JP4706445B2 - 工作機械及びその工具交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、主軸に装着された工具を、アーム両端部に一対の把持部が形成されて旋回可能な工具交換アームによって、工具マガジンの工具ポット内に収納された工具と交換する工作機械及びその工具交換方法に関する。

従来、工作機械の一例であるマシニングセンタでは、主軸に取り付けられた工具によって被加工物（ワーク）に機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施している。そして、必要に応じて、主軸に取り付けられる工具を、アーム両端部に一対の把持部が形成されて旋回可能な工具交換アームによって、工具マガジンの工具ポット内に収納された工具と交換することが知られている。

より詳細には、マシニングセンタにおいて主軸に取り付けられる工具を交換する場合は、工具交換モータを１回転させる間に、工具交換アームのアーム両端部に設けられた一対の把持部により主軸及び工具ポットの両工具を掴む動作と、工具交換アームを１８０度回転させる動作と、一対の把持部に掴まれた両工具を工具ポット及び主軸に装着する動作とが、工具交換動作として実行される。なお、工具交換動作に際して、主軸及び工具ポットの一方のみに工具が装着されている場合には、一方の工具が他方の工具ポット又は主軸へ移載される。

また、マシニングセンタによっては、その主軸に取り付けられる工具として、通常の工具径を有する標準工具と、通常よりも大きい工具径を有する大径工具とを用いる場合がある。このようなマシニングセンタにおいて、大径工具の工具交換を良好に行ないつつ、工
具交換の時間短縮を図るために、主軸に装着されている工具が大径工具であって、かつ次に交換される工具（マガジン側の工具）が大径工具である場合は、次に交換される工具が収納された工具ポットについての割出処理を実行して、主軸側の大径工具と工具ポット側の大径工具とを同時に交換するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１１４７５７号公報

ところで、その主軸に取り付けられる工具として大径工具を用いることがあるマシニングセンタでは、主軸に取り付けられた大径工具を工具ポットに収納された他の大径工具に交換する場合、その工具交換動作時に工具交換アームの一対の把持部の両方に、大径工具が各々把持されることになる。このとき、各々の大径工具が有する工具径が、工具交換アームの中心軸からその工具径の中心までの距離よりも大きいと、一対の把持部に各々把持された大径工具同士が干渉してしまい、その工具交換動作を行うことができず、また大径工具を損傷させる問題があった。

かかる不具合を回避するために、主軸に取り付けられた大径工具を工具ポットに収納された他の大径工具に交換する場合は、工具交換アームの一対の把持部の一方のみを用いて、主軸に取り付けられた大径工具を工具ポットに収納させた後に、工具ポットに収納された他の大径工具を主軸に取り付けるという、２サイクルの工具交換動作を行うことが考えられる。しかし、大径工具同士を交換する際に常に２サイクルの工具交換動作を行うとすると、その工具交換に要する時間が増加するため、マシニングセンタの加工効率が低下するという問題があった。

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、主軸に取り付けられた工具を工具ポットに収納された他の工具に交換する際に、その工具同士が互いに干渉することがなく、かつ加工効率が低下することが防止された工作機械及びその工具交換方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の工作機械は、複数の工具を各々収納可能な複数の工具ポットを有し、次工具のある工具ポットを工具交換位置に移動させる工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、前記一対の把持部が主軸に装着された一の工具と前記工具交換位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備えた工作機械において、前記工具交換アームが、前記一対の把持部のいずれか一方のみを用いて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させた後に、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第１工具交換手段と、前記工具交換アームが、前記一対の把持部の一方を用いて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させると同時に、前記一対の把持部の他方を用いて、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第２工具交換手段と、前記工具交換アームの一対の把持部が、前記一の工具と前記他の工具を各々把持する場合に、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定する工具干渉判定手段と、前記工具干渉判定手段により干渉すると判定された場合に前記第１工具交換手段を選択し、前記工具干渉判定手段により干渉しないと判定された場合に前記第２工具交換手段を選択して、前記一の工具と前記他の工具の交換を実行する工具交換選択手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の工作機械は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の工作機械は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径と、前記一の工具の工具長及び前記他の工具の工具長とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の工作機械は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームの積載最大重量と、前記一の工具の重量及び前記他の工具の重量とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の工作機械は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記一の工具及び前記工具マガジンに収納された複数の工具に関する情報を記憶する工具情報記憶手段を備え、前記工具干渉判定手段は、前記工具情報記憶手段に記憶された前記一の工具に関する情報及び前記他の工具に関する情報に基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の工作機械の工具交換方法は、複数の工具を各々収納可能な複数の工具ポットを有し、次工具のある工具ポットを工具交換位置に移動させる工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、前記一対の把持部が主軸に装着された一の工具と前記工具交換位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備えた工作機械の工具交換方法において、前記工具交換アームにより、前記一対の把持部のいずれか一方のみが用いられて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させた後に、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第１工具交換工程と、前記工具交換アームにより、前記一対の把持部の一方が用いられて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させると同時に、前記一対の把持部の他方が用いられて、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第２工具交換工程と、前記工具交換アームの一対の把持部が、前記一の工具と前記他の工具を各々把持する場合に、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定される工具干渉判定工程と、前記工具干渉判定工程により干渉すると判定された場合に前記第１工具交換工程が選択され、前記工具干渉判定工程により干渉しないと判定された場合に前記第２工具交換工程が選択されて、前記一の工具と前記他の工具の交換が実行される工具交換選択工程とを備えたことを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の工作機械の工具交換方法は、請求項６記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明の工作機械の工具交換方法は、請求項６記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径と、前記一の工具の工具長及び前記他の工具の工具長とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする。

また、請求項９に係る発明の工作機械の工具交換方法は、請求項６乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームの積載最大重量と、前記一の工具の重量及び前記他の工具の重量とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明の工作機械の工具交換方法は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記一の工具及び前記工具マガジンに収納された複数の工具に関する情報を記憶する工具情報記憶手段を備え、前記工具干渉判定手段では、前記工具情報記憶手段に記憶された前記一の工具に関する情報及び前記他の工具に関する情報に基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする。

請求項１に係る発明の工作機械では、複数の工具を収納可能な複数の工具ポットを有する工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成されて旋回可能な工具交換アームとを備え、工具交換アームが１サイクルで主軸の工具と工具ポット内の工具とを交換する第１工具交換手段と、工具交換アームが２サイクルで主軸先端側の工具と工具ポット内の工具とを交換する第２工具交換手段とのいずれかを、工具交換アームの旋回性能に基づいて選択及び実行する。よって、主軸に取り付けられた工具を工具ポットに収納された他の工具に交換する際に、その工具同士が互いに干渉することがなく、かつ加工効率が低下することを防止することができる。

