JPH048445A - 自動工具交換機能を有する数値制御装置 - 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、マシニングセンタ等の自動工具交換装置（以
下ＡＴＣと呼ぶ）を有する数値制御工作機械に関するも
のである。

従来の技術 最近、工具交換時間の短縮を計るためカム形式のＡＴＣ
が増えている。第５図はカム形式のＡＴＣの構成図と工
具交換動作（以下ＡＴＣ動作と呼ぶ）の制御装置ブロッ
ク線図で、本図によって従来の構造及び動作を簡単に説
明すると、工具を交換する工具交換アーム１０１は、駆
動モータ１゜２により減速駆動される駆動軸１０３と等
速回転されるカム１０５．１０６により、駆動軸１０３
の１回転で工具交換の一連の動作の１サイクルを行って
いる。駆動軸１０３にはドッグ群１０７が取付けられて
おり、その近傍に駆動軸の回転位室によって工具交換ア
ーム１０１の動作位置を検出するための近接スイッチ群
１０８が設けられ、＾ＴＣ動作の制御に使用されている
。ブロック線図部分の、１１１は数値制御全体を処理す
る主制御部、１１２は主制ｍｍ１ｌｌから工具交換指令
を受けてＡＴＣ動作制御を行う工具交換制御部、１１４
は工具のクランプ、アンクランプ状態を検出するりミン
トスイッチ、１１５は工具の着脱を駆動するソレノイド
、１１３は工具交換制御部１１２の出力信号を受けて、
駆動モータ１０２と工具着脱用ソレノイド１１５への出
力、及び近接スイッチ１０８．リミツトスイツチ１１４
の状態を入力する入出力制御部である。

第６図はブロック線図を基にしたＡＴＣ動作シーケンス
の一例を示す図で、駆動軸１０３の旋回角度（ａ）が０
６〜３６０＠まで変化する間に、工具交換アーム１０１
が１サイクル動作を行うことを示しており、工具交換指
令（ｉ）に従ってモータ駆動（ｆ）を工具交換アームの
原位置θ１からスタートする。このモータ駆動（ｆ）に
伴い、工具クランプ動作をし工具クランプ位ｉｆ　（ｄ
　）がＯＦＦに変わるタイミングで、工具クランプ出力
信号（ｇ）をＯＦＦする０次に工具クランプ［＞２位置
（ｅ）がＯＦＦするタイミングθ、で工具クランプ状態
入力信号（ｈ）がＯＦＦであることを確認して工具を引
き抜き、１８０　　”旋回したのち工具差し込み動作を
実行する。続いて工具クランプ位置（ｄ）がＯＮするタ
イミングθ４で、工具クランプ出力信号（ｇ）をＯＮＬ
工具クランプ動作を実行し、工具クランプ確認位ｆ（ｅ
）のＯＮするタイミングθ、で、工具クランプ状態入力
信号（ｈ）がＯＮであることをｎ認して、工具交換アー
ム１０１の逃げ動作を実行する。更にモータ停止位置（
Ｃ）のＯＮするタイミングθ６でモータ駆動出力信号（
ｆ）を０ＦＦＬ、工具交換アームを原位置θ１で停止さ
せる。そして図のαは工具クランプ出力信号＜ｇ）がＯ
ＦＦしてから工具クランプ状態入力信号（ｈ）がＯＦＦ
するまでの駆動軸１０３の旋回角度、βは工具クランプ
出力信号（ｇ）がＯＮしてから工具クランプ状態入力信
号（ｈ）がＯＮするまでの駆動軸１０３の旋回角度、γ
はモータ駆動出力信号（ｆｌがＯＦＦしてからモータが
停止するまでの駆動軸１０３の旋回角度で、駆動モータ
１０２の速度を変えると、αβ、γともに変化する。従
って駆動モータの速度を変えた場合α＝θ、−θ８．β
−θ、−θ４γ＝θ１−θ６　＋３６０　　°の関係か
ら少なくともθθ４．θ、のそれぞれのタイミングを変
える必要があり、そのためモータ停止位置（Ｃ）と工具
クランプ位置（ｄ）を検出する近接スイッチを追加せね
ばならない。また駆動モータ１０２を逆転させて、工具
交換アーム１０１の戻し動作をさせる場合も同様で、各
動作タイミング０２〜θ。

がずれるため、これらのタイミングを検出する近接スイ
ッチを追加せねばならない。

発明が解決しようとする課題 従来の技術で述べた工具交換アーム動作の位置を近接ス
イッチで検出する方法は、工具交換速度を変えたときや
、逆転動作をさせたとき近接スイッチの追加と調整作業
をせねばならず、近接スイッチの作用数の増加に伴い誤
動作や故障等の発生頻度が高くなり、その度毎に機械の
分解修理、再調整が必要になるという問題点を有してい
る。

