(57)【要約】【課題】故障や不具合により自動工具交換装置の工具割出し動作が正常に行われなかった場合に、異常を通知することが可能な工作機械の制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の制御装置は、複数の工具を格納でき特定の位置に任意の工具を位置決め可能な刃物台を駆動させる刃物台駆動モータを制御して工具割出し動作を行う際に、工具割出し動作の開始時における工具交換位置の工具ポットの番号と、交換対象として指令された工具を収納している工具ポットの番号とから刃物台駆動モータの移動量を推測し、実際に工具割出し動作時に移動した刃物台駆動モータの移動量と比較することで工具割出し動作の異常を検出すると共に、刃物台駆動モータの負荷を監視し、より確実に工具割出し時の異常を検出することを可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具を格納でき特定の位置に任意の工具を位置決め可能な刃物台と、前記刃物台を駆動させる刃物台駆動モータと、前記刃物台において特定の位置に割出された工具と主軸に装着された工具を交換する機構から構成された自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置において、
工具交換前における刃物台の工具交換位置の工具ポット番号と工具交換の指令コードから工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を推測する推測手段と、
工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を取得する取得手段と、
前記取得手段で取得した刃物台駆動モータ移動量が前記推測手段で推測した刃物台駆動モータ移動量から許容範囲を超えて異なる場合に異常を通知する異常通知手段
を有することを特徴とした自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置。
【請求項２】
工具割出し時の刃物台駆動モータ負荷の最大値を取得する手段と、
前記取得手段で取得した刃物台駆動モータ負荷最大値が許容範囲外であった場合に異常を通知する異常通知手段と、
を有することを特徴とした請求項１に記載の自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置に関し、特に自動工具交換装置の工具割出し動作の異常を検出して通知する工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工作機械には自動的に工具を交換する自動工具交換装置が搭載されている。自動工具交換装置には様々な種類のものがあるが、複数の工具が格納可能な刃物台をモータで駆動させて特定の位置に任意の工具ポットを位置決めさせ、主軸と刃物台の工具を交換するものが多い。
【０００３】
図５は、マガジン１０を用いた工具交換装置の機構の一例を示す図であり、図５（ａ）は、マガジン１０の側面図、図５（ｂ）はマガジン１０の正面図を示している。マガジン１０は、チェーン１１で連結された多数の工具ポット１２を有し、該工具ポット１２に工具１３が収納されている。マガジン１０は、工具選択時において刃物台駆動モータ１４によりスプロケット１５が駆動されチェーン１１が旋回し、工具ポット１２及び該工具ポット１２に収納された工具１３が旋回することによって工具選択動作がなされる。
【０００４】
図６は、図５に示した工具交換装置を用いて工具を交換する際の手順を示す図である。工具１３の交換は、図６（ａ）に示すような工具交換アーム１６を用いて行われる。工具交換アーム１６は、両端に工具を把持する機構を備えており、工具交換アーム１６の中心位置を軸として回転できるように構成されている。
【０００５】
工具交換指令が工作機械の制御装置に対して指令されると、主軸２０がマガジン１０の近傍に位置決めされると共に、工具交換装置の刃物台駆動モータ１４が駆動されチェーン１１が旋回し、交換対象の工具１３Ａを収納している工具ポット１２が工具交換位置に移動し、主軸２０に取付けられている工具１３Ｂと、工具交換位置にある工具１３Ａとが工具交換アーム１６に把持される（図６（ｂ））。
【０００６】
次に工具交換アーム１６が主軸２０、工具ポット１２から離れる方向（図中矢印方向）に移動することで、主軸２０、工具ポット１２から、それぞれ工具１３Ｂ、工具１３Ａが取り外される（図６（ｃ））。工具の取り外されると工具交換アーム１６は回転し、工具１３Ａが主軸２０側へ、工具１３Ｂが工具ポット１２側へと移動する（図６（ｄ））。そして、工具交換アーム１６が主軸２０、工具ポット１２の方向（図中矢印方向）へと移動することで、工具１３Ａは主軸２０に、工具１３Ｂは工具ポット１２へ装着され、工具交換アーム１６が工具１３Ａ、工具１３Ｂを解放することで工具の交換が完了する（図６（ｅ））。
【０００７】
