JPH1058264A - 工作機械の自動工具交換方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の工具及び小径工具の工具交換を行う場
合に、小径工具を交換するための工具交換手段を別途設
ける必要があるので、ＡＴＣの構成が複雑化していた。 【解決手段】 交換アーム２が駆動装置により軸線Ｃま
わりに所要角度で旋回動作するとともに軸線Ｃ方向に進
退移動し、工作機械の主軸の工具装着部に着脱自在に装
着されるツールシャンクが形成されている通常の工具４
を工具交換する時には、交換アーム２に形成された工具
用把持部１０で工具４を把持し、工具４と同一のツール
シャンクが形成されている親工具８に、前記ツールシャ
ンクより小径の小径ツールシャンクを着脱自在に装着す
る小径工具装着部を形成し、前記小径ツールシャンクが
形成されている小径工具５を親工具８の小径工具装着部
に着脱自在に装着する時には、交換アーム２に形成され
ている小径工具用把持部１１で小径工具５の被把持部を
把持することにより、工具４及び小径工具５の工具交換
を一つの交換アーム２で行えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の自動工具
交換方法及びその装置に係り、特に、工具主軸に直接装
着が可能な工具（標準工具）、及びこの工具のツールシ
ャンクと同一のツールシャンクを有する親工具を介して
工具主軸に装着される小径工具の工具交換を一つの工具
交換アームで行う自動工具交換方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）
など工作機械は自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記
載）を備えており、このＡＴＣにより、工作機械の主軸
と、複数の工具を貯蔵する工具マガジンとの間で工具交
換を行う。ＡＴＣには、工具交換アームが工具を把持
し、工具交換アーム本体が、工具マガジンと主軸との
間、又はこれらと中間の待機位置との間を揺動すること
により、主軸と工具マガジンとの間で工具の移送を行う
ものがある。

【０００３】このタイプのＡＴＣでは、工具交換アーム
が、待機位置から主軸側工具交換位置へ揺動する動作
と、主軸に対する新旧工具の工具交換動作とを行って、
主軸と工具交換アームとの間で工具交換を行う。また、
工具交換アームが、待機位置から工具マガジン側工具交
換位置へ揺動する動作と、工具マガジンに対する新旧工
具の工具交換動作とを行って、工具マガジンと工具交換
アームとの間で工具交換を行う。ところで、ＭＣにおい
て使用される各種工具のうち小径工具例えば小径のドリ
ル，エンドミル，タップ等は使用頻度が多い。また、小
径工具は径の種類も多いので、これに合わせて多種類の
小径工具を他の工具とともに工具マガジンに貯蔵してお
く必要がある。

【０００４】特開昭６１−２５７７３７号公報には、工
具マガジンへの小径工具の収納本数の増加を図ったＡＴ
Ｃが開示されている。このＡＴＣでは、小径工具をマザ
ー工具に着脱する方式を採っており、主軸に装着する工
具及びマザー工具用のメイン工具マガジンに隣接して、
小径工具用のサブ工具マガジンを配置している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この場合には、メイン
工具マガジンの他に小径工具用のサブ工具マガジンを別
個に設けたので、工作機械に設置する工具マガジン全体
が大型化し、しかも工具及びマザー工具用の主軸工具交
換装置とは別個に小径工具をマザー工具に着脱するため
の小径工具交換装置を設ける必要があり、各々の装置を
制御する必要があった。

【０００６】一方、特公平５−１３７７３号公報及び特
公平５−４１３７７号公報には、一台の工具マガジンに
通常の工具と小径工具を混在させて収納するＡＴＣが開
示されている。しかしながら、このＡＴＣの場合には、
工具を工具交換するための工具交換手段とは別個に、小
径工具を交換するための小径工具交換手段を設ける必要
があり、各々の手段を制御する必要があった。

【０００７】さらに、特開平２−２６２９３７号公報に
は、一体工具及びモジュラー工具の工具交換を行うＡＴ
Ｃが開示されている。このＡＴＣでは、工具交換アーム
の旋回中心部に小径工具把持用の組立アームを設けて、
この組立アームをアクチュエータによって動作させてい
る。そのため、工具交換アームを駆動する機構の他に組
立アームを駆動するアクチュエータが必要になり、工具
交換アームが大型化するとともに構成及び制御が複雑化
するという課題があった。

【０００８】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、小径工具を交換するための小径工具交換
手段を別途設けなくとも、主軸に装着される通常の工具
及び小径工具の工具交換が一つの工具交換アームでで
き、構成を簡素化して信頼性を向上させることができる
工作機械の自動工具交換方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る工作機械の自動工具交換方法は、工具
交換アームが駆動装置により工具交換アーム旋回軸の軸
線のまわりに所要角度で旋回動作するとともに、前記工
具交換アーム旋回軸軸線方向に進退移動し、工作機械の
主軸の工具装着部に着脱自在に装着されるツールシャン
クが形成されている工具を工具交換する時には、前記工
具交換アームに形成された工具用把持部で前記工具の被
把持部を把持し、前記工具と同一のツールシャンクが形
成されている親工具に、前記ツールシャンクより小径の
小径ツールシャンクを着脱自在に装着する小径工具装着
部を形成し、前記小径ツールシャンクが形成されている
小径工具を前記親工具の前記小径工具装着部に着脱自在
に装着する時には、前記工具交換アームに形成されてい
る小径工具用把持部で前記小径工具の被把持部を把持す
ることにより、前記工具及び前記小径工具の工具交換を
一つの前記工具交換アームで行えるようにした。

