(57)【要約】【課題】  工具交換装置を備えた工作機械において、サーボモータにより回動させる工具マガジンの実際の回動位置と、工具マガジンの割出指定位置との偏差量が過大になったとき、工具マガジンの回動を緩やかに停止させること。【解決手段】  マガジンモータ５５における実際の回動位置と移動指令量に示される回動位置との差よりマガジン軸位置偏差量を算出し、マガジン軸位置偏差量が偏差量過大エラーに関する閾値よりも大きい場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）、偏差量過大エラーによるアラームが発生したものと判定し（Ｓ４）、マガジンモータ５５の回転速度を一定速度で減速させながら停止動作を行うマガジン軸動作停止処理を開始する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具を収納する工具マガジンと、保持ブレーキを有し且つ数値制御装置からの指令により工具マガジンを回動させるサーボモータとを有し、主軸に対して工具を交換する工具交換装置を備えた工作機械において、
前記工具交換装置は、前記サーボモータの回動位置を検出する回動位置検出手段を備え、
前記数値制御装置は、前記回動位置検出手段により検出した前記サーボモータの回動位置と、数値制御装置からサーボモータに指令した指令値に示される前記サーボモータの回動位置との偏差量が所定の閾値を超えたとき、前記サーボモータを減速制御しながら前記保持ブレーキを所定時間作動させ、前記所定時間経過後、前記サーボモータを非励磁状態に作動させることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記所定の閾値は、前記偏差量のオーバーフロー値である偏差カウンタオーバーフロー値と、偏差量許容比率とに基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記数値制御装置は、前記サーボモータの回転速度がほぼ停止状態になったとき、前記保持ブレーキを作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具交換装置を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械は、複数の工具を収納する工具マガジンを有する工具交換装置を備え、主軸に装着した工具を自動で交換できるようになっている。この工具交換装置には、サーボモータと減速機とを備え、サーボモータの駆動により減速機を介して工具マガジンを回動させる構成のものが実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１の工具マガジンの制御方法及び制御装置においては、同一平面内に適宜配置した複数のスプロケットと、スプロケットに掛け回した無端環状のチェーンと、チェーンに所定間隔で連結した複数の工具保持ポットと、スプロケットを駆動するサーボモータ等を備えた工具マガジンを開示してある。
【０００４】
この工具マガジンでは、サーボモータによりスプロケットを回転駆動し、それに伴ってチェーンが回動することで、これに連結した工具保持ポットがチェーンと同方向に移動して所定の工具保持ポットを交換準備位置に割り出すようにしてある。
【０００５】
サーボモータの駆動により工具マガジンを回動させる構成の工具交換装置において、工具マガジンの回動中にサーボモータを急停止させた場合、工具マガジンに収納した工具に慣性力が作用し工具が落下する虞がある。そのため、非常停止ボタンを押下したときや停電時には、数値制御装置に設定した内部パラメータに基づき数値制御装置がサーボモータを減速させながら停止動作を行うように設定してある。
【特許文献１】特開２００２−２００５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、低温時に減速機内の潤滑グリースの粘性が上がることによりサーボモータのトルク不足が発生するなどの理由で、サーボモータの実際の回動位置と、数値制御装置からの指令値に示されるサーボモータの回動位置との偏差量が過大になる場合がある。
そのため、工具マガジンの実際の回動位置と、工具マガジンの割出指定位置との偏差量が過大になってしまう。
【０００７】
