JPH0215338B2

JPH0215338B2 -

Info

Publication number: JPH0215338B2
Application number: JP56212947A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamauchi; Masaaki Kaihara
Original assignee: Osaka Kiko Co Ltd
Current assignee: Osaka Kiko Co Ltd
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1990-04-11
Also published as: JPS58120441A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はマシニングセンタのマガジンへ工具
ストツカから工具を自動的に供給或いは回収する
ための装置に関するものである。

従来、マシニングセンタは、多数の工具、例え
ば約30本前後の工具をマガジンに装備し、１つの
工具による加工が終了する毎に次々に工具を交換
して多工程の加工を連続して行うようにされてい
る。

特に最近では、夜間の無人運転化が実施される
に至つており、その際、マガジン内に装備した工
具が異常工具（寿命に達した工具、或いは破損し
た工具等）となると、機械の運転を停止しなけれ
ばならず、稼働率が低下するため、それに代わる
予備工具の収納が必要となり、またFMSなどに
おいては、多種類の加工物を同一マシニングセン
タで連続して加工するために、多種類の工具を装
備しなければならず、更に、無人化運転を実現す
るためのオンザマシン計測用の測定バー、切屑排
除用のエアブロー用バー等、特殊工具の必要性も
増加し、従来の収納本数では対処しきれなくなつ
てきている。

そこで、従来では、マガジンの工具容量を増大
させる大容量マガジン方式や予備マガジンを用意
してマガジン全体を交換させる方式或いは、少容
量の予備マガジンに予備工具や専用工具を収納
し、必要な時に、本マガジン内の工具と交換する
別置型の親子マガジン方式等が提案されている
が、第一の方式では主軸への工具交換時間が長く
なつたり、あるいは、必要工具の割出時間が長く
なる為に工具容量の増大に限度があり、また、第
二の方式では１本の工具が異常工具となつた時や
１種類の工具が不足するごとにマガジン全体を交
換しなければならないため、合理的でない。又、
第三の方法は、特殊工具に対しては有効である
が、本マガジン内の多種類工具の増加について
は、第一の方式と同様の問題がある。

この発明は従来のマシニングセンタの少容量マ
ガジンを作業マガジンとして使用し、大容量の工
具収納用工具ストツカを上記作業マガジンとは別
個に備え、作業マガジンには必要に応じて、工具
ストツカから、必要な工具を供給し、不要な工具
は、作業マガジンから工具ストツカに返却し、シ
ステム全体としての工具の収納本数が大容量とな
つても、直接、加工に携わる工具は、少容量の作
業マガジンに収納されているようにしたもので、
加工作業に際してマシニングセンタと作業マガジ
ン間では、公知の方式で効率よく工具の自動交換
を行い乍ら、加工作業等を進めると共に、一個の
ワークの必要工具が、作業マガジンの収納容量を
超えた場合は、既に、加工を終えた工具を、一
旦、工具ストツカに退避させ、後続の加工に必要
な工具を作業マガジンに収納して加工を続行させ
る機能を備え、又、公知の工具破損時等の予備工
具交換についても、破損工具が不要工具となり、
それに代わる工具が、必要工具として、工具スト
ツカから呼び出されるだけで、何等意識すること
なく、作業マガジンには、常い正常な必要工具が
収納される機能も兼ね備え、少容量作業マガジン
でその迅速性を損なうことなく大容量工具マガジ
ンと同等の機能を発揮する装置を提供するもので
ある。

以下、この発明の構成を図面に示す実施例につ
いて説明すると次の通りである。第１図は工具ス
トツカ、例えば、ボード式工具ストツカの平面図
であつて、同図において、Ａはマシニングセン
タ、Ｂは作業マガジン、Ｃはボード式工具ストツ
カ、Ｄはオートローダである。

上記マシニングセンタＡは竪形、横形のいずれ
でもよく、NC制御装置により制御される公知の
ものと同様であるからその詳細な説明は省略す
る。

作業マガジンＢはマシニングセンタＡの本体の
一部に回転可能に装備され、少なくとも最小必要
本数、例えば30本の工具装着ポツトを具備し、本
体に設けられる工具自動交換装置により必要な工
具が作業マガジンＢから取り出され、本体主軸に
装着されるもので、この場合、作業マガジンＢの
各ポツトに装着されている工具はすべてNC制御
装置の記憶装置に登録されており、与えられた加
工プログラムにしたがい、加工に必要な工具が工
具自動交換位置にくるようにNC制御装置によつ
て作業マガジンＢが割出回転せしめられるもの
で、これも従来公知のものと同様であるからその
詳細な説明は省略する。

