JP2010234450A - 数値制御式工作機械及びその工具交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 予備工具の装着ミスや数値制御装置に対する予備工具の登録ミスを早期に発見することができ、不良ワークの発生を抑制できる数値制御式工作機械及びその工具交換方法を提供すること。
【解決手段】 予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工を終了した場合は（Ｓ１６；Ｙｅｓ）、数値制御装置５０が初品検査信号を出力し、ディスプレイ８２に最初のワークの加工を終了した旨を表示させる（Ｓ１８）。加工終了したワークの個数を示すワークカウンタを１だけカウントアップさせ（Ｓ１９）、加工に使用した予備工具の工具番号とワークカウンタの数値をＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させて（Ｓ２０）、サイクル終了信号を出力する（Ｓ２１）。作業者がキーボード８１を介して解除信号を入力するまで、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する（Ｓ２２）。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、数値制御式工作機械及びその工具交換方法に関し、特に主軸に装着された工具の寿命が残っていない場合に、この工具と同種の予備工具に交換可能に構成したものに関する。

従来、自動工具交換装置を備えた数値制御式工作機械は、工具マガジンに収納された複数の工具の中から選択した工具を主軸に装着し、ワークと工具とを相対移動させることで、ワークに所望の切削加工するように構成してある。加工時に主として使用される主工具とこれと同種の予備工具を工具ホルダに装着しておき、主工具と予備工具とを同一の工具グループとしこれらの工具の寿命時間を数値制御装置に予め登録しておく。主工具の加工に供した使用時間がその工具の寿命時間に達した場合、自動工具交換装置により予備工具に交換し加工を継続する。このような構成の装置が、例えば特許文献１に開示してある。

特許文献１に記載の工具交換装置及び工具交換方法では、主軸に装着された工具の寿命時間が残っていない場合、次に実行するブロックが位置決めのときは工具交換を速やかに実行させる。次に実行するブロックが切削移動のときには、加工動作を中断して工具交換を実行させないようにして、ワークの切削面に段差が発生するのを防止する。

特開２００１−１０５２６５号公報

しかし、予備工具を数値制御装置に予め登録する場合に、作業者が誤って異なる工具グループに登録する可能性がある。また、予備工具を工具ホルダに取付ける際に異なる工具ホルダに装着する可能性もある。このような登録ミスや装着ミスが発生した場合に継続して加工を行うと、大量の不良ワークを発生させることになる。それ故、予備工具の装着ミスや数値制御装置に対する予備工具の登録ミスを早期に発見できることが望ましい。

本発明の目的は、予備工具の装着ミスや数値制御装置に対する予備工具の登録ミスを早期に発見することができ、不良ワークの発生を抑制できる数値制御式工作機械及びその工具交換方法を提供することである。

請求項１の数値制御式工作機械は、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された複数の工具の中から所望の工具とを交換可能な工具交換装置と、この工具交換装置を制御すると共に加工プログラムに基づいてワークに加工を施すように機械本体を制御する数値制御装置とを有する数値制御式工作機械において、前記数値制御装置は、前記複数の工具に対して、工具毎に使用した使用時間を累積的に計時する使用時間計時手段と、前記複数の工具に対して工具毎に寿命時間を記憶した寿命時間記憶手段と、前記使用時間計時手段の計時内容と、前記寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する工具寿命判断手段と、前記工具寿命判断手段により前記寿命が残っていないと判断された場合、前記工具マガジンに収納された複数の工具の中から前記主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する予備工具交換手段と、前記予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知する報知手段と、前記報知手段による報知を行った際に前記予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止するプログラム実行禁止手段とを備えたことを特徴としている。

この数値制御式工作機械では、使用時間計時手段が複数の工具に対して工具毎に使用した使用時間を累積的に計時し、寿命時間記憶手段が複数の工具に対して工具毎に寿命時間を記憶している。最初に工具寿命判断手段が、使用時間計時手段の計時内容と、寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する。工具寿命判断手段により寿命が残っていないと判断された場合、予備工具交換手段が工具マガジンに収納された複数の工具の中から主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する。予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時に報知手段がその旨を報知し、プログラム実行禁止手段が予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する。

これにより、次の加工プログラムの実行を停止させた状態で、予備工具を使用して加工を行った最初のワークについての検査を安全に行うことができる。この検査結果に基づいて、予備工具の装着ミスや数値制御装置に対する予備工具の登録ミスを早期に発見することができる。

請求項２の数値制御式工作機械は、請求項１の発明において、前記数値制御装置に、前記予備工具により加工された最初のワークの検査が行われたか否かを判断する検査判断手段と、前記各工具により加工された部位の検査に要する検査時間を予め記憶した検査時間記憶手段とを設け、前記予備工具交換手段は、主軸に装着された工具の残り寿命時間が前記検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、前記予備工具に交換するように制御することを特徴としている。

請求項３の数値制御式工作機械は、請求項２の発明において、前記数値制御装置に、前記報知手段による報知を行った際に前記予備工具交換手段により交換された交換前の工具に戻すように制御する工具復帰手段を設けたことを特徴としている。

