JP5994681B2

JP5994681B2 - 工作機械及び工具交換方法

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Publication number: JP5994681B2
Application number: JP2013037840A
Authority: JP
Inventors: 崇大高
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN104002172B; CN104002172A; JP2014161986A

Description

本発明は、格納部に格納された工具とワークを加工する主軸に装着した工具とを交換する工作機械及び工具交換方法に関する。

工作機械は工具を取り付ける主軸と、ワークを支持し、上下軸回りに回転可能な支持部と、主軸に装着する工具を格納する工具マガジンとを備えている。工具は、主軸にて回転する回転工具と主軸にて固定される非回転工具とに大別され、回転工具が主軸に装着された場合、ワークは上下軸回りに回転することなく、支持部にて固定され、主軸の回転によって切削される。一方非回転工具が主軸に装着された場合、非回転工具は主軸に固定され、ワークは上下軸回りに支持部にて回転し、支持部の回転によって旋削加工される（例えば特許文献１参照）。

主軸にはキーが設けてあり、回転工具及び非回転工具にはキーに係合するキー溝が設けてある。キーをキー溝に係合させることによって、回転工具及び非回転工具は主軸に装着される。特許文献１には、主軸の周囲を覆う主軸ヘッドに突出部を形成してあり、非回転工具に前記突出部に係合する溝を形成した工作機械が開示されている。非回転工具の溝が突出部に係合し、非回転工具は主軸にて固定されており、主軸の軸回りに回転しない。

工具マガジンには、主軸が原点に位置していることを前提とした向きで工具が格納してある。そのため工具交換を実行する前に、主軸を原点に位置させる処理が実行される。

特許第４５４３７４６号公報

しかし主軸に非回転工具が装着されている場合に、主軸を原点に位置させる処理が実行されると、非回転工具は主軸の軸回りに回転しないため、過剰な負荷が非回転工具に作用するおそれがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、非回転工具が主軸に装着されている場合に工具交換を実行しても、過剰な負荷が非回転工具に作用することを回避することができる工作機械及び工具交換方法を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、工具を装着してワークを加工する主軸と、該主軸に装着される工具を格納する格納部と、前記主軸に装着された工具及び前記格納部に格納された工具の交換を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、工具の交換を実行する前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させるようにしてある工作機械において、ワークを回転可能に支持するワーク支持部と、順次的に読み出される複数の命令を記憶した記憶部とを備え、前記制御装置は、前記記憶部に記憶された命令を順次読出して前記主軸に装着された工具の交換を制御するようにしてあり、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸に装着された工具が前記主軸の回転によって回転する回転工具であるか又は前記主軸にて固定される非回転工具であるかを判定する工具判定手段と、該工具判定手段にて前記主軸に装着された工具が前記非回転工具であると判定された場合に、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸における前記特定位置までの回転を禁止する手段と、前記主軸を回転させるか又は前記ワーク支持部を回転させる命令を所定の記憶領域に設定する設定手段とを有し、前記工具判定手段は、前記記憶領域に設定された命令に基づいて、前記主軸に装着された工具が前記回転工具であるのか又は前記非回転工具であるのかを判定するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記制御装置は、該制御装置の起動時に、前記主軸を前記特定位置まで回転させ、前記設定手段によって、前記ワーク支持部を回転させる命令を前記記憶領域に設定するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る工具交換方法は、主軸に装着された工具と格納部にて格納された工具とを交換し、工具の交換を実行する前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させる工具交換方法において、記憶部に記憶された複数の命令を順次読出して前記主軸に装着された工具の交換を制御し、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸に装着された工具が前記主軸にて回転する回転工具であるか又は前記主軸にて固定される非回転工具であるかを判定し、前記主軸に装着された工具が前記非回転工具であると判定された場合に、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸における前記特定位置までの回転を禁止し、前記主軸を回転させるか又はワークを回転可能に支持するワーク支持部を回転させる命令を所定の記憶領域に設定し、前記記憶領域に設定された命令に基づいて、前記主軸に装着された工具が前記回転工具であるのか又は前記非回転工具であるのかを判定することを特徴とする。

本発明においては、制御装置は、主軸に装着された工具が回転工具であるのか又は非回転工具であるのかを判定し、回転工具である場合に、主軸を特定位置まで回転させ、非回転工具である場合に主軸の前記特定位置までの回転を禁止する。

