JPH10151539A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の運転中にＡＴＣの使用済工具を新
たな工具と交換できるようにするとともに、ＡＴＣの工
具マガジンを複数セット設けなくても良いようにして、
工作機械が大型化しないようにする。 【解決手段】 本発明に係る工具交換装置３０は、工作
機械１０のＡＴＣ２０と工作機械１０の外部との間で工
具２の入れ換えを行う工具交換装置において、ＡＴＣ２
０に設けられ、加工に必要な工具２を蓄える工具マガジ
ン２２と、入れ換えられる工具２を保持でき、かつ、工
作機械１０の外部から操作できる工具交換ポケット３２
と、工具マガジン２２と工具交換ポケット３２との間で
工具の入れ換えを行う工具交換用アクチュエータ３６
と、工具交換用アクチュエータ３６による工具２の入れ
換えに要する時間よりも長くＡＴＣ２０が停止するとき
に、その工具交換用アクチュエータ３６を動作させる制
御手段とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の自動工
具交換機と工作機械の外部との間で工具の入れ換えを行
う工具交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械でワークに対して多種類の加工
を行おうとすれば多種類の工具が必要となる。このた
め、多くの工作機械には種類の異なる工具を加工状況に
応じて自動的に主軸等にセットする自動工具交換機（以
下、ＡＴＣという）が設けられている。前記ＡＴＣは工
具マガジンを備えており、この工具マガジンに予め決め
られた本数の工具がセットされている。しかしながら、
加工の種類が多くなると、使用工具の全てを工具マガジ
ンに保持できない場合がある。この場合には、工作機械
を停止して工具マガジン内の工具の交換を行い、交換後
にワークの加工を開始する。

【０００３】しかしながらこの方法では、一旦、工作機
械を停止しなければならないため、工作機械の稼働率が
低下するという問題がある。この問題を解決するため
に、特開平１−２５７５５１号公報に記載されている工
作機械は工具マガジンを複数セット備えており、所定の
ワークの加工中に動作しない工具マガジンの工具から順
番に交換できるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た工作機械では工具マガジンが複数セット必要となるた
め、設備が大型化するとともに設備コストも増大すると
いう問題がある。請求項１に記載された発明は、工具マ
ガジンが一セットであっても工作機械の運転中に工具の
段取り替えをできるようにし、工作機械の稼働率が低下
しないようにするとともに、工作機械の大型化やコスト
増大を防止することを目的とするものである。また、請
求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明
の目的に加えて、自動工具交換機の停止時間を正確に把
握できるようにすること目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有する工具交換装置によって解決される。即ち、
請求項１に記載の工具交換装置は、工作機械の自動工具
交換機と工作機械の外部との間で工具の入れ換えを行う
工具交換装置において、前記自動工具交換機に設けら
れ、加工に必要な工具を蓄える工具マガジンと、入れ換
えられる工具を保持でき、かつ、工作機械の外部から操
作できる工具交換ポケットと、前記工具マガジンと工具
交換ポケットとの間で工具の入れ換えを行う工具交換用
アクチュエータと、前記工具交換用アクチュエータによ
る工具の入れ換えに要する時間よりも長く自動工具交換
機が停止するときに、その工具交換用アクチュエータを
動作させる制御手段と、を有している。請求項１の工具
交換装置によると、工作機械の外部から工具交換ポケッ
トに入れ換えるべき工具をセットしておけば、工作機械
がワークを搬送するときや、またワークの加工中であっ
ても自動工具交換機が工具交換用アクチュエータの動作
時間よりも長く停止するときに、工具交換ポケットと工
具マガジンとの間で工具の入れ換えを行うことができ
る。また、工具交換ポケットは工作機械の外部から操作
できるため、工具交換ポケットに保持された交換済の工
具を取り出すことができるようになる。即ち、工作機械
全体を停止させることなく安全に工具の交換を行えるよ
うになる。また、従来の自動工具交換機のように工具マ
ガジンを複数セット設ける必要もなくなる。

