JP6692437B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具マガジンを有する工作機械に関するものである。

工具マガジン及び工具交換装置を有する工作機械において、工作機械の主軸と工具マガジンとの間での工具交換は加工プログラムからの指令により自動的に行われる。一方、工具の段取り作業、即ち、工具マガジンへの工具の装填はオペレータによって行われる。工具マガジンは、通常、筐体内に収納されて保護されているので、オペレータが工具を工具マガジンへ装填するときは、筐体に設けられた開口部のドアが開けられる。オペレータの安全を確保するために、筐体のドアが開けられたときは工具マガジンが作動しないように、及び工具マガジンが作動しているときは筐体のドアは開かないようにインターロックが働く（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−８０４２７号公報

オペレータは、例えば回転式の工具マガジンの工具を入れ替えようとする場合、工作機械の操作盤を使って、入れ替えるべき工具が装着されている工具マガジンのグリッパの番号を指定した後に工具マガジン移動ボタンを押す。そうすると、工具マガジンは制御装置からの指令を受けて装填位置まで回転移動する。工具マガジンの移動が終わると、オペレータは筐体のドアを手で開けて工具マガジンの工具を入れ替え、そしてインターロックを解除するためにドアを閉める。入れ替えすべき工具が複数本ある場合、オペレータは前述の工程を工具の本数分だけ繰り返す必要がある。換言すると、入れ替えすべき工具が複数本ある場合でも、工程のどれかを省略したりあるいはどれかをまとめて実行することはできなかった。このため、特に一度に入れ替えすべき工具の本数が多い場合の工具の段取り作業の効率化が求められていた。

また、従来から工作機械には加工プログラムに基づいて各送り軸に指令を送出するために自動運転モードがある。さらに、手動操作で送り軸の移動の指令を送るために、ジョグボタンで移動の指令を送出するジョグ送りモードと、手動パルス発生器で移動の指令を送出するハンドル送りモードがある。これらのモードは排他的であり、オペレータは自動運転モード、ジョグ送りモード、ハンドル送りモードのいずれかを選択して使用する。オペレータが工具マガジン室で対象グリッパに工具を差し入れる作業は、作業時間の効率を考慮し、加工室側で自動運転モードの加工プログラムを実行してワークを加工している最中に並行して行う。そのため、自動運転モード中に工具マガジン駆動モータを所望の装填位置まで回転できるように別のスイッチが用意してあり、自動運転モードが中断して加工が止まらないように、ジョグ送りやハンドル送りの指令では工具マガジン駆動モータを駆動させないようになっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、効率的に工具段取り作業を実施することのできる工作機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、複数の工具を収納する工具マガジンを有し、主軸と被加工物とを相対的に移動させ、主軸に保持した工具で被加工物を加工する工作機械において、工具と被加工物とを相対的に移動させる複数の送り軸と、工具マガジンを駆動する工具マガジン駆動モータと、前記複数の送り軸または工具マガジン駆動モータに正または負の指令パルスを送出する手動パルス発生器であって、前記指令パルスの送出先として前記複数の送り軸及び工具マガジン駆動モータのいずれか一つを選択する選択スイッチを備える手動パルス発生器とを備える工作機械が提供される。

本発明によると、工具マガジンの割出しを手動で実施でき、その結果、入れ替えるべき工具が複数ある場合でも、オペレータは工具マガジン室ドアの開閉を繰り返すことなく、工具マガジンの複数回の割出しと複数の工具の入れ替えを連続的に行うことが可能になり、従って能率的に工具段取り作業を行うことが可能になる。

本発明の実施形態による工作機械の正面図である。 工作機械の加工室ドアを開けた状態の正面図である。 工作機械の工具マガジン室ドアを開けた状態の正面図である。 本発明の実施形態による工作機械の手動パルス発生器の正面図である。

