JPWO2019030909A1 - 工作機械 - Google Patents

Abstract

工具を取り付ける工具主軸と、前記工具主軸との間で工具を交換する工具中継装置と、前記工具中継装置との間で工具を交換する工具保管装置と、を備え、前記工具保管装置は、前記工具を把持する複数の第１の把持部が外周近傍に配設されかつ第１の回転軸を中心に回転する第１の工具マガジンと、該第１の工具マガジンを前記第１の回転軸の方向に少なくとも１以上積み上げて支持する工具マガジン支持機構を含む工作機械。

Description

本発明は、工具保管装置を備える工作機械に関する。

例えばマシニングセンタ等の工作機械において、異なる種類の工具でそれぞれの工具に合った加工を行う際に、工具主軸に取り付けられた工具を加工の種類毎に交換して実施している。また、工作機械を自動運転させて長時間の連続加工を行う場合に、例えば加工中に工具が破損した際等に、新たな別の工具に交換する必要が生じる。

このような工具の交換を自動的に行う構成として、工作機械（複合加工機）には、例えば複数種類の工具を複数収納する工具マガジンと、当該工具マガジンに収納された工具を主軸に対して受け渡す受け渡し機構を備えた自動工具交換装置（ＡＴＣ）が取り付けられている。こうした自動工具交換装置を用いた工作機械の一例として、例えば特許文献１には、Ｎ個の工具マガジンのうちの１個を基準の工具マガジンとして工作機械に接続すると共に、工具搬送装置を介して残りの工具マガジンを上記基準の工具マガジンに接続した構成が開示されている。また、特許文献２には、機内に配置されて複数の工具受けを有する無端チエインと、機外に配置されて複数の無端チエインからなる工具貯蔵器と、上記無端チエインと工具貯蔵器との間で工具を受け渡す案内シューと、を備えた工作機械が開示されている。

特開平６−７４１号公報 特開平１−２５７５４１号公報

近年の工作機械の複合化に伴い、同一の加工能力を有する工作機械であっても、その加工の種類（使用方法）は多岐にわたるため、自動交換するために工具マガジンに保管される工具の種類や本数、つまり工作機械の有する工具保管能力を、ユーザの要求（加工対象）に合わせて柔軟に変更する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された工具マガジンでは、保管する工具の本数を増やすためには、円盤式の工具マガジンの大きさを大きくするか、あるいは追加的に設ける工具マガジンの数を増やす必要があり、保管する工具の本数を減らすためには、工具マガジンの大きさを小さくするか、あるいは工具マガジンの数を減らす必要がある。工具マガジンの数を変更する場合、工具マガジン間で工具を受け渡すための工具受渡し装置及びその制御装置の数も変更する必要があり、変更に伴う各装置の位置の調整や工具交換のための動作制御の変更が容易でない。さらに、工具マガジンのサイズや数を変更した場合には、工作機械全体の占有面積が変化するため、工作機械自体を移設したり、工場全体のレイアウトを見直したりする必要性が生じることから、容易に工具保管能力を変更できない。また、工具マガジンの変更に合わせて、工作機械自体やカバー等をそれぞれ設計・製作する必要がある。これは、部品点数の増加による管理の煩雑化、コストの増加をもたらし、工具保管能力の変更を難しくする。

一方、特許文献２に開示された工作機械では、工具を保管する構成がいずれも無端チエインで形成されているため、保管する工具の本数を変更するためには当該無端チエインの長さを変更するかあるいは工具貯蔵器の個数を増減させる必要があるため、特許文献の場合と同様に、占有面積の変更が避けられない。また、無端チエインによる構成の場合には、チエインの長さが長くなると、工具を保持する位置が所定の交換位置に来るまでの待機時間も増加することとなり、結果として工具交換時間が増加し生産能力が落ちてしまうことから、安易に工具保管能力を変更できないという問題がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、工具の保管能力を容易に変更可能な工具保管装置を備えた工作機械の提供にある。

本発明による工作機械は、工具を取り付ける工具主軸と、工具主軸との間で工具を交換する工具中継装置と、工具中継装置との間で工具を交換する工具保管装置と、を備え、工具保管装置は、工具を把持する複数の第１の把持部が配設されかつ第１の回転軸を中心に回転する第１の工具マガジンと、第１の工具マガジンを第１の回転軸の方向に少なくとも１以上積み上げて支持する工具マガジン支持機構と、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、工具主軸との間で工具を交換する工具中継装置と、工具中継装置との間で工具を交換する工具保管装置と、を備え、工具保管装置は複数の工具を把持する第１の工具マガジンと、第１の工具マガジンを少なくとも１以上積み上げて支持する工具マガジン支持機構と、を含む。したがって、例えば積み上げる工具マガジンの数を増減させることで容易に工具保管能力を変更できる。

