工作機械および工作機械の工具交換方法
【課題】 工作機械の加工領域を狭めることなく、工具交換装置に切り屑が堆積するのを防止できる工作機械および工作機械の工具交換方法を提供する。
【解決手段】 工具マガジン３０を保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を保護するアームカバー７０とが設けられているので、工具マガジン３０および工具交換アーム３９に切り屑が堆積するのを防止できる。また、マガジンカバー６０およびアームカバー７０には、開口部６１，７１が設けられ、それらを開閉するマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２が設けられている。さらに、制御装置により、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉を制御する工具交換シャッター開閉処理が実行される。この処理を実行することで、加工領域を狭めることなく、マガジンカバー６０およびアームカバー７０を設けることができる。
【解決手段】 工具マガジン３０を保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を保護するアームカバー７０とが設けられているので、工具マガジン３０および工具交換アーム３９に切り屑が堆積するのを防止できる。また、マガジンカバー６０およびアームカバー７０には、開口部６１，７１が設けられ、それらを開閉するマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２が設けられている。さらに、制御装置により、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉を制御する工具交換シャッター開閉処理が実行される。この処理を実行することで、加工領域を狭めることなく、マガジンカバー６０およびアームカバー７０を設けることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械および工作機械の工具交換方法に関し、詳細には、自動工具交換装置における切り屑の堆積を防止できる工作機械および工具交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械であるマシニングセンタは、ワークを加工する工作機械本体と、当該工作機械本体を囲繞するスプラッシュカバーとを主体として構成されている。そして、このマシニングセンタの工具交換は、工作機械本体に設けられた自動工具交換装置によっておこなわれている。この自動工具交換装置は、複数の工具を格納できる工具マガジンを備え、操作パネルの指示に基づいて、工具マガジンから所定の工具を割り出し、その割り出された工具を工具交換準備位置に移動して待機させる。そして、主軸の先端部に装着された工具と、工具マガジンの工具交換準備位置に待機する所定の工具との間で工具交換動作がおこなわれる。このような自動工具交換装置は、工具交換の動作方式によって主に２つに分けられる。例えば、工具を把持する把持部を両端部に備えた工具交換アームの旋回動作によって工具交換をおこなうアーム方式のものと、逆に工具交換アームを有さず、工具マガジンと主軸との間で工具を直接交換するアームレス方式のものとがある。
【０００３】
前者の方式の一例として、工具マガジンと、主軸台に装着された主軸との間に配設され、主軸の軸線と平行な旋回軸を備えた工具交換アームとを備え、当該工具交換アームの旋回動作によって工具交換可能な工具交換装置および工具交換方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、後者の方式の一例としては、工具マガジンを覆うマガジンカバーを備え、該マガジンカバーの、工作機械本体の主軸に対向する位置に開口する開口部に開閉カバーを備えた自動工具交換装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の自動工具交換装置によれば、工具マガジンがマガジンカバーで覆われているので、工具マガジン内に切り屑が付着するのを防止できる。さらに、工具貯蔵マガジン内で工具が待機位置に移動したときは、マガジンカバーの開口部を遮蔽し、主軸との交換位置に工具が移動したときだけ、工具交換のために開口部を開口するので、マガジンカバー内の工具貯蔵マガジンに切り屑が付着するのを防止することができる。
【特許文献１】特開平１１−５８１６７号公報
【特許文献２】特開平７−１１２３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の工具交換装置および工具交換方法では、工作機械本体から飛散するクーラントの飛沫や切り屑が、マシニングセンタの加工領域の近傍に配設された工具交換アームや工具マガジンなどに付着して故障するという問題点があった。さらに、この工作機械の工具貯蔵マガジンに、特許文献２に記載のようなマガジンカバーを設けても、工具交換アームに切り屑が付着するという問題点があった。また、特許文献２に記載の自動工具交換装置によれば、工具貯蔵マガジンを覆うマガジンカバー内の工具は、主軸の軸線方向と平行に立設して貯蔵されているので、その工具長を考慮してマガジンカバーを設定しなければならず、マガジンカバーが必然的に大きくなってしまうという問題点があった。これにより、スプラッシュカバー内の工作機械本体の加工領域が狭くなり、テーブルの移動範囲までも狭められ、マシニングセンタの機能性および操作性が悪くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、工作機械の加工領域を狭めることなく、工具交換装置に切り屑が堆積するのを防止できる工作機械および工作機械の工具交換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る工作機械によれば、工作機械の基台となるベッドと、当該ベッド上に固定されたコラムと、当該コラムに設けられた主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドに設けられ、先端部に工具が着脱可能に装着される主軸と、当該主軸の先端部に装着された工具を他の工具に交換する自動工具交換装置とを備えた工作機械において、前記自動工具交換装置は、複数の工具を格納するとともに、工具格納位置から所定の工具を工具交換準備位置に移動する工具マガジンと、当該工具マガジンの前記工具交換準備位置と、前記主軸の先端部との間に配設され、前記主軸の軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に設けられた軸部と、当該軸部の長手方向に直交する方向に延設されるとともに、両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、当該一対の把持部が、前記主軸に装着された一の工具と前記工具交換準備位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備え、前記軸部および前記工具交換アームを囲繞して保護するアームカバーを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る工作機械では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具マガジンを囲繞して保護するマガジンカバーを備えている。
【０００８】
また、請求項３に係る工作機械では、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記アームカバーの下部に設けられ、前記工具交換アームの旋回領域近傍に形成された第１の開口部と、当該第１の開口部に開閉自在に設けられ、前記第１の開口部を開閉する第１の開閉部材と、前記マガジンカバーの下部に設けられ、前記工具交換準備位置の近傍に形成された第２の開口部と当該第２の開口部に開閉自在に設けられ、前記第２の開口部を開閉する第２の開閉部材とを備えている。
【０００９】
また、請求項４に係る工作機械では、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記第１の開口部の、前記第１の開閉部材が開く方向の端部には、前記第１の開閉部材の、前記第１の開口部側の上面に当接する第１のスクレーパが設けられ、前記第２の開口部の、前記第２の開閉部材が開く方向の端部には、前記第２の開閉部材の、前記第２の開口部側の上面に当接する第２のスクレーパが設けられている。
【００１０】
また、請求項５に係る工作機械の工具交換方法では、請求項３又は４に記載の工作機械と、工具交換を指示する工具交換指示手段と、前記工具マガジン内の、前記工具格納位置と前記工具交換準備位置との間の工具の移動を検知する工具移動検知手段と、前記工具交換指示手段の指示および前記工具移動検知手段の検知結果に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材の開閉を制御する開閉部材開閉制御手段とを備えた工作機械の工具交換方法であって、前記工具マガジンに格納された工具が、前記工具格納位置から前記工具交換準備位置に移動する第１の工程と、前記工具交換アームの一対の前記把持部が、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを把持する第２の工程と、前記旋回軸が旋回して、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを交換する第３の工程と、前記工具交換準備位置に交換移動された工具を、前記工具格納位置に移動して前記工具マガジン内に格納する第４の工程とから構成され、前記開閉部材開閉制御手段は、前記工具交換指示手段の工具交換指示に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材をともに開放し、前記第４の工程において、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具交換準備位置から前記工具格納位置への移動を開始したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第１の開閉部材を閉塞し、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具格納位置に移動したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第２の開閉部材を閉塞することを特徴とする。
【００１１】
なお、アームカバーと、マガジンカバーとが一体化されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る工作機械では、アームカバーにより、自動工具交換装置の軸部と工具交換アームとが囲繞されて保護されているので、主軸ヘッドに装着された工具から飛散する切り屑が軸部および工具交換アームに付着して堆積するのを防止できる。
【００１３】
また、請求項２に係る工作機械では、請求項１に記載の発明の効果に加え、マガジンカバーにより、自動工具交換装置の工具マガジンが囲繞されて保護されているので、主軸ヘッドに装着された工具から飛散する切り屑が工具マガジン内に付着して堆積するのを防止できる。
【００１４】
また、請求項３に係る工作機械では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、工具交換アームは、第１の開口部の内側で旋回するので、把持部がアームカバーに衝突したりするのを防止できる。そして、工具交換アームが旋回しない非動作時には、第１の開閉部材によって、第１の開口部を閉塞できるので、第１の開口部を介して軸部および工具交換アームに切り屑が付着して堆積するのを防止できる。一方、工具マガジンにおいて、工具が工具格納位置から工具交換準備位置にまで移動され、工具交換アームにより工具交換がおこなわれる場合、第２の開口部の内側を介して工具交換をおこなうことができる。そして、工具交換準備位置への工具の移動がおこなわれない場合は、第２の開閉部材によって、第２の開口部を閉塞できるので、第２の開口部を介して工具マガジン内に切り屑が付着して堆積するのを防止できる。
【００１５】
また、請求項４に係る工作機械では、請求項３に記載の発明の効果に加え、第１の開閉部材が開放される際に、第１のスクレーパにより、第１の開閉部材の上面に付着又は堆積する切り屑を拭うことができる。一方、第２の開閉部材が開放される際に、第２のスクレーパにより、第２の開閉部材の上面に付着又は堆積する切り屑を拭うことができる。これにより、アームカバー内およびマガジンカバー内に切り屑が落下して堆積するのを防止できる。
【００１６】
