(57)【要約】【課題】工具ホルダと保持部との当接面に異物を挟み込んだ場合、この異物の挟み込みを判定することが工作機械、及び判定方法を提供すること。【解決手段】ワーク４０に対する加工の開始前、工具ホルダ１５と保持部１６とが当接する当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダ１５を挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第１のアコースティックエミッションと、ワーク４０に対する加工の開始後に、工具ホルダ１５を挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較判定手段１１が比較して、当接面における異物の挟み込みを判定する。【選択図】図２
2007326206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、
切削工具が装着された工具ホルダと、
主軸部材の先端に形成され、前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、
前記主軸部材を回転駆動する駆動部と、
前記工具ホルダの挿抜交換時、及び前記主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、
前記アコースティックエミッションセンサに接続され、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、
前記比較判定手段は、
前記所定の加工の開始前、前記当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第１のアコースティックエミッションと、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し前記当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、
切削工具が装着された工具ホルダと、
主軸部材の先端に形成され、前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、
前記主軸部材を回転駆動する駆動部と、
前記工具ホルダの挿抜交換時、及び前記主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、
前記アコースティックエミッションセンサに接続され、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、
前記比較判定手段は、
前記所定の加工の開始前、前記当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを前記保持部に装着し、当該装着後に前記主軸部材とともに前記工具ホルダ及び前記保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第１のアコースティックエミッションと、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に前記主軸部材とともに前記工具ホルダ及び前記保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し前記当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする工作機械。
【請求項３】
ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、
切削工具が装着された工具ホルダと、
主軸部材の先端に形成され、前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、
前記主軸部材を回転駆動する駆動部と、
前記工具ホルダの挿抜交換時、及び前記主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、
前記アコースティックエミッションセンサに接続され、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、
前記比較判定手段は、
前記所定の加工の開始前、前記当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを前記保持部に装着し、当該装着後に前記所定の加工を行っているときに発生する第１のアコースティックエミッションと、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に前記所定の加工を行っているときに発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し前記当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする工作機械。
【請求項４】
前記比較判定手段は、
前記第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づくピーク値が前記第１のアコースティックエミッションの値を超えたとき、前記当接面に異物を挟み込んでいると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械。
【請求項５】
前記比較判定手段は、
前記第１のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値と、前記第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値と、を比較し、
前記第２の波形積分値が前記第１の波形積分値を超えたとき、前記当接面に異物を挟み込んでいると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械。
