CN108983697B - 数值控制装置和机床的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数值控制装置和机床的控制方法。机床具有以能够旋转的方式设于主轴头的主轴、设于主轴并能够在夹持弹簧的弹力的作用下将刀柄夹持于主轴的拉杆以及松开操作部，该松开操作部具有由直线部和倾斜部构成凸轮面的凸轮以及与凸轮滑动接触的辊，且该松开操作部能够克服夹持弹簧的弹力来解除刀柄相对于主轴的夹持状态。基于主轴头的各位置处的夹持弹簧的弹力和辊与凸轮的直线部相接触时的夹持弹簧的弹力之差来判断刀柄的安装状态。

Description

数值控制装置和机床的控制方法

技术领域

本发明涉及数值控制装置和机床的控制方法。

背景技术

日本特许公开2009年第178795号公报所述的机床具有主轴头、凸轮以及辊等。主轴头在内部以主轴能够旋转的方式支承该主轴。主轴在内部具有拉杆，主轴在一端部具有用于安装刀柄的安装部。夹持弹簧位于拉杆的外周，对拉杆向另一端方向施力。凸轮在从侧面观察时呈大致梯形，凸轮面由倾斜面和平坦面构成。辊能够在凸轮面滑动。在机床中，辊在凸轮的凸轮面滑动，相对于主轴将刀柄安装、拆卸。

上述公报的数值控制装置基于使机床的主轴头移动的马达的驱动电流值来检测夹持弹簧的弹力。数值控制装置将主轴头的特定的两点的位置的夹持弹簧的弹力与判断基准值进行比较，来判断刀柄的安装状态。

上述公报的凸轮的凸轮面的平坦面(直线部)未必相对于用于配置被切削件的工作台面垂直。例如有时在组装时产生误差，导致平坦面不垂直。若持续使用机床，则原本垂直的平坦面有时也会倾斜。在上述公报的机床中，假定凸轮面的平坦面始终垂直，在辊在平坦面滑动时，将辊按压凸轮的力的垂直分力视为零。因此，上述数值控制装置没有考虑平坦面的误差，因此，存在刀柄的安装状态的判断精度下降的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供能够提高刀柄的安装状态的判断精度的数值控制装置和机床的控制方法。

技术方案1的数值控制装置是机床的数值控制装置，该机床具有：主轴，其以能够旋转的方式设于能够沿预定方向移动的主轴头；拉杆，其设于所述主轴，能够在夹持弹簧的弹力的作用下将刀柄夹持于所述主轴；刀库，其用于收纳所述刀柄；以及松开操作部，其能够克服所述夹持弹簧的弹力来解除所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态，该松开操作部具有：凸轮，该凸轮由直线部和倾斜部构成凸轮面，该直线部沿所述主轴头的移动方向呈直线地延伸设置，该倾斜部从所述直线部的端部向所述主轴头侧或与所述主轴头相反的一侧倾斜；以及辊，其与该凸轮滑动接触，该数值控制装置的特征在于，其具有：驱动装置，其用于使所述主轴头移动；检测部，其利用所述驱动装置的驱动电流值来检测所述主轴头在移动的过程中的各位置处的作用于所述松开操作部的所述夹持弹簧的弹力；计算部，其用于计算在所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触时的所述主轴头的任意位置即第一位置由所述检测部检测到的所述夹持弹簧的弹力与在所述辊与所述凸轮的所述倾斜部相接触时的所述主轴头的任意的位置由所述检测部检测到的所述夹持弹簧的弹力之差即第一差；以及判断部，其基于由所述计算部计算出的所述第一差来判断所述刀柄相对于所述主轴的安装状态。凸轮的直线部未必垂直，因此，实际上在主轴头移动时，产生较小的垂直分力。在主轴头在移动过程中的各位置处所产生的垂直分力会对刀柄的安装状态的判断精度造成影响。数值控制装置基于从实际的夹持弹簧的弹力减去与凸轮的直线部相接触时的主轴头的任意的位置处的夹持弹簧的弹力的值来判断安装状态。因此，数值控制装置能够除去产生的垂直分力所产生的影响，因此，与以往技术相比，能够提高刀柄的安装状态的判断精度。

在技术方案2的数值控制装置中，所述拉杆具有销，所述松开操作部借助所述销，克服所述夹持弹簧的弹力来按压所述拉杆，从而解除所述夹持状态，所述计算部计算第二位置处的所述夹持弹簧的弹力与所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力之差即第二差，该第二位置为，与所述刀柄相对于所述主轴的所述夹持状态不是正常的夹持的非正常夹持时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置和与所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态为正常时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置之间的任意的位置，所述判断部基于所述第二差来判断所述刀柄相对于所述主轴是否是未正常地安装的非正常安装。数值控制装置能够获得与技术方案1的效果相同的效果，并且能够更高精度地判断刀柄是否是未正常地安装的非正常安装。

在技术方案3的数值控制装置中，所述拉杆具有销，所述松开操作部借助所述销，克服所述夹持弹簧的弹力来按压所述拉杆，从而解除所述夹持状态，所述计算部进一步计算第三位置处的所述夹持弹簧的弹力与所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力之差即第三差，该第三位置为，与所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态为正常时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置和与所述刀柄未安装于所述主轴的未安装时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置之间的任意的位置，所述判断部进一步基于所述第三差来判断所述刀柄相对于所述主轴是正常安装还是未安装。数值控制装置能够获得与技术方案1的效果相同的效果，并且能够更高精度地判断刀柄是正常安装还是未安装。

技术方案4的数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第一差。数值控制装置能够更高精度地判断刀柄是否为非正常安装。

技术方案8的数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第二差。数值控制装置能够更高精度地判断刀柄是否为非正常安装。

