JP2010099766A - 自動工具交換装置を有する工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工具交換の煩雑な段取り作業をより効率的に行うことが可能な工作機械を提供する。
【解決手段】複数の工具が装着されたタレットを有し、該タレットを割り出して主軸に装着された工具を交換する自動工具交換装置を有する工作機械において、加工に使用する加工プログラムを選択する加工プログラム選択手段と、該加工プログラム選択手段により選択された加工プログラムに基づいて、該加工プログラムでの加工に使用する工具の工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を工具交換位置に自動的に割り出す割り出し手段と、を有することを特徴とする自動工具交換装置を有する工作機械。
【選択図】図６

Description

本発明は、工具交換装置を有する工作機械に関する。

従来、工作機械の主軸に取り付ける工具を自動的に交換する自動工具交換装置では、作業に必要な複数の工具が予めセットされ、主軸の工具を加工状態に応じて指定された工具に自動的に交換するようになっている。
自動工具交換装置として、タレットの円周上に等間隔にグリップが設けられ、これら各グリップに工具が取り付けられるものがある。工具交換時には、交換したい工具が主軸の位置にくるようにタレットを回転し、タレットから目的の工具を自動的に取り外して主軸に取り付けるようになっている。

特許文献１〜特許文献４には、作業者が行う段取り替え作業を自動的に行う技術が開示されている。
特許文献１に開示される技術は、大掛かりな加工セルを想定して段取りにかかる工数を削減するための技術が開示されている。
特許文献２には、サブツールマガジンを有し、寿命、損傷、用済み工具を入れ替える大掛かりな装置が開示されている。
特許文献３には、シーケンス制御手段である手動交換サイクル実行手段を準備しておき、前記手段を実行キーのオン動作で起動させることにより、工具マガジンの工具を主軸に割り出し、主軸を正面の工具交換扉まで軸移動させ、前記工具交換扉の位置で主軸の工具を手動で交換し、交換の後、終了キーをオン操作することにより主軸を原点位置に復帰させ、工具交換扉を閉じさせる技術が開示されている。
これらの文献に開示される技術は機械の構成が大掛かりであって、タレットに取り付けられる工具の数がそれほど多くない場合にまでそのような装置の構成を採用することは、コストなどの面から望まれていない。

特開平６−４３９２０号公報 特開平４−１０５８３８号公報 特開平５−９６４３３号公報 特開平６−１７０６４９号公報

工作機械で加工するワークの種類を変更する際、あるいは、ワークを加工する加工プログラムを変更する際に、ワークや加工プログラムに対応した工具をタレットに用意しておく必要がある。

変更後のワークや変更後の加工プログラムに必要な工具がタレットに用意されていない場合には下記のような、段取り替え中にタレットに装着されている工具を交換する煩雑な作業が行なわれている。

例えば、次のような作業を行う。
（１）加工プログラムを読んで使用する工具の番号を確認する作業。
（２）加工プログラムを読んで確認した工具の番号をＭＤＩモードで工具交換のためにプログラム（Ｍ０６Ｔ＊＊、「＊＊」は工具の番号）を入力する作業。
（３）入力した工具交換のためのプログラムを実行する作業。あるいは、操作盤の工具交換ボタンを押してタレットに保持されている工具を工具交換位置まで移動させる作業。
（４）工具の割り出しが終了した後に工具交換のためにドアロック解除ボタンを押す作業など。
そこで本発明は、工具交換の煩雑な段取り作業をより効率的に行うことが可能な工作機械を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、複数の工具が装着されたタレットを有し、該タレットを割り出して主軸に装着された工具を交換する自動工具交換装置を有する工作機械において、加工に使用する加工プログラムを選択する加工プログラム選択手段と、該加工プログラム選択手段により選択された加工プログラムに基づいて、該加工プログラムでの加工に使用する工具の工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を工具交換位置に自動的に割り出す割り出し手段と、を有することを特徴とする自動工具交換装置を有する工作機械である。

請求項２に係る発明は、前記割り出し手段は、前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムを解析し使用される工具番号を取得する工具番号取得手段と、前記工具番号取得手段により取得された工具番号を記憶する工具番号記憶手段と、前記タレットに装着された工具を段取り替えする際に、前記工具番号記憶手段に記憶された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械である。

請求項３に係る発明は、前記割り出し手段は、前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムの指令ブロックのうち、工具交換を行う指令ブロックのみを実行し、工具交換指令ブロックで指定された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を順次前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械である。

