CN106475833A - 数控装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控装置和控制方法。安装于主轴的工具保持件由保持轴的弹簧力保持。数控装置的CPU在加工区域内使主轴头上升时，每隔规定时间从Z轴马达的编码器获取转矩监视值，并对获取的转矩监视值的时间差分进行计算。当计算出的时间差分超过阈值时，CPU判定为工具保持件从主轴脱落而发生工具脱落，并输出异常信息。数控装置不需要使用其他的监视装置就能检测出工具脱落，因此，不需要测定准备等的时间，从而不会变得费用高昂。操作者不需要在每一次加工时重新进行测定准备，因此，数控装置在连续加工中也能简单地始终监视工具脱落。

Description

数控装置和控制方法

技术领域

本发明涉及数控装置和控制方法。

背景技术

数控装置对机床的动作进行控制。日本特许公开2014年161974号公报公开的机床具有主轴头、主轴和工具更换装置。主轴头设成能沿固定在基座上的立柱升降，且将主轴支承成能旋转。工具安装在设于主轴头端的安装孔内。设于主轴内部的保持轴用弹簧力拉着保持安装于安装孔的工具。主轴头下降至被切削件的加工区域。工具与主轴一起旋转，从而对被切削件进行开孔等加工。进行加工时，工具朝接近被切削件的方向移动，在切削之后，工具朝离开被切削件的方向移动。工具的刀刃有时会卡在被切削件上。在刀刃卡在被切削件上的状态下，若使工具朝离开被切削件的方向移动，则会发生工具脱落。工具脱落是工具从主轴脱落的现象。工具折损检测装置使接触件与工具接触，通过检测接触件的旋转角度对工具脱落进行检测。

工具折损检测装置设于机床的规定位置。数控装置需要按每个加工将工具移动至规定位置，因此，会出现被切削件的加工周期变长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能简单地监视工具脱落的数控装置和控制方法。

技术方案1的数控装置对机床进行控制，所述机床具有：主轴头，该主轴头能接近或离开对被切削件进行支承的台；主轴，该主轴能旋转地设于所述主轴头；弹簧，该弹簧设于所述主轴；保持轴，该保持轴利用所述弹簧的力将工具保持件保持于所述主轴；马达，该马达使所述主轴头向接近或离开所述台的方向驱动；编码器，该编码器与所述马达连接，且对该马达的驱动信息进行检测，所述数控装置的特征在于，具有：第一获取部，该第一获取部在比所述机床的机床原点靠所述台侧的加工区域内使所述主轴头向所述机床原点侧移动时，每隔规定时间从所述编码器获取所述驱动信息；判断部，该判断部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，对是否存在超过预先存储的阈值的变化进行判断；以及输出部，该输出部在所述判断部判断为存在超过所述阈值的变化时，输出异常信息。保持轴用弹簧力对工具保持件进行保持。在被切削件的加工中，若在工具卡在被切削件上的状态下主轴头上升，对工具施加弹簧力以上的力，则有时工具保持件会从主轴脱落而发生工具脱落。发生工具脱落时，会对保持轴施加与正常时不同的力。因此，从对主轴头进行升降驱动的马达的编码器获取的信息会产生与正常时不同的变化。在加工区域内主轴头上升时，数控装置从马达的编码器获取信息。当获取的信息存在超过阈值的变化时，数控装置视为发生工具脱落而输出异常信息。因此，数控装置不使用图像识别装置、工具折损检测装置等其他监视装置就能检测出工具脱落。数控装置能省去使用其他监视装置时所需的测定准备等的时间。由于未使用其他监视装置，因此不会变得费用高昂。数控装置也不需要在每一次加工时重新进行测定准备，因此，在连续加工中也能简单地始终监视工具脱落。

技术方案3的数控装置的特征在于，所述判断部具有：第一计算部，该第一计算部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，计算第一差分信息，该第一差分信息是上次的驱动信息与本次的驱动信息的差分；以及第一判断部，该第一判断部对所述第一计算部计算出的所述第一差分信息是否存在超过所述阈值的变化进行判断，当所述第一判断部判断为所述第一差分信息存在超过所述阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。数控装置从编码器获取马达的驱动信息，通过对获取的驱动信息的时间差分的变化进行监视，能与马达的速度无关地准确判定工具脱落。

技术方案5的数控装置的特征在于，具有第二获取部，该第二获取部获取指令信息，该指令信息是分别与所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息相对应的所述马达的输入信息，所述判断部具有：第二计算部，该第二计算部计算第二差分信息，该第二差分信息是所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息与所述第二获取部获取的所述指令信息之间的差分的信息；以及第二判断部，该第二判断部对所述第二计算部计算出的所述第二差分信息中是否存在超过所述阈值的变化进行判断，当所述第二判断部判断为所述第二差分信息存在超过所述阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。数控装置获取马达的驱动信息和指令信息。数控装置通过对驱动信息与指令信息的差分的变化进行监视，能与马达的速度无关地准确检测出工具脱落。

技术方案7的数控装置的特征在于，所述阈值包括第一阈值和第二阈值，所述数控装置包括第三获取部，所述第三获取部获取指令信息，该指令信息是分别与所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息相对应的所述马达的输入信息，所述判断部具有：第三计算部，该第三计算部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，计算第三差分信息，该第三差分信息是上次的驱动信息与本次的驱动信息的差分；第三判断部，该第三判断部对所述第三计算部计算出的所述第三差分信息中是否存在超过所述第一阈值的变化进行判断；第四计算部，该第四计算部计算第四差分信息，该第四差分信息是所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息与所述第三获取部获取的所述指令信息之间的差分的信息；以及第四判断部，该第四判断部对所述第四计算部计算出的所述第四差分信息中是否存在超过所述第二阈值的变化进行判断，当所述第三判断部判断为所述第三差分信息存在超过所述第一阈值的变化时，或当所述第四判断部判断为所述第四差分信息存在超过所述第二阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。数控装置针对每隔规定时间获取的驱动信息对本次的信息与上次的信息的差分的信息进行监视，且对每隔规定时间获取的驱动信息与该驱动信息所对应的指令信息的差分的信息进行监视，因此，能提高工具脱落判定的精度。

