WO2023189525A1 - 数値制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

復帰位置に応じて工具交換時間を短縮できる数値制御装置、制御方法、及びプログラムを提供する。　数値制御装置のＣＰＵは、テーブル２７上に治具で固定したワークの加工後、主軸２０をＲ点に移動してからＡＴＣ準備位置を経由して、Ｙ軸ＡＴＣ原点に移動する。主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点に移動した状態で、主軸２０のＺ軸方向の往復移動に基づき、主軸２０に装着した工具とマガジンが収納する工具とを入れ替え交換する。ＣＰＵはＲ点に基づき、主軸２０をＲ点からＡＴＣ準備位置に移動する往路の経路について、第１経路と第２経路の何れかに切り替える。第１経路は、主軸２０を、Ｒ点からＡＴＣ準備位置に移動する経路である。第２経路は、主軸２０をＲ点からＹ軸原点に移動後、当該Ｙ軸原点からＡＴＣ準備位置に移動する経路である。

Description

数値制御装置、制御方法及びプログラム

　本発明は、数値制御装置、制御方法及びプログラムに関する。

　特許文献１に記載の工作機械は横形であり、主軸の軸方向は水平方向である。工具交換領域を加工領域の上側に配置することで、軸方向の機械サイズを抑える。工具交換を行う際、工具がワーク及び治具に衝突しないよう、主軸を現在位置から復帰位置に移動後、軸方向と直交する方向の機械原点に移動してから工具交換準備位置に移動する。復帰位置は工具がワーク及び治具に衝突しない位置にユーザが設定する。機械原点は軸方向に最大逃避した位置である。

特許第３０４４７８２号公報

　ユーザが設定した復帰位置に関係なく、主軸は復帰位置から機械原点に一旦移動してから工具交換準備位置に移動するので、工具交換時間が長くなるという問題点があった。

　本発明の目的は、復帰位置に応じて工具交換時間を短縮できる数値制御装置、制御方法、及びプログラムを提供することである。

　請求項１の数値制御装置は、工具を装着する主軸と、前記主軸の軸方向において加工領域と重なる領域に設けられ、工具を収納するマガジンと、台上に治具で固定したワークの加工後、前記主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、前記領域内の工具交換位置と前記軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御部と、前記往路制御部が前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具と前記マガジンが収納する工具とを入れ替え交換する工具交換部とを備えた数値制御装置において、前記往路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替え部を備え、前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であることを特徴とする。これにより、数値制御装置は、主軸を工具交換位置まで移動する往路において、復帰位置に基づき経路を切り替えることができるので、復帰位置に応じて工具交換時間を短縮しつつ、主軸に装着した工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。なお、第１経路の「前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路」の「直接的」とは、軸方向への移動を伴い、その経路に頂点（角）を有さない経路を意味する。

　請求項２の数値制御装置の前記往路切替え部は、前記軸方向において、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置側か否かで前記経路を切り替えてもよい。軸方向において、工具交換準備位置を基準として復帰位置が原点位置側にあるか否かで経路を切り替えるので、復帰位置に応じて工具交換時間を短縮しつつ、主軸に装着した工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。

　請求項３の数値制御装置の前記往路切替え部は、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置とは反対側の場合、前記経路を前記第１経路に切り替え、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置側の場合、前記経路を前記第２経路に切り替えてもよい。軸方向において、工具交換準備位置を基準として復帰位置が原点位置とは反対側にある場合は第１経路、原点位置側にある場合は第２経路に経路を切り替えるので、第１経路では工具交換時間を短縮でき、第１経路及び第２経路の両方において、主軸に装着した工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。

　請求項４～６の数値制御装置は、前記主軸を、前記工具交換位置から前記工具交換準備位置を経由して前記復帰位置に移動した後で、指令点に移動する復路制御部を備え、前記復路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記工具交換準備位置から前記復帰位置に移動後、前記指令点に移動する経路を、第３経路と第４経路の何れかに切り替える復路切替え部を備え、前記第３経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記復帰位置に直接的に移動後、前記指令点に移動する経路であり、前記第４経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記軸方向の前記復帰位置に移動後、前記軸方向と直交する方向において前記指令点と同一座標の位置に移動し、その後、前記指令点に移動する経路であってもよい。これにより、数値制御装置は、主軸を工具交換準備位置から指令点に移動する復路においても、復帰位置に基づき経路を切り替えることができるので、復帰位置に応じて工具交換時間を短縮しつつ、主軸に装着した工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。なお、第３経路の「前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記復帰位置に直接的に移動後、前記指令点に移動する経路の「直接的」とは、軸方向への移動を伴い、その経路に頂点（角）を有さない経路を意味する。

　請求項７の数値制御装置の前記復帰位置は、工具長をオフセットした位置であってもよい。工具の先端を復帰位置に設定できるので、工具長が違っていても、経路の移動中に工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。

