JP6322896B2

JP6322896B2 - 工作機械

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Publication number: JP6322896B2
Application number: JP2013070252A
Authority: JP
Inventors: 村上　裕; 裕村上
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014193494A; CN104070394B; CN104070394A

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。

特許文献１は、マガジン、記憶部及び報知部を有する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。複数の把持部のうち少なくとも１つの把持部は、隣り合う把持部を空きにしないと把持できないような大径の工具（以下、大径工具と表記する。）を把持する。工作機械の記憶部は、複数の把持部に把持している工具に関する工具情報を記憶する。報知部は例えばディスプレイであり、工具情報を表示する。一の把持部に大径工具を設定した場合、隣り合う把持部に工具を把持させてはならない旨を報知部により報知する。例えば、ディスプレイ上に禁止する旨の情報を隣り合う把持部に対応して表示する。大径工具を設定した把持部に隣り合う把持部に敢えて工具を設定した場合には、工作機械はブザーを吹鳴させて設定ミスを知らせる。

特開平１１−４２５３３号公報

しかし、大径工具を把持した把持部に隣り合う把持部が工具の交換位置にある場合、工作機械に工具交換動作を行わせると、大径工具と工具交換のための機構が機械的に干渉してしまう問題があった。機械的干渉が生じないように、大径工具を把持した把持部に隣り合う把持部を交換位置へ搬送することを禁止する制御を行うことも考えられる。しかし、把持部に把持した工具をメンテナンス等のため手作業で取り換える際に、手動操作でマガジン搬送を行うことがある。手動操作でマガジン搬送するため、大径工具を把持した把持部に隣り合う把持部が交換位置へ搬送されてしまう蓋然性があり、その後に工具交換動作をさせると機械的干渉が発生してしまうという問題があった。

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、工具の把持を禁止する把持部が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止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複数配列してあり、工具を交換する交換位置に前記把持部を搬送するマガジンと、工具を装着してワークを加工する加工部と、前記加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う制御部とを備え、前記加工領域内の位置及び搬送位置の間で前記加工部を移動させることで前記加工部に装着した工具を他の工具に交換する工作機械において、複数の前記把持部夫々に対応して、該把持部に把持する工具により隣り合う把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が前記交換位置にある把持部に隣り合っているか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果が隣り合っている旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止する禁止手段と、前記判定手段による判定結果が隣り合っていない旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第１移動手段と、前記禁止手段によって前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止した後、隣り合う把持部について、工具の把持を禁止する旨の情報を前記記憶部が記憶していない把持部を決定する決定手段と、該決定手段にて決定した把持部を前記マガジンによって前記交換位置に搬送する搬送手段と、該搬送手段にて前記把持部を前記交換位置に搬送した後、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第３移動手段とを有することを特徴とする。
本発明に係る工作機械は、工具の把持を禁止する旨の情報には、大径工具であることを
示す情報が含まれており、前記判定手段は、大径工具であることを示す情報を前記記憶部
が記憶している把持部が前記交換位置にある把持部に隣り合っているか否かを判定するこ
とを特徴とする。

本発明にあっては、マガジンは工具を把持する把持部を複数配列してあり、工具を交換する交換位置に把持部を搬送する。加工部は工具を装着してワークを加工する。制御部は、加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う。工作機械は、加工領域内の位置及び搬送位置の間で加工部を移動させることで、加工部に装着した工具を他の工具に交換する。記憶部は、複数の把持部夫々に対応して、把持部に把持する工具により隣り合う把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する。制御部は、記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が交換位置にある把持部に隣り合っているか否かを判定手段によって判定し、判定結果が隣り合っている旨を示す場合に、禁止手段によって搬送位置から加工領域内の位置への加工部の移動を禁止する。これにより、工具の把持を禁止する把持部が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

