(57)【要約】【課題】主軸の工具装着部に、工具が着脱可能に取り付けられる工作機械において、ワークの加工前に、工具装着部に対する工具の装着不具合を精度良く判定できるようにする。【解決手段】工作機械は、主軸の周りに支持部材に関連付けて配置され、工具装着部に工具が取り付けられた状態で該主軸が回転するときに、主軸に作用する応力を検出する応力検出手段（応力センサ）と、工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が空回転したとき（ステップＳ１０２）の、応力検出手段で検出された応力（ステップＳ１０３）に基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定する（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０９）装着状態判定手段（コントロールユニット）を備える。【選択図】図１１
2019093463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部によって軸心周りに回転駆動される主軸と、
ワークを加工する工具本体と上記主軸に取り付けられる工具ホルダとを有する工具と、
上記主軸の先端部に設けられ、上記工具ホルダを介して上記工具が着脱可能に取り付けられる工具装着部と、
上記主軸を回転可能に支持する支持部材とを備えた工作機械であって、
上記主軸の周りに上記支持部材に関連付けて配置され、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で上記主軸が回転するときに、該主軸に作用する応力を検出する応力検出手段と、
上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が空回転したときの、上記応力検出手段で検出された応力に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する装着状態判定手段とをさらに備えることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械において、
上記装着状態判定手段は、
上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転されたときに、上記応力検出手段で検出される応力波形に対して、該応力波形の中央値を求め、
上記応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分のみを上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形を算出し、
上記反転波形を積分して、該積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定するように構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
請求項１に記載の工作機械において、
上記応力検出手段は偶数個あり、
上記偶数個の応力検出手段は、２つの応力検出手段からなる１組又は複数組の応力検出手段群に分けられ、
上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段は、上記主軸の軸心方向から見て、該軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置されており、
上記装着状態判定手段は、
上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転されたときに、上記各応力検出手段で検出される応力波形に対して、各応力波形の各中央値をそれぞれ求め、
上記各応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形をそれぞれ算出し、
上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段で検出された２つの応力波形に基づく２つの上記反転波形を合算して合成波形を算出し、
上記合成波形を積分して、積分値を算出し、
上記応力検出手段群が１組である場合には、当該応力検出手段群の上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する一方、上記応力検出手段群が複数組である場合には、各応力検出手段群のそれぞれの積分値の合計値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定するように構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の工作機械において、
上記工具装着部に対する上記工具の取り付け及び取り外しを行う工具着脱手段と、
上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け可能なエア吹付手段とを更に備え、
上記装着状態判定手段によって、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合があると判定されたときには、上記主軸の回転を止めた後、上記工具着脱手段によって上記工具装着部に取り付けられている工具を取り外して、上記エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け、その後、上記工具着脱手段によって、上記工具装着部から取り外された上記工具を、再び該工具装着部に取り付けるように構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械において、
上記応力検出手段の検出結果から算出される、上記工具の加工負荷である検出負荷に基づいて、上記工具による上記ワークの加工の制御量を制御する加工制御手段を更に備え、
上記各応力検出手段は、上記工具よる上記ワークの加工時には、検出結果を上記加工制御手段に伝達するよう構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項６】
軸心周りに回転する主軸と、上記主軸の先端部に設けられ、ワークを加工する工具が着脱可能に取り付けられる工具装着部と、上記主軸を回転可能に支持する支持部材とを備えた工作機械において、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する、工作機械の工具の装着状態判定方法であって、
上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転したときの、上記主軸に作用する応力を検出する応力検出工程と、
上記応力検出工程で検出された応力に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する装着状態判定工程とを含むことを特徴とする、工作機械の工具の装着状態判定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の工作機械の工具の装着状態判定方法において、
上記装着状態判定工程は、
上記応力検出工程で検出される応力波形に対して、該応力波形の中央値を設定する中央値設定工程と、
上記応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形を算出する反転波形算出工程と、
上記反転波形算出工程で算出された上記反転波形を積分して積分値を算出する積分工程と、
を含み、
さらに上記装着状態判定工程は、上記積分工程で算出された上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定することを特徴とする、工作機械の工具の装着状態判定方法。
【請求項８】
請求項６に記載の工作機械の工具の装着状態判定方法において、
上記工作機械は、偶数個の応力検出手段を有し、
上記偶数個の応力検出手段は、２つの応力検出手段からなる１組又は複数組の応力検出手段群に分けられ、
上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段は、上記主軸の軸心方向から見て、該軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置されており、
上記応力検出工程は、上記偶数個の応力検出手段により上記主軸に作用する応力を検出する工程であり、
上記装着状態判定工程は、
上記応力検出工程において、上記各応力検出手段で検出される応力波形に対して、各応力波形の各中央値をそれぞれ求める中央値設定工程と、
上記各応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形をそれぞれ算出する反転波形算出工程と、
上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段で検出された２つの応力波形に基づく２つの上記反転波形を合算して合成波形を算出する合成波形算出工程と、
上記合成波形算出工程で算出された上記合成波形を積分して、積分値を算出する積分工程と、
を含み、
さらに上記装着状態判定工程は、上記応力検出手段群が１組である場合には、当該応力検出手段群の上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する一方、上記応力検出手段群が複数組である場合には、各応力検出手段群のそれぞれの積分値の合計値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定することを特徴とする、工作機械の工具の装着状態判定方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１つに記載の工作機械の工具の装着状態判定方法において、
