(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】
(24)【登録日】2023-03-03
(45)【発行日】2023-03-13
(54)【発明の名称】工作機械の自動工具交換装置
(51)【国際特許分類】
B23Q 3/157 20060101AFI20230306BHJP
B23Q 3/155 20060101ALI20230306BHJP
B23Q 17/00 20060101ALI20230306BHJP
【ＦＩ】
B23Q3/157 F
B23Q3/155 D
B23Q17/00 F
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018243281
(22)【出願日】2018-12-26
(65)【公開番号】P2020104194
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-12-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】石川 正憲
【審査官】亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】実開平０７－００３９３３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５０－１４４３７４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０５－１５４７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１４８６３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０６－０００６３２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平０５－０４９２３２（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ ３／１５５ － ３／１５７
Ｂ２３Ｑ １７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具に関するデータを記録したＩＤチップを備えた工具ホルダと、前記工具ホルダを収容可能な複数の工具ポットを備え、前記工具ポットを循環移動させて前記工具ホルダを所定の工具交換位置へ位置決め可能な工具マガジンと、
前記ＩＤチップに記録される前記データを読み取り可能なＩＤ読み取り装置と、
前記工具マガジンの前記工具交換位置に位置決めされた前記工具ホルダと、主軸に取り付けた前記工具ホルダとを交換可能な工具交換アームと、
を含んでなる工作機械の自動工具交換装置であって、
前記工具マガジンは、前記工具ポットを直線状に配列する直線部分と、前記直線部分と連続し、前記工具ポットを円弧状に配列する円弧部分とを含み、
前記ＩＤ読み取り装置は、前記工具マガジンにおける前記円弧部分の外側で、前記円弧部分において当該円弧方向で隣接する前記工具ポットの間にリーダを出没可能に配置され、前記工具ポットの間に前記リーダを進入させた状態で、前記円弧部分内の前記工具ポットに収容される前記工具ホルダから前記データを読み取り可能であることを特徴とする工作機械の自動工具交換装置。
【請求項2】
前記ＩＤ読み取り装置は、前記円弧部分の外側から前記リーダを備えたアームを前記工具ポットの間に進入させて、前記工具ホルダから前記データを読み取り可能とする進入位置と、前記アームを前記工具ポットの間から退避させる退避位置との間で旋回可能に設けてなることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の自動工具交換装置。
【請求項3】
前記工具ホルダには、前記主軸への回転方向位置決め用のキー溝が形成されており、前記ＩＤチップは、前記キー溝の底部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械に設けられる自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械で使用する工具には寿命があり、寿命に達した状態で使用を続けると破損するおそれがある。これを防止するために、工具ホルダにＩＤチップを埋め込み、そのＩＤチップに工具のサイズや使用時間等の固有のデータを保存することで、工具の寿命を管理して寿命到達前に交換可能としている。この工具に関するデータは、ＡＴＣ（自動工具交換装置）の工具マガジンに備えられて、工具マガジンに投入される工具ホルダに対して接離移動可能なアンテナ（リーダ）を備えた読み取り装置によって読み取り可能となっている（特許文献１参照）。