この場合、マガジン駆動回路が緊急的に停止動作を行うため、サーボモータを減速させながら停止動作を行わない。そのため、サーボモータが急停止することで工具マガジンの回動が急停止し、工具マガジンに収納した工具が落下する虞がある。このように前記偏差量が過大になった場合にも、工具マガジンの回動を急停止させないような制御を行う必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、工具交換装置を備えた工作機械において、サーボモータにより回動させる工具マガジンの実際の回動位置と、工具マガジンの割出指定位置との偏差量が過大になったとき、工具マガジンの回動を緩やかに停止させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の工作機械は、複数の工具を収納する工具マガジンと、保持ブレーキを有し且つ数値制御装置からの指令により工具マガジンを回動させるサーボモータとを有し、主軸に対して工具を交換する工具交換装置を備えた工作機械において、前記工具交換装置は、前記サーボモータの回動位置を検出する回動位置検出手段を備え、前記数値制御装置は、前記回動位置検出手段により検出した前記サーボモータの回動位置と、数値制御装置からサーボモータに指令した指令値に示される前記サーボモータの回動位置との偏差量が所定の閾値を超えたとき、前記サーボモータを減速制御しながら前記保持ブレーキを所定時間作動させ、前記所定時間経過後、前記サーボモータを非励磁状態に作動させることを特徴としている。
【００１０】
この工作機械では、低温時に減速機内の潤滑グリースの粘性が上がることによりサーボモータのトルク不足が発生する場合などに、回動位置検出手段により検出したサーボモータの回動位置と、数値制御装置からサーボモータに指令した指令値に示されるサーボモータの回動位置との偏差量が所定の閾値を超えたとき、数値制御装置がサーボモータを減速制御しながら保持ブレーキを所定時間作動させる。所定時間経過後、数値制御装置がサーボモータを非励磁状態に作動させる。これにより、サーボモータの回動を緩やかに停止させることができるので、工具マガジンが急停止しない。
【００１１】
請求項２の工作機械は、請求項１の発明において、前記所定の閾値は、前記偏差量のオーバーフロー値である偏差カウンタオーバーフロー値と、偏差量許容比率とに基づいて設定されることを特徴としている。
【００１２】
請求項３の工作機械は、請求項１又は２の発明において、前記数値制御装置は、前記サーボモータの回転速度がほぼ停止状態になったとき、前記保持ブレーキを作動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、数値制御装置は、回動位置検出手段により検出したサーボモータの回動位置と、数値制御装置からサーボモータに指令した指令値に示されるサーボモータの回動位置との偏差量が所定の閾値を超えたとき、サーボモータを減速制御しながら保持ブレーキを所定時間作動させ、所定時間経過後、サーボモータを非励磁状態に作動させるので、前記偏差量が過大になった場合にサーボモータを緩やかに停止させることで工具マガジンの回動を緩やかに停止させることができる。そのため、工具マガジンに収納した工具に大きな慣性力が作用しないので、工具が落下するのを防止することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、所定の閾値は、偏差量のオーバーフロー値である偏差カウンタオーバーフロー値と偏差量許容比率とに基づいて設定されるので、偏差カウンタオーバーフロー値よりも低い値を閾値として設定することができる。これにより、サーボモータや減速機の異常を早期に発見することができるので、工具交換時の安全性を格段に高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、数値制御装置は、サーボモータの回転速度がほぼ停止状態になったとき、保持ブレーキを作動させるので、工具マガジンに収納した工具が落下するのを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例に係る工作機械１の主軸ヘッド３と工具交換装置２の斜視図である。図１、図２に示すように、工作機械１は、制御装置３０（図３参照）からの指令に基づいて、ワークと工具とをＸＹＺ直交座標系における各軸方向へ独立に相対移動させることによって、ワークに所望の機械加工（例えば、「中ぐり」、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる。
