(57)【要約】【課題】工具交換の時間を短縮できる自動工具交換機構の工具交換を制御する方法を提供する。【解決手段】本発明の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法は、主軸、ナット、工具交換アーム、第一モーター及び第二モーターを含む自動工具交換機構を前提とし、ナットが主軸と螺旋対をなして係合している。これによって、工具交換アームによれば、回転して工具を係止するステップ、工具を解除して下降するステップ、回転して工具を交換するステップ、上昇して工具を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップの一部において、第一モーター及び第二モーターを同期に始動することで主軸を回動及び軸方向に沿う移動を同時にさせるように駆動するため、工具交換の時間を短縮することができ、工具交換の効率を高めることができる。【選択図】図１０
2020006504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動工具交換機構の工具交換を制御する方法において、
前記自動工具交換機構は、主軸、ナット、工具交換アーム、第一モーター及び第二モーターを含み、
前記主軸が外側螺旋構造体を有し、
前記ナットが前記外側螺旋構造体と対応する内側螺旋構造体を有し、
前記工具交換アームが前記主軸の一端と結合されており、
前記第一モーターが前記主軸を回動させるように駆動し、
前記第二モーターが前記ナットを第一位置と第二位置との間に直線変位をさせるように駆動するように構成されており、
前記第一モーター及び前記第二モーターを同期に作動させるステップＡであって、前記第一モーターは前記主軸を回動させるように駆動し、前記第二モーターは前記主軸を前記第一位置に維持させるように前記ナットを駆動するステップＡと、
前記第一モーターは動作を停止し、前記第二モーターは前記主軸を下へ移動させるように前記ナットを連続的に駆動するステップＢと、
前記軸を回動させるように前記第一モーターを始動するステップＣと、
前記第一モーターは作動を停止し、前記第二モーターは前記主軸を上へ移動させるように前記第二ナットを連続的に駆動するステップＤと、
前記第一モーター及び前記第二モーターを同期に作動させるステップＥであって、前記第一モーターは前記主軸を回動させるように駆動し、前記第二モーターは前記主軸を前記第一位置に維持させるように前記ナットを駆動するステップＥと、
を含む
自動工具交換機構の工具交換を制御する方法。
【請求項２】
前記ステップＡでは、
前記第一モーターは前記主軸を第１回転方向で回動させるように駆動し、前記第二モーターは前記ナットを第１回転方向と反対する第２回転方向で回動させるように駆動する
請求項１に記載の自動工具交換機構の工具交換制御方法。
【請求項３】
前記ステップＢでは、
前記第二モーターは前記ナットを第２回転方向で回動させるように駆動する
請求項２に記載の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法。
【請求項４】
ステップＣでは、
前記第一モーター及び前記第二モーターを同期に作動させ、前記主軸が回転する過程において、前記第二モーターは、前記主軸を前記第二位置まで下へ移動するように前記ナットを第１回転方向で回動させるように駆動した後、前記主軸を上へ移動するように前記ナットを第２回転方向で回動させるように駆動する
請求項３に記載の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法。
【請求項５】
ステップＤでは、
前記第二モーターは、前記ナットを第１回転方向で回動させるように駆動する
請求項４に記載の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法。
【請求項６】
ステップＥでは、
前記第一モーターは前記主軸を第１回転方向で回動させるように駆動し、前記第二モーターは前記ナットを第２回転方向で回動させるように駆動する
