JP7494575B2 - 制御装置、工作機械、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、工作機械、制御方法、及び制御プログラムに関する。

特許文献１に記載の工作機械は、工具交換時に主軸の移動と工具マガジンの回動を並行して実行する。工作機械は工具マガジンが保持する工具と主軸の干渉を回避する必要がある。工作機械は主軸ヘッドと工具マガジンが干渉しない第一範囲と、主軸ヘッドと工具マガジンが干渉する第二範囲の境界を関数で設定する。工作機械は工具交換時、設定した関数を用い、工具マガジンの所在角度に対応する主軸ヘッドの移動可能距離内で主軸ヘッドを移動する。

特開２０１９－６７３９４号公報

上記の工作機械において、工具交換に必要な時間を短縮したいという要望がある。

本発明は、工具交換に必要な時間を従来よりも短縮した制御装置、工作機械、制御方法、及び制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１の制御装置は、工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御装置であって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記主軸ヘッドの位置と前記工具マガジンの角度に関する関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが干渉する第二範囲との境界を設定する設定部と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動部とを備える制御装置において、前記駆動部が前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定部と、前記角度判定部が前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の回動減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する距離算出部と、前記主軸ヘッドの制動距離が、前記距離算出部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定部と、前記距離判定部が前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速部とを備える。制御装置は、主軸ヘッドの所在位置と工具マガジンの停止角度に応じた境界との距離を移動可能距離として演算することで、主軸ヘッドが移動する間に工具マガジンが回動する量を考慮して移動可能距離を演算できる。故に制御装置は、距離判定部が主軸ヘッドの制動距離は移動可能距離よりも小さいと判定し、加速部が主軸ヘッドを加速する頻度を従来の装置よりも高め、工具交換に必要な時間を従来よりも短縮できる。

本発明の請求項２の制御装置の前記回動減速条件は、前記工具マガジンを現在の角速度から前記工具マガジンの最大回動減速度で減速する条件である。制御装置は、主軸ヘッドが移動する間に工具マガジンが回動する量を、最大回動減速度を用いて最も小さく見積もって移動可能距離を演算できる。故に制御装置は、距離判定部が主軸ヘッドの制動距離は移動可能距離よりも小さいと判定し、加速部が主軸ヘッドを加速した時に、主軸ヘッドと工具マガジンが干渉することを抑制できる。

本発明の請求項３の制御装置は前記角度判定部が前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記工具マガジンを前記回動減速条件で停止する迄の期間、前記主軸ヘッドを所定の加速条件で加速した時の前記主軸ヘッドの移動距離が、前記移動可能距離以下であるか否か判定する干渉判定部を更に備え、前記距離判定部は、前記干渉判定部が前記移動距離は前記移動可能距離以下であると判定した時、前記主軸ヘッドの前記制動距離が前記距離算出部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定し、前記干渉判定部が前記移動距離は前記移動可能距離以下でないと判定した時、前記主軸ヘッドの前記所在位置と、前記工具マガジンの前記所在角度に応じた前記境界との間の距離を前記移動可能距離として算出し、前記主軸ヘッドの前記制動距離が前記距離判定部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する。工具マガジンが減速条件で停止するよりも早く、主軸ヘッドが移動可能距離で移動した時、主軸ヘッドは工具マガジンと干渉する。制御装置は、工具マガジンが停止する迄の期間に主軸ヘッドが所定の加速条件で加速しながら移動した場合の移動距離が、移動可能距離以下であるか否かに応じて、制御距離との比較に用いる移動可能距離を変更する。故に制御装置は、主軸ヘッドの移動距離を考慮して、主軸ヘッドと工具マガジンが干渉することを抑制できる。

本発明の請求項４の制御装置の前記加速条件は、前記主軸ヘッドを現在の速度から前記主軸ヘッドの最大加速度で加速する条件である。制御装置は、工具マガジンが停止する迄の期間に主軸ヘッドが所定の加速条件で加速しながら移動した時の移動距離を、主軸ヘッドの最大加速度を用いて最も大きく見積もることができる。故に制御装置は、距離判定部が主軸ヘッドの制動距離は移動可能距離よりも大きいと判定し、加速部が主軸ヘッドを最大加速度で加速した時にも、主軸ヘッドと工具マガジンが干渉することを抑制できる。

本発明の請求項５の制御装置は前記駆動部が前記主軸ヘッドを駆動開始後、前記主軸ヘッドの前記所在位置が所定位置範囲に在るか否か判定する位置判定部と、前記位置判定部が前記主軸ヘッド前記の前記所在位置が前記所定位置範囲に在ると判定した時、前記工具マガジンの前記所在角度と、前記主軸ヘッドを所定の減速条件で停止した時の前記主軸ヘッドの停止位置に応じた前記境界との間の回動可能角度を算出する角度算出部と、前記工具マガジンの制動角度が、前記角度算出部が算出した前記回動可能角度よりも大きいか否か判定する回動角度判定部と、前記回動角度判定部が前記制動角度は前記回動可能角度よりも大きくないと判定した時、前記工具マガジンを回動加速する回動加速部とを更に備える。制御装置は、工具マガジンの所在角度で、工具マガジンが移動する間に主軸ヘッドが移動する距離を考慮して回動可能角度を算出できる。故に制御装置は、回動角度判定部が工具マガジンの制動角度は回動可能角度よりも小さいと判定し、回動加速部が工具マガジンを回動加速する頻度を従来の装置よりも高め、工具交換に必要な時間を従来よりも短縮できる。

本発明の請求項６の工作機械は、工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンと、請求項１～５の何れか一つに記載の制御装置とを備える。工作機械は請求項１～５の制御装置と同様の効果を奏する。

本発明の請求項７の制御方法は工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御方法であって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記主軸ヘッドの位置と前記工具マガジンの角度に関する関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが干渉する第二範囲との境界を設定する設定工程と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動工程とを備える制御方法において、前記駆動工程で前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定工程と、前記角度判定工程で前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する算出工程と、前記主軸ヘッドの制動距離が、前記算出工程で算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定工程と、前記距離判定工程で前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速工程とを備える。制御方法は請求項１の制御装置と同様の効果を奏する。

本発明の請求項８の制御プログラムは、工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御装置の制御部が実行可能な制御プログラムであって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記主軸ヘッドの位置と前記工具マガジンの角度に関する関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが干渉する第二範囲との境界を設定する設定処理と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動処理とを実行する指示を含む制御プログラムにおいて、前記駆動処理で前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定処理と、前記角度判定処理で前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する算出処理と、前記主軸ヘッドの制動距離が、前記算出処理で算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定処理と、前記距離判定処理で前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速処理とを前記制御装置の前記制御部に実行させる指示を含む。制御プログラムは請求項１の制御装置と同様の効果を奏する。

