JPS5851046A - 自動工具交換方式 - Google Patents

自動工具交換方式

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JPS5851046A
JPS5851046A JP56145329A JP14532981A JPS5851046A JP S5851046 A JPS5851046 A JP S5851046A JP 56145329 A JP56145329 A JP 56145329A JP 14532981 A JP14532981 A JP 14532981A JP S5851046 A JPS5851046 A JP S5851046A
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JP
Japan
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tool
spindle
main shaft
tool magazine
motor
Prior art date
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Application number
JP56145329A
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English (en)
Inventor
Shigeki Kawada
茂樹 河田
Yoshimoto Fujioka
藤岡　良基
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Fujitsu Fanuc Ltd
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Publication date
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Priority to DE8282902742T priority patent/DE3277724D1/de
Priority to US06/498,209 priority patent/US4614020A/en
Publication of JPS5851046A publication Critical patent/JPS5851046A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B23B39/16—Drilling machines with a plurality of working-spindles; Drilling automatons
    • B23B39/20—Setting work or tool carrier along a circular index line; Turret head drilling machines
    • B23B39/205—Turret head drilling machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

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】 本発明は自動工具交換方式に係シ、特に１台の主軸モー
タによシ主軸の回転と工具マガジンの旋回とを行なわせ
る構造のものに適用して好適な自動工具交換方式に関す
る。
自動工具交換（ＡＴＣという）機能は工具マガジンに複
数本の工具を予め用意しておき、工具交換指令によシ人
手を介さず自動的に旧工Ａｔ−主軸から取り外し、新工
具を該主軸に装着する機能である。
ところで、ＡＴＣ機能を有する従来のＡＴＣ装置におい
ては工具マガジンを回転して所望の新工具を割出す機構
が複雑となっていた。たとえば、米国特許第４．０５！
％２５１号明細書に示されるＡＴＣ装置は。
主軸機構の２軸方向の移動を工具マガジンの間欠回転に
変換して工具交換を行なうものであるが構造が複雑とな
ると共に、主軸機構の２軸方向の１往復運動が１工具ピ
ツチの工具マガジン回転に相当するだけであるため工具
交換に要する時間が長くなる欠点があった。
又、工具マガジンを回転するモータを別設し。
該モータにより工具マガジンを回転し、工具交換を行な
うＡＴＣ装置もあるが、装置が大塵化になると共にコス
ト高となる欠点がある。
従って、本発明は簡単な構造で、しかも短時間で工具交
