CN111708320B - 数控装置、数控方法以及存储有数控程序的存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控装置、数控方法以及存储有数控程序的存储装置。数控装置的CPU使主轴头从加工区域朝向换刀位置移动。换刀位置是比特定位置靠上方的位置，该特定位置是能够避免主轴头与刀具碰撞的、机械上预先确定的位置。在上升的主轴头经过特定位置时，CPU使刀库主体的旋转开始。因此，能够避免主轴头与刀具碰撞的风险。与从加工区域上升的主轴头的停止目标位置为特定位置的情况相比，主轴头到达特定位置的时机提前，因此，刀库主体进行旋转的开始时机提前，换刀时间变短。

Description

数控装置、数控方法以及存储有数控程序的存储装置

技术领域

本发明涉及数控装置、数控方法以及存储有数控程序的存储装置。

背景技术

日本特许公开2013－205976号公报所公开的机床具有：主轴头，其能够在加工区域与换刀区域之间进行升降；主轴，其以能够旋转的方式被主轴头所支承；及刀库，在其外周设有多个夹持臂。控制该机床的数控装置在主轴头上升至比换刀区域内的基准位置即ATC原点靠下方的允许M轴旋转位置(臂起动位置)时，使刀库进行旋转。数控装置使已将用过的刀具拔出来的夹持臂向远离分度位置的方向旋转，并且，使保持有下一刀具的夹持臂朝向分度位置旋转。采用上述数控装置，将允许M轴旋转位置设定得离ATC原点越远，换刀时间越短，但主轴头与刀具碰撞的风险越大。

发明内容

本发明的目的是，提供能够避免主轴头与刀具碰撞的风险并且能够缩短换刀时间的数控装置、数控方法以及存储有数控程序的存储装置。

技术方案1的数控装置对机床进行控制，该机床具有：主轴头，其能够在加工区域与换刀区域之间移动，该加工区域是进行对切削对象的加工动作的区域，该换刀区域是进行对刀具的换刀动作的区域；主轴，其以能够旋转的方式被主轴头所支承，能够将刀具装配于该主轴；及刀库，在该刀库沿着其旋转方向设有多个保持刀具的夹持臂，该数控装置具有：拔出刀具控制部，该拔出刀具控制部使机床的主轴头朝向特定位置移动，该特定位置是能够避免主轴头与刀具碰撞的、机械上预先确定的位置，并使处于刀库的规定的旋转位置即分度位置的第一夹持臂将主轴上装配的刀具拔出；旋转控制部，在利用拔出刀具控制部使第一所述夹持臂将刀具拔出之后，该旋转控制部使刀库旋转，替代第一夹持臂将保持有待向主轴装配的刀具的第二所述夹持臂定位到分度位置；及装配刀具控制部，在由旋转控制部控制刀库的旋转时，该装配刀具控制部使在拔出刀具控制部的控制下移动了的主轴头朝向加工区域移动，并向主轴装配由第二夹持臂保持的刀具，该数控装置的特征在于，拔出刀具控制部使主轴头移动至相对于特定位置而言的、与加工区域所在侧相反的那侧的位置即换刀位置，装配刀具控制部使主轴头从换刀位置开始移动，在拔出刀具控制部的控制下进行移动的主轴头经过特定位置时，旋转控制部使刀库的旋转开始。

该情况下，在主轴头经过特定位置的时机，刀库开始旋转，因此，数控装置能够避免主轴头与刀具碰撞的风险。与主轴头的停止目标位置为特定位置的情况相比，主轴头到达特定位置的时机提前，因此，旋转控制部使刀库旋转的开始时机提前，换刀时间变短。因此，数控装置能够避免主轴头与刀库碰撞的风险，并且能够缩短换刀时间。

技术方案2的数控装置中，在旋转控制部使刀库旋转至第二夹持臂经过近前分度位置时，装配刀具控制部使主轴头朝向加工区域的移动开始，该近前分度位置是比分度位置靠近前的位置。该情况下，在旋转控制部的控制下进行旋转的第二夹持臂经过近前分度位置的时机，装配刀具控制部使主轴头的移动开始。因此，主轴头朝向加工区域的移动时机提前，因此，数控装置能够将换刀时间进一步缩短。

技术方案3的数控装置中，在利用装配刀具控制部使主轴头到达特定位置的时机，旋转控制部使刀库旋转至第二夹持臂到达分度位置。该情况下，特定位置与换刀位置之间的距离为与刀库的旋转距离相应的适当距离。因此，数控装置能够将换刀时间进一步缩短。

技术方案4的数控装置具有获取部，该获取部基于数控程序的移动指令所示的主轴头的最高速度和主轴头的加减速时间、移动指令所示的刀库的最高速度和加减速时间，获取换刀位置和近前分度位置，拔出刀具控制部使主轴头移动至由获取部获取的换刀位置，在旋转控制部使刀库旋转至第二夹持臂经过由获取部获取的近前分度位置时，装配刀具控制部使主轴头的移动开始。该情况下，数控装置能够设定使在装配刀具控制部的控制下主轴头到达特定位置的时机与在旋转控制部的控制下第二夹持臂到达分度位置的时机一致的换刀位置和近前分度位置。

技术方案5的数控装置具有：测量部，其测量并获取基于移动指令进行动作的主轴头和刀库各自的加减速时间；及更新部，其基于由测量部获取的两个加减速时间，对数控程序的移动指令所示的主轴头的加减速时间和刀库的加减速时间进行更新，获取部基于经更新部更新后的加减速时间，获取换刀位置和近前分度位置。该情况下，由获取部获取的换刀位置和近前分度位置是基于由测量部获取的加减速时间的。因此，数控装置能够更准确地使在装配刀具控制部的控制下主轴头到达特定位置的时机与在旋转控制部的控制下第二夹持臂到达分度位置的时机一致。

