JP5965044B1 - Tool changer - Google Patents
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Abstract
【課題】工具交換動作の原点位置を自動的に設定することができる工具交換装置を提供する。【解決手段】工具交換装置は、工具交換アームが配設される保持部材と、保持部材を軸中心に回転させる回転機構と、保持部材を主軸軸線方向に進退させる進退機構と、回転機構及び進退機構を制御する制御装置60とを備える。回転機構は、エンコーダ25bを有する回転サーボモータ25を備え、制御装置60は、原点設定処理部63を備える。原点設定処理部63は、主軸が工具交換位置に位置し、工具交換アームが進退原点に位置した状態で、回転サーボモータ25を駆動して、工具交換アームを正転させるとともに、回転サーボモータ25に供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された第1の制限値に達したとき、そのときにエンコーダ25bから出力される出力値を基に、工具交換アームの角度位置を認識し、認識された角度位置を基に、回転原点を設定する。【選択図】図6A tool changer capable of automatically setting an origin position of a tool change operation is provided. A tool changer includes a holding member on which a tool changing arm is disposed, a rotating mechanism that rotates the holding member about an axis, an advancing / retracting mechanism that advances and retracts the holding member in the main shaft axis direction, a rotating mechanism, and an advancing / retracting mechanism. And a control device 60 for controlling the mechanism. The rotation mechanism includes a rotation servomotor 25 having an encoder 25b, and the control device 60 includes an origin setting processing unit 63. The origin setting processing unit 63 drives the rotary servo motor 25 in a state where the main shaft is located at the tool change position and the tool change arm is located at the advance / retreat origin, so that the tool change arm is rotated forward and the rotary servo motor 25 is rotated. When the supply current reaches the preset first limit value, the angular position of the tool change arm is recognized based on the output value output from the encoder 25b at that time. The rotation origin is set based on the recognized angular position. [Selection] Figure 6
Description
本発明は、工作機械の工具交換位置に配設され、主軸に装着された工具を待機位置にある次工具と交換する工具交換装置に関する。 The present invention relates to a tool changer that is arranged at a tool change position of a machine tool and changes a tool mounted on a spindle with a next tool at a standby position.
上記工具交換装置として、従来、各種のものが知られているが、その中で、現在一般的に採用されているのが所謂Wアーム型の工具交換装置である。この工具交換装置は、中心軸が前記主軸の軸線と平行に配設され、この中心軸を中心として回転可能、且つ前記主軸の軸線に沿った方向に移動可能に設けられた保持部材と、前記保持部材を、その前記中心軸を中心として正逆に回転させる回転機構と、前記保持部材を前記主軸軸線に沿った方向に進退させる進退機構と、前記保持部材の中心軸を中心とした半径方向にそれぞれ延出して一直線となるように該保持部材に配設されるとともに、該保持部材の正逆の回転方向における、その一方の側面に開口した工具保持部をそれぞれ備え、前記工具をその軸線が前記保持部材の中心軸と平行になるように該工具保持部に保持する二つの工具交換アーム(Wアーム)と、前記回転機構及び進退機構を制御する制御装置とを備えて構成される。 Conventionally, various types of tool changers have been known. Among them, a so-called W-arm type tool changer is generally employed at present. The tool changer includes a holding member provided with a central axis disposed in parallel with the axis of the main shaft, rotatable about the central axis, and movable in a direction along the axis of the main shaft; A rotation mechanism that rotates the holding member forward and backward about the central axis, a forward / backward mechanism that advances and retracts the holding member in a direction along the main axis, and a radial direction about the central axis of the holding member Are arranged on the holding member so as to extend in a straight line, and each has a tool holding portion opened on one side surface in the forward and reverse rotation directions of the holding member, and the tool has an axis thereof Is configured to include two tool change arms (W arms) that are held by the tool holding portion so as to be parallel to the central axis of the holding member, and a control device that controls the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism.
そして、上記構成の工具交換装置において、従来、更に、前記回転機構及び進退機構の駆動源に油圧を用いた油圧式のものや、カム機構をACモータで駆動する方式(カム駆動方式)のものの他、実公平8−4990号公報(下記特許文献1)に開示されるような、サーボモータを用いた駆動方式(サーボモータ駆動方式)のものが知られている。油圧式の工具交換装置は、開発初期段階のものであり、その後、交換時間の短縮化を図るべくカム駆動方式のものが開発された。そして、近年では、サーボモータの高速化など、その駆動機構の技術進歩により、カム駆動方式を超えるような短時間での工具交換が可能になってきたことから、サーボモータ駆動方式が採用されるようになってきている。
In the tool changer having the above-described configuration, conventionally, a hydraulic type using hydraulic pressure as a drive source for the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism, and a type of driving the cam mechanism with an AC motor (cam driving method) In addition, a drive system using a servo motor (servo motor drive system) as disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 8-4990 (
ところで、このサーボモータ駆動方式の工具交換装置では、前記回転機構を構成するサーボモータ(回転サーボモータ)及び前記進退機構を構成するサーボモータ(進退サーボモータ)がそれぞれ前記制御装置によって制御されるようになっており、前記工具交換アームの角度位置は、前記回転サーボモータに付設されたエンコーダ(回転エンコーダ)によって検出され、同様に、前記工具交換アームの進退位置は、前記進退サーボモータに付設されたエンコーダ(進退エンコーダ)によって検出されるようになっている。 By the way, in this servo motor drive type tool changer, the servo motor (rotary servo motor) constituting the rotating mechanism and the servo motor (advancing / retracting servo motor) constituting the advance / retreat mechanism are controlled by the control device, respectively. The angle position of the tool change arm is detected by an encoder (rotary encoder) attached to the rotary servo motor. Similarly, the advance / retreat position of the tool change arm is attached to the advance / retreat servo motor. It is detected by an encoder (advance / retreat encoder).
より具体的には、前記工具交換アームの角度位置は、前記回転エンコーダにより絶対値(相対値ではないという意味、以下同様)として検出される回転サーボモータの現在回転数及び回転角(回転位置データ)と、この回転サーボモータの動力を前記保持部材に伝達して回転させる伝達機構の、前記回転サーボモータに対する減速比とから算出される。 More specifically, the angular position of the tool change arm is detected by the rotary encoder as an absolute value (meaning that it is not a relative value, the same applies hereinafter), and the current rotational speed and rotational angle (rotational position data) of the rotary servo motor. ) And a reduction ratio of the transmission mechanism for transmitting the motive power of the rotary servo motor to the holding member for rotation with respect to the rotary servo motor.
また、前記工具交換アームの進退位置は、前記進退エンコーダにより絶対値として検出される進退サーボモータの現在回転数及び回転角(回転位置データ)と、この進退サーボモータの動力を保持部材に伝達して進退させるボールねじ機構のリードとから算出される。 The advance / retreat position of the tool change arm transmits the current rotation speed and rotation angle (rotation position data) of the advance / retreat servomotor detected as an absolute value by the advance / retreat encoder and the power of the advance / retreat servomotor to the holding member. And the lead of the ball screw mechanism to be advanced and retracted.
そして、前記工具交換アームは、前記制御装置により、上記のようにして検出される回転サーボモータの回転位置データと、この回転位置データから適宜設定される回転原点とを基に、その回転動作が制御され、同様に、進退サーボモータの回転位置データと、この回転位置データから適宜設定される進退原点とを基に、その進退動作が制御される。 Then, the tool changer arm can be rotated based on the rotation position data of the rotation servomotor detected as described above by the control device and the rotation origin set appropriately from the rotation position data. Similarly, the advance / retreat operation is controlled based on the rotation position data of the advance / retreat servomotor and the advance / retreat origin set appropriately from the rotation position data.
