(57)【要約】【課題】  キー溝による影響を除いて、工具ホルダ外周の振れを精密に測定すること。【解決手段】  数値制御工作機械１は、工具ホルダ３のキー溝１１にキー１０を嵌合させて工具ホルダ３を主軸に装着し、工具ホルダ３に取付けられた回転工具８を回転させて加工を行う数値制御工作機械であり、工具ホルダ３を所定の回転位置に停止し所定量だけ回転させる所定量回転手段（５ａ，５ｂ）と、工具ホルダ３から離間して設置すると共に工具ホルダの外周面までの距離を測定する距離センサとを具備する。所定量回転手段は、工具ホルダをキー溝が距離センサと対向しない回転位置で停止させた後、所定の回転量だけ工具ホルダを回転させる。距離センサは、回転中に工具ホルダとの距離を測定する。この測定結果を基準の距離と比較することによって、工具ホルダの回転振れの良否を判別する。【選択図】  図１
2005313239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダのキー溝にキーを嵌合させて工具ホルダを主軸に装着し、工具ホルダに取付けられた回転工具を回転させて加工を行う数値制御工作機械であって、
前記工具ホルダを所定の回転位置に停止し所定量だけ回転させる所定量回転手段と、
前記工具ホルダから離間して設置し、前記工具ホルダの外周面までの距離を測定する距離センサとを具備し、
前記工具ホルダを前記キー溝が前記距離センサと対向しない回転位置で停止させた後、所定の回転量だけ前記工具ホルダを回転させ、当該回転中に前記距離センサと前記工具ホルダとの距離を前記距離センサで測定すると共に、当該測定距離を基準値と比較することで前記工具ホルダの回転振れの良否を判別することを特徴とする数値制御工作機械。
【請求項２】
前記所定量回転手段は、主軸モータ及び当該主軸モータの角度位置を検出する角度位置検出センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の数値制御工作機械。
【請求項３】
前記測定距離が前記基準値より小さい場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御工作機械。
【請求項４】
前記基準値として上限値及び下限値を設定し、前記測定距離が上限値及び下限値で定まる範囲外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御工作機械。
【請求項５】
前記基準値として振幅幅を設定し、前記測定距離の変動幅が許容振幅幅外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御工作機械。
【請求項６】
前記測定の開始位置となる所定の回転停止位置を変更し、前記距離を複数回測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れかの請求項に記載の数値制御工作機械。
【請求項７】
前記距離の測定は前記キー溝と対向する位置以外で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち何れかの請求項に記載の数値制御工作機械。
【請求項８】
前記測定の開始位置となる所定の回転停止位置において、前記距離センサの測定値をゼロ値に設定して校正することを特徴とする請求項１乃至請求項７のうち何れかの請求項に記載の数値制御工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御工作機械に関し、自動工具交換装置を備えた数値制御工作機械において、加工寸法不良の発生を防ぐ為の管理機能に関する。特に、工作機械の主軸へ工具が正常に装着されたか否かを判定する為の、工具ホルダ外周の振れ測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、加工精度の向上と共に加工不良率の低下、及び加工不良品の流出防止が要求されている。特に、自動工具交換装置を有する工作機械に対しては、自動工具交換動作時に工具ホルダと主軸シャフトの接合部間に付着した切粉は加工不良の要因となるため、この付着した切粉を検出して加工不良の発生を未然に防ぐ方法が強く求められている。
【０００３】
工具ホルダと主軸シャフトの接合部間に切粉が付着した場合には、工具ホルダの振れとなって加工寸法に影響を与える。この切粉の付着に起因する工具の振れを判定するものとして、例えば、特許文献１〜４が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、主軸を回転させてキー溝を含む工具ホルダのフランジ部の振れを変位検出器で計測し、測定データに対しフーリエ解析して基本波周波数成分の振幅から工具ホルダの偏心量を算出する工作機械が開示され、特許文献２には、さらにこの変位検出器を前後移動自在とすることにより、変位検出器の感度を補正する点が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３は、テストツールを主軸へ装着し主軸を回転させ、このテストツール外周面の変位を変位検出器で検出し、検出した変位量を許容値と比較することにより主軸の振れ精度を診断する工作機械が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２００５４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４７４２号公報