請求項５に記載の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動工具交換機構に関し、特に自動工具交換機構の工具交換を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工機の自動工具交換機構が、工具マガジンと加工機の主軸ヘッドとの間に配置されており、一般的に制御システム及び工具交換アームを含む。制御システムが回動または直線変位させるように制御された主軸を有し、主軸の末端には、工具交換アームが固定連結されている。二つのモーターは、制御システムの軸を回動または直線変位させるように制御して、工具交換アームに工具マガジン及び主軸ヘッドに配置された工具を交換させることが知られている。具体的には、一方のモーターは、軸の回動を制御するように配置されており、他方のモーターは、軸の上下移動を制御するように配置されており、それによって、工具交換アームが、回転して工具を係止するステップ、工具を解除して下降するステップ、回転して工具を交換するステップ、上昇して工具を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップを順に完了する。しかしながら、工具を交換する過程は、二つのモーターが別々に順次制御されることによって、所定の動作を完了し、すなわち、先に始動されたモーターは動作を停止しないと後に始動されたモーターは始動されない。このように、工具を交換するタイミングは遅れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これを鑑みて、本発明は、工具交換の時間を短縮できる自動工具交換機構の工具交換を制御する方法を提供する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、本発明の自動工具交換機構の工具交換を制御する方法において、
自動工具交換機構は、主軸、ナット、工具交換アーム、第一モーター及び第二モーターを含み、
主軸が外側螺旋構造体を有し、ナットが外側螺旋構造体と対応する内側螺旋構造体を有し、工具交換アームが主軸の一端と結合されており、第一モーターが主軸を回動させるように駆動し、第二モーターがナットを第一位置と第二位置との間に直線変位をさせるように駆動するように構成されており、第一モーター及び第二モーターを同期に作動させるステップであって、第一モーターは主軸を回動させるように駆動し、第二モーターは主軸を第一位置に維持させるようにナットを駆動するステップと、第一モーターは動作を停止させるように制御し、第二モーターは主軸を下へ移動させるようにナットを連続的に駆動するステップと、軸を回動させるように第一モーターを始動するステップと、第一モーターは作動を停止をさせるように制御し、第二モーターは主軸を上へ移動させるように第二ナットを連続的に駆動するステップと、第一モーター及び第二モーターを同期に作動させるステップであって、第一モーターは主軸を回動させるように駆動し、第二モーターは主軸を第一位置に維持させるようにナットを駆動するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の構造によれば、工具を交換する過程において、第一モーター及び第二モーターを適当に同期に作動させることで工具交換時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係わる制御システムにおける台座及び主軸の斜視図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図１の一部部材の斜視図である。
【図５】図４中の一部部材の分解図である。
【図６】図４中の一部部材の断面図である。
【図７】図１の一部部材の斜視図である。
【図８】図７の一部部材の分解図である。
【図９】図７の一部部材の断面図である。
【図１０】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換を制御する方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換動作を示す模式図である。
【図１２】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換動作を示す模式図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換動作を示す模式図である。