本発明においては、読出した前記命令が、前記主軸を回転させるか又はワーク支持部を回転させることを示す命令である場合に、制御装置は前記命令を設定する。設定した命令を参照することによって、制御装置は、主軸に装着された工具が前記回転工具であるのか又は前記非回転工具であるのかを判定する。

本発明においては、制御装置は、起動時に主軸を特定位置まで回転させて、主軸に装着された工具が前記非回転工具であることを示す情報を設定する。これにより、主軸に工具が装着されていない初期状態において、最初の命令に工具交換指令が含まれている場合でも、格納部から取り出した工具が回転工具であるのか又は非回転工具であるのかに拘わらず、工具交換が円滑に実行される。

本発明にあっては、制御装置は、主軸に装着された工具が回転工具であるのか又は非回転工具であるのかを判定し、回転工具である場合に、主軸を特定位置まで回転させ、非回転工具である場合に主軸の前記特定位置までの回転を実行しない。そのため非回転工具に過剰な負荷を作用させることなく、工具交換を実行することができる。

工作機械の側面図である。工具を装着した状態の主軸ヘッドの背面側斜視図である。工具を取り外した状態の主軸ヘッドの前方側斜視図である。旋削工具に係る工具ホルダの背面側斜視図である。係合突起部の背面側斜視図である。回転工具に係る工具ホルダの背面側斜視図である。制御装置の構成を略示するブロック図である。記憶部に記憶されているプログラムの一例を示す図である。制御部による工具交換処理を説明するフローチャートである。

以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づいて詳述する。以下の説明では図において矢印で示す上下、左右及び前後を使用する。図１は工作機械１００の側面図であり、図２は工具４を装着した状態の主軸ヘッド３の背面側斜視図であり、図３は工具４を取り外した状態の主軸ヘッド３の前方側斜視図である。

工作機械１００は、基台１０の上面にＹ方向移動装置（図示略）を配置し、Ｙ方向移動装置によりＹ方向移動可能にＹ方向移動台１１を支持する。Ｙ方向移動装置はＹ軸モータ７２（後述する図７参照）の出力軸に連結され、前後方向に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、前後方向に延びるガイドレールとを備える。

前記ナット上にＸ方向移動装置（図示略）が設けてある。Ｘ方向移動装置はＸ軸モータ７１（後述する図７参照）の出力軸に連結され、左右方向に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、左右方向に延びるガイドレールとを備える。なお、Ｘ方向は、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向である。

Ｘ方向移動装置はＸ方向移動可能にコラム１２を支持する。コラム１２は柱状をなし、前面にＺ方向移動装置（図示略）を設けてある。Ｚ方向移動装置は、その前側に主軸ヘッド３をＺ方向移動可能に支持する。Ｚ方向移動装置は、Ｚ軸モータ７３（後述する図７参照）の出力軸に連結され、上下方向に延びる送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合するナットと、コラム１２の前面に上下方向に延びるガイドレールと、該ガイドレールに嵌合するブロックとを備える。主軸ヘッド３は前記ナット及び前記ブロックに固定する。

主軸ヘッド３はＺ軸モータ７３の駆動による前記送りねじ軸の回転に応じて上昇、下降する。またＸ軸モータ７１の駆動によって、Ｘ方向移動装置は左右に移動し、主軸ヘッド３は左右に移動する。またＹ軸モータ７２の駆動によってＹ方向移動装置は前後に移動し、主軸ヘッド３は前後に移動する。

工作機械１００はワーク支持装置１５によりワーク（被加工物）を支持し、主軸ヘッド３に装着された工具４によりワークを加工する。ワーク支持装置１５はワークをクランプさせるワーク台１６（ワーク支持部）を有する。ワーク支持装置１５はワークを２軸回りに回転可能としてある。一般に、主軸ヘッド３を移動させる軸であるＸ、Ｙ、Ｚの各軸に平行な軸回りにワークを回転させるとき、ワークの回転軸は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に対応してＡ、Ｂ、Ｃ軸と呼ばれている。本実施形態に係るワーク支持装置１５はＡ軸回りに揺動する揺動体（図示略）上にワーク台１６を設けてある。ワーク台１６にはＡ軸モータ６１（後述する図７参照）が設けてあり、該Ａ軸モータ６１の回転によって揺動体がＡ軸回りに揺動する。揺動体の揺動によりワークがＡ軸回りに回転可能である。また揺動体に固定してあるＣ軸モータ６０の出力軸にワーク台１６が連結されており、ワーク台１６にクランプしたワークをＣ軸回りに高速回転可能としてある。