換ができる低コストの自動工具交換方式を提供すること
を第１の目的とする。
ところで、本発明においては少なくとも主軸と、該主軸
と一体に回転する第１の歯車とを有する主軸機構；主軸
を回転させる主軸モータ；少なくとも複数の工具を収容
する収容部と、該収容部と一体に回転する第２の歯車と
、前記主軸機構に対しスライド可能に取付け←れたスラ
イダ部を有する工具マガジン；主軸機構を２軸方向に移
動させる２軸毫−タ；工具マガジンの２軸方向の移動を
拘束する拘束部材を設け、加工時には前記第１と第２の
歯車のカミ合をはずし、主軸七−夕によシ主軸を所定速
度で回転して、該主軸に装着した工具によシ加工を行な
い、工具交換時には第１と第２の歯車を力２合せ、主軸
モータを回転することによシ所望の新工具の割出しを行
なう。このように工具交換、加工に応じて適宜第１、第
２の歯車を力２合せたり、その力５合をはずしたりして
いる。
このため、力ｉ合が不完全であったシ、カミ合が不可能
な状態において力２合せようとすると歯車の破損を生じ
、以後の工具交換動作に不具合を生じる。
従って、本発明は常に正確に主軸機構上の第１の歯車と
工具マガジン上の第２歯車をカミ合せすることができる
自動工具交換方式を提供することを第２の目的とする。
更に本発明は高精度の工具割出が行なえる自動工具交換
方式を提供することを第５の目的とする。
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
第１図は本発明に係る自動工具交換方式を適用できる自
動工具交換装置の概略図である。
図において、１は自動工具交換機構、２は数値制御装置
（ＮＣ装ｆ）、ＡＸ、ＡＹはそれぞれＸ軸。
Ｙ軸の送りモータ％ａｘ、ａＹはリードスクリ為−１５
はワーク、６Ｘ、４Ｙはテーブルである。尚、ＮＣ装置
２は通常の数値制御機能の捻かにサーボ制御機能、足位
置停止機能を有しているものとする。
さて、自動工具交換機構１において、ｌｔｉ主軸機構で
ある。この主軸機構１１は主軸啼１ａと。
該主軸と一体に回転するカサ歯車１１ｂと、主軸筒１、
ｔ６と、後述する工具マガジンをスライド可能に支持す
る支持部１１ｄと、主軸筒１’　Ｉ　Ｃに固定され端部
に雌ネジが形成されたナツト部材１１ｅと、主軸筒１１
ｅＫ固定され九り部材１１ｆを有している。１２は主軸
を回転させる主軸モータであシ、プーリ１５→ベルト１
４→プーリ１５を介して、主軸モータ１２０回転が主軸
１１ｇに伝達される。１６は主軸毫−夕１２の回転速度
を検出するタコシエネ、１７は歯車機構、１８は歯車機
構１７によシ主軸１１４の回転を伝達され、主軸１１１
の所定回転毎にフィーｙパックパルスＦｐを発生スル／
＜　ルス：７−　タ、１！は主軸機構１１を上下方向（
２軸方向）に駆動する上下方向駆動機構であ〉、２軸モ
ータ１９＆と、リードスクリ＆　−１９ｂを有しでいる
。リードスクリａ、−１？ｉｌｄナツト部材１１・に形
成し九雌ネジとネジ濠合する七共に、２軸モータ１９１
の回転によシ回転可能ｌＩＣ１にりている。従つて、２
軸虫−タ１！烏を回転すれば、リードスクηニー１９ｂ
が回転し、その回転方向に応じて主軸機構１１は上、下
に移動する。２０は工具マガジンであり、複数の工具を
収容する工具収容部２Ｏａを有するブロック２０ｂと、
ブロック２０ｂと一体に回転可能なカサ歯車２０ｃと、
シャツ）　２０ｄと、主軸機構１１の支持部１１ｄに支
持され、主軸に対し上下方向に摺動可能なスライダ部材
２０ｅを有している。尚、スライダ部材２０．はシャツ
）２０ｄＫ固定され、又カサ歯車２０ｃ及びブロック２
０ｂはシャツ）　２０ｄに対し一体に回転可能に支持さ
れている。２１＃ｉ工具部材であり、工具２１ａと円錐
状のアーμ２１ｂと先端部２１ｃｔ−有している。尚、
工具２１．とアーμ２１ｂは一体に構成され、アーμ２
１ｂの円錐側面は主軸１１＆の端部内面に形成し九テー
パ部（ドローバ）と契合し、又先端部２１ｃは図示しな
い主軸内部の把持部により把持されて該主軸に固定され
るようになっている。２２はスプリングであり、工具マ
ガジン２０のスライダ部材２０ｅと主軸機構１１のＬ部
材１１ｆ間に掛渡され、スライダ部材２０・を上方に引
上げるように付勢力を発生している。この結果、スライ
ダ部材は後述するストッパに突き蟲る迄は主軸筒１１（
Ｈの頭部に係合しており、主軸機構１１と一体に移動で
きるようになっている。２Ｓは機械に固定されたストッ
パであシ、主軸機構１１と工具マガジン２０が一体とな
って上方に移動しているとき、スライダ部材２０・が訪
ストッパ２３に突き当ると以後工具マガジン２０の移動