上記工作機械は、上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け可能なエア吹付手段を更に備え、
上記装着状態判定工程によって、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合があると判定されたときには、
上記主軸の回転を止めて、上記工具装着部に取り付けられている工具を取り外す工具取外工程と、
上記工具取外工程の後、上記エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付ける、エア吹付工程と、
上記エア吹付工程の後、上記工具取外工程で上記工具装着部から取り外された上記工具を、再び該工具装着部に取り付ける工具再装着工程と、
を実行することを特徴とする、工作機械の工具の装着状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸の工具装着部に工具が取り付けられる工作機械、及び工作機械の工具の装着状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸心周りに回転する主軸の先端部に設けられた工具装着部に、ワークを加工する工具が着脱可能に取り付けられる工作機械が知られている。
【０００３】
このような工作機械では、予め用意された多種類の工具の中から選択された工具によって、ワークの加工が行われる。このとき、加工精度を向上させるために、工具装着部に対して工具を適切に装着することが要求されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の工作機械では、切削工具（工具本体）が設けられたホルダ（工具ホルダ）と、ホルダを着脱可能に保持する保持部（主軸の工具装着部）と、該保持部を回転駆動する駆動部と、該駆動部の単位時間当たりの消費電力を計測する電力センサと、該電力センサに接続された比較判定手段とを備え、ワークの加工前に計測された上記駆動部の基準消費電力と、上記駆動部が実際に消費した実消費電力とに基づいて、ホルダと保持部との間における異物の挟み込みを判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８３４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、主軸の回転状態に応じた実消費電力の変動は僅かであり、特許文献１に記載のような方法では、工具装着部に対する工具の装着不具合が正確には判定できないおそれがある。特許文献１では、駆動部の近傍に電流センサを設けることで、実消費電力の僅かな変動を検出するようにしているが、駆動部に与えられる電力そのものが電源のノイズ等によって変動するため、実消費電力の変動が工具装着部に対する工具の装着不具合によるものであるか判断が困難になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、主軸の工具装着部に、工具が着脱可能に取り付けられる工作機械において、ワークの加工前に、工具装着部に対する工具の装着不具合を精度良く判定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、駆動部によって軸心周りに回転駆動される主軸と、ワークを加工する工具本体と上記主軸に取り付けられる工具ホルダとを有する工具と、上記主軸の先端部に設けられ、上記工具ホルダを介して上記工具が着脱可能に取り付けられる工具装着部と、上記主軸を回転可能に支持する支持部材とを備えた工作機械を対象にして、上記主軸の周りに上記支持部材に関連付けて配置され、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で上記主軸が回転するときに、該主軸に作用する応力を検出する応力検出手段と、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が空回転したときの、上記応力検出手段で検出された応力に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する装着状態判定手段とをさらに備える、という構成とした。
【０００９】
この構成によると、工具装着部に対する工具の装着不具合を精度良く判定することができる。具体的には、例えば、工具ホルダと工具装着部との間（厳密には、工具ホルダと工具装着部との当接面）に異物が挟み込まれていたとすると、主軸の軸心に対して工具の軸心がずれるため、工具装着部に工具が取り付けられた状態で主軸を空回転させたときには、工具に周期的なブレが生じて、応力検出手段で検出される検出応力に比較的大きな変動が生じる。このため、例えば、該変動の大きさに基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合が生じているか否かを判定することができる。この判定は、上記のように、工具装着部に工具が取り付けられた状態で主軸を空回転させればよいため、工具によって実際にワークを加工する前に行うことができる。また、例えば、工具ホルダの変形等、異物の挟み込み以外の原因によって工具の装着不具合が発生していたとしても、該工具の装着不具合を判定することができる。よって、ワークの加工前に、工具装着部に対する工具の装着不具合を精度良く判定できる。
【００１０】
上記工作機械の一実施形態において、上記装着状態判定手段は、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転されたときに、上記応力検出手段で検出される応力波形に対して、該応力波形の中央値を求め、上記応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形を算出し、上記反転波形を積分して、該積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定するように構成されている。
【００１１】
すなわち、工具に装着不具合があって、主軸の回転時に工具の周期的なブレが生じれば、応力検出手段からは周期的に変化する応力波形が検出される。応力波形の振幅だけでも装着不具合を判定することは可能であるが、該振幅の変化が小さい場合には、判定精度が低下するおそれがある。そこで、応力波形の中央値を求め、該応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形を算出し、該反転波形を積分する。そして、該積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定することで、応力の変化量を積算した値を含む値に基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定することになる。応力の変化量が小さい場合であっても、当該変化量を積算することによって、工具装着部に対する工具の装着不具合がない場合との差を明確にすることができる。この結果、工具装着部に対する工具の装着不具合の判定の精度を向上させることができる。
【００１２】
上記工作機械の他の実施形態において、上記応力検出手段は偶数個あり、上記偶数個の応力検出手段は、２つの応力検出手段からなる１組又は複数組の応力検出手段群に分けられ、上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段は、上記主軸の軸心方向から見て、該軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置されており、上記装着状態判定手段は、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転されたときに、上記各応力検出手段で検出される応力波形に対して、各応力波形の各中央値をそれぞれ求め、上記各応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形をそれぞれ算出し、上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段で検出された２つの応力波形に基づく２つの上記反転波形を合算して合成波形を算出し、上記合成波形を積分して、積分値を算出し、上記応力検出手段群が１組である場合には、当該応力検出手段群の上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する一方、上記応力検出手段群が複数組である場合には、各応力検出手段群のそれぞれの積分値の合計値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定するように構成されている、ことが好ましい。
【００１３】
すなわち、応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段が、主軸の軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置され、該２つの応力検出手段からそれぞれ算出された２つの反転波形を合算すれば、主軸の軸心方向から見て、上記２つの応力検出手段間の中点と主軸の軸心とにズレがあったとしても、該ズレの影響を小さくすることができる。また、合成波形の積分値に基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定することにより、応力の変化量が小さい場合であっても、工具装着部に対する工具の装着不具合がない場合との差をより明確にすることができる。したがって、工具装着部に対する工具の装着不具合の判定の精度より向上させることができる。