請求項４の数値制御式工作機械の工具交換方法は、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された複数の工具の中から所望の工具とを交換可能な工具交換装置と、この工具交換装置を制御すると共に加工プログラムに基づいてワークに加工を施すように機械本体を制御する数値制御装置とを有する数値制御式工作機械の工具交換方法において、前記数値制御装置に、前記複数の工具に対して工具毎に使用した使用時間を累積的に計時する使用時間計時手段と、前記複数の工具に対して工具毎に寿命時間を記憶した寿命時間記憶手段とを予め設けておき、前記使用時間計時手段の計時内容と、前記寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する第１ステップと、前記寿命が残っていないと判断された場合、前記工具マガジンに収納された複数の工具の中から前記主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する第２ステップと、前記予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知する第３ステップと、前記予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する第４ステップとを備えたことを特徴としている。

この数値制御式工作機械の工具交換方法では、最初に使用時間計時手段の計時内容と、寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する。寿命が残っていないと判断された場合、工具マガジンに収納された複数の工具の中から主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する。予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知し、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する。これにより、請求項１の場合と同様の作用を奏する。

請求項５の数値制御式工作機械の工具交換方法において、請求項４の発明において、前記数値制御装置に、前記各工具により加工された部位の検査に要する検査時間を予め記憶した検査時間記憶手段を予め設けておき、前記第２ステップにおいて、主軸に装着された工具の残り寿命時間が前記検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、前記予備工具に交換するように制御することを特徴としている。

請求項６の数値制御式工作機械の工具交換方法において、請求項５の発明において、前記第３ステップにおいて、前記第２ステップで交換された交換前の工具に戻すように制御することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、数値制御装置に、使用時間計時手段と、寿命時間記憶手段と、工具寿命判断手段と、予備工具交換手段と、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知する報知手段と、報知手段による報知を行った際に予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止するプログラム実行禁止手段とを備えたので、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの検査結果に基づいて、予備工具の装着ミスや数値制御装置に対する予備工具の登録ミスを早期に発見することができる。それ故、予備工具の装着ミスや登録ミスがあった場合に、予備工具を正しい工具ホルダに装着したり、数値制御装置に対する予備工具の登録内容を修正することで、次回以降の加工において不良ワークの発生を防止できる。

また、次の加工プログラムの実行を停止させた状態で、最初のワークの検査を安全に行うことができるので、予備工具の装着ミスや登録ミスがあった場合にも大量の不良ワークが発生しない。

請求項２の発明によれば、数値制御装置に、検査判断手段と検査時間記憶手段とを設け、予備工具交換手段は、主軸に装着された工具の残り寿命時間が検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、予備工具に交換するように制御するので、予備工具に交換する前の元の工具に交換した場合、次の加工プログラムを実行させることができる。次の加工プログラムを実行中に、予備工具を使用して加工された最初のワークの検査を行うことができるので、加工作業の中断時間を短縮することができ効率化を図ることができる。

請求項３の発明によれば、数値制御装置に、報知手段による報知を行った際に予備工具交換手段により交換された交換前の工具に戻すように制御する工具復帰手段を設けたので、予備工具に交換する前の元の工具に自動で交換することができる。それ故、元の工具に戻すために加工プログラム中に工具交換指令を設定する必要がなくなり、作業能率が向上する。

請求項４の発明によれば、主軸に装着されている工具の寿命が残っていないと判断された場合、工具マガジンに収納された複数の工具の中から主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御し、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知し、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止するので、請求項１の場合と同様の効果を奏する。

請求項５の発明によれば、数値制御装置に、各工具により加工された部位の検査に要する検査時間を予め記憶した検査時間記憶手段を予め設けておき、主軸に装着された工具の残り寿命時間が検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、予備工具に交換するように制御するので、請求項２の場合と同様の効果を奏する。

請求項６の発明によれば、報知を行った際に交換前の工具に戻すように制御するので、請求項３の場合と同様の効果を奏する。

本発明の実施例に係る数値制御式工作機械の正面図である。 工作機械の機械本体の斜視図である。 工作機械の制御系を示すブロック図である。 工具マガジンの正面図である。 ＲＡＭに記憶した登録テーブルを示す図である。 ＲＡＭに記憶した工具管理テーブルを示す図である。 ＲＡＭに記憶した主工具／予備工具管理テーブルを示す図である。 予備工具交換制御プログラムの一部である。 予備工具交換制御プログラムの残部である。 実施例２の図５相当図である。 実施例２の図６相当図である。 実施例２における予備工具交換制御プログラムの一部である。 実施例２における予備工具交換制御プログラムの残部である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、マシニングセンタ（数値制御式工作機械）１は、図示外のワークと工具とが相対移動することで、ワークに所望の切削加工（例えば、「フライス削り」、「穴開け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。マシニングセンタ１は、鋳鉄製の基台であるベース２と、ベース２の上部に設けた機械本体３と、ベース２の上部に固定したスプラッシュカバー４とを構成の主体とする。機械本体３は、ワークの切削加工を行う。ベース２は、Ｙ軸方向（機械本体３の奥行き方向）に長い略直方体状の鋳造品である。ベース２の下部の四隅は、高さ調節可能な脚部２ａを夫々備えている。

