JP6869364B2 - 工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、タレットに取り付けた工具によってワークに対する各種作業を行う工作機械に関する。
従来より、ワークに対して穴あけ、旋盤、研磨、検査等の各種作業を行う工作機械について提案されている。例えば、特許文献1に記載された工作機械は、工具マガジンと、主軸と、補助マガジンとを備えている。工具マガジンには、回転体の外周部分に複数の把持機構が設けられている。複数の把持機構の各々には、交換用の工具が把持されている。主軸は、工具を交換する際、工具マガジンの位置まで移動し、空の把持機構に使用中の工具を把持させた後、別の把持機構から新たな工具を受け取る。主軸は、工具を交換しながら、工具によってワークに対する各種作業を行う。
また、この工作機械では、耐用時間の経過や折損等によって使用できなくなった工具(以下、「寿命工具」という場合がある)を工具交換位置に配置する。具体的には、工具の延べ使用時間が耐用時間に達したり、工具が使用中に折損したりすると、主軸は、その工具、即ち、寿命工具を、工具交換位置に配置された補助マガジンまで搬送する。補助マガジンは、工具交換位置と退避位置との間を、作業員の手動操作によって移動可能となっている。作業員は、補助マガジンを退避位置まで移動させ、寿命工具を新たな工具と交換する。
特開2000−308936号公報
ところで、上記した工作機械では、工具マガジンに配置した複数の工具の中から1つの工具を主軸に取り付け、その工具によってワークに対する各種作業を行う。即ち、回転する主軸に工具を1つ取り付け、その工具によって作業を行う構成となっている。これに対し、工作機械の中には、ワークに対して作業を行うヘッド部にタレットを設け、そのタレットの外周部分に複数の工具を取り付け可能なものがある。この種の工作機械では、タレットを回転させ、使用する工具を変更しながらワークに対する各種作業を行う。
一方で、上記した特許文献1の工作機械では、主軸に1つの工具しか取り付けられていないため、主軸に取り付けた工具が寿命工具となれば、主軸を工具交換位置に移動させることで寿命工具を交換できた。しかしながら、上記したタレットを備える工作機械では、タレットの回転、即ち、使用する工具の変更にともなって、ヘッド部における工具の位置がその時々によって変更されるため、寿命工具の交換作業が困難となる。
そこで、本願は、複数の工具をタレットに取り付け可能な工作機械において、工具の交換作業の効率化を図り、ひいては生産効率の向上を図れる工作機械を提供することを目的とする。
本願は、ワークを保持して第1回転軸を中心に回転するスピンドルと、前記スピンドルの上方に配置され、工具により前記ワークに対する作業を実行するヘッド部と、前記ヘッド部を駆動するヘッド部駆動装置と、制御装置と、を備える工作機械であって、前記ヘッド部は、前記工具を保持するタレットを有し、前記タレットは、前記第1回転軸に対し直交する方向に沿った第2回転軸を中心に回転可能に設けられ、外周部分に前記工具を保持し、前記制御装置は、前記タレットに保持された前記工具のうち、交換が必要な前記工具である寿命工具が存在するか否かを判定する判定部と、前記ヘッド部の可動可能な範囲内の位置であり、且つ前記寿命工具を新たな前記工具と交換する位置である工具交換位置を設定する交換位置設定部と、前記工具交換位置の変更を受け付けたことに応じて、前記工具交換位置を変更する位置変更部と、を有し、前記判定部により前記寿命工具が存在すると判定された場合に、前記ヘッド部駆動装置を制御し、前記ヘッド部を移動させるとともに、前記タレットを回転させて前記寿命工具を前記工具交換位置に位置させ、前記位置変更部で受け付けた前記工具交換位置が、前記ヘッド部の可動可能な範囲外の位置であった場合、受け付けた前記工具交換位置による前記寿命工具の交換を実行せず、前記位置変更部で受け付けた前記工具交換位置が、前記ヘッド部の可動可能な範囲内の位置であった場合、前記位置変更部が前記工具交換位置を変更したことに応じて、変更後の前記工具交換位置を基準に前記ヘッド部駆動装置を制御し、前記スピンドルの前記第1回転軸に沿った軸方向は、前記スピンドルと、前記工作機械の操作部が設けられた正面側の側壁とを結ぶ方向であり、前記工作機械の正面側の前記側壁、前記ヘッド部の前記タレット、前記スピンドルは、前記工作機械の正面側からこの順で前記軸方向に沿って配置され、前記ヘッド部駆動装置は、前記スピンドルに保持した前記ワークに対して前記工具で作業を行なう位置から、前記工作機械の正面側の前記工具交換位置まで、前記軸方向に沿って前記ヘッド部を移動可能に構成され、前記工具交換位置は、前記工作機械の正面側の位置であって、前記スピンドルから前記軸方向に沿って離間した位置に設定される、工作機械を開示する。
本開示の工作機械によれば、制御装置は、寿命工具が存在する場合、ヘッド部を移動させるとともに、タレットを回転させて寿命工具を工具交換位置に位置させる。これにより、作業の内容に応じてタレットが回転し、ヘッド部における寿命工具の位置が変更された場合であっても、工具の交換が発生すると、寿命工具を所定の工具交換位置に自動で移動させることができる。その結果、タレットを備えた工作機械において、工具の交換作業の効率化を図り、ひいては生産効率の向上を図ることができる。
本実施形態に係る工作機械装置の外観正面図である。 ベースユニット及びローダーの構造を示した斜視図である。 ベースユニット及びローダーの構造を示した側面図である。 作業機モジュールの内部構造を示す正面図である。 作業機モジュールの内部構造を示す側面図である。 作業機モジュールの内部構造を示す斜視図である。 作業機モジュールの制御構成を示すブロック図である。 切削加工の処理手順を示すフローチャートである。 工具交換処理の処理手順を示すフローチャートである。 タレットを回転させた後に、1番の工具を、工具交換位置まで移動させる状態を示す側面図である。
以下、本願の工作機械を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る工作機械装置1の全体構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態に係る工作機械装置1の外観正面図である。
(工作機械装置の全体構成)
