(57)【要約】【課題】工具の落下をより確実に抑制できる産業機械を提供すること。【解決手段】産業機械は、工具を保持可能な主軸と、主軸ヘッドと、グリップが複数配置されるタレット、タレット駆動部及びグリップ移動部を備える工具交換装置と、前記主軸に保持された工具と他の工具との間で工具交換を行うように前記工具交換装置の動作を制御する数値制御装置と、を備え、前記数値制御装置は、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の工具に作用する力の大きさを工具作用値として取得し、前記工具作用値が第１閾値を超えないように、前記グリップ移動部による前記グリップの移動速度を設定する第１速度制御処理と、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の前記グリップ移動部に作用する振動の大きさを振動値として取得し、前記振動値が第２閾値を超える場合には、前記グリップの移動速度を低速側に変更する第２速度制御処理と、を実行する。【選択図】図１
2020194407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を保持可能な主軸と、
前記主軸を軸方向に沿って移動可能な主軸ヘッドと、
工具を保持するグリップが外周側に複数配置されるタレット、前記タレットを回動させるタレット駆動部及び前記グリップを前記主軸に対して接近又は離間させるグリップ移動部を備える工具交換装置と、
前記主軸に保持された工具と前記グリップに保持される他の工具との間で工具交換を行うように前記工具交換装置の動作を制御する数値制御装置と、を備え、
前記数値制御装置は、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の工具に作用する力の大きさを工具作用値として取得し、前記工具作用値が予め設定される第１閾値を超えないように、前記グリップ移動部による前記グリップの移動速度を設定する第１速度制御処理と、
前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の前記グリップ移動部に作用する振動の大きさを振動値として取得し、前記振動値が予め設定される第２閾値を超える場合には、前記第１閾値に基づいて設定された前記グリップの移動速度を低速側に変更する第２速度制御処理と、
を実行する産業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の産業機械において、
前記数値制御装置は、工具交換以外での前記主軸ヘッドの移動時に、前記第１速度制御処理として、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の工具に作用する力の大きさを工具作用値として取得し、前記工具作用値が前記第１閾値を超えないように、前記グリップ移動部による前記グリップの移動速度を設定する産業機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の産業機械において、
前記グリップ移動部は、前記タレットの回転軸と直交する揺動軸を中心として前記タレットを揺動させることにより、前記タレットを前記グリップと共に前記主軸に対して接近又は離間させるカム機構を備える産業機械。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の産業機械において、
前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の工具に作用する加速度を検出する第１加速度センサと、
前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の前記グリップ移動部に作用する加速度を検出する第２加速度センサと、
を備える産業機械。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の産業機械において、
前記グリップの工具保持力を検出する保持力検出部を備え、
前記数値制御装置は、前記保持力検出部で検出される工具保持力が予め設定される第３閾値に満たない場合には、前記グリップの移動速度を低速側に変更する第３速度制御処理を実行する産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工等を行う産業機械には、複数の工具を自動交換する工具交換装置が用いられている。例えば、工具を保持するグリップが外周に複数配置されたタレットを備えた工具交換装置が知られている。この工具交換装置では、タレットを回動させて、所望の工具を保持するグリップを工具の交換位置へ移動させた後、タレットを揺動させてグリップを主軸に対して接近又は離間させることにより、主軸に保持された工具と他の工具との間で工具交換を行うことができる（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６９８８１２号公報
【特許文献２】特許第３９９０４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工具交換装置において、タレットをカム機構により揺動させる場合、カム機構と連動する主軸ヘッドの移動速度が速すぎると、タレットが揺動した際に工具がタレットから落下することがある。このような不具合は、タレットの代わりに、グリップを主軸に対して揺動させる構造の工具交換装置についても同様に発生する。
【０００５】
このような不具合を抑制するため、従来の産業機械では、タレットの外周に配置された複数の工具のうち、重量が重い工具に作用する加速度に基づいて主軸ヘッドの移動速度を制御していた（遅くしていた）。しかし、従来の速度制御では、主軸ヘッドを常に同じ移動速度で動作させていたため、工具の落下は抑制できるものの、ワークに対する加工作業のサイクルタイムを短縮することが難しいという課題があった。また、主軸ヘッドの移動速度を適切に制御したとしても、カム機構の動作状態によっては、主軸ヘッドに衝撃が発生し、この衝撃により工具が落下することもある。
したがって、工具交換装置を備えた産業機械においては、工具の落下をより確実に抑制することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、工具を保持可能な主軸と、前記主軸を軸方向に沿って移動可能な主軸ヘッドと、工具を保持するグリップが外周側に複数配置されるタレット、前記タレットを回動させるタレット駆動部及び前記グリップを前記主軸に対して接近又は離間させるグリップ移動部を備える工具交換装置と、前記主軸に保持された工具と前記グリップに保持される他の工具との間で工具交換を行うように前記工具交換装置の動作を制御する数値制御装置と、を備え、前記数値制御装置は、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の工具に作用する力の大きさを工具作用値として取得し、前記工具作用値が予め設定される第１閾値を超えないように、前記グリップ移動部による前記グリップの移動速度を設定する第１速度制御処理と、前記グリップが前記主軸に対して接近又は離間する際の前記グリップ移動部に作用する振動の大きさを振動値として取得し、前記振動値が予め設定される第２閾値を超える場合には、前記第１閾値に基づいて設定された前記グリップの移動速度を低速側に変更する第２速度制御処理と、を実行する産業機械である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、工具交換装置を備えた産業機械において、工具の落下をより確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。
【図２】第１実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。
【図３】第１実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。
【図４】工具ホルダ１４の側面図である。
【図５】グリップ１３の側面図である。
【図６】グリップ１３の平面図である。
【図７】グリップ１３に保持された工具ホルダ１４を主軸２１に保持した場合の断面図である。
【図８】第１実施形態における数値制御装置３０の電気的な構成を示すブロック図である。
【図９】タレット１１の外周に配置された工具Ｔ１〜Ｔ６と揺動軸Ｃ３との位置関係を示す模式図である。
