(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、
ワークを加工する加工具と、
前記加工具を保持する工具保持部と、
前記工具保持部を駆動する電動機と、
前記工作機械の主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部と、
前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケースと、
前記工作機械の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材と、
前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段と、
前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部と
を有し、
前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記ケースは、
前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記回転検出手段は、
光を出力する発光部と、
光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、
前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、
光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、
前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部と
を有し、
前記処理手段は、
前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、
前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナと
を有し、
前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する
工具。
【請求項２】
前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、
前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導電動機である
請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記光信号変換部は、前記工具保持部に具備され、前記第１の導光部によって導かれた光を反射可能な反射鏡部によって構成される
請求項１又は２に記載の工具。
【請求項４】
前記光信号変換部は、前記工具保持部に具備され、前記第１の導光部によって導かれた光を透過する透過部分と遮断する遮断部分とを有する光透過板によって構成される
請求項１又は２に記載の工具。
【請求項５】
前記出力用センサヘッドと前記入力用センサヘッドとは共通化され、
第１の導光部と前記第２の導光部とは単一の光ファイバーにより構成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具。
【請求項６】
ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、
前記加工具を保持する工具保持部と、
前記工具保持部を駆動する電動機と、
前記主軸の回転力に基づいて、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部と、
前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケースと、
前記工作機械の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材と、
前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具ホルダの外部に出力可能な処理手段と、
前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部と
を有し、
前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記ケースは、
前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記回転検出手段は、
光を出力する発光部と、
光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、
前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、
光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、
前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部と
を有し、
前記処理手段は、
前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、
前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナと
を有し、
前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する
工具ホルダ。
【請求項７】
主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、
前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、
ワークを加工する加工具、前記加工具を保持する工具保持部、前記工具保持部を駆動する電動機、前記主軸の回転力に基づいて前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケース、前記工作機械本体の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段、および、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部を備え、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、
前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、
前記ケースは、
前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、
前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、
を有し、
前記回転検出手段は、
光を出力する発光部と、
光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、
前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、
前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、
光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、
前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部と
を有し、
前記処理手段は、
前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、
前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナと
を有し、
前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有し、
