JP3694777B2 - Tool change method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械、たとえばマシニングセンタにおいて、少なくとも主軸軸線方向であるZ軸方向と直交するX軸方向およびY軸方向に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸と、所定の軌道上を移動する複数の工具把持部を有しかつ主軸に対して相対的にZ軸方向に接近、離隔しうる工具把持手段との間において工具の交換を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
マシニングセンタにおける工具交換方法として、従来、次のような2つの方法が知られている。
【0003】
第1の方法は、Z軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつこの回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所定の角度をなす2つの工具グリッパを有する工具交換アームを用いる方法である。この方法の場合、まず主軸に取付けられている工具を用いての工作が終了すると、主軸を工具交換位置に移動させ、工具を工具交換アームの工具脱着位置に待機している一方の工具グリッパで把持する。なお、工具交換アームの他方の工具グリッパには次の工作に使用する次工具が工具マガジンから抜き出されて把持されている。ついで、主軸と工具交換アームとを相対的にZ軸方向に離隔させ、工具を主軸から引き抜く。ついで、工具交換アームを所定角度回転させ、次工具を把持している工具グリッパを工具脱着位置に来させる。その後、主軸と工具交換アームとを相対的にZ軸方向に接近させ、次工具を主軸に挿入する。こうして、工具の交換が行われる。
【0004】
第2の方法は、工具交換アームを用いずに、直接主軸と工具マガジンとの間で工具の受渡しを行う方法である。この方法の場合、まず主軸に取付けられている工具を用いての工作が終了すると、主軸を工具交換位置に移動させ、工具を工具マガジンの工具脱着位置に待機している工具把持部で把持する。ついで、主軸と工具マガジンとを相対的にZ軸方向に離隔させ、工具を主軸から引き抜く。ついで、工具マガジンを駆動し、次工具を把持している工具把持部を工具脱着位置まで移動させる。その後、主軸と工具マガジンとを相対的にZ軸方向に接近させ、次工具を主軸に挿入する。こうして、工具の交換が行われる。
【0005】
しかしながら、上述した2つの方法では、主軸への工具の抜き差しと、交換アームの回転または工具マガジンの工具把持部の移動とが別々に行われていたので、工具交換に要する時間が長くなるという問題があった。
【0006】
そこで、工具交換時間を短縮するために、前記第1の方法においては、主軸と工具交換アームとのZ軸方向の相対的移動を、工具交換アームの回転とオーバーラップして行うことが考えられている。この方法を、図3(a) に示すタイムチャートを参照して説明する。この説明においては、主軸のみがZ軸方向に移動するものとする。まず、主軸に取付けられている現工具を用いての工作が終了すると、主軸を工具交換位置に移動させ、現工具を工具交換アームの工具脱着位置に待機している一方の工具グリッパで把持する。なお、他方の工具グリッパには次工具が工具マガジンから抜き出されて把持されている。ついで、主軸を、工具挿入位置から工具抜き位置に向かって工具交換アームに対してZ軸方向に離隔するように直進移動させる。主軸のこの直進移動が開始してから所定時間経過した後、工具交換アームの回転を開始し、現工具を把持している工具グリッパを、工具脱着位置から遠ざかるように所定の軌道上で移動させながら、主軸を工具抜き位置まで直進移動させ、工具を主軸から引き抜く。主軸は工具抜き位置で停止させておく。工具交換アームはさらに回転し、次工具を把持している工具グリッパが工具脱着位置に至る前に、主軸のZ軸方向の移動を開始し、工具抜き位置から工具挿入位置に向かって工具交換アームに対してZ軸方向に接近させる。これにより、次工具を把持している工具グリッパを、工具脱着位置に接近するように所定の軌道上で移動させながら、主軸を挿入位置まで直進移動させ、工具を主軸に挿入する。こうして、工具の交換が行われる。
【0007】
また、詳細な説明は省略するが、前記第2の方法においても、工具交換時間を短縮するために、主軸と工具マガジンとのZ軸方向の相対的移動を、工具マガジンの工具把持部とをオーバーラップして行うことが考えられている。
【0008】
しかしながら、上述した改良方法では、工具の主軸への抜き差しのさいに、主軸と工具とが干渉するので、工具を主軸から引き抜く場合、工具交換アームまたは工具マガジンの工具把持部の移動開始時期および移動終了時期を早めることには限界がある。同様に、工具を主軸に挿入する場合、主軸の工具交換アームまたは工具マガジンに対するZ軸方向への接近開始時期を早めることには限界があり、主軸への工具挿入を早期に終了することができない。したがって、工具交換時間の短縮効果にも限界がある。
【0009】
この発明の目的は、上記問題を解決し、従来の方法に比べて工具交換時間を短縮しうる工具交換方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による工具交換方法は、主軸軸線方向であるZ軸方向に直交しかつ互いに直交するX軸方向およびY軸方向の少なくとも一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸と、所定の軌道上を移動する工具把持部を有しかつ主軸に対して相対的にZ軸方向に接近、離隔しうる工具把持手段との間において工具の交換を行う方法であって、工具を主軸から引き抜く時に、工具把持部により主軸に取付けられている工具を把持し、ついで工具を把持した工具把持部が工具脱着位置から遠ざかるように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段を相対的にZ軸方向に離隔させることにより工具を主軸から引き抜くことを特徴とするものである。
