JP5680148B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具交換装置を有する工作機械に関する。

従来の技術においては、主軸ヘッドに取り付けられる工具を自動的に交換する自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備える工作機械が知られている。ワークを加工する加工領域では、切りくずや加工液が飛び散るために、ワークの加工領域と工具の収納領域とを仕切るように隔壁が配置される。

工具交換装置は、隔壁により加工領域と隔離された工具収納領域に配置される。隔壁には開閉可能な開閉シャッタが配置される。工具を交換する場合には、開閉シャッタが開くことにより工具交換装置の一部が加工領域に進入し、主軸ヘッドに取り付けられた工具の取り換えが行われる。

特許文献１においては、固定カバーの開口部に配置された可動カバーを有する工具交換装置を備える工作機械が開示されている。この工具交換装置は、一対の工具把持部を有する工具交換アームを備える。この工具交換装置は、工具交換アームに可動カバーが固定されており、可動カバーは、工具交換アームの休止位置において開口部を閉鎖することが開示されている。また、工具交換アームが可動すると共に固定カバーに対して可動カバーが動くことが開示されている。

特許文献２においては、工具が保持された工具ポットを直線的に移動させる工具交換装置を備える工作機械が開示されている。この工具交換装置では、遮蔽カバーに工具ポットが通過可能な開口部が形成されている。シャッタは、開口部に開閉可能に装着されている。工具交換装置は、カム板を有し、カム板のカム溝にシャッタ側のカムフォロアが嵌入されている。シャッタは、カム板の往復動により開閉することが開示されている。

特開２０００−８４７７３号公報 特開２００６−７５９２４号公報

上記の特許文献のように、加工領域を隔離する隔壁に開閉可能な開閉シャッタを配置し、開閉シャッタを開いて工具交換装置を進入させることにより、主軸ヘッドに取り付けられた工具の取り換えを行うことができる。工具を交換する場合には開閉シャッタを開ける必要があり、ワークを加工する場合には開閉シャッタを閉じる必要がある。このような開閉シャッタの開閉機構は簡易であることが好ましい。

また、工具交換装置を備える工作機械では、開閉シャッタを閉じた時に加工領域を密閉するようにシール部材が配置される。シール部材は、開閉シャッタと隔壁との間の部分を密閉するように配置される。ここで、工具を交換する度に開閉シャッタは開閉し、開閉シャッタの開閉に伴ってシール部材が摺動すると、シール部材の劣化が早いという問題がある。

たとえば、上記の特許文献１に開示された装置では、固定カバーと回転する工具交換アームに取り付けられた可動カバーとの間に隙間が生じる。加工領域を密閉するためには、可動カバーと固定カバーとの間にシール部材を配置する必要がある。ところが、この部分にシール部材を配置すると、シャッタの開閉の度にシール部材が可動カバー等と摺動する。このためにシール部材の摩耗が早くなってしまう。摩耗や経年劣化によりシール部材が劣化すると、密閉している部分に隙間が生じて密閉機能が低減する虞がある。

本発明の第１の工作機械は、主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、工具を保持し、工具収納領域と加工領域との間を仕切る隔壁の開口部を通って進退し工具の交換を行う交換アームと、隔壁に離反および当接して開口部を開閉可能に塞ぐ開口部カバーと、開口部カバーを交換アームに向けて付勢すると共に開口部カバーと交換アームとを連結する連結手段と、を具備する。

本発明の第２の工作機械は、主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、主軸ヘッドに取り付けられる工具を交換する工具交換装置と、工具交換装置にて交換する工具を保管する工具収納領域とワークを加工する加工領域とを区画する隔壁と、工具交換装置が工具を工具収納領域から加工領域に移動するために隔壁に形成された開口部を塞ぐ開口部カバーとを備える。工具交換装置は、開口部を通して加工領域の内部に移動する交換アームと、交換アームに固定され工具を保持する複数の工具保持部とを含む。開口部カバーは、開口部を加工領域の側から塞ぐように配置されており、伸縮可能な付勢部を介して交換アームに連結されている。交換アームが加工領域に向かって前進すると、開口部カバーが加工領域の内部に移動すると共に工具保持部が加工領域に進入する。交換アームが工具収納領域に向かって後退すると、交換アーム全体が工具収納領域の内部に移動し、開口部カバーが隔壁に当接し、更に、工具収納領域の内部において交換アームが進退すると付勢部が伸縮して開口部カバーが隔壁に当接された状態に維持される。

