JP2023136110A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数のモータに入力される複数の電流値を監視することで、内部で発生する異常を検出することが可能な工作機械を提供することを目的とする。【解決手段】第１サーボモータ及び第２サーボモータに入力される複数の電流値を検出する電流検出部と、回転工具装置と自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち所定の工程において、第１サーボモータ及び第２サーボモータに入力される正常時の複数の電流値の経時的変化を記憶する記憶部と、所定の工程において、電流検出部によって検出される複数の電流値を、正常時の複数の電流値の経時的変化と比較して、所定の工程が正常に行われているか否かを判定する判定部と、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械に関する。

一般に、ワークを加工するための工具を回転可能に保持する回転工具装置と、回転工具装置との間で工具の交換を行う自動工具交換装置（Automatic Tool Changer、ＡＴＣ）と、を備える工作機械が知られている。工作機械は、例えば特許文献１に記載される方法を用いて、回転工具装置とＡＴＣとの間で行われる一連の工具交換工程において、装置の故障、及び、衝突等の異常が発生しているか否かを判定し、異常発生時には動作を停止している。

ここで、特許文献１に記載される方法は、工具交換動作中の１つのモータの電流値を監視して、このモータの電流値が許容値を越えた場合に、工作機械の動作を停止するものである。一方で、一連の工具交換工程において使用されるモータは複数存在しており、これらのモータに入力される複数の電流値を監視することで、工作機械における異常な状態を検出することが可能な場合もある。

特開平０６－２４６５６８号公報

本発明は、複数のモータに入力される複数の電流値を監視することで、内部で発生する異常を検出することが可能な工作機械を提供することを目的とする。

本開示の実施形態に係る工作機械は、回転工具装置と、回転工具装置との間で工具の交換を行う自動工具交換装置と、を具備する工作機械であって、回転工具装置は、（i）ワークを加工するために、工具を回転可能に保持する回転工具本体部と、（ii）回転工具装置を動作させるための動力を発生する第１サーボモータと、を有し、自動工具交換装置は、自動工具交換装置を動作させるための動力を発生する第２サーボモータと、を有し、第１サーボモータ及び第２サーボモータに入力される複数の電流値を検出する電流検出部と、回転工具装置と自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち所定の工程において、第１サーボモータ及び第２サーボモータに入力される正常時の複数の電流値の経時的変化を記憶する記憶部と、所定の工程において、電流検出部によって検出される複数の電流値を、正常時の複数の電流値の経時的変化と比較して、所定の工程が正常に行われているか否かを判定する判定部と、を具備する。

本開示の実施形態に係る工作機械において、自動工具交換装置は、筐体と、筐体内に収容され、工具を保持する複数の工具保持部が円周方向に沿って設けられる円形状のマガジンとを更に有する、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械において、第１サーボモータは、回転工具本体部を鉛直方向に沿って移動可能とする鉛直方向移動機構を動作させるための動力を発生し、第２サーボモータは、マガジンを回転軸に沿って回転可能とするためのマガジン回転機構を動作させるための動力を発生し、所定の工程は、回転工具装置と自動工具交換装置との間で工具の交換を行う所定の位置へ工具を移動する工程、又は、回転工具装置と自動工具交換装置とを所定の位置から前記一連の工具交換工程を開始する前の元の位置へ工具を移動する工程である、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械において、マガジンは、１つの工具を保持するための留め具を有し、判定部は、電流検出部が検出する第２サーボモータへ入力される電流値に基づいて、留め具が破損しているかを判定する、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械において、回転工具装置は、回転工具本体部を水平方向に沿って移動可能とする第１水平方向移動機構を動作させるための動力を発生する第３サーボモータを有し、電流検出部は、第３サーボモータに入力される電流値を検出し、判定部は、回転工具装置と自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち他の所定の工程において、電流検出部によって検出される電流値が変動しない場合に、他の所定の工程が正常に行われていないと判定する、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械において、自動工具交換装置は、筐体を水平方向に沿って移動可能とする第２水平方向移動機構を動作させるための動力を発生する第４サーボモータを有し、電流検出部は、第４サーボモータに入力される電流値を検出し、判定部は、回転工具装置と自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち他の所定の工程において、電流検出部によって検出される電流値が変動しない場合に、前記他の所定の工程が正常に行われていないと判定する、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械において、他の所定の工程は、工具を回転工具装置から自動工具交換装置へ受け渡す工程、又は、工具を自動工具交換装置から回転工具装置へ受け渡す工程である、ことが好ましい。

