JPH03213238A - 工具交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数の工具を着脱可能に保持する工具マガジ
ンから所定の工具を選択し、その選択された工具を工具
交換位置に呼出すことにより工具交換を行う工具交換方
法に関するものである。

［従来技術］ 従来、自動工具交換装置を供えた工作機械においては、
工具マガジンから所定の工具を選択し、その選択された
工具を工具交換位置に呼出して主軸に装着することによ
り波加工物を加工するように構成されている。この場合
、工具マガジンに保持される工具の中で、特に使用頻度
の高い工具を複数本収納し、各工具の工具寿命を管理す
ることによりその工具寿命に応じて該工具を選択するも
のが知られている。

例えば、特公昭６０−１１３４号公報に示されるように
、同一形格の工具を複数本ずつ工具マガジンに収納し、
該工具の残り寿命時間及び特定の波加工物に対し予め設
定した加ニブログラムに使用される工具毎の使用予測時
間に応じて、残り寿命時間が使用予測時間より大きく且
つ残り寿命時間が一番小さな工具をその加ニブログラム
における使用工具として指定するものがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような装置においては、工具マガ
ジン内の適当な位置に点在する同一形格の工具の内、加
ニブログラムに使用可能な工具、すなわち残り寿命時間
が使用予測時間より大きい工具が複数収納されているに
もかかわらず、残り寿命時間が一番小さな工具を指定す
ることにより、工具交換位置により近い位置に収納され
た工具を飛ばして最も遠い工具を呼出す場合があり、工
具交換時間の短縮化の妨げになる等の問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、工具マガジンに収納された工具の寿命を管理
しながら、工具交換時間を可及的に短縮し、被加工物の
加工効率を向上させることを１的としている。

［課題を解決するための手段１ この目的を達成するために本発明の工具交換方法におい
ては、工具マガジンに収納された各工具の工具寿命を管
理すると共に、少なくとも１種類の同一工具を前記工具
マガジンの所定の位置に複数本収納し、該工具への工具
交換指令に際して各工具の工具寿命を判断して工具寿命
の残存する工具の中から工具交換位置に最も近い収納位
置に存在する工具を工具交換位置に呼出している。

【作用］ 上記の構成を有する本発明の工具交換方法によれば、工
具マガジンに収納された同一工具の中から、工具寿命が
残存している加工に使用可能な工具の内、工具交換位置
に最も近い収納位置に存在する工具を呼出すことにより
短時間で工具交換を行うことが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第２図に実施例としての小型のマシニングセンタを、第
３図（イ）、（ロ）にそのマシニングセンタに取り付け
られる工具マガジンを示す。

マシニングセンタ１は、加工に用いる工具３ｎｏｗを着
脱可能に保持する主軸へラド５を、ワークテーブル７に
対して近接・離間可能にコラム９に指示し、主軸へラド
５の側部において、複数の工具３を時計および反時計方
向に回転割り出し可能に指示した工具マガジン１１を主
軸の軸線りに直交するマガジン軸線Ｍに回転自在に一体
に組み付けてなる。

マシニングセンタｌでは、１具マガジン１１に収納され
た複数の工具３を自動交換しつつ、ワークの連続加工が
実行される。加工時は、主軸モータ１３を駆動し、主軸
ヘッド５に保持した現工程の工具３ｎｏｗを回転してワ
ークを加工する。工具交換タイミングになると、上下動
モータ１５を駆動して主軸ヘッド５を上方へ退避させ、
さらに主軸モータ１３を駆動して主軸オリエンテーショ
ンを実行する。続いて、マガジンモータ１７を駆動して
工具マガジン１１を回転し、８個の工具ポット１９ａ〜
１９ｈの内から、次工程の工具３ｎｅｘｔを収納した工
具ポット１９ｎｅｘｔを回転割り出しし、揺動モータ２
１を駆動して図示しない揺動機構を作動させ、工具ボッ
ト１９ｎｅｘｔを下方へ揺動し、工具交換位Ｖ１（ＮＰ
）にて下向きに工具取出可能とする。さらに、工具交換
モータ２３を駆動して交換用アーム２５を作動させ、現
工程工具３ｎｏｗ及び次工程工具３ｎｅｘｔに対して、
同時に把持・抜取・回転・挿入・開放動作を実行して工
具を交換する。これら一連の動作を繰り返してワークの
連続加工が実行される。