本発明の実施例１による工作機械を正面側からみた概要を示す斜視図である。 本発明の実施例１による工作機械を背面側からみた概要を示す斜視図である。 図２に示すＡ−Ａ断面で切断した場合の概要を示す斜視図である。 本発明による工作機械に適用される工具の代表的な一例を示す側面図である。 本発明の実施例１による工作機械において、工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例における第１段階を示す部分上面図である。 本発明の実施例１による工作機械において、工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例における第２段階を示す部分上面図である。 工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例における第３段階を示す部分上面図である。 本発明の実施例１による工作機械の第１の変形例における工具マガジン支持機構及び第１の工具マガジンの概要を示す側面図であって、第１の工具マガジンが１層の場合を示す。 本発明の実施例１による工作機械の第１の変形例における工具マガジン支持機構及び第１の工具マガジンの概要を示す側面図であって、第１の工具マガジンを３層積層した場合を示す。 本発明の実施例１による工作機械の第２の変形例を背面側からみた部分断面の概要を示す斜視図である。 本発明の実施例２による工作機械を背面側からみた概要を示す斜視図である。 本発明の実施例２による工作機械において、工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例における第１段階を示す斜視図である。 本発明の実施例２による工作機械において、工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例における第２段階を示す斜視図である。 本発明の実施例３による工作機械に適用される工具マガジン支持機構の概要を示す上面図である。

以下、本発明による工作機械について図面を用いて具体的に説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による工作機械を正面側からみた概要を示す斜視図である。また、図２は、本発明の実施例１による工作機械を背面側からみた概要を示す斜視図である。また、図３は、図２に示すＡ−Ａ断面で切断した場合の概要を示す斜視図である。さらに、図４は、本発明による工作機械に適用される工具の代表的な一例を示す側面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施例１による工作機械１は、工具Ｔを取り付ける工具主軸２６と、工具主軸２６との間で工具Ｔを交換する工具中継装置４０と、工具中継装置４０との間で工具Ｔを交換する工具保管装置１００と、を備える。また、図４に示すように、本発明の実施例１による工作機械１に適用される工具Ｔは、その一例として、切削工具Ｔｂと、該切削工具Ｔｂを一端に着脱自在に取り付けるグリップ部Ｔｇと、このグリップ部Ｔｇの他端側に一体に形成された先細のテーパ形状を有するチャック部Ｔｃと、で構成されている。グリップ部Ｔｇは略円柱形状であって、その外周面には周方向に沿って把持溝Ｔｔが形成されている。

図１及び図２に示すように、本発明の実施例１による工作機械１は、例えば５軸駆動型のマシニングセンタであって、工具主軸２６は、工具Ｔが回転自在となるよう工具主軸台２４に取り付けられている。また、工具主軸台２４は、サドル２３及びコラム２２を介してベース２０に対して相対的に移動可能に取り付けられている。ベース２０は、略箱状であって、一方の側が開放されてテーブル３０が取り付けられ、他方の側には開口２０ａが形成されている。テーブル３０は、工具主軸２６に対向する面に、例えばワークを挟持するクランパやワークを締結固定するボルト等が配置されている（いずれも図示せず）。ここで、テーブル３０は、例えば工具主軸２６の回転軸と略平行な軸を中心に回動するように構成してもよい。また、テーブル３０は、略水平な軸を中心に回動するように構成してもよい。

図２に示すように、工具保管装置１００は、ベース２０の外側に配置される。また、工具保管装置１００は、複数の工具Ｔを保管する第１の工具マガジン１１２と、第１の工具マガジン１１２を少なくとも１以上積み上げて支持する工具マガジン支持機構１１０を含む。さらに、工具保管装置１００は、工具中継装置４０との間で工具Ｔを受け渡す工具搬送装置１２０を含んでもよい。