【図１０】第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第１のフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第２のフローチャートである。
【図１２】第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第３のフローチャートである。
【図１３】第２実施形態における工作機械１Ａの構成を示す概念図である。
【図１４】第２実施形態における数値制御装置３０Ａの電気的な構成を示すブロック図である。
【図１５】第３実施形態におけるグリップ１３の平面図である。
【図１６】第３実施形態における数値制御装置３０Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。
【図１７】第３実施形態の数値制御装置３０Ｂにより実行される第３速度制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る産業機械を、切削加工等を行う工作機械に適用した実施形態について説明する。なお、産業機械には、後述する工作機械のほか、産業用ロボット、その他の機械が含まれる。
本明細書に添付した図面は、いずれも概念図又は模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
【００１０】
また、本明細書等においては、工作機械１を正面側（後述するＹ１側）から見たときの左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。左右方向（Ｘ方向）においては、図中の右方向をＸ１方向、左方向をＸ２方向とする。前後方向（Ｙ方向）においては、図中の前方向をＹ１方向、後方向をＹ２方向とする。高さ方向（Ｚ方向）においては、図中の上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。なお、本明細書においては、「〜方向」を適宜に「〜側」ともいう。
【００１１】
［第１実施形態］
図１〜図３は、第１実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。図１は、タレット１１を回動位置（タレット１１が回動可能な位置）まで移動させた場合の概念図を示している。図２は、タレット１１を工具Ｔの交換位置まで移動した場合の概念図を示している。図３は、主軸２１をワークＷの加工位置まで移動した場合の概念図を示している。
図１に示すように、第１実施形態の工作機械１は、工具交換装置１０、加工装置２０、数値制御装置３０、コラム４０、ベッド部５０及びワークテーブル６０を備える。以下、各部の構成について説明する。
【００１２】
＜工具交換装置１０＞
工具交換装置１０は、主軸２１に装着された工具ホルダ１４を、他の工具ホルダ１４に交換する装置である。工具ホルダ１４には工具Ｔが保持されているため、工具ホルダ１４を交換すると、工具Ｔが交換されることになる。工具交換装置１０は、主な構成として、タレット１１、タレット駆動部１２及びタレット揺動部１５を備える。
タレット１１は、外周に複数のグリップ１３が取り付けられた略円盤状の構造体である。なお、図１〜図３では、後述する説明において、主軸２１に保持（装着）される工具Ｔ（及び工具ホルダ１４）を保持するグリップ１３のみを図示している。なお、グリップ１３は、本実施形態においては、タレット１１の外周に取り付けられているが、これに制限されず、タレット１１の外周よりも内周側に寄った「外周側」に取り付けられていてもよい。
【００１３】
タレット駆動部１２は、タレット１１を回動させるモータである。タレット駆動部１２は、タレット１１のベース部１１１に設けられている。タレット駆動部１２の動作は、数値制御装置３０により制御される。タレット１１は、図１に示す回動位置において、タレット駆動部１２の回転軸Ｃ１を中心として回動する。タレット駆動部１２を制御して、タレット１１を所定量だけ回動させることにより、交換対象となる工具Ｔを保持するグリップ１３を、主軸２１と対向する位置まで移動できる。タレット１１に設けられたグリップ１３の構成については、後述する。
【００１４】
タレット揺動部１５は、タレット１１を揺動させて、タレット１１を主軸２１に対して接近又は離間させる機構部である。本実施形態のタレット揺動部１５は、工具Ｔを保持するグリップ１３を主軸２１に対して接近又は離間させる「グリップ移動部」として機能する。タレット揺動部１５は、揺動軸１５１、カムフォロア１５２、カム１５３、付勢バネ１５４等を備える。
【００１５】
揺動軸１５１は、タレット１１のベース部１１１のＺ１側を支持する部材である。揺動軸１５１は、コラム４０（後述）の支持部４１において、回動自在に支持されている。
カムフォロア１５２は、主軸ヘッド２２に設けられたカム１５３と係合する回転部材である。カムフォロア１５２は、タレット１１のベース部１１１のＺ２側に設けられている。主軸ヘッド２２が上下方向（Ｚ方向）に移動すると、カムフォロア１５２がカム１５３のカム面に沿って移動する。これにより、タレット１１は、揺動軸１５１を中心として矢印方向に時計回り又は反時計回りに揺動する。カムフォロア１５２とカム１５３により、タレット揺動部１５のカム機構が構成される。
【００１６】
付勢バネ１５４は、タレット１１を主軸ヘッド２２の側に付勢する部材である。付勢バネ１５４のＹ１側の端部は、タレット１１のベース部１１１に取り付けられている。付勢バネ１５４のＹ２側の端部は、コラム４０に取り付けられている。なお、付勢バネ１５４は、コラム４０を間に挟んで左右方向（Ｘ方向）に一対設けられている。図１〜図３では、Ｘ方向の手前側の付勢バネ１５４のみを図示している。
【００１７】
タレット１１は、付勢バネ１５４により主軸ヘッド２２の側に付勢されているため、上述したカム機構において、主軸ヘッド２２が上下方向（Ｚ方向）に移動したときに、カムフォロア１５２は、カム１５３のカム面から離れることなく移動できる。なお、後述するように、主軸ヘッド２２の移動速度によっては、タレット１１が揺動したときにカムフォロア１５２がカム１５３から浮き上がり、再接触したときに衝撃が発生することがある。
【００１８】
＜加工装置２０＞
加工装置２０は、主軸２１に保持された工具Ｔを回転させたり、移動させたりすることにより、ワークＷを加工する装置である。加工装置２０は、主な構成として、主軸２１、主軸ヘッド２２及び主軸ヘッド昇降部２５を備える。
主軸２１は、工具Ｔが取り付けられた工具ホルダ１４を、回転させたり、固定したまま保持したりする部分である。主軸２１には、後述する図７に示すように、工具ホルダ１４のキー溝１４４と嵌合可能な主軸キー２１２が設けられている。主軸キー２１２は、工具ホルダ１４の回転軸Ｃ２を中心として、１８０°の位置関係で一対設けられている。図７において、一対の主軸キー２１２は、前後方向（Ｙ方向）に設けられている。また、主軸２１の内部には、工具ホルダ１４のクランプ機構としてのドローバー２３が設けられている。
【００１９】
主軸ヘッド２２は、主軸２１を回転させる駆動機構である。主軸ヘッド２２には、主軸２１に回転力を付与する主軸モータ３１７が設けられている。主軸ヘッド２２は、主軸ヘッド昇降部２５のアーム部２５１（後述）に支持されている。
主軸モータ３１７は、主軸２１に取り付けられた回転工具により切削加工を行う場合、連続的に高速回転するスピンドルモータとして機能する。一方、主軸モータ３１７は、主軸２１に取り付けられた固定工具によりヘール加工等の切削加工を行う場合、主軸２１の位相（回転位置）を制御する装置として機能する。
【００２０】
主軸ヘッド昇降部２５は、主軸ヘッド２２を上下方向（Ｚ方向）に沿って移動させる機構である。主軸ヘッド昇降部２５は、アーム部２５１、サーボモータ３１３（図８参照）、ギア機構（不図示）等を備える。アーム部２５１は、主軸ヘッド２２及び主軸モータ３１７を支持する部分である。アーム部２５１は、上下方向に沿って移動自在となるように、コラム４０のレール部４２に取り付けられている。サーボモータ３１３は、アーム部２５１を介して主軸ヘッド２２を上下方向に沿って移動させる駆動機構である。サーボモータ３１３で発生する回転力は、ギア機構により上下方向への駆動力に変換される。主軸ヘッド昇降部２５において、サーボモータ３１３、ギア機構等は、コラム４０の内部に収納されている。主軸ヘッド昇降部２５の動作は、数値制御装置３０の軸制御部３１１（後述）により制御される。
【００２１】
＜コラム４０、ベッド部５０、ワークテーブル６０＞
コラム４０は、タレット１１を支持すると共に、主軸ヘッド昇降部２５のアーム部２５１を上下方向（Ｚ方向）に移動自在に支持する部分である。
