JPH04101744A - 自動加工装置の工具交換装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合加工工作機械を備えた自動加工装置におけ
る工具交換装置及びその制御方法に関する。

［従来の技術］ 複合加工工作機械とワークの自動搬送装置とを組み合わ
せて、長時間にわたる自動加工を可能とするフレキシブ
ル　マニュファクチャリング　システム（ＦＭＳ）が普
及しつつある。

複合加工工作機械のうちで、対向する２台の主軸と、各
主軸と共同する２台の刃物台を備えた複合加工旋盤は、
２台の主軸間でワークの受渡しが可能であって、２つの
工程を１台の機械の中で完了することができ、生産性も
高い。

刃物台は、タレットを備え、タレットはその周囲に例え
ば１２本のツールを装備することができる。

この種の複合加工旋盤とワークの自動搬送装置とを組み
合せて、長時間の無人運転を可能としたシステムは、既
に本出願人によって提案されている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の装置にあっては、使用で
きるツールはタレットに予め装着された範囲のツールに
とどまり、ツールを交換する必要が生じた際には、オペ
レータによるツールの交換作業が不可欠であった。

ワークと同様に、ツールもタレットに対して自動的に搬
送することができれば、加工の範囲が拡がり、より長時
間の無人運転が可能となる。

そこで本発明は、複合加工旋盤と自動搬送装置とを備え
た自動加工装置における自動工具交換装置及びその制御
方法を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の自動加工装置を構成する複合加工旋盤は、互い
に対向して配設されて軸方向に沿って独立して移動する
第１の主軸および第２の主軸と、第１の主軸の移動軸に
対して直交する軸に沿って移動するタレットを有する第
１の刃物台と、第２の主軸の移動軸に対して直交する軸
に沿って移動するタレットを有する第２の刃物台とを備
え、搬送装置は、複合加工旋盤と部材を収容するストッ
カ装置との間に配設したガイドレールと、ガイトレー・
ル上を自走する搬送ロボットと、搬送ロボットにとりつ
けた鉛直方向に伸縮するアームと、アームの先端に交換
自在に装着されるハンドとを備える。

そして、自動工具交換は搬送ロボットのアームにツール
ハンドを装着して達成するが、このツールハンドは、基
本的な手段として、第１の刃物台にツールを供給する第
１のグリッパヘッドと、第２の刃物台にツールを供給す
る第２のグリッパヘッドを備え、ツールハンドが工具交
換を実行する際に、搬送ロボットのアームにかかる曲げ
応力を検知する手段を備えている。

そして、工具交換の際に、ツールハンドと刃物台の関連
位置とアームにかかる曲げ応力とを監視しつつ工具交換
を制御する。

［作用］ 以上の手段を有することにより、搬送ロボットによって
ツールを第１の刃物台と第２の刃物台に自動的に搬送す
るとともに、安全かつ確実な工具交換を達成することが
できる。

［実施例］ 以下、図面に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を実施する自動加工装置の全体を示す斜
視図、第２図は正面図、第３図は平面図、第４図は左側
面図である。

全体を符号１で示す自動加工装置は、複合加工工作機械
を備える。複合加工工作機械は、種々の形式の工作機械
を利用することができるが、本実施例においては、２台
の主軸と２台の刃物台を備えた複合加工旋盤１０を用い
た場合を示している。

第５図は、複合加工旋盤１０の概要を示すもので、対向
して配設した第１の主軸１１０と第２の主軸１３０を有
する。第１の主軸１１０と第２の主軸１３０は同一の能
力を有する主軸であって、それぞれ軸２．．２．で示す
方向に移動する。

一方、同一の能力を有する２台の刃物台１２０゜１４０
は対向して配設される。第１の刃物台１２０は、軸Ｘ１
方向に移動するとともに、軸Ｔ１のまわりに旋回するタ
レット１２２を有し、タレット１２２には複数本のツー
ル１６０が装着される。

第２の刃物台１４０も同様に、軸Ｘ、力方向移動すると
ともに、軸Ｔ、のまわりに旋回するタレット１４２を有
し、タレット１４２には複数本のツール１６０が装着さ
れる。

第１の主軸１１０は、チャック１１２を有し、ジョー１
７０でワーク１５０を把持して第１の刃物台１２０のツ
ール１６０によってワーク１５０に必要な加工を施す。

第１の主軸１１０の軸Ｚの移動量と軸Ｃ１まわりの回転
量及び刃物台１２０の軸Ｘ１の移動量と軸Ｔ１まわりの
インデックスはＮＣ装置により制御される。

複合加工旋盤１０は、ツール１６０の刃先位置を検知す
る手段（図示せず）を備え、刃先位置を計測してＮＣ装
置にフィードバックすることにより、ワークの寸法を間
接的に計測し、加工精度を確保する。

第１の主軸１１０により第１工程の加工が完了すると、
第２の主軸１３０のチャック１３２は第１の主軸１１０
からワーク１５０を受けとり、ＮＣ装置により制御され
る第２の刃物台１４０と共同して第２工程の加工を施し
、ワーク１５０を完成させる。

複合加工旋盤１０は以上のように、２台の主軸と２台の
刃物台を備え、複雑な形状のワークを自動的に加工する
能力を有する。

複合加工旋盤１０の後側にはチップコンベア１９０を配
設して切削により発生するチップを集め、チップバスケ
ット１９５で回収する。

全体を符号２０で示す搬送装置は、複合加工旋盤１０の
上方に配設されるガイドレール２００を備える。ガイド
レール２００は、旋盤の主軸の移動方向である軸２．．
２．と平行な軸Ｂに沿って配設され、ガイドレール２’
ＯＯ上に搬送口ホット２２０を走行自在にとりつける。

搬送ロボット２２０は、上下方向の軸Ａに沿って移動す
るアーム２３０を備える。アーム２３０の先端部にはワ
ークハンド２８０をとりつけるが、後述する態様により
このワークハンド２８０を他のハンドと交換自在として
、種々の対象物を搬送する。

