JPH05305540A - 加工装置の工具交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具交換機能を有する加工装置において、工
具交換動作を最短時間にてできるようにする。 【構成】 ＮＣ処理を行うメインプログラムＰｍの処理
動作中に工具交換指令「Ｍ０６」が出されると、サブプ
ログラム（マクロプログラム）Ｐｓの処理動作に移行す
る。サブプログラムＰｓのシステム変数Ｄ1の領域に
は、その時点での工具番号、工具長や主軸位置、ワーク
座標系などが与えられており、不揮発変数Ｄ2として
は、治具との干渉領域の座標系などが記憶されている。
サブプログラムＰｓの実行処理では、前記システム変数
と不揮発変数のアドレスを指定した演算処理が行なわ
れ、ワークや治具と干渉しない最短の交換可能位置が算
出される。そしてコラムがこの位置へ移動させられ、工
具交換動作が完了した後に、メインプログラムＰｍの処
理に戻る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタなど
の工具交換機能を備えた加工装置に係り、特に最短時間
にて工具交換作業を完了できるようにした加工装置の工
具交換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタなどの自動加工装置で
は、回転動作により複数の工具を選択する工具マガジン
と、この工具マガジンにて選択された工具と、加工主軸
に保持された工具とを交換する回動式の工具交換アーム
が設けられている。図９は、従来の加工作業ならびに工
具交換作業の処理の流れを示すフローチャートである。

【０００３】マシニングセンタなどの加工作業ではＮＣ
処理を行うメインプログラムにより、作業手順が決めら
れている。この作業手順は、例えばワークの被加工位置
の割出し（ステップａ）、所定の工具による加工（ステ
ップｂ）などである。この一連の加工作業中に工具交換
を行う際には、まず主軸、工具マガジンおよび工具交換
アームが設けられている移動部（コラム）がＸ−Ｙ−Ｚ
軸の原点位置に復帰させられ（ステップｃ）、例えば
「Ｍ０６」などの工具交換指令が出されると（ステップ
ｄ）原点位置にて工具交換作業が行なわれる（ステップ
ｅ）。そして工具交換が完了したときに次の加工処理に
移行させられる（ステップｆ）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、工具交換のたびに、移動部（コラム）をＸ
−Ｙ−Ｚ座標上にて移動させて原点位置に復帰させてい
ると、工具交換の完了までに要する時間が長くなり、一
連の作業全体ではこの工具交換作業時間が累積されて、
作業時間全体が長くなってしまう。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、最短時間にて工具交換作業を完了し、全体の作業
時間を短縮できるようにした加工装置の工具交換方法を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による工具交換方
法は、ワーク設置部に対して相対移動する移動部に、主
軸と、工具供給部と、主軸と工具供給部の間にて工具を
交換する工具交換アームが設けられている加工装置にお
いて、一連の加工動作の途中で工具交換作業に移行する
際、前記工具交換アームにより工具交換を行うときにワ
ークまたは治具に干渉しない最短の交換可能位置を算出
し、前記移動部をこの最短の交換可能位置に移動させて
工具交換作業を行うことを特徴とするものである。

【０００７】また、具体的な処理では、メインプログラ
ムにしたがって一連の加工作業を行ない、このメインプ
ログラムにて指令が出されたときにサブプログラムの処
理に移行し、サブプログラムの処理では、加工情報に基
づいて最短の交換可能位置を算出し、移動部をこの交換
可能位置に移動させ、工具交換動作を実行した後に前記
メインプログラム処理に戻るようにする。

【０００８】

【作用】上記手段では、一連の加工作業の途中で、工具
交換作業が必要となったときに、移動部を原点位置に復
帰させず、例えば主軸に保持されている工具番号、工具
供給部から抜き出す工具番号、これらの工具の長さ、お
よび現在の主軸の位置情報などを得て、さらにワーク座
標系と治具が干渉する干渉領域（または干渉しない安全
領域）などの加工情報を得て、工具交換ができる最短の
位置を算出し、移動部をこの最短の交換可能位置に移動
させて、工具交換作業を行う。

