JPS6044098B2 - 倣い工作機械の自動工具交換方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、倣い工作機械に具備される自動工具丁交換
装置に関し、特に母型に沿つて倣い動作する トレーサ
のトレーサヘッドから発せられる倣いサーボ用変位信号
から工具交換時期を自己検出して工具交換を自動的に起
動する倣い工作機械の自動工具交換方法と装置に関する
。

一般に倣い工作機械は金型や図面による寸法指定が困難
な場合に母型をトレーサによつてトレースし、そのトレ
ーサのトレース動作に従つて加工工具による加工物倣い
動作を制御して母型どおりの加工物を得る工作機械とし
て用いられる。

然しながら一般に複雑な形状寸法を有した金型加工等で
は加工原材料から荒加工工程、仕上加工工程を経て最終
加工製品を得るまでには長時間を要し、従つて加エ工具
の損耗も著しく、また加工工程の進展に伴つて最終工程
に近づく程加エ工具の切削能を一定高性能に保持する必
要があるので必然的に工具交換を行うことが要請される
。一方、近年マシニングセンタ等の工作機械においては
、既に自動工具交換装置が具備され、加工物に施す加工
の種類の相違、例えば面削り加工や穿孔加工、或いは穿
孔径や深さの相違に応じて自動的に工具交換が行なわれ
ている。

このようなマシニングセンタ等の工作機械においては、
予め加工順序がプログラムされ、このプログラムに従つ
て制御装置により加工物の全加工工程が制御されており
、自動工具交換も上記加工順序の一環としてプログラム
され、制御装置からプログラムされた時期に自動工具交
換制御装置を介して自動工具交換装置へ工具交換を指令
し、起動させる方法が採らている。依つて本発明の目的
は上述のような従来他の工作機械において既に用いられ
ている自動工具交換装置やその制御装置の技術を応用す
ると共に倣い工作機械に独特な母型倣い用トレーサの機
構から、自動工具交換時期を自己検出し、その検出信号
に依つて倣い工作機械における工具交換を自動的に達成
せんとするものである。

即ち、本発明に依れば、トレーサの母型倣いに従つて機
械本体の工具主軸に取付けられた加エエ！具の加工物倣
い動作をおこなわせる倣い工作方法において、上記機械
本体に取付けた自動工具交換機構に予め交換用の加エ工
具を保持させると共に上記トレーサの母型倣い動作時に
トレーサヘッドから発せられる倣いサーボ用の変位置信
号に従つクて工具交換時期を検出し、その検出信号を工
具交換制御装置へ入力し、自動的に工具交換を起動させ
るようにしたことを特徴とする倣い工作機械の自動工具
交換方法が提供されかつまたこの方法を直接実施するこ
とのできる倣い工作機械の自動工具交換装置が提供され
るのである。