工作機械１の斜視図。 主軸ヘッド７とアーム７３を拡大した側面図。 工作機械１の電気的構成のブロック図。 （Ａ）主軸９から使用済みの工具４を取外す時の主軸ヘッド７を拡大した縦断面図に対する工具４の相対移動位置を示した説明図、（Ｂ）主軸９に次の工具４を装着する時の主軸ヘッド７を拡大した縦断面図に対する工具４の相対移動位置を示した説明図。 関数Ｆ、工具マガジン２１が保持する対象工具４の角度に対する主軸ヘッド７の位置を示す経路の説明図。 主処理の流れ図。 （Ａ）現時点で工具マガジン２１が回動加速時の制動角度の算出方法の説明図、（Ｂ）現時点で工具マガジン２１が定速移動時の制動角度の算出方法の説明図。 第一実施形態の距離算出処理の流れ図。 （Ａ）現時点で主軸ヘッド７が加速時の制動距離の算出方法の説明図、（Ｂ）現時点で主軸ヘッド７が定速移動時の制動距離の算出方法の説明図。 第二実施形態の距離算出処理の流れ図。 （Ａ）工具マガジン２１を所定の回動減速条件で停止した時の工具マガジン２１の角速度の経時変化と停止時間Ｔｓに工具マガジン２１が回動する角度Ｋｍの説明図、（Ｂ）停止時間Ｔｓに主軸ヘッド７を所定の加速条件で加速した時の主軸ヘッド７の速度の経時変化と主軸ヘッド７の移動距離Ｄｍの説明図。 第二実施形態の角度算出処理の流れ図。

本発明の第一、第二の実施形態の工作機械１に共通する物理的構成を説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。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に示す工作機械１は主軸９に装着した工具４を回動し、テーブル１３上面に保持した被削材３に切削加工を施す機械である。制御装置３０（図３参照）は工作機械１の動作を制御する。

図１、図２の如く、工作機械１は基台２、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、テーブル装置１０、工具交換装置２０、制御箱６、操作パネル１５（図３参照）等を備える。基台２は金属製の略直方体状の土台である。コラム５は角柱状であり、基台２上部後方に固定する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に移動できる。主軸ヘッド７は内部に主軸９を回転可能に支持する。主軸９は装着穴１８、挟持部材１９、解除棒８１を備える。装着穴１８は主軸９の下端から上方に延び、工具ホルダ１７の装着部１７ａを装着する。挟持部材１９は主軸９の内部に設け、装着穴１８に装着部１７ａを装着時に装着部１７ａから上方に突出するプルスタッド１７ｂを挟持する。解除棒８１は主軸９の内部に設ける。主軸９の装着穴１８に工具ホルダ１７を装着した状態で主軸ヘッド７が上昇時、解除棒８１は挟持部材１９を下方に押圧し、挟持部材１９はプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。主軸９は主軸モータ５２（図３参照）の駆動で回転する。主軸モータ５２は主軸ヘッド７に設ける。主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構（図示略）でＺ軸方向に移動する。制御装置３０はＺ軸モータ５１（図３参照）の駆動を制御することで、主軸ヘッド７をＺ軸方向に移動制御する。

テーブル装置１０はＹ軸移動機構（図示略）、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸移動機構（図示略）、テーブル１３等を備える。Ｙ軸移動機構は基台２上面前側に設け、Ｙ軸レール、Ｙ軸ボール螺子、Ｙ軸モータ５４（図３参照）等を備える。Ｙ軸レールとＹ軸ボール螺子はＹ軸方向に延びる。Ｙ軸テーブル１２は略直方体状に形成し、底部外面にナット（図示略）を備える。該ナットはＹ軸ボール螺子に螺合する。Ｙ軸モータ５４がＹ軸ボール螺子を回転すると、Ｙ軸テーブル１２はナットと共にＹ軸レールに沿って移動する。故にＹ軸移動機構はＹ軸テーブル１２をＹ軸方向に移動可能に支持する。

Ｘ軸移動機構はＹ軸テーブル１２上面に設け、Ｘ軸レール（図示略）、Ｘ軸ボール螺子（図示略）、Ｘ軸モータ５３（図３参照）等を備える。Ｘ軸レールとＸ軸ボール螺子はＸ軸方向に延びる。テーブル１３は平面視矩形板状に形成し、Ｙ軸テーブル１２上面に設ける。テーブル１３は底部にナット（図示略）を備える。該ナットはＸ軸ボール螺子に螺合する。Ｘ軸モータ５３がＸ軸ボール螺子を回転すると、テーブル１３はナットと共にＸ軸レールに沿って移動する。故にＸ軸移動機構はテーブル１３をＸ軸方向に移動可能に支持する。故にテーブル１３はＹ軸移動機構、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸移動機構により、基台２上をＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。

工具交換装置２０は主軸ヘッド７の前側に設け、円盤型の工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１はフレーム７１、複数のアーム７３を備え、工具４Ａ、４Ｂを含む複数の工具４を収納可能である。フレーム７１は鍔部７２を有する円筒状である。複数のアーム７３はフレーム７１の外周に沿って揺動可能に設ける。アーム７３は工具４を保持する把持部７３ａを備える。工具交換装置２０はマガジンモータ５５（図３参照）により工具マガジン２１をマガジン軸Ｍ周りに回動し、工具交換指令が指示する工具４を交換位置に位置決めする。工具交換指令はＮＣプログラムで指令する。交換位置は工具マガジン２１の最下部位置である。工具交換装置２０は主軸９が装着する使用済みの工具４と次に主軸９に装着する工具４を、主軸ヘッド７の上昇、工具マガジン２１の回動、主軸ヘッド７の下降の一連の動作により交換する。主軸ヘッド７から取外す使用済みの工具４を取外工具４と称し、主軸ヘッド７に装着する次の工具４を装着工具４と称す。取外工具４と装着工具４を総称して対象工具４と称す。

制御箱６は制御装置３０（図３参照）を格納する。制御装置３０は工作機械１に設けたＺ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４（図３参照）を制御し、テーブル１３及び工具４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に沿って相対移動する。該時、テーブル１３上に固定した被削材３と主軸９に装着した工具４は相対移動し、被削材３に各種加工を施す。各種加工はドリル、タップ等を用いた穴空け加工、エンドミル、フライス等を用いた側面加工等である。

操作パネル１５（図３参照）は例えば工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に設ける。操作パネル１５は入力部１６と表示部１４（図３参照）を備える。入力部１６は各種情報、操作指示等の入力を受付け、制御装置３０に出力する。表示部１４は制御装置３０からの指令により、各種画面を表示する。

図３を参照し、第一、第二の実施形態の制御装置３０と工作機械１に共通する電気的構成を説明する。制御装置３０と工作機械１はＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、入出力部３５、駆動回路５１Ａ～５５Ａ等を備える。ＣＰＵ３１は制御装置３０を統括制御する。ＲＯＭ３２は主プログラム、制御プログラム等を記憶する。主プログラムはＮＣプログラムを一行ずつ読み込んで各種動作を実行する指示を含む。ＮＣプログラムは各種制御指令を含む複数行で構成し、工作機械１の軸移動、工具交換等を含む各種動作を行単位で制御する。制御プログラムは制御処理（図６参照）を実行する為のプログラムである。ＲＡＭ３３は各種情報を一時的に記憶する。記憶装置３４は不揮発性であり、ＮＣプログラム、各種情報を記憶する。ＣＰＵ３１は作業者が操作パネル１５の入力部１６で入力したＮＣプログラムに加え、外部入力で読み込んだＮＣプログラム等を記憶装置３４に記憶できる。

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。Ｚ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５は何れもサーボモータである。駆動回路５１Ａ～５５ＡはＣＰＵ３１から指令を受け、対応するモータ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（角速度）のフィードバック制御を行う。入出力部３５は操作パネル１５の入力部１６と表示部１４に夫々接続する。以下、モータ５１～５５を総称する時、モータ５０と称す。駆動回路５１Ａ～５５Ａを総称する時、駆動回路５０Ａと称す。

