JP7338976B2 - 工具搬送装置、工作システムおよび工具搬送方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に工具の着脱を行う工具搬送装置、工作システムおよび工具搬送方法に関する。

下記に示す特許文献１に記載されているような旋回式の工具マガジンであるタレットを備えた工作機械においては、工具に作用する遠心力を考慮し、工具の質量に応じて工具マガジンの旋回速度を決定することが記載されている。

特開２００５－２０５５０３号公報

上記のように、旋回式の工具マガジンを有した工作機械においては、工具マガジンの旋回速度といった工作機械の動作が工具マガジンに装着されている工具の質量、特に最大重量の制約を受けるので、生産性の向上の阻害要因になっていた。

そこで、本発明は、工作機械の生産性を向上させることができる工具搬送装置、工作システムおよび工具搬送方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、工具搬送装置であって、工作機械の旋回式の工具マガジンに対して工具の着脱を行う工具搬送装置であって、前記工具を把持する多関節アームを有するロボットと、前記工作機械が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、前記特定工具を前記工具マガジンに取り付けるように前記ロボットを制御する第１の制御を行い、前記第１の制御の後であって前記工作機械が前記特定工具を用いた加工を終了した後に、前記特定工具を前記工具マガジンから取り外すように前記ロボットを制御する第２の制御を行うロボット制御部と、を備える。

本発明の第２の態様は、工作システムであって、工具搬送装置と、前記工作機械と、を備える。

本発明の第３の態様は、工作機械の旋回式の工具マガジンに対して工具の着脱を行う、前記工具を把持する多関節アームを有するロボットを備える工具搬送装置の工具搬送方法であって、前記工作機械が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、前記特定工具を前記工具マガジンに取り付けるように前記ロボットを制御する工具取り付けステップと、前記工具取り付けステップの後において前記工作機械が前記特定工具を用いた加工を終了した後に、前記特定工具を前記工具マガジンから取り外すように前記ロボットを制御する工具取り外しステップと、を有し、一つの加工プログラムが前記工作機械により実行される間に、前記工具取り付けステップと前記工具取り外しステップとの両方が行われる。

本発明によれば、工作機械の生産性を向上させることができる。

実施の形態にかかる工作システムの外観構成図である。 工作機械の側面図である。 記憶部が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量との対応関係を示す図である。 加工プログラムに従って最大工具重量および動作モードが変化する様子を説明する図である。 工具着脱コードの指令内容を説明する図である。 工具交換コードによる工作システムの制御を説明するフローチャートである。 工具着脱コードによる工作システムの制御を説明するフローチャートである。 変形例１にかかる加工プログラムの構成を示す図である。 変形例１にかかる工具マガジンを示す図である。 変形例１にかかる工具ストッカを示す図である。

本発明に係る工具搬送装置、工作システムおよび工具搬送方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［実施の形態］
図１は、実施の形態にかかる工作システム１０の外観構成図である。工作システム１０は、工作機械１２と、工具搬送装置１４と、工具ストッカ１６とを備える。工作機械１２は、工作機械本体２０と、工作機械本体２０を制御する制御装置２２とを備える。図２は、工作機械１２の側面図である。図２では、加工対象物２８から下の構成は省いて示してある。

工作機械本体２０は、主軸３０と、Ｚ方向に平行な回転軸（Ｚ軸）を中心に主軸３０を回転駆動する主軸頭３２と、台座３３から上方（＋Ｚ方向）に立設し、主軸頭３２のＺ軸方向（上下方向）への移動を案内するコラム３４とを備える。なお、－Ｚ方向を重力が働く方向とする。なお、加工対象物２８を支持するテーブル４６は、主軸頭３２の下方（－Ｚ方向）に設けられている。テーブル４６を、Ｘ方向およびＹ方向に移動させるための移動機構の図示は省略する。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交している。

主軸頭３２の上部には、主軸３０を回転させるための主軸モータ３６が設けられている。工具４０は、主軸３０に着脱可能である。工具４０は、主軸３０に装着されると主軸３０と一緒に回転する。工作機械本体２０は、主軸３０に取り付けられる工具４０を自動で交換するための自動工具交換装置４８を備える。自動工具交換装置４８は、旋回式の工具マガジン５０および工具マガジン５０を旋回させるための旋回モータ５０ａを有する。

工具マガジン５０は、周方向に沿って設けられた複数のグリップ５４を有する。グリップ５４の各々は、工具を着脱可能に保持する。複数のグリップ５４の各々はマガジン番号が付与されて識別される。図１の工具マガジン５０にはマガジン番号が１から８まで付与されている。

工具マガジン５０は、コラム３４から＋Ｙ方向に延びた一対の支持部材５６によって支持されている。工具マガジン５０は、一対の支持部材５６の先端部に設けられた揺動軸（回動軸）６０によって揺動可能（回動可能）に支持されている。この一対の支持部材５６の間に主軸頭３２および主軸モータ３６が設けられている。

主軸頭３２の側面には、カム６２が設けられており、工具マガジン５０には、カム６２と接触するカムフォロア６４が設けられている。コラム３４には主軸頭３２を軸方向に移動させる軸送りモータ３４ａが設けられている。軸送りモータ３４ａが駆動して主軸頭３２がコラム３４に対して軸方向（Ｚ方向）に移動することで、カムフォロア６４がカム６２の形状に沿ってカム６２上を移動する。これにより、工具マガジン５０が揺動軸６０を中心に揺動（回動）する。カム６２とカムフォロア６４によって工具マガジン５０を揺動させる揺動機構が構成される。

