JP6051937B2

JP6051937B2 - 数値制御装置

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Publication number: JP6051937B2
Application number: JP2013036516A
Authority: JP
Inventors: 正輝渡邊
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN104002189A; JP2014161974A; CN104002189B

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

従来、数値制御装置は工作機械の動作を制御する。工作機械は主軸ヘッド、主軸、工具交換装置を備える。主軸ヘッドは基台部上に立設するコラムに沿って昇降可能に設け、主軸を回転可能に支持する。特許文献１はタレット式工具マガジンを備える工具交換装置を開示する。円盤状の工具マガジンはコラムに設けたフレームに固定し且つ主軸ヘッドの前側に配置する。工具マガジンは複数のグリップアームを外周に備え、回転可能である。グリップアーム先端に設けた把持部は工具を脱着可能に把持する。工具交換時、主軸ヘッドはＺ軸原点を通過して上昇する。グリップアームの把持部は主軸に装着した使用済みの工具を保持する。主軸ヘッド内部に設けた工具保持機構は主軸に装着した工具をアンクランプする。主軸ヘッドは更に上昇して主軸から工具を抜き取り、ＡＴＣ原点まで上昇する。その後、工具マガジンは旋回し、次に使用する工具を把持したグリップアームを主軸直下に移動する。その後、主軸ヘッドは下降し、グリップアームは次に使用する工具を主軸に装着する。工具保持機構は主軸に装着した工具をクランプする。主軸ヘッドはワークの加工領域まで下降する。

工具保持機構はアンクランプ部材を備える。主軸ヘッドはアンクランプ操作部材を備える。アンクランプ操作部材はアンクランプカムを備える。コラムにはローラを設ける。主軸ヘッドの上昇行程と下降行程にて、アンクランプカムのカム面はローラに接離する。アンクランプ操作部材は揺動してアンクランプ部材を押圧する。工具保持機構は主軸に装着した工具をアンクランプする。

特開２０１２−２０６２２７号公報

特許文献１に記載の工作機械は、工具交換の際、アンクランプ動作時と工具装着時に大きな音が発生するという問題点があった。工具交換装置の位置調節で音を軽減する方法は、位置調節が適切であれば問題ない。但し、位置が少しでもずれると、工具交換装置との部材に無理な負荷が加わる。負荷の蓄積は部材の疲労破壊につながる。

本発明の目的は、工具交換動作時に発生する音と機械負荷の低減を図ることができる数値制御装置を提供することである。

本発明の請求項１に係る数値制御装置は、基台に設けたコラムと、前記コラムに昇降可能に設けた主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドに回転可能に支持し且つ工具を装着する主軸と、前記コラムに設け、前記主軸ヘッドに近接するフレームと、前記フレームに旋回可能に設け、複数の工具を保持可能な工具マガジンとを備えた工作機械の制御を行うものであって、前記主軸ヘッドを機械原点から前記工具マガジンが旋回可能となるＡＴＣ原点まで上昇する際に、前記主軸に装着した前記工具を取り外して前記工具マガジンへ受け渡し、前記主軸ヘッドが前記ＡＴＣ原点に位置するときに前記工具マガジンを旋回して所望の工具を前記主軸と対向するように位置決めし、前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ原点から前記機械原点まで下降する際に、前記工具マガジンから前記主軸に前記所望の工具を装着する数値制御装置において、前記コラムに設け、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するヘッド支持機構と、前記ヘッド支持機構の動作を制御する制御手段と、前記主軸ヘッドに設け、前記主軸に装着した前記工具を保持する工具保持機構と、前記主軸ヘッドに設け、前記工具保持機構のアンクランプ部材を押圧することにより前記主軸に装着した前記工具を開放するアンクランプ操作部材と、前記アンクランプ操作部材に設けたアンクランプカムと、前記コラムに設け、前記主軸ヘッドを加工位置から前記ＡＴＣ原点まで上昇する上昇行程と前記ＡＴＣ原点から前記機械原点まで下降する下降行程において、前記アンクランプカムのカム面に接離することにより前記アンクランプ操作部材を操作するローラとを備え、前記制御手段は、前記上昇行程と前記下降行程の夫々において、前記主軸ヘッドを第一速度で移動を開始した後で、前記主軸ヘッドの移動速度を、前記第一速度よりも低速である第二速度に切り替える第一制御手段と、前記第一制御手段が前記移動速度を前記第二速度に切り替えた後で、前記移動速度を前記第二速度よりも高速である第三速度に切り替える第二制御手段とを備え、前記第一制御手段は、前記上昇行程において、前記カム面に前記ローラが接触する位置で、前記第二速度に切り替え、前記下降行程において、前記工具が前記主軸に装着する位置で、前記第二速度に切り替えることを特徴とする。主軸ヘッドの上昇行程と下降行程の夫々において、主軸ヘッドの移動速度は主軸ヘッドが移動する途中で一旦低速になる。故に数値制御装置は、工具交換時に生じる音を低減し、且つ工作機械にかかる負荷を低減できる。主軸ヘッドの移動速度は低速になった後で再び高速になる。故に数値制御装置は工具交換にかかる時間を短縮できる。