第１の工具マガジン１１２は、第１の回転軸１１１を中心に回転し、外周近傍に工具Ｔの例えばチャック部Ｔｃを把持する複数の第１の把持部１１２ａが設けられている。工具マガジン支持機構１１０は、第１の工具マガジン１１２を支持する支持部材１１４と、第１の工具マガジン１１２を第１の回転軸１１１を中心に回転させる駆動機構１１５と、支持部材１１４及び駆動機構１１５を支持する支持台１１６と、を含む。マガジン支持機構１１０は、第１のマガジン１１２を第１の回転軸１１１の方向に積み上げるよう構成する。駆動機構１１５は、第１の工具マガジン１１２を回転して割り出し動作を行うことにより、第１の把持部１１２ａに把持された工具Ｔを所定の位置（例えば、後述する図５Ａの受け渡し位置Ｐ３）に配置させる。これにより、工具保管装置１００は、第１の工具マガジン１１２の第１の把持部１１２ａに把持された工具Ｔを保管する。ここで、本発明の実施例１における工具保管装置１００は、駆動機構１１５により支持部材１１４を回転させることで第１の工具マガジン１１２を回転させるが、支持部材１１４を第１の回転軸１１１とは別に設けることで第１の工具マガジン１１２を駆動機構１１５により直接回転させてもよい。また、第１の工具マガジン１１２は工具Ｔのどの位置を把持するかを任意に設定でき、その把持する部位に応じて第１の把持部１１２ａの形状が定められる。なお、本発明の実施例１による第１の工具マガジン１１２は、それぞれ１８個の第１の把持部１１２ａを備えるが、第１のマガジン１１２に配設する第１の把持部１１２ａの数は１８個に限定しない。また、複数の第１の工具マガジン１１２は、それぞれ異なる数の第１の把持部１１２ａを配置してもよい。

図２に示すように、本発明の実施例１による工具搬送装置１２０は、上記第１の工具マガジン１１２が積み上げられた方向に沿って延びる第１のガイド部１２２と、当該第１のガイド部１２２に沿って移動する昇降部１２４を含む。ここで、第１の工具マガジン１１２を積み上げる数を変更する場合は、予め第１のガイド部１２２に十分な長さを確保しておく、もしくは第１の工具マガジン１１２の増減に合わせた長さの第１のガイド部１２２に交換することで対応する。なお、昇降部１２４を第１のガイド部１２２に沿って移動させるための機構は、ベルトを用いた駆動機構、ボールねじを用いた駆動機構、ラック及びピニオンによる駆動機構でもよい。

図２及び図３に示すように、工具搬送装置１２０は、さらに、昇降部１２４の上部に取り付けられた把持アーム１２６を含む。把持アーム１２６は、その一例として、第１の把持アーム１２６ａと第２の把持アーム１２６ｂとからなる。そして、第１の把持アーム１２６ａの一端が昇降部１２４の上端に回動自在に取り付けられるとともに、その他端が第２の把持アーム１２６ｂの一端と回動自在に結合されている。一方、第２の把持アーム１２６ｂの他端には、例えば工具Ｔのグリップ部Ｔｇを保持する工具把持部（図示せず）が設けられている。また、把持アーム１２６の一部を別の構成部品に置き換え、例えば第１の把持アーム１２６ａと第２の把持アーム１２６ｂとの回動動作に相当する動作を、工具中継装置４０又は工具搬送装置１２０に配置した当該別の構成部品によって行わせてもよい。

図３に示すように、工具中継装置４０の一部は、ベース２０の内側に配置される。また、工具中継装置４０は、その一例として、複数の工具Ｔを一時的に保持する第２の工具マガジン５０を含む。さらに、第２の工具マガジン５０を支持してベース２０に対して回転させる第２の工具マガジン支持機構５２と、当該第２の工具マガジン５０と上記工具主軸２６との間で工具Ｔを交換する工具交換機構６０と、を含んでもよい。

第２の工具マガジン５０は、第２の回転軸５１を中心に回転し、外周近傍に例えば工具Ｔのチャック部Ｔｃを把持する複数の第２の把持部５０ａが設けられている。第２の工具マガジン支持機構５２は、ベース２０の内側で、工具交換機構６０を挟んでテーブル３０と対向する位置に配置されている。第２の工具マガジン支持機構５２は、第２の工具マガジン５０に回転力を与えるモータ（図示せず）が収容されている。一方、第２の工具マガジン５０に設けられた複数の第２の把持部５０ａは、その一部がベース２０の開口２０ａから外側に露出している。第２の工具マガジン５０は、回転して割り出し動作を行うことにより、第２の把持部５０ａを所定の位置（例えば、後述する図５Ｃの受け渡し位置Ｐ４）に割り出す。なお、本発明の実施例１による第２の工具マガジン５０は、１８個の第２の把持部５０ａを備えるが、第２の工具マガジン５０に配設する第２の把持部５０ａの数は１８個に限定しない。