ベッド部５０は、コラム４０及び主軸ヘッド昇降部２５の一部を支持する部分である。また、ベッド部５０は、ワークテーブル６０を支持する。ベッド部５０は、工作機械１のベース部材（基盤）として、例えば、床面上に設置される。
【００２２】
ワークテーブル６０は、ワークＷを左右方向（Ｘ方向）及び前後方向（Ｙ方向）に移動自在に支持する機構である。ワークテーブル６０には、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、エンコーダ等（いずれも不図示）が設けられている。本実施形態の工作機械１は、ワークＷをＸ−Ｙ方向に移動させながら、主軸２１に保持された工具Ｔを上下方向（Ｚ方向）に移動させることによりワークＷを加工する。
【００２３】
＜工具ホルダ１４の構成＞
次に、工具ホルダ１４の構成について、図４を参照して説明する。
図４は、工具ホルダ１４の側面図である。図４において、工具ホルダ１４の回転軸Ｃ２は、工具ホルダ１４が主軸２１に保持される位置まで移動した場合の鉛直方向（Ｚ方向）と一致している。
図４に示すように、工具ホルダ１４は、テーパーシャンク１４１、プルスタッド１４２、保持溝１４３、キー溝１４４、ホルダヘッド１４５及び工具Ｔを備える。
【００２４】
テーパーシャンク１４１は、主軸２１のテーパー穴２１３（図７参照）と嵌合する略円錐状の部分である。プルスタッド１４２は、主軸２１の内部に設けられたドローバー２３（図７参照）と係合する部分である。工具ホルダ１４は、プルスタッド１４２がドローバー２３により上方向（Ｚ１方向）に引き上げられることにより、主軸２１の内部に保持される。また、工具ホルダ１４は、プルスタッド１４２がドローバー２３により下方向（Ｚ２方向）に引き下げられることにより、主軸２１との嵌合が解除され、取り出しが可能となる。
【００２５】
図４において、保持溝１４３は、グリップ１３（図５参照）により保持される部分である。保持溝１４３は、略Ｖ字状の溝（Ｖ字溝）であり、工具ホルダ１４の外周に沿って環状に形成されている。
キー溝１４４は、後述するように、主軸２１に設けられた主軸キー２１２及びグリップ１３のグリップキー１３６（図７参照）と嵌合する溝である。キー溝１４４は、工具ホルダ１４の回転軸Ｃ２を中心として、１８０°の位置関係で一対設けられている。図４では、一対のキー溝１４４のうち、紙面の手前側に設けられたキー溝１４４のみを図示している。
ホルダヘッド１４５は、工具Ｔを保持する部分である。工具Ｔとしては、例えば、ドリル、エンドミル、タップ、ヘール工具、トリマ等が用いられる。
【００２６】
＜グリップ１３の構成＞
次に、タレット１１に設けられたグリップ１３の構成について説明する。
図５は、グリップ１３の側面図である。図６は、グリップ１３の平面図である。図７は、グリップ１３に保持された工具ホルダ１４を主軸２１に保持した場合の断面図である。
図５に示すように、グリップ１３は、アーム本体１３１の先端側に、保持アーム１３２を備える。保持アーム１３２は、図６に示すように、工具ホルダ１４を両側から挟み込むように一対設けられている。一対の保持アーム１３２は、それぞれ、その先端部に保持ローラ１３３を備える。保持ローラ１３３は、工具ホルダ１４の保持溝１４３（Ｖ字溝）と係合する円盤状の部品である。
【００２７】
固定ピン１３５は、保持ローラ１３３の中心に設けられた軸穴（不図示）を貫通するように圧入されることにより固定される。保持ローラ１３３の前記軸穴の両側から突出する固定ピン１３５は、保持アーム１３２の先端に設けられた穴部１３４，１３４に、回転自在に挿入されている。一対の保持アーム１３２は、アーム本体１３１の内部に設けられた弾性部材（不図示）により、互いに接近する方向（内側）に向けて付勢されている。一対の保持アーム１３２が弾性部材により付勢される力は、グリップ１３が工具ホルダ１４を保持する力（以下、「保持力」ともいう）となる。タレット１１の揺動時等において、工具がグリップ１３から外れる方向に慣性力が作用したときに、その慣性力がグリップ１３の保持力を超える場合、工具はグリップ１３から外れやすくなる。
また、アーム本体１３１は、中央部付近にグリップキー１３６を備える。グリップキー１３６は、一対の保持アーム１３２の間に保持された工具ホルダ１４を位置決めするための突起である。
【００２８】
図６において、一対の保持アーム１３２の間に工具ホルダ１４が挿入されると、保持アーム１３２の先端に設けられた保持ローラ１３３と工具ホルダ１４の保持溝１４３（図５参照）とが係合すると共に、工具ホルダ１４のキー溝１４４がグリップキー１３６と係合する。この状態において、工具ホルダ１４は、互いに接近する方向に付勢された一対の保持アーム１３２の間に保持される。また、工具ホルダ１４のキー溝１４４は、グリップキー１３６と係合するため、工具ホルダ１４の軸方向を中心とした回転が抑制される。また、図７に示すように、グリップ１３に保持された工具ホルダ１４を主軸２１に保持した状態において、工具ホルダ１４のキー溝１４４には、主軸２１の主軸キー２１２と、グリップ１３のグリップキー１３６とが、それぞれ嵌合する。
【００２９】
次に、工具交換装置１０において、工具Ｔを交換する動作を図１〜図３を参照して説明する。
図１に示す工具交換装置１０において、タレット１１は、回動位置に移動している。この状態でタレット１１を回動させて、交換対象となる工具Ｔを保持するグリップ１３を、主軸２１と対向する位置に移動させる。図１は、交換対象となる工具Ｔを保持するグリップ１３が、主軸２１と対向する位置に移動した状態を示している。
【００３０】
工具交換装置１０において、主軸２１及びタレット１１が図１に示す位置にあるとき、主軸ヘッド昇降部２５により、主軸ヘッド２２を上方向（Ｚ１方向）に移動させると、タレット１１は、カム機構（カムフォロア１５２及びカム１５３）により、揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動する。これにより、図２に示すように、タレット１１のグリップ１３に保持された工具ホルダ１４が主軸２１に接近し、主軸２１の直下の交換位置まで移動する。図２に示すように、主軸２１と工具ホルダ１４は、上下方向（Ｚ方向）においてそれぞれの中心線（不図示）がほぼ一致した状態となる。
【００３１】
そして、主軸２１及びタレット１１が図２に示す位置となった状態から、主軸ヘッド２２を下方向（Ｚ２方向）に移動させると、図７に示すように、主軸２１の内部において、工具ホルダ１４のキー溝１４４に、主軸２１の主軸キー２１２と、グリップ１３のグリップキー１３６とが、それぞれ嵌合する。これにより、工具Ｔが主軸２１に保持された状態となる。なお、主軸ヘッド２２が図２に示す位置から下方向に移動して、工具Ｔが主軸２１に保持されるまでの間においては、カムフォロア１５２がカム１５３の平坦なカム面に沿って移動するため、タレット１１の揺動による工具ホルダ１４の移動は生じない。
【００３２】
次に、主軸ヘッド２２を更に下方向（Ｚ２方向）に移動させると、タレット１１は、カム機構（カムフォロア１５２及びカム１５３）により、揺動軸１５１を中心として、（図１及び図２に示す向きにおいて）時計回りに揺動する。タレット１１が時計回りに揺動すると、グリップ１３（保持アーム１３２）の先端に設けられた保持ローラ１３３と工具ホルダ１４の保持溝１４３（図５参照）との係合が解除される。
【００３３】
これにより、図３に示すように、タレット１１は、工具Ｔを保持した工具ホルダ１４を主軸２１に残した状態で、主軸２１から離間した位置に移動する。これにより、ワークＷを加工するために、下方向（Ｚ２方向）に移動する主軸２１とタレット１１との干渉が回避される。工作機械１において、主軸２１を図３に示す加工位置まで移動させることにより、ワークＷに対して各種の加工作業を行うことができる。
【００３４】
なお、保持した工具Ｔを他の工具に交換する場合、上述とは逆の手順で主軸２１から工具Ｔを取り出す。そして、図１に示すタレット１１の回動位置において、タレット１１を回動させて、交換対象となる工具Ｔを保持するグリップ１３を、主軸２１と対向する位置に移動させる。この後は、上述した図１〜図３に示す手順に従って工具Ｔを交換する。同様の手順で工具交換装置１０を動作させることにより、工具Ｔの交換を自動的且つ連続的に行うことができる。
【００３５】
＜数値制御装置３０＞
次に、数値制御装置３０の構成について説明する。
図８は、第１実施形態における数値制御装置３０の電気的な構成を示すブロック図である。
