JP6291750B2 - Machine tool and tool change method - Google Patents
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Description
本発明は、格納部に格納された工具とワークを加工する主軸に装着した工具とを交換する工作機械及び工具交換方法に関する。 The present invention relates to a machine tool and a tool exchange method for exchanging a tool stored in a storage unit and a tool mounted on a spindle for machining a workpiece.
工作機械は工具を取り付ける主軸と、ワークを支持し、上下軸回りに回転可能な支持部と、主軸に装着する工具を格納する工具マガジンとを備えている。工具は、主軸にて回転する回転工具と主軸にて固定される非回転工具とに大別され、回転工具が主軸に装着された場合、ワークは上下軸回りに回転することなく、支持部にて固定され、主軸の回転によって切削される。一方非回転工具が主軸に装着された場合、非回転工具は主軸に固定され、ワークは上下軸回りに支持部にて回転し、支持部の回転によって旋削加工される(例えば特許文献1参照)。 The machine tool includes a main shaft to which a tool is attached, a support portion that supports a workpiece and is rotatable about a vertical axis, and a tool magazine that stores a tool to be mounted on the main shaft. Tools are broadly classified into rotating tools that rotate on the spindle and non-rotating tools that are fixed on the spindle. When the rotating tool is mounted on the spindle, the workpiece does not rotate around the vertical axis, And is cut by the rotation of the main shaft. On the other hand, when the non-rotating tool is mounted on the main shaft, the non-rotating tool is fixed to the main shaft, and the workpiece rotates around the vertical axis at the support portion and is turned by the rotation of the support portion (see, for example, Patent Document 1). .
主軸にはキーが設けてあり、回転工具及び非回転工具にはキーに係合するキー溝が設けてある。キーをキー溝に係合させることによって、回転工具及び非回転工具は主軸に装着される。特許文献1には、主軸の周囲を覆う主軸ヘッドに突出部を形成してあり、非回転工具に前記突出部に係合する溝を形成した工作機械が開示されている。非回転工具の溝が突出部に係合し、非回転工具は主軸にて固定されており、主軸の軸回りに回転しない。
The main shaft is provided with a key, and the rotary tool and the non-rotary tool are provided with a key groove to be engaged with the key. By engaging the key with the keyway, the rotating tool and the non-rotating tool are mounted on the main shaft.
工具マガジンには、主軸が原点に位置していることを前提とした向きで工具が格納してある。そのため工具交換を実行する前に、主軸を原点に位置させる処理が実行される。工具交換のために主軸を原点位置へ回転させる場合、この原点位置と主軸の軸回りにおける現位置との差分に基づいて、主軸を回転させるモータなどをフィードバック制御する。このときに、原点位置及び現位置の差分の累積値を算出し、この累積値を考慮したフィードバック制御を行うことによって、主軸の原点位置への回転を高速化及び高精度化等することができる。 In the tool magazine, tools are stored in an orientation that assumes that the spindle is located at the origin. Therefore, before the tool change is executed, a process for positioning the spindle at the origin is executed. When the spindle is rotated to the origin position for tool replacement, feedback control is performed on a motor that rotates the spindle based on the difference between the origin position and the current position around the axis of the spindle. At this time, by calculating the accumulated value of the difference between the origin position and the current position and performing feedback control in consideration of the accumulated value, the rotation of the spindle to the origin position can be speeded up and highly accurate. .
このような主軸の位置合わせは、主軸に非回転工具を装着した場合にも行われる。主軸に非回転工具を装着した場合、主軸は回転しないため、主軸は原点位置から変動しないことが期待される。このため非回転工具を装着した主軸に対して位置合わせの処理を行ったとしても、主軸は回転しないことが期待される。しかしながら実際には、非回転工具の形状の誤差又は非回転工具の装着動作の誤差等により、非回転工具が装着された主軸が原点位置から僅かにずれた位置で固定される場合がある。このような場合、主軸は回転不可能に固定されているにもかかわらず、主軸を原点位置へ回転させるべく制御が行われる。 Such alignment of the spindle is also performed when a non-rotating tool is mounted on the spindle. When a non-rotating tool is mounted on the main shaft, the main shaft does not rotate, so it is expected that the main shaft will not change from the origin position. For this reason, it is expected that the spindle does not rotate even if alignment processing is performed on the spindle on which the non-rotating tool is mounted. However, in practice, the spindle on which the non-rotating tool is mounted may be fixed at a position slightly shifted from the origin position due to an error in the shape of the non-rotating tool or an error in the mounting operation of the non-rotating tool. In such a case, control is performed to rotate the main shaft to the origin position even though the main shaft is fixed so as not to rotate.
主軸に非回転工具が装着されている場合に、主軸を原点位置へ回転させる処理が実行されると、非回転工具は主軸の軸回りに回転しないため、主軸を回転させるモータなどに不要な負荷が加わる虞がある。更に上述のように主軸の原点位置及び現位置の差分の累積値に基づくフィードバック制御を行う場合、非回転工具の装着による主軸の原点位置からのズレが僅かであっても、このズレが累積されてモータなどの回転が制御されるため、モータなどに過大な負荷が加わる虞がある。またモータなどに過大な負荷が加わった状態で非回転工具が主軸から取り外され、主軸が回転可能となった場合、モータにより主軸が回転されてその位置が原点位置から大きくずれる虞がある。 If a non-rotating tool is mounted on the spindle and the process of rotating the spindle to the origin position is executed, the non-rotating tool does not rotate around the axis of the spindle, so an unnecessary load is applied to the motor that rotates the spindle. May be added. Furthermore, when feedback control is performed based on the accumulated value of the difference between the origin position and the current position of the spindle as described above, this deviation is accumulated even if there is a slight deviation from the origin position of the spindle due to the mounting of the non-rotating tool. Since the rotation of the motor is controlled, an excessive load may be applied to the motor. Further, when the non-rotating tool is removed from the main shaft while an excessive load is applied to the motor or the like, and the main shaft can be rotated, the main shaft may be rotated by the motor, and the position may be greatly deviated from the origin position.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、非回転工具が主軸に装着されている場合に工具交換を実行しても、主軸を回転するモータなどに過剰な負荷が作用することを回避することができる工作機械及び工具交換方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to provide a motor that rotates the spindle even when tool replacement is performed when a non-rotating tool is mounted on the spindle. An object of the present invention is to provide a machine tool and a tool change method that can avoid an excessive load acting on the machine tool.