【特許文献３】特開２００１−３４７４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
工具ホルダの外周円筒面には、一般に主軸の回転を工具へ伝達する為のキーとキー溝が設けられている。従来提案されている、変位検出器によって工具ホルダの外周円筒面との距離を検出する工作機械では、変位検出器はこのキー溝の部分を距離が大きく遠ざかった状態として測定される。そのため、検出値の変動が工具ホルダと主軸シャフトの接合部間に付着した切粉等の取り付け不良によるものであるのか、あるいはキー溝の部分によるものであるのかを判別することができず、単に主軸を回転させただけでは正確な測定を行うことができないという問題がある。
そこで、本発明は、キー溝による影響を除いて、工具ホルダ外周の振れを精密に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主軸モータに内蔵される磁気センサを用いて主軸の位置制御を行うと共に、工具ホルダの外周円筒面の振れ測定を行うことにより、キー溝の影響を受けることなく、主軸シャフトと工具ホルダ間に付着した切粉を確実に検出し、工作機械の主軸に対して工具が正常に装着されたか否かを判定する。本発明の構成は、一般の工作機械に非接触式の距離センサを追加するという最小限の機器構成により実現することができる。
【０００９】
本発明の数値制御工作機械は、工作物の加工精度を維持する為に、工作機械の主軸に工具ホルダが装着された状態で主軸に回転を与えて、工具ホルダの円筒面外周の振れを測定することにより、工具ホルダの主軸への装着状態を判定する。一般に工具ホルダの円筒面外周には回転を伝達する為のキー溝が設けられている。このキー溝は精密な振れ測定の妨げとなるが、本発明の数値制御工作機械は、主軸の位置制御を用いることにより、キー溝のない円筒部分を有意な測定対象としてキー溝の影響を回避して測定するものであり、簡便な構成で工具ホルダ外周の振れを精密に測定する。
【００１０】
本発明の数値制御工作機械は、工具ホルダのキー溝にキーを嵌合させて工具ホルダを主軸に装着し、工具ホルダに取付けられた回転工具を回転させて加工を行う数値制御工作機械であり、工具ホルダを所定の回転位置に停止し所定量だけ回転させる所定量回転手段と、工具ホルダから離間して設置すると共に工具ホルダの外周面までの距離を測定する距離センサとを具備する。所定量回転手段は、工具ホルダをキー溝が距離センサと対向しない回転位置で停止させた後、所定の回転量だけ工具ホルダを回転させる。距離センサは、回転中に工具ホルダとの距離を測定する。この測定結果を基準の距離と比較することによって、工具ホルダの回転振れの良否を判別する。
【００１１】
所定量回転手段は、主軸モータ及び主軸モータの角度位置を検出する角度位置検出センサを含む構成とすることができ、これにより、通常の数値制御装置が備える機構に、回転工具を所定量回転させるための追加の機構を不要とすることができる。
【００１２】
回転振れの良否判別の第１の態様は、測定距離と基準値とを比較して、距離センサから見て工具ホルダ側に近づく方向の振れ（マイナス方向の振れ）を監視する態様であり、測定距離が基準値より小さい場合に工具ホルダの回転振れ異常と判定する。この態様では、工具ホルダの外周面の一部が距離センサに接近する方向にずれる異常状態を検出する。
【００１３】
回転振れの良否判別の第２の態様は、測定距離と上限値及び下限値とを比較し、距離センサから見て工具ホルダ側に近づく方向の振れ（マイナス方向の振れ）と逆に工具ホルダ側から離れる方向の振れ（プラス方向の振れ）を監視する態様であり、測定距離が上限値及び下限値で定まる範囲外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定する。この態様では、工具ホルダの外周面の一部が距離センサから離れる方向と距離センサに近づく方向の少なくともいずれかの方向にずれる異常状態を検出する。
【００１４】
回転振れの良否判別の第３の態様は、基準値として振幅幅を設定し、工具ホルダの外周面の変動幅を監視する態様であり、測定距離の変動幅が許容振幅幅外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定する。この態様では、工具ホルダの外周面のずれ幅が大きく変動する異常状態を検出する。
