JPS6036898B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マガジンに複数設けられた工具保持装置の番
号とそれぞれの工具保持装置に保持されている工具の識
別符号とを対応可能に記憶装置に記憶させ、数値制御デ
ータ（以下ＮＣデ−夕と呼ぶ。

）にて指定された工具を工具の識別符号でサーチして工
具交換位置に割出し、指定された工具を移送装置により
スピンドルに椿着するとともにスピンドルに挿着されて
いる工具を空の工具保持装置へ返却して工具交換を行い
、工具交換の度に記憶装置の内容を書換える自動工具交
換装置に関するもので、その目的は、使用する工具に大
釜工具と小径工具が混在していても、使用済工具をラン
ダムに返却できる自動工具交換装置を提供することにあ
る。一般のかかるランダム戻しが可能な自動工具交換装
置においては使用済の工具を次に使用する工具の収納さ
れていた工具保持装置に返却するため、使用する工具に
大径工具と小径工具が混在している場合には使用済の工
具を返却できないことがある。

例えばＮＣデータで指定された工具が小径で使用済工具
が大径である場合には、使用済の大蓬工具をそのまま小
径工具の収納されていた工具保持装置に返却すると、両
隣りの工具保持装置に収納されている工具と干渉するた
め、返却することができない。このため、大蓬工具と小
径工具を混在させて使用する場合には、使用済工具を使
用前に保持されていた工具保持装置へ再び返却する方式
を採用しなければならなかった。

しかし、この方式においては、ＮＣデータで指定された
工具の収納されている工具保持装置の割出しと使用済工
具を返却する工具保持装置の割出しを工具交換の度に行
わなければならないため工具交換時間が非常に長くなる
欠点を有していた。本発明はかかる欠点をなくすために
なされたもので、工具保持装置に保持されている工具お
よびスピンドルに挿着されている工具が大径であるか小
径であるかを区別するための判別情報を記憶装置に記憶
させるとともに、ＮＣデータで指定された要求工具とス
ピンドルに挿着されている工具の大径、小径を判別情報
にて識別してスピンドルに挿着されている工具をそのま
ま返却できるかどうかを判別し、返却できない場合には
、スピンドルに挿着されている工具の返却できる工具保
持装置を工具交換位置へ割出して主軸上の工具を返却す
るようにしたことを特徴とするものである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図
において１０‘ま図略の工作機械本体に回転自在に装架
されているマガジンで、このマガジン１０の外周部には
複数の工具保持装置Ｈｏ，〜日，２が等ピッチで設けら
れている。また、この工具保持装置には、直径が工具保
持装置の取付ピッチより小さい小径工具と直径が取付ピ
ッチよりも大きい大径工具が収納保持されている。１１
はスピンドルヘッドで、このスピンドルヘッド１１には
スピンドル１２が回転自在に鞠架されているとともに、
工具移送装置である工具交換アーム（以下アームと呼ぶ
）１３が設けられている。

このアーム１３はアーム駆動装置１４によって駆動され
るようになっており、後述する数値制御装置（以下ＮＣ
装置と呼ぶ）４０より工具交換指令がアーム駆動装置１
４に与えられると、アーム１３はスピンドル１２に挿着
された工具と工具交換位置１５に割出された工具を把持
し、直動前進後１８０ｏ回転し、その後に直動後退して
新旧両工具を交換するようになっている。また、アーム
駆動装置１４に後述するコンピュータ３０より一旦停止
指令が与えられると、アーム１３は工具を把持して直勤
前進した後、９０ｏ回転した時点で−旦停止する。そし
て一旦停止指令が与えられなくなると残りの動作を行い
工具交換を完了する。マガジン１０の回転軸２０はマガ
ジン駆動装置２１に連結されており、コンピュータ３０
から与えられる指令によってマガジン１０は割出し回転
される。また、回転軸２０‘こは歯車列を介して割出し
板２２が設けられており、マガジン１０が１ピッチ回転
するごとに１回転するようになっている。この割込板２
０１こ設けられた突起２３に対向して近接スイッチ２３
が設けられており、マガジン１０が１ピッチ割出される
度に近接スイッチ２３よりコンピュータ３０‘こ信号を
与える。ＮＣ装置４０は、テープリーダ４１にて読込ま
れたＮＣデータに基づいて図示しない工作機械本体に加
工データを与えるもので、コンピュータ３０１こ対して
要求工具データを与えるとともに、アーム駆動装置１４
に工具交換指令を与える。３１は記憶装置で、工具保持
装置の番号とこの工具保持装置に収納される工具の番号
との対応を示す対照表を記憶するエリア３１ａ、スピン
ドルに挿着されている工具番号を記憶するエリア３１ｂ
、ＮＣデータで指定された要求工具の番号を記憶するエ
リア３１ｃ、要求工具の保持されている工具保持装置の
番号を記憶するエリア３１ｄ、現在、工具交換位置に割
出されている工具保持装置の番号を記憶するエリア３１
ｅが設けられている。

