JPWO2020079756A1 - Automatic tool changer - Google Patents
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Abstract
工具折損検知機能付きの自動工具交換機であって、起立した姿勢で保持部材によって保持した複数の工具を、長円形の進路に従って移動させ、所定の工具を進路上の割出し位置に停止させる工具割出し装置と、前記割出し位置の工具を相手装置との交換位置に移動させる交換工具変位装置と、前記工具割出し装置における工具の進路上にある工具の刃先高さに対応させ、昇降機構によって接触子を移動させる工具折損検知装置と、工具の刃先に対する前記接触子の接触の有無に従い前記工具折損検知装置から送信される検知信号に基づいて工具の折損を判定する折損判定装置とを有する。An automatic tool changer with a tool breakage detection function that moves a plurality of tools held by holding members in an upright position according to an oval path and stops a predetermined tool at an indexing position on the path. An elevating mechanism is used to correspond to the height of the cutting edge of the tool in the path of the tool in the tool indexing device, the indexing device, the replacement tool displacement device that moves the tool at the indexing position to the exchange position with the mating device, and the tool indexing device. It has a tool breakage detecting device for moving a contact, and a breakage determination device for determining a tool breakage based on a detection signal transmitted from the tool breakage detection device according to the presence or absence of contact of the contactor with the cutting edge of the tool.
Description
本発明は、工具の刃先への接触によって折損有無を確認する工具折損検知機能付きの自動工具交換機に関する。 The present invention relates to an automatic tool changer having a tool breakage detection function for confirming the presence or absence of breakage by contact with a tool cutting edge.
マシニングセンタなどの工作機械は、工具に刃こぼれ等の折損が生じていた場合に加工寸法に狂いなどが生じてしまうため、工具の折損を検知するための工具折損検知装置が設けられている。例えば、第1従来例としては、ローラチェーンの回転によって周回移動する工具の進路上に光センサが設置され、光の遮断の有無によって工具の状況を検知する工具折損検知装置がある。また、第2従来例として、下記特許文献1には、タッチセンサを使用した工具折損検知装置が開示されている。具体的には、工具交換アームの移動軌跡上にタッチセンサが配置され、工具交換アームが移動して工具を抜き出して旋回する際、その移動軌跡上に待機するタッチセンサによって工具刃先の折損検知が行われる。そして、タッチセンサが非接触であれば工具に折損が生じているとの判定が行なわれる。
Machine tools such as machining centers are provided with a tool breakage detection device for detecting the breakage of the tool because the machining dimensions may be out of order when the tool is broken such as a blade spill. For example, as a first conventional example, there is a tool breakage detection device in which an optical sensor is installed on the path of a tool that orbits due to the rotation of a roller chain, and the state of the tool is detected depending on the presence or absence of light blocking. Further, as a second conventional example, the following
しかし、光センサを使用した第1従来例は、工作機械の加工室内に飛散するクーラントの影響を受け、光の屈折などによって誤検知が生じてしまうことがある。また、尖った工具の刃先は、投光器から投射された光が回折してしまい、遮られることなく受光器に到達することがあり、やはり誤検知が生じ得る。また、光センサは、投光器と受光器について正確な折損検知を行なうための調整が難しかった。複数の種類の工具について折損検知を行う場合、工具によって検知する高さが異なってしまうと、異なる数だけ光センサが必要となり、更に調整作業が煩わしくなる。 However, the first conventional example using the optical sensor is affected by the coolant scattered in the processing chamber of the machine tool, and erroneous detection may occur due to refraction of light or the like. Further, the cutting edge of a sharp tool may diffract the light projected from the floodlight and reach the receiver without being blocked, which may also cause erroneous detection. In addition, it is difficult to adjust the optical sensor to accurately detect breakage of the projector and the receiver. When detecting breakage of a plurality of types of tools, if the heights to be detected differ depending on the tool, different numbers of optical sensors are required, which further complicates the adjustment work.