また、工具交換アームの一対の把持部が各々工具を把持する場合に、その工具同士が互いに干渉し合うか否かを判定し、工具が干渉する場合は第１工具交換手段を選択し、工具が干渉しない場合は第２工具交換手段を選択する。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かに基づいて、工具交換アームの旋回性能に応じた最適な工具交換手段で工具交換を実行することができる。

また、請求項２に係る発明の工作機械では、請求項１に記載の発明の効果に加え、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径とに基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かを判定する。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項３に係る発明の工作機械では、請求項１に記載の発明の効果に加え、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径および工具長とに基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かを判定する。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径および工具長とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項４に係る発明の工作機械では、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、工具交換アームの積載最大重量と各工具の重量に基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かを判定する。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームの積載最大重量と各工具の重量とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項５に係る発明の工作機械では、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、工具情報記憶手段に記憶された工具に関する情報に基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かを判定する。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、各工具を実際に把持させることなく判定することができる。

また、請求項６に係る発明の工作機械の工具交換方法では、複数の工具を収納可能な複数の工具ポットを有する工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成されて旋回可能な工具交換アームとを備え、工具交換アームにより１サイクルで主軸の工具と工具ポット内の工具とが交換される第１工具交換工程と、工具交換アームにより２サイクルで主軸の工具と工具ポット内の工具とが交換される第２工具交換工程とのいずれかが、工具交換アームの旋回性能に基づいて選択及び実行される。よって、主軸に取り付けられた工具を工具ポットに収納された他の工具に交換する際に、その工具同士が互いに干渉することがなく、かつ加工効率が低下することを防止することができる。

また、工具交換アームの一対の把持部が各々工具を把持する場合に、その工具同士が互いに干渉し合うか否かが判定され、工具が干渉する場合は第１工具交換工程が選択され、工具が干渉しない場合は第２工具交換工程が選択される。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かに基づいて、工具交換アームの旋回性能に応じた最適な工具交換工程で工具交換を実行することができる。

また、請求項７に係る発明の工作機械の工具交換方法では、請求項６に記載の発明の効果に加え、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径とに基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かが判定される。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項８に係る発明の工作機械の工具交換方法では、請求項６に記載の発明の効果に加え、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径および工具長とに基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かが判定される。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームのアーム長さと各工具の工具径および工具長とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項９に係る発明の工作機械の工具交換方法では、請求項６乃至８のいずれかに記載の発明の効果に加え、工具交換アームの積載最大重量と各工具の重量に基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かが判定される。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、工具交換アームの積載最大重量と各工具の重量とに基づいて適切に判定することができる。

また、請求項１０に係る発明の工作機械の工具交換方法では、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明の効果に加え、工具情報記憶手段に記憶された工具に関する情報に基づいて、各工具が互いに干渉し合うか否かが判定される。よって、工具交換アームの一対の把持部に把持される各工具が互いに干渉するか否かを、各工具を実際に把持させることなく判定することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態であるマシニングセンタ１について、図面に基づいて説明する。図１は、マシニングセンタ１の正面図である。図２は、スプラッシュカバー３を除いた、マシニングセンタ１の全体斜視図である。図３は、マシニングセンタ１における、工具交換機構２０及び主軸ヘッド７を中心とした正面図である。図４は、工具交換機構２０における、工具マガジン３０を中心とした拡大側面図である。図５は、工具交換機構２０における、工具マガジン３０を中心とした拡大正面図である。図６は、マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。図７は、工具データテーブル１００のデータ構成図である。

はじめに、マシニングセンタ１について説明する。図１に示すように、マシニングセンタ１は、図示外のワーク（図示外）と工具６（図３参照）とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。そして、マシニングセンタ１は、ワークを加工する機械本体と、機械本体の土台となるベッド２と、ベッド２の上部に設けられて機械本体の周囲を囲繞する略直方体状のボックス型のスプラッシュカバー３とを主体に構成されている。

図２に示すように、ベッド２は、鉄製の土台であり、その下部の四隅には、脚部２ａが各々設けられ、これら４本の脚部２ａが工場などの床面に設置されることにより、マシニングセンタ１が所定場所に設置される。さらに、ベッド２の芯部は、軽量化および高強度化のため、いわゆる肉抜き成形（リブによる骨組構造）されている。

また、図１に示すように、スプラッシュカバー３は、略直方体状のボックス型に形成され、その内側には機械本体により、ワーク加工がおこなわれる加工領域が設けられている。スプラッシュカバー３の前面には、開口部を開閉するスライド式の開閉扉４，５が各々設けられている。そして、この開閉扉４，５の略中央には、ガラス窓部４ａ，５ａが各々設けられ、開閉扉４の右側端部近傍には取っ手部４ｂが設けられ、開閉扉５の左側端部近傍には取っ手部５ｂが設けられている。よって、これら取っ手部４ｂ，５ｂを互いに離れる方向に開くことにより開口部が開口される。そして、作業者はこの開口部を介して、スプラッシュカバー３の内側に配設されたテーブル１０に対して、ワークの着脱を行う。

また、スプラッシュカバー３の正面右側には、マシニングセンタ１の操作をおこなう正面視略長方形状の操作パネル８０が設けられている。この操作パネル８０の前面には、各種キーを備えたキーボード８１が設けられ、その上部には設定画面又は実行動作を表示するためのＣＲＴ（ディスプレイ）８９が設けられている。なお、図６に示すように、キーボード８１は制御装置７０の入力インタフェース７４に接続され、ＣＲＴ（ディスプレイ）８９は制御装置７０の出力インタフェース７５に接続されている。

なお、図示しないが、スプラッシュカバー３の左右の各側壁部には、メンテナンス用の点検ハッチが着脱可能に各々設けられている。そして、上記構成からなるスプラッシュカバー３は、機械本体の周囲を囲繞して外部より保護するとともに、機械本体から排出される切り屑及び切削液の飛沫等が外部へ飛散するのを遮断して、外部環境が汚染されるのを防止している。

次に、マシニングセンタ１の機械本体について説明する。図２に示すように、マシニングセンタ１の機械本体は、スプラッシュカバー３の内側に収納されており、ベッド２のコラム座部１７ａの上面に載置して固定され、垂直上方に延設された略角柱状のコラム１７ｂと、コラム１７ｂの前面に沿って昇降可能に設けられた主軸ヘッド７と、主軸ヘッド７の下部前側から鉛直下方に突出する主軸９と、主軸ヘッド７の右側に設けられ、主軸９の先端に装着された後述の工具６を、他の工具６に交換する工具交換機構（ＡＴＣ）２０と、ベッド２の上部に設けられてワークを着脱可能に保持するテーブル１０と、コラム１７ｂの背面側に設けられ、電源装置や制御基板などの各装置を内蔵する制御盤１９とを主体に構成されている。