【００１０】前記方法を実現するための工作機械の自動
工具交換装置は、工具交換アームを介して工作機械の主
軸と工具マガジンとの間で工具及び小径工具の工具交換
を行う自動工具交換装置であって、前記工具交換アーム
は、駆動装置により工具交換アーム旋回軸の軸線のまわ
りに所要角度で旋回動作するとともに、前記工具交換ア
ーム旋回軸軸線方向に進退移動し、前記工具交換アーム
には、前記主軸の工具装着部に着脱自在に装着されるツ
ールシャンクが形成されている前記工具の被把持部及び
前記工具と同一のツールシャンクが形成されている親工
具の被把持部を把持可能な第１の工具用把持部と、前記
親工具の小径工具装着部に装着されて親子工具として使
用され、前記親工具の前記ツールシャンクより小径の小
径ツールシャンクが形成されている前記小径工具の被把
持部を把持可能な第２の工具用把持部とが形成されてい
る。

【００１１】なお、好ましい具体的な実施態様として
は、前記駆動装置の旋回駆動用サーボモータにより前記
工具交換アームを旋回方向原点位置より第１の角度で旋
回動作させるとともに、前記駆動装置の進退駆動用サー
ボモータにより前後方向原点位置と第１の移動位置との
間を進退移動させて、前記工具マガジンの工具交換位置
で、前記工具マガジンに対して前記工具及び前記親工具
のいずれか一方の受け渡しを行う。そして、前記旋回駆
動用サーボモータにより前記工具交換アームを前記旋回
方向原点位置より第２の角度で旋回動作させるととも
に、前記進退駆動用サーボモータにより前記第１の移動
位置と第２の移動位置との間を進退移動させて、前記工
具マガジンの小径工具用工具交換位置で、前記工具マガ
ジンに保持されている小径工具用工具ホルダと前記親工
具に対して前記小径工具の受け渡しを行う。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
の一例を図１乃至図７を参照して説明する。図１及び図
２は、本発明の一実施形態に係る工作機械のＡＴＣ（自
動工具交換装置）の概略構成を示す正面図及び側面図で
ある。

【００１３】図１及び図２に示すように、ＭＣ（マシニ
ングセンタ）など工作機械に設けられたＡＴＣ１は、工
具交換アーム（以下、交換アームと記載）２を介して、
工作機械の主軸（図示せず）と工具マガジン３との間
で、主軸に装着される通常の工具（標準工具）４、及び
主軸に親工具８を介して装着される小径工具５の工具交
換を行う。

【００１４】工作機械の主軸頭（図示せず）には前記主
軸が回転自在に支持されており、主軸は、工具４、又は
小径工具５が装着された親工具８を着脱自在に装着して
主軸駆動モータにより回転駆動される。親工具８は、主
軸の工具装着部に着脱自在に装着されるツールシャンク
を有するとともに、小径工具５の小径ツールシャンクが
着脱自在に装着される小径工具装着部を有している。

【００１５】親子工具７は、親工具８に小径工具５を装
着した状態で主軸に装着される。親子工具７では、親工
具８に対して小径工具５を適宜選択して工具交換できる
ようになっている。主軸には、工具４又は親子工具７
を、皿ばね，コイルばね等ばね部材とアンクランプ用シ
リンダとによりクランプ・アンクランプする公知の工具
クランプ・アンクランプ機構が内蔵されている。

【００１６】主軸に対向する位置には、ワーク（工作
物）を取付けるためのテーブルがベッドに取付けられて
おり、主軸に対してテーブルが少なくとも直交座標系の
三軸方向に相対移動自在になっている。即ち、テーブ
ル，コラム及び主軸頭等を、ＮＣ装置（数値制御装置）
に制御されるサーボモータとボールねじとによって駆動
位置決め制御することにより、テーブル上のワークと、
主軸に装着された工具４又は小径工具５とを相対的に移
動させてワークを加工する。なお、駆動位置決め機構は
リニアモータ等であってもよい。

【００１７】ＡＴＣ１は、複数の工具を貯蔵する工具マ
ガジン３と、各工具を着脱自在に把持するとともに、主
軸と工具マガジン３に対して各工具の受け渡しを行うツ
インアームタイプの交換アーム２と、交換アーム２を工
具交換アーム旋回軸６１の軸線Ｃまわりに所要角度で旋
回動作（矢印Ａ）させるとともに工具交換アーム旋回軸
軸線Ｃ方向の所要位置に進退移動（矢印Ｂ）させる駆動
装置６と、工具交換アーム旋回軸６１を旋回及び進退移
動自在に支持している交換アーム本体９とを備えてい
る。更に、ＡＴＣ１は、交換アーム本体９を、主軸側工
具交換位置，待機位置Ｓ₂，工具マガジン側工具交換位
置Ｓ₁ に揺動させる公知の交換アーム本体揺動手段（図
示せず）を備えている。

【００１８】工具マガジン３は、複数の工具４と、複数
の小径工具５を保持している小径工具保持手段としての
小径工具用工具ホルダ（以下、小径工具ホルダと記載）
２２と、小径工具５を装着するための親工具８とを混在
して貯蔵している。工具マガジン３は、工具ポット又は
工具保持部材が連鎖状に設けられ、所定の軌道に沿って
連続的に移送可能なものであればよい。

