(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と、
前記主軸との間で工具交換を自動で行うタレット式の自動工具交換装置と、
前記自動工具交換装置の、割り出し動作及び揺動運動を行うように構成されたタレットの前記割り出し動作によって所定位置に割り出されたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする工具情報読み書き装置と、を備えた工作機械であって、
前記工具情報読み書き装置は、
前記自動工具交換装置に取り付けられたアーム部と、
前記アーム部に取り付けられたベース部と、
前記ベース部に直線移動可能に設けられたスライド部と、
前記スライド部に取り付けられ、かつ前記データキャリアに対して読み書きを行う読み書きヘッド部と、
前記読み書きヘッド部が、前記所定位置に位置決めされた工具のデータキャリアの情報を読み書きする読み書き位置と、前記読み書き位置から後退した退避位置との間を往復動するように、前記スライド部を駆動する駆動部と、
前記タレットの前記割り出し動作の完了と、前記揺動運動に関する前記タレットの位置が所定の位置にあることとが確認された後で、前記自動工具交換装置の動作に連動して、前記駆動部を制御する制御部と、
を備える、工作機械。
【請求項２】
前記工具情報読み書き装置は、流体を噴射して前記読み書きヘッド部の洗浄を行うヘッド部洗浄装置をさらに有する、請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械において使用されるデータキャリア付き工具の情報を読み書きする装置に関し、特には、工作機械の自動工具交換装置に保持された工具のデータキャリアの情報を読み書きする装置、及び該装置を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具情報読み書き装置は、工作機械の自動工具交換装置に収納されたデータキャリア付き工具の、該データキャリア上に記録された工具情報（工具データ）を読み書きするための装置である。この工具情報には、工具番号、工具径、工具長、寿命カウンタ等が含まれる。自動工具交換装置に工具を収納後、工具情報読み書き装置を用いて読み取った工具情報を自動でＮＣ装置に送信・登録することにより、手作業による入力と比較して、工数の削減や入力ミスの防止を図ることができる。
【０００３】
自動工具交換装置内の工具データを読み書きするには、工具情報読み書き装置の読み書きヘッド部を、工具のデータキャリアに対して正確に位置決めしなればならない。その理由は、データキャリアとして利用するＩＣチップ等と読み書きヘッド部との通信を安定して行うために必要とされる、データキャリアと読み書きヘッド部との距離及び中心位置のズレの許容範囲が、狭い範囲に限定されるからである。
【０００４】
これに関連する周知技術例として、例えば特許文献１には、ツールを収納したポットをチェーンで駆動する方式の工具マガジン装置において使用される工具情報の読み書き装置が記載されている。ここでは、工具のＶ溝外周が挿入されるアームの開口部内に工具のＶ溝に当接して工具の軸方向の位置ずれを規正する部材を設け、さらにアーム開口部内に工具のドライブキー溝に嵌挿され工具の回転方向の位置ずれを規制する案内面を有するキーを設けキー内に読み書きヘッドを設けることにより、読み書きヘッドに対して工具のデータキャリアを正確に位置決めできる、とされている。
【０００５】
また特許文献２には、チェーン駆動式の自動工具交換装置において使用されるツール情報読取装置が記載されており、具体的には、工具交換装置に固定的に設けたブラケットに、ツールホルダの軸心に平行な第１の方向に移動自在な第１ベースが設けられ、該第１ベースに、ツールホルダの軸心に直交する第２の方向に移動自在な第２ベースと、該第２ベースを第２の方向に移動させる駆動装置とが設けられ、該第２ベースに、第１及び第２方向にそれぞれ直交する第３の方向に移動自在な第３ベースが設けられ、該第３ベースに、第２の方向に移動したときツールホルダの径方向両側に嵌合する一対のガイド部と、該一対のガイド部間に配置された読取ヘッドとが設けられる。これにより、自動工具交換装置のツールホルダ停止位置にばらつきがあっても、読取ヘッドを正確にツールホルダ所定位置に位置合わせすることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平０６−００５０７６号公報
