JP7240188B2

JP7240188B2 - 工作機械

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Publication number: JP7240188B2
Application number: JP2019012469A
Authority: JP
Inventors: 章一森村; 雄一田附
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2023-03-15
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: DE102020100962A1; JP2020116721A; CN111482841A; US11712770B2; US20200238466A1

Description

本明細書では、切削工具でワークを加工する工作機械を開示する。

切削工具でワークを加工する工作機械には、切削工具を保持する刃物台または工具主軸や、心押し台ツールを保持する心押し台等のように様々なツール（切削工具や心押し台ツール）を保持する保持装置が搭載されている。

こうした保持装置では、実行する加工の種類や、ワークの種類等に応じて保持するツールを交換する。かかるツールの交換をオペレータに代わって、ロボットで行うことが提案されている。

例えば、特許文献１には、工作機械の下刃物台に装着された工具を自動交換するために、ロボットアームと、ロボットアームを移動させる移動機構部と、を備えた自動工具交換装置が開示されている。この特許文献１において、移動機構部は、ロボットアームを工具ストッカと主軸との間で移動させるためのリニアガイドやサーボモータ等を有している。また、ロボットアームは、工具を着脱可能に把持する把持部を有する。

また、特許文献２には、６軸関節ロボットと、ロボットの手首部に装着される工具交換ハンドと、を有した工具搬送装置が開示されている。この特許文献２において、ロボットは、工具交換ハンドを刃物台と工具貯蔵部との間で移動させ、刃物台に取り付けられる工具を自動的に交換する。また、特許文献２では、工具搬送装置を用いて、工具の他に、チャックも交換することが開示されている。

こうしたロボットを用いたツール交換技術によれば、オペレータの負担を大幅に軽減できる。

特開２０１６－５５３７０号公報特開平５－２８５７６６号公報

しかしながら、従来、ロボットを用いてツールを交換する場合、当該ロボットの可動範囲内に、ツール保持装置（刃物台や心押し台等）とツールの収容部を配置しなければならず、これらのレイアウトが制限されやすかった。もちろん、ロボットの可動範囲を広げれば、ツール保持装置及び収容部のレイアウトの自由度を向上できる。しかしながら、ロボットの可動範囲を広げた場合、その分、ロボットと他部材との干渉を避ける等、別途考慮すべき事項が増える。

そこで、本明細書では、ロボットの可動範囲を過度に広げることなく、様々なツール保持装置に対して自動的にツール交換できる工作機械を開示する。

本明細書で開示する工作機械は、切削工具でワークを加工する工作機械であって、加工室内に設けられ、ツールを保持する第一保持装置と、前記加工室内に設けられ、ツールを保持する第二保持装置と、ツールを１以上収容可能な収容部と、前記第二保持装置と前記収容部との間で、ツールを付け替えるように構成される一方で、前記第一保持装置に直接アクセスできない交換機構と、前記第一保持装置と前記第二保持装置との間でツールを付け替えるように構成されるロボットと、前記第一保持装置、前記第二保持装置、前記交換機構、および、前記ロボットの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ロボット、前記第二保持装置、前記交換機構を経由して、前記第一保持装置と前記収容部との間でツールを付け替えさせ、前記第一保持装置は、刃物台またはワーク主軸または心押し台であり、前記第二保持装置は、工具主軸または刃物台である、ことを特徴とする。

この場合、前記交換機構は、交換アームまたはロボットアームの少なくとも一つを有したオートツールチェンジャであってもよい。

また、前記第一保持装置は、ツールとして切削工具を保持する前記刃物台であってもよい。また、前記第一保持装置は、ツールとしてチャック爪を保持する前記ワーク主軸であってもよい。また、前記第一保持装置は、ツールとして心押し台ツールを保持する前記心押し台であってもよい。

また、前記第二保持装置は、前記第一保持装置のツール装着部と同様の形状を有したツール連結部と、前記第二保持装置のツール装着部に装着可能な機械連結部と、を有したツールホルダを介して、前記第一保持装置で保持されるツールを保持してもよい。