技术方案2、4、6、8的数控装置的特征在于，所述异常信息包括使所述马达的驱动停止的指令。异常信息包括停止马达的驱动的命令，因此，加工会中断。因此，数控装置能可靠地通知操作者发生了不良加工这一情况。

技术方案9的数控装置的特征在于，所述驱动信息是所述马达的转矩信息。当工具脱落时，会对保持轴施加大的力，因此，对主轴头进行升降驱动的马达的转矩会产生大的变化。因此，数控装置通过根据马达的转矩信息判断是否存在超过阈值的变化，能准确且迅速地检测出工具脱落。

技术方案10的控制方法是数控装置的控制方法，所述数控装置对机床进行控制，所述机床具有：主轴头，该主轴头能接近或离开对被切削件进行支承的台；主轴，该主轴能旋转地设于所述主轴头；弹簧，该弹簧设于所述主轴；保持轴，该保持轴利用所述弹簧的力将工具保持件保持于所述主轴；马达，该马达使所述主轴头向接近或离开所述台的方向驱动；以及编码器，该编码器与所述马达连接，且对该马达的驱动信息进行检测，所述控制方法的特征在于，具有：获取工序，在该获取工序中，在比所述机床的机床原点靠所述台侧的加工区域内使所述主轴头向所述机床原点侧移动时，每隔规定时间从所述编码器获取所述驱动信息；判断工序，在该判断工序中，根据在所述获取工序中每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，对是否存在超过预先存储的阈值的变化进行判断；以及输出工序，在该输出工序中，当在所述判断工序中判断为存在超过所述阈值的变化时，输出异常信息。数控装置通过进行上述工序，能获得技术方案1所述的效果。

本发明也可将技术方案1至9中任一个所述的结构中的一部分结构任意组合。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是主轴头7周围的纵剖图。

图3是主轴9内部的纵剖图。

图4是加工区域和工具更换区域的说明图。

图5是表示机床1和数控装置30的电气结构的框图。

图6是工具脱落判定处理(第一实施方式)的流程图。

图7是表示转矩监视值(快速进给倍率100％)的变化的图表。

图8是表示转矩监视值(快速进给倍率α)的变化的图表。

图9是表示转矩监视值的时间差分(快速进给倍率100％)的变化的图表。

图10是表示转矩监视值的时间差分(快速进给倍率α)的变化的图表。

图11是工具脱落判定处理(第二实施方式)的流程图。

图12是表示正常上升时的转矩指令值和转矩监视值的变化(快速进给倍率100％)的图表。

图13是表示发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的变化(快速进给倍率100％)的图表。

图14是表示正常上升时的转矩指令值和转矩监视值的变化(快速进给倍率100％)的图表。

图15是表示发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的变化(快速进给倍率α)的图表。

图16是表示正常上升时和发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的差分的变化(快速进给倍率100％)的图表。

图17是表示正常上升时和发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的差分的变化(快速进给倍率α)的图表。

图18是工具脱落判定处理(第三实施方式)的流程图。

具体实施方式

对本发明的第一实施方式进行说明。在以下说明中，使用图中用箭头表示的左右、前后、上下。机床1的左右方向、前后方向、上下方向分别是X轴方向、Y轴方向、Z轴方向。图1所示的机床1是使安装于主轴9的工具4旋转并对保持于台13上表面的被切削件(未图示)实施切削加工的机床。数控装置30(参照图5)对机床1的动作进行控制。

参照图1～图3，对机床1的结构进行说明。机床1具有基座2、立柱5、主轴头7、主轴9、台装置10、工具更换装置20、控制箱6、操作面板15(参照图5)等。基座2呈大致立方体状，且是金属制的。立柱5固定于基座2的上部后方。

主轴头7通过设于立柱5前表面的Z轴移动机构沿Z轴方向升降，接近或离开台13。Z轴移动机构具有一对Z轴轨道(未图示)、Z轴滚珠丝杠26(参照图2)、Z轴马达51(参照图5)。Z轴轨道沿Z轴方向延伸，且沿Z轴方向引导主轴头7。Z轴滚珠丝杠26配置于一对Z轴轨道之间。上侧轴承部27和下侧轴承部(未图示)将Z轴滚珠丝杠26支承成能旋转。主轴头7在其背面具有螺母29。螺母29与Z轴滚珠丝杠26螺合。Z轴马达51使Z轴滚珠丝杠26向正方向或反方向旋转。因此，主轴头7与螺母29一起沿Z轴方向移动。主轴头7在其上部具有主轴马达52。主轴9能旋转地设置在主轴头7内部。主轴9在其下端部(头端部)具有安装孔9B。安装孔9B位于主轴头7下部。主轴9在安装孔9B内安装工具保持件17，通过主轴马达52的驱动进行旋转。工具保持件17保持工具4。

台装置10具有Y轴移动机构(未图示)、Y轴台12、X轴移动机构(未图示)和台13等。Y轴移动机构设置在基座2上表面的前侧，具有一对Y轴轨道、Y轴滚珠丝杠和Y轴马达54(参照图5)等。一对Y轴轨道和Y轴滚珠丝杠沿Y轴方向延伸。一对Y轴轨道沿Y轴方向引导Y轴台12。Y轴台12形成为大致长方体状，在其底部的外表面具有螺母(未图示)。该螺母与Y轴滚珠丝杠螺合。若Y轴马达54使Y轴滚珠丝杠旋转，则Y轴台12与螺母一起沿一对Y轴轨道移动。因此，Y轴移动机构将Y轴台12支承成能沿Y轴方向移动。