技术方案12的数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第三差。数值控制装置能够更高精度地判断刀柄是正常安装还是未安装。

在技术方案5、9、13的数值控制装置中，所述预定距离为将所述主轴头的移动速度、所述机床的振动频率的倒数以及预定的系数相乘得到的距离。即使在有机械振动的情况下，数值控制装置也能够高精度地判断刀柄的安装状态。

技术方案6、10、14的数值控制装置还具有用于除去所述驱动电流值的高频成分的除去部，所述计算部基于因所述除去部引起的延迟变更所述第一位置并计算所述第一差。

技术方案6、10、14的数值控制装置能够通过除去驱动电流值的高频成分来设定更加恰当的驱动电流值。因此，数值控制装置能够更高精度地判断刀柄的安装状态。

在技术方案7、11、15的数值控制装置中，所述第一位置为，所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触且所述主轴头的移动加速度为恒定时的所述主轴头的任意的位置。当利用移动加速度变化的主轴头的位置的弹力时，刀柄的安装状态的判断精度会下降。因此，数值控制装置基于主轴头的移动加速度为恒定的主轴头的位置的弹力进行判断，因此，能够提高安装状态的判断精度。

技术方案16的数值控制装置还具有控制部，该控制部在所述判断部判断为所述主轴未正常地安装所述刀柄时，停止加工动作。数值控制装置仅在刀柄正常安装时进行加工动作，因此，能够防止加工不良等，能够提高工作效率。

在技术方案17的机床的控制方法中，机床具有：主轴：其以能够旋转的方式设于能够沿预定方向移动的主轴头；拉杆，其设于所述主轴，能够在夹持弹簧的弹力的作用下将刀柄夹持于所述主轴；刀库，其用于收纳所述刀柄；以及松开操作部，其能够克服所述夹持弹簧的弹力来解除所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态，该松开操作部具有：凸轮，该凸轮由直线部和倾斜部构成凸轮面，该直线部沿所述主轴头的移动方向呈直线地延伸设置，该倾斜部从所述直线部的端部向所述主轴头侧或与所述主轴头相反的一侧倾斜；以及辊，其与该凸轮滑动接触，该机床的控制方法的特征在于，对所述主轴头在移动的过程中的各位置处的作用于所述松开操作部的所述夹持弹簧的弹力进行检测，计算在所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触时的所述主轴头的任意的位置检测到的所述夹持弹簧的弹力与在所述辊与所述凸轮的所述倾斜部相接触时的所述主轴头的任意的位置检测到的所述夹持弹簧的弹力之差，基于所述差来判断刀柄的安装状态。机床的控制方法能够获得与技术方案1的效果相同的效果。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是机床1的上半部分的纵剖视图。

图3是表示机床1和数值控制装置30的电气结构的框图。

图4是第一位置的说明图。

图5是第一位置的说明图。

图6是第一位置～第三位置的说明图。

图7是第二位置和第三位置的说明图。

图8是安装判断处理的流程图。

图9是接着图8的流程图。

图10是实施方式2的第一区间、第二区间以及第三区间的说明图。

图11是实施方式2的安装判断处理的流程图。

图12是接着图11的流程图。

图13是表示实施方式3的机床1和数值控制装置30的电气结构的框图。

图14是实施方式3的安装判断处理的流程图。

图15是接着图14的流程图。

具体实施方式

参照图来说明各实施方式。以下说明使用在图中由箭头所示的左右、前后、上下。机床1的左右方向、前后方向、上下方向分别为机床1的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向。Z轴原点是指Z轴的机械原点。机械原点是指，X轴、Y轴的机械坐标为零的位置，且Z轴的机械坐标为能够对被切削件进行加工的上限位置。

参照图1～图3来说明机床1的构造。机床1具有基台2、立柱5、主轴头7、主轴9、控制箱6、工作台10、换刀装置20以及操作盘24等。基台2是大致长方体形状的铁制基座。立柱5固定于基台2的上部的靠后方的部分。主轴头7设为能够利用设于立柱5的前表面的Z轴移动机构22沿上下方向移动。主轴头7在内部以主轴9能够旋转的方式支承该主轴9。能够将刀柄17安装于主轴9，主轴9能够在主轴马达52的驱动下旋转。主轴马达52固定于主轴头7的上部。刀柄17用于保持刀具4。控制箱6用于容纳数值控制装置30。数值控制装置30用于控制机床1的动作。工作台10设于基台2的上部，并能够利用X轴马达53、Y轴马达54以及X轴-Y轴引导机构沿X轴方向和Y轴方向移动。

换刀装置20具有圆盘状的刀库21。刀库21利用左右一对框架8支承于立柱5的前表面侧。刀库21在外周以放射状支承有多个夹持臂90。夹持臂90以刀柄17装卸自如的方式保持该刀柄17。换刀装置20使刀库21旋转，将由换刀指令所指示的刀具定位于换刀位置。换刀指令利用NC程序进行指令。换刀位置为刀库21的最下部位置。换刀装置20将安装于主轴9的刀具4和位于换刀位置的接下来要使用的刀具(下一刀具)交换。操作盘24具有输入部25和显示部28。操作者利用输入部25输入NC程序、刀具的种类、刀具信息以及各种参数等。当操作者对输入部25进行操作时，显示部28显示各种输入画面和操作画面等。

Z轴移动机构22具有Z轴滚珠丝杠26、Z轴马达51以及一对Z轴轨道。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位于一对Z轴轨道之间，并利用上侧轴承部27和下侧轴承部设为能够旋转。主轴头7在背面具有螺母29。螺母29与Z轴滚珠丝杠26螺纹结合。Z轴马达51使Z轴滚珠丝杠26向正反方向旋转，主轴头7与螺母29一同上下移动。

