JPH08174364A - Ｎｃ工作機械の工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 既製品の工具を用い、主軸への装着時の工具
長を容易に任意に設定可能なＮＣ工作機械の工具交換装
置を提供する。 【構成】 工具１のシャンク部１ａの任意位置に弾性リ
ング６３を嵌着し、その弾性リング６３が丁度工具マガ
ジン２７の溝部２７ｂに嵌まるように工具ポット６１に
収納する。工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５と
の間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の相対移動により工具交換を行う
際、工具交換の度に主軸５に装着された工具１の工具長
を測定して工具長オフセットを行うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具を収納する工具ポ
ットを複数個設けた工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸
との間で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の送り軸を相対移動させて直接
的に工具交換を行うアームレス方式のＮＣ工作機械の工
具交換装置、および工具を一旦工具ホルダに固定し工具
ホルダごと工具交換を行うのではなく、工具ホルダを介
在させずに工具を工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸と
の間で直接的に交換するホルダレス方式のＮＣ工作機械
の工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工具マガジンにあらかじめ複数の工具を
収納し、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間に工
具転送アームを介在させず、工具マガジンとＮＣ工作機
械の主軸との間の送り軸の相対移動により、主軸に装着
された使用済みの工具を主軸から工具マガジンへ直接的
に転送、収納して、その後、所望の工具を工具マガジン
から主軸へ直接的に転送、装着するように工具交換を行
う、いわゆるアームレス方式の工具交換装置がある。さ
らに、工具を工具ホルダに装着し、その工具ホルダごと
工具交換するのではなく、工具マガジンに複数個設けら
れた工具ポットにあらかじめ工具を単体で収納してお
き、工具マガジンとＮＣ工作機械の主軸との間で工具単
体のまま直接的に工具交換を行う、いわゆるホルダレス
方式の工具交換装置がある。特に、後者の方式の工具交
換装置は、成形金型のリブ溝等の複雑な形状のワークの
加工を比較的細身の工具を用いて行うＮＣ工作機械に適
用されることが多い。アームレス方式およびホルダレス
方式を適用した工具交換装置の一例として、本出願人に
よる特開平５−２７７８６７号公報に示すような工具交
換装置がある。この装置は、工具の切削用刃部と主軸装
着部との間の中間軸部の所定位置に刻設された位置決め
溝に工具マガジンに設けられた位置決め板が弾性係合し
て、工具を軸線方向の所定位置に位置決めをするととも
に、工具マガジンに複数個並設した工具ポットに複数の
工具を把持、収納するようにして、工具マガジンとＮＣ
工作機械の主軸との間の相対移動により、工具マガジン
の全ての工具ポットとＮＣ工作機械の主軸との間で直接
的に工具の授受、交換が行えるようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工具ホ
ルダを介在させずに工具をＮＣ工作機械の主軸に直接的
に装着する場合、工具交換の度に工具長にばらつきが生
じるので、上記の特開平５−２７７８６７号公報の装置
では、工具を工具マガジンに収納するとき、工具の中間
軸部に刻設された位置決め溝により軸線方向の位置決め
を行うようにしてこのばらつきをなくすようにしてい
る。これは、工具長の管理の点では都合が良い反面、ワ
ークの形状によっては、同一形状、同一寸法の同種工具
でも、主軸からの突き出し寸法、すなわち工具長を種々
変えなければならないことがある。例えば、ワークの深
い部分を削る場合は主軸とワークとが干渉するので工具
長を長くし、ワークの浅い部分を削る場合は工具長を短
くして剛性の高い加工が行えるようにし、その中間の深
さを削る場合は、主軸とワークとが干渉しない範囲で、
かつできるだけ工具長を短くし剛性の高い加工を行った
ほうがよい。つまり、同種工具でも任意の工具長で使用
しなければならないときには、上記の装置のように位置
決め溝を工具の中間軸部に刻設する方法では、中間軸部
のいろいろな場所に位置決め溝を刻設した同種工具を準
備しておかなければならないという不都合がある。ま
た、工具の中間軸部に位置決め溝を刻設すると、工具の
強度が落ちる問題点がある。さらに、工具の中間軸部に
位置決め溝を追加工するため、既製品の工具がそのまま
使用できないのでコストアップになるという問題点もあ
る。そこで本発明は、工具マガジンとＮＣ工作機械の主
軸との間のホルダレス方式の自動工具交換において、工
具長の設定を任意に、容易に行えるようにし、かつ既製
品の工具をそのまま使用できるようにして工具のコスト
ダウンも可能としたＮＣ工作機械の工具交換装置を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的に鑑み、本発明
は以下に述べるとおりの各構成要件を具備してなる。 （１） ＮＣ工作機械の主軸に装着されるシャンク部と
切削用刃部とを備えた工具を前記主軸と工具マガジンと
の間で直接的に授受交換するＮＣ工作機械の工具交換装
置において、前記工具の前記主軸への装着時の工具長を
調節し、前記工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に
移動可能に嵌着、固定したリング部材と、前記工具マガ
ジンに複数個設けられ、前記リング部材を前記工具の軸
線方向の基準として前記工具マガジンに前記工具を収納
する工具ポットと、を具備してなり、前記主軸と前記工
具マガジンとの間の相対移動により工具交換を行うよう
にしたＮＣ工作機械の工具交換装置。 （２） 前記工具交換の度に前記主軸に装着された前記
工具の工具長を測定する工具長測定手段と、前記工具長
測定手段で測定した工具長データに基づいて、工具長オ
フセットを行う工具長オフセット手段と、をさらに具備
した上記第（１）項に記載のＮＣ工作機械の工具交換装
置。

