WO2017183642A1 - 工作機械用自動工具交換システム - Google Patents

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WO2017183642A1
WO2017183642A1 PCT/JP2017/015614 JP2017015614W WO2017183642A1 WO 2017183642 A1 WO2017183642 A1 WO 2017183642A1 JP 2017015614 W JP2017015614 W JP 2017015614W WO 2017183642 A1 WO2017183642 A1 WO 2017183642A1
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tool
address
magazine
machining
management mode
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彰浩 北村
耕作 北村
滋 山田
貴司 浅野
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キタムラ機械株式会社
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    • Y10T483/1752—Tool changer between spindle and matrix including tool holder pivotable about axis
    • Y10T483/1755—Plural tool holders pivotable about common axis

Definitions

  • the present invention relates to an automatic tool change system for selecting a specific tool from a magazine storing a large number of tools and mounting the selected tool on a rotating spindle of a machine tool body and storing a tool removed from the rotating spindle in a magazine.
  • the tool attached to the rotating spindle of the machine tool body is also automatically and appropriately replaced at each machining stage according to a predetermined machining program.
  • the automatic tool change system provided in the machining center as described above mainly includes a magazine storing a plurality of tools, and a changer for transferring and changing tools between the rotating spindle and the magazine.
  • the drive unit is controlled in conjunction with the control unit.
  • the magazine includes a drum type and a chain type. When the number of tools to be stored is very large, a configuration including a plurality of magazines is also employed.
  • the tools are respectively inserted into common pots stored in the magazine storage units while being attached to a common tool holder, and the tools taken out from the pots are pulled at the end of the tool holder.
  • Is attached to the rotary spindle by being detachably clamped by a clamp mechanism provided at the tip of the rotary spindle.
  • Tool change by the automatic tool change system is performed by requesting removal of the tool used at each machining stage according to the machining program, and the magazine storage unit for the tool specified at each stage. Then, the address is determined and the storage unit is selectively moved, and the tool positioned at the replacement position is automatically replaced with the used tool mounted on the rotating spindle. Normally, a tool number is assigned to each tool, and management is performed using this tool number.
  • a tool file is created as a correspondence table together with information such as the tool number, tool name or tool type and information such as tool diameter and tool length, and each tool is stored based on this tool file when storing the tool in the magazine.
  • the correspondence between the address of the part and the tool number of the tool stored in the address is registered in the control unit, for example, the storage unit of the NC device, as tool information, so that the magazine can be used after specification of the tool at each processing stage.
  • the tool can be managed by the tool number until it is returned to.
  • the corresponding magazine is driven so that the storage unit for the tool subject to the automatic tool change system moves to a predetermined standby position, and the tool or tool is moved from the standby position to the replacement position. -The tool is changed after the pot is transported.
  • the first tool to be mounted next is moved from the magazine to the standby position via the moving arm and the guide, and the second tool after use is moved between the standby position and the rotation spindle.
  • a method of exchanging with a tool is adopted.
  • the changer control unit specifies the position (address) on which magazine the first tool to be mounted next is located, rotates the magazine, positions the address to a predetermined location, The first tool is moved together with the pot to the guide entrance and guided to the standby position via this guide.
  • the first tool / pot is placed at the standby position, and the rotating spindle is also placed at the replacement position.
  • the position of both tools is changed by rotating the exchange arm by 180 ° C., and then the first tool is mounted on the rotating spindle and the second tool is put into an empty pot at the standby position. insert.
  • the method includes a fixed address method in which each tool is returned to a predetermined position (address) on the magazine, and an address that is free at the time of replacement.
  • a memory random method for returning to a position after a tool or a tool / pot to be mounted is extracted.
  • the magazine address where the tool taken out for the next use was stored exists in an empty state, and the used tool or tool / pot is returned to this empty address. Therefore, there is no need to move the address by rotating the magazine when returning the tool, and the tool change time is the shortest.
  • the used address is changed to the previous one because the used tool is stored in the empty address of the magazine when it is replaced. Therefore, if this is repeated, the address stored for each tool will be changed one after another, which makes the tool management cumbersome and troublesome for the operator, causing mistakes in management. There was a problem that it was easy. When such a management error occurs, there is a risk that an incorrect tool will be used in subsequent machining operations.
  • the fixed address type can be easily adopted, or if the fixed address type is used, each tool change time becomes too long and only the memory random method can be used. There is a thing of structure.
  • an object of the present invention is to obtain an automatic tool change system in which tool management can be arbitrarily selected by a fixed address method and a memory random method in the same machining center.
  • an automatic tool change system for a machine tool performs a series of machining operations on a workpiece while exchanging tools at different machining stages according to a predetermined machining program.
  • An automatic tool change system for machine tools One or more magazines in which tools are individually stored for each of a plurality of storage units each assigned an address; A tool changer for exchanging the used tool mounted on the rotation spindle of the machine tool body and the next used tool waiting at the change position; A control unit that drives and controls the tool changer and the drive unit of the magazine, The controller is A storage unit for storing tool information in which a correspondence relationship between each tool and a storage unit address of a magazine storing the tool is registered; Changing means for changing the tool information; The tool to be used in each machining step is sequentially designated according to the machining program, and the magazine is driven so that the designated tool comes to the replacement position at a predetermined timing based on the tool information.
  • a tool change instruction unit that moves the storage unit of the corresponding address of the tool to a predetermined position, The first tool management mode that performs tool management with the fixed address method that returns the used tool to the registered corresponding address, and the used tool at the address of the empty magazine where the tool to be used next was stored
  • a second tool management mode in which the tool management is performed in a memory random manner in which the correspondence between the used tool and the address stored and registered in the tool information is changed by the change processing unit is switchable. It is characterized by.