複合加工旋盤１０に隣接して、ガイドレール２００の下
方に部材を備蓄して必要時に複合加工旋盤１０に供給す
るストッカ装置３０を配設する。

第６図はストッカ装置３０の要部の断面図、第７図は要
部の側面図である。

ストッカ装置３０は、床面に載置されるベース３００を
有し、ベース３００は、２本で１組の案内面を２組備え
る。第１の案内面３１０，３１２は、ガイドレール２０
０の軸Ｂに対して直交する軸Ｘ、に沿って配設される。

第２の案内面３２０゜３２２は、軸Ｘ、に平行な軸Ｘ４
に沿って配設される。

第１の案内面３１０，３１２上には、全体を符号４０で
示すストッカが軸Ｘ、に沿って移動自在に載置される。

ストッカ４０は、第１の側壁４１０、第２の側壁４２０
および２つの側壁を結ぶ床４３０からなり、上部が開口
する断面がほぼ正方形の箱形のストッカ本体４００を備
える。床４３０の下面には案内面上を転動するローラ４
°０２を設ける。

第１の側壁４１０の上縁部は外側に水平方向に延び、第
１のフランジ４１２を形成する。第２の側壁４２０の上
縁部も外側に水平方向に延び、第２のフランジ４２２を
形成する。

ストッカ本体４００は、軸ｘ８に沿って延びる細長い形
状を有するが、内部は仕切板４４０によって複数の室４
４５に画成される。

室４４５には、搬送ロボット２２０のアーム２３０の先
端に交換自在に装着される各種のハンドが収容される。

本実施例にあっては複合加工旋盤１０の刃物台に供給す
るツールを取り扱うためのツールハンド２４０１主軸１
１０，１３０のチャック１１２，１３２へ供給するショ
ーを取り扱うためのジョーハンド２６０、ワークを取り
扱うためのワークハンド２８０の３種類のハンドが用意
される。

第１のフランジ４１２と第２のフランジ４２２は、軸Ｘ
、に沿って等間隔に形成した穴を有し、各人にはツール
１６０が挿入される。本実施例においては、各フランジ
に１０本ずつ、合計２０本のツール１６０を収容する場
合を示すが、必要に応じて収容本数を増減する。

第１の側壁４１０と第２の側壁４２０の上部の内側には
、軸Ｘ１に沿って等間隔にジョーの保持部材を配設し、
各保持部材にジョー１７０を挿入する。本実施例では、
合計１８個のジョー１７０を保持する場合が示されるが
、ジョー１７０の個数は必要に応じて増減する。

ストッカ本体４００は軸Ｘ、に沿って割り出され、位置
決め用の手段（例えばサーボ位置決め）を備える。

各ツール、ジョー、ハンドはＩＣと電池等を含む記憶素
子を備え、必要な情報を記録する。

ツール１６０は記憶素子１６０ａを備えるが、ストッカ
装置のベース３００側にツールの記憶素子１６０ａの情
報を読みとり、または書き込むためのリード、ライトヘ
ッド３３０を配設する。ジョー１７０は、チャックと係
合するベースジョーと、ベースジョーにとりつけるソフ
トジョーとがらなり、ベースジョーの背面に同様の記憶
素子を備える。そして、ベース３００側にジョー１７０
の記憶素子１７０ａに対向するリード、ライトヘッド３
３２を配設する。このリード、ライトヘッド３３２は、
ストッカ本体４００が移動する際に、ツールシャンク１
６０Ｓとの干渉を避けるために旋回式として、リード、
ライト時のみにジョー１７０の記憶素子１７０ａに近接
する構造とする。

第１のフランジ４１２に貯えられるツール１６０と第１
の側壁４１０に貯えられるジョー１７０は、原則として
第１の刃物台１２０と第１の主軸１１０に供給される。

第２のフランジ４２２に貯えられるツール１６０と第２
の側壁４２０に貯えられるジョー１７０は、第２の刃物
台１４０と第２の主軸１３０に供給される。

第６図はツールハンド２４０が、第１のフランジ４１２
のツール１６０と、第２のフランジ４２２のツール１６
０を把持する状態を示し、ジョーハンド２６０がジョー
１７０を把持する状態を中央上部に示す。

ストッカ本体４００内にはハンドが貯えられるが、本体
４００の床４３０の下方のベース３００には、ハンド用
のリード、ライトヘッド３４０がアクチュエータ３４２
により上下動自在に設けられる。第６図はツールハンド
２４０がストッカ本体４００内に収容された状態を示す
が、ツールハンド２４０の先端部に記憶素子２４０ａを
とりつけて、必要な情報を記録する。ジョーハンド２６
０、ワークハンド２８０も同様の記憶素子を備える。

ストッカ装置３０のベース３００の第２の案内面３２０
，３２２には、全体を符号６０で示す走行台車が装架さ
れる。走行台車６ｏはフレーム６００を有し、フレーム
６００はローラ６０２を介して案内面３２０，３２２上
に支持されるが、図示しない駆動装置によって軸Ｘ４に
沿って移動される。この走行台車６０はフォーク７０と
ともにパレットチェンジャを構成し、後述する態様によ
ってワークを載置したパレットを取り扱う。

ストッカ４０に係脱自在の連結ピン４５０によるクラッ
チ手段を設け、必要時に、走行台車６０とストッカ４０
とを連結する。ストッカ４０は、走行台車６０の駆動力
によって軸Ｘ、に沿って所定の位置に割り出され、ハン
ド、ツール、ジョーを搬送ロボット２２０へ供給する。

本自動加工装置は以上のように、搬送ロボットのアーム
にとりつけるハンドを交換自在とし、必要とするツール
、ジョーを複合加工旋盤１０へ供給するので、多種類の
ワークに対する段取りを自動的に達成することができる
。

次に、ストッカ４０の一端部に機外計測装置５０を連結
する。この機外計測装置５０は、プレート５００上にワ
ークを位置決めするブロック５０２やマイクロメータ５
１０等を配設したものであって、加工済みのワークの寸
法を自動的に計測してその情報を制御装置９０へ送る。

