JP2012206227A

JP2012206227A - 工作機械

Info

Publication number: JP2012206227A
Application number: JP2011074864A
Authority: JP
Inventors: Keishi Ito; 恵史伊藤; Tomonori Akusawa; 智規阿久澤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25
Also published as: CN102729083A; KR101358503B1; CN102729083B; KR20120112017A

Abstract

【課題】、工具交換の時間を短縮して、加工の生産性を向上できる工作機械を提供する。
【解決手段】工具交換動作を開始すると先ず、主軸オリエント動作が行われると同時に、主軸ヘッドは、加工位置からＺ軸原点までＺ軸最高速度で上昇する（Ｓ１１）。主軸オリエント動作が完了した場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、主軸ヘッドは、Ｚ軸原点から工具交換を行うＡＴＣ原点までＺ軸ＡＴＣ上昇速度で上昇する（Ｓ１３）。主軸ヘッドがＡＴＣ原点（Ｚ６１５）まで到達すると（Ｓ１３）、マガジンモータが駆動され、工具マガジンが旋回し、工具交換が行われる（Ｓ１４）。次いで、主軸ヘッドは、ＡＴＣ原点からＺ軸原点まで前記Ｚ軸最高速度と同じ速度で下降する（Ｓ１５）。次いで、Ｚ軸原点からワークの加工開始位置までＺ軸最高速度で下降し（Ｓ１６）、工具により、ワークの加工が行われる。
【選択図】図５

Description

本発明は、工作機械に関し、詳細には、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工作機械に関する。

従来、数値制御装置は、自動工具交換を行う場合、工具交換動作を行う前に、主軸オリエント動作を実行し、工具交換が実行可能な回転角度位置に主軸を停止させる必要がある。また、数値制御装置は、工作機械の工具交換において、Ｚ軸の機械原点であるＺ軸原点への上昇動作と主軸オリエント動作とを同時に行う。主軸オリエント動作が完了し、Ｚ軸原点への上昇動作の減速を開始すると、工具交換位置であるＡＴＣ原点への上昇動作が開始する。主軸オリエント動作が完了していなければ、ＡＴＣ原点への上昇動作は開始できない。故に、主軸回転数が大きい場合、又はＺ軸原点への上昇距離が小さい場合、Ｚ軸原点への上昇動作が終了していても、主軸オリエント動作は完了しない場合がある。ＡＴＣ原点への上昇動作は、主軸オリエント動作の完了を待ってから開始する。故に、工具交換サイクルは遅くなる。

また、特許文献１に記載の発明のように、主軸ヘッド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工作機械において、ＡＴＣ領域内を移動させるときの移動速度を変更可能にしたものが提案されている。

特開２００６−２７２４７３号公報

特許文献１に記載のような工作機械では、工具交換を終了した後にＡＴＣ原点からＺ軸の機械原点まで主軸ヘッドが下降するが、この時の移動速度は、Ｚ軸の機械原点からＡＴＣ原点までの主軸ヘッドの上昇速度と同じ場合が多かった。しかしながら、Ｚ軸の機械原点からＡＴＣ原点までの主軸ヘッドの上昇速度と同じ速度でＡＴＣ原点からＺ軸の機械原点まで主軸ヘッドを下降していては、工具交換の時間の短縮が出来ないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、工具交換の時間を短縮して、加工の生産性を向上できる工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る工作機械は、被加工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、当該主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、当該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より前記主軸に装着された工具を交換する工具交換装置を備えた工作機械であって、前記主軸及び前記主軸ヘッドを前記主軸の軸方向に移動させる主軸ヘッド移動手段と、当該主軸ヘッド移動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記主軸ヘッド移動手段を制御して、前記主軸及び前記主軸ヘッドを前記被加工物の加工位置から機械原点までは第一速度で移動させ、当該機械原点から前記ＡＴＣ領域で工具マガジンが旋回可能な位置であるＡＴＣ原点までは前記第一速度より遅い第二速度で移動させ、工具交換後に当該ＡＴＣ原点から前記Ｚ軸原点までは、前記第二速度より速く且つ前記第一速度以下の第三速度で移動させることを特徴とする。