は停止せしめられ、主軸機構１１のみが上方に移動する
。
次に、工具交換の動作を第１図に従って説明する。尚、
第１図の状態は主軸機構１１が２軸方向厚点に位置して
いる時の状態であり、該原点よシ下の領域を加工領域、
上の領域をＡＴＣ領域という。
今、点線に示すように加工領域においてワーク５に対す
る所定の加工動作を終了し、図示しないＮＣテープから
工具交換命令 １００Ｍ０６＋　　　　　　　　　　　（１１が指令さ
れると、ＮＣｆ！ｔ２は工具交換制御を開始する。尚、
（１１において１口口はＴ機能命令であシ、新工真の工
具番□号はロロで示される。又、ＭＯ６Ｆｉ工具交換を
指示するＭ機能命令である。
（１）に示す工具交換命令によりＮＣ装置２は２軸モ一
タ１９１ヲ回転して主軸機構１１と工具マガジン２０を
一体に上方に引上げ２柏原点に復帰させると共に（第１
図の図示状ｉ１）、主軸モータ１２を回転させ主軸１１
ａｔ定位置に停止させる（主軸オリエンテーシ曹ン）。
尚、主軸第１ノエンテーシ冒ンとＺ＠原点への復帰動作
蝶別々に行なってもよく、又その順序はいずれが早くて
も構わない。
さて、主軸オリエンテーク１ンを実行することにより、
主軸機構１１のカサ歯車１１ｂと工具マガジン２０のカ
ヤ歯車２０Ｃは後のステップにおいて正しくカミ合うこ
とになる。即ち、主軸１１Ｂが主軸オリエンテーシ嘗ン
によシ停止する位置は、予めカサ歯車１１ｂが正しくカ
サ歯車２０ｅとカミ合う位置に定められている。
しかる後、２軸モータ１９１を更に回転させれば、主軸
機構１１は工具マガジン２０と一体となってＡＴＣｍ域
に入り込み、該ＡＴＣＩＩ域内を上昇する。
主軸機構１１がＡＴＣ領域内で上昇すると、その途中で
図示しないカムが作動し、主軸１１内の図示しない把持
部はアーμの先端部の把持を解除する（アンクラブ）。
更に、主軸機構１１と工具マガジン２０を一体に上昇さ
せると工具マガジン２０のスライダ部材２０・がストッ
パ２５に突き当る。この結果工ＪＬ−ｒガジン２０の上
昇は停止し、以後主軸機構１１のみが上昇する。
主軸機構１１のみが更に上昇すると主軸１１３のテーパ
部において該主軸に契合していたアーノ（が抜け、これ
とほぼ同時に工具マガジン２０のカサ歯車２０ｃに主軸
機構１１のカサ歯車１１ｂがカミ合い、又２軸モータ１
ｔＢの回転は停止する。
カサ歯車１１ｂとカサ歯車２０ｃがカミ合っている状態
において、主軸モータ１２を回転して工具マガジン２０
を回転させ新工具を主軸１１の直下に位置決めする（新
工具の割出し）。
新工具を主軸直下に位置決め後、２軸モータ１ｅａｒ逆
転して主軸機構１１を下降させれば、該主軸機構の下降
に応じて新工具のアーμが主軸１１のテーパ部と密着し
、又工具マガジン２０が主軸機構１１と一体に下降を開
始し、更に所定位置で主軸１１の把持部Ｖ−ぷりアーパ
の発端部が把持されるｆクランプ）。そして、以後下降
が続行し２柏原点位置に戻ると２軸モータ１ｔＢの回転
が停止して自動工具交換動作が終了する。
自動工具交換後にＮＣテープより２軸位置決め指令が出
され＼は主軸機構１１は工具マガジン２゜と一体になっ
て加工領域内を下降し再び加工が行なわれる。
第２図は新工具の割出しを行なう新工具割出回路のブロ
ックである。
図中、１０１は新工具割出回路、１０２は速度制御回路
、　　１０３け主軸モータ、１０４はバルスコーダであ
り、それぞれ第１図の主軸モータ１２及びパルスコーダ
１８に対応している。１０５は切換回路。
１０６は定位置停止制御回路、１０７は速度指令回路で
ある。切換回路１０５は主軸を所足速度で回転させる場
合には速度指令回路１０７を選択し、主軸オリエンテー
シ璽ン時にＦｉり位置停止回路１０６を選択し、新工具
割出し時には新工具割出回路を選択する。新工具割出回
路１θ１において、１ｏ１＆は工を配憶する工具コード
レジスタ、ＩＱｌｂは工具コードと工具位置の対応関係
を配憶するテーブルである。尚、工具位置とは工具マガ
ジンの基準位置から所定工臭迄の回転角度であり、たと
えば工具マガジンの基準位置を主軸直下に位置決めした
状部で主軸１０５を回転し、該主軸の回転によシ所定工
＾が主軸直下に位置決めされる迄にパルスコーダ１０４
から発生するパルス数で表わされる。１０１ｃは工具交
換命令で指定された新工具の工具位置Ｔｎを記憶する新
工具位置レジスタ、　　１０１ｄは現在選択されている
現工具の工具位置Ｔｏ　を記憶する現工具位置レジスタ
、１０１＠はアンドゲート、１（Ｎｆは新工臭位置Ｔｎ
と現工具位ｆｆ１Ｔｏの差分を求め。
該差分を出力すると共にアントゲ−）　１０１ｅを開Ｉ