主軸ヘッド３は内部に主軸３４を支持している。主軸３４は主軸ヘッド３の上部に固定した主軸モータ３１に連結してあり、該主軸モータ３１の駆動により上下方向の中心軸周りに回転する。主軸３４の下端部は主軸ヘッド３の下方に突出しており、後述するように装着される工具４を保持する。工具４は主軸ヘッド３と共に上昇及び下降する。

工具４は工具マガジン２に複数収納されている。工具４はドリル、タップ、エンドミル等の回転工具だけでなく、バイト等の旋削工具（非回転工具）を含む。工具マガジン２は支持梁２１、レール２２、チェーン２３、複数の把持アーム２４、マガジン駆動部２５等を備える。支持梁２１は上側を斜辺として前方へ下方傾斜した三角形状をなす板状の構造部材であり、コラム１２の左右に片持ちに固定してある。支持梁２１はコラム１２の左右に固定した部分から主軸ヘッド３の両側部分まで下方傾斜して延設してある。支持梁２１の上側端面は前方下方から後方上方へ、水平面から略３０°傾斜している。

レール２２は長円形の環状部材であり、コラム１２及び主軸ヘッド３を囲むように支持梁２１に固定して設けてある。チェーン２３はレール２２に嵌合してレール２２上を転動するローラを有する複数の移動台を無端状に連結して構成してある。各移動台には把持アーム２４が取り付けてあり、把持アーム２４は工具４を保持する工具ホルダ４０を把持する。マガジン駆動部２５の駆動によりチェーン２３がレール２２に沿って循環する。工具を交換する場合、マガジン駆動部２５の駆動によりチェーン２３を循環し、所望の工具４を把持する把持アーム２４が主軸ヘッド３の前方下方の交換位置（レール２２における前方下端部）に搬送される。

工具４は公知の工具ホルダ４０に保持されている。把持アーム２４は二股に分岐した先端把持部２４ａを工具ホルダ４０外周の保持溝４４（図４参照）に押し込むことで、工具ホルダ４０を介して工具４を把持する。

図１において主軸ヘッド３の前方下方の交換位置にある把持アーム２４は、把持していた工具４を主軸３４に装着した後、主軸３４から前方へ離反して待機している姿勢となっている。把持アーム２４は上側端部にアーム枢軸が挿入されるアーム軸孔（図示略）を有する。アーム枢軸の軸線方向は把持アーム２４が主軸ヘッド３の前方下方の交換位置にあるときにＸ軸方向に平行となり、アーム枢軸回りに把持アーム２４が回転することにより、先端把持部２４ａが主軸３４に接近し、離反する。主軸ヘッド３の前側の側面にはカム３２が前方に張り出すように上下方向に延設されている。把持アーム２４はカム３２に当接するカムフォロワ（図示略）を有する。

主軸ヘッド３は、加工時には、図１に示す原点位置から下降し、工具交換時には、図１に示す原点位置から上昇する。主軸ヘッド３の前方下方の交換位置にある把持アーム２４は、主軸ヘッド３の上昇、下降に追随して揺動する。主軸ヘッド３が上昇した場合、把持アーム２４の先端把持部２４ａが主軸３４に接近し、前方から工具ホルダ４０を把持する。主軸ヘッド３は、工具ホルダ４０の把持完了後に更に上昇する。把持アーム２４が把持した工具ホルダ４０は、相対的に下方に移動して工具４と共に主軸３４から外れる。チェーン２３は、この状態で回転し、次に使用する工具４を保持した把持アーム２４が主軸ヘッド３の前方下方の交換位置に割り出される。

工具４は、主軸ヘッド３が下降し、主軸３４の下端部に工具ホルダ４０が嵌め込まれることで、該主軸３４に装着される。主軸３４に装着した工具４は主軸ヘッド３が原点位置に下降することで、図１に示す状態となり、加工に備えて待機する。

