JP3822408B2

JP3822408B2 - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JP3822408B2
Application number: JP2000011690A
Authority: JP
Inventors: 賢史中村; 敏一赤羽
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: JP2001198762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械が使用する工具を自動的に交換する自動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ、ターニングセンタ等の工作機械では、工具を把持する工具軸に対し工具を自動的に交換する自動工具交換装置が組み込まれている。
【０００３】
従来の自動工具交換装置としては、ツールシャンクを取り付けた工具を、循環移動や往復移動させる割り出し機構を備えたベルト状の搬送機をツールマガジン内に備えている。工具はこの搬送機に縦列状に設置されている。この装置では、工具が寿命に達したときや破損したとき、作業者が工具交換するため、工作機械を一時停止し、この停止状態で破損工具を排出した後、同種の新たな工具をツールマガジンに設置している。
【０００４】
図３は特開平７−１５６１００号公報に記載された別の従来装置を示す。この装置は、プリント基板穴あけ機における自動ドリル交換装置へ適用したものであり、ドリルは収納部１００に保持される。収納部１００には保持台１１０が並設されている。保持台１１０は収納部１００から取り出されたドリルを一旦保持すると共に、収納部１００に戻すドリルを一旦保持するものであり、ドリルが差し込まれる保持孔１１１，１１２が複数形成されている。
【０００５】
収納部１００には、使用中ドリル収納部１０１、新品ドリル収納部１０２及び使用済ドリル収納部１０３が横方向に並設されている。これらの収納部１０１，１０２，１０３には、ドリルが差し込みによって保持する収納孔１０５が複数形成されている。なお、収納孔１０５はドリルの軸径に合わせた径となるように複数種類が形成されるものである。
【０００６】
このプリント基板穴あけ機では、工具交換の時期をドリル耐久寿命から判断して、加工回数を設定しており、設定された加工回数に達したとき、そのドリルを使用済ドリル収納部１０３に戻し、新品ドリル収納部１０２から同種のドリルを使用中ドリル収納部１０１に保持するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
工具をベルト状の搬送機に縦列状に配列してストックする前者の従来装置では、工具が破損や寿命により異常となったとき、作業者が工作機機を一時停止させ、異常となった工具を廃棄し、同種の工具を設置する交換作業を行う必要がある。しかしながら、この交換は作業者の人手による作業のため、作業者の技能レベルの違いにより工具交換にかかる所要時間が長くなる問題がある。また、工作機械を一旦停止させるため、稼働率が低下している。
【０００８】
後者の従来装置である特開平７−１５６１００号公報記載の自動ドリル交換装置では、ドリル耐久寿命からドリル交換時期を設定しているが、設定には誤差を考慮して余裕のある設定をするため、寿命に達していない工具を交換することにもなる。従って、交換時期の設定に基づいて工具交換を重ねると、使用可能なドリルであっても廃棄されるため、資源の無駄となる。又、この装置では、使用中ドリル収納部１０１、新品ドリル収納部１０２及び使用済ドリル収納部１０３が横方向に並設されているため、収納部１００の設置スペースが広く必要である問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、工具の交換の際に工作機械を停止させる必要がなく、稼働率を向上させることができると共に、寿命がくるまで工具を使用することにより工具の無駄な交換を防止でき、さらには、設置スペースを小さくすることが可能な自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、複数の工具