主軸ヘッドの上昇行程において、主軸ヘッドの移動速度はカム面にローラが接触する位置で低速になる。故に数値制御装置は、主軸ヘッドの上昇行程において、カム面にローラが接触する時に生じる衝突音を低減でき、且つカム面とローラにかかる負荷を低減できる。

主軸ヘッドの下降行程において、主軸ヘッドの移動速度は工具が主軸に装着する位置で低速になる。故に数値制御装置は、主軸ヘッドの下降行程において、工具が主軸に装着する時に生じる衝突音を低減でき、且つ主軸と工具交換装置にかかる負荷を低減できる。

工作機械１の斜視図。主軸ヘッド７周囲の一部破断図。工作機械１と数値制御装置３０の電気的構成を示すブロック図。工具交換処理の流れ図。工具交換動作における主軸ヘッド７の昇降動作を示す図。Ｚ４９０の主軸ヘッド７周囲の一部破断図。Ｚ５００の主軸ヘッド７周囲の一部破断図。Ｚ５１０の主軸ヘッド７周囲の一部破断図。Ｚ６１５（ＡＴＣ原点）の主軸ヘッド７周囲の一部破断図。主軸ヘッド７上昇時における主軸ヘッド７のＺ軸座標と送り速度の関係を示すグラフ。主軸ヘッド７下降時における主軸ヘッド７のＺ軸座標と送り速度の関係を示すグラフ。図１０と図１１の各グラフを合成して作成したＺ軸座標と送り速度の関係を示すグラフ（変形例）。

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。以下説明は、図１の左斜め下方、右斜め上方、右方、左方を、夫々、工作機械１の前方、後方、右方、左方とする。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。

図１を参照し、工作機械１の構造を説明する。工作機械１は、基台２、機械本体３、テーブル１０、工具交換装置２０等を備える。基台２は鉄製の略直方体状の土台である。機械本体３は基台２上部後方に設け、テーブル１０上面に保持したワーク（図示略）を切削する。テーブル１０は基台２上部中央に設け、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４（図３参照）、ガイド機構（図示略）により、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。工具交換装置２０は機械本体３上部に設けたフレーム８に固定し、機械本体３の主軸９に装着した工具４を他の工具と交換する。

工作機械１は操作パネル（図示略）を備える。操作パネルは入力部２４と表示部２５（図３参照）を備える。作業者は入力部２４により、ＮＣプログラム、工具の種類、工具情報、各種パラメータ等を入力する。作業者が入力部２４を操作すると、表示部２５は各種入力画面又は操作画面等を表示する。

図１を参照し、機械本体３の構成を説明する。機械本体３は、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、制御箱６等を備える。コラム５は基台２上部後方に立設する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に昇降可能である。主軸９は主軸ヘッド７内部に回転可能に支持する。主軸９は工具ホルダ１７（図２参照）を装着し、主軸モータ５２（図２，図３参照）の駆動により高速回転する。工具ホルダ１７は工具４を保持する。制御箱６は数値制御装置３０（図３参照）を格納する。数値制御装置３０は工作機械１の動作を制御する。

図２に示す如く、主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構（本発明のヘッド支持機構に相当）によってＺ軸方向に昇降する。Ｚ軸移動機構は一対のＺ軸リニアガイド（図示略）、Ｚ軸ボール螺子２６（図２参照）、Ｚ軸モータ５１（図３参照）を備える。Ｚ軸リニアガイドはＺ軸方向に延出し且つ主軸ヘッド７をＺ軸方向に案内する。Ｚ軸ボール螺子２６は一対のＺ軸リニアガイドの間に配置し、上側軸受部２７と下側軸受部（図示略）によって回転可能に設ける。主軸ヘッド７は背面にナット２９（図２参照）を備える。ナット２９はＺ軸ボール螺子２６に螺合する。Ｚ軸モータ５１はＺ軸ボール螺子２６を正逆方向に回転する。故に主軸ヘッド７はナット２９と共にＺ軸方向に移動する。主軸ヘッド７は上部に主軸モータ５２を備える。

