特許 5795060 ワーク測定機能を有する工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5795060

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】ワーク測定機能を有する工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20150928BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20150928BHJP

   B23Q 3/155 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   B23Q17/00 Z

   B23Q11/08 Z

   B23Q3/155 H

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-514947(P2013-514947)

(86)(22)【出願日】2011年5月19日

(86)【国際出願番号】JP2011062035

(87)【国際公開番号】WO2012157126

(87)【国際公開日】20121122

【審査請求日】2014年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】寺川 慎二

(72)【発明者】

【氏名】正和 裕太

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６４５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１３０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２３６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０３２７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｂ２３Ｑ ３／１５５

Ｂ２３Ｑ １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの寸法を測定するワーク測定機能を有する工作機械において、
前記ワークの加工領域に隣接した収納領域に配置され、ワーク加工用の加工工具とワーク測定用の測定工具とを収納する工具マガジンと、
前記測定工具が着脱可能に取り付けられ、前記ワークに対して相対移動する主軸と、
前記加工領域と前記収納領域との間に開閉可能に設けられ、ワーク加工時に閉鎖し、ワーク測定時に解放するシャッターと、
前記収納領域に配置され、前記主軸に取り付けられた前記測定工具との間で通信する通信モジュールと、
を備えることを特徴としたワーク測定機能を有する工作機械。

【請求項2】

請求項１に記載のワーク測定機能を有する工作機械において、
前記シャッターを開閉する開閉駆動部と、
前記主軸に前記加工工具が取り付けられたワーク加工時に前記シャッターが閉鎖し、前記主軸に前記測定工具が取り付けられたワーク測定時に前記シャッターが開放するように前記開閉駆動部を制御するシャッター制御部とをさらに備える、ワーク測定機能を有する工作機械。

【請求項3】

請求項１または２に記載のワーク測定機能を有する工作機械において、
前記工具マガジンは、前記加工工具を収納する第１収納部と、前記測定工具を収納する第２収納部とが周縁部に配設された回転割出し可能な回転体であり、
この工具マガジンを割り出す割出し駆動部と、
前記割出し駆動部を制御する工具マガジン制御部とをさらに備え、
前記通信モジュールは、前記工具マガジンの近傍に配置され、
前記工具マガジン制御部は、前記主軸に前記測定工具が取り付けられたとき、前記測定工具と前記通信モジュールとの間に、前記主軸に取り付けられた前記測定工具が収納されていた空の前記第２収納部が位置するように前記割出し駆動部を制御する、ワーク測定機能を有する工作機械。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク測定機能を有する工作機械において、
前記測定工具は先端部にタッチプローブを有する、ワーク測定機能を有する工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主軸に着脱可能に測定工具を取り付け、ワークの寸法等を測定するワーク測定機能を有する工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械の主軸に着脱可能に測定工具を装着し、測定工具をワークに対して相対移動させてワークの寸法等を測定するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、測定工具に送受信器を装着するとともに、測定工具の上方（スプラッシュガードの天井）に送受信モジュールを取り付け、赤外線、電波、超音波等の空間伝搬波を介して測定工具と送受信モジュールとの間で通信を行う。
しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、スプラッシュガードの天井に送受信モジュールを取り付けるため、ワーク加工時に加工屑や加工液等の飛散物が送受信モジュールに付着し、測定工具と送受信モジュールとの間の通信に支障を来たすおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−３３１０６７号公報

【発明の概要】

【0004】

本発明は、ワークの寸法を測定するワーク測定機能を有する工作機械において、ワークの加工領域に隣接した収納領域に配置され、ワーク加工用の加工工具とワーク測定用の測定工具とを収納する工具マガジンと、測定工具が着脱可能に取り付けられ、ワークに対して相対移動する主軸と、加工領域と収納領域との間に開閉可能に設けられ、ワーク加工時に閉鎖し、ワーク測定時に解放するシャッターと、収納領域に配置され、主軸に取り付けられた測定工具との間で通信する通信モジュールと、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0005】

