(57)【要約】【課題】工具長及び工具長グループを書き込む、また、加工工程に応じたワークの被加工面の３次元形状における数値の設定が必要なく、工具交換の際における工具とワークとの干渉を防止する工具交換制御システムを提供する。【解決手段】本発明は、交換する工具とＡＴＣシャッター及びワークとの干渉を避け、工具を交換するシステムであり、工具長を多段階に分割した工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応して記憶された工具長範囲テーブルと、被交換工具とこの被交換工具と交換する交換工具と工具長を比較し、長い方の工具長により工具長範囲テーブルを参照し、長い方の工具長が工具長範囲のいずれに含まれるかを判定して、工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出部と、工具長識別情報に対応した開閉ストローク長によりＡＴＣシャッターを開閉させ、かつワーク待避位置にワークテーブルを待避させる交換制御部とを備える。【選択図】図１
2018001383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換制御システムであり、
前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルと、
現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較し、長い方の工具長を選択し、前記工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出部と、
前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御部と
を備えることを特徴とする工具交換制御システム。
【請求項２】
前記工具長が前記主軸から工具の刃先までの長さである工具長補正値と、前記刃先から前記工具の先端までの飛出し量とを加算した値であり、
前記工具長グループ抽出部が、前記工作機械の制御プログラムから、工具毎に設定されている前記工具長補正値と、前記刃先飛出し量の規定値との各々を読出し、当該工具長補正値と当該規定値とを加算して、前記交換工具及び被交換工具の各々の工具長を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の工具交換制御システム。
【請求項３】
前記交換工具が予め特殊工具として設定されている工具である場合、
前記工具長グループ抽出部が前記特殊工具に対し最も長い工具長に対応した工具長範囲の工具長識別情報を付与し、
前記交換制御部が、前記工作機械の制御プログラムから前記ワークの最大径を読み込み、当該最大径と前記工具長とにより、前記特殊工具に対応したワーク待避位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具交換制御システム。
【請求項４】
工具長グループ抽出部が、前記制御プログラムにおいて前記交換工具の前記規定値以外の飛出し量が示されている場合、当該規定値以外の飛出し量と前記工具長補正値とを加算し、前記工具長を求める
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工具交換制御システム。
【請求項５】
工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換方法であり、
工具長グループ抽出部が、現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較して長い方の工具長を選択し、前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出過程と、
交換制御部が、前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御過程と
を含むことを特徴とする工具交換制御方法。
【請求項６】
工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換制御システムとして、コンピュータを機能させるためのプログラムであり、
前記コンピュータを、
現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較して長い方の工具長を選択し、前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出手段、
前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工具マガジンに格納された工具をマシニングセンタなどの工作機械の主軸との間で着脱交換する際に、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer：自動工具交換装置）シャッターなどの制御を行なう工具交換制御システム、工具交換制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばマシニングセンタなどの工作機械では、ワーク（被削材）を加工するために用いる、工具マガジンに保持された多数の交換工具を、工作機械本体内の主軸に対し、ＮＣプログラムに従った着脱交換が行なわれる。このような工作機械においては、一般的に、加工領域の周囲に加工液及び切り屑が飛散しないように、加工領域がスプラッシュガードなどにより覆われている。
また、このスプラッシュガードには、工具交換を行なう際、工具の交換を行なうチェンジャアームを挿入するための開口部があり、この開口部には開閉可能な扉であるＡＴＣシャッターが設けられている。
【０００３】
近年、ワークを切削して最終的に得る加工形状が複雑となり、その加工に用いる工具の最大工具長が長くなり、かつ頻繁に工具を交換する傾向にある。このため、最大工具長に合わせて開口部が大きくなると、ＡＴＣシャッターの開閉ストロークも大きくなり、交換の処理に要する工具交換時間が長くなり、ワークの加工に要する時間が増加してしまう。
この問題を解決するため、ＡＴＣシャッターを開く動作と、工具の交換を行なうチェンジャアームの回転とを並行して行なう工具交換制御システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１の工具交換制御システムにおいては、ＡＴＣシャッターの開閉状態を検出するため、ＡＴＣシャッターの開閉の中間位置にスイッチが配置されている。ＡＣＴシャッターが、チェンジアームの回転角度が所定の角度を超えた場合に、上記スイッチがＡＴＣシャッターが開閉の中間位置を通過したことを検知していなければ、チェンジアームの回転を停止させる。この機構は、加工に用いる工具の中で最も長い最大工具長を有する工具に対応して、回転角度に対する所定の角度が設定されている。
【０００５】
また、工具の認識番号と後部の最大工具長とを対応させる工具対応表を記憶部に記憶させ、交換される工具（現時点で主軸に取り付けられている工具（以下、被交換工具とする）と次に主軸に取り付ける工具（以下、交換工具とする））のうち、いずれか最大工具長の長い方に対応して、ＡＴＣシャッターの開閉ストローク長として用いる工具交換制御システムがある（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２においては、加工に用いられる工具の最大工具長を所定の長さ毎に工具長グループ分けし、上記工具対応表において、工具毎にその工具の最大工具長が含まれる工具長グループを記述し、より長い工具長グループの最大工具長により開閉ストリーク長を設定している。
【０００６】
一方、工具交換制御においては、被交換工具と交換工具との各々を把持したチェンジャアームを、工具交換を行なうために回転させた際、工具の最大工具長によってはワークとの干渉が発生する場合がある。この工具とワークとの干渉を防止するため、ワークが固定されているワークテーブルを、工具とワークとの干渉が起こる干渉領域から、干渉が起こらない非干渉領域まで待避させる必要がある。
【０００７】
このワークテーブルを待避させる場合においても、ＡＴＣシャッターの開閉と同様に、工具の最大工具長が長くなり、交換の際のワークテーブルの待避長が長くなり、かつ頻繁に工具を交換するため、ワークの加工に要する時間が増加してしまう。
この問題を解決するため、非交換工具と交換工具との寸法及び形状を参照し、周辺装置及びワークの形状から定まる干渉領域に対し、いずれの工具も接触しない最も近い待避位置として非干渉最接近位置を求め、この非干渉最接近位置まで待避させ、待避が完了するまでチェンジャアームの動作を禁止する工具交換制御システムがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８９５５４６号公報
