JPH11104934A - 自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動工具交換装置を備えた工作機械において、
自動工具交換指令時の位置と工具交換位置との間の工具
の移動時間を短縮することができる主軸頭移動の制御方
法および装置を提供する。 【構成】自動工具交換装置を備えた工作機械における自
動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方法であって、主
軸３１の工具交換指令開始位置Ｐ１から工具交換アプロ
ーチ位置Ｐ２までの移動量を計算する手順と、前記工具
交換指令開始位置から前記工具交換アプローチ位置ま
で、前記主軸を早送り移動させるための第１の移動指令
を行う手順と、前記第１の移動指令による前記主軸の早
送り移動が停止する前に、前記工具交換アプローチ位置
から工具交換位置Ｐ３まで、前記主軸を早送り移動させ
るための第２の移動指令を行う手順とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ（数値制御）
装置によって制御され自動工具交換装置（ＡＴＣ）を有
する工作機械において、自動工具交換指令時の位置と交
換位置との間の工具を装着した主軸の移動時間を短縮す
ることができる主軸頭移動の制御方法および装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置を有する工作機械（例
えば、マシニングセンタ）において、主軸に装着された
工具を自動的に交換する場合は、工具や主軸頭がカバー
や扉等の工作機械の他の構成部材に干渉しないように、
主軸を回転自在に支持している主軸頭、コラム等を加工
位置から工具交換アプローチ位置に一旦早送りにより移
動させ、さらに工具交換アプローチ位置から交換位置ま
で早送りにより移動させるタイプの工作機械がある。ま
た、主軸頭が自動工具交換装置の交換アームに対して係
合、離脱方向に軸移動可能な工作機械では、主軸頭の移
動で交換アームに対して工具の係合、離脱を行うタイプ
の工作機械もある。

【０００３】ここで工具交換アプローチ位置は、工具や
主軸頭を他の構成部材に干渉させずに交換位置まで移動
できる位置である。また、主軸頭の移動により、工具を
交換アームに対して係合、離脱させる工作機械では、工
具交換アプローチ位置は工具が交換アームから離脱した
位置である。その場合、工具交換位置は工具と交換アー
ムとが係合した位置である。工具交換アプローチ位置お
よび工具交換位置は、個々の工作機械の種類に応じて適
宜の位置に定められるものであり、工作機械の機械座標
系（その工作機械固有の機械原点に基づいて定められ、
その工作機械に固定された右手直交座標系）の原点を基
準とする固定点として表されている。

【０００４】図２は、工作機械が自動工具交換を行う場
合の主軸３１の軌跡を示す図である。工作機械の加工を
行う領域と工具マガジン側の領域とは、壁３２と扉３３
によって仕切られており、工具交換を行うときには扉３
３が開放される。主軸３１に装着されている工具による
加工が終了して、主軸頭の移動により主軸３１を現在の
位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ３に移動させる場合、直線
的に位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ３に移動させると、図
２に点線で示すように主軸３１と工作機械の構成部材で
ある壁３２とが干渉してしまう。

【０００５】図３は、主軸頭の軸移動を利用して交換ア
ーム９０に工具９１を係合、離脱させる工作機械を示す
例である。この場合も、主軸３１を直線的に位置Ｐ１か
ら工具交換位置Ｐ３に移動させると、構成部材である交
換アーム９０と工具９１のフランジ部とが干渉してスム
ーズな係合、離脱動作を行うことができない。そこで図
２、図３のような工作機械では、工具交換アプローチ位
置Ｐ２を機械座標系にて設定しておき、自動工具交換を
行う場合は現在位置Ｐ１から一旦工具交換アプローチ位
置Ｐ２に早送り移動し、その後工具交換アプローチ位置
Ｐ２から工具交換位置Ｐ３に早送り移動するようにして
いた。

【０００６】工具交換時のＮＣ加工プログラムは、図４
に示すようになっていた。ＮＣ加工プログラムの工具交
換部分の最初のブロック「Ｇ９１ Ｇ３０ Ｐ２ Ｘ△
Ｙ△ Ｚ△；」の「Ｇ９１」は送りをインクレメンタ
ル値によって行うことを指示するインクレメンタル指令
であり、「Ｇ３０ Ｐ２」は第２レファレンス点への復
帰を指示する指令であり、「Ｘ△ Ｙ△ Ｚ△」は復帰
経路の中間点位置の指定である。したがって、図４の例
のように「Ｘ０ Ｙ０ Ｚ０」としておくと直に第２レ
ファレンス点に移動する。第２レファレンス点として
は、予め工具交換アプローチ位置Ｐ２が設定されてい
る。したがって、このブロックにより主軸３１は工具交
換アプローチ位置Ｐ２まで移動される。

【０００７】次の２番目のブロック「Ｇ９１ Ｇ３０
Ｐ３ Ｘ□ Ｙ□ Ｚ□；」の「Ｇ３０ Ｐ３」は、第
３レファレンス点への復帰を指示する指令であり、「Ｘ
□Ｙ□ Ｚ□」は復帰経路の中間点位置の指定である。
第３レファレンス点としては、予め工具交換位置Ｐ３が
設定されている。したがって、このブロックにより主軸
３１は工具交換位置Ｐ３まで移動される。そして、３番
目のブロック「Ｍ０６；」で工具交換が行われる。