次に、タッチセンサを使用した第2従来例は、複数の工具が収納されたツールマガジンから主軸に移し換えられる過程で、工具について折損検知が行われる。そのため、工具折損検知装置は、ツールマガジンから主軸に工具が移し換えられる工具交換アームの旋回軌跡上や、前後進するマガジンドラムが旋回して主軸と工具交換する位置に設置される。そうした工具折損検知装置の設置位置は、駆動装置によって工具が移動する加工室内にあり、小型の工作機械などでは組み付けが難しくなるほか、ワークの切粉やクーランが飛散するため好ましくない。 Next, in the second conventional example using the touch sensor, breakage detection is performed for the tool in the process of transferring the tool magazine containing the plurality of tools to the spindle. Therefore, the tool breakage detection device is installed on the turning locus of the tool changing arm at which the tool is transferred from the tool magazine to the spindle, or at a position where the magazine drum moving forward and backward turns to replace the tool with the spindle. The installation position of such a tool breakage detection device is in the processing chamber where the tool is moved by the drive device, which makes it difficult to assemble with a small machine tool or the like, and is not preferable because chips and coolan of the work are scattered.
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、工具折損検知機能付きの自動工具交換機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an automatic tool changer having a tool breakage detection function in order to solve such a problem.
本発明の一態様における自動工具交換機は、起立した姿勢で保持部材によって保持した複数の工具を、長円形の進路に従って移動させ、所定の工具を進路上の割出し位置に停止させる工具割出し装置と、前記割出し位置の工具を相手装置との交換位置に移動させる交換工具変位装置と、前記工具割出し装置における工具の進路上にある工具の刃先高さに対応させ、昇降機構によって接触子を移動させる工具折損検知装置と、工具の刃先に対する前記接触子の接触の有無に従い前記工具折損検知装置から送信される検知信号に基づいて工具の折損を判定する折損判定装置とを有する。 The automatic tool changer according to one aspect of the present invention is a tool indexing device that moves a plurality of tools held by holding members in an upright posture according to an oval path and stops a predetermined tool at an indexing position on the path. A replacement tool displacement device that moves the tool at the indexing position to a replacement position with the mating device, and a contactor by an elevating mechanism that corresponds to the height of the cutting edge of the tool in the path of the tool in the tool indexing device. It has a tool breakage detecting device for moving the tool, and a breakage determination device for determining the breakage of the tool based on a detection signal transmitted from the tool breakage detection device according to the presence or absence of contact of the contactor with the cutting edge of the tool.
前記構成によれば、工具割出し装置によって工具が長円形の進路に従って移動し、割出しされた工具が交換工具変位装置によって交換位置へと更に移動することにより、相手装置との間で工具交換が行われる。交換された使用後の工具に対しては、工具折損検知装置の接触子が刃先高さに対応して移動することにより、接触の有無に従い検知信号が折損判定装置に送信され、工具の折損が判定される。 According to the above configuration, the tool indexing device moves the tool according to an oval path, and the indexed tool further moves to the replacement position by the replacement tool displacement device, thereby exchanging the tool with the mating device. Is done. For the replaced used tool, the contactor of the tool breakage detection device moves according to the height of the cutting edge, so that the detection signal is sent to the breakage determination device according to the presence or absence of contact, and the tool breakage occurs. It is judged.