本実施形態に係る工作機械装置1は、図1に示すように、複数(本実施例では5個)のベースユニット2A〜2Eを有するベース3と、ベース3の上に配列された複数(本実施例では9個)の作業機モジュール4A〜4Iとを備えている。工作機械装置1は、ワークに対して各種作業を行う工作機械をモジュール化し、複数の作業機モジュール4A〜4Iで1つのラインを構成している。本実施形態の工作機械装置1は、例えば、それら複数の作業機モジュール4A〜4Iによって1つのワークに対して順次作業を行う。
また、図1に示すように、基本的には、1つのベースユニットに対して2つの作業機モジュールが配置されるが、1つのベースユニットに対して1つの作業機モジュールのみを配置する、或いは3つ以上の作業機モジュールを配置する構成としても良い。例えば、図1に示す例では、最も左側に配置されたベースユニット2Aは、1つの作業機モジュール4Aが配置され、他のベースユニット2B〜2Eには各2個の作業機モジュール4B〜4Iが配置されている。
また、以下の説明では、図1に示す工作機械装置1を正面から見た場合における上下方向をX方向、左右方向をY方向、前後方向をZ方向と称して、説明する。即ち、作業機モジュール4A〜4Iが配列されている左右方向はY方向であり、作業機モジュール4A〜4Iの配列方向と交差する工作機械装置1の奥行き方向(前後方向)がZ方向である。
複数の作業機モジュール4A〜4Iは、Y方向に沿って一列に配列され、1つのラインを構成している。また、各作業機モジュール4A〜4Iは、等間隔で且つ互いの側壁が近接するように配列されている。尚、作業機モジュール4A〜4Iは、後述するようにワークに対する作業内容が異なる複数種類のモジュールが存在する。
また、作業機モジュール4A〜4IにおけるY方向の寸法は、Z方向の寸法に対して相当に小さくされている。一方、ベースユニット2A〜2Eの各々は、X方向の上方に載置される作業機モジュール4A〜4Iに対応した寸法を有している。例えば、ベースユニット2AのY方向の寸法は、1つの作業機モジュール4AのY方向の寸法と略同一となっている。また、ベースユニット2B〜2Eの各々におけるY方向の寸法は、2つの作業機モジュール(例えば、作業機モジュール4B,4C)のY方向の寸法と略同一となっている。従って、ベース3のY方向の寸法は、Y方向に並ぶ9つの作業機モジュール4A〜4Iを合わせた寸法と略同一となっている。以上のような構成から、本実施形態に係る工作機械装置1は、9つの作業機モジュール4A〜4IをY方向に並べたにも拘わらず、Y方向における長さを比較的短いものとすることができる。
また、ベース3の各ベースユニット2A〜2Eは、互いに固定されており、1つのベースを構成している。上述したように基本的にベースユニット2Aを除く他のベースユニット2B〜2Eの各々は、2つの作業機モジュール4B〜4Iを載置させることが可能となっている。それら4つのベースユニット2B〜2Eの各々は、例えば、規格化されており、互いに同じ形状、寸法、構造とされている。これにより、ベース3を構成するベースユニット2A〜2Eの数を適宜増減させることが可能であり、それに伴って配列する作業機モジュール4A〜4Iの数についても自由に変更することが可能となる。尚、本実施形態では、ベース3を複数のベースユニット2A〜2Eで構成しているが、ベース3をベースユニット2A〜2Eに分割せずに単体で構成しても良い。
次に、ベースユニット2A〜2Eの内部構造について説明する。図2は、ベースユニット2B及びローダー21の構造を示した斜視図である。尚、ベースユニット2A〜2Eは載置される作業機モジュールの数が異なるのみで、基本的に同一の構成を有している。このため、以下の説明では、主にベースユニット2Bについて説明し、他のベースユニット2A、2C〜2Eについての説明を適宜省略する。
図2に示すように、ベースユニット2Bは、Z方向に長い略直方体形状の本体部10を備える。本体部10の上部には、載置される作業機モジュールの数に応じた数のレール11が設けられている。本実施形態のベースユニット2Bには、2つの作業機モジュール4B、4Cが載置される(図1参照)。このため、ベースユニット2Bの本体部10には、2対のレール11がY方向に並んで設けられている。
一方、作業機モジュール4B、4Cのベースユニット2Bに接する面には、レール11と対応する車輪(図示略)が設けられている。2つの作業機モジュール4B,4Cの各々は、レール11上で車輪を移動させることによって、Z方向にスライド可能となっている。これにより、ユーザは、ベースユニット2Bに対して作業機モジュール4B、4Cの各々を容易にZ方向に移動させ、作業機モジュール4B,4Cを引き出すことができる。
更に、作業機モジュール4B、4Cは、ベースユニット2Bから離脱可能な位置まで移動させることが可能となっている。その結果、ベース3上に配列された各作業機モジュール4A〜4Iの一部の入れ替えや並べ替えを容易に行うことが可能となる。また、後述する寿命工具の交換作業を、各作業機モジュール4A〜4Iを引き出した状態で行うことも可能となる。
また、図1に示すように、作業機モジュール4B〜4Hの正面側の側壁には、コントローラ5が配置されている。コントローラ5は、液晶ディスプレイ89(図7参照)や操作部91(図7参照)を備えており、工作機械装置1の現在の作動状況や設定状況等を液晶ディスプレイ89に表示する、あるいは工作機械装置1に関する各種操作を操作部91により受け付ける。
作業機モジュール4A〜4Iは、モジュール毎に作業内容が決められている。例えば、本実施形態の作業機モジュール4A〜4Iの各々は、工作機械装置1内にワークを投入する入口モジュール、切削加工を行う旋盤モジュール、ドリルによる孔開けやミーリング加工等を行うドリミルモジュール、加工されたワークを検査する検測モジュールとして機能する。あるいは、本実施形態の作業機モジュール4A〜4Iは、歯切り加工を行うホブモジュール、ワークの仮置きを行う仮置きモジュール、工作機械装置1内からワークを排出する出口モジュールとして機能する。
尚、ベース3に対してどの種類の作業機モジュールを配置するかは、ワークに対する作業内容によって異なる。また、ベース3に対して配置する作業機モジュールの数もワークに対する作業内容によって異なる。また、作業機モジュールの並び順については、一部の作業機モジュールを除いて作業内容に応じて任意に変更可能である。