上記態様の工作機械では、被加工物の加工位置から前記Ｚ軸の機械原点であるＺ軸原点までは第一速度で移動させ、当該機械原点から前記ＡＴＣ領域で工具マガジンが旋回可能な位置であるＡＴＣ原点までは前記第一速度より遅い第二速度で移動させ、工具交換後に当該ＡＴＣ原点から前記Ｚ軸原点までは、前記第二速度より速く且つ前記第一速度以下の第三速度で移動させるので、機械各部に負担をかけることなく、工具交換の時間を短縮できる。

また、上記態様の工作機械では、前記制御手段は、交換後の工具の重量に基づいて、前記第三速度を決定するようにしても良い。また、上記態様の工作機械では、前記制御手段は、交換後の工具の重量が第一の所定値以下の場合には、前記第三速度を前記第一速度と同じ速度に決定し、交換後の工具の重量が第二の所定値より重い場合には、前記第三速度を前記第二速度と同じ速度に決定し、交換後の工具の重量が第一の所定値より重く、第二の所定値未満の場合には、前記第三速度を交換後の工具の重量に比例して、前記第一速度と前記第二速度との間の速度に決定するようにしても良い。この場合には、工具の重量に応じて、第三速度を決定するので、軽い工具の場合には、第三速度を速くして、工具交換の効率化を図り、重い工具の場合には、第二速度と第一速度の範囲で第三速度を遅くして、機械各部に負担をかけることなく、工具交換の時間を短縮できる。

工作機械１の斜視図である。主軸ヘッド７の一部破断拡大図である。工作機械１及び数値制御装置３０の電気的構成を示すブロック図である。フラッシュメモリ３５の記憶領域の概念図である。工具交換動作のフローチャートである。主軸ヘッド７のＺ軸方向での昇降動作を示す図である。工具テーブル３５０の概念図である。工具重量とＺ軸ＡＴＣ下降速度の関係を示すグラフである。第二実施形態の工具交換動作のフローチャートである。

以下、本発明の工作機械の一実施の形態である工作機械１について、図面に基づいて説明する。図１に示すように、工作機械１は、鉄製のベース２と、該ベース２の上部に位置し、ワークを切削する機械本体３と、該機械本体３の上部に位置し、機械本体３の主軸９に装着する工具４の交換を行う工具交換装置２０と、前記機械本体３及び工具交換装置２０の周囲を取り囲むスプラッシュカバー（図示省略）とを備えたタレット方式の工具交換装置を備えたマシニングセンターである。

工作機械１は、スプラッシュカバーの前面に操作パネル（図示省略）を設けている。操作パネルは、入力部２４（図３参照）、及び表示器２５（液晶ディスプレイ）（図３参照）を備えている。作業者は、表示器２５の表示情報を確認し、入力部２４により、加工プログラム、工具の種類、工具情報、及び各種パラメータ等を入力する。

機械本体３の構成について簡単に説明する。図１に示すように、機械本体３は、角柱状のコラム５と、主軸ヘッド７（図２参照）と、主軸９と、テーブル１０等を備えている。コラム５は、ベース２の上部後方に立設する。主軸ヘッド７は、コラム５の前面に沿って昇降する。主軸ヘッド７は、Ｚ軸モータ５３（図３参照）の駆動により、Ｚ軸方向に移動する。主軸９は、主軸ヘッド７の下部に設けてある。主軸９には、工具４が装着され、主軸モータ５４（図２参照）の駆動により回転する。テーブル１０は、ベース２の上部中央に設けてある。テーブル１０は、Ｘ軸モータ５１（図３参照）、Ｙ軸モータ５２（図３参照）、ガイド機構（図示省略）によって、ＸＹ軸方向に移動する。数値制御装置３０（図３参照）は、コラム５の背面側に位置する制御箱６に格納されている。

テーブル１０の移動機構について説明する。図１に示すように、テーブル１０は、下部に直方体状の支持台１２を設けている。支持台１２は、上面にＸ軸方向（機械本体３の左右方向）に延びる一対のＸ軸送りガイド（図示省略）を備えている。一対のＸ軸送りガイドは、テーブル１０を移動可能に支持している。