次に、本発明に係る自動工具交換機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、マシニングセンタに組み込まれた自動工具交換機を例に挙げて説明する。図1は、マシニングセンタを示した内部構造の斜視図である。このマシニングセンタ1は、全体が機体カバーによって覆われ、その内部にワークの切削加工などを実行する加工室が構成されている。特に、このマシニングセンタ1は、ベース3の上を前後方向に移動可能にしたものであり、車輪を備える可動ベッド11上に組み付けられている。
Next, an embodiment of the automatic tool changer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, an automatic tool changer incorporated in a machining center will be described as an example. FIG. 1 is a perspective view of an internal structure showing a machining center. The
マシニングセンタ1は、ワークに対して加工を行う工具を保持する主軸ヘッド12が前部に設けられている。主軸ヘッド12は、ドリルやリーマ、ボーリング等の工具の着脱が可能な主軸チャック13を有し、その主軸チャック13に保持された工具を回転させる主軸用モータ14が設けられている。そして、主軸ヘッド12の下方には、加工対象となるワークを回転可能に把持するチャック装置15が組み付けられている。
The
主軸ヘッド12は、主軸チャック13に装着した工具をワークに対して3軸方向に移動させるための加工駆動装置に組み込まれている。具体的には、Y軸スライド21が機体前後方向に移動自在に搭載され、そのY軸スライド21に対してX軸スライド22が機体幅方向に移動自在に搭載されている。更に、X軸スライド22に対してZ軸スライド23が上下方向に移動自在に搭載され、そのZ軸スライド23に主軸ヘッド12が搭載されている。
The
マシニングセンタ1には、こうした加工駆動装置を搭載するようにしてツールマガジン18が設けられている。ツールマガジン18は、高さ方向に見てチャック装置15と主軸ヘッド12との間に複数の工具を収納したものであり、そのマガジン本体24内に自動工具交換機10(図2参照)が組み込まれている。そして、マシニングセンタ1には、主軸ヘッド12やチャック装置15あるいはX,Y,Z軸の駆動機構、さらに自動工具交換機10などの駆動を制御するための制御装置19が搭載されている。
The
次に、図2は、工具を交換する状態の自動工具交換機を示した斜視図である。自動工具交換機10は、マガジン本体24内に組み込まれ、通常時には図1に示すように開閉扉25が閉じられ、ワークの加工によって飛び散るクーラントや切削屑などが遮られるようになっている。そして、工具交換時には図2に示すように開閉扉25が開き、それに合わせて自動工具交換機10の一部が外にまで移動するよう構成されている。なお、自動工具交換機10には様々な種類の工具Tが装着されるが、図2には具体的な形状を省略して全て円筒形状で表現されている(他の図も同様である)。
Next, FIG. 2 is a perspective view showing an automatic tool changer in a state where the tool is changed. The
自動工具交換機10には、ツールホルダ31によって工具Tを着脱可能に保持し、所定位置へと移動させる工具割出し装置10Aが構成されている。ツールホルダ31は、一対の把持爪によって工具Tの首部を挟み込むようにしたものであり、工具割出し装置10Aでは、複数のツールホルダ31が無端のローラチェーン33に一定の間隔で取り付けられている。ローラチェーン33は、距離を離した2個のスプロケット32によって長円形になるように掛け渡され、不図示の駆動モータによって回転が制御されるようになっている。工具割出し装置10Aは、この回転するローラチェーン33によって複数の工具Tが周方向に移動し、使用対象である工具Txや空のツールホルダ31について割出しが可能となっている。
The
次に、自動工具交換機10は、工具割出し装置10Aが長円形の可動テーブル35上に組み付けられ、交換工具変位装置10Bによって機体前後方向の往復移動が可能な構成となっている。具体的には、工具割出し装置10Aによって割出しされた工具Txや空のツールホルダ31が、マガジン本体24の外にある主軸チャック13との工具交換位置101に移動するよう構成されている。
Next, in the
その交換工具変位装置10Bは、マガジン本体24の内部底面にガイドレール36が敷設され、可動テーブル35のガイドブロック37がガイドレール36に対して摺動可能に嵌め合わされている。可動テーブル35の下側にはボールネジを構成するナットが固定され、そのナットに駆動モータ38の回転軸に連結されたネジ軸39が螺合している。駆動モータ38はマガジン本体24側に固定されている。そのため、駆動モータ38からの出力によってネジ軸39が回転し、工具割出し装置10Aが長円形の長手方向、すなわち機体前後方向に前進及び後退するようになっている。なお、本実施形態では、自動工具交換機10について開閉扉25側を前、駆動モータ38側を後として説明する。
In the replacement
自動工具交換機10には、刃こぼれなど工具の折損状況を確認するための工具折損検知装置10Cが設けられている。図3乃至図5は、工具折損検知装置10Cを示した図である。特に、図3は、工具折損検知装置10Cを含む自動工具交換機10を後方側から示した斜視図である。また、図4は、自動工具交換機10の後部を示した平面図であり、図5は、工具折損検知装置10Cを示した側面図である。
