工具更换装置的制作方法

本实用新型涉及一种机床的工具更换装置，其具备保持多个工具的旋转式工具库。

背景技术：

在具备旋转式的工具库的工具更换装置中，在工具库的圆周面上具备多个工具抓持部(工具套tool pot)，能够在各个工具抓持部中保持工具，旋转工具库来对工具收纳位置进行分度，在机床的主轴上安装、拆卸工具。

开发了各种在从工具库取出工具时等，取出工具不会与其他的部件产生干扰的工具更换装置(参照日本特开平05-228767号公报、日本特开2013-205975号公报等)。

另外，在日本特开平8-118181号公报中公开了一种工具更换装置，其通过使工具库相对于主轴轴线倾斜，在工具库的旋转过程中，将收纳在该库中的工具与其他物体之间干扰的发生抑制为最小限度。

在工具库中收纳了各种各样的工具，工具库在对工具进行分度时进行旋转，所以会有在工具库旋转时收纳的工具与其他的物体发生干扰的危险。因此，必须在工具库的旋转中使收纳工具与机床的部件或夹具等其他的物体不发生干扰。在现有的工具更换装置中，限定了在工具库中收纳的工具的工具长度或工具形状，从而在工具库进行旋转时无论在360度的哪个相位都不会与其他的部件发生干扰。

但是，限定能够收纳在工具库中的工具，会限制机床的加工功能，因此不理想。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种不限制在工具库中收纳的工具，且防止发生收纳工具与其他物体之间的干扰从而可安全使用的工具更换装置。

一种机床的工具更换装置，其具备：可对机床的主轴装卸工具的旋转式的 工具库；控制所述工具库的旋转动作以及向主轴的工具装卸动作的工具更换控制单元，该工具更换装置的特征在于，具备设定所述工具库的可旋转范围的设定单元，并且，所述工具更换控制单元具有：判别单元，其判别工具库旋转指令的指令旋转角度是否在通过所述设定单元设定的可旋转范围内；以及在通过该判别单元判别为是可旋转范围外的指令旋转角度时，使工具更换动作停止的单元。

另外，所述工具更换控制单元在通过所述判别单元判别为是可旋转范围外的指令旋转角度时，向控制所述机床的控制装置输出暂时停止所述机床的动作的指令。

另外，将通过所述设定单元设定的工具库的可旋转范围设定为使工具库向正向旋转的上限角度以及向反向旋转的下限角度，所述判别单元还判别可旋转方向，所述工具更换控制单元使所述工具库向通过所述判别单元判别出的可旋转方向旋转，从而使所述工具库旋转到通过工具库旋转指令所指令的指令旋转角度。

在控制所述机床的控制装置内设置了所述工具更换控制单元以及设定单元，控制机床的控制装置兼做工具更换控制单元。

并且，通过控制所述机床的控制装置来预读机床的加工程序，所述判别单元基于通过预读得到的工具库旋转指令，判别指令旋转角度是否在可旋转范围内，在判别为是可旋转范围外的指令旋转角度时，向控制所述机床的控制装置输出暂时停止所述机床的动作的指令。

另外，控制所述机床的控制装置具备检测加工程序的程序检测单元，所述判别单元在通过所述程序检测单元进行程序检测时判别工具库旋转指令的指令旋转角度是否在可旋转范围内，在判别为是可旋转范围外的指令旋转角度时，在控制所述机床的控制装置的显示单元中显示是可旋转范围外的旋转指令的主旨。

作为用于设定所述工具库的可旋转范围的设定单元的替代，所述工具更换控制单元具有：数据存储单元，其存储与工具的工具长度数据相对应的工具库的干扰区域或可旋转范围的数据；以及根据在工具库中安装的工具的长度，并基于在所述数据存储单元中存储的数据来计算并设定工具库的可旋转范围的 单元。