制御装置２２は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを有し、メモリに記憶されたプログラムを実行することで、本実施の形態の制御装置２２として機能する。制御装置２２は、モータ制御部２４、通信部２６、加工プログラム等を記憶する記憶部２７および後述する動作モードを設定する動作モード設定部２４ａを有する。モータ制御部２４は、旋回モータ５０ａを制御することで、工具マガジン５０を回転軸５２回りに回転させ、軸送りモータ３４ａを制御することで、主軸頭３２をＺ方向に移動させる。

工具ストッカ１６は、複数の工具４０を収納することができる。ここでは、工具ストッカ１６が各工具４０を収納する場所にストッカ番号を付与して識別する。図１の工具ストッカ１６にはストッカ番号が１から２０まで付与されている。

工具搬送装置１４は、工具を把持する多関節アームを有するロボット７０と、ロボット制御装置７２とを備えて、工具マガジン５０に対して工具着脱動作、すなわち工具４０の取り付け動作および取り外し動作を行う。ロボット７０は、工具マガジン５０に対する工具４０の着脱に加えて、工具ストッカ１６に収納されている工具４０の取り出しおよび工具４０の工具ストッカ１６への収納も実行することができる。ロボット制御装置７２は、ロボット７０を制御するロボット制御部７４と、工作機械１２の制御装置２２の通信部２６と通信する通信部７６と、を備える。

工作機械１２は、記憶部２７に記憶されている加工プログラムに基づいて、モータ制御部２４が工作機械本体２０（軸送りモータ３４ａおよび旋回モータ５０ａを含む）を制御することにより、加工対象物２８を３次元に加工する等の所定の動作を行う。このとき、軸送りモータ３４ａおよび旋回モータ５０ａは、動作モード設定部２４ａが設定する動作モードに応じた軸送り速度および旋回速度といったパラメータで動作する。工具マガジン５０に取り付けられている工具４０のうち最も重量が大きい工具４０の重量を最大工具重量と呼ぶ。動作モードは、最大工具重量に対応している。

一例として、以下の説明では、最大工具重量が、２ｋｇ、３ｋｇおよび４ｋｇのいずれかであるとし、これらの最大工具重量に対応する動作モードは、高速モード、中速モードおよび低速モードのいずれかであるとする。そして、高速モードは最大工具重量＝２ｋｇに対応し、中速モードは最大工具重量＝３ｋｇに対応し、低速モードは最大工具重量＝４ｋｇに対応する。ただし、最大工具重量および動作モードの種類および数はこれらに限定されるわけではない。最大工具重量が変化するとそれに応じて動作モードも切り替えられる。このように最大工具重量および動作モードはそれぞれ変化するので、記憶部２７は、現在の最大工具重量および現在の動作モードをそれぞれ記憶している。

記憶部２７は、各動作モードに応じた旋回パラメータも記憶している。旋回パラメータは旋回速度、旋回加速度またはその両方である。ここで、動作モードに対応する最大工具重量が小さい程、当該動作モードに応じた旋回パラメータの値は大きく、すなわち、旋回速度または旋回加速度は速い値となるように記憶されている。したがって、モータ制御部２４は、現在の動作モードに応じた旋回パラメータを記憶部２７から取得することで、最大工具重量に応じた旋回速度または旋回加速度で工具マガジン５０が旋回するように旋回モータ５０ａを制御することができる。すなわち、モータ制御部２４は、最大工具重量が小さい程、旋回速度または旋回加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように旋回モータ５０ａを制御できる。

また、記憶部２７は、各動作モードに応じた軸送りパラメータも記憶している。軸送りパラメータは軸送り速度、軸送り加速度またはその両方である。動作モードに対応する最大工具重量が小さい程、当該動作モードに応じた軸送りパラメータの値は大きく、すなわち、軸送り速度または軸送り加速度は速い値となるように記憶されている。したがって、モータ制御部２４は、現在の動作モードに応じた軸送りパラメータを記憶部２７から取得することで、最大工具重量に応じた軸送り速度または軸送り加速度で主軸頭３２が移動するように軸送りモータ３４ａを制御することができる。すなわち、モータ制御部２４は、最大工具重量が小さい程、軸送り速度または軸送り加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように軸送りモータ３４ａを制御できる。

さらに、記憶部２７は、工具マガジン５０の各マガジン番号のグリップ５４に装着されている工具４０の種類および重量と、工具ストッカ１６の各ストッカ番号の場所に収納されている工具の種類および重量とをさらに記憶している。図３は、記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量の対応関係を示す図である。図３は、ある時点で記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量との対応関係を示している。したがって、工具搬送装置１４によって工具４０が工具マガジン５０と工具ストッカ１６との間で移動させられた場合は、記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量の対応関係は更新される。本実施の形態においては、予め所定重量を決定しておき、所定重量以上である工具４０を特定工具と呼ぶ。ここでは、一例として所定重量を３ｋｇとしておく。したがって、３ｋｇおよび４ｋｇの工具４０は特定工具になる。

本実施の形態にかかる工作システム１０においては、特定工具を用いた加工を工作機械１２において実行する前に、工具搬送装置１４に当該特定工具を工具マガジン５０に取り付けさせ、特定工具を用いた加工を工作機械１２が実行した後に、工具搬送装置１４に当該特定工具を工具マガジン５０から取り外させる。

工具搬送装置１４による特定工具の取り付け動作の開始は、ロボット７０が工具ストッカ１６に収納されている特定工具を掴むために動き出すことである。特定工具の取り付け動作の完了とは、ロボット７０が特定工具を工具マガジン５０に取り付けてから退避位置まで移動したことである。