図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の概略構成を示す側面図である。
図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の外観斜視図である。
図３は、図１の矢視ＩＩＩ図である。
図４は、図１の矢視ＩＶ図である。
図５は、図４のグリッパの拡大図である。
図６は、加工工具の一例を示す側面図である。
図７は、測定工具の一例を示す側面図である。
図８は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下、図１〜図８を参照して、本発明によるワーク測定機能を有する工作機械の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の概略構成を示す側面図であり、一例として工具自動交換機能を有する横形のマシニングセンタを示している。図２は、このマシニングセンタの外観斜視図である。なお、以下では便宜上図示のように前後方向、左右方向、および上下方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係るマシニングセンタは、ワークＷに対して相対移動する主軸１０と、主軸１０に取付可能な各種工具３０を収納する工具マガジン２０と、ワークＷと工具マガジン２０との間に設けられた開閉可能なシャッター４０とを有し、工具交換装置を介して主軸１０と工具マガジン２０との間で工具３０が授受される。工具３０は、ワーク加工用の複数の加工工具３１とワーク測定用の測定工具３２とを含み、ワーク加工時に主軸１０に加工工具３１が取り付けられ、ワーク測定時に主軸１０に測定工具３２が取り付けられる。なお、図１は、主軸１０に測定工具３２が取り付けられたワーク測定状態を示している。
図２に示すように、マシニングセンタは全体が略直方体形状をなし、その前後面、左右面および上下面はそれぞれカバー１００によって覆われている。前面のカバー１００には開口部１０１が設けられている。開口部１０１は左右方向にスライド可能な扉１０２によって開閉され、扉１０２を開放した状態でワークＷの交換作業等が行われる。扉１０２には監視用の窓１０３が設けられている。右面カバー１００の凹部の前側には操作盤１１０が設けられ、操作盤１１０により各種指令を入力できる。
右面のカバー１００の一部は内側（左方）に入り込み、凹部１０４が形成されている。凹部１０４の奥面（左面）には監視用の窓１０５が取り付けられ、凹部１０４の上面にはヒンジ部を介して回動可能に扉１０６が取り付けられている。扉１０６は取っ手１０６ａを下方に回動操作することで開放可能である。扉１０６の内側には工具マガジン２０が配置され、扉１０６を開放して工具マガジン２０に収納された工具３０の差替作業が行われる。
図１に示すように、主軸１０は、前後方向の回転軸線を中心に主軸頭１１に回転可能に設けられている。主軸頭１１は、前後移動体１２の前部に設けられている。前後移動体１２は、直線送り機構を介して左右移動体１３の上面に前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されている。左右移動体１３は、直線送り機構を介して上下移動体１４の上面に左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されている。上下移動体１４は、直線送り機構を介してベッド１５の後面に上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。前後方向、左右方向および上下方向の直線送り機構は、例えばガイドレールとガイドブロックによる案内装置、およびボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータによる駆動装置により構成される。主軸１０に取り付けられた工具３０は、主軸頭１１内のスピンドルモータ７６により回転駆動される。
