JP2020154382A - 数値制御装置、数値制御プログラム、及び、数値制御プログラムを記憶した記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸ヘッドと工具との衝突の危険性を回避しながら工具交換時間を短縮できる数値制御装置、数値制御プログラム、及び数値制御プログラムを記憶した記憶装置を提供することである。【解決手段】工具交換処理において、数値制御装置のＣＰＵは、主軸ヘッド７を加工領域から工具交換位置に向けて移動させる（Ｓ１５）。工具交換位置は、主軸ヘッド７と工具４との衝突をさけることができる機械的に予め定まった特定位置よりも上方となる位置である。上昇する主軸ヘッド７が特定位置を通過する時（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、マガジン本体７１の回転を開始する（Ｓ１９）。故に、主軸ヘッド７は工具４との衝突の危険性を回避できる。加工領域から上昇する主軸ヘッド７の停止目標位置が特定位置である時に比べ、主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機が早まるので、マガジン本体７１が回転する開始時機が早まり、工具交換時間は短くなる。【選択図】図１０

Description

本発明は、数値制御装置、数値制御プログラム、及び、数値制御プログラムを記憶した記憶装置に関する。

工作機械の工具交換時間の短縮を図る数値制御装置が公知である。例えば特許文献１に開示の数値制御装置により制御する工作機械は、加工領域と工具交換領域との間を昇降する主軸ヘッドと、主軸ヘッドにて回転可能に支持する主軸と、複数のグリップアームを外周に設けた工具マガジンとを備える。上記数値制御装置では、工具交換領域内の基準位置であるＡＴＣ原点よりも下方となるＭ軸回転可能位置（アーム起動位置）まで主軸ヘッドが上昇した場合、工具マガジンが回転して、使用済みの工具を抜き出したグリップアームを割出位置から離間する方向に回転し、且つ、次の工具を保持するグリップアームを割出位置に向けて回転する。

特開２０１３−２０５９７６号公報

しかし、上記数値制御装置では、Ｍ軸回転可能位置をＡＴＣ原点から離れた位置に設定する程、工具交換時間は短くなる一方、主軸ヘッドと工具との衝突の危険性が増大する。

本発明の目的は、主軸ヘッドと工具との衝突の危険性を回避しながら工具交換時間を短縮できる数値制御装置、数値制御プログラム、及び、数値制御プログラムを記憶した記憶装置を提供することである。

本発明の第一態様の数値制御装置は、ワークに対する加工動作を行う加工領域と、工具の交換動作を行う工具交換領域との間を移動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドにて回転可能に支持し、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持する複数のグリップアームを回転方向に沿って設けた工具マガジンとを備える工作機械の前記主軸ヘッドを、前記主軸ヘッドと前記工具との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である特定位置に向けて移動させることで、前記工具マガジンの所定の回転位置である割出位置に位置する第一の前記グリップアームが、前記主軸に装着していた前記工具を抜き出す工具抜出制御手段と、前記工具抜出制御手段により第一の前記グリップアームが前記工具を抜き出した後、前記工具マガジンを回転し、前記工具を保持する第二の前記グリップアームを、第一の前記グリップアームに代えて前記割出位置に位置させる回転制御手段と、前記回転制御手段による前記工具マガジンの回転時、前記工具抜出制御手段が移動させた前記主軸ヘッドを前記加工領域に向けて移動させ、第二の前記グリップアームが保持する前記工具を前記主軸に装着させる工具装着制御手段とを備える数値制御装置において、前記工具抜出制御手段は、前記特定位置に対して前記加工領域とは反対側となる位置である工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、前記工具装着制御手段は、前記工具交換位置から前記主軸ヘッドを移動させ、前記回転制御手段は、前記工具抜出制御手段が移動させる前記主軸ヘッドが前記特定位置を通過した時、前記工具マガジンの回転を開始することを特徴とする。

上記構成によれば、主軸ヘッドが特定位置を通過する時機に工具マガジンは回転を開始するので、数値制御装置は、主軸ヘッドと工具との衝突の危険性を回避できる。また、工具抜出制御手段により移動する主軸ヘッドが特定位置に到達する時機は、主軸ヘッドの停止目標位置が特定位置となる時と比較して早まるので、回転制御手段が工具マガジンを回転する開始時機が早まり、工具交換時間は短くなる。故に、数値制御装置は、主軸ヘッドと工具マガジンとの衝突の危険性を回避しながら工具交換時間を短縮できる。

上記数値制御装置では、前記回転制御手段が、第二の前記グリップアームを、前記割出位置よりも手前の位置である手前割出位置を通過させた時、前記工具装着制御手段は、前記主軸ヘッドの前記加工領域に向けた移動を開始してもよい。この場合、回転制御手段により回転する第二のグリップアームが手前割出位置を通過する時機に、工具装着制御手段は主軸ヘッドの移動を開始する。故に、主軸ヘッドの加工領域に向けた移動時機が早まるので、数値制御装置は、工具交換時間を更に短縮できる。

前記数値制御装置では、前記工具装着制御手段により前記主軸ヘッドが前記特定位置に到達する時機に、前記回転制御手段は、第二の前記グリップアームを前記割出位置に到達させてもよい。この場合、特定位置と工具交換位置の距離は、工具マガジンの回転距離に応じた適正な距離になる。故に、数値制御装置は、工具交換時間を更に短縮できる。

前記数値制御装置は、ＮＣプログラムに含まれる移動指令が示す前記主軸ヘッドの最高速度及び前記主軸ヘッドの加減速時間、並びに、前記移動指令が示す前記工具マガジンの最高速度及び加減速時間に基づき、前記工具交換位置と前記手前割出位置を取得する取得手段を備え、前記工具抜出制御手段は、前記取得手段により取得された前記工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、前記工具装着制御手段は、前記回転制御手段が第二の前記グリップアームを前記取得手段により取得された前記手前割出位置を通過させた時、前記主軸ヘッドの移動を開始してもよい。この場合、工具装着制御手段により主軸ヘッドが特定位置に到達する時機が、回転制御手段により第二のグリップアームが割出位置に到達する時機と一致するように、数値制御装置は、工具交換位置と手前割出位置を設定できる。

