(57)【要約】【課題】工作機械の工具交換動作をより高速化できる数値制御装置、数値制御方法、及び数値制御プログラムを提供する。【解決手段】数値制御装置は、加工領域とＡＴＣ領域で昇降可能な主軸ヘッド７と、主軸ヘッド７が回転可能に支持する主軸９と、複数のグリップアームが外周に設けてある回転可能な工具マガジンを備えた工作機械を制御する。次の工具４を保持するグリップアームがＺ軸移動可能角度まで旋回した場合、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点からＺ軸原点に向けて下降する。【選択図】図９
2013205975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰手段と、
前記原点復帰手段が前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送手段と、
少なくとも前記第一移送手段が前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出手段と、
前記回転割出手段が前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送手段を備え、
前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である数値制御装置。
【請求項２】
前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転位置を検出する回転検出手段と、
前記回転位置と、前記主軸ヘッドが移動可能な最も前記ワークに近い位置である移動限界位置の対応が定めてある移動制御テーブルと、
前記第二移送手段は、前記回転検出手段が検出した前記回転位置に基づいて、前記移動制御テーブルを参照して前記移動限界位置を特定し、特定した前記移動限界位置に向けて前記主軸ヘッドを移動し、
前記移動制御テーブルは、
前記ヘッド起動位置よりも前記回転方向上流側にある前記回転位置に、前記移動限界位置として前記特定位置が対応付けてあり、
前記ヘッド起動位置よりも前記回転方向下流側にある前記回転位置に、前記回転位置が前記割出位置に近接するほど前記原点位置に近接する前記移動限界位置が対応付けてある請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記移動制御テーブルは、少なくとも前記主軸ヘッドの移動速度及び前記グリップアームの回転速度に基づいて、前記次の工具に干渉することなく前記主軸ヘッドの待機時間が最短となる、前記回転位置と前記移動限界位置の位置関係が定めてある請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械を制御するための数値制御方法であって、
前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰ステップと、
前記原点復帰ステップが前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送ステップと、
少なくとも前記第一移送ステップが前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出ステップと、
前記回転割出ステップが前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送ステップを備え、
前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である数値制御方法。
【請求項５】
原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械であるコンピュータに、
前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰ステップ、
前記原点復帰ステップが前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送ステップ、
少なくとも前記第一移送ステップが前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出ステップ、
前記回転割出ステップが前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送ステップ、を実行させ、
前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である数値制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械を制御する数値制御装置、数値制御方法、及び数値制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークに対して「ネジ切り」「孔開け」「座ぐり」等の加工を単一の装置で複合的に実行できる工作機械が公知である（例えば、特許文献１参照）。図１１及び図１２に例示する工作機械１００は、工具交換装置（ＡＴＣ）１０１が付設してある。工具交換装置はタップやドリル等の工具１０２を予め所定の収納箇所に多数収納する工具マガジン１０３を備える。工具マガジン１０３は複数のグリップアーム１０４を放射状に備えて回転可能である。複数のグリップアーム１０４は次の工具１０２を適時選択して、使用済みの工具１０２と自動交換する。
【０００３】
数値制御装置は以下のような工具交換動作を制御する。主軸ヘッド１０５が所定の位置（Ｚ軸原点）まで上昇して、使用済みの工具１０２をグリップアーム１０４で保持する。更に主軸ヘッド１０５がＡＴＣ原点まで上昇して、使用済みの工具１０２を主軸１０６から抜き取る。次に工具マガジン１０３が回転して、次の工具１０２を把持したグリップアーム１０４が所定の位置（割出位置）に移動する。その後主軸ヘッド１０５がＺ軸原点まで下降して、次の工具１０２を主軸１０６に嵌挿する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−２２８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の工作機械１００の工具交換動作では、主軸ヘッド１０５の下降開始タイミングは移動中のグリップアーム１０４の位置が割出位置から一定の許容幅（Ｍ軸インポジション幅）に収まったときである（図１２参照）。故に移動中のグリップアーム１０４がＭ軸インポジション幅に収まっていない場合、主軸ヘッド１０５は下降しないので待機時間が生じる。
【０００６】