以上の動作により、主軸３４と工具マガジン２との間で工具４を交換することができる。主軸３４に装着した工具４は主軸ヘッド３と共に原点位置から下降し、ワーク台１６上にクランプされたワークを加工する。

工具４が回転工具である場合、主軸３４に装着した工具４は主軸モータ３１の駆動により主軸３４と共に回転する。ワークはＡ軸及びＣ軸回りに回転して位置決めしてある。主軸３４と共に回転する工具４は主軸ヘッド３と共に上下、左右、及び前後に移動し、ワークを加工する。

工具４が旋削工具である場合、主軸３４は非回転状態にロックする。ワーク台１６がＣ軸モータ６０によって回転駆動されることにより、ワークが回転する。工具４は主軸ヘッド３と共に下降し、回転するワークに先端を押し付けることにより、ワークの表面を旋削加工する。

図２には主軸３４に旋削加工用の工具４が装着された状態が示してある。該工具４の工具ホルダ４０は後方に向けて張り出す回り止めフランジ４１を備えている。主軸３４を支持する主軸ヘッド３の下面には、主軸３４の突出部の後位置に下方に向けて突出する係合突起部５が設けられており、係合突起部５の下端部には、ピン５１、５１の先端部が突起している。回り止めフランジ４１とピン５１、５１の先端部とは、主軸３４に工具４が装着されることで図示の如く係合し、該工具４の中心軸回りの回転、及びラジアル方向に加わる力による工具の移動を防止して、高い加工精度での旋削加工を安定して実施できるように作用する。

また図２に示すように、主軸ヘッド３は下端部に主軸３４を支持する軸受を保持する軸受押え３３を有する。軸受押え３３には後方にエア管８１及びクーラント管８２が連結されている。軸受押え３３の内部にはエアを通流するエア流路と、クーラント液を通流するクーラント流路とが形成されている。エアは主軸３４内部に切削屑が入り込むことを防止する。クーラント（洗浄液）はピン５１、５１、後述するキー３６等の洗浄に用いられる。

図３には主軸３４に工具４が装着されていない状態が示してある。主軸３４は下端部に下方に向かって内径が大きくなるテーパ穴３５が形成してある。工具ホルダ４０は上部に形成したテーパ装着部４２（図４参照）をテーパ穴３５に嵌合させて主軸３４に装着される。主軸３４の下端部の周縁に径方向の対向する位置に２つのキー３６、３６が突設されており、工具ホルダ４０側のキー溝（図示略）に嵌合する。軸受押え３３の下端面にはノズルヘッド６が突設されている。ノズルヘッド６は係合突起５１、５１等を洗浄するクーラントを噴射する。

以下、回り止めフランジ４１及び係合突起部５の構成について説明する。図４は旋削工具に係る工具ホルダ４０の背面側斜視図であり、図５は係合突起部５の背面側斜視図である。

回り止めフランジ４１は円環状の基板４１ａ、基板４１ａの外周の約半周部分で径方向外側に拡幅するように突設されて台形状をなす係合板４１ｂにより形成されている。基板４１ａは工具ホルダ４０の下面に複数本の固定ボルト４５で固定してある。係合板４１ｂは、工具ホルダ４０と同軸をなす周上であって係合板４１ｂの２つの頂部に夫々形成された係合穴４３、４３を有している。図示の係合穴４３、４３は一側を切り欠いた長穴をなし、係合板４１ｂの外周に開口しているが、この開口は必須ではなく、係合板４１ｂ内で閉じた長穴又は円形の穴であってもよい。

係合穴４３、４３は工具４及び工具ホルダ４０の中心を通る夫々の中心線が、主軸３４への装着時に後向きとなる側に略９０°の開き角度を有する位置に設けてある。尚、係合穴４３、４３の開き角度は９０°に限らず、回り止めフランジ４１の形成範囲内で適宜に設定することができる。即ち、開き角度は０°よりも大きく、１８０°未満であればよいが、８５°以上、１００°未満とするのが望ましい。

