JPH06218645A - 自動工具交換制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アームレスで主軸頭の軸移動により直接工具
交換動作を行うマシニングセンタの工具交換時間を最小
にする自動工具交換制御方法を提供する。 【構成】 工具交換動作を現工具ＴＡ有，次工具ＴＢ有
と、現工具有，次工具無と、現工具無，次工具有の三種
類に分け、ホームポジジョンＡ又はＢを入口とする最短
距離の動作のサブプログラムを記憶し、主軸頭４側に設
けたセンサの現工具有無信号と、加工プログラムの次工
具有無指令により工具交換条件に対応するサブプログラ
ムを読み出して工具交換動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマシニングセンタ等工作
機械の自動工具交換動作の制御方法及びその制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工具交換アームユニットを持たず
主軸頭のＸ軸方向とＺ軸方向の移動位置決め動作で、主
軸工具，マガジン間の工具交換を行う図１に示すような
マシニングセンタにおける工具交換動作は、図７（ａ）
〜（ｃ）に示すように主軸１０１に現工具ＴＡを有し、
この現工具を工具マガジン１０２の次工具ＴＢと交換す
る（以下現工具有，次工具有と呼ぶ）場合と、主軸の現
工具を工具マガジンに返却するだけ（現工具有，次工具
無）の場合と、主軸に現工具を有せず、次工具を工具マ
ガジンより受け取るだけ（現工具無，次工具有）の場合
の三種類の動作に大別される。

【０００３】この三種類の工具交換動作は、工具マガジ
ンの工具交換位置近くのＺ軸上限位置に設定されている
ホームポジションａから始まって、再びホームポジショ
ンａに戻る動作内容が設定されており、図６のブロック
線図に示すサブプログラム記憶部に保存されている。そ
してこの保存する三種類のサブプログラムのうち工具交
換条件に対応するサブプログラムを読み出して工具交換
を行うようになっている。尚、加工領域にある主軸頭を
このホームポジションａまで移動させる動作の軌跡は、
図７（ａ）に実線にて示すように主軸頭をＺ軸上限位置
に移動したのち、Ｘ軸方向ホームポジション側に移動さ
せる動作プログラムが記憶されているが、必要に応じて
ワークＷと工具ＴＡが干渉しないＺ軸位置（高さ）を手
動入力して、同時二軸の指定を行えば破線にて示すよう
な移動軌跡を選択することもできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたホ
ームポジションａから始まってホームポジションａに戻
る工具交換動作は、加工領域からホームポジションａま
での主軸頭の移動軌跡とホームポジションａから始まる
工具交換動作軌跡が長く、工具交換に要する時間が長い
という問題を有している。本発明は従来の技術の有する
このような問題点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは工具交換時間を最少にすることのできる
自動制御方法とその制御装置を提供しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における自動工具交換制御方法は、マシニング
センタ等工作機械における主軸頭の直交二軸方向の移動
位置決めにより行う工具マガジンと主軸間の自動工具交
換の制御方法であって、前記工具マガジンの工具交換位
置近くに設定した二つのホームポジションの一方を入口
とする各工具交換条件により異なる複数の交換動作用サ
ブプログラムを記憶し、前記主軸頭側センサの現工具有
無の信号と加工プログラムの次工具有無の指令により工
具交換条件に対応するホームポジションの異なるサブプ
ログラムを呼び出して自動工具交換を行うものである。

【０００６】また本発明における自動工具交換制御方法
はマシニングセンタ等工作機械における主軸頭の直交二
軸方向の移動位置決めにより行う工具マガジンと主軸間
の工具交換動作の制御装置であって、前記主軸頭側に現
工具の有無を検出するセンサを設け、前記工具マガジン
の工具交換位置近くに設立された各工具交換動作の基準
点となる二つのホームポジションの座標値を記憶する手
段を設け各工具交換条件により前記二つのホームポジシ
ョンの一方を入口とする複数の工具交換用サブプログラ
ムを記憶する手段を設け、前記センサの現工具有無の信
号と加工プログラムの次工具有無の指令により工具交換
条件に対応するサブプログラムを選択する手段を設けて
なり、二つのホームポジションを設定したものである。

【０００７】

【作用】ＮＣの工具交換指令で、センサの現工具有無の
信号と、加工プログラムの次工具有無の指令により、各
工具交換条件に対応する交換動作プログラムを複数のサ
ブプログラム記憶部の中より読み出し、主軸に現工具の
無いときには加工領域内にある主軸頭を工具マガジンの
工具交換位置近くの一方のホームポジション（Ｂ）に一
旦位置決めしたのち工具交換動作に入る。また主軸に現
工具が有るときは加工領域内にある主軸頭を他方のホー
ムポジション（Ａ）に一旦位置決めしたのち工具交換動
作に入る。

