JP2012179668A - 工作機械及び工具交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工軸に装着する工具を、大径工具から標準工具に短時間で交換することができる工作機械及び工具交換方法を提供する。
【解決手段】標準工具（４番）による加工が終了した後、加工軸９に装着した標準工具（４番）を標準工具（６番）に交換する。工具マガジン１０を回転し、大径工具（５番）を開口１０ｂに位置決めする。標準工具（６番）を大径工具（５番）に交換する。大径工具（５番）による加工を行う。標準工具（６番）は大径工具（５番）の工具ポット３１に収容される。標準工具（６番）は開口１０ｂに位置決めされる。大径工具（５番）による加工が終了した後、大径工具（５番）から標準工具（６番）に交換する。
【選択図】図９

Description

本発明は、収容部に収容された工具とワークを加工する加工部に装着した工具とを交換する工作機械及び工具交換方法に関する。

一般にマシニングセンタ（工作機械）は、フライス加工、中ぐり加工又はねじ立てなど種々の加工を行う。工作機械は、制御部からの指令に基づいて、複数の工具を収容する収容部から所定の工具を取り出す。そして加工軸（加工部）に装着された工具と交換し、目的の加工を行う。

特許文献１には、加工軸と、工具マガジン（収容部）と、交換アームと、制御装置（制御部）とを備える工作機械が開示してある。工具マガジンは、工具を収容する複数の工具ポットを備えている。工具マガジンは回転し、工具ポットを交換可能な位置へ搬送する。交換アームは、アームと、フィンガとを備える。フィンガは、アームの両端にそれぞれ設けてある。各フィンガは、工具ポットに収容した工具と、加工軸に装着した工具とを把持する。交換アームは、各フィンガで工具を把持した後、下降する。その後、交換アームが１８０度回転して上昇することで工具が交換される。

工具は加工軸に装着され、軸周りに回転する。工具は、大径工具と、標準工具とに大別される。標準工具は、大径工具よりも小径である。大径工具を工具ポットに収容する場合、該工具ポットに隣接する工具ポットを空にする。隣接する工具ポットに工具が収容してある場合、大径工具と、隣接する工具ポットに収容した工具とが接触するからである。

加工軸に装着した大径工具と、工具ポットに収容した標準工具とを交換する場合、まず工具マガジンを回転させて、大径工具を収容する空の工具ポットを、交換可能な位置へ搬送する。交換アームが回転し、加工軸から工具ポットに大径工具を収容する。工具マガジンが回転し、標準工具を収容した工具ポットを交換可能な位置へ搬送する。交換アームが回転し、工具ポットに収容した標準工具が加工軸に装着する。

特開平１１−１１４７５７号公報

特許文献１に記載の工作機械は、標準工具から大径工具、その後大径工具から標準工具に交換する場合、交換アームを回転する直前において工具ポットを交換可能な位置へ搬送する動作が２回存在する。そのため交換に長時間を要する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、加工軸（加工部）に装着する工具を、標準工具から大径工具に、そして、大径工具から標準工具に短時間で交換することができる工作機械及び工具交換方法を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、複数の工具を収容する収容部と、該収容部に収容した工具を装着してワークを加工する加工部と、該加工部に装着した工具を交換する交換部と、工具を交換する指令を記憶する記憶部と、工具を識別する識別情報及び該識別情報に対応付けてあり、工具の大きさを示す寸法情報を記憶する工具情報テーブルと、該工具情報テーブル及び前記記憶部に記憶された指令に基づいて前記交換部による交換を制御する制御部とを備える工作機械において、前記制御部は、前記記憶部に記憶されており、第１の工具を第２の工具に交換することを示す第１交換指令並びに前記工具情報テーブルに記憶された識別情報及び寸法情報に基づいて、前記第２の工具が前記第１の工具よりも大型であるか否かを判定する手段、該手段にて前記第２の工具が前記第１の工具よりも大型であると判定された場合に、前記第１交換指令よりも後に実行され、前記加工部に装着された工具を交換することを示す第２交換指令を前記記憶部にて探索する手段、該手段にて第２交換指令を探索した場合に、前記工具情報テーブルに記憶された識別情報及び寸法情報に基づいて、前記第２交換指令が前記第２の工具よりも小型の第３の工具に交換する指令を示すか否かを判定する手段、該手段にて、前記第２交換指令が前記第２の工具よりも小型の第３の工具に交換する指令を示すと判定された場合に、前記第３の工具を前記第１の工具の次に前記加工部に装着されるべき工具に決定する第１決定手段及び前記第２の工具を前記第３の工具の次に前記加工軸に装着されるべき工具に決定する第２決定手段を有することを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記制御部は、前記第１決定手段にて決定され、前記収容部に収容された前記第３の工具と前記加工部に装着された前記第１の工具とを交換せしめる手段及び該手段によって前記加工部に装着した前記第３の工具と、前記第２決定手段にて決定され、前記収容部に収容してある前記第２の工具とを交換せしめる手段を有することを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記加工部は、ワークを加工する加工位置と工具を交換する交換位置との間を前記交換部と共に移動するようにしてあり、前記収容部は、工具を格納する可動式の格納部と、前記交換位置に対する前記格納部の接近又は離反を行うアクチュエータとを有しており、前記制御部は、前記加工部及び格納部の動作を制御するようにしてあり、前記加工部を前記交換位置から前記加工位置へ移動させる場合に、前記加工部の移動と前記交換位置に対する前記格納部の離反とを並行的に実行する手段を有することを特徴とする。