ベッド１５の上面には、テーブル１６が設置されている。テーブル１６は、例えばサーボモータにより鉛直方向の軸線を中心にＢ軸方向に回転送り可能である。テーブル１６の上面にはイケール１７が設置され、イケール１７の前後面にはそれぞれワークＷ１，Ｗ２が取り付けられている。ワークＷ１は扉１０２に面して取り付けられ、ワークＷ２は工具３０の先端部に対向して取り付けられている。このようなイケール１７を用いることで、後面のワークＷ２を加工している間に、扉１０２を開放して前面のワークＷ１を着脱することができる。このため、ワークＷの着脱作業の度にワーク加工を中断する必要がなく、複数のワークＷを効率よく連続して加工することができる。
以上の構成により、ワークＷ２に対して工具３０が直交３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）および回転１軸方向（Ｂ軸方向）に相対移動可能となり、ワークＷ２を所望の形状に加工することができる。なお、テーブル１６を前後方向の軸線を中心に回転送り可能に構成し、マシニングセンタを直交３軸方向および回転２軸方向（Ｂ、Ｃ軸方向）に相対移動可能な５軸加工機とすることもできる。Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用、およびＢ軸用の各サーボモータには、モータ回転量を検出する回転量検出器が設けられており、これらセンサからの信号によってワークＷと主軸１０との相対位置を演算することができる。
ベッド１０の左右側方には、左右一対の支柱１８が立設されている。左右の支柱１８の上端部には、左右方向にわたりマガジンベース２５が架設され（図３，４参照）、マガジンベース２５に工具マガジン２０が回転可能に支持されている。マガジンベース２５は、前側が高く、後側が低くなるように傾斜して設けられ、工具マガジン２０も同様に傾斜して設けられている。すなわち、鉛直線と工具マガジン２０の回転軸線とのなす角が所定の傾斜角αとなるように工具マガジン２０は傾設されている。
ワークＷと工具マガジン２０との間には、水平方向に水平カバー４１が延設され、水平カバー４１により、カバー１００の内部空間が上下に仕切られている。すなわち、ワークＷの加工領域ＷＳと工具マガジン２０が収納された収納領域ＭＳとに仕切られている。水平カバー４１は、ワーク加工時に加工屑や加工液が収納領域ＭＳへ飛散することを防止する。水平カバー４１の後部には、平面視略矩形状の開口部４１ａ（図４参照）が設けられ、水平カバー４１には左右方向にスライド可能にシャッター４０が取り付けられている。
一方、移動体１２〜１４の前方には主軸頭カバー４３が立設され、水平カバー４１の下方かつ主軸頭カバー４３の前方に加工室（加工領域）ＷＳが形成されている。主軸頭カバー４３には開口部４３ａが設けられ、開口部４３ａを介して主軸１０および工具３０が主軸頭カバー４３を貫通している。主軸頭カバー４３は上下方向および左右方向に巻き取り可能であり、工具３０の上下動および左右動に伴い開口部４３ａも上下、左右に移動する。
図３は、工具マガジン２０の概略構成を示す背面図、すなわち、工具マガジン２０を傾斜角α方向から見た図（図１の矢視ＩＩＩ図）であり、図４は、工具マガジン２０の構成をより詳細に示す図１の矢視ＩＶ図である。なお、図３，４は、測定工具３２が主軸１０に取り付けられたワーク測定状態を示している。
図３に示すように、工具マガジン２０は、図の点ａを中心にして矢印β方向に回転可能に支持された回転フレーム２１と、回転フレーム２１の周縁部に設けられた複数の工具保持部、すなわちグリッパ２２とを有する。マガジンベース２５の左右方向中央部には、工具マガジン２０の割出用のモータ（割出モータ）２６が取り付けられている。割出モータ２６は、例えばサーボモータによって構成される。
回転フレーム２１は、割出モータ２６の出力軸に連結された略円形状の回転中心部２１１と、回転中心部２１１の周囲に、回転中心部２１１と同心状に設けられたリング状のグリッパ支持部２１２と、回転中心部２１１から放射状に延在し、回転中心部２１１とグリッパ支持部２１２とを接続するスポーク部２１３とを有する。
グリッパ２２は、グリッパ支持部２１２に周方向等間隔に設けられ、各グリッパ２２に、それぞれ着脱可能に工具３０が保持されている。グリッパ２２は、加工工具３１を保持する加工工具用グリッパ２２１と、測定工具３２を保持する測定工具用グリッパ２２２とを有する。説明の便宜上、グリッパ２２を２種類に分けたが、実施には各グリッパ２２１，２２２の形状は互いに等しく、同じグリッパで加工工具３１も測定工具３２も保持することができる。