図２を参照し、主軸ヘッド７の内部構造を説明する。主軸ヘッド７は前方下部の内側に主軸９を回転可能に支持する。主軸９は上下方向に回転軸を有する。主軸９は主軸モータ５２の駆動軸にカップリング２３を介して連結する。故に主軸９は主軸モータ５２の回転駆動で回転する。主軸９はテーパ穴１８とホルダ挟持部材１９とドローバー８１を備える。テーパ穴１８は主軸９の先端部（下端部）に設ける。ホルダ挟持部材１９はテーパ穴１８の上方に設ける。ドローバー８１は主軸９の中心を通る軸穴の中に同軸上に挿入して設ける。

図２に示す如く、工具ホルダ１７は一端側に工具４を保持し、他端側にテーパ装着部１７Ａとプルスタッド１７Ｂを備える。テーパ装着部１７Ａは円錐状である。プルスタッド１７Ｂはテーパ装着部１７Ａの頂上部から軸方向に突出する。テーパ装着部１７Ａは主軸９のテーパ穴１８に装着する。テーパ穴１８にテーパ装着部１７Ａを装着すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂを挟持する。ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。

主軸ヘッド７は後方上部の内側にクランクレバー６０を備える。クランクレバー６０は略Ｌ字型であり支軸６１を中心に揺動自在である。支軸６１は主軸ヘッド７内に固定する。クランクレバー６０は縦方向レバー６３と横方向レバー６２を備える。縦方向レバー６３は支軸６１からコラム５側に対して斜め上方に延びて中間部６５で上方に折曲して更に上方に延びる。横方向レバー６２は支軸６１からコラム５前方に略水平に延びる。横方向レバー６２の先端部はドローバー８１に直交して突設したピン５８に上方から係合可能である。縦方向レバー６３は上端部の背面に板カム体６６を備える。板カム体６６はコラム５側にカム面を備える。板カム体６６のカム面は上側軸受部２７に固定したカムフォロア６７と接離可能である。カムフォロア６７は板カム体６６のカム面を摺動する。引張コイルバネ（図示略）は縦方向レバー６３と主軸ヘッド７との間に弾力的に設ける。クランクレバー６０を右側面から見た場合、引張コイルバネはクランクレバー６０を時計回りに常時付勢する。故にクランクレバー６０は横方向レバー６２によるピン５８の下方向への押圧を常時解除する。

図６〜図９を参照し、主軸９のテーパ穴１８への工具ホルダ１７の脱着動作を説明する。図６に示す如く、主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａを装着した状態で、主軸ヘッド７は上昇する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はカムフォロア６７に接触して摺動する。図７に示す如く、板カム体６６のカム形状に沿ってカムフォロア６７が摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２はピン５８に上方から係合してドローバー８１を下方に押圧する。ドローバー８１はホルダ挟持部材１９を下方に付勢する。故に、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。図８，図９に示す如く、工具ホルダ１７は主軸９のテーパ穴１８から取り外し可能となる。

これとは逆に、主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａを装着する場合、図８，図７の順に示す如く、主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａを挿入した状態で、主軸ヘッド７は下降する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はカムフォロア６７に摺動する。板カム体６６のカム形状に沿ってカムフォロア６７が摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に時計回りに回転する。故に、横方向レバー６２はピン５８から離れ、ドローバー８１の下方への押圧を解除する。ドローバー８１はホルダ挟持部材１９の下方への付勢を解除し、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂを挟持する。図６に示す如く、主軸９のテーパ穴１８に対して、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａの装着が完了する。

図２を参照し、工具交換装置２０の構造を説明する。工具交換装置２０は工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１はタレット式である。工具マガジン２１はマガジンベース７１と複数のグリップアーム９０を備える。マガジンベース７１は円盤状である。複数のグリップアーム９０はマガジンベース７１の外周に沿って前後方向に揺動可能に設ける。マガジン支持台４５はフレーム８に固定する。フレーム８はコラム５に固定し且つ主軸ヘッド７に近接して配置する。マガジン支持台４５は支軸７５を回転可能に支持する。支軸７５は工作機械１の前方に対して斜め下方に延びる。支軸７５はマガジンベース７１を回転可能に支持する。マガジンベース７１は工作機械１の前方に対して正面を向けて配置する。

