特表 2023-552780 工具交換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-19

(54)【発明の名称】工具交換装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/157 20060101AFI20231212BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/157 R

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023534164

(86)(22)【出願日】2021-11-29

(85)【翻訳文提出日】2023-07-31

(86)【国際出願番号】 EP2021083316

(87)【国際公開番号】W WO2022122443

(87)【国際公開日】2022-06-16

(31)【優先権主張番号】01556/20

(32)【優先日】2020-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】599172531

【氏名又は名称】ライシャウァー アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ムラー，ミヒェル

(72)【発明者】

【氏名】ゼンハウザー ，エアヴィン

(72)【発明者】

【氏名】フェルマン，オリヴィエル

(72)【発明者】

【氏名】クリエ，ピルミン エリク

【テーマコード（参考）】

3C002

【Ｆターム（参考）】

3C002FF02

3C002KK04

3C002LL06

(57)【要約】

工具交換装置２００は、工作機械１００における工具５００を交換するように機能する。工具交換装置は、昇降キャリッジ２４０が鉛直昇降方向Ｚ３に沿ってガイドされる支持構造体２１０を有する。ピボットアーム２５０が、昇降キャリッジ２４０に、鉛直ピボット軸Ｃ３を中心に旋回可能であるように取り付けられる。鉛直方向に上下に配置される複数の工具ホルダー２２１、２２２、２２３、２３０が、工具マガジン２２０を形成する。工具グリッパー２６０が、ピボットアーム２５０に取り付けられる。工具グリッパーは、工具５００を把持する。その後、工具は、ピボットアーム２５０の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具ホルダーのうちの１つと工作機械の工具スピンドルとの間で移動される。任意選択で、追加のアーム２５２が、ピボットアーム２５０に旋回可能に取り付けられる。追加のアーム２５２を用いて、工作機械のワーククランプ手段を取り替えることができる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械（１００）、特に歯切り盤において工具（５００）を交換する工具交換装置（２００）であって、
支持構造体（２１０）と、
空間内で鉛直に延在する昇降方向（Ｚ３）に沿って前記支持構造体（２１０）上でガイドされる昇降キャリッジ（２４０）と、
空間内で鉛直方向に延在するピボット軸（Ｃ３）を中心に旋回可能であるように、前記昇降キャリッジ（２４０）に旋回可能に取り付けられるピボットアーム（２５０）と、
前記ピボットアーム（２５０）上に取り付けられ、工具（５００）を把持するように構成される工具グリッパー（２６０）と、
鉛直方向に上下に配置される複数の工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）を備える工具マガジン（２２０）と、
を備え、
前記工具交換装置（２００）は、前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、前記工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）のうちの１つと前記工作機械（１００）の工具スピンドル（１７０）との間、又は前記工具マガジン（２００）の２つの異なる工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）の間で選択的に移動させるように構成される、工具交換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の工具交換装置（２００）であって、
前記支持構造体（２１０）は、下端部が前記工作機械（１００）の機械ベッド（１１０）上に取り付けられるように構成される鉛直支柱を含み、
前記昇降キャリッジ（２４０）は、前記支柱上を前記昇降方向（Ｚ３）に沿ってガイドされ、
好ましくは、前記工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）は、前記支柱に取り付けられる、工具交換装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具ホルダーのうちの１つ（２３０）は、前記工具マガジン（２２０）の装填を容易にするように、前記支持構造体（２１０）に移動可能に、特に、水平装填方向（Ｘ４）に沿って変位可能及び／又は鉛直装填ピボット軸（Ｃ４）を中心に旋回可能に取り付けられる、工具交換装置。

【請求項4】

請求項３に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具交換装置（２００）の内部空間を外部空間から分離する外壁（４００）を備え、
前記外壁は、前記内部空間と前記外部空間との間で工具（５００）を交換するための工具装填開口（４１０）を有し、
可動工具ホルダー（２３０）は、前記工具装填開口（４１０）を通して移動可能であり、
前記工具交換装置（２００）は、好ましくは、前記工具装填開口（４１０）を選択的に開閉するように構成される工具装填ドア（４２０）を備える、工具交換装置。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の工具交換装置（２００）であって、
装填リニアガイド（２３１）と、
前記装填リニアガイド（２３１）上を前記水平装填方向（Ｘ４）に沿って変位可能にガイドされる装填キャリッジ（２３２、２３３）と、
を備え、
可動工具ホルダー（２３０）は、前記鉛直装填ピボット軸（Ｃ４）を中心に旋回可能であるように、前記装填キャリッジ（２３２、２３３）上に取り付けられる、工具交換装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具交換装置（２００）の内部空間を前記工作機械（１００）の加工空間から分離するように構成される仕切り（３００）を更に備え、
前記仕切り（３００）は、仕切り開口（３２０）を備え、
前記工具交換装置（２００）は、前記仕切り開口（３２０）を選択的に開閉するように構成される仕切りドア（３３０）を備え、
前記工具グリッパー（２６０）が取り付けられた前記ピボットアーム（２５０）は、前記昇降キャリッジ（２４０）の少なくとも１つの位置において、前記仕切り開口（３２０）を通して移動可能である、工具交換装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具（５００）上の機械可読データキャリア（５２１）を読み取る読取りステーション（６００）を更に備え、
前記読取りステーション（６００）は、前記工具グリッパー（２６０）によって保持された工具（５００）上の前記データキャリア（５２１）を読み取るために、前記工具（５００）が、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって前記読取りステーション（６００）へと移動可能であるように配置される、工具交換装置。

【請求項8】

請求項７に記載の工具交換装置（２００）であって、前記読取りステーション（６００）は、基部（６１０）と、前記データキャリア（５２１）を読み取る読取り装置（６３０）と、前記基部（６１０）と前記読取り装置（６３０）との間に配置されるばね部材（６４０）とを備え、前記読取り装置（６３０）は、前記ばね部材（６４０）によってもたらされる復元力に抗して、前記基部（６１０）に対して鉛直下方に移動可能になっている、工具交換装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、工具クリーナー（７００）を更に備え、
前記工具クリーナー（７００）は、前記工具グリッパー（２６０）によって保持された工具（５００）が、前記工具（５００）の工具支持部（５１０）を清掃するために、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、前記工具クリーナー（７００）に向かって移動可能であるように配置される、工具交換装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具グリッパー（２６０）は、２つ以上の工具（５００、５００’）を把持する少なくとも２対のグリッパージョー（２６１、２６２；２６１’、２６２’）を有する複数のグリッパーとして構成される、工具交換装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、前記工具グリッパー（２６０）は、前記ピボットアーム（２５０）に移動可能に、特に、旋回可能に、例えば、鉛直グリッパーピボット軸（Ｃ６）を中心に若しくは水平グリッパーピボット軸（Ｃ８）を中心に旋回可能に、及び／又は、変位可能に、特に、水平グリッパー変位方向（Ｙ３）に沿って直線変位可能に取り付けられる、工具交換装置。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、
前記工具スピンドル（１７０）のテーパーレセプタクル（１７１）を清掃するテーパークリーナー（５３０）、及び／又は、
特に前記工作機械（１００）のワーククランプ手段（１４０）の径方向及び軸方向の振れを測定する測定プローブ（５４０）を更に備え、
前記テーパークリーナー（５３０）は、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって前記工具スピンドル（１７０）に向かって移動可能であるように、前記工具グリッパー（２６０）によって把持可能であり、
前記測定プローブ（５４０）は、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって測定位置に移動することができるように、前記工具グリッパー（２６０）によって把持可能である、工具交換装置。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、前記ピボットアーム（２５０）上に取り付けられるとともに、ワーク（８００）をワークレスト（２８０）から取り上げて前記工作機械（１００）のワークスピンドル（１３０）に移送するように構成される、ワークグリッパー（２７０）を更に備える、工具交換装置。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、
前記昇降方向（Ｚ３）に沿って昇降運動を実行するように前記昇降キャリッジ（２４０）を駆動する昇降キャリッジ駆動部（２４２）と、
前記ピボット軸（Ｃ３）を中心に前記昇降キャリッジ（２４０）に対して旋回運動を実行するように前記ピボットアーム（２５０）を駆動するピボット駆動部（２５６）と、
前記昇降キャリッジ駆動部（２４２）、前記ピボット駆動部（２５６）、及び前記工具グリッパー（２６０）を制御するように構成される制御装置（１８０）と、
を更に備える、工具交換装置。

【請求項15】

請求項１３に記載の工具交換装置（２００）であって、制御装置（１８０）は、以下の動作のうちの少なくとも１つを実行するように構成される、工具交換装置：
ａ）前記工具グリッパー（２６０）によって工具（５００）を把持すること、
ｂ）前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、前記工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）のうちの１つと前記工作機械（１００）の工具スピンドル（１７０）との間で移動させること、
ｃ）前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、前記工具マガジン（２２０）の２つの異なる工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）の間で移動させること、
ｄ）前記工具交換装置が請求項６に従って構成される場合、仕切りドア（３３０）を開閉すること、
ｅ）前記工具交換装置が請求項７又は８に従って構成される場合、前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって読取りステーション（６００）に移動させ、前記把持された工具（５００）上のデータキャリア（５２１）を読み取ること、
ｆ）前記工具交換装置が請求項９に従って構成される場合、前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって工具クリーナー（７００）に移動させ、前記把持された工具（５００）の工具支持部（５１０）を、工具クリーナー（７００）によって清掃すること、
ｇ）前記工具交換装置が請求項１１に従って構成される場合、前記工具グリッパー（２６０）を前記ピボットアーム（２５０）に対して移動させること、
ｈ）前記工具交換装置が請求項１２に従って構成される場合、前記工具グリッパー（２６０）によって把持されたテーパークリーナー（５３０）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって前記工具スピンドル（１７０）に移動させること、
ｊ）前記工具交換装置が請求項１２に従って構成される場合、前記工具グリッパー（２６０）によって把持された測定プローブ（５４０）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって測定位置に移動させること、
ｋ）前記工具交換装置が請求項１３に従って構成される場合、ワーク（８００）を前記ワークグリッパー（２７０）によって把持し、前記ワークグリッパー（２７０）によって把持されたワーク（８００）を、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、ワークレスト（２８０）と前記工作機械（１００）のワークスピンドル（１３０）との間で移動させること。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）であって、
前記ピボットアーム（２５０）に、鉛直方向に延在する補助ピボット軸（Ｃ５）を中心に旋回可能に取り付けられる補助アーム（２５２）を更に備え、
前記補助アーム（２５２）の前記補助ピボット軸（Ｃ５）及び前記ピボットアーム（２５０）の前記ピボット軸（Ｃ３）は、平行かつ互いに離隔するようになっており、
前記補助アーム（２５２）は、好ましくは、前記補助ピボット軸（Ｃ５）の周りの前記補助アーム（２５２）の旋回運動を防止するために、静止位置において前記ピボットアーム（２５０）に係止可能であり、
前記補助アーム（２５２）は、前記工作機械（１００）のワーククランプ手段（１４０）が取り付けられるように構成される、工具交換装置。

