JPS5820741B2 - マシニングセンタの工具交換機構 - Google Patents

マシニングセンタの工具交換機構

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JPS5820741B2
JPS5820741B2 JP53126373A JP12637378A JPS5820741B2 JP S5820741 B2 JPS5820741 B2 JP S5820741B2 JP 53126373 A JP53126373 A JP 53126373A JP 12637378 A JP12637378 A JP 12637378A JP S5820741 B2 JPS5820741 B2 JP S5820741B2
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tool
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    • Y10T483/1771—Translatable axis

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、数種の機械加工を自動的に行なうことができ
るマシニングセンタの工具交換機構の改良に関する。
輪郭制御によるフライス削り、各種の固定サイクルによ
る穴明けなどができるマシニングセンタが開発され、多
くの工場で使用されている。
第１図は一部を破断して示したマシニングセンタの側視
図である。
図中１は制御機構収納部で、内部には電源回路、数値制
御装置などが収納されている。
２は制御盤、３はプログラムを書込んだテープを装着す
るテープリーダ部、４は被加工物体を載置するテーブル
、５はテーブルをＸ方向とＹ方向に移動させるテーブル
駆動機構、６は基台に取付けられた主柱である。
主柱６にはＺ軸方向（縦方向）に上下動する主軸機構１
が設けられている。
８は主柱６の上端に取付けられたＺ軸ＤＯモータ、９は
主柱６に回転自在に取付けられたねじ軸で、主軸機構７
に設けられたナツト部７ａに螺合している。
１０は主柱６に取付けられた係止部材である。主軸機構
７の下端には複数の工具１１を回動自在に取付けたター
レット１２が回転自在に取付けられている。
そして、ターレット１２は主軸機構７に設けられたスラ
イド溝部材７ｂに沿って上下方向に摺動自在に移動する
ことができ、常時引張りスプリング７ｃにより上方に引
上げられている。
なお、第１図において、７ｄは主軸機構１に回転可能に
支持されている主軸、１ｅは主軸の下端に取付けられた
結合体、７ｆは鼻部、１３は工具の上端、に設けられた
アーバ、１４は主軸１ｄを回転させるＤＣスピンドルモ
ータ、１５はターレット駆動軸である。
第２図は、工具の駆動部を示す一部破断正面図であり、
次に第１図及び第２図を用いて工具交換動作を説明する
。
第２図は、ターレット１２が回転軸１２ｃを中心に回転
して位置決め装置１２ｄにより静止状態におかれ、新し
い工具１１が主軸７ｄ下端の結合体１ｅ直下に位置した
状態を示すものであり、この状態からＺ軸ＤＣモータ８
を駆動してねじ棒９を回転させると、主軸機構１が下降
を始める。
しめ）し、ターレ゛ント１２は引張りスプリング１ｃに
より上方へ引張られているため、スライド部１２ａの先
端に設けた突起１２ｂが係止部材１０に当接したままで
いる。
主軸機構１が降下して鼻部１ｆはターレット駆動軸１５
に設けたストッパ１５ａに当接し、ターレット駆動軸１
５を下方に押し下げる。
このため、ターレット駆動軸１５の先端と、自在継手１
６を介して結合されているラチェツト板１２ｅが空廻り
する。
なお、１７は自在継手である。
主軸機構１がさらに降下すると、結合体１ｅがアーバ１
３に嵌合し、両者は結合され、主軸機構はいったんその
位置で停止する。
その後、再度Ｚ軸ＤＯモータ８を回転させて主軸機構１
を下降させるとともに、ＤＣスピンドルモータ１４を回
転させると、工具１１も回転する。
Ｚ＠Ｔ′）Ｃモータ８の回転を継続すると、主軸機構１
及びクーレット１２はさらに下降し、工具１１が被加工