工具搬送装置１４の通信部７６は、特定工具の取り付け動作の開始から完了まで工具着脱信号をＯＮにして、工具着脱信号を工作機械１２の通信部２６に送信し続ける。そして、特定工具の取り付け動作が完了すると工具着脱信号をＯＦＦにして、工具着脱信号の通信部２６への送信を停止する。これにより、通信部７６は、特定工具の取り付け動作が完了したことを通信部２６に通知する。なお、通信部７６は、特定工具の取り付け動作が完了したこと、別途完了信号を送信することにより通信部２６に通知してもよい。

工具搬送装置１４による特定工具の取り外し動作の開始は、ロボット７０が工具マガジン５０に取り付けられている特定工具を掴むために動き出すことである。特定工具の取り外し動作の完了とは、ロボット７０が特定工具を工具マガジン５０から取り外して工具ストッカ１６に収納してから退避位置まで移動したことである。

工具搬送装置１４の通信部７６は、特定工具の取り外し動作の開始から完了まで工具着脱信号をＯＮにして、工具着脱信号を工作機械１２の通信部２６に送信し続ける。そして、特定工具の取り外し動作が完了すると工具着脱信号をＯＦＦにして、工具着脱信号の通信部２６への送信を停止する。これにより、通信部７６は、特定工具の取り外し動作が完了したことを通信部２６に通知する。なお、通信部７６は、別途完了信号を送信することにより、特定工具の取り外し動作が完了したことを通信部２６に通知してもよい。

ロボット制御部７４は、工作機械１２が特定工具を用いて加工を行う前に、特定工具の取り付け動作を実行する。すなわち、特定工具を工具マガジン５０に取り付けるようにロボット７０を制御する。さらに、ロボット制御部７４は、工作機械１２が特定工具を用いた加工を終了した後に、特定工具の取り外し動作を実行する。すなわち、特定工具を工具マガジン５０から取り外すようにロボット７０を制御する。ロボット制御装置７２の通信部７６は、ロボット７０による特定工具の取り付け動作および取り外し動作が完了した場合は、完了したことを制御装置２２の通信部２６に上述したように通知する。

制御装置２２（モータ制御部２４）は、加工プログラムに従って工作機械本体２０を制御することにより、主軸３０に装着する工具４０の工具交換および加工対象物２８に対する加工を実行させる。さらに、本実施の形態においては、制御装置２２（通信部２６）が加工プログラムに基づいて工具搬送装置１４に指令を送ることにより、工具搬送装置１４による工具マガジン５０への工具着脱動作が実行される。図４は、加工プログラム８０に従って最大工具重量および動作モードが変化する様子を説明する図である。

図４の加工プログラム８０に記載されている「Ｍ６Ｔ１」～「Ｍ６Ｔ４」は、主軸３０に装着する工具４０の工具交換を指令する工具交換コードである。「Ｔ１」～「Ｔ４」は、それぞれ工具マガジン５０のマガジン番号１の工具４０～マガジン番号４の工具４０を示している。したがって、「Ｍ６Ｔ１」は、主軸３０に装着する工具４０を工具マガジン５０のマガジン番号１の工具に交換することを指令している。

図４の加工プログラム８０に記載されている「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」は、工具搬送装置１４による工具マガジン５０への工具着脱動作を指令する工具着脱コードである。「Ｄ２」は、工具マガジン５０のマガジン番号２を示し、「Ｅ１」は、工具ストッカ１６のストッカ番号１を示している。したがって、「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」は、工具マガジン５０のマガジン番号２と工具ストッカ１６のストッカ番号１との間で工具を移動させるために、工具搬送装置１４による工具マガジン５０への工具を着脱させることを指令している。図５は、工具着脱コードの指令内容を説明する図である。図５の破線矢印が工具着脱コード「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」の指示内容を示している。

本実施の形態においては、モータ制御部２４は、記憶部２７に記憶されている図３に示される工具４０の配置状況に基づいて、加工プログラム８０に記載されている工具着脱コード「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」が特定工具の取り付け動作または取り外し動作のいずれを意味しているのかを判断することができる。したがって、後述する工具着脱指令を通信部２６から通信部７６に通知させる場合に、特定工具の取り付け動作または取り外し動作のいずれを意味しているかの情報も付加して通知させることができる。

したがって、加工プログラム８０の１番目に記載されている「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」は、工具ストッカ１６のストッカ番号１に収納されている工具４０を、工具マガジン５０のマガジン番号２に取り付けることを指令している。これに対して、加工プログラム８０の２番目に記載されている「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」は、工具マガジン５０のマガジン番号２に取り付けられている工具を取り外して、工具ストッカ１６のストッカ番号１に収納させることを指令している。図３は、加工プログラム８０の１番目に記載されている「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」が実行される前に、記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量との対応関係を示している。したがって、この時点では工具マガジン５０のマガジン番号２にまだ工具４０が取り付けられていないので、図３の該当する欄は「無し」になっている。

以下、図４の加工プログラム８０の処理の順に、図６および図７のフローチャートをさらに用いて、本実施の形態における工作システム１０の動作を説明する。図６は、工具交換コードによる工作システム１０の制御を説明するフローチャートである。図７は、工具着脱コードによる工作システム１０の制御を説明するフローチャートである。図６は、工作機械１２の制御が記載され、図７は、工作機械１２の制御および工具搬送装置１４の制御が記載されている。

