JP2011237880A - 工具交換位置の自動決定機能を備えた工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具交換動作にかかる時間を短縮することができる工作機械の制御装置を提供すること。
【解決手段】現在使用している工具と、次に使用する工具と、タレットにそれらの工具の間に配置されている工具とにおける、工具軸方向の最大の突き出し量ＴｍａｘＬｘ、および、工具軸と垂直方向の最大突き出し量ＬｍａｘＬｚを算出し、指令された工具交換位置方向Ｐａへ移動し、条件Ａ（条件Ａ：Ｘｒ＞Ｘｉ＋ＴｍａｘＬｘ）、または、条件Ｂ（条件Ｂ：Ｚｒ＞Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ）が成立するか否かを判断し、成立する場合には軸移動後、工具交換を実施。成立しない場合にはステップＳＡ１０１へ戻り、自動決定された工具交換位置Ｐｂから次の開始位置Ｐｃへの移動時にワークと刃物が干渉するか否か判断し、干渉する場合には干渉回避のための経由点Ｐｉを算出し、これを次の移動指令とし開始位置Ｐｃへの移動指令の前に挿入し、実行する。
【選択図】図９

Description

本発明は、工具交換位置の自動決定機能を備えた工作機械の制御装置に関する。

従来の工具交換動作を図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、複数種類の工具を搭載した刃物台を説明する図である。また、図１４は、従来の工具交換動作を説明する図である。

従来、工具交換動作では、工具Ｔ１を用いた加工サイクルＡの終了後、次の加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３に交換するため、終了位置Ｐからプログラムで指令された工具交換位置Ｐａに移動する。工具交換位置Ｐａに到達後、刃物台が回転し加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３に工具交換を行う。工具交換完了後、加工サイクルＢに実行し、開始位置Ｐｃに移動する。

特許文献１には、数値制御装置により実行されワークの加工を行う加工プログラムを作成する場合、加工プログラムの作成時間を短縮する目的で、加工内容に着目して加工サイクルを作成し、その加工サイクルを複数組み合わせて一つの加工プログラムを構成する方法が開示されている。また、特許文献２には、手動割り込みを加工サイクルの間の工具交換動作としてプログラムに挿入する方法が開示されている。

特開昭５５−５８９４６号公報 特開昭５８−１７２７０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている加工サイクルを組み合わせる方法は、工具の動作指令を逐次プログラムする方法に比べて、加工時間が長くなる傾向があり、特に、多数の被加工物を加工しようとする場合に不利となる。加工時間が長くなる問題を解消する特許文献２に開示される方法では、工具の磨耗や破損等、様々な理由により、工具を付け替えた場合、再度、手動で教示し直す必要があり、手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、複数の加工サイクルを工具交換動作をはさんで組み合わせた加工プログラムを実行する数値制御装置において、工具交換動作にかかる時間を短縮し加工時間が長くなる問題を解消することができる工作機械の制御装置を提供することである。

本願の請求項１に記載の発明は、複数の工具を装着し回転可能なタレットを有する刃物台あるいは主軸ヘッドを有し、加工プログラムに指令された工具交換位置、あるいは、機械に予め設定された工具交換位置で該タレットを回転させて工具を所定位置に割り出す工具交換装置を備えた工作機械の制御装置において、前記工具が他の構造物と干渉が生じ工具交換を行うことができない領域である工具交換不可能領域を設定する領域設定手段と、
前記刃物台または主軸ヘッドの基準位置から、前記刃物台または主軸ヘッドに装着される工具それぞれの先端までの距離である突き出し量を求める突き出し量取得手段と、工具交換前の加工工程の終了位置から前記工具交換位置へ移動する経路において、現在使用している工具と次に使用する工具およびその間にある工具の最大突き出し量、および、前記工具交換不可能領域に基づき、工具交換を行う際に工具が前記工具交換不可能領域に干渉しない位置を新たな工具交換位置として求める手段と、を備え、前記加工プログラムによって工具交換指令がなされた時、前記工具交換前の加工工程の加工終了位置から前記手段により求められた前記新たな工具交換位置まで前記タレットを移動し、前記タレットを回転させて工具を所定位置に割り出し工具交換を行うことを特徴とする工作機械の制御装置である。