上記発明においては、開口部カバーは、交換アームの先端にストッパ部を介して連結され、付勢部は、交換アームと開口部カバーとの間に配置されることができる。

上記発明においては、交換アームは、回動動作によって進退可能に形成され、開口部カバーと隔壁との当接部にはシール部材が設けられてなることができる。

本発明の第３の工作機械は、主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、主軸ヘッドに取り付けられる工具を交換する工具交換装置と、工具交換装置にて交換する工具を保管する工具収納領域とワークを加工する加工領域とを区画する隔壁と、工具交換装置が工具を工具収納領域から加工領域に移動するために隔壁に形成された開口部を塞ぐ開口部カバーとを備える。工具交換装置は、開口部を通して回動動作によって加工領域の内部に移動する交換アームと、交換アームに固定され工具を保持する複数の工具保持部とを含む。開口部カバーは、交換アームの回動動作と同心で回動するフレームの先端に取り付けられ、開口部を加工領域の側から塞ぐように配置されている。フレームは、伸縮可能な付勢部を介して交換アームに連結されている。交換アームが加工領域に向かって前進すると、開口部カバーが加工領域の内部に移動すると共に工具保持部が加工領域に進入し、交換アームが工具収納領域に向かって後退すると、交換アーム全体が工具収納領域の内部に移動し、開口部カバーが隔壁に当接する。更に、工具収納領域の内部において交換アームが進退すると付勢部が伸縮して開口部カバーが隔壁に当接された状態に維持される。

本発明によれば、隔壁に形成された開口部を塞ぐ開口部カバーを備え、開口部カバーを開閉する機構が簡易であり、更に、開口部カバーと隔壁との間の密閉性の低下を抑制する工具交換装置を備える工作機械を提供することができる。

（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態の第１の工作機械において、工具を交換する工程を説明する概略図である。 本発明の実施の形態における第２の工作機械の概略正面図である。 第２の工作機械の主軸ヘッド、ワークおよび回転テーブルおよび開口部カバーの部分の概略斜視図である。 第２の工作機械の一部を破断して平面視した時の概略図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第１工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第２工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第３工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第４工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第５工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第６工程の説明図である。 第２の工作機械において、工具交換装置にて工具を交換する第７工程の説明図である。 実施の形態における他の付勢部の概略断面図である。

図１から図１２を参照して、本発明の実施の形態における工作機械について説明する。本実施の形態においては、数値制御式の工作機械を例示して説明する。工作機械は、主軸ヘッドに装着された工具を交換可能な工具交換装置を備える。本実施の形態における工具交換装置は、工作機械の制御装置により制御され、自動的に工具の交換を行うことができる。

図１に、本実施の形態の第１の工作機械の工具交換装置と主軸ヘッドの部分を平面視したときの概略図を示す。図１（ａ）から図１（ｄ）は、工具交換装置により工具を交換する工程を説明する概略図である。

図１（ａ）を参照して、本実施の形態における工作機械は、ワークを加工する加工領域と、工具が保管される工具マガジンが配置される工具収納領域とを有する。工具収納領域と加工領域とは隔壁５１により区画されている。工具交換装置は、ワークを加工している期間中には工具収納領域に配置される。

工作機械は、ワークを加工する工具が取り付けられる立形の主軸ヘッド２１を備える。本実施の形態においては、工具ホルダ４１ｂを介して主軸ヘッド２１に工具が取り付けられている。主軸ヘッド２１は、加工領域において移動可能に形成されている。主軸ヘッド２１は、図１（ａ）に示すＸ軸に沿った方向に移動可能に形成されている。また、図示されていないが、ワークを載置したテーブルがＹ軸に沿った方向に移動可能に形成されている。ここで、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に延び、互いに直交する軸である。更に、主軸ヘッド２１は、Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸の方向（紙面に垂直方向）にも移動可能に形成されている。

工具交換装置は、交換アーム６１を含む。交換アーム６１は、屈曲した平面形状を有する。または、交換アーム６１は、平面形状がほぼＬ字形に形成されている。本実施の形態の工具交換装置は、交換アーム６１に固定され、工具を保持する工具保持部としてグリッパを複数含む。本実施の形態においては、交換アーム６１に第１グリッパ６２と第２グリッパ６３との２つのグリッパが固定されている。第１グリッパ６２および第２グリッパ６３は、回転軸９１を中心とした円の円周方向にずれて交換アーム６１に取付けられている。第１グリッパ６２および第２グリッパ６３は、それぞれが工具ホルダを着脱可能に保持する。

本実施の形態における交換アーム６１は、図示しない駆動装置により、回転軸９１を中心に回動するように形成されている。回転軸９１は、交換アーム６１の一方の端部に配置されている。交換アーム６１の他方の端部は、ストッパ部６５を介して、開口部カバー５３が連結されている。ストッパ部６５は、交換アーム６１に固定されている。