ベース２は、上部にＹ軸方向（機械本体３の奥行き方向）に延びる一対のＹ軸送りガイド（図示省略）を備えている。一対のＹ軸送りガイドは、ベース２の長手方向に沿って延設している。一対のＹ軸送りガイドは、支持台１２を移動可能に支持している。

ベース２は、上部にＹ軸モータ５２（図３参照）を備えている。Ｙ軸モータ５２は、テーブル１０をＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動駆動する。支持台１２は、上部にＸ軸モータ５１（図３参照）を備えている。Ｘ軸モータ５１は、テーブル１０をＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動駆動する。Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、サーボモータである。

Ｘ軸送りガイドは、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を、テーブル１０の左右両側に備えている。Ｙ軸送りガイドは、テレスコピックカバー１５及びＹ軸後ろカバーを、支持台１２の前後に備えている。テレスコピックカバー１３，１４，１５、及びＹ軸後ろカバーは、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドを常に覆っている。故に、工作機械１は、加工領域から飛散する切粉、及びクーラント液の飛沫等が各軸送りガイド上に落下するのを防止できる。

次に、図２を参照して、主軸ヘッドの昇降機構について説明する。主軸ヘッド７は、コラム５の前面側（図２における左側）において上下方向に延設したガイドレール（図示外）に、リニアガイドを介して昇降自在に支持されている。主軸ヘッド７の上部には、主軸９を回転させる主軸モータ５４が固定されている。テーブル１０（図１参照）上に固定されたワーク（被加工物）に対して、主軸ヘッド７が昇降し、主軸９が高速回転することによって工具４により所望の切削加工がなされる。

コラム５の前面には、上下方向に延設されたボールねじ２６が、上側軸受部２７と下側軸受部２８とによって回転可能に支持されている。そして、主軸ヘッド７の背面に固定されたナット２９に対して、そのボールねじ２６がねじ込まれて挿通している。さらに、ボールねじ２６の上端部は、上側軸受部２７の上部に固定されたＺ軸モータ５３（図３参照）の駆動軸に対して、カップリング（図示外）を介して連結されている。よって、ボールねじ２６は、Ｚ軸モータ５３の駆動によって正逆両方向に回転される。そして、ボールねじ２６が正逆方向に回転すると、そのボールねじ２６に螺合するナット２９が昇降し、該ナット２９に連結する主軸ヘッド７が図２の矢印Ａ方向に昇降移動するようになっている。

次に、主軸ヘッド７の内部構造について説明する。図２に示すように、主軸ヘッド７の前方下部の内側には、上下方向に回転軸を有する主軸９が回転可能に支持されている。この主軸９は、主軸ヘッド７の上部に固定された主軸モータ５４の駆動軸に対してカップリング２３を介して連結されている。よって、主軸９は主軸モータ５４の回転駆動によって回転する。さらに、主軸９の先端部（下端部）には、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７ａを装着するためのテーパ穴１８が設けられている。このテーパ穴１８にテーパ装着部１７ａが装着されると、テーパ装着部１７ａから上方に突出するプルスタッド１７ｂが、主軸９の内部に設けられたホルダ狭持部材１９によって狭持される。そして、このホルダ狭持部材１９が、主軸９の中心を通る孔の中に同軸上に挿通して配置されたドローバー８１によって下方に押圧されると、ホルダ狭持部材１９によるプルスタッド１７ｂの狭持が解除されるようになっている。

また、主軸ヘッド７の後方上部の内側には、図２において逆Ｌ字型のクランクレバー６０が支軸６１を介して揺動自在に軸支されている。このクランクレバー６０は、垂直方向に延びる垂直レバー６０ｂと、該垂直レバー６０ｂの下端部から前方に向かって略水平に延びる水平レバー６０ａとから構成されている。そして、水平レバー６０ａの先端部は、ドローバー８１に直交して突設されたピン６５に対して係合可能となっている。また、垂直レバー６０ｂの背面上部には板カム体６６が固定され、その板カム体６６は、上側軸受部２７に固定されたカムフォロア６７と接離可能となっている。さらに、垂直レバー６０ｂと主軸ヘッド７との間には、引張コイルバネが弾力的に介装されている。よって、クランクレバー６０を右側面から見た場合、クランクレバー６０は時計回りに常時付勢されているので、水平レバー６０ａによるピン６５の下方への押圧は常時解除されている。