物に達すると、穴あけ加工が被加工物に施こされる。
加工動作が終了すると、Ｚ軸ＤＯモーク８を逆回転させ
る。
この動作により主軸機構７が上昇するとともに、ターレ
ット１２も引張りスプリング７ｃに引張られて上列する
。
所定長だけ上列したところでＤＣスピンドルモータ１４
のみを停止させて工具１１の回転を止める。
引続いて主軸機構１が上昇し、スライド部ｉ２ａの上端
部に設けた突起１２ｂが係止部材１０に当接すると、タ
ーレット１２は上昇が不可能となって停止する。
この状態で主軸機構１はいったん停止した後さらにその
上昇は続けられ、結合体７ｅとアーバ１３の結合を解除
した後、鼻部７ｆがターレット駆動軸１５の先端に設け
たストッパ板１５ｂを押し上げると、ターレット駆動軸
１５は上方に引き上げられるため、ラチェツト板１２ｅ
が回転する。
このとき、ラチェツト爪がターレット１２と係合しく図
には示していない）、これを回転させる。
主軸機構１が所定長引上げられて、ターレット１２に取
付けられた別の工具１１が結合体７ｅの真下に位置し、
ターレット１２が位置決めされると、ストッパ機構（図
に示していない）が作動し、Ｚ軸Ｄｏモータ８が停止し
て主軸機構７は停止する。
ところで、上述の如きＺ軸の動きを利用して工具の交換
を行なう立形のマシニングセンタにおいては、Ｚ軸に泊
って釉々のドグを取付け、それらを順次踏むことにより
工具交換運動の制御を行なって来た。
たとえば穴あけが終了して主軸機構７が最上端まで移動
する間にターレット１２を回転させて工具を交換する動
作に例をとれば、穴あけ終了直後ターレット１２と主軸
機構１は比較的早い４．２ ｍ ／Ｓｅｃ程度の速度で
引上げられる。
突起１２ｂはそのままの速度で係止部材１０に衝突する
。
このとき主軸機構１はドグを踏むためいったん停止する
。
次いで主軸機構はクーレットの回転動作をゆっくりさせ
るために先はどより遅い３．２〔ｍ／ｍｉｎ〕程度の速
度で再上荷し、しばらく上昇した後主軸機構１の鼻部７
ｆがターレット駆動軸１５のストッパ板１５ｂに衝突し
てターレット駆動軸１５を引上げるため、ターレット１
２は急速に回転される。
主軸機構１が最上端近くに到達して再度ドグを踏むと主
軸機構１は急速に減速されて停止するというように、工
具交換動作はなめらかに行なわれない。
主軸機構１やターレット１２の動きをなめら力）にする
ためドグの数を増加し変速段階を多くすることも考えら
れるが、ドグ取付用のスペースが少ないため、増加数に
も限度がある。
本発明は、上述の如き従来の欠点を改善する新規な発明
であり、その目的は、Ｚ軸の動きを第１１用して工具の
交換を行なうＶ型のマシニングセンタにおいて、ドグを
使用することなく、一連の工具交換動作をスムーズに行
なうことが出来るような制御装置を得ることにある。
その目的を達成せしめるため、本発明は駆動モータの駆
動により位置が移動する主軸機構と、主軸機構上に設け
られ該主軸機構と相対的に移動し引張りスプリングによ
り移動範囲の一方に引張られるとともに複数の工具を具
備した回転可能なり−レットと、主軸機構とターレット
間に介在するターレット駆動軸とを有し、主軸機構とタ
ーレットとの相対的な移動によりターレット駆動軸を介
してターレットを回転せしめて工具交換を行なうマシニ
ングセンタにおいて、主軸機構の移動量に対応した数の
位置パルスを発生するＺ軸位置パルス発生器と、該Ｚ軸
位置パルス発生器から出力された位置パルスを計数する
手段と、主軸機構が移動する範囲内において工具交換領
域と切削領域との境界点に原点を設けて主軸機構が該原
点に位置することを検知する手段と、前記計数手段の計
数値に対応する主軸機構の移動速度を決定する手段とを
有し、主軸機構が工具交換領域内に位置するとき計数手
段の計数値により主軸機構の原点からの移動位置に対応
した速度で主軸機構を移動せしめることを特徴とするマ
シニングセンタの工具交換機構を提供する。
次に本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
第３図は、本発明の一実施例を示すブロック図でアリ、
マシニングセンタのＺ軸ＤＣ−Ｅ−夕８（７）制御系の