【０００９】上記の処理の一例としては、ＮＣ処理を行
うメインプログラムにて一連の加工作業を行っていると
きに指令が出されると、マクロ処理などを行うサブプロ
グラムの処理動作に移行する。このサブプログラムによ
る処理動作では、工具番号、主軸位置などの情報と、ワ
ーク長（ワーク補正値）、ワーク座標系、治具干渉領域
などの情報に基づいて、前記最短の交換可能位置を算出
し、サブプログラムの処理動作により移動部を前記交換
可能位置へ移動させ、且つ交換作業を実行する。そして
交換作業が完了した後に、前記メインプログラムの処理
に復帰する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図５は加工装置の一例として横軸型のマシニングセ
ンタを示す平面図、図６はその正面図、図７は側面図で
ある。このマシニングセンタでは、架台１上にてサドル
２がＸ方向へ移動できるように支持され、サドル２上に
コラム３がＺ方向に移動できるように支持されている。
またコラム３には加工ヘッド４がＹ方向へ移動自在に支
持されている。上記のＸ−Ｙ−Ｚの各移動量はサーボモ
ータにより制御される。加工ヘッド４には主軸モータに
より回転駆動される加工主軸５が設けられ、この加工主
軸５に、工具Ｔ1が連結された工具ホルダＨ1が保持され
てクランプされる。

【００１１】また上記コラム３の前面の上部には工具供
給部６が設けられている。この工具供給部６では、回転
式の工具マガジン６ａが、円筒状のカバー６ｂに覆われ
て設置されている。工具マガジン６ａが回転することに
より、次の加工に使用される工具が選択され、この選択
された工具が工具供給位置（イ）に送りだされる。図３
と図６ではこの工具供給位置（イ）に移動させられた工
具をＴ2で示し、この工具Ｔ2が連結された工具ホルダを
Ｈ2で示している。またコラム３の前面であって、工具
供給部６の下側には工具交換アーム７が設けられてい
る。この工具交換アーム７はアーム軸８に支持されてい
る。図３と図４はこの工具交換アーム７の部分を拡大し
て示している。

【００１２】工具交換動作では、まずコラム３上にて加
工ヘッド４がＹ方向の最上部に移動し、次に工具交換ア
ーム７がα方向へ回動して、工具交換アーム７の両端の
保持部７ａと７ｂにより加工主軸５に保持された工具ホ
ルダＨ1と工具供給位置（イ）に送られた工具ホルダＨ2
とが同時に保持される。次にアーム軸８が図４に示すよ
うにＺ方向へ一定距離Ｚａだけ前進して、工具交換アー
ム７に保持された工具ホルダＨ1と工具供給位置の工具
ホルダＨ2とが引き抜かれる。工具交換アーム７がβ方
向へ１８０度回動することにより、工具および工具ホル
ダが上下入れ替わる。次にアーム軸８が図４の右方向へ
復帰し、このとき交換後の工具Ｔ2および工具ホルダＨ2
が加工ヘッド４の加工主軸５に装着され、使用後の工具
Ｔ1および工具ホルダＨ1が工具供給部（イ）に戻され
る。さらに工具交換アーム７がβ方向へ回動して図３の
初期位置に復帰する。

【００１３】架台１の前方にはワーク設置部１０が設け
られている。このワーク設置部１０にはワークテーブル
１０ａと１０ｂが設けられており、ワーク設置部１０の
回転によりワークテーブル１０ａと１０ｂが入れ替わっ
て加工位置に移動する。ワークは治具によりそれぞれの
ワークテーブル１０ａまたは１０ｂ上に位置決められて
固定される。そしてワークテーブル１０ａまたは１０ｂ
の回転により、ワークの被加工位置が割り出される。