一方、工具ホルダには規格があり、特にドイツ規格協会（Deutsches Institut fur Normung）が制定するＤＩＮ規格では、他の工具ホルダと比較すると、ＩＤチップを埋め込む場所が異なっており、特許文献１にも記載されるように、主軸のドライブキーが嵌合するキー溝の位置（底部）に埋め込まれる。また、工具ホルダのキー溝は、ＡＴＣでも利用され、工具交換アームにおける工具ホルダの把持部には、特許文献２に開示されるように、キー溝に嵌合するキーが設けられる。このキーは工具マガジンに設けられた工具ポットにも設けられる。
一方、工具ホルダには規格があり、特にドイツ規格協会（Deutsches Institut fur Normung）が制定するＤＩＮ規格では、他の工具ホルダと比較すると、ＩＤチップを埋め込む場所が異なっており、特許文献１にも記載されるように、主軸のドライブキーが嵌合するキー溝の位置（底部）に埋め込まれる。また、工具ホルダのキー溝は、ＡＴＣでも利用され、工具交換アームにおける工具ホルダの把持部には、特許文献２に開示されるように、キー溝に嵌合するキーが設けられる。このキーは工具マガジンに設けられた工具ポットにも設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平５－１５４７３２号公報
【文献】特開２０００－９４２５３号公報
【文献】特開２００２－１２６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献３に開示されるように、工具マガジンが、工具ホルダを保持する複数の工具ポットを長円形や矩形等の無端状軌道に沿って循環移動させる構造である場合、工具交換アームの把持部に工具ホルダを把持させるために、工具ホルダは、キー溝が工具ポットの循環移動方向に向いた姿勢となっている。この場合、キー溝が工具マガジンの外側に向かないため、工具ホルダからデータの読み取りができなくなる。工具マガジンと別に読み取り装置を備えた中間ステーションを設けて、工具ホルダを中間ステーションへ一旦移動させて読み取りを行うことも考えられるが、余分な構成要素やスペースが増えてコストアップに繋がってしまう。
【0005】
そこで、本発明は、コストアップを招くことなく循環移動式の工具マガジンでの工具に関するデータの読み取りが可能な工作機械の自動工具交換装置を提供することを目的としたものである。
【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に記載の発明は、工具に関するデータを記録したＩＤチップを備えた工具ホルダと、前記工具ホルダを収容可能な複数の工具ポットを備え、前記工具ポットを循環移動させて前記工具ホルダを所定の工具交換位置へ位置決め可能な工具マガジンと、前記ＩＤチップに記録される前記データを読み取り可能なＩＤ読み取り装置と、前記工具マガジンの前記工具交換位置に位置決めされた前記工具ホルダと、主軸に取り付けた前記工具ホルダとを交換可能な工具交換アームと、を含んでなる工作機械の自動工具交換装置であって、
前記工具マガジンは、前記工具ポットを直線状に配列する直線部分と、前記直線部分と連続し、前記工具ポットを円弧状に配列する円弧部分とを含み、前記ＩＤ読み取り装置は、前記工具マガジンにおける前記円弧部分の外側で、前記円弧部分において当該円弧方向で隣接する前記工具ポットの間にリーダを出没可能に配置され、前記工具ポットの間に前記リーダを進入させた状態で、前記円弧部分内の前記工具ポットに収容される前記工具ホルダから前記データを読み取り可能であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記ＩＤ読み取り装置は、前記円弧部分の外側から前記リーダを備えたアームを前記工具ポットの間に進入させて、前記工具ホルダから前記データを読み取り可能とする進入位置と、前記アームを前記工具ポットの間から退避させる退避位置との間で旋回可能に設けてなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、前記工具ホルダには、前記主軸への回転方向位置決め用のキー溝が形成されており、前記ＩＤチップは、前記キー溝の底部に設けられていることを特徴とする。
前記工具マガジンは、前記工具ポットを直線状に配列する直線部分と、前記直線部分と連続し、前記工具ポットを円弧状に配列する円弧部分とを含み、前記ＩＤ読み取り装置は、前記工具マガジンにおける前記円弧部分の外側で、前記円弧部分において当該円弧方向で隣接する前記工具ポットの間にリーダを出没可能に配置され、前記工具ポットの間に前記リーダを進入させた状態で、前記円弧部分内の前記工具ポットに収容される前記工具ホルダから前記データを読み取り可能であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記ＩＤ読み取り装置は、前記円弧部分の外側から前記リーダを備えたアームを前記工具ポットの間に進入させて、前記工具ホルダから前記データを読み取り可能とする進入位置と、前記アームを前記工具ポットの間から退避させる退避位置との間で旋回可能に設けてなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、前記工具ホルダには、前記主軸への回転方向位置決め用のキー溝が形成されており、前記ＩＤチップは、前記キー溝の底部に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ＩＤ読み取り装置を、工具マガジンにおける円弧部分の外側で、円弧部分において当該円弧方向で隣接する工具ポットの間にリーダを出没可能に配置し、円弧部分内の工具ポットに収容される工具ホルダからデータを読み取り可能としているので、工具マガジンに設定した読み取り位置で支障なく工具ホルダのデータを読み取ることができる。