【０００８】工具交換後、４番目のブロックで主軸３１
は工具交換アプローチ位置Ｐ２まで再び移動される。５
番目のブロック「Ｇ９０ Ｇ００ Ｘ２０．０ Ｙ３
０．０Ｚ１０．０；」の「Ｇ９０」は送りをアブソリュ
ート値によって行うことを指示するアブソリュート指令
であり、「Ｇ００ Ｘ２０．０ Ｙ３０．０ Ｚ１０．
０」は、アブソリュート値で（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（２０．
０，３０．０，１０．０）［ｍｍ］の座標値の加工開始
位置に早送り移動を行う指令である。この場合のよう
に、加工に関する座標値はワーク座標系によって表され
る。ワーク座標系は、工作物の種類によって適宜定めら
れ、機械座標系から所定量のオフセット値だけオフセッ
トして設定される座標系である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】機械座標系で表される
第２レファレンス点等への復帰指令（Ｇ３０等）は、レ
ファレンス点に到達したかどうかをチェックするため
に、そのレファレンス点で一旦停止する。従来のように
「Ｇ３０」により工具交換アプローチ位置Ｐ２に移動す
ると、工具交換アプローチ位置Ｐ２で一旦停止するた
め、停止するまでの減速時間、さらに工具交換アプロー
チ位置Ｐ２から工具交換位置Ｐ３までの移動開始の加速
時間が必要となるため、工具交換位置に到達するまでの
時間が長くなっていた。

【００１０】図５は、自動工具交換を行う場合の工作機
械の主軸を回転自在に支持している主軸頭の移動（以
下、主軸移動と記載）のタイムチャートを示す図であ
る。図５（ａ），（ｂ）とも横軸は時間である。図５
（ａ）の縦軸は、主軸相対移動用のモータに対する単位
時間あたりの指令パルス数である。図５（ｂ）の縦軸
は、主軸相対移動の速度である。主軸３１の現在位置Ｐ
１は時間Ｔ１で示される。時間Ｔ１から時間Ｔ２まで、
主軸の移動速度は加速し、時間Ｔ２で早送り速度に達す
る。時間Ｔ３になると移動指令パルスが終了し、移動速
度は減速を始め、時間Ｔ４において工具交換アプローチ
位置Ｐ２に到達する。

【００１１】工具交換アプローチ位置Ｐ２に到達したこ
とがチェックされると、工具交換位置Ｐ３への移動のた
めの移動指令パルスが出力され、主軸３１の移動速度は
加速を開始する。主軸３１の移動速度は時間Ｔ５で早送
り速度に達する。時間Ｔ６になると移動指令パルスが終
了し、移動速度は減速を始め、時間Ｔ７において工具交
換位置Ｐ３に到達する。以上のように主軸３１が工具交
換位置Ｐ３に移動するのに、工具交換アプローチ位置Ｐ
２で一旦停止するために、時間（Ｔ４−Ｔ３）の減速時
間と時間（Ｔ５−Ｔ４）の加速時間が必要となり、工具
交換位置Ｐ３に到達するまでの時間が長くかかってい
た。主軸頭、コラムの重量が大きい場合や工具交換の回
数が多い場合には、特にこの時間のロスが大きくなる。
このため、工作機械の作業能率が低下するという問題点
があった。

【００１２】そこで、本発明は、自動工具交換装置を備
えた工作機械において、自動工具交換指令時の位置と工
具交換位置との間の工具の移動時間を短縮することがで
きる主軸頭移動の制御方法および装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方
法は、自動工具交換装置を備え、主軸頭に回転自在に支
持された主軸に装着された工具を自動交換するための工
具交換位置と、前記工具交換位置まで構成部材間に干渉
が生じることなく移動可能な位置である工具交換アプロ
ーチ位置が機械座標系の原点を基準とする固定点として
予め定められている工作機械における自動工具交換動作
時の主軸頭移動の制御方法であって、主軸頭の工具交換
指令開始位置から前記工具交換アプローチ位置までの移
動量を計算する手順と、前記工具交換指令開始位置から
前記工具交換アプローチ位置まで、前記主軸頭を早送り
移動させるための第１の移動指令を行う手順と、前記第
１の移動指令による前記主軸頭の早送り移動が停止する
前に、前記工具交換アプローチ位置から前記工具交換位
置まで、前記主軸頭を早送り移動させるための第２の移
動指令を行う手順とを有するものである。

【００１４】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御方法において、前記第１の移動指令と前記第
２の移動指令は、ともにインクレメンタル値による移動
指令であることが好ましい。

【００１５】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御方法において、前記第１の移動指令を行う手
順は、互いに直交する座標軸Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の２軸以
上の各軸方向の早送り移動が前記工具交換アプローチ位
置で同時に終了するように各軸方向の早送りの開始タイ
ミングを調整するものであることが好ましい。

【００１６】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御方法において、早送り移動の制御モードを、
第１の早送り移動から中間位置を経由して第２の早送り
移動を行う場合に、中間位置に到達する前に第２の早送
り移動を開始する早送りオーバラップモードに設定する
ことが可能であり、前記第１の移動指令を行う手順の前
に、早送り移動の制御モードを前記早送りオーバラップ
モードに設定する手順と、自動工具交換後に前記早送り
オーバラップモードを解除する手順とを有することが好
ましい。

