(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を着脱自在に装着可能な少なくとも２つの回転軸を備えた工作機械における工具振れ検出方法であって、
１つの前記回転軸において前記工具の交換作業を実施し、当該交換作業により発生する振動波形を検出する振動波形検出工程と、
検出した前記振動波形に基づいて、振動が最も大きい周波数を特定する周波数特定工程と、
特定した前記周波数よりも高い周波数域の周期を、前記工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定するスキャン時間設定工程と、
１つの前記回転軸において前記工具の交換作業を実施すると共に、他の１つの前記回転軸を回転させながら、設定した前記スキャン時間により前記工具の振れ検出を実施する工具振れ検出工程と、
を含む工具振れ検出方法。
【請求項２】
前記スキャン時間設定工程において、
特定した前記周波数の少なくとも３倍の周波数の周期を、前記工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する請求項１に記載の工具振れ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具振れ検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸に装着した工具により、ワークの切削加工を行う工作機械がある。この種の工作機械では、ワークの加工中に回転軸に振動が発生することがある。
【０００３】
ワークの加工中に生じる回転軸の振動を抑制する技術として、びびり振動を抑制可能な最適回転速度を算出し、この最適回転速度により回転軸を回転させるようした振動抑制装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した工作機械の中には、複数の回転軸を備えた機種がある。このような工作機械では、一方の回転軸でワークの切削加工を行っている間に、他方の回転軸では工具の交換作業を行う場合がある。工具の交換作業は、頻繁に行われる。一方、工作機械には高い加工精度が要求されるため、定期的に工具の取付精度を測定している（以下、工具の振れ検出という）。工具の振れ検出は、工具の先端がどれだけ振れているかを検出する作業であり、回転させた工具の先端における振幅（振れ量）を非接触式センサにより検出する。
【０００６】
工具の振れ検出の作業において、一方の回転軸について工具の振れ検出の作業を行っている間に、他方の回転軸では工具の交換作業を行う場合がある。この場合、工具の交換作業において発生する振動が、工具の振れ検出の測定結果に影響を与えることがある。上記特許文献１に記載された振動抑制装置は、切削加工において、回転軸の回転中に発生するびびり振動を抑制するものであり、工具の交換作業中に発生する振動の影響を抑制することに関しては考慮されていない。
【０００７】
本発明は、複数の回転軸を備えた工作機械において、一方の回転軸で工具の交換作業を実施している間に、他方の回転軸で工具の振れ検出を行う場合において、工具の交換作業で発生する振動の影響を受けにくくした工具振れ検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  工具を着脱自在に装着可能な少なくとも２つの回転軸（例えば、後述の加工主軸３６）を備えた工作機械における工具振れ検出方法であって、１つの前記回転軸において前記工具の交換作業を実施し、当該交換作業により発生する振動波形を検出する振動波形検出工程と、検出した前記振動波形に基づいて、振動が最も大きい周波数を特定する周波数特定工程と、特定した前記周波数よりも高い周波数域の周期を、前記工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定するスキャン時間設定工程と、１つの前記回転軸において前記工具の交換作業を実施すると共に、他の１つの前記回転軸を回転させながら、設定した前記スキャン時間により前記工具の振れ検出を実施する工具振れ検出工程と、を含む工具振れ検出方法。
【０００９】
（１）の発明によれば、工具の交換作業を実施したときに発生する振動波形を検出して、振動が最も大きい周波数を特定するとともに、特定した周波数よりも高い周波数域の周期を工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する。これによれば、一方の回転軸で工具Ｔの交換作業を実施した際に発生する振動の影響を受けにくいスキャン時間を設定することができる。従って、一方の回転軸で工具の交換作業を実施している間に、設定したスキャン時間により他方の回転軸に装着された工具の振れ検出を実施した場合において、工具の交換作業で発生する振動の影響を受けにくくすることができる。
【００１０】
（２）  （１）に記載の工具振れ検出方法であって、前記スキャン時間設定工程において、特定した前記周波数の少なくとも３倍の周波数の周期を、前記工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する工具振れ検出方法。
【００１１】
（２）の発明によれば、特定した周波数の少なくとも３倍の周波数の周期を工具の振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する。これによれば、工具の交換作業で発生する振動の影響をより受けにくくすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の回転軸を備えた工作機械において、一方の回転軸で工具の交換作業を実施している間に、他方の回転軸で工具の振れ検出を行う場合において、工具の交換作業で発生する振動の影響を受けにくくした工具振れ検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る工作機械の一部切欠斜視図である。
【図２】工作機械の正面図である。
