JP7189259B2 - 工具交換装置、および、工作機械 - Google Patents

工具交換装置、および、工作機械 Download PDF

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Description

本発明は、工具交換装置、工作機械、および、工具交換装置の動作方法に関する。
工具交換装置を用いて、工具の交換を行う技術が知られている。
関連する技術として、特許文献１には、自動工具交換装置が開示されている。特許文献１に記載の自動工具交換装置は、工具交換アームを旋回せしめる第１のアクチュエータと、待機位置における工具交換アームと工作機械の工具主軸との間に配置された開閉自在のカバーとを備える。特許文献１に記載の自動工具交換装置では、第１のアクチュエータが工具交換アームを待機位置から工具把持位置に旋回するのに同期してカバーが開かれ、第１のアクチュエータが工具交換アームを工具把持位置から待機位置に旋回するのに同期してカバーが閉じられる。
特許文献１に記載の自動工具交換装置では、工具交換アームとカバーとの同期が純機械的に行われる。このため、工具交換アームとカバーとを独立して制御することができず、汎用性が低い。そこで、工具交換アームとカバーとを独立して制御可能とし、制御アルゴリズムを工夫することで、工具交換アームとカバーとを同期させることが考えられる。
しかし、工具交換アームとカバーとを独立して制御可能とする場合、工具交換アームの動作不良等に起因して、工具交換アームとカバーとが衝突するおそれがある。特に、従来、この種のカバーの駆動は、油圧アクチュエータあるいはエアーアクチュエータを用いて実行されているため、カバーの位置を正確かつリアルタイムに把握することが困難であり、衝突を確実に回避することができない。
実願昭６３－１３２３５７号（実開平２－５３３３１号）のマイクロフィルム。
本発明の目的は、交換アームの動作不良が発生する場合でも交換アームとシャッターとの間の干渉を回避可能な工具交換装置、工作機械、および、工具交換装置の動作方法を提供することである。
いくつかの実施形態における工具交換装置は、工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部を閉鎖可能なシャッターと、前記シャッターを駆動する第１サーボモータと、前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、前記交換アームを、回転駆動する第２サーボモータと、前記第１サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第１信号を受信し、前記第２サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第２信号を受信し、かつ、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータを制御する制御装置と、を具備する。前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第１位置と、前記開口部を開放する第２位置との間で移動可能である。前記交換アームは、第１軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第１位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能である。前記制御装置は、前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第１サーボモータに制御信号を送信して、前記第１サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、前記第１信号および前記第２信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第３位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する。
いくつかの実施形態における工作機械は、ワークを支持するワーク支持装置と、工具を取り付け可能な加工ヘッドと、前記加工ヘッドを前記ワーク支持装置に対して相対移動させる第１駆動装置と、工具を保持可能な工具保持部材と、工具を保管するマガジンと、前記加工ヘッドが配置される第１室と、前記工具保持部材が配置される第２室との間に配置され、開口部を有する仕切壁と、工具交換装置と、を具備する。工具交換装置は、前記開口部を閉鎖可能なシャッターと、前記シャッターを駆動する第１サーボモータと、前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、前記交換アームを、回転駆動する第２サーボモータと、前記第１サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第１信号を受信し、前記第２サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第２信号を受信し、かつ、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータを制御する制御装置と、を備える。前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第１位置と、前記開口部を開放する第２位置との間で移動可能である。前記交換アームは、第１軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第１位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能である。前記制御装置は、前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第１サーボモータに制御信号を送信して、前記第１サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、前記第１信号および前記第２信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第３位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する。
いくつかの実施形態における工具交換装置の動作方法において、工具交換装置は、工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部を閉鎖可能なシャッターと、前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、制御装置と、を具備する。前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第１位置と、前記開口部を開放する第２位置との間で移動可能である。前記交換アームは、第１軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第１位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能である。前記動作方法は、前記制御装置が、前記シャッターの位置を示す第１信号を受信する第１受信工程と、前記制御装置が、前記交換アームの回転角を示す第２信号を受信する第２受信工程と、前記交換アームを、前記工具取付位置から前記待機位置に移動させる交換アーム移動工程と、前記シャッターを、前記第２位置から前記第１位置に移動させるシャッター移動工程と、を具備する。前記シャッター移動工程は、前記交換アーム移動工程の完了前に開始される。前記シャッター移動工程は、前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記シャッターが所定の第３位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定する判定工程を有する。前記判定工程において、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定されたときに、前記制御装置は、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する。
本発明により、交換アームの動作不良が発生する場合でも交換アームとシャッターとの間の干渉を回避可能な工具交換装置、工作機械、および、工具交換装置の動作方法を提供することができる。
図１は、第１の実施形態における工具交換装置を模式的に示す概略斜視図である。 図２は、第１の実施形態における工具交換装置を模式的に示す概略斜視図である。 図３は、第１の実施形態における工具交換装置を模式的に示す概略斜視図である。 図４は、シャッターの閉動作中におけるシャッターの位置と交換アームの角度位置との関係を模式的に示す図である。 図５は、シャッターが、交換アームに干渉しない位置で停止されることを説明する図である。 図６は、交換アームの回転角が退避角度と一致する状態を模式的に示す図である。 図７は、シャッターの閉動作中におけるシャッターの位置と交換アームの角度位置との関係を模式的に示す図である。 図８は、シャッターの閉動作中におけるシャッターの位置と交換アームの角度位置との関係を模式的に示す図である。 図９は、シャッターの開動作中におけるシャッターの位置と交換アームの角度位置との関係を模式的に示す図である。 図１０は、シャッターの開動作を実行中の様子を模式的に示す図である。 図１１Ａは、工具の交換動作を実行中の様子を模式的に示す図である。 図１１Ｂは、工具の交換動作を実行中の様子を模式的に示す図である。 図１２は、シャッターの閉動作を実行中の様子を模式的に示す図である。 図１３は、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。 図１４は、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。 図１５は、実施形態における工具交換装置の動作方法の変形例を示すフローチャートである。 図１６は、第２の実施形態における工作機械を模式的に示す概略斜視図である。