【0011】
請求項2の発明による工具交換方法は、主軸軸線方向であるZ軸方向に直交しかつ互いに直交するX軸方向およびY軸方向の少なくとも一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸と、所定の軌道上を移動する工具把持部を有しかつ主軸に対して相対的にZ軸方向に接近、離隔しうる工具把持手段との間において工具の交換を行う方法であって、工具を主軸に取付ける時に、主軸に取付けるべき工具を把持している工具把持部が工具脱着位置に近付くように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段とを相対的にZ軸方向に接近させることにより工具を主軸に挿入することを特徴とするものである。
【0012】
請求項1または請求項2の発明の工具交換方法において、工具把持手段としては、Z軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつ工具グリッパを有する工具交換アームや、複数の工具把持部を有する工具マガジンが用いられる。
【0013】
請求項1の発明の工具交換方法によれば、工具把持手段の空いている工具把持部が、工具の把持および解放を行いうる工具脱着位置に来たときに、この工具把持部により主軸に取付けられている工具を把持し、ついで工具を把持した工具把持部が工具脱着位置から遠ざかるように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段を相対的にZ軸方向に離隔させることにより工具を主軸から引き抜くので、工具を把持した工具把持部の工具脱着位置から遠ざかるような移動を、従来の方法に比べて早期に開始することができる。したがって、工具交換時間を、従来の方法に比べて短縮することができる。
【0014】
請求項2の発明の工具交換方法によれば、主軸に取付けるべき工具を把持している工具把持部が工具脱着位置に来る前に、工具を把持した工具把持部が工具脱着位置に近付くように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段とを相対的にZ軸方向に接近させることにより工具を主軸に挿入するので、主軸と工具把持手段とのZ軸方向の相対的接近を、従来の場合に比べて早期に開始することができ、その結果主軸への工具挿入を早期に終了することができる。したがって、工具交換時間を、従来の方法に比べて短縮することができる。
【0015】
次に、この発明の方法を、工具把持手段が、Z軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつこの回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所定の角度をなす2つの工具グリッパを有する工具交換アームであり、主軸のみがZ軸方向に移動するようになっており、現工具の引き抜きと次工具の取付けとを連続して行う場合について、図3(b) に示すタイムチャートを参照して説明する。
【0016】
まず、主軸に取付けられている現工具を用いての工作が終了すると、主軸を工具交換位置に移動させ、現工具を工具交換アームの工具脱着位置に待機している一方の工具グリッパで把持する。なお、他方の工具グリッパには次工具が工具マガジンから抜き出されて把持されている。ついで、主軸を、工具挿入位置から工具抜き位置に向かって工具交換アームに対してZ軸方向に離隔するように直進移動させる。主軸の移動を開始してから所定時間経過した後、まず現工具を把持している工具グリッパが工具脱着位置から遠ざかるように移動する軌道に沿って主軸を工具脱着位置から遠ざかるように移動させ、ついで工具交換アームの回転を開始し、工具グリッパを工具脱着位置から遠ざかるように前記軌道上で移動させる。工具グリッパが移動すると、主軸が前記軌道に沿って工具グリッパとともに移動する。主軸は、前記軌道に沿って工具脱着位置から所定距離離れた位置まで移動した後、今度は同じ軌道に沿って工具脱着位置に向かって逆方向に移動する。主軸が前記軌道に沿って工具脱着位置から所定距離離れた位置まで移動した時点で、工具と工具グリッパに把持されている工具とは、Z軸方向に干渉しなくなっている。このような主軸の前記軌道に沿う移動中および工具アームの回転中に、主軸を工具抜き位置まで直進移動させ、現工具の主軸からの引き抜きが終了する。主軸のZ軸方向の直進移動は工具抜き位置で停止させる。
【0017】
その後も、主軸の前記軌道上の移動および工具交換アームの回転をそれぞれ継続させる。工具交換アームの回転により、次工具を把持したグリッパが前記軌道上を工具脱着位置に向かう。主軸が前記軌道に沿って工具脱着位置を通り過ぎて最初に移動した方向と反対方向に工具脱着位置から遠ざかる方向に向かい始めてから所定時間経過すると、工具交換アームに接近するような主軸のZ軸方向の直進移動を開始する。主軸のこのZ軸方向の直進移動が開始して所定時間が経過した後、次工具を把持している工具グリッパが工具脱着位置に達する前に、主軸は前記軌道に沿って工具脱着位置から所定距離離れた位置に達するので、ここで主軸の前記軌道に沿う移動を停止させる。次工具を把持している工具グリッパが、前記軌道に沿う移動が停止させられている主軸に対応する位置に達すると、主軸をこの工具グリッパとともに再度前記軌道に沿って工具脱着位置に向かって移動させる。すると、次工具の主軸への挿入が、工具グリッパの移動中および主軸の前記軌道に沿う移動中に開始される。そして、工具交換アームの工具グリッパの前記軌道上の移動および主軸の前記軌道に沿う移動を停止した後も、工具交換アームに接近するような主軸のZ軸方向の直進移動を継続させると、次工具の主軸への挿入が完了する。こうして、工具の交換が行われる。この方法によれば、図3から明らかなように、時間t1だけ工具を把持した工具グリッパの工具脱着位置から遠ざかるような移動を、従来の方法に比べて早期に開始することができる。また、時間t2だけ主軸の工具交換アームに対するZ軸方向の接近を従来の場合に比べて早期に開始し、その結果主軸への工具挿入を時間t3だけ早期に終了することができる。したがって、工具交換に要する時間が短縮される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図1(a) の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図1(b) の左側を前、右側を後というものとする。