【０００６】また、請求項２に記載の工具交換装置は、
請求項１に記載された工具交換装置において、前記制御
手段は、ワークの加工に使用される工具の種類から自動
工具交換機の停止時間を求めることを特徴とする。ここ
で、工具の種類毎にワークの加工時間は決まっており、
さらに自動工具交換機は工具がワークを加工していると
きには停止している。このため、ワークの加工に使用さ
れる工具の種類から自動工具交換機の停止時間を正確に
求めることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】

〔第１の実施の形態〕以下、図１〜図４に基づいて、本
発明の一の実施の形態に係る工具交換装置の説明を行
う。ここで、図１は本実施の形態に係る工具交換装置を
備える工作機械の側面概略図であり、図２は工具交換装
置の工具移動方法を表す側面図及び平面図である。ま
た、図３、図４は工具交換装置の動作を表すフローチャ
ートである。ここで、工作機械の幅方向をＸ軸方向、高
さ方向をＹ軸方向、主軸の軸方向をＺ軸方向として以下
の説明を行う。前記工具交換装置３０は工作機械１０の
自動工具交換機２０にセットされている多種類の工具２
のうち使用済工具を新たな工具と交換するための装置で
あり、二台の工具２を保持できる工具交換ポケット３２
と、その工具交換ポケット３２と前記自動工具交換機２
０との間で工具２を移動させる後部工具移動機構３６と
から構成されている。ここで、工具交換装置３０の説明
を行う前に自動工具交換機２０（以下、ＡＴＣ２０とい
う）の概略を説明する。

【０００８】前記ＡＴＣ２０は、複数の工具２を保持す
る工具マガジン２２と、工具２を工具マガジン２２と交
換準備位置Ｊとの間で移動させる前部工具移動機構２
４、及び工具２を交換準備位置Ｊと主軸１４との間で入
れ換える工具交換アーム２６とから構成されている。前
記工具マガジン２２は、Ｘ軸に平行な軸回りに回転する
円盤状のマガジンであり、その円周方向には等間隔で配
置された八セットの把持機構２２ｈが設けられている
（図２参照）。前記把持機構２２ｈは、工具２を収納す
るツールポット２ｔをＸ軸に平行な状態で把持するため
の機構であり、前記ツールポット２ｔを挟む一対の爪２
２ｆを備えている。前記爪２２ｆは鋏状に連結されてお
り、それらの爪２２ｆの先端部で前記ツールポット２ｔ
が工具マガジン２２の円周方向から挟まれるようになっ
ている。また、前記爪２２ｆの基端部には把持力を付与
するバネ２２ｂが装着されている。

【０００９】前記爪２２ｆはその先端部が工具マガジン
２２の外周部分に位置決めされている。このため、前記
ツールポット２ｔが工具マガジン２２の半径方向外側か
らバネ２２ｂの力に抗して把持機構２２ｈの爪２２ｆに
押し込まれれば、自動的にそのツールポット２ｔが把持
機構２２ｈにセットされるようになる。また、把持機構
２２ｈにセットされたツールポット２ｔに工具マガジン
２２の半径方向外側から引っ張り力が加わると、そのツ
ールポット２ｔは爪２２ｆの間から外れるようになる。

【００１０】前部工具移動機構２４は、工具マガジン２
２によって前部交換位置Ｆ（図１参照）に位置決めされ
たツールポット２ｔを把持するハンド（図示されていな
い）とそのハンドを前部交換位置Ｆと交換準備位置Ｊと
の間で往復動させる移動アクチュエータ（図示されてい
ない）とを備えている。即ち、所定の工具２を収納する
ツールポット２ｔが工具マガジン２２によって前部交換
位置Ｆに位置決めされると、前記ハンドが前記ツールポ
ット２ｔを把持する。この状態で、ハンドが移動アクチ
ュエータによって前方（Ｚ軸方向）に動かされると、ツ
ールポット２ｔは前部交換位置Ｆにある把持機構２２ｈ
の爪２２ｆから自動的に外されて横向きのまま前進す
る。

【００１１】そして、予め決められた位置までハンドが
前進した状態で移動アクチュエータが前記ハンドを水平
に90°回動させることにより、所定の工具２及びその工
具２を収納するツールポット２ｔが主軸１４に平行に保
持されて交換準備位置Ｊに位置決めされる。なお、交換
準備位置Ｊに位置決めされた工具２及びそのツールポッ
ト２ｔを工具マガジン２２の前部交換位置Ｆまで移動さ
せる場合は上記と逆の手順で行う。

