JP2006272473A - 工具交換装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 主軸ヘッドを加工領域およびＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくして、信頼性を向上させる。
【解決手段】 本発明の工具交換装置は、工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッド２４と、この主軸ヘッド２４に回転可能に支持された主軸４０とを備え、主軸４０及び主軸ヘッド２４をＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて主軸４０に装着された工具を交換するように構成された装置において、主軸ヘッド２４を加工領域内を移動させた後、ＡＴＣ領域内を移動させてＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、ＡＴＣ原点からＡＴＣ領域内を移動させた後、加工領域内を移動させる移動制御手段１１０を備え、そして、ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能なように構成したものである。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、主軸ヘッドをＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて主軸に装着された工具を交換する機構を備えた工具交換装置、制御方法及びプログラムに関する。

この種の工具交換装置の一例として、特許文献１に記載された装置が知られている。この構成では、主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを上下動可能に設け、工作物の加工を行う加工領域（下方領域）と工具交換を行うＡＴＣ領域（上方領域）との間で移動させるようにしている。工具を交換する場合には、主軸ヘッド（及び主軸）を加工領域からＡＴＣ領域へ移動させ、更にＡＴＣ領域内で移動させることにより、カム機構を動作させて工具マガジンとの間で主軸に装着された工具を交換するように構成されている。
特公平７−２２８６０号公報

上記従来構成においては、主軸ヘッドを加工領域及びＡＴＣ領域内において移動させる場合、同じ移動速度で移動させるように構成されている。そして、主軸ヘッドがＡＴＣ領域内を上昇するとき、また、ＡＴＣ領域内を下降するときに、ＡＴＣ領域のＺ原点（即ち、機械原点Ｚ０）付近で、軽めの機械的衝突が生ずる構成となっている。このため、交換前または交換後の工具の重量が重い場合には、上記機械的衝突の衝撃が大きくなるという問題点があった。特に、近年、工具交換装置の動作速度を早くする傾向にあるため、上記機械的衝突の衝撃が一層大きくなり、騒音が大きくなったり、部品の摩耗や破損が発生するおそれもあった。

そこで、本発明の目的は、主軸ヘッドを加工領域およびＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくすることができ、信頼性を向上させ得る工具交換装置、制御方法及びプログラムを提供するにある。

請求項１の工具交換装置は、工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、前記主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された装置において、前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて工具マガジンが旋回可能な位置としてのＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させる移動制御手段を備え、そして、前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能なように構成したところに特徴を有する。

請求項２の工具交換装置は、前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したものである。
請求項３の工具交換装置は、前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、工具交換後に前記主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したものである。

請求項４の工具交換装置は、前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、プログラム指令によって設定するように構成したものである。
請求項５の工具交換装置は、軽量の工具から重量の工具へ交換する場合には、交換前の前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記加工領域内の前記主軸ヘッドの移動速度と同じに設定し、交換後の前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記加工領域内の前記主軸ヘッドの移動速度よりも低速に設定するように構成したものである。

請求項６の制御方法は、工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、この主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された工具交換装置を制御する制御方法において、前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて前記ＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させるように制御し、更に、前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの前記主軸ヘッドの移動速度を変更可能なように制御している。

請求項７の工具交換装置用のプログラムは、プログラムされたコンピュータによって制御されるものであって、工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、この主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された工具交換装置にあって、前記プログラムは、前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて前記ＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させるように制御する機能と、前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能なように制御する機能とを備えているところに特徴を有する。

請求項１の工具交換装置によれば、ＡＴＣ領域内を移動させるときの主軸ヘッドの移動速度を変更可能なように構成したので、ＡＴＣ領域内を移動させる速度を変更することによって、加工時間を短縮させることや、機械系の損傷を防ぐことなど、目的に応じた加工を提供することができる。

請求項２の工具交換装置によれば、ＡＴＣ領域内の主軸ヘッドの移動速度を、主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したので、工具交換前の工具の重量が重い場合に移動速度を遅くすることが可能となるから、主軸ヘッドをＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくすることができる。

請求項３の工具交換装置によれば、ＡＴＣ領域内の主軸ヘッドの移動速度を、工具交換後に主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したので、工具交換後の工具の重量が重い場合に移動速度を遅くすることが可能となるから、主軸ヘッドをＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくすることができる。