本開示の実施形態に係る工作機械によれば、複数のモータに入力される複数の電流値を監視することで、内部で発生する異常を検出することが可能である。

本実施形態に係る工作機械の部分斜視図である。 図１に示す工作機械の構成を示すブロック図である。 図１及び図２に示す自動工具交換装置の拡大斜視図である。 図３に示す視点βから見たマガジンの正面図である。 図４Ａに示すマガジンに工具を保持する工程を説明するための図（その１）である。 図４Ａに示すマガジンに工具を保持する工程を説明するための図（その２）である。 本実施形態に係る工作機械のＢ軸回転工具装置と自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程を示すフローチャートである。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す図（その１）である。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す（その２）である。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す図（その３）である。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す図（その４）である。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す図（その５）である。 図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置、及び、ＡＴＣの移動位置を示す図（その６）である。 図５に示す一連の工具交換工程において各サーボモータに供給される正常時の電流波形を示す図である。 工具アンクランプが異常だった場合に、所定の工具交換工程において各サーボモータに供給される電流波形を示す図である。 次工具クランプが異常だった場合に、所定の工具交換工程において各サーボモータに供給される電流波形を示す図である。 マガジンが破損していた場合に、所定の工具交換工程において各サーボモータに供給される電流波形を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る工作機械について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、本実施形態に係る工作機械１の部分斜視図である。図１に示す工作機械１は、丸棒状の長尺の棒材であるワークＷを加工するための装置である。工作機械１は、ワークＷを支持するための主軸２、Ｂ軸回転工具装置３等を含んで構成される回転工具駆動装置１３、自動工具交換装置（Automatic Tool Changer、ＡＴＣ）４、及び、後述する数値制御（Numerically Controlled、ＮＣ）装置５等を含んで構成される。

主軸２は、支持台６に設けられている。主軸２は、Ｚ軸方向を軸線として、Ｚ軸を中心としてワークＷを回転自在に支持すると共に、ワークＷを支持台６の正面側に移動可能に支持する。支持台６は、ベッド７に固定支持される。

支持台６の正面側には、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向（水平方向とも称される）に沿って延びるレール８が設置される。レール８には、第３サーボモータＭＴ３で発生する動力によって矢印α₁の方向にスライドするベース１０が装着される。ベース１０には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交するＹ軸方向（鉛直方向とも称される）に沿って延びるレール１１が設置される。レール１１には、第１サーボモータＭＴ１で発生する動力によって矢印α₂の方向にスライドする回転工具駆動装置１３が装着される。

回転工具駆動装置１３は、ワークＷの加工を行うための工具を保持する装置である。この回転工具駆動装置１３は、工具１３１，１３２、並びに、第１工具３１及び第２工具３２を有するＢ軸回転工具装置３を有する。工具１３１，１３２は、先端を下方に向けた状態で、Ｘ軸方向に沿って並設される。第１工具３１及び第２工具３２は、Ｂ軸回転工具装置３を構成するＢ軸回転工具本体部３３に回転可能に保持され、先端を側方に向けた状態で、Ｘ軸方向に沿って並設される。本実施形態に係る工作機械１は、主軸２によってワークＷをＺ軸方向に移動させ、回転工具駆動装置１３を矢印α₁又は矢印α₂の方向に移動させることによって、所定の工具でワークＷの加工を行うことができる。Ｂ軸回転工具本体部３３は、旋回モータＭＴ５で発生する動力によって旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として矢印α₀の方向に旋回可能に支持される。

ＡＴＣ４は、Ｂ軸回転工具装置３との間で工具の交換を行う装置である。ＡＴＣ４は、筐体４１、第４サーボモータＭＴ４、筐体４１内に保持された後述する円形状のマガジン４２、及び、第２サーボモータＭＴ２等を含んで構成される。ベッド７には、Ｘ軸方向に沿って延びるレール１５が設置される。レール１５には、第４サーボモータＭＴ４で発生する動力によって矢印α₃の方向にスライドする筐体４１が装着される。マガジン４２は、第２サーボモータＭＴ２で発生する動力によって回転軸Ｂを中心として矢印α₄の方向に回転可能に支持される。

図２は、図１に示す工作機械１の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、Ｂ軸回転工具装置３は、Ｂ軸回転工具本体部３３、第１水平方向移動機構Ｍ３、第３サーボモータＭＴ３、鉛直方向移動機構Ｍ１、第１サーボモータＭＴ１、旋回機構Ｍ５、及び、旋回モータＭＴ５等を含んで構成される。

第１水平方向移動機構Ｍ３は、Ｂ軸回転工具本体部３３を含む回転工具駆動装置１３全体を矢印α₁の方向に移動可能とする。第３サーボモータＭＴ３は、入力される電流を機械的出力（トルク及び回転数等の動力）に変換し、第１水平方向移動機構Ｍ３に与える。これにより、第１水平方向移動機構Ｍ３は、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向に進退移動する。第３サーボモータＭＴ３の動作は、モーションコントローラＣ３によって制御される。

モーションコントローラＣ３は、後述するＮＣ装置５から伝達される制御信号に応じて、第３サーボモータＭＴ３に所定の電流を入力する。モーションコントローラＣ３に伝達される制御信号は、少なくとも、第３サーボモータＭＴ３の回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ）を含む。第３サーボモータＭＴ３には、センサＳｅ３が設けられ、センサＳｅ３によって第３サーボモータＭＴ３の実回転量及び実回転数が検出され、モーションコントローラＣ３に伝達される。モーションコントローラＣ３は、制御信号に含まれる第３サーボモータＭＴ３の回転量及び回転数の数値と、センサＳｅ３によって検出される第３サーボモータＭＴ３の実回転量及び実回転数の数値とが比較され、これらの数値の偏差が無くなるように第３サーボモータＭＴ３に所定の電流を入力する。以下、モーションコントローラＣ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５の制御方法はモーションコントローラＣ３の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。