なお、制御盤１９の内部には、マシニングセンタ１の制御を司る制御装置７０が配設されている。図６に示すように、この制御装置７０はマイクロコンピュータからなるものであり、ＣＰＵ７１，ＲＯＭ７２，ＲＡＭ７３，入力インタフェース７４，出力インタフェース７５を基本に構成されている。そして、本実施の形態では、後述の工具交換動作のメイン処理（図８）を実行するＮＣプログラムが、制御装置７０のＲＯＭ７２に記憶されている。

そして、コラム１７ｂの上面には、制御装置７０（図６参照）に接続されたサーボモータであるＺモータ８６（図６参照）が装着されている。Ｚモータ８６には、Ｚモータ８６の回転角を検出するエンコーダ８６ａが設けられており、エンコーダ８６ａは入力インタフェース７４（図６参照）に接続されている。そして、エンコーダ８６ａからの信号が入力インタフェース７４を介して制御装置７０に入力されることにより、制御装置７０によるＺモータ８６の速度制御が行われる。また、コラム１７ｂの前面には、上下方向に延設され、主軸ヘッド７を案内する一対のガイドレール（図示外）が上下方向に固定されている。そして、Ｚモータ８６が、Ｚモータ８６から下方に延設された送りねじ（図示外）を正逆方向へ選択的に回転駆動することにより、主軸ヘッド７が上下方向に移動するようになっている。

また、主軸ヘッド７には、加工軸に相当する主軸９が回転可能に装着され、主軸９を回転駆動させるための主軸モータ８（図６参照）を上部に備える。そして、主軸９の先端には後述の工具６が着脱可能に装着され、主軸９が主軸モータ８（図６参照）により回転駆動されることによって工具６が回転され、テーブル１０上に固定されたワークを加工するようになっている。主軸モータ８には、主軸モータ８の回転角を検出するエンコーダ８ａ（図６参照）が設けられており、エンコーダ８ａは入力インタフェース７４（図６参照）に接続されている。そして、エンコーダ８ａからの信号が入力インタフェース７４を介して制御装置７０に入力されることにより、制御装置７０による主軸モータ８の速度制御が行われる。なお、図６のＺ軸原点センサ８３は、主軸９の原点（主軸９の工具交換高さ位置）を検出するものであり、制御装置７０はＺ軸原点センサ８３からの検出信号に基づいて主軸９を原点に位置決め制御を行う。

一方、主軸９の下方には、テーブル１０が配設されている。テーブル１０は、ワークが着脱自在に固定され、サーボモータからなるＸモータ８７及びＹモータ８８（図６参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（奥行き方向）へ移動制御されるものである。テーブル１０の下側には略直方体状の支持台１２が設けられており、支持台１２の上部にはＸ軸方向に沿って延設された一対のＸ軸送りガイド（図示外）が設けられて、Ｘ軸送りガイド上にテーブル１０が移動可能に支持されている。さらに、支持台１２は、ベッド２の長手方向に沿って延設された一対のＹ軸送りガイド上に移動可能に支持されている。このような状態で、テーブル１０は、ベッド２上に設けられたＸモータ８７により、Ｘ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動し、同じくベッド２上に設けられたＹモータ８８により、Ｙ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動するようになっている。Ｘモータ８７には、Ｘモータ８７の回転角を検出するエンコーダ８７ａ（図６参照）が設けられており、Ｙモータ８８には、Ｙモータ８８の回転角を検出するエンコーダ８８ａ（図６参照）が設けられており、これらエンコーダ８７ａ及びエンコーダ８８ａは入力インタフェース７４（図６参照）に各々接続されている。そして、エンコーダ８７ａ及びエンコーダ８８ａからの各信号が入力インタフェース７４を介して制御装置７０に各々入力されることにより、制御装置７０によるＸモータ８７及びＹモータ８８の速度制御が行われる。

ここで、工具交換機構２０について説明する。工具交換機構２０は、複数の工具６を格納可能な側面視略小判型状の工具マガジン３０と、主軸９に装着されている工具６と他の工具６とを把持及び搬送するための工具交換アーム４０とを主体に構成されている。

図３に示すように、工具交換アーム４０は、回転可能および上下動可能に装着された円筒状のアーム旋回軸４３の下端部において、その両端部に工具ホルダ６０を各々把持可能な把持部４１，４１が設けられたアーム部４２が固定されて構成されている。なお、アーム旋回軸４３はＺ軸方向と平行をなし、アーム部４２はアーム旋回軸４３を軸として回動可能である。なお、工具交換アーム４０の上部には、工具交換アーム４０の旋回及び上下動を行う工具交換モータ２７（図６参照）が設けられており、アーム旋回軸４３は運動伝達装置（図示せず）を介して工具交換モータ２７に連結されている。この運動伝達装置は、工具交換モータ２７の回転力をアーム旋回軸４３に伝達するカム機構，工具交換モータ２７の回転力をアーム旋回軸４３の内部に設けられた中軸（図示外）に伝達するカム機構，工具交換モータ２７の回転力を上下方向への直線運動力に変換してアーム旋回軸４３に伝達するクランク機構を有するものである。工具交換モータ２７には、工具交換モータ２７の回転角を検出するエンコーダ２７ａ（図６参照）が設けられており、エンコーダ２７ａは入力インタフェース７４（図６参照）に接続されている。そして、エンコーダ２７ａからの信号が入力インタフェース７４を介して制御装置７０に入力されることにより、制御装置７０による工具交換モータ２７の速度制御が行われる。

この工具交換アーム４０は、その把持部４１，４１の一方又は両方によって、工具マガジン３０の最下端部の位置（以下、工具交換位置という）で、工具ポット３１に保持されている工具６の工具ホルダ６０を把持し、主軸９の直下の位置（以下、工具着脱位置という）で、主軸９に装着されている工具６の工具ホルダ６０を把持することができる。そして、工具交換アーム４０は、その把持部４１，４１の一方又は両方に工具ホルダ６０を把持した状態で上昇又は下降が可能であり、また１８０度回転することで把持部４１，４１を工具交換位置又は工具着脱位置に各々移動させることができる。

また、図４及び図５に示すように、工具マガジン３０には、その内側に複数の工具ポット３１が配設された移送機構３２が装着されている。移送機構３２は、工具マガジン３０の内側に回転可能に配設された一対のスプロケット３３，３４と、このスプロケット３３，３４の間に掛け渡された無端状のチェーン３６と、チェーン３６の外周側に固着されたブラケット３８などを備えている。そして、複数の工具ポット３１はそれぞれブラケット３８に取り付けられて、一方のスプロケット３３が回転駆動された際に、チェーン３６とともに循環する経路を移送されるようになっている。