以下、本発明を添付図面に基いて更に詳細に説明する。
第１図は本発明による自動工具交換装置を具備した倣い
工作機械の全体的構成を示す機構図てある。

同第１図において、１０は倣い工作機械であり、直立し
た機械本体部１１とワークテーブル１７とを有している
。機械本体部１１には加エ工具ＴＯ等が取付けられるク
イル１３が工具主軸１２フとともに主軸頭２３内で上・
下方向に摺動可能に設けられている。またクイル１３は
主軸頭２３内で一定高さにクランプされた後に主軸駆動
モータ１４によつて回転駆動されるようになつており、
主軸駆動モータ１４は制御器１５から駆動信号を・受け
て工具主軸１２を所望の回転速度て駆動する。なお、工
具主軸１２はクイル１３とともに主軸頭２３に対してハ
ンドル２１の手動操作により、また後述のようなパルス
モータ等の駆動モータ１６によつて自動的に微少量ずつ
上・下摺動さｌせることが可能で、従つて工具主軸１２
に取付けた加エ工具Ｔ。（又はＴ１〜Ｔｎ）をテーブル
１７上の加工物Ｗに対して上・下方向に位置決めさせる
ことが可能になつている。テーブル１７上には上述のよ
うに加工物Ｗが載置されると共に母型Ｍが載置され、こ
れら加工物Ｗ１母型Ｍを載置したままテーブル１７は水
平面内でＸ．．Ｙ２＄Ｔｈ方向に移動可能であり、また
主軸頭２３が上・下のＺ軸方向に移動可能になつている
。このテーブル１７の移動は、周知の倣い工作機械制御
装置５１から駆動信号を受ける駆動モータ（代表的にＸ
軸方向駆動モータ１８とＹ軸方向駆動モータ１９とが第
１図に示してある。）によつて駆動される。さて、３０
はテーブル１７上の母型Ｍを倣うトレーサ部であり、母
型Ｍの倣い形状に従つて法線変位が可能な接触球を有し
たトレーサ３１とトレーサ３１のベクトル法線変位を電
気信号に変換して送出するトレーサヘッド３２とを有し
て構成されている。このトレーサ部３０は、主軸頭２３
から横方向に張り出したアーム２４に取付け支持されて
いる。そしてトレーサヘッド３２から発生したトレーサ
３１の変位置を示す上述の電気信号は送信部３２″から
倣い工作機械制御装置５１へ送られる。即ち、倣い工作
機械においては、母型Ｍをトレーサ部３０のトレーサ３
１が倣い動作すると、トレーサヘッド３２がトレーサ３
１の予め設定された基準変位置（即ち、倣い制御におけ
るサーボ目標値となるトレーサ変位置）と、その時々に
検出される実際のトレーサ変位置との偏差が零になる様
に倣い工作機械制御装置５１が上述のようにテーブル１
７の駆動モータ１８，１９等へ駆動信号を送出してテー
ブル１７をＸ，．Ｙ．，Ｚの３軸方向に母型Ｍの形状に
対応した相対的な移動を与える。この間にテーブル１７
上の加工物Ｗに加エ工具Ｔ。（又はＴ１〜Ｔｎ）により
切削加工を施して加４工物Ｗを母型Ｍの形状に一致した
形状に加工仕上げするのである。なお、トレーサヘッド
３２で検出した法線方向ベクトル変位置は、送出部３２
″を介して倣い工作機械制御装置５１へ送られる。３３
，３４，３５はそれぞれトレーサ部３０のトレーサ３１
を手動操作により予め所定の位置に位置決めするための
ハンドル装置であり、例えばトレーサ３１を母型Ｍの倣
い開始位置へ位置決めする場合に使用する。

５０は倣い加工時にトレーサ部３０のトレーサ３１を母
型Ｍに沿つて倣い動作一させる場合の操作盤であり、倣
いモードの設定、トレーサ３１と母型Ｍとのアプローチ
及びディスアプローチの指令等を手動操作するために用
いられ、従つて操作盤５０による操作指令は倣い工作機
械制御装置５１に送られる。

第１図に示す倣い工作機械の例では、操作盤５０がペン
ダント方式により機械本体部１１より懸下されている場
合を示したものてある。５２は倣い工作機械に周知の強
電制御装置てあり、電源と接続されて各種駆動モータへ
の電力供給等、倣い工作機械の電気関係を制御するもの
である。

さて、本発明によれば、上述のような倣い工作機械にお
ける一般的構成に加えて自動工具交換部４０が倣い工作
機械の機械本体部１１の側面部に設けられており、また
この自動工具交換部４０の工具交換動作を制御する工具
交換制御装置５３が設けられている。

