JP4374635B2 - 工具交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換する工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換する工具交換装置があり、例えば数値制御（ＮＣ）のマシニングセンタ等に備えられている。
【０００３】
この工具交換装置には、ＮＣプログラムに基づいて工具交換を自動的に実行する自動運転モードの他に、ＮＣプログラムを１ブロックずつマニュアル入力して実行させることが可能なＭＤＩ運転モードを有するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を実行させるには、例えば加工軸の工具交換位置への移動等の動作を覚え難いＭコードで入力しなければならず、使い勝手の点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、工具交換装置において、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を行う際の操作性を向上することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するための請求項１記載の工具交換装置は、主軸モータによって回転駆動される加工軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換する工具交換装置であり、収納位置と交換位置との間で位置を可変に前記工具マガジンに装着された工具ポットと、前記工具ポットを収納位置と交換位置とに変位させる工具ポット駆動手段と、上下方向の軸を中心にしての回転変位と前記軸に沿っての昇降変位とが可能な旋回アームと、２本１組で先端部にて工具を挟持可能な閉状態と前記挟持した工具を解放する開状態とに変化可能に前記旋回アームに取り付けられた２組のフィンガと、駆動源となる工具交換モータの位相角に応じて前記旋回アームを回転並びに昇降させ、また前記フィンガを開閉させる運動伝達装置であって、前記工具交換モータの位相角が１サイクル分変化する間に前記フィンガを前記開状態から前記閉状態にし、旋回アームを下降させて旋回アームを所定角度回転させ、旋回アームを上昇させてフィンガを開状態にする運動伝達装置と、前記主軸モータ、前記工具ポット駆動手段及び前記工具交換モータを制御する制御手段とを備える工具交換装置において、工具交換動作の構成要素となるポット前進、後退動作、主軸オリエンテーション及びアーム旋回の各動作ステップを表示する表示手段と、該表示手段により表示された動作ステップのいずれかを選択するために操作される選択手段と、前記選択手段を介して選択された前記動作ステップについてエラーチェックを行うか否かを設定するために操作される判定動作有無設定手段と、前記選択手段を介して選択された前記動作ステップについてエラーチェックを行うと前記判定動作有無設定手段を介して設定されていれば、当該動作ステップの実行に先だってエラーの有無を判定し、エラーが有る場合には該動作ステップの実行を許さないエラー判定手段とを備え、前記制御手段は、前記選択手段を介してポット前進が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具ポット駆動手段を制御して前記工具ポットを前記収納位置から前記交換位置に変位させるポット前進動作を実行させ、前記選択手段を介してポット後退が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具ポット駆動手段を制御して前記工具ポットを前記交換位置から前記収納位置に変位させるポット後退動作を実行させ、前記選択手段を介して主軸オリエンテーションが選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記主軸モータを作動させて前記加工軸の回転位置を交換時の位置にする主軸オリエンテーション動作を実行させ、前記選択手段を介してアーム旋回が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具交換モータを作動させることにより前記フィンガの前記閉状態への変位、前記旋回アームの下降、前記旋回アームの所定角度回転、前記旋回アームの上昇及び前記フィンガの開状態への変位を行わせるアーム旋回動作を実行させることを特徴とする。
【０００７】
この工具交換装置は、表示手段により、工具交換動作の構成要素となる各動作ステップ、具体的には、工具を保持している工具ポットを収納位置から交換時の位置に変化させるポット前進、加工軸の回転位置を交換時の位置にする主軸オリエンテーション、加工軸に装着されていた工具と工具ポットに保持されていた工具とを交換するアーム旋回、工具ポットを交換時の位置から収納位置に変化させるポット後退の４つの動作ステップを表示する。
【０００８】
こうした動作ステップが表示手段によって表示されているときに、選択手段が操作されて、それら表示された動作ステップのいずれかが選択されると、制御手段が、その選択された動作ステップを実行するための制御を行う。すなわち、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を行う際に、オペレータは選択手段にて動作ステップのいずれかを選択するだけで済み、覚え難いＭコードを入力する必要はない。よって、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を行う際の操作性が向上する。