本発明は、工作機械の工具交換動作をより高速化できる数値制御装置、数値制御方法、及び数値制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一態様である数値制御装置は、原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰手段と、前記原点復帰手段が前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送手段と、少なくとも前記第一移送手段が前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出手段と、前記回転割出手段が前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送手段を備え、前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である。
【０００８】
第一態様の数値制御装置は、加工領域と工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、主軸ヘッドが回転可能に支持する主軸と、複数のグリップアームが外周に設けてある回転可能な工具マガジンを備えた工作機械を制御する。主軸ヘッドが原点位置から工具交換領域内の特定位置まで移動することで、割出位置のグリップアームが主軸に装着してある工具を下方へ抜き出す。このように主軸ヘッドが移動を開始した後、工具マガジンが回転して、使用済みの工具を保持するグリップアームを割出位置から離間する方向に回転し、且つ、次の工具を保持するグリップアームを割出位置に向けて回転する。次の工具を保持するグリップアームが所定のヘッド起動位置まで回転した場合、主軸ヘッドが工具交換領域内で特定位置から移動することで、割出位置のグリップアームが保持する次の工具を主軸に装着する。ヘッド起動位置は、割出位置を含むアーム許容幅よりも回転方向上流側にある、次の工具を保持するグリップアームの回転中に主軸ヘッドの移動を開始しても次の工具に干渉しないグリップアームの回転位置である。
【０００９】
これにより、次の工具を保持するグリップアームが所定のヘッド起動位置まで回転すると、グリップアームがアーム許容幅まで回転する前に、主軸ヘッドが特定位置から移動する。グリップアームがヘッド起動位置から割出位置に向けて回転する間に、グリップアームが保持する次の工具に干渉しない。グリップアームをアーム許容幅内に位置決めする前に主軸ヘッドの移動を開始できるため、グリップアームの位置決め時に生じる主軸ヘッドの待機時間を削減でき、ひいては工作機械の工具交換動作をより高速化できる。
【００１０】
前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転位置を検出する回転検出手段と、前記回転位置と、前記主軸ヘッドが移動可能な最も前記ワークに近い位置である移動限界位置の対応が定めてある移動制御テーブルと、前記第二移送手段は、前記回転検出手段が検出した前記回転位置に基づいて、前記移動制御テーブルを参照して前記移動限界位置を特定し、特定した前記移動限界位置に向けて前記主軸ヘッドを移動し、前記移動制御テーブルは、前記ヘッド起動位置よりも前記回転方向上流側にある前記回転位置に、前記移動限界位置として前記特定位置が対応付けてあり、前記ヘッド起動位置よりも前記回転方向下流側にある前記回転位置に、前記回転位置が前記割出位置に近接するほど前記原点位置に近接する前記移動限界位置が対応付けてあってもよい。この場合、次の工具を保持するグリップアームの回転位置に対応する移動限界位置まで、主軸ヘッドが移動するように制御する。次の工具に干渉しない範囲で、主軸ヘッドの移動位置を制御できる。ひいては、次の工具が他部材と接触して損傷することを確実に抑制しつつ、主軸ヘッドを最大限移動することができる。
【００１１】
前記移動制御テーブルは、少なくとも前記主軸ヘッドの移動速度及び前記グリップアームの回転速度に基づいて、前記次の工具に干渉することなく前記主軸ヘッドの待機時間が最短となる、前記回転位置と前記移動限界位置の位置関係が定めてあってもよい。この場合、主軸ヘッドの移動速度及びグリップアームの回転速度に基づいて、グリップアームの回転位置に対応する最適な移動限界位置を定めることができる。
【００１２】
本発明の第二態様である数値制御方法は、原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械を制御するための数値制御方法であって、前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰ステップと、前記原点復帰ステップが前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送ステップと、少なくとも前記第一移送ステップが前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出ステップと、前記回転割出ステップが前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送ステップを備え、前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である。
【００１３】
本発明の第三態様である数値制御プログラムは、原点位置よりもワークが配置してある側の前記ワークに対する加工動作を行う加工領域と、前記原点位置よりも前記加工領域とは反対側の工具の交換動作を行う工具交換領域で移動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドが回転可能に支持し、前記主軸ヘッドの前記加工領域側に向けて開口する筒孔状をなし、前記工具を装着可能な主軸と、前記工具を保持可能な複数のグリップアームが外周に設けてあり、一軸線を中心に回転可能な工具マガジンとを備えた工作機械であるコンピュータに、前記工具の交換動作開始時に、前記主軸ヘッドを前記原点位置に移動する原点復帰ステップ、前記原点復帰ステップが前記原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置まで移動することで、所定の割出位置に位置する前記グリップアームが前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す第一移送ステップ、少なくとも前記第一移送ステップが前記主軸ヘッドの移動を開始した後、前記工具マガジンを回転して、前記主軸から抜き出した使用済みの前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置から離間する方向に回転し、且つ、前記主軸に装着する次の前記工具を保持する前記グリップアームを前記割出位置に向けて回転する回転割出ステップ、前記回転割出ステップが前記次の工具を保持する前記グリップアームを所定のヘッド起動位置まで回転した場合、前記主軸ヘッドを前記工具交換領域内で前記特定位置から移動することで、前記割出位置に位置する前記グリップアームが保持する前記次の工具を、前記主軸に装着する第二移送ステップ、を実行させ、前記ヘッド起動位置は、前記次の工具が前記主軸の開口に対向する前記グリップアームの回転範囲であって前記割出位置を含むアーム許容幅よりも前記グリップアームの回転方向上流側に設けてあり、且つ、前記次の工具を保持する前記グリップアームの回転中に前記主軸ヘッドの移動を開始しても前記次の工具に干渉しない前記グリップアームの回転位置である。