【００１８】
鉛直上方に延びるコラム（図示略）の前面側で上下方向に延びるガイドレールには、リニアガイド（図示略）を介して主軸ヘッド３を昇降自在に支持している。主軸ヘッド３の上端にはＺ軸モータ５３を複数のボルト７で固定してある。このＺ軸モータ５３は、Ｚ軸方向（図１において上下方向）に主軸ヘッド３を昇降駆動する。この主軸ヘッド３の内部に回転可能に支持された主軸３Ａを設けてある。主軸ヘッド３の前側には、主軸３Ａの先端に工具（図示略）の工具ホルダ（図示略）を取付けて交換する工具交換装置（ＡＴＣ）２を設けてある。
【００１９】
次に、工具交換装置２について説明する。
図１、図２に示すように、工具交換装置２は、複数の工具を支持する工具マガジン１０と、マガジンモータ５５と、減速機１５等を有する。工具マガジン１０は、鍔付き円筒状のマガジンベース１１と、マガジンベース１１の外周に放射状に支持した複数のグリップアーム２０を主体に構成してある。１対のフレーム６の前端部に固定したマガジン支持台（図示略）が、マガジン軸１４に対してマガジンベース１１を回動自在に支持している。
【００２０】
図１、図２に示すように、マガジンベース１１は、マガジン軸１４が内挿される筒状のボス部１３と、ボス部１３の前端側に鍔状に設けた鍔部１２とを主体に構成してある。
マガジン軸１４の外周側に減速機１５を配設してあり、減速機１５の上側には、保持ブレーキ５５ｂ（図３参照）付きのマガジンモータ５５を配設してある。このマガジンモータ５５は、減速機１５を介して工具マガジン１０を回動させる。マガジンベース１１の外周側には、１４枚のカバー２１が所要の中心角で周方向に配列した状態となり、１４本のグリップアーム２０を覆い隠すことができる。
【００２１】
後述するマガジン軸動作停止処理時においては、マガジンモータ５５の回転速度がほぼ停止状態（５０ｒｐｍ以下）になったとき、保持ブレーキ５５ｂを作動させる。さらに、マガジンモータ５５はダイナミックブレーキ機能を有し、マガジンモータ５５の非通電時（非励磁状態）にダイナミックブレーキが作動し、マガジンモータ５５の通電時（励磁状態）にダイナミックブレーキの作動を解除するように構成してある。保持ブレーキ５５ｂは、ＣＰＵ３１がマガジン駆動回路４５にオン信号を出力すると非作動となり、オフ信号を出力すると作動する。マガジンモータ５５は、工作機械電源投入時にモータ励磁信号としてマガジン駆動回路４５にオフ信号を出力することで、通常使用時は、励磁状態となっている。非常時に、ＣＰＵ３１がマガジン駆動回路４５にオン信号を出力することで、非励磁状態となる。
【００２２】
次に、工作機械１の制御系の電気的構成について説明する。
図３に示すように、制御装置３０は、マイクロコンピュータを含んで構成してあり、入力インターフェース３４と、ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、入出力インターフェース３５とを備えている。入力インターフェース３４はキーボード３６と、主軸３ＡのＺ軸における原点（Ｚ軸原点）を検知するＺ軸原点センサ３７に接続している。入出力インターフェース３５は、夫々駆動回路４１〜４５を介してＸ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４、マガジンモータ５５に接続している。
【００２３】
Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２は、夫々、テーブル（図示略）をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるものである。Ｚ軸モータ５３は、主軸ヘッド３をＺ軸方向に昇降駆動させるものである。マガジンモータ５５は工具マガジン１０を回動させる為のものである。主軸モータ５４は、前記主軸３Ａを回転させる為のものである。これらモータ５１〜５５はサーボモータからなり、モータ５１〜５５の回動位置を検出するエンコーダ５１ａ〜５５ａを夫々備えている。尚、マガジンモータ５５が備えるエンコーダ５５ａが回動位置検出手段に相当する。
【００２４】
駆動回路４１〜４５は、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けて、この移動指令量に応じた駆動電流をモータ５１〜５５に出力する。駆動回路４１〜４５は、エンコーダ５１ａ〜５５ａから位置フィードバック信号を受けて、位置のフィードバック制御を行う。さらに、入出力インターフェース３５は、ＣＲＴ駆動回路４６を介してディスプレイ５６に接続している。
