６Ｙを保持する外部保持部５１を外部受渡位置５０１まで回動させる。そして、制御装置は、回転主軸３を下降させた後、回転主軸３の把持部３１をクランプ状態にして、受渡外部保持部５１Ａに保持された別のツール６Ｙを、回転主軸３の把持部３１に把持させる。
次いで、図１０に示すごとく、制御装置は、別のツール６Ｙを把持する回転主軸３を、受渡外部保持部５１Ａに対するツール移載方向Ｄ２に移動させて、受渡外部保持部５１Ａから別のツール６Ｙを受け取り、所定の待機位置まで移動する。そして、図１１に示すごとく、制御装置は、回転主軸３を第２回転位置３０２から回転させて、第１回転位置３０１で回転停止させる。

次いで、同図に示すごとく、制御装置は、回転主軸３を、受渡内部保持部４１Ａに対するツール移載方向Ｄ１に移動させ、回転主軸３に把持する別のツール６Ｙを受渡内部保持部４１Ａへ受け渡す。そして、図１２に示すごとく、制御装置は、回転主軸３の把持部３１をアンクランプ状態にして、回転主軸３を受渡内部保持部４１Ａの上方へ上昇させた後、内部マガジン４を回動させ、次の種類のワークの加工に不要な別のツール６Ｘを保持する内部保持部４１を、内部受渡位置４０１まで回動させる。
次いで、制御装置は、ツール６を把持しない回転主軸３を受渡内部保持部４１Ａへ下降させた後、把持部３１をクランプ状態にし、受渡内部保持部４１Ａに保持する別のツール６Ｘを回転主軸３に把持させる。

次いで、図８に示したごとく、制御装置は、別のツール６Ｘを把持する回転主軸３を受渡内部保持部４１Ａのツール移載方向Ｄ１に移動させて、受渡内部保持部４１Ａから別のツール６Ｘを受け取る。そして、制御装置は、回転主軸３を所定の待機位置へ移動させた後、回転主軸３を第１回転位置３０１から回転させ、第２回転位置３０２で回転停止させる。
次いで、図９に示したごとく、制御装置は、別のツール６Ｘを把持する回転主軸３を、空状態にある受渡外部保持部５１Ａのツール移載方向Ｄ２へ移動させ、回転主軸３から受渡外部保持部５１Ａへ別のツール６Ｘを受け渡す。

以降、制御装置は、上記と同様の動作を繰り返すことができる。
このように、本例においては、回転主軸３と内部マガジン４と加工テーブル２１との協調動作を繰り返すことにより、次の種類のワークの加工に不要な複数のツール６を内部マガジン４から外部マガジン５へ移載すると共に、次の種類のワークの加工に必要な複数のツール６を外部マガジン５から内部マガジン４へ移載することができる。

なお、本例においては、外部マガジン５においてツール６を保持していない空状態の外部保持部５１を形成しておき、内部マガジン４における次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを外部マガジン５へ移載してから、外部マガジン５から次の種類のワークの加工に必要なツール６Ｙを内部マガジン５へ移載する順序を説明した。これ以外にも、内部マガジン４において空状態の内部保持部４１がある場合には、外部マガジン５における次の種類のワークの加工に必要なツール６Ｙを内部マガジン４へ移載してから、内部マガジン４から次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを外部マガジン５へ移載することもできる。

本例のツール交換機構１及びツール交換方法においては、加工を行うワークの種類を変更する段取り作業において、次の加工に不要なツール６Ｘと次の加工に必要なツール６Ｙとの交換を行う際に、次の加工に必要なツール６Ｙを保持する外部マガジン５を用い、マシニングセンタ２の回転主軸３を利用する。そして、外部マガジン５を加工テーブル２１に設置したときには、回転主軸３の移動によって、内部保持部４１における不要なツール６Ｘを外部保持部５１へ移載すると共に、外部保持部５１における必要なツール６Ｙを内部保持部４１へ移載する。
これにより、ツール６の交換を行う際に、この交換を専用で行う装置を別途用いる必要がなく、マシニングセンタ２の大型化を防止して、極めて簡単にツール６の交換を行うことができる。

また、回転主軸３によってツール６の交換を行うため、内部マガジン４と外部マガジン５との間におけるツール６の交換作業を、マシニングセンタ２におけるプログラムによって全て自動化して行うことができる。これにより、ツール６の交換にかかる時間を極めて短縮することができ、マシニングセンタ２における生産性を向上させることができる。