請求項４の工具交換装置によれば、ＡＴＣ領域内の主軸ヘッドの移動速度を、プログラム指令によって設定するように構成したので、移動速度の設定の自由度が大きくなり、加工時間の短縮や、機械系の損傷の防止等をより一層達成することができる。

請求項５の工具交換装置によれば、軽量の工具から重量の工具へ交換する場合には、交換前のＡＴＣ領域内の主軸ヘッドの移動速度を、加工領域内の主軸ヘッドの移動速度と同じに設定し、交換後のＡＴＣ領域内の主軸ヘッドの移動速度を、加工領域内の主軸ヘッドの移動速度よりも低速に設定するように構成したので、工具交換前に主軸ヘッドをＡＴＣ領域内で移動させるときの移動時間を短縮することができると共に、工具交換後に主軸ヘッドをＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくすることができる。

以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図１５を参照しながら説明する。本実施例の工具交換装置の機械的構成および電気的構成は、前記特許文献１に記載された工具交換装置の機械的構成および電気的構成とほとんど同じである。即ち、本実施例の工具交換装置は、特許文献１に記載された工具交換装置を前提構成として、主軸ヘッドをＡＴＣ領域内において移動させるときの移動速度の制御部分を改善したものである。

まず、本実施例の工具交換装置の機械的構成について、図１ないし図８を参照して説明する。図１に示すように、工具交換装置を備える工作機械は、垂直なコラム１０に設けられたフレーム１２にＺ軸方向に移動可能に設けられた主軸ヘッド２４と、フレーム１２にマガジン支持台５８を介して配設された回転割出し可能な工具マガジン６６とを備えて構成されている。

フレーム１２には、ガイドレール１４が垂直に配設されており、主軸ヘッド２４は、リニアガイド１６、１６を介して上記ガイドレール１４に沿ってＺ軸方向に昇降自在に取り付けられている。ガイドレール１４に沿って平行に支持されたボールねじ２０が、主軸ヘッド２４に固定された送りナット１８に螺合されている。そして、コラム１０の上部に配設されたサーボモータ（Ｚ軸モータ）２２によりボールねじ２０を回動駆動することにより、主軸ヘッド２４はガイドレール１４に沿ってＺ軸方向に昇降されるように構成されている。

主軸ヘッド２４の内部には、下端部に工具保持部（テーパ孔）４２を備えた主軸４０が回転自在に垂直に配設されている。この主軸４０は、主軸モータ３６によりカップリング３８を介して回転駆動されるように構成されている。工具保持部４２には、先端に工具５０を装着した工具ホルダ４８のアーバー５２が嵌合可能になっている。この工具ホルダ４８を工具保持部４２に嵌合して挿入すると、工具ホルダ４８に設けられたプルスタッド５４が主軸４０中に設けられたホルダ挟持部材４４により挟持（クランプ）されるように構成されている。

また、ホルダ挟持部材４４を、主軸４０の中心通孔中に同軸的に挿通されたドローバー４６により押圧すると、ホルダ挟持部材４４によるプルスタッド５４の挟持が解除（アンクランプ）され、工具ホルダ４８の取り外しが可能になる。

そして、工具保持部４２に嵌合された工具ホルダ４８をクランプし、また該クランプを解除するために、クランクレバー３０およびこれに揺動運動を付与するカム機構が設けられている。クランクレバー３０は支軸３２を介して揺動自在に軸支されており、クランクレバー３０における一方の短尺レバー３０ａの先端部がドローバー４６に水平に突設されたピン５６と係合可能になっている。クランクレバー３０の長尺レバー３０ｂと主軸ヘッド２４との間に引張コイルばね３４が設けられており、この引張コイルばね３４によりクランクレバー３０は時計回り方向に付勢されており、常時は短尺レバー３０ａによるピン５６の押圧を解除している。

Ｚ軸モータ２２の駆動により主軸ヘッド２４が上昇すると、クランクレバー３０に設けられた板カム２８が固定部位に設けられたカムフォロワ２６と当接し、クランクレバー３０を反時計回り方向に付勢する。これにより、短尺レバー３０ａがピン５６を押圧し、工具ホルダ４８のプルスタッド５４に対するクランプを解除するようになっている。