主轴9沿上下方向延伸。主轴9利用连结件23与向主轴马达52的下方延伸的驱动轴相连结。主轴9具有锥形安装孔18、刀柄夹持部19以及拉杆69。锥形安装孔18设于主轴9的下端部。锥形安装孔18位于主轴头7的下部。刀柄夹持部19设于锥形安装孔18的上方。拉杆69以与经过主轴9的中心的轴孔同轴的方式插入该轴孔内。夹持弹簧57(参照图6)始终对拉杆69向上方施力。

刀柄17在一端侧保持刀具4，在另一端侧具有锥形安装部17A和拉钉17B。锥形安装部17A呈大致圆锥状。拉钉17B从锥形安装部17A的顶部沿轴向突出。锥形安装部17A能够安装于主轴9的锥形安装孔18。当在锥形安装孔18安装锥形安装部17A时，刀柄夹持部19夹持拉钉17B。当拉杆69向下方按压刀柄夹持部19时，刀柄夹持部19解除对拉钉17B的夹持。

主轴头7在后方上部内侧具有杆构件60。杆构件60呈大致字母L形，并以支轴61为中心摆动自如。支轴61固定于主轴头7的内部。杆构件60具有纵向杆63和横向杆62。纵向杆63从支轴61朝向立柱5侧向斜上方延伸，在中间部65向上方弯折并进一步向上方延伸。横向杆62从支轴61向立柱5的前方大致水平地延伸。横向杆62的顶端部能够从上方卡合于与拉杆69正交地设置于该拉杆69的销58。

纵向杆63在上端部背面具有凸轮66。凸轮66例如形成为从侧面观察时呈大致梯形的形状。凸轮66在立柱5侧具有凸轮面。凸轮面具有倾斜部66A和直线部66B。倾斜部66A从凸轮面的上部向后方且向下方倾斜。直线部66B从倾斜部66A的下部向下方以直线状延伸。凸轮66的凸轮面能够相对于固定于上侧轴承部27的辊67接触、分离。通过主轴头7的升降，辊67在凸轮66的凸轮面相对地滑动。拉伸弹簧68设于纵向杆63和主轴头7之间。在从右侧观察杆构件60时，拉伸弹簧68始终对杆构件60向顺时针方向施力。因此，拉伸弹簧68抑制横向杆62使销58向下方移动。由杆构件60、支轴61、横向杆62、纵向杆63、凸轮66、辊67以及拉伸弹簧68构成的机构为松开操作部的一例。

说明主轴9将刀柄17安装和拆卸的动作。在从主轴9拆卸刀柄17时，主轴头7以在主轴9的锥形安装孔18安装有刀柄17的锥形安装部17A的状态上升。辊67在设于杆构件60的凸轮66的凸轮面向下方相对地滑动。杆构件60克服拉伸弹簧68的作用力以支轴61为中心向逆时针方向旋转。横向杆62从上方卡合于销58，并克服设于主轴9的内部的夹持弹簧57的作用力地向下方按压拉杆69。在向下方按压拉杆69时，刀柄夹持部19向下方移动，解除对拉钉17B的夹持。因此，刀柄17能够从主轴9的锥形安装孔18拆卸。

在将刀柄17安装于主轴9时，主轴头7以在主轴9的锥形安装孔18插入刀柄17的锥形安装部17A的状态下降。辊67在设于杆构件60的凸轮66的凸轮面向上方相对地滑动。杆构件60以支轴61为中心向顺时针方向旋转。横向杆62从销58向上方离开，解除对拉杆69向下方的按压。拉杆69在夹持弹簧57的作用下向上方移动，解除对刀柄夹持部19向下方的施力。因此，刀柄夹持部19夹持拉钉17B，完成刀柄17向主轴9的安装。

说明换刀装置20的构造。换刀装置20在刀库21的背面外周等间隔地固定多个支点台70。支点台70以夹持臂90能够沿前后方向摆动的方式轴支承该夹持臂90。夹持臂90在一端部具有把持部91。把持部91以刀柄17装卸自如的方式把持该刀柄17。夹持臂90在支点台70的附近以辊96和辊97旋转自如的方式向主轴头7侧轴支承该辊96和辊97。辊96通过主轴头7的升降，在沿主轴头7的前表面的右端部固定的DP凸轮11的凸轮面滑动。DP凸轮11的凸轮面具有直线部11A和倾斜部11B。直线部11A从凸轮面的上部向下方以直线状延伸。倾斜部11B从直线部11A的下部向后方且向下方平缓地弯曲并倾斜。

辊97通过主轴头7的升降，在固定于主轴头7的前表面的左右方向中央部的浮动凸轮12的凸轮面滑动。浮动凸轮12的凸轮面从凸轮面的上部向前方且向下方倾斜，在浮动凸轮12的上下方向大致中央部向后方且向下方倾斜，浮动凸轮12的凸轮面在从侧面观察时呈山状。在辊96在DP凸轮11的凸轮面滑动时，浮动凸轮12防止辊96与DP凸轮11分离。处于换刀位置的夹持臂90以支点台70为中心进行摆动，从而使把持部91在靠近位置与退避位置之间移动。靠近位置为把持部91靠近主轴9并把持刀柄的位置，退避位置为把持部91从主轴9向前方离开的位置。

夹持臂90在与把持部91相反的一侧的另一端部具有钢球92和压缩螺旋弹簧(省略图示)。收纳于夹持臂90的另一端部的所述压缩螺旋弹簧对钢球92向外侧施力，夹持臂90以钢球92能够突出、退回的方式保持该钢球92。刀库21外套有圆筒状的套筒80。圆筒状的套筒80具有截面呈圆弧状的引导面81。钢球92抵接于套筒80的引导面81，引导面81引导夹持臂90的另一端部。因此，夹持臂90能够以支点台70为中心稳定地摆动。