【請求項17】

請求項１６に記載の工具交換装置（２００）であって、
前記補助アーム（２５２）及び前記ワーククランプ手段（１４０）に取外し可能に接続されるように構成されるクランプ手段ホルダー（２５５）を更に備え、前記ワーククランプ手段（１４０）は、前記クランプ手段ホルダー（２５５）を介して前記補助アーム（２５２）に取り付けられる、特に懸架されるようになっている、クランプ手段ホルダー（２５５）を更に備える、工具交換装置。

【請求項18】

請求項１６又は１７に記載の工具交換装置（２００）であって、力変換器（２５８）が、鉛直方向における前記補助アーム（２５２）上の負荷を検出するように、前記補助アーム（２５２）上に配置される、工具交換装置。

【請求項19】

工作機械（１００）であって、
機械ベッド（１１０）と、
工具（５００）を工具軸（Ｂ）を中心に回転させるように駆動する工具スピンドル（１７０）と、
請求項１～１８のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）と、
を備え、
前記工具スピンドル（１７０）は、好ましくは、前記工具軸（Ｂ）が空間内で鉛直方向に延在する位置にもたらすことができるように、前記工作機械（１００）において旋回可能に配置され、
前記工具交換装置（２００）は、前記工具グリッパー（２６０）によって把持された工具（５００）が、前記ピボットアーム（２５０）の昇降運動及び旋回運動の組合せによって、前記工具ホルダー（２２１、２２２、２２３、２３０）のうちの１つから前記工具スピンドル（１７０）へと移動可能であるように、前記機械ベッド（１１０）上に配置される、工作機械。

【請求項20】

請求項１９に記載の工作機械（１００）であって、ワーククランプ手段（１４０）を有するワークスピンドル（１３０）を更に備え、
前記工具交換装置（２００）は、請求項１６～１９のいずれか１項に従って形成され、
前記ワークスピンドル（１３０）は、前記補助アーム（２５２）が前記ピボットアーム（２５０）に対して静止位置から外方に旋回すると、前記ワーククランプ手段（１４０）を前記補助アーム（２５２）に取り付けることができるように、前記機械ベッド（１１０）上に配置される、工作機械。

【請求項21】

工作機械（１００）におけるワーククランプ手段（１４０）を交換するための、請求項１６～１９のいずれか１項に記載の工具交換装置（２００）の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の工具交換装置、工具交換装置を備える工作機械、及びそのような工具交換装置の使用に関する。工作機械は、特に歯車創成加工を行う歯切り盤であり得る。交換が行われる工具は、特に、ギヤスカイビング工具であり得る。

【背景技術】

【0002】

工作機械において、多くの場合、例えば、摩耗した工具を研ぎ直すために、１つの工具を別の工具に取り替えることが必要である。これは、特に歯切り盤にも当てはまる。例えば、ギヤスカイビング工具は、耐用寿命があるため、定期的に取り替えなければならない。工具交換に要する労力及び時間を削減するために、現行の技術水準において自動工具交換装置が提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１は、ホブ盤における工具交換装置を開示している。工具交換中、ホブカッターの形態の工具がホブ盤の工具ヘッドから取り外され、懸架装置によって取り上げられる。懸架装置は、水平移送レールによって中間位置に移送され、そこで、取外し位置へと鉛直軸を中心に回転して、ホブカッターを取り外すことができる。その設計に起因して、この工具交換装置は、工具回転軸が水平である機械にのみ、及び工具ヘッドの両側に取り付けられる工具にのみ好適である。工具交換装置は、特にギヤスカイビング工具には好適でない。また、この工具交換装置は、多くのスペースをとる。

【0004】

特許文献２は、３つのキャリッジを備えるキャリッジユニット上に取り付けられるグリッパーを備える工具交換装置を開示している。フライス工具は、循環マガジン内に鉛直に懸架される。循環マガジンにおける回転は、水平面において起こる。フライス工具は、工具交換装置によって、循環マガジンと機械加工ヘッドとの間で往復移送することができる。その設計に起因して、この工具交換装置も、工具ヘッドの両側に取り付けられる工具にのみ好適であり、したがって、ギヤスカイビング工具には好適でない。加えて、この工具交換装置も多くのスペースをとる。

【0005】

特許文献３は、水平キャリッジによって、循環マガジンと機械加工ヘッドとの間でギヤスカイビング工具を往復移送する工具交換装置を開示している。ここでは、循環マガジンの循環は、鉛直面において起こる。この工具交換装置も、比較的大きなスペースを要する。

【0006】

特許文献４は、ギヤスカイビング工具の交換にも使用できる工具交換装置を開示している。工具は、ドラム形状の工具マガジンに保管される。工具交換装置は、水平軸を中心に旋回することができるダブルアームを有する。把持セクションが、ダブルアームの自由端部のそれぞれに形成される。ダブルアームは、把持セクションによって、工具スピンドル上にクランプされた機械加工工具と、工具マガジンから排出された工具との双方を把持し、これらの２つの工具を互いに交換する。この工具交換装置も、比較的大きなスペースをとる。

【0007】

特許文献５は、上下に配置された工具ホルダー内に複数の曲げ工具が保管される工具マガジンを開示している。関節式アームロボットがマガジンから工具を取り外し、曲げ機械まで移送する。歯切り盤における使用は開示されていない。

【0008】

特許文献６は、ダブルグリッパーが取り付けられる昇降可能かつ回転可能な支柱を備える工具交換装置を開示している。工具交換装置は、工具スピンドルと工具が懸架されるチェーンマガジンとの間で工具を移送する。工具交換装置は、昇降運動及び回転運動をもたらす複雑なカム機構を有する。工具交換装置の設計は、比較的複雑である。ここでも、歯切り盤における使用は開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１７／０２３２５６４号

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１４／１０６９５０号

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１９／０７０６８２号

【特許文献4】米国特許出願公開第２０２０／１３０１２０号

【特許文献5】国際公開第２０１２／０２７７７０号

【特許文献6】米国特許出願公開第２０１０／１７３７６２号

【発明の概要】

【0010】

本発明の目的は、その構成に起因して、特に省スペースとなるように構成することができる工具交換装置を開示することである。

【0011】

この目的は、請求項１に記載の工具交換装置によって達成される。更なる実施形態は、従属請求項に規定される。

【0012】

工作機械、特に歯切り盤において工具を交換する工具交換装置が開示される。工具交換装置は、
支持構造体と、
空間内で鉛直方向に延びる昇降方向に沿って支持構造体上でガイドされる昇降キャリッジと、
空間内で鉛直方向に延在するピボット軸を中心に旋回可能であるように、昇降キャリッジに旋回可能に取り付けられるピボットアームと、
ピボットアーム上に取り付けられ、工具を把持するように構成される工具グリッパーと、
鉛直方向に上下に配置される複数の工具ホルダーを備える工具マガジンと、
を備え、
工具交換装置は、工具グリッパーによって把持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具ホルダーのうちの１つと工作機械の工具スピンドルとの間、又は工具マガジンの２つの異なる工具ホルダーの間で選択的に移動させるように構成される。

【0013】

工具マガジンは、鉛直方向に上下に配置されるいくつかの工具ホルダーによって形成されることから、工具マガジンに生じるスペース要件は非常に小さくなる。そのような工具マガジンは、装填及び取出しを非常に容易に行うことができる。このために、本発明は、工具グリッパーを備える水平に旋回可能なピボットアームが旋回可能に取り付けられる、鉛直方向に移動可能な昇降キャリッジを提案する。そのような構成は、シンプルかつ安価に実施することができ、また、スペースもほとんど必要としない。概して、その結果、支持構造体を工作機械の機械ベッドに接続することによって工作機械に直接容易に組み込むことができる、非常にコンパクトな工具交換装置になる。

【0014】

特に、支持構造体は、下端部が工作機械の機械ベッドに取り付けられるように構成される鉛直支柱を備えることができる。また、昇降キャリッジが、支柱上を昇降方向に沿ってガイドされる。工具ホルダーもこの支柱に取り付けられることが好ましい。しかしながら、代替的な実施形態において、工具ホルダーを支持構造体の別の部材に取り付けることも考えられる。

【0015】

工具マガジンの特に単純な装填を可能にするために、工具マガジンの工具ホルダーのうちの１つは、支持構造体に移動可能に、特に、水平装填方向に沿って変位可能に、及び／又は鉛直装填ピボット軸を中心に旋回可能に取り付けることができる。特に、工具交換装置は、工具交換装置の内部空間を外部空間から分離する外壁を備えることができる。また、外壁は、内部空間と外部空間との間で工具を交換するための工具装填開口を備えることができる。したがって、可動工具ホルダーを外部空間からアクセス可能にするために、可動工具ホルダーが工具装填開口を通して移動可能である場合が特に有利である。残りの工具ホルダーは、支持構造体に固定的に接続することができる。

【0016】

工具交換装置は、工具装填開口を選択的に開閉するように構成される工具装填ドアを備えることができる。工具装填ドアは、工具装填開口の開放状態（開又は閉）を制御装置に通知する状態表示器を備えることができる。制御装置は、工具装填開口が開放している限り、工具交換装置の内部の動作を防止する、及び／又は、工具交換装置の内部で動作が実行されている限り、工具装填ドアの開放を防止するように構成することができる。

【0017】

好ましい実施形態において、可動工具交換装置は以下のように実施される。工具交換装置は、装填リニアガイドと、水平装填方向に沿って変位可能であるように装填リニアガイドによってガイドされる装填キャリッジとを有する。また、可動工具ホルダーが、鉛直装填ピボット軸を中心に旋回可能であるように、装填キャリッジ上に取り付けられる。このように可動工具ホルダーの直線変位及び旋回の組合せが可能であることにより、最小のスペース要件で、この工具ホルダーの特に良好なアクセス性がもたらされる。

【0018】

工具交換装置は、工具交換装置の内部空間を工作機械の加工空間から分離するように構成される仕切りを更に備えることが好ましい。また、仕切りは、仕切り開口を備え、工具交換装置は、仕切り開口を選択的に開閉するように構成される仕切りドアを備える。このために、仕切りドアは、対応する駆動部、例えば、空気圧駆動部を備えることができる。仕切り開口は、工具グリッパーが取り付けられたピボットアームが、昇降キャリッジの少なくとも１つの位置において、好ましくは、昇降キャリッジの位置の或る特定の範囲において、開放した仕切り開口を通して移動することができるように、十分な高さがある。また、仕切り開口は、ピボットアームが仕切り開口を通って延びるとき、昇降キャリッジが或る特定の量だけ昇降方向に沿って移動することができるように、十分な高さがあることが好ましい。このようにして、工具交換、及びより詳細に後述する任意選択のクランプ手段の交換及び／又はワークの交換が容易になる。