【００１５】
本発明の各態様において、所定量回転手段は、測定の開始位置となる所定の回転停止位置を変更し、距離測定を複数回行う。また、距離測定をキー溝と対向する位置以外で行う。また、測定の開始位置となる所定の回転停止位置において、距離センサの測定値をゼロ値に設定して校正する。
【００１６】
第１の態様において、工具ホルダ外周円筒面上でキー溝を除く複数の位置でゼロセットを行い、マイナス方向の振れを繰り返して測定する。これにより、キー溝の影響を排除して、工具ホルダ外周円筒面の振れを正確に測定することができる。
【００１７】
また、第２の態様では、測定に必要な測定動作を、一回のゼロセットとキー溝間の半周以内の主軸回転で行う。この態様によれば、短時間で測定を完了することができる。
また、第３の態様では、工具ホルダ外周円筒面上で、キー溝を除く範囲でプラス側とマイナス側の両方の振れに対して測定を行うため、一回のゼロセットと一周の主軸回転のみで測定を完了することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、キー溝による影響を除いて、工具ホルダ外周の振れを精密に測定することができ、主軸シャフトと工具ホルダの接合部に介在する切粉を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。  
図１は、本発明の数値制御工作機械の概略構成を示したものである。図１において、数値制御工作機械１は、工具８を回転駆動するための主軸部２と駆動部５とを備え、駆動部５は数値制御装置６によって制御される。また、数値制御装置６は、センサコントローラ９が判定する工具ホルダ３の振れ異常の判定信号に基づいて、駆動制御を行う。
【００２０】
駆動部５は、主軸モータ５ａと主軸モータ５ａの回転状態を検出するセンサ５ｂとを備える。センサ５ｂは、例えば磁気センサを用いることができ、主軸モータ５ａの回転角度や回転速度を検出する。
【００２１】
主軸部２は、主軸ハウジング２ａ内に、主軸モータ５ａにより回転される主軸シャフト２ｂと、主軸シャフト２ｂと主軸モータ５ａとを結合するカップリング２ｃを備える。主軸シャフト２ｂの先端には、工具８を保持する工具ホルダ３が取り付けられる。工具ホルダ３の主軸シャフト２ｂ先端への取り付けは、工具ホルダ３側に形成したキー溝１１に主軸シャフト２ｂが備えるキー１０を係合させることで行われる。
【００２２】
主軸部２にはセンサヘッド７が、工具ホルダ３の外周円筒面４に対向するように取り付けられ、外周円筒面４との距離を測定する。センサヘッド７で測定した距離データは、センサコントローラ９に送られ、この距離に基づいて工具ホルダ外周の振れを測定し、工具ホルダと主軸シャフトの接合部間に付着した切粉等の有無等を検出する。
【００２３】
なお、センサコントローラ９による異常検出は種々の態様により行うことができる。この態様は数値制御装置６から送られるゼロセット信号や許容値選択信号により設定することができる。
【００２４】
本発明の数値制御工作機械による工具ホルダの回転振れ異常の検出は、図２に示す３つの態様を備える。図２は、工具ホルダの回転角度位置に対する、距離センサ（センサヘッド）が検出する距離の変位を表している。
【００２５】
図２（ａ）は回転振れの良否判別の第１の態様を説明するための概略図である。回転振れの良否判別の第１の態様は、測定距離（図中の変位）と基準値とを比較して、測定距離が基準値より小さい場合に工具ホルダの回転振れ異常と判定する。図の変位（測定距離）は、距離センサから見て工具ホルダ側に近づく方向の振れをマイナス方向の振れとし、基準値として下限許容値を設定する。なお、距離センサから見て工具ホルダ側から離れる方向の振れはプラス方向の振れとし、この第１の態様ではプラス方向の振れに対する上限許容値は距離センサがプラス方向の振れとして測定可能な距離よりも十分に大きな値を設定する。
【００２６】
図２（ａ）において、測定距離が下限許容値よりプラス側の変位（図中の斜線部分）である場合には、工具ホルダの回転振れは正常であると判定し、測定距離が下限許容値よりマイナス側の変位である場合には、工具ホルダの回転振れは異常であると判定する。この態様では、工具ホルダの外周面の一部が距離センサに接近する方向にずれる異常状態を検出する。
【００２７】
図２（ｂ）は回転振れの良否判別の第２の態様を説明するための概略図である。回転振れの良否判別の第２の態様は、測定距離（図中の変位）と上限値及び下限値とを比較し、距離センサから見て工具ホルダ側に近づく方向の振れ（マイナス方向の振れ）と、逆に工具ホルダ側から離れる振れ方向の（プラス方向の振れ）両方向の振れを監視し、測定距離が上限値及び下限値で定まる範囲外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定する。
【００２８】