まず、図４の加工プログラム８０の最初に工具交換コード「Ｍ６Ｔ１」が記載されているので（図６、ステップＳ１０）、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、最大工具重量が動作モードに対応する最大工具重量より小さいか否かをモータ制御部２４が判定する。図４の加工プログラム８０の実行開始時の最大工具重量は２ｋｇで、そのときの動作モードに対応する最大工具重量も２ｋｇ（高速モード）であり、両者は同じ重量になっている。したがって、ステップＳ１１で、最大工具重量は動作モードに対応する最大工具重量より小さくないので（ステップＳ１１、ＮＯ）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、通信部２６が工具着脱信号を受信しているか否かがモータ制御部２４により判定される。この時点で工具搬送装置１４は工具着脱動作を開始していないので、工具着脱信号を通信部２６は受け取っておらず（ステップＳ１５、ＮＯ）、工作機械本体２０による工具交換動作が実行される（ステップＳ１６）。すなわち、工具交換コード「Ｍ６Ｔ１」に従って、工具マガジン５０のマガジン番号１の２ｋｇの工具４０が主軸３０に装着される。

図４の加工プログラム８０の「Ｍ６Ｔ１」の次の行には、１番目の工具着脱コード「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」が記載されている（図７、ステップＳ２０）。このコードを解釈したモータ制御部２４は、通信部２６に工具着脱指令を通信部７６へ通知させる（ステップＳ２１）。このときの工具着脱指令は特定工具の取り付け動作の指令である。そして、モータ制御部２４は、工具マガジン５０への工具４０の着脱後に最大工具重量が現在の最大工具重量より大きくなるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここでは、図５のストッカ番号１の欄からマガジン番号２の欄に向かう破線矢印が示すように、工具ストッカ１６の３ｋｇの特定工具が工具マガジン５０へ取り付けられることになり最大工具重量が２ｋｇから３ｋｇに変化することになる。このように、最大工具重量が大きくなる場合は（ステップＳ２２、ＹＥＳ）、工作機械本体２０は軸動作を停止し（ステップＳ２３）、動作モード設定部２４ａは記憶部２７に記憶されている動作モードを最大工具重量＝２ｋｇに対応する高速モードから最大工具重量＝３ｋｇに対応する中速モードに変更する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４は、図４のＡに対応している。

ステップＳ２４の後は、工作機械本体２０による軸動作が再開される（ステップＳ２５）。そして、工具交換コード「Ｍ６Ｔ１」によって主軸３０に既に装着されている２ｋｇの工具４０を用いて、図４の「Ｔ１の工具を用いた加工用コード」に従った加工が実行される。このとき、ロボット制御部７４は、遅くとも工作機械１２が特定工具の１つ前に加工に使用する主軸３０に装着された２ｋｇの工具４０を用いた上記加工が終了するまでに、３ｋｇの特定工具を工具マガジン５０に取り付けるようにロボット７０を制御する。そして、通信部７６からの工具着脱信号の通信部２６による受信が停止されたか否かの判定（ステップＳ２６）が、工具着脱信号が通信部２６に受信されなくなるまでモータ制御部２４によって繰り替えされる。工具着脱信号が通信部２６に受信されなくなるのは、工具搬送装置１４による工具着脱動作が完了して、通信部７６が通信部２６への工具着脱信号の送信を停止した場合である。そして、工具着脱信号が通信部２６に受信されなくなると（ステップＳ２６、ＹＥＳ）、モータ制御部２４は上記の工具着脱動作による最大工具重量の変化の有無を判定する（ステップＳ２７）。上述したように工具搬送装置１４が工具マガジン５０に３ｋｇの工具４０を取り付けたので、最大工具重量が２ｋｇから３ｋｇに変化する（ステップＳ２７、ＹＥＳ）。したがって、モータ制御部２４は記憶部２７に記憶されている最大工具重量を２ｋｇから３ｋｇに更新して（ステップＳ２８）、次の処理（ステップＳ２９）に進む。ステップＳ２８は、図４のＢに対応している。なお、ステップＳ２８において、モータ制御部２４は、記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量の対応関係も、図３においてマガジン番号２の欄を「３ｋｇ」、ストッカ番号１の欄を「無し」とするように更新する。

その後、加工プログラム８０の工具交換コード「Ｍ６Ｔ２」では、最初の工具交換コード「Ｍ６Ｔ１」と同様に動作モードは変化せず、工具マガジン５０のマガジン番号２の３ｋｇの特定工具が主軸３０に装着される。そして、加工プログラム８０の「Ｔ２の工具を用いた加工用コード」に従った特定工具を用いた加工が実行される。

その後、加工プログラム８０の工具交換コード「Ｍ６Ｔ３」でも、動作モードは変化しない。そして、工具マガジン５０のマガジン番号３の２ｋｇの工具４０が主軸３０に装着される。すなわち、主軸３０に特定工具の１つ後に加工に使用される２ｋｇの工具４０が装着される。加工プログラム８０の工具交換コード「Ｍ６Ｔ３」の次の行には、２番目の工具着脱コード「Ｍ１００Ｄ２Ｅ１」が記載されている（図７、ステップＳ２０）。このコードを解釈したモータ制御部２４は、通信部２６に工具着脱指令を通信部７６へ通知させる（ステップＳ２１）。このときの工具着脱指令は特定工具の取り外し動作の指令である。そして、すでに、主軸３０に特定工具の１つ後に加工に使用される２ｋｇの工具４０が装着されているので、ロボット制御部７４は、早くても上記２ｋｇの工具４０が主軸３０に装着された後に、特定工具を工具マガジン５０から取り外すようにロボット７０を制御する。さらに、モータ制御部２４は、工具マガジン５０への工具４０の着脱後に最大工具重量が大きくなるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここでは、工具マガジン５０から特定工具が取り外されるので、最大工具重量が３ｋｇから２ｋｇに変化することになる。このように、最大工具重量が大きくならない場合は（ステップＳ２２、ＮＯ）、図４のＣに示されるように動作モードは変更されずに、ステップＳ２６に進んで、工具着脱信号が受信されなくなるまでステップＳ２６がモータ制御部２４によって繰り替えされる。

