JPH0392235A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 笈亘立亘刀 ［産業上の利用分野］ 本発明１表　工具マガジンに収納された工具を、加工プ
ログラムに従って交換しつつ連続的にワークの加工を実
行する工作機械に関する。

［従来の技術］ 従忠　マシニングセンタ等の工作機械において、加工プ
ログラムに従って、工具マガジンに収納された工具を交
換しつつ連続的にワークの加工左実行するものが知られ
ている。こういった工作機械として１上　例えば特開昭
６３−１２３６４６号公報記載のものがある。この工作
機械１社　工具マガジンと主軸ヘッドとを一体に組み立
て、工具交換時に１上　この主軸ヘッドをコラムに沿っ
て上下に移動し、ワークと工具先端との離間距離を変更
する構成となっている。工具マガジンに（九　寸法形状
の異なるタップ，　ドリル又はリーマ等各種の工具が収
納されており、工具交換タイミングになると、工具マガ
ジンを回転して工具を割り出し、揺動機構と駆動して工
具ポットを揺動し、次工程の工具を現工程の工具と同じ
方向に向かせてから交換アームを駆動して工具交換を実
行してい氏［発明が解決しようとする課題］ しかしながら　従来の装置］表　この工具交換の際１：
，現工程及び次工程の各工具とワーク及びその周辺装置
とが干渉しない様に　主軸ヘッドをコラム最上部の原点
位置へ退避させていた　このため、現工程から次工程へ
の移行に時間を要し、しかもこの動作は直接ワークを加
工している時間ではないことから、加工の効率化が図れ
なかったまた、このこと｛社　主軸ヘッドと工具マガジ
ンとを一体とし、工作機械自体を小型にしても、結局大
きな動きをしないと工具交換が実行できず、工具マガジ
ンを別体としてコラム上部に固定した装置と何等変わり
なかった　このため、小型一体型にしたメリットを十分
に生かせないという問題があった 本発明の工作機械（よ　工具交換を最小限の動作にて実
行可能とし、特に小型一体型の装置においてはそのメリ
ットを十分に引出し得る構成とすることを目的としてい
る。

匙旦公且羞 ［課題を解決するための手段］ 本発明第１請求項記載の工作機械｛上　第１図に例示す
る様に　現工程にて加工に供する工具Ｍ１を保持した主
軸Ｍ２を駆動してワークＷを加工する主軸ヘッドＭ３と
、複数の工具Ｔを収納し、前記現工程工具Ｍ１と交換さ
れる次工程の工具Ｍ４を所定の割り出し位置Ｐ１へ割り
出す工具マガジンＭ５と、該工具マガジンＭ５が前記割
り出し位置Ｐ１へ割り出した次工程工具Ｍ４を前記ワー
クＷへ接近する方向へ移動して工具取り出−し位置Ｐ２
へ準備する次工程工具準備手段Ｍ６と、前記現工程工具
Ｍ１を一端に把持し、前記次工程工具Ｍ４を他端に把持
し、アーム本体を旋回して両工具Ｍｌ，Ｍ４を入れ替え
交換する工具交換アームＭ７と、前記主軸ヘッドＭ３，
　　工具マガジンＭ５及び工具交換アームＭ７と前記ワ
ークＷとの相対的ｗｉ間位置を変更する離間位置変更手
段Ｍ８とを備える工作機械において、前記現工程工具Ｍ
１と前記次工程工具Ｍ４との寸法・形状を参照し、該両
工具Ｍｌ，Ｍ４が、ワークテーブル等のワーク周辺装置
ＷＴ及びワークＷの形状から定まる干渉領域に対して、
工具交換動作を通じて、いずれも侵入せず、かついずれ
かが最も接近する位置を算出する非干渉最接近位置算出
手段Ｍ９と、工具交換の際に｛友　前記非干渉最接近位
置算出手段Ｍ９の算出結果に基づいて前記離間位置変更
手段Ｍ８を駆動し、前記主軸ヘッドＭ３，　　工具マガ
ジンＭ５及び工具交換アームＭ７を前記ワーク周辺装置
ＷＴ及びワークＷに対して非干渉最接近となる位置へ相
対的に退避せしめる最接近退避手段ＭＩＯと、該最接近
退避手段Ｍ１０の動作が完了するまで（上前記次工程工
具準備手段Ｍ６及び前記工具交換アームＭ７の動作を禁
止する工具交換動作禁止手段Ｍｌｌとを備えることを特
徴とする。

また、本発明第２請求項記載の工作機械｛よ　上述の構
成に加えてさら１：，第１図に二点鎖線にて示す様に　
加工工程に応じて前記ワークＷの被加工面を変更する被
加工面変更手段Ｍ１２と、次工程において工具交換と被
加工面変更とが指定されている場合に、前記被加工面変
更動作と工具交換動作との重複に基づいて定められた干
渉領域を、前記非干渉最接近位置算出手段Ｍ９に与える
被加工面変更時干渉領域指示手段Ｍ１３と、次工程にお
いて工具交換と被加工面変更とを伴う場合に｛上前記最
接近退避手段Ｍ］○の動作が完了するまで｛上　前記被
加工面変更手段Ｍ１２の動作を禁止する被加工面変更動
作禁止手段Ｍ１４とを備えることを特徴とする。

［作用］ 本発明の第１請求項記載の工作ｙ＆械によれ｛ヱワーク
Ｗの被加工面はそのままにして工具交換を実行する場合
に（よ　非干渉最接近位置算出手段Ｍ９が、現工程工具
Ｍ１と次工程工具Ｍ４との寸法・形状を参照し、両工具
Ｍｌ，Ｍ４が、ワークテーブル等のワーク周辺装置ＷＴ
及びワークＷの形状から定まる干渉領域に対して、工具
交換動作を通じて、いずれも侵入せず、かついずれかが
最も接近する位置を算出する。工具交換の際に（よ　こ
の非干渉最接近位置算出手段Ｍ９の算出結果に基づいて
、最接近退避手段Ｍ１０が、離間位置変更手段Ｍ８を駆
動し、主軸ヘッドＭ　３，　　工具マガジンＭ５及び工
具交換アームＭ７をワーク周辺装置ＷＴ及びワークＷに
対して非干渉最接近となる位置へ相対的に退避せしめる
。このは　工具交換動作禁止手段Ｍｌｌが、最接近退避
手段ＭＩＯの動作が完了するまで、次工程工具準備手段
Ｍ６及び前記工具交換アームＭ７の動作を禁止している
。

