JPH06297B2 - 数値制御工作機械における工具交換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a)．産業上の利用分野 本発明は、複数の工具を収納して該収納された工具を工
作機械側に供給する工具マガジンと、前記工具マガジン
に工具を工具交換装置により供給する、１個以上の補充
用工具マガジンを有する、旋盤やマシニングセンタ等の
数値制御工作機械において、工具マガジンと補充用工具
マガジン間における工具の交換方法に関する。

(b)．従来の技術 第６図は、従来の工具の受け渡し方法を補充用工具マガ
ジンと工具マガジン間の工具の交換に適用した場合を示
す図である。

出願人は、特願昭５８−２２１８６３号（特開昭６０−
１１４４３６号）において、旋盤の刃物台側に複数の工
具を収納する工具マガジンを設け、かつ該収納された工
具を選択的に工具保持台に供給して加工に使用し、更に
別に工具を収納する補充用工具マガジンを設け、該補充
用工具マガジンと工具マガジンとの間で工具交換を行い
つつ加工を行ってゆく複合加工旋盤を提案している。

ところで、従来、複数の工具マガジン間で工具を受け渡
しする場合、工具が収納される場所が各工具について専
用に設けられていた。これを、補充用工具マガジンと工
具マガジン間の工具交換について適用すると、第６図に
示すように、補充用工具マガジン２０から工具マガジン
７に移送された工具の数だけ、補充用工具マガジン側の
工具保持ポケット１２が空席となった状態となる。第６
図の場合、加工に使用する６本の工具を補充用工具マガ
ジン２０から工具マガジン７側に移送したので、補充用
工具マガジン２０側には、それまで工具が収納されてい
たマガジン１個分に相当する工具保持ポケット１２が空
席となって残る。

(c)．発明が解決しようとする問題点 このように、通常の工具マガジンの他に、補充用マガジ
ンを設けることにより、加工に使用出来る工具の数を大
幅に増加させることが可能となるが、補充用工具マガジ
ンと工具マガジン間の工具交換に、従来の工具移送に用
いられた手法を適用すると、常に工具を収納しない工具
保持ポケット１２等の工具収納手段が発生することとな
り、極めて不合理かつ不便であった。

そこで、各工具に固有の認識番号を付し、当該認識番号
を何らかの読み取り手段により読み取って、各工具の現
在の収納位置をメモリに格納し、各工具をランダムに各
収納手段に収納出来るようにする方法も用いられている
が、この場合には、各マガジンの全ての収納手段、即ち
工具保持ポケットに工具を収納出来る反面、認識番号の
読み取り手段の設置や認識番号を物理的にバーコードの
ような手段で工具に付与する必要がある等、多くの手間
と費用がかかる欠点があるばかりか、各工具が現在どの
マガジンのどのポケットに収納されているかを示すため
の表示手段が必要になる等、構造的にも大掛かりなもの
となる不都合がある。また、作業者による工具の段取り
に際しても、作業者は自分が脱着すべき工具がどのマガ
ジンのどのポケットに収納されているかをいちいち表示
手段により確認して、作業を行う必要が生じ、極めて繁
雑で間違いの発生する可能性が高い欠点がある。

本発明は、前述の欠点を解消すべく、各マガジンの工具
の収納手段を有効に活用することが出来、しかも工具の
管理が容易な工具交換方法を提供することを第１の目的
とし、また、作業者による工具の段取りに際しても、工
具の収納場所を直ちに認識することが出来、更に実施す
る上での数値制御工作機械の構成及び構造がが簡単でか
つ経済的な工具交換方法を提供することを第２の目的と
するものである。

(d)．問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、工具マガジンの各収納手段に対応させ
た形で１個以上の工具からなる工具グループをそれぞれ
設け、工具マガジンの前記各収納手段には当該収納手段
に対応する工具グループの工具を収納すると共に、残り
の工具を補充用工具マガジンの収納手段に収納し、工具
マガジンと補充用工具マガジンとの間の工具交換を前記
工具グループ内でのみ行うようにして構成される。

(e)．作用 上記した構成により、本発明は、補充用工具マガジンと
工具マガジンとの間の工具の交換作業が、工具マガジン
の各収納手段について設定された工具グループに属する
工具同士でのみ行われるように作用する。

(f)．実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による工具交換方法の一実施例を示す工
程図、第２図は本発明が適用さる数値制御旋盤の一例を
示す側面図、第３図は第２図の数値制御旋盤の制御ブロ
ック図、第４図は工具組み合せメモリの内容を示す模式
図、第５図はマガジンメモリ内の工具収納マップを示す
模式図である。

