JP6268961B2 - Machine Tools - Google Patents

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Description

本発明は、工具交換可能な工作機械に関する。   The present invention relates to a machine tool capable of tool change.

工作機械は主軸ヘッド、主軸、工具交換装置を備える。主軸ヘッドは基台部上に立設するコラムに沿って昇降可能に設け、主軸を回転可能に支持する。特許文献1は工具マガジンを備える工具交換装置を開示する。工具マガジンは一軸線を中心に回転する円盤状で主軸ヘッド前方に配置し、外周に複数のグリップアームを備える。グリップアームは工具を脱着可能に把持する。マガジンモータは減速機を介して工具マガジンに接続する。減速機はマガジンモータの回転を工具マガジンに伝える。工作機械はマガジンモータの位置制御により、減速機を介して工具マガジンの回転割出を行う。   The machine tool includes a spindle head, a spindle, and a tool changer. The spindle head is provided so as to be able to move up and down along a column standing on the base, and supports the spindle in a rotatable manner. Patent Document 1 discloses a tool changer provided with a tool magazine. The tool magazine is a disk-like shape that rotates around one axis and is arranged in front of the spindle head, and has a plurality of grip arms on the outer periphery. The grip arm grips the tool detachably. The magazine motor is connected to the tool magazine via a reduction gear. The reducer transmits the rotation of the magazine motor to the tool magazine. The machine tool performs indexing of the rotation of the tool magazine through the speed reducer by controlling the position of the magazine motor.

工具交換時、主軸ヘッドはワークの加工位置からZ軸原点を通過して上昇する。グリップアームは主軸に装着した使用済みの現工具を把持する。主軸ヘッドは更に上昇して主軸から工具を抜き取り、ATC原点まで上昇する。工具マガジンはマガジンモータの位置制御により回転し、次に使用する工具を把持したグリップアームを主軸直下に移動する。主軸ヘッドはATC原点から下降し、グリップアームは次に使用する工具を主軸に装着する。主軸ヘッドはZ軸原点まで下降する。   When changing the tool, the spindle head rises from the machining position of the workpiece through the Z-axis origin. The grip arm grips the used current tool attached to the spindle. The spindle head rises further, removes the tool from the spindle, and rises to the ATC origin. The tool magazine is rotated by the position control of the magazine motor, and the grip arm that holds the tool to be used next is moved directly below the spindle. The spindle head descends from the ATC origin, and the grip arm mounts the next tool to be used on the spindle. The spindle head descends to the Z-axis origin.

特開2012−206227号公報JP 2012-206227 A

主軸と工具マガジンの相対位置の精度は重要である。相対位置の精度は減速機に大きく依存する。工具マガジン回転後、主軸に対して、グリップアームが把持する次に使用する工具の位置がずれた場合、主軸に対して工具を装着する際の衝撃は大きくなる。原因は主軸と工具マガジンの夫々の剛性による。主軸、工具マガジン、及び減速機は大きな負荷を受けるので、故障の原因となる可能性があった。   The accuracy of the relative position of the spindle and tool magazine is important. The accuracy of the relative position greatly depends on the speed reducer. If the position of the next tool to be gripped by the grip arm shifts with respect to the spindle after the tool magazine rotates, the impact when the tool is mounted on the spindle becomes large. The cause is due to the rigidity of the spindle and tool magazine. The spindle, the tool magazine, and the reducer are subjected to a large load, which may cause a failure.

本発明の目的は、工具交換時において、主軸に工具を装着する際の衝撃を軽減できる工作機械を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a machine tool capable of reducing an impact when a tool is mounted on a main shaft at the time of tool replacement.

本発明の請求項1に係る工作機械は、工具を装着してワークを加工する主軸と、前記主軸に装着する前記工具を格納する格納部と、前記格納部に格納した前記工具を所定位置に搬送する搬送機構と、前記搬送機構を駆動する搬送モータと、前記搬送モータの前記搬送機構に付与するトルクを制御するトルク制御手段と、前記搬送機構が前記所定位置に搬送した前記工具を前記主軸に装着する装着手段とを備えた工作機械において、前記トルク制御手段は、前記工具が前記所定位置に搬送したときの前記搬送モータの軸周りの位置を目標位置に設定する目標位置設定手段と、前記搬送モータの位置を検出するエンコーダからの信号に基づき、前記搬送モータの現在位置を検出する現在位置検出手段と、前記目標位置設定手段が設定した前記目標位置から前記現在位置検出手段が検出した前記現在位置を差し引いた第一差分を速度に変換し、当該変換した速度を目標速度として設定する目標速度設定手段と、前記エンコーダからの信号に基づき、前記搬送モータの速度を検出する速度検出手段と、前記目標速度設定手段が設定した前記目標速度から前記速度検出手段が検出した前記速度を差し引いた第二差分を反復して加算することにより累積値を算出する累積値算出手段と、前記第二差分に、前記累積値算出手段が算出した前記累積値を加算した加算値に基づき、前記搬送機構に付与するトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として前記搬送モータに出力する第1制御と、前記第二差分に基づき、前記搬送機構に付与するトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として前記搬送モータに出力する第2制御とを相互に切替える制御切替手段とを備え、前記制御切替手段は、前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送するとき、前記第1制御を実行し、前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記第1制御から前記第2制御に切替えることを特徴とする。制御切替手段は、搬送機構によって工具を所定位置に搬送した後、第1制御から第2制御に切替える。第1制御では、第二差分に累積値を加算した加算値に基づきトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として搬送モータに出力する。第2制御では、第二差分に基づきトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として搬送モータに出力する。よって、第2制御で搬送機構に付与するトルクは、第1制御で搬送機構に付与するトルクよりも小さい。故に、工具交換において、主軸に対して所定位置に搬送した工具の位置がずれている場合でも、制御切替手段は第2制御に切替えるので、工具の位置は主軸の位置にならって移動できる。故に工作機械は搬送機構にかかる負荷を低減できる。工作機械は、主軸に工具を装着する際に、主軸、格納部、及び搬送機構にかかる衝撃を小さくできるので、各部位の故障を防止できる。工作機械は、搬送機構の従来の位置決め精度でも、主軸に対して工具を良好に装着できるので、搬送機構の位置決め精度向上の為のコストを低減できる。 A machine tool according to a first aspect of the present invention includes a spindle for mounting a tool to process a workpiece, a storage unit for storing the tool to be mounted on the spindle, and the tool stored in the storage unit at a predetermined position. A transport mechanism for transporting, a transport motor for driving the transport mechanism, torque control means for controlling a torque applied to the transport mechanism of the transport motor, and the tool transported to the predetermined position by the transport mechanism. In the machine tool provided with mounting means to be mounted on, the torque control means, target position setting means for setting the position around the axis of the transport motor when the tool is transported to the predetermined position, as a target position; Based on a signal from an encoder that detects the position of the transport motor, current position detection means for detecting the current position of the transport motor, and the target set by the target position setting means A first difference obtained by subtracting the current position detected by the current position detection means from a position is converted into a speed, and a target speed setting means for setting the converted speed as a target speed and a signal from the encoder, A cumulative value is obtained by repeatedly adding a second difference obtained by subtracting the speed detected by the speed detection means from the target speed set by the target speed setting means, and a speed detection means for detecting the speed of the transport motor. Based on an addition value obtained by adding the cumulative value calculated by the cumulative value calculation means to the cumulative value calculation means to be calculated and the second difference, the torque to be applied to the transport mechanism is calculated, and the calculated torque is torqued Based on the first control output to the transport motor as a command and the second difference, a torque to be applied to the transport mechanism is calculated, and the calculated torque is used as a torque indicator. Control switching means for mutually switching the second control to be output to the transport motor as the control switching means executes the first control when the tool is transported to the predetermined position by the transport mechanism. Then, after the tool is transported to the predetermined position by the transport mechanism, the first control is switched to the second control . The control switching means switches from the first control to the second control after the tool is transported to a predetermined position by the transport mechanism. In the first control, torque is calculated based on an addition value obtained by adding the accumulated value to the second difference, and the calculated torque is output to the transport motor as a torque command. In the second control, torque is calculated based on the second difference, and the calculated torque is output to the transport motor as a torque command. Therefore, the torque applied to the transport mechanism in the second control is smaller than the torque applied to the transport mechanism in the first control. Therefore, even when the position of the tool transported to a predetermined position with respect to the main shaft is shifted in tool replacement, the control switching means is switched to the second control, so that the position of the tool can be moved in accordance with the position of the main shaft. Therefore, the machine tool can reduce the load applied to the transport mechanism. Since the machine tool can reduce the impact on the spindle, the storage unit, and the transport mechanism when a tool is mounted on the spindle, failure of each part can be prevented. Since the machine tool can satisfactorily mount the tool on the spindle even with the conventional positioning accuracy of the transport mechanism, the cost for improving the positioning accuracy of the transport mechanism can be reduced.

請求項2に係る発明の工作機械は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記制御切替手段は、前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記装着手段が前記所定位置に搬送した前記工具を前記主軸に装着する直前に、前記第1制御から前記第2制御に切替えることを特徴とする。制御切替手段は、工具を主軸に装着する直前に第1制御から第2制御に切替えるので、所定位置にある工具を主軸に装着する直前まで、搬送機構には第1制御のトルクが付与されている。故に、工作機械は主軸に工具が装着する直前までにおいて、搬送機構が外部衝撃により不安定に動いてしまうのを防止できる。 Machine tool of the invention according to claim 2, in addition to the configuration of the invention according to claim 1, wherein the control switching means, after transporting the tool by the transport mechanism to the predetermined position, the mounting means is the predetermined The first control is switched to the second control immediately before the tool transported to a position is mounted on the spindle. Since the control switching means switches from the first control to the second control immediately before the tool is mounted on the spindle, the torque of the first control is applied to the transport mechanism until immediately before the tool at a predetermined position is mounted on the spindle. Yes. Therefore, the machine tool can prevent the transport mechanism from being unstablely moved by an external impact until immediately before the tool is mounted on the spindle.