さらに、前記第一保持装置で保持されているツール周辺を清掃する清掃機構を備え、前記制御部は、前記第一保持装置と前記収容部との間でツールを付け替えるのに先立って、前記清掃機構によるツール周辺の清掃を実行させてもよい。

また、前記ロボットは、本体部と、前記本体部に交換可能に取り付けられた１以上のエンドエフェクタと、を有していてもよい。この場合、前記ロボットに装着される前記エンドエフェクタは、対象物を把持するエンドエフェクタおよび前記第一保持装置で保持されているツール周辺を清掃するエンドエフェクタを含む群の中から選択されてもよい。

本明細書で開示する工作機械によれば、ロボットの可動範囲を過度に広げることなく、第一保持装置についても、自動的にツール交換できる。

工作機械の斜視図である。工作機械の斜視図である。工作機械の斜視図である。ツールホルダの一例を示す図である。交換機構の一例を示す図である。ツールホルダの他の一例を示す図である。工作機械の斜視図である。工作機械の斜視図である。工作機械の斜視図である。主軸端近傍の斜視図である。ツールホルダの他の一例を示す図である。他の工作機械の斜視図である。他の工作機械の斜視図である。他の工作機械の斜視図である。他の工作機械の概略平面図である。

以下、工作機械１０の構成について図面を参照して説明する。図１から図３は、工作機械１０の斜視図であり、ツール３２の一種である切削工具３２ａの交換の様子を示している。また、図４、図６は、ツールホルダ４２の一例を示す図であり、図５は、交換機構２８の一例を示す図である。

この工作機械１０は、切削工具３２ａでワーク（図示せず）を切削加工する切削加工機である。より具体的には、本例の工作機械１０は、主に転削加工に用いられる工具主軸１８と、主に旋削加工に用いられる下刃物台２０と、を備えた複合加工機である。ただし、ここで例示する工作機械１０は、一例であり、本明細書で開示する技術は、他の種類の工作機械１０に適用されてもよい。

工作機械１０の加工室１２の周囲は、カバーで覆われている。加工室１２の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、前面ドア１４により開閉される。オペレータは、この開口を介して、加工室１２内の各部にアクセスする。加工中、開口に設けられた前面ドア１４は、閉鎖される。これは、安全性や環境性などを担保するためである。

工作機械１０には、ワークの一端を自転可能に保持するワーク主軸１６が設けられている。ワーク主軸１６は、図示しないモーターにより回転可能となっており、ワーク主軸１６の端面、すなわち、主軸端３４には、ワークを着脱自在に保持するために、複数のチャック爪３２ｂが設けられている。複数のチャック爪３２ｂは、周方向に間隔をあけて均等に配置されており、径方向に進退可能となっている。

また、上述した通り、工作機械１０には、下刃物台２０及び工具主軸１８も設けられている。下刃物台２０は、ツール３２の一種である切削工具３２ａを保持する一方で、後述する交換機構２８（図１～図３では図示せず）に直接、アクセスできない第一保持装置として機能する。この刃物台は、Ｚ軸、すなわち、ワークの軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台は、Ｘ軸と平行な方向を、すなわち、ワークの径方向にも進退できるようになっている。なお、本例において、Ｘ軸は、加工室１２の開口からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。

下刃物台２０のＺ方向端面には、複数の切削工具３２ａを保持可能なタレット２２が設けられている。タレット２２は、Ｚ軸方向視で多角形となっており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット２２の周面には、切削工具３２ａが装着されるツール装着部が複数設けられている。そして、タレット２２回転させることで、加工に使用する切削工具３２ａを変更できるようになっている。

なお、この下刃物台２０（タレット２２を含む）で保持される切削工具３２ａは、旋削加工に用いられる旋削工具でもよいし、転削加工に用いられる転削工具でもよい。いずれにしても、下刃物台２０で保持される切削工具３２ａは、機内ロボット２４、工具主軸１８、および、交換機構２８を介して付け替えられる。

