JPH084989Y2 - Nc制御自動工具交換装置 - Google Patents

Nc制御自動工具交換装置

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JPH084989Y2
JPH084989Y2 JP1990054759U JP5475990U JPH084989Y2 JP H084989 Y2 JPH084989 Y2 JP H084989Y2 JP 1990054759 U JP1990054759 U JP 1990054759U JP 5475990 U JP5475990 U JP 5475990U JP H084989 Y2 JPH084989 Y2 JP H084989Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、マシニングセンタ等NC工作機械のNC制御の
自動工具交換装置に関するものである。
従来の技術 従来、マシニングセンタ等の自動工具交換装置(以下
ATCと呼ぶ)は、工具交換アームの駆動系から見て油圧
式とカム機構のACモータ式とがある。油圧式は第4図に
示すように油圧シリンダ101により工具交換アーム102の
旋回を行い、油圧シリンダ103により工具交換アーム102
の抜き差しを行うものである。
カム機構のACモータ式は、第5図に示すように、1個
のACモータ104にて旋回用カム105と抜き差し用カム106
を駆動し、カム105に係合するタレットカムフオロア107
により中間軸108を旋回して、歯車109,110を介して工具
交換アーム111の旋回動作を行い、カム106に係合するカ
ムフオロア112を有するレバー113により工具交換アーム
111の抜き差し動作を行うものである。
考案が解決しようとする課題 従来の技術で述べたもののうち油圧式ATCは、振動や
衝撃が大きくなるため動作速度を上げることができず、
工具交換時間が長いという問題点を有し、ACモータ式AT
Cはカムにより強制的に動作を用いているため、衝突等
の事故が大きな破損事故につながりやすく、このために
各部に安全装置を入れねばならず構造が複雑となりコス
ト高になるという問題点を有していた。
本考案は、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、構造
が簡単かつ動作速度が適切且つ安全で速いNC制御のATC
を提供しようとするものである。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本考案におけるNC制御自
動工具交換装置は、NC工作機械の工具マガジン装置と主
軸との間で工具交換アームの旋回と抜き差し動作により
工具交換を行う自動工具交換装置において、前記工具交
換アームの旋回用と抜き差し用にNC装置により回転制御
される2個のサーボモータを設け、該2個のサーボモー
タの少なくとも1個の加速度とトルクを検出する検出手
段を設け、前記NC装置には前記検出手段の検出値が工具
交換アームに対して設定した値を越え且つ加速度方向が
トルク方向と不一致の場合に工具交換アーム衝突と判定
する比較判定回路並びに該比較判定回路の出力で前記サ
ーボモータにかかるトルクを零とする安全機能を含んで
いるものである。
また、NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との間で
工具交換アームの旋回と抜き差し動作により工具交換を
行う自動工具交換装置において、工具交換アームのアー
ム軸の一部に全円周の軸方向断面が同位相のラックを形
成する多条の円周溝を刻設しまた一部にスプラインを刻
設し、前記ラックと噛合うピニオンを駆動するNC装置に
より回転制御される第1サーボモータを設け、前記スプ
ラインと嵌合する雌スプラインを刻設した歯車を駆動す
るNC装置により回転制御される第2サーボモータを設
け、前記第1サーボモータ又は第2サーボモータの加速
度とトルクを検出する検出手段を設け、前記NC装置には
前記検出手段の検出値が工具交換アームに対して設定し
た値を越え且つ加速度方向がトルク方向と不一致の場合
に工具交換アーム衝突と判定する比較判定回路と該比較
判定回路の出力で前記サーボモータにかかるトルクを零
とする安全機能を含んでいるものである。
作用 NCの次工具指令で指定の工具が装着されるマガジンポ
ットが工具交換位置に割出されたあと、主軸台が上限の
工具交換位置に位置決めされ、NCの工具交換指令で旋回
用サーボモータが回転されて、工具交換アームがほぼ90
°旋回され、主軸工具とマガジンポット工具を同時に把
持する。次いで抜き差し用サーボモータが回転されて、
工具交換アームが下降し、把持する両工具を抜き取る。
そして下降が完了する前に干渉のない範囲内で再び旋回
用サーボモータが回転を始めて、工具交換アームが180
°旋回し把持工具が入れ替わり、旋回が完了する前に干
渉のない範囲内で再び抜き差し用サーボモータが回転し
始めて、工具交換アームが上昇し、把持する両工具を主
軸とマガジンポットに同時に挿入する。次いで再び旋回
用サーボモータが回転されて、工具交換アームが、ほぼ
90°旋回されて工具から離れ、待機姿勢をとる。若し工
具交換時衝突等の異状事態が発生してモータのトルク,
加速度が設定値以上となり加速度とトルク方向が不一致
