JPH1128634A - マトリックスマガジンを備えた工作機械における工具搬送装置の自動位置決め方法及び装置 - Google Patents

マトリックスマガジンを備えた工作機械における工具搬送装置の自動位置決め方法及び装置

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JPH1128634A
JPH1128634A JP20098597A JP20098597A JPH1128634A JP H1128634 A JPH1128634 A JP H1128634A JP 20098597 A JP20098597 A JP 20098597A JP 20098597 A JP20098597 A JP 20098597A JP H1128634 A JPH1128634 A JP H1128634A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マトリックス式の工具マガジン1内の工具ポ
ット6を支持する爪5の変位位置を変位センサ21によ
り容易に計測し、工具搬送装置13の位置決めを容易に
ならしめる方法の提供。 【解決手段】 マガジン1内にて多数の工具ポット6を
それぞれ支持している各爪5の端部位置を変位センサ2
1により原点からの距離として計測し、この計測値をも
とに工具ポット6の変位している補正基準位置を演算に
て求めて、記憶させおく。マガジン1から工具ポット6
を抜き出すとき、またマガジン1に工具ポット6を返却
するときに、制御部25からの指示により工具搬送装置
20に対し記憶している補正基準位置を指令することに
よって工具搬送装置20を実際の工具ポット位置に位置
決めさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】工作機械特にマシニングセン
タの工具マガジンに関する、詳しくは収納する工具本数
の多いマトリックス式大容量工具マガジンにおける工具
ポットの変位位置に応じた工具搬送装置の位置補正に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】マトリックス式工具マガジンの場合、マ
ガジンから工具を取り出したり、マガジンに工具を返却
するとき、通常工具をポットに収容した状態のまま、ポ
ットごと工具搬送装置によって行う。即ちマシニングセ
ンタの主軸に装着されている使用済工具と新しい工具と
の交換を行うには、先ず工具搬送装置を工具マガジン内
の所望の工具が収納されている位置に自動位置決めして
ポットごと工具を取り出す。その後工具搬送装置で送ら
れてきたポットから工具交換アームによって新工具を抜
き出し、同時に主軸から使用済工具を抜き出して交換を
行う。このとき工具搬送装置に把持されているポットに
は使用済工具が入れ込まれる。
【0003】使用済工具を収容した工具ポットは工具搬
送装置によって搬送されて工具マガジンの所定位置に送
られ、自動位置決めされて所定位置に返却される。この
ように工具搬送装置による工具マガジンからの工具ポッ
トの取りだし時及び工具マガジンへの工具ポットの返却
時には、工具搬送装置を工具マガジンの所定位置に自動
位置決めすることになる。
【0004】しかし、工具搬送装置は搬送する工具ポッ
ト及び工具の重量により撓みを起こし、工具ポット自身
の位置が変位してしまうことがある。また、マトリック
ス式工具マガジンでは通常収納工具本数が100本,2
00本と多く、大きなスペースを占有することになる。
そこでなるべく小さくコンパクトなマガジンとするため
に、各工具ポット間の間隔を狭くし、接近させて配置さ
せることが望まれる。従って各工具ポットを支えている
横板は中間支柱にて支持することは行わず、単に両端を
外枠に固着した状態としている。そこで重量の大きな工
具が並列して収納された場合には横板が撓み、横板に固
着されている工具ポット支持用の爪位置が変位する。ま
た工具の有無によっても爪位置に変位が生じることがあ
る。
【0005】更にマガジン製作時の加工誤差及び組立誤
差によって爪位置が正規位置から変位している場合があ
る。従って工具搬送装置を正規の設計上の指令位置に自
動位置決めして、工具ポットの出し入れを行わせると、