請求項４に係る発明は、前記割り出し手段は、前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムの工具交換を行う指令ブロックのみを抽出して工具割り出しプログラムを作成する手段と、前記タレットに装着された工具を段取り替えする際に、前記工具割り出しプログラムを実行し、工具交換指令ブロックで指定された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を順次前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械である。

請求項５に係る発明は、前記工作機械はタレットに装着された工具を交換する工具交換作業モードを有し、該工具交換作業モード中は該タレットの工具装着部の前記工具交換位置への割り出し動作が完了した時、ドアのロックを解除し、該タレットに装着されたあるいは装着される工具の交換作業が終了した後、ドアを閉じた時にドアをロックし、対象となる全ての工具の工具番号に対応する前記タレットの工具装着部への割り出しが完了するまで自動的に次の工具の割り出しを開始することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の自動工具交換装置を有する工作機械である。

本発明により、工具交換の煩雑な作業をより効率的に行うことが可能な工作機械を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は工作機械の概略外観図である。図２は工具交換装置を備えた工作機械の概略正面図である。図２および図４に示される工具交換装置を備えた工作機械の本体は、図１に示される筐体内に格納されている。まず、図１に示される工作機械の概略の外観を説明する。

符号１０は固定カバー、符号１１はスライド式の前ドア、符号１２は電磁ロックスイッチ、符号１３は表示装置、符号１４は操作盤、符号１５は起動ボタン、符号１６はドア閉鎖状態検出センサである。前ドア１１は電磁ロックスイッチ１２をオフにすることで開けることができる。電磁ロックスッチ１２を設けることによって、作業者が誤って前ドア１１を開けることがなくなる。

表示装置１３は工作機械を制御する制御装置の表示装置であって、加工の状況や、加工で使用している加工プログラムが表示される。操作盤１４は工作機械を制御するための各種入力データの入力手段である。また、起動ボタン１５は、工具交換のために機械が一時停止にある状態から再度動作させ工具交換の動作を行わせる入力手段である。ドア閉鎖状態検出センサ１６は前ドア１１が完全に閉鎖したか否かを検出する手段である。遮光センサ、磁気センサを用いることができる。

図２は図１で説明した外観構造を示す筐体内に配置されている工作機械である。符号２０はタレットである。タレット２０の表面に示されている数字１から８番は、工具装着部１番から工具装着部８番の番号を表す。図２では工具装着部が８箇所備わっているが、この８個に限定されるわけではない。１４個でもよいし２１個でもよいし、その他の個数でもよい。タレット２０の工具装着部に保持されている工具は、主軸位置でタレット２０から主軸側に交換可能である。

また、タレット２０から取り外したい工具は、図２の工具交換位置に示される場所に割り出され、作業員らがタレット２０から取り外す。工具交換位置については図４により詳しく示されている。

タレット２０に設けられた工具装着部と加工プログラムの工具情報は図３に示されるように対応付けられる。これにより、加工プログラムを作成する際には、工具情報である工具番号をタレット２０の工具装着部として設定できる。換言すると、加工プログラムではタレットの工具装着部が設定される。各工具番号に具体的にどのような工具を対応づけるかはユーザ側で決められる。

図４は工作機械の概略側面図である。図４に示される工具交換位置では、タレットベース２１の所定箇所に切り欠が設けられている。タレット２０に保持されている工具で不要なものがあった場合、工具交換位置まで割り出し、作業員がその工具を引き出す作業を行う。

次に、図５を用いて、本発明の数値制御装置の概略構成を説明する。数値制御装置はプロセッサ３０を中心に構成されている。プロセッサ３０は、ＲＯＭ３１に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。
ＲＡＭ３２は一時的な計算データ、表示データ、入出力信号などが格納される。不揮発性メモリ３４には、電源切断後も保持すべきパラメータ、加工プログラム、工具補正データなどが記憶される。

表示装置付ＭＤＩ（表示装置付機械操作盤）３３は、例えば、数値制御装置の前面に配置され、データ及び図形の表示、データ入力、数値制御装置の運転に使用される。表示装置付ＭＤＩ３３に備えられたキーボード、ソフトキーなどの入力手段（図示省略）を用いて、不揮発性メモリ３４に格納された加工プログラムの中から、加工に使用する加工プログラムを選択することができる。後述する段取り作業中のツール交換モード（工具交換作業モード）をオン操作することも表示装置付ＭＤＩ３３を介して行うことができる。
軸制御回路３５は、プロセッサからの移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプに出力する。サーボアンプ３６は工作機械に結合されたサーボモータを駆動し、工作機械３９の工具とワークとの相対運動を制御する。

