JP6140723B2 - 工作機械上に工具を準備するシステム及び方法並びに工具交換システムを有する工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械上に工具を準備するシステム及び方法、並びに、被加工物を加工する役割を果たすとともに工具交換システムを備える工作機械に関する。

工作機械上に工具を準備するシステム及び工作機械の工具を保管する工具マガジンが、従来技術から様々な設計で既知である。工具交換システムは、フライス加工を行うマシニングセンターにおいて、例えばそれぞれの加工機械の準備工程時間（auxiliary process time：準備時間）、すなわち、例えばいわゆるチップツーチップ時間を低減するのに用いられる。

このタイプの工具交換システムによって、要求される場合、工具を工具マガジンから工作機械のマシニング用スピンドルに及び／又はこのスピンドルから工具マガジン内に戻すように移送する。これは、任意選択的には、全自動でプログラム制御されて実行される。

このために、工作機械の現今の工具マガジンは、複数の工具を収容してこの工具を保管し、機械が次の動作ステップに向けて工具を要求する場合、工具を機械に供給するか、又は機械からの既に使用した工具を収容して保管する。

ここで、従来技術は、特に２つの基本型の機械マガジンを開示している。これらの機械マガジンは以下の点において異なる。工具が固定の非可動工具ホルダーに保管され、可動マニピュレーターが工具保管位置まで移動し、この工具保管位置において、可動マニピュレーターが取出し機構によって工具を取り出すか、又は、工具を保管及び／又は収容する収容手段が所定の取出し位置まで移動し、この取出し位置において、所望の工具が固定マニピュレーターの取出し機構から取り出される。

例えば、固定マニピュレーターを有する工作機械のチェーンマガジンが、従来技術、例えば特許文献１及び特許文献２から既知である。また、固定収容手段と、工具を取り出すように制御することができる取出し機構とを有するラック型マガジンが、従来技術、例えば特許文献３から既知である。このラック型マガジンは、通常、工具保管容量がより大きく、設置面積がチェーンマガジンと比較してよりコンパクトである。さらに、特許文献４は、工具が、工具マガジン内で異なる高さ位置において、円弧部に沿って配置される収容区画に保管される工具交換システムを記載している。

製造時間を低減するために、全ての準備作業及び保管作業を可能な最短時間で達成することが有利である。結果として、加工動作の準備工程時間、すなわち、指令に関して副次的な進行（indirect advances）は生じるが被加工物の変形は達成されない時間が低減され、製造を縮減することができる。しかし、上述した工具マガジンに関して、工具を準備する又は動かす（resorted）間に、もはや工作機械が被加工物上で行われる加工ステップを完結し、次の工具を要求することを回避することは不可能であることが多い。工具マガジンの準備時間があまりに長い場合、機械スピンドルのアイドル時間が生じ、したがって、準備工程時間に関して損失が生じる。

さらに、工具マガジンが追加装填される間は、装填ステーションに工具を準備することができず、したがって、このタイプの装填動作の結果、準備工程時間に関して損失が生じる可能性があることが不都合である。

実際に、工具マガジン上で要求される装填動作の数を、工具マガジンの工具保管容量、すなわち利用可能な工具保管エリアの数を増大させることにより低減することができる。しかし、多くの工具用エリアを有するマガジンは、通常、比較的大きい設置エリアを必要とする。この設置エリアは、特に工具スピンドルの直近に限定されることが多い。工具マガジンの寸法が増大すると、平均工具準備時間も増大する。

特許文献５は、工具マガジンと、一時的な保管所として設計される工具交換器とを備える工具交換システムを開示している。しかし、このシステムは、工具輸送容量に関して同様に制限される。

独国特許第３９０５７８０号 独国特許出願公開第１０２００５０５２３５３号 独国特許出願公開第１０３３４３４６号 独国特許出願公開第１０２００９００８６４７号 独国特許出願公開第１０１６３２９４号

したがって、本発明の目的は、工作機械上に工具を準備するシステム及び方法、並びに、被加工物を加工するのに用いられるとともに工具交換システムを備える工作機械を提供することである。従来技術から既知である工具マガジンの上述の問題が解決される。

特に、本発明の更なる目的は、工作機械上に工具を供給及び交換するシステム及び方法を提供することである。このシステム及び方法は、長い準備工程時間を回避し、かつ増大した工具のハンドリング速度を特徴とする。

上述した目的は、本発明によれば、請求項１又は１６に記載の工作機械上に工具を準備するシステムと、請求項１８に記載の工具交換機構を有する工作機械と、請求項１９に記載の工具を準備する方法とによって達成される。本発明の好ましい例示的な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る工作機械上に工具を準備するシステムは、複数の工具を収容する第１の工具マガジンと、工具を第１の工具マガジンから取り出して、マガジンから工具を取り出した後に工具を移動させて工具をスピンドルに給送することにより、工具を工作機械に給送するように構成される第１の給送機構とを備える。また、本システムは、複数の工具を収容する少なくとも１つの第２の工具マガジンと、第２の工具マガジンから取り出された工具を第１の工具マガジンに給送するように構成される移送機構とを備える。その結果、第２の工具マガジンが、第１の工具マガジンに対する供給マガジンとしての役割を果たす。

第１のメインマガジンと、第１のマガジンに工具を供給することができる少なくとも１つの第２の供給マガジンとの本発明の組合せにより、動作中での２つの工具マガジンの装填を、工具スピンドルの加工動作に対して常に最適に適合することができる。このことにより、第１の工具マガジンのスペース節減型コンパクト設計が可能になる。したがって、第１の工具マガジンは、装填される工具スピンドルに近接して位置決めすることができ、工具交換中の給送行程を短縮することが可能になる。第１の工具マガジン内に保管されていない工具を、必要に応じて柔軟に第２の工具マガジンから追加供給することができる。

また、第１の給送機構は工具交換器を備えることが好ましい。この工具交換器は、工具をワークスピンドルから取り外して、他の工具をワークスピンドルに挿入する。

本システムは、第２の給送機構も備えることが好ましい。第２の給送機構は、工具を第２の工具マガジンから取り出して、工具を所定の移送位置に準備するように構成される。

第１の工具マガジン及び第２の工具マガジンは、第１の工具マガジンと第２の工具マガジンとが独立して、任意選択的には同時に操作されるように作製されることが好ましい。第１の給送機構は、例えば、第２の給送機構が工具を所定の移送位置に準備するか、又は、第１の工具マガジンから給送された工具を第２の工具マガジン内に保管する間、工具を第１の工具マガジンから工作機械に給送することができる、及び／又は、工具を第１の工具マガジンに戻すことができる。また、有利な一実施形態によれば、移送機構は、第１の給送機構が工具を第１の工具マガジンからスピンドルに給送する間、工具を第２の工具マガジンから第１の工具マガジン内に輸送する、及び／又は、第２の工具マガジンに戻すことが可能である。さらに、装填動作又は工具準備動作を、第２の工具マガジンにおいて同時に実行することができる。工具マガジンにおける工具の追加装填及び／又は再装填に起因する工具スピンドルのダウンタイムを、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジンの機能のこのような分離によって回避することができ、それにより、準備工程時間が低減される。

さらに、工具のハンドリング速度（操作速度）、特に単位時間あたりの移動される工具の数を、従来技術のシステムに対して決定的に増加させることができる。

本発明の更なる利点は、２つの工具マガジンの組合せが、任意選択的には第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン双方における工具欠損の監視、テーパークリーニング、又は工具識別の実施可能性を提供することである。第２の工具マガジンは、工具欠損の監視、テーパークリーニング、又は工具識別を、例えば第１の工具マガジンによって工具交換が実施されるのと同時に行うことができるようにこれらの作業を実施するよう構成されることが好ましい。それにより、準備工程時間が更に低減される。