みを示すものである。
図中２１はマシニングセンタの数値制御部であり、中央
処理装置と、リード・オンリー・メモリ及びランダム・
アクセス・メモリからなる記憶装置と、入出力装置から
なる。
２２は減算カウンタ、２３は却定残数検出回路、２４は
零検出回路、２５は速度信号切替回路で前記規定残数検
出回路２３及び零検出回路２４力）らの指令によりある
いは数値制御部２１からの指示によりＺ軸ＤＯモータ８
の回転数を指示する絶対値のアナログ信号を出力する。
２６は回転方向指示回路で、数イｍ制御部２１の指令で
、速度信号切替回路２５から出力された絶対値の信号に
方向付けを行なう。
２１は相加点、２８は誤差アンプ、２９はインバータを
主体とした速度制御回路、３０は速度ａ」発電機である
。
３１は主軸機構７を上下動させるためのねじ軸９が１回
回転するごとに１個のパルスを発生するＺ軸位置パルス
発生器である。
このＺ軸の位置を示すパルスの発生方法は、たとえば１
個の穴またはスリットを持ったコード板をねじ軸９に取
付けるとともに、受光素７と発光素７とを、前記コード
板を挾んで対向配置せしめ、ねじ軸９が回転してコード
板の穴またはスリットが受光素イと発光素イの間を通過
するごとに受光素７から１個のパルスが発生するように
構成する。
３２は原点パルス発生器であり、ターレット１２が後述
する工具交換機構と切削領域の境界部分に位置している
ときｌ″の信号を発生する。
３３は原点パルスの縁部通過時点を検出する縁部検出回
路、３４はＴ型のフリップ・フロップ回路（以下ＦＦ回
路と略記する）、３５は論理和回路、３６は論理積回路
、３１はＦＦ回路３５のΦ端イが“０″から“１″に変
化したとき１個のパルスを発生するパルス発生回路であ
る。
次に、上記実施例の動作について説明する。
まず、所定の工具により被加工物の加工が終り、主軸機
構１とこれに取付けられたターレット１２がＺ軸方向に
上昇して、ターレット１２の突起１２ｂが係止部材１０
に当接した位置を原点とする。
そして、原点より上方の領域を工具交換機構とし、原点
より下方の領域を切削領域とする。
この実施例においては、ねじ軸９が１００回回転して位
置パルスが１００個発生したところで主軸機構１が上限
に達してターレット１２の１歩進回転が終り、ねじ軸９
の逆方向１００回回転により再度１００個の位置パルス
が発生して主軸機構１が原点に戻る。
そして、ねじ軸９が原点力）ら６００回回転た所で鼻部
１ｆがストッパ板１５ｂに当接し、１００回まで回転す
る間にクーレット１２が回転して工具を交換するものと
する。
第４図は、マシニングセンタのＺ軸方向に対する動作を
折線にて示したグラフであり、第１の工程では、ターレ
ット１２のみを回転させて工具の交換を行ない、第２の
工程では、ターレット１２が回転して工具の交換を行な
った後、切削動作を行ない、第３の工程では、ターレッ
ト１２が回転して工具の交換を行なった後、２回目の切
削動作を行なうという一連の工程が示されている。
また、主軸機構１が原点から５０パルスまでは、４、２
［ｍ／ ｍｉｎ ”Ｊの速度で上架し、以後は減速さ
れた２−５［：ｍ／ ｍ ｉ ｎ ］の速度で上昇し、
ターレット１２の回転はこの減速された領域で行われる
。
次に具体的な動作について説明する。
第１の工程で工具を交換するにあたり、まず数値制御部
２１の端一７３から数値１００が出力され、端一７ｂか
ら数値セット信号が発せられると、数値１００は減ｍカ
ウンタ２２にセットされる。
次いで端７ｃから回転方向指示回路２６に正転指示信号
が与えられた後、端７ｄからスタート信号が発せられる
と、速度信号切替回路２５がオンとなり、これから４．
２ Ｃｍ／ ｍ ｉｎ ）の速度信号が給対値で出力さ
れ、この信号は回転方向指示回路２６を通過して正方向
回転信号となり、相加点２１に加えられる。
そして、誤差増幅器２８、速度制御回路２９、Ｚ＠ＤＣ
モータ８、速度計発電機３０とにより形成される閉ルー
プによりＺ＠Ｄｏモータ８は正方向に回転を開始する。
Ｚ軸ＤＣモーク８の回転によりねじ軸９が回転して主軸
機構７が４．２Ｃｍ／ｍ１ｎｌの速度で上昇を始めると
、原点パルス発生器３２の出力はただちにｌ Ｉｔから