【０００５】

【作用】上述の構成により、主軸に装着したときの工具
長に見合った各工具のシャンク部にリング部材を嵌着、
固定し、そのリング部材を基準にして各工具を工具マガ
ジンの各工具ポットに収納する。なお、リング部材は各
工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に移動可能にな
っているので、既製品の同種工具をいろいろな工具長に
設定できる。また、ホルダレス方式のため、工具交換の
度に主軸への工具装着精度が変わる恐れがあるので、工
具交換指令があった場合、工具交換の度に工具長測定手
段で工具長を測定し、その測定した工具長で工具オフセ
ットを行ってから、当該工具による加工を開始するよう
にしたので、高精度のＮＣ加工を行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面に沿っ
て説明する。図１は、本発明実施例の工具交換装置を備
えたＮＣ工作機械の工具交換時の要部正面図および構成
ブロック図、図２は、図１の断面Ａ−Ａによる要部側面
図、図３は、図２の矢視Ｂによる工具マガジンの平面
図、図４は、本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ
工作機械の工具装着時の主軸の要部断面図である。

【０００７】まず、図１、図２、図３を参照して、本発
明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作機械の要部を
説明する。本発明実施例の工具交換装置が適用されるＮ
Ｃ工作機械の本体（図示せず）は、工具１をコレット３
を介して装着する主軸５が主軸頭７に回転自在に支持さ
れ、主軸頭７とワークを載置するテーブル９とが、ＮＣ
装置１１により制御されるＸ軸送りモータ１３、Ｙ軸送
りモータ１５、Ｚ軸送りモータ１７を駆動することによ
り、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向に相対移動するように
なっている。

【０００８】テーブル９側面部に取り付けられたブラケ
ット１９上部にリニアガイド２１が設けられ、リニアガ
イド２１によりＸ軸方向に往復移動可能に案内されるキ
ャリア２３上部にマガジンベース２５が立設され、工具
１を収納する工具マガジン２７がマガジンベース２５上
部に４本のボルト２９で固定されている。キャリア２３
左側面部に取り付けられたプレート３１にはブラケット
１９に設けられたシリンダ３３により進退するロッド３
５がナット３７で固定されており、よって、シリンダ３
３に空気圧供給装置３９からエアを供給してロッド３５
を進退させることにより、キャリア２３上部に立設した
マガジンベース２５上部に固定された工具マガジン２７
を、工具交換可能位置である前進位置（図１に図示の位
置）とワークの加工領域外の退避位置との間でＸ軸方向
に往復移動させることができる。