工具交換機構６０は、工具交換アーム支持部６２と、回転軸部６４と、当該回転軸部６４に取り付けられた工具交換アーム６６と、第２の工具マガジン５０と工具主軸２６との間を移動するための移動機構（図示せず）と、を含む。工具交換アーム６６は、例えば略矩形の板状部材であって、その長手方向の両端に後述する工具Ｔのグリップ部Ｔｇを把持する把持部６６ａが設けられる。また、工具交換アーム支持部６２は、工具交換アーム６６を上下方向に把持部６６ａを移動させる移動機構（図示せず）を収容している。さらに、工具交換アーム６６はその重心位置で回転軸部６４に取り付けられており、工具交換アーム支持部６２には、回転軸部６４を軸方向まわりに回転させるモータ（図示せず）を収容している。これにより、例えば回転軸部６４及び工具交換アーム６６を１８０°毎に回転させて、工具Ｔを工具主軸２６側の受け渡し位置Ｐ１と第２の工具マガジン５０側の受け渡し位置Ｐ２とに割り出す。

これらの構成により、工具中継装置４０において、第２の工具マガジン５０に保持された工具Ｔが工具交換アーム６６の受け渡し位置Ｐ２に対向する位置に位置決めされたときに、工具交換アーム６６の把持部６６ａが当該工具Ｔを把持する。その後工具交換アーム６６が１８０°回転すると、把持部６６ａに把持された工具Ｔが受け渡し位置Ｐ１に割り出される。そして、工具交換機構６０と工具主軸２６が所定の工具交換位置に移動したのち、工具Ｔが工具主軸２６に取り付けられる。

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施例１による工作機械１において、工具保管装置１００と工具中継装置４０との間で工具Ｔを受け渡す動作の一例を示す部分上面図であって、図５Ａは第１段階、図５Ｂは第２段階、図５Ｃは第３段階をそれぞれ示している。ここで、図５Ａ〜図５Ｃでは、工具保管装置１００における第１の工具マガジン１１２から工具中継装置４０における第２の工具マガジン５０に工具Ｔを受け渡す際の動作の流れを示しているが、第２の工具マガジン５０から第１の工具マガジン１１２に工具Ｔを受け渡す場合には、図５Ｃから図５Ａに戻るような逆工程での動作を行うことによって対応できる。

本発明の実施例１による工作機械１において、工具搬送装置１２０を用いて工具保管装置１００から工具中継装置４０に工具Ｔを移動させる場合、まず図５Ａに示すように、工具保管装置１００の第１の工具マガジン１１２を回転させて、移動させたい工具Ｔを受け渡し位置Ｐ３に配置する。そして、第１の把持アーム１２６ａと第２の把持アーム１２６ｂを回動させて、第２の把持アーム１２６ｂの工具把持部で工具Ｔのグリップ部Ｔｇを把持する（第１段階）。このとき、第１の工具マガジン１１２と把持アーム１２６との高さを合わせるために、必要であれば、昇降部１２４を第１のガイド部１２２に沿って移動させて調整する。

次に、第２の把持アーム１２６ｂの工具把持部に工具Ｔを把持した状態で、第１の把持アーム１２６ａを回動させて、工具Ｔをベース２０に配置された第２の工具マガジン５０側に移動させる（第２段階）このとき、第２の工具マガジン５０と第２の把持アーム１２６ｂとの高さを合わせるために、必要であれば、昇降部１２４を第１のガイド部１２２に沿って移動させて調整する。

続いて、第１の把持アーム１２６ａと第２の把持アーム１２６ｂをさらに回動させて、第２の把持アーム１２６ｂの工具把持部に把持されている工具Ｔを、受け渡し位置Ｐ４に位置する第２の工具マガジン５０の第２の把持部５０ａの位置まで移動させ、第２の把持部５０ａで工具Ｔのチャック部Ｔｃを把持させて受け渡しを完了する（第３段階）。そして、第２の工具マガジン５０に受け渡された工具Ｔは、第２の工具マガジン５０を回動することで図３に示した工具交換機構６０への受け渡し位置Ｐ２に移動され、その後工具交換機構６０によって工具主軸２６に取り付けられる。

本発明の実施例１による工作機械１は、工具保管装置１００が、複数の工具Ｔを保管する第１の工具マガジン１１２と、少なくとも１以上の第１の工具マガジン１１２を積み上げて支持する工具マガジン支持機構１１０と、を含むことで、複数の工具Ｔを把持する第１の工具マガジン１１２を複数積層した多層構造体で形成されている。かかる構成により、工作機械１の工具保管能力を変更する場合であっても、工具マガジン支持機構１１０に支持された第１の工具マガジン１１２の積層数を増減することで対応できるため、工具保管装置１００の上面視による投影面積、つまり工作機械の占有面積にほとんど影響を与えない。言い換えると、本発明の実施例１による工作機械は、従来の工作機械に比べて、工作機械全体の占有面積を最小限増減させるだけで工具保管能力の変更に対応できる。これは、工作機械の占有面積の増減に伴った、工作機械自体の移設や工場全体のレイアウト変更が不要となり、工作機械の工具保管能力の変更を容易にする。さらに、工具保管能力を変更するにあたり、工作機械自体やこれを覆うカバー等をそれぞれ別途設計・製作する必要がなく、工具マガジンを構成する部品も共通化できるため、製作にかかる工数やコストを抑制することができる。