例えば、図1に示す例では、ベース3の最も左側の作業機モジュール4Aは、ワークを投入する入口モジュールである。最も右側の作業機モジュール4Iは、ワークを排出する出口モジュールである。作業機モジュール4B〜4Fは、旋盤モジュール、仮置きモジュール、検測モジュール、ホブモジュールなどである。作業機モジュール4G,4Hは、ドリミルモジュールである。そして、工作機械装置1は、最も左側に配置された入口モジュールによって投入されたワークを、左側にある各作業機モジュールから順に、各作業機モジュールによる作業が行われ、最終的に出口モジュールから排出されるようになっている。
(ローダー21の構成)
本実施形態の工作機械装置1は、図2に示すように、ワークをY方向に移送する搬送手段としてローダー21を備えている。ローダー21は、ワークの搬送や、ワークの反転を行う。また、ローダー21は、後述する旋盤モジュールのスピンドル51(図5参照)へのワークの装着、及びスピンドル51からのワークの離脱を行う。尚、工作機械装置1が備えるローダー21の数は、例えば、ベースユニット2A〜2Eの数に比例して増大する。ローダー21は、例えば、2台の作業機モジュールを載置した2つのベースユニットに対して1台、即ち、合計で4台の作業機モジュールに対して1台のローダー21を配置する。例えば、本実施形態では、入口モジュールを載置されたベースユニット2Aを除けば4つのベースユニット2B〜2Eが存在するため、ローダー21は、2台配置されることとなる。
図3は、ベースユニット2B及びローダー21の構造を示した側面図である。図2及び図3に示すように、ローダー21は、テーブル24の上に配置されている。テーブル24は、ベースユニット2B(本体部10)の上端と略同一の高さに配置されている。ローダー21は、本体部10の前面(図3における左側の面)に設けられたレールに沿って、テーブル24とともに作業機モジュール4A〜4Iの配列方向であるY方向に移動可能に構成されている。ローダー21は、本体部10の前面と、工作機械装置1(作業機モジュール4B,4C及びベースユニット2B)の外壁(図1に示す前面)との間に設けられた作業空間内をY方向に移動する。本実施形態の作業機モジュール4A〜4Iの各々は、前面パネル7(図1参照)を開閉可能となっている。前面パネル7は、例えば、X方向の下方から上方に向かって回動可能に構成されている。ユーザは、前面パネル7を回動させ開けることで、ローダー21の確認や後述する工具交換位置P1(図10参照)に位置された工具77を交換党することができる。
ローダー21の先端部には、ワーク40(図3参照)を保持する把持部25が設けられている。ローダー21は、把持部25でワーク40を保持した状態でY方向へ移動することによって、作業機モジュール4A〜4D間でワーク40を移送する。
本実施形態のローダー21は、第1アーム26及び第2アーム28を有する多関節型ロボットであり、角度を変位可能とする複数の関節部を有する。具体的には、ローダー21は、テーブル24と第1アーム26との接続部分にある第1関節部27と、第1アーム26と第2アーム28との接続部分にある第2関節部29と、第2アーム28と把持部25との接続部分にある第3関節部30を備えている。
各関節部には、駆動軸が設けられている。駆動軸は、例えば駆動源としてサーボモータを備える。具体的には、第1関節部27は、第1駆動軸31を駆動させることによって、テーブル24に対する第1アーム26の角度を変位させる。また、第2関節部29は、第2駆動軸32を駆動させることによって、第1アーム26に対する第2アーム28の角度を変位させる。また、第3関節部30は、第3駆動軸33を駆動させることによって、第2アーム28に対する把持部25の角度を変位させる。
作業機モジュール4A〜4Iの制御装置81(図7参照)は、第1〜第3駆動軸31〜33を制御することによってローダー21の姿勢を自由に制御することが可能となっている。例えば、制御装置81は、図3に実線で示す第1アーム26及び第2アーム28を折り畳んだ状態にすることができる。また、制御装置81は、例えば、図3に破線で示すように、第1アーム26及び第2アーム28を伸ばして把持部25で保持したワーク40をスピンドル51のチャック61(図5参照)に装着する、あるいはスピンドル51からワーク40を離脱することが可能となっている。
また、テーブル24の下方には、ローダー回転装置41が設けられている。ローダー回転装置41は、X方向に沿った回転軸を中心にテーブル24を回転させ、テーブル24上に配置されたローダー21を回転させることが可能となっている。制御装置81は、ローダー回転装置41を制御することにより、ローダー21全体の向きを変更することができる。
(ヘッド部53及びスピンドル51の構成)
上記したように本実施形態の作業機モジュール4A〜4Iの各々は、旋盤モジュールとして構成される場合がある。以下の説明では、作業機モジュール4Bを、本願の工作機械の一例である旋盤モジュールとして構成した場合について説明する。図4は、旋盤モジュールとして構成した作業機モジュール4Bの内部構造を示す正面図である。図5は、作業機モジュール4Bの内部構造を示す側面図である。図6は、作業機モジュール4Bの内部構造を示す斜視図である。図7は、作業機モジュール4Bの制御構成の一例を示している。
図4〜図7に示すように、作業機モジュール4Bは、スピンドル51と、ヘッド部53と、ヘッド部駆動装置55と、スピンドル回転装置59、チャック開閉装置63などを備えている。スピンドル51は、作業機モジュール4Bの本体部分に取り付けられた基台57に対して回転可能に組み付けられている。スピンドル回転装置59は、スピンドル51を回転させる装置である。スピンドル回転装置59は、駆動源として、例えばサーボモータを備える。スピンドル回転装置59は、サーボモータの駆動に応じて図5に示すZ方向に沿った第1回転軸X1を中心にスピンドル51を回転させる。本実施形態のスピンドル51の第1回転軸X1は、作業機モジュール4B(工作機械装置1)を設置した設置面9(図1参照)と平行な方向であるZ方向(軸方向の一例)に沿った軸である。尚、スピンドル51は、Z方向に沿った第1回転軸X1を中心に回転する構成に限らず、例えば、X方向(設置面9に垂直な方向)に沿った回転軸を中心に回転する構成でも良い。
スピンドル51の先端部(図5における右側端部)には、チャック61が取り付けられている。チャック61は、複数(本実施形態では3つ)のチャック爪61Aと、ワーク40(図3参照)を装着される台座部61Bとを備えている。3つのチャック爪61Aは、円板形状の台座部61Bの周囲を取り囲むように配置されている。チャック爪61Aは、例えば、台座部61Bの周方向において等間隔に配置されている。