図２を参照し、工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１の上下位置関係を説明する。図２では、主軸ヘッド７の上下位置を主軸ヘッド７の下端位置で示す。主軸ヘッド７の位置Ｐ１～Ｐ４は上方から順に並ぶ。主軸ヘッド７はＺ軸原点Ｐ４よりも下方の加工領域で被削材３を加工し、Ｚ軸原点Ｐ４よりも上方の交換領域で工具４を交換する。Ｚ軸原点Ｐ４はＺ軸の機械原点である。工具交換時、主軸ヘッド７はＺ軸原点Ｐ４と工具交換原点Ｐ１の間を移動する。工具交換原点Ｐ１は主軸ヘッド７の移動可能範囲の最上端位置である。主軸９から使用済みの工具４を取外す時、主軸ヘッド７はＺ軸原点Ｐ４から工具交換原点Ｐ１に向けて上昇する。主軸９に次の工具４を装着する時、主軸ヘッド７は工具交換原点Ｐ１からＺ軸原点Ｐ４に向けて下降する。

図４を参照し、取外工具４Ａから装着工具４Ｂに交換する具体例を用い、工具交換時の主軸ヘッド７と工具マガジン２１のマガジン軸Ｍ周りの位置関係を説明する。図４では、対象工具４のマガジン軸Ｍ周りの位置を対象工具４の軸線で示す。矢印Ｕは主軸ヘッド７の移動方向を示し、矢印Ｂは工具マガジン２１の回動方向を示す。対象工具４の軸線は対象工具４の長手方向に沿って伸びる。図４（Ａ）の如く、主軸９から取外工具４Ａを取外す時、主軸ヘッド７が加工領域から工具交換原点Ｐ１に向けて上昇し、位置Ｐ３に達すると、取外工具４Ａの軸線が基準線Ｌ０から離れるように工具マガジン２１が回動する。基準線Ｌ０は主軸９の軸心に沿う。主軸９の軸心の左右位置は工具マガジン２１の左右中心と一致する。工具交換時の工具マガジン２１の回動方向（交換回動方向）は装着工具４Ｂの軸線を基準線Ｌ０の位置に最小回動角度で配置する方向である。具体例の工具マガジン２１の回動方向は正面視反時計回りである。主軸ヘッド７がＺ軸インポジション位置Ｐ２と工具マガジン回動可能位置Ｐ３の間の領域に在る時、工具マガジン２１は所定角度範囲内で回動できる。即ち主軸ヘッド７が位置Ｐ２と位置Ｐ３の間の領域に在る時、工具マガジン２１を所定角度範囲内で回動しても主軸ヘッド７と工具マガジン２１は干渉しないが、所定角度範囲を超えて回動すると主軸ヘッド７と工具マガジン２１は干渉する。主軸ヘッド７が工具交換原点Ｐ１と位置Ｐ２の間の領域に在る時、工具マガジン２１は回動できる。即ち主軸ヘッド７が工具交換原点Ｐ１と位置Ｐ２の間の領域に在る時、工具マガジン２１の所在角度θｎに依らず、工具マガジン２１が回転しても、主軸ヘッド７と工具マガジン２１は干渉しない。

図４（Ｂ）の如く、主軸９に装着工具４Ｂを装着する時、装着工具４Ｂの軸線が基準線Ｌ０に近づくように工具マガジン２１が回動する。装着工具４Ｂの軸線が工具装着可能線Ｌ１とＺ軸移動可能線Ｌ２の間に在る時、主軸ヘッド７が所定範囲で移動しても主軸ヘッド７は工具マガジン２１と干渉しないが、主軸ヘッド７が所定範囲を超えて移動した時に主軸ヘッド７は工具マガジン２１と干渉する。線Ｌ２は主軸ヘッド７が位置Ｐ２に位置する時の主軸ヘッド７と装着工具４Ｂが干渉する境界位置を示す。装着工具４Ｂが基準線Ｌ０と工具装着可能線Ｌ１の間に在る時、主軸９が下降しても主軸９は装着工具４Ｂを装着でき、且つ工具マガジン２１に干渉しない。

図５を参照し、上記具体例を用い、関数Ｆ、及び工具マガジン２１の角度に対する主軸ヘッド７の位置を示す経路Ｑを説明する。図５の縦軸は主軸ヘッド７の上下位置を示し、横軸は工具マガジン２１の角度を、基準に対する基準工具４の軸線の角度（以下、対象工具４の角度と言う。）で示す。基準、基準工具４は適宜設定すればよく、例えば基準は基準線Ｌ０であり、基準工具４は取外工具４である。工具交換時、ＣＰＵ３１はＲＡＭ３３に主軸ヘッド７の上下位置と工具マガジン２１の角度に関する関数Ｆを設定する。関数Ｆは主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉しない第一範囲と、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉する第二範囲との境界を示す。点線Ｃから左側は、取外工具４Ａを主軸９から取外す時の主軸ヘッド７の上下位置と、工具マガジン２１の角度の対応を示す。点線Ｃから右側は、装着工具４Ｂを主軸９に装着する時の主軸ヘッド７の上下位置と、工具マガジン２１の角度の対応を示す。点線Ｃから右側と左側とで工具マガジン２１の回動方向は同じである。

図５では、関数Ｆよりも上側の範囲が第一範囲であり、関数Ｆよりも下側の範囲が第二範囲である。関数Ｆは例えば主軸ヘッド７の上下位置Ｐと工具マガジン２１の角度θを示す複数の座標ｄ１～ｄ４の線形補間で求める。座標ｄ１は（θ１，Ｐ３）で表す。角度θ１は取外工具４Ａの軸線が基準線Ｌ０と一致する時の工具マガジン２１の角度である。座標ｄ２は（θ２，Ｐ２）で表す。角度θ２は取外工具４Ａの軸線が基準線Ｌ０の反時計回り方向に在る線Ｌ２と一致する時の工具マガジン２１の角度である。座標ｄ３は（θ３，Ｐ２）で表す。角度θ３は装着工具４Ｂの軸線が基準線Ｌ０の時計回り方向に在る線Ｌ２と一致する時の工具マガジン２１の角度である。座標ｄ４は（θ５，Ｐ３）で表す。角度θ５は装着工具４Ｂの軸線が基準線Ｌ０と一致する時の工具マガジン２１の角度である。基準線Ｌ０に対する線Ｌ１、Ｌ２の角度は記憶装置３４に記憶する。ＣＰＵ３１は取外工具４Ａ、装着工具４Ｂに応じ、座標ｄ１～ｄ４を設定する。関数Ｆは線形関数ｆｕｎｃ（θ）で表す。線形関数ｆｕｎｃ（θ）は工具マガジン２１の角度θに対応する主軸ヘッド７の位置Ｐを返す。制御装置３０は制御処理において経路Ｑが第一範囲となるように工具マガジン２１と主軸ヘッド７を制御する。

図６～図９を参照し、取外工具４Ａ、装着工具４Ｂの例を用い、第一実施形態の制御処理を説明する。ＣＰＵ３１は工具交換指示を取得時、ＲＯＭ３２に記憶した工具交換プログラムを読出して実行することで、制御処理を開始する。工具交換指示はＮＣプログラムによりＣＰＵ３１が入力してもよい。制御処理開始時、主軸ヘッド７は取外工具４Ａを装着し、加工領域に位置する。

