JP2002210625A - 工具交換装置の制御方法及び制御装置 - Google Patents

工具交換装置の制御方法及び制御装置

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JP2002210625A
JP2002210625A JP2001007451A JP2001007451A JP2002210625A JP 2002210625 A JP2002210625 A JP 2002210625A JP 2001007451 A JP2001007451 A JP 2001007451A JP 2001007451 A JP2001007451 A JP 2001007451A JP 2002210625 A JP2002210625 A JP 2002210625A
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薫 安松谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来に比べて、工具交換時間を更に短縮するこ
とができる工具交換装置の制御方法及び制御装置を提供
する。 【解決手段】工具を把持する交換アーム２を備え、サー
ボモータ５を含む駆動系により交換アーム２を旋回移動
させて、交換位置に移動した主軸に装着の工具と適宜位
置に配置された工具とを交換する工具交換装置１の作動
を制御する装置であって、主軸が交換位置に移動する際
に、これと同時に、予め設定された角度だけ交換アーム
２を予備旋回させ、主軸が交換位置に移動した後に、残
りの角度だけ交換アーム２を旋回させるようにサーボモ
ータ５を駆動，制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具を把持する交
換アームを備え、サーボモータを含む駆動系により該交
換アームを旋回移動させて、主軸に装着された工具と適
宜位置に配置された工具とを交換する工具交換装置の制
御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般的
に、工作機械に適用される工具交換装置は、工具を把持
する交換アームと、この交換アームに直交して接続され
る回転軸と、回転軸を軸方向に移動させ且つ軸中心に回
転させる駆動手段などを備えてなり、交換アームが回転
軸の軸方向に沿った方向の移動と、回転軸を中心とした
旋回移動との複合動作を行うことにより、主軸に装着さ
れた工具と、適宜位置に配置された工具とが交換される
ようになっている。
【０００３】そして、少なくとも前記回転軸の回転に
は、従来から電動モータ（駆動モータ）が用いられてお
り、従来は、主軸が交換位置に移動した後に、前記回転
軸が回転して、前記交換アームが旋回移動するように、
前記駆動モータが駆動，制御されていた。
【０００４】ところで、工作機械の分野では、加工時間
を短縮して加工コストを低減すべく、各作動部における
動作時間の短縮化が絶えず図られている。工具交換装置
についても例外ではなく、工具交換に要する時間の短縮
化が進められている。工具交換を頻繁に行う加工の場合
には、総加工時間に占める工具交換時間の割り合いが大
きく、その短縮化は重要な問題である。
【０００５】本発明者は、かかる実情に鑑み、工具交換
時間を更に短縮すべく、鋭意研究を重ねた結果、本発明
を成すに至ったものである。而して、本発明は、従来に
比べて、工具交換時間を更に短縮することができる工具
交換装置の制御方法及び制御装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明の請求項１に記載した発明は、工
具を把持する交換アームを備え、サーボモータを含む駆
動系により該交換アームを旋回移動させて、交換位置に
移動した主軸に装着の工具と適宜位置に配置された工具
とを交換する工具交換装置の、前記交換アームの旋回動
作を制御する方法であって、前記主軸が前記交換位置に
移動する際に、該主軸の移動と同時に、予め設定された
角度だけ前記交換アームを予備旋回させ、前記主軸が前
記交換位置に移動した後に、残りの角度だけ前記交換ア