以下、図面を参照して、いくつかの実施形態における工具交換装置１、工作機械１００、および、工具交換装置の動作方法について説明する。なお、以下の実施形態の説明において、同一の機能を有する部位、部材については同一の符号を付し、同一の符号が付された部位、部材についての繰り返しとなる説明は省略する。
（第１の実施形態）
図１乃至図１２を参照して、第１の実施形態における工具交換装置１について説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態における工具交換装置１を模式的に示す概略斜視図である。図４は、シャッター４０の閉動作中におけるシャッター４０の位置と交換アーム６０の角度位置との関係を模式的に示す図である。図５は、シャッター４０が、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥで停止されることを説明する図である。図６は、交換アーム６０の回転角が退避角度αと一致する状態を模式的に示す図である。図７および図８は、シャッター４０の閉動作中におけるシャッター４０の位置と交換アーム６０の角度位置との関係を模式的に示す図である。図９は、シャッター４０の開動作中におけるシャッター４０の位置と交換アーム６０の角度位置との関係を模式的に示す図である。図１０は、シャッター４０の開動作を実行中の様子を模式的に示す図である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、工具Ｃの交換動作を実行中の様子を模式的に示す図である。図１２は、シャッター４０の閉動作を実行中の様子を模式的に示す図である。
第１の実施形態における工具交換装置１は、シャッター４０と、第１サーボモータ５０と、交換アーム６０と、第２サーボモータ７０と、制御装置８と、を具備する。
図２に例示されるように、シャッター４０は、工具Ｃを取り付け可能な加工ヘッド２と工具Ｃを保持可能な工具保持部材３０との間の開口部ＯＰを開放可能である。また、図３に例示されるように、シャッター４０は、工具Ｃを取り付け可能な加工ヘッド２と工具Ｃを保持可能な工具保持部材３０との間の開口部ＯＰを閉鎖可能である。また、シャッター４０は、開口部ＯＰを閉鎖する第１位置Ｐ１（図３を参照。）と、開口部ＯＰを開放する第２位置Ｐ２（図２を参照。）との間で移動可能である。
図２に記載の例では、加工ヘッド２が配置される第１室ＳＰ１と、工具保持部材３０および／またはマガジン３が配置される第２室ＳＰ２との間に、仕切壁４９が配置され、当該仕切壁４９に開口部ＯＰが設けられている。
シャッター４０が開口部ＯＰを閉鎖する第１位置Ｐ１にある状態では、第１室ＳＰ１が第２室ＳＰ２から隔離される。シャッター４０が開口部ＯＰを閉鎖している状態で、加工ヘッド２に取り付けられた工具Ｃによってワークが加工されることにより、第１室ＳＰ１から第２室ＳＰ２に切粉等が飛散することが防止される。また、シャッター４０が開口部ＯＰを開放している状態で、交換アーム６０は、加工ヘッド２と工具保持部材３０との間で工具Ｃを交換することが可能である。
第１サーボモータ５０は、シャッター４０を駆動する。より具体的には、第１サーボモータ５０は、仕切壁４９に対して、シャッター４０を直線的に相対移動させる。第１サーボモータ５０は、シャッター４０を、開口部ＯＰを閉鎖する第１位置Ｐ１から開口部ＯＰを開放する第２位置Ｐ２に移動させることができ、また、当該第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に移動させることができる。
図２に記載の例では、第１サーボモータ５０と、シャッター４０とは、第１サーボモータ５０のロータおよび出力軸の回転を、シャッター４０の直線運動に変換する機械的機構５９を介して接続される。機械的機構５９は、ボールねじを含んでいてもよく、複数の歯車を含んでいてもよい。
交換アーム６０は、加工ヘッド２と工具保持部材３０との間で工具Ｃを交換する。より具体的には、交換アーム６０は、工具保持部材３０から受け取る第２工具Ｃ２を加工ヘッド２に受け渡し可能であり、加工ヘッド２から受け取る第１工具Ｃ１を工具保持部材３０に受け渡し可能である。図２には、交換アーム６０が、第２工具Ｃ２を加工ヘッド２に受け渡し、第１工具Ｃ１を工具保持部材３０に受け渡した直後の状態が示されている。
交換アーム６０は、第１軸ＡＸ１まわりに回転して、加工ヘッド２に工具Ｃを取り付ける工具取付位置Ｅ３（図２を参照。）から、第１位置Ｐ１にあるシャッター４０と干渉しない待機位置Ｅ１（図３を参照。）に移動可能である。交換アーム６０は、例えば、第１軸ＡＸ１まわりに回転可能なように交換アーム支持装置６５によって支持される。
第２サーボモータ７０は、交換アーム６０を回転駆動する。より具体的には、第２サーボモータ７０は、交換アーム支持装置６５に対して、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１まわりに相対回転させる。
制御装置８は、第１サーボモータ５０から、シャッター４０の位置を示す第１信号を受信し、第２サーボモータ７０から、交換アーム６０の回転角（より具体的には、第１軸ＡＸ１まわりの回転角）を示す第２信号を受信する。
制御装置８は、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて、シャッター４０の位置をリアルタイムで特定することができる。より具体的には、制御装置８は、シャッター４０が、基準となる位置から、どれだけ移動しているかを特定することができる。なお、基準となる位置は、第１位置Ｐ１であってもよいし、第２位置Ｐ２であってもよいし、その他の位置であってもよい。
制御装置８は、第２サーボモータ７０から受信する第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角をリアルタイムで特定することができる。より具体的には、制御装置８は、交換アーム６０が、基準となる位置から、第１軸ＡＸ１まわりに、何度回転しているかを特定することができる。なお、基準となる位置は、工具取付位置Ｅ３であってもよいし、待機位置Ｅ１であってもよいし、その他の位置であってもよい。
制御装置８は、第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０を制御する。
制御装置８は、第１サーボモータ５０に制御信号を送信することにより、第１サーボモータ５０の駆動を制御する。制御信号は、第１サーボモータ５０のロータを第１回転方向に回転させる信号を含んでいてもよく、第１サーボモータ５０のロータを第２回転方向（第１回転方向とは反対の方向）に回転させる信号を含んでいてもよく、ロータの回転を加速させる信号を含んでいてもよく、ロータを定速で回転させる信号を含んでいてもよく、ロータを減速させる信号を含んでいてもよい。また、制御装置８は、第１サーボモータ５０に駆動停止信号を送信することにより、第１サーボモータ５０の駆動を停止させる。
制御装置８は、第２サーボモータ７０に制御信号を送信することにより、第２サーボモータ７０の駆動を制御する。制御信号は、第２サーボモータ７０のロータを第１回転方向に回転させる信号を含んでいてもよく、第２サーボモータ７０のロータを第２回転方向（第１回転方向とは反対の方向）に回転させる信号を含んでいてもよく、ロータの回転を加速させる信号を含んでいてもよく、ロータを定速で回転させる信号を含んでいてもよく、ロータを減速させる信号を含んでいてもよい。また、制御装置８は、第２サーボモータ７０に駆動停止信号を送信することにより、第２サーボモータ７０の駆動を停止させる。
図４に記載の例では、制御装置８は、交換アーム６０が回転移動を完了する前に（換言すれば、交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達する前に）、第１サーボモータ５０に制御信号を送信して、シャッター４０の閉動作を開始させる。より具体的には、制御装置８は、交換アーム６０が工具取付位置Ｅ３（換言すれば、工具取付位置Ｅ３に対応する角度）から待機位置Ｅ１（換言すれば、待機位置Ｅ１に対応する角度）への回転移動を完了する前に、第１サーボモータ５０に閉動作開始指令を送信して、第１サーボモータ５０にシャッター４０の閉動作を開始させる。交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達する前に、シャッター４０の閉動作が開始されることにより、工具Ｃの交換後に、シャッター４０によって開口部ＯＰが早く閉鎖される。このため、第１室ＳＰ１から第２室ＳＰ２に切粉等が飛散することが防止された状態で、次の加工を早く開始することができる。
図４に記載の例では、制御装置８は、閉動作中のシャッター４０が所定の第３位置Ｐ３に達したときに、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。
制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していると判定した場合に、シャッター４０の閉動作処理を継続する。交換アーム６０が所定の退避角度αに達している場合、シャッター４０を閉位置まで移動させても、シャッター４０と交換アーム６０とが接触することはない。