図２を参照し、マガジンベース７１の構造を説明する。マガジンベース７１はボス部７３と鍔部７２を備える。ボス部７３は筒状である。支軸７５はボス部７３内に挿入する。鍔部７２はボス部７３の外周面の前端側に軸方向に直交して設ける。ボス部７３は後端部に割出円板７７を固定する。割出円板７７は支軸７５を中心とし、背面側（主軸ヘッド７に対向する面）に複数のカムフォロア（図示外）を備える。複数のカムフォロアは複数のグリップアーム９０の各位置に夫々対応して配置する。

ケーシング４１はマガジン支持台４５の上部に固定する。ケーシング４１は回転割出機構を格納する。回転割出機構は複数のギヤとカム（図示略）を有する。マガジンモータ５５はケーシング４１上部に固定する。マガジンモータ５５の回転軸は回転割出機構と連結する。割出円板７７の複数のカムフォロアは回転割出機構のカムに形成したカム溝（図示外）に夫々嵌合する。故に割出円板７７は複数のグリップアーム９０の中の一つを割り出し、マガジンベース７１の最下方位置に移動できる。

マガジンベース７１は裏面外周に沿って複数の支点台８２を固定する。支点台８２はグリップアーム９０を枢支軸８５を中心に揺動可能に軸支する。グリップアーム９０は一端に把持部９１を備える。把持部９１は工具を把持可能である。グリップアーム９０は枢支軸８５の近傍に主軸ヘッド７側に向けてカムフォロア９３を回転自在に軸支する。カムフォロア９３は主軸ヘッド７の昇降によって、主軸ヘッド７前面に固定されたカム体１１の傾斜面を摺動する。グリップアーム９０は枢支軸８５を中心に揺動する。マガジンベース７１の最下方位置に割り出したグリップアーム９０の把持部９１は近接位置と退避位置との間を揺動できる。近接位置は主軸９に近接して対向する位置である。退避位置は主軸９から前方に離間する位置である。

グリップアーム９０は把持部９１とは反対側の他端に、鋼球９２を圧縮コイルバネ（図示略）で外側に付勢した状態で出退可能に保持する。ボス部７３は断面円弧状の案内面８３が周設された円筒状のグリップ支持カラー８０を外挿する。グリップアーム９０の他端から出退する鋼球９２の一部はグリップ支持カラー８０の案内面８３に弾力的に当接する。案内面８３はグリップアーム９０の他端側を案内する。故にグリップアーム９０は安定して揺動できる。

案内面８３は第一ノッチ溝９８と第二ノッチ溝９９を備える。第一ノッチ溝９８は案内面８３におけるマガジンベース７１の前側に設ける。第二ノッチ溝９９は案内面８３における主軸ヘッド７側に設ける。第一ノッチ溝９８に鋼球９２が嵌着すると、把持部９１が近接位置に移動した状態で、グリップアーム９０は姿勢を保持する。第二ノッチ溝９９に鋼球９２が嵌着すると、把持部９１が退避位置に移動した状態で、グリップアーム９０は姿勢を保持する。

図３を参照し、数値制御装置３０の電気的構成を説明する。数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、不揮発性記憶装置３４、入出力部３５、駆動回路５１Ａ〜５５Ａ等を備える。ＣＰＵ３１は数値制御装置３０を制御する。ＲＯＭ３２は制御プログラムと工具交換プログラム等を記憶する。制御プログラムはＮＣプログラムを解析して実行する為のものである。工具交換プログラムは後述する工具交換処理（図４参照）を実行する為のものである。ＲＡＭ３３は各種処理実行中の各種データを一時的に記憶する。不揮発性記憶装置３４は作業者が入力部２４で入力して登録した複数のＮＣプログラム等を記憶する。ＮＣプログラムは各種制御指令を含む複数のブロックで構成し、工作機械１の軸移動、工具交換等を含む各種動作をブロック単位で制御するものである。

駆動回路５１ＡはＺ軸モータ５１とエンコーダ５１Ｂに接続する。駆動回路５２Ａは主軸モータ５２とエンコーダ５２Ｂに接続する。駆動回路５３ＡはＸ軸モータ５３とエンコーダ５３Ｂに接続する。駆動回路５４ＡはＹ軸モータ５４とエンコーダ５４Ｂに接続する。駆動回路５５Ａはマガジンモータ５５とエンコーダ５５Ｂに接続する。駆動回路５１Ａ〜５５ＡはＣＰＵ３１から指令を受け、対応する各モータ５１〜５５に駆動電流を夫々出力する。駆動回路５１Ａ〜５５Ａはエンコーダ５１Ｂ〜５５Ｂからフィードバック信号を受け、位置と速度のフィードバック制御を行う。フィードバック信号はパルス信号である。入出力部３５は入力部２４と表示部２５に夫々接続する。