【0019】

工具交換装置は、読取りステーションを更に備えることができ、読取りステーションは、工具グリッパーによって保持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、読取りステーションに移動させ、工具上の機械可読データキャリアを読み取ることができるように配置される。例えば、データキャリアは、ＲＦＩＤトランスポンダーとすることができる。したがって、読取りステーションは、ＲＦＩＤトランシーバーを有するＲＦＩＤステーションとすることができる。他の実施形態において、データキャリアは、光学データキャリア、例えば、バーコード又はＱＲコード（登録商標）とすることができ、その場合、読取りステーションは、そのような光学データキャリアを光学的に読み取るように構成することができる。このために、読取りステーションは、光学センサー、例えばカメラと、任意選択で光源、例えばＬＥＤ光源とを備える対応する読取り装置を備えることができる。磁気データキャリア又は触覚的に読取り可能なデータキャリアも考えられる。

【0020】

読取りステーションに対する損傷を回避するために、読取りステーションは、ばね負荷設計を有することができる。このために、読取りステーションは、基部と、上述した読取り装置と、基部と読取り装置との間に配置されるばね部材とを備えることができ、読取り装置は、ばね部材によってもたらされる復元力に抗して基部に対して鉛直下方に移動することができる。これにより、工具が読取りステーション上に配置されるときに、読取り装置又は対応するデータキャリアに対する損傷が防止される。これは、異なる長さの工具が使用され、それぞれの工具の長さが事前に既知でない場合に特に有利である。読取りステーションにばね負荷を行うことにより、昇降キャリッジは、工具の長さに関わらず、工具を読み取るための同じ位置に常に移動することができる。こうして、工具の長さの差異は、ばね部材によって補償される。

【0021】

工具交換装置は、工具クリーナーを更に備えることができる。工具クリーナーは、工具グリッパーによって保持された工具が、工具の工具支持部を清掃するために、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具クリーナーに向かって移動可能に配置されることが好ましい。特に、工具クリーナーは、支持構造体上に、特に工具ホルダーの上方に配置することができる。支持構造体が柱状に形成される場合、工具クリーナーは、支柱の上端部に配置することができる。

【0022】

非生産的なアイドル時間を低減するために、工具グリッパーは、２つ以上の工具を把持することができるように、少なくとも２対のグリッパージョーを有する複数のグリッパーとして構成することができる。

【0023】

工具グリッパーは、ピボットアームに強固に又は移動可能に取り付けることができる。特に、工具グリッパーは、旋回可能であるように、例えば、鉛直又は水平のグリッパーピボット軸を中心に旋回可能に、及び／又は、変位可能に、特に、水平のグリッパー変位方向に沿って直線変位可能であるように、ピボットアーム上に取り付けることができる。

【0024】

工具以外の物体も、これらの物体によって付加的な機能を実行するために、工具グリッパーによって把持することができる。例えば、工具交換装置は、工具グリッパーによって把持されるように構成されるテーパークリーナーを備えることができる。テーパークリーナーは、そのテーパーレセプタクルを清掃するために、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具スピンドルに向かって移動させることができる。また、工具交換装置は、測定プローブを備えることができ、この測定プローブは、例えば、工作機械のワーククランプ手段の径方向及び軸方向の振れの測定を行うように構成することができる。また、測定プローブは、さらに、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって測定位置に移動させるために、工具グリッパーによって把持可能であるように構成することができる。測定プローブは、工具グリッパーによって測定位置に保持し続けることができるか、又は、測定位置において、工作機械の別の構成要素によって受け取ることができる、例えば、工具スピンドル上にクランプすることができる。

【0025】

工具交換装置は、工具だけでなく、ワークも交換するように構成することができる。このために、工具交換装置は、ピボットアームに取り付けられるワークグリッパーを更に備えることができる。ワークグリッパーは、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって工具グリッパーと同様に移動することができる。また、ワークグリッパーは、ワークレストからワークを取り上げ、工作機械のワークスピンドルに移送するように構成することができる。

【0026】

ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せをもたらすために、工具交換装置は、昇降方向に沿って昇降運動を実行するように昇降キャリッジを駆動する昇降キャリッジ駆動部と、ピボット軸を中心に昇降キャリッジに対して旋回運動を実行するようにピボットアームを駆動するピボット駆動部とを備えることができる。さらに、工具交換装置は、昇降キャリッジ駆動部、ピボット駆動部、及びグリッパー、並びに任意選択で工具交換装置の他の構成要素を制御するように構成される制御装置を備えることができる。制御装置は、工作機械の機械制御部の一体部分とすることができるが、工具交換装置の構成要素のみを制御し、実際の機械制御部と通信する独立した制御装置を提供することも考えられる。制御装置は、特に、好適にプログラムされた制御コンピューターを含むことができる。この制御コンピューターは、個々の駆動部に対する好適なＮＣ軸モジュールと相互に作用することができる。

【0027】

特に、制御装置は、以下の動作のうちの少なくとも１つを制御するように構成することができる：
ａ）工具グリッパーによって工具を把持すること、
ｂ）工具グリッパーによって把持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具ホルダーのうちの１つと工作機械の工具スピンドルとの間で移動させること、
ｃ）工具グリッパーによって把持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具マガジンの２つの異なる工具ホルダーの間で移動させること、
ｄ）仕切りドアを開閉すること、
ｅ）工具グリッパーによって把持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって読取りステーションに移動させ、把持された工具上のデータキャリアを読み取ること、
ｆ）工具グリッパーによって把持された工具を、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって工具クリーナーに移動させ、把持された工具の工具支持部を、工具クリーナーによって清掃すること、
ｇ）工具グリッパーをピボットアームに対して移動させること、
ｈ）工具グリッパーによって把持されたテーパークリーナーを、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって工具スピンドルに移動させること、
ｊ）工具グリッパーによって把持された測定プローブを、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって測定位置に移動させること、
ｋ）ワークをワークグリッパーによって把持し、ワークグリッパーによって把持されたワークを、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、ワークレストと工作機械のワークスピンドルとの間で移動させること。

【0028】

これに関して、本発明は、上述したタイプの工具交換装置を動作させる方法も開示し、本方法は、上述した動作ａ）～ｋ）のうちの少なくとも１つを実行することを含む。

【0029】

好ましい実施形態において、工具交換装置は、工具を交換するために使用されるだけでなく、ワークのクランプ手段を交換するために使用することもできる。このために、工具交換装置は、補助アームの補助ピボット軸及びピボットアームのピボット軸が互いに平行かつ離隔するように、鉛直方向に延在する補助ピボット軸を中心に旋回可能であるように、ピボットアームに取り付けられる補助アームを有する。補助アームは、補助ピボット軸を中心とする補助アームの旋回運動を防止するために、静止位置においてピボットアームに解除可能に係止可能であることが好ましい。補助アームは、工作機械のワーククランプ手段が取り付けられるように構成される。

【0030】

このために、補助アームは、例えば、クランプ手段ホルダー用のレセプタクルを有することができる。このレセプタクルは、例えば、補助アームとクランプ手段ホルダーとの間のバヨネット式接続として構成することができる。このために、レセプタクルは、バヨネット接続を行う任意選択の凹部が内周部にある環状とすることができる。したがって、ワーク交換装置は、ワーククランプ手段がクランプ手段ホルダーを介して補助アームに取付け可能であるように、補助アーム及びワーククランプ手段に取外し可能に接続されるように構成されるクランプ手段ホルダーを備えることもできる。特に、ワーククランプ手段は、補助アームに懸架式に取付け可能とすることができる。これにより、捻り力又は剪断力による負荷を受けないことから、特にシンプルかつ軽量のクランプ手段ホルダーを使用することが可能になる。

【0031】

補助アームにより、ワーク用のクランプ手段を交換することが特に容易になる。現場クレーン、移動式クレーン台車、対応する追加の機能を備えた特別なセットアップ台車等の外的な補助手段はなくてもよい。これにより、大幅にコストを節減することができ、外的な補助手段のスペース要件が排除される。

【0032】

補助アームにかかる鉛直方向の荷重を検出するために、補助アーム上に力変換器を配置することができる。例えば、クランプ手段ホルダー用のレセプタクルは、力変換器を介して補助アームに接続することができる。このようにして、ピボットアーム及び補助アームのシステムの過負荷を検出することができる。

【0033】

本発明は、工作機械におけるワーククランプ手段を交換する上述したタイプの工具交換装置の使用も開示する。対応する方法は、以下のステップのうちの少なくとも１つ、好ましくは全てを含み、これらのステップは、必ずしも示された順序で実行されない：
ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せを実行し、補助アームを、クランプ手段ホルダーを介してワーククランプ手段に接続することができる位置にもたらすために、ピボットアームに対して補助アームを旋回させること、
クランプ手段ホルダーを補助アーム及びワーククランプ手段に接続すること、
昇降キャリッジの昇降運動によって、クランプ手段ホルダーを介して補助アームに取り付けられたワーククランプ手段を昇降させること、
ピボットアームを旋回させることによって、クランプ手段ホルダーに取り付けられたワーククランプ手段を工作機械の外部空間に旋回させること、
昇降キャリッジの昇降運動によって、クランプ手段ホルダーに取り付けられたワーククランプ手段をクランプ手段レスト上に置くこと。

【0034】

本発明はさらに、上述したタイプの工具交換装置を備える工作機械に関する。工作機械は、歯切り盤、特に、歯車創成加工用の歯切り盤であり得る。工作機械は、機械ベッド及び工具スピンドルを備える。工具スピンドルは、工具軸を中心に回転する工具を駆動するために使用される。工具スピンドルは、工具交換を実行するために、工具軸が空間内で鉛直方向に延在する位置にもたらすことができるように、工作機械において機械ベッドに対して旋回可能に配置されることが好ましい。また、工具交換装置は、工具グリッパーによって把持された工具が、ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せによって、工具マガジンの工具ホルダーのうちの１つから工具スピンドルへと移動できるように、機械ベッド上に配置される。

【0035】

特に、工具スピンドルは、工具グリッパー上に把持された工具を工具スピンドル上にクランプすることができる位置、又は工具がクランプされた状態の工具スピンドルがピボットアームの旋回運動の衝突輪郭の外側に位置する後退位置に、工具スピンドルを選択的に移動させるために、少なくとも１つの移動方向に沿って機械ベッドに対して移動可能とすることができ、この移動方向は、昇降キャリッジの昇降方向に対して横断方向に延在する。この移動方向は、水平であることが好ましい。さらに、工具スピンドルは、昇降キャリッジの昇降方向に対して平行な方向に沿って移動可能であってもよい。