参照图3说明机床1和数值控制装置30的电气结构。数值控制装置30具有CPU31、存储部32、输入输出部33以及驱动电路51A～驱动电路55A等。CPU31对数值控制装置30进行控制。CPU31也作为控制部、判断部以及计算部发挥功能。驱动电路51A是检测部的一例。存储部32由ROM、RAM、非易失性的存储装置等构成。ROM用于存储安装判断程序等。CPU31读出安装判断程序，执行安装判断处理等。RAM用于临时存储各种处理执行中的各种数据。存储装置为非易失性，例如为HDD、闪存等。存储装置用于存储NC程序等，NC程序由操作者通过输入部25输入。NC程序由包括各种控制指令的多个块构成，数值控制装置30以块为单位对包括机床1的轴移动、换刀等的各种动作进行控制。输入部25和显示部28与输入输出部33相连接。

驱动电路51A与电流检测器51C、Z轴马达51以及编码器51B相连接。Z轴马达51是驱动装置的一例。驱动电路52A与电流检测器52C、主轴马达52以及编码器52B相连接。驱动电路53A与电流检测器53C、X轴马达53以及编码器53B相连接。驱动电路54A与电流检测器54C、Y轴马达54以及编码器54B相连接。驱动电路55A与刀库马达55和编码器55B相连接。驱动电路51A～驱动电路55A从CPU31接收指令，向相对应的各马达51～马达55输出驱动电流。驱动电路51A～驱动电路55A从编码器51B～编码器55B接收反馈信号，对主轴头7和工作台10的位置和速度进行反馈控制。反馈信号为脉冲信号。

电流检测器51C～电流检测器54C检测驱动电路51A～驱动电路55A输出的驱动电流。电流检测器51C～电流检测器54C将检测到的驱动电流向相对应的驱动电路51A～驱动电路54A反馈。驱动电路51A～驱动电路54A基于电流检测器51C～电流检测器54C反馈的驱动电流，进行电流(扭矩)控制。一般情况下，流向马达的驱动电流与施加于马达的负载扭矩大致成比例。因此，电流检测器51C～电流检测器54C通过对各马达51～马达54的驱动电流进行检测，来检测各马达51～马达54的负载扭矩。

当从外部对Z轴马达51施加有负载时，主轴头7发生速度变化。速度变化根据位置反馈信号和速度反馈信号进行检测。驱动电路51A为了使检测到的速度变化复原，对驱动电力进行控制。数值控制装置30在反馈控制时与施加于Z轴马达51的负载相应地控制驱动电流。因此，数值控制装置30基于与负载相关的驱动电流来检测夹持弹簧57的弹力。

在本实施方式中，将比Z轴原点靠工作台10侧的区域称作加工区域。加工区域是用于对被切削件进行加工的区域。将相对于Z轴原点而言处于与加工区域相反的一侧的区域称作ATC区域。ATC区域是使用换刀装置20进行换刀的区域。

参照图4～图6说明第一位置Zk1。图5是表示主轴头7从ATC原点(允许刀库21旋转的位置)下降时的各Z位置处的驱动电流值的曲线的一例。Z位置表示主轴头7的Z轴的坐标值。在主轴头7以从主轴9拆下刀柄17的状态(未安装)位于Z轴原点的位置时，刀柄夹持部19的钢球16a(参照图6的(a))的中心位置为位置Pn′，销58的位置为位置Pn(参照图6的(a))。在主轴头7位于ATC原点时，主轴9将刀柄17从锥形安装孔18拆下之后，下一刀具的刀柄17向锥形安装孔18的正下方移动。在主轴头7位于ATC原点时，辊67与凸轮66的直线部66B滑动接触(参照图4)。另外，主轴头7位于ATC原点时的钢球16a的位置为位置Pd′(参照图6的(a))。

主轴头7为了在主轴9安装下一刀具，开始从ATC原点下降。辊67在凸轮66的直线部66B向上方相对地滑动。第一位置Zk1(参照图5)是辊67在凸轮66的直线部66B滑动时(参照图4)的主轴头7的任意的Z位置。第一位置Zk1也可以设为，在辊67在凸轮66的直线部66B滑动期间，主轴头7的移动加速度为恒定的Z位置。在主轴头7的移动加速度变化的位置会在驱动电流加上额外的成分，因此存在刀柄17相对于主轴9的安装状态的判断精度下降的可能性。本实施方式将主轴头7的移动加速度为恒定的Z位置设为第一位置Zk1。因此，本实施方式能够提高刀柄17的安装状态的判断精度。当辊67在凸轮66的直线部66B滑动时，产生较小的垂直分力，该垂直分力作为将主轴头7下压的力发挥作用。因此，在主轴头7位于第一位置Zk1时，Z轴马达51承受外部负载。

参照图6和图7说明第二位置Zk2和第三位置Zk3。图7是分别表示主轴头7从ATC原点下降时的刀柄17相对于主轴9未安装时、正常安装时以及非正常安装时的各Z位置处的驱动电流值的曲线的一例。横轴越向右去，Z位置的值越小。非正常安装表示例如在锥形安装孔18与刀柄17之间夹杂有切屑等导致刀柄夹持部19无法完全夹持拉钉17B的状态。正常安装表示刀柄夹持部19能够完全夹持拉钉17B的状态。当主轴头7继续下降时，辊67在凸轮66的倾斜部66A向上方相对地滑动。这时，拉杆69在夹持弹簧57的恢复力的作用下向上方移动，刀柄夹持部19的钢球16a进入小径的滑动孔并夹持拉钉17B。Z轴马达51的外部负载在夹持弹簧57的阻力的作用下增大。因此，驱动电路51A为了维持速度，增大驱动电流(参照图7的(b))。当刀柄夹持部19将刀柄17的拉钉17B夹持时，钢球16a的中心位置成为位置Ps′，销58的高度成为位置Ps(参照图6的(b))。当销58的高度成为位置Ps时，杆构件60从销58离开，夹持弹簧57的阻力不作用于凸轮66和辊67，施加于Z轴马达51的外部负载消失。因此，驱动电流下降，成为大致无变化状态(参照图7的(b))。图7的位置Zps是与销58的高度位置Ps相对应的主轴头7的Z位置。