数値制御旋盤１は、第２図に示すように、ベッド２を有
しており、ベッド２上にはキャリッジ３が、ベッド２上
を、第２図紙面に垂直な方向、即ち主軸軸心方向（Ｚ軸
方向）に移動駆動自在に設けられている。キャリッジ３
上には、クロススライド５が、主軸軸心方向に直角な方
向（Ｘ軸方向）である矢印Ｃ，Ｄ方向に移動駆動自在に
支持されており、クロススライド５上には工具保持台６
が、後述の工具１３を保持開放自在に設けられている。
また、クロススライド５上には、チェーン式の工具マガ
ジン７が設けられており、工具マガジン７には２個のス
プロケット９，１０が回転自在に設けられている。スプ
ロケット９，１０間にはチェーン１１が張設されてお
り、チェーン１１には所定の間隔で工具保持ポケット１
２が設けられている。工具保持ポケット１２には旋削及
び回転用工具１３が着脱自在に保持されており、また、
キャリッジ３上には、アーム１５が設けられている。ア
ーム１５には工具交換装置１６のＡＴＣアーム１７が１
８０°範囲にわたり回転自在かつ、紙面と直角方向に突
出後退自在に設けられており、更にＡＴＣアーム１７は
矢印Ａ，Ｂ方向に伸縮自在に設けられている。

一方、ベッド２の左方には、支持台１９が設けられてお
り、支持台１９上には工具マガジン７と同一の構成の補
充用工具マガジン２０が設置されている。補充用工具マ
ガジン２０の工具保持ポケット１２には複数の工具１３
が着脱自在に設けられており、チェーン１１をスプロケ
ット９，１０を介して駆動させることにより、所定の工
具交換位置Ｚ１に交換すべき工具１３を位置決めするこ
とが出来る。

また、数値制御旋盤１は、第３図に示すように、主制御
部２１を有しており、主制御部２１にはバス線２２を介
して加工プログラムメモリ２３、工具組み合せメモリ２
４、工具交換制御部２５、マガジンメモリ２６、機構制
御部２７等が接続し、更に工具交換制御部２５には前述
の工具交換装置１６が接続している。

数値制御旋盤１は、以上のような構成を有するので、加
工に際しては、工具マガジン７のスプロケット９，１０
を適宜回転駆動して、加工に使用すべき工具１３を、第
２図に示す、スプロケット９側のチェーン１１の屈曲部
に設定された工具保持位置Ｘに位置決めする。その状態
で、工具保持台６により、工具保持位置Ｘに位置決めさ
れた工具１３を保持し、キャリッジ３をＺ軸方向である
主軸軸心方向にベッド２上を摺動させ、更にクロススラ
イド５をキャリッジ３上をＺ軸方向とは直角のＸ軸方
向、即ち矢印Ｃ，Ｄ方向に移動させて、所定の加工を図
示しないワークに対して行う。加工に使用する工具１３
を変える場合には、工具保持台６による工具１３の保持
を中止して、スプロケット９，１０を回転駆動して、次
に使用すべき工具１３を工具保持位置Ｘに位置決めし、
更に工具保持台６により当該位置決めされた工具１３を
保持して加工を再開する。

こうして、工具マガジン７に収納された工具１３につい
ては、スプロケット９，１０を適宜回転させて、使用す
べき工具１３を次々に工具保持位置Ｘに位置決めして加
工を継続してゆくが、補充用工具マガジン２０に収納さ
れた工具１３を使用する場合には、キャリッジ３をＺ軸
方向に、クロススライド５をＸ軸方向に、所定の工具交
換位置にまで移動させ、そこで工具交換装置１６を駆動
して補充用工具マガジン２０に収納された工具１３を工
具マガジン７に収納し、工具マガジン７において不要と
なった工具１３を補充用工具マガジン２０に返却する。
工具交換装置１６による工具交換動作は、まず所定の工
具交換位置Ｚ１，Ｚ２に交換すべき工具１３，１３を位
置決めして、ＡＴＣアーム１７を矢印Ａ方向に突出させ
つつ紙面と直角方向に突出させて工具１３，１３を両端
に設けられた工具把持部１３ａ，１３ａにより把持し、
その状態でＡＴＣアーム１７をＢ方向に後退させて工具
１３を工具保持ポケット１２から抜き出し、更にその状
態で、ＡＴＣアーム１７を１８０°回転させて、それま
で工具マガジン７に収納されていた工具１３を補充用工
具マガジン２０側に、補充用工具マガジン２０に収納さ
れていた工具１３を工具マガジン７側に位置決めする。
そこで、ＡＴＣアーム１７を再度Ａ方向に突出させる
と、工具１３はそれぞれの工具保持ポケット１２に収納
され、それまで補充用工具マガジン２０に収納されてい
た工具１３は工具マガジン７に、工具マガジン７に収納
されていた工具１３は補充用工具マガジン２０に収納さ
れる。そこで、補充用工具マガジン２０から工具マガジ
ン７に収納された工具１３を工具保持位置Ｘに位置決め
し、工具保持台６により該工具１３を保持して所定の加
工を行う。