【００２５】
ＣＰＵ３１は、エンコーダ５５ａが検出したマガジンモータ５５の回動位置と、減速機１５の変速比とに基づいて工具マガジン１０の実際の回動位置（マガジン軸位置）を算出する。これと同様に、ＣＰＵ３１は、マガジン駆動回路４５に対する移動指令量に示されたマガジンモータ５５の回動位置と、減速機１５の変速比とに基づいて工具マガジン１０の回動位置（マガジン割出指定位置）を算出する。
【００２６】
ＲＯＭ３２は、工作機械１の加工プログラムを機能させるメインの制御プログラム、図４に示す偏差量過大エラー検知制御の制御プログラム、図５に示すマガジン軸動作停止処理の制御プログラム、図７に示すマガジン軸動作停止後の復旧処理の制御プログラム等を記憶している。ＲＡＭ３３は、工具マガジン１０の実際の回動位置と、工具マガジン１０の割出指定位置との偏差量のオーバーフロー値である偏差カウンタオーバーフロー値、マガジン軸位置偏差量許容比率などを記憶している。
【００２７】
尚、マガジン軸位置偏差量許容比率と偏差カウンタオーバーフロー値については、メーカー側が工作機械１の出荷前に予め設定してあり、このマガジン軸位置偏差量許容比率と偏差カウンタオーバーフロー値とに基づいて、後述する偏差量過大エラーに関する閾値を設定することができる。
【００２８】
次に、制御装置３０が実行する偏差量過大エラー検知制御について、図４、図５のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝１，２・・・）は各ステップを示す。
この偏差量過大エラー検知制御は、工具交換装置２による工具交換時に制御装置３０が実行するものである。先ず、エンコーダ５５ａからマガジン駆動回路４５に送信した回動位置検出信号、ＣＰＵ３１からマガジン駆動回路４５に送信したマガジンモータ５５の移動指令量、ＲＡＭ３３より偏差カウンタオーバーフロー値及びマガジン軸位置偏差量許容比率などの各種信号を読み込む（Ｓ１）。
【００２９】
次に、マガジン軸１４の位置偏差量を算出する（Ｓ２）。具体的には、マガジンモータ５５における実際の回動位置と移動指令量に示される回動位置との差より算出する。偏差カウンタオーバーフロー値と、マガジン軸位置偏差量許容比率／１００との乗算により偏差量過大エラーに関する閾値を算出し、マガジン軸位置偏差量が、この閾値よりも大きいか否かを判定する。閾値よりもマガジン軸位置偏差量の方が大きい場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）、偏差量過大エラーによるアラームが発生したものと判定し（Ｓ４）、Ｓ５へ移行する。但し、閾値よりもマガジン軸位置偏差量の方が小さい場合又はマガジン軸位置偏差量が閾値と同じ値の場合は（Ｓ３；Ｎｏ）、Ｓ１へ移行する。
【００３０】
Ｓ５において、制御装置３０がマガジン軸動作停止処理を実行するとＳ１０へ移行する。
図６のタイミングチャートに示すように、ＣＰＵ３１からの指令（アラーム発生信号をオン）により、マガジン駆動回路４５からマガジンモータ５５に供給する電流量を減少させて、マガジンモータ５５の回転速度を一定速度で減速させる（Ｓ１０）。マガジンモータ５５の回転速度がほぼ停止状態（５０ｒｐｍ以下）になった場合（Ｓ１１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３１からの指令（保持ブレーキ励磁信号をオン）により、マガジンモータ５５の保持ブレーキ５５ｂを作動させた後（Ｓ１２）、タイマーをスタートさせる（Ｓ１３）。
【００３１】
保持ブレーキ５５ｂを作動させてから３００ｍｓｅｃ経過したとき（Ｓ１４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３１からの指令（モータ励磁信号をオン、保持ブレーキ５５ｂ信号をオン）により、マガジンモータ５５を非通電（非励磁状態）にする。マガジン駆動回路４５は、マガジンモータ５５が非励磁状態になったことを検出して、マガジンモータ５５のダイナミックブレーキを作動させる（Ｓ１５）。その後、タイマーを停止させて（Ｓ１６）、この処理を終了する。
【００３２】