次にボード式工具ストツカＣの構成について説
明する。このボード式工具ストツカＣは、大別し
て、第２図に示すような多数の工具例えば120本
の工具をストツクしておくための工具ストツク部
分C₁と、第３図に示す様に上記部分C₁に対して
工具の取出し及び工具の納入をなすトラバーサ
C₂と、第４図に示すようなトラバーサC₂とオー
トローダＤとの間で工具の受け渡しをなす工具受
渡し機構C₃とからなつている。

上記工具ストツク部分C₁は、第２図に示す様
に、多数の固定ポツト１を適宜の間隔で縦横に配
列固設したボード２と、トラバーサC₂の主ガイ
ドレール３及び補助ガイドレール４とを有してい
る。

上記固定ポツト１は、１本の工具を保持できる
もので、具体的には、工具の柄部を挿入でき、こ
の柄部は先細テーパー状とされ、これに対応する
テーパー孔１ａを有している。

トラバーサC₂は、第３図に示す様に、略箱形
本体５と、この本体５内で昇降動するヘツダー６
と、このヘツダー６に対して前後動する工具把持
手段７とを有する。そして、上記本体５は、その
前面の上下にガイド溝８，９を有し、上部のガイ
ド溝８は、第５図に示す様に、前述した主ガイド
レール３に嵌合され、また、下部のガイド溝９は
前述した補助ガイドレール４に当接され、夫々、
ローラ１０を適宜装備して摺動自在に工具ストツ
ク部分C₁に組合わされる。

上記本体５には、第５図に示すように、トラバ
ーサ走行用モータ１１が設けられ、その出力ピニ
オン１２が、工具ストツク部分C₁の一部に設け
られたラツク１３に噛合せしめめられている。

上記ラツク１３は主ガイドレール３と平行に設
けられ、これらは、工具ストツク部分C₁のボー
ド２に対し、横（水平）方向全長に亘つて設けら
れている。

従つて、トラバーサ走行用モータ１１を正逆回
転せしめることによつて、出力ピニオン１２とラ
ツク１３の噛合により本体５即ち、トラバーサ
C₂全体が工具ストツク部分C₁のボード２に対し、
その横方向全長に亘つて移動できる構成となつて
いる。尚、トラバーサC₂の走行機構は、第１図
に示すように上記ラツク・ピニオンに代えてボー
ルスクリユー１２ａとボールナツト方式としても
よい。

上記本体５内には、ボールスクリユー１４とヘ
ツダーガイド１５が縦（垂直）方向に平行に設け
てあり、これらは、本体５の底板５ａと天井板５
ｂ間に立設され、但し、ボールスクリユー１４
は、回転自在に軸承され、その上端において、本
体５の天井板５ｂに設置したヘツダー昇降用モー
タ１６の出力軸に連結されているものである。

そして、ヘツダー６は、上記ボールスクリユー
１４とヘツダーガイド１５とに貫通状に挿通さ
れ、但し、ボールスクリユー１４に対しては、ボ
ールナツト（図示省略）を介して螺合せしめられ
ており、前記ヘツダー昇降用モータ１６の正逆回
転によつて、前記工具ストツク部分C₁のボード
２の縦（上下）方向全長に亘つて移動可能とされ
ている。

上記ヘツダー６には工具把持手段７が第３図に
示す様に前後方向に移動可能に装着されている。

上記工具把持手段７は把持具７ａを前端にもつ
アーム７ｂを上記ヘツダー６に前後方向に貫通し
て設け、ヘツダー６に設けたアーム出入用モータ
１７の正逆回転により、ラツク・ピニオン方式等
でアーム７ｂを前後方向に出し入れ動作させるよ
うになされている。

上記アーム出入用モータ１７は、油圧又は空圧
シリンダに置換してもよい。

また、把持具７ａは、図面では最もシンプルな
工具受け凹所を有する構造のものを示している
が、これは、開閉爪とその開閉駆動装置を有する
構造のものとすることができる。

上記把持具７ａの機能は、ボード２に配列され
た多数の固定ポツト１に収納保持されている工具
の柄部の基部に設けられている環状の把持溝部を
確実に把持できるものであればよい。