ベース３００に案内される走行台車６０は、フォーク装
置７０を備える。フォーク装置７０は、走行台車６０に
対して上下動自在に支持される。

走行台車６０に配設したモータ６１０は伝動手段を介し
てフォーク装置７０の駆動ねじ７２０を回動し、フォー
ク装置７０全体を昇降させる。

フォーク装置７０は桁７０５と、桁７０５の両端から外
側に突出する平行した２本のアーム７１０を有し、２本
のアーム７１０の内側部でパレット８０を把持する。

フォーク装置７０の桁７０５の中央内側部にはリード、
ライトヘッド９１７を備え、パレット８０の対向する位
置に記憶素子８１５を備える。

パレット８０は、ワーク１５０を収容する角板状のもの
で、同種、異種のワーク１５０を一定間隔で収容するた
めの手段を有する。

複数個のパレット８０を上下方向に重ね合せて準備する
が、最大１０個程度のパレットを準備する。各パレット
８０は四辺形のフレーム８００の内部にＶ溝を形成した
アダプタからなるワークの保持手段を備える。そして、
フレーム８００の４隅にはビン８１０を植設する。この
ピン８１０はワーク１５０の高さ寸法に対応して選択さ
れ、ビン８１０により上方に重ねるパレット８０を支持
する。したがって、重ね合わされるパレットの上下方向
の間隔は、ピン８１０の長さにより規定される。

本自動加工装置の制御装置と制御方法を説明する。

第８図は制御装置の概要を示すブロック図であって、複
合加工旋盤ｌＯは、ＮＣ装置を含む制御装置９５を備え
る。

制御装置９５は、ＮＣ装置を含む中央処理装置９５０と
、操作盤９５２を有し、加工に必要な情報を入出力する
。複合加工旋盤１０は、２台の刃物台１２０，１４０に
装着するツール１６０の刃先位置を検出する刃先位置検
出装置９５４を備え、刃先位置を検出することで加工し
たワークの寸法を管理する。この刃先位置検出装置９５
４の情報を中央処理装置９５０へ送り、必要に応じてＮ
Ｃ情報を修正する。

制御装置９０は、複合加工旋盤１０以外の装置の制御を
担当する。本実施例においては、複合加工旋盤の制御装
置９０と、それ以外の装置の制御装置９５を別体にした
場合を示しであるが、制御装置を合体して総合した制御
装置を構築することもできる。

制御装置９０は、中央処理装置９００を備え、中央処理
装置に連結する操作盤９ｏ２．ティーチングパネル９０
４によって、制御対象の装置の作動に関する情報が入力
される。

搬送装置２０は、ガイドレール２００上を移動する搬送
ロボット２２０を作動するサーボ軸Ｂと、アーム２３０
の上下動を作動するサーボ軸Ａの２軸を有するが、これ
らのサーボ９０６は中央処理装置９００からの指令によ
り制御される。走行台車６０とフォーク７ｏからなるパ
レットチェンジャは、走行台車６０の移動と、フォーク
７０の上下動を操作するサーボ９０８を備え、中央処理
装置９００の指令により制御される。

ハンド、ジョー、ツールを収容するストッカ４０の位置
等はユニット９１０を介して制御される。

本自動加工装置は、ストッカ４０に加えて図示しないチ
ェーンストッカ等を付加することにより、ツールやジョ
ーの収容量を拡大することができる。

チェーンマガジンを装備した場合には、ユニット９１２
を介して制御する。

ストッカ４０と一体に連結された機外計測装置５０は、
加工が完了したワークの寸法を計測するが、計測装置５
０の作動や、計測結果等の情報は、ユニット９１４を介
して制御される。

各々のパレット８０は、記憶素子を備えるが、この記憶
素子に対する情報の読出し、書込みは、リード、ライト
ヘッドコントローラ９１６と、これに連結されるリード
、ライトヘッド９１７により実行される。

同様に、各ツールの記憶素子、各ジョーの記憶素子、各
ハンドの記憶素子の情報の読出し、書込みは、リード、
ライトヘッドコントローラ９］８と、これに連結される
リード、ライトヘッド９１９により実行される。

自動加工装置を用いて自動運転を開始する前に、オペレ
ータが行なう段取り作業を説明する。

まず、段取りステーションにおいて、各パレット８０に
素材ワーク１５０を収容し、可搬型のリード、ライトヘ
ッドを用いて各パレット８０の記憶素子にデータを書込
む。書込むデータは、固定データとして、パレット番号
、加工年月日等があり、可変データとして、ワーク番号
、ワーク間隔、ワーク基準位置、パレット上の個数、パ
レットに植設したビン８１０の高さ寸法等がある。

以上の段取りが完了したパレット８０は、最大１０段程
度に積層されて自動加工装置のローディングステーショ
ン８２０へ搬送される。

次に、オペレータは、ストッカ４０に複数のハンド２４
０，２６０，２８０．ツール１６０、ジョー１７０をセ
ツティングする。この際に、可搬型のリード、ライトヘ
ッドを用いて各記憶素子にデータを書込む。このストッ
カ４０に収容される機器のデータは、システムチエツク
の際にリード。

ライトヘッドで読みとられ、制御装置９０へ送られる。

複合加工旋盤１０の制御装置９５にもＮＣデータ等を準
備する。

第９図は、本自動加工装置の作動を示すフローチャート
である。

ステップ１０００でスタートした自動運転は、ステップ
１１００でパレット８０にとりつけた記憶素子のデータ
の読取りを行なう。ローディングステーション８２０に
載置されたパレット８０に対して、パレットチェンジャ
のフォーク装置７０は、最上部から降下して積層された
パレット８０の各記憶素子のデータを読取る。

