JP2001138167A

JP2001138167A - 工具交換装置および工具交換方法

Info

Publication number: JP2001138167A
Application number: JP31719799A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Daizo; 隆之台蔵
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】加工中の工具に故障が生じた場合に、機械を
停止させることなく、故障した工具を予備の工具と交換
できるようにする。【解決手段】主軸１５に取り付けられた工具Ｔに故障
が生じたときに、故障が生じた工具Ｔを他の予備工具と
交換する予備工具交換マガジンを備える。故障が生じた
工具と前記予備工具とは、予備工具交換位置Ｐ２で交換
可能とされる。また、主軸１５は、工具交換位置Ｐ１お
よび予備工具交換位置Ｐ２の双方に移動可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
などにおける主軸に取り付けられた工具を交換する工具
交換装置および工具交換方法に係り、特に、折損などの
故障が生じまたは寿命がきた若しくは寿命が近い交換対
象工具を容易に交換できる工具交換装置および工具交換
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械、たとえばマシニングセンタに
おいては、加工作業に複数の工具を用いるが、一般に、
これらの複数の工具は工具マガジンに収納されている。
そして、必要に応じて工具マガジンから工具を取り出
し、工具交換装置によって主軸に取り付けられた工具と
交換して加工作業が行われる。

【０００３】この種の工具交換装置を備えるマシニング
センタにおいては、加工作業中に工具に折損などの故障
が生じまたは工具の寿命がくる場合がある。工具の故障
は、マシニングセンタに設けられている工具折損検知装
置などによって検知され、工具の寿命は工具寿命測定装
置などによって計測される。そして、工具の折損が検知
されまたは寿命若しくは寿命が近いと計測された工具は
交換対象となる。交換対象となった工具（以下、「交換
対象工具」という）が検知されたときには、作業者が一
旦マシニングセンタの運転を停止させて、交換対象工具
を新しい予備工具に交換するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の技
術においては、交換対象工具が検知された場合には、マ
シニングセンタの運転を一旦停止していた。このため、
交換対象工具検知された場合には加工作業を連続的に行
うことができず、作業効率の低下を招くものであった。

【０００５】また、マシニングセンタの運転を停止させ
ることなく、工具を交換することも考えられる。ところ
が、図５に示すように、主軸５１が設けられている面に
いわゆるアームレス工具マガジン５２に設けられている
マシニングセンタＭ′である場合などもある。このよう
なマシニングセンタＭ′では、主軸５１に取り付けられ
た工具を新しい工具と交換する場合には、主軸５１から
直接アームレス工具マガジン５２に旧工具を受け渡す。
その後、主軸５１が新工具Ｔ２をアームレス工具マガジ
ン５２から直接受け取るようにしていた。このため、作
業者はマシニングセンタＭ′の運転を停止させなければ
主軸５１またはアームレス工具マガジン５２に近づくこ
とができなかった。したがって、旧工具に折損などの故
障が生じたり寿命若しくは寿命が近いと計測され交換対
象となった場合には、マシニングセンタＭ′の運転を停
止させなければ、交換対象となった旧工具を同種の予備
工具に交換することはできないものであった。

【０００６】そこで、本発明の課題は、加工中の工具に
折損などの故障が生じたり寿命がきた若しくは寿命が近
いと計測されて交換対象となった場合であっても、機械
を停止させることなく、交換対象工具を予備の工具と交
換できるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明の請求項１に係る発明は、複数の工具を保持する工具
マガジンを有し、この工具マガジンに保持された工具
を、主軸に取り付けられた工具と工具交換位置で交換す
る工具交換装置において、前記主軸に取り付けられた工
具が交換対象となったときに、前記交換対象となった工
具を他の予備工具と交換する予備工具交換手段を備え、
前記交換対象となった工具と前記予備工具とを予備工具
交換位置で交換するように構成され、前記主軸は、前記
工具交換位置および前記予備工具交換位置の双方に移動
可能であることを特徴とする工具交換装置である。