請求項２に係る発明は、前記新たな工具交換位置から前記加工プログラムでプログラム指令された次の加工工程の開始位置へ移動する経路において、工具とワークが干渉しない干渉回避経路を求める干渉回避経路取得手段を備え、前記干渉回避経路取得手段により求められた干渉回避経路を通って次の加工工程の開始位置へ移動することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記新たな工具交換位置と前記干渉回避経路を、工具交換位置、及び次の加工工程の開始位置への移動指令として前記加工プログラムを更新する更新手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置である。

本発明により、複数の加工サイクルを工具交換動作をはさんで組み合わせた加工プログラムを実行する数値制御装置において、工具交換動作にかかる時間を短縮し加工時間が長くなる問題を解消することができる工作機械の制御装置を提供できる。

複数種類の工具を搭載した刃物台を説明する図である。 本発明に係る工具交換動作を説明する図である。 複数種類の工具を搭載した刃物台を説明する図である。 自動決定された工具交換位置Ｐｂの座標位置を説明する図である。 逃げ量（Ｘ）が小さく、逃げ量（Ｚ）が大きい場合の自動決定された工具交換位置Ｐｂを説明する図である。 逃げ量（Ｘ）が大きく、逃げ量（Ｚ）が小さい場合の自動決定された工具交換位置Ｐｂを説明する図である。 加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへの移動時に工具がワークと干渉する場合を説明する図である。 干渉回避のための経由点Ｐｉを経由して、加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへの移動時に工具がワークと干渉することを避けることを説明する図である。 本発明に係る工具交換動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。 旋盤を制御する数値制御装置の要部ブロック図である。 本発明に係る工具交換動作をマシニングセンタに適用した場合を説明する図である。 本発明に係る工具交換動作をプログラム指定された任意の位置にて工具交換可能なマシニングセンタへ適用できることを説明する図である。 複数種類の工具を搭載した刃物台を説明する図である。 従来の工具交換動作を説明する図である。

本発明は、工具交換動作をはさんで、複数の加工サイクルを組み合わせた加工プログラムを実行する数値制御装置において、加工時間が長くなる問題を解決するため、該数値制御装置が加工サイクル終了後、工具の突き出し量から自動的に新たな工具交換位置を求め、該新たな工具交換位置において工具交換動作を行わせるものである。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同一または類似する構成については同じ符号を用いて説明する。

図１は、複数種類の工具を搭載した刃物台の概略図であり、図１（ａ）はその正面図であり図１（ｂ）はその側面図である。図１（ａ）に示されるように、工具Ｔ１〜工具Ｔ４の４つの工具が装着されている。工具Ｔ１，工具Ｔ２，工具Ｔ３，工具Ｔ４は、図１（ａ）から分かるように工具軸の軸方向の長さが異なり、図１（ｂ）から分かるように工具軸に垂直な方向の長さも異なる。符号Ｒは刃物台１０の基準位置である。符号１２は工具の中心軸である。刃物台１０は刃物台基準位置Ｒを通る刃物台回転中心軸１４を中心軸として、図示しない駆動手段により、時計周り、あるいは、反時計回りに回転することができる。タレット式旋盤は、図１に示されるようなタレットと呼ばれる旋回式の刃物台１０を取り付けた工作機械であり、刃物台１０に複数の工具を装着しておき、これを旋回させることで使用する工具を切り替える。タレットである刃物台１０を回転することで、工具の交換が行えることから、工具の交換にかかる時間を短縮することができる。

