JPH05104373A - 工作機械の工具装着制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シングルアームタイプの工具自動交換装置を備
えた工作機械において、工具が主軸から取り外された時
にプログラムが中断され、その中断時に工具がマニュア
ル装着され、そのままの状態でプログラムが再開された
時、工具交換アームが他の工具を主軸に装着させようと
動作して工具同士が衝突して破損してしまう事故を防止
すること。 【構成】主軸５内を上下動されるドローバ２７の、主軸
への工具装着時と工具非装着時とにおける移動位置の変
化を検出する近接スイッチ３９を設ける。工具交換アー
ム１３により工具マガジン９の工具３が把持されて取り
出され、その工具を主軸５に装着しようとする時、近接
スイッチ３９の状態を検出し（Ｓ４２）、オンならば工
具装着を許可し（Ｓ４３）、オフならば工具装着済みと
判別して、工具装着を禁止する（Ｓ４４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具を収納した工具収
納部から工具を取り出して、主軸に装着させる工具装着
機構の動作を制御する工作機械の工具装着制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、主軸から工具を取り外すとと
もに、複数の工具を収容した工具収納マガジンから必要
な工具を自動的に取り出し、主軸に自動装着する自動工
具交換装置（Automatic Tool Changer）を備えた工作機
械が知られている。

【０００３】自動工具交換装置は、主軸から工具を抜い
て、その工具を工具収納マガジンに収納する動作と、必
要な工具を工具収納マガジンから取って主軸に装着する
動作とを行なう。そして、工作機械の制御部は、主軸か
ら工具が抜かれたときは、主軸に工具が装着されていな
いことを示すフラグを記憶し、また、主軸に工具が装着
されたときは、工具が装着されていることを示すフラグ
とその工具の識別情報とを記憶するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工具の
取り外しまたは取り付けが手動で行われたときは、上記
フラグ等は工具の取り付けあるいは取り外し前の状態に
保持されているため、次のような問題が発生する。

【０００５】即ち、工作機械を所定のプログラムにより
作動させ、工具が主軸から取り外された後にプログラム
による動作を中断させて、オペレータが手で主軸に工具
を装着し、その後、プログラムによる動作を再開させる
と、制御部は工具が取り外されているものと判断するの
で、自動工具交換装置が、工具収納マガジンから次の加
工に必要な工具を取り出して主軸に装着しようとする結
果、主軸に装着された工具と自動工具交換装置のアーム
に把持された工具とが衝突するのである。このような場
合には、工具、自動工具交換装置は勿論のこと、工作機
械自体にも重大な破損を生じさせる危険があるという問
題がある。

【０００６】本発明は、主軸に工具が装着されていると
きには、工具装着動作を禁止する工作機械の工具装着制
御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は図１に例示するように、工具が着脱自在に
装着される主軸と、工具を収納した工具収納部から工具
を取り出して、前記主軸に装着させる工具装着機構とを
備えた工作機械において、前記主軸に工具が装着されて
いるか否かを検知する検知手段と、工具を前記主軸に装
着することを指令する工具装着指令手段と、前記工具装
着指令手段の指令があったとき、前記検知手段の出力に
より工具が装着されていることが検知された場合には、
前記工具装着機構による工具装着動作を禁止する工具装
着制御手段と、を設けたことを特徴とする工作機械の工
具装着制御装置を要旨とする。

【０００８】

【作用】上記構成を備えた本発明では、検知手段が、主
軸に工具が装着されているか否かを検知し、工具装着指
令手段が、工具を主軸に装着することを指令すると、工
具装着制御手段は、検知手段の出力により工具が装着さ
れていることが検知された場合には、工具装着機構によ
る工具装着動作を禁止する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明の一実施例の工作機械を示す正
面図である。図３は、工作機械に設けられた工具交換機
構を示す平面図である。図４は、工作機械の主軸部分の
拡大断面図である。

【００１０】図２に示すように、工作機械１には、加工
用の工具３を備えたアーバ４が装着される主軸５と、主
軸５を回転するモータ（図示せず）と、被加工物を載置
するワークテーブル７と、工具を収納した工具収納マガ
ジン９と、工具を備えたアーバ４を主軸５から取り外し
て、工具収納マガジン９に収納すると共に、別の工具３
を備えたアーバ４を工具収納マガジン９から取り出し
て、主軸５に装着する工具交換機構１１とが設けられ
る。

【００１１】工具交換機構１１は、図３に示すように、
旋回および伸縮するアーム１３を備える。工具３を備え
たアーバ４の取り外しを行う場合、アーム１３は、アー
バ４を把持して主軸５からアーバ４を取り外し、次に収
縮して時計回りに半周し、次に伸びて、アーバ４を工具
収納マガジン９の工具保持位置に戻す。工具を備えたア
ーバ４の装着を行う場合は上述の動作と逆の動作を行
う。