開口部カバー５３は、回転軸９１が配置されている側と反対側に配置されている。ストッパ部６５は、開口部カバー５３に固定されておらず、開口部カバー５３から離れることができるように形成されている。なお、ストッパ部６５は、開口部カバー５３に取り付けられていても良い。開口部カバー５３は、伸縮可能な付勢部としてのスプリング６６を介して交換アーム６１に連結されている。スプリング６６は、開口部カバー５３を交換アーム６１に近づける向きに付勢している。このように、本実施の形態の工作機械は、開口部カバー５３を交換アーム６１に向けて付勢すると共に、開口部カバー５３と交換アーム６１とを連結する連結手段を備える。図１（ａ）に示す状態では、開口部カバー５３を隔壁５１に押し当ててシール性を高めるため、ストッパ部６５と開口部カバー５３とは若干離れている。

隔壁５１には、工具交換装置の交換アーム６１の一部が加工領域に進入（前進）するための開口部５２が形成されている。開閉シャッタとしての開口部カバー５３は、開口部５２よりも大きな外形寸法を有する。開口部カバー５３は、開口部５２の全体を塞ぐように形成されている。開口部カバー５３は、加工領域の側から開口部５２を閉塞している。

開口部カバー５３と隔壁５１との当接部には、シール部材５４が配置されている。シール部材５４は、開口部カバー５３と隔壁５１とに挟まれて圧縮されることにより、開口部５２を密閉する。シール部材５４は、パッキンやＯリング等により構成することができる。本実施の形態におけるシール部材５４は、開口部カバー５３の隔壁５１に接触する面に形成された凹部に配置されている。シール部材５４は、この形態に限られず、隔壁５１の開口部カバー５３に接触する面に凹部が形成され、この凹部の内部に配置されていても構わない。または、凹部が形成されずにシール部材５４が直接に隔壁５１または開口部カバー５３に接着されていても良い。また、シール部材がなく、隔壁と開口部カバーとの当接面が凹凸に入り組んだラビリンスシールになっていても良い。

図１（ａ）の状態においては、加工領域において主軸ヘッド２１が工具を回転させ、ワークの加工を行なうことができる状態を示している。ワークを加工する場合には、交換アーム６１全体は、工具収納領域の内部に配置されている。ワークの加工期間中では、開口部カバー５３が開口部５２を完全に閉塞している。スプリング６６は、縮む方向に開口部カバー５３を付勢しているために、シール部材５４は圧縮され、開口部カバー５３と隔壁５１との間の密閉が達成されている。

主軸ヘッド２１の工具を取り換える場合には、工具収納領域では、新たな工具を保持した工具ホルダ４２ｂをＹ軸方向に移動することにより、第２グリッパ６３に保持することができる位置まで交換アーム６１を回動する。搬送装置により工具ホルダ４２ｂを工具マガジンから搬送する。この後に、工具ホルダ４２ｂを、矢印１０３に示すように移動して、第２グリッパ６３に保持させる。第２グリッパ６３に、工具ホルダ４２ｂが保持されている状態になる。この工程は、ワークを加工している期間中にも行うことができる。

図１（ｂ）を参照して、ワークの加工を停止した後に、矢印１０１に示すように、交換アーム６１を加工領域に向けて回動する。開口部カバー５３は、交換アーム６１と一体的に回動する。この場合には、開口部カバー５３は、ストッパ部６５に接触し、交換アーム６１と連動して移動する。開口部カバー５３が隔壁５１の開口部５２から離れるために、開口部５２が開いた状態になる。開口部カバー５３は、加工領域の内部に移動する。

交換アーム６１の一部は、開口部５２を通って加工領域に進入する。また、第１グリッパ６２が開口部５２を通って加工領域の内部に進入する。本実施の形態においては、主軸ヘッド２１に保持されている工具ホルダ４１ｂを第１グリッパ６２に移動できる位置まで回動する。次に、矢印１１１に示すように、主軸ヘッド２１をＸ軸方向に移動させることにより、工具ホルダ４１ｂを第１グリッパ６２に保持させる。

第１グリッパ６２が工具ホルダ４１ｂを保持した後に、主軸ヘッド２１の内部機構により主軸ヘッド２１の工具ホルダ４１ｂの保持を解除する。次に、主軸ヘッド２１をＺ軸方向に上昇することにより、主軸ヘッド２１から工具ホルダ４１ｂを切り離すことができる。

次に、交換アーム６１を矢印１０１に示す向きに更に回動する。第２グリッパ６３が開口部５２を通って加工領域の内部に移動する。第２グリッパ６３に保持された工具ホルダ４２ｂを主軸ヘッド２１に装着することができる位置まで回動する。主軸ヘッド２１の直下に工具ホルダ４２ｂを移動する。次に、主軸ヘッド２１をＺ軸方向に下降し、主軸ヘッド２１に工具ホルダ４２ｂを係合する。主軸ヘッド２１の内部機構により工具ホルダ４２ｂを保持する。