要するに、トラバーサC₂は、工具ストツク部
C₁のボード２に対し、その縦横方向の任意の位
置へヘツダー６を移動させ、そして、その位置で
把持具７ａをボード２の固定ポツト１に対して接
近・離隔させ、即ち、任意の位置にある工具を取
り出したり、或いは収納する機能を備えている。

ところで、ボード２の任意の位置、例えば、第
２図では右上隅の位置（これに制約されない）に
オートローダＤとの工具受渡し場所１８が設けて
ある。

この場所１８は、最上段列の固定ポツト１の設
置位置の１つを切除して形成してあるが、このよ
うな形成方法に制約されるものではなく、ボード
２から外れた位置に設定することもできる。

今、ボード２の各固定ポツト１の配列位置は、
任意の位置に原点を有する直交XY座標上のXY
座標値で表し得るもので、各位置の固定ポツト１
にどういう工具が収納してあるかを適当な工具記
号で登録しておき、前記トラバーサC₂をコンピ
ユータ制御させるものである。

この場合、少なくとも、トラバーサC₂のトラ
バーサ走行用モータ１１とヘツダー昇降用モータ
１６とは、パルスモータとしてオープンループ制
御とし、又は、夫々の移動量をパルスエンコーダ
やリニヤスケール等で制御部にフイードパツクさ
せて完全なクローズドループ制御としておけれ
ば、工具ストツク部C₁に対する工具の出し入れ
を自動的に行わせることができる。即ち、ボード
２に対する位置座標が決定できれば、その位置で
把持具７ａの出し入れ動作をシーケンス作動させ
ればよく、その際では、把持具７ａの出し入れ量
のストロークを一定とし、ストローク両端にリミ
ツトスイツチ等を設ければよい。

これは、すべての工具の柄部並びに環状の把持
溝部の形状・寸法が同一に統一されていることに
よつて、ボード２の各固定ポツト１に収納されて
いる工具の収納状態、特に環状の把持溝部の位置
が同一であることに基づいている。

尚、把持具７ａの出し入れ動作についても前記
のいずれかのループ制御で三次元的に自動制御さ
せてもよい。

いずれにしても、工具ストツク部C₁に収納さ
れている各種の工具のうち、所望のものを作業マ
ガジンＢからの要求によつて自動的に取り出し、
これを前述したオートローダＤへの工具受渡し場
所１８へ持つてくるように自動制御させればよ
い。

尚、工具ストツク部C₁は、第２図に示したも
のを基本単位として、必要に応じ、複数個のもの
を連結増設することができる。

前記した工具受渡し場所１８には、第４図に示
す工具受渡し機構C₃が設置される。

上記工具受渡し機構C₃は基板１９と、この基
板１９に対してヒンジ軸２０，２０を介して枢着
された旋回台２１と、この旋回台２１にスライド
ガイド２２を介して昇降可能に設けられた上下ス
ライド２３と、この上下スライド２３に固設され
た交換ポツト２４とからなり、上記基板１９には
旋回用モータ２５が取付けてあり、このモータ２
５によつて基板１９に対し旋回台２１がヒンジ軸
２０，２０を中心として往復旋回動作するように
なされており、また、旋回台２１には上下用シリ
ンダ２６が取付けてあり、そのピストンロツド２
７の先端が上下スライド２３に連結してあり、こ
の上下用シリンダ２６によつて、上下スライド２
３が上下動作するようになされている。

上記基板１９は、工具ストツク部C₁のボード
２の一部に固設されるものである。

上記工具受渡し機構C₃は、第４図に仮想線で
示すように、上下スライド２３の下降端位置で前
記トラバーサC₂の把持具７ａから工具を受け取
り、上昇し、上昇端で旋回して工具をオートロー
ダＤに渡すものである。尚、オートローダＤから
工具を受け取つてボード２へ返納するときは逆で
ある。これらの動作もシーケンス制御で自動的に
行われるものであり、また、ボード２へ工具を返
納するときは、ボード２から先り取り出した空の
収納される工具の元の固定ポツト１へ収納させる
ものである。

工具の形状は第４図にその一例を示しており、
符号２８は工具、２９はテーパー状の柄部、３０
は環状の把持溝部であつて、交換ポツト２４は前
記したボード２の固定ポツト１と同様に、上記工
具２８のテーパー状の柄部２９を受容するテーパ
ー状の受容孔２４ａを有しており、また、先に説
明したマガジンＢのポツトも、これと同様な形状
をしているものである。