また、請求項５に係る工作機械の工具交換準備方法では、工具交換指示手段により、工具交換を指示されたときだけ、開閉部材開閉制御手段が、第１の開閉部材および第２の開閉部材の何れも開放させる。これにより、工具交換以外のときは、アームカバーおよびマガジンカバーの第１の開口部および第２の開口部を、第１の開閉部材および第２の開閉部材によって閉塞するので、軸部、工具交換アームおよび工具マガジンに切り屑が付着して堆積するのを防止できる。また、マガジンカバーの第２の開口部を、工具交換のときだけ、第２の開閉部材によって開放するので、工具交換準備位置に移動したときの工具の長さ分を、第２の開口部の内側で除けることができる。これにより、マガジンカバーを、工具マガジンにできるだけ近接した状態で囲繞することができるので、工作機械における加工領域を狭めずに、工具マガジンを保護することができる。また、工具交換アームの旋回時のときだけ、アームカバーの第１の開口部を、第１の開閉部材によって開放するので、旋回する把持部を、第１の開口部の内側で除けることができる。これにより、アームカバーを、工具交換アームにできるだけ近接した状態で囲繞することができるので、工作機械における加工領域を狭めずに、軸部および工具交換アームを保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態であるマシニングセンタ１について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態であるマシニングセンタ１の正面図であり、図２は、マシニングセンタ１の右側面から見た部分断面図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図であり、図４は、マシニングセンタ１を下方から見た部分断面斜視図であり、図５は、図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２開放状態）であり、図６は、図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２閉塞状態）であり、図７は、マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
なお、本実施形態であるマシニングセンタ１は、加工領域を狭めることなく、工具マガジン３０を保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を保護するアームカバー７０とを設けることができ、工具交換装置内に切り屑が付着するのを防止できるものである。
【００１９】
はじめに、マシニングセンタ１について説明する。図１に示すマシニングセンタ１は、図示外のワーク（図示外）と工具２４（図２参照）とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。そして、マシニングセンタ１は、ワークを加工する機械本体と、当該機械本体の土台となるベッド２と、当該ベッド２の上部に設けられ、前記機械本体の周囲を囲繞して保護する略直方体状のボックス型のスプラッシュカバー３とを主体に構成されている。
【００２０】
まず、ベッド２について説明する。図１乃至図４に示すように、このベッド２は、鉄製の土台であり、その下部の四隅には、脚部２ａが各々設けられ、これら４本の脚部２ａが工場などの床面に設置されることにより、マシニングセンタ１が所定場所に設置される。さらに、図３，図４に示すように、ベッド２の芯部は、軽量化および高強度化のため、いわゆる肉抜き成形（リブによる骨組構造）されている。
【００２１】
次に、スプラッシュカバー３について説明する。図１，図２に示すように、このスプラッシュカバー３は、略直方体状のボックス型に形成され、その内側には機械本体により、ワーク加工がおこなわれる加工領域が設けられている。そして、図２，図４に示すように、スプラッシュカバー３の前面略中央には、正面視略長方形状の開口部６が設けられている。そして、作業者がこの開口部６を介することにより、スプラッシュカバー３の内側に配設されたテーブル２６に対して、ワークの着脱がおこなわれる。さらに、図１に示すように、スプラッシュカバー３の前面には、開口部６を開閉するスライド式の開閉扉４，５が各々設けられている。そして、この開閉扉４，５の略中央には、ガラス窓部４ａ，５ａが各々設けられ、開閉扉４の右側端部近傍には取っ手部４ｂが設けられ、開閉扉５の左側端部近傍には取っ手部５ｂが設けられている。よって、これら取っ手部４ｂ，５ｂを互いに離れる方向に開くことにより、開口部６が開口される。
【００２２】
また、図１，図４に示すように、スプラッシュカバー３の右側には、マシニングセンタ１の操作をおこなう正面視略長方形状の操作パネル１０が設けられている。そして、この操作パネル１０の内部には、図７に示す制御装置１３が配設されている。図７に示すように、この制御装置１３は、マイクロコンピュータからなるものであり、ＣＰＵ１３ａ，ＲＯＭ１３ｂ，ＲＡＭ１３ｃ，入力インタフェース１５ａ，出力インタフェース１５ｂを基本に構成されている。そして、図１，図４に示すように、操作パネル１０の前面には、自動運転キーや、ＭＩＤＩ運転キー、手動運転キー、コード入力キー、始動キー等の各種キーを備えたキーボード１６（図７参照）が設けられ、その上部には、設定画面又は実行動作を表示するためのＣＲＴ（ディスプレイ）４５が設けられている。なお、図７に示すように、図１に示す操作パネル１０のキーボード１６は、制御装置１３の入力インタフェース１５ａに接続され、ＣＲＴ４５は、制御装置１３の出力インタフェース１５ｂに接続されている。また、ＮＣプログラムは、キーボード１６の操作に基づいて、制御装置１３に入力されている。なお、図１，図４に示すキーボード１６が、「工具交換指示手段」に相当し、制御装置１３が、「開閉部材開閉制御手段」に相当する。
【００２３】
なお、図示しないが、図１，図３に示すスプラッシュカバー３の左右の各側壁部には、メンテナンス用の点検ハッチが着脱可能に各々設けられている。そして、上記構成からなるスプラッシュカバー３は、機械本体の周囲を囲繞して外部より保護するとともに、機械本体から排出される切り屑および切削液の飛沫等が外部へ飛散するのを遮断して、外部環境が汚染されるのを防止している。
【００２４】
次に、機械本体について説明する。機械本体は、スプラッシュカバー３の内側に収容されている。図２，図３および図４に示すように、機械本体は、ベッド２の後部上面に固定され、略垂直上方に延設されたコラム１９と、当該コラム１９の上部前面側にＺ軸方向（上下方向）に移動可能に設けられた主軸ヘッド２２と、当該主軸ヘッド２２の主軸２３（図３参照）に装着された工具２４を別の工具２４に自動的に交換する工具交換装置（ＡＴＣ）とを主体にして構成されている。
【００２５】
ここで、機械本体における個々の装置の位置関係について詳細に説明する。図２に示すコラム１９の上面には、サーボモータからなり、制御装置１３（図７参照）に接続されたＺモータ２０（図７参照）が装着されている。さらに、Ｚモータ２０には、このＺモータ２０の回転角を検出するエンコーダ２０ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ２０ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ２０ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３によるＺモータ２０の速度制御がおこなわれる。また、コラム１９の前面には、上下方向に延設され、主軸ヘッド２２を案内する一対のガイドレール（図示外）が上下方向に固定されている。そして、Ｚモータ２０が、当該Ｚモータ２０から下方に延設された送りねじ（図示外）を正逆方向へ選択的に回転駆動することにより、主軸ヘッド２２が上下方向に移動するようになっている。
【００２６】
また、主軸ヘッド２２には、図２，図４に示すように、加工軸に相当する主軸２３が回転可能に装着され、当該主軸２３の先端部には、工具２４（図２参照）が着脱可能に装着される。そして、この主軸２３は、主軸モータ２５（図７参照）により回転駆動されることにより、工具２４が回転され、テーブル２６上に固定されたワークを加工するようになっている。さらに、主軸モータ２５には、この主軸モータ２５の回転角を検出するエンコーダ２５ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ２５ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ２５ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３による主軸モータ２５の速度制御がおこなわれる。なお、図７のＺ軸原点センサ３４は、主軸２３の原点（主軸２３の工具交換高さ位置）を検出するものであり、制御装置１３は、Ｚ軸原点センサ３４からの検出信号に基づいて主軸２３を原点に位置決め制御をおこなう。
【００２７】
一方、図２，図４に示すように、主軸２３の下方には、テーブル２６が配設されている。このテーブル２６は、ワークが着脱自在に固定され、サーボモータからなるＸモータ４７およびＹモータ４８（図７参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（奥行き方向）へ移動制御されるものである。また、ベッド２の上側には、移動体２７が設けられ、その移動体２７の上側にテーブル２６が配設されている。さらに、テーブル２６は、その移動体２７の上面に設けられたＸ軸ガイドレール（図示外）に案内され、Ｘモータ４７によってＸ軸方向に案内される。一方、ベッド２の上部には一対のＹ軸ガイドレール（図示外）が設けられ、移動体２７がＹモータ４８により、Ｙ軸方向に案内されることにより、テーブル２６が移動体２７を介してＹ軸方向に案内される。さらに、Ｘモータ４７には、Ｘモータ４７の回転角を検出するエンコーダ４７ａ（図７参照）が設けられており、Ｙモータ４８には、Ｙモータ４８の回転角を検出するエンコーダ４８ａ（図７参照）が設けられており、これらエンコーダ４７ａおよびエンコーダ４８ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に各々接続されている。そして、エンコーダ４７ａおよびエンコーダ４８ａからの各信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に各々入力されることにより、制御装置１３によるＸモータ４７およびＹモータ４８の速度制御がおこなわれる。また、Ｙ軸ガイドレールには、テーブル２６を中央に挟み込むようにして、レール上に切り屑が堆積するのを防止するためのテレスコピックカバー２８，２８が各々設けられている。さらに、Ｘ軸ガイドレールにも、移動体２７を挟み込むようにして、テレスコピックカバー２９ａと、保護カバー２９ｂとが各々設けられている。
【００２８】
次に、工具交換装置について説明する。この工具交換装置は、主軸２３に装着された工具２４を他の工具２４と自動交換するものである。そして、工具交換装置は、図２，図４に示すように、工具２４を複数格納した工具マガジン３０と、主軸２３に装着された工具２４とを交換する工具交換アーム３９（図４参照）とを主体にして構成されている。
【００２９】
まず、工具マガジン３０について説明する。図２に示すように、工具マガジン３０は、コラム１９に固定され、側面視略楕円型に形成されている。そして、工具マガジン３０の内側には、正面視略楕円形状の工具通路３０ａが形成され、その工具通路３０ａ内には、複数の工具ポット３１が収納されている。さらに、これら各工具ポット３１の内側には、工具２４が着脱可能に格納されている。そして、図２に示す工具通路３０ａ内に収納された各工具ポット３１に格納された工具２４の位置が、「工具格納位置」に相当する。
【００３０】
また、図２，図５に示すように、工具マガジン３０の下部前方側には、下方へ開口する工具交換部３０ｂが設けられている。そして、複数の工具ポット３１は、マガジンモータ４２（図７参照）の駆動により、この工具通路３０ａ内を移動する。さらに、マガジンモータ４２には、このマガジンモータ４２の回転角を検出するエンコーダ４２ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ４２ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ４２ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３によるマガジンモータ４２の速度制御がおこなわれる。また、複数の工具ポット３１には、該工具ポット３１と一体的に移動するポット識別板３３（図７参照）が設けられている。このポット識別板３３には、工具ポット３１ごとに異なるパターンの光透過部（図示外）が形成されており、各工具ポット３１を個別に識別できるようになっている。
【００３１】
さらに、工具マガジン３０には、これら工具ポット３１を個々に識別する識別センサ３５（図７参照）が設けられている。そして、図７に示すように、この識別センサ３５は、投光素子３５ａと、受光素子３５ｂとから構成され、それらはポット識別板３３を挟んで対向して配置されている。そして、制御装置１３は、受光素子３５ｂからの信号に基づいて、工具マガジン３０の工具交換部３０ｂに何れの工具ポット３１が搬送されたかを検出する。そして、搬送されたことを検出すると、マガジンモータ４２の駆動を停止させることにより、所定の工具２４を工具交換部３０ｂに位置決めする。
【００３２】
さらに、図７に示すように、制御装置１３のＲＡＭ１３ｃには、各工具ポット３１のポット番号と、これに配置されている工具２４の工具番号とを対応させた工具番号・ポット番号データテーブルを記憶しており、制御装置１３は、所定の工具２４が指定されると、所定の工具２４の工具番号に対応するポット番号の工具ポット３１を検索し、検索した工具ポット３１を上述の工具交換部３０ｂに至らせるようになっている。また、制御装置１３は、工具ポット３１の工具２４が交換されたときには、その工具２４の工具番号について、ＲＡＭ１４ｂの上記工具番号・ポット番号データテーブルを書き替える（更新記憶する）ようにして工具２４の所在が判別できるようにしている。さらに制御装置１３は、工具番号・ポット番号データテーブルに、主軸２３に装着されている工具２４の工具番号も記憶しており、工具交換ごとにその工具番号も更新記憶するようになっている。