工具主軸１８は、ツールの一種である切削工具３２ａを自転可能に保持するもので、交換機構２８が直接アクセス可能な第二保持装置として機能する。この工具主軸１８は、三軸方向に移動可能となっており、少なくとも、後述する機内ロボット２４、交換機構２８、及びワーク主軸１６に保持されたワークにアクセス可能な可動範囲を有している。また、工具主軸の端面には、切削工具３２ａが装着されるツール装着部が設けられている。

この工具主軸１８で保持される切削工具３２ａも、旋削加工に用いられる旋削工具でもよいし、転削加工に用いられる転削工具でもよい。いずれにしても、工具主軸１８で保持される切削工具３２ａは、機内ロボット２４を介することなく、交換機構２８により交換される。

ここで、下刃物台２０および工具主軸１８は、いずれも、切削工具３２ａを、直接保持してもよいし、ツールホルダ４２を介して保持してもよい。ただし、以下では、説明を簡単にするために、下刃物台２０のツール装着部と工具主軸１８のツール装着部は、互いに同じ形状を有しており、下刃物台２０および工具主軸１８は、いずれも、図４に示すツールホルダ４２を介して切削工具３２ａを保持するものとする。

このツールホルダ４２は、下刃物台２０または工具主軸１８である機械側と連結される機械連結部４２ｍと、切削工具３２ａ（ツール３２）が連結されるツール連結部４２ｔと、後述する交換機構２８の交換アーム５０が係合される係合部４２ｅと、を備えている。機械連結部４２ｍは、工具主軸１８および下刃物台２０のツール装着部に対応した形状をしている。この機械連結部４２ｍは、一般的な規格に沿った形状、例えば、テーパーシャンク形状等を有していることが望ましい。ツール連結部４２ｔは、切削工具３２ａが連結される部分であり、使用したい切削工具３２ａの形状に応じて適宜変更可能である。係合部４２ｅは、交換アーム５０が係合可能であれば、その形状は、特に限定されないが、例えば、係合部４２ｅは、図４に示すような周方向に延びる溝でもよい。また、係合部４２ｅは、溝に加えて、または、替えて、穴、突起、切欠等を含んでもよい。

工作機械１０には、さらに、機内ロボット２４、収容部２６、および交換機構２８（図５参照）が設けられている。機内ロボット２４は、加工室１２内に設置されたロボットである。本例において、機内ロボット２４は、複数のロボットアーム３８が関節を介して一列に繋がったシリアル型の多関節アームロボットである。複数のロボットアーム３８で構成される機内ロボット２４の本体部には、エンドエフェクタ４０が交換可能に取り付けられている。エンドエフェクタ４０は、ロボットに取り付けられ、特定の機能を有するものである。かかるエンドエフェクタ４０としては、例えば、ツール３２を把持する把持部材（グリッパ、ハンド機構等）や、温度や振動などの物理量を検知するセンサ、加工中のワークを支えるローラ、対象物を清掃する清掃機構等が含まれる。さらに、清掃機構としては、切削油やエア等の流体を噴出する流体噴出ノズル、異物を除去するためのブラシやスクレーパー、異物を吸引する吸引ノズル等が含まれる。機内ロボット２４に取り付けられるエンドエフェクタ４０は、少なくとも、把持部材および清掃機構を含む群の中から、工作機械１０における各種処理の進行状況に応じて適宜、選択される。

機内ロボット２４は、Ｚ軸方向に移動可能であるとともに、各ロボットアーム３８の角度が自由に変更できる。そして、機内ロボット２４が、Ｚ軸方向に移動したり、ロボットアーム３８の角度が変わったりすることで、エンドエフェクタ４０の位置が変更される。本例において、機内ロボット２４は、そのエンドエフェクタ４０が、工具主軸１８（第二保持装置）および下刃物台２０（第一保持装置）にアクセスできる可動範囲を有している。なお、交換機構２８には、アクセスできない程度の可動範囲であってもよい。

収容部２６は、各種ツール３２を収容する部位である。本例では、この収容部２６を、工作機械１０の機内に設けている。より具体的には、図１から図３に示す通り、収容部２６は、ワーク主軸１６が突出する壁面の内側に設けられている。この収容部２６は、ツール３２を外部との間でやりとりしない場合には、シャッター２７により閉鎖されている。