これに関して、本発明に係る「給送機構」及び「移送機構」という用語は機能を指すことが理解される。移送機構及び第１の給送機構はモジュールとして構造的に設計されることが有利である。このモジュールによって工具が第１の工具マガジン及びスピンドル間で移動され、このモジュールによって工具が第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間で移動される。ここでの移送機構は、好ましくは第２の給送機構によって所定の移送位置に準備された工具を取得するか、又は、この移送機構は第１の工具マガジンから取り出された工具を所定の移送位置において第２の給送機構に提供する。換言すれば、第１の給送機構は、この場合、工具を第２の工具マガジンから第１の工具マガジンに給送する、及び／又は、工具を第１の工具マガジンから第２の工具マガジン内に戻す移送機構として用いられる。この実施形態によれば、第１の給送機構は二重の機能を有し、別個の移送機構を設けることを回避する。第１の給送機構は、スピンドル上の工具交換を実行するとともに、所定の加工ステップにより被加工物上に要求される工具が第１の工具マガジン内に迅速に準備されるように、２つの工具マガジンの工具装填を最適化する。第１の給送機構は、被加工物がスピンドル上で加工される間、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間で工具を交換するように構成されることが好ましい。それにより、準備工程時間が更に低減される。

しかし、移送機構として追加の給送機構を用いることも可能である。この給送機構は、第２の工具マガジン内に保管された工具を第１のマガジンに給送し、その逆も行うように
構成される。

移送機構及び第２の給送機構はモジュールとして作製されることも可能である。このモジュールにより、工具が第２の工具マガジンの保管エリアから取り出され、第２の工具マガジン及び第１の工具マガジン間で移動され、第２の工具マガジン及び第１の工具マガジン間で工具が交換される。

本発明の更なる利点は、移送機構を、工具を第２の工具マガジンから工作機械に直接給送するようにも構成することができることである。工具を第２の工具マガジンから任意選択的には機械スピンドルに直接給送するか、又はまず中間保管に向けて第１の工具マガジンに給送することができることにより、工具準備における融通性が増大する。それにより、第１の工具マガジンにおける「ボトルネック」が回避され、製造フロー及び要求される工具順序に応じて、最適な製造フローを可能にする工具準備方策が選択される。移送機構及び第２の給送機構がモジュールとして作製される場合、第２の工具マガジンの給送機構、例えばマトリックスマガジンのマニピュレーターは、工具を第２の工具マガジンから任意選択的には機械スピンドルに直接給送するか、又は中間保管に向けて第１の工具マガジンに給送するようにも構成することができることが有利である。

移送機構が、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間の工具の交換により、２つの工具マガジンの装填を最適化するように構成されることが特に有利である。このとき、各場合に、スピンドル上での次のｎ個の加工ステップ（ｎ＞１）に要求される工具が、第１の工具マガジンにおいて利用可能である。工具マガジンのタイプ及び保管容量に応じて、ｎの値を決定することができる。このとき、例えば、次のｎ個の加工ステップ中に、被加工物に対する第２の工具マガジンの装填ステップを実行することも可能であるようになっている。供給マガジンの装填ステップ中は第１の工具マガジンによる工具交換が可能でないが、この間にも、準備工程時間に関する損失が生じないことが利点である。結果として、次のｎ個の加工ステップに要求される全ての工具が第１の工具マガジンにおいて利用可能であるため、工具スピンドル上の待機時間がなくなる。

有利な一実施形態において、第２の工具マガジンは第１の工具マガジンよりも工具保管容量が大きい、すなわち工具を収容する保管エリアの数が多い。第１の工具マガジンにおける保管エリアの数は、５以上、好ましくは９以上であることが好ましい。第２の工具マガジンにおける保管エリアの数は、２１以上、好ましくは４１以上であることが好ましい。例えば、第１の工具マガジンは、第２の工具マガジンよりもコンパクトなスペースを伴って実現することができ、狭いことが多い製造スペースにおいて、工具スピンドルの前方に可能な限り近接して位置決めすることができる。この場合、移送機構によって第１の工具マガジンに連結されるより大型の第２の工具マガジンは、工具スピンドルからより大きい距離を置いて、好ましくは第１の工具マガジン付近に配置することができる。このことにより、より優れたスペース効率と、工具交換システムの配置に関するより高い融通性と、同時に、システムの大きい工具保管全容量と、スピンドル上の工具交換中の短い給送行程とが可能になる。

更なる有利な一実施形態において、第１の工具マガジンの平均工具準備時間は第２のマガジンの平均工具準備時間よりも短い。「平均工具準備時間」という用語は、工具を工具マガジンの保管エリアから取り出して、工具をスピンドル上の所定の移送位置、好ましくはスピンドル装着位置（accommodation position）に給送するのに要求される平均時間を意味することが理解される。速やかな第１の工具マガジンと、より時間がかかる代わりにより大きい工具保管容量を有することが好ましい第２の工具マガジンとを組み合わせることにより、工具交換システムの準備工程時間は、可能な限り短く保たれる。例えば、第１の工具マガジンは速やかにアクセスされるマガジンとして用いることができ、第２の工具
マガジンはバックグラウンドマガジンとして用いることができる。本発明の利点は、特に、第１の工具マガジンの工具保管容量が第２の工具マガジンの工具保管容量よりも小さく、第１の工具マガジンの平均工具準備時間が第２の工具マガジンの平均工具準備時間よりも短い場合に実現することができる。

更なる有利な一実施形態によれば、工具は、第１の移送位置と、第２の移送位置と、また任意選択的にはスピンドル上の装着位置に準備される。このとき、工具の長手方向軸は、これらの位置において、水平に整列して互いに平行した向きにあるようになっている。これに関して、第１の移送位置及び／又は第２の移送位置は工具準備位置である。これらの工具準備位置において、第１の工具マガジン及び／又は第２の工具マガジンの工具が給送機構及び／又は移送機構に移送される。工具の長手方向軸は、例えば、工具中空シャンクテーパー又は工具急勾配テーパーのテーパー軸と一致することができる。これにより、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間の工具の交換と、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン双方から工具スピンドルへの工具の給送とが、短く速やかな移動により可能になる。この実施形態では、同じ水平リニア軸に沿って、好ましくは１つのみの給送機構によって、工具の追加の旋回動作を伴わずに全ての移動を行うことができる。

工具の長手方向軸は、工具を第２の工具マガジンの所定の移送位置から第１の工具マガジンに給送する移動動作中に水平に整列したままであることが好ましい。工具の長手方向軸は、工具を第１の工具マガジンからスピンドルに給送する移動動作中も、水平に整列したままであることが好ましい。

更なる有利な一実施形態において、移送機構は、第２の工具マガジン内に収容された工具を、この工具を所定の移送地点に配置するとともに、後に、配置された工具を移送地点から第１の工具マガジンに給送することにより、第１の工具マガジンに給送する。結果として、２つの工具マガジンの動作は更に分離することができ、したがって、移送地点に配置された工具は、２つの工具マガジンのうちの一方又は工具交換器及び／又はスピンドルのみに給送される。これは、このような給送が要求される場合又は好ましい交換時点である場合に行われる。これに関して、移送地点は、短い行程及び給送時間を得るように、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間に配置されることが好ましい。したがって、移送機構は、第１の工具マガジンの第１の給送機構及び第２の工具マガジンの第２の給送機構が協働することを意味することを理解することもできる。第２の給送機構は、第２の工具マガジンに保管された工具を第１の給送機構に給送するか、又はその工具を移送地点に配置し、移送又は保管される工具を第１の工具マガジンに給送するように構成される。

少なくとも２つの工具マガジンの本発明の組合せは、特定のタイプの工具マガジンの特別な形態に限定されない。

本発明によって用いられる第１の工具マガジンは、工具を、このマガジンから取り出すことなく、マガジン内の工具の保管位置、例えば移送位置に移動して、この工具を給送機構及び／又は移送機構に移送することができるホイール型マガジン又はチェーンマガジン等の工具マガジンであることが好ましい。