また、前記マガジン支持台５８には、斜め左下方に指向する支持軸６０が配設されており、この支持軸６０にマガジンベース６４が軸受６２を介して回転自在に支持されている。マガジンベース６４には、グリップアーム８２が放射状に所要の中心角で複数個揺動自在に設けられている。

図２に示すように、上記マガジンベース６４には、支持軸６０を中心とする割出円板８０がボルト７９により固定されている。この割出円板８０の一側面にカムフォロワ７８が、グリップアーム８２の配設位置に対応させて複数個（例えば１０個）設けられている。

図１のＣ方向矢視図である図６に示すように、マガジン支持台５８に垂直に配置したケーシング６７の上部にマガジンモータ６８が配設されており、このモータ６８の回転軸６９に駆動軸７０がカップリング７１を介して接続されている。駆動軸７０の下端部には、ベベルギヤ７２が設けられ、このギヤ７２は軸受７３、７３を介して水平に支持された回転軸７５に設けられたベベルギヤ７４と噛合している、回転軸７５には、カム溝７６ａを有するバレルカム７６が固定されており、上記カム溝７６ａに割出円板８０に放射配置された各カムフォロワ７８が係合可能なように構成されている。この場合、バレルカム７６の回転により、割出円板８０に間欠的に割出し回転が付与される。

次に、グリップアーム８２を工具ホルダ４８の受渡しのために揺動駆動する機構について説明する。図２、図３、図４に示すように、マガジンベース６４には、支持軸６０を中心徒する円周方向に、クレビス８１が例えば１０個配設されている。各クレビス８１には、グリップアーム８２が枢支軸８４を介して揺動可能に設けられており、グリップアーム８２の自由端を半径方向外方に臨ませている。

グリップアーム８２の自由端には、図３に示すように、工具ホルダ４８の把持部を挟持可能な二股部８３が形成されている。この二股部８３の各先端部の内側には、孔８３ａが形成され、該孔８３ａ内に支持ピン９８が圧縮コイルばね９９を介して収容されている。この場合、二股部８３を工具ホルダ４８の把持部であるＶ形溝部４８ａに位置合わせすると、支持ピン９８、９８がＶ形溝部４８ａに係合して当接することにより、工具ホルダ４８が保持される。

また、図２に示すように、グリップアーム８２の反自由端にも、孔８２ａが形成され、この孔８２ａ内に鋼球９０と圧縮コイルばね９２が収納されている。マガジンベース６４のボス部６４ａには、断面円弧状の案内面８８ａが形成されたグリップ支持カラー８８が配設されている。上記案内面８８ａに、グリップアーム８２の鋼球９０が弾力的に当接するように構成されている。そして、図５に示すように、案内面８８ａには、ノッチ溝８８ｂが形成されており、割出し待機状態のグリップアーム８２は、鋼球９０をノッチ溝８８ｂに嵌合させることにより、その姿勢で安定保持される構成となっている。

また、図５に示すように、グリップアーム８２には、ローラ形状の第１カムフォロワ９４および第２カムフォロワ９６が回転自在に設けられている。これら第１カムフォロワ９４および第２カムフォロワ９６は、複合カム体８６に形成された第１カム面８６ａおよび第２カム面８６ｂに当接、離間可能なように構成されている。複合カム体８６は、図１に示すように、主軸ヘッド２４の垂直面における工具マガジン６６に指向する側に固定されており、第１カム面８６ａおよび第２カム面８６ｂを工具マガジン６６の所望の工具ホルダ４８の割出し位置側に臨ませている。

そして、第１カムフォロワ９４および第２カムフォロワ９５は、後述するように（図７、図８参照）、機械原点Ｚ０を中心とする主軸ヘッド２４の昇降領域内で、複合カム体８６の第１カム面８６ａおよび第２カム面８６ｂに当接して摺動するように構成されている。これにより、主軸ヘッド２４を上昇させると、上記カム作用によりグリップアーム８２が所定の揺動運動を行う。