【0036】

工作機械は、ワーククランプ手段を有するワークスピンドルを更に備えることが好ましい。ワークスピンドルは、ワーククランプ手段を駆動してワーク軸を中心に回転させる。ワーク軸は、空間内で鉛直であることが好ましい。工作機械が歯車創成加工用の歯切り盤である場合、工作機械は、工具スピンドルの回転運動とワークスピンドルの回転運動との間の歯車結合を確立する、すなわち、対応する互いの回転速度が、所定の固定比及び所定の位相関係になるようにこれらの動きを結合する機械制御部を有する。

【0037】

ワークスピンドルは、補助アームがピボットアームに対する静止位置から外れるとき、ワーククランプ手段を補助アームに取り付けることができるように、機械ベッド上に配置されることが好ましい。このために、ワークスピンドルは、補助アーム上のレセプタクルが、ワークスピンドル上に位置するワーククランプ手段の鉛直上方に配置される位置に、工具スピンドルをもたらすために、少なくとも一方向に沿って機械ベッドに対して移動することが好ましく、この方向は、昇降キャリッジの昇降方向に対して横方向に延在する。この方向も、水平方向に延在することが好ましい。この方向は、水平に移動する工具スピンドルが沿う水平方向に対して直交することが好ましい。

【0038】

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明するが、図面は、単に説明としての役割を果たすものであり、限定するものとして解釈されるべきではない。図面は、それぞれ概略斜視図で示している。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る、待機位置にある工具交換装置を備える工作機械の図であり、工作機械及び工具交換装置は、明確にするために非常に簡略化された形式で示されている。

【図2】図２は、図１の工具交換装置の単体の図である。

【図3】図３は、図２に係る工具交換装置の図であり、明確にするために、図１及び図２の仕切りが、省かれている。

【図4】図４は、仕切りなしの、別の視点からの工具交換装置の図である。

【図5】図５は、仕切りなしの、クランプ位置にある工具交換装置の図である。

【図6】図６は、仕切りなしの、クランプ位置にある工具交換装置を備える図１の工作機械の図である。

【図7】図７は、仕切りなしの、移送位置にある工具交換装置の図である。

【図8】図８は、仕切りなしの、準備完了位置にある工具交換装置の図である。

【図9A】図９Ａは、工具装填ステーションの動きを示す工具交換装置の一部の図である。

【図9B】図９Ｂは、工具装填ステーションの動きを示す工具交換装置の一部の図である。

【図9C】図９Ｃは、工具装填ステーションの動きを示す工具交換装置の一部の図である。

【図9D】図９Ｄは、工具装填ステーションの動きを示す工具交換装置の一部の図である。

【図10】図１０は、工具ホルダー及びＲＦＩＤトランスポンダーを備える工具の図である。

【図11】図１１は、仕切りなしの、把持位置にある工具交換装置の図である。

【図12】図１２は、テーパークリーナーを工具グリッパー内に装着した、図１の工作機械の一セクションの図である。

【図13】図１３は、測定プローブが工具グリッパー内に収容されている、図１の工作機械の別のセクションの図である。

【図14】図１４は、図３に対応する図における第１の実施形態の工具交換装置の図であり、明確にするために図１～図１３において省かれていた追加の構成要素が示されている。

【図15】図１５は、図１４の領域ＸＶ内の詳細図である。

【図16】図１６は、第２の実施形態に係る工具交換装置の一セクションの図である。

【図17】図１７は、仕切りを伴わない、第３の実施形態に係る工具交換装置の図である。

【図18】図１８は、第４の実施形態に係る工具交換装置の一セクションの図である。

【図19】図１９は、第１の位置にある第５の実施形態に係る工具交換装置の一セクションの図である。

【図20】図２０は、第２の位置にある第５の実施形態の工具交換装置の一セクションの図である。

【図21】図２１は、第１の実施形態の工具交換装置を備える図１の工作機械の図であり、工具交換装置は、クランプ手段交換位置にある。

【図22】図２２は、クランプ手段交換位置にある第１の実施形態の工具交換装置の図である。

【図23】図２３は、クランプ手段が機械の外方に旋回した、図２１の工作機械の図である。

【図24】図２４は、クランプ手段が外方に旋回した第４の実施形態の工具交換装置の一部の図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

［定義］
歯切り盤：ワークにおける歯車の歯、特に歯車における内歯又は外歯を生成又は機械加工するように構成される機械。例えば、プレ歯付きワークを機械加工するのに用いる精密加工機、特に、プレ歯付きワークを硬化プロセスに従って機械加工するのに用いる硬化仕上げ機とすることができる。

【0041】

歯車創成加工：工具がワーク上を転動し、切削動作をもたらすタイプの歯車加工。様々な歯車創成加工プロセスが知られており、創成歯車研削又は歯車ホーニング等の幾何学的に不定の切削刃を用いるプロセスと、ギアホビング、ギヤスカイビング、ギヤシェービング、又はギヤシェーピング等の幾何学的に規定された切削刃を用いるプロセスとが区別されている。

【0042】

ギヤスカイビング又はホブピーリング：ギヤスカイビングプロセスは、歯車形状の工具を使用して、軸対称の周期的構造が生成される、連続的な切り屑除去プロセスである。ギヤスカイビング工具（「スカイビングホイール」）は、多数の切削刃をその面に有する。工具及びワークが回転スピンドルに取り付けられる。工具の回転軸とワークの回転軸とが互いに斜めに配置される。典型的なロール動作は、回転軸を中心とする工具の回転運動とワークの回転運動とを結合することによって達成される。このロール動作と、ワーク軸に沿った工具又はワークの軸方向送り動作により、ギヤスカイビング中の切削動作が生じる。このプロセスによって、外歯車及び内歯車の双方を機械加工することができる。

【0043】

ピボットアームの昇降運動及び旋回運動の組合せ：この用語は、ピボットアームの昇降運動（昇降キャリッジを用いる）及び旋回運動の両方が起こることを表している。これらの運動は、同時に起こることができるが、必ずしもそうでなくてもよい。これらの運動は、必要に応じて、昇降運動及び旋回運動を交互に何度か繰り返しながら、順番に行うこともできる。

【0044】

［第１の実施形態に係る工具交換装置を備える工作機械］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る工具交換装置２００を有する工作機械１００の一例を示している。

【0045】

図示の工作機械１００は、ギヤスカイビングプロセスに特に好適な歯切り盤である。しかしながら、そのような機械を用いて他のタイプの機械加工、特に他の歯車創成加工プロセスを実行することも可能である。図１において、機械は、極めて概略的にしか示されていない。機械の可能な具体的実施形態の詳細については、スイス特許第７１５７９４号を参照し、このスイス特許の開示全体を、本開示において参照により援用する。以下では、下記で説明する工具交換装置２００の動作の理解を容易にするために、機械のいくつかの本質的な特徴のみを説明する。

【0046】

機械は、機械ベッド１１０を有する。機械ベッド１１０は、側面視において、水平セクション１１１及び鉛直セクション１１２を有する略Ｌ字形状である。Ｙキャリッジ１２０は、水平セクション１１１上に配置される。Ｙキャリッジ１２０は、図示しない駆動部によって、機械ベッド１１０に対してＹ方向に沿って変位可能である。Ｙ方向は、空間内で水平方向に延在する。

【0047】

Ｙキャリッジ１２０は、ワーククランプ手段１４０を備えるワークスピンドル１３０を保持し、ワークスピンドル１３０によって、図示しないワークをワークスピンドル１３０上にクランプすることができる。したがって、Ｙキャリッジ１２０は、ワークキャリアとして機能する。

【0048】

クランプ手段１４０は、ワークスピンドル１３０によって駆動され、ワーク軸、いわゆるＣ軸を中心に回転することができるように、ワークスピンドル１３０に取り付けられる。Ｃ軸は、空間内で鉛直に、すなわち、重力の方向に沿って延在する。Ｃ軸及びＹ方向は、ともに機械の中心面に延びる。中心面は、Ｙ方向に沿ったＹキャリッジ１２０の位置に関わらず、Ｃ軸を含む。

【0049】

Ｚキャリッジ１５０は、機械ベッド１１０の鉛直セクション１１２上に配置される。Ｚキャリッジは、図示しない駆動部によって、機械ベッド１１０に対してＺ方向に沿って変位可能である。ここで、Ｚ方向は、空間内で鉛直に、Ｃ軸に対して平行かつＹ方向に対して垂直に延びる。

【0050】

Ｚキャリッジ１５０上には、工具スピンドル１７０を保持して、工具キャリアを形成するＸキャリッジ１６０が配置される。Ｘキャリッジ１６０は、図示しない駆動部によって、Ｚキャリッジ１５０に対してＸ方向に沿って変位可能である。ここで、Ｘ方向は、空間内で水平に、Ｚ方向及びＹ方向に対して垂直に、したがって、中心面に対して垂直方向に延びる。Ｚキャリッジ１５０及びＸキャリッジ１６０はともにクロスキャリッジを形成し、そこに取り付けられた工具スピンドル１７０が相互に垂直なＺ方向及びＸ方向に沿って変位することを可能にする。

【0051】

工具スピンドル１７０は、そこに取り付けられた工具５００、例えば、ギヤスカイビング工具を駆動し、工具軸、いわゆるＢ軸を中心に回転させる。このために、工具５００には、工具スピンドルに接続するために、例えば、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－０４又はＤＩＮ ６９８９３－６：２００３－０５に準拠した中空テーパーシャンクを有することができる工具支持部が設けられる。工具支持部によって、工具５００は、工具スピンドル１７０のクランプ手段にクランプされる。

【0052】

工具スピンドル１７０は、図示しない駆動部によって、Ｘキャリッジ１６０に対していわゆるＡ軸を中心に旋回することができる。Ａ軸は、Ｂ軸に対して垂直、Ｘ軸に対して平行、かつ中心面に対して垂直である。Ａ軸は、Ｂ軸に交差する。Ｂ軸が旋回する旋回面は、中心面に対して平行である。

【0053】

機械を制御するために制御装置１８０が使用される。特に、制御装置１８０は、軸Ａの周りのピボット駆動部、工具軸Ｂ及びワーク軸Ｃのためのスピンドル駆動部、並びにＸ、Ｙ、及びＺ方向に沿った直線変位のための駆動部を制御する。制御装置１８０は、図示しない制御パネルと相互に作用し、制御パネルは、操作者が制御装置１８０に制御コマンドを入力し、ステータスメッセージを受信することを可能にする。