【請求項６】
ワークに対して所定の加工を行う切削工具が装着された工具ホルダと主軸部材の先端に形成された前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する工作機械の異物挟み込み判定方法であって、
前記所定の加工の開始前、前記当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第１のアコースティックエミッションを測定する第１の工程と、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第２のアコースティックエミッションを測定する第２の工程と、
前記第１のアコースティックエミッションと前記第２のアコースティックエミッションとを比較し、その比較結果に基づいて前記当接面における異物の挟み込みの判定を行う第３の工程と、を有することを特徴とする工作機械の異物挟み込み判定方法。
【請求項７】
ワークに対して所定の加工を行う切削工具が装着された工具ホルダと主軸部材の先端に形成された前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する工作機械の異物挟み込み判定方法であって、
前記所定の加工の開始前、前記当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを前記保持部に装着し、当該装着後に前記主軸部材とともに前記工具ホルダ及び前記保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第１のアコースティックエミッションを測定する第１の工程と、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に前記主軸部材とともに前記工具ホルダ及び前記保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第２のアコースティックエミッションを測定する第２の工程と、
前記第１のアコースティックエミッションと前記第２のアコースティックエミッションとを比較し、その比較結果に基づいて、前記当接面における異物の挟み込みの判定を行う第３の工程と、を有することを特徴とする工作機械の異物挟み込み判定方法。
【請求項８】
ワークに対して所定の加工を行う切削工具が装着された工具ホルダと主軸部材の先端に形成された前記工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する工作機械の異物挟み込み判定方法であって、
前記所定の加工の開始前、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する当接面に異物を挟み込んでいない状態で前記工具ホルダを前記保持部に装着し、当該装着後に前記所定の加工を行っているときに発生する第１のアコースティックエミッションを測定する第１の工程と、
前記所定の加工の開始後、前記工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に前記所定の加工を行っているときに発生する第２のアコースティックエミッションを測定する第２の工程と、
前記第１のアコースティックエミッションと前記第２のアコースティックエミッションとを比較し、その比較結果に基づいて、前記当接面における異物の挟み込みの判定を行う第３の工程と、を有することを特徴とする工作機械の異物挟み込み判定方法。
【請求項９】
前記第３の工程は、
前記第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づくピーク値が前記第１のアコースティックエミッションの値を超えたとき、前記当接面に異物を挟み込んでいると判定することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
【請求項１０】
前記第３の工程は、
前記第１のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値と、
前記第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値と、を比較し、
前記第２の波形積分値が前記第１の波形積分値を超えたとき、前記当接面に異物を挟み込んでいると判定することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの切削加工等に用いられる工作機械、及び工作機械の異物挟み込み判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ワークに対して切削加工を行うための切削工具が装着された工具ホルダを保持部によって脱着可能に保持する工作機械が広く用いられている。
【０００３】
このような工作機械では、予め用意された多種類の切削工具（工具ホルダ）の中から必要なものを選択することによって、ワークの加工が行われる。このとき、良好な加工精度を維持するため、若しくは加工精度を向上させるために、工具ホルダを保持部に正確に装着することが要求される。そのためには、工具ホルダを保持部に対して脱着するときに、工具ホルダと保持部との当接面に異物を挟み込まないことが大変重要である。
【０００４】
ところが、ワークに対する加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物が工具ホルダや保持部に付着し、工具ホルダを保持部に装着したときに、工具ホルダと保持部との当接面にこの異物を挟み込むことがある。このような状態で工作機械を稼働すると、工具ホルダ、及び保持部の回転軸が本来の正しい回転軸から外れることとなる。工具ホルダ、及び保持部の回転軸が正しい回転軸から外れたままワークに加工を施してしまうと、ワークの仕上寸法の精度が低下することとなる。
