JPS6322937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマシニングセンタを含むワークの自動
加工システムに関する。

マシニングセンタを用いて多品種少量生産、い
わゆるFMSを実施しようとする場合、加工する
ワークの品種が種々に変更になることに伴つて解
決すべき問題は概ね次の２点がある。

すなわち、ワークを種々変更する場合の、マシ
ニングセンタの加工テーブル上へのワークの取付
け、取外しをいかに迅速かつ正確に実行するかと
いう点と、上記点が満足されてマシニングセンタ
の加工テーブル上には、短時間のうちに異なつた
加工工程の（異なつた品種）のワークが次々とセ
ツテイングされるようになつた場合にも、マシニ
ングセンタで用いる加工工具が加工工程の変更に
伴つて迅速かつ適格に変更されなければ、当該ワ
ークの加工を開始できないので、マシニングセン
タによつて使用する加工工具をいかにして迅速か
つ適確に準備するかという点であるが、通常は１
つの品種のワーク加工工程にも20本程度以上の当
該加工工程に特有の専用工具が必要であるので、
種々の品種を扱ういわゆるFMSの場合には、マ
シニングセンタに準備すべき工具種類が膨大とな
つて、この工具交換システムをいかに構成するか
という点も大きな問題となる。

すなわち、扱う品種が少数の場合は、マシニン
グセンタに備え付けの工具マガジンを大容量とし
て、扱う加工品種に用いる全ての工具を該大容量
マガジンに収容しておくことができるが、該大容
量マガジンは大きな設置スペースが必要であり、
品種数が例えば５種類以上となつて、用いる工具
本数が数100本以上となる場合には該工具マガジ
ンが巨大となり実用的ではない。

そこで、各品種毎に用いる数10本程度の工具を
１セツトとして収納する工具マガジンを製作し、
扱う品種が変わる毎に該工具マガジンをカセツト
式に取換える方式が開発されているがこの方式で
もカセツトタイプの工具マガジンの設置のために
大スペースが必要であるとか、マシニングセンタ
に備え付けの工具をカセツト式に１括して取換え
るので、各品種に共通に用いる工具も各カセツト
式工具マガジン総てに収容しておかなければなら
ず、共通工具が重複して多数本必要となるといつ
た欠点があつた。

そこで、この発明は上記２大問題点を解決し、
大規模FMSであつても、待時間等がきわめて短
く効率の高いシステムが実現できるマシニングセ
ンタを含むワークの自動加工システムを提供する
ものである。

以下、図面に基づいて実施例を説明する。ま
ず、この実施例の生産システム全体を説明する
と、この生産システムでは、３基のマシニングセ
ンタＭ１，Ｍ２，Ｍ３を、ラツク１とスタツカク
レーン２からなる自動倉庫３の長手方向に沿つて
配設してあり、各マシニングセンタＭ１，Ｍ２，
Ｍ３は付設の自動パレツト交換装置４が、上記ス
タツカクレーン２によるワーク搬入搬出領域に重
なる自動倉庫近接位置に設けてあつて、スタツカ
クレーン２により出庫された治具またはワークを
載せたパレツトＰは、自動パレツト交換装置４を
介して各マシニングセンタＭ１，Ｍ２，Ｍ３上へ
直接セツトされるか、あるいは一旦セツテイング
ステーシヨン５上へ出庫されて該セツテイングス
テーシヨン５上で作業者により治具上へのワーク
のセツテイング等を行われた後、自動パレツト交
換装置４を介して各マシニングセンタＭ１，Ｍ
２，Ｍ３上へセツトされるようになつている。

６はスタツカクレーン２の走行レールであり、
７は素材の入庫口、８は完成品の出庫口である。

そして、上記のようにして出庫され治具上への
セツテイングが完了してマシニングセンタＭ１，
Ｍ２，Ｍ３上へセツトされた素材またはワーク
は、各マシニングセンタＭ１，Ｍ２，Ｍ３に付設
の工具マガジン９中に収容されている約40〜50本
の工具を、図示しない工具交換装置により次々と
スピンドル１１に着け換えることによつて加工さ
れていくが、１ロツト加工が終わり加工品種が変
更される（１ロツトが１個の場合にはワーク１個
ごとに品種が変わる）と工具マガジン９中の工具
が以下に述べる工具交換システムにより迅速に交
換される。

