JP2020069553A - Tool changer and machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具交換装置及び工作機械に関する。 The present invention relates to a tool changing device and a machine tool.
従来より、主軸に装着される工具を自動的に交換する工具交換装置を備える工作機械が広く利用されている。工具交換装置の一つの態様としては、それぞれ工具を保持可能な複数の工具ホルダが円環状に配列されたタレット状の工具マガジンを有し、工具マガジンを回動することによって任意の工具ホルダを主軸に対向させて工具を着脱する旋回式の装置が知られている。このような旋回式の工具交換装置では、工具ホルダを主軸に対して正確に位置決めすることが要求される。このため、旋回式の工具交換装置において、工具マガジンの回転位置ずれ、つまり工具マガジンによる工具ホルダの主軸に対する位置決め誤差を検出する技術が提案されている。 BACKGROUND ART Conventionally, a machine tool including a tool changing device that automatically changes a tool mounted on a spindle has been widely used. As one aspect of the tool changing device, a plurality of tool holders each capable of holding a tool have a turret-shaped tool magazine arranged in an annular shape, and by rotating the tool magazine, any tool holder can be used as a spindle. A swivel type device is known in which a tool is attached to and detached from each other so as to be opposed thereto. In such a swivel type tool changing device, it is required to accurately position the tool holder with respect to the spindle. For this reason, there has been proposed a technique for detecting a rotational displacement of the tool magazine, that is, a positioning error of the tool magazine with respect to the spindle of the tool holder in the swivel type tool changer.
例えば特許文献1には、工具マガジンを回転位置決めするサーボモータの負荷電流を検出することで、工具マガジンの回転位置ずれを判定する方法が開示されている。工具マガジンが回転位置ずれしている場合、つまりサーボ機構の内部位置情報にオフセットが存在する場合、工具ホルダを位置決めした後に工具を交換する際に主軸が工具を介して工具ホルダを正しい位置に移動させるよう工具ホルダを僅かに回転させる。このとき、工具マガジンのサーボモータは、内部の位置情報に基づいて最初に位置決めした回転位置を保持しようとして駆動力を発生する。従って、このサーボモータの負荷を検出することで、工具マガジンの回転位置ずれを検知することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a method of determining a rotational displacement of a tool magazine by detecting a load current of a servo motor that rotationally positions the tool magazine. If the tool magazine is rotationally displaced, that is, if there is an offset in the internal position information of the servo mechanism, the spindle moves the tool holder to the correct position through the tool when replacing the tool after positioning the tool holder. Rotate the tool holder slightly so that At this time, the servo motor of the tool magazine generates a driving force in an attempt to hold the rotational position initially positioned based on the internal position information. Therefore, by detecting the load of the servo motor, the rotational displacement of the tool magazine can be detected.
しかしながら、特許文献1に記載される方法では、工具が工具マガジンにアンバランスな重量で複数配置された場合、工具マガジンの回転位置によってサーボモータの負荷が変動するため、工具マガジンの回転位置ずれを確実に検出することができない。 However, in the method described in Patent Document 1, when a plurality of tools are arranged in the tool magazine with an unbalanced weight, the load of the servo motor varies depending on the rotation position of the tool magazine, so that the rotation position of the tool magazine is misaligned. It cannot be detected reliably.
本発明は、工具マガジンの回転位置ずれを確実に検出することができる工具交換装置及び工作機械を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a tool changing device and a machine tool capable of reliably detecting a rotational displacement of a tool magazine.