工具ポットの把持が出来なくなったり、または強引に工
具ポットをマガジンの爪内に押し込むことになったり
等、機械に無理な力を加えることになり損傷を早めるこ
とになる。
【0006】そこで従来は各工具ポットに対して工具搬
送装置を手動パルスハンドルを回すことによって移動さ
せて位置決めし工具ポットを一つずつ把持させる。そし
て各工具ポットについて各支持用爪に対して最もスムー
スに出し入れできるようにパルスハンドルを微調整して
工具搬送装置の位置をZ方向,Y方向それぞれについて
位置調整を行う。このときパルスハンドルの回転に応じ
て示される工具搬送装置の現在位置のZ方向,Y方向そ
れぞれの位置を記憶させていた。そして実稼働時にはこ
の検知した補正位置をもとに工具搬送装置を自動位置決
めして工具ポットの出し入れを行わせていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のマトリックス式
工具マガジンでは上述のように工具搬送装置と工具ポッ
ト支持用爪の相対位置を作業者が手動にて検知するよう
にしていたので、作業が繁雑となり、作業者の工数が多
くなり、作業効率が悪いという問題を有していた。本発
明は従来技術の有するこのような問題に鑑みなされたも
のであり、その目的とするところは、多数個所にわたる
工具搬送装置と工具ポット支持用爪の相対位置の設定を
自動的に容易に行い、作業能率を向上させ工具搬送装置
と工具ポット支持用爪の相対位置決めを容易にならしめ
る方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、多種類の工具を各々保持した工具ポットを
支持部材にて支持し、多数収納しているマトリックス式
工具マガジンに対し、工具ポットの取り出し及び返却を
行う工具搬送装置の自動位置決め方法であって、工具搬
送装置に設けられたセンサによりマガジンに設けられた
支持部材と工具搬送装置との相対位置を計測し、該計測
の結果にもとづき支持部材にて支持されている工具ポッ
トの実際の基準位置を演算し、工具ポットの取り出し時
及び返却時に工具ポットの実際の基準位置を指示するこ
とによって工具搬送装置を実際の工具ポット位置に位置
決めさせるようになしたものである。
【0009】また、多種類の工具を各々保持した工具ポ
ットを支持部材にて支持し、多数収納しているマトリッ
クス式工具マガジンに対し、工具ポットの取り出し及び
返却を行う工具搬送装置の自動位置決め装置であって、
工具搬送装置に設けられマガジンに設けられた支持部材
と工具搬送装置との相対位置を計測する検出手段と、該
検出手段による計測の結果にもとづき支持部材にて支持
されている工具ポットの実際の基準位置を演算する演算
処理部と、工具ポットの取り出し時及び返却時に工具ポ
ットの実際の基準位置を指示することによって工具搬送
装置を実際の工具ポット位置に位置決めさせるように制
御する制御部とを有するものである。
【0010】また、前記演算処理部にて演算された工具
ポットの基準位置を記憶する記憶手段を設け、工具交換
時には予め記憶された基準位置に工具搬送装置を位置決
めするようになしたものである。以上のような方法及び
装置を用いたので本発明は自動的に実際の爪位置、ひい
ては実際の工具ポットの位置を求めることが出来、この
工具ポット位置に応じて工具搬送装置を位置決めするこ
とによって工具ポットの出し入れをスムースに行うこと
ができるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづき説明する。図1は横形マシニングセンタに用い
るマトリックス式大容量工具マガジン1の工具収納部の
全体説明図であり、周囲を形成している外枠2に複数段
の横板3がそれぞれ両端を固着して取り付けられてい
る。外枠2の上天板4の下面及び各横板3の下面には工
具ポット支持用の爪5がそれぞれ複数組取り付けられて
いて、各組の爪5によって多数の工具ポット6が懸垂し
て吊り下げられた状態にて支持されている。
【0012】これら外枠2,横板3,天板4,爪5によ
ってマトリックス式工具マガジンは構成されている。工
具ポット6を懸垂状に支えている爪5のそれぞれの位置
は製作時の加工誤差や組立誤差のため設計上の正規の位