請求項3に係る発明の工作機械は、請求項1又は2に記載の発明の構成に加え、前記格納部は、一軸線を中心に回転可能な円盤状の本体部と、該本体部の外周に備え、前記工具を保持する複数のグリップアームとを備えた工具マガジンであって、前記搬送機構は、前記搬送モータの回転速度を減じて、前記工具マガジンを周方向に回転させ、前記複数のグリップアームのうち一のグリップアームが保持する前記工具を前記所定位置に位置決めする減速機であって、前記主軸は、自身の軸方向で、原点位置よりも前記ワーク側で前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の領域で、前記格納部に格納した前記工具との工具交換を行う工具交換領域との間を移動可能であって、前記装着手段は、前記工具交換領域において、前記主軸を、前記搬送機構が前記所定位置に搬送した前記工具に向けて移動させることにより、前記主軸に前記工具を装着することを特徴とする。本発明はタレット式の工具マガジンを備える工作機械に適用可能である。従来の減速機の位置決め精度でも、主軸に対して工具を良好に装着できる。   A machine tool according to a third aspect of the present invention is the machine tool according to the first or second aspect, wherein the storage portion is a disc-shaped main body rotatable around a single axis, and an outer periphery of the main body. And a plurality of grip arms for holding the tool, wherein the transport mechanism reduces the rotational speed of the transport motor to rotate the tool magazine in the circumferential direction, and A reduction device that positions the tool held by one grip arm of the grip arms at the predetermined position, wherein the main shaft performs a machining operation on the workpiece on the workpiece side with respect to the workpiece in the axial direction. It is possible to move between a machining area to be performed and a tool exchange area for exchanging the tool with the tool stored in the storage unit in an area opposite to the machining area from the origin position, and the mounting Means In serial tool change area, the main shaft, by moving toward the tool which the conveying mechanism is conveyed to the predetermined position, characterized by mounting the tool on the spindle. The present invention can be applied to a machine tool including a turret type tool magazine. Even with the positioning accuracy of the conventional reduction gear, the tool can be mounted on the main shaft satisfactorily.

請求項4に係る発明の工作機械は、請求項3に記載の発明の構成に加え、前記制御切替手段は、前記第1制御から前記第2制御に切替えた後、前記主軸が前記工具交換領域から前記原点位置に移動した場合に、前記第2制御から前記第1制御に切替えることを特徴とする。工具を装着する際に下げたトルクは原点位置で復帰する。原点位置に移動後、搬送機構には第1制御のトルクが付与されるので、搬送機構が外部衝撃により不安定に動いてしまうのを防止できる。 A machine tool according to a fourth aspect of the present invention is the machine tool according to the third aspect, in addition to the configuration according to the third aspect, wherein the control switching means switches the first control to the second control, and then the spindle is moved to the tool change area. When moving from the second control to the origin position, the second control is switched to the first control . Torque was lowered when attaching the factory fixture is returned at the home position. Since the first control torque is applied to the transport mechanism after moving to the origin position, the transport mechanism can be prevented from moving unstable due to an external impact.

請求項5に係る発明の工作機械は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記搬送機構にかかるトルクを検出するトルク検出手段と、前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記トルク検出手段が検出した前記トルクは所定値以上か否か判断する判断手段とを備え、前記制御切替手段は、前記判断手段が前記トルクは前記所定値以上と判断した場合に、前記第1制御から前記第2制御に切替えることを特徴とする。トルク検出手段が所定値以上のトルクを検出した場合、主軸に対して所定位置に搬送した工具の位置はずれている可能性がある。所定値以上のトルクを検出した場合、工作機械は第1制御から第2制御に切替え、搬送機構に付与するトルクを小さくする。これにより、工具の位置は主軸の位置にならって移動できる。故に工作機械は搬送機構にかかる負荷を低減できる。 A machine tool according to a fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, transports the tool to the predetermined position by a torque detection means for detecting torque applied to the transport mechanism and the transport mechanism . after the torque said torque detecting means detects comprises determination means for determining whether more than a predetermined value, said control switching means, when said determination means the torque which is determined that the predetermined value or more, the The first control is switched to the second control . When the torque detection means detects a torque greater than or equal to a predetermined value, the position of the tool transported to a predetermined position with respect to the spindle may be displaced. When detecting a predetermined value or more torque, the machine tool switches to the second control from the first control, reduce the torque applied to the transport mechanism. Thereby, the position of the tool can be moved in accordance with the position of the spindle. Therefore, the machine tool can reduce the load applied to the transport mechanism.

工作機械1の斜視図。1 is a perspective view of a machine tool 1. 主軸ヘッド7周囲の一部破断図。FIG. 3 is a partially cutaway view around the spindle head 7. 工作機械1と数値制御装置30の電気的構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the machine tool 1 and the numerical control device 30. CPU31と駆動回路55Aによるマガジンモータ55の位置制御の概要を説明する為のブロック図。The block diagram for demonstrating the outline | summary of the position control of the magazine motor 55 by CPU31 and the drive circuit 55A. 工具交換処理の流れ図。The flowchart of a tool exchange process. 工具交換動作における主軸ヘッド7の昇降動作を示す図。The figure which shows the raising / lowering operation | movement of the spindle head 7 in a tool exchange operation | movement. Z490の主軸ヘッド7周囲の一部破断図。A partially cutaway view around the spindle head 7 of Z490. Z500の主軸ヘッド7周囲の一部破断図。The partially broken view around the spindle head 7 of Z500. Z510の主軸ヘッド7周囲の一部破断図。FIG. 10 is a partially cutaway view around the spindle head 7 of Z510. Z615(ATC原点)の主軸ヘッド7周囲の一部破断図。A partially broken view around the spindle head 7 at Z615 (ATC origin). 工具交換処理の変形例の流れ図。The flowchart of the modification of a tool exchange process.

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。以下の説明は、図中に矢印で示す上下、左右、前後を使用する。工作機械1の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械1のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向である。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description uses up and down, left and right, and front and back indicated by arrows in the figure. The left-right direction, the front-rear direction, and the up-down direction of the machine tool 1 are the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the machine tool 1, respectively.

図1を参照し、工作機械1の構造を説明する。工作機械1は、基台2、機械本体3、テーブル10、工具交換装置20等を備える。基台2は鉄製の略直方体状の土台である。機械本体3は基台2上部後方に設け、テーブル10上面に保持したワーク(図示略)を切削する。テーブル10は基台2上部中央に設け、X軸モータ53、Y軸モータ54(図3参照)、ガイド機構(図示略)により、X軸方向とY軸方向に移動可能である。工具交換装置20は機械本体3上部に設けたフレーム8に固定し、機械本体3の主軸9に装着した工具4を他の工具と交換する。   The structure of the machine tool 1 will be described with reference to FIG. The machine tool 1 includes a base 2, a machine body 3, a table 10, a tool changer 20, and the like. The base 2 is a substantially rectangular parallelepiped base made of iron. The machine body 3 is provided at the upper rear of the base 2 and cuts a work (not shown) held on the upper surface of the table 10. The table 10 is provided at the upper center of the base 2 and can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by an X-axis motor 53, a Y-axis motor 54 (see FIG. 3), and a guide mechanism (not shown). The tool changer 20 is fixed to a frame 8 provided on the upper part of the machine main body 3, and the tool 4 mounted on the main shaft 9 of the machine main body 3 is exchanged with another tool.

工作機械1は操作パネル(図示略)を備える。操作パネルは入力部24と表示部25(図3参照)を備える。作業者は入力部24により、NCプログラム、工具の種類、工具情報、各種パラメータ等を入力する。作業者が入力部24を操作すると、表示部25は各種入力画面又は操作画面等を表示する。   The machine tool 1 includes an operation panel (not shown). The operation panel includes an input unit 24 and a display unit 25 (see FIG. 3). The operator inputs an NC program, a tool type, tool information, various parameters, and the like through the input unit 24. When the operator operates the input unit 24, the display unit 25 displays various input screens or operation screens.

図1を参照し、機械本体3の構成を説明する。機械本体3は、コラム5、主軸ヘッド7、主軸9、制御箱6等を備える。コラム5は基台2上部後方に立設する。主軸ヘッド7はコラム5前面に沿ってZ軸方向に昇降可能である。主軸ヘッド7は内部に主軸9を回転可能に支持する。主軸9は工具ホルダ17(図2参照)を装着し、主軸モータ52(図2,図3参照)の駆動により高速回転する。主軸モータ52は主軸ヘッド7上部に設ける。工具ホルダ17は工具4を保持する。制御箱6は数値制御装置30(図3参照)を格納する。数値制御装置30は工作機械1の動作を制御する。   The configuration of the machine body 3 will be described with reference to FIG. The machine body 3 includes a column 5, a spindle head 7, a spindle 9, a control box 6, and the like. The column 5 is erected on the upper rear side of the base 2. The spindle head 7 can move up and down in the Z-axis direction along the front surface of the column 5. The spindle head 7 supports the spindle 9 rotatably inside. The spindle 9 is equipped with a tool holder 17 (see FIG. 2) and rotates at high speed by driving a spindle motor 52 (see FIGS. 2 and 3). The spindle motor 52 is provided on the spindle head 7. The tool holder 17 holds the tool 4. The control box 6 stores a numerical control device 30 (see FIG. 3). The numerical control device 30 controls the operation of the machine tool 1.

図2に示す如く、主軸ヘッド7はコラム5前面に設けたZ軸移動機構によりZ軸方向に昇降する。Z軸移動機構は一対のZ軸リニアガイド(図示略)、Z軸ボール螺子26(図2参照)、Z軸モータ51(図3参照)を備える。Z軸リニアガイドはZ軸方向に延出し且つ主軸ヘッド7をZ軸方向に案内する。Z軸ボール螺子26は一対のZ軸リニアガイドの間に配置し、上側軸受部27と下側軸受部(図示略)によって回転可能に設ける。主軸ヘッド7は背面にナット29(図2参照)を備える。ナット29はZ軸ボール螺子26に螺合する。Z軸モータ51はZ軸ボール螺子26を正逆方向に回転する。故に主軸ヘッド7はナット29と共にZ軸方向に移動する。   As shown in FIG. 2, the spindle head 7 is moved up and down in the Z-axis direction by a Z-axis moving mechanism provided on the front surface of the column 5. The Z-axis moving mechanism includes a pair of Z-axis linear guides (not shown), a Z-axis ball screw 26 (see FIG. 2), and a Z-axis motor 51 (see FIG. 3). The Z-axis linear guide extends in the Z-axis direction and guides the spindle head 7 in the Z-axis direction. The Z-axis ball screw 26 is disposed between a pair of Z-axis linear guides and is rotatably provided by an upper bearing portion 27 and a lower bearing portion (not shown). The spindle head 7 includes a nut 29 (see FIG. 2) on the back surface. The nut 29 is screwed into the Z-axis ball screw 26. The Z-axis motor 51 rotates the Z-axis ball screw 26 in the forward and reverse directions. Therefore, the spindle head 7 moves in the Z-axis direction together with the nut 29.

図2を参照し、主軸ヘッド7の内部構造を説明する。主軸ヘッド7は前方下部の内側に主軸9を回転可能に支持する。主軸9は上下方向に回転軸を有する。主軸9は主軸モータ52の駆動軸にカップリング23を介して連結する。故に主軸9は主軸モータ52の回転駆動で回転する。主軸9はテーパ穴18とホルダ挟持部材19とドローバー81を備える。テーパ穴18は主軸9の先端部(下端部)に設ける。ホルダ挟持部材19はテーパ穴18の上方に設ける。ドローバー81は主軸9の中心を通る軸穴の中に同軸上に挿入して設ける。   The internal structure of the spindle head 7 will be described with reference to FIG. The spindle head 7 rotatably supports the spindle 9 inside the lower front part. The main shaft 9 has a rotation axis in the vertical direction. The main shaft 9 is connected to the drive shaft of the main shaft motor 52 via a coupling 23. Therefore, the main shaft 9 is rotated by the rotation drive of the main shaft motor 52. The main shaft 9 includes a tapered hole 18, a holder clamping member 19, and a draw bar 81. The tapered hole 18 is provided at the tip (lower end) of the main shaft 9. The holder clamping member 19 is provided above the tapered hole 18. The draw bar 81 is provided by being coaxially inserted into a shaft hole passing through the center of the main shaft 9.