鉛直方向移動機構Ｍ１は、Ｂ軸回転工具本体部３３を含む回転工具駆動装置１３全体を矢印α₂の方向に上下移動可能とする。第１サーボモータＭＴ１は、鉛直方向移動機構Ｍ１を動作させるための動力を発生する。第１サーボモータＭＴ１の動作は、モーションコントローラＣ１によって制御される。モーションコントローラＣ１による第１サーボモータＭＴ１の制御方法はモーションコントローラＣ３による第３サーボモータＭＴ３の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。

旋回機構Ｍ５は、旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として矢印α₀の方向にＢ軸回転工具本体部３３を旋回可能とする。旋回モータＭＴ５は、旋回機構Ｍ５を動作させるための動力を発生する。旋回モータＭＴ５の動作は、モーションコントローラＣ５によって制御される。モーションコントローラＣ５による旋回モータＭＴ５の制御方法はモーションコントローラＣ３による第３サーボモータＭＴ３の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、ＡＴＣ４は、円形状のマガジン４２、第２水平方向移動機構Ｍ４、第４サーボモータＭＴ４、マガジン回転機構Ｍ２、及び、第２サーボモータＭＴ２等を含んで構成される。

第２水平方向移動機構Ｍ４は、マガジン４２が収容される筐体４１を矢印α₃の方向に移動可能とする。第４サーボモータＭＴ４は、第２水平方向移動機構Ｍ４を動作させるための動力を発生する。第４サーボモータＭＴ４は、入力される電流を機械的出力（トルク及び回転数等の動力）に変換し、第２水平方向移動機構Ｍ４に与える。これにより、第２水平方向移動機構Ｍ４は、マガジン４２が収容された筐体４１を矢印α₃の方向に進退移動する。第４サーボモータＭＴ４の動作は、モーションコントローラＣ４によって制御される。モーションコントローラＣ４による第４サーボモータＭＴ４の制御方法はモーションコントローラＣ３による第３サーボモータＭＴ３の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。

マガジン回転機構Ｍ２は、回転軸Ｂを中心として矢印α₄の方向にマガジン４２を回転可能とする。第２サーボモータＭＴ２は、マガジン回転機構Ｍ２を動作させるための動力を発生する。第２サーボモータＭＴ２は、入力される電流を機械的出力（トルク及び回転数等の動力）に変換し、マガジン回転機構Ｍ２に与える。これにより、マガジン回転機構Ｍ２は、回転軸Ｂを中心として矢印α₄の方向にマガジン４２を回転する。第２サーボモータＭＴ２の動作は、モーションコントローラＣ２によって制御される。モーションコントローラＣ２による第２サーボモータＭＴ２の制御方法はモーションコントローラＣ３による第３サーボモータＭＴ３の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。

ＮＣ装置５は、Ｂ軸回転工具装置３、及び、ＡＴＣ４各々の動作を制御するための装置である。図２に示すように、ＮＣ装置５は、インターフェース部５１、記憶部５２、入力部５３、出力部５４、電流検出部５５、及び、制御部５６等を含んで構成される。インターフェース部５１、記憶部５２、入力部５３、出力部５４、電流検出部５５、及び、制御部５６は、バス５７を介して相互に接続される。制御部５６からの各種制御信号は、インターフェース部５１を介してモーションコントローラＣ１～Ｃ５に伝達される。モーションコントローラＣ１～Ｃ５から対応するサーボモータＭＴ１～ＭＴ５に出力された複数の電流値は、インターフェース部５１を介して電流検出部５５へ伝達される。

記憶部５２は、例えば、半導体記憶装置を含み、制御部５６での処理に用いられるプログラム及びデータ等を記憶する。記憶部５２は、少なくとも、Ｂ軸回転工具装置３とＡＴＣ４との間で行われる一連の工具交換工程を制御部５６に実行させるためのプログラムを記憶する。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部５２にインストールされてもよい。また、記憶部５２は、一連の工具交換工程が正常に行われる場合において、サーボモータＭＴ１～ＭＴ４に入力される複数の電流値の経時的変化を予め記憶している。

入力部５３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、工作機械１のオペレータによる操作に対応する信号を生成する。生成された信号は、オペレータの指示として、制御部５６に供給される。

出力部５４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、制御部５６から供給される映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。

電流検出部５５は、サーボモータＭＴ１～ＭＴ４に入力される複数の電流値を検出して、検出結果を制御部５６へ伝達する。

制御部５６は、工作機械１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部５６は、記憶部５２に記憶されるプログラムに従って、一連の工具交換工程を実行する。制御部５６は、指令部５６１、及び、判定部５６２を有する。指令部５６１は、例えば、一連の工具交換工程を実行するための制御信号を、インターフェース部５１を介して、モーションコントローラＣ１～Ｃ５に伝達する。制御信号は、各サーボモータの回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ）を含む。判定部５６２は、一連の工具交換工程が正常に行われているか否かを判定する。具体的な判定手順については、後述する。

図３は、図１及び図２に示すＡＴＣ４の拡大斜視図である。図３に示すように、ＡＴＣ４の筐体４１内には、マガジン４２が収容され、マガジン回転機構Ｍ２を構成する回転軸４３の一端が、マガジン４２の中心に固定支持される。回転軸４３は、基台４５に設置される支持部材４４によって回転可能に支持される。マガジン４２は、第２サーボモータＭＴ２で発生する動力によって矢印α₄の方向に回転する。また、筐体４１には、不図示の開閉機構によって、ＡＴＣ４内に収容される交換用の工具を搬出及び搬入するために開閉するシャッタ４６が配置される。