収容部２６の近傍には、当該収容部２６と工具主軸１８（第二保持装置）との間でツール３２を付け替えるように構成された交換機構２８が設けられている。この交換機構２８としては、従来から工作機械１０に設けられていたオートツールチェンジャ（以下「ＡＴＣ」という）の機構を用いることができる。

ＡＴＣは、工作機械１０において、工具主軸等で保持された切削工具を自動で付け替える装置である。本例の交換機構２８は、このＡＴＣの構成を用いることができ、例えば、図５に示すように、ツールホルダ４２の係合部４２ｅに係合して、これを掴む交換アーム５０を有していてもよい。

この図５に示す交換アーム５０を用いて工具主軸１８で保持する切削工具３２ａを付け替える手順について簡単に説明する。この場合、交換アーム５０の両端には、ツールホルダ４２の係合部４２ｅに係合可能な係合鉤５２が形成されている。また、交換アーム５０は、垂直な軸周りに回転可能であるとともに垂直方向に交換昇降となっている。また、この場合、収容部２６には、複数の切削工具３２ａを、ツールホルダ４２を介して保持するツールマガジン４８が設けられている。このツールマガジン４８は、垂直な軸周りに回転可能となっている。

切削工具３２ａを交換したい時には、工具主軸１８に取り付けられたツールホルダ４２（切削工具３２ａ含む）および新たに工具主軸１８に取り付けたいツールホルダ４２（切削工具３２ａ含む）を、それぞれ係合鉤５２の回転軌跡上に位置させる。この状態で、交換アーム５０を一方向に回転させ、係合鉤５２をツールホルダ４２の係合部４２ｅに係合させる。交換アーム５０が二つのツールホルダ４２に係合できれば、交換アーム５０を下降させ、二つのツールホルダ４２をツールマガジン４８および工具主軸１８から引き抜く。その状態でさらに交換アーム５０を一方向に１８０°回転させ、二つのツールホルダ４２の位置を入れ替える。そして、交換アーム５０を上昇させ、二つのツールホルダ４２をツールマガジン４８および工具主軸１８に差し込めば、切削工具３２ａの付け替えが完了となる。なお、ここで説明した交換機構２８の構成は、一例であり、他の機構を用いてもよい。

制御部３９は、上述したワーク主軸１６、下刃物台２０、工具主軸１８、機内ロボット２４、および交換機構２８の駆動を制御するもので、例えば、各種演算を実行するＣＰＵと、各種プログラムやデータを記憶するメモリとを有したコンピューターで構成される。この制御部３９は、例えば数値制御装置を含んでいてもよい。この制御部３９は、オペレータから入力された加工プログラム（ＮＣプログラム）に基づいて、ワーク主軸１６、下刃物台２０、工具主軸１８の駆動を制御し、ワークを切削加工させる。また、制御部３９は、機内ロボット２４、工具主軸１８、交換機構２８を介して、下刃物台２０と収容部２６との間で切削工具３２ａを取り替えさせる。以下、これについて詳説する。

既述した通り、本例の工作機械１０は、工具主軸１８に取り付けられる切削工具３２ａを取り替えるための交換機構２８を有している。かかる交換機構２８を設けることで、工具主軸１８に取り付けられる切削工具３２ａを自動的に交換できる。一方、下刃物台２０は、交換機構２８から離れた位置に設けられており、下刃物台２０に取り付けられる切削工具３２ａは、当該交換機構２８で直接、交換することはできない。

かかる問題を解決するために、例えば、下刃物台２０の近傍にも交換機構２８や収容部２６を追加で設置することも考えられるが、この場合、コスト増加や工作機械１０のサイズアップを招く。同様に、機内ロボット２４の可動範囲を広げて、当該機内ロボット２４で、収容部２６から下刃物台２０に、または、下刃物台２０から収容部２６に、切削工具３２ａを搬送することも考えられる。しかし、機内ロボット２４の可動範囲を広げた場合でも、コストアップの問題を避けられない。また、加工室内での干渉のため、機内ロボット２４のサイズアップ等の可動範囲の拡大が不可な場合も考えられる。