【０００８】

【実施例】以下実施例について図面を参照して説明す
る。図１のマシニングセンタにおいて、ベッド１上前側
に設けられたＹ軸方向の案内１ａ上にテーブル２が移動
位置決め可能に載置され、ベッド１の後側に設けられた
Ｘ軸方向の案内１ｂ上にサドル３が移動位置決め可能に
載置されている。サドル３は前面にＺ軸方向の案内を有
し、このＺ軸案内上に主軸頭４が移動位置決め可能に載
置されている。主軸頭４には図示しない複数の軸受によ
り主軸５が回転可能に支持されており、主軸頭４に主軸
装着工具（以下現工具と呼ぶ）ＴＡの有無を確認する近
接スイッチＬＳ１が取付けられている。ベッド１の右側
には工具マガジン６が設置されており、工具マガジン６
の円盤７はＺ軸方向の旋回中心軸９のまわりで旋回割出
し可能に設けられており、円盤７の外周に工具をＺ軸方
向下向きに把持する把持爪８が円周上等間隔に固着され
ている。そしてこの把持爪８に把持されている複数本の
貯蔵工具Ｔのうち、図２の工具交換動作の要部斜視図に
示すように次工具ＴＢに指定された工具が主軸中心を通
るＸ軸垂直平面上の工具交換位置ｂに割出されるように
なっている。

【０００９】図３はＮＣ装置内の工具交換動作制御シス
テムを示すブロック線図で、プログラム記憶部１１は、
外部より入力された加工プログラムを記憶する部分。メ
インプログラム解釈部１２は、この加工プログラムを解
釈して必要個所に信号を仕分ける部分。工具長補正量記
憶部１３は工具長を記憶し必要に応じて現工具ＴＡの工
具長を出力する部分。ワーク高さ記憶部１４は、ワーク
Ｗの高さを記憶する部分である。ホームポジションＡ座
標値記憶部１５は、工具マガジン６の工具交換位置ｂ近
くに設定された一方の基準点となるホームポジションＡ
の座標値を記憶する部分。ホームポジションＢ座標値記
憶部１６は、ホームポジションＡ上方でＺ軸上限の他方
の基準点となるホームポジションＢの座標値を記憶する
部分である。現・次工具交換サブプログラム記憶部１７
は、主軸５装着の現工具ＴＡを工具マガジン６に返却し
て、工具マガジン６の次工具ＴＢを主軸５に装着する交
換動作プログラムを記憶する部分。

【００１０】現工具返却サブプログラム記憶部１８は、
例えば最後の工程に使用した現工具ＴＡを工具マガジン
６に返却する動作プログラムを記憶する部分。次工具受
取サブプログラム記憶部１９は、例えば最初の工程に使
用する次工具ＴＢを工具マガジン６から主軸５に受け渡
す動作プログラムを記憶する部分である。サブプログラ
ム解釈部２１は、現工具の有無情報の信号と、次工具有
無情報の信号により三つのサブプログラム記憶部１７〜
１９のうち対応するサブプログラムを出力選択する部分
である。関数発生部２２は入力された各信号に応じて関
数を発生させる部分。Ｘ・Ｚ軸制御部２３は、サドル３
のＸ軸移動と主軸頭４のＺ軸移動を制御する部分。Ｘ・
Ｚ軸駆動部２４はＸ軸モータ又はＺ軸モータに駆動電力
を供給する部分。工具マガジン制御部２５は、工具マガ
ジン６を制御する部分。工具マガジン駆動部２６は工具
マガジン旋回用Ｃ軸モータに駆動電力を供給する部分で
ある。

【００１１】続いて本実施例の作用について図４のフロ
ーチャートの順に説明する。ステップＳ１において、Ｎ
Ｃより工具交換指令が出力されると、ステップＳ２にお
いて、現工具無，次工具有かが確認され、ＮＯの場合ス
テップＳ３において、サブプログラム記憶部１７又は１
８が読み出され、図５の動作図の（ａ）又は（ｂ）に示
すようにワークＷに現工具ＴＡが干渉しない位置まで主
軸頭４がＺ軸方向上側に上昇したのち、Ｘ，Ｚ同時二軸
制御でホームポジションＡと同一水平面上まで斜めに移
動したのち、Ｘ軸方向工具マガジン側に移動してホーム
ポジションＡに位置決めされる。次いでステップＳ４に
おいて、更に主軸頭４をＸ軸方向工具マガジン側に水平
に移動させ、把持爪８で現工具ＴＡのＶ溝部を把持し、
ステップＳ５において、主軸に対する現工具のクランプ
解除を行い、ステップＳ６において、主軸頭４がＺ軸方
向上側に上昇しホームポジションＢと同一水平面上に位
置決めされて現工具から離れる。