【0054】

Ｙキャリッジ１２０、Ｚキャリッジ１５０、及びＸキャリッジ１６０の移動のための、並びにＡ軸を中心とした工具スピンドル１７０の旋回運動のための駆動部及びガイドの可能な構成について、また、更なる構造の詳細については、スイス特許第７１５７９４号を参照する。

【0055】

［ワークの機械加工］
図１に係る機械を用いてワークを機械加工するために、Ｙキャリッジ１２０を、まず、Ｙ方向に対してワーク交換位置に動かす。この位置において、最新の仕上げ済みワークが、手動で又は図示しないワーク装填部によってクランプ手段１４０から取り外され、機械加工されるブランクワークが、クランプ手段１４０上に配置されてクランプされる。その後、Ｙキャリッジ１２０は、Ｙ方向に沿って機械加工位置に移動する。ブランクワークがプレ歯付きワークである場合、図示しない噛合装置を使用して、ブランクワークの歯溝の角度位置を確定するために、これらの歯溝を測定する。その後、Ｚキャリッジ１５０及びＸキャリッジ１６０は、工具５００がブランクワークに係合する位置にもたらされる。同時に、工具スピンドル１７０は、特にワークのねじれ角に応じたＡ軸周りの角度位置にある。ここで、ブランクワークの歯車創成加工は、通常の方法で実行される。工具５００及びワークは、規定の回転速度比で回転する。この強制的な連結は、制御装置１８０によって電子的に行われる。Ｚキャリッジ１５０の移動により、ワーク軸に沿った軸方向送りが実現される。Ｘキャリッジ及び／又はＹキャリッジの移動により、ワーク軸に対する工具の径方向送りを変更することができる。これらの動きも、制御装置１８０によって制御される。

【0056】

一定期間が経過すると、工具５００の切削刃は、工具５００を新しく研ぎ直された工具と取り替えなければならないほど摩耗する。後述する工具交換装置２００は、このために使用される。

【0057】

［工具交換装置の構造］
［工具マガジン及び工具装填ステーション］
機械１００の工具交換装置２００が単体で図２に示されている。工具交換装置２００は、複数（ここでは３つ）の工具ホルダー２２１、２２２、２２３が上下に強固に配置される鉛直支柱２１０の形態の支持構造体を有する。これらの固定工具ホルダーは、以下、「工具保管場所」とも称する。

【0058】

更なる工具ホルダー２３０が、最下の固定工具ホルダー２２３の下に配置される。この工具ホルダーは、支柱２１０に対して水平方向に移動可能であり、特に、水平方向に変位可能かつ鉛直軸を中心に旋回可能である。可動工具ホルダー２３０は、工具交換装置２００の内部と外部との間で工具を移送するように機能する。可動工具ホルダー２３０は、以下、「工具装填ステーション」とも称する。工具装填ステーションの構造及び機能は、図７、図８、及び図９Ａ～図９Ｄに関して下記により詳細に説明する。当然ながら、工具装填ステーションは、操作者にとって人間工学的な高さになるように、固定工具ホルダー間の位置に配置することもできる。

【0059】

工具ホルダー２２１、２２２、２２３、及び２３０のそれぞれは、それぞれの工具５００を受けるように構成される。このために、工具ホルダーは、工具の対応する部分の形状に相補的な形状を有する。本例において、工具ホルダーは、略半円形凹部を有する水平プレートとして形成される。この凹部は、円筒形工具の縮径部分を受ける。より大きな直径の上方に配置された工具支持部のカラーは、環状支持面を形成し、これにより、工具が凹部を囲むプレートの領域に静置される。ただし、当然ながら、別の形態の工具ホルダーも考えられる。

【0060】

各工具ホルダー２２１、２２２、２２３、及び２３０における図示しない位置センサーが、工具５００が関連する工具ホルダー内に配置されているか否かを検出し、それを制御装置１８０に通知する。位置センサーは、例えば、関連する工具ホルダー内に配置された工具によって作動する単純な機械スイッチとすることができる。図２の例において、３つの固定工具ホルダー（工具保管場所）は、工具５００によってそれぞれ占有されているが、一方、可動工具ホルダー２３０（工具装填ステーション）は占有されていない。

【0061】

工具ホルダー２２１、２２２、２２３、及び２３０は、機械１００において直接利用可能な限られた数の工具（ここでは、最大４つの工具）を保持する工具マガジン２２０を形成する。

【0062】

［仕切り］
仕切り３００は、工具交換装置２００を工作機械１００の加工空間から分離する。仕切り３００は、工具交換装置２００の内部を工作機械１００の加工空間から分離し、それにより、工具交換装置２００の内部を冷却潤滑剤及び／又は切り屑による汚染から保護するように機能する。

【0063】

仕切り３００は、鉛直方向に延在する仕切り壁３１０を備える。仕切り壁３１０の下端部に隣接して、工作機械１００の加工空間内に或る角度で下方に突出するエプロン３４０があり、それにより、冷却潤滑剤及び／又は切り屑を、機械ベッド１１０の下側にある切り屑コンベヤ（図示せず）に向かって排出することができる。仕切り開口３２０が鉛直仕切り３１０に形成され、鉛直に摺動可能な仕切りドア３３０によって閉鎖可能である。図示しないアクチュエータ、例えば、従来技術において既知の空気式アクチュエータが、開閉動作をもたらすために使用される。この駆動は、制御装置１８０によって制御される。

【0064】

安全スイッチが、仕切りドア３３０の状態（開／閉）を制御装置１８０に信号伝達し、仕切りドア３３０の開放時に工作機械においてワークが機械加工されることを防止し、また、仕切りドア３３０の閉鎖時にスイングアーム２５０が仕切り開口３２０を通って移動することを防止する。

【0065】

［工具装填ドアを備える外壁］
工具マガジンの仕切り３００に対向する側において、外壁４００が、工具交換装置２００を外部空間から横方向に分離するように配置される。工具装填開口４１０が外壁４００に形成され、この工具装填開口４１０は工具装填ドア４２０によって閉鎖可能である。本例において、工具装填ドア４２０は、外壁４００上に旋回可能に取り付けられる。本例において、工具装填ドア４２０は、手動で開閉される。

【0066】

外壁４００は、機械１００と外部空間との横方向の境界をなす。工具装填ドア４２０は、機械１００の操作者が工具交換装置２００の可動部によって外傷を負うことを防ぐように機能する。特に、工具装填ドア４２０には、工具装填ドア４２０の状態（開又は閉）を制御装置１８０に通知する状態表示器を備えることができる。制御装置１８０は、工具装填ドア４２０が開放している限り、ワーク交換装置の可動部がいかなる動作を実行しないようにし、そうでない場合には、工具装填ドア４２０の開放を防止する。

【0067】

［ＲＦＩＤステーション］
ＲＦＩＤステーション６００は、仕切り３００と外壁４００との間の領域に位置し、冷却潤滑剤及び切り屑から保護される。ＲＦＩＤステーション６００の構造及び機能は、図１０及び図１１に関連して下記により詳細に説明される。

【0068】

［Ｚ３キャリッジ上のピボットアーム］
図３では、工具交換装置２００が、仕切り３００なしで示されている。この図において、図２では仕切り壁３１０によって隠れていた工具交換装置の更なる構成要素を見ることができる。

【0069】

特に、支柱２１０上で鉛直方向に変位可能にガイドされる昇降キャリッジ２４０を見ることができる。この昇降キャリッジは、以下、「Ｚ３キャリッジ」とも称する。Ｚ３キャリッジ２４０は、ピボットアーム２５０を保持し、ピボットアーム２５０は、ピボット軸受２５１を介して鉛直軸を中心に旋回可能である。この軸は、本明細書において「Ｃ３軸」とも称する。Ｃ３軸は、支柱２１０と機械１００の加工空間との間、又は支柱２１０と仕切り３００との間に位置する領域において、支柱２１０から距離を置いて延在する。

【0070】

概略的にのみ示す工具グリッパー２６０が、ピボットアーム２５０の自由端部に取り付けられる。工具グリッパーは、工具ホルダー２２１、２２２、２２３、２３０のうちの１つに配置される工具５００を把持して、別の場所に移動させることを可能にする。このために、工具グリッパーは、図３に個別に図示しない２つのグリッパージョーを備え、グリッパージョーは、互いに向かって移動可能であり、これにより、工具グリッパーは、工具５００の工具支持部をそのカラーにおいて把持する。

【0071】

ピボットアーム２５０の下には補助アーム２５２があり、その機能については、図１９～図２２に関して下記により詳細に説明する。補助アーム２５２は、通常動作時には動作せず、ピボットアーム２５０の静止位置に係止されている。

【0072】

［工具交換装置の動作］
ここで図１～図１３を参照して、工具交換装置２００の動作をより詳細に説明する。

【0073】

［中間位置（図１）］
図１において、Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０は、工具交換装置の動作中に通常とり得るような中間位置にある。この位置では、ピボットアーム２５０及びグリッパー２６０は、仕切り３００及び外壁４００によって区切られた工具交換装置の内部に完全に収まっている。この位置では、仕切りドア３３０は、工作機械１００におけるワークの機械加工中の汚染から工具交換装置を保護するために閉鎖することができる。

【0074】

［工具マガジンからの工具の取り出し（図２～図４）］
工具を工具ホルダー２２１、２２２、２２３、又は２３０のうちの１つから取り外すために、工具グリッパー２６０は、ピボットアーム２５０及びＺ３キャリッジ２４０によって当該工具５００に向かって移動する。これは、図２～図４では最下の固定工具ホルダーについて示されている。工具グリッパー２６０は、当該工具を把持する。次いで、ピボットアーム２５０は、僅かに持ち上がり、工具がＲＦＩＤステーション６００の鉛直上方にくるまで、仕切り壁３１０に向かって外方に旋回する。この位置では、ピボットアーム２５０は、工具グリッパー２６０及びその内部に保持された工具とともに、Ｚ３キャリッジ２４０の移動によって、Ｚ３方向に沿って衝突することなく上下に移動することができる。その間、仕切りドア３３０は、閉鎖したままとすることができる。

【0075】

次いで、工具は、別の工具ホルダー内に配置し、Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０の適切な移動によって、ＲＦＩＤステーション６００に移動させるか又は工具スピンドル１７０に移動させることができる。