従って、主軸ヘッドＭ　３，　　工具マガジンＭ５及び
工具交換アームＭ７に最小限の退避動作を行わせるだけ
で、工具交換動作を通じて、現工程工具Ｍ１及び次工程
工具Ｍ４がワークＷ及びその周辺装置ＷＴと干渉するこ
とがない。こうして干渉を避けた最も近い位置で工具交
換が実行される。

さらに　本発明第２請求項記載の工作機械によれｔ？　
　例えばインデックステーブルの様に　加工工程に応じ
てワークＷの被加工面を変更する被加工面変更手段Ｍ１
２を備えるものにおいて、次工程において工具交換と被
加工面変更とが指定されている場合に｛上　被加工面変
更時干渉領域支持手段Ｍ１３が、被加工面変更動作と工
具交換動作との重複に基づいて定められた干渉領域を、
非干渉最接近位置算出手段Ｍ９に与える。従って、非干
渉最接近位置算出手段Ｍ　９　１Ｊ　　この被加工面変
更動作表考慮した非干渉最接近位置Ｅ算出する。この結
果、最接近退避手段ＭＩＯＩＬ　　この被加工面変更時
の非干渉最接近位置へ主軸ヘッドＭ３，　　工具マガジ
ンＭ５及び工具交換アームＭ７を退避させる。このは　
工具交換動作禁止手段Ｍｌｌが次工程工具準備手段Ｍ６
及び工具交換アームＭ７の動作を禁止することは勿漁　
被加工面変更動作禁止手段Ｍ１４が、最接近退避手段Ｍ
ＩＯの動作が完了するまで、被加工面変更手段Ｍ１２の
動作を禁止する。この結果、工具交換と被加工面変更と
を実行する工程が指示された場合１：，最小限の動作に
より工具交換と被加工面変更とが実行される。

なお、被加工面変更動作に１上　インデックステーブル
による回転動作に限らず、Ｘ−Ｙテーブルにより高さの
異なる被加工面間の変更を実行する場合等も含まれる。

［実施例］ 次１：，本発明を具体化した実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

第２図に実施例のインデックステーブルの付いたマシニ
ングセンタ１を示す。

マシニングセンタ１｛よ　加工に用いる工具３を着脱可
能に保持する主軸ヘッド５と、この主軸ヘッド５の側部
に一体に組み立てられた工具マガジン７と、主軸ヘッド
５と工具マガジン７との中間においでこれらと一体に組
み立てられた工具交換アーム９と，主軸ヘッド５を背面
から支えるコラム１１と、コラム１１の下部に設けられ
てそれ自身Ｘ−Ｙ面内を移動可能なワークテーブル１３
と、このワークテーブル１３の図示右側上面に取り付け
られてワークＷをＢ軸周りに回転させるインデックステ
ーブル１５とを備える。

主軸ヘッド５１上　　コラム１１の前面を上下に走る一
組のレール１７．１７を介して、このコラム１１に摺動
可能に取り付けられており、上下動モータ１９によりレ
ール１７．１７上と上下に摺動される．また、工具３１
上　　内部にクランプ機構を有する主軸２１に保持され
ている。この上軸２１（，１，　　主軸モータ２３によ
り回転駆動さね　その先端に保持した工具３によりワー
クＷを加工する。

工具マガジン７１友　主軸ヘッド５の側部に　主軸２１
の２軸に直交するマガジン軸Ｍに回転自在に一体に組み
付けられる．この工具マガジン７｛上第３図（イ）〜（
口）に示す様１：，マガジン本体２５の裏面側に放射状
に取り付けた８本のポットアーム２７ａ〜７ｈと、この
ボットアーム２７ａ〜２７ｈに揺動可能に軸支した工具
ポット２９８〜２９ｈとを備える。各工具ポット２９ａ
〜２９ｈに【上　ドリル，タップ又はリーマ等の各種工
具が各１本ずつ収納される。工具マガジン７の裏面中央
に（友　マガジンモータ３１により回転駆動されるビニ
オン３３と食い違い軸にて噛み合う大歯車３５とから構
成される高減速比のハイボイドギア３７が取り付けられ
ている。工具マガジン７１社このハイポイドギア３７を
介して、マガジンモタ３１によりマガジン軸Ｍの周りを
回転駆動されて所望の工具を収納した工具ボット２９ａ
〜２９ｈをマガジン下方の工具割り出し位置Ｐ１へ移動
する。

工具割り出し位置Ｐ１に移動された工具ボット２　９　
ｅ　ｌ．ｔ，　　その背面に設けた把持捧３９ｅを介し
て揺動モータ４１により約９０度揺動されて下を向く．
その様子を第３図（口）に一点鎖線で示す。

図示の様１：．工具割り出し位置Ｐ１において（よ把持
捧３９が、揺動アーム４３の把持爪４５，４５間に挿入
された状態となる．この揺動アーム４３（友　マガジン
モータ３１と並んで主軸ヘッド５の上部に設けられた揺
動モータ４１により駆動される．揺動モータ４１を駆動
して揺動アーム４３を上方へ引き上げると、工具ポット
２９ｅは下方を向かされて工具取り出し位置Ｐ２にセッ
トされる． 工具交換アーム９１上　　第４図に示す様に　主軸ヘッ
ド５内に設けられた交換アーム軸４７の下端に取り付け
ら札　両端に一組ずつのフィンガ４９ａ，４９ｂを備え
る。工具交換軸４７１友　並んで設けられたカム軸５１
の回転により上昇，下降旋回及びフィンガ開閉の一連の
動作を実行する。

