JP2007319995A - 工作機械、及び工作機械の異物挟み込み判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具ホルダと保持部との当接面に挟み込んだ異物を検出することができる工作機械を提供すること。
【解決手段】工具ホルダ１５を保持部１６に装着したときに、工具ホルダ１５と保持部１６とが当接する第１の当接面に向けて保持部１６を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第１のエアー供給路１２と、エアーに所定のエアー圧力を与え、当該エアーを第１のエアー供給路１２を介して第１の当接面に向けて供給するエアー供給手段１３と、測定手段５０〜５４と、測定手段５０〜５４に接続され、測定手段５０〜５４により得られた測定データに基づいて、第１の当接面における異物の挟み込みを判定する判定手段１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

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。

現在、ワークに対して切削加工を施す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。

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の中から必要な切削工具を選択することによって、ワークの加工が行われる。この時、加工精度を良好に維持するため、若しくは加工精度を向上させるために、切削工具が装着された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。

ところが、ワークの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等に付着し、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。

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３（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。

また、図３（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。
特開平５−３０９５４８号公報 特開２０００−５９０７号公報

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。

しかしながら、図３（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。

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。

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。

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。

また、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。

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の回転軸の振れ量を検出する精度が低下することがある。

ギャップセンサ４２の検出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。

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、その異物の挟み込みを判定することができる工作機械、及び異物判定方法を提供することにある。

請求項１〜１０に係る発明は工作機械に関するものである。請求項１に係る工作機械は、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、工具ホルダを脱着可能に保持する保持部と、備える工作機械であって、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が当接する第１の当接面に向けて保持部を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第１のエアー供給路と、エアーに所定のエアー圧力を与え、当該エアーを第１のエアー供給路を介して第１の当接面に向けて供給するエアー供給手段と、第１の当接面から発生する超音波を測定する超音波センサ、工具ホルダ及び主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する振動センサ、第１の当接面から発生し、主軸部材を伝わ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、第１の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力を測定する圧力センサ、第１の当接面に向けて供給されたエアーの流量を測定する流量センサ、のうち少なくとも一つからなる測定手段と、測定手段に接続され、測定手段により得られた測定データに基づいて、第１の当接面における異物の挟み込みを判定する判定手段と、を備えること特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１の当接面から発生する超音波、アコースティックエミッション、工具ホルダ及び主軸部材に発生する振動、第１の当接面に向けて供給されたエアーの圧力やエアーの流量、のうち少なくとも一つを測定することにより第１の当接面における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項２に係る工作機械は、請求項１に記載の工作機械において、エアー供給手段は、工具ホルダを保持部に装着が完了したときに、エアーを第１のエアー供給路を介して第１の当接面に向けて供給することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第１の当接面に向けてエアーを供給する時機として、工具ホルダを保持部へ装着が完了したときが好適である。これは、工具ホルダを保持部へ装着した後は続けてワークの加工を行うため、装着が完了した直後に第１の当接面に向けてエアーを供給しなければその時機を逸することがあるためである。