となった場合は安全機能が働いて機械の安全が保たれ
る。
実施例 実施例について第1図〜第3図を参照して説明する。
周知のたて形マシニングセンタにおいて、ベッド1の
後側上に、上下(Z軸)方向の摺動面2aを有するコラム
2が立設されており、Z軸摺動面2a上に、主軸頭3が移
動位置決め可能に載架されている。主軸頭3に図示しな
い複数の軸受により主軸4が回転可能に軸承されてお
り、主軸4に図示しない周知の自動工具引上げ装置が組
込まれている。コラム2の左側面には工具マガジン装置
5が取付けられており、工具マガジン装置5は、複数の
工具を左右(X軸)方向左向きにして貯蔵するマガジン
ポットを旋回割出可能に有し、下側の工具交換位置に割
出されたマガジンポットを90°旋回して工具をZ軸方向
下向きにする90°旋回機構を備えている。
工具マガジン装置5のマガジンフレーム6の右側面6a
に、主軸4とマガジンポットの間の工具交換を行うATC7
が取付けられている。ATC7の箱体8には、アーム軸9が
旋回及び軸方向移動可能に支持されており、アーム軸9
の先端に、ツイン形工具交換アーム11が直角に固着され
ている。アーム軸9の中央部上端(第1図で左側)寄り
位置に、スプライン軸9aが刻設されており、上端部には
全円周の軸方向断面が同位相のラック9bを形成する多条
の円周溝が刻設されている。
箱体8の上端面にNC駆動の2個のサーボモータ12,13
がアーム軸9と平行かつ下向きに固着されている。
サーボモータ12の出力軸12aに歯車10が嵌着され、歯
車10は、箱体8に回転可能に支持される軸付歯車14に嵌
着される歯車15と噛合わされている。軸付歯車14は、箱
体8に軸受16,17により回転可能に支持され、スプライ
ン軸9aに係合されるスプライン穴を有する歯車18と噛合
されている。
サーボモータ13の出力軸13aは、箱体8に複数の軸受1
9により回転可能に支持される同心の軸付傘歯車21と、
カップリング22を介して連結されており、軸付傘歯車21
は、箱体8に複数の軸受により回転可能に軸承されるX
軸方向の回転軸23に嵌着される傘歯車24と噛合されてい
る。更に回転軸23にはピニオン25が嵌着されており、ピ
ニオン25は、アーム軸のラック9bと噛合されている。
アーム軸9の中央部にはカラー26が嵌着されており、
カラー26は、外周の1ヶ所に軸方向の凸部26aを有し、
凸部26aは、箱体8に固着のゲートリング27の内周溝27a
と位相が一致したときのみアーム軸9の軸方向移動が可
能となされており、工具交換アーム11が待機姿勢になっ
たとき落下防止が施されるようになっている。
工具交換アーム11は、両側に工具のボトルグリップ部
を把持するグリップ爪部11aを有し、更に工具交換アー
ム11には、グリップ爪部11aに突出する把持ローラ31を
先端に有するグリップピン32が軸方向移動可能に設けら
れており、グリップピン32は、ばね33により常時突出勝
手に付勢され、後端に係合ピン34が同心に螺設されてい
る。工具交換アーム11の旋回中心寄り位置には、Z軸方
向の穴11bが穿設されており、穴11bにロックピン36が軸
方向移動可能に嵌挿され、ばね35により常時上向き(第
1図で左側)に付勢されている。係合ピン34の先端は、
工具把持時にグリップピンが押されて後退したときロッ
クピン36の外周と直角に係合するようになっており、ア
ーム軸9が上昇位置にあってロックピン36の上端が箱体
に当接して、ばね35の力に抗して押し込まれた状態で、
外周に刻設された切欠き溝36aが係合ピン34の先端位置
にきて、グリップピン32の後退が可能即ち工具把持が可
能となる。またアーム軸9が下降するとばね35によりロ
ックピンが突出し、平面36bが係合ピン34の先端位置に
きてグリップピンの後退を阻止し、把持工具のクランプ
が行われるようになっている。
一方ベッド1の前側上には、前後(Y軸)方向の摺動
面が削設されており、このY軸摺動面上に往復台37が移
動位置決め可能に載置され、往復台37上に削設されたX
軸方向の摺動面上に、テーブル38が移動位置決め可能に
載置されている。
またNC装置内には、工具交換動作中衝突等で工具交換
アーム11に設定値以上の過負荷がかかった場合、サーボ
モータ12又は13をフリーとするトルクガードの安全機能
を具備している。このものはサーボモータ12又は13の加
速度とトルクとを図示しない検出手段により検出し、加
速度,トルクが工具交換アームに対して設定した値を越
え、かつ加速度方向がトルク方向と不一致の場合に比較
判定回路により衝突と判定して、その判定出力によりサ
ーボモータ12又は13へのトルク指令信号を遮断してモー
タのトルクを零に制御させるもので、これによりダメー
ジを回避するようになっている。
続いて本実施例の作用について説明する。
今、主軸4に嵌着さている工具により、テーブル38上
に載置された工作物に対する切削加工が行われている。
NCより次工具指令が出力されると、工具マガジン装置
5の次工具に指定された工具が装着されているマガジン
ポットが工具交換位置に割出される。主軸装着工具によ
る切削加工が終わると、NCより工具交換指令が出て、主
軸頭3が上限の工具交換位置に位置決めされ、同時に工
具交換位置に割出されているマガジンポットが、90°旋
回されて下側を向く。次いでNCの指令でサーボモータ12
が回転され、歯車10,15,14,18を介してアーム軸9が回