【００１２】尚、工具収納マガジン９は直線に沿って所
定間隔毎に配置された複数の工具を収納していて、アー
ム１３により工具取り出しおよび返却が行なわれる所定
位置に各工具を移送できるように往復移動可能に構成さ
れている。図４に示すように、主軸５は、ハウジング１
５にベアリング１７を介して回動自在に軸支されてい
る。主軸５の上部に固定されたプーリ１９と、図示しな
いモータの出力軸に固定されたプーリ（図示せず）との
間には、駆動ベルト２１が張設されている。この駆動ベ
ルト２１を介してモータの出力トルクが主軸５に伝達さ
れ、主軸５の下端の工具３が所定のトルクで回転され
る。

【００１３】主軸５には、その下部に内径寸法が漸減す
るテーパ孔２３が設けられている。このテーパ孔２３に
は、先端に工具３が取り付けられたアーバ４が挿入され
る。また、このテーパ穴２３の上方には、主軸５内を上
下動するドローバ２７と、ドローバ２７を押し下げる油
圧シリンダ（図示せず）の押し棒２９と、押し棒２９に
対向して、ドローバ２７と一体的に設けられた上部板３
１と、ドローバ２７を引き上げる皿ばね３３とが設けら
れる。

【００１４】皿ばね３３の下端は、主軸５内の段差部５
ａに係合し、皿ばね３３の上端は、ドローバ２７に固定
されたリング部材３４に当接している。皿ばね３３は、
該リング部材３４を上方に付勢し、それにより、ドロー
バ２７は上方に引き上げられる。リング部材３４の上に
は、ドローバ２７の可動範囲の上限を規定するストッパ
５１が設けられる。ストッパ５１は、主軸５に固定され
ている。

【００１５】ドローバ２７は、その下端周縁に設けた穴
２７ａ内に鋼球３５を緩く支持する。この鋼球３５は、
後述するようにアーバ４装着時、アーバ４の締め付けに
用いる。また、ドローバ２７は、その下端に挿入室２７
ｂを有する。この挿入室２７ｂには、アーバ４のプルス
タッド部４１が挿入される。主軸５内には、その下部に
ドローバ２７の支持する鋼球３５の逃がし溝５ｂが設け
られる。

【００１６】一方、アーバ４には、その下部の外周に係
合溝４２が設けられている。この係合溝４２には、上述
の工具交換機構１１のアーム１３の工具把持爪が係合す
る。また、アーバ４の上部には、該アーバ４が主軸５の
テーパ孔２３に挿入された際、テーパ孔２３の内周面に
密着するように軸径寸法が漸減するテーパ軸４３が設け
られている。このテーパ軸４３の上端面には、上端に大
径部４４を形成したプルスタッド部４１が立設されてい
る。

【００１７】工具３を備えたアーバ４の主軸５への自動
装着は次のように行なわれる。まず、ドローバ２７を油
圧シリンダの押し棒２９で押し下げ、ドローバ２７の下
端の鋼球３５を逃がし溝５ｂの高さに位置させる。この
状態で、工具３を備えたアーバ４を工具交換機構１１に
より工具収納マガジン９から取り出し、アーバ４のテー
パ軸４３を主軸５のテーパ孔２３に挿入する。この際、
アーバ４の上部のプルスタッド部４１の大径部４４が、
ドローバ２７の下端の鋼球３５を逃がし溝５ｂに退け
て、その奥の挿入室２７ｂに入り込む。

【００１８】次に、油圧シリンダの作動を解除すると、
皿ばね３３の復元力でドローバ２７が上方に引き上げら
れ、ドローバ２７の下端の鋼球３５が逃がし溝５ｂから
出る。すると、アーバ４のプルスタッド部４１の大径部
４４の下端面に鋼球３５が係合し、皿ばね３３の復元力
で上方に引き上げられるドローバ２７によってアーバ４
が上方に付勢される。この結果、アーバ４は主軸５の所
定位置に所定の締付力で確実に装着される。

【００１９】次に、工具３を備えたアーバ４を主軸５に
装着する際に、主軸５にアーバ４が装着されているかど
うかを検出するための構成を説明する。所定の部材を介
してハウジング１５に固定されたフレーム３７の内部に
は、ドローバ２７の上部に取り付けられた上部板３１の
高さを検出する検知手段としての近接スイッチ３９が取
り付けられる。

【００２０】アーバ４が主軸５に装着されている場合に
は、皿ばね３３により上方に付勢されているドローバ２
７は、主軸５のテーパ孔２３にアーバ４のテーパ軸４３
が密着固定されることにより、上方および下方への移動
が規制される。この場合、上記リング部材３４の上面は
ストッパ５１の下面（上限位置）から少し下がった位置
にあり、ドローバ２７の上部板３１の上面は高さＡに位
置している。

【００２１】一方、アーバ４が主軸５に装着されていな
い場合には、皿ばね３３の上方への付勢力により、ドロ
ーバ２７は上方に移動し、リング部材３４の上面がスト
ッパ５１の下面に当接する。このとき、ドローバ２７の
上部板３１の上面は高さＢに位置している。