利用技术方案6的数控方法对机床进行控制，该机床具有：主轴头，其能够在加工区域与换刀区域之间移动，该加工区域是进行对切削对象的加工动作的区域，该换刀区域是进行对刀具的换刀动作的区域；主轴，其以能够旋转的方式被主轴头所支承，能够将刀具装配于该主轴；及刀库，在该刀库沿着其旋转方向设有多个保持刀具的夹持臂，该数控方法包括下述工序：拔出刀具工序，在该拔出刀具工序中，使机床的主轴头朝向特定位置移动，该特定位置是能够避免主轴头与刀具碰撞的、机械上预先确定的位置，并使处于规定的旋转位置即分度位置的第一夹持臂将主轴上装配的刀具拔出；旋转工序，在该旋转工序中，在通过拔出刀具工序，利用第一夹持臂将刀具拔出之后，使刀库旋转，替代第一所述夹持臂使保持有刀具的第二夹持臂位于分度位置；及装配刀具工序，在该装配刀具工序中，在通过旋转工序进行刀库的旋转时，使通过拔出刀具工序移动了的主轴头朝向加工区域移动，并向主轴装配由第二夹持臂保持的刀具，该数控方法的特征在于，在拔出刀具工序中，使主轴头移动至相对于特定位置而言的、与加工区域所在侧相反的那侧的位置即换刀位置，在装配刀具工序中，使主轴头从换刀位置开始移动，在旋转工序中，在通过拔出刀具工序进行移动的主轴头经过特定位置时，使刀库的旋转开始。该情况下，具有与技术方案1～5同样的效果。

技术方案7的存储装置的特征在于，该存储装置存储有用以由计算机执行上述数控方法的数控程序。该情况下，具有与技术方案1～5同样的效果。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是主轴头7的局部剖切放大图。

图3是主轴头7和夹持臂73的放大侧视图。

图4是表示机床1和数控装置30的电气结构的框图。

图5是表示换刀时的主轴头7和刀库21的速度的图表(t_M≥t_z，且T_M≥2t_z)。

图6是表示换刀时的主轴头7和刀库21的速度的图表(t_M＜t_z，且T_M≥2t_z)。

图7是表示换刀时的主轴头7和刀库21的速度的图表(t_M＜t_z，且T_M＜2t_z)。

图8是表示换刀时的主轴头7和刀库21的速度的图表(t_M'≥t_z)。

图9是表示换刀时的主轴头7和刀库21的速度的图表(t_M'＜t_z)。

图10是换刀处理的流程图。

图11是主轴头时间测量处理的流程图。

图12是刀库时间测量处理的流程图。

具体实施方式

参照附图，说明作为本发明的一实施方式的控制机床1的数控装置30。下面的说明中使用附图中用箭头表示的左右、前后、上下。机床1的左右方向即为机床1的X轴方向，机床1的前后方向即为机床1的Y轴方向，机床1的上下方向即为机床1的Z轴方向。说明机床1的结构。如图1所示，机床1具有如下等构件：铁制的基座2；机床主体3，其位于基座2的上部，对切削对象进行切削；换刀装置20，其位于机床主体3的上部，进行对主轴9上装配的刀具4的交换；及罩，其包围机床主体3和换刀装置20的周围。在罩的前表面设有操作面板。操作面板具有输入部24(参照图4)和显示器25(液晶显示屏)(参照图4)。由操作者确认显示器25中的显示信息，并使用输入部24来输入加工程序(数控程序)、刀具4的种类等刀具信息、各种参数等。

说明机床主体3的结构。如图1所示，机床主体3具有呈棱柱状的立柱5、主轴头7(参照图2)、主轴9、工作台10等。立柱5固定在基座2的上部中的靠后方的位置。主轴头7沿着立柱5的前表面进行升降。主轴头7在Z轴马达53(参照图4)的驱动下沿Z轴方向移动。主轴9设在主轴头7的下部。在主轴9装配刀具4，主轴9在主轴马达54(参照图2)的驱动下进行旋转。工作台10设于基座2的上部中央处。工作台10借助X轴马达51(参照图4)、Y轴马达52(参照图4)、引导机构，沿X轴方向、Y轴方向移动。处于立柱5的背面侧的控制箱6中存放有数控装置30(参照图4)。

说明工作台10的引导机构。如图1所示，在工作台10的下部设有呈长方体状的支承座12。支承座12在上表面具有一对沿X轴方向延伸的X轴引导部。一对X轴引导部以工作台10能够移动的方式支承该工作台10。基座2在上部具有一对沿Y轴方向延伸的Y轴引导部。一对Y轴引导部以支承座12能够移动的方式支承该支承座12。基座2在上部具有Y轴马达52(参照图4)。Y轴马达52能够使工作台10沿着Y轴引导部沿Y轴方向移动。支承座12在上部具有X轴马达51(参照图4)。X轴马达51能够使工作台10沿着X轴引导部沿X轴方向移动。X轴马达51和Y轴马达52均为伺服马达。

说明主轴头7的升降机构。如图2所示，立柱5在前表面侧(图2中的左侧)具有一对沿Z轴方向延伸的Z轴引导部。Z轴引导部以主轴头7升降自如的方式支承该主轴头7。在主轴头7的上部固定有用于使主轴9旋转的主轴马达54。在立柱5的前表面设有轴承部27和轴承部28，轴承部27和轴承部28以沿Z轴方向延伸的滚珠丝杠26能够旋转的方式支承该滚珠丝杠26。固定在主轴头7的背面的螺母29中穿插该滚珠丝杠26。滚珠丝杠26的上端部借助联轴器与固定在轴承部27的上部的Z轴马达53(参照图4)的驱动轴相连结。滚珠丝杠26在Z轴马达53的驱动下向正反两个方向旋转。当滚珠丝杠26向正向和反向旋转时，与滚珠丝杠26螺纹接合的螺母29进行升降，与螺母29相连结的主轴头7沿Z轴方向进行升降移动。图2中的上方向即为Z轴方向中的正方向。

