JP7189259B2 - 工具交換装置、および、工作機械 - Google Patents
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Description
図1乃至図12を参照して、第1の実施形態における工具交換装置1について説明する。図1乃至図3は、第1の実施形態における工具交換装置1を模式的に示す概略斜視図である。図4は、シャッター40の閉動作中におけるシャッター40の位置と交換アーム60の角度位置との関係を模式的に示す図である。図5は、シャッター40が、交換アーム60に干渉しない位置PEで停止されることを説明する図である。図6は、交換アーム60の回転角が退避角度αと一致する状態を模式的に示す図である。図7および図8は、シャッター40の閉動作中におけるシャッター40の位置と交換アーム60の角度位置との関係を模式的に示す図である。図9は、シャッター40の開動作中におけるシャッター40の位置と交換アーム60の角度位置との関係を模式的に示す図である。図10は、シャッター40の開動作を実行中の様子を模式的に示す図である。図11Aおよび図11Bは、工具Cの交換動作を実行中の様子を模式的に示す図である。図12は、シャッター40の閉動作を実行中の様子を模式的に示す図である。
加工ヘッド2は、工具交換装置1に含まれていてもよい。代替的に、加工ヘッド2は、工具交換装置1には含まれず、後述の工作機械100の構成要素として、工作機械100に含まれていてもよい。図2に記載の例では、加工ヘッド2には、工具Cを取り付け可能である。加工ヘッド2は、工具Cが回転軸AXまわりを回転可能なように、工具Cを支持してもよい。換言すれば、加工ヘッド2は、工具Cを回転軸AXまわりに回転させることにより、ワークを加工する加工ヘッドであってもよい。
工具保持部材30は、工具交換装置1に含まれていてもよい。代替的に、工具保持部材30は、工具交換装置1には含まれず、後述の工作機械100の構成要素として、工作機械100に含まれていてもよい。工具保持部材30は、工具Cを保持可能である。工具保持部材30は、例えば、工具Cを保管するマガジン3に設けられる。代替的に、工具保持部材30は、マガジン3とは別の工具保持装置に設けられてもよい。この場合、マガジン3から加工ヘッド2への工具Cの移送、あるいは、加工ヘッド2からマガジン3への工具Cの移送は、工具保持装置を中継して実行される。
マガジン3は、工具交換装置1に含まれていてもよい。代替的に、マガジン3は、工具交換装置1には含まれず、後述の工作機械100の構成要素として、工作機械100に含まれていてもよい。図1に記載の例では、マガジン3は、複数の工具Cを保管可能である。マガジン3は、複数の工具Cをそれぞれ保持する複数の工具ホルダー33を備える。また、マガジン3は、複数の工具ホルダー33を循環経路に沿って移動させることが可能である。
シャッター40は、第1位置P1(閉位置)と第2位置P2(開位置)との間で移動可能である。第1位置P1から第2位置P2に向かう方向、換言すれば、シャッター40が開く方向を第1方向DR1と定義し、第2位置P2から第1位置P1に向かう方向、換言すれば、シャッター40を閉じる方向を第2方向DR2と定義する。図1に記載の例では、第1方向DR1および第2方向DR2は、水平方向に平行である。代替的に、第1方向DR1および第2方向DR2は、鉛直方向に平行であってもよい。
図1に記載の例では、第1サーボモータ50は、第1エンコーダ51を備える。第1エンコーダ51は、第1サーボモータ50のロータの回転角(あるいは、ロータの回転数および回転角)を取得し、当該回転角に対応する信号を、シャッター40の位置を示す第1信号として、制御装置8に送信する。
図1に記載の例では、交換アーム支持装置65は、交換アーム60を、第1軸AX1まわりに回転可能、かつ、第1軸AX1に平行な方向に移動可能に支持する。図1に記載の例では、第1軸AX1は、シャッター40の移動方向(換言すれば、第1方向DR1あるいは第2方向DR2)と平行である。代替的に、第1軸AX1は、シャッター40の移動方向に対して傾斜していても構わない。
図1に記載の例では、交換アーム60は、第1アーム61と第2アーム62とを含む。第1アーム61の先端部には、工具Cを把持する第1把持部61aが設けられ、第2アーム62の先端部には、工具Cを把持する第2把持部62aが設けられる。図1に記載の例では、第1軸AX1から第1アーム61が延在する方向と、第1軸AX1から第2アーム62が延在する方向との間のなす角度は、180度である。換言すれば、第1アーム61と第2アーム62とは一直線上に配置されている。なお、第1軸AX1から第1アーム61が延在する方向と、第1軸AX1から第2アーム62が延在する方向との間のなす角度は、180度以外の角度であっても構わない。第1アーム61と第2アーム62とは一体成形された1つの部品によって構成されていてもよいし、第1アーム61と第2アーム62とが別部品によって構成されていてもよい。
シャッター40の開動作の一例について説明する。図9に例示されるように、シャッター40の開動作が実行されるとき、シャッター40は、第1位置P1(閉位置)から、第4位置P4を経由して、第2位置P2(開位置)に移動する。図9に記載の例では、シャッター40が第4位置P4を通過するタイミングT1で、交換アーム60は、待機位置E1から工具受取位置E2への移動を開始する。シャッター40が第2位置P2(開位置)に到達する前に、交換アーム60の移動が開始されることにより、工具Cの交換に要する総時間を短縮することができる。
図11Aには、加工ヘッド2と工具保持部材30との間で第1工具C1と第2工具C2とが交換される様子が示されている。交換アーム60に工具Cの交換を実行させるために、工具交換装置1は、第2サーボモータ70のロータおよび出力軸の回転を、第1軸AX1に沿う方向における交換アーム60の直線運動に変換する変換機構75を備えていてもよい。変換機構75は、第2サーボモータ70の出力軸と交換アーム60との間に介在されるカムを含んでいてもよく、第2サーボモータ70の出力軸と交換アーム60との間に介在される歯車を含んでいてもよい。工具交換装置1が変換機構75を備える場合、第2サーボモータ70は、交換アーム60を第1軸AX1まわりに回転させることができ、かつ、交換アーム60を第1軸AX1に沿って移動させることができる。
シャッター40の閉動作の一例について説明する。図4に例示されるように、シャッター40の閉動作が実行されるとき、シャッター40は、第2位置P2(開位置)から、第3位置P3を経由して、第1位置P1(閉位置)に移動する。
続いて、図1乃至図14を参照して、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例について説明する。図13および図14は、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。実施形態における工具交換装置の動作方法において、当該工具交換装置は、第1の実施形態における工具交換装置1であってもよいし、その他の工具交換装置であってもよい。工具交換装置は、(1)工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部OPを閉鎖可能なシャッター40と、(2)加工ヘッドと工具保持部材との間で工具を交換する交換アーム60と、(3)制御装置8とを具備する。
図8、図15を参照して、工具交換装置の動作方法の変形例について説明する。図15は、第1の実施形態における工具交換装置の動作方法の変形例を示すフローチャートである。
図1乃至図16を参照して、第2の実施形態における工作機械100について説明する。図16は、第2の実施形態における工作機械100を模式的に示す概略斜視図である。
2 :加工ヘッド
3 :マガジン
8 :制御装置
30 :工具保持部材
33 :工具ホルダー
40 :シャッター