自動工具交換部４０は交換用の加エ工具Ｔ１〜Ｔｎを収
納するマガジン装置４１を有し、このマガジン装置４１
は水平軸線周りに回転可能に設けられると共に交換用の
工具、例えば図示の加エ工具Ｔｎを破線で示した交換位
置へ移動させる手段を有している。変換位置へ移動した
交換用の加エ工具Ｔｎは周知の工具交換腕４２により工
具主軸１２に取付けられている使用済みの加エ工具、例
えば加エ工具Ｔ。と交換される。即ち、工具交換腕４２
は周知のように両端に工具把持爪を有して垂直軸線周り
に回転可能にまた上・下方向に移動可能に設けられてい
るので工具把持爪で工具Ｔ。，Ｔｎを把持し、次いで下
方に移動することによつて工具Ｔ。を工具主軸１２から
また工具Ｔｎをマガジン４１からそれぞれ引き抜き、そ
の後に１８０ジ回転動作してから上方に移動することに
よつて工具Ｔｎを工具主軸１２に挿着し、ｌ 工具Ｔ
。をマガジン４１に戻すことによつて工具交換を完了す
る。この工具交換の一連の動作は工具交換時期に工具交
換制御装置５３から自動工具交換部４０へ送入される：
〔具交換の起動指令信号によつて開始されることはマシ
ンニングセンタ等従来の工具交換装置付き二［作機械の
場合と同様であり、工具交換が終了すると、自動工具交
換部４０から工具交換制御装置５３へ終了信号が伝達さ
れて一連の工具交換操作が終了する。このとき工具交換
制御装置５３は倣い工作機械制御装置５１へ工具交換終
了信号を伝達し、交換後の加エ工具Ｔｎによつて再び倣
い加工動作を開始するのである。 一方、本発明の重要
な特徴として工具交換時期がトレーサ部３０を介して検
出され、倣い工作機械制御装置５１を経て工具交換制御
装置５３へその工具交換時期検出信号が伝達される構成
が採られている。

即ち、倣い工作機械においては、上述のように母型Ｍ
の型面を倣い動作するトレーサ部３０のトａレーザ３１
が予め設定された基準変位置位置から法線変位するベク
トル量をトレーサヘッド３２により検出し、この検出信
号に従つて再びトレーサ３１が基準変位置位置へ復帰す
るように母型Ｍの載置されたテーブル１７を倣い工作機
械制御装置；５１によりサーボ制御することにより、同
じくテーブル１７上に載置された加工物Ｗはその間に加
工工具Ｔ。

等の倣い加工作用を受けて母型Ｍの形状と一致する形状
に加ユニされて行く。従つてトレーサ部３０のトレーサ
３１と工具主軸１２に把持クされた加エ工具Ｔ。等とは
倣い加工作業の開始から加工物Ｗの加工完了まで常に一
定の相互位置関係を保持せしめられている。従つて倣い
工作工程の進捗に従つて加エ工具Ｔ。等の切削能が劣化
するとトレーサ３１による母型Ｍの倣い動作に対して加
エ工具の加工作用が追従しきれない事態が生じて来る。
即ち、円滑なサーボ制御が行なわれなくなる。また加エ
工具Ｔ。等の欠損が生じた場合にも加工作用に不均一が
生じ、同様に円滑なサーボ制御が行なわれなくなる。こ
のような円滑なサーボ制御が行なわれ得ない事態が生じ
ると、トレーサ部３０のトレーサヘッド３２により検出
されるトレーサ３１の法線位置には過大変位や振動成分
が含入されることになる。本発明においては、このトレ
ーサヘッド３２によつて検出されるトレーサ３１の法線
ベクトル変位置を監視し、マガジン装置４１中の各加エ
工具に対応して予め設定した値に達したことをトレーサ
部３０の送信部３２″を介して倣い工作機械制御装置５
１が感知したときに工具交換時期が到来したことを工具
交換制御装置５３へ指令報知するのである。更に詳述す
れば、本発明においては、トレーサ部３０のトレーサ３
１における基準変位置をＥ。、該トレーサ３１の倣い加
工中における実際の法線変位置をＥとしたときにＥ上ｏ
＞Ｃ（予め選定した一定値）を示す信号が倣い工作機械
制御装置５１により感知されると、該装置５１は加エ工
具の切削能劣化等による工具交換時期に達したことを強
電制御装置５２を介して工具交換制御装置５３へ指令す
る。従つて工具交換制御装置５３はこの指令に−従つて
自動工具交換部４０へ既述のように工具交換の起動指令
を送出する。この結果としては自動工具交換部４０は自
動的に工具交換を遂行して切削能が劣化した加エ工具を
新しい加エ工具に交換するのてある。なお、倣い工作機
械においては、従来より上述の（Ｅ上ｏ）の値を監視し
、この値の増加に従つて倣い加工動作を徐々に減速し加
工動作中の加工工具に掛る負荷を軽減させるべく送り制
御手段又は加工動作制御手段が設けられている。

