JP6569825B1 - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

ツールマガジン付き自動工具交換装置３００を備えた工作機械を制御する数値制御装置１は、加工プログラム５１、及び複数の工具に関する工具データ５２を記憶する記憶部５０と、工具データ５２に基づき複数の工具の中から予め定められた寿命判定基準を満たす寿命工具を判定する工具寿命判定部３１と、加工プログラム５１を実行開始した場合、次のツールマガジン旋回までの時間である工具取り換え時間を算出する工具取り換え時間算出部６２と、工具取り換え時間、及び寿命工具に関する工具データを表示する表示部１０と、を備え、加工プログラム５１を実行開始すると、工具取り換え時間、及び寿命工具に関する工具データを表示することを特徴とする。

Description

本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関するものである。

工作機械による切削加工には、目的とする加工物を得るために様々な種類の工具を使用する。加工を行う際に工具の自動交換を行う装置を自動工具交換装置（ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ）と呼び、数値制御装置を搭載した工作機械ではこの自動工具交換装置を備えるのが一般的である。自動工具交換装置の中には、ツールマガジンと呼ばれる複数の工具を収納する装置を備え、工具を回転させるモータ（主軸）に装着されている工具とツールマガジン内の工具を交換する構造のものがある。自動工具交換は、工作機械を制御するために数値制御装置上で実行される加工プログラムの指示（工具交換指令）に従い、ツールマガジンに装着された複数の工具の中から次に使用する工具を選択し、工具交換位置である主軸に近い所定の位置（ＡＴＣ位置）までツールマガジンを旋回して移動させ、主軸に装着された工具とＡＴＣ位置の工具を交換することで実現している。

工具は切削加工を続けると摩耗や折損等の寿命により、目的とする寸法通りの加工が行なえなくなる。ツールマガジン内や主軸に装着された、寿命により加工に適さなくなった工具は、オペレータが新しい工具に取り換える必要がある。オペレータはツールマガジンを旋回して取り換えに適した位置まで取り換え必要な工具を移動させ、新しい工具に手で取りかえる。工具を取り換える作業は一般的に加工プログラムを自動運転していない状態で行なうため、自動運転を一旦停止してから工具交換を行う必要があり、工作機械の稼働率が低下する一因となっている。
工作機械の稼働率低下を防ぐため、例えば特開平１０−１５１５３９号公報では、ツールマガジンとは独立した、取り換えるべき工具を保持する工具交換ポケットを持ち、ツールマガジンと工具交換ポケットとの間で自動工具交換装置の動作が停止中に工具の取り換えを行う工具交換用アクチュエータを備えることで、工作機械全体を停止させることなく工具の取り換えを行えるようにしている。

特開平１０−１５１５３９号公報

特許文献１では、自動運転を停止させることなく工具の取り換えを行うことができる。しかし工作機械に工具交換ポケットと工具交換用アクチュエータを備える必要があり、工作機械の直接材料費が上昇してしまう、という問題がある。また、ツールマガジンに格納できる工具の本数制限により、予めツールマガジンに格納しきれなかった工具をツールマガジン内の使用済工具と交換することを目的としているため、寿命により取り換える必要のある工具（寿命工具）を特定し取り換えることはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特別な装置を付加せず、工作機械が自動運転中でも自動運転を停止させることなく、オペレータが寿命工具を取り換えできるように、寿命工具の取り換えに必要な工具データを表示する数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の数値制御装置は、複数の工具を収納するツールマガジン付き自動工具交換装置を備えた工作機械を制御する。また、本発明の数値制御装置は、加工プログラム、複数の工具に関する工具データ、及び標準工具取り換え時間を記憶する記憶部と、工具データに基づき、複数の工具の中から、予め定められた寿命判定基準を満たす寿命工具を判定する工具寿命判定部と、加工プログラムに記述されている３つ以上の工具交換指令に基づき、先に実行される第１の工具交換指令から、次に実行される第２の工具交換指令まで実行した時の所要時間を算出する工具交換指令間時間算出部と、加工プログラムを実行開始すると、一番最近実行された工具交換指令から現在時刻までの経過時間を算出する運転時間算出部と、加工プログラムを実行開始した場合、所要時間、及び経過時間に基づき次のツールマガジン旋回までの時間である工具取り換え時間を算出し、工具取り換え時間が標準工具取り換え時間よりも短い場合、標準工具取り換え時間、及び所要時間に基づき、標準工具取り換え時間よりも長い所要時間を有している第１の工具交換指令を実行する時刻を算出する工具取り換え時間算出部と、工具取り換え時間、及び寿命工具に関する工具データを表示するとともに前記時刻を工具取り換えに適した時刻として表示する表示部と、を備える。また、本発明の数値制御装置は、加工プログラムを実行開始すると、工具取り換え時間、及び寿命工具に関する工具データを表示するとともに前記時刻を工具取り換えに適した時刻として表示することを特徴とする。

本発明に係る数値制御装置は、寿命工具の取り換えに必要な工具データを表示することにより、一般的に使用されている自動工具交換装置に特別な装置を付加することなしに、工作機械が自動運転中でも自動運転を停止させることなく、オペレータは寿命工具を取り換えることができ、工作機械の稼働率向上を図ることができる、という効果を奏する。