尚、前記回転エンコーダには、メモリが内蔵されており、当該回転エンコーダによって検出されるデータが回転位置データとしてこのメモリに保持される。同様に、前記進退エンコーダにもメモリが内蔵され、当該進退エンコーダによって検出されるデータが回転位置データとしてこのメモリに保持される。そして、これらメモリ内におけるデータ保持は、適宜ケーブルを用いて、前記制御装置やバックアップ電池から供給される電力によって実現される。また、前記回転原点及び進退原点に係るデータは、前記制御装置内に記憶される。 The rotary encoder has a built-in memory, and data detected by the rotary encoder is held in the memory as rotational position data. Similarly, the advance / retreat encoder also has a built-in memory, and data detected by the advance / retreat encoder is held in this memory as rotational position data. Data retention in these memories is realized by electric power supplied from the control device and the backup battery using cables as appropriate. Further, data relating to the rotation origin and the advance / retreat origin is stored in the control device.
ところが、上述したサーボモータ駆動方式の工具交換装置では、上記のように、前記回転エンコーダによって検出される回転位置データ、及び前記進退エンコーダによって検出される回転位置データが、それぞれに内蔵されるメモリに保持され、更に、このデータ保持が、制御装置やバックアップ電池から供給される電力によって維持されるように構成されているので、例えば、バックアップ電池が寿命になる、或いは、回転エンコーダ及び進退エンコーダと制御装置とを結ぶケーブルを交換するなど、制御装置やバックアップ電池からメモリへの電力の供給が断たれる事態になると、当該メモリに保持されていた回転位置データが失われるという不都合があった。 However, in the servo motor drive type tool changer described above, as described above, the rotational position data detected by the rotary encoder and the rotational position data detected by the forward / backward encoder are stored in the respective built-in memories. In addition, since this data retention is configured to be maintained by the power supplied from the control device or the backup battery, for example, the backup battery is used up or controlled with the rotary encoder and the forward / backward encoder. When the power supply from the control device or the backup battery to the memory is cut off, such as by replacing the cable connecting the device, the rotational position data held in the memory is lost.
この場合、バックアップ電池やケーブルの交換を適切に終えて、当該工具交換装置が正常に回復したとしても、前記回転エンコーダのメモリに保持される回転位置データと、前記制御装置に記憶される回転原点に係るデータとの相関が失われ、同様に前記進退エンコーダのメモリに保持される回転位置データと、前記制御装置に記憶される進退原点に係るデータとの相関が失われるため、制御装置は、前記回転サーボモータ及び進退サーボモータを正しく制御することができないのである。 In this case, the rotation position data held in the memory of the rotary encoder and the rotation origin stored in the control device even when the replacement of the backup battery and cable is properly completed and the tool changer recovers normally. Since the correlation with the data related to is lost, and similarly, the correlation between the rotational position data held in the memory of the advance / retreat encoder and the data related to the advance / retreat origin stored in the control device is lost, The rotary servo motor and the advance / retreat servo motor cannot be controlled correctly.
したがって、工具交換装置が正常に回復した後に、前記回転原点及び進退原点を新たに設定し直す必要があるが、従来、このような原点設定は、手作業によって前記進退機構及び回転機構を動かしながら、所謂ティーチング作業によって行う他はなく、その作業が極めて煩雑で非効率であるという問題があった。 Therefore, after the tool changer has successfully recovered, it is necessary to newly set the rotation origin and the advance / retreat origin. Conventionally, such an origin setting is performed by manually moving the advance / retreat mechanism and the rotation mechanism. There is nothing else to do by so-called teaching work, and there is a problem that the work is extremely complicated and inefficient.
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工具交換動作の原点位置を自動的に設定することができる工具交換装置の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a tool changer capable of automatically setting the origin position of the tool change operation.
上記課題を解決するための本発明は、工作機械の工具交換位置に配設され、主軸に装着された工具を待機位置にある次工具と交換する工具交換装置であって、
中心軸が前記主軸の軸線と平行に配設され、該中心軸を中心として回転可能、且つ前記主軸の軸線に沿った方向に移動可能に設けられた保持部材と、
前記保持部材を、その前記中心軸を中心として正逆に回転させる回転機構と、
前記保持部材を前記主軸軸線に沿った方向に進退させる進退機構と、
前記保持部材の中心軸を中心とした半径方向に延出するように該保持部材に配設されるとともに、該保持部材の正逆の回転方向における、その一方の側面に開口した工具保持部を備え、前記工具を、その軸線が前記保持部材の中心軸と平行になるように該工具保持部に保持する少なくとも一つの工具交換アームと、
前記回転機構及び進退機構を制御する制御装置とを備えて成り、
前記回転機構は、エンコーダを有する回転用サーボモータを備え、該回転用サーボモータの動力によって、前記保持部材を回転させるように構成されるとともに、
前記制御装置は、前記中心軸を中心とした回転方向において、予め設定された角度位置を回転原点とし、該回転原点を基準に、前記回転用サーボモータを数値制御するように構成された工具交換装置において、
前記制御装置は、原点設定処理部を備え、
前記原点設定処理部は、前記工具を装着した主軸が工具交換位置に位置し、且つ、前記主軸軸線に沿った方向において、前記保持部材を回転させることにより、前記主軸に装着された工具を前記工具交換アームの工具保持部に保持可能な位置に、前記保持部材が位置するときに、前記回転用サーボモータを駆動して、前記工具保持部が開口する方向に前記保持部材を回転させるとともに、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された第1の制限値に達したとき、そのときに前記回転用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記回転原点を設定するように構成された工具交換装置に係る。
The present invention for solving the above problems is a tool changer that is disposed at a tool change position of a machine tool and changes a tool attached to a spindle with a next tool at a standby position,
A holding member provided with a central axis disposed in parallel with the axis of the main axis, rotatable about the central axis, and movable in a direction along the axis of the main axis;
A rotation mechanism for rotating the holding member forward and backward about the central axis;
An advancing and retracting mechanism for advancing and retracting the holding member in a direction along the main axis.
A tool holding portion disposed on the holding member so as to extend in a radial direction about the central axis of the holding member and having an opening on one side surface in the forward and reverse rotation directions of the holding member. Comprising at least one tool changing arm for holding the tool in the tool holding portion so that an axis thereof is parallel to a central axis of the holding member;
A control device for controlling the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism,
The rotation mechanism includes a rotation servomotor having an encoder, and is configured to rotate the holding member by the power of the rotation servomotor.
The control device is configured to change the servo motor for numerical value control with respect to the rotation origin, with a preset angular position as a rotation origin in a rotation direction about the central axis. In the device
The control device includes an origin setting processing unit,
The origin setting processing unit is configured to rotate the holding member in a direction along the main shaft axis line so that the main shaft on which the tool is mounted is located at a tool change position, and thereby the tool mounted on the main shaft is When the holding member is located at a position that can be held by the tool holding portion of the tool change arm, the servo motor for rotation is driven to rotate the holding member in a direction in which the tool holding portion is opened, The current supplied to the rotation servomotor is monitored, and when the supply current reaches a preset first limit value, the output value output from the encoder of the rotation servomotor at that time is used as a basis. Furthermore, the present invention relates to a tool changer configured to set the rotation origin.
本発明に係る工具交換装置によれば、前記制御装置により前記回転機構及び進退機構が制御され、これら回転機構及び進退機構により工具交換アームが駆動されて進退動作及び回転動作を行うことにより、主軸に装着された工具と待機位置にある次工具とが交換される。その際、制御装置は、予め設定された角度位置を回転原点とし、該回転原点を基準に、前記回転用サーボモータを数値制御する。 In the tool changer according to the present invention, the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism are controlled by the control device, and the tool change arm is driven by the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism to perform the advance / retreat operation and the rotation operation. The tool mounted on is replaced with the next tool in the standby position. At that time, the control device uses the preset angular position as the rotation origin, and numerically controls the servo motor for rotation based on the rotation origin.