次に、スプラッシュカバー４について説明する。
図１に示すように、スプラッシュカバー４は、機械本体３とベース２の上部を覆う略直方体状の箱状のものである。スプラッシュカバー４はベース２の上部に固定してある。このスプラッシュカバー４の内側に、機械本体３の加工領域を設けてある。スプラッシュカバー４の前面に開口部（図示略）を設けてある。

この開口部を開閉する１対のスライド式の開閉扉５，６を設けてある。この開閉扉５，６の略中央に、矩形状のガラス窓部５ａ，６ａを夫々設けてある。開閉扉５の右端部に把手部５ｂを設け、開閉扉６の左端部に把手部６ｂを設けてある。作業者が、これら把手部５ｂ，６ｂを互いに離れる方向に開くことにより開口部を開き、ベース２の上部のテーブル１０に対してワークの着脱を行うことができる。

正面開口部の右側に操作パネル８０を設けてある。この操作パネル８０は、マシニングセンタ１を操作する正面視長方形状のものである。この操作パネル８０は、テンキー、各種操作キーを備えたキーボード８１とディスプレイ８２を有する。ディスプレイ８２は、設定画面又は実行動作を表示するためのものであり、キーボード８１の上部に設けてある。

次に、機械本体３について説明する。
図２に示すように、機械本体３はベース２の上側にあり、機械本体３が加工プログラムに基づいてワークの切削加工を行う。機械本体３は、コラム１６と、主軸ヘッド７と、主軸９と、自動工具交換装置（ＡＴＣ）２０と、テーブル１０とを構成の主体とする。直方体状のコラム１６は、ベース２の後部にあるコラム座部１７の上面に固定しており、且つ鉛直上方に延びている。主軸ヘッド７は、その内部に主軸９を回転可能に支持している。

自動工具交換装置２０は、主軸ヘッド７の右側に設けてある。自動工具交換装置２０は、主軸９の先端に取付けた工具ホルダを他の工具ホルダに交換する。工具ホルダは、工具１８（図４参照）を装着している。テーブル１０は、ベース２の上部に設けてある。テーブル１０は、ワークを着脱可能に固定する。コラム１６の背面側には、箱状の制御ボックス１９を設けてある。制御ボックス１９は、その内側にマシニングセンタ１の動作を制御する数値制御装置５０（図３参照）を備えている。

次に、テーブル１０の移動機構について説明する。
図２に示すように、サーボモータからなるＸ軸モータ７１（図３参照）はテーブル１０をＸ軸方向（図２の左右方向）へ移動させる。サーボモータからなるＹ軸モータ７２（図３参照）はテーブル１０をＹ軸方向に移動させる。

このＸＹ移動機構について説明する。
１対のＹ軸送りガイドは、ベース２の上側においてベース２の長手方向（前後方向）に沿って延びている。この１対のＹ軸送りガイド上に直方体状の支持台１２を移動可能に支持している。テーブル１０の下側において、支持台１２の上にはＸ軸方向に延びる１対のＸ軸送りガイド（図示略）を設けてある。この１対のＸ軸送りガイドにテーブル１０を移動可能に支持している。

このようなＸＹ移動機構によって、Ｘ軸モータ７１がボールねじ機構を介してテーブル１０をＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸モータ７２が支持台１２とテーブル１０をボールねじ機構を介してＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動させる。

図２に示すように、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１３，１４が、テーブル１０の左右両側でＸ軸送りガイドレールを覆っている。テレスコピックカバー１５とＹ軸後カバーとが、支持台１２の前後で夫々Ｙ軸送りガイドレールを覆っている。テレスコピックカバー１３，１４，１５とＹ軸後カバーとは、テーブル１０がＸ軸方向とＹ軸方向の何れの方向に移動した場合でも、Ｘ軸送りガイドレールとＹ軸送りガイドレールを常に覆っている。それ故、テレスコピックカバー１３，１４，１５とＹ軸後カバーは、加工領域から飛散する切粉及びクーラント液等が各ガイドレール上に落下するのを防止する。

次に、主軸ヘッド７の昇降機構について説明する。
図２に示すように、コラム１６の前面側で上下方向に延びるガイドレール（図示略）が、リニアガイドを介して主軸ヘッド７を昇降自在に案内している。ナット（図示略）がコラム１６の前面側に上下方向に延びるように設けたＺ軸モータ７３（図３参照）がＺ軸ねじシャフトを正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド７は上下方向に昇降駆動する。Ｚ軸制御部６３ａは、数値制御装置５０のＣＰＵ５１からの制御信号に基づいてＺ軸モータ７３を駆動する。Ｚ軸モータ７３が駆動することで、主軸ヘッド７は昇降駆動する。