図４Ａは、図３に示す視点βから見たマガジン４２の正面図である。図４Ａに示すように、マガジン４２には、工具を保持する１２個の工具保持部Ｈ１～Ｈ１２が円周方向に沿って設けられる。工具保持部Ｈ１～Ｈ１２は、同一の構成を有しているため、以降、説明の便宜上、工具保持部Ｈ１についてのみ説明する。１つの工具保持部Ｈ１は、工具Ｔを格納する凹部Ｈ１３、及び、凹部Ｈ１３に格納された工具Ｔを把持する弾性部材を有する２つの留め具Ｈ１４を有する。例えば、図４Ｂに示すように、工具Ｔは、Ｙ軸方向に沿って下降することで、凹部Ｈ１３に格納され、図４Ｃに示すように、留め具Ｈ１４によって凹部Ｈ１３内に弾性的に保持される。

図５は、本実施形態に係る工作機械１のＢ軸回転工具装置３とＡＴＣ４との間で行われる一連の工具交換工程を示すフローチャートである。図６Ａ～図６Ｆは、図５に示す一連の工具交換工程の各工程における、Ｂ軸回転工具装置３、及び、ＡＴＣ４の移動位置を示す図である。以下、Ｂ軸回転工具本体部３３に保持されている第２工具３２を他の工具に変更する場合の正常動作について説明する。

所定の手順によって工具交換の指令が入力されると、最初に制御部５６は、記憶部５２に記憶されるプログラムに従って、Ｂ軸回転工具装置旋回を実行する（ステップＳ１）。具体的には、制御部５６の指令部５６１は、インターフェース部５１を介して所定の制御信号（各サーボモータの回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ））をモーションコントローラＣ３に伝達する。モーションコントローラＣ３は、指令部５６１から伝達される制御信号に応じて、第３サーボモータＭＴ３を制御して、第１水平方向移動機構Ｍ３を駆動することによって、Ｂ軸回転工具装置３を移動させて、Ｂ軸回転工具本体部３３をレール８に沿って図６Ａに示す矢印α₁の方向（前進方向）に移動させる。以下、便宜上、各移動機構Ｍ１～Ｍ５、及び、Ｂ軸回転工具装置３についての説明を省略する。また、指令部５６１からモーションコントローラＣ１～Ｃ５への制御信号の伝達、及び、モーションコントローラＣ１～Ｃ５における制御信号に応じたサーボモータＭＴ１～ＭＴ４、及び、旋回モータＭＴ５の制御についての説明を省略する。

次に、指令部５６１は、旋回モータＭＴ５を制御し、Ｂ軸回転工具本体部３３を、旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として図６Ａに示す矢印α₀の方向に１８０度旋回させる。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３、及び、ＡＴＣ４の水平方向移動を実行する（ステップＳ２）。具体的には、図６Ａに示すように、制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御してＢ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（前進方向）に移動させ、同時期に制御部５６の指令部５６１は、第４サーボモータＭＴ４を制御して、筐体４１を矢印α₃の方向（前進方向）に移動させる。このとき、筐体４１のシャッタ４６は、不図示の開閉機構により開かれる。結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３、及び、筐体４１は、図６Ａに示す状態から、図６Ｂに示す状態に移動する。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３の鉛直方向移動を実行する（ステップＳ３）。具体的には、図６Ｂに示すように、制御部５６の指令部５６１は、第１サーボモータＭＴ１を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₂の方向に下降させる。Ｂ軸回転工具本体部３３の下降によって、Ｂ軸回転工具本体部３３に支持されていた第２工具３２が、空いている工具保持部Ｈ１の２つの留め具Ｈ１４によって仮に保持される。

なお、Ｂ軸回転工具本体部３３が下降する前に、制御部５６の指令部５６１は、第２サーボモータＭＴ２を制御して、空いている工具保持部Ｈ１が第２工具３２の真下に位置するようにマガジン４２を回転させる。さらに、Ｂ軸回転工具本体部３３が下降してから次のステップが開始するまでの間、指令部５６１は、第２サーボモータＭＴ２を制御して、マガジン４２が回転しないように所定の位置に維持する。

次に、制御部５６は、工具アンクランプを実行する（ステップＳ４）。具体的には、制御部５６の指令部５６１は、Ｂ軸回転工具本体部３３内で第２工具３２を保持している不図示の工具保持機構を制御して、第２工具３２の保持を解除させる。さらに、制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を、第２工具３２が工具保持部Ｈ１に仮に保持されている状態のまま、矢印α₁の方向（前進方向）に少しだけ移動させる。結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３は第２工具３２を介してマガジン４２を押し込むこととなり、第２工具３２はＢ軸回転工具本体部３３から外れて工具保持部Ｈ１に完全に保持された状態となる。すなわち、ステップＳ４によって、第２工具３２のＢ軸回転工具装置３からＡＴＣ４へ受け渡しが完了する。この状態を図６Ｃに示す。

なお、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込む際、マガジン４２による負荷が発生する。したがって、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向に移動させるために制御される第３サーボモータＭＴ３に対して、モーションコントローラＣ３から供給される電流値は、マガジン４２による負荷が存在しない場合と比較して変動する。