よって、工具マガジンと別に読み取り装置を備えた中間ステーション等を設ける必要がなくなり、コストアップを招くことなく循環移動式の工具マガジンでの工具に関するデータの読み取りが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、マシニングセンタ等の工作機械に設けられる自動工具交換装置を示す。この自動工具交換装置１は、ベッド上に立設されて図示しない主軸を備えたコラム２の側方に、工具マガジン３と図示しない工具交換アームとを備えている。
まず、工具マガジン３に収容される工具は、図２に示す工具ホルダ１０に保持される。この工具ホルダ１０は、工作機械の主軸の嵌合穴に嵌合可能で、反対側に工具Ｔが挿着されるテーパ部１１と、テーパ部１１の大径側の端部に形成されるフランジ部１２とを有し、フランジ部１２の外周には、溝１３が周設されている。また、溝１３の途中で軸心を中心とする点対称位置には、主軸に設けたキーが嵌合する一対のキー溝１４，１４が形成され、一方のキー溝１４の底部には、ホルダ番号や工具Ｔの名称、工具Ｔの外径及び長さ、最適回転数や使用時間等の工具に関するデータを記録させたＩＤチップ１５が埋め込まれている。
図１は、マシニングセンタ等の工作機械に設けられる自動工具交換装置を示す。この自動工具交換装置１は、ベッド上に立設されて図示しない主軸を備えたコラム２の側方に、工具マガジン３と図示しない工具交換アームとを備えている。
まず、工具マガジン３に収容される工具は、図２に示す工具ホルダ１０に保持される。この工具ホルダ１０は、工作機械の主軸の嵌合穴に嵌合可能で、反対側に工具Ｔが挿着されるテーパ部１１と、テーパ部１１の大径側の端部に形成されるフランジ部１２とを有し、フランジ部１２の外周には、溝１３が周設されている。また、溝１３の途中で軸心を中心とする点対称位置には、主軸に設けたキーが嵌合する一対のキー溝１４，１４が形成され、一方のキー溝１４の底部には、ホルダ番号や工具Ｔの名称、工具Ｔの外径及び長さ、最適回転数や使用時間等の工具に関するデータを記録させたＩＤチップ１５が埋め込まれている。
【0010】
一方、工具マガジン３は、四隅に配置される駆動スプロケット５と半円状のガイドホイール６，６・・とによって矩形状に張設されるチェーン４と、チェーン４の外側へ等間隔で連結され、工具ホルダ１０を保持可能な複数の工具ポット７，７・・とを有する。ここでは工具ポット７が直線状に配列される直線部分Ｅ１と、工具ポット７が円弧状に配列される円弧部分Ｅ２とが交互に形成されている。駆動スプロケット５の駆動によってチェーン４が駆動スプロケット５及びガイドホイール６の回りで回転すると、各工具ポット７は、チェーン４に沿って循環移動することになる。
また、図３に示すように、各工具ポット７における循環移動方向の片側には、工具ホルダ１０のＩＤチップ１５が埋め込まれていないキー溝１４に嵌合するキー８が設けられており、工具ポット７に保持される工具ホルダ１０は、キー溝１４が工具ポット７の循環方向に向いた姿勢で保持されるようになっている。ここでは工具ポット７が上下方向に並ぶ直線部分Ｅ１のうち、Ａの位置が工具ポット７への工具ホルダ１０の工具投入位置となっており、駆動スプロケット５の駆動によりチェーン４が回転することで、工具ホルダ１０を差し込み保持する工具ポット７が工具投入位置Ａに位置決めされる。
また、図３に示すように、各工具ポット７における循環移動方向の片側には、工具ホルダ１０のＩＤチップ１５が埋め込まれていないキー溝１４に嵌合するキー８が設けられており、工具ポット７に保持される工具ホルダ１０は、キー溝１４が工具ポット７の循環方向に向いた姿勢で保持されるようになっている。ここでは工具ポット７が上下方向に並ぶ直線部分Ｅ１のうち、Ａの位置が工具ポット７への工具ホルダ１０の工具投入位置となっており、駆動スプロケット５の駆動によりチェーン４が回転することで、工具ホルダ１０を差し込み保持する工具ポット７が工具投入位置Ａに位置決めされる。
【0011】
なお、工具交換アームは、主軸と工具マガジン３との間で旋回可能に設けられる。工具交換アームの両端には、工具ホルダ１０のフランジ部１２に設けた溝１３に嵌合して工具ホルダ１０を把持する把持部が設けられて、工具ホルダ１０を把持可能となっている。この工具交換アームが軸方向に前後移動及び旋回動作することで、工具マガジン３の工具交換位置に位置決めされた工具ホルダ１０と主軸に取り付けた工具ホルダ１０とを交換可能となっている。工具交換アームの把持部にもキー溝１４に嵌合するキーが設けられる。
【0012】