ームを旋回させることを特徴とする工具交換装置の制御
方法に係る。
【０００７】また、請求項３に記載した発明は、工具を
把持する交換アームを備え、サーボモータを含む駆動系
により該交換アームを旋回移動させて、交換位置に移動
した主軸に装着の工具と適宜位置に配置された工具とを
交換する工具交換装置の、前記交換アームの旋回動作を
制御する装置であって、前記主軸が前記交換位置に移動
する際に、該主軸の移動と同時に、予め設定された角度
だけ前記交換アームを予備旋回させ、前記主軸が前記交
換位置に移動した後に、残りの角度だけ前記交換アーム
を旋回させるように前記サーボモータを駆動するよう構
成されてなる工具交換装置の制御装置に係る。
【０００８】上記のように、これら請求項１及び３に記
載した発明によれば、主軸が交換位置に移動する際に、
該主軸の移動と同時に、予め設定された角度だけ交換ア
ームが予備旋回せしめられ、ついで主軸が交換位置に移
動した後に、残りの角度だけ交換アームが旋回せしめら
れる。したがって、主軸が交換位置に移動した後に交換
アームを旋回させていた従来の制御方法及び制御装置に
比べて、交換アームを予備旋回させる分だけ工具交換時
間を短縮することができる。
【０００９】そして、交換アームを予備旋回させる角度
は、請求項２及び４に記載した発明のように、前記交換
位置に移動する前の前記主軸の位置が、前記交換アーム
の旋回中心軸線と前記交換位置とを含む平面を境とし
て、前記交換アームの主軸工具把持部側に位置するとき
には、前記予備旋回角度を小さくし、前記交換アームの
主軸工具把持部側と反対側に位置するときには、前記予
備旋回角度を大きくするようにすると良い。
【００１０】交換位置に移動する前の主軸の位置が交換
アームの主軸工具把持部側に位置するときには、前記予
備旋回角度を大きくすると、主軸が交換位置に移動する
際に、交換アームと干渉するおそれがあることから、前
記予備旋回角度をあまり大きくすることができないが、
主軸が交換アームの主軸工具把持部側と反対側に位置す
るときには、主軸が交換位置に移動する際の交換アーム
との干渉を回避し得る前記予備旋回角度を大きくとるこ
とが可能である。
【００１１】斯くして、交換位置に移動する前の主軸の
位置に応じて、前記予備旋回角度をでき得る限り大きく
することで、より厳密且つ適切に工具交換時間の短縮化
を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形
態に係る工具交換装置及びその制御装置の概略構成を示
した概略図である。
【００１３】図１に示すように、本例の工具交換装置１
は、工具を把持する交換アーム２と、この交換アーム２
に直交して接続される回転軸３と、回転軸３を軸方向に
移動させ且つ軸中心に回転させる駆動機構部４と、駆動
機構部４に動力を付与するサーボモータ５などを備えて
なる。交換アーム２は、工具を把持する把持部２ａ，２
ｂを、その両端部に備えており、サーボモータ５及び駆
動機構部４の作動によって、回転軸３の軸方向に沿った
方向の移動と、回転軸３を中心とした旋回移動との複合
動作を行い、主軸に装着された現工具と、工具マガジン
から取り出され適宜位置に配置された次工具とをそれぞ
れ前記把持部２ａ，２ｂに把持して交換するようになっ
ている。尚、サーボモータ５には、その出力軸の回転位
置を検出する位置検出器が設けられている。
【００１４】一方、制御装置１０は、プログラム記憶部
１１，プログラム解析部１２，駆動制御部１３，送り制
御部１４などからなる。尚、本例の制御装置１０は、工
作機械の数値制御装置を構成するものであり、図１で
は、本例の説明に必要な部分のみを図示している。
【００１５】前記プログラム記憶部１１は予め作成され
た加工プログラムを格納する機能部であり、プログラム
解析部１２はプログラム記憶部１１に格納された加工プ
ログラムを解析して加工プログラム中の工具交換，主軸
回転，送り駆動部１５の送り速度や移動位置などに関す
る指令を抽出し、抽出した工具交換に関する指令を駆動
制御部１３に送信し、送り速度，移動位置や工具交換な
どに関する指令を送り制御部１４に送信する。