他方、制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していないと判定した場合に、シャッター停止処理を実行する。シャッター停止処理は、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥ（図５を参照。）でシャッター４０を停止させる処理である。シャッター停止処理の実行により、シャッター４０と交換アーム６０との間の接触が防止される。なお、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥは、閉動作中のシャッター４０が、交換アーム６０と干渉する干渉位置ＰＦに達する手前の位置である。
第１の実施形態では、シャッター４０の駆動が第１サーボモータ５０により実行され、交換アーム６０の駆動が第２サーボモータ７０により実行される。この場合、制御装置８は、第１サーボモータ５０からシャッター４０の位置を示す第１信号を受信し、第２サーボモータ７０から交換アーム６０の回転角を示す第２信号を受信することにより、シャッター４０の位置、および、交換アーム６０の回転角をリアルタイムで特定することができる。また、制御装置８は、第１信号に基づいて、閉動作中のシャッター４０が所定の第３位置Ｐ３に達したか否かを正確に判定することができ、第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを正確に判定することができる。さらに、これらの正確な判定に基づいて、シャッター停止処理が実行されるため、シャッター４０と交換アーム６０との接触がより確実に回避される。
また、第１の実施形態では、シャッター４０の位置の誤検出が生じにくい。これに対し、受光センサあるいはリミットスイッチからの信号のみを用いてシャッター４０の位置を特定する場合には、シャッター４０に付着した切屑等によって、シャッター４０の位置が誤検出される可能性がある。
また、第１の実施形態では、シャッター４０の位置が、第１サーボモータ５０からの信号によって特定されるため、シャッター４０の位置を特定するためのセンサ（上述の光学センサ、あるいは、リミットスイッチ）の設置位置を調整する作業が不要となる。
さらに、第１の実施形態では、シャッター４０の位置が、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて特定されるため、シャッター４０が到達したことを検出すべき位置（第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２、第３位置Ｐ３等）の数に対応して複数のセンサを用意する必要がない。
第１の実施形態では、制御装置８は、閉動作中のシャッター４０が所定の第３位置Ｐ３に達したときに、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。図６に例示されるように、当該退避角度αは、交換アーム６０とシャッター４０との接触が確実に防止されるような角度に設定されていることが好ましい。より具体的には、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達した状態が、交換アーム６０の全体が開口部ＯＰよりも工具保持部材３０側に退避した状態となるように、退避角度αが設定されていることが好ましい。交換アーム６０の全体が開口部ＯＰから退避していれば、交換アーム６０とシャッター４０との接触は生じ得ない。
続いて、図１乃至図１２を参照して、第１の実施形態において採用可能な任意付加的な構成について説明する。
（加工ヘッド２）
加工ヘッド２は、工具交換装置１に含まれていてもよい。代替的に、加工ヘッド２は、工具交換装置１には含まれず、後述の工作機械１００の構成要素として、工作機械１００に含まれていてもよい。図２に記載の例では、加工ヘッド２には、工具Ｃを取り付け可能である。加工ヘッド２は、工具Ｃが回転軸ＡＸまわりを回転可能なように、工具Ｃを支持してもよい。換言すれば、加工ヘッド２は、工具Ｃを回転軸ＡＸまわりに回転させることにより、ワークを加工する加工ヘッドであってもよい。
（工具保持部材３０）
工具保持部材３０は、工具交換装置１に含まれていてもよい。代替的に、工具保持部材３０は、工具交換装置１には含まれず、後述の工作機械１００の構成要素として、工作機械１００に含まれていてもよい。工具保持部材３０は、工具Ｃを保持可能である。工具保持部材３０は、例えば、工具Ｃを保管するマガジン３に設けられる。代替的に、工具保持部材３０は、マガジン３とは別の工具保持装置に設けられてもよい。この場合、マガジン３から加工ヘッド２への工具Ｃの移送、あるいは、加工ヘッド２からマガジン３への工具Ｃの移送は、工具保持装置を中継して実行される。
（マガジン３）
マガジン３は、工具交換装置１に含まれていてもよい。代替的に、マガジン３は、工具交換装置１には含まれず、後述の工作機械１００の構成要素として、工作機械１００に含まれていてもよい。図１に記載の例では、マガジン３は、複数の工具Ｃを保管可能である。マガジン３は、複数の工具Ｃをそれぞれ保持する複数の工具ホルダー３３を備える。また、マガジン３は、複数の工具ホルダー３３を循環経路に沿って移動させることが可能である。
（シャッター４０）
シャッター４０は、第１位置Ｐ１（閉位置）と第２位置Ｐ２（開位置）との間で移動可能である。第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向、換言すれば、シャッター４０が開く方向を第１方向ＤＲ１と定義し、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向、換言すれば、シャッター４０を閉じる方向を第２方向ＤＲ２と定義する。図１に記載の例では、第１方向ＤＲ１および第２方向ＤＲ２は、水平方向に平行である。代替的に、第１方向ＤＲ１および第２方向ＤＲ２は、鉛直方向に平行であってもよい。
（第１エンコーダ５１、および、第２エンコーダ７１）
図１に記載の例では、第１サーボモータ５０は、第１エンコーダ５１を備える。第１エンコーダ５１は、第１サーボモータ５０のロータの回転角（あるいは、ロータの回転数および回転角）を取得し、当該回転角に対応する信号を、シャッター４０の位置を示す第１信号として、制御装置８に送信する。
図１に記載の例では、第２サーボモータ７０は、第２エンコーダ７１を備える。第２エンコーダ７１は、第２サーボモータ７０のロータの回転角（あるいは、ロータの回転数および回転角）を取得し、当該回転角に対応する信号を、交換アーム６０の回転角を示す第２信号として、制御装置８に送信する。
（交換アーム支持装置６５）
図１に記載の例では、交換アーム支持装置６５は、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１まわりに回転可能、かつ、第１軸ＡＸ１に平行な方向に移動可能に支持する。図１に記載の例では、第１軸ＡＸ１は、シャッター４０の移動方向（換言すれば、第１方向ＤＲ１あるいは第２方向ＤＲ２）と平行である。代替的に、第１軸ＡＸ１は、シャッター４０の移動方向に対して傾斜していても構わない。
（交換アーム６０）
図１に記載の例では、交換アーム６０は、第１アーム６１と第２アーム６２とを含む。第１アーム６１の先端部には、工具Ｃを把持する第１把持部６１ａが設けられ、第２アーム６２の先端部には、工具Ｃを把持する第２把持部６２ａが設けられる。図１に記載の例では、第１軸ＡＸ１から第１アーム６１が延在する方向と、第１軸ＡＸ１から第２アーム６２が延在する方向との間のなす角度は、１８０度である。換言すれば、第１アーム６１と第２アーム６２とは一直線上に配置されている。なお、第１軸ＡＸ１から第１アーム６１が延在する方向と、第１軸ＡＸ１から第２アーム６２が延在する方向との間のなす角度は、１８０度以外の角度であっても構わない。第１アーム６１と第２アーム６２とは一体成形された１つの部品によって構成されていてもよいし、第１アーム６１と第２アーム６２とが別部品によって構成されていてもよい。
図２に記載の例では、交換アーム６０は、加工ヘッド２に取り付けられた第２工具Ｃ２と、工具保持部材３０によって保持された第１工具Ｃ１とを同時に保持可能である。
（シャッター４０の開動作）
シャッター４０の開動作の一例について説明する。図９に例示されるように、シャッター４０の開動作が実行されるとき、シャッター４０は、第１位置Ｐ１（閉位置）から、第４位置Ｐ４を経由して、第２位置Ｐ２（開位置）に移動する。図９に記載の例では、シャッター４０が第４位置Ｐ４を通過するタイミングＴ１で、交換アーム６０は、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２への移動を開始する。シャッター４０が第２位置Ｐ２（開位置）に到達する前に、交換アーム６０の移動が開始されることにより、工具Ｃの交換に要する総時間を短縮することができる。
図１０（ｂ）乃至図１０（ｄ）に例示されるように、シャッター４０の開動作が実行されるとき、交換アーム６０は、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に移動する。また、交換アーム６０が、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に移動するとき、交換アーム６０は、第２領域ＡＲ２を通過する（図１０（ｂ）において、破線で囲まれた領域を参照。）。
図１０（ｂ）に例示されるように、第４位置Ｐ４は、上述の第２領域ＡＲ２と干渉しない位置（換言すれば、第２領域ＡＲ２よりも第１方向ＤＲ１側の位置）に設定されることが好ましい。第４位置Ｐ４が、第２領域ＡＲ２と干渉しない位置に設定されることにより、シャッター４０の開動作中において、シャッター４０と交換アーム６０との接触が確実に回避される。例えば、シャッター４０が第４位置Ｐ４を通過した後に、動作不良によりシャッター４０が停止する場合を想定する。この場合でも、停止したシャッター４０と移動中の交換アーム６０とが接触することはない。なお、図５に記載の例では、第４位置Ｐ４は、上述の第３位置Ｐ３よりも第２方向ＤＲ２側に設定されている。
