(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸ヘッドに回転可能に設けられた主軸と、この主軸に設けられ、クランプばねを備えて該クランプばねのばね力により工具ホルダを前記主軸にクランプするドローバーと、ドローバーによるクランプ状態を前記クランプばねのばね力に抗して解除するためのアンクランプ操作部とを備えた工作機械の数値制御装置において、
前記主軸ヘッドを昇降させると共に、前記アンクランプ操作部を動作させる駆動手段を兼用するサーボモータと、
前記サーボモータが前記アンクランプ操作部を動作させたときに当サーボモータに対する駆動電流値で前記クランプばねのばね力を検出する検出手段と、
前記主軸ヘッドの高さ位置が、第１の基準値であるかこれより低い第２の基準値であるかを判断する手段と、
前記主軸ヘッドの高さ位置が前記第２の基準値に達し且つ前記駆動電流値が予め設定された判定基準値を超えているときに、前記主軸に対して、前記工具ホルダが非装着であると判断する判断手段と、
前記判断手段により前記主軸に対して工具ホルダの非装着が判断されたときに加工動作を停止させる停止制御手段とを備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
前記判断手段は、さらに、前記主軸ヘッドの高さ位置が前記第２の基準値に達し且つ前記駆動電流値が予め設定された判定基準値以下であるときには、前記主軸に対して、前記工具ホルダが正常装着であると判断することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記判断手段は、さらに、前記主軸ヘッドの高さ位置が前記第１の基準値に達し且つ前記駆動電流値が予め設定された判定基準値以下であるときには、前記主軸に対して、前記工具ホルダが不完全装着であると判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランプばねを備えて該クランプばねのばね力により工具ホルダを前記主軸にクランプするドローバーを備え、工具ホルダの装着状態を検出するようにした工作機械の数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械の工具交換装置は、主軸に、軸方向に移動可能にドローバーを設けると共に、このドローバーをクランプ方向へ付勢するクランプばねを設け、該ドローバーを、前記クランプばねのばね力に抗して押し下げるアンクランプ操作部を設ける構成としたものがある。このものでは、該アンクランプ操作部によりドローバーを押し下げることにより、当該ドローバー下部のチャッキング部が拡開可能となり、チャッキングされていた工具ホルダが取り外される。そして、この押し下げ状態で交換すべき工具ホルダ上部を前記チャッキング部に挿入し、ドローバーをクランプばねのばね力（復元力）により上方へ移動付勢することにより、前記チャッキング部が工具ホルダ上部を挟持引き込むことにより、当該工具ホルダがチャッキング（クランプ）される。
【０００３】
この工具交換装置では、工具交換時に、工具交換に失敗すると、下穴が開けられないままタップがワークに衝突したり、荒削りがされずに仕上げがなされたりする。これに対処するために、主軸に対して工具ホルダが装着された否かを判定するようにしたものがある（例えば特許文献１）。このものでは、前記ドローバーの移動位置を位置センサにより検出し、工具ホルダが装着されたか否かを判断する構成としている。