【００１２】前記工具交換アーム２６は、その中央部分
がＺ軸方向に前進後退できる回動軸２６ｊに連結されて
おり、さらに、その両端部にはフック２６ｆが固定され
ている。そして、それらのフック２６ｆが交換準備位置
Ｊの工具２及び主軸１４の工具２と係合できるようにな
っている。このため、工具交換アーム２６の両フック２
６ｆをそれぞれ交換準備位置Ｊの工具２と主軸１４の工
具２とに係合させて、前記回動軸２６ｊを前進させるこ
とにより、両工具２をツールポット２ｔ及び主軸１４か
ら引き抜けるようになる。さらに、この状態で、工具交
換アーム２６を回動軸２６ｊにより180 °回動させた
後、その回動軸２６ｊを元の位置まで後退させることに
より、交換準備位置Ｊの工具２を主軸１４にセットし、
主軸１４の工具２を交換準備位置Ｊにセットできるよう
になる。

【００１３】前記ＡＴＣ２０の後方には前記工具交換装
置３０が設置されている。前記工具交換装置３０は、前
述のように、ツールポット２ｔに収納された工具２を二
台保持できる工具交換ポケット３２を有している。前記
工具交換ポケット３２には、工具マガジン２２で使用さ
れた把持機構２２ｈと等しい構造の把持機構３２ｈが上
下に二セット設けられており、各々の把持機構３２ｈに
ツールポット２ｔが把持されるようになっている。ここ
で、上側の把持機構３２ｈには使用済みの工具２を収納
するツールポット２ｔが保持されるようになっており、
下側の把持機構３２ｈには新たな工具２を収納するツー
ルポット２ｔが保持されるようになっている。また、下
側の把持機構３２ｈの近傍には新たな工具２のナンバー
を読み取るためのＩＤセンサー（図示されていない）が
取付けられている。また、工具交換ポケット３２の背面
には摺動子３２ｓが固定されており、この摺動子３２ｓ
が所定位置に設置されたＹ軸レール３４に摺動自在に係
合されている。このため、前記工具交換ポケット３２は
Ｙ軸レール３４に倣って上限位置（基準位置）と下限位
置（安全位置）との間を往復動できるようになる。

【００１４】前記工具交換ポケット３２と前記工具マガ
ジン２２との間にはその前記工具マガジン２２の後部交
換位置Ｒにあるツールポット２ｔを基準位置にある工具
交換ポケット３２まで移動させる後部工具移動機構３６
が設置されている。ここで、前記工具交換ポケット３２
が基準位置にある状態で、その工具交換ポケット３２の
下側の把持機構３２ｈの高さは工具マガジン２２の後部
交換位置Ｒの高さと等しくなる。後部工具移動機構３６
は、ツールポット２ｔを把持するハンド３６ｈ（図２
（Ｂ）参照）とそのハンド３６ｈを工具交換ポケット３
２と工具マガジン２２との間で移動させる移動アクチュ
エータ（図示されていない）とを備えている。

【００１５】即ち、前記工具交換ポケット３２が基準位
置に位置決めされた状態で、後記する工具交換条件が整
い、使用済工具２のツールポット２ｔが工具マガジン２
２により後部交換位置Ｒに位置決めされると、前記ハン
ド３６ｈがそのツールポット２ｔを把持する。この状態
で、ハンド３６ｈが移動アクチュエータによって後方
（Ｚ軸方向）に動かされると、前記ツールポット２ｔは
把持機構２２ｈの爪２２ｆから自動的に外されて横向き
のまま後退する。そして、予め決められた位置までハン
ド３６ｈが後退した後、移動アクチュエータが前記ハン
ド３６ｈを工具交換ポケット３２の上側の把持機構３２
ｈの位置まで上昇させ、さらに、その位置から引き続き
後退させる。これによって、ハンド３６ｈに把持されて
いる前記ツールポット２ｔが自動的に上側の把持機構３
２ｈに押し込まれてセットされる。