係合突起部５は基台５０、ピン５１、５１等により一体的に構成されている。基台５０は支持台５０ａ、５０ａ、連結部５０ｂを備える。支持台５０ａ、５０ａは柱状をなし、上端面が主軸ヘッド３の下端面に当接する。連結部５０ｂは板状をなし、支持台５０ａ、５０ａの側面を連結する。支持台５０ａ、５０ａの上端部には上下方向の通し穴が設けてある。該通し穴に螺子を挿通し、主軸ヘッド３の下端面に設けてある螺子穴（図示略）に螺合させることにより、係合突起部５が主軸ヘッド３に固定される。また支持台５０ａ、５０ａの上端面にはピン穴が形成されており、該ピン穴に位置決めピンを挿入し、主軸ヘッド３の下端面に設けてあるピン穴（図示略）に嵌合させることにより、係合突起部５が位置決めされる。

係合突起部５は主軸ヘッド３の下端面に取り付けられた状態で貫通孔５０ｃを有する（図２参照）。貫通孔５０ｃには主軸ヘッド３に連結されるエア管８１及びクーラント管８２等の配管が挿通される。

ピン５１、５１は支持台５０ａ、５０ａから突出しており、先端部が支持台５０ａ、５０ａの下端面の下方に突起する。ピン５１、５１の突設位置は、回り止めフランジ４１の係合穴４３、４３との係合を可能とするために、工具ホルダ４０が装着される主軸３４と同軸をなす円周上で、該主軸３４の中心を通り、後側に略９０°の開き角度を有して開く線上に夫々設定してある。

図２に示すように、回り止めフランジ４１の２つの係合穴４３、４３は、夫々のピン５１、５１に係合し、係合突起部５が取り付けられた主軸ヘッド３に対する回転を拘束される。従って、回り止めフランジ４１を備える工具ホルダ４０、及び該工具ホルダ４０に保持された旋削加工用の工具４は、加工中に加わる周方向の作用力によっては回転しない。なお主軸３４の回転を停止させる電磁式ブレーキ（図示略）が主軸３４に設けてある。旋削加工用の工具４が主軸３４に装着してある場合、前記電磁式ブレーキが作動しており、該電磁式ブレーキによっても主軸３４の回転が規制されている。

図６は回転工具に係る工具ホルダの背面側斜視図である。図６に示すように、回転工具（回転用の工具４）は旋削工具と異なり、係合板４１ｂを備えない。そのため回転工具を主軸３４に装着しても、ピン５１、５１によって主軸３４の回転が規制されることはなく、回転工具は主軸３４の回転によって回転する。なお回転工具を装着した状態で主軸３４が回転する場合、前記電磁式ブレーキは解除してある。

図７は制御装置の構成を略示するブロック図である。工作機械１００は制御装置８０を備え、該制御装置８０によって主軸ヘッド３、主軸３４、工具マガジン２、ワーク支持装置１５等の駆動が制御される。制御装置８０は、制御部８１、Ｘ軸駆動制御部８２、Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４、主軸駆動制御部８５、Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７を備える。制御部８１はバスを介して相互に接続されたＣＰＵ８１ａ、情報を一時的に記憶するＲＡＭ８１ｂ、制御プログラムを格納している書換可能な記憶部８１ｃ、入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）８１ｄ、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）８１ｅを備える。ＲＡＭ８１ｂはレジスタ８１ｆ（記憶領域）を有する。制御プログラムは、順次的に読み出される複数の命令を有する。

ＣＰＵ８１ａは記憶部８１ｃから制御プログラムをＲＡＭ８１ｂに読出し、工作機械の制御を行う。制御部８１はＸ軸駆動制御部８２、Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４、主軸駆動制御部８５に種々の指令、例えばモータを駆動させる駆動指令、モータの駆動を一時停止する指令を出力する。Ｘ軸駆動制御部８２、Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４、主軸駆動制御部８５は種々の通知、例えばモータの駆動が終了したこと、モータの一時停止が完了したことを示す通知を制御部８１に出力する。

制御部８１は入出力Ｉ／Ｆ８１ｄを介して操作盤７１ｂ、Ｘ軸駆動制御部８２、Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４及び主軸駆動制御部８５との間で信号の入出力を行う。操作盤７１ｂは、スタートスイッチ、一時停止スイッチ等を有し、スイッチのオン／オフが制御部８１に入力される。操作盤７１ｂの表示部には制御部８１からの表示信号に基づいて映像が表示される。