机床1使主轴头7升降，并且使主轴9旋转，由刀具4对切削对象进行切削加工(加工动作)。如图3所示，主轴头7在比Z轴的机床原点即Z轴原点靠下方的加工区域进行加工动作。加工区域为机床1对切削对象进行加工动作的区域。主轴头7能向比Z轴原点靠上方的换刀区域(ATC区域)移动。换刀区域为进行刀具4的交换动作的区域。机床原点为X轴和Y轴的机床坐标都为0且Z轴的机床坐标为能够进行加工的上限位置。下面，将换刀区域内的基准位置(所谓的ATC原点)称为特定位置。特定位置是能够避免升降的主轴头7与夹持臂73或刀具4碰撞的、机械上预先确定的位置。将比特定位置靠上方的位置(换言之，为相对于特定位置而言的与加工区域所在侧相反的那侧的位置)称为换刀位置，将换刀位置与特定位置之间的上下方向距离称为特定上下距离l_Z。数控装置30与换刀条件相应地设定换刀位置。即，数控装置30能够变更特定上下距离l_Z。

说明主轴头7的内部构造。如图2所示，主轴头7以主轴9能够旋转的方式支承该主轴9。主轴9借助联轴器23与主轴马达54的驱动轴相连结。主轴9在主轴马达54的旋转驱动下进行旋转。在主轴9的顶端部(下端部)设有锥形孔18。刀柄17的锥形装配部17a嵌于锥形孔18。刀柄17具有从锥形装配部17a向上方突出的拉钉17b。设于主轴9的内部的刀柄夹持构件19夹持拉钉17b。主轴9在内部具有拉杆81。在拉杆81向下方推压刀柄夹持构件19时，刀柄夹持构件19解除对拉钉17b的夹持。主轴头7在后方上部具有呈倒字母L状(参照图2)的曲柄杆60。曲柄杆60能够相对于主轴头7所具有的支轴61摆动。曲柄杆60主体上由沿垂直方向延伸的垂直杆60b和从垂直杆60b的下端部朝向前方大致水平地延伸的水平杆60a构成。水平杆60a的顶端部能够与设于拉杆81的销65相卡合。在垂直杆60b的背面上部固定有板凸轮体66。板凸轮体66能够与固定于轴承部27的凸轮从动件67接触分离。在垂直杆60b与主轴头7之间设有拉伸螺旋弹簧，拉伸螺旋弹簧始终对曲柄杆60向顺时针方向(以右视角度观察曲柄杆60时的顺时针方向)施力。因此，除了换刀动作时以外，水平杆60a都是呈离开销65的状态。当主轴头7在主轴9的锥形孔18中装配有刀柄17的锥形装配部17a的状态下上升时，设于曲柄杆60的板凸轮体66相对于凸轮从动件67滑动。此时，曲柄杆60以支轴61为中心绕逆时针方向(以右视角度观察曲柄杆60时的逆时针方向)摆动。此时，水平杆60a与销65相卡合，且向下方推压销65。因此，拉杆81对刀柄夹持构件19向下方施力，刀柄夹持构件19解除对拉钉17b的夹持。

说明换刀装置20的构造。如图2所示，换刀装置20具有刀库21。刀库21主体上由呈带凸缘的圆筒状的刀库主体71和多个夹持臂73构成。夹持臂73沿着刀库主体71的凸缘部72的背面外周以等间隔且能够摆动的方式被固定。刀库支承座87固定于架78，且以向机床1的前斜下方延伸的支轴75能够旋转的方式支承该支轴75。刀库主体71套在支轴75上。刀库主体71以呈圆形形状的凸缘部72的正面面向机床1的前方的方式配置，且刀库主体71与支轴75一起旋转。下面，有时，将支轴75、刀库主体71和多个夹持臂73的旋转称为刀库21的旋转。刀库主体71主体上由内嵌有支轴75且呈筒状的凸座部74和呈凸缘状设于凸座部74的外周面的前端侧的凸缘部72构成。圆板77固定在凸座部74的后端部。呈辊形状的凸轮从动件分别与多个夹持臂73的配设位置相对应地设于圆板77的背面侧(与主轴头7相对的面)。壳体82固定在刀库支承座87的上部，刀库马达55固定在壳体82的上部。壳体82在内侧具有齿轮机构，齿轮机构与刀库马达55的旋转轴相连结。在多个夹持臂73的顶端侧设有保持刀柄17的把持部73a(参照图3)。多个夹持臂73中，仅被定位于刀库主体71的最下方位置的一只夹持臂73能利用凸轮机构来伴随着主轴头7的升降动作进行摆动。位于最下方位置的夹持臂73的把持部73a在靠近主轴9的靠近位置与远离主轴9的退避位置之间移动。该最下方位置即为分度位置。靠近位置和分度位置在刀库21的旋转方向上是相同的旋转位置。下面，将刀库21的旋转方向上的比靠近位置和分度位置靠上游侧(即近前侧)的旋转位置称为近前分度位置，将从近前分度位置至分度位置之间的旋转距离称为分度距离l_M。数控装置30与换刀条件相应地设定近前分度位置。即，数控装置30能够变更分度距离l_M。