【特許文献２】実開平０６−０００６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のようなチェーン駆動式の工具交換装置を対象とした工具情報読み書き（読み取り）装置では、チェーンとスプロケット歯車との隙間の影響により、工具に備えられたデータキャリアの位置と読み書きヘッド部の位置との間にズレが生じるという課題があった。この課題に対し、特許文献１では、読み書きヘッドを備えたアームをばねで中立位置に保持するとともに、工具のデータキャリアと読み書きヘッドとの相対位置関係を適切にするためのガイド部として、工具の把持用Ｖ溝部外周を利用している。しかし、タレットのような、工具のＶ溝部を利用する工具交換装置を使用した場合、タレットの工具保持機構と読み書き装置との間に機構的な干渉が発生してしまうため、特許文献１のような読み書き装置はタレット式の自動工具交換装置を備えた工作機械では使用できない。
【０００８】
仮に、読み書きヘッド部を干渉なく配置できたとしても、タレットには回転中心軸回りの回転運動だけでなく、主軸頭の上下動に伴う揺動中心軸回りの揺動運動が発生する。そのため、工具に備えられたデータキャリアの位置に対して、読み書きヘッド部を、読み書き処理が可能な相対位置に正確に位置決めできないという問題があった。
【０００９】
また従来技術は、自動工具交換装置と加工室とが別々の区画に分かれて配置されている工作機械にしか対応していなかったため、加工中に発生した切粉が読み書きヘッドに付着することを考慮する必要はなかった。しかし、タレット式の自動工具交換装置は通常、加工室内に配置されるため、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッドに付着して、データの読み書きの妨げとなる場合があった。
【００１０】
また特許文献２に記載の発明も、チェーン式の工具交換装置におけるチェーンの弛みや伸びに起因する課題を解決するものであって、タレット式の自動工具交換装置のような、チェーン式の工具交換装置にはない課題を解決するものではない。
【００１１】
そこで本発明は、公知の工具情報読み書き装置が適用できなかった自動工具交換装置を具備した工作機械において使用可能な工具情報読み書き装置、及び該工具情報読み書き装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、主軸と、前記主軸との間で工具交換を自動で行うタレット式の自動工具交換装置と、前記自動工具交換装置の、割り出し動作及び揺動運動を行うように構成されたタレットの前記割り出し動作によって所定位置に割り出されたデータキャリア付き工具に対して、前記工具のデータキャリアに記録された情報を読み書きする工具情報読み書き装置と、を備えた工作機械であって、前記工具情報読み書き装置は、前記自動工具交換装置に取り付けられたアーム部と、前記アーム部に取り付けられたベース部と、前記ベース部に直線移動可能に設けられたスライド部と、前記スライド部に取り付けられ、かつ前記データキャリアに対して読み書きを行う読み書きヘッド部と、前記読み書きヘッド部が、前記所定位置に位置決めされた工具のデータキャリアの情報を読み書きする読み書き位置と、前記読み書き位置から後退した退避位置との間を往復動するように、前記スライド部を駆動する駆動部と、前記タレットの前記割り出し動作の完了と、前記揺動運動に関する前記タレットの位置が所定の位置にあることとが確認された後で、前記自動工具交換装置の動作に連動して、前記駆動部を制御する制御部と、を備える、工作機械を提供する。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記工具情報読み書き装置は、流体を噴射して前記読み書きヘッド部の洗浄を行うヘッド部洗浄装置をさらに有する、工作機械を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タレット式の自動工具交換装置のような干渉の可能性が高い装置を具備した工作機械においても、バネやガイド機構等が不要な簡易な構成でありながら、工具情報の読み書きを干渉なく正確に行える工具情報読み書き装置が提供される。また、自動で工具情報の読み書きを行うことができるので、手作業によるＮＣ装置へのデータ登録時間の削減や入力ミスの防止を図ることができる。