【0019】
この実施形態は、主軸と工具交換アームとの間で工具の交換を行う方法である。
【0020】
主軸(1) は、主軸の軸線方向であるZ軸方向(前後方向)と、Z軸方向と直交するX軸方向(左右方向)およびY軸方向(上下方向)とに移動しうる主軸頭(図示略)に回転自在に支持されている。なお、(1a)は工具(T) を回転させるためのドライブキーである。工具交換アーム(2) は、Z軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつこの回転中心軸線から放射方向に伸びて互いに所定の角度、この実施形態では180度をなす2つの工具グリッパ(2A)(2B)を有する。工具交換アーム(2) は適当な駆動手段、この実施形態ではサーボモータ(3) によって任意の角度回転させられるようになっており、工具グリッパ(2A)(2B)先端の工具把持部(4A)(4B)はX−Y平面上に位置する円形の軌道(W) 上を移動するようになっている。
【0021】
主軸(1) と工具交換アーム(2) との間で工具(T) の交換を行うにあたり、まず主軸(1) に取付けられている現工具(T) を用いての工作が終了すると、主軸(1) を工具交換位置に移動させ、現工具(T) を工具交換アーム(2) の工具脱着位置に待機している一方の工具グリッパ(2A)の工具把持部(4A)で把持する(図1参照)。なお、他方の工具グリッパ(2B)の工具把持部(4B)には次工具(T) が工具マガジンから抜き出されて把持されている。
【0022】
ついで、主軸(1) を、工具挿入位置(図1(b) および図2に実線で示す位置)から工具抜き位置(図1(b) に鎖線で示す位置)に向かって後方に直進移動させる。主軸(1) の後方への移動が開始して所定時間経過した後、現工具(T) を把持している工具グリッパ(2A)が工具脱着位置から遠ざかる方向、すなわち図1(a) 反時計方向に、主軸(1) を軌道(W) に沿って移動させ(図1(a) 矢印a参照)、工具(T) の主軸(1) に対するZ軸方向の位置関係が図2に鎖線dで示すようになると、工具交換アーム(2) を図1(a) の反時計方向に回転させ、工具グリッパ(2A)の把持部(4A)を工具脱着位置から遠ざかるように軌道(W) 上で移動させる。なお、図2においては、工具(T) と主軸(1) とのZ軸方向の相対的位置関係を、便宜的に、工具(2) がZ軸方向に移動するものとして示しているが、実際は主軸(1) が移動する。工具グリッパ(2A)の把持部(4A)が軌道(W) 上を移動すると、主軸(1) は、工具グリッパ(2A)の把持部(4A)とともに軌道(W) に沿って移動する。主軸(1) が、軌道(W) に沿って工具脱着位置から所定距離離れた位置(図1(a) 鎖線u参照)まで移動した時点では、工具(T) の主軸(1) に対する位置関係は図2に鎖線eおよびgで示す通りであり、主軸(1) と工具(T) とはZ軸方向に干渉しない。
【0023】
主軸(1) は図1(a) の鎖線uで示す位置に達した後、今度は軌道(W) に沿って工具脱着位置に向かって逆方向(図1(a) の時計方向)に移動する(図1(a) 矢印b参照)。このような主軸(1) の移動中および工具アーム(2) の回転中に、主軸(1) を工具抜き位置まで後方に直進移動させ、工具(T) の主軸(1) からの引き抜きが終了する(図2鎖線f参照)。主軸(1) の後方への直進移動は工具抜き位置で停止させる。
【0024】
その後も、主軸(1) の軌道(W) に沿う移動および工具交換アーム(2) の回転をそれぞれ継続させる。工具交換アーム(2) の回転により、次工具(T) を把持したグリッパ(2B)の把持部(4B)が軌道(W) 上を工具脱着位置に向かう。主軸(1) が軌道(W) に沿って工具脱着位置を通り過ぎて最初に移動した方向と反対方向(図1(a) 時計方向)に工具脱着位置から遠ざかる方向に向かい始めてから所定時間経過すると、主軸(1) を工具交換アーム(2) に接近するように前方に直進移動させる。主軸(1) の前方への直進移動が開始してから所定時間経過した後、次工具(T) を把持している工具グリッパ(2B)の把持部(4B)が工具脱着位置に達する前に、主軸(1) は軌道(W) に沿って工具脱着位置から所定距離離れた位置(図1(a) 鎖線v参照)まで移動するので、ここで主軸(1) の軌道(W) に沿う移動を停止させる。工具グリッパ(2B)の把持部(4B)が、軌道(W) に沿う移動が停止させられている主軸(1) に対応する位置に達すると、主軸(1) をこの工具グリッパ(2B)の把持部(4B)とともに再度軌道(W) に沿って工具脱着位置に向かって移動させる(図1(a) 矢印c参照)。すると、工具(T) の主軸(1) への挿入が、工具グリッパ(2B)の把持部(4B)の移動中および主軸(1) の軌道(W) に沿う移動中に開始される。そして、工具グリッパ(2B)の把持部(4B)の軌道(W) 上の移動および主軸(1) の軌道(W) に沿う移動を停止した後も、主軸(1) の前方への直進移動を継続させると、次工具(T) の主軸(1) への挿入が完了する。工具(T) の主軸(1) への挿入のさいには、両者の相対的位置関係は、図2に示す引き抜きのさいと逆の状態で変わっていくので、両者は干渉しない。こうして、工具(T) の交換が行われる。