図３，４のワーク測定状態では、後述するように測定工具３２が工具交換位置Ｐａに回転割出しされる。工具交換位置Ｐａとは、主軸１０にグリッパ２２が最も近接する位置、すなわち工具マガジン２０の最下部かつ最後部におけるグリッパ位置である。この工具交換位置Ｐａにおいて工具３０の軸線方向が前後方向を向くように、工具３０は工具マガジン２０の傾斜角αに応じた角度で工具マガジン２０に対し傾斜してグリッパ２２に保持される。これにより、工具交換位置Ｐａに割り出された工具３０の軸線と主軸１０の軸線とを互いに一致させることができる。なお、図４では、主軸１０に測定工具３２が取り付けられており、工具交換位置Ｐａにおけるグリッパ２２（測定工具用グリッパ２２２）は空である。
工具交換時には、主軸１０は工具交換位置Ｐａまで上昇する。このため、工具マガジン２０を傾設して工具３０を保持するように構成することで、工具交換位置Ｐａを加工領域ＷＳに近接して設定することができ、主軸１０の上方への移動量を抑えることができる。
図５は、グリッパ２２の拡大図である。図５に示すように、各グリッパ２２は、周方向に互いに向かい合わせに配置された一対の把持部材２２ａを有する。各把持部材２２ａはグリッパ支持部２１２にピン２２ｂを介して回動可能に軸支されている。一対の把持部材２２ａの内側かつ外径側には、工具３０のＶ溝３１ｃ，３２ｃ（図６，７）に対応して湾曲凹部２２ｃが形成されている。一対の把持部材２２ａの内側かつ内径側にはばね２２ｄが連結され、ばね２２ｄの付勢力により湾曲凹部２２ｃの内側に工具３０が挟持される。
図４に示すように、加工領域ＷＳと収納領域ＭＳとを区画する水平カバー４１の開口部４１ａは、工具交換位置Ｐａの下方に開口されている。収納領域ＭＳには開閉用シリンダ４２が設けられ、開閉用シリンダ４２の駆動によりシャッター４０が左右方向（図の矢印γ）にスライドし、開口部４１ａが開閉される。開閉用シリンダ４２は例えばエアシリンダにより構成される。なお、シャッター４０は前後方向にスライドする方式でも、蝶番方式でも、いかなる構成でもよい。
図６は、加工工具３１の一例を示す側面図であり、図７は、測定工具３２の一例を示す側面図である。図６に示すように、加工工具３１は、回転軸線に沿ってシャンク３１ａ、フランジ３１ｂ、Ｖ溝３１ｃおよび工具部３１ｄ（図ではドリル）を有する。シャンク３１ａの周面は後端面に向けて先細のテーパ面形状をなし、主軸１０の先端部のテーパ孔（不図示）に密着状態で嵌合し、主軸１０に設けられたクランプ装置７８（図８）によってクランプされる。なお、クランプ装置７８は、例えば加工工具３１のシャンク３１ａを主軸１０の後方に引き込むコレット付きのドローバー等、周知のものである。
図７に示すように、測定工具３２は、回転軸線に沿ってシャンク３２ａ、フランジ３２ｂ、Ｖ溝３２ｃ、円筒部３２ｄおよびタッチプローブ３２ｅを有し、バッテリとスイッチ回路とを内蔵している。シャンク３２ａ、フランジ３２ｂ、Ｖ溝３２ｃは、加工工具３１のシャンク３１ａ、フランジ３１ｂ、Ｖ溝３１ｃと同形状であり、加工工具３１と同様に測定工具３２も主軸１０にクランプ可能である。スイッチ回路は、タッチプローブ３２ｅの先端の接触子３２ｆが被測定物（ワークＷ）に接触するとオン信号（接触信号）を出力し、被測定物から離間するとオフ信号（非接触信号）を出力する。
ワーク測定時には、主軸１０の回転を停止した状態で、測定工具３２をワークＷに対し相対移動させ、タッチプローブ３２ｅの先端の接触子３２ｆをワークＷの被測定面に接触させる。これにより測定工具３２がオン信号を出力し、オン信号の出力時における加工工具３１の位置を演算することで、ワークＷの寸法を測定することができる。
円筒部３２ｄの周面には、空間伝播波による通信が可能な送受信器５１が装着されている。送受信器５１は、測定工具３２の周方向の基準位置に配置された単一の受信器５１ａと、受信器５１ａと周方向に隣接して周方向等間隔に複数配置された送信器５１ｂとを有する。受信器５１ａと送信器５１ｂは、例えば赤外線の受光素子および発光素子により構成され、測定工具３２に内蔵されたバッテリからの電力により作動する。測定工具３２は、受信器５１ａが上方を向くように工具マガジン２０に収納される。