【図３】工作機械の側面図である。
【図４】工具マガジンの側面図である。
【図５】工具ポットの斜視図である。
【図６】工具マガジンの正面図である。
【図７】工具受渡機構の斜視図である。
【図８】（Ａ）は工具受渡機構の側面図である。（Ｂ）は（Ａ）に示す状態から工具受渡機構のハンドを下降させた状態を示す側面図である。
【図９】（Ａ）は工具マガジンの切欠き近傍を模式的に示す平面図である。（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。（Ｃ）は（Ａ）の側面図である。
【図１０】（Ａ）は工具マガジンの切欠き近傍を模式的に示す平面図である。（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。（Ｃ）は（Ａ）の側面図である。
【図１１】（Ａ）は工具マガジンの切欠き近傍を模式的に示す平面図である。（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。（Ｃ）は（Ａ）の側面図である。
【図１２】実施形態における工具振れ検出システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】工具の交換中に位置検出センサにより検出された振動波形を示すグラフである。
【図１４】検出した振動波形から周波数成分を抽出したグラフである。
【図１５】コントローラにおいて工具の振れ検出を行う場合の処理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】
【００１４】
以下、本発明に係る工具振れ検出方法の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る工具振れ検出方法を、２つの加工主軸３６を備えた工作機械に適用した場合について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態における工作機械１０の一部切欠斜視図である。図２は、図１に示す工作機械１０の正面図である。図３は、図１に示す工作機械１０の側面図である。以下、工作機械１０の向きを特定するために、図２の左右方向をＸ方向（Ｘ１、Ｘ２方向）、高さ方向をＹ方向（Ｙ１、Ｙ２方向）とする。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する奥行き方向をＺ方向（Ｚ１、Ｚ２方向）（図３参照）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面内の所定の一方向であって直交する。
【００１６】
工作機械１０は、ワークＷに対してドリル加工、中ぐり加工及びホーニング加工等を行う装置である。ワークＷは、例えば、エンジンのシリンダヘッド、ミッションケースのような箱形の筐体である。工作機械１０は、図２に示す正面視で左側（矢印Ｘ１側）の第１工作機械１０ａと、右側（矢印Ｘ２側）の第２工作機械１０ｂと、これらの第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂを統合的に且つ協調的に制御するコントローラ１２と、着脱可能な工具Ｔを複数保持する工具マガジン１１と、を備える。
【００１７】
第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂは、隣接して平行に設けられている。第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂは、後述する定盤１３、ワーク移動装置（不図示）及びフレーム１５を共用する。本実施形態において、第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂは、同構造である。以下、第１工作機械１０ａを代表して説明する。
【００１８】
第１工作機械１０ａは、床に固定された定盤１３の上部に配置されている。定盤１３は、Ｘ方向に幅狭で、Ｙ方向に低い形状を有する。定盤１３の上面には、ワーク移動装置（不図示）及びフレーム１５が設けられている。
図１に示すように、フレーム１５は、工具マガジン１１を支持している。工具マガジン１１は、メインマガジン８０ａ、８０ｂと、サブマガジン１００と、を備える。メインマガジン８０ａは、第１工作機械１０ａに対応する。メインマガジン８０ｂは、第２工作機械１０ｂに対応する。サブマガジン１００は、メインマガジン８０ａ、８０ｂのＺ２側上方に配置されている。サブマガジン１００は、メインマガジン８０ａ、８０ｂに共用される工具Ｔを複数保持している。
【００１９】
フレーム１５は、定盤１３の四隅から上方に延在する４本の支柱１５ａと、これら支柱１５ａの上部で支えられたプレート１５ｂと、を備える。サブマガジン１００は、プレート１５ｂの上部に設けられた脚部１０５によって支持されている。フレーム１５は、定盤１３に設けられた４本の支柱１５ａにより支持されている。Ｚ方向における２本の支柱１５ａの間には、シャッター１０７が設けられている（図１では、奥側のみ図示する）。シャッター１０７は、ワークＷの加工の際、切削屑や切削油が左右に装置外へと飛散するのを防止するための遮蔽部材である。シャッター１０７は、工具ＴによりワークＷへの加工を行う加工主軸３６のメンテナンス時等に開放される。
【００２０】
第１工作機械１０ａは、図２及び図３に示すように、Ｚレール１６と、コラム１８と、Ｙレール２０と、支持体２２と、を備える。Ｚレール１６は、定盤１３の上面に設けられたＺ方向に延在する一対のレールである。コラム１８は、Ｚレール１６に案内されてＺ方向にスライドする筐体である。Ｙレール２０は、コラム１８の正面においてＹ方向に延在する一対のレールである。支持体２２は、Ｙレール２０に案内されてＹ方向にスライドする筐体である。
【００２１】
Ｚレール１６上でのコラム１８のＺ方向位置は、Ｚ位置センサ１６ａによって検出される。また、Ｙレール２０上での支持体２２のＹ方向位置はＹ位置センサ２０ａによって検出される。それぞれのセンサで検出されたＺ方向位置、Ｙ方向位置は、コントローラ１２に送信される。