そして、通信部７６からの工具着脱信号が通信部２６に受信されなくなるとモータ制御部２４が判定すると（ステップＳ２６、ＹＥＳ）、モータ制御部２４は上記の工具着脱による最大工具重量の変化の有無を判定する（ステップＳ２７）。上述したように工具マガジン５０から特定工具が取り外されたので、最大工具重量が３ｋｇから２ｋｇに変化している（ステップＳ２７、ＹＥＳ）。したがって、モータ制御部２４は記憶部２７に記憶されている最大工具重量を３ｋｇから２ｋｇに更新して（ステップＳ２８）、次の処理（ステップＳ２９）に進む。ここでのステップＳ２８は、図４のＤに対応している。ロボット制御部７４が、特定工具を工具マガジン５０から取り外すようにロボット７０を制御している間に、工具交換コード「Ｍ６Ｔ３」によって主軸３０に装着された２ｋｇの工具４０を用いて、図４の「Ｔ３の工具を用いた加工用コード」に従った加工が実行される。なお、ステップＳ２８において、モータ制御部２４は、記憶部２７が記憶している各マガジン番号および各ストッカ番号と工具の重量の対応関係を更新して、図３の状態に戻す。

ここで、ステップＳ２１において工作機械１２の通信部２６から工具搬送装置１４の通信部７６に工具着脱指令が通知されたときの工具搬送装置１４の制御を説明する。まず、ロボット制御部７４は、常に、工具着脱指令の有無を判定している（ステップＳ３０）。ステップＳ２１において通信部７６が工具着脱指令を受け取ると（ステップＳ３０、ＹＥＳ）、ロボット制御部７４は、上記指令に基づいて、工具着脱動作を開始する（ステップＳ３１）。すなわち、ロボット制御部７４は、ロボットによる特定工具の工具マガジン５０への取り付けまたは取り外しの制御を実行する。上述したように、工作機械１２の通信部２６からの工具着脱指令は、特定工具を工具マガジン５０に取り付けるようにロボット７０を制御する工具取り付け動作（ステップＳ３１）の指令、または、特定工具を工具マガジン５０から取り外すようにロボット７０を制御する工具取り外し動作（ステップＳ３１）の指令のいずれかである。ここでは、加工プログラム８０に記載される工具着脱コードが上記２つのいずれを指令しているかは、モータ制御部２４が判断するとして説明した。

しかし、図３の工具４０の配置状況についての情報を記憶部２７が記憶してなくても、モータ制御部２４が工具着脱コードの加工プログラム８０における記載の順番に従って判断して、上記２つのいずれの指令であるかを通信部２６から通信部７６に伝えるようにしてもよい。または、加工プログラム８０に記載される工具着脱コードに上記２つのいずれの指令であるか明記しておいてもよい。また、ロボット制御装置７２の記憶部（図示せず）が図３の工具４０の配置状況を記憶していて、通信部７６が工具着脱指令を受信したときに上記２つのいずれを指令しているかを判断するようにしてもよい。また、単に、通信部７６が受信した工具着脱指令の順番でロボット制御部７４が上記２つのいずれを指令しているかを判断するようにしてもよい。

工具着脱動作の開始と共に、通信部７６は、工具着脱信号をＯＮにして、工具着脱信号を通信部２６に送信する。工具着脱動作の最中も、ロボット制御部７４は、工具着脱指令があるか、すなわち新たに送られてきているか否かを判定している（ステップＳ３２）。工具搬送装置１４による工具着脱動作の最中に新たな工具着脱指令を通信部７６が受信した場合は（ステップＳ３２、ＹＥＳ）、当該指令をロボット制御装置７２の記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ３３）。新たな工具着脱指令を通信部７６が受信しない場合（ステップＳ３２、ＮＯ）およびステップＳ３３の後は、ロボット制御部７４は、工具着脱動作の完了の判定（ステップＳ３４）を行う。ロボット制御部７４の制御によるロボット７０の工具着脱動作が完了したとロボット制御部７４が判定すると（ステップＳ３４、ＹＥＳ）、ロボット制御部７４は工具着脱信号をＯＦＦにして通信部７６に通信部２６への工具着脱信号の送信を停止させる等して、ロボット７０による特定工具の取り付け動作および取り外し動作が完了したことを工作機械１２に通知する（ステップＳ３５）。なお、ステップＳ３５において通信部７６が通信部２６への工具着脱信号の送信を停止する工具着脱の完了の通知に基づいて、工作機械１２の制御はステップＳ２６からステップＳ２７に進むことになる。

図４の加工プログラム８０に戻ると、工具交換コード「Ｍ６Ｔ４」が記載されているので（図６、ステップＳ１０）、ステップＳ１１に進む。この時点で、最大工具重量は２ｋｇで、動作モードが対応する最大工具重量は３ｋｇ（中速モード）になっている。すなわち、ステップＳ１１で、最大工具重量は動作モードに対応する最大工具重量より小さいとモータ制御部２４が判定するので（ステップＳ１１、ＹＥＳ）、工作機械本体２０は軸動作を停止する（ステップＳ１２）。そして、動作モード設定部２４ａは記憶部２７に記憶されている動作モードを最大工具重量＝３ｋｇに対応する中速モードから最大工具重量＝２ｋｇに対応する高速モードに変更する（ステップＳ１３）。ここでの、ステップＳ１３は、図４のＥに対応している。