図６の如く、ＣＰＵ３１は対象工具４に応じて主軸ヘッド７の上下位置Ｐと工具マガジン２１の角度θに関する関数Ｆを設定する（Ｓ１）。ＣＰＵ３１は駆動回路５１Ａに工具交換原点Ｐ１への移動指令を出力し（Ｓ２）、主軸ヘッド７の上昇を開始する。ＣＰＵ３１はエンコーダ５１Ｂの検出信号により、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎが位置Ｐ２以上か否か判定する（Ｓ３）。所在位置Ｐｎが位置Ｐ２以上である時、工具マガジン２１が回動しても、工具マガジン２１は主軸ヘッド７に干渉しない。ＣＰＵ３１は所在位置Ｐｎが位置Ｐ２以上でない時（Ｓ３：ＮＯ）、所在位置Ｐｎが位置Ｐ３以上か否か判定する（Ｓ２１）。

所在位置Ｐｎが位置Ｐ３以上でない時（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ３に処理を戻す。主軸ヘッド７は上昇を継続し、取外工具４Ａを位置Ｐ３よりも下方にてアーム７３に渡す。主軸ヘッド７が座標ｄ１の位置に在る時、ＣＰＵ３１は所在位置Ｐｎが位置Ｐ３以上であると判定し（Ｓ２１：ＹＥＳ）、エンコーダ５１Ｂ、５５Ｂの検出結果により、主軸ヘッド７の所在位置Ｐ３と工具マガジン２１の所在角度θ１を取得する。ＣＰＵ３１は角度算出処理を行う（Ｓ２２）。ＣＰＵ３１は角度算出処理で回動可能角度Ｋｃと制動角度Ｋｅを算出する。回動可能角度Ｋｃは工具マガジン２１の所在角度θｎと主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎに対応する関数Ｆが示す境界角度θｆの差分である。所在角度θｎが角度θ１であり、所在位置Ｐｎが位置Ｐ３である時、回動可能角度Ｋｃは０度である。

制動角度Ｋｅは駆動回路５５Ａに停止指令を出力した時点の工具マガジン２１の所在角度θｎと工具マガジン２１が制動停止する角度の差分である。図７を参照して制動角度Ｋｅの算出方法を説明する。図７において、Ｒｍａｘは工具マガジン２１の最大角速度、Ｒｎは工具マガジン２１の現時点での角速度、ＲＡｍａｘは工具マガジン２１の最大回動加速度、ＲＡｎは工具マガジン２１の現時点での回動加速度、Ｔｎは現時点、ＲＪｍａｘは回動加速度の最大傾きを示す。駆動回路５５Ａはエンコーダ５５Ｂの検出結果により、現時点での工具マガジン２１の角速度Ｒｎと回動加速度ＲＡｎを算出する。本実施形態では角速度（ｒａｄ／ｓ）は交換回動方向の角速度を正で表す。回動加速度（ｒａｄ／ｓ^２）は正の値で表し、回動減速度（ｒａｄ／ｓ^２）は負の値で表す。ＲｍａｘとＲＡｍａｘは予め記憶装置３４に記憶する。

図７（Ａ）の如く、回動加速中の工具マガジン２１を現時点Ｔｎから制動した時、点線の如く工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒの増加率は徐々に低下し、回動加速度ＲＡは時点Ｔ１で０になる。時点Ｔ１から時点Ｔ２迄の間、工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは徐々に低下する。時点Ｔ２から時点Ｔ３迄の間、工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは徐々に０に近づく。工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは時点Ｔ３で０となり、工具マガジン２１は停止する。工具マガジン２１回動加速時の制動角度ＫｅはＴｎから時点Ｔ１の間に回動した角度Ｋ１と、時点Ｔ２から時点Ｔ３の間に回動した角度Ｋ２との和である。

図７（Ｂ）の如く、回動中の工具マガジン２１を現時点Ｔｎから制動した時、制動始めてから時点Ｔ４迄の間、工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは徐々に小さくなる。時点Ｔ４から時点Ｔ５の間、回動加速度ＲＡの大きさは一定となり、工具マガジン２１の角速度Ｒは徐々に低下する。時点Ｔ５から時点Ｔ６迄の間、回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは徐々に０に近づき、工具マガジン２１の回動加速度ＲＡ、角速度Ｒは時点Ｔ６で０となり、工具マガジン２１は停止する。工具マガジン２１の角速度がＲｍａｘ時の制動角度Ｋｅは、時点Ｔｎから時点Ｔ６の間に回動した角度Ｋ３である。主軸ヘッド７が座標ｄ１の位置に在る時、工具マガジン２１の現時点の角速度Ｒｎは０であり、制動角度Ｋｅは０である。

ＣＰＵ３１は制動角度Ｋｅが回動可能角度Ｋｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ２３）。制動角度Ｋｅは０度であり、回動可能角度Ｋｃの０度と等しい（Ｓ２３：ＮＯ）。該時、ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の現時点での角速度Ｒｎが記憶装置３４にした最大角速度Ｒｍａｘよりも小さいか否か判定する（Ｓ２８）。角速度Ｒｎが最大角速度Ｒｍａｘよりも小さくない時（Ｓ２８：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ３に処理を戻す。角速度Ｒｎが０である時、ＣＰＵ３１は角速度Ｒｎが最大角速度Ｒｍａｘよりも小さいと判定し（Ｓ２８：ＹＥＳ）、駆動回路５５Ａに回動加速指令を出力して、工具マガジン２１を回動加速度の最大傾きＲＪｍａｘで回動加速し（Ｓ３０）、Ｓ３に処理を戻す。該処理により、主軸ヘッド７が位置Ｐ２迄上昇する前に、工具マガジン２１が交換回動方向に回動し始める。

図５の如く、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が座標Ｒ１で示す位置に在る時、ＣＰＵ３１は所在位置Ｐｎが位置Ｐ３以上であると判定し（Ｓ２１：ＹＥＳ）、エンコーダ５１Ｂ、５５Ｂの検出結果により、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎと工具マガジン２１の所在角度θｎを取得する。所在位置Ｐｎに対応する関数Ｆが示す境界は座標Ｒ２で示す位置である。ＣＰＵ３１は所在角度θｎと所在位置Ｐｎに対応する関数Ｆが示す境界角度θｆの差分Ｋを回動可能角度Ｋｃとして算出する。ＣＰＵ３１は制動角度Ｋｅを算出し（Ｓ２２）、制動角度Ｋｅが回動可能角度Ｋｃよりも大きいと判定する（Ｓ２３：ＹＥＳ）。該時、ＣＰＵ３１は工具マガジン２１が回動加速中か否か判定する（Ｓ２４）。工具マガジン２１が回動加速中の時（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は駆動回路５５Ａに回動減速指令を出力し、回動減速度の最大傾き（－ＲＪｍａｘ）で工具マガジン２１の回動加速度ＲＡを減少し（Ｓ２７）、Ｓ３に処理を戻す。

工具マガジン２１が回動加速中でない時（Ｓ２４：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の角速度Ｒｎが０であるか否か判定する（Ｓ２５）。工具マガジン２１の角速度Ｒｎが０の時（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はＳ３に処理を戻す。工具マガジン２１の角速度Ｒｎが０でない時（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は駆動回路５５Ａに回動減速指令を出力して、工具マガジン２１を回動減速度の最大傾き（－ＲＪｍａｘ）で回動減速し（Ｓ２６）、Ｓ３に処理を戻す。

