JP2004136412A

JP2004136412A - 工作機械における工具交換装置

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Publication number: JP2004136412A
Application number: JP2002304668A
Authority: JP
Inventors: Hisao Sasaki; 佐々木　久雄; Satoshi Nabeshima; 鍋島　聡
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP4047695B2

Abstract

【課題】工具の交換を迅速に行うことができ、工具の収容個数を多くすることができる工作機械における工具交換装置を提供する。
【解決手段】ベッド１１に装着された取付フレーム３１の前面に工具マガジン３３を装着する。工具保持レール４１，４６を上下に所定の間隔をもって配設する。ベッド１１に対し主軸ヘッド２７をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動可能に構成する。前記取付フレーム３１に対し第１，第２工具把持具５４，５５を一方向に設けた工具交換アーム３４を旋回可能に設ける。前記工具マガジン３３と工具交換アーム３４の間に工具移動機構３５を設ける。この工具移動機構３５によって工具２９を把持した工具ポット３６を工具マガジン３３と工具交換アーム３４の間で交互に移動する。主軸ヘッド２７のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動により工具交換アーム３４の第１，２把持具５４，５５に対する工具２９の脱着を行う。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作機械における工具交換装置として、以下のものが提案されている。この工作機械においては、ベッドの上面に対しＸ軸サドル、Ｙ軸サドル及びＺ軸コラムを介して主軸ヘッドをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の３軸方向にそれぞれ位置制御可能に装着している。前記ベッドの上面に固着した取付フレームの上部左側には工具マガジンを水平方向に直列に配設し、取付フレームの主軸ヘッド上部には２個の工具を把持して互いに１８０°反対方向に延びる２本の工具交換アームを、Ｚ軸方向と平行な旋回軸線を中心に旋回可能に装着している。さらに、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具ホルダを保持した工具ポットを移動するための工具移動機構を設けている。（例えば特許文献１参照）
この工具移動機構は、前記工具マガジンから工具ポットをＹ軸上方に移動して抜き取った後、Ｚ軸方向前方へ移動し、この前方端において工具ポットを水平面内で９０度旋回させる。次に、工具ポットをＹ軸下方に移動して工具交換アームの先端部に設けた工具把持具に工具ホルダを把持させるように、工具交換アームの旋回と進退移動により、主軸ヘッドの工具ホルダを同時に交換するようになっている。
【０００３】
又、従来の工作機械における工具交換装置として、円環状の工具マガジンを主軸ヘッドと同じ向きに装着し、工具マガジンと主軸ヘッドとの間に装設された工具交換アームにより工具交換するようにしたものも提案されている。（例えば特許文献２参照）
さらに、従来の工作機械における工具交換装置として、直線状の工具マガジンを主軸ヘッドの前方上方に配設し、主軸ヘッドと工具マガジンとの間に工具交換アームを装着し、該工具交換アームと工具マガジンとの間に工具を受け渡すためのシャトルアームを設けたものも提案されている。（例えば特許文献３参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平２０００−２８０１３９号公報（１）
【特許文献２】
特開平１０−２２５８４０号公報（２）
【特許文献３】