一方、制御部５６の指令部５６１は、第４サーボモータＭＴ４を制御することによって筐体４１を所定の位置（図６Ｃに示す位置）に維持するように制御している。しかしながら、マガジン４２は第２工具３２を介してＢ軸回転工具本体部３３によって押し込まれるため、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に出力される電流値は、筐体４１を所定の位置に維持しようとして、筐体４１が押し込まれない場合と比較して変動する。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３の水平方向移動を実行する（ステップＳ５）。具体的には、図６Ｃに示すように、制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（後退方向）に移動させる。結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３は、図６Ｃに示す状態から、図６Ｄに示す状態に移動する。

次に、制御部５６は、次工具準備を実行する（ステップＳ６）。具体的には、指令部５６１は、第２サーボモータＭＴ２を制御して、次に使用する工具（次工具３２１）が保持されている工具保持部Ｈｎが一番上に位置するように、回転軸Ｂを中心として矢印α₄の方向にマガジン４２を回転させる。この状態を図６Ｄに示す。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３の水平方向移動を実行する（ステップＳ７）。具体的には、図６Ｄに示すように、制御部５６の指令部５６１が第３サーボモータＭＴ３を制御してＢ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（前進方向）に移動させる。

次に、制御部５６は、次工具クランプを実行する（ステップＳ８）。具体的には、制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御してＢ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（前進方向）に少しだけ移動させながら、Ｂ軸回転工具本体部３３内の工具保持機構を制御して、次工具３２１を保持させる。すなわち、ステップＳ８によって、次工具３２１のＡＴＣ４からＢ軸回転工具装置３からへ受け渡しが完了する。この状態を図６Ｅに示す。

ステップＳ８で次工具３２１を保持する際、結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３は次工具３２１を介してマガジン４２を押し込むこととなる。したがって、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向に移動させるために制御される第３サーボモータＭＴ３に対して、モーションコントローラＣ３から供給される電流値は、マガジン４２による負荷が存在しない場合と比較して高くなる。同様に、マガジン４２は次工具３２１を介してＢ軸回転工具本体部３３によって押し込まれるため、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に出力される電流値は、筐体４１を所定の位置に維持しようとして、筐体４１が押し込まれない場合と比較して高くなる。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３の鉛直方向移動を実行する（ステップＳ９）。図６Ｅに示すように、制御部５６の指令部５６１は、第１サーボモータＭＴ１を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₂の方向に上昇させる。結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３は、図６Ｅに示す状態から図６Ｆに示す状態に移動する。この状態で、マガジン４２から次工具３２１が外されることとなる。さらに、Ｂ軸回転工具本体部３３が上昇してから次のステップが開始するまでの間、制御部５６の指令部５６１は、第２サーボモータＭＴ２を制御して、マガジン４２が回転しないように所定の位置に維持する。

次に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置３、及び、ＡＴＣ４の水平方向移動を実行する（ステップＳ１０）。具体的には、図６Ｆに示すように、制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（後退方向）に移動させ、同時期に制御部５６の指令部５６１は、第４サーボモータＭＴ４を制御して筐体４１を矢印α₃の方向（後退方向）に移動させる。このとき、筐体４１のシャッタ４６は、不図示の開閉機構により閉じられる。

最後に、制御部５６は、Ｂ軸回転工具装置旋回を実行して（ステップＳ１１）、一連の工具交換工程が終了する。具体的には、制御部５６の指令部５６１は、旋回モータＭＴ５を制御し、Ｂ軸回転工具本体部３３を、旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として図６Ｆに示す矢印α₀の方向に１８０度旋回させ、同時期に制御部５６の指令部５６１は、第３サーボモータＭＴ３を制御してＢ軸回転工具本体部３３を図６Ｆに示す矢印α₁の方向（後退方向）に移動させる。結果として、Ｂ軸回転工具本体部３３は、図６Ｆに示す状態から、再び図６Ａに示す状態に移動する。

図７は、一連の工具交換工程において各サーボモータに供給される正常時の電流波形を示している。図７において、横軸は時間（時刻ｔ₁～ｔ₈）（ｓ）を示し、縦軸は電流値（ｍＡ）を示し、Ｓ３～Ｓ９は図５に示す一連の工具交換工程のステップに対応する期間を示している。電流Ａ１は、モーションコントローラＣ１から第１サーボモータＭＴ１へ供給される電流波形を示し、電流Ａ２は、モーションコントローラＣ２から第２サーボモータＭＴ２へ供給される電流波形を示している。電流Ａ３は、モーションコントローラＣ３から第３サーボモータＭＴ３へ供給される電流波形を示し、電流Ａ４は、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４へ供給される電流波形を示している。なお、上記については、図８～図１０においても同様である。

図７においてＰ１として示す電流Ａ３の期間では、図５のステップＳ４について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込む際、マガジン４２による負荷により、モーションコントローラＣ３から第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値が変動している。図７においてＰ２として示す電流Ａ３の期間では、図５のステップＳ８について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込む際、マガジン４２による負荷により、モーションコントローラＣ３から第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値が変動している。

図７においてＰ３として示す電流Ａ４の期間では、図５のステップＳ４について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込む際、Ｂ軸回転工具本体部３３による押し込みに対して筐体４１の位置を維持するために、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値が変動している。図７においてＰ４として示す電流Ａ４の期間では、図５のステップＳ８について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込む際、Ｂ軸回転工具本体部による押し込みに対して筐体４１の位置を維持するために、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値が変動している。