前記加工具の回転数を前記主軸の回転数に基づいて制御する
工作機械。
【請求項８】
前記回転検出手段の検出信号に基づいて、前記電動機が正常に回転しているか否かを監視する工具監視手段をさらに有する
請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
前記工具監視手段は、前記無線信号を受信する受信手段をさらに有する
請求項８に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記工具監視手段は、前記検出信号に基づいて、前記駆動手段および制御軸の少なくともいずれかの動作を変更または停止させる制御指令を前記制御装置に出力する
請求項８又は９に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記工具監視手段は、前記主軸の回転数と、前記検出信号に基づく前記電動機の回転数とに基づいて、前記制御指令を生成する
請求項１０に記載の工作機械。
【請求項１２】
前記工具監視手段は、前記主軸の回転数から前記電動機の回転数を推定し、前記検出信号に基づいて得られる前記電動機の実際の回転数と推定した推定回転数との比較に基づいて、前記制御指令を生成する
請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記工具監視手段は、前記実際の回転数と推定回転数とが一致しない場合、あるいは、前記実際の回転数が推定回転数に対して所定の範囲にない場合には、ワークに対する前記加工具の送りを停止させる停止指令、ワークに対する前記加工具の送りを一時的に停止させる一時停止指令およびワークに対する前記加工具の送り速度を減速させる減速指令のいずれかを出力する
請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、ワークを加工する加工具、前記加工具を保持する工具保持部、前記工具保持部を駆動する電動機、前記主軸の回転力に基づいて前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケース、前記工作機械本体の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段、および、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部を備え、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記ケースは、前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記回転検出手段は、光を出力する発光部と、光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部とを有し、前記処理手段は、前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナとを有し、前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する工作機械を制御するための工作機械の制御装置であって、
前記主軸の回転数を制御することにより前記加工具の回転数を制御する
工作機械の制御装置。
【請求項１５】
前記回転検出手段の検出信号に基づいて、前記電動機が正常に回転しているか否かを監視する工具監視手段を有する
請求項１４に記載の工作機械の制御装置。
【請求項１６】
前記検出信号に基づいて、前記駆動手段および制御軸の少なくともいずれかの動作を変更または停止させる
請求項１５に記載の工作機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に装着されるワークを加工する工具、エンドミル等の加工具を保持する工具ホルダ、この工具または工具ホルダが主軸に着脱される工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタ等の主軸を備えた工作機械では、主軸の最大回転数（単位時間当たり）は主軸を回転自在に保持するメインベアリングの構造や潤滑方式によって決定されるため、この最大回転数より増速した回転数で工具を回転させたい場合には、たとえば、増速装置を用いている。
増速装置としては、たとえば、工具を保持し主軸に着脱可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車機構等の歯車機構によって増速して工具の回転数を増速させるものが知られている。
たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主軸の最大回転数よりも工具の回転数を増速させたい場合には、上記のような増速装置を主軸に対して自動工具交換装置によって通常の工具と同様に装着し、工具を高い回転数で回転させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転数よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速回転させると、増速装置の発熱が増大し、加工精度に影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さらに、増速装置は、たとえば、数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰するという不利益も存在した。
また、他の増速方法として、主軸を駆動するモータに高周波モータを使用し、この高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電流を供給し、主軸を高速回転させる方法が採られる場合がある、しかしながら、この方法では、工具交換を通常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コストが比較的高いという不利益が存在する。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、本発明の目的は、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から動力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができ、外部の電源等と結線することなく駆動可能で、加えて、加工具の回転状態を把握可能な工具および工具ホルダを提供することにある。
本発明の他の目的は、通常の工具と同様に、工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から動力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができ、外部の電源等と結線することなく駆動可能な工具を備えた工作機械およびその制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワークを加工する加工具と、前記加工具を保持する工具保持部と、前記工具保持部を駆動する電動機と、前記工作機械の主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部と、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケースと、前記工作機械の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材と、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段と、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部とを有し、前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記ケースは、前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記回転検出手段は、光を出力する発光部と、光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部とを有し、前記処理手段は、前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナとを有し、前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する。