が挿脱自在に保持された複数の工具パレットが垂直方向に多段状に収納され、前記工具パレットを搬入出するための出入口を備えた工作機械の外側に配置されたストッカーと、工具の交換の際に、前記工具パレットを前記出入口に対して位置決めするため、前記ストッカーを工作機械の外側で移動させるストッカー移動手段と、前記出入口に対して位置決めされた工具パレットを前記ストッカーと工作機械との間で搬送する搬送手段と、前記工作機械で使用するために前記パレット搬送手段によって前記工作機械の傍らに搬送された第１の工具パレットと、前記第１の工具パレットに搭載された工具の異常を判断するため、加工後の工具の工具長を検出する検出手段と、前記検出手段によって工具の異常が検出されたときに、前記パレット搬送手段によって前記第１の工具パレットの傍らに搬送される予備工具パレットとしての第２の工具パレットと、加工に使用後でかつ異常が検出された工具の代わりに、前記第２の工具パレットから前記工作機械の傍らに位置する前記第１の工具パレットに対して所定の工具を補給するロボットハンドと、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、ストッカー移動手段の駆動により、複数の工具を保持し、搬出手段を備える第１の工具パレットが工作機械の出入口に対して位置決めされたとき、パレット搬送手段が第１の工具パレットを工作機械の傍らに搬送する。また、検出手段は、工作機械による加工後の工具の異常（工具長）を検出する。更に、前記パレット搬送手段は、検出手段により工具の異常が検出されたときに、前記第１の工具パレットの傍らに予備工具パレットである第２の工具パレットを搬送する。ロボットハンドは、加工に使用後でかつ異常が検出された工具の代わりに、第２の工具パレットから前記工作機械の傍らに位置する前記第１の工具パレットに対して所定の工具を補給する。
【００１２】
このような発明では、パレット搬送手段による第１の工具パレット、第２の工具パレットの搬送動作、ロボットハンドによる所定の工具、即ち、加工に使用後でかつ異常が検出された工具の代わりである工具の工作機械の傍らに位置する第１の工具パレットに対する補給動作により、工具の交換作業を自動でかつ短時間で行うことができ、工作機械の稼働率を向上させることが可能となると共に、検出手段の動作で工具の破損、摩耗状況を確認でき、更に、工作機械全体の大型化を抑えることが可態となる。さらに加工の終了後に工具の異常を判断するため、正常な工具による加工を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態を示し、図１はその全体の斜視図、図２は工作機械内部の斜視図であり、工作機械２１の外側にストッカー１が配置されている。
【００１８】
工作機械２１はワーク（図示省略）に対して加工を行うものであり、その内部には、図２に示すように工具軸１３が設けられ、この工具軸１３にワークに加工を行うための工具１９が着脱自在に把持される。又、工作機械２１の背面（側面）の一部には、後述するパレット５、５Ｂの出し入れを行うスリット状の出入口１１が形成されている。
【００１９】
ストッカー１は箱状となっており、その背面には開閉自在な扉２０が取り付けられている。ストッカー１の前面（扉２０が取り付けられている背面に対向した面）は開放されており、上述した出入口１１を介して工作機械２１の内部と連通するようになっている。ストッカー１は工作機械２１の外側である背面側に配置されており、工作機械２１の背面側には、垂直方向（鉛直方向）に伸びたアクチュエータ２が取り付けられている。このアクチュエータ２は、上端部にサーボモータ３を備えており、サーボモータ３の駆動によって垂直方向に駆動する。ストッカー１はこのアクチュエータ２に固定治具４を介して接続されている。従って、アクチュエータ２の駆動によってストッカー１は垂直方向に上下動するようになっている。なお、アクチュエータ２とサーボモータ３からストッカー移動手段を構成している。
【００２０】