　請求項８の数値制御装置の前記復帰位置は、工具長をオフセットした位置であって、前記往路制御部は、ＮＣプログラムの制御指令に基づき、前記復帰位置を算出する第１復帰位置算出部を備え、前記復路制御部は、前記ＮＣプログラムの前記制御指令に基づき、前記復帰位置を算出し直す第２復帰位置算出部を備えてもよい。復路では、往路のときに主軸に装着されていた工具とは別の工具が主軸に装着される可能性が高いので、往路と復路で工具長が異なる場合がある。復帰位置には工具長オフセットがかけられるので、工具長が異なると主軸の位置も変わる。そこで、復路制御部は、ＮＣプログラムの制御指令に基づき、復帰位置を算出し直すので、復帰位置において主軸に装着する工具がワーク及び治具に接触するのを回避できる。

　請求項９の数値制御装置の前記主軸の前記軸方向は水平方向であってもよい。主軸の軸方向が水平方向である横形の機械に適用できる。

　請求項１０の制御方法は、台上に治具で固定したワークの加工後、工具を装着する主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、工具交換位置と前記主軸の軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御ステップを備え、前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具とマガジンが収納する工具とを入れ替え交換する数値制御装置の制御方法において、前記往路制御ステップは、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替えステップを備え、前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であることを特徴とする。数値制御装置は上記ステップを行うことで請求項１に記載の効果を得ることができる。

　請求項１１のプログラムは、台上に治具で固定したワークの加工後、工具を装着する主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、工具交換位置と前記主軸の軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御ステップを備え、前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具とマガジンが収納する工具とを入れ替え交換する数値制御装置を機能させるプログラムにおいて、コンピュータに、前記往路制御ステップにおいて、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替えステップを実行させ、前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であることを特徴とする。数値制御装置のコンピュータは上記ステップを実行することで請求項１に記載の効果を得ることができる。

工作機械１の正面図。 工作機械１の右側面図。 ＡＴＣ動作の往路を示す図。 ＡＴＣ動作の復路を示す図。 工作機械１の電気的構成を示すブロック図。 ＮＣ制御処理の流れ図。 往路決定処理の流れ図。 復路決定処理の流れ図。 往路実行処理の流れ図。 復路決定処理の流れ図。 往路の第１経路を示す図。 往路の第２経路を示す図。 復路の第３経路を示す図。 復路の第４経路を示す図。

　本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、図中に示す矢印の向きで工作機械１の左右、上下、前後を説明する。図１に示す工作機械１は主軸２０の軸方向が水平方向の横形の工作機械である。工作機械１の左右、上下、前後は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸である。

　図１，図２を参照し、工作機械１の構成を説明する。工作機械１は、基台２、コラム５、サドル本体１０、主軸ヘッド１８、主軸２０、工具交換装置（ＡＴＣ装置）４０を備える。

　基台２は工作機械１下部に設けられ、平面視前後方向に長い略矩形状の鉄製土台である。基台２上面後側には、一対の案内レール３が設けられる。一対の案内レール３は左右方向に延び、且つ前後方向に互いに離間する。一対の案内レール３の間には、Ｘ軸モータ６が設けられる。基台２上面前側には、ワーク（図示略）を保持するテーブル２７（図３参照、図１，図２では省略）が設けられる。基台２上面左右両側の夫々の前側には、左右一対の支持部材５１，５２が固定される。支持部材５１，５２の夫々の上端部には、後述のＡＴＣ装置４０のマガジン４５が固定される。

　コラム５は、一対の案内レール３上に摺動駒４を介して左右方向（Ｘ軸方向）に移動自在に取り付けられる。コラム５はＸ軸モータ６の駆動で左右方向に水平移動する。コラム５は鋳物で形成された略柱状の構造体である。コラム５前面中央部には、大きな貫通穴７が設けられる。コラム５前面左右両側には、左右一対の案内レール８が設けられる。案内レール８は上下方向に延びる。コラム５頂上部には、Ｙ軸モータ１３が設けられる。コラム５の内側には、送りねじ１４が設けられる。送りねじ１４は上下方向に延び、その上端部はＹ軸モータ１３の回転軸（図示略）と連結する。

　サドル本体１０は、左右一対の案内レール８に摺動駒９（図２参照）を介して上下方向（Ｙ軸方向）に移動自在に取り付けられる。サドル本体１０下端には、サドルベース１１が一体して設けられる。サドル本体１０下部には、大きな切り欠き１２が形成され、サドルベース１１との間に穴を構成する。サドルベース１１後端部は、コラム５の貫通穴７内側に延出する。サドルベース１１後端部には、Ｚ軸モータ１９が固定される。サドルベース１１上部には、左右一対の案内レール１６が設けられる。左右一対の案内レール１６は前後方向に延び、且つ左右方向に互いに離間する。サドル本体１０後面にはナット１５が固定される。ナット１５は、Ｙ軸モータ１３で回転駆動される送りねじ１４に螺合する。これにより、サドル本体１０及びサドルベース１１は、Ｙ軸モータ１３の回転駆動に応じて、ナット１５と共に上下方向に移動する。

