JP4699111B2 - 自動工具交換装置および加工機械 - Google Patents
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Description
本発明は、自動工具交換装置および加工機械に関する。詳しくは、主軸に対して工具を自動交換する自動工具交換装置および加工機械に関する。
工作機械などの主軸に対して工具を自動交換する自動工具交換装置として、たとえば、特許文献１に示される自動工具交換装置などが知られている。
この種の自動工具交換装置は、複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具マガジンと、この工具マガジンの受渡位置と工具交換位置との間に旋回可能に設けられ両端に工具把持部を有する旋回アームと、この旋回アームの旋回動作および旋回軸方向へ進退させる進退動作を制御する制御装置とを備える。
工具交換にあたっては、工具マガジンの中から指定工具を選択し、その指定工具を受渡位置に位置決めするとともに、主軸を工具交換位置に位置決めする。この状態において、旋回アームを旋回させて両端の工具把持部に工具（受渡位置に位置決めされた工具と、主軸に装着されている工具）を把持する。ついで、旋回アームを軸方向へスライドさせ、次に、１８０度旋回動作させたのち、旋回アームを軸方向へスライドさせると、受渡位置に位置決めされた工具が主軸に装着され、主軸に装着されていた工具が受渡位置に回収される。これにより、自動工具交換が実行される。
この種の自動工具交換装置は、複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具マガジンと、この工具マガジンの受渡位置と工具交換位置との間に旋回可能に設けられ両端に工具把持部を有する旋回アームと、この旋回アームの旋回動作および旋回軸方向へ進退させる進退動作を制御する制御装置とを備える。
工具交換にあたっては、工具マガジンの中から指定工具を選択し、その指定工具を受渡位置に位置決めするとともに、主軸を工具交換位置に位置決めする。この状態において、旋回アームを旋回させて両端の工具把持部に工具（受渡位置に位置決めされた工具と、主軸に装着されている工具）を把持する。ついで、旋回アームを軸方向へスライドさせ、次に、１８０度旋回動作させたのち、旋回アームを軸方向へスライドさせると、受渡位置に位置決めされた工具が主軸に装着され、主軸に装着されていた工具が受渡位置に回収される。これにより、自動工具交換が実行される。
従来の自動工具交換装置では、工具交換にあたって、旋回アームの旋回領域内に主軸を移動して位置決めしなければならないため、主軸の移動ストロークが小さいものでは、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを近接して設置するしかない。
このような構造では、たとえば、主軸による加工時に多量にクーラント液を使用する加工環境下、あるいは、多量の切粉がでる加工環境下では、クーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着し、故障の原因になりやすい。
そこで、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設定しようとすると、主軸の移動ストロークを大きくしなければならないため、加工機械自体の構造が大型化、複雑化し、経済的に不利となる。
このような構造では、たとえば、主軸による加工時に多量にクーラント液を使用する加工環境下、あるいは、多量の切粉がでる加工環境下では、クーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着し、故障の原因になりやすい。
そこで、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設定しようとすると、主軸の移動ストロークを大きくしなければならないため、加工機械自体の構造が大型化、複雑化し、経済的に不利となる。
本発明の目的は、このような従来の欠点を解消し、主軸の移動ストロークを大きくしなくても、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設置できるようにした自動工具交換装置および加工機械を提供することにある。
本発明の自動工具交換装置は、工具交換位置に位置決めされ先端に工具チャック機構を有する主軸に対して、工具交換を行う自動工具交換装置において、複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置と、前記受渡位置に対応した軸線に対して直交する方向へ前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を締め付ける工具締付機構を有する工具チャッキングユニットと、前記受渡位置に対応した軸線に対して直交する方向へかつ前記工具チャッキングユニットの進退方向と同方向へ前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を緩める工具緩め機構を有する工具アンチャックユニットと、前記工具締付機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具チャッキングユニットが後退した状態において、前記受渡位置に位置決めされた工具を前記工具収納装置から前記工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持させるとともに、前記工具緩め機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具アンチャックユニットが後退した状態において、前記工具アンチャックユニットに回収された工具を前記工具アンチャックユニットから前記工具収納装置に回収する工具受渡機構と、を備えたことを特徴とする。