X轴移动机构设于Y轴台12上表面，具有一对X轴轨道(未图示)、X轴滚珠丝杠(未图示)和X轴马达53(参照图5)等。X轴轨道和X轴滚珠丝杠沿X轴方向延伸。台13形成为俯视呈矩形板状，且设于Y轴台12上表面。台13在其底部具有螺母(未图示)。该螺母与X轴滚珠丝杠螺合。若X轴马达53使X轴滚珠丝杠旋转，则台13与螺母一起沿一对X轴轨道移动。因此，X轴移动机构将台13支承成能沿X轴方向移动。台13通过Y轴移动机构、Y轴台12和X轴移动机构能在基座2上沿X轴方向和Y轴方向移动。

工具更换装置20在主轴头7前侧具有圆盘型的工具库21。工具库21在其外周放射状地具有多个手柄臂90。手柄臂90保持工件保持件17。工具更换装置20驱动库马达55使工具库21旋转，使工具更换指令所指示的工具4定位于工具更换位置。工具更换指令由数控程序进行指令。工具更换位置是工具库21的最下部位置。工具更换装置20在工具更换区域(参照图4)通过主轴头7的升降动作和手柄臂90的摆动动作对目前安装于主轴9的工具4与位于工具更换位置的下一工具进行更换。

控制箱6安装于立柱5背面侧，并收纳数控装置30(参照图5)。数控装置30对Z轴马达51、主轴马达52、X轴马达53和Y轴马达54进行控制，通过使保持在台13上的被切削件和安装于主轴9的工具4相对移动对被切削件实施各种加工。所谓各种加工，是指例如使用钻头、丝锥等的开孔加工、使用端面铣刀等的侧面加工等。

操作面板15设于将机床1覆盖的罩(未图示)的外壁。操作面板15具有输入部24和显示部25(参照图5)。输入部24具有触摸面板(未图示)和各种按钮(未图示)等。触摸面板设于显示部25。触摸面板和各种按钮接受各种信息、操作指示等的输入，并将各种输入信息输出至数控装置30。显示部25根据来自数控装置30的指令对各种画面、异常信息等进行显示。

参照图2、图3，对主轴头7和主轴9的内部结构进行说明。主轴头7在其前方下部的内部将主轴9支承成能旋转。主轴9沿上下方向延伸，并经由联轴器23与朝主轴马达52的下方延伸的驱动轴连接。因此，主轴9通过主轴马达52的驱动而旋转。如图3所示，主轴9具有轴孔9A、安装孔9B、空间9C、下部滑动孔9D、保持轴81和弹簧82。轴孔9A穿过主轴9的中心。安装孔9B设于主轴9的头端部(下端部)。工具保持件17能装拆地安装于安装孔9B。工具保持件17在其一端侧保持工具4，在其另一端侧具有安装部17A和拉钉17B。安装部17A呈圆锥状。拉钉17B从安装部17A顶部沿轴向突出。安装部17A紧贴地安装于主轴9的安装孔9B。空间9C连续地设于安装孔9B上部。下部滑动孔9D连续地设置在轴孔9A的下端部和空间9C之间。

保持轴81插入轴孔9A内，且设成能沿上下方向移动。保持轴81具有销支承部81A、轴部81B和把持部81C。销支承部81A呈圆柱形状，其位于保持轴81上端，并对销58进行支承。销支承部81A的直径比主轴9的轴孔9A的直径稍小。轴部81B呈圆柱形状，且从销支承部81A向下方延伸。轴部81B的直径比销支承部81A的直径小。把持部81C位于轴部81B下端，且具有多个钢球(未图示)。弹簧82插入轴孔9A内，弹簧82的上端与销支承部81A的下表面卡合。弹簧82以弹簧力Q1始终向上方对保持轴81施力。通过保持轴81抵抗弹簧力Q1向下方移动，弹簧82收缩，把持部81C从下部滑动孔9D向空间9C移动，从而解除对工具保持件17的拉钉17B的保持。为了解除对拉钉17B的保持而将保持轴81压下时所需的力Q2例如约3000N。若保持轴81从下方位置向上方移动，则把持部81C从空间9C向下部滑动孔9D移动，使钢球缩入内侧，从而对拉钉17B进行保持。因此，保持轴81以利用弹簧82将工具保持件17向上拉的状态对工具保持件17进行保持。

如图2所示，主轴头7在其后方上部具有柄60。柄60呈大致L字形，且以支轴61为中心摆动。支轴61固定于主轴头7内。柄60具有纵向柄63和横向柄62。纵向柄63从支轴61朝立柱5侧向斜上方延伸，且在中间部65处向上方折弯后进一步向上方延伸。横向柄62从支轴61向立柱5前方大致水平地延伸。销58与保持轴81正交。横向柄62的前端部能从上方与销58卡合。纵向柄63在其上端部的背面具有板凸轮体66。板凸轮体66在立柱5侧具有凸轮面。凸轮从动件67固定于上侧轴承部27。板凸轮体66的凸轮面与凸轮从动件67接触、分离。凸轮从动件67在板凸轮体66的凸轮面上滑动。拉伸螺旋弹簧(未图示)弹性地设置在纵向柄63与主轴头7之间。从右侧观察柄60时，拉伸螺旋弹簧始终朝顺时针方向对柄60施力。因此，柄60始终要解除横向柄62对销58向下方的按压。

参照图2，对工具保持件17相对于主轴9的安装孔9B的装拆动作进行说明。在主轴9的安装孔9B内安装着工具保持件17的安装部17A的状态下，主轴头7上升。设于柄60的板凸轮体66与凸轮从动件67接触而滑动。若凸轮从动件67沿着板凸轮体66的凸轮形状滑动，则柄60从右侧观察时以支轴61为中心朝逆时针方向旋转。横向柄62从上方与销58卡合，从而将保持轴81向下方按压。保持轴81抵抗弹簧82的弹簧力Q1对把持部81C向下方施力。把持部81C解除对工具保持件17的拉钉17B的保持。工具保持件17能从主轴9的安装孔9B取出。