【０００５】
そこで、工具ホルダと保持部との当接面における異物の挟み込みを検出する機能を備えた工作機械が提案されている。例えば、図９（ａ）に示すように、特許文献１で開示された工作機械２００では、リニアスケール４４を設置して、工具ホルダ１５の引き込み位置を当該リニアスケール４４により測定するものである。すなわち、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ場合には、工具ホルダ１５の引き込みが規定の位置に達しないことを利用して、当接面に異物３０を挟み込んだことを検出するものである。
【０００６】
また、図９（ｂ）に示すように、特許文献２で開示された工作機械２１０では、ギャップセンサ４２を設置して、工具ホルダ１５、及び保持部１６が回転するときの回転軸４１の振れ量を当該ギャップセンサ４２により測定するものである。すなわち、工具ホルダ５１と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ場合には、工具ホルダ５１、及び保持部１６の回転軸４１が振れることを利用して、当接面に異物３０を挟み込んだことを検出するものである。
【特許文献１】特開平５−３０９５４８号公報
【特許文献２】特開２０００−５９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示された工作機械２００では、リニアスケール４４が工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａ側に設置されており、工具ホルダ１５を保持部１６に装着したときの工具ホルダ１５の引き込み位置を測定する。工具ホルダ１５の引き込み量を正確に測定するためには、リニアスケール４４は工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａの近傍に設置することが望ましい。
【０００８】
しかしながら、図９（ａ）に示すように、工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａの近傍には、工具ホルダ１５、及び保持部１６を回転駆動するための駆動モータ１８、引張装置１１により工具ホルダ１５を保持部１６に引っ張り込むためのプルスタッド２６、さらには、コイルバネ２８等の多くの周辺装置や周辺部材が設置されている。このため、リニアスケール４４を工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａの近傍に設置することはスペースの都合上難しいことがある。
【０００９】
このような状況に鑑みて、工作機械２００では、リニアスケール４４は工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａから離れた場所に設置することとなるが、リニアスケール４４を工具ホルダ１５の挿入前端部１５ａから離れた場所に設置すると、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込みんだとしても、異物３０を挟み込んだことを正確に検出できないことがある。
【００１０】
すなわち、リニアスケール４４の感度を繊細にすると、リニアスケール４４は駆動モータ１８やコイルバネ２８等の周辺装置や周辺部材の稼働による発熱に伴う工具ホルダ１５、保持部１６、プルスタッド２６等の熱膨張を検出してしまい、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んでいないにも関わらず、リニアスケール４４は異物を挟み込んだと誤判定することがある。
【００１１】
これに対し、リニアスケール４４の感度を鈍くすると、工具ホルダ１５、保持部１６、プルスタッド２６等の熱膨張に起因する誤判定を避けることができるものの、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に挟み込みんだ異物３０を検出する能力が低下することは避けられない。
【００１２】
また、特許文献２で開示された、工作機械２１０では、回転軸の振れ量を測定するギャップセンサ４２が工具ホルダ１５の挿入後端部１５ｂの近傍に設置されている。
【００１３】
しかしながら、ギャップセンサ４２を工具ホルダ１５の挿入後端部１５ｂの近傍に設置すると、ワーク４０の加工に伴って発生する切削屑や切粉等によってギャップセンサ４２が覆われてしまい、ギャップセンサ４２の測定精度が低下することがある。
【００１４】
ギャップセンサ４２の測定精度を維持するためには、例えば、工具ホルダ１５を交換する都度、ギャップセンサ４２を覆った切削屑や切粉等を除去作業を行えばよいが、切削屑や切粉は潤滑油等を含んで粘性が高いことが多いため、都度除去作業を行うためのコストは大きく、また、除去作業に伴う工作機械２１０の停止による製造機会損失も大きいものとなる。
【００１５】
そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、切削加工等に用いられる工作機械において、工具ホルダとこの工具ホルダを保持する保持部との当接面に切削屑や切粉等の異物を挟み込んだ場合に、工作機械の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく異物の挟み込みを判定することができる工作機械、及び異物判定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】
【００１６】