【００１６】前記送り制御部１４は、前記プログラム解
析部１２から受信した指令に従い、送り駆動部１５をフ
ィードバック制御して、主軸やテーブルを三次元三軸方
向に移動させる。そして、送り制御部１４は、プログラ
ム解析部１２から工具交換に関する指令を受信すると、
図２に示した交換位置（Ｏ２）に主軸を移動させる。
尚、送り駆動部１５から送り制御部１４にフィードバッ
クされる主軸の現在位置は、送り制御部１４から更に前
記駆動制御部１３に送信されるようになっている。
【００１７】前記駆動制御部１３は、前記プログラム解
析部１２から受信した指令に従い前記サーボモータ５を
駆動して、交換アーム２を上述した如く動作せしめ、主
軸に装着された現工具と、工具マガジンから取り出され
適宜位置に配置された次工具とを交換する。
【００１８】具体的には、駆動制御部１３は、図３に示
した処理を順次実行する。即ち、駆動制御部１３は、ま
ず、プログラム解析部１２から工具交換指令を受信した
かどうかを確認し（ステップＳ１）、工具交換指令の受
信が確認されると、次に、送り制御部１４から送信され
る主軸位置を認識し（ステップＳ２）、交換位置
（Ｏ ２）に移動する前の主軸位置が、図２に示した領域
Ａ及びＢのいずれに位置するかを判別する（ステップＳ
３）。尚、ここに云う領域Ａ及びＢは、交換アーム２の
旋回中心軸線（Ｏ１）及び交換位置（Ｏ２）を含む平面
（紙面と直交する面）Ｐを境界として設定される領域で
あり、交換アーム２の主軸工具（現工具）を把持する現
工具把持部２ａ側が領域Ｂ、次工具を把持する次工具把
持部２ｂ側が領域Ａとなっている。
【００１９】そして、主軸が領域Ａ内に位置していると
判断されたときには、交換アーム２を図２に示した角度
θ１だけ予備旋回させてＩ位置に移動させ（ステップＳ
４）、領域Ｂ内に位置していると判断されたときには、
交換アーム２を図２に示した角度θ２だけ予備旋回させ
てＩＩ位置に移動させる（ステップＳ５）。尚、図２に
おいては、工具交換動作を開始する前の交換アーム２の
状態を実線で示している。
【００２０】交換位置（Ｏ２）に移動する前の主軸の位
置が領域Ｂ内に位置するときには、交換アーム２を大き
い角度で予備旋回させると、即ち、例えば、前記Ｉ位置
に移動させると、主軸が交換位置（Ｏ２）に移動する際
に、交換アーム２と干渉するおそれがある。したがっ
て、本例では、主軸の位置が領域Ｂ内に位置するときに
は、主軸と交換アーム２との干渉を確実に回避できる角
度、図２に示した例では、角度θ２だけ交換アーム２を
予備旋回させるようにしている。
【００２１】一方、主軸が領域Ａ内に位置しているとき
には、交換アーム２を大きな角度で予備旋回させても、
主軸が交換位置（Ｏ２）に移動する際に交換アーム２と
干渉する心配が無い。そこで本例では、主軸が領域Ａ内
に位置しているときには、角度θ２より大きい角度θ１
で交換アーム２を予備旋回させるようにしている。
【００２２】尚、上述したように、工具交換指令はプロ
グラム解析部１２から送り制御部１４にも送信されるよ
うになっており、送り制御部１４は、この工具交換指令
を受信して主軸を交換位置に移動させるようになってい
る。したがって、上述した交換アーム２の予備旋回は、
主軸の交換位置への移動と同時に行われる。
【００２３】次に、以上のようにして交換アーム２を予
備旋回させた後、主軸が交換位置（Ｏ２）に移動したか
どうかを確認し（ステップＳ６）、主軸が交換位置（Ｏ
２）に移動していれば、残りの角度、即ち、交換アーム
２が最初の状態から９０°旋回移動した状態となるよう
に、当該交換アーム２を旋回移動させて、現工具把持部
２ａに主軸工具（現工具）を、次工具把持部２ｂに次工
具をそれぞれ把持せしめ、以降の交換動作を実行する
（ステップＳ７）。
【００２４】そして、一連の工具交換動作を完了した後
（ステップＳ８）、前記プログラム解析部１２から加工
終了信号を受信するまで、処理を継続する（ステップＳ
９）。
【００２５】以上詳述したように、本例の制御装置１０
によれば、主軸が交換位置（Ｏ２）に移動する際に、主
軸の移動と同時に、予め設定された予備旋回角度θ１，
θ２だけ交換アーム２を予備旋回させるようにしている