【0025】
上記実施形態においては、主軸(1) のみが前後方向に移動して主軸(1) と工具交換アーム(2) とがZ軸方向に接近、離隔するようになっているが、工具交換アーム(2) のみ、あるいは両者が前後方向に移動して主軸(1) と工具交換アーム(2) とがZ軸方向に接近、離隔するようになっていてもよい。また、主軸(1) と工具マガジンとの間での工具交換も、上述したのと同様な動作で行われる。
【0026】
なお、上記実施形態において、工具交換アームまたは工具マガジンの回転速度と主軸の各方向への移動速度によっては、主軸の移動方向をZ軸方向とX軸方向の2方向のみにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】主軸および工具アームの工具グリッパが工具脱着位置にあり、工具グリッパの把持部で主軸に取付けられている工具を把持した状態を示し、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図2】工具の主軸からの引き抜きのさいの両者の相対的位置関係を示す図である。
【図3】工具交換のタイムチャートであり、(a) は従来法を示し、(b) はこの発明の方法を示す。
【符号の説明】
(1):主軸
(2):工具交換アーム
(2A)(2B):工具グリッパ
(4A)(4B):工具把持部
(T):工具
(W):軌道
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool, for example, a machining center, a spindle that is rotatably supported by a spindle head that can move at least in the X-axis direction and the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction that is the spindle axis direction, and a predetermined trajectory. The present invention relates to a method for exchanging a tool with a tool gripping means that has a plurality of tool gripping portions that move and moves closer to and away from the main axis in the Z-axis direction.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, the following two methods are known as a tool change method in a machining center.
[0003]
The first method is a method using a tool changer arm having two tool grippers which are provided so as to be rotatable around an axis parallel to the Z-axis direction and extend radially from the rotation center axis to form a predetermined angle with each other. It is. In this method, first, when the work using the tool attached to the spindle is completed, the spindle is moved to the tool change position, and the tool is held at the tool attachment / detachment position of the tool change arm by one tool gripper. Hold it. The other tool gripper of the tool change arm holds and grips the next tool used for the next work from the tool magazine. Next, the main shaft and the tool exchange arm are relatively separated from each other in the Z-axis direction, and the tool is pulled out from the main shaft. Next, the tool changing arm is rotated by a predetermined angle, and the tool gripper holding the next tool is brought to the tool attaching / detaching position. Thereafter, the main shaft and the tool change arm are relatively moved in the Z-axis direction, and the next tool is inserted into the main shaft. In this way, the tool is changed.