【００１７】また、本発明の自動工具交換動作時の主軸
頭移動の制御装置は、自動工具交換装置を備え、主軸頭
に回転自在に支持された主軸に装着された工具を自動交
換するための工具交換位置と、前記工具交換位置まで構
成部材間に干渉が生じることなく移動可能な位置である
工具交換アプローチ位置が機械座標系の原点を基準点と
する固定点として予め定められている工作機械における
自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御装置であって、
主軸頭の工具交換指令開始位置から前記工具交換アプロ
ーチ位置までの移動量を計算する計算手段と、前記工具
交換指令開始位置から前記工具交換アプローチ位置ま
で、前記主軸頭を早送り移動させるための第１の移動指
令を行うとともに、前記第１の移動指令による前記主軸
頭の早送り移動が停止する前に、前記工具交換アプロー
チ位置から前記工具交換位置まで、前記主軸頭を早送り
移動させるための第２の移動指令を行う指令手段とを有
するものである。

【００１８】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御装置において、前記第１の移動指令と前記第
２の移動指令は、ともにインクレメンタル値による移動
指令であることが好ましい。

【００１９】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御装置において、前記指令手段が行う前記第１
の移動指令は、互いに直交する座標軸Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
の２軸以上の各軸方向の早送り移動が前記工具交換アプ
ローチ位置で同時に終了するように各軸方向の早送りの
開始タイミングを調整して指令するものであることが好
ましい。

【００２０】また、上記の自動工具交換動作時の主軸頭
移動の制御装置において、前記指令手段は、早送り移動
の制御モードを、第１の早送り移動から中間位置を経由
して第２の早送り移動を行う場合に、中間位置に到達す
る前に第２の早送り移動を開始する早送りオーバラップ
モードに設定することが可能であり、前記第１の移動指
令を行う手順の前に、早送り移動の制御モードを前記早
送りオーバラップモードに設定し、自動工具交換後に前
記早送りオーバラップモードを解除するものであること
が好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の主軸軌跡
の制御装置としてのＮＣ装置１の構成を示す図である。
工作機械のＮＣ装置１としては、ＮＣ専用機や、個人用
小型コンピュータ（以下、パソコンという）の拡張スロ
ットにサーボモータの制御、シーケンス制御等を行うＮ
Ｃボード、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コント
ローラ）ボード等を装備して数値制御機能とパソコン機
能とを有するいわゆるパソコンＮＣ装置が使用できる。
ＮＣ装置１には、種々のデータ処理を行う情報処理手段
としてのＣＰＵ１０が設けられており、ＣＰＵ１０には
バス１１を介して主記憶装置としてＲＯＭ１４およびＲ
ＡＭ１５が接続されている。

【００２２】ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１４に記憶されてい
るシステムプログラムおよびデータと、ＲＡＭ１５にロ
ード（メモリ中に読み込むこと）されたプログラムおよ
びデータに従って動作する。ＲＡＭ１５にロードされる
プログラムとしては、基本プログラムであるＯＳ（オペ
レーティング・システム）やＮＣ装置１としてのパソコ
ンにＮＣ装置としての機能を実現させるＮＣ指令処理プ
ログラム１５２、表示手段１２に対して文字や図形の表
示を行う表示制御プログラム等がある。

【００２３】また、ＣＰＵ１０にはバス１１を介して補
助記憶装置として固定ディスク装置１６が接続されてい
る。固定ディスク装置１６からＲＡＭ１５にＣＰＵ１０
によって実行されるべき種々のプログラム等がロードさ
れる。それとともに固定ディスク装置１６にはＮＣ工作
機械に所望の加工を実行させるＮＣ加工プログラムが記
憶されている。固定ディスク装置１６から、加工を実行
する工作物に対応するＮＣ加工プログラム１５１がＲＡ
Ｍ１５にロードされている。

【００２４】ＣＰＵ１０にはバス１１を介して入出力機
器が接続されている。入出力機器としては、文字および
図形を表示する表示手段１２、作業者がデータを入力す
るための入力手段１３がインターフェース回路を介して
バス１１に接続されている。表示手段１２としてはＣＲ
Ｔ、ＥＬ表示パネルや液晶ディスプレイ等が使用でき、
入力手段１３としてはキーボード、表示手段と一体に組
み合わせたタッチパネル等が使用できる。

【００２５】ＮＣ装置１には、インターフェース２１
３、アンプ２１２を介してＮＣ工作機械の主軸モータ２
１が接続されている。主軸モータ２１の回転数は検出器
２１１を介してアンプ２１２にフィードバックされ、所
定の回転数が維持される。さらにＮＣ装置１には、位置
決め装置２２３、アンプ２２２を介してＮＣ工作機械の
Ｘ軸モータ２２が接続されている。検出器２２１の検出
信号はアンプ２２２、位置決め装置２２３にフィードバ
ックされ、Ｘ軸方向での工具と工作物との相対的な位置
決め動作が行われる。すなわち、ＮＣ装置１から送出さ
れる移動指令パルスと、検出器２２１により検出される
検出パルスとのパルス数の差が０（ゼロ）になるように
Ｘ軸モータ２２がフィードバック制御される。Ｙ軸モー
タ２３、Ｚ軸モータ２４も同様にアンプ２３２，２４
２、位置決め装置２３３，２４３、検出器２３１，２４
１を介してＮＣ装置１に接続されている。

