KR20120110055A

KR20120110055A - 공작 기계 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20120110055A
Application number: KR1020120031044A
Authority: KR
Inventors: 노리히사 가와무라
Original assignee: 브라더 고오교오 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-10-09
Also published as: CN102717286A; KR101387869B1; CN102717286B; JP2012200855A

Abstract

본 발명은 절삭 불량이 발생하는 일 없이, 공구를 교환하는 시간을 단축하는 공작 기계 및 공구를 교환하는 동작을 제어하는 제어 방법을 제공한다. 공구 포트에 저장한 공구가 표준 공구일 때, 공작 기계는 공구 포트가 교환 아암에 접근하는 동작과 가공 축(주축 헤드)이 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행한다. 공구 포트가 교환 아암에 접근하는 동작은 가공 축이 교환 위치로 이동할 때 실시되므로, 절삭 불량은 발생하지 않는다.

Description

공작 기계 및 제어 방법 {MACHINE TOOL AND CONTROL METHOD}

본 발명은 저장부에 저장한 대경, 또는 소경의 공구와 워크를 가공하는 가공부에 장착한 공구를 교환하는 공작 기계 및 공구 교환 동작을 제어하는 제어 방법에 관한 것이다.

공작 기계는 밀링 가공, 태핑 등 다양한 가공을 행한다. 공작 기계는 제어부로부터의 지령에 기초하여, 복수의 공구를 저장하는 저장부로부터 소정의 공구를 취출한다. 공작 기계는 취출한 공구와 가공 축(가공부)에 장착한 공구를 교환하여, 원하는 가공을 행한다. 일본 공개 특허 공보 1999년 제114757호는 가공 축, 공구 매거진, 교환 아암, 제어 장치(제어부)를 구비하는 공작 기계를 개시한다. 공구 매거진은, 공구를 저장하는 복수의 공구 포트(저장부)를 구비한다. 공구 매거진은 환 형상이고, 전후 방향 또는 좌우 방향을 축심 방향으로 하여 회전한다. 공구 매거진은 공구 포트를 교환 가능한 최하 위치로 반송한다. 최하 위치로 반송된 공구 포트는 하측으로 대략 90도 회전한다. 가공 축과 교환 아암은, 가공 헤드(이동부)의 하측에 설치되어 있다. 가공 헤드는, 교환 위치와 가공 위치 사이를 이동한다. 교환 위치는 공구를 교환하는 위치이다. 가공 위치는 워크를 가공하는 위치이다. 가공 위치는 교환 위치의 하방에 있다. 공구를 교환할 때, 가공 헤드는 교환 위치로 이동한다. 교환 아암은, 하측으로 회전한 공구 포트에 접근한다. 교환 아암은 아암, 핑거를 구비한다. 핑거는 아암의 양단부에 각각 설치되어 있다. 각 핑거는, 하측으로 회전한 공구 포트에 저장한 공구와, 가공 축에 장착한 공구를 파지한다. 교환 아암은 상하 이동 가능하고, 또한 180도 회전 가능하다. 공구 교환할 때, 각 핑거는 가공 축의 공구와 공구 포트의 공구를 파지하고, 그 후 교환 아암이 하강한다. 교환 아암은 최하점에서 180도 회전한 후, 상승한다. 교환 아암이 상승하였을 때, 가공 축의 공구와 공구 포트의 공구는 교체된다. 그 후, 각 핑거는 공구의 파지를 해제한다. 공구 교환하는 공구는, 대경 공구(대형 공구)와 표준 공구(소형 공구)가 있다. 표준 공구는 대경 공구보다도 직경이 작다. 공구 포트에 저장되어 있는 대경 공구를 가공 축에 장착할 때, 공구 교환 동작은 이하와 같이 이루어진다. 가공 헤드는 교환 위치로 이동한 후, 공구 포트는 하측으로 회전한다. 공구 포트가 하측으로 회전한 상태에서 가공 헤드가 교환 위치로 이동하면, 대경 공구와 교환 아암은 접촉한다. 따라서 가공 헤드가 교환 위치로 이동한 후, 공구 포트는 하측으로 회전한다. 소경 공구는, 공구 포트가 하측으로 회전한 상태에서 가공 헤드가 교환 위치로 이동해도, 소경 공구와 교환 아암은 접촉하지 않는다. 따라서 소경 공구를 수납한 공구 포트는 가공 축의 상승 전에 회전할 수 있다. 그러나 가공 축에서 워크 가공 중에 공구 포트를 회전하면, 공구 포트의 회전에 의한 진동이 워크와 공구에 전해져 절삭 불량이 발생한다고 하는 문제가 있다. 절삭 불량을 방지하는 방법으로서, 대경 공구와 동일한 방법으로 공구 교환을 실시하는 경우가 있다. 그러나 상기의 경우, 공구 교환의 시간은 길어진다고 하는 다른 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은, 절삭 불량이 발생하는 일 없이 공구를 교환하는 시간을 단축하는 공작 기계 및 공구 교환 동작을 제어하는 제어 방법을 제공하는 것이다.