(1) 本発明に係る工具交換装置(例えば、工具交換装置2)は、円環状に配列され、それぞれ工作機械の主軸に装着可能な工具を保持する複数の工具ホルダ(例えば、後述する工具ホルダ8)を有し、且つ前記主軸と任意の前記工具ホルダとの間で前記工具を受け渡しできるよう回動する工具マガジン(例えば、後述する工具マガジン10)と、前記工具マガジンの前記主軸に対する回転位置ずれを検出する位置ずれ検出装置(例えば、後述する位置ずれ検出装置12)と、を備え、前記工具ホルダは、前記工具の側面に近接する本体(例えば、後述するホルダ本体13)と、前記本体から延び、前記工具を挟み込むよう付勢され、先端側に前記工具の側面に当接するよう内側に突出する当接部(例えば、後述する当接部17)が設けられた一対のアーム(例えば、後述するアーム14)とを有し、前記位置ずれ検出装置は、前記主軸の回転を検出する回転検出部(例えば、後述する回転検出部18)と、前記主軸から前記工具ホルダに前記工具を受け渡す際に前記回転検出部が検出した前記主軸の回転量に基づいて前記工具マガジンの位置ずれを判定する判定部(例えば、後述する判定部19)と有する。
(1) A tool exchanging device (for example, a tool exchanging device 2) according to the present invention is arranged in an annular shape, and has a plurality of tool holders (for example, a tool holder to be described later) that hold tools that can be mounted on a spindle of a machine tool. 8), and a tool magazine (for example, a
(2) (1)の工具交換装置において、前記判定部は、前記工具を受け渡す際の前記主軸の最大回転量が予め設定される閾値以上である場合に前記工具マガジンが回転位置ずれしていると判定し、前記主軸の回転量が最大となった時の回転方向から前記工具マガジンの位置ずれ方向を判別してもよい。 (2) In the tool exchanging device according to (1), the determining unit shifts the rotational position of the tool magazine when the maximum rotation amount of the spindle when delivering the tool is equal to or more than a preset threshold value. It may be determined that the tool magazine is present, and the direction of displacement of the tool magazine may be determined from the rotation direction when the rotation amount of the spindle is maximized.
(3) 本発明に係る工作機械(例えば、後述する工作機械1)は、(1)又は(2)の工具交換装置と、前記工具交換装置により工具(例えば、後述する工具T)を装着可能な主軸(例えば、後述する主軸3)とを備える。
(3) The machine tool (for example, the machine tool 1 described later) according to the present invention can be equipped with the tool changing device of (1) or (2) and the tool (for example, the tool T described later) by the tool changing device. And a main spindle (for example, a
本発明によれば、工具マガジンの回転位置ずれを確実に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to reliably detect the rotational displacement of the tool magazine.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る工作機械1を示す構成図である。図2は、図1に示す工作機械の工具交換装置2を示す斜視図である。図3は、図2に示す工具交換装置2の正面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a machine tool 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the
図1に示す工作機械1は、図2及び3に詳しく示す工具交換装置2と、工具交換装置2によって工具Tを着脱される主軸3、工具Tを用いて加工されるワークを保持するテーブル4とを備える。主軸3は、テーブル4に対して水平方向に相対移動可能な主軸ガイド5に昇降可能に設けられる主軸ヘッド6に回転可能に保持される。主軸3は、鉛直方向に延在し、下端に工具Tが取り付けられ、主軸ヘッド6内のモータによって回転することができる。工作機械1の各構成要素は、主制御装置7によって制御される。工具交換装置2は、それ自体が本発明に係る工具交換装置の一実施形態である。
The machine tool 1 shown in FIG. 1 includes a
工具交換装置2は、円環状に配列される複数の工具ホルダ8と複数の工具ホルダ8が外周に配設されるマガジン本体9とを有する回動可能な工具マガジン10と、任意の工具ホルダ8を主軸3に正対させて主軸3との間で工具Tを受け渡しできるよう工具マガジン10を回転させるサーボモータ11と、工具マガジン10の回転位置ずれを検出する位置ずれ検出装置12とを備える。
The