本発明が対象とする自動工具交換装置の模式図である。 実施の形態１から５に係る数値制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態１から５に係る数値制御装置の記憶部に記憶される工具データの一例である。 本発明の実施の形態１から５の数値制御装置で実行される加工プログラムの例と、その加工プログラムを元に作成された工具交換指令間の所要時間テーブルの例である。 実施の形態１に係る数値制御装置において、工具取り換え時間表示領域１０２と取り換え必要工具表示領域１０３に表示される内容を示す図である。 実施の形態２に係る数値制御装置において、工具取り換え時間表示領域１０２と取り換え必要工具表示領域１０３に表示される内容を示す図である。 実施の形態３に係る数値制御装置において、オペレータが取り換え工具を選択し、新しい工具への取り換えを完了させるまでの表示内容の例を示す図である。 実施の形態４に係る数値制御装置において、工具取り換え時間表示領域１０２に表示される内容を示す図である。 実施の形態５に係る数値制御装置において、オペレータの端末に表示される内容を示す図である。 各実施の形態に係るにかかる制御演算部のハードウェア構成例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１に係る数値制御装置１は、工作機械２００を制御する。工作機械２００は、主軸に取り付けられている工具を交換する自動工具交換装置３００を備える。自動工具交換装置３００は複数の工具を収納するツールマガジン３１０を備える。

まず、一般的な手動操作によるツールマガジン内工具の取り換え方法について説明する。図１(a)は、本発明が対象とする一般的なツールマガジン３１０を備えた自動工具交換装置全体の模式図で、図１(b)はＡＴＣ位置３１６（工具交換位置）を横から見た図、図１(c)は図１(a)に記載のオペレータ６００の位置から見た自動工具交換装置の外観図である。ツールマガジン３１０は、環状に旋回することができるマガジンチェーン３１３に配置されている複数のツールポット３１４に各工具を装着することで複数の工具を収納する。図示しない加工プログラムによって次に使用する工具が指定されると、自動工具交換装置を制御する図示しないＰＬＣ(Programmable Logic Controller)９０は、ラダープログラム９１に従って指定された工具がどのツールポット３１４に装着されているかを判断し、マガジンモータ３１１を駆動してマガジンチェーン３１３を動作させることにより、指定された工具が装着されているツールポット３１４をＡＴＣ位置３１６に移動させる。ＡＴＣ位置３１６に移動後の、次に使用する工具を交換工具２０４とする。またＰＬＣ９０は、ラダープログラム９１に基づき、図示しない加工制御用モータ２１１を駆動することで、主軸モータ２０１の位置を工具交換に適した位置まで移動させる。主軸モータ２０１に装着され、今まで使用していた工具を主軸工具２０３とする。その後ＰＬＣ９０は、ラダープログラム９１に従って、ＡＴＣアーム３０３を動作させ交換工具２０４と主軸工具２０３を交換する。このようにして加工プログラムにより次に使用する工具として指定された工具は、主軸モータ２０１に装着されて加工に使用できるようになる。

摩耗や折損等の寿命により加工に適さなくなった工具をオペレータ６００が新しい工具に取り換える場合、オペレータ６００は取り換え対象の工具がどのツールポット３１４に装着されているかを認識した上で、マガジン手動操作部１２のマガジン旋回ボタン１３を操作し、取り換える工具が装着されたツールポット３１４を取り換えに適した工具取り換え位置３１７に移動させる。工具取り換え位置３１７に移動した取り換える工具を取り換え工具とする。その後オペレータ６００はマガジンドア３１５を開け、取り換え工具をオペレータが用意した新しい工具に取り換える。

図１のような構成の自動工具交換装置においてツールマガジン内の工具の取り換えをオペレータ６００が行なう場合、自動運転中であるとオペレータ６００は加工プログラムからの指示によりツールマガジンがいつ旋回してくるかわからないため、工具を取り換える作業は自動運転が停止している状態で行うのが一般的である。さらに、安全性を高めるために、ツールマガジンが加工プログラムに従って動作するモード（自動モード）か、オペレータ６００のマガジン手動操作部１２の操作に従って動作するモード（手動モード）かを選択する為のマガジン動作モード選択スイッチ１４を設ける場合もある。マガジン動作モード選択スイッチ１４が手動モードである場合（図１(c)のＭ側）、オペレータ６００が自動運転を実行できないようにするか、または自動運転中の加工プログラムから工具交換が指令されてもツールマガジンが旋回しないようにマガジンモータ３１１の動作を制御している。

以下、本実施の形態にかかる数値制御装置について説明する。図２は、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態１の構成を示す図である。数値制御装置１は、工作機械２００を制御する。数値制御装置１は、制御演算部２０と、表示部１０と、操作入力部１１と、マガジン手動操作部１２とを備える。