【００１９】工具呼び出し指令が出力された時、工具マ
ガジン３が、工具呼び出し指令に係る工具４，又は小径
工具５に対応する親工具８を工具交換用割出し位置（工
具交換位置）Ｐ_A に割出し、また、工具呼び出し指令に
係る小径工具５を小径工具交換用割出し位置（小径工具
用工具交換位置）Ｐ_B に割出すことにより、交換アーム
２は工具マガジン３に対して自動的に工具交換を行う動
作をする。

【００２０】交換アーム２には、主軸の工具装着部に着
脱自在に装着されるツールシャンクを有する工具４の被
把持部（フランジのＶ溝部）４ａ及び親工具８の被把持
部（フランジのＶ溝部）８ａを把持可能な工具用把持部
（第１の工具用把持部）１０と、親工具８の小径工具装
着部３３に装着されて親子工具７として使用され小径ツ
ールシャンクを有する小径工具５の被把持部（フランジ
のＶ溝部）５ａを把持可能な小径工具用把持部（第２の
工具用把持部）１１とが形成されている。

【００２１】工具用把持部１０は一対設けられ、交換ア
ーム２の長手方向の両外端部近傍にそれぞれ形成されて
いる。この一対の工具用把持部１０は、交換アーム２の
長手方向に対して直角方向に開口するとともに弧状に形
成され、且つ工具交換アーム旋回軸軸線Ｃに対して対称
の位置に形成されている。工具用把持部１０，１０には
把持爪１０ａ，１０ｂがそれぞれ設けられており、工具
４と親工具８の把持、把持解除を公知の機構により行
う。即ち、交換アーム２が、原点位置より所定角度旋回
した旋回位置近傍で且つ後退位置に位置している時のみ
把持解除状態となり、他の位置では把持状態となる。

【００２２】これにより、工具マガジン側工具交換位置
Ｓ₁ 又は主軸側工具交換位置で、交換アーム２が工具交
換アーム旋回軸軸線Ｃまわりに旋回動作、及び工具交換
アーム旋回軸軸線Ｃ方向に進退移動動作などの工具交換
動作をすると、工具用把持部１０が、工具交換用割出し
位置Ｐ_A に位置している工具ポットに保持されている工
具、又は主軸の工具装着部に装着されている工具と、交
換アーム２が把持している工具とが工具交換される。

【００２３】小径工具用把持部１１は、片方の（図１の
下方の）工具用把持部１０の背面側に一つ弧状に形成さ
れ、工具用把持部１０の開口側とは反対側で且つ交換ア
ーム２の長手方向に対して直角方向に開口している。小
径工具用把持部１１にも把持爪１１ａが設けられてお
り、把持、把持解除の公知の機構で小径工具５の把持を
行う。

【００２４】そして、工具マガジン側工具交換位置Ｓ₁
で交換アーム２が工具交換アーム旋回軸軸線Ｃまわりに
旋回動作し、また軸線Ｃ方向に進退移動動作することに
より、小径工具用把持部１１が小径工具交換用割出し位
置Ｐ_B に移動して、ここで親工具８又は小径工具ホルダ
２２への小径工具５の着脱を行う。交換アーム２の駆動
装置６は、旋回駆動用サーボモータ２０により交換アー
ム２を工具交換アーム旋回軸軸線Ｃまわりに旋回動作さ
せるとともに、進退駆動用サーボモータ２１により交換
アーム２を工具交換アーム旋回軸軸線Ｃ方向に進退移動
させる。

【００２５】進退移動する交換アーム２が位置決めされ
る後退位置Ｅは、工具用把持部１０で把持した工具４や
親工具８等を工具マガジン３の工具ポット又は主軸に収
納又は被把持部との係合離脱を行う状態の位置である。
中間位置（第１の移動位置）Ｆは、小径工具ホルダ２２
及び親工具８に装着されている小径工具５の被把持部５
ａを小径工具用把持部１１で把持して係合離脱させる位
置である。前進位置（第２の移動位置）Ｇは、工具４や
親工具８等を工具用把持部１０で把持して工具マガジン
３の工具ポット又は主軸から離脱させた状態の位置であ
り、また、小径工具５を小径工具用把持部１１で把持し
て小径工具ホルダ２２及び親工具８から引き抜いた状態
の位置でもある。

【００２６】さらに、駆動装置６は、主軸側工具交換位
置等で、交換アーム２を工具交換アーム旋回軸軸線Ｃま
わりに所要角度で旋回動作させ、且つ工具交換アーム旋
回軸軸線Ｃ方向の所要位置に進退移動させることによ
り、使用済み工具と指令工具との入れ替えを行ってい
る。工具マガジン３には、工具を収納するための複数の
工具ポット２３，２４，２５が連鎖状に配列されてい
る。工具ポット２３，２４，２５には、工具４，親工具
８，複数の小径工具５を保持する小径工具ホルダ２２
が、それぞれ着脱自在に収納保持されている。小径工具
ホルダ２２には、小径工具５を収納するための複数（例
えば、三つ）の小径工具装着口（小径工具装着部）２７
が形成されている。

【００２７】一つの小径工具ホルダ２２の複数の小径工
具装着口２７に着脱自在にそれぞれ収納された複数（例
えば、３個）の小径工具５は、工具ポットの回転中心Ｏ
₁ に対して同一円周上に配列されている。工具マガジン
３は、歯車機構２６を介してマガジン駆動用モータ２６
ａで駆動されて正逆方向に回転することにより、必要な
工具ポット，小径工具装着口２７、即ち工具ポット，工
具４，小径工具装着口に保持されている小径工具５，又
は親工具８をそれぞれ割出す。