図２は、本発明に係る工具交換動作を説明する図である。図示しない数値制御装置によって制御される旋盤は、ワーク２２を取り外し自在に固定するチャックと呼ばれるワーク固定手段２０、及び、工具Ｔ１〜Ｔ４を装着した刃物台１０（図１参照）を備えている。ワーク固定手段２０はワーク２２を主軸（図２ではＺ軸）に沿って保持し、後述して説明する主軸モータによって回転駆動される。また、刃物台１０は、Ｚ軸方向およびＺ軸方向に直交するＸ軸方向に、後述して説明する各軸のサーボモータによって移動自在に設けられている（図１０参照）。後述して説明する数値制御装置によって実行される加工プログラムにより、ワーク２２を工具Ｔ１により加工し、次に、工具Ｔ３により加工する。工具Ｔ１による加工を加工サイクルＡとし、工具Ｔ３による加工を加工サイクルＢとする。

本発明に係る工具交換動作を、刃物台１０に装着された工具Ｔ１〜工具Ｔ４の工具交換に適用する。
工具Ｔ１を用いる加工サイクルＡが終了すると、加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３へ工具を交換するため、従来技術と同様に、工具交換位置Ｐａへ向けて刃物台１０は移動を開始する。工具交換位置Ｐａは加工プログラムにおいてプログラム指令された位置である。あるいは、図２に示される旋盤の予め設定された工具交換位置を工具交換位置Ｐａとして扱うこともできる。

工具交換動作によって刃物台１０が回転することによって、現在使用している工具Ｔ１、次に使用する工具Ｔ３、及びその間に取り付けられた工具Ｔ２の空間的な位置が変化する。そこで、本発明では刃物台１０を回転させても工具Ｔ１，工具Ｔ２，工具Ｔ３が工具交換不可領域２４に干渉しない位置（自動決定された工具交換位置Ｐｂ）まで移動し、この位置で工具Ｔ３に工具交換が行われる。刃物台１０の回転方向は、次の加工サイクルで使用される工具に到達するのに、刃物台１０の回転角度が少ない方向に回転する。あるいは、一方向の回転に特定してもよい。

工具交換位置Ｐｂは、刃物台１０の工具交換位置Ｐａへ移動する制御をおこなう周期毎に工具が工具交換不可領域２４と干渉しないか逐次計算し、干渉しなくなった位置を工具交換位置Ｐｂとして求めてもよいし、予め数値計算によって求めてもよい。後述するフローチャートでは、逐次計算するアルゴリズムで説明している。

工具Ｔ１から工具Ｔ３への工具交換の完了後、工具交換位置Ｐｂから加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへと移動する。なお、この時に、刃物台１０は、工具Ｔ１→工具Ｔ２→工具Ｔ３の方向へと回転するものとする。

自動決定された新しい工具交換位置Ｐｂは、現在使用している工具Ｔ１と次に使用する工具Ｔ３、及び、その間に取り付けられた工具Ｔ２の最大突き出し量に基づいて算出され、その他の工具の突き出し量などにも依存しない。これによって、加工サイクルＡの終了位置Ｐから自動決定された新しい工具交換位置Ｐｂまでの移動量が、プログラム指令された工具交換位置Ｐａまで移動するより小さくなり、工具交換動作に必要な刃物台の移動を最小限度に抑えることができる。また、自動決定された工具交換位置Ｐｂは、工具交換後も新しい工具の突き出し量から自動的に再算出されるため、手動による教示が不要である。
このように、本発明では、工具交換位置を決定する手間を省くとともに、工具交換動作に必要な時間を大幅に短縮することができる。

図３は、複数種類の工具を搭載した刃物台を説明する図であり、図１３に示される工具の寸法をより詳細に説明する図である。加工サイクルＡ、加工サイクルＢ、及び工具交換動作が含まれている加工プログラムＭを例として説明する。
加工プログラムＭ
加工サイクルＡ
工具交換指令
加工サイクルＢ
刃物台１０には図示されるように、工具Ｔ１、工具Ｔ２、工具Ｔ３、及び工具Ｔ４の４種類の工具が取り付けられている（装着されている）。加工サイクルＡでは工具Ｔ１が使用され、加工サイクルＢでは工具Ｔ３が使用される。ここでは、工具Ｔ１から工具Ｔ３への交換動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３の順で交換されるものとする。なお、本発明において、逆回りに交換されることを除外するものではない。