前記数値制御装置は、前記移動指令に基づき動作する前記主軸ヘッドと前記工具マガジンの夫々の加減速時間を計測して取得する計測手段と、前記計測手段により取得された二つの加減速時間に基づき、前記ＮＣプログラムに含まれる前記移動指令が示す前記主軸ヘッドの加減速時間と前記工具マガジンの加減速時間を更新する更新手段とを備え、前記取得手段は、前記更新手段により更新された前記加減速時間に基づき、前記工具交換位置と前記手前割出位置を取得してもよい。この場合、取得手段によって取得される工具交換位置と手前割出位置が、計測手段によって取得された加減速時間に基づく。故に、数値制御装置は、工具装着制御手段により主軸ヘッドが特定位置に到達する時機を、回転制御手段により第二のグリップアームが割出位置に到達する時機と更に正確に一致させることができる。

本発明の第二態様の数値制御プログラムは、ワークに対する加工動作を行う加工領域と、工具の交換動作を行う工具交換領域との間を移動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドにて回転可能に支持し、前記工具を装着可能な筒孔状の主軸と、前記工具を保持する複数のグリップアームを回転方向に沿って設けた工具マガジンとを備える工作機械の前記主軸ヘッドを、前記主軸ヘッドと前記工具との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である特定位置に向けて移動させることで、所定の回転位置である割出位置に位置する第一の前記グリップアームが、前記主軸に装着していた前記工具を抜き出す工具抜出ステップと、前記工具抜出ステップにより第一の前記グリップアームが前記工具を抜き出した後、前記工具マガジンを回転し、前記工具を保持する第二の前記グリップアームを、第一の前記グリップアームに代えて前記割出位置に位置させる回転ステップと、前記回転ステップによる前記工具マガジンの回転時、前記工具抜出ステップが移動させた前記主軸ヘッドを前記加工領域に向けて移動させ、第二の前記グリップアームが保持する前記工具を前記主軸に装着させる工具装着ステップとを前記工作機械のコンピュータに実行させるための数値制御プログラムにおいて、前記工具抜出ステップは、前記特定位置に対して前記加工領域とは反対側となる位置である工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、前記工具装着ステップは、前記工具交換位置から前記主軸ヘッドを移動させ、前記回転ステップは、前記工具抜出ステップが移動させる前記主軸ヘッドが前記特定位置を通過した時、前記工具マガジンの回転を開始することを特徴とする。第二態様によれば、第一態様と同様の効果を奏する。

本発明の第三態様の記憶装置は、上記数値制御プログラムを記憶したことを特徴とする。第三態様によれば、第一態様と同様の効果を奏する。

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。 主軸ヘッド７及びグリップアーム７３の拡大側面図である。 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。 工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の速度を示すグラフである（ｔ_Ｍ≧ｔ_ｚ、且つＴ_Ｍ≧２ｔ_Ｚ）。 工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の速度を示すグラフである（ｔ_Ｍ＜ｔ_ｚ、且つＴ_Ｍ≧２ｔ_Ｚ）。 工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の速度を示すグラフである（ｔ_Ｍ＜ｔ_ｚ、且つＴ_Ｍ＜２ｔ_Ｚ）。 工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の速度を示すグラフである（ｔ_Ｍ'≧ｔ_ｚ）。 工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の速度を示すグラフである（ｔ_Ｍ'＜ｔ_ｚ）。 工具交換処理のフローチャートである。 主軸ヘッド時間計測処理のフローチャートである。 工具マガジン時間計測処理のフローチャートである。

本発明の一実施形態である、工作機械１を制御する数値制御装置３０について、図面を参照して説明する。

工作機械１の構成を説明する。図１に示すように、工作機械１は、鉄製のベース２、ベース２の上部に位置してワークを切削する機械本体３、機械本体３の上部に位置して主軸９に装着する工具４の交換を行う工具交換装置２０、機械本体３及び工具交換装置２０の周囲を取り囲むカバー（図示省略）等を備える。カバーの前面に、操作パネル（図示省略）が設けてある。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）を備える。作業者は、表示器２５の表示情報を確認し、入力部２４を用いて、加工プログラム（ＮＣプログラム）、工具４の種類等の工具情報、及び各種パラメータ等を入力する。

機械本体３の構成を説明する。図１に示すように、機械本体３は、角柱状のコラム５、主軸ヘッド７（図２参照）、主軸９、テーブル１０等を備える。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、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動する。コラム５の背面側に位置する制御箱６は、数値制御装置３０（図３参照）を格納する。

テーブル１０の移動機構を説明する。図１に示すように、テーブル１０の下部には、直方体状の支持台１２が設けてある。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を移動可能に支持する。

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する。一対のＹ軸送りガイドは、支持台１２を移動可能に支持する。ベース２は、上部にＹ軸モータ５２（図３参照）を備える。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。

テーブル１０の左右両側は移動方向に収縮可能なカバー１３，１４を備える。支持台１２の前側は移動方向に収縮可能なカバー１５を備える。支持台１２の後側は後ろカバーを備える。カバー１３，１４，１５、及び後ろカバーは、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドを常に覆う。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。加工領域は、工作機械１がワークに対して加工動作を行う領域である。

主軸ヘッド７の昇降機構を説明する。図２に示すように、コラム５の前面側（図２における左側）で上下方向に延設するガイドレール（図示外）は、リニアガイドを介して主軸ヘッド７を昇降自在に支持する。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が固定してある。

コラム５の前面では、上側軸受部２７と下側軸受部２８が、上下方向に延設したボールねじ２６を回転可能に支持する。主軸ヘッド７の背面に固定したナット２９に対して、ボールねじ２６がねじ込まれて挿通する。ボールねじ２６の上端部は、カップリング（図示外）を介して上側軸受部２７の上部に固定したＺ軸モータ５３（図３参照）の駆動軸に連結する。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する。ボールねじ２６が正逆方向に回転すると、ボールねじ２６に螺合するナット２９が昇降し、ナット２９に連結する主軸ヘッド７がＺ軸方向（図２の矢印Ａ方向）に昇降移動する。図２における上方向は、Ｚ軸方向における正方向である。

テーブル１０（図１参照）上に固定したワーク（被加工物）に対して、主軸ヘッド７が昇降すると共に、主軸９が回転して、工具４は切削加工（加工動作）を行う。具体的には、図３に示すように、主軸ヘッド７は、Ｚ軸の機械原点であるＺ軸原点よりも下方の加工領域で加工動作を行う。主軸ヘッド７は、Ｚ軸原点よりも上方の工具交換領域（ＡＴＣ領域）に移動可能である。工具交換領域は、工具４の交換動作を行う領域である。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軸の機械座標が加工可能な上限位置である。