特開平２０００−８４７７９号公報（３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の工具交換装置は、取付フレームの側部に工具マガジンを配設しているので、配置スペースがあり工具ポットの収容する個数に余裕がある反面、工具移動機構によって工具をＺ軸前方へ移動した後、９０°水平方向に旋回する動作が必要になる。このため、工具マガジンから工具ポットを工具交換アームの工具把持具と対応する位置へ移し替える動作時間が長くなるという問題があった。又、工具マガジンと工具交換アームとの工具交換位置までの距離が長くなるので、この点からも前記工具ポットの移し替え時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
又、第２の工具交換装置は、工具マガジンから工具ポットを工具交換アームの先端部の工具把持具に移し替える動作時間は長くならない。しかし、工具マガジンが円環状に構成されているので、工具を収容する効率が低下するという問題があった。
【０００７】
一方、工具交換アームは２個の工具把持具が１８０°に反対方向にアームの先端に把持されて、工具交換時はアームの旋回と進退移動により行われるため、その動作時間が長くなるという問題があった。
【０００８】
さらに、第３の工具交換装置は、工具マガジンが主軸ヘッドの前側に装着されているので、工具交換時間は第２の工具交換装置と同様に短縮することができる。しかし、シャトルアームを用いて、工具マガジンと工具交換アームとの間で、工具の受渡しを行うため、工具マガジンを複数列に装着することができず、工具の収容個数を多くすることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、工具の交換を迅速に行うことができるとともに、工具の収容個数を多くすることができる工作機械における工具交換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ベッドの上面に対してＸ軸とＹ軸に直交するＺ軸水平方向の往復動可能にした主軸ヘッドに工具チャックを介して装着された工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、前記ベッドに装着した取付フレームに対し複数列の工具保持レールからなる工具マガジンを前記主軸ヘッドの上方かつ工具が前記主軸ヘッドと平行に位置するように装着し、前記工具保持レールをＸ軸水平方向、Ｙ軸上下方向又はそれらと交差する方向に配設し、前記取付フレームに対し前記Ｚ軸と平行な旋回軸線を中心に旋回される工具交換アームを装着し、該工具交換アームの先端部に工具ホルダを把持する一対の工具把持具を設け、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動を行う工具移動機構を装設したことを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記工具交換アームは、その基端部において、Ｚ軸と並行な旋回軸の周りで上下方向の旋回可能に支持され、該工具交換アームが上方に指向する位置に保持された状態で、該工具交換アームの先端部には前記工具把持具がＸ軸方向に所定の間隔をおいて上向きに並設されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記工具保持レールは、Ｘ軸水平方向に指向するように、上下複数段に設けられ、前記工具移動機構は、前記取付フレームに対しＸ軸方向の往復動可能に装着された工具移動用Ｘ軸サドルと、この工具移動用Ｘ軸サドルに対しＺ軸方向の往復動可能に装着された工具移動用Ｚ軸サドルと、この工具移動用Ｚ軸サドルに対しＹ軸方向の上下動可能に装着された工具移動用Ｙ軸サドルと、この工具移動用Ｙ軸サドルに取り付けられ、かつ前記工具を保持する保持凹部に把持されている工具をＹ軸方向に昇降可能な工具昇降具とにより構成されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記工具移動用Ｚ軸サドルは、工具昇降具によりＹ軸上方に持ち上げられた工具を上方に案内移動して、該工具を所定位置に