JP2015208797A - Tool storage device and machine tool - Google Patents
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本発明は工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool.
一般に、自動工具交換機能を備えた工作機械では、ある加工から次の加工に移るときに工具を自動的に交換することで、効率よく連続して加工をすることができる。工具を交換した後は、次の加工をする前に、交換後の工具の長さを正確に測定することが要求される場合がある。そこで、交換後の工具の長さを測定する技術も提案されている(特許文献1)。 Generally, in a machine tool having an automatic tool change function, it is possible to perform machining efficiently and continuously by automatically changing tools when moving from one process to the next. After the tool is changed, it may be required to accurately measure the length of the changed tool before the next processing. Then, the technique which measures the length of the tool after replacement | exchange is also proposed (patent document 1).
交換対象となる工具は、マガジン等と呼ばれる格納ユニットに格納されている。格納ユニットは工具を格納する格納部を複数備えている。工具交換を行う場合に、格納部内にすでに工具が入っていると、戻そうとする工具と衝突してしまい工具を壊してしまうことがある。その対策として、格納部における工具の格納状態を検出するセンサを設けることが考えられる。しかし、格納部毎にセンサを設けると格納部が大型化し、また、センサ数が増大する。これらはコストアップの要因となる。 The tool to be exchanged is stored in a storage unit called a magazine or the like. The storage unit includes a plurality of storage units for storing tools. When a tool is exchanged, if a tool is already in the storage unit, the tool may collide with the tool to be returned and break the tool. As a countermeasure, it is conceivable to provide a sensor for detecting the storage state of the tool in the storage unit. However, providing a sensor for each storage unit increases the size of the storage unit and increases the number of sensors. These are factors that increase costs.
本発明は、格納部毎にセンサを設けずに、工具の格納状態を検出可能な工具格納装置及び工作機械を提供する。 The present invention provides a tool storage device and a machine tool capable of detecting the storage state of a tool without providing a sensor for each storage unit.
本発明によれば、工具が格納される格納部を複数備えた格納ユニットと、工具の着脱が行われる着脱位置に位置する前記格納部が入れ替わるように前記格納ユニットを移動する移動ユニットと、前記着脱位置に位置する前記格納部に格納されている前記工具を検出するように、検出位置が設定された工具センサと、を備える、ことを特徴とする工具格納装置が提供される。 According to the present invention, a storage unit including a plurality of storage units in which tools are stored, a moving unit that moves the storage unit so that the storage unit located at an attachment / detachment position where a tool is attached / detached, and There is provided a tool storage device comprising: a tool sensor having a detection position set so as to detect the tool stored in the storage unit positioned at an attachment / detachment position.
また、本発明によれば、工具が交換自在に装着される主軸と、前記主軸を軸方向に移動する主軸移動ユニットと、工具が格納される格納部を複数備えた格納ユニットと、前記主軸に対する工具の着脱が行われる着脱位置に位置する前記格納部が入れ替わるように前記格納ユニットを移動する移動ユニットと、前記着脱位置に位置する前記格納部に格納されている前記工具を検出するように、検出位置が設定された工具センサと、前記主軸移動ユニットを制御する処理ユニットと、を備え、前記処理ユニットは、前記主軸に装着された工具を前記格納部に格納する際、前記工具センサの検出結果に基づいて、前記格納部に工具が格納されているか否かを確認する、ことを特徴とする工作機械が提供される。 According to the present invention, a spindle on which a tool is replaceably mounted, a spindle moving unit for moving the spindle in the axial direction, a storage unit having a plurality of storage units for storing tools, and the spindle In order to detect the moving unit that moves the storage unit so that the storage unit located at the attachment / detachment position where the attachment / detachment of the tool is performed and the tool stored in the storage unit located at the attachment / detachment position are detected. A tool sensor in which a detection position is set; and a processing unit that controls the spindle movement unit, and the processing unit detects the tool sensor when storing the tool mounted on the spindle in the storage unit. Based on the result, it is confirmed whether or not a tool is stored in the storage unit.
本発明によれば、格納部毎にセンサを設けずに、工具の格納状態を検出可能な工具格納装置及び工作機械を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tool storage apparatus and machine tool which can detect the storage state of a tool can be provided, without providing a sensor for every storage part.