この一連の工具交換動作の完了後、今まで使用されてい
た現工程工具３ｎｏｖを収納した工具ボット１９ｎｅｘ
ｔが揺動機構により上方へ揺動され、再び工具を水平方
向に立ち上らせる。

第１図に、電子制御装置４０を、各モータやセンサ等と
の関係において示す。

電子制御装置４０は、ワーク加工、工具交換、寿命管理
といった各種制御全体を司るマスターＣＰＵ４１と、ワ
ーク加工を司るスレーブＣＰＵ４２と、自動工具交換を
司る自動工具交換ＣＰＵ（ＡＴＣ部ＣＰＵ）４３との三
つのＣＰＵを中心に構成される。

マスターＣＰｔＪ４１には、制御装置自体を動作させる
プログラムや定数等を格納するマスタ一部ＲＯＭ４４と
、制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶する第１マス
タ一部ＲＡＭ４５と、ワーク加工Ｌプログラムや工具マ
ガジン１１に収納された各工具に残存している寿命を管
理する寿命管理テーブル等の上方を格納した第２マスタ
一部ＲＡＭ４６とが接続されている。なお、この第２マ
スタ一部ＲＡＭ４６は、電瀝オフ時にもバックアップさ
れている。

スレーブＣＰＵ４２には、ワーク加Ｔのためのモータ駆
動プログラムや定数等を格納するスレーブ部ＲＯＭ４７
と、ワーク加工制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶
するスレーブ部ＲＡＭ４８とが接続されている。

ＡＴＣ部ＣＰＵ４３には、工具交換のための交換アーム
駆動プログラムや定数等を格納するＡＴＣ部ＲＯＭ４７
と、工具交換ＩＩｇｇ実行中の変数やフラグ等を一時記
憶するＡＴＣｆｆＲＡＭ４８とが接続されている。

マスターＣＰＵ４１とスレーブＣＰＵ４２との間には、
マスターＣＰＵ４１からスレーブＣＰＵ４２への指令或
いはその逆方向の情報等が格納されるＭＳ間共通ＲＡＭ
５１が接続されている。ＭＳ間共通ＲＡＭ５１は、マス
ターＣＰυ４１及びスレーブＣＰυ４２の双方から情報
が書き込まれあるいは参照される。同様に、マスターＣ
ＰＵ４１とＡＴＣ部ＣＰＵ４３との間には、ＭＡ間共通
ＲＡＭ５２が接続されている。

また、マスターＣＰＵ４１には、加ニブログラムあるい
は工具の寿命を管理する寿命管理テーブル等の各種情報
を人力するためのキーボード５３と、入力された加ニブ
ログラムや工具の寿命に関する情報等を表示して参照す
るためのＣＲＴ５４とが接続されている。また、マスタ
ーＣＰＵ４１は、上下動モータ１５の回転に伴う、主軸
ヘッド５の上下方向アブソリュート位置を検出する上下
位置センサ５５と接続されており、この検出信号を受は
取る。

また、スレーブＣＰＵ４２は、ワークテーブル７をＸ軸
方向に移動させるＸ軸モータＴａｂ同じくＹ軸方向へ移
動させるＹ軸モータ７ｂと接続されており、これらに制
御信号を送出してワークＷの波加工位置を変更する。さ
らに、スレーブＣＰＵ４２は、」二下動モータ１５及び
主軸モータ１３と接続されており、これに制御信号を送
出し、ワークＷに対して所定の工具による加］二を実行
する。