以下に、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態による工作機械１００について説明する。
工作機械１００は、本実施形態では５軸制御の立形マシニングセンタとして構成されており、主軸１２と被加工物５とを相対的に移動させ、主軸１２に固定した工具７で被加工物５を加工するものである。工作機械１００は、工作機械本体１０、制御装置（図示せず）、回転式の工具マガジン２０、工具交換装置（図示せず）、それらを収容する筐体３０、筐体３０の右端部に回動可能に取り付けられ前記制御装置の少なくとも一部の構成を含む操作盤４０、及び操作盤４０にケーブル５７で接続された手動パルス発生器５０を具備する。

工作機械本体１０は、主軸１２を保持する主軸頭１１、テーブル１３、回転テーブル１４の他に、図示されないベッド、コラムを有する。工作機械本体１０は、直線送り軸としてＸ軸、Ｙ軸（図示せず）、及びＺ軸の３軸と、Ｙ軸回り及びＺ軸回りの回転送り軸としてそれぞれＢ軸及びＣ軸を有する。なお、前記直線送り軸及び回転送り軸はＹ軸を除いて図２において概念的に示されている。工作機械本体１０は、図示しないが、それぞれの軸に関する移動装置、即ち、Ｘ軸移動装置、Ｙ軸移動装置、Ｚ軸移動装置、Ｂ軸移動装置、及びＣ軸移動装置を具備する。それら移動装置はそれぞれの駆動モータ（図示せず）を備えており、各駆動モータは通常は制御装置によって制御される。本実施形態の工作機械本体１０は、Ｘ軸移動装置がコラムを、Ｙ軸移動装置がテーブル１３を、Ｚ軸移動装置及びＢ軸移動装置が主軸頭１１を、並びにＣ軸移動装置が回転テーブル１４を駆動する。

筐体３０は、概ね直方体状に形成されており、筐体３０内の加工部が設けられた領域と工具マガジン２０が設けられた領域を仕切る隔壁（図示せず）を有し、その結果、筐体３０には加工室３１と工具マガジン室３５とが形成されている。筐体３０は、加工室３１の正面側を部分的に開放する加工室開口部３２と、その加工室開口部３２を開閉するスライド式の加工室ドア３３を有する。筐体３０は、工具マガジン室３５の正面側を全面的に開放する工具マガジン室開口部３６と、その工具マガジン室開口部３６を開閉するスライド式の工具マガジン室ドア３７も有する。加工室ドア３３及び工具マガジン室ドア３７は加工中は通常閉じられている。

工具マガジン２０は、工具７を把持する複数のグリッパ２１を円環状に配列した回転体（図示せず）と、前記回転体をＺ軸方向の回転軸線Ａｚ周りに回転駆動する工具マガジン駆動モータ２２とを具備する。工具マガジン２０には、工具交換装置との間の工具受渡し位置（図示せず）とオペレータによる工具装填位置Ｐｍとが定められており、工具マガジン駆動モータ２２を制御することにより、特定のグリッパ２１及び工具７を工具受渡し位置または工具装填位置Ｐｍに配置すること、即ち割り出すことができる。なお、工具装填位置Ｐｍは、オペレータがそこにアクセスしやすいように、工具マガジン室３５内の前側に配置されている。また、工具マガジン２０は、自動運転だけでなく、本実施形態では、手動パルス発生器５０を使った手動運転も可能である。

上記の実施形態における工具マガジン２０は、円形の周回軌道に沿ってグリッパ２１を移動させるものであったが、工具マガジン２０が、非円形の周回軌道に沿ってグリッパ２１を移動させるタイプの実施形態も可能である。

手動パルス発生器５０は、通常は制御装置からの指令に基づいて駆動されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、及びＣ軸移動装置（図示せず）の各駆動モータ（図示せず）、並びに工具マガジン駆動モータ２２を、指令パルスを送出することにより必要に応じて手動でも駆動できるように設けられている。このため、手動パルス発生器５０は、指令パルスを送出することができるように構成されており、パルス発生操作手段として全周に目盛の付けられたパルス発生ダイヤル５１と、指令パルスの送出先を選択する選択スイッチ５２と、倍率選択スイッチ５３と、非常停止ボタン５４と、電子回路基板（図示せず）と、さらに本実施形態においてはイネーブルスイッチ５５と、前記電子回路基板を収容するとともに前記スイッチ類を取り付ける、片手で保持できる大きさのケース５６と、操作盤４０に電気的に接続するためのケーブル５７とを有する。