【図１４】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換動作を示す模式図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態に係わる自動工具交換機構の工具交換動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１〜図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態に係わる制御方法におて利用された自動工具交換機構は、制御システム１００及び工具交換アーム２００を含む。制御システム１００は、台座１０、主軸２０、第一伝動ユニット３０及び第二伝動ユニット４０を含む。台座１０は、上から下に向かって順に組み合わせた上蓋１２、モータベース１４、本体１６及びベース１８から構成されている。主軸２０が台座１０に穿設されており、第一伝動ユニット３０により回動され、第二伝動ユニット４０により軸方向に往復移動される。主軸２０の下端部がベース１８から下方に突き抜けて工具交換アーム２００に固定連結されている。工具交換アーム２００が主軸２０の回動に従って回動又は軸方向に沿って移動する過程は、回転して工具を係止する動作、工具を解除して下降する動作、回転して工具を交換する動作、上昇して工具を挟む動作及び回転し元の位置に戻す動作を含む。
【０００８】
主軸２０の上段の表面には外側螺旋構造体２２及び軸方向に沿って凹んで形成された複数の直線溝２４を備える。外側螺旋構造体２２は直線溝２４により縦断されている。
【０００９】
第一伝動ユニット３０は第一ナット３１を含み、第二伝動ユニット４０は第二ナット４１を含む。主軸２０は、第一ナット３１及び第二ナット４１を挿通するように配置されており、第一ナット３１と摺動対（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｐａｉｒ）をなして係合しており、第二ナット４１と螺旋対（ｓｃｒｅｗ  ｐａｉｒ）をなして係合している。
【００１０】
図４〜図６を参照すると、第一伝動ユニット３０は第一軸台３２、保持器３３、複数の鋼球３４、第一モーター３５、二つの第一プーリ３６、３６’及び第一ベルト３７を含む。第一軸台３２は、複数のボルト３８を穿孔３２ａに貫通させることで台座１０の本体１６の内部に締まられるように配置されている。第一ナット３１は、第一軸台３２を挿通しており、当該第一ナット３１と第一軸台３２との間に保持器３３が配置されている。保持器３３は、第一ナット３１を第一軸台３２に対して元の位置で回転させるための複数のボール３３ａ及びオイルシール３３ｂを含む。また、第一ナット３１の内壁に軸方向に沿って凹んで形成された複数の直線溝３１ａを備える。鋼球３４は、第一ナット３１の直線溝３１ａと、主軸２０の直線溝２４との間に充填されている。これにより、主軸２０が第一ナット３１に対して軸方向において摺動することができる。
【００１１】
第一モーター３５は、本体１６の外部に固定連結されており、その第一出力軸３５ａが本体１６の内部に延長している。第一プーリ３６が複数のボルト３９を穿孔３６ａに貫通させることで第一ナット３１の底部に締まられおり、主軸２０が第一プーリ３６を貫通している。第一プーリ３６’が第一出力軸３５ａの一端に連結されて本体１６内部の一側に配置されている。前記第一ベルト３７は、第一プーリ３６及び第一プーリ３６’のそれぞれに巻き掛けられている。これにより、第一モーター３５の第一出力軸３５ａを回動させるように駆動する場合、第一ベルト３７によって、第一ナット３１が同期に回動されて、回転されている第一ナット３１が鋼球３４により主軸２０を回転させる。
【００１２】
図７〜図９を参照すると、第二伝動ユニット４０は、更に第二軸台４２、保持器４３、複数の鋼球４４、第二モーター４５、二つの第二プーリ４６、４６’及び第二ベルト４７を含む。第二軸台４２は、複数のボルト４８を穿孔４２ａに貫通させることで台座１０の本体１４の内部に締まられるように配置されている。第二ナット４１は、第二軸台４２を挿通しており、当該第二ナット４１と第二軸台４２との間に保持器３３と同じ構造を有する保持器４３を配置することで第二軸台４２に対して元の位置で回転する。また、第二ナット４１は、主軸２０の外側螺旋構造体２２と対応する内側螺旋構造体４１ａを有する。鋼球４４は、外側螺旋構造体２２と内側螺旋構造体４１ａとの間に充填されているとともに、外側螺旋構造体２２と内側螺旋構造体４１ａとの間で鋼球が循環転走することができる。
【００１３】
第二モーター４５はモータベース１４の外部に固定連結されており、その第二出力軸４５ａがモータベース１４の内部に延長してい有する。第二プーリ４６は、複数のボルト４９を穿孔４６ａに貫通させることで第二ナット４１に締まられている。主軸２０が第二プーリ４６を貫通しており、第二プーリ４６’が第二出力軸４５ａの一端に連結され、第二ベルト４７が第二プーリ４６及び第二プーリ４６’のそれぞれに巻き掛けられている。これにより、第二モーター４５の第二出力軸４５ａを回動させるように駆動する場合、第二ベルト４７により、第二ナット４１を元の位置で回動させ、回動している第二ナット４１が鋼球４４を内側螺旋構造体４１ａと外側螺旋構造体２２との間で循環転走させる。これによって、主軸２０を上昇または下降させるように案内・押圧する。