そして、前記回転原点を新たに設定する必要が生じた場合には、前記制御装置は、前記工具を装着した主軸が工具交換位置に位置し、且つ、前記保持部材が、前記主軸軸線に沿った方向において、当該保持部材を回転させることにより、前記主軸に装着された工具を前記工具交換アームの工具保持部に保持可能な位置に位置している状態で、前記原点設定処理部により、まず、前記回転用サーボモータを駆動して、前記保持部材、即ち工具交換アームを、その工具保持部が開口する方向(正方向)に回転させるとともに、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視する。 When it is necessary to newly set the rotation origin, the control device is configured such that the spindle on which the tool is mounted is located at a tool change position, and the holding member is along the spindle axis. In the direction, by rotating the holding member in a state where the tool mounted on the spindle can be held in the tool holding unit of the tool change arm, the origin setting processing unit first, The rotation servo motor is driven to rotate the holding member, that is, the tool changer arm in the direction in which the tool holding portion is opened (forward direction), and monitor the current supplied to the rotation servo motor. .
前記工具交換アームを正方向に、例えば1回転するように回転させると、或る角度位置において、前記主軸に装着された工具が当該工具交換アームの工具保持部に保持された状態となり、これにより当該工具交換アームはそれ以上回転できなくなって、前記回転用サーボモータに供給される電流が徐々に増大して前記第1の制限値に達する。したがって、前記原点設定処理部は、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視し、これが前記第1の制限値に達したとき、前記工具交換アームの工具保持部に工具が保持されたと判断することができる。斯くして、前記原点設定処理部は、前記回転用サーボモータに供給される電流が第1の制限値に達したとき、そのときに前記回転用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、例えば、工具交換アームを所定角度だけ逆回転させた位置を回転原点に設定する。 When the tool exchange arm is rotated in the forward direction, for example, to make one rotation, the tool mounted on the spindle is held by the tool holding portion of the tool exchange arm at a certain angular position, thereby The tool change arm cannot rotate any more, and the current supplied to the servo motor for rotation gradually increases to reach the first limit value. Therefore, the origin setting processing unit monitors the current supplied to the rotation servomotor, and determines that the tool is held in the tool holding unit of the tool change arm when the current reaches the first limit value. can do. Thus, when the current supplied to the rotation servomotor reaches the first limit value, the origin setting processing unit is based on the output value output from the encoder of the rotation servomotor at that time. For example, a position where the tool change arm is rotated backward by a predetermined angle is set as the rotation origin.
尚、前記第1の制限値は、上記検出が可能なように適宜設定される設定値である。また、回転原点は、工具交換アームが進退した際に他の構造物と干渉しない角度位置であり、設計上適宜設定される角度位置である。 The first limit value is a set value that is appropriately set so that the above detection is possible. In addition, the rotation origin is an angular position that does not interfere with other structures when the tool change arm advances and retreats, and is an angular position that is appropriately set in design.
このように、本発明に係る工具交換装置によれば、工具交換アームの回転原点を自動的に設定することができるので、従来のような手作業による煩わしさがなく、効率的にしかも正確に回転原点を設定することができる。 As described above, according to the tool changer according to the present invention, the rotation origin of the tool change arm can be automatically set, so that there is no troublesome manual work as in the past, and it is efficient and accurate. The rotation origin can be set.
本発明において、前記進退機構は、エンコーダを有する進退用サーボモータを備え、該進退用サーボモータの動力によって、前記保持部材を前記主軸軸線に沿って進退させるように構成されるとともに、
前記制御装置は、更に、前記主軸軸線に沿った方向において、予め設定された位置を進退原点とし、該進退原点を基準に、前記進退用サーボモータを数値制御するように構成され、
前記原点設定処理部は、更に、前記進退用サーボモータを駆動して、前記保持部材を後退させるとともに、前記進退用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された第2の制限値に達したとき、そのときに前記進退用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記進退原点を設定するように構成されていても良い。
In the present invention, the advance / retreat mechanism includes an advance / retreat servomotor having an encoder, and is configured to advance / retreat the holding member along the spindle axis line by the power of the advance / retreat servomotor,
The control device is further configured to numerically control the advance / retreat servomotor based on the advance / retreat origin in a direction along the spindle axis as a preset position.
The origin setting processing unit further drives the advance / retreat servomotor to retract the holding member and monitors the current supplied to the advance / retreat servomotor, and the supply current is preset. When the limit value of 2 is reached, the advance / retreat origin may be set based on the output value output from the encoder of the advance / retreat servo motor at that time.
この構成の工具交換装置によれば、前記進退機構は、エンコーダを有する進退用サーボモータを備え、該進退用サーボモータの動力によって、前記保持部材を前記主軸軸線に沿って進退させるように構成される。 According to the tool changer having this configuration, the advance / retreat mechanism includes an advance / retreat servomotor having an encoder, and is configured to advance / retreat the holding member along the spindle axis by the power of the advance / retreat servomotor. The
そして、前前記進退原点を新たに設定する必要が生じた場合には、前記原点設定処理部は、まず、前記進退用サーボモータを駆動して、前記保持部材を後退させるとともに、前記進退用サーボモータに供給される電流を監視する。 Then, when it becomes necessary to newly set the advance / retreat origin, the origin setting processing unit first drives the advance / retreat servo motor to retract the holding member and the advance / retreat servo. Monitor the current supplied to the motor.
前記保持部材が機械的に後退可能な後退端に達すると、当該保持部材はそれ以上後退できなくなり、前記進退用サーボモータに供給される電流が徐々に増大して前記第2の制限値に達する。したがって、前記原点設定処理部は、前記保持部材をその後退端を超える位置まで移動させるように前記進退用サーボモータを駆動しながら、前記進退用サーボモータに供給される電流を監視し、これが前記第2の制限値に達したとき、前記保持部材、即ち工具交換アームが後退端に達したと判断することができる。斯くして、前記原点設定処理部は、前記進退用サーボモータに供給される電流が第2の制限値に達したとき、そのときに前記進退用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、例えば、工具交換アームを所定距離だけ前方に移動させた位置を進退原点に設定する。 When the holding member reaches the retractable end that can be mechanically retracted, the holding member can no longer retract, and the current supplied to the servo motor for advancement / retraction gradually increases to reach the second limit value. . Therefore, the origin setting processing unit monitors the current supplied to the advance / retreat servomotor while driving the advance / retreat servomotor to move the holding member to a position beyond the retreat end, When the second limit value is reached, it can be determined that the holding member, that is, the tool change arm has reached the retracted end. Thus, when the current supplied to the advance / retreat servomotor reaches the second limit value, the origin setting processing unit uses the output value output from the encoder of the advance / retreat servomotor at that time. For example, the position where the tool change arm is moved forward by a predetermined distance is set as the advance / retreat origin.
尚、この進退原点は、前記主軸が工具交換位置に位置しているときに、前記保持部材、即ち前記工具交換アームを正方向に回転させることで、前記主軸に装着された工具を前記工具交換アームの工具保持部に保持することができる位置であり、設計上、前記後退端から適宜設定される位置である。また、前記第2の制限値は、上記検出が可能なように適宜設定される設定値である。 The advancing / retreating origin is determined by rotating the holding member, that is, the tool changing arm in the forward direction when the main shaft is located at the tool changing position, so that the tool mounted on the main shaft can be changed. It is a position that can be held by the tool holding portion of the arm, and is a position that is appropriately set from the retracted end in design. The second limit value is a set value that is set as appropriate so that the detection is possible.
この構成の工具交換装置によれば、工具交換アームの進退原点を自動的に設定することができるので、この進退原点の設定についても、従来のような手作業による煩わしさがなく、効率的にしかも正確に設定することができる。 According to the tool changer having this configuration, the advance / retreat origin of the tool change arm can be automatically set, so that the advancing / retreating origin can be set efficiently without the trouble of manual work as in the prior art. Moreover, it can be set accurately.