在主轴9的安装孔9B内安装工具保持件17时，在将工具保持件17的安装部17A插入主轴9的安装孔9B的状态下，主轴头7下降。若设于柄60的板凸轮体66在凸轮从动件上滑动，则柄60从右侧观察时以支轴61为中心朝顺时针方向旋转。因此，横向柄62远离销58，解除对保持轴81向下方的按压。保持轴81因弹簧82的弹力而向上移动，因此，把持部81C将拉钉17B向上拉。因此，在主轴9的安装孔9B内安装工具保持件17的安装部17A的操作完成。

参照图4，对工具脱落检测范围进行说明。工具脱落是工具保持件17的安装部17A从主轴9的安装孔9B脱落的现象。在本实施方式中，将Z轴的机床原点称为Z轴原点。机床原点是X轴和Y轴的机床坐标为0且Z轴的机床坐标为能对被切削件进行加工的上限位置的位置。比Z轴原点靠台13(参照图1)侧的区域是加工区域，相对于Z轴原点与加工区域相反的一侧的区域是工具更换区域。加工区域是用于对被切削件进行加工动作的区域。工具更换区域是用于通过工具更换装置20进行工具更换的区域。在本实施方式中，将加工区域作为工具脱落检测范围。如后所述，数控装置30在以工具脱落检测范围使主轴头7沿Z轴方向上升(Z轴上升)时检测工具脱落，且在检测出工具脱落时输出异常信息。

参照图5，对数控装置30和机床1的电气结构进行说明。数控装置30和机床1具有CPU31、ROM32、RAM33、存储装置34、输入输出部35和驱动电路51A～55A等。CPU31对数控装置30进行统筹控制。ROM32存储包括主程序、工具脱落判定程序在内的各种程序等。主程序执行主处理。主处理逐行读取数控程序以执行各种动作。数控程序由包括各种控制指令的多行构成，该控制指令指示包括机床1的轴移动、更换工具等在内的各种动作。工具脱落判定程序执行工具脱落判定处理(参照图6)。RAM33对各种信息进行临时储存。存储装置34是非易失性的，其对数控程序、后述的阈值等各种数据进行存储。除了操作者用操作面板15的输入部24输入的数控程序外，CPU31还能将通过外部输入读取的数控程序等存储于存储装置34。

驱动电路51A与Z轴马达51及编码器51B连接。驱动电路52A与主轴马达52及编码器52B连接。驱动电路53A与X轴马达53及编码器53B连接。驱动电路54A与Y轴马达54及编码器54B连接。驱动电路55A与库马达55及编码器55B连接。Z轴马达51、主轴马达52、X轴马达53、Y轴马达54和库马达55全部都是伺服马达。驱动电路51A～55A从CPU31接收指令，并将驱动电流输出至对应的各马达51～55。驱动电路51A～55A从编码器51B～55B接收编码器信息(本发明的驱动信息的一例)，进行位置和速度的反馈控制。编码器信息包括转矩监视值、速度、位置、位置偏差等各种信息。CPU31能经由输入输出部35读取编码器信息。输入输出部35与操作面板15的输入部24及显示部25连接。

除了输入部24和显示部25外，操作面板15还包括未图示的快速进给倍率开关、切削进给倍率开关、主轴倍率开关等。快速进给倍率开关是用于对主轴9的定位动作设定倍率的开关。在本实施方式中，例如也可预先设定多个倍率的速度，使用者在这些速度之间进行切换。切削进给倍率开关是用于对切削进给动作设定倍率的开关。比率是0～200％。主轴倍率开关是用于对主轴旋转设定倍率的开关。比率是50～200％。

参照图3，对发生工具脱落的原因与Z轴马达51的转矩的关系进行说明。主轴头7的Z轴上升力Z1起因于Z轴马达51的转矩。Z轴上升力Z1比主轴头7的重力Z2大时，主轴头7上升。在工具4对被切削件的开孔结束之后，有时工具4会牢牢地卡在被切削件上。在该状态下，即便数控装置30欲使主轴头7上升，有时也不能从被切削件拔出工具4。若在工具4的位置被被切削件固定的状态下主轴头7上升，则工具保持件17会经由保持部81C抵抗弹簧82的弹簧力Q1而将保持轴81向下拉。主轴头7受到欲使弹簧82收缩的力Q2。主轴头7受到力Q2和主轴头7的重力Z2的力。在Z轴上升力Z1比主轴头7的重力Z2与力Q2的和力大时，会发生工具脱落。在发生工具脱落时，Z轴马达51的转矩增大后上述力Q2突然消失，因此，转矩变化剧烈。因此，数控装置30执行工具脱落判定处理(参照图6)，通过对Z轴马达51的转矩变化进行监视，能对加工区域内的工具脱落进行高精度检测。

参照图6～图10，对工具脱落判定处理进行说明。在机床1启动并执行数控程序时，CPU31从ROM32读取工具脱落判定程序，按规定周期执行本处理。CPU31判断主轴头7是否进行Z轴上升(S1)。主轴头7不进行Z轴上升时(S1：否)，CPU31结束本处理。主轴头7进行Z轴上升时(S1：是)，CPU31判断主轴头7的Z轴坐标是否为Z轴原点以下(S2)。Z轴坐标为Z轴原点的上方时(S2：否)，如图4所示，主轴头7位于工具更换区域内，处于工具脱落检测范围外，因此，CPU31结束本处理。在主处理中，若执行的动作是Z轴上升，则CPU31在RAM33中存储Z轴上升。执行的动作是否是Z轴上升的判断方法可根据是否在RAM33中存储Z轴上升来实施。作为其他的判断方法，也可以是CPU31将Z轴坐标的值存储于RAM33，并根据上次存储的Z轴坐标值和本次存储的Z轴坐标值来判断是否是Z轴上升。