【００１４】
次に、再び図１０を参照して、工具交換を制御する方法及び工具交換動作について説明する。以下に、第１回転方向は反時計方向、第２回転方向は時計方向を例とする。
【００１５】
図１はスタンバイ状態の工具交換アーム２００を示す。制御システム１００が工具を交換する命令を受信した場合、第１ステップＳ１において、工具交換アーム２００を回転させて工具を係止させる。具体的には、第一モーター３５及び第二モーター４５を同期に始動させる。第一モーター３５の第一出力軸３５ａは、第１回転方向で回転する。上述の構造に対する説明からわかるように、それに従って回動する第一ナット３１は、鋼球３４が第一ナット３１の直線溝３１ａと主軸２０の直線溝２４との間に配置されているため、主軸２０も第１回転方向で回転させる。しかしながら、主軸２０が第二ナット４１と螺旋対をなして係合しているため、回転されている主軸２０がそれにより軸方向に変位することを回避するように、第二モーター４５を同期に始動させて第二ナット４１を第２回転方向で回動をさせるように駆動する。これにより、主軸２０は軸方向に変位することはない。ここで、主軸２０が軸方向に沿って下へ移動しない位置を第一位置Ｐ１と定義される。図１１に示すように、軸方向に沿って下へ移動しない主軸２０を元の位置で回動させることで工具交換アーム２００を回転させて、工具交換アーム２００の両端をそれぞれ工具マガジン（図示せず）によって提供された工具Ａ及び加工機の主軸ヘッド（図示せず）に配置された工具Ｂに係止されている。
【００１６】
第２ステップＳ２において、工具交換アーム２００が回転して工具を係止する動作を完了すると、工具マガジン及び主軸ヘッドが同時に工具を解除する。このとき、第一モーター３５が作動を停止して主軸２０を回動させないが、第二モーター４５が第二ナット４１を第２回転方向で回動させるように連続的に駆動する。主軸２０が、第二ナット４１と螺旋対をなして係合しており、第一ナット３１と摺動対をなして係合しているように配置されているため、元の位置で回動している第二ナット４１が主軸２０を下へ移動させるように駆動し、図１２に示すように、下降している主軸２０が工具交換アーム２００の両側に配置された工具を下へ移動させるように駆動する。
【００１７】
図１３を参照して、第３ステップＳ３において、工具交換アーム２００を回転させて両側に配置された工具を交換させるように制御する。このステップでは、第一モーター３５が再び始動され、第一ナット３１を第１回転方向で回転させるように連続的に駆動する、それによって、工具交換アーム２００は１８０度回転して工具を交換する動作を行う。この間、第二モーター４５は、第二ナット４１を第１回転方向で回動させるように駆動した直後、第二ナット４１を第２回転方向で回動させるように駆動する。前者は主軸２０をさらに下降させることであり、後者は主軸２０を上昇させることである。つまり、工具交換アーム２００の１８０度回転は、２段階に分かれる。一段階目では、工具交換アーム２００が９０度回動するとともに、主軸２０に従って下降する。二段階目では、工具交換アーム２００が９０度回動し続けるとともに、主軸２０に従って上昇する。前記一段階目と二段階目との切り替え時点は主軸２０が最低点まで下降したときである（即ち、本発明において、定義された第二位置Ｐ２である）。上述の動作の達成は、第一モーター３５及び第二モーター４５の同期動作に依存している。これによって、回転して工具を交換する動作の速度をより効率的に向上させることができる。図１３から、工具Ａと工具Ｂの位置が交換されたことがわかる。
【００１８】
図１４に示すように、第４ステップＳ４において、主軸２０を上昇させて工具交換アーム２００を工具を挟まる位置に工具を持ち上げせるように制御する。このステップでは、主軸２０の回動を回避するように、第一モーター３５を作動を停止させるように制御し、第二モーター４５は、依然として作動を維持するが、第二ナット４１を第１回転方向で回動させるように駆動する。同様に、主軸２０が、第二ナット４１と螺旋対をなして係合しており、第一ナット３１と摺動対をなして係合しているため、主軸２０が回動せずに工具を挟む位置(即ち、第一位置Ｐ１)に持ち上げられる。更に、工具Ａが加工機の主軸ヘッドに挟まれ、工具Ｂが工具マガジンにおいて対応するケースに挿入される。
【００１９】
