JP6212905B2

JP6212905B2 - 工作機械

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Publication number: JP6212905B2
Application number: JP2013070253A
Authority: JP
Inventors: 隆幸子安
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN104070399B; CN104070399A; JP2014193495A

Description

本発明は、工具を把持する把持部を複数配列して該把持部を搬送するマガジンを有し、工具交換を行う工作機械に関する。

工作機械は種々の加工を行う。工作機械は工具を把持する把持部を複数配列して該把持部を搬送するマガジンを有し、マガジンから取り出した工具を主軸に装着した工具と交換し、目的の加工を行う。工作機械はワークをテーブル上に固定して加工する。

特許文献１は、工具及びワーク把持ハンドを収容して搬送するマガジン、ワーク搬送台、及びワーク交換の動作を制御する制御部を有する従来の工作機械を開示する。マガジンは複数の把持部を配列している。複数の把持部は、工具及びワーク把持ハンドを把持している。ワーク把持ハンドはテーブル上の加工済ワークをワーク搬送台に移動させ、ワーク搬送台からテーブルへ未加工ワークを移動させる。制御部はワーク交換時に工作機械の主軸を移動し、工具をマガジンに収容させ、マガジンを搬送させた後、ワーク把持ハンドを主軸に装着する。ワーク把持ハンドを装着した主軸は、加工済ワークを把持してワーク搬送台へ移動し、ワーク搬送台から未加工ワークをテーブルへ移動させる。制御部は主軸を移動してワーク把持ハンドをマガジンに収容させ、マガジンを搬送させた後、工具を主軸に装着する。工具を装着した主軸は未加工ワークを加工する。

特開平０６−５５３９９号公報

しかしながら、従来の工作機械は、ワーク交換を行うために主軸における工具とワーク把持ハンドとの交換工程が必要となり、ワーク交換に時間が掛かってしまうという問題点があった。これに対し、例えばロボットアームを有するワーク交換部を備えることで、主軸における工具とワーク把持ハンドとの交換工程が不要になると考えられる。

しかし、主軸に工具を装着したままワークを交換すると、交換途中のワークが主軸に装着した工具及び主軸に機械的に干渉してしまう虞がある。また、主軸の前方にタレット式のマガジンを備え、上昇させた主軸の下方の交換位置へ工具を割り出す工作機械では、マガジンに把持する工具がワーク交換途中のワークに機械的に干渉してしまう虞もあった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ワーク交換時におけるワークの機械的干渉を抑制することができる工作機械を提供することにある。

本発明に係る工作機械は、工具を把持する把持部を円環状に複数配列してあり、工具を交換すべく前記把持部を搬送するタレット式のマガジンと、工具を装着して加工領域内で昇降移動し、ワークを加工する加工部と、前記加工領域内の位置、及び前記加工領域から上方に離れ、前記マガジンによる前記把持部の搬送が可能となる搬送位置の間で前記加工部を昇降移動させる制御、並びに前記マガジンを駆動させ、前記加工部の前方で前記把持部を搬送する制御を行う制御部とを備え、該制御部は、前記工具の交換の際、前記加工部を前記搬送位置に上昇移動させ、該加工部に装着した工具を前記マガジンの把持部に渡した後、前記マガジンの駆動により他の工具を把持する把持部を前記搬送位置の下方の交換位置に搬送し、前記加工部を前記搬送位置から下降移動させることで、該加工部に前記他の工具を装着する工作機械において、前記制御部は、前記加工領域内でのワークの交換の際、前記加工部を前記搬送位置に上昇移動させて停止させ、前記マガジンの駆動により工具を把持していない把持部を前記交換位置に搬送させるようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、工具を把持する把持部を円環状に複数配列してあるタレット式のマガジンが加工部の前方で把持部を搬送する。加工部は工具を装着して加工領域内で昇降移動し、ワークを加工する。工具交換の際、制御部は、加工領域内の位置、及び加工領域の上方に離れ、マガジンによる把持部の搬送が可能となる搬送位置の間で加工部を昇降移動させる制御と、マガジンを駆動させて把持部を搬送する制御を行い、加工部に装着した工具を搬送位置の下方の交換位置に搬送された把持部が把持する他の工具に交換させる。ワーク交換の際、制御部は、加工部を搬送位置に上昇移動させて停止させ、マガジンの駆動により複数の把持部のうち工具を把持していない把持部を交換位置に搬送させる。これにより、ワーク交換時におけるワークが通過できる空間が広くなり、ワークの機械的干渉を抑制することができる。

本発明に係る工作機械は、複数の前記把持部夫々に対応して工具を把持しているか把持していないかを示す工具情報を記憶する記憶部を備え、前記マガジンは、前記把持部を搬送する経路に沿って移動させる駆動部を有し、前記制御部は、前記ワークの交換の際、前記記憶部に記憶した工具情報に基づき工具を把持していない把持部を前記交換位置に搬送すべく前記駆動部に指令するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、記憶部は複数の把持部夫々に対応して工具を把持しているか把持していないかを示す工具情報を記憶する。マガジンは把持部を搬送する経路に沿って移動させる駆動部を有する。ワーク交換の際に制御部は、加工部を搬送位置に移動させた後、記憶部に記憶した工具情報に基づき工具を把持していない把持部を工具を交換する交換位置に搬送すべく駆動部に指令する。これにより、工具を把持していない把持部を交換位置に位置させた状態でワークの交換が実施され、把持部に把持した工具に対するワークの機械的干渉を抑制することができる。