選択スイッチ５２は、手動パルス発生器５０の電源のＯＮ／ＯＦＦ機能と、指令パルスの送出先の軸を選択する機能を有する。図４の選択スイッチ５２のダイヤルの周囲の表示「Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ」がそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、及びＣ軸に対応し、「Ｔ」が工具マガジン２０に対応する。従って、例えば「Ｘ」が選択されたなら、指令パルスはＸ軸移動装置が有するＸ軸駆動モータに送られ、「Ｔ」が選択されたなら、指令パルスは工具マガジン駆動モータ２２に送られる。

パルス発生ダイヤル５１は、送り軸等の移動距離と送り軸等の移動方向と送り軸等の移動速度とを手動で制御するように構成されている。送り軸等の移動距離は、ダイヤルの周囲の目盛りに対応しているパルス数を定めることで決定される。倍率選択スイッチ５３が「×１」を選択されている場合、パルス発生ダイヤル５１を１目盛り動かすと１パルス発生する。倍率選択スイッチ５３が「×１０」、「×１００」または「×１０００」が選択されているなら「×１」を選択されているときの１０倍、１００倍、または１０００倍の数のパルスが発生する。選択スイッチ５２で選択された送り軸等の駆動モータは、指令パルスを受けると、パルス数に応じた所定の角度だけ回転する。

送り軸等の移動方向については、パルス発生ダイヤル５１を右回りさせるかまたは左回りさせるかによって、各送り軸等で定められた正または負の向きが決定される。

送り軸等の移動速度はパルス発生ダイヤル５１の回転速度に応じて決定される。但し、選択スイッチ５２が「Ｔ」即ち工具マガジン駆動モータ２２を選択している場合は、工具マガジン２０の周速が２ｍ／分以下に制限される。なお、前記２ｍ／分以下の周速は、工具マガジン室ドア３７が開いた状態で工具マガジン２０を回転させても、オペレータが安全に作業を行うことができる充分に遅い速度である。

イネーブルスイッチ５５は、押しボタンスイッチとして形成されており、それが押されている間にのみ、パルス発生ダイヤル５１の操作が有効にされてパルスの送出が許可される。したがって、指令パルスを送出したい場合には、オペレータはイネーブルスイッチ５５を押しながら、パルス発生ダイヤル５１を操作する必要がある。

本実施形態における手動パルス発生器５０は、オペレータの左手で保持し、左手の親指でイネーブルスイッチ５５を押しながら、右手でパルス発生ダイヤル５１を回転させるのに適した形態にデザインされている。パルス発生器５０を右手で保持して右手の薬指等でイネーブルスイッチ５５を押しながら、左手でパルス発生ダイヤル５１を回転させることは場合によっては可能であるかもしれない。しかしながら、本実施形態においては、イネーブルスイッチ５５とパルス発生ダイヤル５１は、それらの片手での同時操作が不可能であるように手動パルス発生器５０のケース５６に配置されている。