置から変位している場合がある。また各横板3には多数
の工具ポット6がそれぞれ種々の工具を保持して収納さ
れている。そのため重量の大きな工具を保持した工具ポ
ット6を収納している横板3は下方に弓状に撓み、爪5
の位置が正規の設計上の位置から下方に変位している場
合がある。爪5の位置が変位すると、この爪5によって
懸垂状に支えられている工具ポット6も変位した位置を
とることになる。
【0013】図2はマトリック式工具マガジン内の工具
と横型マシニングセンタの主軸内工具との自動交換につ
いての関係を示す上面説明図である。マガジン1内には
多数の工具がそれぞれ工具ポット6に保持されて収納さ
れている。マガジン1の背面部には主軸7の軸心線に平
行でZ軸方向にマガジン1の外枠2の上下にそれぞれ水
平で2本のガイドレール8が取り付けられている。
【0014】そしてこの2本のガイドレール8に跨がっ
た状態でブラケット9が取り付けられていて、図示しな
いサーボモータ及びボールねじによってZ軸方向に移動
位置決めされる。ブラケット9にはマガジン1の背面に
沿ってZ軸に直角なY軸方向にボールねじ10がブラケ
ット9の上下両端にて枢支されている。このボールねじ
10及びこのボールねじ10に回転を与える図示しない
サーボモータによってY軸方向に移動位置決め可能に工
具搬送装置の本体11がブラケット9上の図示しないY
軸方向の2本のガイドレールに取り付けられている。
【0015】この本体11上には工具ポット6を把持し
てマガジン1から抜き出し、またマガジン1に挿入返却
する把持部12が取り付けられている。把持部12は本
体11に設けられたX軸方向の2本のガイドレール13
に案内され、図示しないボールねじ及びサーボモータに
よってX軸方向に移動位置決めさせられる。把持部12
には図3に見る如く先端に工具ポット6を把持するため
の開閉用可能な一対の把持アーム14が取り付けられて
いる。
【0016】この一対のアーム14は把持部本体内に設
けた枢軸15に支持されていて、X字状に組み合わされ
ている。またこのアーム14は通常は両アームに跨がっ
て介挿された圧縮ばね16によって開状態を維持してい
るが、一方のアームに設けたストッパ17にて開状態の
開き角度は制限され、工具ポット6の出し入れ時に相隣
る工具ポット6との間隙に侵入可能な状態を保つよう構
成されている。
【0017】一対のアーム14の後端部分18はそれぞ
れ外側に傾斜角を有していて楔状をなしている。そして
工具ポット6を把持するときにはこの楔状の一対の後端
部分18を挟む状態で押圧部材19が図示しない油圧装
置によって押し進められ、工具ポット6を強力に緊締す
る。その他この把持部12には90°旋回装置が設けら
れているが公知の技術であるため図示及び説明を省略す
る。尚、工具搬送装置20は上記ブラケット9,工具搬
送装置本体11,把持部12等にて構成されている。ブ
ラケット9,工具搬送装置本体11及び把持部12等
は、その機能上剛性を損なわない程度に軽量に構成され
ているが、これら自身の重量、把持部に把持する工具ポ
ットの重量、工具ポットに保持される工具の重量などに
より、特に工具先端側が下がるように撓みが生じること
がある。
【0018】工具搬送装置本体11が図2でZ軸方向最
上端位置まで移動し、また把持部12が工具ポット6を
把持して90°旋回し、工具軸線をZ軸と平行となし、
図2で最左端まで移動した位置が工具交換のための工具
待機位置である。尚、Y軸方向としては主軸のY軸方向
移動範囲の最上昇位置が工具交換位置となる。この位置
においてマガジン1から搬送されてきた新工具は自動工
具交換装置31の交換アーム32によって主軸7に装着
されている使用済工具と交換させられる。
【0019】自動工具交換装置31は従来から幾多の機
構のものがすでに実用に供されている。図4のスケルト
ンによってその一例を概略説明する。工具交換アーム3
2は中心軸33にキー着されていて、中心軸33は旋回
摺動可能に工具交換装置本体34に支持されている。中
心軸33はまた図4で下端側に開口した袋状をなしてい
て、この下端部には雌スプライン33aが刻削されてい
る。この雌スプライン33aに噛み合う雄スプライン軸
35が工具交換装置本体34に枢支されていて、歯車3
6をキー着している。
