JP2005169586A

JP2005169586A - 工具交換方法および工具交換装置

Info

Publication number: JP2005169586A
Application number: JP2003415279A
Authority: JP
Inventors: Mineto Samata; 峰人佐俣; Masaru Hironaga; 優廣永; Makoto Hirasawa; 真平沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】加工するワークの種類が多くなっても、工具マガジンの大型化を防止する。
【解決手段】ワーク搬入装置７により搬送コンベア１を流れてくるワークパレット５にワークをセットし、このワークを、ワーク搬送部１ａに沿って配置した複数のマシニングセンタ３（３ａ〜３ｇ）によって順次加工する。加工後のワークはワーク搬出装置９によって外部に搬出し、空のワークパレット５はワーク搬入装置７に戻される。ここで、今まで加工していたワークと異なるワークの加工を行う際には、その加工に必要な工具を備えた工具パレット１５を、工具パレット待機コンベア１３から搬送コンベア１に送り出し、交換な必要なマシニングセンタ３まで移動させて、工具の交換を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械にて新たに使用する工具を不要となった工具と交換する工具交換方法および工具交換装置に関する。

例えばマシニングセンタなどの工作機械は、主軸に装着した工具と次工程で使用する工具とを自動的に交換する自動工具交換装置を備えているのが一般的であり、このような自動工具交換装置として、例えば下記特許文献１，２に記載されたものがある。
特開２００１−３８５５８号公報特開平１１−３３３６５５号公報

このような自動工具交換装置では、複数の工具を収納保持する工具マガジンを備えているのが一般的である。この場合加工するワークの種類が多くなると、工具マガジンに収納する工具の数を増やす必要があり、工具マガジンの大型化を招くという問題がある。

そこで、本発明は、加工するワークの種類が多くなっても、工具マガジンの大型化を防止することを目的としている。

本発明は、ワークを搬送する搬送コンベアに沿って複数の工作機械を配置し、この各工作機械により前記搬送コンベアで搬送されるワークを順次加工するとともに、前記搬送コンベアにより、前記各工作機械でそれぞれ使用する各種の工具を保持する工具マガジンを搬送する構成とし、前記工作機械にて新たに使用する工具を不要となった工具と交換する工具交換時に、前記工具マガジンを前記搬送コンベアにより該当する工作機械まで搬送して工具を交換することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、工作機械で使用する工具を交換する必要が生じた場合には、工具マガジンを搬送コンベアにより該当する工作機械まで搬送し、ここで工具の交換を行う。このため、工具マガジンには、加工する各種のワークに対応するすべての工具を収納する必要がなく、工具交換が必要となったときに、必要な工具のみ保持した工具マガジンを搬送コンベアで逐次搬送すればよく、多数の工具を収納することによる工具マガジンの大型化を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる工具交換装置を示す平面図である。搬送コンベア１は、ワーク搬送部１ａと、ワーク搬送部１ａと平行なワークパレット回収部１ｂと、これら両者の両端相互を連絡する連絡部１ｃ，１ｄとを備え、これらは方向転換用のステージ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって連結され、図中で矢印Ａ方向に移動する。ここで、ワークパレット回収部１ｂによる搬送速度は、ワーク搬送部１ａによる搬送速度より速くしてあり、空になったワークパレット５をワーク搬入装置７側へ素早く戻すようにしている。

ワーク搬送部１ａの両側には、工作機械としてのマシニングセンタ３ａ〜３ｇをワーク搬送部１ａに沿って複数配置してある。搬送コンベア１上には、複数のワークパレット５を載せ、このワークパレット５上の図示しないワークを、前記した各マシニングセンタ３ａ〜３ｇによって順次加工する。

マシニングセンタ３ａの上流側にワーク搬入装置７を設置し、このワーク搬入装置７により、搬送コンベア１を流れてくるワークパレット５にワークをセットする。また、マシニングセンタ３ａ〜３ｇによって順次加工されてすべての加工が完了したワークは、マシニングセンタ３ｇの下流側に設置してあるワーク搬送出装置９によって外部に搬出する。

また、ワークパレット回収部１ｂのステージ２ｄ近傍には、工具パレット待機コンベア１３を方向転換用のステージ２ｅを介して連結し、工具パレット待機コンベア１３の両側には、工具マガジンとしての複数の工具パレット１５を配置する。各工具パレット１５は、前記したマシニングセンタ３ａ〜３ｇで加工中のワークとは異なるワークを加工するための工具を保持するものや、現在使用している工具と同種の工具を保持するものがある。

