JPH1190752A

JPH1190752A - 自動工具交換装置の交換速度制御方法

Info

Publication number: JPH1190752A
Application number: JP26934897A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takagi; 純一高木
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】工具の重量に応じて交換速度を設定することに
よって、工具交換をより効率的に短時間になし得る自動
工具交換装置の切換え速度制御方法を提供する。【解決手段】工具の交換速度の設定を、重い工具よりも
軽い工具の交換速度が高速となるように工具の重量に応
じて切り換えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマシニングセンタ等
のＮＣ工作機械の自動工具交換装置の交換速度制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の自動工具交換装置は、マ
ガジンから取り出した次加工用工具を主軸まで移送し、
主軸から加工済み工具を取り外すと共に次加工用工具を
取付け、加工済み工具をマガジンまで移送して収納する
ようになっている。

【０００３】この一連の交換動作は一定のプログラムに
沿ってなされており、交換速度については、最も重量の
大きい工具に対応して設定されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術の場合には、交換速度を最も重量の大きい工
具に対応して設定しているので、本来もっと早い速度で
動作させても問題の無い工具でも、重い工具に合わせた
遅い速度で移動させているので、軽い工具の場合には無
駄な時間を要していた。

【０００５】重い工具も含めて早い速度で動作させるこ
とも考えられるが、工具を交換する際に、交換装置は工
具を回転させたり振り回したりするが、重い工具を早く
交換するには動力を上げ、工具を保持する部品も強度を
上げなければならないので、高価となるし、大型化する
ために周囲の構造物の変更や制限がつく。

【０００６】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
工具の重量に応じて交換速度を設定することによって、
工具交換をより効率的に短時間になし得る自動工具交換
装置の切換え速度制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、ＮＣ工作機械の主軸に取り付け
られる工具を所定の交換速度で自動交換する自動工具交
換装置において、前記工具の交換速度の設定を、重い工
具よりも軽い工具の交換速度が高速となるように工具の
重量に応じて切り換えることを特徴とする。

【０００８】このように従来重い工具に合わせて一律に
定められていた交換速度を、重い工具よりも軽い工具を
高速なるように切り換えることで、交換時間を可及的に
短縮することができる。

【０００９】工具交換指令時に、各工具の工具重量識別
用データを参照して工具重量に対応する重量データを判
定し、この判定した重量データから各工具の重量に応じ
て交換速度の設定を切り換えることを特徴とする。

【００１０】各工具の工具重量識別用データから工具の
重量データを判定することにより、自動的に適切な交換
速度に切り換えることができる。

【００１１】工具重量識別用データは、ＮＣ装置の記憶
部のデータエリアに格納された工具データまたは工具自
体に付した工具識別ＩＤ内に用意してもよいし、自動工
具交換装置の交換制御プログラムの工具コード指令内に
用意し、この工具コード指令から工具重量データを判定
してもよい。

【００１２】また、交換速度の設定は、工具重量が軽く
なるにしたがって段階的に早くなるように設定されるこ
とが好ましい。

【００１３】自動工具交換装置は、次加工用工具と加工
済み工具を同時に把持して動作する動作工程を有し、加
工済み工具と次加工用工具のいずれか重い方の工具の重
量に応じた交換速度に設定することを特徴とする。

【００１４】また、工具の交換速度の制御は、一連の工
具交換動作のうちの少なくとも一部の行程の動作速度を
切り換えることを特徴とする。

【００１５】交換装置の交換動作のうちの、少なくとも
一部の動作速度を切り換えれば交換時間の短縮につなが
る。

【００１６】油空圧機器を動力にする自動工具交換装置
は、速度設定パラメータとして流量を制御するもので、
高速から低速まで並列に設けられた複数の速度制御回路
を電磁弁によって切り換えることによって交換速度を変
化させることを特徴とする。