工具ホルダ17は一端側に工具4を保持し、他端側にテーパ装着部17Aとプルスタッド17Bを備える。テーパ装着部17Aは略円錐状である。プルスタッド17Bはテーパ装着部17Aの頂上部から軸方向に突出する。テーパ装着部17Aは主軸9のテーパ穴18に装着する。テーパ穴18にテーパ装着部17Aを装着すると、ホルダ挟持部材19はプルスタッド17Bを挟持する。ドローバー81がホルダ挟持部材19を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材19はプルスタッド17Bの挟持を解除する。   The tool holder 17 holds the tool 4 on one end side, and includes a taper mounting portion 17A and a pull stud 17B on the other end side. The taper mounting portion 17A is substantially conical. The pull stud 17B protrudes in the axial direction from the top of the taper mounting portion 17A. The tapered mounting portion 17A is mounted in the tapered hole 18 of the main shaft 9. When the taper mounting portion 17A is mounted in the taper hole 18, the holder clamping member 19 clamps the pull stud 17B. When the draw bar 81 presses the holder holding member 19 downward, the holder holding member 19 releases the pull stud 17B.

主軸ヘッド7は後方上部の内側にクランクレバー60を備える。クランクレバー60は略L字型であり支軸61を中心に揺動自在である。支軸61は主軸ヘッド7内に固定する。クランクレバー60は縦方向レバー63と横方向レバー62を備える。縦方向レバー63は支軸61からコラム5側に対して斜め上方に延びて中間部65で上方に折曲して更に上方に延びる。横方向レバー62は支軸61からコラム5前方に略水平に延びる。横方向レバー62の先端部はドローバー81に直交して突設したピン58に上方から係合可能である。縦方向レバー63は上端部の背面に板カム体66を備える。板カム体66はコラム5側にカム面を備える。板カム体66のカム面は上側軸受部27に固定したカムフォロア67と接離可能である。カムフォロア67は板カム体66のカム面を摺動する。引張コイルバネ(図示略)は縦方向レバー63と主軸ヘッド7との間に弾力的に設ける。クランクレバー60を右側面から見た場合、引張コイルバネはクランクレバー60を時計回りに常時付勢する。故にクランクレバー60は横方向レバー62によるピン58の下方向への押圧を常時解除する。   The spindle head 7 is provided with a crank lever 60 inside the rear upper part. The crank lever 60 is substantially L-shaped and can swing around a support shaft 61. The spindle 61 is fixed in the spindle head 7. The crank lever 60 includes a vertical lever 63 and a horizontal lever 62. The longitudinal lever 63 extends obliquely upward from the support shaft 61 to the column 5 side, bends upward at the intermediate portion 65, and further extends upward. The lateral lever 62 extends substantially horizontally from the support shaft 61 to the front of the column 5. The front end of the lateral lever 62 can be engaged from above with a pin 58 projecting perpendicularly to the draw bar 81. The vertical lever 63 includes a plate cam body 66 on the back surface of the upper end portion. The plate cam body 66 has a cam surface on the column 5 side. The cam surface of the plate cam body 66 can be brought into and out of contact with a cam follower 67 fixed to the upper bearing portion 27. The cam follower 67 slides on the cam surface of the plate cam body 66. A tension coil spring (not shown) is elastically provided between the longitudinal lever 63 and the spindle head 7. When the crank lever 60 is viewed from the right side, the tension coil spring constantly urges the crank lever 60 clockwise. Therefore, the crank lever 60 always releases the downward pressing of the pin 58 by the lateral lever 62.

図6〜図9を参照し、主軸9のテーパ穴18への工具ホルダ17の脱着動作を説明する。図6に示す如く、主軸9のテーパ穴18に、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aを装着した状態で、主軸ヘッド7は上昇する。クランクレバー60に設けた板カム体66はカムフォロア67に接触して摺動する。図7に示す如く、後述するグリップアーム90の把持部91は工具ホルダ17を把持し、板カム体66のカム形状に沿ってカムフォロア67は摺動する。クランクレバー60は右側面から見た場合に支軸61を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー62はピン58に上方から係合してドローバー81を下方に押圧する。ドローバー81はホルダ挟持部材19を下方に付勢する。ホルダ挟持部材19はプルスタッド17Bの挟持を解除する。図8,図9の順に示す如く、主軸ヘッド7はATC原点まで更に上昇する。工具ホルダ17は主軸9のテーパ穴18から抜ける。主軸9のテーパ穴18に対して、工具ホルダ17の取り外しは完了する。   With reference to FIGS. 6 to 9, the operation of detaching the tool holder 17 from the tapered hole 18 of the main shaft 9 will be described. As shown in FIG. 6, the spindle head 7 ascends with the taper mounting portion 17 </ b> A of the tool holder 17 installed in the tapered hole 18 of the spindle 9. The plate cam body 66 provided on the crank lever 60 contacts the cam follower 67 and slides. As shown in FIG. 7, the grip portion 91 of the grip arm 90 described later grips the tool holder 17, and the cam follower 67 slides along the cam shape of the plate cam body 66. The crank lever 60 rotates counterclockwise around the support shaft 61 when viewed from the right side. The lateral lever 62 engages with the pin 58 from above and presses the draw bar 81 downward. The draw bar 81 urges the holder holding member 19 downward. The holder clamping member 19 releases the pull stud 17B. As shown in the order of FIGS. 8 and 9, the spindle head 7 is further raised to the ATC origin. The tool holder 17 comes out of the tapered hole 18 of the main shaft 9. Removal of the tool holder 17 is completed with respect to the tapered hole 18 of the main shaft 9.

主軸ヘッド7がATC原点に到達すると、工具交換装置20の後述するマガジンベース71は回転し、工具交換装置20はNCプログラムの制御コマンドが指定する工具を工具交換位置に割り出す。工具交換位置は工具マガジン21の最下方位置で且つ主軸9に近接して対向する位置である。工具交換位置に割り出した工具は、ATC原点に移動した主軸ヘッド7の下方に位置する。   When the spindle head 7 reaches the ATC origin, a magazine base 71 (to be described later) of the tool changer 20 rotates, and the tool changer 20 determines the tool specified by the NC program control command at the tool change position. The tool change position is the lowest position of the tool magazine 21 and a position facing the spindle 9 in the vicinity. The tool indexed to the tool change position is located below the spindle head 7 that has moved to the ATC origin.

次いで、図9,図8の順に示す如く、主軸ヘッド7はATC原点から下降し、主軸9のテーパ穴18に工具ホルダ17のテーパ装着部17Aが進入する。主軸9のテーパ穴18に、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aを挿入した状態で、主軸ヘッド7は更に下降する。クランクレバー60に設けた板カム体66はカムフォロア67に摺動する。板カム体66のカム形状に沿ってカムフォロア67が摺動する。図7に示す如く、クランクレバー60は右側面から見た場合に支軸61を中心に時計回りに回転する。故に横方向レバー62はピン58から離れ、ドローバー81の下方への押圧を解除する。ドローバー81はホルダ挟持部材19の下方への付勢を解除し、ホルダ挟持部材19はプルスタッド17Bを挟持する。図6に示す如く、主軸9のテーパ穴18に対して、工具ホルダ17の装着が完了する。   Next, as shown in the order of FIGS. 9 and 8, the spindle head 7 descends from the ATC origin, and the tapered mounting portion 17 </ b> A of the tool holder 17 enters the tapered hole 18 of the spindle 9. With the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 inserted into the taper hole 18 of the main shaft 9, the main shaft head 7 is further lowered. The plate cam body 66 provided on the crank lever 60 slides on the cam follower 67. A cam follower 67 slides along the cam shape of the plate cam body 66. As shown in FIG. 7, the crank lever 60 rotates clockwise about the support shaft 61 when viewed from the right side. Therefore, the lateral lever 62 is separated from the pin 58 to release the downward pressing of the draw bar 81. The draw bar 81 releases the downward biasing of the holder clamping member 19, and the holder clamping member 19 clamps the pull stud 17B. As shown in FIG. 6, the mounting of the tool holder 17 is completed in the tapered hole 18 of the main shaft 9.

図2を参照し、工具交換装置20の構造を説明する。工具交換装置20は工具マガジン21を備える。工具マガジン21はタレット式である。工具マガジン21はマガジンベース71と複数のグリップアーム90を備える。マガジンベース71は円盤状である。複数のグリップアーム90はマガジンベース71の外周に沿って前後方向に揺動可能に設ける。マガジン支持台45はフレーム8に固定する。フレーム8はコラム5に固定し且つ主軸ヘッド7に近接して配置する。マガジン支持台45は支軸75を回転可能に支持する。支軸75は工作機械1の前方に対して斜め下方に延びる。支軸75はマガジンベース71を回転可能に支持する。マガジンベース71は工作機械1の前方に対して正面を向けて配置する。   The structure of the tool changer 20 will be described with reference to FIG. The tool changer 20 includes a tool magazine 21. The tool magazine 21 is a turret type. The tool magazine 21 includes a magazine base 71 and a plurality of grip arms 90. The magazine base 71 has a disk shape. The plurality of grip arms 90 are provided so as to be swingable in the front-rear direction along the outer periphery of the magazine base 71. The magazine support 45 is fixed to the frame 8. The frame 8 is fixed to the column 5 and arranged close to the spindle head 7. The magazine support 45 supports the support shaft 75 in a rotatable manner. The support shaft 75 extends obliquely downward with respect to the front of the machine tool 1. The support shaft 75 rotatably supports the magazine base 71. The magazine base 71 is arranged with the front side facing the front of the machine tool 1.

図2を参照し、マガジンベース71の構造を説明する。マガジンベース71はボス部73と鍔部72を備える。ボス部73は筒状である。支軸75はボス部73内に挿入する。鍔部72はボス部73の外周面の前端側に軸方向に直交して設ける。ボス部73は後端部に割出円板77を固定する。割出円板77は支軸75を中心とし、背面側(主軸ヘッド7に対向する面)に複数のカムフォロア(図示外)を備える。複数のカムフォロアは複数のグリップアーム90の各位置に夫々対応して配置する。   The structure of the magazine base 71 will be described with reference to FIG. The magazine base 71 includes a boss portion 73 and a collar portion 72. The boss 73 is cylindrical. The support shaft 75 is inserted into the boss portion 73. The flange portion 72 is provided on the front end side of the outer peripheral surface of the boss portion 73 so as to be orthogonal to the axial direction. The boss 73 fixes the indexing disc 77 to the rear end. The indexing disc 77 has a plurality of cam followers (not shown) on the back side (surface facing the spindle head 7) with the support shaft 75 as the center. The plurality of cam followers are arranged corresponding to the positions of the plurality of grip arms 90, respectively.