一方、ＡＴＣ部ＣＰＵ４３は、マガジンモータ１７及び
揺動モータ２１と接続されており、マガジンモータ１７
に制御信号を送出して工具マガジン１１を回転させて次
工程の工具３Ｈｅ）ｃｔを割出し、揺動モータ２１へ制
御信号を送出して次工程工具ポット１９ｎｅｘｔを工具
交換位置ＮＰから揺動して次工程工具３ｎｅｘｔを取り
出す準備をする。また、ＡＴＣ部ＣＰＵ４３は、工具交
換モータ２３と接続されており、これに制御信号を送出
して工具交換を実行する。

次にキーボード５３からの入力される工具の寿命等に関
する情報を格納した工具情報テーブルＴＢを第４図に示
す。

工具情報テーブルＴＢは、第２マスタ一部ＲＡＭ７６内
に格納されており、三つのエリアＡＲＩ〜ＡＲ３からな
る。

第１番目のエリアＡＲＩは指定工具エリアであり、加ニ
ブログラム上で指定された指定工具番号Ｔｐｒｏｇが記
憶されている。

第２番目のエリアＡＲ２は、ポット番号Ｐｎと工具番号
Ｔｎとの対応を表し、工具マガジン１１の各工具ポット
１９ａ〜１９ｈのいずれに工具番号何番の工具が収納さ
れているかを示す情報を格納している。以下、第２番目
のエリアＡＲ２をマガジン工具設定エリアＡＲ２と呼ぶ
。マガジン工具設定エリアＡＲ２の一番右側の欄には主
工具情報Ｑｍが与えられており、各工具に対して主工具
として指定された工具があればその工具番号が記されて
いる。例えば、ポット番号７番の工具ポットに収納され
た工具番号６０番の工具は、工具番号２番を主工具とす
る予備工具であることが分かる。なお、主工具の指定の
ないものは、それ自身が主工具であることを表している
。

また、この例では、ポット番号１番ないし４番及び６番
の工具ポットに主工具が収納され、５番及び７番の工具
ポットに予備工具が収納されている。９番、１０番の工
具ポットは本実施例では存在しないが、エリアとしてと
っである。従って、例えば１０番には主軸に保持した工
具の番号Ｔｎを表示する構成とすることも可能である。

マガジン工具設定エリアＡＲ２の情報は、工具交換がな
される毎に、マスターＣＰＵ４１により書き代えられる
。

第３番口のエリアＡＲ３は、工具番号何番の工具に何分
間の寿命Ｌ「が残存しているかを表す工具寿命管理エリ
アである。工具寿命管理エリアＡＲ３は、６０本の工具
の残存寿命Ｌ「を管理可能とされており、加工に使用さ
れた各工具に対して、マスターＣＰＵ４１が、実際の使
用時間を残１７寿命Ｌ「から減じることにより逐次書き
代えている。

工具番号１番〜６０番の各工具に対する元々の寿命は、
予め、キーボード５３から人力されている。なお、例え
ば、５８番、５９番の工具については、現在は工具マガ
ジン１１に収納されていないが、残存寿命Ｌ「の情報と
してはバックアップされている。５８番５９番の工具が
工具マガジン１１にセットされると、後衛の寿命管理処
理において参照されることになる。

次に、マスターＣＰＵ４１の実行する工具選択処理を第
５図に示すフローチャートに基いて説明する。

工具選択処理においては、加ニブログラムを参照して指
定工具番号Ｔｐｒｏｇを読み込む（Ｓｌ）続いて、この
指定工具番号Ｔｐｒｏｇに対してマガジン工具エリアＡ
Ｒ２の主工具情報Ｑｍを参照しくＳ２）、主工具情報Ｑ
ｍが発見できない場合は、該指定工具番号Ｔｐｒｏｇと
同一の工具番号Ｔｎの工具の残存寿命Ｌｒを、工具寿命
管理エリアＡＲ３で参照する（Ｓ３）。