【特許文献２】特許第４９９０３１６号公報
【特許文献３】特許第２１００１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の工具交換制御システムは、加工に用いられる工具の中で最も最大工具長の長い工具（最大長工具）に対応して、ＡＴＣシャッターの開閉ストローク長が設定されている。したがって、被交換工具と交換工具との双方が、最大長工具に比較して短い最大工具長であっても、ＡＴＣシャッターは、最大長工具に対応した開閉ストローク長で開閉制御される。また、短い最大工具長の工具が多いため、交換における被交換工具と交換工具との双方が短い最大工具長の組合わせとなる割合が多い。このため、特許文献１の工具交換制御システムは、ＡＴＣシャッターを開ける動作とチェンジャアームを回転させる動作とを並行して行ない、工具交換時間を短縮しようとしているが、開閉ストローク長が加工に用いられる工具の中の最大長工具に対応して設定されているため、上述したように、工具交換時間が無駄に長くなる。
【００１０】
また、特許文献１の工具交換制御システムにおいては、開閉シャッターの回転角度が所定の角度を超えた際に、ＡＴＣシャッターが開閉の中間位置を通過していない場合、アクシデントが発生したとして、チェンジアームの回転を停止させるとしている。
しかしながら、チェンジアームの回転を緊急に停止さる制御を行なったとしても、チェンジアームが高速で回転しているため、短時間で回転を停止させることは困難である。
【００１１】
また、特許文献２の工具交換制御システムは、工具対応表に対して、ワークの加工に用いられる全ての工具の識別情報、最大工具長及び工具長グループを書き込む必要がある。このため、多くの工具の識別情報及び最大工具長を入力し、かつ工具の各々を予め設定した最大工具長の長さに対応してグループ化する必要があり、この工具交換制御システムを用いるユーザの負荷が大きくなる。また、入力する工具の数が多くなるほど、入力間違いが起こる確率が高くなり、例えば、入力した工具の最大工具長の数値が間違えていた場合、異なる工具長グループに振り分けられ、この工具の交換の際、工具とワークとが干渉する虞がある。
【００１２】
また、特許文献３の工具交換制御システムは、ワーク形状と工具形状との各々において、非干渉最接近位置を算出するため、各工具の加工工程に応じたワークの被加工面の３次元形状における数値の設定が必要となる。このため、多くの工具の加工工程におけ被加工面の数値の入力が必要となり、この工具交換制御システムを用いるユーザの負荷が大きくなる。また、入力する被加工面の数値の数が多くなるほど、入力間違いが起こる確率が高くなり、例えば、入力した被加工面の数値が間違えていた場合、計算により求められた非干渉再接近位置の座標が真の非干渉再接近位置の座標と異なり、この工具の交換の際、工具とワークとが干渉する虞がある。
【００１３】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、工具交換の際に工具がワーク及びＡＴＣシャッターの各々との制御を行なうために、作業者がワークの加工に用いられる全ての工具の識別情報、最大工具長及び工具長グループを書き込む必要がない工具交換制御システム、工具交換制御方法及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の工具交換制御システムは、工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換制御システムであり、前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルと、現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較し、長い方の工具長を選択し、前記工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出部と、前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の工具交換制御システムは、前記工具長が前記主軸から工具の刃先までの長さである工具長補正値と、前記刃先から前記工具の先端までの飛出し量とを加算した値であり、前記工具長グループ抽出部が、前記工作機械の制御プログラムから、工具毎に設定されている前記工具長補正値と、前記刃先飛出し量の規定値との各々を読出し、当該工具長補正値と当該規定値とを加算して、前記交換工具及び被交換工具の各々の工具長を求めることを特徴とする。
【００１６】
本発明の工具交換制御システムは、前記交換工具が予め特殊工具として設定されている工具である場合、前記工具長グループ抽出部が前記特殊工具に対し最も長い工具長に対応した工具長範囲の工具長識別情報を付与し、前記工具長グループ抽出部が、前記工作機械の制御プログラムから前記ワークの最大径を読み込み、当該最大径と前記工具長とにより、前記特殊工具に対応したワーク待避位置を算出することを特徴とする。
【００１７】
本発明の工具交換制御システムは、前記交換制御部が、前記制御プログラムにおいて前記交換工具の前記規定値以外の飛出し量が示されている場合、当該規定値以外の飛出し量と前記工具長補正値とを加算し、前記工具長を求めることを特徴とする。
【００１８】
本発明の工具交換制御方法は、工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換方法であり、工具長グループ抽出部が、現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較して長い方の工具長を選択し、前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出過程と、交換制御部が、前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御過程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明のプログラムは、工作機械において工具の交換を行なう際、当該工具とＡＴＣシャッター及びワークの各々との干渉を避けて、工具の交換を行なう工具交換制御システムとして、コンピュータ（例えば、ＮＣ装置などの数値制御装置内のＣＰＵ（Central Processing Unit））を機能させるためのプログラムであり、前記コンピュータを、現時点で主軸に取り付けられている工具である被交換工具と、新たに前記主軸に取り付けられる工具である交換工具との各々の工具長を比較して長い方の工具長を選択し、前記工具の工具長を多段階に分割し、分割された工具長範囲と、工具長範囲を示す工具長識別情報とが対応付けて記憶されている工具長範囲テーブルを参照し、選択された工具長に対応する前記工具長範囲のいずれに含まれるかを判定し、判定された工具長範囲の工具長識別情報を抽出する工具長グループ抽出手段、前記抽出された前記工具長識別情報に対応した開閉ストローク長により前記ＡＴＣシャッターを開閉させ、当該工具長識別情報に対応したワーク待避位置に、前記ワークを待避させる制御を行なう交換制御手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、工具交換の際に工具に対するワークの位置及びＡＴＣシャッターの開閉の各々の制御を行なうために、作業者がワークの加工に用いられる全ての工具の識別情報、最大工具長及び工具長グループを書き込む必要がない工具交換制御システム、工具交換制御方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態による工具交換制御システムを用いた工作機械の構成例を示すブロック図である。
【図２】工具における工具長補正値と飛出し量との各々を説明する概念図である。
【図３】工具の各々の工具長を分類する３段階に設定された工具長範囲を説明する図である。
【図４】図１におけるＡＴＣシャッター１４０の開度を説明するための概念図である。
【図５】図１におけるワークテーブル１６０のワーク待避位置を説明するための概念図である。