減速機41はマガジン支持台45の上部に固定する。減速機41は複数のギヤとカム(図示略)を有する。マガジンモータ55は減速機41上部に固定する。マガジンモータ55の回転軸は減速機41と連結する。割出円板77の複数のカムフォロアは減速機41のカムに形成したカム溝(図示外)に夫々嵌合する。故に割出円板77は複数のグリップアーム90の中の一つを割り出し、マガジンベース71の最下方位置に移動できる。   The speed reducer 41 is fixed to the upper part of the magazine support 45. The speed reducer 41 has a plurality of gears and a cam (not shown). The magazine motor 55 is fixed to the upper part of the speed reducer 41. The rotation shaft of the magazine motor 55 is connected to the speed reducer 41. The plurality of cam followers of the indexing disc 77 are fitted into cam grooves (not shown) formed in the cam of the speed reducer 41, respectively. Therefore, the indexing disc 77 can index one of the plurality of grip arms 90 and move to the lowest position of the magazine base 71.

マガジンベース71は裏面外周に沿って複数の支点台78を固定する。支点台78はグリップアーム90を枢支軸85を中心に揺動可能に軸支する。グリップアーム90は一端に把持部91を備える。把持部91は工具を把持可能である。グリップアーム90は枢支軸85の近傍に主軸ヘッド7側に向けてカムフォロア93を回転自在に軸支する。カムフォロア93は主軸ヘッド7の昇降によって、主軸ヘッド7前面に固定されたカム体11の傾斜面を摺動する。グリップアーム90は枢支軸85を中心に揺動する。マガジンベース71の工具交換位置に割り出したグリップアーム90の把持部91は近接位置と退避位置との間を揺動できる。近接位置は主軸9に近接して対向する位置である。退避位置は主軸9から前方に離間する位置である。   The magazine base 71 fixes a plurality of fulcrum stands 78 along the outer periphery of the back surface. The fulcrum stand 78 supports the grip arm 90 so that it can swing around a pivot shaft 85. The grip arm 90 includes a grip portion 91 at one end. The grip part 91 can grip a tool. The grip arm 90 rotatably supports the cam follower 93 in the vicinity of the pivot shaft 85 toward the spindle head 7 side. The cam follower 93 slides on the inclined surface of the cam body 11 fixed to the front surface of the spindle head 7 as the spindle head 7 moves up and down. The grip arm 90 swings around the pivot shaft 85. The grip portion 91 of the grip arm 90 that is indexed to the tool change position of the magazine base 71 can swing between the proximity position and the retracted position. The proximity position is a position that is close to and faces the main shaft 9. The retreat position is a position away from the main shaft 9 forward.

グリップアーム90は把持部91とは反対側の他端に、鋼球92を圧縮コイルバネ(図示略)で外側に付勢した状態で出退可能に保持する。ボス部73は断面円弧状の案内面83が周設された円筒状のグリップ支持カラー80を外挿する。グリップアーム90の他端から出退する鋼球92の一部はグリップ支持カラー80の案内面83に弾力的に当接する。案内面83はグリップアーム90の他端側を案内する。故にグリップアーム90は安定して揺動できる。   The grip arm 90 holds the steel ball 92 at the other end opposite to the grip portion 91 in a state where the steel ball 92 is urged outward by a compression coil spring (not shown). The boss portion 73 extrapolates a cylindrical grip support collar 80 around which a guide surface 83 having an arcuate cross section is provided. A part of the steel ball 92 protruding and retracting from the other end of the grip arm 90 elastically contacts the guide surface 83 of the grip support collar 80. The guide surface 83 guides the other end side of the grip arm 90. Therefore, the grip arm 90 can swing stably.

案内面83は第一ノッチ溝98と第二ノッチ溝99を備える。第一ノッチ溝98は案内面83におけるマガジンベース71の前側に設ける。第二ノッチ溝99は案内面83における主軸ヘッド7側に設ける。第一ノッチ溝98に鋼球92が嵌着すると、把持部91が近接位置に移動した状態で、グリップアーム90は姿勢を保持する。第二ノッチ溝99に鋼球92が嵌着すると、把持部91が退避位置に移動した状態で、グリップアーム90は姿勢を保持する。   The guide surface 83 includes a first notch groove 98 and a second notch groove 99. The first notch groove 98 is provided on the front side of the magazine base 71 in the guide surface 83. The second notch groove 99 is provided on the guide head 83 on the spindle head 7 side. When the steel ball 92 is fitted in the first notch groove 98, the grip arm 90 maintains the posture in a state where the grip 91 is moved to the close position. When the steel ball 92 is fitted in the second notch groove 99, the grip arm 90 maintains the posture in a state where the grip portion 91 is moved to the retracted position.

図3を参照し、数値制御装置30と工作機械1の電気的構成を説明する。数値制御装置30は、CPU31、ROM32、RAM33、不揮発性記憶装置34、入出力部35、駆動回路51A〜55A等を備える。CPU31は数値制御装置30を統括制御する。ROM32は制御プログラムと工具交換プログラム等を記憶する。制御プログラムはNCプログラムを解析して実行するものである。工具交換プログラムは後述する工具交換処理(図5参照)を実行するものである。RAM33は各種処理実行中の各種データを一時的に記憶する。不揮発性記憶装置34は作業者が入力部24で入力して登録した複数のNCプログラム等を記憶する。NCプログラムは各種制御指令を含む複数のブロックで構成し、工作機械1の軸移動、工具交換等を含む各種動作をブロック単位で制御するものである。   With reference to FIG. 3, the electrical configuration of the numerical controller 30 and the machine tool 1 will be described. The numerical control device 30 includes a CPU 31, a ROM 32, a RAM 33, a nonvolatile storage device 34, an input / output unit 35, drive circuits 51A to 55A, and the like. The CPU 31 performs overall control of the numerical control device 30. The ROM 32 stores a control program, a tool change program, and the like. The control program analyzes and executes the NC program. The tool change program executes a tool change process (see FIG. 5) described later. The RAM 33 temporarily stores various data during execution of various processes. The non-volatile storage device 34 stores a plurality of NC programs and the like registered by the operator through the input unit 24. The NC program is composed of a plurality of blocks including various control commands, and controls various operations including axis movement of the machine tool 1, tool change, and the like in units of blocks.

駆動回路51AはZ軸モータ51とエンコーダ51Bに接続する。駆動回路52Aは主軸モータ52とエンコーダ52Bに接続する。駆動回路53AはX軸モータ53とエンコーダ53Bに接続する。駆動回路54AはY軸モータ54とエンコーダ54Bに接続する。駆動回路55Aはマガジンモータ55とエンコーダ55Bに接続する。駆動回路51A〜55AはCPU31から指令を受け、対応する各モータ51〜55に駆動電流を夫々出力する。駆動回路51A〜55Aはエンコーダ51B〜55Bからフィードバック信号を受け、位置と速度のフィードバック制御を行う。フィードバック信号はパルス信号である。入出力部35は入力部24と表示部25に夫々接続する。   The drive circuit 51A is connected to the Z-axis motor 51 and the encoder 51B. The drive circuit 52A is connected to the spindle motor 52 and the encoder 52B. The drive circuit 53A is connected to the X-axis motor 53 and the encoder 53B. The drive circuit 54A is connected to the Y-axis motor 54 and the encoder 54B. The drive circuit 55A is connected to the magazine motor 55 and the encoder 55B. The drive circuits 51A to 55A receive commands from the CPU 31 and output drive currents to the corresponding motors 51 to 55, respectively. The drive circuits 51A to 55A receive feedback signals from the encoders 51B to 55B and perform position and speed feedback control. The feedback signal is a pulse signal. The input / output unit 35 is connected to the input unit 24 and the display unit 25, respectively.

使用者は複数のNCプログラムの中から一のNCプログラムを入力部24で選択可能である。CPU31は選択したNCプログラムを表示部25に表示する。CPU31は表示部25に表示したNCプログラムに基づき、工作機械1の動作を制御する。   The user can select one NC program from among a plurality of NC programs with the input unit 24. The CPU 31 displays the selected NC program on the display unit 25. The CPU 31 controls the operation of the machine tool 1 based on the NC program displayed on the display unit 25.

図4を参照し、CPU31と駆動回路55Aによるマガジンモータ55の位置制御の概要を説明する。駆動回路55Aは、減算器100、速度変換部101、減算器102、累積部103、加算器104、比例制御部105、速度変換部106、位置変換部107を備える。CPU31は、マガジンモータ55の軸回りの目標位置を定める。目標位置は、工具交換を行う際に、次工具が工具交換位置となるマガジンモータ55の特定位置に設定する。次工具は、NCプログラムの制御コマンドが指定する工具である。CPU31が設定した目標位置と、位置変換部107が出力するマガジンモータ55の検出位置は、減算器100に入力する。減算器100は目標位置−検出位置の演算を行い、演算結果である差分値を速度変換部101へ与える。   The outline of the position control of the magazine motor 55 by the CPU 31 and the drive circuit 55A will be described with reference to FIG. The drive circuit 55A includes a subtracter 100, a speed converter 101, a subtractor 102, an accumulator 103, an adder 104, a proportional controller 105, a speed converter 106, and a position converter 107. The CPU 31 determines a target position around the axis of the magazine motor 55. The target position is set to a specific position of the magazine motor 55 at which the next tool becomes the tool change position when changing the tool. The next tool is a tool designated by the control command of the NC program. The target position set by the CPU 31 and the detected position of the magazine motor 55 output by the position conversion unit 107 are input to the subtracter 100. The subtracter 100 calculates the target position-detected position, and gives a difference value as a calculation result to the speed conversion unit 101.

速度変換部101は差分値を速度に変換し、該速度を目標速度として減算器102へ出力する。CPU31は周期的にマガジンモータ55へ指令を与えて回転位置を制御する。速度変換部101は差分値と指令を与える周期等に基づき、今周期における目標速度を算出して出力する。   The speed conversion unit 101 converts the difference value into a speed and outputs the speed to the subtracter 102 as a target speed. The CPU 31 periodically gives a command to the magazine motor 55 to control the rotational position. The speed conversion unit 101 calculates and outputs a target speed in the current period based on the difference value and the period for giving the command.

エンコーダ55Bはマガジンモータ55の軸回りの位置に応じた信号を出力する。エンコーダ55Bの入力信号は、速度変換部106と位置変換部107に入力する。速度変換部106はエンコーダ55Bからの入力信号を、マガジンモータ55の速度に変換する。速度変換部101が出力する目標速度と、速度変換部106が出力する検出速度は、減算器102へ入力する。位置変換部107はエンコーダ55Bからの入力信号を、マガジンモータ55の位置に変換する。位置変換部107が出力する検出位置は減算器100へ入力する。減算器102は目標速度−検出速度の演算を行い、演算結果である差分を出力する。減算器102が算出する差分は、マガジンモータ55の目標位置と現位置との差分に応じた値となる。   The encoder 55B outputs a signal corresponding to the position of the magazine motor 55 around the axis. The input signal of the encoder 55B is input to the speed conversion unit 106 and the position conversion unit 107. The speed converter 106 converts the input signal from the encoder 55B into the speed of the magazine motor 55. The target speed output from the speed converter 101 and the detected speed output from the speed converter 106 are input to the subtractor 102. The position converter 107 converts the input signal from the encoder 55B into the position of the magazine motor 55. The detection position output from the position conversion unit 107 is input to the subtracter 100. The subtractor 102 calculates target speed-detected speed and outputs a difference as a calculation result. The difference calculated by the subtracter 102 is a value corresponding to the difference between the target position of the magazine motor 55 and the current position.