（工具アンチャック動作）
いま、主軸には工具が装着されている。この状態から、主軸が工具交換位置に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニットも工具交換位置まで前進される。こののち、主軸が工具アンチャックユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具アンチャックユニットの工具緩め機構に保持され、この工具緩め機構によって工具チャック機構が緩められる。こののち、主軸が工具アンチャックユニットから離れる方向へ移動されると、工具が工具チャック機構から抜き取られ、工具アンチャックユニットに保持される。工具アンチャックユニットに保持された工具は、工具アンチャックユニットの後退動作および工具受渡機構の受渡動作を介して、工具収納装置に回収される。
いま、主軸には工具が装着されている。この状態から、主軸が工具交換位置に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニットも工具交換位置まで前進される。こののち、主軸が工具アンチャックユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具アンチャックユニットの工具緩め機構に保持され、この工具緩め機構によって工具チャック機構が緩められる。こののち、主軸が工具アンチャックユニットから離れる方向へ移動されると、工具が工具チャック機構から抜き取られ、工具アンチャックユニットに保持される。工具アンチャックユニットに保持された工具は、工具アンチャックユニットの後退動作および工具受渡機構の受渡動作を介して、工具収納装置に回収される。
（工具チャッキング動作）
まず、工具収納装置の中から指定の工具を選択すると、その指定工具が受渡位置に位置決めされる。すると、受渡位置に位置決めされた工具は、工具受渡機構によって、工具収納装置から工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持される。次に、工具チャッキングユニットが前進される。続いて、主軸が工具チャッキングユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具チャッキングユニットの工具締付機構に保持され、この工具締付機構によって工具チャック機構が締め付けられる。つまり、指定工具が工具チャック機構によって保持される。こののち、主軸が工具チャッキングユニットから離れる方向へ移動されるとともに、工具チャッキングユニットが後退動作される。これにより、主軸には、新たな工具が装着され、これによって加工が実行される。
まず、工具収納装置の中から指定の工具を選択すると、その指定工具が受渡位置に位置決めされる。すると、受渡位置に位置決めされた工具は、工具受渡機構によって、工具収納装置から工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持される。次に、工具チャッキングユニットが前進される。続いて、主軸が工具チャッキングユニットに向かって移動されると、主軸の工具チャック機構が工具チャッキングユニットの工具締付機構に保持され、この工具締付機構によって工具チャック機構が締め付けられる。つまり、指定工具が工具チャック機構によって保持される。こののち、主軸が工具チャッキングユニットから離れる方向へ移動されるとともに、工具チャッキングユニットが後退動作される。これにより、主軸には、新たな工具が装着され、これによって加工が実行される。
以上のように、工具交換にあたって、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが、工具収納装置から工具交換位置まで進退しながら工具交換を行うため、主軸の移動ストロークを大きくしなくても、主軸による加工領域と自動工具交換装置とを離して設置できる。従って、加工領域と自動工具交換装置とを近接して設置した場合の欠点、つまり、クーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着し、故障の原因になりやすいという欠点を解消できる。
本発明の自動工具交換装置において、前記工具収納装置は、工具を収納した工具ポットを一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレットと、この工具収納ターレットを回転させるとともに指定工具を前記受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構とを含んで構成されていることが望ましい。
この構成によれば、工具収納装置が、工具収納ターレットとこの工具収納ターレットを回転させる回転駆動機構とを含んで構成されているから、比較的簡単な構成で製造でき、しかも、位置決めも高精度にできるから、故障も少なくできる。
