JP2016120542A - 工作機械と通信し工具の情報媒体に対して工具情報の読み書きを行なう機能を有する工具搬送装置を備えた加工システム - Google Patents

工作機械と通信し工具の情報媒体に対して工具情報の読み書きを行なう機能を有する工具搬送装置を備えた加工システム Download PDF

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Abstract

【課題】工具の搬送動作とデータの読み取りあるいは書き込みを同時に実施することにより、サイクルタイムを短縮する。
【解決手段】工作機械と、工作機械の工具マガジンや主軸に対して工具を搬送する工具搬送装置とを備えた加工システムにおいて、工具に設けられた情報媒体に対して工具情報を読み取り／書き込みする読み取り／書き込み装置を工具搬送装置に備えると共に、工作機械の制御装置との間で工具情報を送受信する通信手段を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械と、工作機械の工具マガジンや主軸に対して工具を搬送する工具搬送装置を備えた加工システムに関する。
工作機械の工具マガジンや主軸に対して、工作機械外部から工具を搬送、あるいは工作機械外部へ工具を搬送し、工具の交換を行なう工具搬送装置を備えた加工システムが知られている。これにより、工作機械の工具マガジンの工具収納可能数に制限されることなく、自動で加工を行なうことが可能となる。
また、工具マガジン上の工具の工具長、工具径、工具重量などの工具情報を工作機械の制御装置に格納し、その情報を用いて加工時の各軸のオフセット量を決定したり、工具マガジンの動作速度を変更したりする工作機械が一般的に知られている。
しかし、上記のように工作機械の外部から工具マガジンへ工具が搬送された場合には、新たに工具情報を工作機械の制御装置に入力する必要がある。
これに対し、搬送された工具の工具長、工具径などの工具情報を工作機械に入力するための測定装置を工作機械内部に設けることにより、自動的に工具情報の入力を行なうことを可能にした工作機械が知られている。
また、上記のように工作機械内部に測定装置を設ける代わりに、工具にバーコードやＩＣタグ等の情報媒体を設け、それを工作機械に設けられた読取装置で読み取ることにより、情報媒体に記録された工具情報を自動的に工作機械の制御装置に入力する、工具情報の自動管理システムが知られている。
しかし、工作機械内部のスペースの問題や、切粉・切削液の影響などの環境の問題から、これらの測定装置や読み取り装置を工作機械内部に設けるのが困難な場合があった。
特許文献１には、工具に取り付けた識別子とその読み取り・書き込み装置を用いて、加工プログラムで指定される工具と工具マガジンにセットされた工具との照合を自動的に行なうことを可能とした工具管理システムが記載されている。
特許文献２には、工具に取り付けた工具情報媒体の読み取り装置を工具収納装置に備えることにより、工具管理の容易な工具収納装置が記載されている。
特開平０４−３３１０３６号公報 特開２００７−０９８５６１号公報
しかし、特許文献１では、工具データの読み出し／書き込みヘッドは工作機械内部に設けられている。このため、上記のようにスペースや環境の問題から工作機械内部に読み出し／書き込みヘッドを設けるのが難しい場合には実現できないという問題があった。
また、特許文献１では、人手による工具マガジンへの工具の取り付けを前提としているが、仮にこれを搬送装置による自動取り付けに置き換えた場合にも、取り付け動作と工具情報の読み取り動作が別々であるため、サイクルタイムが長くなるという問題があった。
また、特許文献２では工具収納装置内での工具情報の記憶、および検索を可能としているが、工作機械と通信し、工具情報を送受信する機能は有していない。
このため、工作機械に自動的に工具情報を入力することは出来なかった。
工作機械と、工作機械の工具マガジンや主軸に対して工具を搬送する工具搬送装置とを備えた加工システムにおいて、工具に設けられた情報媒体に対して工具情報を読み取り／書き込みする読み取り／書き込み装置を工具搬送装置に備えると共に、工作機械の制御装置との間で工具情報を送受信する通信手段を設ける。
本願の請求項１に係る発明は、
主軸と工具マガジンを備えた工作機械と、
前記工具マガジンに対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
前記工具マガジンヘ装着する工具または前記工具マガジンから取り外した工具を置く工具置き場と、を備えた加工システムにおいて、
前記工具搬送装置は、前記工具に設けられた情報媒体に対して工具情報の読み取りを行なう情報読み取り装置および、工具情報の書き込みを行なう情報書き込み装置のうち少なくとも１つを備え、
前記加工システムは、前記工作機械の制御装置と、前記工具搬送装置と、前記情報読取装置あるいは情報書き込み装置との間で工具情報の送受信が可能な通信手段を備えたことを特徴とする、加工システムである。