図２に示すように、自動工具交換装置２０は、工具マガジン２１と、工具交換アーム２２とを備えている。工具マガジン２１は、工具１８を支持する工具ホルダを複数格納する。工具交換アーム２２は、主軸９に取付けた工具ホルダと他の工具ホルダとを把持し、且つ搬送して交換する。図４に示すように、工具マガジン２１は、その内側に複数の工具ポット２３と、搬送機構２５とを備えている。工具ポット２３は、工具ホルダを支持する。搬送機構２５は、工具ポット２３を工具マガジン２１内で搬送する。

移送機構２５は、マガジンベース２４の内側に回転可能に配設された一対のスプロケット２６，２７と、このスプロケット２６，２７の間に掛け渡された無端状のチェーン２８と、チェーン２８の外周側に固着されたブラケット２９などを備えている。複数の工具ポット２３は、夫々ブラケット２９に取付けてあり、一方のスプロケット２６がマガジンモータ７５（図３参照）によって回転駆動されると、チェーン２８と共に循環する経路を移送するようになっている。

複数の工具ポット２３は、何れもブラケット２９に対して回動可能に取付けてあるが、工具ポット２３の移送経路において大部分の範囲では、マガジンベース２４の外周部の内壁面２４ａが工具ポット２３に接触する状態にある。そのため、この内壁面２４ａが工具ポット２３の回動を規制する状態となり、工具ポット２３は、工具１８を正面に向けた状態（以下、格納状態という）を維持する。

マガジンベース２４の下端側には割出口２４ｂを形成してあり、この割出口２４ｂが形成された位置（以下、割出位置という）に限り、工具ポット２３が、格納状態から工具１８を下方に向けた状態（図示２点鎖線で示す状態；以下、交換可能状態という）まで回動可能となっている。この割出位置には、工具ポット２３を格納状態または交換可能状態へと回動させる図示しない傾倒機構が配設してある。

マガジンベース２４の上部には、アクチュエータケース３０が設けてあり、このアクチュエータケース３０の内部に、スプロケット２６を駆動するためのマガジンモータ７５などを収納してある。

次に、マシニングセンタ１の制御系の電気的構成について説明する。
図３に示すように、数値制御装置５０は、マイクロコンピュータを含んで構成してあり、入出力インタフェース５４と、ＣＰＵ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、軸制御部６１ａ〜６４ａ，７５ａと、サーボアンプ６１〜６４と、微分器７１ｂ〜７４ｂなどを備えている。軸制御部６１ａ〜６４ａは、夫々サーボアンプ６１〜６４に接続している。サーボアンプ６１〜６４は、夫々Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３、主軸モータ７４に接続している。軸制御部７５ａはマガジンモータ７５に接続している。

Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２は、夫々、テーブル１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるものである。Ｚ軸モータ７３は、主軸ヘッド７をＺ軸方向に昇降駆動させるものである。マガジンモータ７５は工具マガジン２１を回転移動させる為のものである。主軸モータ７４は、前記主軸９を回転させる為のものである。以下、Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３、及び主軸モータ７４を総称して、モータ７１〜７４という。モータ７１〜７４は、夫々エンコーダ７１ａ〜７４ａを備えている。

軸制御部６１ａ〜６４ａは、ＣＰＵ５１からの移動指令量を受けて、電流指令量（モータトルク指令値）をサーボアンプ６１〜６４に出力する。サーボアンプ６１〜６４は、この指令を受けてモータ７１〜７４に駆動電流を出力する。軸制御部６１ａ〜６４ａは、エンコーダ７１ａ〜７４ａから位置フィードバック信号を受けて、位置のフィードバック制御を行う。微分器７１ｂ〜７４ｂは、エンコーダ７１ａ〜７４ａから入力した位置フィードバック信号を微分して速度フィードバック信号に変換し、軸制御部６１ａ〜６４ａに速度フィードバック信号を出力する。

軸制御部６１ａ〜６４ａは、微分器７１ｂ〜７４ｂから速度フィードバック信号を受けて、速度フィードバックの制御を行う。電流検出器６１ｂ〜６４ｂが、サーボアンプ６１〜６４からモータ７１〜７４に出力した駆動電流を検出する。電流検出器６１ｂ〜６４ｂで検出した駆動電流を、軸制御部６１ａ〜６４ａにフィードバックする。軸制御部６１ａ〜６４ａはフィードバックされた駆動電流に基づいて電流（トルク）制御を行う。
軸制御部７５ａは、ＣＰＵ５１からの移動指令量を受けて、マガジンモータ７５を駆動する。

ＣＰＵ５１は、内部クロックに基づいて時間を計時するタイマーを内蔵しており、複数の工具１８に対して工具毎に使用した使用時間を累積的に計時する使用時間計時手段としても機能する。ＲＯＭ５２は、マシニングセンタ１の加工プログラムを機能させるメインの制御プログラム、図８、図９に示す予備工具交換制御の制御プログラム等を記憶している。ＲＡＭ５３は、ワークの加工プログラム、図５に示す登録テーブル、図６に示す工具管理テーブル、図７に示す主工具／予備工具管理テーブル等を記憶している。入出力インタフェース５４は、キーボード８１とディスプレイ８２に接続している。