【０００９】
ところで、工具交換装置には、例えば加工軸の位置、工具ポットの位置、工具を保持するためのフィンガの開閉状態、フィンガを回転させるための旋回アームの位置等を検出するためのセンサを備えているのが普通である。そして、これらのセンサの検出状態に基づいて干渉等のエラーの有無を判定し、エラーが有る場合には工具交換動作または動作ステップの実行を許さないエラー判定手段を備えている。
【００１０】
しかしながら、例えば工具交換動作中に電源がオフにされたり、非常停止ボタンが押されたりして、途中状態（異常位置）で停止してしまうと、再起動した際にエラー判定手段がエラー有りと判定するので、工具交換動作の継続あるいは復旧ができなくなってしまい、操作上不都合が生じる。
【００１１】
一方、こうした不都合を生じさせないためにエラー判定手段を除去あるいは停止した場合には、干渉等によって機械の破損をまねくおそれがある。
しかし、請求項１記載の工具交換装置は、選択手段を介して選択された動作ステップについてエラーチェックを行うか否かを設定するために操作される判定動作有無設定手段を備えており、エラー判定手段は、選択手段を介して選択された動作ステップについてエラーチェックを行うと判定動作有無設定手段を介して設定されていれば、当該動作ステップの実行に先だってエラーの有無を判定し、エラーが有る場合には該動作ステップの実行を許さない構成になっている。
そして、制御手段は、選択手段を介してポット前進が選択されると、エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、工具ポット駆動手段を制御して工具ポットを収納位置から交換位置に変位させるポット前進動作を実行させ、選択手段を介してポット後退が選択されると、エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、工具ポット駆動手段を制御して工具ポットを交換位置から収納位置に変位させるポット後退動作を実行させ、選択手段を介して主軸オリエンテーションが選択されると、エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、主軸モータを作動させて加工軸の回転位置を交換時の位置にする主軸オリエンテーション動作を実行させ、選択手段を介してアーム旋回が選択されると、エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、工具交換モータを作動させることによりフィンガの閉状態への変位、旋回アームの下降、旋回アームの所定角度回転、旋回アームの上昇及びフィンガの開状態への変位を行わせるアーム旋回動作を実行させるので、例えば途中状態（異常位置）で停止した場合には、判定動作有無設定手段を操作してエラーチェックを行わない設定にして、エラー判定手段を動作させないで工具交換装置を稼働させることで簡単に復旧することができる。また、正常な状態（正常位置）で停止しているときには、エラー判定手段を動作させることによって、工具交換動作をより安全に実行させることができる。
【００１２】
次に、請求項２記載の工具交換装置は、請求項１記載の工具交換装置において、前記制御手段は、前記選択手段を介して選択された前記動作ステップが複数であって互いに干渉しないときには、それら複数の動作ステップを並列的に実行するための制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の工具交換装置は、請求項１記載の工具交換装置の各効果を同様に奏する。
【００１４】
しかも、請求項２記載の工具交換装置の制御手段は、選択手段を介して選択された動作ステップが複数であって互いに干渉しないときには、それら複数の動作ステップを並列的に実行するための制御を行うので、一度に複数の動作ステップを実行できる。すなわち、オペレータは、複数の動作ステップを実行させたいときには、選択手段を操作して複数の動作ステップを選択すればよく、例えば１つの動作ステップを選択し、その終了を待ってから次の動作ステップを選択するといった、面倒な操作をする必要がなくなるから、この点でも操作性が向上する。
【００１５】
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施例を説明し、発明の実施の形態の説明とする。（実施例）図１に示すように、工作機械１００のベース８には切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュカバー１が取付けられており、スプラッシュカバー１の前面には、表示手段に該当する液晶表示盤３６や選択手段として機能するキーボード６等を有する操作パネル２が取付けられている。操作パネル２の内部には図６に示す制御装置３が収容されているが、制御装置３の構成、動作等は後述する。そして、スプラッシュカバー１の内側には、図２に示すマシニングセンタ７が収容されている。
【００１７】