表示部１０は、図示しない表示画面にオペレータに必要な情報を表示する。操作入力部１１は、オペレータからの操作入力を受け付けて、制御演算部２０に情報を入力する手段である。操作入力部１１は、図示しないキーボード、タッチパネル、ボタン、またはマウスなどの入力手段によって構成され、オペレータ６００による数値制御装置１に対するコマンドなどの入力、または加工プログラムもしくはパラメータなどを受付けて制御演算部２０に入力する。

制御演算部２０は、画面処理部７０と、入力制御部２２と、通信制御部８０と、記憶部５０と、工具寿命管理部３０と、解析処理部２１と、シミュレーション処理部４０と、自動運転処理部６０と、ＰＬＣ９０と、を有する。画面処理部７０と、入力制御部２２と、通信制御部８０と、工具寿命管理部３０と、解析処理部２１と、シミュレーション処理部４０と、自動運転処理部６０と、ＰＬＣ９０とは、記憶部５０を介して接続されており、記憶部５０を介して情報の書き込み、および読み出しを行う。以下の説明では、各構成要素間の情報の書き込み、および読み出しを説明する際に記憶部５０が介されていることを省略する場合がある。

画面処理部７０は、各種情報を表示部１０に表示させる処理を行う。画面処理部７０は、工具取り換え時間表示処理部７１と、取り換え必要工具表示処理部７２と、を有する。工具取り換え時間表示処理部７１は次のツールマガジン旋回までの時間である工具取り換え時間を表示部１０に表示させる処理を行い、取り換え必要工具表示処理部７２は取り換え必要工具の工具データを表示部１０に表示させる処理を行う。

入力制御部２２は、操作入力部１１から入力される情報を受け付ける。

記憶部５０は、加工プログラムと、工具データと、パラメータと、共有データと、を記憶する。工具データとしては、工具名称、工具長、工具径、工具使用実績情報、工具番号、工具が装着されているツールポットの番号などの情報を含む。図３に工具データの一例を示す。パラメータは、制御演算部２０の処理で使用されるデータである。共有データは、一時的に使用されるデータである。

工具寿命管理部３０は、工具の寿命を判定する工具寿命判定部３１を有する。

解析処理部２１は、操作入力部１１で加工プログラムが指定されると、指定された加工プログラムを記憶部５０から読み出して、加工プログラムの各ブロック（各行）に対して解析処理を行う。解析処理部２１は、例えば、Ｇ指令（軸移動等に関する指令）、Ｔ指令（工具交換指令）、Ｓ指令（主軸モータ回転数指令）、およびＭ指令（機械動作指令）を解析する。解析処理部２１は、解析したブロックにＭ指令、Ｓ指令またはＴ指令が含まれている場合には、解析結果を記憶部５０を介してＰＬＣ９０に送る。また、解析処理部２１は、解析したブロックにＧ指令が含まれている場合には、解析結果を記憶部５０を介してモータ制御用指令生成部６３に送る。

シミュレーション処理部４０は、工具交換指令間時間算出部４１と、使用工具算出部４２と、を有する。工具交換指令間時間算出部４１は、加工プログラムに記述されている工具交換指令から次の工具交換指令まで実行したときの所要時間を計算する。使用工具算出部４２は、加工プログラムに記述されている工具交換指令から使用される工具を算出する。

自動運転処理部６０は、一番最近の工具交換指令から現在の時刻までの経過時間を算出する運転時間算出部６１と、工具取り換え時間を算出する工具取り換え時間算出部６２と、モータ制御用の指令を生成するモータ制御用指令生成部６３と、を有する。

ＰＬＣ９０は、マガジン手動操作部１２に対して操作が行われたり、図示されていないＩ／Ｏ(Input／Output)インタフェースを介して入力があると、この操作や入力に応じた動作を実行する。ＰＬＣ９０は、機械動作が記述されたラダープログラム９１を記憶している。

工作機械２００は、自動工具交換装置３００と、工具を回転させる主軸モータ２０１と、主軸モータ２０１を制御する主軸モータ制御部２０２と、ＡＴＣアーム３０３に対する主軸モータ２０１の位置を移動させる加工制御用モータ２１１と、加工制御用モータ２１１を制御する加工制御用モータ制御部２１２を備える。

自動工具交換装置３００は、ツールマガジン３１０を備える。ツールマガジン３１０は、マガジンチェーン３１３を旋回させるマガジンモータ３１１と、マガジンモータ３１１を制御するマガジンモータ制御部３１２を備える。

オペレータが自動運転を実行する場合、運転サーチという機能を用いてオペレータが予め自動運転を実行する加工プログラムを選択しておく。選択した加工プログラムの自動起動は、図示されていないＩ／Ｏ(Input／Output)インタフェースを介してラダープログラム９１に入力し、ラダープログラム９１により自動起動の可否の判定が行われ、自動起動可であると、解析処理部２１が予め運転サーチにより選択した加工プログラムを記憶部５０から読み込んで解析処理を行う。解析結果を記憶部５０を介してモータ制御用指令生成部６３に送ることにより、自動運転処理が実行される。本発明にかかる数値制御装置では、自動運転処理部６０で加工プログラムを実行開始すると同時、あるいは運転サーチにより加工プログラムを選択すると同時に加工プログラムをシミュレーション処理部４０にて仮想的に実行し、自動運転で実行される加工プログラムをシミュレーション解析する。シミュレーション処理部４０では、工具交換指令間時間算出部４１が、加工プログラムに記述されている工具交換指令から次の工具交換指令まで実行したときの所要時間を計算する。この計算を全ての工具交換指令間毎に行い、全ての所要時間を算出する。また使用工具算出部４２は、加工プログラムに記述されている工具交換指令から使用される工具を算出する。