[0004]
The second method is a method of delivering a tool directly between the spindle and the tool magazine without using a tool changing arm. In this method, first, when the work using the tool attached to the spindle is completed, the spindle is moved to the tool changing position, and the tool is held by the tool holding unit waiting at the tool attaching / detaching position of the tool magazine. . Next, the spindle and the tool magazine are relatively separated in the Z-axis direction, and the tool is pulled out from the spindle. Next, the tool magazine is driven, and the tool gripping part that grips the next tool is moved to the tool attaching / detaching position. Thereafter, the main shaft and the tool magazine are relatively moved in the Z-axis direction, and the next tool is inserted into the main shaft. In this way, the tool is changed.
[0005]
However, in the above-described two methods, since the insertion / extraction of the tool to / from the spindle and the rotation of the exchange arm or the movement of the tool gripping portion of the tool magazine are performed separately, the time required for the tool change becomes long. was there.
[0006]
Therefore, in order to shorten the tool change time, in the first method, it is considered that the relative movement in the Z-axis direction between the spindle and the tool change arm overlaps with the rotation of the tool change arm. ing. This method will be described with reference to a time chart shown in FIG. In this description, it is assumed that only the main shaft moves in the Z-axis direction. First, when the work using the current tool attached to the spindle is completed, the spindle is moved to the tool change position, and the current tool is gripped by one tool gripper waiting at the tool removal position of the tool change arm. . The other tool gripper holds the next tool extracted from the tool magazine. Next, the spindle is linearly moved from the tool insertion position toward the tool removal position so as to be separated from the tool change arm in the Z-axis direction. After a lapse of a predetermined time from the start of this linear movement of the spindle, the rotation of the tool changing arm is started, and the tool gripper holding the current tool is moved on a predetermined path so as to move away from the tool attachment / detachment position. While moving the spindle straight to the tool removal position, the tool is pulled out of the spindle. The spindle is stopped at the tool removal position. The tool change arm further rotates, and before the tool gripper holding the next tool reaches the tool detachment position, the main axis starts moving in the Z-axis direction, and the tool change arm moves from the tool removal position toward the tool insertion position. Against the Z-axis direction. As a result, the tool gripper holding the next tool is moved on a predetermined track so as to approach the tool detachment position, and the spindle is linearly moved to the insertion position to insert the tool into the spindle. In this way, the tool is changed.
[0007]
Although detailed explanation is omitted, also in the second method, in order to shorten the tool change time, the relative movement in the Z-axis direction between the spindle and the tool magazine is changed between the tool gripping portion of the tool magazine. It is considered to overlap.
[0008]
However, in the improved method described above, the spindle and the tool interfere with each other when the tool is inserted into and removed from the spindle. Therefore, when the tool is pulled out from the spindle, the movement start time and movement of the tool gripping portion of the tool exchange arm or the tool magazine are removed. There is a limit to advancing the end time. Similarly, when a tool is inserted into the spindle, there is a limit to advancing the approach start timing in the Z-axis direction with respect to the tool exchange arm or tool magazine of the spindle, and the tool insertion into the spindle cannot be finished early. . Therefore, there is a limit to the effect of shortening the tool change time.
[0009]
An object of the present invention is to provide a tool changing method that solves the above problems and can shorten the tool changing time as compared with the conventional method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The tool changing method according to the first aspect of the invention is a spindle that is rotatably supported by a spindle head that is movable in at least one of an X-axis direction and a Y-axis direction that are orthogonal to the Z-axis direction that is the spindle axis direction. And a tool gripper that has a tool gripper that moves on a predetermined track and that can approach and separate in the Z-axis direction relative to the main shaft, When pulling out the spindle from the spindle, the tool gripper grips the tool attached to the spindle, and then the spindle moves with the tool gripper along the trajectory where the tool gripper that grips the tool moves away from the tool removal position. The tool is pulled out from the main shaft by separating the main shaft and the tool gripping means relatively in the Z-axis direction.
[0011]
A tool change method according to a second aspect of the present invention is a spindle that is rotatably supported by a spindle head that is movable in at least one of an X-axis direction and a Y-axis direction that are orthogonal to the Z-axis direction, which is the axis direction of the spindle. And a tool gripper that has a tool gripper that moves on a predetermined track and that can approach and separate in the Z-axis direction relative to the main shaft, When the spindle is attached to the spindle, the spindle and the tool gripping means are moved while moving the spindle along with the tool gripper along a trajectory that moves so that the tool gripping part that holds the tool to be attached to the spindle approaches the tool attachment / detachment position. The tool is inserted into the main shaft by relatively approaching in the Z-axis direction.
[0012]
3. The tool change method according to claim 1 or 2, wherein the tool gripping means includes a tool change arm having a tool gripper provided rotatably around an axis parallel to the Z-axis direction, and a plurality of tool grips. A tool magazine having a section is used.
