JP3536719B2 - Automatic tool changer - Google Patents

Automatic tool changer

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JP3536719B2
JP3536719B2 JP10851899A JP10851899A JP3536719B2 JP 3536719 B2 JP3536719 B2 JP 3536719B2 JP 10851899 A JP10851899 A JP 10851899A JP 10851899 A JP10851899 A JP 10851899A JP 3536719 B2 JP3536719 B2 JP 3536719B2
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  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、工具の交換時間を
短縮できる自動工具交換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic tool changer capable of shortening a tool change time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、生産の効率化を図るため、同
一のワークに対して複数種類の加工作業をすることがで
きるNC工作機械、すなわち、マシニングセンタが用い
られている。このマシニングセンタには、加工作業の種
類に応じて工具を取り替える自動工具交換装置(以下、
ATCという)が設けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve production efficiency, an NC machine tool capable of performing a plurality of types of machining operations on the same work, that is, a machining center has been used. This machining center has an automatic tool changer (hereinafter referred to as “tool changer”) that changes tools according to the type of machining operation.
ATC).

【0003】このATCを用いて工具を交換する場合に
は高速回転している主軸を一旦停止させ、交換後に再び
主軸を高速回転させて、穴明けや切削などの加工を行な
う。
When a tool is changed using the ATC, the spindle rotating at a high speed is temporarily stopped, and after the replacement, the spindle is rotated again at a high speed to perform machining such as drilling or cutting.

【0004】マシニングセンタは、効率的に作業できる
ことを特徴としている工作機械であるから、作業の効率
化や工具の交換に要する時間の短縮化は非常に重要なこ
とである。
[0004] Since a machining center is a machine tool characterized by being able to work efficiently, it is very important to improve the work efficiency and reduce the time required for changing tools.

【0005】このため、主軸の回転数を高速化して作業
の効率化(加工時間の短縮化)を図ったり、主軸の停止
時間が少なくなるように工具の交換作業に工夫を凝らし
たり(工具の交換作業の単純化、加工順序の最適化)、
主軸に出力の大きなモータを使用して工具の交換に要す
る時間の短縮化(主軸の急加速、急減速)を図ったりし
ている。
For this reason, the rotational speed of the spindle is increased to improve the work efficiency (shortening of machining time), or the tool replacement operation is devised so as to reduce the stop time of the spindle (for example, by changing the tool). Simplification of exchange work, optimization of machining order),
By using a motor with a large output for the spindle, the time required for tool change is reduced (rapid acceleration and deceleration of the spindle).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のATCでは、工具の交換をする場合には、必ず主
軸の回転を停止させなければならないため、主軸の急加
速、急減速のために加工負荷に見合わない出力の大きな
主軸モータを用いなければならない。
However, in such a conventional ATC, when the tool is changed, the rotation of the spindle must be stopped without fail, so that rapid acceleration and deceleration of the spindle are required. A spindle motor with a large output that does not match the machining load must be used.

【0007】主軸に出力の大きなモータを用いると、装
置のコストアップに繋がるばかりでなく、主軸自体の重
量の増加から、主軸を移動させる軸のモータ等(たとえ
ばリニアモータや高速ボールネジ)も大型化するし、主
軸の最大移動速度も制限されてくる。
[0007] The use of a motor having a large output for the spindle not only increases the cost of the apparatus, but also increases the weight of the spindle itself, so that the size of the motor for the spindle for moving the spindle (for example, a linear motor or a high-speed ball screw) is increased. In addition, the maximum movement speed of the spindle is also limited.

【0008】マシニングセンタでは、頻繁に工具が交換
されるため、効率的な作業を実現するためには、工具の
交換時間を短縮することが要求されるが、従来のように
主軸を急加速、急減速できるようにしただけでは、工具
の交換時間の短縮には限界があるし、根本的な解決には
ならない。
In a machining center, since tools are frequently changed, it is necessary to reduce the time required for changing tools in order to realize efficient work. Just allowing the speed to decelerate limits the reduction of tool change time and does not provide a fundamental solution.

【0009】本発明は、このような従来のATCの問題
点を根本的に解決するためになされたものであり、工具
を回転させながら交換できるようにし、工具の交換時間
を短縮できるようにした自動工具交換装置の提供を目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to fundamentally solve such problems of the conventional ATC, and it has been made possible to change a tool while rotating the tool, thereby shortening a tool changing time. The purpose is to provide an automatic tool changer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は次のように構成される。
The present invention for achieving the above object is constituted as follows .