数値制御装置３０は、工具交換装置１０及び加工装置２０を制御することにより、工作機械１に切削加工等を実行させる装置である。数値制御装置３０は、例えば、加工プログラムに基づいて、各軸に対する移動指令、各部を駆動するモータへの回転指令等を含む動作指令を作成し、この動作指令を工具交換装置１０、加工装置２０に送信する。これにより、数値制御装置３０は、各装置に設けられたモータを制御して、工作機械１による切削加工等を実行する。
【００３６】
図８に示すように、数値制御装置３０は、プロセッサ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＳＲＡＭ３０４、ＰＭＣ３０５、Ｉ／Ｏユニット３０６、表示部３０７、表示制御部３０８、操作入力部３０９、入力制御部３１０、軸制御部３１１、サーボアンプ３１２、スピンドル制御部３１５、スピンドルアンプ３１６を備え、これら各部が直接的又は間接的にバス３１９を介して相互に電気的に接続されている。また、数値制御装置３０には、サーボモータ３１３、位置・速度検出器３１４、主軸モータ３１７、ポジションコーダ３１８及び加速度センサ３２０が電気的に接続されている。
【００３７】
プロセッサ（ＣＰＵ）３０１は、ＲＯＭ３０２に保存されたシステムプログラムを読み出し、そのシステムプログラムに従って数値制御装置３０の全体を制御する。また、プロセッサ３０１は、工具交換又は工具交換以外の動作時において、ＲＯＭ３０２に保存された速度制御処理プログラムを読み出し、主軸ヘッド２２の移動が指示された場合、後述する第１及び第２速度制御処理を実行する。なお、プロセッサ３０１による速度制御処理は、ＰＭＣ３０５（後述）において一部又はすべてを実行してもよい。
【００３８】
ＲＡＭ３０３には、プロセッサ３０１により使用される計算データ、表示データ、オペレータにより入力された各種データが一時的に保存される。本実施形態において、ＲＡＭ３０３には、後述する工具Ｔ１〜Ｔ６の各位置における慣性力ＦＩの算出値（慣性力データ）、第１閾値ＦＩｔｈ、第２閾値ＶＩｈｔ等が保存される。
ＳＲＡＭ３０４は、数値制御装置３０の電源がオフしても記憶内容が保持される不揮発性メモリとして構成される。
【００３９】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）３０５は、数値制御装置３０に内蔵されたシーケンスプログラムで定められた順序、加工条件等に従って工具交換装置１０及び加工装置２０を制御する。ＰＭＣ３０５は、シーケンスプログラムにより変換された各種信号を、Ｉ／Ｏユニット３０６を介して外部の工具交換装置１０及び加工装置２０に出力する。また、ＰＭＣ３０５は、オペレータが操作入力部３０９から入力した信号を取得し、所定の信号処理を施した後、プロセッサ３０１へ受け渡す。
【００４０】
表示部３０７は、各種データ、設定内容、オペレーションの状態等を表示可能なディスプレイ装置である。表示制御部３０８は、表示部３０７の表示内容を制御する。操作入力部３０９は、オペレータが各種の設定データ、数値データ、動作指示等を入力可能な装置である。操作入力部３０９は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等（不図示）により構成される。入力制御部３１０は、操作入力部３０９から入力されたデータ、指示等を取得して、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３等に保存する。
【００４１】
軸制御部３１１は、主軸ヘッド２２の上下方向（Ｚ方向）の移動を制御する。軸制御部３１１は、プロセッサ３０１から指示された移動量、移動速度に基づいて、サーボアンプ３１２にトルク指令値を出力する。サーボアンプ３１２は、軸制御部３１１から出力されたトルク指令値に従って、サーボモータ（Ｚ軸モータ）３１３に駆動電流を供給する。位置・速度検出器３１４は、サーボモータ３１３の位置、速度を検出して、軸制御部３１１に位置・速度フィードバック信号を出力する。軸制御部３１１は、位置・速度検出器３１４から出力された位置・速度フィードバック信号に基づいて、サーボモータ３１３の位置、速度のフィードバック制御を行う。
【００４２】
スピンドル制御部３１５は、主軸２１の回転を制御する。スピンドル制御部３１５は、プロセッサ３０１からの主軸回転指令を受けて、スピンドルアンプ３１６にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ３１６は、スピンドル速度信号に指令された回転速度で主軸モータ３１７を駆動する。ポジションコーダ３１８は、主軸モータ３１７の回転に同期した帰還パルスをスピンドル制御部３１５に出力する。スピンドル制御部３１５は、ポジションコーダ３１８から出力された帰還パルスに基づいて、主軸モータ３１７の速度のフィードバック制御を行う。
【００４３】
加速度センサ３２０は、タレット１１に作用する振動の大きさを加速度として検出するセンサである。加速度センサ３２０で検出された加速度の検出値は、プロセッサ３０１に送信される。本実施形態において、加速度センサ３２０は、主軸ヘッド２２に設けられている（図１参照）。なお、加速度センサ３２０は、タレット１１に作用する振動の大きさを検出できれば、どの位置に設けられていてもよい。例えば、加速度センサ３２０は、タレット１１に設けられていてもよい。
図８では、主軸ヘッド２２を上下方向に移動させるモータ及びその制御系と、主軸２１を回転させるモータ及びその制御系を図示している。図８では、ワークテーブル６０を駆動するＸ軸モータ、Ｙ軸モータのほか、タレット駆動部１２及びそれら制御系の図示を省略している。
【００４４】
次に、数値制御装置３０のプロセッサ３０１（図８参照）により実行される第１及び第２速度制御処理について説明する。
図９は、タレット１１の外周に配置された工具Ｔ１〜Ｔ６と揺動軸Ｃ３との位置関係を示す模式図である。図９では、グリップ１３、工具ホルダ１４等の図示を省略している。図９では、図１に示すタレット１１の揺動軸１５１の中心線を「揺動軸Ｃ３」として示している。図９の説明においては、工具Ｔ１〜Ｔ６を総称して「工具Ｔ」又は単に「工具」ともいう。
【００４５】
＜第１速度制御処理＞
第１速度制御処理では、工具交換及び工具交換以外の動作時において、タレット１１が主軸２１に対して接近又は離間する際の工具に作用する力の大きさを慣性力（工具作用値）ＦＩとして算出し、この慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。例えば、慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈの８０％程度となるように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。第１閾値ＦＩｔｈは、グリップ１３の保持力に基づいて設定された値である。主軸ヘッド２２の移動速度として、慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように設定することにより、タレット１１の揺動時等において、工具がグリップ１３から外れることを抑制できる。
【００４６】
図９において、工具Ｔ１に作用する慣性力ＦＩは、工具Ｔ１の揺動軸Ｃ３回りに作用する加速度（角加速度）に基づいて算出される。工具Ｔ１の質量ｍ１及び距離ｈ１は、予め計測することにより取得される。工具Ｔ１の質量ｍ１及び距離ｈ１は、例えば、操作入力部３０９（図８参照）を介して数値制御装置３０へ入力される。なお、工具Ｔ１において、距離ｈ１は、工具Ｔ１の重心の位置から揺動軸Ｃ３までの距離である（他の工具Ｔ２〜Ｔ６についても同様）。
【００４７】
タレット１１の揺動軸Ｃ３に対する工具Ｔ１〜Ｔ６の位置は、タレット１１が回動することにより変化する。図９では、一例として、工具Ｔ１が揺動軸Ｃ３より上側（Ｚ１側）で且つ左側（Ｘ２側）に位置しているときの距離ｈ１を示している。工具Ｔ１がその他の位置にある場合についても、それぞれの位置において、揺動軸Ｃ３からの距離ｈ１を計測する。他の工具Ｔ２〜Ｔ６についても同様に質量ｍ（ｋｇ）及び各位置における揺動軸Ｃ３からの距離ｈ（ｍ）を算出する。
【００４８】
工具Ｔ１に作用する加速度は、ｈ１×ω２により算出される。ここで、ωは、工具の揺動軸Ｃ３回りの揺動角加速度である。工具の揺動角加速度ωと、主軸ヘッド２２のＺ方向の位置ｚとは、一対一の関係となるため、工具が配置される各位置において、ω＝ｄｆ（ｚ）／ｄｔの関数式を求めておく。これにより、図９に示す工具Ｔ１の位置において、タレット１１が揺動したときに工具Ｔ１に作用する慣性力ＦＩ（Ｎ）は、ＦＩ＝ｍ１×ｈ１×ω２の式により算出できる。
【００４９】