上記したように、ローダー21は、図3に破線で示す伸びた状態になって、把持部25で保持したワーク40をチャック61の台座部61Bに装着する。3つのチャック爪61Aは、チャック開閉装置63(図7参照)の駆動に応じて、台座部61Bの中心、即ち、スピンドル51の回転中心に向かって移動する。チャック開閉装置63は、例えば、駆動源としてのサーボモータや、チャック爪61Aを移動させるアクチュエーター等を備えている。制御装置81は、ローダー21を制御して台座部61Bにワーク40を装着した後、チャック開閉装置63を制御してチャック爪61Aを移動させる。ワーク40は、台座部61Bと3つのチャック爪61Aとによって固定される。ワーク40は、スピンドル51の回転にともなって第1回転軸X1を中心に回転する。
また、ヘッド部53は、ヘッド本体部71と、タレット73とを備えている。ヘッド部53は、X方向におけるスピンドル51の上方に配置されている。ヘッド本体部71は、略箱型形状をなし、移動機構65の先端部に取り付けられている。ヘッド部駆動装置55は、例えば、基台57に内蔵されたサーボモータ等を備える。移動機構65は、基台57によって基端部を保持されており、ヘッド部駆動装置55の駆動に応じてZ方向に伸縮する。これにより、ヘッド本体部71は、移動機構65の伸縮に応じてZ方向の任意の位置に移動する。また、移動機構65は、ヘッド部駆動装置55の駆動に応じてX方向へスライド移動する。これにより、ヘッド本体部71は、移動機構65のスライド移動に応じてX方向の任意の位置へ移動する。即ち、本実施形態のヘッド部53は、X方向及びZ方向の2方向に移動可能に構成されている。尚、ヘッド部53を、1方向のみに移動可能にした構成や、3方向(X、Y、Z方向)に移動可能にした構成としても良い。
タレット73は、略箱型形状のヘッド本体部71の下面に取り付けられている。タレット73は、X方向(上下方向)に厚い板状をなしている。タレット73には、外周面にホルダ75を取り付ける取付面73Aが形成されている。本実施形態のタレット73は、例えば、8つの取付面73Aを外周面に形成されており、各取付面73Aにホルダ75を取り付け可能となっている。タレット73は、X方向から見た場合に正八角形をなしている。従って、本実施形態のタレット73は、X方向に厚い正八角形の板状をなしている。
ヘッド部駆動装置55は、タレット73を旋回させる装置として、例えば、ヘッド部53に内蔵されたサーボモータや、タレット73を取り付けられサーボモータの駆動に応じて回転する出力軸等を備える。タレット73は、ヘッド部駆動装置55の駆動に応じてX方向に沿った第2回転軸X2を中心に回転する。本実施形態の第2回転軸X2は、スピンドル51の第1回転軸X1に対し直交する方向(X方向)に沿った軸である。
8つの取付面73Aの各々には、ホルダ75を取り付けるホルダ取付部73Bが設けられている。ホルダ取付部73Bには、例えば、ホルダ75に挿通させたボルトを螺合するためのネジ溝が形成されている。これにより、ホルダ75は、ボルトの締め付けによってタレット73に対し着脱可能となっている。尚、図4〜図6は、一例として、1つのホルダ75のみをタレット73に取り付けた状態を示している。
また、取付面73Aの各々には、取付面73A(ホルダ75)を互いに識別するための1〜8の数字(タレット番号73D)が設けられている。これにより、ユーザは、タレット番号73Dを確認することで、ホルダ75やホルダ75に取り付けられた工具77を識別することができる。尚、図4は、タレット番号73Dの「1番」を手前側に位置させた状態を示している。また、図5は、タレット番号73Dの「1番」をチャック61側に位置させた状態を示している。
ホルダ75には、工具77を取り付けるための工具取付部75Aが設けられている。工具77は、例えば、刃(バイト)であり、ワーク40の切削加工等に用いられる。工具77は、例えば、ネジの締め付けによって工具取付部75Aに対して固定される。ヘッド部53は、タレット73を回転させ、Z方向においてチャック61に近接する工具77、即ち、チャック61に固定されたワーク40に対向する工具77を変更することで、切削加工等に使用する工具77を変更する。尚、本願の工具77は、刃に限らず、ドリル等でも良い。
そして、本実施形態の作業機モジュール4Bは、制御装置81の制御に基づいて、チャック爪61A及び台座部61Bで固定したワーク40に対して工具77により切削加工等を行う。作業機モジュール4Bは、タレット73を回転させ、使用する工具77をワーク40側(チャック61側)に配置する。作業機モジュール4Bは、スピンドル51を回転させ、チャック61に固定したワーク40を回転させつつ、ホルダ75に固定された工具77をワーク40に当て切削加工等を行う。
(制御装置81の構成)
制御装置81は、図7に示すように、制御部83、複数の駆動回路85、記憶装置87を備えている。制御部83は、CPU,ROM,RAM等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路85に接続されている。複数の駆動回路85は、上記したコントローラ5、第1〜第3駆動軸31〜33、ローダー回転装置41、ヘッド部駆動装置55、スピンドル回転装置59、チャック開閉装置63に接続されている。駆動回路85は、サーボモータに供給する電力を変更するアンプ等を備える。これにより、制御部83は、駆動回路85を介して、第1〜第3駆動軸31〜33、ヘッド部駆動装置55等の作動を制御可能となっている。尚、上記したように、ローダー21は、複数の作業機モジュール4A〜4Iにより共用される場合がある。この場合、例えば、複数の作業機モジュール4A〜4Iの何れかがローダー21を制御しても良く、あるいは工作機械装置1の制御装置がローダー21を統括的に制御しても良い。