工具搬送装置が工作機械の工具マガジンに対して工具を搬送して取り付ける際に、工作機械の制御装置に搬送する工具の工具情報を、制御装置などに自動的に入力することが可能となる。
また、工作機械の工具マガジンから工具を取りはずして搬送する際には、工作機械の制御装置から工具情報の更新データを受信して、工具の情報媒体に書き込むことにより、自動的に工具の情報媒体に記録された工具情報の更新が可能となる。
さらに、工具の搬送動作とデータの読み取りあるいは書き込みを同時に実施することにより、これらを別々に実施する場合に比べてサイクルタイムを短縮することが可能となる。
本願の請求項２に係る発明は、
工具の着脱が可能な主軸を備えた工作機械と、
前記主軸に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
前記主軸に装着する工具または前記主軸から取り外した工具を置く工具置き場と、を備えた加工システムにおいて、
前記工具搬送装置は、前記工具に設けられた情報媒体に対して工具情報の読み取りを行なう情報読み取り装置および、工具情報の書き込みを行なう情報書き込み装置のうち、少なくとも一つを備え、
前記加工システムは、前記工作機械の制御装置と、前記工具搬送装置と、前記情報読取装置あるいは情報書き込み装置との間で工具情報の送受信が可能な通信手段を備えたことを特徴とする、加工システムである。
工具搬送装置が工作機械の主軸に対して直接工具を搬送して取り付ける際に、工作機械の制御装置に搬送する工具の工具情報を、制御装置などに自動的に入力することが可能となる。
また、工作機械の主軸から工具を取りはずして搬送する際には、工作機械の制御装置から工具情報の更新データを受信して、工具の情報媒体に書き込むことにより、自動的に工具の情報媒体に記録された工具情報の更新が可能となる。
さらに、工具の搬送動作とデータの読み取りあるいは書き込みを同時に実施することにより、これらを別々に実施する場合に比べてサイクルタイムを短縮することが可能となる。
本願の請求項３に係る発明は、前記工具情報は、工具番号、工具長、工具長補正値、工具径、工具径補正値、工具重量、工具重心位置、工具寿命、工具使用回数、工具使用時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の加工システムである。
工具搬送装置により工作機械の工具マガジンまたは主軸に対して工具の取り付けを行なった場合に、工作機械の制御装置に上記の工具情報を送信することにより、工作機械が該工具を使用して加工を行なう際に、適切な工具情報に基づいて加工動作を決定することが可能となる。
本願の請求項４に係る発明は、前記工作機械は、前記工具使用時間が前記工具寿命を超えていた場合に、メッセージまたはアラームを表示する表示手段を有することを特徴とする、請求項３に記載の加工システムである。
工具寿命を超えて工具を使用しようとした際に、メッセージやアラームを出すことにより、工具の折損や加工精度の低下を未然に防ぐことが可能となる。
請求項５に係る発明は、前記工具搬送装置は、前記工具使用時間が前記工具寿命を超えていた場合に、前記工具を加工システム外へ搬送すると共に、搬送した前記工具とは別の工具を加工システム外から搬送して工具置き場に補充する手段を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の加工システムである。
工具が寿命を超えた場合にも、加工システムの動作を止める必要がなくなり、効率的な加工システムの稼動が可能となる。
本発明によれば、ハンドリングロボット等の工具搬送装置が工作機械に対して工具の搬送動作を行なう前、もしくは搬送中、もしくは搬送後に、工具情報の読み取り、書き込みと工作機械の制御装置に対する工具情報の送受信が可能となる。
これにより、工作機械へ外部から工具を搬送する際には、工作機械の制御装置に搬送する工具の工具情報を自動的に入力することが可能となる。
また、工作機械から外部へ工具を搬送する場合には、工作機械の制御装置から工具情報の更新データを受信して、工具の情報媒体に書き込むことにより、自動的に工具情報の更新が可能となる。
更に、工具の搬送中に工具情報の読み取り／書き込みが可能となるため、搬送動作と読み取り／書き込み動作を別々に行なう場合と比較して、サイクルタイムを短縮できる。
工具マガジンを備えた工作機械の図である。 情報媒体を備えた工具の概略図である。 工作機械、工具搬送装置、工具置き場からなる加工システムの概略図である。 工具マガジンへ工具を取り付ける際の初期動作である。 工具マガジンへ工具を取り付ける際の動作の概略図である。 工具取り付け時の制御を示したブロック図である。 工具マガジンから工具を取り外す際の初期動作を説明する図である。 工具マガジンから工具を取り外す際の動作の概略図である。 工具取り外し時の制御を示したブロック図である。 工作機械の制御装置と、工具の情報媒体との工具情報のやり取りを表したブロック図である。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、工具マガジンを備えた工作機械の一例である。工作機械は工具の着脱が可能な主軸と、複数の工具把持部を備えた工具マガジンを備えている。自動工具交換時には、工具マガジンが目的の工具の装着された工具把持部を主軸の位置に割り出して工具交換を行なう。
