(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に固設された交換アームと、ベアリングによって回転自在に支持された係合ローラを具備し、前記回転軸と係合するように配設されたカムフォロアと、該カムフォロアの前記係合ローラと係合する係合溝を具備したカム体と、該カム体を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段によって前記カム体を駆動することにより、前記カム体と係合する前記カムフォロアを介して、前記回転軸を軸方向に移動させ、及び／又は軸周りに回転させるように構成された工具交換機構部、並びに該工具交換機構部の交換動作を制御する制御部を備えた自動工具交換装置において、
前記工具交換機構部における工具交換動作の動作回数を計数し、累計された動作回数が、前記カムフォロアのベアリングが寿命となる前記工具交換動作の動作回数として予め定められた基準動作回数に達したとき、前記カムフォロアのベアリングが寿命になったと判定する寿命判定部を備えてなり、
前記基準動作回数は、前記ベアリングに作用する負荷に基づいて算出されるベアリング寿命時間を、一回の工具交換動作における前記ベアリングの動作時間で除して得られる回数に設定されていることを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械の自動工具交換装置に関し、特にカムとカムフォロアとの係合関係によって交換アームを回転駆動するように構成された自動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した自動工具交換装置を備えた工作機械の一例を図３乃至図５を用いて説明する。図３に示すように、例示した工作機械１２はいわゆる立形のマシニングセンタと呼ばれる機械であり、ベッド１３と、このベッド１３上に立設されたコラム１４と、コラム１４に支持されて上下方向に移動可能となった主軸頭１５と、主軸頭１５に支持され、軸中心に回転自在となった主軸１６と、この主軸１６の下方にあってベッド１３上に配設されるテーブル１７と、主軸頭１５の左側方に設けられた工具マガジン２１と、工具マガジン２１の下端部に設けられ、主軸１６に取り付けられた工具Ｔと工具マガジン２１の保持ポット２３に格納された工具Ｔとを交換する工具交換機構部２６と、これら各部の作動を制御する図５に示した数値制御装置５０などを備えてなる。
【０００３】
前記工具マガジン２１は、工具ホルダＴＨを保持する複数の保持ポット２３と、外周部に前記保持ポット２３を一定間隔で保持する円板状の保持プレート２４と、保持ポット２３と保持プレート２４を囲繞するカバー２２などからなる。
【０００４】
前記工具交換機構部２６は、図４に示すように、主軸１６（図３参照）に対して平行に配設された回転軸２７と、両端部に工具保持部２８ａを備え、前記回転軸２７の下端部に固設された交換アーム２８と、前記回転軸２７の中間部外周に一定角度ごとに突設され、前記回転軸２７をその軸中心に回転させるローラ状のカムフォロア３３と、このカムフォロア３３直下の前記回転軸２７に係合し、前記回転軸２７をその軸方向に移動させるレバー状のカムフォロア３４と、外周面に形成されたガイド溝が前記カムフォロア３３と係合するように設けられ、且つ端面に形成されたガイド溝が前記カムフォロア３４と係合するように設けられたローラギヤカム３５と、このローラギヤカム３５に一体的に固設されたギア４１と、伝達ギヤ３８，３９などを介して前記ギヤ４１に回転動力を伝達するモータ３６などを備えてなる。尚、カムフォロア３３はローラギヤカム３５の外周ガイド溝と係合する係合ローラをベアリングによって回転自在に支持した構造を備え、カムフォロア３４も前記端面ガイド溝と係合する係合ローラを備え、この係合ローラをベアリングによって回転自在に支持した構造を備えている。
【０００５】
斯くして、前記モータ３６からギヤ３８，３９，４１などを介してローラギヤカム３５に回転動力が伝達され、ローラギヤカム３５がその軸中心に回転すると、このローラギヤカム３５と係合するカムフォロア３３の作動によって回転軸２７が軸中心に回転せしめられる一方、同じくローラギヤカム３５と係合するカムフォロア３４の作動によって回転軸２７がその軸方向に移動せしめられる。そして、かかる回転軸２７の作動によって後述する交換アーム２８の交換動作が実現される。