【0011】[0011]

【0012】請求項1に記載の発明は、ワークを加工す
る際に工具を回転させる主軸回転手段と、工具交換作業
に備えて工具を予め回転させる第1工具回転手段と、工
具交換作業の際に前記主軸回転手段によって回転されて
いる工具を回転したまま取り外す第2工具回転手段と、
前記第1工具回転手段と前記第2工具回転手段とがアー
ムの両端に取り付けられ、前記アームの中心を軸として
回動可能に支持される移動手段と、前記主軸回転手段に
よって回転される工具の回転速度を検出して前記第1及
び第2工具回転手段の回転速度を当該工具の回転速度に
同期させ、前記第1工具回転手段によって回転される工
具の任意の位置と前記主軸回転手段の主軸の任意の位置
との位相を同期させ、前記主軸回転手段によって回転さ
れる工具の任意の位置と前記第2工具回転手段の軸の任
意の位置との位相を同期させる一方、前記主軸回転手段
の回転速度が高速であるために前記第1および第2工具
回転手段の回転速度と位相との同期をとることができな
いときには前記主軸回転手段の回転速度を一旦低下させ
て前記回転速度と前記位相との同期をとりやすくする
御手段とを有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a spindle rotating means for rotating a tool when machining a workpiece, a first tool rotating means for rotating a tool in advance in preparation for a tool changing operation, A second tool rotating means for removing the tool rotated by the spindle rotating means while rotating it;
The first tool rotating means and the second tool rotating means are attached to both ends of an arm, and a moving means rotatably supported around the center of the arm as an axis, and a tool rotated by the main shaft rotating means. Detecting the rotation speed, synchronizing the rotation speeds of the first and second tool rotation means with the rotation speed of the tool, and selecting an arbitrary position of the tool rotated by the first tool rotation means and a spindle of the spindle rotation means. any synchronize the phases of the position, while the Ru to synchronize the phases of the arbitrary position of the axis of an arbitrary position and the second tool rotating means of the tool which is rotated by the spindle rotating means, said spindle rotation means
The first and second tools because of the high rotational speed of the
The rotation speed and phase of the rotation means cannot be synchronized.
The rotation speed of the spindle rotation means
And control means for facilitating synchronization between the rotation speed and the phase .

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【発明の効果】以上のように構成された請求項1に記載
自動工具交換装置によれば、工具回転手段から主軸回
転手段まで工具を止めることなく(回転させたまま)移
動させることができるので、工具の加速時間を短くで
き、結果として作業効率を向上させることができるよう
になる。
According to the first aspect of the present invention, the configuration is as described above.
According to the automatic tool changer, the tool can be moved from the tool rotating means to the main spindle rotating means without stopping (while rotating), so that the acceleration time of the tool can be shortened, and as a result, the working efficiency is improved. Will be able to do it.

【0016】また、加速を短時間で行なう必要がなくな
るので、主軸回転手段の出力容量を小さくでき、主軸回
転手段の小型化を図ることができるようになる。
Further, since it is not necessary to perform acceleration in a short time, the output capacity of the spindle rotating means can be reduced, and the spindle rotating means can be reduced in size.

【0017】さらに、主軸回転手段の小型化により主軸
を移動させる移動手段も小型化が可能になり、マシニン
グセンタの小型化とコストダウンとが可能になる。
Further, the downsizing of the spindle rotating means enables the moving means for moving the spindle to be downsized, thereby enabling the machining center to be reduced in size and cost.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の工具交換装置を
図面に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a tool changing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0019】まず、工具交換装置の機械的な構成を説明
する。
First, the mechanical configuration of the tool changer will be described.

【0020】本発明の工具交換装置は、主軸に取り付け
るべき工具を工具回転モータまで搬送したり主軸から取
り外した工具を所定の場所に収納しておく工具供給装置
と、工具回転モータによって回転されている工具を主軸
モータまで移動して取り付ける一方、ワークの加工が終
了した後の工具を主軸モータから取り外して工具供給装
置まで移動する工具交換装置と、主軸モータによって回
転される工具でワークに加工作業を施す加工装置とを備
えている。
The tool changer according to the present invention includes a tool supply device for transporting a tool to be mounted on a spindle to a tool rotation motor or storing a tool removed from the spindle in a predetermined place, and a tool rotation device rotated by the tool rotation motor. While the tool is moved to the spindle motor and attached, the tool changer that removes the tool after machining of the workpiece from the spindle motor and moves to the tool supply device and the tool rotated by the spindle motor to work on the workpiece And a processing device for performing the following.