上記した工具パレット１５は、マシニングセンタ３ａ〜３ｇで加工中のワークとは異なるワークを加工する必要が生じた場合や、現在使用している工具が摩耗した場合など、すなわちマシニングセンタ３ａ〜３ｇにて新たに使用する工具を不要となった工具と交換する工具交換時に、工具パレット待機コンベア１３に載せ、パレット回収部１ｂに移動させる。

図２は、工具パレット１５が互いに対向する位置にある一対のマシニングセンタ３相互間にある状態を示しており、工具パレット１５は、複数の工具１７を保持している。図３は、工具パレット１５のマシニングセンタ３側から見た正面図で、円形の工具保持ポッド１９をマトリックス状に複数備えており、このうち最上段の工具保持ポッド１９は、大径の工具１７を格納するもので、上部に開口部１９ａを備え、この開口部１９ａを介して工具１７の脱着を行う。

図２に示すマシニングセンタ３の主軸２０は、図３中で工具保持ポッド１９に沿って上下左右に移動するとともに、工具保持ポッド１９に対して接近離反するよう前後に移動する。この主軸２０の動作によって、マシニングセンタ３が保持している不要な工具を空の工具保持ポッド１９に戻すとともに、新たに使用する工具を工具保持ポッド１９から取り込む。この際、図３中で最上段の大径工具用の工具保持ポッド１９に対する工具１７の脱着時には、主軸２０が前後に移動するとともに、開口部１９ａを利用するために上下に移動する。その他の工具保持ポッド１９に対する工具１７の脱着時には、主軸２０が前後に移動する。

また、各工具パレット１５は、図２に示すように情報交換装置２１を備え、情報交換装置２１は、図４の制御ブロック図に示すように、情報格納部としての工具交換管理テーブル（ＴＢＬ）２５を備えている。工具交換管理ＴＢＬ２５は、各工具パレット１５固有の番号情報や、各工具保持ポッド１９にどの工具が保持されているかの情報および工具交換時の情報をそれぞれ記憶しており、各マシニングセンタ３ａ〜３ｇ側の制御装置２３との間で情報交換を行う。工具交換時の情報としては、現在マシニングセンタ３ａ〜３ｇで加工しているワークとは異なるワークの加工を行う段取り替えの情報や、各マシニングセンタ３ａ〜３ｇが使用している工具の寿命の情報などである。

上記した工具交換管理ＴＢＬ２５の内容を、表１に一例として示す。

ここでの工具パレット１５の情報交換装置２１は、自動車用部品（ワーク）の加工を行うに際し、ある車種番号（表１では「２」）のワークを加工するための各種の情報を格納している。すなわち、工具パレット１５における各工具保持ポッド１９には、対応する工具１７がそれぞれ保持されており、例えば工具保持ポッド番号「１」には工具番号「２」の工具１７が、工具保持ポッド番号「２」には工具番号「４」の工具１７が、それぞれ保持されていることを示す。

また、工具交換段取情報は、各工具交換段取り時♯１，♯２…において、工具Ｎｏ．（番号）「２」，「４」，「１２」…の各工具１７を交換する必要があるかどうかを示す。工具有無は、工具保持ポッド番号「１」，「２」…の各工具保持ポッド１９に工具１７が保持されているかどうかを示す。

さらに、工具保持ポッド位置データは、工具保持ポッド番号「１」，「２」…の各工具保持ポッド１９が、図３中でどの位置にあるかを示す。工具補正データは、工具保持ポッド１９が保持している工具１７のセット寸法（全長，径など）を示す。工具寿命カウンタは、工具保持ポッド１９が保持している工具１７の寿命（加工時間もしくは加工ワーク数）に関するもので、寿命現在値が寿命設定値を超えた場合に、工具の交換を行うことを示す。

一方、マシニングセンタ３側の制御装置２３は、情報交換装置２１の情報を読み取る読取部としてのＣＰＵ２７と、工具管理テーブル（ＴＢＬ）２９と、位置・補正データ変数テーブル（ＴＢＬ）３１とをそれぞれ備えている。

上記した工具管理ＴＢＬ２９の内容を、表２に一例として示す。

表２の工具管理ＴＢＬ２９の内容は、それぞれのマシニングセンタ３ａ〜３ｇが使用する、ワークによって異なる各種の工具（工具No.２，４，１２，３…））１７がどの工具パレット（パレットNo.１，２，３，４…）１５に保持されているかを示しており、工具補正データおよび工具寿命カウンタは、前記表１のものと同様である。

位置・補正データ変数ＴＢＬ３１は、工具交換時に必要とする工具１７の工具パレット１５上の保持位置のデータと、マシニングセンタ３が取り込んだ工具１７のセット寸法（（全長，径など）のデータとを記憶している。