【００１４】
上記工作機械において、上記工具装着部に対する上記工具の取り付け及び取り外しを行う工具着脱手段と、上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け可能なエア吹付手段とを更に備え、上記装着状態判定手段によって、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合があると判定されたときには、上記主軸の回転を止めた後、上記工具着脱手段によって上記工具装着部に取り付けられている工具を取り外して、上記エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け、その後、上記工具着脱手段によって、上記工具装着部から取り外された上記工具を、再び該工具装着部に取り付けるように構成されている、ことが好ましい。
【００１５】
この構成によると、例えば、主軸と工具ホルダとの間に切削屑等の異物が挟み込まれたことで、工具装着部に対する工具の装着不具合が生じている場合には、工具着脱手段によって工具装着部に取り付けられている工具を取り外して、エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付ければ、上記異物を除去することができる。これにより、工具装着部から取り外された工具を、工具脱着手段によって、再び該工具装着部に取り付ければ、工具装着部に対する工具の装着不具合を解消することができる。
【００１６】
上記工作機械において、上記応力検出手段の検出結果から算出される、上記工具の加工負荷である検出負荷に基づいて、上記工具による上記ワークの加工の制御量を制御する加工制御手段を更に備え、上記各応力検出手段は、上記工具よる上記ワークの加工時には、検出結果を上記加工制御手段に伝達するよう構成されている、ことが好ましい。
【００１７】
この構成によると、応力検出手段の検出結果から算出される検出負荷に基づいて、工具によるワークの加工の制御量が制御されることで、該加工の制御量を、工具に過大な加工負荷がかからずかつ加工効率を低下させないような、適切な制御量にすることができる。これにより、工具による加工品質を維持しつつ加工効率を高める制御量に制御することができる。
【００１８】
また、本発明の別の態様は、工作機械の工具の装着状態判定方法の発明であり、この発明は、軸心周りに回転する主軸と、上記主軸の先端部に設けられ、ワークを加工する工具が着脱可能に取り付けられる工具装着部と、上記主軸を回転可能に支持する支持部材とを備えた工作機械において、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する、工作機械の工具の装着状態判定方法を対象として、上記工具装着部に上記工具が取り付けられた状態で該主軸が所定時間空回転したときの、上記主軸に作用する応力を検出する応力検出工程と、上記応力検出工程で検出された応力に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する装着状態判定工程とを含む、という構成とした。
【００１９】
この工具の装着状態判定方法によっても、上述の工作機械の発明と同様に、ワークの加工前に、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定することができる。
【００２０】
上記工具の装着状態判定方法の一実施形態では、上記装着状態判定工程は、上記応力検出工程で検出される応力波形に対して、該応力波形の中央値を設定する中央値設定工程と、上記応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形を算出する反転波形算出工程と、上記反転波形算出工程で算出された反転波形を積分して積分値を算出する積分工程と、を含み、さらに上記装着状態判定工程は、上記積分工程で算出された上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する。
【００２１】
この構成によれば、応力の変動が小さい場合でも、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定することができるようになる。よって、工具装着部に対する工具の装着不具合の判定の精度を向上させることができる。
【００２２】
上記工具の装着状態判定方法の他の実施形態では、上記工作機械は、偶数個の応力検出手段を有し、上記偶数個の応力検出手段は、２つの応力検出手段からなる１組又は複数組の応力検出手段群に分けられ、上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段は、上記主軸の軸心方向から見て、該軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置されており、上記応力検出工程は、上記偶数個の応力検出手段により上記主軸に作用する応力を検出する工程であり、上記装着状態判定工程は、上記応力検出工程において、上記各応力検出手段で検出される応力波形に対して、各応力波形の各中央値をそれぞれ求める中央値設定工程と、上記各応力波形に対して、上記中央値よりも大きい値を正成分とし、上記中央値よりも小さい値を負成分として、上記負成分を上記中央値に対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形をそれぞれ算出する反転波形算出工程と、上記応力検出手段群を構成する２つの応力検出手段で検出された２つの応力波形に基づく２つの上記反転波形を合算して合成波形を算出する合成波形算出工程と、上記合成波形算出工程で算出された上記合成波形を積分して、積分値を算出する積分工程と、を含み、さらに上記装着状態判定工程は、上記応力検出手段群が１組である場合には、当該応力検出手段群の上記積分値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する一方、上記応力検出手段群が複数組である場合には、各応力検出手段群のそれぞれの積分値の合計値に基づいて、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合を判定する。
【００２３】
この構成によると、合成波形の積分値に基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定することにより、応力の変化量が小さい場合であっても、工具装着部に対する工具の装着不具合がない場合との差をより明確にすることができる。したがって、工具装着部に対する工具の装着不具合の判定の精度をより向上させることができる。
【００２４】
上記工具の装着状態判定方法において、上記工作機械は、上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付け可能なエア吹付手段を更に備え、上記装着状態判定工程によって、上記工具装着部に対する上記工具の装着不具合があると判定されたときには、上記主軸の回転を止めて、上記工具装着部に取り付けられている工具を取り外す工具取外工程と、上記工具取外工程の後、上記エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付ける、エア吹付工程と、上記エア吹付工程の後、上記工具取外工程で上記工具装着部から取り外された上記工具を、再び該工具装着部に取り付ける工具再装着工程と、を実行する、ことが好ましい。
【００２５】
この構成によると、例えば、工具ホルダと工具装着部との間に切削屑等の異物が挟み込まれたことで、工具装着部に対する工具の装着不具合が生じている場合には、工具装着部に取り付けられている工具を取り外して、エア吹付手段によって上記工具装着部及び該工具装着部の近傍の少なくとも一方にエアを吹き付ければ、上記異物を除去することができる。これにより、工具装着部から取り外された工具を、再び該工具装着部に取り付ければ、工具装着部に対する工具の装着不具合を解消することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の工作機械及び工作機械の工具の装着状態判定方法によれば、工具装着部に工具が取り付けられた状態で主軸が空回転したときの、応力検出手段で検出された検出応力に基づいて、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定するため、ワークの加工前に、工具装着部に対する工具の装着不具合を精度良く判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１に係る工作機械の構成を示す正面図である。
【図２】工作機械の平面図である。
【図３】工作機械における主軸周りの部分を概略的に示す断面図である。
【図４】工作機械における主軸周りの部分の正面図である。
【図５】ケーシングの本体部への取付部分を拡大した分解斜視図である。
【図６】主軸の前側端部周辺を示す拡大断面図であって、工具の取付動作時の後期又は工具の取外動作時の初期の状態を示す図である。
【図７】工具の取付動作時の中期又は工具の取外動作時の中期の状態を示す、図３相当図である。
【図８】工具の取付動作時の後期又は工具の取外動作時の初期の状態を示す、図３相当図である。
【図９】工作機械の駆動系及び制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】コントロールユニットによる工具の装着状態判定時の処理動作を示す概略図である。