【００２６】ＮＣ装置１は、ＲＡＭ１５中のＮＣ加工プ
ログラム１５１に従って工作機械の主軸モータ２１、Ｘ
軸モータ２２、Ｙ軸モータ２３、Ｚ軸モータ２４等を駆
動制御し、工作機械の各可動部の駆動および位置決め制
御を行う。また、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・
コントローラ）２５１を介して可動体制御機器２５に対
して入出力を行い、自動工具交換装置（ＡＴＣ）、自動
パレット交換装置（ＡＰＣ）等の可動体をシーケンス制
御し、工具交換等を実行する。

【００２７】従来の図４のようなＮＣ加工プログラムを
使用した工具交換においては、図５のように、工具交換
アプローチ位置Ｐ２（時間Ｔ４）近傍における主軸移動
の減速時間および加速時間が無駄になり、結果として工
具交換時間が長くなる。そこで本発明においては、工具
交換のＮＣ指令「Ｍ０６」の処理を変更し、工具交換ア
プローチ位置Ｐ２を経由した工具交換位置Ｐ３までの主
軸３１の移動、工具交換後の工具交換アプローチ位置Ｐ
２までの復帰移動までの全ての処理を含ませるようにす
る。

【００２８】その際、工具交換アプローチ位置Ｐ２を経
由した工具交換位置Ｐ３までの主軸３１の移動において
は、中間位置である工具交換アプローチ位置Ｐ２への位
置決め精度はさほど必要としない。主軸３１、工具、主
軸頭等と壁３２、扉３３等の構成部材との干渉が生じな
い程度の精度でよい。そのため、送りの制御モードを早
送りオーバラップモードとする。早送りオーバラップモ
ードを、図６により説明する。

【００２９】図６（ａ），（ｂ）とも横軸は時間であ
る。図６（ａ）の縦軸は、主軸相対移動用のモータに対
する単位時間あたりの指令パルス数である。図６（ｂ）
の縦軸は、主軸相対移動の速度である。各軸のスケール
は図５と同一である。主軸３１の現在位置Ｐ１は時間Ｔ
１で示される。時間Ｔ１から時間Ｔ２まで、主軸の移動
速度は加速し、時間Ｔ２で早送り速度に達する。時間Ｔ
３になると工具交換アプローチ位置Ｐ２までの移動指令
パルスが終了する。早送りオーバラップモードの場合、
中間位置に停止して中間位置に到達したかどうかのチェ
ックを行うことなく、次の早送り指令パルスの送出を開
始する。

【００３０】この早送りオーバラップモードでは、中間
位置までの移動指令パルスが終了した後に、どの程度減
速した時点で次の早送り指令パルスの送出を開始するの
かを指定することができる。この値は減速率で指定し、
減速率が１００％であれば中間位置までの移動指令パル
スの送出が終了したら、すぐに次の早送り指令パルスの
送出を開始する。減速率を０％にすれば早送りオーバラ
ップモードが解除され、中間位置までの移動指令パルス
の送出が終了し、移動体の停止を確認した後、次の早送
り指令パルスの送出を開始する。

【００３１】図６では、早送りオーバラップモードの減
速率を１００％に設定しており、工具交換アプローチ位
置Ｐ２までの移動指令パルスの送出が終了した時間Ｔ３
に、同時に工具交換位置Ｐ３までの移動指令パルスの送
出を開始する。そのため図６（ａ）では、時間Ｔ３で移
動指令パルスがとぎれることなく、連続して送出されて
いる。また主軸３１の移動速度は、図６（ｂ）のように
時間Ｔ３から時間Ｔ４の間もほぼ一定の速度で移動し、
減速および加速のための時間のロスが存在しない。

【００３２】時間Ｔ８になると移動指令パルスが終了
し、移動速度は減速を始め、時間Ｔ９（＝Ｔ６）におい
て工具交換位置Ｐ３に到達する。したがって、主軸３１
が工具交換位置Ｐ３に到達するのは、図５のような従来
の主軸軌跡の制御方法に比較して時間（Ｔ７−Ｔ６）だ
け早くなる。工具交換位置Ｐ３において工具交換が終了
すると、再び工具交換アプローチ位置Ｐ２まで戻り、そ
の後加工開始位置まで移動する。本発明における工具交
換のＮＣ指令「Ｍ０６」は、現在位置Ｐ１から工具交換
アプローチ位置Ｐ２を経由した工具交換位置Ｐ３までの
主軸３１の移動、工具交換、工具交換後の工具交換アプ
ローチ位置Ｐ２までの復帰移動までを行う。

【００３３】図７は、第１の実施の形態における工具交
換指令「Ｍ０６」の処理を表すフローチャートである。
ＮＣ指令処理プログラム１５２が処理を行うＮＣ加工プ
ログラム１５１中に「Ｍ０６」が現れると、このサブプ
ログラム「工具交換指令の処理」が呼び出される。この
サブプログラム「工具交換指令の処理」はＮＣ指令処理
プログラム１５２内に含まれている。

【００３４】処理３０１では送り制御モードを早送りオ
ーバラップモードに設定する。具体的には減速率を１０
０％に設定する。また、処理３０１とほぼ同時に可動体
制御機器２５を介して扉３３を開状態にする指令を出
す。また、交換アーム９０が工具マガジン側、待機位
置、主軸３１側に揺動する自動工具交換装置の場合に
は、交換アーム９０を含む交換装置本体を扉３３が開状
態または揺動可能な状態になった後、主軸３１側に揺動
動作させる。交換アームが揺動しないタイプでは揺動動
作は必要がない。さらに、主軸３１は主軸オリエンテー
ション動作を行う。