【０００６】
前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導電動機である。
【００１０】
前記光信号変換部は、前記工具保持部に具備され、前記第１の導光部によって導かれた光を反射可能な反射鏡部によって構成される。
【００１１】
前記光信号変換部は、前記工具保持部に具備され、前記第１の導光部によって導かれた光を透過する透過部分と遮断する遮断部分とを有する光透過板によって構成されることも可能である。
【００１２】
前記出力用センサヘッドと前記入力用センサヘッドとは共通化され、第１の導光部と前記第２の導光部とは単一の光ファイバーにより構成されている。
【００１５】
本発明の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記加工具を保持する工具保持部と、前記工具保持部を駆動する電動機と、前記主軸の回転力に基づいて、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部と、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケースと、前記工作機械の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材と、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具ホルダの外部に出力可能な処理手段と、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部とを有し、前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記ケースは、前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記回転検出手段は、光を出力する発光部と、光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部とを有し、前記処理手段は、前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナとを有し、前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する。
【００１６】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、ワークを加工する加工具、前記加工具を保持する工具保持部、前記工具保持部を駆動する電動機、前記主軸の回転力に基づいて前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケース、前記工作機械本体の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段、および、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部を備え、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記ケースは、前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記回転検出手段は、光を出力する発光部と、光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部とを有し、前記処理手段は、前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナとを有し、前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有し、前記加工具の回転数を前記主軸の回転数に基づいて制御する。
【００１７】
本発明の工作機械は、前記回転検出手段の検出信号に基づいて、前記電動機が正常に回転しているか否かを監視する工具監視手段をさらに有する。
【００１８】
好適には、本発明の工作機械は、前記工具監視手段は、前記無線信号を受信する受信手段をさらに有する。
【００１９】
前記工具監視手段は、前記検出信号に基づいて、前記駆動手段および制御軸の少なくともいずれかの動作を変更または停止させる制御指令を前記制御装置に出力する。
【００２０】
前記工具監視手段は、前記主軸の回転数と、前記検出信号に基づく前記電動機の回転数とに基づいて、前記制御指令を生成する。
【００２１】
さらに好適には、前記工具監視手段は、前記主軸の回転数から前記電動機の回転数を推定し、前記検出信号に基づいて得られる前記電動機の実際の回転数と推定した推定回転数との比較に基づいて、前記制御指令を生成する。
【００２２】
前記工具監視手段は、前記実際の回転数と推定回転数とが一致しない場合、あるいは、前記実際の回転数が推定回転数に対して所定の範囲にない場合には、ワークに対する前記加工具の送りを停止させる停止指令、ワークに対する前記加工具の送りを一時的に停止させる一時停止指令およびワークに対する前記加工具の送り速度を減速させる減速指令のいずれかを出力する構成とすることも可能である。
【００２３】
本発明の工作機械の制御装置は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、ワークを加工する加工具、前記加工具を保持する工具保持部、前記工具保持部を駆動する電動機、前記主軸の回転力に基づいて前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記主軸に着脱可能に装着され、当該主軸の回転力を前記発電機に伝達する装着部、前記電動機、発電機、装着部および工具保持部を保持するケース、前記工作機械本体の非回転部に嵌合し、前記ケースの回転を規制する回転規制部材、前記電動機の回転状態を検出する回転検出手段、前記回転検出手段の検出信号を処理し、工具の外部に出力可能な処理手段、および、前記回転検出手段及び前記処理手段に電力を供給する電源部を備え、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具保持部、前記電動機、前記発電機及び前記装着部は、前記主軸の長手方向に沿って順に配置され、前記ケースは、前記工具保持部を回転自在に保持する第１のケース部材と、前記第１のケース部材に締結手段によって連結され、前記電動機及び前記発電機を保持する第２のケース部材と、前記第２のケース部材に締結手段によって連結され、前記装着部を回転自在に保持する第３のケース部材と、を有し、前記回転検出手段は、光を出力する発光部と、光ファイバーにより構成され、前記発光部から出力された光を導く第１の導光部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記第１の導光部により導かれた光を出力する出力用センサヘッドと、前記第１のケース部材内において前記工具保持部に設けられ、前記出力用センサヘッドの出力した光を非接触で受光し、前記電動機の回転数に応じた光信号に変換する光信号変換部と、前記第１のケース部材内に設けられ、前記光信号変換部からの光信号を非接触で受光する入力用センサヘッドと、光ファイバーにより構成され、前記入力用センサヘッドの受光した光信号を導く第２の導光部と、前記第２の導光部によって導かれた光信号を受光し、前記検出信号としての電気信号に変換する光電変換部とを有し、前記処理手段は、前記第２ケース部材に設けられ、前記検出信号を無線信号に変換する送信回路と、前記第２ケース部材の外周に配置され、前記無線信号を送信するアンテナとを有し、前記電源部は、前記第２ケース部材に設けられ、前記発電機の発電した電力を充電する二次電池を有する工作機械を制御するための工作機械の制御装置であって、前記主軸の回転数を制御することにより前記加工具の回転数を制御する。