そして、工具マガジン３０の上部には、スプロケット３３を駆動するためのマガジンモータ２６が設けられている。マガジンモータ２６（図６参照）には、マガジンモータ２６の回転角を検出するエンコーダ２６ａ（図６参照）が設けられており、エンコーダ２６ａは入力インタフェース７４（図６参照）に接続されている。そして、エンコーダ２６ａからの信号が入力インタフェース７４を介して制御装置７０に入力されることにより、制御装置７０によるマガジンモータ２６の速度制御が行われる。また、複数の工具ポット３１には、その工具ポット３１と一体的に移動するポット識別板７８（図６参照）が設けられている。ポット識別板７８には、工具ポット３１ごとに異なるパターンの光透過部（図示外）が形成されており、各工具ポット３１を個別に識別できるようになっている。

また、複数の工具ポット３１は、いずれもブラケット３８に対して回動可能に取り付けられているが、工具ポット３１の移送経路の大部分の範囲では、工具マガジン３０の内壁面３０ａが工具ポット３１に接触する状態にある。そのため、この内壁面３０ａが工具ポット３１の回動を規制する状態となり、工具ポット３１では工具ホルダ６０に取り付けられた工具６が横方向に向けた状態（以下、格納状態という）に維持されている。一方、工具マガジン３０の下端側には割出口３０ｂが形成され、この割出口３０ｂが形成された位置（先述の工具交換位置）に限り、工具ポット３１が格納状態から工具６を下方に向けた状態（以下、交換可能状態という）まで回動可能となっている。なお、この工具交換位置には、工具ポット３１を格納状態又は交換可能状態へと回動させるポット昇降機構（図示外）が配設されている。

このポット昇降機構（図示外）は、エアシリンダ２８（図６参照）を駆動源とするものである。そして、制御装置７０は、エアシリンダ２８を駆動してポット昇降機構を作動させるようになっている。この機構により、割出口３０ｂに位置する工具ポット３１が上下方向へ略９０度回動し、所定の工具６が割出口３０ｂを通して下方へ突出した交換可能状態となり、又は工具ポット３１を上方へ回動復帰させた格納状態となる。なお、図６に示すポット下降センサ８５は、工具ポット３１が交換可能状態となったことを検出するものであり、また、ポット上昇センサ８４は、工具ポット３１が格納状態となったことを検出するものである。

さらに、工具マガジン３０には、これら工具ポット３１を個々に識別する識別センサ７９（図６参照）が設けられている。そして、図６に示すように、識別センサ７９は、投光素子７９ａと受光素子７９ｂとから構成され、それらはポット識別板７８を挟んで対向して配置されている。そして、制御装置７０は、受光素子７９ｂからの信号に基づいて、工具マガジン３０の割出口３０ｂに何れの工具ポット３１が搬送されたかを検出する。そして、搬送されたことを検出すると、マガジンモータ２６の駆動を停止させることにより、所定の工具６を割出口３０ｂに位置決めする。

そして、制御装置７０のＲＡＭ７３（図６参照）には、各工具ポット３１のポット番号と、これに配置されている工具６の工具番号とを対応させた工具番号・ポット番号データテーブルが記憶されている。制御装置７０は、所定の工具６が指定されると、所定の工具６の工具番号に対応するポット番号の工具ポット３１を検索し、その検索した工具ポット３１を割出口３０ｂに至らせるようになっている。また、制御装置７０は、工具ポット３１の工具６が交換されたときには、その工具６の工具番号について、ＲＡＭ７３の工具番号・ポット番号データテーブルを書き替える（更新記憶する）ようにして、工具６の所在が判別できるようにしている。さらに、制御装置７０は、工具番号・ポット番号データテーブルに、主軸９に装着されている工具６の工具番号も記憶しており、工具交換ごとにその工具番号も更新記憶するようになっている。

さらに、制御装置７０のＲＡＭ７３（図６参照）には、工具マガジン３０に収納された工具６及び主軸９に装着された工具６の各工具番号と、当該工具６に関する情報とを対応させた工具データテーブル１００が記憶されている。図７に示すように、本実施の形態に係る工具データテーブル１００には、工具６の工具番号Ｎｏ．１０１に対応して、当該工具６の主軸中心から側端部までの長さを示す工具径Ｄ１０２と、工具ホルダ６０が把持される把持部４１から当該工具６の先端部までの長さを示す工具長Ｈ１０３と、当該工具６の厚み（工具６の先端部の上下方向の幅）を示す工具厚さｈ１０４と、当該工具６の重量を示す工具重さＫ１０５とが記憶されている。なお、ＲＡＭ７３に記憶された工具データテーブル１００のデータ内容は、操作パネル８０のキーボード８１を操作することで、ユーザが任意に追加・編集・削除することができる。

以下では、マシニングセンタ１で実行される工具交換動作について説明する。図８は、工具交換動作のメイン処理を示すフローチャートである。図９は、第１の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。図１０は、第１の実施の形態における、主軸工具６ａと次工具６ｂの干渉について説明するための概略図である。図１１は、工具交換実行処理（Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７）の詳細を示すフローチャートである。図１２は、工具交換実行処理（Ｓ９）を説明するための概略図である。なお、以下に説明する処理は、制御装置７０のＲＯＭ７２に記憶されたＮＣプログラムに基づいて、ＣＰＵ７１により実行される。

図８に示すように、工具交換動作のメイン処理では、まず主軸９に装着されている工具６（以下、主軸工具６ａという）と、ユーザにより指定された交換対象の工具６（以下、次工具６ｂという）との各々についての工具データが、ＲＡＭ７３の工具データテーブル１００（図７参照）から読み出され、ＲＡＭ７３の所定記憶エリアに格納される（Ｓ１）。そして、工具交換アーム４０の旋回性能を、主軸工具６ａ及び次工具６ｂが互いに干渉し合うか否かによって判定する工具干渉判定処理（Ｓ３）が実行される。なお、「干渉」とは、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に工具６を各々把持させた場合に、各工具６が互いの工具交換に対して悪影響を及ぼすことをいう。

図９に示すように、工具干渉判定処理（Ｓ３）では、ＲＡＭ７３の所定記憶エリアに格納された主軸工具６ａ及び次工具６ｂの各工具データに基づいて、主軸工具６ａの工具径Ｄ（工具径Ｄ１）と次工具６ｂの工具径Ｄ（工具径Ｄ２）とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１０１）。なお、工具交換アーム４０のアーム径Ｒは、アーム部４２の長さを示すものであり、あらかじめＲＡＭ７３の所定記憶エリアに記憶されている。