【0076】

［工具スピンドルへの移送（図５及び図６）］
工具５００を工具スピンドル１７０に移動させるために、上述したように、当該工具を工具ホルダーのうちの１つから取り外し、Ｚ３キャリッジ２４０を使用して仕切りドア３３０のすぐ後ろの位置に移動させる。仕切りドア３３０が開放し、ピボットアーム２５０は、ピボットアーム２５０上に保持された工具５００が工具スピンドル１７０の直下に位置するまで、仕切り開口３２０を通して工作機械１００の加工空間内に旋回する。このために、工具スピンドル１７０は、事前にＺキャリッジ１５０及びＸキャリッジ１６０によって適切な位置にもたらされ、Ａ軸を中心に鉛直方向に傾けられる。その結果の工具スピンドル１７０、Ｚ３キャリッジ２４０、及びピボットアーム２５０の位置が、図５及び図６に示されている。この位置は、以下、「クランプ位置」とも称する。

【0077】

Ｚキャリッジ１５０及び／又はＺ３キャリッジ２４０を移動させることにより、工具５００は、ここでは、図示しない工具クランプ手段によって工具スピンドル１７０上にクランプできるように、工具スピンドル１７０に対して位置決めされる。

【0078】

工具が工具スピンドル１７０上にクランプされた後、工具グリッパー２６０が開放させられ、ピボットアーム２５０が機械の後方に向かって旋回される。ここで、工具スピンドル１７０は、Ｘキャリッジ１６０とともに、ピボットアーム２５０との衝突領域から移動させられる。これにより、ピボットアーム２５０は、衝突することなく工具交換装置２００の内部へと再び旋回することができる。その後、仕切りドア３３０が再び閉鎖する。これで、新たにクランプされた工具５００によって、ワークを機械加工することができる。

【0079】

工具５００を工具スピンドル１７０から再び取り外し、工具マガジン２２０内に移動させるには、この動作を逆の順序で実行する。

【0080】

工具マガジンへの新たな工具の装填（図７、図８、及び図９Ａ～図９Ｄ）
図７、図８、及び図９Ａ～図９Ｄは、工具を機械の外部空間に移送し、新たな工具を工具マガジンに装填するところを示している。工具５００を工具交換装置２００の内部から機械の外部に移送するために、当該工具を、Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０の適切な移動によって、可動工具ホルダー２３０（「工具装填ステーション」）上に配置する。その間、工具装填ドア４２０は閉鎖している。この状態は、図７に示されている。Ｚキャリッジ２４０及びピボットアーム２５０の対応する位置は、以下、「移送位置」とも称する。

【0081】

ここで、工具グリッパー２６０が開かれ、ピボットアーム２５０が当該工具５００から離れるように旋回する。可動工具ホルダー２３０は、固定工具ホルダー２２１、２２２、２２３の鉛直真下に配置されるホーム位置にある。この状態は、図８に示されている。ここで、ピボットアーム２５０及び工具ホルダー２３０のこの位置は、動作休止時に工具交換装置がとる静止位置としての役目も果たす。

【0082】

図９Ａ～図９Ｄは、可動工具ホルダー２３０をこのホーム位置から装填位置に移動する方法を示している。これらの各図において、工具交換装置の同じ部分が示されている。

【0083】

図９Ａでは、可動工具ホルダー２３０はホーム位置にあり、工具装填ドア４２０は閉鎖している。

【0084】

次いで、工具装填ドア４２０を開放し、工具装填開口４１０を露出させる。可動工具ホルダー２３０は依然としてそのホーム位置にある。これは、図９Ｂに示されている。この図において、可動工具ホルダー２３０が支柱２１０に対して可動である様子も見ることができる。ホルダー２３５（図９Ｃを参照）を介して、リニアガイド２３１が支柱２１０に強固に接続される。このリニアガイドは、以下、装填リニアガイド又はＸ４リニアガイドとも称する。Ｘ４リニアガイド２３１において、走行レール２３２が水平方向Ｘ４に沿って摺動可能にガイドされる。プレート２３３は、走行レール２３２上に取り付けられる。走行レール２３２及びプレート２３３は、ともにキャリッジを形成し、キャリッジは、Ｘ４リニアガイド２３１において摺動可能にガイドされ、以下、装填キャリッジと称する。可動工具ホルダー２３０は、ピボット軸受２３４を介してプレート２３３に旋回可能に取り付けられる。ピボット軸受２３４は、空間内で鉛直方向に延在するピボット軸Ｃ４を画定する（図９Ｃを参照）。したがって、ピボット軸受２３４は、装填ピボット軸受とも称する。装填ピボット軸受２３４は、可動工具ホルダー２３０が、水平旋回面において装填キャリッジに対して旋回することを可能にする。

【0085】

次いで、可動工具ホルダー２３０が取り付けられた装填キャリッジ及び工具５００は、工具装填開口４１０を通して工作機械の外部空間に手動で引き出される。その結果の可動工具ホルダー２３０の中間位置が図９Ｃに示されている。この中間位置において、可動工具ホルダー２３０における凹部の開放側が工作機械の内部に向いている。

【0086】

最後に、可動工具ホルダー２３０における凹部の開放側が操作者の方を向くように、装填ピボット軸Ｃ４を中心に可動工具ホルダー２３０を更に手動で旋回させる。その結果の工具ホルダー２３０の工具装填位置が図９Ｄに示されている。この位置において、操作者は、工具５００を容易に取り外し、新たな工具を工具ホルダー２３０に配置することができる。

【0087】

工具交換装置に新たな工具を装填するには、上述したステップを逆の順序で実行する。工具が回転軸を中心とする所定の向きで工具交換装置内に受け入れられることを確実にするために、可動工具ホルダー２３０上に位置決め要素が存在することができ、位置決め要素は、工具上の相補的な構造と相互作用する。例えば、工具は、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－４に準拠した配向ノッチ（「ジャーマンコーナー（Deutsches Eck）」）を有することができ、相補的な位置決めピンを可動工具ホルダー２３０上に設けることができる。

【0088】

新たな工具を伴う可動工具ホルダー２３０を工具交換装置の内部に押し込んだ後、新たな工具を、上述した方法で、固定工具ホルダー２２１、２２２、２２３のうちの１つに移送することができる。更に詳細に後述するように、工具は、ＲＦＩＤステーション６００において事前に検出されることが好ましい。

【0089】

上記例において、可動工具ホルダー２３０の動作は手動で実行される。しかしながら、これらの動作は、適切な駆動部によって制御して実行することも考えられる。特に、可動工具ホルダー２３０と外部マガジンとの間で工具の自動的な交換を実行することが考えられる。このために、外部マニピュレーターにより、可動工具ホルダー２３０から工具を取り外し、新たな工具を装填することができる。この場合、工具装填ドア４２０は省くことができる。

【0090】

可動工具ホルダー２３０を、上述した例とは異なるように設計することも考えられる。例えば、可動工具ホルダー２３０をピボットアームに取り付け、ピボットアームによって、工具装填開口４１０を通して外部空間へと旋回させることが考えられる。

【0091】

工具装填ドア４２０が設けられる場合、回転式ドアの代わりにスライドドアとしてもよい。

【0092】

［ＲＦＩＤステーションによる工具の検出（図１０及び図１１）］
図１０に示されているように、工具５００には、ＲＦＩＤトランスポンダーを設けることができる。図１０は、例示的な工具５００を示している。工具５００は、工具支持部５１０を備える。工具支持部５１０の上端部には、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－０４に準拠したＡタイプ又はＤＩＮ ６９８９３－６：２００３－０５に準拠したＦタイプの中空テーパーシャンク（ＨＳＫ）５１１が設けられる。工具支持部５１０は、外周に、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－４に準拠した上述した配向ノッチ５１３（「ジャーマンコーナー」）を有する。下端部では、端部切削刃５２１を備えるスカイビングホイール５２０が、工具支持部５１０に接続される。本開示の意味内で、工具支持部５１０及びスカイビングホイール５２０は、工具５００をともに形成する。

【0093】

スカイビングホイール５２０には、ＲＦＩＤトランスポンダー５２２（「ＲＦＩＤタグ」）が設けられる。ＲＦＩＤトランスポンダー５２２は、スカイビングホイールの切削刃５２１が配置される領域内の径方向において、スカイビングホイールの下側の中心に位置する。このＲＦＩＤタグにより、スカイビングホイールを一意に識別することができ、任意選択で、スカイビングホイールの更なる特性をこのタグに記憶することができる。

【0094】

ＲＦＩＤステーション６００によってＲＦＩＤトランスポンダー５２２を読み取るために、工具グリッパー２６０によって保持された工具５００がＲＦＩＤステーション６００の頂部に接触するまで、Ｚ３キャリッジ２４０を下方に移動させる。この状態は、図１１に示されている。Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０のこの位置は、以下、「検知位置」とも称する。

【0095】

ＲＦＩＤステーション６００は、その頂面に、ＲＦＩＤトランスポンダー５２２を読み取るＲＦＩＤトランシーバー６３０（図４では見れるが、図１１では工具によって隠れている）を保持する。ＲＦＩＤトランスポンダー５２２は、スカイビングホイール５２０の一意の識別子を記憶する。この一意の識別子をＲＦＩＤトランシーバー６３０が読み取り、制御装置１８０に送信する。一意の識別子を使用して、制御装置１８０が、スカイビングホイール５２０のプロセス関連特性をデータベースから取得し、これらの特性を使用して、機械加工プロセスを制御する。これらの特性は、例えば、工具構造及び幾何学的データ、並びに、実行した研ぎ直しの回数及び最後の研ぎ直しが行われてからワークを機械加工した回数等の工具の以前の使用に関するデータを含み得る。代替的に、このデータは、ＲＦＩＤトランスポンダー５２２に直接記憶することができ、ＲＦＩＤトランシーバー６３０によって読み取ることもできる。ＲＦＩＤトランシーバー６３０は、ＲＦＩＤトランスポンダー５２２に情報を書き込むように更に構成することができる。

【0096】

ＲＦＩＤトランシーバー６３０及び関連するＲＦＩＤトランスポンダー５２２への損傷を防止するために、ＲＦＩＤステーション６００は、ばね負荷設計を有する。このために、ＲＦＩＤトランシーバー６３０は、ガイドレール６１１を介して基部６１０上で鉛直方向に摺動可能にガイドされるトランシーバー取付け部６２０上に取り付けられる。基部６１０は、機械ベッド１１０に固定接続される。ばね部材６４０は、トランシーバー取付け部６２０と基部６１０との間で作用し、トランシーバー取付け部６２０がガイドレール６１１の下方に移動すると圧縮される。それにより、ばね部材６４０は、トランシーバー取付け部６２０に対して復元力をもたらす。基部６１０に対するトランシーバー取付け部６２０の移動は、振動を防ぐために減衰させることが好ましい。例えば、ばね部材６４０は、復元力及び減衰効果の双方を生成する、それ自体既知のガススプリングとすることができる。ＲＦＩＤステーション６００のばね負荷設計は、工具の長さが分からない場合であっても、ＲＦＩＤトランシーバー６３０又は関連するＲＦＩＤトランスポンダー５２２を損傷することなく、ＲＦＩＤステーション６００を使用して、異なる長さの工具を読み取ることを可能にする。