[0013]
According to the tool exchanging method of the first aspect of the present invention, when the vacant tool gripping portion of the tool gripping means comes to the tool detaching position where the tool can be gripped and released, the tool gripping portion is attached to the spindle. The tool and gripper are moved relative to each other while moving the spindle along with the tool gripper along the trajectory where the tool gripper that grips the tool moves away from the tool attachment / detachment position. Since the tool is pulled out from the main shaft by being separated in the axial direction, the movement of the tool gripping part that grips the tool away from the tool attaching / detaching position can be started earlier than the conventional method. Therefore, tool change time can be shortened compared with the conventional method.
[0014]
According to the tool changing method of the invention of claim 2, before the tool gripping part that grips the tool to be attached to the spindle comes to the tool detaching position, the tool gripping part that grips the tool approaches the tool detaching position. The tool is inserted into the spindle by relatively moving the spindle and the tool gripping means in the Z-axis direction while moving the spindle along with the tool gripper along the moving trajectory. Relative approach in the axial direction can be started earlier than in the conventional case, and as a result, tool insertion into the main spindle can be finished early. Therefore, tool change time can be shortened compared with the conventional method.
[0015]
Next, according to the method of the present invention, two tool grippers in which the tool gripping means is provided so as to be rotatable around an axis parallel to the Z-axis direction and extend radially from the rotation center axis to form a predetermined angle with each other. A time chart shown in Fig. 3 (b) for the case where the main tool moves only in the Z-axis direction and the current tool is pulled out and the next tool is attached continuously. Will be described with reference to FIG.
[0016]
First, when the work using the current tool attached to the spindle is completed, the spindle is moved to the tool change position, and the current tool is gripped by one tool gripper waiting at the tool removal position of the tool change arm. . The other tool gripper holds the next tool extracted from the tool magazine. Next, the spindle is linearly moved from the tool insertion position toward the tool removal position so as to be separated from the tool change arm in the Z-axis direction. After a lapse of a predetermined time from the start of the movement of the spindle, first, the spindle is moved away from the tool attachment / detachment position along a trajectory in which the tool gripper holding the current tool moves away from the tool attachment / detachment position, Next, rotation of the tool changing arm is started, and the tool gripper is moved on the track so as to move away from the tool attaching / detaching position. When the tool gripper moves, the spindle moves with the tool gripper along the track. The main shaft moves along the track to a position away from the tool removal position by a predetermined distance, and then moves in the opposite direction along the same track toward the tool removal position. When the main shaft moves along the track to a position away from the tool attachment / detachment position by a predetermined distance, the tool and the tool held by the tool gripper do not interfere with each other in the Z-axis direction. During the movement of the main shaft along the track and the rotation of the tool arm, the main shaft is moved straight to the tool removal position, and the extraction of the current tool from the main shaft is completed. The straight movement of the spindle in the Z-axis direction is stopped at the tool removal position.
[0017]
Thereafter, the movement of the main shaft on the track and the rotation of the tool changing arm are continued. Due to the rotation of the tool changing arm, the gripper holding the next tool moves on the track toward the tool detaching position. Z axis direction of the spindle that approaches the tool change arm after a lapse of a predetermined time after the spindle starts moving in the direction away from the tool attachment / detachment position in the direction opposite to the first movement direction after passing the tool attachment / detachment position along the track. Start moving straight ahead. After a predetermined time has elapsed after the linear movement of the spindle in the Z-axis direction starts, the spindle is moved from the tool attachment / detachment position along the track before the tool gripper holding the next tool reaches the tool attachment / detachment position. Since the position reaches a distance, the movement of the main shaft along the trajectory is stopped here. When the tool gripper gripping the next tool reaches a position corresponding to the main shaft whose movement along the track is stopped, the main shaft is moved along with the tool gripper again toward the tool attaching / detaching position along the track. Let Then, the insertion of the next tool into the spindle is started during the movement of the tool gripper and the movement of the spindle along the trajectory. Then, after stopping the movement of the tool gripper on the track and the movement of the spindle along the track on the tool changing arm, if the linear movement of the spindle in the Z-axis direction so as to approach the tool changing arm is continued, The insertion of the tool into the spindle is complete. In this way, the tool is changed. According to this method, as is apparent from FIG. 3, the movement of the tool gripper holding the tool away from the tool attaching / detaching position for the time t1 can be started earlier than the conventional method. Further, the Z axis direction approach to the tool change arm of the main spindle can be started earlier than the conventional case only at time t2, and as a result, the tool insertion into the main spindle can be ended earlier by time t3. Therefore, the time required for tool change is shortened.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the top and bottom, left and right in FIG. 1A are referred to as top and bottom, and left and right, respectively, and the left side in FIG.
[0019]
In this embodiment, a tool is exchanged between the main shaft and the tool exchange arm.