図３（ａ）に示されるように、刃物台基準位置Ｒから工具Ｔ１〜Ｔ４の刃物取り付け部までの工具軸方向の長さをＴｘとし、刃物取り付け部から工具Ｔ１〜Ｔ４の工具先端までの工具軸方向の長さをそれぞれＴ１ｘ〜Ｔ４ｘとする。工具Ｔ１、工具Ｔ２、工具Ｔ３、及び工具Ｔ４のそれぞれの、刃物台基準位置Ｒから工具先端までの工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｘ、Ｔ２Ｌｘ、Ｔ３Ｌｘ、Ｔ４Ｌｘは下式により算出される。

Ｔ１Ｌｘ＝Ｔ１ｘ＋Ｔｘ
Ｔ２Ｌｘ＝Ｔ２ｘ＋Ｔｘ
Ｔ３Ｌｘ＝Ｔ３ｘ＋Ｔｘ
Ｔ４Ｌｘ＝Ｔ４ｘ＋Ｔｘ
また、図３（ｂ）に示されるように、刃物台基準位置Ｒから工具Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれの工具軸と垂直方向（換言すれば、刃物台回転中心軸１４と平行な方向）の長さ、または、工具の半径を工具軸１２と垂直方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚ〜Ｔ４Ｌｚとみなす。

工具Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれの工具軸１２が刃物台１０において同一平面上にあり、かつ、刃物台基準位置Ｒでそれぞれの工具軸１２が交差している。刃物台１０は刃物台基準位置Ｒをとおる刃物台回転中心軸１４を回転中心として図示しない駆動手段により駆動されて回動する。回動方向は、時計周り方向、あるいは、反時計周り方向を指令により選択できる、あるいは、工具交換が最短時間で実行されるように最適な回動方向が自動的に選択される。

次に、自動決定された工具交換位置Ｐｂを説明する。
図４は、自動決定された工具交換位置Ｐｂの座標位置を説明する図である。
加工サイクルＡは、刃物台１０が終了位置Ｐに位置する時に終了する。その後、加工プログラムに従って工具交換指令が実行されると、次の加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３に交換するため、終了位置Ｐからプログラム指令された工具交換位置Ｐａへ移動開始する。

このとき、Ｘ軸方向に可動する刃物台基準位置ＲのＸ軸の機械座標位置をＸｒとし、工具交換不可領域２４を示すＸ軸の機械座標値をＸｉとし、各工具の工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｘ、Ｔ２Ｌｘ、Ｔ３Ｌｘの最大値をＴｍａｘＬｘとすれば、工具交換不可領域２４から抜け出すＸ軸の機械座標値Ｘｒが次式で求まり、これに間隙Ｑｘを考慮することで、工具交換が可能なＸ軸の機械座標値Ｘｂｒが下記のとおり一意に決定される。なお、図３ではＴｍａｘＬｘは、工具Ｔ２のＴ２Ｌｘである。間隙Ｑｘは適宜の値を選択する。

Ｘｒ＞Ｘｉ＋ＴｍａｘＬｘ
Ｘｂｒ＝Ｘｉ＋ＴｍａｘＬｘ＋Ｑｘ
＝Ｘｉ＋Ｔ２Ｌｘ＋Ｑｘ
同様に、Ｚ軸方向に可動する刃物台基準位置ＲのＺ軸の機械座標値をＺｒとし、工具交換不可領域を示すＺ軸の機械座標値をＺｉとし、各工具の工具軸と垂直方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚ〜Ｔ３Ｌｚの最大値をＴｍａｘＬｚとすれば、工具交換不可領域から抜け出すＺ軸の機械座標値Ｚｒが次式で求まり、これに間隙Ｑｚを考慮することで、工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒが下記のとおり一意に決定される。なお、図３ではＴｍａｘＬｚは、工具Ｔ２のＴ３Ｌｚである。間隙Ｑｚは適宜の値を選択する。