ＰＭＣ３７は、プロセッサ３０からバス３８経由でＭ（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信号、Ｔ（工具選択）機能信号などを受け取り、これらの信号をシーケンス・プログラムで処理して出力信号を出力し、工作機械のアクチュエータなどを制御する。また、工作機械３９内の機械操作盤（図１参照）のボタン信号、スイッチ信号を受けて、シーケンス処理を行い、バス３８を経由してプロセッサ３０に必要な入力信号を転送する。
以上の数値制御装置の構成は、従来と相違なく、相違する点は、段取り作業を効率化する自動工具交換の処理機能を備えた点である。

次に、本発明処理のアルゴリズムを説明する。
図６は、本発明のメモリに保存した工具情報に基づいて工具交換を行う処理のアルゴリズムのフローチャートである。以下、各ステップにしたがって説明する。
段取り作業中に、ツール交換モードをオンすると、加工プログラムのブロック毎に読み込んで解析し（ステップＳＡ１、ステップＳＡ２）、次に、その加工プログラムが終了であるか否か判断し、加工プログラムの終了であればステップＳＡ６へ移行し、加工プログラムが終了していない場合にはステップＳＡ４へ移行する（ステップＳＡ３）。加工プログラムが終了か否かはブロックに「Ｍ０２」、「Ｍ３０」のプログラムのエンド指令があるか否かで判断できる。

ステップＳＡ４では主軸工具交換ブロックであるか否か判断し、そうでない場合にはステップＳＡ１に戻り次のブロックの読み込みに移行し、主軸工具交換ブロックであれば、工具情報をメモリに保存し、ステップＳＡ１に戻る（ステップＳＡ４、ステップＳＡ５）。工具交換はブロックに「Ｍ０６」の指令があるか否かで判断できる。工具情報を保存するメモリは初期状態としては、工具情報が空の状態である。また、メモリに保存された工具情報で重複する情報は排除するステップを含んでもよい。

ステップＳＡ３でプログラムの終了と判断されると、工具情報を保存したメモリから読み出し、工具情報に対応するタレットの工具装着部の割り出しを実行し、再起動の入力がなされるまで待ち、再起動の処理がなされると、工具情報は最後のデータか否か判断され、最後のデータでない場合にはステップＳＡ６に戻り、処理を継続し最後の場合には処理を終了する（ステップＳＡ６〜ステップＳＡ９）。再起動については図８を用いて後述する。

図７は、本発明の記憶した工具情報に基づく処理のアルゴリズムのフローチャートである。段取り作業中に、ツール交換モードをオンすると、工具情報を入れるメモリを空にし、加工プログラムをブロック毎に読み込み解析し、プログラムの終了か否か判断し、終了であれば処理を終わり、プログラムの終了でなければ、ステップＳＢ５へ移行する（ステップＳＢ１〜ステップＳＢ４）。加工プログラムが終了か否かはブロックに「Ｍ０２」、「Ｍ３０」のプログラムのエンド指令があるか否かで判断できる。

ステップＳＢ５で主軸交換ブロックであるか否か判断し、主軸交換ブロックでなければステップＳＢ２へ戻り次のブロックの処理に移行し、主軸工具交換ブロックの場合には同じ工具情報がメモリにあるか否か判断し、ある場合には再度記憶する必要はないのでステップＳＢ２へ戻り、ない場合には工具情報をメモリに保存し、工具装着部の割り出しを実行し、再起動の入力がなされるまで待ち、再起動の入力がなされると、ステップＳＢ２へ戻し処理を継続する。工具交換ブロックであるか否かはブロックに「Ｍ０６」の工具交換の指令があるか否かで判断できる。

次に、図８を用いて、図６や図７に示される作業員が行う工具交換の処理手順について、各ステップにしたがって説明する。図６のステップＳＡ７とステップＳＡ８の間、図７のステップＳＢ８〜ステップＳＢ９の間で、図８に示される作業を作業者が実行する。
「ドア開閉」ボタンで前ドア電磁ロック（図１の電磁ロックスイッチ１２を参照）を解除し、前ドアを開き、工具交換作業を実行し、前ドアを閉じ、起動ボタン（図１の起動ボタン１５を参照）を押して再起動を入力し、作業を終了する。

図９は、本発明のメモリに保存した工具情報に基づいて工具交換を行う処理で更にドアの自動開きを含む処理のアルゴリズムのフローチャートである。ステップＳＤ１〜ステップＳＤ７、およびステップＳＤ１１は、図６のフローチャートと同様であるので記載を省略する。ステップＳＤ８で前ドアの電磁ロックを自動解除し、ステップＳＤ９で自動ドアのドアを開く。そして、前ドアの閉鎖を監視して作業員による工具交換作業が終わったことを確認するようにしている。