ストッカー１の内部には、複数の工具パレット５及び複数の予備工具パレット５Ｂが収納される。これらのパレット５，５Ｂの収納は、垂直方向に多段状となるように行われる。この多段状の収納を行うため、ストッカー１の内側面に水平方向の受け面６が多段状に形成されている。又、ストッカー１内部の中央部分には、仕切壁２３が垂直状に形成されており、この仕切壁２３にも同様な受け面６が多段状に形成されている。各パレット５，５Ｂはこれらの受け面６に両側端が支持されることにより、多段状となってストッカー１に収納される。このように複数のパレット５、５Ｂを垂直方向に多段状に収納する形態では、ストッカー１の設置スペースが小さくなり、従って、工作機械２１の全体を含めた設置スペースを小さくすることができる。
【００２１】
工具パレット５は工具軸１３に供給されて加工に使用される複数の工具１９が保持されるものであり、予備工具パレット５Ｂは工具パレット５に供給する複数の予備工具１９Ｂが保持されるものである。この工具１９及び予備工具１９Ｂの保持を行うため、工具パレット５及び予備工具パレット５Ｂには、工具差し込み孔２４，２４Ｂがそれぞれ複数形成されている。工具１９及び予備工具１９Ｂはこの工具差し込み孔２４，２４Ｂに差し込まれることにより、各パレット５，５Ｂに挿脱自在に保持される。なお、工具パレット５及び予備工具パレット５Ｂのストッカー１への収納位置は、制御装置が把握しており、このためこれらのパレット５，５Ｂはランダムに配置することができる。
【００２２】
工作機械２１の内部には、工具パレット５及び予備工具パレット５Ｂを工作機械２１とストッカー１との間で搬送するパレット搬送手段としてのパレット引き出し用シリンダ７，７が配置されている。パレット引き出し用シリンダ７，７は、出入口１１と対応した工作機械２１の内部に配置されており、横並び状となっている工具パレット５に対応するように２基が横並び状に配置されている。
【００２３】
パレット引き出し用シリンダ７，７のロッド７ａ、７ａの先端には、引き出しロッド９，９が取り付けられている。引き出しロッド９，９はシリンダ（図示省略）等によって上下動可能となっている。これに対し、工具パレット５及び予備工具パレット５Ｂには、引き出しロッド９，９が挿通する引き出し孔１０，１０が形成されており、引き出しロッド９，９が引き出し孔１０，１０内に挿入することにより、パレット引き出し用シリンダ７，７と各パレット５，５Ｂが連結される。これにより、パレット引き出し用シリンダ７，７が駆動すると、パレット５，５Ｂがストッカー１と工作機械２１との間を往復移動することができる。なお、このパレット５，５Ｂの移動を案内するため、工作機械２１内には、パレット５，５Ｂの移動方向に伸びたレール１２が設けられている。
【００２４】
工作機械２１の内部には、さらに、接触式変位センサ１８及びロボットハンド１４が配置されている。
【００２５】
接触式変位センサ１８は加工が終了した工具１９の工具長を検出する検出手段となっており、このため、工具１９を把持した工具軸１３との近接位置に配置されている。この接触式変位センサ１８による工具長の検出に基づいて、工具１９が破損しているか、寿命となっているかの工具１９の異常を判断する。かかる判断を行うため、接触式変位センサ１８は制御装置に接続されている。このように工具１９の実際の工具長を検出して工具１９の異常を判断する構成では、工具１９が破損しているか否か、寿命となっているか否か等の異常を実質的に検出することができる。従って、実際に使用できなくなるまで工具１９を使用することができるため、工具１９の無駄な交換を防止することができる
【００２６】
さらに、接触式変位センサ１８は工具１９が加工を終了する毎に、その工具長を検出するように制御することができる。このような制御では、加工の都度、工具１９の異常を判断することができるため、加工を良好に行うことができるメリットがある。
【００２７】
ロボットハンド１４は、工具軸１３と、工具パレット５と、予備工具パレット５Ｂと、接触式変位センサ１８との間で移動することにより、工具１９をこれらの間で搬送するものである。この移動を行うため、サーボモータで制御されるアクチュエータＸ軸１５、Ｙ軸１６及びＺ軸１７が工作機械２１の内部に設置されている。そして、ロボットハンド１４はＺ軸１７に取り付けられてＸＹＺ方向の３軸方向に移動する。かかるサーボモータ制御では、ロボットハンド１４を正確に位置決めすることができる。
【００２８】