そして、工具径Ｄ１と工具径Ｄ２とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒ以上である場合は（Ｓ１０１：ＮＯ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、図１０に示すように、主軸工具６ａと次工具６ｂとの間に隙間が生じず、主軸工具６ａと次工具６ｂとが接触する。例えば、主軸工具６ａや次工具６ｂが通常よりも工具径Ｄが大きい大径工具である場合などは、Ｓ１０１で主軸工具６ａと次工具６ｂとの接触が発生すると判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉あり」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＮ」を示す「１」がセットされて（Ｓ１０３）、メイン処理（図８）に戻る。

一方、工具径Ｄ１と工具径Ｄ２とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒよりも小さい場合は（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、主軸工具６ａと次工具６ｂとの間に隙間が生じるため、主軸工具６ａと次工具６ｂとは接触しない。例えば、主軸工具６ａ及び次工具６ｂが通常の工具径Ｄを有する標準工具である場合などは、Ｓ１０１で主軸工具６ａと次工具６ｂとの接触は発生しないと判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉なし」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＦＦ」を示す「０」がセットされて（Ｓ１０５）、メイン処理（図８）に戻る。

メイン処理（図８）に戻り、工具干渉判定処理（Ｓ３）の判定結果に基づいて、主軸工具６ａと次工具６ｂとは干渉ありか否かが判定される（Ｓ５）。Ｓ５の判定では、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグが参照されて、この干渉判定フラグに「０」がセットされていれば「干渉なし」と判定される（Ｓ５：ＮＯ）。この場合、工具交換アーム４０の旋回性能によれば、１サイクルのアーム旋回動作で主軸工具６ａ及び次工具６ｂの交換が可能であるから、第１の工具交換処理（Ｓ７〜Ｓ９）が実行される。一方、この干渉判定フラグに「１」がセットされていれば「干渉あり」と判定される（Ｓ５：ＹＥＳ）。この場合、工具交換アーム４０の旋回性能によれば、１サイクルのアーム旋回動作では主軸工具６ａ及び次工具６ｂの交換に不具合が生じるから、第２の工具交換処理（Ｓ１１〜Ｓ１７）が実行される。

まず、第１の工具交換処理では、次工具６ｂが収納された工具ポット３１（次工具ポット）の割出処理が実行される（Ｓ７）。Ｓ７の割出処理では、次工具６ｂの工具番号に基づいて、次工具６ｂが収納された工具ポット３１のポット番号が、ＲＡＭ７３の工具番号・ポット番号データテーブルから検索される。そして、検索されたポット番号の工具ポット３１が割出口３０ｂ（工具交換位置）まで移動される。この移動制御では、マガジンモータ２６がオンされて各工具ポット３１を移動させ、該当するポット番号の工具ポット３１が割出口３０ｂに至ったことが識別センサ７９により検出されたときに、マガジンモータ２６がオフされる。そして、後述の工具交換実行処理が実行されて（Ｓ９）、次工具６ｂが主軸９に装着される一方、主軸工具６ａが工具マガジン３０に収納される。このように、第１の工具交換処理では、１回の工具交換実行処理（Ｓ９）によって、主軸工具６ａと次工具６ｂとの交換が実行される。

一方、第２の工具交換処理では、主軸工具６ａを収納する工具ポット３１（空きポット）の割出処理が実行される（Ｓ１１）。Ｓ１１の割出処理では、主軸工具６ａが収納される工具ポット３１のポット番号が、主軸工具６ａの工具番号に基づいて、ＲＡＭ７３の工具番号・ポット番号データテーブルから検索される。そして、検索されたポット番号の工具ポット３１が割出口３０ｂ（工具交換位置）まで移動される。なお、この移動制御は、Ｓ７の移動制御と同様である。そして、後述の工具交換実行処理が実行されて（Ｓ１３）、主軸工具６ａが工具マガジン３０に収納される。

次いで、次工具６ｂが収納された工具ポット３１（次工具ポット）の割出処理が実行される（Ｓ１５）。なお、Ｓ１５の割出処理は、Ｓ７の割出処理と同様である。そして、後述の工具交換実行処理が実行されて（Ｓ１７）、次工具６ｂが主軸９に装着される。このように、第２の工具交換処理では、２回の工具交換実行処理（Ｓ１３，Ｓ１７）によって、主軸工具６ａと次工具６ｂとの交換が実行される。

ここで、工具交換実行処理（Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７）について説明する。図１１及び図１２に示すように、工具交換実行処理（Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７）では、まず割出口３０ｂの工具ポット３１を下降させて、その工具ポット３１を交換可能状態とするポット下降動作が実行される（Ｓ３１）。このポット下降動作では、エアシリンダ２８を動作させて、ポット昇降機構（図示外）により割出口３０ｂの工具ポット３１を下降させ、ポット下降センサ８５により工具ポット３１の下降が検出されれば、エアシリンダ２８の駆動を停止させる。

次に、工具交換アーム４０を原点に上昇した状態で旋回させて、その把持部４１，４１に交換対象の工具６の工具ホルダ６０を把持させる工具保持動作が実行される（Ｓ３３）。そして、工具交換アーム４０を下降させるアーム下降動作が実行され（Ｓ３５）、工具交換アーム４０を１８０度旋回させて、把持部４１，４１の各々の位置が入れ替わるアーム旋回動作が実行され（Ｓ３７）、工具交換アーム４０を原点まで上昇させるアーム上昇動作が実行される（Ｓ３９）。そして、把持部４１，４１で把持されている交換対象の工具６の工具ホルダ６０が開放される工具開放動作が実行される（Ｓ４１）。なお、Ｓ３３〜Ｓ４１のアーム関連動作では、工具交換モータ２７を駆動させて、把持部４１，４１の開閉動作、工具交換アーム４０の上下動作及び旋回動作が行われ、１サイクルの動作の終了がアームセンサ８２（図６参照）により検出されると、工具交換モータ２７の駆動を停止させる。

最後に、割出口３０ｂの工具ポット３１を上昇させて、その工具ポット３１を格納状態とするポット上昇動作が実行される（Ｓ４３）。このポット上昇動作では、エアシリンダ２８を動作させて、ポット昇降機構（図示外）により割出口３０ｂの工具ポット３１を上昇させ、ポット上昇センサ８４により工具ポット３１の上昇が検出されれば、エアシリンダ２８の駆動を停止させる。

このように、工具交換実行処理（Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７）は、制御装置７０（ＣＰＵ７１）による制御のもと、工具交換機構２０において共通の動作が実行されるが、以下では、Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７の処理内容について具体的に説明する。