図２に示すように、マシニングセンタ７は、ベース８に固定されたコラム９を備え、コラム９の上面にはＺモータ１０としてのサーボモータが装着されている。コラム９の前面には垂直方向（Ｚ軸方向）に沿ったガイドレール９ａ、９ａが固定され、ガイドレール９ａには加工ヘッド１２が昇降スライド可能に装着されている。そして、Ｚモータ１０の出力軸（図示しない）に連結された送りねじ１１が加工ヘッド１２に螺合されており、Ｚモータ１０を正逆回転させると、加工ヘッド１２がガイドレール９ａに沿って昇降変位させられる。なお図２には示さないが、Ｚモータ１０には、Ｚ軸原点センサ２４ｂ（図６参照）としてのエンコーダが内蔵されている。
【００１８】
加工ヘッド１２には、加工軸に該当する主軸１３が回転可能に装着されている。主軸１３の下端部にはチャック（図示しない）が備えられており、このチャックを介して主軸１３に工具１４を着脱可能である。また、加工ヘッド１２の上面には主軸モータ１５としてのサーボモータが装着されており、主軸モータ１５を回転させることで主軸１３とともに工具１４を回転駆動することができる。なお図２には示さないが、主軸モータ１５には、主軸オリエンテーションセンサ２４ａ（図６参照）としてのエンコーダが内蔵されている。
【００１９】
加工ヘッド１２の下方には、加工対象となるワーク（図示略）が載置されるワークテーブル１６が配設されている。このワークテーブル１６は、いずれもサーボモータであるＸモータ１７及びＹモータ１８（共に図２には示さない、図６参照）によって駆動され、左右方向（Ｘ軸方向）及び前後方向（Ｙ軸方向）に水平移動する。これにより、ワークのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を変化させることができる。
【００２０】
マシニングセンタ７には、主軸１３に装着された工具１４を別の工具１４と交換するための、工具交換装置１９が備わっている。工具交換装置１９は、加工ヘッド１２の側面側に配された工具マガジン２０と加工ヘッド１２の下面側に配された旋回部１９ａ（図４参照）とを備えている。
【００２１】
まず、図３を参照して、交換用の工具１４を保持する工具マガジン２０の構造を説明する。図３に示すように、工具マガジン２０は、外殻となる外筒２０ｂとその内側に配された内筒２０ａとを備え、内筒２０ａと外筒２０ｂとの間には円環状の工具通路２０ｃが形成されている。また、外筒２０ｂの最下部は切り欠かれて、工具割出部２０ｄとされている。
【００２２】
工具通路２０ｃには複数の工具ポット２１が収納されており、各工具ポット２１には、それぞれ１本の工具１４を着脱可能である。各工具ポット２１は、マガジンモータ２２（図３には示さない、図６参照）に連結されており、マガジンモータ２２を稼働させることで工具ポット２１を工具通路２０ｃに沿って回転移動させることができる。
【００２３】
工具マガジン２０の斜め下方には、工具１４の欠損の有無を検出するための工具欠損センサ５１が配されている。この工具欠損センサ５１は、図３に実線で示す退避位置と１点鎖線で示す検出位置との間で揺動変位可能である。また、工具マガジン２０には、工具ポット２１と一体的に回転する工具検出板２３が備わっている（図３には示さない、図６参照）。工具検出板２３には、各工具ポット２１に対応して複数の窓部が設けられており、各窓部に形成されているスリットの個数やスリットの周方向長さは、各窓部毎（すなわち各工具ポット２１毎）に独特であり、互いに識別可能である。そして、図６に示されるように、工具検出板２３を挟んで投光素子２５ａと受光素子２５ｂとが互いに対面して配置されている。投光素子２５ａからの光が窓部を通過して受光素子２５ｂに達すると受光素子２５ｂの信号レベルが変化するので、受光素子２５ｂの信号レベルを監視すれば、各工具ポット２１の工具通路２０ｃ内での位置を判別できる。
【００２４】
図３に示すように、工具ポット２１が工具割出部２０ｄの直上になる位置が割出位置であり、この割出位置の背後側には、エアシリンダ２６（図３には示さない、図６参照）を駆動源とするポット回動機構（図示しない）が配されている。工具ポット２１は、通常は工具１４を水平方向に突出させる姿勢（後退姿勢）にあるが、割出位置にある工具ポット２１だけは、ポット回動機構によって約９０度回動させられて、工具割出部２０ｄから突出して工具１４を鉛直方向に垂下させる姿勢（前進姿勢、図３に２点鎖線で示す位置）に変位できる。また、ポット回動機構により、工具ポット２１を前進姿勢から後退姿勢に戻すこともできる。なお、割出位置の付近には、工具ポット２１が後退姿勢にあるとオンになるリミットスイッチがポット後退センサ２７ａとして設置され、工具ポット２１が前進姿勢にあるとオンになるリミットスイッチがポット前進センサ２７ｂとして設置されている（いずれも図３には示さない、図６参照）。
【００２５】
また、工具ポット２１が割出位置において後退姿勢にあるときに、工具欠損センサ５１を退避位置から検出位置側に変位させれば、正常な工具１４なら工具欠損センサ５１が当たるが、例えば切り刃が欠落している場合には工具欠損センサ５１が当たらないから、工具１４の欠損の有無を検出できる。
【００２６】
次に、図４を参照して旋回部１９ａの構造を説明する。図４に示すように、旋回部１９ａには、円筒状のアーム旋回軸２８とアーム旋回軸２８を貫通している中軸３２との２つの駆動軸を備えており、アーム旋回軸２８は回転及び昇降可能に加工ヘッド１２に装着され、中軸３２は回転可能に加工ヘッド１２に装着されている。
