JPH084990Y2 - Ｎｃ制御自動工具交換装置 - Google Patents

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,歯車10
9,110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、各動作
ごとに確認を取りながらシーケンス的に各動作を組合わ
せて交換動作を行うため交換時間が長くなり、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ないと
いう問題点を有し、ACモータ式ATCはカムにより強制的
に連続動作を用いるため、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で速いNC制御のATCを安価に
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
工具交換を行う工具交換装置において、前端に前記工具
交換アームを有し旋回及び軸方向移動可能なアーム軸に
一体に設けられた送りねじと、該送りねじに螺合する回
転のみ可能なナット部材と、該ナット部材を回転して前
記工具交換アームの抜き差し動作をするNC制御のブレー
キ付第１駆動モータと、前記工具交換アームを旋回する
NC制御の第２駆動モータと、前記第１駆動モータ又は第
２駆動モータの加速度とトルクを検出する検出手段を設
け、前記第１駆動モータ，第２駆動モータを制御するNC
装置には前記検出手段により検出された加速度とトルク
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により
前記モータにかかるトルクを零とするトルクガード機能
を含んでなり、工具交換アームの旋回時は第１駆動モー
タと第２駆動モータを同期回転制御してボールねじナッ
トとボールねじの回転を一致させ、第１駆動モータの停
止中はその駆動系をブレーキ作動状態に構成したもので
ある。

作用 NCの次工具指令で，指令工具が工具マガジン装置の交
換位置に割出されたあと、NCの工具交換指令で、第１駆
動モータと第２駆動モータが同期回転されて工具交換ア
ームが55°旋回し、主軸工具とマガジン工具とを同時に
把持する。次いで工具のクランプが解除されたあと、第
１駆動モータが回転して工具交換アームが下降し両工具
を抜き取り、再び第１駆動モータと第２駆動モータが同
期回転して、工具交換アームが180°旋回し、把持する
工具が入れ替わる。次いで第１駆動モータが逆回転し
て、工具を主軸及びマガジンポットに挿入し、工具クラ
ンプが行われたあと、第１駆動モータと第２駆動モータ
が同期回転して工具交換アームが55°旋回されて待機姿
勢となる。

なお、工具交換アームの180°旋回動作は、工具抜き
取りが完了する前に、また工具差し込み動作は180°旋
回動作の前に、それぞれ干渉のない範囲内で動作を開始
させて工具交換時間の短縮を計ることもできる。

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には図示しな
い複数の軸受により主軸４が回転可能に軸承され、主軸
４に図示しない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割出可能なマガジンポットを
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°旋回にＺ軸方向下向きにする図示しない90°旋回
機構が設けられている。

工具マガジン装置５のマガジンフレームの右側面に、
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は中央部にスプライン軸部9aを、また上端部
にボールねじ9bを一体に有している。

箱体８の上端面にNC制御のブレーキ付サーボモータ12
が、アーム軸９と平行かつ下向きに固着されており、サ
ーボモータ12の出力軸に歯車13が嵌着されている。歯車
13は、箱体８に回転のみ可能に支持されるボルーねじナ
ット14に固着の歯車15に噛合され、ボールねじナット14
はアーム軸９と一体のボールねじ9bに螺合されている。

アーム軸９のスプライン軸部9aは、箱体８に回転のみ
可能に支持されるめすスプライン筒体16に移動可能に係
合されてボールスプライン10を形成し、筒体16に歯車17
が固着されている。更に箱体８の下部にはNC制御のブレ
ーキ付サーボモータ18が下向きに固着されており、サー
ボモータ18の出力軸に固着の歯車19が、前記歯車17と噛
合されている。

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21が移
動位置決め可能に載置され、往復台21上に削設されたＸ
軸方向の摺動面上にテーブル22が移動位置決め可能に載
置されている。