工具マガジン10は、下端に配置した工具ホルダ8が主軸3との間で工具Tを受け渡しすることができるよう下側が主軸3に接近し、且つ他の部分が主軸ヘッド6等の他の構成要素と干渉しないよう、上側が主軸ヘッド6から離間するよう傾斜している。また、工具交換装置2は、工具ホルダ8と主軸3との間での工具Tの受け渡しを補助するために、主軸3に正対する工具ホルダ8を主軸3に対して接近及び離間することができるよう、工具マガジン10の回転軸の傾斜角度を調節する機構をさらに備えてもよい。
In the
工具ホルダ8は、工作機械1の主軸3に装着可能な工具Tをそれぞれ保持可能に構成される。具体的には、工具ホルダ8は、図4に示すように、工具マガジン10のマガジン本体9に保持され、工具Tの側面に近接するよう配置されるホルダ本体13と、ホルダ本体13から延び、工具Tを挟み込む一対のアーム14と、アーム14を内向きに揺動させるよう付勢するばね15と、工具Tの主軸3周りの回転位置を定めることができるよう、工具Tのキー溝Kに係合するキー16とを有する。
The
アーム14は、先端側に工具Tの側面に当接するよう内側に突出する当接部17が設けられている。当接部17は、ホルダ本体13から見て工具Tの斜め後方に当接することで工具Tの工具ホルダ8からの意図しない脱落を防止する。また、当接部17は、工具ホルダ8によって工具Tを保持する際に、工具Tの側面に沿って移動してアーム14を外側にスムーズに揺動させられるよう、例えば回転可能なローラ等によって形成することができる。
The
位置ずれ検出装置12は、主軸3の回転を検出する回転検出部18と、主軸3から工具ホルダ8に工具Tを受け渡す際に回転検出部18が検出した主軸の回転量に基づいて工具マガジン10の位置ずれを判定する判定部19とを有する。
The positional
回転検出部18は、主軸3の回転量を検出する例えばロータリエンコーダ等のセンサによって構成される。また、他の目的で主軸3の回転量を検出するセンサ等が設けられる場合には、このセンサ等を回転検出部18としても利用することができる。具体的には、一般的な工作機械に設けられる主軸エンコーダを回転検出部18としても用いることができるため、工作機械1の主軸周りの設計は既存の工作機械と同様とすることができる。
The
判定部19は、工具マガジン10の位置決め終了後、工具Tの受け渡しを開始してからの主軸3の回転量を確認し、最大回転量が予め設定される閾値以上である場合には、工具マガジン10が回転位置ずれしていると判定する。また、判定部19は、最大回転量が閾値以上となった場合には、主軸3の回転量が最大となった時の回転方向から工具マガジン10の位置ずれ方向を判別する。
After the positioning of the
工具マガジン10の回転位置ずれと工具Tの受け渡し時の主軸3の回転は工具ホルダ8の当接部17と工具Tとの間の摩擦によって生じる。従って、例えば当接部17が工具Tの側面に沿って移動する速度、工具Tの表面の汚れ等の条件の違いによって工具マガジン10の回転位置ずれ量と主軸3の回転量との関係がばらつく。このため、判定部19に予め設定される最大回転量の閾値は、異なる条件における実際の主軸3の回転量を考慮して経験的に定めてもよい。
The rotational displacement of the
位置ずれ検出装置12によって工具ホルダ8の位置ずれ量を正確には特定することは難しいと考えられる。このため、最大回転量の閾値は、工具マガジン10の回転位置ずれの許容量に対応させるのではなく、工具マガジン10の回転位置ずれをできるだけ小さく保つことができるよう、有意な判定が可能な範囲内で比較的小さい値に設定することが好ましい。なお、位置ずれ検出装置12は、工作機械1の通常のワーク加工における工具Tの交換動作により工具マガジン10の回転位置ずれを検出できるため、工具Tの交換の合間に工具マガジン10の回転位置ずれを補正することができる。従って、位置ずれ検出装置12が頻繁に工具マガジン10の回転位置ずれを検出しても、工作機械1によるワークの加工を制限することはないと考えられる。
It is considered difficult to accurately specify the amount of displacement of the
判定部19は、例えばコンピュータ等によって構成することができ、主制御装置7又は他の制御装置(例えば工具マガジン10のサーボモータ11を制御するために独立して置けられるサーボ制御装置等)と一体に構成してもよい。具体的には、判定部19は、主制御装置又は他の制御装置を構成するコンピュータに実行される処理プログラムに工具マガジン10の回転位置ずれ判定するサブプログラム等を組み込むことによって実現することができる。
The
工具交換装置2は、位置ずれ検出装置12により工具マガジン10が回転位置ずれしていると判定された場合に、工具マガジン10のサーボモータ11の原点位置を補正する制御を行うことが好ましい。この原点補正制御は、主制御装置7によって行うことができる。また、工具交換装置2は、工具マガジン10が回転位置ずれしていると判定された場合には、その旨をオペレータに知らせる警報を発してもよい。
The
原点補正制御は、予め定められる微小な原点移動量だけ位置ずれ検出装置12が検出した工具マガジン10の回転位置ずれを相殺する方向にサーボモータ11の原点位置を移動させる制御とすることができる。原点補正制御における原点移動量は、判定部19に予め設定される主軸3の最大回転量の閾値に対応する工具マガジン10の回転位置ずれ量に近い量(例えば工具マガジン10の回転角度として0.1°程度)とすることが適当である。
The origin correction control can be a control that moves the origin position of the servo motor 11 in a direction that cancels the rotational position deviation of the
このような原点補正制御では、一度の原点位置の補正では工具マガジン10の回転位置ずれを完全に解消することができない可能性があるが、次の工具Tの交換時に工具マガジン10の回転位置ずれを再度検出した場合には同じ原点補正制御を繰り返し行うことによって、最終的に工具マガジン10の回転位置ずれ量を閾値未満に低減することができる。
In such origin correction control, there is a possibility that the rotational position deviation of the