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図において、矢印Zは上下方向を示し、矢印X及びYは互いに直交する水平方向を示す。図1は本発明の一実施形態に係る工作機械Aの説明図である。図2(A)は加工テーブル6の周辺を示す図である。工作機械Aは、自動工具交換機能を備えたNC工作機械であり、縦型のマシニングセンタを構成している。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, an arrow Z indicates a vertical direction, and arrows X and Y indicate horizontal directions orthogonal to each other. FIG. 1 is an explanatory diagram of a machine tool A according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A shows the periphery of the processing table 6. The machine tool A is an NC machine tool having an automatic tool change function, and constitutes a vertical machining center.
工作機械Aは主軸1を備える。主軸1はその軸方向がZ方向とされている。主軸1には工具Tが交換自在に装着されてる。本実施形態の場合、工具Tは、刃物である工具本体3と、工具本体3を保持する工具ホルダ2とから構成されている。工具TはモータMdを駆動源として回転される。主軸1は主軸固定台4に支持されて、主軸移動ユニット4によりその軸方向(Z方向)に移動可能である。主軸移動ユニット4は、モータMzを駆動源として備え、例えば、ボールネジ機構等の伝達機構を備えて主軸1を昇降する。主軸1の移動量はセンサSzで検出される。センサSzは、例えば、モータMzの回転量を検出するエンコーダである。センサSzの検出結果に基づいて、主軸1のZ方向の位置が演算可能である。
The machine tool A includes a
工作機械Aは、可動ステージ6を備える。可動ステージ6には、格納ユニット5と加工テーブル10と接触式センサ9とが搭載されている。なお、図1においては加工テーブル10の図示を省略し、図2(A)においては接触式センサ9の図示を省略している。
The machine tool A includes a
格納ユニット5は工具Tが格納されるマガジンである。この格納ユニット5は後述する移動ユニット8や工具センサ7等と共に工具格納装置を構成している。本実施形態では、工作機械Aに工具格納装置が一体的に組み込まれているが、工具格納装置を単独の装置として構成することも可能である。
The
格納ユニット5は複数の格納部#1〜#5(区別しない場合は格納部#nと表記する。)を備える。ここでは格納部の数を一例として5つとしている。複数の格納部#1〜#5はX方向に配列されている。
The
各格納部#nには、工具Tが1つずつ格納される。各格納部#nは上部に開口部を有しており、工具Tの取り出し及び格納はこの開口部を介して上下方向に行われる。 Each storage unit #n stores one tool T. Each storage unit #n has an opening in the upper part, and removal and storage of the tool T are performed in the vertical direction through this opening.
加工テーブル10には加工対象となるワーク(不図示)が保持され、主軸1に装着された工具Tによりその加工が行われる。加工テーブル10は、格納ユニット5に対して正面側に位置している。
A workpiece (not shown) to be machined is held on the machining table 10, and the machining is performed by the tool T attached to the
接触式センサ9は主軸1に装着されている工具Tの先端位置検出用のセンサである。接触式センサ9は、主軸1に装着されている工具Tの先端を当接することでその先端位置を検出するものである。図2(B)はその説明図である。接触式センサ9は、例えば圧力センサであり、その上面に感圧部を有している。図2(B)に示すように、接触式センサ9上で主軸1を降下し、工具Tで接触式センサ9を押圧する。接触式センサ9はこの押圧を検出する。接触式センサ9の上面の位置は設計上既知であるので、主軸1のZ方向の位置に対する工具TのZ方向の先端位置が演算可能となる。工具Tの先端位置はワークの加工の際に、制御上、必要となる。
The contact sensor 9 is a sensor for detecting the tip position of the tool T mounted on the