【００１４】図８は、上記マシニングセンタの電気系統
を示す回路ブロック図である。符号１７は、それぞれの
マシニングセンタに設けられた制御部である。この制御
部１７はＣＰＵを主体としたものであり、この制御部１
７にはＲＡＭなどの記憶部１８が接続されている。それ
ぞれのマシニングセンタでは、親コンピュータからプロ
グラムがダウンロードされ、このプログラムが記憶部１
８に記憶され、制御部１７では、記憶されたプログラム
にしたがって各種動作を実行する。

【００１５】図５ないし図７に示すマシニングセンタに
は、サドル２をＸ方向へ駆動するＸ軸サーボモータＭ
ｘ、加工ヘッド４をコラム３上にてＹ方向に駆動するＹ
軸サーボモータＭｙ、コラム３をＺ軸方向へ駆動するＺ
軸サーボモータＭｚ、加工ヘッド４の加工主軸５を駆動
する主軸サーボモータＭｓ、工具マガジン６ａを回転さ
せて工具を選択するマガジン駆動サーボモータＭｍ、交
換アーム７をαならびにβ方向へ回動させさらにアーム
軸８を進退させる交換アーム駆動サーボモータＭａ、お
よびワーク設置部１０を回転させてワークを交換し且つ
ワークの被加工位置を割出すなどの動作を行う複数のモ
ータからなるワーク移動モータ群Ｍｗが設けられてい
る。それぞれのサーボモータは、モータ駆動部１１，１
２，１３，１４，１５，１６および２１により駆動さ
れ、且つ各モータ駆動部は、制御部１７の制御指令によ
り制御される。さらに制御部１７には、それぞれの機構
部の移動位置を検出する検出スイッチ群１９からの検出
出力がＡ／Ｄ変換されて入力される。また制御部１７に
は、各種データを入力するためのデータ入力部２０が接
続されている。

【００１６】図１は、上記マシニングセンタの制御部１
７において実行させるプログラムの概要を示しているも
のである。図１においてＰｍはＮＣ処理を行うメインプ
ログラムを示している。このメインプログラムには「ｏ
Ｏ０００１」「ｏ０００２」などの命令が記録され、こ
れらの命令に基づいて、ワーク割出し、ワーク加工など
の動作が実行される。このメインプログラム中の「Ｍ０
６」は工具交換動作を行なわせるための命令である。こ
の「Ｍ０６」の命令によりサブプログラムＰｓによる処
理動作に移行する。

【００１７】サブプログラムはカスタムマクロプログラ
ムである。このサブプログラムＰｓはメインプログラム
Ｐｍにおいて工具交換動作を意味するために記録された
命令「Ｍ０６」により自動的に立ち上がるように構成さ
れている。あるいはこのサブプログラムを「ｏ１００
０」としておき、メインプログラムＰｍ中にこのサブプ
ログラムを立ち上がらせるための命令例えば「Ｇ６５Ｐ
１０００」のような命令を書き込んでおいてもよい。

【００１８】図１において、符号Ｄはデータ設定領域で
あり、このデータ設定領域にはシステム変数Ｄ1および
不揮発変数Ｄ2が設定されている。例えばシステム変数
Ｄ1は、サブプログラムＰｓの変数領域に入力設定さ
れ、不揮発変数Ｄ2は同じくサブプログラムＰｓ内また
は図８に示す記憶部１８に記憶されている。前記変数Ｄ
1，Ｄ2は予めデータ入力部２０により入力され、または
親コンピュータからダウンロードされてサブプログラム
Ｐｓの変数領域または記憶部１８の記憶領域に設定され
る。例えば、システム変数Ｄ1では、それぞれのアドレ
ス領域（例えば「＃２００１」「＃２００２」…、「＃
５１０１」など）に各変数が記憶される。このシステム
変数Ｄ1は、例えば現在加工を行っているワークの座標
系、それぞれの工具番号およびその工具の工具長などで
ある。また不揮発変数Ｄ2は、ワークをワークテーブル
１０ａ，１０ｂ上に固定しているそれぞれの治具の干渉
領域または治具と干渉しない安全領域の座標系などであ
る。なお通常「工具長」は工具の「オフセット量」、お
よび主軸をＺ方向へ前進させるときの「工具移動量の補
正値」として記憶されている。