本発明に係る工作機械は、工具を装着してワークを加工する主軸と、該主軸に装着される工具を格納する格納部と、前記主軸に装着された工具及び前記格納部に格納された工具の交換を制御する制御装置とを備え、前記制御装置が、工具の交換を行う前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させる第1位置制御手段、及び、前記主軸を軸方向のワークに対する加工位置から工具交換を行う交換位置まで移動させる第2位置制御手段を有する工作機械において、前記制御装置は、前記主軸の軸回りにおける位置及び前記特定位置の差に応じた値を算出する第1算出手段と、該第1算出手段が算出した値の累積値を算出する第2算出手段と、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うか、又は、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行うかの切替を行う切替手段とを備え、前記切替手段は、前記第2位置制御手段により移動される前記主軸の位置が前記加工位置から該加工位置及び前記交換位置の間の所定位置までである場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行い、前記第2位置制御手段により移動される前記主軸の位置が前記所定位置から前記交換位置までである場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、前記第1位置制御手段による制御の切替を行うようにしてあることを特徴とする。 A machine tool according to the present invention includes a spindle that mounts a tool to process a workpiece, a storage unit that stores a tool that is mounted on the spindle, a tool that is mounted on the spindle, and a tool that is stored in the storage unit A first position control means for rotating the spindle to a specific position around the axis before exchanging the tool, and a control device that controls the exchange of the workpiece in the axial direction. In the machine tool having the second position control means for moving from the machining position to the change position for changing the tool, the control device calculates a value corresponding to the difference between the position of the spindle around the axis and the specific position. 1 calculation means, second calculation means for calculating a cumulative value of the values calculated by the first calculation means, and rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation means by the first position control means. I do , Or, and a switching means for switching whether to perform rotation control of the spindle based on the cumulative value of the first value calculation means has calculated and the second calculating means is calculated, said switching means, said first When the position of the spindle moved by the two-position control means is from the machining position to a predetermined position between the machining position and the exchange position, the first position control means calculates the first calculation means. The rotation of the spindle based on the calculated value and the accumulated value calculated by the second calculation means, and the position of the spindle moved by the second position control means is from the predetermined position to the replacement position. The first position control means switches the control by the first position control means so as to perform rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation means. .
また、本発明に係る工作機械は、前記切替手段が、工具交換のために工具が前記主軸から取り外される前に、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御から、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御へ前記第1位置制御手段の制御を切り替えるようにしてあることを特徴とする。 Further, in the machine tool according to the present invention, the switching unit calculates a value calculated by the first calculation unit and a cumulative value calculated by the second calculation unit before the tool is removed from the spindle for tool change. The control of the first position control unit is switched from the rotation control of the main shaft based on the rotation control to the rotation control of the main shaft based on the value calculated by the first calculation unit.
また、本発明に係る工作機械は、前記主軸には、該主軸の回転によって加工を行う回転工具、又は、回転せずに加工を行う非回転工具が装着可能であり、前記主軸に装着されている工具が前記回転工具又は前記非回転工具のいずれであるかを判定する工具判定手段を備え、前記切替手段は、前記工具判定手段が前記回転工具であると判定した場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行い、前記工具判定手段が前記非回転工具であると判定した場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、前記第1位置制御手段による制御の切替を行うようにしてあることを特徴とする。 In the machine tool according to the present invention, the main shaft can be mounted with a rotating tool that performs processing by rotating the main shaft or a non-rotating tool that performs processing without rotating, and is mounted on the main shaft. A tool determination unit that determines whether the tool is the rotating tool or the non-rotating tool, and the switching unit determines that the first position is determined when the tool determination unit determines that the tool is the rotating tool. When the control unit performs rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation unit and the cumulative value calculated by the second calculation unit, and the tool determination unit determines that the tool is the non-rotating tool. The first position control means switches the control by the first position control means so as to perform rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation means. .
また、本発明に係る工具交換方法は、主軸に装着された工具と格納部にて格納された工具とを交換し、工具の交換を実行する前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させると共に、前記主軸を軸方向のワークに対する加工位置から工具交換を行う交換位置まで移動させる工具交換方法において、前記主軸の軸回りにおける位置及び前記特定位置の差に応じた値を算出する第1算出ステップと、該第1算出ステップにて算出した値の累積値を算出する第2算出ステップと、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させる際に、前記第1算出ステップにて算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うか、又は、前記第1算出ステップにて算出した値及び前記第2算出ステップにて算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行うかの切替を行う切替ステップとを含み、前記切替ステップでは、軸方向へ移動される前記主軸の位置が前記加工位置から該加工位置及び前記交換位置の間の所定位置までである場合に、前記第1算出ステップにて算出した値及び前記第2算出ステップにて算出した累積値に基づく前記主軸の軸回りの回転制御を行い、軸方向へ移動される前記主軸の位置が前記所定位置から前記交換位置までである場合に、前記第1算出ステップにて算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、制御の切替を行うことを特徴とする。 Further, the tool replacement method according to the present invention replaces the tool mounted on the spindle and the tool stored in the storage unit, and rotates the spindle to a specific position around the axis before executing the tool replacement. And calculating a value corresponding to a difference between the position of the spindle around the axis and the specific position in a tool changing method for moving the spindle from a machining position on the workpiece in the axial direction to an exchange position for exchanging the tool. A calculation step, a second calculation step for calculating a cumulative value of the values calculated in the first calculation step, and a value calculated in the first calculation step when rotating the spindle to a specific position around the axis. The rotation control of the spindle is performed based on the value calculated in the first calculation step and the cumulative value calculated in the second calculation step. And a switching step of performing Kano switching, in the switching step, when the position of the main shaft to be moved in the axial direction is from the processing position to a predetermined position between said machining position and the replacement position, wherein Based on the value calculated in the first calculation step and the cumulative value calculated in the second calculation step, rotation control around the axis of the spindle is performed, and the position of the spindle moved in the axial direction is changed from the predetermined position to the predetermined position. The control is switched so as to perform rotation control of the spindle based on the value calculated in the first calculation step when the replacement position is reached .
本発明においては、軸回りにおける主軸の現位置及び特定位置の差に応じた値を算出すると共に、この値の累積値を算出する。特定位置は、例えば主軸の原点位置などであり、工具交換の際に主軸があるべき位置である。工作機械は、差に応じた値に基づく主軸の回転制御と、差に応じた値及びその累積値に基づく主軸の回転制御とを切り替えて行う。これにより工作機械は、必要に応じて累積値に基づく主軸の回転制御を行わないよう、主軸の回転制御の方法を切り替えることが可能となる。即ち工作機械は、累積値に基づく回転制御を行うことによって非回転工具が装着された主軸に過大な負荷が加わることを防止することが可能となる。 In the present invention, a value corresponding to the difference between the current position and the specific position of the spindle around the axis is calculated, and a cumulative value of this value is calculated. The specific position is, for example, the origin position of the spindle, and is the position where the spindle should be when changing tools. The machine tool switches between spindle rotation control based on a value corresponding to the difference and spindle rotation control based on a value corresponding to the difference and its accumulated value. As a result, the machine tool can switch the method of controlling the rotation of the spindle so as not to perform the rotation control of the spindle based on the accumulated value as necessary. That is, the machine tool can prevent an excessive load from being applied to the spindle on which the non-rotating tool is mounted by performing rotation control based on the accumulated value.
また、本発明においては、主軸の軸方向に関して、ワークに対する加工位置と、工具交換を行う交換位置との間の所定位置にて、工作機械が主軸の回転制御の切替を行う。工作機械は、加工位置から所定位置までは差分に応じた値及びその累積値に基づく回転制御を行い、所定位置から交換位置までは差分に応じた値に基づく回転制御を行う。所定位置は、例えば回転工具が装着された主軸の軸回りの位置合わせと、加工位置から交換位置への軸方向への主軸の移動とを同時的に行った場合に、主軸の軸回りの位置合わせを十分に完了させることができる位置を設定することができる。
これにより工作機械は、回転工具が装着された主軸の位置合わせを行う際には、累積値に基づく回転制御を行って、高速及び高精度な位置合わせを実現できる。工作機械は、主軸の位置合わせを終えた後に、累積値に基づく回転制御を行わないよう制御方法を切り替えることができ、主軸に非回転工具が装着されていても累積値に基づく過大な負荷が主軸に加わることはない。
また所定位置にて制御を切り替える場合、工作機械は、回転工具及び非回転工具のいずれに対しても同じ方法で切り替えを行えばよいため、主軸に装着されている工具が回転工具又は非回転工具のいずれであるかを工作機械は判定する必要がないという利点がある。
In the present invention, with respect to the axial direction of the spindle, the machine tool switches the rotation control of the spindle at a predetermined position between the machining position for the workpiece and the exchange position for changing the tool. The machine tool performs rotation control based on the value corresponding to the difference and the accumulated value from the machining position to the predetermined position, and performs rotation control based on the value corresponding to the difference from the predetermined position to the replacement position. The predetermined position is, for example, a position around the axis of the main spindle when alignment around the axis of the main spindle on which the rotary tool is mounted and movement of the main spindle in the axial direction from the machining position to the replacement position are performed simultaneously. A position where the alignment can be completed sufficiently can be set.