エリア３１ａに記憶されている対照表は機械の運転に先
立って図示しない書込み装置によって書込まれるが、工
具の工具番号としては、工具の大径、小径を区別するた
め工具番号を領域分けし、例えば小径工具には８０禾満
の番号を大径工具には８０以上の番号を付して書込む。
また、工具が収納されていない場合には工具番号として
零を書込む。なお、記憶装置３１の内容は工具交換が行
われる度にコンピュータ３０より書換えられる。コンピ
ュータ３０‘ま、工具交換動作を総合的に制御するマイ
クロコンピュータ等の小容量の演算装置で、ＮＣ装置４
０より要求工具データが与えられると、要求工具データ
で指定された工具とスピンドルに挿着されている工具の
大径、小径を判別するとともに、スピンドルに橘着され
ている使用済工具をそのまま返却できるか判断し、返却
できるときは要求工具を工具交換位置に割出して工具交
換を行う標準サイクルを行わせ、返却できない場合は要
求工具を取りはずした後、使用済工具を返却する工具保
持装置の割出しを行って工具交換を行う特別サイクルを
行わせるものである。このコンピュータ３０の動作を説
明するに先立って、どのような場合に使用済工具を返却
することができないかを説明する。今ＮＣデータで指定
された要求工具とスピンドルに挿着されている工具の組
合せを、工具が空である場合も考慮して考えると、第１
表のようになる。第 １ 表 第１表において○印の付してある組合せはそのまま工具
交換が出来る組合せを表し、×印の付してある組合せは
そのままでは工具交換を行うことができない組合せを表
している。

ただし、×印を付した組合せにおいても、要求工具が４
・径で使用済工具が大径であって小径工具の両隣りが空
である場合のようにそのまま返却できる場合もある。こ
こで、通常の工具交換においては一方が空であることは
少ないので、少なくとも一方が空である組合せを除いた
全ての組合せを第２図に示す。第２図ａ，ｂは小径と小
径、大径と大径の組合せでそのまま工具交換を行うこと
ができる。第２図ｃ，ｄはいずれも要求工具が小径でス
ピンドルの工具が大径であるが、ｃの場合には要求工具
の両隣りが空であるためそのまま返却でき、ｄの場合は
反却できない。次に、第２図ｅ，ｆは要求工具が大径で
スピンドルの工具が小径である場合を示すもので、ｅの
場合はそのまま返却できるが、ｆの場合にはそのまま返
却すると、次の工具交換の際に大径工具を返却する場合
がなくなってしまうので返却できない。第３図はコンピ
ュータ３０の動作を説明するためのブロック線図で、コ
ンピュータ３０は工具判別回路５１、組合せ判別回路５
３、サーチ回路５４、サイクル制御回路５５、マガジン
回転制御回路５７、読出し書込み回路５６の動きをする
。