そこで、本例では、下刃物台２０（第一保持装置）と収容部２６との間で切削工具３２ａを付け替える場合には、機内ロボット２４、工具主軸１８（第二保持装置）、交換機構２８を介在させるようにしている。以下、下刃物台２０に装着されている切削工具３２ａを、収容部２６へ収容、交換する動きについて具体的に説明する。

制御部３９は、機内ロボット２４を駆動して、交換対象となる下刃物台２０の切削工具３２ａ周辺の清掃を実行させる。このとき、機内ロボット２４には、エンドエフェクタ４０として、清掃機構（流体噴出ノズルやブラシ等）を取り付けておく。続いて、制御部３９は、機内ロボット２４を駆動して、下刃物台２０から切削工具３２ａをツールホルダ４２ごと分離させる。このとき、機内ロボット２４には、エンドエフェクタ４０として、把持機構を取り付けておく。

制御部３９は、さらに機内ロボット２４を駆動して、下刃物台２０から取り外した切削工具３２ａを、工具主軸１８に装着する。このとき、必要であれば、制御部３９は、工具主軸１８を機内ロボット２４の可動範囲内に移動させておく。続いて、制御部３９は、工具主軸１８を、所定の主軸側交換位置まで移動させる。この状態になれば、制御部３９は、収容部２６のシャッター２７を開き、交換機構２８の交換アーム５０を用いて、工具主軸１８に取り付けられている切削工具３２ａ（すなわち下刃物台２０から取り外した切削工具３２ａ）を収容部２６に収容する。また、これと同時に、新たに下刃物台２０に取り付ける切削工具３２ａが、交換アーム５０により工具主軸１８に取り付けられる。

工具主軸１８に新たな切削工具３２ａが取り付けられれば、制御部３９は、工具主軸１８を機内ロボット２４の可動範囲内に移動させるとともに、機内ロボット２４を駆動して、工具主軸１８に取り付けられた切削工具３２ａを下刃物台２０に取り付けさせる。これにより、下刃物台２０と収容部２６との間での切削工具３２ａの交換が完了となる。

以上の説明から明らかな通り、本例では、互いに離れた収容部２６と下刃物台２０との間で切削工具３２ａを付け替えるために、工具主軸１８を中継させている。工作機械１０には、この工具主軸１８に取り付けられる切削工具３２ａを交換するための交換機構２８が設けられているため、工具主軸１８を中継させることで、新たな交換機構２８を別途設けることなく、下刃物台２０と収容部２６との間で工具交換が可能となる。結果として、コストアップやサイズアップを抑えつつ、収容部２６から遠く離れた第一保持装置（下刃物台２０）についても自動での工具交換が可能となる。

なお、上述の説明では、工具主軸１８のツール装着部および下刃物台２０のツール装着部が互いに同一形状の場合を例に挙げて説明した。しかし、工具主軸１８および下刃物台２０のツール装着部は、互いに異なる形状を有していてもよい。この場合、工具主軸１８は、下刃物台２０に取り付けられる切削工具３２ａを、図６に示すツールホルダ４２を用いて保持する。このツールホルダ４２のツール連結部４２ｔは、下刃物台２０（第一保持装置）のツール装着部と同じ形状を有しており、機械連結部４２ｍは、工具主軸１８（第二保持装置）のツール装着部に装着可能な形状となっている。かかるツールホルダ４２を介在させることで、工具主軸１８および下刃物台２０のツール装着部の形状の違いを吸収でき、下刃物台２０用の切削工具３２ａも、工具主軸１８で保持することができる。

次に、他の実施形態について図７～図１１を参照して説明する。図７から図９は、工作機械１０の斜視図であり、ツール３２の一種であるチャック爪３２ｂを交換する様子を示す図である。また、図１０は、主軸端３４の概略的な斜視図であり、図１１は、このチャック爪３２ｂの交換に用いられるツールホルダ４２の斜視図である。