再び図1及び図2(A)を参照して、工作機械Aは移動ユニット8を備える。移動ユニット8は可動ステージ6をX方向及びY方向に移動する。移動ユニット8は、モータMxを駆動源として備え、例えば、ボールネジ機構等の伝達機構を備えて可動ステージ6をX方向に移動する。可動ステージ6のX方向の移動量はセンサSxで検出される。センサSxは、例えば、モータMxの回転量を検出するエンコーダである。移動ユニット8は、また、モータMyを駆動源として備え、例えば、ボールネジ機構等の伝達機構を備えて可動ステージ6をY方向に移動する。可動ステージ6のY方向の移動量はセンサSyで検出される。センサSyは、例えば、モータMyの回転量を検出するエンコーダである。
Referring to FIGS. 1 and 2A again, the machine tool A includes a moving unit 8. The moving unit 8 moves the
加工テーブル10上のワークに対して加工作業を行う場合、主軸1の下方にワークが位置するように移動ユニット8によって可動ステージ6を移動する。主軸1に対する工具Tの着脱を行う場合、移動ユニット8によって格納ユニット5が着脱位置P上に位置するように可動ステージ6を移動する。着脱位置Pは主軸1の下方の位置である。可動ステージ6をX方向に移動すると、着脱位置Pに位置する格納部#nが入れ替わることになる。
When a machining operation is performed on the workpiece on the machining table 10, the
工作機械Aは工具センサ7を備える。図2(A)に示すように、工具センサ7は支持部材7aを介して工作機械Aの本体部分等に固定されており、その位置は不動である。工具センサ7は、着脱位置Pに位置する格納部#nに格納されている工具Tを検出するように、検出位置が設定されている。したがって、着脱位置Pに位置する格納部#nが入れ替わると、検出対象となる格納部#nが入れ替わることになる。検出位置は、例えば、主軸1の軸線上に設定することができる。
The machine tool A includes a
本実施形態の場合、工具センサ7は光学式センサであり、発光素子と受光素子とを備える。発光素子は、光の照射方向が着脱位置Pに設定されており、受光素子はその反射光を受光するように配置されている。図3(A)及び図3(B)は、工具センサ7による工具Tの格納状態の検出例を示す図である。
In the case of this embodiment, the
図3(A)の例の場合、着脱位置Pに格納部#3が位置している。格納部#3には工具Tが格納されている。工具センサ7からの光は工具Tで反射されて工具センサ7で受光される。このように工具センサ7が反射光を受光した場合には、格納部#3に工具Tが存在していると判断できる。図3(B)の例の場合、着脱位置Pに格納部#4が位置している。格納部#4には工具Tが格納されていない。工具センサ7からの光を反射する工具Tが存在しないので、工具センサ7では反射光が確認されないか、或いは、工具Tが存在する場合よりも受光量が小さくなる。このため、格納部#4に工具Tが存在していないと判断できる。
In the case of the example of FIG. 3A, the
図1に戻り、工作機械Aは処理ユニット100を備える。処理ユニット100は、CPU等の処理部101と、RAM、ROM、ハードディスク等の記憶部102と、外部デバイスと処理部101とをインターフェースするインターフェース部103と、を備える。処理ユニット100は、工作機械Aを制御する制御ユニットであり、また、各種の演算を行う演算ユニットでもある。
Returning to FIG. 1, the machine tool A includes a
処理部101は記憶部102に記憶されたプログラムを実行し、工作機械Aの制御を行う。例えば、モータMdの駆動制御を行う。また、主軸1の端部に設けられたツールチェンジャ(不図示)の駆動制御を行う。また、センサSzの検出結果に基づいてモータMzを駆動し、主軸1の移動制御及び位置制御を行う。また、センサSxの検出結果に基づいてモータMxを駆動し、或いは、センサSyの検出結果に基づいてモータMyを駆動し、可動テーブル6の移動制御及び位置制御を行う。
The
制御の一例として、主軸1に装着されている工具Tを、格納部#nに格納する場合の制御について説明する。まず、工具Tの格納先の格納部#nが着脱位置Pに位置するように、移動ユニット8を制御する。次に、工具センサ7の検出結果を取得し、その検出結果に基づいて工具Tを格納する格納部#nに別の工具が格納されているか否かを判定する。別の工具が格納されていないと判定した場合、つまり、その格納部#nが空きであると判定した場合は、主軸移動ユニット4により主軸1を降下して、主軸1に装着されている工具Tを着脱位置Pの格納部#n挿入する。そして、工具Tを主軸1から分離する。分離された工具Tは格納部#nに格納されたことになる。
As an example of control, control when the tool T mounted on the
別の工具が格納されていると判定した場合、主軸1に装着されている工具Tと別の工具とが干渉する。よって、格納を中止して別の格納部#nを選択するか、警告を発する等のエラー処理を行う。
When it is determined that another tool is stored, the tool T attached to the
本実施形態の場合、工具センサ7の検知位置が、着脱位置Pに位置する格納部#nに格納されている工具Tを検出するように設定されており、また、着脱位置Pに位置する格納部#nを移動ユニット8で入れ替えることで、全ての格納部#1〜#5における工具Tの在籍検知に、1つの工具センサ7を兼用できる。したがって、格納部#n毎にセンサを設けずに、工具の格納状態を検出することができる。