【００２７】
これらアーム旋回軸２８及び中軸３２は、図示を省略する運動伝達装置を介して、図２に示される工具交換モータ３４に接続されており、工具交換モータ３４によって駆動される。詳細には、運動伝達装置は、工具交換モータ３４の回転力をアーム旋回軸２８に伝達してこれを回転させるカム機構、工具交換モータ３４の回転力を中軸３２に伝達してこれを回転させるカム機構、工具交換モータ３４の回転力を直線運動に変換してアーム旋回軸２８に伝達してこれを昇降させるクランク機構などを備えており、工具交換モータ３４の位相角に応じて、アーム旋回軸２８の回転、中軸３２の回転、アーム旋回軸２８の昇降を行う。
【００２８】
アーム旋回軸２８の下端部には旋回アーム２９が固着されており、旋回アーム２９の両端部にはそれぞれ一対のフィンガ３０、３０が軸３０ａを中心にして揺動可能に取付けられている。フィンガ３０、３０の後端部の間には圧縮コイルスプリング３１が介装されており、圧縮コイルスプリング３１はフィンガ３０、３０の先端部を互いに近づけるを閉方向（矢印Ａで示す方向）に付勢している。
【００２９】
旋回アーム２９には、カム軸３３が回転可能に装着されており、カム軸３３の外周部にはカム面３３ａ、３３ａが設けられている。図示するように、各組の一方のフィンガ３０の後端部がカム面３３ａ相互間の段差部に落ち込んだ状態では、圧縮コイルスプリング３１の付勢力により各組のフィンガ３０、３０先端部は閉じられる。しかし、カム軸３３が図４（ｂ）における反時計回り方向（矢印Ｂ方向）に回転するとカム面３３ａが各組の一方のフィンガ３０の後端部を押圧するので、そのフィンガ３０が圧縮コイルスプリング３１の付勢力に抗して矢印Ａと逆方向に揺動させられ、各組のフィンガ３０、３０先端部は開放される。
【００３０】
カム軸３３の上端部はアーム旋回軸２８に内挿され、アーム旋回軸２８の昇降すなわち旋回アーム２９の昇降に伴って中軸３２との軸方向位置を変化させる。一方、中軸３２の下端部には狭隘な係合部３２ａが設けられており、カム軸３３すなわち旋回アーム２９が中軸３２に対して相対的に上昇して上昇端（原点）になったときには、この係合部３２ａにカム軸３３が係合しており、カム軸３３を下降させると係合部３２ａとの係合が解除される。そして、カム軸３３が係合部３２ａに係合しているときには、中軸３２とカム軸３３とが共回りする。
【００３１】
なお、図４には示していないが、旋回アーム２９が原点に上昇した際にオンされる近接センサ（例えばホール素子）がアームセンサ３５ａとして装着され、フィンガ３０、３０が開放状態にあるときにオンになる近接センサ（例えばホール素子）がフィンガセンサ３５ｂとして装着されている（図６参照）。
【００３２】
次に、図５を参照して、工具交換モータ３４の位相角とアーム旋回軸２８、中軸３２、旋回アーム２９及びフィンガ３０の動作の関係を説明する。工具交換モータ３４の位相角が０〜３６０度の範囲では（すなわち工具交換モータ３４の稼働中は）、工具交換モータ３４の回転力がカム機構により中軸３２に伝達され、旋回アーム２９が原点にあるときには、中軸３２の係合部３２ａにカム軸３３が係合しているので中軸３２とカム軸３３が共回りする。
【００３３】
いま旋回アーム２９が原点にあるとして、工具交換モータ３４を稼働させたとする。工具交換モータ３４の位相角が０〜１２度の範囲では、カム面３３ａが各組の一方のフィンガ３０の後端部を押圧していて、各組のフィンガ３０、３０の先端部は開放状態にある。工具交換モータ３４の位相角が１２度に達すると、各組の一方のフィンガ３０の後端部がカム面３３ａ間の段差部に落ち込みはじめ、フィンガ３０、３０が閉じ始める。そして、位相角５０度では各組の一方のフィンガ３０の後端部が完全に段差部に落ち込み、フィンガ３０、３０は閉状態になる。
【００３４】
工具交換モータ３４の位相角が６５度になると、クランク機構が工具交換モータ３４の回転力を直線運動に変換してアーム旋回軸２８に伝達し、アーム旋回軸２８とともに旋回アーム２９を下降させる。この旋回アーム２９の下降に伴って（位相角が８０度以上になると）、中軸３２とカム軸３３の係合が解除される。そして、位相角が１２５度に達すると旋回アーム２９は下降端になり、クランク機構によるアーム旋回軸２８の下降駆動は終了する。
【００３５】
一方、工具交換モータ３４の位相角が１００度に達すると、工具交換モータ３４の回転力がカム機構を通じてアーム旋回軸２８に伝達され、アーム旋回軸２８と共に旋回アーム２９が回転を開始する。この回転は、工具交換モータ３４の位相角１００〜１８０度の範囲で継続し、旋回アーム２９もちょうど１８０度回転する。
【００３６】
また、工具交換モータ３４の位相角が２３５度になると、クランク機構によりアーム旋回軸２８とともに旋回アーム２９が上昇させられ、位相角２９５度で旋回アーム２９が原点（上昇端）になり、クランク機構によるアーム旋回軸２８の上昇駆動は終了する。なお、この上昇に伴って（位相角が２７０度以上になると）、中軸３２とカム軸３３の係合が復活する。
【００３７】
そして、工具交換モータ３４の位相角が３１０度になると、カム面３３ａが各組の一方のフィンガ３０の後端部を押圧しはじめ、各組のフィンガ３０、３０先端部は開きはじめる。さらに、工具交換モータ３４の位相角が３４８度に達すると、各組の一方のフィンガ３０の後端部は完全にカム面３３ａ上になって、フィンガ３０、３０は全開状態になる。