Thereby, the machine tool can perform high-speed and high-precision alignment by performing rotation control based on the accumulated value when aligning the spindle on which the rotary tool is mounted. The machine tool can switch the control method so as not to perform rotation control based on the accumulated value after the alignment of the spindle, and an excessive load based on the accumulated value is applied even if a non-rotating tool is mounted on the spindle. It does not join the spindle.
In addition, when switching control at a predetermined position, the machine tool may perform switching for the rotating tool and the non-rotating tool in the same way, so that the tool mounted on the spindle is a rotating tool or a non-rotating tool. There is an advantage that the machine tool does not need to determine which one of the two.
また、本発明においては、工作機械は、少なくとも工具が工具交換のために主軸から取り外される前に、差に応じた値及びその累積値に基づく回転制御から、差に応じた値に基づく回転制御への切替を行う。これにより、工具が取り外される際には累積値に基づく制御が行われていないため、非回転工具が交換のために取り外された場合に、主軸位置の特定位置に対する誤差の累積により、主軸が特定位置から大きくずれた位置へ回転されることを防止できる。 Further, in the present invention, the machine tool performs rotation control based on the value corresponding to the difference from the rotation control based on the value corresponding to the difference and the accumulated value at least before the tool is removed from the spindle for tool change. Switch to. As a result, when the tool is removed, control based on the accumulated value is not performed. Therefore, when the non-rotating tool is removed for replacement, the spindle is identified by accumulating errors with respect to the specified position of the spindle position. It is possible to prevent rotation to a position greatly deviated from the position.
また、本発明においては、主軸に装着されている工具が回転工具又は非回転工具のいずれであるかを工作機械が判定する。装着されている工具が回転工具である場合、工作機械は、現位置及び特定位置の差に応じた値並びにその累積値に基づく主軸の回転制御を行って、主軸を特定位置に位置合わせする。装着されている工具が非回転工具である場合、工作機械は、累積値に基づく回転制御を行わず、主軸の現位置及び特定位置の差に応じた値に基づく回転制御を行う。これにより、非回転工具が主軸に装着された場合に、累積値に基づく回転制御を行うことによって主軸に過大な負荷が加わることを防止できる。 In the present invention, the machine tool determines whether the tool mounted on the spindle is a rotating tool or a non-rotating tool. When the mounted tool is a rotary tool, the machine tool performs rotation control of the spindle based on the value according to the difference between the current position and the specific position and the accumulated value thereof, and aligns the spindle to the specific position. When the mounted tool is a non-rotating tool, the machine tool does not perform rotation control based on the accumulated value, but performs rotation control based on a value corresponding to the difference between the current position of the spindle and the specific position. Thereby, when a non-rotating tool is mounted on the spindle, it is possible to prevent an excessive load from being applied to the spindle by performing rotation control based on the accumulated value.
本発明は、主軸の現位置及び特定位置の差に応じた回転制御を行うか否かを工作機械が切り替える構成である。これにより工作機械は、非回転工具が装着された主軸に過大な負荷が加わることを防止できる。 The present invention is a configuration in which a machine tool switches whether or not to perform rotation control according to a difference between a current position of a spindle and a specific position. As a result, the machine tool can prevent an excessive load from being applied to the spindle on which the non-rotating tool is mounted.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。以下の説明では図において矢印で示す上下、左右及び前後を使用する。図1は工作機械100の側面図であり、図2は工具4を装着した状態の主軸ヘッド3の背面側斜視図であり、図3は工具4を取り外した状態の主軸ヘッド3の前方側斜視図である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. In the following description, up and down, left and right, and front and rear indicated by arrows in the figure are used. 1 is a side view of the
工作機械100は、基台10の上面にY方向移動装置(図示略)を配置し、Y方向移動装置によりY方向移動可能にY方向移動台11を支持する。Y方向移動装置はY軸モータ72(後述する図7参照)の出力軸に連結され、前後方向(Y方向)に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、前後方向に延びるガイドレールとを備える。
The
Y方向移動装置のナット上にX方向移動装置(図示略)が設けてある。X方向移動装置はX軸モータ71(後述する図7参照)の出力軸に連結され、左右方向(X方向)に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、左右方向に延びるガイドレールとを備える。 An X-direction moving device (not shown) is provided on the nut of the Y-direction moving device. The X-direction moving device is connected to an output shaft of an X-axis motor 71 (see FIG. 7 described later), extends in the left-right direction (X direction), a nut screwed to the feed screw shaft, and in the left-right direction An extending guide rail.