【０００８】請求項１に係る発明によれば、加工中の工
具に折損などの故障が生じまたは寿命若しくは寿命が近
いと計測され交換対象となった場合であっても、機械を
停止させることなく、交換対象となった工具を予備の工
具と交換することができる。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、前記予備工
具交換手段における予備工具取付位置が、前記主軸の移
動範囲の外側に配置されていることを特徴とする請求項
１に記載の工具交換装置である。

【００１０】請求項２に係る発明によれば、予備工具交
換位置が主軸の移動範囲の外側に配置されているので、
予備工具交換手段に対する予備工具の取り付けを作業員
の手によって安全に行うこともできる。

【００１１】さらに、請求項３に係る発明は、複数の工
具を保持する工具マガジンを有し、この工具マガジンに
保持された工具を、主軸に取り付けられた工具と工具交
換位置で交換する工具交換方法において、前記主軸に取
り付けられた工具が交換対象となったときに、前記主軸
を予備工具交換位置に移動させ、前記予備工具交換位置
で、予備工具交換手段によって前記交換対象となった工
具を予備工具と交換することを特徴とする工具交換方法
である。

【００１２】請求項３に係る発明によれば、加工中の工
具が交換対象となった場合であっても、機械を停止させ
ることなく、交換対象となった工具を予備の工具と交換
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら、具体的に説明する。図１は、本発明
に係る工具交換装置を備えるマシニングセンタの側面
図、図２はその正面図である。まず、本発明の工具交換
装置１が取り付けられているマシニングセンタＭの全体
について説明する。

【００１４】図１および図２に示すように、本発明に係
る工具交換装置１を備えるマシニングセンタＭは、ベッ
ド本体１１を備えており、ベッド本体１１には、加工対
象となる図示しないワークを取り付けるための取付具１
２が設けられている。ベッド本体１１における取付具１
２の後方には、工具マガジン１３が取り付けられたフレ
ーム１４が立設されている。工具マガジン１３には、複
数のドリルなどの工具Ｔを保持する工具保持部１３Ａ，
１３Ｂ…が形成されている。これらの複数の工具保持部
１３Ａ，１３Ｂ…にそれぞれ種々の工具が保持されてお
り、加工対象となるワークの加工形状等に応じて、適宜
の工具Ｔが選択されて、主軸１５に取り付けられる。

【００１５】フレーム１４の後方には、コラム１７が左
右方向に移動可能に立設されている。コラム１７には、
コラム１７に対して相対的に上下方向に移動可能な主軸
ヘッド１８が設けられており、この主軸ヘッド１８の先
端部に主軸１５が設けられている。この主軸１５に工具
Ｔが取り付けられている。

【００１６】また、コラム１７には、主軸ヘッド１８を
コラム１７に対して相対的に前後方向に移動させるため
のモータ１９が設けられ、ヘッド本体１１には、コラム
１７を左右方向に移動させるためのモータ２０が設けら
れている。さらに、コラム１７には、前後方向に延在す
る縦レール２１が設けられ、ベッド本体１１には左右方
向に延在する横レール２２が設けられている。縦レール
２１には、主軸ヘッド１８を前後方向に移動させるため
の移動台２３が設けられコラム１７には横レール２２の
ガイド２４が設けられている。そして、モータ１９を駆
動することによって、移動台２３を介して主軸ヘッド１
８が縦レール２１に沿って前後方向に移動する。また、
モータ２０を駆動することにより、横レール２２に沿っ
てコラム１７が左右方向に移動するようになっている。

【００１７】さらに、コラム１７の上部には、主軸ヘッ
ド１８を上下に移動させるためのモータ２５が設けられ
ている。このモータ２５を駆動することにより、コラム
１７の前面に配設された上下レール２７に沿って主軸ヘ
ッド１８が上下動する構成になっている。さらに、コラ
ム１７の後方部には主軸１５を自転させるためのモータ
２６が設けられている。こうして、主軸ヘッド１８は、
図２に示す主軸１５の移動範囲内において、上下左右前
後に自由に移動することができるようになっている。