本発明によって用いられる第２の工具マガジンは、工具が自身の保管位置に固定されたままであり、給送機構及び／又は移送機構として機能するマガジン固有マニピュレーターを備えることができるラック型マガジン又はマトリックスマガジン等の工具マガジンであることが好ましい。

本発明の利点は、特に、第１の工具マガジンが、工具が径方向に保管されるホイール型マガジンとして作製される場合に実現することができる。径方向に保管された工具を備え
るホイール型マガジンは、全幅が比較的小さく、工具準備時間が短い。これに関して、ホイール型マガジンは、取り出される工具が、ワークスピンドルに装着された工具に対して平行な取出し位置に、及び／又はこの工具に対して水平な平面に配置されるように寸法決めすることができることが有利である。この場合、このことは、工具が、給送機構によって専ら又は略専ら水平方向に移動されてワークスピンドルに給送されることが必然的であるという利点を有する。

例えば、ホイール型マガジン又はチェーンマガジンとして実施することができる更なる有利な一実施形態において、工具は、第１の工具マガジン内で第１の工具マガジンの周縁に沿って、工具ホルダー内に保持される。このとき、工具の長手方向軸が１つの平面内にあるとともに第１の工具マガジンの外周を越えて突出し、工具が第１の工具マガジンの外周に沿って移動することができるようになっている。この構成により、第１の工具マガジンのスペース節減型設計が可能になり、第１の工具マガジンの幅は、工具の幅によって実質的に決まる。

工具は、工具の長手方向軸が存在する平面内で移動することが好ましい。工具は、工具の長手方向軸の第１の端部領域、すなわち第１の長手方向端部において工具ホルダーに収納されることが好ましく、したがって、反対側の第２の端部領域、すなわち工具の反対側の長手方向端部は、外方又は内方に突出する。この位置において工具は係止される。換言すれば、工具は、工具マガジンの外周に沿って端点においてのみ保持される。第１の工具マガジンのこのような設計により、工具マガジンの特に軽量で狭小な設計と、同時に、高い工具密度とが可能になり、したがって、第１の工具マガジンをワークスピンドルに対して可能な限り近接して位置決めすることができる。

上記外周に可能な限り近接して工具を配置することを可能にするために、工具は、工具の長手方向軸が第１の工具マガジンの外周に対して法線ベクトルを形成するように、第１の工具マガジンの外周を越えて外方又は内方に突出することが好ましい。換言すれば、長手方向において、工具は、工具マガジンの外周線に対して直交して配置されることが好ましく、したがって、工具の長手方向軸は、この地点で接ベクトル（tangential vector）に対して垂直である。接ベクトルにおいて、工具は、上記外周に沿って工具ホルダー内に保持される。

第１の工具マガジンの外周に取り付けられない方の工具の長手方向端部は、外方に突出することが好ましい。また、ホイール型マガジンの外周を越えて突出するように工具を径方向に構成することにより、工具本体の直径がより大きい工具に対して、十分なスペースを提供し、第１の工具マガジンの外周の外方にある外部スペースが最適に使用される。

第１の給送機構は、第１の工具マガジンに対して側方かつ外方に配置されることが好ましい。結果として、外方に配置された、工具を工具マガジンから取り出す第１の給送機構は、第１の工具マガジン及び工作機械のスピンドル間、また第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間双方でリニア行程軸に沿って移動することができることが有利である。このことは、要求される工具を所定の取出し位置に準備することができる回転可能な第１の工具マガジンに関して、給送機構の短く単純な移動をもたらす。

第１の工具マガジンは、工具の長手方向軸の平面が、床面（bottom surface）に対して垂直であり、工作機械のベッド及びコラムの平面に対して略平行に延びるように、工作機械上に配置されることが好ましい。換言すれば、平坦な工具マガジンは直立し、したがって、工作機械の長手方向側面に沿って配置することができる。このことにより、工作機械及び本発明に係る工具交換システムからなるシステムの全幅が特にコンパクトになることが可能になる。なぜなら、第１の工具マガジンの幅は、従来の水平システムの場合のよう
に自身の直径によって決まるのではなく、工具の幅によって実質的に決まるからである。なぜなら、工具が、コンパートメント又は他の嵩張るホルダーを伴うことなく、長手方向において１つの平面内に配置され、工具マガジンの外周に取り付けられるからである。

有利な一実施形態において、第２の工具マガジンはマトリックスマガジン又はラック型マガジンとして作製される。ホイール型マガジン及びマトリックスマガジン又はラック型マガジンの組合せが特に有利である。なぜなら、ホイール型マガジンは、速やかな工具準備時間と、同時に狭小な設計とを可能にし、マトリックスマガジン又はラック型マガジンの形態の供給マガジンは、大きい工具保管容量を有するとともに、要求される工具をホイール型マガジンに供給することができるからである。

第２の工具マガジンは、セットで及び／又は製造時間と同時に装填することができるように作製されることが好ましい。セットでの装填は、装填カセットを用いることが好ましく、したがって、装填カセットに保管された工具のセット全体が、交換動作において交換される。装填動作において、工具は装填動作の前又は後にカセットから取り出される／カセットに配置される。一方で、工具マガジンを有する従来的な工具交換システムが１つのみ用いられる場合、機械上に工具を準備することはできない。しかし、第１の工具マガジンと、セットでの装填が可能な第２の供給マガジンとの本発明の組合せの結果として、機械スピンドルにおける加工を不可避に妨げることなく、セットでの装填動作を実行することが可能である。

また、本発明は、工具をマガジン内で水平に保持するとともに、工具を水平方向並進動作によって工具マガジン内に配置又は工具マガジンから取得することができるように作製される工具マガジンを提供する。水平に取り付けることにより、工具をスピンドルに給送するとき、工具を垂直に持ち上げる（suspended）場合に必要であるような追加の旋回動作が回避される。

この工具マガジンは、上述した手順において第２の工具マガジンとして用いるのに特に好適である。しかし、この工具マガジンはこのことに限定されず、唯一の工具マガジンとして用いられる場合でも、従来の工具マガジンに対する複数の利点を同様に生む。これは以下の記載から明らかになる。これに関して、この工具マガジンは、本発明の独立した一態様を示し、必要な場合、この態様に別個の保護が得られる場合もある。本発明に係るこの工具マガジンにおける水平保管では、工具は、水平方向並進動作によって工具マガジンから取り出すことができる。この水平保管では、工具を保管する及び／又は取り出すとき、追加の垂直昇降動作を回避することができる。このことは、工具交換動作中の追加の時間を節減する。従来のラック型マガジンでは、工具は工具マガジンにおいて、いわば工具クローに保持され、したがって、工具を取り出すのに、工具をクローから解放して、次に、工具をマウントから水平動作で取り出す垂直昇降動作が必要である。

特に有利な一実施形態において、工具は、工具マガジンのレセプタクルに保持される。最大外径がレセプタクルの内径よりも小さい工具は、水平方向配置動作によってレセプタクル内に摺動され、保管に向けて配置されることが好ましい。最大外径がレセプタクルの内径よりも大きい工具は、標準化工具縁領域によって、例えば中空シャンクテーパーによって、レセプタクルに収容される。このとき、工具の反対側の大きい外径を有する部分がレセプタクルから側方に突出している。レセプタクルは、工具を汚れから保護する。さらに、レセプタクルは、いわば中間収容部（intermediate accommodation）を呈することにより、例えば、ラック型マガジンを或る特定の工具に対して簡単に適合することを可能にする。中間収容部は、ラック型マガジンの場合に再適合することができ、更なる工具形状に適合するようにラック型マガジンを補助する。