また工具交換アームの動作途中に電源をＯＦＦした場合
、再度ＯＮにしたときに工具交換アームの詳細な旋回位
置を検出することができないため、工具交換アームの原
位置への復帰が困難であるという問題点を存していた。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
なれたものであり、その目的とするところは、各種動作
モードに応して近接スイッチを追加、調整する必要がな
く、更にＡＴＣ動作途中において電源を切っても工具交
換アームの原位置復帰を容易にすることのできる自動工
具交＋１！！機能を有する数値制御装置を従供しようと
するものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明における工具交換機
能を有する数値制御装置は、複数の工具を収納する工具
マガジンと工具着脱機構を有する主軸の工具を工具交換
アームにより自動交換する工具交換機能を有する数値制
御装置において、前記工具交換アームの旋回動作と工具
着脱動作が駆動軸１回転中の一連の動作で工具交換でき
る工具交換手段と、該工具交換手段を駆動する駆動手段
と、前記駆動軸に設けられた前記一連の動作の位置を検
出する絶対位置検出手段を含んでなり工具交換の一連の
動作を制御するものである。

また工具交換の一連の動作は、少なくとも通常サイクル
モード、手動ｌステップモード、手動１ステップ戻しモ
ードの３つの動作モードを有し、該動作モードに対応し
た個別の動作位置を設定可能な手段を設けて工具交換の
動作を制御するものである。

作用 動作モードに対応した個別の動作位置を設定可能な工具
交換動作位置データ設定部内に、設定されている工具交
換位置データから、所望のデータを読み出し、駆動軸の
旋回角度を絶対位置検出器により検出して工具交換のア
ームの動作制御を行い、駆動軸の３６０　　’の回転で
ＡＴＣ動作の一連の動作制御をする。

そして万一工具交換アームの動作中に電源が切れた場合
にも絶対位置検出器により現在位置がわかっているため
、電源が再入力されると工具交換アームの原位置への復
帰が容易に実行可能である。

実施例 実施例について、第１図〜第４図を参照して説明する。

公知のマシニングセンタにおいて、ベツド１上に設けら
れた前後（Ｙ軸）方向の案内上にサドル２が移動位置決
め可能に載置され、サドル２上に設けられた左右（Ｘ軸
）方向の案内上にテーブル３が移動位置決め可能に載置
されている。更にベツド１上後側に上下（Ｚ軸）方向の
案内４ａを有するコラム４が立設されており、このＺ軸
案内４ａ上に、主軸頭５が移動位置決め可能に載架され
、主軸頭５に図示しない複数の軸受により主軸６が回転
可能に軸承されている。コラム４の左側面には工具マガ
ジン装置７が取付けられており、主軸６と工具マガジン
装置７の中間にＡＴＣ８が取付けられている。

工具マガジン装置７は、工具Ｔを水平かつ左向きにして
貯蔵する複数個のマガジンポット１１を有し、ＮＣによ
り指定されたマガジンポットを下側の工具交換位置に割
出したのち、図示しない９０’旋回機構により主軸に対
して平行姿勢に旋回する。

マガジンポット１１の工具装着用テーパ穴１１ａの奥の
穴には外部より穿設された直交穴に、工具Ｔのプルスタ
ンドＴａの頚部にかけ外し自在に係合されるクランプピ
ン１２が軸方向移動可能に嵌挿されている。そしてクラ
ンプピン１２は図示しないばねにより常時先端が突出勝
手に付勢され、突出した時にクランプ状態、また押し込
まれたときアンクランプ状態となり、図示しないマガジ
ンフレームに設けられた油圧シリンダ１３に嵌挿される
ピストン口・ノド１４によりばねの力に抗して押込まれ
、ピストンロッド１４後端のドッグ１５の移動でリミッ
トスイッチＬＳＩ、ＬＳ２がらクランプ、アンクランプ
の１ｒｌｌ　Ｕ２信号が出力される。

ＡＴＣ８の枠体１６の上面に、駆動モータ１７が取付け
られており、駆動モータ１７の出力軸１７ａに歯車ＩＢ
が嵌着され、出力軸１７ａと平行かつ回転可能に設けら
れた軸付傘歯車１９の軸部に嵌着される歯車２１が、前
記歯車１８に噛合されている。軸付傘歯車１９は、枠体
１６に固設された固定ピン２２に、複数の軸受を介して
回転可能に支持される駆動軸２３に嵌着される傘歯車２
４と噛合されている。駆動軸２３には傘歯車２４に隣接
して歯車２５が嵌着されており、歯車２５は、枠体１６
に回転可能に軸承されるカム軸２６に嵌着される交換ア
ーム抜き差し用溝カム板２７と一体の歯車２８と噛合さ
れており、歯車２５２８は同一歯数に形成されている。