【００２８】図３は、親工具８，小径工具５及び小径工
具ホルダ２２の構造を示す図で、図中（Ａ），（Ｂ）
は、親工具８及び小径工具ホルダ２２の断面をそれぞれ
示している。工具４は、例えばワークの平面切削を行う
フェイスミル，中ぐり加工を行うボーリングバー等であ
り、テーパシャンク（ツールシャンク）が形成された工
具ホルダにフェイスミル等が取付けられている。これに
対して、図３（Ａ）に示す親子工具７を構成する親工具
８と小径工具５のうち小径工具５は、例えば小径のドリ
ル，エンドミル，タップ等であり、小径工具用テーパシ
ャンク（小径ツールシャンク）５ｂが形成された小径工
具用工具ホルダ５ｃに取付けられている。

【００２９】親工具８において、主軸に装着される工具
４のテーパシャンクと同一のテーパシャンク３０ａが形
成された工具ホルダ３０の先端には、円形のベース３１
に小径のスリーブ３２が一体的に形成されている。スリ
ーブ３２には、小径工具５用の小径工具用テーパシャン
ク５ｂを装着するためのテーパ状の小径工具装着部３３
が形成されている。円形ベース３１にはシリンダ３４が
取付けられており、シリンダ３４内には、スリーブ３２
に嵌合する往復移動部材３５が軸方向に摺動可能に挿入
されている。

【００３０】スリーブ３２の内方に設けられたボール３
６が、小径工具５の小径工具用テーパシャンク５ｂに形
成された溝部３７と係合離脱可能になっており、図３
（Ａ）は、小径工具５の溝部３７が、スリーブ３２のボ
ール３６と係合したロック状態を示している。このロッ
ク状態を維持するために、往復移動部材３５はばね３８
で後方即ち工具ホルダ３０のテーパシャンク３０ａ側に
常時付勢されている。ロック状態を解放するために、往
復移動部材３５を前方に移動させるべくシリンダ３４に
は、エア供給部３９から供給される圧縮空気を流すため
のポート４０が形成されている。

【００３１】したがって、小径工具５を親工具８から抜
き取るために、ポート４０から圧縮空気が供給される
と、往復移動部材３５がばね３８の付勢力に抗して前方
に移動し、ボール３６を往復移動部材３５のボール穴３
５ａ側に収納して、ボール３６とテーパシャンク５ｂの
溝部３７との係合状態を解放する。往復移動部材３５が
前方に移動した時、小径工具装着部３３に装着されてい
る小径工具５の後方に通じる小孔４１がスリーブ３２に
形成されている。これにより、小孔４１を通った圧縮空
気が小径工具５を前方に押し出すので、小径工具５は小
径工具装着部３３からスムーズに抜き取られる。

【００３２】図３（Ｂ）に示すように、小径工具保持手
段である小径工具ホルダ２２では、テーパシャンクを形
成する工具ホルダ５０にベース５１が固着されている。
ベース５１には、先端に小径工具用のテーパ状の小径工
具装着口２７を有する３個のスリーブ５２が、小径工具
用工具ポット２５の移動方向に並んで固定されている。
スリーブ５２の外周には、スリーブ５２と同心のシリン
ダ３４が取付けられている。なお、シリンダ３４の内部
の構成は親工具８と同一であるので、同一符号を付して
その説明を省略する。

【００３３】図４は、交換アーム２を駆動する駆動装置
６の内部構造を示す断面図である。図４に示すように、
旋回駆動用サーボモータ２０と進退駆動用サーボモータ
２１は、交換アーム本体９のケーシング６０に取付けら
れている。交換アーム２は、工具交換アーム旋回軸６１
に締結固定されている。工具交換アーム旋回軸６１は、
工具交換アーム旋回軸軸心Ｃと同心のスリーブ６２にス
プライン結合をしており、ベアリング６３を介してケー
シング６０に回動自在に且つ工具交換アーム旋回軸軸線
Ｃ方向に移動可能に取付けられている。これにより、工
具交換アーム旋回軸６１は、スリーブ６２の内方を矢印
Ｊに示すように工具交換アーム旋回軸軸線Ｃ方向即ち前
後方向に進退移動し、交換アーム２を旋回させる時には
スリーブ６２と一体的に回動する。

【００３４】スリーブ６２は、減速歯車機構６４を介し
て旋回駆動用サーボモータ２０により回転駆動される。
工具交換アーム旋回軸６１にはボールねじ６５のナット
６６が固定されている。ボールねじ６５は、ケーシング
６０に回転自在に軸支されており、歯車機構６７を介し
て進退駆動用サーボモータ２１により正逆方向に回転駆
動される。したがって、ボールねじ６５が回転すると、
ナット６６を介して工具交換アーム旋回軸６１と交換ア
ーム２が矢印Ｊのように前後方向に往復移動する。

【００３５】工具交換アーム旋回軸６１の前後方向原点
位置を前後方向原点位置センサ６８で検出するととも
に、この原点位置からの移動量をエンコーダで検出して
フィードバック制御することにより、交換アーム２の後
退位置Ｅ，中間位置Ｆ，前進位置Ｇの位置決めをしてい
る。これと同様に、スリーブ６２の旋回方向原点位置を
旋回方向原点位置センサ６９で検出するとともに、旋回
方向原点位置に対して回転した角度を制御することによ
り、交換アーム２の旋回方向の位置決めをしている。