次に、ＲＡＭ５３に記憶している各種テーブルについて説明する。
図５に示すように、登録テーブルは、加工に使用する工具１８の優先順位を工具グループ毎に登録するためのテーブルである。登録テーブルは、作業者がキーボード８１を介して工具番号を入力することで登録することができる。

図６に示すように、工具管理テーブルは工具グループ毎に、優先順位と工具番号と寿命時間と使用時間とを記憶するテーブルである。工具番号として、登録テーブルで登録された工具番号を記憶する。寿命時間として、作業者がキーボード８１を介して入力された工具毎の寿命時間を記憶する。使用時間として、数値制御装置５０において累積的に計時した工具毎に使用した使用時間を記憶する。尚、図６のテーブルは工具グループ番号１０２の工具管理テーブルである。

図７に示すように、主工具／予備工具管理テーブルは、主工具と予備工具の工具番号を記憶するテーブルであり、予備工具交換制御の実行中に工具管理テーブルに基づいて作成される。主工具／予備工具管理テーブルでは、工具管理テーブルにおいて寿命が残っている工具１８の中から、優先順位が最も高い工具（本実施例においては工具番号７の工具）が加工時に主として使用される主工具として登録され、優先順位が２番目に高い工具（本実施例においては工具番号８の工具）が主工具と同種の予備工具として登録される。尚、図７のテーブルは工具グループ番号１０２の主工具／予備工具管理テーブルであり、ＲＡＭ５３が寿命時間記憶手段に相当する。

次に、数値制御装置５０が実行する予備工具交換制御について、図８、図９のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝１，２・・・）は各ステップを示す。
数値制御装置５０が予備工具交換制御を実行すると、起動信号が入力されたか否かを判断する。作業者がキーボード８１を介して起動信号を入力した場合（Ｓ１；Ｙｅｓ）、加工プログラムをＲＡＭ５３からロードする。工具管理テーブルに基づいて主工具／予備工具管理テーブルを作成した後（Ｓ２）、予備工具交換フラグＦａを０にリセットする（Ｓ３）。

次に、後述する使用時間カウンタの計時内容と、工具管理テーブルに記憶した工具１８の寿命時間とに基づいて主軸９に装着されている工具１８の寿命が残っているか否かを判断する。工具１８の寿命が残っている場合（Ｓ４；Ｙｅｓ）、加工プログラムの１ブロック解釈を行い（Ｓ５）、解釈したブロックが工具交換指令であるか否かを判断する。工具交換指令である場合（Ｓ６；Ｙｅｓ）、主軸９に装着された工具１８の使用時間カウンタのカウントアップを停止させる（Ｓ８）。尚、使用時間カウンタは、複数の工具１８に対して工具毎に使用した使用時間を累積的に計時するためのカウンタである。但し、加工プログラムの１ブロック目を解釈した時点では、まだ使用時間カウンタのカウントアップを開始していないので、Ｓ８を実行しない。

一方、工具１８の寿命時間が残っていない場合は（Ｓ４；Ｎｏ）、工具マガジン２１に収納された複数の工具１８の中から主軸９に装着されている工具１８と同種の予備工具に交換するために、主軸９に装着された工具１８と同じ工具グループの工具１８への工具交換指令を作成し（Ｓ７）、Ｓ８へ移行する。Ｓ９においては、指令された工具グループの主工具の寿命が残っているか否かを判断する。主工具の寿命が残っている場合（Ｓ９；Ｙｅｓ）、自動工具交換装置２０に主工具への工具交換を実行させる（Ｓ１２）。

Ｓ９において、指令された工具グループの主工具の寿命が残っていない場合は（Ｓ９；Ｎｏ）、主工具／予備工具管理テーブルを更新する（Ｓ１０）。例えば主工具／予備工具管理テーブルにおいて、初期状態で主工具に工具番号６、予備工具に工具番号７の工具１８が登録されていた場合を考える。この場合、主工具として登録されている工具番号６の工具１８の登録を抹消し、図７に示すように、予備工具として登録されている工具番号７の工具１８を主工具として登録する。また、工具管理テーブルにおいて、優先順位３の工具として登録されている工具番号８の工具１８を予備工具として登録する。

予備工具交換フラグＦａを１にセットし、且つ指令された工具グループの主工具の工具番号をＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させた後（Ｓ１１）、自動工具交換装置２０に主工具への工具交換を実行させる（Ｓ１２）。主軸９に装着された工具１８の使用時間カウンタのカウントアップを開始した後（Ｓ１３）、加工プログラムの１ブロック解釈を行う（Ｓ５）。
Ｓ６において工具交換指令でない場合に（Ｓ６；Ｎｏ）、サイクル終了指令でない場合は（Ｓ１４；Ｎｏ）、指令に基づく処理を実行させた後（Ｓ１７）、Ｓ５へ移行する。
サイクル終了指令である場合は（Ｓ１４；Ｙｅｓ）、主軸９に装着された工具１８の使用時間カウンタのカウントアップを停止させる（Ｓ１５）。