図１（ｃ）を参照して、工具ホルダ４２ｂを保持した主軸ヘッド２１を、矢印１１２に示すようにＸ軸方向に移動することにより、第２グリッパ６３の工具ホルダ４２ｂの保持が解除される。このように、主軸ヘッド２１に装着される工具を、工具ホルダ４１ｂに保持された工具から、工具ホルダ４２ｂに保持された工具に交換することができる。

次に、工具交換装置を工具収納領域の内部に戻す。主軸ヘッド２１の工具の交換が完了した後には、矢印１０２に示すように、交換アーム６１を工具収納領域に向けて回動（後退）する。第１グリッパ６２には、これまで使用していた工具ホルダ４１ｂが保持されている。

図１（ｄ）を参照して、交換アーム６１を元の位置に向かって回動することにより、開口部カバー５３が隔壁５１に当接し、開口部５２が密閉される。本実施の形態においては、工具ホルダ４１ｂを工具マガジンに戻すために、更に交換アーム６１を回転軸９１の周りに回動する。すなわち、図１（ａ）に示す状態よりも更に交換アーム６１を回動する。本実施の形態においては、工具ホルダ４１ｂをＹ軸方向に移動することにより、第１グリッパ６２から取り外すことができる位置（図１（ａ）に記載の第２グリッパ６３に工具ホルダ４２ｂを差し込んだ時と同じ位置）まで回動する。

ストッパ部６５は、開口部カバー５３から離れる。スプリング６６が伸びることにより、開口部カバー５３が隔壁５１に圧接された状態が維持される。シール部材５４が圧縮されることにより、開口部５２が密閉された状態が維持される。工具収納領域では、矢印１０４に示すように、搬送装置により工具ホルダ４１ｂを第１グリッパ６２から取り外す。工具ホルダ４１ｂは、工具マガジンに収容することができる。なお、加工領域では、開口部カバー５３が閉止した後には、新たな工具にてワークを加工することができる。

本実施の形態の工具交換装置は、交換アーム６１が平面視したときに折れ曲がった形状を有する。工具を保持するグリッパは交換アーム６１に固定され、交換アーム６１にはスプリング６６を介して開口部カバー５３が連結されている。このために、開口部カバー５３の開放とグリッパの加工領域への進入とを、交換アーム６１の回動操作にて行うことができて、開口部カバー５３の開閉機構を簡易にすることができる。また、折れ曲がった形状の交換アーム６１を一方の端部を回動中心として回動させることにより、開口部５２の面積を小さくでき、工具交換装置を配置するための領域を小さくすることができる。

また、スプリング６６の付勢力により、開口部カバー５３を閉じた後にも、開口部カバー５３を隔壁５１に押し当てた状態を維持しながら交換アーム６１を回動することができる。開口部カバー５３にて開口部５２を密閉した状態を維持しながら、複数のグリッパに対して、工具を取り付けたり取り外したりすることができる。

本実施の形態におけるシール部材５４は、開口部カバー５３と隔壁５１とに挟まれる。開口部カバー５３が開閉する時に、シール部材５４が他の部材と摺動することを回避できる。このために、シール部材５４の摩耗等の劣化を抑制することができる。また、密閉性の低下を抑制し、高い密閉機能を発揮することができる。

また、本実施の形態の第１の工作機械において、開口部カバー５３は、交換アーム６１の先端にストッパ部６５を介して連結され、スプリング６６は、交換アーム６１と開口部カバー５３との間に配置されている。この構成を採用することにより、開口部カバー５３を開閉するための駆動手段を別途設ける必要がなく、工具交換装置の構成を簡易にすることができる。

次に、本実施の形態における工作機械の詳細な実施例について説明する。図２は、本実施の形態における第２の工作機械の概略正面図である。図３は、第２の工作機械の主軸ヘッド、回転テーブル、および開口部カバーの部分の概略斜視図である。図２および図３を参照して、本実施の形態における第２の工作機械は、基台となるベッド１３と、ベッド１３の上面に立設されたコラム１５とを備える。ベッド１３の上面においてコラム１５の前方には、キャリッジ２７が配置されている。キャリッジ２７の上面には、ワーク１を回転させる回転テーブル３５が配置されている。回転テーブル３５の上面には、ワーク１を回転テーブル３５に保持する保持部材３７が配置されている。ワーク１は、保持部材３７を介して回転テーブル３５に固定される。

コラム１５の前面には、サドル１７が配置されている。さらに、サドル１７の前面には、主軸ヘッド２１が配置されている。主軸ヘッド２１には、ワーク１を加工する工具４１ａが取り付けられる。工具４１ａは、工具ホルダ４１ｂを介して、主軸ヘッド２１に取り付けられている。本実施の形態における工具は、棒状に延びる回転工具である。