また、回転主軸３は、内部マガジン４との間でツール６の受渡を行うときには、常に内部受渡位置４０１へ移動すればよく、外部マガジン５との間でツール６の受渡を行うときには、常に外部受渡位置５０１へ移動すればよい。また、内部マガジン４は、次の種類のワークの加工に不要なツール６Ｘを保持する各内部保持部４１を内部受渡位置４０１へ逐次割り出す（送り出す）ことができる。さらに、加工テーブル２１は、次の種類のワークの加工に必要なツール６Ｙを保持する各外部保持部５１を外部受渡位置５０１へ逐次割り出す（送り出す）ことができる。
そのため、ツール６の交換の際に、回転主軸３が移動する経路を短縮すると共に、ツール６の交換にかかる時間をより短縮することができる。

また、本例のツール交換機構１及びツール交換方法は、マシニングセンタ２における制御装置の制御機能、回転主軸３及び加工テーブル２１の動作を利用してツール６の交換を行うことができる。そのため、既存のマシニングセンタ２に対しても容易に増設することができる。
それ故、本例のツール交換機構１及びツール交換方法並びに外部マガジン５によれば、装置の複雑化を防止し、ツール６の交換にかかる時間を短縮し、マシニングセンタ２における生産性を向上させることができる。

なお、回転主軸３及びツール６の形状は、図５、図６に示した以外にも、種々の形状とすることができる。例えば、図１３に示すごとく、ツール６の上端部にシャンク部６６を設け、回転主軸３の把持部３１においては、上記保持部３１３の替わりに、シャンク部６６を把持する保持部３１４を設けることができる。この場合にも、適宜箇所にツール６のキー溝６３及び回転主軸３の回止め部３２を設けることができる。

（実施例２）
本例は、回転主軸３、内部マガジン４、外部マガジン５等の構成が上記実施例１と異なる例を示す。
例えば、図１４に示すごとく、受渡内部保持部４１Ａにおける溝係合部４４の向きと、受渡外部保持部５Ａにおける溝係合部５４の向きとが、いずれもマシニングセンタ２の前後方向になるように構成する。そして、内部マガジン４の受渡内部保持部４１Ａと外部マガジン５の受渡外部保持部５Ａとが前後方向に対向する状態において、回転主軸３は、その回止め部３２が前後方向に向く回転位置にし、受渡内部保持部４１Ａと受渡外部保持部５１Ａとの間を直線状に移動してツール６の受渡を行うことができる。

また、例えば、図１５に示すごとく、内部マガジン４に対向して、ツール６を保持する補助保持部４５１を両側に備えた補助マガジン４５を配設し、補助移動軸４６を用いて補助マガジン４５の一方の補助保持部４５１Ａと内部マガジン４との間でツール６の受渡を行うと共に、回転主軸３を用いて補助マガジン４５の他方の補助保持部４５１Ｂと外部マガジン５との間でツール６の受渡を行うよう構成することができる。この場合にも、受渡内部保持部４１Ａにおける溝係合部４４の向きと、受渡外部保持部５Ａにおける溝係合部５４の向きとは、いずれもマシニングセンタ２の前後方向になるように構成する。

そして、回転主軸３は、その回止め部３２が前後方向に向く回転位置にし、受渡外部保持部５Ａと他方の補助保持部４５１Ｂとの間を直線状に移動してツール６の受渡を行うことができる。なお、内部マガジン４は、２つの回転部４７によって各内部保持部４１を内部受渡位置４０１へ順次巡回させるよう構成することができる。
本例においては、回転主軸３の回転位置を一定にして、回転主軸３を直線状に移動させてツール６の受渡を行うことができ、回転主軸３の移動経路を短縮し、ツール６の交換にかかる時間を短縮することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ ツール交換機構
２ マシニングセンタ
２１ 加工テーブル
３ 回転主軸
３０１ 第１回転位置
３０２ 第２回転位置
３１ 把持部
３２ 回止め部
４ 内部マガジン
４０１ 内部受渡位置
４１ 内部保持部
４１Ａ 受渡内部保持部
５ 外部マガジン
５０１ 外部受渡位置
５１ 外部保持部
５１Ａ 受渡外部保持部
５４ 溝係合部
６ ツール
６０ ツール本体部
６１ 被把持部
６２ フランジ部
６３ キー溝
６４ 補助キー溝

Claims (8)