【００３５】次に処理３０２において、現在位置Ｐ１か
ら工具交換アプローチ位置Ｐ２までの移動量の計算を行
う。その際、現在位置Ｐ１はワーク座標系で表され、工
具交換アプローチ位置Ｐ２は機械座標系で表されている
ので、両座標系の間のオフセット量を考慮して移動量を
計算する。また、現在位置Ｐ１の機械座標系の座標値を
読み取り、計算してもよい。さらに、工具交換アプロー
チ位置Ｐ２から工具交換位置Ｐ３までの移動量も計算す
る。このＰ２−Ｐ３間の移動量は予め計算しておいて記
憶させておいてもよい。この移動量の計算はＮＣ指令処
理プログラム１５２に従ってＣＰＵ１０が行い、ＮＣ指
令処理プログラム１５２およびＣＰＵ１０が計算手段と
して機能する。

【００３６】次に処理３０３では、現在位置Ｐ１から工
具交換アプローチ位置Ｐ２まで、早送りの移動指令を行
う。すなわち、位置決め装置２２３，２３３，２４３に
対して移動指令パルスを送出する。早送りオーバラップ
モードに設定されているので、工具交換アプローチ位置
Ｐ２までの移動指令パルスの送出が終了すると同時に、
処理３０４において工具交換位置Ｐ３までの早送りの移
動指令パルスの送出を開始する。したがって、工具交換
アプローチ位置Ｐ２近傍においてはほぼ一定速度で移動
し、減速および加速のための時間のロスはない。

【００３７】これらの移動指令はＮＣ指令処理プログラ
ム１５２に従ってＣＰＵ１０が行い、ＮＣ指令処理プロ
グラム１５２およびＣＰＵ１０が指令手段として機能す
る。また、これらの移動指令は出発位置から目的位置ま
での増分値であるインクレメンタル値による移動指令が
用いられる。

【００３８】次の処理３０５では、可動体制御機器２５
を介して図示しない自動工具交換装置、主軸側の工具ク
ランプ・アンクランプ装置を制御して、主軸３１に装着
された工具の交換を行う。すなわち、主軸３１に装着さ
れている旧工具と、交換アーム９０側に保持されている
新工具とを入れ替え、主軸３１に新工具を装着する。次
に処理３０６では、工具交換位置Ｐ３から工具交換アプ
ローチ位置Ｐ２まで、早送りの移動指令を行う。次に処
理３０７において送り制御モードの早送りオーバラップ
モードを解除する。具体的には減速率を０％に設定す
る。

【００３９】この処理とほぼ同時に、交換アーム９０が
揺動するタイプの自動工具交換装置の場合には、交換装
置本体を待機位置に揺動させる。揺動しないタイプの自
動工具交換装置の場合には、この揺動動作は必要がな
い。さらに、扉３３を閉状態にする。そしてサブプログ
ラム「工具交換指令の処理」を終了して呼び出し元に戻
り、次のＮＣ指令の処理を続行する。通常、主軸３１は
交換後の工具による加工開始位置に移動される。

【００４０】このように工具交換指令「Ｍ０６」によ
り、早送りオーバラップモードの設定、主軸３１の工具
交換位置への移動の軌跡の制御、工具交換、工具交換後
の工具交換アプローチ位置への移動、早送りオーバラッ
プモードの解除という一連の動作を制御するようにした
ので、工具交換アプローチ位置近傍での減速時間、加速
時間のロスがなく、迅速に工具交換作業を完了すること
ができる。

【００４１】また、工具交換指令として「Ｍ０６」のみ
を記述すればよく、ＮＣ加工プログラムが簡素化され、
ＮＣ加工プログラムの作成作業を簡素化することができ
る。また、工具交換指令「Ｍ０６」内で早送りオーバラ
ップモードの解除を行うようにしたので、通常使用する
ことの少ない早送りオーバラップモードが残ってしまう
ことがなく、ＮＣ加工プログラムがプログラム作成者の
意図に反した動作を実行してしまうこともない。

【００４２】なお、この実施の形態においては、早送り
オーバラップモードを設定する場合に、減速率を１００
％に設定したが、必ずしも１００％に設定しなくとも５
０％以上程度の任意の値に設定してもよい。ただし、減
速率を１００％の場合が、最も工具交換位置までの移動
時間が短縮される。

【００４３】次に本発明の第２の実施の形態について図
面を参照して説明する。図８は、工具交換時の工作機械
の主軸３１の移動領域を説明するための図である。加工
終了時（工具交換開始時）に主軸３１が位置Ｐ１１にあ
る場合と、主軸３１が位置Ｐ１２にある場合とでは、工
具交換アプローチ位置Ｐ２までの主軸３１の移動経路が
図８の矢印で示すように異なってくる。このような移動
経路となるのは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに早送りの最高
速度の移動指令パルスが同時に送出されるため、主軸３
１は最初にＸ軸、Ｙ軸と４５度傾斜した直線Ｃの方向に
移動を開始し、いずれか一方の軸方向の移動指令パルス
が先に終了すると、それ以後他方の軸方向に移動するか
らである。