ＴｎｔＴｏとして現工具位置レジスタＩＤ１ｄＪＣ記憶
する演算回路である。尚、早廻シ回転するように差分を
修正し、て出力することもできる０１０１ｇは前記差分
がプリセットされると共に、主軸モータ１０３が所定量
回転する毎にパルスコーダ１０４から発生するフィード
バックパルスＦｐを回転方向に応じて可逆計数する可逆
カウンタ、　１ｏ１ｈｔｉ可逆カウンタの内容をＤＡ変
換するＤＡ変換器である。
この新工具割出回路１０１は工具交換命令が与えられ＼
げ指定された新工臭コードを工具位置に変換して新工具
位置レジスタ１０１ｃに記憶させ、新工具位置Ｔｎと現
工具位置Ｔｏの差分を可逆カウンタ１０１ｇにプリセッ
トし、該可逆カウンタ１０１ｇの計数値が零となるよう
に主軸モータ１０５を回転し、即ち工具マガジンを回転
し、新工ＪＬｔ−主軸の真下に位置決めする。
第５図は主軸オリエンテーシ璽ンを実現する主軸定位置
停止制御回路の概略を説明するブロック図、第４図は同
各部波形図である。尚、第１図と同一部分には同一符号
を付している。
図中、２０１は速度指令回路（第２図の１０７に対応）
で速度指令ＣＶｔ出力する。２０２は定位置停止（オリ
エンテーシ田ン）指令ＯＲＣＭ　を出力する定位置停止
指令回路、２０５は速度制御回路（第２図の１０２に対
応）で、加算器２０５　ｇと、位相補償回路２０５ｂと
、電圧位相変換器２０３ｃと、サイリス！２０３ｄとを
有している。加算器２０５ａは速度制御に際しては指令
速度Ｃｖと実速ｆＡＶとの差電圧（速度偏差）を出力し
１位置制御の際には位置偏差ＲＰＤと実速度ＡＶとの差
電圧を出力する。
位相補償回路２０５ｂは加算器出力電圧の位相を進み又
は遅らせその位相を補償する。電圧位相変換器２０５ｃ
は位相補償回路２０５ｂの出力電圧に応じ九点弧位相で
サイリスタ回路２０３ｄを構成する各サイリスタの点弧
を制御する。サイリスタ回路２０３ｄは各サイリスタの
点弧位相を制御され主軸モータ１２に印加する電圧値を
変え、該主軸毎−タ１２０回転速度を制御する。２１０
は磁気センサで発磁体２ｆＯ３と、七ンス回路２１０ｂ
とがらなっている。尚、磁気センサ２１０はファイン位
雪偏差信号ＤＶ？出力する。２１１は定位置停止制御回
路（第２図の１０６に対応）で、位置偏差に応じた電圧
値を有する位置偏差信号ＲＰＤとオリエンテーシ冒ン完
了信号ＯＲＤＥＭとを出力する位置偏差信号発生回路２
１１ａと、足位置停止指令回路２０２からのオリエンテ
ーシ璽ン指令に基いてループ切替スイッチ２１２（第２
図の切替回路１０５に対応）を切替えるループ切替回路
２１１ｂを有している。
次に、第５図の主軸定位置停止制御回路の作用を正回転
しながら定位置停止する場合について第４図を参照して
説明する。
回転時（加工時）は切替スイッチ２１２はａ＠に切替わ
っておシ、速度制御ループが形成されている。即ち、加
算器２０３ａには速度指令回路２０１からの速度指令Ｃ
ｖとタコジェネ１６からの実速度ＡＶが入力されており
、該加算器２０３ａからは速度偏差電圧が出力される。
この速度偏差電圧に応じてサイリスタ回路２０３ｄを構
成する各サイリスクの点弧角が電圧位相変換器２０５ｃ
Ｋよシ制御され、主軸モータ１２に印加される電圧は増
減する。
この結果、主軸モータ１２の実速度ＡＶは指令速度Ｃｖ
と一散するように増減等る。以後、上記速度偏差が零と
なるように速度制御され、主軸回転時には略指令速度で
回転することになる。
上記状態において切削作業が終了すれば定位置指令回路
２０２から時刻ｔ、においてオリエンテーシ冒ン指令Ｏ
ＲＣＭがループ切替回路２１１ｂに入力され、同時に速
度指令Ｃｖは零となる。これにより、実速度ＡＶは減少
し時刻ｔｉにおいて零（所定の一定速度であってもよい
）となる。
実速＆ＡＶが零となれば速度零信号ＶＺＲが位置偏差信
号発生回路２１１ａ内部で発生し、この速度零信号ＶＺ
Ｒによりループ切替回路２１１ｂの作用で切替スイッチ
２１２はｂ側に切替り、速度制御から位置制御に移行す
る。又、ＶＺＨにより位置偏差信号発生回路２１１ＪＬ
　Ｆｉまず初期設定電圧ｌ５Ｖ（＝Ｖ１）を出力する。
これにより主軸は再び回転を開始し実速度信号Ａ　Ｖ　
ｌ’ｉ　Ｖ　ｉ　と等しくなるように上昇する。そして
、発磁体２１０ａが回転を続け、第１回目の定位置に到
達すれば（時刻ｔ、）、位置偏差信号発生回路２１１ａ
は以後コアース位置偏差信号ＣＰＤを出力する。主軸が
更に回転をっづけ発磁体２１０ａが第１近傍領域ＡＲ，
に近ずけばＣ時刻ｔｓ）位置偏差信号発生器２１１ａは
バイアス信号ＢＩＢを出力し、そして第２近傍領域ＡＲ