一方、図１に示すように、主軸ヘッド２４の後部には、ドグ１０１が設けられ、このドグ１０１に対応するリミットスイッチ１０２がコラム１０に配設されている。このリミットスイッチ１０２は、主軸ヘッド２４がＡＴＣ領域内の主軸回転禁止領域に位置することを検出するスイッチであり、主軸ヘッド２４が機械原点Ｚ０よりも所定距離例えば５ｍｍ以上上昇したときにオンする。

次に、上記した構成の工具交換装置の動作について、図７、図８を参照して説明する。尚、主軸ヘッド２４の動作基準位置となる機械原点Ｚ０より下方の領域が工作物の加工を行う加工領域であり、機械原点Ｚ０より上方の領域が工具交換を行うＡＴＣ領域である。

まず、図７（ａ）は、工作物を切削している状態を示しており、この状態では、主軸４０の下軸端は機械原点Ｚ０よりも下方に位置している。そして、グリップアーム８２の第１カムフォロワ９４は、複合カム体８６の第１カム面８６ａを上昇しきった位置にあり、第２カムフォロワ９６は第２カム面８６ｂの最下部に位置しており、グリップアーム８２の二股部８３を最も左方向に振りきった状態に保持している。この場合、主軸ヘッド２４は工具マガジン６６に干渉することなく昇降できる。

図７（ｂ）は、主軸ヘッド２４が機械原点Ｚ０とほぼ一致する位置（Ｚ＝０）まで上昇した状態を示している。このとき、グリップアーム８２の第１カムフォロワ９４は第１カム面８６ａの中途に位置し、第２カムフォロワ９６は第２カム面８６ｂの中途に位置しており、グリップアーム８２を枢支軸８４を中心として反時計方向にわずかに回動させている。これにより、二股部８３の支持ピン９８、９８を工具ホルダ４８のＶ形溝部４８ａに一致させて近接させている。ただし、この時点では、支持ピン９８、９８はＶ形溝部４８ａにまだ嵌合していない。

図７（ｃ）は、主軸ヘッド２４がＡＴＣ領域に入り、機械原点Ｚ０よりも、距離Ｚ＝３０ｍｍだけ上昇した状態を示している。この位置まで主軸ヘッド２４が上昇する過程で、リミットスイッチ１０２が主軸ヘッド２４がＡＴＣ領域内の主軸回転禁止領域に入ったことを知らせる検出信号を出力する。また、クランクレバー３０の板カム２８がカムフォロワ２６と当接するようになり、クランクレバー３０は反時計回り方向への回動を開始する。また、複合カム体８６の第１カム面８６ａおよび第２カム面８６ｂがグリップアーム８２の第１カムフォロワ９４および第２カムフォロワ９６を従動させ、グリップアーム８２を反時計回り方向へ揺動させる。これにより、グリップアーム８２の二股部８３の支持ピン９８、９８が工具ホルダ４８のＶ形溝部４８ａに追従移動し、主軸４０の中心線Ｃ上に位置するようになる。尚、この時点で、クランクレバー３０の短尺レバー３０ａがドローバー４６のピン５６を押下げ始め、工具ホルダ４８のプルスタッド５４に対するホルダ挟持部材４４による挟持の解除を開始する。

図７（ｄ）は、主軸ヘッド２４が機械原点Ｚ０よりも距離Ｚ＝５０ｍｍだけ上昇した状態を示している。この状態の直前に、クランクレバー３０は完全に揺動し、ホルダ挟持部材４４はプルスタッド５４を解除し、工具ホルダ４８のアンクランプを終了している。また、グリップアーム８２は、更に揺動して、鋼球９０をノッチ溝８８ｂ内に落着させている。また、グリップアーム８２の二股部８３の支持ピン９８、９８が工具ホルダ４８のＶ形溝部４８ａを完全に把持し、グリップアーム８２による工具ホルダ４８の把持がなされる。そして、この時点から、主軸４０から工具ホルダ４８の抜き取りが開始される。

図７（ｅ）は、主軸ヘッド２４が機械原点Ｚ０から距離Ｚ＝１３８ｍｍだけ上昇した状態、即ち、ＡＴＣ原点に達した状態を示している。この状態では、工具ホルダ４８はグリップアーム８２に把持されるようになり、工具ホルダ４８の抜き取り、即ち、主軸ヘッド２４から工具マガジン６６への受渡しが完了する。そして、マガジンモータ６８が駆動され、割出円板８０の回転割出が実行される。