すなわち、上記マシニングセンタ付設の工具マ
ガジン９中には各品種総てに用いるいわゆる共通
工具Toと、各加工品種に個有のいわゆる専用工
具Tpとが収容されているが、この工具交換シス
テムでは上記専用工具のみを交換するものであ
り、当該専用工具は通常20本程度である。

そして、上記交換すべき専用工具Tpは、この
例では、第３図に示したような、円板状の工具受
板１２を多段に重ね中央部に支持軸１３を設けた
可搬型工具マガジンＧ上に、工具準備室１４にお
いて作業者によりセツテイングされるようになつ
ている。

該工具準備室１４には多数の工具を収容してあ
り、作業者はCRT１５上に表れた隣設の中央制
御室１６に設けたコンピユータからの指令にした
がつて工具棚１７から工具Tpを選び、上記可搬
型工具マガジンＧ上の適正な位置に工具をセツテ
イングする。

該工具準備室１４内での可搬型工具マガジンＧ
上への工具セツテイングは適当な工具位置割出し
装置と工具交換装置を用いて自動化することも可
能である。

なお、この例の工具マガジンＧは２段で合計20
本の工具Tpを収容しうる。

また、上記可搬型工具マガジンＧは自走型の走
行台車１８上に垂直姿勢で支承されるようになつ
ており、工具準備室１４と後に詳述するマシニン
グセンタ近傍の工具マガジン収納ステーシヨンの
Ｓとの間を所定のコース１９に沿つて運搬され
る。

上記工具準備室１４と工具マガジン収納ステー
シヨンＳとの間の可搬型工具マガジンＧの運搬手
段は上記の自走型走行台車１８に限るものではな
く、コンベア装置等の他の運搬手段であつてもよ
い。

そして、上記自走型走行台車１８では工具マガ
ジンＧの支持軸１３の下端を支承するようになつ
ており、該工具マガジンＧの支承部１８ａが上下
に昇降駆動されるようになつていて、垂直に支承
した工具マガジンＧを該垂直姿勢のまま上下動し
うるようになつている。

一方、マシニングセンタ近傍には、前述の通り
該マシニングセンタ付設の工具マガジン９に近接
して、上記可搬型工具マガジンＧを４基収納しう
る工具マガジン収納ステーシヨンＳが配設してあ
るが、該工具マガジン収納ステーシヨンＳは、前
記可搬型工具マガジンＧを支承する円板形の支承
枠２１を回転軸２２に対し４方に放射状に設けた
もので、回転軸２２を支承しているベースフレー
ム２３内に設けた間欠回転装置からなる割出し装
置２４によつて回転軸２２が適宜1/4回転ずつ駆
動され、該ステーシヨンＳ上に載架された４基の
工具マガジンＧが夫々位置を90度ずつ変えられる
ようになつている。

上記割出し装置２４による該収納ステーシヨン
Ｓの回転角は前記コンピユータによつて制御され
る。

上記支承枠２１には該支承枠２１の中心から外
方へと通じる半径方向の溝２１ａが形成してあ
り、該溝２１ａによつて工具マガジンＧの支持軸
１３を案内して前記可搬型工具マガジンＧをステ
ーシヨンＳ上の適正位置へ収納しうるようになつ
ていて、前記走行台車１８が可搬型工具マガジン
Ｇを第２図示のように僅かに上昇保持した状態で
収納ステーシヨンＳの一つの支承枠２１下へと前
記溝２１ａに沿つて進入し、後支承部１８ａを降
下させれば、工具マガジンＧは支承枠２１上へ移
載される。

上記手順と逆の手順により、すなわち、工具マ
ガジンＧを載架している支承枠２１の下への走行
台車１８の進入、支承部１８ａの上昇による走行
台車１８上への工具マガジンＧの移載、工具マガ
ジンＧを移載された走行台車１８の搬出によつて
ステーシヨンＳ上の工具マガジンＧの搬出がなさ
れる。