送受信器５１の受信器５１ａおよび送信器５１ｂは、収納領域ＭＳに配置された通信モジュール５２との間で赤外線を介して通信を行う。なお、赤外線ではなく、電波や超音波を用いて通信を行うようにしてもよい。すなわち、送受信器５１と通信モジュール５２との間の通信媒体は、赤外線以外の空間伝播波であってもよい。なお、光学式や電波式等、空間伝搬波を介した有線以外の通信を総称して、無線による通信と呼ぶこともある。
図１に示すように、水平カバー４１の上面にはブラケット５３が立設されている。ブラケット５３の先端部には、主軸１０に取り付けられた測定工具３２の送受信器５１に向けて、通信モジュール５２が取り付けられている。より詳細には通信モジュール５２は、図１，４に示すように、回転中の工具マガジン２０と干渉しないように工具マガジン２０の下側に、かつ、工具交換位置Ｐａにある測定工具用グリッパ２２２と左右方向同一位置に配置され、測定工具用グリッパ２２２よりも上方かつ後方に位置する。この場合、送受信器５１と通信モジュール５２との間、すなわち送受信器５１と通信モジュール５２とを直線で結んだ線分上、あるいはその線分の近傍に、水平カバー４１の開口部４１ａが位置している。要するに、通信モジュール５２は、その受信機５２ａ、送信器５２ｂが水平カバー４１の開口部４１ａの方向を向き、シャッター４０が開放状態のとき、主軸１０に取り付けられた測定工具３２の送受信器５１と通信可能な収納領域ＭＳ内の位置に配置されていればよい。また、送受信器５１と通信モジュール５２との間には、ワーク測定状態にある測定工具用グリッパ２２２も位置する。なお、図４では、ブラケット５３の図示を省略している。
図１において、通信モジュール５２は、測定工具３２の送信器５１ｂから送信された赤外線信号を受信する受信器５２ａと、測定工具３２の受信器５１ａに赤外線信号を送信する送信器５２ｂとを有する。受信器５２ａが受信する信号には、タッチプローブ３２ｅが出力したオンオフ信号が含まれ、送信器５２ｂが送信する信号には、測定工具３２の電源オンオフ指令に対応した信号が含まれる。
通信モジュール５２の送信器５２ｂは、例えば拡大円錐状に空間伝播波を発生する。このため、加工領域ＷＳ内で測定工具３２を移動してワークＷを測定する際に、測定工具３２の受信器５１ａを常に円錐伝播波の内側に位置させることができ、送信器５２ｂからの信号を受信器５１ａが容易に受信することができる。
一方、送受信器５１の送信器５１ｂは、測定工具３２の周面に周方向にわたって複数設けられているため、各送信器５１ｂにより測定工具３２の周面から放射状に信号を送信することができる。したがって、ワーク測定時において、いずれかの送信器５１ｂからの信号を受信器５２ａが確実に受信することができる。なお、送受信器５１との通信性を高めるために、収納領域ＭＳ内の互いに異なる位置に通信モジュール５２を複数設けるようにしてもよい。
以上のように構成された工作機械の動作は制御装置で制御される。図８は、本実施の形態に係る制御装置の主要な構成を示すブロック図である。
制御装置は、工具交換やワーク加工、ワーク測定に関する各種情報を入力する入力装置７１と、主軸１０の位置を検出する主軸位置検出器７２と、収納領域ＭＳ内に設置された通信モジュール５２と、ワーク加工やワーク測定に関する処理を実行する制御部７０と、工具マガジン２０を回転駆動する割出モータ２６と、主軸１０を移動する主軸移動用モータ７５と、主軸１０を回転駆動するスピンドルモータ７６と、テーブル１６を回転駆動するＢ軸用モータ７７と、主軸１０に工具３０をクランプするクランプ装置７８と、シャッター４０を開閉する開閉用シリンダ４２とを有する。
入力装置７１は、操作盤１１０と、ＮＣプログラムの読取り部とを含む。主軸位置検出器７２は、Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータに付属する回転量検出器によって構成される。主軸移動用モータ７５は、Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータ（Ｘ軸用モータ７５ａ，Ｙ軸用モータ７５ｂ，Ｚ軸用モータ７５ｃ）を含む。制御部７０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。