工作機械１１は、主軸ヘッド２１に取り付けられた工具とワーク１との相対位置を変更する移動装置を備える。本実施の形態においては、主軸ヘッド２１は、鉛直方向（図２において上下方向）の延びるＺ軸に沿って移動する。また、キャリッジ２７は、水平方向に移動し、キャリッジ２７の移動方向（図２において紙面に垂直方向）に延びる軸をＹ軸と称する。また、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向（図２において左右方向）に延びる軸をＸ軸と称する。サドル１７は、Ｘ軸方向に移動する。移動装置は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に工具とワーク１とを相対的に移動させることができる。さらに、本実施の形態における移動装置は、回転テーブル３５をＺ軸の周りのＣ軸方向に回転移動させることができる。

本実施の形態における移動装置は、Ｙ軸移動装置を含む。Ｙ軸移動装置は、ベッド１３の上面に配置されている一対のＹ軸レール２９ａ，２９ｂを含む。キャリッジ２７は、Ｙ軸レール２９ａ，２９ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。コラム１５には、キャリッジ２７がＹ軸方向に移動可能なように空洞部１５ａが形成されている。Ｙ軸移動装置は、Ｙ軸送りモータを駆動することにより、キャリッジ２７を移動させる。回転テーブル３５およびワーク１は、キャリッジ２７と共にＹ軸方向に移動する。

本実施の形態における移動装置は、Ｘ軸移動装置を含む。Ｘ軸移動装置は、コラム１５の前面に形成されている一対のＸ軸レール１９ａ，１９ｂを含む。サドル１７は、Ｘ軸レール１９ａ，１９ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。Ｘ軸移動装置は、Ｘ軸送りモータを駆動することにより、サドル１７を移動させる。主軸ヘッド２１および工具は、サドル１７と共にＸ軸方向に移動する。

更に、本実施の形態における移動装置は、Ｚ軸移動装置を含む。Ｚ軸移動装置は、サドル１７の前面に形成されている一対のＺ軸レール２３ａ，２３ｂを含む。主軸ヘッド２１は、Ｚ軸レール２３ａ，２３ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。Ｚ軸移動装置は、Ｚ軸送りモータを駆動することにより、主軸ヘッド２１を移動させる。工具４１ａは、主軸ヘッド２１と共にＺ軸方向に移動する。更に、主軸ヘッド２１の内部には、主軸を軸周りに回転する駆動モータが配置されている。

本実施の形態における移動装置は、Ｃ軸回転移動装置を含む。Ｃ軸回転移動装置は、回転テーブル３５を含む。回転テーブル３５の内部には駆動モータが配置されている。回転テーブル３５は、駆動モータを駆動することによりＣ軸方向にワーク１を回転するように形成されている。

本実施の形態における工作機械は、制御装置３１を含む。制御装置３１は、移動装置の送りモータや主軸ヘッド２１の回転駆動モータに接続されている。制御装置３１が移動装置を制御することによりワーク１に対して工具を相対的に移動させ、工具を所望の回転速度で回転させることができる。また、制御装置３１は、工具交換装置や工具を搬送する搬送装置を制御している。

図４に、本実施の形態における第２の工作機械の一部を破断し、平面的に見た時の概略図を示す。第２の工作機械において、隔壁５１により加工領域９８と工具収納領域９９とが隔離されている。開口部カバー５３が閉止した状態では、工具交換装置は、工具収納領域９９の内部に配置されている。

第２の工作機械は、複数個の工具４３ａを保管する工具マガジン７２と、工具４３ａを搬送する搬送装置としてのキャリア７１を備える。キャリア７１は、図示しない駆動装置により、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に形成されている。工具４３ａを保持する工具ホルダ４３ｂは、工具ポット７３に保持されている。工具４３ａは、工具ポット７３に保持された状態で工具マガジン７２に保管されている。

本実施の形態におけるキャリア７１は、ハンド部７５を含む。ハンド部７５は、工具ポット７３を保持したり離したりすることができるように形成されている。さらに、ハンド部７５は、矢印１３１に示すように、水平方向に延びる回転軸７４を中心に回動可能に形成されている。

本実施の形態における工具マガジン７２は、格子状に工具４３ａを保管している。工具マガジン７２は、工具４３ａの延びる方向が、水平方向に平行になるように工具ポット７３を保持している。工具マガジン７２としては、この形態に限られず、任意の形態にて工具を保管することができる。たとえば、工具マガジンは、チェーンマガジンや円盤マガジン等であっても構わない。

キャリア７１は、ハンド部７５にて工具ポット７３を保持した後に、ハンド部７５を回転軸７４の周りに９０°回動することにより、工具４３ａの延びる方向が鉛直方向に平行な状態にする。この後に、キャリア７１は、Ｙ軸方向に移動し、更にＺ軸方向の高さを調整することにより、工具交換装置まで工具を搬送することができる。図４に示す例では、矢印１０３に示すように、第２グリッパ６３に工具ホルダ４２ｂを搬送している。