【０００９】プレート３１右側面部にはプーリ４１を回
転自在に支持するプーリブラケット４３が取り付けら
れ、プーリ４１に同軸状に固着されたピニオン４５がリ
ニアガイド２１に取り付けられたラック４７と噛み合っ
ている。さらに、プレート３１には切屑や加工液が加工
中に工具マガジン２７周辺部に飛散しないようにするカ
バー４９が取り付けられ、カバー４９上部にはマガジン
カバー５１がプーリ５３とともに同軸状に枢着され、ベ
ルト５５がプーリ４１とプーリ５３との間に張設されて
いる。通常、工具マガジン２７はワークの加工領域外で
ある退避位置にあり、プレート３１に固定されたロッド
３５が左行してマガジンカバー５１は閉じている。しか
し、工具交換時、機械制御装置５７から工具マガジン移
動指令が発せられると、空気圧供給装置３９によりシリ
ンダ３３にエアが供給されてプレート３１に固定された
ロッド３５が右行し工具マガジン２７が前進するととも
に、リニアガイド２１に取り付けられたラック４７と噛
み合っているピニオン４５に固定されたプーリ４１が反
時計回りして、ベルト５５を介しプーリ５３を反時計回
りに回転させ、マガジンカバー５１が開く（図１参
照）。この状態で工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主
軸５との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の相対移動による自動工具交
換および工具マガジン２７に収納されている工具１と外
部工具との手動による差替えが可能となる。

【００１０】また、テーブル９上部の加工の妨げとなら
ない所定位置に工具長測定用のタッチセンサ５９が設け
られ、工具１を装着した主軸５を下降させタッチセンサ
５９に接近させていき、工具１の刃部１ｂ先端がタッチ
センサ５９に接触したことを接触信号として機械制御装
置５７に送るようになっている。機械制御装置５７は、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の位置座標を刻々把握しており、接触信号
を受信したときの現在位置座標から工具長を測定するこ
とができる。また、機械制御装置５７は、ＮＣ装置１１
から工具交換指令を受けると、工具交換後、引き続いて
工具長測定を行うようにＮＣ装置１１に信号を発して、
上記工具長測定を行うのである。

【００１１】図３に示すように、工具マガジン２７は樹
脂等の弾性材料からなる板材であり、左右方向に設けら
れた７つのスリット２７ａにより、工具１を収納する８
個の工具ポット６１を形成しており、厚みの中間部に溝
部２７ｂが形成されて上下２層となっている。各工具ポ
ット６１には、工具１のシャンク部１ａ径より小径の工
具収納穴２７ｃ、工具１の受け渡しの通過部となる工具
授受口２７ｄ、主軸５のＸ軸方向への移動により主軸５
に装着された工具１が工具収納穴２７ｃに収納されると
き、弾性力が作用して開閉動作する一対の把持爪２７
ｅ，２７ｅ、一対の把持爪２７ｅ，２７ｅに弾性力を付
与させる抜き穴２７ｆおよび切欠き２７ｇがそれぞれ設
けられている。また、各工具１のシャンク部１ａには、
主軸５への装着時の工具長を調節する弾性リング６３が
嵌着され、工具マガジン２７の工具ポット６３への工具
１の収納時には、工具マガジン２７に形成された溝部２
７ｂにと工具１に嵌着した弾性リング６３とが嵌まって
軸線方向のおおよその基準となり、弾性リング６３の上
下を挟むようにして工具１のシャンク部１ａが工具ポッ
ト６１の一対の把持爪２７ｅ，２７ｅの弾性力により把
持されている。また、工具ポット６１の一対の把持爪２
７ｅ，２７ｅの弾性力で工具１を把持せず、工具ポット
６１の工具収納穴２７ｃを工具１のシャンク部１ａ径よ
り若干大きくして、弾性リング６３を工具マガジン２７
の上面部に引っ掛けて収納する形式にしてもよい。さら
に、弾性リング６３の代わりに、工具１の外周方向から
止めねじで固定する形式のリング部材を用いてもよい。