기술 방안 1의 공작 기계는, 대형 또는 상기 대경 공구보다도 직경이 작은 소형의 공구를 각각 저장하는 복수의 저장부와, 저장부에 저장한 공구를 장착하여 워크를 가공하는 가공부와, 가공부에 장착한 공구를 교환하는 교환부와, 교환부 및 가공부와 함께 공구를 교환하는 교환 위치 및 워크를 가공하는 가공 위치의 사이를 이동하는 이동부와, 저장부의 교환부로의 접근 또는 이격을 행하는 액추에이터와, 공구를 교환하는 교환 명령을 기억하는 기억부와, 공구를 식별하는 식별 정보 및 상기 식별 정보에 대응지어져 있고, 대형 또는 소형의 각각을 나타내는 치수 정보를 기억하는 공구 정보 테이블과, 공구 정보 테이블 및 교환 명령에 기초하여, 이동부, 액추에이터 및 교환부의 동작을 제어하고, 가공부에 장착한 공구와 저장부에 저장한 공구의 교환을 실행하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 가공부에 장착되어 있는 공구의 후속으로 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 후속 공구 판정 장치와, 후속 공구 판정 장치에서 가공부에 장착해야 하는 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 저장부가 교환부에 접근하는 동작 및 이동부가 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제1 병행 실행 장치와, 제1 병행 실행 장치에서 양쪽 동작을 실행하였는지 여부를 판정하는 동작 판정 장치와, 동작 판정 장치에서 양쪽 동작을 실행하였다고 판정하였을 때, 교환부에 의한 공구의 교환을 실행하는 교환 실행 장치를 구비한다.

제어부의 후속 공구 판정 장치는 후속으로 사용하는 공구가 소형 공구인지 여부를 판정하고, 소형 공구일 때, 제어부의 제1 병행 실행 장치는 저장부가 교환부에 접근하는 동작과 이동부가 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행한다. 따라서 공작 기계는 후속으로 사용하는 공구가 소형일 때, 가공부에 의한 가공이 종료한 후, 공구 교환에 필요한 저장부의 접근 동작을 행하므로, 접근 동작에 수반되는 진동은 워크의 절삭에 영향을 미치지 않는다. 따라서 공작 기계는 절삭 불량이 발생하지 않는다. 또한, 가공부의 이동 동작과 상기 접근 동작을 병행하여 행하므로, 접근 동작 후에 이동 동작을 행하는 경우에 비해 공구 교환 시간을 단축할 수 있다.

기술 방안 2의 공작 기계는, 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정하는 종료 판정 장치와, 종료 판정 장치에서 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였다고 판정한 후, 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 저장 판정 장치와, 상기 저장 판정 장치가 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 저장부가 교환부로부터 이격하는 동작 및 이동부가 가공 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제2 병행 실행 장치를 더 구비한다.

제어부의 종료 판정 장치는, 교환부가 공구의 교환을 종료하였다고 판정한 후, 저장 판정 장치는 공구 교환 후에 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정한다. 공구 교환 후의 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구일 때, 저장부가 교환부로부터 이격하는 동작과 이동부가 가공 위치로 이동하는 동작을 동시에 행한다. 따라서 저장부가 이격하는 동작을 먼저 실시할 때에 비해 동시에 행하는 쪽이 공구 교환 시간을 단축할 수 있다. 또한, 이동부가 가공 위치로 이동한 후, 저장부가 이격하는 동작을 실시할 때에 비해, 절삭 불량은 발생하지 않는다.

기술 방안 3의 제어 방법은, 워크를 가공하는 가공부에 장착한 대형 또는 상기 대형의 공구보다도 직경이 작은 소형의 공구를, 공구를 저장하는 복수의 저장부에 저장한 공구로 교환하는 교환부, 상기 교환부와 가공부가 설치되어 있고, 공구를 교환하는 교환 위치 및 워크를 가공하는 가공 위치의 사이를 이동하는 이동부 및 상기 저장부의 상기 교환부로의 접근 또는 이격을 행하는 액추에이터의 각 동작을, 공구를 교환하는 교환 명령에 기초하여 제어하는 제어 방법에 있어서, 상기 가공부에 장착되어 있는 공구의 후속으로 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 후속 공구 판정 스텝과, 상기 후속 공구 판정 스텝에서 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부에 접근하는 동작 및 상기 이동부가 상기 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제1 병행 실행 스텝과, 상기 제1 병행 실행 스텝에서 상기 양쪽 동작을 실행하였는지의 여부를 판정하는 동작 판정 스텝과, 상기 동작 판정 스텝에서 상기 양쪽 동작을 실행하였다고 판정하였을 때, 상기 교환부에 의한 공구의 교환을 실행하는 교환 실행 스텝을 구비한다. 따라서 기술 방안 1과 동일한 효과를 얻는다.

