DE102020006018A1

DE102020006018A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102020006018A1
Application number: DE102020006018.8A
Authority: DE
Inventors: Gaku ISOBE
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2021-04-22
Also published as: US20210114152A1; CN112658765A; JP2021062454A; JP7339117B2

Abstract

Es wird eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die zur Verkürzung der Zyklusdauer eines Bearbeitungszyklus zur Verkürzung einer unnötigen Stillstandzeit bei einem Werkzeugwechsel geeignet ist. Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Spindel, einen Werkzeugwechsler, der eines von Werkzeugen an der Spindel anbringt oder von dieser abnimmt, eine Spindelbewegungsvorrichtung, die die Spindel zu einer von Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, wenn das eine der Werkzeuge von dem Werkzeugwechsler anzubringen oder abzunehmen ist, und eine Werkzeugwechselsteuerung, die die Spindelbewegungsvorrichtung so steuert, dass sie die Spindel entsprechend einer einem an der Spindel anzubringenden Anbringungszielwerkzeug zugeordneten ersten Werkzeugwechselkoordinate und einer einem von der Spindel abzunehmenden Abnahmezielwerkzeug zugeordneten zweiten Werkzeugwechselkoordinate unter den mehreren, vorab eingestellten, jeweils den Werkzeugen zugeordneten Werkzeugwechselkoordinaten zu einer der Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, bei der es sich um diejenige unter der ersten Werkzeugwechselkoordinate und der zweiten Werkzeugwechselkoordinate handelt, die weiter von einem Bearbeitungspunkt entfernt ist, wenn das eine der Werkzeuge von dem Werkzeugwechsler anzubringen oder abzunehmen ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine.
Verwandte Technik
Herkömmlicherweise ist als Werkzeugmaschine, die ein Werkstück mit einem an einer Spindel angebrachten Werkzeug bearbeitet, eine Werkzeugmaschine bekannt, die einen Werkzeugwechsler umfasst, der mehrere Typen von Werkzeugen hält und die Funktion hat, zur automatischen Unterstützung mehrerer Typen von Bearbeitung zum Austauschen eines der Werkzeuge gegen ein anderes der Werkzeuge geeignet zu sein, wenn ein Typ der Bearbeitung des Werkstücks gewechselt werden soll (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. H02-53542 und dergleichen).
Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H02-53542
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn Werkzeuge gegeneinander eingewechselt werden sollen, bewegt sich eine Spindel in ihrer Axialrichtung (diese Richtung ist auch eine Axialrichtung des Werkzeugs) von einem Werkstück weg zu einer Werkzeugwechselkoordinate, an der die Werkzeuge von einem Werkzeugwechsler gegeneinander eingewechselt werden. Nachdem sich die Spindel zu der Werkzeugwechselkoordinate bewegt hat, finden zum Aufspannen und Lösen des Werkzeugs und zum Entfernen des Werkzeugs unterschiedliche Typen von Arbeitsabläufen statt. Genauer verläuft der von dem Werkzeugwechsler ausgeführte Werkzeugwechselvorgang wie nachstehend beschrieben.

- Die Spindel bewegt sich zu einer Werkzeugwechselkoordinate, an der Werkzeuge gegeneinander eingewechselt werden sollen.
- Der Werkzeugwechsler ergreift ein an der Spindel angebrachtes Werkzeug.
- Die Spindel gibt das Werkzeug frei.
- Die Spindel und das Werkzeug (der Werkzeugwechsler) bewegen sich zum Entfernen des Werkzeugs von der Spindel in Bezug aufeinander.
- Der Werkzeugwechsler bewegt ein zur nachfolgenden Verwendung ergriffenes Werkzeug an eine Position der Spindel.
- Die Spindel und das als nächstes zu verwendende Werkzeug (der Werkzeugwechsler) bewegen sich zum Einsetzen des Werkzeugs in die Spindel in Bezug aufeinander.
- Die Spindel spannt das als nächstes zu verwendende Werkzeug ein.
- Der Werkzeugwechsler gibt das ergriffene, als nächstes zu verwendende Werkzeug frei.