請求項１〜５に記載の発明は、ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、切削工具が装着された工具ホルダと、主軸部材の先端に形成され、工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、主軸部材を回転駆動する駆動部と、工具ホルダの挿抜交換時、及び主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、アコースティックエミッションセンサに接続され、工具ホルダと保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、比較判定手段は、所定の加工の開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第１のアコースティックエミッションと、所定の加工の開始後、工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換に伴って発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載された発明によれば、ワークに対する加工開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着したときに発生する第１のアコースティックエミッションと、ワークに対する加工開始後、工具ホルダの挿抜交換時に発生する第２のアコースティックエミッションと、に基づいて、当接面における異物の挟み込みを判定する。これにより、工具ホルダとこの工具ホルダを保持する保持部との当接面に切削屑や切粉等の異物を挟み込んだ場合に、工作機械の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく異物の挟み込みを判定することができる。
【００１８】
請求項２に係る工作機械は、ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、切削工具が装着された工具ホルダと、主軸部材の先端に形成され、工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、主軸部材を回転駆動する駆動部と、工具ホルダの挿抜交換時、及び主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、アコースティックエミッションセンサに接続され、工具ホルダと保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、比較判定手段は、所定の加工の開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着し、当該装着後に主軸部材とともに工具ホルダ及び保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第１のアコースティックエミッションと、所定の加工の開始後、工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に主軸部材とともに工具ホルダ及び保持部を空回転し、当該空回転に伴って発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載された発明によれば、ワークに対する加工開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着し、この後に主軸部材を空回転したときに発生する第１のアコースティックエミッションと、ワークに対する加工開始後、工具ホルダの挿抜交換を行い、この後に主軸部材を空回転したときに発生する第２のアコースティックエミッションと、に基づいて、当接面における異物の挟み込みを判定する。これにより、工具ホルダとこの工具ホルダを保持する保持部との当接面に切削屑や切粉等の異物を挟み込んだ場合に、工作機械の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく異物の挟み込みを判定することができる。
【００２０】
請求項３に係る工作機械は、ワークに対して所定の加工を行う工作機械であって、切削工具が装着された工具ホルダと、主軸部材の先端に形成され、工具ホルダを挿抜交換可能に保持する保持部と、主軸部材を回転駆動する駆動部と、工具ホルダの挿抜交換時、及び主軸部材の回転時の少なくともいずれかに発生するアコースティックエミッションを測定するアコースティックエミッションセンサと、アコースティックエミッションセンサに接続され、工具ホルダと保持部とが当接する当接面における異物の挟み込みを判定する比較判定手段と、を備え、比較判定手段は、所定の加工の開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着し、当該装着後に所定の加工を行っているときに発生する第１のアコースティックエミッションと、所定の加工の開始後、工具ホルダを挿抜交換し、当該挿抜交換後に所定の加工を行っているときに発生する第２のアコースティックエミッションと、を比較し当接面における異物の挟み込みを判定することを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載された発明によれば、ワークに対する加工開始前、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着し、この後にワークに対する加工を行い、このときに発生する第１のアコースティックエミッションと、ワークに対する加工開始後に工具ホルダの挿抜交換を行い、この後に、再度ワークに対する加工を行い、このときに発生する第２のアコースティックエミッションと、に基づいて、当接面における異物の挟み込みを判定する。これにより、工具ホルダとこの工具ホルダを保持する保持部との当接面に切削屑や切粉等の異物を挟み込んだ場合に、工作機械の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく異物の挟み込みを判定することができる。
【００２２】