기술 방안 4의 제어 방법은, 상기 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정하는 종료 판정 스텝과, 상기 종료 판정 스텝의 실행 후, 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 저장 판정 스텝과, 상기 저장 판정 스텝에서 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부로부터 이격하는 동작 및 상기 이동부가 상기 가공 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제2 병행 실행 스텝을 더 구비한다. 따라서 기술 방안 2와 동일한 효과를 얻는다.

도 1은 공작 기계를 개략적으로 도시한 외관도.
도 2는 가공 축 근방의 구성을 개략적으로 도시한 종단면도.
도 3은 공구 매거진을 개략적으로 도시한 측면도.
도 4는 공구 매거진을 개략적으로 도시한 종단면도.
도 5는 교환 아암을 개략적으로 도시한 저면도.
도 6은 공작 기계의 블록도.
도 7은 비휘발성 기억 장치에 기억한 가공 프로그램과 공구 정보 테이블의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 가공 축에 장착한 공구 및 후속으로 가공 축에 장착되어야 하는 공구의 크기를 판정하여, 공구 교환을 실행하는 제어 장치에 의한 공구 판정 교환 처리를 설명하는 흐름도.
도 9는 가공 축에 장착하는 공구가 표준 공구일 시에 실행하는 제1 교환 처리를 설명하는 흐름도.
도 10은 제1 교환 처리의 공구 포트, 가공 축, 교환 아암의 동작을 설명하는 설명도.
도 11은 가공 축에 장착하는 공구가 대경 공구일 시에 실행하는 제2 교환 처리를 설명하는 흐름도.
도 12는 제2 교환 처리에 관한 공구 포트, 가공 축, 교환 아암의 동작을 설명하는 설명도.

본 발명의 실시 형태의 공작 기계를 도면에 기초하여 설명한다. 공작 기계는 베이스(1)를 구비하고, 베이스(1) 상에 컬럼(2)이 직립한다. 상하로 가늘고 긴 가이드 레일(4, 4)은 컬럼(2)의 일측면에 설치하고, 적당한 간격을 두고 대향한다. 주축 헤드(이동부)(3)는 가이드 레일(4, 4)에 연결되고, 가이드 레일(4, 4)은 주축 헤드(3)를 상하 방향으로 안내한다. 주축 헤드(3)는 후술하는 가공 축(9)을 탑재한다. Z축 이송 모터(5)는 컬럼(2)의 상부에 설치한다. 이송 나사(6)는 Z축 이송 모터(5)의 회전축에 연결되고, 가이드 레일(4, 4)의 사이를 하방으로 연장된다. 주축 헤드(3)는 이송 나사(6)에 연결되고, 또한 Z축 이송 모터(5)의 회전에 의해 상하 방향(Z축 방향)으로 이동한다.

테이블(7)은 베이스(1)에 설치하고, 수평면 방향(X축 방향, Y축 방향)으로 이동 가능하다. 워크는 테이블(7)에 배치한다. 주축 헤드(3)는 가공 축 모터(8)와, 가공 축(가공부)(9)과, 공구 매거진(10)을 탑재한다. 가공 축(9)은 주축 헤드(3)의 상하 이동에 의해 상방의 교환 위치와 하방의 가공 위치 사이를 이동한다(도 4 참조). 가공 축(9)은 가공 축 모터(8)의 구동에 의해 회전한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 가공 축(9)은 공구 설치부(11), 드로우 바(53), 공구 해제 핀(54)을 구비한다. 공구 설치부(11)는 공구(24)를 착탈 가능하게 보유 지지한다. 공구 해제 핀(54)은 드로우 바(53)를 통해 공구 설치부(11)에 연결된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 공구 교환 모터(15)는 주축 헤드(3)에 설치한다. 공구 교환 모터(15)는 캠 기구를 통해 공구 해제 핀(54)에 연결된다. 공구 교환 모터(15)가 공구 해제 핀(54)을 밀어 내렸을 때, 공구(24)는 공구 설치부(11)로부터 이탈한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공구 매거진(10)은 원환 형상의 공구 통로(10a)를 구비한다. 개구(10b)는 공구 통로(10a)의 최하부에 형성된다. 복수의 공구 포트(31)는 공구 통로(10a) 내에 수납된다. 각 공구 포트(31)는 공구(24)를 착탈 가능하게 저장한다. 공구 포트(31)는 매거진 모터(14)의 구동에 기초하여 공구 통로(10a) 내를 이동한다. 가공 축(9)에 장착한 공구(24)와 공구 포트(31)에 저장한 공구(24)를 교환할 때, 교환하는 공구(24)를 수납한 공구 포트(31)는 개구(10b)로 이동한다.