说明机床1的电气结构。如图4所示，机床1具有数控装置30。数控装置30具有CPU31、ROM32、RAM33、非易失性存储元件35、输入输出接口34、计数器36、轴控制电路41a～轴控制电路45a、伺服放大器41～伺服放大器45以及微分器51b～微分器55b等。CPU31负责控制数控装置30的动作。ROM32存储有用于解析并执行加工程序的本发明的程序，用于执行换刀处理、主轴头时间测量处理、刀库时间测量处理的程序等。RAM33用于临时存储在上述程序的执行过程中算出的值等。非易失性存储元件35存储有式(A)～式(D)。CPU31将加工程序的解析结果存储至非易失性存储元件35。因此，由非易失性存储元件35存储加工程序的移动指令所示的主轴头7的最高速度V_Z、主轴头7的加减速时间t_z、刀库21的最高速度V_M、刀库21的加减速时间t_M、刀库21的加减速时间t_M'和刀库21的旋转距离L_M。计数器36对主轴计数C_z和刀库计数C_m进行计数。伺服放大器41与X轴马达51相连接，伺服放大器42与Y轴马达52相连接，伺服放大器43与Z轴马达53相连接，伺服放大器44与主轴马达54相连接，伺服放大器45与刀库马达55相连接。X轴马达51使工作台10沿X轴方向移动，Y轴马达52使工作台10沿Y轴方向移动。Z轴马达53使主轴头7沿Z轴方向移动。主轴马达54驱动主轴9使该主轴9旋转。刀库马达55使刀库21旋转。X轴马达51具有编码器51a，Y轴马达52具有编码器52a，Z轴马达53具有编码器53a，主轴马达54具有编码器54a，刀库马达55具有编码器55a。轴控制电路41a接受来自CPU31的移动指令量，并向伺服放大器41输出电流指令量(扭矩指令值)，轴控制电路42a接受来自CPU31的移动指令量，并向伺服放大器42输出电流指令量(扭矩指令值)，轴控制电路43a接受来自CPU31的移动指令量，并向伺服放大器43输出电流指令量(扭矩指令值)，轴控制电路44a接受来自CPU31的移动指令量，并向伺服放大器44输出电流指令量(扭矩指令值)，轴控制电路45a接受来自CPU31的移动指令量，并向伺服放大器45输出电流指令量(扭矩指令值)。伺服放大器41接受该指令，并向马达51输出驱动电流，伺服放大器42接受该指令，并向马达52输出驱动电流，伺服放大器43接受该指令，并向马达53输出驱动电流，伺服放大器44接受该指令，并向马达54输出驱动电流，伺服放大器45接受该指令，并向马达55输出驱动电流。编码器51a向轴控制电路41a输入位置反馈信号，编码器52a向轴控制电路42a输入位置反馈信号，编码器53a向轴控制电路43a输入位置反馈信号，编码器54a向轴控制电路44a输入位置反馈信号，编码器55a向轴控制电路45a输入位置反馈信号。轴控制电路41a～轴控制电路45a进行位置反馈控制。微分器51b对由编码器51a输入的位置反馈信号进行微分并转换成速度反馈信号，并向轴控制电路41a输出速度反馈信号，微分器52b对由编码器52a输入的位置反馈信号进行微分并转换成速度反馈信号，并向轴控制电路42a输出速度反馈信号，微分器53b对由编码器53a输入的位置反馈信号进行微分并转换成速度反馈信号，并向轴控制电路43a输出速度反馈信号，微分器54b对由编码器54a输入的位置反馈信号进行微分并转换成速度反馈信号，并向轴控制电路44a输出速度反馈信号，微分器55b对由编码器55a输入的位置反馈信号进行微分并转换成速度反馈信号，并向轴控制电路45a输出速度反馈信号。轴控制电路41a～轴控制电路45a进行速度反馈控制。电流检测器41b检测由伺服放大器41向马达51输出的驱动电流，电流检测器42b检测由伺服放大器42向马达52输出的驱动电流，电流检测器43b检测由伺服放大器43向马达53输出的驱动电流，电流检测器44b检测由伺服放大器44向马达54输出的驱动电流，电流检测器45b检测由伺服放大器45向马达55输出的驱动电流。由电流检测器41b检测到的驱动电流反馈给轴控制电路41a，由电流检测器42b检测到的驱动电流反馈给轴控制电路42a，由电流检测器43b检测到的驱动电流反馈给轴控制电路43a，由电流检测器44b检测到的驱动电流反馈给轴控制电路44a，由电流检测器45b检测到的驱动电流反馈给轴控制电路45a。轴控制电路41a～轴控制电路45a根据反馈来的驱动电流进行电流(扭矩)控制。轴控制电路45a接受来自CPU31的移动指令量，驱动刀库马达55。输入部24和显示器25与输入输出接口34相连接。

参照图2和图3，说明机床1对刀具4进行交换的动作概况。下面的说明中，将替代主轴9上装配的刀具4的、要新装配的下一刀具4简称为下一刀具4。将在主轴头7上升时处于分度位置的夹持臂73称为第一夹持臂73，将保持有下一刀具4的夹持臂73称为第二夹持臂73。

在机床1结束对切削对象的加工动作之后，主轴头7从加工区域朝向换刀位置上升。处于分度位置的第一夹持臂73的把持部73a伴随着主轴头7的上升，从退避位置向靠近位置移动。水平杆60a向下方推压销65，刀柄夹持构件19解除对拉钉17b的夹持。在主轴头7经过特定位置之前，由处于靠近位置的第一夹持臂73的把持部73a把持被从主轴9拔出来的刀具4(参照图2)。此后，在上升的主轴头7经过特定位置的时机，刀库21开始旋转。主轴头7到达换刀位置并停止。在第二夹持臂73经过近前分度位置时，主轴头7开始朝向加工区域下降。在主轴头7经过特定位置的时机，第二夹持臂73到达分度位置并停止。在主轴头7从特定位置向加工区域下降的过程中，由第二夹持臂73的把持部73a把持的刀具4被装配于主轴9。