另外，本实用新型的工具更换装置还设置显示单元，通过所述工具更换控制单元在通过所述判别单元判别为是可旋转范围外的指令旋转角度时，通过所述显示单元向用户通知该主旨。

本实用新型通过限制工具库的可旋转范围，以往由于在工具库旋转时可能与其他物体发生干扰而无法使用的工具长度或工具形状的工具不发生干扰，所以能够安全地使用。

附图说明

通过参照附图对以下实施例进行说明，本实用新型的上述以及其他的目的以及特征变得明确。在这些附图中：

图1是具备了工具更换装置的机床的概要图，其中工具更换装置具有本实用新型的一个实施方式的旋转式工具库。

图2是控制该实施方式的机床以及工具更换装置的控制系统的概要图。

图3A、图3B是干扰发生的说明图。

图4是工具库的可旋转范围的设定的说明图。

图5是在本实施方式中，在将发生干扰的工具收纳到各工具抓持部时的可旋转范围的说明图。

图6是具有一定程度的余量来设定可旋转范围的情况的说明图。

图7A、图7B是与工具库的旋转方向发生干扰的说明图，其中，图7A表示正向旋转的情况，图7B表示反向旋转的情况。

图8是表示工具库的旋转处理算法的流程图。

图9A、图9B是将工具长度数据和干扰范围数据对应起来的一个例子。

图10是在工具库中收纳了多个发生干扰的工具时的可旋转范围的说明图。

图11是表示基于工具长度数据的可旋转范围的设定处理算法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实用新型的实施方式。

图1是具备了工具更换装置的机床的概要图，其中工具更换装置具有本实施方式中的旋转式的工具库。另外，图2是控制该机床以及工具更换装置的控制系统的概要图。工具更换装置1具备工具库11、由驱动控制该工具库11的 处理器和存储器等构成的工具更换控制单元12、由与该工具更换控制单元12连接的液晶或CRT等构成的显示单元13、由用于输入各种设定值的键盘等组成的输入单元14。工具更换控制单元12与控制机床主体3的控制装置2相连接。在该实施方式中，使用CNC(计算机数值控制装置)作为该控制装置。CNC2通过加工程序等控制机床主体3来对被加工物进行加工。另外，CNC2如果从该加工程序等读出工具更换指令，则向工具更换装置1的工具更换控制单元12发送该指令。

工具更换控制单元12接受该工具更换指令来驱动控制工具库11，并进行工具库11与机床的主轴之间的工具交接控制。

工具库11在圆周上具备多个工具抓持部。在本实施方式中，每隔旋转角45度具备以符号A～H表示的8个工具抓持部。各工具抓持部A～H分别具备工具抓持单元20，用来保持各种工具22。在图1中表示了在工具抓持部C、H中收纳工具，并在机床主体3的主轴21上安装了在工具抓持部A中收纳的工具22的例子。在工具更换控制单元12的存储器中，存储了在工具更换时用于对工具抓持部进行分度的以某个相位作为基准的工具库的旋转角度，在本实施方式中，将该相位角度称为工具抓持部A～H的角度。另外，将主轴21的中心轴位置作为基准位置100，如图1所示，将工具抓持部A位于该基准位置100的状态作为工具库11的相位角度的原点0。工具库11可正向、逆向旋转，在图1中设顺时针方向的旋转为正转(+)，逆时针方向的旋转为反转(－)。

各工具抓持部A～H的角度是从使基准位置100与工具库的相位角度的原点(工具抓持部A的位置)重合的状态(图1的状态)开始，直到使各工具抓持部与基准位置重合为止的移动角度。因此，工具抓持部A的角度为0，工具抓持部B的角度是将工具库11正向旋转了45度时从位于基准位置100开始45度，同样地工具抓持部C是将工具库11正向旋转90度时从位于基准位置100开始90度。另外，工具抓持部H的角度是将工具库11反(－)向旋转45度时从位于基准位置100开始－45度。各工具抓持部A～H的角度如下所述。另外，将该工具抓持部A～H的角度数据登录在工具更换控制单元的存储器中。