【特許文献１】特開２００４−１６９８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のものでは、ドローバーの位置検出により工具ホルダの装着・非装着を判断する構成であるため、位置センサが必要で、しかも、位置センサの取付誤差によっては工具ホルダの装着・非装着の判断誤差が発生し、判断信頼性が低いという欠点があった。また、上記特許文献１のものでは、工具ホルダの装着と、非装着との２つしか判断できず、工具ホルダが不完全状態で装着された場合にこれも完全装着と判断してしまうおそれがあった。特に不完全装着の場合には、下穴の深さが異なったり、主軸と工具ホルダとの間に隙間が生じて軸ぶれを起こしたりするおそれがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工具ホルダ装着状態の判断信頼性を向上でき、且つ、工具ホルダの装着、非装着、及び不完全装着の各形態を精度良く判断することができる工作機械の数値制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、次の点に着目してなされている。
主軸ヘッドに工具ホルダが装着されたか否かは、アンクランプ操作部に作用するクランプばねのばね力で検出できることが判った。そして、当該ばね力を検出すれば、工具ホルダの装着及び非装着の他に、不完全な装着も判断できることも判った。
【０００７】
この点に着目した請求項１の発明は、主軸ヘッドに回転可能に設けられた主軸と、この主軸に設けられ、クランプばねを備えて該クランプばねのばね力により工具ホルダを前記主軸にクランプするドローバーと、ドローバーによるクランプ状態を前記クランプばねのばね力に抗して解除するためのアンクランプ操作部とを備えた工作機械の数値制御装置において、前記主軸ヘッドを昇降させると共に、前記アンクランプ操作部を動作させる駆動手段を兼用するサーボモータと、前記サーボモータが前記アンクランプ操作部を動作させたときに当サーボモータに対する駆動電流値で前記クランプばねのばね力を検出する検出手段と、前記主軸ヘッドの高さ位置が、第１の基準値であるかこれより低い第２の基準値であるかを判断する手段と、前記主軸ヘッドの高さ位置が前記第２の基準値に達し且つ前記駆動電流値が予め設定された判定基準値を超えているときに、前記主軸に対して、前記工具ホルダが非装着であると判断する判断手段と、前記判断手段により前記主軸に対して工具ホルダの非装着が判断されたときに加工動作を停止させる停止制御手段とを備えたところに特徴を有する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【発明の効果】
【００１７】
本発明の数値制御装置によれば、工具ホルダ装着状態の判断信頼性を向上でき、且つ、工具ホルダの装着、非装着、及び不完全装着の各形態を精度良く判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施例につき図１ないし図１１を参照して説明する。まず、図１は、本実施例に用いられる工作機械の概略構成を示す縦断側面図である。この図１に示すように、工作機械１は、基台（図示せず）に立設されたコラム２、コラム２の前面に水平に配設固定された箱形中空ケーシングからなるフレーム３、このフレーム３内に昇降可能に配設された主軸ヘッド４、前記フレーム３にマガジン支持台５を介して配設された回転割出し可能な工具マガジン６を備えて構成されている。
【００１９】
この構成の場合、前記コラム２にはガイドレール７が垂直に配設され、このガイドレール７に摺動こま８、８を介して主軸ヘッド４が上下（Ｚ軸）方向に昇降自在に設けられている。そして、コラム２には、回転自在なボールねじ９がガイドレール７に沿って平行に設けられており、このボールねじ９は主軸ヘッド４の背面に固定されたナット１０にねじ込み挿通されている。上記ボールねじ９は、コラム２の上部に配設されたＺ軸モータ１１により正逆回転駆動されるように構成されている。Ｚ軸モータ１１の駆動によりボールねじ９及びナット１０を介して、主軸ヘッド４が上記ガイドレール７に沿って上下方向に移動される構成となっている。従って、このＺ軸モータ１１は、例えばサーボモータから構成され、主軸ヘッド４を移動させるアクチュエータに相当する。
【００２０】