【００１７】このように並列の速度切換え回路を選択し
て交換速度を変化させれば回路構成を単純化できる。

【００１８】また、電動機を動力にする自動工具交換装
置は、速度設定パラメータとして回転数を制御すればよ
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２０】図５には本発明の交換速度制御方法が適用
されるマシニングセンタ等のＮＣ工作機械の自動工具交
換装置の一例を示している。自動工具交換装置１００
は、使用される複数の工具を格納するツールマガジン１
０１と、このツールマガジン１０１上の次加工用工具Ｔ
２と主軸１０２上の加工済み工具Ｔ１を交換するアーム
ユニット１０３とを備えており、本発明はアームユニッ
ト１０３の交換速度を制御するものである。

【００２１】アームユニット１０３は、第１，第２把持
部１０４，１０５を備えたチェンジャアーム１０６を有
し、このチェンジャアーム１０６がサドル１０７を介し
て支持フレーム１０８に対して往復移動自在に支持され
ている。また、チェンジャアーム１０６はその中心軸Ｏ
がサドル１０７に対して回転自在に支持され、さらに回
転軸方向に伸縮ロッド１０９によって往復移動自在とな
っている。一方、支持フレーム１０８は揺動支点１０８
ａを介して９０°揺動することによってアームユニット
１０３全体がマガジン側と主軸側に移送されるように構
成されている。

【００２２】そして、図示しないが、駆動機構として、
チェンジャアーム１０６を回転運動させるチェンジャア
ーム回転駆動機構と、サドル１０７を往復運動させるサ
ドル駆動機構と、支持フレーム１０８を揺動させる支持
フレーム揺動駆動機構と、チェンジャアーム１０６の伸
縮ロッド１０９を駆動する伸縮ロッド駆動機構と、を備
えている。これら各駆動機構のアクチュエータとして
は、通常は油空圧機器が用いられるが電動モータを用い
てもよい。

【００２３】図６には、工具選択シーケンスの動作手順
が示されている。

【００２４】まず、工具選択指令（Ｔ指令）が入ると、
ツールマガジン１０１が移動して指定された次加工用工
具Ｔ２がアームユニット１０３に対向する交換位置まで
運ばれる。チェンジャアーム１０６は初期状態では待機
位置にあり、第１，第２把持部１０４，１０５には工具
が把持されていない状態で、サドル１０７はツールマガ
ジン１０１から離れた待機位置に位置している（図６
(ａ)参照）。

【００２５】次に、サドル１０７がツールマガジン１０
１側に移動し、第１把持部１０４をマガジン１０１に格
納されている次加工用工具Ｔ２を把持する（図６(ｂ)参
照）。

【００２６】次いで、伸縮ロッド１０９を伸張させて次
加工用工具をツールマガジン１０１のポットから抜き出
す（図６(ｃ)参照）。

【００２７】そして、次加工用工具Ｔ２を第１把持部１
０４に把持した状態でサドル１０７を反マガジン側の待
機位置まで移動させ（図６(ｄ)参照）、伸縮ロッド１０
９を収縮させて交換指令（Ｍ０６）信号が入るまで待機
する。

【００２８】この工具選択動作は主軸１０２に取り付け
られている前の工具Ｔ１で加工している間に行われるの
で、通常は交換時間には影響せず、本発明の交換速度制
御方法は適用しない。

【００２９】次に図７には工具交換シーケンス動作が示
されている。

【００３０】この工具交換シーケンスでは、初期状態が
工具選択シーケンスの最終状態である工具待機状態であ
る（図７(ａ)参照）。

【００３１】そして、工具交換（Ｍ０６）が指令される
と、ツールマガジン１０１と主軸１０２間を遮蔽してい
るシャッタ１１０が開き、支持フレーム１０８が揺動支
点１０８ａを中心に９０°旋回することによって、アー
ムユニット１０３全体が主軸１０２側に移動し、同時に
サドル１０７を支持フレーム１０８上の主軸１０２から
遠ざかる方向のツールマガジン１０側に移動させる。こ
の状態で工具が把持されていない第２把持部１０５が主
軸１０２と対向する（図７(ｂ)参照）。