【図１１】コントロールユニットによる工具の装着状態判定時の処理動作を示すフローチャートの一部である。
【図１２】コントロールユニットによる工具の装着状態判定時の処理動作を示すフローチャートの残部である。
【図１３】本発明の実施形態２に係る工作機械の工具の装着状態判定時の処理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】
【００２８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施形態１に係る工作機械１を示す。尚、以下の説明では、説明の便宜上、図２に示すように、主軸２の軸心方向を前後方向といい、工具３側を前側、反工具３側を後側という。また、図２に示すように、前後方向及び上下方向に直交する方向を左右方向といい、前側から後側を見たときの左側を左側といい、前側から後側を見たときの右側を右側という。
【００３０】
この工作機械１は、横型マシニングセンタであって、加工装置１０の主軸２（図２参照）を回転させて、該主軸２の前側端部（厳密には、後述する工具装着部２２）に取り付けられた工具３を回転させることで、加工対象としてのワークＷの加工を行うものである。基台１ａの縁部にはハウジング１１が配設されており、ハウジング１１内には、ハウジング１１によって閉塞された加工室１２が形成されている。
【００３１】
工具３は、図２に示すように、ワークＷに対して加工を行う工具本体（本実施形態１では、ドリル３１）と、主軸２に取り付けられる工具ホルダ３２とを有している。この工具ホルダ３２の詳細については後述する。
【００３２】
加工室１２内には、水平移動可能なパレット１３が配設されている。パレット１３は、送り軸モータ１５（図９参照）に接続されており、ワークＷの加工時には、送り軸モータ１５が駆動されてパレット１３（正確には、パレット１３上のワークＷ）が工具３に対して送られる。パレット１３上には、治具１４が据え付けられており、ワークＷは治具１４によってチャックされている。工作機械１は、上記ワークＷに対し、主軸２の前側端部に取り付けた工具３のドリル３１によって中ぐり加工等を行う。尚、工具本体はドリルに限定されず、フライス加工用のフライスやねじ切り加工用のタップでもよい。
【００３３】
加工室１２内には、加工装置１０に隣接して、自動工具交換装置６０が具備されている。この自動工具交換装置６０は、多種類の工具３を収納するツールマガジン６１と、該ツールマガジン６１に収納されている１つの工具３と主軸２に取り付けられている工具３とを交換するために、両端部に工具保持部６２ａを有する工具交換アーム６２とを有している。工具交換アーム６２は、図２に示すように、前後方向にスライド可能な支持軸６３に回動可能に支持されている。工具交換アーム６２は、後述する工具装着部２２に対する工具３の取り付け及び取り外しを行う工具着脱手段を構成する。
【００３４】
加工装置１０は、図２に示すように、主軸２及び工具３ごと左右方向に移動可能に構成されている。工具交換時には、支持軸６３周りに回動する工具交換アーム６２が、主軸２（厳密には、後述する工具装着部２２）に取り付けられている工具３を確実に保持して、該主軸２から取り外せるように、加工装置１０は、図２に点線で示す位置（以下、工具交換位置という）まで左側に移動する。工具交換が終了した時には、加工装置１０は、図２に実線で示す位置（以下、加工位置という）まで右側に移動する。尚、加工装置１０は、後述する左右方向送り装置１６の作動によって左右方向に移動する。また、加工装置１０は、後述する上下方向送り装置１７の作動によって上下方向に移動する。
【００３５】
図１〜図３に示すように、工作機械１の加工装置１０は、詳しくは、駆動モータ２１（図９参照）によって軸心周りに回転駆動される主軸２と、ワークＷを加工するドリル３１と主軸２に取り付けられる工具ホルダ３２とを有する工具３と、主軸２を回転可能に支持する支持部材としてのケーシング４と、主軸２を含めてケーシング４を支持する支持部５とを備えている。
【００３６】
主軸２は、前後方向に延びる略円筒状の部材であり、主軸２の円筒内には前後方向に延びる軸心ロッド２３が挿入されている。主軸２の前側端部（先端部）は、円筒形状のケーシング４の円筒内に配置された状態で、ケーシング４の前側端面よりも前側に突出するように構成されている。主軸２の前側端部には、工具ホルダ３２を介して工具３が着脱可能に取り付けられる工具装着部２２が形成されている。工具３は該工具装着部２２を介して主軸２に取り付けられる。また、主軸２の後側端部には主軸２を回転させるための主軸モータ２１（図９参照）が配置されている。
【００３７】
ケーシング４は、前後方向に延びる円筒形状の部材であって、円筒内に主軸２を回転可能に支持するものである。ケーシング４の内壁側における前側寄りの部分には、複数（図３では４個）のベアリング４１が配置されており、主軸２は、ベアリング４１を介して、ケーシング４の円筒内で回転する。ケーシング４の後側端部はケーシング４における他の部分よりも拡径したフランジ部６になっている。
【００３８】
また、ケーシング４のフランジ部６内及びケーシング４の壁部内には冷却用のクーラント液が流れるクーラント油路４２が配設されている。詳しくは、クーラント油路４２は、図３に示すように、フランジ部６よりも後側でケーシング４の径方向内側に向かって延びて、該径方向におけるケーシング４の壁部に対応する位置で前側に折れ曲がった後、前側に向かって延びている。クーラント液は、ワークＷの加工時には、クーラント油路４２を通って、ケーシング４の前端部に設けられた噴射口からドリル３ａに向かって噴射されて、ワークＷの加工部周辺を冷却する。また、クーラント油路４２は、ケーシング４の中心に対して対称かつケーシング４の周方向において略等間隔となるように配置されており、ケーシング４の周方向における温度分布が略均一になるようになっている。
【００３９】
ケーシング４は、図４及び図５に示すように、フランジ部６の部分が複数箇所（本実施形態では６箇所）でプリロードボルト４４によって支持部５に取付固定されることで、支持部５に支持されている。具体的には、図５に示すように、支持部５には支持部側ボルト孔５ａが形成され、フランジ部６には支持部側ボルト孔５ａに対応する位置にフランジ側ボルト孔６ａが形成され、これらのボルト孔５ａ，６ａにプリロードボルト４４の軸部４４ａの端部がそれぞれ挿入される。軸部４４ａの前側端部にはフランジ部６の前側からナット４４ｃが締結され、これによりケーシング４が支持部５に締結される。このとき、図４に示すように、プリロードボルト４４による締結箇所は周方向に等間隔に複数（本実施形態では６箇所）設けられており、各締結箇所においてフランジ部６がプリロードボルト４４によって支持部５に締結されることで、ケーシング４が支持部５に支持される。また、プリロードボルト４４が周方向に等間隔に配設されることにより、図４に示すように、プリロードボルト４４は、２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置された２つのプリロードボルト４４からなる３組のプリロードボルト群に分けることができるようになる。
【００４０】
フランジ部６におけるプリロードボルト４４が取り付けられる位置の後側寄りの一部は、図４及び図５に示すように、フランジ部６の外周面から径方向内側に向かって略矩形状に凹陥した凹陥部６ｂとなっている。凹陥部６ｂは、フランジ部６の周方向に略等間隔になるように複数箇所（本実施形態では６箇所）に形成されている。フランジ部６の凹陥部６ｂが形成された位置における前側の残部は壁になっており、図４及び図５に示すように、上記フランジ側ボルト孔６ａは、上記壁の部分に形成され、上記プリロードボルト４４が支持部側及びフランジ側ボルト孔５ａ，６ａに挿入されたときには、軸部４４ａが凹陥部６ｂの中に位置するようになる。
【００４１】
各プリロードボルト４４の軸部４４ａには、図４及び図５に示すように、応力検出手段としての応力センサ７０が１個ずつ（すなわち、全体で６個）嵌め込まれている。各応力センサ７０は、各プリロードボルト４４の軸部４４ａに支持された状態でフランジ部６の各凹陥部６ｂの中に配置されており、図３に示すように、ケーシング４の周方向において略等間隔となるように配置される。これにより、複数の応力センサ７０は、２つの応力センサ７０からなる３組の応力センサ群７２，７３，７４に分けられ、３組の応力センサ群７２，７３，７４を構成する２つずつの応力センサ７０は、主軸２の軸心方向から見て、該軸心周りに２回回転対称性を有するようにそれぞれ配置されるようになる。詳しくは後述するが、応力センサ７０は、ベアリング４１を介してケーシング４に伝えられる力によって主軸２に作用する応力を検出する。
【００４２】
さらに、図４及び図５に示すように、ケーシング４における各応力センサ７０の近傍部、つまり、ケーシング４のフランジ部６における各凹陥部６ｂには、各凹陥部６ｂの温度を検出する温度検出手段としての温度センサ７１がそれぞれ取り付けられている。尚、本実施形態では、温度センサ７１は、各凹陥部６ｂにそれぞれ取り付けられて、各凹陥部６ｂの温度をそれぞれ検出するようにしているが、温度センサ７１を、上記近傍部である各凹陥部６ａに配置された、各プリロードボルト４４にそれぞれ取り付けて、各プリロードボルト４４の温度をそれぞれ検出するようにしてもよい。また、各応力センサ７０、各凹陥部６ｂ及び各プリロードボルト４４の全てに温度センサ７１を取り付けるようにしてもよい。
【００４３】