【００３６】なお、原点位置センサとエンコーダによっ
て移動位置，角度位置を検出・制御しているが、アブソ
リュートエンコーダで移動位置，角度位置を検出・制御
してもよい。さらに、移動位置，角度位置が所定以上行
き過ぎないようにＯＴ（オーバトラベル）用センサを設
けてもよい。

【００３７】旋回駆動用サーボモータ２０，進退駆動用
サーボモータ２１は、ステッピングモータ等の位置の制
御が可能な制御モータであってもよい。なお、特開平５
−１１８２１号公報には、工具交換アームを旋回動作及
び前進後退させる技術思想が開示されているが、本実施
形態のように交換アームを複数の進退動作位置及び旋回
動作位置に移動させる構成は示されておらず、また、通
常の工具及び小径工具の工具交換に関する技術も開示さ
れていない。

【００３８】次に、図５乃至図７を参照しながら本実施
形態の動作について説明する。図５は工具交換の手順を
示すフローチャート、図６は小径工具５を親工具８から
引き抜いて、小径工具５と親工具８を工具マガジン３に
返却収納する手順を示すフローチャート、図７は呼び出
し指令に係る小径工具５を親工具８に装着する手順を示
すフローチャートである。

【００３９】本実施形態に係る自動工具交換方法は、待
機位置Ｓ₂ より工具マガジン側工具交換位置Ｓ₁ 又は主
軸側工具交換位置に揺動した交換アーム２が、駆動装置
６の旋回駆動用サーボモータ２０により工具交換アーム
旋回軸軸線Ｃまわりに所要角度で旋回動作するととも
に、進退駆動用サーボモータ２１により工具交換アーム
旋回軸軸線Ｃ方向の所要位置に進退移動して行う。そし
て、工具４を工具交換する場合には、交換アーム２に形
成された工具用把持部１０で工具４を把持する。

【００４０】一方、親工具８に装着して親子工具７とし
て使用される小径工具５を工具交換する場合には、工具
マガジン側工具交換位置Ｓ₁ において、小径工具ホルダ
２２と親工具８とに対して小径工具５を着脱するため
に、交換アーム２に形成された小径工具用把持部１１で
小径工具５を把持して行う。これにより、主軸と工具マ
ガジン３との間で、工具４、及び小径工具５が装着され
た親工具８の工具交換を一つの交換アーム２で行うよう
にしている。

【００４１】交換アーム２は、待機位置Ｓ₂ で待機して
いる時は、交換アーム原点位置である基準方向Ｄを向き
且つ後退位置Ｅ（又は、中間位置Ｆ）に位置して、ＭＣ
の加工動作の邪魔にならないように加工領域外（スプラ
ッシュガード外方）で待機している。この状態で、工具
が取付けられた主軸を主軸駆動モータにより回転駆動す
るとともに、テーブル，コラム及び主軸頭を、ＮＣ装置
に制御されるサーボモータとボールねじとによりＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動制御することにより、テーブル
上のワークを切削加工する。

【００４２】この加工工程の後に次工具による加工があ
る場合には、ＡＴＣ１により次加工用の工具に自動的に
工具交換する必要がある。そこで、図５に示すように、
所望の工具Ｔinを工具呼び出し位置Ｓ₃ に呼び出して待
機させるべく、ＮＣ装置から工具Ｔinの工具呼び出し指
令が出力される（ステップ１０１）。

【００４３】工具Ｔinの工具番号「ｉｎ」（例えば、１
９０，２０１，２０２）のうち、符号「ｉ」は、工具マ
ガジン３に収納された各工具の番号又は各工具が収納さ
れている工具ポットの番号であり、例えば「１９」，
「２０」など二桁の数字で表されている。符号「ｎ」
は、ある番号（例えば、「２０」）の工具ポットにおい
て小径工具ホルダ２２を介して装着される小径工具５の
番号で、例えば「１」，「２」，「３」など一桁の数字
で示されており、小径工具を有していない工具４の時に
は「０（ゼロ）」で示されている。

【００４４】工具呼び出し指令により指令工具Ｔinが要
求されると、待機中の工具を工具マガジン３に返却収納
する。即ち、交換アーム本体９を待機位置Ｓ₂ から工具
マガジン側工具交換位置Ｓ₁に揺動させるとともに、マ
ガジン駆動用モータ２６ａを駆動して歯車機構２６を介
して工具ポットを所要角度回転させて割出し動作をさせ
る。これにより、待機中の工具４又は親子工具７を返却
する工具ポット２３又は２４を工具交換用割出し位置
（工具交換位置）Ｐ_A に呼出す（ステップ１０２）。

【００４５】その後、交換アーム２の返却動作により、
交換アーム２の一方の工具用把持部１０ｃにある工具４
又は親工具８を工具ポット２３又は２４に返却する（ス
テップ１０３）。即ち、進退駆動用サーボモータ２１を
駆動して、交換アーム２を後退位置Ｅから前進位置Ｇま
で前進させた後、旋回駆動用サーボモータ２０を駆動
し、交換アーム２を原点位置Ｄから第１の角度αだけ反
時計回りに旋回させて、交換アーム２に把持されている
工具４又は親子工具７を工具交換用割出し位置Ｐ_A に位
置している工具ポット２３又は２４に一致させる。