In the case of the present embodiment, the detection position of the
次に、制御の別例として、格納部#nに格納されている工具Tを主軸1に装着し、その格納部#nから取り出す際に、工具Tの先端位置を演算する制御について説明する。本実施形態では接触式センサ9により工具Tの先端位置を検出可能であるが、工具センサ7を利用して先端位置を検出することもできる。
Next, as another example of control, control for calculating the tip position of the tool T when the tool T stored in the storage unit #n is mounted on the
まず、装着する工具Tを格納する格納部#nが着脱位置Pに位置するように、移動ユニット8を制御する。主軸移動ユニット4により主軸1を降下して、主軸1に工具Tを装着する。
First, the moving unit 8 is controlled so that the storage unit #n for storing the tool T to be mounted is positioned at the attachment / detachment position P. The
次に、主軸移動ユニット4により主軸1を上昇して、主軸1に装着された工具Tを格納部#nから取り出す。その際、図4(A)に示すように工具センサ7の検知結果を常時監視する。工具Tを取り出す途中の段階では、工具センサ7により工具Tが検出される。工具Tを格納部#nから完全に取り出されると、図4(B)に示すように、工具Tが検出されなくなる。工具センサ7の検出結果が、「工具Tあり」から「工具T無」に変化したとき、工具Tの先端が工具センサ7の検知位置を通過したことになる。よって、その時の主軸1のZ方向の位置から、主軸1のZ方向の位置に対する工具TのZ方向の先端位置が演算可能となる。本実施形態では、このように工具センサ7を、工具Tの先端位置検出にも利用することができる。
Next, the
工具センサ7による工具Tの先端位置検出精度は、非接触センサ9による工具Tの先端位置検出精度よりも劣る場合がある。精密な加工を行う場合には、より正確な工具Tの先端位置の情報が必要となる。したがって、非接触センサ9を用いて工具Tの先端位置を検出する。
The tip position detection accuracy of the tool T by the
ただし、工具センサ7による工具Tの先端位置検出は、非接触センサ9を用いて工具Tの先端位置を検出する際の主軸1の移動速度制御に利用することができる。非接触センサ9によって工具Tの先端位置を検出する場合、主軸1の降下速度が速いと工具Tが非接触センサ9に当接したときに、その衝撃で工具Tの先端を破損する場合がある。破損を回避するために、主軸1の降下速度を遅くすると、先端位置の検出に必要な時間が長くなってしまう。
However, the detection of the tip position of the tool T by the
そこで、非接触センサ9に工具Tが接触する直前まで主軸1の降下速度を相対的に早くし、その後は相対的に遅くする。速度を変化させる位置は、工具センサ7による工具Tの先端位置の検出結果を利用する。工具センサ7による工具Tの先端位置の検出により、工具Tの先端が非接触センサ9に当接する主軸1のZ方向の位置は概ね演算できる。そこで、その手間の位置を速度の変化位置として、降下速度を減速すればよいことになる。
Therefore, the descending speed of the
工具本体3の突き出し量が最小のとき場合でも破損が無い様にする為に、その先端位置を計測する場合、工具センサ7による工具Tの先端位置検出結果を利用することで、先端位置の検出に必要な時間を以下の通り短縮できる。
In order to prevent damage even when the amount of protrusion of the
工具本体3の実際の突き出し量をL、工具本体3の最小の突き出し量をLmin、工具センサ7による工具Tの先端位置検出に基づく工具本体3の突き出し量をLαとする。主軸1の最大降下速度をFmax、非接触センサ9に工具本体3が破損無しに接触可能な降下速度をFとする。
Assume that the actual protrusion amount of the
降下速度Fのまま、非接触センサ9により工具Tの先端位置検出を行う場合に少なくとも必要とされる時間をt0とすると、
t0=(L−Lmin)/F
である。突き出し量Lαを利用して降下速度を変化させて非接触センサ9により工具Tの先端位置検出を行う場合に少なくとも必要とされる時間をt1とすると、
t1=(Lα−Lmin)/Fmax+(Lα−L)/F
である。その差分:(2L−Lα−Lmin)/F−(Lα−Lmin)/Fmax、だけ、計測時間を短くできる。しかも、工具センサ7の利用により、センサの追加は不要である。
When the tip position of the tool T is detected by the non-contact sensor 9 with the descending speed F, at least the time required is t0.