続いて、制御装置８によるシャッター４０の開動作制御について説明する。制御装置８は、第１サーボモータ５０に制御信号（より具体的には、開動作指令）を送信して、第１サーボモータ５０にシャッター４０の開動作（換言すれば、シャッター４０を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動させる動作）を実行させる。
制御装置８は、シャッター４０の開動作を開始させた後、第１サーボモータ５０（より具体的には、第１エンコーダ５１）から、シャッター４０の位置を示す第１信号を繰り返し受信する。また、制御装置８は、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて、シャッター４０が、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の所定の第４位置Ｐ４を通過するタイミングＴ１（図９を参照。）を特定する。
タイミングＴ１の特定は、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて、シャッター４０（より具体的には、シャッター４０の第２方向ＤＲ２側の端縁４０ｅ（図５を参照。））が、第４位置Ｐ４を通過したか否かを繰り返し判定することにより行われる。
制御装置８は、タイミングＴ１で、第２サーボモータ７０に制御信号（より具体的には、第１の移動開始指令）を送信して、第２サーボモータ７０に、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２への交換アーム６０の移動を開始させる。
図９に記載の例では、制御装置８は、シャッター４０が第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向けて移動を開始した後、交換アーム６０が待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に向けて移動を開始するように、第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０を制御する。なお、制御装置８は、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達する前に、交換アーム６０が工具受取位置Ｅ２に到達するように、第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０を制御してもよく、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達するタイミング以降に、交換アーム６０が工具受取位置Ｅ２に到達するように、第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０を制御してもよい。
（変換機構または駆動装置）
図１１Ａには、加工ヘッド２と工具保持部材３０との間で第１工具Ｃ１と第２工具Ｃ２とが交換される様子が示されている。交換アーム６０に工具Ｃの交換を実行させるために、工具交換装置１は、第２サーボモータ７０のロータおよび出力軸の回転を、第１軸ＡＸ１に沿う方向における交換アーム６０の直線運動に変換する変換機構７５を備えていてもよい。変換機構７５は、第２サーボモータ７０の出力軸と交換アーム６０との間に介在されるカムを含んでいてもよく、第２サーボモータ７０の出力軸と交換アーム６０との間に介在される歯車を含んでいてもよい。工具交換装置１が変換機構７５を備える場合、第２サーボモータ７０は、交換アーム６０を第１軸ＡＸ１まわりに回転させることができ、かつ、交換アーム６０を第１軸ＡＸ１に沿って移動させることができる。
図１１Ａに記載の例では、第２サーボモータ７０は、変換機構７５を介して、交換アーム６０を、軸方向第１位置Ｆ１と軸方向第２位置Ｆ２との間で、第１軸ＡＸ１に平行な方向に移動させることが可能である。軸方向第１位置Ｆ１は、交換アーム６０が加工ヘッド２および工具保持部材３０に接近する位置であり、軸方向第２位置Ｆ２は、軸方向第１位置Ｆ１と比較して、加工ヘッド２および工具保持部材３０から遠い位置である。
代替的に、図１１Ｂに示されるように、工具交換装置１は、第２サーボモータ７０に加え、交換アーム６０を第１軸ＡＸ１に沿う方向に移動させる駆動装置７６を備えていてもよい。第２サーボモータ７０は、交換アーム６０を第１軸ＡＸ１まわりに回転駆動させる。他方、駆動装置７６は、交換アーム６０を第１軸ＡＸ１に平行な方向に移動させる。駆動装置７６は、サーボモータであってもよいし、流体圧式のアクチュエータ（例えば、エアーアクチュエータ、あるいは、油圧アクチュエータ）であってもよい。図１１Ｂに記載の例では、駆動装置７６は、交換アーム６０を、軸方向第１位置Ｆ１と軸方向第２位置Ｆ２との間で、第１軸ＡＸ１に平行な方向に移動させる。軸方向第１位置Ｆ１は、交換アーム６０が加工ヘッド２および工具保持部材３０に接近する位置であり、軸方向第２位置Ｆ２は、軸方向第１位置Ｆ１と比較して、加工ヘッド２および工具保持部材３０から遠い位置である。
（シャッター４０の閉動作）
シャッター４０の閉動作の一例について説明する。図４に例示されるように、シャッター４０の閉動作が実行されるとき、シャッター４０は、第２位置Ｐ２（開位置）から、第３位置Ｐ３を経由して、第１位置Ｐ１（閉位置）に移動する。
図４に記載の例では、シャッター４０の閉動作が開始されるタイミングＴ２は、交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達するタイミングＴ５よりも早い。タイミングＴ２を早くすることにより、工具Ｃの交換後に、シャッター４０によって開口部ＯＰが早く閉鎖される。このため、第１室ＳＰ１から第２室ＳＰ２に切粉等が飛散することが防止された状態で、次の加工を早く開始することができる。
続いて、制御装置８によるシャッター４０の閉動作制御について説明する。制御装置８は、第１サーボモータ５０に制御信号（より具体的には、閉動作開始指令）を送信して、第１サーボモータ５０にシャッター４０の閉動作（換言すれば、シャッター４０を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に移動させる動作）を開始させる。
制御装置８が、シャッター４０の閉動作を開始させるタイミングＴ２は、工具取付位置Ｅ３に交換アーム６０が到達するタイミングであってよく、また、その他のタイミングであってもよい。図４に記載の例では、タイミングＴ２は、制御装置８が、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１への交換アーム６０の移動を開始させるタイミングＴ３よりも前である。タイミングＴ２がタイミングＴ３よりも早いことにより、工具Ｃの交換後に、シャッター４０によって開口部ＯＰが更に早く閉鎖される。このため、第１室ＳＰ１から第２室ＳＰ２に切粉等が飛散することが防止された状態で、次の加工を更に早く開始することができる。ただし、第１の実施形態において、タイミングＴ２がタイミングＴ３よりも早いことは必須ではない。換言すれば、タイミングＴ２は、タイミングＴ３より後であってもよいし、タイミングＴ３と同時であってもよい。
制御装置８は、シャッター４０の閉動作を開始させた後、第１サーボモータ５０（より具体的には、第１エンコーダ５１）から、シャッター４０の位置を示す第１信号を繰り返し受信する。また、制御装置８は、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて、第１判定処理を繰り返し実行する。第１判定処理は、制御装置８が、第１サーボモータ５０から第１信号を受信し、第１信号に基づいて、シャッター４０が、第３位置Ｐ３（換言すれば、判定位置）に達しているか否かを判定する処理である。第１判定処理の実行により、制御装置８は、シャッター４０が第３位置Ｐ３に達するタイミングＴ４を特定することができる。
制御装置８は、第１サーボモータ５０から受信する第１信号に基づいて、閉動作中のシャッター４０が、第３位置Ｐ３（換言すれば、判定位置）に達していると判定すると、第２サーボモータ７０から受信する第２信号に基づいて、第２判定処理を実行する。第２判定処理は、制御装置８が、第２サーボモータ７０から第２信号を受信し、第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する処理である。第２判定処理は、タイミングＴ４で実行される。
制御装置８は、第２サーボモータ７０から受信する第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達していると判定すると、シャッター４０の閉動作処理を継続する（図４を参照。）。より具体的には、制御装置８は、シャッター４０の位置を示す第１信号を繰り返し受信する。制御装置８は、第１信号に基づいて、シャッター４０の速度を制御する。また、制御装置８は、第１信号に基づいて、シャッター４０が第１位置Ｐ１に達していると判断すると、第１サーボモータ５０に駆動停止信号を送信する。こうして、シャッター４０が第１位置Ｐ１で停止し、シャッター４０の閉動作が終了する。
他方、制御装置８は、第２サーボモータ７０から受信する第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達していないと判定すると、シャッター停止処理を実行する（図７を参照。）。当該シャッター停止処理は、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥでシャッター４０を停止させる処理である。図５に例示されるように、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥは、交換アーム６０が、第１領域ＡＲ１と干渉しない位置である。なお、第１領域ＡＲ１は、交換アーム６０が工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１に移動するときに、交換アーム６０が通過する領域と定義される。制御装置８が、シャッター４０を、第１領域ＡＲ１と干渉しない位置ＰＥ（換言すれば、第１領域ＡＲ１よりも第１方向ＤＲ１側の位置）で停止させることにより、シャッター４０と交換アーム６０との接触を確実に回避することができる。