制御部７０には、入力装置７１、主軸位置検出器７２および通信モジュール５２からの信号が入力される。制御部７０は、これらの信号に基づき所定の処理を実行し、通信モジュール５２、割出モータ２６、主軸移動用モータ７５、スピンドルモータ７６、Ｂ軸用モータ７７、開閉用シリンダ４２およびクランプ装置７８にそれぞれ制御信号を出力する。
以下、本実施の形態に係る工作機械の主要な動作、特に制御部７０の処理による動作を説明する。
（１）ワーク加工時
ワーク加工時には、主軸１０に加工工具３１が取り付けられ、ＮＣプログラムに従い主軸移動用モータ７５およびＢ軸用モータ７７が駆動される。これによりワークＷに対して加工工具３１が相対移動し、スピンドルモータ７６の駆動により加工工具３１が回転し、ワークＷ（Ｗ２）が加工される。このワーク加工時には、開閉シリンダ４２によりシャッター４０が閉じられ、開口部４１ａが閉鎖される。これによりワーク加工時に発生した加工屑や加工液等の飛散物が、収納領域ＭＳ内の通信モジュール５２の表面や、加工マガジン２０に収納された他の加工工具３１および測定工具３２の表面に付着することを防止できる。
ワーク加工時に入力装置７１から工具交換指令が入力されると、工具交換装置により以下のようにして主軸１０の加工工具３１が他の加工工具３１に自動交換される。なお、以下の説明では、便宜上、交換前の加工工具３１を第１加工工具、交換後３１の加工工具を第２加工工具と呼ぶ。
工具交換が指令されると、まず、スピンドルモータ７６の駆動を停止するとともに、主軸１０の前後方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）の位置がそれぞれ工具交換位置Ｐａに一致するようにＸ軸用モータ７５ａおよびＺ軸用モータ７５ｃを制御する。次いで、開閉用シリンダ４２の駆動によりシャッター４０を開放し、さらに第１加工工具３１を収納するための空グリッパ２２１を工具交換位置Ｐａに割り出す。
この状態で、主軸１０が工具交換位置Ｐａまで上昇するようにＹ軸用モータ７５ｂを制御する。主軸１０が工具交換位置Ｐａまで上昇すると、主軸１０に装着された第１加工工具３１のＶ溝３１ｃが空グリッパ２２（２２１）の把持爪２２ａに係合される。この係合状態においてクランプ装置７８により第１加工工具３１をアンクランプし、Ｚ軸用モータ７５ｃの駆動により工具マガジン２０と干渉しない位置まで主軸１０を後方に退避させる。これにより第１加工工具３１を加工工具用グリッパ２２１に受け渡すことができる。
次いで、割出モータ２６の駆動により工具マガジン２０を回転し、次の加工に用いられる第２加工工具３１を工具交換位置Ｐａに割り出す。その後、Ｚ軸用モータ７５ａの駆動により主軸１０を工具交換位置Ｐａまで前進させ、クランプ装置７８により第２加工工具３１を主軸１０にクランプする。第２加工工具３１のクランプが終了すると、Ｙ軸用モータ７５ｂの駆動により主軸１０を下降し、第２加工工具３１を加工領域ＷＳ内に移動する。
その後、開閉用シリンダ４２の駆動によりシャッター４０を閉鎖し、スピンドルモータ７６の駆動により第２加工工具３１を回転駆動する。以上により工具自動交換が終了する。以降、ＮＣプログラムの実行によりワークＷに対して第２加工工具３１が相対移動され、新たな加工工具３１を用いてワークＷが加工される。
（２）ワーク測定時
ワークＷの加工終了後に、入力装置７１によりワーク測定指令が入力されると、上述した手順と同様の手順によって、主軸１０に装着される工具が加工工具３１から測定工具３２に自動交換される。すなわち、シャッター４０を開放し、かつ、主軸１０の回転を停止した状態で、主軸１０を工具交換位置Ｐａまで移動し、さらにクランプ装置７８をアンクランプして、加工工具３１を加工工具用グリッパ２２１に受け渡す。
次いで、割出しモータ２６の駆動により、工具マガジン２０に収納された測定工具３２を工具交換位置Ｐａに割り出し、測定工具３２をクランプ装置７８によりクランプして、図１に示すように加工領域ＷＳに移動する。この場合、工具マガジン２０には、測定工具３２の受信器５１ａが上方を向くように測定工具３２が収納されているため、測定工具３２は、受信器５１ａが上方を向いた基準状態で主軸１０にクランプされる。測定工具３２が加工領域ＷＳへ移動した後は、図４に示すようにシャッター４０を開放状態のままとし、測定工具用の空グリッパ２２２も工具交換位置Ｐａに割り出されたままとする。