所在位置Ｐｎが位置Ｐ２以上である時（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は装着工具４Ｂを保持したアーム７３を交換位置迄移動する為に、工具マガジン２１に回動指令を出力する（Ｓ４）。ＣＰＵ３１はエンコーダ５５Ｂの検出結果により、所在角度θｎが角度θ４以上か否か判定する（Ｓ５）。所在角度θｎが角度θ４以上でない時（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は所在角度θｎが角度θ３以上であるか否か判定する（Ｓ６）。所在角度θｎが角度θ３以上でない時（Ｓ６：ＮＯ）、ＣＰＵ３１はＳ５に処理を戻す。工具マガジン２１は回動を継続する。主軸ヘッド７は位置Ｐ２から位置Ｐ１まで移動後、上昇を停止する。工具マガジン２１の角度θ２からθ３の間、装着工具４Ｂが基準線Ｌ０に近づくように回動する。主軸ヘッド７が工具交換原点Ｐ１と位置Ｐ２の間の領域に在る時、工具マガジン２１が回動しても、主軸ヘッド７と工具マガジン２１は干渉しない。

所在角度θｎが角度θ３以上の時（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は距離算出処理を実行する（Ｓ７）。図８の如く、ＣＰＵ３１はエンコーダ５１Ｂの検出結果により、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎを取得する（Ｓ４１）。ＣＰＵ３１はエンコーダ５５Ｂの検出結果により、工具マガジン２１の対象工具４の所在角度θｎを取得する（Ｓ４２）。ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の現在角速度Ｒｎを取得する（Ｓ４３）。ＣＰＵ３１は工具マガジン２１を所定の回動減速条件で停止した時の工具マガジン２１の停止角度θｓを算出する（Ｓ４４）。本実施形態の所定の回動減速条件は、工具マガジン２１をＳ４３で取得した現在の角速度Ｒｎから工具マガジン２１の最大回動減速度ＲＡｄで回動減速する条件である。最大回動減速度ＲＡｄは負の値である。工具マガジン２１の最大回動減速度ＲＡｄは工具マガジン２１が実現可能な回動減速度の絶対値の最大値であり、工具マガジン２１を緊急停止する時の回動減速度と等しい。最大回動減速度ＲＡｄの絶対値は通常時の最大回動減速度（－ＲＡｍａｘ）の絶対値よりも大きい。ＣＰＵ３１は停止角度θｓを式（１）を用い算出する。回動角度Ｋｍ（図１１参照）は工具マガジン２１が所定の回動減速条件で減速してから停止する迄に工具マガジン２１が回動する角度である。
θｓ＝θｎ＋Ｋｍ
＝θｎ＋Ｒｎ^２／（２×｜ＲＡｄ｜） ・・・式（１）

ＣＰＵ３１は移動可能距離Ｄｃを算出する（Ｓ４５）。移動可能距離ＤｃはＳ４１で取得した所在位置Ｐｎと、Ｓ４４で算出した停止角度θｓに応じた境界の位置Ｐとの間の距離である。図５の如く、停止角度θｓを座標Ｒ７で示す時、停止角度θｓに応じた境界は座標Ｒ８である。ＣＰＵ３１は式（２）を用いＳ４５で座標Ｒ７と座標Ｒ８により距離Ｄを移動可能距離Ｄｃとして算出する。
Ｄｃ＝Ｐｎ－ｆｕｎｃ（θｓ） ・・・式（２）

ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅを算出する（Ｓ４６）。制動距離Ｄｅは駆動回路５１Ａに停止指令を出力した時点の主軸ヘッド７の位置と主軸ヘッド７が停止する位置の間の距離である。図９を参照し、制動距離Ｄｅの算出方法を説明する。図９において、Ｖｍａｘは主軸ヘッド７の移動方向の最大速度、Ｖｎは主軸ヘッド７の現時点での速度、Ａｍａｘは主軸ヘッド７の移動方向の最大加速度、Ａｎは主軸ヘッド７の現時点での加速度、Ｔｎは現時点、Ｊｍａｘは加速度の最大傾きを示す。本実施形態では主軸ヘッド７の速度（ｍ／ｓ）は主軸ヘッド７の移動方向によらず正の速度で表す。移動方向の加速度（ｍ／ｓ^２）は正の値で表し、減速度（ｍ／ｓ^２）は負の値で表す。駆動回路５１Ａはエンコーダ５１Ｂの検出結果により、現時点での主軸ヘッド７の速度Ｖｎと加速度Ａｎを算出する。ＶｍａｘとＡｍａｘは予め記憶装置３４に記憶する。最大速度、最大加速度は主軸ヘッド７の移動方向に応じて互いに異なる値であってもよいし、主軸ヘッド７の移動方向によらず互いに同じ値であってもよい。

Ｓ２２で算出した制動角度Ｋｅの算出方法と同様に、図９（Ａ）の如く、加速中の主軸ヘッド７を現時点Ｔｎから制動した時、制動距離ＤｅはＴｎから時点Ｔ１の間に移動した距離Ｄ１と、時点Ｔ２からＴ３の間に移動した距離Ｄ２との和である。図９（Ｂ）の如く、定速移動中の主軸ヘッド７を現時点Ｔｎから制動した時、制動距離Ｄｅは、時点Ｔｎから時点Ｔ６の間に移動した距離Ｄ３である。ＣＰＵ３１は以上で距離算出処理を終了し、処理を図６の制御処理に戻す。

ＣＰＵ３１はＳ４６で算出した制動距離ＤｅがＳ４５で算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ８）。制動距離Ｄｅが移動可能距離Ｄｃよりも大きくない時（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の現時点での速度Ｖｎが下降時の最大速度Ｖｍａｘよりも小さいか否か判定する（Ｓ１３）。現時点での速度Ｖｎが最大速度Ｖｍａｘよりも小さい時（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は駆動回路５１Ａに加速指令を出力し、主軸ヘッド７を加速度の最大傾きＪｍａｘで加速し（Ｓ１４）、Ｓ５に処理を戻す。該処理により、装着工具４Ｂの軸線が工具装着可能線Ｌ１と一致する位置迄工具マガジン２１が回動する前に、主軸ヘッド７が工具交換原点Ｐ１から下降し始める。現時点での速度Ｖｎが最大速度Ｖｍａｘよりも小さくない時（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ５に処理を戻す。

制動距離Ｄｅが移動可能距離Ｄｃよりも大きい時（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７が加速中であるか否か判定する（Ｓ９）。主軸ヘッド７が加速中の時（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は駆動回路５１Ａに減速指令を出力し、減速度の最大傾き（－Ｊｍａｘ）で主軸ヘッド７の加速度を減少し（Ｓ１０）、Ｓ５に処理を戻す。主軸ヘッド７が加速中でない時（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の速度Ｖｎが０か否か判定する（Ｓ１１）。主軸ヘッド７の速度Ｖｎが０でない時（Ｓ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は駆動回路５１Ａに減速指令を出力し、主軸ヘッド７を減速度の最大傾き（－Ｊｍａｘ）で減速し（Ｓ１２）、Ｓ５に処理を戻す。主軸ヘッド７の速度Ｖｎが０である時（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はＳ５に処理を戻す。