保持する左右一対の案内部材を備え、前記各工具保持レールのうち最下段以外の工具保持レールの中間部には工具を把持する工具ポットの外周に設けられた環状溝に係合されて該工具ポットを上方又は下方に案内移動する通路が設けられていることを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４において、上下複数段の工具保持レールのうち最下段に位置する工具保持レールの中間部には、前記工具交換アームの旋回動作時にその旋回を許容するための旋回許容空間が設けられ、前記工具交換アームの工具把持具が前記旋回許容空間に移動された状態で、前記工具把持具の高さは工具保持レールの保持凹部の高さと同じに設定されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項において、前記工具交換アームの一対の工具把持具は、該工具交換アームが上方又は下方に旋回された状態で、Ｘ軸方向の位置切り換え可能に配設されていることを要旨とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した工作機械における工具交換装置の一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すようにベッド１１の上面には主軸用Ｘ軸コラム１２がＸ軸案内機構１３によってＸ軸（水平：左右）方向の往復動可能に装設され、Ｘ軸駆動機構１４によって、Ｘ軸方向に数値制御移動されるようになっている。図１に示すように前記主軸用Ｘ軸コラム１２にはＹ軸案内機構２０を介して主軸用Ｙ軸サドル２１がＹ軸（鉛直：上下）方向の移動可能に装着され、Ｙ軸駆動機構２２によってＹ軸方向に数値制御移動されるようになっている。前記主軸用Ｙ軸サドル２１には主軸用Ｚ軸サドル２３がＺ軸案内機構２４によってＺ軸（水平：前後）方向の往復動可能に装設され、Ｚ軸駆動機構２５によってＺ軸方向に数値制御移動されるようになっている。前記主軸用Ｚ軸サドル２３には主軸２６が固着され、この主軸２６には主軸ヘッド２７が装着されている。この主軸ヘッド２７には図示しないが工具チャックが設けられていて、工具２９を把持した工具ホルダ２８を周知の脱着機構により装着可能になっている。
【００１８】
以上の構成により主軸ヘッド２７に装着された工具２９は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向にそれぞれ数値制御移動され、図示しないワーク支持機構により支持されたワークに穿孔作業等の加工を行う。
【００１９】
図１及び図２に示すように、前記ベッド１１には取付フレーム３１が設けられ、この取付フレーム３１には、前記主軸ヘッド２７に装着された使用済工具２９を工具ホルダ２８とともに新工具２９ａと交換するための工具交換装置３２が装着されている。この工具交換装置３２は前記取付フレーム３１の前端部の所定位置に装着された工具マガジン３３と、前記主軸ヘッド２７と対応して取付フレーム３１に装着された工具交換アーム３４とを備えている。又、工具交換装置３２は、前記工具マガジン３３と工具交換アーム３４との間に装設され、かつ工具マガジン３３と工具交換アーム３４との間で工具ポット３６を工具ホルダ２８及び工具２９とともに交互に移動するための工具移動機構３５を備えている。
【００２０】
そこで、上記工具マガジン３３、工具交換アーム３４及び工具移動機構３５の各構成について順次説明する。
（工具マガジン３３）
前記工具マガジン３３は図４に示すように構成されている。板材をプレス成形した工具保持レール４１はボルト４２によって前記取付フレーム３１の前端面に締め付け固定されている。工具保持レール４１の上部には前記工具ホルダ２８を把持する工具ポット３６の外周面に形成された環状溝３６ａに係合されて、該工具ポット３６を保持するための保持凹部４１ａがＸ軸方向に等ピッチで数箇所に形成されている。前記工具保持レール４１の下部には取付板４３が前記ボルト４２によって取付フレーム３１に固定され、この取付板４３には支持アーム４４を介して別の取付板４５が連結されている。前記取付板４５の取付面には工具保持レール４６がボルト４７によって取り付けられている。この工具保持レール４６にも前記保持凹部４１ａと同様に保持凹部４６ａがＸ軸方向に等ピッチで数箇所に形成されている。前記工具保持レール４６のＸ軸方向中間部には前記工具ホルダ２８が上下方向に移動できる通路４８が２カ所に形成されている。前記工具保持レール４１の中間部には前記工具交換アーム３４の旋回動作を許容するための旋回許容空間４９が形成されている。