図３および図４を参照して、第２の工作機械の工具交換装置は、交換アーム６１、第１グリッパ６２、および第２グリッパ６３を含む。第１グリッパ６２および第２グリッパ６３のそれぞれは、工具ホルダを保持する互いに対向する２つの爪部を含む。第１グリッパ６２は、スプリング６２ａを含み、２つの爪部を閉じる方向に付勢している。また、第２グリッパ６３は、スプリング６３ａを含み、２つの爪部を閉じる方向に付勢している。

交換アーム６１は、回転軸９１を中心として回動可能に形成されている。交換アーム６１は、折れ曲がった平面形状を有する。または、交換アーム６１は、平面形状がＬ字形に形成されている。第１グリッパ６２および第２グリッパ６３は、交換アーム６１の回転軸９１が配置されている一方の端部と反対側の他方の端部に配置されている。交換アーム６１を所定の回転角度にすると、第１グリッパ６２に工具ホルダを抜き差しする方向がＹ軸と平行になる。キャリア７１が第１グリッパ６２に工具ホルダを着脱可能になる。さらに、別の回転角度にすると、第２グリッパ６３に工具ホルダを抜き差しする方向がＹ軸と平行になる。キャリア７１が第２グリッパ６３に工具ホルダを着脱可能になる。

第２の工作機械の工具交換装置は、フレーム６７を含む。本実施の形態のフレーム６７は、折れ曲がった平面形状を有する。または、フレーム６７は、平面形状がほぼＬ字形に形成されている。フレーム６７は、一方の端部に回転軸９１を有し、回転軸９１を中心として回動可能に形成されている。また、フレーム６７の他方の端部には、開口部カバー５３が固定されている。

フレーム６７は、付勢部としてのスプリング６６を介して交換アーム６１に連結されている。スプリング６６は、回転軸９１を回動中心として、交換アーム６１とフレーム６７とが互いに近接する向きに付勢している。交換アーム６１には、ストッパ部６５が形成されている。ストッパ部６５は、スプリング６６によるフレーム６７の移動を制限している。図４に示す状態では、開口部カバー５３を隔壁５１に押し当ててシール性を高めるため、フレーム６７とストッパ部６５とは若干離れている。

第２の工作機械のその他の構造は、第１の工作機械と同様である。第２の工作機械の機能も、本実施の形態の第１の工作機械の機能と同様であり、以下に例示して説明する。

図５に、第２の工作機械において工具を交換する時の第１工程の概略図を示す。図５は、加工領域９８においてワークを加工している状態である。主軸ヘッド２１には、工具ホルダ４１ｂが取り付けられている。開口部カバー５３は隔壁５１に当接している。シール部材５４は、開口部カバー５３と隔壁５１とに挟まれることにより、圧縮されて開口部５２を密閉している。

工具収納領域９９においては、キャリア７１により工具マガジン７２から工具４２ａが保持された工具ホルダ４２ｂが搬送される。キャリア７１は、矢印１０３に示すように、第２グリッパ６３の２つの爪部の間に工具ホルダ４２ｂを押圧する。スプリング６３ａが伸縮することにより、第２グリッパ６３の２つの爪部同士の間に工具ホルダ４２ｂを挿入することができる。

主軸ヘッド２１に取り付けられている工具を交換する場合には、交換アーム６１を矢印１０１に示すように回動する。この時に、主軸ヘッド２１は工具を交換するために待機する位置まで移動する。

図６に、第２の工作機械において工具を交換する時の第２工程の概略図を示す。交換アーム６１を回動すると、フレーム６７は、交換アーム６１と連動して回動する。開口部カバー５３は、開口部５２から離れる。第１グリッパ６２は、開口部５２を通って加工領域９８の内部に進入する。本実施の形態では、第１グリッパ６２に工具ホルダを抜き差しする方向がＸ軸方向と平行になるまで交換アーム６１を回動する。すなわち、主軸ヘッド２１をＸ軸方向に移動させることにより、第１グリッパ６２にて工具ホルダ４１ｂを保持可能な位置まで、交換アーム６１を回動する。次に、矢印１１１に示すようにＸ軸方向に主軸ヘッド２１を移動する。

図７に、第２の工作機械において工具を交換する時の第３工程の概略図を示す。主軸ヘッド２１を、Ｘ軸方向に移動することにより、工具ホルダ４１ｂを第１グリッパ６２に保持させる。そして、主軸ヘッド２１は、内部機構により工具ホルダ４１ｂの保持を解除する。次に、主軸ヘッド２１は、Ｚ軸方向の上側に移動し、工具ホルダ４１ｂから離れる。このように、工具ホルダ４１ｂを主軸ヘッド２１から第１グリッパ６２に移行する。