X方向移動装置はX方向移動可能にコラム12を支持する。コラム12は柱状をなし、前面にZ方向移動装置(図示略)を設けてある。Z方向移動装置は、その前側に主軸ヘッド3をZ方向移動可能に支持する。Z方向移動装置は、Z軸モータ73(後述する図7参照)の出力軸に連結され、上下方向(Z方向)に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、コラム12の前面に上下方向に延びるガイドレールと、該ガイドレールに嵌合するブロックとを備える。主軸ヘッド3は前記ナット及び前記ブロックに固定する。
The X-direction moving device supports the
主軸ヘッド3はZ軸モータ73の駆動による前記送りねじ軸の回転に応じて上昇、下降する。またX軸モータ71の駆動によって、X方向移動装置は左右に移動し、主軸ヘッド3は左右に移動する。またY軸モータ72の駆動によってY方向移動装置は前後に移動し、主軸ヘッド3は前後に移動する。
The
工作機械100はワーク支持装置15によりワーク(被加工物)を支持し、主軸ヘッド3に装着された工具4によりワークを加工する。ワーク支持装置15はワークをクランプさせるワーク台16を有する。ワーク支持装置15はワークを2軸回りに回転可能としてある。一般に、主軸ヘッド3を移動させる軸であるX、Y、Zの各軸に平行な軸回りにワークを回転させるとき、ワークの回転軸は、X、Y、Z軸に対応してA、B、C軸と呼ばれている。本実施形態に係るワーク支持装置15はA軸回りに揺動する揺動体(図示略)上にワーク台16を設けてある。ワーク台16にはA軸モータ61(後述する図7参照)が設けてあり、該A軸モータ61の回転によって揺動体がA軸回りに揺動する。揺動体の揺動によりワークがA軸回りに回転可能である。また揺動体に固定してあるC軸モータ60の出力軸にワーク台16が連結されており、ワーク台16にクランプしたワークをC軸回りに高速回転可能としてある。
The
主軸ヘッド3は内部に主軸34を支持している。主軸34は主軸ヘッド3の上部に固定した主軸モータ31に連結してあり、該主軸モータ31の駆動により上下方向の中心軸周りに回転する。主軸34の下端部は主軸ヘッド3の下方に突出しており、後述するように装着される工具4を保持する。工具4は主軸ヘッド3と共に上昇及び下降する。
The
工具4は工具マガジン2に複数収納されている。工具4はドリル、タップ、エンドミル等の回転工具だけでなく、バイト等の旋削工具(非回転工具)を含む。工具マガジン2は支持梁21、レール22、チェーン23、複数の把持アーム24、マガジン駆動部25等を備える。支持梁21は上側を斜辺として前方へ下方傾斜した三角形状をなす板状の構造部材であり、コラム12の左右に片持ちに固定してある。支持梁21はコラム12の左右に固定した部分から主軸ヘッド3の両側部分まで下方傾斜して延設してある。支持梁21の上側端面は前方下方から後方上方へ、水平面から略30°傾斜している。
A plurality of
レール22は長円形の環状部材であり、コラム12及び主軸ヘッド3を囲むように支持梁21に固定して設けてある。チェーン23はレール22に嵌合してレール22上を転動するローラを有する複数の移動台を無端状に連結して構成してある。各移動台には把持アーム24が取り付けてあり、把持アーム24は工具4を保持する工具ホルダ40を把持する。マガジン駆動部25の駆動によりチェーン23がレール22に沿って循環する。工具を交換する場合、マガジン駆動部25の駆動によりチェーン23を循環し、所望の工具4を把持する把持アーム24が主軸ヘッド3の前方下方のアーム揺動位置(レール22における前方下端部)に搬送される。
The
工具4は公知の工具ホルダ40に保持されている。把持アーム24は二股に分岐した先端把持部24aを工具ホルダ40外周の保持溝44(図4参照)に押し込むことで、工具ホルダ40を介して工具4を把持する。
The
図1においてアーム揺動位置にある把持アーム24は、把持していた工具4を主軸34に装着した後、主軸34から前方へ離反して待機している姿勢となっている。把持アーム24は上側端部にアーム軸が挿入されるアーム軸孔(図示略)を有する。アーム軸の軸線方向は把持アーム24がアーム揺動位置にあるときにX軸方向に平行となり、アーム軸回りに把持アーム24が回転することにより、先端把持部24aが主軸34に接近し、離反する。主軸ヘッド3の前側の側面にはカム32が前方に張り出すように上下方向に延設されている。把持アーム24はカム32に当接するカムフォロワ(図示略)を有する。
In FIG. 1, the
主軸ヘッド3は、加工時には、図1に示す原点位置から下降し、工具交換時には、図1に示す原点位置から上昇する。アーム揺動位置にある把持アーム24は、主軸ヘッド3の上昇、下降に追随して揺動する。主軸ヘッド3が上昇した場合、把持アーム24の先端把持部24aが主軸34に接近し、前方から工具ホルダ40を把持する。主軸ヘッド3は、工具ホルダ40の把持完了後に更に上昇する。把持アーム24が把持した工具ホルダ40は、相対的に下方に移動して工具4と共に主軸34から外れる。チェーン23は、この状態で回転し、次に使用する工具4を保持した把持アーム24がアーム揺動位置に搬送される。
The
工具4は、主軸ヘッド3が下降し、主軸34の下端部に工具ホルダ40が嵌め込まれることで、該主軸34に装着される。主軸34に装着した工具4は主軸ヘッド3が原点位置に下降することで、図1に示す状態となり、加工に備えて待機する。
The
以上の動作により、主軸34と工具マガジン2との間で工具4を交換することができる。主軸34に装着した工具4は主軸ヘッド3と共に原点位置から下降し、ワーク台16上にクランプされたワークを加工する。
With the above operation, the
工具4が回転工具である場合、主軸34に装着した工具4は主軸モータ31の駆動により主軸34と共に回転する。ワークはA軸及びC軸回りに回転して位置決めしてある。主軸34と共に回転する工具4は主軸ヘッド3と共に上下、左右、及び前後に移動し、ワークを加工する。
When the
工具4が旋削工具である場合、主軸34は非回転状態にロックする。ワーク台16がC軸モータ60によって回転駆動されることにより、ワークが回転する。工具4は主軸ヘッド3と共に下降し、回転するワークに先端を押し付けることにより、ワークの表面を旋削加工する。
When the
図2には主軸34に旋削加工用の工具4が装着された状態が示してある。該工具4の工具ホルダ40は後方に向けて張り出す回り止めフランジ41を備えている。主軸34を支持する主軸ヘッド3の下面には、主軸34の突出部の後位置に下方に向けて突出する係合突起部5が設けられており、係合突起部5の下端部には、ピン51、51の先端部が突起している。回り止めフランジ41とピン51、51の先端部とは、主軸34に工具4が装着されることで図示の如く係合し、該工具4の中心軸回りの回転、及びラジアル方向に加わる力による工具の移動を防止して、高い加工精度での旋削加工を安定して実施できるように作用する。
FIG. 2 shows a state in which the
また図2に示すように、主軸ヘッド3は下端部に主軸34を支持する軸受を保持する軸受押え33を有する。軸受押え33には後方にエア管101及びクーラント管102が連結されている。軸受押え33の内部にはエアを通流するエア流路と、クーラント液を通流するクーラント流路とが形成されている。エアは主軸34内部に切削屑が入り込むことを防止する。クーラント(洗浄液)はピン51、51、後述するキー36等の洗浄に用いられる。
As shown in FIG. 2, the
図3には主軸34に工具4が装着されていない状態が示してある。主軸34は下端部に下方に向かって内径が大きくなるテーパ穴35が形成してある。工具ホルダ40は上部に形成したテーパ装着部42(図4参照)をテーパ穴35に嵌合させて主軸34に装着される。主軸34の下端部の周縁に径方向の対向する位置に2つのキー36、36が突設されており、工具ホルダ40側のキー溝(図示略)に嵌合する。軸受押え33の下端面にはノズルヘッド6が突設されている。ノズルヘッド6は係合突起51、51等を洗浄するクーラントを噴射する。
FIG. 3 shows a state where the
以下、回り止めフランジ41及び係合突起部5の構成について説明する。図4は旋削工具に係る工具ホルダ40の背面側斜視図であり、図5は係合突起部5の背面側斜視図である。
Hereinafter, the structure of the
回り止めフランジ41は円環状の基板41a、基板41aの外周の約半周部分で径方向外側に拡幅するように突設されて台形状をなす係合板41bにより形成されている。基板41aは工具ホルダ40の下面に複数本の固定ボルト45で固定してある。係合板41bは、工具ホルダ40と同軸をなす周上であって係合板41bの2つの頂部に夫々形成された係合穴43、43を有している。図示の係合穴43、43は一側を切り欠いた長穴をなし、係合板41bの外周に開口しているが、この開口は必須ではなく、係合板41b内で閉じた長穴又は円形の穴であってもよい。
The
係合穴43、43は工具4及び工具ホルダ40の中心を通る夫々の中心線が、主軸34への装着時に後向きとなる側に略90°の開き角度を有する位置に設けてある。尚、係合穴43、43の開き角度は90°に限らず、回り止めフランジ41の形成範囲内で適宜に設定することができる。即ち、開き角度は0°よりも大きく、180°未満であればよいが、85°以上、100°未満とするのが望ましい。
The engagement holes 43 and 43 are provided at positions where the center lines passing through the centers of the
係合突起部5は基台50、ピン51、51等により一体的に構成されている。基台50は支持台50a、50a、連結部50bを備える。支持台50a、50aは柱状をなし、上端面が主軸ヘッド3の下端面に当接する。連結部50bは板状をなし、支持台50a、50aの側面を連結する。支持台50a、50aの上端部には上下方向の通し穴が設けてある。該通し穴に螺子を挿通し、主軸ヘッド3の下端面に設けてある螺子穴(図示略)に螺合させることにより、係合突起部5が主軸ヘッド3に固定される。また支持台50a、50aの上端面にはピン穴が形成されており、該ピン穴に位置決めピンを挿入し、主軸ヘッド3の下端面に設けてあるピン穴(図示略)に嵌合させることにより、係合突起部5が位置決めされる。
The engaging
係合突起部5は主軸ヘッド3の下端面に取り付けられた状態で貫通孔50cを有する(図2参照)。貫通孔50cには主軸ヘッド3に連結されるエア管81及びクーラント管82等の配管が挿通される。