また、本発明において、前記工具保持部は、前記工具を保持するための保持爪を有し、該保持爪は、前記工具交換アームが、前記主軸軸線に沿った方向において、前記主軸に装着された工具を前記工具保持部に保持可能な位置に在るときに変位可能に構成されるとともに、該保持爪が変位することによって前記工具保持部から前記工具が離脱可能となるように構成され、
前記原点設定処理部は、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された基準電流値を越えた後、再度基準電流値を下回り、ついで、該供給電流が前記第1の制限電流に達したとき、そのときに前記回転用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記回転原点を設定するように構成されていても良い。
In the present invention, the tool holding portion has a holding claw for holding the tool, and the holding claw is attached to the main shaft in a direction along the main axis. The tool is configured to be displaceable when the tool is in a position where the tool can be held by the tool holding unit, and the tool is configured to be detachable from the tool holding unit when the holding claw is displaced,
The origin setting processing unit monitors the current supplied to the servo motor for rotation, and after the supply current exceeds a preset reference current value, it again falls below the reference current value. When the first limit current is reached, the rotation origin may be set based on the output value output from the encoder of the rotation servomotor at that time.
この構成の工具交換装置では、上記のように、前記工具保持部は前記工具を保持するための保持爪を有し、該保持爪は、前記工具交換アームが、前記主軸軸線に沿った方向において、前記主軸に装着された工具を前記工具保持部に保持可能な位置に在るときに変位可能に構成されるとともに、前記工具保持部に保持された前記工具は、当該保持爪が変位することによって、当該工具保持部から離脱可能となる。 In the tool changer having this configuration, as described above, the tool holding portion has a holding claw for holding the tool, and the holding claw is arranged so that the tool change arm is in a direction along the spindle axis. The tool mounted on the spindle is configured to be displaceable when it is in a position where the tool can be held by the tool holding unit, and the holding claw of the tool held by the tool holding unit is displaced. By this, it becomes possible to detach from the tool holding part.
そして、このような構成の工具交換装置において、工具を保持した主軸が工具交換位置に位置し、且つ、前記保持部材が、前記主軸軸線に沿った方向において、当該保持部材を正方向に回転させることにより、前記主軸に装着された工具を前記工具交換アームの工具保持部に保持可能な位置に位置した状態で、当該保持部材、即ち工具交換アームを前記正方向に、例えば1回転するように回転させると、或る角度位置において、主軸に装着された工具が、当該工具交換アームの工具保持部に、その開口部から進入して当該工具保持部に保持され、その際、前記保持爪は前記工具に当接することによって変位する。 In the tool changer having such a configuration, the spindle holding the tool is located at the tool change position, and the holding member rotates the holding member in the forward direction in the direction along the spindle axis. Thus, in a state where the tool mounted on the spindle is positioned at a position where it can be held by the tool holding portion of the tool changing arm, the holding member, that is, the tool changing arm is rotated in the positive direction, for example, once. When rotated, at a certain angular position, the tool mounted on the spindle enters the tool holding part of the tool change arm through the opening and is held by the tool holding part. It is displaced by abutting against the tool.
斯くして、前記回転用サーボモータに供給される電流は、主軸に装着された工具が保持爪に当接した際の抵抗によって基準電流値を越え、ついで工具が保持爪の位置を越えてその抵抗が弱まると、前記供給電流が前記基準電流値を下回り、その後、工具が工具保持部に完全に収まると、前記工具交換アームはそれ以上回転できなくなり、前記回転用サーボモータに供給される電流が徐々に増大して前記第1の制限値に達する。 Thus, the current supplied to the servo motor for rotation exceeds the reference current value due to the resistance when the tool mounted on the spindle comes into contact with the holding claw, and then the tool exceeds the position of the holding claw. When the resistance decreases, the supply current falls below the reference current value. After that, when the tool completely fits in the tool holding unit, the tool change arm can no longer rotate, and the current supplied to the servo motor for rotation. Gradually increases to reach the first limit value.
一方、例えば、工具交換アーム(保持部材)の主軸軸線に沿った方向の位置が適切ではなく、工具が保持爪に当接した際に、保持爪が変位できないような状態の場合には、工具が工具保持部に完全に収まっていない角度位置において、前記回転用サーボモータに供給される電流が前記第1の制限値に達する場合が起こり得る。 On the other hand, for example, if the position of the tool change arm (holding member) in the direction along the main axis is not appropriate, and the tool cannot be displaced when it comes into contact with the holding claw, It is possible that the current supplied to the rotating servomotor reaches the first limit value at an angular position where the angle is not completely within the tool holder.
即ち、前記回転用サーボモータに供給される電流が、所定の基準電流を越えた後、この基準電流を下回り、ついで第1の制限値に達するような挙動を示したとき、工具が工具保持部に確実に保持されていると見做すことができ、回転用サーボモータに供給される電流がこれ以外の挙動を示すときには、工具が工具保持部に保持されていないと見做すことができる。 That is, when the current supplied to the servo motor for rotation exceeds a predetermined reference current and then falls below the reference current and then reaches the first limit value, the tool is moved to the tool holder. If the current supplied to the servo motor for rotation shows other behavior, it can be considered that the tool is not held by the tool holder. .
このように、この構成の工具交換装置によれば、工具が保持爪の位置を越えて確実に工具保持部に保持されたかどうかを認識することができ、ひいては、前記回転原点を適切な位置に設定することができる。 Thus, according to the tool changer having this configuration, it is possible to recognize whether or not the tool has been securely held by the tool holding unit beyond the position of the holding claw, and as a result, the rotation origin is set to an appropriate position. Can be set.
尚、前記基準電流値は、保持爪が工具に当接して変位するときの当該現象を検出可能に適宜設定される設定値であり、前記第1の制限値よりも小さい値である。 The reference current value is a set value that is appropriately set so as to be able to detect the phenomenon when the holding claw abuts against the tool and is displaced, and is a value smaller than the first limit value.
以上のように、本発明に係る工具交換装置によれば、工具交換アームの回転原点や進退原点を自動的に設定することができるので、従来のような手作業による煩わしさがなく、効率的にしかも正確に原点を設定することができる。 As described above, according to the tool changer according to the present invention, since the rotation origin and advance / retreat origin of the tool change arm can be automatically set, there is no troublesome manual work as in the past, and it is efficient. Moreover, the origin can be set accurately.