  • a machine tool automatic tool change system is the machine tool automatic tool change system according to claim 1, wherein the first tool management mode and the second tool management mode are selectively used.
  • the tool management mode switching means for switching to the above there is provided a changeover switch provided on the operation panel of the NC device connected to the machine tool main body.
  • a machine tool automatic tool change system is the machine tool automatic tool change system according to claim 1 or 2, wherein the magazine moved to the predetermined position for tool change is provided.
  • the apparatus further includes a transfer device that moves the tool from the storage unit to the replacement position.
  • the automatic tool change system for machine tools according to the invention of claim 4 is the automatic tool change system for machine tools according to any one of claims 1 to 3, wherein the tool information is given to each tool.
  • the first tool management mode of the fixed address method and the second tool management mode of the memory random method can be selected according to the machining program. Therefore, it is possible to perform automatic tool change at each machining stage more efficiently with tool management of a method more suitable for each machining program, and the work efficiency can be improved throughout the machining program. .
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows notionally the structure of the automatic tool change system by one Example of this invention. It is a schematic block diagram which shows the example of a machining center provided with the automatic tool change system of this invention, (a) is a side view mainly of a machine tool main body, (b) is a schematic plan view of a magazine. It is a flowchart figure explaining the flow of operation
  • the present invention provides an automatic tool change system for machine tools that performs a series of machining operations on a workpiece while exchanging tools at different machining stages according to a predetermined machining program.
  • a tool changing device that controls the driving of the tool changing device and the magazine, and the control unit corresponds to each tool and the address of the magazine storing portion in which the tool is stored.
  • a storage unit that stores the tool information in which the relationship is registered, a change unit that changes the tool information, and a tool that is used in each machining step in accordance with the machining program are sequentially specified.
  • a tool change instruction unit that drives the magazine so that the designated tool comes to the change position at a predetermined timing based on the tool information, and moves the storage portion of the corresponding address of the tool to a predetermined position;
  • a first tool management mode for performing tool management by a fixed address method for returning a used tool to a registered corresponding address, and a tool to be used next is vacant.
  • a second tool management mode for performing tool management in a memory random method in which the change processing unit changes the correspondence between the used tool and the address stored in the magazine address and registered in the tool information. It is provided so that it can be switched.
  • the first tool management mode of the fixed address method is selected. Therefore, it is not necessary to change the tool information every time the tool is changed, and management errors by the operator can be avoided.
  • control unit determines the start of automatic tool change at each machining stage in accordance with the machining program, and determines the address of the magazine storage unit in which the tool specified to be used next is stored.
  • the magazine drive unit is driven to rotate and the magazine is rotated to move the storage unit at the address to the replacement position.
  • the storage unit address of the designated tool is pre-registered in the storage unit provided in the control unit. Can be performed based on the tool information.
  • the tool information is the correspondence between the address of the magazine storage unit and the tool stored in the address, but it is easy to manage the tool with the tool number assigned to each tool, as in the past.
  • a tool file is created as a correspondence table together with information such as the tool number and the type of the tool along with the diameter and length, etc.
  • the tool number and The correspondence with the storage unit address can be registered in the storage unit as tool information.
  • the tool management mode may be selected.
  • the selected tool management mode may be set for each machining program in advance, but may be arbitrarily selected by the operator. Furthermore, in a machining program for one workpiece, if there are very many machining stages, there will be a part that continues with a machining stage that is suitable for management with a fixed address method and a part that continues with a machining stage that is suitable for management with a memory random method. Can be switched even during the machining program.
  • a switch is provided as a tool management mode switching means for selectively switching the tool management mode on a simple operation panel, the operator can easily select a tool management mode suitable for the machining program with the switch. be able to. In this case, it is desirable to set so that the tool management mode selection screen is displayed on the display unit.
  • the control unit or the magazine drive unit is turned on.
  • the magazine is rotated by driving control, and the storage unit of the address corresponding to the used tool registered in the tool information is positioned at the replacement position. After the positions of both tools are exchanged, the used tool is returned to the storage unit at the original address.
  • the magazine is left in a state without being driven to rotate, and the position is
  • the used tool that has been replaced contains the next tool until immediately before, and is stored in the magazine storage section at the replacement position in an empty state at the present time.
  • This update can be performed when the operator inputs a change to the corresponding part in the tool information registered in the storage unit.
  • control unit displays an instruction to update tool information on the display unit of the NC device operation panel, and the operator uses the keyboard or the like provided on the operation panel of the NC device as a changing unit to store the tool information in the storage unit.
  • the tool information may be updated by performing an input operation for changing the tool number of the tool to correspond to the address of the magazine storage unit at the replacement position where the used tool is stored.
  • the magazine can be configured to move the storage section itself at the target address to the replacement position by simply rotating the magazine.
  • a plurality of magazines are installed.
  • the apparatus further includes a transfer device that moves the tool from the magazine to the replacement position. That is, the storage unit at the target address of the magazine is first moved to a predetermined position for transfer by drive control by the control unit, and the transfer device moves the tool of the storage unit that has reached this predetermined position to the replacement position by the transfer device. Is. In this case, the movement of the tool from the predetermined position to the replacement position may be kept inserted in the pot.
  • FIG. 1 to 3 show an automatic tool change system for machine tools according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an automatic tool changing system in this embodiment
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a machining center provided with the automatic tool changing system of this embodiment. Is a side view of the machine tool main body
  • (b) is a schematic plan view of the magazine.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the flow of the operation of the automatic tool change system according to the present embodiment. The operation of the machining unit of the machine tool body to be synchronized is shown in a simplified manner with the details omitted.
  • the machine tool body 2 of the machining center 1 is connected to an NC device 10 and is numerically controlled.
  • the machining unit 3 and an automatic tool change (ATC) system are operated according to a machining program input to the control unit 11 of the NC device 10. Are controlled so that their operations are synchronized with each other.