Ｚｒ＝Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ
Ｚｂｒ＝Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ＋Ｑｚ
＝Ｚｉ＋Ｔ３Ｌｚ＋Ｑｚ
刃物台１０は、少なくとも工具交換が可能なＸ軸の機械座標値Ｘｂｒより離れた位置、または、少なくとも工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒより離れた位置まで移動し、停止する。ただし、図４のように、自動決定される工具交換位置Ｐｂは、少なくとも機械座標値Ｘｂｒ、かつ、少なくとも機械座標値Ｚｂｒより離れた位置とすることもできる。
その後、工具Ｔ１から工具Ｔ３へと工具交換を行ない、工具交換位置Ｐｂから次の加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへと移動する。

次に、刃物台１０の移動を、場合分けして説明する。
＜プログラム指令された工具交換位置ＰａへのＸ軸方向逃げ量が小さく、Ｚ軸方向逃げ量が大きい場合＞
図５は、逃げ量（Ｘ）が小さく、逃げ量（Ｚ）が大きい場合の自動決定された工具交換位置Ｐｂを説明する図である。
このとき、刃物台１０は、工具交換が可能なＸ軸の機械座標値Ｘｂｒまで離れた位置に到達する前に、工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒに到達し、プログラム指令された工具交換位置Ｐａへの軸移動を終了する。この位置を自動決定された工具交換位置Ｐｂとする。
自動決定された工具交換位置Ｐｂにて工具Ｔ１から工具Ｔ３へと工具交換を行ない、工具交換位置Ｐｂから次の加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへと移動する。

＜プログラム指令された工具交換位置ＰａへのＸ軸方向逃げ量が大きく、Ｚ軸方向逃げ量が小さい場合＞
図６は、逃げ量（Ｘ）が大きく、逃げ量（Ｚ）が小さい場合の自動決定された工具交換位置Ｐｂを説明する図である。
このとき、刃物台１０は、工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒまで離れた位置に到達する前に、工具交換が可能なＸ軸の機械座標値Ｘｂｒに到達し、プログラム指令された工具交換位置Ｐａへの軸移動を終了する。この位置を自動決定された工具交換位置Ｐｂとする。
自動決定された工具交換位置Ｐｂにおいて、工具Ｔ１から工具Ｔ３へと工具交換を行ない、工具交換位置Ｐｂから次の加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへと移動する。

次に、工具交換不可領域２４の設定について説明する。ワーク２２とワークを把持するチャックであるワーク固定手段２０、工具のテールストックの形状などを入力することで、工具交換不可領域２４を設定することができる。
あるいは、一度設定した工具交換不可領域は、外部機器にデータとして出力、及び外部機器から入力することもでき、過去に設定した工具交換不可領域２４が容易に再現できる。

図７は、加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへの移動時に工具がワークと干渉する場合を説明する図である。
自動決定された工具交換位置Ｐｂにおいて工具交換を行っても、加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへ工具Ｔ３を移動する際に工具Ｔ３がワーク２２と衝突することが起こりうる。図７に示されるように、自動決定された工具交換位置Ｐｂと加工サイクルＢの開始位置Ｐｃの位置関係の場合、工具交換位置Ｐｂから開始位置Ｐｃへの移動時に、地点２６において工具Ｔ３がワーク２２と接触してしまう。

そこで、図８に示されるように、干渉回避のための経由点Ｐｉを経由して、加工サイクルＢの開始位置Ｐｃへの移動時に工具がワークと干渉するのを避ける。自動決定された工具交換位置Ｐｂと加工サイクルＢの開始位置Ｐｃの位置関係の場合、例えば、工具交換位置Ｐｂから、一旦、Ｚ軸方向へおいても工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒまで移動した地点である干渉回避のための経由点Ｐｉを経由して、開始位置Ｐｃに移動することができる。または、元々プログラム指令された工具交換位置Ｐａを経由して、その開始位置Ｐｃへ移動するなど、別の経路を経由して開始位置Ｐｃへ移動してもよい。なお、ワーク２２の形状は、工具交換不可領域の設定で説明した工具交換不可領域の設定時に入力したデータを使用することができる。

なお、工具交換位置への移動指令を含む工具交換動作において、プログラム指令された工具交換位置Ｐａへの移動指令を、図４に示す自動決定された工具交換位置Ｐｂへの移動指令に更新できるものとする。また、図８に示す干渉回避のための経由点Ｐｉがある場合も、経由点Ｐｉへの移動を含んだ指令で更新される。

