JP2007237305A - 工具交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】主軸１の移動と工具交換アーム２の回転との関係を改善することによって、効率的な工具３の交換を実現し得るような工具交換システムを提供すること。
【解決手段】主軸１の移動、及び工具交換アーム２の回転によって、主軸１に係着する工具３を交換する工具交換システムにおいて、
（１）交換前の工具３及び主軸１が加工位置から工具３を交換する位置まで移動する時期と、工具交換アーム２が静止状態にあるホーム位置から当該工具３を交換する位置まで回転する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム、
及び／又は、
（２）交換後の工具３及び主軸１が工具３を交換する位置から加工位置に戻るために移動する時期と、工具交換アーム２が当該交換位置から元のホーム位置に戻るために移動する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム
によって、工具交換に要する時間を短縮すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸の移動及び工具交換アームの回転によって、ワークに対する加工を行う工具を交換するシステムに関するものである。

工具の交換は、当該交換を行う位置まで交換前の工具及び主軸が移動し、かつ工具交換アームが回転し、当該位置においてＮＣコントロールに基づいて所定の工具の交換が行われ、その後、交換後の工具及び主軸が加工位置に戻るための移動及び工具交換アームが元のホーム位置に戻るための回転が行われている。

このような工具の交換は、ワークに対する切削加工を行ううえで不可欠な作業ではあるが、交換に要する時間が短い程作業効率が向上する。

しかしながら、従来の工具交換システムにおいては、工具及び主軸の移動時期と工具交換アームの回転時期とについては格別の考慮を払っていないか、又は精々異なる時期を設定し、かつ必要な制御を行っているに過ぎない。

因みに、特許文献１においては、主軸の移動についてワークの待機範囲の関係上、移動方向について順次コントロールを行うも、工具交換アームの回転運動との時間上の関係について格別の技術的工夫が行われている訳ではない。

同様に特許文献２においては、主軸を特定の方向（Ｚ軸方向）に移動させるのに対し、ワークを保持したテーブルを独立して主たる方向（ＸＹＢ軸方向）に移動させることが開示されるも、主軸の移動と工具交換アームの回転との関係については、格別考慮されておらず、却って工具交換アームと連動している工具マガジンの作動時期は、主軸の移動時期と異なる実施形態が設定されている（図６及び図１０）。

しかしながら、このような従来技術においては、工具及び主軸の移動と工具交換アームの回転との関係において、特に交換作業を効率的に行おうとする基本的技術思想は、発明を行ううえでの創作の対象となっていない。

特開２００５−２８８５７９号公報。 特開平１１−４８０７２号公報。

本発明は、主軸の移動と工具交換アームの回転との関係について工夫を行い、効率的な工具の交換を実現し得るような構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）主軸の移動、及び工具交換アームの回転によって、主軸に係着する工具を交換する工具交換システムにおいて、交換前の工具及び主軸が加工位置から工具を交換する位置まで移動する時期と、工具交換アームが静止状態にあるホーム位置から当該工具を交換する位置まで回転する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム、
（２）主軸の移動、及び工具交換アームの回転によって、主軸に係着する工具を交換する工具交換システムにおいて、交換後の工具及び主軸が工具を交換する位置から加工位置に戻るために移動する時期と、工具交換アームが当該交換位置から元のホーム位置に戻るために移動する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム
からなる。

本発明においては、前記（１）のように、工具を交換する位置に至るまでの工程、及び／又は前記（２）のように工具の交換終了後、元の位置に戻るまでの工程において、主軸の移動と工具交換アームの回転とを少なくとも部分的に同時期とすることによって、工具を交換する時間を大幅に短縮することができる。

通常の実施形態においては、前記（１）の交換位置に至るまでのシステムと前記（２）の交換位置から戻るシステムとを、共に採用する場合が多い。
但し、前記（１）のシステム及び前記（２）のシステムの一方を採用することは、当然可能である。

図１は、前記（１）、（２）の基本構成を示す概念上の模式図であり、前記（１）に対応している図１（ａ）に示すように、交換前の工具３を保持した状態にて工具３を交換する位置にまで移動する工程と工具交換アーム２が当該位置まで回転する工程とが、同時期に行われており、しかも、前記（２）に対応している図１（ｂ）に示すように、工具交換後、主軸１が加工位置に戻るための移動工程と工具交換アーム２が元のホーム位置に戻る回転とが、同時期に行われている。