主軸ヘッド４の内部には、図２にも示すように、主軸１２が回転自在に垂直に配設されており、この主軸１２は、主軸ヘッド４の上部に配設された主軸モータ１３にカップリング１２ａを介して連結され、該主軸モータ１３により回転駆動されるように構成されている。
【００２１】
前記主軸１２は、中空に形成されていて、内部にドローバー１４が軸方向に移動可能に挿入されている。このドローバー１４はクランプばね１５により上方向へ付勢されている。このドローバー１４の先端部（下端部）には、複数の鋼球１６ａなどを備えてなるコレットチャック１６が形成されている。このコレクトチャック１６は、ドローバー１４がクランプばね１５のばね力に抗して下方向に移動されることにより、鋼球１６ａが主軸１２の下部摺動孔１２ｂから前記工具ホルダ装着孔１２ｃの上部に連続する空間部１２ｄに出て、工具ホルダ１７のプルスタッド１７ａに対するチャッキングを解除し、逆にドローバー１４が、下方位置から上に移動されると、鋼球１６ａが空間部１２ｄから、径小な下部摺動孔１２ｂに入り、プルスタッド１７ａをチャッキングするようになっている。
【００２２】
前記ドローバー１４は、図１に示すアンクランプ操作部１８により押し下げられるようになっており、この押し下げ動作が解除されると前記クランプばね１５のばね力により前述のチャッキングすなわちクランプを行うようになっている。
前記アンクランプ操作部１８は、前記ドローバー１４によるクランプ状態を前記クランプばね１５のばね力に抗して解除するためのものであり、アンクランプピン１９と、アンクランプレバー２０と、アンクランプカム２１と、アンクランプローラ２２と、駆動手段としての前記Ｚ軸モータ１１とを有して構成されている。
【００２３】
前記アンクランプピン１９は、前記主軸１２の上部に、径方向に突出状態で固着されており、このアンクランプピン１９の両端部は、前記主軸１２の軸方向の長孔１２ｅ（これは対向状態に２つある）から外方へ突出している。
【００２４】
前記アンクランプレバー２０は、ほぼＬ字状の部材であり、主軸ヘッド４に支軸２３を介して揺動（回動）可能に配設されている。このアンクランプレバー２０の一端部である短い方の端部２０ａの先端部は平面的に見て二股状に形成されており、該先端部下面が、前記アンクランプピン１９と当接可能なように構成されている。アンクランプレバー２０の他端部である長い方の端部２０ｂの図１中の右側面には、例えば板カムから構成された前記アンクランプカム２１が固定されている。このアンクランプレバー２０は、ばね２４により矢印Ａ方向へ付勢されている。
このアンクランプカム２１は、図４に示すように、傾斜する傾斜面２１ａ及び平坦面２１ｂを有する。
前記アンクランプローラ２２は、前記Ｚ軸モータ１１のモータフレームに固定されており、前記アンクランプカム２１の傾斜面２１ａ及び平坦面２１ｂと相対的に摺接可能であり、この摺接によりアンクランプレバー２０が反矢印Ａ方向へ回動し、アンクランプピン１９を下方へ押し下げる。このアンクランプピン１９が押し下げられると、ドローバー１４が軸方向（下方向）へ移動するから、前述したように、このコレクトチャック１６が、工具ホルダ１７のプルスタッド１７ａのチャッキングを解除するようになっている。この工具ホルダ１７には工具４０が装着されている。
【００２５】
前記Ｚ軸モータ１１は、主軸ヘッド４を一定速度で移動させるように、後述の制御装置２５によって構成されるモータ制御手段により制御されるものであり、当該モータ制御手段は、当該Ｚ軸モータ１１にかかる負荷が大きいときには、大きなトルクを出力するためのトルク指令値を後述するサーボアンプ１１ａに出力し、負荷が小さいときには、トルクを減少させるためのトルク指令値をサーボアンプ１１ａに出力するようにしている。
【００２６】
図５には、工作機械１における電気的構成を示している。