この例では図中Ａ位置が、上記のような走行台
車１８による工具マガジンＧのステーシヨンＳ上
への搬入およびステーシヨンＳ上からの搬出位
置、つまり工具マガジン搬入搬出装置になしてあ
る。

上記のようにしてＡ位置でステーシヨンＳ上へ
搬入収納された工具マガジンＧは、前述の通り割
出し装置２４によつてステーシヨンＳ上で90度ず
つ隔つた各位置に送られるようになつており、マ
シニングセンタＭ１，Ｍ２，Ｍ３に最接近する図
中Ｂ位置に割出された状態で、後述の自動工具交
換装置２５により該マガジンＧ上の工具Tpとマ
シニングセンタに付設の工具マガジン９中の工具
Tpとが交換されるようになつているが、該Ｂ位
置には次のような工具マガジンＧの回転割出し装
置２６が設けてある。

すなわち、前記可搬型工具マガジンＧの支持軸
１３下端にはキー１３ａが突設してあり、前記ベ
ースフレーム２３内に設けた間欠回転装置からな
る回転割出し装置２６から上方へ突出した昇降自
在な噛合体２７が上昇位置では前記支持軸１３下
端に噛合い、該噛合つた状態で割出し装置２６を
作動すると、工具マガジンＧが当該Ｂ位置で間欠
的に自転し、噛合体２７を下降させると支持軸１
３との係合が外れて、ステーシヨンＳの旋回が可
能となるようになつている。

上記工具マガジン収納ステーシヨンＳと各マシ
ニングＭ１，Ｍ２，Ｍ３との間に設けられた自動
工具交換装置２５は、前述の通り、Ｂ位置で間欠
的に自転される工具マガジンＧ中の工具Tpとマ
シニングセンタ付設の工具マガジンＧ中の工具
Tpとを交換するものであるが、該自動工具交換
装置２５は、この例ではマシニングセンタ側の工
具Tpが図示のように横方向に支持され、ステー
シヨンＳ側の工具Tpが縦方向に支持されている
ために、第２図図示のような斜め45度に傾斜した
支軸まわりで旋回するアーム２８を有しており、
かつ該アーム２８を支持した本体２５ａは第２図
矢印イ，ロ方向につまり前後方向、上下方向に移
動自在であつて工具Tpを交換する際には、まず
本体２５ａが移動して、マシニングセンタＭ１，
Ｍ２，Ｍ３側かあるいはステーシヨンＳ側の工具
Tpをアーム２８の一方の端でもつて把持し、次
に他側へ移動して空の方のアーム２８端で交換す
べき工具Tpを把持し、さらにアーム２８を旋回
してアーム２８上での工具Tp位置を交替させ、
次に位置交替した工具TpをマシニングセンタＭ
１，Ｍ２，Ｍ３あるいはステーシヨンＳ上の工具
マガジン９，Ｇへと受渡し収納するようになつて
いる。

上記工具交換の際の各工具Tpの工具マガジン
９あるいは可搬型工具マガジンＧ内でのセツテイ
ング位置は前記中央制御室１６内のコンピユータ
により指示される。

すなわち、各可搬型工具マガジンＧ内へ収納す
る工具Tpの種類および各工具マガジンＧ内での
工具Tpの収納位置は、前述のように工具準備室
１４内で作業者によりコンピユータの所定の指示
通りなされており、例えばこの例では工具マガジ
ンＧ１には第１番目の品種の加工用専用工具Tp
が、工具マガジンＧ２には第２番目の品種の加工
用専用工具Tpが、収められており、以下同様に
工具マガジンＧ３，Ｇ４には夫々第３、第４番目
の品種の加工用専用工具Tpが収められていて、
工具交換に際しては、新たに加工しようとする品
種に用いる専用工具Tpを収納した工具マガジン、
例えばＧ１を、ステーシヨンＳを回転することに
よつてＢ位置、すなわち工具交換位置に割出し、
次に割出した工具マガジンＧ１を回転割出し装置
２６によつて間欠的に自転せしめて、交換すべき
工具Tpを順に自動工具交換装置２５のアーム２
８端に持たらし、同じくマシニングセンタＭ３の
工具マガジン９上の工具Tpを順に自動工具交換
装置２５位置に持たらして行うが、前述のように
各工具マガジンＧ上の工具Tpの種類および収納
位置がコンピユータに記憶されており、マシニン
グセンタＭ３の工具マガジン９上の工具の種類と
位置も予めコンピユータに記憶されているので、
マシニングセンタＭ３の工具マガジン９上の交換
すべき工具Tpすなわち、前回の加工に用いた専
用工具Tpのみが次々と自動工具交換装置２５位
置に持たらされて工具マガジンＧ１中の次に用い
る専用工具Tpと交換されるのである。