　主軸ヘッド１８は、サドルベース１１上部の一対の案内レール１６に摺動駒１７を介して前後方向に移動自在に取り付けられ、Ｚ軸モータ１９の駆動で前後方向に水平移動する。主軸ヘッド１８は、サドル本体１０下部の切り欠き１２とサドルベース１１で構成される穴から前方に出没する。送りねじ１４は前面中央から右に偏った位置に設けられる。それ故、サドル本体１０とサドルベース１１が上昇したとき、主軸ヘッド１８と送りねじ１４が相互に衝突しない。主軸ヘッド１８の後端部には、主軸モータ２１が固定される。

　主軸２０は、主軸ヘッド１８に回転自在に支持され、主軸モータ２１により回転駆動される。主軸２０は前後方向に延びる。主軸２０の軸方向はＺ軸方向である。主軸２０の前端面には、工具ホルダ（図示略）を装着するテーパ穴が設けられる。工具ホルダには、工具が保持される。主軸２０には、公知の工具クランプ装置（図示略）が組み込まれる。工具クランプ装置は、テーパ穴に装着した工具ホルダのプルスタッドを挟持して工具ホルダをクランプする。

　ＡＴＣ装置４０は、マガジン４５と１０個の把持部５０を備える。略円柱状のマガジン４５は、軸線を前後方向に向けた姿勢で、支持部材５１，５２によって、コラム５前面上部の前方に支持される。１０個の把持部５０は、マガジン４５外周に沿って放射状に配列して支持される。把持部５０はポットを備える。ポットには、工具ホルダが着脱自在に装着される。マガジン４５は、マガジンモータ４７（図５参照）で軸線を中心に１０個の把持部５０を回転して位置決め可能である。

　図１～図３を参照し、加工領域とＡＴＣ領域について説明する。機械原点とは、Ｘ軸とＹ軸の夫々の機械座標が０の位置で、且つＺ軸の機械座標が原点寸法の位置である。Ｚ軸の原点寸法は、図２に示す加工領域の後端であり、工作機械１の構造に応じて決まる。Ｘ軸の機械原点はＸ軸原点（Ｘ＝０ｍｍ）、Ｙ軸の機械原点はＹ軸原点（Ｙ＝０ｍｍ）、Ｚ軸の機械原点はＺ軸原点（Ｚ＝原点寸法）である。

　加工領域は、Ｙ軸原点よりも基台２側（下側）の空間に設けられる。ＡＴＣ領域は、Ｙ軸原点に対して加工領域とは反対側（上側）の空間に設けられる。加工領域はテーブル２７に固定されたワークの加工を行う領域である。ＡＴＣ領域は工具交換を行う領域である。図３に示すように、ＡＴＣ領域はＹ軸方向において加工領域の上側で、且つＺ軸方向において加工領域と重なる位置に設けられる。これにより、工作機械１は、ＡＴＣ領域を加工領域の後方に設けた工作機械に比べて、Ｚ軸方向の機械サイズをコンパクトにできる。それ故、工作機械１は、工場等における設置面積を小さくできる。

　図３，図４を参照し、工具交換動作の概要について説明する。工作機械１がワークを切削する加工状態では、主軸２０は加工領域に位置する。主軸２０に装着した工具２３による加工が終了した後、工作機械１は工具交換動作を実行する。工具交換動作は、主軸２０が移動する経路について、往路と復路を備える。なお、本実施形態において「主軸２０を移動する」とは、「主軸ヘッド１８を移動する」と同義である。

　往路は、主軸２０を現在位置からＡＴＣ原点まで移動する経路（図３参照）であり、復路は、主軸２０をＡＴＣ原点から指令点まで移動する経路（図４参照）である。ＡＴＣ原点とは、ＡＴＣ領域に設けられる工具交換時の基準点であり、マガジン４５が回転可能な位置である。指令点とは、工具交換後に主軸２０を移動させる目標位置であり、後述のＧ１００で設定できる。

　往路について説明する。図３に示すように、工作機械１は、主軸２０を現在位置からＺ軸＋方向に移動し、後述のＲ点を経由して、後述の第１経路又は第２経路に沿ってＡＴＣ準備位置まで移動する。ＡＴＣ準備位置とは、後述のＡＴＣ位置とＺ軸方向において同一座標の位置である。なお、往路における第１経路、第２経路の決定方法は後述する。次いで、工作機械１は、主軸２０をＡＴＣ準備位置からＹ軸ＡＴＣ原点まで上昇する。Ｙ軸ＡＴＣ原点とは、Ｙ軸方向においてＡＴＣ原点と同一座標の位置であり、ＡＴＣ位置（本発明の「工具交換位置」）に相当する。このとき、マガジン４５直下にある把持部５０の空のポットに対して、主軸２０に装着した工具２３が下方から係合する。これで往路が完了する。