도 4는 공구 매거진(10)을 개략적으로 도시한 종단면이다. 공구 매거진(10)은 공구 포트(31)를 지지하는 지지축(161)을 구비한다. 지지축(161)은 공구 포트(31)를 회전 가능하게 지지한다. 래치 기구는 공구 포트(31)의 내에 설치한다. 래치 기구는 오목부(33), 압축 스프링(34), 볼(35)을 구비한다. 오목부(33)는 공구 포트(31)의 내주면에 형성된다. 압축 스프링(34)은 오목부(33) 내에 설치하고, 볼(35)을 공구 포트(31)의 내측을 향하여 가압한다. 공구(24)는 기단부에 풀 스터드(121)를 갖는다. 공구(24)를 공구 포트(31)에 강하게 압입하였을 때, 풀 스터드(121)는 볼(35)에 결합된다. 따라서 공구 포트(31)는 공구(24)를 보유 지지한다. 공구(24)를 공구 포트(31)로부터 강하게 뽑아냈을 때, 볼(35)은 풀 스터드(121)로부터 벗겨진다. 따라서 공구(24)는 공구 포트(31)로부터 이탈한다. 핀(162)은 공구 포트(31)의 후단부(도 4의 우측)에 설치한다. 공구 매거진(10)은 슬라이더(164)를 구비한다. 슬라이더(164)는 상하 방향으로 미끄럼 이동하고, 핀(162)을 결합하는 U자 홈(163)을 갖는다. 슬라이더(164)의 상부는 로드(171)에 연결된다. 로드(171)는 에어 실린더(170)에 접속한다. 에어 실린더(170)는 제어 신호에 의해 구동되어, 로드(171)의 상승ㆍ하강을 행한다. 공구 포트(31)가 개구(10b)로 이동하였을 때, 핀(162)은 U자 홈(163)에 결합된다. 에어 실린더(170)는 액추에이터에 상당한다.

도 4의 가상 선으로 나타내는 바와 같이, 로드(171)가 에어 실린더(170)의 구동에 의해 상승하였을 때, 공구 포트(31)는 지지축(161)을 지지점으로 하여 하측으로 90도 회전하여, 공구(24)는 하향으로 된다. 공구(24)가 하향으로 된 공구 포트(31)의 위치는, 후술하는 교환 아암(18)에 의한 공구 교환이 가능한 위치이다. 로드(171)가 에어 실린더(170)의 구동에 의해 하강하였을 때, 공구 포트(31)는 지지축(161)을 지지점으로 하여 상측으로 90도 회전하여, 공구(24)는 횡측을 향하게 된다. 공구 포트(31)의 위치는 교환 아암(18)에 의한 공구 교환이 불가능한 위치이다. 회전축(19)은 주축 헤드(3)에 설치되고, 하측으로 돌출된다. 회전축(19)은 가공 축(9)과 공구 매거진(10) 사이에 위치한다. 교환 아암(18)은 회전축(19)의 하단부에 설치한다.

도 5를 참조하여 교환 아암(18)에 대해 설명한다. 교환 아암(18)은 아암 본체(16), 개폐 가능한 핑거 쌍(17, 17)을 구비한다. 각 핑거 쌍(17, 17)은 아암 본체(16)의 양단부에 설치한다. 핑거 쌍(17, 17)은 아암 본체(16)의 중심에 대해 대칭의 위치에 있고, 아암 본체(16)로부터 외측으로 연장된다. 스프링(58, 59)은 핑거 쌍(17, 17)에 설치한다. 캠축(51)은 아암 본체(16)에 설치한다. 핑거 쌍(17, 17)은 캠축(51)의 구동과 스프링(58, 59)의 가압력에 의해 개폐된다. 회전축(19)은 캠 기구에 연결된다. 캠 기구는 공구 교환 모터(15)의 회전 운동을 상하 운동으로 변환한다. 회전축(19)은 공구 교환 모터(15)의 구동에 의해 상하 방향(축 방향)으로 이동한다. 회전축(19)이 상승하였을 때, 공구 교환 모터(15)의 회전력은 캠축(51)으로 전동되어, 핑거 쌍(17, 17)은 개폐된다. 핑거 쌍(17, 17)은 가공 축(9)에 장착한 공구(24) 또는 공구 포트(31)에 저장한 공구(24)를 파지한다.