この構成によれば、工具収納装置が、工具収納ターレットとこの工具収納ターレットを回転させる回転駆動機構とを含んで構成されているから、比較的簡単な構成で製造でき、しかも、位置決めも高精度にできるから、故障も少なくできる。
また、本発明の自動工具交換装置において、前記工具チャッキングユニットは、前記工具締付機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、前記工具アンチャックユニットは、前記工具緩め機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、前記工具受渡機構は、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッドと、この工具受渡ロッドを軸線上に沿って移動させる進退機構とを含んで構成されていることが望ましい。
この構成によれば、工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線上に、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニット、さらに、進退機構の工具受渡ロッドが配置されているから、全体としてスリムに構成できる。しかも、進退機構の工具受渡ロッドも工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線方向に動作すればよいから、動作がスムーズにできる。
この構成によれば、工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線上に、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニット、さらに、進退機構の工具受渡ロッドが配置されているから、全体としてスリムに構成できる。しかも、進退機構の工具受渡ロッドも工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ受渡位置に対応した軸線方向に動作すればよいから、動作がスムーズにできる。
また、本発明の自動工具交換装置において、前記工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットは、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられているから、幅寸法を小さくできる。従って、全体としてコンパクトに構成できる。
この構成によれば、工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられているから、幅寸法を小さくできる。従って、全体としてコンパクトに構成できる。
また、本発明の自動工具交換装置において、前記工具チャック機構は、前記主軸に装着されたコレットチャックと、このコレットチャックを締め付けるナット部材とから構成され、前記工具締付機構は、前記ナットを締め付ける方向へ回転させる回転機構を備え、前記工具緩め機構は、前記ナットを緩める方向へ回転させる回転機構を備えていることが望ましい。
この構成によれば、工具チャック機構が、ナット部材の回動操作によってコレットチャックを締め付け、あるいは、緩める構造であるから、簡単に構成できる。
この構成によれば、工具チャック機構が、ナット部材の回動操作によってコレットチャックを締め付け、あるいは、緩める構造であるから、簡単に構成できる。
本発明の加工機械は、上述した自動工具交換装置と、前記主軸が移動可能な加工領域空間を有する加工機本体とを備えた加工機械であって、前記自動工具交換装置が隣接する前記加工領域空間の壁面には、前記自動工具交換装置の工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが前記加工領域空間内に突出可能な窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されていることを特徴とする。
この構成によれば、自動工具交換装置が隣接する加工領域空間の壁面には、窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されているから、シャッタを閉じれば、加工領域空間からのクーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着することがない。しかも、シャッタを開ければ、窓から工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットを加工領域空間内に突出することができるから、工具交換も支障なく行うことができる。
この構成によれば、自動工具交換装置が隣接する加工領域空間の壁面には、窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されているから、シャッタを閉じれば、加工領域空間からのクーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着することがない。しかも、シャッタを開ければ、窓から工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットを加工領域空間内に突出することができるから、工具交換も支障なく行うことができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜図１の説明＞
図１は、本発明の自動工具交換装置を適用した加工機械を示している。同加工機械１は、加工機本体１０と、この加工機本体１０に隣接して設置された自動工具交換装置３０とを備えている。