その後、制御部７０からの指令により、通信モジュール５２から電源オン指令に対応した信号（電源オン信号）が送信される。測定工具３２の周面の受信器５１ａが電源オン信号を受信すると、測定工具３２の電源（スイッチ回路の電源）がオンし、ワーク測定が可能となる。次いで、測定工具３２の送信器５１ｂが通信モジュール５２を向くようにスピンドルモータを回転駆動し、測定工具３２の位相を基準状態から所定量（例えば１８０°）だけずらす。
この状態で、ワークＷに対して主軸１０を相対移動し、ワーク表面の測定位置に、測定工具３２の先端の接触子３２ｆを接触させる。接触子３２ｆがワーク表面に接触すると、タッチプローブ３２ｅはオン信号を出力する。このオン信号は送信器５１ｂから送信され、収納領域ＭＳ内の受信器５２ａで受信される。受信器５２ａが受信した信号は制御部７０に取り込まれ、制御部７０は、オン信号の発生時の主軸１０の位置座標からワーク表面位置を演算することができる。
タッチプローブ３２ｅによるワーク測定が完了すると、スピンドルモータ７６を回転駆動し、測定工具３２の位相を基準状態に戻す。この状態で、制御部７０からの指令により、通信モジュール５２から電源オフ指令に対応した信号（電源オフ信号）が送信される。測定工具３２の受信器５１ａが電源オフ信号を受信すると、測定工具３２の電源がオフし、ワーク測定動作が終了する。
なお、図８の制御部７０に、シャッター４０の開閉状態を検出するシャッター開閉検出器、主軸１０に装着された工具３０のクランプ状態を検出するクランプ状態検出器、工具マガジン２０の割出し位置を検出する割出し位置検出器等を接続し、これら検出器からの信号により各部の動作状態を監視しながら、制御部７０における処理を実行するようにしてもよい。以上の説明において、割出しモータ２６、主軸移動用モータ７５、クランプ装置７８および制御部７０等が工具交換装置を構成するが、工具交換装置の構成はこれに限らない。
本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）測定工具３２の周面に送受信器５１を装着し、この送受信器５１と通信可能な通信モジュール５２を収納領域ＭＳに配置するとともに、ワークＷと工具マガジン２０との間に、加工領域ＷＳと収納領域ＭＳとを連通および遮断する開閉可能なシャッター４０を設け、ワーク加工時にシャッター４０を閉鎖するようにした。これによりワーク加工時に、加工屑や加工液等の飛散物が送受信器５１および通信モジュール５２の表面に付着することを防止できる。このため、ワーク測定時に送受信器５１と通信モジュール５２との間で空間伝搬波を介した良好な通信が可能となる。
本実施の形態の参考例として、通信モジュール５２を加工領域内にて透明カバーで覆い、その透明カバーにエアーを吹き付けて、加工屑や加工液の付着を防止することや、通信モジュール５２を専用の収納箱に入れて、測定時に収納箱の蓋を開け、加工時に蓋を閉める等、種々の防御装置を追加して設けることが考えられる。しかしながら、本実施の形態では、加工領域ＷＳと収納領域ＭＳとの間にもともと有するシャッター４０の内側、すなわち工具の収納領域ＭＳ側に通信モジュール５２を設置するだけで、参考例のように加工屑や加工液に対する新たな防御装置を何ら必要としない利点がある。
（２）ワーク測定時には、制御部７０での処理によりシャッター４０を開放したままとするので、送受信器５１と通信モジュール５２との間の空間伝搬波がシャッター４０によって遮断されることを防止できる。これにより、空間伝搬波として赤外線を用いることができ、送受信器の構成を簡素化できる。
（３）ワーク測定時には、制御部７０での処理によりさらに測定工具用の空グリッパ２２２を工具交換位置Ｐａに配置するため、送受信器５１と通信モジュール５２との間にシャッター４０や工具３０等の障害物（遮蔽物）が介在せず、送受信器５１と通信モジュール５２との間で確実に通信を行うことができる。
（４）ワーク測定時に測定工具３２の位相をずらし、ワーク測定の開始時および終了時に、測定工具３２の周面の受信器５１ａが通信モジュール５２側を向き、タッチプローブ３２ｅによるワーク測定時に、送信器５１ｂが通信モジュール５２側に向くようにした。これにより測定工具３２の周面に装着した送受信器５１を用いて、通信モジュール５２からの電源オンオフ指令を容易に受信することができ、かつ、タッチプローブ３２ｅのオンオフ信号を通信モジュール５２に容易に送信することができる。