カム軸５１｛友　主軸ヘッド５の右側部に設けた工具交
換モータ５３により回転駆動される。

また　第５図に工具交換アーム９がフィンガ４９ａ，４
９ｂを開いた基準状態を示す。工具交換アーム９の長さ
Ｌ９１＆　　この基準状態において、一方のフィンガ４
９ａが、主軸２１に保持された工具３に届くと共に、他
方のフィンガ４９ｂが、工具取り出し位置Ｐ２の工具取
り出し軸Ｃ上に持ち来された次工程工具３　ｎｅｘｔに
達する長さとされている。また　交換アーム軸４７｛友
　工具取り出し位置Ｐ２を通る工具取り出し軸Ｃと主軸
２１との中間位置とされている。従って、工具交換アム
９が１８０度旋回すれ（ｆＳ　　両端のフィンガ４９ａ
，４９ｂは入れ替わって工具取り出し軸Ｃ及び主軸２１
の位置にて工具を把持可能となる。

交換アーム９の動作について第４諷　第５図に基づいて
簡単に説明する。上述の基準状態において、工具交換モ
ータ５３によりカム軸５１が回転されると、まず、第１
のカム部材５５の上面のカム溝５５ａが作動して図示左
側の揺動ギア５７ａが所定角度揺動される。この揺動ギ
ア５７ａには回転ギア５７ｂが噛み合っており、この回
転ギア５７ｂが所定量回転することにより、交換アーム
軸４７内を挿通する開閉捧５９が回転されて両フィンガ
４９ａ，４９ｂが同時に閉じる。こうして、両工具３．
　　３　ｎｅｘｔが同時に工具交換アーム９に把持され
る。

続いて、第２のカム部材６１の外周のカム溝６１８が作
動して主軸２１内に設けられたコレットチャック６３を
押し下げて開状態とし、工具３がアンクランブされる。

さらに第３のカム部材６５の外周のカム溝６５ａが作動
し、交換アーム軸４７を押し下げて両工具３，　　３　
ｎｅｘｔを主軸２１及び工具ボット２　９　ｎｅｘｔか
ら同時に抜き取る。この時、交換アーム軸４７は外周面
に設けたスプラインにてスリーブ６７と係合しており、
カム軸５１の第４のカム部材６９のカムプレート６９ａ
が作動すると、このスリーブ６７ごと１８０度旋回され
る．その後、再び第３のカム部材６５が作動して工具交
換アーム９が上昇し、両工具３．　　３　ｎｅｘｔは入
れ替わって工具ポット２　９　ｎｅｘｔ及び主軸２１に
収納される。続いてさら１ミ　第２のカム部材６１が作
動して、主軸２］のコレットチャック６３が閉じ、カム
軸５１の１回転終了前に再び第１のカム部材５５が作動
して、今度は揺動ギア５７ａが前述とは逆方向へ揺動さ
札　フィンガ４９ａ，４９ｂが開かれる。

工具交換｛上　こうして極めて迅速・正確に実行される
。なお、このカム軸５１が１回転する間に実行される一
連の動作におけるカムの作用｛上　本願出願人が先に出
願し、出願公開された特開昭６３−１２３６４６号に詳
細に記載してあるから参照されたい。

ワークＷを回転可能（二固定するインデックステーブル
１５を第６図に示す。このインデックステーブル１５（
上　上下左右からワークＷを挟持し、このワークＷをワ
ーク取付面１５ａに固定する。

ワークＷｌよ　Ｂ軸モータ１５ｂによりＢ軸周りに回転
されて被加工面が変更される。

第７図に　本実施例における駆動制御等を司る電子制御
装置７０と各モータ等との関係を示す。

電子制御装置７０１；ｉ　　制御全体を司るマスターＣ
ＰＵ７１と、ワーク加工表司るスレープＣＰＵ７２と、
工具交換を司る自動工具交換ＣＰＵ　（ＡＴＣ部ＣＰＵ
）７３との三つのＣＰＬＪを中心に構成される。

マスターＣＰＬＪ７１に］よ　制御装置自体を動作させ
るプログラムや定数等を格納するマスタ一部ＲＯＭ７４
と、制御実行中の変数やフラグ等を時記憶する第１マス
タ一部ＲＡＭ７５と、工具交換タイミング及びワーク加
工に使用する工具等を指示するための加工プログラム等
を格納した第２マスタ一部ＲＡＭ７６とが接続されてい
る。なお、この第２マスタ一部Ｒ　Ａ　Ｍ　７　６　Ｌ
Ｌ　　電源オフ時にもバックアップされている。

スレープＣＰＵ７２に１戴　ワーク加工のためのモータ
駆動プログラムや定数等を格納するスレーブ部ＲＯＭ７
７と、ワーク加工制御実行中の変数やフラグ等を一時記
憶するスレーブ部ＲＡＭ７８とが接続されている。

ＡＴＣ部ＣＰＵ７３に｛上　工具交換のための交換アー
ム駆動プログラムや定数等を格納するＡＴＣ部ＲＯＭ７
９と、工具交換制御実行中の変数やフラグ等を一時記憶
するＡＴＣ部ＲＡＭ８０とが接続されている。

マスターＣＰＩＪ７１とスレーブＣＰＵ７２との間には
、　マスターＣＰＵ７１からスレーブｃｐｕ７２への指
令或はその逆方向の信号その他の情報等が格納されるＭ
Ｓ間共通ＲＡＭ８１が接続されている。ＭＳ間共通ＲＡ
Ｍ８１ｆよ　マスターＣＰＵ７１及びスレーブＣＰＵ７
２の双方から情報が書き込まれ或は参照される。