加工機本体１０には、内部にワークを載置するテーブル１２が設けられているとともに、主軸ヘッド２１が相対的に三次元方向（前後、左右、上下方向）へ移動可能な加工領域空間１３が設けられている。また、正面には、内部の加工領域空間１３内を視認可能な透視窓１４が設けられているとともに、左側側壁（自動工具交換装置３０が隣接する側壁）には、後述する自動工具交換装置３０の工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１が加工領域空間１３内に突出可能な窓１５が、右側側壁には操作盤１６がそれぞれ設けられている。
窓１５には、シリンダ１７によってスライドするシャッタ１８がガイドレール１９を介してスライド可能に設けられている。つまり、窓１５は、シャッタ１８によって開閉可能に構成されている。
＜図１の説明＞
図１は、本発明の自動工具交換装置を適用した加工機械を示している。同加工機械１は、加工機本体１０と、この加工機本体１０に隣接して設置された自動工具交換装置３０とを備えている。
加工機本体１０には、内部にワークを載置するテーブル１２が設けられているとともに、主軸ヘッド２１が相対的に三次元方向（前後、左右、上下方向）へ移動可能な加工領域空間１３が設けられている。また、正面には、内部の加工領域空間１３内を視認可能な透視窓１４が設けられているとともに、左側側壁（自動工具交換装置３０が隣接する側壁）には、後述する自動工具交換装置３０の工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１が加工領域空間１３内に突出可能な窓１５が、右側側壁には操作盤１６がそれぞれ設けられている。
窓１５には、シリンダ１７によってスライドするシャッタ１８がガイドレール１９を介してスライド可能に設けられている。つまり、窓１５は、シャッタ１８によって開閉可能に構成されている。
＜図２の説明＞
図２は、主軸ヘッド２１を示している。主軸ヘッド２１は、軸受部材２２と、この軸受部材２２に空気静圧軸受（図示省略）を介して回転可能に支持された主軸２３と、この主軸２３の先端に設けられた工具チャック機構２４とを備えている。
工具チャック機構２４は、主軸２３の先端面に形成されたテーパ孔２５と、このテーパ孔２５内に装着されたコレットチャック２６と、このコレットチャック２６を締め付け、緩めるナット部材２７とから構成されている。ナット部材２７は、主軸２３の先端にかつテーパ孔２５の外周に形成された雄ねじ部２８に螺合されるナット部２７Ａと、このナット部２７Ａの一端に袋状に設けられコレットチャック２６を下から抑える抑え部２７Ｂとを備える。従って、ナット部材２７を螺合（右回転）していくと、コレットチャック２６がテーパ孔２５内に挿入されていくため、工具Ｔを保持することができる。逆に、ナット部材２７を逆回転していくと、コレットチャック２６による締め付けが緩められるから、工具Ｔを外すことができる。なお、図示していないが、工具チャック機構２４の締め付け、解除操作時には、主軸２３の回転を規制する主軸回転規制機構が設けられている。
図２は、主軸ヘッド２１を示している。主軸ヘッド２１は、軸受部材２２と、この軸受部材２２に空気静圧軸受（図示省略）を介して回転可能に支持された主軸２３と、この主軸２３の先端に設けられた工具チャック機構２４とを備えている。
工具チャック機構２４は、主軸２３の先端面に形成されたテーパ孔２５と、このテーパ孔２５内に装着されたコレットチャック２６と、このコレットチャック２６を締め付け、緩めるナット部材２７とから構成されている。ナット部材２７は、主軸２３の先端にかつテーパ孔２５の外周に形成された雄ねじ部２８に螺合されるナット部２７Ａと、このナット部２７Ａの一端に袋状に設けられコレットチャック２６を下から抑える抑え部２７Ｂとを備える。従って、ナット部材２７を螺合（右回転）していくと、コレットチャック２６がテーパ孔２５内に挿入されていくため、工具Ｔを保持することができる。逆に、ナット部材２７を逆回転していくと、コレットチャック２６による締め付けが緩められるから、工具Ｔを外すことができる。なお、図示していないが、工具チャック機構２４の締め付け、解除操作時には、主軸２３の回転を規制する主軸回転規制機構が設けられている。
＜図３〜図４の説明＞
図３は、自動工具交換装置３０を示している。同自動工具交換装置３０は、複数種の工具１を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置３１と、工具チャッキングユニット４１と、工具アンチャックユニット５１と、工具受渡機構６１とを備えている。
工具収納装置３１は、工具Ｔを収納した工具ポット３４を一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレット３２と、この工具収納ターレット３２を回転させるとともに指定工具Ｔを受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構３５とを含んで構成されている。工具収納ターレット３２には、同一円周上の所定角度位置に収納孔３３が形成され、これら収納孔３３内に工具Ｔを収納した工具ポット３４が着脱可能に収納されている。回転駆動機構３５は、モータ３６と、このモータ３６の出力軸と工具収納ターレット３２の軸とに掛け回されたベルト３７とから構成されている。