【００３３】
また、工具マガジン３０にはポット昇降機構（図示せず）が配設されている。このポット昇降機構は、エアシリンダ３６（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、エアシリンダ３６を一方向へ動作するように駆動してポット下降機構を作動させるようになっている。この機構により、所定の工具ポット３１が下方へ略９０°回動し、所定の工具２４が工具交換部３０ｂを通して下方へ突出する。そして、この工具２４の位置が、「工具交換準備位置」に相当する。また、制御装置１３はエアシリンダ３６を前記一方向とは反対の方向へ動作するように駆動することにより、所定の工具ポット３１を上方へ回動復帰させるようになっている。なお、図７に示すポット下降センサ３７ａは、工具マガジン３０の工具２４が下降した（工具交換部３０ｂから突出した）ことを検出するものであり、また、ポット上昇センサ３７ｂは、工具ポット３１が、ポット下降状態から上方へ回動されて上昇位置（元の工具格納位置）に復帰したことを検出するものである。なお、図７に示すポット下降センサ３７ａ，ポット上昇センサ３７ｂが、「工具移動検知手段」に相当する。
【００３４】
そして、図２、図３および図４に示すように、工具マガジン３０には、その周囲を取り囲んで保護するための略直方体状のボックス型のマガジンカバー６０が設けられ、スプラッシュカバー３の内壁面に固定されている。このマガジンカバー６０は鉄板により構成され、加工領域から飛散する切り屑や切削液が、工具マガジン３０内に付着して堆積しないようにするためものである。さらに、図５に示すように、マガジンカバー６０において、図２に示す工具マガジン３０の工具交換部３０ｂに対向する位置であって、工具交換アーム３９側に向けて階段状に開口された開口部６１が設けられている。そして、その開口部６１には、スライドして開口部６１を開閉する階段状のマガジンシャッター６２（図３，図５および図６参照）が設けられている。そして、図２に示すように、工具マガジン３０のポット下降機構により、所定の工具ポット３１が下方へ回動し、所定の工具２４が工具交換部３０ｂを通して下方へ突出する場合、図６に示すマガジンシャッター６２が開き、図４に示すように、開口部６１が開口される。これにより、工具交換部３０ｂから突出する工具２４は、開口部６１から下方に突出するようになっている。なお、マガジンシャッター６２は、スプラッシュカバー３の前面側からコラム１９側に向かって移動することにより開放され、その逆方向に移動することにより閉塞される。なお、図５に示す開口部６１が、「第２の開口部」に相当し、マガジンシャッター６２が、「第２の開閉部材」に相当する。
【００３５】
さらに、図５に示すように、開口部６１の周縁部のうち、コラム１９（図４参照）側の下端部には、その下端部に沿って階段状に形成された樹脂製のスクレーパ６９が下方にやや延出されて設けられている。そして、そのスクレーパ６９の下方にやや延出された先端部が、マガジンシャッター６２の上面に当接している。これにより、例えば、マガジンシャッター６２が閉塞している間に、工具ポット３１に格納された工具２４に付着した切り屑が下方に落下して、マガジンシャッター６２の上面に堆積した場合でも、マガジンシャッター６２の開放時には、スクレーパ６９の先端部が、マガジンシャッター６２の上面を摺動するので、マガジンシャッター６２の上面に堆積する切り屑を拭い去ることができる。
【００３６】
また、このマガジンシャッター６２の開閉機構は、マガジンシャッターシリンダ６４（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、マガジンシャッター６２が正逆方向へ移動するように、マガジンシャッターシリンダ６４を駆動して、マガジンシャッター６２の開閉機構を作動させるようになっている。よって、この開閉機構により、マガジンシャッター６２が開放または閉塞され、開口部６１が開口または閉塞される。
【００３７】
さらに、開口部６１の近傍には、マガジンシャッター６２が完全に開放されたことを検出するマガジンシャッター開センサ６６（図７参照）と、マガジンシャッター６２が完全に閉塞されたことを検出するマガジンシャッター閉センサ６７（図７参照）とが設けられている。そして、図７に示すように、これらの検出信号は、制御装置１３に出力されるようになっている。なお、このマガジンシャッター６２の開閉動作は、後述するアームシャッター７２の開閉動作とともにおこなわれ、工具交換装置の工具交換動作に連動しておこなわれる。
【００３８】
次に、工具交換アーム３９について説明する。図４，図５に示すように、工具交換アーム３９は、コラム１９に固定された工具交換装置（図示外）に装着され、回転可能および上下動可能に装着された円筒状のアーム旋回軸３８の下端部に固定されている。そして、工具交換アーム３９の両端部には、工具２４を把持する把持部４０，４０が設けられている。そして、アーム旋回軸３８は、運動伝達装置（図示せず）を介して工具交換モータ４４（図７参照）に連結されている。この運動伝達装置は、工具交換モータ４４の回転力をアーム旋回軸３８に伝達するカム機構，工具交換モータ４４の回転力を、アーム旋回軸３８の内部に設けられた中軸（図示外）に伝達するカム機構，工具交換モータ４４の回転力を上下方向への直線運動力に変換してアーム旋回軸３８に伝達するクランク機構を有するものである。さらに、工具交換モータ４４あるいはこれによって駆動される駆動軸が１回転する間に、把持部４０，４０の把持動作、工具交換アーム３９の上下動作および旋回動作を制御するようになっている。また、工具交換モータ４４には、この工具交換モータ４４の回転角を検出するエンコーダ４４ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ４４ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ４４ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３による工具交換モータ４４の速度制御がおこなわれる。なお、図５に示すアーム旋回軸３８が、「軸部」に相当する。
【００３９】
そして、図４，図５に示すように、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８の下半分には、その周囲を取り囲んで保護するための略直方体状のボックス型のアームカバー７０が設けられ、当該アームカバー７０は、工具交換装置に固定されている。このアームカバー７０は鉄板により構成され、加工領域から飛散する切り屑や、切削液が工具交換アーム３９に付着して堆積しないようにするためのものである。さらに、図５に示すように、アームカバー７０には、マガジンカバー６０の開口部６１とに対向する側面部と、主軸３２とに対向する側面部と、その２つの両側面に挟まれた底面部とが開口された略コの字型の開口部７１が設けられている。そして、その開口部７１には、図６に示すように、スライドして開口部７１を開閉する略コの字型のアームシャッター７２が設けられている。そして、図５に示す工具交換アーム３９の旋回動作により、把持部４０，４０が旋回する場合、アームシャッター７２が開き、開口部７１が開口される。これにより、把持部４０，４０は、開口部７１の内側で旋回するため、アームカバー７０に衝突しないようになっている。なお、アームシャッター７２は、スプラッシュカバー３の前面側からコラム１９側に向かって移動することにより開放され、その逆方向に移動することにより閉塞される。なお、図５に示す開口部７１が、「第１の開口部」に相当し、アームシャッター７２が、「第１の開閉部材」に相当する。
【００４０】
さらに、図５に示すように、開口部７１を囲む縁部のうち、コラム１９（図４参照）側の下端部には、樹脂製のスクレーパ７９が下方にやや延出して設けられている。そして、そのスクレーパ７９の下方にやや延出された先端部が、アームシャッター７２の上面に当接している。これにより、例えば、アームシャッター７２の閉塞時に、工具交換アーム３９に付着した切り屑が落下して、アームシャッター７２の上面に堆積した場合でも、アームシャッター７２の開放時に、スクレーパ７９の先端部が、アームシャッター７２の上面を摺動して、堆積する切り屑を拭うことができる。なお、図５に示すスクレーパ７９が、「第１のスクレーパ」に相当する。
【００４１】
また、このアームシャッター７２の開閉機構は、アームシャッターシリンダ７４（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、アームシャッター７２が正逆方向へ移動するように、アームシャッターシリンダ７４を駆動して、アームシャッター７２の開閉機構を作動させるようになっている。よって、この開閉機構により、アームシャッター７２が開放または閉塞され、開口部７１が開口または閉塞される。
【００４２】
そして、開口部７１の近傍には、アームシャッター７２が完全に開放されたことを検出するアームシャッター開センサ７６（図７参照）と、アームシャッター７２が完全に閉塞されたことを検出するアームシャッター閉センサ７７（図７参照）とが設けられている。そして、図７に示すように、これらの入力信号は、制御装置１３に出力されるようになっている。なお、上述したように、このアームシャッター７２の開閉動作は、マガジンシャッター６２の開閉動作とともにおこなわれ、工具交換装置の工具交換動作に連動しておこなわれる。そして、その工具交換動作に連動しておこなわれるこれらシャッターの開閉動作が本発明の特徴となっている。その詳細については後述する。
【００４３】
次に、上記構成からなる工具交換アーム３９のアーム旋回による工具交換動作の基本動作について説明する。例えば、図５に示すように、工具交換アーム３９が原点に上昇されている状態において、まず、工具交換アーム３９が旋回し、工具マガジン３０側の工具２４と、主軸２３に装着された工具２４とを把持部４０，４０で把持される。次いで、工具交換アーム３９が下降して、工具抜脱動作がおこなわれる。その後、工具交換アーム３９が旋回して主軸２３側の工具２４と工具マガジン３０側の工具２４とが入れ替わる。このとき、工具交換アーム３９は１８０度回転することになる。その後、工具交換アーム３９が上昇し、工具交換アーム３９に把持された工具は、工具マガジン３０側の工具ポット３１あるいは主軸２３に装着される。そして、工具交換アーム３９が所定角度旋回して、把持部４０，４０から工具が開放されて、工具交換アーム３９のアーム旋回動作の１サイクルが終了する。
【００４４】
なお、図７に示すアームセンサ４６は、工具交換アーム３９が原点に上昇した場合にオンされる近接センサ（例えばホール素子）からなるものであり、制御装置１３は、アームセンサ４６のオンに基づいて工具交換アーム３９が原点に位置（復帰）していることを検出するようになっている。
【００４５】
次に、上記構成からなる工具交換装置の工具交換の基本動作について説明する。まず、制御装置１３によって、工具交換装置に工具交換動作の指示が出力されると、主軸ヘッド２２と一体的に主軸２３をＺ軸原点センサ３４が入力されるまで上昇させる。次いで、制御装置１３は、図７に示す工具交換モータ４４を作動させる。すると、工具交換アーム３９によって、上記説明した工具交換動作がおこなわれる。こうして、工具交換装置による一連の工具交換動作がおこなわれる。なお、この工具交換装置による工具交換動作に併せて、本発明の特徴であるマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作がおこなわれる。
【００４６】
次に、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理について説明する。図８は、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理の流れを示すフローチャートであり、図９は、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理のタイミングチャートである。なお、工具交換シャッター開閉処理による工具交換シャッター開閉動作は、上記説明した工具交換動作と、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作とが連動しておこなわれるものである。
【００４７】
なお、操作パネル１０のキーボード１６により、工具交換用プログラムが選択されると、制御装置１３は、工具交換シャッター開閉処理の前に、次に交換される工具２４（工具マガジン３０側の工具２４）が収納された工具ポット３１についての割出処理が実行される。この割出処理では、次に交換する工具２４が収納された工具ポット３１のポット番号を工具番号・ポット番号データテーブルから検索し、検索したポット番号の工具ポット３１を工具交換部３０ｂまで移動させる。この移動制御は、マガジンモータ４２を駆動させることにより、各工具ポット３１を移動させる。そして、該当するポット番号の工具ポット３１が工具交換部３０ｂに至ったことが識別センサ３５により検出されたときにマガジンモータ４２の駆動を停止させ、割出処理が終了する。そして、工具交換シャッター開閉処理が実行される。
【００４８】