また、マスターＣＰＵ７１とＡＴＣ部ＣＰＵ７３との間
には、　マスターＣＰＵ７　１からＡＴＣ部ＣＰＵ７３
への指令或はその逆方向の信号その他の情報等が格納さ
れるＭＡ間共通ＲＡＭ８２が接続されている．前述のＭ
Ｓ間共通ＲＡＭ８１と同様１；ＭＡ間共通ＲＡＭ８２Ｔ
上　マスターＣＰＵ７１及びＡＴＣ部ＣＰＵ７３の双方
から情報が書き込まれ或は参照される。

さらに、マスターＣＰＵ７　１には、　加エプログラム
等を作成・入力するためのキーボード８３と、この加工
ブラグラム等を表示して参照するためのＣＲＴ８４とが
接続されている。また、マスターＣＰＵ７１１＆　　上
下動モータ］９の回転に伴い変化する主軸ヘッド５の上
下方向アブソリュート位置を検出する上下位置センサ８
５と接続されており、この検出信号を受け取る。

スレープＣＰ（Ｊ７２１上　ワークテーブル１３をＸ軸
方向に移動させるＸ軸モータ１３ａ及びＹ軸方向へ移動
させるＹ軸モータ１３ｂ、更にインデックステーブル１
５を回転させるＢ軸モータ１５ｂ等と接続されており、
これら各モータ１３ａ．１３ｂ，１５ｂに制御信号を送
出してワークＷの被加工面及び被加工位置を変更する．
また　スレーブＣ　Ｐ　Ｕ　７　２　１ｉ　　上下動モ
ータ１９及び主軸モータ２３とも接続されており、これ
らに制御信号を送出し、被加工面，被加工位置を決定さ
れたワークＷに対して所定の工具による加工を実行する
．一方、ＡＴＣ部ＣＰｔＪ７３１上　マガジンモータ３
１及び揺動モータ４１と接続されており、マガジンモー
タ３１に制御信号を送出して工具マガジン７を回転させ
て次工程の工具３　ｎｅｘｔを工具割り出し位置Ｐ１へ
移動し、揺動モータ４１に制御信号を送出してこの割り
出し位置Ｐｌｌ二ある次工程工具ポット２　９　ｎｅｘ
ｉを工具取り出し軸Ｃ上に揺動して次工程工具を取り出
す準備をする。さらにＡＴＣ部ＣＰＵ７３１上　工具交
換モータ５３とも接続されており、これに制御信号を送
出し、前述のカム軸５１を駆動して工具交換を実行する
。

これら、スレーブＣＰＵ７２及びＡＴＣ部ＣＰＵ７３の
実行するワーク加工制御及び工具交換制御（よ　マスタ
ーＣＰＵ７１からの指示に基づいて実行される。マスタ
ーＣ　Ｐ　Ｕ　７　１　１１　　キーボード８３から入
力されて第２マスタ一部ＲＡＭ７６に格納された加工プ
ログラムを、　１動作ずつ読み込み、この読み込んだ情
報がワーク加工に関するものであればＭＳ間共通ＲＡＭ
８１に書き込む。スレープＣ　Ｐ　Ｕ　７　２　１１　
　この書き込まれた情報を読み出して主軸モータ２３の
回転数等を決定し、上述のワーク加工制御を実行する。

同様１：，加工プログラムに工具交換が指示されている
場合１１　　ＭＡ間共通ＲＡＭ８２を介して情報がやり
取りされてＡＴＣ部ＣＰＵ７３による工具交換制御が実
行される．なお、この工具交換制御の際に１．ｔ，スレ
ープＣＰＵ７２も同時にワークテーブル３やインデック
ステーブル１５を移動・回転する制御を実行しており、
後述の様］：，工具交換時にワークＷ及びその周辺装置
１５等と交換される各工具３．３　ｎｅｘｔとがぶつか
るのを防止するため、マスターＣＰＵ７１がスレープＣ
ＰＵ７２及びＡＴＣ部ＣＰＵ７３に制御タイミングを指
示している。

次に　キーボード８３から入力される加工プログラム及
び情報等のべ　工具交換時にワークＷ及び周辺装置と工
具３，　　３　ｎ＠ｘｔとが干渉するのを避けるための
干渉領域に関する情報の設定の仕方について説明する。

干渉領域（友　ワークＷの４つの被加工面Ｗ１〜Ｗ４に
対してＢ軸回転のない場合とＢ軸回転のある場合とが別
々の情報として入力される。

Ｂ軸回転のない場合（表　第８図（イ）に示す様に　各
被加工面のペース上のワーク高さｚｗｔ，　　ｚＷ２等
を入力する。このワーク高さＺ　Ｗｌ，　　Ｚ　Ｗ２に
所定の安全高さｚＯを加えたものが干渉高さＺｆｉｘｌ
，　Ｚ　ｆｉｘ２として第２マスタ一部ＲＡＭ７６の所
定アドレスに格納される．他の２面Ｗ３，Ｗ４について
も同様である． 一方、Ｂ軸回転がある場合（よ　第８図（口）に示す様
｛：．Ｂ軸回転方向及び変更前後の被加工面毎に干渉高
さが入力される。

例え｛ヱ　実線で現した様に　第１の被加工面Ｗ１を上
向きにする位置にワークＷがある場合に、図示１点鎖線
の様１：．第１の被加工面Ｗ１の右側にあたる第２の被
加工面Ｗ２へと図示反時計方向１ニワークＷを回転する
と、現工程のワークＷの右上角Ｋ１が最も高い位置を通
過する。従って、その通過高さｚ１−２がキーボード８
３から入力さ礼この通過高さ２１−２に安全高さＺＯを
加えた値が、被加工面を第１の面Ｗ１から第２の面Ｗ２
へと変更する場合の被加工面変更時干渉高さＺｉｎｄｅ
ｘｌ−２として、第２マスタ一部ＲＡＭ７６の所定アド
レスに格納される。