40e :端縁
49 :仕切壁
50 :第1サーボモータ
51 :第1エンコーダ
59 :機械的機構
60 :交換アーム
61 :第1アーム
61a :第1把持部
62 :第2アーム
62a :第2把持部
65 :交換アーム支持装置
70 :第2サーボモータ
71 :第2エンコーダ
75 :変換機構
76 :駆動装置
100 :工作機械
110 :ワーク支持装置
120 :第1駆動装置
130 :第2駆動装置
140 :工作機械制御装置
C :工具
C1 :第1工具
C2 :第2工具
OP :開口部
SP1 :第1室
SP2 :第2室
W :ワーク
Claims (7)
- 工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部を閉鎖可能なシャッターと、
前記シャッターを駆動する第1サーボモータと、
前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、
前記交換アームを、回転駆動する第2サーボモータと、
前記第1サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第1信号を受信し、前記第2サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第2信号を受信し、かつ、前記第1サーボモータおよび前記第2サーボモータを制御する制御装置と
を具備し、
前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第1位置と、前記開口部を開放する第2位置との間で移動可能であり、
前記交換アームは、第1軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第1位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能であり、
前記制御装置は、
前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第1サーボモータに制御信号を送信して、前記第1サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、
前記第1信号および前記第2信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第3位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、
前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する
工具交換装置。 - 前記交換アームが所定の前記退避角度に達した状態が、前記交換アームの全体が前記開口部よりも前記工具保持部材側に退避した状態となるように、所定の前記退避角度が設定されている
請求項1に記載の工具交換装置。 - 前記制御装置は、
前記シャッターの開動作時に、前記第1信号に基づいて、前記シャッターが、前記第1位置と前記第2位置との間の所定の第4位置を通過するタイミングを特定し、
前記タイミングで、前記第2サーボモータに制御信号を送信して、前記待機位置から工具受取位置への前記交換アームの移動を開始させる
請求項1または2に記載の工具交換装置。 - 前記制御装置は、
前記シャッター停止処理の実行中に、前記第2信号に基づいて、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しているか否かを判定し、
前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達している場合、前記シャッターが停止する前に前記シャッター停止処理を中止して、前記シャッターを前記第1位置に移動させる動作を再開させる
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の工具交換装置。 - 前記制御装置は、
前記シャッター停止処理が完了して前記シャッターが停止した後に、前記第2信号に基づいて、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しているか否かを判定し、
前記シャッター停止処理の完了後において、所定の期間が経過するまでに前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達している場合、前記シャッターを前記第1位置に移動させる動作を再開させ、前記シャッター停止処理の完了後において、前記所定の期間が経過するまでに前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しなかった場合、アラームを発出する
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の工具交換装置。 - ワークを支持するワーク支持装置と、
工具を取り付け可能な加工ヘッドと、
前記加工ヘッドを前記ワーク支持装置に対して相対移動させる第1駆動装置と、
工具を保持可能な工具保持部材と、
工具を保管するマガジンと、
前記加工ヘッドが配置される第1室と、前記工具保持部材が配置される第2室との間に配置され、開口部を有する仕切壁と、
工具交換装置と
を具備し、
前記工具交換装置は、
前記開口部を閉鎖可能なシャッターと、
前記シャッターを駆動する第1サーボモータと、
前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、
前記交換アームを、回転駆動する第2サーボモータと、
前記第1サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第1信号を受信し、前記第2サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第2信号を受信し、かつ、前記第1サーボモータおよび前記第2サーボモータを制御する制御装置と
を備え、
前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第1位置と、前記開口部を開放する第2位置との間で移動可能であり、
前記交換アームは、第1軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第1位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能であり、
前記制御装置は、
前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第1サーボモータに制御信号を送信して、前記第1サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、
前記第1信号および前記第2信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第3位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、
前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する
工作機械。 - 前記退避角度は、前記工具取付位置から前記待機位置に向かう前記交換アームが前記待機位置に到達して回転移動を完了する前の角度位置に設定されている
請求項2に記載の工具交換装置。
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JP2021067839A JP7189259B2 (ja) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 工具交換装置、および、工作機械 |
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