次に、図5を用いて、工作機械1において位置ずれ検出装置12により工具マガジン10の位置ずれを検出する処理の手順を説明する。なお、この処理は、主軸3が保持している工具Tを工具ホルダ8に受け渡す際に行われる。
Next, with reference to FIG. 5, a procedure of processing for detecting the positional deviation of the
まず、ステップS1において、工具Tを受け取るべき工具ホルダ8を主軸3に正対させるよう工具マガジン10を回転位置決めすると共に、主軸3に装着されている工具Tのキー溝Kを正しい位置に位置決めされている場合の工具マガジン10に正対させるよう主軸3の回転位置を定める(オリエンテーション)。
First, in step S1, the
続いて、ステップS2において、主軸3から工具ホルダ8に工具Tを受け渡す動作を開始する。具体的には、工具ホルダ8を主軸3側に移動させて一対のアーム14で工具Tを挟み込み、主軸ヘッド6を上昇させて主軸3から工具Tを脱離させる一連の動作を開始する。工具ホルダ8の移動は、工具マガジン10を揺動させることによって行ってもよい。この場合、工具ホルダ8が上下方向にも移動するため、これに合わせて主軸ヘッド6を昇降させて工具ホルダ8の上下移動を相殺してもよい。
Subsequently, in step S2, the operation of transferring the tool T from the
次のステップS3では、ステップS2で開始した工具Tの受け渡し動作に伴って生じる主軸3の回転、つまり主軸3の角度位置の継時変化を記録する。
In the next step S3, the rotation of the
工具マガジン10が位置ずれしていると、工具Tの受け渡しのために工具ホルダ8を工具Tに向かって前進させる際、一対のアーム14のうちの一方が先に工具Tに当接し、摩擦力によって工具Tひいては主軸3を僅かに回転させる。このアーム14との摩擦による主軸3の回転量は、ばらつきはあるものの工具マガジン10の位置ずれ量が大きいほど大きくなる。また、アーム14との摩擦による主軸3の回転の方向は工具マガジン10の位置ずれ方向と反対側になる。
When the
さらに工具ホルダ8を前進させると、キー16が工具Tのキー溝Kに嵌合することで工具Tの角度が工具ホルダ8に正対するよう矯正される。なお、工具ホルダ8のキー16が嵌合する過程においては、工具T及び主軸3はアーム14との摩擦による回転の方向と逆方向にオーバーシュートして回転し得る。しかしながら、主軸3の最大回転量が閾値以上となる程度に工具マガジン10が位置ずれしている場合、キー16の嵌合時の主軸3の逆方向の回転量がアーム14との摩擦による回転量よりも大きくなることはない。
When the
次のステップS4で工具Tの受け渡し動作が完了したか否かを確認し、工具Tの受け渡し動作が完了していなければステップS3の主軸3の角度位置の継時変化を継続し、工具Tの受け渡し動作が完了していれば、次のステップS5に進む。
In the next step S4, it is confirmed whether or not the transfer operation of the tool T is completed. If the transfer operation of the tool T is not completed, the successive change of the angular position of the
ステップS5では、ステップS3で記録した主軸3の角度位置の継時変化における主軸3の角度位置の絶対値の最大値、つまり主軸3の原点からの最大回転量を抽出する。
In step S5, the maximum absolute value of the angular position of the
次のステップS6では、主軸3の原点からの最大回転量を予め設定される閾値と比較する。主軸3の最大回転量が閾値を以上である場合には、ステップS7で主軸3の回転方向を判別し、ステップS8で工具マガジン10が位置ずれしていること及びその方向を出力してから位置ずれ検出処理を終了する。一方、主軸3の最大回転量が閾値に満たない場合には、直ちに位置ずれ検出処理を終了する。
In the next step S6, the maximum rotation amount of the
ステップS7では、主軸3の最大回転量が正の値であるか負の値であるかによって、工具マガジン10の位置ずれ方向を判定する。上述のように、工具マガジン10の位置ずれ方向は、主軸3の最大回転量をもたらすアーム14との摩擦による主軸3の回転の方向とは反対方向である。
In step S7, the misalignment direction of the
ステップS8では、工具マガジン10が位置ずれしていること及びその位置ずれ方向を位置ずれ検出装置12からサーボモータ11の原点を補正する制御を行う構成要素に伝達する。位置ずれ検出装置12の判定部19とサーボモータ11の原点を補正する制御を行う構成要素とが同一のコンピュータにより構成されている場合、例えば判定部19を構成するプログラムがメモリの所定のビットを書き換えることによりサーボモータ11の原点を補正するプログラムに位置ずれの発生及び位置ずれ方向を認識させる等の処理を行う。
In step S8, the misalignment of the
以上のように、位置ずれ検出装置12を有する工具交換装置2を備える工作機械1は、工具マガジン10の動きを確認することなく、工具Tの受け渡し時の主軸3の動きにより工具マガジン10の位置ずれを検出できるので、通常の手順でワークの加工を行う途中で工具交換をしている間に工具マガジン10の位置ずれを検出し、次の工具交換までにワークの加工と並行して工具マガジン10の位置ずれを補正することができる。
As described above, the machine tool 1 including the
また、位置ずれ検出装置12は、主軸3から工具ホルダ8に工具Tを受け渡す動作の途中における主軸3の回転量によって工具マガジン10の位置ずれを検出するので、最終的に工具マガジン10に複数の工具がアンバランスな重量で配置されたとしても判定結果に影響がなく、工具マガジン10の位置ずれを確実に検出することができる。
Further, since the positional