Ｘ軸駆動制御部８２は、バスを介して相互に接続されたＣＰＵ８２ａ、ＲＡＭ８２ｂ、記憶部８２ｃ及びインタフェース（図示略）を有する。記憶部８２ｃには制御プログラムが格納してあり、ＣＰＵ８２ａは該制御プログラムをＲＡＭ８２ｂに読み込んでＸ軸モータ７１に回転指令を出力し、Ｘ軸モータ７１の駆動を制御する。Ｘ軸モータ７１は回転指令に基づいて回転する。Ｘ軸モータ７１にはエンコーダ７１ｅが接続してあり、Ｘ軸モータ７１の回転位置がエンコーダ７１ｅにて検出され、検出された位置はＸ軸駆動制御部８２に入力される。Ｘ軸駆動制御部８２は、入力された位置を参照し、回転位置が目標位置に至るまでＸ軸モータ７１をフィードバック制御する。

Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４及び主軸駆動制御部８５夫々はＸ軸駆動制御部８２と同様にＣＰＵ、ＲＡＭ、記憶部及びインタフェース等を有し、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３、主軸モータ３１に回転指令を出力し、各モータ７２、７３、３１の駆動を制御する。各モータ７２、７３、３１は回転指令に基づいて回転する。各モータ７２、７３、３１にはエンコーダ７２ｅ、７３ｅ、３１ｅが接続してあり、各モータ７２、７３、３１の回転位置がエンコーダ７２ｅ、７３ｅ、３１ｅにて検出され、検出された位置はＹ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４及び主軸駆動制御部８５に入力される。Ｙ軸駆動制御部８３、Ｚ軸駆動制御部８４及び主軸駆動制御部８５は、入力された位置を参照し、回転位置が目標位置に至るまで各モータ７２、７３、３１をフィードバック制御する。なお主軸駆動制御部８５の記憶部には主軸３４の原点位置（特定位置）が記憶してある。

また制御部８１は通信Ｉ／Ｆ８１ｅを介してＡ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７との間で通信を行う。Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７夫々はＸ軸駆動制御部８２と同様にＣＰＵ、ＲＡＭ、記憶部及びインタフェース等を有し、Ａ軸モータ６１及びＣ軸モータ６０に回転指令、一時停止指令等を出力し、各モータ６１、６０の駆動を制御する。各モータ６１、６０は回転指令に基づいて回転し、一時停止指令に基づいて一時停止する。Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７は種々の通知、例えばモータの駆動が終了したこと、モータの一時停止が完了したことを示す通知を制御部８１に送信する。

各モータ６１、６０にはエンコーダ（検出器）６１ｅ、６０ｅが接続してある。各モータ６１、６０の回転位置がエンコーダ６１ｅ、６０ｅにて検出及び保持されるが、Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７にフィードバックされず、Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７はＡ軸モータ６１及びＣ軸モータ６０をオープンループ制御する。各モータ６１、６０は移動を完了した場合、移動が完了したことを示す信号をＡ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７に出力する。Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７は、移動が完了したことを示す信号が入力された場合、Ａ軸モータ６１及びＣ軸モータ６０の移動が完了したことを示す完了応答を制御部８１に送信する。

なおＡ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７はエンコーダ６１ｅ、６０ｅにアクセス可能に構成してあり、Ａ軸駆動制御部８６又はＣ軸駆動制御部８７はＡ軸モータ６１又はＣ軸モータ６０の回転位置を参照する指令を制御部８１から受信した場合、Ａ軸駆動制御部８６又はＣ軸駆動制御部８７はエンコーダ６１ｅ、６０ｅに保持されたＡ軸モータ６１又はＣ軸モータ６０の回転位置を制御部８１に送信する。

図８は記憶部８１ｃに記憶されているプログラムの一例を示す図である。図８において、Ｍ６は工具を交換することを示す指令であり、Ｔ１〜Ｔ３は主軸３４に装着する工具を示す。例えば１行目における「Ｍ６Ｔ１」は、１番の工具４を主軸３４に装着することを意味する。Ｍ１４１は、主軸３４を回転させること（以下主軸回転モードという）を設定する指令であり、Ｍ１４２は、Ｃ軸回りにワーク台１６を回転させること（以下Ｃ軸回転モードという）を設定する指令である。主軸回転モードでは、主軸３４に対する回転を指令でき、ワーク台１６に対する回転を指令できない。Ｃ軸回転モードでは、主軸３４に対する回転を指令できず、ワーク台１６に対する回転を指令できる。Ｍ３０は処理の終了を示す指令である。