本発明に係る工作機械は、前記制御部は、前記ワークの交換を完了した後、前記記憶部に記憶した工具情報に基づき工具を把持している把持部を前記交換位置に搬送すべく前記駆動部に指令し、搬送の完了後、前記加工部を前記搬送位置から前記加工領域内の位置へ下降移動させる制御を行うようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、ワーク交換の完了後に制御部は、工具を把持している把持部を交換位置に搬送すべく、記憶部に記憶した工具情報に基づいて駆動部に指令し、搬送を完了した後、加工部を加工領域内の位置へ下降移動させる制御を行う。これにより、ワーク交換後に把持部から加工部へ工具を装着させ、該工具を使用した加工を行うことができる。

本発明によれば、ワーク交換時におけるワークが通過できる空間を広くとることができるため、ワークの機械的干渉を抑制することができる。

工作機械の斜視図。主軸ヘッド及び工具マガジンの正面図。主軸ヘッドの斜視図。把持アームの斜視図。ワーク交換部を含む工作機械の右側面図。工作機械の電気的構成を示すブロック図。工具交換を説明するための模式図。主軸ヘッドが加工領域にある時のカム機構、把持部を略示する右側面図。主軸ヘッドがＺ軸原点位置にある時のカム機構、把持部を略示する右側面図。主軸ヘッドがＺ軸原点位置より上にある時のカム機構、把持部を略示する右側面図。主軸ヘッドがＡＴＣ原点位置にある時のカム機構、把持部を略示する右側面図。工具情報の例を示す図表。加工プログラムを例示する模式図。切削送り指令に基づく主軸ヘッドの動作を示す模式図。加工プログラムによる主軸ヘッド及びマガジンの動作を示す模式図。加工プログラムによる主軸モータ、Ｚ軸モータ及びマガジンモータの駆動を示すタイミングチャート。ＣＰＵによる工具交換及びワーク交換時の制御処理の手順を示すフローチャート。ＣＰＵによるワーク交換動作が可能であるかを確認する制御処理の手順を示すフローチャート。

本発明の実施形態の工作機械を図面に基づき説明する。以下の説明では図中に矢印で示す上下、左右、前後を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。作業者は前方で工作機械１を操作し、ワークの着脱を行う。図１〜図６に基づいて工作機械１の構成を説明する。

図１を参照し、工作機械１の構造を説明する。工作機械１は基台１１、コラム１２、主軸ヘッド２（加工部）、工具交換装置３、テーブル１５、制御ユニット６、ワーク交換部９（図５参照）等を備える。基台１１は床面上に固定する。コラム１２は基台１１の上部後方寄りに立設する。主軸ヘッド２はコラム１２の前面に沿ってＺ軸方向（上下方向）に昇降可能である。主軸ヘッド２の主軸２ｂ（図２参照）は工具ホルダ５を装着する。工具ホルダ５は工具５ｂを保持する。主軸２ｂは主軸モータ８４の駆動により高速回転する。ワーク交換部９はワークの交換を行う。

工具交換装置３は支持台１４によって支持する。支持台１４はコラム１２の上部左右に固定した１対のフレーム１３の前端部に固定する。工具交換装置３のマガジン３１はタレット式であり、複数の工具ホルダ５を把持する。工具交換装置３は主軸２ｂに装着した工具ホルダ５を他の工具ホルダ５に交換する。

テーブル１５は基台１１上に設置し、ワークを着脱可能に固定する。テーブル１５はＸ軸送り機構１６によってＸ軸方向（左右方向）へ移動可能であり、Ｙ軸送り機構１７によってＹ軸方向（前後方向）へ移動可能である。Ｘ軸送り機構１６はＸ軸モータ８１（図６参照）によって駆動し、Ｙ軸送り機構１７はＹ軸モータ８２（図６参照）によって駆動する。主軸ヘッド２は、主軸２ｂに装着した工具５ｂを主軸モータ８４の駆動により高速回転させ、テーブル１５に固定したワークを加工する。制御ユニット６はコラム２の後方に設け、各モータ等を制御する。

図２を参照し、工具交換装置３を説明する。工具交換装置３は、工具５ｂを固定した複数の工具ホルダ５を支持するマガジン３１、主軸ヘッド２の前部に設けたカム機構２０を備える。マガジン３１は、マガジン本体３２、複数の把持部４を備える。マガジン本体３２は円盤状をなす。図１に示す支持台１４は前方下がりに傾斜した支持軸３３を固定する。支持軸３３は軸受等を介してマガジン本体３２を回転自在に軸支する。マガジンモータ８５（図１参照）はマガジン本体３２を回転駆動する。