工具抓持部A＝0度

工具抓持部B＝+45度

工具抓持部C＝+90度

工具抓持部D＝+135度

工具抓持部E＝±180度

工具抓持部F＝－135度

工具抓持部G＝－90度

工具抓持部H＝－45度

在从CNC2向工具更换装置1输入了工具更换指令时，工具更换控制单元12将主轴21上安装的工具22交给工具库11的工具抓持部20，并读取下一个使用的工具所在的工具抓持部的角度数据，从更换前分度的工具抓持部的角度开始使工具库11旋转到读出的工具抓持部的角度数据的角度为止，从而将要使用的工具所在的工具抓持部分度到主轴位置(基准位置)。然后，从工具抓持部向主轴21交接要使用的工具22。

例如，在从工具抓持部C的工具更换为工具抓持部E的工具时，因为工具抓持部C的角度为+90度而工具抓持部E的角度为+180度，所以工具更换控制单元12使工具库11从90度(工具抓持部C位于基准位置，工具库的旋转角度为90度的状态)向180度，正向旋转移动旋转角90度，从而将工具抓持部E分度到主轴位置(基准位置)，并从工具抓持部E向主轴21交接工具22。

另一方面，在工具库11旋转过程中，会有收纳在工具库11中的工具22与机床的一部分接触，发生干扰的情况。如图3A、图3B所示，在工具库22的工具抓持部20与机床3的一部分301之间的距离为L的情况下，当在工具库11中收纳了工具长度大于L的工具22时，如图3B所示，工具22与机床的一部分301接触，发生工具与机械的干扰。因此，以往限制工具的使用，并只能使用工具长度为L以下的工具。

因此，本实用新型通过机床的结构、工具库的配置位置等，即使在工具库中收纳的工具由于其工具长度或形状与其他物体发生干扰时，也能够使用该工具。

在本实施方式中，设定工具库11的可旋转范围，使工具库11在设定的可 旋转范围内旋转。关于可旋转范围，机床的用户预先确认工具库11位于哪个相位时发生工具的干扰，基于该确认的相位通过输入单元14使用参数P1～Pn来设定可旋转范围，并将该可旋转范围存储到工具更换控制单元12内的存储器中。在本实施方式中通过输入单元14和存储器来构成可旋转范围的设定单元。

作为基于该参数P1～Pn的设定方法，使用工具库的相位的下限和上限、可旋转范围的中心角度和角度的幅度等。例如，如图4所示，在将可旋转范围相对于工具库的基准相位设定为－140度～+140度时，将下限－140、上限+140设定为参数。但是，因为该工具库11设定了0度～180度＝－180度～0度的角度，所以在超过180度时，成为与该角度相对应的逆符号的角度。

图5是说明图4所示的在工具抓持部A～H中的任意一个中收纳了从中心线开始前后40度成为干扰范围(禁止旋转范围)的工具22时的可旋转范围的说明图，可旋转范围如下所述，此外，括弧内表示干扰范围。

A：－140～0～+140度(+140～+180＝－180～－140度)

B：－95～0～+180＝－180～－175度(－175～－95度)

C：－50～0～+180＝－180～－130度(－130～－50度)

D：－5～0～+180＝－180～－85度(－85～－5度)

E：+40～+180＝－180～－40度(－40～0～+40度)

F：+85～+185＝－180～0～+5度(+5～+85度)

G：+130～+180＝－180～0～+50(+50～+130度)

H：+175～+180＝－180～0～+95度(+95～+175度)

把在工具抓持部C中收纳了工具22的情况作为例子进行说明时，在工具抓持部C位于基准位置100的状态下，工具库11的相位为+90度，能够从该角度正向旋转+140度、反向旋转－140度，所以在反向旋转检测下限时，检测出90－140＝－50度。另一方面，在正向旋转检测上限时，是90+140＝230度，但检测值检测出－130度(230－360＝－130)。即，在正向旋转检测出负的旋转角时，意味着超过180度，此时，包含180度的范围成为可旋转范围，下限－50度、上限－130度，可旋转范围为－50～0、0～+180＝－180～－130，如该图5所示成为－50～－130。