【００４６】次に、進退駆動用サーボモータ２１を逆回
転させて交換アーム２を前進位置Ｇから後退位置Ｅに後
退させれば、工具４又は親子工具７は工具ポット２３又
は２４に装着収納される。そして、交換アーム２を旋回
駆動用サーボモータ２０により第１の角度αだけ時計回
りに旋回させて原点位置に戻す。

【００４７】次いで、待機中の工具が親子工具７か通常
の工具４かを判別する（ステップ１０４）。待機中の交
換アーム２の工具が親子工具７の場合には、交換アーム
２の小径工具返却動作により、小径工具５を親工具８か
ら引き抜き、小径工具５を小径工具ホルダ２２に返却収
納する（ステップ１０５）。

【００４８】図６は親子工具に関するステップ１０２と
１０３，及びステップ１０５の詳細な手順を示してい
る。図６に示すように、工具マガジン３の親工具返却用
の工具ポット２４を工具交換用割出し位置Ｐ_A に呼び出
す（ステップ２０１）。次に、進退駆動用サーボモータ
２１を駆動することにより、交換アーム２が、後退位置
Ｅから前進位置Ｇまで前進した後、旋回駆動用サーボモ
ータ２０により原点位置から反時計回りに第１の角度α
だけ旋回する（ステップ２０２）。この状態で、交換ア
ーム２が前進位置Ｇから後退位置Ｅまで後退することに
より、親子工具７は工具ポット２４に収納される（ステ
ップ２０３）。その後、交換アーム２が時計回りに第１
の角度αだけ旋回して原点位置に戻り、交換アーム２が
親工具８より離脱する（ステップ２０４）。

【００４９】次に、こうして収納した親子工具７を小径
工具交換用割出し位置Ｐ_B に呼び出す（ステップ２０
５）。交換アーム２が、後退位置Ｅから中間位置Ｆにま
で前進した後、時計回りに第２の角度βだけ旋回して、
親子工具７の小径工具５を小径工具用把持部１１で把持
する（ステップ２０６）。小径工具５を把持した状態
で、エア供給部３９から圧縮空気を供給しながら、交換
アーム２が中間位置Ｆから前進位置Ｇまで前進して、小
径工具５を親工具８から引き抜く（ステップ２０７）。
その後、工具マガジン３の割り出し動作の邪魔にならな
いように、交換アーム２が、反時計回りに第２の角度β
だけ旋回して原点位置に戻る（ステップ２０８）。

【００５０】次いで、この小径工具５を返却するための
小径工具装着口２７を有する小径工具ホルダ２２を小径
工具交換用割出し位置Ｐ_B に呼び出して、この小径工具
交換用割出し位置Ｐ_B に前記小径工具装着口２７を割出
す（ステップ２０９）。交換アーム２が時計回りに第２
の角度βだけ旋回した後、前進位置Ｇから中間位置Ｆま
で後退して、小径工具５を小径工具ホルダ２２の小径工
具装着口２７に装着収納する（ステップ２１０）。

【００５１】交換アーム２を反時計回りに第２の角度β
だけ旋回して、交換アーム２を小径工具５より離脱させ
て原点位置に戻す（ステップ２１１）。その後、交換ア
ーム２を中間位置Ｆより後退位置Ｇに後退させれば、交
換アーム２は初期の状態に戻る（ステップ２１２）。こ
のようにして、小径工具５が小径工具ホルダ２２に収納
保持されるとともに、親工具８が工具マガジン３の工具
ポット２４に収納保持されてステップ１０５が終了す
る。この時、交換アーム２の小径工具用把持部１１と両
方の工具用把持部１０は空になっている。

【００５２】次いで、指令工具Ｔinが通常の工具４か小
径工具５かを判別する（ステップ１０６）。指令工具Ｔ
inが工具４の場合には、工具マガジン３に貯蔵中で工具
呼び出し指令された工具Ｔinの工具ポットを工具交換用
割出し位置Ｐ_A に呼び出す（ステップ１０７）。次に、
交換アーム２が、反時計回りに第１の角度αだけ旋回し
て、指令工具Ｔinを工具用把持部１０で把持した後、後
退位置Ｅから前進位置Ｇまで前進して、指令工具Ｔinを
工具ポット２３から引き抜く（ステップ１０８）。その
後、交換アーム２を時計回りに第１の角度αだけ旋回さ
せた後、前進位置Ｇより後退位置Ｅに移動させて初期状
態に戻す。交換アーム２の本体９を、工具マガジン側工
具交換位置Ｓ₁ より待機位置Ｓ₂ に揺動させて待機させ
る。こうして、工具Ｔinの工具呼び出し指令の実行が終
了する（ステップ１０９）。

【００５３】一方、ステップ１０６で、指令工具Ｔinが
小径工具５の場合には、交換アーム２の動作により指令
小径工具Ｔinを小径工具ホルダ２２より抜き出したのち
親工具８に装着して親子工具７にする（ステップ１１
０）。

【００５４】ステップ１１０の詳細な手順は図７に示さ
れている。図７に示すように、まず、工具マガジン３の
小径工具ホルダ２２に保持されている指令小径工具Ｔin
を小径工具交換用割出し位置Ｐ_B に呼び出す（ステップ
３０１）。そして、交換アーム２が、後退位置Ｅから中
間位置Ｆまで前進し、時計回りに第２の角度βだけ旋回
して、指令小径工具Ｔinを小径工具用把持部１１で把持
する（ステップ３０２）。