まず、Ｓ９で実行される工具交換実行処理では、ポット下降動作（Ｓ３１）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で次工具６ｂが下方向に向けられる。工具保持動作（Ｓ３３）により、工具着脱位置の把持部４１で主軸工具６ａの工具ホルダ６０ａが把持されると同時に、工具交換位置の把持部４１で次工具６ｂの工具ホルダ６０ｂが把持される。アーム下降動作（Ｓ３５）により、主軸９から主軸工具６ａが抜脱されると同時に、工具マガジン３０から次工具６ｂが抜脱される（図１２の状態１）。アーム旋回動作（Ｓ３７）により、主軸工具６ａが工具交換位置に移動すると同時に、次工具６ｂが工具着脱位置に移動する（図１２の状態２）。アーム上昇動作（Ｓ３９）により、次工具６ｂが主軸９に装着されると同時に、主軸工具６ａが工具マガジン３０の空きポット３１に収納される（図１２の状態３）。工具開放動作（Ｓ４１）により、把持部４１，４１から主軸工具６ａの工具ホルダ６０ａ及び次工具６ｂの工具ホルダ６０ｂが開放される。ポット上昇動作（Ｓ４３）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で主軸工具６ａが横方向に向けられる（図１２の状態４）。そして、主軸９では次工具６ｂを用いたワーク加工が可能となる一方、工具マガジン３０では工具ポット３１が格納状態となる（図１２の状態５，６）。このように、Ｓ９の工具交換実行処理では、主軸工具６ａの工具マガジン３０への収納と、次工具６ｂの主軸９への装着とが同時に実行される。

一方、Ｓ１３で実行される工具交換実行処理では、ポット下降動作（Ｓ３１）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で空きポット３１が交換可能状態となる。工具保持動作（Ｓ３３）により、工具着脱位置の把持部４１で主軸工具６ａの工具ホルダ６０ａが把持される。アーム下降動作（Ｓ３５）により、主軸９から主軸工具６ａが抜脱される。アーム旋回動作（Ｓ３７）により、主軸工具６ａが工具交換位置に移動する。アーム上昇動作（Ｓ３９）により、主軸工具６ａが工具マガジン３０の空きポット３１に収納される。工具開放動作（Ｓ４１）により、把持部４１から主軸工具６ａの工具ホルダ６０ａが開放される。ポット上昇動作（Ｓ４３）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で主軸工具６ａが横方向に向けられ、工具マガジン３０では工具ポット３１が格納状態となる。このように、Ｓ１３の工具交換実行処理では、主軸工具６ａの工具マガジン３０への収納のみが実行される。

そして、Ｓ１７で実行される工具交換実行処理では、ポット下降動作（Ｓ３１）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で次工具６ｂが下方向に向けられる。工具保持動作（Ｓ３３）により、工具交換位置の把持部４１で次工具６ｂの工具ホルダ６０ｂが把持される。アーム下降動作（Ｓ３５）により、工具マガジン３０から次工具６ｂが抜脱される。アーム旋回動作（Ｓ３７）により、次工具６ｂが工具着脱位置に移動する。アーム上昇動作（Ｓ３９）により、次工具６ｂが主軸９に装着される。工具開放動作（Ｓ４１）により、把持部４１から次工具６ｂの工具ホルダ６０ｂが開放される。ポット上昇動作（Ｓ４３）により、割出口３０ｂ（工具交換位置）で空きポット３１が格納状態となる。このように、Ｓ１７の工具交換実行処理では、次工具６ｂの主軸９への装着のみが実行される。

このように、本実施の形態のマシニングセンタ１では、工具交換アーム４０の旋回性能（工具６の干渉の有無）に応じて、第１の工具交換処理及び第２の工具交換処理のいずれかが選択・実行される。そのため、主軸工具６ａ及び次工具６ｂの干渉が発生するおそれがない場合は、１サイクルのアーム旋回動作（第１の工具交換処理）によって短時間で工具交換を実行する一方、主軸工具６ａ及び次工具６ｂの干渉が発生するおそれがある場合は、２サイクルのアーム旋回動作（第２の工具交換処理）によって工具６の干渉が確実に防止しつつ工具交換を実行することができる。

以上、第１の実施の形態に係るマシニングセンタ１によれば、工具交換アーム４０が１サイクルで主軸工具６ａと次工具６ｂとを交換するか、工具交換アーム４０が２サイクルで主軸工具６ａと次工具６ｂとを交換するかを、工具交換アーム４０の旋回性能に基づいて選択及び実行するようにした。よって、主軸工具６ａを次工具６ｂに交換する際に、その工具同士が互いに干渉することがなく、かつ加工効率が低下することを防止することができる。

また、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１が各々工具６を把持する場合に、その工具同士が互いに干渉し合うか否かを判定し、工具６が干渉する場合は１サイクルの工具交換を選択し、工具６が干渉しない場合は２サイクルの工具交換を選択するようにした。よって、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１に把持される各工具６が互いに干渉するか否かに基づいて、工具交換アーム４０の旋回性能に応じた最適な工具交換を実行することができる。

また、工具交換アーム４０のアーム径Ｒ（アーム長さ）と各工具６の工具径Ｄとに基づいて、各工具６が互いに干渉し合うか否かを判定するようにした。よって、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１に把持される各工具６が互いに干渉するか否かを適切に判定することができる。

また、ＲＡＭ７３に記憶された工具データテーブル１００に基づいて、各工具６が互いに干渉し合うか否かを判定するようにした。よって、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１に把持される各工具６が互いに干渉するか否かを、各工具６を実際に把持させることなく判定することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態であるマシニングセンタ１について、図面に基づいて説明する。第２の実施の形態は、基本的に第１の実施の形態と同様であるが、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細が異なる。図１３は、第２の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。図１４は、第２の実施の形態における、主軸工具６ａと次工具６ｂの干渉について説明するための概略図である。

図１４に示すように、第２の実施の形態における工具干渉判定処理（Ｓ３）では、第１の実施の形態（Ｓ１０１）と同様に、主軸工具６ａの工具径Ｄ１と次工具６ｂの工具径Ｄ２とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒよりも小さいか否かが判定される（Ｓ２０１）。そして、工具径Ｄ１と工具径Ｄ２とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒよりも小さい場合は（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉なし」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＦＦ」を示す「０」がセットされて（Ｓ２０３）、メイン処理（図８）に戻る。

一方、工具径Ｄ１と工具径Ｄ２とを加算した値が、工具交換アーム４０のアーム径Ｒ以上である場合は（Ｓ２０１：ＮＯ）、ＲＡＭ７３の所定記憶エリアに格納された主軸工具６ａ及び次工具６ｂの各工具データに基づいて、主軸工具６ａの工具長Ｈ（工具長Ｈ１）が、次工具６ｂの工具長Ｈ（工具長Ｈ２）からその工具厚さｈ（工具厚さｈ２）を減算した値よりも小さいか否かが判定される（Ｓ２０５）。