このような自動工具交換装置において、正常に工具割出しが完了しない場合には重大な被害となり得る。例えば、割出す工具の位置決めが正しくない場合には、刃物台と主軸の工具を交換させる機構部が干渉する場合がある。また、誤った工具ポットが工具交換位置に割出された場合は、想定していた工具と工具長が異なることにより、工具とワークが衝突する場合がある。このように、工作機械本体や工具、ワークを破損させる危険性があり、被害が大きくなる可能性がある。
【０００８】
正常に工具割出しが完了しない原因は様々考えられる。例えば、磨耗や潤滑不良による機構部の故障や不具合、振動や切削液のミスト浸入などによる電装部品の故障や不具合、ソフトウェアの不具合等により正常な動作や制御が行われない場合があり、このような故障や不具合を完全に無くすことは非常に難しい。
そこで、このような工具交換の異常を検出するための先行技術として、これまで特許文献１，２などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３２５３２号公報
【特許文献２】特開平１１−３３３６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１，２に記載の技術は、工具割出し後に刃物台と主軸の工具を交換する際の異常負荷を検出するものであり、工具割出し時の異常を検出するものではない。これらの特許文献に記載の技術においては、工具交換中に、工具交換アームを駆動させるモータ負荷を正常な場合のモータ負荷と比較して異常を判定する。このため、工具交換動作を行うまで工具割出しの異常を検出することができないという問題があった。
【００１１】
そこで本発明の目的は、故障や不具合により自動工具交換装置の工具割出し動作が正常に行われなかった場合に、異常を通知することが可能な工作機械の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、複数の工具を格納でき特定の位置に任意の工具を位置決め可能な刃物台と、前記刃物台を駆動させる刃物台駆動モータと、前記刃物台において特定の位置に割出された工具と主軸に装着された工具を交換する機構から構成された自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置において、工具交換前における刃物台の工具交換位置の工具ポット番号と工具交換の指令コードから工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を推測する推測手段と、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を取得する取得手段と、前記取得手段で取得した刃物台駆動モータ移動量が前記推測手段で推測した刃物台駆動モータ移動量から許容範囲を超えて異なる場合に異常を通知する異常通知手段と、を有することを特徴とした自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置である。
【００１３】
本願の請求項２に係る発明は、工具割出し時の刃物台駆動モータ負荷の最大値を取得する手段と、前記取得手段で取得した刃物台駆動モータ負荷最大値が許容範囲外であった場合に異常を通知する異常通知手段と、を有することを特徴とした請求項１に記載の自動工具交換装置を備えた工作機械の制御装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、工具割出し時に異常の検出をすることができるようになり、工具交換時の異常に基づいた故障を未然に防ぐことができる。また、ソフトウェアにより工具の割出し位置を監視するため別途センサを必要がなく、低コストで異常検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における工具割出し時の刃物台駆動モータのトルクの変化を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置における工具交換時の異常通知処理のフローチャート（１）である。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置における工具交換時の異常通知処理のフローチャート（２）である。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置における工具交換時の異常通知処理のフローチャート（３）である。
【図５】マガジンを用いた工具交換装置の構成図である。
【図６】工具交換装置における工具交換動作の手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。最初に、本発明における工具交換時の異常検出方法の基本的な概念を説明する。