　この状態で、工作機械１は、主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点からＺ軸＋方向に後進し、ＡＴＣ原点まで移動する。このとき、把持部５０のポットに係合した工具２３の位置は固定されているので、主軸２０から工具２３が引き抜かれる。工作機械１はマガジン４５を回転し、次に装着する次工具を保持する把持部５０をマガジン４５直下に位置決めする。このとき、次工具が主軸２０の前方に対向する。この状態で、図４に示すように、工作機械１は、ＡＴＣ原点にある主軸２０をＺ軸―方向に前進し、Ｙ軸ＡＴＣ原点まで移動する。これにより、主軸２０に次工具が装着される。

　復路について説明する。図４に示すように、主軸２０に次工具が装着されると、工作機械１は、主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点からＡＴＣ準備位置まで下降する。次いで、工作機械１は、主軸２０をＡＴＣ準備位置から後述の第３経路又は第４経路に沿って後述のＲ点まで移動した後、Ｇ１００で設定された指令点まで移動する。これで復路が完了し、一連の工具交換動作が完了する。

　図５を参照し、工作機械１の電気的構成について説明する。工作機械１は、数値制御装置３０、主軸モータ２１、Ｘ軸モータ６、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ１９、マガジンモータ４７、駆動回路６１～６５、エンコーダ２１Ａ，６Ａ，１３Ａ,１９Ａ，４７Ａ,操作パネル２５等を備える。

　数値制御装置３０はＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、通信Ｉ／Ｆ３５、入出力インターフェイス３６等を備える。ＣＰＵ３１は数値制御装置３０を統括制御する。ＲＯＭ３２は、ＮＣ制御プログラム等の各種プログラム等を記憶する。ＮＣ制御プログラムは、後述のＮＣ制御処理（図６参照）を実行するものである。ＲＡＭ３３は各種処理実行中の各種データを記憶する。記憶装置３４は不揮発性メモリであり、例えば加工する為のＮＣプログラムの他、各種データを記憶する。通信Ｉ／Ｆ３５は、有線又は無線で端末（図示略）と接続可能である。入出力インターフェイス３６は操作パネル２５と駆動回路６１～６５と接続する。

　主軸モータ２１は工具を装着した主軸２０を回転する。Ｘ軸モータ６、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ１９は、ワークと主軸２０をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対的に移動する。主軸モータ２１、Ｘ軸モータ６、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ１９、マガジンモータ４７はサーボモータである。駆動回路６１はＣＰＵ３１からの制御信号に基づき主軸モータ２１を制御する。駆動回路６２はＣＰＵ３１からの制御信号に基づきＸ軸モータ６を制御する。駆動回路６３はＣＰＵ３１からの制御信号に基づきＹ軸モータ１３を制御する。駆動回路６４はＣＰＵ３１からの制御信号に基づきＺ軸モータ１９を制御する。駆動回路６５はＣＰＵ３１からの制御信号に基づきマガジンモータ４７を制御する。

　エンコーダ２１Ａは主軸モータ２１の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路６１に送信する。駆動回路６１は検出信号に基づき主軸モータ２１のフィードバック制御を行う。エンコーダ６ＡはＸ軸モータ６の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路６２に送信する。駆動回路６２は検出信号に基づきＸ軸モータ６のフィードバック制御を行う。エンコーダ１３ＡはＹ軸モータ１３の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路６３に送信する。駆動回路６３は検出信号に基づきＹ軸モータ１３のフィードバック制御を行う。エンコーダ１９ＡはＺ軸モータ１９の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路６４に送信する。駆動回路６４は検出信号に基づきＺ軸モータ１９のフィードバック制御を行う。エンコーダ４７Ａはマガジンモータ４７の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路６５に送信する。駆動回路６５は検出信号に基づきマガジンモータ４７のフィードバック制御を行う。操作パネル２５は各種情報の表示と入力が可能である。

　工具交換動作の指令形式について説明する。工具交換動作は、ＮＣプログラムの制御指令で設定できる。指令形式は、例えば、Ｇ１００やＭ０６等を使用できる。Ｇ１００とＭ０６の具体例は以下の通りである。
・Ｇ１００Ｔ＿Ｌ＿Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｒ＿
・Ｍ０６Ｔ＿Ｌ＿Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｒ＿
　Ｔ、Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｒはアドレスである。Ｔは工具番号、ポット番号、又はグループ番号である。ＬはＧ１００後のＴモーダル値を指定する。Ｘ、Ｙ、Ｚは指令点のＸ、Ｙ、Ｚの座標値である。ＲはＺ軸の復帰位置（Ｒ点）の座標値であって、工具がテーブル上のワーク及び治具に接触しない位置の座標値である。なお、Ｒ点への主軸２０の位置決めについて、ＣＰＵ３１は工具長オフセットをかけて動作する。工具長オフセットとは、工具の先端が基準点になるように、Ｚ軸の座標値を補正することである。