所在角度θｎが角度θ４以上の時（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７をＺ軸原点Ｐ４迄下降し（Ｓ３１）、処理を終了する。主軸ヘッド７がＺ軸原点Ｐ４に達すると、挟持部材１９は解除棒８１の押圧を中断してプルスタッド１７ｂを挟持し、工具４が主軸９に装着する。其の後ＣＰＵ３１はＮＣプログラムに従い、主軸ヘッド７をＺ軸原点Ｐ４から加工領域内を下降し、装着工具４Ｂを用い加工領域で被削材３を加工する。

図１０～図１２を参照し、第二実施形態の制御処理を説明する。第二実施形態の制御処理はＳ７、Ｓ２２の処理が第一実施形態の制御処理と異なり、他の処理は第一実施形態の制御処理と互いに同じである。第一実施形態の制御処理と同様の処理については説明を省略し、以下第一実施形態の制御処理と互いに異なる処理について説明する。

Ｓ７の距離算出処理では、図１０の距離算出処理を行う。図１０において図８の第一実施形態の距離算出処理と同様の処理には同じステップ番号を付与する。図１０の如く、ＣＰＵ３１は第一実施形態の距離算出処理と同様のＳ４１～Ｓ４４を実行する。ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の現在の速度Ｖｎを取得する（Ｓ５１）。ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の停止時間Ｔｓを算出する（Ｓ５２）。図１１の如く、停止時間ＴｓはＳ４４の工具マガジン２１を所定の回動減速条件で停止するのに要する時間である。ＣＰＵ３１は式（３）を用い停止時間Ｔｓを算出する。
Ｔｓ＝Ｒｎ／｜ＲＡｄ｜ ・・・式（３）

ＣＰＵ３１はＳ５２で算出した停止時間Ｔｓ中に主軸ヘッド７を所定の加速条件で加速した時の主軸ヘッド７の移動距離Ｄｍを算出する（Ｓ５３）。本実施形態の所定の加速条件は主軸ヘッド７を現在の速度Ｖｎから主軸ヘッド７の最大加速度Ａｍａｘで加速する条件である。図１１の如く、移動距離Ｄｍは現在の速度Ｖｎで停止時間Ｔｓだけ下方に移動する分の距離Ｄｍ１と、最大加速度Ａｍａｘで停止時間Ｔｓだけ下方に移動する分の距離Ｄｍ２の和である。ＣＰＵ３１は式（４）を用い移動距離Ｄｍを算出する。
Ｄｍ＝Ｄｍ１＋Ｄｍ２
＝｜Ｖｎ｜×Ｔｓ＋（｜－Ａｍａｘ｜／２）×Ｔｓ^２ ・・・式（４）

ＣＰＵ３１は第一実施形態の距離算出処理と同様に移動可能距離Ｄｃを算出し（Ｓ４５）、Ｓ４５で算出した移動可能距離ＤｃがＳ５３で算出した移動距離Ｄｍ以上か否かを判定する（Ｓ５４）。Ｓ４５で算出した移動可能距離ＤｃがＳ５３で算出した移動距離Ｄｍ以上である時（Ｓ５４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は第一実施形態の距離算出処理と同様に主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅを算出し（Ｓ４６）、距離算出処理を終了する。該時、図６の制御処理のＳ８では第一実施形態の制御処理と同様に、Ｓ４６で算出した制動距離ＤｅがＳ４５で算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否かを判定する（Ｓ８）。

Ｓ４５で算出した移動可能距離ＤｃがＳ５３で算出した移動距離Ｄｍ以上でない時（Ｓ５４：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は式（５）を用い、Ｓ４１で取得した主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎと、Ｓ４２で取得した工具マガジン２１の所在角度θｎに応じた境界の位置Ｐとの間の距離を移動可能距離Ｄｃとして算出し、Ｓ４５で算出した移動可能距離Ｄｃを変更する。図５の如く、所在角度θｎを座標Ｒ６で示す時、所在角度θｎに応じた境界は座標Ｒ９である。移動可能距離Ｄｃは距離Ｅで表す。
Ｄｃ＝Ｐｎ－ｆｕｎｃ（θｎ） ・・・式（５）
ＣＰＵ３１は第一実施形態の距離算出処理と同様に主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅを算出し（Ｓ４６）、距離算出処理を終了する。該時、図６の制御処理のＳ８では、Ｓ４６で算出した制動距離ＤｅがＳ５５で算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否かを判定する（Ｓ８）。

Ｓ２２の角度算出処理では、図１２の角度算出処理を行う。図１２において図１０の第二実施形態の距離算出処理と同様の処理には同じステップ番号を付与する。図１２の如く、ＣＰＵ３１は第一実施形態の距離算出処理と同様のＳ４１、Ｓ４２、Ｓ５１を実行する。ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７を所定の減速条件で停止した時の主軸ヘッド７の停止位置Ｐｓを算出する（Ｓ６１）。本実施形態の所定の減速条件は、主軸ヘッド７をＳ５１で取得した現在速度Ｖｎから主軸ヘッド７の最大減速度で減速する条件である。主軸ヘッド７の最大減速度は主軸ヘッド７が実現可能な減速度の絶対値の最大値であり、緊急停止時の減速度と等しい。主軸ヘッド７の最大減速度の絶対値は主軸ヘッド７の通常時の最大減速度（－Ａｍａｘ）よりも絶対値が大きい。

ＣＰＵ３１は回動可能角度Ｋｃを算出する（Ｓ６２）。Ｓ６２で算出する回動可能角度ＫｃはＳ４１で取得した所在角度θｎと、Ｓ４４で算出した停止位置Ｐｓに応じた境界の角度θとの間の差分である。図５の如く、停止位置Ｐｓを座標Ｒ３で示す時、停止位置Ｐｓに応じた境界は座標Ｒ４であり、境界の角度θは角度θｆｓである。ＣＰＵ３１はＳ６２で座標Ｒ４と座標Ｒ３に依り回動可能角度Ｋｃとして角度Ｌを算出する。ＣＰＵ３１は第一実施形態の角度算出処理と同様に工具マガジン２１の制動距離Ｄｅを算出する（Ｓ６３）。ＣＰＵ３１は以上で角度算出処理を終了し、処理を図６の制御処理に戻す。ＣＰＵ３１はＳ６３で算出した制動角度ＫｅがＳ６２で算出した回動可能角度Ｋｃよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２３）。他の処理は第一実施形態の制御処理と同様である。

第一、第二実施形態の制御装置３０と工作機械１において、工作機械１、工具４、主軸ヘッド７、主軸９、工具マガジン２１、制御装置３０は本発明の工作機械、工具、主軸ヘッド、主軸、工具マガジン、制御装置の一例である。Ｓ１は本発明の設定工程、設定処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の設定部の一例である。Ｓ４、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ３０、Ｓ３１は本発明の駆動工程、駆動処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の駆動部の一例である。Ｓ５、Ｓ６は本発明の角度判定工程、角度判定処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の角度判定部の一例である。Ｓ５、Ｓ６は本発明の角度判定工程、角度判定処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の角度判定部の一例である。Ｓ７は本発明の距離算出工程、距離算出処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の距離算出部の一例である。Ｓ８は本発明の距離判定工程、距離判定処理の一例である。Ｓ８、Ｓ５５の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の距離判定部の一例である。Ｓ１４は本発明の加速工程、加速処理の一例であり、該処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の加速部の一例である。Ｓ５４を実行するＣＰＵ３１は本発明の干渉判定部の一例である。Ｓ３、Ｓ２１を実行するＣＰＵ３１は本発明の位置判定部の一例である。Ｓ６２を実行するＣＰＵ３１は本発明の角度算出部の一例である。Ｓ２３を実行するＣＰＵ３１は本発明の回動角度判定部の一例である。Ｓ３０を実行するＣＰＵ３１は本発明の回動加速部の一例である。