使用者は複数のＮＣプログラムの中から一のＮＣプログラムを入力部２４で選択可能である。ＣＰＵ３１は選択したＮＣプログラムを表示部２５に表示する。ＣＰＵ３１は表示部２５に表示したＮＣプログラムに基づき、工作機械１の動作を制御する。

図４の流れ図、図５〜図１１を参照し、ＣＰＵ３１が実行する工具交換処理を説明する。以下説明では、Ｚ軸の機械原点をＺ軸原点という。機械原点とは、Ｘ軸、Ｙ軸の機械座標が零である位置、Ｚ軸の機械座標はワークを加工可能な上限位置である。本実施形態では、説明の便宜上、Ｚ１８０を加工位置、Ｚ４８０をＺ軸原点、Ｚ６１５をＡＴＣ原点とする。更に、Ｚ４９０を主軸ヘッド７の工具交換上昇時に板カム体６６がカムフォロア６７に当接する位置、Ｚ５１０を主軸ヘッド７の工具交換下降時に主軸９に工具ホルダ１７が当接して装着する位置とする。図５では太い矢印は最高速での主軸ヘッド７の移動、細い矢印は低速での主軸ヘッド７の移動を示し、最高速までの加速、低速までの減速過程は図示していない。尚、最高速の一例は５０ｍ／ｍｉｎである。低速の一例は２０ｍ／ｍｉｎである。尚、Ｚ軸はテーブル１０の上面を基準（０）としている。Ｚ４９０は、テーブル１０上面から４９０ｍｍ高い位置を示している。

工具交換処理は工具交換動作を実行するものである。工具交換動作は上昇行程、工具マガジン旋回、下降行程の順に夫々実行する。

ＣＰＵ３１は制御プログラムでＮＣプログラムを一ブロック毎実行中、工具交換を指示する制御指令を読み込んだ場合、ＲＯＭ３２から工具交換プログラムを読み込んで、本処理を実行する。

［上昇行程］
ＣＰＵ３１はオリエント動作を開始する（Ｓ１）。オリエント動作は主軸９の回転角度位置を工具交換を行う位置に停止する動作である。ＣＰＵ３１はＺ軸モータ５１を回転する。ＣＰＵ３１は加工位置であるＺ１８０から最高速で主軸ヘッド７の上昇を開始する（Ｓ２）。図５，図１０に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０１を最高速で上昇する。区間１０１はＺ１８０からＺ４６５までの区間である。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ４６５に到達したか否か判断する（Ｓ３）。Ｚ４６５に到達するまでは（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ３に戻って主軸ヘッド７を最高速で上昇し続ける。Ｚ４６５に到達した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は減速を開始する（Ｓ４）。主軸ヘッド７は最高速から減速し始める。主軸ヘッド７の上昇速度が低速まで減速したとき、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の上昇速度を低速で維持する（Ｓ５）。本実施形態では、主軸ヘッド７がＺ４９０に到達する時点で、主軸ヘッド７の上昇速度は低速になる。図５，図１０に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０２で最高速から低速になるまで減速しながら上昇する。区間１０２はＺ４６５からＺ４９０までの区間である。主軸ヘッド７はＺ軸原点（Ｚ４８０）を通過する。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ４９０に到達したか否か判断する（Ｓ６）。Ｚ４９０に到達するまでは（Ｓ６：ＮＯ）、Ｓ６に戻って主軸ヘッド７を低速で上昇し続ける。Ｚ４９０に到達した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、図６に示す如く、板カム体６６はカムフォロア６７に当接する。主軸ヘッド７は低速で上昇している。故に工作機械１は板カム体６６がカムフォロア６７に当接するときに生じる衝突音を軽減できる。なお、後述するが、板カム体６６がカムフォロア６７に当接するのと同時に、横方向レバー６２はピン５８に係合する。横方向レバー６２がピン５８に係合する際にも衝突音を生じる。上記の通り、主軸ヘッド７は低速で上昇しているので、その衝突音も軽減する。工作機械１は板カム体６６がカムフォロア６７に当接するときの勢い、横方向レバー６２がピン５８に係合する勢いを共に小さくできるので、板カム体６６とカムフォロア６７、横方向レバー６２とピン５８にかかる負荷を軽減できる。

Ｚ４９０に到達した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、板カム体６６がカムフォロア６７に既に当接しているので、ＣＰＵ３１は最高速で上昇する（Ｓ７）。図５，図１０に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０３で低速から加速して最高速で上昇する。区間１０３はＺ４９０からＺ５７３までの区間である。