第１０図は、パレット８０の記憶素子に記入するデータ
項目を例示する。

この読取りが完了すると、パレット番号を基準とした加
工スケジュールのデータ表が作成できる。

加工順序としては、最上段に積まれたパレットが最初と
なり、順次下段のパレットが続く。

ステップ１２００では、自動加ニジステムのチエツクを
行なう。パレット番号を基準とした加工スケジュールに
基き、ＮＣデータ、ツール、ジョ、ハンド等のデータと
、ストッカ及び複合加工旋盤内にセットされているもの
とを照合し、システムに異常がないかをチエツクする。

異常を発見したときには、ステップ１２１０でオペレー
タに警告を発する。

ステップ１３００へ進み、準備状況をチエツクする。

加工すべきワークに対応する準備が完了していない場合
には、ステップ１３１ｏへ進む。

ステップ１３１０では、ストッカ４０に設けた連結ビン
４５０を作動して走行台車６０とストッカ４０を連結す
る。これにより、ストッカ４０は走行台車６０とともに
駆動され、必要な位置まで移動できる状態となる。

ステップ１３２０では、ハンド交換プログラムが実行さ
れる。ストッカ４０内に収容された３種類のハンドのう
ちで、例えばツールハンド２４０が搬送ロボット２２０
のアーム２３０に装着される。

ステップ１３３０では、ツール交換プログラムが実行さ
れる。ツールハンド２４０は、ストッカ４０の第１のフ
ランジ４１２に収容されたツール１６０を第１の刃物台
１２０のタレット１２２へ装着し、第２のフランジ４２
２のツール１６０を第２の刃物台１４０のタレット１４
２へ装着する。

ステップ１３４０では、ジョー交換プログラムが実行さ
れる。ジョーハンド２６０がアーム２３０に装着され、
ジョーハンドはストッカ４ｏの第１の側壁４１０に収容
されたジョー１７０を第１の主軸１１０のチャック１１
２へ装着し、第２の側壁４２０に収容されたジョー１７
０を第２の主軸１３０のチャック１３２へ装着する。

ステップ１３５０では、加ニブログラムや交換されたツ
ール、ジョーに関するデータを複合加工旋盤の制御装置
９５へ転送する。転送するデータは、ツールファイルデ
ータ、爪寸法データ等のツールの記憶素子、ジョーの記
憶素子内のデータのマツプ等がある。その後に、ストッ
カ４０を原位置に復帰する。原位置では、機外計測装置
５０が所定の位置に位置決めされる。走行台車６０とス
トッカ４０の係合を解く。アーム２３０にワークハンド
２８０が装着される。

以上で準備プログラムは完了し、ステップ１４０ｏへ進
む。

ステップ１４００では、走行台車６０とフォーク７０が
共同して最上段のパレット８０を所定の位置に保持する
。

ステップ１５００では、搬送ロボット２２０が、ワーク
ハンド２８０によってワーク１５０を把持し、複合加工
旋盤１０の第１の主軸１１０のチャック１１２へ供給す
る。通常は、ワーク１５０に対する第１の加工工程は、
第１の主軸１１０で実行され、第２の加工工程は、第２
の主軸１３０で実行されるが、順序を逆にすることも可
能である。

ステップ１６００では、複合加工旋盤１０の機内に装備
した刃先位置検出装置（図示せず）によって各ツール１
６０の刃先位置を計測し、ワークの寸法を間接的に計測
する。

ステップ１７００では、ステップ１６００における刃先
位置の検出結果に基いて刃先の破損等によるツール交換
の必要性を判断する。ツール交換が必要と判断されると
、ステップ１７１０へ進み、搬送ロボット２２０のアー
ム２３０に装置されていたワークハンドをツールハンド
に交換する。ステップ１７２０でツール交換プログラム
を実行し、ステップ１７３ｏでワークハンドに再度交換
してステップ１８００へ進む。

ステップ１８００では、複合加工旋盤１０によって所定
の加ニブログラムを実行する。加工が完了したワーク１
５０は、ステップ１９００で搬送ロボット２２０により
とり出され、機外計測装置５０へ送られる。

ステップ２０００では、機外計測装置５０によるワーク
１５０の寸法の直接計測が実行され、誤差の大きさに応
じて、ステップ２０１０でＮＣデータを補正する。

ステップ２１００では、ツール寿命をチエツクする。各
ツール１６０は、予め所定の使用回数、使用時間を寿命
として設定しである。そこで、この設定値に照してツー
ルの寿命をチエツクし、寿命に達した場合にはステップ
２１１０へ進み、ツールハンドに交換した上で、ツール
交換プログラムが実行される。

ステップ２１２０では、複合加工旋盤１０の制御装置９
５のＮＣから制御装置９０ヘツールデータの転送を行な
い、ステップ２１３０では、リード、ライトヘッド９１
９を介して使用済みのツールの記憶素子へツールデータ
の書込みを行なう。

したがって、使用中のツールのデータは、ＮＣ内のツー
ルファイルにのみ記録され、ツールの記憶素子のデータ
は更新されない。

ステップ２２００では、パレット８０上に段取りされて
いたワーク個数の全ての加工が完了したか否かを判断す
る。完了していた場合には、ステップ１５００へ戻り、
ワークを搬入して以上のステップをくり返す。

パレット１枚分のワークの加工が完了すると、ステップ
２３００へ進み、走行台車６０とフォーク７０は、支持
しているパレットをアンローディングステーション８２
５へ降ろす。

このときに、パレット用のリード、ライトヘッド９１７
は、パレット８０の記憶素子に各ワークの加工データを
書込む。具体的には、ステップ２０００で実行した機外
計測の測定データにより中央処理装置９００は加工結果
の良否を判定し、リード、ライトヘッド９１７が各ワー
クに対する良否のデータをパレットの記憶素子に書込む
。

以上のフローを全パレットに対してくり返し、ステップ
２４００で全パレットの加工が終了したことを確認し、
ステップ２５００で自動運転を終了する。

なお、上述した自動加工装置１においては、正面からみ
て、複合加工旋盤１０の左側にストッカ装置３０を配設
した例を示したが、第１１図に示すように、ストッカ装
置３ＯＡを、右側に配設することもできる。したがって
、自動加工装置１の設置スペースに応じて自由に配設す
ることが可能である。