【0097】

工具５００は、新たな工具が工具交換装置に装填された直後、ＲＦＩＤステーション６００によって検出されることが好ましい。代替的に、この検出は、工具が工具スピンドル１７０に移送されたときに実行することもできる。

【0098】

更なるＲＦＩＤトランスポンダー５１２が、工具支持部５１０の周縁領域に配置される。このＲＦＩＤトランスポンダーは、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－０４に規定されるように、データキャリアの設置スペースに位置する。このＲＦＩＤトランスポンダーは、工具支持部を一意に識別するように使用することができ、任意選択で、工具支持部の更なる特性をこのトランスポンダー内に記憶することができる。図示しない第２のＲＦＩＤトランシーバーを使用して、工具支持部５１０におけるＲＦＩＤトランスポンダー５１２を読み取ることができる。このトランシーバーは、工具グリッパーの下等、工具グリッパー２６０に隣接して組み込んだり又は位置することができる。

【0099】

２つのＲＦＩＤトランスポンダー５１２及び５２２から読み取られた情報は、工具５００を一意に識別し、スカイビングホイール５２０及び工具支持部５１０の正しい組合せであることを検証することができる。

【0100】

ＲＦＩＤトランスポンダー５１２、５２２の代わりに、別のタイプの機械可読データキャリア、例えば、光学読取りコードを、工具支持部５１０及び／又はスカイビングホイール５２０に設けてもよい。したがって、ＲＦＩＤステーションの代わりに、好適に構成された、例えば、ＲＦＩＤトランシーバーの代わりにデータキャリアの光学読取り装置を備える読取りステーションを設けることができる。

【0101】

他の対象への使用（図１２及び図１３）
図１２及び図１３を参照すると、工具５００以外の対象を工具グリッパー２６０内に受けることができることが示されている。

【0102】

例えば、図１２の例において、工具スピンドル１７０におけるテーパーレセプタクル１７１のために、テーパークリーナー５３０が工具グリッパー２６０に受け入れられる。テーパークリーナー５３０は、工具グリッパー２６０との好適な接続部に取り付けられる市販のテーパークリーナーとすることができる。テーパークリーナー５３０は、工具グリッパー２６０によって把持され、ピボットアーム２５０及びＺ３キャリッジ２４０によって工具スピンドル１７０に移動され、ゆっくり回転するテーパーレセプタクルに挿入される。テーパークリーナーの代わりに、例えば、ブラシを使用してもよい。

【0103】

図１３の例において、測定プローブ５４０が工具グリッパー２６０内に受け入れられる。この測定プローブは、一般的な測定及び検査機能を実行することができる。この測定プローブには、無線信号伝送手段を備えることができる。例えば、測定プローブ５４０は、ワーククランプ手段１４０の振れ及び軸振れの測定を実行するのに使用することができる。このために、測定プローブ５４０は、ピボットアーム２５０及びＺ３キャリッジ２４０によって、ワーククランプ手段１４０に移動される。代替的に、測定プローブ５４０は、工具スピンドル１７０又は工作機械１００における別の場所に挿入してもよい。

【0104】

テーパークリーナー５３０又は測定プローブ５４０の代わりに、他の対象を工具グリッパー２６０によって把持してもよい。これらの対象は、不使用時に工具トレイのうちの１つに配置することができる。

【0105】

Ｚ３キャリッジのガイド及び駆動、ピボットアームの駆動、工具グリッパー、補助アームの係止（図１４及び図１５）
明確にするために、工具交換装置のいくつかの構成要素は、図１～図１３に示していない。図１４及び図１５は、これらの構成要素を示している。

【0106】

Ｚ３キャリッジ２４０は、支柱２１０に強固に接続された２つの平行なガイドレール２４１によって、それ自体既知の方法でガイドされる。Ｚ３キャリッジは、昇降キャリッジ駆動部２４２によって駆動され、昇降キャリッジ駆動部２４２は、回転運動を発生させ、それを、それ自体既知のボールねじ２４３によって、Ｚ３キャリッジ２４０の昇降運動に変換する。

【0107】

Ｃ３軸を中心としたピボットアーム２５０の旋回運動は、Ｚ３キャリッジ２４０に取り付けられる、それ自体既知のピボットアクチュエータ２５６によって実行される。

【0108】

ラッチ２５７は、補助アーム２５２をピボットアーム２５０に固定する。このラッチは、例えば、ばね付きピンとして構成することができ、このばね付きピンは、ラッチ位置において、ピボットアーム２５０を貫通して補助アーム２５２の開口内に入り、解除位置において、ピボットアーム２５０に対して補助アーム２５２の旋回を可能にするのに十分に引っ張られる。

【0109】

工具グリッパー２６０は、図１５により詳細に見ることができる。工具グリッパー２６０は、工具を把持するために互いに向かって空気的に又は電気的に移動可能である、一対のグリッパージョー２６１、２６２を備える、それ自体既知の２ジョーグリッパーである。それにより、グリッパージョー２６１、２６２の形状は、工具グリッパーによって取り上げられる工具領域の外部形状に適合される。特に、グリッパージョー２６１、２６２は、グリッパージョー２６１、２６２によって把持された工具が、落下しないように形状嵌合式に固定されるような形状とすることができる。例えば、工具支持部５１０には、ＤＩＮ ６９８９３－１：２０１１－０４に準拠したＡタイプ又はＤＩＮ ６９８９３－６：２００３－０５に準拠したＦタイプの中空テーパーシャンク（ＨＳＫ）を設けることができる。そのような中空テーパーシャンクは、周方向把持溝を有するカラーを有する。また、グリッパージョーは、この把持溝に係合する、内方に突出した突起を有することができる。

【0110】

昇降キャリッジ駆動部２４２、ピボット駆動部２５５、及び工具グリッパー２６０は、制御装置１８０によって制御される（図１を参照）。

【0111】

当然ながら、本例以外のタイプのガイド、駆動部、グリッパー、及びラッチも考えられる。

【0112】

［第２の実施形態（図１６）］
工具交換装置の第２の実施形態が図１６に示されている。第２の実施形態の工具交換装置は、工具グリッパー２６０の設計及び工具グリッパー２６０がピボットアーム２５０に取り付けられる方法に関してのみ、第１の実施形態の工具交換装置とは異なる。

【0113】

第２の実施形態において、工具グリッパー２６０は、ダブルグリッパーとして構成される。このために、工具グリッパー２６０は、２対のグリッパージョー２６１、２６２又はグリッパージョー２６１’、２６２’を備える。グリッパージョー２６１’、２６２’の対は、グリッパージョー２６１、２６２の対とは反対方向に延在する。工具グリッパー２６０は、ピボットアーム２５０の自由端部において、ピボット駆動部が統合されたピボット体２６３に取り付けられる。このピボット体２６３は、工具グリッパーが鉛直軸Ｃ６を中心に０°～３６０°の間で旋回することを可能にする。これにより、グリッパージョー２６１、２６２及びグリッパージョー２６１’、２６２’の対の位置を入れ替えることが可能になる。

【0114】

工具グリッパー２６０をダブルグリッパーとして設計することにより、仕切り開口３２０を通してピボットアーム２５０を複数回移動させる必要なく、摩耗した工具５００’を工具スピンドル１７０から取り外し、新しく研ぎ直された工具５００と取り替えることが可能になる。このために、上述した方法で、グリッパージョー２６１、２６２の対によって、新しく研ぎ直された工具５００を工具マガジンから取り出す。グリッパージョー２６１’、２６２’の対は空のままである。次いで、上述した方法で、ピボットアーム２５０によって、仕切り開口３２０を通して工具５００を工具スピンドル１７０に移送する。ここで、グリッパージョー２６１’、２６２’の対が、工具スピンドル１７０から摩耗した工具５００’を取り上げる。工具グリッパー２６０は、１８０°旋回し、グリッパージョー２６１、２６２の対は、新しく研ぎ直された工具５００を工具スピンドル１７０に移送する。ここで、ピボットアーム２５０が旋回して工具交換装置２００の内部に戻る。

【0115】

このようにして、工具交換時の非生産的なダウンタイムを低減することができる。

【0116】

グリッパージョーの対は、図１６とは異なるように配置してもよく、工具グリッパーは、図１６とは異なるようにピボットアーム２５０に接続してもよい。例えば、グリッパージョーの対は、工具グリッパー２６０の同じ側に横並びで配置することができる。２対以上のグリッパージョーを設けることもできる。

【0117】

［第３の実施形態（図１７）］
工具交換装置の第３の実施形態は、図１７に示されている。第３の実施形態において、工具グリッパー２６０は、第２の実施形態と同様のダブルグリッパーとして構成され、ピボットアーム２５０に対して鉛直ピボット軸Ｃ６を中心に旋回可能である。固定工具ホルダー２２１、２２２、２２３は、ここでは、ダブルレセプタクルとして構成され、すなわち、互いに並んだ２つの工具をそれぞれ受けることができる。これらの工具ホルダーのうちの１つに工具を配置する、又はこれらの工具ホルダーのうちの１つから工具を取り上げるために、対応するピボット位置に工具グリッパー２６０を移動させることができる。このようにして、必要最小限の追加スペースで工具マガジン２２０の容量を倍増することができる。

【0118】

加えて、第３の実施形態の工具交換装置は、任意選択で、ワークレスト２８０からワーク８００を取り上げ、ピボットアーム２５０の対応する位置においてワークスピンドル１３０のワーククランプ手段１４０に移送するように構成されるワークグリッパー２７０を更に備える。制御装置１８０は、このために対応する制御プログラムを有することができる。

【0119】

本例において、ワークグリッパー２７０も、ワーク交換時の非生産的なアイドル時間を最小限にするために、ダブルグリッパーとして構成される。しかしながら、ワークグリッパー２７０は、当然ながら、シングルグリッパーとして構成することもできる。ワークグリッパー２７０は、工具用のシングルグリッパーと組み合わせることもできる。

【0120】

任意選択の工具クリーナー７００が支柱２０１の上端部に配置される。工具クリーナー７００は、工具５００の工具支持部５１０の中空テーパーシャンク５１１（図１０を参照）から冷媒及び切り屑を清掃するために使用される。したがって、工具クリーナー７００は、テーパークリーナーとも称する。工具クリーナー７００は、グリッパー２６０によって保持された工具５００を、Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０によって工具クリーナーに容易に移動できるように配置される。本例において、工具クリーナー７００は、固定工具ホルダー２２１、２２２、２２３の上方に配置されるが、これは必須ではない。