以下、本発明の一実施形態に係る工具交換装置について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本例の工具交換装置10は、工作機械1に付設されるもので、この工作機械1には、更に、工具マガジン70が設けられている。尚、本発明に係る工具交換装置10を適用し得る工作機械には、何ら制限はなく、図1に示すような所謂立形のマシニングセンタの他、横形のマシニングセンタや、旋削加工及びミーリング加工が可能な複合型の旋盤など、工具交換を必要とする各種の工作機械に適用することができる。
Hereinafter, a tool changer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
[工作機械の概要]
図1に示した工作機械1は、従来周知であり、多くを説明するまでもないが、その構成を簡単に説明すると、当該工作機械1は、ベッド2、このベッド2上に立設されたコラム3、このコラム3に、垂直方向に移動可能に配設された主軸頭4、この主軸頭4に回転自在に支持された主軸5、水平な直交2軸方向に移動可能に、前記ベッド2上に配設され、適宜ワークが載置,固定されるテーブル6などを備える。
[Overview of machine tools]
The
前記主軸頭4は、適宜送り装置(図示せず)によって、前記上下方向に移動するように構成され、テーブル6は、同じく適宜送り装置(図示せず)によって、水平な直交2軸方向に移動するように構成される。また、前記主軸5は、適宜主軸モータ(図示せず)によって、その軸中心に回転する。そして、前記主軸頭4を移動させる送り装置(図示せず)、前記テーブル6を移動させる送り装置(図示せず)、前記主軸5を駆動する主軸モータ(図示せず)は、それぞれ、図示しない適宜制御装置によって、その作動が制御される。
The spindle head 4 is configured to move in the vertical direction by a feeding device (not shown) as appropriate, and the table 6 is moved in the horizontal orthogonal biaxial direction by a feeding device (not shown) as appropriate. Configured to do. The
[工具マガジンの概要]
前記工具マガジン70は、工具Tを保持する複数の工具ポット72と、円形をした板状の部材からなり、その外周部に、前記工具ポット72を環状に配置した状態で保持する保持プレート73と、この保持プレート73を回転させる駆動モータ(図示せず)と、下端位置の工具ポット72を矢示A方向に移動させて待機位置に位置決めする一方、待機位置にある工具ポット72を矢示B方向に移動させて、保持プレート73に保持させる呼び出し機構(図示せず)とを備えている。尚、図1中の符号71は、カバーである。この工具マガジン70も、図示しない適宜制御装置によって、その作動が制御される。
[Overview of tool magazine]
The
[工具交換装置]
前記工具交換装置10は、待機位置に位置決めされた工具ポット72に保持される工具(次工具)Tと、主軸5に装着された工具(現工具)Tとを交換する装置であって、図2〜図4に示した工具交換アーム40、ハウジング11、第1支持軸17、第2支持軸18、進退機構12及び回転機構24と、図6に示した制御装置60とから構成される。
[Tool changer]
The
前記ハウジング11は、内部に適宜収納室を有する角柱状をした部材からなり、前記第1支持軸17、前記進退機構12及び回転機構24が取り付けられる。前記第1支持軸17は、前記ハウジング11を上下に貫通するように当該ハウジング11に取り付けられ、その下側に同軸上に配置された第2支持軸18と連結されている。尚、以下の図2〜図5の説明では、図1における上下関係を基準とする。
The
前記進退機構12は、前記第1支持軸17の上端部に固設され、図6に示した制御装置60によってその作動が制御される進退サーボモータ13と、進退サーボモータ13の出力軸13aにカップリング16を介して連結されたボールねじ14と、ボールねじ14に螺合するボールナット15とから構成される。ボールねじ14は、前記第1支持軸17及び第2支持軸18に形成された、その軸方向に沿った貫通穴に挿通され、前記第2支持軸18の貫通穴内に配設されたベアリング23,23によって、回転自在に支持されるとともに、その上端部が、上記の如く、カップリング16を介して進退サーボモータ13の出力軸13aに連結されている。また、第2支持軸18には、その下端面に開口するように形成された収納穴18aが形成されており、前記ボールナット15は、その上部側がこの収納穴18aに進入可能となっている。
The advance /
前記第2支持軸18の上端部には、当該第2支持軸18が貫通した状態で工具交換アーム40が外嵌され、この工具交換アーム40の下側には、前記第2支持軸18に外嵌された保持部材19が配設され、当該保持部材19はその上端部が前記工具交換アーム40の下面に固着されている。また、前記ボールナット15は、保持部材19を貫通した状態で、当該保持部材19の下面に固着され、上述したように、ボールナット15の上部側が、第2支持軸18の収納穴18aに進入可能となっている。また、ボールナット15の下面には、前記ボールねじ14をカバーする円筒状のカバー21が固設されている。
A
斯くして、前記制御装置60により前記進退サーボモータ13を駆動して、その出力軸13aに連結されるボールねじ14を正逆方向に回転させると、これに螺合したボールナット15、このボールナット15に連結される保持部材19及びカバー21、並びに保持部材19に連結される工具交換アーム40が、ボールねじ14の軸線に沿って、図2に示す矢示E−F方向に進退する。尚、矢示E方向は前進、矢示F方向は後退であり、図2〜図4は、これらボールナット15、保持部材19、カバー21、工具交換アーム40が進退方向の原点位置(進退原点)に位置した状態を示している。
Thus, when the
前記回転機構24は、回転サーボモータ25、カップリング26、第1かさ歯車27、第2かさ歯車28、連結体29、連結リング34及び2本のガイドバー20を備える。回転サーボモータ25は、取付リング35を介して前記ハウジング11の側面に取り付けられる。また、第1かさ歯車27は、その軸線が前記第1支持軸17の軸線と直交するように、前記ハウジング11の収納室内に配設され、カップリング26を介して回転サーボモータ25の出力軸25aに連結されている。尚、カップリング26は、ハウジング11の収納室内に配設されたベアリング30,30によって回転自在に支持されている。また、回転サーボモータ25は、前記制御装置60によって制御される。
The
第2かさ歯車28と連結体29とは、連結体29が下側に配置された同軸状態で連結されており、ベアリング31,31を介して前記第1支持軸17に外嵌され、第2かさ歯車28と第1かさ歯車27とが噛み合った状態になっている。また、連結体29の下端面には連結リング34が固設され、この連結リング34の下端面に、これから下方に、工具交換アーム40及び保持部材19を貫通した状態で延出するように平行に配置された2本のガイドバー20,20が固設され、このガイドバー20,20の下端部に連結プレート22が固設されている。
The
また、連結プレート22には、貫通穴が形成されており、この貫通穴に前記カバー21が挿通可能となっている。また、連結体29の外周面とこれに対応するハウジング11の内周面との間には、シール32が配設され、このシール32によって、連結体29とハウジング11との間が封止されている。同様に、前記第2支持軸18の外周面と連結リング34の内周面との間には、シール33が配設され、このシール33によって、第2支持軸18と連結リング34との間が封止されている。
Further, a through hole is formed in the
斯くして、前記制御装置60により前記回転サーボモータ25を駆動して、その出力軸25aに連結された第1かさ歯車27を正逆方向に回転させると、これと噛み合う第2かさ歯車28、この第2かさ歯車28に直接又は間接的に連結される連結体29、連結リング34、ガイドバー20,20及び連結プレート22、ガイドバー20,20が貫通する工具交換アーム40及び保持部材19、並びに保持部材19に直接又は間接的に連結されるボールナット15及びカバー21が、第1支持軸17及び第2支持軸18の軸心を中心として正逆、即ち、図2に示す矢示C−D方向に回転する。因みに、本例では、矢示C方向を正転方向、矢示D方向を逆転方向とする。また、図2及び図3では工具交換アーム40が回転方向の原点位置(回転原点)に位置した状態を示している。
Thus, when the
尚、ガイドバー20,20は、工具交換アーム40を回転させる役割の他、工具交換アーム40及び保持部材19が矢示E−F方向に進退する際に、その移動をガイドする役割も担っている。
The guide bars 20 and 20 have a role of guiding the movement of the
工具交換アーム40は、板状の部材41から構成され、その両端部には、それぞれ、前記工具Tを保持する工具保持部42,52が形成されている。各工具保持部42,52は、一方の回転方向(前記正転方向)側が解放(開口)された円弧状を有し、この解放側から工具Tを受け入れ可能となっている。尚、この工具交換アーム40は、上述したように前記第2支持軸18に外嵌されており、この結果、一組のアーム部がそれぞれ当該第2支持軸18から半径方向に延出するように設けられている。
The
図5に示すように、前記各工具保持部42,52には、その保持空間に対して進退する保持爪43,53が設けられおり、各保持爪43,53は、リンク部45,55を介して付勢ロッド44,54に連結されている。付勢ロッド44,54は、大径部44a,54aと小径部44b,54bからなる段付き状のロッドであり、工具交換アーム40に形成されたガイド穴41b,51bに、小径部44b、54b側からそれぞれ挿通されている。また、大径部44a,54aの端面とガイド穴41b,51bの底面との間には、小径部44b,54bに外嵌した状態で、圧縮コイルばね46,56が設けられており、この圧縮コイルばね46,56によって付勢ロッド44,54がそれぞれ工具保持部42,52側に付勢され、これに連結された保持爪43,53が、各工具保持部42,52の保持空間に対して進出する方向に付勢されている。
As shown in FIG. 5, each of the