ステップＳ１３の後は、工作機械本体２０による軸動作が再開され（ステップＳ１４）、ステップＳ１５に進む。工具着脱動作は既に完了しているので、工具着脱信号を通信部２６は受け取っていないとモータ制御部２４が判定し（ステップＳ１５、ＮＯ）、工作機械本体２０による工具交換動作が実行される（ステップＳ１６）。すなわち、工具マガジン５０のマガジン番号４の２ｋｇの工具４０が主軸３０に装着される。そして、工具交換コード「Ｍ６Ｔ４」によって主軸３０に既に装着されている２ｋｇの工具４０を用いて、図４の「Ｔ４の工具を用いた加工用コード」に従った加工が実行される。

以上で、加工プログラム８０の実行は終了である。しかし、上記のステップＳ１５において、加工プログラム８０の図４には記載されていないがこの後に記載される工具着脱コードにより、工具搬送装置１４が工具着脱動作を開始して、工具着脱信号を通信部２６が受け取ったとモータ制御部２４が判定した場合は（ステップＳ１５、ＹＥＳ）、工作機械本体２０は軸動作を停止し（ステップＳ１７）、モータ制御部２４は、工具着脱信号を通信部２６が受信しなくなる（ステップＳ１８、ＮＯ）のを待つ。工具着脱信号を通信部２６が受信しなくなると（ステップＳ１８、ＮＯ）、工具着脱動作が完了したので、工作機械本体２０は軸動作を再開して（ステップＳ１９）、工作機械本体２０による工具交換動作が実行される（ステップＳ１６）。これにより、工具マガジン５０のマガジン番号４の２ｋｇの工具４０が主軸３０に装着される。すなわち、特定工具の工具着脱動作が完了するのを待って、工具交換動作を行うことが可能となる。このように、ロボット制御装置７２が通信部７６を備えて、特定工具の工具着脱動作が完了した場合に、完了したことを通信部２６に通知することにより、二つの動作による工作機械本体２０とロボット７０との干渉を回避することができる。

以上説明したように、工作機械１２が特定工具を用いた加工を実行する前は、工具マガジン５０には特定工具を取り付けておかない状態を維持しておく。工具搬送装置１４は、工作機械１２が特定工具を用いて加工を行う直前に、特定工具を工具マガジン５０に取り付ける。そして、工具搬送装置１４は、工作機械１２が特定工具を用いた加工を終了した後は、特定工具を工具マガジン５０から直ちに取り外す。これにより、工作機械１２が特定工具を加工に使用しないときには、工具マガジン５０を特定工具を取り外した状態にして、最大工具重量を軽くすることが可能になる。その結果、工具マガジン５０が特定工具を取り外した状態において、工作機械１２の動作モードを高速モードにしておくことが可能となる。

したがって、工具マガジン５０から特定工具を取り外した状態において、モータ制御部２４は、工具マガジン５０の旋回速度または旋回加速度の少なくともいずれか一つを工具マガジン５０に特定工具が取り付けられている状態より速く制御することができる。その結果、工作機械１２の動作速度を速めてサイクルタイムを短縮できるので、生産性を向上させることができる。同様に、工具マガジン５０から特定工具を取り外した状態において、モータ制御部２４は主軸頭３２を軸方向に移動させる軸送り速度または軸送り加速度の少なくともいずれか一つ、さらには工具マガジン５０の揺動速度を工具マガジン５０に特定工具が取り付けられている状態より速く制御することができる。その結果、工作機械１２の動作速度を速めてサイクルタイムを短縮できるので、生産性を向上させることができる。

なお、旋回パラメータには、工具マガジン５０の旋回加加速度または時定数を含めてもよい。この場合は、動作モードに対応する最大工具重量が小さい程、当該動作モードに応じた旋回加加速度は大きな値とし、当該動作モードに応じた時定数は小さな値にすればよい。また、軸送りパラメータは、主軸頭３２の軸送り加加速度または時定数を含めてもよい。この場合は、動作モードに対応する最大工具重量が小さい程、当該動作モードに応じた軸送り加加速度は大きな値とし、当該動作モードに応じた時定数は小さな値にすればよい。

また、上記説明では、記憶部２７は、各動作モードに応じた旋回パラメータおよび軸送りパラメータの両方を記憶しているとして説明したが、いずれか一方のみが各動作モードに応じて定められているようにしてもかまわない。

［変形例］
上記実施の形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）
図８は、変形例１にかかる加工プログラム９０の構成を示す図である。図９は、変形例１にかかる工具マガジン５０を示す図である。図１０は、変形例１にかかる工具ストッカ１６を示す図である。変形例１にかかる加工プログラム９０では、工具交換コード「Ｍ６Ｔ２」の後に、工具着脱コード「Ｍ１００Ｄ１Ｅ１」および「Ｍ１００Ｄ３Ｅ３」が連続している。すなわち、工具マガジン５０のマガジン番号２に取り付けられている２ｋｇの工具４０ｂでの加工中に、工具マガジン５０のマガジン番号１に工具ストッカ１６のストッカ番号１に収納されている３ｋｇの特定工具である工具４０ａを取り付け、さらに工具マガジン５０のマガジン番号３に取り付けられている特定工具である工具４０ｃを取り外して工具ストッカ１６のストッカ番号３に収納する。このように、一つの工具４０ｂでの加工中に工具着脱動作を連続して実行することにより、工作機械１２の生産性をさらに向上させることができる。なお、このように工具着脱コードが連続する場合は、図７のステップＳ３３で説明したように、後の工具着脱コードによる工具着脱指令をロボット制御装置７２の記憶部（図示せず）に記憶させておくことで工具着脱動作を順次処理することが可能となる。