本発明に係る工具交換方法は、工具を収容する収容部とワークを加工する加工部に装着した工具とを交換する工具交換方法において、前記加工部に装着した第１の工具と、前記第１の工具の次に前記加工部に装着されるべき、前記第１の工具よりも大型の第２の工具とを交換する場合に、前記第１の工具と、前記収容部に収容され、前記第２の工具の後に前記加工部に装着されるべき、前記第２の工具よりも小型の第３の工具とを交換する工程及び該工程によって前記加工部に装着した前記第３の工具と、前記収容部に収容してある前記第２の工具とを交換する工程を備えることを特徴とする。

本発明においては、例えば加工軸に装着した工具を一の標準工具（第１の工具）から大径工具（第２の工具）に交換する場合に、大径工具よりも後に加工軸に装着すべき他の標準工具（第３の工具）を求める。一の標準工具、他の標準工具及び大径工具の順に、加工軸に工具を装着する準備をする。

本発明においては、例えば一の標準工具（第１の工具）、大径工具（第２の工具）及び他の標準工具（第３の工具）の順番に、加工軸に工具を装着する。一の標準工具による加工が終了した後、加工軸に装着した一の標準工具を、他の標準工具に交換する。工具マガジンが回転し、大径工具を交換可能な位置に搬送する。交換アームが回転し、他の標準工具を大径工具に交換する。他の標準工具は、大径工具の工具ポットに収容される。加工軸は、大径工具による加工を行う。大径工具による加工が終了した後、交換アームが回転し、大径工具から他の標準工具に交換する。

本発明においては、加工軸が交換位置から加工位置に移動する場合、工具ポット（格納部）は、加工軸の移動と略同時に交換位置から離反する。工具ポットに収容された大径工具は、交換アーム（交換部）に接触しない。

本発明に係る工作機械及び工具交換方法にあっては、例えば一の標準工具（第１の工具）、大径工具（第２の工具）及び他の標準工具（第３の工具）の順番に加工軸に工具を装着する。一の標準工具による加工が終了した後、加工軸に装着した一の標準工具を、他の標準工具に交換する。それから他の標準工具を大径工具に交換する。加工軸は、大径工具による加工を行う。他の標準工具は、大径工具の工具ポットに収容される。大径工具による加工が終了した後、大径工具から他の標準工具に交換する。加工終了後に実行される標準工具から大径工具へ、及び大径工具から標準工具への工具交換において、最初に交換する工具が全て標準工具となる。そのため交換可能な位置に各工具を加工中に搬送することができ、標準工具から大径工具、その後再び大径工具から標準工具に短時間で交換することができる。

本発明に係る工作機械にあっては、加工軸が交換位置から加工位置に移動する場合、工具ポット（格納部）は、加工軸の移動と略同時に交換位置から離反する。加工軸の移動と工具ポットの離反とを略同時に行い、作業時間を短縮することができる。また加工軸に装着された大径工具は、交換アーム（交換部）に接触しない。

実施の形態１に係るマシニングセンタを略示する外観図である。 加工軸近傍の構成を略示する縦断面図である。 工具マガジンを略示する正面図である。 工具マガジンを略示する縦断面図である。 交換アームを略示する底面図である。 マシニングセンタのブロック図である。 ＥＥＰＲＯＭに記憶された加工／工具交換プログラムの一例及び工具情報テーブルの一例を示す図である。 各工具ポットに収容されている工具の一例を示す模式図である。 各工具ポットに収容されている工具の一例を示す模式図である。 制御装置による工具交換処理を説明するフローチャートである。 制御装置による工具交換処理を説明するフローチャートである。 制御装置による先読み処理を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例におけるＥＥＰＲＯＭに記憶した加工／工具交換プログラムの一例を示す図である。 実施の形態２に係るマシニングセンタにおいて、先読み交換処理を実行する手動で入力したプログラムの一例を示す図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係るマシニングセンタを示す図面に基づいて詳述する。図１はマシニングセンタを略示する外観図、図２は加工軸近傍の構成を略示する縦断面図である。マシニングセンタは基台１を備える。基台１上にコラム２が直立している。コラム２の一側面に、上下に細長いガイドレール４、４が設けてある。ガイドレール４、４は、適当な間隔を空けて対向している。ガイドレール４、４に軸台３が連結している。ガイドレール４は軸台３を上下方向に案内する。軸台３は後述する加工軸を搭載する。コラム２の上部にＺ軸送りモータ５が設けてある。Ｚ軸送りモータ５の回転軸に、送りネジ６が連結している。送りネジ６はガイドレール４、４の間を下方に延びる。軸台３は送りネジ６に連結しており、Ｚ軸送りモータ５の回転によって、上下方向（Ｚ軸方向）に移動する。

軸台３の下方に、テーブル７が配置してある。テーブル７は基台１に設けてあり、水平面方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に移動可能である。テーブル７にワークが載置される。軸台３は、加工軸モータ８と、加工軸（加工部）９と、工具マガジン（収容部）１０とを搭載している。加工軸９は、軸台３の上下移動によって上方の交換位置と下方の加工位置との間を移動する（後述する図４参照）。加工軸９は、加工軸モータ８の回転によって回転する。図２に示すように、加工軸９は、工具取付部１１と、ドローバー５３と、工具リリースピン５４とを備えている。工具取付部１１は、工具２４を着脱可能に保持する。工具リリースピン５４は、ドローバー５３を介して工具取付部１１に連結している。図１に示すように、軸台３に、工具交換モータ１５が設けてある。工具交換モータ１５は、カム機構を介して工具リリースピン５４に連結している。工具交換モータ１５の駆動によって工具リリースピン５４を押し下げた場合、工具２４は工具取付部１１から離脱する。