請求項３に係る工作機械は、請求項１又は２に記載の工作機械において、超音波センサは、工具ホルダを保持部に装着が完了したときに、第１の当接面から発生する超音波を測定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れに伴って発生する超音波を測定することにより、第１の当接面における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項４に係る工作機械は、請求項１又は２に記載の工作機械において、振動センサは、工具ホルダを保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着するときに、異物の押し潰されに伴って発生する工具ホルダや主軸部材の振動を測定することにより、第１の当接面における異物の挟み込みを判定することができる。さらに、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れに伴う工具ホルダや主軸部材の振動を測定することにより、第１の当接面における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項５に係る工作機械は、請求項１又は２に記載の工作機械において、アコースティックエミッションセンサは、工具ホルダを保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着するときに、異物の押し潰されに伴って発生するアコースティックエミッションを測定することにより、第１の当接面に異物を挟み込んだことを判定できる。さらに、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れによる工具ホルダや主軸部材の振動に伴って発生するアコースティックエミッションを測定することにより、第１の当接面における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項６に係る工作機械は、請求項１に記載の工作機械において、工具ホルダには、工具ホルダを保持部に装着したときに、主軸部材の端部表面と当接するつば状のフランジ部が形成され、工具ホルダを保持部に装着したときに、主軸部材の端部表面とフランジ部とが当接する第２の当接面に向けて、保持部を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第２のエアー供給路を、さらに備え、エアー供給手段は、所定のエアー圧力が与えられたエアーを第１及び第２のエアー供給路を介して第１及び第２の当接面に向けて供給し、測定手段は、工具ホルダ及び主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する振動センサ、第１及び第２の当接面の少なくとも一方の当接面から発生する超音波を測定する超音波センサ、第１及び第２の当接面の少なくとも一方の当接面から発生し、主軸部材を伝わ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、第１及び第２の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力を測定する圧力センサ、第１及び第２の当接面に向けて供給されたエアーの流量を測定する流量センサ、のうち少なくとも一つからなり、判定手段は、測定手段により得られた測定データに基づいて、第１及び第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、第１、第２の当接面から発生する超音波、工具ホルダ及び主軸部材の少なくとも一方の振動、主軸部材を伝わるアコースティックエミッション、第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーの圧力やエアーの流量、のうち少なくとも一つを測定することにより第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項７に係る工作機械は、請求項６に記載の工作機械において、エアー供給手段は、工具ホルダを保持部に装着が完了したときに、エアーを第１及び第２のエアー供給路を介して第１及び第２の当接面に向けて供給することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、第１及び第２の当接面に向けてエアーを供給する時機としては、工具ホルダを保持部へ装着が完了したときが好適である。これは、工具ホルダを保持部へ装着した後は続けてワークの加工を行うため、装着が完了した直後に第１及び第２の当接面に向けてエアーを供給しなければその時機を逸することがあるためである。

請求項８に係る工作機械は、請求項６又は７に記載の工作機械において、超音波センサは、工具ホルダを保持部に装着が完了したときに発生する超音波を測定することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れに伴って発生する超音波を測定することにより、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項９に記載の工作機械は、請求項６又は７に記載の工作機械において、振動センサは、工具ホルダを保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着するときに、異物の押し潰されに伴って発生する工具ホルダや主軸部材の振動を測定することにより、第１、第２の当接面における異物の挟み込こみを判定することができる。さらに、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れに伴う工具ホルダや主軸部材の振動を測定することにより、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項１０に係る工作機械は、請求項６又は７に記載の工作機械において、アコースティックエミッションセンサは、工具ホルダを保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、工具ホルダを保持部に装着するときに、異物の押し潰されに伴って発生するアコースティックエミッションを測定することにより、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することができる。さらに、工具ホルダを保持部に装着が完了したとき、エアー漏れによる工具ホルダや主軸部材の振動に伴って発生するアコースティックエミッションを測定することにより、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することができる。

請求項１１〜２０に係る発明は工作機械の異物挟み込み判定方法に関するものである。請求項１１〜２０に係る工作機械の異物挟み込み判定方法の効果は、それぞれ上述した請求項１〜１０に係る工作機械で得られる効果と同等であるため、その説明を省略する。

以下、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。

（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１００の概略を示す図面である。以下、本実施形態に係る工作機械１００について説明する。

工作機械１００は、主軸部材１０とこの主軸部材１０を回転させるためのモータ等の駆動機構（図示せず）とを備えており、主軸部材１０の先端には工具ホルダ１５を脱着可能に保持する保持部１６が形成されている。

工具ホルダ１５は、一端に工具ホルダ１５を保持部１６に引っ張り込むためのプルスタッド２６が設けられており、他端につば状に迫り出したフランジ部１９が形成されている。ワーク４０に対して加工を施す切削工具４３は工具ホルダ１５の他端側に装着されている。

工具ホルダ１５は、プルスタッド２６が設けられた一端側から保持穴１６ａに挿入され、保持部１６によって保持されている。

具体的には、保持部１６に装着された工具ホルダ１５には、引張装置１１（例えば、油圧式シリンダ装置）による数百キログラム重以上の引張圧力Ｐが加えられている。この引張圧力Ｐは工具ホルダ１５を保持穴１６ａに引っ張り込むように作用して、工具ホルダ１５が保持部１６と当接（以下、この当接面を第１の当接面と言う。）することで、工具ホルダ１５が保持部１６によって保持されている（いわゆる、１面拘束型の工具ホルダ）。