【0021】本発明の工具交換装置で使用する工具10
は、図1に示すようなホルダー20を貫通し、ホルダー
10内に設けられている図示しない軸受けによって回転
自在に支持されている。したがって、工具10は、ホル
ダー20が把持されていても、工具回転モータによって
回転することができる。
Tool 10 used in the tool changer of the present invention
Is penetrated through a holder 20 as shown in FIG. 1 and is rotatably supported by a bearing (not shown) provided in the holder 10. Therefore, the tool 10 can be rotated by the tool rotation motor even when the holder 20 is gripped.

【0022】なお、マシニングセンタの全ての工具10
はホルダー20に支持されているので、主軸モータに取
り付けて加工する場合や、工具回転モータに取り付けて
予備的に回転させる場合や、工具供給装置に収納させて
おく場合など、あらゆる場合に工具10とホルダー20
とは一体的に取り扱われる。したがって、本実施形態で
例示するマシニングセンタでは、ホルダー20から工具
10のみを取り外して使用することはない。
It should be noted that all tools 10 of the machining center
Is supported by the holder 20, so that the tool 10 can be mounted on the spindle motor, or preliminarily rotated by mounting on the tool rotation motor, or stored in the tool supply device. And holder 20
Is treated as one. Therefore, in the machining center exemplified in the present embodiment, there is no case where only the tool 10 is removed from the holder 20 and used.

【0023】図2は、工具10と主軸モータの主軸との
係合状態の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of the engagement state between the tool 10 and the spindle of the spindle motor.

【0024】図1では示していないが、工具10の主軸
モータの主軸30に挿入される部分には、図2(A)に
示すような切欠溝15が設けられている。一方、主軸3
0の内周面には、この切欠溝15に係合する突起35が
設けられている。なお、この切欠溝15と突起35は、
加工負荷によって主軸30と工具10とが滑って空回り
しないように設けたものである。
Although not shown in FIG. 1, a notch groove 15 as shown in FIG. 2A is provided in a portion of the tool 10 inserted into the spindle 30 of the spindle motor. On the other hand, spindle 3
On the inner peripheral surface of the groove 0, a projection 35 that engages with the cutout groove 15 is provided. The notch 15 and the projection 35 are
The spindle 30 and the tool 10 are provided so that they do not slip and run idle due to a processing load.

【0025】切欠溝15の形状は、図2(B)に示すよ
うに、工具10の端部に向かうにしたがってその幅が広
くなるテーパー形状を有しており、一方、この切欠溝1
5と係合する突起35は単なる長方形である。このよう
に、切欠溝15のみをテーパー形状としたのは、共に高
速で回転している状態であっても、ある程度の位相合わ
せさえすれば突起を容易に係合できるようにするためで
ある。
As shown in FIG. 2B, the shape of the notch groove 15 has a tapered shape in which the width increases toward the end of the tool 10.
The projection 35 engaging with 5 is simply rectangular. The reason why only the cutout groove 15 is tapered is that the projections can be easily engaged only with a certain degree of phase adjustment, even when both are rotating at high speed.

【0026】次の加工に必要な工具10は、工具供給装
置から取り出されて工具回転アームの一端に取り付けら
れている工具回転モータに装着される。そして、この工
具10を交換作業に先立って回転させる。この回転は、
工具交換モータによって行なわれるが、その回転数はた
とえば数万から10万回転/分と高速化の傾向にある。
The tool 10 required for the next processing is taken out from the tool supply device and is mounted on a tool rotation motor attached to one end of the tool rotation arm. Then, the tool 10 is rotated prior to the replacement operation. This rotation is
The rotation is performed by a tool changing motor, and the rotation speed tends to be higher, for example, from tens of thousands to 100,000 rotations / minute.

【0027】工具を交換する時には、主軸モータによっ
て回転されている工具の回転速度と工具回転モータ(第
2工具回転手段)の回転速度とを一致させ、なおかつ工
具の位相と工具回転モータの位相とを一致させて、主軸
モータから工具を取り外して工具回転モータに装着す
る。次に、工具回転モータ(第1工具回転手段)によっ
て回転されている次の加工作業に用いる工具を工具回転
モータとともに工具回転アームを回転させることによっ
て主軸モータまで移動し、主軸モータの回転速度と工具
の回転速度とを一致させ、なおかつ工具の位相と主軸モ
ータの主軸の位相とを一致させて、工具回転モータから
主軸モータに工具を装着する。
When changing the tool, the rotation speed of the tool rotated by the spindle motor and the rotation speed of the tool rotation motor (second tool rotation means) are made to match, and the phase of the tool and the phase of the tool rotation motor are changed. And the tool is removed from the spindle motor and mounted on the tool rotation motor. Next, the tool used for the next machining operation rotated by the tool rotating motor (first tool rotating means) is moved to the spindle motor by rotating the tool rotating arm together with the tool rotating motor, and the rotation speed of the spindle motor and The tool is mounted on the spindle motor from the tool rotation motor by matching the rotation speed of the tool with the phase of the tool and the phase of the spindle of the spindle motor.