同じく図示２点鎖線の様に、第１の被加工面Ｗ１からそ
の左側にあたる第４の被加工面Ｗ４へと被加工面が変更
される場合には、ワークＷの左上角Ｋ４が最高点を通り
、通過高さＺ１−４に安全高さＺＯを加えた被加工面変
更時干渉高さＺ　ｉｎｄｅｘｌ一４が第２マスタ一部Ｒ
ＡＭ７６の所定アドレスに格納される。これらＢ軸回転
を伴う場合の干渉高さ（上　変更前後の被加工面及びＢ
軸回転方向に応じてそれぞれの条件毎に入力される。な
お、これらの情報｛よ　ワークＷの形状や加工位置等を
ＣＡＤシステムから入力する場合１ｔ．．このＣＡＤシ
ステムの入力データを回転させて、その軌跡からＢ軸回
転時の干渉高さＺ　ｉｎｄｅｘとしての情報を自動的に
作成させてもよい。

また、キーボード８３から｛よ　工具マガジン７の各工
具ポット２９ａ〜９ｈに収納される８本の工具の種類及
び寸法等の情報が入力さね　第２マスタ一部ＲＡＭ７６
内の工具管理マップに記憶される。

マスタ一部Ｃ　Ｐ　ＩＪ　７　１　１ｉ　　二の干渉高
さＺｆｉｘｌ，Ｚ　ｉｎｄｅｘｌ−２等を参照すると共
に　加工プログラムに記された次工程の加工条件（被加
工面や使用工具等）に応じて、主軸を退避すべき最小高
さ（以下、非干渉最接近高さという）を算出する。その
処理を第９図に示す。

現在の加工工程が終了する前に、次の工程の使用工具３
　ｎｅｘｔ及びＢ軸回転等の加工条件を読み込む（ステ
ップＳ１：以下、各ステップをＳ１等と記す）。この読
み込んだ条件のＰｌ１．Ｂ軸回転が指定されている場合
に（よ　現工程と次工程の被加工面及びＢ軸回転方向か
ら定まる前述の被加工面変更時干渉高さＺｉｎｄｅｘを
非干渉最接近高さ基準値Ｚｂａｓｅとする（Ｓ２，Ｓ３
）。一方、次工程がＢ軸回転を伴わない場合（上　第８
図（イ）にて説明した干渉高さＺｆｉｘを非干渉最接近
高さ基準値Ｚｂａｓｅとする（Ｓ　４）， 次に　第２マスタ一部ＲＡＭ７６の工具管理マップから
、次工程工具３　ｎｅｘｔの工具長Ｌｎｅｘｔと現工程
工具３　ｎｏｗの工具長Ｌｎｏｗを読み出し、両者を比
較し、長い方を退避工具長Ｌ　ａｖｏｉｄとする（Ｓ５
）。前述の非干渉最接近基準高さＺ　ｂａｓｅｌミこの
退避工具長Ｌ　ａｖｏｉｄを加え、さらに工具交換時の
交換アーム９の上下動に伴う工具抜取り距離Ｚ　ｄｏｗ
ｎを加えて最接近退避高さＺ　ｃｈａＢＨｅを求める（
Ｓ６）。

この最接近退避高さＺ　ｃｈａｎｇｅｔｔ，　　現工程
の加工が終了するまでに算出さ札　ＭＳ間共通ＲＡＭ８
１に書き込まれる。また、次工程の加工条件として選択
すべき工具３　ｎｅｘｔｈ＜Ｍ　Ｓ間共通ＲＡＭ８　１
及びＭＡ間共通ＲＡＭ８２に書き込まね　ワーク移動量
・回転量がＭＳ間共通ＲＡＭ８　１に書き込まれる。Ｍ
Ｓ間共通ＲＡＭ８１に書き込まれた次工程工具３　ｎｅ
ｘｔの情報（よ　スレーブＣＰＵ７２において、例えば
ドリルのピッチ等により主軸回転速度を決定する際に利
用される。また、ＭＡ間共通ＲＡＭ８２に書き込まれた
次工程工具３　ｎｅｘｔの情報［ｉＡＴＣ部ＣＰＵ７３
において、例えば工具割り出しの際にマガジンモータ３
１を回転すべき量の算出に利用される。

現工程が終了すると、スレーブＣＰＵ７２及びＡＴＣ部
ＣＰＵ７３１上　それぞれ各共通ＲＡＭ８１，　８２の
情報を読み出し、第］Ｏ図に示す工具交換処理を実行す
る。なお、図において、中央に記したのがマスターＣＰ
Ｕ７１からの制御指令であり、右側｛ニスレーブＣＰＵ
７２の制御指令を、左側にＡＴＣ部ＣＰＵ７３の制御指
令を併せて記した マスターＣ　Ｐ　ＬＪ　７　１　ＦＬ　　現工程の加工
が終了すると主軸モータ２３の停止を指令し（Ｓｌｌ）
、主軸ヘッド５の上昇を指令する（Ｓ　１　２）。スレ
ブＣ　Ｐ　Ｕ　７　２　＋１　　各指令を受けて主軸モ
ータ２３を停止し（Ｓ　１　３）、上下動モータ１９を
起動する（Ｓ　１　４）。

マスターＣ　Ｐ　Ｕ　７　１　ｆ上　　上下位置センサ
８５の検出値を参照して、主軸ヘッド５が、第９図に示
す処理において算出した最接近退避高さＺ　ｃｈａＢｅ
に達したか否かを判断する（Ｓ１５）。主軸ヘッド５が
最接近退避高さＺ　ｃｈａｎｇｅに達すると、主軸ヘッ
ドを当該位置で停止すべき旨の指令を送出し（Ｓ　１　
６）、スレーブＣＰＵ７２側で（よ　上下動モータ１９
が停止される（Ｓ　１　７）。