位置ずれ検出装置12の回転検出部18及び判定部19は一般的な工作機械の主軸エンコーダ及び制御装置を用いて実現可能であるため、工作機械1は、既存の工作機械を用い、機械的な設計変更を伴わずに制御プログラムの変更だけで実施することができる。
Since the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiment of the invention has been described above, the invention is not limited to the embodiment described above. In addition, the effects described in the present embodiment are merely enumeration of the most suitable effects resulting from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the present embodiment.
本発明に係る工具交換装置は、工具マガジンの位置ずれを検出するために工具マガジンの動きを検出する必要がないので、工具マガジン専用の駆動モータを有しない場合(例えば他の構成要素用の駆動源にクラッチを介して工具マガジンを接続して駆動する場合等)にも適用して工具マガジンの位置ずれを検出することができる。 Since the tool changer according to the present invention does not need to detect the movement of the tool magazine in order to detect the displacement of the tool magazine, it does not have a drive motor dedicated to the tool magazine (for example, drive for other components). It is also applicable to the case where the tool magazine is connected to the power source via a clutch to drive the tool magazine, and the like, and the positional deviation of the tool magazine can be detected.
1 工作機械
2 工具交換装置
3 主軸
4 テーブル
5 主軸ガイド
6 主軸ヘッド
7 主制御装置
8 工具ホルダ
9 マガジン本体
10 工具マガジン
11 サーボモータ
12 位置ずれ検出
13 ホルダ本体
14 アーム
15 ばね
16 キー
17 当接部
18 回転検出部
19 判定部
K キー溝
T 工具
1
Claims (3)
前記工具マガジンの前記主軸に対する回転位置ずれを検出する位置ずれ検出装置と、
を備え、
前記工具ホルダは、
前記工具の側面に近接する本体と、
前記本体から延び、前記工具を挟み込むよう付勢され、先端側に前記工具の側面に当接するよう内側に突出する当接部が設けられた一対のアームとを有し、
前記位置ずれ検出装置は、
前記主軸の回転を検出する回転検出部と、
前記主軸から前記工具ホルダに前記工具を受け渡す際に前記回転検出部が検出した前記主軸の回転量に基づいて前記工具マガジンの位置ずれを判定する判定部と、
を有することを特徴とする工具交換装置。 A tool having a plurality of tool holders arranged in an annular shape, each holding a tool attachable to a spindle of a machine tool, and rotating so as to transfer the tool between the spindle and any of the tool holders A magazine,
A positional deviation detection device for detecting rotational positional deviation of the tool magazine with respect to the spindle,
Equipped with
The tool holder is
A body proximate to the side of the tool,
A pair of arms extending from the main body, urged to sandwich the tool, and provided with an abutting portion projecting inward so as to abut on a side surface of the tool on a tip side,
The displacement detection device,
A rotation detection unit that detects the rotation of the main shaft,
A determination unit that determines the positional deviation of the tool magazine based on the rotation amount of the spindle detected by the rotation detection unit when transferring the tool from the spindle to the tool holder,
A tool changer characterized by having.
前記工具交換装置により工具を装着可能な主軸と、
を備える工作機械。 A tool changer according to claim 1 or 2,
A spindle on which a tool can be mounted by the tool changing device,
A machine tool equipped with.
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