Ｓ１６においては、予備工具交換フラグＦａが１であるか否か、つまり、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工を終了したか否かを判断する。予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工を終了した場合は（Ｓ１６；Ｙｅｓ）、初品検査信号を出力し、ディスプレイ８２に最初のワークの加工を終了した旨を表示させる（Ｓ１８）。加工終了したワークの個数を示すワークカウンタを１だけカウントアップさせてから（Ｓ１９）、加工に使用した予備工具の工具番号とワークカウンタの数値をＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させて（Ｓ２０）、サイクル終了信号を出力する（Ｓ２１）。

作業者がキーボード８１を介して解除信号を入力するまで、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する（Ｓ２２）。ここで、作業者は、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの検査（以下、初品検査という）を行う。初品検査が終了し、作業者がキーボード８１を介して解除信号を入力した場合（Ｓ２２；Ｙｅｓ）、次の加工プログラムの実行禁止を解除してＳ１へ移行する。一方、予備工具交換フラグＦａが０、つまり、主工具により加工を行ったワークの加工を行った場合又は予備工具により加工を行った２つ目以降のワークの加工を終了した場合は（Ｓ１６；Ｎｏ）、ワークカウンタを１だけカウントアップさせてから（Ｓ２３）、サイクル終了信号を出力した後（Ｓ２４）、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止することなくＳ１へ移行する。

尚、Ｓ４を実行する数値制御装置５０が工具寿命判断手段に相当し、Ｓ１２を実行する数値制御装置５０が予備工具交換手段に相当し、Ｓ１８を実行する数値制御装置５０が報知手段に相当し、Ｓ２２を実行する数値制御装置５０がプログラム実行禁止手段に相当する。

次に、以上説明したマシニングセンタ１及びその工具交換方法の作用、効果について説明する。
ワークの加工中に、数値制御装置５０が主軸９に装着されている工具１８の寿命が残っていないと判断した場合、工具マガジン２１に収納された複数の工具１８の中から主軸９に装着されている工具１８と同種の予備工具に交換するように制御する。数値制御装置５０が、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨をディスプレイ８２に表示させると共に、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止するので、初品検査結果に基づいて、予備工具の装着ミスや数値制御装置５０に対する予備工具の登録ミスを早期に発見することができる。

それ故、予備工具の装着ミスや登録ミスがあった場合に、予備工具を正しい工具ホルダに装着したり、数値制御装置５０に対する予備工具の登録内容を修正することで、次回以降の加工において不良ワークの発生を防止できる。また、次の加工プログラムの実行を停止させた状態で、初品検査を安全に行うことができるので、予備工具の装着ミスや登録ミスがあった場合にも大量の不良ワークが発生しない。

次に、本発明の実施例２について、図１０〜図１３に基づいて説明する。但し、前記実施例と同一の構成には同一の符号を付し、異なる構成についてのみ説明する。
この実施例２においては、主軸９に装着された主工具の残り寿命が、工具グループの初品検査時間Ｔn（n：101、102… 工具グループ番号）の１倍以上且つ２倍未満になったとき、且つその主工具の予備工具により加工されたワークの初品検査を行っていない場合に、予備工具に交換するように制御するものである。

ＲＡＭ５３は、作業者によってキーボード８１を介して入力された各工具１８により加工された部位の初品検査時間Ｔを加工プログラム毎に予め記憶している。尚、ＲＡＭ５３が検査時間記憶手段に相当する。

図１０に示すように、登録テーブルは、前記実施例１で説明した項目のほかに、工具グループ毎の１サイクルの使用時間を記憶するテーブルである。尚、１サイクルの使用時間は、予備工具交換制御中に数値制御装置５０が算出し登録テーブルに登録するものであるが作業者が登録することも可能である。図１１に示すように、工具管理テーブルは前記実施例１で説明した項目のほかに、工具グループ毎に、初品検査を行ったか否かを示す初品検査情報を記憶するテーブルである。この初品検査情報は、初期状態では「未」に設定されており、予備工具交換制御中に数値制御装置５０が更新する。

次に、数値制御装置５０が実行する予備工具交換制御について、図１２、図１３のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝３０，３１・・・）は各ステップを示す。数値制御装置５０が予備工具交換制御を実行すると、加工プログラムに対応する初品検査時間ＴをＲＡＭ５３から読み出す（Ｓ３０）。次に、起動信号が入力されたか否かを判断し、作業者がキーボード８１を介して起動信号を入力した場合（Ｓ３１；Ｙｅｓ）、加工プログラムをＲＡＭ５３からロードする。工具管理テーブルに基づいて主工具／予備工具管理テーブルを作成した後（Ｓ３２）、工具管理テーブルに基づいて、１サイクル開始前における工具グループ毎の使用時間の総和を算出し、ＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させる（Ｓ３３）。予備工具交換フラグＦｂを０にリセットする（Ｓ３４）。

次に、使用時間カウンタの計時内容と、工具管理テーブルに記憶した工具１８の寿命時間とに基づいて主軸９に装着されている工具１８の寿命が残っているか否かを判断する。主軸９に装着されている工具１８の寿命が残っている場合（Ｓ３５；Ｙｅｓ）、加工プログラムの１ブロック解釈を行い（Ｓ３６）、解釈したブロックが工具交換指令であるか否かを判断する。工具交換指令である場合（Ｓ３７；Ｙｅｓ）、主軸９に装着された工具１８の使用時間カウンタのカウントアップを停止させる（Ｓ３９）。