【００２２】
コラム１８は、定盤１３に設けられたＺモータ２４により駆動される。具体的には、コラム１８は、Ｚモータ２４の回転により、ボールねじ機構２６を介してＺ方向に往復移動する（図３参照）。なお、Ｚモータ２４に図示しないロータリエンコーダを取り付け、このロータリエンコーダにより、ボールねじ機構２６のボールねじの回転角度を検出するように構成してもよい。この場合は、コラム１８のＺ方向位置として、前記検出されたボールねじの回転角度がコントローラ１２に送信される。
【００２３】
支持体２２は、定盤１３の内部に配置されたＹモータ２８（図１参照）により駆動される。具体的には、支持体２２は、Ｙモータ２８の回転により、ボールねじ機構３０を介してＹ方向に往復移動する（図２参照）。なお、Ｙモータ２８に図示しないロータリエンコーダを取り付け、このロータリエンコーダにより、ボールねじ機構３０のボールねじの回転角度を検出するように構成してもよい。この場合は、支持体２２のＹ方向位置として、前記検出されたボールねじの回転角度がコントローラ１２に送信される。コラム１８及びＹレール２０は、Ｙ方向に延出した形状を有する。このため、コラム１８及びＹレール２０は、支持体２２を比較的長距離移動させることができる。
【００２４】
支持体２２は、旋回アーム３２と、加工主軸３６と、を備える。加工主軸３６は、旋回アーム３２における遠心方向の端部に設けられている。加工主軸３６は、旋回アーム３２に対して回動自在となるように支持されている。また、支持体２２は、旋回アーム３２を旋回させるアームモータ（不図示）と、加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ３８（図４参照）と、を備える。
【００２５】
メインマガジン８０ａは、プレート１５ｂの上面であって、図中の左側（Ｘ１側）に設けられている。メインマガジン８０ａには、加工主軸３６に装着される複数の工具Ｔが着脱自在に保持されている。また、メインマガジン８０ｂは、プレート１５ｂの上面であって、図中の右側（Ｘ２側）に設けられている。メインマガジン８０ｂには、加工主軸３６に装着される複数の工具Ｔが着脱自在に保持されている。以下、メインマガジン８０ａを代表して説明する。
図４は、工具マガジン１１の側面図である。図５は、工具ポット１２６の斜視図である。図６は、工具マガジン１１の正面図である。
【００２６】
図１及び図６に示すように、メインマガジン８０ａは、回転軸８２と、マガジンモータ８３と、保持アーム８４と、を備える。回転軸８２は、矢印Ｚ方向に延在した軸である。マガジンモータ８３は、回転軸８２を駆動する駆動装置である。保持アーム８４は、回転軸８２を中心として正面視（図２参照）で約２７０度の範囲で放射状に設けられた部材である。それぞれの保持アーム８４の先端には、工具Ｔを挟持する略Ｃ字状のグリップ８５が設けられている。グリップ８５は弾性体により構成されている。グリップ８５は、Ｃ字の開口部（符号を省略）を有する。この開口部から工具Ｔを押し込むと、開口部が弾性的に拡開して工具Ｔが挿入可能となる。開口部に工具を挿入すると、開口部は弾性的に閉じられる。これにより、工具はグリップ８５に保持される。また、保持された工具Ｔは、Ｃ字の開口部から引き抜きが可能である。グリップ８５は、工具Ｔに形成された鍔状の溝部を介して直接的に把持することができる。
【００２７】
加工主軸３６の工具Ｔを交換する際には、メインマガジン８０ａを回転させて、プレート１５ｂの端から所定の保持アーム８４を下方に指向させる。具体的には、工具Ｔを保持していない空の保持アーム８４を下方に指向させる。そして、コラム１８のＺ方向位置を調整した後に、支持体２２を上昇させる。これにより、図４に示すように、工具Ｔが保持アーム８４に保持される。また、アンクランプレバー５２がコラム１８上部から垂下されたアンクランプブロック５３に当接して操作される。これにより、工具Ｔは、ツールヘッド５０に対してアンクランプされる。従って、コラム１８を矢印Ｚ２方向に後退させることで、工具Ｔはツールヘッド５０から抜き取られる。
【００２８】
次いで、メインマガジン８０ａを回転させて、これから使用する予定の工具Ｔが保持されている保持アーム８４を下方に指向させる。そして、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させる。これにより目的の工具Ｔがツールヘッド５０に挿入される。更に、支持体２２を下降させると、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック５３から離れ、工具Ｔがクランプされる。この後、メインマガジン８０ａを回転させて、図２に示すように、全ての保持アーム８４がプレート１５ｂよりも上方に配置されるように設定する。
このように、メインマガジン８０ａと加工主軸３６との間では、途中で工具Ｔを受け渡すために介在する機構がない。また、保持アーム８４は、工具Ｔを直接的に把持する。このため、コラム１８、支持体２２及び旋回アーム３２により、工具Ｔの着脱操作を直接的に行うことができる。
【００２９】
図１〜図３に示すように、サブマガジン１００は、メインマガジン８０ａ、８０ｂのＺ２側において、プレート１５ｂの上面に設けられた脚部１０５によって支持されている。サブマガジン１００は、メインマガジン８０ａ、８０ｂの保持アーム８４よりも上方で工具Ｔを保持している。サブマガジン１００は、図２に示すように、メインマガジン８０ａ、８０ｂを跨ぐように設けられている。サブマガジン１００は、矩形型（楕円型）の回転マガジンである。サブマガジン１００は、メインマガジン８０ａ、８０ｂに同時に対応することができる。サブマガジン１００は、水平平面（ＸＺ平面）内で回転することにより、所望の工具Ｔを割り出すことができる。
【００３０】