“′Ｏ″になり、縁部検出回路３３がこの変化を検出し
てパルスを発生するため、ＦＦ回路３４が反転し、出力
Ｑ＝１となる。
また数値制御部２１の端−ＩＦｅは、端一７ｄからスタ
ート信号が発せられると同時に １ となるため、論理
積回路３６のゲートは開かれた状態となりＱ＝１の信号
により減算カウンタ２２は動作可能状態となる。
Ｚ軸Ｄｏモータ８が正方向回転を始めると、ねじ軸９も
回転し、１回転するごとにＺ軸位置パルス発生器３１か
ら位置パルスが発生するとともに主軸機構７の結合体７
ｅとアーバ１３とが分離を開始し、発生した位置パルス
は減算カウンタ２２に加えられ、減算カウンタ２２は減
算を始める。
主軸機構１が上昇して結合体１ｅとアーバ１３が完全に
分離して減算カウンタ２２の出力が数値５０になると、
この数値を規定残数検出回路２３が検出し、切替信号を
発生する。
この信号により、速度信号切替回路２５は切替わり、出
力端から２−５ Ｃｍ／ ｍ ｉｎ 〕の速度信号が出
力されるため、Ｚ軸Ｄｏモータ８は減速されて、主軸機
構１は２．５ Ｃｍ／ ｍ ｉｎ 〕のゆっくりした上
昇速度となる。
その後、ねじ軸９がさらにＩＯ回回転転たところで、主
軸機構７の鼻部７ｆがターレット駆動軸１５のストッパ
１５ｂに突き当り、これを上方に押し上げ、ターレット
駆動軸１５がターレット１２をゆっくりと回転させて次
の工具１１が主軸１ｄの下端の結合体７ｅの直下に位置
する。
主軸機構７が上昇し切って減算カウンタ２２の出力が零
になると、零検出回路２４がこれを検出し、速度信号切
替回路２５をオフさせるため、その出力は零となって、
Ｚ軸ＤＣモーク８は停止する。
数値制御部２１は、位置パルスが１００個に達したこと
を検知する力１、あるいは零検出回路２４の出力を入力
させるかして、主軸機構７が最上位に達したことを知る
と、直ちに端イＣから回転方向指示回路２６に逆転指示
信号を与えるとともに、端一７ｆから速度信号切替回路
２５に４．２〔ｍ／ｍｉｎ〕の速度信号を出力するよう
に指令する信号が出力される。
なお、このとき数値制御部２１の端−ｆ ａ 、 ｂ
、 ｄからは伺ら信号が発生されず、端一７ｅは“０″
となるため、減算カウンタ２２は動作しない。
一方、速度信号切替回路２５から速度信号が出力される
と、Ｚ＠ＤＣモークモー逆転を開始し、主軸機構７は下
降を始める。
主軸機構７の下降動作の途中において、結合体１ｅは新
しい工具のアーバ１３と嵌合し、主軸７ｄと工具１１と
を結合させる。
主軸７ｄは工具１１が完全に結合すると、主軸機構７は
原点に達し、原点パルス発生器３２が“■１１となる。
この変化を縁部検出回路３３が検出してパルスを発生し
、ＦＦ回路３４を反転させて出力Ｑ＝Ｏ０Ｑ＝１とする
。
そして、この互＝１の出力により、速度信号切替回路２
５をオフとしその出力を零にしてＺ軸ＤＣモーク８を停
止せしめ、工具交換の１サイクル動作は終了する。
第２の工程においては、上述の如き工具交換動作が再度
行なわれて所望の工具が主軸機構７の結合体７ｆに結合
された後、数値制御部２１のｃｄ及びｆから所定の信号
が発せられて、主軸機構７は下降を始める。
この動作により、原点パルス発生器３２の出力が １
から Ｏに変化し、この変化を縁部検出回路３３が検出
してパルスを発生し、ＦＦ回路３４を再度反転して出力
Ｑ＝１、互＝０とする。
主軸機構１が下降していている途中においてＤＣスピン
ドルモータ１４が駆動され、主軸７ｄが回転される。
工具１１が被加工物に達すると、たとえば穴あけ加工が
施こされる。
加工が終了したならば、数値制御部２１からの指令でＺ
軸ＤＯモータ８は停止し、さらに正転方向に回転を始め
て主軸機構１を上昇せしめる。
主軸機構７が原点に達し、原点パルス発生器３２の出力
が′０°゛から“ｌ ９９に変化すると、この変化を縁
部検出回路３３が検出してパルスを発生し、ＦＦ回路３
４を再度反転させて出力Ｑ＝Ｏ１Ｑ−１とする。
そして、このＱ−１の出力により、速度信号切替回路２
５をオフとしその出力を零にしてＺ軸Ｄｏモータ８を停
止せしめ、切削工程の１サイクルは終了する。
第３の工程は、前記第２の工程と同様な工程が繰返され
る。