本発明は、刃物台と主軸の工具を交換する以前に、正しく工具が割出されているかを監視するものである。本発明で扱う工具割出しにおいては刃物台駆動モータの移動量（回転量）が非常に重要である。正しい位置に指令した工具が位置決めされているかを判断するには、工具交換指令に応じて工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を推測し、工具割出し時における実際の刃物台駆動モータの移動量と比較する必要がある。これに加えて、刃物台駆動モータの負荷も監視することで、より確実に工具割出し時の異常を検出することが可能となる。
【００１７】
本発明では、以下の条件１が満たされている場合に工具割出し時の位置決めが正しく行われたと判断する。これに加えて条件２を満たすことで、より確実に工具割出し時の異常を検出可能となる。
●条件１：工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量が正確である。
●条件２：刃物台駆動モータと刃物台の動力伝達が正常に行われている。
【００１８】
前記条件１を判別するためには、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量が許容範囲内かどうかを監視する。推測した刃物台駆動モータの移動量と、工具割出し時に取得した実際の刃物台駆動モータの移動量が異なる場合には正しい位置に工具が割出されていないと判断できる。
【００１９】
前記条件２を判別するためには、工具割出し時の刃物台駆動モータトルクの最大値が許容範囲内かどうかを監視する。
刃物台駆動モータトルクの最大値が許容範囲より小さい場合には刃物台駆動モータの動力が伝達されていないため、刃物台が駆動していない（空振りしている）と判断できる。このような現象は、主として特公平０１−３４７４５号公報に開示されるような、動力伝達部が固定されていない、例えば、主軸モータを用いて刃物台を駆動させるタイプの工作機械で発生する可能性があり、このような工作機械では、工具割出し時のみ主軸モータが刃物台を駆動させるための位置に毎回移動するため、刃物台と刃物台を駆動させるモータの位置関係が常に固定されている訳ではない。この位置関係が崩れると主軸モータの動力が刃物台に伝達できずに工具の割出しを行うことができない。
また、刃物台駆動モータトルクの最大値が許容範囲より大きい場合には、刃物台が適切に使用されていない場合や（例えば、刃物台への工具積載重量超過など）、機構部の故障などが考えられる。
【００２０】
このような条件１、２を検出するために、工具交換装置を備えた工作機械の制御装置が備えるべき機能について、以下で説明する。これら各機能は、制御装置上に構築された演算回路により、または、制御装置のメモリに記憶されたシステムプログラムを実行することにより、制御装置上に実現される。
＜１．工具割出し時のモータ移動量推測機能＞
本発明の一実施の形態における制御装置は、工具割出し時に刃物台駆動モータがどの程度移動するのかを推測する機能を備えている。本機能は、加工プログラムなどにより、工具交換指令が為された時に機能し、工具交換開始時における工具交換位置の工具ポット番号Ｔｂと、工具交換指令用のコードにより指令された交換対象となる工具の工具ポット番号Ｔａとから、交換対象となる工具を工具交換位置へと動かすために必要となる刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅを算出する。なお、現在工具交換位置にある工具ポット番号は、工具交換装置からの出力値として取得できるように構成されている。
【００２１】
一般的に、図５に示すような構造の刃物台には等間隔に工具ポットが配置されているため、予め制御装置のメモリなどに、工具ポットを隣に移動するために必要となる刃物台駆動モータの移動量Ｄ１を記憶しておく。そして、工具交換指令により、工具交換位置の工具ポットを、現在の工具ポットからいくつ先の工具ポットに移動するかが判れば、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量を推測することができる。例えば、工具交換開始時における工具交換位置の工具ポット番号Ｔｂが１番であり、工具交換指令により、例えば、工具割出しコード「Ｍ６Ｔ５」が指令され、交換対象となる工具の工具ポット番号Ｔａが５番とされている場合、工具ポットを４つ隣へと移動させればよいので、割出し時のモータ移動量の推測値Ｍｅは４×Ｄ１になる。
【００２２】
＜２．工具割出し時における刃物台駆動モータの移動量の異常判別機能＞
本機能は、工具割出し時のモータ移動量推測機能により推測した、交換対象となる工具を工具交換位置へと動かすために必要となる刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅに基づいて、工具割出し動作の際の刃物台駆動モータの移動量に異常があったか否かを判別する機能である。本機能では、刃物台駆動モータの移動量を取得するために、工具交換開始時に刃物台駆動モータの現在位置Ｐｂと、工具交換後の刃物台駆動モータの位置Ｐａとから、工具交換動作における刃物台駆動モータの移動量を算出する。なお、刃物台駆動モータの位置情報は、刃物台駆動モータが備えるポジションコーダなどの位置検出器から取得される。