Z轴坐标为Z轴原点以下时(S2：是)，主轴头7位于工具脱落检测范围内，因此，CPU31判断主轴头7的X轴和Y轴这各个驱动轴是否在移动(S3)。X轴和Y轴中的至少某一个移动时(S3：否)，Z轴上升是包括X轴和Y轴的移动，与工具脱落检测条件不同，因此，CPU31结束本处理。若X轴和Y轴未一起移动(S3：是)，则CPU31每隔规定时间(例如0.5msec)从编码器51B获取作为Z轴马达51的编码器信息的转矩监视值(S4)。在主处理中，若执行的动作是X轴移动、Y轴移动，则CPU31在RAM33中存储是X轴移动、Y轴移动这一信息。因此，S3的判断处理是根据RAM33所存储的信息来判断的。

图7所示的图表表示在100％的快速进给倍率下主轴头7正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值的变化。(a)表示正常上升时和发生工具脱落时这两者的转矩监视值的变化。(b)仅表示正常上升时的转矩监视值的变化。100％的快速进给倍率例如是56000mm/min。横轴表示时间(msec)，纵轴表示转矩监视值(×0.1％)。虚线表示主轴头7正常上升时转矩监视值的变化，实线表示发生工具脱落时转矩监视值的变化。所谓正常上升，是指不发生工具脱落的情况。在使主轴头7从被切削件的加工位置上升至规定位置的工序中，t1～t2是加速区，t2～t3是匀速区，t3～t4是减速区。因此，主轴头7在加速区中一边加速一边上升，在匀速区中以最高速度上升，在减速区中一边减速一边停到规定位置。在正常上升时，例如，在加速区中，转矩监视值在上升至约2800(×0.1％)后下降至约700(×0.1％)附近，在匀速区中，转矩监视值维持约700(×0.1％)，在减速区中，转矩监视值在下降至约-1500(×0.1％)之后上升至约500(×0.1％)附近，然后维持恒定值。

在发生工具脱落时，转矩监视值的波形相对于正常上升时发生变化。在加速区中，在转矩监视值的波形中的p1处，斜率发生变化，其对应于在工具4的刀刃卡在被切削件上的状态下主轴头7上升的时刻。在转矩监视值的波形中的p2处，斜率一点一点变化，其对应于工具保持件17从主轴9的安装孔9B脱落、Z轴马达51的负荷因弹簧82的伸缩而变动的时刻。因此，数控装置30根据转矩监视值的波形变化能检测出发生工具脱落。判定波形变化是否是异常值的一般方法是设定阈值的方法。转矩监视值伴随主轴头7的上升速度而发生变化，因此，设定阈值的方法较困难。

图8所示的图表表示在α的快速进给倍率下正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值的变化。(a)表示正常上升时和发生工具脱落时这两者的转矩监视值的变化，(b)仅表示正常上升时的转矩监视值的变化。正常上升时的转矩监视值仅在加速区、减速区附近表示为虚线，其他部分表示为实线。α的快速进给倍率例如是10000mm/min。在使主轴头7从被切削件的加工位置上升至规定位置的工序中，t5～t6是加速区，t6～t7是匀速区，t7～t8是减速区。在α的快速进给倍率下发生工具脱落时，转矩监视值的波形也会相对于正常上升时发生变化。在加速区中，在转矩监视值的波形中的p3处，斜率发生变化，其对应于在工具4的刀刃卡在被切削件上的状态下主轴头7上升的时刻。在转矩监视值的波形中的p4处，斜率一点一点变化，其对应于工具保持件17从主轴9的安装孔9B脱落、Z轴马达51的负荷变动的时刻。对比图7和图8的图表的结果是，若主轴头7的上升速度变化，则转矩监视值也会变化。因此，针对转矩监视值的变化设定阈值是困难的，因此，CPU31继续执行以下处理。

如图6所示，CPU31计算转矩监视值的时间差分(S5)。所谓时间差分，是指上次获取的转矩监视值与本次获取的转矩监视值的差分。CPU31每隔0.5msec获取转矩监视值，因此，计算与0.5msec相应的转矩监视值的差分。图9所示的图表表示在100％的快速进给倍率下主轴头7正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值的时间差分的变化。横轴表示时间(msec)，纵轴表示转矩监视值(×0.1％)。(a)表示正常上升时和发生工具脱落时这两者的转矩监视值的差分的变化，(b)仅表示正常上升时的转矩监视值的差分的变化。虚线表示主轴头7正常上升时转矩监视值的时间差分的变化，实线表示发生工具脱落时转矩监视值的时间差分的变化。相对于正常上升时的时间差分的变化，发生工具脱落时的时间差分的变化会在1950～2000.0(msec)附近产生多个大的峰值。

图10所示的图表表示在α的快速进给倍率下主轴头7正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值的时间差分的变化。(a)表示发生工具脱落时的转矩监视值的时间差分的变化，(b)表示正常上升时的转矩监视值的时间差分的变化。相对于正常上升时的时间差分的变化，发生工具脱落时的时间差分的变化会在1700～1900.0(msec)附近产生多个大的峰值。因此，转矩监视值的时间差分的变化不依赖于主轴头7的上升速度而具有相同倾向。因此，在本实施方式中，通过对转矩监视值的时间差分的信息设置阈值，能判定工具脱落。如图9、图10所示，在本实施方式中，能对转矩监视值的时间差分例如设置两个阈值(100和-100)。所谓超过阈值，在阈值为100时是指转矩监视值的时间差分比100大的情况。在阈值为-100时，是指转矩监视值的时间差分比-100小的情况。