以下、第１２図乃至第２４図を用いて本発明の実施例を
詳細に説明する。

第１２図はツールハンドの正面図、第１３図は側面図、
第１４図は一部を断面にして示す正面図、第１５図はグ
リッパの詳細図、第１６図はツールハンドの一部を断面
にして示す側面図、第１７図は第１６図のＨ−Ｈ矢視図
である。

全体を符号２４０で示すツールハンドは、ケーシング２
４１と、ケーシング２４１に回動自在に支持された軸２
４２の両端にとりつけたグリッパヘッド２４３，２４５
を備える。

第１のグリッパヘッド２４３は、１対のグリッパ２４３
Ａ、２４３Ｂを備え、第２のグリッパヘッド２４５も１
対のグリッパ２４５Ａ、２４５Ｂを備える。２つのグリ
ッパ２４３Ａ、２４３Ｂの中心位置は距離りだけ互いに
オフセットされる。

グリッパ２４５Ａ、２４５Ｂも同様である。

グリッパヘッド２４３，２４５の回動機構は次のとおり
である。

ケーシング２４１の上面部２４１Ａは、搬送ロボットの
アーム２３０の下端面に接合し、装着される。アーム２
３０内に装備された回転軸２３２は、ベベルギア機構２
５０に連結され、ギア２５１を駆動する。ギア２５１に
噛合するギア２５２は、ケーシング２４１に回動自在に
支持された軸と一体であり、ギア２５２は円板２５３に
結合される。円板２５３は、その外周部に４個のローラ
２５３Ａを有する。４個のローラ２５３Ａは互いに９０
”の間隔で配設される。

ケーシング２４１に回動自在に支えられて両端部にグリ
ッパヘッド２４３，２４５をとりつけた軸２４２は、円
板２５４を有し、円板２５４には４本の放射状の溝２５
４Ａが９００の間隔で形成される。そして、円板２５３
のローラ２５３Ａは円板２５４の溝２５４Ａに係合する
。

したがって、円板２５３と円板２５４はゼネバ機構を構
成し、９０°毎の割り出しができる。

円板２５４の周縁部には、４個の溝２５４Ｂを設ける。

ケーシング２４１にはアクチュエータ２５９をとりつけ
、アクチュエータ２５９によりカム２５９Ｃを直線的に
駆動する。このカム２５９Ｃを円板２５４の溝２５４Ｂ
に係合して、確実なインデックスをはかる。

円板２５３とギア２５２との間に４本の突起をもつカム
２５３Ｂをとりつける。ケーシング側にはリミットスイ
ッチ２５７Ａ、２５７Ｂを配設して、カム２５３Ｂがリ
ミットスイッチ２５７Ａ。

２５７Ｂを作動させたときに駆動モータの回転を停止し
、グリッパを所定の姿勢に割り出す。グリッパをとりつ
けた軸２４２にも、カム２４２Ａを設ける。必要に応じ
て異なるプロファイルをもつカム２４２Ａを２列配設す
る。カム２４２Ａと共同するリミットスイッチ２５８Ａ
、２５８Ｂを配設し、オン、オフのパターンを４個用意
することにより、９０°毎の軸２４２の回転位置を検出
することができる。したがって、グリッパ２４３゜２４
５の９０°毎の４つの姿勢を検知することができる。

グリッパ２４３，２４５は開閉自在のフィンガ−を有し
、ツール１６０のネック部を把持する。

第１３図に示すように、一方のグリッパヘッド２４３の
第１のグリッパ２４３Ａを例えばＬＨ１第２のグリッパ
２４３Ｂを例えばＵＨと称し、プレートを添付する。

グリッパヘッドの回転方向は、向かって右まわり（時計
回り）をＣＷ、左まわり（反時計回り）をＣＣＷと称す
る。他方のグリッパヘッド２４５も同様である。

以上のように、２個のグリッパヘッド２４３゜２４５に
それぞれ２個ずつの合計４個のグリッパ２４３Ａ、２４
３Ｂ、２４５Ａ、２４５Ｂが装備される。４個のグリッ
パは同一の構造を有する。

第１５図は、グリッパの詳細を示すもので、グリッパは
、ケーシング２４７にビン２４８Ａを介して回動自在に
とりつけた１対のフィンガ２４８を有する。フィンガ２
４８はスプリング２４７Ｄにより、先端部が常に開くよ
うに付勢され、先端部の内側には凹部を設けたグリッパ
部２４８Ｓがとりつけられる。

ケーシング２４７の中央部にはビン２４９が摺動自在に
挿入され、ビン２４９はスプリング２４９Ａにより常時
外方へ向けて付勢される。

ビン２４９はテーパ一部２４９Ｔを有し、テーパ一部２
４９Ｔは１対のレバー２４７Ａに当接する。レバー２４
７はビン２４９の摺動軸に直交する方向に摺動自在であ
る。ビン２４９は、常時スプリング２４９Ａにより外方
へ押し出されているので、テーパ一部２４９Ｔはレバー
２４７Ａを外方へ押し出す。レバー２４７Ａは、フィン
ガ２４８の後部を押し拡げて、フィンガ２４８の先端の
グリッパ部２４８Ｓをスプリング２４７Ｄに抗して常時
閉じる方向へ付勢する。

ツールハンド２４０のケーシング２４１内には、アクチ
ュエータ２４６が配設され、アクチュエータ２４６のピ
ストン２４６Ａは、グリッパのビン２４９に対向する。

したがって、アクチュエータ２４６の付勢により、ピス
トン２４６Ａがグリッパのビン２４９を押圧すると、ビ
ン２４９はスプリング２４９Ａに抗して押し込まれ、ス
プリング２４７Ｄの作用によってフィンガ２４８の先端
部は開かれる。