本発明に係る工作機械は、工具を把持する把持部を複数配列してあり、工具を交換する交換位置に前記把持部を搬送するマガジンと、工具を装着してワークを加工する加工部と、前記加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う制御部とを備え、前記加工領域内の位置及び搬送位置の間で前記加工部を移動させることで前記加工部に装着した工具を他の工具に交換する工作機械において、複数の前記把持部夫々に対応して、該把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が前記交換位置にあるか否かを判定する判定手段と、該判定手段による判定結果が前記交換位置にある旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止する禁止手段と、前記判定手段による判定結果が前記交換位置にない旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第２移動手段と、前記禁止手段によって前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止した後、隣り合う把持部について、工具の把持を禁止する旨の情報を前記記憶部が記憶していない把持部を決定する決定手段と、該決定手段にて決定した把持部を前記マガジンによって前記交換位置に搬送する搬送手段と、該搬送手段にて前記把持部を前記交換位置に搬送した後、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第３移動手段とを有することを特徴とする。
本発明に係る工作機械は、工具の把持を禁止する旨の情報には、工具交換の否を示す情報が含まれており、前記判定手段は、前記記憶部が工具交換の否を示す情報を記憶している把持部が前記交換位置にあるか否かを判定することを特徴とする。

本発明にあっては、マガジンは工具を把持する把持部を複数配列してあり、工具を交換する交換位置に把持部を搬送する。加工部は工具を装着してワークを加工する。制御部は、加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う。工作機械は、加工領域内の位置及び搬送位置の間で加工部を移動させることで、加工部に装着した工具を他の工具に交換する。記憶部は、複数の把持部夫々に対応して、把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する。制御部は、記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が交換位置にあるか否かを判定手段によって判定し、判定結果が交換位置にある旨を示す場合に、禁止手段によって搬送位置から加工領域内の位置への加工部の移動を禁止する。これにより、工具の把持を禁止する把持部が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

本発明に係る工作機械は、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移動させる制御を前記制御部に行わせる手動操作部を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、手動操作部は、加工部を搬送位置から加工領域内の位置へ移動させる制御を制御部に行わせる。手動操作部によって、加工部を搬送位置から加工領域内の位置へ移動する場合にも、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

本発明に係る工作機械は、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、前記加工部を前記加工領域内の位置から前記搬送位置へ移動させ、前記把持部を搬送すべく前記駆動部に指令した後、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、マガジンの駆動部は把持部を搬送する経路に沿って移動させる。制御部は、加工部を加工領域内の位置から搬送位置へ移動させ、把持部を搬送すべく駆動部に指令した後、加工部を搬送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、制御部は工作機械に加工領域内の位置及び搬送位置間での工具交換動作を行わせ、工具交換動作における機械的干渉を防止する。

本発明に係る工作機械は、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、前記加工領域及び前記搬送位置間に定める工具を交換するための待機位置から前記搬送位置へ前記加工部を移動させ、前記把持部を搬送すべく前記駆動部に指令した後、前記加工部を前記搬送位置から前記待機位置へ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、マガジンの駆動部は把持部を搬送する経路に沿って移動させる。制御部は、加工領域及び搬送位置間に定める工具を交換するための待機位置から搬送位置へ加工部を移動させ、把持部を搬送すべく駆動部に指令した後、加工部を搬送位置から待機位置へ移動させる制御を行う。これにより、制御部は工作機械に待機位置及び搬送位置間での工具交換動作を行わせ、工具交換動作における機械的干渉を防止する。

本発明に係る工作機械は、前記マガジンは、円環状に複数の前記把持部を配列するタレット式であることを特徴とする。

本発明にあっては、円環状に複数の把持部を配列するタレット式のマガジンを備える工作機械にて工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

本発明によれば、工具の把持を禁止する把持部が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止することができる。

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。工作機械の電気的構成を示すブロック図。操作部の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。ＭＤＩによるプログラムを例示する模式図。工具情報の例を示す図表。工具交換単動キー押下時の制御処理の手順を示すフローチャート。主軸ヘッドの下降処理の手順を示すフローチャート。ＭＤＩによるプログラムに基づく制御処理の手順を示すフローチャート。主軸ヘッドの下降禁止後の復帰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ｔを保持する。工具ｔは標準工具ｔ１、大径工具ｔ２等の種々の工具を含む。大径工具ｔ２は外形寸法が大きい工具である。主軸２ｂは主軸モータ８４の駆動により高速回転する。

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５参照）によって駆動し、Ｙ軸送り機構１７はＹ軸モータ８２（図５参照）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ｔ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１２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ｔ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ｔを装着した工具ホルダ５を把持する。一の把持部４に大径工具ｔ２を把持したとき、隣り合う把持部４に把持する工具ｔが該大径工具t２と干渉することを防ぐ為、大径工具ｔ２の隣り合う把持部４に工具ｔを把持することを禁止する。一方、把持部４が把持する工具ｔが標準工具ｔ１である場合、隣り合う把持部４に工具ｔを把持することを許可する。