図８および図９に示すように、この工具交換シャッター開閉処理では、まず、ｔ１タイミングで、マガジンシャッターシリンダ６４およびアームシャッターシリンダ７４をともに駆動させる（Ｓ１）。このとき、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動により、マガジンシャッター６２の開放動作が開始され、アームシャッターシリンダ７４の駆動により、アームシャッター７２の開放動作が開始される。そして、マガジンシャッター閉センサ６７は、マガジンシャッター６２の開放動作が開始されると、出力信号をオンからオフに切り換え、制御装置１３に出力する。一方、アームシャッター閉センサ７７も、アームシャッター７２の開放動作が開始されると、出力信号をオンからオフに切り換え、制御装置１３に出力する。ここで、マガジンシャッター６２の開閉移動速度は、アームシャッター７２の開閉移動速度よりも速く設定されており、図示外のタイマにより、そららの開閉時間は常時監視されている。よって、アームシャッター７２よりもマガジンシャッター６２の方が速く開閉する。これは、工具マガジン３０のポット下降動作を迅速におこなうためである。
【００４９】
次に、ｔ２タイミングで、マガジンシャッター開センサ６６が、マガジンシャッター６２が完全に開放されたことを検出すると、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動が停止され、マガジンシャッター６２の開放動作が完了する（Ｓ２）。そして、エアシリンダ３６を駆動させることにより、工具ポット３１の下降動作が開始される（Ｓ３）。このとき、工具マガジン３０のポット上昇センサ３７ｂが、出力信号をオンからオフに切り換えて、制御装置１３に出力するので、工具ポット３１の下降動作が開始されたことが判断される。こうして、工具ポット３１は、工具交換部３０ｂより回動されて下降しはじめる。
【００５０】
さらに、ｔ３タイミングで、アームシャッター開センサ７６が、アームシャッター７２が完全に開放されたことを検出して、出力信号をオンからオフに切り換えると、アームシャッターシリンダ７４の駆動が停止され、アームシャッター７２の開放動作が完了する（Ｓ４）。
【００５１】
次いで、ｔ４タイミングで、ポット下降センサ３７ａが、工具ポット３１が完全に下降したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、エアシリンダ３６の駆動が停止され、工具ポット３１の下降動作が完了する（Ｓ５）。このとき、工具マガジン３０の工具交換部３０ｂから下降した工具ポット３１の工具２４は、マガジンカバー６０の開口部６１から下方に突出した状態となる。そして、ｔ４タイミングで、ポット下降センサ３７ａが、工具ポット３１が下方に完全に移動したことを検出すると、続いてアーム旋回・工具交換動作が実行される（Ｓ６）。
【００５２】
Ｓ６のアーム旋回・工具交換動作では、工具交換モータ４４が駆動して、把持部４０，４０の把持動作、工具交換アーム３９の上下動作および旋回動作が上述したようにおこなわれる。そして、１サイクルの動作の終了がアームセンサ４６により検出されると、工具交換モータ４４の駆動が停止される。これにて、主軸２３側の工具２４と工具ポット３１側の工具２４とが同時に交換されることとなる。
【００５３】
そして、Ｓ６のアーム旋回・工具交換動作が終了すると、ポット上昇動作と、アームシャッター７２の閉塞動作が開始される。まず、ｔ５タイミングで、アームセンサ４６がアーム旋回動作の終了を検出すると、エアシリンダ３６が駆動され、先の下降動作とは逆方向へ移動されることにより、ポット上昇動作が開始される（Ｓ７）。このとき、工具交換部３０ｂに位置する工具ポット３１が上方へ回動され、ポット下降センサ３７ａがオンからオフに切りかわる。一方、同じくｔ５タイミングで、アームシャッターシリンダ７４を駆動させ、開放動作とは逆方向へ移動させることにより、アームシャッター７２の閉塞動作を開始させる（Ｓ７）。このとき、アームシャッター開センサ７６の出力信号がオンからオフに切りかわる。
【００５４】
次いで、ｔ６タイミングで、ポット上昇センサ３７ｂが、工具ポット３１が完全に上昇したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、エアシリンダ３６の駆動が停止され、工具ポット３１の上昇が完了する（Ｓ８）。また、それと同時に、マガジンシャッターシリンダ６４が駆動され、マガジンシャッター６２の開放動作とは逆方向へ移動することにより、マガジンシャッター６２の閉塞動作が開始される（Ｓ８）。なお、このとき、マガジンシャッター開センサ６６の出力信号がオンからオフに切りかわる。
【００５５】
そして、ｔ７タイミングで、アームシャッター閉センサ７７が、アームシャッター７２が開口部７１を完全に閉塞したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、アームシャッターシリンダ７４の駆動が停止され、アームシャッター７２の閉塞動作が完了する（Ｓ９）。一方、それと同時に、マガジンシャッター閉センサ６７が、マガジンシャッター６２が開口部６１を完全に閉塞したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動が停止され、マガジンシャッター６２の閉塞動作が完了する（Ｓ９）。こうして、上記説明した一連の動作が完了して、工具交換シャッター開閉処理が終了する。
【００５６】
なお、図８に示すＳ３〜Ｓ５が、「第１の工程」に相当し、Ｓ６が、「第２の工程」および「第３の工程」に相当し、Ｓ７およびＳ８が、「第４の工程」に相当する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のマシニングセンタ１では、工具マガジン３０を囲繞して保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を囲繞して保護するアームカバー７０とが設けられているので、工具マガジン３０および工具交換アーム３９に切り屑が付着するのを防止できる。また、マガジンカバー６０およびアームカバー７０には、それぞれ開口部６１，７１が設けられ、それらを開閉するマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２が設けられている。そして、制御装置１３により、工具交換装置の工具交換動作にともない、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作を制御する工具交換シャッター開閉処理が実行される。さらに、工具マガジン３０の工具ポット３１が下降するときだけ、マガジンカバー６０の開口部６１を開口するように、マガジンシャッター６２を開放させる。これにより、工具マガジン３０をマガジンカバー６０で覆う場合に、工具交換部３０ｂから下方に突出する工具ポット３１の突出する長さを考慮する必要がないので、マガジンカバー６０を、工具マガジン３０の周囲に近接した状態で覆うことができる。したがって、マガジンカバー６０の体積を小さくすることができるため、スプラッシュカバー３内の加工領域を狭めることなく、工具マガジン３０にマガジンカバー６０を設けることができる。
【００５８】
一方、工具交換アーム３９の旋回動作により、把持部４０，４０が旋回するときは、アームシャッター７２が開いて、開口部７１が開口されるので、把持部４０，４０は、開口部７１の内側で旋回し、アームカバー７０に衝突しない。よって、アームカバー７０を工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８に近接して覆うことができるので、アームカバー７０の体積を小さくすることができる。そのため、スプラッシュカバー３内の加工領域を狭めることなく、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８にアームカバー７０を設けることができる。
【００５９】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。
【００６０】
例えば、本実施形態のマシニングセンタ１では、工具マガジン３０を囲繞して保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８を囲繞して保護するアームカバー７０とが別々に設けられているが、マガジンカバー６０とアームカバー７０とを一体化した１つの保護カバーにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の工作機械は、縦型マシニングセンタのみならず、横型マシニングセンタにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態であるマシニングセンタ１の正面図である。
【図２】マシニングセンタ１の右側面から見た部分断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図である。
【図４】マシニングセンタ１を下方から見た部分断面斜視図である。
【図５】図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２開放状態）である。
【図６】図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２閉塞状態）である。
【図７】マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ マシニングセンタ
２ ベッド
１０ 操作パネル
１３ 制御装置
１６ キーボード
１９ コラム
２２ 主軸ヘッド
２３ 主軸
２４ 工具
３０ 工具マガジン
３７ａ ポット下降センサ
３７ｂ ポット上昇センサ
３８ アーム旋回軸
３９ 工具交換アーム
４０ 把持部
６０ マガジンカバー
６１ 開口部
６２ マガジンシャッター
６９ スクレーパ
７０ アームカバー
７１ 開口部
７２ アームシャッター
７９ スクレーパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械および工作機械の工具交換方法に関し、詳細には、自動工具交換装置における切り屑の堆積を防止できる工作機械および工具交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械であるマシニングセンタは、ワークを加工する工作機械本体と、当該工作機械本体を囲繞するスプラッシュカバーとを主体として構成されている。そして、このマシニングセンタの工具交換は、工作機械本体に設けられた自動工具交換装置によっておこなわれている。この自動工具交換装置は、複数の工具を格納できる工具マガジンを備え、操作パネルの指示に基づいて、工具マガジンから所定の工具を割り出し、その割り出された工具を工具交換準備位置に移動して待機させる。そして、主軸の先端部に装着された工具と、工具マガジンの工具交換準備位置に待機する所定の工具との間で工具交換動作がおこなわれる。このような自動工具交換装置は、工具交換の動作方式によって主に２つに分けられる。例えば、工具を把持する把持部を両端部に備えた工具交換アームの旋回動作によって工具交換をおこなうアーム方式のものと、逆に工具交換アームを有さず、工具マガジンと主軸との間で工具を直接交換するアームレス方式のものとがある。
【０００３】
前者の方式の一例として、工具マガジンと、主軸台に装着された主軸との間に配設され、主軸の軸線と平行な旋回軸を備えた工具交換アームとを備え、当該工具交換アームの旋回動作によって工具交換可能な工具交換装置および工具交換方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、後者の方式の一例としては、工具マガジンを覆うマガジンカバーを備え、該マガジンカバーの、工作機械本体の主軸に対向する位置に開口する開口部に開閉カバーを備えた自動工具交換装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の自動工具交換装置によれば、工具マガジンがマガジンカバーで覆われているので、工具マガジン内に切り屑が付着するのを防止できる。さらに、工具貯蔵マガジン内で工具が待機位置に移動したときは、マガジンカバーの開口部を遮蔽し、主軸との交換位置に工具が移動したときだけ、工具交換のために開口部を開口するので、マガジンカバー内の工具貯蔵マガジンに切り屑が付着するのを防止することができる。
【特許文献１】特開平１１−５８１６７号公報