既述した通り、工作機械１０には、ワーク主軸１６が設けられており、このワーク主軸１６の端部、すなわち主軸端３４には、複数（図示例では三つ）のチャック爪３２ｂが設けられている。このチャック爪３２ｂは、加工するワークの形状などに応じて適宜交換する必要がある。本例では、このチャック爪３２ｂを、交換アーム５０、工具主軸１８、機内ロボット２４を介して交換する。すなわち、この場合、チャック爪３２ｂがツール３２として機能し、ワーク主軸１６がツール３２を保持する一方で交換機構２８がアクセスできない第一保持装置として機能する。

図１０に示す通り、主軸端３４には、チャック爪３２ｂがスライド挿入され、径方向に延びる溝３４ａが形成されている。この溝３４ａは、ワーク主軸１６（第一保持装置）に設けられ、チャック爪３２ｂ（ツール）が装着されるツール装着部である。この溝３４ａ（ツール装着部）に装着されたチャック爪３２ｂは、バネや電磁シリンダを利用したロック機構（図示せず）によりロックされ、主軸端３４からの離脱が阻害される。主軸端３４の周面には、このロックを解除するためのロック孔５６が設けられている。このロック孔５６に解除ピン（図示せず）を差し込むことで、上記ロック機構が解除され、チャック爪３２ｂが主軸端３４から離脱可能となる。

ここで、主軸端３４に設けられたツール装着部（溝３４ａ）は、当然ながら、工具主軸１８に設けられるツール装着部と形状が異なる。この形状の違いを吸収するために、工具主軸１８は、図１１に示すツールホルダ４２を介して、チャック爪３２ｂを保持する。このチャック爪３２ｂは、工具主軸１８のツール装着部に装着可能な機械連結部４２ｍと、交換アーム５０に係合可能な係合部４２ｅに加え、さらに、ワーク主軸１６のツール装着部（溝３４ａ）と同様の形状をした溝であるツール連結部４２ｔをチャック爪３２ｂの個数分（本例では三つ）有している。

かかる工作機械１０において、ワーク主軸１６（第一保持装置）と収容部２６との間で、チャック爪３２ｂを付け替える場合の流れについて説明する。この場合、制御部３９は、まず、機内ロボット２４を駆動して、ワーク主軸１６のチャック爪３２ｂ周辺の清掃を実行させる。

続いて、制御部３９は、機内ロボット２４を駆動して、ワーク主軸１６からチャック爪３２ｂを分離させたうえで、当該チャック爪３２ｂを工具主軸１８に保持されたツールホルダ４２に装着させる。具体的には、まず、機内ロボット２４に、エンドエフェクタ４０として、把持機構（クリッパやハンド機構等）を取り付ける。そして、この把持機構（エンドエフェクタ４０）で、解除ピンを把持し、解除ピンをロック孔５６に差し込んで、ロックを解除する（図８参照）。ロックが解除されれば、続いて、機内ロボット２４を駆動して、把持機構で、チャック爪３２ｂを把持し、ワーク主軸１６から取り外すとともに、当該チャック爪３２ｂをツールホルダ４２に取り付ける（図９参照）。このとき、ツールホルダ４２を保持する工具主軸１８は、必要に応じて、その位置や姿勢を変更する。こうした手順を、チャック爪３２ｂの個数分、繰り返す。したがって、図示例では、上記の手順を３回繰り返す。

全てのチャック爪３２ｂがツールホルダ４２に装着されれば、制御部３９は、当該ツールホルダ４２ごと工具主軸１８を所定の主軸側交換位置まで移動させる。この状態になれば、制御部３９は、収容部２６のシャッター２７を開き、交換機構２８の交換アーム５０を用いて、工具主軸１８に取り付けられているチャック爪３２ｂをツールホルダ４２ごと収容部２６に収容する。また、これと同時に、新たにワーク主軸１６に取り付けるチャック爪３２ｂが、交換アーム５０により工具主軸１８に取り付けられる。