複数の把持部４はマガジン本体３２の外周部に所定の中心角（本実施形態では約１７度）で周方向に等間隔に設け、全体として円環状をなすように配列する。本実施形態では把持部４は２１本ある。各把持部４は工具５ｂを装着した工具ホルダ５を把持する。複数の把持部４のうち、連続する一部の把持部４は工具ホルダ５を把持していない。後述するように、工具ホルダ５を把持していない把持部４を交換位置に割り出すことでワーク交換時の機械的干渉を抑制する。

図３を参照し、カム機構２０を説明する。カム機構２０は主軸ヘッド２の前端側部分である主軸支持部２ａの前側面に設ける。カム機構２０は接近カム２１、離反カム２２を備える。接近カム２１、離反カム２２は主軸支持部２ａの前面から突出し且つ上下方向に長い板状である。接近カム２１は上端から下方に向けて突出幅（前後幅）が一定の平坦部２１ａを有し、下端よりやや上方で突出幅（前後幅）がテーパ状に増大して頂点２１ｂを形成する。離反カム２２は、下端から上方に向かうに従い突出幅（前後幅）がテーパ状に増大するテーパ部２２ａを有し、テーパ部２２ａより上方で突出幅（前後幅）が一定の平坦部２２ｂを形成する。

主軸支持部２ａは内部に主軸２ｂを回転自在に支持する。主軸２ｂは上下方向の回転軸を有し、主軸支持部２ａの上端部に装備した主軸モータ８４に連動して回転する。主軸２ｂは下端部に工具ホルダ５を装着する円錐状の工具保持穴を有する。主軸２ｂは内部にドローバー（図示略）を有し、該ドローバーによって工具保持穴に嵌挿した工具ホルダ５を主軸２ｂに固定する。主軸ヘッド２はコラム１２の前面に上下方向に延びる１対のガイドレール（図示略）によって支持し、ガイドレールに平行に延設したボールネジ機構（図示略）により昇降可能である。ボールネジ機構はＺ軸モータ８３（図６参照）によって駆動する。

図４を参照し、把持部４について説明する。把持部４はアーム４０、把持ピン４３、接近カム従動子４５、離反カム従動子４６、当接部４７等を備える。アーム４０は上下に延び屈曲した形状である。アーム４０は上端部に支持軸４１を有し、支持軸４１回りに揺動可能である。支持軸４１は支持台４２で支持し、支持台４２はマガジン本体３２に固定する。支持軸４１はマガジン本体３２の円周接線方向に平行である。故にアーム４０は、マガジン本体３２が回転して上下方向の最下部にあるときに、支持軸４１が左右方向となり、下端部が前後方向に揺動する。アーム４０の下端部は二股に分かれ、各先端部に互いに対向する把持ピン４３を有する。２つの把持ピン４３は圧縮コイルバネによって付勢することで互いに相手方向へ突出しており、圧縮コイルバネによる付勢力に抗して力を受けることで後退可能である。

アーム４０は上端部にレバー４４を有する。レバー４４は主軸ヘッド２側に突設している。レバー４４は、先端部において支持軸４１と平行な軸心回りに回転自在に接近カム従動子４５を支持する。アーム４０は、中途部において支持軸４１と平行な軸心回りに回転自在に離反カム従動子４６を支持する。接近カム従動子４５及び離反カム従動子４６は例えば遊転コロである。接近カム従動子４５はカム機構２０の接近カム２１に当接する。離反カム従動子４６はカム機構２０の離反カム２２に当接する。当接部４７は、圧縮コイルバネによる弾性付勢でアーム４０の上端部から上方へ突出する鋼球からなる。

アーム４０は、主軸ヘッド２とともに昇降するカム機構２０に接近カム従動子４５及び離反カム従動子４６が当接することで、支持軸４１回りに前後方向に揺動する。アーム４０の揺動によって、アーム４０の下端部が主軸２ｂに対して接近及び離反する。上述のようにアーム４０の下端部は二股に分かれており、二股の先端部に設けた２つの把持ピン４３が工具ホルダ５の全周に亘って設けた溝５ａ（図２参照）に嵌合する。アーム４０は、揺動によって下端部が主軸２ｂに接近することで、２つの把持ピン４３が溝５ａに嵌合して工具ホルダ５を把持する。アーム４０は、揺動によって下端部が主軸２ｂから離反することで、２つの把持ピン４３が溝５ａから外れて工具ホルダ５を離す。工具交換時の主軸ヘッド２及び把持部４の動作については後述する。

図５を参照し、ワーク交換部９を説明する。ワーク交換部９は基台９１、ロボットアーム９２、ワーク搬送台９３等を備える。基台９１は床面上に固定する。ロボットアーム９２は固定部９２ａ、アジマス回転部９２ｂ、第１アーム９２ｃ、第２アーム９２ｄ等を備える。固定部９２ａは基台９１に固定する。アジマス回転部９２ｂは柱状であり、方位軸回りに回転可能に固定部９２ａによって支持する。アジマス回転部９２ｂは上端部に第１アーム９２ｃの一端部を水平軸まわりに回転可能に支持する。第１アーム９２ｃは他端部に第２アーム９２ｄの一端部を水平軸まわりに回転可能に支持する。第２アーム９２ｄはワークＷを把持するための複数の爪９２ｅを有する。爪９２ｅは例えば相互の間隔が広狭するように電気的に駆動することでワークＷを把持する。