在非正常安装时，钢球16a的中心位置成为位置Pf′，销58的高度成为位置Pf(参照图6的(c))。当在锥形安装孔18与刀柄17之间夹杂有切屑等时，与刀柄17正常地安装时相比，销58的高度变低(参照图6的(b)、图6的(c))。当销58的高度成为位置Pf时，杆构件60从销58离开，夹持弹簧57的阻力不作用于凸轮66和辊67，施加于Z轴马达51的外部负载消失。因此，驱动电流下降，成为大致无变化状态(参照图7的(c))。图7的位置Zpf是与销58的高度位置Pf相对应的主轴头7的Z位置。

在未安装时，钢球16a的中心位置成为位置Pn′，销58的高度成为位置Pn(参照图6的(a))。当销58的高度成为位置Pn时，夹持弹簧57的阻力不产生作用，施加于Z轴马达51的外部负载消失。因此，驱动电流下降，成为大致无变化状态(参照图7的(a))。图7的位置Zpn是与销58的高度位置Pn相对应的主轴头7的Z位置。

如图7所示，第二位置Zk2是位置Zpf与位置Zps之间的任意的Z位置。第三位置Zk3是位置Zps与位置Zpn之间的任意的Z位置。第一位置Zk1、第二位置Zk2以及第三位置Zk3的坐标等的各种信息预先存储于存储部32。

参照图8和图9说明实施方式1的刀柄17的安装判断处理。当主轴头7从ATC原点开始下降时，CPU31开始本安装判断处理。

CPU31从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S2)。CPU31判断在S2中获取的Z位置是否为第一位置Zk1(S3)。CPU31在S3中的判断为否时，使处理返回S2。CPU31在S3中的判断为是时，从驱动电路51A获取第一位置Zk1处的驱动电流的值A1，将值A1存储于存储部32(S4)。

CPU31从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S5)。CPU31判断在S5中获取的Z位置是否为第二位置Zk2(S6)。CPU31在S6中的判断为否时，使处理返回S5。CPU31在S6中的判断为是时，从驱动电路51A获取第二位置Zk2处的驱动电流的值A2，将值A2存储于存储部32(S7)。

CPU31计算值A2与值A1之差(A2-A1)，判断差(A2-A1)是否为第一阈值T1以下(S8)。第一阈值T1通过实验求得并预先存储于存储部32。CPU31在S8中的判断为是时，判断为刀柄17为非正常安装(S9)。CPU31控制机床1，停止对被切削件的加工(S10)，本安装判断处理结束。这时，CPU31也可以在显示部28发出警告。

CPU31在S8中的判断为否时，从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S11)。CPU31判断在S11中获取的Z位置是否为第三位置Zk3(S12)。CPU31在S12中的判断为否时，使处理返回S11。CPU31在S12中的判断为是时，从驱动电路51A获取第三位置Zk3处的驱动电流的值A3，将值A3存储于存储部32(S13)。

CPU31计算值A3与值A1之差(A3-A1)，判断差(A3-A1)是否为第二阈值T2以下(S14)。第二阈值T2通过实验求得并预先存储于存储部32。CPU31在S14中的判断为是时，判断为刀柄17为正常安装(S15)。CPU31在S14中的判断为否时，判断为刀柄17为未安装(S16)。CPU31控制机床1，停止对被切削件的加工(S17)，本安装判断处理结束。这时，CPU31也可以在显示部28发出警告。

在实施方式1中，数值控制装置30基于抵消了辊67在凸轮66的直线部66B滑动时产生的垂直分力的值(驱动电流的值与第一位置Zk1处的驱动电流的值之差)，判断刀柄17相对于主轴9的安装状态。因此，数值控制装置30利用抵消了垂直分力的值进行安装判断，因此，与以往技术相比，能够提高刀柄17的安装状态的判断精度。

在实施方式1中，数值控制装置30计算第二位置Zk2处的夹持弹簧57的弹力与第一位置Zk1处的夹持弹簧57的弹力之差，基于该差，判断刀柄17是否以非正常的状态安装于主轴9。因此，数值控制装置30利用抵消了垂直分力的值来判断安装状态，因此，能够更高精度地判断刀柄17是否非正常地安装。

在实施方式1中，数值控制装置30计算第三位置Zk3处的夹持弹簧57的弹力与第一位置Zk1处的夹持弹簧57的弹力之差，基于该差，判断刀柄17是正常安装还是未安装。因此，数值控制装置30利用抵消了垂直分力的值来判断安装状态，因此，能够更高精度地判断刀柄17为正常安装还是未安装。

在实施方式1中，数值控制装置30仅在刀柄17正常安装时进行加工动作，因此能够防止加工不良等，能够提高工作效率。

参照图10～图12说明实施方式2。本实施方式2的机床1和数值控制装置30的电气结构与实施方式1的机床1和数值控制装置30的电气结构相同，因此只对不同的部分进行说明。CPU31作为控制部、判断部、第一平均计算部、第二平均计算部以及第三平均计算部发挥功能。驱动电路51A是检测部的一例。

参照图10说明第一区间、第二区间以及第三区间。Z轴马达51的驱动电流因机床1的机械振动产生一些变动。在实施方式1中没有考虑因机械振动引起的驱动电流的变动，因此刀柄17的安装状态的判断精度下降。