図７（ｆ）は、上記回転割出により、次に使用される工具ホルダ４８を把持したグリップアーム８２が、主軸４０の工具保持部４２の真下に中心線Ｃを整列させて位置した状態を示している。

次に、上記割出された工具ホルダ４８を主軸４０の工具保持部４２に装着する動作について説明する。これは、Ｚ軸モータ２２を逆方向に回転させ、主軸ヘッド２４を下降させることにより実行される。

図７（ｇ）は、主軸ヘッド２４が機械原点Ｚ０から距離Ｚ＝５０ｍｍの位置まで下降した状態を示している。この下降動作により、上記工具ホルダ４８のアーバー５２は工具保持部４２内に挿入される。また、カムフォロワ９４、９６は再びカム面８６ａ、８６ｂに当接し、グリップアーム８２の逃し動作が開始される。即ち、グリップアーム８２は時計回り方向への揺動を開始し、二股部８３の支持ピン９８、９８が工具ホルダ４８のＶ形溝部４８ａの動きに追従する動作を行う。そして、主軸ヘッド２４が距離Ｚ＝４７ｍｍまで下降すると、板カム２８がカムフォロワ２６から逃げ始め、工具ホルダ４８のプルスタッド５４に対するホルダ挟持部材４４による挟持を開始する。

図７（ｈ）は、主軸ヘッド２４が更に下降し、機械原点Ｚ０から距離Ｚ＝３０ｍｍの位置まで下降した状態を示している。この位置では、板カム２８がカムフォロワ２６から完全に離脱し、ホルダ挟持部材４４がプルスタッド５４を挟持してクランプ動作を終了する。また、グリップアーム８２は、カムフォロワ９４、９６がカム面８６ａ、８６ｂと連繋動作することにより、鋼球９０がノッチ溝８８ｂから離脱し、時計回り方向へ揺動する。

図７（ｉ）は、主軸ヘッド２４が更に下降し、機械原点Ｚ０に一致した状態を示している。この位置の直前に、リミットスイッチ１０２が主軸ヘッド２４がＡＴＣ領域内の主軸回転禁止領域に入ったことを知らせる検出信号を出力しなくなり、主軸回転禁止領域を離脱したことを知らせる。そして、機械原点Ｚ０では、グリップアーム８２は、主軸４０の工具保持部４２に保持された工具ホルダ４８から完全に離脱する。上記機械原点Ｚ０よりも主軸ヘッド２４が更に降下すると、グリップアーム８２は、更に離間方向へ逃げ、主軸ヘッド２４の単独の下降が可能となる。

そして、図８は、以上説明した工具交換動作を、縦軸を主軸ヘッド２４のストローク位置（Ｚ軸位置）とし、横軸を時間として、関連する各部材の動作タイミングを示したタイムチャートである。

一方、図９は、本実施例の工具交換装置を備えた工作機械の制御装置を示すブロック図である。この図９に示すように、制御装置１１０は、制御全体を統括するマスターＣＰＵ１１１と、工作物の加工を主に司るスレーブＣＰＵ１１２と、工具交換を主に司るＡＴＣ部ＣＰＵ１１３とを備えて構成されている。マスターＣＰＵ１１１には、プログラムや定数等を格納するマスター部ＲＯＭ１１４と、制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶する第１マスター部ＲＡＭ１１５と、加工プログラム等を格納する第２マスター部ＲＡＭ１１６とが接続されている。

スレーブＣＰＵ１１２には、ワーク加工のためのプログラムや定数等を格納するスレーブ部ＲＯＭ１１７と、ワーク加工制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶するスレーブ部ＲＡＭ１１８とが接続されている。ＡＴＣ部ＣＰＵ１１３には、工具交換のためのプログラムや定数等を格納するＡＴＣ部ＲＯＭ１１９と、工具交換制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶するＡＴＣ部ＲＡＭ１２０とが接続されている。マスターＣＰＵ１１１とスレーブＣＰＵ１１２との間には、ＭＳ間共通ＲＡＭ１２１が接続され、マスターＣＰＵ１１１とＡＴＣ部ＣＰＵ１１３との間には、ＭＡ間共通ＲＡＭ１２２が接続されている。