【００１２】次いでステップＳ７において、次工具無か
が確認され、ＮＯの場合はステップＳ８において、工具
マガジン６の貯蔵工具Ｔのうち指定された次工具ＴＢが
工具交換位置ｂに割出され、ステップＳ９において、サ
ブプログラム記憶部１７の指令に従って主軸頭４がＺ軸
方向下側に移動して次工具ＴＢのシャンク部が主軸テー
パ穴内に挿入される。次いでステップＳ１０において、
主軸工具クランプが行われ、ステップＳ１１において、
主軸頭４がＸ軸方向反マガジン側に移動しホームポジシ
ョンＡに位置決めされて次工具が工具マガジンから離
れ、現工具有，次工具有の場合の工具交換動作が終了す
る。

【００１３】ステップＳ２でＹＥＳの場合は、ステップ
Ｓ１２において、サブプログラム記憶部１９が読み出さ
れ、加工領域内の主軸頭４が移動してホームポジション
Ｂに位置決めされる。次いでステップＳ１３において、
更に主軸頭４がＸ軸方向マガジン側に移動して主軸５が
把持爪８の把持中心と同心位置に位置決めされ、ステッ
プＳ１４において主軸アンクランプ動作が行われ前述の
ステップＳ８〜ステップＳ１１を経てホームポジション
Ａに位置決めされ、現工具無，次工具有の場合の工具交
換動作が終了する。ステップＳ７においてＹＥＳの場合
は、サブプログラム記憶部１８のプログラムに従って、
ステップＳ１５において、現工具が既に工具マガジン６
に返却されているので主軸クランプ動作のみが行われ、
ステップＳ１６において、主軸頭４がＺ軸方向反マガジ
ン側に移動してホームポジションＢに位置決めされ、現
工具有，次工具無の場合の工具交換動作が終了する。

【００１４】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で次に記載する効果を奏する。二つのホームポジション
の一方を入口とする複数の工具交換用サブプログラムを
記憶し、センサの現工具有無の信号と加工プログラムの
次工具有無の指令により、工具交換条件に合ったサブプ
ログラムを選択して工具交換動作を行わせるようにした
ので、主軸頭の工具交換動作の軸移動軌跡の和を最短と
することができ、工具交換時間が短縮し能率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のマシニングセンタの斜視姿図であ
る。

【図２】図１の工具交換動作の要部斜視図である。

【図３】本実施例の工具交換動作制御システムのブロッ
ク線図である。

【図４】本実施例の作用の流れ図である。

【図５】本実施例の作用説明図で（ａ）は現工具有，次
工具有の場合、（ｂ）は現工具有，次工具無の場合、
（ｃ）は現工具無，次工具有の場合の説明図である。

【図６】従来の技術の工具交換動作制御システムのブロ
ック線図である。

【図７】従来の技術の工具交換動作説明図で、（ａ）は
現工具有，次工具有の場合、（ｂ）は現工具有，次工具
無の場合、（ｃ）は現工具無，次工具有の場合の説明図
である。

【符号の説明】

２ テーブル ４ 主軸頭 ５ 主軸 ６ 工具マガジ
ン ８ 把持爪 ＴＡ 現工具 ＴＢ 次工具 Ｗ ワーク ＬＳ１ 近接スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マシニングセンタ等工作機械における主
   軸頭の直交二軸方向の移動位置決めにより行う工具マガ
   ジンと主軸間の自動工具交換の制御方法であって、前記
   工具マガジンの工具交換位置近くに設定した二つのホー
   ムポジションの一方を入口とする各工具交換条件により
   異なる複数の交換動作用サブプログラムを記憶し、前記
   主軸頭側センサの現工具有無の信号と加工プログラムの
   次工具有無の指令により工具交換条件に対応するホーム
   ポジションの異なるサブプログラムを呼び出して自動工
   具交換を行うことを特徴とする自動工具交換制御方法。
2. 【請求項２】 マシニングセンタ等工作機械における主
   軸頭の直交二軸方向の移動位置決めにより行う工具マガ
   ジンと主軸間の工具交換動作の制御装置であって、前記
   主軸頭側に現工具の有無を検出するセンサを設け、前記
   工具マガジンの工具交換位置近くに設定された各工具交
   換動作の基準点となる二つのホームポジションの座標値
   を記憶する手段を設け、各工具交換条件により前記二つ
   のホームポジションの一方を入口とする複数の工具交換
   用サブプログラムを記憶する手段を設け、前記センサの
   現工具有無の信号と加工プログラムの次工具有無の指令
   により工具交換条件に対応するサブプログラムを選択す
   る手段を設けてなり、二つのホームポジションを設定し
   たことを特徴とする自動工具交換制御装置。