図２（ｂ）において、測定距離が上限許容値と下限許容値とで挟まれる変位領域（図中の斜線部分）である場合には、工具ホルダの回転振れは正常であると判定し、測定距離が上限許容値よりプラス側の変位である場合、あるいは下限許容値よりマイナス側の変位である場合には、工具ホルダの回転振れは異常であると判定する。この態様では、工具ホルダの外周面の一部が距離センサから離れる方向と距離センサに近づく方向の少なくともいずれかの方向にずれる異常状態を検出する。
【００２９】
図２（ｃ）は回転振れの良否判別の第３の態様を説明するための概略図である。回転振れの良否判別の第３の態様は、基準値として許容振幅幅を設定し、工具ホルダの外周面の変動幅を監視し、測定距離の変動幅が許容振幅幅外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定する。ここで、測定距離の変動幅は、測定距離（変位）のプラス側の最大値とマイナス側の最大値との差分で表される。この態様では、工具ホルダの外周面のずれ幅が大きく変動する異常状態を検出する。
【００３０】
図２において、キー溝に対応する部分の測定距離（変位）はプラス側に大きく変化するため、このキー溝に対応する角度部分で測定される測定距離（変位）は、回転振れの検出には有意な測定データとはならない。
【００３１】
このキー溝に対応する角度部分、及びキー溝に対応する角度部分以外の回転振れ検出にとって有意な測定データが得られる角度部分は、工具ホルダのキー溝の位置及び工具ホルダの主軸への取り付け位置等から予め既知である。本発明の数値制御工作機械は、工具ホルダを回転駆動する主軸の回転を制御することによって、キー溝に対応する角度部分を除いて、回転振れ検出にとって有意な測定データが得られる角度部分のみについて測定データを取得することにより、キー溝による影響を除いて、工具ホルダ外周の振れを精密に測定する。
【００３２】
図１において、工具ホルダ３の外周面との距離を検出するセンサヘッド７は、主軸ハウジング２ａ上に固定され、工具ホルダ３の外周円筒面４との距離が計測可能な状態に設置される。
【００３３】
主軸シャフト２ｂと主軸モータ５ａは、カップリング２ｃ手段により一定の速度比、例えば１対１の速度比で結合されている。主軸シャフト２ｂの回転方向の位置は主軸モータ５ａ内の磁気センサ５ｂにより検出され、数値制御装置６内の不揮発性メモリ６ａに記憶される測定サイクルプログラム６ｂに基づく指令によって主軸シャフト２ｂを回転移動させて任意の角度に移動して停止させることができる様に構成されている。
測定サイクルプログラム６ｂ内には、ゼロセット信号の送出、許容値選択信号の送出、主軸停止角度指令、測定開始、測定終了の各動作が組込まれている。
【００３４】
数値制御装置６は、測定サイクルプログラム６ｂに基づいて、センサコントローラ９へゼロセット信号、及び許容値選択信号を送出する。センサコントローラ９は数値制御装置６からゼロセット信号を受信した際に、測定データの測定距離を“０”にリセットする。又、センサコントローラ９には予め複数の対となった測定モードと許容値が記憶されており、センサコントローラ９は数値制御装置６から許容値選択信号を受信した際に、対応する測定モードと許容値の対に切り替える。許容値選択信号と測定モード及び許容値の対応は、例えば表１の様になる。
【００３５】
【表１】
2005313239.tif 000003
なお、上記表中の通常モードは前記した第１，２の態様に対応し、振幅モードは前記した第３の態様に対応する。また、通常モードの内、許容値選択信号が１，２の例は許容値の上限を“＋∞”に設定する第１の態様に対応し、許容値選択信号が３，４の例は許容値に上限許容値と下限許容値を設定する第２の態様に対応している。なお、＋∞とは、距離センサがプラス方向の振れとして測定可能な距離よりも十分に大きな値を意味している。
【００３６】
表１の測定モードが通常モード（許容値選択信号が３，４）の場合、センサコントローラ９は、測定される工具ホルダ外周円筒面４との距離が、プラス側の許容値（表では５μmあるいは２０μm）よりも大きくなった際に、数値制御装置６へ判定信号上限を出力する。又、同様に、測定される工具ホルダ外周円筒面４との距離が、マイナス側の許容値（表では−５μmあるいは−２０μm）がマイナス側へ超えた際に、数値制御装置６へ判定信号下限を出力する。
【００３７】
また、表１の測定モードが振幅モードの場合、センサコントローラ９は、測定される工具ホルダ外周円筒面４の距離の変動幅が許容値（表では５μmあるいは２０μm）よりも大きくなった際に、数値制御装置６へ判定信号上限を出力する。
【００３８】
数値制御装置６は、測定サイクルプログラム６ｂに基づいて、主軸モータ５ａへ移動指令を送出し、主軸モータ５ａ内の磁気センサ５ｂから得られる帰還信号を基にして主軸モータ５ａの位置制御を行う様に構成されている。