ロボットアーム９２は、アジマス回転部９２ｂ、第１アーム９２ｃ及び第２アーム９２ｄを備えることで、方位軸回りに回転する１関節と水平軸回りの２関節を有する。ロボットアーム９２は、各関節及び爪９２を駆動する複数のモータ（図示略）、及び各モータを駆動制御するマイクロコンピュータ（図示略）を内蔵する。ロボットアーム９２のマイクロコンピュータは、ロボットアーム９２に一定の動きを行わせることで、テーブル１５から加工済のワークＷを把持してワーク搬送台９３へ移動し、ワーク搬送台９３上の未加工のワークＷを把持してテーブル１５へ移動させる。ワーク搬送台９３は、左右方向にワークＷを搬送する。

図６を参照し、工作機械１の電気的構成を説明する。制御ユニット６はＣＰＵ６１（制御部）、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、ＥＥＰＲＯＭ６４（記憶部）、入力インタフェース６５、出力インタフェース６６、操作部６７を備え、これらの構成をバスＮで接続する。ＣＰＵ６１はＲＯＭ６２に記憶された制御プログラムをＲＡＭ６３に読み出して実行することによって、ワークの加工処理及び工具交換処理等を行う。ＲＯＭ６２はマスクＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリ素子であり、ＣＰＵ６１にて実行される制御プログラム及び処理に必要な各種のデータ等を予め記憶する。ＲＡＭ６３はＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等のメモリ素子であり、ＲＯＭ６２から読み出した制御プログラム及び処理過程で発生した種々のデータ等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ６４はデータ書き換えが可能な不揮発性のメモリ素子であり、処理に必要な各種のデータを記憶する。ＥＥＰＲＯＭ６４は、ワークに対する加工手順及び加工条件等が記載された加工プログラム、マガジン３１の各把持部４が把持する工具に関する工具情報を記憶する。ＥＥＰＲＯＭ６４に代えて、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ素子を使用してもよい。

工作機械１はＸ軸センサ７１、Ｙ軸センサ７２、Ｚ軸センサ７３及び主軸センサ７４等を備える。各センサは制御ユニット６の入力インタフェース６５に接続する。Ｘ軸センサ７１及びＹ軸センサ７２は夫々テーブル１５のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する。Ｚ軸センサ７３は主軸２ｂのＺ軸方向の位置を検出する。主軸センサ７４は主軸２ｂの回転速度を検出する。入力インタフェース６５は、Ｘ軸センサ７１、Ｙ軸センサ７２、Ｚ軸センサ７３及び主軸センサ７４が出力する情報をＣＰＵ６１へ与える。外部入力装置７５は、例えばパーソナルコンピュータであり、加工プログラムの作成及び保存が可能な装置である。外部入力装置７５は、作成した加工プログラムを制御ユニット６へ出力する。制御ユニット６は外部入力装置７５からの加工プログラムを入力インタフェース６５により取得し、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶する。

工作機械１はＸ軸モータ８１、Ｙ軸モータ８２、Ｚ軸モータ８３、主軸モータ８４、マガジンモータ８５（駆動部）を備える。各モータは制御ユニット６の出力インタフェース６６に接続されている。Ｘ軸モータ８１及びＹ軸モータ８２はテーブル１５をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動駆動する。Ｚ軸モータ８３は主軸ヘッド２をＺ軸方向へ昇降駆動する。主軸モータ８４は主軸２ｂを回転駆動する。主軸モータ８４の駆動により主軸２ｂが回転し、主軸２ｂに装着した工具によりワークを加工する。マガジンモータ８５はマガジン本体３２を回転駆動する。ロボットアーム９２は出力インタフェース６６に接続する。ＣＰＵ６１は、出力インタフェース６６を介してロボットアーム９２へワーク交換を指令する。ロボットアーム９２内蔵のマイクロコンピュータは、出力インタフェース６６を介してＣＰＵ６１が出力するワーク交換の指令に基づいてワークを交換する。ロボットアーム９２はワーク交換の完了を入力インタフェース６７等を介してＣＰＵ６１へ通知する。

操作部６７は、表示パネル、データ入力キー、制御キー等（図示略）を備え、加工プログラムの手入力、及び工作機械１の手動操作を受け付ける。表示パネルは、操作に係る画面を表示する。作業者はデータ入力キーを操作することで、表示パネルに表示される情報を確認しながらプログラムの作成が行える。制御キーは、例えば主軸ヘッド２の上昇、下降、マガジン駆動などの単発動作を受け付け、作業者による工作機械１の手動操作を可能とする。