そして、工具長Ｈ１が工具長Ｈ２から工具厚さｈ２を減算した値よりも小さい場合は（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、図１４に示すように、主軸工具６ａの先端部が次工具６ｂの先端部よりも上方に位置するため、主軸工具６ａと次工具６ｂとは接触しない。例えば、主軸工具６ａの工具長Ｈ１が短く、かつ、次工具６ｂの工具長Ｈ２が長い場合などは、Ｓ２０５で主軸工具６ａと次工具６ｂとの接触は発生しないと判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉なし」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＦＦ」を示す「０」がセットされて（Ｓ２０３）、メイン処理（図８）に戻る。

一方、工具長Ｈ１が工具長Ｈ２から工具厚さｈ２を減算した値以上である場合は（Ｓ２０５：ＮＯ）、ＲＡＭ７３の所定記憶エリアに格納された主軸工具６ａ及び次工具６ｂの各工具データに基づいて、次工具６ｂの工具長Ｈ（工具長Ｈ２）が、主軸工具６ａの工具長Ｈ（工具長Ｈ１）からその工具厚さｈ（工具厚さｈ１）を減算した値よりも小さいか否かが判定される（Ｓ２０７）。

そして、工具長Ｈ２が工具長Ｈ１から工具厚みｈ１を減算した値よりも小さい場合は（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、図１４と同様にして、主軸工具６ａの先端部が次工具６ｂの先端部よりも下方に位置するため、主軸工具６ａと次工具６ｂとは接触しない。例えば、次工具６ｂの工具長Ｈ２が短く、かつ主軸工具６ａの工具長Ｈ１が長い場合などは、Ｓ２０７で主軸工具６ａと次工具６ｂとの接触は発生しないと判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉なし」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＦＦ」を示す「０」がセットされて（Ｓ２０３）、メイン処理（図８）に戻る。

一方、工具長Ｈ２が工具長Ｈ１から工具厚さｈ１を減算した値以上である場合は（Ｓ２０７：ＮＯ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、主軸工具６ａの先端部と次工具６ｂの先端部とが同じような高さに位置するため、主軸工具６ａと次工具６ｂとは接触する。例えば、主軸工具６ａの工具長Ｈ１と次工具６ｂの工具長Ｈ２とに差異がない場合や、工具長Ｈに差異があっても工具厚さｈによって主軸工具６ａの先端部と次工具６ｂの先端部とが重なる場合などは、Ｓ２０７で主軸工具６ａと次工具６ｂとの接触は発生すると判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉あり」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＮ」を示す「１」がセットされて（Ｓ２０９）、メイン処理（図８）に戻る。

このように、本実施の形態では、工具干渉判定処理（Ｓ３）において、工具６の工具径Ｄ及び工具交換アーム４０のアーム径Ｒのみならず、工具６の工具長Ｈ（工具厚さｈ）に基づいて、主軸工具６ａと次工具６ｂと干渉の有無を判定し、工具交換アーム４０の旋回性能を特定するようにした。すなわち、工具交換アーム４０の旋回性能（主軸工具６ａと次工具６ｂと干渉の有無）は、工具６や工具交換アーム４０に関する様々な要素を用いて判定することができることを例示した。

以上、第２の実施の形態に係るマシニングセンタ１によれば、各工具６の工具長Ｈに基づいて、各工具６が互いに干渉し合うか否かを判定するようにした。よって、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１に把持される各工具６が互いに干渉するか否かを適切に判定することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態であるマシニングセンタ１について、図面に基づいて説明する。第３の実施の形態は、基本的に第１及び第２の実施の形態と同様であるが、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細が異なる。図１５は、第３の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。

図１５に示すように、第３の実施の形態における工具干渉判定処理（Ｓ３）では、ＲＡＭ７３の所定記憶エリアに格納された主軸工具６ａ及び次工具６ｂの各工具データに基づいて、主軸工具６ａの工具重さＫ（工具重さＫ１）と次工具６ｂの工具重さＫ（工具重さＫ２）とを加算した値が、工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍよりも小さいか否かが判定される（Ｓ３０１）。なお、工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍは、把持部４１，４１により把持される工具６の総重量の最大値を示すものであり、あらかじめＲＡＭ７３の所定記憶エリアに記憶されている。

そして、工具重さＫ１と工具重さＫ２とを加算した値が、工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍよりも小さい場合は（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させても、工具交換アーム４０は旋回することができる。例えば、主軸工具６ａ及び次工具６ｂが標準の重量である場合などは、Ｓ３０１で工具交換アーム４０は旋回可能であると判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉なし」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＦＦ」を示す「０」がセットされて（Ｓ３０３）、メイン処理（図８）に戻る。

一方、工具重さＫ１と工具重さＫ２とを加算した値が、工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍ以上である場合は（Ｓ３０１：ＮＯ）、工具交換アーム４０の把持部４１，４１に主軸工具６ａ及び次工具６ｂを各々把持させると、工具交換アーム４０が旋回することができない。例えば、主軸工具６ａ及び次工具６ｂが標準よりも重いものである場合などは、Ｓ３０１で工具交換アーム４０は旋回不可能であると判定される。そして、主軸工具６ａと次工具６ｂとは「干渉あり」として、ＲＡＭ７３の干渉判定フラグに「ＯＮ」を示す「１」がセットされて（Ｓ３０５）、メイン処理（図８）に戻る。

このように、本実施の形態では、工具干渉判定処理（Ｓ３）において、工具６の工具重さＫ及び工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍに基づいて、主軸工具６ａと次工具６ｂと干渉の有無を判定し、工具交換アーム４０の旋回性能を特定するようにした。すなわち、工具交換アーム４０の旋回性能（主軸工具６ａと次工具６ｂと干渉の有無）は、工具６や工具交換アーム４０に関する様々な要素を用いて判定することができることを例示した。

以上、第３の実施の形態に係るマシニングセンタ１によれば、各工具６の工具重さＫと工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍとに基づいて、各工具６が互いに干渉し合うか否かを判定するようにした。よって、工具交換アーム４０の一対の把持部４１，４１に把持される各工具６が互いに干渉するか否かを適切に判定することができる。