【００３２】次いで、サドル１０７を支持フレーム１０
８上で主軸１０２側に移送し、第２把持部１０５によっ
て主軸１０２に装着されている加工済み工具Ｔ１を把持
し（図７(ｃ)参照）、伸縮ロッド１０９を伸張させるこ
とによって加工済み工具Ｔ１を主軸１０２から抜き出す
（図７(ｄ)参照）。

【００３３】次に、チェンジャアーム１０６を１８０°
時計回り方向（ＣＷ）か反時計回り方向（ＣＣＷ）に回
転させ（図７(ｅ)参照）、第１把持部１０４を把持され
ている次加工用工具Ｔ２を主軸９に対向させ、伸縮ロッ
ド１０９を収縮させることによって次加工用工具Ｔ1を
主軸１０２に装着する。

【００３４】さらに、サドル１０７をツールマガジン１
０１側に移送することによって、第１把持部１０４を次
加工用工具Ｔ1から外し（図７(ｇ)）、支持フレーム１
０８をツールマガジン１０１側に旋回させてシャッタ１
１０を閉めると共に、サドル１０７をツールマガジン１
０１から離れた待機位置に移動させる（図７(ｈ)参
照）。

【００３５】次いで、伸縮ロッド１０９を伸張させ（図
７(ｉ)参照）、サドル１０７をツールマガジン１０１側
に移送して第２把持部１０５に把持されている加工済み
工具Ｔ１をツールマガジン１０１のポットに対向させる
（図７(ｊ)参照）。

【００３６】そして、伸縮ロッド１０９を収縮させて加
工済み工具Ｔ１をツールマガジン１０１のポットに格納
し（図７（ｋ）参照）、サドル１０７をツールマガジン
１０１から離れる方向に移送してチェンジャアーム１０
６の第２把持部１０５を加工済み工具Ｔ１から外して待
機位置にて待機する（図７(ｌ)参照）。

【００３７】本実施の形態では、交換速度として図７に
示した工具交換シーケンスにおけるアームユニット１０
３の動作速度を制御するもので、重い工具よりも軽い工
具の交換速度が高速となるように工具の重量に応じて切
り換え、工具交換時間を可及的に短縮して生産効率を高
めるものである。

【００３８】本実施の形態では、チェンジャアーム回転
駆動機構、サドル駆動機構および支持フレーム揺動駆動
機構の３箇所のアクチュエータの動作速度について、本
発明の交換速度制御方法を適用するものとし、伸縮ロッ
ド駆動機構のアクチュエータの動作は対象としてない。
この伸縮ロッド１０９は主軸１０２およびツールマガジ
ン１０１のポットに対する工具の着脱動作なので、工具
重量に関わらず一定の速度で動作させている。もちろ
ん、この伸縮ロッドのアクチュエータの動作速度につい
ても工具重量に応じて切り換えるようにしてもよいし、
また、チェンジャアーム回転駆動機構、サドル往復駆動
機構および支持フレーム揺動駆動機構の３箇所のうちの
少なくとも１カ所のアクチュエータの動作を制御するよ
うにすればよい。

【００３９】アームユニット１０３の動作制御は、図２
に示すようなＮＣ装置のシーケンサによって制御され
る。

【００４０】シーケンサ１は、ＣＰＵ２，入力部３，出
力部４および記憶部５を備えており、記憶部５に格納さ
れた加工プログラム６に基づいて、工具を自動交換しな
がらマシニングセンタを自動運転するものである。

【００４１】次に工具交換の際の交換速度制御方法を、
図１のフローチャートと、上記した図２の制御ブロック
図を参照しながら詳細に説明する。

【００４２】記憶部５に格納された加工プログラム６の
工具交換（Ｍ０６）指令が読み込まれると（ステップ
１）、予め用意されている各工具の工具重量識別用デー
タが参照される（ステップ２）。

【００４３】工具交換を行う際、上記したように、通常
はチェンジャアーム１０６によって加工済み工具Ｔ１と
次加工用工具Ｔ２を同時に把持して一回の動作で交換す
るので、必ずどちらかでも重い工具があれば重い方の工
具に合わせる必要がある。