【００１８】次に、本発明に係る工具交換装置１につい
て説明する。本発明に係る工具交換装置１は、工具マガ
ジン１３から主軸１５が直接工具Ｔを受け取る形式のも
ので、工具マガジン１３および主軸１５自体が工具交換
装置１の一部を構成する。ここで、主軸１５が工具マガ
ジン１３から工具を受け取る位置が工具交換位置Ｐ１と
なる。

【００１９】また、工具交換装置１は、図２に示すよう
に、工具マガジン１３の奥方（図２における右方）に設
けられた予備工具交換手段となる予備工具交換マガジン
３１を有している。予備工具交換マガジン３１には、折
損などの故障が生じたまたは寿命がきた若しくは寿命が
近い交換対象工具を保持する交換対象工具保持部３１Ａ
と、故障工具に換わる予備工具を保持する予備工具保持
部３１Ｂが形成されている。図２に示す状態では、交換
対象工具保持部３１Ａが予備工具交換位置Ｐ２に配置さ
れており、予備工具保持部３１Ｂが予備工具取付位置Ｐ
３に配置されている。主軸１５は、工具交換位置Ｐ１お
よび予備工具交換位置Ｐ２の双方に移動可能である。

【００２０】交換対象工具保持部３１Ａには、主軸１５
に取り付けられて故障が生じた後に、搬送されてきた故
障工具が受け渡される。また、予備工具保持部３１Ｂに
は、図示しない工具折損検知手段などによって工具の故
障が検知された場合に、その故障が生じた故障工具と同
種の工具が、たとえば図示しない予備工具搬送装置によ
って搬送されてくるようになっている。

【００２１】また、予備工具交換マガジン３１は回動可
能とされており、交換対象工具保持部３１Ａが予備工具
取付位置Ｐ３に移動することができる一方、予備工具保
持部３１Ｂが予備工具交換位置Ｐ２に移動できるように
なっている。ここで、交換対象工具保持部３１Ａと予備
工具保持部３１Ｂは予備工具交換マガジン３１の回動軸
を中心として対称となる位置に形成されている。したが
って、交換対象工具保持部３１Ａと予備工具保持部３１
Ｂのうちの一方が予備工具交換位置Ｐ２にあるときに
は、他方が予備工具取付位置Ｐ３にある関係となってい
る。

【００２２】続いて、本発明に係る工具交換装置１によ
って故障が生じ、または寿命がきた若しくは寿命が近い
交換対象工具を交換する方法について説明する。主軸１
５の移動範囲内において、主軸１５に取り付けられた工
具によってワークの加工作業を行い、所定の加工作業を
終えると、新しい工具に交換される。このとき、工具に
故障が生じていない場合には、図３（ａ−１）に示すよ
うに、主軸１５を工具交換位置Ｐ１に向けて移動させ
る。工具交換マガジン１３では、主軸１５に取り付けら
れていた工具Ｔ１を保持していた旧工具保持部１３Ａが
空いた状態になっているとともに、旧工具保持部１３Ａ
が工具交換位置Ｐ１に合わされている。次に、図３（ａ
−２）に示すように、主軸１５から故障が生じていない
工具Ｔ１を旧工具保持部１３Ａに受け渡し、旧工具保持
部１３Ａに収納する。

【００２３】続いて、工具マガジン１３を回転させて、
新工具Ｔ２が保持されている新工具保持部１３Ｂを工具
交換位置Ｐ１に合わせ、図３（ａ−３）に示すように、
主軸１５に新工具Ｔ２を受け渡す。新工具Ｔ２を受け取
った主軸１５は、その後、ワークの加工位置に戻って続
きの加工作業を再開する。