【００１２】次に、図４を参照して、本発明実施例の工
具交換装置を備えたＮＣ工作機械の工具装着時の主軸の
要部を説明する。なお、（ａ）は、ある工具を最大工具
長にした工具装着時、（ｂ）は、その工具を最小工具長
にした工具装着時を示している。主軸頭７に回転自在に
支持された主軸５内部にはドローバー６５が設けられ、
ドローバー６５下部のねじ部６５ａにコレット３が螺着
され、主軸５内部をドローバー６５がコレット３ととも
に上下方向に移動可能となっている。工具１はシャンク
部１ａと刃部１ｂとからなり、シャンク部１ａに弾性リ
ング６３を嵌着して主軸５への装着時の工具長を調節す
るとともに、シャンク部１ａがコレット３のチャック部
３ａに把持される。工具１のシャンク部１ａへの弾性リ
ング６３の嵌着位置により、コレット３のチャック部３
ａに把持される工具１のシャンク部１ａの把持長さが変
わるので、コレット３内部に工具１のシャンク部１ａの
逃げのための空間部３ｂを設けてあり、空間部３ｂの上
下方向の長さが工具長調節可能長さとなっている。ま
た、工具交換の際、主軸５に装着された工具１をアンク
ランプ状態にして工具マガジン２７の工具ポット６１に
収納するときには、ドローバー６５をドローバー６５上
部に設けられた複数枚の皿ばね（図示せず）の弾性力に
抗して下方に押し込むことにより、ドローバー６５下部
に螺着されたコレット３を主軸５先端部から突出させて
コレット３のチャック部３ａを開放させる。これに対
し、工具マガジン２７の工具ポット６１に収納されてい
る工具１を主軸５に装着するときには、皿ばねの弾性力
でドローバー６５を引き上げ、コレット３のチャック部
３ａ外形のテーパ部と主軸１先端部に設けたテーパ穴と
が嵌合してコレット３のチャック部３ａに把持力が与え
られ工具１をクランプする。

【００１３】本発明の工具交換装置を備えたＮＣ工作機
械において、工具交換の度に工具マガジン２７から主軸
５に装着される工具１の工具長を測定する動作制御の過
程を説明する。まず、ワークの加工に用いる刃部１ｂ形
状の異なった複数種類の工具１のシャンク部１ａの適宜
位置に弾性リング６３を嵌着し、工具マガジン２７の工
具ポット６１に収納する。このとき、主軸５に工具１が
装着されている場合には、その工具１を収納するための
空の工具ポット６１を工具マガジン２７に設けておく
（図２参照）。図２において、工具マガジン２７の工具
ポット６３に収納されている工具１の内、左から１，
２，７，８番目の工具はシャンク部１ａおよび刃部１ｂ
形状および寸法が全く同じ同種工具であり、その工具の
シャンク部１ａへの弾性リング６３の嵌着位置を変えて
工具マガジン２７の工具ポット６１に収納することで、
１種類の工具でそれぞれの工具長を得たものである。同
様に、左から３，４番目の工具１も工具のシャンク部１
ａへの弾性リング６３の嵌着位置をそれぞれ変えただけ
の同種工具である。

【００１４】ＮＣ装置１１に与えられたＮＣプログラム
により、ワークの加工が開始され、その過程で工具交換
指令が発せられると、ＮＣ装置１１から機械制御装置５
７に工具マガジン移動指令が送られ、空気圧供給装置３
９によりエアが供給されてシリンダ３３が作動し、工具
マガジン２７が工具交換可能位置へ前進する。その後、
工具マガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５との間のＸ，
Ｙ，Ｚ軸の相対移動により、まず、主軸５に装着されて
いる使用済みの工具１を空の工具ポット６１に収納し、
これから使用する工具１を主軸５に装着し、再び工具マ
ガジン２７とＮＣ工作機械の主軸５との間のＸ，Ｙ，Ｚ
軸の相対移動により、主軸５に装着した工具１を工具マ
ガジン２７の工具ポット６１から取り外すとともに、テ
ーブル９上に取り付けたタッチセンサ５９上に移動し工
具長測定を行う。