サブマガジン１００は、ベースフレーム１１０と、チェーン１１２と、レール（工具移動レール）１１４と、を備える。ベースフレーム１１０は、脚部１０５に固定された略矩形状の枠体である。チェーン１１２は、ベースフレーム１１０の外側面を周回するように巻き掛けられた動力伝達部材である。レール１１４は、チェーン１１２の下方（Ｙ２方向）において、チェーン１１２と平行してベースフレーム１１０の外側面を周回するように固定された軌道である。
【００３１】
チェーン１１２は、略矩形状に循環駆動される。チェーン１１２は、略矩形状の四隅のうちの１つの隅において、駆動ギア１２２と係合する。また、チェーン１１２は、略矩形状の四隅のうちの他の３つの隅において、従動ギア１２４と係合する。駆動ギア１２２は、モータ１２０の回転力により駆動される。従動ギア１２４は、チェーン１１２を駆動することなく空転するギアである。チェーン１１２は、駆動ギア１２２が回転することにより、ベースフレーム１１０の外側面に沿うように無端移動する。
また、チェーン１１２には、その延在方向に沿って複数の保持アーム１１８が取り付けられている。保持アーム１１８は、略Ｙ字状に形成されている。保持アーム１１８は、工具ポット１２６に係合することにより、工具ポット１２６に装着された工具Ｔを間接的に保持する。
【００３２】
保持アーム１１８は、一端側の棒状部分がチェーン１１２に固定されている。また、保持アーム１１８は、他端側のフォーク１１６が下方（Ｙ２方向）に開口している（図１及び図５参照）。フォーク１１６は、弾性的な機構や可動部等を持たない二又の部材である。保持アーム１１８は、フォーク１１６に挿入された工具ポット１２６（工具Ｔ）を、レール１１４との間で挟み込むことにより、工具ポット１２６を保持する。保持アーム１１８における工具ポット１２６及び工具Ｔの交換は、例えばシステム背面側（Ｚ２側）のレール１１４に図示しない可動部を設け、この可動部を介して作業者が人手により行うことができる。
【００３３】
このように、サブマガジン１００は、駆動源となるモータ１２０の回転力により駆動ギア１２２が駆動され、チェーン１１２が無端移動する。これにより、工具ポット１２６（工具Ｔ）は、保持アーム１１８を介してレール１１４と沿うように移動する。
【００３４】
また、図１に示すように、加工主軸３６の近傍には位置検出センサ１８０が配置されている。位置検出センサ１８０は、工具Ｔを回転させたときに発生する工具Ｔの振れを検出する機能と、工具Ｔの交換作業時に発生する振動波形を検出する機能とを備える。本実施形態における位置検出センサ１８０は、非接触式センサであり、図１に示すコントローラ１２と電気的に接続されている。位置検出センサ１８０の出力は、コントローラ１２へ送信される。なお、図１では、第２工作機械１０ｂの加工主軸３６に位置検出センサ１８０が配置されているが、これに限らず、第１工作機械１０ａの加工主軸３６に位置検出センサ１８０が配置されていてもよい。位置検出センサ１８０は、工具Ｔの振れ検出を行う時のみ加工主軸３６の近傍に配置される。位置検出センサ１８０は、ワークＷを加工する際には、所定位置に退避するように構成されている。
【００３５】
また、図示していないが、工具マガジン１１には、工具Ｔの有無を検出するためのセンサのほか、所望の工具Ｔが切欠き１３４ａ（後述）に対応した位置に割り出されたこを検出するセンサ、メインマガジン８０ａ側から所望の工具Ｔを受け取ったことを検出するセンサ等が配置されている。また、工具マガジン１１には、メインマガジン８０ａにより所望の工具Ｔが加工主軸３６との受け渡し位置に配置されたことを検出するセンサや、加工主軸３６に工具Ｔが装着された際、工具Ｔが保持アーム８４から離脱したこと等を検出するセンサが配置されている。
【００３６】
工具ポット１２６は、図５に示すように、略円筒形状の容器である。工具ポット１２６は、フォーク１１６に保持される姿勢において、上下左右の面に軸線方向に沿う平面部１２６ａが形成されている。工具ポット１２６の端面（前面）には、工具Ｔが着脱される装着孔１２８が設けられている。また、工具ポット１２６の左右両側面の平面部１２６ａには、それぞれ軸線方向に直交してＹ方向に延びた左右一対の溝部１３０、１３２が設けられている。
【００３７】
従って、図４及び図５に示すように、工具ポット１２６は、一対の溝部１３０、１３０の延在方向（Ｙ２方向）に沿って保持アーム１１８のフォーク１１６が挿入されることにより、上面及び左右側面が保持される。また、工具ポット１２６は、下面がレール１１４に当接することにより、工具ポット１２６（工具Ｔ）全体が保持される。フォーク１１６の間に係合された工具ポット１２６（工具Ｔ）は、モータ１２０によってチェーン１１２が無端移動すると、下面側の平面部１２６ａがレール１１４に摺接しつつ、チェーン１１２と共に移動する。
【００３８】
図２及び図６に示すように、工具ポット１２６が摺接するレール１１４には、メインマガジン８０ａ、８０ｂにそれぞれ対応するＺ１側位置に、一対の切欠き１３４ａ、１３４ｂが形成されている。
【００３９】
図６において、切欠き１３４ａ、１３４ｂは、それぞれメインマガジン８０ａ、８０ｂの回転軸８２とＸ方向位置が一致している。すなわち、メインマガジン８０ａ、８０ｂの回転中心Ｃ２と、切欠き１３４ａ、１３４ｂの幅方向（Ｘ方向）の中心位置Ｃ４とがＹ方向で一致している。このように、切欠き１３４ａ、１３４ｂと回転軸８２とが共に同一の鉛直平面（図１４のＹＺ平面）内にあるため、メインマガジン８０ａ、８０ｂの各保持アーム８４は、Ｙ方向に沿った頂上位置に配置された際に、切欠き１３４ａ、１３４ｂに対応する。この状態で、サブマガジン１００の保持アーム１１８を切欠き１３４ａ、１３４ｂに対応した位置に配置することにより、保持アーム１１８と保持アーム８４とを切欠き１３４ａ、１３４ｂを挟んでＹ方向に対向して配置させることがでる。
【００４０】
このように、工具マガジン１１では、図６に示す正面視において、グリップ８５及びフォーク１１６の開口同士を鉛直方向（Ｙ方向）に互いに向かい合わせに設定することができる。
【００４１】