また、マスターＣＰＵ１１１には、キーボード１２３とＣＲＴ１２４とが接続されている。
更に、スレーブＣＰＵ１１２には、図示しないワークテーブルをＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ１２５と、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸モータ１２６と、ワークテーブルを回転させるＢ軸モータ１２７と、主軸ヘッド２４を昇降させるＺ軸モータ２２と、主軸４０を回転させる主軸モータ３６とが接続されている。スレーブＣＰＵ１１２は、これらを制御駆動して、ワークテーブル上の工作物に対して所定の工具による加工を実行する。また、スレーブＣＰＵ１１２には、主軸回転禁止領域を検出するリミットスイッチ１０２が接続されている。

一方、ＡＴＣ部ＣＰＵ１１３には、マガジンモータ６８が接続されており、該ＡＴＣ部ＣＰＵ１１３は、マガジンモータ６８を駆動制御して工具マガジン６６を回転させ、次に使用する工具の割出しを行う機能を有している。

次に、本実施例の工具交換時の動作、特には、主軸ヘッド２４の動作について、図１０、図１１、図１２、図１３も参照して説明する。工具交換時には、主軸ヘッド２４を、図１０に示すように、Ｚ軸方向に移動（昇降）させる。具体的には、まず、主軸ヘッド２４を加工終了点ＰＥから機械原点Ｚ０（Ｚ軸原点）に上昇させる。そして、この上昇移動区間を、区間（１）とする。この区間（１）は、加工領域に対応している。尚、上記区間（１）においては、同時に、主軸オリエントを実行するように構成されている。

続いて、主軸ヘッド２４を機械原点Ｚ０からＡＴＣ原点に上昇させて停止させる。この上昇移動区間を、区間（２）とする。この区間（２）は、ＡＴＣ領域に対応している。そして、マガジンを旋回させて、工具交換を行う。この動作区間を、区間（３）とする。この後は、主軸ヘッド２４をＡＴＣ原点から機械原点Ｚ０に下降させる。この下降移動区間を、区間（４）とする。この区間（４）は、ＡＴＣ領域に対応している。

続いて、主軸ヘッド２４を機械原点Ｚ０から加工開始点に下降させる。そして、この下降移動区間を、区間（５）とする。この区間（５）は、加工領域に対応している。尚、上記区間（５）においては、同時に、主軸を回転させるように構成されている。

ここで、区間（１）と区間（５）の主軸ヘッド２４の移動速度は固定されているが、区間（２）と区間（４）の主軸ヘッド２４の移動速度は固定されておらず、主軸４０に装着されている工具の重量によって高低可変されるように構成されている。

即ち、主軸４０に装着されている工具（交換前の工具および交換後の工具）の重量が重いときには、図１１に示すように、区間（２）と区間（４）の主軸ヘッド２４の移動速度は、区間（１）と区間（５）の主軸ヘッド２４の移動速度よりも低い速度に設定されている。そして、主軸４０に装着されている工具（交換前の工具および交換後の工具）の重量が軽いときには、図１２に示すように、区間（２）と区間（４）の主軸ヘッド２４の移動速度は、区間（１）と区間（５）の主軸ヘッド２４の移動速度と同じ速度に設定されている。

次に、図１３のフローチャートに従って、工具交換時の制御動作について説明する。尚、図１３のフローチャートは、制御装置１１０の制御のうちの工具交換時の部分制御の内容を示している。

工具交換指令を受けると、図１３のステップＳ１において、主軸４０をオリエントすると共に、主軸ヘッド２４を加工終了点ＰＥから機械原点Ｚ０（Ｚ軸原点）に上昇させる（区間（１））。このときの主軸ヘッド２４の移動速度は、予め設定された高速度Ｖ１（図１１参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸早送り速度」である。そして、ステップＳ２へ進み、現在、主軸４０に装着されている工具（交換前の工具）が軽量工具であるか否かを判断する。

ここで、軽量工具であると判断されたときには、ステップＳ２にて「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ３へ進み、主軸ヘッド２４の区間（２）上昇時の移動速度Ａを、高速度Ｖ１（図１２参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸ＡＴＣ速度（軽量時）」に設定する。一方、重量工具であると判断されたときには、ステップＳ２にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ４へ進み、主軸ヘッド２４の区間（２）の上昇時の移動速度Ａを、低速度Ｖ２（図１１参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸ＡＴＣ速度（重量時）」に設定する。