更なる有利な一実施形態によれば、工具は工具マガジン内のボールキャッチによって保持される。ボールキャッチは、円形リセスを有する中空プレートを含むことが有利である。この円形リセスに沿って、ボールキャッチ接続部が外周面に沿って構成される。ボールキャッチ接続部は硬化鋼ボールを含み、この硬化鋼ボールは、１つ又は複数のカップスプリングによって保持されるとともに、球面が部分的にリセス内に突出する。工具がリセス内に摺動された場合、ボールキャッチの硬化鋼ボールが、標準化工具テーパーのグリッパー溝内に係止されて、工具が摩擦及び確実な係合でこの位置に保持されるまで、工具テーパーに沿って移動する。したがって、ボールキャッチ接続部によって保持されている工具は、水平方向のグリッパーの動作によって取り出すことができる。工具の取出し又は保管における追加の垂直昇降動作の縮減により、マガジンにおける工具のよりコンパクトな配置密度が可能になる。なぜなら、以前は昇降動作に要求されたスペースをここでは節減することができるからである。

更なる一態様によれば、本発明は、スピンドルを有する工作機械上に工具を準備するシステムに関する。本システムは、複数の工具を収容する第１の工具マガジンと、工具を第１の工具マガジンから取り出して、工具をスピンドルに給送するように構成される第１の給送機構と、複数の工具を収容する少なくとも１つの第２の工具マガジンと、第２の工具マガジンから取り出された工具を第１の工具マガジンに給送するように構成される移送機構であって、その結果、第２の工具マガジンが、第１の工具マガジンに対する供給マガジンとしての役割を果たすとともに、第２の工具マガジンから取り出された工具をスピンドルに直接給送するように構成される移送機構と、を備える。したがって、工具を第２の工具マガジンからスピンドルに直接給送することもできる移送機構の二重の機能は、第１の工具マガジンにおけるボトルネックを確実に防止する。第１の給送機構及び移送機構は、構造化モジュールとして作製されることが好ましい。

更なる一実施形態によれば、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジンの給送機構並びに移送機構は、構造化モジュールとして作製される。したがって、工具を、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン双方の保管エリアから１つのみの給送機構によって直接取り出し、次に、工具を任意選択的にはスピンドルに直接給送するか、又は他方の工具マガジンに給送することが可能である。当然ながら、ここで、このシステムは、上述した更なる設計特徴全てを有して作製することもできることが有利である。例えば、第１の工具マガジンが、スピンドルに対して第２の工具マガジンよりも近接して配置されることと、第１の工具マガジンの平均工具準備時間が第２の工具マガジンの平均工具準備時間よりも短いこととが特に有利である。したがって、第１の工具マガジン内に保管された工具を、第１の工具マガジンの保管エリアから、第２の工具マガジン内に保管された工具よりも迅速に取り出すことができ、所定の工具準備位置に給送することができる。

本発明に係る被加工物を機械加工する工作機械は、上述した本発明に係る工作機械上に工具を準備するシステムにより、工作機械上の工具を交換する工具交換機構を備える。第１の工具マガジンから機械スピンドルへの工具の行程が、第２の工具マガジンから機械スピンドルへの工具の行程よりも短いように、第２の工具マガジンが第１の工具マガジンに面して配置されることが有利である。換言すれば、第２の工具マガジンの工具スピンドルに対する距離が、第１の工具マガジンが工具スピンドルから離れる距離よりも大きい。工具マガジンが工具スピンドルから離れる距離は、工具マガジンから工具スピンドルへの工具の平均行程を意味することが理解される。

また、本発明は、工作機械上に工具を準備する方法に関する。工具が、少なくとも２つの異なる工具マガジンから工作機械に給送される。本方法は、以下のステップ、すなわち、複数の工具を第１の工具マガジン内に準備するステップと、複数の工具を少なくとも１つの第２の工具マガジン内に準備するステップと、工具を、移送機構及び／又は給送機構
によって移動させるとともに、少なくとも２つの異なる工具マガジンから工作機械に給送するステップとを含む。所定の工具交換時間前に、第１のステップにおいて、第２の工具マガジン内に保管されるとともに所定の工具交換時間に工作機械上に要求される工具を、移送機構から第１の工具マガジンに給送して、第２のステップにおいて、給送機構によって第１の工具マガジンから取り出し、移動させて、工作機械に給送する。

本発明の例示的な一実施形態に係る、工具を準備するシステムの正面図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る、工具を準備するシステムの平面図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る、工具を準備するシステムの側面図である。 工作機械の側方に配置される第１の工具マガジンの例示的な一実施形態の斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る、工作機械上に工具を準備する方法の概略フロー図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る、工作機械上に工具を準備する方法の概略フロー図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る、レセプタクルを有するマトリックスマガジンの斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る工具レセプタクルの斜視図である。 ボールキャッチを有する工具マウントの正面図である。 ボールキャッチを有する工具マウントの側面図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る工具レセプタクルの側面図である。 本発明の例示的な一実施形態に係る工具レセプタクルの正面図である。 本発明の更なる例示的な実施形態を示す図である。 本発明の更なる例示的な実施形態を示す図である。

本発明の好ましい実施形態を、例として、添付の図面を参照して例示して以下でより詳細に記載する。

図１は、工作機械上の工具を交換及び準備する本発明に係るシステムの一実施形態の正面図を示している。第１の工具マガジンがホイール型マガジン１０として作製され、第２の工具マガジン２０がマトリックスマガジンとして作製される。工具マガジン１０及び２０は、複数の工具２を保管して、要求される場合、複数の工具２を工作機械の工具スピンドル４１に準備するか、又は、工具スピンドル４１によって必要とされなくなった工具２を収納して保管する。ホイール型マガジン１０及びマトリックスマガジン２０には、非切削製造法（production）及び切削製造法に用いる全く共通の工具２を装填することができる。本発明の原理を明らかにするために、工作機械の工具スピンドル４１のみが図１に示されている。

ホイール型マガジン１０は直立している。すなわち、径方向に配置される工具が、ホイール型マガジンを回転させることによってホイール型マガジンの外周線に沿って移動されるが、この外周線は工具マガジン１０の床面接触エリアに対して垂直の平面上に広がる。このことは、第１の工具マガジン１０の特に狭小の設計を可能にする。なぜなら、ホイール型マガジン１０の幅が工具の幅によって本質的に決まるからである。結果として、ホイール型マガジン１０を、工具スピンドル４１に対して近接して位置決めすることができる。このことは、工具スピンドル４１に対する給送行程を短縮すること、ひいては工具交換
時間を短縮することを可能にする。

工具２をホイール型マガジン１０から工具スピンドル４１に給送するために、ホイール型マガジン１０が適所まで回転され、ホイール型マガジン１０内に保管された要求される工具２が所定の移送位置Ｐ１に準備される。この移送位置Ｐ１において、要求される工具２は、給送機構３０の工具ダブルグリッパーによって取り出すことができる。このために、給送機構３０は、リニア軸３１に沿って移送位置Ｐ１まで上方に移動する。移送位置Ｐ１において、給送機構３０は工具マガジン１０から工具を取り出し、リニア軸に沿って移動してスピンドル４１まで戻り、スピンドルに工具２を準備して、工具の交換を行う。ホイール型マガジン１０の更なる設計の詳細は図４に記載されている。

ホイール型マガジンの、工具スピンドル４１とは反対の側には、ホイール型マガジン１０に対する供給マガジンとして、マトリックスマガジン２０が配置される。したがって、マトリックスマガジン２０がスピンドル４１から離れる距離は、ホイール型マガジン１０がスピンドル４１から離れる距離よりも大きい。本実施形態では、マトリックスマガジンは、５００個までの工具を収容することができる。このように、例えば、設計に応じて２４個、４０個、又は８０個の工具を装填することができるホイール型マガジン１０と比較して、ラック型マガジン２０の工具保管容量は著しくより大きい。図示されている例示的な実施形態では、マトリックスマガジン２０の前方棚及び後方棚（front and rear levels）２５は、最大で１８０個の工具をそれぞれ装填することができる。さらに、合計で１４０のスロットを有するいくつかの工具カセットを、下方棚２４に保管することができる。マトリックスマガジン２０は、図２及び図３に示されている、垂直方向及び水平方向の直交する２つのリニア軸２１、２２を有する。このリニア軸２１、２２に沿って、第２の給送機構２３を移動させることができる。第２の給送機構２３は、第２の給送機構２３がマトリックスマガジン２０に保管された工具２の保管位置に近づくことができるように駆動することができる。この保管位置において、第２の給送機構２３が工具２を保管位置から取り出して、工具２を所定の移送位置Ｐ２に供給する。この移送位置Ｐ２は、ホイール型マガジン１０に面するマトリックスマガジン２０の外縁に配置される。