次に、工具マガジン２０の工具７を入れ替えるために、手動パルス発生器５０を使って工具マガジン２０を手動で操作する手動操作手順の一例を以下に説明する。

最初に、オペレータは、手動パルス発生器５０の選択スイッチ５２を「ＯＦＦ」から「Ｔ」に切替えて工具マガジン駆動モータ２２を選択する。これにより、制御装置は工具マガジン駆動モータ２２の手動制御が始まることを認知する。次に、オペレータは工具マガジン室ドア３７を開ける。次に、オペレータは手動パルス発生器５０を手に持って工具マガジン室３５の前に立て、入れ替えるべき工具７を把持するグリッパ２１（以下、対象グリッパ２１と呼ぶ）の位置を確認し、工具マガジン２０の回転方向を決定する。次に、オペレータは、対象グリッパ２１を装填位置Ｐｍまで移動させるために、左手の指でイネーブルスイッチ５５を押しながら右手の指でパルス発生ダイヤル５１を右または左に、予め想定した目盛りまで回す。そうすると、工具マガジン駆動モータ２２は手動パルス発生器５０からの指令パルス数に応じて指定された方向へ回転する。予め想定した目盛り、即ちパルス数では対象グリッパ２１が装填位置Ｐｍまで到達しなかったのであればパルス発生ダイヤル５１をさらに回し、逆に対象グリッパ２１が装填位置Ｐｍを通り過ぎているならパルス発生ダイヤル５１を戻せばよい。そして、対象グリッパ２１が装填位置Ｐｍに位置決めされたなら、オペレータは、そこに把持されていた工具７を予め準備していた交換用の工具７と入れ替える。

なお、本実施形態の工作機械では、図３に示すように、工具マガジン室ドア３７が大きく開口する。そのため、装填位置Ｐｍの範囲は広い。オペレータが手動パルス発生器５０で対象グリッパ２１を装填位置Ｐｍに移動するとき、微小な位置決めの操作を必要とせず、オペレータが目測でオペレータの手前側に対象グリッパ２１を移動させれば、対象グリッパは装填位置Ｐｍに位置し、オペレータは工具７を容易に入れ替えることができる。

入れ替えるべき工具７が複数ある場合は、工具マガジン室ドア３７を開けたまま、次の対象グリッパ２１の位置を確認する工程から、上述の工程を繰り返せばよい。そして、最後の工具７の入れ替えが終わった段階で工具マガジン室ドア３７を閉め、手動パルス発生器５０の選択スイッチ５２をＯＦＦに戻せば工具７の入れ替えは完了する。

本実施形態の工作機械では、工具マガジン室ドア３７が大きく開口するので、オペレータは、工具マガジン駆動モータ２２の割り出し位置を変更せずに、隣接する複数の工具７へアプローチできる。そのため、入れ替えるべき複数の工具７が隣接工具である場合は、一回、工具マガジン駆動モータ２２を回転させて対象グリッパ２１の位置を装填位置Ｐｍに移動させれば、隣接する複数本の工具７を同時に入れ替えることができる。

工具マガジン２０の手動操作手順は、工作機械１００が加工プログラムからの指令に基づいて自動運転による加工を行っているときでも実行可能である。ただし、工具マガジン２０の手動操作中に、加工プログラムに基づいて工具交換指令が制御装置から発せられた場合には、本実施形態では、前記工具交換指令の実行は、手動パルス発生器５０の選択スイッチ５２による工具マガジン駆動モータ２２の選択が解除されるまで、あるいは工具マガジン室ドア３７が閉じられるまで許可されない。

実行中の加工プログラムで次の工具交換指令が予定されている場合は、工具交換指令に達している達していないに関わらず、復帰動作を行う。復帰動作は、オペレータが工具マガジン室ドア３７を閉め、かつ手動パルス発生器５０の選択スイッチ５２を「Ｔ」以外にしたときに、制御装置がオペレータによる工具交換作業が終わったと認識し、自動運転によって加工プログラム中で次に交換する工具として呼び出されている工具７を次工具待機位置まで割り出すように工具マガジン駆動モータ２２を駆動する。次工具待機位置とは、実行中の加工プログラムの工具交換指令に達したときに、主軸１２で使用中の工具を返却する動作と次に使用する工具７を主軸に把持する動作とが、速やかに効率よくできるように待機する位置のことである。

従来よく知られているように、工作機械本体１０の各送り軸を手動で制御するために、手動パルス発生器５０が用いられている。これに対して、本実施形態では、回転式の工具マガジン２０の割出しにも手動パルス発生器５０が用いられる。これにより、入れ替えるべき工具７が複数ある場合でも、オペレータは工具マガジン室ドア３７の開閉を繰り返すことなく、複数の対象グリッパ２１の割出しと複数の工具７の入れ替えを連続的に行うことが可能になる。