制御装置２５は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、入出力インタフェース２６と、ＣＰＵ２８と、ＲＯＭ２９と、ＲＡＭ３０と、軸制御回路３１、３２、３３、３４、３５と、サーボアンプ１１ａ、１３ａ、３６ａ、３７ａ、微分器１１ｄ、１３ｄ、３６ｄ、３７ｄ及び電流検出器１１ｅ、１３ｅ、３６ｅ、３７ｅを備えている。サーボアンプ１１ａ、１３ａ、３６ａ、３７ａは、それぞれ、Ｚ軸モータ１１、主軸モータ１３、Ｘ軸モータ３６、Ｙ軸モータ３７に接続されている。軸制御回路３５は、マガジンモータ３８に接続されている。
【００２７】
前記Ｘ軸モータ３６、Ｙ軸モータ３７は、図示しない加工テーブルをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるためのものである。また、マガジンモータ３８は、前記工具マガジン６を回転移動させるためのものである。なお、前記Ｚ軸モータ１１、主軸モータ１３、Ｘ軸モータ３６、Ｙ軸モータ３７は、それぞれエンコーダ１１ｃ、１３ｃ、３６ｃ、３７ｃを備えている。
【００２８】
軸制御回路３１〜３４は、ＣＰＵ２８からの移動指令量を受けて、電流指令値（トルク指令値）をサーボアンプ１１ａ、１３ａ、３６ａ、３７ａに出力する。サーボアンプ１１ａ、１３ａ、３６ａ、３７ａは、この指令を受けてモータ１１、１３、３６、３７に駆動電流を出力する。軸制御回路３１〜３４は、エンコーダ１１ｃ、１３ｃ、３６ｃ、３７ｃから位置フィードバック信号が入力されて、位置のフィードバック制御を行う。微分器１１ｄ、１３ｄ、３６ｄ、３７ｄは、エンコーダ１１ｃ、１３ｃ、３６ｃ、３７ｃから入力され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３１〜３４に速度フィードバック信号を出力する。
【００２９】
軸制御回路３１〜３４は、微分器１１ｄ、１３ｄ、３６ｄ、３７ｄから速度フィードバック信号が入力されて、速度フィードバックの制御を行う。サーボアンプ１１ａ、１３ａ、３６ａ、３７ａからモータ１１、１３、３６、３７に出力される駆動電流は、電流検出器１１ｅ、１３ｅ、３６ｅ、３７ｅで検出される。電流検出器１１ｅ、１３ｅ、３６ｅ、３７ｅで検出された駆動電流は、軸制御回路３１〜３４にフィードバックされる。軸制御回路３１〜３４は、フィードバックされた駆動電流によって、電流（トルク）制御を行う。一般的に、モータに流れる駆動電流とモータにかかる負荷トルクは概略一致するので、この実施形態ではこのモータ１１，１３、３６，３７に流れる駆動電流を検出する電流検出器１１ｅ、１３ｅ、３６ｅ、３７ｅによって、モータ１１、１３、３６、３７にかかる負荷トルクを検出することができる手段を構成する。軸制御回路３５は、ＣＰＵ２８からの移動指令量を受けて、マガジンモータ３８を駆動する。
【００３０】
制御装置２５には、報知手段としての表示器３９と、操作キー等を備えた操作入力部４１が接続されている。
さらに、制御装置２５は、検出手段、判断手段、停止制御手段として機能するものであり、この場合、アンクランプ操作部１８に作用するクランプばね１５のばね力を、前記Ｚ軸モータ１１にかかる負荷により検出するようになっている。
【００３１】
前記Ｚ軸モータ１１に外部から負荷が発生すると、速度変化が生じる。この速度変化は、位置フィードバック信号、速度フィードバック信号によって検出される。軸制御回路３１〜３４は、検出された速度変化を回復させるために、駆動電流を制御する。従って、制御装置２５は、フィードバック制御時にＺ軸モータ１１の負荷が大きくなるにつれてＺ軸モータ１１の駆動電流値も大きくするから、負荷に相関する駆動電流値でばね力を検出するものである。
【００３２】