図３は、自動工具交換装置３０を示している。同自動工具交換装置３０は、複数種の工具１を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置３１と、工具チャッキングユニット４１と、工具アンチャックユニット５１と、工具受渡機構６１とを備えている。
工具収納装置３１は、工具Ｔを収納した工具ポット３４を一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレット３２と、この工具収納ターレット３２を回転させるとともに指定工具Ｔを受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構３５とを含んで構成されている。工具収納ターレット３２には、同一円周上の所定角度位置に収納孔３３が形成され、これら収納孔３３内に工具Ｔを収納した工具ポット３４が着脱可能に収納されている。回転駆動機構３５は、モータ３６と、このモータ３６の出力軸と工具収納ターレット３２の軸とに掛け回されたベルト３７とから構成されている。
工具チャッキングユニット４１は、図示省略のシリンダによって、工具収納装置３１の工具受渡位置Ｐ１から窓１５を通って加工領域空間１３内の工具交換位置Ｐ２まで進退可能に設けられているとともに、工具交換位置Ｐ２において工具チャック機構２４を締め付ける工具締付機構４２を有する。つまり、工具締付機構４２が工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した位置から、工具交換位置Ｐ２まで進退可能に設けられている。
工具締付機構４２は、図４に示すように、ナット部材２７を締め付ける方向へ回転させる回転機構４３と、工具Ｔを収納した工具ポット３４を保持する保持部材４７とを上下に備える。回転機構４３は、ナット部材２７を収容保持し回転可能に設けられたナット収容部材４４と、このナット収容部材４４を一方向（ナット部材２７が締め付けられる方向）へのみ回転させるラチェット機構などの一方向回転機構（図示省略）と、前記ナット収容部材４４にレバー４５を介して連結されナット部材２７を一方向へ回転させるシリンダ４６とから構成されている。保持部材４７は、工具ポット３４を弾性的に保持できるようにゴムなどの弾性部材によって構成され、中心に工具ポット３４を保持する保持孔を備えている。
工具締付機構４２は、図４に示すように、ナット部材２７を締め付ける方向へ回転させる回転機構４３と、工具Ｔを収納した工具ポット３４を保持する保持部材４７とを上下に備える。回転機構４３は、ナット部材２７を収容保持し回転可能に設けられたナット収容部材４４と、このナット収容部材４４を一方向（ナット部材２７が締め付けられる方向）へのみ回転させるラチェット機構などの一方向回転機構（図示省略）と、前記ナット収容部材４４にレバー４５を介して連結されナット部材２７を一方向へ回転させるシリンダ４６とから構成されている。保持部材４７は、工具ポット３４を弾性的に保持できるようにゴムなどの弾性部材によって構成され、中心に工具ポット３４を保持する保持孔を備えている。
工具アンチャックユニット５１は、図示省略のシリンダによって、工具収納装置３１の受渡位置Ｐ１から窓１５を通って加工領域空間１３内の工具交換位置Ｐ２まで進退可能に設けられているとともに、工具交換位置Ｐ２において工具チャック機構２４を緩める工具緩め機構５２を有する。つまり、工具緩め機構５２が工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した位置から、工具交換位置Ｐ２まで進退可能に設けられている。
工具緩め機構５２は、図示省略するが、ナット部材２７を緩める方向へ回転させる回転機構および一方向回転機構と、回収した工具Ｔを保持する保持部材とを備える。回転機構は、図４と基本的には同じであるので、説明を省略する
なお、これら工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１は、工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられている。
工具緩め機構５２は、図示省略するが、ナット部材２７を緩める方向へ回転させる回転機構および一方向回転機構と、回収した工具Ｔを保持する保持部材とを備える。回転機構は、図４と基本的には同じであるので、説明を省略する
なお、これら工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１は、工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられている。
工具受渡機構６１は、工具締付機構４２が受渡位置Ｐ１に対応した位置まで工具チャッキングユニット４１が後退した状態において、受渡位置Ｐ１に位置決めされた工具Ｔを工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持させるとともに、工具緩め機構５２が受渡位置Ｐ１に対応した位置まで工具アンチャックユニット５１が後退した状態において、工具アンチャックユニット５１に回収された工具Ｔを工具アンチャックユニット５１から工具収納装置３１に回収する機能を有する。
具体的は、工具受渡機構６１は、工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッド６２と、この工具受渡ロッド６２を軸線上に沿って移動させる進退機構６３とを含んで構成されている。進退機構６３は、工具受渡ロッド６２に連結プレート６４を介してピストンロッドが連結された第１のシリンダ６５と、この第１のシリンダ６５に連結プレート６６を介してピストンロッドが連結された第２のシリンダ６７とを含んで構成されている。