［実施の形態から得られる発明］
上記実施の形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

（第１の発明）
工具搬送装置（１４）は、工作機械（１２）の旋回式の工具マガジン（５０）に対して工具（４０）の着脱を行う。工具搬送装置（１４）は、工具（４０）を把持する多関節アームを有するロボット（７０）と、工作機械（１２）が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、特定工具を工具マガジン（５０）に取り付けるようにロボット（７０）を制御し、工作機械（１２）が特定工具を用いた加工を終了した後に、特定工具を工具マガジン（５０）から取り外すようにロボット（７０）を制御するロボット制御部（７４）と、を備える。

これにより、特定工具を加工に使用しないときには、工具マガジン（５０）から特定工具を取り外した状態にすることができ、工作機械（１２）の動作速度を速めて生産性を向上させることができる。

ロボット制御部（７４）は、遅くとも工作機械（１２）が特定工具の１つ前に加工に使用する工具（４０）を用いた加工が終了するまでに、特定工具を工具マガジン（５０）に取り付けるようにロボット（７０）を制御してもよい。ロボット制御部（７４）は、早くても工作機械（１２）の主軸（３０）に特定工具の１つ後に加工に使用される工具（４０）が装着された後に、特定工具を工具マガジン（５０）から取り外すようにロボット（７０）を制御してもよい。

ロボット制御部（７４）は、工作機械（１２）からの指令に基づいて、ロボット（７０）による特定工具の工具マガジン（５０）への取り付けおよび取り外しの制御を実行してもよい。

工具搬送装置（１４）は、ロボット（７０）による特定工具の取り付け動作および取り外し動作が完了した場合は、完了したことを工作機械（１２）に通知する通信部（７６）を備えてもよい。これにより、工作機械本体（２０）とロボット（７０）との干渉を回避することができる。

（第２の発明）
工作システム（１０）は、上記の工具搬送装置（１４）と、工作機械（１２）と、を備える。

これにより、工作機械（１２）の生産性を向上させることが可能となる。

工作機械（１２）は、工具マガジン（５０）を旋回させるための旋回モータ（５０ａ）と、工具マガジン（５０）に取り付けられている工具（４０）のうち最も重量が大きい工具（４０）の重量である最大工具重量に応じた旋回速度または旋回加速度で工具マガジン（５０）が旋回するように旋回モータ（５０ａ）を制御するモータ制御部（２４）と、を有してもよい。

モータ制御部（２４）は、最大工具重量が小さい程、旋回速度または旋回加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように旋回モータ（５０ａ）を制御してもよい。これにより、工作機械（１２）の動作速度を速めて生産性を向上させることができる。

工作機械（１２）は、主軸（３０）と、主軸（３０）を回転駆動する主軸頭（３２）と、主軸頭（３２）を軸方向に移動させる軸送りモータ（３４ａ）と、主軸頭（３２）が軸方向に沿って移動したときに工具マガジン（５０）を揺動させる揺動機構と、を有してもよい。モータ制御部（２４）は、最大工具重量に応じた軸送り速度または軸送り加速度で主軸頭（３２）が移動するように軸送りモータ（３４ａ）を制御してもよい。

工作機械（１２）は、主軸（３０）と、主軸（３０）を回転駆動する主軸頭（３２）と、主軸頭（３２）を軸方向に移動させる軸送りモータ（３４ａ）と、主軸頭（３２）が軸方向に沿って移動したときに工具マガジン（５０）を揺動させる揺動機構と、工具マガジン（５０）に取り付けられている工具（４０）のうち最も重量が大きい工具（４０）の重量である最大工具重量に応じた軸送り速度または軸送り加速度で主軸頭（３２）が移動するように軸送りモータ（３４ａ）を制御するモータ制御部（２４）と、を有してもよい。

モータ制御部（２４）は、工具（４０）の最大工具重量が小さい程、軸送り速度または軸送り加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように軸送りモータ（３４ａ）を制御してもよい。これにより、工作機械（１２）の動作速度を速めて生産性を向上させることができる。

（第３の発明）
工具搬送方法は、工作機械（１２）の旋回式の工具マガジン（５０）に対して工具（４０）の着脱を行う、工具（４０）を把持する多関節アームを有するロボット（７０）を備える工具搬送装置（１４）の工具搬送方法であって、工作機械（１２）が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、特定工具を工具マガジン（５０）に取り付けるようにロボット（７０）を制御する工具取り付けステップと、工作機械（１２）が特定工具を用いた加工を終了した後に、特定工具を工具マガジン（５０）から取り外すようにロボット（７０）を制御する工具取り外しステップと、を有する。

これにより、特定工具を加工に使用しないときには、工具マガジン（５０）から特定工具を取り外した状態にすることができ、工作機械（１２）の動作速度を速めて生産性を向上させることができる。

工具取り付けステップは、遅くとも工作機械（１２）が特定工具の１つ前に加工に使用する工具（４０）を用いた加工が終了するまでに、特定工具を工具マガジン（５０）に取り付けるようにロボット（７０）を制御してもよい。工具取り外しステップは、早くても工作機械（１２）の主軸（３０）に特定工具の１つ後に加工に使用される工具（４０）が装着された後に、特定工具を工具マガジン（５０）から取り外すようにロボット（７０）を制御してもよい。

工具取り付けステップは、工作機械（１２）からの指令に基づいて、ロボット（７０）による特定工具の工具マガジン（５０）への取り付けの制御を実行してもよい。工具取り外しステップは、工作機械（１２）からの指令に基づいて、ロボット（７０）による特定工具の工具マガジン（５０）からの取り外しの制御を実行してもよい。