なお、数値制御装置６は、測定中にセンサコントローラ９から判定信号上限あるいは判定信号下限を受信した際には、アラームを発生する等の適切な処理を行う。
【００３９】
図３は、測定される工具ホルダ３とセンサヘッド７の位置関係を示す図であり、主軸の軸方向から見た状態を示している。図３中の０°方向は、工具ホルダの基準位置であり、例えば工具交換動作終了後の主軸シャフト２ｂの向きと一致している。この基準位置に対して、センサヘッド７は図３中の３５°の位置に固定されている。なお、図３中の１１Ａ及び１１Ｂはキー溝を表している。
はじめに、本発明の第１の態様について図４〜図１１を用いて説明する。第１の態様は、前記したように、下限許容値のみを設定し、測定距離と下限許容値とを比較して、測定距離が下限許容値より小さい場合に工具ホルダの回転振れ異常と判定する態様である。
【００４０】
図４は測定距離の一例を示し、主軸シャフト２ｂを回転させた際に得られる工具ホルダ３の外周円筒面４の振れの波形を表している。図４（ａ），（ｂ）が示す様に、測定距離の波形は、主軸シャフト２ｂの１周で１周期現れる緩やかなうねりを示す波形と、主軸シャフト２ｂの１周で２周期現れる、キー溝１１の位置がセンサヘッド７の前面に位置した際に検出距離が遠ざかる事により現れる２個所の急激な変化を示す波形との組み合わせである。なお、図４中のＡ，Ｂはキー溝１１Ａ，１１Ｂに対応する部分を示している。
【００４１】
キー溝１１による影響を低減する方法として、測定した波形のマイナス方向の振れに対して所定の大きさの許容値を設け、プラス側の振れに対して測定されるプラス側の波形よりも十分に大きな許容値を設け、工具ホルダ３の外周円筒面４の振れの判定を行う。
【００４２】
マイナス方向の振れは、測定レベルの設定基準が異なることによって変化する。図４（ａ）と図４（ｂ）は、設定基準を異にする測定波形例であり、同一の波形形状の測定レベルが異なっている。このような波形に対して、下限許容値Ｄ１（例えば、図中の−０．０２０mm）を設定したとき、図４（ａ）の測定レベルでは正常と判定され、一方、図４（ｂ）の測定レベルでは異常と判定される。
【００４３】
この測定レベルは、測定の際にゼロセットを行うことで設定することができ、このゼロセットを行う位置を変えることによって、マイナス方向の振れを増減させることができる。本発明の数値制御工作機械は、主軸シャフト２ｂの複数の異なる回転角度でそれぞれゼロセットを行い、その都度測定を繰り返すことにより、工具ホルダ３の振れをマイナス方向の振れとして検出する。
【００４４】
一例として、主軸シャフト２ｂの回転方向の３個所の角度位置でゼロセットを行う場合の測定例について説明する。
図５（ａ）はゼロセットを行わない場合の波形例を示している。この波形例に対して、図５（ｂ）は、回転方向の３個所の角度位置でゼロセットを行う場合の波形例を示している。ゼロセットは、角度Ｐ１（図では０°の角度）、角度Ｐ２（図では２４０°の角度）、角度Ｐ３（図では４８０°の角度）の３個所の角度位置で行う例を示している。このゼロセットにより、角度範囲ａ（角度Ｐ１と角度Ｐ２の間）の波形（図中の破線）、角度範囲ｂ（角度Ｐ２と角度Ｐ３の間）の波形（図中の一点鎖線）、及び角度範囲ｃ（角度Ｐ３と角度Ｐ４の間）の波形（図中の二点鎖線）の３つの区間に区分される。このように、複数の区間に区分し、ゼロセットにより各区分の測定レベルを合わせることによって、測定レベルの偏りによる検出漏れを防ぐことができる。
【００４５】
以下、各区間のゼロセット及び測定について説明する。図６は、各区間ａ，ｂ，ｃの回転角度の状態を示し、工具ホルダ３を図中で右回転させた例を示している。区間ａでは破線で示すようにＰ１〜Ｐ２の０°〜２４０°の間を回転させ、区間ｂでは一点鎖線で示すようにＰ２〜Ｐ３の２４０°〜４８０°の間を回転させ、区間ａでは二点鎖線で示すようにＰ３〜Ｐ４の４８０°〜７２０°の間を回転させる。
【００４６】
はじめに、区間ａについて図６，７を用いて説明する。図７は、主軸シャフト２ｂの回転角度０°において数値制御装置６からゼロセット信号を出力し、主軸シャフト２ｂを０°から２４０°の範囲で回転させた際に得られる波形である。回転角度０°において、ゼロセットを行った後、主軸シャフト２ｂを２４０°まで回転させながら測定を行う。
【００４７】
これにより、回転角度０°で測定される測定距離（変位）は“０”に設定され、０°〜２４０°の区間ａの測定値は回転角度０°の“０”を基準とした値として得られる。
ここで、下限許容値として例えば“−０．０２０mm”を設定した場合には、図７（ｂ）に示す部分が異常部分として検出される。この区間ａ中にはキー溝１１Ａ，１１Ｂの部分が含まれ、このキー溝の部分で測定値は大きくプラス側に振れて測定される。第１の態様では、上限許容値として“＋∞”を設定することにより、このキー溝の部分で発生するプラス側で大きな測定値により異常判定が起きないようにしている。
【００４８】