【００２１】
（工具交換アーム３４）
次に、図１，２及び図５〜図７に基づいて前記工具交換アーム３４の構成について説明すると、前記取付フレーム３１の上部には旋回駆動機構５１が固着され、この旋回駆動機構５１の旋回軸５２には交換アーム本体５３の基端部が取り付けられている。この交換アーム本体５３の先端部には第１，第２工具把持具５４，５５が取り付けられ、それらの先端部には前記工具ホルダ２８の外周面に形成された環状溝２８ａに係合されて工具ホルダ２８を把持するための把持凹部５４ａ，５５ａが形成されている。
【００２２】
上記工具交換アーム３４は図６及び図７に示すように第１及び第２工具把持具５４，５５が上側に位置した状態で、それらの把持凹部５４ａ，５５ａが上向きになるように保持されている。又、第１工具把持具５４が工具保持レール４６のほぼ中央に位置する前記通路４８の下方の所定位置に保持されるようにしている。さらに、第２工具把持具５５が第１工具把持具５４の左方近傍に保持されるようにしている。
【００２３】
（工具移動機構３５）
次に、図１〜３及び図５〜図７に基づいて前記工具移動機構３５の構成について説明する。
【００２４】
図５，６に示すように、前記取付フレーム３１の上面には工具移動用Ｘ軸サドル６１がＸ軸案内機構６２によってＸ軸方向の往復動可能に装着されている。前記工具移動用Ｘ軸サドル６１はＸ軸駆動モータ６３、ボールねじ６４及びボールねじナット６５によってＸ軸方向に数値制御移動されるようになっている。前記工具移動用Ｘ軸サドル６１の上面には工具移動用Ｚ軸サドル６６がＺ軸案内機構６７によってＺ軸方向の往復動可能に装着されている。前記工具移動用Ｚ軸サドル６６は前記工具移動用Ｘ軸サドル６１の上面に配設されたＺ軸駆動機構６８によってＺ軸方向に数値制御移動されるようになっている。
【００２５】
前記工具移動用Ｚ軸サドル６６の前面にはＹ軸案内レール６９がＹ軸方向に敷設され、このＹ軸案内レール６９にＹ軸リニアガイド７０がＹ軸方向の往復動可能に装着されている。このＹ軸リニアガイド７０には工具移動用Ｙ軸サドル７１を介してボールねじナット７２が取り付けられている。前記工具移動用Ｚ軸サドル６６の上端部に固着されたブラケット７３の上面に支持されたＹ軸駆動モータ７４のＹ軸ボールねじ７５によって前記Ｙ軸リニアガイド７０、工具移動用Ｙ軸サドル７１及びボールねじナット７２がＹ軸方向に数値制御移動されるようになっている。前記ボールねじナット７２の下面にはブラケット７６が固着され、このブラケット７６の下端部には工具昇降具７７が固着され、その工具昇降具７７の前端部には前記工具ポット３６の後端部に形成された係合突起３６ｂを上下両側部から把持する把持凹部７７ａが形成されている。
【００２６】
前記工具移動用Ｚ軸サドル６６の左右両側面には案内部材７８，７９がＺ軸前方向に延びるように片持ち支持されている。案内部材７８，７９の先端部には前記工具ポット３６の環状溝３６ａをＹ軸方向に案内移動するための案内レール部７８ａ，７９ａが互いに対向するように折り曲げ形成されている。この案内レール部７８ａ，７９ａの間には工具ポット３６の案内通路８０が形成されている。前記案内レール部７８ａ，７９ａは、Ｙ軸方向に関して所定位置に固定されている。前記案内レール部７８ａ，７９ａの上下方向の高さ寸法Ｈは、前記両工具保持レール４１，４６の間の隙間Ｇの幅寸法よりも若干短く形成されている。そして、図７に示すように上記隙間Ｇに対し前記案内レール部７８ａ，７９ａがＺ軸方向から進入し得るようにしている。
【００２７】