図２は、工作機械で使用する工具の一例である。工具のプルスタッド部には磁気メモリ素子を用いた情報媒体が取り付けられている。情報媒体には、工具の工具番号、工具長、工具長補正値、工具径、工具径補正値、工具重量、工具重心位置、工具寿命、工具使用回数、工具使用時間などの工具情報が記録されている。
図３は、工作機械と、工作機械の機外に設置されたハンドリングロボットと、工作機械の機外に設置された工具置き場からなる加工システムである。
ハンドリングロボットは、工作機械の工具マガジンの工具脱着位置に位置する工具把持部から工具を取り外し、工具置き場へと工具を搬送する動作、および工具置き場から工具を搬送し、工具マガジンの工具脱着位置に位置する工具把持部へと工具を取り付ける動作を行なうことが可能である。
また、ハンドリングロボットのハンド部には、磁気メモリ素子に対して情報の読み取り、書き込みが可能な、磁気ヘッドを備えた情報読み書き装置が設けられており、工具の情報媒体に対して情報の読み書きが可能となっている。
また、情報読み書き装置およびハンドリングロボットと工作機械の制御装置は、情報の送受信が可能なデータケーブルで接続されている。
図４は、ハンドリングロボットが工具マガジンへ工具を装着する際の初期動作の概略図である。本例では、工具把持部Ａに対して工具Ｘを取り付ける場合を例示する。
図５は、工具把持部Ａと工具搬送装置のハンド部との間の工具のやり取り動作の概略図である。図６は、この時の制御の流れを表したブロック図である。
工作機械の制御装置は、工具把持部Ａを工具着脱位置へ割り出すよう工作機械へ指令を出す（６０１）。また、ハンドリングロボットなどの工具搬送装置へ工具Ｘを搬送するよう指令を出す（６０２）。
ハンドリングロボットは、指定された工具Ｘをハンド部によって把持し、工作機械の工具マガジンへと搬送する。
この時、ハンドリングロボットに取り付けられた情報読み書き装置などの、読み取り／書き込み装置の磁気ヘッドが、工具Ｘの情報媒体から工具情報を受信する（６０３）。
受信した工具Ｘの工具情報は、工作機械の制御装置へと送信され（６０４）、工作機械の制御装置は、工具把持部Ａの工具情報として受信した工具Ｘの工具情報を格納する。
ハンドリングロボットは、工具把持部Ａへの工具の取り付けが完了すると、工作機械から離脱し、次の指令まで待機する。
なお、工作機械の制御装置に格納された工具情報は、工作機械の動作によって随時更新される。例えば、工具使用回数、工具使用時間などの値は、工具が加工に使用された分加算されていく。
図７は、ハンドリングロボットが工具マガジンから工具を取り外す際の初期動作の概略図である。本実施形態では、工具把持部Ａから工具Ｘを取り外す場合を例示する。
また図８は、工具把持部Ａと工具搬送装置のハンド部との間の工具のやり取り動作の概略図である。図９は、この時の制御の流れを表したブロック図である。
工作機械の制御装置は、工具把持部Ａを工具着脱位置に割り出すよう工作機械へ指令を出し（９０１）、ハンドリングロボットなどの工具搬送装置へ工具把持部Ａの工具を取り外し、搬送するよう指令を出す（９０２）。
ハンドリングロボットは、工具着脱位置に割り出された工具把持部Ａに装着されている工具Ｘをハンド部によって把持し、工具把持部Ａから取り外す。そして、工作機械の外部へと工具Ｘを搬送する。
この時、工作機械の制御装置は、工具把持部Ａの工具情報をハンドリングロボットに取り付けられた情報読み書き装置などの、読み取り／書き込み装置へと送信する（９０３）。
情報読み書き装置は、磁気ヘッドを用いて工具Ｘの情報媒体へと受信した工具情報の書き込みを行なう（９０４）。
ハンドリングロボットは、工具Ｘの搬送が完了すると、次の指令まで待機する。
図１０は、工具Ｘの取り付け、取り外しを行なった場合の、工具Ｘの情報媒体に記録される工具情報と、工作機械の制御装置に格納されている工具把持部Ａの工具情報とのやり取りを表したブロック図である。
工具Ｘの取り付け時には、工具Ｘの情報媒体に記録された工具情報が、工作機械の制御装置に格納されている工具把持部Ａの工具情報に代入される。
工作機械の動作時には、工具把持部Ａの工具情報は随時更新される。
工具Ｘの取り外し時には、工作機械の制御装置に格納されている工具把持部Ａの工具情報が、工具Ｘの情報媒体に記録された工具情報に代入される。これにより、工作機械の動作によって更新された工具情報を、工具Ｘの情報媒体に書き込むことが可能となる。
上記の構成、制御方法により、工作機械の工具マガジンに収納可能な工具本数に制限されることなく加工が可能であるとともに、工具情報の自動入力、自動更新が可能な加工システムを実現することが出来る。