図６〜図８の順に示す如く、主軸ヘッド７の上昇により、カムフォロア９３は主軸ヘッド７前面に固定されたカム体１１の傾斜面を上部から下方に向けて摺動する。グリップアーム９０は枢支軸８５を中心に揺動する。マガジンベース７１の最下方位置に割り出したグリップアーム９０の把持部９１は、主軸９の近接位置に移動する。把持部９１は主軸９に装着した工具ホルダ１７を把持する。

一方、図６〜図８の順に示す如く、板カム体６６はカムフォロア６７に接触して上方に摺動する。板カム体６６のカム形状に沿ってクランクレバー６０は揺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に、支軸６１を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２はピン５８に係合してドローバー８１を下方に押圧する。ドローバー８１はホルダ挟持部材１９を下方に付勢する。ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。工具ホルダ１７は主軸９のテーパ穴１８から取り外し可能となる。図９に示す如く、主軸ヘッド７は更に上昇するので、グリップアーム９０の把持部９１は主軸９のテーパ穴１８から工具ホルダ１７を引き抜く。主軸ヘッド７は引き続き上昇する。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ５７３に到達したか否か判断する（Ｓ８）。Ｚ５７３に到達するまでは（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ８に戻って主軸ヘッド７を最高速で上昇し続ける。Ｚ５７３に到達した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はＺ６１５で停止する為に減速を開始する（Ｓ９）。主軸ヘッド７は最高速から減速し始める。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ６１５に到達したか否か判断する（Ｓ１０）。Ｚ６１５に到達するまでは（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ１０に戻って主軸ヘッド７を低速で上昇し続ける。Ｚ６１５に到達した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７を停止する（Ｓ１１）。図５，図１０に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０４で最高速から零になるまで減速しながら上昇する。区間１０２はＺ４６５からＺ４９０までの区間である。主軸ヘッド７の送り速度はＺ６１５で零になる。主軸ヘッド７の上昇行程は完了する。

［工具マガジン旋回］
ＣＰＵ３１は工具マガジン２１を旋回する（Ｓ１２）。ＣＰＵ３１は次工具を保持する工具ホルダ１７を把持するグリップアーム９０を割り出して工具交換位置に移動する。次工具は工具交換指令が指定する工具である。工具交換位置は工具マガジン２１の最下方位置で且つ主軸９に近接して対向する位置である。

［下降行程］
ＣＰＵ３１はＡＴＣ原点であるＺ６１５から最高速で主軸ヘッド７の下降を開始する（Ｓ１３）。図５，図１１に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０５を最高速で下降する。区間１０５はＺ６１５からＺ５３５までの区間である。図９に示す如く、板カム体６６はカムフォロア６７に対し下方に摺動するが、クランクレバー６０は揺動しない。図１１に示す如く、主軸ヘッド７の送り速度はＺ５７３で最高速に達する。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ５３５に到達したか否か判断する（Ｓ１４）。Ｚ５３５に到達するまでは（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１４に戻って主軸ヘッド７を最高速で下降し続ける。Ｚ５３５に到達した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は減速を開始する（Ｓ１５）。主軸ヘッド７は最高速から減速し始める。主軸ヘッド７の下降速度が低速まで減速したとき、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の下降速度を低速で維持する（Ｓ１６）。本実施形態では、少なくとも主軸ヘッド７がＺ５１０に到達する前に、主軸ヘッド７の下降速度は低速まで減速するようになっている。図５，図１１に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０６で最高速から低速まで減速しながら下降する。区間１０６はＺ５３５からＺ５１０までの区間である。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ５１０に到達したか否か判断する（Ｓ１７）。Ｚ５１０に到達するまでは（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１７に戻って主軸ヘッド７を低速で下降し続ける。Ｚ５１０に到達した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、図８に示す如く、主軸９のテーパ穴１８に、工具交換位置に割り出したグリップアーム９０の把持部９１が把持する工具ホルダ１７が挿入して装着し、主軸９の先端部に工具ホルダ１７の鍔が当接する。主軸ヘッド７は低速で下降している。故に工作機械１は主軸９の先端部に工具ホルダ１７が装着するときに生じる衝突音を軽減できる。工作機械１は主軸９の先端部に工具ホルダ１７が装着するときの勢いを小さくできるので、主軸９の先端部と工具ホルダ１７とグリップアーム９０にかかる負荷を軽減できる。