１０…工作システム １２…工作機械
１４…工具搬送装置 １６…工具ストッカ
２０…工作機械本体 ２２…制御装置
２４…モータ制御部 ２４ａ…動作モード設定部
２６、７６…通信部 ２８…加工対象物
３０…主軸 ３２…主軸頭
３４…コラム ３４ａ…軸送りモータ
３６…主軸モータ ４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…工具
４６…テーブル ４８…自動工具交換装置
５０…工具マガジン ５０ａ…旋回モータ
５２…回転軸 ５４…グリップ
５６…支持部材 ６０…揺動軸
６２…カム ６４…カムフォロア
７０…ロボット ７２…ロボット制御装置
７４…ロボット制御部 ８０、９０…加工プログラム

Claims (11)

1. 工作機械の旋回式の工具マガジンに対して工具の着脱を行う工具搬送装置であって、
   前記工具を把持する多関節アームを有するロボットと、
   前記工作機械が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、前記特定工具を前記工具マガジンに取り付けるように前記ロボットを制御する第１の制御を行い、前記第１の制御の後であって前記工作機械が前記特定工具を用いた加工を終了した後に、前記特定工具を前記工具マガジンから取り外すように前記ロボットを制御する第２の制御を行うロボット制御部と、
   を備え、
   前記ロボット制御部は、一つの加工プログラムが前記工作機械により実行される間に、前記第１の制御と前記第２の制御との両方を行い、
   前記第１の制御は、前記特定工具を用いた加工の１つ前に前記特定工具以外の前記工具である第１工具を用いて行われる加工が実行される期間内に実行され、
   前記第２の制御は、前記特定工具を用いた加工の１つ後に前記特定工具以外の前記工具である第２工具が前記工作機械の主軸に装着されてから、前記第２工具を用いて行われる加工が終了するまでの期間内に実行される、工具搬送装置。
2. 請求項１に記載の工具搬送装置であって、
   前記ロボット制御部は、前記工作機械からの指令に基づいて、前記ロボットによる前記特定工具の前記工具マガジンへの取り付けおよび取り外しの制御を実行する、工具搬送装置。
3. 請求項１または２に記載の工具搬送装置であって、
   前記ロボットによる前記特定工具の取り付け動作および取り外し動作が完了した場合は、完了したことを前記工作機械に通知する通信部を備える、工具搬送装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の工具搬送装置と、
   前記工作機械と、
   を備える、工作システム。
5. 請求項４に記載の工作システムであって、
   前記工作機械は、
   前記工具マガジンを旋回させるための旋回モータと、
   前記工具マガジンに取り付けられている前記工具のうち最も重量が大きい前記工具の重量である最大工具重量に応じた旋回速度または旋回加速度で前記工具マガジンが旋回するように前記旋回モータを制御するモータ制御部と、
   を有する、工作システム。
6. 請求項５に記載の工作システムであって、
   前記モータ制御部は、前記最大工具重量が小さい程、前記旋回速度または前記旋回加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように前記旋回モータを制御する、工作システム。
7. 請求項５または６に記載の工作システムであって、
   前記工作機械は、
   前記主軸を回転駆動する主軸頭と、
   前記主軸頭を軸方向に移動させる軸送りモータと、
   前記主軸頭が軸方向に沿って移動したときに前記工具マガジンを揺動させる揺動機構と、
   を有し、
   前記モータ制御部は、前記最大工具重量に応じた軸送り速度または軸送り加速度で前記主軸頭が移動するように前記軸送りモータを制御する、工作システム。
8. 請求項４に記載の工作システムであって、
   前記工作機械は、
   前記主軸を回転駆動する主軸頭と、
   前記主軸頭を軸方向に移動させる軸送りモータと、
   前記主軸頭が軸方向に沿って移動したときに前記工具マガジンを揺動させる揺動機構と、
   前記工具マガジンに取り付けられている前記工具のうち最も重量が大きい前記工具の重量である最大工具重量に応じた軸送り速度または軸送り加速度で前記主軸頭が移動するように前記軸送りモータを制御するモータ制御部と、
   を有する、工作システム。
9. 請求項７または８に記載の工作システムであって、
   前記モータ制御部は、前記最大工具重量が小さい程、前記軸送り速度または前記軸送り加速度の少なくともいずれか一つが速くなるように前記軸送りモータを制御する、工作システム。
10. 工作機械の旋回式の工具マガジンに対して工具の着脱を行う、前記工具を把持する多関節アームを有するロボットを備える工具搬送装置の工具搬送方法であって、
    前記工作機械が所定重量以上である特定工具を用いて加工を行う前に、前記特定工具を前記工具マガジンに取り付けるように前記ロボットを制御する工具取り付けステップと、
    前記工具取り付けステップの後において前記工作機械が前記特定工具を用いた加工を終了した後に、前記特定工具を前記工具マガジンから取り外すように前記ロボットを制御する工具取り外しステップと、
    を有し、
    一つの加工プログラムが前記工作機械により実行される間に、前記工具取り付けステップと前記工具取り外しステップとの両方が行われ、
    前記工具取り付けステップは、前記特定工具を用いた加工の１つ前に前記特定工具以外の前記工具である第１工具を用いて行われる加工が実行される期間内に行われ、
    前記工具取り外しステップは、前記特定工具を用いた加工の１つ後に前記特定工具以外の前記工具である第２工具が前記工作機械の主軸に装着されてから、前記第２工具を用いて行われる加工が終了するまでの期間内に実行される、工具搬送方法。
11. 請求項１０に記載の工具搬送方法であって、
    前記工具取り付けステップは、前記工作機械からの指令に基づいて、前記ロボットによる前記特定工具の前記工具マガジンへの取り付けの制御を実行し、
    前記工具取り外しステップは、前記工作機械からの指令に基づいて、前記ロボットによる前記特定工具の前記工具マガジンからの取り外しの制御を実行する、工具搬送方法。

Images