【図６】第１の実施形態の工具交換制御システムにおける工具交換の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態の工具交換制御システムにおける工具交換の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態の工具交換制御システムにおける工具交換の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図９】工具の交換の際、ワークテーブル１６０の中心Ｐ（ｚ軸方向）を移動させるワーク待避位置Ｚｎｎの計算を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態による工具交換制御システムを用いた工作機械の構成例を示すブロック図である。図１において、工具交換制御システム１００は、制御装置１、交換工具準備部２、ＡＴＣシャッター開閉部３、ＡＴＣシャッター開度確認部４、ワーク待避位置移動部５及びワーク待避位置確認部６の各々を備えている。また、制御装置１は、工具長グループ抽出部１１、交換制御部１２及び記憶部１３の各々を備えている。
【００２３】
制御装置１は、ＮＣ装置（例えば、マシニングセンタ）などの工作機械の記憶部２００から、工具及びワークに関するデータを読み込み、このデータに基づいて工作機械における工具（切削工具）の交換を行なう。工作機械の記憶部２００には、加工プログラム（工作機械におけるワークを加工するための制御プログラム、例えばＮＣプログラム）、工具長補正値及び規定値などが記憶されている。ここで、加工プログラムは、加工対象であるワークに対し、工作機械における工具による加工を制御するためのプログラムである。工具長補正値は、工具を取り付けて回転させる主軸に取り付けた際、主軸から表出した位置から加工に用いられる刃を含む工具部分の長さ、すなわち工具の全長からシャンク部分（柄部分）の長さ及び飛出し量の各々を減算した補正値を示している。飛出し量は、工具の先端部から工具における刃までの長さを示している。
【００２４】
図２は、工具における工具長補正値と飛出し量との各々を説明する概念図である。図２（ａ）は、工具の形状の一例を示している。工具長５００は、工具２３０の全体から、テーパーシャンク部２３１を除いたボディ部分２３２の長さである。
すなわち、工具長５００は、工具長補正値５０１と飛出し量５０２との各々を加算した数値である。工具長補正値５０１は、テーパーシャンク部２３１とボディ部分２３２との境界（主軸ゲージライン）から、刃２３３を含んだ領域の長さである。飛出し量５０２は、ボディ部分２３２の先端部２３５から刃２３３までの長さである。
【００２５】
図２（ｂ）は、工具の形状の他の例を示している。図２（ｂ）は、工具の形状の一例を示している。工具長５５０は、工具２５０の全体から、テーパーシャンク部２５１を除いたボディ部分２５２の長さである。すなわち、工具長５５０は、工具長補正値５５１と飛出し量５５２との各々を加算した数値である。工具長補正値５５１は、テーパーシャンク部２５１とボディ部分２５２との境界から、刃２５３を含んだ領域の長さである。飛出し量５５２は、ボディ部分２５２の先端部２５５から刃２５３までの長さである。
【００２６】
図１に戻り、工作機械は、記憶部２００の加工プログラムの命令（コードで示されたコマンド）を順次実行する際、において、ワークの加工処理において工具の交換を行なう命令を実行する場合、工具交換制御システム１００に対して、工作機械の主軸に現時点（交換を行なう時点）に取り付けられている工具（旧い工具である被交換工具）を、新たな加工に用いる工具（新しい工具である交換工具）への交換を指示する制御信号を出力する。
この制御信号を入力することにより、制御装置１における工具長グループ抽出部１１は、工作機械の記憶部２００から、加工プログラム２０１の工具の交換の命令の記述に対応して、交換工具の工具長補正値２０２及び規定値２０３の各々を読み出す。工具長補正値２０２は、すでに図２で説明した工具長補正値５０１、工具長補正値５５１が対応している。規定値は、図２で説明した飛出し量５０２、飛出し量５５２が対応している。
【００２７】
工具長グループ抽出部１１は、工作機械の記憶部２００から読み出した、交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具長補正値２０２を比較し、長い方の工具長補正値２０２を選択する。そして、工具長グループ抽出部１１は、記憶部２００から飛出し量の規定値２０３を読み出す。工具長グループ抽出部１１は、長い方の工具長補正値２０２及び飛出し量の規定値２０３の各々を加算して、加算結果を工具の工具長とする。すなわち、工具長グループ抽出部１１は、交換工具３０１と被交換工具３０２とにおいて長い方の工具長を選択する。
また、工具長グループ抽出部１１は、工作機械で加工に用いられる工具における最短の工具長と最長の工具長との数値範囲を多段階（本実施形態においては３段階）に分割した工具長範囲のいずれに、工具長が長いと判定されて選択された工具の工具長が含まれているかの判定を行なう。
【００２８】
図３は、工具の各々の工具長を分類する３段階に設定された工具長範囲を説明する図である。図３における後述する各テーブルは、工作機械毎に設定されている。図３（ａ）は、制御装置１の記憶部１３に予め記憶されている工具長範囲テーブルの構成例を示している。工具長範囲テーブルは、工具長識別情報（本実施形態においては工具長識別番号）と工具長識別番号が示す工具長範囲との対応関係が示されたテーブルである。ここで、工具長範囲は、工作機械でワークの加工に用いられる最短の工具長（Ｙ１１）と最長の工具長（Ｙ１４）との全範囲が複数、本実施形態においては３分割されている各々の分割範囲を示している。工具長識別番号は、上述した工具長範囲の各々を識別するための識別情報である。
【００２９】
図３（ａ）においては、最短の工具長（Ｙ１１）と最長の工具長（Ｙ１４）とが、３分割されている。すなわち、工具の工具長Ｌの範囲は、Ｙ１１≦Ｌ≦Ｙ１２（ショート工具に対応）、Ｙ１２＜Ｌ≦Ｙ１３（ミドル工具に対応）、Ｙ１３＜Ｌ≦Ｙ１４（ロング工具に対応）の各々の分割範囲に分割されている。そして、工具長識別番号Ｘ１００１がショート工具の工具長範囲Ｙ１１≦Ｌ＜Ｙ１２を示し、工具長識別番号Ｘ１００２がミドル工具の工具長範囲Ｙ１２≦Ｌ≦Ｙ１３を示し、工具長識別番号Ｘ１００３がロング工具の工具長範囲Ｙ１３＜Ｌ≦Ｙ１４を示している。
【００３０】
また、図３（ｂ）は、制御装置１の記憶部１３に予め記憶されている開閉ストローク長テーブルの構成例を示している。この開閉ストローク長テーブルは、工具長識別番号と工具長識別番号が示す開閉ストローク長との対応関係とが示されたテーブルである。ここで、開閉ストローク長とは、工具の交換の際に、工具とＡＴＣシャッターとが干渉しないように、開閉されるＡＴＣシャッターの開閉ストロークの長さを示す数値である。また、開閉ストローク長の各々は、それぞれ対応する工具長範囲における最大長、すなわち工具長範囲で最も長い工具長に対応して設定されている。この図３（ｂ）においては、工具長識別番号Ｘ１００１がショート工具の開閉ストローク長Ｒ１１を示し、工具長識別番号Ｘ１００２がミドル工具の開閉ストローク長Ｒ２２を示し、工具長識別番号Ｘ１００３がロング工具の開閉ストローク長Ｒ３３を示している。ここで、Ｒ３３＞Ｒ２２＞Ｒ１１であり、開閉ストローク長が長くなるほど、工具長の長い工具に対応する。
【００３１】
また、図３（ｃ）は、制御装置１の記憶部１３に予め記憶されているワーク待避位置テーブルの構成例を示している。このワーク待避位置テーブルは、工具長識別番号と工具長識別番号が示すワーク待避位置（後述するワークテーブルのＺ軸方向の位置）との対応関係とが示されたテーブルである。ここで、ワーク待避位置とは、工具の交換の際に、工具（被交換工具及び交換工具）とワークとが干渉しないように、ワークを乗せたワークテーブルが待避する所定の位置を示す数値（機械座標の座標値）である。例えば、主軸１３０の工具を取り付ける位置を原点とし、この原点からの距離をｚ軸におけるワークテーブルの中心位置をワーク待避位置とする。
【００３２】
また、ワーク待避位置の各々は、それぞれ対応する工具長範囲における最大長、すなわち工具長範囲で最も長い工具長に対応して設定されている。この図３（ｃ）においては、工具長識別番号Ｘ１００１がショート工具のワーク待避位置Ｚ１１を示し、工具長識別番号Ｘ１００２がミドル工具のワーク待避位置Ｚ２２を示し、工具長識別番号Ｘ１００３がロング工具のワーク待避位置Ｚ３３を示している。ここで、Ｚ３３＞Ｚ２２＞Ｚ１１であり、座標値が大きくなるほど、主軸１３０（すなわち主軸ゲージライン）とワークテーブル１６０（本実施形態においてはワークテーブル１６０の中心）との距離が大きくなる方向となる。
【００３３】