Ｚ５１０に到達した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、主軸９の先端部に工具ホルダ１７が既に装着しているので、ＣＰＵ３１は最高速で下降する（Ｓ１８）。図５，図１１に示す如く、主軸ヘッド７は区間１０７で低速から加速して最高速で下降する。区間１０７はＺ５１０からＺ４８０（Ｚ軸原点）までの区間である。主軸ヘッド７の送り速度はＺ４８０に到達する前に最高速になる。

図８〜図６の順に示す如く、主軸ヘッド７の下降により、カムフォロア９３は主軸ヘッド７前面に固定されたカム体１１の傾斜面を下部から上方に向けて摺動する。グリップアーム９０は枢支軸８５を中心に揺動する。グリップアーム９０の把持部９１は近接位置から退避位置に移動する。

一方、板カム体６６はカムフォロア６７に対し下方に摺動する。板カム体６６のカム形状に沿ってクランクレバー６０は揺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に、支軸６１を中心に時計回りに回転する。横方向レバー６２はピン５８から上方に離間し、ドローバー８１に対する下方への押圧を解除する。ドローバー８１はホルダ挟持部材１９に対する下方への付勢を解除する。ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂを挟持する。

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ４８０に到達したか否か判断する（Ｓ１９）。Ｚ４８０に到達するまでは（Ｓ１９：ＮＯ）、Ｓ１９に戻って主軸ヘッド７を高速で下降し続ける。Ｚ４８０に到達した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７はＺ軸原点に到達したので、最高速を維持した状態で、加工位置であるＺ１８０まで移動する（Ｓ２０）。主軸ヘッド７の送り速度はＺ１８０手前で減速してＺ１８０で零になる。ＣＰＵ３１は本処理を終了し、ＮＣプログラムの次ブロックの処理を実行する。

上記説明にて、図２に示す工具４と該工具４を保持する工具ホルダ１７は本発明の工具に相当する。主軸ヘッド７の送り速度について、最高速は本発明の第一速度と第三速度に相当し、低速は本発明の第二速度に相当する。ＣＰＵ３１は本発明の制御手段に相当する。主軸ヘッド７の上昇行程ではＳ４，Ｓ５の処理、主軸ヘッド７の下降行程ではＳ１５，Ｓ１６の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の第一制御手段に相当する。Ｓ７の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の第二制御手段に相当する。ホルダ挟持部材１９は本発明の工具保持機構に相当する。ドローバー８１は本発明のアンクランプ部材に相当する。クランクレバー６０は本発明のアンクランプ操作部材に相当する。板カム体６６は本発明のアンクランプカムに相当する。カムフォロア６７は本発明のローラに相当する。

以上説明したように、本実施形態の数値制御装置３０は工作機械１の動作を制御する。工作機械１は複数の工具を保持可能な工具マガジン２１を備える。工作機械１は主軸ヘッド７をＺ軸原点からＡＴＣ原点まで上昇する際に、主軸９に装着した工具ホルダ１７を取り外して工具マガジン２１へ受け渡す。工作機械１は主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に位置するときに工具マガジン２１を旋回して所望の工具ホルダを主軸９と対向するように位置決めする。工作機械１は主軸ヘッド７をＡＴＣ原点から機械原点まで下降する際に、工具マガジン２１から主軸９に所望の工具ホルダを装着する。工具交換動作の上昇行程と下降行程において、数値制御装置３０は主軸ヘッド７を最高速で移動を開始した後で低速に切り替え、更に最高速に切り替える制御を行う。即ち、主軸ヘッド７の上昇行程と下降行程において、主軸ヘッド７の移動速度は主軸ヘッド７が移動する途中で一旦低速になる。故に工具交換動作において部材同士が接触するタイミングに合わせて、最高速から低速に切り替えることで、工具交換時に生じる音を低減し、且つ工作機械１にかかる負荷を低減できる。さらに数値制御装置３０は部材同士が接触した後で最高速に切り替えるので、工具交換にかかる時間を短縮できる。また、本実施形態は、第一速度から第二速度に切り替えた後、更に第二速度よりも高速である第三速度に切り替えるので、工具交換にかかる時間を短縮できる。

本実施形態は更に、工具交換動作の上昇行程において、最高速で主軸ヘッド７の上昇を開始した後は、板カム体６６がカムフォロア６７に当接する位置で低速になる。故に数値制御装置３０は、主軸ヘッド７の上昇行程において、板カム体６６のカム面にカムフォロア６７が接触する時に生じる衝突音を低減できる。更に数値制御装置３０は板カム体６６のカム面とカムフォロア６７にかかる負荷を低減できる。