说明非易失性存储元件35中存储的式(A)～式(D)。式(A)～式(D)是用于算出特定上下距离l_Z和分度距离l_M的关系式。本实施方式中，设定为：在上升的主轴头7经过特定位置的时机，刀库21开始旋转。设定为：在第二夹持臂73经过近前分度位置的时机，主轴头7开始从换刀位置朝向特定位置下降。设定为：在第二夹持臂73到达分度位置的时机，主轴头7到达特定位置。在主轴头7到达特定位置之后，主轴头7继续朝向加工区域下降。为了使该设定条件成立，需要与作为换刀条件的下一刀具4相应地(即，与刀库主体71的移动时间和移动距离相应地)算出特定上下距离l_Z和分度距离l_M。在刀库21的旋转距离比较长时，刀库21的旋转路径包含恒速旋转路径(图5～图7)。CPU31基于下述的式(A)和式(B)，算出该条件下的特定上下距离l_Z和分度距离l_M。

算式1

算式2

式(A)和式(B)中，V_Z是主轴头7的Z轴方向上的最高速度。V_M是存在恒速旋转路径的情况下的刀库21的最高速度。t_z是主轴头7的加减速时间。t_M是存在恒速旋转路径的情况下的刀库21的加减速时间。T_M是刀库21进行旋转的时间。上述变量在式(C)和式(D)中也是相同的意思。上述变量中，V_Z、V_M、t_z、t_M均为固定值，且预先被存储于非易失性存储元件35。式(A)和式(B)中，T_M＝t_M+L_M/V_M，且L_M≥V_M·t_M。恒速旋转路径是刀库21以恒定速度进行旋转的路径所具有的路径。在刀库21的旋转距离比较短时，刀库21的旋转路径不包含恒速旋转路径(参照图8和图9)。CPU31基于式(C)和式(D)，算出该条件下的特定上下距离l_Z和分度距离l_M。

算式3

算式4

式(C)和式(D)中，V_M'是不存在恒速旋转路径的情况下的刀库21的最高旋转速度，t_M'是不存在恒速旋转路径的情况下的刀库21的加减速时间。式(C)和式(D)中，式(1)～式(3)成立。

V_M'＝(V_M·L_M/t_M)^1/2···(1)

t_M'＝(t_M·L_M/V_M)^1/2···(2)

L_M＜V_M·t_M···(3)

说明式(A)和式(B)的成立理由。参照图5，说明t_M≥t_z且T_M≥2t_z时的情况。T＝0时，机床1结束对切削对象的加工，主轴头7处于加工区域(图6～图9也为同样)。T＝T1时，主轴头7到达特定位置并开始减速。T＝T2时，主轴头7到达换刀位置(图6～图8也为同样)。将横宽设为t_z将纵高设为V_Z的三角形S1的面积相当于特定上下距离l_Z。

T＝T1时，刀库21开始旋转。T2＜T＜T3时，刀库21开始减速。T＝T3时，刀库21到达近前分度位置，并且，主轴头7开始从换刀位置朝向加工区域的下降。T＝T3时，刀库21的速度为v_M'。T＝T4时，刀库21到达分度位置，并且，主轴头7到达特定位置。三角形S2的面积相当于分度距离l_M。V_M/t_M＝v_M'/t_z成立。l_Z和l_M通过下式来表示。

l_Z＝V_Z·t_z/2

l_M＝v_M'·t_z/2＝V_M·t_z ²/(2t_M)

参照图6，说明t_M＜t_z且T_M≥2t_z时的情况。将横宽设为t_z将纵高设为V_Z的三角形S1的面积相当于特定上下距离l_Z。T＝T1时，刀库21开始旋转。T＝T3时，处于恒速旋转过程中的刀库21到达近前分度位置，并且，主轴头7开始从换刀位置朝向加工区域的下降。T3＜T＜T4时，刀库21开始减速。T＝T4时，刀库21到达分度位置，并且，主轴头7到达特定位置。梯形S2的面积相当于分度距离l_M。l_Z和l_M通过下式来表达。

l_Z＝V_Z·t_z/2

l_M＝V_M·t_M/2+V_M(t_z－t_M)＝V_M(t_z－t_M/2)

参照图7，说明t_M＜t_z且T_M＜2t_z时的情况。将横宽设为t_z'将纵高设为V_Z'的三角形S1的面积相当于特定上下距离l_Z。T＝T1时，刀库21开始旋转。T＝T2时，处于恒速旋转过程中的刀库21到达近前分度位置。T2＜T＜T3时，刀库21开始减速。T＝T3时，刀库21到达分度位置，并且，主轴头7到达特定位置。梯形S2的面积相当于分度距离l_M。根据V_Z/t_z＝V_Z'/t_z'，且T_M＝2t_z'，特定上下距离l_Z通过下式来表示。

l_Z＝V_Z'·t_z'/2＝V_Z·t_z' ²/(2t_z)＝V_Z·T_M ²/(8t_z)

分度距离l_M通过下式来表示。

l_M＝V_M·t_M/2+V_M(t_z'－t_M)＝V_M·(T_M－t_M)/2

图5～图7中，由于L_M＝V_M·(T_M－t_M)，因此，T_M＝t_M+L_M/V_M成立。

说明式(C)和式(D)的成立理由。参照图8，说明t_M'≥t_z时的情况。将横宽设为t_z将纵高设为V_Z的三角形S1的面积相当于特定上下距离l_Z。T＝T1时，刀库21开始旋转。T2＜T＜T3时，刀库21开始减速。T＝T3时，刀库21到达近前分度位置，主轴头7从换刀位置朝向加工区域下降。T＝T4时，刀库21到达分度位置，主轴头7到达特定位置。三角形S2的面积相当于分度距离l_M。V_M'/t_M'＝v_M'/t_z，特定上下距离l_Z和分度距离l_M通过下式来表示。

l_Z＝V_Z·t_z/2

l_M＝v_M'·t_z/2＝V_M'·t_z ²/(2t_M')