また、本発明の実施例１による工作機械１は、工具保管装置１００が工具中継装置４０との間で工具Ｔを搬送する工具搬送装置１２０をさらに含み、工具搬送装置１２０は、第１の工具マガジン１１２の積み上げ方向に沿って延びる第１のガイド部１２２と、第１のガイド部１２２に沿って移動する昇降部１２４を含むように構成する。これにより、工具Ｔを保持している第１の工具マガジン１１２の高さに合わせて工具搬送装置１２０の昇降部１２４の高さを調整することで第１の工具マガジン１１２の増減に対応可能となり、工具保管能力の変更に伴う動作の制御や調整が容易になる。さらに、工具Ｔがどの階層に位置する第１の工具マガジン１１２に保管されていたとしても、当該工具Ｔを取り出す時間が大きく変動することがないため、従来の工作機械に比べて工具交換時間の大幅な増加を避けることができる。

また、工具搬送装置１２０は、さらに工具Ｔが工具中継装置４０との間で回動自在に取り付けられた把持アーム１２６を含むように構成する。これにより、単純な回動動作により工具Ｔの交換が可能になり、工具保管能力の変更に伴う動作の制御や調整が容易になる。また、単純な動作であるため、迅速な工具交換が可能となる。

さらに、第１の工具マガジン１１２は、前記工具Ｔを所定の位置に割り出し、工具搬送装置１２０の把持アーム１２６は、所定の位置に割り出された工具Ｔを把持する。これにより、工具保管装置１００における受け渡し位置Ｐ３をその上面視において１か所に設定することができるため、工具保管能力の変更に伴う動作の制御や調整が容易になる。

さらに、本発明の実施例１による工作機械１は、工具中継装置４０が複数の工具Ｔを保管する第２の工具マガジン５０を含む。これにより、複数の工具Ｔを一時的に工具中継装置４０で保管できるため、工具保管装置１００に保管した次工程以降に使用する複数の工具Ｔを予め工具中継装置４０に移動させておくことができる。したがって、第１の工具マガジン１１２の数によらず、どこに保管してある工具Ｔであっても工具交換時間を一定に保つことができる。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の実施例１による工作機械の第１の変形例における工具マガジン支持機構の概要を示す側面図であって、図６Ａは第１の工具マガジン１１２が１層の場合を示し、図６Ｂは第１の工具マガジン１１２を３つ積み上げた場合を示している。図１〜図３においては、工具マガジン支持機構１１０の第１の工具マガジン１１２を支持部材１１４に対して４つ積み上げた４層構造体の場合を例示したが、上記変形例における工具マガジン支持機構１１０では、例えば図６Ａに示すように、支持部材１１４に１つの第１の工具マガジン１１２を取り付けた場合や、図６Ｂに示すように、支持部材１１４に３つの第１の工具マガジン１１２を取り付けて３層構造体とした場合等、支持部材１１４の延長方向（第１の回転軸１１１の方向）に任意の数の第１の工具マガジン１１２を積み上げた多層構造を採用してもよい。また、各階層ごとに第１の工具マガジン１１２と支持部材１１４と支持台１１６とを配置して（これを「ユニット」と称する）、このようなユニットを複数段積層して個別に制御できる多層構造体からなる工具保管装置１００として構成してもよい。

図７は、本発明の実施例１における第２の変形例の工作機械２を背面側からみた部分断面の概要を示す斜視図である。なお、図７において、工作機械２の切断面は、図２に示す工作機械１におけるＡ−Ａ断面と同一の面である。図７に示すように、第２の変形例における工具中継装置１４０は、複数の工具Ｔを一時的に保持する第２の工具マガジン５０に代えて、工具搬送装置１２０の把持アーム１２６と工具交換装置６０の工具交換アーム６６との間で、工具Ｔを受け渡しするアーム式工具中継機構７０を含む。アーム式工具中継機構７０は、中継アーム支持機構７２と、当該中継アーム支持機構７２に設けられたアーム支持部材７４と、アーム支持部材７４の一端に取り付けられたアーム部材７６と、を含む。中継アーム支持機構７２は、アーム支持部材７４に第３の回転軸７１まわりの回転力を付与する支持台（図示せず）を内包している。また、アーム部材７６は、その一端が上記アーム支持部材７４に取り付けられるとともに、他端に工具Ｔの例えばチャック部Ｔｃを把持する把持部（図示せず）を備えており、アーム支持部材７４の回転に伴って回動する。このとき、アーム部材７６の把持部が形成された他端側は、工具搬送装置１２０の把持アーム１２６との間で工具を受け渡しする位置でベース２０の開口２０ａから外側に露出している。