そして、工具マガジン３において、工具投入位置Ａの下方の円弧部分Ｅ２のうち、Ｂの位置がデータの読み取り位置となっている。この読み取り位置Ｂでは、円弧方向で隣接する工具ポット７，７間の間隔が直線部分Ｅ１での間隔よりも外側へ向けて広がり、ＩＤチップ１５が埋め込まれたキー溝１４が、円弧部分Ｅ２の接線方向に沿って外側へ向く姿勢となっている。ここでは読み取り位置Ｂの外側にＩＤ読み取り装置２０が設けられている。
ＩＤ読み取り装置２０は、ＩＤチップ１５のデータを読み取るリーダ２２を先端に備えたアーム２１を、図示しない駆動装置（モータやエアシリンダ等のアクチュエータ）によって旋回可能としたもので、ここでは読み取り位置Ｂに位置決めされた工具ホルダ１０に対して、アーム２１を、リーダ２２がキー溝１４内に進入してＩＤチップ１５に近接する実線で示す進入位置と、リーダ２２を工具ホルダ１０の循環軌跡から外側へ退避させる二点鎖線で示す退避位置との間で旋回可能としている。
ＩＤ読み取り装置２０は、ＩＤチップ１５のデータを読み取るリーダ２２を先端に備えたアーム２１を、図示しない駆動装置（モータやエアシリンダ等のアクチュエータ）によって旋回可能としたもので、ここでは読み取り位置Ｂに位置決めされた工具ホルダ１０に対して、アーム２１を、リーダ２２がキー溝１４内に進入してＩＤチップ１５に近接する実線で示す進入位置と、リーダ２２を工具ホルダ１０の循環軌跡から外側へ退避させる二点鎖線で示す退避位置との間で旋回可能としている。
【0013】
以上の如く構成された自動工具交換装置１においては、工具マガジン３の工具投入位置Ａに位置決めされた工具ポット７に工具ホルダ１０が差し込まれると、駆動スプロケット５の駆動によりチェーン４を回転させて、投入された工具ホルダ１０を読み取り位置Ｂに移動させる。ここで、ＩＤ読み取り装置２０では、アーム２１を工具ホルダ１０，１０間の進入位置に旋回させて、リーダ２２によってＩＤチップ１５からデータを読み取る。その後、アーム２１を退避位置へ旋回させて、次に投入された工具ホルダ１０を読み取り位置Ｂに位置決めしてアーム２１を進入位置に旋回させ、同様にＩＤチップ１５からデータを読み取る。この繰り返しによって工具マガジン３に投入される全ての工具ホルダ１０のデータが読み取り可能となる。
【0014】
このように、上記形態の自動工具交換装置１によれば、ＩＤ読み取り装置２０は、工具マガジン３の円弧部分Ｅ２において当該円弧方向で隣接する工具ポット７，７の間にリーダ２２を出没可能に配置され、円弧部分Ｅ２内の工具ポット７に収容される工具ホルダ１０からデータを読み取り可能となっているので、工具マガジン３に設定した読み取り位置Ｂで支障なく工具ホルダ１０のデータを読み取ることができる。よって、工具マガジン３と別に読み取り装置を備えた中間ステーション等を設ける必要がなくなり、コストアップを招くことなく循環移動式の工具マガジン３での工具に関するデータの読み取りが可能となる。
【0015】
特にここでは、ＩＤ読み取り装置２０を、リーダ２２を備えたアーム２１を工具ポット７，７の間に進入させて、工具ホルダ１０からデータを読み取り可能とする進入位置と、アーム２１を工具ポット７，７の間から退避させる退避位置との間で旋回可能に設けた構成としているので、ＩＤ読み取り装置２０を省スペースで工具マガジン３に設置可能となる。
また、ＩＤチップ１５は、工具ホルダ１０において、主軸への回転方向位置決め用のキー溝１４の底部に設けられているので、ＤＩＮ規格対応の工具ホルダ１０でも支障なくデータの読み取りが可能となる。
また、ＩＤチップ１５は、工具ホルダ１０において、主軸への回転方向位置決め用のキー溝１４の底部に設けられているので、ＤＩＮ規格対応の工具ホルダ１０でも支障なくデータの読み取りが可能となる。
【0016】
なお、工具マガジンの全体形状は、上記形態のような横長矩形状に限らず、縦長矩形状や正方形状であっても、円弧部分があればＩＤ読み取り装置による読み取りは可能である。よって、長円形や円形であってもよい。
また、ＩＤ読み取り装置の構造も、アームを旋回させて工具ホルダ間に出没させるもの以外に、アクチュエータ等でアームを直線移動させて工具ホルダ間に出し入れさせるもの等も採用できる。
さらに、ＩＤチップはキー溝の底部に限らず、フランジ部に設けた溝の外側等にＩＤチップがある工具ホルダでも本発明は適用可能である。
また、ＩＤ読み取り装置の構造も、アームを旋回させて工具ホルダ間に出没させるもの以外に、アクチュエータ等でアームを直線移動させて工具ホルダ間に出し入れさせるもの等も採用できる。
さらに、ＩＤチップはキー溝の底部に限らず、フランジ部に設けた溝の外側等にＩＤチップがある工具ホルダでも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【0017】
１・・自動工具交換装置、２・・コラム、３・・工具マガジン、４・・チェーン、７・・工具ポット、１０・・工具ホルダ、１４・・キー溝、１５・・ＩＤチップ、２０・・ＩＤ読み取り装置、２１・・アーム、２２・・リーダ、Ａ・・工具投入位置、Ｂ・・読み取り位置、Ｅ１・・直線部分、Ｅ２・・円弧部分。
【図1】
【図2】
【図3】