【００１７】
読み書きヘッド部の初期位置を微調整可能な機構を設けることにより、より正確な読み取り動作が可能となる。
【００１８】
ヘッド部洗浄装置の使用により、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッド部に付着してデータの読み書きに悪影響を与えることを回避することができる。
【００１９】
本発明に係る工具情報読み書き装置を、タレット式の自動工具交換装置を備えた工作機械に適用することにより、タレット等との干渉を回避しつつ工具情報の読み書きを正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る工具情報読み書き装置を備えた工作機械の概略図である。
【図２】タレット及び工具情報読み書き装置の拡大図である。
【図３】工具情報読み書き装置の構造を示す図である。
【図４】本発明に係る工具情報読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第１の例を示すフローチャートである。
【図５】工具情報読み書き装置の読み書きヘッド部と、該ヘッド部の読み書き対象となる工具情報を記録したデータキャリアを有する工具とを示す図である。
【図６】本発明に係る工具情報読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第２の例を示すフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートにおける、工具の有無チェックに関する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図８】図６のフローチャートにおける、工具情報の読み書きに関する処理の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る工具情報読み書き装置を備えた工作機械の概略構成を示す図である。その外形を二点鎖線で概略図示した工作機械１０は、被加工物（図示せず）を加工するための工具を把持可能な主軸１２を回転自在に支持する主軸頭１４と、モータによって位置制御され、主軸１２に対して工具を自動で交換する自動工具交換装置１６と、自動工具交換装置１６に保持された工具の工具情報を読み書きするための工具情報読み書き装置（以降、単に読み書き装置とも称する）１８とを有する。
【００２２】
図１の例では自動工具交換装置１６は、周上に複数のグリップ１９が（通常は等間隔で）配設されたタレット２０を備えたタレット式の自動工具交換装置であり、タレット２０の割り出し動作により、グリップ１９に把持された所望の工具を所定の交換位置に割り出す（位置決めする）とともに、主軸１２に装着された工具と割り出しされた所望の工具とを交換するように構成されている。
【００２３】
図１に示す工作機械１０は、主軸１２及びタレット２０をそれぞれ主軸回転中心軸２２及びタレット回転中心軸２４（図２参照）回りに回転させる主軸回転用兼タレット回転用モータ２６を有するが、主軸回転用モータとタレット回転用モータとをそれぞれ別に備えてもよい。また工作機械１０は、主軸頭１４の上下（鉛直方向）動作及びタレット２０をタレット揺動中心軸２８について揺動させる主軸頭上下動作用兼タレット揺動用モータ３０を有するが、主軸頭上下動作用モータとタレット揺動用モータとをそれぞれ別に備えてもよい。これらのモータとしては、例えばサーボモータが使用可能である。なお工作機械１０のうち、上記構成要素以外の部分については従来技術と同様でよいので、図示及び詳細な説明を省略する。
【００２４】
図２は、自動工具交換装置１６及び読み書き装置１８を示す図であり、図３は、読み書き装置１８の要部の詳細を示す図である。読み書き装置１８は、自動工具交換装置（図２の例ではタレット２０を支持するタレット支持部３２）に取り付けられたアーム部３４と、アーム部３４に取り付けられたベース部３６と、ベース部３６に直線移動可能に設けられたスライド部３８と、スライド部３８に取り付けられかつ、タレット１８に保持されたデータキャリア付工具４０のデータキャリアに対して工具情報の読み書きを行う読み書きヘッド部４２とを有する。