斯くして、保持爪43,53は、工具Tが工具保持部42,52に挿入される際に、その外周面に当接することで後退して、当該工具Tを工具保持部42,52内に受け入れるとともに、圧縮コイルばね46,56の付勢力によって、当該工具Tを工具保持部42,52内に把持する。一方、工具Tが工具保持部42,52から抜き取られる際には、保持爪43,53は、同様に、後退することで、工具Tの抜き取りを許容する。
Thus, when the tool T is inserted into the
また、前記保持部材19及び工具交換アーム40には、前記ガイド穴41b,51bの軸線と直交するように、ガイド穴48,58が形成され、このガイド穴48,58内にロックロッド47,57が挿入されている。ロックロッド47,57は、上側の大径部47a,57aと下側の小径部47b、57bとからなる段付き状のロッドであり、この小径部47b、57bが保持部材19の下端部を貫通して外方に延出し、大径部47a,57aの上端部が工具交換アーム40より上方に延出するように、前記ガイド穴48,58内に挿入されている。また、大径部47a,57aの端面とガイド穴48,58の底面との間には、小径部47b,57bに外嵌した状態で、圧縮コイルばね49,59が設けられており、この圧縮コイルばね49,59によってロックロッド47,57がそれぞれ上方に向けて付勢されている。
Further, guide holes 48 and 58 are formed in the holding
また、ロックロッド47,57の大径部47a,57aの、前記付勢ロッド44,54の軸線と交差する部分には、逃がし穴47c,57cが形成され、この逃がし穴47c,57cの下側には、当該逃がし穴47c,57cに向けて傾斜する傾斜面47d,57dが形成されている。また、前記付勢ロッド44,54の小径部44b,54bの端部は、ガイド穴48,58の底部を貫通して、前記付勢ロッド44,54の逃がし穴47c,57cに係合しており、その端面44c,54cは、前記傾斜面47d、57dと同じ傾斜角の傾斜面となっている。
Also,
斯くして、常態では、ロックロッド47,57は、圧縮コイルばね49,59によって上方に向けて付勢され、図5において2点鎖線で示すように、その傾斜面47d,57dがロックロッド47,57の端面44c,54cに当接して、付勢ロッド44,54の後退を制止、即ち、ロックする。一方、ロックロッド47,57が圧縮コイルばね49,59の付勢力に抗する外力によって下方に移動し、逃がし穴47c,57cが付勢ロッド44,54の下端に対応する位置に至ると、付勢ロッド44,54は後退可能となり、工具保持部42,52への工具Tの着脱が可能となる。
Thus, in the normal state, the
尚、本例では、図4において、工具交換アーム40及び保持部材19が前記進退原点にあるときに、ロックロッド47,57の上端部が連結リング34の下端面に当接して、ロックロッド47,57が下方に移動し、逃がし穴47c,57cが付勢ロッド44,54の端部に対応するように設定されている。したがって、本例では、工具交換アーム40及び保持部材19が前記進退原点にあるときに、工具保持部42,52への工具Tの着脱が可能となり、工具交換アーム40及び保持部材19が下方に移動すると、付勢ロッド44,54の後退を制止、即ち、保持爪43,53によって工具Tが把持された状態がロックされる。
In this example, in FIG. 4, when the
前記制御装置60は、図6に示すように、交換動作制御部61、原点記憶部62及び原点設定処理部63から構成される。
As shown in FIG. 6, the
前記原点記憶部62は、前記工具交換アーム40の前記矢示C−D方向における回転原点、及び前記E−F方向における進退原点を記憶する機能である。
The
前記交換動作制御部61は、工具交換プログラムに従い前記進退サーボモータ13及び回転サーボモータ25を制御して、工具交換アーム40に工具交換動作を行わせる機能部であり、工具交換動作の制御に当たっては、前記原点記憶部62に格納された回転原点及び進退原点が用いられる。
The exchange
尚、前記工具交換アーム40の前記E−F方向における位置(進退位置)は、前記進退サーボモータ13に付設されたエンコーダ(進退エンコーダ)13bからの出力値、即ち現在回転位置データを基に認識される。この進退エンコーダ13bは、進退サーボモータ13の現在の回転数及び回転角(回転位置データ)の絶対値(相対値ではないという意味)を出力するもので、内蔵されたメモリにこの回転位置データを保持している。
The position (advance / retreat position) of the
前記進退原点は、工具交換アーム40を回転させたときに、工具交換位置に在る主軸5に装着された工具Tを工具保持部42,52に保持可能な位置であり、この位置において前記進退エンコーダ13bから出力される回転位置データが進退原点として前記原点記憶部62に記憶されている。そして、進退原点における回転位置データと、現在回転位置データとの差分と、前記ボールねじ14のリードとから前記進退原点からの現在の位置が認識される。
The advancing / retreating origin is a position at which the tool T mounted on the
また、前記工具交換アーム40の前記C−D方向における位置(角度位置)は、前記回転サーボモータ25に付設されたエンコーダ(回転エンコーダ)25bからの出力値、即ち現在回転位置データを基に認識される。この回転エンコーダ25bは、回転サーボモータ25の現在回転数及び回転角(回転位置データ)の絶対値を出力するもので、内蔵されたメモリにこの回転位置データを保持している。
The position (angular position) of the
前記回転原点は、工具交換アーム40を前記E−F方向に進退させたときに、当該工具交換アーム40が他の構造物と干渉しない角度位置であり、設計上適宜設定される角度位置であって、この工具交換アーム40がこの角度位置に在るときに前記回転エンコーダ25bから出力される回転位置データが回転原点として前記原点記憶部62に記憶されている。
The rotation origin is an angular position at which the
そして、前記交換動作制御部61は、具体的には、以下のような工具交換動作を実行する。尚、図1に示すように、主軸5は工具交換するための位置(工具交換位置)に位置し、次工具Tは、待機位置に位置しているものとし、工具交換アーム40は、図2及び図3に示すように、前記進退原点及び回転原点に位置しているものとする。
The change
まず、交換動作制御部61は、回転サーボモータ25を駆動して、工具交換アーム40を前記第1支持軸17及び第2支持軸18の軸線を中心として、矢示C方向(正回転方向)に回転させる。これにより、主軸5に装着された工具(現工具)Tが工具保持部42に保持され、待機位置にある工具(次工具)Tが工具保持部52に保持される。
First, the exchange
次に、交換動作制御部61は、進退サーボモータ13を駆動して、工具交換アーム40を第1支持軸17及び第2支持軸18に沿って下方の前進端まで進出させる。これにより、主軸5から工具(現工具)Tが抜き取られるとともに、待機位置の工具ポット72から工具(次工具)Tが抜き取られる。また、工具交換アーム40が下方に移動することによって、圧縮コイルばね49,59の付勢力によりロックロッド47,57が上方に移動して、保持爪43,53による工具Tの把持がロックされる。
Next, the exchange
ついで、交換動作制御部61は、回転サーボモータ25を駆動して、工具交換アーム40を第1支持軸17及び第2支持軸18の軸線を中心として180度、矢示C方向(正回転方向)に回転させる。これにより、工具保持部52に保持された工具(次工具)Tが、主軸5の直下に同軸上に位置し、工具保持部42に保持された工具(現工具)Tが、待機位置の工具ポット72の直下に位置する。
Next, the exchange
次に、交換動作制御部61は、進退サーボモータ13を駆動して、工具交換アーム40を第1支持軸17及び第2支持軸18に沿って上方の進退原点まで後退させる。これにより、主軸5に工具(次工具)Tが装着されるとともに、待機位置の工具ポット72に工具(現工具)Tが装着される。また、工具交換アーム40が後退端に移動することにより、ロックロッド47,57が下方に移動して、保持爪43,53による把持のロックが解除され、各工具保持部42,52から工具Tを取り出し可能な状態となる。
Next, the exchange
最後に、交換動作制御部61は、回転サーボモータ25を駆動して、工具交換アーム40を第1支持軸17及び第2支持軸18の軸線を中心として矢示D方向(逆回転方向)に回転させ、工具交換アーム40を回転原点に復帰させる。これにより、工具保持部42,52からそれぞれ工具Tが相対的に抜き取られる。
Finally, the exchange
交換動作制御部61は、以上のようにして工具交換動作を実行する。そして、交換動作制御部61は1サイクルの工具交換動作を完了すると、完了時に進退エンコーダ13bから出力される回転位置データでもって、前記原点記憶部62に格納された進退原点データを更新し、回転エンコーダ25bから出力される回転位置データでもって、前記原点記憶部62に格納された回転原点データを更新する。
The exchange
前記原点設定処理部63は、図7及び図8に示す処理を実行して、前記進退原点及び回転原点を設定し、設定した進退原点及び回転原点を前記原点記憶部62に格納する機能部である。
The origin
具体的には、前記原点設定処理部63は、図7に示すように、まず、前記進退サーボモータ13を駆動して、保持部材19及び工具交換アーム40をその後退端を超える位置まで所定の送り速度で矢示F方向に後退させるとともに(ステップS1)、進退サーボモータ13(即ち、進退軸)に供給される電流を監視し、供給電流が予め定めた制限値(第2の制限値)を超えたかどうかを確認する(ステップS2)。尚、このとき、現工具Tを保持した主軸5が工具交換位置に位置し、工具交換アーム40は、進退方向(矢示E−F方向)に移動しても他の構造物と干渉しない角度位置に位置しているものとする。
Specifically, as shown in FIG. 7, the origin
保持部材19及び工具交換アーム40が機械的な後退端に達すると、保持部材19及び工具交換アーム40はそれ以上後退できなくなり、前記進退サーボモータ13に供給される電流が徐々に増大して第2の制限値に達する。したがって、原点設定処理部63は、進退サーボモータ13に供給される電流を監視し(ステップS2)、これが前記第2の制限値に達したとき、工具交換アーム40が後退端に達したと判断することができる。
When the holding