続いて、ステップＳ５へ進み、主軸ヘッド２４を機械原点ＺからＡＴＣ原点に上昇させて停止させる。このとき（区間（２））の、移動速度は、上記したように設定した速度Ａ（ステップＳ３、Ｓ４）である。そして、ステップＳ６へ進み、マガジンを旋回させて、工具交換を行う（区間（３））。続いて、ステップＳ７へ進み、工具交換後の工具が軽量工具であるか否かを判断する。

ここで、軽量工具であると判断されたときには、ステップＳ７にて「ＹＥＳ」へ進み、ステップＳ８へ進み、主軸ヘッド２４の区間（４）の下降時の移動速度Ｂを、高速度Ｖ１（図１２参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸ＡＴＣ速度（軽量時）」に設定する。一方、重量工具であると判断されたときには、ステップＳ７にて「ＮＯ」へ進み、ステップＳ９へ進み、主軸ヘッド２４の区間（４）の下降時の移動速度Ｂを、低速度Ｖ２（図１１参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸ＡＴＣ速度（重量時）」に設定する。

続いて、ステップＳ１０へ進み、主軸ヘッド２４をＡＴＣ原点から機械原点Ｚ０に下降させる。このとき（区間（４））の、移動速度は、上記したように設定した速度Ｂ（ステップＳ８、９）である。そして、ステップＳ１１へ進み、主軸ヘッド２４を機械原点Ｚ０から加工開始点ＰＳ（プログラムで指定された位置）に下降させる（区間（５））。このときの主軸ヘッド２４の移動速度は、予め設定された高速度Ｖ１（図１１参照）、即ち、速度のパラメータの「Ｚ軸早送り速度」である。この構成の場合、制御装置１１０が移動制御手段としての機能を有している。

一方、工具の種類、即ち、重量工具または軽量工具の設定は、例えば、図１４に示すように、ＡＴＣ工具画面で設定することが可能なように構成されている。
そして、例えば、工具０２から工具１０への工具交換を行う場合、上記図１４のＡＴＣ工具画面においては、工具０２（図１４中の上から２番目の工具）が軽量工具、工具１０（図１４中の最上位の工具）が重量工具に設定されている。したがって、図１５に示すように、ＡＴＣ領域内、即ち、区間（２）の主軸ヘッド２４の移動速度（上昇速度）は、高速度Ｖ１となり、ＡＴＣ領域内、即ち、区間（４）の主軸ヘッド２４の移動速度（下降速度）は、低速度Ｖ２となる。

このような構成の本実施例によれば、ＡＴＣ領域内（区間（２）、区間（４））を移動させるときの主軸ヘッド２４の移動速度を変更可能なように構成したので、工具の重量が重い場合に移動速度を遅くすることが可能となる。このため、主軸ヘッド２４をＡＴＣ領域内で移動させるときに発生する機械的衝突の衝撃を小さくすることができる。そして、本実施例の場合、工具の重量が軽い場合には、主軸ヘッド２４の移動速度を早いままとしたので、主軸ヘッドの移動に要する時間（ひいては工具交換に要する時間）が増えることを極力防止することができる。

尚、上述した以外の上記実施例の構成（特には、制御装置１１０の制御動作の内容）は、特許文献１に記載された構成とほぼ同じ構成となっている。
また、上記実施例においては、工具の種類、即ち、重量工具または軽量工具の設定を、ＡＴＣ工具画面で実行するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、図１６に示す第２の実施例のように、プログラムの指令（例えばＭコード指令）で設定するように構成しても良い。この構成の場合、Ｍコードは、次のような動作指令を有している（尚、これらＭコード指令は、指令時には実行せず、次の工具交換指令のときに主軸ヘッド２４の移動速度を設定する指令である）。