工具マガジン１１は、図６に示すように、工具受渡機構（工具交換装置）１４０を備える。工具受渡機構１４０は、切欠き１３４ａ、１３４ｂの中心位置Ｃ４とＹ方向で一致した動作中心Ｃ３を持つ装置である。図６では、図面の簡略化のため、切欠き１３４ａ、１３４ｂの中心位置Ｃ４をやや下げた位置に図示しているが、中心位置Ｃ４は、Ｙ方向の高さ位置がレール１１４と同一位置である。これによれば、グリップ８５及びフォーク１１６の開口同士が互いに向かい合った状態で工具受渡機構１４０を駆動することにより、メインマガジン８０ａ、８０ｂとサブマガジン１００との間で工具Ｔの受け渡しを容易に且つ安定して行うことができる。
【００４２】
次に、工具受渡機構１４０について説明する。図７は、図６に示す工具受渡機構１４０の斜視図である。図８（Ａ）は、図７に示す工具受渡機構１４０の側面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す状態から工具受渡機構１４０のハンド１４６を下降させた状態を示す側面図である。図７、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、一方のメインマガジン８０ｂ及び切欠き１３４ｂに対応する工具受渡機構１４０を示す。他方のメインマガジン８０ａ及び切欠き１３４ａに対応する機構は、略左右対称に構成される点以外は基本的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００４３】
図７及び図９（後述）に示すように、工具受渡機構１４０は、略Ｕ字状の係合部材１４４と、略扁平Ｃ字状のハンド１４６と、を備える。係合部材１４４は、図中上方（Ｙ１方向）に延出され、工具ポット１２６の一対の溝部１３２に係合可能な一対の爪部１４２、１４２を有する。ハンド１４６は、係合部材１４４の爪部１４２、１４２間に配置された部材である。係合部材１４４及びハンド１４６は、側面視において、フレーム１４８で支持されている。
【００４４】
係合部材１４４は、一対のガイドロッド１５４と当接する。一対のガイドロッド１５４は、Ｚ方向に進退するシリンダ機構１５０のロッド１５２と連結されている。従って、係合部材１４４は、シリンダ機構１５０に連結された一対のガイドロッド１５４により、Ｚ方向に進退する。
【００４５】
ハンド１４６は、図７に示すように、側面視において、略Ｃ字形に形成された部材である。ハンド１４６は、上板１５６と、下板１５８と、を備える。上板１５６は、水平平面（ＸＺ平面）に平行な部材である。下板１５８は、上板１５６のＹ２側に平行して設けられた部材である。また、下板１５８は、上板１５６よりもＺ１方向に突出している。上板１５６と下板１５８との間隔は、保持アーム１１８で移動する工具ポット１２６（Ｘ方向から挿通される）を保持するのに適した距離に設定されている（図８（Ａ）参照）。
【００４６】
上板１５６と下板１５８の背面には、スライダ１６０が取り付けられている。スライダ１６０は、フレーム１４８のレール１５９と係合している。これにより、スライダ１６０は、Ｙ方向に延在するレール１５９に沿って上下に移動可能となる。
【００４７】
ハンド１４６の側面（図７ではＸ１側）には、Ｘ１方向に延びたシャフト１６２が設けられている。また、ハンド１４６には、図８（Ａ）に示すように、屈曲した形状のリンク１６４が係合している。リンク１６４は、略中央の屈曲部に形成された貫通孔がフレーム１４８から突出したヒンジピン１６６に軸支されている。また、リンク１６４は、一端側に形成された長孔１６８にシャフト１６２が挿通されている。更に、リンク１６４の他端側には、Ｘ１方向に延びたピン１７０が設けられている。ピン１７０は、シリンダ機構１７２と連結されている。シリンダ機構１７２は、ロッド１７４をＺ方向に進退可能に駆動する。ロッド１７４の先端には、レバー部材１７５が設けられている。レバー部材１７５の貫通孔（符号を省略）は、ピン１７０と係合している。また、リンク１６４の屈曲部の背面（Ｚ２側）には、ストッパ１７６が設けられている。フレーム１４８には、ストッパ１７６に対応するストッパボルト１７８が設けられている。
【００４８】
従って、シリンダ機構１７２が駆動され、レバー部材１７５がＺ２方向に進退されると、リンク１６４はヒンジピン１６６を支点として揺動する。これにより、シャフト１６２は、長孔１６８の内部を移動しながらＹ方向に上下動する。すなわち、スライダ１６０を介してハンド１４６がＹ方向に移動する。具体的には、図８（Ａ）に示すように、ロッド１７４がＺ１方向に前進されると、リンク１６４は上方に揺動する。これにより、ハンド１４６がＹ１方向に上昇する。
【００４９】
一方、図８（Ａ）に示す状態からロッド１７４がＺ２方向に後退されると、図８（Ｂ）に示すように、リンク１６４は、下方（矢印θ方向）に揺動する。これにより、ハンド１４６がＹ２方向に下降する。リンク１６４の揺動によるシャフト１６２の上下位置（Ｙ方向位置）は、上限位置及び下限位置に設置されたセンサ（近接センサ）１７９ａ、１７９ｂによって検出される。なお、ハンド１４６の上限位置は、ストッパ１７６とストッパボルト１７８との当接によっても規制され、ハンド１４６の下限位置は、ロッド１７４の縮退位置によっても規制される。
【００５０】
このような工具受渡機構１４０は、ハンド１４６がＹ１方向で上限位置にある際に、ハンド１４６の下板１５８の上面側（摺接部材１５８ａ）がレール１１４と略面一となるように設定されている。これにより、フレーム１４８がベースフレーム１１０の下面（Ｙ２側）に吊り下げられるようにして固定される（図３、図４、図６及び図８（Ａ）参照）。このため、通常時、工具Ｔの受け渡しがなされない状態では、図６に示すように、ハンド１４６がＹ１方向で上限位置に設定される。これにより、工具ポット１２６（工具Ｔ）は、上板１５６と下板１５８との間を円滑に通過することができる。すなわち、下板１５８（摺接部材１５８ａ）が切欠き１３４ａ、１３４ｂを補完し、レール１１４の一部として機能する。
【００５１】
次に、上記のように構成された工作機械１０において、工具マガジン１１を構成するメインマガジン８０ａとサブマガジン１００との間での工具Ｔの受け渡し動作を、図９〜図１１を参照して説明する。なお、他方のメインマガジン８０ｂとサブマガジン１００との間での工具Ｔの受け渡し動作も略同様であるため、以下では説明を省略する。