次にオートローダＤの構成を第６図により説明
する。オートローダＤは、第６図に示す様に、キ
ヤリヤガイドレール３１上を走行するキヤリヤ本
体３２のツインアーム３３を旋回軸３４を介して
取付けてあり、ツインアーム３３の両端対称位置
に爪クランプ用モータ３５，３５で夫々クラン
プ・アンクランプ作動をなすクランプ爪３６，３
６が取付けてある。尚、第６図において、３７は
キヤリヤ走行用シリンダであり、３８はツインア
ーム３３を180゜往復旋回させるための旋回用シリ
ンダである。

上記ツインアーム３３による工具２８のクラン
プは、第６図及び第７図に示しているように柄部
２９を互いに外側に向けて逆対称状態に行うもの
である。

上記オートローダＤは第１図の平面図に示す様
に、ボード式工具ストツカＣの工具受渡し機構
C₃と作業マガジンＢとの間に設置されるもので、
次に全体の動作を説明する。

先ず、作業マガジンＢ側において、工具交換の
必要が生じると、工具ストツカＣ側で、作業マガ
ジンＢが要求する工具を工具受渡し機構C₃の交
換ポツト２４へ用意させる。

そして、オートローダＤのツインアーム３２の
工具ストツカＣ側へ移動させ、ツインアーム３２
の一方のクランプ爪３６で、上記交換ポツト２４
の工具２８を受け取る。この受け取り動作は、キ
ヤリヤ本体３２が工具受渡し機構C₃側の動作端
に達すると、交換ポツト２４が旋回せしめられ、
この交換ポツト２４に保持された工具２８をツイ
ンアーム３３の一方のクランプ爪３６でクランプ
し、キヤリヤ本体３２を若干移動させて上記交換
ポツト２４から工具２８を抜き取ることによつて
行われる。

そしてキヤリヤ本体３２はそのまま作業マガジ
ンＢ側へ移動し、他方のクランプ爪３６で作業マ
ガジンＢの不要工具を受け取る。この作業マガジ
ンＢ側での不要工具の受け取りは、当該不要工具
を支持している作業マガジンＢのポツトが傾動待
機（マガジンが工具自動交換時に有する機能を利
用）せしめられているところに、ツインアーム３
３の空のクランプ爪３６が到達してクランプをな
し、かつ、キヤリヤ３２が若干後退せしめられて
作業マガジンＢのポツトから不要工具を抜き取る
ことによつて行われる。

そして、ツインアーム３３が180゜旋回せしめら
れ、新しい工具を作業マガジンＢのポツトへ差し
換えた後、キヤリヤ３２は工具ストツカＣ側へ移
動せしめられ、不要工具を交換ポツト２４に差し
込む。ポツトに対する工具の抜き差しは、キヤリ
ヤ３２の移動を利用して行うものである。

不要工具を受け取つた交換ポツト２４は、復帰
旋回して下降し、トラバーサC₂の把持具７ａに
不要工具を渡す。この動作は、把持具７ａがアー
ム出入用モータ１７で後退動して交換ポツト２４
から不要工具を抜き取ることによつて行われる。

不要工具を受け取つた把持具７ａは、トラバー
サC₂の動作により、当該不要工具を、ボード２
上の所定の固定ポツト１、すなわち最初に該当す
る不要工具が収納してあつた固定ポツト１に差し
込み返納させるものである。

上記動作は、工具を１本だけ交換する場合の動
作であつて、作業マガジンＢ側からの要求が１本
だけある場合には、上記動作で交換供給をなすも
のである。また作業マガジン内に工具が挿着して
いないポツトが存在すれば、これを不要工具と見
倣し、上記動作で工具ストツカの工具を作業マガ
ジンへ供給することができる。

然し、作業マガジンＢ側からの要求が、連続し
て複数本の交換を要求している場合には、ストツ
カ側で２本分を先読みさせ、最初の１本について
は、先ず、工具ストツカＣ側で新しい工具を用意
させ、これをツインアーム３３の一方のクランプ
爪３６で受け取り、作業マガジンＢ側へ運んで１
本目の不要工具と差し換え交換させる。この動作
は、前述のものと同様である。