The engaging
ピン51、51は支持台50a、50aから突出しており、先端部が支持台50a、50aの下端面の下方に突起する。ピン51、51の突設位置は、回り止めフランジ41の係合穴43、43との係合を可能とするために、工具ホルダ40が装着される主軸34と同軸をなす円周上で、該主軸34の中心を通り、後側に略90°の開き角度を有して開く線上に夫々設定してある。
The
図2に示すように、回り止めフランジ41の2つの係合穴43、43は、夫々のピン51、51に係合し、係合突起部5が取り付けられた主軸ヘッド3に対する回転を拘束される。従って、回り止めフランジ41を備える工具ホルダ40、及び該工具ホルダ40に保持された旋削加工用の工具4は、加工中に加わる周方向の作用力によっては回転しない。なお主軸34の回転を停止させる電磁式ブレーキ(図示略)が主軸34に設けてある。旋削加工用の工具4が主軸34に装着してある場合、前記電磁式ブレーキが作動しており、該電磁式ブレーキによっても主軸34の回転が規制されている。
As shown in FIG. 2, the two
図6は回転工具に係る工具ホルダの背面側斜視図である。図6に示すように、回転工具(回転用の工具4)は旋削工具と異なり、係合板41bを備えない。そのため回転工具を主軸34に装着しても、ピン51、51によって主軸34の回転が規制されることはなく、回転工具は主軸34の回転によって回転する。なお回転工具を装着した状態で主軸34が回転する場合、前記電磁式ブレーキは解除してある。
FIG. 6 is a rear perspective view of the tool holder according to the rotary tool. As shown in FIG. 6, the rotating tool (rotating tool 4) does not include the
図7は制御装置の構成を略示するブロック図である。工作機械100は制御装置80を備え、該制御装置80によって主軸ヘッド3、主軸34、工具マガジン2、ワーク支持装置15等の駆動が制御される。制御装置80は、制御部81、X軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83、Z軸駆動制御部84、主軸駆動制御部85、A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87を備える。制御部81はバスを介して相互に接続されたCPU81a、情報を一時的に記憶するRAM81b、制御プログラムを格納している書換可能な記憶部81c、入出力インタフェース(入出力I/F)81d、通信インタフェース(通信I/F)81eを備える。RAM81bはレジスタ81f(記憶領域)を有する。制御プログラムは、順次的に読み出される複数の命令を有する。
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the control device. The
CPU81aは記憶部81cから制御プログラムをRAM81bに読出し、工作機械の制御を行う。制御部81はX軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83、Z軸駆動制御部84、主軸駆動制御部85に種々の指令、例えばモータを駆動させる駆動指令、モータの駆動を一時停止する指令を出力する。X軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83、Z軸駆動制御部84、主軸駆動制御部85は種々の通知、例えばモータの駆動が終了したこと、モータの一時停止が完了したことを示す通知を制御部81に出力する。
The
制御部81は入出力I/F81dを介して操作盤71b、X軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83、Z軸駆動制御部84及び主軸駆動制御部85との間で信号の入出力を行う。操作盤71bは、スタートスイッチ、一時停止スイッチ等を有し、スイッチのオン/オフが制御部81に入力される。操作盤71bの表示部には制御部81からの表示信号に基づいて映像が表示される。
The
主軸駆動制御部85は、バスを介して相互に接続されたCPU85a、RAM85b、記憶部85c及びインタフェース(図示略)を有する。記憶部85cには制御プログラムが格納してあり、CPU85aは該制御プログラムをRAM85bに読み込んで主軸モータ31に回転指令を出力し、主軸モータ31の駆動を制御する。主軸モータ31は回転指令に基づいて回転する。主軸モータ31にはエンコーダ31eが接続してあり、主軸モータ31の回転位置がエンコーダ31eにて検出され、検出された位置は主軸駆動制御部85に入力される。主軸駆動制御部85は、入力された位置を参照し、回転位置が目標位置に至るまで主軸モータ31をフィードバック制御する。また主軸駆動制御部85の記憶部85cには主軸34の原点位置(特定位置)が記憶してある。
The spindle
X軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83及びZ軸駆動制御部84夫々は主軸駆動制御部85と同様にCPU、RAM、記憶部及びインタフェース等を有し、X軸モータ71、Y軸モータ72、Z軸モータ73に回転指令を出力し、各モータ71、72、73の駆動を制御する。各モータ71、72、73は回転指令に基づいて回転する。各モータ71、72、73にはエンコーダ71e、72e、73eが接続してあり、各モータ71、72、73の回転位置がエンコーダ71e、72e、73eにて検出され、検出された位置はX軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83及びZ軸駆動制御部84に入力される。X軸駆動制御部82、Y軸駆動制御部83及びZ軸駆動制御部84は、入力された位置を参照し、回転位置が目標位置に至るまで各モータ71、72、73をフィードバック制御する。
Each of the X-axis
また制御部81は通信I/F81eを介してA軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87との間で通信を行う。A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87夫々はX軸駆動制御部82と同様にCPU、RAM、記憶部及びインタフェース等を有し、A軸モータ61及びC軸モータ60に回転指令、一時停止指令等を出力し、各モータ61、60の駆動を制御する。各モータ61、60は回転指令に基づいて回転し、一時停止指令に基づいて一時停止する。A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87は種々の通知、例えばモータの駆動が終了したこと、モータの一時停止が完了したことを示す通知を制御部81に送信する。
The
各モータ61、60にはエンコーダ61e、60eが接続してある。各モータ61、60の回転位置がエンコーダ61e、60eにて検出及び保持されるが、A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87にフィードバックされず、A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87はA軸モータ61及びC軸モータ60をオープンループ制御する。各モータ61、60は移動を完了した場合、移動が完了したことを示す信号をA軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87に出力する。A軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87は、移動が完了したことを示す信号が入力された場合、A軸モータ61及びC軸モータ60の移動が完了したことを示す完了応答を制御部81に送信する。
なおA軸駆動制御部86及びC軸駆動制御部87はエンコーダ61e、60eにアクセス可能に構成してあり、A軸駆動制御部86又はC軸駆動制御部87はA軸モータ61又はC軸モータ60の回転位置を参照する指令を制御部81から受信した場合、A軸駆動制御部86又はC軸駆動制御部87はエンコーダ61e、60eに保持されたA軸モータ61又はC軸モータ60の回転位置を制御部81に送信する。
The A-axis
図8は、主軸駆動制御部85による主軸34の回転制御の概要を説明するための模式図である。主軸駆動制御部85は、主軸34の軸回りの目標位置を定める。目標位置は、例えば工具交換を行う場合、主軸34の原点位置(特定位置)が設定される。主軸駆動制御部85が設定した目標位置は減算器90へ入力される。減算器90は、この目標位置と、位置変換部97が出力する主軸モータ31の検出位置とが入力されている。減算器90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91へ与える。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an outline of rotation control of the
速度変換部91は、与えられた両位置の差分値を速度に変換し、これを目標速度として減算器92へ出力する。主軸駆動制御部85は、周期的に主軸モータ31へ指令を与えてその回転を制御している。速度変換部91は、与えられた位置の差分値及び指令を与える周期等に基づいて、今周期における目標速度を算出して出力する。
The
主軸駆動制御部85は、エンコーダ31eからの信号が入力される。エンコーダ31eは主軸モータ31の軸回りの位置に応じた信号を出力しており、主軸駆動制御部85はこの入力信号を速度変換部96にて主軸モータ31の速度に変換する。速度変換部91が出力する目標速度と、速度変換部96が出力する検出速度とは、減算器92へ入力される。また主軸駆動制御部85は、エンコーダ31eからの信号を位置変換部97にて主軸モータ31の位置に変換する。位置変換部97が出力する検出位置は、減算器90へ入力される。減算器92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92が算出する差分は、主軸モータ31の目標位置と現位置との差分に応じた値となる。
The spindle
減算器92が出力する差分は、累積部93及び加算器94へ与えられる。累積部93は、減算器92が算出した目標速度及び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94へ与える。ただし主軸駆動制御部85は、累積部93が算出した累積値を加算器94へ入力するか否かを切替制御することが可能である。なお累積値を加算器94へ入力しないよう切り替えが行われた場合、累積部93は累積値をリセットする。