【００２２】アーバ４が主軸５に装着されている場合
と、装着されていない場合とでは、ドローバ２７の高さ
の差は約２ｍｍである。本実施例では、上述の近接スイ
ッチ３９のオンオフが切り替わる位置を上記２ｍｍの区
間の中間点とし、上部板３１の上面の高さが該中間点よ
りも上方にあれば、近接スイッチ３９がオンし、中間点
よりも下方にあれば、近接スイッチ３９がオフするよう
にする。そして、近接スイッチ３９の出力に基づいて、
自動工具交換装置の動作を制御する。

【００２３】図５は、本実施例の制御装置の電気的構成
を示すブロック図である。図５において、制御部５０
は、論理演算回路の中心となるＣＰＵ５１、ＲＯＭ５３
およびＲＡＭ５５と、外部機器との入出力を行う入出力
回路５７等とを、コモンバス５９を介して相互に接続し
て構成したものである。

【００２４】入出力回路５７には、近接スイッチ３９
と、アーム１３を移動および旋回させるモータの回転お
よび停止を制御するアーム駆動回路６１とが接続され
る。図６および図７は、本実施例の動作を説明するため
のフローチャートである。次に、本実施例の動作を説明
する。

【００２５】制御部５０によって、工具交換指令が出さ
れると、ステップＳ１において、工具交換機構１１のア
ーム１３が待機位置から移動して、主軸５から工具３を
アーバ４ごと取り外す。次に、ステップＳ２において、
アーム１３は収縮して旋回し、再度伸びて工具収納マガ
ジン９に工具を収納し、その後アーム１３は収縮して待
機する。

【００２６】次に、ステップＳ３において、次の工具が
所定位置に位置するように工具収納マガジン９が移動
し、アーム１３が再び伸びて、その工具を工具収納マガ
ジン９から取り出す。次に、ステップＳ４において、工
具３を備えたアーバ４が主軸５に装着されていないかを
チェックし、工具が装着されていなければ、工具収納マ
ガジン９から取り出した工具を主軸５に装着する。

【００２７】次に、上記チェックする際の動作を図７に
基づいて説明する。ステップＳ４１では、制御部５０
は、主軸５に工具３を装着する指令があったかどうかを
確認する。工具を装着する指令があったことを確認した
場合には、ステップＳ４２において、制御部５０は、近
接スイッチ３９がオン状態かどうかをその出力に基づい
て判断する。

【００２８】近接スイッチ３９がオン状態である場合に
は、主軸５にアーバ４が装着されていないので、ステッ
プＳ４３において、制御部５０は、工具交換機構１１に
よる主軸５への工具装着を許可する。この場合には、上
述した工具装着動作が行われる。

【００２９】一方、近接スイッチ３９がオフ状態である
場合には、ステップＳ４４において、制御部５０は、図
示しないブザーによりアラームを発生させて、工具交換
機構１１による工具の装着を禁止する。このとき、制御
部５０は、アーム駆動回路６１に移動および旋回を禁止
する指令を出す。

【００３０】尚、ステップＳ４、Ｓ４１〜Ｓ４４の処理
の実行が工具装着制御手段として働く。以上のように、
本実施例によれば、１つのアームで工具交換を行なう自
動工具交換機構において、工具交換指令があったとき、
近接スイッチの出力に基づいて、主軸に工具が装着され
ているか否かをチェックし、工具が装着されている場合
には、工具収納マガジンから取り出した工具の主軸への
装着を禁止するので、主軸に工具が装着されているにも
拘らず、次の工具を装着させようとして、工作機械自
体，自動工具交換機構および工具に重大な破損が生じる
のを未然に防止することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、工具装
着指令手段が、工具を主軸に装着することを指令する
と、工具装着制御手段は、検知手段出力により工具が装
着されていることが検知された場合には、工具装着機構
による工具装着動作を禁止するので、主軸に工具が装着
されているにも拘らず、次の工具を装着させようとし
て、工作機械自体，自動工具交換機構および工具に重大
な破損が生じるのを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を例示したブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例の工作機械を示す正面図であ
る。

【図３】工作機械に設けられた工具交換機構を示す平面
図である。

【図４】工作機械の主軸部分の拡大断面図である。

【図５】本実施例の制御装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】本実施例の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【図７】チェックルーチンの動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

３…工具 ４…アーバ ５…主軸 ２７…ドロー
バ ３９…近接スイッチ ５０…制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具が着脱自在に装着される主軸と、工
   具を収納した工具収納部から工具を取り出して、前記主
   軸に装着させる工具装着機構とを備えた工作機械におい
   て、 前記主軸に工具が装着されているか否かを検知する検知
   手段と、 工具を前記主軸に装着することを指令する工具装着指令
   手段と、 前記工具装着指令手段の指令があったとき、前記検知手
   段の出力により工具が装着されていることが検知された
   場合には、前記工具装着機構による工具装着動作を禁止
   する工具装着制御手段と、 を設けたことを特徴とする工作機械の工具装着制御装
   置。