図１に戻り、交換工具準備部２は、制御装置１からの工具交換の制御信号により、工具マガジン１１０に把持された交換工具３０１を、工作装置の主軸１３０に把持された被交換工具３０２と交換する動作を、チェンジャー機構１２０を駆動して行なう。
ＡＴＣシャッター開閉部３は、制御装置１からのＡＴＣシャッター１４０の開閉を行なう制御信号により、ＡＴＣシャッター１４０の開閉動作を、シャッター駆動シリンダ機構４００を駆動して行なう。
ＡＴＣシャッター開度確認部４は、ＡＴＣシャッター１４０が開いている程度を示す開度を、シャッター検出器１５０により出力される検出信号により判定し、判定した開度を制御装置１に対して出力する。
【００３４】
ワーク待避位置移動部５は、制御装置１からのワークテーブル１６０の移動を示す制御信号により、工具と最大ワークとが干渉しない待避位置へワークテーブル１６０を移動させる。このとき、ワーク待避位置移動部５は、サーボモータ１８０を駆動し、ワーク移動軸１８５を回転させることで、ワークテーブル１６０を移動させる。
ワーク待避位置確認部６は、サーボモータ１８０の回転数と、ワーク移動軸１８５の一回転あたりの移動量とにより、所定の基準位置からのワークテーブル１６０の相対位置を検出する。
【００３５】
図４は、図１におけるＡＴＣシャッター１４０の開度を説明するための概念図である。
シャッター駆動シリンダ機構４００が駆動することにより、ＡＴＣシャッター１４０は、ガイド１４５に沿って、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動方向に平行に移動する。そして、ＡＴＣシャッター１４０が交換工具３０１（あるいは被交換工具３０２）と干渉しない開状態で開いた後、チェンジャー機構１２０の把持部（グリッパ）１２５が交換工具３０１を把持し、主軸１３０に対して交換工具３０１を取り付ける（被交換工具３０２の場合は取り外す）。
【００３６】
図４において、ＡＴＣシャッター１４０の開度は、ＡＴＣシャッター１４０に設けられたシャッター検出器１５０を構成する近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２、近接スイッチ１５３の各々により判定される。すなわち、３段階の幅を有する長ドグ（近接センサ用ドグ）１９０の最大幅部１９０Ｌが近接スイッチ１５１と反応し、近接スイッチ１５１がオンを示し、中幅部１９０Ｍが近接スイッチ１５２と反応し、近接スイッチ１５２がオンを示し、最小幅部１９０Ｓが近接スイッチ１５３と反応し、近接スイッチ１５３がオンを示している場合、ＡＴＣシャッター１４０は閉じた状態である。
【００３７】
一方、長ドグ１９０の最大幅部１９０Ｌが近接スイッチ１５１と反応せず、近接スイッチ１５１がオフを示し、近接スイッチ１５２がオンを示し、近接スイッチ１５３がオンを示している場合、ＡＴＣシャッター１４０は、図３（ｂ）における工具長識別番号Ｘ１００１の示すショート工具に対応した開状態である。
また、近接スイッチ１５１がオフを示し、長ドグ１９０の中幅部１９０Ｍが近接スイッチ１５２と反応せず、近接スイッチ１５２がオフを示し、近接スイッチ１５３がオンを示している場合、ＡＴＣシャッター１４０は、図３（ｂ）における工具長識別番号Ｘ１００２の示すミドル工具に対応した開状態である。
また、近接スイッチ１５１がオフを示し、近接スイッチ１５２がオフを示し、長ドグ１９０の最小幅部１９０Ｓが近接スイッチ１５３と反応せず、近接スイッチ１５３がオフを示している場合、ＡＴＣシャッター１４０は、図３（ｂ）における工具長識別番号Ｘ１００３の示すロング工具に対応した開状態である。
【００３８】
また、シャッター駆動シリンダ機構４００のシリンダ４００Ｂの両端の各々に、それぞれ位置検出器４０１、位置検出器４０２を設ける構成としても良い。これにより、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２、近接スイッチ１５３、位置検出器４０１、位置検出器４０２の各々が正常に稼働しているか否かの検出を行なう。ここで、位置検出器４０１は、全閉（ＡＴＣシャッターの閉状態）を検出する。一方、位置検出器４０２は、全開（ロング工具に対応したＡＴＣシャッターの開状態）を検出する。
【００３９】
これにより、位置検出器４０２がオン状態となった場合、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の全てがオフ状態となる。しかしながら、位置検出器４０２がオン状態となっても、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３に切り屑などが付着した場合、切り屑が付着した近接スイッチはオン状態となる。これにより、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３に切り屑などが付着した状態を検出することができる。
【００４０】
また、近接スイッチ１５３がオフ状態の場合に、位置検出スイッチ４０２がオン状態とならなければ、位置検出スイッチ４０２が不良であることが検出される。すなわち、近接スイッチ１５３がオフ状態となった後、１秒から５秒の間に、位置検出スイッチ４０２がオン状態とならない場合、位置検出スイッチ４０２が不良であると判断する。この位置検出スイッチ４０２の不良を解消しないと、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の各々の切り屑の付着を検出できない。
一方、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の各々がオン状態の場合に、位置検出器４０１がオン状態とならなければ、位置検出器４０１が不良であることが検出される。すなわち、近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の各々がオン状態となった後、１秒から５秒の間に、位置検出器４０１がオン状態とならない場合、位置検出器４０１が不良であると判断する。
【００４１】
図５は、図１におけるワークテーブル１６０のワーク待避位置を説明するための概念図である。図５（ａ）は、工具の交換において、主軸１３０に取り付けられているロング工具の被交換工具３０４から、ミドル工具の交換工具３０３に交換する場合を示している。この場合、ＡＴＣシャッター１４０は、長い方向工具である被交換工具３０４の工具長により、ロング工具に対応した開状態となっている。
工具の交換が行なわれる際、チェンジャー機構１２０がＡＴＣアーム１２０Ａを駆動し、被交換工具３０４を主軸１３０から取り外し、ＡＴＣアーム１２０Ａを１８０°回転させ、新たに交換工具３０３を主軸１３０に取り付ける。この際、被交換工具３０４がロング工具であるため、図３（ｃ）における工具長識別番号Ｘ１００３に対応する座標値Ｚ３３（ｚ軸上の座標値）にワークテーブルが移動される。すでに説明したが、座標値Ｚ３３は、最大ワーク１７０とロング工具とが干渉しないワーク待避位置である。
【００４２】
一方、図５（ｂ）は、工具の交換において、主軸１３０に取り付けられているショート工具の被交換工具３０６から、ショート工具の交換工具３０５に交換する場合を示している。この場合、ＡＴＣシャッター１４０は、交換工具３０５及び被交換工具３０６の工具長により、ショート工具に対応した開状態となっている。
工具の交換が行なわれる際、制御装置１の制御により、チェンジャー機構１２０がＡＴＣアーム１２０Ａを駆動し、被交換工具３０６を主軸１３０から取り外し、ＡＴＣアーム１２０Ａを１８０°回転させ、新たに交換工具３０５を主軸１３０に取り付ける。この際、交換工具３０５及び被交換工具３０６の各々がショート工具であるため、図３（ｃ）における工具長識別番号Ｘ１００１に対応する座標値Ｚ１１（ｚ軸上の座標値）にワークテーブルが移動される。すでに説明したが、座標値Ｚ１１は、最大ワーク１７０とショート工具とが干渉しないワーク待避位置である。
【００４３】
次に、図６及び図７は、第１の実施形態の工具交換制御システムにおける工具交換の処理の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳ１：
工具長グループ抽出部１１は、工作機械の記憶部２００の加工プログラム２０１から、交換の命令に記載されている交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具番号を読み出す。そして、工具長グループ抽出部１１は、読み出した工具番号に対応した工具長補正値２０２を、記憶部２００から読み出す。
工具長グループ抽出部１１は、読み出した交換工具３０１と被交換工具３０２との工具長補正値の長い方を選択する。