以下、工具交換領域内の基準位置（所謂、ＡＴＣ原点）を「特定位置」と称す。特定位置は、昇降する主軸ヘッド７と、グリップアーム７３と共に回転する工具４との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である。また、特定位置よりも上方となる位置（換言すると、特定位置に対して加工領域とは反対側となる位置）を、以下、「工具交換位置」と称し、工具交換位置と特定位置との上下方向距離を「特定上下距離ｌ_Ｚ」と称す。後述するように、数値制御装置３０は工具交換位置を工具交換条件に応じて設定する。即ち、数値制御装置３０は、特定上下距離ｌ_Ｚを変更可能である。

主軸ヘッド７の内部構造を説明する。図２に示すように、主軸ヘッド７の前方下部の内側では、上下方向に回転軸を有する主軸９が回転可能に支持してある。主軸９は、カップリング２３を介して主軸ヘッド７の上部に固定した主軸モータ５４の駆動軸に連結する。主軸９は主軸モータ５４の回転駆動によって回転する。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が設けてある。テーパ穴１８にテーパ装着部１７ａを装着すると、主軸９の内部に設けたホルダ挟持部材１９が、テーパ装着部１７ａから上方に突出するプルスタッド１７ｂを挟持する。主軸９は内部にドローバー８１を備える。ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。

主軸ヘッド７の後方上部の内側では、逆Ｌ字型（図２参照）のクランクレバー６０が支軸６１を介して揺動自在に軸支してある。クランクレバー６０は、垂直方向に延びる垂直レバー６０ｂと、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を主体に構成してある。水平レバー６０ａの先端部は、ドローバー８１に直交して突設するピン６５に係合可能である。垂直レバー６０ｂの背面上部には、板カム体６６が固定してある。板カム体６６は、上側軸受部２７に固定したカムフォロア６７と接離可能である。垂直レバー６０ｂと主軸ヘッド７の間には、引張コイルバネが弾力的に介装する。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してあるので、工具交換動作時以外、水平レバー６０ａはピン６５から離れている。

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を装着した状態では、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がホルダ挟持部材１９を下方に付勢し、ホルダ挟持部材１９がプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。このように、工具４を保持する工具ホルダ１７は、主軸９に対して着脱可能である。

工具交換装置２０の構造を説明する。図２に示すように、工具交換装置２０は、工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は、鍔付き円筒状のマガジン本体７１と、マガジン本体７１の鍔部７２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設した複数のグリップアーム７３を主体に構成してある。フレーム７８に固定したマガジン支持台８７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を回転可能に支持する。マガジン本体７１は支軸７５に外挿してある。マガジン本体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してあり、回転可能に支持してある。複数のグリップアーム７３は、マガジン本体７１の回転方向に沿って設ける。以下、支軸７５、マガジン本体７１、複数のグリップアーム７３の回転を、「工具マガジン２１の回転」と称す場合がある。

マガジン本体７１は、支軸７５を内挿した筒状のボス部７４と、ボス部７４の外周面の前端側に鍔状に設けた鍔部７２を主体に構成してある。ボス部７４の後端部には、支軸７５を中心とする割出円板７７が外挿して固定してある。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てある。

マガジン支持台８７の上部には、ケーシング８２が固定してある。ケーシング８２の上部には、マガジン本体７１の回転割出用のマガジンモータ５５が固定してある。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）からなる回転割出機構の一部が連結する。

複数のグリップアーム７３の先端側に、工具ホルダ１７を保持可能な把持部７３ａ（図３参照）が設けてある。複数のグリップアーム７３のうち、マガジン本体７１の最下方位置に割り出された１本のグリップアーム７３のみが、図示外のカム機構を利用することで、主軸ヘッド７の昇降動作に伴って揺動する。最下方位置のグリップアーム７３の把持部７３ａは、主軸９に近接する「近接位置」と、主軸９から離間する「退避位置」との間を移動する。該最下方位置は割出位置である。工具マガジン２１の回転方向において、近接位置と割出位置は同じ回転位置である。以下、工具マガジン２１の回転方向において、近接位置及び割出位置に対して上流側（即ち、手前側）となる回転位置を「手前割出位置」と称し、手前割出位置から割出位置までの回転距離を「割出距離ｌ_Ｍ」と称す。後述するように、数値制御装置３０は、工具交換条件に応じて手前割出位置を設定する。即ち、数値制御装置３０は割出距離ｌ_Ｍを変更できる。

工作機械１の電気的構成を説明する。図４に示すように、工作機械１は数値制御装置３０を備える。数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、揮発性記憶素子３５、入出力インタフェース３４、カウンタ３６、軸制御回路４１ａ〜４５ａ、サーボアンプ４１〜４５、微分器５１ｂ〜５５ｂ等を備える。ＣＰＵ３１は、数値制御装置３０の動作制御を司る。ＲＯＭ３２は、加工プログラムを解析して実行する本発明のプログラム、後述の工具交換処理、主軸ヘッド時間計測処理、工具マガジン時間計測処理を実行するためのプログラム等を記憶している。ＲＡＭ３３は、上記の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。揮発性記憶素子３５は、後述の関係式（Ａ）〜（Ｄ）を記憶する。ＣＰＵ３１は、加工プログラムの解析結果を揮発性記憶素子３５に記憶する。故に、加工プログラムに含まれる移動指令が示す主軸ヘッド７の最高速度Ｖ_Ｚ、主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚ、工具マガジン２１の最高速度Ｖ_Ｍ、工具マガジン２１の加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'、工具マガジン２１の回転距離Ｌ_Ｍを揮発性記憶素子３５は記憶する。カウンタ３６は、主軸計数Ｃｚとマガジン計数Ｃｍをカウントする。

サーボアンプ４１〜４５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、マガジンモータ５５に接続している。Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、テーブル１０を夫々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７をＺ軸方向に移動駆動する。主軸モータ５４は、主軸９を回転駆動する。マガジンモータ５５は、工具マガジン２１を回転移動する。

Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４、マガジンモータ５５は、エンコーダ５１ａ〜５５ａを備える。軸制御回路４１ａ〜４５ａ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４１〜４５に出力する。サーボアンプ４１〜４５は、この指令を受けてモータ５１〜５５に駆動電流を出力する。エンコーダ５１ａ〜５５ａは、軸制御回路４１ａ〜４５ａに位置フィードバック信号を入力する。軸制御回路４１ａ〜４５ａは、位置のフィードバック制御を行う。微分器５１ｂ〜５５ｂは、エンコーダ５１ａ〜５５ａ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〜４５ａに速度フィードバック信号を出力する。軸制御回路４１ａ〜４５ａは、速度フィードバックの制御を行う。