工具Ｔ１がその他の位置にある場合についても、それぞれの位置において、タレット１１が揺動したときに工具Ｔ１に作用する慣性力ＦＩを算出する。また、他の工具Ｔ２〜Ｔ６についても、それぞれの位置において、タレット１１が揺動したときに工具Ｔ１に作用する慣性力ＦＩを算出する。工具Ｔ１〜Ｔ６の各位置における慣性力ＦＩの算出値は、慣性力データとしてＲＡＭ３０３に保存される。なお、タレット１１の外周上のどの位置にどの工具が保持されるかは、予め設定されており、その位置情報もＲＡＭ３０３に保存される。そのため、プロセッサ３０１は、タレット１１がどの方向にどのように回動しても、タレット１１のどの位置にどの工具が保持されているかを特定できる。
【００５０】
タレット１１は、図１に示すように、揺動軸１５１（Ｃ３）を中心として時計回り又は反時計回りに揺動する。タレット１１は、主軸ヘッド２２が上方向（Ｚ１方向）へ移動すると、図２に示すように、揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動する。また、タレット１１は、主軸ヘッド２２が下方向（Ｚ２方向）へ移動すると、図３に示すように、揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動する。タレット１１は、工具交換時のほか、工具交換以外の加工作業時において、上記のように、揺動軸１５１を中心として時計回り又は反時計回りに揺動する。
【００５１】
タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも上側（Ｚ１側）に位置する工具（例えば、図９に示す工具Ｔ１〜Ｔ３）には、グリップ１３のＹ１方向に慣性力が作用する。Ｙ１方向は、工具がアーム本体１３１（図６参照）の内側に押し付けられる方向であるため、タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも上側に位置する工具は、グリップ１３から外れにくい状態となる。
【００５２】
また、タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも下側（Ｚ２側）に位置する工具（例えば、図９に示す工具Ｔ４〜Ｔ６）には、グリップ１３のＹ２方向に慣性力が作用する。Ｙ２方向は、工具がアーム本体１３１から外側に引き出される方向であるため、タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも下側に位置する工具は、グリップ１３から外れやすい状態となる。
【００５３】
一方、タレット１１が揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも上側（Ｚ１側）に位置する工具には、グリップ１３のＹ２方向に慣性力が作用するため、これらの工具は、グリップ１３から外れやすい状態となる。また、タレット１１が揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動した場合、揺動軸１５１よりも下側（Ｚ２側）に位置する工具には、グリップ１３のＹ１方向に慣性力が作用するため、これらの工具は、グリップ１３から外れにくい状態となる。
【００５４】
このように、タレット１１の外周に配置された工具Ｔ１〜Ｔ６は、タレット１１上での位置及びタレット１１の揺動方向により、グリップ１３から外れにくい状態となったり、グリップ１３から外れやすい状態となったりする。本実施形態の第１速度制御処理では、タレット１１の揺動方向に応じて、グリップ１３から外れやすい位置にある工具を特定し、これら工具の慣性力ＦＩの中で、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。
【００５５】
例えば、タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動する場合、図９に示す工具の配置では、工具Ｔ４〜Ｔ６がグリップ１３から外れやすい状態となる。そのため、第１速度制御処理では、工具Ｔ４〜Ｔ６を、グリップ１３から外れやすい位置にある工具として特定し、これら工具Ｔ４〜Ｔ６の慣性力ＦＩの中で、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。
【００５６】
また、タレット１１が揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動する場合、図９に示す工具の配置では、工具Ｔ１〜Ｔ３がグリップ１３から外れやすい状態となる。そのため、第１速度制御処理では、工具Ｔ１〜Ｔ３を、グリップ１３から外れやすい位置にある工具として特定し、これら工具Ｔ１〜Ｔ３の慣性力ＦＩの中で、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。
【００５７】
＜第２速度制御処理＞
第２速度制御処理では、タレット１１が主軸２１に対して接近又は離間する際の工具に作用する振動の大きさを加速度ＶＩ（ｍ／ｓ２）として検出し、この加速度ＶＩが予め設定された第２閾値ＶＩｔｈを超える場合、第１閾値ＦＩｔｈ（第１速度制御処理）に基づいて設定された主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。本実施形態では、主軸ヘッド２２に設けられた加速度センサ３２０（図８参照）により、工具に作用する振動を加速度ＶＩとして検出する。また、移動速度の変更は、予め設定された速度分だけ低速側にシフトしてもよいし、検出された加速度ＶＩの大きさに応じて、低速側にシフトする速度分を設定してもよい。
【００５８】
タレット１１が揺動する動作は、工具交換時のほか、工作機械１が早送り、切削送り等の工具交換以外の加工作業を行う場合にも発生する。タレット１１が揺動する際、カム１５３が設けられた主軸ヘッド２２の移動速度によっては、タレット１１が揺動したときにカムフォロア１５２がカム１５３から浮き上がり、再接触したときに衝撃が発生する。そして、この衝撃により、タレット１１に保持された工具がグリップ１３から落下する可能性がある。
【００５９】
そのため、第２速度制御処理では、工具交換時及び工具交換時以外において、主軸ヘッド２２に衝撃が発生した場合には、第１速度制御処理で設定された主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更することにより、タレット１１に保持された工具のグリップ１３からの落下を抑制するようにしている。主軸ヘッド２２は、第１速度制御処理で設定された移動速度により動作するが、主軸ヘッド２２に衝撃が発生した場合、第１速度制御処理で設定された移動速度は、第２速度制御処理によりリアルタイムで低速側に変更される。
【００６０】
次に、第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理について説明する。
図１０は、第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第１のフローチャートである。図１０に示す第１及び第２速度制御処理は、プロセッサ３０１（図８参照）がシステムプログラムに基づいて、ＲＯＭ３０２に保存された速度制御処理プログラムを解析することにより実行される（後述する図１１及び図１２についても同様）。第１のフローチャートは、図１及び図２に示すように、タレット１１に保持された工具を、工具の保持されていない主軸２１へ保持するまでの間の速度制御処理を示している。
【００６１】
図１０に示すステップＳ１０１において、プロセッサ３０１は、交換すべき工具を保持する工具ホルダ１４を特定し、交換位置まで移動させるようにタレット１１を回動させる。ここでは、図１に示すように、タレット１１を回動させて、交換すべき工具Ｔを主軸２１と対向する位置まで移動させる。
【００６２】
ステップＳ１０２において、プロセッサ３０１は、タレット１１が揺動したときに、グリップ１３から外れやすい位置にある工具を特定する。工具を主軸２１に取り付ける場合において、タレット１１は、揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動する。そのため、揺動軸１５１よりも下側（Ｚ２側）に位置する工具が外れやすい状態となる。ここでは、図９に示すタレット１１において、工具Ｔ４〜Ｔ６がグリップ１３から外れやすい位置にある工具として特定されたものとする。
【００６３】