付加的に、図８に例示されるように、シャッター停止処理の実行中に、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達した場合（矢印Ａを参照。）、制御装置８は、シャッター停止処理を中止して、シャッター４０の閉動作を再開してもよい。
より具体的には、シャッター停止処理の実行中に、制御装置８は、上述の第２判定工程を繰り返し実行する。換言すれば、制御装置８は、シャッター４０の停止処理の実行中に、第２サーボモータ７０から第２信号を受信し、第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを繰り返し判定する。
制御装置８は、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達していると判定すると、シャッター停止処理を中止して、シャッター４０を第１位置Ｐ１に移動させる動作を再開させる。シャッター４０を第１位置Ｐ１に移動させる動作の再開は、制御装置８が、第１サーボモータ５０に制御信号（より具体的には、閉動作指令）を送信することにより実行される。制御信号を受信する第１サーボモータ５０は、シャッター４０を第１位置Ｐ１（閉位置）に移動させる。
シャッター停止処理が完了すると（換言すれば、交換アーム６０に干渉しない位置ＰＥでシャッター４０が停止すると）、制御装置８は、アラームを発出してもよい。アラームの発出は、警告音の発生を含んでいてもよいし、警告ランプの点灯を含んでいてもよいし、警告メッセージの表示を含んでいてもよい。
代替的に、シャッター停止処理の完了後に直ちにアラームを発出するのに代えて、シャッター停止処理の完了後も、所定の期間、上述の第２判定処理が繰り返し実行されるようにしてもよい。より具体的にはシャッター停止処理が完了してシャッター４０が停止した後に、制御装置８は、第２サーボモータ７０から第２信号を受信し、第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。
制御装置８は、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達していると判定すると、シャッター４０を第１位置Ｐ１に移動させる動作を再開させる。シャッター４０を第１位置Ｐ１に移動させる動作の再開は、制御装置８が、第１サーボモータ５０に制御信号（より具体的には、閉動作指令）を送信することにより実行される。制御信号を受信する第１サーボモータ５０は、シャッター４０を第１位置Ｐ１（閉位置）に移動させる。
他方、制御装置８は、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達していないと判定すると、所定の期間が経過するまで、上述の第２判定工程を繰り返し実行する。
所定の期間が経過するまでに、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達しなかった場合、制御装置８は、アラームを発出する。アラームの発出は、警告音の発生を含んでいてもよいし、警告ランプの点灯を含んでいてもよいし、警告メッセージの表示を含んでいてもよい。なお、上述の所定の期間のカウントが開始される起点に特に制限はない。所定の期間は、シャッター４０が停止してからカウントされてもよいし、シャッター４０が第３位置Ｐ３に達したタイミングＴ４からカウントされてもよい。
上述の例では、シャッター停止処理の実行中、あるいは、シャッター停止処理が完了してシャッター４０が停止した後に、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達すると、制御装置８は、シャッター４０を第１位置Ｐ１に移動させる動作を再開させる。この場合、交換アーム６０の動作不良が軽微な場合に、工具交換装置１の動作を継続させることができる。例えば、交換アーム６０が切屑を噛む等、交換アーム６０の動作の遅れが、一時的なものである場合も想定される。このような場合、上述の例では、工具交換装置１の動作を停止させずに、継続させることができる。
（工具交換装置の動作方法）
続いて、図１乃至図１４を参照して、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例について説明する。図１３および図１４は、実施形態における工具交換装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。実施形態における工具交換装置の動作方法において、当該工具交換装置は、第１の実施形態における工具交換装置１であってもよいし、その他の工具交換装置であってもよい。工具交換装置は、（１）工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部ＯＰを閉鎖可能なシャッター４０と、（２）加工ヘッドと工具保持部材との間で工具を交換する交換アーム６０と、（３）制御装置８とを具備する。
工具交換装置の動作方法において、制御装置８は、第１サーボモータ５０（または、シャッター４０の位置を検出可能な任意の検出器）から、シャッター４０の位置を示す第１信号を受信する（第１受信工程）。第１受信工程は、工具交換装置の動作方法の実行中に（より具体的には、シャッター４０の移動中に）、繰り返し実行される。第１受信工程が繰り返し実行されることにより、制御装置８は、シャッター４０の位置をリアルタイムで特定可能であることが好ましい。
工具交換装置の動作方法において、制御装置８は、第２サーボモータ７０（または、交換アーム６０の回転角を検出可能な任意の検出器）から、交換アーム６０の回転角を示す第２信号を受信する（第２受信工程）。第２受信工程は、工具交換装置の動作方法の実行中に（より具体的には、交換アーム６０の回転移動中に）、繰り返し実行される。第２受信工程が繰り返し実行されることにより、制御装置８は、交換アーム６０の回転角をリアルタイムで特定可能であることが好ましい。
第１ステップＳＴ１において、シャッター４０の開動作が開始される。図１０（ａ）には、第１ステップＳＴ１を実行中の様子が示されている。第１ステップＳＴ１において、制御装置８は、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に制御信号（より具体的には、開動作開始指令）を送信して、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置にシャッター４０の開動作を開始させる。
第１ステップＳＴ１の実行により、第１のシャッター移動工程が開始される。第１のシャッター移動工程は、第１位置Ｐ１（閉位置）から第２位置Ｐ２（開位置）に、シャッター４０を移動させる工程である。第１のシャッター移動工程では、制御装置８は、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に、制御信号（より具体的には、開動作指令）を送信し、制御信号を受信する第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置は、シャッター４０を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動させる。
第１のシャッター移動工程の実行中、第２ステップＳＴ２において、シャッター４０が、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の所定の第４位置Ｐ４を通過するタイミングＴ１が特定される。第２ステップＳＴ２は、タイミング特定工程である。図１０（ｂ）には、タイミング特定工程を実行中の様子が示されている。タイミング特定工程では、制御装置８は、シャッター４０の位置を示す第１信号に基づいて、シャッター４０が、第４位置Ｐ４を通過するタイミングを特定する。
第３ステップＳＴ３において、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に向けて、交換アーム６０の移動が開始される。図１０（ｃ）には、第３ステップＳＴ３を実行中の様子が示されている。第３ステップＳＴ３において、制御装置８は、シャッター４０が第４位置Ｐ４を通過したタイミングで、第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置に制御信号（より具体的には、第１の移動開始指令）を送信する。制御信号を受信する第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置は、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２への交換アーム６０の移動を開始させる。
第３ステップＳＴ３の実行により、シャッター４０の開動作の完了前に（換言すれば、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達する前に）、第１の交換アーム移動工程が開始される。第１の交換アーム移動工程は、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に、交換アーム６０を移動させる工程である。第１の交換アーム移動工程では、制御装置８は、第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置に、制御信号（より具体的には、第１の移動指令）を送信し、制御信号を受信する第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置は、交換アーム６０を、待機位置Ｅ１から工具受取位置Ｅ２に移動させる。第１の交換アーム移動工程は、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１まわりに、第１回転方向に回転させることを含む。
