JPH0822488B2

JPH0822488B2 - 工作機械

Info

Publication number: JPH0822488B2
Application number: JP1228646A
Authority: JP
Inventors: 商基安田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: KR910005971A; KR950008029B1; JPH0392235A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明は、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］従来、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を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は、例えば特開昭
63−123646号公報記載のものがある。この工作機械は、
工具マガジンと主軸ヘッドとを一体に組み立て、工具交
換時には、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。工具マガジンには、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、揺動機構を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た。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の装置は、この工具交換の際に、
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、このことは、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。

本発明の工作機械は、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。

発明の構成［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は、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
M1,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との相対的離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M1
と前記次工程工具M4との寸法・形状を参照し、該両工具
M1,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、
工具交換の際には、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M
7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M10と、該最接近退避手段M10の動作が完了するまで
は、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M11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は、上述の構
成に加えてさらに、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は、前記最接近退避
手段M10の動作が完了するまでは、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請求項記載の工作機械によれば、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
には、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M1,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。工具交換の際には、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M3,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。この間、工具交換動作禁止手段M11
が、最接近退避手段M10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M3,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ば、
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M12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は、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M9は、この被加工面変更動作を考慮した非干
渉最接近位置を算出する。この結果、最接近退避手段M1
0は、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。この間、工具交換動作禁止手段M11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
は勿論、被加工面変更動作禁止手段M14が、最接近退避
手段M10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に、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は、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］次に、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は、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との中間においてこれらと一体に組
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５は、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
を上下に摺動される。また、工具３は、内部にクランプ
機構を有する主軸21に保持されている。この主軸21は、
主軸モータ23により回転駆動され、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７は、主軸ヘッド５の側部に、主軸21の
Ｚ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は、第３図（イ）〜
（ロ）に示す様に、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、このポット
アーム27a〜27hに揺動可能に軸支した工具ポット29a〜2
9hとを備える。各工具ポット29a〜29hには、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の裏面中央には、マガジンモータ31によ
り回転駆動されるピニオン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ポイドギア37
が取り付けられている。工具マガジン７は、このハイポ
イドギア37を介して、マガジンモータ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
ポット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に移動された工具ポット29eは、
その背面に設けた把持棒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（ロ）
に一点鎖線で示す。図示の様に、工具割り出し位置P1に
おいては、把持棒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は、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９は、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
れ、両端に一組ずつのフィンガ49a,49bを備える。工具
交換軸47は、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は、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,49b
を開いた基準状態を示す。工具交換アーム９の長さL9
は、この基準状態において、一方のフィンガ49a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3nextに達する長さとされてい
る。また、交換アーム軸47は、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、工具交換アーム９が180度旋回すれば、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図，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
閉棒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3,3next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61a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がアンクランプされる。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3,3nextを主軸21及び工具
ポット29next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3,3nextは入れ替わって工具ポ
ット29next及び主軸21に収納される。続いてさらに、第
２のカム部材61が作動して、主軸21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
へ揺動され、フィンガ49a,49bが開かれる。

工具交換は、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は、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を回転可能に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は、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Ｗは、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70は、制御全体を司るマスターCPU71
と、ワーク加工を司るスレーブ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CPUを中心
に構成される。

マスターCPU71には、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ー部ROM74と、制御実
行中の変数やフラグ等を一時記憶する第１マスター部RA
M75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マスター部RAM76とが接続されている。なお、この第
２マスター部RAM76は、電源オフ時にもバックアップさ
れている。

スレーブCPU72には、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ROM77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には、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ROM79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CPU71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MS間共通RAM81が接続され
ている。MS間共通RAM81は、マスターCPU71及びスレーブ
CPU72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CPU71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MS間共通RAM81と同様に、MA間共通RAM
82は、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CPU71には、加工プログラム等を作
成・入力するためのキーボード83と、この加工プラグラ
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CPU71は、上下動モータ19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85と接続されており、この
検出信号を受け取る。

スレーブCPU72は、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15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13
a,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CPU72は、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CPU73は、マガジンモータ31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3nex
t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P1にある次工程工具ポ
ット29next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CPU73は、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は、マスターCPU71から
の指示に基づいて実行される。マスターCPU71は、キー
ボード83から入力されて第２マスター部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
RAM81に書き込む。スレーブCPU72は、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。同様に、加工プログラ
ムに工具交換が指示されている場合は、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
は、スレーブ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、後述の様に、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3,3nextとがぶつかるのを防
止するため、マスターCPU71がスレーブCPU72及びATC部C
PU73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
び情報等の内、工具交換時にワークＷ及び周辺装置と工
具3,3next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。

干渉領域は、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軸回転のない場合は、第８図（イ）に示す様に、各
被加工面のベース上のワーク高さＺW1,ZW2等を入力す
る。このワーク高さＺW1,ZW2に所定の安全高さZ0を加え
たものが干渉高さZfix1,Zfix2として第２マスター部RAM
76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軸回転がある場合は、第８図（ロ）に示す様
に、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。

例えば、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
様に、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にワーク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83から入力され、
この通過高さZ1−２に安全高さZ0を加えた値が、被加工
面を第１の面W1から第２を面W2へと変更する場合の被加
工面変更時干渉高さZindex1−２として、第２マスター
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Z0を加えた被加工面変更時干渉
高さZindex1−４が第２マスター部RAM76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
は、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、これらの情報は、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
場合は、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Zindex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からは、工具マガジン７の各工具
ポット29a〜9hに格納される８本の工具の種類及び寸法
等の情報が入力され、第２マスター部RAM76内の工具管
理マップに記憶される。