【００５２】
図９〜図１１は、メインマガジン８０ａとサブマガジン１００との間で工具Ｔの受け渡しを行う動作の各状態を示す説明図である。この受け渡しの動作は、コントローラ１２により制御される。図９（Ａ）は、工具マガジン１１の切欠き１３４ａ近傍を模式的に示す平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の正面図である。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）の側面図である。図１０及び図１１に示す（Ａ）〜（Ｃ）ついても同じである。
【００５３】
図９〜図１１では、理解を容易にするため、各構成要素を図１等に比べて模式的に示している。例えば、工具受渡機構１４０を構成するシリンダ機構１７２は、図８（Ａ）では横置き（軸線方向が矢印Ｚ方向）であるのに対し、図９（Ｃ）では縦置き（軸線方向が矢印Ｙ方向）で図示し、その機能を明確にしている。
【００５４】
また、図９（Ａ）等では、サブマガジン１００に保持された各工具ポット１２６に対して便宜上Ａ〜Ｄの符号を付している。以下の説明では、適宜に工具ポット１２６Ａ〜１２６Ｄと称する。なお、図９（Ｃ）等において斜線を付した線で示された領域は、加工主軸３６によりワークＷを加工する領域（加工区）である。
【００５５】
次に、あらかじめ不要な工具Ｔが取り外されたメインマガジン８０ａの保持アーム８４に、サブマガジン１００から所望の工具Ｔを移送する動作について説明する。
【００５６】
まず、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、コントローラ１２は、サブマガジン１００を駆動して所望の工具Ｔが装着された工具ポット１２６Ｃを割り出し、切欠き１３４ａに対応させる。すなわち、所望の工具Ｔを装着した工具ポット１２６Ｃを、工具受渡機構１４０のハンド１４６内に配置する。
【００５７】
次に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、コントローラ１２は、シリンダ機構１７２を駆動してハンド１４６を下降させる。これにより、ハンド１４６に上下面が保持された工具ポット１２６Ｃ（及びこれに装着された所望の工具Ｔ）は、溝部１３０がフォーク１１６で案内される。更に、溝部１３２は、爪部１４２で案内されて矢印Ｙ２方向へと円滑に下降される。
【００５８】
そして、工具ポット１２６Ｃ及び工具Ｔの下降が完了すると、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、工具ポット１２６Ｃは、保持アーム１１８から完全に離脱し、溝部１３２を介して係合部材１４４に保持される。一方、工具ポット１２６Ｃに装着された所望の工具Ｔは、メインマガジン８０ａを構成する保持アーム８４のグリップ８５に保持される。
【００５９】
その後、コントローラ１２は、シリンダ機構１５０を駆動して係合部材１４４をＺ２方向に後退させ、工具ポット１２６Ｃを後退させる（図示を省略）。これにより、保持アーム８４で保持された工具Ｔが工具ポット１２６Ｃから離脱されつつ、工具ポット１２６Ｃのみが矢印Ｚ２方向に後退する。この結果、所望の工具Ｔのメインマガジン８０ａへの受け渡しが完了する。
【００６０】
以降の動作については、上述した動作とほぼ同じであり、工具Ｔが離脱された空の工具ポット１２６Ｃをサブマガジン１００へと返却すると共に、必要に応じて、メインマガジン８０ａの他の工具Ｔの交換等を行う。
【００６１】
本実施形態の工作機械１０は、第１工作機械１０ａと第２工作機械１０ｂとにおいて、上述した工具Ｔの交換作業と、加工主軸３６に装着した工具ＴによりワークＷを加工する作業と、後述する工具Ｔの振れ検出の作業とを、それぞれ独立して実施することができる。
【００６２】
このうち、工具Ｔの交換作業においては、上述したように、サブマガジン１００がモータ１２０により駆動され、メインマガジン８０ａ、８０ｂがマガジンモータ８３により駆動されるほか、支持体２２がＹモータ２８により駆動される。また、工具受渡機構１４０がシリンダ機構１５０により駆動される。このように、工具Ｔの交換作業においては、モータやシリンダ機構が起動したり、停止したりする際に振動が発生する。また、サブマガジン１００やメインマガジン８０ａ、８０ｂ、並びに工具受渡機構１４０等は、重量物となる複数の部材で構成されているため、モータやシリンダ機構により起動したり、停止したりする際に振動が発生する。更に、工具Ｔも重量物であるため、水平方向や垂直方向へ移動したり、或いは移動が停止したりした際には慣性力が生じる。このため、工具Ｔと他の部材との接触や衝突によって振動が発生する。このように、工具Ｔの交換作業においては、モータやシリンダ機構の起動や停止に伴って振動が発生するだけでなく、サブマガジン１００等の起動や停止に伴って振動が発生し、更には工具Ｔの移動や停止によっても振動が発生する。
【００６３】
次に、工具Ｔの振れ検出方法について説明する。図１２は、本実施形態における工具振れ検出システム２００の構成を示すブロック図である。図１３は、工具Ｔの交換中に位置検出センサ１８０により検出された振動波形を示すグラフである。図１４は、検出した振動波形から周波数成分を抽出したグラフである。図１５は、コントローラ１２において、工具Ｔの振れ検出を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。
【００６４】
本実施形態の工具振れ検出システム２００は、２つの加工主軸３６のうちの一方の加工主軸３６に装着された工具Ｔを回転させ、工具Ｔの振れ量を所定のスキャン時間において検出（振れ測定値の検出）する機能を有する。工具振れ検出システム２００は、図１２に示すように、コントローラ１２と、位置検出センサ１８０と、を備える。
【００６５】