ツール１６０側には１対の突起１６０Ｂが設けられ、こ
の突起１６０Ｂをフィンガ２４８のグリッパ部２４８Ｓ
がつかむことで、ツール１６０のグリップを達成する。

この際に、ツール１６０には更に１個の突起１６０Ｔが
設けられ、グリッパのケーシング２４７に形成した受は
部２４７Ｅに係合してツール１６０のまわり止めを構成
する。

第１８図は、第１のグリッパヘッド２４３のグリッパ２
４３Ａ、２４３Ｂの４つの姿勢Ｆｌ、Ｆ２、Ｆ３．Ｆ４
と、作業の関係を示す。

第１８図（Ａ）はツールハンド２４０がストッカ４０内
に収容されているときの初期の姿勢である第１の姿勢Ｆ
１を示す。この状態でツールハンド２４０は、搬送ロボ
ットのアーム２３０に装着される。

第１８図（Ｂ）はグリッパヘッド２４３がＣＷ力方向回
転した第２の姿勢Ｆ２を示す。この姿勢でツールハンド
のグリッパ２４３Ａはストッカ４０に収容されたツール
を把持する。

ツールを把持してアームが上昇した後にＣＣＷに９０°
回転し、第１８図（Ｃ）に示す第１の姿勢Ｆｌに戻る。

この姿勢のままで、ツールハンドは刃物台のタレットに
対向する位置まで移動する。タレットは第１８図（Ｃ）
で図の左側にある。タレットと共同して、グリッパ２４
３Ｂはタレットのツールを引き抜く。

タレットと干渉しない場所で、ＣＷに１８０゜回転させ
て、第１８図（Ｄ）に示す第３の姿勢Ｆ３をとる。タレ
ットと共同してグリッパ２４３Ａが持つツールをタレッ
トに挿入する。

ＣＷに９０°回転させて、第１８図（Ｅ）に示す第４の
姿勢をとり、ツールハンドをストッカ４０上に戻してグ
リッパ２４３Ｂのツールをストッカ４０へ戻す。

以上の工程をくり返して必要な自動工具交換を達成する
。

自動工具交換が完了した後は、第１の姿勢Ｆ１に戻し、
ツールハンド２４０をストッカ４ｏに戻す。

第１９図は、自動工具交換時におけるツールハンドと刃
物台の関係を示す平面図、第２０図は第１９図のＪ−Ｊ
矢視図、第２１図は作動の説明図である。

これらの図面により、第１のタレット１２２に対する自
動工具交換を説明する。

ツールハンド２４０を装備した搬送ロボット２２０は、
第１９図において上方に配設されたストッカからツール
１６０を供給され、ガイドレール２００上を軸Ｂに沿っ
て移動し、位置Ｐ１．に達する。

位置Ｐ１．に静止した搬送ロボット２２０は、アーム２
３０を軸Ａに沿って降下させ、ツールハンド２４０を位
置Ｐ、１に位置決めする。この状態がら搬送ロボット２
２０を軸Ｂに沿って移動し、ツールハンド２４０を位置
Ｐ、Ｉに移動する。この位置ｐＨにおいては、ツールハ
ンド２４０の第１のグリッパヘッド２４３の第２のグリ
ッパ２４３Ｂが、前進位置にある第１のタレット１２２
に装着されていたツール１６０に当接し、このツール１
６０を把持する。第１のタレット１２２を軸Ｘに沿って
後退させて、ツール１６０をタレット１２２から引き抜
く。第１８図でも説明したが、このときのツールハンド
２４０のグリッパヘッド２４３は、第１の姿勢Ｆ１をと
る。

次にグリッパヘッド２４３をＣＷに１８０’回転して第
３の姿勢Ｆ３とする。この運動の際に、第１のグリッパ
２４３Ａと第２のグリッパヘッド２４３Ｂは距離りだけ
オフセットしであるので、周辺の機器に干渉する危険性
は少ない。

第１のタレット１２２を軸Ｘ、に沿って前進させて、第
１のグリッパ２４３Ａが把持していたストッカから供給
された新ツール１６０をタレット１２２の穴に挿入する
。

ツール１６０のシャンク１６０Ｓとタレット１２２の穴
との公差は小さい。したがって、ツールをタレットに対
して着脱する際には、ツールシャンクの軸もとタレット
の穴の細心が整合している場合においてでも、ある程度
のスラスト力を特徴とする特に、ツールシャンクをタレ
ットの穴に挿入する際には、ある程度のスラスト力を加
えて装着を確実にする必要がある。

工具を交換する際には、搬送ロボット２２０のアーム２
３０は軸Ａに沿って伸長される。アーム２３０は搬送ロ
ボット２２０により片持梁の形状で支持されているので
、先端部のツールヘッド２４０にスラスト力が加えられ
たときの剛性は低い。

搬送ロボット２２０は軸Ｂ方向の走行距離も長く、アー
ム２３０の軸Ａ方向のストロークも大である。したがっ
て、自動工具交換位置におけるツールヘッド２４０の位
置決め精度を確保することは難しく、また、高精度を要
求すると制御機器のコストアップをまねく。

そこで本発明は、工具交換の際に、刃物台の前進位置と
、搬送ロボットのアームに生ずる曲げモーメントによる
応力を検知することにより工具交換の良否を自動的に判
断し、必要に応じて交換の操作を再度試みることのでき
る装置を提供する。

第２２図は本発明の実施例を示すブロック図、第２３図
は作動を示すグラフ、第２４図は制御のフローチャート
である。

本装置はアーム２３０の歪を検知して電流の変化に変換
するブリッジ回路９６と制御回路手段９７とを有する。

ブリッジ回路９６は、アーム２３０にとりつける歪ゲー
ジヘッド９６０を有し、歪ゲージヘッド９６０内には、
可変抵抗器９６１を有する。ブリッジ回路は、他の３個
の抵抗器９６２，９６３゜９６４を有するが、これらの
抵抗器は同一の抵抗値を有する。