第１の交換アーム移動工程は、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達（図１０（ｅ）を参照。）する前に、交換アーム６０を工具受取位置Ｅ２に到達（図１０（ｄ）を参照。）させることを含んでいてもよい。代替的に、第１の交換アーム移動工程は、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達した後に、交換アーム６０を工具受取位置Ｅ２に到達させることを含んでいてもよく、シャッター４０が第２位置Ｐ２に到達するのと同時に、交換アーム６０を工具受取位置Ｅ２に到達させることを含んでいてもよい。
第４ステップＳＴ４において、交換アーム６０（より具体的には、第１アーム６１）が加工ヘッド２に取り付けられた第１工具Ｃ１を把持する。第４ステップＳＴ４は、第１工具把持工程である。図１０（ｄ）には、第１工具把持工程を実行中の様子が示されている。
第１工具把持工程は、上述の第１の交換アーム移動工程の完了と同時（換言すれば、交換アーム６０が工具受取位置Ｅ２に到達するのと同時）に実行されてもよいし、第１の交換アーム移動工程の完了後に実行されてもよい。
第５ステップＳＴ５において、交換アーム６０（より具体的には、第２アーム６２）が工具保持部材３０に保持された第２工具Ｃ２を把持する。第５ステップＳＴ５は、第２工具把持工程である。第２工具把持工程は、例えば、第４ステップＳＴ４（第１工具把持工程）と同時に実行される。
第６ステップＳＴ６において、第１工具Ｃ１が加工ヘッド２から取り外され、第２工具Ｃ２が工具保持部材３０から取り外される。第６ステップＳＴ６は、工具取り外し工程である。工具取り外し工程は、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１に平行な方向に移動させることを含む。図１１Ａ（ａ）には、工具取り外し工程が実行される前の状態が示され、図１１Ａ（ｂ）には、工具取り外し工程が実行された後の状態が示されている。
工具取り外し工程において、制御装置８は、交換アーム駆動装置（例えば、第２サーボモータ７０または駆動装置７６等）に制御信号を送信する。制御信号を受信する交換アーム駆動装置（第２サーボモータ７０または駆動装置７６等）は、交換アーム６０を、軸方向第１位置Ｆ１から軸方向第２位置Ｆ２に移動させる。その結果、加工ヘッド２に配置された第１工具Ｃ１が加工ヘッド２から取り外され、工具保持部材３０に配置された第２工具Ｃ２が工具保持部材３０から取り外される。加工ヘッド２からの第１工具Ｃ１の取り外しと、工具保持部材３０からの第２工具Ｃ２の取り外しとは同時に実行されることが好ましい。ただし、第１アーム６１と第２アーム６２との間のなす角の角度が１８０度以外の角度である場合には、加工ヘッド２からの第１工具Ｃ１の取り外しが、工具保持部材３０からの第２工具Ｃ２の取り外しと異なるタイミングで実行されても構わない。
第７ステップＳＴ７において、第２工具Ｃ２が、加工ヘッド２に対向する位置に移送され、第１工具Ｃ１が、工具保持部材３０に対向する位置に移送される。第７ステップＳＴ７は、工具移送工程である。工具移送工程において、第１工具Ｃ１の移送と、第２工具Ｃ２の移送とは同時に実行されることが好ましい。図１１Ａ（ｂ）には、工具移送工程が実行される前の状態が示され、図１１Ａ（ｃ）には、工具取り外し工程が実行された後の状態が示されている。
工具移送工程において、制御装置８は、第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置に、制御信号を送信する。制御信号を受信する第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置は、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１まわりに回転させ（より具体的には、第１軸ＡＸ１まわりに１８０度回転させ）、第２工具Ｃ２を加工ヘッド２と対向する位置に移動させる。交換アーム６０は、第２工具Ｃ２を加工ヘッド２と対向する位置に移動させるのと同時に、第１工具Ｃ１を工具保持部材３０と対向する位置に移動させてもよい。工具移送工程において、交換アーム６０の第１軸ＡＸ１まわりの回転方向は、第１回転方向であってもよいし、第１回転方向と反対の第２回転方向であってもよい。
第８ステップＳＴ８において、第２工具Ｃ２が、加工ヘッド２に取り付けられ、第１工具Ｃ１が、工具保持部材３０に取り付けられる。第８ステップＳＴ８は、工具取付工程である。工具取付工程において、加工ヘッド２への第２工具Ｃ２の取り付けと、工具保持部材３０への第１工具Ｃ１の取り付けとは同時に実行されることが好ましい。図１１Ａ（ｄ）には、工具取付工程が実行された後の様子が示されている。
工具取付工程において、制御装置８は、交換アーム駆動装置（例えば、第２サーボモータ７０または駆動装置７６等）に制御信号を送信する。制御信号を受信する交換アーム駆動装置（例えば、第２サーボモータ７０または駆動装置７６等）は、交換アーム６０を、軸方向第２位置Ｆ２から軸方向第１位置Ｆ１（より具体的には、工具取付位置Ｅ３）に移動させる。その結果、加工ヘッド２に第２工具Ｃ２が取り付けられる。また、工具保持部材３０に第１工具Ｃ１が取り付けられる。
工具取付工程は、加工ヘッド２が第２工具Ｃ２をクランプすることを含んでいてもよい。加工ヘッド２が第２工具Ｃ２をクランプすることにより、第２工具Ｃ２が加工ヘッド２に固定される。また、工具取付工程は、工具保持部材３０が第１工具Ｃ１をクランプすることを含んでいてもよい。
第９ステップＳＴ９において、シャッター４０の閉動作が開始される。第９ステップＳＴ９は、閉動作開始工程である。図１２（ａ）には、閉動作開始工程を実行中の様子が示されている。閉動作開始工程において、制御装置８は、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に制御信号（より具体的には、閉動作開始指令）を送信して、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置にシャッター４０の閉動作を開始させる。
第９ステップＳＴ９の実行により、第２のシャッター移動工程が開始される。第２のシャッター移動工程は、第２位置Ｐ２（開位置）から第１位置Ｐ１（閉位置）に、シャッター４０を移動させる工程である。第２のシャッター移動工程では、制御装置８は、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に、制御信号（より具体的には、閉動作指令）を送信し、制御信号を受信する第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置は、シャッター４０を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に移動させる。
第２のシャッター移動工程は、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１に交換アーム６０を移動させる工程（換言すれば、第２の交換アーム移動工程）の完了前に、開始される。図４に記載の例では、第２のシャッター移動工程が開始されるタイミングＴ２は、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１への交換アーム６０の移動が開始されるタイミングＴ３よりも前である。代替的に、第２のシャッター移動工程が開始されるタイミングＴ２は、タイミングＴ３より後であってもよいし、タイミングＴ３と同時であってもよい。
第２のシャッター移動工程が開始されるタイミングＴ２は、工具取付位置Ｅ３に交換アーム６０が到達するタイミングであってよく、また、その他のタイミングであってもよい。
第１０ステップＳＴ１０において、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１に向けて、交換アーム６０の移動が開始される。図１２（ｂ）には、第１０ステップＳＴ１０を実行中の様子が示されている。第１０ステップＳＴ１０において、制御装置８は、第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置に制御信号（より具体的には、第２の移動開始指令）を送信する。制御信号を受信する第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置は、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１への交換アーム６０の移動を開始させる。
第１０ステップＳＴ１０の実行により、第２の交換アーム移動工程が開始される。第２の交換アーム移動工程は、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１に、交換アーム６０を移動させる工程である。第２の交換アーム移動工程では、制御装置８は、第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置に、制御信号（より具体的には、第２の移動指令）を送信し、制御信号を受信する第２サーボモータ７０等の交換アーム駆動装置は、交換アーム６０を、工具取付位置Ｅ３から待機位置Ｅ１に移動させる。第２の交換アーム移動工程は、交換アーム６０を、第１軸ＡＸ１まわりに、第２回転方向（換言すれば、第１回転方向とは反対の方向）に回転させることを含む。