【０００６】
また、図５に示すように、前記数値制御装置５０はＣＮＣ制御部５４，ＰＬＣ制御部５５及び入出力インターフェース５６などからなり、この入出力インターフェース５６を介して外部の制御回路５１に接続している。また、制御回路５１には操作盤５２や前記工具交換機構部２６などが接続している。
【０００７】
前記ＣＮＣ制御部５４は、格納された加工プログラムなどを実行処理して、テーブル１７や主軸頭１５の軸移動など工作機械１２の基本的な機能部分やＣＲＴ１１の表示などを制御する制御部であり、また、ＰＬＣ制御部５５は交換制御部５７などの処理部を備え、前記工具マガジン２１や工具交換機構部２６の作動など、工作機械１２の補助的な機能部分を制御する。尚、ＣＲＴ１１には、通常、加工プログラムや工具の現在座標位置などが表示されるようになっている。
【０００８】
前記交換制御部５７は、上述したように、制御回路５１を介して前記工具交換機構部２６の作動を制御するが、通常は、加工プログラムを実行処理するＣＮＣ制御部５４から工具交換指令を受信して前記工具交換機構部２６を駆動し、工具交換動作を行わせる。また、操作盤５２から工具交換指令を入力する手動操作によっても前記工具交換機構部２６に工具交換動作を行わせることが可能であるが、この場合、操作盤５２から入力された工具交換指令は制御回路５１，入出力インターフェース５６，ＰＬＣ制御部５５を順次経由してＣＮＣ制御部５４に送信され、この後、当該ＣＮＣ制御部５４から前記交換制御部５７に工具交換指令が出力され、これを受信した交換制御部５７によって前記工具交換機構部２６が駆動され、工具交換が行われる。
【０００９】
斯くして、上記工具交換機構部２６及び交換制御部５７などから上述した自動工具交換装置が構成され、以下の手順により、主軸１６に装着された工具Ｔが自動的に新たなものと交換される。
【００１０】
即ち、まず、工具マガジン２１の所望の新たな工具ホルダＴＨを保持した保持ポット２３が交換位置に移送され、工具交換可能な状態になると、次に、前記カムフォロア３３の作動によって回転軸２７がその軸中心に９０°（これを正方向とする）回転せしめられ、これと共に交換アーム２８が９０°回転して、図３に示す如く、主軸１６側の使用済みの工具ホルダ（以下、現工具ホルダという）ＴＨ及び保持ポット２３側の新たな工具ホルダ（以下、次工具ホルダ）ＴＨが、それぞれ交換アーム２８両端の工具保持部２８ａに保持される。
【００１１】
ついで、前記カムフォロア３４の作動によって回転軸２７がその軸方向に進出せしめられると、交換アーム２８に保持された現工具ホルダＴＨ及び次工具ホルダＴＨがそれぞれ主軸１６及び保持ポット２３から抜き取られ、このようにして次工具ホルダＴＨが抜き取られた後、前記カムフォロア３３の作動によって回転軸２７が正方向に１８０°回転せしめられ、ついで前記カムフォロア３４の作動によって軸方向に後退せしめられる。以上により、次工具ホルダＴＨが主軸１６に装着されるとともに、現工具ホルダＴＨが保持ポット２３に保持される。
【００１２】
ついで、前記カムフォロア３３の作動によって回転軸２７が逆方向に９０°回転せしめられて原位置に復帰せしめられた後、前記保持ポット２３が前記割出位置に移送され、これがカバー２２内に格納される。以上の作動により、主軸１６に装着された現工具ホルダＴＨと工具マガジン２１に格納された次工具ホルダＴＨとが交換される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにカムフォロア３３，３４にはベアリングが使用されており、当然のことながら、かかるベアリングには転動体の摩耗などに起因した作動限界、即ち寿命が存在する。しかるに、従来の自動工具交換装置においては、かかるベアリングの寿命を検出していなかったため、自動工具交換装置の稼働中にカムフォロア３３，３４のベアリング部が寿命に至ってこれが破損し、破損時の動作状態によっては、これを復帰させるのに長時間を要するといった問題があった。
【００１４】
また、カムフォロア３３，３４のベアリング部が破損した場合、その破損状態によっては他の部品までもが破損してしまう危険があり、このようにして破損部品が拡大すると、これらの修理に長時間を要することとなり、工作機械の稼働率が低下するという問題を生じる。また、ベアリングの予備が無い場合には、これを手配した後でなければ修理を行うことができず、この場合にも工作機械の稼働率が低下することになる。