【0020】そして工具交換装置本体34には交換アー
ム32を180°旋回させるための回転シリンダ37と
交換アーム32を90°旋回させるための回転シリンダ
38が直列に出力軸を共に図4で上に向けて取り付けら
れている。180°旋回用回転シリンダ37の出力軸に
は歯車39がキー着されていて、前記歯車36と噛合し
ている。また90°旋回用回転シリンダ38の出力軸は
180°旋回用回転シリインダ37のシリンダケースと
一体に構成されている。
【0021】更に、中心軸33に対して平行に直動形シ
リンダ装置40が工具交換装置本体34に取り付けられ
ている。直動形シリンダ装置40のピストンロッド41
は図4でシリンダケースから上方に伸びていて連結部材
42によってピストンロッド41と中心軸33とが結合
されている。
【0022】図5は工具ポット6が設計上の位置から変
位して取り付けられている場合の変位量を計測し、工具
ポット6の実際基準位置を求める原理説明図である。O
は計測の基準原点であり、図1で左下隅の外枠角部とす
る。各工具ポット6は全てこの原点Oからの距離によっ
て基準位置が示される。計測には変位センサ21として
レーザ光の反射を利用した例えばKEYENCE社製超
高精度レーザ変位計LCシリーズが用いられる。(他に
赤外線の反射を利用した変位センサを用いることもでき
る。)
【0023】この変位センサ21を工具搬送装置20の
把持部12上面にレーザ光放射側を工具ポット6に向け
て取り付ける。取り付け部位はNC指令により把持部1
2を設計上の工具ポット基準位置HPA,HPB……に
対応した位置に位置決めしたとき、設計上の正規位置に
存在する爪5の図5で右上角部A,B……を計測できる
位置とする。いま爪5が変位しているとすれば、変位セ
ンサ21は工具ポット6の端面を計測することになり、
端面は平坦部のため爪5との境界の溝位置を確認できる
ないことになる。
【0024】この場合には工具搬送装置20をNC指令
にて一定範囲Z軸方向及びY軸方向に往復動させること
により境界の溝位置を確認して、このときのZ軸方向の
現在値とY軸方向の現在値から爪5の角部A,B……位
置を求めることができる。即ち原点Oからの爪5の変位
した角部A,B……のZ軸方向位置ZA,ZB……及び
Y軸方向位置YA,YB……を知ることができる。
【0025】工具ポット6が設計上の寸法通り正しく加
工されているものとすれば工具ポット6自身の爪把持部
の巾寸法2l及び爪受け面から設計上の中心までの寸法
mは変化しないため、爪5の角部イの原点Oからの距離
ZA,ZB……,YA,YB……が検知できれば原点O
からの工具ポット6の実際の中心位置はZA+l,ZB
+l……、YA−m,YB−m……として求めることが
できる。尚、一つの工具ポット6に対し支持する二つの
爪のいずれについても計測を行えばより一層正しい基準
位置を求めることができるものである。
【0026】尚、重量の大なる工具に対してはマガジン
1内に収納されているときと、工具ポット6と共に取り
出されたときとでは爪5の変位量に差が生じる。そのた
めに収納時と取り出し時の両方においても爪位置の変位
量を計測し、工具ポット6の基準となる補正位置として
一つの工具ポット6に対して2個所の補正基準位置を設
定する。そして制御装置が工具搬送装置20に対して工
具ポット6の取り出し時と返却時とでは別の補正位置を
指令するようにする。
【0027】図6は工具交換時に工具ポット支持用の爪
5に対して変位センサ21により計測原点Oからの距離
計測を行い、工具ポット6の基準位置の補正を行う場合
のフローチャート図である。ステップS1で次工具交換
指令が読み込まれる。通常マシニングセンタでは工具交
換時間を短縮するため主軸7に取り付けた工具で加工し
ている間に次の加工で使用する工具(次工具)を工具交
換位置に準備しておくことがなされるのである。
【0028】ステップS2において次工具の工具取出時
の補正値の有無が確認され、補正値無(NO)の場合に
はステップS3に移り、補正値有(YES)の場合には
ステップS7へ移る。ステップS3において工具搬送装
置20の把持アーム14を設計上の工具ポット基準位置
HPAに移動位置決めして、把持部12上に取り付けた
変位センサ21を支持爪5の計測部位に対応させる。ス