공구 포트(31)에 저장한 공구(24)가 하방을 향하고 있을 때, 공구(24)는 핑거 쌍(17, 17)의 사이에 위치한다. 핑거 쌍(17, 17)은 공구(24)를 파지한다. 공구 포트(31)에 저장한 공구(24)가 횡측을 향하고 있을 때, 공구(24)는 핑거 쌍(17, 17)의 사이에 위치하지 않으므로 핑거 쌍(17, 17)은 공구(24)를 파지할 수 없다. 회전축(19)이 하강하여 아암 본체(16)가 회전하면, 핑거 쌍(17, 17)에 파지된 공구(24, 24)의 위치는 교체된다. 그 후, 회전축(19)은 상승하여 공구(24, 24)는 각각 공구 포트(31)에 저장되고, 가공 축(9)에 장착된다. 핑거 쌍(17, 17)은 공구(24, 24)를 놓는다. 공구 교환 모터(15)가 소정 수 회전하는 동안, 공작 기계는 핑거 쌍(17, 17)의 개폐 동작, 교환 아암(18)의 상하 동작과 회전 동작을 행한다. 교환 아암(18)은 주축 헤드(3)의 상하 이동에 기초하여 가공 축(9)과 함께 상하 방향으로 이동한다(도 4 참조). 교환 아암(18)은 가공 축(9)과 함께 상측에 위치하고 있을 때, 상술한 교환 동작을 행한다.

도 6을 참조하여 제어 장치(60)에 대해 설명한다. 공작 기계는 가공 동작과 공구 교환 동작을 제어하는 제어 장치(60)(제어부)를 구비한다. 제어 장치(60)는 CPU(61), 제어 프로그램을 저장한 ROM(62), 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(63), 비휘발성 기억 장치(64)를 구비한다. CPU(61)는 ROM(62)에 기억한 제어 프로그램을 RAM(63)에 판독하고, 후술하는 공구 판정 교환 처리, 제1 교환 처리, 제2 교환 처리 등을 실행한다. 제어 장치(60)는 입력 인터페이스(65), 출력 인터페이스(66)를 구비한다. 비휘발성 기억 장치(64)는 후술하는 가공／공구 교환 프로그램, 공구 정보 테이블 등을 기억한다. 비휘발성 기억 장치(64)는, EEPROM, 플래시 메모리, EPROM 등을 사용한다. 공작 기계는 입력 장치(50), 아암 센서(180), Z축 센서(90), 포트 하강 센서(31a), 포트 상승 센서(31b)를 구비한다. 입력 장치(50)는 키보드 또는 터치 패널 등으로 이루어지고, 조작을 접수한다. 아암 센서(180)는 교환 아암(18)이 원점까지 상승하였는지 여부를 검출한다. Z축 센서(90)는 가공 축(9)이 공구를 교환하는 교환 위치까지 상승하였는지 여부를 검출한다. 포트 하강 센서(31a)는 개구(10b)에 있어서의 공구 포트(31)의 하측 회전을 검출한다. 포트 상승 센서(31b)는 개구(10b)에 있어서의 공구 포트(31)의 상측 회전을 검출한다. 입력 장치(50), 아암 센서(180), Z축 센서(90), 포트 하강 센서(31a), 포트 상승 센서(31b)는 입력 인터페이스(65)를 통해 제어 장치(60)에 신호를 입력한다. 공작 기계는 X 모터(71), Y 모터(72), 표시 장치(51)를 구비한다. 테이블(7)은 X 모터(71)의 구동에 기초하여 도 1의 화살표 X 방향으로 이동하고, Y 모터(72)의 구동에 기초하여 도 1의 화살표 Y 방향으로 이동한다. 표시 장치(51)는 다양한 정보를 표시한다. 제어 장치(60)는 출력 인터페이스(66)를 통해 X 모터(71), Y 모터(72), 에어 실린더(170), 표시 장치(51), Z축 이송 모터(5), 가공 축 모터(8), 매거진 모터(14), 공구 교환 모터(15)에 제어 신호를 출력한다. 공작 기계는 포트 식별 센서(40)를 구비한다. 포트 식별 센서(40)는 투광 소자(41), 수광 소자(42), 포트 식별판(43)을 구비한다. 포트 식별판(43)은 투광 소자(41)와 수광 소자(42) 사이에 위치하고, 공구 매거진(10)에 설치되어 있다. 포트 식별판(43)은 각 공구 포트(31)를 개별로 식별하는 광투과부를 구비한다. 광투과부는 각 공구 포트(31)에 대응한 패턴을 갖는다. 포트 식별판(43)은 복수의 공구 포트(31)와 일체적으로 회전한다. 제어 장치(60)는 출력 인터페이스(66)를 통해 투광 소자(41)에 투광 신호를 입력한다. 수광 소자(42)는 광투과부의 각 패턴에 따른 광을 수광한다. 수광 소자(42)는 입력 인터페이스(65)에 수광 신호를 출력한다. CPU(61)는 수광 신호에 기초하여 개구(10b)로 어떤 공구 포트(31)가 반송되었는지를 검출한다. 소정의 공구 포트(31)가 반송된 것을 검출하였을 때, 제어 장치(60)는 매거진 모터(14)를 정지하여, 소정의 공구(24)를 개구(10b)에 위치 결정한다.