議出し書込み回路５６は記憶装置３１内の各エリア３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅの内容を謙出した
り書込んだりするもので、ＮＣ装置４０より要求工具デ
ータが与えられると、この要求工具の番号をエリア３１
ｃに書込むとともに、要求工具の保持されている工具保
持装置の番号をエリア３１ａよりサーチしてエリア３１
ｄに書込む。そして工具交換が終了すると、エリア３１
ａに記憶されている対照表からエリア３１ｄの工具保持
装置番号に対応した工具番号欄をサーチしてエリア３１
ｂに記憶されているスピンドルの工具番号を書込むとと
もに、エリア３１ｃの要求工具番号をエリア３１ｂに書
込む。また、後述するサーチ回路５４より与えられる命
令により各エリアの議出し書込みを行う。マガジン回転
制御回路５１は、マガジン１０の回転方向および回転量
を制御する回路で、エリア３１ｄの要求工具保持装置の
番号とエリア３１ｅの工具交換位置に割出されている工
具保持装置の番号とを比較して回転方向を決定し、両エ
リアの番号が一致するまで、マガジン１０を回転させる
。なおエリア３１ｅの工具保持装置の番号はマガジン１
０がピッチ回転されるごとに書換えられる。工具判別回
路５１はエリア３１ｂ，３１ｃの工具番号により、スピ
ンドル１２に挿着されている工具および要求工具が大蓬
か小径か空かを判別する回路で、工具番号が８栃蚤未満
の場合は小径、８尻客以上の場合は大径、零の場合は空
であると判別する。この工具判別回路５１の出力により
スピンドルに挿着されている工具と要求工具の組合せが
組合せ判別回路５３により判別される。サーチ回路５４
は、第２図ｃ〜ｆに示すように組合せだけでは標準サイ
クルを行うのか、特別サイクルを行うのかを判別できな
い場合の判別を行う回路で、両隣りが空である空の工具
保持装置がないかをエリア３１ａでサーチしたり、要求
工具の両隣りが空であるかどうかをサ−チしたりする。
サイクル制御回路５５はサーチ回路の出力に基づき、標
準サイクルを行うのか特別サイクルを行うのかを切換え
て工具交換を制御する回路で、特別サイクルの場合には
アーム駆動回路１４に一旦停止指令を与えて工具交換を
一旦停止させた後、スピンドル１２に挿着されている工
具を返却する工具保持装魔の割出しを再び行わせる。以
上の構成による自動工具交換装置の動作を第２図に示し
た工具の組合せごとに、第４図のフローチャートに基づ
いて説明する。

なお第２図において、ＬＴは大蓬工具を示し、ＳＴは小
窪工具を示す。また、Ｅは工具保持装置が空であること
を示す。第２図ａの場合 まず、ＮＣ制御装置４０から小径工具の要求工臭デ−夕
が与えられると、この要求工具番号がエリア３１ｃに書
込まれるとともに、要求工具の保持されている工具保持
装置がエリア３１ａでサ−チされ、この番号がエリア３
１ｄに書込まれる。

エリア３１ｃに書込まれた要求工具番号は第４図のステ
ップ６１で読出され、ステップ６２で大径工具がどうか
が判別される。この場合は４・蓬であるのでステップ６
３へ移行する。ステップ６３ではエリア３１ｂに記憶さ
れているスピンドルの工具番号が諸出され、ステップ６
４でスピンドルの工具が大径であるかが判別される。こ
の場合はスピンドルの工具も小窪であるので、ステップ
７４までジャンプする。ステップ７４では一旦停止フラ
ッグがセットされているかどうかがテストされ、標準サ
イクルを行うか、特別サイクルを行うかが選択されるが
、この場合にはステップ７３を通っていないので−旦停
止フラッグはセットされておらず、標準サイクルのステ
ップ８１へ移行する。ステップ８１になると、マガジン
回転制御回路５７からマガジン駆動回路２１に信号が与
えられ、要求工具が工具交換位置１５に割出される。割
出しが終了するとマガジン駆動装置２１より割出完了信
号がサイクル制御回路５５に与えられ、この信号がサイ
クル終了信号としてＮＣ装置にフィードバックされる。
これにより、ＮＣ装置は割出しが終了したことを判別し
、テープリーダ４１より工具交換指令データを読み込み
ア−ム駆動回路１４に工具交換指令を与える。アーム駆
動回路１４に工具交換指令が与えられると、アーム１３
は工具交換位置１５に割出された要求工具とスピンドル
に挿着されている工具を同時にクランプした後、アーム
１３を前進させる。そして、アーム１３を１８０ｏ回転
させた後、後退し工具をアンクランプして工具交換を終
了する。工具交換が終了するとサイクル制御回路５５よ
り議出し書込み回路５６に命令が与えられ、エリア３１
ｂの工具番号をエリア３１ａの要求工具の書込まれてい
た工具番号欄へ書込むとともに、要求工具番号をエリア
３１ｂに書込む。第２図ｂの場合 この場合は、要求工具が大径であることが、ステップ６
２で判別され、ステップ６８へ移行する。

ステップ６８ではスピンドルの工具が大蓬であるかどう
かが判別されるが、この場合にはスピンドルの工具も大
蚤であるから、ステップ７４へジャッブする。ステップ
７４では前の場合と同じように一旦停止フラッグがセッ
トされているかいないかがテストされるが、この場合も
ステップ７３は通過しておらず一旦停止フラッグはセッ
トされていない。したがって、ステップ８１へ移行して
前記の場合と同様に標準サイクルで工具交換が行われる
。第２図ｃの場合 この場合には、ステップ６２で要求工具がづ・径である
ことが判別されるとともに、ステップ６４でスピンドル
の工具が大径であることが判別され、ステップ６５へ移
行する。