次に、交換アーム６１を矢印１０１に示す向きに更に回動する。第２グリッパ６３に保持されている工具ホルダ４２ｂを主軸ヘッド２１が保持可能な位置まで回動する。本実施の形態においては、主軸ヘッド２１の直下に新たな工具ホルダ４２ｂが配置されるまで、交換アーム６１を回動する。第２グリッパ６３に工具ホルダを抜き差しする方向がＸ軸方向に平行になるまで交換アーム６１を回動する。

図８に、第２の工作機械において工具を交換する時の第４工程の概略図を示す。次に、主軸ヘッド２１をＺ軸の下側に移動し、主軸ヘッド２１を工具ホルダ４２ｂと係合させる。この状態で、主軸ヘッド２１の内部機構により工具ホルダ４２ｂを主軸ヘッド２１に保持する。

図９に、第２の工作機械において工具を交換する時の第５工程の概略図を示す。主軸ヘッド２１が工具ホルダ４２ｂを保持した後には、矢印１１２に示すように、主軸ヘッド２１をＸ軸方向に移動する。第２グリッパ６３による工具ホルダ４２ｂの保持が解除される。工具ホルダ４２ｂは、主軸ヘッド２１のみに保持された状態になる。このように、工具ホルダ４１ｂから工具ホルダ４２ｂに取り替えることができる。次に、工具交換装置を工具収納領域の内部に収容する。矢印１０２に示すように交換アーム６１を工具収納領域に向かって回動する。

図１０に、第２の工作機械において工具を交換する時の第６工程の概略図を示す。交換アーム６１を所定の回転角度で回動することにより、開口部５２は開口部カバー５３により閉止される。すなわち、図５に示した第１工程の状態になる。開口部５２が閉止された後には、加工領域９８において、工具ホルダ４２ｂに保持された工具４２ａによりワークの加工を開始することができる。工具収納領域９９においては、工具ホルダ４１ｂを工具マガジン７２に戻すために、更に矢印１０２に示す向きに交換アーム６１を回動する。

図１１に、第２の工作機械において工具を交換する時の第７工程の概略図を示す。交換アーム６１を回動することにより、ストッパ部６５はフレーム６７から離れる。スプリング６６が伸びることにより、フレーム６７が付勢される。開口部カバー５３は、開口部５２を閉じる向きに付勢される。シール部材５４は、開口部カバー５３と隔壁５１とに挟まれた状態が維持され、密閉機能が維持される。

図１１および図４を参照して、本実施の形態においては、キャリア７１が第１グリッパ６２に保持された工具ホルダ４１ｂを取り外し可能な位置まで交換アーム６１を回動する。第１グリッパ６２に工具ホルダを抜き差しする方向がＹ軸と平行になるようにする。その後に、キャリア７１が工具ホルダ４１ｂを保持する。キャリア７１が移動することにより、矢印１０４に示すように第１グリッパ６２から工具ホルダ４１ｂを取り外すことができる。キャリア７１が工具収納領域９９を移動し、工具ホルダ４１ｂを工具マガジン７２に戻すことができる。

なお、本実施の形態の工具交換装置は、回転軸９１から第１グリッパ６２に保持された工具ホルダの中心軸までの距離Ｌ１と、回転軸９１から第２グリッパ６３に保持された工具ホルダの中心軸までの距離Ｌ２とが同一になるように形成されている。このために、図５における第２グリッパ６３の工具ホルダの受け渡し位置または受け取り位置と、図１１における第１グリッパ６２の工具ホルダの受け渡し位置または受け取り位置とを同一の位置にすることができる。

本実施の形態の第２の工作機械は、開口部カバー５３が先端に配置されているフレーム６７を備えている。フレーム６７は、付勢部としてのスプリング６６を介して交換アーム６１に連結されている。このような工具交換装置を備える第２の工作機械においても、第１の工作機械と同様に工具交換装置の構造を簡易にすることができる。また、開口部カバー５３が開閉するときにシール部材５４が摺動することを回避することができて、シール部材の劣化を抑制することができる。

本実施の形態の工作機械おいては、開口部カバーを付勢する付勢部として機械ばねが採用されているが、この形態に限られず、付勢部としては、開口部カバーを付勢する任意の装置や部材を採用することができる。

図１２に、本実施の形態における他の付勢部の概略断面図を示す。他の付勢部は、シリンダーにより構成されている。付勢部としてのシリンダーは、ケース８１と、ケース８１の内部で移動するピストン８２とを含む。ピストン８２により仕切られる一方の空間には、ポンプ８４により、矢印１２１に示すように加圧された空気が供給される。また、ピストン８２により仕切られる他方の空間の空気は、矢印１２２に示すように外部と流通する。

ポンプ８４にて一方の空間に空気を供給することにより、ピストン８２は、矢印１２３に示す向きに付勢される。例えば、本実施の形態の第２の工作機械において、ピストン８２をフレーム６７に接続し、ケース８１に連結されている連結棒８３を交換アーム６１に接続することにより、スプリング６６と同様の作用および効果を得ることができる。