도 7a에 나타낸 가공 프로그램에 대해 설명한다. G100은 공구 교환 명령을 나타내고, T는 후속으로 가공 축(9)에 장착하는 공구(24)의 식별 번호를 나타낸다. 예를 들어, 도 7a의 p행째는 공구 교환 명령(G100)이고, 후속으로 교환하는 공구(24)는 6번(T6)인 것을 나타낸다. r＋1행째는 가공 명령(G50)이고, 2번의 공구로 Xn, Yn, Zn 위치에서 가공하는 것을 나타낸다. Xn, Yn, Zn은 각각 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 위치를 나타낸다.

도 7b에 나타낸 공구 정보 테이블에 대해 설명한다. 공구 정보 테이블은 식별 번호, 치수 정보, 위치 정보를 대응시켜 저장한다. 식별 번호는 공구(24)를 식별하는 번호이다. 치수 정보는 공구(24)가 대경 공구인지 표준 공구인지를 나타낸다. 위치 정보는 공구(24)가 각 공구 포트(31) 또는 가공 축(9) 중 어느 곳에 위치하는지를 나타낸다. CPU(61)는 공구(24)의 교환에 따라서 공구 정보 테이블을 재기입한다. 표준 공구의 직경은, 대경 공구의 직경보다도 작다.

도 8 내지 도 12를 사용하여 공구 교환의 처리에 대해 설명한다. 도 8의 처리는 후속으로 실행하는 지령이 공구 교환 지령일 때에 기동한다. 공구 교환 명령(G100)을 나타내는 프로그램을 판독하였을 때, CPU(61)는 공구 정보 테이블을 참조하여, 후속으로 가공 축(9)에 장착하는 공구가 대경 공구인지 여부를 판정한다(스텝 S1). 가공 축(9)에 장착하는 공구가 대경 공구가 아닐 때(스텝 S1 : 아니오), CPU(61)는 후술하는 제1 교환 처리를 실행한다(스텝 S2). 가공 축(9)에 장착하는 공구가 대경 공구인 경우(스텝 S1 : 예), CPU(61)는 후술하는 제2 교환 처리를 실행한다(스텝 S3). 가공 축(9)에 장착하는 공구가 대경 공구가 아닐 때, 공구 매거진(10)은 공구 교환 명령의 T에 기술한 표준 공구를 저장한 공구 포트(31)를 개구(10b)로 미리 반송한다. 이때, 공구 포트(31)는 횡측을 향하고, 가공 축(9)은 가공 위치에 있다(도 10a 참조). CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력하면, 공구 포트(31)는 하측 회전한다. 동시에 CPU(61)는 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력한다. 가공 축(9)은 교환 위치로 이동한다(스텝 S61). CPU(61)는, 공구 포트(31)가 하측 회전하고, 가공 축(9)이 교환 위치에 존재하는지 여부를 판정한다(스텝 S62). CPU(61)는 포트 하강 센서(31a), Z축 센서(90)의 출력을 도입하여, 상기 판정을 실행한다. 공구 포트(31)가 하측 회전하고 있지 않거나, 또는 가공 축(9)이 교환 위치에 존재하지 않을 때(스텝 S62 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구 포트(31)가 하측 회전하고, 가공 축(9)이 교환 위치에 존재할 때(스텝 S62 : 예, 도 10b), CPU(61)는 공구 교환 모터(15)에 구동 신호를 출력한다. CPU(61)는 가공 축(9)에 장착한 표준 공구를 공구 포트(31)에 저장한 표준 공구로 교환한다(스텝 S63). CPU(61)는 아암 센서(180)의 출력을 도입하여, 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정한다(스텝 S64). 공구의 교환이 종료되어 있지 않을 때(스텝 S64 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구의 교환이 종료하였을 때(스텝 S64 : 예, 도 10c), CPU(61)는 공구 교환 후에 공구 포트(31)에 저장한 공구가 표준 공구인지 여부를 판단한다(스텝 S65). 공구 교환 후에 공구 포트(31)에 저장한 공구가 표준 공구일 시(스텝 S65 : 예), CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력한다. 공구 포트(31)는 상측으로 회전한다. CPU(61)는 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력한다. 가공 축(9)은 가공 위치로 이동한다(스텝 S66). 공구 포트(31)의 동작과 가공 축(9)의 가공 위치로의 이동은 동시에 행한다(도 10d). 도 10d는 공구 포트(31)가 상측으로 이동하는 도중의 상태를 도시한다.