　図６～図１４を参照し、ＮＣ制御処理について説明する。ユーザは操作パネル２５でＮＣプログラムを選択する。ＣＰＵ３１は、操作パネル２５で選択されたＮＣプログラムの実行の操作を受け付けると、ＲＯＭ３２からＮＣ制御プログラムを読み出し、本処理を実行する。

　図６に示すように、ＣＰＵ３１は選択されたＮＣプログラムを記憶装置３４から読み込む（Ｓ１１）。ＣＰＵ３１は読み込んだＮＣプログラムの先頭行から１ブロック解釈する（Ｓ１２）。ＣＰＵ３１は解釈したブロックの制御指令がＭ３０（終了コマンド）か否か判断する（Ｓ１３）。解釈した制御指令がＭ３０でなかった場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は解釈した制御指令がＧ１００若しくはＭ０６であるか否か判断する（Ｓ１４）。Ｇ１００及びＭ０６の何れでもない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は解釈した制御指令を実行する（Ｓ１５）。ＣＰＵ３１は次ブロックに移動し（Ｓ２１）、Ｓ１２に戻って上記処理を繰り返す。解釈したブロックの制御指令がＧ１００若しくはＭ０６であった場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は往路決定処理を実行する。

　図７を参照し、往路決定処理について説明する。解釈した制御指令がＧ１００であった場合、ＣＰＵ３１はＧ１００のＲアドレスからＲ点の座標値を取得する（Ｓ３１）。ＣＰＵ３１は現在位置からＡＴＣ原点までの往路を決定する為、Ｚ軸方向において、Ｒ点はＡＴＣ準備位置よりも機械原点側か否か判断する（Ｓ３２）。ＡＴＣ準備位置は記憶装置３４に予め記憶する。Ｒ点がＡＴＣ準備位置よりも機械原点側とは反対側（Ｚ軸―方向側）
に位置する場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は第１経路に決定する（Ｓ３３）。Ｒ点がＡＴＣ準備位置よりも機械原点側（Ｚ軸＋方向側）に位置する場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は第２経路に決定する（Ｓ３４）。第１経路と第２経路の具体例については後述する。ＣＰＵ３１は、決定した経路をＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ３５）。ＣＰＵ３１は往路決定処理を終了し、図６のフローに戻り、復路決定処理を実行する（Ｓ１７）。

　図８を参照し、復路決定処理について説明する。ＣＰＵ３１はＧ１００のＲアドレスからＲ点の座標値を再取得する（Ｓ４１）。Ｒ点を再取得する理由について、復路では、往路のときに主軸２０に装着されていた工具２３とは別の次工具が主軸２０に装着される可能性が高いので、往路と復路で工具長が異なる場合がある。上記の通り、Ｒ点には工具長オフセットがかけられるので、工具長が異なると主軸２０の位置も変わる。それ故、ＣＰＵ３１は、工具交換で新たに主軸２０に装着された次工具の工具長を踏まえて、Ｒ点の座標値を再取得するのがよい。

　往路における工具長は、今回のＧ１００以前に工具長補正指令（Ｇ４３Ｈ）がある場合、そのＨアドレスで指定した工具番号の工具長を取得してもよい。なお、単に前回のＧ１００のＴアドレスで指定した工具番号の工具長を取得してもよい。一方、復路における工具長は、今回のＧ１００指令と同時に工具長補正指令（Ｇ４３　Ｈ）がある場合（即ち、「Ｇ１００Ｔ＿Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｒ＿Ｇ４３Ｈ」のように１ブロックに記載した場合）、そのＨアドレスで指定した工具番号の工具長を取得してもよい。これについても、単に今回のＧ１００のＴアドレスで指定した工具番号の工具長を取得してもよい。

　ＣＰＵ３１はＡＴＣ原点から指令点までの復路を決定する為、Ｚ軸方向において、Ｓ４１で再取得したＲ点はＡＴＣ準備位置よりも機械原点側か否か判断する（Ｓ４２）。Ｒ点がＡＴＣ準備位置よりも機械原点側とは反対側に位置する場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は第３経路に決定する（Ｓ４３）。Ｒ点がＡＴＣ準備位置よりも機械原点側に位置する場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は第４経路に決定する（Ｓ４４）。第３経路と第４経路の具体例については後述する。ＣＰＵ３１は決定した経路をＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ４５）。ＣＰＵ３１は復路決定処理を終了し、図６のフローに戻る。続いて、ＣＰＵ３１は、往路実行処理を実行する（Ｓ１８）。