コントローラ１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータにより構成されている。コントローラ１２は、工具交換プログラムに従って、モータ１２０及び工具受渡機構１４０を駆動する。これにより、サブマガジン１００においてワークＷの加工に必要な工具Ｔが割り出され、上述したように、サブマガジン１００からメインマガジン８０ａ（８０ｂ）への工具Ｔの受け渡しが行われる。
【００６６】
また、コントローラ１２は、工具振れ検出プログラムに従って、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６で工具Ｔの振れ検出を実施する機能を備える。
【００６７】
まず、コントローラ１２による振動波形検出工程と、周波数特定工程と、スキャン時間設定工程とについて説明する。
【００６８】
コントローラ１２は、振動波形検出工程において、工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動波形を、位置検出センサ１８０により検出する。図１３は、検出された振動波形の一例を示す。図１３において、横軸は交換作業の時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は位置検出センサ１８０から工具Ｔまでの距離（センサ距離）［ｍｍ］を示す。なお、位置検出センサ１８０から工具Ｔまでの距離（間隔）は０．５８ｍｍである。図１３の例では、工具Ｔの交換作業を実施したときに、最大で０．０７８ｍｍの振動（図中Ａ）が発生している。
【００６９】
続いて、コントローラ１２は、周波数特定工程において、検出した振動波形を周波数解析することにより、それぞれの周波数成分を抽出して、振動が最も大きい周波数を特定する。例えば、図１３に示す振動波形を周波数解析することにより、図１４に示すような周波数成分を抽出することができる。図１４において、横軸は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸は振幅［ｍｍ］を示す。なお、振幅は、位置検出センサ１８０から工具Ｔまでの距離０．５８ｍｍを基準とする。図１４に示すように、振動波形に含まれる周波数を抽出すると、周波数１０Ｈｚ付近の振動が最も大きいことが分かる。このため、コントローラ１２は、振動が最も大きい周波数を１０Ｈｚと特定する。
【００７０】
一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６で工具Ｔの振れ検出を実施した場合において、例えば、スキャン時間（１回の振れ検出に要する時間）を０．１ｓｅｃ（１０Ｈｚ）とすると、振れ検出の振れ測定値には、交換作業により発生した振動が含まれている可能性が高くなる。
【００７１】
そこで、コントローラ１２は、スキャン時間設定工程において、先に特定した周波数よりも高い周波数域の周期を、工具Ｔの振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する。本実施形態では、特定した周波数の３倍となる周波数の周期をスキャン時間として設定している。すなわち、１０Ｈｚ×３＝３０Ｈｚ（０．０３ｓｅｃ）となるため、スキャン時間を０．０３ｓｅｃに設定する。図１４に示すように、周波数３０Ｈｚの帯域では、周波数１０Ｈｚの帯域よりも振幅が大幅に小さくなる。このため、スキャン時間を０．０３ｓｅｃとすることにより、工具Ｔの交換作業を実施した際に発生する振動の影響を受けにくくなると考えられる。
【００７２】
この後、コントローラ１２は、工具振れ検出工程において、位置検出センサ１８０を用いて工具Ｔの振れを検出する。すなわち、コントローラ１２は、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施している間において、他方の加工主軸３６に装着された工具Ｔの振れ検出を、スキャン時間０．０３ｓｅｃにより実施する。
【００７３】
次に、コントローラ１２において、工具Ｔの振れ検出を行う場合の処理手順を、図１５を参照しながら説明する。このフローチャートの処理は、図示しない記憶装置に記憶された、振れ検出実施プログラムに従ってコントローラ１２により実行される。
【００７４】
まず、ステップＳＴ１０１において、コントローラ１２は、工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動波形を、位置検出センサ１８０により検出する。
【００７５】
ステップＳＴ１０２において、コントローラ１２は、ステップＳＴ１０１で検出した振動波形を周波数解析することにより、それぞれの周波数成分を抽出して、振動が最も大きい周波数を特定する。
【００７６】
ステップＳＴ１０３において、コントローラ１２は、ステップＳＴ１０２で特定した周波数よりも高い周波数域（本実施形態では、特定した周波数の３倍となる周波数）の周期を、工具Ｔの振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する。
【００７７】
ステップＳＴ１０４において、コントローラ１２は、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施すると共に、ステップＳＴ１０３で設定したスキャン時間により、他方の加工主軸３６に装着された工具Ｔの振れ検出を実施する。このとき、コントローラ１２は、検出した工具Ｔの振れ測定値を、図示しない記憶装置に記憶する。コントローラ１２は、ステップＳＴ１０４における工具Ｔの振れ検出が完了した後、本フローチャートの処理を終了する。
【００７８】