The difference output from the
加算器94は、減算器92が算出した差分と、累積部93が算出した累積値との加算を行い、その合計値を速度指令として比例制御部95へ与える。なお累積部93の累積値を加算器94へ入力しないよう切替制御が行われた場合、加算器94は、減算器92が算出した差分を速度指令として比例制御部95へ与える。比例制御部95は、与えられた速度指令に基づき、この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主軸モータ31へ出力する。
The
主軸駆動制御部85は、上記のような主軸モータ31のフィードバック制御を行うことによって、工具交換の際に主軸34を軸回りの原点位置へ回転させることができる。
The spindle
ただし、旋削工具(非回転工具)が主軸34の原点位置に対してズレが生じた状態で装着された場合、設定された目標位置と、位置変換部97が出力する検出位置とに差が生じる。このため減算器90が非0の差分値を出力し、この差分値が累積部93に累積される。本実施の形態に係る工作機械100は、このような際に累積部93の累積値が主軸34の回転制御に悪影響を与えることを防止すべく、累積値を用いるか否かの切替制御を行う。
However, when the turning tool (non-rotating tool) is mounted with a deviation from the origin position of the
図9は、主軸駆動制御部85による累積値を用いた制御を行うか否かの切替制御を説明するための模式図である。ワーク台16にクランプされたワークWに対する加工を行っている場合、制御装置80は、Z軸駆動制御部84にて主軸34をZ方向(上下方向)の加工位置に移動させる。主軸34に装着された工具4による加工を終えた場合、制御装置80は、工具交換を行うために主軸34を加工位置から交換位置まで上昇させる必要がある。そこで制御装置80は、Z軸駆動制御部84にて主軸ヘッド3を上昇させると共に、この間に主軸駆動制御部85にて主軸34の軸回りの位置を原点位置へ合わせる位置合わせを行う。尚、交換位置は把持アーム24を搬送しても主軸34と衝突しない位置を示す。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the switching control of whether or not the control using the cumulative value by the spindle
制御装置80は、主軸34が加工位置から所定の切替位置に達するまでの間、主軸駆動制御部85による主軸モータ31の回転制御を、累積部93の累積値を用いて行わせる。なお切替位置は、加工位置から交換位置までの間において予め定められた位置であり、制御部81の記憶部81cなどにその位置が記憶されている。例えば切替位置は、Z軸駆動制御部84による主軸34のZ方向の移動速度及び移動時間等、並びに、主軸駆動制御部85による主軸34の位置合わせに要する時間等に基づいて、主軸34の軸回りの位置合わせが完了しているZ方向の位置を、工作機械100の設計段階などで予め算出して設定しておくことができる。切替位置の上限位置はピン51と係合穴43の係合が解除される直前である。
The
主軸ヘッド3が切替位置に到達した場合、制御装置80は、主軸駆動制御部85による主軸モータ31の回転制御に、累積部93の累積値を用いないよう切替を行う。即ち主軸ヘッド3が切替位置から交換位置までの間(又は、切替位置より上方にある場合)、主軸駆動制御部85は累積部93の累積値を用いずに、主軸モータ31の回転制御を行う。その後、主軸ヘッド3が交換位置に達した場合、制御装置80は、工具交換を行う。工具交換の際も、主軸34の回転制御は累積値を用いずに行うよう切り替えがなされている。
When the
工具交換を終えた後、制御装置80は、Z軸駆動制御部84にてワークWの加工を行うため主軸34を交換位置から加工位置まで下降させる。制御部80は、主軸34が交換位置から切替位置に達するまでの間、主軸駆動制御部85による主軸モータ31の回転制御を、累積部93の累積値を用いずに行わせる。主軸ヘッド3が切替位置に達した場合、制御装置80は、主軸駆動制御部85による主軸モータ31の回転制御を、累積部93の累積値を用いて行うよう切替を行う。
After completing the tool change, the
なお制御装置80による回転制御に累積値を用いるか否かの切り替えは、主軸24に装着された工具が回転工具又は旋削工具(非回転工具)のいずれであるかに関係なく行われる。なお本実施の形態においては、主軸34を上昇させる場合及び下降させる場合の切替位置を同一位置としたが、異なる位置としてもよい。
Note that switching whether to use the accumulated value for rotation control by the
図10は、制御装置80による工具交換処理の手順を示すフローチャートである。なお本フローチャートにおいては、ワークに対する加工を終えた時点からの処理を示す。またこの時点においては、主軸駆動制御部85は累積部93の累積値を用いた主軸モータ31の回転制御を行うよう、切り替えがなされている。
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the tool change process by the
制御装置80の制御部81は、主軸34に装着された工具4による加工を終えた後、工具交換を開始する。制御部81は、Z軸駆動制御部84にてZ軸モータ73を駆動し、主軸ヘッド3の上昇を開始する(ステップS1)。これにより主軸34はワークに対する加工位置からZ軸方向の上方への移動を開始する。また制御部81は、主軸駆動制御部85にて主軸34の軸回りの位置を原点位置に合わせる位置合わせ処理を開始する(ステップS2)。
The
その後、制御部81は、Z方向に関して主軸34の位置が所定の切替位置に達したか否かを判定する(ステップS3)。主軸34が切替位置に達していない場合(S3:NO)、制御部81は、切替位置に達するまで主軸34の上昇及び位置合わせ等を継続して行う。主軸34が切替位置に達した場合(S3:YES)、制御部81は、主軸駆動制御部85へ切替指示を与えることにより、累積部93の累積値を用いずに主軸モータ31の回転制御を行うよう、主軸駆動制御部85に制御の切替を行わせる(ステップS4)。
Thereafter, the
その後、制御部81は、Z方向に関して主軸34の位置が交換位置に達したか否かを判定する(ステップS5)。主軸が交換位置に達していない場合(S5:NO)、制御部81は、交換位置に達するまで主軸34の上昇を継続して行う。主軸34が交換位置に達した場合(S5:YES)、制御部81は、Z軸駆動制御部84による主軸ヘッド3の上方への移動を停止し(ステップS6)、主軸34に装着された工具4を次の工具4に交換する為に次の工具4を把持した把持アーム24をアーム揺動位置へ搬送する(ステップS7)。
Thereafter, the
把持アーム24をアーム揺動位置へ搬送後、制御部81は、Z軸駆動制御部84による主軸ヘッド3の下降を開始する(ステップS8)。これにより工具交換が行われる。次いで制御部81は、主軸34が切替位置に達したか否かを判定する(ステップS9)。主軸34が切替位置に達していない場合(S9:NO)、制御部81は、切替位置に達するまで主軸34の下降を継続して行う。主軸34が切替位置に達した場合(S9:YES)、制御部81は、主軸駆動制御部85へ切替指示を与えることにより、累積部93の累積値を用いた主軸モータ31の回転制御を行うよう、主軸駆動制御部85に制御の切替を行わせ(ステップS10)、工具交換処理を終了する。その後、工作機械100は、主軸34を加工位置まで下降させ、ワークに対する加工を開始する。
After transporting the
以上の構成の本実施の形態に係る工作機械100は、軸回りにおける主軸34の目標位置(特定位置)及び現位置の差に応じた値を減算器92が算出し、この差分値の累積値を累積部93が算出する。目標位置は、例えば主軸34の原点位置などであり、工具交換の際に主軸34があるべき位置とすることができる。工作機械100は、減算器92による差分値及び累積部93による累積値の両方に基づく主軸モータ31の回転制御と、累積値を用いずに差分値に基づく主軸モータ31の回転制御とを切り替えて、主軸34の回転制御を行う。これにより工作機械100は、必要に応じて累積値に基づく回転制御を行わないよう、主軸34の回転制御の方法を切り替えることが可能となる。
In the
また工作機械100は、ワークに対する加工位置及び工具交換を行う交換位置の間の所定の切替位置にて、回転制御の方法を切り替える。工作機械100は、加工位置から切替位置までは差分値及び累積値に基づく主軸モータ31の回転制御を行い、切替位置から交換位置までは差分値に基づく回転制御を行う。切替位置は、例えば回転工具が装着された主軸34の軸回りの位置合わせと、加工位置から交換位置へのZ方向の主軸34の上昇とを同時的に行った場合に、主軸34の位置合わせを十分に完了させることができる位置を設定することができる。
Further, the
これにより工作機械100は、回転工具が装着された主軸34の位置合わせを行う際には、累積値に基づく回転制御を行って、高速及び高精度な位置合わせを実現できる。また工作機械100は、主軸34の位置合わせを終えた後に、累積値を用いずに差分値に基づく回転制御を行うよう制御方法を切り替えることができ、主軸34に旋削工具(非回転工具)が装着されていても、累積値に基づく過大な負荷が主軸モータ31に加わることを防止できる。また所定の切替位置にて制御方法を切り替える構成であるため、工作機械100は、回転工具及び旋削工具のいずれに対しても同じ方法で切り替えを行えばよく、主軸34にいずれの工具が装着されているかを判定する必要がない。
As a result, the
なお本実施の形態においては、Z方向に関する主軸34の位置が所定の切替位置であるか否かを条件として、工作機械100が主軸モータ31の回転制御の方法を切り替える構成としたが、これに限るものではない。回転制御の切り替えを、例えば以下の変形例1又は変形例2等の条件で行ってもよい。
In the present embodiment, the
(変形例1)