　図９を参照し、往路実行処理について説明する。ＣＰＵ３１はＲＡＭ５３に記憶した経路を参照し、往路が第１経路か否か判断する（Ｓ５１）。

　第１経路の場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）について説明する。図３，図１１に示すように、ＣＰＵ３１は主軸２０を現在位置からＺ軸＋方向に移動し、Ｒ点まで後進する（Ｓ５２）。Ｒ点は復帰点であり、主軸２０に装着した工具２３がテーブル２７上に固定したワーク及び治具に接触しない位置に設定される。上記の通り、Ｚ軸方向において、Ｒ点は、ＡＴＣ準備位置よりも機械原点側とは反対側に位置する（図１１参照）。この場合、Ｒ点からＺ軸＋方向側において主軸２０をどこに動かしても工具２３がワーク及び治具とは接触しない。よって、ＣＰＵ３１は主軸２０をＲ点からＡＴＣ準備位置に向けて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の全ての方向において移動する（Ｓ５３）。ＣＰＵ３１は、Ｒ点からＡＴＣ準備位置までの間において、主軸２０をどこにも経由せずにＡＴＣ準備位置まで直接的に移動するので、機械原点側を経由する場合に比べて移動時間を短縮できる。なお、「直接的に移動する」とは、Ｚ軸方向への移動を伴い、その経路に頂点（角）を有さない経路を意味し、例えば、移動経路を少し曲線にしたものも含まれる。

　主軸２０をＡＴＣ準備位置に移動後、ＣＰＵ３１は主軸２０をＹ軸＋方向に移動し、Ｙ軸ＡＴＣ原点まで上昇する（Ｓ５４）。Ｙ軸ＡＴＣ原点は、Ｙ軸方向においてＡＴＣ原点と同一座標値である。Ｙ軸ＡＴＣ原点は、マガジン４５直下の把持部５０のポット位置に対応する。よって、主軸２０がＹ軸ＡＴＣ原点まで上昇することで、空のポットに対して主軸２０に装着した工具２３が下から装着する。これで第１経路の移動が完了する。

　第２経路の場合（Ｓ５１：ＮＯ）について説明する。図３，図１２に示すように、ＣＰＵ３１は主軸２０を現在位置からＺ軸＋方向に移動し、Ｒ点まで後進する（Ｓ５５）。上記の通り、Ｚ軸方向において、Ｒ点は、ＡＴＣ準備位置よりも機械原点側に位置する（図１２参照）。この場合、Ｒ点とＡＴＣ準備位置との間にワーク及び治具が位置する可能性がある。それ故、仮に第１経路のように、主軸２０をＲ点からＡＴＣ準備位置に向けて直接的に移動した場合、ワーク及び治具に接触する可能性がある。ＣＰＵ３１は、主軸２０をＲ点からＸ軸方向（＋方向又は―方向）と共にＹ軸＋方向に移動し、Ｙ軸原点まで上昇する（Ｓ５６）。主軸２０がＹ軸原点で且つＸ軸がＡＴＣ準備位置まで移動後、ＣＰＵ３１はＹ軸原点からＺ軸―方向に移動し、ＡＴＣ準備位置まで前進する（Ｓ５７）。このように、主軸２０をＲ点からＹ軸原点を経由してＡＴＣ準備位置まで移動することで、主軸２０に装着した工具２３がワーク及び治具に接触するのを防止できる。主軸２０をＡＴＣ準備位置に移動後、ＣＰＵ３１は主軸２０をＹ軸＋方向に移動し、Ｙ軸ＡＴＣ原点まで上昇する（Ｓ５８）。空のポットに対して主軸２０に装着した工具２３が下から装着する。これで第２経路の移動が完了する。

　図６のフローに戻り、ＣＰＵ３１は、主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点まで上昇した後、ＡＴＣ（工具交換）を実行する（Ｓ１９）。ＣＰＵ３１は、主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点からＡＴＣ原点まで移動する。これにより、主軸２０から工具２３が引き抜かれる。工作機械１はマガジン４５を回転し、次に装着する次工具を保持する把持部５０をマガジン４５直下に位置決めする。ＣＰＵ３１はＡＴＣ原点にある主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点まで移動する。これにより、主軸２０に次工具が装着され、Ｓ１９のＡＴＣが完了する。次いで、ＣＰＵ３１は、復路実行処理を実行する（Ｓ２０）。

　図１０を参照し、復路実行処理について説明する。ＣＰＵ３１はＲＡＭ５３に記憶した経路を参照し、復路が第３経路か否か判断する（Ｓ６１）。

第３経路の場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）について説明する。図４，図１３に示すように、ＣＰＵ３１は主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点からＹ軸―方向に移動し、ＡＴＣ準備位置まで下降する（Ｓ６２）。Ｚ軸方向において、Ｒ点はＡＴＣ準備位置よりも機械原点側とは反対側に位置する（図１３参照）。この場合、ＡＴＣ準備位置とＲ点の間にはワーク及び治具が位置しない。ＣＰＵ３１は主軸２０をＡＴＣ準備位置からＲ点まで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の全ての方向において移動する（Ｓ６３）。ＣＰＵ３１は、ＡＴＣ準備位置からＲ点までの間において、主軸２０をどこにも経由せずにＲ点まで直接的に移動するので、機械原点側を経由する場合に比べて移動時間を短縮できる。なお、「直接的に移動する」とは、Ｚ軸方向への移動を伴い、その経路に頂点（角）を有さない経路を意味し、例えば、移動経路を少し曲線にしたものも含まれる。ＣＰＵ３１は主軸２０をＲ点に移動後、Ｇ１００で設定された指令点に移動する（Ｓ６４）。これで第３経路の移動が完了する。