自動運転処理部６０は加工プログラムに従ってモータ制御用指令生成部６３で各モータに対する指令を生成しながら、次のツールマガジン旋回までの時間である工具取り換え時間の算出を行う。具体的には、運転時間算出部６１で、まず一番最近実行された工具交換指令から現在時刻までの経過時間を算出する。次に工具取り換え時間算出部６２が、工具交換指令間時間算出部４１で算出した現在使用中の工具の工具交換指令と次に使用する工具の工具交換指令との間の所要時間から経過時間を減算し、工具取り換え時間を算出する。自動運転処理部６０は算出した工具取り換え時間を記憶部５０の共有データ５４に記憶させる。工具取り換え時間表示処理部７１は記憶部５０の共有データ５４から工具取り換え時間を取得し、表示部１０に工具取り換え時間を表示する処理を行う。また、工具寿命管理部３０の工具寿命判定部３１で、工具データとして記憶部５０に記憶されている、工具の累積使用回数や累積切削時間などの工具使用実績情報に基づき、予め定められた寿命判定基準を満たす寿命工具を判定し、特定した寿命工具の情報を取り換え必要工具表示処理部７２に送る。取り換え必要工具表示処理部７２は、取得した寿命工具の情報を表示部１０に表示させる処理を行う。表示部１０は、工具取り換え時間表示領域１０２に工具取り換え時間を表示し、取り換え必要工具表示領域１０３に寿命工具が装着されているツールポットの番号や寿命工具の工具名称など寿命工具に関する情報を表示する。

オペレータは、表示部１０の工具取り換え時間表示領域１０２と取り換え必要工具表示領域１０３に表示された内容から、ツールマガジン内工具の取り換えを行うか判断する。工具取り換えを行う場合、図１(c)のマガジン動作モード選択スイッチ１４を手動モード（図１(c)のＭ側）に切り替える。このマガジン動作モード選択スイッチ１４の切り替え情報が、マガジン手動操作部１２からＰＬＣ９０に送られると、ＰＬＣ９０はラダープログラム９１に従って、手動モードに切り替わったことを認識し、もし工具取り換え時間表示領域１０２に表示されている次のツールマガジン旋回までの時間がゼロになって自動運転中の加工プログラムから工具交換が指令されたとしても、ツールマガジンが旋回しないように制御する。当該制御をツールマガジン旋回禁止制御という。次にオペレータは、取り換え必要工具表示領域１０３に表示されている内容から、寿命工具がツールマガジン内のどのツールポットに装着されているかを認識し、図１(c)のマガジン旋回ボタン１３を操作し、寿命工具が装着されたツールポット３１４を取り換えに適した工具取り換え位置３１７に移動させる。その際、マガジン旋回ボタン１３の操作情報がマガジン手動操作部１２からＰＬＣ９０に送られると、ＰＬＣ９０はラダープログラム９１に従ってマガジンモータ制御部３１２に接続されたマガジンモータ３１１を制御する。また工具取り換え時間表示領域１０２に表示されている次のツールマガジン旋回までの時間が残っている間は、ＰＬＣ９０はラダープログラム９１に従って、加工制御用モータ２１１の電源を遮断したり、自動運転を停止したりせず、自動運転を継続する。

寿命工具を装着したツールポット３１４が工具取り換え位置３１７に移動したら、オペレータは図１のマガジンドア３１５を開け、寿命工具をオペレータが用意した新しい工具と取り換える。取り換えが完了したらマガジンドア３１５を閉め、図１(c)のマガジン動作モード選択スイッチ１４を自動モード（図１(c)のＡ側）に切り替える。このマガジン動作モード選択スイッチ１４の切り替え情報が、マガジン手動操作部１２からＰＬＣ９０に送られると、ＰＬＣ９０は、自動モードに切り替わったことを認識し、ラダープログラム９１に従って加工プログラムからのツールマガジン旋回禁止制御を解除する。このように、オペレータが工具取り換え前に確認した、次のツールマガジン旋回までの時間以内に工具取り換えが完了すれば、自動運転を停止させることなく、取り換えが必要な工具を取り換えることができる。もし、次のツールマガジン旋回までの時間以内に工具取り換えが完了できなかった場合は、ツールマガジン旋回禁止制御によりツールマガジン旋回ができずに自動運転は停止するものの、オペレータは安全に工具取り換えを行うことができる。その後工具取り換えが完了し、図１(c)のマガジン動作モード選択スイッチ１４を自動モード（図１(c)のＡ側）に切り替えた時点で、マガジン手動操作部１２からＰＬＣ９０に送られるマガジン動作モード選択スイッチ１４の切り替え情報により、ＰＬＣ９０は自動モードに切り替わったことを認識し、ラダープログラム９１に従って自動運転を再開させる。