比較判定手段は、請求項４に記載のように、第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づくピーク値が第１のアコースティックエミッションの値を超えたとき、当接面に異物を挟み込んでいると判定するようにできる。また、請求項５に記載のように、第１のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値と、第２のアコースティックエミッションから取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値と、を比較し、第２の波形積分値が第１の波形積分値を超えたとき、当接面に異物を挟み込んでいると判定するようにしてもよい。
【００２３】
請求項６〜１０に記載の発明は、上記課題を解決するための異物挟み込み判定方法に係るものである。請求項６〜１０に係る異物挟み込み判定方法により得られる効果は、それぞれ、上述した請求項１〜５における効果と同等であるため、その説明を省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、各図面において同一、もしくは均等である部分には同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る工作機械（一例としてマシニングセンタ）１００の概略断面図である。図２は、工作機械１００において、工具ホルダ１５と保持部１６とが当接する当接面に異物３０を挟み込んだ状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着している様子を示す概略断面図である。図３は、工作機械１００において、当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着している様子を示す概略断面図である。
【００２６】
本実施形態に係る工作機械１００は、切削工具が装着された工具ホルダ１５と、主軸部材１０の先端に形成され、工具ホルダ１５を挿抜交換可能に保持する保持部１６と、主軸部材１０を工具ホルダ１５とともに回転駆動する駆動部としての駆動モータ１８と、工具ホルダ１５の挿抜交換時、又は主軸部材１０の回転時に発生するアコースティックエミッション（以下、ＡＥと記す）を測定するＡＥセンサ２０と、ＡＥセンサ２０に接続された比較判定手段としての比較判定装置１１と、を備えている。ここで、ＡＥとは物質が変形又は破壊するとき、その内部の微小な動きに伴って超音波を含む弾性波が発生する現象（またその波）のことである。
【００２７】
主軸部材１０の外側には、軸受部材２４を介して主軸部材１０を回転可能に支持するハウジング２２が配置されている。本実施形態に係る工作機械１００において、ＡＥセンサ２０はハウジング２２の外枠に設置されている。ＡＥセンサ２０の設置場所は、ハウジング２２の外枠に限られないが、測定対象とするＡＥは、工作機械１００の稼動音と比較して微弱であることが多い。したがって、このＡＥを正確に測定するために、ＡＥセンサ２０は主軸部材１０の近傍に設置されることが望ましい。
【００２８】
工具ホルダ１５の一端には、突起状のプルスタッド２６が設けられている。また、工具ホルダ１５の他端には、切削工具１４が装着されている。さらに、工具ホルダ１５のほぼ中央部には、つば状のフランジ部１９が形成されている。
【００２９】
なお、図１に示すように、本実施形態に係る工作機械１００は、工具ホルダ１５として、フランジ部１９が主軸部材１０の端面に当接していない、いわゆる１面拘束型工具ホルダを使用しているが、これに限らず、フランジ部１９が主軸部材１０の端面に当接する、２面拘束型工具ホルダを使用することもできる。
【００３０】
切削工具１４の先端には、ワーク４０の素材に応じた材質の切刃１４ａが取り付けられている。また、切削工具１４の外周部には、ワーク４０に対して加工を行なったときに発生する切削屑や切粉等を排出するための排出溝（図示せず）が形成されている。切削工具１４は、その材質や太さ等、ワーク４０の加工条件に応じて、工具ホルダ１５からの突出量を調整することができるようになっている。
【００３１】
工具ホルダ１５は、ワーク４０に対する加工開始後、加工条件等に基づき、以下のようにして挿抜交換されることになる。工具ホルダ１５がプルスタッド２６側からホルダ装着穴１６ａに挿入されると、バネ２８の作用により図１上の左右方向に移動することで開閉自在となるドローバー１３の先端に設けられたコレットチャック１３ａがプルスタッド２６を挟み込む。そして、図示しない引張装置（例えば、油圧式シリンダ装置）により、ドローバー１３を数百キログラム重超の引張力で引っ張り込むことで、工具ホルダ１５はホルダ装着穴１６ａに引っ張り込まれ、保持部１６で保持され装着が完了する。
【００３２】
ところで、図２に示すように、工具ホルダ１５の挿抜交換時には、ワーク４０に対する加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物３０を工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に挟み込んでしまい、保持部１６に対して工具ホルダ１５を正確な位置に装着できない場合がある。また、当接面に異物３０を挟み込んだ状態で、図示しない引張装置により工具ホルダ１５をホルダ保持穴１６ａに引っ張り込むと、工具ホルダ１５や保持部１６のテーパー面（当接面）に凹みや歪みが生じ、工具ホルダ１５や保持部１６の形状バランスや重量バランスが崩れる場合がある。
【００３３】
すると、いずれの場合においても、工作機械１００を稼動させたとき、工具ホルダ１５は、本来の回転軸４１から振れた軸４１ａを回転軸として回転することとなり、ワーク４０に対する加工精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態に係る工作機械１００は、ワーク４０に対する加工精度の低下を防ぐため、工具ホルダ１５を具ホルダ１５の挿抜交換時、又は主軸部材１０の回転時に発生するＡＥに基づいて当接面における異物３０の挟み込みを判定する。