【００４４】すなわち、図８の直線Ｃよりも上側の領域
Ａ上の位置Ｐ１１から早送り移動を開始すると、主軸３
１はまず直線Ｃ方向に移動し、その後Ｘ軸方向に移動す
る。また、図８の直線Ｃよりも下側の領域Ｂ上の位置Ｐ
１２から早送り移動を開始すると、主軸３１はまず直線
Ｃ方向に移動し、その後Ｙ軸方向に移動する。主軸３１
が位置Ｐ１１と位置Ｐ１２の間から移動を開始すれば、
点線ハッチングを施した領域Ｓ１内のいずれかの経路を
通って工具交換アプローチ位置Ｐ２に移動する。このよ
うな移動軌跡の制御を行うと図８のように、主軸３１の
通過する領域の面積が大きく、主軸３１、工具、主軸頭
等に干渉する領域が広くなっている。

【００４５】図９は、第２の実施の形態における工具交
換時の工作機械の主軸の移動領域を示す図である。図８
の移動経路では直線Ｃ方向の移動の後に、各Ｘ，Ｙ軸方
向の移動が生じるが、図９の移動経路は最初に各Ｘ，Ｙ
軸方向の移動を行い、その後に直線Ｃ方向の移動を行う
ようにしたものである。工具交換アプローチ位置Ｐ２を
通る４５度傾斜の直線を直線Ｃとし、直線Ｃの上側の領
域Ａにある位置Ｐ１１に主軸３１が位置している場合
は、主軸３１をまずＸ軸方向に直線Ｃと交わる位置Ｐ４
まで移動させ、その後直線Ｃ上を工具交換アプローチ位
置Ｐ２まで移動させる。主軸３１が直線Ｃの下側の領域
Ｂにある位置Ｐ１２から移動開始する場合は、主軸３１
をまずＹ軸方向に直線Ｃと交わる位置Ｐ４まで移動さ
せ、その後直線Ｃ上を工具交換アプローチ位置Ｐ２まで
移動させる。

【００４６】このような移動軌跡の制御を行った場合、
図９のように、主軸３１が位置Ｐ１１と位置Ｐ１２の間
から移動を開始すれば、点線ハッチングを施した領域Ｓ
２内のいずれかの経路を通って工具交換アプローチ位置
Ｐ２に移動する。領域Ｓ２の面積は、図８の領域Ｓ１の
面積よりも小さくなり、かつ、工具交換アプローチ位置
Ｐ２近傍での主軸３１の経路が一定の軌跡となるので、
主軸３１、工具、主軸頭等と他の構成部材との干渉が生
じにくくなり、工作機械の構成部材間の干渉、衝突等の
危険が防止できる。また、それだけ工作機械の各構成部
材の形状や配置の設計が容易となる。

【００４７】図１０は、第２の実施の形態における工具
交換指令「Ｍ０６」の処理を表すフローチャートであ
る。第２の実施の形態においても、ＮＣ装置１の構成は
第１の実施の形態と同様であり、図１のＮＣ指令処理プ
ログラム１５２が処理を行うＮＣ加工プログラム１５１
中に「Ｍ０６」が現れると、このサブプログラム「工具
交換指令の処理」が呼び出される。このサブプログラム
「工具交換指令の処理」はＮＣ指令処理プログラム１５
２内に含まれている。

【００４８】処理４０１では送り制御モードを早送りオ
ーバラップモードに設定する。具体的には減速率を１０
０％に設定する。また、処理４０１とほぼ同時に可動体
制御機器２５を介して扉３３を開状態にする指令を出
す。また、交換アーム９０が工具マガジン側、待機位
置、主軸３１側に揺動する自動工具交換装置の場合に
は、交換アーム９０を含む交換装置本体を扉３３が開状
態になった後、主軸３１側に揺動動作させる。交換アー
ムが揺動しないタイプでは揺動動作は必要がない。さら
に、主軸３１は主軸オリエンテーション動作を行う。

【００４９】次に判断４０２において、現在位置が領域
Ａにあるか否かが判別される。領域Ａにあれば処理４０
３に進み、現在位置Ｐ１１からＸ軸方向に延ばした直線
と直線Ｃとの交点Ｐ４の位置を計算する。次に処理４０
４において、現在位置Ｐ１１から交点Ｐ４までの移動量
と、交点Ｐ４から工具交換アプローチ位置Ｐ２までの移
動量の計算を行う。さらに、工具交換アプローチ位置Ｐ
２から工具交換位置Ｐ３までの移動量の計算も行う。こ
のＰ２−Ｐ３間の移動量は予め計算して記憶させておい
てもよい。そして、次に処理４０７に進む。

【００５０】判断４０２において、現在位置が領域Ｂに
あれば処理４０５に進み、現在位置Ｐ１２からＹ軸方向
に延ばした直線と直線Ｃとの交点Ｐ４の位置を計算す
る。次に処理４０６において、現在位置Ｐ１２から交点
Ｐ４までの移動量と、交点Ｐ４から工具交換アプローチ
位置Ｐ２までの移動量と、工具交換アプローチ位置Ｐ２
から工具交換位置Ｐ３までの移動量の計算を行う。そし
て、次に処理４０７に進む。