電流検出器４１ｂ〜４５ｂは、サーボアンプ４１〜４５がモータ５１〜５５に出力する駆動電流を検出する。電流検出器４１ｂ〜４５ｂが検出した駆動電流は、軸制御回路４１ａ〜４５ａにフィードバックする。軸制御回路４１ａ〜４５ａ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。

図２、図３を参照し、工作機械１が工具４を交換する動作概要を説明する。以下の説明では、主軸９に装着されている工具４に代えて新たに装着される次の工具４を、単に「次の工具４」と称す。また、以下、主軸ヘッド７の上昇時に割出位置にあるグリップアーム７３を「第一のグリップアーム７３」と称し、次の工具４を保持するグリップアーム７３を「第二のグリップアーム７３」と称す。

工作機械１がワークに対する加工動作を終了した後、主軸ヘッド７は、加工領域から工具交換位置に向けて上昇する。割出位置にある第一のグリップアーム７３の把持部７３ａは、主軸ヘッド７の上昇に伴い退避位置から近接位置に移動する。水平レバー６０ａはピン６５を下方に押圧し、ホルダ挟持部材１９がプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。主軸ヘッド７が特定位置を通過する前に、主軸９から抜き出された工具４は、近接位置にある第一のグリップアーム７３の把持部７３ａに受け渡される（図５参照）。

その後、上昇する主軸ヘッド７が特定位置を通過する時機に、工具マガジン２１は回転を開始する。主軸ヘッド７は工具交換位置に到達して停止する。第二のグリップアーム７３が手前割出位置を通過する時、主軸ヘッド７は、加工領域に向けて下降を開始する。主軸ヘッド７が特定位置を通過する時機に、第二のグリップアーム７３は、割出位置に到達して停止する。主軸ヘッド７が特定位置から加工領域に下降する過程で、第二のグリップアーム７３の把持部７３ａにて把持する工具４は、主軸９に装着される。

揮発性記憶素子３５が記憶する式（Ａ）〜式（Ｄ）を説明する。式（Ａ）〜式（Ｄ）は、特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを算出するための関係式である。

本実施形態では、上昇する主軸ヘッド７が特定位置を通過する時機に、工具マガジン２１は回転を開始するように設定される。また、第二のグリップアーム７３が手前割出位置を通過する時機に、主軸ヘッド７は工具交換位置から特定位置に向けて下降を開始するよう設定される。更に、第二のグリップアーム７３が割出位置に到達する時機に、主軸ヘッド７が特定位置に到達するよう設定される（特定位置の到達後、主軸ヘッド７は更に加工領域に向けて下降する。）。これらの設定条件が成立するよう、特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを、工具交換条件である次の工具４に応じて（即ち、マガジン本体７１の移動時間と移動距離に応じて）算出する必要がある。

工具マガジン２１の回転距離が比較的長い時、工具マガジン２１の回転経路には定速回転経路が含まれる（図５〜図７）。該条件下の特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを、ＣＰＵ３１は以下の式（Ａ）と式（Ｂ）に基づいて算出する。

式（Ａ）、式（Ｂ）において、Ｖ_Ｚは、主軸ヘッド７のＺ軸方向における最高速度である。Ｖ_Ｍは、定速回転経路がある時の工具マガジン２１の最高速度である。ｔ_Ｚは、主軸ヘッド７の加減速時間である。ｔ_Ｍは、定速回転経路がある時の工具マガジン２１の加減速時間である。Ｔ_Ｍは、工具マガジン２１が回転している時間である。上記変数は、後述の式（Ｃ）、式（Ｄ）においても同じ意味である。上記変数のうち、Ｖ_Ｚ、Ｖ_Ｍ、ｔ_Ｚ、ｔ_Ｍは何れも固定値である。式（Ａ）と式（Ｂ）において、Ｔ_Ｍ＝ｔ_Ｍ＋Ｌ_Ｍ／Ｖ_Ｍであり、Ｌ_Ｍ≧Ｖ_Ｍ・ｔ_Ｍである。

一方、工具マガジン２１の回転距離が比較的短い時、工具マガジン２１の回転経路には、定速回転経路が含まれない（図８、図９参照）。該条件下における特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを、ＣＰＵ３１は以下の式（Ｃ）と式（Ｄ）とに基づいて算出する。

式（Ｃ）、式（Ｄ）では、Ｖ_Ｍ'は、定速回転経路がない時の工具マガジン２１の最高回転速度であり、ｔ_Ｍ'は、定速回転経路がない時の工具マガジン２１の加減速時間である。更に、式（Ｃ）、式（Ｄ）においては、以下の式（１）〜式（３）が成立する。
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）

式（Ａ）、式（Ｂ）の成立根拠を説明する。図５を参照し、ｔ_Ｍ≧ｔ_ｚ、Ｔ_Ｍ≧２ｔ_Ｚとなる時を説明する。Ｔ＝０の時、工作機械１はワークに対する加工を終了しており、主軸ヘッド７は加工領域にある（図６〜図９も同様）。Ｔ＝Ｔ１の時、主軸ヘッド７は特定位置に到達して減速を開始し、Ｔ＝Ｔ２の時、主軸ヘッド７は工具交換位置に到達する（図６〜図８も同様）。符号Ｓ１で示すハッチングが施された三角形（横幅をｔ_ｚとし、縦幅をＶ_ｚとする三角形）は、特定上下距離ｌ_Ｚに相当する。

Ｔ＝Ｔ１の時、工具マガジン２１は回転を開始し、Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３の時に工具マガジン２１は減速を開始する。Ｔ＝Ｔ３の時、工具マガジン２１は手前割出位置に到達し、且つ主軸ヘッド７は工具交換位置から加工領域に向けた下降を開始する。尚、Ｔ＝Ｔ３の時、工具マガジン２１の速度はｖ_Ｍ'である。Ｔ＝Ｔ４の時、工具マガジン２１は割出位置に到達し、且つ主軸ヘッド７は特定位置に到達する。符号Ｓ２で示すハッチングが施された三角形は、割出距離ｌ_Ｍに相当する。また、Ｖ_Ｍ／ｔ_Ｍ＝ｖ_Ｍ'／ｔ_Ｚが成立する。ｌ_Ｚとｌ_Ｍは、以下の式によって示される。
ｌ_Ｚ＝Ｖ_Ｚ・ｔ_Ｚ／２
ｌ_Ｍ＝ｖ_Ｍ'・ｔ_Ｍ／２＝Ｖ_Ｍ・ｔ_Ｚ ^２／（２Ｖ_Ｍ）