The
工具折損検知装置10Cにはタッチセンサ41が使用され、工具割出し装置10Aによって円周上を移動する工具Tのうち、工具検知位置201(図6参照)に位置決めされた工具Tdについて行われる。ここで、図6は、工具割出し装置10Aにおける工具Tの移動進路を簡略的に示した平面図である。工具検知位置201は、図示するように長円形をした工具進路200上にあって、前後方向に見た場合に、工具Tの移動方向が反転する長手方向端部の後方反転位置203の手前にある。一方、後方反転位置203とは反対の前方反転位置が工具Txの割出し位置205である。
A
ところで、従来のツールマガジンには、後方反転位置203の工具Tに対して投光器501と受光器502が設けられていた。そして、後方反転位置を通過する工具Tの刃先が光510を遮断するか否かによって折損検知が行われていた。しかし、こうして光センサを使用する工具折損検知装置は、前記課題でも述べたように誤検知や調整の難しさがあった。そこで、本実施形態の工具折損検知装置10Cでは、工具検知位置201に配置したタッチセンサ41を上下方向に移動させ、様々な検知対象となる具Tdの刃先高さに合わせることが可能な構成が採られている。
By the way, in the conventional tool magazine, a
工具折損検知装置10Cは、鉛直方向に移動可能なスライド42を有し、そこから前方に向けて水平にアーム43が延び、その先端部にタッチセンサ41が取り付けられている。マガジン本体24にはブラケット44を介して検知装置本体45が固定され、スライド42は、その側面に形成されたガイド46に対して摺動可能に取り付けられている。
The tool breakage detection device 10C has a
図3及び図4に示すように、自動工具交換機10の後部には、幅方向中央に交換工具変位装置10Bの駆動モータ38が設置されている。そのため、駆動モータ38を避けるように中央からずらした位置に検知装置本体45が固定され、後方反転位置203の手前に工具検知位置201が設けられている。なお、図3及び図5において工具検知位置201に位置する工具Tdについては、タッチセンサ41との接触がイメージしやすいように、具体的な形状を省略して棒状に表現されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
検知装置本体45には、その内部にボールネジ機構が設けられている。すなわち、軸受けを介して鉛直方向にネジ軸が組み付けられ、そのネジ軸にはスライド42に固定されたナット部材が螺合している。よって、ネジ軸が回転することにより、ナット部材と一体のスライド42が上下方向に移動可能となっている。また、検知装置本体45の上部にはサーボモータ47が固定され、その回転軸とネジ軸とに固定されたプーリにベルトが掛けられ、サーボモータ47の回転制御によってタッチセンサ41の位置決めが可能になっている。
The detection device
タッチセンサ41は、ドリルなど工具Tdの刃先に接触することにより、内部のb接点であるスイッチが切れてOFF信号がマシニングセンタ1の制御装置19へと送られるようになっている。制御装置19のメモリには、折損検知を実行する自動工具交換機10の駆動制御とともに、タッチセンサ41から送信される検知信号に基づいて折損の有無を判定するための折損判定プログラムが格納されている。本実施形態では、タッチセンサ41からOFF信号が送信された場合に、工具Tの刃先に折損が生じているとの判定が行われるようになっている。なお、タッチセンサ41のスイッチにはa接点を使用するようにしてもよい。
When the
マシニングセンタ1は、タッチパネル式の操作表示装置が機体前面に取り付けられている。その操作表示装置は、作業情報や操作画面などの表示のほか、作業者によって様々な工具Tについての寸法入力などが可能になっている。従って、使用する工具Tの寸法値が操作表示装置から入力されることにより刃先の高さが算出され、折損検知の際にはその値に基づいてサーボモータ47の回転制御が行われるようになっている。また、複数あるツールホルダ31についてホルダ番号が付され、その番号と装着した工具Tの寸法値との関係とが管理される。そのため、寸法が異なる工具Tであっても、工具検知位置201の工具Tdがホルダ番号によって求められ、タッチセンサ41の高さを工具T毎に調整する制御が可能になっている。
The
続いて、自動工具交換機10の作用について説明する。まず、マシニングセンタ1では、主軸ヘッド12に装着された工具Tに回転が与えられ、加工駆動装置に対する3軸方向の駆動制御により、チャック装置15に把持されたワークに対して加工が行われる。そして、ワークWに対する加工内容の変更に応じ、主軸ヘッド12における工具Tの交換が行われる。工具Tの交換は、ローラチェーン34に回転が与えられ、工具Tを保持していない空のホルダ31が割出し位置205へと送られた後、開閉扉25が開いて可動テーブル35が図2に示す位置まで移動する。
Subsequently, the operation of the
空のツールホルダ31は、工具交換位置101へと配置され、そこで主軸ヘッド12から使用後の工具Tが受け渡される。その後、ローラチェーン34に回転が与えられ、交換対象となる工具Txが割出し位置205つまり工具交換位置101へと送られ、主軸ヘッド12に受け渡しされる。こうして工具交換が行われると、可動テーブル35がマガジン本体24内に戻されて開閉扉25が閉じられる。そして、使用済みの工具Tが検知対象の工具Tdとして、ローラチェーン34の回転により工具検知位置201へと送られ、工具折損検知装置10Cによる折損検知が行われる。
The
工具折損検知装置10Cでは、サーボモータ47の回転がボールネジ機構を介してスライド42の移動に変換され、タッチセンサ41の高さが調整される。具体的には、下降位置で待機するタッチセンサ41が、サーボモータ47の駆動により予め設定されている工具Tdの刃先高さにまで上昇する。その際、タッチセンサ41が工具Tdの刃先に接触した場合には、正常を示す検知信号が制御装置19へと送られ、工具Tdについて異常が無いと判定される。一方で、工具Tdに刃こぼれが生じているような場合には、タッチセンサ41が刃先に接しないため、異常を示す検知信号が制御装置19へと送られ、工具Tdが異常であると判定される。