공구 교환 후에 공구 포트(31)에 저장한 공구가 대경 공구일 시(스텝 S65 : 아니오), CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력한다. 공구 포트(31)는 상측으로 회전한다(스텝 S67). CPU(61)는 포트 상승 센서(31b)의 출력을 도입하여, 공구 포트(31)가 대략 90도 상측으로 회전하였는지 여부를 판정한다(스텝 S68). 공구 포트(31)가 상측으로 회전하고 있지 않을 때(스텝 S68 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구 포트(31)가 대략 90도 상측으로 회전하였을 때(스텝 S68 : 예, 도 10e), CPU(61)는 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력한다. 가공 축(9)은 가공 위치로 이동한다(스텝 S69, 도 10f). 대경 공구를 저장한 공구 포트(31)가 먼저 상측에 위치한 후, 가공 축(9)은 가공 위치로 이동한다. 그로 인해 교환 아암(18)은 대경 공구와 간섭하지 않는다. S1에 있어서, 가공 축(9)에 장착하는 공구가 대경 공구일 시, 공구 매거진(10)은 공구 교환 명령의 T에 기술한 대경 공구를 저장한 공구 포트(31)를 개구(10b)로 미리 반송한다. 이때, 공구 포트(31)는 횡측을 향하고, 가공 축(9)은 가공 위치에 있다(도 12a 참조). CPU(61)는 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력하고, 가공 축(9)은 교환 위치로 이동한다(스텝 S71). CPU(61)는 가공 축(9)이 교환 위치에 존재하는지 여부를 판정한다(스텝 S72). 가공 축(9)이 교환 위치에 존재하지 않을 때(스텝 S72 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 가공 축(9)이 교환 위치에 존재할 때(스텝 S72 : 예, 도 12b), CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력하므로, 공구 포트(31)는 하측으로 회전한다(스텝 S73). CPU(61)는 공구 포트(31)가 하측 회전하였는지 여부를 판정한다(스텝 S74). 공구 포트(31)가 하측 회전하고 있지 않을 때(스텝 S74 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구 포트(31)가 하측 회전하였을 때(스텝 S74 : 예, 도 12c), CPU(61)는 공구 교환 모터(15)에 구동 신호를 출력하므로, 가공 축(9)에 장착한 공구는 공구 포트(31)에 저장한 공구와 교환한다(스텝 S75). CPU(61)는 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정한다(스텝 S76). 공구의 교환이 종료되어 있지 않을 때(스텝 S76 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구 교환이 종료하였을 때(스텝 S76 : 예, 도 12d), CPU(61)는 공구 포트(31)에 저장한 공구가 표준 공구인지 여부를 판단한다(스텝 S77). 공구 포트(31)에 저장한 공구가 표준 공구일 시(스텝 S77 : 예), CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력하여, 공구 포트(31)를 상측으로 회전시키고, 또한 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력하므로, 가공 축(9)은 가공 위치로 이동한다(스텝 S78, 도 12e). CPU(61)는 공구 포트(31)의 동작과 가공 축(9)의 가공 위치로의 이동을 동시에 행한다. 도 12e는 공구 포트(31)가 상측으로 이동하는 도중의 상태를 도시하고 있다. 공구 포트(31)에 저장한 공구가 대경 공구일 시(스텝 S77 : 아니오), CPU(61)는 에어 실린더(170)에 구동 신호를 출력하므로, 공구 포트(31)는 대략 90도 상측으로 회전한다(스텝 S79). CPU(61)는 포트 상승 센서(31b)의 출력을 도입하여, 공구 포트(31)가 대략 90도 상측으로 회전하였는지 여부를 판정한다(스텝 S80). 공구 포트(31)가 상측으로 회전하고 있지 않을 때(스텝 S80 : 아니오), CPU(61)는 대기한다. 공구 포트(31)가 상측으로 회전하였을 때(스텝 S80 : 예, 도 12f), CPU(61)는 Z축 이송 모터(5)에 구동 신호를 출력하므로, 가공 축(9)은 가공 위치로 이동한다(스텝 S81, 도 12g).

실시 형태의 공작 기계와 제어 방법은, 가공 축(9)에 장착한 공구와 공구 포트(31)에 저장한 공구가 모두 표준 공구일 때, 공구 포트(31)가 교환 아암(18)에 접근하는 동작과 가공 축(9)[주축 헤드(3)]이 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행한다. 공작 기계와 제어 방법은, 교환 아암(18)에 의한 공구의 교환이 종료하였을 때, 공구 포트(31)가 교환 아암(18)으로부터 이격하는 동작과 가공 축(9)[주축 헤드(3)]이 가공 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행한다. 표준 공구는 소형이므로 교환 아암(18)에 접촉하지 않는다. 교환 시간은 단축된다.

공구 정보 테이블을 비휘발성 기억 장치(64)에 기억하지만, 재기입 가능한 비휘발성 메모리를 별도 설치하고, 상기 메모리에 기억해도 된다. 하드 디스크를 설치하고, 상기 하드 디스크에 공구 정보 테이블을 기억해도 된다.