こうして、主軸ヘッド５が最接近退避高さＺｃｈａｎｇ
ｅに位置せしめられた後、主軸オリエンテーション（３
　１　８）及び次工程工具割り出し（Ｓ　１　９）が指
令される。これを受けて、スレーブＣＰＵ７２側では主
軸モータ２３が起動／停止されて主軸オリエンテーショ
ンが実行され（Ｓ２０）、Ａ−ＴＣ部ＣＰＵ７３側で｛
よ　マガジンモータ３１が起動／停止されて次工程工具
３　ｎｅｘｔの割り出しが実行される（Ｓ　２　１　）
， マスターＣＰＵ７１１よ　ＡＴＣ部ＣＰＵ７３からの工
具割り出し完了信号を待って、次工程工具準備指令を送
出する（Ｓ　２　２），　　この次工程工具準備指令を
受けて、再びＡＴＣ部ＣＰＵ７３側で揺動モータ４１が
起動／停止されて次工程工具３ｎｅｘｔが工具取り出し
軸Ｃ上において下向きに準備される（Ｓ　２　３）， なお、説明の都合上５１８，５１９，Ｓ２２の制御が順
番に実行されるが如く記述したが、実際にはこの順番通
りに実行しなくてもよい。即ち、Ｓ２０の制御はスレー
ブＣＰｔＪ７２が実行し、Ｓ２１，Ｓ２３の制御はＡＴ
Ｃ部ＣＰＵ７３が実行するから全く独立に実行すること
ができる．しかも、工具割り出しが実行されてもワーク
Ｗ等に対して干渉が生じることはないから、工具割り出
しは主軸ヘッド５の退避動作が完了するまでに実行して
いても構わない．従って、実際の制御で（友主軸ヘッド
５の退避動作が完了すると直ちに次工程工具の準備処理
（Ｓ２２，Ｓ２３）が実行される様にタイミングを設定
し、作業時間の短縮を図っている。

マスターＣＰＵ７１１よ　ＡＴＣ部ＣＰＵ７３から次工
程工具３　ｎｅｘｔの準備が完了した旨の信号を受けて
、交換アーム駆動指令を送出する（Ｓ２４）．再びＡＴ
Ｃ部ＣＰＵ７３側で１上　この指令を受けて工具交換モ
ータ５３を起動／停止して前述の様にカム軸５１を１回
転させ、前述の様に　工具交換アーム９に現工程工具３
及び次工程工具３ｎｅｘｔの把持・抜取り・旋回・挿入
・開放動作を実行させて速やかに工具交換を完了する（
Ｓ　２　５）。

また、この工具交換とほぼ同時期に　マスターＣＰＵ７
１からスレープＣＰＵ７２へＢ軸表回転して次工程に指
示された被加工面Ｗ１〜Ｗ４の割り出しをすべき旨の指
令を送出する（Ｓ　２　６）。

この指令に対応してＢ軸モータ１５ｂが起動／停止され
て次工程の被加工面Ｗ１〜Ｗ４が割り出される（Ｓ　２
　７），　　なお、次工程で被加工面変更が指定されて
いない場合（よ　このＳ２６，Ｓ２７の処理は実行され
ない。

ここでも、説明の都合上　Ｓ２４，Ｓ２６の制御が順番
に実行されるが如く記述したが、Ｓ２５，Ｓ２７の制御
はそれぞれスレープＣＰＬＪ７２及びＡＴＣ部ＣＰＵ７
３が別々に実行するものであるから重複させることが可
能である。しかも、前述の次工程工具準備（Ｓ２２，Ｓ
２３）と被加工面割り出し（Ｓ２６，Ｓ２７）との重複
も可能である．従って、実際に１上　被加工面割り出し
（Ｓ２６，Ｓ２７）１社　主軸ヘッド５の退避動作（Ｓ
１１〜Ｓ１７）が完了した後、速やかに実行する様にタ
イミングを制御している。

その後、工具取り出し軸Ｃ上で下向きにセットされた工
具ポット２　９　ｎｅｘｔを復帰すべき旨の指令がＡＴ
Ｃ部ＣＰＵ７３に送出され（Ｓ　２　８）、ＡＴＣ部Ｃ
ＰＵ７３により揺動モータ４１が起動／停止されて工具
ボット２　９　ｎｅｘｔの復帰が実行される（Ｓ　２　
９）。

工具ポット２　９　ｎｅｘｔの復帰が完了した旨の信号
がＡＴＣ部ＣＰＵ７３から送出されると、主軸ヘッド５
の下降が指令され（Ｓ３０）、スレーブＣＰＵ７　２側
では上下動モータ１９を前述とは逆回転に起動する処理
がなされる（Ｓ３１）。その後、主軸ヘッド５が下降し
て次工程の工具２９ｎｅｘｔ先端がワークＷの被加工面
Ｗ１〜Ｗ４と接触する高さになると（Ｓ　３　２）、加
工プログラムに従って、上下動モータ１９及び主軸モー
タ２３が駆動制御されて次工程のワーク加工が開始され
る。

以上説明した様１：，本実施例によれ｛ヱ　現工程の加
工終了後、速やかに主軸ヘッド５を退避させて工具交換
及び被加工面変更を実行する．しかも、この退避位置（
上　最接近退避高さ算出処理（Ｓｌ〜Ｓ６）において求
めた最接近退避高さＺｃｈａｎｇｅに制御されるから、
工具３，　　３ｎｅｘｔとワークＷとの干渉が発生せず
、かつ、主軸ヘッド５の退避に要する時間は最小となさ
れている。従って、工具交換に伴う時間を最小限に抑え
、ワークを加工する作業における間接的な作業時間であ
る工具交換時間を大幅に節減し、効率のよいワーク加工
を実現することができる。

また、小型一体型のマシニングセンタ１を、その加工中
の動作をも最小限とすること１こより、形状が小さいこ
とによるメリットを最大限に発揮できる。この結菓　加
工工場内においてマシニングセンタ１が占有する空間を
最小限とすることができ、狭い工場内において使用する
のに最適となる。