【００４４】
ステップＳ２：
次に、工具長グループ抽出部１１は、選択された長い方の工具の工具番号に対応する規定値として、飛出し量の規定値２０２を記憶部２００から読み出す。
そして、工具長グループ抽出部１１は、長い方の工具の工具長補正値と、この工具に対応する飛出し量とを加算し、加算結果を工具長とする。
工具長グループ抽出部１１は、記憶部１３の工具長範囲テーブルを参照し、工具長がショート工具、ミドル工具及びロング工具のいずれに含まれるかの判定を行なう。
【００４５】
ステップＳ３：
工具長グループ抽出部１１は、記憶部１３の工具長範囲テーブルにおいて、工具長がショート工具の範囲に含まれるか否かの判定を行なう。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具（工具長の長い方の工具）の工具長がＹ１１≦Ｌ≦Ｙ１２の範囲に含まれる場合、長い方の工具がショート工具であるとし、工具長範囲テーブルから工具長識別番号Ｘ１００１を読み出し、処理をステップＳ４へ進める。
一方、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長がＹ１１≦Ｌ≦Ｙ１２の範囲に含まれない場合、すなわちＬ＞Ｙ１２である場合、処理をステップＳ５へ進める。
【００４６】
ステップＳ４：
工具長グループ抽出部１１は、工具がショート工具であることを交換制御部１２へ通知、すなわち工具長識別番号Ｘ１００１を交換制御部１２へ出力する。
そして、交換制御部１２は、記憶部１３の開閉ストローク長テーブルを参照し、工具長識別番号１００１に対応する開閉ストローク長Ｒ１１を読み出す。
これにより、交換制御部１２は、開閉ストローク長Ｒ１１に対応するように、すなわち近接スイッチ１５１がオフ状態となり、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の各々がオン状態となる位置になるまで、ＡＴＣシャッター１４０を移動させる処理を開始させ、処理をステップＳ１０へ進める。
【００４７】
ステップＳ５：
工具長グループ抽出部１１は、記憶部１３の工具長範囲テーブルにおいて、工具長がミドル工具の範囲に含まれるか否かの判定を行なう。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長がＹ１２＜Ｌ≦Ｙ１２の範囲に含まれる場合、長い方の工具がミドル工具であるとし、工具長範囲テーブルから工具長識別番号Ｘ１００２を読み出し、処理をステップＳ６へ進める。
一方、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長がＹ１２＜Ｌ≦Ｙ１３の範囲に含まれない場合、すなわちＬ＞Ｙ１３である場合、処理をステップＳ７へ進める。
【００４８】
ステップＳ６：
工具長グループ抽出部１１は、工具がミドル工具であることを交換制御部１２へ通知、すなわち工具長識別番号Ｘ１００２を交換制御部１２へ出力する。
そして、交換制御部１２は、記憶部１３の開閉ストローク長テーブルを参照し、工具長識別番号１００２に対応する開閉ストローク長Ｒ２２を読み出す。
これにより、交換制御部１２は、開閉ストローク長Ｒ２２に対応するように、すなわち近接スイッチ１５１及び近接スイッチ１５２の各々がオフ状態となり、近接スイッチ１５３がオン状態となる位置になるまで、ＡＴＣシャッター１４０を移動させる処理を開始せ、処理をステップＳ１１へ進める。
【００４９】
ステップＳ７：
工具長グループ抽出部１１は、記憶部１３の工具長範囲テーブルにおいて、工具長がロング工具の範囲に含まれるか否かの判定を行なう。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長がＹ１３＜Ｌ≦Ｙ１４の範囲に含まれる場合、長い方の工具がロング工具であるとし、工具長範囲テーブルから工具長識別番号Ｘ１００３を読み出し、処理をステップＳ８へ進める。
一方、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長がＹ１３＜Ｌ≦Ｙ１４の範囲に含まれない場合、処理をステップＳ９へ進める。
【００５０】
ステップＳ８：
工具長グループ抽出部１１は、工具がロング工具であることを交換制御部１２へ通知、すなわち工具長識別番号Ｘ１００３を交換制御部１２へ出力する。
そして、交換制御部１２は、記憶部１３の開閉ストローク長テーブルを参照し、工具長識別番号１００３に対応する開閉ストローク長Ｒ３３を読み出す。
これにより、交換制御部１２は、開閉ストローク長Ｒ３３に対応するように、すなわち近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の各々がオフ状態となる位置になるまで、ＡＴＣシャッター１４０を移動させる処理を開始させ、処理をステップＳ１２へ進める。
【００５１】
ステップＳ９：
工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長が最小工具長から最大工具長の範囲（Ｙ１１≦Ｌ≦Ｙ１４）に含まれない場合、規定値２０３に設けた選択スイッチの設定により、選択された工具に対する処理を決定する。
すなわち、工具長グループ抽出部１１は、規定値２０３に設けた選択スイッチが、選択された工具をロング工具として取り扱う設定となっている場合、処理をステップＳ８へ進める。一方、工具長グループ抽出部１１は、規定値２０３に設けた選択スイッチが、選択された工具をロング工具として取り扱う設定となっていない場合、工具交換の処理を停止、すなわち工具の交換処理のフィードホールド停止を行ない、異常表示を上記表示画面に表示する。
【００５２】
ステップＳ１０：
ワーク待避位置確認部６は、ワークテーブル１６０がショート工具に対応したワーク待避位置Ｚ１１に位置しているか否かを判定するため、ワーク移動軸（ｚ軸）１８５における機械座標をサーボモータ１８０より読み込む。そして、ワーク待避位置確認部６は、処理をステップＳ１３へ進める。
【００５３】
ステップＳ１１：
ワーク待避位置確認部６は、ワークテーブル１６０がミドル工具に対応したワーク待避位置Ｚ２２に位置しているか否かを判定するため、ワーク移動軸１８５における機械座標をサーボモータ１８０より読み込む。そして、ワーク待避位置確認部６は、処理をステップＳ１５へ進める。
【００５４】
ステップＳ１２：
ワーク待避位置確認部６は、ワークテーブル１６０がロング工具に対応したワーク待避位置Ｚ３３に位置しているか否かを判定するため、ワーク移動軸１８５における機械座標をサーボモータ１８０より読み込む。そして、ワーク待避位置確認部６は、処理をステップＳ１７へ進める。
【００５５】
ステップＳ１３：
ワーク待避位置確認部６は、サーボモータ１８０から読み込んだワーク移動軸１８５における機械座標を、制御装置１に対して出力する。
制御装置１における交換制御部１２は、記憶部１３のワーク待避位置テーブルを参照し、ショート工具の工具長識別番号Ｘ１００１に対応するワーク待避位置Ｚ１１を読出す。そして、交換制御部１２は、供給された機械座標がショート工具に対応するワーク待避位置Ｚ１１以上にワークテーブル１６０が主軸１３０から離れているか否かの判定を行なう。
このとき、交換制御部１２は、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ１１以上である場合、処理をステップＳ１９へ進め、一方、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ１１未満である場合、処理をステップＳ１４へ進める。
【００５６】
ステップＳ１４：
次に、交換制御部１２は、供給された機械座標がショート工具に対して設定されたワーク待避位置Ｚ１１より小さい機械座標（主軸１３０に近い機械座標）であるため、工具とワークとが干渉せずにショート工具を交換可能なワーク待避位置Ｚ１１とするため、ワーク待避位置移動部１５に対して制御信号を出力する。
このとき、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給されるワークテーブル１６０の機械座標が、ワーク待避位置Ｚ１１となるように、ワーク待避位置移動部１５を介してサーボモータ１８０を駆動する。
【００５７】
ステップＳ１５：
ワーク待避位置確認部６は、サーボモータ１８０から読み込んだワーク移動軸１８５における機械座標を、制御装置１に対して出力する。
制御装置１における交換制御部１２は、記憶部１３のワーク待避位置テーブルを参照し、ミドル工具の工具長識別番号Ｘ１００２に対応するワーク待避位置Ｚ２２を読出す。そして、交換制御部１２は、供給された機械座標がミドル工具に対応するワーク待避位置Ｚ２２以上であるか否かの判定を行なう。