つぎに、工具寿命Ｌ「がゼロより大きいか否かを判断し
くＳ４）、ゼロより大きい場合は、前記指定工具番号Ｔ
ｐ　ｒｏｇに対応する工具番号Ｔｎの工具が収納されて
いるポット番号Ｐｎを、マガジン工具設定エリアＡＲ２
で参照し、このポット番号Ｐｎを割出すべく、ＡＴＣ部
ＣＰＵ４３へ指令を送出する（Ｓ９）。

一方、残存寿命Ｌｒがゼロ以下の場合は、ＣＲＴ８４に
エラー表示を出力して処理を終了する（Ｓ８）。

また、前記Ｓ２において主工具情報Ｑｍを参照し、主工
具情報Ｑｍが存在する場合には、該工具情報Ｑｍの指定
に従って前記指定工具番号Ｔｐｒｏｇと工具番号Ｔｎ及
び該主工具の予備工具に対応する工具番号Ｔｎの残存寿
命Ｌｒを、工具寿命管理エリアＡＲ３で次々に参照する
（Ｓ５）。

次に、各工具番号Ｔｎの中で工具寿命Ｌ「がゼロより大
きい工具が存在するか否かを判断しくＳ６）、ゼロより
大きい工具が存在する場合は、そのゼロより大きい各工
具番号Ｔｎの工具が収納されている全てのポット番号Ｐ
ｎを、マガジン工具設定エリアＡＲ２で参照し、工具交
換位置ＮＰに最も誓い割出し位置に収納されたポット番
号Ｐｎを判断した後（Ｓ７）、該ポット番号Ｐｎを割出
すべく、ＡＴＣ部ＣＰＵ４３へ指令を送出する（Ｓ９）
。

一方、工具寿命Ｌ「がゼロより多きい工具が存在しない
場合は、同一工具の寿命がすべて消滅したものとしてＣ
ＲＴ８４にエラー表示を出力して処理を終了する（Ｓ８
）。

次に、この間の処理を第１図に示す工具マガジンにおけ
るポット番号位置を参照して説明する。

まず、所定の加工が終了してポット番号８番に工具番号
２４番の工具が収納された状態で、指定工具番号２番が
指示されると（Ｓｌ）、マガジン工具設定エリアＡＲ２
が参照されて工具番号２番の主工具に対する予備工具は
、６０番であ、ることか分かる。更に、工具番号６０番
の主工具に対するる予備工具は、５８番であることが分
かる（Ｓ２）。ここで、上記各工具番号２番、６０番及
び５８番の工具の残存寿命Ｌ「が工具寿命管理エリアＡ
Ｒ３で参照され（Ｓ５）、各工具の残存寿命Ｌ「が全て
ゼロ以下でないことが分かる（Ｓ６）。

次に、各工具番号２番、６０番及び５８番が収納された
各ポット番号Ｐｎを、マガジン工具設定エリアＡＲで夫
々参照し、工具交換位１１ＮＰに最も近いポット番号が
７番であることが分かる（Ｓ７）従って、この場合指定
工具番号２番の指示に対しては、工具マガジン１１が１
ステツプだけ時計方向に回動されることにより、ポット
番号７番に収納された工具番号６０番の工具が工具交換
位置に呼出されるようにポット番号を指示することにな
る（Ｓ９）。

ここで各工具の使用が繰り返されて工具番号２番、６０
番及び５８番の中で工具寿命Ｌ「がゼロ以下のものが存
在すれば、該工具を除いた工具寿命Ｌ「がゼロより大き
い工具のみで８７からの処理を実行することになる。

この工具選択処理が終了すると、マスターＣＰＵ４１が
、ＡＴＣ部ＣＰＵ４３へ、次工程の工具の割り出しを指
令する。この指令に基づいて、ＡＴＣ部ＣＰＵ４３がマ
ガジンモータ１７、揺動モータ２１及び工具交換モータ
２３を駆動して工具交換を実行する。

