JP4203539B1 - 工具交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比し、小さな容量の中間マガジンの配置でありながら、待ち時間の発生を極力防止し得る工具交換システムの構成を提供すること。
【解決手段】工具交換システムにおいて、作動する工具７の作動順序、作動時間に関するプログラムを設定しており、個別の工具７の作動時間が、工具搬送装置３によって工具マガジン１と工具交換アーム４との間における往復による搬送時間よりも短い場合には、当該個別の工具７の次の工程において作動することが予定されている工具（以下「待ち時間を要する工具」と略称する。）７の少なくとも一部につき、中間マガジン５への配置を行った後に、工具交換アーム４への移行を実現し得ることによって、前記課題を達成することができる工具交換システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を収納しかつ保管している工具マガジンと主軸の回転によって工具の作動が行われているマシニングセンタとの間に位置している工具搬送装置、中間マガジン、及び工具交換アームによるマシニングセンタへの工具の移行及び搬入及びマシニングセンタからの工具の搬出及び帰還を実現するための工具交換システムに関するものである。

従前の工具交換システムにおいては、マシニングセンタ側に工具の搬入及び搬出に関与している工具交換アームを設け、工具マガジンと工具交換アームとの間を工具搬送装置が、工具を把持した状態にて往復移動を行い、かつ工具交換アームとの工具の授受を実現している。
但し、工具搬送装置と工具交換アームとの間にて直接工具を授受することに代えて、工具交換アームの両側端部における把持部分の回転範囲内の位置に中間保管部を設け、工具搬送装置から移行された工具を暫定的に保管することによって、工具交換アームの端部側に工具を移行させることによって工具のマシニングセンタに対する搬入を完成し、逆に工具交換アームがマシニングセンタから搬出した工具を受領した後、工具搬送装置に移行させることによって当該工具の帰還を実現するという設計例も存在する。

而して、工具搬送装置が工具マガジンから工具交換アームに工具を搬送し、かつ前記工具交換アームから離脱した工具を工具マガジンに帰還させるには、所定の時間を要する。

ところが、工具のマシニングセンタにおける作動時間は千差万別であって、工具搬送装置が中間把持装置まで工具を搬送する時間よりも当該作動時間の方が短い場合が発生することがある。

このような場合には、前記のように作動時間の短い工具の次の作動を予定している工具においては、工具搬送装置によって工具交換アームの位置まで移動した段階では、既に前記のような作動時間の短い工具の作動が終了しているが故に、自らの作動に至るまでにマシニングセンタにおいては、所謂待ち時間が生ずることにならざるを得ない。

言うまでもなく、このような待ち時間が頻繁に発生した場合には、必然的に全工程における作業効率を低下せざるを得ない。

このような従前の工具交換システムの欠点に着目し、複数の工具を順次保管し、かつ工具アームとの間にて、工具の交換を行い得る中間マガジンを工具マガジンとマシニングセンタとの間に設置し、工具搬送装置が中間マガジンと工具マガジンの間を往復移動して工具を中間マガジンとの間にて授受する一方、中間マガジンから工具交換アームに対し工具を移行させ、かつ当該中間マガジンが工具交換アームから工具を受領する構成が特許文献１において開示されている。

前記特許文献１に係る構成においては、全ての工具が中間マガジンと工具交換アームとの交換に基づいて、マシニングセンタへの工具の移行及び搬入、並びにマシニングセンタからの工具の搬出及び帰還が実現されており、中間マガジンに全ての作動予定の工具が保管されることから、待ち時間を生じさせずに効率的な工具の作動を実現することが可能である。

しかしながら、前記構成においては、全工具を中間マガジンにおいて、保管するため待ち時間が生じないような工具をも中間マガジンが保管することになり、その結果、中間マガジンが保管しなければならない工具の数は必然的に大量となり、中間マガジンは大きなスペースを必要とせざるを得ない。