【００３８】
このように、工具交換モータ３４の位相角が０〜３６０度変化する１サイクル毎に、フィンガ３０、３０が閉じられ（５０度）、中軸３２とカム軸３３の係合が解除され（８０度）、旋回アーム２９が下降し（１２５度）、旋回アーム２９が１８０度回転し（１００〜２８０度）、中軸３２とカム軸３３の係合が復活し（２７０度）、フィンガ３０、３０が開かれる（３４８度）。
【００３９】
２組のフィンガ３０、３０の位置は、旋回アーム２９の上昇時に閉じたときには、一方の組のフィンガ３０、３０にて主軸１３に装着されている工具１４を挟持し、他方の組が、工具割出部２０ｄから垂下された（前進姿勢の）工具ポット２１に保持されている工具１４を挟持する位置に設定されているので、閉じたフィンガ３０、３０は、それぞれ主軸１３に装着されている工具１４と前進姿勢の工具ポット２１に保持されている工具１４を挟持する。
【００４０】
続いて旋回アーム２９が下降すると、２組のフィンガ３０、３０は工具１４を挟持したまま下降して、それぞれの工具１４を主軸１３並びに工具ポット２１から抜き取る。そこで旋回アーム２９が１８０度回転することにより、主軸１３に装着されていた工具１４と工具ポット２１に保持されていた工具１４とが、互いに位置を入れ換える。
【００４１】
そして、旋回アーム２９が上昇すると、主軸１３から取り外された工具１４が工具ポット２１に装着され、工具ポット２１から取り外された工具１４が主軸１３に装着される。最後に２組のフィンガ３０、３０が開かれると、それぞれが工具１４を解放する。
【００４２】
このように、工具交換モータ３４の１サイクルで、工具１４を交換することができる。次に、図６を参照して工作機械１００の制御系について説明する。制御系の中枢となり、制御手段及びエラー判定手段として機能する制御装置３は、周知のＣＰＵ３ａ、ＲＯＭ３ｂ、ＲＡＭ３ｃ、入力インターフェース（入力Ｉ／Ｆ）３ｄ、出力インターフェース（出力Ｉ／Ｆ）３ｅ等から構成されるマイクロコンピュータである。
【００４３】
入力インターフェース３ｄには、主軸オリエンテーションセンサ２４ａ、Ｚ軸原点センサ２４ｂ、ポット後退センサ２７ａ、ポット前進センサ２７ｂ、アームセンサ３５ａ、フィンガセンサ３５ｂ、受光素子２５ｂが接続されている。これらは、工具交換装置１９の可動部材の位置、姿勢、状態等を検出するためのセンシング手段に該当する。また、入力インターフェース３ｄには、工作機械１００を起動させ、停止させるための起動スイッチ５、データやコマンド等を入力するための入力手段であり選択手段及び判定動作有無設定手段に該当するキーボード６も接続されている。キーボード６には、周知のアルファベットキー、テンキー、カーソルキーが備わっているほか、ファンクションキーとして、自動運転キー４ａ、ＭＤＩ運転キー４ｂ、手動運転キー４ｃ、工具交換単動キー４４、増キー３９ａ、減キー３９ｂ、高速移動キー４０、低速移動キー４１、ステップ移動キー４２、主軸回転キー４３等が備わっている。
【００４４】
一方、出力インターフェース３ｅには、Ｚモータ１０、主軸モータ１５、Ｘモータ１７、Ｙモータ１８、マガジンモータ２２、エアシリンダ２６、工具交換モータ３４、液晶表示盤３６、投光素子２５ａが接続されている。なお、投光素子２５ａは受光素子２５ｂと共同してセンシング手段となる。
【００４５】
次に、制御装置３が実行する処理を中心に、工具交換装置１９の動作を説明する。起動スイッチ５がオンされると工作機械１００が稼働を開始する。自動運転キー４ａの操作により自動運転モードが選択されていれば、制御装置３は、例えば外部記憶装置（図示しない）から読み込んだ加工プログラムに従って、Ｚモータ１０、主軸モータ１５、Ｘモータ１７、Ｙモータ１８、マガジンモータ２２、エアシリンダ２６、工具交換モータ３４等を制御する。これにより、ワークテーブル１６にローディングされているワークに加工が施される。
【００４６】
また、制御装置３は、加工の種類によって工具１４の交換が必要になれば、工具の自動交換処理を実行する。その概略は次のとおりである。（１）ポット前進マガジンモータ２２を制御して交換用の工具１４を保持している工具ポット２１を割出位置にさせ、エアシリンダ２６を制御して割出位置の工具ポット２１を前進姿勢に変位させる。（２）主軸オリエンテーション主軸モータ１５を作動させて、主軸１３を回転方向の原点にさせる。（３）アーム旋回工具交換モータ３４を作動させて、フィンガ３０、３０を閉じて工具１４を挟持し、旋回アーム２９を下降させて両方の工具１４を抜き取り、旋回アーム２９を１８０度回転させて工具１４の位置を入れ換え、旋回アーム２９を上昇させて工具１４を装着し、フィンガ３０、３０を開かせて工具１４を解放するという、一連の工具交換動作を実行させる。（４）ポット後退エアシリンダ２６を制御して、交換された工具１４を保持している工具ポット２１を、前進姿勢から後退姿勢に変位させる。
【００４７】
次に、上記の（１）ポット前進、（２）主軸オリエンテーション、（３）アーム旋回及び（４）ポット後退の各動作を、ＭＤＩ運転モードで行う場合について、図７〜１１を参照して説明する。ステップ実行キー４ｄが操作されると、制御装置３は、図７に示すＭＤＩ工具交換ルーチンを開始する。
【００４８】