図３は工具マガジン１０を略示する正面図である。工具マガジン１０は、図３に示すように、円環状の工具通路１０ａを備えている。該工具通路１０ａの最下部に、開口１０ｂが設けてある。工具通路１０ａ内には、複数の工具ポット３１が収納してある。各工具ポット３１は、各別の工具２４を着脱可能に格納する。図１に示すように、工具マガジン１０に、マガジンモータ１４が設けてある。工具ポット３１は、マガジンモータ１４の駆動によって、工具通路１０ａ内を移動する。加工軸９に装着した工具２４と工具ポット３１に格納した工具２４とを交換する場合、所定の工具ポット３１が開口１０ｂに移動する。

図４は工具マガジン１０を略示する縦断面図である。工具マガジン１０は、工具ポット３１を支持する支持軸１６１を備える。支持軸１６１は、工具ポット３１を回転可能に支持する。工具ポット３１の内奥に、ラッチ機構が設けてある。該ラッチ機構は、凹部３３と、圧縮バネ３４と、ボール３５とを備える。凹部３３は、工具ポット３１の内周面に形成してある。圧縮バネ３４は、凹部３３内に設けてあり、ボール３５を工具ポット３１の内側に向けて付勢している。工具２４は、基端部にプルスタッド１２１を有している。工具２４を工具ポット３１に強く押し込んだ場合、プルスタッド１２１がボール３５に係合し、工具ポット３１は工具２４を保持する。工具２４を工具ポット３１から強く引き抜いた場合、ボール３５はプルスタッド１２１から外れ、工具２４が工具ポット３１から離脱する。

工具ポット３１の後端部に、ピン１６２が設けてある。工具マガジン１０は、上下方向に摺動するスライダ１６４を備える。スライダ１６４は、ピン１６２を係合するＵ字溝１６３を有する。スライダ１６４の上部は、ロッド１７１に連結してある。ロッド１７１はエアシリンダ１７０に接続してある。エアシリンダ１７０は制御信号によって駆動し、ロッド１７１の上昇又は下降を行う。工具ポット３１が開口１０ｂに移動した場合、ピン１６２がＵ字溝１６３に係合する。

図４において仮想線で示すように、エアシリンダ１７０の駆動によってロッド１７１が上昇した場合、工具ポット３１が支持軸１６１を支点にして下側に９０度回転する。工具２４は下向きになり、後述する交換アーム１８による交換が可能になる。エアシリンダ１７０の駆動によってロッド１７１が下降した場合、工具ポット３１が支持軸１６１を支点にして上側に９０度回転する。工具２４は横向きになり、交換アーム１８による交換が不可能になる。また、工具２４が横向きとなった場合、工具ポット３１は、マガジンモータ１４の駆動によって、工具通路１０ａ内を移動することが可能になる。

軸台３に、下側に突出した回転軸１９が設けてある。回転軸１９は、加工軸９と、工具マガジン１０との間に位置している。回転軸１９の下端部に、交換アーム１８が設けてある。図５は交換アーム１８を略示する底面図である。
交換アーム１８は、アーム本体１６と、開閉可能なフィンガ対１７、１７とを備える。各フィンガ対１７、１７は、アーム本体１６の両端部に設けてある。フィンガ対１７、１７は、アーム本体１６の中心に対して対称な位置に配置されている。またフィンガ対１７、１７は、アーム本体１６から外側に延出している。フィンガ対１７、１７には、ばね５８、５９が設けてある。アーム本体１６に、カム軸５１が設けてある。該カム軸５１の駆動及びばね５８、５９の付勢力によって、フィンガ対１７、１７が開閉する。

回転軸１９はカム機構に連結してある。該カム機構は、工具交換モータ１５の回転運動を上下運動に変換する。工具交換モータ１５の駆動によって、回転軸１９は、上下方向（軸方向）に移動する。回転軸１９の外側に、円筒ギヤが嵌め合っている。円筒ギヤは、アーム本体１６よりも上側に位置している。円筒ギヤは、伝動機構を介して工具交換モータ１５に連結する。回転軸１９が上昇した場合、円筒ギヤとカム軸５１とが連結する。工具交換モータ１５の回転力は、円筒ギヤを介して前記カム軸５１に伝動する。このときフィンガ対１７、１７が開閉する。フィンガ対１７、１７は、加工軸９に装着した工具２４又は工具ポット３１に格納された工具２４を把持する（詳細は特開平１０−１５１５４２号公報参照）。

なお工具ポット３１に格納された工具２４が下を向いている場合、フィンガ対１７の間に前記工具２４が位置するので、フィンガ対１７は前記工具２４を把持することができる。一方工具ポット３１に格納された工具２４が横を向いている場合、フィンガ対１７の間に前記工具２４が位置しないので、フィンガ対１７は前記工具２４を把持することができない。