【００５５】指令小径工具Ｔinを把持した状態で、エア
供給部３９から圧縮空気を供給しながら、交換アーム２
が中間位置Ｆから前進位置Ｇまで前進して、指令小径工
具Ｔinを小径工具ホルダ２２から引き抜く（ステップ３
０３）。次いで、交換アーム２が反時計回りに第２の角
度βだけまわって原点位置に旋回する（ステップ３０
４）。

【００５６】次に、工具マガジン３の工具ポットに保持
されている親工具８を小径工具交換用割出し位置Ｐ_B に
呼び出し（ステップ３０５）、交換アーム２が時計回り
に第２の角度βだけ旋回したのち前進位置Ｇから中間位
置Ｆまで後退して、把持している指令小径工具Ｔinを親
工具８に装着する（ステップ３０６）。その後、交換ア
ーム２は第２の角度βの旋回動作及び後退動作により初
期状態の原点位置に戻り（ステップ３０７）、中間位置
Ｆより後退位置Ｅに戻る（ステップ３０８）。これによ
り、指令小径工具Ｔinが工具マガジン３に親子工具７の
状態で保持されてステップ１１０が終了する。

【００５７】次いで、図５に示すように、指令小径工具
Ｔinを有する親子工具７を工具交換用割出し位置Ｐ_A に
呼び出す（ステップ１１１）。こうして、親子工具７が
工具交換用割出し位置Ｐ_A に呼び出された後、交換アー
ム２が、反時計回りに第１の角度αだけ旋回して親子工
具７の状態の親工具８を工具用把持部１０で把持した
後、後退位置Ｅから前進位置Ｇまで前進することによ
り、親子工具７を工具ポット２４から引き抜く（ステッ
プ１１２）。

【００５８】その後、交換アーム２の旋回，後退動作に
より、指令小径工具Ｔinを有する親子工具７を交換アー
ム２が把持して初期位置に戻る。最後に、交換アーム本
体９を工具マガジン側工具交換位置Ｓ₁ より待機位置Ｓ
₂ に揺動させることにより、工具呼び出し指令の実行を
終了する（ステップ１１３）。このようにして、指令工
具Ｔinは、交換アーム２の一方の工具用把持部１０に把
持されて待機位置Ｓ₂ に待機し、工具呼び出し指令によ
る動作が完了する。

【００５９】次に、工具交換指令Ｍ０６が出力される
と、待機位置Ｓ₂ に待機している交換アーム本体９を主
軸側工具交換位置に揺動させる。その後、交換アーム２
に把持された新工具と、主軸に装着されている旧工具と
の工具交換が、主軸側工具交換位置で実行される。

【００６０】なお、この実施形態の説明では、工具交換
アームを工具マガジン位置と主軸位置との間を揺動して
工具を移送するものとしているが、工具マガジン位置と
中間工具交換位置との間で工具を移送する中間搬送アー
ム形式の工具交換アームであってもよい。また、工具マ
ガジンもマトリックス型工具マガジンであってもよい。
このマトリックス型工具マガジンの場合には、上下，左
右方向に工具交換アームを移送可能な構成とすればよ
い。要するに、工具マガジン位置において、工具（標準
工具），小径工具の工具交換動作が行えるものであれば
よい。

【００６１】さらに、この実施形態の説明では、工具
（標準工具）と小径工具の判別をＴコード指令で行って
いるが、その他の方法で判別してもよい。即ち、工具，
小径工具，親工具，小径工具ホルダにＩＤチップなど識
別部材を埋め込んでおき、工具マガジン，工具交換アー
ム等の所定の位置に設けられたＩＤ読み取りヘッドなど
識別読み取り手段で読み取る工具識別装置によって判別
するものであってもよい。要するに、工具と小径工具と
の識別を行える手段があればよい。

【００６２】上述のように、本発明によれば、従来必要
としていた小径工具貯蔵用のサブ工具マガジンや小径工
具交換手段等を別途設けなくとも、工具及び小径工具の
工具交換ができる。したがって、工具マガジン全体を小
型化しＡＴＣの構成を簡略化して信頼性を向上させるこ
とができる。また、小径工具交換手段やその駆動源等を
別途設ける必要がないので、コストダウンが実現でき
る。

【００６３】一つの工具ポットに小径工具ホルダ２２を
介して複数（例えば、３個）の小径工具５を貯蔵できる
ので、工具マガジン３の工具ポットの数を増やさず、工
具マガジン３を大型化することなく、貯蔵可能工具本数
を増やすことができる。例えば、所定の数の工具ポット
を有する工具マガジン３を装備したＡＴＣにおいて、あ
と数本の収容能力があれば工具の段取り替えが削減又は
不要になるような場合に、本発明によれば、工具マガジ
ン３に貯蔵される工具本数が増えるので、前記段取り替
えの作業が省力化される。

【００６４】このように、工具マガジン３のサイズを小
型化しながら、工具マガジン３の貯蔵可能工具本数を増
やして、工具の段取り替え回数を削減又はなくして、生
産性を向上させることができる。本発明では、通常の工
具４の工具交換動作と同一の動作をする駆動装置６で小
径工具５の工具交換ができるので、小径工具５の交換動
作のためのアクチュエータなど駆動装置が不要になり、
ＡＴＣの構成が簡略化し大きな経済的効果を発揮する。