t0 = (L−Lmin) / F
It is. When at least the time required for detecting the tip position of the tool T by the non-contact sensor 9 by changing the descending speed using the protrusion amount Lα is t1,
t1 = (Lα−Lmin) / Fmax + (Lα−L) / F
It is. The measurement time can be shortened by the difference: (2L−Lα−Lmin) / F− (Lα−Lmin) / Fmax. Moreover, the use of the
Claims (5)
工具の着脱が行われる着脱位置に位置する前記格納部が入れ替わるように前記格納ユニットを移動する移動ユニットと、
前記着脱位置に位置する前記格納部に格納されている前記工具を検出するように、検出位置が設定された工具センサと、を備える、
ことを特徴とする工具格納装置。 A storage unit having a plurality of storage units for storing tools;
A moving unit that moves the storage unit so that the storage unit located at the attachment / detachment position where the attachment / detachment of the tool is performed is replaced;
A tool sensor in which a detection position is set so as to detect the tool stored in the storage unit positioned at the attachment / detachment position;
A tool storage device.
前記工具が、前記格納部から取り出されるときの前記工具センサの検出結果に基づいて、前記工具の先端位置を演算する処理ユニットを更に備える、
ことを特徴とする工具格納装置。 The tool storage device according to claim 1,
The tool further includes a processing unit that calculates a tip position of the tool based on a detection result of the tool sensor when the tool is taken out from the storage unit.
A tool storage device.
前記主軸を軸方向に移動する主軸移動ユニットと、
工具が格納される格納部を複数備えた格納ユニットと、
前記主軸に対する工具の着脱が行われる着脱位置に位置する前記格納部が入れ替わるように前記格納ユニットを移動する移動ユニットと、
前記着脱位置に位置する前記格納部に格納されている前記工具を検出するように、検出位置が設定された工具センサと、
前記主軸移動ユニットを制御する処理ユニットと、を備え、
前記処理ユニットは、
前記主軸に装着された工具を前記格納部に格納する際、前記工具センサの検出結果に基づいて、前記格納部に工具が格納されているか否かを確認する、
ことを特徴とする工作機械。 A spindle on which tools can be exchanged, and
A spindle moving unit for moving the spindle in the axial direction;
A storage unit having a plurality of storage units for storing tools;
A moving unit that moves the storage unit so that the storage unit located at an attachment / detachment position where the attachment / detachment of the tool to / from the spindle is performed;
A tool sensor in which a detection position is set so as to detect the tool stored in the storage unit positioned at the attachment / detachment position;
A processing unit for controlling the spindle moving unit,
The processing unit is
When storing the tool mounted on the spindle in the storage unit, based on the detection result of the tool sensor, confirm whether or not the tool is stored in the storage unit,
A machine tool characterized by that.
前記処理ユニットは、
前記主軸移動ユニットにより前記主軸を移動することで、前記主軸に装着された前記工具を前記格納部から取り出す際、前記工具センサの検出結果に基づいて、前記工具の先端位置を演算する、
ことを特徴とする工作機械。 The machine tool according to claim 3,
The processing unit is
The tip position of the tool is calculated based on the detection result of the tool sensor when the tool mounted on the spindle is taken out from the storage unit by moving the spindle by the spindle moving unit.
A machine tool characterized by that.
前記主軸に装着されている工具の先端が当接する接触式センサを備え、
前記制御手段は、
前記接触式センサに対して、前記主軸に装着されている工具が当接するように前記主軸移動ユニットにより前記主軸を移動させ、その際の前記接触式センサの検出結果に基づいて、前記工具の先端位置を演算し、
前記制御手段は、
前記接触式センサに対して、前記主軸に装着されている工具が当接するように前記主軸移動ユニットにより前記主軸を移動させる際、前記主軸の移動速度を、前記工具センサの検出結果に基づいて演算した前記工具の先端位置に基づいて、変化させる、
ことを特徴とする工作機械。 The machine tool according to claim 4,
A contact sensor that abuts the tip of a tool mounted on the spindle;
The control means includes
The spindle is moved by the spindle moving unit so that the tool attached to the spindle contacts the contact sensor, and the tip of the tool is determined based on the detection result of the contact sensor at that time. Calculate the position,
The control means includes
When the spindle movement unit moves the spindle so that a tool attached to the spindle comes into contact with the contact sensor, the movement speed of the spindle is calculated based on the detection result of the tool sensor. Changing based on the tip position of the tool,
A machine tool characterized by that.
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