ステップＳ１０３において、プロセッサ３０１は、特定された工具Ｔ４〜Ｔ６のそれぞれの慣性力データをＲＡＭ３０３（図８参照）から取得する。そして、工具Ｔ４〜Ｔ６において、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。なお、最も大きな慣性力ＦＩを持つ工具は、交換すべき工具となる場合もあれば、交換対象でない工具となる場合もある。
【００６４】
ステップＳ１０４において、プロセッサ３０１は、ステップＳ１０３で設定した移動速度で主軸ヘッド２２が上方向（Ｚ１方向）へ移動するように軸制御部３１１に指示する。主軸ヘッド２２が上方向へ移動すると、タレット１１が揺動軸１５１を中心として反時計回りに揺動する。この後、主軸ヘッド２２が停止位置に達すると、図２に示すように、交換すべき工具Ｔが主軸２１の直下の位置まで移動する。
【００６５】
ステップＳ１０５において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２に設けられた加速度センサ３２０（図８参照）により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたか否かを判定する。ここでは、ステップＳ１０４で主軸ヘッド２２の移動を開始してから、主軸ヘッド２２が停止位置に達するまでの間、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたか否かを判定する。ステップＳ１０５において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたと判定された場合、処理は、ステップＳ１０６へ移行する。一方、ステップＳ１０５において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されていないと判定された場合、処理は、ステップＳ１０８へ移行する。
【００６６】
ステップＳ１０６（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えるか否かを判定する。ステップＳ１０６において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えると判定された場合、処理は、ステップＳ１０７へ移行する。一方、ステップＳ１０６において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えないと判定された場合、処理は、ステップＳ１０５へ移行する。
【００６７】
ステップＳ１０７（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。
ステップＳ１０８（ステップＳ１０５：ＮＯ／ステップＳ１０７：終了）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２が停止位置に達したか否かを判定する。ステップＳ１０８において、プロセッサ３０１により、主軸ヘッド２２が停止位置に達したと判定された場合、本フローチャートの処理は、終了する。一方、ステップＳ１０８において、プロセッサ３０１により、主軸ヘッド２２が停止位置に達していないと判定された場合、処理は、ステップＳ１０５へ移行する。
なお、ステップＳ１０８の後、主軸ヘッド２２を更に下方向（Ｚ２方向）に移動させることにより、工具が主軸２１に保持される。
【００６８】
図１１は、第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第２のフローチャートである。第２のフローチャートは、工具が主軸２１へ保持された後、タレット１１を主軸２１と干渉しない位置に移動させるまでの間の速度制御処理を示している。なお、第２のフローチャートに示す処理は、第１のフローチャート（図１０）に示す処理の一部と重複するため、適宜に簡略化して説明する。
【００６９】
図１１のステップＳ２０１において、プロセッサ３０１は、タレット１１が揺動したときに、グリップ１３から外れやすい位置にある工具を特定する。タレット１１を主軸２１と干渉しない位置に移動させる場合において、タレット１１は、揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動する。そのため、揺動軸１５１よりも上側（Ｚ１側）に位置する工具が外れやすい状態となる。ここでは、図９に示すタレット１１において、工具Ｔ１〜Ｔ３がグリップ１３から外れやすい位置にある工具として特定されたものとする。
【００７０】
ステップＳ２０２において、プロセッサ３０１は、特定された工具Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの慣性力データをＲＡＭ３０３（図８参照）から取得する。そして、工具Ｔ１〜Ｔ３において、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。
ステップＳ２０３において、プロセッサ３０１は、ステップＳ２０２で設定した移動速度で主軸ヘッド２２が下方向（Ｚ２方向）へ移動するように軸制御部３１１に指示する。主軸ヘッド２２が下方向へ移動すると、タレット１１が揺動軸１５１を中心として時計回りに揺動する。
【００７１】
ステップＳ２０４において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２に設けられた加速度センサ３２０（図８参照）により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたか否かを判定する。ステップＳ２０４において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたと判定された場合、処理は、ステップＳ２０５へ移行する。一方、ステップＳ２０４において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されていないと判定された場合、処理は、ステップＳ２０７へ移行する。
【００７２】
ステップＳ２０５（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えるか否かを判定する。ステップＳ２０５において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えると判定された場合、処理は、ステップＳ２０６へ移行する。一方、ステップＳ２０５において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えないと判定された場合、処理は、ステップＳ２０４へ移行する。
【００７３】
ステップＳ２０６（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。
ステップＳ２０７（ステップＳ２０４：ＮＯ／ステップＳ２０６：終了）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２が停止位置に達したか否かを判定する。ステップＳ２０７において、プロセッサ３０１により、主軸ヘッド２２が停止位置に達したと判定された場合、本フローチャートの処理は、終了する。一方、ステップＳ２０７において、プロセッサ３０１により、主軸ヘッド２２が停止位置に達していないと判定された場合、処理は、ステップＳ２０４へ移行する。
【００７４】
図１２は、第１実施形態の数値制御装置３０により実行される第１及び第２速度制御処理の手順を示す第３のフローチャートである。第３のフローチャートは、図３に示すように、主軸２１を加工位置まで移動させた状態で、主軸２１の早送り、切削送り等の工具交換以外の加工作業を行っている間の速度制御処理を示している。なお、第３のフローチャートに示す処理は、第２のフローチャート（図１１）に示す処理の一部と重複するため、適宜に簡略化して説明する。また、主軸２１に保持された工具による加工作業は、加工プログラムに基づいて実行される。
【００７５】
図１２のステップＳ３０１において、プロセッサ３０１は、タレット１１が揺動したときに、グリップ１３から外れやすい位置にある工具を特定する。工具交換以外の加工作業において、タレット１１は、揺動軸１５１を中心として時計回り又は反時計回りに揺動する。すなわち、加工作業中は、揺動軸１５１よりも上側（Ｚ１側）に位置する工具が外れやすい状態となることもあれば、揺動軸１５１よりも下側（Ｚ２側）に位置する工具が外れやすい状態となることもある。ここでは、ワークＷに対する１つの加工作業において、工具Ｔ１〜Ｔ３がグリップ１３から外れやすい位置にある工具として特定されたものとする。
【００７６】