しかし、キヤリヤ３２が、上記マガジンＢ側で
１本目の不要工具の交換を行つている間に、工具
ストツカＣ側では、次の２本目の必要工具を用意
する。

そして、キヤリヤ３２が１本目の不要工具を工
具ストツカＣ側へ運んできたとき、ここで、ツイ
ンアーム３３により交換ポツト２４から２本目の
必要工具を先ず受け取り、続いて、１本目の不要
工具を交換ポツト２４に渡して後、キヤリヤ３２
は作業マガジンＢ側へ移動して２本目の不要工具
と２本目の新しい工具の交換をなす。この間に、
工具ストツカＣ側では、１本目の不要工具をボー
ド２の所定の固定ポツト１は収容する。

そして、作業マガジンＢ側が、さらに３本目の
交換を連続して要求するときには、キヤリヤ３２
が２本目の不要工具を工具ストツカＣ側へ運んで
くる前に、次の３本目の必要工具を取り出して準
備するもので、以後、これを繰り返すのである。

上記動作はマシニングセンタＡ側で、工具不足
のためあるいは不要工具のため工具交換を要求し
た場合に行わせればよい。即ち、工具ストツカＣ
及びオートローダＤの駆動制御装置は、マシニン
グセンタＡのNC制御装置と関連させておくこと
により、自動的に工具の補給交換が行える。勿
論、これらの全制御機能をNC制御装置で行わせ
てもよく、従前のものに付加させてもよい。

以上説明したようにこの発明は工具収容容量を
一定数の比較的少容量とし、NC制御で主軸への
工具変換位置へ自動的に割出回転させて工具自動
交換装置を介して主軸との間で工具の自動変換が
行われるマシニングセンタ主軸の近傍に設置され
た作業マガジンと、上記作業マガジンに、必要な
工具を、適時、すなわち作業マガジンから要求が
ある都度供給することを目的に、多数の工具を収
納した、上記作業マガジンの近傍に設置された大
容量の工具ストツカと、前記作業マガジンと上記
工具ストツカとの間に設置され、マシニングセン
タが加工に必要とする工具を工具ストツカから作
業マガジンへ収納し、あるいは作業マガジン内の
不要工具を工具ストツカへ自動的に返納するオー
トローダとより工具の自動供給装置を構成したか
ら、一個のワークの必要工具が、作業マガジンの
収納容量を超えた場合は、既に加工を終えた工具
を一旦、工具ストツカに退避させ、後続の加工に
必要な工具を作業マガジンに収納して加工を続行
させる機能を備え、又、公知の工具破損時等の予
備工具交換についても、破損工具が不要工具とな
り、それに代わる工具が、必要工具として、工具
ストツカから呼び出されるだけで、何等意識する
ことなく、作業マガジンには、常に正常な必要工
具が収納される機能を兼ね備え、少容量作業マガ
ジンで、その迅速性を損なうことなく、大容量マ
ガジンと同等の機能を発揮する装置を提供するこ
とができる。また、従来のマシニングセンタがも
つ少容量マガジンの工具容量を変えることなく、
かつ、マガジン機能を損なうことなく、工具大容
量収納の機能を付与せしめることができる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるボード式工具ストツカ
方式の場合の全体の配置関係を示す平面説明図、
第２図はボード式工具ストツカのストツク部の斜
視図、第３図はトラバーサの斜視図、第４図は工
具受渡し機構の斜視図、第５図はトラバーサの側
面図、第６図はオートローダの斜視図、第７図は
オートローダの正面図である。Ａ……マシニングセンタ、Ｂ……作業マガジ
ン、Ｃ……工具ストツカ、Ｄ……オートローダ、
２８……工具。

Claims

【特許請求の範囲】

１工具収納容量を比較的少容量とし、NG制御
で主軸への工具交換位置へ自動的に割出回転させ
て工具自動交換装置を介して主軸との間で工具の
自動交換が行われるマシニングセンタ主軸の近傍
に設置された作業マガジンと、上記作業マガジン
に、必要な工具を、適時に供給することを目的
に、多数の工具を収納した、上記作業マガジンの
近傍に設置された大容量の工具ストツカと、前記
作業マガジンと上記工具ストツカとの間に設置さ
れ、マシニングセンタが加工に必要とする工具を
工具ストツカから作業マガジンへ収納し、あるい
は作業マガジン内の不要工具を工具ストツカへ自
動的に返納するオートローダからなり、上記工具
ストツカを、多数の工具をストツクしておくため
のボード式の工具ストツク部分と、上記工具スト
ツク部分に対して工具の取出し及び工具の納入を
なすトラバーサと、上記トラバーサと前記オート
ローダとの間で工具の受け渡しをなす工具受渡し
機構とで構成したことを特徴とする工具自動供給
装置。