次に、区間ｂについて図８，９を用いて説明する。図８において、Ｐ２〜Ｐ３の区間ｂでは工具ホルダ３を２４０°〜４８０°回転させることで測定を行う。  
図９は、主軸シャフト２ｂの回転角度２４０°において数値制御装置６からゼロセット信号を出力し、主軸シャフト２ｂを２４０°から４８０°の範囲で回転させた際に得られる波形である。回転角度２４０°において、ゼロセットを行った後、主軸シャフト２ｂを４８０°まで回転させながら測定を行う。
これにより、回転角度２４０°で測定される測定距離（変位）は“０”に設定され、２４０°〜４８０°の区間ｂの測定値は回転角度２４０°の“０”を基準とした値として得られる。
【００４９】
ここで、下限許容値として例えば“−０．０２０mm”を設定した場合には、図９（ｂ）に示す部分が異常部分として検出される。この区間ｂ中にはキー溝１１Ａの部分が含まれ、このキー溝の部分で測定値は大きくプラス側に振れて測定される。区間ｂにおいても、前記した区間ａと同様に上限許容値として“＋∞”を設定することにより、このキー溝の部分で発生するプラス側で大きな測定値により異常判定が起きないようにしている。
【００５０】
次に、区間ｃについて図１０，１１を用いて説明する。図１０において、Ｐ３〜Ｐ４の区間ｃでは工具ホルダ３を４８０°〜７２０°回転させることで測定を行う。
図１１は、主軸シャフト２ｂの回転角度４８０°において数値制御装置６からゼロセット信号を出力し、主軸シャフト２ｂを４８０°から７２０°の範囲で回転させた際に得られる波形である。回転角度４８０°において、ゼロセットを行った後、主軸シャフト２ｂを７２０°まで回転させながら測定を行う。
これにより、回転角度４８０°で測定される測定距離（変位）は“０”に設定され、４８０°〜７２０°の区間ｃの測定値は回転角度４８０°の“０”を基準とした値として得られる。
【００５１】
ここで、下限許容値として例えば“−０．０２０mm”を設定した場合には、図１１（ｂ）に示すように異常部分として検出される部分はない。この区間ｃ中にはキー溝１１Ｂ，１１Ａの部分が含まれ、このキー溝の部分で測定値は大きくプラス側に振れて測定される。区間ｃにおいても、前記した区間ａ，ｂと同様に上限許容値として“＋∞”を設定することにより、このキー溝の部分で発生するプラス側で大きな測定値により異常判定が起きないようにしている。
【００５２】
したがって、上記各区間の測定動作は、
（１）主軸シャフトの角度０°でゼロセットした後、０°から主軸正回転方向で２４０°までの振れを測定する。
（２）主軸シャフトの角度２４０°でゼロセットした後、２４０°から主軸正回転方向で４８０°までの振れを測定する。
（３）主軸シャフトの角度４８０°でゼロセットした後、４８０°から主軸正回転方向で７２０°までの振れを測定する。
の順序で行うことができる。
【００５３】
この測定モードは、前記表１中に許容値選択信号１、２の状態の通常モードに対応しており、上記（１）〜（３）の測定動作中に、工具ホルダ３の外周円筒面４のマイナス方向への振れが下限許容値を超えたか否かを判定する。図７，９，１１ではマイナス方向の下限許容値を−２０μmとした場合を示しているが、下限許容値はこの値に限らず任意に設定することができる。
【００５４】
この判定は、工具ホルダの回転に伴って測定される測定値と許容値との比較で行うため、工具ホルダの回転と同時に行うことができ、全測定データを取得した後に解析する方法で得られない迅速な異常検出の判定を行うことができる。
【００５５】
次に、本発明の第２の態様について図１２〜図１４を用いて説明する。第２の態様は、前記したように、測定距離と上限値及び下限値とを比較し、距離センサから見て距離センサ側に近づく方向の振れ（マイナス方向の振れ）と逆に距離センサ側から離れる方向の振れ（プラス方向の振れ）を監視し、測定距離が上限値及び下限値で定まる範囲外である場合に工具ホルダの回転振れ異常と判定する態様である。
【００５６】
第２の態様では、前述の測定モードを通常モードとして、工具ホルダ３の外周円筒面４に対してプラス方向、マイナス方向の変位を測定する（表１の許容値選択信号３、４の状態）。また、キー溝１１がプラス方向の大きな変位として現れるため、キー溝１１部分では測定を行わないようにする。図１２は、キー溝を除く部分の角度範囲を測定するための、工具ホルダの回転角度状態を示している。図１２において、キー溝１１Ａ，１１Ｂのそれぞれ７０°分を除いた、Ｒ１〜Ｒ２の１１０°の角度範囲及びＲ３〜Ｒ４の１１０°の角度範囲を測定範囲とする。
【００５７】
測定した波形のマイナス方向の振れに対して所定の大きさの許容値を設け、プラス側の振れに対しても所定の大きさの許容値を設けて、工具ホルダの外周円筒面の振れの判定を行う。
【００５８】
また、異なる主軸の回転角度でゼロセットを複数回行って有意な主軸回転角度での測定を繰り返して、測定精密を高めることができる。図１３は、異なる主軸の回転角度で行うゼロセットを説明するための図である。図１３において、区間ｄと区間ｅの二つの区間で測定を行う。