図６を参照し、ｔ_Ｍ＜ｔ_ｚ且つＴ_Ｍ≧２ｔ_Ｚとなる時を説明する。符号Ｓ１で示すハッチングが施された三角形（横幅をｔ_ｚとし、縦幅をＶ_ｚとする三角形）は、特定上下距離ｌ_ｚに相当する。Ｔ＝Ｔ１の時に工具マガジン２１は回転を開始し、Ｔ＝Ｔ３の時に定速回転中の工具マガジン２１は手前割出位置に到達し、且つ主軸ヘッド７は工具交換位置から加工領域に向けた下降を開始する。Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４の時、工具マガジン２１は減速を開始する。Ｔ＝Ｔ４の時、工具マガジン２１は割出位置に到達し、且つ主軸ヘッド７は特定位置に到達する。符号Ｓ２で示すハッチングが施された台形は、割出距離ｌ_Ｍに相当する。ｌ_Ｚとｌ_Ｍは、以下の式によって示される。
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）

図７を参照し、ｔ_Ｍ＜ｔ_Ｚ、且つ、Ｔ_Ｍ＜２ｔ_Ｚとなる時を説明する。符号Ｓ１で示すハッチングが施された三角形（横幅をｔ_Ｚ'とし、縦幅をｖ_Ｚ'とする三角形）は、特定上下距離ｌｚに相当する。Ｔ＝Ｔ１の時、工具マガジン２１は回転を開始する。Ｔ＝Ｔ２の時、定速回転中の工具マガジン２１は、手前割出位置に到達する。Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３の時、工具マガジン２１は減速を開始する。Ｔ＝Ｔ３の時、工具マガジン２１は割出位置に到達し、且つ主軸ヘッド７は特定位置に到達する。符号Ｓ２で示すハッチングが施された台形は、割出距離ｌ_Ｍに相当する。ｖ_Ｚ／ｔ_Ｚ＝ｖ_Ｚ'／ｔ_Ｚ'、且つ、Ｔ_Ｍ＝２ｔ_Ｚ'より、特定上下距離ｌ_Ｚは、以下の式によって示される。
ｌ_Ｚ＝ｖ_Ｚ'・ｔ_Ｚ'／２＝Ｖ_Ｚ・ｔ_Ｚ' ^２／（２ｔ_Ｚ）＝Ｖ_Ｚ・Ｔ_Ｍ ^２／（８ｔ_Ｚ）
また、割出距離ｌ_Ｍは、以下の式によって示される。
ｌ_Ｍ＝Ｖ_Ｍ・ｔ_Ｍ／２＋Ｖ_Ｍ（ｔ_Ｚ'−ｔ_Ｍ）＝Ｖ_Ｍ・（Ｔ_Ｍ−ｔ_Ｍ）／２

尚、図５〜図７において、Ｔ_Ｍ−ｔ_Ｍ＝Ｌ_Ｍ／Ｖ_Ｍであるので、Ｔ_Ｍ＝ｔ_Ｍ＋Ｌ_Ｍ／Ｖ_Ｍが成立する。

次に、式（Ｃ）、式（Ｄ）の成立根拠を説明する。図８を参照し、ｔ_Ｍ'≧ｔ_Ｚとなる時を説明する。符号Ｓ１で示すハッチングが施された三角形（横幅をｔ_Ｚとし、縦幅をＶ_Ｚとする三角形）は、特定上下距離ｌｚに相当する。Ｔ＝Ｔ１の時、工具マガジン２１は回転を開始する。Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３の時、工具マガジン２１は減速を開始する。Ｔ＝Ｔ３の時、工具マガジン２１は手前割出位置に到達し、主軸ヘッド７は工具交換位置から加工領域に向けて下降する。Ｔ＝Ｔ４の時、工具マガジン２１は割出位置に到達し、主軸ヘッド７は特定位置に到達する。符号Ｓ２で示すハッチングが施された三角形は、割出距離ｌ_Ｍに相当する。Ｖ_Ｍ'／ｔ_Ｍ'＝ｖ_Ｍ'／ｔ_Ｚであり、特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍは、以下の式によって示される。
ｌ_Ｚ＝Ｖ_Ｚ・ｔ_Ｚ／２
ｌ_Ｍ＝ｖ_Ｍ'・ｔ_Ｚ／２＝Ｖ_Ｍ'・ｔ_Ｚ ^２／（２ｔ_Ｍ'）

図９を参照し、ｔ_Ｍ'＜ｔ_Ｚとなる時を説明する。０＜Ｔ＜Ｔ１の時、主軸ヘッド７は減速を開始する。Ｔ＝Ｔ１の時、主軸ヘッド７は特定位置を通過し、工具マガジン２１は回転を開始する。Ｔ＝Ｔ２の時、主軸ヘッド７は工具交換位置に到達し、加工領域に向けた下降を開始し、工具マガジン２１は手前割出位置に到達し減速を開始する。Ｔ＝Ｔ３の時、主軸ヘッド７は特定位置に到達し、工具マガジン２１は割出位置に到達する。符号Ｓ１で示すハッチングが施された三角形（横幅をｔ_Ｍ'とし、縦幅をｖ_Ｚ'とする三角形）は、特定上下距離ｌ_ｚに相当し、符号Ｓ２で示すハッチングが施された三角形は、割出距離ｌ_Ｍに相当する。この場合、ｖ_Ｚ／ｔ_Ｚ＝ｖ_Ｚ'／ｔ_Ｍ'であり、特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍは、以下の式によって示される。
ｌ_Ｚ＝ｖ_Ｚ'・ｔ_Ｍ'／２＝Ｖ_Ｚ・ｔ_Ｍ' ^２／（２ｔ_Ｚ）
ｌ_Ｍ＝Ｖ_Ｍ'・ｔ_Ｍ'／２

図８、図９において、Ｌ_Ｍ＝Ｖ_Ｍ'ｔ_Ｍ'、且つ、Ｖ_Ｍ／ｔ_Ｍ＝Ｖ_Ｍ'／ｔ_Ｍ'であるので、Ｖ_Ｍ' ^２＝Ｖ_Ｍ・Ｌ_Ｍ／ｔ_Ｍが成立し、上述した式（１）、式（２）が導かれる。

図１０を参照し、工具交換処理を説明する。工作機械１がワークに対して加工領域を行った後、ＣＰＵ３１は工具交換処理を実行する。工具交換処理では、図５〜図９で示す何れかのパターンで主軸ヘッド７と工具マガジン２１は回転する。

ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１の回転距離Ｌ_Ｍを取得する（Ｓ１１）。例えば、ＣＰＵ３１は、加工プログラム（ＮＣプログラム）に含まれる移動指令に基づき次の工具４を特定し、工具マガジン２１の割出位置を特定する。故にＣＰＵ３１は工具マガジン２１の回転距離Ｌ_Ｍを取得する（Ｓ１１）。