具体的に、ケーシング４を本体部５に取り付ける際には、図５に示すように、フランジ部６と本体部５との間に、カラー側ボルト孔５１ａが形成されたカラー５１を、カラー側ボルト孔５１ａが本体部側ボルト孔５ａに対応する位置なるよう位置合わせをして配置する。次に、予め応力センサ７０が嵌め込まれたプリロードボルト４４の軸４４ａの後側端部をカラー側ボルト孔５１ａを介して本体部側ボルト孔５ａに挿入させる。次に、フランジ側ボルト孔６ａが、本体部側ボルト孔５ａに挿入されたプリロードボルト４４の軸部４４ａの前側端部と対応する位置になるようにケーシング４の位置合わせをし、軸部４４ａの前側端部をフランジ側ボルト孔６ａに挿入させるようにケーシング４を移動させ、軸部４４ａの前側端部をフランジ側ボルト孔６ａから前側に向かって突出させる。そして、軸部４４ａの前側端部におけるフランジ側ボルト孔６ａから突出した部分にワッシャー４４ｂを介して、ナット４４ｃを締結させる。これにより、ケーシング４が本体部５に取り付けられる。尚、温度センサ７１は、ケーシング４を本体部５に取り付ける途中で、凹陥部６ｂに取り付けられる。
【００４４】
応力センサ７０は、本実施形態では、既知の水晶圧電素子をリング状に加工したものであって、主軸２に作用する応力を、該水晶圧電素子の電荷の変化から検出する。工具３によってワークＷを加工する際には、応力センサ７０が、工具３から、主軸２及びベアリング４１を介してケーシング４に伝えられる力（主軸方向のスラスト力及びケーシング４に作用する曲げ応力など）によって水晶圧電素子に作用する応力を検出して、該検出応力を後述するコントロールユニット１００に入力することで、該コントロールユニット１００によって、ドリル３に加えられている加工負荷が算出される。尚、加工負荷とは、例えば、トルクや曲げ応力等のことをいう。
【００４５】
温度センサ７１は、本実施形態では熱電対である。各温度センサ７１は、各凹陥部６ｂの温度をそれぞれ検出し、検出した検出温度を後述するコントロールユニット１００に出力する。
【００４６】
工具３の工具ホルダ３２は、図６〜図８に示すように、円柱状の基部３２ａと、該基部３２ａの反ドリル３１側に設けられ、基部３２ａより小径の円錐状をなすシャンク部３２ｂとを有している。基部３２ａとシャンク部３２ｂとは同軸に配置されている。
【００４７】
基部３２ａの周面には、工具交換アーム６２の工具保持部６２ａが係合する溝３２ｃが周方向全体に形成されている。また、シャンク部３２ｂの周面を構成する側壁の一部には、後述する工具保持用ボール２２ｂが嵌まり込む、傾斜面を有する凹所３２ｄが形成されている。
【００４８】
主軸２の工具装着部２２は、図６〜図８に示すように、主軸２の軸心ロッド２３における前側端部の周囲に設けられている。工具装着部２２は、工具ホルダ３２のシャンク部３２ｂが嵌合する嵌合孔２２ａが形成されている。
【００４９】
図６〜図８に示すように、軸心ロッド２３における工具装着部２２が設けられた部分には、円形の陥没穴２３ａとカム面２３ｂとが連続して形成されている。また、工具装着部２２における上記陥没穴２３ａ及びカム面２３ｂに対応する部分には、工具保持ボール２２ｂを支持して挿通させる貫通孔２２ｃが形成されている。
【００５０】
加工装置１０の前側寄りの部分には、図６〜図８に示すように、複数のエアブローノズル４５が設けられている。具体的には、複数のエアブローノズル４５は、主軸２の前側端面（厳密には、工具装着部２２の前側端面）に向かって前後方向に延びかつ前側に向かってエアを放出する複数の第１のノズル４５ａと、第１のノズル４５ａの途中から分岐して、工具装着部２２の嵌合孔２２ａに向かって延びかつ上記嵌合孔２２ａ内にエアを放出する複数の第２のノズル４５ｂと、ケーシング４の前側端面における下側の部分から前方に突出した突出部４ａを通りかつ上側に向かってエアを放出する第３のノズル４５ｃとを有している。
【００５１】
第１のノズル４５ａは、図６〜図８に示すように、主軸２における工具装着部２２よりも径方向の外側の部分に形成されている。詳細には示していないが、本実施形態１では、第１のノズル４５ａは主軸２の周方向に等間隔に６つ〜８つ形成されている。第２のノズル４５ｂは、工具装着部２２の一部を貫通して、嵌合孔２２ａに開口している。第２のノズル４５ｂは、第１のノズル４５ａに対応して６つ〜８つ形成されている。第３のノズル４５ｃは、本実施形態１では、１つだけ形成されている。
【００５２】
第１のノズル４５ａは、ケーシング４及び主軸２に形成された環状のエア溝４６に連通している。エア溝４６には、該エア溝４６に加圧エアを供給する複数のエア供給路４７が接続されている。エア供給路４７には、加圧エア供給装置４８（図９参照）から加圧エアが供給される。すなわち、エアブローノズル４５には、主に工具交換時に、加圧エア供給装置４８から、エア供給路４７及びエア溝４６を介して、加圧エアが供給されるようになっている。そして、エアブローノズル４５は、加圧エア供給装置４８から加圧エアが供給されたときに、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付けるようになっている。これらのことから、エアブローノズル４５、エア溝４６、エア供給路４７、及び加圧エア供給装置４８は、エア吹付手段を構成する。
【００５３】
上述のように構成された工作機械１は、図９に示すように、コントロールユニット１００によって制御される。周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号を入出力する入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。
【００５４】
コントロールユニット１００には、例えば、応力センサ７０で検出された検出応力及び温度センサ７１によって検出された検出温度に関する情報が入力される。本実施形態１では、この検出応力及び検出温度は、単位時間毎（例えば、８ミリ秒毎）にコントロールユニット１００に入力される。
【００５５】
コントロールユニット１００は、入力された信号に基づいて、パレット１３の送り軸モータ１５、左右方向送り装置１６、上下方向送り装置１７、駆動モータ２１、加圧エア供給装置４８、自動工具交換装置６０、軸心ロッド２３を軸心方向に移動させるロッド移動装置１０１へ制御信号を出力する。また、コントロールユニット１００は、工作機械１の作業者に、該工作機械１の異常状態を伝達するためのアラーム１０３に制御信号を出力する。
【００５６】
コントロールユニット１００は、ワークＷの加工時には、ドリル３１に加えられている加工負荷を算出して、送り軸モータ１５を制御してドリル３１によるワークＷの加工送り速度を上記加工負荷に応じた条件に制御する。具体的には、コントロールユニット１００は、検出応力及び検出温度に関する情報に基づいて、ワークＷの加工時にドリル３１に加えられている加工負荷を算出して、該算出結果に基づいてドリル３１によるワークＷの加工送り速度を決定する。そして、該加工送り速度に基づく駆動信号を、パレット１３の送り軸モータ１５に送信して、ドリル３１に対してワークＷを移動させて、ドリル３の加工の制御量としての送り速度を制御する。このことから、コントロールユニット１００は、加工制御手段を構成する。尚、コントロールユニット１００は、検出応力及び検出温度に関する情報に基づいて、ドリル３１によるワークＷの加工の制御量を決定するときには、例えば、プリロードボルト４４の熱変形量を温度センサ７１の検出結果から推定して、プリロードボルト４４の熱変形が応力センサ７０の検出結果に与える影響を、上記推定結果に基づいて取り除くような制御を実行することができる。
【００５７】
また、コントロールユニット１００は、左右方向送り装置１６、上下方向送り装置１７、自動工具交換装置６０、及びロッド移動装置１０１の作動制御をして、工具装着部２２に対する工具３の取り付け及び取り外しを行う。
【００５８】
工具３の取付動作について説明すると、工具３を工具装着部２２に取り付けるときには、コントロールユニット１００は、先ず、加工装置１０を適切な上下位置に位置させる。次に、コントロールユニット１００は、加工装置１０を上記工具交換位置まで移動させる。次いで、コントロールユニット１００は、加工装置１０の主軸２の工具装着部２２に工具３が取り付けられている場合には、自動工具交換装置６０によって、該工具３の取り外しを行う（取外動作については後述する）、工具装着部２２に工具３が取り付けられていない場合には、そのまま次の工程に進む。続いて、コントロールユニット１００は、ツールマガジン６１から選択された工具３を、工具交換アーム６２の工具保持部６２ａに保持させた後、工具交換アーム６２を回動させて、図６に示すように、取り付けられる工具３を工具装着部２２の前に位置させる。このときには、図６に示すように、工具保持用ボール２２ｂは、陥没穴２３ａと貫通孔２２ｃとに亘って収容され、工具保持用ボール２２ｂは嵌合孔２２ａよりも、主軸２の径方向の内側に位置した状態となっている。
【００５９】
コントロールユニット１００は、上記工具３を工具装着部２２の前に位置させた後、支持軸６３をスライドさせて、図７に示すように、工具交換アーム６２の工具保持部６２ａに上記工具３を保持させた状態で、該工具交換アーム６２を、工具３のシャンク部３２ｂが嵌合孔２２ａに嵌合するように移動させる。これにより、シャンク部３２ｂと嵌合孔２２ａとが当接した状態となる。
【００６０】