【００５９】
図１４は、上限許容値と下限許容値による工具ホルダの回転振れの異常判定を説明するための図である。
図１４（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１３（ｂ），（ｃ）に示す区間ｄ，ｅの例を示している。ここで、上限許容値をＵ（図では太線で示す０．０１５mm）とし、下限許容値をＤとした（図では太線で示す−０．０１５mm）例を示している。
【００６０】
図１４（ａ），（ｂ）の変位において、上限許容値Ｕを越える区間は図１３（a-2），（b-2）に示す区間であり、下限許容値Ｄを越える区間は図１３（a-3），(b-3)に示す区間である。また、図１３(a-4)，（b-4）は測定を行う区間である。
【００６１】
測定が行われている間に、変位が上限許容値をプラス側に超えた場合、もしくは下限許容値をマイナス側に超えた場合のとき、工具ホルダの外周円筒面の振れが許容値を超えたと判定する。図１３（a-5），（b-5）はこの判定結果を示している。
【００６２】
上記各区間の測定動作は、
（１） 主軸シャフトの角度０°でゼロセットした後、０°から主軸正回転方向で７０°までの振れを無視する。
（２） 主軸シャフトの角度７０°から主軸正回転方向で１８０°までの振れを測定する。
（３） 主軸シャフトの角度１８０°から主軸正回転方向で２５０°までの振れを無視する。
（４） 主軸シャフトの角度２５０°から主軸正回転方向で３６０°までの振れを測定する。
（５） 振れの測定時に上限、下限に設定した許容値を超えたか否かを判定する。
の順序で行う。
【００６３】
次に、本発明の第３の態様について図１５〜図１８を用いて説明する。第３の態様は、前記したように、基準値として振幅幅を設定し、工具ホルダの外周面の変動幅を監視し、測定距離の変動幅が許容振幅幅外である場合に、工具ホルダの回転振れ異常と判定する。
【００６４】
第３の態様では、キー溝１１による影響を無視又は受けない方法として、工具ホルダを回転駆動する主軸の回転を制御することによって、キー溝に対応する既知の角度部分を除いて、回転振れ検出にとって有意な測定データが得られる角度部分のみについて測定データを取得する。これにより得られる測定データは、キー溝による影響が除かれており工具ホルダ外周の振れを精密に測定することができる。
【００６５】
ここで、キー溝に対応する角度部分、及びキー溝に対応する角度部分以外の回転振れ検出にとって有意な測定データが得られる角度部分は、工具ホルダのキー溝の位置及び工具ホルダの主軸への取り付け位置等から予め既知であり、数値制御装置６は、この角度情報に基づいて主軸モータを駆動して測定を行う回転角度範囲について工具ホルダを回転させ、この角度内において測定を行う。
【００６６】
図１５、１６は、第３の態様での工具ホルダの回転状態を説明するための図である。図１５において、例えば、キー溝１１Ａ，１１Ｂは中心に対して反対側にそれぞれ７０°の角度範囲で形成されている場合には、このキー溝１１Ａ，１１Ｂの部分を避けた回転位置で測定を行う。図１５では、角度７０°のＱ１から角度１８０°のＱ２の間を測定範囲とし、０°〜７０°の間は測定を行わない。数値制御装置は、主軸モータを制御して角度７０°から角度１８０°の間を回転させて測定を行う。
【００６７】
図１６（ａ）は工具ホルダをＱ１の位置に設定した状態を示し、このＱ１からＱ２まで正方向に回転させる。図１６（ｂ）は工具ホルダをＱ２の位置まで回転させた状態を示している。このＱ１の角度からＱ２までの角度の間で測定を行う。
【００６８】
図１７は、この角度間で測定される測定データ例を示している。図１７では、Ｑ１（７０°）の角度からＱ２（１８０°）までの角度の間において、変位の差が１１．８μmであることを示している。
【００６９】
図１７の例では、測定値の上限と下限の差が１１．８μmとなるため、許容値が１１．８μm以下に設定されている場合には、工具ホルダ３の外周円筒面４の振れは許容値を超えることになり、異常と判定される。
なお、より精密な測定を行う為に、前記した第１の態様と同様に、ゼロセットを複数回異なる主軸回転角度で行い、有意な主軸回転角度での測定を繰り返すことによりできる。
【００７０】
第３の態様は、前述した測定モードを振幅モードとした態様であり、表１の許容値選択信号５，６の状態である。この振幅モードでは、測定した最大値と最小値の差に対して判定を行うことにより、工具ホルダ３の外周円筒面４の振れを測定する。
【００７１】
測定動作は、主軸シャフト２ｂの回転角度７０°でゼロセットを行い、回転角度７０°から主軸正回転方向で回転角度１８０°までの振れを測定する。