工具主軸１８に新たなチャック爪３２ｂが取り付けられれば、制御部３９は、工具主軸１８を機内ロボット２４の可動範囲内に移動させるとともに、機内ロボット２４を駆動して、工具主軸１８に取り付けられたチャック爪３２ｂをワーク主軸１６に取り付けさせる。これにより、ワーク主軸１６と収容部２６との間でのチャック爪３２ｂの交換が完了となる。

以上の説明から明らかな通り、本例でも、工具主軸１８を介してツール（チャック爪３２ｂ）の付け替えを行っている。かかる構成とすることで、コストアップやサイズアップを抑えつつ、収容部２６に対して移動できないワーク主軸１６（第一保持装置）についても自動でのツール交換が可能となる。

次に、他の実施形態について図１２から図１４を参照して説明する。図１２から図１４は、他の工作機械１０の斜視図であり、ツール３２の一種である心押し台ツール３２ｃを交換する様子を示す図である。本例における工作機械１０は、図１２から図１４から明らかな通り、下刃物台２０に替えて、心押し台３０を備えている。心押し台３０は、ワーク主軸１６とＺ軸方向に対向しており、Ｚ軸方向に移動可能となっている。心押し台３０の一端には、心押し台ツール３２ｃが着脱可能に取り付けられている。心押し台ツール３２ｃは、ワーク主軸１６で保持されたワークの先端に当接して、当該ワークを支える。本例では、この心押し台３０が、ツール３２（心押し台ツール３２ｃ）を保持する第一保持装置として機能する。

また、本例において、工具主軸１８は、ツール（心押し台ツール３２ｃ）の交換を中継する第二保持装置として機能する。この工具主軸１８には、心押し台ツール３２ｃが着脱できるツールホルダ４２が取り付けられている。

かかる工作機械１０において、心押し台３０（第一保持装置）と収容部２６との間で、心押し台ツール３２ｃを付け替える場合の流れについて説明する。この場合、制御部３９は、まず、機内ロボット２４を駆動して、心押し台３０の心押し台ツール３２ｃ周辺の清掃を実行させる。

続いて、制御部３９は、機内ロボット２４を駆動して、心押し台３０から心押し台ツール３２ｃを分離させたうえで、当該心押し台ツール３２ｃを工具主軸１８に保持されたツールホルダ４２に装着させる（図１３、図１４参照）。工具主軸１８に心押し台ツール３２ｃが装着されれば、制御部３９は、当該ツールホルダ４２ごと工具主軸１８を所定の主軸側交換位置まで移動させる。この状態になれば、制御部３９は、収容部２６のシャッター２７（図１２から図１４では見えず）を開き、交換機構２８の交換アーム５０（図５参照）を用いて、工具主軸１８に取り付けられている心押し台ツール３２ｃをツールホルダ４２ごと収容部２６に収容する。また、これと同時に、心押し台３０に新たに取り付ける心押し台ツール３２ｃが、交換アーム５０により工具主軸１８に取り付けられる。

工具主軸１８に新たな心押し台ツール３２ｃが取り付けられれば、制御部３９は、工具主軸１８を機内ロボット２４の可動範囲内に移動させるとともに、機内ロボット２４を駆動して、工具主軸１８に取り付けられた心押し台ツール３２ｃを心押し台３０に取り付けさせる。これにより、心押し台３０と収容部２６との間での心押し台ツール３２ｃの交換が完了となる。

以上の説明から明らかな通り、本例でも、工具主軸１８を介してツール（心押し台ツール３２ｃ）の付け替えを行っている。かかる構成とすることで、コストアップやサイズアップを抑えつつ、収容部２６から離れた心押し台３０（第一保持装置）についても自動でのツール交換が可能となる。

なお、これまでの説明では、交換機構２８および収容部２６を加工室１２内に設けているが、これらは、加工室１２の外部に設けられてもよい。図１５は、こうした工作機械１０の概略平面図である。図１５の例では、収容部２６は、加工室１２の外側に設けられている。この収容部２６において、複数のツール３２は、環状のレール２６ａに沿って移動可能に保持されている。また、交換機構２８は、加工室１２の外部に設けられており、回転アーム６２を有したロボット６０を含んでいる。回転アーム６２は、所定の軸周りに回転することで、収容部２６および加工室１２の双方にアクセスできる。ツール３２を交換する際には、加工室１２内に設けられた下刃物台２０が回転アーム６２の近傍まで移動する。