このとき、交換制御部１２は、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ２２以上である場合、処理をステップＳ２０へ進め、一方、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ２２未満である場合、処理をステップＳ１６へ進める。
【００５８】
ステップＳ１６：
次に、交換制御部１２は、供給された機械座標がミドル工具に対して設定されたワーク待避位置Ｚ２２より小さい機械座標（主軸１３０に近い機械座標）であるため、工具とワークとが干渉せずにミドル工具を交換可能なワーク待避位置Ｚ２２とするため、ワーク待避位置移動部１５に対して制御信号を出力する。
このとき、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給されるワークテーブル１６０の機械座標が、ワーク待避位置Ｚ２２となるように、ワーク待避位置移動部１５を介してサーボモータ１８０を駆動する。
【００５９】
ステップＳ１７：
ワーク待避位置確認部６は、サーボモータ１８０から読み込んだワーク移動軸１８５における機械座標を、制御装置１に対して出力する。
制御装置１における交換制御部１２は、記憶部１３のワーク待避位置テーブルを参照し、ロング工具の工具長識別番号Ｘ１００３に対応するワーク待避位置Ｚ３３を読出す。そして、交換制御部１２は、供給された機械座標がロング工具に対応するワーク待避位置Ｚ３３以上であるか否かの判定を行なう。
このとき、交換制御部１２は、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ３３以上である場合、処理をステップＳ２１へ進め、一方、供給された機材座標がワーク待避位置Ｚ３３未満である場合、処理をステップＳ１８へ進める。
【００６０】
ステップＳ１８：
次に、交換制御部１２は、供給された機械座標がロング工具に対して設定されたワーク待避位置Ｚ３３より、小さい機械座標（主軸１３０に近い機械座標）であるため、工具とワークとが干渉せずにロング工具を交換可能なワーク待避位置Ｚ３３とするため、ワーク待避位置移動部１５に対して制御信号を出力する。
このとき、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給されるワークテーブル１６０の機械座標が、ワーク待避位置Ｚ３３となるように、ワーク待避位置移動部１５を介してサーボモータ１８０を駆動する。
【００６１】
ステップＳ１９：
次に、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター開度確認部４から供給されるシャッター検出器１５０が検出したＡＴＣシャッター１４０の開度が、ショート工具の開閉ストローク長Ｒ１１となったか否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、ショート工具の開閉ストローク長Ｒ１１となったことを検出すると、ＡＴＣシャッター開閉部３に対して、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動を停止させる。
また、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給される機械座標がショート工具のワーク待避位置Ｚ１１以上か否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、供給される機械座標がショート工具のワーク待避位置Ｚ１１以上である場合、ワーク待避位置移動部５に対してサーボモータ１８０の駆動を停止させる。
【００６２】
交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ショート工具の開閉ストローク長Ｒ１１となり、かつ機械座標がショート工具のワーク待避位置Ｚ１１以上になると、工具の交換条件が揃ったと判定し、処理をステップＳ２２へ進める。
一方、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ショート工具の開閉ストローク長Ｒ１１となる条件、または機械座標がショート工具のワーク待避位置Ｚ１１以上となる条件のいずれかの条件が満たされない場合、工具の交換条件が揃っていないと判定する。そして、交換制御部１２は、ステップＳ１９の処理を繰り返し、ＡＴＣシャッター１４０の開度の制御、あるいはワークテーブルの機械座標の制御を継続する。
【００６３】
ステップＳ２０：
次に、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター開度確認部４から供給されるシャッター検出器１５０が検出したＡＴＣシャッター１４０の開度が、ミドル工具の開閉ストローク長Ｒ２２となったか否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、ミドル工具の開閉ストローク長Ｒ２２となったことを検出すると、ＡＴＣシャッター開閉部３に対して、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動を停止させる。
また、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給される機械座標がミドル工具のワーク待避位置Ｚ２２以上か否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、供給される機械座標がミドル工具のワーク待避位置Ｚ２２以上である場合、ワーク待避位置移動部５に対してサーボモータ１８０の駆動を停止させる。
【００６４】
交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ミドル工具の開閉ストローク長Ｒ２２となり、かつ機械座標がミドル工具のワーク待避位置Ｚ２２以上となると、工具の交換条件が揃ったと判定し、処理をステップＳ２２へ進める。
一方、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ミドル工具の開閉ストローク長Ｒ２２となる条件、または機械座標がミドル工具のワーク待避位置Ｚ２２以上となる条件のいずれかの条件が満たされない場合、工具の交換条件が揃っていないと判定する。そして、交換制御部１２は、ステップＳ２０の処理を繰り返し、ＡＴＣシャッター１４０の開度の制御、あるいはワークテーブルの機械座標の制御を継続する。
【００６５】
ステップＳ２１：
次に、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター開度確認部４から供給されるシャッター検出器１５０が検出したＡＴＣシャッター１４０の開度が、ロング工具の開閉ストローク長Ｒ３３となったか否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、ロング工具の開閉ストローク長Ｒ３３となったことを検出すると、ＡＴＣシャッター開閉部３に対して、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動を停止させる。
また、交換制御部１２は、ワーク待避位置確認部６から供給される機械座標がロング工具のワーク待避位置Ｚ３３以上か否かの判定を行なう。そして、交換制御部１２は、供給される機械座標がロング工具のワーク待避位置Ｚ３３以上である場合、ワーク待避位置移動部５に対してサーボモータ１８０の駆動を停止させる。
【００６６】
交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ロング工具の開閉ストローク長Ｒ３３となり、かつ機械座標がロング工具のワーク待避位置Ｚ３３以上となると、工具の交換条件が揃ったと判定し、処理をステップＳ２２へ進める。
一方、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０の開度が、ロング工具の開閉ストローク長Ｒ３３となる条件、または機械座標がロング工具のワーク待避位置Ｚ３３以上となる条件のいずれかの条件が満たされない場合、工具の交換条件が揃っていないと判定する。そして、交換制御部１２は、ステップＳ２０の処理を繰り返し、ＡＴＣシャッター１４０の開度の制御、あるいはワークテーブルの機械座標の制御を継続する。
【００６７】
ステップＳ２２：