参照图9，说明t_M'＜t_z时的情况。0＜T＜T1时，主轴头7开始减速。T＝T1时，主轴头7经过特定位置，刀库21开始旋转。T＝T2时，主轴头7到达换刀位置，并开始朝向加工区域的下降。刀库21到达近前分度位置并开始减速。T＝T3时，主轴头7到达特定位置，刀库21到达分度位置。将横宽设为t_M'将纵高设为V_Z'的三角形S1的面积相当于特定上下距离l_Z。三角形S2的面积相当于分度距离l_M。在该情况下，V_Z/t_z＝V_Z'/t_M'，特定上下距离l_Z和分度距离l_M通过下式来表示。

l_Z＝V_Z'·t_M'/2＝V_Z·t_M' ²/(2t_z)

l_M＝V_M'·t_M'/2

图8和图9中，L_M＝V_M'·t_M'，且V_M/t_M＝V_M'/t_M'，因此，V_M' ²＝V_M·L_M/t_M成立，上述的式(1)和式(2)成立。

参照图10，说明换刀处理。在机床1对切削对象实施加工之后，由CPU31执行换刀处理。通过换刀处理，主轴头7和刀库21按照图5～图9中的某一模式进行旋转。CPU31获取刀库21的旋转距离L_M(S11)。CPU31基于加工程序(数控程序)的移动指令，确定下一刀具4，并确定刀库21的分度位置。因此，CPU31获取刀库21的旋转距离L_M。CPU31获取换刀位置和近前分度位置(S13)。CPU31对通过S11获取的刀库主体71的旋转距离L_M和V_M·t_M之间的大小关系进行比较。CPU31在比较结果为旋转距离L_M大于或等于V_M·t_M时，选择式(A)和式(B)，在比较结果为旋转距离L_M小于V_M·t_M时，选择式(C)和式(D)。CPU31将主轴头7的最高速度V_Z、主轴头7的加减速时间t_z、刀库21的最高速度V_M、刀库21的加减速时间t_M、刀库21的旋转距离L_M代入式(A)和式(B)，或式(C)和式(D)。因此，CPU31能够算出特定上下距离l_Z和分度距离l_M，能够获取换刀位置和近前分度位置。

CPU31输出使主轴头7上升至通过S13获取的换刀位置的指令(S15)。具体地讲，根据CPU31的移动指令，Z轴马达53进行旋转，主轴头7从加工区域朝向换刀位置上升。在主轴头7向换刀位置上升的过程中，由第一夹持臂73把持被从主轴9拔出来的刀具4。CPU31基于编码器53a的位置反馈信号，对主轴头7是否到达特定位置进行判断(S17)。在CPU31判断为主轴头7到达特定位置之前(S17：否)，CPU31待机。在CPU31判断为主轴头7到达特定位置时(S17：是)，CPU31输出使刀库21旋转至通过S11确定的分度位置的旋转指令(移动指令)(S19)。CPU31基于编码器55a的位置反馈信号，对第二夹持臂73是否到达通过S13获取的近前分度位置进行判断(S21)。在CPU31判断为第二夹持臂73到达近前分度位置之前(S21：否)，CPU31待机。在CPU31待机的过程中，主轴头7到达换刀位置。在CPU31判断为第二夹持臂73到达近前分度位置时(S21：是)，CPU31输出使主轴头7从换刀位置移动至加工区域的移动指令(S23)。在主轴头7从换刀位置朝向加工区域下降的过程中，伴随着S19的执行旋转至分度位置的第二夹持臂73将下一刀具4交接给主轴头7。因此，下一刀具4被装配于主轴9。主轴头7下降至加工区域，CPU31结束换刀处理。

参照图11，说明主轴头时间测量处理。主轴头时间测量处理与换刀处理同时执行。在主轴头时间测量处理中，CPU31对伴随着换刀处理的执行进行上下运动的主轴头7的加减速时间t_z实际地进行测量。CPU31将非易失性存储元件35中存储的t_z更新为实际测量得到的加减速时间t_z。

CPU31基于编码器53a的位置反馈信号，对从加工区域朝向换刀位置上升的主轴头7是否到达特定位置进行判断(S31)。S31是与换刀处理的S17同样的处理。在CPU31判断为主轴头7到达特定位置之前(S31：否)，CPU31待机。在CPU31判断为主轴头7到达特定位置时(S31：是)，CPU31控制计数器36，将主轴计数C_z重置为0(S33)，之后，在主轴计数C_z上加1(S35)。CPU31基于编码器53a的位置反馈信号，对主轴头7是否停在换刀位置进行判断(S37)。CPU31在判断为主轴头7停在换刀位置之前(S37：否)，使处理转移到S35。在CPU31重复S35和S37的期间里，经过特定位置之后的主轴头7朝向换刀位置去减速地上升。CPU31在主轴计数C_z上逐次地加1(S35)。

在CPU31判断为主轴头7停在换刀位置时(S37：是)，CPU31对主轴头7是否开始朝向加工区域的下降进行判断(S39)。在CPU31判断为主轴头7开始下降之前(S39：否)，CPU31待机。在CPU31判断为主轴头7开始下降时(S39：是)，CPU31在主轴计数C_z上加1(S41)。CPU31基于编码器53a的位置反馈信号，对主轴头7是否到达特定位置进行判断(S43)。CPU31在判断为主轴头7到达特定位置之前(S43：否)，使处理转移到S41。在CPU31重复S41和S43的期间里，主轴头7从换刀位置朝向特定位置去加速地下降。CPU31在主轴计数C_z上逐次地加1(S41)。在CPU31判断为主轴头7到达特定位置时(S43：是)，主轴头7继续朝向加工区域下降。CPU31获取主轴头7的加减速时间t_z(S45)。判断为主轴头7未停在换刀位置的周期(S37：否)和判断为主轴头7未下降至特定位置的周期(S43：否)均为预先确定的规定周期。CPU31通过将该规定周期乘以主轴计数C_z，再乘以1/2，来获取主轴头7的加减速时间t_z(S45)。CPU31将非易失性存储元件35中存储的主轴头7的加减速时间t_z更新为通过S45获取的加减速时间t_z(S47)。CPU31结束主轴头时间测量处理。更新后的加减速时间t_z在为相同换刀条件的下次换刀处理时被代入式(A)～式(D)。