  • ATC automatic tool change
  • a rotating spindle 6 is provided below a spindle head 5 that is driven and controlled in the Z direction, with respect to a workpiece placement table 4 that is driven and controlled in the XY directions.
  • a clamping device (not shown) is provided at the lower end of the rotating main shaft 6, and the tool T is obtained by clamping a pull stud bolt at the tip of the tool holder to which the tool T is fitted by the clamping device. Mounted on the rotary spindle 6. The tool T can be detached from the rotary spindle 6 by the drive control of the clamp device to the open state.
  • a magazine 7 and a tool changer 8 constituting an automatic tool change system are installed on the side of the processing unit 3.
  • a plurality of pots P in which the tools T are inserted and held from the tool holder side are continuously provided as storage parts, and addresses are assigned to the pots P in order.
  • the magazine 7 is rotationally driven by the control unit 11 so that the pot P at an arbitrary address is selectively positioned at a predetermined replacement position.
  • both ends of an exchange arm 9 extending in a T shape centering on a vertical rotating shaft is a gripping part capable of releasing the tool T, and one end is for exchanging the magazine 7.
  • the next tool T positioned at the position is gripped, the other end of the tool T mounted on the rotating spindle 6 positioned at the replacement position is gripped, and removed from the pot P and the rotating spindle 6 respectively.
  • the positions of the tools T can be exchanged by exchanging them 180 degrees around the rotation axis.
  • the correspondence between the tool T and the pot address is registered in the storage unit 12 as tool information.
  • a tool number is assigned to each tool T in advance, and a tool file is created in which each tool number is associated with tool data such as a tool name and / or a tool type, a tool diameter, and a tool length. Therefore, tool management can also be performed with the tool number based on this tool file in the tool information.
  • the control unit 11 is provided with a first tool management mode M1 for managing a tool used by a fixed address method during execution of a machining program and a second tool management mode M2 for managing a memory random method. These management modes are selectively switched by setting for each machining program or by the operation of the selector switch 15 of the operation panel 13 by the operator.
  • step S00 When the “machining program is output (step S00)” input to the control unit 11 of the NC device 10, “automatic tool change command to the tool change system (step Sc01)” and “the machining unit 3 of the machine tool body 2”.
  • the processing command (step Sm01) "is started.
  • “selection of a tool management mode (step Sc02)” is performed by setting a machining program or an operation by an operator.
  • the tool change operation in the first tool management mode M1 is “started (step Sc13)”, and thereafter the tool management mode is changed. As long as there is no switching, the tool change operation routine in the first tool management mode is repeated until the last machining stage of the machining program.
  • the machining section 3 starts the “machining operation (step Sm02)” in the machining stage according to the “machining command (step Sm01)”, and when the end of the machining stage is near, the automatic tool change system side: “Designation of tool (number) (step Sc14)” used in the next machining stage is performed, and “magazine of designated next tool” is based on “tool information (TI)” registered in the storage unit 12. 7 ”and the fixed address of the post-use tool attached to the rotary spindle 6 are determined (step Sc15).
  • step Sc16 “Magazine 7 rotational drive (step Sc16)” is performed to move the fixed address to the tool change position. “The next tool is positioned at the replacement position (step Sc17)” stored in the pot P at the fixed address, and enters a standby state.
  • step Sm03 the machining stage 3 finishes the machining step and “machining operation is stopped
  • step Sm04 the spindle 6 is moved together with the spindle head 5, and the “after use attached to the spindle 6”
  • the tool is positioned at the replacement position (step Sm04).
  • step Sc20 The next tool is mounted on the rotary spindle 6 and the used tool is stored in the pot P at the fixed address moved to the replacement position (step Sc20)”.
  • the machining unit 3 when the next tool is mounted on the rotary spindle 6, the spindle head 5 is driven, and "the rotary spindle 6 and the tool are moved to the machining start position (step Sm05)", and the next machining stage is performed. “Machining operation is started (step Sm06)”. Thereafter, in each processing stage, the steps from the above-described tool number designation to the replacement of the next tool and the tool after use, the spindle mounting and storage are repeated.
  • the tool is mounted on the rotary spindle 6 in the same steps as the operation related to the next tool in the automatic tool change.
  • the rotation spindle 6 is first moved to the replacement position. Thereafter, when the tool is mounted on the rotation spindle 6 by the tool changer in the same steps as described above, the rotation spindle 6 moves to the machining start position. It is moved and the processing operation of the first processing stage is started.
  • step Sc22 When the “second tool management mode M2 (step Sc22)” of the memory random method is selected, when the tool change operation is “started (step Sc23)”, the tool management mode is not changed thereafter. The routine of the tool change operation in the second tool management mode is repeated until the last machining stage of the machining program.
  • the machining unit 3 starts the “machining operation (step Sm02)” in the machining stage, and when the end of the machining stage is approaching, the automatic tool changer system side “tools (used in the next machining stage” (Designation of number) (step Sc24) "and based on” tool information (TI) "registered in the storage unit 12," determining the storage address of the designated next tool in the magazine 7 (step Sc25) " Is made.
  • step Sc26 rotary drive of the magazine 7
  • step Sc27 change position
  • a tool information update screen is displayed on the display unit 14.
  • the operator changes the corresponding address of the post-use tool from the previous one to the address of the current pot P stored in the post-use tool by using an input means such as a keyboard of the operation panel 13, and updates the "update tool information (step Sc30) ". Thereafter, the steps from the tool number designation as described above to the update of the tool information by changing the address after use are repeated in each machining stage.
  • a more preferable tool management mode can be selected in accordance with the contents of the machining program executed in the machining center 1, and various machining operations can be performed.