図９は制御部８１による工具交換処理を説明するフローチャートである。なお初期状態において、主軸３４に工具４は装着されていないものとする。制御部８１のＣＰＵ８１ａは、該制御部８１の起動時に、主軸駆動制御部８５に主軸３４を原点位置に復帰させる信号を出力する（ステップＳ１）。主軸駆動制御部８５は、前記信号が入力された場合に、主軸モータ３１を原点位置まで回転させる。

ＣＰＵ８１ａはＲＡＭ８１ｂにアクセスし、レジスタ８１ｆにＣ軸回転モードを示す情報を設定する（ステップＳ２）。次にＣＰＵ８１ａは記憶部８１ｃに記憶されたプログラムを一行読出し（ステップＳ３）、読出したプログラムが工具交換指令であるか否かを判定する（ステップＳ４、図８参照）。

読出したプログラムが工具交換指令である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ、図８における１行目、ｐ行目、ｑ行目参照）、ＣＰＵ８１ａは、レジスタ８１ｆを参照し、主軸回転モードが設定されているか否かを判定する（ステップＳ５）。主軸回転モードが設定されていない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、換言すればＣ軸回転モードが設定されている場合、ＣＰＵ８１ａは、後述するステップＳ７に処理を進める。

主軸回転モードが設定されている場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１ａは主軸駆動制御部８５に主軸３４を原点位置に復帰させる信号を出力し（ステップＳ６）、工具交換を実行する（ステップＳ７）。例えば図８における１行目、ｐ行目又はｑ行目のプログラムを読み出した場合、工作機械１００は１番、２番又は３番の工具４を主軸３４に装着する。そしてＣＰＵ８１ａはステップＳ３に処理を戻す。

読出したプログラムが工具交換指令でない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ＣＰＵ８１ａは、読出したプログラムがモードを設定する指令であるか否かを判定する（ステップＳ８）。読出したプログラムがモードを設定する指令である場合（ステップＳ８：ＹＥＳ、図８における２行目、ｐ＋１行目、ｑ＋１行目参照）、ＣＰＵ８１ａは、主軸回転モード又はＣ軸回転モードを設定し（ステップＳ９）、ステップＳ３に処理を戻す。

読出したプログラムがモードを設定する指令でない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ＣＰＵ８１ａは、読出したプログラムが処理の終了を示す指令であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。読出したプログラムが処理の終了を示す指令でない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ８１ａは、読出したプログラムを実行し（ステップＳ１１）、ステップＳ３に処理を戻す。読出したプログラムが処理の終了を示す指令である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ、図８におけるｎ行目参照）、ＣＰＵ８１ａは処理を終了する。

図８に示すように、工具の交換を示す指令（Ｍ６）を記述した行の次に、モードを設定する指令（Ｍ１４１、Ｍ１４２）を記述した行を配置することによって、初期状態を除き、制御部８１は、工具の交換を示す指令を読み込んだ時点において主軸３４に装着している工具が回転工具であるのか又は旋削工具であるのかを適格に認識することができる。

実施の形態に係る工作機械１００にあっては、制御部８１は、主軸３４に装着された工具４が回転工具であるのか又は旋削工具であるのかを判定し、回転工具である場合に、主軸３４を原点位置まで回転させ、旋削工具である場合に主軸３４の前記原点位置までの回転を禁止する。そのため旋削工具に過剰な負荷を作用させることなく、工具交換を実行することができる。また旋削工具を装着した主軸３４は原点に位置し、主軸３４を原点に位置させる処理は省略し、交換作業の効率化を向上させることができる。

また読出した命令が、主軸３４を回転させるか又はワーク台１６を回転させることを示す命令である場合に、制御部８１は、該命令をレジスタ８１ｆに設定する。レジスタ８１ｆに設定した命令を参照することによって、制御部８１は、主軸３４に装着された工具４が回転工具であるか又は旋削工具であるかを判定する。