【００２５】
さらに、読み書き装置１８は、スライド部３８を駆動して、所定位置に割り出し（位置決め）された工具のデータキャリアの情報を読み書きできる読み書き位置と、該読み書き位置から所定距離離れた退避位置との間を読み書きヘッド部４２が往復移動できるようにする駆動部（例えばサーボモータ又は電磁ソレノイド）４４と、自動工具交換装置１６の動作に連動して、駆動部４４を制御する制御部４６とを有する（図１）。なお制御部４６の機能は、工作機械１０の制御装置が担ってもよい。
【００２６】
図１に示すようなタレット式の自動工具交換装置では、チェーン駆動方式に比べタレット２０の回転方向の割り出し位置の位置再現性が高いので、タレット回転方向についての読み書きヘッド部４２の位置を自動的に微調整する手段を設ける必要性は低い。ただし、読み書き装置１８（特にヘッド部４２）が、工具の取り付け時又は取り外し時に工具と干渉したり、タレット２０が揺動又は回転したときにタレット２０と干渉したりすることは避ける必要があるので、本発明では、読み書きヘッド部４２を前進又は後退させるための直動機構を設け、読み書き動作を行うとき以外は退避位置に退避するようにすることができる。従って本発明では、タレット等と干渉しない読み書き装置を簡易な構成で実現することができる。
【００２７】
一方、アーム部３４を自動工具交換装置１６（タレット支持部３２）に取り付ける際には、読み書き装置１８の先端に配置された読み書きヘッド部４２と、データキャリア付き工具４０との位置関係にズレが生じることがあるが、この位置関係（工具４０に対するヘッド部４２の相対位置）に許容される誤差範囲は比較的狭いため、ヘッド部４２（ベース部３６）の初期位置を調整できるようにしておくことが好ましい。以下、そのための機構について説明する。
【００２８】
図３に示すように、アーム部３４とベース部３６との間には、アーム部３４に対するベース部３６の位置を左右方向及び上下方向について微調整して固定するための調整機構を設けることができる。具体的には、タレット支持部３２に固定されたアーム部３４の一端とは反対側の端部に、略鉛直方向に延びる第１ピン４８回りに旋回可能な第１ブラケット５０が取り付けられ、第１ブラケット５０に、略水平方向に延びる第２ピン５２回りに旋回可能な第２ブラケット５４が取り付けられ、第２ブラケット５４はベース部３６に固定される。さらに、第１ブラケット５０は、少なくとも１つ（図示例では２つ）の第１固定用ボルト５６によってアーム部３４に対して固定可能であり、第２ブラケット５４は、少なくとも１つ（図示例では２つ）の第２固定用ボルト５８によって第１ブラケット５０に対して固定可能である。
【００２９】
上述のような調整機構により、アーム部３４に対するベース部３６の位置及び姿勢は、矢印６０で示す略左右方向（略水平面内での互いに反対方向）と、矢印６２で示す略上下方向（略鉛直面内での互いに反対方向）の双方について調整・固定することが可能となる。上述のように、スライド部３８はベース部３６に対して（図示例では矢印６４の方向に）直動可能なので、ベース部３６の初期の位置及び姿勢を好適に調整しておくことにより、タレット２０等との干渉を回避しつつ、読み書きヘッド部４２を正確に読み書き位置に移動させることができる。
【００３０】
また、工作機械１０では、加工中に発生した切粉等が読み書きヘッド部４２に付着して、データの読み書きに悪影響を与える虞がある。そこで、図３に示すように、読み書き装置１８は、圧縮エア又はクーラント等の流体を噴射して読み書きヘッド部４２の洗浄を行うヘッド部洗浄装置６６を備えることが好ましい。ヘッド部洗浄装置６６の位置や構造は、流体を噴射してヘッド部４２の洗浄ができるものであればどのようなものでもよいが、図３では、ベース部３６の端部に取り付けられたノズルとして示されている。図示例では、ノズル６６は、ノズル６６から噴射された流体が、退避位置から読み書き位置への読み書きヘッド部４２の前進動作中にヘッド部４２の先端に接触するにように配置されている。このような構成によれば、ヘッド部４２が読み書き位置に到達したときはヘッド部４２に付着した切粉等は除去されており、データの読み書きを安定して行うことができる。
【００３１】