[0020]
The main shaft (1) is a main shaft head that can move in the Z-axis direction (front-rear direction), which is the axial direction of the main shaft, and in the X-axis direction (left-right direction) and Y-axis direction (up-down direction) orthogonal (Not shown) is rotatably supported. (1a) is a drive key for rotating the tool (T). The tool change arm (2) is provided so as to be rotatable about an axis parallel to the Z-axis direction and extends in a radial direction from the rotation center axis to form a predetermined angle with respect to each other, in this embodiment, 180 degrees. It has grippers (2A) (2B). The tool change arm (2) is rotated at an arbitrary angle by an appropriate drive means, in this embodiment a servo motor (3), and has a tool gripper (4A) at the tip of the tool gripper (2A) (2B). (4B) moves on a circular orbit (W) located on the XY plane.
[0021]
When exchanging the tool (T) between the spindle (1) and the tool change arm (2), first, when the work using the current tool (T) attached to the spindle (1) is completed, the spindle (1) is moved to the tool change position, and the current tool (T) is held by the tool holding part (4A) of one tool gripper (2A) waiting at the tool removal position of the tool change arm (2) ( (See FIG. 1). The next tool (T) is extracted from the tool magazine and is gripped by the tool gripping portion (4B) of the other tool gripper (2B).
[0022]
Next, the spindle (1) is moved straight backward from the tool insertion position (the position indicated by the solid line in FIG. 1 (b) and FIG. 2) toward the tool removal position (the position indicated by the chain line in FIG. 1 (b)). . The direction in which the tool gripper (2A) holding the current tool (T) moves away from the tool attachment / detachment position after a predetermined time has elapsed after the spindle (1) starts moving backward, that is, FIG. 1 (a) counterclockwise The main shaft (1) is moved along the trajectory (W) in the direction (see arrow a in FIG. 1 (a)), and the positional relationship in the Z-axis direction with respect to the main shaft (1) of the tool (T) is shown in FIG. When the tool change arm (2) is rotated counterclockwise as shown in Fig. 1 (a), the gripper (4A) of the tool gripper (2A) moves away from the tool removal position on the track (W). Move with. In FIG. 2, the relative positional relationship between the tool (T) and the main shaft (1) in the Z-axis direction is shown as the tool (2) moving in the Z-axis direction for convenience. Actually, the spindle (1) moves. When the grip portion (4A) of the tool gripper (2A) moves on the track (W), the spindle (1) moves along the track (W) together with the grip portion (4A) of the tool gripper (2A). The position of the tool (T) relative to the spindle (1) when the spindle (1) moves along the track (W) to a position (see the chain line u in Fig. 1 (a)) that is a predetermined distance away from the tool attachment / detachment position. 2 is shown by chain lines e and g in FIG. 2, and the main shaft (1) and the tool (T) do not interfere in the Z-axis direction.
[0023]
After the spindle (1) reaches the position indicated by the chain line u in FIG. 1 (a), it moves in the opposite direction (clockwise in FIG. 1 (a)) toward the tool detachment position along the track (W). (See arrow b in FIG. 1 (a)). While the main shaft (1) is moving and the tool arm (2) is rotating, the main shaft (1) is moved straight back to the tool removal position, and the extraction of the tool (T) from the main shaft (1) is completed. (Refer to chain line f in FIG. 2). The straight movement of the spindle (1) to the rear is stopped at the tool removal position.
[0024]
Thereafter, the movement of the spindle (1) along the track (W) and the rotation of the tool changing arm (2) are continued. As the tool change arm (2) rotates, the gripping part (4B) of the gripper (2B) that grips the next tool (T) moves on the track (W) to the tool removal position. When the spindle (1) starts moving in the direction away from the tool attachment / detachment position (clockwise in Fig. 1 (a)) after passing the tool attachment / detachment position along the track (W), the specified time passes. Then, the spindle (1) is moved straight forward so as to approach the tool changing arm (2). After a predetermined time has elapsed after the spindle (1) starts to move straight forward, before the gripping part (4B) of the tool gripper (2B) gripping the next tool (T) reaches the tool removal position. The main shaft (1) moves along the track (W) to a position away from the tool attachment / detachment position by a predetermined distance (see the chain line v in FIG. 1 (a)), and here, the main shaft (1) follows the track (W) of the main shaft (1). Stop moving. When the gripper (4B) of the tool gripper (2B) reaches a position corresponding to the spindle (1) where movement along the track (W) is stopped, the spindle (1) is moved to the tool gripper (2B). Together with the gripping part (4B), it is moved again along the track (W) toward the tool detachment position (see arrow c in FIG. 1 (a)). Then, the insertion of the tool (T) into the main shaft (1) is started during the movement of the grip portion (4B) of the tool gripper (2B) and the movement of the main shaft (1) along the track (W). After the movement of the tool gripper (2B) on the track (W) of the grip portion (4B) and the movement of the spindle (1) along the track (W) is stopped, the spindle (1) moves straight forward. If the operation is continued, the insertion of the next tool (T) into the spindle (1) is completed. When the tool (T) is inserted into the main shaft (1), the relative positional relationship between the two changes in a state opposite to that of the drawing shown in FIG. Thus, the tool (T) is exchanged.