図７〜図１１を参照し、工具交換時の主軸ヘッド２及び把持部４の動作を説明する。主軸ヘッド２はＡＴＣ（Automatic Tool Change）原点位置（搬送位置）及び加工領域内の任意の位置の間をＺ軸方向に移動する。主軸ヘッド２の位置は主軸２ｂの下端面を基準として説明する。ＡＴＣ原点位置に主軸ヘッド２があるときに、マガジン３１におけるマガジン本体３２の回転が可能となる。Ｚ軸原点位置（待機位置）は工具交換後に主軸ヘッド２を待機させる位置である。ＡＴＣ原点位置及びＺ軸原点位置の間で主軸ヘッド２を昇降させることによって、主軸２ｂに装着する工具ホルダ５を交換する。

図８には主軸ヘッド２が加工領域にある状態を示す。把持部４の離反カム従動子４６が離反カム２２の平坦部２２ｂに当接し、アーム４０は支持軸４１を中心に前側へ揺動した状態となっている。マガジン本体３２は同軸で円環状の位置決め部３４を有する。位置決め部３４は軸方向に沿って円弧状をなす外周側面を有する。この外周側面の円弧形状は、支持軸４１を中心とする。位置決め部３４は軸方向の一端側における外周側面の全周に亘って溝３４ａを、他端側における外周側面の全周に亘って溝３４ｂを有する。図８に示すように、当接部４７は溝３４ａに嵌合することでアーム４０の前後方向への動きを止める。

図９には主軸ヘッド２が加工領域からＰ方向に上昇してＺ軸原点位置にある状態を示す。把持部４の接近カム従動子４５は、接近カム２１の平坦部２１ａから頂点２１ｂへ向かう傾斜部分に当接する。アーム４０は支持軸４１を中心に後方へ揺動し、下端部が主軸２ｂの下端へ接近した状態となっている。尚、アーム４０の下端部に設けた２つの把持ピン４３は工具ホルダ５の溝５ａには嵌合していない状態であり、主軸２ｂを主軸モータ８４によって回転することが可能である。

図１０には主軸ヘッド２がＺ軸原点位置から更にＰ方向へ上昇した状態を示す。把持部４の接近カム従動子４５は、接近カム２１の頂点２１ｂに当接する。アーム４０は支持軸４１を中心に下端部が最も後方へ揺動した姿勢になる。アーム４０の下端部に設けた２つの把持ピン４３が工具ホルダ５の溝５ａに嵌合し、工具ホルダ５を把持した状態となっている。当接部４７は溝３４ｂに嵌合することでアーム４０の前後方向への動きを止める。

図１１には主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置まで上昇した状態を示す。把持部４の接近カム従動子４５及び離反カム従動子４６は夫々、接近カム２１及び離反カム２２から離れる。アーム４０は下端部が最も後方へ揺動した姿勢を維持する。当接部４７は溝３４ｂに嵌合することでアーム４０の前後方向への動きを止める。下端部に設けた２つの把持ピン４３が工具ホルダ５の溝５ａに嵌合して工具ホルダ５を把持する。主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置まで上昇したことで、工具ホルダ５が主軸２ｂからＺ軸方向に離間する。この状態でマガジン本体３２が主軸ヘッド２と機械的に干渉することなく回転可能となる。制御ユニット６からの指令によってマガジンモータ８５がマガジン本体３２を回転し、主軸２ｂに装着すべき工具ホルダ５を主軸２ｂの直下に割り出す。

主軸ヘッド２をＱ方向に下降させることで、図８から図１１の順序と逆順を辿り、工具を主軸２ｂに装着する。図１１に示すＡＴＣ原点位置から主軸ヘッド２をＱ方向へ下降させる。図１０に示すように、主軸ヘッド２が下降してくると離反カム従動子４６が離反カム２２のテーパ部２２ａの下端部に当接し始める。主軸２ｂの下端部に設けた工具保持穴に工具ホルダ５が嵌合する。更に主軸ヘッドを図９に示すＺ軸原点位置までＱ方向へ下降させる。図９に示すように、離反カム従動子４６が離反カム２２のテーパ部２２ａの中腹部に当接する。アーム４０の下端部が下方へ押し出され、２つの把持ピン４３が工具ホルダ５の溝５ａから離れる。工具ホルダ５はドローバーによって主軸２ｂに固定する。主軸ヘッドを更にＱ方向へ下降させ、図８に示すような加工領域内の任意の位置に移動させる。尚、図８に示す状態については上述のとおりである。

図１２を参照し、工具情報を説明する。上述のようにＥＥＰＲＯＭ６４は工具情報を記憶する。工具情報は、マガジン３１内の把持部番号に対応して、工具番号、工具寸法、工具把持の有無に関する各情報を有する。把持部番号は一連番号であり、工具番号は工具５ｂ毎に付けた番号である。工具寸法は工具５ｂの寸法を表わす。工具５ｂの寸法は、例えば主軸２ｂの下端面に当接する工具ホルダ５の当接面から工具５ｂの先端までの寸法とする。工具把持の有無は、把持部４に工具を把持している場合に「有」、把持していない場合に「無」との情報を格納する。工具把持の有無に関する情報は、「有」の場合に「１」、「無」の場合に「０」とするものでもよい。図１２に示す工具情報の例では、把持部番号が１番から３番の把持部が工具５ｂを把持しており、把持部番号が４番から６番の把持部が工具５ｂを把持していない旨を示す。