また、図１に示されている工具交換システムは、第２の工具マガジン２０内に収容された工具２を第１の工具マガジン１０に給送するように構成される移送機構を備える。このとき、第２の工具マガジン２０が、第１の工具マガジン１０に対する供給マガジンとしての役割を果たすようになっている。さらに、例示的な本実施形態では、工具を工具スピンドルに給送する給送機構３０は、工具をマトリックスマガジン２０からホイール型マガジン１０に給送する移送機構としての役割も果たす。このために、マトリックスマガジン２０及び／又は移送位置Ｐ２は、給送機構３０を給送機構３０のリニア軸３１に沿って移動させることによってマトリックスマガジン２０の移送位置Ｐ２に達することができるように第１の工具マガジン１０に位置決めされる。ホイール型マガジン１０上の移送位置Ｐ１とマトリックスマガジン２０の移送位置Ｐ２との間の距離は可能な限り小さいことが好ましく、それにより、短い行程によって給送機構の給送動作を実行することが可能になる。

工具を第２の工具マガジン２０から第１の工具マガジン１０に給送するために、マトリックスマガジン２０の第２の給送機構２３は、第２の給送機構２３のリニア軸２１、２２に沿って移動させることにより、要求される工具２をマトリックスマガジン２０内の工具２の保管位置から取り出し、移送位置Ｐ２への給送動作を実行する。給送機構３０は所定の移送位置Ｐ２まで移動し、移送位置Ｐ２において、第２の給送機構２３が要求される工具２を取り出されるように準備する。給送機構３０がこの工具を把持して、給送機構３０の水平方向軸３１に沿って移動して、ホイール型マガジン１０の移送位置Ｐ１に戻る。その間に、ホイール型マガジン１０は、移送位置Ｐ１において工具用空きスペースが利用可能である位置に既に回転されている。給送機構３０は、以前はマトリックスマガジン２０
に保管されていた工具２を、この工具用空きスペースに保管する。第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間の工具交換は、機械スピンドル４１上で加工動作が行われており、給送機構３０がスピンドル４１上の工具交換に必要とされていないときに行われることが好ましい。

このように、例示的な本実施形態では、給送機構３０は、工具をホイール型マガジンからスピンドル４１に給送してスピンドル４１に装填し、かつ、さらに工具２を第１の工具マガジン及び第２の工具マガジン間で交換するように構成されることにより、二重の機能を果たす。

工具スピンドル４１への工具の給送が全自動でプログラム制御されることに起因して、工具スピンドル４１上に要求される工具の順序はわかっている。したがって、２つの給送機構３０、２３も、全自動でプログラム制御式に制御される。第１の給送機構３０は、要求される工具交換時間の前に、次の加工ステップに向けてスピンドル４１上に要求される工具２をホイール型マガジンに給送するように構成される。この工具２はホイール型マガジン１０内ではなくマトリックスマガジン２０内に保管されている。ここで、第２の給送機構２３の給送動作と第１の給送機構３０の給送動作とは、互いにそれぞれ一致する。

同様に、次の製造ステップに要求されない工具を、第１の工具マガジン１０から、この工具を保管する第２の工具マガジンに供給することができる。このために、第２の工具マガジンから第１の工具マガジンへの給送動作とは逆に、給送機構３０が、工具を第１の工具マガジン１０から取り出して、その工具をマトリックスマガジンの給送機構２３の移送位置Ｐ２に準備することが可能である。したがって、２つの工具マガジンの装填を、製造動作中に製造フローに対して常に最適に、連続して適合させることが可能である。

したがって、ホイール型マガジン１０とマトリックスマガジン２０とを組み合わせることにより、特に速やかに工具準備することが可能になり、これに伴って準備工程時間に関して損失が低減する。迅速にアクセスされるマガジンとしてスピンドル４１に近接して位置決めされるホイール型マガジンにより、工具準備時間を短くすること及びスピンドル４１に対する行程を短くすることを可能にする一方で、「バックグラウンドマガジン」としてのマトリックスマガジン２０内で工具２を分別して準備することが可能である。「バックグラウンドマガジン」としてのマトリックスマガジンは、スピンドル４１上の工具交換操作と並行かつ独立して大きい工具保管容量を有し、要求される場合、工具を第１の工具マガジンに給送する。

さらに、組み合わされた工具マガジンに要求されるスペースは、スピンドル付近において小さい。なぜなら、より大型のマトリックスマガジンは、スピンドル４１に対して、ホイール型マガジンよりも長い距離を置いて位置決めすることができるからである。さらに、挿入技術を有するマトリックスマガジン２０は、速やかにマトリックスマガジン２０からの取出し及び／又はマトリックスマガジン２０への追加を行って、セットでの装填による工具のセットを完了するのに特に適している。図１の例示的な実施形態は、再び図３において側面図で略図として示されている。

図２は、工具を準備するシステムの平面図の更なる例示的な一実施形態を示している。例示的な本実施形態では、第２の工具マガジン２０に収容された工具は、マトリックスマガジン２０の第２の給送機構２３に給送操作を行わせることにより、第１の工具マガジン１０に給送される。工具２はレセプタクルを有する所定の移送地点３に配置される。レセプタクルは工具が汚れることを防ぐ。給送機構３０は、給送機構３０のリニア軸に沿って移送地点３まで移動し、移送地点３において、給送機構３０は保管された工具２をレセプタクルから取り出し、その工具２を第２の給送動作でホイール型マガジン１０に給送する。レセプタクルの配置地点からホイール型マガジンの移送位置Ｐ１までの行程は約３２０ｍｍである。空のレセプタクルは、移送地点３に留まることもできるし、マトリックスマガジン２０の給送機構２３によって取り上げることもできる。移送地点３を設けることによって、２つの工具マガジンの動作が、更にいっそう互いに対して独立する。なぜなら、例えば、マトリックスマガジンの給送機構２３は、第１の工具マガジンに対して特定の工具を取り出すと、給送機構３０がこの工具を引き継ぐまで移送位置Ｐ２において待つ必要はないからである。むしろ、工具を移送地点３に配置すると、マトリックスマガジン２０の給送機構は、マトリックスマガジン２０内での更なる準備又は分別作業を即座に行うことができる。結果として、いかなる待機時間も低減することが可能である。

給送機構３０は、要求される場合、工具をマトリックスマガジン２０から機械スピンドル４１に直接給送するように更に構成される。このことは、例えば、第２の工具マガジン２０内に保管された工具がスピンドル４１に迅速に給送されなければならない状況において、第１の工具マガジン１０が「ボトルネック」になるのを防止する。そのような状況は、例えば、操作者の手動介入によって所定の被加工物の機械加工が変更されるか、又は、被加工物の検査工程が別の工具による被加工物の修正作業を要求する場合に生じる可能性がある。