その後、コントロールユニット１００は、ロッド移動装置１０１によって軸心ロッド２３を後側に移動させる。この軸心ロッド２３の後側への移動により、図８に示すように、工具保持用ボール２２ｂがカム面２３ｂに乗り上げ、貫通孔２２ｃから主軸２の径方向の外側に突出する。突出した工具保持用ボール２２ｂは、シャンク部３２ｃの凹所３２ｄに嵌まり込む。このとき、工具保持用ボール２２ｂは、凹所３２ｄの傾斜面によって、シャンク部３２ｂを後側へ引き込みながら、シャンク部３２ｂを嵌合孔２２ａの内側面に押し付ける。これにより、工具３が工具装着部２２に保持される。そして、工具交換アーム６２の工具保持部６２ａと工具ホルダ３２の溝部３２ｃとの係合が解除されれば、工具３の取付動作が完了する。
【００６１】
次に、工具３の取外動作について説明する。工具３を工具装着部２２から取り外すときには、コントロールユニット１００は、先ず、加工装置１０を適切な上下位置に位置させる。次に、コントロールユニット１００は、加工装置１０を上記工具交換位置まで移動させる。次いで、コントロールユニット１００は、工具交換アーム６２を回動させて、工具装着部２２に取り付けられている工具３の溝部３２ｃと工具保持部６２ａとを係合させて、工具３を保持させる。続いて、コントロールユニット１００は、ロッド移動装置１０１によって軸心ロッド２３を前側に移動させる。これにより、工具保持用ボール２２ｂがカム面２３ｂに沿って陥没穴２３ａに移動して、シャンク部３２ｂの凹所３２ｄから外れる。その後、コントロールユニット１００は、支持軸６３を前側にスライドさせる。そして、シャンク部３２ｂと嵌合孔２２ａとの嵌合を解除されれば、工具３の取外動作が完了する。
【００６２】
ここで、工作機械１による加工精度を向上させるためには、工具装着部２２に対して工具３を適切に装着することが重要とされている。特に、ドリル３１のような中ぐり加工を行うものでは、工具３の軸心と主軸２の軸心とを出来る限り一致させて、ドリル３１の回転ブレを抑制することが重要である。
【００６３】
主軸２の軸心と工具３の軸心とにズレが生じる原因としては、例えば、工具３の工具ホルダ３２と工具装着部２２との間の加工屑（切削屑）の挟み込みが挙げられる。そこで、本実施形態１では、上述のように工具３の取り付け及び取り外しを行う際に、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に隙間が生じたときに、加圧エア供給装置４８を駆動させて、エアブローノズル４５からエアを放出して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付けるようにしている。これにより、工具３を工具装着部２２に取り付ける際に、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に、加工屑が挟み込まれるのをある程度防止することができる。
【００６４】
しかしながら、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付けたとしても、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間の加工屑の挟み込みを完全に防止することは難しく、該加工屑の挟み込みによって、工具３の軸心と主軸２の軸心とにズレ、すなわち、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合が生じることがある。また、上記加工屑の挟み込みがなかったとしても、工具ホルダ３２に変形が生じている場合には、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合が生じることがある。
【００６５】
そこで、本実施形態１では、コントロールユニット１００は、加工装置１０で実際にワークＷの加工を行う前に、工具装着部２２に対する工具３の装着状態の判定、特に工具装着部２２に対する工具３の装着不具合の判定（以下、単に不具合判定という）を実行するようにしている。以下、その詳細について説明する。
【００６６】
上記不具合判定は、工具装着部２２に工具３が取り付けられた状態で主軸２が空回転したときの、応力センサ７０で検出される応力に基づいて実行される。
【００６７】
より具体的には、先ず、工具装着部２２に工具３が取り付けられた状態で主軸２を所定回転数で所定時間だけ空回転させる。この所定回転数は、例えば、取り付けられている工具３でワークＷを加工する際の回転数と同等の回転数に設定されている。また、所定時間は、例えば、０．５秒〜１．０秒に設定されている。尚、工具３の装着不具合の判定を安定的に行うには、所定回転数は数千回転数あるのが好ましい。
【００６８】
このとき、例えば、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に切削屑等の異物が挟み込まれている場合、主軸２の軸心に対して工具３の軸心が傾くため、工具３に周期的なブレが生じて、各応力センサ７０では周期的に応力が変化する応力波形が検出される。
【００６９】
図１０の上図には、例として、応力センサ群７２を構成する２つの応力センサ７０で検出された２つの応力波形ＳＷを示している。図１０の上図において、縦軸は応力値、横軸は時間である。上記２つの応力センサ７０は、上述したように、主軸２の軸心に対して２回回転軸を有するように配置されているため、主軸２の軸心に対して工具３の軸心が傾いている場合には、一方の応力センサ７０が圧縮応力を受けているときには、他方の応力センサ７０は引張応力を受けることになる。このため、上記２つの応力波形ＳＷは、図１０の上図に示すように、互いに位相が１８０°程度ずれることになる。
【００７０】
次に、検出された各応力波形について、中央値Ｍをそれぞれ設定する。この中央値Ｍは、図１０の上図に示している。尚、中央値Ｍが応力値の０点に対してオフセットしているが、これは、例えば、ケーシング４の密度分布のばらつきや、プリロードボルト４４の取り付け具合のばらつき等によって発生するものである。
【００７１】
次いで、各応力波形ＳＷに対して、中央値Ｍよりも大きい値を正成分とし、中央値Ｍよりも小さい値を負成分として、該負成分を中央値Ｍに対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形ＲＷを算出する。図１０の中図に示すように、反転波形は、上記負成分を中央値Ｍに対して反転させているため、中央値Ｍ以上の値のみを持つようになる。
【００７２】
反転波形ＲＷを算出した後、応力センサ群を構成する２つの応力センサ７０に基づく２つの反転波形ＲＷを合算して合成波形ＩＷを算出する。図１０の下図には、応力センサ群７２を構成する２つの応力センサ７０に基づく２つの反転波形ＲＷから算出された合成波形ＩＷを例示している。この合成波形ＩＷは、応力センサ群７２，７３，７４毎に算出される。
【００７３】
続いて、各合成波形ＩＷを積分して積分値をそれぞれ求める。応力波形ＳＷは、応力センサ７０によって、単位時間毎に検出された応力値をプロットしたものに相当するため、合成波形ＩＷも単位時間毎に値を有している。そのため、合成波形ＩＷの単位時間毎の値を積算することで、合成波形ＩＷの積分値を求めることができる。つまり、ここでいう「合成波形ＩＷを積分する」とは、「合成波形ＩＷの単位時間毎の値を積算する」ことを意味する。
【００７４】
そして、各合成波形ＩＷから算出された各積分値を合計して、該合計値に基づいて工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定する。
【００７５】
具体的には、例えば、上記合計値と予め設定された閾値とを比較して、上記合計値が該閾値以上であるときには、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定する一方、上記合計値が上記閾値未満であるときには、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合がないと判定する。また、例えば、当該工具３の前回の許容できる合計値に対する今回の合計値の変化量が、予め設定した許容範囲内か判定する許容変化量以上であるときには、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定する一方、上記合計値の上記変化量が、上記許容変化量未満であるときには、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合がないと判定する。さらに、上記合計値が上記閾値以上かを判定するとともに、当該工具３の前回の許容できる合計値に対する今回の合計値の変化量が上記許容変化量以上かを判定してもよい。上記閾値に基づく判定と上記許容変化量に基づく判定とを組み合わせることにより、一層判定精度を高めることができる。 尚、判定において、予め設定された閾値を用いる場合には、上記所定時間に応じて該閾値の値を変化させる。
【００７６】
コントロールユニット１００は、以上のようにして、上記不具合判定を行う。このことから、コントロールユニット１００は、装着状態判定手段を構成する。
【００７７】
このように、積分値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定することで、応力の変化が小さい場合でも、該応力の変化量を積算した値を含む値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定することになる。よって、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合の判定の精度を向上させることができる。
【００７８】
尚、加工開始前の状態であれば、ケーシング４及び支持部５の温度分布は略均一であるため、仮に各プリロードボルト４４が熱変形をしていたとしても、各プリロードボルト４４の熱変形量にはバラツキがない。よって、上記不具合判定においては、プリロードボルト４４の熱変形については、特に考慮する必要がない。しかしながら、プリロードボルト４４の熱変形量を温度センサ７１の検出結果から推定して、プリロードボルト４４の熱変形が応力センサ７０の検出結果に与える影響を、上記推定結果に基づいて取り除くようにしてもよい。