【００１５】
本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであって、上記カムフォロアの寿命を検出し、これを計画的に交換することができるようにした自動工具交換装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に係る発明は、回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に固設された交換アームと、ベアリングによって回転自在に支持された係合ローラを具備し、前記回転軸と係合するように配設されたカムフォロアと、該カムフォロアの前記係合ローラと係合する係合溝を具備したカム体と、該カム体を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段によって前記カム体を駆動することにより、前記カム体に係合する前記カムフォロアを介して、前記回転軸を軸方向に移動させ、及び／又は軸周りに回転させるように構成された工具交換機構部、並びに該工具交換機構部の交換動作を制御する制御部を備えた自動工具交換装置において、前記工具交換機構部における工具交換動作の動作回数を計数し、累計された動作回数が、前記カムフォロアのベアリングが寿命となる前記工具交換動作の動作回数として予め定められた基準動作回数に達したとき、前記カムフォロアのベアリングが寿命になったと判定する寿命判定部を備え、前記基準動作回数は、前記ベアリングに作用する負荷に基づいて算出されるベアリング寿命時間を、一回の工具交換動作における前記ベアリングの動作時間で除して得られる回数に設定されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る自動工具交換装置によれば、前記寿命判定部により工具交換の動作回数がカウントされ、累計された動作回数が予め定められた基準動作回数に達したとき、カムフォロアのベアリングが寿命に達したと判定される。
【００１８】
通常、ベアリングの寿命は、これが一定の負荷状態で作動するとき、その累積動作時間で評価される。従って、上記カムフォロアのベアリングに作用する負荷などが分かれば（勿論かかる負荷は設計上の理論値として認識することができる）、当該ベアリングが寿命となるまでの理論的な動作時間を算出することができる。一方、通常、１回の工具交換動作に要する時間は一定であって、その動作時間はこれを容易に測定することができ、この工具交換動作に占める個々のベアリングの動作時間もまた、実測若しくは理論的にこれを算出することができる。
【００１９】
したがって、工具交換の動作回数をカウントしてこれを累計することで、個々のベアリングの累積動作時間を算出することができ、算出された累積動作時間から当該ベアリングの寿命を判定することができる。そこで、本発明では、予め算出された寿命時間を１回の動作時間で除して、寿命となるまでの動作回数を基準動作回数として算出する一方、工具交換の実動作回数をカウントして累計し、累計された動作回数が基準動作回数に達したとき当該ベアリングが寿命に達したと判定するようにしている。
【００２０】
このように、この発明によれば、寿命判定部によってベアリングの寿命を検出するようにしているので、前もって交換用のベアリングを用意し、当該ベアリングが寿命となる前にこれを交換するといった計画的なメンテナンスを行うことができる。そして、工作機械の稼働計画に合わせてその停止中にこのメンテナンス作業を行うようにすれば、更に稼働率の向上を図ることができる。従って、上述のような、自動工具交換装置の稼働中にベアリングが寿命により破損してその復帰に長時間を要し、工作機械の稼働率が低下するといった問題が生じるのを防止することができる。
【００２１】
尚、前記自動工具交換装置において、前記工具交換機構部の交換動作が工具径により異なる交換動作をとるように設けられ、前記寿命判定部が、前記各交換動作に要する時間に応じて前記計数される動作回数に重み付けを加えるように構成されていても良い。
【００２２】
工作機械によっては、工具交換の動作態様が工具径によって異なるものがある。例えば、大径の工具と小径の工具とを交換する場合には、主軸に装着された現工具を工具マガジンに返却した後、工具マガジン側の次工具を主軸に装着するというように、工具交換にあたり工具交換機構部が一連の交換動作を２回繰り返す一方、同径工具同士（大径工具同士及び小径工具同士）の交換の場合には、工具交換機構部が一連の交換動作を一度だけ行うようになったものがある。