具体的は、工具受渡機構６１は、工具収納ターレット３２の回転軸線と平行でかつ受渡位置Ｐ１に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッド６２と、この工具受渡ロッド６２を軸線上に沿って移動させる進退機構６３とを含んで構成されている。進退機構６３は、工具受渡ロッド６２に連結プレート６４を介してピストンロッドが連結された第１のシリンダ６５と、この第１のシリンダ６５に連結プレート６６を介してピストンロッドが連結された第２のシリンダ６７とを含んで構成されている。
＜図５の説明＞
（工具アンチャック動作）
いま、主軸２３には工具Ｔが装着されている。この状態から、主軸ヘッド２１（つまり主軸２３）が工具交換位置Ｐ２に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニット５１も工具交換位置Ｐ２まで前進される。次に、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具アンチャックユニット５１に向かって移動されると、主軸ヘッド２１（主軸２３）の工具チャック機構２４が工具アンチャックユニット５１の工具緩め機構５２内に保持され、この工具緩め機構５２によって工具チャック機構２４が緩められる。こののち、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具アンチャックユニット５１から離れる方向へ移動されると、工具Ｔが工具チャック機構２４から抜き取られ、工具アンチャックユニット５１に保持される。
（工具アンチャック動作）
いま、主軸２３には工具Ｔが装着されている。この状態から、主軸ヘッド２１（つまり主軸２３）が工具交換位置Ｐ２に移動され位置決めされると、工具アンチャックユニット５１も工具交換位置Ｐ２まで前進される。次に、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具アンチャックユニット５１に向かって移動されると、主軸ヘッド２１（主軸２３）の工具チャック機構２４が工具アンチャックユニット５１の工具緩め機構５２内に保持され、この工具緩め機構５２によって工具チャック機構２４が緩められる。こののち、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具アンチャックユニット５１から離れる方向へ移動されると、工具Ｔが工具チャック機構２４から抜き取られ、工具アンチャックユニット５１に保持される。
工具アンチャックユニット５１に保持された工具Ｔは、工具アンチャックユニット５１の後退動作および工具受渡機構６１の受渡動作を介して、工具収納装置３１に回収される。
まず、工具アンチャックユニット５１が元に位置に後退動作される。これと同時に、工具収納装置３１の工具収納ターレット３２が回転され、工具使用済みポット３４が受渡位置Ｐ１に位置決めされる。次に、工具受渡機構６１の第１、第２のシリンダ６５，６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって工具使用済みポット３４が工具収納装置３１から工具アンチャックユニット５１の工具緩め機構５２内に運び込まれる。
これにより、工具緩め機構５２内に運び込まれた工具使用済みポット３４内に使用済み工具Ｔが回収される。こののち、工具受渡機構６１の第１、第２のシリンダ６５，６７の駆動によって工具取出ロッド６２が下降されると、使用済み工具Ｔを収納した工具使用済みポット３４が工具収納装置３１の工具収納ターレット３２に保持される。これにより、工具アンチャック動作が完了する。
まず、工具アンチャックユニット５１が元に位置に後退動作される。これと同時に、工具収納装置３１の工具収納ターレット３２が回転され、工具使用済みポット３４が受渡位置Ｐ１に位置決めされる。次に、工具受渡機構６１の第１、第２のシリンダ６５，６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって工具使用済みポット３４が工具収納装置３１から工具アンチャックユニット５１の工具緩め機構５２内に運び込まれる。
これにより、工具緩め機構５２内に運び込まれた工具使用済みポット３４内に使用済み工具Ｔが回収される。こののち、工具受渡機構６１の第１、第２のシリンダ６５，６７の駆動によって工具取出ロッド６２が下降されると、使用済み工具Ｔを収納した工具使用済みポット３４が工具収納装置３１の工具収納ターレット３２に保持される。これにより、工具アンチャック動作が完了する。
＜図６の説明＞
（工具チャッキング動作）
まず、工具収納装置３１の中から指定工具Ｔを選択すると、工具収納ターレット３２の回転によって指定工具Ｔが受渡位置Ｐ１に位置決めされる。すると、受渡位置Ｐ１に位置決めされた工具Ｔは、工具受渡機構６１によって、工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持される。つまり、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって、指定工具Ｔが、工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持される。こののち、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が下降される。