　第４経路の場合（Ｓ６１：ＮＯ）について説明する。図４，図１４に示すように、ＣＰＵ３１は主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点からＹ軸―方向に移動し、ＡＴＣ準備位置まで下降する（Ｓ６５）。Ｚ軸方向において、Ｒ点はＡＴＣ準備位置よりも機械原点側に位置する（図１４参照）。この場合、ＡＴＣ準備位置とＲ点の間にワーク及び治具が位置する可能性がある。そこで、ＣＰＵ３１は主軸２０をＺ軸＋方向に移動し、Ｚ軸Ｒ点まで後進する（Ｓ６６）。Ｚ軸Ｒ点とは、Ｚ軸方向においてＲ点と同一座標の位置である。

　そして、ＣＰＵ３１はＺ軸をそのままで、主軸２０をＺ軸Ｒ点からＹ軸方向及びＸ軸方向に移動することで、Ｒ点まで移動する（Ｓ６７）。つまり、ＡＴＣ準備位置からＺ軸Ｒ点を経由してＲ点に移動することで、主軸２０に装着した工具２３がワーク及び治具に接触するのを防止できる。ＣＰＵ３１は主軸２０をＲ点に移動後、Ｇ１００で設定された指令点に移動する（Ｓ６８）。これで第４経路の移動が完了する。

　図６のフローに戻り、ＣＰＵ３１はＧ１００の一連の工具交換動作が終了したので、次ブロックに移動し（Ｓ２１）、その次ブロックについて解釈する（Ｓ１２）。解釈した次ブロックがＭ３０であった場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は本処理を終了する。

　上記説明において、Ｒ点は本発明の「復帰位置」の一例である。ＡＴＣ領域は本発明の「加工領域と重なる領域」の一例である。ＡＴＣ位置（Ｙ軸ＡＴＣ原点）は本発明の「工具交換位置」の一例である。ＡＴＣ準備位置は本発明の「工具交換準備位置」の一例である。図６のＳ１６の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「往路切替え部」の一例である。Ｓ１７の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「復路切替え部」の一例である。Ｓ１８の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「往路制御部」の一例である。Ｓ１９の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「工具交換部」の一例である。Ｓ２０の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「復路制御部」の一例である。ＮＣ制御プログラムは本発明の「プログラム」の一例である。図７のＳ３１の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「第１復帰位置算出部」の一例である。図８のＳ４１の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の「第２復帰位置算出部」の一例である。

　以上説明したように、本実施形態の数値制御装置３０は、主軸２０とマガジン４５を備える。主軸２０は工具を装着する。マガジン４５は工具を収納し、主軸２０の軸方向であるＺ軸方向において加工領域と重なるＡＴＣ領域に設けられる。数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、テーブル２７上に治具で固定したワークの加工後、主軸２０をＲ点に移動してからＡＴＣ準備位置を経由して、Ｙ軸ＡＴＣ原点に移動する。主軸２０をＹ軸ＡＴＣ原点に移動した状態で、主軸２０のＺ軸方向の往復移動に基づき、主軸２０に装着した工具とマガジン４５が収納する工具とを入れ替え交換する。上記構成を備える数値制御装置３０において、ＣＰＵ３１はＲ点に基づき、主軸２０をＲ点からＡＴＣ準備位置に移動する往路の経路について、第１経路と第２経路の何れかに切り替える。第１経路は、主軸２０を、Ｒ点からＡＴＣ準備位置に移動する経路である。第２経路は、主軸２０をＲ点からＹ軸原点に移動後、当該Ｙ軸原点からＡＴＣ準備位置に移動する経路である。これにより、数値制御装置３０は、主軸２０をＲ点からＡＴＣ準備位置に移動する往路において、Ｒ点に応じて工具交換時間を短縮しつつ、主軸２０に装着した工具がワーク及び治具に衝突するのを回避できる。

　本発明は上記実施形態に限らず各種変形が可能である。工作機械１は横形の工作機械であるが、主軸の軸方向が上下方向である縦形の工作機械であってもよい。

　工作機械１は、コラム５をＸ軸方向、主軸２０をＺ軸方向、サドル本体１０とサドルベース１１をＹ軸方向に移動することで、ワークと工具を相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に移動するが、これ以外の構造であってもよく、例えば、コラム５をＸ軸方向とＺ軸方向の２軸方向に移動し、主軸２０をＹ軸方向に移動するようにしてもよい。

　図６のＮＣ制御処理では、Ｓ１６とＳ１７で往路決定処理と復路決定処理を実行し、往路と復路の両方を先に決定してから、その決定した往路と復路に沿って主軸２０を移動するが、例えば、往路に沿って移動する前に往路決定処理を実行し、復路に沿って移動する前に復路決定処理を実行してもよい。