ステップＳ３０２において、プロセッサ３０１は、特定された工具Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの慣性力データをＲＡＭ３０３（図８参照）から取得する。そして、工具Ｔ１〜Ｔ３において、最も大きな慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する。
ステップＳ３０３において、プロセッサ３０１は、ステップＳ３０２で設定した移動速度で主軸ヘッド２２が下方向（Ｚ２方向）へ移動するように軸制御部３１１に指示する。
【００７７】
ステップＳ３０４において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２に設けられた加速度センサ３２０（図８参照）により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたか否かを判定する。ステップＳ３０４において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されたと判定された場合、処理は、ステップＳ３０５へ移行する。一方、ステップＳ３０４において、プロセッサ３０１により、工具に作用する加速度ＶＩが検出されていないと判定された場合、処理は、ステップＳ３０７へ移行する。
【００７８】
ステップＳ３０５（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えるか否かを判定する。ステップＳ３０５において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えると判定された場合、処理は、ステップＳ３０６へ移行する。一方、ステップＳ３０５において、プロセッサ３０１により、検出された加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超えないと判定された場合、処理は、ステップＳ３０４へ移行する。
【００７９】
ステップＳ３０６（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。
ステップＳ３０７において、プロセッサ３０１は、加工作業が終了したか否かを判定する。加工作業の終了は、加工プログラムにより通知される。ステップＳ３０７において、プロセッサ３０１により、加工作業が終了したと判定された場合、本フローチャートの処理は、終了する。一方、ステップＳ３０７において、プロセッサ３０１により、加工作業が終了していないと判定された場合、処理は、ステップＳ３０４へ移行する。
【００８０】
上述した第１実施形態の工作機械１において、数値制御装置３０は、タレット１１を揺動させて工具交換を行う際に、工具に作用する慣性力ＦＩが第１閾値ＦＩｔｈを超えないように主軸ヘッド２２の移動速度を設定する第１速度制御処理を実行する。そのため、第１実施形態の工作機械１においては、工具交換時における工具の落下を抑制できると共に、主軸ヘッド２２を常に同じ移動速度で動作させる場合に比べて、ワークＷに対する加工作業のサイクルタイムをより短縮できる。
【００８１】
また、工作機械１の数値制御装置３０は、タレット１１が主軸２１に対して接近又は離間する際の工具の加速度ＶＩが第２閾値ＶＩｔｈを超える場合に、主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する第２速度制御処理を実行する。そのため、第１実施形態の工作機械１においては、工具交換時において、カム機構の動作状態によって衝撃が発生した場合でも、この衝撃による工具の落下を抑制できる。
【００８２】
更に、第１実施形態の工作機械１において、数値制御装置３０は、工具交換以外の加工作業を行う場合においても、第１及び第２速度制御処理を実行する。
したがって、第１実施形態の工作機械１によれば、工具交換時における工具の落下をより確実に抑制できるだけでなく、工具交換以外の加工作業時においても、工具の落下をより確実に抑制できる。
【００８３】
［第２実施形態］
第２実施形態の工作機械１Ａは、第１加速度センサ３２１及び第２加速度センサ３２２を備える点で、第１実施形態と相違する。第２実施形態の工作機械１Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１３は、第２実施形態における工作機械１Ａの構成を示す概念図である。図１４は、第２実施形態における数値制御装置３０Ａの電気的な構成を示すブロック図である。
【００８４】
図１３に示すように、第２実施形態の工作機械１Ａは、第１加速度センサ３２１及び第２加速度センサ３２２を備える。
第１加速度センサ３２１は、タレット１１の揺動時に工具Ｔに作用する加速度を検出するセンサである。第１実施形態では、工具Ｔに作用する加速度を計算式（ｈ１×ω２）により算出した例を説明した。一方、第２実施形態では、第１加速度センサ３２１により工具Ｔの加速度を検出しており、両実施形態はこの点で異なる。第２実施形態において、第１加速度センサ３２１は、タレット１１に設けられている。なお、タレット１１において、第１加速度センサ３２１を設ける位置に応じて、第１加速度センサ３２１の検出値を適宜に補正してもよい。
【００８５】
第２加速度センサ３２２は、タレット揺動部１５に作用する振動の大きさを加速度として検出するセンサである。第２加速度センサ３２２は、第１実施形態の加速度センサ３２０（図１参照）と同じく主軸ヘッド２２に設けられている。
図１４に示すように、第１加速度センサ３２１及び第２加速度センサ３２２は、数値制御装置３０Ａと電気的に接続されている。第１加速度センサ３２１及び第２加速度センサ３２２で検出された加速度ＶＩ（ｍ／ｓ２）は、数値制御装置３０Ａのプロセッサ３０１に送信される。
【００８６】
第２実施形態の第１速度制御処理において、工具Ｔの質量ｍ１及び距離ｈ１は、第１実施形態と同様に、予め計測することにより取得される。また、工具Ｔの揺動軸Ｃ３回りの慣性力は工具Ｔの質量ｍ１（ｋｇ）×揺動軸Ｃ３からの距離ｈ１（ｍ）×揺動軸Ｃ３回りの揺動角加速度の二乗ω２により算出される。一方、第２実施形態では、工具Ｔに作用する加速度として、第１加速度センサ３２１で検出された加速度ＶＩが用いられる。そのため、タレット１１が揺動したときに工具Ｔに作用する慣性力ＦＩ（Ｎ）は、ＦＩ＝ｍ１×加速度ＶＩ（検出値）の式により算出される。第２実施形態においても、工具Ｔ１〜Ｔ６の各位置における慣性力ＦＩの算出値（慣性力データ）は、ＲＡＭ３０３に保存される。
第２実施形態の第１及び第２速度制御処理は、第１実施形態と実質的に同じであるため、フローチャートによる説明を省略する。
【００８７】
上述した第２実施形態の工作機械１Ａによれば、工具に作用する加速度ＶＩとして、第１加速度センサ３２１の検出値を用いるため、タレット１１が揺動したときに工具に作用する慣性力ＦＩ（Ｎ）を、より正確に算出できる。
第２実施形態の工作機械１Ａにおいて、第１加速度センサ３２１をタレット１１の複数個所に設けた構成としてもよい。このような構成とすることにより、各工具に作用する加速度ＶＩを、より高精度に検出できる。
第２実施形態の工作機械１Ａにおいて、振動によりタレット揺動部１５に作用する加速度ＶＩを、第１加速度センサ３２１で検出するようにしてもよい。このような構成とすることにより、第２加速度センサ３２２を省略できる。
【００８８】
［第３実施形態］
第３実施形態の工作機械１Ｂは、グリップ１３（タレット１１）に歪センサ３２３を備える点で、第１実施形態と相違する。第３実施形態の工作機械１Ｂにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、工作機械１Ｂの全体の図示を省略する。また、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１５は、第３実施形態におけるグリップ１３の平面図である。図１６は、第３実施形態における数値制御装置３０Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。
【００８９】
図１５に示すように、第３実施形態のグリップ１３は、一対の保持アーム１３２のそれぞれに歪センサ（保持力検出部）３２３を備える。歪センサ３２３は、グリップ１３の保持力（工具保持力）を検出するセンサである。歪センサ３２３としては、例えば、金属箔型の歪センサを用いることができる。なお、本実施形態では、保持アーム１３２に２つの歪センサ３２３を設けた例を示すが、歪センサの個数は、２つに限らず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、歪センサ３２３を設ける位置は、保持アーム１３２に限らず、その周辺部材であってもよい。