【００２４】
本発明の工具では、工作機械の主軸から回転力を受けて発電機が発電する。発電機は、主軸の回転数に応じた周波数の電圧を発生し、電動機はこの周波数で駆動される。これにより加工具が回転し、ワークの加工が可能となる。発電機に交流発電機を用い、電動機に誘導電動機を用い、両者を直接結線すると、電動機の回転位置を管理しなくても、電動機は交流発電機の発生する周波数に応じた回転数で回転する。
しかしながら、加工具によるワークの加工中に加工具に過負荷が印加されると、誘導電動機は発電機の発生する交流電圧の周波数に同期して回転しなくなり、ワークの加工を適切に行えない可能性がある。このため、本発明では、電動機の回転状態を回転検出手段によって検出し、処理手段によって検出信号を外部に出力する。これにより、工作機械の主軸に装着された加工具の回転状態の監視が可能になる。
【００２５】
本発明の工作機械では、加工プログラムにしたがった加工具によるワークの加工中に、加工具に過負荷が印加され電動機が発電機の発生する交流電圧の周波数に同期して回転しなくなった場合、これを工具監視手段によって検知する。工具監視手段は、工作機械の制御装置に対して、たとえば、停止指令、一時停止指令あるいは送り速度を低下させる指令を出力する。一時停止指令あるいは送り速度を低下させる指令により、加工具への過負荷が除去されると、加工具は再び発電機の発生する交流電圧の周波数に同期して回転する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
マシニングセンタ１は、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）２５０と、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１５０とを備えている。
図１において、工作機械本体２は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００２７】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００２８】
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００２９】
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの加工具とこの加工具を保持する工具ホルダからなる工具Ｔが装着され、主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。ラム４５の下方には、加工すべきワークが固定されるテーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００３０】
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００３１】
ＮＣ装置２５０は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、および、クロスレール昇降用モータ３２の駆動制御を行う。
ＮＣ装置２５０は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置２５０は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数（単位時間当りの回転数）を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
さらに、ＮＣ装置２５０は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定れた工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００３２】
ＰＬＣ１５０は、ＮＣ装置２５０および操作パネル２００と接続されている。このＰＬＣ１５０は、予め決められたシーケンスプログラムにしたがって、マシニングセンタ１の起動、停止をおこなったり、操作パネル２００の表示部を点灯、消灯する信号を出力する等の各種シーケンス制御を行う。
また、ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１を駆動制御する主軸モータドライバ１５７と接続されている。ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１の起動、停止および速度制御を行うための制御指令を主軸モータドライバ１５７に出力する。
なお、ＰＬＣ１５０は各種シーケンス制御を行うとともに、後述するように、本発明の工具監視手段を構成する。
【００３３】
図２は、本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。
図２において、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ部６１とから構成される。なお、刃具１００は本発明の加工具の一実施態様である。
【００３４】
ホルダ部６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、発電機７０と、電動機８０と、工具保持部９０と、回り止め部材８５と、回転検出部１２０と、処理基板部１３０と、電源部１４０とを備えている。
【００３５】
装着部６２は、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００３６】
装着部６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
【００３７】
装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
【００３８】
装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００３９】
装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の転がり軸受７２を介して回転自在に保持されている。
【００４０】
ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して発電機７０および電動機８０が保持されている。
発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して入力される。
発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００４１】
電動機８０は、図示しない導電ケーブルによって、発電機７０で発電された電力が供給される。この電動機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動する。
電動機８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。
【００４２】
工具保持部９０は、回転軸９１と、この回転軸９１と電動機８０の出力軸８１とを連結するカップリング９３と、回転軸９１の先端部に固定された工具装着部材９５とを有する。
【００４３】
回転軸９１は、ケース部材６８の内周に複数の転がり軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９１の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。
【００４４】