また、上記例では工具マガジン収納ステーシヨ
ンＳの収納しうる工具マガジンＧ数が４基である
ので、扱う品種数が５品種の場合は、上記のよう
にして次々に、マシニングセンタＭ１，Ｍ２，Ｍ
３の工具マガジン９中の専用工具Tpをステーシ
ヨンＳ上の工具マガジンＧ中の工具Tpと取替え
ていけば、５品種の加工をサイクリツクに行なえ
るのであるが、扱う品種が６種以上の多種になつ
た場合にも、ステーシヨンを大型化することな
く、例えば次のようにして継続して加工作業を行
うことができる。

すなわち、例えば、使用後に交換されて工具マ
ガジンＧ１に戻された工具Tpは、該工具マガジ
ンＧ１を搬入搬出位置、つまりＡ位置に割出した
後、走行台車１８でもつて搬出して、工具準備室
１４に戻し、戻した工具マガジンＧ１上の工具
Tpを次の新たな品種用の専用工具Tpと取り替え
てセツテイングし、新たな品種用の工具Tpを載
せた工具マガジンＧ５として再び工具マガジン収
納ステーシヨンＳへ戻し収納すればよく、以上の
操作を繰り返すことによつて、ステーシヨンＳを
大型化することなく、多品種のワークの加工にも
対応できる。

また、上記例では可搬型工具マガジンＧは円板
状の工具受板１２を多段に重ね中心を支持軸１３
で連結した形状のものであり、工具Tpを縦方向
に支承するものであつたか、他の例では工具の受
板１２が垂直方向に設けられ、工具Tpを横方向
に支承するものであつてもよいし、また、工具マ
ガジン収納ステーシヨンＳは円板形の支承枠２１
を回転軸２２に対し放射状に設けたものであつた
が、該収納ステーシヨンＳも上記例に限らず、例
えば工具マガジンの支承枠２１がカルーセル形式
のコンベアによつてサイクリツクに移動されるも
のであつてもよい。

いずれにしても、この発明の工具交換システム
は以上のようになつていて、扱う品種の加工に用
いる全ての工具を収容する大容量の工具マガジン
をマシニングセンタに付設するのではないので、
敷地面積が節約でき、にもかかわらずマシニング
センタ近傍に設けた工具マガジンの収納ステーシ
ヨンと多数の工具を収容する工具準備室とを可搬
型工具マガジンの運搬手段で連絡しているので、
多くの種類の工具を用いる多品種生産に容易に対
応でき、上記収納ステーシヨンには複数の可搬型
工具マガジンを収納できるので、マシニングセン
タの素材加工中および該ステーシヨン上の１つの
可搬型工具マガジン内の工具とマシニングセンタ
に付設の工具マガジン内の工具とを交換中にも該
ステーシヨン上の他の可搬型工具マガジンを運搬
手段でもつて取替えることができ、可搬型工具マ
ガジンの取替えに特別な時間を要せず、また上記
ステーシヨンがマシニングセンタ近傍に設けられ
ており、マシニングセンタの加工中に次の工具マ
ガジンを工具交換位置に割出して準備しておける
ので実際の工具交換作業が最小時間で行える。