【００３４】
以下に、当接面における異物の挟み込みの判定方法について説明する。本実施形態に係る異物挟み込み判定方法は、図４（ａ）に示すステップ（以下、Ｓと記す）１００〜Ｓ１５０からなるフロー１、図４（ｂ）に示すＳ２００〜Ｓ２７０からなるフロー２、図５（ａ）に示すＳ３００〜Ｓ３５０からなるフロー３、図５（ｂ）に示すＳ４００〜Ｓ４７０からなるフロー４、図６（ａ）に示すＳ５００〜Ｓ５５０からなるフロー５、図６（ｂ）に示すＳ６００〜Ｓ６７０からなるフロー６のいずれかに基づくものである。
【００３５】
（フロー１による判定）
まず、ワーク４０に対する加工開始前（工作機械１００の立ち上げ時）、図３に示すように当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着（挿抜交換）する（Ｓ１００）。そして、装着（挿抜交換）に伴って発生する第１のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ１１０）。第１のＡＥは、当接面における異物３０の挟み込みを判定するための基準となるＡＥである。第１のＡＥは、図示しない記憶手段に規定数が記憶蓄積され、第１のＡＥに係るデータベースが構築される。これにより、基準ＡＥとしての信頼度が増すこととなる。
【００３６】
図７（ａ）は第１のＡＥの振幅を示すグラフであり、図７（ｂ）は第１のＡＥの発生数を示すグラフである。両グラフとも、時間ｔ１（工具ホルダ装着時）以前には、工具ホルダ１５を保持部１６に装着するときの接触や振動に基づくＡＥが測定されたことを示しているものの、当接面には異物を挟み込んでいないため、時間ｔ１以降には、異物の挟み込みによる第１のＡＥがほとんど発生していないことを示している。
【００３７】
続いて、ワーク４０に対する加工の開始後、工具ホルダ１５の挿抜交換時（Ｓ１２０）における第２のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ１３０）。第２のＡＥは、当接面に異物３０を挟み込んだ状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着したとき、異物３０が押し潰されたり、工具ホルダ１５や保持部１６が凹みが生じたり、歪みが発生したりするときに発生するＡＥである。
【００３８】
図８（ａ）は当接面に異物を挟み込んでいない状態で測定された第２のＡＥの振幅を示すグラフであり、図８（ｃ）は、当接面に異物を挟み込んでいない状態で測定された第２のＡＥの発生数を示すグラフである。
【００３９】
両グラフとも、時間ｔ２（工具ホルダ装着時）以前には、工具ホルダ１５を保持部１６に装着するときの接触や振動に基づくＡＥが測定されたことを示しているものの、当接面には異物を挟み込んでいないため、時間ｔ２以降には、異物の挟み込みによる第２のＡＥがほとんど発生していないことを示している。
【００４０】
これに対し、図８（ｂ）は当接面に異物を挟み込んでいる状態で測定された第２のＡＥの振幅を示すグラフであり、図８（ｄ）は当接面に異物を挟み込んでいる状態で測定された第２のＡＥの発生数を示すグラフである。両グラフとも、時間ｔ２の前後に第２のＡＥが発生していることを示している。
【００４１】
ここで、発明者等の知見によると、当接面に異物３０を挟み込んでいない状態で発生する第２のＡＥの振幅は、第１のＡＥの振幅との差がほとんど見られない。さらに、第２のＡＥの発生数は、第１のＡＥの発生数との差がほとんど見られない。これに対し、当接面に異物３０を挟み込んでいる状態で発生する第２のＡＥの振幅、発生数は、図８（ｂ）に示す囲み２１、図８（ｄ）に示す囲み２２のように突出した部分があり、図７（ａ）に示す第１のＡＥの振幅、図７（ｂ）に示す第１のＡＥの発生数とは異なっていることが分かる。
【００４２】
そこで、比較判定手段１１は、第２のＡＥの振幅から取り出した出力波形に基づくピーク値と第１のＡＥの振幅値とを比較し、第２のＡＥの振幅から取り出した出力波形に基づくピーク値が第１のＡＥの振幅値を超えた場合、又は、第２のＡＥの発生数から取り出した出力波形に基づくピーク値と第１のＡＥの発生数とを比較し、第２のＡＥの発生数から取り出した出力波形に基づくピーク値が第１のＡＥの発生数を超えた場合（Ｓ１４０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ１５０）。
【００４３】
（フロー２による判定）
フロー２におけるＳ２００〜Ｓ２３０は、フロー１におけるＳ１００〜Ｓ１３０と同等であるため、その説明を省略する。
【００４４】
上述した通り、当接面に異物３０を挟み込んでいない状態で発生する第２のＡＥの振幅は、第１のＡＥの振幅との差がほとんど見られない。さらに、第２のＡＥの発生数は、第１のＡＥの発生数との差がほとんど見られない。これに対し、当接面に異物３０を挟み込んでいる状態で発生する第２のＡＥの振幅、発生数は、図８（ｂ）に示す囲み２１、図８（ｄ）に示す囲み２２のように突出した部分があり、図７（ａ）に示す第１のＡＥの振幅、図７（ｂ）に示す第１のＡＥの発生数とは異なっていることが分かる。
【００４５】
そこで、フロー２による判定では、第１のＡＥの振幅値、発生数から取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値を算出する（Ｓ２４０）とともに、第２のＡＥの振幅値、発生数から取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値を算出する（Ｓ２５０）。
【００４６】