従って、前記工具保持レール４１の保持凹部４１ａに把持されている工具ポット３６を保持凹部４１ａから取り出す場合には、前記工具昇降具７７を工具ポット３６の係合突起３６ｂと同じ高さに移動する。又、工具移動用Ｚ軸サドル６６をＺ軸前方に移動して前記案内部材７８，７９の案内レール部７８ａ，７９ａを前記隙間Ｇと対応する位置まで移動する。この移動によって、工具昇降具７７の把持凹部７７ａが工具ポット３６の係合突起３６ｂに係合される。この状態で、工具昇降具７７をＹ軸上方に移動することによって、工具ポット３６が保持凹部４１ａから上方に持ち上げられて、案内レール部７８ａ，７９ａに案内されて、案内通路８０の所定高さに保持される。このようにして、工具ホルダ２８を保持した工具ポット３６の保持凹部４１ａからの取り出しが行われる。
【００２８】
前記Ｚ軸サドル６６の左右両側面には前記案内部材７８，７９の上方において、前記工具保持レール４６の保持凹部４６ａに把持された工具ポット３６を保持凹部４６ａから工具昇降具７７と協働して上方に取り出すための案内部材８１，８２が設けられている。この案内部材８１，８２の先端部には案内レール部８１ａ，８２ａが互いに対向するように折り曲げ形成され、前記工具保持レール４６の直上に移動配置された状態で、工具ポット３６の環状溝３６ａを案内レール部８１ａ，８２ａに沿って上方に案内移動するようになっている。前記案内部材８１，８２により保持凹部４６ａから工具ポット３６を取り出す動作も上記保持凹部４１ａに保持された工具ポット３６の取り出し動作と同様に行われる。
【００２９】
なお、前記案内レール部７８ａ，７９ａ及び工具昇降具７７によって把持されている工具ポット３６の前記保持凹部４１ａへの収容動作は、前記取り出し動作と逆の動作により行われる。
【００３０】
（工具交換装置３２の動作）
次に、前記のように構成された工作機械における工具交換装置の動作について説明する。
【００３１】
工作機械の主軸ヘッド２７に把持されていた工具２９によってワークの加工が行われ、工具２９による加工が終了すると、この使用済工具２９は工具マガジン３３側の新工具２９ａと交換される。この交換動作は図１０のフローチャートに示すように行われる。
【００３２】
最初に、工具交換装置３２の工具昇降具７７の原点位置Ｐ１について説明する。新工具２９ａを取り出す場合は工具昇降具７７は図７に実線で示すようにＺ軸方向から見て第１工具把持具５４と対応している。又、工具昇降具７７が前記工具保持レール４１の保持凹部４１ａに収納された工具ポット３６の係合突起３６ｂと同じ高さに保持され、Ｘ軸方向からみて係合突起３６ｂと対応している状態を工具昇降具７７の原点位置Ｐ１とする。
【００３３】
図７において、工具交換アーム３４の前記第２工具把持具５５の位置を、工具受取位置Ｐ２、第１工具把持具５４の位置を工具受渡位置Ｐ３としている。又、図８に示すように工具交換アーム３４が１８０°旋回された状態における第１工具把持具５４の位置を工具受渡位置Ｐ４、第２工具把持具５５の位置を工具装着位置Ｐ５とする。
【００３４】
次に、工具２９の交換動作について説明する。図１０及び以下の説明においては、第１，第２工具把持具５４，５５を、第１，第２把持具５４，５５と簡略化している。
【００３５】
図１０のステップＳ１において、工具昇降具７７が案内部材７８，７９とともに原点位置Ｐ１からＸ軸右方に移動され、指定された保持凹部４１ａに保持されている工具ポット３６と対応する位置に移動されて工具ポット３６の係合突起３６ｂに工具昇降具７７の把持凹部７７ａが係合される。その後、ステップＳ２において、工具昇降具７７が上昇し、工具ポット３６が保持凹部４１ａから取り出される。ステップＳ３において、工具昇降具７７がＸ軸左方へ移動され、工具昇降具７７が工具ポット３６及び新工具２９ａとともに前記第２工具把持具５５の上方近傍に配置される。
【００３６】
次に、ステップＳ４において、工具昇降具７７がＺ軸前方へ移動され、次にＹ軸下方に移動されて、工具ホルダ２８が図７に示す工具受取位置Ｐ２において工具交換アーム３４の第２工具把持具５５の把持凹部５５ａに係合される。次のステップＳ５において、工具昇降具７７がＺ軸後方に移動されて、工具ポット３６が工具ホルダ２８から分離される。なお、図７に示す工具受渡位置Ｐ３の第１工具把持具５４の把持凹部５４ａには工具ホルダ２８が存在しない空の状態である。