【特許文献２】特開平７−１１２３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の工具交換装置および工具交換方法では、工作機械本体から飛散するクーラントの飛沫や切り屑が、マシニングセンタの加工領域の近傍に配設された工具交換アームや工具マガジンなどに付着して故障するという問題点があった。さらに、この工作機械の工具貯蔵マガジンに、特許文献２に記載のようなマガジンカバーを設けても、工具交換アームに切り屑が付着するという問題点があった。また、特許文献２に記載の自動工具交換装置によれば、工具貯蔵マガジンを覆うマガジンカバー内の工具は、主軸の軸線方向と平行に立設して貯蔵されているので、その工具長を考慮してマガジンカバーを設定しなければならず、マガジンカバーが必然的に大きくなってしまうという問題点があった。これにより、スプラッシュカバー内の工作機械本体の加工領域が狭くなり、テーブルの移動範囲までも狭められ、マシニングセンタの機能性および操作性が悪くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、工作機械の加工領域を狭めることなく、工具交換装置に切り屑が堆積するのを防止できる工作機械および工作機械の工具交換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る工作機械によれば、工作機械の基台となるベッドと、当該ベッド上に固定されたコラムと、当該コラムに設けられた主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドに設けられ、先端部に工具が着脱可能に装着される主軸と、当該主軸の先端部に装着された工具を他の工具に交換する自動工具交換装置とを備えた工作機械において、前記自動工具交換装置は、複数の工具を格納するとともに、工具格納位置から所定の工具を工具交換準備位置に移動する工具マガジンと、当該工具マガジンの前記工具交換準備位置と、前記主軸の先端部との間に配設され、前記主軸の軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に設けられた軸部と、当該軸部の長手方向に直交する方向に延設されるとともに、両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、当該一対の把持部が、前記主軸に装着された一の工具と前記工具交換準備位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備え、前記軸部および前記工具交換アームを囲繞して保護するアームカバーを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る工作機械では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具マガジンを囲繞して保護するマガジンカバーを備えている。
【０００８】
また、請求項３に係る工作機械では、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記アームカバーの下部に設けられ、前記工具交換アームの旋回領域近傍に形成された第１の開口部と、当該第１の開口部に開閉自在に設けられ、前記第１の開口部を開閉する第１の開閉部材と、前記マガジンカバーの下部に設けられ、前記工具交換準備位置の近傍に形成された第２の開口部と当該第２の開口部に開閉自在に設けられ、前記第２の開口部を開閉する第２の開閉部材とを備えている。
【０００９】
また、請求項４に係る工作機械では、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記第１の開口部の、前記第１の開閉部材が開く方向の端部には、前記第１の開閉部材の、前記第１の開口部側の上面に当接する第１のスクレーパが設けられ、前記第２の開口部の、前記第２の開閉部材が開く方向の端部には、前記第２の開閉部材の、前記第２の開口部側の上面に当接する第２のスクレーパが設けられている。
【００１０】
また、請求項５に係る工作機械の工具交換方法では、請求項３又は４に記載の工作機械と、工具交換を指示する工具交換指示手段と、前記工具マガジン内の、前記工具格納位置と前記工具交換準備位置との間の工具の移動を検知する工具移動検知手段と、前記工具交換指示手段の指示および前記工具移動検知手段の検知結果に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材の開閉を制御する開閉部材開閉制御手段とを備えた工作機械の工具交換方法であって、前記工具マガジンに格納された工具が、前記工具格納位置から前記工具交換準備位置に移動する第１の工程と、前記工具交換アームの一対の前記把持部が、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを把持する第２の工程と、前記旋回軸が旋回して、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを交換する第３の工程と、前記工具交換準備位置に交換移動された工具を、前記工具格納位置に移動して前記工具マガジン内に格納する第４の工程とから構成され、前記開閉部材開閉制御手段は、前記工具交換指示手段の工具交換指示に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材をともに開放し、前記第４の工程において、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具交換準備位置から前記工具格納位置への移動を開始したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第１の開閉部材を閉塞し、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具格納位置に移動したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第２の開閉部材を閉塞することを特徴とする。
【００１１】
なお、アームカバーと、マガジンカバーとが一体化されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る工作機械では、アームカバーにより、自動工具交換装置の軸部と工具交換アームとが囲繞されて保護されているので、主軸ヘッドに装着された工具から飛散する切り屑が軸部および工具交換アームに付着して堆積するのを防止できる。
【００１３】
また、請求項２に係る工作機械では、請求項１に記載の発明の効果に加え、マガジンカバーにより、自動工具交換装置の工具マガジンが囲繞されて保護されているので、主軸ヘッドに装着された工具から飛散する切り屑が工具マガジン内に付着して堆積するのを防止できる。
【００１４】
また、請求項３に係る工作機械では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、工具交換アームは、第１の開口部の内側で旋回するので、把持部がアームカバーに衝突したりするのを防止できる。そして、工具交換アームが旋回しない非動作時には、第１の開閉部材によって、第１の開口部を閉塞できるので、第１の開口部を介して軸部および工具交換アームに切り屑が付着して堆積するのを防止できる。一方、工具マガジンにおいて、工具が工具格納位置から工具交換準備位置にまで移動され、工具交換アームにより工具交換がおこなわれる場合、第２の開口部の内側を介して工具交換をおこなうことができる。そして、工具交換準備位置への工具の移動がおこなわれない場合は、第２の開閉部材によって、第２の開口部を閉塞できるので、第２の開口部を介して工具マガジン内に切り屑が付着して堆積するのを防止できる。
【００１５】
また、請求項４に係る工作機械では、請求項３に記載の発明の効果に加え、第１の開閉部材が開放される際に、第１のスクレーパにより、第１の開閉部材の上面に付着又は堆積する切り屑を拭うことができる。一方、第２の開閉部材が開放される際に、第２のスクレーパにより、第２の開閉部材の上面に付着又は堆積する切り屑を拭うことができる。これにより、アームカバー内およびマガジンカバー内に切り屑が落下して堆積するのを防止できる。
【００１６】
また、請求項５に係る工作機械の工具交換準備方法では、工具交換指示手段により、工具交換を指示されたときだけ、開閉部材開閉制御手段が、第１の開閉部材および第２の開閉部材の何れも開放させる。これにより、工具交換以外のときは、アームカバーおよびマガジンカバーの第１の開口部および第２の開口部を、第１の開閉部材および第２の開閉部材によって閉塞するので、軸部、工具交換アームおよび工具マガジンに切り屑が付着して堆積するのを防止できる。また、マガジンカバーの第２の開口部を、工具交換のときだけ、第２の開閉部材によって開放するので、工具交換準備位置に移動したときの工具の長さ分を、第２の開口部の内側で除けることができる。これにより、マガジンカバーを、工具マガジンにできるだけ近接した状態で囲繞することができるので、工作機械における加工領域を狭めずに、工具マガジンを保護することができる。また、工具交換アームの旋回時のときだけ、アームカバーの第１の開口部を、第１の開閉部材によって開放するので、旋回する把持部を、第１の開口部の内側で除けることができる。これにより、アームカバーを、工具交換アームにできるだけ近接した状態で囲繞することができるので、工作機械における加工領域を狭めずに、軸部および工具交換アームを保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態であるマシニングセンタ１について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態であるマシニングセンタ１の正面図であり、図２は、マシニングセンタ１の右側面から見た部分断面図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図であり、図４は、マシニングセンタ１を下方から見た部分断面斜視図であり、図５は、図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２開放状態）であり、図６は、図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２閉塞状態）であり、図７は、マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。
【００１８】
なお、本実施形態であるマシニングセンタ１は、加工領域を狭めることなく、工具マガジン３０を保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を保護するアームカバー７０とを設けることができ、工具交換装置内に切り屑が付着するのを防止できるものである。
【００１９】
はじめに、マシニングセンタ１について説明する。図１に示すマシニングセンタ１は、図示外のワーク（図示外）と工具２４（図２参照）とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。そして、マシニングセンタ１は、ワークを加工する機械本体と、当該機械本体の土台となるベッド２と、当該ベッド２の上部に設けられ、前記機械本体の周囲を囲繞して保護する略直方体状のボックス型のスプラッシュカバー３とを主体に構成されている。
【００２０】
まず、ベッド２について説明する。図１乃至図４に示すように、このベッド２は、鉄製の土台であり、その下部の四隅には、脚部２ａが各々設けられ、これら４本の脚部２ａが工場などの床面に設置されることにより、マシニングセンタ１が所定場所に設置される。さらに、図３，図４に示すように、ベッド２の芯部は、軽量化および高強度化のため、いわゆる肉抜き成形（リブによる骨組構造）されている。
【００２１】
次に、スプラッシュカバー３について説明する。図１，図２に示すように、このスプラッシュカバー３は、略直方体状のボックス型に形成され、その内側には機械本体により、ワーク加工がおこなわれる加工領域が設けられている。そして、図２，図４に示すように、スプラッシュカバー３の前面略中央には、正面視略長方形状の開口部６が設けられている。そして、作業者がこの開口部６を介することにより、スプラッシュカバー３の内側に配設されたテーブル２６に対して、ワークの着脱がおこなわれる。さらに、図１に示すように、スプラッシュカバー３の前面には、開口部６を開閉するスライド式の開閉扉４，５が各々設けられている。そして、この開閉扉４，５の略中央には、ガラス窓部４ａ，５ａが各々設けられ、開閉扉４の右側端部近傍には取っ手部４ｂが設けられ、開閉扉５の左側端部近傍には取っ手部５ｂが設けられている。よって、これら取っ手部４ｂ，５ｂを互いに離れる方向に開くことにより、開口部６が開口される。
【００２２】
また、図１，図４に示すように、スプラッシュカバー３の右側には、マシニングセンタ１の操作をおこなう正面視略長方形状の操作パネル１０が設けられている。そして、この操作パネル１０の内部には、図７に示す制御装置１３が配設されている。図７に示すように、この制御装置１３は、マイクロコンピュータからなるものであり、ＣＰＵ１３ａ，ＲＯＭ１３ｂ，ＲＡＭ１３ｃ，入力インタフェース１５ａ，出力インタフェース１５ｂを基本に構成されている。そして、図１，図４に示すように、操作パネル１０の前面には、自動運転キーや、ＭＩＤＩ運転キー、手動運転キー、コード入力キー、始動キー等の各種キーを備えたキーボード１６（図７参照）が設けられ、その上部には、設定画面又は実行動作を表示するためのＣＲＴ（ディスプレイ）４５が設けられている。なお、図７に示すように、図１に示す操作パネル１０のキーボード１６は、制御装置１３の入力インタフェース１５ａに接続され、ＣＲＴ４５は、制御装置１３の出力インタフェース１５ｂに接続されている。また、ＮＣプログラムは、キーボード１６の操作に基づいて、制御装置１３に入力されている。なお、図１，図４に示すキーボード１６が、「工具交換指示手段」に相当し、制御装置１３が、「開閉部材開閉制御手段」に相当する。
【００２３】
なお、図示しないが、図１，図３に示すスプラッシュカバー３の左右の各側壁部には、メンテナンス用の点検ハッチが着脱可能に各々設けられている。そして、上記構成からなるスプラッシュカバー３は、機械本体の周囲を囲繞して外部より保護するとともに、機械本体から排出される切り屑および切削液の飛沫等が外部へ飛散するのを遮断して、外部環境が汚染されるのを防止している。
【００２４】