次に、この実施の形態の作動を説明する。まず、工具パレット５、予備工具パレット５Ｂの工具差し込み孔２４，２４Ｂに工具１９及び予備工具１９Ｂを差し込んで、パレット５、５Ｂをストッカー１内の受け面６で支持させることにより、複数のパレット５，５Ｂをストッカー１に多段状に収納する。複数のパレット５，５Ｂが多段状に収納されるため、ストッカー１に要する床面積は一定となる。
【００２９】
工具を交換する場合には、制御装置から工具交換指令が発せられる。この指令があると、サーボモータ３が駆動して、アクチュエータ２が回転し、これにより、ストッカー１が上下方向に移動して、工具パレット５が工作機械２１の出入口１１の高さまで移動する。このとき、工作機械２１に取り付けられたレール１２上面とパレット５を保持するストッカー１内の受け面６の上面は同じ高さであり、レール１２と受け面６の端面はパレット５の側面に接触もしくは僅かに空いた関係となる。
【００３０】
そして、レール１２上面と受け面６上面とが同じ高さにあるとき、パレット引き出し用シリンダ７がストッカー１側に伸び、その後、引き出しロッド９がパレット５の引き出し孔１０に挿入する。この状態で、パレット引き出し用シリンダ７を駆動させてパレット５を工作機械２１内へ搬送する。搬送されたパレット５はレール１２上に沿って移動し、パレット引き出し用シリンダ７の下死点、もしくはパレット５の端面を当てつける不図示の位置決めピンやボールプランジャー等によって、パレット５が常に同じ位置で位置決め停止する。
【００３１】
工具パレット５に配置されている工具１９は、ロボットハンド１４により把持されて工作機械２１の工具軸１３に供給される。そして、工具軸１３が回転することにより、ワークへの加工を行う。
【００３２】
この工具１９による加工を終えると、ロボットハンド１４が工具軸１３から工具１９を取り外し、工具１９を把持したまま、接触式変位センサ１８の設置位置まで搬送する。搬送された工具１９を接触式変位センサー１８に垂直に当てつけて工具１９の長さを測定し、工具１９の破損、摩耗等による工具長の減りを確認する。このとき、工具長が予め設定された数値以下の値となって測定された場合、制御装置は工具１９が破損或いは寿命等の異常状態であると判断する。
【００３３】
このように異常であると判断された場合、ロボットハンド１４は工作機械２１の内部に設けられている不図示の廃棄収納パレットに搬送して異常の工具１９を収納する。次に、ロボットハンド１４は異常となった工具と同種の予備工具１９Ｂが収納されている予備工具パレット５Ｂを、上述した工具パレット５と同様にしてストッカー１から呼び出し、工作機械２１内へ搬送する。搬送された予備工具パレット５Ｂの中から、同種の工具１９Ｂをロボットハンド１４が把持し、異常となった工具１９が保持されていた工具パレット５の工具差し込み孔２４に差し込む。
【００３４】
その後、予備工具１９Ｂが収められていた予備工具パレット５Ｂの引き出し孔１０Ｂに引き出しロッド９を挿通し、パレット引き出し用シリンダ７がストッカー１側へ駆動して予備工具パレット５Ｂをストッカー１内へ戻し搬送する。
【００３５】
一方、接触式変位センサ１８による工具長の検出で異常が無いときは、工具１９は工具パレット５に配置されていた元の位置に再び収納される。
【００３６】
以上の工具交換作業における予備工具パレット１９Ｂの選択、各アクチュエータに接続されているサーボモータの駆動およびパレット引出し用シリンダ７等の制御は、工作機械を操作する加工プログラムを記憶した制御装置によって制御される。以上の工程を繰り返すことにより、工具１９を自動で廃棄、交換することが出来る。
【００３７】
なお、ストッカー１には工具パレット交換用の扉２０が設けられているため、扉２０から工具パレット５の設置、取り出しが可能であり、工具パレット５に作業者が適宜、予備工具１９Ｂの補充を行うことができる。この場合、ストッカー１は工作機械２１と独立した位置に設置されているため、工作機械２１が稼動中であっても、ストッカー１内に配置されている工具パレット５を扉２０から交換する作業を行うことができる。又、廃棄収納パレットに収納された異常の工具は、適宜取り出し、摩耗した工具は再研磨等の処理をして再利用することも可能となる。
【００３８】