前記（１）、（２）において、同時期とは、主軸１の移動開始及び移動停止と工具交換アーム２の回転開始及び回転停止とが全て一致している場合と、部分的に一致している場合との双方が採用され得る。

図２は、主軸１の移動と工具交換アーム２の回転が全て同時期に行われる場合のフローチャートを示すが、当該フローチャートのような制御を行い、かつコンピュータによって、主軸１に対する駆動モーター及び工具交換アーム２、駆動モーターの双方に対し、同時に作動開始指令及び停止指令を伝達すると共に、特に工具３を交換する位置の近傍において、交換前又は交換後の工具３及び主軸１と工具交換アーム２とが相互の衝突を避けるためには、前記移動及び回転につき、相当精密なコントロールを不可欠とする。

このような状況に鑑み、図３のフローチャートに示すように、工具交換アーム２の回転が終了した段階より後に、交換前の工具３及び主軸１が、工具交換アーム２の当該回転を行う半径の領域外から、工具３を交換する位置に到達し、かつ工具３の交換終了後、交換後の工具３及び主軸１が、工具交換アーム２の回転半径の領域外にまで移動した後、工具交換アーム２が元のホーム位置に戻る回転を開始するという工具３及び主軸１の移動時期と工具交換アーム２の回転時期が部分的に一致していることによる実施形態を採用する場合が多い。

即ち、図３に示す実施形態の場合には、工具３を交換する位置に至るまでの工程においては、工具交換アーム２を当該位置まで回転させたうえで、その間に工具３及び主軸１を、前記回転を行う半径の領域の寸前位置にまで移動させ、その後当該交換位置にまで移動させること、更には工具交換終了後において、交換後の工具３及び主軸１が前記回転を行う半径の領域から僅かに外れた位置に至るまで移動した後、工具交換アーム２の回転を開始すれば良く、工具３を交換する位置の近傍において主軸１の移動及び工具交換アーム２の回転が同時に行われる訳ではないので、図２のフローチャートを示すように、工具３を交換する位置の近傍において、主軸１及び工具交換アーム２の双方に対する同時期に精密なコントロールを行う場合に比し、コントロールの煩雑性を免れるという点において、設計上便利である。

主軸１の工具３を交換する位置への移動については、前記（１）の構成においては、図４に示すように、工作を終了したワークの寸法と工作を行った交換前の工具３の長さとに基づいて、工作を終了したワークの寸法と工作を行った工具３の長さとに基づいて、主軸１が回転軸方向と直交する方向に移動した場合に、当該ワークと当該工具３とが衝突しない位置まで主軸１を回転軸方向に移動し、当該位置に至った後から、前記回転軸方向の移動のみならず必要に応じて当該回転軸方向と直交する方向の移動をも加味することを特徴とする実施形態を採用する場合が多い。

即ち、前記実施形態においては、主軸１がワークと衝突しないような位置になってから、単に主軸１方向（Ｚ軸方向）のみならず、主軸１と直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の方向の各成分を合成することによって工具交換アーム２の側に直進することが可能となり、工具交換可能位置まで移行する時間を短縮することが可能となる。

前記図４に示す実施形態においては、工具交換アーム２の回転指令信号を、ワークと工具３との衝突が生じない状態に至った時点に設定することが可能であり、その場合には、工具３及び主軸１と工具交換アーム２との衝突を避けることを目的として、主軸１の回転軸と直交する方向（Ｘ軸及びＹ軸によって形成される面の方向）を基準として、交換前の工具３及び主軸１の位置を算出すると共に、工具交換アーム２の回転位置を算出したうえで、双方の位置を対比することを同時期に開始し得る点において便利である。

図４は前記（１）における実施形態を示すが、前記（２）においても工具３の交換終了後、交換後の工具３及び主軸１が加工位置に戻るために移動する際に、主軸１が回転軸と直交する方向に移動しても、当該工具３とワークとが衝突しない位置まで、回転軸方向の移動のみならず、必要に応じて当該回転軸方向と直交する方向の移動をも加味することを特徴とする実施形態（図示せず）もまた当然採用可能である。