如图6所示，CPU31对计算出的时间差分是否超过阈值进行判断(S6)。时间差分超过阈值时(S6：是)，发生工具脱落的可能性大，因此，CPU31输出异常信息(S7)。若输出异常信息，则CPU31停止主轴头7的上升，使显示部25进行错误显示等。因此，数控装置30能迅速通知操作者发生了工具脱落这一信息。操作者能迅速地应对工具脱落。输出异常信息后，CPU31结束本处理。

时间差分不超过阈值时(S6：否)，未发生工具脱落，因此，CPU31判断主轴头7的Z轴上升是否结束(S8)。Z轴上升未结束时(S8：否)，CPU31返回到S2，继续获取转矩监视值，计算转矩监视值的时间差分并监视工具脱落(S4～S6)。Z轴上升结束时(S8：是)，CPU31结束本处理。

如上所述，第一实施方式的数控装置30对机床1的动作进行控制。机床1具有主轴头7、主轴9、保持轴81、弹簧82、Z轴马达51和编码器51B等。主轴头7能接近或离开对被切削件进行支承的台13。主轴9能旋转地设于主轴头7。弹簧82设于主轴9内部。保持轴81用弹簧82的力将工具保持件17保持于主轴9。Z轴马达51将主轴头7朝接近或离开台13的方向驱动。编码器51B与Z轴马达51连接，检测该Z轴马达51的编码器信息。在比机床1的机床原点靠台13侧的加工区域内，当使主轴头7向机床原点侧移动时，数控装置30的CPU31每隔规定时间从编码器51B获取转矩监视值。CPU31在根据每隔规定时间获取的转矩监视值判断为存在转矩监视值的时间差分超过预先存储的阈值的变化时，判定为工具保持件17从主轴9脱落而发生工具脱落。当存在超过阈值的变化时，CPU31停止主轴头7的移动，朝显示部25输出异常信息。

在加工区域内使主轴头7上升时，CPU31对从Z轴马达51的编码器51B获取的驱动信息的变化与阈值进行比较，从而能始终对工具脱落进行监视。数控装置30不需要工具折损检测装置等其他监视装置，因此，不需要测定准备等的时间，从而不会变得费用高昂。数控装置30不需要为了检测工具折损而移动工具，因此，能缩短加工周期。

CPU31根据每隔规定时间获取的转矩监视值，计算上次的转矩监视值与本次的转矩监视值的时间差分，判断计算出的时间差分是否超过阈值。CPU31判断为时间差分存在超过阈值的变化时，判定为发生了工具脱落。数控装置30通过对转矩监视值的时间差分的变化进行监视，能迅速且准确地判定工具脱落。

在以上说明中，Z轴马达51是本发明的马达的一例。弹簧82是本发明的弹簧的一例。编码器信息是本发明的驱动信息的一例。执行图6中S4处理的CPU31是本发明的第一获取部的一例。执行S7处理的CPU31是本发明的输出部的一例。执行S5处理的CPU31是本发明的第一计算部的一例。执行S6处理的CPU31是本发明的第一判断部的一例。图6的流程图中CPU31所执行的S4处理是获取工序的一例。S6处理是本发明的判断工序的一例。S7处理是本发明的输出工序的一例。

阈值也可以对应Z轴马达51的旋转速度设置多个。在这种情况下，CPU31能仅根据本次检测出的转矩监视值的编码器信息判断工具脱落。

参照图11～图17，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式是第一实施方式的变形例。在第二实施方式中，计算转矩监视值与转矩指令值的差分，当该差分超过阈值时，视为发生了工具脱落而输出异常信息。第二实施方式的数控装置具有与第一实施方式相同的结构，执行图11所示的工具脱落判定处理。第二实施方式的工具脱落判定处理在S4与S6之间具有S11和S12这各个处理。因此，在第二实施方式中，以不同的部分为中心进行说明。

参照图11，对工具脱落判定处理进行说明。在加工区域中主轴头7进行Z轴上升时(S1：是，S2：是，S3：是)，CPU31每隔规定时间(例如：0.5msec)从编码器51B获取转矩监视值(S4)。每隔规定时间的转矩监视值是Z轴马达51的编码器信息。CPU31获取转矩指令值(S11)。转矩指令值对应于在S4处理中获取的转矩监视值，是CPU31为了驱动Z轴马达51而输入驱动电路51A的指令信息。

图12所示的图表表示在100％的快速进给倍率下主轴头7正常上升时的转矩指令和转矩监视值的变化。横轴表示时间(msec)，纵轴表示转矩监视值(×0.1％)。(a)表示转矩监视值的变化，(b)表示转矩指令值的变化。虚线表示转矩指令值的变化，实线表示转矩监视值的变化。在使主轴头7从被切削件的加工位置上升至规定位置的工序中，t9～t10是加速区，t10～t11是匀速区，t11～t12是减速区。在100％的快速进给倍率下正常上升时，几乎看不出转矩指令值与转矩监视值间的差异。

图13所示的图表表示在100％的快速进给倍率下发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的变化。(a)表示转矩指令值和转矩监视值的变化，(b)表示转矩指令值的变化。当发生工具脱落时，根据在p5处转矩指令值发生了巨大变化这一情况，能确认转矩指令值与转矩监视值存在差异。因此，数控装置30通过对比转矩指令值和转矩监视值的波形变化，有可能能够检测出工具脱落的发生。但是，与第一实施方式相同，在图13所示的图表中，很难判定波形变化是否为异常值。