ステップ６５ではステップ６６の準備のため、エリア３
１ａの要求工具欄を零に書換える。これにより、要求工
具が取り出された後のマガジン１０の状態がエリア３１
ａに作られる。ステップ６６へ移行すると、両隣りが空
である空の工具保持装置のサーチが要求工具の保持され
ていた工具保持装置を起点にしてエリア３１ａの対照表
でサーチされる。この場合には要求工具の保持されてい
た工具保持装置の両勝りが空であるので、この工具保持
装置がサーチされる。そして、ステップ６７でサーチさ
れた工具保持装置が要求工具の保持されていたものと同
一であることが判別されると、ステップ７４へ移行し、
前記２つの場合と同様に標準サイクルが行われる。第２
図ｄの場合 要求工具の両隣りが空でない場合にはステップ６７から
ステップ７３へ移行し、一旦停止フラッグがセットされ
る。

これにより、ステップ７４にて特別サイクルが選択され
、ステップ７５へ移行する。ステップ７５では標準サイ
クルのステップ８１と同じように、要求工具が工具交換
位置１５に割出される。要求工具が割出されると、ステ
ップ７６へ移行し前記の場合と同様にして、ＮＣ装置か
らアーム駆動装置１４へ工具交換指令が与えられる。し
かし、この場合には一且停止フラッグがセットされ、ア
ーム駆動回路１４に対して一日停止指令が与えられてい
るため、アーム１３は工具をクランプして前進後、９０
０回転して−旦停止する。アーム１３が一旦停止すると
、アーム駆動回路１４からサイクル制御回路５６ヘアー
ム停止信号が与えられる。これにより、ステップ７６か
らステップ７７へ移行する。ステップ７７になると、ス
テップ６６でサーチされた両隣りが空である空の工具保
持装置の番号がエリア３１ｄにロードミれ、サーチされ
た工具保持装置が工具交換位置に割出される。この割出
しが終了してマガジン駆動回路２１より割出終了信号が
与えられると、ステップ７８で一旦停止フラッグをリセ
ットする。これにより、アーム駆動回路１４に一．旦停
止指令が与えられなくなるため、アーム１３の９００回
転、アーム１３の後退、工具のアンクランプを行い、特
別サイクルを終了する。第２図ｅの場合 この組合せはステップ６２と６８で判別され、ステップ
６９へ移行する。

ステップ６９は、スピンドルの工具が空であるかどうか
をステトするステップで、スピンドルが空である場合に
は無条件に標準サイクルを行ってよいので、ステップ７
４へジャンプさせる。しかし、この場合には空でないの
で、ステップ７０へ移行し、両隣りが空である空の工具
保持装置をサーチする。この場合は対照表の要求工具番
号欄を零に書換えていないので、要求工具の保持されて
いる工具保持装置以外の工具保持装置がサーチされる。
そして、ステップ７１では両隣りが空である空の工具保
持装置であったかどうかがテストされ、ある場合にはス
テップ７４を介して標準サイクルが行われる。第２図ｆ
の場合この場合にはステップ７１で特別サイクルを行う
ことが判別されステップ７２へ移行する。

ステップ７２ではステップ７７の準備として、両勝りが
大蓬工具でない空の工具保持装置をサーチする。そして
、ステップ７３で−旦停止フラッグをセットした後、ス
テップ７４を介して特別サイクルが行われる。以上のよ
うに本実施例においては、要求工具とスピンドルの工具
の大蓬、小径の組合せだけでなく、他の工具保持装置の
状態をサーチして標準サイクルを行うか、特別サイクル
を行うかを判別している。

第５図は工具の大径、小窪の組合せだけで、標準サイク
ルを行うか、特別サイクルを行うかを判別して工具交換
を行う場合のフローチャートを示すもので、ハードで回
路を構成する場合にはかなり回路を簡素化できる。