そして、比較判定手段１１は、振幅に基づく第１の波形積分値と振幅に基づく第２の波形積分値とを比較し、振幅に基づく第２の波形積分値が振幅に基づく第１の波形積分値を超えた場合、又は、発生数に基づく第１の波形積分値と発生数に基づく第２の波形積分値とを比較し、振幅に基づく第２の波形積分値が振幅に基づく第１の波形積分値を超えた場合（Ｓ２６０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ２７０）。
【００４７】
（フロー３による判定）
ワーク４０に対する加工開始前（工作機械１００の立ち上げ時）に、図３に示すように当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着し、主軸部材１０とともに工具ホルダ１５及び保持部１６を空回転する（Ｓ３００）。このときの回転数は、ワーク４０に対して加工を行うときの回転数、例えば、毎分６０００〜１２０００回転程度である。そして、空回転に伴って発生する第１のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ３１０）。ここで、第１のＡＥとは、当接面における異物３０の挟み込みを判定するための基準となるＡＥである。なお、第１のＡＥは、図示しない記憶手段に規定数が記憶蓄積され、第１のＡＥに係るデータベースが構築される。これにより、基準ＡＥとしての信頼度が増すこととなる。
【００４８】
続いて、ワーク４０に対する加工の開始後に行なわれた工具ホルダ１５の挿抜交換後、主軸部材１０とともに工具ホルダ１５及び保持部１６を空回転し（Ｓ３２０）、空回転に伴って発生する第２のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ３３０）。
【００４９】
ここで、第２のＡＥとは、当接面に異物３０を挟み込んだ状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着した場合、主軸部材１０が回転することにより、遠心力等の影響を受けて挟み込まれた異物３０が押し潰されたり、工具ホルダ１５や保持部１６が凹みが生じたり、歪みが発生したりするときに発生するＡＥである。
【００５０】
ここで、発明者等の知見によると、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込まず、主軸部材１０が軸４１を回転軸として空回転する場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して、大きく異なることはない。これに対し、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ状態で空回転する場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して増加することがある。第２のＡＥが増加する原因は、上述した通り、当接面に挟み込まれた異物３０が押し潰されたり、工具ホルダ１５や保持部１６が凹みが生じたり、歪みが発生したりするためであると考えられる。
【００５１】
そこで、比較判定手段１１は、第２のＡＥから取り出した出力波形に基づくピーク値と第１のＡＥの値とを比較し、第２のＡＥから取り出した出力波形に基づくピーク値が第１のＡＥの値を超えた場合（Ｓ３４０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ３５０）。
【００５２】
（フロー４による判定）
フロー４におけるＳ４００〜Ｓ４３０は、フロー３おけるＳ３００〜Ｓ３３０と同等であるため、その説明を省略する。
【００５３】
上述した通り、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込まず、主軸部材１０が軸４１を回転軸として空回転する場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して、大きく異なることはない。これに対し、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ状態で空回転する場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して増加することがある。
【００５４】
そこで、フロー４による判定では、第１のＡＥから取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値を算出する（Ｓ４４０）とともに、第２のＡＥ取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値を算出する（Ｓ４５０）。そして、比較判定手段１１は、第１の波形積分値と第２の波形積分値とを比較し、第２の波形積分値が第１の波形積分値を超えた場合（Ｓ４６０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ４７０）。
【００５５】
（フロー５による判定）
ワーク４０に対する加工開始前（工作機械１００の立ち上げ時）に、図３に示すように当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着し、ワーク４０に対する加工を行う（Ｓ５００）。そして、ワーク４０に対する加工を行っているときに発生する第１のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ５１０）。ここで、第１のＡＥとは、当接面における異物３０の挟み込みを判定するための基準となるＡＥである。なお、第１のＡＥは、図示しない記憶手段に規定数が記憶蓄積され、第１のＡＥに係るデータベースが構築される。これにより、基準ＡＥとしての信頼度が増すこととなる。
【００５６】
続いて、ワーク４０に対する加工の開始後に行なわれた工具ホルダ１５の挿抜交換後、
ワーク４０に対する加工を再開し（Ｓ５２０）、再開した加工時に発生する第２のＡＥをＡＥセンサ２０により測定する（Ｓ５３０）。
【００５７】