在实施方式2中，将这样的区间设定为基准区间：分别以位置Zk1～位置Zk3为起点，沿移动方向前进了Z距离(mm)的量后所处的Z位置为止的区间，其中，Z距离(mm)为主轴头7在机床1固有的机械振动频率fm(Hz)的倒数1/fm＝周期tm(s)的n倍(n＝1、2、3、……)的时间内移动的距离。第一区间设定为[Zk1，Zk1+vm*n*tm]。以下将Zk1+vm*n*tm称作Zk1a。第二区间设定为[Zk2，Zk2+vm*n*tm]。以下将Zk2+vm*n*tm称作Zk2a。第三区间设定为[Zk3，Zk3+vm*n*tm]。以下将Zk3+vm*n*tm称作Zk3a。vm为主轴头7的移动速度(mm/s)。Zk2a和Zk3a的n为包含"0"的自然数。因此，第二区间是包含点Zk2的概念，第三区间是包含点Zk3的概念。第一区间、第二区间以及第三区间的信息预先存储于存储部32。vm*n*tm为预定距离。

第一区间～第三区间也可以设定为这样的区间：分别以第一位置Zk1～第三位置Zk3为起点，沿与移动方向相反的方向前进了Z距离(mm)的量后所处的Z位置为止的区间，其中，Z距离(mm)为主轴头7在机床1固有的机械振动频率fm(Hz)的倒数1/fm＝周期tm(s)的n倍(n＝1、2、3、……)的时间内移动的距离。以下，将第一区间～第三区间设为这样的区间：分别以第一位置Zk1～第三位置Zk3为起点，沿移动方向前进了Z距离(mm)的量后所处的Z位置为止的区间，其中，Z距离(mm)为主轴头7在机床1固有的机械振动频率fm(Hz)的倒数1/fm＝周期tm(s)的n倍(n＝1、2、3、……)的时间内移动的距离。

参照图11和图12，说明实施方式2的刀柄17的安装判断处理。当主轴头7从ATC原点开始下降时，CPU31开始本安装判断处理。

CPU31从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S002)。CPU31判断在S002中获取的Z位置是否位于第一区间(S003)。CPU31在S003中的判断为是时，从驱动电路51A获取在S002中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S004)。

CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk1a(S005)。CPU31在S005中的判断为否时，使处理返回S002。CPU31在S005中的判断为是时，基于存储于存储部32的驱动电流的值，计算第一区间内的驱动电流的第一平均值Tk1ave(S006)。处理向S008转移。

CPU31在S003中的判断为否时，判断主轴头7的Z位置是否经过了第一区间(S007)。CPU31在S007中的判断为否时，使处理返回S002。CPU31在S007中的判断为是时，执行S006。

在S008中，CPU31从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S008)。CPU31判断在S008中获取的Z位置是否位于第二区间(S009)。CPU31在S009中的判断为是时，从驱动电路51A获取在S008中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S010)。

CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk2a(S011)。CPU31在S011中的判断为否时，使处理返回S008。CPU31在S011中的判断为是时，基于存储于存储部32的驱动电流的值，计算第二区间内的驱动电流的第二平均值Tk2ave(S012)。处理向S014转移。

CPU31在S009中的判断为否时，判断主轴头7的Z位置是否经过了第二区间(S013)。CPU31在S013中的判断为否时，使处理返回S008。CPU31在S013中的判断为是时，执行S012。

在S014中，CPU31判断在S012中计算得到的第二平均值Tk2ave和在S006中计算得到的第一平均值Tk1ave之差(Tk2ave-Tk1ave)是否为第三阈值T3以下(S014)。第三阈值T3通过实验求得并预先存储于存储部32。CPU31在S014中的判断为是时，判断为刀柄17为非正常安装(S015)。CPU31控制机床1，停止对被切削件的加工(S016)，本安装判断处理结束。这时，CPU31也可以在显示部28发出警告。

CPU31在S014中的判断为否时，从驱动电路51A获取主轴头7的Z位置(S017)。CPU31判断在S017中获取的Z位置是否位于第三区间(S018)。CPU31在S018中的判断为是时，从驱动电路51A获取在S017中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S019)。CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk3a(S020)。CPU31在S020中的判断为否时，使处理返回S017。CPU31在S020中的判断为是时，基于存储于存储部32的驱动电流的值，计算第三区间内的驱动电流的第三平均值Tk3ave(S021)。处理向S023转移。CPU31在S018中的判断为否时，判断主轴头7的Z位置是否经过了第三区间(S022)。CPU31在S022中的判断为否时，使处理返回S017。CPU31在S022中的判断为是时，执行S021。

在S023的处理中，CPU31判断在S021中计算得到的第三平均值Tk3ave和在S006中计算得到的第一平均值Tk1ave之差(Tk3ave-Tk1ave)是否为第四阈值T4以下(S023)。第四阈值T4通过实验求得并预先存储于存储部32。CPU31在S023中的判断为是时，判断为刀柄17为正常安装(S024)，本安装判断处理结束。

CPU31在S023中的判断为否时，判断为刀柄17为未安装(S025)。CPU31控制机床1，停止对被切削件的加工(S026)，本安装判断处理结束。这时，CPU31也可以在显示部28发出警告。

在实施方式2中，将这样的区间设定为基准区间(第一区间～第三区间)：分别以位置Zk1～位置Zk3为起点，沿移动方向前进了Z距离(mm)的量后所处的Z位置为止的区间，其中，Z距离(mm)为主轴头7在机床1固有的机械振动频率fm(Hz)的倒数1/fm＝周期tm(s)的n倍的时间内移动的距离。数值控制装置30计算各基准区间(第一区间～第三区间)内的驱动电流的平均值(第一平均值～第三平均值)。数值控制装置30基于第二平均值Tk2ave与第一平均值Tk1ave之差(Tk2ave-Tk1ave)和第三平均值Tk3ave与第一平均值Tk1ave之差(Tk3ave-Tk1ave)来判断刀柄17相对于主轴9的安装状态。因此，数值控制装置30能够判断考虑到了机床1的振动的刀柄17的安装状态，因此，能够提高安装状态的判断精度。