例えば、主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７ａが装着された状態において、主軸ヘッド７が上昇すると、クランクレバー６０に設けた板カム体６６がカムフォロア６７に摺動する。この場合、クランクレバー６０は、右側面から見た場合に、支軸６１を中心に反時計回りに回転する。すると、水平レバー６０ａはピン６５に係合しつつ下方に押圧するので、ドローバー８１を介してホルダ狭持部材１９が下方に付勢される。よって、ホルダ狭持部材１９によるプルスタッド１７ｂの狭持が解除される。このようにして、工具４を保持する工具ホルダ１７が主軸９に対して着脱可能に装着される。

次に、本発明に係る工具交換装置２０の構造について説明する。図２に示すように、工具交換装置２０は、タレット式の工具マガジン２１を備えている。タレット式の工具マガジン２１は、鍔付き円筒状のマガジンベース７１と、該マガジンベース７１の鍔部７２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設された複数のグリップアーム７３とを主体に構成されている。フレーム７８に固定されたマガジン支持台８７には、工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる支軸７５が回転可能に支持され、その支軸７５に対してマガジンベース７１が外挿されている。これにより、マガジンベース７１は、工作機械１の前方に、円形状の鍔部７２の正面を向けて配置され、回転可能に支持された状態となっている。

次に、マガジンベース７１について説明する。図２に示すように、マガジンベース７１は、支軸７５が内挿される筒状のボス部７４と、該ボス部７４の外周面の前端側に鍔状に設けられた鍔部７２とを主体に構成されている。そして、ボス部７４の後端部には、支軸７５を中心とする割出円板７７が外挿して固定されている。さらに、割出円板７７の背面側（主軸ヘッド７に対向する面）には、ローラ形状のカムフォロア（図示外）が複数のグリップアーム７３の配設位置に対応して各々設けられている。

また、マガジン支持台８７の上部にはケーシング８２が固定され、このケーシング８２の上部には、マガジンベース７１の回転割出用のマガジンモータ５５が固定されている。ケーシング８２の内側では、マガジンモータ５５の回転軸に対して、複数のギヤ（図示外）とカム（図示外）とからなる回転割出機構の一部が連結されている。さらに、この回転割出機構のカムに形成されたカム溝（図示外）に対して、割出円板７７の複数のカムフォロアが順次嵌合している。これにより、割出円板７７は間欠的な割出回転を行うことができ、複数のグリップアーム７３の中の１つを割り出して、マガジンベース７１の最下端に位置させることを可能にしている。尚、図示しないが、マガジンモータ５５にはエンコーダが固定され、該エンコーダは工作機械１の数値制御装置３０（図３参照）に接続されている。よって、工作機械１では、エンコーダの出力信号に基づいて、マガジンモータ５５のフィードバック制御を行うことができる。

次に、工作機械１及び数値制御装置３０の電気的構成について説明する。図３に示すように、工作機械１は、数値制御装置３０を備えている。数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、フラッシュメモリ３５と、入出力インタフェース３４と、タイマ３６と、軸制御回路４１ａ〜４５ａと、サーボアンプ４１〜４４と、微分器５１ｂ〜５４ｂ等を備えている。サーボアンプ４１〜４４は、Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４に接続している。軸制御回路４５ａは、マガジンモータ５５に接続している。

ＲＯＭ３２は、加工プログラムを解析して実行する本発明の制御プログラム等を記憶している。ＲＡＭ３３は、後述する制御プログラムの実行中に算出した値等を一時的に記憶する。また、図４に示すように、フラッシュメモリ３５には、工具テーブル記憶領域３５１や、作業者が入力して登録した種々の加工プログラム記憶領域３５２等が設けられている。

Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、テーブル１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動駆動する。Ｚ軸モータ５３は、主軸ヘッドをＺ軸方向に移動駆動する。マガジンモータ５５は工具マガジン２１を回転移動する。主軸モータ５４は、主軸９を回転駆動する。Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、及び主軸モータ５４は、エンコーダ５１ａ〜５４ａを備えている。