次に、交換制御部１２は、交換工具準備部２に対して制御信号を出力し、主軸に取り付ける工具を、被交換工具３０２から交換工具３０１に交換する処理を行なわせる。
交換工具準備部２は、上記制御信号が供給されることにより、チェンジャー機構１２０を駆動して、主軸１３０から被交換工具３０２を取り外す。そして、交換制御部１２は、チェンジャー機構１２０を駆動して、交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々を把持するＡＴＣアーム１２０Ａを回転させ、工具マガジン１１０に把持された交換工具３０１を主軸１３０に取り付ける動作を、交換工具準備部２に行なわせる。
【００６８】
ステップＳ２３：
交換制御部１２は、交換工具準備部２から交換工具３０１と被交換工具３０２との各々の交換が終了したか否かの判定を行なう。
このとき、交換制御部１２は、交換工具準備部２から工具の交換が終了したことを示す通知が供給された場合、工具交換の作業が終了したと判定し、処理をステップＳ２４へ進める。また、交換制御部１２は、交換工具準備部２から工具の交換終了を示す通知が入力されるまで、ステップＳ２３の処理を繰り返す（すなわち、工具交換処理の終了を待つ）。
【００６９】
ステップＳ２４：
交換制御部１２は、工具の交換が終了したため、工作機械の切削作業を開始可能とするため、ＡＴＣシャッター１４０を閉じる制御信号を、ＡＴＣシャッター開閉部３に対して出力する。
これにより、ＡＴＣシャッター開閉部３は、ＡＴＣシャッター１４０を閉じる方向に、シャッター駆動シリンダ機構４００を駆動させる。
【００７０】
交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター開度確認部４から供給されるシャッター検出器１５０の開度を示す情報が、ＡＴＣシャッター１４０が閉状態を示す、すなわち近接スイッチ１５１、近接スイッチ１５２及び近接スイッチ１５３の全てがオン状態で、かつシャッター駆動シリンダ機構４００の位置検出器４０１がオン状態である場合、ＡＴＣシャッター１４０が閉じたと判定する。
そして、交換制御部１２は、ＡＴＣシャッター１４０が閉じたことを検出することにより、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動を停止する制御信号を、ＡＴＣシャッター開閉部３に対して出力する。これにより、ＡＴＣシャッター開閉部３は、シャッター駆動シリンダ機構４００の駆動を停止し、ＡＴＣシャッター１４０を静止させる。
交換制御部１２は、工具の交換が終了し、ワークの切削作業が可能となったことを工作機械に対して通知する。
【００７１】
上述したように、本実施形態は、工作機械の加工プログラムから交換する工具（交換工具及び被交換工具の各々）の工具長を求めるための情報を読み込むため、従来のように加工作業を行なう作業者が、工具長をワークの加工を行なう前に予め入力する必要がなくなり、煩雑な工具長の入力処理が削減できるため、ワークの加工の作業の効率化が可能となる。また、作業者が入力する必要がないため、工具長の入力間違いを防止することが可能となる。
【００７２】
また、本実施形態は、ＡＴＣシャッターの開度及びワークテーブルのワーク待避位置の各々が、工具の工具長に対応して、工具及びＡＴＣシャッター間における干渉と、工具及びワーク間における干渉との双方を満足するように制御されるため、ショート工具なのに、ロング工具に対応したＡＴＣシャッターの開度、ワークテーブルのワーク待避位置に制御されることがなく、工具交換の作業時間を交換する工具の工具長に合わせて制御することができ、作業時間を短縮することが可能となる。
【００７３】
すなわち、本実施形態によれば、ＡＴＣシャッターの開閉ストローク長がワークの加工に用いられる全ての工具の中の最大長工具に対応して設定されず、かつワークの加工に用いられる全ての工具の識別情報、最大工具長及び工具長グループを書き込む必要がなく、また、各工具の加工工程に応じたワークの被加工面の３次元形状における数値の設定を行なわず、工作機械における工具交換の際の工具とワークとの干渉を防止することができる。
【００７４】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態による工具交換制御システムについて、図面を参照して説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の構成である。以下、第１の実施形態と異なる動作について説明する。第２の実施形態においては、工具形状が特殊であり、工具長グループを設定し難い場合、加工プログラムに対し、工具長グループを設定せずにこの工具の工具番号を、工具長多段制御禁止工具として予め設定しておく。
【００７５】
これにより、工具長グループ抽出部１１は、加工プログラムにおいて交換工具（新工具）の工具番号を読み出した際、この工具番号が工具長多段制御禁止工具である場合、処理をステップＳ９Ａへ進める。ここで、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長が最小工具長から最大工具長の範囲（Ｙ１１≦Ｌ≦Ｙ１４）の適用範囲内にあるか否かの判定を行ない、選択された工具の工具長が適用範囲内にある場合、工具長のグルーピングを行なう。また、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長が適用範囲内に含まれない場合、規定値２０３に設けた選択スイッチを参照し、ロング工具で取り扱うか、あるいはフィードホールド停止するかのいずれに選択スイッチが設定されているかを確認する。そして、工具長グループ抽出部１１は、選択スイッチの設定により、選択された工具をロング工具として取り扱うか、あるいは工具の交換処理のフィードホールド停止を行ない、異常表示を上記表示画面に表示するかを判定する。
【００７６】
次に、図８は、第２の実施形態の工具交換制御システムにおける工具交換の処理の動作例を示すフローチャートである。第１の実施形態のフローチャートと異なる処理のみを以下において説明する。
ステップＳ１Ａ：
工具長グループ抽出部１１は、工作機械の記憶部２００の加工２０１から、工具の交換に記述されている交換工具（新工具）３０１及び被交換工具（旧工具）３０２の各々の工具番号を読み出す。
そして、工具長グループ抽出部１１は、交換工具３０１の工具番号に対応して、交換工具３０１が工具長多段制御禁止工具として設定されているか否かの判定を行なう。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、交換工具３０１が工具長多段制御禁止工具として設定されていない場合、処理をステップＳ１Ｂへ進める。一方、工具長グループ抽出部１１は、交換工具３０１が工具長多段制御禁止工具として設定されている場合、処理をステップＳ９Ａへ進める。
【００７７】
ステップＳ１Ｂ：
工具長グループ抽出部１１は、工作機械の記憶部２００の加工プログラム２０１から読み出した交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具番号に対応した工具長補正値２０２を、それぞれ記憶部２００から読み出す。
【００７８】
ステップＳ１Ｃ：
工具長グループ抽出部１１は、飛出し量を規定値から変更するか否かの判定を行なう。すなわち、加工プログラム２０１には、交換工具３０１の飛出し量が規定値に入らない場合、規定値を変更する命令において、変更する飛出し量とが工具番号に対応して示されている。
このため、工具長グループ抽出部１１は、加工プログラム２０１に飛出し量を変更するか否かの命令が記述されているか否かの判定を行なう。このとき、工具長グループ抽出部１１は、飛出し量を変更する命令が加工プログラム２０１に記載されていない場合、処理をステップＳ１Ｄへ進める。一方、工具長グループ抽出部１１は、飛出し量を変更する命令が加工プログラム２０１に記載されている場合、処理をステップＳ１Ｅへ進める。
【００７９】
ステップＳ１Ｄ：
工具長グループ抽出部１１は、記憶部２００から規定値としての飛出し量を読み出す。
そして、工具長グループ抽出部１１は、記憶部２００から読み出した交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具長補正値に対し、飛出し量を加算し、それぞれの工具長を算出する。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、算出した交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具長において、より長い方の工具長を選択し、処理をステップＳ３へ進める。