第一、第二実施形態の制御装置３０は、工具４を装着する主軸９と、主軸９を支持し且つ工具４で加工する加工領域と工具４を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッド７と、工具４Ａ、４Ｂを含む複数の工具４を収納する回動可能な工具マガジン２１とを備える工作機械１の制御装置３０である。制御装置３０は主軸ヘッド７の移動と工具マガジン２１の回動で主軸９に装着した取外工具４Ａと工具マガジン２１が収納した装着工具４Ｂを交換する時、主軸ヘッド７の位置と工具マガジン２１の角度に関する関数Ｆに基づき、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が収納した工具４とが干渉しない第一範囲と、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉する第二範囲との境界を設定する（Ｓ１）。制御装置３０は工具４の交換位置迄主軸ヘッド７と工具マガジン２１とを駆動する。ＣＰＵ３１が工具マガジン２１を駆動開始後（Ｓ４）、工具マガジン２１の所在角度θｎが所定角度範囲に在るか否か判定する（Ｓ５、Ｓ６）。所定角度範囲は角度θ３以上且つ角度θ４未満の範囲である。工具マガジン２１の所在角度θｎが所定角度範囲に在ると判定した時（Ｓ５：ＮＯ、Ｓ６：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎと、工具マガジン２１を所定の回動減速条件で停止した時の工具マガジン２１の停止角度θｓに応じた境界の位置Ｐとの間の移動可能距離Ｄｃを算出する（Ｓ４５）。ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅが、算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ８）。ＣＰＵ３１が制動距離Ｄｅは移動可能距離Ｄｃよりも大きくないと判定した時（Ｓ８：ＮＯ）、主軸ヘッド７を加速する（Ｓ１４）。

第一、第二実施形態の制御装置３０は、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎと工具マガジン２１の停止角度θｓに応じた境界の位置Ｐとの距離を移動可能距離Ｄｃとして算出することで、主軸ヘッド７が移動する間に工具マガジン２１が回動する量を考慮して移動可能距離Ｄｃを算出できる。故に制御装置３０は、Ｓ８で主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅは移動可能距離Ｄｃよりも小さいと判定し、Ｓ１４で主軸ヘッド７を加速する頻度を従来の装置よりも高め、工具交換に必要な時間を従来よりも短縮できる。

回動減速条件は、工具マガジン２１を現在の角速度Ｒｎから工具マガジン２１の最大回動減速度ＲＡｄで減速する条件である。制御装置３０は、主軸ヘッド７が移動する間に工具マガジン２１が回動する量を、最大回動減速度ＲＡｄを用いて最も小さく見積もって移動可能距離Ｄｃを算出できる。故に制御装置３０は、Ｓ８で主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅは移動可能距離Ｄｃよりも小さいと判定し、Ｓ１４で主軸ヘッド７を加速した時に、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉することを抑制できる。

第二実施形態の制御装置３０のＣＰＵ３１は工具マガジン２１の所在角度θｎが所定角度範囲に在ると判定した時（Ｓ５：ＮＯ、Ｓ６：ＹＥＳ）、工具マガジン２１を回動減速条件で停止する迄の期間、主軸ヘッド７を所定の加速条件で加速した時の主軸ヘッド７の移動距離Ｄｍが、移動可能距離Ｄｃ以下であるか否か判定する（Ｓ５４）。ＣＰＵ３１は移動距離Ｄｍが移動可能距離Ｄｃ以下であると判定した時（Ｓ５４：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７の制動距離ＤｅがＳ４５で算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ８）。ＣＰＵ３１は移動距離Ｄｍが移動可能距離Ｄｃ以下でないと判定した時（Ｓ５４：ＮＯ）、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎと、工具マガジン２１の所在角度θｎに応じた境界の位置Ｐとの間の距離を移動可能距離Ｄｃとして算出し（Ｓ５５）、主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅが算出した移動可能距離Ｄｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ８）。工具マガジン２１が回動減速条件で停止するよりも早く、主軸ヘッド７が移動可能距離Ｄｃで移動した時、主軸ヘッド７は工具マガジン２１と干渉する。第二実施形態の制御装置３０は、工具マガジン２１が停止する迄の期間に主軸ヘッド７が所定の加速条件で加速しながら移動した場合の移動距離Ｄｍが、移動可能距離Ｄｃ以下であるか否かに応じて、Ｓ８で制動距離Ｄｅとの比較に用いる移動可能距離Ｄｃを変更する（Ｓ５５）。故に第二実施形態の制御装置３０は、主軸ヘッド７の移動距離Ｄｍを考慮して、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉することを抑制できる。

所定の加速条件は、主軸ヘッド７を現在の速度から主軸ヘッド７の最大加速度Ａｍａｘで加速する条件である。第二実施形態の制御装置３０は、工具マガジン２１が停止する迄の期間に主軸ヘッド７が所定の加速条件で加速しながら移動した時の移動距離Ｄｍを、主軸ヘッド７の最大加速度Ａｍａｘを用いて最も大きく見積もることができる。故に制御装置３０は、Ｓ８で主軸ヘッド７の制動距離Ｄｅは移動可能距離Ｄｃよりも大きいと判定し、Ｓ１４で主軸ヘッド７を最大加速度Ａｍａｘで加速した時にも、主軸ヘッド７と工具マガジン２１が干渉することを抑制できる。

第二実施形態の制御装置３０のＣＰＵ３１が主軸ヘッド７を駆動開始後（Ｓ２）、主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎが所定位置範囲に在るか否か判定する（Ｓ３、Ｓ２１）。所定位置範囲は位置Ｐ３以上且つ位置Ｐ２未満の範囲である。ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７の所在位置Ｐｎが所定位置範囲に在ると判定した時（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ２１：ＹＥＳ）、工具マガジン２１の所在角度θｎと、主軸ヘッド７を所定の減速条件で停止した時の主軸ヘッド７の停止位置Ｐｓに応じた境界の角度θとの間の回動可能角度Ｋｃを算出する（Ｓ６２）。ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の制動角度Ｋｅが、算出した回動可能角度Ｋｃよりも大きいか否か判定する（Ｓ２３）。ＣＰＵ３１が制動角度Ｋｅは回動可能角度Ｋｃよりも大きくないと判定した時（Ｓ２３：ＮＯ）、工具マガジン２１を回動加速する（Ｓ３０）。第二実施形態の制御装置３０は、工具マガジン２１の所在角度θｎで、工具マガジン２１が移動する間に主軸ヘッド７が移動する距離を考慮して回動可能角度Ｋｃを算出できる。故に制御装置３０は、Ｓ２３で工具マガジン２１の制動角度Ｋｅは回動可能角度Ｋｃよりも小さいと判定し（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ３０で工具マガジン２１を回動加速する頻度を従来の装置よりも高め、工具交換に必要な時間を従来よりも短縮できる。