【００１９】上記のシステム変数Ｄ1は、マクロ処理を
行うサブプログラムＰｓにおいて前記アドレス（例えば
「＃２００１」「＃２００２」…、「＃５１０１」な
ど）を指定することにより読み出される。サブプログラ
ムＰｓのプログラム実行領域では、前記システム変数Ｄ
1と不揮発変数Ｄ2がアドレスにより指定され、このアド
レスを使用した演算処理が行なわれる。

【００２０】その処理の一例を説明すると、「Ｓ１」で
は、現在主軸５に保持されている工具番号および工具マ
ガジン６ａから選択されて工具供給部（イ）に移動され
ている工具番号に基づき、これらの工具長を確認する。
「Ｓ２」では、前記２つの工具のうちの長い方の工具長
（図４のＬｔ）と、予め解っているアーム軸８の前進距
離（図４のＺａ）とから、アーム軸８が前進したときの
工具Ｔ1の先端の前進位置（Ｌｔ＋ｚａ）が算出され
る。

【００２１】「Ｓ３」では、「Ｓ２」にて算出された前
記工具Ｔ1の先端位置とワークＷの座標系とから、工具
交換中に工具Ｔ1とワークＷとが干渉しないか否か判断
される。すなわち図４に示す工具Ｔ1はアーム軸８によ
り（Ｌｔ＋Ｚａ）の位置まで前進させられた後に工具交
換アーム７により回転させられるが、このときの図３に
示す回転領域θと、ワークＷの最も突出している位置Ｗ
1とが干渉するか否か判別され、干渉するときには、ワ
ークＷの位置Ｗ1からの工具Ｔ1の先端の後退量δが算出
される。

【００２２】「Ｓ４」では、前記の工具先端の突出位置
およびθで示した回転領域と、治具の干渉領域または安
全領域の座標系とから、交換動作中に工具Ｔ1の先端が
工具に干渉するか否か判別される。干渉すると判断され
たときには、この干渉領域からの待避位置がＸ−Ｙ−Ｚ
の座標位置として算出される。

【００２３】「Ｓ５」では、前記「Ｓ３」と「Ｓ４」に
基づいて、ワークＷならびに治具と干渉しない最短の交
換可能位置を算出して、この位置へ移動させるための、
コラム３のＸ−Ｙ−Ｚ座標系での移動量が算出される。
「Ｓ６」では、「Ｓ５」の算出値に基づいてＸ軸サーボ
モータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚの必要なものを駆動
する指令を出し、コラム３を最短の交換可能位置へ移動
させる。そして「Ｓ７」にて工具交換動作が実行され
る。すなわち、Ｙ軸サーボモータＭｙが駆動されて加工
ヘッド４がコラム３の最上位置へ移動させられ、さらに
工具交換アーム７が駆動されて工具交換動作が行なわれ
る。なお、コラムが最短の交換可能位置へ移動させられ
るとき、同時に加工ヘッド４をコラム３の最上部へ移動
させてもよい。

【００２４】「Ｓ８」では前記ステップによる算出値が
データセーブされ、その後マクロ言語の「Ｍ９９」など
の命令により、サブプログラムＰｓの処理が終了し、メ
インプログラムＰｍの処理に復帰する。そしてメインプ
ログラムＰｍにより加工処理が継続して行なわれる。な
お、工具交換動作は、サブプログラムＰｓ内のプログラ
ムにしたがって、自由に設定されるものであり、図２は
図１とは異なる処理動作プログラムを示している。