【００４４】そこで、本実施の形態では、参照した工具
重量識別用データから、加工済み工具Ｔ１と次加工用工
具Ｔ２のうち重い方の工具の重量データが判定され（ス
テップ３）、この重い方の工具の重量データによって速
度パラメータが設定される（ステップ４）。

【００４５】工具重量識別データの形態は、工具名と重
量データが対応付けられている。重量データとしては、
たとえば、［表１］に示すように、３０［ｋｇ］，５
［ｋｇ］，１５［ｋｇ］等の重量そのものでデータ管理
を行ってもよいし、３０［ｋｇ］を「１」または
「Ｈ」、５［ｋｇ］を「３」または「Ｌ」、１５［ｋ
ｇ］を「２」または「Ｍ」というように、重量を複数段
階に分けた記号によってデータ管理を行うようにしても
よい。

【００４６】

【表１】ここで、参照用の工具重量識別用データは、たとえば、
ＮＣ装置内の工具データ、あるいは工具ＩＤに組み込ん
でおけばよい。ＮＣ装置内の工具データとは記憶部６の
データエリア内に保管されているデータＤ１であり、工
具ＩＤとは工具Ｔ自体に付された記録用チップやバーコ
ード等のデータ記録部７に記録されたデータである。

【００４７】工具重量識別データがＮＣ装置のデータエ
リア内に格納されている場合には、工具交換（Ｍ０６）
の指令が読み出されると、記憶部５のデータエリアから
次加工用工具Ｔ２と加工済み工具Ｔ１の重量データＷ
１，Ｗ２が読み出されＣＰＵ２にて演算されていずれの
重量が重いかが判定される。

【００４８】一方、工具の記録部７に工具重量識別デー
タが記録されている場合には、工具交換（Ｍ０６）の指
令時に、加工済み工具Ｔ１および次加工用工具Ｔ２の情
報記録部７に記録されたデータが読取装置８によって読
み取られ、記憶部５のデータエリアに保管される。この
読み取られたデータから加工済み工具Ｔ１と次加工用工
具Ｔ２のいずれの重量Ｗ１，Ｗ２が重いかが判定され
る。

【００４９】また、この工具重量識別用データの参照
は、加工プログラム６中のＴコード指令内に工具重量識
別用データを用意し、このデータを工具交換指令時に判
定させるようにしてもよい。

【００５０】Ｔコードとは工具固有のコードで、ＮＣ装
置では、加工プログラム中でＴ＊＊＊＊を指令（Ｔ指
令）することにより交換工具の準備を行い、工具交換指
令（Ｍ０６）で工具交換が行なわれので、プログラム中
には必ず加工済み工具と次加工用工具のＴコードが存在
する。したがって、このＴコードを利用して工具重量識
別用データを組み込んでおけばよい。

【００５１】たとえば、表２に示されるように、Ｔコー
ドの頭の数字が１〜３の場合は２５［ｋｇ］以上、４〜
６の場合は１０〜２５［ｋｇ］、７〜９の場合は０〜１
０［ｋｇ］というように対応づけられる。

【００５２】

【表２】そして、工具交換（Ｍ０６）の指令が入ると、直前の工
具選択指令（Ｔ指令）において指定されたＴコード（次
加工用工具）と、その前の工具選択指令において指定さ
れたＴコード（加工済み工具）とを読み出し、それぞれ
のＴコードの頭の数字から工具重量データを解読し、い
ずれの工具重量が重いかを判定する。

【００５３】工具交換速度Ｖは、図２(ｂ)に示すよう
に、工具の重量が軽いほど交換速度が早くなるように設
定されるもので、この交換速度Ｖに対応するように速度
パラメータが設定される。交換速度は図示するように重
量が軽くなるにつれて段階的に早くなるように設定して
もよいし、図示しないが連続的に早くなるように設定し
てもよい。段階的に変える場合は１０［ｋｇ］毎に変え
てもよいし別の段階で切り換えてもよい。交換速度Ｖと
重量Ｗの関係は、図２(ａ)に示すように、たとえば０〜
１０［ｋｇ］では速度をＶ１、１０〜２０［ｋｇ］では
それより遅いＶ２というように、記憶部５にデータとし
て予め記憶させておいてもよいし、関係式を入力してお
いて演算してもよい。