另外，关于可旋转范围的设定，具有一定程度的余量来设定。如图6所示，当工具库11的相位在从－155度到－180度、从+155度到+180度的范围内工具与其他的物体发生干扰时，通过预估一定程度的余量来将可旋转范围的下限设为－145度，将上限设为+145度。

当在工具库11中收纳多个与机械的一部分发生干扰的工具时，将共同可旋转范围中的最大的区域(除了干扰范围以外的范围内的最大的区域)设定为可旋转范围。例如，如图4所示，当在工具抓持部A中收纳了工具时，在将具有－140度～+140度的可旋转范围的工具收纳到工具抓持部A和C的情况下，如图5所示，因为与工具抓持部A的工具相对的可旋转范围的下限为－140、上限为+140，与工具抓持部C的工具相对的可旋转范围的下限为－50、上限为－130(＝+230)，所以共同可旋转范围区域的下限为－50、上限为+140。

如上所述，预先测定可旋转范围的上限、下限来设定可旋转范围，但是也可以设定旋转幅度和该旋转幅度的中心角度，对收纳该工具的工具抓持部的角度进行补偿(Offset)。此时，工具更换控制单元12可以进行下面的运算，求出可旋转范围的上限、下限来进行设定并存储。

可旋转范围的上限＝+(设定旋转幅度/2)+设定中心角度+工具抓持部的角度

可旋转范围的下限＝－(设定旋转幅度/2)+设定中心角度+工具抓持部的角度

例如，在图4所示的例子中，当设定为中心角度0度和旋转角280度时，因为工具抓持部的角度为0，所以成为：

可旋转范围的上限＝+(280/2)+0+0＝+140

可旋转范围的下限＝－(280/2)+0+0＝－140。

并且，在不是收纳到工具抓持部A而是收纳到工具抓持部C时，因为工具抓持部的角度为90度，所以可旋转范围的上限为+(280/2)+0+90＝+230，或者可旋转范围的上限为+(280/2)+0+90＝+230＝－130，可旋转范围的下限＝－(280/2)+0+90＝－50(参照图5)。

另外，在设定为中心角度90和旋转幅度280时(在图4中，机床的一部 分301不是配置在工具库11的上部，而是在图4中配置在工具库的右侧时)，在将工具收纳到工具抓持部A中的情况下，可旋转范围的上限、下限为：

可旋转范围的上限＝+(280/2)+90+0＝+230＝－130，

可旋转范围的下限＝－(280/2)+90+0＝－50。

在将工具收纳到工具抓持部G中的情况下，可旋转范围的上限、下限为：

可旋转范围的上限＝+(280/2)+90－90＝+140，

可旋转范围的下限＝－(280/2)+90－90＝－140。

也可以不设定可旋转范围而反之设定不可旋转的干扰范围。

并且，可以通过工具更换控制单元12，从该设定的干扰范围求出可旋转范围。

如上所述，在工具更换控制单元的存储器中设定存储工具库的可旋转范围的上限、下限。

另外，关于在工具库中搭载的工具与其他的物体之间的干扰的发生，根据工具库11的旋转方向，有时发生有时不发生。如图7A、图7B所示，当在工具抓持部A中收纳了与机床的一部分301发生干扰的工具22时，由于从工具抓持部D位于基准位置100的状态开始，将在该工具抓持部F中保持的工具安装到主轴上，因此在使工具抓持部F移动到基准位置的情况下，当使工具库11正向旋转时，如图7A所示，工具与机械的一部分301发生干扰。但是，如图7B所示，如果反向旋转，则能够不发生干扰地使工具抓持部F移动到基准位置100。