【００１４】
第二態様の数値制御方法及び第三態様の数値制御プログラムは、第一態様と同様に、次の工具を保持するグリップアームが所定のヘッド起動位置まで回転すると、グリップアームがアーム許容幅まで回転する前に、主軸ヘッドが特定位置から移動する。グリップアームがヘッド起動位置から割出位置に向けて回転する間に、グリップアームが保持する次の工具に干渉しない。グリップアームをアーム許容幅内に位置決めする前に主軸ヘッドの移動を開始できるため、グリップアームの位置決め時に生じる主軸ヘッドの待機時間を削減でき、ひいては工作機械の工具交換動作をより高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】工作機械１の斜視図である。
【図２】主軸ヘッド７の一部破断拡大図である。
【図３】工作機械１及び数値制御装置３０の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】フラッシュメモリ３５の記憶領域の概念図である。
【図５】移動制御テーブル９０の概念図である。
【図６】工具交換処理のフローチャートである。
【図７】主軸ヘッド７及びグリップアーム７３を拡大した側面図である。
【図８】工具４を主軸９から抜き出す過程の主軸ヘッド７を拡大した縦断面図である。
【図９】工具４を主軸９に装着する過程の主軸ヘッド７を拡大した縦断面図である。
【図１０】主軸ヘッド７及び工具マガジン２１のタイミングチャートである。
【図１１】従来の工作機械１００の全体図である。
【図１２】従来の工具１０２の着脱過程を示す、主軸ヘッド１０５を拡大した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態である、工作機械１を制御する数値制御装置３０について、図面を参照して説明する。
【００１７】
工作機械１の構成を説明する。図１に示すように、工作機械１は、鉄製のベース２、ベース２の上部に位置してワークを切削する機械本体３、機械本体３の上部に位置して主軸９に装着する工具４の交換を行う工具交換装置２０、機械本体３及び工具交換装置２０の周囲を取り囲むカバー（図示省略）等を備えたマシニングセンタである。カバーの前面に、操作パネル（図示省略）が設けてある。操作パネルは、入力部２４（図３参照）、及び表示器２５（液晶ディスプレイ）（図３参照）を備える。作業者は、表示器２５の表示情報を確認し、入力部２４を用いて、加工プログラム、工具の種類、工具情報、及び各種パラメータ等を入力する。
【００１８】
機械本体３の構成を説明する。図１に示すように、機械本体３は、角柱状のコラム５、主軸ヘッド７（図２参照）、主軸９、テーブル１０等を備える。コラム５は、ベース２の上部後方に立設する。主軸ヘッド７は、コラム５の前面に沿って昇降する。主軸ヘッド７は、Ｚ軸モータ５３（図３参照）の駆動により、Ｚ軸方向に移動する。主軸９は、主軸ヘッド７の下部に設けてある。主軸９には、工具４が装着され、主軸モータ５４（図２参照）の駆動により回転する。テーブル１０は、ベース２の上部中央に設けてある。テーブル１０は、Ｘ軸モータ５１（図３参照）、Ｙ軸モータ５２（図３参照）、ガイド機構（図示省略）によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動する。コラム５の背面側に位置する制御箱６は、数値制御装置３０（図３参照）を格納する。
【００１９】
テーブル１０の移動機構を説明する。図１に示すように、テーブル１０は、下部に直方体状の支持台１２が設けてある。支持台１２は、上面にＸ軸方向（機械本体３の左右方向）に延びる一対のＸ軸送りガイド（図示省略）を備える。一対のＸ軸送りガイドは、テーブル１０を移動可能に支持する。
【００２０】
ベース２は、上部にＹ軸方向（機械本体３の奥行き方向）に延びる一対のＹ軸送りガイド（図示省略）を備える。一対のＹ軸送りガイドは、ベース２の長手方向に沿って延設する。一対のＹ軸送りガイドは、支持台１２を移動可能に支持する。ベース２は、上部にＹ軸モータ５２（図３参照）を備える。Ｙ軸モータ５２は、テーブル１０をＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動駆動する。支持台１２は、上部にＸ軸モータ５１（図３参照）を備える。Ｘ軸モータ５１は、テーブル１０をＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動駆動する。Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、サーボモータである。
【００２１】
テーブル１０の左右両側は移動方向に収縮可能なカバー１３，１４を備える。支持台１２の前側は移動方向に収縮可能なカバー１５を備える。支持台１２の後側はＹ軸後ろカバーを備える。カバー１３，１４，１５、及びＹ軸後ろカバーは、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドを常に覆う。故に工作機械１は、加工領域から飛散する切粉、及びクーラント液の飛沫等が各軸送りガイド上に落下するのを防止できる。
【００２２】
主軸ヘッドの昇降機構を説明する。図２に示すように、コラム５の前面側（図２における左側）で上下方向に延設するガイドレール（図示外）は、リニアガイドを介して主軸ヘッド７を昇降自在に支持する。主軸ヘッド７の上部には、主軸９を回転させる主軸モータ５４が固定してある。
【００２３】
コラム５の前面では、上側軸受部２７と下側軸受部２８が、上下方向に延設したボールねじ２６を回転可能に支持する。主軸ヘッド７の背面に固定したナット２９に対して、ボールねじ２６がねじ込まれて挿通する。ボールねじ２６の上端部は、カップリング（図示外）を介して上側軸受部２７の上部に固定したＺ軸モータ５３（図３参照）の駆動軸に連結する。ボールねじ２６は、Ｚ軸モータ５３の駆動によって正逆両方向に回転する。ボールねじ２６が正逆方向に回転すると、ボールねじ２６に螺合するナット２９が昇降し、ナット２９に連結する主軸ヘッド７がＺ軸方向（図２の矢印Ａ方向）に昇降移動する。
【００２４】
テーブル１０（図１参照）上に固定したワーク（被加工物）に対して、主軸ヘッド７が昇降すると共に、主軸９が回転して、工具４は切削加工を行う。具体的には、図７に示すように、主軸ヘッド７は、Ｚ軸の機械原点であるＺ軸原点よりも下方の加工領域で加工動作を行う。主軸ヘッド７は、Ｚ軸原点よりも上方の工具交換領域（ＡＴＣ領域）で、工具４の交換動作を行う。尚、機械原点とは、Ｘ軸、Ｙ軸の機械座標が０である位置、及びＺ軸の機械座標が加工可能な上限位置である。主軸ヘッド７がＺ軸原点にある場合、Ｚ軸位置は「４８０．０００」である。主軸ヘッド７がＡＴＣ領域内の基準位置であるＡＴＣ原点にある場合、Ｚ軸位置は「６１５．０００」である。尚、Ｚ軸位置は、主軸ヘッド７の下端面の高さであり、単位はｍｍである。