（工具チャッキング動作）
まず、工具収納装置３１の中から指定工具Ｔを選択すると、工具収納ターレット３２の回転によって指定工具Ｔが受渡位置Ｐ１に位置決めされる。すると、受渡位置Ｐ１に位置決めされた工具Ｔは、工具受渡機構６１によって、工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持される。つまり、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって、指定工具Ｔが、工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持される。こののち、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が下降される。
次に、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具交換位置Ｐ２へ移動されたのち、位置決めされると同時に、工具チャッキングユニット４１が前進され、主軸２３の真下に位置決めされる。続いて、主軸ヘッド２１（主軸２３）が工具チャッキングユニット４１に向かって移動されると、主軸２３の工具チャック機構２４が工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２に保持され、この工具締付機構４２によって工具チャック機構２４が締め付けられる。つまり、指定工具Ｔが工具チャック機構２４によって保持される。こののち、主軸２３が工具チャッキングユニット４１から離れる方向へ移動される。これにより、主軸２３には、新たな工具Ｔが装着され、これによって加工が実行される。
工具チャッキングユニット４１に保持された工具ポット３４は、工具チャッキングユニット４１が後退動作および工具受渡機構６１の受渡動作を介して、工具収納装置３１に回収される。
まず、工具チャッキングユニット４１が元に位置に後退動作される。次に、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって空になった工具ポット３４が工具受渡ロッド６２に回収される。こののち、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が下降されると、空になった工具ポット３４が工具収納装置３１の工具収納ターレット３２に保持される。これにより、工具チャッキング動作が完了する。
まず、工具チャッキングユニット４１が元に位置に後退動作される。次に、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が上昇される。すると、その工具受渡ロッド６２の上昇によって空になった工具ポット３４が工具受渡ロッド６２に回収される。こののち、工具受渡機構６１の第２のシリンダ６７の駆動によって工具受渡ロッド６２が下降されると、空になった工具ポット３４が工具収納装置３１の工具収納ターレット３２に保持される。これにより、工具チャッキング動作が完了する。
本実施形態では、工具交換にあたって、工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１が、工具収納装置３１から工具交換位置Ｐ２まで進退しながら工具交換を行うため、主軸２３の移動ストロークを大きくしなくても、主軸２３による加工領域と自動工具交換装置３０とを離して設置できる。従って、加工領域と自動工具交換装置３０とを近接して設置した場合の欠点、つまり、クーラント液や切粉が自動工具交換装置に付着し、故障の原因になりやすいという欠点を解消できる。
また、主軸（コレットタイプの主軸など）をもつ加工機械については、主軸２３および加工機本体１０の基本構造の変更をほとんど伴わず実施できるため、適用範囲が広い。とくに、加工機械本体１０の主軸２３に、自動工具交換装置を適用するための機構がないため、主軸２３の性能をそのまま維持できる。最近の高速主軸、超高速主軸（１００，０００ｒｐｍ以上）には、主軸の振動防止の観点からその効果は非常に大きく、メリットが計り知れない。
＜変形例＞
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、主軸２３に工具Ｔを保持する工具チャック機構２４として、コレットチャック２６を用いた構造であったが、これに限らず、他の構造でもよい。要するに、主軸２３に対して工具Ｔを容易に交換可能な構造であれば、他の形式、構造であってもよい。この場合、工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１に設けられる工具締付機構４２や工具緩め機構５２についても、工具チャック機構２４の構造に応じた構造のものを使用すればよい。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、主軸２３に工具Ｔを保持する工具チャック機構２４として、コレットチャック２６を用いた構造であったが、これに限らず、他の構造でもよい。要するに、主軸２３に対して工具Ｔを容易に交換可能な構造であれば、他の形式、構造であってもよい。この場合、工具チャッキングユニット４１および工具アンチャックユニット５１に設けられる工具締付機構４２や工具緩め機構５２についても、工具チャック機構２４の構造に応じた構造のものを使用すればよい。