当通过图5所示的说明可旋转范围的说明图进行说明时，在将发生干扰的工具保持在工具抓持部A中，并将其可旋转范围设定为－140度～+140度时，在图7A的状态下，工具库11位于135度的位置(图5中符号P的位置)，目标旋转角度－135(图5中的符号Q的位置)包含在可旋转范围中。但是，在从该+135度的位置开始到－135度的位置为止进行旋转时，当正向旋转时只能旋转到+140度，而无法旋转到－135度(+225)。但是，反(－)向能够旋转到+135度的位置。

图8是表示本实施方式的工具更换装置1的工具更换控制单元12的处理器所执行的工具库旋转处理的算法的流程图。

工具更换装置1的工具更换控制单元12的处理器在从机床的控制装置2接收到工具更换指令时，执行图8所示的工具库旋转处理。

判定通过工具更换指令来指令的目标工具抓持部(工具)的角度是否在设定的可旋转范围内(步骤S1)，当不在可旋转范围内时，暂时停止工具更换动作。并且，向机床的控制装置2输出停止机床动作的指令(步骤S8)。另外，在显示单元13中进行发出警报或可旋转范围外的旋转指令的主旨等的显示(步骤S9)，并结束该处理。

另一方面，当在步骤S1中判定为目标工具抓持部的角度在设定的可旋转范围内时，使工具库正向旋转，来判定是否在到达设定上限角度之前到达了目标角度，或者使工具库反向旋转来判定是否在到达设定下限角度之前到达了目标角度(步骤S2)。如果通过图7A、图7B所示的例子来说明，则在工具抓持部D(角度+135)位于基准位置的状态(图5中符号P的角度)下，在工具更换指令为向在工具抓持部F(角度－135)中抓持的工具的更换指令的情况下，在从工具库的相位角度+135向相位角度－135进行正向移动时，需要超过180度来进行移动，因为可旋转范围的设定上限角度为140度，所以判断为无法向正向旋转。但是，如果反(－)方向进行旋转，则判定为能够在到达可旋转范围的设定下限角度－140度之前到达目标角度－135(图5中符号Q的角度)。

然后，当在步骤S2中判定为只能向正向和反向中的某一方进行旋转时，判定可旋转方向是正向还是反向(步骤S3)，如果为正向，则使工具库正向旋转，来将指令的目标角度的工具保持部定位到基准位置100(步骤S4)，然后结束工具旋转处理。另外，如果判定为反向，则使工具库反向旋转，来将指令的目标角度的工具保持部定位到基准位置100(步骤S5)，然后结束工具库旋转处理。

另外，当在步骤S2中判定为可正反两方向旋转时，求出移动到目标角度为止旋转量少的一方的方向(步骤S6)，使工具库向该方向旋转，来将指令的目标角度的工具保持部定位到基准位置100(步骤S7)，结束工具库旋转处理。

在上述的实施方式中，通过由输入单元14等构成的设定单元设定工具库的可旋转范围，但是也可以替代该设定单元，当在工具库中安装了工具时使工 具更换控制单元自动设定工具库的可移动范围。

此时，工具更换装置的工具更换控制单元预先在存储器中存储在工具库的各工具抓持部中安装的工具的工具长度数据以及与该工具长度对应的干扰区域或可旋转区域的数据(以下称为干扰范围数据)。如图9A、图9B所示，在工具更换控制单元12的存储器中，将工具长度与在工具库11的相位原点的工具抓持部A中安装该工具长度的工具，并将该工具抓持部A定位到基准位置100时的干扰范围对应起来进行设定存储。然后，在工具库11中安装工具，并通过输入单元14输入工具库的旋转范围设定指令，工具更换控制单元12的处理器开始图11的处理。首先将指标i设置为1(步骤T1)，读取在第i的工具抓持部中安装的工具的长度(步骤T2)，根据在存储器中存储的干扰范围数据来判别针对读取的工具长度是否设定了干扰范围(步骤T3)。在没有设定干扰范围时向步骤T5前进。在已设定时，根据该干扰范围数据来计算由于在第i的工具抓持部中安装的工具而导致的工具库的干扰范围。关于该干扰范围的计算，针对与工具长度相对的干扰范围的上限、下限相加第i的工具抓持部的角度来进行补偿，从而求出干扰范围并进行存储(步骤T4)。