一方、工具１８の寿命が残っていない場合は（Ｓ３５；Ｎｏ）、主軸９に装着された工具１８と同じ工具グループの工具１８への工具交換指令を作成し（Ｓ３８）、Ｓ３９へ移行する。Ｓ４０においては、指令された工具グループの主工具の寿命が残っているか否かを判断する。主工具の寿命が残っている場合（Ｓ４０；Ｙｅｓ）、Ｓ４１へ移行し、その主工具の残り寿命が工具グループの初品検査時間Ｔｎの１倍以上且つ２倍未満であって、指令された工具グループの予備工具により加工されたワークの初品検査を行っていないか否かを判断する。
初品検査時間Ｔｎは以下の式から計算される。
Ｔｎ＝初品検査時間Ｔ×工具グループの１サイクルの使用時間／サイクルタイム
但し、Ｔｎ＜サイクルタイムならば、Ｔｎ＝サイクルタイム
サイクルタイムとは、起動からサイクル終了信号までの時間（Ｓ３１からＳ５５ないしＳ５９までの時間）で、図示しないが、数値制御装置５０が算出し記憶するものであるが、予め作業者が登録することも可能である。

Ｓ４１においてＹｅｓの場合、工具管理テーブルにおいて予備工具の初品検査の項目を「済」に変更する（Ｓ４２）。予備工具交換フラグＦｂを１にセットし且つ指令された工具グループの主工具の工具番号をＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させた後（Ｓ４３）、自動工具交換装置２０に予備工具への工具交換を実行させてから（Ｓ４４）、Ｓ４７へ移行する。

一方、指令された工具グループの主工具の寿命時間が残っていない場合は（Ｓ４０；Ｎｏ）、主工具／予備工具管理テーブルを更新した後（Ｓ４５）、自動工具交換装置２０に主工具への工具交換を実行させてから（Ｓ４６）、Ｓ４７へ移行する。Ｓ４１においてＮｏの場合も同様に、自動工具交換装置２０に主工具への工具交換を実行させて（Ｓ４６）、Ｓ４７へ移行する。Ｓ４７において、主軸９に装着された工具１８の使用時間カウンタのカウントアップを開始した後、加工プログラムの１ブロック解釈を行う（Ｓ３６）。

Ｓ３７において工具交換指令でない場合に（Ｓ３７；Ｎｏ）、サイクル終了指令でない場合は（Ｓ４８；Ｎｏ）、指令に基づく処理を実行させた後（Ｓ５１）、Ｓ３６へ移行する。
サイクル終了指令である場合は（Ｓ４８；Ｙｅｓ）、主軸９に装着された工具１８の使用時間のカウントアップを停止させる（Ｓ４９）。

Ｓ５０においては、予備工具交換フラグＦｂが１であるか否か、つまり、予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工を終了したか否かを判断する。予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工を終了した場合は（Ｓ５０；Ｙｅｓ）、初品検査信号を出力し、ディスプレイ８２に最初のワークの加工を終了した旨を表示させる（Ｓ５２）。加工終了したワークの個数を示すワークカウンタを１だけカウントアップさせてから（Ｓ５３）、加工に使用した予備工具の工具番号とワークカウンタの数値をＲＡＭ５３のワークメモリに記憶させて（Ｓ５４）、サイクル終了信号を出力する（Ｓ５５）。次に、自動工具交換装置２０により、主軸９に装着された予備工具と同じ工具グループの主工具への工具交換を実行させる（Ｓ５６）。

作業者がキーボード８１を介して解除信号を入力するまで、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する（Ｓ５７）。ここではワークの交換のみを行い、作業者は初品検査を行わない。解除信号が入力された場合（Ｓ５７；Ｙｅｓ）、次の加工プログラムの実行禁止を解除し、工具管理テーブルに基づいて、１サイクル終了後における工具グループ毎の使用時間の総和を算出する。ここで算出した工具グループ毎の使用時間の総和と、Ｓ３３で算出した１サイクル開始前における工具グループ毎の使用時間の総和とに基づいて、今回の加工における１サイクルの工具グループ毎の使用時間を算出する。算出した使用時間を登録テーブルに登録した後（Ｓ６０）、Ｓ３１へ移行し次の加工プログラムを実行させる。次の加工プログラム実行中に、作業者は予備工具により加工されたワークの初品検査を行うことができる。

一方、予備工具交換フラグＦｂが０、つまり、主工具により加工を行ったワークの加工を終了した場合は（Ｓ５０；Ｎｏ）、ワークカウンタを１だけカウントアップさせる（Ｓ５８）。サイクル終了信号を出力した後（Ｓ５９）、予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止することなくＳ６０を介してＳ３１へ移行する。尚、Ｓ４１を実行する数値制御装置５０が検査判断手段に相当し、Ｓ４１，Ｓ４４を実行する数値制御装置５０が予備工具交換手段に相当し、Ｓ５６を実行する数値制御装置５０が工具復帰手段に相当する。