軸制御回路４１ａ〜４４ａは、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けて、電流指令量（トルク指令値）をサーボアンプ４１〜４４に出力する。サーボアンプ４１〜４４は、この指令を受けてモータ５１〜５４に駆動電流を出力する。エンコーダ５１ａ〜５４ａは、軸制御回路４１ａ〜４４ａに位置フィードバック信号を入力する。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、位置のフィードバック制御を行う。微分器５１ｂ〜５４ｂは、エンコーダ５１ａ〜５４ａが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、軸制御回路４１ａ〜４４ａに速度フィードバック信号を出力する。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、速度フィードバックの制御を行う。

電流検出器４１ｂ〜４４ｂは、サーボアンプ４１〜４４がモータ５１〜５４に出力する駆動電流を検出する。電流検出器４１ｂ〜４４ｂが検出した駆動電流は、軸制御回路４１ａ〜４４ａにフィードバックする。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、フィードバックした駆動電流によって電流（トルク）制御を行う。

軸制御回路４５ａは、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けてマガジンモータ５５を駆動する。入力部２４及び表示器２５は、入出力インタフェース３４に接続している。

次に、図３、図５のフローチャート及び図６を参照して、工作機械１の工具交換動作について説明する。以下の説明では、Ｚ軸の機械原点をＺ軸原点という。尚、機械原点とは、X軸、Ｙ軸の機械座標が０である位置、及びＺ軸の機械座標は加工可能な上限位置である。まず、工作機械１が工具交換動作を開始すると、主軸９の回転角度位置を自動工具交換を行う位置に停止するための主軸オリエント動作を開始する（Ｓ１１）。この主軸オリエント動作が開始されると、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すワークの加工位置（Ｚ３５０）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０１を、Ｚ軸を上昇させる最高速であるＺ軸最高速度（以下、「第一速度」ともいう。）で上昇する（Ｓ１１）。このＺ軸最高速度の一例としては、５０ｍ／ｍｉｎである。また、Ｓ１１の処理では、ＣＰＵ３１の制御により主軸モータ５４が回転して、主軸オリエント動作を行う。

また、主軸９の回転角度位置が自動工具交換を行う位置となった場合には、ＣＰＵ３１が主軸オリエント動作が完了したと判断して（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すＺ軸原点（Ｚ４８０）から工具交換を行うＡＴＣ原点（Ｚ６１５）までの区間１０２をＺ軸ＡＴＣ上昇速度（以下、「第二速度」ともいう。）で上昇する（Ｓ１３）。尚、主軸オリエント動作が完了していない場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、主軸オリエント動作を監視する（Ｓ１２）。この第二速度は、クランクレバー６０、板カム体６６、カムフォロア６７（図２参照）等に負荷をかけないように、第一速度よりも遅い速度、一例として、３５ｍ／ｍｉｎである。主軸ヘッド７が図６に示すＡＴＣ原点（Ｚ６１５）まで到達すると（Ｓ１３）、次いで、ＣＰＵ３１の制御によりマガジンモータ５５が駆動され、工具マガジン２１が旋回し、工具交換が行われる（Ｓ１４）。

次いで、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３を、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（以下、「第三速度」ともいう。）で下降する。主軸ヘッド７の下降の場合には、クランクレバー６０、板カム体６６、カムフォロア６７（図２参照）等に負荷が余りかからないので、このＺ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）は、前記Ｚ軸最高速度（第一速度）と同じ速度で下降する（Ｓ１５）。次いで、図６に示すＺ軸原点（Ｚ４８０）からワークの加工開始位置（Ｚ３５０）までの区間１０４を、Ｚ軸最高速度で下降し（Ｓ１６）、ＣＰＵ３１の制御により主軸モータ５４が回転して、指令された回転速度で主軸９が回転する（Ｓ１６）。この実施の形態では、従来、ＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３をＺ軸最高速度より遅いＺ軸ＡＴＣ上昇速度と同じ速度で下降していたものを、Ｚ軸最高速度で下降するようにしたので、工具交換の時間を短縮して、ワークの加工時間を短縮することができる。