  • Each program can perform efficient automatic tool change.
  • the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention is also effective in a chain-type magazine.
  • a conveying device that moves the tool between the magazine and the replacement position may be provided, and the conveying device may be movable between the magazines.

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Abstract

同一のマシニングセンタにおいて、工具管理を固定番地方式とメモリーランダム方式とで任意に選択できる自動工具交換システムであって、工具交換装置及びマガジンの駆動部を制御する制御部が、各工具とマガジンの収納部の番地との対応関係が登録された工具情報を記憶する記憶部と、工具情報の変更を行う変更手段と、加工プログラムに沿って各加工段階で使用される工具を順次指定し、工具情報に基づいて指定された工具が予め定められたタイミングで交換位置に来るようにマガジンを駆動させて該工具の対応番地の収納部を所定位置へ移動させる工具交換指示部と、を有し、使用後の工具を対応番地に戻す固定番地方式による第１工具管理モードと、使用後の工具を次に使用する工具が収納されていた空いた番地に収納して工具情報の使用後工具と番地との対応関係を変更手段で変更するメモリーランダム方式による第２工具管理モードとを互いに切換可能に備えている。

Description

工作機械用自動工具交換システム
　本発明は、多数の工具を収納したマガジンから特定の工具を選択して工作機械本体の回転主軸に装着すると共に、回転主軸から取り外した工具をマガジンに収納する自動工具交換システムに関するものである。
　工作機械本体がＮＣ装置によって数値制御される所謂マシニングセンタでは、工作機械本体の回転主軸に取り付けられる工具の交換も、予め定められた加工プログラムに従って各加工段階で適宜自動的に交換される。
　このようにマシニングセンタに備えられている自動工具交換システムは、主に、複数の工具が収納されたマガジンと、回転主軸とマガジンとの間で工具の搬送・交換を行うチェンジャーとから構成され、各駆動部が制御部によって連動して制御されるものが一般的である。マガジンには、ドラム型やチェーン型などがあるが、収納すべき工具数が非常に多い場合は、複数のマガジンを備える構成も採用されている。
　工具は、例えば共通する工具ホルダーに取り付けられた状態でそれぞれマガジンの収納部に収納された共通するポット内にそれぞれ挿入されており、ポットから取り出された工具は、工具ホルダー端部のプルスタッドボルトが回転主軸の先端部に設けられたクランプ機構に着脱可能にクランプされることによって回転主軸に装着される。
　自動工具交換システムによる工具交換は、加工プログラムに沿って、各加工段階でそれぞれ使用される工具の取出しが要求されて行われるものであり、各段階で指定された工具に対してマガジンにおける収納部及び番地が割り出されて当該収納部が選択的に移動され、交換位置に位置付けられた工具が、回転主軸に装着されている使用後の工具と自動的に交換される。通常、各工具には工具番号が付与され、この工具番号を利用して管理が行われる。
　例えば、工具番号とその工具の工具名又は工具種類が工具径や工具長などの情報と共に対応表として工具ファイルを作成しておき、マガジンへの工具収納に際して、この工具ファイルに基づいて、各収納部の番地と該番地に収納された工具の工具番号との対応関係を工具情報として制御部、例えばＮＣ装置の記憶部に登録しておくことで、各加工段階での工具指定から使用後にマガジンへ戻すまで工具番号で工具を管理することができる。
　また、複数のマガジンが備えられているマシニングセンタの場合には、自動工具交換システム対象工具の収納部が所定の待機位置に移動するよう対応マガジンが駆動され、該待機位置から交換位置へ工具または工具・ポットが搬送されてから工具は交換される。
　例えば、特許文献１では、次に装着されるべき第１の工具は、マガジンから移動アームとガイドを介して待機位置へ移動され、待機位置と回転主軸との間で、使用後の第２の工具との交換が行われる方式が採用されている。この場合、チェンジャーの制御部は、次に装着予定の第１の工具をどのマガジン上の位置（番地）にあるかを特定してマガジンを回転させて該番地を所定場所へ位置付け、移動アームで第１の工具をポットごとガイド入口へ移動させ、このガイドを介して待機位置へ導く。
　このように第１の工具・ポットを待機位置に配置すると共に、回転主軸も交換位置に配置する。両者間を回動する交換アーム両端の把持部でそれぞれ使用後の第２の工具と待機位置の第１の工具とをつかみ、第２の工具を回転主軸から取り外すと共に、第１の工具をポットから取り外した後、交換アームを１８０℃回転させることによって、両工具の位置を入れ替えてから、第１の工具を回転主軸に装着すると共に第２の工具を待機位置で空になっているポットに挿入する。その後アームの両端把持部で各工具を開放し、回転主軸も加工領域に戻してアームを加工作業に干渉しない領域へ相対的に退避させれば、工具の交換は完了し、次の加工作業へ移行することができる。
　使用後の工具は、マガジンの収納部へ戻されるが、その方式には、各工具をマガジン上の予め定められた特定の位置（番地）に戻す固定番地方式と、交換時に空いてる番地、即ち次に装着されるべき工具あるいは工具・ポットが抜き取られた後の位置に戻すメモリーランダム方式とがある。
　固定番地方式では、使用後の各工具は、専用に割り当てられた番地に戻す方式であるため、オペレータにとっては工具の管理が容易である。例えば上記特許文献１の場合は、待機位置からガイド入口へ移動されたあと、移動アームによって、第２の工具用に割り当てられているマガジン上の元の特定番地へポットごと戻される。