ＣＰＵ３１は、工具交換位置と手前割出位置を取得する（Ｓ１３）。例えば、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１で取得した取得したマガジン本体７１の回転距離Ｌ_Ｍと、Ｖ_Ｍ・ｔ_Ｍとの大小関係を比較する。Ｖ_Ｍ・ｔ_Ｍは、マガジン本体７１の回転経路が定速回転経路を含む時における係数であり、固定値である。比較の結果、回転距離Ｌ_ＭがＶ_Ｍ・ｔ_Ｍ以上となる時、ＣＰＵ３１は、式（Ａ）、式（Ｂ）を選択し、回転距離Ｌ_ＭがＶ_Ｍ・ｔ_Ｍ未満となる時、ＣＰＵ３１は式（Ｃ）、式（Ｄ）を選択する。

ＣＰＵ３１は、揮発性記憶素子３５に記憶される主軸ヘッド７の最高速度Ｖ_Ｚ、主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚ、工具マガジン２１の最高速度Ｖ_Ｍ、工具マガジン２１の加減速時間ｔ_Ｍ、工具マガジン２１の回転距離Ｌ_Ｍを、式（Ａ）と式（Ｂ）、又は、式（Ｃ）と式（Ｄ）に代入する。故にＣＰＵ３１は、特定上下距離ｌ_ｚと割出距離ｌ_Ｍを算出し、工具交換位置と手前割出位置を取得できる（Ｓ１３）。

ＣＰＵ３１は、Ｓ１３で取得された工具交換位置まで主軸ヘッド７を上昇するように指令する（Ｓ１５）。具体的には、ＣＰＵ３１の移動指令によってＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７は加工領域から工具交換位置に向けて上昇する。工具交換位置に向けた主軸ヘッド７の上昇中、主軸９から抜き出された工具４が第一のグリップアーム７３に受け渡される。

ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７が特定位置に到達したか否かをエンコーダ５３ａの位置フィードバック信号に基づき判断する（Ｓ１７）。主軸ヘッド７が特定位置に到達する前（Ｓ１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は待機する。主軸ヘッド７が特定位置に到達すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、Ｓ１１で特定した割出位置まで工具マガジン２１が回転するようにＣＰＵ３１は回転指令（移動指令）を出力する（Ｓ１９）。

ＣＰＵ３１は、Ｓ１３で取得した手前割出位置に第二のグリップアーム７３が到達したか否かをエンコーダ５５ａの位置フィードバック信号に基づき判断する（Ｓ２１）。第二のグリップアーム７３が手前割出位置に到達する前（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は待機する。ＣＰＵ３１の待機中に主軸ヘッド７は工具交換位置に到達する。第二のグリップアーム７３が手前割出位置に到達した時（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７が工具交換位置から加工領域まで移動するように移動指令を出力する（Ｓ２３）。主軸ヘッド７が工具交換位置から加工領域に向けて下降する過程で、Ｓ１９の実行に伴い割出位置まで回転した第二のグリップアーム７３から、次の工具４が主軸ヘッド７に受け渡される。故に、次の工具４が主軸９に装着される。主軸ヘッド７は加工領域まで下降し、ＣＰＵ３１は工具交換処理を終了する。

図１１を参照し、主軸ヘッド時間計測処理を説明する。主軸ヘッド時間計測処理は、工具交換処理と並行して実行される処理である。主軸ヘッド時間計測処理では、ＣＰＵ３１は、工具交換処理の実行に伴い移動指令に基づき上下動する主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚを実際に計測し、揮発性記憶素子３５に記憶されるｔ_Ｚを、実際に計測した加減速時間ｔ_Ｚに更新する。

ＣＰＵ３１は、加工領域から工具交換位置に向けて上昇する主軸ヘッド７が特定位置に到達したか否かを、エンコーダ５３ａの位置フィードバック信号に基づき判断する（Ｓ３１）。Ｓ３１は、工具交換処理のＳ１７と同様の処理である。主軸ヘッド７が特定位置に到達する前（Ｓ３１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は待機する。

主軸ヘッド７が特定位置に到達すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、カウンタ３６を制御して、主軸計数Ｃｚを０にリセットし（Ｓ３３）、主軸計数Ｃｚを１増加させる（Ｓ３５）。ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７が工具交換位置にて停止した否かを、エンコーダ５３ａの位置フィードバック信号に基づき判断する（Ｓ３７）。主軸ヘッド７が工具交換位置にて停止する前（Ｓ３７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は処理をＳ３５に移行する。ＣＰＵ３１がＳ３５、Ｓ３７を繰り返す間、特定位置を通過した主軸ヘッド７は工具交換位置に向けて減速しながら上昇し、ＣＰＵ３１は主軸計数Ｃｚを１ずつ増加させる（Ｓ３５）。

主軸ヘッド７が工具交換位置にて停止すると（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７が加工領域に向けた下降を開始したか否かを判断する（Ｓ３９）。主軸ヘッド７が下降を開始する前（Ｓ３９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は待機する。主軸ヘッド７が下降を開始すると（Ｓ３９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、主軸計数Ｃｚを１増加させる（Ｓ４１）。

ＣＰＵ３１は、エンコーダ５３ａの位置フィードバック信号に基づき、主軸ヘッド７が特定位置に到達したか否かを判断する（Ｓ４３）。主軸ヘッド７が特定位置に到達する前（Ｓ４３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は処理をＳ４１に移行する。ＣＰＵ３１が、Ｓ４１、Ｓ４３を繰り返す間、主軸ヘッド７は工具交換位置から特定位置に向けて加速しながら下降し、ＣＰＵ３１は、主軸計数Ｃｚを１ずつ増加させる（Ｓ４１）。主軸ヘッド７が特定位置に到達した時（Ｓ４３：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７は加工領域に向けて更に下降する。

ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚを取得する（Ｓ４５）。主軸ヘッド７が工具交換位置にて停止していないと判断する周期（Ｓ３７：ＮＯ）と、主軸ヘッド７が特定位置まで下降していないと判断する周期（Ｓ４３：ＮＯ）は、何れも、予め決まった所定周期である。ＣＰＵ３１は、該所定周期に、主軸計数Ｃｚを乗じ、更に１/２を乗じることで、主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚを取得する（Ｓ４５）。ＣＰＵ３１は、揮発性記憶素子３５に記憶される主軸ヘッド７の加減速時間ｔ_Ｚを、Ｓ４５で取得された加減速時間ｔ_Ｚに更新する（Ｓ４７）。ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド時間計測処理を終了する。更新された加減速時間ｔ_Ｚは、同じ工具交換条件となる次回の工具交換処理で、式（Ａ）〜式（Ｄ）に代入される。