回転軸１９が下降した場合、円筒ギヤとカム軸５１との連結が解除される。工具交換モータ１５の回転力は伝動機構を介して回転軸１９に伝動する。このときアーム本体１６が回転し、工具２４の交換が行われる。工具交換モータ１５が所定数回転する間に、フィンガ対１７、１７の開閉動作、並びに交換アーム１８の上下動作及び回転動作が行われる。

交換アーム１８は、軸台３の上下移動によって加工軸９と共に上下方向に移動する（図４参照）。交換アーム１８は、加工軸９と共に上側に位置している場合、上述した交換動作を行う。

マシニングセンタは、加工動作及び工具交換動作を制御する制御装置（制御部）６０を備える。図６はマシニングセンタのブロック図である。制御装置６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)６１と、制御プログラムを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)６２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)６３と、ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)６４とを備える。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に記憶された制御プログラムをＲＡＭ６３に読出し、後述する工具交換処理及び先読み処理などを実行する。制御装置６０は、入力インタフェース６５及び出力インタフェース６６を備える。ＥＥＰＲＯＭ６４は、後述する加工／工具交換プログラム及び工具情報テーブルなどを記憶する。なおＥＥＰＲＯＭ６４に代えて、書換可能な他の不揮発性メモリを使用してもよい。例えばフラッシュメモリ又はＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable Read Only Memory)を使用してもよい。

マシニングセンタは、入力装置５０と、アームセンサ１８０と、Ｚ軸センサ９０と、ポット下降センサ３１ａと、ポット上昇センサ３１ｂとを備える。入力装置５０はキーボード又はタッチパネルなどからなり、操作を受け付ける。アームセンサ１８０は、交換アーム１８が原点まで上昇したか否かを検出する。Ｚ軸センサ９０は、加工軸９が工具を交換する交換位置まで上昇したか否かを検出する。ポット下降センサ３１ａは、開口１０ｂにて工具ポット３１が下向きになったか否かを検出する。ポット上昇センサ３１ｂは、開口１０ｂにて工具ポット３１が横向きになったか否かを検出する。ポット下降センサ３１ａ及びポット上昇センサ３１ｂは、物理的にポットの下降／上昇を検知する。各センサにおいて下降／上昇を検知した後、工具ポット３１の停止時の振動が収束するまでの時間（確認時間）が経過するまで、交換アーム１８及びマガジンモータ１４の駆動は禁止される。
入力装置５０、アームセンサ１８０、Ｚ軸センサ９０、ポット下降センサ３１ａ及びポット上昇センサ３１ｂは、入力インタフェース６５を介して制御装置６０に信号を入力する。

マシニングセンタは、Ｘモータ７１、Ｙモータ７２及び表示装置５１を備える。テーブル７は、Ｘモータ７１の駆動によって図１の矢印Ｘ方向に移動し、Ｙモータ７２の駆動によって図１の矢印Ｙ方向に移動する。表示装置５１は種々の情報を表示する。制御装置６０は、出力インタフェース６６を介してＸモータ７１、Ｙモータ７２、エアシリンダ１７０、表示装置５１、Ｚ軸送りモータ５、加工軸モータ８、マガジンモータ１４及び工具交換モータ１５に制御信号を出力する。

マシニングセンタはポット識別センサ４０を備える。ポット識別センサ４０は、投光素子４１と、受光素子４２と、ポット識別板４３とを備える。投光素子４１及び受光素子４２は、ポット識別板４３を挟んで対向している。ポット識別板４３は工具マガジン１０に設けてある。ポット識別板４３は、各工具ポット３１を個別に識別することが可能な光透過部を備える。該光透過部は、各工具ポット３１に対応したパターンを有している。ポット識別板４３は、複数の工具ポット３１と一体的に回転する。

制御装置６０は、出力インタフェース６６を介して投光素子４１に投光信号を入力する。受光素子４２は、光透過部の各パターンに応じた光を受光する。受光素子４２は、入力インタフェース６５に受光信号を出力する。ＣＰＵ６１は、受光信号に基いて開口１０ｂにいずれの工具ポット３１が搬送されたかを検出する。所定の工具ポット３１が搬送されたことを検出した場合、マガジンモータ１４を停止させ、所定の工具２４を開口１０ｂに位置決めする。

図７Ａは、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された加工／工具交換プログラムの一例を示す図である。ＣＰＵ６１は、加工／工具交換プログラムを一行ずつ順に読込む。図中、Ｇ１００は工具交換命令を示し、Ｔは次に加工軸９に装着する工具２４の識別番号を示す。ＬはＴの次に加工軸９に装着する工具２４の識別番号を示す。例えば図７Ａのｐ行目は、工具交換命令（Ｇ１００）であり、次に交換する工具２４は４番であり（Ｔ４）、その次に交換する工具２４は５番であることを示す（Ｌ５）。ｒ行目は加工命令（Ｇ５０）であり、６番の工具でＸｎ、Ｙｎ及びＺｎ位置にて加工することを示す。Ｘｎ、Ｙｎ及びＺｎはそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置を示す。また右端の欄は先読みフラグの有無を「１」又は「０」で示す。

図７Ｂは、ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された工具情報テーブルの一例を示す図である。工具情報テーブルには、識別番号と、寸法情報と、位置情報とが対応付けて格納してある。識別番号は工具２４を識別する。寸法情報は、工具２４が大径工具であるか標準工具であるかを示す。位置情報は、工具２４が各工具ポット３１又は加工軸９のいずれに位置するのかを示す。ＣＰＵ６１は、工具２４の交換に従って工具情報テーブルを書き換える。