　一方、メモリーランダム方式では、次に使用されるために取り出された工具が収納されていたマガジン番地が空いた状態で存在しており、この空いた番地に使用後の工具あるいは工具・ポットを戻すだけで済むため、工具戻しの際にマガジンの回転による番地移動の必要がなく、工具交換時間が最も短くて済む方式である。
特許第４９７２１２０号公報
　しかしながら、上記のメモリーランダム方式では、使用後の工具が交換時にマガジンの空いてる番地に収納されるため、収納番地が前と変更される。従って、これが繰り返されると、一つの工具に対して使用の度に収納される番地が次々に変更されることになるため、オペレータにとっては工具管理が煩雑で面倒であり、管理においてミスを誘発し易いという問題があった。このような管理ミスが生じると、以降の加工作業で誤った工具が使われてしまう虞が生じる。
　また、上記のような固定番地方式では、使用後の工具を対応する番地へ戻さなければならないため、その番地位置を所定の位置まで移動させるためのマガジン駆動時間が必要となり、その分、メモリーランダム方式に比べて工具交換時間が長くなるという問題があった。
　実際にマシニングセンタに搭載された自動工具交換装置によっては、容易に固定番地式を採用できる構造のものや、固定番地式にすると各工具交換時間が長くなりすぎて実質的にメモリーランダム方式しか採用できない構造のものがある。
　本発明は、上記問題点に鑑み、同一のマシニングセンタにおいて、工具管理を固定番地方式とメモリーランダム方式とで任意に選択できる自動工具交換システムを得ることを目的とする。
　上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る工作機械用自動工具交換システムは、予め定められた加工プログラムに従って、異なる加工段階毎に工具を交換しながらワークに対する一連の加工作業を行う工作機械用の自動工具交換システムにおいて、
　それぞれ番地が付与された複数個の収納部毎に工具が個別に収納される一つ以上のマガジンと、
　工作機械本体の回転主軸に装着されている使用後の工具と、交換位置に待機している次に使用される工具とを交換する工具交換装置と、
　前記工具交換装置および前記マガジンの駆動部を駆動制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　各工具とその工具が収納されたマガジンの収納部の番地との対応関係が登録された工具情報を記憶する記憶部と、
　　前記工具情報に対して変更を行う変更手段と、
　　前記加工プログラムに沿って各加工段階で使用される工具を順次指定し、前記工具情報に基づいて、指定された工具が予め定められたタイミングで前記交換位置に来るように前記マガジンを駆動させて該工具の対応番地の収納部を所定位置へ移動させる工具交換指示部と、を有し、
　　使用後の工具を登録されている対応番地に戻す固定番地方式で工具管理を行う第１工具管理モードと、使用後の工具を、次に使用する工具が収納されていた空いたマガジンの番地に収納して前記工具情報に登録されている該使用後の工具と番地との対応関係を前記変更処理部で変更させるメモリーランダム方式で工具管理を行う第２工具管理モードとを互いに切換可能に備えていることを特徴とする。
　請求項２に記載の発明に係る工作機械用自動工具交換システムは、請求項１に記載の工作機械用自動工具交換システムにおいて、前記第１工具管理モードと前記第２工具管理モードとを選択的に切り換える工具管理モード切換手段として、前記工作機械本体に接続されているＮＣ装置の操作盤に設けられた切換スイッチを有していることを特徴とする。
　請求項３に記載の発明に係る工作機械用自動工具交換システムは、請求項１または２に記載の工作機械用自動工具交換システムにおいて、工具交換のために前記所定位置に移動された前記マガジンの収納部から前記交換位置へ工具を移動させる搬送装置をさらに備えていることを特徴とする。
　請求項４に記載の発明に係る工作機械用自動工具交換システムは、請求項１～３のいずれか１項に記載の工作機械用自動工具交換システムにおいて、前記工具情報は、各工具に付与された工具番号と、工具名および／又は工具種類と、該工具の直径及び長さの寸法データと、を含むことを特徴とする。
　本発明の工作機械用の自動工具交換システムによれば、同じ工作機械において、固定番地方式の第１工具管理モードとメモリーランダム方式の第２工具管理モードとを加工プラグラムに応じて選択することができるため、加工プログラム毎により適した方式の工具管理でより効率的に各加工段階での自動工具交換を行うことが可能となり、加工プログラム全体で作業効率の向上を図ることができるという効果がある。
本発明の一実施例による自動工具交換システムの構成を概念的に示すブロック図である。 本発明の自動工具交換システムを備えたマシニングセンタ例を示す概略構成図であり、（ａ）は主に工作機械本体の側面図、（ｂ）はマガジンの概略平面図である。 図２の自動工具交換システムの動作の流れを説明するフローチャート図である。
　本発明は、予め定められた加工プログラムに従って、異なる加工段階毎に工具を交換しながらワークに対する一連の加工作業を行う工作機械用の自動工具交換システムにおいて、それぞれ番地が付与された複数個の収納部毎に工具が個別に収納される一つ以上のマガジンと、工作機械本体の回転主軸に装着されている使用後の工具と、交換位置に待機している次に使用される工具とを交換する工具交換装置と、前記工具交換装置および前記マガジンの駆動部を駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、各工具とその工具が収納されたマガジンの収納部の番地との対応関係が登録された工具情報を記憶する記憶部と、前記工具情報に対して変更を行う変更手段と、前記加工プログラムに沿って各加工段階で使用される工具を順次指定し、前記工具情報に基づいて、指定された工具が予め定められたタイミングで前記交換位置に来るように前記マガジンを駆動させて該工具の対応番地の収納部を所定位置へ移動させる工具交換指示部と、有し、使用後の工具を登録されている対応番地に戻す固定番地方式で工具管理を行う第１工具管理モードと、使用後の工具を、次に使用する工具が収納されていた空いたマガジンの番地に収納して前記工具情報に登録されている該使用後の工具と番地との対応関係を前記変更処理部で変更させるメモリーランダム方式で工具管理を行う第２工具管理モードとを互いに切換可能に備えているものである。