次に、本発明による工具交換方法の一実施例を、第１
図、第４図及び第５図等を用いて具体的に説明する。本
実施例の場合は、説明を簡略化するために、第１図に示
すように、工具マガジン７及び補充用工具マガジン２０
は、おのおのが６個の工具保持ポケット１２を有する場
合について説明するが、各マガジンにおける工具保持ポ
ケット１２の数は加工の必要に応じて任意に設定するこ
とが可能なことはいうまでもない（なお、第１図におけ
る工具交換装置１６及び各マガジン７，２０の形状は、
説明上の便宜のために図案化・模式化されており、従っ
て、第２図に示すそれ等装置の実際の外形とは必ずしも
一致していない。）。

数値制御旋盤１による加工は、加工プログラムメモリ２
３に格納された加工プログラムＰＲＯに基づいて、機構
制御部２７が図示しない主軸や工具保持台６等を駆動し
て行ってゆくが、加工の進行に伴って補充用工具マガジ
ン２０中の工具１３を使用して加工を行う必要が生じ
る。この場合、主制御部２１は、加工プログラムＰＲＯ
に指示された工具１３を補充用工具マガジン２０から工
具交換装置１６により工具マガジン７へ移送するが、工
具マガジン７には全ての工具保持ポケット１２に工具１
３が収納されているので、いずれかの工具１３を補充用
工具マガジン２０に返却する必要が有る。

そこで、主制御部２１は、工具組み合メモリ２４を検索
して、工具マガジン７に移送すべき工具１３が属してい
る工具グループＴＧを判定する。工具組み合メモリ２４
には、第４図に示すように、工具マガジン７の各工具収
納ポケット１２に対応した形で、工具マガジン７及び補
充用工具マガジン２０に収納されている工具１３が、１
本以上の工具１３からなる工具グループＴＧとしてグル
ープ化されている（なお、工具マガジン７と補充用工具
マガジン２０には、第１図(a)に示すように、６個の工
具保持ポケット１２が、各工具保持ポケット１２を区別
するためにポケット記号ＰＫとしてＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ及びａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇの記号が付された形
で設けられており、工具組み合メモリ２４内の各工具１
３のグループ化も前記ポケット記号ＰＫに基づいて行わ
れている。）。即ち、ポケット記号ＰＫがＡの工具収納
ポケット１２には、工具番号ＴＮＯが１と７の工具１３
が、ポケット記号ＰＫがＢの工具収納ポケット１２に
は、工具番号ＴＮＯが２の工具１３が、更にポケット記
号ＰＫがＤの工具収納ポケット１２には、工具番号ＴＮ
Ｏが３と８と９の工具１３が、ポケット記号ＰＫがＥの
工具収納ポケット１２には、工具番号ＴＮＯが４の工具
１３が工具グループＴＧとしてグループ化されて格納さ
れている。なお、ポケット記号ＰＫがＦの工具収納ポケ
ット１２には、工具番号ＴＮＯが５、１０、１１、１２
の工具１３が、ポケット記号ＰＫがＧの工具収納ポケッ
ト１２には、工具番号ＴＮＯが６の工具１３が工具グル
ープＴＧとしてグループ化されている。従って、工具組
み合メモリ２４を検索することにより、工具マガジン７
に供給すべき工具１３がどの工具グループＴＧに属して
いるかは直ちに判明する。