図１０は、本発明の記憶した工具情報に基づく処理で更にドアの自動開きを含むアルゴリズムのフローチャートである。図９と同様に前ドアの開閉を自動的に行うようにしたアルゴリズムのフローチャートである。ステップＳＥ１〜ＳＥ８は、図７のフローチャートと同様であるので説明を省略する。そして、ステップＳＥ９で前ドアの電磁ロックを解除し、ステップＳＥ１０で前扉開の処理をし、ステップＳＥ１１で作業員の工具交換作業の終了により前ドアを閉じたか否かの判断を行い、閉鎖であればステップＳＥ２に戻り処理を継続する。
なお、本発明の実施形態において、加工プログラムから工具交換を行う指令ブロックを抽出し工具割り出しプログラムを作成し、図７に示されるアルゴリズムのフローチャートによって工具交換を行うようにしてもよい。

工作機械の概略外観図である。 工具交換装置を備えた工作機械の概略正面図である。 タレットの工具取付部と工具番号の対応表である。 工具交換装置を備えた工作機械の概略側面図である。 本発明の数値制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明のメモリに保存した工具情報に基づいて工具交換を行う処理のアルゴリズムのフローチャートである。 本発明の記憶した工具情報に基づく処理のアルゴリズムのフローチャートである。 作業員が行う工具交換の処理手順である。 本発明のメモリに保存した工具情報に基づいて工具交換を行う処理で更にドアの自動開きを含む処理のアルゴリズムのフローチャートである。 本発明の記憶した工具情報に基づく処理で更にドアの自動開きを含むアルゴリズムのフローチャートである。

符号の説明

１ 第１の工具装着部
２ 第２の工具装着部
３ 第３の工具装着部
４ 第４の工具装着部
５ 第５の工具装着部
６ 第６の工具装着部
７ 第７の工具装着部
８ 第８の工具装着部
Ｔ１ 工具１番
Ｔ２ 工具２番
Ｔ３ 工具３番
Ｔ４ 工具４番
Ｔ５ 工具５番
Ｔ６ 工具６番
Ｔ７ 工具７番
Ｔ８ 工具８番
ＴＣ 工具交換場所
１０ 固定カバー
１１ 前ドア
１２ 電磁ロックスイッチ
１３ 表示装置
１４ 操作盤
１５ 起動ボタン
１６ ドア閉鎖状態検出センサ
２０ タレット
２１ タレットベース
２２ タレット支持機構
２３ コラム
２４ 主軸
２５ 基台
２６ ワーク

Claims (5)

1. 複数の工具が装着されたタレットを有し、該タレットを割り出して主軸に装着された工具を交換する自動工具交換装置を有する工作機械において、
   加工に使用する加工プログラムを選択する加工プログラム選択手段と、
   該加工プログラム選択手段により選択された加工プログラムに基づいて、該加工プログラムでの加工に使用する工具の工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を工具交換位置に自動的に割り出す割り出し手段と、
   を有することを特徴とする自動工具交換装置を有する工作機械。
2. 前記割り出し手段は、
   前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムを解析し使用される工具番号を取得する工具番号取得手段と、
   前記工具番号取得手段により取得された工具番号を記憶する工具番号記憶手段と、
   前記タレットに装着された工具を段取り替えする際に、前記工具番号記憶手段に記憶された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、
   から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
3. 前記割り出し手段は、
   前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムの指令ブロックのうち、工具交換を行う指令ブロックのみを実行し、工具交換指令ブロックで指定された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を順次前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、
   から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
4. 前記割り出し手段は、
   前記加工プログラム選択手段で選択された加工プログラムの工具交換を行う指令ブロックのみを抽出して工具割り出しプログラムを作成する手段と、
   前記タレットに装着された工具を段取り替えする際に、前記工具割り出しプログラムを実行し、工具交換指令ブロックで指定された工具番号に対応する前記タレットの工具装着部を順次前記工具交換位置に自動的に割り出す手段と、
   から成ることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置を有する工作機械。
5. 前記工作機械はタレットに装着された工具を交換する工具交換作業モードを有し、
   該工具交換作業モード中は該タレットの工具装着部の前記工具交換位置への割り出し動作が完了した時、ドアのロックを解除し、該タレットに装着されたあるいは装着される工具の交換作業が終了した後、ドアを閉じた時にドアをロックし、
   対象となる全ての工具の工具番号に対応する前記タレットの工具装着部への割り出しが完了するまで自動的に次の工具の割り出しを開始することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の自動工具交換装置を有する工作機械。

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