図８及び図９は、各工具ポット３１に収容されている工具２４の一例を示す模式図である。図中、数字は工具２４の識別番号を示し、「空」は工具ポット３１が空であることを示す。マシニングセンタは１〜９番の工具を備えている。図８Ａにおいて、５番工具は大径工具であり、空の工具ポット３１、３１の間の工具ポット３１に収容してある。１〜４番及び６〜９番は標準工具である。また開口１０ｂに４番工具が位置決めしてあり、加工軸９に３番工具が装着してある。

図１０及び図１１は制御装置６０による工具交換処理を説明するフローチャートである。理解を容易にするため、図７Ａに示したプログラム、図８及び図９を参照して説明する。ＣＰＵ６１は加工プログラム（図７参照）を読み込み、各ブロックの記述コードに従いワークの加工を実行する。図９は、ＣＰＵ６１が、工具交換命令（Ｇ１００）を示すプログラム（図７Ａのｐ行目）を読込んだ場合のフローチャートである。また、開始時の工具の位置関係は、図８Ａの状態であるとする。

ＣＰＵ６１は、図７Ａのｐ行目を読込んだ場合、Ｚ軸送りモータ５に駆動信号を出力し、加工軸９を交換位置へ移動させる（ステップＳ１）。加工軸９が標準工具であるか否かを工具情報テーブルの位置情報と寸法情報とを参照して確認する（ステップＳ２）。加工軸９が標準工具（３番）である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ、図８Ａ参照）、再び工具情報テーブルを参照し、標準工具の識別番号が工具交換命令のＴに記述してあるか否かを判断する（ステップＳ３）。標準工具（Ｔ４）が記述されている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、工具交換モータ１５に駆動信号を出力し、加工軸９に装着した標準工具（３番）をＴで指令した標準工具（４番）と交換する（ステップＳ４：図８Ｂ参照）。

ＣＰＵ６１は、標準工具（４番）が装着されたので、加工軸９を加工位置へ移動させて、図７Ａのｐ＋１行目以降に記述された命令に従い、加工位置での加工処理を開始する（ステップＳ５）。このとき、下向きとなった工具ポット３１に格納されている工具（３番）は標準工具であるので、加工位置と交換位置との間を、加工軸９が移動しても、交換アーム１７と接触しない。また、このフローチャートのステップＳ５以降の処理とｐ＋１行目以降の加工処理は並行的に実行される。

ＣＰＵ６１は後述する先読み処理を実行する（ステップＳ６）。ＣＰＵ６１は先読み処理によって、読み込んだ工具交換命令にフラグを設定したか否かを判定する（ステップＳ７）。後述する先読み処理により、フラグが設定され、例えば識別番号６の先読み工具が抽出される。よって、先読み処理によりフラグを設定した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１はマガジンモータ１４に駆動信号を出力し、前記先読み処理で決定した先読み工具（６番）の位置決めを行う（ステップＳ８、図８Ｃ参照）。尚詳細は省略するが、工具ポット３１が下向きであれば、マガジンモータ１４に駆動信号を出力する前に、エアシリンダ１７０を駆動して工具ポット３１を横向きにし、確認時間が経過するまで待機する。

ＣＰＵ６１はエアシリンダ１７０に駆動信号を出力し、工具ポット３１を下向きにし（ステップＳ９）、確認時間が経過するまで待機する（ステップＳ１０：ＮＯ）。確認時間の経過後（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、処理を終了する。ここで下向きの工具ポット３１に格納されている工具は標準工具（６番）であるので、加工位置と交換位置との間を、加工軸９が移動しても交換アーム１７に接触しない。

ＣＰＵ６１は、工具交換命令（Ｇ１００）を示すプログラム（図７Ａのｑ行目）を読込んだ場合、図９の工具交換処理を再び開始する。ＣＰＵ６１は、加工軸９を交換位置へ移動させ（ステップＳ１）、加工軸９に標準工具が装着してあるか否かを判定する（ステップＳ２）。加工軸９に標準工具（４番）が装着してある場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、標準工具の識別番号が工具交換命令のＴに記述してあるか否かを判断する（ステップＳ３）。大径工具（５番）が記述されている場合（ステップＳ３：ＮＯ）、工具交換モータ１５に駆動信号を出力し、加工軸９に装着した標準工具（４番）を先読み工具（６番）と交換する（ステップＳ１１、図９Ｄ参照）。
ＣＰＵ６１はエアシリンダ１７０に駆動信号を出力し、工具ポット３１を横向きにし（ステップＳ１２）、確認時間が経過するまで待機する（ステップ１３：ＮＯ）。確認時間の経過後（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１はマガジンモータ１４に駆動信号を出力し、工具交換命令のＴに記述してある大径工具（５番）の位置決めを行う（ステップＳ１４、図９Ｅ参照）。

ＣＰＵ６１はエアシリンダ１７０に駆動信号を出力し、大径工具（５番）を収容した工具ポット３１を下向きにし（ステップＳ１５）、確認時間が経過するまで待機する（ステップ１６：ＮＯ）。確認時間の経過後（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は工具交換モータ１５に駆動信号を出力し、加工軸９の先読み工具（６番）を大径工具（５番）と交換する（ステップＳ１７、図９Ｆ参照）。このとき先読み工具（６番）は下向き状態の工具ポット３１に収容される。