参照图12，说明刀库时间测量处理。刀库时间测量处理与换刀处理同时执行。在刀库时间测量处理中，对伴随着换刀处理的执行进行旋转的刀库21的加减速时间(t_M或t_M')和旋转时间T_M实际地进行测量。CPU31将非易失性存储元件35中存储的t_M、t_M'、T_M更新为实际测量得到的t_M、t_M'、T_M。CPU31基于是否通过S19(参照图10)输出移动指令，来对刀库21是否开始朝向分度位置旋转进行判断(S51)。CPU31在判断为刀库21开始旋转时(S51：是)，将刀库计数C_m重置为0(S53)，之后，在刀库计数C_m上加1(S55)。CPU31基于编码器55a的位置反馈信号，对刀库21是否在分度位置停止旋转进行判断(S57)。CPU31在判断为刀库21在分度位置停止旋转之前(S57：否)，使处理转移到S55。在CPU31重复S55和S57的期间里，刀库21朝向分度位置旋转。CPU31在判断为刀库21停在分度位置时(S57：是)，获取加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M(S59)。判断为刀库21未停在分度位置的周期(S57：否)是预先确定的规定周期。CPU31通过将该规定周期乘以刀库计数C_m，来获取旋转时间T_M。CPU31通过利用下述关系式，来获取加减速时间t_M、加减速时间t_M'。

t_M＝T_M－L_M/V_M···式(4)

t_M'＝T_M/2···式(5)

CPU31将刀库21的加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M更新为通过S59获取的加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M(S61)。CPU31结束刀库时间测量处理。更新后的加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M在为相同换刀条件的下次换刀处理时被代入式(A)～式(D)。

如上面说明的那样，特定位置是能够避免上下运动的主轴头7与旋转的刀具4相碰撞的、机械上预先确定的位置。CPU31在主轴头7经过特定位置的时机(S17：是)，使刀库21朝向分度位置的旋转开始(S19)。因此，数控装置30能够避免主轴头7与刀具4碰撞的风险。与主轴头7的停止目标位置为特定位置的情况相比，由于主轴头7的减速时机较晚，因此，通过S15的执行进行上升的主轴头7到达特定位置的时机提前。因此，CPU31使刀库主体71旋转的开始时机提前(S19)，换刀时间变短。因此，数控装置30能够避免主轴头7与刀库21相碰撞的风险，并且能够缩短换刀时间。CPU31在第二夹持臂73经过近前分度位置的时机(S21：是)，使主轴头7朝向加工区域的下降开始(S23)。因此，主轴头7朝向加工区域的下降时机提前，因此，数控装置30能够将换刀时间进一步缩短。

CPU31基于式(A)～式(D)，算出特定上下距离l_Z和分度距离l_M，获取换刀位置和近前分度位置(S13)。因此，在伴随着S23的执行进行下降的主轴头7到达特定位置的时机，伴随着S19的执行进行旋转的第二夹持臂73到达分度位置。特定上下距离l_Z为与刀库21的旋转距离相应的适当距离。因此，数控装置30能够将换刀时间进一步缩短。CPU31将非易失性存储元件35中存储的V_Z、t_z、V_M、t_M代入式(A)～式(D)，算出特定上下距离l_Z和分度距离l_M，获取换刀位置和近前分度位置(S13)。因此，数控装置30能够设定使下降的主轴头7到达特定位置的时机与第二夹持臂73到达分度位置的时机一致的换刀位置和近前分度位置。在主轴头时间测量处理和刀库时间测量处理中，CPU31测量并获取在换刀处理中基于移动指令进行动作的主轴头7和刀库21各自的加减速时间t_z、加减速时间t_M、加减速时间t_M'，并获取刀库21的旋转时间T_M。在主轴头时间测量处理和刀库时间测量处理执行后的下一换刀处理中，CPU31将所获取的加减速时间t_z、加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M代入式(A)～式(D)，获取换刀位置和近前分度位置(S13)。通过S13获取的换刀位置和近前分度位置基于通过主轴头时间测量处理和刀库时间测量处理测得的加减速时间t_z、加减速时间t_M、加减速时间t_M'。因此，数控装置30能够准确地使通过S23的执行使主轴头7到达特定位置的时机与通过S19的执行使第二夹持臂73到达分度位置的时机一致。刀库马达55和Z轴马达53各自的输出扭矩的特性与机床1相应地变化。向主轴头7和刀库主体71传递马达驱动力的传递零部件的大小与机床1相应地变化。因此，在无论机床1如何，加减速时间t_z、加减速时间t_M、加减速时间t_M'和旋转时间T_M都为相同的值时，有时主轴头7到达特定位置的时机和第二夹持臂73到达分度位置的时机之间会因特定的机床1错开得较大。采用本实施方式，数控装置30通过实际测量来获取与各机床1相应的t_z、t_M、t_M'、T_M，因此能够抑制上述偏差。

非易失性存储元件35和ROM32是本发明的存储装置的一例。执行S15时的CPU31是本发明的拔出刀具控制部的一例。执行S19时的CPU31是本发明的旋转控制部的一例。执行S23时的CPU31是本发明的装配刀具控制部的一例。执行S13时的CPU31是本发明的获取部的一例。执行S33～S37、S41～S45、S55～S59时的CPU31是本发明的测量部的一例。执行S47、S61时的CPU31是本发明的更新部的一例。S15是本发明的拔出刀具工序的一例。S19是本发明的旋转工序的一例。S23是本发明的装配刀具工序的一例。