刃具１００は、工具装着部材９５に保持されており、この刃具１００はワークを加工する。
刃具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。
【００４５】
ケース部材６６、６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。この回り止め部材８５は本発明の回転規制部材の実施態様である。
回り止め部材８５は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５ａが挿入される。
これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６６は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００４６】
回転検出部１２０は、センサヘッド１２１と、光電センサ１２２とを有する。この回転検出部１２０のセンサヘッド１２１は、回転軸９１の近傍であってケース部材６８の内周側に配置されおり、光電センサ１２２はケース部材６８の内周に埋め込まれている。
なお、回転検出部１２０の具体的構成については後述する。
【００４７】
処理基板部１３０は、ケース部材６７の内周に配置されており、光電センサ１２２とケーブルによって電気的に接続されている。また、この処理基板部１３０は、ケース部材６７の外周に配置されたアンテナ１３１と電気的に接続されている。なお、処理基板部１３０の具体的構成については後述する。
【００４８】
電源部１４０は、ケース部材６７の内周に配置されており、回転検出部１２０や処理基板部１３０等の電動機８０以外の被電力供給部に所定の電圧を供給する。この電源部１４０は、後述するように、電源回路および二次電池を備えている。
【００４９】
図３は、回転検出部１２０の構成の一例を示す図である。
図３に示すように、回転検出部１２０は、センサヘッド１２１と、光電センサ１２２と、センサヘッド１２１と光電センサ１２２とを接続する光ファイバ１２３と、回転軸９１に設けれた反射鏡１２５とを有する。
【００５０】
光電センサ１２２は、発光部１２２ａと、受光部１２２ｂと、増幅部１２２ｃとを有する。この光電センサ１２２は、電源部１４０から供給される所定の電圧によって駆動される。
発光部１２２ａは、光ファイバ１２３ａを介してセンサヘッド１２１ａに光を出力する。この発光部１２２ａは、たとえば、赤色レーザを出力する発光ダイオードで構成される。
受光部１２２ｂは、センサヘッド１２１ｂから光ファイバ１２３ｂを介して入力された光を受光し、この光の強度に応じた電気信号に変換し増幅部１２２ｃに出力する。この受光部１２２ｂは、たとえば、フォトダイオードによって構成される。
増幅部１２２ｃは、受光部１２２ｂから入力された電気信号を増幅し、検出信号Ｓout として出力する。この検出信号Ｓout は、後述する処理回路に入力される。
【００５１】
センサヘッド１２１は、出力用のセンサヘッド１２１ａおよび入力用のセンサヘッド１２１ｂからなる。
出力用のセンサヘッド１２１ａは、光ファイバ１２３ａを導かれた光を回転軸９１に向けて出力する。
入力用のセンサヘッド１２１ｂは、回転軸９１に設けられた反射鏡１２５からの反射光を受光し、光ファイバ１２３ｂに入力する。
【００５２】
反射鏡１２５は、回転軸９１の回転によってセンサヘッド１２１ａに対向する位置にくると、センサヘッド１２１ａからの光をセンサヘッド１２１ｂに向けて反射する。なお、反射鏡１２５を回転軸９１に設ける代わりに、回転軸９１の一部を鏡面加工してもよい。また、反射鏡１２５は、回転軸９１の周方向に沿って複数配置することも可能である。
【００５３】
上記構成の回転検出部１２０では、検出信号Ｓout は、回転軸９１の回転に同期して強度が変化する信号となる。たとえば、検出信号Ｓout の立ち上がり時に同期するパルス信号を後述する処理回路において生成することにより、回転軸９１の回転状態を検出することができる。
回転軸９１の回転状態を検出するには、たとえば、光学式のロータリエンコーダや磁気式のレゾルバ等の種々の回転検出器を用いることが可能であるが、ケース６５の内部に存在するスペースは限られており、また、光学式のロータリエンコーダや磁気式のレゾルバ等の回転検出器を回転軸９１に連結することは現実的には難しい。
【００５４】
このため、本実施形態では、回転軸９１に反射鏡１２５を設け、反射鏡１２５からの反射光を受光することにより、回転軸９１の回転状態を非接触で検出する。また、センサヘッド１２１と光電センサ１２２との間を光ファイバ１２３で接続することによって、センサヘッド１２１および光電センサ１２２の配置の自由度を確保している。
【００５５】
図４は、回転検出部１２０の他の構成例を示す図である。
図４に示すように、センサヘッド１２１を出力用と入力用とで共通にし、単一の光ファイバ１２３によって光電センサ１２２に接続する。
このような構成にすることにより、回転検出部１２０に必要なスペースをさらに削減することができる。
【００５６】
図５は、回転検出部１２０のさらに他の構成例を示す図である。
図５に示す回転検出部１２０は、回転軸９１に円盤状のスリット板１２６を設け、このスリット板１２６の両側にセンサヘッド１２１ａおよび１２１ｂを対向するように配置する。
スリット板１２６は、貫通孔１２６ｈが形成されており、センサヘッド１２１ａから出力される光をセンサヘッド１２１ｂに向けて透過可能となっている。貫通孔１２６ｈは、周方向に沿って複数形成することも可能である。スリット板１２６は、たとえば、光を遮断可能な黒色等に着色された樹脂、金属板等の材料から形成することができる。
【００５７】
回転軸９１に設けられたスリット板１２６は、回転軸９１の回転に同期してセンサヘッド１２１ａから出力される光を透過するため、図３および図４に示したと同様の検出信号Ｓout が得られる。
【００５８】
図６は、工具６０含むマシニングセンタ１の電気系の構成を示す図である。
図６に示すように、工具６０は、発電機７０、電動機８０および光電センサ１２２に加えて、電源回路１４１、二次電池１４２および処理回路１３３を備えている。
電源回路１４１および二次電池１４２は、上記の電源部１４０を構成している。
この電源回路１４１は、二次電池１４２から供給される所定の電圧を光電センサ１２２および処理回路１３３を駆動するのに必要な電圧にそれぞれ変換して供給する。
二次電池１４２は、予め充電されたものを用いるが、たとえば、充電回路を新たに設け、発電機７０で発電した電力の一部を充電回路を用いて二次電池１４２に充電する構成としてもよい。
【００５９】
処理回路１３３は、光電センサ１２２から検出信号Ｓout が入力され、この検出信号Ｓout をパルス信号に変換する。このパルス信号は、回転軸９１の回転数に応じた周波数の信号である。
処理回路１３３は、検出信号Ｓout から変換されたパルス信号を無線信号に変換する送信回路１３４を備えている。
この送信回路１３４は、アンテナ１３１に電気的に接続されており、アンテナ１３１から無線信号が送信される。また、処理回路１３３は、パルス信号を送信する際に、工具６０を特定する情報をパルス信号とともに送信する。
【００６０】
受信装置１８０は、工具６０のアンテナ１３１から送信される無線信号を受信するアンテナ１８１を備えている。
受信装置１８０は、たとえば、パーソナルコンピュータおよびこのパーソナルコンピュータに接続される通信用ボードによって構成される。
受信装置１８０は、ＰＬＣ１５０に接続されており、アンテナ１８１によって受信したパルス信号をＰＬＣ１５０に出力する。
【００６１】
ＰＬＣ１５０は、検出信号Ｓout から得られたパルス信号に基づいて、電動機８０が正常に回転しているか否かを監視する機能を有する。さらに、ＰＬＣ１５０は、パルス信号に基づいて電動機８０が正常に回転しているか否かを判断した結果に基づいて、工作機械本体２の動作を変更または停止させる制御指令をＮＣ装置２５０に出力可能となっている。なお、ＰＬＣ１５０のもつ工具監視機能については後述する。
【００６２】