【００２３】
また、刃物台駆動モータの位置が一定値になると０に戻るロールオーバ機能が有効となっている場合には、刃物台駆動モータの位置だけでは工具割出し時の移動量が判らないため、刃物台駆動モータの座標が回転した回数Ｒもカウントする。より具体的には、工具割出し中に刃物台駆動モータの現在位置を微小時間間隔で監視し、位置座標の最大値をまたいで変化した場合に座標回転回数Ｒのカウントをアップする。
【００２４】
そして、工具割出し完了時に、割出し前の刃物台駆動モータの位置Ｐｂと、割出し後の刃物台駆動モータの位置Ｐａと、工具割出し中の座標回転回数Ｒとから、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量Ｍｃ＝（Ｐａ−Ｐｂ）＋Ｒ×（刃物台駆動モータ１回転の移動量）を算出する。
【００２５】
このようにして算出された、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量Ｍｃと、刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅとを比較し、許容値Ｍｐよりも大きく異なっている場合には、工具割出し時における刃物台駆動モータの移動量が異常であると判断する。許容値Ｍｐは、例えば刃物台駆動モータで設定されているインポジション値とすればよい。
【００２６】
＜３．工具割出し時における刃物台駆動モータ負荷の異常判別機能＞
本機能は、工具割出し中に刃物台駆動モータに発生したトルク値ＴＲに基づいて異常があったか否かを判別する機能である。本機能では、図１に示すように、工具割出し中に刃物台駆動モータに発生したトルク値の絶対値ＴＲｐが許容最大値ＴＲｍａｘよりも大きい場合、または、取得したトルク値の最大値ＴＲｐｍａｘが許容最小値ＴＲｍｉｎよりも小さい場合に、工具割出し時に異常があったと判別する。なお、刃物台駆動モータに発生したトルク値は、刃物台駆動モータに備えられたトルクセンサなどから取得される。
【００２７】
工具割出し時における刃物台駆動モータ負荷の許容値ＴＲｍａｘ、ＴＲｍｉｎについては、予め工具交換装置の特性を測定しておいて制御装置が備えたメモリに記憶しておく。
各許容値の例として、例えば図１に示すように、刃物台に全く工具を格納せずに工具割出しを行った場合に測定された刃物台駆動モータに発生したトルク値の最大値をＴＲ０、刃物台駆動モータを刃物台に動力を伝達させずに空回りさせたときの刃物台駆動モータに発生したトルク値の最大値をＴＲｆとした時、許容最小値ＴＲｍｉｎを（ＴＲ０＋ＴＲｆ）／２とすることができる。
また、図１に示すように、刃物台に積載可能重量の上限重量の工具を格納させた状態で、工具割出しを行った場合の刃物台駆動モータに発生したトルク値の最大値をＴＲｈとした時、許容最大値ＴＲｍａｘをＴＲｈ×１．２とすることができる。
【００２８】
これら機能を備えた制御装置における、工具交換時における異常通知処理について、図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。
●［ステップＳＡ０１］現在の加工プログラムにおいて実行中のブロックを読み込む。
●［ステップＳＡ０２］読み込んだブロックにおいて、工具交換指令用のコードが指令されているか否かを判別する。工具交換指令用のコードが指令されている場合にはステップＳＡ０３へ進み、そうでない場合にはＳＡ０１へ戻る。
●［ステップＳＡ０３］工具交換前における工具交換位置の工具ポット番号Ｔｂ、及び工具交換開始時における刃物台駆動モータの現在位置Ｐｂを記憶すると共に、刃物台駆動モータの座標が回転した回数Ｒ、刃物台駆動モータのトルク値の絶対値ＴＲｐ、工具割出し中に取得した刃物台駆動モータのトルクの最大値ＴＲｐｍａｘを、それぞれ０に初期化する。
●［ステップＳＡ０４］工具交換装置を制御して、工具割出し動作を開始する。
●［ステップＳＡ０５］ステップＳＡ０３で記憶した、工具交換前における工具交換位置の工具ポット番号Ｔｂと、工具交換指令用のコードにより指令された交換対象となる工具の工具ポット番号Ｔａとに基づいて、交換対象となる工具を工具交換位置へと動かすために必要となる刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅを算出する。
【００２９】
●［ステップＳＡ０６］工具割出し中に刃物台駆動モータのトルク値ＴＲを微小時間間隔毎に取得し、工具割出し中に刃物台駆動モータのトルク値ＴＲの絶対値ＴＲｐを算出する。
●［ステップＳＡ０７］ステップＳＡ０６で算出した取得した刃物台駆動モータのトルク値の絶対値ＴＲｐが工具割出し時における刃物台駆動モータ負荷の許容値ＴＲｍａｘを超過していないか判別する。ＴＲｐがＴＲｍａｘを超えている場合にはステップＳＡ０８へ進み、そうでない場合にはステップＳＡ０９へ進む。