図４は、ホイール型マガジンとして３次元視覚化されている第１の工具マガジン１０の例示的な実施形態を示している。第２の工具マガジンは本図には示されていない。複数の工具を、工具準備に向けて環状ホイール型マガジン１０内に保持することができる。ここで、工具２は、ホイール型マガジン１０の外周１２に沿って工具２の端点のうちの１つにおいて保持される。このために、工具ホルダー１１がホイール型マガジン１０の外周１２に沿って配置され、工具２に取外し可能に連結することが可能である。図４では、工具ホルダー１１は環状構造体として実施され、この環状構造体は穴状構造部を呈し、このことにより、特に軽量の設計が可能になる。工具は、遠心力及び重力によってホルダー１１内に係止される。これに関して、本例では、工具に対するスナップオン式連結によって有効な係止が実現される。この場合、工具は、確実に係合した状態で自動的に係止される。工具２を工具ホルダー１１内に取り付けるために、接合面として、平坦な当接面を有する自己保持型中空シャンクテーパー（ＨＳＫ：ｈｏｌｌｏｗ ｓｈａｎｋ ｔａｐｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｐｌａｎａｒ ａｂｕｔｍｅｎｔ）（図には示していない）。代替的には、急勾配テーパー又はモールステーパーも用いることができる。したがって、工具は、自身の長手方向端のうちの一方においてホイール型マガジンの外周１２に取り付けられる。したがって、工具は、ホイール型マガジンの径方向外周１２から径方向外方に突出する。結果として、図４において点線Ｌ２により示されている工具の長手方向軸は、１つの平面にある。結果として、工具は、ホイール型マガジン１０の外周１２に沿って極めてコンパクトに密接して互いに対向して配置することができる。

設計の原理を明らかにするために、図４は１つの工具２のみを装填した状態を示している。ホイール型マガジンは三角形フレーム１４によって据え付けられる（ｓｔｏｒｅｄ）。三角形フレーム１４の３つの端点１３に、１つのホイール１５がそれぞれ配置される。ここで示されている３点取付けとともに、４点取付け又は複数点取付けも可能である。当然ながら、三角形フレーム１４の代わりに、中心軸によってホイール型マガジンを支持することも可能である。ホイール型マガジン１０は、例示的な本実施形態では、チェーン駆動機構によって回転され、図４は略図としてドライブチェーン１６を示すのみである。ここで示されているチェーン駆動機構の代わりに、ホイール型マガジンはピニオン又は摩擦係合によって直接駆動することもできる。可能な限りコンパクトな構成は、ホイール型マガジン１０が、ベッド４２に対してかつ工作機械４０のフレームに対して側方に、直立位置で取り付けられるときに達成される。それにより、スピンドル４１に対する給送機構３０の給送行程を短縮することが可能になる。この構成の結果として、径方向に工具を保管
するホイール型マガジン１０の全幅は工具２の幅によって実質的に決まり、その結果、特に狭小の設計を実施することができる。ホイール型マガジンは、工具が床面の上方で直接回転されたときに、すなわち、工具の長手方向軸が床面に対して直交するときに、工具の下縁が床面から１３５ｍｍの距離を有するように、床面の上方に取り付けられる。

ホイール型マガジンにおいて取出し位置にある工具の長手方向軸は、ワークスピンドルに装着されている工具に対して平行かつ水平な平面にある。

ここで略図によって示されている給送機構３０が水平リニア軸３１（図４には示されていない）を有する。この水平リニア軸３１に沿って、ドライブユニット３３によって駆動される給送機構が、ホイール型マガジンに対して横方向に移動し、スピンドルと、移送位置Ｐ１と、移送位置Ｐ２との間で給送動作を行うことができる。例示的な本実施形態では、スピンドルと移送位置Ｐ１との間の距離は約５２０ｍｍである。これらの給送動作に向けた移動ユニットはダブルチェーンを有する。給送機構は、第２の水平方向軸も有することができ、このことにより、ホイール型マガジン１０の外周１２に対して径方向に移動し、工具をスナップオン式連結から取り外すことが可能になる。特に有利な一実施形態によれば、給送機構３０はこのために伸縮設計を有し（図示していない）、したがって、給送機構３０のグリッパーアームがホイール型マガジンの径方向に移動し、工具をマウントから取り出すことができる。図示されているような例示的な実施形態では、給送機構３０は、直近に使われていた工具２及び続いて要求される工具２の収容を同時に可能にし、給送機構をスピンドル４１及びホイール型マガジン１０間で１回のみ水平方向移動させることによる工具交換を可能にするために、工具を取り出すのにダブルグリッパー３２を有する
スイベルブレード交換器として設計される。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る工具準備方法の例示的な実施形態を記載している。第１のステップＳ１０において、複数の工具を第１の工具マガジン１０内に準備する。第２のステップＳ２０において、複数の工具を少なくとも１つの第２の工具マガジン２０内に準備する。第３のステップＳ３０において、工具を少なくとも２つの異なる工具マガジンから工作機械４０に給送する。ここで、第２の工具マガジン２０内に保管され、所定の工具交換時間に工作機械４０上に要求される工具は、所定の工具交換時間前に第１のステップにおいて第１の工具マガジン１０に給送され、第２のステップにおいて第１の工具マガジン１０から工作機械４０に給送される。

所定の工具交換時間は、スピンドル上での所定の加工順序によって決まるとともに、要求される工具がスピンドルに与えられなければならない時間である。

ステップＳ３０の更なる例示的な一実施形態が、図５Ｂにより詳細に示されている。例示的な本実施形態では、工具は、第２の工具マガジンから機械に直接移送することもできる。ステップＳ３１において、以下の加工ステップのうちの１つにおいてスピンドル上に要求される工具を決定する。機械スピンドル上の工具加工動作は、全自動でプログラム制御されて実行され、したがって、製造方法は被加工物の加工状態に応じて工具順序を生成する。この順序により、続いての加工ステップに向けて工具スピンドル４１上に要求される工具２を決定する。次に、ステップＳ３２が、このように決定されて続いての加工ステップのうちの１つにおいて要求される工具Ｔｉを、第１の工具マガジンに保管するか第２の工具マガジン内に保管するかを決定する。次に、最適な準備モードをステップＳ３３において決定する。

例えば、工具Ｔｉが第２の工具マガジン内に保管される場合、要求される工具Ｔｉを第２の工具マガジン２０から工具スピンドル４１に直接給送するのと、中間保管のために工具Ｔｉをまず第１の工具マガジンに給送するのとでは、どちらがより有利かを決定する。
２つの上述した機能のうちの一方の選択についての決定基準は、例えば、最短の準備時間とすることができる。したがって、ステップＳ３４は、工具Ｔｉを第２の工具マガジンからスピンドルに直接給送するか否かを決定する。これが上記の基準に当てはまる場合、給送機構３０は工具Ｔｉを工具スピンドル４１に直接準備する。そうでなければ、中間ステップＳ３６において工具Ｔｉを第１の工具マガジン１０に給送し、後に、ステップＳ３７において第１の工具マガジン１０から工具スピンドル４１に準備する。

このように、本発明に係る準備方法により、任意の工具準備方策を実施することが可能である。２つの工具マガジンを組み合わせることにより、これらの工具マガジンの工具装填を、工具マガジン間の工具交換による動作中に最適化することができ、種々の組合せの工具交換方策が可能になり、従来の準備方法と比較してはるかにより高い融通性が可能になる。従来の準備方法では、工具の交換はスピンドル及び工具マガジン間のみに限定される。

図６は、更なる有利な例示的な一実施形態の第２の工具マガジン２００を示している。可能な最大の工具容量及び最小の寸法を達成するために、工具マガジン２００内の工具は３つの棚に保管される。図示されている例示的な実施形態では、マトリックスマガジン２００の前方棚２０３及び後方棚２０２が、各場合に工具を水平に保管して装填することができる。さらに、更なる工具を下方棚２０１に垂直に整列して保管することができる。工具は工具マガジンのレセプタクル２１０に保管することができる。レセプタクル２１０は図７により詳細に示されている。工具マガジンは穴構造部２１２を有し、穴構造部２１２は、レセプタクル２１０を保持するように円形リセスを有する。円形リセスの直径は、レセプタクル２１０が円形リセス内に確実に係合して摺動することができるようにレセプタクルの外径に適合される。また、工具マガジン２００は互いに直交する３つのリニア軸を有する給送機構（図示していない）を備え、この給送機構により、工具を保管地点から取り出す及び／又は保管地点に再び保管することができる。最大３つの空間上の平面に工具を配置することによって大きい工具保管容量が可能になり、これに伴って同時に工具マガジンの全幅が小さくなる。さらに、短い行程軸によって短い工具準備時間が可能になる。