ＣＰＵ６１は加工軸９を加工位置へ移動させて、図７Ａのｑ＋１行目以降に順に記述された命令に従い、加工位置での加工処理を開始する（ステップＳ５）。下向きの工具ポット３１に格納されている工具（６番）は標準工具であるので、加工位置と交換位置との間を、加工軸９が移動しても、交換アーム１７に接触しない。また、フローチャートのこのステップ以降の処理とｑ＋１行目以降の加工処理は並行的に実行される。

ＣＰＵ６１は後述する先読み処理を実行する（ステップＳ６）。ＣＰＵ６１は先読み処理によって、読み込んだ工具交換命令にフラグを設定したか否かを判定する（ステップＳ７）フラグが設定されなかった場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ＣＰＵ６１はマガジンモータ１４に駆動信号を出力し、工具交換命令のＬに記述してある次工具（６番）の位置決めを行う（ステップＳ１８）。そして次工具が標準工具であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。次工具が標準工具（６番）である場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１はステップＳ９及びＳ１０を実行する。次工具が標準工具でない場合（ステップＳ１９：ＮＯ）ＣＰＵ６１は処理を終了する。
なお既に開口１０ｂに標準工具である次工具（６番）が位置決めされており、工具ポット３１が下向きとなっている場合、ステップ１８及び、ステップ９、１０を省略することができる。この場合、工具ポット３１に格納されている工具は標準工具（６番）のままなので、加工位置と交換位置との間を、加工軸９が移動しても、交換アーム１７に接触しない。

ＣＰＵ６１は、工具交換命令（Ｇ１００）を示すプログラム（図７Ａのｒ行目）を読込んだ場合、図１０及び図１１の工具交換処理を再び開始する。ＣＰＵ６１は、加工軸９を交換位置へ移動させ（ステップＳ１）、加工軸９に標準工具が装着してあるか否かを判定する（ステップＳ２）。加工軸９に大径工具（５番）が装着してある場合（ステップＳ２：ＮＯ）、工具情報テーブルを参照し、標準工具の識別番号が工具交換命令のＴに記述してあるか否か判断する（ステップＳ２０）。大径工具の識別番号がＴに記述してある場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、エアシリンダ１７０に駆動信号を出力し、工具ポット３１を下向きとする（ステップＳ２１）。そして確認時間が経過するまで待機する（ステップＳ２２：ＮＯ）。確認時間が経過した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、後述するステップＳ２３に処理を進める。図７Ａのｒ行目に記述されているように、標準工具の識別番号（６）が工具交換命令のＴに記述してある場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、工具交換モータ１５に駆動信号を出力し、加工軸９の大径工具（５番）をＴで指令された工具（６番）と交換する（ステップＳ２３、図９Ｇ参照）

ＣＰＵ６１はエアシリンダ１７０に駆動信号を出力し、大径工具（５番）を格納した工具ポット３１を横向きにする（ステップＳ２４）。ここでポット上昇センサ３１ｂが工具ポット３１の横向きを検知した後、ＣＰＵ６１は、確認時間の経過を待たない。ＣＰＵ６１は、加工軸９を加工位置へ移動させて、図７Ａのｒ＋１行目以降に順に記述された命令に従い、加工位置での加工処理を開始する（ステップＳ２５）。
工具ポット３１に格納されている工具が大径工具（５番）である場合に、工具ポット３１が下向きの状態で加工位置と交換位置との間を加工軸９が移動すると、大径工具と交換アーム１７とが接触する。ステップＳ２４をステップＳ２５より先に実行することで、前述した接触を防止することができる。
また、ステップＳ２４においてエアシリンダ１７０を駆動し、ポット上昇センサ３１ｂが横向きを検知した場合、工具ポット３１の振動等が収束していない状態であっても、加工軸９の移動を行っている（ステップＳ２５）。これは、加工位置と交換位置との間を加工軸９が移動しても、大径工具と交換アーム１７とが接触しないためである。

ＣＰＵ６１はその後、確認時間が経過するまで待機し（ステップＳ２６：ＮＯ）、確認時間の経過後（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ６に処理を進める。

ステップＳ２５以降の処理と工具交換命令以降の加工命令を並行に実行する。ステップＳ２４の工具ポット３１の上昇動作については、ステップＳ２５における加工軸９の下降動作とを略同時に実行し、さらに作業時間を短縮することができる。

大径工具の直径がフィンガ対１７、１７の内径よりも大きい場合、大径工具を格納した工具ポット３１を下げた状態で、加工軸９を加工位置へ移動させると、フィンガ対１７、１７が大径工具に接触する。ステップＳ２４において大径工具を収容した工具ポット３１は交換位置から離反するので、大径工具のフィンガ対１７、１７への接触を回避することができる。

図１２は制御装置６０による先読み処理を説明するフローチャートである。
ＣＰＵ６１は工具情報テーブルを参照し、大径工具の識別番号がＬに記述してあるか否か判断する（ステップＳ４１）。大径工具の識別番号がＬに記述してない場合（ステップＳ４１：ＮＯ）、処理を終了する。

大径工具の識別番号がＬに記述してある場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、次行のプログラムを読込み（ステップＳ４２）、読込んだプログラムが工具交換命令であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。読込んだプログラムが工具交換命令でない場合（ステップＳ４３：ＮＯ）、ＣＰＵ６１はステップＳ４２に処理を戻す。読込んだプログラムが工具交換命令である場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は工具情報テーブルを参照し、読込んだプログラムのＴ又はＬに、標準工具を記述してあるか否かを判定する（ステップＳ４４）。