工具交換動作に関連する上記駆動電流値の変化について述べる。今、図１及び図２に示すように、工具ホルダ１７を装着した状態で、アンクランプピン１９は高さ位置Ｐｓにある。また、図７の実線には、工具ホルダ１７が正常に取り外され、且つ装着された場合の駆動電流値の変化を示している。この状態から、Ｚ軸モータ１１の所定方向に回転駆動して主軸ヘッド４を、図１矢印Ｕ方向へ上昇させると、アンクランプカム２１も上昇し、傾斜面２１ａがアンクランプローラ２２に遭遇する。そして、アンクランプカム２１がこのアンクランプローラ２２に摺接することにより、アンクランプレバー２０が、クランプばね１５のばね力に抗して、反矢印Ａ方向へ回動し、アンクランプピン１９を下方へ押圧する。この場合、図１０に示すように、アンクランプレバー２０はクランプばね１５から力Ｆｃ（クランプばね１５の復元力）を受ける。この力Ｆｃにより、アンクランプレバー２０は支軸２３を支点として、矢印Ａ方向に付勢し、アンクランプローラ２２を力Ｆｆで押す。その反作用の力として、アンプランプローラ２２はアンクランプレバー２０を力Ｆｂで押す。その力Ｆｂの垂直分力Ｆａが主軸ヘッド４を押し下げる力として作用し、Ｚ軸モータ１１の負荷が増大する。
【００３３】
この負荷の増加に伴い、制御装置２５は、駆動電流値を増加させる（図７の部分Ｒ１参照）。
前記アンクランプピン１９が下方へ押圧されたことに伴い、ドローバー１４が一体的に下方へ移動する。ドローバー１４が下方に移動するに従って、コレクトチャック１６の鋼球１６ａが主軸１２の下部摺動孔１２ｂから前記工具ホルダ装着孔１２ｃの上部に連続する空間部１２ｄに出る。その結果、工具ホルダ１７のプルスタッド１７ａは、チャッキングが解除される。その後、アンクランプカム２１の平坦面２１ｂがアンクランプローラ２２と摺接するようになり、Ｚ軸モータ１１の負荷が少なくなる（図７の部分Ｒ２参照）。これは、図１１に示すように、アンクランプカム２１が、アンクランプばね１５によってアンクランプローラ２２を力Ｆｄで押していることになり、アンクランプカム２１は、力Ｆｄの反作用の力Ｆｇを受ける。この力Ｆｄ、Ｆｇは、水平方向に作用するものであり、その垂直分力は、０となるためである。
【００３４】
主軸ヘッド４が工具交換原点（図７の工具交換原点位置Ｚｄ）まで上昇完了する（ドローバー１４の状態は図３参照）。このとき、アンクランプピン１９の位置は図３の位置Ｐｄである。この過程で工具ホルダ１７の取出しがなされ、次の工具を装着した工具ホルダが工具ホルダ装着孔１２ｃの真下に移動される。この時点では、アンクランプカム２１は平坦面２１ｂがアンクランプカム２２と摺接している。
【００３５】
この工具交換原点位置Ｚｄの状態から、Ｚ軸モータ１１が逆方向へ回転されて、主軸ヘッド４が下降されると、アンクランプカム２１の傾斜面２１ａがアンクランプカム２２に遭遇して摺接するようになる。クランプばね１５の抗力によってドローバー１４が逆に下方位置から上に移動され、鋼球１６ａが空間部１２ｄから、径小な下部摺動孔１２ｂに入り、プルスタッド１７ａをチャッキングするようになっている。このとき、Ｚ軸モータ１１は、クランプばね１５の復元力が負荷増加として作用し、制御装置２５は駆動電流値をそれまでよりも増加させる（図７の部分Ｒ３参照）。
【００３６】
ここで工具ホルダ１７が正常にチャッキング（クランプ）されると、ドローバー１４従ってアンクランプピン１９が前述の高さ位置Ｐｓ（図２、図６（ｂ）参照）で停止する（鋼球１６ａは高さ位置Ｐｓ´）。この高さ位置Ｐｓ以後は、クランプばね１５の復元力がＺ軸モータ１１の負荷として作用しなくなるから、駆動電流値も下がりほぼ無変化状態となる（図７の部分Ｒ４参照）。
【００３７】
ここで、交換されるべき工具ホルダ１７と、工具ホルダ装着孔１２ｃとの間に切削屑などが介在して、工具ホルダ１７が不完全装着となると、図６（ｃ）に示すように、鋼球１６ａの位置が高さ位置Ｐｆ´となり、アンクランプピン１９の高さ位置が高さ位置Ｐｆとなる。そして、この高さ位置Ｐｆ以後はクランプばね１５の復元力がＺ軸モータ１１の負荷として作用しなくなるから、駆動電流値は下がり、ほぼ無変化状態となる（図８（ｃ）参照）。
【００３８】
ここで、交換されるべき工具ホルダ１７が無い場合や、交換前に既に落下したような場合には、ドローバー１４従ってアンクランプピン１９は図３及び図６（ａ）の高さ位置Ｐｎとなる（鋼球１６ａは高さ位置Ｐｎ´）。この高さ位置Ｐｎ以後はクランプばね１５の復元力がＺ軸モータ１１の負荷として作用しなくなるから、駆動電流値は下がり、ほぼ無変化状態となる（図８（ａ）参照）。