【００９０】
歪センサ３２３は、グリップ１３に工具ホルダ１４が保持されている状態において、保持アーム１３２に生じる電気抵抗の変化量をひずみ量Ｓとして検出し、そのひずみ量Ｓを電気信号に変換して出力する。図１６に示すように、２つの歪センサ３２３は、数値制御装置３０Ｂと電気的に接続されている。２つの歪センサ３２３で検出されたひずみ量Ｓは、数値制御装置３０Ｂのプロセッサ３０１に送信される。
【００９１】
前述したように、一対の保持アーム１３２は、弾性部材（不図示）により互いに接近する方向（内側）に向けて付勢されている。この弾性部材が保持アーム１３２を付勢する力（グリップ１３の保持力）は、経時により低下する。そのため、第１速度制御処理において、主軸ヘッド２２の移動速度が適切に設定されたとしても、グリップ１３の保持力が低下している場合には、タレット１１の揺動時に工具がグリップ１３から外れてしまうことが考えられる。
【００９２】
そこで、数値制御装置３０Ｂにより実行される第３速度制御処理では、工具交換時等において検出したひずみ量Ｓが予め設定された第３閾値Ｓｔｈに満たない場合、第１速度制御処理により設定された主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。移動速度の変更は、予め設定された速度分だけ低速側にシフトしてもよいし、ひずみ量Ｓの大きさに応じて、低速側にシフトする速度分を設定してもよい。また、第３速度制御処理は、第２速度制御処理と並列的に実行してもよいし、第２速度制御処理の代わりに実行してもよい。
【００９３】
次に、第３実施形態の数値制御装置３０Ｂにより実行される第３速度制御処理について説明する。
図１７は、第３実施形態の数値制御装置３０Ｂにより実行される第３速度制御処理の手順を示すフローチャートである。図１７に示す第３速度制御処理は、プロセッサ３０１（図８参照）がシステムプログラムに基づいて、ＲＯＭ３０２に保存された速度制御処理プログラムを解析することにより実行される。また、第３速度制御処理は、グリップ１３に工具が保持されているタイミングで実行される。例えば、第３速度制御処理は、図１０（第１実施形態）に示すステップＳ１０４において、主軸ヘッド２２が停止位置に達した時点で実行される。
【００９４】
図１７のステップＳ４０１において、プロセッサ３０１は、歪センサ３２３からひずみ量Ｓを取得する。
ステップＳ４０２において、プロセッサ３０１は、検出されたひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈに満たないか否かを判定する。なお、ステップＳ４０２において、プロセッサ３０１は、２つのひずみ量Ｓのそれぞれについて、第３閾値Ｓｔｈに満たないか否かを判定する。そして、いずれか一方の歪センサ３２３で検出されたひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈに満たなければ、ステップＳ４０２において、プロセッサ３０１は、ひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈに満たないと判定する。
【００９５】
ステップＳ４０２において、プロセッサ３０１により、ひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈに満たないと判定された場合、処理は、ステップＳ４０３へ移行する。一方、プロセッサ３０１により、ひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈ以上であると判定された場合、本フローチャートの処理は終了する。
ステップＳ４０３（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）において、プロセッサ３０１は、主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する。ステップＳ４０３の後、本フローチャートの処理は終了する。
【００９６】
上述した第３実施形態の工作機械１Ｂにおいて、数値制御装置３０Ｂは、グリップ１３に設けられた歪センサ３２３で検出したひずみ量Ｓが第３閾値Ｓｔｈに満たない場合、第１速度制御処理により設定された主軸ヘッド２２の移動速度を低速側に変更する第３速度制御処理を実行する。そのため、第３実施形態の工作機械１Ｂにおいては、グリップ１３の保持力が低下した場合でも、タレット１１の揺動時に工具がグリップ１３から外れてしまうことを抑制できる。
【００９７】
第３実施形態の工作機械１Ｂにおいて、数値制御装置３０Ｂによる第３速度制御処理は、グリップ１３に工具が保持されていれば、上記以外のタイミングで実行してもよい。また、第３実施形態の工作機械１Ｂにおいて、グリップ１３の工具保持力（工具ホルダ１４を保持する力）を検出するセンサとしては、金属箔型の歪センサに限らず、例えば、静電容量式の力センサであってもよい。
【００９８】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本開示の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本開示から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【００９９】
（変形形態）
第１速度制御処理として、工具Ｔ１〜Ｔ６の各位置における慣性力ＦＩの算出値（慣性力データ）をＲＡＭ３０３に保存しておき、タレット１１を揺動する際に、慣性力データをＲＡＭ３０３から取得する例について説明したが、これに限定されない。タレット１１を揺動する際に、グリップ１３から外れやすい工具を特定した後、慣性力データをリアルタイムで算出してもよい。また、第１速度制御処理において、主軸ヘッド２２の移動速度を設定する場合、移動速度を複数のパターン（例えば、速い、遅い、中間等）で保存しておき、工具の慣性力ＦＩに応じて適切な移動速度を選択するようにしてもよい。
【０１００】
複数の工作機械１を、ＬＡＮ等の通信ネットワークで接続し、そのうちの１つの工作機械１の数値制御装置３０により、他の工作機械１の第１及び第２速度制御処理に関する演算処理を行うようにしてもよい。また、第１及び第２速度制御処理に関する演算処理を、工作機械１とは別に設置された専用の計算幾により行うようにしてもよい。このような構成とすることにより、１又は複数の数値制御装置３０の処理負担を軽減できる。
【０１０１】
実施形態では、工具を保持するグリップ１３を主軸２１に対して接近又は離間させるグリップ移動部として、グリップ１３を保持したタレット１１を主軸２１に対して揺動させるタレット揺動部１５を例として説明したが、これに限定されない。グリップ移動部は、例えば、タレット１１の位置が固定され、グリップ１３自体を主軸２１に対して揺動させる機構であってもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１Ａ，１Ｂ：工作機械（産業機械）、１０：工具交換装置、１１：タレット、１２：タレット駆動部、１３：グリップ、１４：工具ホルダ、１５：タレット揺動部、２０：加工装置、２１：主軸、２２：主軸ヘッド、２５：主軸ヘッド昇降部、３０，３０Ａ，３０Ｂ：数値制御装置、１５２：カムフォロア、１５３：カム、３０１：プロセッサ、３０２：ＲＯＭ、３０３：ＲＡＭ、３２０：加速度センサ、３２１：第１加速度センサ、３２２：第２加速度センサ、３２３：歪センサ
【図１】
2020194407.tif 000003
【図２】
2020194407.tif 000004
【図３】
2020194407.tif 000005
【図４】
2020194407.tif 000006
【図５】
2020194407.tif 000007
【図６】
2020194407.tif 000008
【図７】
2020194407.tif 000009
【図８】
2020194407.tif 000010
【図９】
2020194407.tif 000011
【図１０】
2020194407.tif 000012
【図１１】
2020194407.tif 000013
【図１２】
2020194407.tif 000014
【図１３】
2020194407.tif 000015
【図１４】
2020194407.tif 000016
【図１５】
2020194407.tif 000017
【図１６】
2020194407.tif 000018
【図１７】
2020194407.tif 000019