本実施形態では、情報媒体がプルスタッド部に設けられた工具を使用する場合を例として挙げたが、工具のキー溝部など、情報媒体が工具のいずれかの部分に設けられていればよい。本実施形態では、情報媒体として磁気メモリ素子を使用する場合を例として挙げたが、ＲＦＩＤ等、読み書きの可能な情報媒体であればよい。
本実施形態では、ハンドリングロボットは工具の取り付け、および取り外しをそれぞれ別々の動作として行なう必要があったが、例えばダブルアームを備えたハンドリングロボット等、工具の取り付けと取り外しを同時に行なうことが可能な工具搬送装置を使用する場合にも適用できる。
また、工具搬送装置が工作機械の主軸に対して直接工具の取り付け、取り外しを行なう場合にも、工具マガジンへ取り付け、取り外しを行なう場合と同様のことが可能である。この場合、主軸に装着された工具が使用後に格納される工具把持部に、工具情報を代入することにより、同様に工具情報の自動入力、自動更新が可能となる。
それから、工具情報として、工具寿命（限界使用時間）と工具使用時間を記録する場合、これらの値を比較して、工具使用時間が工具寿命を超えている場合に、メッセージやアラームを表示することにより、工具折損や加工精度の低下を未然に防ぐことが可能となる。
加えて、工具使用時間が工具寿命を超えている場合に、工具搬送装置が工具を加工システム外に払い出すとともに、加工システム外から新しい工具を補充する構成とすることができる。補充する手段としては、工具搬送装置自体が補充してもよいし、他の装置が補充してもよい。これにより、工具が寿命を迎えた際にも加工システムの自動運転を止める必要がなくなり、効率的なシステムの稼動が可能となる。
１０１ 工作機械
１０２ 主軸
１０３ 工具マガジン
２０１ 工具
２０２ プルスタッド
２０３ 情報媒体
３０１ 工作機械
３０２ 工具搬送装置
３０３ 工具置き場
３０４ 工作機械の制御装置
３０５ 工具マガジン
３０６ 工具
３０７ 工具搬送装置の把持ハンド部
３０８ 情報媒体
３０９ 情報読み書き装置
３１０ データケーブル
５０１ 工具把持部Ａ
５０２ 工具Ｘ
５０３ 工具搬送装置の把持ハンド部
５０４ 情報媒体
５０５ 情報読み書き装置
８０１ 工具把持部Ａ
８０２ 工具Ｘ
８０３ 工具搬送装置の把持ハンド部
８０４ 情報媒体
８０５ 情報読み書き装置

Claims (5)

  1. 主軸と工具マガジンを備えた工作機械と、
    前記工具マガジンに対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
    前記工具マガジンヘ装着する工具または前記工具マガジンから取り外した工具を置く工具置き場と、を備えた加工システムにおいて、
    前記工具搬送装置は、前記工具に設けられた情報媒体に対して工具情報の読み取りを行なう情報読み取り装置および、工具情報の書き込みを行なう情報書き込み装置のうち、少なくとも一つを備え、
    前記加工システムは、前記工作機械の制御装置と、前記工具搬送装置と、前記情報読取装置あるいは前記情報書き込み装置との間で工具情報の送受信が可能な通信手段を備えたことを特徴とする、加工システム。
  2. 工具の着脱が可能な主軸を備えた工作機械と、
    前記主軸に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
    前記主軸に装着する工具または前記主軸から取り外した工具を置く工具置き場と、を備えた加工システムにおいて、
    前記工具搬送装置は、前記工具に設けられた情報媒体に対して工具情報の読み取りを行なう情報読み取り装置および、工具情報の書き込みを行なう情報書き込み装置のうち、少なくとも一つを備え、
    前記加工システムは、前記工作機械の制御装置と、前記工具搬送装置と、前記情報読取装置あるいは前記情報書き込み装置との間で工具情報の送受信が可能な通信手段を備えたことを特徴とする、加工システム。
  3. 前記工具情報は、工具番号、工具長、工具長補正値、工具径、工具径補正値、工具重量、工具重心位置、工具寿命、工具使用回数、工具使用時間のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の加工システム。
  4. 前記工作機械は、前記工具使用時間が前記工具寿命を超えていた場合に、メッセージまたはアラームを表示する表示手段を有することを特徴とする、請求項３に記載の加工システム。
  5. 前記工具搬送装置は、前記工具使用時間が前記工具寿命を超えていた場合に、前記工具を加工システム外へ搬送すると共に、搬送した前記工具とは別の工具を加工システム外から搬送して工具置き場に補充する手段を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の加工システム。
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