　これにより、同じ工作機械においても、実際に行われる加工プログラムの異なる内容によって、より望ましい工具管理方式を選択することが可能となる。例えば、比較的一つの加工段階が短い加工プログラムの場合には、次の加工段階の開始までに余計な時間を取ることなく次の工具交換を完了させる前に先の使用後工具の専用番地を移動させる時間を取ると次の加工段階開始までに余計な待機時間が必要となってしまう。このような場合、交換作業のサイクルタイムが短くて済むメモリーランダム方式の第２工具管理モードを選択することによって、各加工段階への移行が効率良く進み、結果として全体の加工作業効率も良好となる。
　一方、次の加工段階の開始まで時間的に余裕があるが、全体として多数の工具を交換しなければならないような加工プログラムの場合には、固定番地方式の第１工具管理モードを選択することによって、多数回におよぶ工具交換毎の工具情報の変更作業が必要なくなり、オペレータによる管理ミスを回避できる。
　より具体的には、制御部は、加工プログラムに沿って各加工段階で自動工具交換開始を判断し、次に使用するものとして指定された工具が収納されているマガジンの収納部の番地を割り出し、マガジンの駆動部を駆動制御してマガジンを回転させ、当該番地の収納部を交換位置まで移動させるが、指定工具の収納部番地の割り出しは、制御部に設けられている記憶部に予め登録されている工具情報に基づいて行うことができる。
　工具情報は、マガジン収納部の番地と該番地に収納された工具との対応関係であるが、工具は、従来と同様に、各工具に付与された工具番号で管理するのが簡便である。通常、工具番号とその工具の種類が径や長さなどの情報と共に対応表として工具ファイルを作成することが行われるため、マガジンへの工具収納に際しては、この工具ファイルに基づいて、工具番号と収納部番地との対応関係を工具情報として記憶部に登録することができる。
　加工プログラムが出力されると、工作機械本体側に対して加工部への加工指令と工具交換システムへの工具交換指令とが互いに同期状態で実行されるが、工具交換指令の実行開始前に、まず工具管理モードが選択されるものとすれば良い。選択される工具管理モードは、予め加工プログラム毎に設定されていてもよいが、作業者によって任意に選択するものとしても良い。さらに、一つのワークに対する加工プログラムにおいて、加工段階が非常に多い場合、固定番地方式での管理が適している加工段階が続く部分とメモリーランダム方式での管理が適している加工段階が続く部分とが存在する場合、加工プログラムの途中でも工具管理モードを切り換えることも可能である。
　通常、ＮＣ装置によって工作機械本体が数値制御される工作機械、所謂マシニングセンタにおいては、ＮＣ装置の操作盤にて、表示部に表示される情報に従って作業の選択、入力操作が行われるが、このような操作盤に、工具管理モードを選択的に切り換える工具管理モード切換手段としての切換スイッチを設ける構成とすれば、作業者は簡便に該スイッチによって加工プログラムに適した工具管理モードを任意に選択することができる。この場合、表示部に工具管理モード選択画面が表示される設定とするのが望ましい。
　工具交換指令が開始されると、固定番地方式の第１工具管理モードが選択されている場合には、次に使用される工具がマガジン収納部から取り出されたら、制御部かマガジンの駆動部を駆動制御してマガジンを回転させ、工具情報に登録されている使用後の工具に対応する番地の収納部を交換位置に位置づけておく。そして両工具の位置を入れ換えた後、使用後の工具は元の番地の収納部に戻される。
　一方、メモリーランダム方式の第２工具管理モードが選択されている場合には、次に使用される工具がマガジン収納部から取り出された後もマガジンを回転駆動させることなくそのままの状態とし、位置が入れ換えられた使用後の工具は、直前まで次の工具が収納されており、現時点で空の状態で交換位置にあるマガジン収納部に収納される。工具情報において、使用後の工具と該工具が収納された収納部番地との対応関係を更新する必要がある。この更新は、オペレータが記憶部に登録されている工具情報において、対応部分に変更を入力処理することによって行える。
　例えば、制御部は、ＮＣ装置操作盤の表示部に工具情報の更新の指示を表示し、オペレータは変更手段としてのＮＣ装置の操作盤に設けられたキーボード等を介して、記憶部の工具情報に対して使用後の工具が収納された交換位置にあるマガジン収納部の番地に該工具の工具番号を対応させる変更の入力操作を行うことによって工具情報を更新できる設定とすれば良い。
　なお、マシニングセンタに搭載されているマガジンが一つであれば、該マガジンを回転駆動させるだけで対象番地の収納部自体を交換位置に移動させる構成とすることができるが、複数のマガジンが搭載されている場合には、対象番地の収納部を直接交換位置へ移動させる構成は困難であるため、マガジンから交換位置へ工具を移動させる搬送装置をさらに備える構成とする。即ち、まず制御部による駆動制御でマガジンの対象番地の収納部を搬送のための所定位置へ移動させ、搬送装置は、この所定位置に来た収納部の工具を搬送装置によって交換位置へ移動させるものである。この場合、所定位置から交換位置への工具の移動は、ポットに挿入状態のままとしても良い。
　本発明の一実施例による工作機械用自動工具交換システムを図１～３に示す。図１は本実施例における自動工具交換システムの構成を概念的に示すブロック図であり、図２は本実施例の自動工具交換システムを備えたマシニングセンタ例を示す概略構成図であり、（ａ）は主に工作機械本体の側面図、（ｂ）はマガジンの概略平面図である。図３は本実施例の自動工具交換システムの動作の流れを説明するフローチャート図であり、同期する工作機械本体の加工部の動作は詳細を省いて簡略化して示している。