参照图13～图15说明实施方式3。图13是表示实施方式3的机床1和数值控制装置30的电气结构的框图。在实施方式3中是在上述的数值控制装置30中加入了LPF(低通滤波器)56的结构。加入LPF56的结构也能够应用于实施方式1和实施方式2中的任一者。以下说明在实施方式2中加入了LPF56的例子。

电流检测器51C将检测到的赋予Z轴马达51的驱动电流向LPF56输出。LPF56除去驱动电流的高频成分，将除去高频成分之后的驱动电流向驱动电路51A反馈。因此，能够使驱动电流的波形更加平滑，数值控制装置30能够进一步提高刀柄17相对于主轴9的安装状态的判断精度。驱动电路51A是驱动值设定部的一例。LPF56是除去部的一例。例如也可以使用能够除去驱动电流的高频成分的数字滤波器来替代LPF56。

加入了LPF56的数值控制装置30因LPF56导致信号的发送产生延迟。因此，存储部32预先存储的第一区间、第二区间以及第三区间设为考虑到了LPF56的延迟时间td的区间。第一区间成为区间[Zk1+f(td)，Zk1a+f(td)]。第二区间成为区间[Zk2+f(td)，Zk2a+f(td)]。第三区间成为区间[Zk3+f(td)，Zk3a+f(td)]。函数f(t)是将时间转换为主轴头7的Z位置的函数，f(td)为主轴头7基于因除去部引起的延迟的Z位置变动。

参照图14和图15说明实施方式3的刀柄17的安装判断处理。当主轴头7从ATC原点开始下降时，CPU31开始本安装判断处理。实施方式3的安装判断处理与实施方式2的安装判断处理大致相同，因此仅说明不同的部分。

CPU31在S004中，从驱动电路51A获取在S002中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S004)。CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk1a+f(td)(S005A)。CPU31在S005A中的判断为否时，使处理返回S002。CPU31在S005A中的判断为是时，执行S006以后的处理。

CPU31在S010中，从驱动电路51A获取在S008中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S010)。CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk2a+f(td)(S011A)。CPU31在S011A中的判断为否时，使处理返回S008。CPU31在S011A中的判断为是时，执行S012以后的处理。

CPU31在S019中，从驱动电路51A获取在S017中获取的Z位置处的驱动电流的值，将获取的驱动电流的值存储于存储部32(S019)。CPU31判断主轴头7的Z位置是否为Zk3a+f(td)(S020A)。CPU31在S020A中的判断为否时，使处理返回S017。CPU31在S020A中的判断为是时，执行S021以后的处理。

实施方式3的数值控制装置30利用LPF56从驱动电流值除去高频成分，由此，能够设定更加恰当的驱动电流值。因此，数值控制装置能够更高精度地判断刀柄的安装状态。

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。上述实施方式的凸轮66固定于杆构件60，将辊67支承于立柱5侧。例如也可以是，将辊67支承于杆构件60，将凸轮66固定于立柱5侧。在该情况下，凸轮66的倾斜部66A从直线部66B的端部向与所述主轴头7相反的一侧(立柱5侧)倾斜。

上述实施方式的驱动电路51A～驱动电路55A设于数值控制装置30，但也可以设于机床1。

上述实施方式的机床1是主轴9沿Z轴方向延伸的立式机床，但上述实施方式也能够应用于主轴9沿水平方向延伸的卧式机床。

上述实施方式的安装判断处理也可以在主轴头7从机械原点上升时执行。

在上述实施方式2、实施方式3中，数值控制装置30在第一区间～第三区间的各Z位置获取了驱动电流，但也可以隔开预定间隔地获取驱动电流。例如数值控制装置30在第一区间～第三区间的各区间内的至少一个Z位置，优选在多个Z位置获取驱动电流即可。

本实施方式在对刀具的非正常安装状态进行了判断之后，对未安装状态或正常安装状态进行判断，但也可以是，在不对刀具的非正常安装状态进行判断的情况下，对刀具的未安装状态或正常安装状态进行判断。

本实施方式也可以使用微型计算机、ASIC(专用集成电路)以及FPGA(现场可编程门阵列)等作为处理装置来替代CPU31。安装判断处理也可以利用多个处理装置进行分散处理。用于存储程序的ROM和存储装置例如也可以由HDD和/或其它非临时性的存储介质构成。非临时性的存储介质与存储信息的期间无关，只要是能够预先保存信息的存储介质即可。非临时性的存储介质也可以不包括临时性的存储介质(例如发送的信号)。安装判断程序、NC程序等各种程序例如也可以从未图示的与网络相连接的服务器下载(即作为传输信号发送)并存储于闪存等存储装置等。这时，程序保存于服务器所具有的HDD等非临时性的存储介质即可。

Claims (17)

1.一种数值控制装置，其是机床(1)的数值控制装置(30)，该机床具有：主轴(9)，其以能够旋转的方式设于能够沿预定方向移动的主轴头(7)；拉杆(69)，其设于所述主轴，能够在夹持弹簧(57)的弹力的作用下将刀柄(17)夹持于所述主轴；刀库(21)，其用于收纳所述刀柄；以及松开操作部(60、61、62、63、66、67、68)，其能够克服所述夹持弹簧的弹力来解除所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态，该松开操作部具有：凸轮(66)，该凸轮由直线部(66B)和倾斜部(66A)构成凸轮面，该直线部沿所述主轴头的移动方向呈直线地延伸设置，该倾斜部从所述直线部的端部向所述主轴头侧或与所述主轴头相反的一侧倾斜；以及辊(67)，其与该凸轮滑动接触，该数值控制装置的特征在于，其具有：