【００２５】
主軸ヘッド７の内部構造を説明する。図２に示すように、主軸ヘッド７の前方下部の内側では、上下方向に回転軸を有する主軸９が回転可能に支持してある。主軸９は、カップリング２３を介して主軸ヘッド７の上部に固定した主軸モータ５４の駆動軸に連結する。主軸９は主軸モータ５４の回転駆動によって回転する。主軸９の先端部（下端部）には、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７ａを装着するためのテーパ穴１８が設けてある。テーパ穴１８にテーパ装着部１７ａを装着すると、主軸９の内部に設けたホルダ挟持部材１９が、テーパ装着部１７ａから上方に突出するプルスタッド１７ｂを挟持する。主軸９は内部にドローバー８１を備える。ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。
【００２６】
主軸ヘッド７の後方上部の内側では、逆Ｌ字型（図２参照）のクランクレバー６０が支軸６１を介して揺動自在に軸支してある。クランクレバー６０は、垂直方向に延びる垂直レバー６０ｂと、垂直レバー６０ｂの下端部から前方に向かって略水平に延びる水平レバー６０ａを主体に構成してある。水平レバー６０ａの先端部は、ドローバー８１に直交して突設するピン６５に係合可能である。垂直レバー６０ｂの背面上部には、板カム体６６が固定してある。板カム体６６は、上側軸受部２７に固定したカムフォロア６７と接離可能である。垂直レバー６０ｂと主軸ヘッド７の間には、引張コイルバネが弾力的に介装する。クランクレバー６０を右側面から見た場合、クランクレバー６０は時計回りに常時付勢してあるので、工具交換動作時以外、水平レバー６０ａはピン６５から離れている。
【００２７】
例えば、主軸９のテーパ穴１８に工具ホルダ１７のテーパ装着部１７ａを装着した状態では、主軸ヘッド７が上昇すると、クランクレバー６０に設けた板カム体６６がカムフォロア６７に摺動する。この場合、クランクレバー６０は、右側面から見た場合に、支軸６１を中心に反時計回りに回転する。すると、水平レバー６０ａはピン６５に係合しつつ下方に押圧するので、ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に付勢し、ホルダ挟持部材１９がプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。このように、工具４を保持する工具ホルダ１７は、主軸９に対して着脱可能である。
【００２８】
工具交換装置２０の構造を説明する。図２に示すように、工具交換装置２０は、工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は、鍔付き円筒状のマガジン本体７１と、マガジン本体７１の鍔部７２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設した複数のグリップアーム７３を主体に構成してある。フレーム７８に固定したマガジン支持台８７は、工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる支軸７５を回転可能に支持する。マガジン本体７１は支軸７５に外挿してある。マガジン本体７１は、工作機械１の前方に、円形状の鍔部７２の正面を向けて配置してあり、回転可能に支持してある。
【００２９】
マガジン本体７１は、支軸７５を内挿した筒状のボス部７４と、ボス部７４の外周面の前端側に鍔状に設けた鍔部７２を主体に構成してある。ボス部７４の後端部には、支軸７５を中心とする割出円板７７が外挿して固定してある。割出円板７７の背面側（主軸ヘッド７に対向する面）には、ローラ形状のカムフォロア（図示外）が複数のグリップアーム７３の配設位置に対応して各々設けてある。
【００３０】
マガジン支持台８７の上部には、ケーシング８２が固定してある。ケーシング８２の上部には、マガジン本体７１の回転割出用のマガジンモータ５５が固定してある。ケーシング８２の内側では、マガジンモータ５５の回転軸に対して、複数のギヤ（図示外）とカム（図示外）からなる回転割出機構の一部が連結する。この回転割出機構のカムに形成したカム溝（図示外）に対して、割出円板７７の複数のカムフォロアが順次嵌合する。これにより、割出円板７７は間欠的な割出回転を行うことができ、複数のグリップアーム７３の中の１つをマガジン本体７１の最下方に位置決めできる。
【００３１】
複数のグリップアーム７３の先端側に、工具ホルダ１７を保持可能な把持部７３ａ（図７参照）が設けてある。複数のグリップアーム７３のうち、マガジン本体７１の最下方位置に割り出された１本のグリップアーム７３のみが、図示外のカム機構を利用することで、主軸ヘッド７の昇降動作に伴って揺動する。最下方位置のグリップアーム７３の把持部７３ａは、主軸９に近接する「近接位置」と、主軸９から離間する「退避位置」との間を移動する。該最下方位置は割出位置である。
【００３２】
工作機械１の電気的構成を説明する。図３に示すように、工作機械１は数値制御装置３０を備える。数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、フラッシュメモリ３５、入出力インタフェース３４、タイマ３６、軸制御回路４１ａ〜４５ａ、サーボアンプ４１〜４４、微分器５１ｂ〜５４ｂ等を備える。ＲＯＭ３２は、加工プログラムを解析して実行する本発明の制御プログラム等を記憶している。ＲＡＭ３３は、後述する制御プログラムの実行中に算出した値等を一時的に記憶する。図４に示すように、フラッシュメモリ３５には、後述の移動制御テーブル（図５参照）を記憶するテーブル記憶領域３５１、作業者が入力して登録した種々の加工プログラム記憶領域３５２等が設けてある。
【００３３】
サーボアンプ４１〜４４は、Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４に接続している。Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、テーブル１０を夫々Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動駆動する。Ｚ軸モータ５３は、主軸ヘッド７をＺ軸方向に移動駆動する。主軸モータ５４は、主軸９を回転駆動する。軸制御回路４５ａは、マガジンモータ５５に接続している。マガジンモータ５５は、工具マガジン２１を回転移動する。マガジンモータ５５は、エンコーダ５５ａを備える。軸制御回路４５ａは、エンコーダ５５ａの角度フィードバック信号に基づいて、角度のフィードバック制御を実行できる。
【００３４】
Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４は、エンコーダ５１ａ〜５４ａを備える。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けて、電流指令量（トルク指令値）をサーボアンプ４１〜４４に出力する。サーボアンプ４１〜４４は、この指令を受けてモータ５１〜５４に駆動電流を出力する。エンコーダ５１ａ〜５４ａは、軸制御回路４１ａ〜４４ａに位置フィードバック信号を入力する。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、位置のフィードバック制御を行う。微分器５１ｂ〜５４ｂは、エンコーダ５１ａ〜５４ａが入力した位置フィードバック信号を微分して速度フィードバック信号に変換し、軸制御回路４１ａ〜４４ａに速度フィードバック信号を出力する。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、速度フィードバックの制御を行う。
【００３５】
電流検出器４１ｂ〜４４ｂは、サーボアンプ４１〜４４がモータ５１〜５４に出力する駆動電流を検出する。電流検出器４１ｂ〜４４ｂが検出した駆動電流は、軸制御回路４１ａ〜４４ａにフィードバックする。軸制御回路４１ａ〜４４ａは、フィードバックした駆動電流によって電流（トルク）制御を行う。軸制御回路４５ａは、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けてマガジンモータ５５を駆動する。入力部２４及び表示器２５は、入出力インタフェース３４に接続している。
【００３６】
移動制御テーブル９０を説明する。図５に示すように、移動制御テーブル９０には、主軸ヘッド７のＺ軸位置と、工具マガジン２１のＭ軸角度（つまり、工具マガジン２１の回転位置）が対応付けてある。尚、移動制御テーブル９０が定めるＭ軸角度は、複数のグリップアーム７３のうちで、工具交換動作時に寄与するグリップアーム７３（基準アーム）が割出位置に位置する時を基準（０度）としている。
【００３７】
本実施形態の基準アームは、主軸９から使用済みの工具４を抜き出す場合は、使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３（第一基準アーム）であり、主軸９に次の工具４を装着する場合は、次の工具４を保持するグリップアーム７３（第二基準アーム）である。第一基準アームの回転方向は、割出位置から離間する方向であり、第二基準アームの回転方向は、割出位置に近接する方向である。
【００３８】
移動制御テーブル９０は、基準アームの保持する工具４が正常に工具交換できる主軸ヘッド７のＺ軸位置及びグリップアーム７３のＭ軸角度の位置関係を定める。正常に工具交換できるとは、工具４がホルダ挟持部材１９以外の他部材（例えば、主軸ヘッド７、テーパ穴１８の下端部）に衝突しない（工具４に干渉しない）ことをいう。
【００３９】
より詳細には、移動制御テーブル９０では、主軸９から使用済みの工具４を抜き出す場合に、上昇中の主軸ヘッド７のＺ軸位置に対応付けて、第一基準アームが回転可能（工具マガジン２１が回転可能）な最も回転方向下流側のＭ軸角度（Ｍ軸回転限界角度）が定めてある。第一基準アームのＭ軸角度がＭ軸回転限界角度より大きい場合、第一基準アームはＭ軸回転限界角度よりも回転方向下流側（つまり、Ｍ軸回転限界角度よりも割出位置から離間した側）に位置する。この場合、主軸ヘッド７のＡＴＣ原点へ向けた上昇量が不十分な状態で、第一基準アームが割出位置から離間する方向に大きく回転することになるため、使用済みの工具４はホルダ挟持部材１９以外の他部材に衝突する。
【００４０】
更に移動制御テーブル９０では、主軸９に次の工具４を装着する場合に、回転中の第二基準アームのＭ軸角度に対応付けて、主軸ヘッド７が下降可能な最も低いＺ軸位置（Ｚ軸移動限界位置）が定めてある。主軸ヘッド７のＺ軸位置がＺ軸移動限界位置より小さい場合、主軸ヘッド７がＺ軸移動限界位置よりも下側（つまり、Ｚ軸移動限界位置よりもＺ軸原点に近接した側）に位置する。この場合、第二基準アームの割出位置へ向けた回転量が不十分な状態で、主軸ヘッド７がＺ軸原点に向けて大きく下降することになるため、次の工具４はホルダ挟持部材１９以外の他部材に衝突する。
【００４１】
図５に例示する移動制御テーブル９０では、ＡＴＣ原点にある主軸ヘッド７のＺ軸位置が、「６１５．０００」である。主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から下降するのに応じて、Ｚ軸位置が小さくなる。Ｚ軸位置が「６１４．５００」を超える場合、対応するＭ軸角度に「干渉しない」が定めてある。これは、Ｚ軸位置が「６１４．５００」を超える場合に工具マガジン２１の回転を開始すると、第一基準アームの保持する使用済みの工具４に干渉することなく、第一基準アームを割出位置から離間できることを示す。
【００４２】
つまり、Ｚ軸位置「６１４．５００」〜「６１５．０００」は、従来と同様に第一基準アームを適正に割出位置から回転可能な工具マガジン２１の回転開始タイミングとなる、主軸ヘッド７の昇降範囲（つまり、Ｚ軸インポジション幅）である。具体的には、Ｚ軸インポジション幅は、使用済みの工具４が主軸９の外部に抜け出す主軸ヘッド７の昇降範囲であって、その上端にＡＴＣ原点を含む（図７参照）。尚、Ｚ軸インポジション幅のうちで最も小さいＺ軸位置を、Ｚ軸ＩＮＰ位置という。
【００４３】
Ｚ軸位置「５５０．０００」には、Ｍ軸角度「０．３００」が対応している。本実施形態では、Ｚ軸位置「５５０．０００」が、第一基準アームの回転を開始する、上昇中の主軸ヘッド７のＺ軸位置（Ｍ軸回転可能位置）である。上昇中の主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置にある場合、第一基準アームは「０．３００」のＭ軸角度まで回転可能である。
【００４４】
一方、移動制御テーブル９０では、割出位置にあるグリップアーム７３のＭ軸角度が「０．０００」（単位：度）である。グリップアーム７３が割出位置から離間するのに応じて、Ｍ軸角度が大きくなる。Ｍ軸角度が「０．３００」未満である場合、対応するＺ軸位置に「干渉しない」が定めてある。これは、Ｍ軸角度が「０．３００」未満である場合に主軸ヘッド７の下降を開始すると、第二基準アームの保持する次の工具４に干渉することなく、主軸９に次の工具４を装着できることを示す。
【００４５】
つまり、Ｍ軸角度「０．０００」〜「０．３００」は、従来と同様に次の工具４を主軸９に適正に装着可能な主軸ヘッド７の下降開始タイミングとなる、第二基準アームの回転範囲（つまり、Ｍ軸インポジション幅）である。具体的には、Ｍ軸インポジション幅は、次の工具４が主軸９のテーパ穴１８の直下に位置する第二基準アームの回転範囲であって、その範囲の中心に割出位置を含む（図８及び図９参照）。尚、Ｍ軸インポジション幅のうちで最も大きいＭ軸角度を、Ｍ軸ＩＮＰ角度という。