図９は、本発明に係る工具交換動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、以下のフローチャートに示す処理において、現在位置は、終了位置Ｐである。
●［ステップＳＡ１００］現在使用している工具と、次に使用する工具と、タレットにそれらの工具の間に配置されている工具とにおける、工具軸方向の最大の突き出し量ＴｍａｘＬｘ、および、工具軸と垂直方向の最大突き出し量ＴｍａｘＬｚを算出する。
●［ステップＳＡ１０１］指令された工具交換位置方向Ｐａへ移動開始する。
●［ステップＳＡ１０２］条件Ａ、または、条件Ｂが成立するか否かを判断し、成立する場合にはステップＳＡ１０３へ移行し、成立しない場合にはステップＳＡ１０１へ戻る。 条件Ａ：Ｘｒ＞Ｘｉ＋ＴｍａｘＬｘ
条件Ｂ：Ｚｒ＞Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ
ただし、
Ｘｒ：刃物台基準位置Ｒ（Ｘ軸）
Ｘｉ：工具交換不可領域（Ｘ軸）
ＴｍａｘＬｘ：工具軸方向の最大突き出し量
Ｚｒ：刃物台基準位置Ｒ（Ｚ軸）
Ｚｉ：工具交換不可領域（Ｚ軸）
ＴｍａｘＬｚ：工具軸と垂直方向の最大突き出し量
●［ステップＳＡ１０３］軸移動を終了する。
●［ステップＳＡ１０４］工具交換を実施する。
●［ステップＳＡ１０５］自動決定された工具交換位置Ｐｂから次の開始位置Ｐｃへの移動時にワークと刃物が干渉するか否か判断し、干渉する場合にはステップＳＡ１０６へ移行し、干渉しない場合にはステップＳＡ１０９へ移行する。
●［ステップＳＡ１０６］干渉回避のための経由点Ｐｉを算出する。
●［ステップＳＡ１０７］経由点Ｐｉを次の移動指令として開始位置Ｐｃへの移動指令の前に挿入する。
●［ステップＳＡ１０８］経由点Ｐｉへ移動する。
●［ステップＳＡ１０９］開始位置Ｐｃへ移動し、処理を終了する。

図１０は、タレット式旋盤を制御する数値制御装置の要部ブロック図である。数値制御装置５０から、刃物台１０をＸ軸方向，Ｚ軸方向へ移動するＸ軸駆動用モータ５１，Ｚ軸駆動用モータ５２へ制御信号が送られる。また、加工サイクルに必要な工具が選択できるように工具交換動作を行うため刃物台１０を回転させるタレットインデックス用モータ５３へ制御信号が送られる。そして、加工サイクルに適する工具に交換された後、ワークを主軸まわりに回転させるための主軸用スピンドルモータ５４にも制御信号が送られる。上記フローチャートにより説明したプログラムは、数値制御装置５０内に格納されており、加工プログラムが実行することによって、本発明に係る工具交換の動作が行われる。

以上、タレット式旋盤を例として本発明を説明したが、タレット式旋盤以外の工作機械にも本発明に係る工具交換動作を適用することができる。ここでは、任意の位置でタレットを回転させて工具交換可能マシニングセンタ（ＭＣ）やプログラム指定された任意の位置にて工具交換可能なマシニングセンタ（ＭＣ）に適用した場合を説明する。

＜任意の位置でタレットを回転させて工具交換可能なＭＣ＞
図１１は、本発明に係る工具交換動作をマシニングセンタに適用した場合を説明する図である。なお、発明の概念は同じであるので、工具の符号、工具の寸法などは前述の旋盤の説明と同じ符号を用いて説明する。テーブル２８に固定されたワーク２２は、タレット１６に装着された工具によって加工される。加工プログラムＭに、加工サイクルＡと加工サイクルＢ、及び工具交換動作が含まれている。加工プログラムＭでは、加工サイクルＡが終了した後、プログラム指令された任意の位置に移動し工具交換を行う。工具交換後、加工サイクルＢが開始される。