単に装置を小型にするだけで、大きな退避動作をさせて
いたので（上　結局退避させた位置に別体こ工具マガジ
ンを配置したのと同じであるため、従来（よ　上述の様
な小型化のメリット表発揮できないでいた　しかし、本
実施例によれ（ヱ　この問題点を解決できたのである。

また、主軸ヘッド５，工具マガジン７及び工具交換アー
ム９を一体に形成しているから、これら二者が干渉し合
うことがない。従って、これら三者の干渉は全く考慮す
る必要がなく、単に　最接近退避高さＺ　ｃｈａｎｇｅ
を算出し、上下位置センサ８５の検出値に基づく簡単な
制御を実行するだけでよい。この結果、制御ミスが発生
せず、常に確実な退避動作を実現することができる。

さらに、工具マガジン７を、主軸２１と直交するマガジ
ン軸ＭＩ：沿って工具を゛配置する様に構成し、揺動ア
ーム４３を動作させて工具ポット２９ｎｅｘｔを下向き
に揺動させることにより次工程工具３　ｎｅｘｔを工具
取り出し軸Ｃ上に準備する動作（Ｓ２２）［；Ｌ　　主
軸ヘッド５の退避動作（５１１〜Ｓ１７）が完了するま
では実行させない構成としている。また、この次工程準
備動作を主軸ヘッド５の退避動作が完了すると直ちに実
行する構成としている．従って、最小限の作業時間にて
工具交換と実行すると共｛二　次工程の工具が現工程の
ものに比べて極めて長い様な場合１：，これが主軸ヘッ
ド５の退避動作が完了する前に工具取り出し位置Ｐ２へ
持ち来されてワークＷと干渉するといった事態が発生す
ることを防止している。この結果、如何なる場合にも安
全確実にしかも最短の時間で工具交換作業を実行するこ
とができる。

一方、非干渉最接近高さＺ　ｃｈａｎｇｅの算出におい
て、第８図（口）に示した様に　ワークＷの通過する軌
跡の最高点を考慮している。この結果、主軸ヘッド５の
退避動作が完了すれ（′Ｌ　もはや、工具交換動作及び
被加工面変更動作を実行しても干渉が発生するというこ
とはない。この結粂　主軸ヘッド５の退避動作が完了し
たら、工具交換動作が如何なる進行状況にあろうとも無
関係に　直ちに被加工面変更動作を実行することができ
る。従って、工具交換と被加工面変更を伴う場合１へ　
両動作を重複させて実行しても、工具３，　　３ｎｅｘ
ｔとワークＷとの干渉髪避け、　しかも、最短の作業時
間にて次工程の準備を完了することができる。特ｌ：，
この軌跡を考慮して非干渉最接近高さＺ　ｃｈａｎｇｅ
を求める効果として、工具交換と被加工面変更という種
類の異なる制御のタイミングを調整する必要がなく、そ
れぞれ単独に　主軸ヘッド５の退避動作の完了のみを考
慮するだけでよいことから、制御が極めて簡便になると
いう効果を奏する。従って、制御ミスが一切発生しない
。

なお、実施例において｛飄　小型一体型のマシニングセ
ンタ１に適用した場合を説明したが、小型一体型に限ら
ず、主軸ヘッド，工具マガジン及び工具交換アームを別
々の駆動源にて上下動させてもよい。いずれにせよ、工
具交換に先立って、主軸ヘッド．工具マガジン及び工具
交換アームを非干渉最接近位置に退避させる制御を実行
することにより、工具交換に伴う時間を短縮することが
でき、効率のよい作業を実現することができる。

また、非干渉最接近位置の算出において、工具の長さか
ら算出する例を示したが、これに限らず、工具の太さや
先端形状等を考慮する構成としてもよい。加えて、工具
が旋回される軌跡をも考慮する構成としてもよい。

さらに、作業時間を短縮する工夫として、工具割り出し
（Ｓ１９，Ｓ２１）＋１　　現工程実行中に予め完了す
る構成としてもよい。加えて、被加工面変更１友　主軸
ヘッド５が非干渉最接近高さＺｃｈａｎｇｅに達する前
であっても、被加工面変更時の通過高さＺｌ−２，　　
Ｚｌ−４等に達した段階で開始する構成としてもよい。

この様に　各種のタイミングをさらに細かに制御すれ［
′Ｌ　一層の時間短縮を図ることができる。

また　被加工面の変更に１７１，　　Ｂ軸周りの回転に
限らず、Ｘ−Ｙ面内の移動も含まれる．即ち、ワークＷ
が異形の場合など１よ　その外形形状と被加工位置とか
ら非干渉最接近高さを算出する構成とすればよい。この
場合にも、工具交換動作と被加工面変更動作とを重複し
て実行でき、しかも、主軸ヘッドの退避距離が最小であ
るから、作業時間の短縮効果が高い． さら１：．実施例で１上　退避の完了を、アブソリュー
ト位置にて判断したが、インクリメント方式のセンサを
用いてもよｌ，Ｘ．なお、実施例はアブソリュート方式
であるから、非干渉最接近高さに退避させるのにどれだ
け上下動モータを駆動したらよいかを求める必要がなく
、算出・制御が簡単である。

以上本発明の実施例を説明したが、本発明は何らこれに
限一定されず、例えｔ′Ｌ　　主軸ヘッド側ではな〈ワ
ークテーブル側が上下動する構成等、その要旨を逸脱し
ない範囲の種々なる態様を採用できる。

及塑ｊ運」星 以上説明した様１：．第１及び第２請求項記載の発明に
よれ｛Ｌ　工具交換の際の主軸ヘッド等とワークとの相
対的な退避動作を最小限とすることができる。従って、
工具交換に伴う時間を最小限に抑え、ワークを加工する
作業における間接的な作業時間である工具交換時間を大
幅に節減し、効率のよいワーク加工を実現することがで
きる。