図７は、上記のＮＣ装置２５０およびＰＬＣ１５０のハードウエア構成の一例を示す図である。
ＮＣ装置２５０は、プロセッサ２５１、ＲＯＭ(read only memory)２５２、ＲＡＭ(random access memory)２５３、ディジタル入出力部２５４、インターフェース２５５〜２５９、モータドライバ２６０等から構成されている。
プロセッサ２５１は、ＲＯＭ(read only memory)２５２、ＲＡＭ(random access memory)２５３、ディジタル入出力部２５４、インターフェース２５５〜２５９およびモータドライバ２６０とバスＢＵＳによって接続されている。  また、ＮＣ装置２５０には、表示装置２６４、フロッピーディスクドライブ（ＦＤ）２６５、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２６３、キーボード２６６等が接続されている。
【００６３】
プロセッサ２５１は、ＲＯＭ２５２に記憶されたシステムプログラムおよびＲＡＭ２５３に記憶された加工プログラムを実行し、各種データの処理を行い、ＮＣ装置２５１を総合的に制御する。
【００６４】
ＲＯＭ２５２は、ＮＣ装置２５０を制御するためのシステムプログラムを記憶している。
ＲＡＭ２５３は、ＮＣ装置２５０の制御に必要な一時的な記憶データや、制御の際のフラグ、制御のためのパラメータとして使用されるデータ等の各種データを記憶する。また、ワークを加工するための加工プログラムも記憶する。
さらに、ＲＡＭ２５３は、ＰＬＣ１５０から入力される、非常停止指令、一時停止指令、あるいは、減速指令に応じて各サーボモータ等の駆動制御を行うためのマクロプログラムも記憶保持している。
【００６５】
インターフェース２５５は、ＬＡＮ(local area network)とバスＢＵＳとを接続している。ＬＡＮは、たとえば、マシニングセンタ１が設置される工場内に構築されたネットワークである。これにより、ＬＡＮとプロセッサ２５１との間で各種データの送受信が可能になっている。
【００６６】
表示装置２６４は、インターフェース２５７を介してバスＢＵＳに接続されている。この表示装置２６４には、たとえば、液晶表示装置やＣＲＴ(cathode ray tube)が使用される、表示装置２６４は、ＮＣ装置２５０に保持されたあらゆる加工プログラムや必要なデータを表示する。
【００６７】
ＰＣ２６３は、インターフェース２５６を介してバスＢＵＳに接続されている。ＰＣ２６３は、ＮＣ装置２５０に加工プログラム等の各種データを送信したり、ＮＣ装置２５０に記憶された各種データを受信する。ＰＣ２６３は、ＬＡＮに接続されている。
【００６８】
ディジタル入出力部２５４は、バスＢＵＳとＰＬＣ１５０とを接続しており、ディジタル信号の送受信をＰＬＣ装置１５０との間で行なう。このディジタル入出力部２５４によって、ＰＬＣ装置１５０からの信号がＮＣ装置２５０に入力され、ＮＣ装置２５０から主軸モータ３１の起動、停止および回転数を制御する制御指令がＰＬＣ装置１５０に入力される。
【００６９】
キーボード２６６は、インターフェース２５９を介してバスＢＵＳに接続されており、ＮＣ装置２５０への加工プログラムの入力や各種パラメータの設定のためのデータを入力する際に用いられる。
ＦＤ２６５は、インターフェース２５８を介してバスＢＵＳに接続されており、ＲＡＭ２５３等に記憶された各種データを外部に取り出して記憶するためのものである。なお、ハードディスクドライブ等の他の外部記憶装置を接続することも可能である。
【００７０】
モータドライバ２６０は、工作機械本体２のサーボモータ１８，１９，２０、および、クロスレール昇降用モータ３２にそれぞれ接続されている。このモータドライバ２６０は、バスＢＵＳを通じて入力される制御指令に基づいて、サーボモータ１８，１９，２０およびクロスレール昇降用モータ３２をそれぞれ駆動制御する。また、モータドライバ２６０は、サーボモータ１８，１９，２０およびクロスレール昇降用モータ３２からフィードバックされた検出回転位置等の情報をバスＢＵＳに出力する。
【００７１】
ＰＬＣ６１は、プロセッサ１５１、ＲＯＭ(read only memory)１５２、ＲＡＭ(random access memory)１５３、カウンタ回路１５５、入出力部１５４、ディジタル入出力部１５６、主軸モータドライバ１５７等から構成されている。
【００７２】
プロセッサ１５１は、ＲＯＭ１５２に記憶されたシステムプログラムおよびＲＡＭ１５３に記憶されたシーケンスプログラムを実行し、工作機械本体２および周辺機器との間で信号を送受信することにより、シーケンス制御を行う。また、プロセッサ１５１は、予めＲＡＭ１５３に記憶されたプログラムにしたがって、各種の演算およびデータの処理を行い、後述する工具監視機能を実現する。
【００７３】
入出力部１５６は、受信装置１８０と接続されており、受信装置１８０から入力される信号を逐次取得し、プロセッサ１５１に出力する。
【００７４】
カウンタ回路１５５は、受信装置１８０から入力されるパルス信号の単位時間当たりのパルス数をカウントする。単位時間当たりのパルス数をカウントすることにより、工具６０の電動機８０の回転数を特定することができる。
【００７５】
ディジタル入出力部１５４は、ＮＣ装置２５０のディジタル入出力部２５４との間で各種のディジタル信号を送受信する。この信号には、ＰＬＣ１５０からＮＣ装置２５０への制御指令も含まれる。
【００７６】
主軸モータドライバ１５７は、主軸モータ３１に接続されている。この主軸モータドライバ１５７は、ＮＣ装置２５０からＰＬＣ１５０に入力される制御指令に基づいて、主軸モータ３１の速度制御を行う。なお、主軸モータドライバ１５７には、主軸モータ３１に設けられた図示しない回転数検出器から主軸モータ３１の回転数がフィードバックされる。主軸モータドライバ１５７は、このフィードバックに基づいて、主軸モータ３１の回転数を指令された回転数に制御する。
【００７７】
図８は、ＰＬＣ１５０の有する工具監視機能に関する機能ブロック図である。図８に示すように、ＰＬＣ１５０は、主軸回転数取得部１６１と、電動機回転数推定部１６３と、パルスカウント部１６２と、電動機回転数算出部１６４と、比較判断部１６５と、指令出力部１６６とを有する。なお、これらの構成要素は、上述したＰＬＣ１５０のハードウエアおよびＲＯＭ１５２，ＲＡＭ１５３に記憶されたプログラムによって構成される。
【００７８】
主軸回転数取得部１６１は、主軸４６の回転数Ｎ0 を取得し、この回転数Ｎ0を電動機回転数推定部１６３に出力する。なお、回転数Ｎ0 は、単位時間当たりの主軸４６の回転数である。主軸４６の回転数Ｎ0 は、ＮＣ装置２５０から加工プログラムで指定された主軸４６の回転数の情報をディジタル入出力部１５４を通じて取得してもよいし、主軸モータドライバ１５７にフィードバックされる主軸モータ３１の検出された回転数から特定してもよい。
【００７９】
電動機回転数推定部１６３は、主軸４６の回転数Ｎ0 に基づいて、電動機８０の回転数を推定し、この推定回転数Ｎｐを比較判断部１６５に出力する。
なお、電動機８０の回転数は、発電機７０および電動機８０の仕様に基づいて推定することができる。
【００８０】
パルスカウント部１６２は、受信装置１８０が受信した工具６０からのパルス信号の単位時間当たりのパルス数をカウントし、カウント値Ｃｎｔを電動機回転数算出部１６４に出力する。
【００８１】
電動機回転数算出部１６４は、カウント値Ｃｎｔから、電動機８０の実際の回転数（単位時間当たり）Ｎｒを算出し、比較判断部１６５に出力する。
【００８２】
比較判断部１６５は、電動機８０の推定回転数Ｎｐと実際の回転数Ｎｒとを比較し、比較結果に応じた指令１６５ｓを指令出力部１６６に出力する。
たとえば、実際の回転数Ｎｒと推定回転数Ｎｐとが一致しない場合、あるいは、実際の回転数Ｎｒが推定回転数Ｎｐに対して所定の範囲にない場合には、ワークに対する刃具１００の送りを停止させる停止指令、ワークに対する刃具１００の送りを一時的に停止させる一時停止指令およびワークに対する刃具１００の送り速度を減速させる減速指令のいずれかを指令出力部１６６に出力する。