変形例1に係る工作機械100は、少なくとも工具4が工具交換のために主軸34から取り外される前に、差分値及び累積値に基づく回転制御から、累積値を用いずに差分値に基づく回転制御へ、主軸モータ31の制御方法を切り替える。これにより、工具4が主軸34から取り外される際には累積値に基づく回転制御が行われていないため、旋削工具(非回転工具)が交換のために取り外された場合に、主軸34の原点位置に対する誤差の累積により、主軸34が原点位置から大きくずれた位置へ回転されることを防止できる。
(Modification 1)
The
(変形例2)
また工作機械100は、主軸34に装着した工具4が回転工具又は旋削工具(非回転工具)のいずれであるかを判定し、判定結果に応じて主軸モータ31の回転制御の方法を切り替える構成としてもよい。工作機械100は、例えばワークに対する加工条件、加工内容又は加工指令等が記載された加工プログラムを制御装置80の記憶部81cに記憶している。制御装置80の制御部81は、記憶部81cに記憶された加工プログラムに従って、X軸駆動制御部82〜C軸駆動制御部87等の制御を行い、ワークに対する加工を行う。この構成において工作機械100は、加工プログラムの内容などに基づいて、主軸34に装着した工具が回転工具又は旋削工具のいずれであるかを判定することができる。
(Modification 2)
The
図11は記憶部81cに記憶されている加工プログラムの一例を示す図である。制御装置80の制御部81は、加工プログラムの1行目から順に指令を読み取り、読み取った指令に応じた処理を順次的に行っていく。図11において、M6は工具を交換することを示す指令であり、T1〜T3は主軸34に装着する工具を示す。例えば1行目における「M6T1」は、1番の工具4を主軸34に装着することを意味する。M141は、主軸34を回転させること(以下主軸回転モードという)を設定する指令であり、M142は、C軸回りにワーク台16を回転させること(以下C軸回転モードという)を設定する指令である。主軸回転モードでは、主軸34に対する回転を指令でき、ワーク台16に対する回転を指令できない。C軸回転モードでは、主軸34に対する回転を指令できず、ワーク台16に対する回転を指令できる。M30は処理の終了を示す指令である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a machining program stored in the
主軸回転モードが設定されている場合、主軸34には回転工具が装着されていると考えられる。またC軸回転モードが設定されている場合、主軸34には旋削工具(非回転工具)が装着されていると考えられる。よって制御装置80の制御部81は、加工プログラムにおける工具交換指令M6の後のモード設定指令がM141又はM142のいずれであるかに応じて、主軸34に装着された工具が回転工具又は旋削工具(非回転工具)のいずれであるかを判定することができる。
When the spindle rotation mode is set, it is considered that a rotating tool is mounted on the
図12は、変形例2に係る工作機械100が行う主軸34の回転制御の切替処理の手順を示すフローチャートである。変形例2に係る工作機械100の制御装置80の制御部81は、記憶部81cに記憶された加工プログラムから1行分の指令を読み取る(ステップS31)。制御部81は、読み取った指令が工具交換指令M6であるか否かを判定する(ステップS32)。工具交換指令M6でない場合(S32:NO)、制御部81は、読み取った指令に応じた処理を行って(ステップS33)、ステップS31へ処理を戻す。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure for switching processing of rotation control of the
読み取った指令が工具交換命令である場合(S32:YES)、制御部81は、工具交換を行う(ステップS34)。次いで制御部81は、加工プログラムから次の指令を読み取り(ステップS35)、読み取った指令に基づいて主軸34に装着された工具4が回転工具であるか否かを判定する(ステップS36)。制御部81は、読み取った指令がM141の場合に回転工具であると判定し、M142の場合に旋削工具であると判定することができる。主軸34に装着された工具4が回転工具であると判定した場合(S36:YES)、制御部81は、累積部93の累積値を用いた主軸モータ31の回転制御を行うよう、主軸駆動制御部85に制御の切替を行わせ(ステップS37)、ステップS31へ処理を戻す。主軸34に装着された工具4が回転工具でないと判定した場合(S36:NO)、制御部81は、累積値を用いずに差分値に基づく主軸モータ31の回転制御を行うよう、主軸駆動制御部85に制御の切替を行わせ(ステップS38)、ステップS31へ処理を戻す。
When the read command is a tool change command (S32: YES), the
このように変形例2に係る工作機械100は、主軸34に装着されている工具4が回転工具又は旋削工具のいずれであるかを判定する。装着されている工具4が回転工具である場合、工作機械100は、減算器92の差分値及び累積部93の累積値に基づく主軸モータ31の回転制御を行う。装着されている工具4が旋削工具である場合、工作機械100は、累積値に基づく回転制御を行わず、差分値に基づく回転制御を行う。これにより、旋削工具が主軸34に装着された場合に、累積値に基づく回転制御を行うことによって主軸モータ31に過大な負荷が加わることを防止できる。
As described above, the
なお上述の変形例2においては、工具4が回転工具又は旋削工具のいずれであるかを加工プログラムに記載された指令に基づいて判定する構成としたが、これに限るものではない。工作機械100は、例えば主軸34に装着された工具4の種別などを識別するセンサなどを備え、このセンサの出力に基づいて工具4が回転工具又は旋削工具のいずれであるかを判定する構成としてよい。また例えば、加工プログラムとは別に、記憶部80cに各工具が回転工具又は旋削工具のいずれであるかをあらかじめ登録しておき、その情報を利用してもよい。
In the second modification described above, it is configured to determine whether the
2 工具マガジン
3 主軸ヘッド
4 工具
5 係合突起部
16 ワーク台
31 主軸モータ
31e エンコーダ
34 主軸
40 工具ホルダ
41 回り止めフランジ
80 制御装置
81 制御部
85 主軸駆動制御部
91 速度変換部
92 減算器
93 累積部
94 加算器
95 比例制御部
96 速度変換部
2
Claims (4)
前記制御装置は、
前記主軸の軸回りにおける位置及び前記特定位置の差に応じた値を算出する第1算出手段と、
該第1算出手段が算出した値の累積値を算出する第2算出手段と、
前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うか、又は、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行うかの切替を行う切替手段と
を備え、
前記切替手段は、
前記第2位置制御手段により移動される前記主軸の位置が前記加工位置から該加工位置及び前記交換位置の間の所定位置までである場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行い、
前記第2位置制御手段により移動される前記主軸の位置が前記所定位置から前記交換位置までである場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、
前記第1位置制御手段による制御の切替を行うようにしてあること
を特徴とする工作機械。 A spindle that mounts a tool to process a workpiece, a storage unit that stores a tool that is mounted on the spindle, a control unit that controls replacement of the tool mounted on the spindle and the tool stored in the storage unit, A first position control means for rotating the spindle to a specific position around the axis and exchanging the tool from a machining position with respect to the workpiece in the axial direction before exchanging the tool. In a machine tool having second position control means for moving to an exchange position,
The controller is
First calculation means for calculating a value according to a difference between a position of the main shaft around the axis and the specific position;
Second calculation means for calculating a cumulative value of the values calculated by the first calculation means;
The first position control unit performs rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation unit, or the value calculated by the first calculation unit and the cumulative value calculated by the second calculation unit and a switching means for performing said one of the switching control rotation of the spindle based on,
The switching means is