【００５１】処理４０７では、現在位置から交点Ｐ４ま
で早送りの移動指令を行い、さらに処理４０８で、交点
Ｐ４から工具交換アプローチ位置Ｐ２まで早送りの移動
指令を行う。すなわち、位置決め装置２２３，２３３，
２４３に対して移動指令パルスを送出する。早送りオー
バラップモードに設定されているので、交点Ｐ４までの
移動指令パルスの送出が終了すると同時に、工具交換ア
プローチ位置Ｐ２までの早送りの移動指令パルスの送出
を開始する。さらに、工具交換アプローチ位置Ｐ２まで
の移動指令パルスの送出が終了すると同時に、次の処理
４０９において工具交換位置Ｐ３までの早送りの移動指
令パルスの送出を開始する。したがって、交点Ｐ４およ
び工具交換アプローチ位置Ｐ２の近傍においてはほぼ一
定速度で移動し、減速および加速のための時間のロスは
ない。

【００５２】次の処理４１０では、可動体制御機器２５
を介して図示しない工具交換アーム等の自動工具交換装
置を制御して、主軸３１に装着された工具の交換を行
う。すなわち、主軸３１に装着されている旧工具と、交
換アーム９０側に保持されている新工具とを入れ替え、
主軸３１に新工具を装着する。次に処理４１１では、工
具交換位置Ｐ３から工具交換アプローチ位置Ｐ２まで、
早送りの移動指令を行う。次に処理４１２において送り
制御モードの早送りオーバラップモードを解除する。具
体的には減速率を０％に設定する。

【００５３】この処理とほぼ同時に、交換アーム９０が
揺動するタイプの自動工具交換装置の場合には、交換装
置本体を待機位置に揺動させる。揺動しないタイプの自
動工具交換装置の場合には、この揺動動作は必要がな
い。さらに、扉３３を閉状態にする。そしてサブプログ
ラム「工具交換指令の処理」を終了して呼び出し元に戻
り、次のＮＣ指令の処理を続行する。通常、主軸３１は
交換後の工具による加工開始位置に移動される。

【００５４】図９のような主軸３１の移動軌跡の制御を
行っても、Ｘ軸方向の移動量とＹ軸方向の移動量とは、
それぞれ図８の場合と同じになる。それぞれの軸方向に
対する移動指令パルス数は、図８と図９で変化すること
はない。したがって、移動完了までの時間も同一とな
る。図８では各軸方向に対する移動指令パルスを同時に
出力開始するため、移動指令パルスが各軸方向でそれぞ
れ異なる時間に終了するが、図９では各軸方向に対する
移動指令パルスを同時に終了するように異なる時間に出
力開始しているのである。

【００５５】なお、図８、図９では、Ｘ軸とＹ軸のみの
移動を考慮したが、Ｚ軸方向の移動を考えても基本的に
は同一である。工具交換アプローチ位置Ｐ２までの各軸
方向に対する移動指令パルスを、工具交換アプローチ位
置Ｐ２において同時に終了するように異なる時間に出力
開始すればよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００５７】工具交換指令により、主軸を工具交換アプ
ローチ位置で停止することなく工具交換位置へ移動させ
るように制御したので、工具交換アプローチ位置近傍で
の減速時間、加速時間の時間ロスがなく、迅速に工具交
換作業を完了することができる。

【００５８】工具交換指令により、早送りオーバラップ
モードの設定、早送りオーバラップモードの解除の動作
を自動的に実行するようにしたので、通常使用すること
の少ない早送りオーバラップモードが残ってしまうこと
がなく、ＮＣ加工プログラムがプログラム作成者の意図
に反した動作を実行してしまうこともない。

【００５９】また、工具交換指令として単一のＮＣ指令
「Ｍ０６」のみを記述すれば工具交換位置までの移動も
含めて必要な全ての動作を行うため、ＮＣ加工プログラ
ムが簡素化され、ＮＣ加工プログラムの作成作業を簡素
化することができる。

【００６０】複数の座標軸方向の早送り移動を工具交換
アプローチ位置において同時に終了するように異なる時
間に出力開始するようにしたので、主軸の干渉領域が小
さくなり、かつ、工具交換アプローチ位置近傍での主軸
の経路が一定の軌跡となる。これにより、主軸頭、工具
等と他の構成部材との干渉が生じにくくなり、工作機械
の構成部材間の干渉、衝突等の危険が防止できる。ま
た、それだけ工作機械の各構成部材の形状や配置の設計
が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の主軸軌跡の制御装置の構成を
示す図である。

【図２】図２は、工具交換時の工作機械の主軸の移動軌
跡を示す図である。

【図３】図３は、工具交換時の他のタイプの工作機械の
主軸の軌跡を示す図である。

【図４】図４は、従来の工具交換時のＮＣ加工プログラ
ムを示す図である。

【図５】図５は、従来の工具交換時の主軸移動のタイム
チャートである。

【図６】図６は、本発明における工具交換時の主軸移動
のタイムチャートである。

【図７】図７は、第１の実施の形態における工具交換指
令の処理を表すフローチャートである。

【図８】図８は、工具交換時の工作機械の主軸の移動領
域を示す図である。

【図９】図９は、第２の実施の形態における工具交換時
の工作機械の主軸の移動領域を示す図である。

【図１０】図１０は、第２の実施の形態における工具交
換指令の処理を表すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ＮＣ装置 １０…ＣＰＵ １１…バス １２…表示手段 １３…入力手段 １４…ＲＯＭ １５…ＲＡＭ １６…固定ディスク装置 ２１…主軸モータ ２２…Ｘ軸モータ ２３…Ｙ軸モータ ２４…Ｚ軸モータ ２５…可動体制御機器 ３１…主軸 ３２…壁 ３３…扉