图14所示的图表表示在α的快速进给倍率下正常上升时的转矩指令值和转矩监视值的变化。(a)表示转矩指令值和转矩监视值的变化，(b)表示转矩指令值的变化。横轴表示时间(msec)，纵轴表示转矩监视值(×0.1％)。在使主轴头7从被切削件的加工位置上升至规定位置的工序中，t13～t14是加速区，t14～t15是匀速区，t15～t16是减速区。在α的快速进给倍率下正常上升时，与100％的快速进给倍率相同，几乎看不出转矩指令值与转矩监视值间的差异。

图15所示的图表是表示在α的快速进给倍率下发生工具脱落时的转矩指令值和转矩监视值的变化。当在α的快速进给倍率下发生工具脱落时，转矩指令值在p6处也发生巨大变化，因此，能确认转矩指令值与转矩监视值存在差异。对比图13和图15的图表的结果是，若主轴头7的上升速度变化，则转矩指令值和转矩监视值也会变化。因此，针对转矩指令值和转矩监视值的变化设定阈值是困难的，因此，CPU31继续执行以下处理。

如图11所示，CPU31对每隔规定时间获取的转矩监视值与转矩指令值的差分进行计算(S12)。所谓差分，是指获取的转矩监视值与获取的转矩监视值所对应的转矩指令值的差分。图16所示的图表表示在100％的快速进给倍率下正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值与转矩指令值的差分的变化。(a)表示正常上升时和发生工具脱落时这两者的差分的变化，(b)仅表示正常上升时的差分的变化。横轴表示时间(msec)，纵轴表示转矩监视值(×0.1％)。虚线表示正常上升时的差分的变化，实线表示发生工具脱落时的差分的变化。相对于正常上升时的差分的变化，发生工具脱落时的差分的变化会在2000.0(msec)附近产生大的峰值。

图17所示的图表表示在α的快速进给倍率下正常上升时和发生工具脱落时的转矩监视值和转矩指令值的差分的变化。(a)表示正常上升时和发生工具脱落时这两者的差分的变化，(b)仅表示正常上升时的差分的变化。相对于正常上升时的差分的变化，发生工具脱落时的差分的变化在1800.0(msec)附近会产生大的峰值。因此，转矩监视值和转矩指令值的差分的变化不依赖于主轴头7的上升速度而具有相同倾向。因此，在第二实施方式中，对于转矩监视值和转矩指令值的差分的信息，能设置阈值，因此，能判定工具脱落。如图16、图17所示，在第二实施方式中，能对转矩监视值与转矩指令值的差分例如设置两个阈值(500和-500)。因此，与第一实施方式相同，第二实施方式能始终对工具脱落进行监视。

在以上说明中，执行图11的S11处理的CPU31是本发明第二获取部的一例。执行S12处理的CPU31是本发明的第二计算部的一例。执行S6处理的CPU31是本发明的第二判断部的一例。

参照图18，对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式是对第一实施方式和第二实施方式进行组合的例子。在第三实施方式中，当转矩监视值的时间差分以及转矩监视值与转矩指令值的差分中的任一个超过阈值时，视为发生了工具脱落而输出异常信息。第三实施方式的数控装置具有与第一实施方式相同的结构，执行图18所示的工具脱落判定处理。在第三实施方式的工具脱落判定处理中，在S4处理之后具有对第一实施方式和第二实施方式进行组合的S21～S25处理。因此，在第三实施方式中，以S21～S25处理为中心进行说明。

如图18所示，在加工区域中主轴头7进行Z轴上升时(S1：是，S2：是，S3：是)，CPU31每隔规定时间(例如：0.5msec)从编码器51B获取作为Z轴马达51的编码器信息的转矩监视值(S4)。CPU31获取转矩指令值(S21)。CPU31计算在S4中获取的转矩监视值的时间差分(本发明的第三差分信息的一例)(S22)，判断该时间差分是否超过阈值(S23)。时间差分超过阈值时(S23：是)，CPU31输出异常信息(S7)。

时间差分不超过阈值时(S23：否)，CPU31计算转矩监视值与转矩指令值的差分(本发明的第四差分信息的一例)(S24)，判断计算出的差分是否超过阈值(S25)。计算出的差分超过阈值时(S25：是)，CPU31输出异常信息(S7)。计算出的差分未超过阈值时(S25：否)，CPU31反复进行处理，直至Z轴上升结束(S8)。因此，在第三实施方式中，通过对转矩监视值的时间差分以及转矩监视值与转矩指令值的差分这两者进行监视，与第一实施方式、第二实施方式相比，能提高工具脱落的检测精度。

在以上说明中，执行图18的S21处理的CPU31是本发明的第三获取部的一例。执行S22处理的CPU31是本发明的第三计算部的一例。执行S23处理的CPU31是本发明的第三判断部的一例。执行S24处理的CPU31是本发明的第四计算部的一例。执行S25处理的CPU31是本发明的第四判断部的一例。

本发明不限于上述第一实施方式～第三实施方式，可以进行各种变形。在上述实施方式的机床1中，主轴9能沿Z轴方向移动，台13能沿X轴和Y轴方向这两个轴移动。相对于台13在X轴、Y轴、Z轴方向上相对移动的主轴9的移动机构的构造不限于上述实施方式。例如，在主轴能沿X轴、Y轴、Z轴方向这三个轴移动并将台固定的机床中也能应用本发明。上述实施方式的机床1是主轴9的轴线方朝向铅垂方向的立式机床，但也可以是主轴9的轴线方向朝向水平方向的卧式机床。卧式机床只要从使主轴朝接近或离开台的方向驱动的马达的驱动信息中获取转矩监视值即可。

在上述第一实施方式、第三实施方式中，计算转矩监视值的时间差分并与阈值进行比较来检测工具脱落，但是，也可计算Z轴马达51的速度、位置、位置偏离等的时间差分并与阈值进行比较来检测工具脱落。Z轴马达51的速度、位置、位置偏离可从编码器51B所反馈的驱动信息中获取。在上述第二实施方式中，针对转矩监视值计算与指令值之间的差分并与阈值进行比较来检测工具脱落，但是，也可针对Z轴马达51的速度、位置计算相同时刻的与指令值之间的差分并与阈值进行比较来检测工具脱落。