1. ツールを保持する内部保持部を複数設けた内部マガジンと、該内部マガジンに保持する複数のツールのうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸とを備えたマシニングセンタにおいて構成したツール交換機構であって、
   上記マシニングセンタにおける、回転するよう構成された加工テーブルに対して着脱可能に設置する外部マガジンを備えており、該外部マガジンは、上記ツールを保持するための外部保持部を複数有しており、
   上記複数の内部保持部は、上記内部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該内部マガジンは、上記複数の内部保持部を循環させて、該各内部保持部を特定の内部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、
   上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該外部マガジンは、上記複数の外部保持部の円中心を上記加工テーブルの回転中心と一致させて該加工テーブルに設置するよう構成してあり、該加工テーブルは、上記複数の外部保持部を循環させて、該各外部保持部を特定の外部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成してあり、
   上記内部マガジンの回動軸と上記加工テーブルの回動軸とは、いずれも鉛直方向に向けて設けてあると共に、互いに平行に配設されており、
   上記回転主軸は、上記内部受渡位置に移動した上記内部保持部である受渡内部保持部に対してツールの受渡を行うと共に、上記外部受渡位置に移動した上記外部保持部である受渡外部保持部に対してツールの受渡を行うよう構成してあり、
   上記内部受渡位置と上記外部受渡位置とは、上記受渡内部保持部における受渡開口部と上記受渡外部保持部における受渡開口部とが互いに向き合う位置に設定してあり、
   上記外部マガジンを上記加工テーブルに設置したときには、上記受渡内部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡外部保持部へ移載し、上記受渡外部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡内部保持部へ移載するよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構。
2. 請求項１において、上記ツールのすべては、共通部分として、周方向の１箇所又は複数箇所に保持溝を形成してなり、
   上記複数の内部保持部は、上記内部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあり、
   上記複数の外部保持部は、上記外部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構。
3. 請求項２において、上記回転主軸は、その回転位置を一定にして、上記受渡内部保持部及び上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構。
4. 請求項２において、上記回転主軸は、その回転位置を第１回転位置にして、上記受渡内部保持部との間でツールの受渡を行うと共に、その回転位置を第２回転位置にして、上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換機構。
5. ツールを保持する内部保持部を複数設けた内部マガジンと、該内部マガジンに保持する複数のツールのうちのいずれかを把持し、３次元的に移動して回転加工を行う回転主軸とを備えたマシニングセンタにおいて使用するツール交換方法であって、
   上記マシニングセンタにおける、回転するよう構成された加工テーブルに対して着脱可能に設置する外部マガジンを用い、該外部マガジンには、上記ツールを保持するための外部保持部を複数形成し、
   上記複数の内部保持部は、上記内部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該内部マガジンは、上記複数の内部保持部を循環させて、該各内部保持部を特定の内部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成し、
   上記複数の外部保持部は、上記外部マガジンにおいて円周状に配列してあり、該外部マガジンは、上記複数の外部保持部の円中心を上記加工テーブルの回転中心と一致させて該加工テーブルに設置するよう構成し、該加工テーブルは、上記複数の外部保持部を循環させて、該各外部保持部を特定の外部受渡位置に順次割り出すことができるよう構成し、
   上記内部マガジンの回動軸と上記加工テーブルの回動軸とは、いずれも鉛直方向に向けて設けると共に、互いに平行に配設し、
   上記回転主軸は、上記内部受渡位置に移動した上記内部保持部である受渡内部保持部に対してツールの受渡を行うと共に、上記外部受渡位置に移動した上記外部保持部である受渡外部保持部に対してツールの受渡を行うよう構成し、
   上記内部受渡位置と上記外部受渡位置とは、上記受渡内部保持部における受渡開口部と上記受渡外部保持部における受渡開口部とが互いに向き合う位置に設定しておき、
   上記マシニングセンタの外部において、上記外部マガジンにおける上記複数の外部保持部にツールを保持させた後、当該外部マガジンを上記加工テーブルへ搬入して設置する搬入工程と、
   上記受渡内部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡外部保持部へ移載し、上記受渡外部保持部におけるツールを上記回転主軸によって把持すると共に該回転主軸を移動させて上記受渡内部保持部へ移載する移載工程と、
   上記外部マガジンを上記加工テーブルから搬出する搬出工程とを含むことを特徴とするマシニングセンタのツール交換方法。
6. 請求項５において、上記ツールのすべては、共通部分として、周方向の１箇所又は複数箇所に保持溝を形成してなり、
   上記複数の内部保持部は、上記内部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあり、
   上記複数の外部保持部は、上記外部受渡位置に移動したときには、上記保持溝に係合する溝係合部を一定方向へ向けるよう構成してあることを特徴とするマシニングセンタのツール交換方法。
7. 請求項６において、上記移載工程においては、上記回転主軸は、その回転位置を一定にして、上記受渡内部保持部及び上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うことを特徴とするマシニングセンタのツール交換方法。
8. 請求項６において、上記移載工程においては、上記回転主軸は、その回転位置を第１回転位置にして、上記受渡内部保持部との間でツールの受渡を行うと共に、その回転位置を第２回転位置にして、上記受渡外部保持部との間でツールの受渡を行うことを特徴とするマシニングセンタのツール交換方法。

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