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動工具交換装置を備え、主軸頭に回転自
   在に支持された主軸（３１）に装着された工具を自動交
   換するための工具交換位置（Ｐ３）と、前記工具交換位
   置（Ｐ３）まで構成部材間に干渉が生じることなく移動
   可能な位置である工具交換アプローチ位置（Ｐ２）が機
   械座標系の原点を基準とする固定点として予め定められ
   ている工作機械における自動工具交換動作時の主軸頭移
   動の制御方法であって、 主軸頭の工具交換指令開始位置（Ｐ１）から前記工具交
   換アプローチ位置（Ｐ２）までの移動量を計算する手順
   と、 前記工具交換指令開始位置（Ｐ１）から前記工具交換ア
   プローチ位置（Ｐ２）まで、前記主軸頭を早送り移動さ
   せるための第１の移動指令を行う手順と、 前記第１の移動指令による前記主軸頭の早送り移動が停
   止する前に、前記工具交換アプローチ位置（Ｐ２）から
   前記工具交換位置（Ｐ３）まで、前記主軸頭を早送り移
   動させるための第２の移動指令を行う手順とを有する自
   動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載した自動工具交換動作時の
   主軸頭移動の制御方法であって、 前記第１の移動指令と前記第２の移動指令は、ともにイ
   ンクレメンタル値による移動指令である自動工具交換動
   作時の主軸頭移動の制御方法。
3. 【請求項３】請求項１〜２のいずれか１つに記載した自
   動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方法であって、 前記第１の移動指令を行う手順は、互いに直交する座標
   軸Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の２軸以上の各軸方向の早送り移動
   が前記工具交換アプローチ位置（Ｐ２）で同時に終了す
   るように各軸方向の早送りの開始タイミングを調整する
   ものである自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方
   法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１つに記載した自
   動工具交換動作時の主軸頭移動の制御方法であって、 早送り移動の制御モードを、第１の早送り移動から中間
   位置を経由して第２の早送り移動を行う場合に、中間位
   置に到達する前に第２の早送り移動を開始する早送りオ
   ーバラップモードに設定することが可能であり、 前記第１の移動指令を行う手順の前に、早送り移動の制
   御モードを前記早送りオーバラップモードに設定する手
   順と、 自動工具交換後に前記早送りオーバラップモードを解除
   する手順とを有する自動工具交換動作時の主軸頭移動の
   制御方法。
5. 【請求項５】自動工具交換装置を備え、主軸頭に回転自
   在に支持された主軸（３１）に装着された工具を自動交
   換するための工具交換位置（Ｐ３）と、前記工具交換位
   置（Ｐ３）まで構成部材間に干渉が生じることなく移動
   可能な位置である工具交換アプローチ位置（Ｐ２）が機
   械座標系の原点を基準点とする固定点として予め定めら
   れている工作機械における自動工具交換動作時の主軸頭
   移動の制御装置であって、 主軸頭の工具交換指令開始位置（Ｐ１）から前記工具交
   換アプローチ位置（Ｐ２）までの移動量を計算する計算
   手段（１０，１５２）と、 前記工具交換指令開始位置（Ｐ１）から前記工具交換ア
   プローチ位置（Ｐ２）まで、前記主軸頭を早送り移動さ
   せるための第１の移動指令を行うとともに、前記第１の
   移動指令による前記主軸頭の早送り移動が停止する前
   に、前記工具交換アプローチ位置（Ｐ２）から前記工具
   交換位置（Ｐ３）まで、前記主軸頭を早送り移動させる
   ための第２の移動指令を行う指令手段（１０，１５２）
   とを有する自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御装
   置。
6. 【請求項６】請求項５に記載した自動工具交換動作時の
   主軸頭移動の制御装置であって、 前記第１の移動指令と前記第２の移動指令は、ともにイ
   ンクレメンタル値による移動指令である自動工具交換動
   作時の主軸頭移動の制御装置。
7. 【請求項７】請求項５〜６のいずれか１つに記載した自
   動工具交換動作時の主軸頭移動の制御装置であって、 前記指令手段（１０，１５２）が行う前記第１の移動指
   令は、互いに直交する座標軸Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の２軸以
   上の各軸方向の早送り移動が前記工具交換アプローチ位
   置（Ｐ２）で同時に終了するように各軸方向の早送りの
   開始タイミングを調整して指令するものである自動工具
   交換動作時の主軸頭移動の制御装置。
8. 【請求項８】請求項５〜７のいずれか１つに記載した自
   動工具交換動作時の主軸頭移動の制御装置であって、 前記指令手段（１０，１５２）は、 早送り移動の制御モードを、第１の早送り移動から中間
   位置を経由して第２の早送り移動を行う場合に、中間位
   置に到達する前に第２の早送り移動を開始する早送りオ
   ーバラップモードに設定することが可能であり、 前記第１の移動指令を行う手順の前に、早送り移動の制
   御モードを前記早送りオーバラップモードに設定し、 自動工具交換後に前記早送りオーバラップモードを解除
   するものである自動工具交換動作時の主軸頭移動の制御
   装置。