なお、比較判断部１６５の具体的な処理内容についてさらに後述する。
【００８３】
指令出力部１６６は、比較判断部１６５からの指令内容に応じた制御信号をＮＣ装置２５０や主軸モータドライバ１５７に出力する。
【００８４】
次に、本実施形態に係る工具６０の動作の一例について説明する。
まず、自動工具交換装置３９によって、工具装着部９５に刃具１００を保持した工具６０を工作機械本体２の主軸４６に装着する。
工具６０は、回り止め部材８５の先端部８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース６５の回転が規制される。
【００８５】
この状態から、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、工具６０の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が発電機７０に伝達される。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００８６】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転数をＮ0 〔ｒｐｍ〕とすると、次式（１）によって表される。
【００８７】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕      …（１）
【００８８】
したがって、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機８０に供給される。
【００８９】
ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とすると、三相誘導電動機は３相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００９０】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（２）
【００９１】
したがって、主軸４６の回転数Ｎ0 に対する工具の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表される。
【００９２】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（３）
【００９３】
（３）式からわかるように、主軸４６の回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転数Ｎ0 に対する工具の回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定することが分かる。
すなわち、主軸４６の回転数Ｎ0 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００９４】
たとえば、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｒｐｍであるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸４６の回転数は上記の最大回転数Ｎmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｒｐｍのマシニングセンタ１を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、工具の回転数を、たとえば、３００００ｒｐｍに増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに工具６０を予め収容しておく。なお、工具６０は、増速比が１０となるように、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。
【００９５】
自動工具交換装置３９によって、主軸４６に通常の工具と同様に工具６０を自動装着する。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、工具６０に保持された工具の回転数は、主軸４６の回転数によって制御する。すなわち、ＮＣ装置２５０にダウンロードするＮＣプログラムにおいて、主軸４６の回転数をＳコードで指定することにより、工具６０の刃具１００の回転数を規定しておく。すなわち、ＮＣ装置２５０は、主軸４６の回転数を制御することにより、工具６０の刃具１００の回転数を制御する。
たとえば、工具６０の刃具１００を３００００ｒｐｍで回転させたい場合には、ＮＣプログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転数を３０００ｒｐｍに指定しておく。
【００９６】
主軸４６を３０００ｒｐｍで回転させると、発電機７０は主軸４６の回転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機８０は、発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、工具６０の刃具１００は、略３００００ｒｐｍの回転数で回転する。
【００９７】
上記のように刃具１００が増速された状態で、テーブル３５に固定されたワークと刃具１００（主軸４６）とを加工プログラムにしたがって相対移動させることにより、ワークの切削加工が行われる。
【００９８】
ところで、刃具１００によってワークを切削すると、刃具１００には切削抵抗がかかる。この切削抵抗は、刃具１００のワークに対する送り速度、切り込み量等によって変動する。
一方、工具６０は、発電機７０と電動機８０とを直接結線し、発電機７０の発生する電圧の周波数ｆに応じた回転数で電動機８０を回転させている。このため、刃具１００を通じて電動機８０に負荷が印加されると、電動機８０の回転数Ｎｒは負荷に応じて低下し、負荷が過大になると電動機８０が回転しなくなる可能性がある。
電動機８０の回転数が極端に低下したり、電動機８０の回転が停止すると、ワークの加工が適切に行われない。ワークの加工が適切に行われない状態であっても、刃具１００とワークとの相対移動は継続され、刃具１００が折損する等の不具合が発生する可能性がある。
本実施形態では、ＰＬＣ１５０によって工具６０の電動機８０の回転状態を常時監視することにより、上記のような不具合の発生を未然に防ぐ。
【００９９】
以下に、ＰＬＣ１５０による工具の監視処理の一例について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ＰＬＣ１５０の主軸回転数取得部１６１および電動機回転数推定部１６３において、ワークの加工中に、所定の間隔毎に主軸４６の回転数Ｎ0 を取得し、電動機８０に加工による負荷が印加されていないものとして、主軸４６の回転数Ｎ0 に基づいて電動機８０（刃具１００）の推定回転数Ｎｐを算出する（ステップＳ１）。
【０１００】
また、パルスカウント部１６２および電動機回転数算出部１６４において、所定の間隔毎に工具６０から送信されるパルス信号を所得し、このパルス信号の単位時間当たりのパルス数をカウントし、カウントしたパルス数から電動機８０の実際の回転数Ｎｒを算出する（ステップＳ２）。
【０１０１】
次いで、比較判断部１６５において、推定回転数Ｎｐと実際の回転数Ｎｒとを比較し、実際の回転数Ｎｒが推定回転数Ｎｐに対して所定の範囲内に収まっているかを判断する（ステップＳ３）。
具体的には、加工中に電動機８０に印加される負荷による電動機８０の回転数の推定回転数Ｎｐに対する低下量の許容範囲を予め設定しておく。電動機８０の実際の回転数Ｎｒの推定回転数Ｎｐに対する低下量がこの範囲内に収まっていれば、電動機８０は正常に回転していると判断する。
正常に回転していると判断した場合には、加工が終了したかを判断したのち（ステップＳ４）、加工が完了していない場合には、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返し行う。