　２０　　主軸
　２７　　テーブル
　３０　　数値制御装置
　３１　　ＣＰＵ
　４５　　マガジン

Claims (11)

1. 　工具を装着する主軸と、
   　前記主軸の軸方向において加工領域と重なる領域に設けられ、工具を収納するマガジンと、
   　台上に治具で固定したワークの加工後、前記主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、前記領域内の工具交換位置と前記軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御部と、
   　前記往路制御部が前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具と前記マガジンが収納する工具とを入れ替え交換する工具交換部と
   を備えた数値制御装置において、
   　前記往路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替え部を備え、
   　前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、
   　前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であること
   を特徴とする数値制御装置。
2. 　前記往路切替え部は、前記軸方向において、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置側か否かで前記経路を切り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 　前記往路切替え部は、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置とは反対側の場合、前記経路を前記第１経路に切り替え、前記復帰位置が前記工具交換準備位置よりも前記原点位置側の場合、前記経路を前記第２経路に切り替えること
   を特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
4. 　前記主軸を、前記工具交換位置から前記工具交換準備位置を経由して前記復帰位置に移動した後で、指令点に移動する復路制御部を備え、
   　前記復路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記工具交換準備位置から前記復帰位置に移動後、前記指令点に移動する経路を、第３経路と第４経路の何れかに切り替える復路切替え部を備え、
   　前記第３経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記復帰位置に直接的に移動後、前記指令点に移動する経路であり、
   　前記第４経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記軸方向の前記復帰位置に移動後、前記軸方向と直交する方向において前記指令点と同一座標の位置に移動し 、その後、前記指令点に移動する経路であること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
5. 　前記主軸を、前記工具交換位置から前記工具交換準備位置を経由して前記復帰位置に移動した後で、指令点に移動する復路制御部を備え、
   　前記復路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記工具交換準備位置から前記復帰位置に移動後、前記指令点に移動する経路を、第３経路と第４経路の何れかに切り替える復路切替え部を備え、
   　前記第３経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記復帰位置に直接的に移動後、前記指令点に移動する経路であり、
   　前記第４経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記軸方向の前記復帰位置に移動後、前記軸方向と直交する方向において前記指令点と同一座標の位置に移動し 、その後、前記指令点に移動する経路であること
   を特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
   
6. 　前記主軸を、前記工具交換位置から前記工具交換準備位置を経由して前記復帰位置に移動した後で、指令点に移動する復路制御部を備え、
   　前記復路制御部は、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記工具交換準備位置から前記復帰位置に移動後、前記指令点に移動する経路を、第３経路と第４経路の何れかに切り替える復路切替え部を備え、
   　前記第３経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記復帰位置に直接的に移動後、前記指令点に移動する経路であり、
   　前記第４経路は、前記主軸を、前記工具交換準備位置から前記軸方向の前記復帰位置に移動後、前記軸方向と直交する方向において前記指令点と同一座標の位置に移動し 、その後、前記指令点に移動する経路であること
   を特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
   
7. 　前記復帰位置は、工具長をオフセットした位置であること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
8. 　前記復帰位置は、工具長をオフセットした位置であって、
   　前記往路制御部は、ＮＣプログラムの制御指令に基づき、前記復帰位置を算出する第１復帰位置算出部を備え、
   　前記復路制御部は、前記ＮＣプログラムの前記制御指令に基づき、前記復帰位置を算出し直す第２復帰位置算出部を備えたこと
   を特徴とする請求項４から６の何れか一に記載の数値制御装置。
9. 　前記主軸の前記軸方向は水平方向であること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
10. 　台上に治具で固定したワークの加工後、工具を装着する主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、工具交換位置と前記主軸の軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御ステップを備え、前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具とマガジンが収納する工具とを入れ替え交換する数値制御装置の制御方法において、
    　前記往路制御ステップは、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替えステップを備え、
    　前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、
    　前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であること
    を特徴とする制御方法。
11. 　台上に治具で固定したワークの加工後、工具を装着する主軸を、前記主軸に装着した工具が前記ワーク及び前記治具に衝突しない復帰位置に移動してから、工具交換位置と前記主軸の軸方向において同一位置である工具交換準備位置を経由して、前記工具交換位置に移動する往路制御ステップを備え、前記主軸を前記工具交換位置に移動した状態で、前記主軸の前記軸方向の往復移動に基づき、前記主軸に装着した工具とマガジンが収納する工具とを入れ替え交換する数値制御装置を機能させるプログラムにおいて、
    　コンピュータに、
    　前記往路制御ステップにおいて、前記復帰位置に基づき、前記主軸を前記復帰位置から前記工具交換準備位置に移動する経路を、第１経路と第２経路の何れかに切り替える往路切替えステップを実行させ、
    　前記第１経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記工具交換準備位置に直接的に移動する経路であり、
    　前記第２経路は、前記主軸を、前記復帰位置から前記軸方向と直交する方向の原点位置に移動後、当該原点位置から前記工具交換準備位置に移動する経路であること
    を特徴とするプログラム。

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