本発明の制御装置、工作機械、制御方法、及び制御プログラムは上記実施形態の他に種々変更できる。制御装置３０は工作機械１とは別の装置でもよい。工具マガジン２１の角度の設定方法は適宜変更してよく、制御装置３０は工具マガジン２１の角度の設定方法に応じて処理を制御処理を変更してよい。Ｓ５、Ｓ６で規定する所定角度範囲は適宜変更してよい。Ｓ３、Ｓ２１で規定する所定位置範囲は適宜変更してよい。

制御装置３０が制御処理を行う為の指令を含むプログラムはＣＰＵ３１がプログラムを行う迄に、制御装置３０の記憶装置３４に記憶されればよい。従って、プログラムの取得方法、取得経路及びプログラムを記憶する機器の夫々は適宜変更してもよい。ＣＰＵ３１が行うプログラムはケーブル又は無線通信を介して、他の装置から受信し、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶してもよい。他の装置は例えば、ＰＣ、及びネットワーク網を介して接続されるサーバを含む。

制御装置３０が行う処理の一部又は全部はＣＰＵ３１とは別の電子機器（例えば、ＡＳＩＣ）が行ってもよい。制御装置３０が行う処理は複数の電子機器（例えば、複数のＣＰＵ）が分散処理してもよい。制御装置３０が行う処理の各ステップは必要に応じて順序の変更、ステップの省略、及び追加ができる。本発明の範囲は制御装置３０上で稼動しているオペレーティングシステム（ＯＳ）等が、ＣＰＵ３１の指令で各処理の一部又は全部を行う態様も含む。例えば、上記実施形態に以下の変更を適宜加えてもよい。

工具マガジン２１の所定の回動減速条件、主軸ヘッド７の所定の加速条件、所定の減速条件は適宜変更してよいし、複数の条件から選択可能であってもよい。例えば、所定の回動減速条件は最大回動減速度（－ＲＡｍａｘ）でもよいし、所定の減速条件は最大減速度（－Ａｍａｘ）でもよい。ＣＰＵ３１は第一実施形態の制御処理のＳ２２で、図１２の第二実施形態の角度算出処理を実行してもよい。制御装置３０は第二実施形態の距離算出処理と同様に、第二実施形態の角度算出処理で主軸ヘッド７を所定の減速条件で停止する迄の期間、工具マガジン２１を所定の回動加速条件で加速した時の工具マガジン２１の回動角度が、回動可能角度Ｋｃ以下であるか否か判定してもよい。該時、回動角度が回動可能角度Ｋｃ以下であるか否かに応じて、制動角度Ｋｅとの比較に用いる回動可能角度を変えてもよい。

１ ：工作機械
４、４Ａ、４Ｂ ：工具
７ ：主軸ヘッド
９ ：主軸
２１ ：工具マガジン
３０ ：制御装置
３１ ：ＣＰＵ
３４ ：記憶装置

Claims (8)

1. 工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御装置であって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記工具マガジンの角度に対する前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する前記主軸ヘッドの位置を示す関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する第二範囲との境界を設定する設定部と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動部とを備える制御装置において、
   前記駆動部が前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定部と、
   前記角度判定部が前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の回動減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する距離算出部と、
   前記主軸ヘッドの制動距離が、前記距離算出部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定部と、
   前記距離判定部が前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記回動減速条件は、前記工具マガジンを現在の角速度から前記工具マガジンの最大回動減速度で減速する条件であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記角度判定部が前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記工具マガジンを前記回動減速条件で停止する迄の期間、前記主軸ヘッドを所定の加速条件で加速した時の前記主軸ヘッドの移動距離が、前記移動可能距離以下であるか否か判定する干渉判定部を更に備え、
   前記距離判定部は、
   前記干渉判定部が前記移動距離は前記移動可能距離以下であると判定した時、前記主軸ヘッドの前記制動距離が前記距離算出部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定し、
   前記干渉判定部が前記移動距離は前記移動可能距離以下でないと判定した時、前記主軸ヘッドの前記所在位置と、前記工具マガジンの前記所在角度に応じた前記境界との間の距離を前記移動可能距離として算出し、前記主軸ヘッドの前記制動距離が前記距離判定部が算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記加速条件は、前記主軸ヘッドを現在の速度から前記主軸ヘッドの最大加速度で加速する条件であることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記駆動部が前記主軸ヘッドを駆動開始後、前記主軸ヘッドの前記所在位置が所定位置範囲に在るか否か判定する位置判定部と、
   前記位置判定部が前記主軸ヘッドの前記所在位置が前記所定位置範囲に在ると判定した時、前記工具マガジンの前記所在角度と、前記主軸ヘッドを所定の減速条件で停止した時の前記主軸ヘッドの停止位置に応じた前記境界との間の回動可能角度を算出する角度算出部と、
   前記工具マガジンの制動角度が、前記角度算出部が算出した前記回動可能角度よりも大きいか否か判定する回動角度判定部と、
   前記回動角度判定部が前記制動角度は前記回動可能角度よりも大きくないと判定した時、前記工具マガジンを回動加速する回動加速部と
   を更に備えることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の制御装置。
6. 工具を装着する主軸と、
   前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、
   複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンと、
   請求項１～５の何れか一つに記載の制御装置と
   を備えることを特徴とする工作機械。
7. 工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御方法であって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記工具マガジンの角度に対する前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する前記主軸ヘッドの位置を示す関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する第二範囲との境界を設定する設定工程と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動工程とを備える制御方法において、
   前記駆動工程で前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定工程と、
   前記角度判定工程で前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する算出工程と、
   前記主軸ヘッドの制動距離が、前記算出工程で算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定工程と、
   前記距離判定工程で前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速工程と
   を備えることを特徴とする制御方法。
8. 工具を装着する主軸と、前記主軸を支持し且つ前記工具で加工する加工領域と前記工具を交換する交換領域を移動可能な主軸ヘッドと、複数の前記工具を収納する回動可能な工具マガジンとを備える工作機械の制御装置の制御部が実行可能な制御プログラムであって、前記主軸ヘッドの移動と前記工具マガジンの回動で前記主軸に装着した前記工具と前記工具マガジンが収納した前記工具を交換する時、前記工具マガジンの角度に対する前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する前記主軸ヘッドの位置を示す関数に基づき、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉しない第一範囲と、前記主軸ヘッドと前記工具マガジンが収納した前記工具とが干渉する第二範囲との境界を設定する設定処理と、前記工具の交換位置迄前記主軸ヘッドと前記工具マガジンとを駆動する駆動処理とを実行する指示を含む制御プログラムにおいて、
   前記駆動処理で前記工具マガジンを駆動開始後、前記工具マガジンの所在角度が所定角度範囲に在るか否か判定する角度判定処理と、
   前記角度判定処理で前記工具マガジンの前記所在角度が前記所定角度範囲に在ると判定した時、前記主軸ヘッドの所在位置と、前記工具マガジンを所定の減速条件で停止した時の前記工具マガジンの停止角度に応じた前記境界との間の移動可能距離を算出する算出処理と、
   前記主軸ヘッドの制動距離が、前記算出処理で算出した前記移動可能距離よりも大きいか否か判定する距離判定処理と、
   前記距離判定処理で前記制動距離は前記移動可能距離よりも大きくないと判定した時、前記主軸ヘッドを加速する加速処理と
   を前記制御装置の前記制御部に実行させる指示を含むことを特徴とする制御プログラム。

Images