　マシニングセンタ１の工作機械本体２は、ＮＣ装置１０が接続され、数値制御されるものであり、ＮＣ装置１０の制御部１１に入力された加工プログラムに従って、加工部３及び自動工具交換（ＡＴＣ）システムの動作が互いに同期するように駆動制御される。
　加工部３においては、ＸＹ方向に駆動制御されるワーク載置用のテーブル４に対して、Ｚ方向に駆動制御される主軸ヘッド５の下部に回転主軸６が設けられている。この回転主軸６の下端には、クランプ装置（不図示）が設けられており、工具Ｔは、工具Ｔが嵌合されている工具ホルダー先端のプルスタッドボルトが、クランプ装置でクランプされることによって回転主軸６に装着される。そしてクランプ装置の開状態への駆動制御で工具Ｔは回転主軸６から取り外し可能となる。
　また、自動工具交換システムを構成するマガジン７と工具交換装置８が加工部３の側部に設置されている。マガジン７には、工具Ｔが工具ホルダー側から挿入保持されるポットＰが収納部として複数個連設されており、各ポットＰに番地が順に割り当てられている。マガジン７は、制御部１１によって回転駆動され、任意の番地にあるポットＰを選択的に所定の交換位置へ位置付けられるものである。
　工具交換装置８は、鉛直上に立設された回転軸を中心としてＴ字状に伸びる交換アーム９の両端がそれぞれ工具Ｔの解除可能な把持部となっており、一端部がマガジン７の交換位置に位置付けられた次の工具Ｔを把持し、他端が交換位置に位置付けられた回転主軸６に装着されている使用後の工具Ｔを把持し、それぞれポットＰと回転主軸６から取り外された工具Ｔ同士を回転軸を中心とした１８０度回動によって位置を入れ換え、交換することができるものである。
　マガジン７の各ポットＰへの工具Ｔの収納の際に、工具Ｔとポットの番地との対応関係が工具情報として記憶部１２に登録される。通常、各工具Ｔには、予め工具番号が付与され、各工具番号に、その工具名および／又は工具種類と工具径、工具長等の工具データを対応させた工具ファイルが作成されている。従って、工具情報においてもこの工具ファイルに基づいて工具番号で工具管理を行うことができる。
　制御部１１には、加工プログラム実行中に使用工具を固定番地方式で管理する第１工具管理モードＭ１と、メモリーランダム方式で管理する第２工具管理モードＭ２とが設けられている。これらの管理モードは、加工プログラム毎の設定によって、あるいは作業者による操作盤１３の切換スイッチ１５の操作で選択的に切り換えられる。
　以上のような自動工具交換システムを備えたマシニングセンタ１における自動工具交換の動作を図３のフローチャート図に沿って以下に説明する。
　ＮＣ装置１０の制御部１１に入力された「加工プログラムが出力（ステップＳ００）」されると、「工具交換システムへの自動工具交換指令（ステップＳｃ０１）」と「工作機械本体２の加工部３への加工指令（ステップＳｍ０１）」とが開始される。自動工具交換システムにおいては、まず加工プログラムの設定あるいは作業者による操作によって「工具管理モードの選択（ステップＳｃ０２）」が行われる。
　固定番地方式の「第１工具管理モードＭ１（ステップＳｃ１２）」が選択されると、この第１工具管理モードＭ１での工具交換動作が「開始（ステップＳｃ１３）」され、以降は工具管理モードの切換がないかぎり、当該加工プログラムの最後の加工段階まで、第１工具管理モードでの該工具交換動作のルーチンが繰り返される。
　加工プログラムに従って、加工部３において、「加工指令（ステップＳｍ０１）」によって、加工段階の「加工作業が開始（ステップＳｍ０２）」され、該加工段階の終了が近くなると、自動工具交換システム側では、次の加工段階で使用される「工具（番号）の指定（ステップＳｃ１４）」がされ、記憶部１２に登録されている「工具情報（ＴＩ）」に基づいて、「指定された次工具のマガジン７における固定番地と、回転主軸６に装着されている使用後工具の固定番地との割り出し（ステップＳｃ１５）」がなされる。
　そしてその固定番地を工具交換位置へ移動させるべく「マガジン７の回転駆動（ステップＳｃ１６）」がなされる。その固定番地のポットＰに収納されている「次工具が交換位置へ位置付け（ステップＳｃ１７）」られて待機状態となる。同時に、加工部３にて前記加工段階が終了して「加工作業が停止（ステップＳｍ０３）」されると、主軸ヘッド５と共に回転主軸６が移動され、該「主軸６に装着されている使用後工具が交換位置へ位置付け（ステップＳｍ０４）」られる。
　次工具と使用後工具がそれぞれ交換位置に位置付けられた状態にて、「工具交換装置８が駆動され、交換アーム９によって次工具と使用後工具が交換（ステップＳｃ１８）」される。さらに、「マガジン７が回転駆動され、先に割り出されていた使用後工具の固定番地が交換位置へ移動（ステップＳｃ１９）」される。
　「次工具が回転主軸６に装着されると共に、使用後工具は、交換位置に移動された固定番地のポットＰ内に収納（ステップＳｃ２０）」される。一方、加工部３では、次工具が回転主軸６に装着されると、主軸ヘッド５が駆動され、「回転主軸６と工具が加工開始位置へ移動（ステップＳｍ０５）」され、次の加工段階の「加工作業が開始（ステップＳｍ０６）」される。これ以降、各加工段階にて、上記のような工具番号指定から次工具・使用後工具の交換、主軸装着・収納までのステップが繰り返される。
　なお、最初の加工段階で使用される最初の工具に関しては、図示は省略しているが、上記自動工具交換における次工具に関する動作と同様のステップで工具が回転主軸６に装着される。加工部３でも、まず回転主軸６の交換位置への移動が行われ、以降は上記と同様のステップで工具交換装置により工具が回転主軸６に装着されると、回転主軸６が加工開始位置へ移動され、最初の加工段階の加工作業が開始される。