【００３９】
ここで、制御装置２５は、工具交換のために主軸ヘッド４の高さ位置を常に認識しており、図８及び図７に示すように、工具交換原点位置Ｚｄにおけるアンクランプピン１９の位置Ｐｄから前記高さ位置Ｐｆと高さ位置Ｐｓとの間の高さ位置を第１の基準位置Ｚｋ１とし、高さ位置Ｐｓと高さ位置Ｐｎとの間の高さ位置を第２の基準位置Ｚｋ２としている。また、駆動電流値の判定基準値をＴｋとしている。
【００４０】
そして、制御装置２５は、図９に示すように、検出手段及び判断手段並びに停止制御手段として機能する。この図９には、制御装置２５の制御内容を示しており、ステップＳ１では、工具交換原点位置Ｚｄから主軸ヘッド４が下降開始であるか否かを判断し、ステップＳ２では駆動電流値及び主軸ヘッド４の高さ位置を取得している。そして、ステップＳ３では、第１の基準位置Ｚｋ１に達したか否かを判断し、達すれば（「ＹＥＳ」であれば）、ステップＳ４に移行し、駆動電流値が判定基準値Ｔｋ以下であるか否かを判定する。駆動電流値が判定基準値Ｔｋ以下であればステップＳ５に移行して不完全装着であると判断し、そして、ステップＳ６で、加工動作を停止させる。
【００４１】
また、前記ステップＳ３で主軸ヘッド４の高さ位置が第１の基準値位置Ｚｋ１でないときには、ステップＳ７に移行して、第２の基準位置Ｚｋ２に達したか否かを判断し、達すれば、ステップＳ８で駆動電流値が判定基準値Ｔｋ以下であるか否かを判定する。以下であればステップＳ９に移行して正常装着であると判断する。
前記ステップＳ８で、駆動電流値が判定基準値Ｔｋを超えていれば（「ＮＯ」であれば）、ステップＳ１０に移行して非装着であると判断し、そして、ステップＳ１１で、加工動作を停止させる。
【００４２】
このように本実施例においては、前記アンクランプ操作部１８がドローバー１４をクランプ方向へ操作するとき、クランプばね１５のばね力が変化する。このとき、図８に示すように、工具ホルダ１７が主軸１２に正常に装着されてクランプされた場合（図８（ｂ））と、不完全に装着されてクランプされた場合（図８（ｃ））と、工具ホルダが装着されていない場合（図８（ａ））とでは、アンクランプ操作部１８に対するクランプばねのばね力の作用形態が異なる。
【００４３】
上記本実施例によれば、制御装置２５により、アンクランプ操作部１８に作用する前記クランプばね１５のばね力を検出し、制御装置２５が、この検出されたばね力に基づいて、前記主軸１２に対して、工具ホルダ１７が正常に装着されたか、工具ホルダ１７が不完全に装着されたか、工具ホルダ１７が装着されていないかを判断するから、ドローバー位置検出用の位置センサを用いる場合と違って、工具ホルダ装着状態の判断信頼性が向上する。さらに、工具ホルダ１７の装着、非装着のみならず、不完全装着も精度良く判断することができる。
【００４４】
また、本実施例によれば、工具ホルダ１７の不完全装着が判断されたときに加工動作を停止させるようにしたから、工具ホルダ１７の不完全装着状態つまり工具の不完全装着状態で加工動作が実行されることがなく、加工不良の発生を防止できる。また、工具ホルダ１７の非装着が判断されたときにも加工動作を停止させるようにしたから、工具ホルダ１７の無い状態つまり工具の無い状態で加工動作が無駄になされることを防止できる。逆にいえば、工具ホルダ１７の正常な装着状態でのみ加工動作を行うことができる。
【００４５】
ここで、前記アンクランプ操作部１８を動作させたときには、該アンクランプ操作部１８の駆動手段を兼用する前記Ｚ軸モータ１１には、クランプばね１５によるばね力が該Ｚ軸モータ１１に対する負荷として作用するようになり、この負荷を取り出せばクランプばねのばね力を簡単に検出することが可能となる。
【００４６】