本実施の形態では、交換アームはＬ字形を有して回転軸を中心に回動する形態を示したが、この形態に限られず、真っ直ぐな形状をしていて直動によって加工領域と工具収納領域との間で進退する形態でも良い。また、開口部カバー５３と隔壁５１との間には、必ずしもシール部材５４を設ける必要はなく、開口部カバー５３と隔壁５１とが密着するように形成しても良い。この場合でも、開口部カバー５３と隔壁５１との間では前述の特許文献１のような摺動動作はせず、長期間にわたって切りくずや加工液の工具収納領域への侵入を防止することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。

１１ 工作機械
２１ 主軸ヘッド
４１ａ，４２ａ 工具
４１ｂ，４２ｂ 工具ホルダ
５１ 隔壁
５２ 開口部
５３ 開口部カバー
５４ シール部材
６１ 交換アーム
６２ 第１グリッパ
６３ 第２グリッパ
６６ スプリング
６７ フレーム
７１ キャリア
７２ 工具マガジン
９１ 回転軸
９８ 加工領域
９９ 工具収納領域

Claims (5)

1. 主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、
   工具を保持し、工具収納領域と加工領域との間を仕切る隔壁の開口部を通って進退し工具の交換を行う交換アームと、
   前記隔壁に離反および当接して開口部を開閉可能に塞ぐ開口部カバーと、
   前記開口部カバーを前記交換アームに向けて付勢すると共に前記開口部カバーと前記交換アームとを連結する連結手段と、
   を具備することを特徴とした工作機械。
2. 主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、
   前記主軸ヘッドに取り付けられる工具を交換する工具交換装置と、
   前記工具交換装置にて交換する前記工具を保管する工具収納領域とワークを加工する加工領域とを区画する隔壁と、
   前記工具交換装置が前記工具を前記工具収納領域から前記加工領域に移動するために前記隔壁に形成された開口部を塞ぐ開口部カバーとを備え、
   前記工具交換装置は、前記開口部を通して前記加工領域の内部に移動する交換アームと、前記交換アームに固定され前記工具を保持する複数の工具保持部とを含み、
   前記開口部カバーは、前記開口部を前記加工領域の側から塞ぐように配置されており、伸縮可能な付勢部を介して前記交換アームに連結されており、
   前記交換アームが前記加工領域に向かって前進すると、前記開口部カバーが前記加工領域の内部に移動すると共に前記工具保持部が前記加工領域に進入し、
   前記交換アームが前記工具収納領域に向かって後退すると、前記交換アーム全体が前記工具収納領域の内部に移動し、前記開口部カバーが前記隔壁に当接し、更に、前記工具収納領域の内部において前記交換アームが進退すると前記付勢部が伸縮して前記開口部カバーが前記隔壁に当接された状態に維持されることを特徴とした工作機械。
3. 前記開口部カバーは、前記交換アームの先端にストッパ部を介して連結され、
   前記付勢部は、前記交換アームと前記開口部カバーとの間に配置されている請求項２に記載の工作機械。
4. 前記交換アームは、回動動作によって進退可能に形成され、前記開口部カバーと前記隔壁との当接部にはシール部材が設けられてなる請求項２または３に記載の工作機械。
5. 主軸ヘッドに装着された工具を順次交換してワークを加工する工作機械において、
   前記主軸ヘッドに取り付けられる工具を交換する工具交換装置と、
   前記工具交換装置にて交換する前記工具を保管する工具収納領域とワークを加工する加工領域とを区画する隔壁と、
   前記工具交換装置が前記工具を前記工具収納領域から前記加工領域に移動するために前記隔壁に形成された開口部を塞ぐ開口部カバーとを備え、
   前記工具交換装置は、前記開口部を通して回動動作によって前記加工領域の内部に移動する交換アームと、前記交換アームに固定され前記工具を保持する複数の工具保持部とを含み、
   前記開口部カバーは、前記交換アームの回動動作と同心で回動するフレームの先端に取り付けられ、前記開口部を前記加工領域の側から塞ぐように配置されており、
   前記フレームは、伸縮可能な付勢部を介して前記交換アームに連結されており、
   前記交換アームが前記加工領域に向かって前進すると、前記開口部カバーが前記加工領域の内部に移動すると共に前記工具保持部が前記加工領域に進入し、
   前記交換アームが前記工具収納領域に向かって後退すると、前記交換アーム全体が前記工具収納領域の内部に移動し、前記開口部カバーが前記隔壁に当接し、更に、前記工具収納領域の内部において前記交換アームが進退すると前記付勢部が伸縮して前記開口部カバーが前記隔壁に当接された状態に維持されることを特徴とした工作機械。

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