加工プログラムＭ
加工サイクルＡ
工具交換指令
加工サイクルＢ
タレット１６には、工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が取り付けられており（装着されており）、加工サイクルＡでは工具Ｔ１が使用され、加工サイクルＢでは工具Ｔ３が使用される。なお、タレット１６は、タレット式旋盤の説明では刃物台１０に対応する（図１参照）。
工具Ｔ１から工具Ｔ３への工具交換動作は、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３の順で交換されているものとする。図１１に示されるように、タレット基準位置Ｒから工具Ｔ１〜工具Ｔ４の刃物取り付け部までの工具軸方向の長さをＴｚとし、刃物取り付け部から工具Ｔ１〜工具Ｔ４の工具先端までの工具軸方向の長さをそれぞれＴ１ｚ〜Ｔ４ｚとすると、工具Ｔ１におけるタレット基準位置Ｒから工具Ｔ１の先端までの工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚは下式により算出される。
Ｔ１Ｌｚ＝Ｔ１ｚ＋Ｔｚ
同様に、タレット基準位置Ｒから工具Ｔ２〜Ｔ４の先端までの工具軸方向の突き出し量Ｔ２Ｌｚ〜Ｔ４Ｌｚも算出される。

加工サイクルＡの終了後、工具交換指令がなされると、次の加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３に交換するため、加工サイクルＡの終了位置からプログラム指令された工具交換位置へ移動を開始する。

このとき、Ｚ軸方向に可動するタレット基準位置ＲのＺ軸の機械座標値をＺｒとし、工具交換不可領域を示すＺ軸の機械座標値をＺｉとし、各工具の工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚ、Ｔ２Ｌｚ、Ｔ３Ｌｚの最大値をＴｍａｘＬｚ（＝Ｔ２Ｌｚ）とすれば、工具交換不可領域から抜け出すＺ軸の機械座標値Ｚｒが次式で求まり、これに間隙Ｑｚを考慮することで工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒが下記のとおり決定される。

Ｚｒ＞Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ
Ｚｂｒ＝Ｚｉ＋Ｔｍａｘ＋Ｑｚ
＝Ｚｉ＋Ｔ２Ｌｚ＋Ｑｚ
タレットは、工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒまで移動し、停止する。その後、工具Ｔ１から工具Ｔ３へと工具交換を行い、工具交換位置から次の加工サイクルＢの開始位置へと移動する。

＜プログラム指定された任意の位置にて工具交換可能なＭＣ＞
図１２は、本発明に係る工具交換動作をプログラム指定された任意の位置にて工具交換可能なマシニングセンタへ適用できることを説明する図である。
加工プログラムＭに加工サイクルＡと加工サイクルＢ、及び工具交換動作が含まれている。加工プログラムＭでは、加工サイクルＡが終了した後、プログラム指令された任意の位置に移動し工具交換を行う。そして、工具交換後、加工サイクルＢが開始される。
加工プログラムＭ
加工サイクルＡ
工具交換指令
加工サイクルＢ
加工サイクルＡでは工具Ｔ１が使用され、加工サイクルＢでは工具Ｔ３が使用される。主軸ヘッド１８に加工工程に必要な工具が装着されている。図１２（ａ）では加工サイクルＡに用いられる工具Ｔ１が主軸ヘッド１８に装着されている。図１２（ｂ）では加工サイクルＢに用いられる工具Ｔ３が主軸ヘッド１８に装着されている。

工具Ｔ１から工具Ｔ３への交換動作は、図示しない可動式のツールチェンジャーによって工具Ｔ３が主軸位置に運ばれ、交換されるものとする。図１２に示されるように、Ｚ軸基準位置Ｒから工具Ｔ１、工具Ｔ３の刃物取り付け部までの工具軸方向の長さをＴｚとし、刃物取り付け部から工具Ｔ１、Ｔ３の工具先端までの工具軸方向の長さをそれぞれＴ１ｚ、Ｔ３ｚとすると、工具Ｔ１におけるＺ軸基準位置Ｒから工具Ｔ１の先端までの工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚは下式により算出される。
Ｔ１Ｌｚ＝Ｔ１ｚ＋Ｔｚ
同様に、Ｚ軸基準位置Ｒから工具Ｔ３の先端までの工具軸方向の突き出し量Ｔ３Ｌｚも算出される。