図１２を参照し、工具マガジン時間計測処理を説明する。工具マガジン時間計測処理は、工具交換処理と平行して実行される処理である。工具マガジン時間計測処理では、工具交換処理の実行に伴い移動指令に基づき回転する工具マガジン２１の加減速時間（ｔ_Ｍ又はｔ_Ｍ'）と回転時間Ｔ_Ｍを実際に計測する。ＣＰＵ３１は、揮発性記憶素子３５に記憶されるｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'、Ｔ_Ｍを、実際に計測したｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'、Ｔ_Ｍに更新する。

ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１の割出位置に向けた回転を開始したか否かを、Ｓ１９（図１０参照）で移動指令が出力されたか否かに基づき判断する（Ｓ５１）。工具マガジン２１が回転を開始すると（Ｓ５１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、マガジン計数Ｃｍを０にリセットし（Ｓ５３）、マガジン計数Ｃｍを１増加させる（Ｓ５５）。ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１が割出位置にて回転を停止したか否かを、エンコーダ５５ａの位置フィードバック信号に基づき判断する（Ｓ５７）。工具マガジン２１が割出位置にて回転停止する前（Ｓ５７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ５５に移行する。ＣＰＵ３１がＳ５５、Ｓ５７を繰り返す間、工具マガジン２１は割出位置に向けて回転する。

工具マガジン２１が割出位置で停止すると（Ｓ５７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍを取得する（Ｓ５９）。工具マガジン２１が割出位置にて停止していないと判断する周期（Ｓ５７：ＮＯ）は、予め決まった所定周期である。ＣＰＵ３１は、該所定周期に、マガジン計数Ｃｍを乗じることで、回転時間Ｔ_Ｍを取得する。更に、ＣＰＵ３１は、以下の関係式を利用することにより、加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'を取得する。
ｔ_Ｍ＝Ｔ_Ｍ−Ｌ_Ｍ／Ｖ_Ｍ ・・・式（４）
ｔ_Ｍ'＝Ｔ_Ｍ／２ ・・・式（５）

ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１の加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍを、Ｓ５９で取得された加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍに更新する（Ｓ６１）。ＣＰＵ３１は、工具マガジン時間計測処理を終了する。更新された加減速時間ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍは、同じ工具交換条件となる次回の工具交換処理で、式（Ａ）〜式（Ｄ）に代入される。

以上説明したように、特定位置は、上下動する主軸ヘッド７と回転する工具４との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である。主軸ヘッド７が特定位置を通過する時機に（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１の割出位置に向けた回転を開始する（Ｓ１９）。故に数値制御装置３０は主軸ヘッド７と工具４の衝突の危険性を回避できる。また、Ｓ１５の実行により上昇する主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機は、主軸ヘッド７の停止目標位置が特定位置となる時と比較して主軸ヘッド７の減速時機が遅くなるので早まる。故に、ＣＰＵ３１がマガジン本体７１を回転する開始時機が早まり（Ｓ１９）、工具交換時間は短くなる。故に、数値制御装置３０は、主軸ヘッド７と工具マガジン２１との衝突の危険性を回避しながら、工具交換時間を短縮できる。

第二のグリップアーム７３が手前割出位置を通過する時機に（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、主軸ヘッド７の加工領域に向けた下降を開始する（Ｓ２３）。故に、主軸ヘッド７の加工領域に向けた下降時機が早まるので、数値制御装置３０は工具交換時間を更に短縮できる。

ＣＰＵ３１は、式（Ａ）〜式（Ｄ）に基づき特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを算出して、工具交換位置と手前割出位置を取得する（Ｓ１３）。故に、Ｓ２３の実行に伴い下降する主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機に、Ｓ１９の実行に伴い回転する第二のグリップアーム７３は割出位置に到達する。特定上下距離ｌ_Ｚは、工具マガジン２１の回転距離に応じた適正な距離になる。故に、数値制御装置３０は工具交換時間を更に短縮できる。

ＣＰＵ３１は、揮発性記憶素子３５に記憶のＶ_Ｚ、ｔ_Ｚ、Ｖ_Ｍ、ｔ_Ｍを式（Ａ）〜式（Ｄ）に代入することで、特定上下距離ｌ_Ｚと割出距離ｌ_Ｍを算出し、工具交換位置と手前割出位置を取得する（Ｓ１３）。故に、下降する主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機が、第二のグリップアーム７３が割出位置に到達する時機と一致するように、数値制御装置３０は、工具交換位置と手前割出位置を設定できる。

主軸ヘッド時間計測処理と工具マガジン時間計測処理では、ＣＰＵ３１は、工具交換処理で移動指令に基づき動作する主軸ヘッド７と工具マガジン２１の夫々の加減速時間ｔ_Ｚ、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'を計測して取得し、且つ、工具マガジン２１の回転時間Ｔ_Ｍを取得する。主軸ヘッド時間計測処理と工具マガジン時間計測処理を実行した後の次の工具交換処理では、ＣＰＵ３１は、取得された加減速時間ｔ_Ｚ、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍを式（Ａ）〜式（Ｄ）に代入し、工具交換位置と手前割出位置を取得する（Ｓ１３）。該Ｓ１３で取得される工具交換位置と手前割出位置は、主軸ヘッド時間計測処理と工具マガジン時間計測処理で計測された加減速時間ｔ_Ｚ、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'に基づく。故に数値制御装置３０は、Ｓ２３の実行により主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機と、Ｓ１９の実行により第二のグリップアーム７３が割出位置に到達する時機を正確に一致させることができる。マガジンモータ５５とＺ軸モータ５３の夫々の出力トルクの特性は、工作機械１に応じて変わる。また、主軸ヘッド７とマガジン本体７１にモータ駆動力を伝達する伝達部品の大きさは、工作機械１に応じて変わる。故に、加減速時間ｔ_Ｚ、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'と回転時間Ｔ_Ｍが工作機械１に関わらず同じ値である時、主軸ヘッド７が特定位置に到達する時機と、第二のグリップアーム７３が割出位置に到達する時機は、特定の工作機械１において大きくずれる可能性がある。本実施形態では、個々の工作機械１に応じたｔ_Ｚ、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｍ'、Ｔ_Ｍが実際の計測により取得されるので、数値制御装置３０は、上記ずれを抑制することができる。