標準工具を記述してない場合（ステップＳ４４：ＮＯ）、ＣＰＵ６１はステップＳ４２に処理を戻す。標準工具を記述してある場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、記述してある標準工具を先読み工具に決定する（ステップＳ４５）。例えば図７Ａのｐ行目を読込んだ場合、ＣＰＵ６１はプログラムを順に読込む。工具交換命令であるｑ行目を読み込んだ場合、Ｌに標準工具（６番）が記述してあるので、６番を先読み工具に決定する。決定された先読み工具を示す情報はＥＥＰＲＯＭ６４に記憶される。

ＣＰＵ６１は、ステップＳ１で読み込んだ工具交換命令のＬに記述された大径工具を、先読み工具の後に加工軸９に装着する工具に決定する（ステップＳ４６）。例えば図７Ａのｐ行目のＬに記述された大径工具（５番）を先読み工具の後に加工軸９に装着する工具に決定する。決定された前記工具を示す情報はＥＥＰＲＯＭ６４に記憶される。

次にＣＰＵ６１は、ステップＳ１で読み込んだプログラムに対応づけて先読みフラグを設定する（ステップＳ４７）。例えば図７Ａのｐ行目に対応づけて先読みフラグ「１」をＥＥＰＲＯＭ６４に設定する。

標準工具（４番）による加工が終了した後（図８Ｃ参照）、加工軸９に装着した標準工具（４番）を、標準工具である先読み工具（６番）に交換する（図９Ｄ参照）。工具マガジン１０を回転し、大径工具（５番）を開口１０ｂに位置決めする（図９Ｅ参照）。先読み工具（６番）を大径工具（５番）に交換する（図９Ｆ参照）。加工軸９は、大径工具（５番）による加工を行う。先読み工具（６番）は、大径工具（５番）の工具ポット３１に格納される。このとき先読み工具（６番）は開口１０ｂに位置決めしてある。大径工具（５番）による加工が終了した後、大径工具（５番）から先読み工具（６番）に交換する（図９Ｇ参照）。

このため、標準工具（４番）と大径工具（５番）との工具を交換する際に、予め開口１０ｂに位置決めされている工具は、標準工具（６番）である。また大径工具（５番）と標準工具（６番）を交換する際に予め開口１０ｂに位置決めされている工具も、標準工具（６番）である。双方とも、予め工具ポット１０を下向きに維持しておくことが可能になる。そのため加工軸９の上昇が完了した後直ぐに、交換アーム１８による交換が可能になる。また、大径工具（５番）と標準工具（６番）とを交換した後に工具ポット１０の横向き動作を実行する場合、確認時間の経過を待たずに加工軸９の下降動作を並行的に実行する。工具ポット１０の下向き動作を実行する場合は、確認時間の経過を待つ必要があるが、確認時間の経過を待たずに加工軸９の下降動作を並行的に実行することで、総合的に短時間で工具を交換することができる。

次に実施の形態１に係るマシニングセンタの変形例を示す図面に基づいて詳述する。図１３は変形例におけるＥＥＰＲＯＭ６４に記憶してある加工／工具交換プログラムの一例を示す図である。図１３において、Ｔ及びＬは工具２４の識別番号４〜７を示している。４番と６番とは標準工具を示しており、５番と７番とは大径工具を示している。図１３は、標準工具（４番）、大径工具（５番）、大径工具（７番）及び標準工具（６番）の順に加工軸９の工具２４を交換することを示している。

制御装置６０は、上述した先読み処理を変形例において実行する。制御装置６０は、図１３のｐ行目を読込んだ場合、標準工具（４番）がＴに記述してあるので、先読み処理を実行する。制御装置６０はプログラムを順に読込む。工具交換命令であるｒ行目を読込んだ場合、Ｌに標準工具（６番）が記述してあるので、６番を先読み工具に決定する。また大径工具（５番）を先読み工具の次に加工軸９に装着する工具に決定する。

制御装置６０は、加工軸９に装着した標準工具（４番）を先読み工具（６番）に交換する。次に加工軸９に装着した先読み工具（６番）を大径工具（５番）に交換する。このとき先読み工具（６番）は、大径工具（５番）の工具ポット３１に収容される。次に大径工具（５番）を大径工具（７番）に交換する。そして大径工具（７番）を先読み工具（６番）に交換する。

このことにより、大径工具が連続する場合においても、標準工具（４番）と大径工具（５番）との工具を交換する際に、予め開口１０ｂに位置決めされている工具は、標準工具（６番）であり、大径工具（７番）と標準工具（６番）を交換する際に予め開口１０ｂに位置決めされている工具は、標準工具（６番）となり、双方とも、予め工具ポット１０を下向き状態にしておくことが可能になり、加工軸９の上昇が完了すると直ぐに、交換アーム１８による交換が可能になる。また、大径工具（７番）と標準工具（６番）を交換した後に必要な工具ポット１０の横向き動作においては、工具ポット１０の下向き動作と比較して、確認時間経過するまでの時間に加工軸９の下降動作が実行可能になり、総合的に短時間で工具を交換することができる。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係るマシニングセンタを示す図面に基づいて詳述する。操作者は入力装置５を操作して加工／工具交換プログラムを設定することができ、表示装置５１によって前記プログラムを確認することができる。設定されたプログラムはＥＥＰＲＯＭ６４に記憶される。