ところが、マシニングセンタ及び工具マガジンの配置状況は、必ずしも中間マガジンとして大きなスペースを許容し得るとは限らない。
特開平０８−１８７６４０号公報。

本発明は、作動予定の全ての工具を保管するような中間マガジンの場合に比し、明らかに小さな容量の中間マガジンの配置でありながら、工具の搬入に際し、待ち時間の発生を極力防止することが可能とするような工具交換システムの構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、複数の工具を収納している工具マガジンと、主軸の回転によって工具の作動が行われているマシニングセンタとの間にて、工具を把持しかつ搬送する工具搬送装置、回転運動によって工具を受領してマシニングセンタ内に搬入すると共に、既に作動を終了した工具をマシニングセンタから搬出する工具交換アーム、及び工具搬送装置と工具交換アームとの間において工具の授受を行い得る中間マガジンを備えている工具交換システムにおいて、システムを制御するコンピュータが予め全工程にてそれぞれ作動する工具の作動順序、作動時間に関するプログラムを設定しており、作動時間が、工具搬送装置によって工具マガジンと工具交換アームとの間における往復による搬送時間よりも短い特定の工具の次の工程の作動を予定している工具が、工具搬送装置によって工具交換アームに移行した場合には、既にマシニングセンタにおいては、前記特定の工具の作動が終了しているが故に前記作動に至るまでに待ち時間が発生する前記次の作動を予定している工具（以下「待ち時間を要する工具」と略称する。）の少なくとも一部につき、前記コンピュータの指令によって予め中間マガジンに搬送し、かつ中間マガジン内において、作動の順序に従った配置をすることによって当該待ち時間を要する工具については、中間マガジンを介して工具交換アームへの移行を行うことが可能であることに基づく工具交換システムからなる。

前記基本構成に基づく本発明においては、全工具を中間マガジンに保管する必要がないことから、特許文献１記載のような全ての工具を中間マガジンを介して交換しなければならない構成に比し、必然的に小さな容量及びスペースによる中間マガジンの設置で済む一方、中間マガジンを介さずに工具搬送装置と工具交換アームとによって直接行われる工具の交換と、中間マガジンと工具交換アームとによって行われる間接的な工具の交換との双方を適宜選択して採用することによって、工具の待ち時間の発生を防止するか又は極力少なくすることが可能となる。

本発明の基本構成は、図１（ａ）、（ｂ）の配置図に示すように、工具マガジン１とマシニングセンタ２との間において、工具搬送装置３、中間マガジン５、及び工具交換アーム４を配置している（実線の矢印は、工具搬送装置３及び中間マガジン５の移動可能な工具７及び工具交換アーム４の回転方向を示しており、点線の矢印は、工具７の移動方向及びコンピュータによる中央制御部８からの指令の伝達方向を示している。）。

図１（ａ）は、工具搬送装置３と工具交換アーム４との間にて工具７の授受が行われている場合を示しており、図１（ｂ）は、中間マガジン５と工具交換アーム４との間にて工具７の授受が行われている場合を示しているが、図１（ａ）に示すように、工具搬送装置３が工具交換アーム４との間にて工具７を授受する場合には、中間マガジン５は当該授受の支障となることを避けるため、自ら工具交換アーム４との間にて工具７を授受する位置から移動していることを不可欠としている（この点において、特許文献１に示す中間マガジン５と相違している。）。
尚、図１（ａ）、（ｂ）においては、中間マガジン５は、工具７を一列に配列することを可能とするような略柱状（略直線状）の形状を採用しているが、本発明の中間マガジン５は決してそのような形状に限定される訳ではなく、例えば特許文献１に示すように円周方向に沿った配列を可能とする円輪形状の中間マガジン５を採用することも当然可能である。

本発明においても、作動を終了した工具７をマシニングセンタ２から搬出し、かつ工具交換アーム４から離脱することを不可欠としている。

このような場合、前記基本構成においては、大抵の場合、待ち時間を要する工具７が中間マガジン５から工具交換アーム４に移行する際には、既に作動を終了した工具７が工具交換アーム４から離脱し、かつ中間マガジン５に受領されることを特徴とする実施形態を採用することになる。