図４に例示されるように、第２の交換アーム移動工程が開始されるタイミングＴ３は、第２のシャッター移動工程が完了する前（換言すれば、シャッター４０が第１位置Ｐ１に到達するタイミングＴ６の前）である。第２の交換アーム移動工程が開始されるタイミングＴ３は、加工ヘッド２が、工具Ｃ（より具体的には、第２工具Ｃ２）をクランプしたことが制御装置８によって確認されたタイミングであってもよい。クランプが確認された後に交換アーム６０の移動が開始されることにより、交換アーム６０から加工ヘッド２への工具Ｃの受け渡しが確実に行われる。
閉動作開始工程（第９ステップＳＴ９）の実行後、シャッター４０の位置を示す第１信号および交換アーム６０の回転角を示す第２信号に基づいて、シャッター４０が所定の第３位置Ｐ３に達したときに、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かが判定される。より具体的には、制御装置８は、第１１ステップおよび第１２ステップＳＴ１２を実行し、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。
第１１ステップＳＴ１１において、制御装置８は、シャッター４０が、所定の第３位置Ｐ３に達しているか否かを判定する。第１１ステップＳＴ１１は、第１判定工程である。図１２（ｃ）および図１２（ｄ）には、第１判定工程を実行中の様子が示されている。第１判定工程において、制御装置８は、第１サーボモータ５０または任意の検出器からシャッター４０の位置を示す第１信号を受信し、受信した第１信号に基づいて、シャッター４０が、第３位置Ｐ３（換言すれば、判定位置）に達しているか否かを判定する。
制御装置８は、閉動作中のシャッター４０が、第３位置Ｐ３に達していると判定すると、第１２ステップＳＴ１２を実行する。他方、制御装置８は、閉動作中のシャッター４０が、第３位置Ｐ３に達していないと判定すると、再度、第１１ステップＳＴ１１を実行する。
第１２ステップＳＴ１２において、制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。第１２ステップＳＴ１２は、第２判定工程である。第２判定工程において、制御装置８は、第２サーボモータ７０または任意の検出器から交換アーム６０の回転角を示す第２信号を受信し、受信した第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。
制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していると判定すると、第１３ステップＳＴ１３を実行する。他方、制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していないと判定すると、第１４ステップＳＴ１４を実行する。
第１３ステップＳＴ１３において、制御装置８は、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に制御信号を送信し、制御信号を受信する第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置は、シャッター４０を第１位置Ｐ１（閉位置）に到達させる。例えば、第１３ステップＳＴ１３において、制御装置８は、第１サーボモータ５０または任意の検出器からシャッター４０の位置を示す第１信号を受信し、受信した第１信号に基づいて、シャッター４０が、第１位置Ｐ１（閉位置）に到達したか否かを判定する。制御装置８は、シャッター４０が、第１位置Ｐ１に到達したと判定すると、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に、シャッター４０の移動を停止させる。図１２（ｆ）には、第１３ステップＳＴ１３が実行された後の状態が示されている。
第１４ステップＳＴ１４において、制御装置８は、シャッター停止処理を実行する。第１４ステップＳＴ１４は、シャッター停止処理工程である。シャッター停止処理工程において、制御装置８は、シャッター４０が、交換アーム６０に干渉しない位置（図１２（ｄ）に例示される第１領域ＡＲ１と干渉しない位置ＰＥ）で停止するように、第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置に、停止指令を送信する。停止指令を受信する第１サーボモータ５０等のシャッター駆動装置は、シャッター４０を減速させ、シャッター４０を、交換アーム６０に干渉しない位置で停止させる。シャッター４０が、停止した後、制御装置８は、アラームを発出する。
第２の交換アーム移動工程の実行により、交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達し（図１２（ｅ）を参照。）、第２のシャッター移動工程の実行により、シャッター４０が第１位置Ｐ１に到達する（図１２（ｆ）を参照。）と、上述の工具交換装置の動作方法が終了する。図１２（ｅ）および図１２（ｆ）に記載の例では、交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達するタイミングＴ５は、シャッター４０が第１位置Ｐ１に到達するタイミングＴ６よりも早い。代替的に、交換アーム６０が待機位置Ｅ１に到達するタイミングＴ５は、タイミングＴ６より遅くてもよいし、タイミングＴ６と同時であってもよい。
（工具交換装置の動作方法の変形例）
図８、図１５を参照して、工具交換装置の動作方法の変形例について説明する。図１５は、第１の実施形態における工具交換装置の動作方法の変形例を示すフローチャートである。
工具交換装置の動作方法の変形例は、第１４ステップＳＴ１４（シャッター停止処理）の実行中、あるいは、シャッター停止処理工程の実行後に、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達した場合、シャッター４０が、第１位置Ｐ１（閉位置）に移動される点で、上述の工具交換装置の動作方法とは異なる。その他の点では、工具交換装置の動作方法の変形例は、上述の工具交換装置の動作方法と同様である。
工具交換装置の動作方法の変形例では、第１４ステップＳＴ１４（シャッター停止処理工程）の実行中に、上述の第１２ステップＳＴ１２（第２判定工程）が繰り返し実行される。より具体的には、シャッター停止処理工程の実行中に、制御装置８は、第２サーボモータ７０または任意の検出器から交換アーム６０の回転角を示す第２信号を受信し、受信した第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していると判定すると、第１３ステップＳＴ１３を実行し、シャッター４０を第１位置Ｐ１（閉位置）に到達させる。
工具交換装置の動作方法の変形例において、シャッター停止処理工程の完了後、所定の期間、上述の第１２ステップＳＴ１２（第２判定工程）が繰り返し実行されてもよい。より具体的には、停止処理工程の完了後、所定の期間、制御装置８は、第２サーボモータ７０または任意の検出器から交換アーム６０の回転角を示す第２信号を受信し、受信した第２信号に基づいて、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達しているか否かを判定する。制御装置８は、交換アーム６０の回転角が所定の退避角度αに達していると判定すると、第１３ステップＳＴ１３を実行し、シャッター４０を第１位置Ｐ１（閉位置）に到達させる。他方、所定の期間が経過するまでに、交換アーム６０の回転角が退避角度αに達しなかった場合、制御装置８は、アラームを発出する。
（第２の実施形態）
図１乃至図１６を参照して、第２の実施形態における工作機械１００について説明する。図１６は、第２の実施形態における工作機械１００を模式的に示す概略斜視図である。
第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。他方、第２の実施形態では、第１の実施形態で説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。したがって、第２の実施形態において、明示的に説明をしなかったとしても、第１の実施形態において説明済みの事項を第２の実施形態に適用できることは言うまでもない。
第２の実施形態において、工作機械１００は、（１）ワークＷを支持するワーク支持装置１１０と、（２）工具Ｃを取り付け可能な加工ヘッド２と、（３）加工ヘッド２をワーク支持装置１１０に対して相対移動させる第１駆動装置１２０と、（４）工具Ｃを保持可能な工具保持部材３０と、（５）工具Ｃを保管するマガジン３と、（６）加工ヘッド２が配置される第１室ＳＰ１と、工具保持部材３０が配置される第２室ＳＰ２との間に配置され、開口部ＯＰを有する仕切壁４９と、（７）工具交換装置１と、を具備する。
加工ヘッド２、工具保持部材３０、マガジン３、仕切壁４９、工具交換装置１（制御装置８による第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０等の制御動作を含む）については、第１の実施形態において説明済みであるため、これらの構成（制御装置８による第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０等の制御動作を含む）についての繰り返しとなる説明は省略する。
ワーク支持装置１１０は、加工対象物であるワークＷを支持する。ワーク支持装置１１０は、ワークＷが固定されるテーブルを含んでいてもよい。
第１駆動装置１２０は、加工ヘッド２をワーク支持装置１１０に対して相対移動させる。第１駆動装置１２０は、加工ヘッド２を、３次元的に移動させる装置であってもよい。換言すれば、第１駆動装置１２０は、加工ヘッド２をＸ軸に沿う方向に移動させることができ、加工ヘッド２をＹ軸に沿う方向に移動させることができ、加工ヘッド２をＺ軸に沿う方向に移動させることができてもよい。図１６に記載の例では、Ｙ軸は、鉛直方向に平行な方向であり、Ｚ軸は、水平方向に平行な方向であり、Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸の両方に垂直な方向である。