次に、本発明の第二実施の形態について説明する。この第二実施の形態では、工具４の重量に応じて、区間１０３を主軸ヘッド７が下降するＺ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を工作機械１のＣＰＵ３１が決定（算出）するようになっている。以下、図６、図７、図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。先ず、図７を参照して工具テーブル３５０を説明する。この工具テーブル３５０は、図４に示すフラッシュメモリ３５の工具テーブル記憶領域３５１に記憶されている。図７に示すように、工具テーブル３５０には、工具番号、工具名、工具長、工具径、工具重量が記憶されている。一例として、工具テーブル３５０では、工具番号１は、ドリルであり、工具長が１００ｍｍ、工具径が５ｍｍ、工具重量が１．０ｋｇである。また、工具番号２は、タップであり、工具長が１５０ｍｍ、工具径が６ｍｍ、工具重量が１．５ｋｇである。また、工具番号３は、エンドミルであり、工具長が２００ｍｍ、工具径が５０ｍｍ、工具重量が３．０ｋｇである。

次に、図８を参照して、ＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３のＺ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を工具の重量に基づいて決定する方法について説明する。この第二実施の形態では、図８に示すように、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を切り替える工具重量をパラメータＡ（第一の所定値）及びパラメータＢ（第二の所定値）として設定する。例えば、パラメータＡを１．０ｋｇ、パラメータＢを２．０ｋｇと設定し、工具重量が１．０ｋｇまでは、Ｚ軸最高速度（一例として、５０ｍ／ｍｉｎ）で下降し、工具重量が２．０ｋｇより重い場合には、Ｚ軸ＡＴＣ上昇速度（一例として、３５ｍ／ｍｉｎ）で下降し、工具重量が１．０ｋｇ以上２．０ｋｇまでは、Ｚ軸最高速度（一例として、５０ｍ／ｍｉｎ）とＺ軸ＡＴＣ上昇速度（一例として、３５ｍ／ｍｉｎ）との間で、重量に比例して、第三速度（Ｚ軸ＡＴＣ下降速度）を決定する。

尚、パラメータＡを１．０ｋｇとしたのは、工具重量が１．０ｋｇまでは、工具重量が軽いので、Ｚ軸最高速度で移動してもクランクレバー６０、板カム体６６、カムフォロア６７（図２参照）等に負荷が余りかからないからである。また、パラメータＢを２．０ｋｇとしたのは、工具重量が２．０ｋｇを超すと、工具重量が重いので、Ｚ軸最高速度で移動すると、クランクレバー６０、板カム体６６、カムフォロア６７等に負荷がかかる虞れがあるからである。

次に、図９のフローチャートを参照して、第二実施の形態の工具交換動作について説明する。まず、工作機械１が工具交換動作を開始すると、主軸の回転角度位置を自動工具交換を行う位置に停止するための主軸オリエント動作を開始する（Ｓ２１）。この主軸オリエント動作が開始されると、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すワークの加工位置（Ｚ３５０）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０１を、Ｚ軸を上昇させる最高速であるＺ軸最高速度（第一速度）で上昇する（Ｓ２１）。このＺ軸最高速度の一例としては、５０ｍ／ｍｉｎである。また、Ｓ２１の処理では、ＣＰＵ３１の制御により主軸モータ５４が回転して、主軸オリエント動作を行う。

また、主軸９の回転角度位置が自動工具交換を行う位置となった場合には、ＣＰＵ３１が主軸オリエント動作が完了したと判断して（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すＺ軸原点（Ｚ４８０）から工具交換を行うＡＴＣ原点（Ｚ６１５）までの区間１０２をＺ軸ＡＴＣ上昇速度（第二速度）で上昇する（Ｓ２３）。尚、主軸オリエント動作が完了していない場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、主軸オリエント動作を監視する（Ｓ２２）。この第二速度の一例としては、３５ｍ／ｍｉｎである。主軸ヘッド７が図６に示すＡＴＣ原点（Ｚ６１５）まで到達すると（Ｓ２３）、次いで、ＣＰＵ３１の制御によりマガジンモータ５５が駆動され、工具マガジン２１が旋回し（Ｓ２４）、工具交換が行われる。