図７においてＰ５として示す電流Ａ２の期間では、図５のステップＳ３の正常動作時には、マガジン４２を移動させるような現象が発生していないため、モーションコントローラＣ２から第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値が変動していない。図７においてＰ６として示す電流Ａ２の期間では、図５のステップＳ９の正常動作時には、マガジン４２を移動させるような現象が発生していないため、モーションコントローラＣ２から第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値が変動していない。

図７においてＰ７として示す電流Ａ１の期間では、図５のステップＳ３の正常動作時について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３を下降させているため、モーションコントローラＣ１から第１サーボモータＭＴ１に供給される電流値が変動している。図７においてＰ８として示す電流Ａ１の期間では、図５のステップＳ９の正常動作時について説明したように、Ｂ軸回転工具本体部３３を上昇させているため、モーションコントローラＣ１から第１サーボモータＭＴ１に供給される電流値が変動している。

図８は、工具アンクランプが異常だった場合に、所定の工具交換工程（図５のステップＳ４参照）において各サーボモータに供給される電流波形を示している。

例えば、Ｂ軸回転工具本体部３３が第２工具３２を保持していなかった場合、図５のステップＳ４の動作では、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込むことが発生しない。したがって、図８においてＰ１´として示す電流Ａ３の期間では、マガジン４２による負荷が存在しないので、モーションコントローラＣ３から第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値が変動しない。同様に、図８においてＰ３´として示す電流Ａ３の期間では、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込むことが発生しないので、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値が変動しない。なお、図８のＰ１´及びＰ３´において、正常動作する場合の電流Ａ３及び電流Ａ４の波形を破線で示している。

図８に示すように、正常動作時の電流波形（図７参照）と、異常動作時の電流波形（図８参照）とを比較することによって、工具アンクランプ時の異常を検出することが可能となる。具体的には、記憶部５２には、図７に示すような正常動作時に電流波形を予め記憶させておく。一方、工具交換工程の開始後は、電流検出部５５で第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値及び／又は第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値を検出し、ステップＳ４に対応する時刻ｔ₂～ｔ₃の期間で所定の電流変動が発生しない場合に、制御部５６の判定部５６２が、異常が発生したと判定する。

上述したように、サーボモータへ供給される電流値が許容値を超えるような場合のみが、異常とは限らない。したがって、本実施形態に係る工作機械１は、モータの電流値が許容値未満であっても、工具アンクランプを実行する工程において内部で発生する異常を検出することができる。

図９は、次工具クランプが異常だった場合に、所定の工具交換工程（図５のステップＳ８参照）において各サーボモータに供給される電流波形を示している。

例えば、Ｂ軸回転工具本体部３３が次工具３２１を保持していなかった場合、図５のステップＳ８の動作では、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込むことが発生しない。したがって、図９においてＰ２´として示す電流Ａ３の期間では、マガジン４２による負荷が存在しないので、モーションコントローラＣ３から第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値が変動しない。同様に、図９においてＰ４´として示す電流Ａ３の期間では、Ｂ軸回転工具本体部３３によってマガジン４２を押し込むことが発生しないので、モーションコントローラＣ４から第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値が変動しない。なお、図９のＰ２´及びＰ４´において、正常動作する場合の電流Ａ３及び電流Ａ４の波形を破線で示している。

図９に示すように、正常動作時の電流波形（図７参照）と、異常動作時の電流波形（図９参照）とを比較することによって、次工具アンクランプ時の異常を検出することが可能となる。具体的には、記憶部５２には、図７に示すような正常動作時に電流波形を予め記憶させておく。一方、工具交換工程の開始後は、電流検出部５５で第３サーボモータＭＴ３に供給される電流値及び／又は第４サーボモータＭＴ４に供給される電流値を検出し、ステップＳ８に対応する時刻ｔ₆～ｔ₇の期間で所定の電流変動が発生しない場合に、制御部５６の判定部５６２が、異常が発生したと判定する。

上述したように、サーボモータへ供給される電流値が許容値を超えるような場合のみが、異常とは限らない。したがって、本実施形態に係る工作機械１は、モータの電流値が許容値未満であっても、次工具アンクランプを実行する工程において内部で発生する異常を検出することができる。

図１０は、マガジン４２が破損していた場合に、所定の工具交換工程（図５のステップＳ３及びＳ９参照）において各サーボモータに供給される電流波形を示している。

図４Ａ及び図４Ｂにおいて説明したように、工具は、マガジン４２に設けられた、２つの留め具Ｈ１４を有する工具保持部Ｈ１～Ｈ１２のいずれか１つに格納される。一方、工具を工具保持部に挿入する際（ステップＳ３）、及び、工具を工具保持部から抜き取る際（ステップＳ９）、制御部５６の指令部５６１の指示により、モーションコントローラＣ２は、第２サーボモータＭＴ２を制御して、マガジン４２が所定の位置に維持されるように制御している。

例えば、何らかの事情により、２つの留め具Ｈ１４のうち１つが破損する場合が考えられる。このような場合に、工具を工具保持部に挿入、又は、工具を工具保持部から抜き取ろうとすると、マガジン４２に対して左右いずれかの方向に回転しようとする負荷が掛かる。負荷が掛かると、モーションコントローラＣ２は、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値を変動させて、マガジン４２が所定の位置に維持されるような制御を行うこととなる。