（５）ワーク測定時に、通信モジュール５２からの信号によって測定工具３２の電源をオンするので、測定工具３２のバッテリの消耗を抑えることができる。
（６）測定工具３２のセンサ部をタッチプローブ３２ｅにより構成したので、センサ部の回路構成を簡素化でき、空間伝搬波を送受信する測定工具３２に用いて好適である。
なお、上記実施の形態では、工作機械のカバー１００の内部空間の上方および下方にそれぞれ収納領域ＭＳおよび加工領域ＷＳを設けるようにしたが、加工領域ＷＳに隣接して収納領域ＭＳを設けるのであれば、収納領域ＭＳと加工領域ＷＳとを上下逆に設けてもよく、あるいは左右に隣接して設けるようにしてもよい。したがって、ワークＷと工具マガジン３０との間に設けられる開閉可能なシャッター４０の配置も上述したものに限らない。
上記実施の形態では、測定工具３２の周面に単一の受信器５１ａと複数の送信器５１ｂを装着するようにしたが、送受信器５１の構成はこれに限らない。例えば単一の送信器５１ｂあるいは複数の受信器５１ａを装着するようにしてもよい。また、複数の受信器５１ａおよび複数の送信器５１ｂを装着し、そのいずれかが通信モジュール５２を向くようにして、測定工具３２の位相合せを不要にするようにしてもよい。通信モジュール５２を工具マガジン２０の周縁部のグリッパ２２の内側に固定的に設けるようにしたが、工具マガジン２０と干渉しない収納領域ＭＳ内の他の位置に、通信モジュール５２を設けるようにしてもよい。また、通信モジュール５２を工具マガジン２０に配置してもよい。
さらに、測定工具３２には送受信器５１として受信器５１ａおよび送信器５１ｂを有するとしたが、タッチプローブ３２ｅのオンオフ信号を送信する送信器５１ｂのみを有する構成でもよい。この場合、測定工具３２が主軸１０に取り付けられるとタッチプローブ３２ｅの電源がオンされ、主軸１０から取り外されると電源がオフされるスイッチを設け、通信モジュール５２は、送信器５１ｂからのオンオフ信号を受信する受信器５２ａだけを有する構成とすればよい。
工具マガジン２０の周縁部に、一対の把持部材２２ａを有する加工工具用グリッパ２２１（第１収納部）と測定工具用グリッパ２２２（第２収納部）を設けたが、これら第１収納部および第２収納部としてのグリッパ２２の形状は上述したものに限らない。工具マガジン２０を、割出しモータ２６により回転割出し可能な回転体として構成したが、例えばチェーン駆動により固定フレームの周囲を工具３０が旋回する、いわゆるチェーン式の工具マガジンとして構成することもできる。
主軸１０に測定工具３２が取り付けられたとき、送受信器５１と通信モジュール５２との間に測定工具用グリッパ２２２が位置するように割出し駆動部としての割出しモータ２６を制御したが、空間伝搬波の経路上に空グリッパ２２２が位置するように割出しモータ２６を制御するのであれば、工具マガジン制御部としての制御部７０の処理はいかなるものでもよい。
上記実施の形態では、測定工具３２の先端部にタッチプローブ３２ｅを設け、タッチプローブ３２ｅの先端部をワーク表面に接触させてワーク寸法を測定するようにしたが、測定工具３２の構成はこれに限らず、例えば非接触式のセンサを有する測定工具３２を用いることもできる。以上では、横形のマシニングセンタを例に説明したが、立形のマシニングセンタやマシニングセンタ以外の工作機械等にも本発明は同様に適用できる。
本発明によれば、測定工具に送受信器を装着し、この送受信器と通信可能な通信モジュールを収納領域に配置するとともに、ワークと工具マガジンとの間に、加工領域と収納領域とを連通および遮断する開閉可能なシャッターを設けるようにした。これによりワーク加工時に、加工屑や加工液等の飛散物が通信モジュールの表面に付着することを防止でき、送受信器と通信モジュールとの間で空間伝搬波を介した良好な通信が可能となる。

【符号の説明】

【0007】

１０ 主軸
２０ 工具マガジン
２６ 割出しモータ
３１ 加工工具
３２ 測定工具
３２ｅ タッチプローブ
４０ シャッター
４２ 開閉用シリンダ
５１ 送受信器
５２ 通信モジュール
７０ 制御部
２２１ 加工工具用グリッパ
２２２ 測定工具用グリッパ
ＷＳ 加工領域
ＭＳ 収納領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】