NC装置は工具交換動作中衝突等で工具交換アーム11に
設定以上の過負荷がかかった場合、サーボモータ12又は
18をフリーとするトルクガード機能を具備している。こ
のトルクガード機能は、サーボモータ12又は18の加速度
とトルクを図示しない検出手段により検出した加速度，
トルク値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
回路で工具交換アーム衝突と判定して、この判定出力に
よりサーボモータ12又は18へのトルク指令信号を遮断し
てトルクを零に制御させるもので、これにより衝突等に
よるダメージを回避でき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に嵌着されている工具により、テーブル22
上の工作物に対して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の指定工具が工具交換位置に割出される。そして主軸
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き、引続き第３図に示す
ような工具交換動作が行われる。この工具交換動作は先
ずNCによりサーボモータ12及び18が同時に同期回転即ち
２個のサーボモータが同時に入・切されるとともにボー
ルねじナットの回転と筒体16の回転が一致する制御によ
っててボールねじナット14,ボールスプラインの筒体16
を介するスプライン軸部9aと一体のボールねじ9bがが同
時に同一回転されて、アーム軸９を軸方向に移動させる
ことなく工具交換アーム11が55°旋回され、工具交換ア
ーム11両端のグリップ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12,18の回転が停
止し、自動的にブレーキがかかる。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の動作をする。次いでサーボ
モータ12が回転され、歯車13,14を介してボールねじナ
ット14が回転し、アーム軸９を介して工具交換アーム11
が下降されて工具が抜き取られる。次いで再びサーボモ
ータ12,18が同様に同時に同期回転されて、ボールねじ
ナットとボールねじの回転を一致させてアーム軸９を軸
方向に移動させることなく工具交換アーム11が180°旋
回され、把持する両工具の位置が入れ替わる。次いでサ
ーボモータ12が逆回転されて工具交換アーム11が上昇
し、主軸４とマガジンポットに両工具が差し込まれたの
ち、挿入工具のクランプが行われる。次いでサーボモー
タ12,18が同様に同時に同期回転され、工具交換アーム1
1が55°旋回して工具から離れ、サーボモータ12,18が停
止して自動的にブレーキがかかり、待機姿勢となる。

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。

アーム軸と一体の送りねじに螺合する回転のみ可能な
ナット部材をNC制御のブレーキ付第１駆動モータにより
駆動して、工具交換アームを抜き差しを行い、第１駆動
モータとNC駆動の第２駆動モータを同期回転してナット
部材を同期回転状態として工具交換アームのアーム軸の
軸移動のない旋回を行うようにしたので、構造が簡単と
なり部品点数が少なくなっただけ安価となり故障が少な
くなる。また最適なソフトによりATC動作の高速化がで
き、トルクガード機能によりモータがフリーとなって、
衝突事故等発生時のダメージを回避するので大事故につ
ながることがない。また第１駆動モータをブレーキ付と
なしたので電源が切れても現在位置を保ち無用な干渉を
さけることができ、また自走が防止される。これにより
一層安全が確保できる。

【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を
示す断面構成図、第２図はマシニングセンタの姿図、第
３図は工具交換動作と各モータの動作関係を示すグラフ
図、第４図は従来の油圧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。 ９……アーム軸、9b……ボールねじ 10……ボールスプライン 11……工具交換アーム 12,18……ブレーキ付サーボモータ 14……ボールねじナット

Claims (1)

【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
   換を行う工具交換装置において、前端に前記工具交換ア
   ームを有し旋回及び軸方向移動可能なアーム軸に一体に
   設けられた送りねじと、該送りねじに螺合する回転のみ
   可能なナット部材と、該ナット部材を回転して前記工具
   交換アームの抜き差し動作をするNC制御のブレーキ付第
   １駆動モータと、前記工具交換アームを旋回するNC制御
   の第２駆動モータと、前記第１駆動モータ又は第２駆動
   モータの加速度とトルクを検出する検出手段を設け、前
   記第１駆動モータ，第２駆動モータを制御するNC装置に
   は前記検出手段により検出された加速度とトルクが工具
   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により前記モ
   ータにかかるトルクを零とするトルクガード機能を含ん
   でなり、工具交換アームの旋回時は第１駆動モータと第
   ２駆動モータを同期回転制御してボールねじナットとボ
   ールねじの回転を一致させ、第１駆動モータの停止中は
   その駆動系をブレーキ作動状態に構成したことを特徴と
   するNC制御自動工具交換装置。