　また、メモリーランダム方式の「第２工具管理モードＭ２（ステップＳｃ２２）」が選択された場合、工具交換動作が「開始（ステップＳｃ２３）」されると、以降は工具管理モードの切換がないかぎり、当該加工プログラムの最後の加工段階まで、第２工具管理モードでの該工具交換動作のルーチンが繰り返される。
　加工プログラムに従って、加工部３において加工段階の「加工作業が開始（ステップＳｍ０２）」され、該加工段階の終了が近くなると、自動工具交換システム側では、次の加工段階で使用される「工具（番号）の指定（ステップＳｃ２４）」がされ、記憶部１２に登録されている「工具情報（ＴＩ）」に基づいて、「指定された次工具のマガジン７における収納番地の割り出し（ステップＳｃ２５）」がなされる。
　そしてその収納番地を工具交換位置へ移動させるべく「マガジン７の回転駆動（ステップＳｃ２６）」がなされ、その番地のポットＰに収納されている「次工具が交換位置へ位置付け（ステップＳｃ２７）」られて待機状態となる。同時に、加工部３にて前記加工段階が終了して「加工作業が停止（ステップＳｍ０３）」されると、主軸ヘッド５と共に回転主軸６が移動され、該「主軸６に装着されている使用後工具が交換位置へ位置付け（ステップＳｍ０４）」られる。
　次工具と使用後工具がそれぞれ交換位置に位置付けられた状態にて、「工具交換装置８が駆動され、交換アーム９によって次工具と使用後工具が交換（ステップＳｃ２８）」される。そして「次工具が回転主軸６に装着されると共に、使用後工具は、交換位置で次工具が収納されていた空のポットＰ内に収納（ステップＳｃ２９）」される。一方、加工部３では、次工具が回転主軸６に装着されると主軸ヘッド５が駆動され、「回転主軸６と工具が加工開始位置へ移動（ステップＳｍ０５）」され、次の加工段階の「加工作業が開始（ステップＳｍ０６）」される。
　使用後工具が、空いていたポットＰに収納され、次の加工段階が開始されると、表示部１４に工具情報の更新用画面が表示される。作業者は、操作盤１３のキーボード等の入力手段によって、使用後工具の対応番地を以前のものから該使用後工具収納された現在のポットＰの番地に変更し、「工具情報を更新（ステップＳｃ３０）」する。これ以降、各加工段階にて、上記のような工具番号指定から使用後の番地変更による工具情報の更新までのステップが繰り返される。
　以上の実施例に説明したように、本発明の自動工具交換システムによれば、マシニングセンタ１で実行される加工プログラムの内容に応じて、より好ましい工具管理モードを選択することができ、様々な加工プログラムにおいてそれぞれ効率的な自動工具交換を行うことができる。
　なお、上記実施例では、ドラム式のマガジン７を備えたマシニングセンタの場合を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、チェーン式マガジンにおいても同様に有効であることは言うまでもない。またマガジンが複数個備えられている場合は、マガジンと交換位置との間で工具を移動させる搬送装置を設ければ良く、さらに該搬送装置は、マガジン間を移動できるものとしても良い。
１：マシニングセンタ
２：工作機械本体
３：加工部
４：テーブル
５：主軸ヘッド
６：回転主軸
７：マガジン
８：工具交換装置
９：交換アーム
１０：ＮＣ装置
１１：制御部
１２：記憶部
１３：操作盤
１４：表示部
１５：切換スイッチ
Ｍ１：第１工具管理モード（固定番地方式）
Ｍ２：第２工具管理モード（メモリーランダム方式）
Ｐ：ポット
Ｔ：工具

Claims (4)

  1. 　予め定められた加工プログラムに従って、異なる加工段階毎に工具を交換しながらワークに対する一連の加工作業を行う工作機械の自動工具交換システムにおいて、
    　それぞれ番地が付与された複数個の収納部毎に工具が個別に収納される一つ以上のマガジンと、
    　工作機械本体の回転主軸に装着されている使用後の工具と、交換位置に待機している次に使用される工具とを交換する工具交換装置と、
    　前記工具交換装置および前記マガジンの駆動部を駆動制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　　各工具とその工具が収納されたマガジンの収納部の番地との対応関係が登録された工具情報を記憶する記憶部と、
    　　前記工具情報に対して変更を行う変更手段と、
    　　前記加工プログラムに沿って各加工段階で使用される工具を順次指定し、前記工具情報に基づいて、指定された工具が予め定められたタイミングで前記交換位置に来るように前記マガジンを駆動させて該工具の対応番地の収納部を所定位置へ移動させる工具交換指示部と、を有し、
    　　使用後の工具を登録されている対応番地に戻す固定番地方式で工具管理を行う第１工具管理モードと、使用後の工具を、次に使用する工具が収納されていた空いたマガジンの番地に収納して前記工具情報に登録されている該使用後の工具と番地との対応関係を前記変更手段で変更するメモリーランダム方式で工具管理を行う第２工具管理モードとを互いに切換可能に備えていることを特徴とする工作機械用自動工具交換システム。
  2. 　前記第１工具管理モードと前記第２工具管理モードとを選択的に切り換える工具管理モード切換手段として、前記工作機械本体に接続されているＮＣ装置の操作盤に設けられた切換スイッチを有していることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用自動工具交換システム。
  3. 　工具交換のために前記所定位置に移動された前記マガジンの収納部から前記交換位置へ工具を移動させる搬送装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械用自動工具交換システム。
  4. 　前記工具情報は、各工具に付与された工具番号と、工具名および／又は工具種類と、該工具の直径及び長さの寸法データと、を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の工作機械用自動工具交換システム。
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