上記実施形態では、揮発性記憶素子３５とＲＯＭ３２は、本発明の記憶装置の一例である。Ｓ１５を実行するＣＰＵ３１は本発明の工具抜出制御手段の一例である。Ｓ１９を実行するＣＰＵ３１は本発明の回転制御手段の一例である。Ｓ２３を実行するＣＰＵ３１は本発明の工具装着制御手段の一例である。Ｓ１３を実行するＣＰＵ３１は本発明の取得手段の一例である。Ｓ３３〜Ｓ３７、Ｓ４１〜Ｓ４５、Ｓ５５〜Ｓ５９を実行するＣＰＵ３１は本発明の計測手段の一例である。Ｓ４７、Ｓ６１を実行するＣＰＵ３１は本発明の更新手段の一例である。Ｓ１５が本発明の工具抜出ステップの一例である。Ｓ１９が本発明の回転ステップの一例である。Ｓ２３が本発明の工具装着ステップの一例である。

本発明は上記実施形態に限らず、各種の変形が可能である。例えば、主軸ヘッド７は、Ｚ軸方向に移動可能である代わり、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能であってもよい。Ｓ１３において、ＣＰＵ３１は、揮発性記憶素子３５に予め記憶したデータテーブルを参照することで工具交換位置と手前割出位置を取得してもよい。データテーブルは、Ｓ１１で取得される工具マガジン２１の回転距離に応じた工具交換位置と手前割出位置を保有する。主軸ヘッド時間計測処置と工具マガジン時間計測処理は、工具交換処理と並行して実行される代わりに、工作機械１が稼働場所に初めに設置された時に一回だけ実行されてもよい。

１ 工作機械
４ 工具
７ 主軸ヘッド
９ 主軸
２１ 工具マガジン
３０ 数値制御装置
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３５ 揮発性記憶素子
７３ グリップアーム

Claims (7)

1. ワークに対する加工動作を行う加工領域と、工具の交換動作を行う工具交換領域との間を移動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドにて回転可能に支持し、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持する複数のグリップアームを回転方向に沿って設けた工具マガジンとを備える工作機械の前記主軸ヘッドを、前記主軸ヘッドと前記工具との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である特定位置に向けて移動させることで、前記工具マガジンの所定の回転位置である割出位置に位置する第一の前記グリップアームが、前記主軸に装着していた前記工具を抜き出す工具抜出制御手段と、
   前記工具抜出制御手段により第一の前記グリップアームが前記工具を抜き出した後、前記工具マガジンを回転し、前記工具を保持する第二の前記グリップアームを、第一の前記グリップアームに代えて前記割出位置に位置させる回転制御手段と、
   前記回転制御手段による前記工具マガジンの回転時、前記工具抜出制御手段が移動させた前記主軸ヘッドを前記加工領域に向けて移動させ、第二の前記グリップアームが保持する前記工具を前記主軸に装着させる工具装着制御手段と
   を備える数値制御装置において、
   前記工具抜出制御手段は、前記特定位置に対して前記加工領域とは反対側となる位置である工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、
   前記工具装着制御手段は、前記工具交換位置から前記主軸ヘッドを移動させ、
   前記回転制御手段は、前記工具抜出制御手段が移動させる前記主軸ヘッドが前記特定位置を通過した時、前記工具マガジンの回転を開始することを特徴とする数値制御装置。
2. 前記回転制御手段が、第二の前記グリップアームを、前記割出位置よりも手前の位置である手前割出位置を通過させた時、前記工具装着制御手段は、前記主軸ヘッドの前記加工領域に向けた移動を開始することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記工具装着制御手段により前記主軸ヘッドが前記特定位置に到達する時機に、前記回転制御手段は、第二の前記グリップアームを前記割出位置に到達させることを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
4. ＮＣプログラムに含まれる移動指令が示す前記主軸ヘッドの最高速度及び前記主軸ヘッドの加減速時間、並びに、前記移動指令が示す前記工具マガジンの最高速度及び加減速時間に基づき、前記工具交換位置と前記手前割出位置を取得する取得手段を備え、
   前記工具抜出制御手段は、前記取得手段により取得された前記工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、
   前記工具装着制御手段は、前記回転制御手段が第二の前記グリップアームを前記取得手段により取得された前記手前割出位置を通過させた時、前記主軸ヘッドの移動を開始することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
5. 前記移動指令に基づき動作する前記主軸ヘッドと前記工具マガジンの夫々の加減速時間を計測して取得する計測手段と、
   前記計測手段により取得された二つの加減速時間に基づき、前記ＮＣプログラムに含まれる前記移動指令が示す前記主軸ヘッドの加減速時間と前記工具マガジンの加減速時間を更新する更新手段と
   を備え、
   前記取得手段は、前記更新手段により更新された前記加減速時間に基づき、前記工具交換位置と前記手前割出位置を取得することを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
6. ワークに対する加工動作を行う加工領域と、工具の交換動作を行う工具交換領域との間を移動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドにて回転可能に支持し、前記工具を装着可能な筒孔状の主軸と、前記工具を保持する複数のグリップアームを回転方向に沿って設けた工具マガジンとを備える工作機械の前記主軸ヘッドを、前記主軸ヘッドと前記工具との衝突を避けることができる機械的に予め定まった位置である特定位置に向けて移動させることで、所定の回転位置である割出位置に位置する第一の前記グリップアームが、前記主軸に装着していた前記工具を抜き出す工具抜出ステップと、
   前記工具抜出ステップにより第一の前記グリップアームが前記工具を抜き出した後、前記工具マガジンを回転し、前記工具を保持する第二の前記グリップアームを、第一の前記グリップアームに代えて前記割出位置に位置させる回転ステップと、
   前記回転ステップによる前記工具マガジンの回転時、前記工具抜出ステップが移動させた前記主軸ヘッドを前記加工領域に向けて移動させ、第二の前記グリップアームが保持する前記工具を前記主軸に装着させる工具装着ステップと
   を前記工作機械のコンピュータに実行させるための数値制御プログラムにおいて、
   前記工具抜出ステップは、前記特定位置に対して前記加工領域とは反対側となる位置である工具交換位置まで前記主軸ヘッドを移動し、
   前記工具装着ステップは、前記工具交換位置から前記主軸ヘッドを移動させ、
   前記回転ステップは、前記工具抜出ステップが移動させる前記主軸ヘッドが前記特定位置を通過した時、前記工具マガジンの回転を開始することを特徴とする数値制御プログラム。
7. 請求項６に記載の数値制御プログラムを記憶したことを特徴とする記憶装置。

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