次いで、ＣＰＵ３１は、交換後の工具重量からフラッシュメモリ３５に記憶した工具テーブル３５０を参照して、ＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３を下降するＺ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を決定（算出）する（Ｓ２５）。例えば、工具番号１のドリルに交換した場合には、重量が１．０ｋｇであるので、パラメータＡの１．０ｋｇ以内であり、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）をＺ軸最高速度（一例としては、５０ｍ／ｍｉｎ）と同じ速度に決定する。また、工具番号３のエンドミルに交換した場合には、重量が３．０ｋｇで、パラメータＢの２．０ｋｇ以上であり、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を一例として、３５ｍ／ｍｉｎに決定する。また、工具番号２のタップに交換した場合には、重量が１．５ｋｇで、パラメータＡの１．０ｋｇより重くパラメータＢの２．０ｋｇ以下であるので、ＣＰＵ３１は、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）を比例配分で算出して決定する。算出式は次の通りである。
Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）＝Ｚ軸最高速度−（Ｚ軸最高速度−Ｚ軸ＡＴＣ上昇速度）×（工具重量−パラメータＡ）
例えば、上記の例では、Ｚ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）＝５０−（５０−３５）×（１．５−１）＝４２．５（ｍ／ｍｉｎ）である。

次いで、ＣＰＵ３１の制御によりＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は、図６に示すＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３を、Ｓ２５で算出して決定されたＺ軸ＡＴＣ下降速度（第三速度）で下降する（Ｓ２６）。次いで、図６に示すＺ軸原点（Ｚ４８０）からワークの加工開始位置（Ｚ３５０）までの区間１０４を、Ｚ軸最高速度で下降し（Ｓ２７）、ＣＰＵ３１の制御により主軸モータ５４が回転して、指令された回転速度で主軸９が回転する（Ｓ２７）。この実施の形態では、従来、ＡＴＣ原点（Ｚ６１５）からＺ軸原点（Ｚ４８０）までの区間１０３を工具４の重量に基づいて、Ｚ軸最高速度とＺ軸ＡＴＣ上昇速度から決定した速度で下降するようにしたので、工具交換の時間を短縮しつつ、且つ、クランクレバー６０、板カム体６６、カムフォロア６７等に負荷をかけないようにできる。

尚、上記実施形態では、主軸ヘッド移動手段の一例が「Ｚ軸モータ」であり、制御手段の一例が「数値制御装置３０及びＣＰＵ３１」である。

上記実施形態では縦型のマシニングセンターを例に説明したが、本発明は横型の工作機械にも適用可能である。工具交換装置２０は、他の方式の機構でもよい。また、上記第一速度から第三速度の数値の具体例は、一例であり、実際の工具４の重さに応じて決定すれば良い。また、パラメータＡ及びＢの数値の具体例は、一例であり、実際の工具４の重さに応じて決定すれば良い。

１工作機械
７主軸ヘッド
９主軸
１０テーブル
２０工具交換装置
２１工具マガジン
３０数値制御装置
３１ＣＰＵ
３２ＲＯＭ
３３ＲＡＭ
３４入出力インタフェース
３５フラッシュメモリ
５３Ｚ軸モータ
５４主軸モータ

Claims

被加工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、当該主軸ヘッドに回転可能に支持された主軸とを備え、当該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より前記主軸に装着された工具を交換する工具交換装置を備えた工作機械であって、
前記主軸及び前記主軸ヘッドを前記主軸の軸方向に移動させる主軸ヘッド移動手段と、
当該主軸ヘッド移動手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記主軸ヘッド移動手段を制御して、前記主軸及び前記主軸ヘッドを前記被加工物の加工位置から機械原点までは第一速度で移動させ、当該機械原点から前記ＡＴＣ領域で工具マガジンが旋回可能な位置であるＡＴＣ原点までは前記第一速度より遅い第二速度で移動させ、工具交換後に当該ＡＴＣ原点から前記Ｚ軸原点までは、前記第二速度より速く且つ前記第一速度以下の第三速度で移動させることを特徴とする工作機械。
前記制御手段は、交換後の工具の重量に基づいて、前記第三速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記制御手段は、交換後の工具の重量が第一の所定値以下の場合には、前記第三速度を前記第一速度と同じ速度に決定し、交換後の工具の重量が第二の所定値より重い場合には、前記第三速度を前記第二速度と同じ速度に決定し、交換後の工具の重量が第一の所定値より重く、第二の所定値未満の場合には、前記第三速度を交換後の工具の重量に比例して、前記第一速度と前記第二速度との間の速度に決定することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。