前記実施形態の場合には、中間マガジン５と工具交換アーム４との工具７の授受を同時に実現し、ひいてはマシニングセンタ２への工具７の搬送及び移行並びにマシニングセンタ２からの工具７の搬出及び帰還を効率的に実現することが可能となる。

前記実施形態においては、マシニングセンタ２から搬出される工具７が、待ち時間を要する工具７に該当しない場合であっても、マシニングセンタ２に搬入される工具７が待ち時間を要する工具７である場合には、必然的に中間マガジン５を介して工具マガジン１に帰還されることになる。

しかしながら、各工具７は、工具マガジン１からマシニングセンタ２によって移動する工程とマシニングセンタ２から工具マガジン１まで帰還する工程とが、中間マガジン５を介するか否かの点において同一である必要は存在しない。
即ち、待ち時間を要する工具７について、中間マガジン５を介してマシニングセンタ２への移行及び搬入を行うことによって、効率的な工具７の交換という作用効果が実現され得る一方、マシニングセンタ２からの工具７の搬出及び工具交換アーム４からの工具７の離脱は、中間マガジン５との間において行われ、当該離脱した工具７が中間マガジン５に暫定的に保管されても、前記作用効果の発生に支障を来たさない以上、前記実施形態は事実上十分な技術的合理性を有している。

前記基本構成は、マシニングセンタ２における作動段階の前に、前記基本構成の選択に基づいて、待ち時間を要する工具７を中間マガジン５に配置する実施形態（作動前の実施形態）と、マシニングセンタ２における作動段階中に、待ち時間を要する工具７を中間マガジン５に配置する実施形態（作動中の実施形態）とに大別される。

作動前の実施形態の構成は、マシニングセンタ２における作動の開始前の段階にて、待ち時間を要する工具７を予め作動の順序に従って中間マガジン５に配置することを特徴としている。

作動前の実施形態の作動に関する具体例は、図２のフローチャートに示すとおりである（尚、図２のフローチャートは、全ての工具７が作動するに至るまでの工程を示しており、作動を終了した工具７のマシニングセンタ２からの搬出及び工具マガジン１への帰還に関する工程は省略されている。）。

図２のフローチャートからも明らかなように、マシニングセンタ２における作動の前段階において、待ち時間を要する工具７を予め作動の順序に従って中間マガジン５に配置することによって、従来技術のような待ち時間の発生を避け、効率的な工具７の作動を実現することが可能と相なる。

しかしながら、作動前の実施形態の場合には、マシニングセンタ２における作動の前段階において、中間マガジン５に対し所定の工具７を配置しており、直ちに工具７の作動に基づく製造工程に突入できないという欠点を免れることができない。

作動中の実施形態は、前記欠点を克服することが可能であって、その構成は、最初に作動する工具７を、工具搬送装置３から工具交換アーム４に移行させたうえで、その後順次作動する複数個の工具７のうち、作動時間が工具搬送装置３が工具交換アーム４から工具マガジン１に至り、更に中間マガジン５へ移行する時間と中間マガジン５内における配置時間との総和時間を上回るような作動時間を有している工具（以下「長時間作動工具」と略称する。）７が作動している段階において、待ち時間を要する工具７を工具搬送装置３によって作動の順序に従って順次中間マガジン５に配置することを特徴としている。

作動中の実施形態の作動に関する具体例は、図３のフローチャートに示すとおりである（尚、図３のフローチャートにおいても、作動を終了した工具７のマシニングセンタ２からの搬出及び工具マガジン１への帰還に関する工程は省略されており、かつこの点は後述する図４、図５の場合においても同様である。）。