【００２４】一方、所定の加工作業中に、主軸１５に取
り付けられた工具に故障が生じた場合、図示しない折損
検知装置が工具の故障を検知する。すると、加工作業を
一旦中断するとともに、図３（ｂ−１）に示すように、
主軸１５を予備工具交換位置Ｐ２に向けて移動させる。
予備工具交換位置Ｐ２には、予備工具マガジン３１にお
ける交換対象工具保持部３１Ａが配置されている。

【００２５】主軸１５を予備工具マガジン３１の位置ま
で移動させたら、図３（ｂ−２）に示すように、交換対
象工具Ｔ３を主軸１５から予備工具マガジン３１に受け
渡し、交換対象工具保持部３１Ａに保持させる。その一
方、予備工具取付位置Ｐ３には、予備工具マガジン３１
における予備工具保持部３１Ｂが配置されている。そし
て、予備工具保持部３１Ｂに対して、図示しない予備工
具搬送装置によって交換対象工具Ｔ３と同種の工具（以
下、「予備工具」という）Ｔ４が予備工具取付位置Ｐ３
に搬送される。予備工具取付位置Ｐ３では、予備工具Ｔ
４が予備工具保持部３１Ｂに受け渡され、予備工具保持
部３１Ｂによって、予備工具Ｔ４が保持される。なお、
予備工具取付位置Ｐ３は、主軸移動範囲の外側にあるの
で、予備工具搬送装置を設ける態様としなくとも、作業
員が予備工具Ｔ４を予備工具保持部３１Ｂに直接取り付
ける態様とすることもできる。

【００２６】続いて、予備工具マガジン３１を回転さ
せ、交換対象工具Ｔ３を保持する交換対象工具保持部３
１Ａと予備工具Ｔ４を保持する予備工具保持部３１Ｂの
位置を入れ替える。その後、図３（ｂ−３）に示すよう
に、予備工具Ｔ４を主軸１５に受け渡すとともに、交換
対象工具Ｔ３を図示しない予備工具搬送装置に受け渡
し、予備工具搬送装置によって所定の処理位置に搬送す
る。所定の処理位置では交換対象工具Ｔ３を修理し、ま
たは廃棄する。他方、予備工具搬送装置を用いることな
く、予備工具取付位置Ｐ３に移動させられた交換対象工
具Ｔ３を作業員が手作業で取り外す態様としても良い。
この場合は、交換対象工具Ｔ３を作業員が所定の処理位
置まで持って行き、処理位置で修理しまたは廃棄するこ
とになる。ここでも、予備工具取付位置Ｐ３は主軸１５
の移動範囲の外側に配置されていることから、作業員は
故障工具Ｔ３の取外し作業を安全に行うことができる。

【００２７】また、前記実施形態では、予備工具交換マ
ガジン３１に形成された交換対象工具保持部３１Ａおよ
び予備工具保持部３１Ｂは、予備工具交換マガジン３１
の回転軸を対称として１８０°の間隔をあけて配置され
ていた。これに対して、他の変形例として、図４に示す
予備工具交換マガジン４１のように、交換対象工具保持
部４１Ａと予備工具保持部４１Ｂを隣接して形成するこ
ともできる。このように、交換対象工具保持部４１Ａと
予備工具保持部４１Ｂを隣接して配置することにより、
交換対象工具Ｔ３を予備工具Ｔ４と交換する際に、予備
工具マガジン４１を回転させる量が少なくなる。したが
って、交換対象工具Ｔ３を予備工具Ｔ４と交換する際の
交換時間を短くすることができ、効率的に交換作業を行
うことができる。また、前記実施形態に係る予備工具交
換マガジン３１は自動で回転するので、作業者の安全を
図るために、インターロック付の安全扉を設ける必要が
あった。これに対して、本実施形態にかかる予備工具マ
ガジン４１は、手動で回す態様とすることもできる。予
備工具マガジン４１を手動で回す態様とすると、作業者
の安全のためインターロックや安全カバーを設ける必要
があるが前記実施形態における予備工具交換装置３１の
ように、インターロック付の安全扉を設ける必要はなく
なる。