ここで、第２のＡＥとは、当接面に異物３０を挟み込んだ状態で工具ホルダ１５を保持部１６に装着した場合、主軸部材１０が回転することにより、遠心力等の影響を受けて挟み込まれた異物３０が押し潰されたり、工具ホルダ１５や保持部１６が凹みが生じたり、歪みが発生したりするときに発生するＡＥである。
【００５８】
発明者等の知見によると、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいない状態でワーク４０に対する加工を行う場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して、大きく異なることはない。
【００５９】
これに対し、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ状態でワーク４０に対する加工を行う場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して増加することがある。第２のＡＥが増加する原因は、上述した通り、当接面に挟み込まれた異物３０が押し潰されたり、工具ホルダ１５や保持部１６が凹みが生じたり、歪みが発生したりするためであると考えられる。
【００６０】
そこで、比較判定手段１１は、第２のＡＥから取り出した出力波形に基づくピーク値と第１のＡＥの値とを比較し、第２のＡＥから取り出した出力波形に基づくピーク値が第１のＡＥの値を超えた場合（Ｓ５４０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ５５０）。
【００６１】
（フロー６による判定）
フロー６におけるＳ６００〜Ｓ６３０は、フロー４おけるＳ４００〜Ｓ４３０と同等であるため、その説明を省略する。
【００６２】
上述した通り、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいない状態でワーク４０に対する加工を行う場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して、大きく異なることはない。これに対し、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物３０を挟み込んだ状態でワーク４０に対する加工を行う場合、第２のＡＥは第１のＡＥと比較して増加することがある。
【００６３】
そこで、フロー６による判定では、第１のＡＥから取り出した出力波形に基づく単位時間における第１の波形積分値を算出する（Ｓ６４０）とともに、第２のＡＥ取り出した出力波形に基づく単位時間における第２の波形積分値を算出する（Ｓ６５０）。そして、比較判定手段１１は、第１の波形積分値と第２の波形積分値とを比較し、第２の波形積分値が第１の波形積分値を超えた場合（Ｓ６６０）、工具ホルダ１５と保持部１６との当接面に異物を挟み込んでいると判定する（Ｓ６７０）。
【００６４】
以上、説明したように、本実施形態に係る工作機械１００は、工具ホルダ１５とこの工具ホルダ１５を保持する保持部１６との当接面に切削屑や切粉等の異物３０を挟み込んだ場合に、工作機械１００の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく異物３０の挟み込みを判定することができる。なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る工作機械の概略断面図である。
【図２】工具ホルダと保持部とが当接する当接面に異物を挟み込んだ状態で工具ホルダを保持部に装着している様子を示す概略断面図である。
【図３】当接面に異物を挟み込んでいない状態で工具ホルダを保持部に装着している様子を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）は異物の挟み込みを判定するフロー１に係るフローチャートであり、（ｂ）は異物の挟み込みを判定するフロー２に係るフローチャートである。
【図５】（ａ）は異物の挟み込みを判定するフロー３に係るフローチャートであり、（ｂ）は異物の挟み込みを判定するフロー４に係るフローチャートである。
【図６】（ａ）は異物の挟み込みを判定するフロー５に係るフローチャートであり、（ｂ）は異物の挟み込みを判定するフロー６に係るフローチャートである。
【図７】（ａ）は第１のＡＥの振幅を示すグラフであり、（ｂ）は第１のＡＥの発生数を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は当接面に異物を挟み込んでいない状態で測定された第２のＡＥの振幅を示すグラフであり、（ｂ）は当接面に異物を挟み込んでいる状態で測定された第２のＡＥの振幅を示すグラフであり、（ｃ）は当接面に異物を挟み込んでいない状態で測定された第２のＡＥの発生数を示すグラフであり、ｄ）は当接面に異物を挟み込んでいる状態で測定された第２のＡＥの発生数を示すグラフである。
【図９】従来の工作機械の断面図であり、（ａ）はリニアスケールを備えた工作機械、（ｂ）はギャップセンサを備えた工作機械である。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・主軸部材、１１・・・比較判定装置、１３・・・ドローバー、１３ａ・・・コレットチャック、１４・・・切削工具、１４ａ・・・切刃、１５・・・ホルダ、１６・・・保持部、１６ａ・・・ホルダ装着穴、１８・・・駆動モータ、１９・・・フランジ部、２０・・・ＡＥセンサ、２２・・・ハウジング、２４・・・軸受部材、２６・・・プルスタッド、２８・・・バネ、３０・・・異物、４０・・・ワーク、４２・・・ギャップセンサ、４４・・・リニアスケール
【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】
2007326206.tif 000010
【図９】
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