記憶装置87は、例えば、ハードディスクやメモリ等を備えている。本実施形態の制御部83は、記憶装置87に記憶された制御データD1を読み込んで、ワーク40に対する各種作業(切削加工等)を実行する。制御データD1は、例えば、作業機モジュール4Bの一般的作動を制御するためのプログラム、生産するワーク40の種類、作業に使用する工具77の種類、作業時におけるワーク40に対する工具77の位置等のデータが設定されている。ここでいうプログラムは、例えば、シーケンス制御のプログラム(ラダー回路)やNCプログラムなどである。また、本実施形態の制御データD1には、後述する使用可能時間の経過や折損等により交換が必要となった工具77(以下、寿命工具という場合がある)を交換する工具交換位置P1(図10参照)の位置情報が設定されている。制御装置81は、この工具交換位置P1の位置情報に基づいて、工具交換位置P1の初期位置を設定する。尚、以下の説明では、制御装置81の制御部83が、制御データD1を実行して各装置を制御することを、単に「装置が」と記載する場合がある。例えば、「ヘッド部53が移動する」とは、「制御装置81が、制御部83により制御データD1を実行してヘッド部駆動装置55の作動を制御し、ヘッド部駆動装置55の作動によってヘッド部53を移動させる」ことを意味している。
また、作業機モジュール4Bは、上述したようにユーザの操作を受け付けるとともに、情報の表示を行うコントローラ5を備えている。コントローラ5は、作業機モジュール4Bの現在の作動状況や設定状況等を表示する液晶ディスプレイ89と、ユーザの操作を受け付ける操作部91とを備える。操作部91を、ハードボタンで構成しても良いし、液晶ディスプレイ89の前面に配置されたタッチパネルで構成しても良いし、あるいはその両方で構成しても良い。液晶ディスプレイ89の表示画面は、制御部83によって制御される。そして、ユーザは、液晶ディスプレイ89の表示内容を確認するとともに、操作部91を操作することによって作業機モジュール4Bに対する各種操作を行う。本実施形態のコントローラ5は、例えば、後述するように作業機モジュール4Bの工具交換位置P1を任意の位置に変更する場合に用いられる。
(工具77の交換作動)
次に、上記構成を有する本実施形態の作業機モジュール4Bにおいて制御装置81によって実行される寿命工具の交換作動について図8及び図9に基づいて説明する。以下の説明では、寿命工具の交換作動として、切削加工に使用した工具77の交換作動について説明する。図8は、切削加工の処理手順を示すフローチャートである。図9は、工具交換処理の処理手順を示すフローチャートである。
作業機モジュール4Bを含む工作機械装置1は、例えば、ユーザから所定の操作を実行されることで、ワーク40に対する各種作業を開始する。作業機モジュール4Bの制御装置81は、図8のステップ(以下、Sと略記する)11において、切削加工を開始する。制御装置81は、上流側の作業機モジュール4Aからローダー21によってワーク40を受け取り、チャック61に装着する。制御装置81は、例えば、タレット73を回転させ、使用する工具77を切り替えながらワーク40に対する切削加工を実行する。制御装置81は、切削加工を終了させると、加工したワーク40をローダー21によって下流の作業機モジュール4Cに排出する。
次に、制御装置81は、切削加工に使用した全ての工具77について使用回数をカウントアップする(S13)。そして、S15において、制御装置81は、工具77の各々の使用回数が予め設定された寿命値に比べて小さいか否かを判定する。従って、制御装置81は、切削加工を終了する毎に、その切削加工で使用した全ての工具77の使用回数をカウントアップする。そして、使用回数が寿命値を超えた工具77、即ち、寿命工具が存在するか否かを判定する。この寿命値は、例えば、工具77の材料や形状等に基づいた使用可能(耐用)回数である。
尚、寿命工具を判定するタイミングは、切削加工を終了した時点に限らない。例えば、制御装置81は、切削加工中にタレット73を回転させ、使用する工具77を切り替えるタイミングで、使用した工具77が寿命工具であるか否かを判定しても良い。また、寿命工具の判定方法は、使用回数に限らない。例えば、制御装置81は、工具77を使用した時間に基づいて、寿命工具であるか否かを判定しても良い。また、制御装置81は、折損等した工具77を、寿命工具として判定しても良い。例えば、制御装置81は、切削加工時にホルダ75やチャック61に作用するトルクの変化に基づいて工具77の折損を検出し、折損した工具77を寿命工具として判定しても良い。また、制御装置81は、S15において、タレット73に取り付けられた全ての工具77について寿命値を判定せず、S13で使用した、即ち、直前の切削加工で使用した工具77のみについて寿命値を判定しても良い。これにより、S15における判定処理の処理負荷を軽減できる。
制御装置81は、S15において、全ての工具77の使用回数が寿命値よりも小さいことに応じて(S15:YES)、図8に示す処理を終了する。この場合、制御装置81は、新たなワーク40の搬入等が発生するまで待機状態となる。そして、制御装置81は、次の切削加工以降においても、同様に、図8及び図9に示す寿命工具の判定を実行する。
ここで、本実施形態の制御装置81は、複数の工具77について通常管理を行うか、グループ管理を行うか設定可能となっている。制御装置81は、例えば、コントローラ5の操作部91に対する操作入力に基づいて、通常管理とグループ管理とを切り替える。ここでいう通常管理とは、タレット73に取り付けられた工具77のそれぞれの使用回数(寿命)を個別に管理する方法である。通常管理が設定された場合、制御装置81は、S15において、工具77のそれぞれについて使用回数が寿命値以上となったか否か、即ち、寿命工具であるか否かを判定する。そして、制御装置81は、複数の工具77のいずれか1つでも寿命工具となると(S15:NO)、工具交換処理(S17)を開始する。
一方、グループ管理とは、タレット73に取り付けられた複数の工具77を1つのグループとして管理する方法である。1つのグループには、例えば、タレット73に取り付けられた複数の工具77のうち、2以上の工具77が属する。グループ管理が設定された場合、制御装置81は、S15において、1つのグループに属する複数の工具77が全て寿命工具となった場合に(S15:NO)、寿命工具が存在すると判定し、工具交換処理(S17)を開始する。
これによれば、例えば、同種類の工具77を、タレット73に複数個取り付ける。この同種類の工具77は、使用頻度が高い、あるいは使用可能期間が短い工具77などである。そして、同種類の工具77を1つのグループとして設定し、そのグループ内の工具77が全て寿命工具となった場合に交換作業を行えば、複数の寿命工具をまとめて交換でき交換作業の効率化が図れる。また、同一グループ内に交換時期に到達していない工具77が一つでも存在する間は(S15:YES)、その工具77を使用して切削加工を継続できる。換言すれば、交換作業にともなう生産ラインの停止時間を短くして、生産効率を向上できる。尚、上記したグループ管理において、タレット73に取り付けられた複数の工具77は、2以上のグループに分かれる場合がある。また、タレット73に取り付けられた複数の工具77の中には、グループに属さない工具77が発生する場合がある。