Ｍ３０１：上昇時、下降時とも高速度Ｖ１で動作する（軽量工具から軽量工具への交換の場合）
Ｍ３０２：上昇時は高速度Ｖ１、下降時は低速度Ｖ２で動作する（軽量工具から重量工具への交換の場合）
Ｍ３０３：上昇時は低速度Ｖ２、下降時は高速度Ｖ１で動作する（重量工具から軽量工具への交換の場合）
Ｍ３０４：上昇時、下降時とも低速度Ｖ２で動作する（重量工具から重量工具への交換の場合）
このように構成すると、プログラムの指令で主軸ヘッド２４の移動速度を設定（指令）することが可能である。そして、上記構成の場合、ＡＴＣ工具画面での工具種類の設定操作が不要になる。

また、上記実施例の場合、パラメータの速度（高速度Ｖ１、低速度Ｖ２）を使用せずに、Ｍコードで移動速度自体を指令するように構成しても良い。例えば、
「Ｍ３００ Ｕ７００００ Ｄ４００００；」
と指定したとすると、「Ｕ」で上昇時の速度を、「Ｄ」で下降時の速度を指令することになる。尚、速度の単位は、例えばｍｍ／分である。

尚、上記各実施例においては、ＡＴＣ領域内を移動させるときの主軸ヘッド２４の移動速度を変更するに際して、２段階（Ｖ１，Ｖ２）に変更するように構成したが、これに限られるものではなく、３段階以上に変更するように構成しても良い。

工具交換装置の機械構成を示す縦断面図 工具マガジンの主要部を示す縦断面図 図２のＡ方向矢視図 図２のＢ方向矢視図 グリップアームを示す斜視図 工具マガジン割出し機構を示す図１のＣ方向矢視図 作動を説明する正面図その１ 作動を説明する正面図その２ 作動を説明する正面図その３ 作動を説明する正面図その４ 作動を説明する正面図その５ 作動を説明する正面図その６ 作動を説明する正面図その７ 作動を説明する正面図その８ 作動を説明する正面図その９ 主軸ヘッドの移動と各部材の動作との対応を示すタイムチャート ブロック図 工具交換時の主軸ヘッドの昇降動作を説明する図 主軸ヘッドの移動速度の変化を示す図 図１１相当図 フローチャート ＡＴＣ工具画面を示す図 図１１相当図 プログラムの一例（プログラム編集画面）を示す図。

符号の説明

図面中、１０はコラム、１２はフレーム、２４は主軸ヘッド、４０は主軸、４８は工具ホルダ、５０は工具、６６は工具マガジン、８２はグリップアーム、１１０は制御装置（移動制御手段）を示す。

Claims (7)

1. 工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、この主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された工具交換装置において、
   前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて工具マガジンが旋回可能な位置としてのＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させる移動制御手段を備え、
   前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能なように構成したことを特徴とする工具交換装置。
2. 前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の工具交換装置。
3. 前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、工具交換後に前記主軸に装着されている工具の重量に応じて設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の工具交換装置。
4. 前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、プログラム指令によって設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の工具交換装置。
5. 軽量の工具から重量の工具へ交換する場合には、交換前の前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記加工領域内の前記主軸ヘッドの移動速度と同じに設定し、交換後の前記ＡＴＣ領域内の前記主軸ヘッドの移動速度を、前記加工領域内の前記主軸ヘッドの移動速度よりも低速に設定するように構成したことを特徴とする請求項２または３記載の工具交換装置。
6. 工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、この主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された工具交換装置を制御する制御方法において、
   前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて前記ＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させるように制御し、更に、
   前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの前記主軸ヘッドの移動速度を変更可能なように制御することを特徴とする制御方法。
7. プログラムされたコンピュータによって制御されるものであって、工作物の加工を行う加工領域と工具交換を行うＡＴＣ領域との間で移動可能に設けられた主軸ヘッドと、この主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、この主軸及び前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ領域内で移動させることに基づいて前記主軸に装着された工具を交換するように構成された工具交換装置にあって、
   前記プログラムは、前記主軸ヘッドを前記加工領域内を移動させた後、前記ＡＴＣ領域内を移動させて前記ＡＴＣ原点まで移動させて停止させ、その後、前記ＡＴＣ原点から前記ＡＴＣ領域内を移動させた後、前記加工領域内を移動させるように制御する機能と、前記ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能なように制御する機能とを備えていることを特徴とする工具交換装置用のプログラム。

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