【００３７】
次に、ステップＳ６において、工具交換アーム３４が旋回駆動機構５１によって旋回軸５２を中心にして図７において時計周り方向に１８０度旋回される。すると、図８に示すように、空の第１工具把持具５４が工具受渡位置Ｐ４に移動される。これと同期して新工具２９ａを把持した第２工具把持具５５が工具装着位置Ｐ５に移動される。
【００３８】
図８において、主軸ヘッド２７に装着されている使用済工具２９の工具受渡位置Ｐ４にある第１把持具５４への受け渡し動作が行われる。すなわち、ステップＳ７において、主軸ヘッド２７がワークの加工終了位置Ｐ６からＸ軸左方及びＺ軸後方に移動されて、工具ホルダ２８の環状溝２８ａが第１把持具５４の把持凹部５４ａと対応する工具受渡位置Ｐ４の直下に移動される。次に、ステップＳ８において、主軸ヘッド２７がＹ軸上方向に所定距離だけ移動されて、工具ホルダ２８が把持凹部５４ａに係合される。この状態で、ステップＳ９において主軸ヘッド２７がＺ軸後方に移動されると、主軸ヘッド２７から工具ホルダ２８が抜き出されて、使用済工具２９が第１把持具５４へ受け渡され、主軸ヘッド２７の使用済工具２９の分離が行われる。
【００３９】
次に、ステップＳ１０において、前記主軸ヘッド２７がＸ軸右方へ移動されて工具装着位置Ｐ５と対応する位置に停止される。その後、ステップＳ１１において、主軸ヘッド２７がＺ軸前方に移動され、第２把持具５５に把持されていた工具ホルダ２８が主軸ヘッド２７の工具チャックによって把持される。この状態でステップＳ１２において、主軸ヘッド２７がＹ軸下方に移動されて、新工具２９ａを保持した工具ホルダ２８が把持凹部５５ａから取り出され、新工具２９ａが主軸ヘッド２７に装着される。
【００４０】
次に、ステップＳ１３において、工具交換アーム３４が時計周り方向へ１８０°回転される。この動作により空の第２把持具５５が工具受取位置Ｐ２へ移動されるとともに、使用済工具２９を把持した第１把持具５４が工具受渡位置Ｐ３へ移動される。
【００４１】
その後、工具受渡位置Ｐ３に保持されている第１把持具５４の使用済工具２９が工具保持レール４１の空状態の保持凹部４１ａへ移動される（ステップＳ１４〜Ｓ２０）。即ち、ステップＳ１４において、工具昇降具７７が前述したステップＳ５の終了状態、つまり前記工具受取位置Ｐ２からＺ軸後方に後退した後退位置からＸ軸右方に移動された後、Ｚ軸前方に移動されて原点位置Ｐ１へ移動される。これにより工具ホルダ２８に工具ポット３６が係合される。次のステップＳ１５において、工具昇降具７７がＹ軸上方へ移動され、第２把持具５５の把持凹部５５ａから使用済工具２９を把持した工具ホルダ２８が取り外される。その後、ステップＳ１６において、工具昇降具７７がＸ軸右方へ移動され、空状態の保持凹部４１ａと対応する位置に移動される。さらに、ステップＳ１７において工具昇降具７７がＹ軸下方に移動され、使用済工具２９を把持した工具ポット３６が工具保持レール４１の保持凹部４１ａへ収容される。その後、ステップＳ１８において工具昇降具７７がＺ軸後方に移動されて、工具ポット３６が保持凹部４１ａに収納される。その後、ステップＳ１９において、工具昇降具７７がＸ軸左方に移動された後、Ｚ軸前方に移動されて原点位置Ｐ１へ復帰される。
【００４２】
以上の動作により一回の工具２９の交換動作が完了する。
上段に位置する工具保持レール４６の保持凹部４６ａに保持されている工具ポット３６による工具ホルダ２８及び工具２９の交換動作は、工具保持レール４６の中央部に形成された通路４８によって工具ポット３６を上下方向に案内移動することにより行われる。なお、図１，４に示す左側の通路４８は手動により使用済工具２９を新工具２９ａと交換する際に工具昇降具７７を下方の交換位置に導くために利用される。
【００４３】