マスターＣＰＵ４１は、この工具交換の結果工具マガジ
ン１１に戻された現工程工具３ｎｏｗの工具番号Ｔｎを
、次工程工具３ｎｅｘｔを収納していた工具ポット１９
ｎｅｘｔのボ・ノド番号Ｐｎに対応するように、マガジ
ン工具設定エリアＡＲ２を書き換える。

同時にマスターＣＰＵ４１は、先に実行されたワーク加
工中にスレーブＣＰＵ４２で積算しておいた主軸モータ
１３の駆動時間ｔｕｓｅを残存寿命Ｌｒから減算してエ
バ寿命管理エリアＡＲ３の該当する箇所を書き換える。

以上説明したように、本実施例によれば、工具マガジン
に収納された工具の残存寿命を管理すると共に、同一の
工具が複数本収納されている場合に、工具交換位置に最
も近い収納位置に存在する工具を呼び出すことができる
ので、次に使用する工具が工具交換位置に極めて近い位
置に収納されているのにもかかわらず、更に離れた位置
に収納されている工具を呼出し工具交換に無駄な時間を
要することがなくなる。

この結果、使用頻度の高い工具をその頻瓜に応じて適当
な数だけ登録するだけで、長時間の無人運転を非常に効
率よく実行することができ、生産性を向上することがで
きる。

尚、本実施例においては、残存寿命の管理において使用
時間を減算する手法を採用したが、使用時間を積算して
限界使用時間の情報と比較して残存寿命を判断したり、
使用回数に応じて残存寿命を判断するようにしてもよい
ことは勿論である。

また、自動工具交換装置として交換用アームを使用して
工具マガジンに対してランダムな収納位置に工具を戻す
構成のものを採用したが、工具を常に一定の収納位置に
戻すタレット形式の自動工具交換装置においても、本発
明を適用できることは言うまでもない。この場合、工具
を工具マガジンに戻した際に、ポット番号に対応する工
具番号を書き換える必要はなく、同一の工具を工具マガ
ジンの工具収納位置に略均等な位置に配置しておくこと
により、工具マガジンをいずれの位置からも常に最短時
間へ該工具に交換可能とすることもできる。

［発明の効果］ 以−１−詳述したことから明らかなように本発明によれ
ば、工具マガジンに収納された各工具の工具寿命を管理
すると共に、工具マガジンに収納された同一工具の中か
ら工具交換位置に最も近い収納位置に存在する工具を呼
出すようにしたので、工具寿命に応じた連続運転が可能
となると共に、工具交換時間を可及的に短縮し、生産効
率を向上させることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は制御装置と各モータ。 センサ等の関係を示すブロック図、第２図はマシニング
センタを示す斜視図、第３図（イ）２　（ロ）はそのマ
シニングセンタに増付けられる工具マガジンの正面図及
び側面図、第４図は工具の寿命等に関する情報を格納し
た工具情報テーブルを示す説明図、第５図は工具選択処
理のフローチャートである。 図中、３は工具、１１は工具マガジン、４０は電子制御
装置、ＮＰは工具交換位置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の工具（３）を着脱可能に保持する工具マガジ
   ン（１１）から所定の工具（３）を選択し、その選択さ
   れた工具（３）を工具交換位置（ＮＰ）に呼出すことに
   より工具交換を行なう工具交換方法において、 前記工具マガジン（１１）に収納された各工具（３）の
   工具寿命を管理すると共に、少なくとも１種類の同一工
   具を前記工具マガジン（１１）の所定の位置に複数本収
   納し、該工具への工具交換指令に際して各工具の工具寿
   命を判断して工具寿命の残存する工具の中から工具交換
   位置（ＮＰ）に最も近い収納位置に存在する工具を工具
   交換位置（ＮＰ）に呼出すことにより工具交換を行なう
   ことを特徴とする工具交換方法。