次に、一方の加工主軸３６において工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６に装着された工具Ｔの振れ検出を実施した場合の実施例を、表１及び表２を参照しながら説明する。この実施例では、スキャン時間を０．１ｓｅｃ〜０．０３ｓｅｃの４段階に設定すると共に、加工主軸３６の回転数を２２００ｒｐｍ〜４４００ｒｐｍの３段階に設定した。その上で、一方の加工主軸３６において工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６に装着された工具Ｔの振れ検出を連続して２０回実施し、それぞれ振れの測定値［ｍｍ］を記録した。なお、あらかじめ他の手法により測定した工具Ｔの振れ量は、０．０３９ｍｍ（３９μｍ）であった。
【００７９】
表１は、２０回の振れ検出において、振れ測定値が最大となった測定結果を示し、表２は、同じく２０回の振れ検出において、振れ測定値が最小となった測定結果を示す。
【００８０】
【表１】
0005432079.tif 000002
【００８１】
【表２】
0005432079.tif 000003
【００８２】
表１及び表２に示すように、測定結果が最小となるのは、いずれも加工主軸３６の回転数を３３００ｒｐｍとし、スキャン時間を０．０３ｓｅｃに設定した場合であった。従って、上述のような条件下において振れ検出を実施した場合には、他方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動の影響を受けにくいことが明らかとなった。このため、本実施例に示すような条件下において振れ検出を実施した場合には、正確な振れ測定値を得ることができる。
【００８３】
なお、表２において、加工主軸３６の回転数を４４００ｒｐｍに設定した場合には、測定結果が０．０３９未満となっている。これらの数値は、本体の振れ量（０．０３９ｍｍ）が過小評価されたものであるため、測定結果の考察から除外している。
【００８４】
また、従来の振れ検出における加工主軸３６の回転数は２２００ｒｐｍである。しかしながら、表１及び表２の測定結果から明らかなように、加工主軸３６の回転側は、従来よりも高速側に設定することが望ましい。本実施例では、従来例（２２００ｒｐｍ）の１．５倍となる３３００ｒｐｍに設定した。このように、加工主軸３６の回転側を従来よりも高速側に設定することにより、工具Ｔの振れ量を過小評価することなしに、振動の影響を受けにくくすることができる。
【００８５】
以上説明した本実施形態の工具振れ検出システム２００によれば、以下のような効果を奏する。
【００８６】
本実施形態の工具振れ検出システム２００において、コントローラ１２は、工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動波形を検出して、振動が最も大きい周波数を特定するとともに、特定した周波数よりも高い周波数域の周期を工具Ｔの振れ検出を実施する際のスキャン時間として設定する機能を備える。これによれば、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施した際に発生する振動の影響を受けにくいスキャン時間を設定することができる。従って、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６に装着された工具Ｔの振れ検出を実施した場合において、工具Ｔの交換作業で発生する振動の影響を受けにくくすることができる。
【００８７】
また、本実施形態の工具振れ検出システム２００において、コントローラ１２は、特定した周波数の少なくとも３倍の周波数の周期をスキャン時間として設定する機能を備える。これによれば、工具Ｔの交換作業で発生する振動の影響をより受けにくくすることができる。
【００８８】
更に、本実施形態の工具振れ検出システム２００において、加工主軸３６の回転側を従来よりも高速側に設定した場合には、工具Ｔの振れ量を過小評価しないようにすることができる。
【００８９】
以上、本発明に係る工具振れ検出方法の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００９０】
例えば、本実施形態では、工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動波形を、振れ検出の際に使用する位置検出センサ１８０により検出している。しかしながら、これに限らず、工具Ｔの交換作業を実施したときに発生する振動波形を、専用の振動センサにより検出するようにしてもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、一方の加工主軸３６で工具Ｔの交換作業を実施している間に、他方の加工主軸３６で工具Ｔの振れ検出を実施した場合について説明した。しかしながら、これに限らず、一方の加工主軸３６においてワークＷへの切削加工を実施している間に、他方の加工主軸３６で工具Ｔの振れ検出を実施する場合についても適用することができる。この場合には、ワークＷへの切削加工により発生する振動の影響を受けにくくすることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０：工作機械
１１：工具マガジン
１２：コントローラ
３６：加工主軸
８０ａ、８０ｂ：メインマガジン
１００：サブマガジン
１４０：工具受渡機構
１８０：位置検出センサ
２００：工具振れ検出システム
【図１】
0005432079.tif 000004
【図２】
0005432079.tif 000005
【図３】
0005432079.tif 000006
【図４】
0005432079.tif 000007
【図５】
0005432079.tif 000008
【図６】
0005432079.tif 000009
【図７】
0005432079.tif 000010
【図８】
0005432079.tif 000011
【図９】
0005432079.tif 000012
【図１０】
0005432079.tif 000013
【図１１】
0005432079.tif 000014
【図１２】
0005432079.tif 000015
【図１３】
0005432079.tif 000016
【図１４】
0005432079.tif 000017
【図１５】
0005432079.tif 000018