工具を工具保持部に挿入する際（ステップＳ３）、図１０においてＰ５´として示す電流Ａ２の期間では、図４Ａに示す２つの留め具Ｈ１４のうち図中で左側の留め具Ｈ１４が破損している場合、モーションコントローラＣ２は、図１０の電流波形６０に示すように、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値を上振れさせて、破損している留め具Ｈ１４の方向へのマガジン４２の回転を規制する。一方、図４Ａに示す２つの留め具Ｈ１４のうち図中で右側の留め具Ｈ１４が破損している場合、図１０の電流波形６１に示すように、モーションコントローラＣ２は、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値を下振れさせて、破損している留め具Ｈ１４の方向へのマガジン４２の回転を規制する。なお、図１０のＰ５において、正常動作する場合の電流Ａ２の波形を破線で示している。

また、工具を工具保持部から抜き取る際（ステップＳ９）、図１０においてＰ６´として示す電流Ａ２の期間では、図４Ａに示す２つの留め具Ｈ１４のうち図中で左側の留め具Ｈ１４が破損している場合、モーションコントローラＣ２は、図１０の電流波形６２に示すように、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値を上振れさせて、破損している留め具Ｈ１４の方向へのマガジン４２の回転を規制する。一方、図４Ａに示す２つの留め具Ｈ１４のうち図中で右側の留め具Ｈ１４が破損している場合、図１０の電流波形６３に示すように、モーションコントローラＣ２は、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流値を下振れさせて、破損している留め具Ｈ１４の方向へのマガジン４２の回転を規制する。なお、図１０のＰ６´において、正常動作する場合の電流Ａ２の波形を破線で示している。

制御部５６の指令部５６１の指示により、モーションコントローラＣ１は、第１サーボモータＭＴ１を制御して、Ｂ軸回転工具本体部３３を下降、及び、上昇させるように制御している。例えば、２つの留め具Ｈ１４のうち１つが破損している場合に、Ｂ軸回転工具本体部３３を下降、及び、上昇させようとすると、留め具Ｈ１４による弾性抵抗は破損していない場合の弾性抵抗と比較して小さくなり、第１サーボモータＭＴ１に掛かる負荷も小さくなる。負荷が小さくなると、モーションコントローラＣ１は、第１サーボモータＭＴ１に供給される電流値を通常よりも小さく変動させるような制御を行うこととなる。

工具を工具保持部に挿入する際（ステップＳ３）、図１０においてＰ７´として示す電流Ａ１の期間では、留め具Ｈ１４による弾性抵抗が小さくなるので、モーションコントローラＣ１から第１サーボモータＭＴ１に供給される電流値の変動が小さくなる。なお、図１０のＰ７´において、正常動作する場合の電流Ａ１の波形を破線で示している。

また、工具を工具保持部から抜き取る際（ステップＳ９）、図１０においてＰ８´として示す電流Ａ１の期間では、留め具Ｈ１４による弾性抵抗が小さくなるので、モーションコントローラＣ１から第１サーボモータＭＴ１に供給される電流値の変動が小さくなる。なお、図１０のＰ８´において、正常動作する場合の電流Ａ１の波形を破線で示している。

図１０に示すように、正常動作時の電流波形（図７参照）と、異常動作時の電流波形（図１０参照）とを比較することによって、マガジン４２の破損による異常を検出することが可能となる。具体的には、記憶部５２には、図７に示すような正常動作時に電流波形を予め記憶させておく。一方、工具交換工程の開始後は、電流検出部５５で第１サーボモータＭＴ１に供給される電流Ａ１、及び、第２サーボモータＭＴ２に供給される電流Ａ２の電流値を検出し、ステップＳ３に対応する時刻ｔ₁～ｔ₂の期間及び／又はステップＳ９に対応する時刻ｔ₇～ｔ₈の期間で所定の電流変動が発生した場合に、制御部５６の判定部５６２が、異常が発生したと判定する。このように、同一の異常に対して、複数の電流値の波形が同時に異なった波形となる現象が発生する場合には、複数の電流値の経時的変化を正常値と比較することによって、より正確に異常判定を行うことが可能となる。

以上詳述したように、本実施形態に係る工作機械１は、少なくとも、工具アンクランプ時の異常、次工具クランプ時の異常、及び／又は、マガジン４２の破損による異常の有無を、関連するサーボモータに供給される電流値を検出して判定することが可能となる。

ここで、本実施形態に係る工作機械１において、センサＳｅ１～センサＳｅ５によって検出されるサーボモータＭＴ１～ＭＴ４、及び、旋回モータＭＴ５の実回転量及び実回転数が、ＮＣ装置５にも伝達されるようにしてもよい。

また、本実施形態に係る工作機械１において、記憶部５２は、一連の工具交換工程が正常に行われる場合において、少なくとも、第１サーボモータＭＴ１、及び、第２サーボモータＭＴ２に入力される複数の電流値の経時的変化を予め記憶するようにしてもよい。

また、本実施形態に係る工作機械１において、モーションコントローラＣ１が制御する第１サーボモータＭＴ１は複数設置されてもよく、Ｂ軸回転工具装置３は、複数の第１サーボモータＭＴ１を用いて、鉛直方向移動機構Ｍ１を動作させてもよい。なお、他のモーションコントローラＣ２～Ｃ５と、他のサーボモータＭＴ２～ＭＴ５と、他の機構Ｍ２～Ｍ５とについても同様であるので、詳細な説明を省略する。