ＣＰＵ２７は、工具交換時に、工具パレット１５の工具交換管理ＴＢＬ２５から読み込んだデータと、マシニングセンタ３の位置・補正データ変数ＴＢＬ３１のデータとの照合を行う。

次に作用を説明する。加工するワークは、ワーク搬送部１ａによって順次送られてくる複数のワークパレット５に、ワーク搬入装置７により順次搬入する。各ワークパレット５に搬入されたワークは、ワーク搬送部１ａ上を同期して搬送されながら、各工程のマシニングセンタ３（３ａ〜３ｇ）に対応する位置にて停止した状態で順次加工し、すべての加工が完了したワークは、ワーク搬出装置９によって外部に搬出する。

ワークの搬出により空となったワークパレット５は、連絡部１ｃを経てパレット回収部１ｂに送られ、さらに連絡部１ｄを経て再度ワーク搬入装置７に戻される。

ここで、例えば他のワークを加工する必要が生じて、いわるゆ段取り替えが必要となったときには、他のワークを加工する際に必要な工具を保持した工具パレット１５を工具パレット待機コンベア１３に載せ、ワークパレット回収部１ｂから連絡部１ｄを経てワーク搬送部１ａに送られる。

工具パレット１５がワーク搬送部１ａによって送られ、それぞれのマシニングセンタ３ａ〜３ｇに達した時点でワーク搬送部１ａが停止し、この停止状態で、工具パレット１５における情報交換装置２１の情報をマシニングセンタ３側のＣＰＵ２７が読み取って情報の交換を行う。

ここで、他のワークを加工するための別の工具が必要な場合には、今まで使用していた工具を、主軸２０の前述した移動によって、工具パレット１５のあらかじめ用意しておいた空の工具保持ポッド１９に保持させる。その後、主軸２０を、必要とする工具１７を保持している工具保持ポッド１９まで移動させ、その工具１７を主軸２０に装着する。

また、上記した情報交換時に、今まで使用していた工具で他のワークに対しても兼用して使用できると判断された場合には、工具の交換は行わない。

このようにして工具パレット１５が、ワーク搬送部１ａによって順次送られて、各マシニングセンタ３ａ〜３ｄとの間で情報交換を行い、必要な工具交換を行った後は、工具パレット１５は連絡部１ｃおよびワークパレット回収部１ｂを経て工具パレット待機コンベア１３に戻される。

工具交換のために搬送コンベア１に投入された工具パレット１５のすぐ後には、段取り替え後の他のワークが、ワーク搬入装置７によってワークパレット５に搬入され、この他のワークを図示しないワーク検知装置などで検知してこのワークの情報を各マシニングセンタ３に伝達し、これにより各マシニングセンタ３ａ〜３ｇは、交換後の工具あるいは交換していない今までの工具よって新たなワークに対して順次加工を行う。

このように、上記した工具交換装置によれば、マシニングセンタ３で使用する工具１７を交換する必要が生じた場合には、工具パレット１５を搬送コンベア１により該当するマシニングセンタ３まで搬送し、ここで工具１７の交換を行う。このため、工具パレット１５には、加工する各種のワークに対応するすべての工具１７を収納する必要がなく、工具交換が必要となったときに、必要な工具１７のみ保持した工具パレット１５を搬送コンベア１で逐次搬送すればよく、多数の工具１７を収納することによる工具パレット１５の大型化を防止することができる。

また、工具パレット１５の小型化により、搬送コンベア１に沿って配置するマシニングセンタ３相互の間隔を狭めることができ、全体のマシンレイアウトスペースを有効に利用することができる。

さらに、段取り替えなどでマシニングセンタ３から外された工具１７は、工具パレット１５を工具パレット待機コンベア１３に待機させておくことで、工具１７の摩耗状況がその都度観察でき、適正な工具寿命管理を行える。

また、段取り替えによりマシニングセンタ３を停止させる場合には、工具パレット１５を該当するマシニングセンタ３まで移動させ、工具パレット１５が通過した後のマシニングセンタ３については加工動作を開始できるので、その加工停止時間が短くて済む。

また、工具パレット１５に設けた情報交換装置２１と、マシニングセンタ３側の制御装置２３との間で段取り替えの情報の交換を行うことで、工具１７の選択を行え、動作制御するための各マシニングセンタ３に接続するネットワークの負荷が少なくて済み、加工時間の短縮化に寄与することができる。