An der Werkzeugwechselkoordinate, zu der sich die Spindel beim Werkzeugwechsel durch den Werkzeugwechsler bewegt, ist zum Lösen eines von der Spindel abzunehmenden Werkzeugs und zum Einspannen eines neu an der Spindel anzubringenden Werkzeugs ein Freiraum zwischen der Spindel und einem Werkstück erforderlich. Daher ist die Werkzeugwechselkoordinate auf eine Koordinate eingestellt, an der das (hinsichtlich der Länge in der Axialrichtung) größte derartige Werkzeug unter mehreren von der Werkzeugmaschine verwendeten Typen von Werkzeugen eingewechselt werden kann. Eine derartige Werkzeugwechselkoordinate wird bisher entsprechend einer Konfiguration der Werkzeugmaschine bestimmt und nicht entsprechend jedem Werkzeug verändert. Daher kann bei einer herkömmlichen Werkzeugmaschine der Fall eintreten, dass abhängig von dem abzunehmenden Typ von Werkzeug und dem anzubringenden Typ von Werkzeug weitere unnötige Zeit zum Bewegen einer Spindel von einer Bearbeitungsendkoordinate zu einer Werkzeugwechselkoordinate und zum Bewegen der Spindel von der Werkzeugwechselkoordinate zu einer Bearbeitungsanfangskoordinate nach dem Austausch der Werkzeuge erforderlich ist. Daher besteht Bedarf an einer Werkzeugmaschine, die zur Verkürzung der Zyklusdauer eines Bearbeitungszyklus zur Verkürzung einer unnötigen Stillstandzeit beim Werkzeugwechsel geeignet ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Werkzeugmaschine eine Spindel, einen Werkzeugwechsler, der eines von Werkzeugen an der Spindel anbringt oder von dieser abnimmt, eine Spindelbewegungsvorrichtung, die die Spindel zu einer von Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, wenn das eine der Werkzeuge von dem Werkzeugwechsler anzubringen oder abzunehmen ist; und eine Werkzeugwechselsteuerung, die die Spindelbewegungsvorrichtung so steuert, dass sie die Spindel entsprechend einer einem an der Spindel anzubringenden Anbringungszielwerkzeug zugeordneten ersten Werkzeugwechselkoordinate und einer einem von der Spindel abzunehmenden Abnahmezielwerkzeug zugeordneten zweiten Werkzeugwechselkoordinate unter den mehreren, vorab eingestellten, jeweils den Werkzeugen zugeordneten Werkzeugwechselkoordinaten zu einer der Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, bei der es sich um diejenige unter der ersten Werkzeugwechselkoordinate und der zweiten Werkzeugwechselkoordinate handelt, die weiter von einem Bearbeitungspunkt entfernt ist, wenn das eine der Werkzeuge von dem Werkzeugwechsler anzubringen oder abzunehmen ist.
Gemäß dem Aspekt ist es möglich, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die zur Verkürzung einer Zyklusdauer eines Bearbeitungszyklus zur Verkürzung einer unnötigen Stillstandzeit beim Werkzeugwechsel geeignet ist.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die einen Werkzeugwechselarm eines Werkzeugwechslers gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die eine Funktionsweise des Werkzeugwechselarms des Werkzeugwechslers gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine den Werkzeugwechsel bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung betreffende Konfiguration zeigt; 5 ist eine Ansicht, die eine in einer Speichereinheit gespeicherte Bezugstabelle gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
8 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
10 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
11 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
12 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
13 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
14 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
15 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
16 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
17 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
18 ist eine Ansicht, die den Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird hier nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Werkzeugmaschine 1 einen Sockelabschnitt 2, der auf einer Bodenfläche installiert ist, einen Ständerabschnitt 3, der von dem Sockelabschnitt 2 (gemäß 1 in einer Richtung Z1) nach oben aufsteigt, eine Spindeleinheit 4, die auf der Seite einer Vorderseite (gemäß 1 einer linken Seite) des Ständerabschnitts 3 angeordnet ist, eine Spindelbewegungsvorrichtung 5, die zwischen der Spindeleinheit 4 und dem Ständerabschnitt 3 vorgesehen ist und die Spindeleinheit 4 längs einer Z-Achse in einer Richtung nach oben oder unten (gemäß 1 in der Richtung Z1 oder einer Richtung Z2) bewegt, eine Tischeinheit 6, die auf dem Sockelabschnitt 2 vorgesehen ist und auf ihrer Oberseite ein Werkstück W hält, und einen Werkzeugwechsler 7, der neben der Spindeleinheit 4 angeordnet ist.
Die Spindeleinheit 4 umfasst an ihrem vorderen Ende eine Spindel 41, an der eines von Werkzeugen T angebracht oder von der es abgenommen werden kann, und einen Spindelmotor 42, der die Spindel 41 drehend antreibt. Wird der Spindelmotor 42 drehend angetrieben, dreht die Spindel 41 zur Bearbeitung des darunter angeordneten Werkstücks W eines der Werkzeuge T, das an dem vorderen Ende angebracht ist.
Die Spindel 41 umfasst in ihrem Inneren eine (nicht gezeigte) Zugstange, die zum Einspannen oder Lösen eines der Werkzeuge T verwendet wird. Im Inneren der Spindel 41 wird die Zugstange zum Einspannen oder Lösen eines der Werkzeuge T am vorderen Ende der Spindel 41 durch einen (nicht gezeigten) Vorschub-Rückzugs-Mechanismus vorgeschoben oder zurückgezogen. Wird das eine der Werkzeuge T eingespannt, wird das eine der Werkzeuge T an der Spindel 41 angebracht. Nachdem es gelöst wurde, wird das eine der Werkzeuge T in Bezug auf die Spindel 41 in eine Trennrichtung bewegt und von der Spindel 41 abgenommen. Der Vorschub-Rückzugs-Mechanismus, der die Zugstange vorschiebt und zurückzieht, wird von einer später beschriebenen Werkzeugwechselsteuerung 100 gesteuert.
Die Spindelbewegungsvorrichtung 5 umfasst eine in einer Erstreckungsrichtung des Ständerabschnitts 3 angeordnete (nicht gezeigte) Kugelrollspindel, ein bewegliches Element 51, das sich zusammen mit der Kugelrollspindel bewegt, und einen Z-Achsen-Motor 52, der die Kugelrollspindel dreht. Die Spindeleinheit 4 ist an dem beweglichen Element 51 befestigt. Durch das drehende Antreiben des Z-Achsen-Motors 52 dreht die Spindelbewegungsvorrichtung 5 die Kugelrollspindel so, dass sie die Spindeleinheit 4 über das bewegliche Element 51, das sich zusammen mit der Kugelrollspindel bewegt, längs der Z-Achse in der Richtung nach oben oder unten (gemäß 1 in der Richtung Z1 oder der Richtung Z2) bewegt.