次に、機械本体について説明する。機械本体は、スプラッシュカバー３の内側に収容されている。図２，図３および図４に示すように、機械本体は、ベッド２の後部上面に固定され、略垂直上方に延設されたコラム１９と、当該コラム１９の上部前面側にＺ軸方向（上下方向）に移動可能に設けられた主軸ヘッド２２と、当該主軸ヘッド２２の主軸２３（図３参照）に装着された工具２４を別の工具２４に自動的に交換する工具交換装置（ＡＴＣ）とを主体にして構成されている。
【００２５】
ここで、機械本体における個々の装置の位置関係について詳細に説明する。図２に示すコラム１９の上面には、サーボモータからなり、制御装置１３（図７参照）に接続されたＺモータ２０（図７参照）が装着されている。さらに、Ｚモータ２０には、このＺモータ２０の回転角を検出するエンコーダ２０ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ２０ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ２０ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３によるＺモータ２０の速度制御がおこなわれる。また、コラム１９の前面には、上下方向に延設され、主軸ヘッド２２を案内する一対のガイドレール（図示外）が上下方向に固定されている。そして、Ｚモータ２０が、当該Ｚモータ２０から下方に延設された送りねじ（図示外）を正逆方向へ選択的に回転駆動することにより、主軸ヘッド２２が上下方向に移動するようになっている。
【００２６】
また、主軸ヘッド２２には、図２，図４に示すように、加工軸に相当する主軸２３が回転可能に装着され、当該主軸２３の先端部には、工具２４（図２参照）が着脱可能に装着される。そして、この主軸２３は、主軸モータ２５（図７参照）により回転駆動されることにより、工具２４が回転され、テーブル２６上に固定されたワークを加工するようになっている。さらに、主軸モータ２５には、この主軸モータ２５の回転角を検出するエンコーダ２５ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ２５ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ２５ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３による主軸モータ２５の速度制御がおこなわれる。なお、図７のＺ軸原点センサ３４は、主軸２３の原点（主軸２３の工具交換高さ位置）を検出するものであり、制御装置１３は、Ｚ軸原点センサ３４からの検出信号に基づいて主軸２３を原点に位置決め制御をおこなう。
【００２７】
一方、図２，図４に示すように、主軸２３の下方には、テーブル２６が配設されている。このテーブル２６は、ワークが着脱自在に固定され、サーボモータからなるＸモータ４７およびＹモータ４８（図７参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（奥行き方向）へ移動制御されるものである。また、ベッド２の上側には、移動体２７が設けられ、その移動体２７の上側にテーブル２６が配設されている。さらに、テーブル２６は、その移動体２７の上面に設けられたＸ軸ガイドレール（図示外）に案内され、Ｘモータ４７によってＸ軸方向に案内される。一方、ベッド２の上部には一対のＹ軸ガイドレール（図示外）が設けられ、移動体２７がＹモータ４８により、Ｙ軸方向に案内されることにより、テーブル２６が移動体２７を介してＹ軸方向に案内される。さらに、Ｘモータ４７には、Ｘモータ４７の回転角を検出するエンコーダ４７ａ（図７参照）が設けられており、Ｙモータ４８には、Ｙモータ４８の回転角を検出するエンコーダ４８ａ（図７参照）が設けられており、これらエンコーダ４７ａおよびエンコーダ４８ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に各々接続されている。そして、エンコーダ４７ａおよびエンコーダ４８ａからの各信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に各々入力されることにより、制御装置１３によるＸモータ４７およびＹモータ４８の速度制御がおこなわれる。また、Ｙ軸ガイドレールには、テーブル２６を中央に挟み込むようにして、レール上に切り屑が堆積するのを防止するためのテレスコピックカバー２８，２８が各々設けられている。さらに、Ｘ軸ガイドレールにも、移動体２７を挟み込むようにして、テレスコピックカバー２９ａと、保護カバー２９ｂとが各々設けられている。
【００２８】
次に、工具交換装置について説明する。この工具交換装置は、主軸２３に装着された工具２４を他の工具２４と自動交換するものである。そして、工具交換装置は、図２，図４に示すように、工具２４を複数格納した工具マガジン３０と、主軸２３に装着された工具２４とを交換する工具交換アーム３９（図４参照）とを主体にして構成されている。
【００２９】
まず、工具マガジン３０について説明する。図２に示すように、工具マガジン３０は、コラム１９に固定され、側面視略楕円型に形成されている。そして、工具マガジン３０の内側には、正面視略楕円形状の工具通路３０ａが形成され、その工具通路３０ａ内には、複数の工具ポット３１が収納されている。さらに、これら各工具ポット３１の内側には、工具２４が着脱可能に格納されている。そして、図２に示す工具通路３０ａ内に収納された各工具ポット３１に格納された工具２４の位置が、「工具格納位置」に相当する。
【００３０】
また、図２，図５に示すように、工具マガジン３０の下部前方側には、下方へ開口する工具交換部３０ｂが設けられている。そして、複数の工具ポット３１は、マガジンモータ４２（図７参照）の駆動により、この工具通路３０ａ内を移動する。さらに、マガジンモータ４２には、このマガジンモータ４２の回転角を検出するエンコーダ４２ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ４２ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ４２ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３によるマガジンモータ４２の速度制御がおこなわれる。また、複数の工具ポット３１には、該工具ポット３１と一体的に移動するポット識別板３３（図７参照）が設けられている。このポット識別板３３には、工具ポット３１ごとに異なるパターンの光透過部（図示外）が形成されており、各工具ポット３１を個別に識別できるようになっている。
【００３１】
さらに、工具マガジン３０には、これら工具ポット３１を個々に識別する識別センサ３５（図７参照）が設けられている。そして、図７に示すように、この識別センサ３５は、投光素子３５ａと、受光素子３５ｂとから構成され、それらはポット識別板３３を挟んで対向して配置されている。そして、制御装置１３は、受光素子３５ｂからの信号に基づいて、工具マガジン３０の工具交換部３０ｂに何れの工具ポット３１が搬送されたかを検出する。そして、搬送されたことを検出すると、マガジンモータ４２の駆動を停止させることにより、所定の工具２４を工具交換部３０ｂに位置決めする。
【００３２】
さらに、図７に示すように、制御装置１３のＲＡＭ１３ｃには、各工具ポット３１のポット番号と、これに配置されている工具２４の工具番号とを対応させた工具番号・ポット番号データテーブルを記憶しており、制御装置１３は、所定の工具２４が指定されると、所定の工具２４の工具番号に対応するポット番号の工具ポット３１を検索し、検索した工具ポット３１を上述の工具交換部３０ｂに至らせるようになっている。また、制御装置１３は、工具ポット３１の工具２４が交換されたときには、その工具２４の工具番号について、ＲＡＭ１４ｂの上記工具番号・ポット番号データテーブルを書き替える（更新記憶する）ようにして工具２４の所在が判別できるようにしている。さらに制御装置１３は、工具番号・ポット番号データテーブルに、主軸２３に装着されている工具２４の工具番号も記憶しており、工具交換ごとにその工具番号も更新記憶するようになっている。
【００３３】
また、工具マガジン３０にはポット昇降機構（図示せず）が配設されている。このポット昇降機構は、エアシリンダ３６（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、エアシリンダ３６を一方向へ動作するように駆動してポット下降機構を作動させるようになっている。この機構により、所定の工具ポット３１が下方へ略９０°回動し、所定の工具２４が工具交換部３０ｂを通して下方へ突出する。そして、この工具２４の位置が、「工具交換準備位置」に相当する。また、制御装置１３はエアシリンダ３６を前記一方向とは反対の方向へ動作するように駆動することにより、所定の工具ポット３１を上方へ回動復帰させるようになっている。なお、図７に示すポット下降センサ３７ａは、工具マガジン３０の工具２４が下降した（工具交換部３０ｂから突出した）ことを検出するものであり、また、ポット上昇センサ３７ｂは、工具ポット３１が、ポット下降状態から上方へ回動されて上昇位置（元の工具格納位置）に復帰したことを検出するものである。なお、図７に示すポット下降センサ３７ａ，ポット上昇センサ３７ｂが、「工具移動検知手段」に相当する。
【００３４】
そして、図２、図３および図４に示すように、工具マガジン３０には、その周囲を取り囲んで保護するための略直方体状のボックス型のマガジンカバー６０が設けられ、スプラッシュカバー３の内壁面に固定されている。このマガジンカバー６０は鉄板により構成され、加工領域から飛散する切り屑や切削液が、工具マガジン３０内に付着して堆積しないようにするためものである。さらに、図５に示すように、マガジンカバー６０において、図２に示す工具マガジン３０の工具交換部３０ｂに対向する位置であって、工具交換アーム３９側に向けて階段状に開口された開口部６１が設けられている。そして、その開口部６１には、スライドして開口部６１を開閉する階段状のマガジンシャッター６２（図３，図５および図６参照）が設けられている。そして、図２に示すように、工具マガジン３０のポット下降機構により、所定の工具ポット３１が下方へ回動し、所定の工具２４が工具交換部３０ｂを通して下方へ突出する場合、図６に示すマガジンシャッター６２が開き、図４に示すように、開口部６１が開口される。これにより、工具交換部３０ｂから突出する工具２４は、開口部６１から下方に突出するようになっている。なお、マガジンシャッター６２は、スプラッシュカバー３の前面側からコラム１９側に向かって移動することにより開放され、その逆方向に移動することにより閉塞される。なお、図５に示す開口部６１が、「第２の開口部」に相当し、マガジンシャッター６２が、「第２の開閉部材」に相当する。
【００３５】
さらに、図５に示すように、開口部６１の周縁部のうち、コラム１９（図４参照）側の下端部には、その下端部に沿って階段状に形成された樹脂製のスクレーパ６９が下方にやや延出されて設けられている。そして、そのスクレーパ６９の下方にやや延出された先端部が、マガジンシャッター６２の上面に当接している。これにより、例えば、マガジンシャッター６２が閉塞している間に、工具ポット３１に格納された工具２４に付着した切り屑が下方に落下して、マガジンシャッター６２の上面に堆積した場合でも、マガジンシャッター６２の開放時には、スクレーパ６９の先端部が、マガジンシャッター６２の上面を摺動するので、マガジンシャッター６２の上面に堆積する切り屑を拭い去ることができる。
【００３６】
また、このマガジンシャッター６２の開閉機構は、マガジンシャッターシリンダ６４（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、マガジンシャッター６２が正逆方向へ移動するように、マガジンシャッターシリンダ６４を駆動して、マガジンシャッター６２の開閉機構を作動させるようになっている。よって、この開閉機構により、マガジンシャッター６２が開放または閉塞され、開口部６１が開口または閉塞される。
【００３７】
さらに、開口部６１の近傍には、マガジンシャッター６２が完全に開放されたことを検出するマガジンシャッター開センサ６６（図７参照）と、マガジンシャッター６２が完全に閉塞されたことを検出するマガジンシャッター閉センサ６７（図７参照）とが設けられている。そして、図７に示すように、これらの検出信号は、制御装置１３に出力されるようになっている。なお、このマガジンシャッター６２の開閉動作は、後述するアームシャッター７２の開閉動作とともにおこなわれ、工具交換装置の工具交換動作に連動しておこなわれる。
【００３８】
次に、工具交換アーム３９について説明する。図４，図５に示すように、工具交換アーム３９は、コラム１９に固定された工具交換装置（図示外）に装着され、回転可能および上下動可能に装着された円筒状のアーム旋回軸３８の下端部に固定されている。そして、工具交換アーム３９の両端部には、工具２４を把持する把持部４０，４０が設けられている。そして、アーム旋回軸３８は、運動伝達装置（図示せず）を介して工具交換モータ４４（図７参照）に連結されている。この運動伝達装置は、工具交換モータ４４の回転力をアーム旋回軸３８に伝達するカム機構，工具交換モータ４４の回転力を、アーム旋回軸３８の内部に設けられた中軸（図示外）に伝達するカム機構，工具交換モータ４４の回転力を上下方向への直線運動力に変換してアーム旋回軸３８に伝達するクランク機構を有するものである。さらに、工具交換モータ４４あるいはこれによって駆動される駆動軸が１回転する間に、把持部４０，４０の把持動作、工具交換アーム３９の上下動作および旋回動作を制御するようになっている。また、工具交換モータ４４には、この工具交換モータ４４の回転角を検出するエンコーダ４４ａ（図７参照）が設けられており、当該エンコーダ４４ａは、入力インタフェース１５ａ（図７参照）に接続されている。そして、エンコーダ４４ａからの信号が、入力インタフェース１５ａを介して、制御装置１３に入力されることにより、制御装置１３による工具交換モータ４４の速度制御がおこなわれる。なお、図５に示すアーム旋回軸３８が、「軸部」に相当する。