[0025]
In the above embodiment, only the main shaft (1) moves in the front-rear direction, and the main shaft (1) and the tool change arm (2) approach and separate in the Z-axis direction. 2) or both of them may move in the front-rear direction so that the main shaft (1) and the tool change arm (2) approach and separate in the Z-axis direction. In addition, tool exchange between the spindle (1) and the tool magazine is performed in the same manner as described above.
[0026]
In the above embodiment, depending on the rotational speed of the tool changing arm or tool magazine and the moving speed of the main shaft in each direction, the main shaft can be moved only in two directions, the Z-axis direction and the X-axis direction.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a state in which a tool gripper of a spindle and a tool arm is in a tool detaching position, and a tool attached to the spindle is gripped by a gripping portion of the tool gripper, (a) is a front view, and (b) is a side view. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a relative positional relationship between the two when the tool is pulled out from the spindle.
FIG. 3 is a time chart of tool change, (a) shows a conventional method, and (b) shows a method of the present invention.
[Explanation of symbols]
(1): Spindle
(2): Tool change arm
(2A) (2B): Tool gripper
(4A) (4B): Tool gripping part
(T): Tool
(W): Orbit

Claims (4)

主軸軸線方向であるZ軸方向に直交しかつ互いに直交するX軸方向およびY軸方向の少なくとも一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸と、所定の軌道上を移動する工具把持部を有しかつ主軸に対して相対的にZ軸方向に接近、離隔しうる工具把持手段との間において工具の交換を行う方法であって、工具を主軸から引き抜く時に、工具把持部により主軸に取付けられている工具を把持し、ついで工具を把持した工具把持部が工具脱着位置から遠ざかるように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段を相対的にZ軸方向に離隔させることにより工具を主軸から引き抜くことを特徴とする工具交換方法。A spindle that is rotatably supported by a spindle head that is movable in at least one of an X-axis direction and a Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction that is the spindle axis direction, and a tool that moves on a predetermined track A tool is exchanged with a tool gripping means having a portion and capable of approaching and separating in the Z-axis direction relative to the spindle, and when the tool is pulled out of the spindle, the tool gripper The tool and the tool gripping means are moved relative to each other along the trajectory in which the tool gripping part that grips the tool moves away from the tool attachment / detachment position while moving the spindle together with the tool gripping part. A tool changing method characterized in that the tool is pulled out from the main shaft by being separated in the Z-axis direction. 主軸軸線方向であるZ軸方向に直交しかつ互いに直交するX軸方向およびY軸方向の少なくとも一方に移動しうる主軸頭に回転自在に支持された主軸と、所定の軌道上を移動する工具把持部を有しかつ主軸に対して相対的にZ軸方向に接近、離隔しうる工具把持手段との間において工具の交換を行う方法であって、工具を主軸に取付ける時に、主軸に取付けるべき工具を把持している工具把持部が工具脱着位置に近付くように移動する軌道に沿って主軸を工具把持部とともに移動させながら、主軸と工具把持手段とを相対的にZ軸方向に接近させることにより工具を主軸に挿入することを特徴とする工具交換方法。A spindle that is rotatably supported by a spindle head that is movable in at least one of an X-axis direction and a Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction that is the spindle axis direction, and a tool that moves on a predetermined track A tool for exchanging a tool with a tool gripping means having a portion and capable of approaching and separating in the Z-axis direction relative to the spindle, and a tool to be attached to the spindle when the tool is attached to the spindle By moving the spindle along with the tool gripping part along the trajectory that moves so that the tool gripping part that grips the tool approaches the tool detachment position, the spindle and the tool gripping means are moved closer to each other in the Z-axis direction. A tool changing method characterized by inserting a tool into a spindle. 工具把持手段が、Z軸方向と平行な軸線の回りに回転自在に設けられかつ工具グリッパを有する工具交換アームである請求項1または2の工具交換方法。The tool changing method according to claim 1 or 2, wherein the tool gripping means is a tool changing arm provided rotatably around an axis parallel to the Z-axis direction and having a tool gripper. 工具把持手段が、複数の工具把持部を有する工具マガジンである請求項1または2の工具交換方法。The tool changing method according to claim 1 or 2, wherein the tool holding means is a tool magazine having a plurality of tool holding portions.
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