【００２５】この例では、ステップＡにて、システム変
数である主軸側の工具番号と、工具長およびワーク座標
系、不揮発変数である治具干渉領域の座標系などから主
軸側の工具を交換する際にワークまたは治具に干渉しな
い治具交換領域を算出する。次にステップＢにて、工具
マガジンから選択された工具の工具番号と前記各変数か
ら、マガジンから選択された工具を交換する際にワーク
や治具に干渉しない治具交換領域を算出する。ここでス
テップＡとステップＢとでは、使用する治具番号とこれ
に対応する工具長などの変数が異なるだけであるため、
ステップＡとステップＢとで同じ演算の実行プログラム
を使用することができる。

【００２６】次にステップＣにて前記ステップＡとステ
ップＢの算出値を比較して、ステップＡとステップＢと
で算出された治具交換領域のいずれが最短距離であるか
を判断し、ステップＤではこの最短距離を移動量として
決定する。ステップＥではこの最短距離へコラム３を移
動させる。そしてステップＦにて工具交換動作を実行
し、データセーブして、サブプログラムＰｓの処理を終
了し、メインプログラムＰｍの処理に戻る。

【００２７】ここで、前記のサブプログラムＰｓを使用
した処理方法では、他の時点での工具交換動作でも、同
様の演算により最短の交換可能位置の算出が可能であ
る。よってメインプログラムＰｍにおいて例えば「Ｍ０
６」などの工具交換命令が次に出されたときも、同様に
して同じまたは同種のサブプログラムＰｓが立ち上が
り、そのときの工具番号や主軸位置などの変数に基づい
て図１または図２に示した演算および処理動作が行なわ
れる。なお本発明は上記の横軸型のマシニングセンタに
限られず、工具交換機能を有する加工装置であればどの
ようなものであっても実施可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、原位置に
復帰させずに、最短の移動距離にて工具交換作業ができ
るため、全体の加工処理時間を大幅に短縮できるように
なる。

【００２９】また加工処理を行うメインプログラムにて
工具交換指令がなされたときにサブプログラムが起動
し、このサブプログラムにより最短の交換可能位置の算
出および交換可能位置への移動およびその位置での工具
交換作業ができるようにしているため、メインプログラ
ム処理を従来のものよりも複雑にすることなく、前記最
短距離の移動での工具交換作業ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具交換処理動作を実行するプログラムの概要
を示す説明図、

【図２】図１のサブプログラムにおける他の動作処理例
を示すフローチャート、

【図３】横軸型マシニングセンタの工具交換部の構造を
示す拡大正面図、

【図４】図３の右側面図、

【図５】横軸型マシニングセンタの全体構造を示す平面
図、

【図６】横軸型マシニングセンタの全体構造を示す正面
図、

【図７】横軸型マシニングセンタの全体構造を示す側面
図、

【図８】マシニングセンタの電気系統を示す回路ブロッ
ク図、

【図９】従来の工具交換作業を示すフローチャート、

【符号の説明】

１ 架台 ２ サドル ３ コラム ４ 加工ヘッド ５ 主軸 ６ 工具供給部 ７ 交換アーム ８ アーム軸 １７ 制御部 １８ 記憶部 Ｐｍ メインプログラム Ｐｓ サブプログラム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク設置部に対して相対移動する移動
   部に、主軸と、工具供給部と、主軸と工具供給部の間に
   て工具を交換する工具交換アームが設けられている加工
   装置において、一連の加工動作の途中で工具交換作業に
   移行する際、前記工具交換アームにより工具交換を行う
   ときにワークまたは治具に干渉しない最短の交換可能位
   置を算出し、前記移動部をこの最短の交換可能位置に移
   動させて工具交換作業を行うことを特徴とする加工装置
   の工具交換方法。
2. 【請求項２】 メインプログラムにしたがって一連の加
   工作業を行ない、このメインプログラムにて指令が出さ
   れたときにサブプログラムの処理に移行し、サブプログ
   ラムの処理では、加工情報に基づいて最短の交換可能位
   置を算出し、移動部をこの交換可能位置に移動させ、工
   具交換動作を実行した後に前記メインプログラム処理に
   戻る請求項１記載の加工装置の工具交換方法。