【００５４】交換速度Ｖの制御はシリンダ等の油空圧機
器９の場合には流量Ｑによって制御されるので、速度パ
ラメータとしては交換速度Ｖに対応するように油空圧機
器９の制御流量Ｑが設定される。すなわち、重量が小さ
いときには制御流量を増大させて動作速度を早くし、重
量が大きいときには制御流量を減少させて動作速度を遅
くすればよい。この交換速度Ｖと速度パラメータとして
の制御流量Ｑとの関係も、予め記憶部５に記憶させてお
くか、関係式を入力しておいて演算するようにしてもよ
い。

【００５５】上記ステップ３，４をより詳細に記述する
と、たとえば、図１(ｂ)に示すようになる。すなわち、
加工済み工具Ｔ１の重量Ｗ１が次加工用工具Ｔ２の重量
Ｗ２以上かどうかを判定し、Ｗ１≧Ｗ２の場合にはＷ１
に対応する交換速度Ｖ１となるように速度パラメータと
しての制御流量Ｑ１が設定される。また、Ｗ１＜Ｗ２の
場合にはＷ２に対応する交換速度Ｖ２となるように制御
流量Ｑ２が設定される。

【００５６】この設定された制御流量Ｑに対応し、シー
ケンサ１によって、自動工具交換装置１００のアームユ
ニット１０３を駆動する油空圧機器８の速度制御回路１
０を電磁弁１５によって切り換え（ステップ６）、所定
のシーケンスプログラムに従って工具交換が実行される
（ステップ７）。

【００５７】油空圧機器９の速度制御回路１０として
は、図３に示すように、動力源１４と油空圧機器８の間
に速度パラメータとしての制御流量Ｑ１，Ｑ２・・・に
対応して流量が設定された高速，中速，低速と複数の制
御回路１１〜１３を並列に配置しておき、これらの制御
回路１１〜１３を選択的に切り換えるように構成するこ
とが好適である。

【００５８】このように工具交換速度を工具重量に応じ
て切換えることにより、交換時間を短縮することができ
る。

【００５９】たとえば、Ｍ０６（工具交換）が指令され
てから加工済み工具Ｔ１と次加工用工具Ｔ２が入れ替わ
ってＭ０６が完了するまでのいわゆるツール・ツウ・ツ
ールで判定して、１〜１０［ｋｇ］で５秒、１０〜２０
［ｋｇ］で１０秒、２０〜３０［ｋｇ］で１５秒という
ように、従来重い工具に合わせて設定されていた場合に
比べて軽い工具の工具交換時間を大幅に短縮することが
できる。

【００６０】図４にはアクチュエータが電動機１６の場
合の交換速度制御方法のフローチャートが示されてい
る。

【００６１】この場合には、ステップ１の工具交換指令
（Ｍ０６）からステップ３の工具重量の判定までは油空
圧機器９の場合と全く同じであるので、説明は省略す
る。

【００６２】電動機１６の場合には、ステップ４におい
て重い方の工具の重量データより最適な工具の交換速度
Ｖが設定され、ステップ５において設定された交換速度
Ｖがセットされ、パラメータとして電動機１６の回転数
Ｎが決定される。

【００６３】この決定された回転数Ｎに基づいて、図２
(ａ)に示すようにモータ駆動制御回路１７へ回転指令が
出され（ステップ６）、工具交換が実行される（ステッ
プ７）。

【００６４】なお、上記実施の形態では、本発明の交換
速度制御方法を図５に示すような自動工具交換装置のア
ームユニットの交換動作に適用する場合について説明し
たが、本発明は自動工具交換装置の構成に制約されるも
のではなく、種々の形式の自動工具交換装置に適用でき
ることはもちろんである。