図４は、自動運転処理部６０にて実行される加工プログラムの例と、その加工プログラムを元に作成された工具交換指令間の所要時間テーブルの例である。加工プログラム５１のＮ１０１、Ｎ２０１、Ｎ３０１、Ｎ４０１、Ｎ５０１から始まるブロックには工具交換指令（Ｔ指令）がある。工具交換指令は、工具交換指令の識別子「Ｔ」と工具を指定するための番号である「工具番号」で構成される。工具交換指令があると、主軸モータ２０１に装着されている工具を工具交換指令で指定された工具に変更し被加工物を加工する。シミュレーション処理部４０は加工プログラムを解析し、使用工具算出部４２によって使用工具を示す工具番号の算出と、工具交換指令間時間算出部４１にて工具交換指令間の所要時間の算出を行う。シミュレーション処理部４０は、加工プログラム番号、Ｔ指令の呼び出し順序番号、工具番号および所要時間を対応付けて工具交換指令間の所要時間テーブル５４１として記憶部５０の共有データ５４に記録する。

図５は、図２の表示部１０に表示される表示内容の一例を示したものである。表示部１０にはプログラム位置や現在使用中の工具情報等を表示する領域以外に、工具取り換え時間表示領域１０２と取り換え必要工具表示領域１０３がある。工具取り換え時間表示領域１０２には次のマガジン動作までの時間が表示され、表示された時間内であれば自動運転を停止させることなくツールマガジン内工具を取り換え可能であることが示される。取り換え必要工具表示領域１０３には寿命工具に関する情報が表示され、ツールマガジン内のどの工具が取り換えの必要があり、その工具がツールマガジン内のどのツールポットに格納されているかが示される。

このように実施の形態１にかかる数値制御装置によれば、加工プログラムに記述されている工具交換指令間の所要時間と、自動運転において一番最近の工具交換指令から現在の時刻までの経過時間とから、次のツールマガジン旋回までの時間を算出し、次のツールマガジン旋回までの時間と寿命工具を表示するようにしたので、オペレータは自動運転中に自動運転を停止させることなく、ツールマガジン内工具を取り換えることができる。このため、工作機械の稼働率を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる数値制御装置を図面に基づいて説明する。本発明にかかる数値制御装置の実施の形態２の構成は実施の形態１と同じである。また工具取り換え時間表示領域１０２に次のツールマガジン旋回までの時間を表示するまでの処理は、実施の形態１と同じである。

取り換え必要工具表示領域１０３には、実施の形態１と同様に工具寿命判定部３１により寿命工具を表示するが、使用工具算出部４２によって算出された、加工プログラムで使用される工具に該当した場合、表示の背景を網掛けにするなどして強調して表示する。

図６は、図２の表示部１０に表示される表示内容の一例を示したものである。取り換え必要工具表示処理部７２は、工具寿命判定部３１から寿命工具に関する情報を取得して表示部１０の取り換え必要工具表示領域１０３に取り換え必要工具を表示させる処理を行う際に、使用工具算出部４０から使用工具の情報を取得し、寿命工具が使用工具である場合、寿命工具に関する工具データを強調して表示するように処理する。図６は、実施の形態１の図５とは異なり、取り換え必要工具表示領域１０３に表示される内容は、寿命工具のうち加工プログラムで使用される工具を強調表示した表示内容となっている。

このように、実施の形態２にかかる数値制御装置によれば、寿命工具を表示する際に、加工プログラムで使用される工具に該当した場合は強調して表示するようにしたので取り換えるべき工具の中でも優先して取り換えるべき工具を認識することができ、確実に取り換えが行なわれ、寿命により使用できない工具が存在することにより自動運転が途中で停止してしまうことを回避することができる。このような構成により、工作機械の稼働率を向上させることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる数値制御装置を図面に基づいて説明する。本発明にかかる数値制御装置の実施の形態３の構成は実施の形態１と同じである。また工具取り換え時間表示領域１０２に次のツールマガジン旋回までの時間を表示し、取り換え必要工具表示領域１０３に寿命工具を表示するまでの処理は、実施の形態１および２と同じである。

オペレータは工具取り換えを行う場合、取り換え必要工具表示領域１０３に表示された寿命に達したと判定された工具の中から、図２の操作入力部１１を用いて、取り換え工具を選択する。選択された取り換え工具の情報を入力制御部２２が受け取ると、その情報を記憶部５０を介してＰＬＣ９０に送る。ＰＬＣ９０はラダープログラム９１に従って、記憶部５０に記憶されている図３に示すような工具データ５２１の情報から、取り換え工具がどのツールポット３１４に装着されているか特定する。ツールポット３１４を特定すると、ＰＬＣ９０はツールマガジン３１０のマガジンモータ制御部３１２に接続されたマガジンモータ３１１を制御し、取り換える工具が装着されたツールポット３１４を取り換えに適した工具取り換え位置３１７に移動させる。