テップS4では工具搬送装置20をNC指令にてZ軸方
向及びY軸方向に一定範囲往復移動させることにより爪
5のZ軸方向とY軸方向の原点ZA,YAを検出する。
【0029】ステップS5では、ステップS4にて求め
た距離ZA,YAにもとづいて、補正された工具ポット
基準位置HPaをZA+l、YA−mとして演算する。
ステップS6では工具ポット6の補正された基準位置H
Paを記憶する。ステップS7では工具搬送装置20を
補正された基準位置HPaに位置決めしマガジン1の所
定位置から工具搬送装置20により次工具を保持した工
具ポット6を抜き出し、把持部12を工具交換位置に移
動する。
【0030】ステップS8において加工の終了した工具
(前工具)と次の工具とを交換し、次工具での加工を開
始すると共に前工具を工具マガジン1側に移動させる。
ステップS9において工具収納時の補正値の有無が確認
され、補正値無(NO)の場合にはステップS10に移
り、補正値有(YES)の場合にはステップS14へ移
る。ステップS10〜ステッスプS13はステップS3
〜ステップS6と同様の動作で工具収納時の補正された
基準位置を求め記憶する動作である。
【0031】ステップS14では補正された基準位置に
位置決めし前工具を保持した工具ポットを工具マガジン
1の所定位置に返却する。新しいマシニングセンタに工
具を投入する時、全ての工具を入れ替えたりしたときな
ど一度に多くの工具の補正値を入力する必要がある場合
には、上記動作の内ステップS8を省略し各工具を順次
連続して動作させれば良い。
【0032】尚、マトリックス式工具マガジンにあって
は収納する工具はその収納場所(番地)が定められてい
て、取り出された工具は必ず元の番地に戻される。但
し、加工ワーク変更等に伴って使用工具が変更された場
合には再度爪5の変位量を計測し、工具ポット6の基準
位置の再補正を行う。
【0033】図7は各爪4の原点Oからの距離を計測し
工具搬送装置に正しく位置決めさせる場合の制御用ブロ
ック線図である。光学式変位センサ21によって計測さ
れた距離のデータZA,ZB……、YA,YB……、は
受信部22に送られる。受信部22では変位センサ21
からの距離のデータZA,ZB……、YA,YB……、
を受けて演算処理部23に送る。演算処理部23では距
離のデータをもとに既知の値l,mとによって原点Oか
らの工具ポット6の実際の基準位置HPa(ZA+l,
YA−m),HPb(ZB+l,YB−m)……を算出
する。
【0034】演算処理部23にて算出された工具ポット
6の実際の基準位置HPa,HPb……はメモリー部2
4に送られて記憶される。このような変位センサ21に
よる計測から記憶までの作業が工具ポット6支持用の全
爪5に対して行われる。工具交換指令が出されて工具搬
送装置20が指示された工具を取り出すために所定の位
置に移動するとき、制御部25はメモリー部24から所
定の工具ポット6の実際の補正された基準位置を呼び出
して、工具搬送装置20に対し変更された工具ポット6
の補正位置を指示する。これにより工具搬送装置20は
変位して取り付けられている工具ポット6に応じた補正
位置に自動位置決めされる。
【0035】
【実施例】図8は爪5の位置を計測する他の実施例を示
す説明図である。このものでは水平に並んでいる各爪5
を横切って移動するようなY軸方向位置に変位センサ2
1を位置決めした後マガジン1に対し変位センサ21を
水平方向Z軸方向に横板3に沿って移動させ、各爪5の
工具ポット6の支持側端部Z軸方向エッジ位置A1,A
2,B1,B2……を計測することによって、A1,A
2の中点としての工具ポット5のZ方向基準位置を算出
する。
【0036】横一列の計測が終了すると変位センサ21
をY軸方向に移動させて次の段の横板に対して同様の爪
位置計測を行い、このようにして全爪に対し計測して工
具ポットの基準位置を求める。例えば爪5が組付誤差に
より寸法deずれていても、それに応じて補正基準位置
が求められる。また同様にして変位センサ21をY軸方
向に移動させて各爪5のY軸方向上端位置を計測するこ
とによって、工具ポット6のY軸方向基準位置を求める
ことができる。上記Z方向基準位置とY方向基準位置と
によって工具ポット6の新しい補正された基準位置HP