【００２８】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は、前記各実施形態に限定されるもの
ではない。工具マガジンとして主軸の近傍に設けられる
円形マガジンを用いているが、たとえば主軸の後方に設
けられ、工具ローダによって工具交換位置まで搬送させ
るタイプの工具マガジンを用いることもできる。この態
様の場合には、工具交換装置として、別途たとえば工具
交換アームなどを設けることになる。また、予備工具取
付位置は、主軸移動範囲の外側に配置しているが、主軸
移動範囲の内側に配置することもできる。この場合に
は、作業員が予備工具を取り付けるのは安全性の面から
問題があるので、別途予備工具取付装置などを設けるこ
とになる。

【００２９】あるいは、予備工具交換装置に多数の予備
工具保持部を形成しておき、それらの予備工具保持部に
異なる種類の予備工具をそれぞれ保持させておくことも
できる。このとき、当然予備工具保持部は、予備工具交
換位置Ｐ２および予備工具取付位置Ｐ３のいずれにも移
動することができるようになっている。この態様では、
予備工具搬送装置を設けたり、故障が生じた工具を作業
員が取り付ける手間などを省くことができる。この態様
では、工具マガジンに収納されている工具のうち、特に
折れやすく、故障が生じやすい工具がある場合には、そ
の故障が生じやすい予備工具を保持させておくのが好適
である。

【００３０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の請求項１に係る
発明、または請求項３に係るによれば、加工中の工具が
折損などの故障が生じたり寿命がきた若しくは寿命が近
いと計測されて場合であっても、機械を停止させること
なく、交換対象工具を予備の工具と交換することができ
る。また、請求項２に係る発明によれば、予備工具交換
手段に対する予備工具の取り付けを作業員の手によって
安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工具交換装置を備えるマシニング
センタの側面図である。

【図２】本発明に係る工具交換装置を備えるマシニング
センタの正面図である。

【図３】（ａ−１）から（ａ−３）は、加工中の工具に
故障が生じていない場合の工具交換を行う作業工程を示
す工程図であり、（ｂ−１）から（ｂ−３）は、加工中
の工具が交換対象工具である場合に、交換対象工具と予
備工具との交換を行う作業工程を示す工程図である。

【図４】本発明に係る工具交換装置の他の例の略正面図
である。

【図５】従来の工具交換装置を備えるマシニングセンタ
の正面図である。

【符号の説明】

１工具交換装置１３工具マガジン１５主軸３１予備工具交換マガジン３１Ａ交換対象工具保持部３１Ｂ予備工具保持部Ｐ１工具交換位置Ｐ２予備工具交換位置Ｐ３予備工具取付位置Ｔ１（故障が生じていない）旧工具Ｔ２新工具Ｔ３交換対象工具Ｔ４予備工具Ｍマシニングセンタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の工具を保持する工具マガジンを有
し、この工具マガジンに保持された工具を、主軸に取り
付けられた工具と工具交換位置で交換する工具交換装置
において、前記主軸に取り付けられた工具が交換対象となったとき
に、前記交換対象となった工具を他の予備工具と交換す
る予備工具交換手段を備え、前記交換対象となった工具
と前記予備工具とを予備工具交換位置で交換するように
構成され、前記主軸は、前記工具交換位置および前記予備工具交換
位置の双方に移動可能であることを特徴とする工具交換
装置。
【請求項２】前記予備工具交換手段における予備工具
取付位置が、前記主軸の移動範囲の外側に配置されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】複数の工具を保持する工具マガジンを有
し、この工具マガジンに保持された工具を、主軸に取り
付けられた工具と工具交換位置で交換する工具交換方法
において、前記主軸に取り付けられた工具が交換対象となったとき
に、前記主軸を予備工具交換位置に移動させ、前記予備
工具交換位置で、予備工具交換手段によって前記交換対
象となった工具を予備工具と交換することを特徴とする
工具交換方法。