図１４は先読み交換処理を実行する手動で入力したプログラムの一例を示す図である。前記プログラムは標準工具（４番）、大径工具（５番）、大径工具（７番）及び標準工具（６番）の順に加工軸９の工具２４を交換する。ｐ行目においてＬに６を設定する。これにより、標準工具（４番）を加工軸９に装着した後に工具マガジン１０が回転し、標準工具（６番）が開口１０ｂに位置決めされる。

ｑ行目においてＫ６を設定する。ＫはＴの前に交換する工具２４を示す。制御装置６０はＫによって標準工具（４番）を標準工具（６番）に交換し、次に標準工具（６番）を大径工具（５番）に交換する。標準工具（６番）は大径工具（５番）の工具ポット３１に格納される。ｒ行目及びｓ行目は図１３と同様であり、説明を省略する。手動で前記プログラムを設定した場合においても、大径工具から標準工具に短時間で交換することができる。
なおマシニングセンタは工作機械の一例であり、本発明は種々の工作機械に適用することができる。例えば、本実施の形態では工具ポット３１が横向きから下向きに位置することで交換位置となるようになっているが、工具ポットを全て下向きに配置し、開口１０ｂの位置にある工具ポットのみ前進後退移動できるようにしてもよい。

実施の形態１及び２においては、工具情報テーブルをＥＥＰＲＯＭ６４に記憶しているが、書換可能な不揮発性メモリを別途設け、該メモリに記憶してもよい。またハードディスクを設けて、該ハードディスクに工具情報テーブルを記憶してもよい。

以上説明した実施の形態は本発明の例示であり、本発明は特許請求の範囲に記載された事項及び特許請求の範囲の記載に基づいて定められる範囲内において種々変更した形態で実施することができる。

９ 加工軸（加工部）
１０ 工具マガジン（収容部）
１８ 交換アーム（交換部）
２４ 工具
３１ 工具ポット（格納部）
６０ 制御装置（制御部）
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６３ ＲＡＭ
１６１ 支持軸（接離部）
１６２ ピン（接離部）
１６４ スライダ（接離部）
１７０ エアシリンダ（接離部）
１７１ ロッド（接離部）

Claims (4)

1. 複数の工具を収容する収容部と、該収容部に収容した工具を装着してワークを加工する加工部と、該加工部に装着した工具を交換する交換部と、工具を交換する指令を記憶する記憶部と、工具を識別する識別情報及び該識別情報に対応付けてあり、工具の大きさを示す寸法情報を記憶する工具情報テーブルと、該工具情報テーブル及び前記記憶部に記憶された指令に基づいて前記交換部による交換を制御する制御部とを備える工作機械において、
   前記制御部は、
   前記記憶部に記憶されており、第１の工具を第２の工具に交換することを示す第１交換指令並びに前記工具情報テーブルに記憶された識別情報及び寸法情報に基づいて、前記第２の工具が前記第１の工具よりも大型であるか否かを判定する手段、
   該手段にて前記第２の工具が前記第１の工具よりも大型であると判定された場合に、前記第１交換指令よりも後に実行され、前記加工部に装着された工具を交換することを示す第２交換指令を前記記憶部にて探索する手段、
   該手段にて第２交換指令を探索した場合に、前記工具情報テーブルに記憶された識別情報及び寸法情報に基づいて、前記第２交換指令が前記第２の工具よりも小型の第３の工具に交換する指令を示すか否かを判定する手段、
   該手段にて、前記第２交換指令が前記第２の工具よりも小型の第３の工具に交換する指令を示すと判定された場合に、前記第３の工具を前記第１の工具の次に前記加工部に装着されるべき工具に決定する第１決定手段及び
   前記第２の工具を前記第３の工具の次に前記加工軸に装着されるべき工具に決定する第２決定手段
   を有することを特徴とする工作機械。
2. 前記制御部は、
   前記第１決定手段にて決定され、前記収容部に収容された前記第３の工具と前記加工部に装着された前記第１の工具とを交換せしめる手段及び
   該手段によって前記加工部に装着した前記第３の工具と、前記第２決定手段にて決定され、前記収容部に収容してある前記第２の工具とを交換せしめる手段
   を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記加工部は、ワークを加工する加工位置と工具を交換する交換位置との間を前記交換部と共に移動するようにしてあり、
   前記収容部は、
   工具を格納する可動式の格納部と、
   前記交換位置に対する前記格納部の接近又は離反を行うアクチュエータと
   を有しており、
   前記制御部は、
   前記加工部及び格納部の動作を制御するようにしてあり、
   前記加工部を前記交換位置から前記加工位置へ移動させる場合に、前記加工部の移動と前記交換位置に対する前記格納部の離反とを並行的に実行する手段を有すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 工具を収容する収容部とワークを加工する加工部に装着した工具とを交換する工具交換方法において、
   前記加工部に装着した第１の工具と、前記第１の工具の次に前記加工部に装着されるべき、前記第１の工具よりも大型の第２の工具とを交換する場合に、
   前記第１の工具と、前記収容部に収容され、前記第２の工具の後に前記加工部に装着されるべき、前記第２の工具よりも小型の第３の工具とを交換する工程及び
   該工程によって前記加工部に装着した前記第３の工具と、前記収容部に収容してある前記第２の工具とを交換する工程
   を備えることを特徴とする工具交換方法。

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