上記した情報交換によって、工具交換時にマシニングセンタ３から取り外した工具１７を、対応する工具保持ポッドト１９に確実に保持させることができるので、工具保持ポッド１９への工具１７の誤組み付け検知が不要となり、また工具寿命情報も管理しているので、マシニングセンタ３側の制御プログラムの負荷が軽くなり、加工時間の短縮や設備費の低減を達成することができる。

また、工具寿命情報を、マシニングセンタ３と工具パレット１５との間で交換することで、寿命となった工具と同種の工具を保持する工具パレット１５を、前記した段取り替え時と同様にして工具パレット待機コンベア１３から搬送コンベア１に移動させ、該当するマシニングセンタ３にて寿命となった工具の交換を行うことができる。

本発明によれば、工具マガジンは、工作機械で加工中のワークとは異なるワークを加工するための工具を保持しているので、加工ワークを変更する段取り替え時での工具交換を、工具マガジンの大型化を招くことなく行うことができる。

工具マガジンを、搬送コンベアに連結された待機コンベアに待機させておき、工具交換時に、待機コンベアにて待機中の工具マガジンを搬送コンベアに移動させるようにしたので、交換が必要な工具を保持する工具マガジンを搬送コンベアに素早く移動させることができる。

工具マガジンには、工具交換時の情報を格納する情報格納部を設ける一方、工作機械には、工具マガジンが工作機械まで搬送されたときに、情報格納部の情報を読み取る情報読取部を設け、工作機械の情報読取部が工具マガジンの情報格納部の情報を読み取ることで、工具の交換を行うようにしたので、工具交換作業を容易確実に行うことができる。

工具マガジンの情報格納部に格納する情報は、工作機械で加工中のワークとは異なるワークを加工するための工具の工具交換に関する情報とすることで、加工ワークを変更する段取り替え時での工具交換を、工具マガジンの大型化を招くことなく行うことができる。

工具マガジンの情報格納部に格納する情報は、工具の寿命による工具交換に関する情報とすることで、寿命により交換が必要な工具を確実に交換することができる。

本発明の一実施形態に係わる工具交換装置を示す平面図である。一対のマシニングセンタ相互間に位置している工具パレットを示す側面図である。図２に示した工具パレットの正面図である。工具パレットの情報交換装置およびマシニングセンタ側の制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１搬送コンベア
３（３ａ〜３ｇ）マシニングセンタ（工作機械）
１５工具パレット（工具マガジン）
１７工具
２５工具交換管理テーブル（情報格納部）
２７ＣＰＵ（情報読取部）

Claims

ワークを搬送する搬送コンベアに沿って複数の工作機械を配置し、この各工作機械により前記搬送コンベアで搬送されるワークを順次加工するとともに、前記搬送コンベアにより、前記各工作機械でそれぞれ使用する各種の工具を保持する工具マガジンを搬送する構成とし、前記工作機械にて新たに使用する工具を不要となった工具と交換する工具交換時に、前記工具マガジンを前記搬送コンベアにより該当する工作機械まで搬送して工具を交換することを特徴とする工具交換方法。
前記工具マガジンは、前記工作機械で加工中のワークとは異なるワークを加工するための工具を保持していることを特徴とする請求項１記載の工具交換方法。
前記工具マガジンを、前記搬送コンベアに連結された待機コンベアに待機させておき、前記工具交換時に、前記待機コンベアにて待機中の前記工具マガジンを前記搬送コンベアに移動させることを特徴とする請求項１または２記載の工具交換方法。
前記工具マガジンには、前記工具交換時の情報を格納する情報格納部を設ける一方、前記工作機械には、前記工具マガジンが工作機械まで搬送されたときに、前記情報格納部の情報を読み取る情報読取部を設け、前記工作機械の情報読取部が前記工具マガジンの情報格納部の情報を読み取ることで、工具の交換を行うことを特徴とする請求項１記載の工具交換方法。
前記情報格納部に格納する情報は、前記工作機械で加工中のワークとは異なるワークを加工するための工具の工具交換に関する情報であることを特徴とする請求項４記載の工具交換方法。
前記情報格納部に格納する情報は、工具の寿命による工具交換に関する情報であることを特徴とする請求項４記載の工具交換方法。
ワークを搬送する搬送コンベアに沿って、前記ワークを順次加工する複数の工作機械を配置するとともに、前記各工作機械でそれぞれ使用する各種の工具を保持する工具マガジンを設け、この工具マガジンを、前記工作機械にて新たに使用する工具を不要となった工具と交換する工具交換時に、前記搬送コンベアにより該当する前記工作機械まで搬送することを特徴とする工具交換装置。