図７は、レセプタクル２１０、すなわち工具を工具マガジン内に保持するカップの斜視図を示している。工具２を工具マガジン内に固定するために、工具を、工具が保管される工具レセプタクル２１０内に摺動することができ、それにより、更なる垂直保管動作が不要になる。結果として、工具マガジン内の装填密度（packing density）を高めることができる。同時に、更なる垂直方向の保管動作及び／又はハンドリング動作がないため、工具準備時間を低減することができる。図７において、工具中空シャンクテーパー２１４の端部が、工具２のグリッパー溝２１５とともにレセプタクル２１０を越えて突出する。しかし、工具マガジンの工具レセプタクルの内部における保管は、レセプタクルマウントが取り付けられる直径が、工具の外径よりも大きい場合にのみ可能である。レセプタクル２１０は、レセプタクルを取り付けるマウント２１３を含む。開口２１２は、工具マガジンの給送機構によるアクセスを可能にする。レセプタクル２１０は、工具マガジン内で水平に整列されて取り付けられ、したがって保管される工具もレセプタクル２１０内で水平に保管される。したがって、工具は、給送機構による水平方向移動動作によってレセプタクルから取り出すことができる。

工具をレセプタクルに収容することができないほど大きい寸法を有する外径の工具は、自身の標準化工具テーパーによってのみ、レセプタクルに取り付けられる。したがって、大きい外径を有する工具の部分は、レセプタクルを越えて側方に突出する。これは図９Ａ及び図９Ｂに示されている。この場合、これらの比較的大型の工具は、従来のクロー部品と同様の垂直昇降動作２２５によって、工具マガジン内のマウント２１７から解放される。工具径が大きい場合の保管能力は、マウント（保管用ボルト）２１７が工具２の中心まで延びないため、従来のクロー変形形態と比較して昇降を節減することができるように設計される。結果として、本変形形態では空間及び時間も節減される。

図８Ａ及び図８Ｂは、いかなる追加の垂直昇降動作を伴うことなく、工具マガジン内に工具を保管する工具マウントの更なる例示的な実施形態を示している。例示的な本実施形態では、工具マウント２２０は、工具２を収容する円形リセス２２３を有する工具ベースプレート２２２を含む。ベースプレート２２２の外周に沿って、４つのボールキャッチ接続部２２１がベースプレート２２２に取り付けられる。ボールキャッチ接続部２２１は硬化鋼ボール２２６を含み、硬化鋼ボール２２６は、１つ又は複数のカップスプリングによって保持されるとともに、球面が部分的にリセス２２３内に突出する。工具２がリセス２２３内に摺動された場合、ボールキャッチの硬化鋼ボール２２６は、標準化工具テーパーのグリッパー溝内に係止されて、工具がこの位置に保持されるまで、工具テーパーに沿って進む。したがって、ボールキャッチ接続部２２１によって保持されている工具２は、水平方向のグリッパーの動作によって取り出すことができる。図８Ｂにおいて、矢印２２４が、工具２の工具マウント２２０内への水平挿入方向を概略的に表している。このような取付けメカニズムの前提条件は、工具の外径が、工具中空シャンクテーパーの溝外径よりも小さいことである。このことにより、工具が取り出されるか又は配置されるときに、追加の垂直昇降動作が省略されるため、マガジン内の工具の配置密度を高めることが可能になる。なぜなら、以前は昇降動作に要求された空間をここでは省略することができるからである。

図１０は、工具を準備するシステム及び方法の３つの更なる例示的な実施形態Ａ、Ｂ、及びＣを示している。説明を簡単にするために、設計の細部は図１０では省略され、工具準備における行程及び移送位置がより明確に示されている。図１０及び図１１に示されているように、図１〜図３に示されているように工具マガジン３０１をマトリックスマガジンとして、工具マガジン３０２をホイール型マガジンとして実施することが有利であることが自明である。

Ａによって印されている例示的な実施形態によれば、工具を準備するシステム及び／又は方法は、スピンドル３０４を有する工作機械３０３と、２つの工具マガジン３０１、３０２とを備える。工具マガジン３０１、３０２は、スピンドル３０４上に要求される工具を保管する。工具マガジンのそれぞれは独立した給送機構３０１Ａ及び３０２Ａを有し、工具をそれぞれの工具マガジンの保管位置から取り出すか、又は工具を自身の内部に保管する。第１の工具マガジン３０２は、第２の工具マガジン３０１及びスピンドル３０４間に配置される。矢印は給送機構３０１Ａ及び３０２Ａの行程を示している。例示的な実施形態Ａによれば、第２の工具マガジン３０１の給送機構３０１Ａは、第２の工具マガジン３０１Ａ内で、例えば３つのリニア軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）に沿って移動動作を行い、工具を第２の工具マガジン３０１から取り出すか、又は工具をマガジン３０１内の保管地点に保管する。給送機構３０１Ａは、工具を移送位置Ｐ_３０１に準備する。移送位置は、工具マガジン３０１の外部、好ましくは第１の工具マガジン３０２に面する工具マガジン３０１の外縁上に配置することもできる。

例示的な本実施形態Ａでは、第１の工具マガジン３０２の給送機構３０２Ａは、工具を第１の工具マガジン３０２からスピンドル３０４に給送するように構成することにより、工具を装填し、また第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間で工具を交換するという二重の機能を果たす。これらの２つの給送動作は、例示的な実施形態Ａの、３０２Ａにより示される２つの矢印によって印される。第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間の矢印３０２Ａは、移送機構としての給送機構３０２Ａの機能を示し、給送機構３０２Ａは第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間で工具を交換する。このために、給送機構３０２Ａが移送位置Ｐ_３０１まで移動し、給
送機構３０１Ａによって準備される工具を取得する。次に、給送機構３０２Ａが移送位置Ｐ_３０２まで移動し、第１の工具マガジン３０２内に工具を保管する。さらに、給送機構３０２Ａは移送位置Ｐ_３０２及び移送位置Ｐ_３０４間で移動し、工具を第１の工具マガジン３０２からスピンドル３０４に給送することができる。このことは、第１の工具マガジン３０２及びスピンドル３０４間の第２の矢印３０２Ａによって略図として示されている。

更なる有利な一実施形態において、給送機構３０２Ａ又は給送機構３０１Ａは、第２の工具マガジンから取り出された工具をスピンドル３０４に直接給送するように更に構成することができ、それにより、例えば第１の工具マガジン３０２において生じるボトルネックが回避される。この行程は、図１０の構成Ａにおいて点線矢印によって示されている。図１〜図３に示されているシステムは、図１０における構成Ａのホイール型マガジン及び／又はマトリックスマガジンを有する特定の例示的な一実施形態であるが、これらの構造設計に限定されない。

図１０における構成Ｂは、更なる例示的な一実施形態を示している。構成Ａとは異なり、第３の給送機構３０５Ａが設けられ、給送機構３０５Ａは第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間の工具交換を実行する。このために、第３の給送機構３０５Ａはリニア軸に沿って移送位置Ｐ_３０１及びＰ_３０２間で移動する。この行程は、参照符号３０５Ａにより示されている矢印によって略図として示されている。追加の第３の給送機構３０５Ａは工具準備時間を低減し、したがって、給送機構３０２Ａが依然としてスピンドル３０４に又はスピンドル３０４から移動している間に、もはや工具を第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間で交換することができる。更なる有利な一実施形態において、給送機構３０５Ａは、第２の工具マガジンによって位置Ｐ_３０１に準備される工具をスピンドル３０４に直接給送するように更に構成することができ、それにより、例えば第１の工具マガジン３０２によるボトルネックが回避される。この行程は、図１０の構成Ｂにおいて点線矢印によって示されている。