図１３を参照し、加工プログラムの一例を説明する。加工プログラムは外部入力装置７５から入力したものであってもよいし、作業者が操作部６７により手入力したものであってもよい。図１３に示す加工プログラムは「Ｍ６Ｔ１２」との指令を有する。「Ｍ６」は工具交換を指令するものであり、具体的には主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置まで上昇させ、マガジン本体３２を回転させた後、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで下降させる指令である。「Ｔ１２」は工具番号１２を示す。マガジン本体３２は「Ｔ１２」に基づいて、主軸２ｂ直下の交換位置に工具番号１２の工具を把持する把持部４を搬送する。

加工プログラムは「Ｇ８１Ｚ＿Ｒ＿」を有する。「Ｇ８１」は穴あけ動作を行う加工指令の一つであり、ワークへの穴あけ加工を行う。「Ｚ＿」は切削送りのＺ座標の目標点であり、穴底位置に対応する。「Ｒ＿」は切削送り後のＺ座標の目標位置であり、穴あけ後の復帰位置を示す。主軸２ｂは切削送り指令によって、図１４に示す実線矢印Ｄのように穴底位置まで動き、穴あけ後復帰位置に戻る。

図１５を参照し、加工プログラムによる主軸ヘッド２及びマガジン３１の動作を説明する。上述のように「Ｇ８１Ｚ＿Ｒ＿」によって主軸ヘッド２は穴あけ加工を行う。穴あけ加工後、「Ｍ６００」指令によってワーク交換前の主軸ヘッド２等の退避動作を行う。即ち、主軸ヘッド２は「Ｍ６００」指令に基づいて、穴あけ後復帰位置ＲからＡＴＣ原点位置まで上昇する。主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置まで上昇した後、マガジン本体３２を回転させる。マガジン本体３２は、工具を把持していない把持部４を交換位置に搬送するように回転する。次の「Ｍ３０」によって加工プログラムは終了する。

制御ユニット６のＣＰＵ６１は、加工プログラムの終了に基づき、ワーク交換をロボットアーム９２に指令する。ロボットアーム９２はＣＰＵ６１からの指令に基づいてワーク交換を行う。ロボットアーム９２はワーク交換の完了をＣＰＵ６１へ通知する。ＣＰＵ６１は再び加工プログラムを呼び出し、「Ｍ６Ｔ１２」を実行する。マガジン本体３２は「Ｔ１２」に基づいて、主軸２ｂ直下の交換位置に工具番号１２の工具を把持する把持部４を搬送する。マガジン本体３２の回転後、主軸ヘッド２はＺ軸原点位置まで下降することで、主軸２ｂに工具番号１２の工具を装着する。

図１６を参照し、加工プログラムによる主軸モータ、Ｚ軸モータ及びマガジンモータの駆動について説明する。加工プログラムにおける「Ｇ８１Ｚ＿Ｒ＿」に基づき、ＣＰＵ６１は、時刻ｔ１から主軸モータ８４の回転速度を増し、時刻ｔ２で定速状態にする。ＣＰＵ６１は、時刻ｔ２からＺ軸モータ８３を負側に回転して主軸ヘッド２を下降させて穴あけ加工を行い、時刻ｔ３でＺ軸モータ８３を正側に回転させて主軸ヘッド２を上昇させる。ｔ４時点で主軸ヘッド２は穴あけ後復帰位置Ｒへ移動し、「Ｇ８１Ｚ＿Ｒ＿」が終了する。このため主軸モータ８４は、ｔ４時点から回転速度を０（ゼロ）に落としていく。ＣＰＵ６１は「Ｍ６００」に基づく主軸ヘッド等の退避動作に移り、ｔ４時点から主軸ヘッド２を引き続き上昇させ、ｔ５時点で主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置に移動させる。Ｚ軸モータ８３は、主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置に移動したときに回転速度が０となるように駆動制御する。

主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置に到達した後、ＣＰＵ６１は、マガジン本体３２を回転するべくマガジンモータ８５を駆動する。マガジンモータ８５は、ｔ６時点からｔ７時点までの駆動によって、工具を把持していない空きの把持部４を交換位置に割り出す。ＣＰＵ６１は、加工プログラムの「Ｍ３０」により、加工プログラム処理を終了し、ロボットアーム９２へワーク交換を指令する。ロボットアーム９２は時刻ｔ８から時刻ｔ９までの間にワークを交換し、ワーク交換完了をＣＰＵ６１へ通知する。