Der Werkzeugwechsler 7 umfasst ein Werkzeugmagazin 71, das mehrere der Werkzeuge T hält, einen Werkzeugwechselarm 72, der zum gleichzeitigen Ergreifen von zweien der Werkzeuge T und T geeignet ist, und eine Werkzeugwechselarm-Bewegungsvorrichtung 73, die den Werkzeugwechselarm 72 bewegt.
Das Werkzeugmagazin 71 ist so vorgesehen, dass es beispielsweise mittels eines (nicht gezeigten) Hebe-Senk-Mechanismus längs der Z-Achse in den Richtungen nach oben und unten (gemäß 1 in der Richtung Z1 und der Richtung Z2) beweglich ist, sowie so vorgesehen, dass es mittels eines (nicht gezeigten) Drehmechanismus drehend um die Z-Achse beweglich ist. Beim Werkzeugwechsel wird das Werkzeugmagazin 71 gesenkt oder angehoben sowie drehend bewegt, um zu veranlassen, dass ein gerade gehaltenes Werkzeug T unter den mehreren Werkzeugen T an eine Position bewegt wird, an der das eine Werkzeug T von dem Werkzeugwechselarm 72 ergriffen werden kann. Das Werkzeugmagazin 71 kann ein Revolverkopf sein, der die mehreren Werkzeuge T hält.
Der Werkzeugwechselarm 72 umfasst, wie in 2 gezeigt, zwei feste Klauenabschnitte 721 und 721, die sich jeweils in einander entgegengesetzten Richtungen erstrecken, und zwei bewegliche Klauenabschnitte 722 und 722, die jeweils so angeordnet sind, dass sie den festen Klauenabschnitten 721 und 721 zugewandt sind. Zwischen den festen Klauenabschnitten 721 und 721 und den beweglichen Klauenabschnitten 722 und 722 sind jeweils ausgesparte Abschnitte 723 und 723 ausgebildet, die jeweils zur Aufnahme der Werkzeuge T geeignet sind. Die beweglichen Klauenabschnitte 722 und 722 sind jeweils so vorgesehen, dass sie zu den festen Klauenabschnitten 721 und 721 vorgeschoben oder von diesen zurückgezogen werden. Wenn die Werkzeuge T und T jeweils in die ausgesparten Abschnitte 723 und 723 aufgenommen sind, hält der Werkzeugwechselarm 72 daher die Werkzeuge T und T in den ausgesparten Abschnitten 723 und 723 zwischen den festen Klauenabschnitten 721 und 721 und den beweglichen Klauenabschnitten 722 und 722.
Die Werkzeugwechselarm-Bewegungsvorrichtung 73 umfasst einen Achsenabschnitt 74, der sich längs der Z-Achse in der Richtung nach unten (gemäß 1 der Richtung Z2) erstreckt, einen Armdrehmotor 75 und einen Arm-Hebe-Senk-Motor 76. Durch das drehende Antreiben des Armdrehmotors 75 wird der Achsenabschnitt 74 um die Z-Achse gedreht. Daher wird der an einem vorderen Ende des Achsenabschnitts 74 befestigte Werkzeugwechselarm 72 um die Z-Achse um den Achsenabschnitt 74 gedreht. Es wird darauf hingewiesen, dass durch das drehende Antreiben des Arm-Hebe-Senk-Motors 76 der Achsenabschnitt 74 längs der Z-Achse ausgefahren oder eingezogen wird. Daher wird der an dem vorderen Ende des Achsenabschnitts 74 befestigte Werkzeugwechselarm 72 längs der Z-Achse in der Richtung nach oben oder unten (gemäß 1 in der Richtung Z1 oder der Richtung Z2) bewegt. Der Armdrehmotor 75 und der Arm-Hebe-Senk-Motor 76 bilden die Werkzeugwechselarm-Bewegungsvorrichtung.
Der Werkzeugwechselarm 72 ist in 3 in einem nicht greifenden Zustand gezeigt, in dem keines der Werkzeuge T und T gehalten wird. Wird der Werkzeugwechselarm 72 durch das drehende Antreiben des Armdrehmotors 75 aus dem nicht greifenden Zustand im Urzeigersinn um den Achsenabschnitt 74 gedreht, werden die Werkzeuge T und T jeweils in die ausgesparten Abschnitte 723 und 723 aufgenommen, wie in den 1 und 2 gezeigt. Daher befindet sich der Werkzeugwechselarm 72 in einem greifenden Zustand, in dem die Werkzeuge T und T jeweils zwischen den festen Klauenabschnitten 721 und 721 und den beweglichen Klauenabschnitten 722 und 722 gehalten werden. Im greifenden Zustand hält der Werkzeugwechselarm 72 in einem der ausgesparten Abschnitte 723 eines der Werkzeuge T, das aus dem Werkzeugmagazin 71 entfernt wurde (das eine der Werkzeuge T wird auch als Anbringungszielwerkzeug bezeichnet), und in dem anderen der ausgesparten Abschnitte 723 ein weiteres der Werkzeuge T, das an der Spindel 41 angebracht ist (das andere der der Werkzeuge T wird auch als Abnahmezielwerkzeug bezeichnet).