制御装置81は、S15において、上記した通常管理又はグループ管理に応じて寿命工具の発生を判定し、寿命工具が発生すると(S15:NO)、図9に示す工具交換処理を開始する(S17)。制御装置81は、図9のS21において、工具77の管理方法として通常管理が設定されているか、グループ管理が設定されているかを判定する。
制御装置81は、通常管理が設定されていた場合(S21:YES)、最も若番のタレット番号73Dの寿命工具を交換対象の工具77に決定する(S23)。例えば、1つの工具77が寿命工具となれば、その工具77が交換対象として決定される。また、S15において複数の工具77が寿命工具であると判定された場合、その複数の寿命工具のうち、工具77を取り付けたタレット番号73Dの数字が小さい寿命工具を優先して交換対象の工具77に決定する。これにより、複数の寿命工具が発生した場合に、交換対象の工具77を一律に決定することができる。制御装置81は、S23で決定した交換対象の工具77を工具交換位置に配置する(S25)。尚、交換対象の決定方法は、上記した方法に限らない。例えば、複数の寿命工具のうち、タレット番号73Dの最も大きい工具77を交換対象として決定しても良い。あるいは、複数の寿命工具のうち、工具交換位置に最も近い工具77を交換対象として決定しても良い。
一方、制御装置81は、S21において、通常管理が設定されていない、即ち、グループ管理が設定されていた場合(S21:NO)、最も若番のタレット番号73Dを含むグループ、あるいは1つの寿命工具を交換対象の工具77に決定する(S27)。例えば、複数の寿命工具のうち、タレット番号73Dの最も小さい寿命工具がグループに属さない工具77であれば、その寿命工具を交換対象の工具77に決定する。また、例えば、タレット番号73Dの最も小さい寿命工具がグループに属する工具77であれば、その寿命工具を交換対象の工具77に決定し、後述するS35において次の交換対象をグループ内から決定するする。これにより、グループ管理の場合であっても、交換対象の工具77を一律に決定することができる。制御装置81は、S27で決定した交換対象の工具77を工具交換位置に配置する(S25)。
S25において、制御装置81は、寿命工具と新たな工具77と交換する位置である工具交換位置に、寿命工具を配置する。制御装置81は、工具交換位置に応じてヘッド部駆動装置55を制御し、ヘッド部53を移動させつつ、タレット73を回転させ、工具交換位置に寿命工具を位置させる。制御装置81は、例えば、寿命工具の発生に応じて、上記したラダー回路に寿命の到達を示す信号を出力する。ラダー回路は、信号の入力に応じて、ヘッド部駆動装置55を駆動するのに必要なNCプログラムを制御データD1から読み出し制御部83のCPU等に実行させる。
一例として、タレット番号73Dの「1番」の工具77を交換する場合について説明する。この場合、上記したラダー回路は、タレット番号73Dの「1番」を交換するNCプログラムを制御データD1から読み出す。図6に示すように、タレット番号73Dの「1番」の工具77は、例えば、工具交換処理を開始する前に切削加工で使用されており、チャック61側に配置されている(図6の二点鎖線で示す位置)。この場合、制御装置81は、例えば、タレット73を180度だけ回転させ、1番の工具77をZ方向における前面側に配置する(図6の矢印111参照)。
図10は、タレット73を回転させた後に、1番の工具77(寿命工具)を、工具交換位置P1まで移動させる状態を示している。図10に示すように、工具交換位置P1は、例えば、作業位置の工具77を180度だけ回転させた位置(図10の実線の位置)から、Z方向に沿って装置の前面側(コントローラ5側)に移動し、X方向に沿って下方へ移動した位置(図10の二点鎖線の位置)となっている。
従って、本実施形態では、上記したようにスピンドル51の第1回転軸X1は、工作機械装置1の設置面9(図1参照)と平行な方向であるZ方向に沿った軸である。ヘッド部駆動装置55は、Z方向に沿ってヘッド部53を移動可能に構成される。そして、工具交換位置P1は、スピンドル51からZ方向に沿って離間した位置に設定される。これによれば、スピンドル51の第1回転軸X1の方向と、ヘッド部53の移動方向とを同一方向(Z方向)に合わせることで、作業機モジュール4B(工作機械装置1)の小型化を図ることができる。換言すれば、本実施形態の作業機モジュール4Bは、Y方向の幅を短くすることで、装置の小型化を図ることができる。
制御装置81は、タレット73を180度だけ回転させた後(図10の矢印111参照)、ヘッド部53をZ方向に沿ってスピンドル51から離間する方向へ移動させる(図10の矢印113参照)。次に、制御装置81は、ヘッド部53を下降させ、1番の工具77、即ち、寿命工具を工具交換位置P1に位置させる(図10の矢印115参照)。尚、制御装置81は、工具交換位置P1への移動に際し、タレット73を回転させた後にヘッド部53を移動させたが、これに限らない。制御装置81は、ヘッド部53を移動させた後(矢印113,115)、タレット73を回転させても良い(矢印111)。あるいは、制御装置81は、タレット73を回転させながらヘッド部53を移動させ、寿命工具を工具交換位置P1に配置しても良い。
図9に戻り、制御装置81は、S25を実行し寿命工具を工具交換位置P1に配置した後、工具交換位置P1に配置した寿命工具のタレット番号73Dをコントローラ5の液晶ディスプレイ89に表示させる(S29)。また、制御装置81は、工具77の交換が終了したか否かを受け付けるボタン(例えば、OKボタン)を液晶ディスプレイ89に表示させる。尚、制御装置81は、作業機モジュール4Bのランプを点灯させたり、ブザーを鳴らしたりするなどして、寿命工具が発生したモジュールの位置をユーザに報知しても良い。