次に、図４のフローチャートを参照しつつ、本発明に係る読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第１の例を説明する。第１の例では、読み書き位置に割り出し（位置決め）されている１つの工具を対象として工具情報読み書き動作を行う場合を説明する。
【００３２】
先ずステップＳ１１において、読み書き動作に関する動作条件が満たされているか否かを確認する。ここで動作条件とは、タレット２０の割り出し（回転動作）が完了しており、かつ揺動運動に関するタレット２０の位置が所定の位置にあること等を意味し、工作機械１０の制御装置等によって自動で確認することができる。動作条件が満たされていない場合は、その旨を示すメッセージ（例えば「動作条件ＮＧ」等）を工作機械のディスプレイ等に表示し（ステップＳ１２）、作業者に対し適切な措置を採ることを促すようにする。このようにすれば、工具４０が固定された状態で読み書き動作が行えるように工具交換装置１６の動作と連動して読み書きヘッド部４２の位置を制御することができ、工具に備えられたデータキャリアと読み書きヘッド部との位置関係を、読み書き動作に必要とされる相対位置関係にすることができないという不具合を回避することができる。
【００３３】
ステップＳ１１において動作条件が満たされている場合は、読み書きヘッド部４２を読み書き位置まで移動させる。具体的には、ヘッド部洗浄装置６６を作動（ノズルから流体を噴射）させ（ステップＳ１３）、読み書きヘッド部４２を退避位置から読み書き位置に前進させ（ステップＳ１４）、ヘッド部４２が読み書き位置に到達したらヘッド部洗浄装置６６（ノズルからの噴射）を停止させる（ステップＳ１５）。なおステップＳ１３及びＳ１５は必須ではないが、両ステップにより、ヘッド部４２を清浄な状態で読み書き位置に移動させることができる。
【００３４】
図５は、読み書きヘッド部４２が読み書き位置にあるときの、タレットに保持されたデータキャリア付き工具４０とヘッド部４２とを示す図である。図示例では、工具４０は、工作機械１０の主軸１２（図１）に装着されるテーパシャンク６８と、工具把持に使用されるＶ溝（キースロット）７０と、キースロット７０内（図示例ではキースロット７０の一部に形成したザグリ穴の底面）に配置されたＩＣタグ又はバーコード等のデータキャリア７２とを有し、データキャリア７２に読み書きヘッド部４２が近接することにより、データキャリア７２に記録されたデータの読み書きを非接触式に行うことができる。
【００３５】
次に、読み書きヘッド部４２を用いて、読み書き位置に割り出し（位置決め）されている工具の工具番号を確認し（ステップＳ１６）、データキャリア７２に記録されている工具情報の読み書きを行う（ステップＳ１７）。ここで読み書きされる工具情報としては、工具番号、工具径、工具長、寿命カウンタ等が含まれるが、これは従来と同様なので詳細な説明は省略する。
【００３６】
最後に、工具情報の読み書きが完了したら、読み書きヘッド部４２を退避位置まで後退させ（ステップＳ１８）、一連の処理が完了する。
【００３７】
次に、図６〜図８のフローチャートを参照しつつ、本発明に係る読み書き装置を用いた、工具情報読み書き動作の第２の例を説明する。第２の例では、自動工具交換装置１６（タレット２０）に保持された全ての工具を対象として、一括して工具情報読み書き動作を行う場合を説明する。
【００３８】
先ずステップＳ２１において、図４におけるステップＳ１１と同様に、読み書き動作に関する動作条件が満たされているか否かを確認する。動作条件が満たされていない場合は、図４におけるステップＳ１２と同様に、その旨を示すメッセージ（例えば「動作条件ＮＧ」等）を工作機械のディスプレイ等に表示し（ステップＳ２２）、作業者に対し適切な措置を採ることを促すようにする。
【００３９】
ステップＳ２１において動作条件が満たされている場合は、自動工具交換装置１６内の工具の有無をチェックする（ステップＳ２３）。以下、図７を参照しつつステップＳ２３の詳細を説明する。
【００４０】
先ずステップＳ２３ａにおいて、変数Ｎに１を代入し、次のステップＳ２３ｂでは、所定の最大工具数（通常はタレット２０が保持可能な最大工具数）とＮとを比較する。Ｎが最大工具数以下であれば、タレットのＮ番目の位置にある工具と主軸との間でツールチェンジャ等による工具交換動作を行う（ステップＳ２３ｃ）。