図３のフローチャートからも明らかなように、作動中の実施形態の場合には、待ち時間を要する作動工具７について、マシニングセンタ２における作動前に中間マガジン５への配置を行わずに、長時間作動工具７の作動中に待ち時間を要する工具７を順次中間マガジン５内に配置したうえで、その後、待ち時間を要する工具７について、中間マガジン５から工具交換アーム４への移行によって待ち時間の発生を伴わずに各作動を実現することが可能となり、作業効率を更に高めることができる。
但し、作動中の実施形態においても固有の技術上の問題点が存在する。

具体的に説明するに、長時間作動工具７の作動時間をＢとし、工具搬送装置３が工具交換アーム４から工具マガジン１に戻り、更に中間マガジン５へ移行する時間と中間マガジン５における配置に要する時間との総和による時間をｂとし、
Ｂ／ｂ≧Ｎ’
（但し、Ｎ’は１以上の整数）
とした場合、前記作動時間Ｂにおいて、後に予定されている待ち時間を要する工具７を中間マガジン５に配置し得る数は、Ｎ’である。

しかしながら、特定の長時間作動工具７の次に作動を行う長時間作動工具７との間に、マシニングセンタ２内において作動することが予定されている待ち時間を要する工具７の数をＮとした場合、
Ｎ’≧Ｎ
とは限らない。

即ち、
Ｎ＞Ｎ’
の場合が生じ得るが、その場合には、予定されているＮ個の待ち時間を要する工具７の全てを中間マガジン５に配置することが不可能であって、（Ｎ−Ｎ’）個の待ち時間を要する工具７については、長時間作動工具７の作動中における中間マガジン５への配置は不可能とならざるを得ない。

このような技術上の問題点を解決するために、特定の長時間作動工具７が作動している時間内において、中間マガジン５への搬送及び中間マガジン５内における配置を行い得る待ち時間を要する工具７の数が、当該長時間工具７の作動が行われてから次の長時間工具７の作動が行われるまでの間に、作動が予定されている待ち時間を要する工具７の数よりも少ない場合に、前記特定の長時間作動工具７の作動時間中に、中間マガジン５に配置することができないことが予め判明している待ち時間を要する工具７については、マシニングセンタ２における作動が行われる前に予め中間マガジン５内に配置しておくことを特徴とする実施形態を採用することができる。

上記実施形態の場合には、作動前の実施形態の構成を一部採用して、作動時間Ａを有している長時間作動工具７の作動中に、中間マガジン５に配置することができない（Ｎ−Ｎ’）個の工具７については、マシニングセンタ２における作動の前段階において予め中間マガジン５中に配置させることになる。
但し、事前に中間マガジン５に配置すべき工具７を、作動中に中間マガジン５に配置することが予定されているＮ’個の工具７よりも先に作動する工具７とすべきか、後に作動する工具７とすべきか、又は中間に作動する工具７とすべきかは任意に選択し得るが、当該選択に応じて、予め中間マガジン５中に配置する位置については、全ての待ち時間を要する工具７間の作動順序を考慮したうえで、マシニングセンタ２の作動より前に配置すべき（Ｎ−Ｎ’）個の工具７を中間マガジン５における配置の位置もまた、前記順序と合致するように事前に特定しておかねばならない。

前記実施形態の作動に関する具体例は、図４のフローチャートに示すとおりであり、（Ｎ−Ｎ’）個の待ち時間を要する工具７については、マシニングセンタ２の作動に先立って選択され、かつ中間マガジン５において所定の位置に配置されることになる。

前記実施形態においては、（Ｎ−Ｎ’）個の待ち時間を要する工具７につきマシニングセンタ２における作動の前段階において、中間マガジン５への工具７の配置が必要となる点において部分的な時間のロスが生ずることにならざるを得ない。

このような状況を考慮し、マシニングセンタ２の作動中に中間マガジン５に配置することができない（Ｎ−Ｎ’）個の待ち時間を要する工具７については、当初から中間マガジン５に配置することを諦める構成も採用可能である。