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５参照）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、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、判定手段、禁止手段）、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ｔ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。

図６を参照し、操作部６７を説明する。操作部６７は、表示パネル６７ｃ、データ入力キー６７ｄ、制御キー６７ｅ（手動操作部）等を備え、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。以下、操作部６７における加工プログラムの手入力をＭＤＩ（Manual Data Input）と表記する。ＭＤＩは通常の自動運転（複数のブロックを連続して実行する）と異なり、１ブロックのみ実行する。尚、ブロックとはＧコード、Ｍコード等の加工プログラムコードで構成する１行の命令である。表示パネル６７ｃは、グラフィック制御回路６７ｂが出力する表示画面の画像信号に基づいて画像を表示する。信号処理部６７ａは操作部６７が提供する機能に応じて表示画面を構成し、表示パネル６７ｃへ出力する。信号処理部６７ａはデータ入力キー６７ｄへの作業者の操作を受け付け、ＭＤＩによる加工プログラムの作成を行う。

制御キー６７ｅは工具交換単動キー９１、マガジン駆動キー９２等を有し、作業者による工作機械１の手動操作を可能とする。工具交換単動キー９１は工具交換時の主軸ヘッド２の昇降を手動操作するためのキーである。信号処理部６７ａは、工具交換単動キー９１に対する作業者の操作を受け付け、工具交換のための主軸ヘッド２の移動指令をＣＰＵ６１へ入力する。マガジン駆動キー９２はマガジン３１の搬送を手動操作するためのキーである。信号処理部６７ａは、マガジン駆動キー９２に対する作業者の操作を受け付け、マガジン３１の搬送指令をＣＰＵ６１へ入力する。

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、ＭＤＩにより手入力で作成した加工プログラムの一例を説明する。作業者はデータ入力キー６７ｄを操作し、表示パネル６７ｃに表示される情報を確認しながら加工プログラムを作成する。図１２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。

図１３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、工具種別、交換可否の各情報を有する。把持部番号は一連番号であり、工具番号は工具ｔ毎に付けた番号である。工具寸法は工具ｔの寸法を表わす。工具ｔ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ｔの先端までの寸法とする。工具種別は標準工具ｔ１であるか大径工具ｔ２であるかを示す。交換可否は把持部番号で示される把持部４への工具交換の可否を示す。図１３に示す工具情報の例では、把持部番号が４番の把持部が把持する工具ｔが大径工具であり、隣り合う３番及び５番の把持部に対応して工具交換を否とする情報が入っている。

図１４を参照し、制御ユニット６のＣＰＵ６１による工具交換単動キー押下時の制御処理を説明する。ＣＰＵ６１は工具交換単動キー９１（図６参照）を押下したか否かを判定する（ステップＳ１）。工具交換単動キー９１を押下したか否かは操作部６７の信号処理部６７ａからの入力信号に基づいて判定する。工具交換単動キー９１を押下していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って判定を繰り返す。工具交換単動キー９１を押下したと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２のＺ軸位置がＡＴＣ原点位置より下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ＡＴＣ原点位置より下であると判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、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（図５参照）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Ｓ３）。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原点位置まで移動する。ＣＰＵ６１はステップＳ３の後、制御処理を終了する。ＡＴＣ原点位置より下ではないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ６は主軸ヘッド２の下降処理に移行する（ステップＳ４）。

図１５を参照し、主軸ヘッド２の下降処理を説明する。ＣＰＵ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６４から工具情報（図１３参照）を読込む（ステップＳ１１）。ＣＰＵ６１は現時点で主軸２ｂ直下に割り出している把持部４に隣り合う把持部４に大径工具があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ６１は工具情報のうち工具種別に関する情報を用いてステップ１２の判定を行う。例えば、ＣＰＵ６１は、現時点で主軸２ｂ直下に割り出している把持部４の番号が２番であれば、隣り合う把持部４に大径工具がないと判定し、３番であれば、隣り合う把持部４に大径工具があると判定する。

隣り合う把持部４に大径工具がないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで下降すべくＺ軸モータ８３に指令し、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで移動させる（ステップＳ１３）。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。隣り合う把持部４に大径工具があると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２の下降を禁止し、ブザー等の警報装置（図示略）によって警報を発し（ステップＳ１４）、ＣＰＵ６１はステップＳ１３及びＳ１４の後、主軸ヘッド２の下降処理を終了し、図１４に示すフローチャートに戻って制御処理を終了する。