【００３９】
そして、図４，図５に示すように、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８の下半分には、その周囲を取り囲んで保護するための略直方体状のボックス型のアームカバー７０が設けられ、当該アームカバー７０は、工具交換装置に固定されている。このアームカバー７０は鉄板により構成され、加工領域から飛散する切り屑や、切削液が工具交換アーム３９に付着して堆積しないようにするためのものである。さらに、図５に示すように、アームカバー７０には、マガジンカバー６０の開口部６１とに対向する側面部と、主軸３２とに対向する側面部と、その２つの両側面に挟まれた底面部とが開口された略コの字型の開口部７１が設けられている。そして、その開口部７１には、図６に示すように、スライドして開口部７１を開閉する略コの字型のアームシャッター７２が設けられている。そして、図５に示す工具交換アーム３９の旋回動作により、把持部４０，４０が旋回する場合、アームシャッター７２が開き、開口部７１が開口される。これにより、把持部４０，４０は、開口部７１の内側で旋回するため、アームカバー７０に衝突しないようになっている。なお、アームシャッター７２は、スプラッシュカバー３の前面側からコラム１９側に向かって移動することにより開放され、その逆方向に移動することにより閉塞される。なお、図５に示す開口部７１が、「第１の開口部」に相当し、アームシャッター７２が、「第１の開閉部材」に相当する。
【００４０】
さらに、図５に示すように、開口部７１を囲む縁部のうち、コラム１９（図４参照）側の下端部には、樹脂製のスクレーパ７９が下方にやや延出して設けられている。そして、そのスクレーパ７９の下方にやや延出された先端部が、アームシャッター７２の上面に当接している。これにより、例えば、アームシャッター７２の閉塞時に、工具交換アーム３９に付着した切り屑が落下して、アームシャッター７２の上面に堆積した場合でも、アームシャッター７２の開放時に、スクレーパ７９の先端部が、アームシャッター７２の上面を摺動して、堆積する切り屑を拭うことができる。なお、図５に示すスクレーパ７９が、「第１のスクレーパ」に相当する。
【００４１】
また、このアームシャッター７２の開閉機構は、アームシャッターシリンダ７４（図７参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置１３は、アームシャッター７２が正逆方向へ移動するように、アームシャッターシリンダ７４を駆動して、アームシャッター７２の開閉機構を作動させるようになっている。よって、この開閉機構により、アームシャッター７２が開放または閉塞され、開口部７１が開口または閉塞される。
【００４２】
そして、開口部７１の近傍には、アームシャッター７２が完全に開放されたことを検出するアームシャッター開センサ７６（図７参照）と、アームシャッター７２が完全に閉塞されたことを検出するアームシャッター閉センサ７７（図７参照）とが設けられている。そして、図７に示すように、これらの入力信号は、制御装置１３に出力されるようになっている。なお、上述したように、このアームシャッター７２の開閉動作は、マガジンシャッター６２の開閉動作とともにおこなわれ、工具交換装置の工具交換動作に連動しておこなわれる。そして、その工具交換動作に連動しておこなわれるこれらシャッターの開閉動作が本発明の特徴となっている。その詳細については後述する。
【００４３】
次に、上記構成からなる工具交換アーム３９のアーム旋回による工具交換動作の基本動作について説明する。例えば、図５に示すように、工具交換アーム３９が原点に上昇されている状態において、まず、工具交換アーム３９が旋回し、工具マガジン３０側の工具２４と、主軸２３に装着された工具２４とを把持部４０，４０で把持される。次いで、工具交換アーム３９が下降して、工具抜脱動作がおこなわれる。その後、工具交換アーム３９が旋回して主軸２３側の工具２４と工具マガジン３０側の工具２４とが入れ替わる。このとき、工具交換アーム３９は１８０度回転することになる。その後、工具交換アーム３９が上昇し、工具交換アーム３９に把持された工具は、工具マガジン３０側の工具ポット３１あるいは主軸２３に装着される。そして、工具交換アーム３９が所定角度旋回して、把持部４０，４０から工具が開放されて、工具交換アーム３９のアーム旋回動作の１サイクルが終了する。
【００４４】
なお、図７に示すアームセンサ４６は、工具交換アーム３９が原点に上昇した場合にオンされる近接センサ（例えばホール素子）からなるものであり、制御装置１３は、アームセンサ４６のオンに基づいて工具交換アーム３９が原点に位置（復帰）していることを検出するようになっている。
【００４５】
次に、上記構成からなる工具交換装置の工具交換の基本動作について説明する。まず、制御装置１３によって、工具交換装置に工具交換動作の指示が出力されると、主軸ヘッド２２と一体的に主軸２３をＺ軸原点センサ３４が入力されるまで上昇させる。次いで、制御装置１３は、図７に示す工具交換モータ４４を作動させる。すると、工具交換アーム３９によって、上記説明した工具交換動作がおこなわれる。こうして、工具交換装置による一連の工具交換動作がおこなわれる。なお、この工具交換装置による工具交換動作に併せて、本発明の特徴であるマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作がおこなわれる。
【００４６】
次に、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理について説明する。図８は、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理の流れを示すフローチャートであり、図９は、制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理のタイミングチャートである。なお、工具交換シャッター開閉処理による工具交換シャッター開閉動作は、上記説明した工具交換動作と、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作とが連動しておこなわれるものである。
【００４７】
なお、操作パネル１０のキーボード１６により、工具交換用プログラムが選択されると、制御装置１３は、工具交換シャッター開閉処理の前に、次に交換される工具２４（工具マガジン３０側の工具２４）が収納された工具ポット３１についての割出処理が実行される。この割出処理では、次に交換する工具２４が収納された工具ポット３１のポット番号を工具番号・ポット番号データテーブルから検索し、検索したポット番号の工具ポット３１を工具交換部３０ｂまで移動させる。この移動制御は、マガジンモータ４２を駆動させることにより、各工具ポット３１を移動させる。そして、該当するポット番号の工具ポット３１が工具交換部３０ｂに至ったことが識別センサ３５により検出されたときにマガジンモータ４２の駆動を停止させ、割出処理が終了する。そして、工具交換シャッター開閉処理が実行される。
【００４８】
図８および図９に示すように、この工具交換シャッター開閉処理では、まず、ｔ１タイミングで、マガジンシャッターシリンダ６４およびアームシャッターシリンダ７４をともに駆動させる（Ｓ１）。このとき、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動により、マガジンシャッター６２の開放動作が開始され、アームシャッターシリンダ７４の駆動により、アームシャッター７２の開放動作が開始される。そして、マガジンシャッター閉センサ６７は、マガジンシャッター６２の開放動作が開始されると、出力信号をオンからオフに切り換え、制御装置１３に出力する。一方、アームシャッター閉センサ７７も、アームシャッター７２の開放動作が開始されると、出力信号をオンからオフに切り換え、制御装置１３に出力する。ここで、マガジンシャッター６２の開閉移動速度は、アームシャッター７２の開閉移動速度よりも速く設定されており、図示外のタイマにより、そららの開閉時間は常時監視されている。よって、アームシャッター７２よりもマガジンシャッター６２の方が速く開閉する。これは、工具マガジン３０のポット下降動作を迅速におこなうためである。
【００４９】
次に、ｔ２タイミングで、マガジンシャッター開センサ６６が、マガジンシャッター６２が完全に開放されたことを検出すると、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動が停止され、マガジンシャッター６２の開放動作が完了する（Ｓ２）。そして、エアシリンダ３６を駆動させることにより、工具ポット３１の下降動作が開始される（Ｓ３）。このとき、工具マガジン３０のポット上昇センサ３７ｂが、出力信号をオンからオフに切り換えて、制御装置１３に出力するので、工具ポット３１の下降動作が開始されたことが判断される。こうして、工具ポット３１は、工具交換部３０ｂより回動されて下降しはじめる。
【００５０】
さらに、ｔ３タイミングで、アームシャッター開センサ７６が、アームシャッター７２が完全に開放されたことを検出して、出力信号をオンからオフに切り換えると、アームシャッターシリンダ７４の駆動が停止され、アームシャッター７２の開放動作が完了する（Ｓ４）。
【００５１】
次いで、ｔ４タイミングで、ポット下降センサ３７ａが、工具ポット３１が完全に下降したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、エアシリンダ３６の駆動が停止され、工具ポット３１の下降動作が完了する（Ｓ５）。このとき、工具マガジン３０の工具交換部３０ｂから下降した工具ポット３１の工具２４は、マガジンカバー６０の開口部６１から下方に突出した状態となる。そして、ｔ４タイミングで、ポット下降センサ３７ａが、工具ポット３１が下方に完全に移動したことを検出すると、続いてアーム旋回・工具交換動作が実行される（Ｓ６）。
【００５２】
Ｓ６のアーム旋回・工具交換動作では、工具交換モータ４４が駆動して、把持部４０，４０の把持動作、工具交換アーム３９の上下動作および旋回動作が上述したようにおこなわれる。そして、１サイクルの動作の終了がアームセンサ４６により検出されると、工具交換モータ４４の駆動が停止される。これにて、主軸２３側の工具２４と工具ポット３１側の工具２４とが同時に交換されることとなる。
【００５３】
そして、Ｓ６のアーム旋回・工具交換動作が終了すると、ポット上昇動作と、アームシャッター７２の閉塞動作が開始される。まず、ｔ５タイミングで、アームセンサ４６がアーム旋回動作の終了を検出すると、エアシリンダ３６が駆動され、先の下降動作とは逆方向へ移動されることにより、ポット上昇動作が開始される（Ｓ７）。このとき、工具交換部３０ｂに位置する工具ポット３１が上方へ回動され、ポット下降センサ３７ａがオンからオフに切りかわる。一方、同じくｔ５タイミングで、アームシャッターシリンダ７４を駆動させ、開放動作とは逆方向へ移動させることにより、アームシャッター７２の閉塞動作を開始させる（Ｓ７）。このとき、アームシャッター開センサ７６の出力信号がオンからオフに切りかわる。
【００５４】
次いで、ｔ６タイミングで、ポット上昇センサ３７ｂが、工具ポット３１が完全に上昇したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、エアシリンダ３６の駆動が停止され、工具ポット３１の上昇が完了する（Ｓ８）。また、それと同時に、マガジンシャッターシリンダ６４が駆動され、マガジンシャッター６２の開放動作とは逆方向へ移動することにより、マガジンシャッター６２の閉塞動作が開始される（Ｓ８）。なお、このとき、マガジンシャッター開センサ６６の出力信号がオンからオフに切りかわる。
【００５５】
そして、ｔ７タイミングで、アームシャッター閉センサ７７が、アームシャッター７２が開口部７１を完全に閉塞したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、アームシャッターシリンダ７４の駆動が停止され、アームシャッター７２の閉塞動作が完了する（Ｓ９）。一方、それと同時に、マガジンシャッター閉センサ６７が、マガジンシャッター６２が開口部６１を完全に閉塞したことを検出して、出力信号をオフからオンに切り換えると、マガジンシャッターシリンダ６４の駆動が停止され、マガジンシャッター６２の閉塞動作が完了する（Ｓ９）。こうして、上記説明した一連の動作が完了して、工具交換シャッター開閉処理が終了する。
【００５６】