この処理では、まず主軸オリエンテーションセンサ２４ａ、Ｚ軸原点センサ２４ｂ、ポット後退センサ２７ａ、ポット前進センサ２７ｂ、アームセンサ３５ａ、フィンガセンサ３５ｂ及び受光素子２５ｂからの信号を入力し（Ｓ１）、これらの信号に基づいて、割出位置の工具ポット２１の姿勢、フィンガ３０、３０の状態等、各装置が正常位置にあるか異常位置にあるかを判別する（Ｓ２）。例えば割出位置の工具ポット２１は後退姿勢（ポット後退センサ２７ａがオン）にあるか前進姿勢（ポット前進センサ２７ｂがオン）にあれば正常であり、ポット後退センサ２７ａ及びポット前進センサ２７ｂがともにオフなら異常位置にあると判断し、旋回アーム２９についてはフィンガセンサ３５ｂがオン（フィンガ３０、３０が開放されている）なら正常であり、フィンガセンサ３５ｂがオフなら異常位置にあると判断する。
【００４９】
次に、制御装置３は液晶表示盤３６に、図１１に示すような選択入力のための画面を表示させる（Ｓ３）。この図１１に示される画面では、ポット動作、主軸オリエンテーション及びアーム旋回が、本発明の動作ステップに該当している。また、図１１においては、○印はカーソル位置を示し、カーソルキーで上下でき、それによってポット動作、主軸オリエンテーション、アーム旋回及びエラーチェックの各項目を選択できる。カーソル選択されている項目は、画面の下部に表示される（図１１の例では「主軸オリエンテーション」）。
【００５０】
このカーソル選択されている項目につき、テンキー入力で設定できる。なお、■印は未設定状態を示し、エラーチェックの項目はデフォルトで１（する）が設定されているが、変更可能である。続いて制御装置３は、各項目へのキー入力を受け付ける（Ｓ４）。具体的には、制御装置３は、液晶表示盤３６に選択入力のための画面を表示させたまま待ち、テンキー入力されると、その数字を入力表示位置（図１１の例では「主軸オリエンテーション→」の矢印先）に表示させ、確定キー（例えばリターンキー）が操作されると、■印に代えてその数字すなわち設定を表示させる。
【００５１】
カーソル選択、テンキー入力及び確定キー入力を繰り返すことにより、複数の項目について一度に設定操作できる。ただし、主軸オリエンテーションとアーム旋回の両方を一度に設定することはできない。これは、主軸オリエンテーション（主軸１３の回転）と旋回アーム２９の旋回を並行して実行すると、フィンガ３０、３０により工具１４を挟持したまま主軸１３が回転したり、主軸１３の回転中に工具１４の着脱が行われると装置の破損等が発生するからである。
【００５２】
しかし、ポット動作（工具ポット２１の姿勢の変更）と主軸オリエンテーションは互いに干渉せず、並行して実行できるからから、この両方を一度に設定することは可能である。すなわち、相互に干渉しない動作ステップ同士なら、複数の動作ステップを同時に選択し、設定できる。
【００５３】
また、エラーチェックは、装置の物理的な動作ではない（動作ステップではない）から、ポット前進、主軸オリエンテーション及びアーム旋回のいずれとでも、同時に設定できる。制御装置３は、ステップ実行キー４ｄが押されて動作ステップの実行が指示されると（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｓ４で選択された動作ステップの実行に移行する。
【００５４】
すなわち、選択された動作ステップがポット動作なら（Ｓ６：ＹＥＳ）、ポット動作サブルーチン（Ｓ７）を実行し、選択された動作ステップが主軸オリエンテーションなら（Ｓ８：ＹＥＳ）、主軸オリエンテーションサブルーチン（Ｓ９）を実行し、選択された動作ステップがアーム旋回なら（Ｓ１０：ＹＥＳ）、アーム旋回動作サブルーチン（Ｓ１１）を実行する。
【００５５】
図８に示すように、ポット動作サブルーチンでは、制御装置３は、上述のＳ４で選択されたポット動作が、０のポット前進か１のポット後退かを判断し（Ｓ２１）、ポット後退なら（Ｓ２１：ＮＯ）、上述のＳ４でのエラーチェックの設定が１（する）か０（しない）かを判断する（Ｓ２２）。
【００５６】
エラーチェックするなら（Ｓ２２：ＹＥＳ）、工具ポット２１が前進姿勢にある（ポット前進センサ２７ｂがオンか）か否かを判断し（Ｓ２４）、前進姿勢になっていなければ（Ｓ２４：ＮＯ）、液晶表示盤３６にエラー表示をする（Ｓ２６）。工具ポット２１が前進姿勢になっていれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、割出位置の工具ポット２１を後退姿勢に変位させる方向にポット回動機構を動作させる（Ｓ２７）。これにより、工具ポット２１が後退姿勢にさせられる。
【００５７】
エラーチェックしないなら（Ｓ２２：ＮＯ）、ポット前進センサ２７ｂのオン、オフには無関係に、エアシリンダ２６を制御して、割出位置の工具ポット２１を後退姿勢に変位させる方向にポット回動機構を動作させる（Ｓ２７）。このとき、工具ポット２１が前進姿勢になっていれば後退姿勢にさせられるし、たとえ前進姿勢と後退姿勢の中間になっていても後退姿勢にさせられる。
【００５８】