【００１６】このようにして、使用済工具２を収納した
ツールポット２ｔが工具交換ポケット３２の上側の把持
機構３２ｈにセットされると、前記ハンド３６ｈは前記
ツールポット２ｔを放して下側の把持機構３２ｈにセッ
トされている新たな工具２のツールポット２ｔを把持す
る。そして、前記ハンド３６ｈが移動アクチュエータに
よって前方に動かされると、前記ツールポット２ｔは下
側の把持機構３２ｈの爪３２ｆから自動的に外されて横
向きのまま前進し、工具マガジン２２の後部交換位置Ｒ
に位置決めされている把持機構２２ｈに自動的に押し込
まれてセットされるようになる。即ち、前記後部工具移
動機構３６が本発明の工具交換用アクチュエータに相当
する。

【００１７】前記工具交換装置３０は、操作盤４０に設
けられた制御装置（図示されていない）により図３、図
４に示されるフローチャートに基づいて駆動される。次
に、前記フローチャートに基づいて工具交換装置３０の
動作を説明する。先ず、作業者が操作盤４０の工具交換
準備押しボタンをＯＮする。これによって、工作機械１
０がワークの加工を継続している状態で、後部工具移動
機構３６の移動アクチュエータがインターロックされる
（ステップ１０１，１０２）。そして、前記移動アクチ
ュエータのインターロックが完了した状態で、操作盤４
０の工具交換可能ランプが点灯する（ステップ１０３，
１０４）。次に、作業者は工具交換可能ランプの点灯を
確認したうえで、工具交換ポケット３２を基準位置から
安全位置まで下げる（ステップ１０５）。これによっ
て、工具交換ポケット３２は工作機械１０の可動部や前
記移動アクチュエータ等とは干渉しなくなる。なお、工
具交換ポケット３２を下げる際にその工具交換ポケット
３２を工作機械１０から遮る板（図示されていない）も
連動して下がるため、安全性はさらに向上する。

【００１８】次に、作業者はツールポット２ｔに収納さ
れた新たな工具（以下、工具Ｎという）を工具交換ポケ
ット３２の下側の把持機構３２ｈにセットし、工具交換
ポケット３２の上側の把持機構３２ｈにセットされてい
る使用済の工具（以下、使用済工具Ｘという）を取り出
す（ステップ１０６）。そして、工具交換ポケット３２
を基準位置まで上昇させて、新たな工具Ｎのナンバーを
操作盤４０にインプットし、工具交換完了ボタンをＯＮ
する（ステップ１０７，１０８）。前記制御装置では、
工具交換ポケット３２のＩＤセンサーによって検出され
た工具Ｎのナンバーと作業者によりインプットされた工
具Ｎのナンバーとが照合される（ステップ１０９）。も
し、工具ナンバーのインプットミスがあれば、再び工具
Ｎのナンバーをインプットして工具交換完了ボタンをＯ
Ｎする（ステップ１１０、１１１）。

【００１９】インプットされた工具Ｎのナンバーが正し
ければ、後部工具移動機構３６の移動アクチュエータの
インターロックが解除され、操作盤４０の工具交換可能
ランプが消灯する（図４ ステップ１１２，１１３）。
次に、工作機械１０がワークを加工しているか否かが判
定され（ステップ１１４）、加工中であれば現在使用さ
れている工具の次に使用される工具Ｚの加工時間（ｔ）
が工具交換装置３０の工具交換時間（Ｔ）よりも大きい
か否かが判定される（ステップ１１５）。即ち、前記Ａ
ＴＣ２０は、工具がワークを加工しているときは停止し
ているため、そのＡＴＣ２０の停止中に工具マガジン２
２の使用済工具Ｘを新たな工具Ｎと入れ換えられるか否
かを判定する。