【００８０】
ステップＳ１Ｅ：
工具長グループ抽出部１１は、加工プログラム２０１の飛出し量の変更の命令に記載されている変更に用いる変更用飛出し量を読み出す。また、工具長グループ抽出部１１は、記憶部２００から規定値としての飛出し量を読み出す。
そして、工具長グループ抽出部１１は、交換工具３０１の工具長補正値に対して変更用飛出し量を加算し、交換工具３０１の工具長を算出する。
また、工具長グループ抽出部１１は、被交換工具３０２の工具長補正値に対して規定値の飛出し量を加算し、被交換工具３０２の工具長を算出する。
このとき、工具長グループ抽出部１１は、算出した交換工具３０１及び被交換工具３０２の各々の工具長において、より長い方の工具長を選択し、処理をステップＳ３へ進める。
【００８１】
ステップＳ９Ａ：
工具長グループ抽出部１１は、選択された工具の工具長が最小工具長から最大工具長の範囲（Ｙ１１≦Ｌ≦Ｙ１４）に含まれない場合、規定値２０３に設けた選択スイッチの設定により、選択された工具に対する処理を決定する。
すなわち、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具をロング工具として取り扱う設定となっている場合、処理をステップＳ８へ進める。一方、工具長グループ抽出部１１は、選択された工具をロング工具として取り扱う設定となっていない場合、工具交換の処理を停止、すなわち工具の交換処理のフィードホールド停止を行ない、異常表示を上記表示画面に表示する。
また、ステップＳ３からステップＳ８までは、第１の実施形態と同様であり、ステップＳ１３からステップＳ２４までは、第１の実施形態における図７に記載された処理と同様である。
【００８２】
上述した本実施形態によれば、工作機械の加工プログラムから交換する工具（交換工具及び被交換工具の各々）の工具長を求めるための情報を読み込むため、従来のように加工作業を行なう作業者が、工具の工具長をワークの加工を行なう前に予め入力する必要がなくなり、煩雑な工具長の入力処理が削減できるため、ワークの加工の作業の効率化が可能となる。また、作業者が入力する必要がないため、工具長の入力間違いを防止することが可能となる。
また、本実施形態によれば、工具の形状が特殊であり、ＡＴＣシャッター１４０の開度及びワーク待避位置各々の工具長グループとして設定できなくとも、加工プログラム２０１から読み込む命令の情報により、ロング工具として設定、あるいは工具交換の処理の停止などの制御を行なうことが可能となる。
【００８３】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態による工具交換制御システムついて、図面を参照して説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様の構成である。以下、第１の実施形態及び第２の実施形態の各々と異なる動作について説明する。第３の実施形態は、ワーク最大径をプログラムにおける命令により変更することが可能な構成となっている。すなわち、加工プログラムにおいて、ワーク最大径を変更すること及び変更後のワーク最大径の数値とが記載された命令により、工作機械はワーク最大径を変更することを示す制御信号を工具交換制御システムに対して出力する。
【００８４】
交換制御部１２は、ワーク最大径の変更が指示された場合、工具長グループ抽出部１１が選択した工具の工具径（直径Ｄ）を、この選択した工具の工具番号に対応させて記憶部２００から読み出す。また、交換制御部１２は、記憶部１３から距離Ａ、距離Ｌ及び距離Ｃ（これら距離に関しては後述）を読出す。
そして、交換制御部１２は、供給されたワーク最大径（直径Ｗ）と、工具の直径Ｄと、距離Ａと距離Ｌと距離Ｃとの各々により、ワーク待避位置Ｚｎｎの算出を行なう。
【００８５】
図９は、工具の交換の際、ワークテーブル１６０の中心Ｐ（ｚ軸方向）を移動させるワーク待避位置Ｚｎｎの計算を説明するための概念図である。
図９において、距離Ｂは、主軸１３０の工具を取り付ける側の端部からワークテーブル１６０の中心Ｐまでの距離であり、計算により求めるワーク待避位置となるｚ軸座標値である。直径Ｗは、変更値として入力される最大ワークの形状を含む、ワークテーブル１６０の中心Ｐを中心とした円６００の直径（ワーク径の変更値）である。半径Ｒは、ワークテーブル１６０の中心Ｐを中心とした工具３００との干渉座標Ｋと交わる円７００の半径である。距離Ａは、規定値であり、主軸１３０の回転軸７５０と、この回転軸７５０に平行であるワークテーブル１６０の中心Ｐを通る直線との距離、すなわち、ｘ軸座標値である。距離Ｌは、規定値であり、工具交換時における干渉座標Ｋのｚ軸座標値である。これにより、主軸１３０の工具を取り付ける側の端面と回転軸７５０との交点をを原点Ｏとするｘ軸及びｚ軸からなる２次元座標系において、ワークテーブル１６０の中心Ｐの座標は、２次元座標値（ｘ座標値，ｚ座標値）＝Ｐ（Ａ，Ｂ）となる。直径Ｄは、規定値であり、工具３００の回転軸７５０における工具径である。距離Ｃは、規定値であり、ワークが含まれる円６００に対する余裕のために設けられた規定値としての隙間の距離である。
【００８６】
交換制御部１２は、上述した数値を用い、以下の（１）式、（２）式及び（３）式の各々を用いて、ワーク待避位置を求める。
Ｒ２＝（Ｂ−Ｌ）２＋（Ａ−Ｄ／２）２        …（１）
Ｗ＝２×（Ｒ−Ｃ）                       …（２）
Ｂ＝［Ｒ２−（Ａ−Ｄ／２）２］（１／２）＋Ｌ    …（３）
上記（１）式は、円７００の半径Ｒ、すなわちワークテーブル１６０の中心Ｐの座標と干渉座標Ｋとの距離を表している。上記（２）式は、直径Ｗと半径Ｒと距離Ｃとの関係を表す式である。上記（３）式は、距離Ｂを表している。
上述した（３）式により、入力されるワーク最大径に対応した円６００の直径Ｗに対応した、ワークテーブル１６０の中心Ｐのワーク待避位置Ｚ、すなわち距離Ｂを求めることができる。求められるワークテーブル１６０の中心Ｐのワーク待避位置として機械座標はＰ（Ａ，Ｂ）となる。
【００８７】
上述したように、本実施形態によれば、ワーク形状が規定値のワーク最大径より小さい場合、ワーク形状に応じて任意にワーク待避位置を求め、工具交換の際にワークテーブル１６０をこの求めたワーク待避位置に待避させることにより、ワーク最大径を利用する時よりも移動量を小さくすることができる。
また、工作機械の加工プログラムから交換する工具（交換工具及び被交換工具の各々）の工具長を求めるための情報を読み込むため、従来のように加工作業を行なう作業者が、工具の工具長をワークの加工を行なう前に予め入力する必要がなくなり、煩雑な工具長の入力処理が削減できるため、ワークの加工の作業の効率化が可能となる。また、作業者が入力する必要がないため、工具長の入力間違いを防止することが可能となる。
【００８８】
なお、本発明における図１の工具交換制御システムの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより工具交換の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００８９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００９０】
１…制御装置  ２…交換工具準備部  ３…ＡＴＣシャッター開閉部  ４…ＡＴＣシャッター開度確認部  ５…ワーク待避位置移動部  ６…ワーク待避位置確認部  １１…工具長グループ抽出部  １２…交換制御部  １３，２００…記憶部  １１０…工具マガジン  １２０…チェンジャー機構  １２０Ａ…ＡＴＣアーム  １２５…把持部  １３０…主軸  １４０…ＡＴＣシャッター  １４５…ガイド  １５０…シャッター検出器  １５１，１５２，１５３…近接スイッチ  １６０…ワークテーブル  １７０…最大ワーク  １８０…サーボモータ  １８５…ワーク移動軸  １９０…長ドグ  ３００…工具  ３０１，３０３…交換工具  ３０２，３０４…被交換工具  ４００…シャッター駆動シリンダ機構  ４０１，４０２…位置検出器
【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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【図８】
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【図９】
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