目的の工具グループＴＧが判明したところで、主制御部
２１は、マガジンメモリ２６を検索して、補充用工具マ
ガジン２０から工具マガジン７に移送する工具１３と交
換に工具マガジン７から補充用工具マガジン２０に移送
する工具１３を決定する。即ち、工具マガジン７の各工
具収納ポケット１２には、前述の工具グループＴＧにつ
いて各１本の工具１３が収納されており、工具マガジン
７へ移送する工具１３の工具グループＴＧが判明する
と、当該工具グループＴＧに属する工具１３を工具マガ
ジン７から補充用工具マガジン２０へ返却する形で工具
交換を行う。各工具グループＴＧに属する工具１３が現
在どちらのマガジンに収納されているかは、マガジンメ
モリ２６を検索することにより直ちに判明する。即ち、
マガジンメモリ２６には、第５図に示すように、各マガ
ジン７，２０の各工具収納ポケット１２に収納された工
具１３の工具番号ＴＮＯがポケット記号ＰＫに対応する
形で格納されており、工具グループＴＧが判明すると、
当該工具グループＴＧに属する工具１３のいずれが工具
マガジン７に収納されているかは、工具マガジン７の各
工具収納ポケット１２に収納されてが工具１３の工具番
号ＴＮＯと、同一工具グループＴＧに属する工具１３の
工具番号ＴＮＯを比較することにより直ちに判明する。
なお、第５図(a)に示す工具収納マップＭＡＰの状態
は、第１図(a)に示す各マガジンの収納状態と対応して
いる。

今、加工プログラムＰＲＯの指示により、補充用工具マ
ガジン２０の工具番号ＴＮＯが７の工具１３を工具マガ
ジン７に供給する場合には、主制御部２１は、工具組み
合メモリ２４を検索して工具番号ＴＮＯが７の工具１３
が属する工具グループＴＧを検索する。すると、工具番
号ＴＮＯが７の工具１３はポケット記号ＰＫが工具収納
ポケット１２に属する工具グループＴＧで、同一の工具
グループＴＧには工具番号ＴＮＯが１の工具１３が存在
することを認識する。そこで、主制御部２１はマガジン
メモリ２６を検索して、工具番号ＴＮＯが１の工具１３
が工具マガジン７のポケット記号ＰＫがＡの工具収納ポ
ケット１２に収納され、かつ工具番号ＴＮＯが７の工具
１３が補充用工具マガジン２０のポケット記号ＰＫがａ
の工具収納ポケット１２に収納されていることを確認
し、工具交換制御部２５に工具番号ＴＮＯが７と１の工
具１３の交換を指令する。工具交換制御部２５はそれを
受けて、工具交換装置１６を駆動して、各マガジン７，
２０のポケット記号ＰＫがＡとａの工具収納ポケット１
２の間で、工具番号ＴＮＯが１の工具１３を工具マガジ
ン７から補充用工具マガジン２０へ、同時に工具番号Ｔ
ＮＯが７の工具１３を補充用工具マガジン２０から工具
マガジン７へ交換収納する。当該交換作業が行われる
と、各マガジン７，２０は、第１図(b)に示すようにな
り、また、マガジンメモリ２６内の工具収納マップＭＡ
Ｐも、第５図(b)に示すように、現在のマガジンの収納
状態に適合する形で、対応する工具番号ＴＮＯが書き換
えられる。

次に、第１図(c)に示すように、工具番号ＴＮＯが１１
の工具１３を工具マガジン７に移送するが、工具組み合
メモリ２４には工具番号ＴＮＯが１１の工具１３は工具
番号ＴＮＯが５、１０、１２の工具１３と共にポケット
記号ＰＫがＦなる工具収納ポケット１２について一つの
グループとなっており、そこで、マガジンメモリ２６を
検索して、工具番号ＴＮＯが１１の工具１３の収納され
た補充用工具マガジン２０における工具収納ポケット１
２のポケット記号ＰＫ及び、ポケット記号ＰＫがＦの工
具収納ポケット１２に収納されている工具１３を判定す
る。すると、第５図(b)に示すように、工具番号ＴＮＯ
が１１の工具１３はポケット記号ＰＫがｆの工具収納ポ
ケット１２に収納されており、ポケット記号ＰＫがＦの
工具収納ポケット１２には工具番号ＴＮＯが５の工具１
３が収納されていることが判明するので、主制御部２１
は工具番号ＴＮＯが５と１１の工具１３間、従ってポケ
ット記号ＰＫがＦとｆなる工具収納ポケット１２間で工
具交換を行うように指示し、同時にマガジンメモリ２６
の内容を、第５図(c)に示すように、工具交換後の各マ
ガジンの収納態様に合わせる形で書き換える。