更にカム軸２６には交換アーム旋回用ローラカム円板２
９が、溝カム円板２７に隣接して嵌着されており、枠体
１６にはローラカム円板２９対応位置に、カム軸に対し
て直角かつ垂直に、スリーブ３１が図示しない複数の軸
受により回転可能に支持されている。そしてスリーブ３
１の外周に放射状等間隔にタレットローラフォロア３２
が回転可能に枢支されている。そしてローラフォロア３
２は、ローラカム円板２９の捻じれカム溝部分を含むカ
ム溝２９ａに係合され、カム軸２６の回転でスリーブ３
１がほぼ９０°と１８０’に間欠的に旋回されるように
なっている。更にスリーブ３１の中心穴にはスプライン
が刻設されており、このスプライン穴に、スプライン軸
３４ａを一体に有するアーム軸３４が軸方向移動可能に
嵌挿され、アーム軸３４の先端に、ツインアーム形の工
具交換アーム３５が固着されている。枠体１６の内側に
図示しないブラケットが固着されており、このブラケッ
トに交換アーム抜き差し用レバー３６の後端部が旋回可
能に枢支されている。そしてレバー３６の中央部側面に
設けられたローラフォロア３７が溝カム円板２７の溝カ
ム２７ａに係合されており、レバー３６の先端部がアー
ム軸３４と平行かつ軸方向移動可能に設けられた連結軸
３８の切欠き溝３８ａに係合されている。この連結軸３
８とスプライン軸３４ａとが連結駒３９により固定され
ており、溝カム円板２７の回転でアーム軸３４が軸方向
移動され、工具の抜き差し動作が行われるようになって
いる。

このように交換アーム３５による一連のＡＴＣ動作は、
駆動軸２３の３６０°の旋回により、サイクルを完了す
るようになっており、この駆動軸２３の先端に、旋回角
度を検出する絶対位置検出器４１が取付けられている。

一方主軸６の貫通穴は、先端部が工具Ｔのテーパシャン
ク部Ｔｂ装着用テーパ穴に形成され、このテーバ穴に続
く奥の穴にプルスタッドＴａを着脱可能に把持するコレ
ット４２が、軸方向移動可能に嵌挿されている。そして
コレット４２は、主軸貫通穴内に軸方向移動可能に嵌挿
されて皿ばね４３により常時引上勝手に付勢される引張
りｆｌｉ４４の先端部に取付けられている。王軸頭５の
上面に固着の油圧シリンダ４５のピストンロッド４６の
移動で、前記引張り捧４４が皿ばね４３の力に抗して押
し込まれると、コレット４２が開かれ弓続き先端面にて
プルスタッドＴａを押して工具Ｔが主軸テーパ穴から僅
かに押し出されるようになっており、ピストンロッド４
６に固着のドッグ４８により、リミットスイッチＬＳ３
．ＬＳ４が作動して確認信号が出力される。油圧シリン
ダ１３及び４５には元圧ＰがソレノイドＳＱＬ　１を有
する電磁切換弁４７により切換えられて供給されるよう
になっている。

次に第１図のＡＴＣ動作制御システムのブロック線図部
について説明する。

５１は数値制御Ｂ全体を処理する主制御部、５２は主制
御部５１から工具交換指令を受けてＡＴＣ動作の制御を
行う工具交換制御部、４１は前述の交換アーム３５の動
作状態を検出する絶対値検出器、５８は絶対値検出器４
１からの信号を工具交換制御部５２へ入力するための絶
対値検出器インタフェース、５９は工具交換アームの動
作原位置を設定する工具交換動作原位置設定部、６０は
ＡＴＣ動作の位置データを設定する工具交換動作位置デ
ータ設定部、ＬＳＩ〜ＬＳ４は前述の工具クランプ、ア
ンクランプ状態を検出する各リミ・７トスインチ、１７
は前述の駆動モータ、５ＯＬＩは前述のソレノイド、５
３は工具交換制御部５２の出力信号を受けて、駆動モー
タ１７と工具着脱用のソレノイドＳＱＬへ信号を出力す
るとともにリミットスイッチＬＳＩ〜ＬＳ４の状態を入
力する入出力制御部である。