【0121】

当然ながら、工具クリーナーは、本明細書に記載される他の実施形態のいずれにも設けることができる。好適な工具クリーナーが従来技術から知られており、市販されている。

【0122】

［第４の実施形態（図１８）］
工具交換装置の第４の実施形態が図１８に示されている。この実施形態において、工具グリッパー２６０は、ピボットアーム２５０に対して方向Ｙ３に沿って直線的に変位可能である。このために、工具グリッパー２６０は、グリッパーキャリッジ２６５上に取り付けられ、グリッパーキャリッジ２６５は、グリッパーキャリッジ駆動部２６６によって、ピボットアーム２５０に対して方向Ｙ３に沿って制御された様式で変位可能である。

【0123】

本例において、方向Ｙ３は、ピボットアーム２５０の長手方向に対して実質的に平行であるが、その方向に対して任意の角度とすることができる。

【0124】

この実施形態において、工具グリッパーはまた、第２の実施形態及び第３の実施形態に関して記載したようにダブルグリッパーとすることができる。また、工具グリッパーは、ピボット体を介してグリッパーキャリッジ２６５上に取り付けることができる。しかしながら、例えば、グリッパージョーの対が横並びで配置される場合、ピボット体は省くこともできる。

【0125】

［第５の実施形態（図１９及び図２０）］
工具交換装置の第５の実施形態が、図１９及び図２０に示されている。この実施形態において、工具グリッパー２６０は、工具グリッパー２６０が、ピボットアーム２５０に対して水平ピボット軸Ｃ８を中心に制御された様式で９０°旋回することを可能にする、一体駆動部を備えるピボット体２６７に取り付けられる。結果として、工具５００は、工具ホルダー２２１、２２２、２２３、２２４、及び２３０において、鉛直方向ではなく、水平方向に配置することができる。したがって、工具ホルダーは、工具軸が水平となる向きで工具５００を受け入れるようにそれぞれ構成される。工具を水平に配置することによって、長尺の工具に必要とされるスペースが著しく低減される。

【0126】

［クランプ手段の交換（図２１～図２３）］
工具交換装置２００は、工具スピンドル１７０上の工具を自動的に交換することを可能にするだけでなく、操作者のワーククランプ手段１４０の交換を補助することも可能にする。これは、第１の実施形態を参照して、図２１～図２３に示されている。

【0127】

クランプ手段を交換するために、上述した補助アーム２５２を、ピボット軸受２５３を介して、工具グリッパー２６０の下のピボットアーム２５０の自由端部に旋回可能に取り付ける。通常動作時では、補助アーム２５２は、静止位置においてピボットアーム２５０に係止される。上述したラッチ２５７は、このために使用される。静止位置は、通常動作中の機械に対する損傷を防止するために、図示しないセンサーによって監視される。補助アーム２５２は、クランプ手段を交換するために係止解除することができ、それにより、水平面において鉛直補助ピボット軸Ｃ５を中心に、ピボットアーム２５０の自由端部に対して手動で旋回させることができる。補助ピボット軸Ｃ５は、ピボットアーム２５０のピボット軸Ｃ３から距離を置いて配置される。補助アーム２５２の自由端部には、クランプ手段ホルダー２５５のバヨネット式レセプタクル２５４がある。

【0128】

クランプ手段の交換を実行するために、Ｚキャリッジ１５０は、まず、正のＺ方向に沿って一番上まで移動し、Ｘキャリッジ１６０は、負のＸ方向に沿って一番左まで、すなわち、工具交換装置２００から離れるように移動し、ピボットアーム２５０と補助アーム２５２との衝突を回避する。Ｙキャリッジ１２０は、負のＹ方向に沿って一番前方まで移動し、操作者に最大限のアクセスを可能にする。その後、Ｚ３キャリッジ２４０及びピボットアーム２５０は、図２１及び図２２に示されている位置に移動する。ここで、操作者は、補助アーム２５２のラッチを解除し、補助アーム２５２を静止位置から外方に手動で旋回させる。操作者は、クランプ手段ホルダー２５５をレセプタクル２５４に取り付け、補助アーム２５２を図２１及び図２２に示されている位置に手動でもたらす。クランプ手段ホルダー２５５は、ここで、クランプ手段１４０の真上にくる。この位置は、クランプ手段交換位置とも称する。

【0129】

Ｚ３キャリッジの下方移動により、クランプ手段ホルダー２５５は、次いで、クランプ手段１４０上に配置される。このとき、クランプ手段ホルダー２５５は、例えば、ねじ接続によってクランプ手段１４０に接続され、ワークスピンドル１３０から解放される。Ｚ３キャリッジ２４０の上方移動により、クランプ手段１４０がワークスピンドル１３０から上昇し、補助アーム２５２によって工作機械１００の加工空間から前方外方に旋回する。その結果の取外し位置が図２３に示されている。次いで、クランプ手段１４０は、Ｚ３キャリッジ２４０の下方移動によって、図示しないクランプ手段レスト、例えばキャリッジ上に配置することができる。

【0130】

補助アーム２５２の不要な旋回運動を防止するために、ピボット軸受２５３上にデテント機構を設け、補助アーム２５２を１つ以上の選択されたデテント位置に係止することができる。このデテント機構は、補助アーム２５２が、補助ピボット軸Ｃ５の周りの特定の解放トルクを乗り越えた後にのみ、これらのデテント位置から外れて旋回することを可能にするように構成することができる。このために、デテント機構は、例えば、デテント位置においてピボット軸受の制御プレート内のそれぞれの凹部に係合する、ばねスラスト片を備えることができる。代替的に、補助アーム２５２を任意の旋回位置に固定することを可能にするために、手動で動作可能なクランプ手段を設けてもよく、又は、ピボット軸受２５３は、補助アーム２５２の不慮の旋回を防止するために、旋回運動に対してある特定の程度の摩擦を与えるように構成してもよい。

【0131】

クランプ手段ホルダー２５５がクランプ手段１４０上に配置されたときのクランプ手段１４０に対する損傷を防止するために、クランプ手段ホルダー２５５は、Ｚ方向に沿った圧縮の際にばね負荷を受けるように形成することができる。

【0132】

第１の実施形態を参照してクランプ手段の交換について説明したが、クランプ手段の交換は、他の全ての実施形態においても非常に類似した方法で実行することができる。

【0133】

［力変換器を備える変形例（図２４）］
クランプ手段ホルダー２５５用のレセプタクル２５４は、力変換器２５８を介して補助アーム２５２に取り付けることができる。これは、図２４に示されている。力変換器２５８は、取付け部２５３から懸架されたクランプ手段１４０の重量によってもたらされる力を測定する。力変換器２５８は、測定された力を示す信号を制御装置１８０に送信し、それにより、制御装置１８０が、ピボットアーム２５０及び補助アーム２５２を含むシステムの過剰な負荷を検出し、それに応じて、必要な場合、工具交換装置の更なる動作を停止するように操作者に警告することを可能にする。警告は、例えば、クランプ手段１４０とワークスピンドル１３０との間の接続が正しく解除されず、クランプ手段１４０が上昇することができなかったときに発することもできる。

【0134】

好適な力変換器が従来技術において知られており、市販されている。

【0135】

図２４の力変換器は、第４の実施形態との組合せで示されているが、力変換器は、他の任意の実施形態において使用することもできる。

【0136】

［他の変形例］
当然ながら、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した工具交換装置の様々な更なる変形例が可能である。

【0137】

例えば、支持構造体を、上記に示されているものとは別様に設計することも考えられる。例えば、単一の支柱２１０の代わりに、２つの平行な支柱を支持構造体として設け、工具ホルダーがこれらの支柱のうちの一方に取り付けられ、他方の支柱がＺ３キャリッジをガイドするように機能することが考えられる。

【符号の説明】

【0138】

１００ 工作機械
１１０ 機械ベッド
１１１ 水平セクション
１１２ 鉛直セクション
１２０ Ｙキャリッジ
１３０ ワークスピンドル
１４０ ワーククランプ手段
１５０ Ｚキャリッジ
１６０ Ｘキャリッジ
１７０ 工具スピンドル
１７１ テーパーレセプタクル
１８０ 制御装置
２００ 工具交換装置
２１０ 支柱
２２０ 工具マガジン
２２１～２２４ 工具ホルダー（工具保管場所）
２３０ 可動工具ホルダー（工具装填ステーション）
２３１ Ｘ４ガイド
２３２ Ｘ４走行レール
２３３ プレート
２３４ ピボット軸受
２３５ ホルダー
２４０ 昇降キャリッジ（Ｚ３キャリッジ）
２４１ ガイドレール
２４２ 昇降キャリッジ駆動部
２４３ ボールねじ
２５０ ピボットアーム
２５１ ピボット軸受
２５２ 補助アーム
２５３ ピボット軸受
２５４ レセプタクル
２５５ クランプ手段ホルダー
２５６ ピボット駆動部
２５７ 補助アームのラッチ
２５８ 力変換器
２６０ 工具グリッパー
２６１、２６２ グリッパージョー
２６１’、２６２’ グリッパージョー
２６３ 駆動部を備えるピボット軸受
２６５ グリッパーキャリッジ
２６６ グリッパーキャリッジ駆動部
２６７ 駆動部を備えるピボット体
２７０ ワークグリッパー
２８０ ワークレスト
３００ 仕切り
３１０ 仕切り壁
３２０ 仕切り開口
３３０ 仕切りドア
３４０ エプロン
４００ 外壁
４１０ 工具装填開口
４２０ 工具装填ドア
５００、５００’ 工具
５１０ 工具支持部
５１１ 中空テーパーシャンク
５１２ ＲＦＩＤトランスポンダー
５１３ 配向ノッチ（「ジャーマンコーナー」）
５２０ スカイビングホイール
５２１ 切削刃
５２２ ＲＦＩＤトランスポンダー
５３０ テーパークリーナー
５４０ 測定プローブ
６００ ＲＦＩＤステーション
６１０ 基部
６１１ ガイドレール
６２０ トランシーバー取付け部
６３０ ＲＦＩＤトランシーバー
６４０ ばね部材
７００ 工具クリーナー
８００ ワーク
Ｘ、Ｙ、Ｚ 工作機械の直線軸
Ａ 工具スピンドルのピボット軸
Ｂ 工具軸
Ｃ ワーク軸
Ｚ３ Ｚ３キャリッジの直線軸
Ｙ３ グリッパーキャリッジの直線軸
Ｃ３ ピボットアームのピボット軸
Ｘ４ 可動工具ホルダーの変位方向
Ｃ４ 可動工具ホルダーのピボット軸
Ｃ５ 補助アームの補助ピボット軸
Ｃ６ 工具グリッパーの鉛直ピボット軸
Ｃ７ ワークグリッパーの鉛直ピボット軸
Ｃ８ 工具グリッパーの水平ピボット軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【国際調査報告】