このようにして工具交換アーム40が後退端に達したと判断されると、原点設定処理部63は、次に、保持部材19及び工具交換アーム40を所定距離だけ前方(矢示E方向に)に移動させた後(ステップS3)、この位置で前記進退エンコーダ13bから出力される回転位置データを進退原点として前記原点記憶部62に格納する。上述したように、進退原点は、工具交換アーム40を回転させたときに、工具交換位置に在る主軸5に装着された工具Tを工具保持部42,52に保持可能な位置であって、工具交換アーム40の後退端の位置から設計上決定できる位置であり、原点設定処理部63は、工具交換アーム40を後退端から設計上決定される距離だけ前方に移動させた位置において、進退エンコーダ13bから出力される回転位置データを進退原点として原点記憶部62に格納する(ステップS3,S4)。
When it is determined that the
以上のようにして進退原点を設定すると、原点設定処理部63は、次に、回転サーボモータ25を駆動して、前記保持部材19及び工具交換アーム40を矢示C方向に、例えば1回転させるように、所定の回転速度で回転させるとともに(ステップS5)、回転サーボモータ25(即ち、回転軸)に供給される電流を監視して、供給電流が定格の50%(基準電流値)を超えるかどうかを確認し(ステップS6)、供給電流が定格の50%を超えると、電流の監視開始から200[ms]経過後に(ステップS9)、供給電流が定格の50%以下となるかどうかを確認する(ステップS10)。
When the advancing / retreating origin is set as described above, the origin
工具交換アーム40が進退原点にあるときに、工具交換アーム40を矢示C方向に正転させると、主軸5に保持された工具Tが相対的に工具保持部42又は52に進入して、当該工具保持部42又は52に保持される。その際、工具保持部42,52の保持爪43,53は、工具Tが当接することによって保持空間から遠ざかる方向に後退し、ついで、工具Tが工具保持部42,52に完全に収まることによって、保持空間側に進出する。そして、回転サーボモータ25に供給される電流は、主軸5に装着された工具Tが保持爪43,53に当接した際にその抵抗によって増大し、工具Tが保持爪43,53の位置を越えてその抵抗が弱まると、減少する。
When the
したがって、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の50%を超え、ついで所定時間(200[ms])経過後に定格の50%以下となるような挙動を確認すること、即ち、上記ステップS6,S9及びS10によって、工具Tが工具保持部42,52に保持されているかどうかを識別することができる。ところで、本例では、工具Tが保持爪43,53に当接したときに回転サーボモータ25に供給される電流が、少なくともその定格の50%を超える電流となるが、工具保持部42,52に保持されているかどうかの判断基準の値(基準電流値)は、その構造等に応じて適宜設定されるものである。
Therefore, the behavior that the current supplied to the
尚、工具交換アーム40を1回転させても、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の50%を超えない場合には、工具保持部42,52に工具Tが保持されない状態であるので、その旨のエラーを出力して、処理を終了する(ステップS7及びS8)。
If the current supplied to the
また、前記ステップS6において、前記回転サーボモータ25に供給される電流が定格の50%以上となったことが確認された後、監視開始から1000[ms]を経過しても、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の50%以下とならない場合には、工具Tが正しく工具保持部42,52に保持されていないと判断されるので、この場合も、その旨のエラーを出力して、処理を終了する(ステップS11及びS12)。
Further, in step S6, after it is confirmed that the current supplied to the
上記ステップS10において、工具Tが正しく工具保持部42,52に保持されたことが確認されると、前記原点設定処理部63は、次に、回転サーボモータ25に供給される電流が定格(100%)の電流値(第1の制限値)になったかどうかを確認し(ステップS13)、定格の電流値になった場合には、更に、定格の電流値の状態が3000[ms]継続されたかどうかを確認する(ステップS15)。
In step S10, when it is confirmed that the tool T is correctly held by the
工具Tが工具保持部42,52に完全に収まると、工具交換アーム40はそれ以上回転できなくなり、このため、回転サーボモータ25に供給される電流は徐々に増大して、その定格の電流値に達する。したがって、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の電流値に達したかどうかを確認すること、即ち、上記ステップS13によって、工具Tが工具保持部42,52に完全に収まっているかどうかを判別することができる。尚、本例では、工具交換アーム40はそれ以上回転できなくなったときに、回転サーボモータ25に供給される上限の電流値として定格電流値(第1の制限値)を設定している。
When the tool T is completely accommodated in the
また、監視開始から1000[ms]を経過しても、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の電流値に達しない場合には、上述したステップS6以降の処理を再度実行し(ステップS14)、回転サーボモータ25に供給される電流が定格の電流値に達した後、この状態が3000[ms]以上維持されない場合には、何らかの不具合があると判断されるため、その旨のエラーを出力して、処理を終了する(ステップS16)。
If the current supplied to the
そして、上記ステップS15において、回転サーボモータ25に供給される電流値が定格の電流値になった状態が3000[ms]継続されたことが確認されると、原点設定処理部63は、次に、工具交換アーム40を矢示D方向に予め設定された角度だけ逆転させた後(ステップS17)、この位置で前記回転エンコーダ25bから出力される回転位置データを回転原点として前記原点記憶部62に格納する(ステップS18)。
In step S15, when it is confirmed that the state in which the current value supplied to the
上述したように、回転原点は、工具交換アーム40を矢示E−F方向に進退させたときに、他の構造体を干渉しない角度位置であり、工具交換アーム40の工具保持部42,52に、主軸5に装着された工具Tが保持された角度位置から設計上決定できる角度位置である。そして、原点設定処理部63は、工具交換アーム40を、主軸5に装着された工具Tが工具保持部42,52に保持されたと判断される角度位置から設計上決定される角度だけ逆転させた角度位置において、前記回転エンコーダ25bから出力される回転位置データを回転原点として前記原点記憶部62に格納する(ステップS17,S18)。
As described above, the rotation origin is an angular position that does not interfere with other structures when the
因みに、進退原点にある工具交換アーム40を矢示C方向に正転させたときに、前記回転サーボモータ25に供給される電流値の実測値を図9に示す。図9において、区間taは、工具Tが保持爪43,53に当接することによって保持爪43,53が後退し、この後工具Tが保持爪43,53の位置を越える動作区間であるが、この区間taにおいて回転サーボモータ25に供給される電流は、定格電流の30%程度から急激に増加し、定格電流の50%を越えて約80%のピークに達した後、0.5秒後には定格電流の30%程度まで急激に減少している。また、区間tbは、工具Tが工具保持部42,52に保持された後、工具交換アーム40が継続して矢示C方向に正転駆動されている区間であり、この区間tbでは、この区間tbにおいて回転サーボモータ25に供給される電流は、定格電流の30%程度から急激に増加して定格電流(100%)に達している。
Incidentally, FIG. 9 shows an actual measured value of the current value supplied to the
以上の構成を備えた本例の工具交換装置10によれば、前記制御装置60の交換動作制御部61により進退機構12及び回転機構24が制御され、これら進退機構12及び回転機構24により工具交換アーム40が駆動されて進退動作及び回転動作を行うことにより、主軸5に装着された工具Tと待機位置にある次工具Tとが交換される。その際、交換動作制御部61は、原点記憶部62に格納された進退原点及び回転原点を基準に、進退サーボモータ13及び回転サーボモータ25を数値制御する。
According to the
そして、進退原点及び回転原点を新たに設定する必要が生じた場合には、前記原点設定部63により、図7及び8に示した処理が実行されることによって進退原点及び回転原点が設定され、設定された進退原点及び回転原点が原点記憶部62に格納される。
When it is necessary to newly set the advance / retreat origin and the rotation origin, the
以上のように、本例の工具交換装置10によれば、工具交換アーム40の進退原点及び回転原点を自動的に設定することができるので、これら進退原点及び回転原点を、従来のような手作業による煩わしさがなく、効率的にしかも正確に設定することができる。
As described above, according to the
また、本例の工具交換装置10では、工具保持部42,52に保持爪43,53が備えられている場合に、工具Tが保持爪43,53の位置を越えて確実に工具保持部42,52に保持(把持)されたかどうかを判別するとともに、このように判別される角度位置から、回転原点を設定するようにしているので、前記回転原点を適切且つ正確に設定することができる。
Further, in the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the aspect which this invention can take is not limited to this at all.