【００２３】
このような場合、工具交換の実動作回数を一律にカウントして得られた累計動作回数と基準動作回数とを単純に比較すると、上述した大径工具と小径工具とを交換する場合には、同径工具同士を交換する場合に比べて、ベアリング部の摩耗が２倍進行することから、正確な寿命判定を行うことができないという問題がある。そこで、各交換動作に要する時間に応じてカウントされる動作回数に重み付けを加えるようにすれば、具体的には、上記大径工具と小径工具とを交換する場合には、２をカウントして累計し、同径工具同士を交換する場合には１をカウントして累計すれば、交換動作の態様によって異なるベアリングの摩耗進行を正確に寿命判定に反映させることができ、当該寿命判定を正確に行うことができる。
【００２４】
また、前記自動工具交換装置には、前記累計動作回数と前記基準動作回数との比率関係を図形化して表示する表示手段が設けられていても良い。
【００２５】
このようにすれば、表示手段により前記累計動作回数と前記基準動作回数との比率関係が図形化されて表示される。これにより、ベアリングの消耗度合いを一目見て確認することができ、また、日々の消耗進行度合いを観察することで、何時ベアリングが寿命となるのかを容易に予測することが可能となり、そのメンテナンス計画を立て易くなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態に係る自動工具交換装置を備えた工作機械について、添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る数値制御装置などを示したブロック図であり、図２は、ＣＲＴに表示される表示画面の一例を示した説明図である。尚、本例は図３乃至図５に記載の自動工具交換装置を備えた工作機械を改良したものであって、これと数値制御装置の構成が一部異なるのみである。したがって、同じ構成部分については、その詳しい説明を省略するとともに、図１及び図２においては同一の符号を付している。
【００２７】
図１に示すように、本例の数値制御装置１は、上述した従来のＰＬＣ制御部５５に一部機能を追加して構成されたＰＬＣ制御部６を備えてなり、表示制御部１０及び寿命判定部９を備えた点で、上記ＰＬＣ制御部５５とその構成が異なっている。
【００２８】
前記寿命判定部９は、前記ＣＮＣ制御部５４からの工具交換指令を受信し、当該工具交換指令を受信する度に、１をカウントしてこれを累計し、累計したカウント数と予め設定された基準値と比較し、累計カウント数が基準値に達したかどうかを判定する処理部であり、前記累計カウント数や基準値、並びに累計カウント数が基準値に達したと判定された場合にはその信号（寿命認定信号）を前記表示制御部１０に送信する。
【００２９】
尚、前記累計カウント数は前記工具交換機構部２６の累計された工具交換回数を意味し、基準値はカムフォロア３３，３４を構成するベアリングが寿命に至ると予想される工具交換回数を意味する。そして、この基準値は、以下のようにして予め設定され、寿命判定部９に格納される。
【００３０】
即ち、まず、カムフォロア３３，３４を構成するベアリングが寿命に至るその動作時間（寿命時間）Ｌをそれぞれ次式によって算出する。
Ｌ＝（ａ×Ｃ）／（Ｆ×Ｎ０．３）
ただし、ａは定数、Ｃはベアリングの動定格荷重（一定）、Ｆはベアリングに作用する荷重、Ｎはベアリングの回転数である。
【００３１】
次に、１回の工具交換動作における各ベアリングの動作時間を実測若しくは理論的な演算によって取得する。そして、上式によって算出された各ベアリングの寿命時間Ｌをそれぞれの１回の（工具交換）動作時間で除して、各ベアリングについてこれが寿命となる工具交換回数を算出し、算出された工具交換回数の内、最も小さい値を上記基準値として設定する。
【００３２】
また、前記表示制御部１０は、前記寿命判定部９から前記累計カウント数及び基準値を受信して、これらの比率関係を図形化して、例えば、図２に示すような画面を、ＣＮＣ制御部５４を介してＣＲＴ１１に表示させる。また、前記寿命判定部９から寿命認定信号を受信して、前記ベアリングの交換を要求するメッセージをＣＲＴ１１に表示させる。尚、図２に示した表示画面では、前記基準値が「全寿命」と表示され、累計カウント数が「現在値（％）」と表示されており、ベアリングの消耗状況が一見して分かるようになっている。