＜実施例２＞
図８は、本発明の実施例２による工作機械を背面側からみた概要を示す斜視図である。また、図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施例２による工作機械において、工具保管装置と工具中継装置との間で工具を受け渡す動作の一例を示す部分斜視図であって、図９Ａは第１段階、図９Ｂは第２段階をそれぞれ示している。なお、図８及び図９において、実施例１による工作機械の構成として説明したもののうち、その構造あるいは機能が共通するものについては同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

図８に示すように、本発明の実施例２による工作機械３は、工具中継装置４０との間で工具Ｔを交換する工具保管装置２００を含む。そして、実施例２による工具保管装置２００は、複数の工具Ｔを保管する第１の工具マガジン１１２Ａと、第１の工具マガジン１１２Ａを少なくとも１以上積み上げて支持する第１の工具マガジン支持機構１１０Ａと、同様に複数の工具Ｔを保管する第１の工具マガジン１１２Ｂと、第１の工具マガジン支持機構１１０Ａに隣接して配置され、第１の工具マガジン１１２Ｂを少なくとも１以上積み上げて支持する第２の工具マガジン支持機構１１０Ｂと、上記した第１の工具マガジン１１２Ａ及び第２の工具マガジン１１２Ｂと工具中継装置４０の第２の工具マガジン５０との間で工具Ｔを受け渡す工具搬送装置２２０と、を含む。換言すると、実施例２による工具保管装置２００は、工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）を並べて配置している。なお、図８では２つの工具マガジン支持機構を設けた場合を例示したが、必要に応じて、３つ以上の工具マガジン支持機構を直列に配置し、後述する工具搬送装置２２０の第２のガイド部２２３を延長するように構成してもよい。

工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）は、第１の工具マガジン（１１２Ａ、１１２Ｂ）をそれぞれ支持する支持部材（１１４Ａ、１１４Ｂ）と、第１のマガジン（１１２Ａ、１１２Ｂ）をそれぞれの第１の回転軸（１１１Ａ、１１１Ｂ）を中心に回転させる駆動機構（１１５Ａ、１１５Ｂ）と、それぞれの支持部材（１１４Ａ、１１４Ｂ）及び駆動機構（１１５Ａ、１１５Ｂ）を支持する支持台（１１６Ａ、１１６Ｂ）と、を含む。工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）は、第１の工具マガジン（１１２Ａ、１１２Ｂ）を第１の回転軸（１１１Ａ、１１１Ｂ）の方向にそれぞれ積み上げるよう構成する。また、第１の工具マガジン（１１２Ａ、１１２Ｂ）の外周近傍に、工具Ｔの例えばチャック部Ｔｃを把持する複数の第１の把持部（１１２Ａａ、１１２Ｂａ）が設けられており、当該第１の把持部（１１２Ａａ、１１２Ｂａ）に工具Ｔを把持した状態で保管する。

工具搬送装置２２０は、上記工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）が積み上げられた方向に沿って延びる第１のガイド部２２２と、これら工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）の整列方向に沿って配列された第２のガイド部２２３と、第１のガイド部２２２に沿って移動する昇降部２２４と、昇降部２２４の上部に取り付けられた把持アーム２２６と、を含む。ここで、把持アーム２２６は、実施例１で示した把持アーム１２６と同様の構成を備えるものとする。第１のガイド部２２２はその上端及び下端において、第２のガイド部２２３に沿って工具マガジン支持機構（１１０Ａ、１１０Ｂ）の整列方向で移動可能に構成されている。ここで、第２のガイド部２２３において、図８に示す第１のガイド部２２２の位置を初期位置Ｐ５と称する。なお、第１のガイド部２２２を第２のガイド部２２３に沿って移動させるための機構は、ベルトを用いた駆動機構、ボールねじを用いた駆動機構、ラック及びピニオンによる駆動機構でもよい。

次に、図９Ａ及び図９Ｂを用いて、本発明の実施例２による工作機械３において、工具保管装置２００と工具中継装置４０との間での工具Ｔを移動させる動作を説明する。なお、図９Ａ及び図９Ｂは、工具保管装置２００の第１の工具マガジン１１２Ａあるいは第１の工具マガジン１１２Ｂから工具中継装置４０の第２の工具マガジン５０に工具Ｔを受け渡す際の動作の流れを示しているが、第２の工具マガジン５０から第１の工具マガジン１１２Ａあるいは第１の工具マガジン１１２Ｂに工具Ｔを受け渡す場合には、図９Ｂから図９Ａに戻るような逆工程での動作を行うことによって対応できる。