図１０の構成Ｃは、更なる例示的な一実施形態を示している。構成Ａとは異なり、第１の工具マガジン３０２の給送機構３０２Ａではなく、第２の工具マガジン３０１の給送機構３０１Ａが二重機能を行う。例えば、給送機構３０１Ａは、一方で、要求される工具を第２の工具マガジン３０１の保管地点から取り出すか、又は、工具を第２の工具マガジン３０１に戻して、第２の工具マガジン３０１内での更なる共通工具分別作業を実行するように構成される。さらに、給送機構３０１Ａは、要求される工具を、中間保管に向けて第１の工具マガジン３０２に給送するように構成される。このために、給送機構はリニア軸に沿って移送位置Ｐ_３０２まで移動し、移送位置Ｐ_３０２において、給送機構は第１の工具マガジン３０２内に工具を配置する。給送機構３０１Ａのこれらの行程は、参照符号３０１Ａにより示されている矢印によって略図として示されている。

更なる有利な一実施形態において、構成Ｃによる給送機構３０１Ａは、第２の工具マガジンから取り出された工具をスピンドル３０４に直接給送して、例えば、第１の工具マガジン３０２によるボトルネックを回避するように更に構成することができる。この行程は、図１０の構成Ｃにおいて点線矢印によって示されている。

図１１は、工具を準備するシステム及び方法の更なる例示的な一実施形態Ｄを示している。図１０に示されている例示的な実施形態を変更し、２つの工具マガジン３０１及び３０２を有するシステムは、１つのみの給送機構３０６Ａを有する。給送機構３０６Ａの行程は、図１１において参照符号３０６Ａにより与えられる矢印によって略図として示されている。給送機構３０６Ａは、第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１双方から工具を取り出すことができる。給送機構３０６Ａは、第１の工具マガジン３０２
及び第２の工具マガジン３０１間、また第１の工具マガジン３０２及びスピンドル３０４間双方でリニア軸に沿って移動することができる。したがって、給送機構３０６Ａは、工具を第１の工具マガジン及び第２の工具マガジンからスピンドル３０４に直接給送することができる。さらに、給送機構３０６Ａは、第１の工具マガジン３０２及び第２の工具マガジン３０１間で工具を交換するように構成される、すなわち、移送機構として機能する。また、当然ながら、ここで略図として示されるシステムの工具マガジンは、上述した設計特徴全てを有する。例えば、第２の工具マガジン３０１は、大きい工具保管容量を有するマトリックスマガジンとして、第１の工具マガジン３０２は、スピンドル３０４により近接して位置決めされる速やかなホイール型マガジンとして実施することができる。

したがって、本発明は、各場合に様々な形態によって、それぞれの機械の設置及び利用可能な行程及び配置面積に対して最適に構成することができる。

当然ながら、本発明の個々の特徴は、提示された例示的な実施形態の範囲内の特徴の記載された組合せに限定されない。例えば、第１の工具マガジン及び第２の工具マガジンは、或る特定のタイプ（ホイール型マガジン、棚マガジン、チェーンマガジン等）に限定されない。さらに、いくつかの工具マガジンを用いて、メインマガジンに対する供給マガジンとしての役割を果たすように工具マガジンを対応して構成することができる。

Claims (11)

1. スピンドル（４１）を有する工作機械上に工具を準備するシステムであって、
   複数の工具（２）を収容する第１の工具マガジン（１０）と、
   工具（２）を前記第１の工具マガジン（１０）から取り出して、該工具（２）を前記スピンドル（４１）に給送するように構成される第１の給送機構（３０）と、
   複数の工具（２）を収容する少なくとも１つの第２の工具マガジン（２０）と、
   前記第２の工具マガジン（２０）から取り出された工具（２）を前記第１の工具マガジン（１０）に給送するように構成される移送機構であって、その結果、前記第２の工具マガジン（２０）が前記第１の工具マガジン（１０）に対する供給マガジンとしての役割を果たすとともに、前記第２の工具マガジン（２０）から取り出された工具（２）を前記スピンドル（４１）に直接給送するように構成される前記移送機構と、
   を備えることを特徴とする、システム。
2. 工具（２）を前記第２の工具マガジン（２０）から取り出して、該工具（２）を所定の移送位置に準備するように構成される第２の給送機構（２３）を特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の給送機構（３０）が、工具（２）を前記第１の工具マガジン（１０）から前記スピンドル（４１）に給送する及び／又は前記第１の工具マガジン（１０）に戻すことができ、一方、前記第２の給送機構（２３）が同時に工具（２）を前記所定の移送位置に準備するか、又は、前記第１の工具マガジンによって前記第２の工具マガジン内に給送される工具を保管することを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記移送機構及び前記第１の給送機構（３０）がモジュールとして作製され、該モジュールにより、工具（２）が前記第１の工具マガジン（１０）及び前記スピンドル（４１）間で移動され、前記モジュールにより、工具（２）が前記第１の工具マガジン（１０）及び前記第２の工具マガジン（２０）間で移動され、前記移送機構が、前記第２の給送機構（２３）によって準備された工具（２）を前記所定の移送位置（Ｐ２）において取得するか、又は、前記移送機構が、前記第１の工具マガジン（１０）から取り出された工具（２
   ）を前記所定の移送位置（Ｐ２）において前記第２の給送機構（２３）に準備することを特徴とする、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 前記第１の工具マガジンがホイール型マガジン（１０）として作製され、該ホイール型マガジン（１０）において、前記工具のそれぞれがその長手方向軸（Ｌ２）を前記第１の工具マガジン（１０）の径方向に位置合わせされるように保持されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記第１の工具マガジン（１０）内の前記工具が、前記第１の工具マガジン（１０）の外周（１２）に沿って工具ホルダー（１１）内に保持され、前記工具（２）の長手方向軸（Ｌ２）が、１つの平面にあるとともに前記第１の工具マガジン（１０）の前記外周を越えて突出し、前記工具（２）が前記第１の工具マガジン（１０）の前記外周（１２）に沿って移動することができるようになっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記第２の工具マガジン（２０）が、マトリックスマガジン又は棚マガジンとして作製されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
   
8. 前記システムは、工具を装着するスピンドル（４１）を有する工作機械（４０）を更に備え、前記工具の前記第１の工具マガジンから前記スピンドル（４１）への行程は、前記工具の前記第２の工具マガジン（２０）から前記スピンドル（４１）への行程よりも短い、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 工具が、第１の移送位置（Ｐ１）又は第２の移送位置（Ｐ２）及び前記スピンドル（４１）上の交換位置に、該工具の長手方向軸が水平に整列して互いに平行してこれらの位置に定位されるように準備され、前記第１の移送位置及び／又は前記第２の移送位置は、前記工具準備位置のうちの、前記第１の工具マガジン及び／又は前記第２の工具マガジンの工具が前記移送機構に移送される場所であることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 被加工物を加工する工作機械であって、該工作機械上の工具を交換する工具交換機構を備え、該工作機械は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記工作機械上に工具を準備するシステムを備える、工作機械。
11. 請求項１０に記載の前記工作機械上に工具を準備する方法であって、少なくとも２つの異なる工具マガジンからの工具を前記工作機械に給送し、以下のステップ、すなわち、
    複数の工具（２）を第１の工具マガジン（１０）内に準備するステップと、
    複数の工具（２）を少なくとも１つの第２の工具マガジン（２０）内に準備するステップと、
    前記工具を前記少なくとも２つの異なる工具マガジン（１０、２０）から前記工作機械（４０）に給送するステップと、
    を含み、
    所定の工具交換時間の前に、第１のステップにおいて、前記第２の工具マガジン（２０）内に保管されるとともに前記所定の工具交換時間に前記工作機械（４０）において要求される工具を、移送機構によって移動させ、前記第１の工具マガジン（１０）に給送して、第２のステップにおいて、給送機構によって前記第１の工具マガジン（１０）から取り出し、移動させて、前記工作機械（４０）に給送する、方法。

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