When the position of the main spindle moved by the second position control means is from the machining position to a predetermined position between the machining position and the exchange position, the first position control means is configured as the first calculation means. Performing rotation control of the spindle based on the calculated value and the cumulative value calculated by the second calculating means,
When the position of the main shaft moved by the second position control means is from the predetermined position to the replacement position, the first position control means is configured so that the first position of the main spindle based on the value calculated by the first calculation means To perform rotation control,
A machine tool, wherein control is switched by the first position control means .
を特徴とする請求項1に記載の工作機械。 The switching means includes a rotation control of the spindle based on a value calculated by the first calculation means and a cumulative value calculated by the second calculation means before the tool is removed from the spindle for tool replacement. The machine tool according to claim 1, wherein the control of the first position control means is switched to rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation means.
前記主軸に装着されている工具が前記回転工具又は前記非回転工具のいずれであるかを判定する工具判定手段を備え、
前記切替手段は、
前記工具判定手段が前記回転工具であると判定した場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値及び前記第2算出手段が算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行い、
前記工具判定手段が前記非回転工具であると判定した場合に、前記第1位置制御手段が、前記第1算出手段が算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、
前記第1位置制御手段による制御の切替を行うようにしてあること
を特徴とする請求項1に記載の工作機械。 The main shaft can be mounted with a rotating tool that performs processing by rotating the main shaft, or a non-rotating tool that performs processing without rotating,
A tool determination means for determining whether the tool mounted on the spindle is the rotating tool or the non-rotating tool;
The switching means is
When the tool determination means determines that the tool is the rotating tool, the first position control means rotates the spindle based on the value calculated by the first calculation means and the accumulated value calculated by the second calculation means. Control
When the tool determination means determines that the tool is the non-rotating tool, the first position control means performs rotation control of the spindle based on the value calculated by the first calculation means.
The machine tool according to claim 1, wherein control is switched by the first position control means.
前記主軸の軸回りにおける位置及び前記特定位置の差に応じた値を算出する第1算出ステップと、
該第1算出ステップにて算出した値の累積値を算出する第2算出ステップと、
前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させる際に、前記第1算出ステップにて算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うか、又は、前記第1算出ステップにて算出した値及び前記第2算出ステップにて算出した累積値に基づく前記主軸の回転制御を行うかの切替を行う切替ステップと
を含み、
前記切替ステップでは、
軸方向へ移動される前記主軸の位置が前記加工位置から該加工位置及び前記交換位置の間の所定位置までである場合に、前記第1算出ステップにて算出した値及び前記第2算出ステップにて算出した累積値に基づく前記主軸の軸回りの回転制御を行い、
軸方向へ移動される前記主軸の位置が前記所定位置から前記交換位置までである場合に、前記第1算出ステップにて算出した値に基づく前記主軸の回転制御を行うよう、
制御の切替を行うこと
を特徴とする工具交換方法。 The tool mounted on the spindle and the tool stored in the storage unit are exchanged, and before the tool is exchanged, the spindle is rotated to a specific position around the axis, and the spindle is rotated with respect to the workpiece in the axial direction. In the tool change method to move from the machining position to the change position for tool change,
A first calculation step of calculating a value according to a difference between a position of the main shaft around the axis and the specific position;
A second calculation step for calculating a cumulative value of the values calculated in the first calculation step;
When the spindle is rotated to a specific position around the axis, rotation control of the spindle is performed based on the value calculated in the first calculation step, or the value calculated in the first calculation step and the first A switching step for switching whether to perform rotation control of the spindle based on the cumulative value calculated in the two calculation steps ;
In the switching step,
When the position of the spindle moved in the axial direction is from the machining position to a predetermined position between the machining position and the exchange position, the value calculated in the first calculation step and the second calculation step Rotation control around the spindle based on the cumulative value calculated by
When the position of the spindle that is moved in the axial direction is from the predetermined position to the replacement position, rotation control of the spindle based on the value calculated in the first calculation step is performed.
A tool change method characterized by switching control .
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