ＣＰＵ６１は再び加工プログラムを呼び出し、「Ｍ６Ｔ１２」による工具交換を行う。ＣＰＵ６１は時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの間で、マガジンモータ８５を駆動し、主軸２ｂ直下の交換位置に工具番号１２の工具を把持する把持部４を搬送する。マガジン本体３２による工具割り出しの完了した後、ＣＰＵ６１は時刻ｔ１１からＺ軸モータ８３を負側に回転させて主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置から下降させ、時刻ｔ１２に主軸ヘッド２をＺ軸原点位置へ移動させる。主軸ヘッド２は、ＡＴＣ原点位置からＺ軸原点位置まで下降する間に、主軸２ｂに工具番号１２の工具を装着する。

次に制御ユニット６のＣＰＵ６１による工具交換及びワーク交換時の制御処理の手順を説明する。図１７の制御は工具交換指令又はワーク交換指令を実行したときに動作する。ＣＰＵ６１はワーク交換指令であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ワーク交換指令は実行する指令が「Ｍ６００」であるか否かで判断する。ワーク交換指令であると判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は動作可能フラグがＯＮか否かを判断する（ステップＳ２）。動作可能フラグについては後述する。ＣＰＵ６１はワーク交換指令ではないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、処理を後述するＳ３に移す。Ｓ２において、ＣＰＵ６１は動作可能フラグがＯＦＦ（０）であると判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、ブザー（図示略）等を吹鳴することにより警報を発生し（ステップＳ６）、処理を終了する。動作可能フラグがＯＮ（１）であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２がＺ軸ストローク内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。Ｚ軸ストロークは、テーブル１５上面からＺ軸原点位置の範囲である加工領域を示す。主軸ヘッド２がＺ軸ストローク内にあると判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで移動すべくＺ軸モータ８３へ指令し、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで移動させる（ステップＳ４）。Ｚ軸モータ８３は、ＣＰＵ６１からの指令に基づき主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで移動する。ステップＳ４の後、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置まで上昇すべくＺ軸モータ８３へ指令し、主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置まで移動させる（ステップＳ７）。Ｚ軸モータ８３は、ＣＰＵ６１からの指令に基づき主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置まで上昇する。主軸ヘッド２は、ステップＳ７にて上昇することによって、主軸２ｂから把持部４へ工具ホルダ５を渡す。

ステップＳ７の後、ＣＰＵ６１は指定の把持部４を主軸２ｂ直下の交換位置に割り出すべくマガジンモータ８５に指令し、マガジン本体３２を回転させる（ステップＳ８）。マガジンモータ８５は、ＣＰＵ６１からの指令に基づきマガジン本体３２を回転する。ＣＰＵ６１はステップＳ８の後、ワーク交換指令であるか否か再度判断する（ステップＳ９）。ワーク交換指令であると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置から移動することなく停止させて（ステップＳ１１）、処理を終了する。Ｓ９においてワーク交換指令ではないと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２をＺ軸原点位置へ移動させ（ステップＳ１０）、処理を終了する。Ｓ１０を実行することにより工具交換動作が終了する。Ｓ３において、主軸ヘッド２がＺ軸ストローク内にないと判定した場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置にあると判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、ステップＳ８に移行して指定の把持部４を交換位置へ割り出す。主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置にないと判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、ブザー（図示略）等を吹鳴することにより警報を発生すし（ステップＳ６）、処理を終了する。

「Ｍ６００」による動作は、マガジン本体３２が有する複数の把持部４のうち工具を把持していない把持部４が連続している場合に可能である。前述の場合、動作可能フラグはＯＮする。図１８に動作可能フラグの設定について説明する。ＣＰＵ６１は、工具５ｂを把持していない把持部４が連続しているかを計数するためのカウンタをクリアする（ステップＳ２１）。ＣＰＵ６１は動作可能か否かを示す動作可能フラグをクリアする（ステップＳ２２）。動作可能フラグは例えば「１」又は「０」の値をとる。動作可能フラグは、「１」であるときＭ６００動作が可能であり、「０」であるときＭ６００動作が不可であることを示す。

ＣＰＵ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶した工具情報から先頭である把持部番号１番の把持部４に対する工具情報を読込む（ステップＳ２３）。ＣＰＵ６１は、読込んだ工具情報に基づき工具を把持しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。工具を把持していると判定した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１はカウンタをクリアする（ステップＳ２５）。工具を把持していないと判定した場合（Ｓ２４：ＮＯ）、ＣＰＵ６１はカウンタに１を加算する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５及びＳ２６の後、ＣＰＵ６１はカウンタが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。所定値は、工具を把持していない把持部４が何台連続している必要があるかをワークの外形寸法などに基づいて決定し、設定すればよい。

カウンタが所定値以上であると判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は動作可能フラグを「１」に設定し（ステップＳ２８）、処理を終了する。カウンタが所定値以上ではないと判定した場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は工具情報を読込んだ把持部４が、工具情報中の最後の把持部４であるか否かを判定する（ステップＳ２９）。最後の把持部４であると判定した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は処理を終了するが、このときには動作可能フラグは「０」である。最後の把持部４ではないと判定した場合（Ｓ２９：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、工具情報から次の把持部番号の把持部４に対する工具情報を読込む（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の後、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２４に戻って処理を繰り返す。