【００４６】
Ｍ軸角度「５．０００」には、Ｚ軸位置「６１４．５００」が対応している。本実施形態では、Ｍ軸角度「５．０００」が、主軸ヘッド７の下降を開始する、回転中の第二基準アームのＭ軸位置（Ｚ軸移動可能角度）である。回転中の第二基準アームがＺ軸移動可能角度にある場合、主軸ヘッド７は「６１４．５００」のＺ軸位置まで下降可能である。
【００４７】
更に移動制御テーブル９０では、Ｍ軸角度が「０．３００」〜「５．０００」の範囲では、Ｍ軸角度が大きくなるほど、対応するＺ軸位置が「５５０．０００」〜「６１４．５００」の範囲で大きくなるように、Ｍ軸角度とＺ軸位置を対応付ける。つまり、上昇中の主軸ヘッド７のＺ軸位置が大きくなるほど、第一基準アームはより大きいＭ軸角度まで回転可能であり、回転中の第二基準アームのＭ軸角度が小さくなるほど、主軸ヘッド７はより小さいＺ軸位置まで下降可能である。
【００４８】
移動制御テーブル９０は、工作機械１の種類、サイズ、形状等に応じて、あらかじめ製造者等が設定する。具体的には、主軸ヘッド７の下降時に次の工具４に干渉することなく基準アームの待機時間が最短となり、且つ、基準アームの回転時に使用済みの工具４に干渉することなく主軸ヘッド７の待機時間が最短となる、Ｚ軸位置とＭ軸角度の位置関係を定めればよい。例えば、製造者等は、少なくとも主軸ヘッド７の昇降速度及びグリップアーム７３の回転速度に基づいて、工作機械１を用いた実験または計算を行って、上記のＺ軸位置とＭ軸角度の位置関係を定めればよい。
【００４９】
工作機械１の工具交換動作を説明する。工作機械１の工具交換動作は、数値制御装置３０が以下の工具交換処理によって制御する。工具交換処理は、ＲＯＭ３２の制御プログラムに基づいて、ＣＰＵ３１が加工プログラム記憶領域３５２の加工プログラムを解析して実行する。
【００５０】
図６に示すように、工具交換処理では、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７をＺ軸原点まで移動するように指令する（Ｓ１）。具体的には、ＣＰＵ３１の移動指令によってＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７はワークの加工位置からＺ軸原点まで上昇する。また、ＣＰＵ３１の制御によって主軸モータ５４が回転して、主軸９の回転角度位置が自動工具交換を行う所定位置になる。これにより、主軸オリエント動作が完了する。
【００５１】
ステップＳ１の実行後、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７をＡＴＣ原点まで移動するように指令する（Ｓ３）。具体的には、ＣＰＵ３１の移動指令によってＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７はワークのＺ軸原点からＡＴＣ原点に向けて上昇する。ステップＳ３で上昇する主軸ヘッド７のＺ軸位置を、エンコーダ５３ａの位置フィードバック信号によってモニタリングする。モニタリングしたＺ軸位置を、Ｚ軸モニタ位置という。ＣＰＵ３１はＺ軸モニタ位置が移動制御テーブル９０の定めるＺ軸ＩＮＰ位置以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。本実施形態では、Ｚ軸モニタ位置が「６１４．５００」以上である場合、ＣＰＵ３１はＺ軸ＩＮＰ位置以上であると判断する（Ｓ５：ＹＥＳ）。Ｚ軸モニタ位置が「６１４．５００」未満である場合、ＣＰＵ３１はＺ軸ＩＮＰ位置以上でないと判断する（Ｓ５：ＮＯ）。
【００５２】
Ｚ軸モニタ位置がＺ軸ＩＮＰ位置以上でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、主軸ヘッド７はＺ軸インポジション幅よりも下側にある。この場合、ＣＰＵ３１はＺ軸モニタ位置が移動制御テーブル９０の定めるＭ軸回転可能位置以上であるか否かを判断する（Ｓ７）。本実施形態では、Ｚ軸モニタ位置が「５５０．０００」以上である場合、ＣＰＵ３１はＭ軸回転可能位置以上であると判断する（Ｓ７：ＹＥＳ）。Ｚ軸モニタ位置が「５５０．０００」未満である場合、ＣＰＵ３１はＭ軸回転可能位置以上でないと判断する（Ｓ７：ＮＯ）。Ｚ軸モニタ位置がＭ軸回転可能位置以上でない場合（Ｓ７：ＮＯ）、主軸ヘッド７はＭ軸回転可能位置よりも下側にあるため、処理はステップＳ５に戻る。
【００５３】
Ｚ軸モニタ位置がＭ軸回転可能位置以上である場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はＺ軸モニタ位置に対応するＭ軸回転限界角度を特定する（Ｓ９）。具体的には、ＣＰＵ３１は移動制御テーブル９０を参照して、Ｚ軸モニタ位置（Ｚ軸位置）に対応するＭ軸回転限界角度（Ｍ軸角度）を特定する。尚、移動制御テーブル９０がＺ軸モニタ位置に対応するＺ軸位置を定めていない場合は、ＣＰＵ３１はＺ軸モニタ位置に最も近い２つのＺ軸位置に対応する２つのＭ軸角度を線形補間して、Ｚ軸モニタ位置に対応するＭ軸回転限界角度を算出する。
【００５４】
ＣＰＵ３１は工具マガジン２１をステップＳ９で算出したＭ軸回転限界角度まで回転するように指令する（Ｓ１１）。具体的には、ＣＰＵ３１の回転指令によってマガジンモータ５５が回転して、使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３（第一基準アーム）がＭ軸回転限界角度まで回転する。その後、処理はステップＳ５に戻る。これにより、主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置からＺ軸ＩＮＰ位置まで上昇する間、第一基準アームがＺ軸モニタ位置に対応するＭ軸回転限界角度まで回転する。
【００５５】
Ｚ軸モニタ位置がＺ軸ＩＮＰ位置以上である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７はＺ軸インポジション幅内にあるから、ＣＰＵ３１は工具マガジン２１をＭ軸目標割出角度まで回転するように指令する（Ｓ１３）。具体的には、ＣＰＵ３１の回転指令によってマガジンモータ５５が回転して、次の工具４を保持するグリップアーム７３（第二基準アーム）がＭ軸目標割出角度まで回転する。Ｍ軸目標割出角度は、ＣＰＵ３１が算出した、第二基準アームを現在位置から割出位置まで回転するのに必要なＭ軸角度である。これにより、主軸ヘッド７がＺ軸ＩＮＰ位置からＡＴＣ原点まで上昇する間、第二基準アームが割出位置に向けて回転する。ステップＳ１３で回転する第二基準アームのＭ軸角度を、エンコーダ５５ａの角度フィードバック信号によってモニタリングする。モニタリングしたＭ軸角度を、Ｍ軸モニタ角度という。
【００５６】