●［ステップＳＡ０８］工具割出し時における刃物台駆動モータのトルクに異常が発生したと判断し、工具割出し時における刃物台駆動モータ負荷の許容値ＴＲｍａｘを超えた旨異常通知をし、工具交換動作を終了する。
【００３０】
●［ステップＳＡ０９］ステップＳＡ０６で算出したＴＲｐが、工具割出し中に取得した刃物台駆動モータのトルク値の最大値ＴＲｐｍａｘを超えているか否かを判定する。ＴＲｐがＴＲｐｍａｘを超えている場合にはステップＳＡ１０へ進み、超えていない場合にはステップＳＡ１１へ進む。
●［ステップＳＡ１０］ＴＲｐｍａｘの値をステップＳＡ０６で算出したＴＲｐの値で更新する。
●［ステップＳＡ１１］刃物台駆動モータのロールオーバ機能が有効である場合において、刃物台駆動モータの位置が座標の最大値をまたいで変化したか否かを判別する。刃物台駆動モータの位置が座標の最大値をまたいで変化した場合にはステップＳＡ１２へ進み、そうでない場合にはステップＳＡ１３へ進む。
●［ステップＳＡ１２］刃物台駆動モータの座標が回転した回数Ｒを１増加する。
【００３１】
●［ステップＳＡ１３］工具割出し動作了したか否かを判定する。工具割出し動作が完了した場合にはステップＳＡ１４へと進み、完了していない場合にはステップＳＡ０６へ戻る。
●［ステップＳＡ１４］工具割出し動作終了後の刃物台駆動モータの位置Ｐａを取得し、工具交換開始時における刃物台駆動モータの現在位置Ｐｂと、Ｐａと、刃物台駆動モータの座標が回転した回数Ｒとから、工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量Ｍｃを算出する。
●［ステップＳＡ１５］工具割出し中に取得した刃物台駆動モータのトルク値の最大値ＴＲｐｍａｘが工具割出し時における刃物台駆動モータ負荷の許容最小値ＴＲｍｉｎを下回っているか、交換対象となる工具を工具交換位置へと動かすために必要となる刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅと工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量Ｍｃとの差の絶対値が許容値Ｍｐを超えているかを判定する。いずれかの条件が成立している場合にはステップＳＡ１６に進み、いずれの条件も成立していない場合にはステップＳＡ０１へ戻る。
●［ステップＳＡ１６］工具割出し時における刃物台駆動モータに異常が発生したと判断し、判定結果に基づいて、トルク値が小さい、または刃物台駆動モータ移動量が許容範囲外である旨異常通知を行って工具交換動作を終了する。
【００３２】
このように、本発明の一実施の形態における工具交換装置を備えた工作機械の制御装置では、工具交換時に異常が発生したことを検出して異常通知をすることができる。本実施の形態の制御装置では、異常通知に基づいて機械の停止または警告の出力等の制御が可能である。異常通知時には、例えば、以下のような制御動作をするようにしてもよい。
●異常通知時動作１：工具割出し時の刃物台駆動モータの移動量が許容範囲外の場合と刃物台駆動モータの負荷が許容値よりも小さい場合は、機構部や工具とツールの衝突に繋がる可能性があるため異常検出時には機械を停止する。
●異常通知時動作２：刃物台駆動モータのトルクが許容範囲よりも大きい場合は機構部に異常が無いか、刃物台に搭載可能な工具重量の上限を大きく超えていないかの確認を促す警告を出力する。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。例えば、上述した刃物台駆動モータの移動量の推測値Ｍｅの算出方法は刃物台に工具ポットが等間隔に配置されて場合における一例であるが、これ以外にも、例えば予めメモリ上に各工具ポット間での移動に必要となる刃物台駆動モータの移動量を実験などにより測定しておき、テーブル形式で記憶して該テーブルから移動量の推測値を求めるようにしてもよいし、刃物台と刃物台駆動モータの構造を考慮した関数式などにより演算するようにしてもよい。このような構成とすることで、刃物台に工具ポットが等間隔に配置されていない場合にも対応することができる。
また、刃物台駆動モータ負荷の許容値ＴＲｍａｘ、ＴＲｍｉｎの設定についても、上述した例に限られるものではなく、工具交換装置の特性に応じてより適切な値を設定するようにしてよいし、センサなどにより取得された工作機械の設置環境などの情報に基づいて動的に決定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０    マガジン
１１    チェーン
１２    工具ポット
１３    工具
１４    刃物台駆動モータ
１５    スプロケット
１６    工具交換アーム
２０    主軸
【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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