減算器102が出力する差分は累積部103と加算器104へ与える。累積部103は減算器102が算出した目標速度と検出速度の差分を反復して加算することにより累積値を算出し、算出した累積値を加算器104へ与える。CPU31は、マガジンモータ55の位置制御において、累積部103が算出した累積値を用いるか否かの切替制御を行う。累積部103が算出した累積値を加算器104へ入力する制御は、第1制御である。累積部103が算出した累積値を加算器104へ入力しない制御は、第2制御である。第2制御に切り替えた場合、累積部103は累積値を零に初期化する。CPU31は、工作機械1の状況に応じて第1制御と第2制御の切替を行う。   The difference output from the subtracter 102 is given to the accumulator 103 and the adder 104. The accumulating unit 103 calculates the accumulated value by repeatedly adding the difference between the target speed and the detected speed calculated by the subtracter 102, and gives the calculated accumulated value to the adder 104. In the position control of the magazine motor 55, the CPU 31 performs switching control as to whether or not to use the accumulated value calculated by the accumulating unit 103. The control for inputting the accumulated value calculated by the accumulating unit 103 to the adder 104 is the first control. Control that does not input the accumulated value calculated by the accumulating unit 103 to the adder 104 is second control. When switching to the second control, the accumulating unit 103 initializes the accumulated value to zero. The CPU 31 switches between the first control and the second control according to the state of the machine tool 1.

第1制御に切り替えた場合、加算器104は減算器102が算出した差分と、累積部103が算出した累積値との加算を行い、合計値を速度指令として比例制御部105へ与える。第2制御に切り替えた場合、加算器104は減算器102が算出した差分のみを速度指令として比例制御部105へ与える。比例制御部105は速度指令に基づき、該速度に比例するトルクを算出し、算出したトルクをトルク指令としてマガジンモータ55に出力する。マガジンモータ55はトルク指令に基づき、軸回りの特定位置へ回転する。マガジンモータ55は減速機41を介して工具マガジン21を回転し、次工具を工具交換位置に搬送する。以上のように、CPU31と駆動回路55Aはマガジンモータ55のフィードバック制御を行う。   When the control is switched to the first control, the adder 104 adds the difference calculated by the subtracter 102 and the accumulated value calculated by the accumulating unit 103, and gives the total value to the proportional control unit 105 as a speed command. When switching to the second control, the adder 104 gives only the difference calculated by the subtractor 102 to the proportional control unit 105 as a speed command. The proportional control unit 105 calculates a torque proportional to the speed based on the speed command, and outputs the calculated torque to the magazine motor 55 as a torque command. The magazine motor 55 rotates to a specific position around the axis based on the torque command. The magazine motor 55 rotates the tool magazine 21 via the speed reducer 41 and conveys the next tool to the tool change position. As described above, the CPU 31 and the drive circuit 55A perform feedback control of the magazine motor 55.

図4〜図9を参照し、CPU31が実行する工具交換処理を説明する。以下説明では、Z軸の機械原点をZ軸原点という。機械原点とは、X軸、Y軸の機械座標が零である位置、Z軸の機械座標がワークを加工可能な上限位置となる位置である。本実施形態では、説明の便宜上、Z180を加工位置、Z480をZ軸原点、Z615をATC原点とする。Z軸原点よりもテーブル10側の領域は加工領域、Z軸原点よりも加工領域とは反対側の領域は工具交換領域である。加工領域はワークの加工動作を行う為の領域である。工具交換領域は工具交換装置20による工具交換を行う為の領域である。   A tool change process executed by the CPU 31 will be described with reference to FIGS. In the following description, the Z-axis mechanical origin is referred to as the Z-axis origin. The machine origin is a position where the X-axis and Y-axis machine coordinates are zero, and the Z-axis machine coordinate is a position at which the workpiece can be machined. In this embodiment, for convenience of explanation, Z180 is a machining position, Z480 is a Z-axis origin, and Z615 is an ATC origin. An area on the table 10 side from the Z-axis origin is a machining area, and an area on the opposite side to the machining area from the Z-axis origin is a tool change area. The machining area is an area for performing a workpiece machining operation. The tool change area is an area for performing tool change by the tool changer 20.

本実施形態は更にZ510を所定位置とする。所定位置は、主軸ヘッド7のATC原点からの下降時にて、主軸9のテーパ穴18に、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aが進入し、テーパ穴18の内周面に、テーパ装着部17Aの外周面が当接する直前の位置とする。図6の矢印は主軸ヘッド7の移動を示す。Z軸はテーブル10上面を基準(零)とする。Z490はテーブル10上面から490mm高い位置を示し、他のZ180、Z480等のZの後の数値はテーブル上面からの高さを示す。尚、図5はNCプログラム中の工具交換指令が実行される時に起動する。   In the present embodiment, Z510 is set as a predetermined position. The predetermined position is that when the spindle head 7 is lowered from the ATC origin, the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 enters the taper hole 18 of the main shaft 9, and the taper mounting portion 17A is inserted into the inner peripheral surface of the taper hole 18. The position immediately before the outer peripheral surface comes into contact. The arrows in FIG. 6 indicate the movement of the spindle head 7. The Z axis uses the upper surface of the table 10 as a reference (zero). Z490 indicates a position 490 mm higher than the upper surface of the table 10, and other numerical values after Z such as Z180 and Z480 indicate the height from the upper surface of the table. FIG. 5 starts when a tool change command in the NC program is executed.

CPU31は工作機械1の起動時、マガジンモータ55の位置制御を第1制御に切り替え、原点検出を行う。CPU31は制御プログラムでNCプログラムを一ブロック毎に実行し、テーブル10上に固定するワークの切削加工を行う。工具交換を指示する制御コマンドを読み込んだ場合、CPU31はROM32から工具交換プログラムを読み込んで工具交換処理を実行する。工具交換処理は工具交換動作を実行するものである。工具交換動作は上昇工程、マガジン回転工程、下降工程の順に実行する。   When the machine tool 1 is started, the CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 to the first control and performs origin detection. The CPU 31 executes an NC program for each block as a control program, and performs cutting of a workpiece fixed on the table 10. When the control command for instructing the tool change is read, the CPU 31 reads the tool change program from the ROM 32 and executes the tool change process. The tool change process executes a tool change operation. The tool change operation is executed in the order of an ascending process, a magazine rotating process, and a descending process.

[上昇工程]
CPU31は主軸ヘッド7のZ軸原点への移動を開始し、且つ主軸9のオリエント動作を実行する(S1)。オリエント動作は主軸9の回転角度位置を、工具交換を行う位置に停止する動作である。CPU31はZ軸モータ51を回転する。CPU31は加工位置であるZ180から主軸ヘッド7の上昇を開始する。CPU31はZ軸原点(Z480)への移動を完了したか否か判断する(S2)。Z軸原点への移動を完了するまでは(S2:NO)、CPU31はS2に戻り主軸ヘッド7の上昇を継続する。
[Rising process]
The CPU 31 starts the movement of the spindle head 7 to the Z-axis origin and executes the orientation operation of the spindle 9 (S1). The orientation operation is an operation for stopping the rotation angle position of the main shaft 9 at a position where the tool is changed. The CPU 31 rotates the Z axis motor 51. The CPU 31 starts to raise the spindle head 7 from Z180, which is the machining position. The CPU 31 determines whether or not the movement to the Z-axis origin (Z480) has been completed (S2). Until the movement to the Z-axis origin is completed (S2: NO), the CPU 31 returns to S2 and continues to raise the spindle head 7.

Z軸原点への移動を完了した場合(S2:YES)、CPU31は続いて主軸ヘッド7のATC原点への移動を開始する(S3)。主軸ヘッド7がZ軸原点からATC原点まで上昇する間、図7に示す如く、板カム体66はカムフォロア67に当接する。図7〜図8の順に示す如く、主軸ヘッド7の上昇により、カムフォロア93は主軸ヘッド7前面に固定されたカム体11の傾斜面を上部から下方に向けて摺動する。グリップアーム90は枢支軸85を中心に揺動する。マガジンベース71の最下方位置である工具交換位置に割り出したグリップアーム90の把持部91は、主軸9の近接位置に移動する。把持部91は主軸9に装着した工具ホルダ17を把持する。   When the movement to the Z-axis origin is completed (S2: YES), the CPU 31 subsequently starts moving the spindle head 7 to the ATC origin (S3). While the spindle head 7 is raised from the Z-axis origin to the ATC origin, the plate cam body 66 abuts against the cam follower 67 as shown in FIG. As shown in the order of FIGS. 7 to 8, the cam follower 93 slides on the inclined surface of the cam body 11 fixed to the front surface of the spindle head 7 downward from the upper part as the spindle head 7 rises. The grip arm 90 swings around the pivot shaft 85. The grip portion 91 of the grip arm 90 that has been indexed to the tool change position that is the lowest position of the magazine base 71 moves to a position close to the spindle 9. The grip portion 91 grips the tool holder 17 attached to the main shaft 9.

一方、図7〜図8の順に示す如く、板カム体66はカムフォロア67に接触して上方に摺動する。板カム体66のカム形状に沿ってクランクレバー60は揺動する。クランクレバー60は右側面から見た場合に、支軸61を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー62はピン58に係合してドローバー81を下方に押圧する。ドローバー81はホルダ挟持部材19を下方に付勢する。ホルダ挟持部材19はプルスタッド17Bの挟持を解除する。工具ホルダ17は主軸9のテーパ穴18から取り外し可能となる。図9に示す如く、主軸ヘッド7は更に上昇する。グリップアーム90の把持部91は主軸9のテーパ穴18から工具ホルダ17を引き抜く。主軸ヘッド7はATC原点に向けて更に上昇する。   On the other hand, as shown in the order of FIGS. 7 to 8, the plate cam body 66 contacts the cam follower 67 and slides upward. The crank lever 60 swings along the cam shape of the plate cam body 66. The crank lever 60 rotates counterclockwise about the support shaft 61 when viewed from the right side. The lateral lever 62 engages with the pin 58 and presses the draw bar 81 downward. The draw bar 81 urges the holder holding member 19 downward. The holder clamping member 19 releases the pull stud 17B. The tool holder 17 can be removed from the tapered hole 18 of the main shaft 9. As shown in FIG. 9, the spindle head 7 is further raised. The grip portion 91 of the grip arm 90 pulls out the tool holder 17 from the tapered hole 18 of the main shaft 9. The spindle head 7 is further raised toward the ATC origin.