In the tool breakage detection device 10C, the rotation of the
よって、本実施形態によれば、タッチセンサ41が工具Tdの刃先に接する機械的な検知が行われるため、光センサのような誤検知を生じることが無い。誤検知が生じた場合、特に刃先が正常であるにもかかわらず折損と判定されると、ワークに対する加工エラーが生じており、また工具交換を行うため、マシニングセンタ1を一旦停止させる必要が生じ、サイクルタイムが大幅にのびてしまう。この点、本実施形態では、タッチセンサ42の接触の有無によって刃先の状況を判定するため、誤検知が無くなり、マシニングセンタ1の不要な駆動停止を生じさせることがなくなる。
Therefore, according to the present embodiment, since the
また、工具折損検知装置10Cは、タッチセンサ41を昇降させて折損検知を行うため、異なる寸法の工具Tdであっても対応することができ、光センサのように煩わしい調整作業を行う必要がない。また、作業者が操作表示装置によって、自動工具交換機10に装着する工具Tの寸法値を設定入力することにより、刃先の高さに応じたサーボモータ47の回転制御が行われるため、複数の異なる工具Tの取り扱いや工具の取り換えなどに容易に対応することができる。
Further, since the tool breakage detection device 10C detects breakage by moving the
更に、本実施形態の自動工具交換機10は、マガジン本体24内に組み込まれ、工具割出し装置10Aによって割出しされた工具Txなどが、交換工具変位装置10Bによって移動する全体がコンパクトな構成となっている。特に、工具折損検知装置10Cが、交換工具変位装置10Bと同様に自動工具交換機10の後方側に設けられているため、切削加工などを実行するマシニングセンタ1の加工室に影響はない。この点、加工室を小さくすることができ、ひいてはマシニングセンタ1の小型化にもつながる。
Further, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、工具Tを割出しする工具割出し装置10Aを交換工具変位装置10Bが移動させることにより、加工対象となる工具Txを工具交換位置101へ配置させる構成の自動工具交換装置10を示したが、これとは異なる構造の自動工具交換装置であっても対応可能である。例えば、工具割出し装置が複数のツールホルダを保持し、交換工具変位装置が、工具交換アームによって工具割出し装置から取りだした工具を工具交換位置へと配置させる構成であってもよい。Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the above embodiment, the automatic
1…マシニングセンタ 10…自動工具交換機 10A…工具割出し装置 10B…交換工具変位装置 10C…工具折損検知装置 12…主軸ヘッド 15…チャック装置 18…ツールマガジン 19…制御装置 31…ツールホルダ 33…ローラチェーン 41…タッチセンサ 42…スライド 45…検知装置本体 46…ガイド 47…サーボモータ 101…工具交換位置 201…工具検知位置 205…割出し位置
1 ...
Claims (4)
前記割出し位置の工具を相手装置との交換位置に移動させる交換工具変位装置と、
前記工具割出し装置における工具の進路上にある工具の刃先高さに対応させ、昇降機構によって接触子を移動させる工具折損検知装置と、
工具の刃先に対する前記接触子の接触の有無に従い前記工具折損検知装置から送信される検知信号に基づいて工具の折損を判定する折損判定装置と、
を有する自動工具交換機。A tool indexing device that moves a plurality of tools held by a holding member in an upright posture according to an oval path and stops a predetermined tool at an indexing position on the path.
A replacement tool displacement device that moves the tool at the indexing position to a replacement position with the mating device,
A tool breakage detection device that moves the contacts by an elevating mechanism according to the height of the cutting edge of the tool in the path of the tool in the tool indexing device.
A breakage determination device that determines breakage of a tool based on a detection signal transmitted from the tool breakage detection device according to the presence or absence of contact of the contactor with the cutting edge of the tool.
Automatic tool changer with.
The automatic tool changer according to claim 3, wherein the tool breakage detecting device is assembled so that the contactor comes into contact with the cutting edge of the tool in front of an oval longitudinal end portion in which the moving direction of the tool is reversed.
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