【0028】このような作業は工具交換装置によって行
なわれるが、この工具交換装置は、たとえば特開平5−
11821号公報に開示されているように、一般的には
工具回転アームと称されるものであり、従来のマシニン
グセンタでも使用されているものなので、ここではその
詳しい構成の説明は省略する。
Such an operation is performed by a tool changing device.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 11821, this is generally referred to as a tool rotating arm, and is also used in a conventional machining center. Therefore, a detailed description of the configuration is omitted here.

【0029】本発明の工具交換装置では、工具交換モー
タで高速回転させた工具を、高速回転している主軸モー
タに素早く装着させなければならないため、次のような
装置を用いてこれを実現させている。以下にこの装置を
詳細に説明する。
In the tool changer of the present invention, the tool rotated at high speed by the tool changer must be quickly mounted on the spindle motor rotating at high speed. ing. Hereinafter, this device will be described in detail.

【0030】図3は、本発明にかかる自動工具交換装置
の制御系のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the automatic tool changer according to the present invention.

【0031】図に示す主軸モータ40は、ワークを加工
する際にホルダー20とともに装着されている工具10
を回転させて所望の加工をするものであり、工具10
は、加工時には高速で回転して効率的な加工作業をす
る。
A spindle motor 40 shown in FIG. 1 is used for a tool 10 mounted together with the holder 20 when machining a workpiece.
Is rotated to perform desired processing, and the tool 10
Rotates at high speed during machining to perform efficient machining operations.

【0032】工具回転モータ50は、ホルダー20の工
具10を工具交換作業に備えて予め回転させておくため
の第1工具回転モータと、主軸モータ40に装着されて
いる工具をその回転に同期させながら取り外す第2工具
回転モータとの2台のモータからなり、工具回転アーム
の両端に取り付けられている。
The tool rotation motor 50 synchronizes the tool mounted on the spindle motor 40 with the rotation of the first tool rotation motor for rotating the tool 10 of the holder 20 in advance in preparation for the tool change operation. The motor comprises two motors, a second tool rotation motor to be removed while being attached, and attached to both ends of the tool rotation arm.

【0033】なお、工具回転モータ50は、工具を主軸
に装着する場合と主軸から工具を取り外す場合には、工
具回転モータ50の軸の回転速度と位相とを工具の回転
速度と位相に合わせるようになっている。
When the tool is mounted on the spindle and when the tool is removed from the spindle, the tool rotation motor 50 adjusts the rotation speed and phase of the shaft of the tool rotation motor 50 to match the rotation speed and phase of the tool. It has become.

【0034】ATCモータ60は、工具回転アームを回
転させるモータであり、工具回転モータ50に取り付け
られている工具を主軸モータ40の主軸30に取り付け
る場合や、主軸モータ40の主軸30から工具を工具回
転モータ50に取り付ける場合に工具回転アームを回転
させるモータである。
The ATC motor 60 is a motor for rotating the tool rotating arm. The ATC motor 60 is used for attaching a tool attached to the tool rotating motor 50 to the spindle 30 of the spindle motor 40, or for attaching a tool from the spindle 30 of the spindle motor 40 to the tool. This is a motor that rotates the tool rotation arm when attached to the rotation motor 50.

【0035】コントローラ70は、工具回転モータ50
の回転速度に基づいて主軸モータ40の回転速度や位相
を制御したり、逆に主軸モータ40の回転速度に基づい
て工具回転モータ50の回転速度や位相を制御したり、
ATCモータ60の回転を制御したりするものである。
The controller 70 includes the tool rotation motor 50
Controlling the rotation speed and phase of the spindle motor 40 based on the rotation speed of the tool, and conversely controlling the rotation speed and phase of the tool rotation motor 50 based on the rotation speed of the spindle motor 40,
It controls the rotation of the ATC motor 60.