このフローチャートにおいては、第４図のステップ６７
，７１，７２が省略されており、工具の大径小径の組合
せだけで標準サイクルを行うのか特別サイクルを行うの
かを無条件で決定する。第２図ａ，ｂ，ｄ，ｆの場合に
は前記の場合と全く同じ動作を行うが、ｃの場合には一
旦停止フラッグをセットして特別サイクルに入る。しか
し、ステップ６６で要求工具の保持されていた工具保持
装置がサーチされるため、機械の動きとしては標準サイ
クルと同じ動作をする。なお、第２図ｅの場合は区別で
きないので、ｆの場合と同様の動作を行う。しかし、こ
のような判別ができなくとも、実際の自動工具交換にお
いては問題なく、本発明の目的から逸脱するものではな
い。なお、上記の実施例においては、工具の大径と小径
を区別するのに工具番号によって行っていたが、工具番
号に大径、４・径を区別する符号を判別情報として付し
て、記憶装置に記憶させても良い。以上述べたごとく本
発明の自動工具交換装置においては、要求工具とスピン
ドルに挿着されている工具の大径、小窪の組合せを判別
して、スピンドルの工具をそのまま返却できる場合には
標準サイクルで工具交換を行い、返却できない場合には
、スピンドルの工具が返却できる工具保持装置の割出し
を行って主軸の工具を反却する特別サィクルにて工具交
換を行うから、使用工具に大径工具と小径工具とが混在
していても使用済工具をランダムに戻すことができ、工
具交換時間を大幅に短縮できる利点を有している。

さらに、スピンドルの工具と要求工具の大径、小蓬の組
合せだけでなく、工具保持装置全体の状態をサーチして
、特別サイクルを行うかどうかを判別しているものにつ
いては、第２図ｅのような場合にも標準サイクルを行わ
せることができるため、さらに工具交換時間を短縮でき
る利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動工具交換装置の全体を示す図、第
２図は大径工具と４・径工具が混在している場合の工具
交換の組合せを示す図、第３図は第１図におけるコンピ
ュータ３０の動作を説明するためのブロック図、第４図
は工具交換サイクルの判別および工具交換サイクルを示
すフローチャート、第５図は本発明の第２実施例を示す
フローチャートである。 １０……マガジン、１２……スピンドル、１３・・・・
・・工具交換アーム、１４・・・・・・アーム駆動装置
、１５・・・・・・工具交換位置、２１・・・・・・マ
ガジン駆動装置、３０・・・・・・コンピュータ、３１
・・・…記憶装置、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，
３１ｅ…・・・エリア、４０・・・・・・数値制御装置
、４１・・・・・・テープリーダ、５１・・・・・・工
具判別回路、５３・・…・組合せ判別回路、５４・・・
・・・サーチ回路、５５・…・・サイクル制御回路、５
６・・…・論出し書込み装置、５７・・…・マガジン回
転制御回路、日の〜日，２……工具保持装置。 第１図 第２図 弟３図 弟ム図 続５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マガジンに複数設けられた工具保持装置の番号とそ
   れぞれの工具保持装置に保持されている工具の識別符号
   とを対応可能に記憶装置に記憶させるとともにスピンド
   ルに装着されている工具の識別符号を記憶し、数値制御
   データにて指定された工具を工具識別符号でサーチして
   工具交換位置に割出し、指定された工具を移動装置によ
   りスピンドルに挿着するとともにスピンドルに挿着され
   ている工具を空の工具保持装置へランダムに返却して工
   具交換を行い、工具交換の度に記憶装置を書換える自動
   工具交換装置において、前記スピンドルに挿着されてい
   る工具および数値制御データにて指定された工具の大径
   、小径を判別する判別手段と、この判別手段の判別結果
   に基づきスピンドルに挿着されている工具を数値制御デ
   ータにて指定された工具の保持されている工具保持装置
   へ返却できるかどうかを判別する返却可否判別手段と、
   この返却可否判別手段の出力により、数値制御データに
   て指定された工具の保持されている工具保持装置へスピ
   ンドルに挿着されている工具を戻す標準サイクル又はス
   ピンドルに挿着されている工具の収納できる工具保持装
   置を工具交換位置に割出してスピンドルの工具を戻す特
   別サイクルとを選択的に実行可能な制御手段とを設けた
   ことを特徴とする自動工具交換装置。 ２ 前記判別手段は、各工具のそれぞれに付される工具
   の識別符号を少なくとも２つの領域に分けるとともに、
   大径工具に対しては第１の領域の識別符号を、小径工具
   に対しては第２の領域の識別符号を付し、この識別符号
   を識別することにより前記領域のいずれに属するのかを
   判別する領域判別手段を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の自動工具交換装置。 ３ 前記判別手段は、工具の識別符号とは別に設けた判
   別情報を含み、この判別情報に応答し判別結果を導出す
   る応答手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の自動工具交換装置。