【００１５】一方、ＮＣ装置１１には、ある工具長でプ
ログラムされたＮＣ加工データがあらかじめ入力されて
いるので、現在主軸に装着されている状態の当該工具の
工具長の測定結果と、あらかじめプログラムされている
ＮＣ加工データ中の工具長との差だけＺ軸方向の移動量
を補正する工具長オフセットをＮＣ装置１１で行う。そ
の後、ワークの加工を行うので、高精度のＮＣ加工が実
現できる。また、弾性リング６３は弾性による摩擦力だ
けで工具１のシャンク部１ａに嵌着しており、工具長調
節可能長さを越えるような位置へ弾性リング６３を嵌着
した場合には、主軸５が工具１を押し下げて弾性リング
６３のみが工具１の軸線方向にずれて誤りを吸収するの
で、工具マガジン２７を破損することがなく、また、こ
の状態でも工具長を必ず測定してから加工を行うので加
工間違いも発生しない。さらに、弾性リング６３の弾性
力は、加工中にその位置がずれない程度の大きさのもの
を選定するのである。出願人は、実加工を行って実用上
問題のないことを把握している。

【００１６】工程設計の段階で最適な工具長を見積り、
それに適合するようにあらかじめ工具に弾性リング６３
を嵌着しておくので、作業者は、あらかじめ用意された
工具の弾性リング６３を工具マガジン２７の溝部２７ｂ
に合わせるようにして、工具ポット６１に工具を機械的
に収納すればよいので、工具の工具長設定から工具ポッ
ト６１への収納までの一連の作業が簡単に行えるという
効果もある。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、シャンク部の任意位置にリング部材を嵌着し
た工具を、そのリング部材を軸線方向のおおよその基準
として工具マガジンの工具ポットに収納するようにした
ので、工具の主軸への装着時の工具長を任意に調節がで
きるようになった。これにより、同種工具の工具長を加
工深さに応じて簡単に変えることができる。従来のよう
に工具の中間軸部に位置決め溝を刻設する必要がないの
で、工具の強度が落ちることがなくなったことと相まっ
て、できる限り工具長を短くして剛性の高い切削加工が
行える。また、工具長測定手段を設けて工具交換の度に
工具長を測定し、その測定結果により工具長オフセット
を行うようにしたので、ホルダレス方式の工具交換装置
でありながら、高精度のＮＣ加工が実現できる。さら
に、工具への追加工の必要がなく、既製品の工具をその
まま使用できるので工具のコストダウンも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作
機械の工具交換時の要部正面図および構成ブロック図で
ある。

【図２】図１の断面Ａ−Ａによる要部側面図である。

【図３】図２の矢視Ｂによる工具マガジンの平面図であ
る。

【図４】本発明実施例の工具交換装置を備えたＮＣ工作
機械の工具装着時の主軸の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 工具 １ａ シャンク部 １ｂ 刃部 ３ コレット ５ 主軸 ９ テーブル １１ ＮＣ装置 ２５ マガジンベース ２７ 工具マガジン ３３ シリンダ ３９ 空気圧供給装置 ５７ 機械制御装置 ５９ タッチセンサ ６１ 工具ポット ６３ 弾性リング ６５ ドローバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮＣ工作機械の主軸に装着されるシャン
   ク部と切削用刃部とを備えた工具を前記主軸と工具マガ
   ジンとの間で直接的に授受交換するＮＣ工作機械の工具
   交換装置において、 前記工具の前記主軸への装着時の工具長を調節し、前記
   工具のシャンク部の軸線方向の任意位置に移動可能に嵌
   着、固定したリング部材と、 前記工具マガジンに複数個設けられ、前記リング部材を
   前記工具の軸線方向の基準として前記工具マガジンに前
   記工具を収納する工具ポットと、を具備してなり、前記
   主軸と前記工具マガジンとの間の相対移動により工具交
   換を行うようにしたことを特徴とするＮＣ工作機械の工
   具交換装置。
2. 【請求項２】 前記工具交換の度に前記主軸に装着され
   た前記工具の工具長を測定する工具長測定手段と、 前記工具長測定手段で測定した工具長データに基づい
   て、工具長オフセットを行う工具長オフセット手段と、
   をさらに具備した請求項１に記載のＮＣ工作機械の工具
   交換装置。