次にＰＬＣ９０はマガジンモータ３１１の動作を禁止して加工プログラムから工具交換指令を実行されてもツールマガジン３１０が旋回しないようにする。オペレータはマガジンドアを開け、取り換え工具をツールポット３１４から外し、新しい工具と交換する。その後オペレータはマガジンドアを閉め、工具取り換えが完了したことを操作入力部１１から入力すると、入力制御部２２は記憶部５０を介して工具取り換えが完了したことをＰＬＣ９０に通知する。ＰＬＣ９０は通知を受けると、マガジンモータ３１１の動作禁止を解除し、新しい工具が装着されたツールポット３１４を、工具取り換え位置３１７に移動させる前の位置に戻す。またＰＬＣ９０は取り換え工具が新しい工具に交換されたことを工具寿命管理部３０に通知し、通知を受けた工具寿命管理部３０は記憶部５０に工具データとして記録されている、該当する取り換え工具の累積使用回数や累積切削時間などの工具使用実績情報を初期化する。その後、取り換えられた新しい工具への工具交換が、加工プログラムで指令された場合、工具使用実績情報は初期化されているため寿命には達していないと判定され、新しい工具への工具交換が行われる。

図７は、オペレータが取り換え工具を選択し、新しい工具への取り換えを完了させるまでの表示内容の例を示したものである。数値制御装置は、オペレータがタッチパネル等の操作入力部により取り換え工具を選択すると、工具取り換え位置３１７への移動確認表示１０５を表示する。工具取り換え位置３１７への移動確認表示１０５で、オペレータによってＯＫが選択されると取り換え工具を取り換え位置に移動させるためにツールマガジン３１０を旋回し、キャンセルが選択されると工具取り換え作業を中断する。また、オペレータが工具取り換え完了後、マガジンドアを閉めると、数値制御装置は工具取り換えが完了したことを認識し、工具取り換え完了確認表示１０６を表示する。工具取り換え完了確認表示１０６で、「同じ種別・径の工具へ取り換え」が選択された場合、記憶部５０に記録されている工具データ５２のうち、取り換え工具の工具使用実績情報を初期化し、「異なる種別・径の工具へ取り換え」が選択された場合、図示しない工具管理画面へ移動し、オペレータが新しい工具に対応するデータを入力することにより、記憶部５０に記憶されている工具データ５２を変更する。また、工具取り換え完了確認表示１０６で、「取り換えを中止」が選択された場合は何も処理しない。

オペレータにより工具取り換え完了確認表示１０６に対していずれかの選択が行なわれると、工具取り換えが完了したことを示す工具取り換え完了情報が入力制御部２２からＰＬＣ９０に送られる。ＰＬＣ９０は工具取り換え完了情報を受け取ると、マガジン用ドライブユニット５２に接続されたマガジンモータ３１１を制御し、新しい工具が装着されたツールポット３１４を、工具取り換え位置３１７に移動させる前の位置に戻す。ツールマガジン内の交換工具の位置を元に戻す。通常、工具交換が指令された時にＡＴＣアーム３０３の動作だけで交換工具と主軸工具を交換できるように交換工具がＡＴＣ位置３１６に移動させてあるので、この状態から工具取り換えを行うと、工具取り換えによるツールマガジン３１０の旋回が行なわれ、工具取り換えが完了した後、ツールマガジン内の交換工具の位置を元に戻しておかないと、交換工具の位置がＡＴＣ位置３１６からずれてしまう。そうなると、ＡＴＣ位置３１６には交換工具とは別の工具が移動してきており、ＡＴＣアーム３０３による工具交換だけでは交換工具とは別の工具が主軸モータに装着されてしまうことになる。このため、新しい工具が装着されたツールポット３１４を、工具取り換え位置３１７に移動させる前の位置に戻すことにより、交換工具の位置もＡＴＣ位置３１６に戻ることになり、工具交換が指令された時にはＡＴＣアーム３０３を動作させるだけで交換工具と主軸工具を交換することができ、工具交換動作を素早く完了させることが出来る。

このように実施の形態３にかかる数値制御装置は、寿命に達したと判定された工具の中から取り換える工具を選択すると、オペレータが選択した取り換え工具が装着されたツールポット３１４を取り換え位置に移動させ、オペレータが工具取り換えを完了させたらツールポット３１４を元の位置に戻すことで、オペレータは工具取り換えのためにツールマガジン３１０を手動操作することなく、自動運転中にマガジンドアを開け新しい工具に交換することができる。このような構成により、オペレータによる工具取り換え時の作業手順を軽減することができ、またオペレータの工具取り換えミスを減らすことができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる数値制御装置を図面に基づいて説明する。本発明にかかる数値制御装置の実施の形態４の構成は実施の形態１と同じである。また工具取り換え時間表示領域１０２に次のツールマガジン旋回までの時間を表示し、取り換え必要工具表示領域１０３に寿命工具を表示するまでの処理は、実施の形態１および２と同じである。