この角度範囲は、キー溝１１を除いた工具ホルダ３の外周円筒面４が連続している角度範囲である。キー溝１１がプラス方向の変位として現れる範囲がキー溝１１の中心から３５°である場合、測定対象の角度範囲は工具ホルダ３の外周円筒面４の１１０°の範囲になる。
【００７２】
また、１８０°ずれた位置においても同様とすることができる。図１８は、前記したＱ１〜Ｑ２の角度範囲と１８０°反対側のＱ３〜Ｑ４の角度範囲を測定する例を示している。図１８（ａ）は工具ホルダをＱ３の位置に設定した状態を示し、このＱ３からＱ４まで正方向に回転させる。図１８（ｂ）は工具ホルダをＱ４の位置まで回転させた状態を示している。このＱ３の角度からＱ４までの角度の間で測定を行う。
なお、以上の説明に用いたグラフは、説明を容易にする為に、工具ホルダの外周円筒面４に十分大きな振れを生ずる状態を意図的に設けたものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の数値制御工作機械の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の数値制御工作機械による工具ホルダの回転振れ異常の検出する態様を説明するための図である。
【図３】本発明の測定される工具ホルダとセンサヘッドの位置関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の態様において、測定距離の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の態様のゼロセットによる波形を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の態様のゼロセットを行う各区間ａ，ｂ，ｃの回転角度の状態を示す図である。
【図７】本発明の第１の態様の区間ａの変位を示す図である。
【図８】本発明の第１の態様の区間ｂの工具ホルダの回転を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の態様の区間ｂの変位を示す図である。
【図１０】本発明の第１の態様の区間ｃの工具ホルダの回転を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の態様の区間ｃの変位を示す図である。
【図１２】本発明の第２の態様の工具ホルダの回転を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の態様の区間の変位を示す図である。
【図１４】本発明の第２の態様の区間の判定を説明するための図である。
【図１５】本発明の第３の態様の工具ホルダの回転を説明するための図である。
【図１６】本発明の第３の態様の工具ホルダの回転を説明するための図である。
【図１７】本発明の第３の態様の区間の変位幅を示す図である。
【図１８】本発明の第３の態様の工具ホルダの回転を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  数値制御工作機械
２  主軸部
２ａ  主軸ハウジング
２ｂ  主軸シャフト
２ｃ  カップリング
３  工具ホルダ
４  外周円筒面
５  駆動部
５ａ  主軸モータ
５ｂ  磁気センサ
６  数値制御装置
６ａ  不揮発性メモリ
６ｂ  測定サイクルプログラム
７  センサヘッド
８  工具
９  センサコントローラ
１０  キー
１１  キー溝
【図１】
2005313239.tif 000004
【図２】
2005313239.tif 000005
【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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【図１０】
2005313239.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005313239.tif 000016
【図１４】
2005313239.tif 000017
【図１５】
2005313239.tif 000018
【図１６】
2005313239.tif 000019
【図１７】
2005313239.tif 000020
【図１８】
2005313239.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月25日(2005.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
主軸部２は、主軸ハウジング２ａ内に、主軸モータ５ａにより回転される主軸シャフト２ｂと、主軸シャフト２ｂと主軸モータ５ａとを結合するカップリング２ｃを備える。主軸シャフト２ｂの先端には、工具８を保持する工具ホルダ３が取り付けられる。工具ホルダ３の主軸シャフト２ｂ先端への取り付けは、工具ホルダ３側に形成したキー溝１１に主軸シャフト２ｂが備えるキー１０を嵌合させることで行われる。