例えば、工具保管装置２００の第１の工具マガジン１１２Ｂに保管された工具Ｔを取り出して移動させる場合、まず図９Ａに示すように、第２のガイド部２２３に沿って第１のガイド部２２２を移動させて、第１の工具マガジン１１２Ｂから工具Ｔを把持アーム２２６に受け渡す取り出し位置Ｐ６に位置させる。この取り出し位置Ｐ６において、把持アーム２２６を回動させて、把持アーム２２６の一端に設けられた工具把持部で工具Ｔのグリップ部Ｔｇを把持する（第１段階）。このとき、第１の工具マガジン１１２Ｂと把持アーム２２６との高さを合わせるために、必要であれば、昇降部２２４を第１のガイド部２２２に沿って移動させて調整する。

次に、把持アーム２２６の工具把持部に工具Ｔを把持した状態で、第２のガイド部２２３に沿って第１のガイド部２２２を移動させて、初期位置Ｐ５に位置させる。続いて、把持アーム２２６を回動させて、把持アーム２２６の工具把持部に把持されている工具Ｔを第２の工具マガジン５０の第２の把持部５０ａの位置まで移動させ、第２の把持部５０ａで工具Ｔのチャック部Ｔｃを把持させて受け渡しを完了する（第２段階）。このとき、第２の工具マガジン５０と把持アーム２２６との高さを合わせるために、必要であれば、昇降部２２４を第１のガイド部２２２に沿って移動させて調整する。そして、実施例１の場合と同様に、第２の工具マガジン５０に受け渡された工具Ｔは、第２の工具マガジン５０を回動させて図３に示した工具交換機構６０への受け渡し位置Ｐ２に配置され、その後工具交換機構６０によって工具主軸２６に取り付けられる。

かかる構成により、本発明の実施例２による工作機械３は、実施例１において得られた効果に加えて、追加的な工具マガジン支持機構１１０Ｂを設けたため、加工の種類の増加に伴って工具Ｔの種類あるいは本数が増加した場合であっても、工具保管装置２００に保管できる工具Ｔの本数を十分に確保できる。また、予め第２の工具マガジン支持機構１１０Ｂあるいはさらなる工具マガジン支持機構を追加するための設置面を確保しておくことにより、工具保有能力の増減等の変更に対してより柔軟に対応することが可能となる。さらに、工具マガジン支持機構１１０Ａと工具マガジン支持機構１１０Ｂとを独立して制御できるため、例えば工具マガジン支持機構１１０Ａを駆動して工具中継装置４０と工具Ｔを受け渡している間に、加工及び工具交換を停止することなく工具マガジン支持機構１１０Ｂで支持する第１の工具マガジン１１２Ｂに新たな工具Ｔを入れ替える等の段取り作業を行うことができるため、工作機械における加工時間の増加を抑制できる。

＜実施例３＞
図１０は、本発明の実施例３による工作機械に適用される工具マガジン支持機構の概要を示す上面図である。なお、実施例３による工作機械においては、例えば図２又は図３等で示した工具マガジン支持機構１１０に代えて図１０で示す工具マガジン支持機構３１０を適用するものとし、その他の構成としては、実施例１で示したものと同一の構成を備えるものとして、再度の説明を省略する。

本発明の実施例３による工作機械における工具マガジン支持機構３１０は、図１０に示すように、中央部に位置する第１の工具マガジン３１２と、当該第１の工具マガジン３１２を第４の回転軸３１１を中心に回転するよう支持する支持部材３１４と、上記第１のマガジン３１２の外周近傍に当該第１のマガジン３１２に対して第４の回転軸３１１に略平行な回転軸まわりに相対回転自在に取り付けられ、かつ複数の工具Ｔを把持する複数の把持部材３１８と、支持部材３１４をその長手方向まわりに回転させる駆動機構（図示せず）と、を含み、上記第１の工具マガジン３１２及び複数の把持部材３１８とからなる構成を、回転軸３１１の方向に積み上げた多層構造体の構造を有する。また、図１０に示すように、把持部材３１８には、その一例として、工具Ｔの例えばチャック部Ｔｃを把持する複数の把持部（図示せず）が４か所設けられており、当該把持部にそれぞれ工具Ｔを把持した状態で保管するとともに、把持部材３１８自体を第１の工具マガジン３１２に対して相対回転させるための支持台（図示せず）が収容されている。なお、本発明の実施例３による第１の工具マガジン３１２は、８個の把持部材３１８を備えるが、第１の工具マガジン３１２に配設する把持部材３１８の数は８個に限定するものではない。また、把持部材３１８は、それぞれ４箇所に把持部を設けるが、把持部材３１８に設ける把持部の数は４箇所に限定するものではない。