このような実施の形態では、工具交換作業を自動でかつ短時間で行うことが可能となり、工作機械の稼働率を向上させることができると共に、作業者の作業軽減も可能となる。また工具長を接触式変位センサ１８で検出するため、確実に工具の破損、摩耗状況が確認できる。さらに、交換された工具は廃棄収納パレットに収納された後、再研磨等を施して再利用することができる。
【００３９】
さらに、パレット５、５Ｂをストッカー１内で垂直状に配置するため、ストッカー１の占有面積が小さくなり、工作機械の床面積の拡大を抑えることも可能となる。また、多数の工具１９が保管できるため、予備工具１９Ｂの増設も容易に可能となる。
【００４０】
以上の説明から、本発明は以下の発明を包含するものである。
【００４１】
（１）複数の工具が挿脱自在に保持された複数の工具パレット及び複数の予備工具が挿脱自在に保持された複数の予備工具パレットが垂直方向に多段状に収納されており、工作機械の外側に移動可能に配置されたストッカーと、
工具の交換の際に、前記工具パレット及び予備工具パレットの少なくとも一方を工作機械に対し位置決めするため、前記ストッカーを工作機械の外側で移動させるストッカー移動手段と、
工作機械に対して位置決めされた工具パレット及び予備工具パレットの少なくとも一方を前記ストッカーと工作機械との間で搬送するパレット搬送手段と、
工具の異常を判断するため、加工後の工具の工具長を検出する検出手段と、
前記工作機械の工具軸と、工具パレットと、予備工具パレットと、検出手段との間で工具を搬送するように制御されるロボットハンドと、を備え、
前記検出手段の検出によって工具が異常であると判断したとき、前記ロボットハンドは異常となった工具を前記工具パレット及び予備工具パレット以外のパレットに搬送すると共に、異常となった工具と同種の工具を前記予備工具パレットから工具パレットに搬送するように制御されることを特徴とする自動工具交換装置。
【００４２】
この発明では、工具の交換を工作機械を停止させることなく行うことができると共に、異常となった工具の交換を迅速に行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、加工に使用後で異常が検出された工具から所定の工具への交換作業を自動でかつ短時間で行うことができ、工作機械の稼働率を向上させることが可能となる。また、検出手段の動作で工具の破損、摩耗状況を確認できる。即ち、検出手段が加工後の工具が実際に破損しているか否か、寿命となっているか否か等を示す工具長を検出するので、工具の破損、摩耗等の状況把握が容易となる。更に、工作機械全体の大型化を抑えることが可態となる。さらに加工の終了後に工具の異常を判断するため、正常な工具による加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体斜視図である。
【図２】実施の形態の工作機械内部の斜視図である。
【図３】従来装置の正面図である。
【符号の説明】
１ストッカー
５工具パレット
５Ｂ予備工具パレット
１８接触式変位センサ
１９工具
１９Ｂ予備工具

Claims

複数の工具が挿脱自在に保持された複数の工具パレットが垂直方向に多段状に収納され、前記工具パレットを搬入出するための出入口を備えた工作機械の外側に配置されたストッカーと、
工具の交換の際に、前記工具パレットを前記出入口に対して位置決めするため、前記ストッカーを工作機械の外側で移動させるストッカー移動手段と、
前記出入口に対して位置決めされた工具パレットを前記ストッカーと工作機械との間で搬送する搬送手段と、
前記工作機械で使用するために前記パレット搬送手段によって前記工作機械の傍らに搬送された第１の工具パレットと、
前記第１の工具パレットに搭載された工具の異常を判断するため、加工後の工具の工具長を検出する検出手段と、
前記検出手段によって工具の異常が検出されたときに、前記パレット搬送手段によって前記第１の工具パレットの傍らに搬送される予備工具パレットとしての第２の工具パレットと、
加工に使用後でかつ異常が検出された工具の代わりに、前記第２の工具パレットから前記工作機械の傍らに位置する前記第１の工具パレットに対して所定の工具を補給するロボットハンドと、
を備えていることを特徴とする自動工具交換装置。