【００２０】工具Ｚの加工時間（ｔ）が工具交換装置３
０の工具交換時間（Ｔ）よりも大きい場合には、工具Ｚ
によりワークの加工が開始された後にＡＴＣ２０の工具
マガジン２２が動作し、使用済工具Ｘが後部交換位置Ｒ
に位置決めされる（ステップ１１７）。次に、後部工具
移動機構３６の移動アクチュエータが駆動されてハンド
３６ｈがその使用済工具Ｘのツールポット２ｔを把持し
た状態で後方（Ｚ軸方向）に動かされる。これによっ
て、そのツールポット２ｔは工具マガジン２２の把持機
構２２ｈから自動的に外される。そして、前記移動アク
チュエータが引き続き駆動されることによりハンド３６
ｈに把持されたツールポット２ｔが工具交換ポケット３
２の上側の把持機構３２ｈまで搬送され、その把持機構
３２ｈにセットされる（ステップ１１８）。

【００２１】次に、前記ハンド３６ｈが使用済工具Ｘの
ツールポット２ｔを放して下側の把持機構３２ｈにセッ
トされている新たな工具Ｎのツールポット２ｔを把持
し、前方に移動する。これによって、工具Ｎのツールポ
ット２ｔは自動的に工具交換ポケット３２の把持機構３
２ｈから離れ、工具マガジン２２の後部交換位置Ｒに位
置決めされている把持機構２２ｈに自動的にセットされ
て工具の入替えが終了する（ステップ１１９）。

【００２２】また、工作機械１０がワークの加工を行っ
ていない場合、即ち、工作機械１０が停止中のときは、
ステップ１１４からステップ１１７に進み、直ちに工具
の入替えが行われる（ステップ１１７，１１８，１１
９）。このように、本実施の形態に係る工具交換装置３
０によると、前記制御装置はＡＴＣ２０が後部工具移動
機構３６の動作時間よりも長く停止するときに、その後
部工具移動機構３６を動作させる。即ち、工作機械が運
転中でもＡＴＣ２０が所定の時間停止していれば後部工
具移動機構３６は動作可能であり、工具の交換ができる
ようになる。このため、工作機械１０の稼働率が低下す
ることがない。また、従来にように工具マガジンを複数
セット用意する必要がなくなり、工作機械が大型化する
こともない。

【００２３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この本発明の実施の形態には請求の範囲に記載し
た技術的事項以外に次のような技術的事項を有するもの
であることを付記しておく。 （１）請求項１に記載された工具交換装置において、工
具交換用アクチュエータは、自動工具交換機の工具を工
作機械の作業位置まで移動する機能も備えていることを
特徴とする工具交換装置。このため、工具交換ポケット
と自動工具交換機間、自動工具交換機と工作機械の作業
位置間でそれぞれ工具交換用アクチュエータが必要なく
なり、工作機械がシンプルになる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、工作機械が運転中でも
自動工具交換機の使用済工具を新たな工具と交換するこ
とができるため、工作機械の稼働率が低下することがな
い。また、従来のように工具マガジンを複数セット設け
る必要もないために工作機械が大型化することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態に係る工具交換装置を
使用した工作機械の側面概略図である。

【図２】本発明の一の実施の形態に係る工具交換装置の
工具移動方法を表す側面図及び平面図である。

【図３】本発明の一の実施の形態に係る工具交換装置の
動作を表すフローチャートである。

【図４】本発明の一の実施の形態に係る工具交換装置の
動作を表すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 工作機械 ２０ 自動工具交換機（ＡＴＣ） ３２ 工具交換ポケット ３２ｓ 摺動子 ３４ Ｙ軸レール ３６ 後部工具移動機構（工具交換用アクチュエー
タ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の自動工具交換機と工作機械の
   外部との間で工具の入れ換えを行う工具交換装置におい
   て、 前記自動工具交換機に設けられ、加工に必要な工具を蓄
   える工具マガジンと、 入れ換えられる工具を保持でき、かつ、工作機械の外部
   から操作できる工具交換ポケットと、 前記工具マガジンと工具交換ポケットとの間で工具の入
   れ換えを行う工具交換用アクチュエータと、 前記工具交換用アクチュエータによる工具の入れ換えに
   要する時間よりも長く自動工具交換機が停止するとき
   に、その工具交換用アクチュエータを動作させる制御手
   段と、を有することを特徴とする工具交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された工具交換装置にお
   いて、 前記制御手段は、ワークの加工に使用される工具の種類
   から自動工具交換機の停止時間を求めることを特徴とす
   る工具交換装置。