4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine den Werkzeugwechsel betreffende Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschine 1 in ihrer (nicht gezeigten) Steuervorrichtung oder Steuerkonsole die jeweils steuerfähig mit dem Z-Achsen-Motor 52, dem Armdrehmotor 75 und dem Arm-Hebe-Senk-Motor 76 gekoppelte Werkzeugwechselsteuerung 100 und eine lesbar mit der Werkzeugwechselsteuerung 100 gekoppelte Speichereinheit 101. Die Werkzeugwechselsteuerung 100 kann von einer eigens für den Werkzeugwechselvorgang in der Werkzeugmaschine 1 vorgesehenen Steuerung oder von einer Steuerung gebildet werden, die den gesamten Betrieb der Werkzeugmaschine 1 steuert.
In der Speichereinheit 101 ist eine in 5 gezeigte Bezugstabelle 102 gespeichert. In der Bezugstabelle 102 sind Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. festgelegt, an denen die Werkzeuge T jeweils an der Spindel 41 anzubringen oder von dieser abzunehmen sind. Die Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. sind eins zu eins mehreren Werkzeugen T1, T2, T3, T4, etc. zugeordnet, die das an der Spindel 41 angebrachte Werkzeug T und die von dem Werkzeugmagazin 71 gehaltenen Werkzeuge T umfassen. Die Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. entsprechen jeweils den Größen der Werkzeuge T1, T2, T3, T4, etc. (ihren Längen in der Axialrichtung).
Die in der Bezugstabelle 102 festgelegten Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. repräsentieren Koordinaten auf der Z-Achse, an die der Werkzeugwechsler 7 beim Werkzeugwechsel jedes der von dem Werkzeugwechselarm 72 gehaltenen Werkzeuge T1, T2, T3, T4, etc. in Bezug auf die Spindel 41 in eine Einspannposition oder eine Löseposition bewegt. Anders ausgedrückt repräsentieren die Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. auch Koordinaten, an denen beim Werkzeugwechsel ein vorderes Ende 41a der Spindel 41 jedes der Werkzeuge T1, T2, T3, T4, etc. einspannt oder freigibt. Vorzugsweise sind die Werkzeugwechselkoordinaten TC1, TC2, TC3, TC4, etc. jeweils auf Positionen auf der Z-Achse eingestellt, an denen beim Werkzeugwechsel ein vorderes Ende jedes der Werkzeuge T1, T2, T3, T4, etc. nicht mit dem Werkstück W in Kontakt gelangt, dem Werkstück W jedoch so nahe wie möglich kommt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Ablaufdiagramm und die in den 7 bis 18 gezeigten Ansichten, die den Werkzeugwechselvorgang zeigen, ein spezifischer Werkzeugwechselvorgang bei der Werkzeugmaschine 1 beschrieben. Gemäß 7 ist das Werkzeug T1 mit der geringsten Größe unter den mehreren von der Werkzeugmaschine 1 zu verwendenden Werkzeugen T an der Spindel 41 angebracht. Zunächst wird ein Fall beschrieben, in dem das Werkzeug T1 gegen das Werkzeug T2 mit der größten Größe unter den mehreren von der Werkzeugmaschine 1 zu verwendenden Werkzeugen T eingewechselt werden soll.
Nach Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks W mit dem Werkzeug T1 und bei Erteilung einer Anweisung zum Einwechseln des Werkzeugs T1 gegen das Werkzeug T2 nimmt die Werkzeugwechselsteuerung 100 in der in der Speichereinheit 101 gespeicherten Bezugstabelle 102 auf die Werkzeugwechselkoordinate TC1 für das Werkzeug T1, das ein an der Spindel 41 angebrachtes Abnahmezielwerkzeug ist, und die Werkzeugwechselkoordinate TC2 für das Werkzeug T2 Bezug, das ein als Ersatz für das Werkzeug T1 an der Spindel 41 anzubringendes Anbringungszielwerkzeug ist (S1). In diesem Fall repräsentiert die Werkzeugwechselkoordinate TC1 eine zweite Werkzeugwechselkoordinate, wogegen die Werkzeugwechselkoordinate TC2 eine erste Werkzeugwechselkoordinate repräsentiert.
Nach der Bezugnahme auf die Bezugstabelle 102 vergleicht die Werkzeugwechselsteuerung 100 die Werkzeugwechselkoordinate TC1 und die Werkzeugwechselkoordinate TC2 miteinander und steuert dann entsprechend der Werkzeugwechselkoordinate TC1 und der Werkzeugwechselkoordinate TC2 den Z-Achsen-Motor 52 der Spindelbewegungsvorrichtung 5 so, dass die Spindeleinheit 4 angehoben wird. Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 und des an der Spindel 41 angebrachten Werkzeugs T1 zu einer jeweils weiter von einem Bearbeitungspunkt an dem Werkstück W (einer Oberfläche des Werkstücks W) entfernten der Werkzeugwechselkoordinaten (S2). In einem Fall, in dem das Werkzeug T1 gegen das Werkzeug T2 eingewechselt werden soll, weist das Werkzeug T2 eine größere Größe als das Werkzeug T1 auf. Daher repräsentiert die Werkzeugwechselkoordinate TC2 eine weiter von dem Bearbeitungspunkt entfernte Koordinate als die Werkzeugwechselkoordinate TC1. Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 in Schritt S2 eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 und des an der Spindel 41 angebrachten Werkzeugs T1 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC2, wie in 7 gezeigt. Die Werkzeugwechselkoordinate TC2 ist auf eine Position eingestellt, die nach oben um eine Höhe H1 von dem Werkstück W entfernt ist, in der das Werkzeug T2 selbst dann nicht mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, wenn das Werkzeug T2 an der Spindel 41 angebracht wird.