本実施形態では更に、工具交換動作の下降行程において、最高速で主軸ヘッド７の下降を開始した後は、工具ホルダ１７が主軸９に装着する位置で低速になる。故に数値制御装置３０は、主軸ヘッド７の下降行程において、主軸９に工具ホルダ１７が装着する時に生じる衝突音を低減できる。更に数値制御装置３０は主軸９と工具ホルダ１７とグリップアーム９０にかかる負荷を低減できる。

尚、本発明は上記実施形態に限らず種々の変更が可能である。上記実施形態は、図１０，図１１に示す如く、上昇行程と下降行程で、主軸ヘッド７を最高速から低速に切り替えるタイミングを部材同士が接触するタイミングに合わせる為に、二つの速度パターンを設定する。例えば、図１２に示す如く、Ｚ４９０〜Ｚ５１０までの区間を低速にする一つの速度パターンであれば、数値制御装置３０は上昇行程と下降行程の何れにも対応できる。速度パターンは一つであるので、制御を単純化できる。

上記実施形態は、最高速で主軸ヘッド７の上昇又は下降を開始し、低速に切り替えた後、再度最高速に戻しているが、低速の後で切り替える速度は、低速よりも高速であれば最高速に戻さなくてもよい。

上記実施形態は、上昇行程と下降行程において、低速で移動する区間は夫々一区間であるが、その他の部材同士が衝突するタイミングに合わせ、複数の区間を設定してもよい。

上記実施形態は、上昇行程では、板カム体６６のカム面にカムフォロア６７が接触する時、下降行程では、主軸９に工具ホルダ１７が装着する時に合わせ、主軸ヘッド７の送り速度が所定の低速になるように制御しているが、これらのタイミングよりも前に低速にしてもよい。

上記実施形態にて、図４の処理のＳ５、Ｓ１６は省略してもよい。

１工作機械
２基台
４工具
５コラム
７主軸ヘッド
８フレーム
９主軸
１７工具ホルダ
１９ホルダ挟持部材
２１工具マガジン
２６Ｚ軸ボール螺子
３０数値制御装置
３１ＣＰＵ
６０クランクレバー
６６板カム体
６７カムフォロア
８１ドローバー

Claims

基台に設けたコラムと、前記コラムに昇降可能に設けた主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドに回転可能に支持し且つ工具を装着する主軸と、前記コラムに設け、前記主軸ヘッドに近接するフレームと、前記フレームに旋回可能に設け、複数の工具を保持可能な工具マガジンとを備えた工作機械の制御を行うものであって、前記主軸ヘッドを機械原点から前記工具マガジンが旋回可能となるＡＴＣ原点まで上昇する際に、前記主軸に装着した前記工具を取り外して前記工具マガジンへ受け渡し、前記主軸ヘッドが前記ＡＴＣ原点に位置するときに前記工具マガジンを旋回して所望の工具を前記主軸と対向するように位置決めし、前記主軸ヘッドを前記ＡＴＣ原点から前記機械原点まで下降する際に、前記工具マガジンから前記主軸に前記所望の工具を装着する数値制御装置において、
前記コラムに設け、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するヘッド支持機構と、
前記ヘッド支持機構の動作を制御する制御手段と、
前記主軸ヘッドに設け、前記主軸に装着した前記工具を保持する工具保持機構と、
前記主軸ヘッドに設け、前記工具保持機構のアンクランプ部材を押圧することにより前記主軸に装着した前記工具を開放するアンクランプ操作部材と、
前記アンクランプ操作部材に設けたアンクランプカムと、
前記コラムに設け、前記主軸ヘッドを加工位置から前記ＡＴＣ原点まで上昇する上昇行程と前記ＡＴＣ原点から前記機械原点まで下降する下降行程において、前記アンクランプカムのカム面に接離することにより前記アンクランプ操作部材を操作するローラと
を備え、
前記制御手段は、
前記上昇行程と前記下降行程の夫々において、
前記主軸ヘッドを第一速度で移動を開始した後で、前記主軸ヘッドの移動速度を、前記第一速度よりも低速である第二速度に切り替える第一制御手段と、
前記第一制御手段が前記移動速度を前記第二速度に切り替えた後で、前記移動速度を前記第二速度よりも高速である第三速度に切り替える第二制御手段と
を備え、
前記第一制御手段は、
前記上昇行程において、前記カム面に前記ローラが接触する位置で、前記第二速度に切り替え、
前記下降行程において、前記工具が前記主軸に装着する位置で、前記第二速度に切り替えることを特徴とする数値制御装置。