次に、偏差量過大エラー検知時においてマガジン軸停止後の復旧処理について、図７のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝２０，２１・・・）は各ステップを示す。偏差量過大エラー検知時において、マガジン軸１４を停止させた後に工作機械１の電源をオンしたときにこの処理を開始する。先ず、エンコーダ５５ａが検出したマガジンモータ５５の回動位置と減速機１５の変速比とに基づいて算出したマガジン軸１４の停止位置（マガジン軸位置）を取得する（Ｓ２０）。次に、マガジン軸位置が、マガジン割出指定位置と一致したか否かを制御装置３０が判定する。これらが一致した場合（Ｓ２１；Ｙｅｓ）、アラームが発生しなかったものと制御装置３０が判定し、この処理を終了する。
【００３３】
一方、これらが一致しなかった場合は（Ｓ２１；Ｎｏ）、アラームが発生したものと制御装置３０が判定し（Ｓ２２）、作業者が制御装置３０にて復旧操作を行った後（Ｓ２３）、この処理を終了する。
【００３４】
次に、以上説明した工作機械１の作用、効果について説明する。
この工作機械１では、低温時に減速機１５内の潤滑グリースの粘性が上がることによりマガジンモータ５５のトルク不足が発生する場合などに、マガジン軸位置偏差量が大きくなることがある。マガジン軸位置偏差量が偏差量過大エラーに関する閾値を超えたとき、制御装置３０がマガジンモータ５５を減速制御する。マガジンモータ５５の回転速度が５０ｒｐｍ以下になったとき保持ブレーキ５５ｂを作動させる。保持ブレーキ５５ｂを作動させてから３００ｍｓｅｃ経過後、制御装置３０がマガジンモータ５５を非励磁状態にしてダイナミックブレーキを作動させる。
【００３５】
このように、制御装置３０は、マガジンモータ５５における実際の回動位置と移動指令量に示される回動位置との差と、減速機１５の変速比とに基づいて算出したマガジン軸位置偏差量が所定の閾値を超えたとき、マガジンモータ５５を減速制御しながら停止動作を行うので、前記偏差量が過大になった場合にマガジンモータ５５を緩やかに停止させることで工具マガジン１０の回動を緩やかに停止させることができる。そのため、工具マガジン１０に収納した工具に大きな慣性力が作用しないので、工具が落下するのを防止することができる。
【００３６】
しかも、制御装置３０は、マガジンモータ５５の回転速度がほぼ停止状態（５０ｒｐｍ以下）になったとき、保持ブレーキ５５ｂを作動させるので、工具マガジン１０に収納した工具が落下するのを確実に防止することができる。
【００３７】
前記閾値は、マガジン軸位置偏差量のオーバーフロー値である偏差カウンタオーバーフロー値とマガジン軸位置偏差量許容比率とに基づいて設定されるので、偏差カウンタオーバーフロー値よりも低い値を閾値として設定することができる。これにより、マガジンモータ５５や減速機１５の異常を早期に発見することができるので、工具交換時の安全性を格段に高めることができる。
【００３８】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］マガジン軸位置偏差量許容比率については、作業者がキーボード３６を介して入力できるようにしてもよい。この場合、このマガジン軸位置偏差量許容比率と偏差カウンタオーバーフロー値とに基づいて、偏差量過大エラーに関する閾値を作業者が自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例に係る工作機械の主軸ヘッドと工具交換装置の斜視図である。
【図２】工具交換装置のみ断面にし且つ右側のフレームを取り外した状態の工作機械の主軸ヘッドと工具交換装置の側面図である。
【図３】工作機械の制御系を示すブロック図である。
【図４】偏差量過大エラー検知制御プログラムのフローチャートである。
【図５】マガジン軸動作停止処理の制御プログラムのフローチャートである。
【図６】偏差量過大エラー検知時のマガジン軸動作停止処理のタイミングチャートである。
【図７】偏差量過大エラー検知時においてマガジン軸動作停止後の復旧処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１        工作機械
２        工具交換装置
３Ａ      主軸
１０      工具マガジン
３０      制御装置
５５      マガジンモータ
５５ａ    エンコーダ
５５ｂ    保持ブレーキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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