加工サイクルＡの終了後、工具交換指令がなされると、次の加工サイクルＢで使用する工具Ｔ３に交換するために、加工サイクルＡの終了位置からプログラム指令された工具交換位置へ移動を開始する。当該の機械は、この工具交換位置を機械特有の一意の位置ではなく、任意の位置にプログラム指令できる機械とする。

このとき、Ｚ軸基準位置ＲのＺ軸の機械座標値をＺｒとし、工具交換不可領域を示すＺ軸の機械座標値をＺｉとし、各工具の工具軸方向の突き出し量Ｔ１Ｌｚ、Ｔ３Ｌｚの最大値をＴｍａｘＬｚ（＝Ｔ３Ｌｚ）とすれば、工具交換不可領域から抜け出すＺ軸の機械座標値Ｚｒが次式で決まり、これに間隙Ｑｚを考慮することで工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒが下記のとおり一意に決定される。なお、Ｚ軸基準位置Ｒは、図３における刃物台基準位置Ｒに対応する。

Ｚｒ＞Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ
Ｚｂｒ＝Ｚｉ＋ＴｍａｘＬｚ＋Ｑｚ
＝Ｚｉ＋Ｔ３Ｌｚ＋Ｑｚ
Ｚ軸は工具交換が可能なＺ軸の機械座標値Ｚｂｒ移動し、停止する。その後、工具Ｔ１からＴ３へと工具交換を行い、工具交換位置から次の加工サイクルＢの開始位置へと移動する。

１０ 刃物台
１２ 工具軸
１４ 刃物台回転中心軸
１６ タレット
１８ 主軸ヘッド
２０ ワーク固定手段
２２ ワーク
２４ 工具交換不可領域

Ｐａ プログラム指令された工具交換位置
Ｐｂ 自動決定された工具交換位置
Ｐｃ 加工サイクルＢの開始位置
Ｒ 基準位置

Claims (3)

1. 複数の工具を装着し回転可能なタレットを有する刃物台あるいは主軸ヘッドを有し、加工プログラムに指令された工具交換位置、あるいは、機械に予め設定された工具交換位置で該タレットを回転させて工具を所定位置に割り出す工具交換装置を備えた工作機械の制御装置において、
   前記工具が他の構造物と干渉が生じ工具交換を行うことができない領域である工具交換不可能領域を設定する領域設定手段と、
   前記刃物台または主軸ヘッドの基準位置から、前記刃物台または主軸ヘッドに装着される工具それぞれの先端までの距離である突き出し量を求める突き出し量取得手段と、
   工具交換前の加工工程の終了位置から前記工具交換位置へ移動する経路において、現在使用している工具と次に使用する工具およびその間にある工具の最大突き出し量、および、前記工具交換不可能領域に基づき、工具交換を行う際に工具が前記工具交換不可能領域に干渉しない位置を新たな工具交換位置として求める手段と、
   を備え、
   前記加工プログラムによって工具交換指令がなされた時、前記工具交換前の加工工程の加工終了位置から前記手段により求められた前記新たな工具交換位置まで前記タレットを移動し、前記タレットを回転させて工具を所定位置に割り出し工具交換を行うことを特徴とする工作機械の制御装置。
2. 前記新たな工具交換位置から前記加工プログラムでプログラム指令された次の加工工程の開始位置へ移動する経路において、工具とワークが干渉しない干渉回避経路を求める干渉回避経路取得手段を備え、
   前記干渉回避経路取得手段により求められた干渉回避経路を通って次の加工工程の開始位置へ移動することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記新たな工具交換位置と前記干渉回避経路を、工具交換位置、及び次の加工工程の開始位置への移動指令として前記加工プログラムを更新する更新手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置。

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