また　この退避動作が完了するまで１表　次工程工具の
準備及び工具交換の実施を禁止している。

この結果、工具マガジン等を主軸ヘッドに一体に組み付
けても、退避動作が完了する前に次工程工具が準備され
てワークと干渉する虞がない。従って、最接近位置で工
具交換を実施するという作業を実行するに当たり、確実
に干渉を避けることができる。

この結果　本発明を例えば小型一体型の工作機械に適用
してそのメリットを最大限に発揮させることが可能であ
る． さらに　第２請求項記載の発明によれ（ヱ　被加工面変
更時の干渉領域を求める構成を採用したから、次工程に
おいてワークの被加工面変更と工具交換とが指定されて
いる場合１：．干渉を避けた最接近位置での工具交換を
実行することができる。

また、退避動作が完了するまで、次工程工具準億工具交
換及び被加工面変更を禁止する構成としたから、干渉の
発生しない確実な作業を実現することができる。

以上　各請求項記載の発明により、ワーク加工において
、工具交換及び／又は被加工面変更という間接的な作業
に要する時間を最短とすることが可能になり、ワークの
加工を効率よく実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１及び第２請求項記載の発明の構成を例示す
るブロックは　第２図は実施例としての小型一体型のマ
シニングセンタの斜視諷　第３図（イ）は実施例で採用
した工具マガジンの正面凰第３図（口）はその×−Ｘ縦
断面は　第３図（ハ）はこの工具マガジンの背面は　第
４図は工具交換アームの駆動機構を現すマシニングセン
タの内部の一部破断面を含む正面は　第５図は工具交換
アームの底面は　第６図はインデックステーブルにワー
クを固定した状態の正面は　第７図は実施例の制御装置
と各モータ等との接続関係を現すブロックは　第８図（
イ）はワークの被加工面毎に干渉領域を設定する手法を
現す説明は　第８図（口）は同じく８軸回転を伴う場合
の干渉領域の設定手法の説明は　第９図は最接近退避高
さ算出処理のフローチャート、第１０図は工具交換処理
のフローチャートである。 １・・・現工程工具　　　Ｍ２・・・主軸３・・・主軸
ヘッド　　　Ｍ４・・・次工程工具５・・・工具マガジ
ン ６・・・次工程工具準備手段 ７・・・工具交換アーム Ｍ Ｍ Ｍ１ Ｍ１ Ｍ１ ＭＩ Ｍ１ Ｐ Ｐ １ １３ １ １５ ２ ２９ ３ ８・・・離間位置変更手段 ９・・・非干渉最接近位置算出手段 Ｏ・・・最接近退避手段 １・・・工具交換動作禁止手段 ２・・・被加工面変更手段 ３・・・被加工面変更時非干渉領域指示手段４・・・被
加工面変更動作禁止手段 １・・・工具割り出し位置 ２・・・工具取り出し位置　　Ｔ・・・工具Ｗ・・・ワ
ーク　　　　ＷＴ・・・ワーク周辺装置１・・・マシニ
ングセンタ　３．　　３　ｎｅｘｔ・・・工具５・・・
主軸ヘッド　　　　７・・・工具マガジン９・・・工具
交換アーム　１１・・・コラム３・・・ワークテーブル ａ・・・Ｘ軸モータ　　１３ｂ・・・Ｙ軸モータ５・・
・インデックステーブル ｂ・・・Ｂ軸モータ　　　１９・・・上下動モータ１・
・・主軸　　　　　　２３・・・主軸モータａ　〜２　
９　ｈ，　　２　９　ｎｅｘｔ−工具ポット１・・・マ
ガジンモータ　４１・・・揺動モータ４　９　ａ，　　
４　９　ｂ・・・フィンガ５１・・・カム軸　　　　５
３・・・工具交換モータ７０・・・電子制御装置　８３
・・・キーボード８５・・・上下位置センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、現工程にて加工に供する工具を保持した主軸を駆動
   してワークを加工する主軸ヘッドと、複数の工具を収納
   し、前記現工程工具と交換される次工程の工具を所定の
   割り出し位置へ割り出す工具マガジンと、 該工具マガジンが前記割り出し位置へ割り出した次工程
   工具を前記ワークへ接近する方向へ移動して工具取り出
   し位置へ準備する次工程工具準備手段と、 前記現工程工具を一端に把持し、前記次工程工具を他端
   に把持し、アーム本体を旋回して両工具を入れ替え交換
   する工具交換アームと、 前記主軸ヘッド、工具マガジン及び工具交換アームと前
   記ワークとの相対的離間位置を変更する離間位置変更手
   段と を備える工作機械において、 前記現工程工具と前記次工程工具との寸法・形状を参照
   し、該両工具が、ワークテーブル等のワーク周辺装置及
   びワークの形状から定まる干渉領域に対して、工具交換
   動作を通じて、いずれも侵入せず、かついずれかが最も
   接近する位置を算出する非干渉最接近位置算出手段と、 工具交換の際には、前記非干渉最接近位置算出手段の算
   出結果に基づいて前記離間位置変更手段を駆動し、前記
   主軸ヘッド、工具マガジン及び工具交換アームを前記ワ
   ーク周辺装置及びワークに対して非干渉最接近となる位
   置へ相対的に退避せしめる最接近退避手段と、 該最接近退避手段の動作が完了するまでは、前記次工程
   工具準備手段及び前記工具交換アームの動作を禁止する
   工具交換動作禁止手段と を備えることを特徴とする工作機械。 ２、請求項１記載の工作機械において、 加工工程に応じて前記ワークの被加工面を変更する被加
   工面変更手段と、 次工程において工具交換と被加工面変更とが指定されて
   いる場合に、前記被加工面変更動作と工具交換動作との
   重複に基づいて定められた干渉領域を、前記非干渉最接
   近位置算出手段に与える被加工面変更時干渉領域指示手
   段と、 次工程において工具交換と被加工面変更とを伴う場合に
   は、前記最接近退避手段の動作が完了するまでは、前記
   被加工面変更手段の動作を禁止する被加工面変更動作禁
   止手段と を備えることを特徴とする工作機械。