制御回路手段９７は、交流１００Ｖの電源を受ける電源
トランス９７１、整流回路９７２を備え、整流された電
源は、自動電圧調整回路９７３を介して発振部９７４へ
送られる。発振部９７４の出力は、ブリッジ回路９６へ
送られるとともに、バランスおよび較正回路９７５と復
調回路９７７へも送られる。

ブリッジ回路９６の出力は、バランスおよび較正回路９
７５、増幅回路９７６、復調回路９７７を経て、電力増
幅回路９７８に送られる。増幅された電気信号は、Ａ／
Ｄコンバータ９７９を介して制御装置９５へ送られる。

第２０図において、歪ゲージヘッド９６０は、アーム２
３０の適宜個所にとりつけられる。アーム２３０が把持
するツール１６０をタレットに挿入する場合には、タレ
ット１２２がアーム２３０が把持するツールを押圧する
ことになるが、この際に、アーム２３０には矢印Ｓ０で
示す曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントＳ
０はアーム２３０に応力Ｓとして作用し、歪を発生させ
る。歪ゲージヘッド９６０がこの歪を受けると、可変抵
抗器９６１の抵抗が変化する。この抵抗の変化により、
ブリッジ回路９６のバランスがくずれ、電気信号を発生
する。

第２３図は、アーム２３０に発生する曲げ応力Ｓと歪ゲ
ージヘッド９６０を含むブリッジ回路９６の出力との関
係を示すグラフであって、横軸に曲げ応力Ｓを、たて軸
に出力電圧Ｖをとったときの変化をカーブＣ１で示して
いる。曲げ応力Ｓが増大すると、出力電圧Ｖも当然に増
大する。

この出力電圧Ｖは、上述した回路を経由して制御装置９
５へ送られ、タレットを含む刃物台の作動の制御にフィ
ードバックされる。

第２４図は、本発明による自動工具交換の制御フローを
示す図面である。

ステップ３０００でスタートした処理は、ステップ３１
００でタレット１２２のＸ軸方向の現在位置を確認する
。タレット１２２の位置はＮＣ装置９５により管理され
るが、自動工具交換のスタート時には、タレット１２２
は退避位置Ｘ　ｌ　６に位置させる。したがって、タレ
ット１２２が退避位置Ｘ１゜にないときには、ステップ
３１１０へ進み。

タレット１２２を後退させる。

ステップ３２００では、バランスおよび較正回路９７５
により歪ゲージヘッド９６０の零点バランスをとる。

ブリッジ回路９６は、４つの抵抗器９６１゜９６２．９
６３，９６４の抵抗値のバランスがくずれると、応力Ｓ
が零のときに出力電圧が零とならないので、この調整を
必要とする。

歪ゲージヘッド９６０の零点調整が完了すると、ステッ
プ３３００でタレット１２２の前進移動を開始する。

タレット１２２は、例えばモータにより駆動されるボー
ルネジにより推力を与えられる。通常の加工時には大な
る推力を与える必要があるが、この大なる推力のままで
工具交換を実行すると、機器に過大な荷重をかけてしま
う場合もおこる。この現象を予防するために、ステップ
３４００において、モータの供給電流を低減して出力ト
ルクを半減させる等のトルク制限を付加する。

ステップ３５００では、タレット１２２がツールハンド
２４０が把持するツール１６０の装置位置まで前進した
かを検知する。タレット１２２に対するツール１６０の
装着完了位置をＸ、。とすると、Ｘ、。とＸ、。どの中
間位置でタレット１２２のツール穴とツール１６０のシ
ャンクとが初めて接触する位置Ｘ１．（図示せず）があ
る。

この位置Ｘ　Ｉ　Ｉは、ツール１６０のシャンクの長さ
寸法等から予め算出可能な値である。ＮＣ装置は、この
与えられた位置Ｘ　Ｉ　６のデータとタレット１２２の
現在位置とを対比し、工具交換の開始位置に達したとき
にステップ３６００へ進む。

ステップ３６００では、歪ゲージの出力電圧Ｖの値を測
定する。ステップ３７００では、出力電圧Ｖが第２３図
のグラフに示すｖＴの値より大であるか否かを判別する
。出力電圧ＶがＶ工より小であれば、ツール１６０のタ
レット１２２への挿入作業によりアーム２２０に過大な
応力が生じていないので、作業に支障は生じないと判断
し、ステップ３８００へ進む。

タレット１２２がツール１６０の装着終了位置Ｘ３．に
達したか否かをステップ３８００で判断し、タレット１
２２が位置ｘ８゜に到達するまでステップ３６００以後
のステップをくり返す。

タレット１２２が位置Ｘ８゜に到達すると、ステツブ３
９００でタレットの前進移動を停止し、ステップ４００
０でこのときの歪ゲージの出力電圧■をｖＭと比較する
。タレット１２２にツール１６０が正常に装着されたと
きには、ツール１６０をタレット１２２に押し付ける推
力を与え、装着を確実にする。このときの推力により、
アーム２２０にはある程度の応力が生ずる。このときの
歪ゲージの出力電圧を値■、として設定しておく。

歪ゲージの出力電圧■が７２未満のときは、工具の装着
ミスと判断して上述の工程を再度実行する。

押し付けがなされたことを確認すると、ツール１６０の
装着が１了したものと判断すると、ステップ４１００で
タレット１２２を後退位置ｘ０に戻し、ステップ４２０
０でタレットの駆動モータへのトルク制限を解除し、ス
テップ４３００で工具交換制御を終了する。

［発明の効果］ 本発明は以上のように、対向して配設される２台の主軸
台と、各主軸台と共同する２台のタレット式の刃物台を
備えた複合加工旋盤と、搬送装置とを組合せた自動加工
装置において、搬送装置を構成する搬送ロボットのアー
ムを交換自在に装着するツールハンドによって、ストッ
カ装置に収容したツールを必要に応じて２台の刃物台に
搬送し、自動的に交換することができる。