ところで、上記第１乃至第３の実施の形態において、マシニングセンタ１が本発明の「工作機械」に相当する。そして、工具交換動作のメイン処理（図８）において、第１の工具交換処理（Ｓ７〜Ｓ９）が本発明の「第１工具交換工程」に相当し、これを実行するＣＰＵ７１が本発明の「第１工具交換手段」に相当する。また、第２の工具交換処理（Ｓ１１〜Ｓ１７）が本発明の「第２工具交換工程」に相当し、これを実行するＣＰＵ７１が本発明の「第２工具交換手段」に相当する。また、工具干渉判定処理（Ｓ３）が本発明の「工具交換選択工程」及び「工具干渉判定工程」に相当し、これを実行するＣＰＵ７１が本発明の「工具交換選択手段」及び「工具干渉判定手段」に相当する。さらに、工具データテーブル１００を記憶するＲＡＭ７３が本発明の「工具情報記憶手段」に相当する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。すなわち、上記第１乃至第３の実施の形態を任意に組み合わせてもよく、例えば、各工具６の工具長Ｈと、各工具６の工具重さＫ及び工具交換アーム４０の積載最大重量Ｍとに基づいて、各工具６が互いに干渉し合うか否かを判定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、工具交換アーム４０のアーム径Ｒや積載最大重量ＭがあらかじめＲＡＭ７３に記憶されているが、これらの値をユーザが操作パネル８０のキーボート８１から任意に入力できるようにしてもよい。また、互いに干渉し合う各工具の工具番号の組み合わせをＲＡＭ７３にあらかじめ記憶させておき、工具干渉判定処理（Ｓ３）では、その記憶された情報に基づいて各工具が干渉するか否かを判断するようにしてもよい。

また、本発明の要旨の範囲内であれば、マシニングセンタ１、工具交換機構２０（工具マガジン３０及び工具交換アーム４０）、工具６などの各部材の位置、大きさ、形状、数量などを任意とすることができることは言うまでもない。

本発明の工作機械及びその工具交換方法は、工具交換アームによって、主軸に装着された工具を工具マガジンの工具ポット内に収納された工具と交換するマシニングセンタなどに利用できる。

マシニングセンタ１の正面図である。 スプラッシュカバー３を除いた、マシニングセンタ１の全体斜視図である。 マシニングセンタ１における、工具交換機構２０及び主軸ヘッド７を中心とした正面図である。 工具交換機構２０における、工具マガジン３０を中心とした拡大側面図である。 工具交換機構２０における、工具マガジン３０を中心とした拡大正面図である。 マシニングセンタ１の電気的構成を示すブロック図である。 工具データテーブル１００のデータ構成図である。 工具交換動作のメイン処理を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における、主軸工具６ａと次工具６ｂの干渉について説明するための概略図である。 工具交換実行処理（Ｓ９，Ｓ１３，Ｓ１７）の詳細を示すフローチャートである。 工具交換実行処理（Ｓ９）を具体的に説明するための概略図である。 第２の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における、主軸工具６ａと次工具６ｂの干渉について説明するための概略図である。 第３の実施の形態における、工具干渉判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。

１ マシニングセンタ
８ 主軸モータ
９ 主軸
２０ 工具交換機構
２６ マガジンモータ
２７ 工具交換モータ
２８ エアシリンダ
３０ 工具マガジン
３１ 工具ポット
３２ 移送機構
４０ 工具交換アーム
４１ 把持部
４２ アーム部
４３ アーム旋回軸
６０ 工具ホルダ
７０ 制御装置
７１ ＣＰＵ
７２ ＲＯＭ
７３ ＲＡＭ
１００ 工具データテーブル

Claims (10)

1. 複数の工具を各々収納可能な複数の工具ポットを有し、次工具のある工具ポットを工具交換位置に移動させる工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、前記一対の把持部が主軸に装着された一の工具と前記工具交換位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備えた工作機械において、
   前記工具交換アームが、前記一対の把持部のいずれか一方のみを用いて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させた後に、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第１工具交換手段と、
   前記工具交換アームが、前記一対の把持部の一方を用いて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させると同時に、前記一対の把持部の他方を用いて、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第２工具交換手段と、
   前記工具交換アームの一対の把持部が、前記一の工具と前記他の工具を各々把持する場合に、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定する工具干渉判定手段と、
   前記工具干渉判定手段により干渉すると判定された場合に前記第１工具交換手段を選択し、前記工具干渉判定手段により干渉しないと判定された場合に前記第２工具交換手段を選択して、前記一の工具と前記他の工具の交換を実行する工具交換選択手段とを備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径と、前記一の工具の工具長及び前記他の工具の工具長とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
4. 前記工具干渉判定手段は、前記工具交換アームの積載最大重量と、前記一の工具の重量及び前記他の工具の重量とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の工作機械。
5. 前記一の工具及び前記工具マガジンに収納された複数の工具に関する情報を記憶する工具情報記憶手段を備え、
   前記工具干渉判定手段は、前記工具情報記憶手段に記憶された前記一の工具に関する情報及び前記他の工具に関する情報に基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の工作機械。
6. 複数の工具を各々収納可能な複数の工具ポットを有し、次工具のある工具ポットを工具交換位置に移動させる工具マガジンと、アーム両端部に工具を把持する一対の把持部が形成され、前記一対の把持部が主軸に装着された一の工具と前記工具交換位置に位置する他の工具との間を旋回可能な工具交換アームとを備えた工作機械の工具交換方法において、
   前記工具交換アームにより、前記一対の把持部のいずれか一方のみが用いられて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させた後に、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第１工具交換工程と、
   前記工具交換アームにより、前記一対の把持部の一方が用いられて、前記一の工具を前記主軸から取り外して前記工具マガジンの空きポットに収納させると同時に、前記一対の把持部の他方が用いられて、前記他の工具を前記工具交換位置から取り出して前記主軸に装着させる第２工具交換工程と、
   前記工具交換アームの一対の把持部が、前記一の工具と前記他の工具を各々把持する場合に、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定される工具干渉判定工程と、
   前記工具干渉判定工程により干渉すると判定された場合に前記第１工具交換工程が選択され、前記工具干渉判定工程により干渉しないと判定された場合に前記第２工具交換工程が選択されて、前記一の工具と前記他の工具の交換が実行される工具交換選択工程とを備えたことを特徴とする工作機械の工具交換方法。
7. 前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする請求項６に記載の工作機械の工具交換方法。
8. 前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームのアーム長さと、前記一の工具の工具径及び前記他の工具の工具径と、前記一の工具の工具長及び前記他の工具の工具長とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする請求項６に記載の工作機械の工具交換方法。
9. 前記工具干渉判定工程では、前記工具交換アームの積載最大重量と、前記一の工具の重量及び前記他の工具の重量とに基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の工作機械の工具交換方法。
10. 前記一の工具及び前記工具マガジンに収納された複数の工具に関する情報を記憶する工具情報記憶手段を備え、
    前記工具干渉判定手段では、前記工具情報記憶手段に記憶された前記一の工具に関する情報及び前記他の工具に関する情報に基づいて、前記一の工具と前記他の工具とが互いに干渉し合うか否かが判定されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の工作機械の工具交換方法。

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