かかる構成により、本発明の実施例３による工作機械３は、実施例１において得られた効果に加えて、第１の工具マガジン３１２と、当該第１の工具マガジン３１２の外周近傍に当該第１の工具マガジン３１２に対して相対回転自在に取り付けられた複数の把持部材３１８と、で構成したため、実施例１で示した工具第１のマガジン１１２と比べて、同一の階層において保持できる工具Ｔの本数を増やすことができ、結果として、同一の占有面積で工具マガジン支持機構３１０に保管できる工具Ｔの本数を十分に確保できる。また、同一の把持部材３１８において複数の工具Ｔを保持できるとともに、当該複数の工具Ｔの受け渡し位置Ｐ３への割り出しを把持部材３１８の回転のみで行うことができるため、工具搬送装置の構造を変更することなくその動きを最小化でき、結果として、工作機械での工具交換時間を抑制できる。

以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

例えば、実施例２において、工具マガジン支持機構１１０Ａと工具マガジン支持機構１１０Ｂとを直列に配置し、第２のガイド部２２３を当該直列に並べた方向に沿って配置した場合を例示したが、例えば複数の工具マガジン支持機構をそれぞれ移送する移送機構を設けて、工具搬送装置の把持アームによる受け渡し位置Ｐ３に工具Ｔが位置するように、上記移送機構で複数工具のマガジン支持機構のうちの１つを移動させるように構成してもよい。

上述した本発明における工作機械は、５軸駆動型のマシニングセンタに適用した場合を例示したが、工具保管装置を備える工作機械として立形マシニングセンタ、横形マシニングセンタ、複合旋盤等の他の工作機械を適用した構成としてもよい。

１、２、３ 工作機械
２０ ベース
２４ 工具主軸台
２６ 工具主軸
３０ テーブル
４０、１４０ 工具中継装置
５０ 第２の工具マガジン
５０ａ 第２の把持部
６０ 工具交換装置
６６ 工具交換アーム
１００、２００ 工具保管装置
１１０、３１０ 工具マガジン支持機構
１１２、３１２ 第１の工具マガジン
１１２ａ 第１の把持部
１１４、３１４ 支持部材
１１６ 支持台
１２０、２２０ 工具搬送装置
１２２、２２２ 第１のガイド部
１２４、２２４ 昇降部
１２６、２２６ 把持アーム
２２３ 第２のガイド部
３１８ 把持部材

Claims (7)

1. 工具を取り付ける工具主軸と、
   前記工具主軸との間で前記工具を交換する工具中継装置と、
   前記工具中継装置との間で前記工具を交換する工具保管装置と、を備え、
   前記工具保管装置は、前記工具を把持する複数の第１の把持部が配設されかつ第１の回転軸を中心に回転する第１の工具マガジンと、該第１の工具マガジンを前記第１の回転軸の方向に少なくとも１以上積み上げて支持する工具マガジン支持機構と、を含む
   ことを特徴とする工作機械。
2. 前記工具保管装置は、前記工具中継装置との間で前記工具を搬送する工具搬送装置をさらに含み、
   前記工具搬送装置は、
   前記第１のマガジンの積み上げ方向に向かって延びる第１のガイド部と、
   該第１のガイド部に沿って移動する昇降部と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工具搬送装置は、前記工具を把持し、把持した前記工具が前記工具中継装置との間で回動自在に取り付けられた把持アームを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記第１の工具マガジンは、前記工具を所定の位置に割り出し、
   前記工具搬送装置の前記把持アームは、前記所定の位置に割り出された前記工具を把持する
   ことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記工具中継装置は、第２の回転軸を中心に回転し、前記工具を把持する複数の第２の把持部を配設する第２の工具マガジンを含む
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに１項に記載の工作機械。
6. 前記工具保管装置は、前記工具マガジン支持機構を複数並べて配置し、
   前記工具搬送装置は、前記工具マガジン支持機構が配置された方向に沿って延びる第２のガイド部を含み、
   前記第１のガイド部は、前記第２のガイド部に沿って移動する
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 前記工具保管装置は、前記工具を複数保持する把持部材を、前記第１の工具マガジンの同一階層に複数個配置し、
   前記把持部材は、前記第１の工具マガジンに対して回動自在に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
   
   
   

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