この点に着目した本実施例では、前記主軸ヘッド４を移動させるアクチュエータとしてＺ軸モータ１１を備え、該Ｚ軸モータ１１が、前記アンクランプ操作部１８を動作させる駆動手段を兼用するから、当該Ｚ軸モータ１１が前記アンクランプ操作部１８を動作させたときに当該Ｚ軸モータ１１にかかる負荷により前記クランプばね１５のばね力を検出することが可能となる。そして、本実施例では、当該Ｚ軸モータ１１にかかる負荷によりクランプばね１５のばね力を検出するから、既存の主軸ヘッド４駆動用のＺ軸モータ１１を利用してクランプばね１５のばね力を検出できて、構成の簡素化に寄与できる。
【００４７】
また、本実施例によれば、前記アクチュエータであるＺ軸モータ１１を、主軸ヘッド４を昇降させるサーボモータから構成し、前記負荷の大きさを、該サーボモータに対する駆動電流値で判定するようにしたから、このサーボモータに対する駆動電流値を利用して負荷を検出することができ、当該サーボモータの制御系を利用してクランプばねのばね力を検出することができ、構成の簡素化に寄与できる。
【００４８】
また、上記実施例では、前記判断タイミングを、主軸ヘッド４の第１の基準位置Ｚｋ１及び第２の基準位置Ｚｋ２としたが、これは、主軸ヘッド４の昇降速度が一定であって、工具交換原点位置Ｚｄから前記第１の基準位置Ｚｋ１及び第２の基準位置Ｚｋ２に達するまでの時間が分かるから、その時間を予め判断タイミングとして設定しても良い。
【００４９】
また、工具ホルダ１７の正常装着、不完全装着、非装着の判断は、駆動電流値の立下り変化（図７及び図８のＴｄａ、Ｔｄｂ、Ｔｄｃ部分）を検出し、この検出時点での主軸ヘッド４の高さ位置、または工具交換原点位置Ｚｄからこの検出までの時間をもって行うようにしても良い。
【００５０】
本発明は、上記した実施例に限定されず、次のように変更して実施しても良い。
前記実施例では、前記主軸ヘッド４を移動させるアクチュエータであるＺ軸モータ１１が、前記アンクランプ操作部１８を動作させる駆動手段を兼用する構成としたが、前記主軸ヘッドを移動させるアクチュエータと、前記アンクランプ操作部を動作させる駆動手段とを別々に備え、前記検出手段を、前記駆動手段が前記アンクランプ操作部を動作させたときに当該駆動手段にかかる負荷により前記クランプばねのばね力を検出する構成としても良い。このようにすると、アンクランプ操作部を直接動作させる駆動手段にかかる負荷によりクランプばねのばね力を直接的に検出するから、アンクランプ操作部の駆動手段を利用してクランプばねのばね力を検出でき、構成の簡素化に寄与できると共に、検出精度も良くなる。
【００５１】
また、アンクランプ操作部１８に作用するクランプばね１５のばね力の検出手段としては、モータ電流などでも良い。
また、アンクランプカム２１のカム面は、本発明の第２の実施例として示す図１２のように、第１の傾斜面２１ａと、第１の平坦面２１ｂと、第２の傾斜面２１ｃと、第２の平坦面２１ｄとから構成するようにしても良い。
【００５２】
また、上記アンクランプカム２１は、固定側（Ｚ軸モータやコラム２側）に設け、アンクランプローラ２２をアンクランプレバー２０側に設ける構成としても良い。また、工具ホルダの不完全装着や、非装着を判断したときには、その旨を報知手段たる表示器３９に表示（報知）するようにしても良いし、ブザーや音声出力装置などの報知手段に出力するようにしても良い。
【００５３】
また、主軸ヘッド４の下降するクランプ時に加えて、主軸ヘッド４が上昇するアンクランプ時においても、工具ホルダの装着状態を判断するようにしても良く、この場合、前回の工具交換において工具ホルダの装着が正常であったか、不完全な装着であったか、非装着であったかを判断することができる。
【００５４】
また、クランプばねのばね力がＺ軸モータ１１に及ぼす力を外乱と見なし、クランプばね１５のばね力の検出手段として外乱負荷トルクを推定した結果の電流値をばね力として検出しても良い。この外乱負荷トルクの推定方法を以下に説明する。