即ち、倣５い加工動作の速度を監視し、該速度が加エ工
具（ＴＯ−Ｔｎ等）における初期加工速度の例えば５０
％まで低下したことを検出したときには既に該加工工具
が正常な加工動作に耐え得なくなつたものとしてオーバ
ーライド信号を発生し、一旦倣い加工動作を停動させる
構成が採られている。従つて本発明においてはこのオー
バーライド信号を工具交換時期検出信号として用い自動
工具交換を達成するようにすれば、土述に説明した場合
と同様に工具交換を起動させることができる。以上に説
明したように本発明に依れば、倣い工フ作機械において
金属加工等の長時間を要する倣い加工工程の場合にも機
械本体部に付属して自動工具交換部を設け、しかし倣い
工作機械に独特に具備される母型倣い用トレーサ部を利
用して工具交換時期を自動的に自己検出することにより
工具交・換を起動させることができるので倣い工作機械
における作業能率の向上を達成てきると共に加エ工具の
切削能を一定基準に維持して加工工程を進捗させ得るの
で加工面の精度等も向上させることができるのである。

なお、上述の説明においては特に述べなかつたが、工具
交換の起動に当つては例えば倣い工作機械制御装置５１
によつて工具交換時期を感知したときに強電制御装置５
２によつてモータ１６を駆動し、工具主軸１２のクラン
プを解除して該工具主軸１２を工具交換に適した一定位
置に引き上げ、工具交換が完了した時点では工具主軸１
２を同量だけ下ろして倣い加工動作開始位置へ到達させ
れるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による自動工具交換装置を具備した倣い工作
機械の全体機構を示す機構図てある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トレーサの母型倣いに従つて機械本体の工具主軸に
   取付けられた加工工具に加工物倣い加工動作をおこなわ
   せる倣い工作方法において、上記の機械本体に取付けた
   自動工具交換機構に予め交換用の加工工具を保持される
   と共に上記トレーサの母型倣い動作時にトレーサヘッド
   から発せられる倣いサーボ用の変位量信号に従つて工具
   交換時期を検出し、その検出信号を工具交換制御装置へ
   入力し、自動的に工具交換を起動させるようにしたこと
   を特徴とする倣い工作機械の自動工具交換方法。 ２ トレーサの母型倣いに従つて機械本体の工具主軸に
   取付けられた加工工具に加工物倣い加工動作をおこなわ
   せる倣い工作機械において、上記機械本体に取付けられ
   ると共に工具交換可能な加工工具と工具交換作動手段と
   を有した自動工具交換部と、上記トレーサの母型倣い動
   作時にトレーサヘッドから発せられる倣いサーボ用の変
   位量信号が、個々の加工工具に対応して予め設定した値
   に達したことを自動検出して工具交換信号を発する工具
   交換時期検出手段と、上記工具交換時期検出手段の工具
   交換信号を受けて上記自動工具交換部の工具交換作動手
   段へ工具交換を自動的に起動指令する工具交換制御部と
   を具備して構成されたことを特徴とする倣い工作機械の
   自動工具交換装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の倣い工作機械の自動
   工具交換装置において、上記工具交換時期検出手段は上
   記トレーサの変位量信号における振動レベルが個々の加
   工工具に対応して予め設定した値に達したときに工具交
   換信号を発する電気的検出手段からなる倣い工作機械の
   自動工具交換装置。 ４ トレーサの母型倣いに従つて機械本体の工具主軸に
   取付けられた加工工具に加工物倣い加工動作をおこなわ
   せる倣い工作機械において、上記機械本体に取付けられ
   ると共に工具交換可能な加工工具と工具交換作動手段と
   を有した自動工具交換部と、上記トレーサの母型倣い動
   作時にトレーサヘッドから発せられる倣いサーボ用の変
   位量信号に従つて上記倣い加工動作を減速させる加工動
   作制御手段と、上記加工動作制御手段によつて減速制御
   される上記倣い加工動作の速度が一定値まで低下したこ
   とを検出して工具交換信号を発する工具交換時期検出手
   段と、上記工具交換時期検出手段の工具交換信号を受け
   て上記自動工具交換部の工具交換作動手段へ工具交換を
   自動的に起動指令する工具交換制御部とを具備して構成
   されたことを特徴とする倣い工作機械の自動工具交換装
   置。