【００３３】
以上の構成を備えた本例の（自動工具交換装置を備えた工作機械を構成する）数値制御装置１によれば、加工プログラムを実行処理することにより、或いは手動操作によってＣＮＣ制御部５４からＰＬＣ制御部６に工具交換指令が送信されると、寿命判定部９は当該工具交換指令を受信する度に、１をカウントしてこれを累計し、累計したカウント数と予め設定された基準値と比較し、累計カウント数が基準値に達したかどうかを判定する。
【００３４】
そして、寿命判定部９によって、累計カウント数が基準値に達したと判定されると、前記ベアリングの交換を要求するメッセージがＣＲＴ１１に表示される。また、ＣＲＴ１１にはベアリングの消耗状況が一見して分かるように、前記累計カウント数と基準値との比率関係を図形化した、図２に例示する如き画面が表示される。
【００３５】
このように、本例によれば、寿命判定部９によってベアリングの寿命を検出するようにしているので、前もって交換用のベアリングを用意し、当該ベアリングが寿命となる前にこれを交換するといった計画的なメンテナンスを行うことが可能となる。また、工作機械の稼働計画に合わせてその停止中にこのメンテナンス作業を行うようにすれば、更に稼働率の向上を図ることができる。また、ベアリングの消耗度合いをＣＲＴ１１に表示するようにしているので、日々の消耗進行度合いを観察することで、何時ベアリングが寿命となるのかを容易に予測することが可能となり、そのメンテナンス計画の立案が容易となる。
【００３６】
尚、本例では、ベアリングが寿命に達したときに、その交換を要求するメッセージをＣＲＴ１１に表示するようにしたが、ランプやブザーにより警報を鳴らすようにしても良い。
【００３７】
また、工作機械によっては、例えば、大径の工具と小径の工具とを交換する場合には、主軸１６に装着された現工具Ｔを工具マガジン２１に返却した後、工具マガジン２１側の次工具Ｔを主軸１６に装着するというように、工具交換にあたり工具交換機構部２６が一連の交換動作を２回繰り返す一方、同径工具同士（大径工具同士及び小径工具同士）の交換の場合には、工具交換機構部２６が一連の交換動作を一度だけ行うというように、工具径によって工具交換の動作態様が異なるように設定されたものがある。
【００３８】
このような場合に、上例のように、工具交換の実動作回数を一律にカウントして得られた累計カウント数と基準値とを単純に比較すると、上述した大径工具と小径工具とを交換する場合には、同径工具同士を交換する場合に比べて、ベアリング部の摩耗が２倍進行することから、正確な寿命判定を行うことができないという問題を生じる。
【００３９】
そこで、このような場合には、前記寿命判定部９においてカウントされる値に、各交換動作に要する時間に応じて重み付けを加えるようにする。具体的には、上記大径工具と小径工具とを交換する場合には、２をカウントして累計し、同径工具同士を交換する場合には１をカウントして累計するようにする。このようにすれば、交換動作の態様によって異なるベアリングの摩耗進行を正確に寿命判定に反映させることができ、当該寿命判定を正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械の数値制御装置などを示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係るＣＲＴに表示される表示画面の一例を示した説明図である。
【図３】従来例に係る工作機械の全体を示す正面図である。
【図４】図３に示した工具交換機構部の詳細を示す斜視図である。
【図５】従来例に係る工作機械の数値制御装置などを示したブロック図である。
【符号の説明】
１    数値制御装置
６    ＰＬＣ制御部
９    寿命判断部
１０  表示制御部
１１  ＣＲＴ
２７  回転軸
２８  交換アーム
３３，３４  カムフォロア
３５  ローラギヤカム
５０  数値制御装置
５２  操作盤
５４  ＣＮＣ制御部
５５  ＰＬＣ制御部
【図１】
0004531197.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004531197.tif 000004
【図４】
0004531197.tif 000005
【図５】
0004531197.tif 000006