次に第４圓は工具交換動作シーケンスの一例を示す図で
、本図では通常サイクルモード、１ステップ送りモード
、１ステップ戻しモードの各動作モードに対し、工具交
換位置データ設定部６０のデータを変更するだけで容易
に工具交換動作ができることを表している。図で示すよ
うに、工具交換アーム用駆動軸２３の旋回角度ａに応し
て通常サイクルモードｅと１ステップ送りモードｆは、
交換アーム送り動作すを行い、１ステップ戻しモードｇ
はこれとは逆の交換アーム戻し動作Ｃを行う。これらの
工具交換サイクルでは、工具交換アーム３５の原位置と
、工具アンクランプ動作位置と、工具アンクランプ動作
ｖ／ｉ認位置と、工具クランプ動作位Ｉと、工具クラン
プ確認位置と、駆動モータ停止位置とをそれぞれ工具位
置データとして保持し、絶対値検出器４１により駆動軸
旋回角度ａを検出して工具交換アーム３５の動作制御を
行う。ここで通常サイクルモードと１ステップ送りモー
ドでは駆動モータ１７の回転速度が違うため、各動作タ
イミングの工具交換位置データを変えており、１ステッ
プ戻しモードは、通常サイクルモードｅと１ステップ送
りモードｆが、交換アーム送り動作をするのに対し、交
換アーム戻し動作Ｃは逆の動作を行うため、各動作タイ
ミングの工具交換位置データを変えている。そしてこの
複数の工具交換位置データは、工具交換動作位置データ
設定部内に設定され、必要により所望データが呼び出さ
れる。

工具交換アーム３５の現在位置は絶対値検出器４１によ
り検出されているので、万一工具交換アームの旋回途中
にて電源を切った場合にも、現在位置の記憶は失われな
いので電源再投入時に直ちに交換アーム３５を旋回途中
から原位置へ復帰させることができる。

発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので次に記載す
る効果を奏する。

カム機構等で構成された駆動軸１回転の一連の動作で、
工具交換を行う工具交換手段の駆動軸に、絶対位置検出
器を設けて駆動軸の現在位置を検出し、各種動作モード
に対応した個別の動作を設定できる手段に、工具交換動
作位置データを設定して、工具交換アームの動作制御を
行うよう心こなしたので、工具交換アームの動作タイミ
ングの調整は工具交換アームの原位置設定だけで済み、
従来のような近接スイッチの取付は調整作業が不要とな
る。

また工具交換アームの速度を変える時や、工具交換アー
ムの逆転サイクルを行う場合にも、工具交換アーム動作
位！データを変えるだけで、工具交換アームの適正な動
作タイミングが得られ、従来のような近接スイッチの追
加及び調整作業がなくなる。また近接スイッチがないた
め近接スイッチの誤動作又は故障による事故がなくなる
。

更に工具交換アーム動作中に電源を切った場合も電源投
入時に容易に工具交換アームを原位置に復帰させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の一部斜視図を含む工具交換装置の構
造図と制御システムのブロンク線図、第２図は本実施例
の工具交換装置の駆動部の断面回、第３図は本実施例の
マシニングセンタの姿図、第４図は本実施例の工具交換
動作シーケンス−例を表す図、第５図は従来の一部斜視
図を含む工具交換装置の構造図と制御システムのプロ、
り線図、第６図は従来の工具交換動作シーケンスの一例
を表す図である。 ６・・主軸　　　　　７・・工具マガジン８・・工具交
換装置　１７・・駆動モータ２３・・駆動軸　　　３５
・・工具交換アーム４１・・絶対位置検出器 ６０・・工具交換動作位置データ設定部第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の工具を収納する工具マガジンと工具着脱機
   構を有する主軸の工具を工具交換アームにより自動交換
   する工具交換機能を有する数値制御装置において、前記
   工具交換アームの旋回動作と工具着脱動作が駆動軸１回
   転中の一連の動作で工具交換できる工具交換手段と、該
   工具交換手段を駆動する駆動手段と、前記駆動軸に設け
   られた前記一連の動作の位置を検出する絶対位置検出手
   段を含んでなり工具交換の一連の動作を制御することを
   特徴とする自動工具交換機能を有する数値制御装置。
2. （２）工具交換の一連の動作は、少なくとも通常サイク
   ルモード、手動１ステップモード、手動１ステップ戻し
   モードの３つの動作モードを有し、該動作モードに対応
   した個別の動作位置を設定可能な手段を設けて工具交換
   の動作を制御することを特徴とする自動工具交換機能を
   有する数値制御装置。