上記実施形態の工作機械における工具交換装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、工作機械のフロント側に工具ホルダ２８及び工具ポット３６とともに工具１９を収納する工具マガジン３３を装着し、取付フレーム３１の前側に取り付けられた工具交換アーム３４と、前記工具マガジン３３との間に工具移動機構３５を装着した。このため、工具２９を工具マガジン３３から第２把持具５５へ移動する距離が短くて済み、工具２９を迅速に移動することができ、工具交換動作時間を短縮して、ワークの加工作業の能率を向上することができる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、工具マガジンをＸ軸サドルの側面に設けた構成に比べ機械幅が狭くできるため、工作機械を多数配置したライン構成ではライン全体の長さが短くて済む。
【００４５】
（３）上記実施形態では、工具昇降具７７をＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に数値制御移動可能に装着したので、工具マガジン３３を構成する工具保持レール４１，４６を複数段にすることができる。このため、円環状の工具マガジン又はシャトルアームを用いた従来の工具交換装置と比較して、工具保持レールを多段にして多数の工具を効率良く収容することができる。
【００４６】
（４）上記実施形態では、工具交換アーム３４の一端部に対し第１及び第２把持具５４，５５を並列に装着した。又、図７に示すように工具交換アーム３４が上方に旋回された状態において、第１及び第２把持具５４，５５の把持凹部５４ａ，５５ａが上方を指向し、かつ第１及び第２把持具５４，５５の高さを前記工具保持レール４１の保持凹部４１ａの高さと同じにした。このため工具保持レール４１の保持凹部４１ａに保持されている新工具２９ａを第２把持具５５へ移動する動作と、図９に示すように第１把持具５４に把持されている使用済工具の工具保持レール４１の保持凹部４１ａへの移動を迅速に行うことができる。
【００４７】
（５）上記実施形態では、上述の（４）の構成をとっているので、使用済工具２９の第１把持具５４への受渡動作と、第２把持具５５の新工具２９の受取動作とを短時間で行うことができる。
【００４８】
（６）上記実施形態では、工具マガジン３３を上下二段の工具保持レール４１，４６により構成し、下段の工具保持レール４１に旋回許容空間４９を設けた。このため、工具保持レール４１，４６のＹ軸方向の装着位置を下方に設定して、工具マガジン３３のコンパクト化を図ることができる。又、保持凹部４１ａ，４６ａと工具受取位置Ｐ２、工具受渡位置Ｐ３の距離を短縮して、工具交換動作を迅速に行うことができる。
【００４９】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○　図１１に示すように、工具交換アーム３４の第１及び第２把持具５４，５５を交換アーム本体５３に対しＸ軸方向に位置切り替えする位置切替機構８５を設けても良い。この位置切替機構８５は交換アーム本体５３に対しＸ軸案内機構８６を介してＸサドル８７を装着し、このＸサドル８７に前記第１及び第２把持具５４，５５を取り付けている。Ｘサドル８７はシリンダ８８によってＸ軸方向に移動される。
【００５０】
上記の別例においては、工具受取位置Ｐ２及び工具受渡位置Ｐ３における第１及び第２把持具５４，５５の位置切替えができる。このため、図１１に実線で示す位置から鎖線で示すように第１及び第２把持具５４，５５の位置を切り換えることにより、工具受渡位置Ｐ３において、第２把持具５５に新工具２９ａを装着することができ、新工具２９ａの第２把持具５５への装着を迅速に行うことができる。又、主軸ヘッド２７側に交換アーム本体５３を旋回させた状態で、使用済工具２９と新工具２９ａの交換動作をより迅速に行うこともできる。
【００５１】
○　図示しないが工具交換アーム３４に対し第１及び第２把持具５４，５５の反対側に工具収納部のマガジンと加工部との仕切りカバーを装着してもよい。
○　前記工具保持レール４１，４６をＸ軸方向に配設したが、これをＹ軸方向に配設したり、Ｘ軸方向に対し垂直面内で傾斜するように配設したりしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は工具の交換を迅速に行うことができるとともに、工具の収容個数を多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を具体化した工作機械の工具交換装置の正面図。