실시 형태의 공구 포트(31)는 공구 교환할 때, 횡측의 상태로부터 하측으로 90도 회전하지만, 각도는 90도 이외의 각도이어도 된다. 횡측 방향의 상태는 수평이 아닌 약간 경사 하방, 또는 경사 상방을 향하고 있어도 된다. 모든 공구 포트가 하향이어도 된다. 공구 포트는, 공구 교환할 때에 교환 아암의 핑거 쌍이 공구를 파지할 수 있는 위치로 이동(평행 이동)한다.

또한, CPU(61)가 실행하는 스텝 S1은 후속 공구 판정 스텝이고, S61은 제1 병행 실행 스텝, S62는 동작 판정 스텝, S63은 교환 실행 스텝, S64는 종료 판정 스텝, S65는 저장 판정 스텝, S66은 제2 병행 실행 스텝이다.

Claims

대형 또는 상기 대형의 공구보다도 직경이 작은 소형의 공구를 각각 저장하는 복수의 저장부(31)와, 상기 저장부에 저장한 공구를 장착하여 워크를 가공하는 가공부(9)와, 상기 가공부에 장착한 공구를 교환하는 교환부(18)와, 상기 교환부 및 가공부와 함께 공구를 교환하는 교환 위치 및 워크를 가공하는 가공 위치의 사이를 이동하는 이동부(3)와, 상기 저장부의 상기 교환부로의 접근 또는 이격을 행하는 액추에이터(170)와, 공구를 교환하는 교환 명령을 기억하는 기억부(64)와, 공구를 식별하는 식별 정보 및 상기 식별 정보에 대응지어져 있고, 대형 또는 소형의 각각을 나타내는 치수 정보를 기억하는 공구 정보 테이블과, 상기 공구 정보 테이블 및 교환 명령에 기초하여, 상기 이동부, 액추에이터 및 교환부의 동작을 제어하고, 가공부에 장착한 공구와 저장부에 저장한 공구의 교환을 실행하는 제어부(60)를 구비하는 공작 기계에 있어서,
상기 제어부는,
상기 가공부에 장착되어 있는 공구의 후속으로 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 후속 공구 판정 장치(61)와,
상기 후속 공구 판정 장치에서 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부에 접근하는 동작 및 상기 이동부가 상기 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제1 병행 실행 장치(61)와,
상기 제1 병행 실행 장치에서 상기 양쪽 동작을 실행하였는지 여부를 판정하는 동작 판정 장치(61)와,
상기 동작 판정 장치에서 상기 양쪽 동작을 실행하였다고 판정하였을 때, 상기 교환부에 의한 공구의 교환을 실행하는 교환 실행 장치(61)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정하는 종료 판정 장치(61)와,
상기 종료 판정 장치에서 상기 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였다고 판정한 후, 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 저장 판정 장치(61)와,
상기 저장 판정 장치가 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부로부터 이격하는 동작 및 상기 이동부가 상기 가공 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제2 병행 실행 장치(61)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
워크를 가공하는 가공부에 장착한 대형 또는 상기 대형의 공구보다도 직경이 작은 소형의 공구를, 공구를 저장하는 복수의 저장부(31)에 저장한 공구로 교환하는 교환부(18), 상기 교환부 및 가공부가 설치되어 있고, 공구를 교환하는 교환 위치 및 워크를 가공하는 가공 위치의 사이를 이동하는 이동부(3) 및 상기 저장부의 상기 교환부로의 접근 또는 이격을 행하는 액추에이터(170)의 각 동작을, 공구를 교환하는 교환 명령에 기초하여 제어하는 제어 방법에 있어서,
상기 가공부에 장착되어 있는 공구의 후속으로 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 후속 공구 판정 스텝(S1)과,
상기 후속 공구 판정 스텝에서 상기 가공부에 장착하는 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부에 접근하는 동작 및 상기 이동부가 상기 교환 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제1 병행 실행 스텝(S61)과,
상기 제1 병행 실행 스텝에서 상기 양쪽 동작을 실행하였는지 여부를 판정하는 동작 판정 스텝(S62)과,
상기 동작 판정 스텝에서 상기 양쪽 동작을 실행하였다고 판정하였을 때, 상기 교환부에 의한 공구의 교환을 실행하는 교환 실행 스텝(S63)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 교환부에 의한 공구의 교환이 종료하였는지 여부를 판정하는 종료 판정 스텝(S64)과, 상기 종료 판정 스텝의 실행 후, 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구인지 여부를 판정하는 저장 판정 스텝(S65)과,
상기 저장 판정 스텝에서 상기 저장부에 저장한 공구가 소형의 공구라고 판정하였을 때, 상기 저장부가 상기 교환부로부터 이격하는 동작 및 상기 이동부가 상기 가공 위치로 이동하는 동작을 병행적으로 실행하는 제2 병행 실행 스텝(S66)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.