【００７９】
また、本実施形態１では、コントロールユニット１００は、上記不具合判定において工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定されたときには、工具３の交換作業を利用して、エアブローノズル４５から、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付けるようにしている。
【００８０】
具体的には、上記不具合判定において工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定されたときには、先ず、主軸２の回転を止めた後、左右方向送り装置１６によって、加工装置１０を上記工具交換位置まで移動させる。次に、自動工具交換装置６０を作動させて、工具交換アーム６２によって、工具装着部２２に取り付けられている工具３を取り外す。このとき、上述したように、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に隙間が生じたときに、加圧エア供給装置４８を駆動させて、エアブローノズル４５からエアを放出して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付ける。
【００８１】
次いで、工具交換アーム６２によって、主軸２の工具装着部２２に、取り付けられていた工具３とは別の工具を取り付ける。この交換される工具は、ツールマガジン６１に収容されている工具であれば、どのような工具であってもよい。
【００８２】
次に、工具交換アーム６２によって、上記別の工具を工具装着部２２から取り外す。このときにも、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に隙間が生じたときに、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付ける。
【００８３】
続いて、工具交換アーム６２によって、工具装着部２２から取り外された工具３（工具装着部２２に元々取り付けられていた工具３）を、再び工具装着部２２に取り付ける。
【００８４】
上述のようにすれば、例えば、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間に切削屑等の異物が挟み込まれたことで、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合が生じている場合には、工具３の交換作業を利用して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付ければ、異物を除去することができることがある。これにより、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を解消することができることがある。また、上述の工具３の交換作業は、自動で行うことができるため、作業者の負担を軽くすることもできる。
【００８５】
本実施形態１では、上述のように、工具３の交換作業を利用して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付けて、再び工具３を工具装着部２２に取り付けた後、コントロールユニット１００は、加工装置１０を上記加工位置に戻して、再度、上記不具合判定を行う。そして、当該不具合判定において、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合はないと判定されたときには、そのまま加工を開始する一方、再度、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定されたときには、加工を中止する。尚、加工を中止したときには、例えばアラーム１０３を鳴らして、作業者に知らせるようにしてもよい。
【００８６】
図１１及び図１２のフローチャートは、本実施形態１のコントロールユニット１００による工具３の装着状態の判定時（特に、装着不具合の判定時）の処理動作を示す。
【００８７】
先ず、ステップＳ１０１において、工具３を工具装着部２２に取り付け、次のステップＳ１０２において、上記不具合判定のために、主軸２を所定回転数で所定時間だけ回転させる。尚、上述したように、工具３の取り付けの際には、加工装置１０は上記工具交換位置まで移動しており、ステップＳ１０２は、加工装置１０が上記加工位置まで移動した後に実行される。
【００８８】
次に、ステップＳ１０３において、主軸２を所定時間だけ回転したときに、各応力センサ７０で検出される応力波形ＳＷを読み込む。
【００８９】
次のステップＳ１０４では、各応力波形ＳＷに対して中央値Ｍを設定する。
【００９０】
次に、ステップＳ１０５において、各応力波形ＳＷに対して、中央値Ｍよりも小さい負成分を該中央値Ｍに対して反転させて、正成分と反転させた負成分とからなる反転波形ＲＷを算出する。
【００９１】
次のステップＳ１０６では、応力センサ群７２，７３，７４毎に、２つの反転波形ＲＷを合算して合成波形ＩＷを算出する。
【００９２】
次に、ステップＳ１０７において、合成波形を積分して積分値を算出する。
【００９３】
次のステップＳ１０８では、各応力センサ群７２，７３，７４の各合成波形の各積分値を合計する。
【００９４】
次に、ステップＳ１０９において、上記ステップＳ１０８で算出された合計値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があるか否かを判定する。このステップ１０９での判定は、例えば、上述した、上記合計値と予め設定された閾値とを比較する判定方法や、上記合計値の変化量と上記許容変化量とを比較する判定方法によって、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定する。このステップＳ１０９の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１１１に進む一方、ステップＳ１０９の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１０に進む。
【００９５】
上記ステップＳ１１０では、加工を開始する。ステップＳ１１０の後は、しかる後にリターンする。
【００９６】
一方で、上記ステップＳ１１１では、現在、工具装着部２２に取り付けられている工具３を他の工具と交換する。この工具交換時には、加圧エア供給装置４８を駆動して、エアブローノズル４５からエアを放出して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付ける。
【００９７】
次のステップＳ１１２では、上記他の工具を元の工具３と交換して、工具装着部２２に再び工具３を取り付ける。この工具交換時にも、加圧エア供給装置４８を駆動して、エアブローノズル４５からエアを放出して、工具装着部２２及び該工具装着部２２の近傍にエアを吹き付ける。
【００９８】
工具装着部２２に再び工具３を取り付けた後は、再び不具合判定を行うために、ステップＳ１１３〜Ｓ１１９の各ステップを実行して、ステップＳ１２０で、ステップＳ１１９で算出された合計値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があるか否かを判定する。このステップ１１９での判定でも、例えば、上述した、上記合計値と予め設定された閾値とを比較する判定方法や、上記合計値の変化量と上記許容変化量とを比較する判定方法によって、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定する。そして、ステップＳ１２０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１２１に進む一方、ステップＳ１２０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１０に進んで加工を開始する。
【００９９】
上記ステップＳ１２１では、加工を中止する。ステップＳ１２１の後は、しかる後にリターンする。
【０１００】
したがって、本実施形態では、駆動モータ２１によって軸心周りに回転駆動される主軸２と、ワークＷを加工する工具本体（ドリル３１）と主軸２に取り付けられる工具ホルダ３２とを有する工具３と、主軸２の先端部に設けられ、工具ホルダ３２を介して工具３が着脱可能に取り付けられる工具装着部２２と、主軸２を回転可能に支持するケーシング４と、主軸２の周りにケーシング４に関連付けて配置され、工具装着部２２に工具３が取り付けられた状態で該主軸２が回転するときに、主軸２に作用する応力を検出する応力センサ７０と、工具装着部２２に工具３が取り付けられた状態で該主軸２が空回転したときの、応力センサ７０で検出された応力に基づいて、工具装着部２２に対する工具２の装着不具合を判定する装着状態判定手段（コントロールユニット１００）を備えるため、ワークＷの加工前に、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を精度良く判定できる。