なお、図８に示すＳ３〜Ｓ５が、「第１の工程」に相当し、Ｓ６が、「第２の工程」および「第３の工程」に相当し、Ｓ７およびＳ８が、「第４の工程」に相当する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のマシニングセンタ１では、工具マガジン３０を囲繞して保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９を囲繞して保護するアームカバー７０とが設けられているので、工具マガジン３０および工具交換アーム３９に切り屑が付着するのを防止できる。また、マガジンカバー６０およびアームカバー７０には、それぞれ開口部６１，７１が設けられ、それらを開閉するマガジンシャッター６２およびアームシャッター７２が設けられている。そして、制御装置１３により、工具交換装置の工具交換動作にともない、マガジンシャッター６２およびアームシャッター７２の開閉動作を制御する工具交換シャッター開閉処理が実行される。さらに、工具マガジン３０の工具ポット３１が下降するときだけ、マガジンカバー６０の開口部６１を開口するように、マガジンシャッター６２を開放させる。これにより、工具マガジン３０をマガジンカバー６０で覆う場合に、工具交換部３０ｂから下方に突出する工具ポット３１の突出する長さを考慮する必要がないので、マガジンカバー６０を、工具マガジン３０の周囲に近接した状態で覆うことができる。したがって、マガジンカバー６０の体積を小さくすることができるため、スプラッシュカバー３内の加工領域を狭めることなく、工具マガジン３０にマガジンカバー６０を設けることができる。
【００５８】
一方、工具交換アーム３９の旋回動作により、把持部４０，４０が旋回するときは、アームシャッター７２が開いて、開口部７１が開口されるので、把持部４０，４０は、開口部７１の内側で旋回し、アームカバー７０に衝突しない。よって、アームカバー７０を工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８に近接して覆うことができるので、アームカバー７０の体積を小さくすることができる。そのため、スプラッシュカバー３内の加工領域を狭めることなく、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８にアームカバー７０を設けることができる。
【００５９】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。
【００６０】
例えば、本実施形態のマシニングセンタ１では、工具マガジン３０を囲繞して保護するマガジンカバー６０と、工具交換アーム３９およびアーム旋回軸３８を囲繞して保護するアームカバー７０とが別々に設けられているが、マガジンカバー６０とアームカバー７０とを一体化した１つの保護カバーにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の工作機械は、縦型マシニングセンタのみならず、横型マシニングセンタにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態であるマシニングセンタ１の正面図である。
【図２】マシニングセンタ１の右側面から見た部分断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図である。
【図４】マシニングセンタ１を下方から見た部分断面斜視図である。
【図５】図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２開放状態）である。
【図６】図４に示すマガジンカバー６０とアームカバー７０との近傍を示す部分拡大図（マガジンシャッター６２、アームシャッター７２閉塞状態）である。
【図７】マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】制御装置１３による工具交換シャッター開閉処理のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ マシニングセンタ
２ ベッド
１０ 操作パネル
１３ 制御装置
１６ キーボード
１９ コラム
２２ 主軸ヘッド
２３ 主軸
２４ 工具
３０ 工具マガジン
３７ａ ポット下降センサ
３７ｂ ポット上昇センサ
３８ アーム旋回軸
３９ 工具交換アーム
４０ 把持部
６０ マガジンカバー
６１ 開口部
６２ マガジンシャッター
６９ スクレーパ
７０ アームカバー
７１ 開口部
７２ アームシャッター
７９ スクレーパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の基台となるベッドと、当該ベッド上に固定されたコラムと、当該コラムに設けられた主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドに設けられ、先端部に工具が着脱可能に装着される主軸と、当該主軸の先端部に装着された工具を他の工具に交換する自動工具交換装置とを備えた工作機械において、
前記自動工具交換装置は、
複数の工具を格納するとともに、工具格納位置から所定の工具を工具交換準備位置に移動する工具マガジンと、
当該工具マガジンの前記工具交換準備位置と、前記主軸の先端部との間に配設され、前記主軸の軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に設けられた軸部と、
当該軸部の長手方向に直交する方向に延設されるとともに、両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、当該一対の把持部が、前記主軸に装着された一の工具と前記工具交換準備位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームと
を備え、
前記軸部および前記工具交換アームを囲繞して保護するアームカバーを備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記工具マガジンを囲繞して保護するマガジンカバーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記アームカバーの下部に設けられ、前記工具交換アームの旋回領域近傍に形成された第１の開口部と、
当該第１の開口部に開閉自在に設けられ、前記第１の開口部を開閉する第１の開閉部材と、
前記マガジンカバーの下部に設けられ、前記工具交換準備位置の近傍に形成された第２の開口部と
当該第２の開口部に開閉自在に設けられ、前記第２の開口部を開閉する第２の開閉部材と
を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記第１の開口部の、前記第１の開閉部材が開く方向の端部には、前記第１の開閉部材の、前記第１の開口部側の上面に当接する第１のスクレーパが設けられ、
前記第２の開口部の、前記第２の開閉部材が開く方向の端部には、前記第２の開閉部材の、前記第２の開口部側の上面に当接する第２のスクレーパが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の工作機械と、
工具交換を指示する工具交換指示手段と、
前記工具マガジン内の、前記工具格納位置と前記工具交換準備位置との間の工具の移動を検知する工具移動検知手段と、
前記工具交換指示手段の指示および前記工具移動検知手段の検知結果に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材の開閉を制御する開閉部材開閉制御手段と
を備えた工作機械の工具交換方法であって、
前記工具マガジンに格納された工具が、前記工具格納位置から前記工具交換準備位置に移動する第１の工程と、
前記工具交換アームの一対の前記把持部が、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを把持する第２の工程と、
前記旋回軸が旋回して、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを交換する第３の工程と、
前記工具交換準備位置に交換移動された工具を、前記工具格納位置に移動して前記工具マガジン内に格納する第４の工程と
から構成され、
前記開閉部材開閉制御手段は、
前記工具交換指示手段の工具交換指示に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材をともに開放し、
前記第４の工程において、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具交換準備位置から前記工具格納位置への移動を開始したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第１の開閉部材を閉塞し、
前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具格納位置に移動したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第２の開閉部材を閉塞することを特徴とする工作機械の工具交換方法。
【請求項１】
工作機械の基台となるベッドと、当該ベッド上に固定されたコラムと、当該コラムに設けられた主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドに設けられ、先端部に工具が着脱可能に装着される主軸と、当該主軸の先端部に装着された工具を他の工具に交換する自動工具交換装置とを備えた工作機械において、
前記自動工具交換装置は、
複数の工具を格納するとともに、工具格納位置から所定の工具を工具交換準備位置に移動する工具マガジンと、
当該工具マガジンの前記工具交換準備位置と、前記主軸の先端部との間に配設され、前記主軸の軸線と平行な回転軸線を中心に回転可能に設けられた軸部と、
当該軸部の長手方向に直交する方向に延設されるとともに、両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、当該一対の把持部が、前記主軸に装着された一の工具と前記工具交換準備位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームと
を備え、
前記軸部および前記工具交換アームを囲繞して保護するアームカバーを備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記工具マガジンを囲繞して保護するマガジンカバーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記アームカバーの下部に設けられ、前記工具交換アームの旋回領域近傍に形成された第１の開口部と、
当該第１の開口部に開閉自在に設けられ、前記第１の開口部を開閉する第１の開閉部材と、
前記マガジンカバーの下部に設けられ、前記工具交換準備位置の近傍に形成された第２の開口部と
当該第２の開口部に開閉自在に設けられ、前記第２の開口部を開閉する第２の開閉部材と
を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記第１の開口部の、前記第１の開閉部材が開く方向の端部には、前記第１の開閉部材の、前記第１の開口部側の上面に当接する第１のスクレーパが設けられ、
前記第２の開口部の、前記第２の開閉部材が開く方向の端部には、前記第２の開閉部材の、前記第２の開口部側の上面に当接する第２のスクレーパが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の工作機械と、
工具交換を指示する工具交換指示手段と、
前記工具マガジン内の、前記工具格納位置と前記工具交換準備位置との間の工具の移動を検知する工具移動検知手段と、
前記工具交換指示手段の指示および前記工具移動検知手段の検知結果に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材の開閉を制御する開閉部材開閉制御手段と
を備えた工作機械の工具交換方法であって、
前記工具マガジンに格納された工具が、前記工具格納位置から前記工具交換準備位置に移動する第１の工程と、
前記工具交換アームの一対の前記把持部が、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを把持する第２の工程と、
前記旋回軸が旋回して、前記主軸に装着された工具と、前記工具交換準備位置に位置する工具とを交換する第３の工程と、
前記工具交換準備位置に交換移動された工具を、前記工具格納位置に移動して前記工具マガジン内に格納する第４の工程と
から構成され、
前記開閉部材開閉制御手段は、
前記工具交換指示手段の工具交換指示に基づいて、前記第１の開閉部材および前記第２の開閉部材をともに開放し、
前記第４の工程において、前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具交換準備位置から前記工具格納位置への移動を開始したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第１の開閉部材を閉塞し、
前記工具マガジン内に交換移動された工具が、前記工具格納位置に移動したのを、前記工具移動検知手段が検知したとき、前記第２の開閉部材を閉塞することを特徴とする工作機械の工具交換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−９５６２７（Ｐ２００６−９５６２７Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８３２１２（Ｐ２００４−２８３２１２）
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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