転し、工具交換アーム11が旋回を始める。この工具交換
アームの旋回速度は、NC内の速度パラメータに設定され
ている例えば変形正弦波曲線に沿った速度指令により制
御され、ショックを抑えた適切な発停速度と比較的速い
旋回速度で工具交換アーム11がほぼ90°旋回され、両端
のグリップ爪部11aで主軸工具とマガジンポット工具を
同時に把持して、サーボモータ12の回転が停止される。
次いで主軸4の自動工具引上げ装置とマガジンポットの
工具クランプ機構が作動して、ともに工具ゆるめ動作を
する。サーボモータ13が前述と同様の適切な速度制御方
法により回転され、軸付傘歯車21,傘歯車24,ピニオン2
5,ラック9bを介してアーム軸9が下降され、工具交換ア
ーム11が両工具の抜き動作を開始すると、ロックピン36
がばね35の力で突出して把持工具のクランプが行われ、
アーム軸9が下限位置に移動して抜き取りが行われ、抜
き取りが完了する前に工具と主軸との干渉がない範囲で
サーボモータ12の回転が開始されて、工具交換アーム11
が180°旋回し、把持する両工具の位置が入れ替わり、
旋回が完了する前に干渉のない範囲で再びサーボモータ
13が回転されて、工具交換アーム11が上昇し、主軸とマ
ガジンポットに両工具が差し込まれる。そしてクランプ
ピン36がばね35の力に抗して押し込まれて、把持工具の
クランプが解除される。次いで工具引上げ装置により主
軸工具が引上げられてクランプされ、同時にマガジンポ
ット工具のクランプが行われ、サーボモータ12が回転し
て工具交換アーム11がほぼ90°旋回されて工具から離れ
待機姿勢となる。このときカラー26の凸部26aとゲート
リング27の内周溝27aの位相がずれて、工具交換アーム
の落下が阻止され、次の工具交換指令が出るまで待機す
る。
考案の効果 本考案は、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。
工具交換アームの旋回用と抜き差し用のサーボモータ
を設けて、NCにより動作制御させるようになしたので、
構造が簡単となり部品点数が少なくなっただけ安価にし
て故障が少なくなる。
また最適なソフトにより始動,停止時のショックが少
なく、しかも工具の抜き取りが完了する前及び挿入時に
干渉のない範囲で旋回動作と抜き差し動作の時間を重複
させることにより工具交換動作時間が短い理想的なATC
動作が容易に得られ、万一衝突等の事故が発生した場合
にも、トルクガードの安全機能によりモータのトルクを
零として機械のダメージを回避するので大事故につなが
ることがなくなる。
さらに工具交換アームの旋回時にはピニオンと同位相
のラックとの間で滑り、抜き差し時にはスプライン部で
滑るため駆動系路を切り換えるクラッチを必要としな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案のNC制御自動工具交換装置の一実施例の
断面図、第2図は第1図の上視図、第3図はマシニング
センタの姿図、第4図は従来の油圧駆動式自動工具交換
装置の説明図、第5図は従来のカムを用いたACモータ駆
動式自動工具交換装置の断面図である。 11……工具交換アーム 12,13……サーボモータ

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との
    間で工具交換アームの旋回と抜き差し動作により工具交
    換を行う自動工具交換装置において、前記工具交換アー
    ムの旋回用と抜き差し用にNC装置により回転制御される
    2個のサーボモータを設け、該2個のサーボモータの少
    なくとも1個の加速度とトルクを検出する検出手段を設
    け、前記NC装置には前記検出手段の検出値が工具交換ア
    ームに対して設定した値を越え且つ加速度方向がトルク
    方向と不一致の場合に工具交換アーム衝突と判定する比
    較判定回路並びに該比較判定回路の出力で前記サーボモ
    ータにかかるトルクを零とする安全機能を含んでいるこ
    とを特徴とするNC制御自動工具交換装置。
  2. 【請求項2】NC工作機械の工具マガジン装置と主軸との
    間で工具交換アームの旋回と抜き差し動作により工具交
    換を行う自動工具交換装置において、工具交換アームの
    アーム軸の一部に全円周の軸方向断面が同位相のラック
    を形成する多条の円周溝を刻設しまた一部にスプライン
    を刻設し、前記ラックと噛合うピニオンを駆動するNC装
    置により回転制御される第1サーボモータを設け、前記
    スプラインと嵌合する雌スプラインを刻設した歯車を駆
    動するNC装置により回転制御される第2サーボモータを
    設け、前記第1サーボモータ又は第2サーボモータの加
    速度とトルクを検出する検出手段を設け、前記NC装置に
    は前記検出手段の検出値が工具交換アームに対して設定
    した値を越え且つ加速度方向がトルク方向と不一致の場
    合に工具交換アーム衝突と判定する比較判定回路と該比
    較判定回路の出力で前記サーボモータにかかるトルクを
    零とする安全機能を含んでいることを特徴とするNC制御
    自動工具交換装置。
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