CPU31は主軸ヘッド7がATC原点(Z615)への移動が完了したか否か判断する(S4)。ATC原点への移動が完了するまでは(S4:NO)、CPU31はS4に戻り、主軸ヘッド7の上昇を継続する。   The CPU 31 determines whether or not the spindle head 7 has been moved to the ATC origin (Z615) (S4). Until the movement to the ATC origin is completed (S4: NO), the CPU 31 returns to S4 and continues raising the spindle head 7.

[マガジン回転工程]
ATC原点への移動が完了した場合(S4:YES)、主軸ヘッド7の上昇工程は完了したので、CPU31はマガジンモータ55の位置制御を行い、次工具を工具交換位置に割り出すまで、工具マガジン21を回転する(S5)。マガジンモータ55の位置制御は上記の通り、累積部103の累積値を用いる第1制御で行う。故に工具マガジン21の次工具を工具交換位置に割り出すまでの回転を高速化及び高精度化できる。CPU31は工具マガジン21の回転が完了したか否か判断する(S6)。工具マガジン21の回転が完了するまで(S6:NO)、CPU31はS6に戻り工具マガジン21を回転し続ける。
[Magazine rotation process]
When the movement to the ATC origin is completed (S4: YES), since the ascending process of the spindle head 7 is completed, the CPU 31 controls the position of the magazine motor 55 and continues until the next tool is indexed to the tool change position. Is rotated (S5). As described above, the position control of the magazine motor 55 is performed by the first control using the accumulated value of the accumulating unit 103. Therefore, the rotation until the next tool of the tool magazine 21 is indexed to the tool change position can be increased in speed and accuracy. The CPU 31 determines whether or not the rotation of the tool magazine 21 is completed (S6). Until the rotation of the tool magazine 21 is completed (S6: NO), the CPU 31 returns to S6 and continues to rotate the tool magazine 21.

[下降工程]
工具マガジン21の回転が完了した場合(S6:YES)、CPU31はATC原点で停止する主軸ヘッド7のZ軸原点(Z480)への移動を開始する(S7)。主軸ヘッド7はZ615から下降する。該区間では、図9に示す如く、板カム体66はカムフォロア67に対し下方に摺動するが、クランクレバー60は揺動しない。
[Descent process]
When the rotation of the tool magazine 21 is completed (S6: YES), the CPU 31 starts moving the spindle head 7 that stops at the ATC origin to the Z-axis origin (Z480) (S7). The spindle head 7 descends from Z615. In this section, as shown in FIG. 9, the plate cam body 66 slides downward with respect to the cam follower 67, but the crank lever 60 does not swing.

CPU31は主軸ヘッド7が所定位置に到達したか否か判断する(S14)。図9に示す如く、主軸ヘッド7が所定位置に到達した時の状態は、主軸9のテーパ穴18に、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aが進入し、テーパ穴18の内周面に、テーパ装着部17Aの外周面が当接する直前の状態である。主軸ヘッド7が所定位置に到達するまで(S8:NO)、CPU31はS8に戻り主軸ヘッド7の下降を継続する。主軸ヘッド7が所定位置に到達した場合(S8:YES)、CPU31はマガジンモータ55の位置制御を、第1制御から第2制御に切り替える(S9)。   The CPU 31 determines whether or not the spindle head 7 has reached a predetermined position (S14). As shown in FIG. 9, when the spindle head 7 reaches a predetermined position, the taper mounting portion 17 </ b> A of the tool holder 17 enters the tapered hole 18 of the spindle 9, and the taper is formed on the inner peripheral surface of the tapered hole 18. This is a state immediately before the outer peripheral surface of the mounting portion 17A comes into contact. Until the spindle head 7 reaches a predetermined position (S8: NO), the CPU 31 returns to S8 and continues to lower the spindle head 7. When the spindle head 7 reaches a predetermined position (S8: YES), the CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 from the first control to the second control (S9).

工具交換の際、主軸9のテーパ穴18に対し、工具マガジン21を回転して工具交換位置に搬送した工具ホルダ17のテーパ装着部17Aの位置がずれる場合がある。ずれが生じた状態で、テーパ装着部17Aがテーパ穴18に進入すると、テーパ穴18の内周面とテーパ装着部17Aの外周面は互いに干渉する。そこで、CPU31は、上記の通り、テーパ穴18の内周面とテーパ装着部17Aの外周面が当接する直前に、マガジンモータ55の位置制御を第2制御に切り替える。   At the time of tool change, the position of the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 that rotates the tool magazine 21 and transports it to the tool change position with respect to the taper hole 18 of the main shaft 9 may shift. When the taper mounting portion 17A enters the taper hole 18 in a state where there is a deviation, the inner peripheral surface of the taper hole 18 and the outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A interfere with each other. Therefore, as described above, the CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 to the second control immediately before the inner peripheral surface of the tapered hole 18 and the outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A abut.

第2制御では、累積部103が算出した累積値を加算器104へ入力しないので、比例制御部105がマガジンモータ55へ出力するトルク指令のトルクは、搬送トルクよりも低下する。搬送トルクとは、第1制御で工具マガジン21を回転して次工具を搬送する際に、比例制御部105が出力するトルク指令のトルクである。故に、工具マガジン21は外部付勢に応じて減速機41のトルクに逆らって回転可能な状態となる。テーパ穴18の内周面に沿って、テーパ装着部17Aの外周面は摺動する。工具マガジン21はテーパ装着部17Aによって付勢され、位置ずれを補正する方向に回転する。故に工具マガジン21はテーパ穴18に対して工具ホルダ17の位置を合わせることができる。テーパ穴18に対し、テーパ装着部17Aは正常に装着する。   In the second control, since the accumulated value calculated by the accumulating unit 103 is not input to the adder 104, the torque command torque output from the proportional control unit 105 to the magazine motor 55 is lower than the conveyance torque. The conveyance torque is a torque command torque output by the proportional control unit 105 when the tool magazine 21 is rotated in the first control to convey the next tool. Therefore, the tool magazine 21 can be rotated against the torque of the speed reducer 41 according to the external bias. The outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A slides along the inner peripheral surface of the tapered hole 18. The tool magazine 21 is urged by the taper mounting portion 17A and rotates in a direction to correct the positional deviation. Therefore, the tool magazine 21 can align the position of the tool holder 17 with respect to the tapered hole 18. The tapered mounting portion 17A is normally mounted in the tapered hole 18.

上記のように、マガジンモータ55から減速機41にかけるトルクが低下すると、工具マガジン21から減速機41に逆向きのトルクをかけた場合に、減速機41は該逆向きのトルクにならって状態を保持する。故に工作機械1は減速機41にかかる負荷を軽減できる。更に、テーパ穴18の位置に対して、テーパ装着部17Aの位置を合わせるので、工作機械1は主軸9にかかる負荷を軽減できる。更に、工具マガジン21は位置ずれを補正する方向に回転するので、工作機械1は工具マガジン21のグリップアーム90にかかる負荷を軽減できる。   As described above, when the torque applied from the magazine motor 55 to the speed reducer 41 decreases, when the reverse torque is applied from the tool magazine 21 to the speed reducer 41, the speed reducer 41 follows the reverse torque. Hold. Therefore, the machine tool 1 can reduce the load applied to the speed reducer 41. Furthermore, since the position of the taper mounting portion 17A is aligned with the position of the taper hole 18, the machine tool 1 can reduce the load applied to the main shaft 9. Furthermore, since the tool magazine 21 rotates in the direction for correcting the positional deviation, the machine tool 1 can reduce the load applied to the grip arm 90 of the tool magazine 21.

テーパ穴18に対し、テーパ装着部17Aが装着後、グリップアーム90の把持部91は退避位置に移動し、主軸ヘッド7はZ軸原点(Z480)に向けて下降を継続する。CPU31は主軸ヘッド7がZ軸原点を通過したか否か判断する(S10)。主軸ヘッド7がZ軸原点に到達するまで(S10:NO)、CPU31はS10に戻り主軸ヘッド7の下降を継続する。主軸ヘッド7がZ軸原点に到達した場合(S10:YES)、テーパ穴18に対し、テーパ装着部17Aは確実に装着している。CPU31はマガジンモータ55の位置制御を再び第1制御に切り替える(S11)。第1制御では、累積部103が算出した累積値を加算器104へ入力するので、比例制御部105がマガジンモータ55へ出力するトルク指令のトルクは上昇する。故に工具マガジン21は外部付勢があっても回ることなく自身の位置を安定して保持できる。CPU31は工具交換処理を終了する。   After the taper mounting portion 17A is mounted to the taper hole 18, the grip portion 91 of the grip arm 90 moves to the retracted position, and the spindle head 7 continues to descend toward the Z-axis origin (Z480). The CPU 31 determines whether or not the spindle head 7 has passed the Z-axis origin (S10). Until the spindle head 7 reaches the Z-axis origin (S10: NO), the CPU 31 returns to S10 and continues to descend the spindle head 7. When the spindle head 7 reaches the Z-axis origin (S10: YES), the taper mounting portion 17A is securely mounted in the taper hole 18. The CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 to the first control again (S11). In the first control, the accumulated value calculated by the accumulating unit 103 is input to the adder 104, so that the torque command torque output from the proportional control unit 105 to the magazine motor 55 increases. Therefore, the tool magazine 21 can stably hold its own position without rotating even if there is an external bias. The CPU 31 ends the tool change process.

以上説明にて、工具マガジン21は本発明の格納部に相当し、減速機41は本発明の搬送機構に相当し、マガジンモータ55は本発明の搬送モータに相当し、主軸ヘッド7とグリップアーム90は本発明の装着手段に相当し、CPU31は本発明のトルク制御手段に相当する。工具交換位置は本発明の所定位置に相当する。 In the above description, the tool magazine 21 corresponds to the storage portion of the present invention, the speed reducer 41 corresponds to the transport mechanism of the present invention, the magazine motor 55 corresponds to the transport motor of the present invention, the spindle head 7 and the grip arm. 90 corresponds to the mounting means of the present invention, CPU 31 is Ru phase equivalent to the torque control means of the present invention. The tool change position corresponds to a predetermined position of the present invention.