第５ステップＳ５において、工具を挟む動作が完了した後、第一モーター３５は再び始動される。このステップでは、第一モーター３５が第一ナット３１を第２回転方向で回動させるように駆動し、第二モーター４５が依然として作動し続けるが、第二ナット４１を第１回転方向で回動させるにように駆動する。このステップにより、主軸２０が、軸方向にそって変位せずに、第２回転方向で回転することで工具交換アーム２００を逆転させて図１５に示す状態に戻して、次回の工具交換を待機する。すなわち、工具交換アーム２００の両端が工具に当たることなく工具Ａおよび工具Ｂから分離することができる。
【００２０】
本発明の工具交換を制御する方法及び工具交換動作についての説明からわかるように、工具交換アーム２００によれば、回転して工具を係止するステップ、工具を解除して下降するステップ、回転して工具を交換するステップ、上昇して工具を挟むステップ及び回転し元の位置に戻すステップの一部において、第一モーター３５及び第二モーター４５を同期に始動することで主軸２０を回動及び軸方向に沿う移動を同時にさせるように駆動するため、工具交換時間を一層短縮することができる。正確かつ高速で作業することを必要とする工具交換機構に対して時間が短縮されるため、工具交換の効率を高めることができる。
【００２１】
なお、本発明の工具交換を制御する方法を実現するための自動工具交換機構の構成は、主軸２０と、第二ナット４１と、工具交換アーム２００と、第一モーター３５と、第二モーターと４５を備える必要がある。他の部材の構成及び組み合わせ関係に対して、上記した全ての構成に限定されるものではなく、例えば主軸２０を回転させるとともに軸方向に沿って上下移動させる構成は、第一ナット３１の直線溝３１ａと主軸２０の直線溝２４との間に鋼球３４を充填する以外に、鋼球の代わり、第一ナットの内壁には、主軸の直線溝の数と相当する数の凸状リブを配置し、凸状リブと直線溝とが係合する方式によって、主軸２０を回転させるとともに、軸方向に沿って上下移動させる目的を達成することもできる。また、主軸２０を回転駆動させる動力源として、上述の構成によって実現する以外、モーターを主軸２０の上端部に取り付け、モーターの出力軸により直接に主軸２に力を伝達してもよい。これによって、ベルト及びプーリを省略することができる。なお、モーターの出力軸の回転方向は、主軸の回転方向と同じであることに限らず、出力軸と主軸との間に他の伝達ユニットを配置されることによって、出力軸の回転方向と主軸の回転方向とを異なるようにさせることができるが、両者が同じ効果を得られる 。
【００２２】
上述したものは本発明の好ましい可能な実施形態に過ぎず、本発明の明細書及び特許請求の範囲の均等変化はすべて、本発明の特許請求の範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００２３】
１００制御システム
１０台座
１２上蓋
１４モータベース
１６本体
１８ベース
２０主軸
２２外側螺旋構造体
２４直線溝
３０第一伝動ユニット
３１第一ナット
３１ａ直線溝
３２第一軸台
３２ａ穿孔
３３保持器
３３ａボール
３３ｂオイルシール
３４鋼球
３５第一モーター
３５ａ第一出力軸
３６第一プーリ
３６ａ穿孔
３６’第一プーリ
３７第一ベルト
３８ボルト
３９ボルト
４０第二伝動ユニット
４１第二ナット
４１ａ内側螺旋構造体
４２第二軸台
４３保持器
４４鋼球
４５第二モーター
４５ａ第二出力軸
４６第二プーリ
４６ａ穿孔
４６’第二プーリ
４７第二ベルト
４８ボルト
４９ボルト
２００工具交換アーム
Ａ、Ｂ工具
Ｓ１〜Ｓ５  ステップ１〜ステップ５
【図１】
2020006504.tif 000003
【図２】
2020006504.tif 000004
【図３】
2020006504.tif 000005
【図４】
2020006504.tif 000006
【図５】
2020006504.tif 000007
【図６】
2020006504.tif 000008
【図７】
2020006504.tif 000009
【図８】
2020006504.tif 000010
【図９】
2020006504.tif 000011
【図１０】
2020006504.tif 000012
【図１１】
2020006504.tif 000013
【図１２】
2020006504.tif 000014
【図１３】
2020006504.tif 000015
【図１４】
2020006504.tif 000016
【図１５】
2020006504.tif 000017