また、本実施形態においては、オペレータの安全確保のために、手動パルス発生器５０にはイネーブルスイッチ５５が設けられている。イネーブルスイッチ５５の効果により、オペレータは両手で手動パルス発生器５０を操作しなければならないので、工具マガジン２０の手動での作動中に、例えばオペレータが片手を工具マガジン室３５内に入れることは困難である。さらに、本実施形態では、工具マガジン２０の手動での作動中に、例えばオペレータ以外の人の手が工具マガジン室３５に入った場合でも、工具マガジン２０の手動での作動中の周速は２ｍ／分以下に制限されているので、安全上の問題は生じない。

前述の本実施形態による効果は、従来用いられていた既存の手動パルス発生器５０に小改良を施すことで得られることも特筆される。前記小改良とは、選択スイッチ５２に工具マガジン２０の選択機能を与え、かつイネーブルスイッチ５５を設けることである。

７ 工具
１０ 工作機械本体
１２ 主軸
２０ 工具マガジン
２１ グリッパ
２２ 工具マガジン駆動モータ
３０ 筐体
３３ 加工室ドア
３７ 工具マガジン室ドア
４０ 操作盤
５０ 手動パルス発生器
５１ パルス発生ダイヤル
５２ 選択スイッチ
５５ イネーブルスイッチ

Claims (5)

1. 複数の工具を収納し、収納した前記工具を所定の軌道に沿って移動させる工具マガジンを有し、主軸と被加工物とを相対的に移動させ、前記主軸に保持した工具で前記被加工物を加工する工作機械において、前記工具マガジンは、前記工具の前記所定の軌道に沿った移動のために工具マガジン駆動モータを有するものであり、
   前記工具と前記被加工物とを相対的に移動させる複数の送り軸と、
   前記複数の送り軸または前記工具マガジン駆動モータに正または負の指令パルスを送出する手動パルス発生器であって、前記指令パルスの送出先として前記複数の送り軸及び前記工具マガジン駆動モータのいずれか一つを選択する選択スイッチを備える手動パルス発生器と、
   を備え、前記選択スイッチで前記工具マガジン駆動モータが選択されているときに、前記手動パルス発生器から送出された指令パルスに応じて、前記工具マガジン駆動モータが前記工具マガジンに収納された工具を前記軌道に沿って移動させることを特徴とした工作機械。
2. 前記手動パルス発生器はパルス発生操作手段とイネーブルスイッチとを有しており、
   前記イネーブルスイッチが操作されている間にのみ前記パルス発生操作手段の操作が有効にされてパルスの送出が許容され、
   前記イネーブルスイッチと前記パルス発生操作手段は、それら両方の同時操作のためには両手が用いられなければならないように前記手動パルス発生器において配置されている、請求項１に記載の工作機械。
3. 該工作機械が加工プログラムからの指令に基づき自動運転による加工を行っている最中に、前記手動パルス発生器に備えられた前記選択スイッチによって前記工具マガジン駆動モータが選択された場合、前記加工が継続される一方で、工具マガジン駆動モータへの手動パルス発生器からの指令パルスの送出が許容される、請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記手動パルス発生器の前記選択スイッチが前記工具マガジン駆動モータを選択しているときは、加工プログラムから工具交換指令が発せられたとしても、前記工具交換指令の実行は、前記工具マガジン駆動モータの選択が解除されるまで許可されない、請求項１または２に記載の工作機械。
5. 該工作機械の筐体が、工具マガジンを収容する工具マガジン室と、前記工具マガジン室へのオペレータによるアクセスを可能にする開口部とを形成するとともに、前記開口部を開閉する工具マガジン室ドアを備えており、
   前記工具マガジン室ドアが開放しているときにおいても、前記手動パルス発生器からの指令に基づく前記工具マガジン駆動モータの作動が許容される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の工作機械。

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