図１５に示すステップＳ１２では、工具情報のうち工具種別に関する情報を用いて判定を行ったが、工具の交換可否に関する情報を用いて判定するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１２にて、現時点で主軸２ｂ直下に割り出している把持部４に対応する工具交換が可であるか否かを工具情報に基づき判定する。ＣＰＵ６１は、工具交換が可であると判定した場合、ステップＳ１３へ移行して主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで下降させる。ＣＰＵ６１は、工具交換が否であると判定した場合、主軸ヘッド２の下降を禁止し、ステップＳ１４へ移行して警報を発する。

図１６を参照し、図１２に示すＭＤＩによる加工プログラムを実行する場合の制御処理を説明する。「Ｍ６Ｔ１２」指令の実行を開始した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Ｓ２１）。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原点位置まで移動させる。ＣＰＵ６１はＥＥＰＲＯＭ６４から工具情報を読込む（ステップＳ２２）。ＣＰＵ６１は、「Ｔ１２」であるため、１２番の工具番号が把持されている２番の把持部４を主軸２ｂ直下の交換位置へ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Ｓ２３）。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。次にＣＰＵ６１は主軸ヘッド２の下降処理を行う（ステップＳ２４）。ＣＰＵ６１は、ステップＳ２４の下降処理を図１５に示す処理手順により行う。上述のように、図１５に示す手順によって、主軸２ｂ直下の交換位置にある把持部４に隣り合う把持部４が大径工具を把持している場合、ＣＰＵ６１は主軸ヘッド２の下降を禁止し、警報を発する。

図１７を参照し、主軸ヘッド２の下降を禁止した場合の復帰動作を説明する。ＣＰＵ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６４から工具情報を読込み（ステップＳ３１）、隣り合う把持部４が把持する工具が大径工具でない把持部４を検索し、一の把持部を決定する（ステップＳ３２）。ＣＰＵ６１は決定した一の把持部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Ｓ３３）。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、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで下降すべくＺ軸モータ８３に指令し、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置まで移動させる（ステップＳ３４）。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。

以上のとおり本実施形態によれば、マガジン３１は工具ｔを把持する把持部４を複数配列してあり、工具ｔ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ｔ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。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ｔを他の工具に交換する。ＥＥＰＲＯＭ６４は、複数の把持部４夫々に対応して、把持部４に把持する工具により隣り合う把持部４への工具ｔの把持を禁止する旨の情報を記憶する。具体的には、ＥＥＰＲＯＭ６４は、複数の把持部４夫々に対応して、標準工具ｔ１又は大径工具ｔ２のいずれを把持しているかの情報を記憶する。ＣＰＵ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６４が工具ｔの把持を禁止する旨の情報（大径工具ｔ２を把持しているとの情報）を記憶している把持部４が交換位置にある把持部４に隣り合っているか否かを判定する。判定結果が隣り合っている旨を示す場合に、ＣＰＵ６１は、ＡＴＣ原点位置から加工領域内の位置への主軸ヘッド２の移動を禁止する。これにより、工具ｔの把持を禁止する把持部４が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

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、把持部４への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する。具体的には、ＥＥＰＲＯＭ６４は、複数の把持部４夫々に対応して、工具交換の可否の情報を記憶する。ＣＰＵ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６４が工具ｔの把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部４が交換位置にあるか否かを判定する。判定結果が交換位置にある旨を示す場合に、ＣＰＵ６１は、ＡＴＣ原点位置から加工領域内の位置への主軸ヘッド２の移動を禁止する。これにより、工具ｔの把持を禁止する把持部４が交換位置にある場合、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

また本実施形態によれば、操作部６７は、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制御部に行わせる。操作部６７によって、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する場合にも、工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。

また本実施形態によれば、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を加工領域内の位置からＡＴＣ原点位置へ移動させ、把持部４を搬送すべくマガジンモータ８５に指令した後、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、ＣＰＵ６１は、工作機械１に加工領域内の位置及びＡＴＣ原点位置間での工具交換動作を行わせ、工具交換動作における機械的干渉を防止する。