Eine Position des von dem Werkzeugmagazin 71 gehaltenen Werkzeugs T2 auf der Z-Achse befindet sich zu diesem Zeitpunkt an der Werkzeugwechselkoordinate TC2, wenn das Werkzeugmagazin 71 angehoben ist. In 7 wurde auf die Darstellung des Werkzeugmagazins 71 verzichtet, und es ist nur das Werkzeug T2 gezeigt. Der Werkzeugwechselarm 72 befindet sich in dem nicht greifenden Zustand (siehe 3) und ist an einer Position auf der Z-Achse angeordnet, an der die beiden jeweils an der Werkzeugwechselkoordinate TC2 angeordneten Werkzeuge T1 und T2 ergriffen werden können.
Nachdem das vordere Ende 41a der Spindel 41 und das Werkzeug T1 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC2 bewegt wurden, steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Armdrehmotor 75 so, dass der Werkzeugwechselarm 72, der sich in dem nicht greifenden Zustand befindet, im Urzeigersinn um einen Winkel von 90° gedreht wird, um den Werkzeugwechselarm 72 in den greifenden Zustand zu versetzen. Daher ergreift der Werkzeugwechselarm 72 das Werkzeug T1 (S3). Zu diesem Zeitpunkt ist auch das Werkzeug T2 gleichermaßen an einer Position auf der Z-Achse, d.h. an der Werkzeugwechselkoordinate TC2 angeordnet. Daher wird der Werkzeugwechselarm 72, wie in 8 gezeigt, gedreht und ergreift gleichzeitig das Werkzeug T1 und das Werkzeug T2. Nachdem das Werkzeug T2 von dem Werkzeugwechselarm 72 ergriffen wurde, wird das Werkzeug T2 von dem (nicht gezeigten) Werkzeugmagazin 71 entfernt, wenn das Werkzeugmagazin 71 angehoben wird.
Nachdem der Werkzeugwechselarm 72 die Werkzeuge T1 und T2 ergriffen hat, veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 die Zugstange in der Spindel 41, sich zu bewegen und das Werkzeug T1 freizugeben. Anschließend steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100, wie in 9 gezeigt, den Z-Achsen-Motor 52 so, dass die Spindeleinheit 4 angehoben wird, und veranlasst dann eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 an eine Einspannbereitschaftsposition TC2+α für das als nächstes anzubringende Werkzeug T2. Dadurch wird das Werkzeug T1 von der Spindel 41 abgenommen (S4). Das vordere Ende 41a der Spindel 41, das zu der Einspannbereitschaftsposition TC2+α für das Werkzeug T2 bewegt wurde, ist in Bezug auf das Werkstück W um einen Wert des Buchstaben α höher als die Höhe H1 angeordnet.
Der an der Einspannbereitschaftsposition TC2+α, an der das vordere Ende 41a der Spindel 41 angeordnet ist, gezeigte Buchstabe „α“ repräsentiert einen Wert, um den die Einspannbereitschaftsposition TC2+α in der Richtung Z1 weiter als die Werkzeugwechselkoordinate TC2 von Werkstück W entfernt ist. Der Wert des Buchstaben „α“ ist auf einen Wert eingestellt, bei dem ein an der Werkzeugwechselkoordinate TC2 angeordnetes Abnahmezielwerkzeug (das Werkzeug T1) bei einer Drehung des Werkzeugwechselarms 72 von unterhalb der Spindel 41 weg bewegt und ein Anbringungszielwerkzeug (das Werkzeug T2) unter der Spindel 41 an einer Position angeordnet werden kann, an der das Anbringungszielwerkzeug dem Werkstück W so nahe wie möglich kommen kann. Ein Grund hierfür ist, dass zur Verkürzung der Zeitspanne vom Abschluss des Einspannens bis zur Wiederaufnahme der Bearbeitung eine Strecke verkürzt werden kann, um die sich die Spindel 41 zum Einspannen eines Anbringungszielwerkzeugs bewegt. Der Wert des Buchstaben „α“ ist unabhängig von dem Typ (der Größe) der Werkzeuge T auf einen konstanten Wert eingestellt.
Als nächstes steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Armdrehmotor 75 so, dass der Werkzeugwechselarm 72 nur um einen Winkel von 180° · n gedreht wird (der Buchstabe n repräsentiert eine ungerade Zahl von 1 oder darüber). Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100, wie in 10 gezeigt, die Entfernung des Werkzeugs T1 von unterhalb der Spindel 41 sowie die Anordnung des Werkzeugs T2 unter der Spindel 41 (S5).
Nach dem Anordnen des Werkzeugs T2 unter der Spindel 41 steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Z-Achsen-Motor 52 so, dass die Spindeleinheit 4 nur um eine Strecke gesenkt wird, die dem Wert des Buchstaben „α“ entspricht. Dadurch veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100, wie in 11 gezeigt, eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC2 sowie das Einspannen des Werkzeugs T2 durch die Spindel 41 (S6). Zu diesem Zeitpunkt wird das Werkzeug T1 von dem Werkzeugmagazin 71 gehalten, wenn das (nicht gezeigte) Werkzeugmagazin 71 abgesenkt wird. Anschließend steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 zur Veranlassung eines Übergangs des Werkzeugwechselarms 72 in den nicht greifenden Zustand den Armdrehmotor 75 und veranlasst dann die Entfernung des Werkzeugwechselarms 72 von unterhalb der Spindel 41 (S7).