一方、Ｓ２１で肯定判断（ポット前進）なら、Ｓ２２と同様にエラーチェックをするかしないかを判断する（Ｓ２３）。エラーチェックするなら（Ｓ２３：ＹＥＳ）、工具ポット２１が後退姿勢にある（ポット後退センサ２７ａがオンか）か否かを判断し（Ｓ２５）、後退姿勢になっていなければ（Ｓ２５：ＮＯ）、工具ポット２１が異常位置にあると考えられ前進姿勢への変化は好ましくないから、液晶表示盤３６にエラー表示をする（Ｓ２８）。工具ポット２１が後退姿勢になっていれば（Ｓ２５：ＹＥＳ）、割出位置の工具ポット２１を前進姿勢に変位させる方向にポット回動機構を動作させる（Ｓ２９）。これにより、工具ポット２１が前進姿勢にさせられる。
【００５９】
エラーチェックしないなら（Ｓ２３：ＮＯ）、ポット後退センサ２７ａのオン、オフには無関係に、エアシリンダ２６を制御して、割出位置の工具ポット２１を前進姿勢に変位させる方向にポット回動機構を動作させる（Ｓ２９）。このとき、工具ポット２１が後退姿勢になっていれば前進姿勢にさせられるし、たとえ前進姿勢と後退姿勢の中間になっていても前進姿勢にさせられる。
【００６０】
図９に示すように、主軸オリエンテーションサブルーチンでは、制御装置３は、まず上述のＳ４でのエラーチェックの設定が１（する）か０（しない）かを判断する（Ｓ３１）。エラーチェックするなら（Ｓ３１：ＹＥＳ）、フィンガセンサ３５ｂがオンかオフか（すなわちフィンガ３０、３０が開放されているか否か）を判断する（Ｓ３２）。フィンガセンサ３５ｂがオフ（フィンガ３０、３０が開放されていない）なら、フィンガ３０、３０が主軸１３に装着されている工具１４を挟持している可能性があり、その状態での主軸１３の回転は好ましくないから、液晶表示盤３６にエラー表示をする（Ｓ３３）。フィンガセンサ３５ｂがオン（フィンガ３０、３０が開放されている）なら、主軸モータ１５を稼働させて主軸１３を回転方向の原点にさせる（Ｓ３４）。この主軸１３の回転位置は、主軸オリエンテーションセンサ２４ａの信号に基づいて判断される。
【００６１】
一方、エラーチェックをしないなら（Ｓ３１：ＮＯ）、フィンガセンサ３５ｂのオン、オフには無関係に、主軸モータ１５を稼働させて主軸１３を回転方向の原点にさせる（Ｓ３４）。図１０に示すように、アーム旋回動作サブルーチンでは、制御装置３は、まず上述のＳ４でのエラーチェックの設定が１（する）か０（しない）かを判断する（Ｓ４１）。
【００６２】
エラーチェックするなら（Ｓ４１：ＹＥＳ）、主軸オリエンテーションセンサ２４ａから取得した情報に基づいて、主軸１３が回転方向の原点にあるか（主軸１３のオリエンテーションがされているか）否かを判断する（Ｓ４２）。主軸１３が回転方向の原点になっていれば（Ｓ４２：ＹＥＳ）、工具ポット２１が前進姿勢になっているか否か（ポット前進センサ２７ｂがオンか否か）を判断する（Ｓ４３）。工具ポット２１が前進姿勢になっていれば（Ｓ４３：ＹＥＳ）、フィンガセンサ３５ｂがオンかオフか（すなわちフィンガ３０、３０が開放されているか否か）を判断する（Ｓ４４）。そして、フィンガ３０、３０が開放されていれば（Ｓ４４：ＯＮ）、工具交換モータ３４を作動させて、フィンガ３０、３０を閉じさせ、旋回アーム２９を下降させ、旋回アーム２９を１８０度回転させ、旋回アーム２９を上昇させ、フィンガ３０、３０を開かせるという、アーム旋回動作を実行させる（Ｓ４５）。
【００６３】
しかし、主軸１３が回転方向の原点にないとき（Ｓ４２：ＮＯ）、工具ポット２１が前進姿勢になっていないとき（Ｓ４３：ＮＯ）或いはフィンガセンサ３５ｂがオフのとき（Ｓ４４：ＯＦＦ）には、いずれもアーム旋回動作を実行すると干渉等の不具合が発生するおそれがあるので、液晶表示盤３６にエラー表示をする（Ｓ４６）。
【００６４】
一方、エラーチェックしないなら（Ｓ４１：ＮＯ）、主軸１３の回転位置、工具ポット２１の姿勢及びフィンガ３０、３０の開閉には無関係に、アーム旋回動作を実行させる（Ｓ４６）。以上の通り、動作ステップ（ポット動作、主軸オリエンテーション、アーム旋回）が液晶表示盤３６によって表示されているときに、カーソルキー、テンキー等を操作して動作ステップを選択し、その実行を指示すれば、制御装置３が、その選択された動作ステップを実行するための制御を行う。
【００６５】
なお、ポット動作と主軸オリエンテーションは互いに干渉しないので、本実施例では、Ｓ４において両方の実行が入力された場合には、制御装置３は、ポット動作（図８参照）と主軸オリエンテーション（図９参照）とを並列処理する。このため、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を行う際に、オペレータはキーボード６の各種キーにて動作ステップを選択するだけで済み、覚え難いＭコードを入力する必要はない。よって、ＭＤＩ運転モードにて工具交換を行う際の操作性が向上する。
【００６６】
しかも、同時に複数の動作ステップを選択することができ、その場合には、それら複数の動作ステップが並列的に実行されるから、オペレータは、複数の動作ステップを実行させたいときには、選択手段にて複数の動作ステップを選択すればよく、例えば１つの動作ステップを選択し、その終了を待ってから次の動作ステップを選択するといった、面倒な操作をする必要がなくなるから、この点でも操作性が向上する。
【００６７】
そして、その動作ステップの実行に際してエラーチェックをするかしないかも併せて設定できる。これにより、例えば途中状態（異常位置）で停止していた場合には、エラーチェックをしない設定にて工具交換装置１９を稼働させることで簡単に復旧することができる。また、正常な状態（正常位置）で停止しているときには、エラーチェックをする設定にて、工具交換動作をより安全に実行させることができる。