ので、主軸が交換位置（Ｏ２）に移動した後に交換アー
ム２を旋回させていた従来に比べて、交換アーム２を予
備旋回させる分だけ工具交換時間を短縮することができ
る。
【００２６】また、交換位置（Ｏ２）に移動する前の主
軸の位置に応じ、主軸と交換アーム２との干渉を考慮し
て、前記予備旋回角度θ１，θ２ができ得る限り大きく
なるようにこれを設定しているので、より厳密且つ適切
に工具交換時間の短縮化を図ることができる。
【００２７】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限
定されるものではない。例えば、上例では、領域Ａ及び
Ｂの２つ領域に区分けし、これに応じた予備旋回角度θ
１，θ２を設定したが、領域を更に細かく区分けし、こ
れに応じた予備旋回角度を設定しても何ら差し支えな
い。このようにすれば、より厳密且つ適切な工具交換時
間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る工具交換装置及びそ
の制御装置の概略構成を示した概略図である。
【図２】本実施形態における工具交換動作を説明するた
めの説明図である。
【図３】本実施形態に係る駆動制御部における処理手順
を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 工具交換装置 ２ 交換アーム ２ａ 現工具把持部 ２ｂ 次工具把持部 ３ 回転軸 ４ 駆動機構部 ５ サーボモータ １０ 制御装置 １１ プログラム記憶部 １２ プログラム解析部 １３ 駆動制御部 １４ 送り制御部 １５ 送り駆動部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工具を把持する交換アームを備え、サー
    ボモータを含む駆動系により該交換アームを旋回移動さ
    せて、交換位置に移動した主軸に装着の工具と適宜位置
    に配置された工具とを交換する工具交換装置の、前記交
    換アームの旋回動作を制御する方法であって、 前記主軸が前記交換位置に移動する際に、該主軸の移動
    と同時に、予め設定された角度だけ前記交換アームを予
    備旋回させ、前記主軸が前記交換位置に移動した後に、
    残りの角度だけ前記交換アームを旋回させることを特徴
    とする工具交換装置の制御方法。
  2. 【請求項２】 前記交換アームの旋回中心軸線と前記交
    換位置とを含む平面を境として、前記交換位置に移動す
    る前の前記主軸の位置が、前記交換アームの主軸工具把
    持部側に位置するときには、前記予備旋回角度を小さく
    し、前記交換アームの主軸工具把持部側と反対側に位置
    するときには、前記予備旋回角度を大きくすることを特
    徴とする請求項１記載の工具交換装置の制御方法。
  3. 【請求項３】 工具を把持する交換アームを備え、サー
    ボモータを含む駆動系により該交換アームを旋回移動さ
    せて、交換位置に移動した主軸に装着の工具と適宜位置
    に配置された工具とを交換する工具交換装置の、前記交
    換アームの旋回動作を制御する装置であって、 前記主軸が前記交換位置に移動する際に、該主軸の移動
    と同時に、予め設定された角度だけ前記交換アームを予
    備旋回させ、前記主軸が前記交換位置に移動した後に、
    残りの角度だけ前記交換アームを旋回させるように前記
    サーボモータを駆動するよう構成されてなる工具交換装
    置の制御装置。
  4. 【請求項４】 前記交換アームの旋回中心軸線と前記交
    換位置とを含む平面を境として、前記交換位置に移動す
    る前の前記主軸の位置が、前記交換アームの主軸工具把
    持部側に位置するときには、前記予備旋回角度を小さく
    し、前記交換アームの主軸工具把持部側と反対側に位置
    するときには、前記予備旋回角度を大きくすることを特
    徴とする請求項３記載の工具交換装置の制御装置。
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