【0036】このように構成された装置は、主軸モータ
40と工具回転モータ50の回転速度を図4に示すフロ
ーチャートのように制御する。以下に、この制御を図5
から図8を参照しながら説明する。
The apparatus configured as described above controls the rotation speed of the spindle motor 40 and the tool rotation motor 50 as shown in the flowchart of FIG. This control is described below with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0037】現在、主軸モータ40に取り付けられてい
る工具によりワークの加工が終了したら、コントローラ
70には加工完了情報が入力される。コントローラ70
は、この情報を受けてATCモータ60により工具回転
アームを回転させてATCの工具回転軸である工具回転
モータ50を主軸モータ40と対向する位置まで移動さ
せる。この時点では、主軸モータ40は加工時の回転速
度と同じ回転速度で工具を回転させている。このため、
回転中の工具を工具回転モータ50が受け取るには、そ
の工具の回転速度と同じ回転速度で工具回転モータ50
を回転させる必要がある。また、工具の位相と工具回転
モータ50の回転軸の位相とを合わせる必要がある。こ
の段階では、取り敢えず工具回転モータ50の回転速度
を主軸モータ40の回転速度まで上げておく(S1)。
At present, when the machining of the workpiece is completed by the tool attached to the spindle motor 40, machining completion information is input to the controller 70. Controller 70
Receives the information and causes the ATC motor 60 to rotate the tool rotation arm to move the tool rotation motor 50, which is the ATC tool rotation axis, to a position facing the spindle motor 40. At this point, the spindle motor 40 rotates the tool at the same rotation speed as the rotation speed at the time of machining. For this reason,
In order for the tool rotating motor 50 to receive the rotating tool, the tool rotating motor 50 must be rotated at the same rotation speed as that of the tool.
Need to be rotated. Further, it is necessary to match the phase of the tool with the phase of the rotation axis of the tool rotation motor 50. At this stage, the rotation speed of the tool rotation motor 50 is first increased to the rotation speed of the spindle motor 40 (S1).

【0038】工具回転モータ50の回転速度が主軸モー
タ40の回転速度まで上昇したら、工具供給装置の各送
り軸を工具交換位置に戻し、工具を取り外す処理を開始
する(S2,S3)。
When the rotation speed of the tool rotation motor 50 has increased to the rotation speed of the spindle motor 40, each feed shaft of the tool supply device is returned to the tool change position, and processing for removing the tool is started (S2, S3).

【0039】まず、主軸モータ40の回転速度と工具回
転モータ50の回転速度を同期させる。この同期は次の
ようにして取る。
First, the rotation speed of the spindle motor 40 and the rotation speed of the tool rotation motor 50 are synchronized. This synchronization is performed as follows.

【0040】コントローラ70内に設けられているカウ
ンタには、図5に示すように、主軸モータ回転指令値が
入力される。この指令値から主軸モータ40に設けられ
ているエンコーダから出力されるフィードバックパルス
(主軸現在位置)の微分値が減算される。この減算され
た値は比例積分された後アンプ80によって増幅され、
その増幅値によって主軸モータ40が回転される。
As shown in FIG. 5, a spindle motor rotation command value is input to a counter provided in the controller 70. The differential value of the feedback pulse (spindle current position) output from the encoder provided in the spindle motor 40 is subtracted from this command value. This subtracted value is proportionally integrated and then amplified by the amplifier 80.
The spindle motor 40 is rotated by the amplification value.

【0041】工具回転モータ50も同様に、コントロー
ラ70内に設けられているカウンタに工具回転モータ回
転指令値が入力される。この指令値から工具回転モータ
50に設けられているエンコーダから出力されるフィー
ドバックパルス(ATC現在位置)の微分値が減算され
る。この減算された値は比例積分された後アンプ90に
よって増幅され、その増幅値によって工具回転モータ5
0が回転される。
Similarly, a tool rotation motor rotation command value is input to a counter provided in the controller 70 for the tool rotation motor 50. The differential value of the feedback pulse (ATC current position) output from the encoder provided in the tool rotation motor 50 is subtracted from this command value. This subtracted value is proportionally integrated and then amplified by the amplifier 90, and the amplified value is used as the tool rotation motor 5
0 is rotated.

【0042】したがって、主軸モータ40の回転速度と
工具回転モータ50の回転速度を同期させるには、工具
回転モータ回転指令値に主軸モータ回転指令値と同じ値
を入力すれば良い。このため、コントローラは70は、
現在主軸モータ回転指令値としてカウンタに入力してあ
る値を認識して主軸モータの回転速度を検出し、工具回
転モータ用のカウンタの値をこの主軸モータ回転指令値
の値と同じ値にする(S4)。
Therefore, to synchronize the rotation speed of the spindle motor 40 with the rotation speed of the tool rotation motor 50, the same value as the spindle motor rotation command value may be input to the tool rotation motor rotation command value. For this reason, the controller 70
Recognizing the value currently input to the counter as the spindle motor rotation command value, detecting the rotation speed of the spindle motor, and setting the counter value for the tool rotation motor to the same value as the spindle motor rotation command value ( S4).