例えば、上述したように、本例の工具交換装置10を適用し得る工作機械には、何ら制限はなく、本例の所謂立形のマシニングセンタの他、横形のマシニングセンタや、旋削加工及びミーリング加工が可能な複合型の旋盤などに好適に適用することができる。
For example, as described above, the machine tool to which the
また、工作機械の制御装置と、工具マガジンンの制御装置と、工具交換装置10の制御装置60とを別々の構成としたが。これに限られるものではなく、3つの制御装置を統合的に一つにまとめて構成したものでも良い。
The machine tool control device, the tool magazinen control device, and the
1 工作機械
2 ベッド
3 コラム
4 主軸頭
5 主軸
6 テーブル
10 工具交換装置
11 ハウジング
12 進退機構
13 進退サーボモータ
13b 進退エンコーダ
14 ボールねじ
15 ボールナット
17 第1支持軸
18 第2支持軸
19 保持部材
24 回転機構
25 回転サーボモータ
25b 回転エンコーダ
27 第1かさ歯車
28 第2かさ歯車
40 工具交換アーム
42,52 工具保持部
43,53 把持爪
60 制御装置
61 交換動作制御部
62 原点記憶部
63 原点設定処理部
70 工具マガジン
T 工具
DESCRIPTION OF
Claims (3)
中心軸が前記主軸の軸線と平行に配設され、該中心軸を中心として回転可能、且つ前記主軸の軸線に沿った方向に移動可能に設けられた保持部材と、
前記保持部材を、その前記中心軸を中心として正逆に回転させる回転機構と、
前記保持部材を前記主軸軸線に沿った方向に進退させる進退機構と、
前記保持部材の中心軸を中心とした半径方向に延出するように該保持部材に配設されるとともに、該保持部材の正逆の回転方向における、その一方の側面に開口した工具保持部を備え、前記工具を、その軸線が前記保持部材の中心軸と平行になるように該工具保持部に保持する少なくとも一つの工具交換アームと、
前記回転機構及び進退機構を制御する制御装置とを備えて成り、
前記回転機構は、エンコーダを有する回転用サーボモータを備え、該回転用サーボモータの動力によって、前記保持部材を回転させるように構成されるとともに、
前記制御装置は、前記中心軸を中心とした回転方向において、予め設定された角度位置を回転原点とし、該回転原点を基準に、前記回転用サーボモータを数値制御するように構成された工具交換装置において、
前記制御装置は、原点設定処理部を備え、
前記原点設定処理部は、前記工具を装着した主軸が工具交換位置に位置し、且つ、前記主軸軸線に沿った方向において、前記保持部材を回転させることにより、前記主軸に装着された工具を前記工具交換アームの工具保持部に保持可能な位置に、前記保持部材が位置するときに、前記回転用サーボモータを駆動して、前記工具保持部が開口する方向に前記保持部材を回転させるとともに、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された第1の制限値に達したとき、そのときに前記回転用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記回転原点を設定するように構成されていることを特徴とする工具交換装置。 A tool changer that is disposed at a tool change position of a machine tool and changes a tool mounted on a spindle with a next tool at a standby position,
A holding member provided with a central axis disposed in parallel with the axis of the main axis, rotatable about the central axis, and movable in a direction along the axis of the main axis;
A rotation mechanism for rotating the holding member forward and backward about the central axis;
An advancing and retracting mechanism for advancing and retracting the holding member in a direction along the main axis.
A tool holding portion disposed on the holding member so as to extend in a radial direction about the central axis of the holding member and having an opening on one side surface in the forward and reverse rotation directions of the holding member. Comprising at least one tool changing arm for holding the tool in the tool holding portion so that an axis thereof is parallel to a central axis of the holding member;
A control device for controlling the rotation mechanism and the advance / retreat mechanism,
The rotation mechanism includes a rotation servomotor having an encoder, and is configured to rotate the holding member by the power of the rotation servomotor.
The control device is configured to change the servo motor for numerical value control with respect to the rotation origin, with a preset angular position as a rotation origin in a rotation direction about the central axis. In the device
The control device includes an origin setting processing unit,
The origin setting processing unit is configured to rotate the holding member in a direction along the main shaft axis line so that the main shaft on which the tool is mounted is located at a tool change position, and thereby the tool mounted on the main shaft is When the holding member is located at a position that can be held by the tool holding portion of the tool change arm, the servo motor for rotation is driven to rotate the holding member in a direction in which the tool holding portion is opened, The current supplied to the rotation servomotor is monitored, and when the supply current reaches a preset first limit value, the output value output from the encoder of the rotation servomotor at that time is used as a basis. Further, the tool changer is configured to set the rotation origin.
前記制御装置は、更に、前記主軸軸線に沿った方向において、予め設定された位置を進退原点とし、該進退原点を基準に、前記進退用サーボモータを数値制御するように構成され、
前記原点設定処理部は、更に、前記進退用サーボモータを駆動して、前記保持部材を後退させるとともに、前記進退用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された第2の制限値に達したとき、そのときに前記進退用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記進退原点を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の工具交換装置。 The advance / retreat mechanism includes an advance / retreat servomotor having an encoder, and is configured to advance / retreat the holding member along the spindle axis line by the power of the advance / retreat servomotor,
The control device is further configured to numerically control the advance / retreat servomotor based on the advance / retreat origin in a direction along the spindle axis as a preset position.
The origin setting processing unit further drives the advance / retreat servomotor to retract the holding member and monitors the current supplied to the advance / retreat servomotor, and the supply current is preset. 2. The advancing / retreating origin is set based on an output value output from an encoder of the advancing / retreating servo motor when the limit value of 2 is reached. Tool changer.
前記原点設定処理部は、前記回転用サーボモータに供給される電流を監視して、供給電流が予め設定された基準電流値を越えた後、再度基準電流値を下回り、ついで、該供給電流が前記第1の制限電流に達したとき、そのときに前記回転用サーボモータのエンコーダから出力される出力値を基に、前記回転原点を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の工具交換装置。 The tool holding portion has a holding claw for holding the tool, and the holding claw holds the tool attached to the spindle in the direction along the spindle axis by the tool exchange arm. It is configured to be displaceable when it is in a position that can be held by the part, and is configured so that the tool can be detached from the tool holding part when the holding claw is displaced,
The origin setting processing unit monitors the current supplied to the servo motor for rotation, and after the supply current exceeds a preset reference current value, it again falls below the reference current value. The rotation origin is set based on an output value output from an encoder of the servo motor for rotation when the first limit current is reached. The tool changer according to 1 or 2.
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