【図２】図１の工作機械の左側面図。
【図３】工具交換装置の拡大平面図。
【図４】工具マガジンの拡大斜視図。
【図５】工具交換装置の拡大左側面図。
【図６】工具移動機構の拡大斜視図。
【図７】工具交換動作を説明するための略体正面図。
【図８】工具交換動作を説明するための略体正面図。
【図９】工具交換動作を説明するための略体正面図。
【図１０】工具の交換動作を示すフローチャート。
【図１１】この発明の別例を示す部分正面図。
【符号の説明】１１…ベッド、１９，２９…工具、２７…主軸ヘッド、２８…工具ホルダ、２８ａ，３６ａ…環状溝、３１…取付フレーム、３３…工具マガジン、３４…工具交換アーム、３５…工具移動機構、３６…工具ポット、４１，４６…工具保持レール、４１ａ，４６ａ…保持凹部、４８…通路、４９…旋回許容空間、５２…旋回軸、６１…工具移動用Ｘ軸サドル、６６…工具移動用Ｚ軸サドル、７１…工具移動用Ｙ軸サドル、７７…工具昇降具、７８，７９，８１，８２…案内部材。

Claims

ベッドの上面に対してＸ軸とＹ軸に直交するＺ軸水平方向の往復動可能にした主軸ヘッドに工具チャックを介して装着された工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、
前記ベッドに装着した取付フレームに対し複数列の工具保持レールからなる工具マガジンを前記主軸ヘッドの上方かつ工具が前記主軸ヘッドと平行に位置するように装着し、前記工具保持レールをＸ軸水平方向、Ｙ軸上下方向又はそれらと交差する方向に配設し、前記取付フレームに対し前記Ｚ軸と平行な旋回軸線を中心に旋回される工具交換アームを装着し、該工具交換アームの先端部に工具ホルダを把持する一対の工具把持具を設け、前記工具マガジンと工具交換アームとの間に工具のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動を行う工具移動機構を装設した工作機械における工具交換装置。
請求項１において、前記工具交換アームは、その基端部において、Ｚ軸と並行な旋回軸の周りで上下方向の旋回可能に支持され、該工具交換アームが上方に指向する位置に保持された状態で、該工具交換アームの先端部には前記工具把持具がＸ軸方向に所定の間隔をおいて上向きに並設されている工作機械における工具交換装置。
請求項１又は２において、前記工具保持レールは、Ｘ軸水平方向に指向するように、上下複数段に設けられ、前記工具移動機構は、前記取付フレームに対しＸ軸方向の往復動可能に装着された工具移動用Ｘ軸サドルと、この工具移動用Ｘ軸サドルに対しＺ軸方向の往復動可能に装着された工具移動用Ｚ軸サドルと、この工具移動用Ｚ軸サドルに対しＹ軸方向の上下動可能に装着された工具移動用Ｙ軸サドルと、この工具移動用Ｙ軸サドルに取り付けられ、かつ前記工具を保持する保持凹部に把持されている工具をＹ軸方向に昇降可能な工具昇降具とにより構成されている工作機械における工具交換装置。
請求項３において、前記工具移動用Ｚ軸サドルは、工具昇降具によりＹ軸上方に持ち上げられた工具を上方に案内移動して、該工具を所定位置に保持する左右一対の案内部材を備え、前記各工具保持レールのうち最下段以外の工具保持レールの中間部には工具を把持する工具ポットの外周に設けられた環状溝に係合されて該工具ポットを上方又は下方に案内移動する通路が設けられている工作機械における工具交換装置。
請求項３又は４において、上下複数段の工具保持レールのうち最下段に位置する工具保持レールの中間部には、前記工具交換アームの旋回動作時にその旋回を許容するための旋回許容空間が設けられ、前記工具交換アームの工具把持具が前記旋回許容空間に移動された状態で、前記工具把持具の高さは工具保持レールの保持凹部の高さと同じに設定されている工作機械における工具交換装置。
請求項２〜５のいずれか一項において、前記工具交換アームの一対の工具把持具は、該工具交換アームが上方又は下方に旋回された状態で、Ｘ軸方向の位置切り換え可能に配設されている工作機械における工具交換装置。