また、制御部５６は、ステップＳ１において、Ｂ軸回転工具本体部３３をレール８に沿って矢印α₁の方向（前進方向）に移動させる工程と、Ｂ軸回転工具本体部３３を、旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として矢印α₀の方向に１８０度旋回させる工程とに分けて、Ｂ軸回転工具装置旋回を実行している。しかしながら、制御部５６は、ステップＳ１１と同様に、ステップＳ１において、第３サーボモータＭＴ３を制御してＢ軸回転工具本体部３３を矢印α₁の方向（前進方向）に移動させ、同時期にＢ軸回転工具本体部３３を、旋回モータＭＴ５の旋回軸Ａを中心として矢印α₀の方向に１８０度旋回させてもよい。

また、本実施形態に係る工作機械１において、工具保持部Ｈ１～Ｈ１２は、図４Ａ～図４Ｃに示すように、工具Ｔを把持する弾性部材を有する２つの留め具Ｈ１４を有している。しかしながら、本実施形態に係る工作機械１において、工具保持部Ｈ１～Ｈ１２の留め具は、一体物として構成されてもよい。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明及び技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点及び欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神及び範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

１ 工作機械
２ 主軸
３ Ｂ軸回転工具装置
４ 自動工具交換装置（ＡＴＣ）
５ 数値制御装置（ＮＣ装置）
３２ 第２工具
３３ Ｂ軸回転工具本体部
４１ 筐体
４２ マガジン
５１ インターフェース部
５２ 記憶部
５３ 入力部
５４ 出力部
５５ 電流検出部
５６ 制御部
３２１ 次工具
５６１ 指令部
５６２ 判定部
ＭＴ１～ＭＴ４ 第１サーボモータ～第４サーボモータ

Claims (7)

1. 回転工具装置と、前記回転工具装置との間で工具の交換を行う自動工具交換装置と、を具備する工作機械であって、
   前記回転工具装置は、
   （i）ワークを加工するために、前記工具を回転可能に保持する回転工具本体部と、
   （ii）前記回転工具装置を動作させるための動力を発生する第１サーボモータと、を有し、
   前記自動工具交換装置は、前記自動工具交換装置を動作させるための動力を発生する第２サーボモータと、を有し、
   前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータに入力される複数の電流値を検出する電流検出部と、
   前記回転工具装置と前記自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち所定の工程において、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータに入力される正常時の複数の電流値の経時的変化を記憶する記憶部と、
   前記所定の工程において、前記電流検出部によって検出される前記複数の電流値を、前記正常時の複数の電流値の経時的変化と比較して、前記所定の工程が正常に行われているか否かを判定する判定部と、
   を具備する、工作機械。
2. 前記自動工具交換装置は、筐体と、前記筐体内に収容され、前記工具を保持する複数の工具保持部が円周方向に沿って設けられる円形状のマガジンとを更に有する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記第１サーボモータは、前記回転工具本体部を鉛直方向に沿って移動可能とする鉛直方向移動機構を動作させるための動力を発生し、
   前記第２サーボモータは、前記マガジンを回転軸に沿って回転可能とするためのマガジン回転機構を動作させるための動力を発生し、
   前記所定の工程は、前記回転工具装置と前記自動工具交換装置との間で前記工具の交換を行う所定の位置へ前記工具を移動する工程、又は、前記回転工具装置と前記自動工具交換装置とを前記所定の位置から前記一連の工具交換工程を開始する前の元の位置へ前記工具を移動する工程である、
   請求項２に記載の工作機械。
4. 前記マガジンは、１つの工具を保持するための留め具を有し、
   前記判定部は、前記電流検出部が検出する前記第２サーボモータへ入力される電流値に基づいて、前記留め具が破損しているかを判定する、
   請求項３に記載の工作機械。
5. 前記回転工具装置は、前記回転工具本体部を水平方向に沿って移動可能とする第１水平方向移動機構を動作させるための動力を発生する第３サーボモータを有し、
   前記電流検出部は、前記第３サーボモータに入力される電流値を検出し、
   前記判定部は、前記回転工具装置と前記自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち他の所定の工程において、前記電流検出部によって検出される前記電流値が変動しない場合に、前記他の所定の工程が正常に行われていないと判定する、
   請求項２～４のいずれか一項に記載の工作機械。
6. 前記自動工具交換装置は、前記筐体を水平方向に沿って移動可能とする第２水平方向移動機構を動作させるための動力を発生する第４サーボモータを有し、
   前記電流検出部は、前記第４サーボモータに入力される電流値を検出し、
   前記判定部は、前記回転工具装置と前記自動工具交換装置との間で行われる一連の工具交換工程のうち他の所定の工程において、前記電流検出部によって検出される前記電流値が変動しない場合に、前記他の所定の工程が正常に行われていないと判定する、
   請求項２～５のいずれか一項に記載の工作機械。
7. 前記他の所定の工程は、前記工具を前記回転工具装置から前記自動工具交換装置へ受け渡す工程、又は、前記工具を前記自動工具交換装置から前記回転工具装置へ受け渡す工程である、
   請求項５又は６に記載の工作機械。

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