【００６５】また、上記実施の形態では工具交換速度を
油空圧機器８や電動機９等のアクチュエータの動作速度
自体を制御しているが、減速機を設けて速度を切り換え
るようにしてもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、工具の重量に応じて工具の交換速度を切り換え、重
い工具では高速に、軽い工具では低速で動作させるよう
にしたので、工具交換を効率よく、短時間に交換するこ
とができ、生産性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は本発明の一実施の形態に係る自動工
具交換装置の交換速度制御方法のフローチャート、同図
(ｂ)は同図(ａ)のステップ３，４の行程をより詳細に示
すフローチャートである。

【図２】図２(ａ)は本発明の一実施の形態に係る交換速
度制御方法が適用される自動工具交換装置の制御ブロッ
ク図、同図(ｂ)は工具重量と交換速度の関係の一例を示
すグラフである。

【図３】図３は油空圧機器の速度制御回路の一例を示す
図である。

【図４】図４はアクチュエータが電動モータの場合の交
換速度制御方法のフローチャートである。

【図５】図５は本実施の形態の交換速度制御方法が適用
される自動工具交換装置の概略構成を示すもので、同図
(ａ)はアームユニットがツールマガジン側に位置する状
態の説明図、同図(ｂ)は同図(ａ)の下面図、同図(ｃ)は
アームユニットが主軸側に位置する状態の説明図、同図
(ｄ)は同図(ｃ)の側面図である。

【図６】図６は図５に示す自動工具交換装置の工具選択
シーケンスの動作説明図である。

【図７】図７は図５に示す自動工具交換装置の工具交換
シーケンスの動作説明図である。

【符号の説明】

１シーケンサ２ＣＰＵ３入力部４出力部５記憶部７データ記録部８読取装置９油空圧機器（アクチュエータ）１０速度制御回路１１〜１３高速，中速，低速回路１４動力源１５モータ（アクチュエータ）１６モータ駆動制御回路Ｄ１データＱ流量（油空圧機器の速度設定パラメータ）Ｎ回転数Ｖ交換速度Ｗ工具重量Ｔ工具名

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられる工具
を所定の交換速度で自動交換する自動工具交換装置にお
いて、前記工具の交換速度の設定を、重い工具よりも軽い工具
の交換速度が高速となるように工具の重量に応じて切り
換えることを特徴とする自動工具交換装置の交換速度制
御方法。
【請求項２】工具交換指令時に、各工具の工具重量識別
用データを参照して工具重量に対応する重量データを判
定し、この判定した重量データから各工具の重量に応じて交換
速度の設定を切り換えることを特徴とする請求項１に記
載の自動工具交換装置の交換速度制御方法。
【請求項３】工具重量識別用データは、ＮＣ装置の記憶
部のデータエリアに格納された工具データまたは工具自
体に付した工具識別ＩＤ内に用意する請求項２に記載の
自動工具交換装置の交換速度制御方法。
【請求項４】各工具の工具重量識別データは、自動工具
交換装置の交換制御プログラムの工具コード指令内に用
意し、この工具コード指令から工具重量データを読み出
して判定する請求項２に記載の自動工具交換装置の交換
速度制御方法。
【請求項５】交換速度の設定は、工具重量が軽くなるに
したがって段階的に早くなるように設定されることを特
徴とする請求項１，２，３または４に記載の自動工具交
換装置の交換速度制御方法。
【請求項６】自動工具交換装置は、次加工用工具と加工
済み工具を同時に把持して動作する動作工程を有し、加
工済み工具と次加工用工具のいずれか重い方の工具の重
量に応じた交換速度に設定することを特徴とする請求項
１乃至５のいずれか一の項に記載の自動工具交換装置の
交換速度制御方法。
【請求項７】工具の交換速度の制御は、一連の工具交換
動作のうちの少なくとも一部の行程の動作速度を切り換
えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一の項
に記載の自動工具交換装置の交換速度制御方法。
【請求項８】油空圧機器を動力にする自動工具交換装置
は、速度設定パラメータとして流量を制御するもので、
高速から低速まで並列に設けられた複数の制御回路を電
磁弁によって切り換えることによって交換速度を変化さ
せることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一の項
に記載の自動工具交換装置の交換速度制御方法。