ここで、従来の工作機械では、寿命工具が発生すると、ユーザは、例えば、コントローラ5を操作して、交換したい工具77が工具交換位置P1に配置されるようにヘッド部53の移動操作や、タレット73の回転操作を手動で行っていた。即ち、寿命工具を交換するために、工具交換位置P1まで工具77を移動させる操作が必要であった。これに対し、本実施形態の作業機モジュール4Bでは、寿命工具の発生に応じて、その寿命工具を自動で工具交換位置P1に配置する。ユーザは、ランプの点灯などを確認し、作業機モジュール4Bの前まで移動した後、作業機モジュール4Bの前面パネル7(図1参照)を開ける。この時点で、寿命工具は、工具交換位置P1に配置されていることとなる。ユーザは、寿命工具をホルダ75から取り外し、新たな工具77をホルダ75に取り付ける。これにより、交換作業の効率化を図ることができる。尚、制御装置81は、例えば、Z方向におけるチャック61と前面パネル7との間にシャッターなどの扉が配置されている場合、その扉を自動で開閉しても良い。
制御装置81は、図9のS29において、OKボタンを液晶ディスプレイ89に表示させた後、そのOKボタンが押下されたか否かを判定する(S31)。即ち、制御装置81は、工具77の交換を完了したことを示す操作入力があったか否かを判定する。制御装置81は、OKボタンを押下されるまで、S31の判定を繰り返し実行する(S31:NO)。
ユーザは、工具77の交換後、液晶ディスプレイ89に表示されたOKボタンをタッチ操作する。制御装置81は、OKボタンが押下されたことに応じて(S31:YES)、まだ交換していない交換前(未交換)の寿命工具があるか否か、即ち、他の交換が必要な工具77があるか否かを判定する(S33)。
未交換の寿命工具が存在しない場合(S33:YES)、制御装置81は、図8及び図9に示す処理を終了する。制御装置81は、新たなワーク40の搬入等が発生するまで待機状態となる。そして、制御装置81は、次の切削加工以降においても、同様に、図8及び図9に示す寿命工具の判定等を実行する。
一方、未交換の寿命工具が存在する場合(S33:NO)、制御装置81は、上記したS23やS27と同様に、次に交換する工具77を決定する(S35)。例えば、制御装置81は、通常管理の場合、未交換の寿命工具のうち、タレット番号73Dが小さい寿命工具を交換対象の工具77に決定する(S35)。また、例えば、制御装置81は、グループ管理の場合、交換した工具77と同一グループ内に属する工具77(寿命工具)のうち、次にタレット番号73Dの小さい工具77を交換対象の工具77に決定する(S35)。また、例えば、制御装置81は、グループ管理の場合、グループ内に未交換の寿命工具がなければ、他のグループや、グループに属さない工具77のうち、タレット番号73Dの最も小さい寿命工具を交換対象の工具77に決定する。制御装置81は、次の交換対象の工具77を決定した後、S25以降の処理を開始する。例えば、制御装置81は、S25において、タレット73を回転させ、次の交換対象の工具77を工具交換位置P1に配置する。
上記したように本実施形態の制御装置81は、グループ管理の場合、グループに属する複数の工具77(寿命工具)のうち、工具交換位置P1に配置された寿命工具を新たな工具77に交換した旨を受け付ける(S31)。そして、制御装置81は、交換した旨を受け付けたことに応じて(S31:YES)、タレット73を回転させ、グループに属する工具77のうち、交換前(未交換)の工具77(寿命工具)を工具交換位置P1に配置する(再度実行されたS25)。
これによれば、制御装置81は、ユーザから交換した旨を受け付けると、グループに属する他の寿命工具を工具交換位置P1に配置する。これにより、ユーザは、グループ内の寿命工具を交換するごとに受け付け操作を行うことで、グループ内の寿命工具を順番に工具交換位置P1に配置させ交換することができる。従って、交換作業の効率化を図ることができる。
尚、制御装置81は、工具交換位置P1の変更を受け付けても良い。上記したように、本実施形態の制御データD1には、工具交換位置P1の位置情報が設定されている。制御装置81は、例えば、コントローラ5の操作部91に対する操作入力に基づいて、工具交換位置P1の位置情報を変更しても良い。制御装置81は、例えば、ユーザから操作部91に対し、工具交換位置P1の変更を受け付けると、変更後のX方向の座標位置やZ方向の座標位置を、工具交換位置P1の新たな位置情報として制御データD1に保存する。そして、制御装置81は、寿命工具の発生に応じて、変更後の工具交換位置P1を基準に制御を行い、寿命工具を工具交換位置P1に配置する。
従って、本実施形態の制御装置81は、工具交換位置P1の変更を操作部91に受け付けたことに応じて、工具交換位置P1を変更する。制御装置81は、工具交換位置P1の変更に応じて、変更後の工具交換位置P1を基準にヘッド部駆動装置55を制御する。これによれば、ユーザは、工具交換位置P1のX方向における位置(上下の位置)や、Z方向における位置(前後の位置)を変更でき、工具交換位置P1を任意に設定できる。このため、例えば、ユーザの身長や、工作機械装置1の高さ、作業機モジュール4Bの配置状況などに応じてユーザが望む工具交換位置P1を設定することができる。その結果、作業現場で最適な工具交換位置P1を設定することで、交換作業の効率化を図ることができる。
また、工具交換位置P1は、ヘッド部53の可動可能な範囲内の位置で設定されることが好ましい。このため、制御装置81は、ユーザから工具交換位置P1の変更を受け付けた場合に、ヘッド部53の可動範囲外の位置を設定されたことを検出すると、設定エラーを報知しても良い。例えば、制御装置81は、誤った位置を設定している旨をコントローラ5に表示する。
尚、制御装置81の制御部83は、図7に示すように、判定部93と、交換位置設定部95と、受付部99と、位置変更部101とを有している。判定部93等は、例えば、制御部83のCPUにおいて制御データD1(プログラムなど)を実行することで実現される処理モジュールである。また、判定部93等を、ソフトウェアで構成せずに、ハードウェアで構成しても良い。
判定部93は、タレット73に保持された工具77のうち、交換が必要な工具77(寿命工具)が存在するか否かを判定する機能部である。交換位置設定部95は、制御データD1に基づいて工具交換位置P1を設定する機能部である。受付部99は、グループに属する複数の工具77のうち、工具交換位置P1に位置させた寿命工具を新たな工具77に交換した旨を受け付ける機能部である。位置変更部101は、工具交換位置P1の変更を操作部91で受け付けたことに応じて、工具交換位置P1を変更する機能部である。
因みに、上記実施形態において、作業機モジュール4A〜4Iは、工作機械の一例である。Z方向は、軸方向の一例である。
以上、上記した本実施形態では、以下の効果を奏する。