また、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、機内ロボット２４と第二保持装置と交換機構２８を経由して、第一保持装置と収容部２６との間でツール３２を付け替えるのであれば、その他の構成は変更されてもよい。例えば、第二保持装置は、ツール３２を保持するものであれば、工具主軸１８に限らず他の保持装置でもよい。ただし、既存のＡＴＣを交換機構２８として利用するのであれば、第二保持装置は、ＡＴＣにより交換される切削工具３２ａを保持する切削工具保持装置であることが望ましい。また、これまでの説明では、機内ロボット２４に取り付けられる清掃機構（エンドエフェクタ４０）で、第一保持装置で保持されたツール３２周辺を清掃している。しかし、こうした清掃機構は、機内ロボット２４とは別に設けられてもよい。例えば、工作機械１０では、通常、加工中の加工点周辺に切削油やエアを供給する機構が設けられている。かかる切削油やエアを供給する機構を、清掃機構として用いてもよい。

１０工作機械、１２加工室、１４前面ドア、１６ワーク主軸、１８工具主軸、２０下刃物台、２２タレット、２４機内ロボット、２６収容部、２７シャッター、２８交換機構、３０心押し台、３２ツール、３２ａ切削工具、３２ｂチャック爪、３２ｃ心押し台ツール、３４主軸端、３８ロボットアーム、３９制御部、４０エンドエフェクタ、４２ツールホルダ、４２ｅ係合部、４２ｍ機械連結部、４２ｔツール連結部、４８ツールマガジン、５０交換アーム、５２係合鉤、５６ロック孔、６０ロボット、６２回転アーム。

Claims

切削工具でワークを加工する工作機械であって、
加工室内に設けられ、ツールを保持する第一保持装置と、
前記加工室内に設けられ、ツールを保持する第二保持装置と、
ツールを１以上収容可能な収容部と、
前記第二保持装置と前記収容部との間で、ツールを付け替えるように構成される一方で、前記第一保持装置に直接アクセスできない交換機構と、
前記第一保持装置と前記第二保持装置との間でツールを付け替えるように構成されるロボットと、
前記第一保持装置、前記第二保持装置、前記交換機構、および、前記ロボットの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ロボット、前記第二保持装置、前記交換機構を経由して、前記第一保持装置と前記収容部との間でツールを付け替えさせ、
前記第一保持装置は、刃物台またはワーク主軸または心押し台であり、
前記第二保持装置は、工具主軸または刃物台である、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械であって、
前記交換機構は、交換アームまたはロボットアームの少なくとも一つを有したオートツールチェンジャである、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１または２に記載の工作機械であって、
前記第一保持装置は、ツールとして切削工具を保持する前記刃物台である、ことを特徴とする工作機械。
請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記第一保持装置は、ツールとしてチャック爪を保持する前記ワーク主軸である、ことを特徴とする工作機械。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記第一保持装置は、ツールとして心押し台ツールを保持する前記心押し台である、ことを特徴とする工作機械。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記第二保持装置は、前記第一保持装置のツール装着部と同様の形状を有したツール連結部と、前記第二保持装置のツール装着部に装着可能な機械連結部と、を有したツールホルダを介して、前記第一保持装置で保持されるツールを保持する、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械であって、さらに、
前記第一保持装置で保持されているツール周辺を清掃する清掃機構を備え、
前記制御部は、前記第一保持装置と前記収容部との間でツールを付け替えるのに先立って、前記清掃機構によるツール周辺の清掃を実行させる、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から７のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、
本体部と、
前記本体部に交換可能に取り付けられた１以上のエンドエフェクタと、を有している、ことを特徴とする工作機械。
請求項８に記載の工作機械であって、
前記ロボットに装着される前記エンドエフェクタは、対象物を把持するエンドエフェクタおよび前記第一保持装置で保持されているツール周辺を清掃するエンドエフェクタを含む群の中から選択される、ことを特徴とする工作機械。