【００６８】
以上、実施例に従って、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまに実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の工具交換装置を備える工作機械の正面図である。
【図２】 工作機械のマシニングセンタの斜視図である。
【図３】 工具交換装置の工具マガジンの構造の説明図である。
【図４】 工具交換装置の旋回部の説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【図５】 工具交換動作のタイミングチャートである。
【図６】 工具交換装置の制御系のブロック図である。
【図７】 工具交換装置の制御装置が実行するＭＤＩ工具交換処理のフローチャートである。
【図８】 工具交換装置の制御装置が実行するポット動作のフローチャートである。
【図９】 工具交換装置の制御装置が実行する主軸オリエンテーションのフローチャートである。
【図１０】 工具交換装置の制御装置が実行するアーム旋回動作のフローチャートである。
【図１１】 ＭＤＩ工具交換に際しての選択入力のための画面表示の例示図である。
【符号の説明】
２…操作パネル（選択手段、判定動作有無設定手段）３…制御装置（制御手段、エラー判定手段）６…キーボード（選択手段、判定動作有無設定手段）１３…主軸（加工軸）１４…工具１９…工具交換装置３６…液晶表示盤（表示手段）

Claims (2)

1. 主軸モータによって回転駆動される加工軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換する工具交換装置であり、
   収納位置と交換位置との間で位置を可変に前記工具マガジンに装着された工具ポットと、
   前記工具ポットを収納位置と交換位置とに変位させる工具ポット駆動手段と、
   上下方向の軸を中心にしての回転変位と前記軸に沿っての昇降変位とが可能な旋回アームと、
   ２本１組で先端部にて工具を挟持可能な閉状態と前記挟持した工具を解放する開状態とに変化可能に前記旋回アームに取り付けられた２組のフィンガと、
   駆動源となる工具交換モータの位相角に応じて前記旋回アームを回転並びに昇降させ、また前記フィンガを開閉させる運動伝達装置であって、前記工具交換モータの位相角が１サイクル分変化する間に前記フィンガを前記開状態から前記閉状態にし、旋回アームを下降させて旋回アームを所定角度回転させ、旋回アームを上昇させてフィンガを開状態にする運動伝達装置と、
   前記主軸モータ、前記工具ポット駆動手段及び前記工具交換モータを制御する制御手段と
   を備える工具交換装置において、
   工具交換動作の構成要素となるポット前進、後退動作、主軸オリエンテーション及びアーム旋回の各動作ステップを表示する表示手段と、
   該表示手段により表示された動作ステップのいずれかを選択するために操作される選択手段と、
   前記選択手段を介して選択された前記動作ステップについてエラーチェックを行うか否かを設定するために操作される判定動作有無設定手段と、
   前記選択手段を介して選択された前記動作ステップについてエラーチェックを行うと前記判定動作有無設定手段を介して設定されていれば、当該動作ステップの実行に先だってエラーの有無を判定し、エラーが有る場合には該動作ステップの実行を許さないエラー判定手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記選択手段を介してポット前進が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具ポット駆動手段を制御して前記工具ポットを前記収納位置から前記交換位置に変位させるポット前進動作を実行させ、
   前記選択手段を介してポット後退が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具ポット駆動手段を制御して前記工具ポットを前記交換位置から前記収納位置に変位させるポット後退動作を実行させ、
   前記選択手段を介して主軸オリエンテーションが選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記主軸モータを作動させて前記加工軸の回転位置を交換時の位置にする主軸オリエンテーション動作を実行させ、
   前記選択手段を介してアーム旋回が選択されると、前記エラー判定手段によって実行が禁止されていない限り、前記工具交換モータを作動させることにより前記フィンガの前記閉状態への変位、前記旋回アームの下降、前記旋回アームの所定角度回転、前記旋回アームの上昇及び前記フィンガの開状態への変位を行わせるアーム旋回動作を実行させる
   ことを特徴とする工具交換装置。
2. 請求項１記載の工具交換装置において、
   前記制御手段は、
   前記選択手段を介して選択された前記動作ステップが複数であって互いに干渉しないときには、それら複数の動作ステップを並列的に実行するための制御を行う
   ことを特徴とする工具交換装置。

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