１に到達すれば（時刻１．）以後ファイン位置偏差信号
ＤＶｔ出力し、該ファイン位置偏差信号ＤＶが零に表り
良とき停止し、主軸定位置停止制御が終了する。尚、位
置偏差信号発生回路２１１ａの詳細は特願昭５５−１７
８５５５号を参照されたい。
以上、本発明によれば主軸、モータを主軸の回転のみな
らず、工具マガジンの回転にも利用できる構造であり、
連続的に即ち従来のように間欠運動によらず新工具を割
出せる良め工具交換時間食短縮することができる。又、
本発明においては工具交換動作及び加工動作に応じて適
宜工具マガジンのカサ歯車と主軸機構のカサ歯車をカミ
合せ、或いはカミ合をはずして自動１兵交換及び加工を
行なうようにしているが、カミ合せ前に主軸オリエンテ
ーシ冒ンにより主軸を定位置に停止させ、常に両カサ歯
車が正しくカミ合うようにしているから、カミ合せ時に
歯車が破損することはない。
更に、本発明によれば主軸モータを回転させることによ
シエ真マガジンを回転させ、これによシ新工具の割出を
行うようにしたからパルスコーダを組合せることにより
、正確な工具割出しを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る自動工具交換方式を適用できる自
動工具交換装置の概略図、第２図は新工具割出回路のブ
ロック図、第３図は主軸オリエンテーシ冒ンを実現する
主軸定位置停止制御回路のブロック図、第４図は同動作
波形図である。 １・・・自動工具交換機構、２・・・ＮＣ装置、１１・
・・主軸機構、１１１・・・主軸、１１ｂ・・・カサ歯
車、１２・・・主軸モータ、１８・・・パルスコーダ、
１９・・・ｚ軸モータ、２０・・・工具マガジン、２０
ｃ・・・カサｍ車、　２１・・・工具部材、２２・・・
スプリング、２３・・・ストッパ、１０１・・・新工具
割出回路、２１１・・・定位置制御回路。 特許出願人　富士通ファナック株式会社代理人　弁理士
　　　辻　　　　　　實外２名

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　少なくとも主軸と、腋主軸と一体ＫＷ転すあ
    第１の歯車とを有する主軸機構；主軸１Ｂ１転させる主
    軸峰−タ；少なくとも複数の工＾を収容する収容部と、
    該収容部と一体Ｋａ１転する第２の歯車と、前記主軸機
    構に対しスライド可能に取付けられ九スライダ部を有す
    る工具ｉガジン；主軸機構を２軸方向く移動させる２軸
    峰−タ；工具マガジンの２軸方向の移動を拘束する拘束
    部材を備なえ、工具交換指令によシ所定の工具を主軸に
    装着する自動工具交換機構の自動工具交換方式において
    、工具交換指令によシ主軸を定位置に回転停止させると
    共に、２軸駆動モータを回転して工具マガジンと主軸機
    構を一体に加工領域よシ原点に復帰させ、しかる後前配
    拘束部材によ〕工具マガジンの移動が拘束される迄、該
    工具マガジンと主軸機構とを一体に移動させ、拘束部材
    によル拘束されて後は主軸機構のみ移動させて主軸によ
    る旧工＾のアンクランプ及び第１歯車と纂２歯車との力
    電合せを行ない、ついで主軸モータを回転するととによ
    シ工具マガジンを回転させ、指令された新工臭の割出し
    を行ない、割出完了後主軸機構を一２方向に移動させて
    主軸に新工具を装着し、装着後工具ｉガジンと主軸機構
    を一体に原点迄移動させることを特徴とする自動工具交
    換方式。
  2. （２）前記主軸が所定量回転する毎にパルスを発生する
    パルスコーダを設けると共に、各工具位置を基準点よシ
    の発生パルス数で特定し、指令され九工具コードよシ新
    工具位懺を求め、該新工具位置と旧工異位置とから主軸
    モータを回転して新工真の割出しを行なうことを特徴と
    する特許請求の範囲第（１）項記載の自動工具交換方式
    。
JP56145329A 1981-09-14 1981-09-14 自動工具交換方式 Pending JPS5851046A (ja)

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DE8282902742T DE3277724D1 (en) 1981-09-14 1982-09-14 Automatic tool exchange mechanism
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