然后，对指标i加1(步骤T5)，判定该指标i是否超过工具库11的工具抓持部20的数量N(步骤T6)，在没有超过时，返回步骤T2执行步骤T2～T6的处理，在指标i超过工具抓持部的数量N时，针对全部的工具抓持部的工具判别是否具有干扰范围数据，以及在具有干扰范围数据时，在计算并存储了该干扰范围后，向步骤T7前进，通过在步骤T4中求出的干扰范围，求出并设定工具库11的可旋转范围。

例如，在如图9A、图9B所示针对工具长度设定了干扰范围，并在工具抓持部C上安装了工具长度150mm的工具时，干扰范围为－160度～160度(－160～－180＝+180～+160)，因为工具抓持部C的角度为90度，所以在步骤T4中求出的工具抓持部C的工具的干扰范围为－70(＝－160+90)～－110(＝+160+90＝250)。在只有在该工具抓持部C上安装的工具具有干扰范围时，在步骤T7中，将去除了求出的该干扰范围的区域设定为可旋转范围。即，能够使工具库11反向(－方向)旋转到下限角度－70为止，在使工具库11正向(+方向)旋转时，能够旋转到上限角度－110为止。

另外，如图10所示，在从与工具长度相对的干扰范围的存储数据中读出了在工具抓持部A上安装的工具的基准位置的干扰范围θa为－130～+130度，在工具抓持部C上安装的工具的基准位置的干扰范围θc为－160～+160度的数据时，因为工具抓持部A的角度为0，所以在步骤T4中，将在工具抓持部A上安装的工具的干扰范围存储为－130～+130度，另外因为工具抓持部C的角度为90度，所以在工具抓持部C上安装的工具的干扰范围成为－70(＝－160+90)～－110(＝+160+90＝250)，存储该干扰范围。

结果，在步骤T7中，去除了这两个干扰区域后的θ1(－130度～－110度)和θ2(－70度～+130度)的区域成为可旋转范围，将其中最大的区域的θ2(－70度～+130度)设定为可旋转范围。

在上述的实施方式中，在工具更换装置中设置了工具更换控制单元，也可以将该工具更换控制单元设置在控制机床的控制装置(CNC)内。即，控制机床的控制装置(CNC)兼有工具更换控制单元，输入单元或显示单元也可以使用用于控制机床的控制装置(CNC)具有的输入单元或显示单元。并且，通过控制机床的控制装置(CNC)的处理器，可以执行工具库旋转处理和工具库的旋转范围设定处理。此时，控制机床的控制装置(CNC)如果具备预读加工程序的功能，则可以通过预读加工程序来判定用于工具更换的工具库的旋转指令的目标旋转角度是否在可旋转范围内(图8中的步骤S1的处理)，并在范围外时暂时停止机械动作。因此，能够安全地避免干扰。

另外，在控制机床的控制装置(CNC)具有加工程序的程序检测功能时，在该程序检测时，针对工具库的旋转指令来判定该旋转指令的目标角度是否在工具库的旋转范围内，在为可旋转范围外的旋转指令时，进行发生干扰而无法旋转的主旨的显示，则能够在机床开始执行加工前，取得是否发生干扰的确认。

在上述的实施方式中，说明了在使工具库旋转时，在工具库中收纳的工具与其他的物体发生干扰的情况下，限制工具库的旋转范围，但是除了防止该工具与其他的物体之间干扰的目的以外，在不限制工具库的旋转范围的情况下也能够应用本实用新型。