したがって自動加工装置が使用することのできるツール
の本数も増加し、より長時間の無人運転が達成できる。

タレットに対する自動工具交換には高精度の位置決めが
要求され、交換に要するスラスト力も大となる。一方、
搬送ロボットの移動距離は長く、工具交換時のアームの
突出量も大きい。

本装置においては、工具交換時にアームにかかる曲げ応
力を検知して、ツールが円滑にタレットに挿入されない
場合の保護をはかる。

また、ツールとタレットの間の距離に対応するアームの
曲げ応力を検知し、工具交換の再実行をはかり、タレッ
トに対する工具の押し付けを行って確実な工具交換を達
成する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものである。 第１図は自動加工装置の全体を示す斜視図、第２図は正
面図、 第３図は平面図、 第４図は左側面図、 第５図は複合加工旋盤の概要を示す説明図、第６図はス
トッカ装置の要部の断面図、第７図はストッカ装置の要
部の側面図、第８図は制御装置の概要を示すブロック図
、第９図は制御のフロー図、 第１０図はパレットの記憶素子に記入する項目を示す説
明図、 第１１図は自動加工装置の他の配置例を示す正面図、 第１２図はツールハンドの正面図、 第１３図は側面図、 第１４図は一部を断面にして示す正面図、第１５図はグ
リッパの詳細図、 第１６図はツールハンドの一部を断面にして示す側面図
、 第１７図は第１６図のＨ−Ｈ矢視図、 第１８図はグリッパヘッドの作動を示す説明図、第１９
図は自動工具交換時の装置の作動を示す平面図、 第２０図は第１９図のＪ−Ｊ矢視図、 第２１図は作動を示す説明図、 第２２図は制御の回路図、 第２３図は作用を示すグラフ、 第２４図は制御のフローチャートである。 ・・・・・・自動加工装置　　１ ０・・・・・・搬送装置　　３ ０・・・・・・ストッカ　　　５ ０・・・・・・走行台車　　７ ０・・・・・・パレット ０．９５・・・・・・制御装置 ６・・・・・・ブリッジ回路 １０・・・・・・第１の主軸台 ２０・・・・・・第１の刃物台 ３０・・・・・・第２の主軸台 Ｏ・・・・・・複合加工旋盤 Ｏ・・・・・・ストッカ装置 ０・・・・・・機外計測装置 ０・・・・・・フォーク装置 ９７・・・・・・制御回路 １２２・・・・・・タレット Ｏ・・・・・・第２の刃物台　１４２・・・・・タレッ
ト０・・・・・・ワーク　　　　１６０・・・・・・ツ
ールＯ・・・・・・ガイドレール Ｏ・・・・・・搬送ロボット ０・・・・・ツールハンド ３・・・・・・第１のグリッパヘッド ３Ａ、２４３Ｂ・・・・・・グリッパ ５・・・・・・第２のグリッパヘッド ５Ａ、２４５Ｂ・・・・・・グリッパ ０・・・・・・歪ゲージヘッド アーム ２３０・・・・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複合加工旋盤と、複合加工旋盤に部材を搬送する搬
   送装置と、全体の装置を制御する制御装置を備えた自動
   加工装置の工具交換装置において、複合加工旋盤は、互
   いに対向して配設された第１の主軸および第２の主軸と
   、第１の主軸の軸線に対して直交する軸に沿つて移動す
   るタレツトを有する第１の刃物台と、第２の主軸の軸線
   に対して直交する軸に沿つて移動するタレツトを有する
   第２の刃物台とを備え、 搬送装置は、複合加工旋盤と部材を収容するストッカ装
   置との間に配設したガイドレールと、ガイドレール上を
   自走する搬送ロボットと、搬送ロボットにとりつけた鉛
   直方向に伸縮するアームと、アームの先端に交換自在に
   装着されるハンドとを備え、 ツールをとり扱うツールハンドは、第１の刃物台にツー
   ルを供給する第１のグリツパヘツドと、第２の刃物台に
   ツールを供給する第２のグリツパヘツドを備え、 ツールハンドが工具交換を実行する際に、搬送ロボット
   のアームにかかる曲げ応力を検知する手段とを備えてな
   る自動加工装置の工具交換装置。 ２、搬送ロボットのアームにかかる曲げ応力を検知する
   手段は、アームにとりつけた歪ゲージである請求項１記
   載の自動加工装置の工具交換装置。 ３、搬送ロボットのアームにかかる曲げ応力の値を予め
   設定した値と比較する手段を備えてなる請求項１又は２
   記載の自動加工装置の工具交換装置。 ４、ツールハンドが工具交換を実行する際に、刃物台を
   駆動する手段の出力を低減させる手段を備えてなる請求
   項１記載の自動加工装置の工具交換装置。 ５、請求項１、２、３又は４に記載の自動加工装置の工
   具交換装置を制御する方法において、工具交換位置にあ
   るツールハンドに対する刃物台の位置を制御する工程と
   、 刃物台を駆動する手段の出力を低減する工程と、工具交
   換中の搬送ロボットのアームにかかる曲げ応力の値を検
   知する工程と、 アームにかかる曲げ応力の値を第１の設定値と比較する
   工程と、 アームにかかる曲げ応力の値が第１の設定値以上のとき
   に、第２の設定値と比較する工程と、アームにかかる曲
   げ応力の値が第２の設定値以上のときに、工具交換を中
   止する工程と、 アームにかかる曲げ応力の値が第２の設定値未満のとき
   に、工具交換工程を再実行する工程と、刃物台が工具交
   換終了位置に達したときに、刃物台の移動を停止する工
   程と、 刃物台が工具交換終了位置に達したときに、アームにか
   かる曲げ応力の値を第３の設定値と比較する工程と、 アームにかかる曲げ応力の値が第３の設定値未満のとき
   に、工具交換工程を再実行する工程と、アームにかかる
   曲げ応力の値が第３の設定値以上のときに、工具交換工
   程を完了する工程からなる自動加工装置の工具交換装置
   の制御方法。