本実施形態の制御装置81は、寿命工具が存在すると判定した場合に(S15:NO)、ヘッド部駆動装置55を制御し、ヘッド部53を移動させるとともに、タレット73を回転させて寿命工具を工具交換位置P1に位置させる。これにより、切削加工で使用する工具77に応じてタレット73が回転し、寿命工具の回転位置が変更された場合であっても、工具77の交換が発生すると、寿命工具を所定の工具交換位置P1に自動で移動させることができる。ユーザは、寿命工具の交換に先立って、ヘッド部53の移動やタレット73の回転の操作を行う必要がなく、工具交換位置P1に配置された寿命工具を交換するだけで交換作業を行うことができる。その結果、工具77の交換作業の効率化を図り、ひいては生産効率の向上を図ることができる。
尚、本願は上記実施形態に限定されるものではなく、本願の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、制御装置81は、通常管理又はグループ管理の一方のみを実施できる構成でも良い。
また、制御装置81は、工具交換位置P1に配置された寿命工具を新たな工具77に交換したか否かを受け付けたが、これに限らない。制御装置81は、交換したか否かを受け付けない構成でも良い。例えば、制御装置81は、寿命工具を工具交換位置P1に配置してから所定時間だけ経過すると、タレット73を回転させ工具交換位置P1の工具77を変更することを報知しても良い。ユーザは、この報知を確認し、例えば、工具77の交換が済んでいなければタレット73の交換を停止させ交換作業を継続しても良い。
また、制御装置81は、工具交換位置P1を変更できない構成でも良い。
また、上記実施形態では、工作機械装置1が、複数の作業機モジュール4A〜4Iを備える構成であったが、これに限らず、作業機モジュール4Bのみを備える構成でも良い。
また、図3に示したワーク40の形状は一例であり、適宜変更される。
また、第1回転軸X1が、Z方向に沿った軸であったが、これに限らない。例えば、第1回転軸X1は、Z方向と所定の角度をなす方向に沿った軸でも良い。
また、上記実施形態ではタレット73の第2回転軸X2は、スピンドル51の第1回転軸X1に対し直交する方向(X方向)に沿った軸であったが、これに限らない。第2回転軸X2は、第1回転軸X1と所定の角度をなす方向(第1回転軸X1に交差する方向)に沿った軸でも良い。
4A〜4I 作業機モジュール(工作機械)、9 設置面、40 ワーク、51 スピンドル、53 ヘッド部、55 ヘッド部駆動装置、73 タレット、77 工具、81 制御装置、93 判定部、95 交換位置設定部、99 受付部、101 位置変更部、P1 工具交換位置、X1 第1回転軸、X2 第2回転軸。

Claims (5)

  1. ワークを保持して第1回転軸を中心に回転するスピンドルと、
    前記スピンドルの上方に配置され、工具により前記ワークに対する作業を実行するヘッド部と、
    前記ヘッド部を駆動するヘッド部駆動装置と、
    制御装置と、
    を備える工作機械であって、
    前記ヘッド部は、前記工具を保持するタレットを有し、
    前記タレットは、前記第1回転軸に対し直交する方向に沿った第2回転軸を中心に回転可能に設けられ、外周部分に前記工具を保持し、
    前記制御装置は、
    前記タレットに保持された前記工具のうち、交換が必要な前記工具である寿命工具が存在するか否かを判定する判定部と、
    前記ヘッド部の可動可能な範囲内の位置であり、且つ前記寿命工具を新たな前記工具と交換する位置である工具交換位置を設定する交換位置設定部と、
    前記工具交換位置の変更を受け付けたことに応じて、前記工具交換位置を変更する位置変更部と、を有し、
    前記判定部により前記寿命工具が存在すると判定された場合に、前記ヘッド部駆動装置を制御し、前記ヘッド部を移動させるとともに、前記タレットを回転させて前記寿命工具を前記工具交換位置に位置させ、
    前記位置変更部で受け付けた前記工具交換位置が、前記ヘッド部の可動可能な範囲外の位置であった場合、受け付けた前記工具交換位置による前記寿命工具の交換を実行せず、
    前記位置変更部で受け付けた前記工具交換位置が、前記ヘッド部の可動可能な範囲内の位置であった場合、前記位置変更部が前記工具交換位置を変更したことに応じて、変更後の前記工具交換位置を基準に前記ヘッド部駆動装置を制御し、
    前記スピンドルの前記第1回転軸に沿った軸方向は、
    前記スピンドルと、前記工作機械の操作部が設けられた正面側の側壁とを結ぶ方向であり、
    前記工作機械の正面側の前記側壁、前記ヘッド部の前記タレット、前記スピンドルは、
    前記工作機械の正面側からこの順で前記軸方向に沿って配置され、
    前記ヘッド部駆動装置は、
    前記スピンドルに保持した前記ワークに対して前記工具で作業を行なう位置から、前記工作機械の正面側の前記工具交換位置まで、前記軸方向に沿って前記ヘッド部を移動可能に構成され、
    前記工具交換位置は、
    前記工作機械の正面側の位置であって、前記スピンドルから前記軸方向に沿って離間した位置に設定される、工作機械。
  2. 前記制御装置は、
    前記位置変更部で受け付けた前記工具交換位置が、前記ヘッド部の可動可能な範囲外の位置であった場合、誤った前記工具交換位置を設定していることを報知する、請求項1に記載の工作機械。
  3. 前記判定部は、前記タレットに保持された複数の前記工具を1つのグループとして処理し、1つの前記グループに属する複数の前記工具が全て前記寿命工具となった場合に、前記寿命工具が存在すると判定する、請求項1又は請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記制御装置は、
    前記グループに属する複数の前記工具のうち、前記工具交換位置に位置させた前記寿命工具を新たな前記工具に交換した旨を受け付ける受付部を有し、
    交換した旨を前記受付部が受け付けたことに応じて前記タレットを回転させ、前記グループに属する複数の前記工具のうち、交換前の前記工具を前記工具交換位置に位置させる、請求項3に記載の工作機械。
  5. 前記軸方向は、
    前記工作機械の設置面と平行な方向である、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の工作機械。
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