以後、補充用工具マガジン２０に収納された工具１３の
交換作業は、前述の場合と同様に行われ、第１図(d)で
は工具番号ＴＮＯが１１と１０の工具１３が、更に第１
図(e)では、工具番号ＴＮＯが１と７の工具１３が再度
交換され、更に第１図(f)では、工具番号ＴＮＯが５と
１０の工具１３が交換される。また、その度に、マガジ
ンメモリ２６の工具収納マップＭＡＰも、第５図(d)，
(e)，(f)に示すように、書き換えられる（第５図の工具
収納マップＭＡＰの内容は、第５図の(a)〜(f)が、第１
図の(a)〜(f)にそれぞれ対応している。）。

なお、本実施例による数値制御旋盤１は、補充用工具マ
ガジン２０が工具マガジン７に対して別置になっている
場合について説明したが、本発明は補充用工具マガジン
２０と工具マガジン７が一体的に形成されている場合に
も適用できることは勿論であり、更に工具マガジン７、
補充用工具マガジン２０等もチェーン式のものに限ら
ず、工具を貯蔵するどのような形態の工具マガジンでも
適用が可能なことは言うまでもない。また、補充用工具
マガジン２０の数は、各工具１３を工具マガジン７の工
具収納ポケット１２に対応させた形でグループ化し、マ
ガジンメモリ２６において各マガジンにおける収納状態
を管理する限り、１台以上何台で構成してもよいことは
勿論である。

更に、本発明は数値制御旋盤１に限らず、工具マガジン
７及び補充用工具マガジン２０を設け、それ等工具マガ
ジン間で工具１３を交換使用する全ての数値制御工作機
械に適用が可能である。

(g)．発明の効果 以上、説明したように、本発明によれば、工具マガジン
７の各工具収納ポケット１２等の工具の収納手段に対応
させた形で１個以上の工具１３からなる工具グループＴ
Ｇをそれぞれ設け、工具マガジン７の前記各収納手段に
は当該収納手段に対応する工具グループＴＧの工具１３
を収納すると共に、残りの工具１３を補充用工具マガジ
ン２０の収納手段に収納し、工具マガジン７と補充用工
具マガジン２０との間の工具交換を前記工具グループＴ
Ｇ内でのみ行うようにしたので、各マガジン７，２０の
全ての工具の収納手段に工具１３を収納した状態で工具
の交換作業を行うことが出来、各マガジン７，２０を有
効に活用することが出来る。また、工具交換が、必ず決
まった工具グループＴＧ内で行なわれるので、当該工具
グループＴＧを構成する工具１３が収納される各マガジ
ン７，２０の工具保持ポケット１２は常に一定となり、
工具１３の管理が容易となるばかりか、作業者による工
具１３の段取りに際しても、当該工具１３の属する工具
グループＴＧに対応する工具の収納手段についてのみ点
検することにより、目的の工具１３の収納場所を容易に
発見することが出来、作業ミスが生じにくい利点があ
る。また、各工具１３にいちいち認識番号を付したり、
更に当該認識番号の読み取り手段や工具の格納位置の表
示手段を設ける必要が無いので、数値制御工作機械の構
成及び構造が簡単になり、経済的な工具交換方法の提供
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具交換方法の一実施例を示す工
程図、第２図は本発明が適用さる数値制御旋盤の一例を
示す側面図、第３図は第２図の数値制御旋盤の制御ブロ
ック図、第４図は工具組み合せメモリの内容を示す模式
図、第５図はマガジンメモリ内の工具収納マップを示す
模式図、第６図は、従来の工具の受け渡し方法を補充用
工具マガジンと工具マガジン間の工具の交換に適用した
場合を示す図である。 １……数値制御工作機械（数値制御旋盤） ６……加工手段側（工具保持台） ７……工具マガジン １２……工具の収納手段（工具保持ポケット） １３……工具 １６……工具交換装置 ２０……補充用工具マガジン ＴＧ……工具グループ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の工具の収納手段が設けられ、かつ加
   工手段側への工具の供給が可能な工具マガジンを有し、
   同様に複数の工具の収納手段が設けられた補充用工具マ
   ガジンを有し、それ等工具マガジンと補充用工具マガジ
   ンとの間に工具交換装置が設けられた数値制御工作機械
   において、工具マガジンの前記各収納手段に対応させた
   形で１個以上の工具からなる工具グループをそれぞれ設
   け、工具マガジンの前記各収納手段には当該収納手段に
   対応する工具グループの工具を収納すると共に、残りの
   工具を補充用工具マガジンの収納手段に収納し、工具マ
   ガジンと補充用工具マガジンとの間の工具交換を前記工
   具グループ内でのみ行うようにして構成した数値制御工
   作機械における工具交換方法。