在上述实施方式的工具脱落判定处理(图6、图11、图18)中，当检测出工具脱落时，CPU31通过输出异常信息(S7)，使主轴头7的上升停止，并使显示部25进行错误显示等。例如，除了显示部25的显示之外，也可将发光、声音等组合来通知错误，还可用发光和声音中的任一个来通知错误。CPU31也可将输出异常信息的时间信息存储于存储装置34。例如，在操作者离开机床1进行操作时发生工具脱落而使机床1的动作停止时，操作者通过对存储装置34所存储的时间信息进行确认就能确认发生工具脱落的时间

在第三实施方式的工具脱落判定处理(参照图18)中，获取编码器信息和转矩指令值的顺序(S4和S21)也可以相反。CPU31也可在对转矩监视值与转矩指令值的差分进行计算而判定工具脱落之后，计算转矩监视值的时间差分来判定工具脱落。

虽然上述实施方式的驱动电路51A～55A设于数控装置30，但也可将驱动电路51A～55A设于机床1。

Claims (10)

1.一种数控装置(30)，对机床(1)进行控制，所述机床具有：

主轴头(7)，该主轴头(7)能接近或离开对被切削件进行支承的台(13)；

主轴(9)，该主轴(9)能旋转地设于所述主轴头；

弹簧(82)，该弹簧(82)设于所述主轴；

保持轴(81)，该保持轴(81)利用所述弹簧的力将工具保持件(17)保持于所述主轴；

马达(51)，该马达(51)使所述主轴头向接近或离开所述台的方向驱动；以及

编码器(51B)，该编码器(51B)与所述马达连接，且对该马达的驱动信息进行检测，

其特征在于，具有：

第一获取部，该第一获取部在比所述机床的机床原点靠所述台侧的加工区域内使所述主轴头向所述机床原点侧移动时，每隔规定时间从所述编码器获取所述驱动信息；

判断部，该判断部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，对是否存在超过预先存储的阈值的变化进行判断；以及

输出部，该输出部在所述判断部判断为存在超过所述阈值的变化时，输出异常信息。

2.如权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述异常信息包括使所述马达的驱动停止的指令。

3.如权利要求1所述数控装置，其特征在于，

所述判断部具有：

第一计算部，该第一计算部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，计算第一差分信息，该第一差分信息是上次的驱动信息与本次的驱动信息的差分；以及

第一判断部，该第一判断部对所述第一计算部计算出的所述第一差分信息是否存在超过所述阈值的变化进行判断，

当所述第一判断部判断为所述第一差分信息存在超过所述阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。

4.如权利要求3所述的数控装置，其特征在于，

所述异常信息包括使所述马达的驱动停止的指令。

5.如权利要求1所述的数控装置，其特征在于，具有：

第二获取部，该第二获取部获取指令信息，该指令信息是分别与所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息相对应的所述马达的输入信息，

所述判断部具有：

第二计算部，所述第二计算部计算第二差分信息，该第二差分信息是所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息与所述第二获取部获取的所述指令信息之间的差分的信息；

第二判断部，该第二判断部对所述第二计算部计算出的所述第二差分信息中是否存在超过所述阈值的变化进行判断，

当所述第二判断部判断为所述第二差分信息存在超过所述阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。

6.如权利要求5所述数控装置，其特征在于，

所述异常信息包括使所述马达的驱动停止的指令。

7.如权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述阈值包括第一阈值和第二阈值，

所述数控装置具有第三获取部，所述第三获取部获取指令信息，该指令信息是分别与所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息相对应的所述马达的输入信息，

所述判断部具有：

第三计算部，所述第三计算部根据所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，计算第三差分信息，该第三差分信息是上次的驱动信息与本次的驱动信息的差分；

第三判断部，该第三判断部对所述第三计算部计算出的所述第三差分信息中是否存在超过所述第一阈值的变化进行判断；

第四计算部，该第四计算部计算第四差分信息，该第四差分信息是所述第一获取部每隔所述规定时间获取的所述驱动信息与所述第三获取部获取的所述指令信息之间的差分的信息；以及

第四判断部，该第四判断部对所述第四计算部计算出的所述第四差分信息中是否存在超过所述第二阈值的变化进行判断，

当所述第三判断部判断为所述第三差分信息存在超过所述第一阈值的变化时，或当所述第四判断部判断为所述第四差分信息存在超过所述第二阈值的变化时，所述输出部输出所述异常信息。

8.如权利要求7所述的数控装置，其特征在于，

所述异常信息包括使所述马达的驱动停止的指令。

9.如权利要求1至8中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述驱动信息是所述马达的转矩信息。

10.一种控制方法，是数控装置的控制方法，所述数控装置对机床进行控制，所述机床具有：

主轴头，该主轴头能接近或离开对被切削件进行支承的台；

主轴，该主轴能旋转地设于所述主轴头；

弹簧，该弹簧设于所述主轴；

保持轴，该保持轴利用所述弹簧的力将工具保持件保持于所述主轴；

马达，该马达使所述主轴头向接近或离开所述台的方向驱动；以及

编码器，所述编码器与所述马达连接，且对该马达的驱动信息进行检测，

其特征在于，具有：

获取工序，在该获取工序中，在比所述机床的机床原点靠所述台侧的加工区域内使所述主轴头向所述机床原点侧移动时，每隔规定时间从所述编码器获取所述驱动信息；

判断工序，在该判断工序中，根据在所述获取工序中每隔所述规定时间获取的所述驱动信息，对是否存在超过预先存储的阈值的变化进行判断；以及

输出工序，在该输出工序中，当在所述判断工序中判断为存在超过所述阈值的变化时，输出异常信息。