実施例においては、前記（１）、（２）の構成において、図１（ｂ）の点線矢印に示すように、工具３の交換終了後、主軸１が加工位置に移動するまでの間に交換された工具３を保持した状態にて、加工用の回転を開始することを特徴としている。

即ち、実施例においては、既に主軸１が加工位置に戻る以前の段階において、加工を目的とする回転を開始していることから、交換後の工具３において直ちにワークに対する作動に移行することが可能となり、作業の効率性を一層助長することになる。
尚、図１（ｂ）自体は前記（２）の構成を表現しているが、仮に本発明の実施形態として、前記（１）のみを採用し、前記（２）の実施形態が従来技術の場合を採用するとしても、図１（ｂ）の点線に示すように、元の位置に戻る工程において予め加工用の回転を開始することは当然可能である。

本発明は、主軸を利用する工作機械の分野全般に利用することが可能である。

本発明の基本構成を示しており、（ａ）は工具を交換する位置にまで交換前の工具及び主軸が移動し、かつ工具交換アームが回転している状況を示しており、（ｂ）は工具を交換する位置から交換後の工具及び主軸が加工位置にまで戻り、かつ工具がワーク位置まで回転して戻る状況を示す。 前記（１）及び（２）の双方を採用している実施形態において、主軸の移動及び工具交換アームの回転が同時に開始し、かつ同時に終了する実施形態を示すフローチャートである。 前記（１）及び（２）の双方を採用している実施形態において、工具交換アームが最初に、工具を交換する位置に到達し、その後交換前の工具及び主軸が到達し、当該位置から最初に交換後の工具及び主軸が離脱し、その後工具交換アームが離脱する実施形態を示すフローチャートである。 主軸が回転軸方向の移動を行った後、当該方向の移動のみならず、当該方向と直交する方向の移動をも加味したことによる実施形態を示しており、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図を示す。

符号の説明

１：主軸
２：工具交換アーム
３：工具

Claims (9)

1. 主軸の移動、及び工具交換アームの回転によって、主軸に係着する工具を交換する工具交換システムにおいて、交換前の工具及び主軸が加工位置から工具を交換する位置まで移動する時期と、工具交換アームが静止状態にあるホーム位置から当該工具を交換する位置まで回転する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム。
2. 主軸が移動を開始する時期に、工具交換アームに対する回転指令を発することを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
3. 工作を終了したワークの寸法と工作を行った交換前の工具の長さとに基づいて、主軸が回転軸方向と直交する方向に移動した場合に、当該ワークと当該工具とが衝突しない位置まで主軸を回転軸方向に移動し、当該位置に至った後から、前記回転軸方向の移動のみならず必要に応じて当該回転軸方向と直交する方向の移動をも加味することを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
4. ワークと工具との衝突が生じない状態に至った時点において、工具交換アームに対する回転指令を発することを特徴とする請求項３記載の工具交換システム。
5. 工具交換アームの回転が終了した段階より後に、交換前の工具及び主軸が、工具交換アームの当該回転を行う半径の領域外から、工具を交換する位置に到達することを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
6. 主軸の移動、及び工具交換アームの回転によって、主軸に係着する工具を交換する工具交換システムにおいて、交換後の工具及び主軸が工具を交換する位置から加工位置に戻るために移動する時期と、工具交換アームが当該交換位置から元のホーム位置に戻るために移動する時期とが少なくとも部分的に共通していることに基づく工具交換システム。
7. 交換後の工具及び主軸が加工位置に戻るために移動する際に、主軸が回転軸と直交する方向に移動しても、当該工具とワークとが衝突しない位置まで、回転軸方向の移動のみならず、必要に応じて当該回転軸方向と直交する方向の移動をも加味することを特徴とする請求項６記載の工具交換システム。
8. 交換後の工具及び主軸が、工具交換アームの回転半径の領域外にまで移動した後、工具交換アームが元のホーム位置に戻る回転を開始することを特徴とする請求項６記載の工具交換システム。
9. 工具の交換終了後、主軸が加工位置に移動するまでの間に交換された工具を保持した状態にて、加工用の回転を開始することを特徴とする請求項１、６記載の工具交換システム。

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