工具取り換え時間表示領域１０２に表示された次のツールマガジン旋回までの時間は、工具の取り換えを行うのに不十分な長さしかない場合がある。そのような場合には、工具の取り換えを行うのに十分な長さがある、工具取り換えに適した時刻を工具取り換え時間表示領域１０２に表示するようにする。具体的には、まず、工具の取り換えに必要な標準的な時間である、標準工具取り換え時間を、オペレータは予めパラメータとして設定し、図２の記憶部５０に記憶しておく。オペレータが自動運転を実行すると、工具取り換え時間算出部６２は、算出した工具取り換え時間を、標準工具取り換え時間と比較し、工具取り換え時間の方が短いと判断した場合には、記憶部５０に記憶している工具交換指令間の所要時間テーブル５４１の中から標準工具取り換え時間より長い所要時間を検索する。検索した結果、標準工具取り換え時間より長い所要時間が複数存在する場合、工具取り換え時間算出部６２は、現在実行中の加工プログラムのブロックから一番直近の工具交換指令間の所要時間を選択する。工具取り換え時間算出部６２は、選択した所要時間に対応する工具交換指令を実行する時刻を現在時刻から算出し、算出した時刻を工具取り換え時間表示処理部７１に記憶部５０を介して送る。工具取り換え時間表示処理部７１は、取得した時刻を表示部１０に送り、表示部１０は工具取り換えに適した時刻として工具取り換え時間表示領域１０２に表示する。

例えば標準工具取り換え時間が３００秒と設定されていた場合、図５に示された次のマガジン動作までの時間は３分１２秒＝１９２秒であり、工具の取り換えを行うには不十分である。そのような場合には、工具取り換え時間算出部６２は、工具取り換え時間である１９５秒を算出した時、標準工具取り換え時間より短いと判断し、図４の工具交換指令間の所要時間テーブル５４１の中から標準工具取り換え時間より長い所要時間を検索し、一番直近のT指令の呼び出し順序番号２、工具番号５の所要時間３５３ｓを選択する。現在はT指令の呼び出し順序番号１、工具番号３で加工を行っており、現在時刻は１４時２８分３５秒だとすると、T指令の呼び出し順序番号２、工具番号５の工具に工具交換されるのは次のマガジン動作までの時間が３分１２秒後であるため、工具取り換えに適した時刻は１４時２８分３５秒＋３分１２秒＝１４時３１分４７秒となる。図８は、図２の工具取り換え時間表示領域１０２に表示される工具取り換えに適した時刻の表示内容１０７を示したものである。工具取り換えに適した時刻として１４時３１分４７秒が示される。

このように実施の形態４にかかる数値制御装置は、工具の取り換えに必要な標準工具取り換え時間に比べ次のツールマガジン旋回までの時間が短く工具の取り換えを行うのに十分な長さが無い場合には、工具交換指令間の所要時間テーブル１２２に記憶された所要時間の中から、工具の取り換えを行うのに十分な長さがある所要時間を有している工具交換指令を選択し、工具取り換えに適した時刻を表示することで、オペレータは今すぐツールマガジン内の工具を取り換えることができない場合いつ取り換えができるのかを知ることができる。このような構成により、オペレータの計画的な作業を補助することができる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる数値制御装置を図面に基づいて説明する。本発明にかかる数値制御装置の実施の形態５の構成は実施の形態１と同じである。また工具取り換え時間表示領域１０２に次のツールマガジン旋回までの時間を表示し、取り換え必要工具表示領域１０３に寿命工具を表示するまでの処理は、実施の形態１および２と同じである。また次のツールマガジン旋回までの時間が短く工具の取り換えを行うのに十分な長さが無い場合には工具の取り換えを行うのに十分な長さがある将来の時刻を工具取り換え時間表示領域１０２に表示するまでの処理は、実施の形態４と同じである。

オペレータが自動運転を実行して工作機械の前から離れた場合、数値制御装置の図２の表示部１０に工具の取り換えが必要であることを表示しても、オペレータは表示に気付かない。そこで、工具取り換え時間表示処理部７１と取り換え必要工具表示処理部７２は、工具取り換え時間表示領域１０２と取り換え必要工具表示領域１０３に表示する情報を、表示部１０に送信するとともに、通信制御部８０のメール送信部８１にもオペレータの端末４００に通知する情報を送る。メール送信部８１は、取得したオペレータの端末４００に通知する情報をオペレータの端末４００にメール送信する。
図９は、オペレータの端末４００に送信された工具取り換え情報のメール通知内容１１０である。取り換えが必要な工具と、工具取り換えに適した時刻として１４時３１分４７秒が示される。

このように実施の形態５にかかる数値制御装置は、オペレータにメールを送信するメール送信部８１を備え、オペレータに工具取り換えが必要な工具と工具取り換えに適した時刻を通知することで、オペレータは工具の取り換えが必要であることを工作機械の前に居なくても知ることができる。このような構成により、オペレータの作業忘れによる工作機械の自動運転停止を防ぐことができ、工作機械の稼働率を向上させることができる。

ここで、数値制御装置１が備える制御演算部２０のハードウェア構成について説明する。図１０は、実施の形態１から５にかかる制御演算部のハードウェア構成例を示す図である。

制御演算部２０は、図１０に示した制御回路７００、すなわちプロセッサ７０１、メモリ７０２により実現することができる。プロセッサ７０１の例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ７０２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）である。