具体的には、特定の長時間作動工具７が作動している時間内において、中間マガジン５への搬送及び中間マガジン５内における配置を行い得る待ち時間を要する工具７の数が、当該長時間工具７の作動が行われてから次の長時間工具７の作動が行われるまでの間に、作動が予定されている待ち時間を要する工具７の数よりも少ない場合に、前記特定の長時間作動工具７の作動時間中に、中間マガジン５に配置することができないことが予め判明している待ち時間を要する工具７については、マシニングセンタ２における作動中に、工具搬送装置３から工具交換アーム４に移行していることを特徴とする実施形態を採用することになる。

前記実施形態の作動に関する具体例は、図５のフローチャートに示すとおりであり、当該実施形態の場合には、（Ｎ−Ｎ’）個の待ち時間を要する工具７については、待ち時間を要する工具７以外の工具７の場合と同様に、工具搬送装置３のみの搬送によって工具交換アーム４に対し直接移行することが行われるが、マシニングセンタ２における作動の前段階において、一部の待ち時間を有する工具７を中間マガジン５に配置する時間を省略できる点において、技術上のメリットを有している。

実施例においては、全工程中において、複数回の作動が予定されている工具（以下「複数回作動工具」と略称する。）７の一部又は全部につき、マシニングセンタ２における作動が終了した後、工具交換アーム４から中間マガジン５に帰還させ、かつ次の作動が予定されている場合には、当該作動の順序を考慮したうえでの配置が行われていることを特徴としている。

上記実施例の作動状況は、図６のような工具７のマシニングセンタ２からの搬出及び工具交換アーム４からの離脱をも考慮しているフローチャートに示すとおりである。

図６のフローチャートに示すように、複数回の作動が予定されている工具７においては、工具交換アーム４が離脱し際、かつ中間マガジン５への配置が行われる場合には、次の作動を予定している工具７が中間マガジン５に配置されているか否かを判断したうえで、当該配置が行われている場合のみに工具交換アーム４との工具７の授受が、中間マガジン５との間にて行われることになる。
但し、複数回作動工具７として中間マガジン５に配置される場合には、後の作動時期及び順序をも考慮したうえで、当該配置を行うことが不可欠である以上、次の作動を予定している工具７について、中間マガジン５から工具交換アーム４への移行する時期と、前記のような複数回を工具交換アーム４から中間マガジン５に受領させる時期とが一致するとは限らない。

そのため、図６のフローチャートに示すように、中間マガジン５と工具交換アーム４との工具７の授受に際しては、最初に中間マガジン５から次の作動を予定している工具７を工具交換アーム４に移行させた後、前記のような複数回作動工具７を工具交換アーム４から離脱させて中間マガジン５に受領させている。

何れにせよ、前記実施例の場合には、複数回作動工具７については、当該工具７の搬入及び搬出に際し、工具搬送装置３の中間マガジン５又は工具交換アーム４との間の往復工程を省略することができる点において、極めて便利である。
尚、前記実施例においては、複数回作動することが予定されている工具７が、待ち時間を要する工具７、又は長時間作動工具７に該当するか否かを問わず採用することによって、工具搬送装置３における余分な往復移動を省略することができる。

本発明は、工具交換システムを採用する工作機械の製造に関する全分野において利用することができる。

本発明の基本構成を示す全体構成図であり、（ａ）は工具搬送装置と工具交換アームとの間にて工具の交換が行われている場合を示しており、（ｂ）は中間マガジンに一旦工具が配置された後に、当該中間マガジンと工具交換アームとの間にて工具の交換が行われている場合を示している。 作動前の実施形態の作動工程を示すフローチャートである。 作動中の実施形態の作動工程を示すフローチャートである。 マシニングセンタの作動段階において、中間マガジンに配置することができない一部の待ち時間を要する工具につき、当該作動に先立ち、予め中間マガジンに配置を行う実施形態の作動順序を示すフローチャートである。 マシニングセンタの作動段階において、中間マガジンに配置することができない一部の待ち時間を要する工具につき、当該作動中に中間マガジンを介さずに工具搬送装置を介して直接工具交換アームとの間にて交換が行われる実施形態の作動順序を示すフローチャートである。 実施例の作動工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 工具マガジン
２ マシニングセンタ
３ 工具搬送装置
４ 工具交換アーム
５ 中間マガジン
６ 回転主軸
７ 工具
８ コンピュータによる中央制御部