以上のとおり本実施形態によれば、マガジン３１は工具５ｂを把持する把持部４を複数配列してあり、工具５ｂを交換する主軸２ｂ直下の交換位置に把持部４を搬送する。主軸ヘッド２は主軸２ｂに工具５ｂを装着してワークを加工する。制御ユニット６のＣＰＵ６１は、主軸ヘッド２がワークを加工する加工領域内の位置、及びマガジン３１による把持部４の搬送が可能となるＡＴＣ原点位置（搬送位置）の間で主軸ヘッド２を移動させる制御を行う。また、ＣＰＵ６１は、マガジン３１を駆動させて把持部４を搬送する制御を行う。工作機械１は、加工領域内の位置及びＡＴＣ原点位置の間で主軸ヘッド２を移動させることで、主軸ヘッド２の主軸２ｂに装着した工具５ｂを取り外し、工具を把持していない把持部４（所定の把持部）を割り出す。ワーク交換部９は、ＣＰＵ６１が主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置に移動させ工具を把持していない把持部４を割り出した後、ワークを交換する。通常の工具交換であれば、主軸ヘッド２がＺ軸原点位置まで下がり把持部４が揺動することでワーク交換時におけるワークが通過できる空間が制限されてしまうが、主軸ヘッド２がＡＴＣ原点位置に移動することで、ワーク交換時におけるワークが通過できる空間が広くなり、ワークの機械的干渉を抑制することができる。また、主軸ヘッド２がＺ軸原点位置まで下がる動作と、ワーク交換後の工具交換で主軸ヘッド２のＡＴＣ原点位置への上昇動作が省略されることで加工時間の短縮にもつながる。

また本実施形態によれば、ＥＥＰＲＯＭ６４は複数の把持部４夫々に対応して工具５ｂを把持しているか把持していないかを示す工具情報を記憶する。マガジン３１のマガジンモータ８５はマガジン本体３２を回転させることで、把持部４を搬送する経路に沿って移動させる。ＣＰＵ６１は、主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置に移動させた後、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶した工具情報に基づき工具を把持していない把持部４を交換位置に搬送すべくマガジンモータ８５に指令する。これにより、工具５ｂを把持していない把持部４を交換位置に搬送した状態でワークの交換を行うので、把持部４に把持した工具５ｂに対するワークの機械的干渉を抑制することができる。

また本実施形態によれば、ＣＰＵ６１は、ワーク交換部９がワークを交換した後、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶した工具情報に基づき工具５ｂを把持している把持部４を交換位置に搬送すべくマガジンモータ８５に指令し、主軸ヘッド２をＡＴＣ原点位置から加工領域内の位置へ移動させる制御を行う。これにより、ワーク交換後に工具情報に基づいて把持部４から主軸ヘッド２へ工具を装着させて加工を行うことができる。

また本実施形態によれば、円環状に複数の把持部４を配列するタレット式のマガジン３１を備える工作機械にてワーク交換時の機械的干渉を抑制することができる。

１工作機械
２主軸ヘッド（加工部）
３１マガジン
４把持部
６１ＣＰＵ（制御部）
６４ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
８５マガジンモータ（駆動部）
９ワーク交換部

Claims

工具を把持する把持部を円環状に複数配列してあり、工具を交換すべく前記把持部を搬送するタレット式のマガジンと、工具を装着して加工領域内で昇降移動し、ワークを加工する加工部と、前記加工領域内の位置、及び前記加工領域から上方に離れ、前記マガジンによる前記把持部の搬送が可能となる搬送位置の間で前記加工部を昇降移動させる制御、並びに前記マガジンを駆動させ、前記加工部の前方で前記把持部を搬送する制御を行う制御部とを備え、該制御部は、前記工具の交換の際、前記加工部を前記搬送位置に上昇移動させ、該加工部に装着した工具を前記マガジンの把持部に渡した後、前記マガジンの駆動により他の工具を把持する把持部を前記搬送位置の下方の交換位置に搬送し、前記加工部を前記搬送位置から下降移動させることで、該加工部に前記他の工具を装着する工作機械において、
前記制御部は、前記加工領域内でのワークの交換の際、前記加工部を前記搬送位置に上昇移動させて停止させ、前記マガジンの駆動により工具を把持していない把持部を前記交換位置に搬送させるようにしてあることを特徴とする工作機械。
複数の前記把持部夫々に対応して工具を把持しているか把持していないかを示す工具情報を記憶する記憶部を備え、
前記マガジンは、前記把持部を搬送する経路に沿って移動させる駆動部を有し、
前記制御部は、前記ワークの交換の際、前記記憶部に記憶した工具情報に基づき工具を把持していない把持部を前記交換位置に搬送すべく前記駆動部に指令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。
前記制御部は、前記ワークの交換を完了した後、前記記憶部に記憶した工具情報に基づき工具を把持している把持部を前記交換位置に搬送すべく前記駆動部に指令し、搬送の完了後、前記加工部を前記搬送位置から前記加工領域内の位置へ下降移動させる制御を行うようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。