Durch den vorstehend beschriebenen Arbeitsablauf wird das Werkzeug T2 als Ersatz für das Werkzeug T1 neu an der Spindel 41 angebracht. Nach dem Anbringen des Werkzeugs T2 an der Spindel 41 beginnt die Werkzeugmaschine 1 erneut mit der Bearbeitung des Werkstücks W mit dem Werkzeug T2, wie in 12 gezeigt.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem das an der Spindel 41 angebrachte Werkzeug T1 mit der geringsten Größe gegen das Werkzeug T3, dessen Größe mit der des Werkzeugs T1 identisch ist, unter den mehreren von der Werkzeugmaschine 1 zu verwendenden Werkzeugen T eingewechselt werden soll. Der Werkzeugwechselvorgang wird auch in diesem Fall entsprechend dem in 6 gezeigten Ablaufdiagramm ausgeführt.
Nach Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks W mit dem Werkzeug T1 und bei Erteilung einer Anweisung zum Einwechseln des Werkzeugs T1 gegen das Werkzeug T3 nimmt die Werkzeugwechselsteuerung 100 in der in der Speichereinheit 101 gespeicherten Bezugstabelle 102 auf die Werkzeugwechselkoordinate TC1 für das Werkzeug T1, das ein an der Spindel 41 angebrachtes Abnahmezielwerkzeug ist, und die Werkzeugwechselkoordinate TC3 für das Werkzeug T3 Bezug, das ein als Ersatz für das Werkzeug T1 an der Spindel 41 anzubringendes Anbringungszielwerkzeug ist (S1). In diesem Fall repräsentiert die Werkzeugwechselkoordinate TC1 die zweite Werkzeugwechselkoordinate, wogegen die Werkzeugwechselkoordinate TC3 die erste Werkzeugwechselkoordinate repräsentiert.
Nach der Bezugnahme auf die Bezugstabelle 102 vergleicht die Werkzeugwechselsteuerung 100 die Werkzeugwechselkoordinate TC1 und die Werkzeugwechselkoordinate TC3 miteinander und steuert dann entsprechend der Werkzeugwechselkoordinate TC1 und der Werkzeugwechselkoordinate TC3 den Z-Achsen-Motor 52 der Spindelbewegungsvorrichtung 5 so, dass die Spindeleinheit 4 angehoben wird. Dadurch veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 und des an der Spindel 41 angebrachten Werkzeugs T1 zu einer jeweils weiter von einem Bearbeitungspunkt an dem Werkstück W (der Oberfläche des Werkstücks W) entfernten der Werkzeugwechselkoordinaten (S2). In einem Fall, in dem das Werkzeug T1 gegen das Werkzeug T3 eingewechselt werden soll, weisen das Werkzeug T1 und das Werkzeug T3 identische Größen auf, und daher repräsentieren die Werkzeugwechselkoordinate TC1 und die Werkzeugwechselkoordinate TC3 identische Koordinaten. Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 in Schritt S2 eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 und des an der Spindel 41 angebrachten Werkzeugs T1 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC1 (= TC3), wie in 13 gezeigt. Die Werkzeugwechselkoordinate TC1 (= TC3) ist auf eine nach oben um eine Höhe H2, in der das Werkzeug T1 nicht mit dem Werkstück W in Kontakt gelangt, von dem Werkstück W entfernte Position eingestellt. Die Höhe H2 ist geringer als die vorstehend beschriebene Höhe H1.
Zu diesem Zeitpunkt wird das von dem Werkzeugmagazin 71 gehaltene Werkzeug T3 an der Werkzeugwechselkoordinate TC1 angeordnet, wenn das Werkzeugmagazin 71 gesenkt wird. Auch in 13 wurde auf die Darstellung des Werkzeugmagazins 71 verzichtet, und es ist nur das Werkzeug T3 gezeigt. Der Werkzeugwechselarm 72 befindet sich in dem nicht greifenden Zustand (siehe 3) und ist an einer Position auf der Z-Achse angeordnet, an der die jeweils an der Werkzeugwechselkoordinate TC1 angeordneten Werkzeuge T1 und T3 ergriffen werden können.
Nach dem Bewegen des vorderen Endes 41a der Spindel 41 und des Werkzeugs T1 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC1 steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Armdrehmotor 75 so, dass der Werkzeugwechselarm 72, der sich in dem nicht greifenden Zustand befindet, im Urzeigersinn um einen Winkel von 90° gedreht wird, um den Werkzeugwechselarm 72 in den greifenden Zustand zu versetzen. Dadurch ergreift der Werkzeugwechselarm 72 die Werkzeuge T1 und T3, wie in 14 gezeigt (S3). Nach dem Ergreifen des Werkzeugs T3 durch den Werkzeugwechselarm 72 wird das Werkzeug T3 von dem (nicht gezeigten) Werkzeugmagazin 71 entfernt, wenn das Werkzeugmagazin 71 angehoben wird.
Nach dem Ergreifen der Werkzeuge T1 und T3 durch den Werkzeugwechselarm 72 veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100 die Zugstange in der Spindel 41, sich zu bewegen und das Werkzeug T1 freizugeben. Danach steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 entsprechend der Werkzeugwechselkoordinate TC3, auf die Bezug genommen wurde, wie in 15 gezeigt, den Z-Achsen-Motor 52 so, dass die Spindeleinheit 4 angehoben wird, und veranlasst dann eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 an eine Einspannbereitschaftsposition TC3+α für das als nächstes anzubringende Werkzeug T3. Dadurch wird das Werkzeug T1 von der Spindel 41 abgenommen (S4).