以上説明したように、本実施形態の工作機械1は工具交換装置20により主軸9に装着する工具4の工具交換が可能である。工具交換装置20は、工具マガジン21、減速機41、マガジンモータ55等を備える。工具マガジン21は一軸線を中心に回転可能である。減速機41は、複数のギヤ等でマガジンモータ55の回転速度を減じて、工具マガジン21を回転する。工作機械1はマガジンモータ55の位置制御を行い、減速機41を介して、工具マガジン21の回転位置を制御し、NCプログラムが指定する次工具を工具交換位置に割り出す。工作機械1は、NCプログラムの制御コマンドが指定する特定位置と現位置との差分に基づき、マガジンモータ55のフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、更に、特定位置と現位置との差分の累積値を算出し、この累積値を考慮した第1制御と、累積値を考慮しない第2制御との切替えを行う。   As described above, the machine tool 1 according to the present embodiment can change the tool 4 of the tool 4 mounted on the spindle 9 by the tool changing device 20. The tool changer 20 includes a tool magazine 21, a reducer 41, a magazine motor 55, and the like. The tool magazine 21 can rotate around one axis. The reducer 41 rotates the tool magazine 21 by reducing the rotation speed of the magazine motor 55 with a plurality of gears or the like. The machine tool 1 controls the position of the magazine motor 55, controls the rotational position of the tool magazine 21 via the speed reducer 41, and determines the next tool specified by the NC program as the tool change position. The machine tool 1 performs feedback control of the magazine motor 55 based on the difference between the specific position specified by the control command of the NC program and the current position. In the feedback control, a cumulative value of the difference between the specific position and the current position is calculated, and switching between the first control considering the cumulative value and the second control not considering the cumulative value is performed.

工具交換工程は、上昇工程、マガジン回転工程、下降工程の順に行う。上昇工程は、工具マガジン21のグリップアーム90が主軸9に装着する工具4を把持した状態で、主軸ヘッド7が上昇し、主軸9に装着する工具4を抜く工程である。マガジン回転工程は、工具マガジン21を回転し、次工具を工具交換位置に割り出す工程である。下降工程は、ATC原点から主軸ヘッド7を下降し、工具交換位置に割り出した次工具に対して、主軸9のテーパ穴18を装着する工程である。   The tool change process is performed in the order of an ascending process, a magazine rotating process, and a descending process. The ascending step is a step in which the spindle head 7 is raised and the tool 4 attached to the spindle 9 is removed while the grip arm 90 of the tool magazine 21 holds the tool 4 attached to the spindle 9. The magazine rotation process is a process of rotating the tool magazine 21 and indexing the next tool to the tool change position. The descending step is a step of lowering the spindle head 7 from the ATC origin and attaching the tapered hole 18 of the spindle 9 to the next tool indexed to the tool change position.

工作機械1は工具交換工程を原則、第1制御で行う。マガジン回転工程において、主軸9のテーパ穴18の位置に対し、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aの位置がずれる場合がある。故に、工作機械1は、下降工程において、主軸9のテーパ穴18に工具ホルダ17のテーパ装着部17Aが進入し、テーパ穴18の内周面にテーパ装着部17Aの外周面が当接する直前に、マガジンモータ55の位置制御を第1制御から第2制御に切り替える。マガジンモータ55が減速機41に付与するトルクは、第1制御で行う工具マガジン21の回転割出時の搬送トルクよりも低下する。工具マガジン21は外部付勢によって回転可能な状態となる。テーパ穴18の内周面に沿って、テーパ装着部17Aの外周面は摺動する。工具マガジン21は位置ずれを補正する方向に回転する。工具マガジン21はテーパ穴18に対して工具ホルダ17の位置を移動できる。工具ホルダ17のテーパ装着部17Aは主軸9のテーパ穴18に対して無理なく装着する。   The machine tool 1 performs the tool change process by the first control in principle. In the magazine rotation process, the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 may be displaced from the position of the taper hole 18 of the main shaft 9 in some cases. Therefore, in the lowering process, the machine tool 1 immediately before the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 enters the taper hole 18 of the spindle 9 and the outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A contacts the inner peripheral surface of the taper hole 18. The position control of the magazine motor 55 is switched from the first control to the second control. The torque that the magazine motor 55 applies to the speed reducer 41 is lower than the conveyance torque when the rotation of the tool magazine 21 is indexed in the first control. The tool magazine 21 becomes rotatable by external bias. The outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A slides along the inner peripheral surface of the tapered hole 18. The tool magazine 21 rotates in a direction for correcting the positional deviation. The tool magazine 21 can move the position of the tool holder 17 with respect to the tapered hole 18. The taper mounting portion 17 </ b> A of the tool holder 17 is mounted without difficulty in the taper hole 18 of the main shaft 9.

故に、工作機械1は減速機41にかかる負荷を低減できる。工作機械1は、主軸9に工具4を装着する際に、主軸9、工具マガジン21、及び減速機41にかかる衝撃を小さくできるので、各部位の故障を防止できる。工作機械1は、減速機41について従来の位置決め精度でも、主軸9に対して工具4を良好に装着できるので、減速機41の位置決め精度向上の為のコストを低減できる。   Therefore, the machine tool 1 can reduce the load applied to the speed reducer 41. Since the machine tool 1 can reduce the impact applied to the spindle 9, the tool magazine 21, and the speed reducer 41 when the tool 4 is mounted on the spindle 9, failure of each part can be prevented. Since the machine tool 1 can satisfactorily attach the tool 4 to the spindle 9 even with the conventional positioning accuracy of the speed reducer 41, the cost for improving the positioning accuracy of the speed reducer 41 can be reduced.

また、上記実施形態は更に、工具4を主軸9に装着する直前にトルクを搬送トルクよりも下げるので、所定位置にある工具を主軸9に装着する直前まで、減速機41には搬送トルクが付与されている。故に、工作機械1は主軸9に工具が装着する直前まで、工具マガジン21が外部衝撃により不安定に動いてしまうのを防止できる。   Further, in the above-described embodiment, since the torque is lower than the conveying torque immediately before the tool 4 is mounted on the main shaft 9, the conveying torque is applied to the reduction gear 41 until immediately before the tool at a predetermined position is mounted on the main shaft 9. Has been. Therefore, the machine tool 1 can prevent the tool magazine 21 from unstablely moving due to an external impact until immediately before the tool is mounted on the spindle 9.

また、上記実施形態は更に、工具4を主軸9に装着する際に下げたトルクはZ軸原点で復帰する。Z軸原点に移動後、減速機41には搬送トルクを付与するので、工具マガジン21が外部衝撃により不安定に動いてしまうのを防止できる。   Further, in the above-described embodiment, the torque lowered when the tool 4 is mounted on the main shaft 9 returns at the Z-axis origin. After the movement to the Z-axis origin, a conveyance torque is applied to the speed reducer 41, so that it is possible to prevent the tool magazine 21 from being unstablely moved by an external impact.

尚、本発明は上記実施形態に限らず種々の変更が可能である。上記実施形態では、下降工程にて、主軸ヘッド7が所定位置に到達した時に、マガジンモータ55の位置制御をオフするが、主軸ヘッド7がATC原点からZ軸原点へ移動を開始する時から、テーパ穴18に工具ホルダ17のテーパ装着部17Aが装着する直前までの間で、マガジンモータ55の位置制御をオフすればよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. In the above embodiment, the position control of the magazine motor 55 is turned off when the spindle head 7 reaches a predetermined position in the descending step. However, since the spindle head 7 starts moving from the ATC origin to the Z-axis origin, The position control of the magazine motor 55 may be turned off immediately before the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 is mounted in the taper hole 18.

また、上記実施形態では、下降工程にて、主軸ヘッド7が所定位置に到達した時に、マガジンモータ55の位置制御を第2制御に切り替えるが、例えば、減速機41にトルクセンサ(図示略:本発明のトルク検出手段に相当)を設け、該トルクセンサが検出したトルクが所定値以上の場合に、マガジンモータ55の位置制御を第2制御に切り替えるようにしてもよい。   In the above embodiment, when the spindle head 7 reaches a predetermined position in the descending step, the position control of the magazine motor 55 is switched to the second control. The position control of the magazine motor 55 may be switched to the second control when the torque detected by the torque sensor is equal to or greater than a predetermined value.

図11の流れ図を参照し、トルクセンサを用いた工具交換処理の変形例を説明する。変形例は、図5に示す流れ図の一部の処理が異なるがその他の処理は共通するので、異なる処理を中心に説明する。CPU31は工具マガジン21の回転を開始し(S5)、回転完了後(S6:YES)、主軸ヘッド7のZ軸原点への移動を開始する(S7)。CPU31はトルクセンサが検出した減速機41にかかるトルクが所定値以上か否か判断する(S20)。主軸9のテーパ穴18の位置に対し、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aの位置がずれている場合、テーパ穴18の内周面に対し、テーパ装着部17Aの外周面は干渉する。減速機41には、マガジンモータ55の位置制御によるトルクに加え、テーパ穴18とテーパ装着部17Aの位置ずれを原因とするトルクが更に加わるので、所定値以上のトルクがかかる。   A modified example of the tool change process using the torque sensor will be described with reference to the flowchart of FIG. The modified example is different from the flowchart shown in FIG. 5, but the other processes are the same. Therefore, the different processes will be mainly described. The CPU 31 starts rotating the tool magazine 21 (S5), and after the rotation is completed (S6: YES), starts to move the spindle head 7 to the Z-axis origin (S7). CPU31 judges whether the torque concerning the reduction gear 41 which the torque sensor detected is more than predetermined value (S20). When the position of the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 is shifted from the position of the taper hole 18 of the main shaft 9, the outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A interferes with the inner peripheral surface of the taper hole 18. In addition to the torque due to the position control of the magazine motor 55, torque caused by the positional deviation between the tapered hole 18 and the taper mounting portion 17 </ b> A is further applied to the speed reducer 41, so that a torque greater than a predetermined value is applied.

トルクセンサの検出したトルクが所定値未満の場合(S20:NO)、テーパ穴18とテーパ装着部17Aの位置ずれによる干渉は起きていない。主軸ヘッド7がZ軸原点を通過するまで(S10:NO)、CPU31はS20に戻り、トルクセンサが検出するトルクを監視する。   When the torque detected by the torque sensor is less than the predetermined value (S20: NO), there is no interference due to the positional deviation between the tapered hole 18 and the tapered mounting portion 17A. Until the spindle head 7 passes the Z-axis origin (S10: NO), the CPU 31 returns to S20 and monitors the torque detected by the torque sensor.

一方、トルクセンサの検出したトルクが所定値以上の場合(S20:YES)、減速機41には過剰のトルクがかかっているので、テーパ穴18とテーパ装着部17Aの間に位置ずれが起きている可能性が高い。そこで、CPU31はマガジンモータ55の位置制御を第2制御に切り替える(S9)。上記実施形態と同様に、マガジンモータ55が減速機41に付与するトルクは低下する。工具マガジン21は外部付勢によって回転可能な状態となる。テーパ穴18の内周面に沿って、テーパ装着部17Aの外周面は摺動する。工具マガジン21は位置ずれを補正する方向に回転する。工具マガジン21はテーパ穴18に対して工具ホルダ17の位置を移動できる。故に本変形例においても、工具ホルダ17のテーパ装着部17Aは主軸9のテーパ穴18に対して無理なく装着する。   On the other hand, when the torque detected by the torque sensor is equal to or greater than the predetermined value (S20: YES), since excessive torque is applied to the speed reducer 41, a displacement occurs between the taper hole 18 and the taper mounting portion 17A. There is a high possibility. Therefore, the CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 to the second control (S9). Similar to the above embodiment, the torque applied to the reduction gear 41 by the magazine motor 55 decreases. The tool magazine 21 becomes rotatable by external bias. The outer peripheral surface of the taper mounting portion 17A slides along the inner peripheral surface of the tapered hole 18. The tool magazine 21 rotates in a direction for correcting the positional deviation. The tool magazine 21 can move the position of the tool holder 17 with respect to the tapered hole 18. Therefore, also in this modified example, the taper mounting portion 17A of the tool holder 17 is mounted without difficulty to the taper hole 18 of the main shaft 9.