【０１０２】
実際の回転数Ｎｒが推定回転数Ｎｐに対して所定の範囲内に収まっておらず、正常に回転していないと判断した場合には、実際の回転数Ｎｒの推定回転数Ｎｐに対する低下量が予め設定された許容範囲内にあるかを判断する（ステップＳ５）。
実際の回転数Ｎｒの推定回転数Ｎｐに対する低下量の許容範囲は、たとえば、刃具１００を通じて電動機８０に印加される負荷が軽減されると電動機８０が再び正常に回転する可能性がある範囲とする。
【０１０３】
実際の回転数Ｎｒの推定回転数Ｎｐに対する低下量が予め設定された許容範囲内にない場合には、比較判断部１６５は非常停止指令を指令出力部１６６に出力する（ステップＳ６）。指令出力部１６６からＮＣ装置２５０および主軸モータドライバ１５７に非常停止指令が出力され、加工が停止する（ステップＳ７）。この非常停止により、各サーボモータはサーボオフし、主軸モータ３１も駆動が停止される。加工を再開するためには、再びサーボオンする必要がある。
【０１０４】
一方、電動機８０が正常に回転していないと判断した場合であって、実際の回転数Ｎｒの推定回転数Ｎｐに対する低下量が予め設定された許容範囲内にある場合には、比較判断部１６５はＮＣ装置２５０にワークに対する刃具１００の送り速度を低下させる減速指令、あるいは、ワークに対する刃具１００の送りを一時的に停止させる一時停止指令を出力する（ステップＳ８）。
これにより、ワークに対する刃具１００の送り速度が低下、あるいは、ワークに対する刃具１００の送りが一時的に停止する（ステップＳ９）。この状態においては、各サーボモータはサーボオンした状態にあり、主軸モータ３１も駆動されたままの状態にある。したがって、ワークに対する刃具１００の送り速度を再び上昇させ、あるいは、ワークに対する刃具１００の送りを再開させると、ワークの加工を継続することができる。
【０１０５】
ワークに対する刃具１００の送り速度が低下したのち、あるいは、ワークに対する刃具１００の送りが一時停止されたのち、工具６０からのパルス信号を取得し、電動機８０の実際の回転数Ｎｒを再び算出する（ステップＳ１０）。
次いで、更新された電動機８０の実際の回転数Ｎｒ’と推定回転数Ｎｐとを比較し、電動機８０が再び正常に回転しはじめたかを判断する（ステップＳ１１）。
更新された実際の回転数Ｎｒ’が推定回転数Ｎｐに対して所定の範囲に収まらない場合には、電動機８０が再び正常に回転する見込みがないと判断し、非常停止させる。
【０１０６】
更新された実際の回転数Ｎｒ’が推定回転数Ｎｐに対して所定の範囲に収まった場合には、ＮＣ装置２５０への減速指令の出力、あるいは、一時停止指令の出力を停止し、ワークに対する刃具１００の送りを加工プログラムにしたがって行わせる（ステップＳ１２）。これにより、ワークの加工が再開される。
【０１０７】
以上のように、本実施形態の工具６０は、基本的にはケース６５に内蔵された発電機７０とこれに直接結線された電動機８０からなり、ケース６５の限られたスペース内に回転検出部１２０、送信回路を含む処理回路１３３等を内蔵することによって電動機８０の回転状態を検出し出力する機能のみを備えている。一方、工具６０の刃具１００が正常に回転しているかを監視する機能や、正常に回転していない場合に適切に対応する機能は、全て工具６０以外のＰＬＣ１５０等に持たせている。
このため、工具６０を小型化、軽量化することができ、通常の工具と同様に自動工具交換装置３９によって工作機械本体２の主軸４６に着脱することができ、着脱に要する時間も通常の工具と同じにすることができ、着脱ミスの発生も防ぐことができ、同時に、通常の工具では到達することの不可能な主軸４６の最大回転数を越えた回転数を得ることができる。
また、本実施形態によれば、既存のマシニングセンタ１に工具６０を適用することにより、既存のマシニングセンタ１だけでは行うことができない加工が可能となり、マシニングセンタ１の性能を大幅に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、工具６０に内蔵された電動機８０の回転状態を常に監視する機能をＰＬＣ１５０に持たせることにより、マシニングセンタ１の可動率の低下、加工効率の低下を防ぐことができ、刃具１００の折損やワークの損傷を未然に防止でき、無人運転も可能となる。
【０１０８】
なお、上述した実施形態では、工具６０の監視機能および工具６０の電動機８０が正常に回転していない場合に適切に対応する機能をＰＬＣ１５０に持たせる構成としたが、これらの機能をＮＣ装置２５０に持たせることも可能である。また、受信装置１８０として使用したパーソナルコンピュータにこれらの機能を持たせることも可能である。
【０１０９】
また、たとえば、図１０に示すような構成とすることも可能である。なお、上述した実施形態と同一構成部分は同じ符号を付している。
図１０において、受信装置１８０は、ＬＡＮを介してサーバ３００と接続されている。
受信装置１８０は、工具６０から送られてくるパルス信号および工具情報を受信し、これをＰＬＣ１５０に出力するとともに、ＬＡＮを通じてサーバ３００に送る。
サーバ３００は、複数の工具６０から送られてくるパルス信号および工具情報に基づいて、工具６０の状態を一括して監視するとともに、その履歴を保管する。したがって、サーバ３００は、全ての工具６０の過去および現在の状態を保持している。このように、工具６０の回転検出および無線送信機能を利用することにより、複数の工具６０の管理をより適切に行うことができる。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から動力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができる工具および工具ホルダを得ることができる。
また、本発明によれば、加工具の回転状態を常時把握可能で、かつ、加工具の折損やワークの損傷を未然に防ぐことができる。
さらに、本発明によれば、工作機械に元々備わっている性能以上の加工性能を工作機械に与えることができるとともに、工作機械の稼働率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】回転検出部１２０の構成の一例を示す図である。
【図４】回転検出部１２０の他の構成例を示す図である。
【図５】回転検出部１２０のさらに他の構成例を示す図である。
【図６】工具６０含むマシニングセンタ１の電気系の構成を示す図である。
【図７】ＮＣ装置２５０およびＰＬＣ１５０のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図８】ＰＬＣ１５０の有する工具監視機能に関する機能ブロック図である。
【図９】ＰＬＣ１５０による工具の監視処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
２…工作機械本体
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
６０…工具
６２…装着部
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…発電機
８０…電動機
９０…工具保持部
９５…工具装着部
１００…刃具
１２０…回転検出部
１２１…センサヘッド
１２２…光電センサ
１５０…ＰＬＣ
１８０…受信装置
２５０…ＮＣ装置
【図１】
0003944359.tif 000002
【図２】
0003944359.tif 000003
【図３】
0003944359.tif 000004
【図４】
0003944359.tif 000005
【図５】
0003944359.tif 000006
【図６】
0003944359.tif 000007
【図７】
0003944359.tif 000008
【図８】
0003944359.tif 000009
【図９】
0003944359.tif 000010
【図１０】
0003944359.tif 000011