制御演算部２０は、プロセッサ７０１が、メモリ７０２で記憶されている、制御演算部２０の動作を実行するためのプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、このプログラムは、制御演算部２０の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ７０２は、プロセッサ７０１が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。

プロセッサ７０１が実行するプログラムは、コンピュータで実行可能な、データ処理を行うための複数の命令を含むコンピュータ読取り可能かつ非遷移的な（non-transitory）記録媒体を有するコンピュータプログラムプロダクトであってもよい。プロセッサ７０１が実行するプログラムは、複数の命令がデータ処理を行うことをコンピュータに実行させる。

また、制御演算部２０を専用のハードウェアで実現してもよい。また、制御演算部２０の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 数値制御装置、１０ 表示部、１１ 操作入力部、１２ マガジン手動操作部、１３ マガジン旋回ボタン（正転・逆転）、１４ マガジン動作モード選択スイッチ、２０ 制御演算部、２１ 解析処理部、２２ 入力制御部、３０ 工具寿命管理部、３１ 工具寿命判定部、４０ シミュレーション処理部、４１ 工具交換指令間時間算出部、４２ 使用工具算出部、５０ 記憶部、５１，５１１ 加工プログラム、５２，５２１ 工具データ、５３ パラメータ、５４ 共有データ、６０ 自動運転処理部、６１ 運転時間算出部、６２ 工具取り換え時間算出部、６３ モータ制御用指令生成部、７０ 画面処理部、７１ 工具取り換え時間表示処理部、７２ 取り換え必要工具表示処理部、８０ 通信制御部、８１ メール送信部、９０ ＰＬＣ、９１ ラダープログラム、１０１ 表示部の表示内容、１０２ 工具取り換え時間表示領域、１０３ 取り換え必要工具表示領域、１０５ 工具取り換え位置への移動確認表示、１０６ 工具取り換え完了確認表示、１０７ 工具取り換えに適した時刻の表示内容、１１０ 工具取り換え情報のメール通知内容、２００ 工作機械、２０１ 主軸モータ、２０２ 主軸モータ制御部、２０３ 主軸工具（今まで使用していた工具）、２０４ 交換工具（次に使用する工具）、３００ 自動工具交換装置、２１１ 加工制御用モータ、２１２ 加工制御用モータ制御部、３０３ ＡＴＣアーム、３１０ ツールマガジン、３１１ マガジンモータ、３１２ マガジンモータ制御部、３１３ マガジンチェーン、３１４ ツールポット、３１５ マガジンドア、３１６ ＡＴＣ位置（工具交換位置）、３１７ 工具取り換え位置、４００ 端末、５４１ 工具交換指令間の所要時間テーブル、６００ オペレータ

Claims (4)

1. 複数の工具を収納するツールマガジン付き自動工具交換装置を備えた工作機械を制御する数値制御装置であって、
   加工プログラム、前記複数の工具に関する工具データ、及び標準工具取り換え時間を記憶する記憶部と、
   前記工具データに基づき、前記複数の工具の中から、予め定められた寿命判定基準を満たす寿命工具を判定する工具寿命判定部と、
   前記加工プログラムに記述されている３つ以上の工具交換指令に基づき、先に実行される第１の工具交換指令から、次に実行される第２の工具交換指令まで実行した時の所要時間を算出する工具交換指令間時間算出部と、
   前記加工プログラムを実行開始すると、一番最近実行された工具交換指令から現在時刻までの経過時間を算出する運転時間算出部と、
   前記加工プログラムを実行開始した場合、前記所要時間、及び前記経過時間に基づき次のツールマガジン旋回までの時間である工具取り換え時間を算出し、前記工具取り換え時間が前記標準工具取り換え時間よりも短い場合、前記標準工具取り換え時間、及び前記所要時間に基づき、前記標準工具取り換え時間よりも長い前記所要時間を有している前記第１の工具交換指令を実行する時刻を算出する工具取り換え時間算出部と、
   前記工具取り換え時間、及び前記寿命工具に関する工具データを表示するとともに前記時刻を工具取り換えに適した時刻として表示する表示部と、
   を備え、
   前記加工プログラムを実行開始すると、前記工具取り換え時間、及び前記寿命工具に関する工具データを表示するとともに前記時刻を工具取り換えに適した時刻として表示することを特徴とする数値制御装置。
2. 前記加工プログラムに記述されている工具交換指令に基づき、前記加工プログラムで使用する使用工具を算出する使用工具算出部と、
   を更に備え、
   前記表示部は、
   前記寿命工具が前記使用工具である場合、前記寿命工具に関する工具データを強調して表示することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記寿命工具を取り換え工具として選択すると、前記取り換え工具を取り換えに適した工具取り換え位置に移動させた後、工具取り換えが完了したことを示す工具取り換え完了情報に基づき、前記工具取り換え位置に移動させる前の位置に戻すように、前記ツールマガジンを制御するＰＬＣと、
   を備えたことを特徴とする請求項１から２のいずれか１つに記載の数値制御装置。
4. オペレータにメールを送信するメール送信部を更に備え、
   前記オペレータに前記寿命工具、及び前記工具取り換えに適した時刻を通知する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の数値制御装置。

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