【0043】以上のようにして主軸モータ40の回転速
度と工具回転モータ50の回転速度とが一致すると、今
度は主軸モータ40の主軸の位相と工具回転モータ50
の軸の位相とを合わせる。この位相合わせは、図2に示
したように、工具の切欠溝15と軸の突起35とを合わ
せるのと同じように、特定の位相関係でなければ工具回
転モータ50の軸に工具が挿入できないようになってい
るからである。この位相合わせは次のようにして行な
う。
When the rotation speed of the spindle motor 40 matches the rotation speed of the tool rotation motor 50 as described above, the phase of the spindle of the spindle motor 40 and the rotation speed of the tool rotation motor 50
And the phase of the axis. In this phase matching, as shown in FIG. 2, the tool cannot be inserted into the shaft of the tool rotating motor 50 unless a specific phase relationship is established, as in the case of aligning the notch groove 15 of the tool with the projection 35 of the shaft. This is because This phase adjustment is performed as follows.

【0044】主軸モータ40のエンコーダから出力され
るエンコーダパルス(主軸現在位置)と工具回転モータ
50のエンコーダから出力されるエンコーダパルス(A
TC現在位置)は、図5に示す位相合わせ回路100に
入力され、両モータの位相が異なっている場合には、こ
の位相合わせ回路100から位相差に相当するパルスが
主軸モータ指令値または工具回転モータ回転指令値に加
算される。このため、いずれかのモータの回転速度が一
時的に低下して、両モータの軸の位相が合わせられる
(S5)。
The encoder pulse (spindle current position) output from the encoder of the spindle motor 40 and the encoder pulse (A) output from the encoder of the tool rotation motor 50
TC current position) is input to the phase matching circuit 100 shown in FIG. 5, and when the phases of both motors are different, a pulse corresponding to the phase difference is output from the phase matching circuit 100 to the spindle motor command value or tool rotation. It is added to the motor rotation command value. For this reason, the rotation speed of one of the motors is temporarily reduced, and the phases of the axes of both motors are matched (S5).

【0045】このようにして、位相を合わせる処理が行
なわれると、主軸モータ40と工具回転モータ50の回
転速度と位相との同期が取られたかどうかが判断され
(S6)、同期が取られていれば、工具を主軸モータ4
0の主軸30から工具回転モータ50の軸に移動し、主
軸30から工具を取り外す(S7)。
When the phase matching process is performed as described above, it is determined whether or not the rotation speed and the phase of the spindle motor 40 and the tool rotation motor 50 are synchronized (S6), and the synchronization is performed. If the tool is
The tool is moved from the main spindle 30 to the axis of the tool rotation motor 50, and the tool is removed from the main spindle 30 (S7).

【0046】このようにして主軸30から工具が取り外
されると、ATCモータ60は工具回転アームを回転さ
せて工具回転モータ(第1工具回転モータ)50を主軸
モータ40に対向して位置させる。工具回転モータ50
はこの時点で既に主軸モータ40の回転速度と同一の回
転速度で工具を回転させているので、コントローラ70
は、S4のステップでの処理と全く同じ処理をして主軸
モータ40の回転速度と工具回転モータ50の回転速度
を同期させる(S8,S9)。
When the tool is removed from the spindle 30 in this manner, the ATC motor 60 rotates the tool rotation arm to position the tool rotation motor (first tool rotation motor) 50 so as to face the spindle motor 40. Tool rotation motor 50
Has already rotated the tool at the same rotation speed as that of the spindle motor 40 at this time,
Performs exactly the same processing as the processing in step S4 to synchronize the rotation speed of the spindle motor 40 with the rotation speed of the tool rotation motor 50 (S8, S9).

【0047】主軸モータ40の回転速度と工具回転モー
タ50の回転速度とが一致すると、S5のステップでの
処理と全く同じ処理をして、主軸モータ40の主軸の位
相と工具回転モータ50の軸の位相とを合わせる(S1
1)。
When the rotation speed of the spindle motor 40 and the rotation speed of the tool rotation motor 50 match, the same processing as that in step S5 is performed, and the phase of the spindle of the spindle motor 40 and the axis of the tool rotation motor 50 are determined. (S1)
1).