a,HPb……を求めることができるものである。尚、
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、工
具マガジンの工具ポットの保持形態や工具搬送装置の工
具ポット把持形態,工具交換装置等は適宜変更されうる
ものであることはいうまでもない。
【0037】
【発明の効果】マトリックス式大容量工具マガジンの工
具ポット支持用の各爪位置を全て自動的に計測し、各工
具ポットの基準位置を自動的に求めるようになしたの
で、工具の有無及び工具の重量差による支持部材又は工
具搬送装置の変位に対しても自動的に工具ポットの補正
された基準位置を設定できるようになった。従って工具
自動搬送装置をマガジン内にて各工具ポットの取り付け
位置に応じて位置決めすることできて、工具ポットの取
り出し、返却時に無理な力を加えることがなくなり、動
作がスムースになり、機械を損傷することがなく、機械
寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マトリックス式大容量工具マガジンの工具収納
部の全体説明図である。
【図2】マガジン内の工具と主軸内工具との自動交換の
関係を示す説明図である。
【図3】工具ポット把持アーム部の概略説明図である。
【図4】自動工具交換装置のスケルトン図である。
【図5】工具ポットの実際の基準位置を求める方法を示
す原理図である。
【図6】工具ポットの実際の基準位置を求める場合のフ
ローチャート図である。
【図7】工具搬送装置を位置決めさせる場合のブロック
線図である。
【図8】爪位置計測方法の他の実施例を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 工具マガジン 5 支持爪 6 工具ポット 20 工具搬送装置 21 変位センサ 23 演算処理部 24 メモリ部 25 制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多種類の工具を各々保持した工具ポット
    を支持部材にて支持し、多数収納しているマトリックス
    式工具マガジンに対し、工具ポットの取り出し及び返却
    を行う工具搬送装置の自動位置決め方法であって、工具
    搬送装置に設けられたセンサによりマガジンに設けられ
    た支持部材と工具搬送装置との相対位置を計測し、該計
    測の結果にもとづき支持部材にて支持されている工具ポ
    ットの実際の基準位置を演算し、工具ポットの取り出し
    時及び返却時に工具ポットの実際の基準位置を指示する
    ことによって工具搬送装置を実際の工具ポット位置に位
    置決めさせるようになしたことを特徴とするマトリック
    スマガジンを備えた工作機械における工具搬送装置の自
    動位置決め方法。
  2. 【請求項2】 多種類の工具を各々保持した工具ポット
    を支持部材にて支持し、多数収納しているマトリックス
    式工具マガジンに対し、工具ポットの取り出し及び返却
    を行う工具搬送装置の自動位置決め装置であって、工具
    搬送装置に設けられマガジンに設けられた支持部材と工
    具搬送装置との相対位置を計測する検出手段と、該検出
    手段による計測の結果にもとづき支持部材にて支持され
    ている工具ポットの実際の基準位置を演算する演算処理
    部と、工具ポットの取り出し時及び返却時に工具ポット
    の実際の基準位置を指示することによって工具搬送装置
    を実際の工具ポット位置に位置決めさせるように制御す
    る制御部とからなるマトリックスマガジンを備えた工作
    機械における工具搬送装置の自動位置決め装置。
  3. 【請求項3】 前記演算処理部にて演算された工具ポッ
    トの基準位置を記憶する記憶手段を設け、工具交換時に
    は予め記憶された基準位置に工具搬送装置を位置決めす
    るようになしたことを特徴とする請求項2記載のマトリ
    ックスマガジンを備えた工作機械における工具搬送装置
    の自動位置決め装置。
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