主軸ヘッド7がZ軸原点を通過した場合(S10:YES)、CPU31はマガジンモータ55の位置制御は第2制御か判断する(S21)。マガジンモータ55の位置制御が第1制御の場合(S21:NO)、処理をS12に進める。マガジンモータ55の位置制御が第2制御の場合(S21:YES)、CPU31はマガジンモータ55の位置制御を再び第1制御に切り替える(S11)。故に工具マガジン21は外部付勢があっても回ることなく自身の位置を保持できる。以降、CPU31は上記実施形態と同じ処理を実行する。本変形例によっても、工作機械1は上記実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、図11のS20の処理を実行するCPU31は本発明の判断手段に相当する。   When the spindle head 7 passes the Z-axis origin (S10: YES), the CPU 31 determines whether the position control of the magazine motor 55 is the second control (S21). When the position control of the magazine motor 55 is the first control (S21: NO), the process proceeds to S12. When the position control of the magazine motor 55 is the second control (S21: YES), the CPU 31 switches the position control of the magazine motor 55 to the first control again (S11). Therefore, the tool magazine 21 can hold its own position without rotating even if there is an external bias. Thereafter, the CPU 31 executes the same processing as in the above embodiment. Also according to this modification, the machine tool 1 can obtain the same effects as those of the above embodiment. Note that the CPU 31 that executes the process of S20 in FIG. 11 corresponds to a determination unit of the present invention.

また、上記実施形態は、工具マガジン21の回転割出動作により工具を工具交換位置に搬送し、主軸ヘッド7の昇降動作とグリップアーム90の揺動動作により、工具交換位置にある工具を主軸9に装着するものである。例えば、工具を格納する工具マガジンの内側に設けた搬送機構で工具を所定位置に搬送し、所定位置に搬送した工具と主軸に装着している工具とを把持し、自身が旋回することによって、これら工具を相互に入れ替えることができる工作機械にも本発明は適用可能である。   In the above embodiment, the tool is conveyed to the tool change position by the rotation indexing operation of the tool magazine 21, and the tool at the tool change position is moved to the main spindle 9 by the lifting / lowering operation of the spindle head 7 and the swinging operation of the grip arm 90. It is to be attached to. For example, by transporting the tool to a predetermined position with a transport mechanism provided inside the tool magazine for storing the tool, gripping the tool transported to the predetermined position and the tool attached to the spindle, and turning itself, The present invention is also applicable to machine tools that can interchange these tools.

また、上記実施形態では、マガジンモータ55の位置制御を第1制御から第2制御に切り替え、比例制御部105が出力するトルク指令から、累積部103が算出する累積値分を差し引くことによって、結果的に、マガジンモータ55に出力するトルク指令のトルクを低下させているが、例えば、比例制御部105が出力するトルク指令を直接変更し、所定レベルまで強制的に低下させてもよい。   In the above embodiment, the position control of the magazine motor 55 is switched from the first control to the second control, and the result obtained by subtracting the accumulated value calculated by the accumulating unit 103 from the torque command output by the proportional control unit 105 is obtained. Although the torque command torque output to the magazine motor 55 is reduced, for example, the torque command output by the proportional control unit 105 may be directly changed to be forcibly reduced to a predetermined level.

速度変換部101においてゲイン係数を用いる制御においては該ゲイン係数を変更することにより、トルク指令値を変更することができる。   In the control using the gain coefficient in the speed conversion unit 101, the torque command value can be changed by changing the gain coefficient.

1 工作機械
4 工具
7 主軸ヘッド
9 主軸
17 工具ホルダ
17A テーパ装着部
18 テーパ穴
20 工具交換装置
21 工具マガジン
31 CPU
41 減速機
55 マガジンモータ
55A 駆動回路
90 グリップアーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine tool 4 Tool 7 Spindle head 9 Spindle 17 Tool holder 17A Taper mounting part 18 Taper hole 20 Tool changer 21 Tool magazine 31 CPU
41 Reducer 55 Magazine motor 55A Drive circuit 90 Grip arm

Claims (5)

工具を装着してワークを加工する主軸と、前記主軸に装着する前記工具を格納する格納部と、前記格納部に格納した前記工具を所定位置に搬送する搬送機構と、前記搬送機構を駆動する搬送モータと、前記搬送モータの前記搬送機構に付与するトルクを制御するトルク制御手段と、前記搬送機構が前記所定位置に搬送した前記工具を前記主軸に装着する装着手段とを備えた工作機械において、
前記トルク制御手段は、
前記工具が前記所定位置に搬送したときの前記搬送モータの軸周りの位置を目標位置に設定する目標位置設定手段と、
前記搬送モータの位置を検出するエンコーダからの信号に基づき、前記搬送モータの現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記目標位置設定手段が設定した前記目標位置から前記現在位置検出手段が検出した前記現在位置を差し引いた第一差分を速度に変換し、当該変換した速度を目標速度として設定する目標速度設定手段と、
前記エンコーダからの信号に基づき、前記搬送モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記目標速度設定手段が設定した前記目標速度から前記速度検出手段が検出した前記速度を差し引いた第二差分を反復して加算することにより累積値を算出する累積値算出手段と、
前記第二差分に、前記累積値算出手段が算出した前記累積値を加算した加算値に基づき、前記搬送機構に付与するトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として前記搬送モータに出力する第1制御と、前記第二差分に基づき、前記搬送機構に付与するトルクを算出し、当該算出したトルクをトルク指令として前記搬送モータに出力する第2制御とを相互に切替える制御切替手段と
を備え、
前記制御切替手段は、
前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送するとき、前記第1制御を実行し、
前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記第1制御から前記第2制御に切替えること
を特徴とする工作機械。
A spindle for processing a workpiece by mounting a tool, a storage unit for storing the tool to be mounted on the spindle, a transfer mechanism for transferring the tool stored in the storage unit to a predetermined position, and driving the transfer mechanism In a machine tool comprising: a conveyance motor; torque control means for controlling torque applied to the conveyance mechanism of the conveyance motor; and mounting means for mounting the tool, which has been conveyed to the predetermined position by the conveyance mechanism, to the main shaft. ,
The torque control means includes
Target position setting means for setting a position around the axis of the transport motor when the tool is transported to the predetermined position as a target position;
A current position detecting means for detecting a current position of the carry motor based on a signal from an encoder for detecting the position of the carry motor;
Target speed setting means for converting a first difference obtained by subtracting the current position detected by the current position detection means from the target position set by the target position setting means into a speed, and setting the converted speed as a target speed; ,
Speed detecting means for detecting the speed of the transport motor based on a signal from the encoder;
A cumulative value calculating means for calculating a cumulative value by repeatedly adding a second difference obtained by subtracting the speed detected by the speed detecting means from the target speed set by the target speed setting means;
Based on an addition value obtained by adding the cumulative value calculated by the cumulative value calculation means to the second difference, a torque to be applied to the transport mechanism is calculated, and the calculated torque is output to the transport motor as a torque command. Control switching means for switching between the first control and the second control for calculating the torque to be applied to the transport mechanism based on the second difference and outputting the calculated torque to the transport motor as a torque command;
With
The control switching means is
When the tool is transported to the predetermined position by the transport mechanism, the first control is executed,
A machine tool, wherein the tool is switched from the first control to the second control after the tool is transported to the predetermined position by the transport mechanism .
前記制御切替手段は、
前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記装着手段が前記所定位置に搬送した前記工具を前記主軸に装着する直前に、前記第1制御から前記第2制御に切替えること
を特徴とする請求項1に記載の工作機械。
The control switching means is
After the tool is transported to the predetermined position by the transport mechanism, the first control is switched to the second control immediately before mounting the tool transported to the predetermined position by the mounting means on the spindle. The machine tool according to claim 1.
前記格納部は、一軸線を中心に回転可能な円盤状の本体部と、該本体部の外周に備え、前記工具を保持する複数のグリップアームとを備えた工具マガジンであって、
前記搬送機構は、前記搬送モータの回転速度を減じて、前記工具マガジンを周方向に回転させ、前記複数のグリップアームのうち一のグリップアームが保持する前記工具を前記所定位置に位置決めする減速機であって、
前記主軸は、自身の軸方向で、原点位置よりも前記ワーク側で前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の領域で、前記格納部に格納した前記工具との工具交換を行う工具交換領域との間を移動可能であって、
前記装着手段は、前記工具交換領域において、前記主軸を、前記搬送機構が前記所定位置に搬送した前記工具に向けて移動させることにより、前記主軸に前記工具を装着すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の工作機械。
The storage portion is a tool magazine comprising a disc-shaped main body that can rotate around a single axis, and a plurality of grip arms that are provided on the outer periphery of the main body and hold the tool,
The transport mechanism reduces the rotational speed of the transport motor, rotates the tool magazine in the circumferential direction, and positions the tool held by one grip arm of the plurality of grip arms at the predetermined position. Because
The main shaft is stored in the storage unit in a machining area in which the machining operation is performed on the workpiece on the workpiece side with respect to the original position in the axial direction of the spindle, and an area on the opposite side of the machining area from the origin position. It is possible to move between tool change areas for performing tool change with the tool,
The mounting means mounts the tool on the spindle by moving the spindle toward the tool transported to the predetermined position by the transport mechanism in the tool change region. The machine tool according to 1 or 2.
前記制御切替手段は
前記第1制御から前記第2制御に切替えた後、前記主軸が前記工具交換領域から前記原点位置に移動した場合に、前記第2制御から前記第1制御に切替えること
を特徴とする請求項3に記載の工作機械。
It said control switching means,
After switching to the second control from the first control, according to claim 3, wherein the spindle when moved to the home position from the tool change area, and switches to the first control from the second control The machine tool described in 1.
前記搬送機構にかかるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記搬送機構によって前記工具を前記所定位置に搬送した後、前記トルク検出手段が検出した前記トルクは所定値以上か否か判断する判断手段と
を備え、
前記制御切替手段は、
前記判断手段が前記トルクは前記所定値以上と判断した場合に、前記第1制御から前記第2制御に切替えること
を特徴とする請求項1に記載の工作機械。
Torque detecting means for detecting torque applied to the transport mechanism;
Determination means for determining whether the torque detected by the torque detection means is equal to or greater than a predetermined value after the tool is conveyed to the predetermined position by the conveyance mechanism;
The control switching means is
2. The machine tool according to claim 1, wherein when the determination unit determines that the torque is equal to or greater than the predetermined value, the first control is switched to the second control .
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