【００４１】
但し、タレットのＮ番目に工具が装着されていない場合は、工具交換動作を行っても、主軸に工具が装着されないことになる。そこで、次のステップＳ２３ｄでは、主軸に工具が装着されているか否かを適当なセンサ等を用いて検出し、工具が装着されていない場合はＮを１増加（インクリメント）して（ステップＳ２３ｅ）、ステップＳ２３ｂに戻る。一方、主軸に工具が装着されている場合は、工作機械のＮＣ装置等を用いて主軸に装着されている工具の工具番号を記憶し、ステップＳ２３ｅに進む。
【００４２】
上述の処理をＮが最大工具数を超えるまで繰り返すことにより、タレットのいずれのグリップ（ホルダ）に工具が装着されているか、さらに装着されている工具の工具番号を全て知ることができる。
【００４３】
次に、図８を参照しつつステップＳ２４の詳細を説明する。先ずステップＳ２４ａにおいて、変数Ｎに１を代入し、次のステップＳ２４ｂでは、所定の最大工具数とＮとを比較する。Ｎが最大工具数以下であれば、主軸に装着されている工具とタレットとの間でツールチェンジャ等による工具交換動作を行い、読み書き装置１８が読み書き動作を行える位置にＮ番目の工具として位置決めする（ステップＳ２４ｃ）。
【００４４】
但し、主軸に工具が装着されていない場合は、工具交換動作を行っても、読み書き位置に工具が存在しないことになる。そこで、次のステップＳ２４ｄでは、読み書き位置に工具が存在しているか否かを適当なセンサ等を用いて検出し、工具が装着されていない場合はＮを１増加（インクリメント）して（ステップＳ２４ｅ）、ステップＳ２４ｂに戻る。
【００４５】
一方、読み書き位置に工具が存在している場合は、図４に示す第１の例におけるステップＳ１３〜Ｓ１８と同様の処理を行う。すなわち、ヘッド部洗浄装置６６を作動（ノズルから流体を噴射）させ（ステップＳ２４ｆ）、読み書きヘッド部４２を退避位置から読み書き位置に前進させ（ステップＳ２４ｇ）、ヘッド部４２が読み書き位置に到達したらヘッド部洗浄装置６６（ノズルからの噴射）を停止させる（ステップＳ２４ｈ）。次に、読み書きヘッド部４２を用いて、読み書き位置に割り出し（位置決め）されている工具の工具番号を確認し（ステップＳ２４ｉ）、データキャリア７２に記録されている工具情報の読み書きを行う（ステップＳ２４ｊ）。工具情報の読み書きが完了したら、読み書きヘッド部４２を退避位置まで後退させ（ステップＳ２４ｋ）、ステップＳ２４ｅに進む。
【００４６】
図６〜図８を用いて説明した処理により、タレットに保持されている複数の工具に対して工具情報読み書き動作を一括して行うことができる。なお、ステップＳ２３及びＳ２４では、いずれもタレットと主軸との間で工具交換動作を行うが、この工具交換動作を行わないことも可能である。すなわち、タレットの複数のグリップが逐次的に読み書き位置に位置決めされるような割り出し動作を行い、各グリップが読み書き位置に位置決めされる毎に読み書き装置のヘッド部を読み書き位置に前進させて、読み書き位置にあるグリップに工具が把持されている場合にはその工具のデータキャリアに対して読み書き動作を行うようにしてもよい。
【００４７】
上述のように、本発明に係る工具情報読み書き装置は、自動工具交換装置に把持された工具の１つに対して工具情報の読み書き動作を行うこともできるし、自動工具交換装置に把持された複数の工具に対して一括して工具情報の読み書き動作を行うこともできる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    工作機械
１２    主軸
１６    自動工具交換装置
１８    工具情報読み書き装置
２０    タレット
３４    アーム部
３６    ベース部
３８    スライド部
４０    データキャリア付き工具
４２    読み書きヘッド部
４４    駆動部
４６    制御部
４８    第１ピン
５０    第１ブラケット
５２    第２ピン
５４    第２ブラケット
５６    第１固定用ボルト
５８    第２固定用ボルト
６６    ノズル
７２    データキャリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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