Da die Größe des Werkzeugs T3 mit der des Werkzeugs T1 identisch ist, ist die Werkzeugwechselkoordinate TC3 für das Werkzeug T3 identisch mit der Werkzeugwechselkoordinate TC1 für das Werkzeug T1, und die Einspannbereitschaftsposition TC3+α für das Werkzeug T3 ist mit einer Einspannbereitschaftsposition TC1+α für das Werkzeug T1 identisch. Eine Höhe H3 der Werkzeugwechselkoordinate TC3 in Bezug auf das Werkstück W ist identisch mit der Höhe H2 der Werkzeugwechselkoordinate TC1 in Bezug auf das Werkstück W. Daher wird in Schritt S4 das vordere Ende 41a der Spindel 41 unmittelbar nach dem Abnehmen des Werkzeugs T1 an der Einspannbereitschaftsposition TC3+α (= TC1+α) für das als nächstes anzubringende Werkzeug T3 angehalten und bewegt sich nicht weiter in der Z1 Richtung. Die Spindel 41 behält an der Position (TC1+α = TC3+α), an der das Werkzeug T1 abgenommen wurde, einen Bereitschaftszustand bei. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Position des Werkzeugwechselarms 72 in einer Richtung der Z-Achse ebenfalls nicht verändert.
Als nächstes steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Armdrehmotor 75 so, dass der Werkzeugwechselarm 72 nur um einen Winkel von 180° · n gedreht wird (der Buchstabe n repräsentiert eine ungerade Zahl von 1 oder darüber). Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100, wie in 16 gezeigt, eine Entfernung des Werkzeugs T1 von unterhalb der Spindel 41 sowie die Anordnung des Werkzeugs T3 unter der Spindel 41 (S5).
Nach dem Anordnen des Werkzeugs T3 unter der Spindel 41 steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 den Z-Achsen-Motor 52 so, dass die Spindeleinheit 4 nur um eine dem Wert des Buchstabes „α“ entsprechende Strecke gesenkt wird. Daher veranlasst die Werkzeugwechselsteuerung 100, wie in 17 gezeigt, eine Bewegung des vorderen Endes 41a der Spindel 41 zu der Werkzeugwechselkoordinate TC3 sowie ein Einspannen des Werkzeugs T3 durch die Spindel 41 (S6). Zu diesem Zeitpunkt wird das Werkzeug T1 von dem (nicht gezeigten) Werkzeugmagazin 71 gehalten. Danach steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 zum Veranlassen eines Wechsels des Werkzeugwechselarms 72 in den nicht greifenden Zustand den Armdrehmotor 75 und veranlasst dann die Entfernung des Werkzeugwechselarms 72 von unterhalb der Spindel 41 (S7).
Durch den vorstehend beschriebenen Arbeitsablauf wird das Werkzeug T3 als Ersatz für das Werkzeug T1 neu an der Spindel 41 angebracht. Nach dem Anbringen des Werkzeugs T3 an der Spindel 41 beginnt die Werkzeugmaschine 1 erneut mit der Bearbeitung des Werkstück W mit dem Werkzeug T3, wie in 18 gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, steuert die Werkzeugwechselsteuerung 100 der Werkzeugmaschine 1 die Spindelbewegungsvorrichtung 5 (den Z-Achsen-Motor 52) so, dass sie die Spindel 41 entsprechend der einem an der Spindel 41 anzubringenden Anbringungszielwerkzeug zugeordneten ersten Werkzeugwechselkoordinate und der einem von der Spindel 41 abzunehmenden Abnahmezielwerkzeug zugeordneten zweiten Werkzeugwechselkoordinate zu einer der Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, bei der es sich um diejenige unter der ersten Werkzeugwechselkoordinate und der zweiten Werkzeugwechselkoordinate handelt, die weiter von einem Bearbeitungspunkt entfernt ist, wenn eines der Werkzeuge T anzubringen oder abzunehmen ist. Daher kann, wie vorstehend beschrieben, die Höhe H2 (= H3), auf die die Werkzeuge T1 und T3 und die Spindel 41 beim Einwechseln des Werkzeugs T1 mit der geringsten Größe gegen das Werkzeug T3 bewegt werden, das ebenfalls die geringste Größe aufweist, im Vergleich zu der Höhe H1 verringert werden, auf die die Werkzeuge T1 und T2 und die Spindel 41 beim Einwechseln des Werkzeugs T1 mit der geringsten Größe gegen das Werkzeug T2 mit der größten Größe bewegt werden. Dies bedeutet, dass eine Größe, um die die Werkzeuge T und die Spindel 41 beim Werkzeugwechsel bewegt werden, entsprechend den Größen der Werkzeuge T (ihrer Längen in der Axialrichtung) minimal wird. Daher kann die für das Einwechseln des Werkzeugs T1 mit der geringsten Größe gegen das Werkzeug T3, das ebenfalls die geringste Größe aufweist, erforderliche Werkzeugwechselzeit im Vergleich zu der für das Einwechseln des Werkzeugs T1 mit der geringsten Größe gegen das Werkzeug T2 mit der größten Größe erforderlichen Werkzeugwechselzeit verkürzt werden, wodurch die Werkzeugwechselzeit verkürzt wird. Somit ist es bei der Werkzeugmaschine 1 möglich, zur Verkürzung der Zyklusdauer eines Bearbeitungszyklus eine unnötige Stillstandzeit beim Werkzeugwechsel zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebene Werkzeugmaschine 1 ist so konfiguriert, dass sie veranlasst, dass das eine der Werkzeuge T zum Stillstand kommt, die Spindeleinheit 4 jedoch in der Richtung nach oben oder unten bewegt wird, wenn eines der Werkzeuge T eingespannt oder gelöst werden soll. Bei dieser Konfiguration ist es nicht erforderlich, beim Werkzeugwechsel einen Freiraum zum Entfernen des einen der Werkzeuge T von Spindel 41 nach unten zwischen einem der Werkzeuge T und dem Werkstück W sicherzustellen, wodurch die Spindel 41 dem Werkstück W beim Werkzeugwechsel so nahe wie möglich kommen kann. Daher ist es möglich, eine erforderliche Strecke, um die die Spindel 41 während einer Zeitspanne vom Abschluss des Werkzeugwechsels bis zur Wiederaufnahme der Bearbeitung bewegt wird, auf ein Minimum zu verkürzen. Das eine der Werkzeuge T und die Spindeleinheit 4 (die Spindel 41) können sich jedoch zumindest in Bezug aufeinander bewegen. Somit kann die Werkzeugmaschine 1 so konfiguriert sein, dass sie veranlasst, dass die Spindeleinheit 4 zum Stillstand kommt, das eine der Werkzeuge T jedoch in der Richtung nach oben oder unten bewegt wird, wenn eines der Werkzeuge T eingespannt oder gelöst werden soll.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine 1 so konfiguriert ist, dass sie den Werkzeugwechselarm 72 zum Ergreifen eines Anbringungszielwerkzeugs oder eines Abnahmeziels veranlasst. In einem Fall, in dem das Werkzeugmagazin 71, das die mehreren Werkzeuge T hält, von einem Revolverkopf gebildet wird, kann die Werkzeugmaschine 1 jedoch so konfiguriert sein, dass sie ein Anbringungszielwerkzeug oder ein Abnahmezielwerkzeug ohne die Verwendung des Werkzeugwechselarms 72 zwischen dem Revolverkopf und der Spindel 41 direkt anbringt bzw. abnimmt.
Zum Anbringen oder Abnehmen eines der Werkzeuge T an bzw. von der Spindel 41 kann anstelle der Verwendung des Werkzeugwechselarms 72 ein Roboter verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Axialrichtung der Spindel 41 und der Werkzeuge T bei der Werkzeugmaschine 1 nicht auf eine Anordnung in den Richtungen nach oben und unten beschränkt ist, sondern dass sie in einer seitlichen Richtung oder in einer schrägen Richtung angeordnet sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
41: Spindel
5: Spindelbewegungsvorrichtung
7: Werkzeugwechsler
100: Werkzeugwechselsteuerung
T, T1, T2, T3, T4: Werkzeug
TC1, TC2, TC3, TC4: Werkzeugwechselkoordinate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H0253542 [0002, 0003]

Claims

Werkzeugmaschine (1), die umfasst: eine Spindel (41); einen Werkzeugwechsler (7), der eines von Werkzeugen (T, T1, T2, T3, T4) an der Spindel (41) anbringt oder von dieser abnimmt; eine Spindelbewegungsvorrichtung (5), die die Spindel (41) zu einer von Werkzeugwechselkoordinaten (TC1, TC2, TC3, TC4) bewegt, wenn das eine der Werkzeuge (T, T1, T2, T3, T4) von dem Werkzeugwechsler (7) anzubringen oder abzunehmen ist; und eine Werkzeugwechselsteuerung, die die Spindelbewegungsvorrichtung (5) so steuert, dass sie die Spindel (41) entsprechend einer einem an der Spindel (41) anzubringenden Anbringungszielwerkzeug zugeordneten ersten Werkzeugwechselkoordinate und einer einem von der Spindel (41) abzunehmenden Abnahmezielwerkzeug zugeordneten zweiten Werkzeugwechselkoordinate unter den mehreren, vorab eingestellten, jeweils den Werkzeugen (T, T1, T2, T3, T4) zugeordneten Werkzeugwechselkoordinaten (TC1, TC2, TC3, TC4) zu einer der Werkzeugwechselkoordinaten bewegt, bei der es sich um diejenige unter der ersten Werkzeugwechselkoordinate und der zweiten Werkzeugwechselkoordinate handelt, die weiter von einem Bearbeitungspunkt entfernt ist, wenn das eine der Werkzeuge (T, T1, T2, T3, T4) von dem Werkzeugwechsler (7) anzubringen oder abzunehmen ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei der Werkzeugwechsler (7) darauf ausgelegt ist, das eine der Werkzeuge (T, T1, T2, T3, T4) zu einer der Werkzeugwechselkoordinaten (TC1, TC2, TC3, TC4) zu bewegen, wenn eines der Werkzeuge (T, T1, T2, T3, T4) anzubringen oder abzunehmen ist, und die Werkzeugwechselkoordinaten (TC1, TC2, TC3, TC4) als Koordinaten dienen, zu denen der Werkzeugwechsler (7) das Anbringungszielwerkzeug oder das Abnahmezielwerkzeug jeweils in eine Einspannposition oder eine Löseposition der Spindel (41) bewegt.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeugwechselkoordinaten (TC1, TC2, TC3, TC4) als Koordinaten dienen, an denen die Spindel (41) jeweils das Anbringungszielwerkzeug einspannt oder das Abnahmezielwerkzeug löst.