この後、マシニングセンタは前記と同様な第４゜第５・
・・・・・の工程が自動的に繰返されて、被加工物の自
動加工が続けられて行く。
なお、上記実施例において、減算カウンタの代りにリン
グカウンタを用いることも出来る。
また動作説明を簡単にするため、上記実施例は主軸機構
７が原点に達したとき−たん停止しているが、数値制御
部２１からの指令を最優先にして動作するように速度信
号切替回路２５を構成しておけば。
主軸機構７を原点で停止せしめることなく、これを通過
せしめることもできる。
以上詳細に説明したように、本発明は従来装置の如くＺ
軸に沿って取付けたドグにより工具交換運動の制御を行
なうものと異なり、Ｚ軸の位置パルスを計数し、その計
数値にもとずいてＺ軸駆動モータの回転数を制御するこ
とができるため、木目の細かい微妙なＺ軸駆動モータの
回転数制御を行なうことが出来る。
したがって主軸機構の動きのほか、ターレットの回転な
ど一連の工具交換時の動きがなめらかになる。
しかも工具交換が能率良ぐ行なわれるため、工具交換時
間を短縮することができるなど、多くの効果を宿するも
のである。
ほか、従来のようにドグのような機械的な構造を無くし
たので、ドグなどの機構をいためることもなく、従って
故障も少なくなる。
また、本発明は、工具交換運動と切削領埴との境界を原
点に定めているので、工具交換運動の範囲を変更するよ
うなとき、計数手段の計数値を変更するだけでよく、改
造が極めて簡単である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来型のマシニングセンタを示す胴祈図、第２
図は工具の駆動部を示す一部破断正面図、第３図は本発
明の一実施例を示すブロック図、第４図は主軸機構の動
作を示す折線グラフである。 図中、１は制御機構収納部、２は制御盤、４はテーブル
、６は主柱、１は主軸機構、７ｄは主軸、１ｅは結合体
、７ｆは鼻部、８はＺ軸ＤＯモータ、９はねじ軸、１０
は係止部材、１１は工具、１２はターレット、１２ａは
スライド音阻 １２ｂは突起、１２ｃは回転軸、１３は
アーバ、１４はＤＣ、スピンドルモータ、１５はターレ
ット駆動軸、１５ａ及び１５ｂはストッパ板、２１は数
値制御部、２２は減算カウンタ、２３は規定残数検出回
路、２４は零検出回路、２５は速度信号切替回路、２６
は回転方向指示回路、２８は誤差アンプ、２９は速度制
御回路、３０は速度計発電機、３１はＺ軸位置パルス発
生器、３２は原点パルス発生器、３３は縁部検出回路、
３４はＦＦ回路である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 駆動モータの駆動により位置が移動する主軸機構と
    、主軸機構上に設けられ該主軸機構と相対的に移動し引
    張りスプリングにより移動範囲の一方に引張られるとと
    もに複数の工具を具備した回転可能なターレットと、主
    軸機構とターレット間に介在するターレット駆動軸とを
    翁し、主軸機構とターレットとの相対的な移動によりタ
    ーレフ１〜駆動軸を介してクーレットを回転せしめて工
    具交換ヲ行なうマシニングセンタにおいて、主軸機構の
    移動量に対応した数の位置パルスを発生するＺ軸位置パ
    ルス発生器と、該Ｚ軸位置パルス発生器から出力された
    位置パルスを計数する手段と、主軸機構が移動する範囲
    内において工具交換機構と切削領域との境界点に原点を
    設けて主軸機構が該原点に位置することを検知する手段
    と、前記計数手段の計数値に対応する主軸機構の移動速
    度を決定する手段とを有し、主軸機構が工具交換領域内
    に位置するとき計数手段の計数値により主軸機構の原点
    からの移動位置に対応した速度で主軸機構を移動せしめ
    ることを特徴とするマシニングセンタの工具交換機構。
JP53126373A 1978-10-14 1978-10-14 マシニングセンタの工具交換機構 Expired JPS5820741B2 (ja)

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