Claims (7)

1. 複数の工具を収納している工具マガジンと、主軸の回転によって工具の作動が行われているマシニングセンタとの間にて、工具を把持しかつ搬送する工具搬送装置、回転運動によって工具を受領してマシニングセンタ内に搬入すると共に、既に作動を終了した工具をマシニングセンタから搬出する工具交換アーム、及び工具搬送装置と工具交換アームとの間において工具の授受を行い得る中間マガジンを備えている工具交換システムにおいて、システムを制御するコンピュータが予め全工程にてそれぞれ作動する工具の作動順序、作動時間に関するプログラムを設定しており、作動時間が、工具搬送装置によって工具マガジンと工具交換アームとの間における往復による搬送時間よりも短い特定の工具の次の工程の作動を予定している工具が、工具搬送装置によって工具交換アームに移行した場合には、既にマシニングセンタにおいては、前記特定の工具の作動が終了しているが故に前記作動に至るまでに待ち時間が発生する前記次の作動を予定している工具（以下「待ち時間を要する工具」と略称する。）の少なくとも一部につき、前記コンピュータの指令によって予め中間マガジンに搬送し、かつ中間マガジン内において、作動の順序に従った配置をすることによって当該待ち時間を要する工具については、中間マガジンを介して工具交換アームへの移行を行うことが可能であることに基づく工具交換システム。
2. 待ち時間を要する工具が中間マガジンから工具交換アームに移行する際には、既に作動を終了した工具が工具交換アームから離脱し、かつ中間マガジンに受領されることを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
   
   
3. マシニングセンタにおける作動の開始前の段階にて、待ち時間を要する工具を予め作動の順序に従って中間マガジンに配置することを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
4. 最初に作動する工具を、工具搬送装置から工具交換アームに移行させたうえで、その後順次作動する複数個の工具のうち、作動時間が工具搬送装置が工具交換アームから工具マガジンに至り、更に中間マガジンへ移行する時間と中間マガジン内における配置時間との総和時間を上回るような作動時間を有している工具（以下「長時間作動工具」と略称する。）が作動している段階において、待ち時間を要する工具を工具搬送装置によって作動の順序に従って順次中間マガジンに配置することを特徴とする請求項１記載の工具交換システム。
5. 特定の長時間作動工具が作動している時間内において、中間マガジンへの搬送及び中間マガジン内における配置を行い得る待ち時間を要する工具の数が、当該長時間工具の作動が行われてから次の長時間工具の作動が行われるまでの間に、作動が予定されている待ち時間を要する工具の数よりも少ない場合に、前記特定の長時間作動工具の作動時間中に、中間マガジンに配置することができないことが予め判明している待ち時間を要する工具については、マシニングセンタにおける作動が行われる前に予め中間マガジン内に配置しておくことを特徴とする請求項４記載の工具交換システム。
6. 特定の長時間作動工具が作動している時間内において、中間マガジンへの搬送及び中間マガジン内における配置を行い得る待ち時間を要する工具の数が、当該長時間工具の作動が行われてから次の長時間工具の作動が行われるまでの間に、作動が予定されている待ち時間を要する工具の数よりも少ない場合に、前記特定の長時間作動工具の作動時間中に、中間マガジンに配置することができないことが予め判明している待ち時間を要する工具については、マシニングセンタにおける作動中に、工具搬送装置から工具交換アームに移行していることを特徴とする請求項４記載の工具交換システム。
7. 全工程中において、複数回の作動が予定されている工具の一部又は全部につき、マシニングセンタにおける作動が終了した後、工具交換アームから中間マガジンに帰還させ、かつ次の作動が予定されている場合には、当該作動の順序を考慮したうえでの配置が行われていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の工具交換システム。

Images