【0048】このようにして、位相を合わせる処理が行
なわれると、主軸モータ40と工具回転モータ50の回
転速度と位相との同期が取られたかどうかが判断され
(S12)、同期が取られていれば、工具を工具回転モ
ータ50の軸から主軸モータ40の主軸30に移動して
工具を取り付ける。工具の取り付けが終了したら、主軸
モータ40は即座に加工作業に入る(S13)。
When the phase matching process is performed in this way, it is determined whether or not the rotation speed and the phase of the spindle motor 40 and the tool rotation motor 50 are synchronized (S12), and the synchronization is performed. Then, the tool is moved from the axis of the tool rotation motor 50 to the spindle 30 of the spindle motor 40, and the tool is attached. When the installation of the tool is completed, the spindle motor 40 immediately starts working (S13).

【0049】以上のように、本発明にかかる自動工具交
換装置によれば、主軸モータ40を回転させたまま工具
の取り付け、取り外しをすることができるようになるの
で、工具の交換時間を図6と図7に示すように短縮する
ことができる。
As described above, according to the automatic tool changer according to the present invention, the tool can be attached and detached while the spindle motor 40 is rotating. And can be shortened as shown in FIG.

【0050】すなわち、従来の工具交換装置では、図6
に示すように、工具回転アーム(ATC本体)が回転し
て直線Bに示すように工具を主軸に取り付けたり取り外
したりしている間は、主軸の回転速度を直線Aに示すよ
うに一旦0まで落し、工具の交換後、加工作業に入ると
きに加工時の回転速度まで加速している。ところが、本
発明の自動工具交換装置では、工具回転モータ50が直
線Cに示すように工具を回転させた状態で主軸モータ4
0の主軸に工具を取り付けたり、主軸から工具を取り外
したりできるので、工具回転アーム(ATC本体)が回
転して直線Bに示すように工具を主軸に取り付けたり取
り外したりしている間でも、主軸の回転数は直線Aに示
すように一定である。このため、主軸の加減速時間が節
約でき、その分加工時間の短縮化が図られる。
That is, in the conventional tool changer, FIG.
As shown in (1), while the tool rotating arm (ATC main body) is rotating and the tool is attached to or detached from the main spindle as shown by a straight line B, the rotational speed of the main spindle is temporarily reduced to zero as shown by a straight line A. After dropping and changing tools, the machine accelerates to the rotational speed at the time of machining when entering machining work. However, in the automatic tool changer of the present invention, the spindle motor 4 is rotated in a state where the tool rotation motor 50 rotates the tool as indicated by a straight line C.
Since the tool can be attached to or removed from the main spindle, the tool rotation arm (ATC main body) rotates and the main spindle can be attached or detached as shown by the straight line B while the tool is attached to or removed from the main spindle. Is constant as shown by the straight line A. Therefore, the acceleration / deceleration time of the spindle can be saved, and the machining time can be shortened accordingly.

【0051】また、以上の実施形態では、工具回転モー
タ50が主軸モータ40に同期できる場合を前提に説明
したが、主軸モータ40の回転速度が高速であるがため
にうまく同期させることができない(同期NG)場合に
は、図8に示すように工具交換時のみ直線Aに示すよう
に主軸モータ40の回転速度を落し、工具回転モータ5
0との回転速度と位相との同期を取り易いようにした上
で、工具の交換をし、工具の交換後に主軸モータ40を
加工時の回転速度まで加速させている。
In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the tool rotation motor 50 can be synchronized with the spindle motor 40. However, since the rotation speed of the spindle motor 40 is high, synchronization cannot be performed well ( In the case of synchronous NG), the rotation speed of the spindle motor 40 is reduced as shown by the straight line A only when the tool is changed as shown in FIG.
After making it easy to synchronize the rotational speed with 0 and the phase, the tool is replaced, and after the tool is replaced, the spindle motor 40 is accelerated to the rotational speed at the time of machining.

【0052】このように、同期が取れなかったときに
は、主軸モータの回転速度を一旦低下すれば、工具回転
モータ50は同期を取り易くなり、また、工具交換後の
加速も従来に比較すれば少しで済むので、加工時間の短
縮化のメリットは維持できる。
As described above, when the synchronization is not achieved, if the rotation speed of the spindle motor is reduced once, the synchronization of the tool rotation motor 50 becomes easy, and the acceleration after the tool change is slightly smaller than the conventional one. Therefore, the advantage of shortening the processing time can be maintained.

【0053】以上のように、本発明の工具交換装置によ
れば、主軸30を回転させたまま工具交換をすることが
できることになるので、加工を開始する際の工具の加速
は少なくて済み、主軸モータを従来よりも小型にするこ
とができるようになる。
As described above, according to the tool changing apparatus of the present invention, the tool can be changed while the main shaft 30 is being rotated. Therefore, the acceleration of the tool at the time of starting the processing is small. The spindle motor can be made smaller than before.