本発明は、種々の工作機械、例えば、フライス盤、ボール盤、研削盤、中ぐり盤などの加工機械に利用できる。
１ 加工機械
１０ 加工機本体
１３ 加工領域空間
１５ 窓
１８ シャッタ
２３ 主軸
２４ 工具チャック機構
２６ コレットチャック
２７ ナット部材
３０ 自動工具交換装置
３１ 工具収納装置
３２ 工具収納ターレット
３４ 工具ポット
３５ 回転駆動機構
４１ 工具チャッキングユニット
４２ 工具締付機構
４３ 回転機構
５１ 工具アンチャックユニット
５２ 工具緩め機構
６１ 工具受渡機構
６２ 工具受渡ロッド
６３ 進退機構
Ｔ 工具
１０ 加工機本体
１３ 加工領域空間
１５ 窓
１８ シャッタ
２３ 主軸
２４ 工具チャック機構
２６ コレットチャック
２７ ナット部材
３０ 自動工具交換装置
３１ 工具収納装置
３２ 工具収納ターレット
３４ 工具ポット
３５ 回転駆動機構
４１ 工具チャッキングユニット
４２ 工具締付機構
４３ 回転機構
５１ 工具アンチャックユニット
５２ 工具緩め機構
６１ 工具受渡機構
６２ 工具受渡ロッド
６３ 進退機構
Ｔ 工具
Claims (6)
- 工具交換位置に位置決めされ先端に工具チャック機構を有する主軸に対して、工具交換を行う自動工具交換装置において、
複数種の工具を収納しかつ所定の受渡位置に位置決め可能な工具収納装置と、
前記受渡位置に対応した軸線に対して直交する方向へ前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を締め付ける工具締付機構を有する工具チャッキングユニットと、
前記受渡位置に対応した軸線に対して直交する方向へかつ前記工具チャッキングユニットの進退方向と同方向へ前記工具収納装置から前記工具交換位置まで進退可能に設けられ前記工具交換位置において前記工具チャック機構を緩める工具緩め機構を有する工具アンチャックユニットと、
前記工具締付機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具チャッキングユニットが後退した状態において、前記受渡位置に位置決めされた工具を前記工具収納装置から前記工具チャッキングユニットの工具締付機構内に保持させるとともに、前記工具緩め機構が前記受渡位置に対応した位置まで前記工具アンチャックユニットが後退した状態において、前記工具アンチャックユニットに回収された工具を前記工具アンチャックユニットから前記工具収納装置に回収する工具受渡機構と、
を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項１に記載の自動工具交換装置において、
前記工具収納装置は、工具を収納した工具ポットを一定角度毎に割り付けて着脱可能に収納した工具収納ターレットと、この工具収納ターレットを回転させるとともに指定工具を前記受渡位置に位置決め可能な回転駆動機構とを含んで構成されていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項２に記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャッキングユニットは、前記工具締付機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、
前記工具アンチャックユニットは、前記工具緩め機構が前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記前記受渡位置に対応した位置まで後退可能に設けられ、
前記工具受渡機構は、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線上に沿って移動可能に設けられた工具受渡ロッドと、この工具受渡ロッドを軸線上に沿って移動させる進退機構とを含んで構成されていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項３に記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットは、前記工具収納ターレットの回転軸線と平行でかつ前記受渡位置に対応した軸線方向へずれて配置されているとともに、前記軸線に対して直交する方向でかつ互いに同方向へ進退可能に設けられていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の自動工具交換装置において、
前記工具チャック機構は、前記主軸に装着されたコレットチャックと、このコレットチャックを締め付けるナット部材とから構成され、
前記工具締付機構は、前記ナットを締め付ける方向へ回転させる回転機構を備え、
前記工具緩め機構は、前記ナットを緩める方向へ回転させる回転機構を備えていることを特徴とする自動工具交換装置。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の自動工具交換装置と、前記主軸が移動可能な加工領域空間を有する加工機本体とを備えた加工機械であって、
前記自動工具交換装置が隣接する前記加工領域空間の壁面に、前記自動工具交換装置の工具チャッキングユニットおよび工具アンチャックユニットが前記加工領域空間内に突出可能な窓が形成され、この窓にはシャッタが開閉可能に装着されていることを特徴とする加工機械。
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