ステップＳ１３の実行後、ＣＰＵ３１はＭ軸目標割出角度からＭ軸モニタ角度を減じた絶対値であるＭ軸進捗角度を算出する（Ｓ１５）。Ｍ軸進捗角度は、割出位置のＭ軸角度「０．０００」を基準とした第二基準アームの傾斜角度である。ＣＰＵ３１は算出したＭ軸進捗角度が移動制御テーブル９０の定めるＭ軸ＩＮＰ角度以下であるか否かを判断する（Ｓ１７）。本実施形態では、Ｍ軸進捗角度が「０．３００」以下である場合、ＣＰＵ３１はＭ軸ＩＮＰ角度以下であると判断する（Ｓ１７：ＹＥＳ）。Ｍ軸進捗角度が「０．３００」を超える場合、ＣＰＵ３１はＭ軸ＩＮＰ角度以下でないと判断する（Ｓ１７：ＮＯ）。
【００５７】
Ｍ軸進捗角度がＭ軸ＩＮＰ角度以下でない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、第二基準アームはＭ軸インポジション幅よりも回転方向上流側にある。この場合、ＣＰＵ３１はＭ軸進捗角度が移動制御テーブル９０の定めるＺ軸移動可能角度以下であるか否かを判断する（Ｓ１９）。本実施形態では、Ｍ軸進捗角度が「５．０００」以下である場合、ＣＰＵ３１はＺ軸移動可能角度以下であると判断する（Ｓ１９：ＹＥＳ）。Ｍ軸進捗角度が「５．０００」を超える場合、ＣＰＵ３１はＺ軸移動可能角度以下でないと判断する（Ｓ１９：ＮＯ）。Ｍ軸進捗角度がＺ軸移動可能角度以下でない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、第二基準アームはＺ軸移動可能角度よりも回転方向上流側にあるため、処理はステップＳ１５に戻る。
【００５８】
Ｍ軸進捗角度がＺ軸移動可能角度以下である場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、第二基準アームはＺ軸移動可能角度に達しているため、ＣＰＵ３１はＭ軸進捗角度に対応するＺ軸移動限界位置を特定する（Ｓ２１）。具体的には、ＣＰＵ３１は移動制御テーブル９０を参照して、Ｍ軸進捗角度（Ｍ軸角度）に対応するＺ軸移動限界位置（Ｚ軸位置）を特定する。尚、移動制御テーブル９０がＭ軸進捗角度に対応するＭ軸角度を定めていない場合は、ＣＰＵ３１はＭ軸進捗角度に最も近い２つのＭ軸角度に対応する２つのＺ軸位置を線形補間して、Ｍ軸進捗角度に対応するＺ軸移動限界位置を算出する。
【００５９】
ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７をステップＳ２１で算出したＺ軸移動限界位置まで移動するように指令する（Ｓ２３）。具体的には、ＣＰＵ３１の移動指令によってＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７はワークのＡＴＣ原点からＺ軸原点に向けて下降する。その後、処理はステップＳ１５に戻る。これにより、第二基準アームがＺ軸移動可能角度からＭ軸ＩＮＰ角度まで回転する間、主軸ヘッド７がＭ軸進捗角度に対応するＺ軸移動限界位置まで下降する。
【００６０】
Ｍ軸進捗角度がＭ軸ＩＮＰ角度以下である場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、第二基準アームはＭ軸インポジション幅内にあるから、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７をＺ軸原点まで移動するように指令する（Ｓ２５）。具体的には、ＣＰＵ３１の移動指令によってＺ軸モータ５３が回転して、主軸ヘッド７はＺ軸原点まで下降する。これにより、第二基準アームがＭ軸ＩＮＰ角度から割出位置まで回転する間、主軸ヘッド７がＺ軸原点に向けて下降する。その後、工具交換処理（図６）が終了する。
【００６１】
工具交換処理（図６）によって実行される工具交換動作の具体例を説明する。工具交換時には、加工領域に位置する主軸ヘッド７が、図７に示すＺ軸原点に移動する（Ｓ１）。このとき、割出位置のグリップアーム７３が、退避位置から近接位置に移動する。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達すると、グリップアーム７３の把持部７３ａは、主軸９に装着されている使用済みの工具４を保持する。その後、主軸ヘッド７がＡＴＣ領域内を上昇するのに伴って（Ｓ３）、ホルダ挟持部材１９がドローバー８１を押圧してプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。
【００６２】
図７及び図１０に示すように、上昇中の主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置に達すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、使用済みの工具４を保持したグリップアーム７３（第一基準アーム）が割出位置から回転を開始する（Ｓ９、Ｓ１１）。すなわち、主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置からＺ軸ＩＮＰ位置まで上昇するのに伴って、第一基準アームがＺ軸位置に応じたＭ軸回転限界角度まで回転する。主軸ヘッド７が上昇するほど、第一基準アームは回転方向下流側に大きく回転する。これにより、図８に示すように、主軸ヘッド７の上昇中に第一基準アームが割出位置から離間する方向に回転して、使用済みの工具４をホルダ挟持部材１９以外の他部材に干渉しないように主軸９から下方に抜き取る。
【００６３】
図７及び図１０に示すように、上昇中の主軸ヘッド７がＺ軸ＩＮＰ位置に達すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、次の工具４を保持したグリップアーム７３（第二基準アーム）が割出位置に向けて回転する（Ｓ１３）。図９及び図１０に示すように、回転中の第二基準アームがＺ軸移動可能角度に達すると（Ｓ１９：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７が下降を開始する（Ｓ２１、Ｓ２３）。すなわち、第二基準アームの回転に伴って、主軸ヘッド７がＭ軸角度に応じたＺ軸移動限界位置まで下降する。第二基準アームが回転するほど、主軸ヘッド７は大きく下降する。これにより、図９に示すように、第二基準アームの回転中に主軸ヘッド７が下降して、次の工具４をホルダ挟持部材１９以外の他部材に干渉しないように主軸９に挿入する。
【００６４】