驱动装置，其用于使所述主轴头移动；

检测部(51A)，其利用所述驱动装置的驱动电流值来检测所述主轴头在移动的过程中的各位置处的作用于所述松开操作部的所述夹持弹簧的弹力；

计算部(31)，其用于计算在所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触时的所述主轴头的任意位置即第一位置由所述检测部检测到的所述夹持弹簧的弹力与在所述辊与所述凸轮的所述倾斜部相接触时的所述主轴头的任意的位置由所述检测部检测到的所述夹持弹簧的弹力之差即第一差；以及

判断部，其基于由所述计算部计算出的所述第一差来判断所述刀柄相对于所述主轴的安装状态。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述拉杆具有销(58)，所述松开操作部借助所述销，克服所述夹持弹簧的弹力来按压所述拉杆，从而解除所述夹持状态，

所述计算部计算第二位置处的所述夹持弹簧的弹力与所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力之差即第二差，该第二位置为，与所述刀柄相对于所述主轴的所述夹持状态不是正常的夹持的非正常夹持时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置和与所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态为正常时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置之间的任意的位置，

所述判断部基于所述第二差来判断所述刀柄相对于所述主轴是否是未正常地安装的非正常安装。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述拉杆具有销(58)，所述松开操作部借助所述销，克服所述夹持弹簧的弹力来按压所述拉杆，从而解除所述夹持状态，

所述计算部进一步计算第三位置处的所述夹持弹簧的弹力与所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力之差即第三差，该第三位置为，与所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态为正常时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置和与所述刀柄未安装于所述主轴的未安装时的所述销的位置相对应的所述主轴头的位置之间的任意的位置，

所述判断部进一步基于所述第三差来判断所述刀柄相对于所述主轴是正常安装还是未安装。

4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，

所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第一差。

5.根据权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于，

所述预定距离为将所述主轴头的移动速度、所述机床的振动频率的倒数以及预定的系数相乘得到的距离，其中，所述主轴头的移动速度的单位为mm/s，所述机床的振动频率的倒数的单位为s。

6.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有用于除去所述驱动电流值的高频成分的除去部，

所述计算部基于因所述除去部引起的延迟变更所述第一位置并计算所述第一差。

7.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述第一位置为，所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触且所述主轴头的移动加速度为恒定时的所述主轴头的任意的位置。

8.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，

所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第二差。

9.根据权利要求8所述的数值控制装置，其特征在于，

所述预定距离为将所述主轴头的移动速度、所述机床的振动频率的倒数以及预定的系数相乘得到的距离，其中，所述主轴头的移动速度的单位为mm/s，所述机床的振动频率的倒数的单位为s。

10.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有用于除去所述驱动电流值的高频成分的除去部，

所述计算部基于因所述除去部引起的延迟变更所述第一位置并计算所述第一差。

11.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

所述第一位置为，所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触且所述主轴头的移动加速度为恒定时的所述主轴头的任意的位置。

12.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有平均计算部，该平均计算部用于计算所述第一位置与从该第一位置向所述主轴头的移动方向的正方向移动了预定距离的位置或者向反方向移动了预定距离的位置之间的第一区间内的所述夹持弹簧的弹力的平均值，

所述计算部使用所述平均计算部针对所述第一位置处的所述夹持弹簧的弹力所计算出的所述平均值来计算所述第三差。

13.根据权利要求12所述的数值控制装置，其特征在于，

所述预定距离为将所述主轴头的移动速度、所述机床的振动频率的倒数以及预定的系数相乘得到的距离，其中，所述主轴头的移动速度的单位为mm/s，所述机床的振动频率的倒数的单位为s。

14.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有用于除去所述驱动电流值的高频成分的除去部，

所述计算部基于因所述除去部引起的延迟变更所述第一位置并计算所述第一差。

15.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，

所述第一位置为，所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触且所述主轴头的移动加速度为恒定时的所述主轴头的任意的位置。

16.根据权利要求1～15中的任一项所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具有控制部，该控制部在所述判断部判断为所述主轴未正常地安装所述刀柄时，停止加工动作。

17.一种机床的控制方法，该机床(1)具有：主轴(9)：其以能够旋转的方式设于能够沿预定方向移动的主轴头(7)；拉杆(69)，其设于所述主轴，能够在夹持弹簧(57)的弹力的作用下将刀柄(17)夹持于所述主轴；刀库(21)，其用于收纳所述刀柄；以及松开操作部(60、61、62、63、66、67、68)，其能够克服所述夹持弹簧的弹力来解除所述刀柄相对于所述主轴的夹持状态，该松开操作部具有：凸轮(66)，该凸轮由直线部(66B)和倾斜部(66A)构成凸轮面，该直线部沿所述主轴头的移动方向呈直线地延伸设置，该倾斜部从所述直线部的端部向所述主轴头侧或与所述主轴头相反的一侧倾斜；以及辊(67)，其与该凸轮滑动接触，该机床的控制方法的特征在于，

对所述主轴头在移动的过程中的各位置处的作用于所述松开操作部的所述夹持弹簧的弹力进行检测，

计算在所述辊与所述凸轮的所述直线部相接触时的所述主轴头的任意的位置检测到的所述夹持弹簧的弹力与在所述辊与所述凸轮的所述倾斜部相接触时的所述主轴头的任意的位置检测到的所述夹持弹簧的弹力之差，

基于所述差来判断所述刀柄相对于所述主轴的安装状态。

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