マスター部CPU71は、この干渉高さZfix1,Zindex1−２
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
3next及びＢ軸回転等の加工条件を読み込む（ステップS
1;以下、各ステップをS1等と記す）。この読み込んだ条
件の内、Ｂ軸回転が指定されている場合には、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
ない場合は、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（S4）。

次に、第２マスター部RAM76の工具管理マップから、
次工程工具3nextの工具長Lnextと現工程工具3now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
Lavoidとする（S5）。前述の非干渉最接近基準高さZbas
eに、この退避工具長Lavoid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Zdownを
加えて最接近退避高さZchangeを求める（S6）。

この最接近退避高さZchangeは、現工程の加工が終了
するまでに算出され、MS間共通RM81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3nextがMS
間共通RAM81及びMA間共通RAM82に書き込まれ、ワーク移
動量・回転量がMS間共通RAM81に書き込まれる。MS間共
通RAM81に書き込まれた次工程工具3nextの情報は、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3nextの情報は、ATC部C
PU73において、例えば工具割り出しの際にマガジンモー
タ31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CPU73
は、それぞれ各共通RAM81,82の情報を読み出し、第10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CPU71からの制御指令であり、
右側にスレーブCPU72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CPU71は、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（S11）、主軸ヘッド５の上昇を
指令する（S12）。スレーブCPU72は、各指令を受けて主
軸モータ23を停止し（S13）、上下動モータ19を起動す
る（S14）。

マスターCPU71は、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Zchange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Zchange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（S16）、スレーブCPU72側では、上下動モータ19が
停止される（S17）。

こうして、主軸ヘッド５が最接近退避高さZchangeに
位置せしめられた後、主軸オリエンテーション（S18）
及び次工程工具割り出し（S19）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側では、マガジンモータ31が起動／停止され
て次工程工具3nextの割り出しが実行される（S21）。

マスターCPU71は、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（S2
2）。この次工程工具準備指令を受けて、再びATC部CPU7
3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（S2
3）。

なお、説明の都合上S18,S19,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CPU72が実
行し、S21,S23の制御はATC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
御では、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CPU71は、ATC部CPU73から次工程工具3next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ATC部CPU73側では、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（S25）。

また、この工具交換とほぼ同時期に、マスターCPU71
からスレーブCPU72へＢ軸を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（S26）。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（S2
7）。なお、次工程で被加工面変更が指定されていない
場合は、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
スレーブCPU72及びATC部CPU73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,S23）と被加工面割り出し（S26,S
27）との重複も可能である。従って、実際には、被加工
面割り出し（S26,S27）は、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29nextを復帰すべき旨の指令がATC部CPU73に
送出され（S28）、ATC部CPU73により揺動モータ41が起
動／停止されて工具ポット29nextの復帰が実行される
（S29）。

工具ポット29nextの復帰が完了した旨の信号がATC部C
PU73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CPU72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（S3
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。

以上説明した様に、本実施例によれば、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、この退避位置は、
最接近退避高さ算出処理（S1〜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により、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。この結果、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
ていたのでは、結局退避させた位置に別体に工具マガジ
ンを配置したのと同じであるため、従来は、上述の様な
小型化のメリットを発揮できないでいた。しかし、本実
施例によれば、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、これら三者が干渉し合
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Zchange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Ｍに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3nextを工具取り出し軸Ｃ上に準
備する動作（S22）は、主軸ヘッド５の退避動作（S11〜
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を実行すると共に、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に、
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Zchangeの算出において、第
８図（ロ）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
作が完了すれば、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。
この結果、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に、両動作を重
複させて実行しても、工具3,3nextとワークＷとの干渉
を避け、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。特に、この軌跡を考慮して非干渉
最接近高さZchange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、実施例においては、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）は、現工程実行中に予め完了する構成と
してもよい。加えて、被加工面変更は、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Z1−2,Z1−４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ば、一層の時間短縮を図ること
ができる。

また、被加工面の変更には、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
形の場合などは、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、作業時間の短縮効率が高い。

さらに、実施例では、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
いてもよい。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
に限定されず、例えば、主軸ヘッド側ではなくワークテ
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。

発明の効果以上説明した様に、第１及び第２請求項記載の発明に
よれば、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は、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ば、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
いる場合に、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、
次工程工具準備，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
るブロック図、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図、第３図（イ）は実施例で採用
した工具マガジンの正面図、第３図（ロ）はそのＸ−Ｘ
縦断面図、第３図（ハ）はこの工具マガジンの背面図、
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図、第５図は工具交
換アームの底面図、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図、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図、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
を現す説明図、第８図（ロ）は同じくＢ軸回転を伴う場
合の干渉領域の設定手法の説明図、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。 M1……現工程工具、M2……主軸 M3……主軸ヘッド、M4……次工程工具 M5……工具マガジン M6……次工程工具準備手段 M7……工具交換アーム M8……離間位置変更手段 M9……非干渉最接近位置算出手段 M10……最接近退避手段 M11……工具交換動作禁止手段 M12……被加工面変更手段 M13……被加工面変更時非干渉領域指示手段 M14……被加工面変更動作禁止手段 P1……工具割り出し位置 P2……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、3,3next……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 13……ワークテーブル 13a……Ｘ軸モータ、13b……Ｙ軸モータ 15……インデックステーブル 15b……Ｂ軸モータ、19……上下動モータ 21……主軸、23……主軸モータ 29a〜29h,29next……工具ポット 31……マガジンモータ、41……揺動モータ 49a,49b……フィンガ 51……カム軸、53……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Ｃ……工具取り出し軸、Ｍ……マガジン軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。