【０１０１】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施形態２は、工具装着部２２に対する工具３の装着状態の判定において、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定された後の処理が上記実施形態１と異なるだけであって、工作機械１の構成及び工具３の装着状態の判定における処理は、上記実施形態１と共通であるため、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図１３のフローチャートは、本実施形態２における工具の装着状態の判定時（特に、装着不具合の判定時）の処理を示すフローチャートである。
【０１０３】
本実施形態２でも、上記実施形態１と同様に、先ず、ステップＳ２０１において、工具３を工具装着部２２に取り付け、次のステップＳ２０２において、工具３の装着不具合の判定のために、主軸２を所定回転数で所定時間だけ回転させる。
【０１０４】
次に、ステップＳ２０３において、主軸２を所定時間だけ回転したときに、各応力センサ７０で検出される応力波形ＳＷを読み込んで、次のステップＳ２０４で、各応力波形ＳＷに対して中央値Ｍを設定する。
【０１０５】
次に、ステップＳ２０５において、各応力波形ＳＷに対して、中央値Ｍよりも小さい負成分を該中央値Ｍに対して反転させて、正成分と反転させた負成分とからなる反転波形ＲＷを算出し、続くステップＳ２０６において、応力センサ群７２，７３，７４毎に、２つの反転波形ＲＷを合算して合成波形ＩＷをそれぞれ算出する。
【０１０６】
次に、ステップＳ２０７において、合成波形を積分して積分値を算出して、次のステップＳ２０８において、各応力センサ群７２，７３，７４の各合成波形の各積分値を合計する。
【０１０７】
次に、ステップＳ２０９において、上記ステップＳ２０８で算出された合計値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があるか否かを判定する。このステップ２０９での判定は、実施形態１と同様に、例えば、上記合計値と予め設定された閾値とを比較する判定方法や、上記合計値の変化量と上記許容変化量とを比較する判定方法によって、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定する。このステップＳ２０９の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２１１に進む一方、ステップＳ２０９の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２１０に進む。
【０１０８】
上記ステップＳ２１０では、加工を開始する。ステップＳ２１０の後は、しかる後にリターンする。
【０１０９】
上記ステップＳ２１１では、コントロールユニット１００は、駆動モータ２１の作動を停止させて、主軸２の回転を停止させる。
【０１１０】
次に、ステップＳ２１２において、コントロールユニット１００は、作業者の呼び出しを行う。この作業者の呼び出しは、例えば、アラーム１０３を鳴らすことで行うことができる。
【０１１１】
次のステップＳ２１３では、作業者が工具装着部２２に対する工具３の装着不具合の原因を確認し、次のステップＳ２１４において、作業者が該原因を除去する。例えば、上記装着不具合の原因が、工具ホルダ３２と工具装着部２２との間の異物の挟み込みである場合には、作業者が工具３０を工具装着部２２から取り外した後、加圧エア供給装置４８を作動させたり、手動で異物を取り除いたりする。これにより、上記装着不具合の原因を取り除くことができる。
【０１１２】
次のステップＳ２１５では、コントロールユニット１００が、駆動モータ２１等を作動させて加工を開始する。
【０１１３】
したがって、本実施形態２でも、ワークＷの加工前に、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を精度良く判定できる。また、本実施形態２によると、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定されたときには、作業者を呼び出すようにしているため、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合の原因の確認と、該原因の除去とを適切に行うことができる。
【０１１４】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【０１１５】
例えば、上述の実施形態１及び２では、コントロールユニット１００は、応力センサ群７２，７３，７４毎に反転波形ＲＷを合算して合成波形ＩＷをそれぞれ算出し、該合成波形ＩＷを積分するようにしているが、これに限らず、例えば、６つの応力センサ７０のうちの１つの応力センサ７０で検出された応力波形ＳＷに対して、中央値Ｍを求めて、該中央値Ｍよりも大きい値を正成分とし、該中央値Ｍよりも小さい値を負成分として、該負成分を上記中央値Ｍに対して反転させて、上記正成分と反転させた上記負成分とからなる反転波形ＲＷを算出し、その後、反転波形ＲＷを積分して、該積分値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定するようにしてもよい。このようにしても、ワークＷの加工前に、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合を判定することができる。
【０１１６】
また、上述の実施形態１及び２では、コントロールユニット１００は、３組の応力センサ群７２，７３，７４毎に反転波形ＲＷを合算して合成波形ＩＷをそれぞれ算出し、該合成波形ＩＷを積分するようにしているが、これに限らず、上記合成波形ＩＷのピーク値が予め設定された基準値以上であるときに、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定するようにしてもよい。このとき、３組の応力センサ群７２，７３，７４に対応して算出される３つの合成波形ＩＷのうち、１つの合成波形ＩＷのピーク値が上記基準値以上であるときに、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定するようにしてもよいし、上記３つの合成波形ＩＷの各ピーク値が全て上記基準値以上であるときに、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合があると判定するようにしてもよい。
【０１１７】
さらに、上述の実施形態１及び２では、応力センサ７０は６つ配置されていたが、応力センサ７０の数は、５つ以下でもよく、７つ以上でもよい。尚、応力センサ７０が２つであって、該２つの応力センサ７０が、１組の応力センサ群を構成するように主軸２の軸心周りに２回回転対称性を有するように配置されている場合には、上記不具合判定では、積分値を合計するステップ（実施形態１のステップＳ１０８及びステップＳ１１９、並びに、実施形態２のステップＳ２０８）は省略されて、１組の応力センサ群を構成する２つの応力センサ７０の検出結果から算出された合成波形ＩＷの積分値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合が判定される。このとき、当該積分値と予め設定された閾値と比較して判定を行う場合には、該閾値は上記実施形態１及び２の閾値とは異なる値に設定される。さらに、応力センサ７０が１つである場合には、合成波形ＩＷを算出するステップ（実施形態１のステップＳ１０６及びステップＳ１１７、並びに、実施形態２のステップＳ２０６）も省略されて、当該１つの応力センサ７０の検出結果から算出された反転波形ＲＷの積分値に基づいて、工具装着部２２に対する工具３の装着不具合が判定される。尚、この場合も、当該積分値と予め設定された閾値と比較して判定を行う場合には、該閾値は上記実施形態１及び２の閾値とは異なる値に設定される。
【０１１８】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、主軸の工具装着部に工具が取り付けられる工作機械において、工具装着部に対する工具の装着不具合を判定する際に有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１      工作機械
２      主軸
３      工具
４      ケーシング（支持部材）
２１    駆動モータ（駆動部）
２２    工具装着部
３１    ドリル（工具本体）
３２    工具ホルダ
４５    エアブローノズル（エア吹付手段）
４６    エア溝（エア吹付手段）
４７    エア供給路（エア吹付手段）
４８    加圧エア供給装置（エア吹付手段）
６２    工具交換アーム（工具脱着手段）
７０    応力センサ（応力検出手段）
７２    応力センサ群（応力検出手段群）
７３    応力センサ群（応力検出手段群）
７４    応力センサ群（応力検出手段群）
１００  コントロールユニット（装着状態判定手段）
Ｍ    中央値
ＳＷ  応力波形
ＲＷ  反転波形
ＩＷ  合成波形
【図１】
2019093463.tif 000003
【図２】
2019093463.tif 000004
【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】
2019093463.tif 000009
【図８】
2019093463.tif 000010
【図９】
2019093463.tif 000011
【図１０】
2019093463.tif 000012
【図１１】
2019093463.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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