図９及び図１０に示すように、回転中の第二基準アームがＭ軸ＩＮＰ角度に達すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７がＺ軸原点まで下降する（Ｓ２５）。これにより、ホルダ挟持部材１９がドローバー８１の押圧を中断してプルスタッド１７ｂを挟持することで、工具４が主軸９に装着する（図２参照）。その後、主軸ヘッド７がＺ軸原点位置から加工領域内を下降するのに伴って、割出位置のグリップアーム７３が近接位置から退避位置に移動する。加工領域では、新たな工具４を使用してワーク加工が実行される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の数値制御装置３０は、加工領域とＡＴＣ領域で移動可能な主軸ヘッド７と、主軸ヘッド７が回転可能に支持する主軸９と、複数のグリップアーム７３が外周に設けてある回転可能な工具マガジン２１を備えた工作機械１を制御する。主軸ヘッド７が原点位置からＡＴＣ原点（特定位置）まで移動することで、割出位置のグリップアーム７３が主軸９に装着してある工具４を抜き出す。このように主軸ヘッド７が移動を開始した後、工具マガジン２１が回転して、使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３を割出位置から離間する方向に回転し、且つ、次の工具４を保持するグリップアーム７３を割出位置に向けて回転する。このように次の工具４を保持するグリップアーム７３が回転を開始した後、主軸ヘッド７がＡＴＣ領域内でＡＴＣ原点から移動することで、割出位置のグリップアーム７３が保持する次の工具４を主軸９に装着する。
【００６６】
詳細には、主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置（アーム起動位置）まで移動した場合、工具マガジン２１が回転する。Ｍ軸回転可能位置は、ＡＴＣ原点を含むＺ軸インポジション幅（主軸許容幅）よりもＺ軸原点側にある、主軸ヘッド７の移動中に使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３の回転を開始しても使用済みの工具４に干渉しない主軸ヘッド７のＺ軸位置（移動位置）である。これにより、主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置まで移動すると、主軸ヘッド７がＺ軸インポジション幅まで移動する前に、使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３が、割出位置から離間する方向に回転する。この場合、主軸ヘッド７がＭ軸回転可能位置からＡＴＣ原点に向けて移動する間に、グリップアーム７３が保持する使用済みの工具４に干渉しない。主軸ヘッド７をＺ軸インポジション幅内に位置決めする前にグリップアーム７３の回転を開始できるため、主軸ヘッド７の位置決め時に生じるグリップアーム７３の待機時間を削減でき、ひいては工作機械１の工具交換動作をより高速化できる。
【００６７】
また、次の工具４を保持するグリップアーム７３がＺ軸移動可能角度（ヘッド起動位置）まで回転した場合、主軸ヘッド７が移動する。Ｚ軸移動可能角度は、割出位置を含むＭ軸インポジション幅（アーム許容幅）よりも回転方向上流側にある、次の工具４を保持するグリップアーム７３の回転中に主軸ヘッド７の移動を開始しても次の工具４に干渉しないグリップアーム７３のＭ軸角度（回転位置）である。これにより、次の工具４を保持するグリップアーム７３がＺ軸移動可能角度まで回転すると、グリップアーム７３がＭ軸インポジション幅まで回転する前に、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から移動する。グリップアーム７３がＺ軸移動可能角度から割出位置に向けて回転する間に、グリップアーム７３が保持する次の工具４に干渉しない。グリップアーム７３をＭ軸インポジション幅内に位置決めする前に主軸ヘッド７の移動を開始できるため、グリップアーム７３の位置決め時に生じる主軸ヘッド７の待機時間を削減でき、ひいては工作機械１の工具交換動作をより高速化できる。
【００６８】
更に移動制御テーブル９０に基づいて、以下のような制御が行われる。すなわち、主軸ヘッド７のＺ軸位置に対応するＭ軸回転限界角度（回転限界位置）まで、使用済みの工具４を保持するグリップアーム７３が回転するように制御する。使用済みの工具４に干渉しない範囲でグリップアーム７３の回転位置を制御できるので、使用済みの工具４が他部材と接触して損傷することを確実に抑制しつつ、グリップアーム７３を最大限回転できる。また、次の工具４を保持するグリップアーム７３のＭ軸角度に対応するＺ軸移動限界位置（移動限界位置）まで、主軸ヘッド７が移動するように制御する。次の工具４に干渉しない範囲で主軸ヘッド７の移動位置を制御できるので、次の工具４が他部材と接触して損傷することを確実に抑制しつつ、主軸ヘッド７を最大限移動することができる。
【００６９】
上記実施形態では、原点復帰手段の一例が「ステップＳ１を実行するＣＰＵ３１」である。第一移送手段の一例が「ステップＳ３を実行するＣＰＵ３１」である。回転割出手段の一例が「ステップＳ１１及びＳ１３を実行するＣＰＵ３１」である。第二移送手段の一例が「ステップＳ２３及びＳ２５を実行するＣＰＵ３１」である。原点復帰ステップの一例が「ステップＳ１」である。第一移送ステップの一例が「ステップＳ３」である。回転割出ステップの一例が「ステップＳ１１及びＳ１３」である。第二移送ステップの一例が「ステップＳ２３及びＳ２５」である。
【００７０】
本発明の数値制御装置は、上記実施形態に限らず、各種の変形が可能である。例えば、主軸ヘッド７の移動位置を、Ｚ軸位置（機械座標）ではなく、相対座標や絶対座標で制御してもよい。グリップアーム７３の回転位置を、Ｍ軸角度（相対角度）ではなく、絶対角度や位置座標で制御してもよい。
【００７１】
移動制御テーブル９０は、工作機械１に複数設けてもよい。例えば、主軸ヘッド７の昇降速度やグリップアーム７３の回転速度等が異なるモード毎に複数の移動制御テーブル９０を設けて、実行中のモードに応じて最適な移動制御テーブル９０を使用してもよい。また、移動制御テーブル９０は、主軸９から使用済みの工具４を抜き出す場合に使用するテーブルと、主軸９に次の工具４を装着する場合に使用するテーブルに分けてもよい。尚、工作機械１は、主軸ヘッド７が昇降するものではなく、主軸ヘッド７が前後に移動する横型のものでもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１    工作機械
４    工具
７    主軸ヘッド
９    主軸
２１    工具マガジン
３０    数値制御装置
３１    ＣＰＵ
５３ａ    エンコーダ
５５ａ    エンコーダ
７３    グリップアーム
９０    移動制御テーブル
【図１】
2013205975.tif 000003
【図２】
2013205975.tif 000004
【図３】
2013205975.tif 000005
【図４】
2013205975.tif 000006
【図５】
2013205975.tif 000007
【図６】
2013205975.tif 000008
【図７】
2013205975.tif 000009
【図８】
2013205975.tif 000010
【図９】
2013205975.tif 000011
【図１０】
2013205975.tif 000012
【図１１】
2013205975.tif 000013
【図１２】
2013205975.tif 000014