本发明不限于上述实施方式。也可以是，例如，主轴头7能够沿X轴方向或Y轴方向移动，来代替能够沿Z轴方向移动。也可以是，在S13中，CPU31参照预先存储在非易失性存储元件35的数据表来获取换刀位置和近前分度位置。数据表中保存有与通过S11获取的刀库21的旋转距离相应的换刀位置和近前分度位置。也可以是，主轴头时间测量处理和刀库时间测量处理仅在机床1首次被设于工作地点时执行一次，来代替与换刀处理同时执行。

Claims (5)

1.一种数控装置，该数控装置对机床进行控制，

该机床具有：

主轴头，其能够在加工区域与换刀区域之间移动，该加工区域是进行对切削对象的加工动作的区域，该换刀区域是进行对刀具的换刀动作的区域；主轴，其以能够旋转的方式被所述主轴头所支承，能够将所述刀具装配于该主轴；及刀库，在该刀库沿着其旋转方向设有多个保持所述刀具的夹持臂，

该数控装置具有：

拔出刀具控制部，该拔出刀具控制部使所述机床的所述主轴头朝向特定位置移动，该特定位置是能够避免所述主轴头与所述刀具碰撞的、机械上预先确定的位置，并使处于所述刀库的规定的旋转位置即分度位置的第一所述夹持臂将所述主轴上装配的所述刀具拔出；

旋转控制部，在利用所述拔出刀具控制部使第一所述夹持臂将所述刀具拔出之后，该旋转控制部使所述刀库旋转，替代第一所述夹持臂将保持有待向所述主轴装配的所述刀具的第二所述夹持臂定位到所述分度位置；及

装配刀具控制部，在由所述旋转控制部控制所述刀库的旋转时，该装配刀具控制部使在所述拔出刀具控制部的控制下移动了的所述主轴头朝向所述加工区域移动，并向所述主轴装配由第二所述夹持臂保持的所述刀具，

该数控装置的特征在于，

所述拔出刀具控制部使所述主轴头移动至相对于所述特定位置而言的、与所述加工区域所在侧相反的那侧的位置即换刀位置，

所述装配刀具控制部使所述主轴头从所述换刀位置开始移动，

在所述拔出刀具控制部的控制下进行移动的所述主轴头经过所述特定位置时，所述旋转控制部使所述刀库的旋转开始，

在所述旋转控制部使所述刀库旋转至第二所述夹持臂经过近前分度位置时，所述装配刀具控制部使所述主轴头朝向所述加工区域的移动开始，该近前分度位置是比所述分度位置靠近前的位置，

在利用所述装配刀具控制部使所述主轴头到达所述特定位置的时机，所述旋转控制部使所述刀库旋转至第二所述夹持臂到达所述分度位置。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

该数控装置具有获取部，该获取部基于数控程序的移动指令所示的所述主轴头的最高速度和所述主轴头的加减速时间、所述移动指令所示的所述刀库的最高速度和加减速时间，获取所述换刀位置和所述近前分度位置，

所述拔出刀具控制部使所述主轴头移动至由所述获取部获取的所述换刀位置，

在所述旋转控制部使所述刀库旋转至第二所述夹持臂经过由所述获取部获取的所述近前分度位置时，所述装配刀具控制部使所述主轴头的移动开始。

3.根据权利要求2所述的数控装置，其特征在于，

该数控装置具有：

测量部，其测量并获取基于所述移动指令进行动作的所述主轴头和所述刀库各自的加减速时间；及

更新部，其基于由所述测量部获取的两个加减速时间，对所述数控程序的所述移动指令所示的所述主轴头的加减速时间和所述刀库的加减速时间进行更新，

所述获取部基于经所述更新部更新后的所述加减速时间，获取所述换刀位置和所述近前分度位置。

4.一种数控方法，利用该数控方法对机床进行控制，

该机床具有：

主轴头，其能够在加工区域与换刀区域之间移动，该加工区域是进行对切削对象的加工动作的区域，该换刀区域是进行对刀具的换刀动作的区域；主轴，其以能够旋转的方式被所述主轴头所支承，能够将所述刀具装配于该主轴；及刀库，在该刀库沿着其旋转方向设有多个保持所述刀具的夹持臂，

该数控方法包括下述工序：

拔出刀具工序，在该拔出刀具工序中，使所述机床的所述主轴头朝向特定位置移动，该特定位置是能够避免所述主轴头与所述刀具碰撞的、机械上预先确定的位置，并使处于规定的旋转位置即分度位置的第一所述夹持臂将所述主轴上装配的所述刀具拔出；

旋转工序，在该旋转工序中，在通过所述拔出刀具工序，利用第一所述夹持臂将所述刀具拔出之后，使所述刀库旋转，替代第一所述夹持臂使保持有所述刀具的第二所述夹持臂位于所述分度位置；及

装配刀具工序，在该装配刀具工序中，在通过所述旋转工序进行所述刀库的旋转时，使通过所述拔出刀具工序移动了的所述主轴头朝向所述加工区域移动，并向所述主轴装配由第二所述夹持臂保持的所述刀具，

该数控方法的特征在于，

在所述拔出刀具工序中，使所述主轴头移动至相对于所述特定位置而言的、与所述加工区域所在侧相反的那侧的位置即换刀位置，

在所述装配刀具工序中，使所述主轴头从所述换刀位置开始移动，

在所述旋转工序中，在通过所述拔出刀具工序进行移动的所述主轴头经过所述特定位置时，使所述刀库的旋转开始，

在通过所述旋转工序使所述刀库旋转至第二所述夹持臂经过近前分度位置时，所述装配刀具工序使所述主轴头朝向所述加工区域的移动开始，该近前分度位置是比所述分度位置靠近前的位置，

在利用所述装配刀具工序使所述主轴头到达所述特定位置的时机，所述旋转工序使所述刀库旋转至第二所述夹持臂到达所述分度位置。

5.一种存储装置，其中，

该存储装置存储有用以由计算机执行权利要求4所述的数控方法的数控程序。