本発明の第３の実施例として示す図１３は外乱負荷トルクを求める概略ブロック図である。図１３は加速度の比較によって外乱負荷トルクを推定する場合のブロック図を示しており、Ｚ軸モータ１１についてのみ示している。更に、図５の軸制御回路以降に相当するブロックのみを抜き出したものである。
エンコーダ１１ｃからの出力を微分器１１ｄは、微分して速度を微分器１１ｅに出力する。微分器１１ｅは、微分器１１ｄが出力した速度を微分して加速度を演算ブロック１１ｇへ出力する。
【００５５】
演算ブロック１１ｆは、軸制御回路３１から出力された電流指令値をパラメータα（モータのトルク定数ＫｔをＺ軸全体のイナーシャＪで除した値）で積算して、演算ブロック１１ｇに出力する。演算ブロック１１ｈは、演算ブロック１１ｇにおいて演算された結果を前述したパラメータαで除算し、その結果を軸制御回路３１に出力する。演算ブロック１１ｈで演算された値が、外乱負荷トルクの推定値を電流値で表したものとなる。この電流値を駆動電流値の代わりに用いてバネ力を検出する。
【００５６】
更に、本実施例では、アンクランプ操作部に作用するクランプばねのばね力を検出する検出手段として、アンクランプ操作部に作用する垂直分力をＺ軸モータの駆動電流で検出するように構成しているが、アンクランプ操作部に作用する水平分力を他のモータの駆動電流で検出するように構成してもよい。この場合、例えば、コラム２を図１の左右方向に移動可能に構成し、コラムを左右方向に移動させるモータ（図５に示すＸ軸モータ３６またはＹ軸モータ３７）を備え、前記水平分力をＸ軸モータ３６またはＹ軸モータ３７の駆動電流で検出することによってクランプばねのばね力を検出する。
【００５７】
これは、前記水平分力によってコラム２が移動しようとするが、コラム２を現在の停止位置に維持させるために、制御装置がＸ軸モータ３６またはＹ軸モータ３７に駆動電流を出力するためである。水平分力は、アンクランプカム２１の傾斜面２１ａと平坦面２１ｂの何れにおいてもアンクランプローラ２２と接触していれば発生する。従って、垂直分力を検出するときより長い期間において、ばね力を検出することができる。このＸ軸モータ３６またはＹ軸モータ３７がコラム駆動手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例を示す工作機械の縦断側面図
【図２】工具ホルダがない状態での主軸及びクランプばね部分の縦断側面図
【図３】工具ホルダ装着状態での主軸及びクランプばね部分の縦断側面図
【図４】アンクランプカム及びアンクランプローラ部分の側面図
【図５】電気的構成を示すブロック図
【図６】工具ホルダの非装着、正常装着、不完全装着時におけるドローバー及びアンクランプピンの状態を示す図
【図７】主軸ヘッドの高さ位置の変化及び駆動電流値の変化を示す図
【図８】工具ホルダの非装着、正常装着、不完全装着時における駆動電流値の変化を示す図
【図９】制御内容を示すフローチャート
【図１０】アンクランプローラがアンクランプばねの傾斜面に当接している場合のばね力作用の様子を示す図
【図１１】アンクランプローラがアンクランプばねの平坦面に当接している場合のばね力作用の様子を示す図
【図１２】本発明の第２の実施例を示す図４相当図
【図１３】本発明の第３の実施例を示し、外乱負荷トルクを推定するブロック図
【符号の説明】
【００５９】
図面中、１は工作機械、４は主軸ヘッド、１１はＺ軸モータ（アクチュエータ、駆動手段）、１２は主軸、１３は主軸モータ、１４はドローバー、１５はクランプばね、１６はコレットチャック、１６ａは鋼球、１７は工具ホルダ、１７ａはプルスタッド、１８はアンクランプ操作部、１９はアンクランプピン、２０はアンクランプレバー、２１はアンクランプカム、２２はアンクランプローラ、２５は制御装置（検出手段、判断手段、停止制御手段）、３１はモータ駆動回路、３９は表示器を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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