また本実施形態によれば、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、加工領域及びＡＴＣ原点位置間に定める工具を交換するための待機位置、例えばＺ軸原点位置からＡＴＣ原点位置へ主軸ヘッド２を移動させ、把持部４を搬送すべくマガジンモータ８５に指令した後、主軸ヘッド２をＺ軸原点位置からＡＴＣ原点位置へ移動させる制御を行う。これにより、ＣＰＵ６１は工作機械１にＺ軸原点位置及びＡＴＣ原点位置間での工具交換動作を行わせ、工具交換動作における機械的干渉を防止する。

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１にて工具交換によって生じる機械的干渉を防止する。
本実施形態は各把持部４が夫々独立して揺動するが、各把持部を工具マガジンに固定し、該工具マガジン全体が揺動するようにしてもよい。

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、判定手段、禁止手段）
６４ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
６７ｅ制御キー（手動操作部）
８５マガジンモータ（駆動部）

Claims

工具を把持する把持部を複数配列してあり、工具を交換する交換位置に前記把持部を搬送するマガジンと、工具を装着してワークを加工する加工部と、前記加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う制御部とを備え、前記加工領域内の位置及び搬送位置の間で前記加工部を移動させることで前記加工部に装着した工具を他の工具に交換する工作機械において、
複数の前記把持部夫々に対応して、該把持部に把持する工具により隣り合う把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、
前記記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が前記交換位置にある把持部に隣り合っているか否かを判定する判定手段と、
該判定手段による判定結果が隣り合っている旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止する禁止手段と、
前記判定手段による判定結果が隣り合っていない旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第１移動手段と、
前記禁止手段によって前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止した後、隣り合う把持部について、工具の把持を禁止する旨の情報を前記記憶部が記憶していない把持部を決定する決定手段と、
該決定手段にて決定した把持部を前記マガジンによって前記交換位置に搬送する搬送手段と、
該搬送手段にて前記把持部を前記交換位置に搬送した後、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第３移動手段と
を有すること
を特徴とする工作機械。
工具の把持を禁止する旨の情報には、大径工具であることを示す情報が含まれており、
前記判定手段は、大径工具であることを示す情報を前記記憶部が記憶している把持部が前記交換位置にある把持部に隣り合っている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。
工具を把持する把持部を複数配列してあり、工具を交換する交換位置に前記把持部を搬送するマガジンと、工具を装着してワークを加工する加工部と、前記加工部がワークを加工する加工領域内の位置、及び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移動させる制御を行う制御部とを備え、前記加工領域内の位置及び搬送位置の間で前記加工部を移動させることで前記加工部に装着した工具を他の工具に交換する工作機械において、
複数の前記把持部夫々に対応して、該把持部への工具の把持を禁止する旨の情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、
前記記憶部が工具の把持を禁止する旨の情報を記憶している把持部が前記交換位置にあるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段による判定結果が前記交換位置にある旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止する禁止手段と、
前記判定手段による判定結果が前記交換位置にない旨を示す場合に、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第２移動手段と、
前記禁止手段によって前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を禁止した後、隣り合う把持部について、工具の把持を禁止する旨の情報を前記記憶部が記憶していない把持部を決定する決定手段と、
該決定手段にて決定した把持部を前記マガジンによって前記交換位置に搬送する搬送手段と、
該搬送手段にて前記把持部を前記交換位置に搬送した後、前記搬送位置から前記加工領域内の位置への前記加工部の移動を実行する第３移動手段と
を有することを特徴とする工作機械。
工具の把持を禁止する旨の情報には、工具交換の否を示す情報が含まれており、
前記判定手段は、前記記憶部が工具交換の否を示す情報を記憶している把持部が前記交換位置にある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。
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移動させる制御を前記制御部に行わせる手動操作部を備えること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の工作機械。
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、前記加工部を前記加工領域内の位置から前記搬送位置へ移動させ、前記把持部を搬送すべく前記駆動部に指令した後、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１から５のいずれか１つに記載の工作機械。
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、前記加工領域及び前記搬送位置間に定める工具を交換するための待機位置から前記搬送位置へ前記加工部を移動させ、前記把持部を搬送すべく前記駆動部に指令した後、前記加工部を前記搬送位置から前記待機位置へ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１から５のいずれか１つに記載の工作機械。
前記マガジンは、円環状に複数の前記把持部を配列するタレット式であること
を特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の工作機械。