加工ヘッド２は、工具Ｃを回転軸ＡＸまわりに回転させる第２駆動装置１３０を備えていてもよい。
図１６に記載の例では、工作機械１００は、第１駆動装置１２０、および／または、第２駆動装置１３０を制御する工作機械制御装置１４０を備える。第１サーボモータ５０および第２サーボモータ７０を制御する制御装置８は、工作機械制御装置１４０に含まれていてもよい。換言すれば、工作機械制御装置１４０は、工具交換装置１の制御装置８を構成してもよい。代替的に、上述の制御装置８は、工作機械制御装置１４０とは独立して設けられてもよい。この場合、制御装置８と、工作機械制御装置１４０とは、互いに信号伝達可能に接続され、制御装置８および工作機械制御装置１４０が協働して、工作機械１００の各構成要素を制御するように構成されることが好ましい。
付加的に、工作機械制御装置１４０は、ワーク支持装置１１０の動作、工具保持部材３０の動作、マガジン３の動作等を制御してもよい。
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
本発明は上記各実施形態または各変形例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態または各変形例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態または各変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態または他の変形例にも適用可能である。さらに、各実施形態または各変形例における任意付加的な構成は、適宜省略可能である。
１ ：工具交換装置
２ ：加工ヘッド
３ ：マガジン
８ ：制御装置
３０ ：工具保持部材
３３ ：工具ホルダー
４０ ：シャッター
４０ｅ ：端縁
４９ ：仕切壁
５０ ：第１サーボモータ
５１ ：第１エンコーダ
５９ ：機械的機構
６０ ：交換アーム
６１ ：第１アーム
６１ａ ：第１把持部
６２ ：第２アーム
６２ａ ：第２把持部
６５ ：交換アーム支持装置
７０ ：第２サーボモータ
７１ ：第２エンコーダ
７５ ：変換機構
７６ ：駆動装置
１００ ：工作機械
１１０ ：ワーク支持装置
１２０ ：第１駆動装置
１３０ ：第２駆動装置
１４０ ：工作機械制御装置
Ｃ ：工具
Ｃ１ ：第１工具
Ｃ２ ：第２工具
ＯＰ ：開口部
ＳＰ１ ：第１室
ＳＰ２ ：第２室
Ｗ ：ワーク

Claims (7)

  1. 工具を取り付け可能な加工ヘッドと工具を保持可能な工具保持部材との間の開口部を閉鎖可能なシャッターと、
    前記シャッターを駆動する第１サーボモータと、
    前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、
    前記交換アームを、回転駆動する第２サーボモータと、
    前記第１サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第１信号を受信し、前記第２サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第２信号を受信し、かつ、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータを制御する制御装置と
    を具備し、
    前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第１位置と、前記開口部を開放する第２位置との間で移動可能であり、
    前記交換アームは、第１軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第１位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能であり、
    前記制御装置は、
    前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第１サーボモータに制御信号を送信して、前記第１サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、
    前記第１信号および前記第２信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第３位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、
    前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する
    工具交換装置。
  2. 前記交換アームが所定の前記退避角度に達した状態が、前記交換アームの全体が前記開口部よりも前記工具保持部材側に退避した状態となるように、所定の前記退避角度が設定されている
    請求項１に記載の工具交換装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記シャッターの開動作時に、前記第１信号に基づいて、前記シャッターが、前記第１位置と前記第２位置との間の所定の第４位置を通過するタイミングを特定し、
    前記タイミングで、前記第２サーボモータに制御信号を送信して、前記待機位置から工具受取位置への前記交換アームの移動を開始させる
    請求項１または２に記載の工具交換装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記シャッター停止処理の実行中に、前記第２信号に基づいて、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しているか否かを判定し、
    前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達している場合、前記シャッターが停止する前に前記シャッター停止処理を中止して、前記シャッターを前記第１位置に移動させる動作を再開させる
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の工具交換装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記シャッター停止処理が完了して前記シャッターが停止した後に、前記第２信号に基づいて、前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しているか否かを判定し、
    前記シャッター停止処理の完了後において、所定の期間が経過するまでに前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達している場合、前記シャッターを前記第１位置に移動させる動作を再開させ、前記シャッター停止処理の完了後において、前記所定の期間が経過するまでに前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達しなかった場合、アラームを発出する
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工具交換装置。
  6. ワークを支持するワーク支持装置と、
    工具を取り付け可能な加工ヘッドと、
    前記加工ヘッドを前記ワーク支持装置に対して相対移動させる第１駆動装置と、
    工具を保持可能な工具保持部材と、
    工具を保管するマガジンと、
    前記加工ヘッドが配置される第１室と、前記工具保持部材が配置される第２室との間に配置され、開口部を有する仕切壁と、
    工具交換装置と
    を具備し、
    前記工具交換装置は、
    前記開口部を閉鎖可能なシャッターと、
    前記シャッターを駆動する第１サーボモータと、
    前記加工ヘッドと前記工具保持部材との間で工具を交換する交換アームと、
    前記交換アームを、回転駆動する第２サーボモータと、
    前記第１サーボモータから、前記シャッターの位置を示す第１信号を受信し、前記第２サーボモータから、前記交換アームの回転角を示す第２信号を受信し、かつ、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータを制御する制御装置と
    を備え、
    前記シャッターは、前記開口部を閉鎖する第１位置と、前記開口部を開放する第２位置との間で移動可能であり、
    前記交換アームは、第１軸まわりに回転して、前記加工ヘッドに工具を取り付ける工具取付位置から、前記第１位置にある前記シャッターと干渉しない待機位置に移動可能であり、
    前記制御装置は、
    前記工具取付位置から前記待機位置への前記交換アームの回転移動が完了する前に、前記第１サーボモータに制御信号を送信して、前記第１サーボモータに前記シャッターの閉動作を開始させ、
    前記第１信号および前記第２信号に基づいて、閉動作中の前記シャッターが所定の第３位置に達したときに、前記交換アームの回転角が所定の退避角度に達しているか否かを判定し、
    前記交換アームの回転角が所定の前記退避角度に達していないと判定した場合に、前記交換アームに干渉しない位置で前記シャッターを停止させるシャッター停止処理を実行する
    工作機械。
  7. 前記退避角度は、前記工具取付位置から前記待機位置に向かう前記交換アームが前記待機位置に到達して回転移動を完了する前の角度位置に設定されている
    請求項２に記載の工具交換装置。
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