また制御部８１は、該制御部８１の起動時に主軸３４を原点位置まで回転させて、ワーク台１６を回転させることを示す命令をレジスタ８１ｆに設定する。これにより、主軸３４に工具４が装着されていない初期状態において、最初の命令が工具交換指令である場合に、最初の命令に基づいて工具マガジン２から取り出した工具４が回転工具であるか又は旋削工具であるかに拘わらず、主軸３４の軸回りの位置が原点にあるため、取り出した工具４を主軸３４に円滑且つ確実に装着させることができる。またステップＳ６における原点位置に復帰させる処理を省略することができ、処理効率を向上させることができる。

なお旋削工具は、回り止めフランジ４１及び電磁式ブレーキによって、主軸３４による回転を規制しているが、電磁式ブレーキのみによって規制する構成であってもよい。また工具の交換を示す指令（Ｍ６）を記述した行の次に、モードを設定する指令（Ｍ１４１、Ｍ１４２）を記述した行を配置し、モードを設定する指令を記述した行を読出した場合に、レジスタ８１ｆにモードを設定しているが、工具の種類を示す情報（Ｔ）とモードを設定する指令とを対応付けたテーブルを予め記憶部８１ｃに記憶しておき、工具の交換を示す指令を読出した場合に、前記テーブルを参照し、読出した指令に含まれる工具の種類に対応したモードをレジスタ８１ｆに設定するようにしてもよい。

またエンコーダ６１ｅ、６０ｅが検出した値をＡ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７にフィードバックさせて、Ａ軸駆動制御部８６及びＣ軸駆動制御部８７がＡ軸モータ６１及びＣ軸モータ６０をフィードバック制御してもよい。

２工具マガジン（格納部）
４工具
１６ワーク台（ワーク支持部）
３４主軸
８０制御装置
８１制御部
８１ａＣＰＵ
８１ｂＲＡＭ
８１ｃ記憶部
８１ｄ入出力Ｉ／Ｆ
８１ｅ通信Ｉ／Ｆ
８１ｆレジスタ（記憶領域）
８２Ｘ軸駆動制御部
８３Ｙ軸駆動制御部
８４Ｚ軸駆動制御部
８５主軸駆動制御部
８６Ａ軸駆動制御部
８７Ｃ軸駆動制御部
１００工作機械

Claims

工具を装着してワークを加工する主軸と、該主軸に装着される工具を格納する格納部と、前記主軸に装着された工具及び前記格納部に格納された工具の交換を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、工具の交換を実行する前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させるようにしてある工作機械において、
ワークを回転可能に支持するワーク支持部と、
順次的に読み出される複数の命令を記憶した記憶部と
を備え、
前記制御装置は、
前記記憶部に記憶された命令を順次読出して前記主軸に装着された工具の交換を制御するようにしてあり、
前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸に装着された工具が前記主軸の回転によって回転する回転工具であるか又は前記主軸にて固定される非回転工具であるかを判定する工具判定手段と、
該工具判定手段にて前記主軸に装着された工具が前記非回転工具であると判定された場合に、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸における前記特定位置までの回転を禁止する手段と、
前記主軸を回転させるか又は前記ワーク支持部を回転させる命令を所定の記憶領域に設定する設定手段と
を有し、
前記工具判定手段は、前記記憶領域に設定された命令に基づいて、前記主軸に装着された工具が前記回転工具であるのか又は前記非回転工具であるのかを判定するようにしてあること
を特徴とする工作機械。
前記制御装置は、
該制御装置の起動時に、前記主軸を前記特定位置まで回転させ、前記設定手段によって、前記ワーク支持部を回転させる命令を前記記憶領域に設定するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
主軸に装着された工具と格納部にて格納された工具とを交換し、工具の交換を実行する前に、前記主軸を軸回りにおける特定位置まで回転させる工具交換方法において、
記憶部に記憶された複数の命令を順次読出して前記主軸に装着された工具の交換を制御し、
前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸に装着された工具が前記主軸にて回転する回転工具であるか又は前記主軸にて固定される非回転工具であるかを判定し、
前記主軸に装着された工具が前記非回転工具であると判定された場合に、前記記憶部から工具を交換する命令を読み出した後、工具の交換を実行する前に、前記主軸における前記特定位置までの回転を禁止し、
前記主軸を回転させるか又はワークを回転可能に支持するワーク支持部を回転させる命令を所定の記憶領域に設定し、
前記記憶領域に設定された命令に基づいて、前記主軸に装着された工具が前記回転工具であるのか又は前記非回転工具であるのかを判定すること
を特徴とする工具交換方法。