したがつて、マシニングセンタの加工テーブル
上へと、自動倉庫から加工ワークが直接出庫およ
びセツテイングされて、加工テーブル上のワーク
の取替えが短時間で行われても、マシニングセン
タは直ちに当該加工工程の異なる新しいワークへ
と、新しい工具でもつて加工を開始することがで
き、全体としての所要時間が大幅に短縮される。

また、１品種当たりの生産数量が少ないFMS
では、１品種当たりの必要治具数を極力少なくし
なければ治具にかかるコストの割合が過大となり
採算上不利であり、理想的に１品種当たりの治具
を１個とするためには、マシニングセンタにおけ
る加工を、例えばＡ品種→Ｂ品種→Ｃ品種→Ａ品
種…とサイクリツクに異なる品種を１個ずつ加工
するものとし、ある品種（Ａ品種）の加工を行つ
ている間に他の品種（Ｂ、Ｃ品種）の治具への取
付、取外しが行なえるようにすればよいのである
が、上記加工方法を実現するためには、加工品種
変更に伴う、ワークのマシニングセンタへの授受
と、マシニングに付設の工具マガジン中の工具の
交換とを迅速にかつ適確に行わなければならず、
この発明のワーク加工システムは上記加工方法を
実現する上で最適である。

さらに、工具マガジン収納ステーシヨンには、
工具マガジンの割出し装置と、割出した可搬型工
具マガジン中から所望の工具を工具交換位置に割
出す工具の割出し装置との２種の割出し装置を設
けたので、１つの可搬型工具マガジン中に１種類
のワーク加工用の工具をまとめて収納しておけ
ば、１回の工具交換に際して最初に所望の可搬型
工具マガジンを工具交換位置に割出した後は、工
具の割出し装置のみを順に動作すればマシニング
センタとの間での所定の工具交換を全て行え、そ
の分工具交換動作が短時間で行なえると共に、マ
シニングセンタと工具収納ステーシヨンとの間に
常設の自動工具交換装置が通常のダブルアーム式
交換装置等の簡単な交換装置で済むという利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のワーク加工システムを適用
したマシニングセンタによる多品種生産システム
FMSの略平面図、第２図は同じく略側面図、第
３図は可搬型工具マガジンとその収納ステーシヨ
ンを示した斜視図である。 １……ラツク、２……スタツカクレーン、３…
…自動倉庫、４……自動パレツト交換装置、９…
…マシニングセンタ付設の工具マガジン、１４…
…工具準備室、１８……走行台車（運搬手段）、
２４……工具マガジンの割出し装置、２５……自
動工具交換装置、２６……工具の割出し装置、Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３……マシニングセンタ、Tp……
専用工具、Ｇ……可搬型工具マガジン、Ｓ……工
具マガジン収納ステーシヨン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 自動倉庫と、該自動倉庫に連結して設けたマ
   シニングセンタと、該マシニングセンタ付設の工
   具マガジンと多数の工具を収容する工具準備室と
   の間での工具交換を行う工具交換システムとから
   なるワーク加工システムであり、上記マシニング
   センタは自動パレツト交換装置が自動倉庫のスタ
   ツカクレーンによるワーク搬入搬出領域に重なる
   自動倉庫近接位置に設け、該自動倉庫とマシニン
   グセンタとの間でのワークの授受が直接行われる
   ようになすと共に、上記工具交換システムは、一
   定数の工具を収納する可搬型の工具マガジンと、
   該可搬型工具マガジンを複数個収納するマシニン
   グセンタ近傍の工具マガジン収納ステーシヨン
   と、該工具マガジン収納ステーシヨンとマシニン
   グセンタとの間で工具の交換を行う自動工具交換
   装置と、工具マガジン収納ステーシヨンと工具準
   備室との間で可搬型工具マガジンを運搬する運搬
   手段とから構成し、上記工具マガジン収納ステー
   シヨンには、収納した可搬型工具マガジンを自動
   工具交換装置位置に割出す工具マガジンの割出し
   装置と、割出した可搬型工具マガジンに収納され
   ている工具を自動工具交換装置位置に割出す工具
   の割出し装置との２種の割出し装置を設けたこと
   を特徴とするマシニングセンタを含むワーク加工
   システム。