このように、主軸９に装着された主工具の残り寿命が工具グループの初品検査時間Ｔｎの１倍以上且つ２倍未満であって、その主工具の予備工具により加工されたワークの初品検査を行っていない場合、数値制御装置５０は予備工具に交換するように自動工具交換装置２０を制御するので、予備工具を使用した加工の終了時に主工具に交換することで、次の加工プログラムを実行させることができる。次の加工プログラムを実行中に、予備工具を使用して加工された最初のワークの検査を行うことができるので、加工作業の中断時間を短縮することができ効率化を図ることができる。

数値制御装置５０は、報知を行った際に交換前の主工具に戻すように自動工具交換装置２０を制御するので、主工具に自動で交換することができる。それ故、予備工具を使用した加工の終了時に主工具に戻すために、作業者が加工プログラム中に工具交換指令を設定する必要がなくなり、作業能率が向上する。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］前記実施例において初品検査信号を出力する際に、ディスプレイ８２に最初のワークの加工を終了した旨を表示させる代わりに、種々の方法で報知することが可能である。例えば、ランプを点灯させたり、スピーカから警告音を発するように構成してもよい。
２］前記実施例２において初品検査時間Ｔを予め登録したが、その代わりに初品検査時間Ｔの間に加工できるワークの個数を登録してもよい。
３］前記実施例において、Ｓ２０，Ｓ５４で記憶させた工具番号とワークカウンタとを、ディスプレイ８２に表示させることも可能である。この場合、装着ミスや登録ミスのあった予備工具を作業者が簡単に特定することができる。

１ マシニングセンタ
３ 機械本体
９ 主軸
１８ 工具
２０ 自動工具交換装置
２１ 工具マガジン
５０ 数値制御装置
５３ ＲＡＭ

Claims (6)

1. 主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された複数の工具の中から所望の工具とを交換可能な工具交換装置と、この工具交換装置を制御すると共に加工プログラムに基づいてワークに加工を施すように機械本体を制御する数値制御装置とを有する数値制御式工作機械において、
   前記数値制御装置は、
   前記複数の工具に対して、工具毎に使用した使用時間を累積的に計時する使用時間計時手段と、
   前記複数の工具に対して工具毎に寿命時間を記憶した寿命時間記憶手段と、
   前記使用時間計時手段の計時内容と、前記寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する工具寿命判断手段と、
   前記工具寿命判断手段により前記寿命が残っていないと判断された場合、前記工具マガジンに収納された複数の工具の中から前記主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する予備工具交換手段と、
   前記予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知する報知手段と、
   前記報知手段による報知を行った際に前記予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止するプログラム実行禁止手段と、
   を備えたことを特徴とする数値制御式工作機械。
2. 前記数値制御装置に、
   前記予備工具により加工された最初のワークの検査が行われたか否かを判断する検査判断手段と、
   前記各工具により加工された部位の検査に要する検査時間を予め記憶した検査時間記憶手段とを設け、
   前記予備工具交換手段は、主軸に装着された工具の残り寿命時間が前記検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、前記予備工具に交換するように制御することを特徴とする請求項１に記載の数値制御式工作機械。
3. 前記数値制御装置に、前記報知手段による報知を行った際に前記予備工具交換手段により交換された交換前の工具に戻すように制御する工具復帰手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の数値制御式工作機械。
4. 主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された複数の工具の中から所望の工具とを交換可能な工具交換装置と、この工具交換装置を制御すると共に加工プログラムに基づいてワークに加工を施すように機械本体を制御する数値制御装置とを有する数値制御式工作機械の工具交換方法において、
   前記数値制御装置に、前記複数の工具に対して工具毎に使用した使用時間を累積的に計時する使用時間計時手段と、前記複数の工具に対して工具毎に寿命時間を記憶した寿命時間記憶手段とを予め設けておき、
   前記使用時間計時手段の計時内容と、前記寿命時間記憶手段の寿命時間とに基づいて主軸に装着されている工具の寿命が残っているか否か判断する第１ステップと、
   前記寿命が残っていないと判断された場合、前記工具マガジンに収納された複数の工具の中から前記主軸に装着されている工具と同種の予備工具に交換するように制御する第２ステップと、
   前記予備工具を使用して加工を行った最初のワークの加工終了時にその旨を報知する第３ステップと、
   前記予備工具による次の加工プログラムの実行を禁止する第４ステップと、
   を備えたことを特徴とする数値制御式工作機械の工具交換方法。
5. 前記数値制御装置に、前記各工具により加工された部位の検査に要する検査時間を予め記憶した検査時間記憶手段を予め設けておき、
   前記第２ステップにおいて、主軸に装着された工具の残り寿命時間が前記検査の検査時間の１倍以上且つ２倍未満になったときに、前記予備工具に交換するように制御することを特徴とする請求項４に記載の数値制御式工作機械の工具交換方法。
6. 前記第３ステップにおいて、前記第２ステップで交換された交換前の工具に戻すように制御することを特徴とする請求項５に記載の数値制御式工作機械の工具交換方法。