【００６５】交換アーム２を旋回駆動用サーボモータ２
０と進退駆動用サーボモータ２１とにより駆動するの
で、第１，第２の角度α，βなど旋回方向，旋回及び進
退移動の速度，旋回及び進退移動の加速度，旋回位置，
前後方向の各位置Ｅ，Ｆ，Ｇなどに関する制御や変更が
容易に且つ高精度にできる。なお、各図中同一符号は同
一又は相当部分を示す。

【００６６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、小
径工具を交換するための小径工具交換手段を別途設けな
くとも、主軸に装着される通常の工具及び小径工具の工
具交換が一つの工具交換アームでできることになり、構
成を簡略化して信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図７は本発明の一実施形態を示す図
で、図１は工作機械の自動工具交換装置の概略構成を示
す正面図である。

【図２】前記自動工具交換装置の概略構成を示す側面図
である。

【図３】工具の構造を示す図で、図中（Ａ）は親工具の
断面を、図中（Ｂ）は小径工具ホルダの断面をそれぞれ
示している。

【図４】交換アームの駆動装置の内部構造を示す断面図
である。

【図５】本実施形態における工具交換の手順を示すフロ
ーチャートである。

【図６】小径工具を親工具から引き抜いて、小径工具と
親工具を工具マガジンに返却収納する手順を示すフロー
チャートである。

【図７】指令小径工具を親工具に装着する手順を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ 自動工具交換装置 ２ 工具交換アーム ３ 工具マガジン ４ 工具 ４ａ 被把持部 ５ 小径工具 ５ａ 被把持部 ５ｂ 小径工具用テーパシャンク（小径ツールシャン
ク） ６ 駆動装置 ７ 親子工具 ８ 親工具 ８ａ 被把持部 １０ 工具用把持部（第１の工具用把持部） １１ 小径工具用把持部（第２の工具用把持部） ２０ 旋回駆動用サーボモータ ２１ 進退駆動用サーボモータ ２２ 小径工具用工具ホルダ ３０ａ テーパシャンク（ツールシャンク） ３３ 小径工具装着部 ６１ 工具交換アーム旋回軸 Ｃ 軸線 Ｅ 後退位置（所要位置） Ｆ 中間位置（第１の移動位置） Ｇ 前進位置（第２の移動位置） Ｐ_A 工具交換用割出し位置（工具交換位置） Ｐ_B 小径工具交換用割出し位置（小径工具用工具交
換位置） α 第１の角度（所要角度） β 第２の角度（所要角度）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具交換アームが駆動装置により工具交
   換アーム旋回軸の軸線のまわりに所要角度で旋回動作す
   るとともに、前記工具交換アーム旋回軸軸線方向に進退
   移動し、 工作機械の主軸の工具装着部に着脱自在に装着されるツ
   ールシャンクが形成されている工具を工具交換する時に
   は、前記工具交換アームに形成された工具用把持部で前
   記工具の被把持部を把持し、 前記工具と同一のツールシャンクが形成されている親工
   具に、前記ツールシャンクより小径の小径ツールシャン
   クを着脱自在に装着する小径工具装着部を形成し、 前記小径ツールシャンクが形成されている小径工具を前
   記親工具の前記小径工具装着部に着脱自在に装着する時
   には、前記工具交換アームに形成されている小径工具用
   把持部で前記小径工具の被把持部を把持することによ
   り、 前記工具及び前記小径工具の工具交換を一つの前記工具
   交換アームで行えるようにしたことを特徴とする工作機
   械の自動工具交換方法。
2. 【請求項２】 工具交換アームを介して工作機械の主軸
   と工具マガジンとの間で工具及び小径工具の工具交換を
   行う工作機械の自動工具交換装置であって、 前記工具交換アームは、駆動装置により工具交換アーム
   旋回軸の軸線のまわりに所要角度で旋回動作するととも
   に、前記工具交換アーム旋回軸軸線方向に進退移動し、 前記工具交換アームには、 前記主軸の工具装着部に着脱自在に装着されるツールシ
   ャンクが形成されている前記工具の被把持部及び前記工
   具と同一のツールシャンクが形成されている親工具の被
   把持部を把持可能な第１の工具用把持部と、 前記親工具の小径工具装着部に装着されて親子工具とし
   て使用され、前記親工具の前記ツールシャンクより小径
   の小径ツールシャンクが形成されている前記小径工具の
   被把持部を把持可能な第２の工具用把持部とが形成され
   ていることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記駆動装置の旋回駆動用サーボモータ
   により前記工具交換アームを旋回方向原点位置より第１
   の角度で旋回動作させるとともに、前記駆動装置の進退
   駆動用サーボモータにより前後方向原点位置と第１の移
   動位置との間を進退移動させて、前記工具マガジンの工
   具交換位置で、前記工具マガジンに対して前記工具及び
   前記親工具のいずれか一方の受け渡しを行い、 前記旋回駆動用サーボモータにより前記工具交換アーム
   を前記旋回方向原点位置より第２の角度で旋回動作させ
   るとともに、前記進退駆動用サーボモータにより前記第
   １の移動位置と第２の移動位置との間を進退移動させ
   て、前記工具マガジンの小径工具用工具交換位置で、前
   記工具マガジンに保持されている小径工具用工具ホルダ
   と前記親工具に対して前記小径工具の受け渡しを行うこ
   とを特徴とする請求項２に記載の工作機械の自動工具交
   換装置。