【0054】また、主軸モータの小型化、軽量化によっ
て、この主軸モータが載置されている移動軸の高速化が
可能になる。
Further, by reducing the size and weight of the spindle motor, the speed of the moving shaft on which the spindle motor is mounted can be increased.

【0055】そして、主軸の回転速度を高めた分だけ加
工時間が短縮できるので、工具の交換時間を従来よりも
遥かに短くでき、さらに移動軸も高速化される結果、作
業効率を著しく向上させることができるようになる。
Since the machining time can be shortened by increasing the rotation speed of the spindle, the tool exchange time can be made much shorter than before, and the speed of the moving shaft is also increased. As a result, the work efficiency is significantly improved. Will be able to do it.

【0056】以上のような効果の相乗効果として、マシ
ニングセンタ全体としての軽量化、低コスト化、高速化
を達成できるようになる。
As a synergistic effect of the above-described effects, the weight, cost, and speed of the entire machining center can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の工具交換装置で使用する工具とそれ
を支持するホルダーの外観図である。
FIG. 1 is an external view of a tool used in a tool changer of the present invention and a holder for supporting the tool.

【図2】 本発明の工具交換装置で使用する工具と主軸
モータの主軸との係合状態の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of an engagement state between a tool used in the tool changing device of the present invention and a spindle of a spindle motor.

【図3】 本発明にかかる工具交換装置の制御系のブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the tool changing device according to the present invention.

【図4】 本発明にかかる工具交換装置の動作を示すフ
ローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the tool changing device according to the present invention.

【図5】 本発明にかかる工具交換装置の動作説明に供
する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the tool changing device according to the present invention.

【図6】 本発明にかかる工具交換装置の動作説明に供
する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the tool changing device according to the present invention.

【図7】 本発明にかかる工具交換装置の動作説明に供
する図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the tool changing device according to the present invention.

【図8】 本発明にかかる工具交換装置の動作説明に供
する図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the tool changing device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 工具 15 切欠溝 20 ホルダ 30 主軸 35 突起 10 Tools 15 Notch groove 20 holder 30 spindle 35 protrusion

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ワークを加工する際に工具を回転させる
主軸回転手段と、 工具交換作業に備えて工具を予め回転させる第1工具回
転手段と、 工具交換作業の際に前記主軸回転手段によって回転され
ている工具を回転したまま取り外す第2工具回転手段
と、 前記第1工具回転手段と前記第2工具回転手段とがアー
ムの両端に取り付けられ、前記アームの中心を軸として
回動可能に支持される移動手段と、 前記主軸回転手段によって回転される工具の回転速度を
検出して前記第1及び第2工具回転手段の回転速度を当
該工具の回転速度に同期させ、前記第1工具回転手段に
よって回転される工具の任意の位置と前記主軸回転手段
の主軸の任意の位置との位相を同期させ、前記主軸回転
手段によって回転される工具の任意の位置と前記第2工
具回転手段の軸の任意の位置との位相を同期させる一
方、前記主軸回転手段の回転速度が高速であるために前
記第1および第2工具回転手段の回転速度と位相との同
期をとることができないときには前記主軸回転手段の回
転速度を一旦低下させて前記回転速度と前記位相との同
期をとりやすくする制御手段とを有することを特徴とす
る自動工具交換装置。
1. A spindle rotating means for rotating a tool when machining a workpiece, a first tool rotating means for rotating a tool in advance in preparation for a tool changing operation, and a rotation by the spindle rotating means during a tool changing operation. Second tool rotating means for removing the tool while being rotated, the first tool rotating means and the second tool rotating means are attached to both ends of an arm, and are supported rotatably about the center of the arm. Moving means for detecting the rotation speed of the tool rotated by the main spindle rotation means, and synchronizing the rotation speeds of the first and second tool rotation means with the rotation speed of the tool; The phase of an arbitrary position of the tool rotated by the main shaft rotating means and the arbitrary position of the main shaft of the main spindle rotating means are synchronized, and the arbitrary position of the tool rotated by the main spindle rotating means and the second tool rotation One of Ru to synchronize the phases of the arbitrary position of the shaft means
On the other hand, because the rotation speed of the spindle rotating means is high,
The rotation speed and the phase of the first and second tool rotation means are the same.
If it is not possible to take the
The rotation speed is once decreased to make the rotation speed and the phase equal.
An automatic tool changer comprising: control means for facilitating a period .
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