ところで、工具ホルダ１５の交換時において、工具ホルダ１５を挿入前端部より保持穴１６ａに挿入し、保持部１６で保持するときに、ワーク４０の加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物３０を第１の当接面に挟み込んでいると、保持部１６は工具ホルダ１５を正確な位置で保持できないことがある。

工具ホルダ１５が正確な位置で保持されていない状態で、工作機械１００を稼動させて工具ホルダ１５及び保持部１６が高速回転すると、工具ホルダ１５及び保持部１６は、本来の回転軸４１から振れて回転してしまうことがある。その結果、ワーク４０の加工精度に影響を及ぼすことになる。また、工具ホルダ１５を保持部１６に装着するときには、工具ホルダ１５に対して、引張装置１１により工具ホルダの一端に設けられたプルスタッド２６を介して、工具穴１６ａに引っ張り込む方向に数百キログラム以上の引張圧力Ｐを加えている。

このため、第１の当接面に異物３０を挟み込むと、工具ホルダ１５や保持部１６にキズや歪みが発生するおそれがある。すると、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、工作機械１００の稼働時に工具ホルダ１５及び保持部１６は本来の回転軸４１から振れて回転してしまうことがあり、その結果、ワーク４０の加工精度に影響を及ぼすことになる。したがって、ワーク４０に対する加工を行う前（工作機械１００の稼働前）に、第１の当接面における異物３０の挟み込みを判定することが重要である。

そこで、本実施形態に係る工作機械１００は、第１の当接面における異物３０の挟み込みを判定するために、第１の当接面にエアー供給する少なくとも一つの第１のエアー供給路１２と、エアー供給手段としてのエアー供給装置１３と、超音波センサ５０、アコースティックエミッション（以下、ＡＥと記す）センサ５１、圧力センサ５２、流量センサ５３、振動センサ５４の五つのセンサで構成された測定装置と、測定装置に接続された判定手段としての判定装置１４と、を備えている。

第１のエアー供給路１２は、その一部分が主軸部材１０内を貫通するように配設されている。第１のエアー供給路１２の一端はエアーを供給するエアー供給装置１３に接続されており、また、第１のエアー供給路１２の他端は第１の当接面に向けてエアーを供給できるように配設されている。

エアー供給装置１３は、所定のエアー圧力を与えたエアーを第１のエアー供給路１２を介して、第１の当接面に向けて供給するものである。第１の当接面に向けてエアーを供給する時機としては、工具ホルダ１５を保持部１６へ装着が完了したとき（工具ホルダ１５を交換したとき）が好適である。これは、工具ホルダ１５を保持部１６へ装着した後は、通常続けてワーク４０の加工を行うため、装着が完了した直後にエアーを供給しなければその時機を逸することがあるためである。

測定装置は、超音波センサ５０、アコースティックエミッション（以下、ＡＥと記す）センサ５１、圧力センサ５２、流量センサ５３、振動センサ５４の五つのセンサのうち少なくとも一つのセンサで構成することができるが、本実施形態に係る工作機械１００では、より正確に異物３０の挟み込みを判定するため、これら五つのセンサで測定装置を構成している。

工具ホルダ１５を保持部１６に装着が完了したときに第１の当接面に異物３０を挟み込んでいると、第１の当接面には隙間が形成される。すると、エアー供給装置１３により第１の当接面に向けて供給されたエアーは、この隙間から漏れることがある。第１の当接面に形成された隙間からエアーが漏れると、可聴帯域の漏音とともに超音波が発生する。そこで、エアー漏れに伴って発生する超音波を超音波センサ５０で測定する。

工具ホルダ１５を保持部１６に装着しているときに第１の当接面に異物３０が付着していると、異物３０は押し潰されて第１の当接面に挟み込まれることとなる。そして、異物３０が押し潰されるときには、圧壊音とともにＡＥが発生することがある。また、異物３０の押し潰されにより工具ホルダ１５や主軸部材１０に振動が発生することがある。そこで、異物３０の押し潰されによるＡＥをＡＥセンサ５１で、また、振動を振動センサ５４で測定する。

ところで、工具ホルダ１５の保持部１６への装着が完了したときに第１の当接面に異物３０を挟み込んでいると、第１の当接面に形成された隙間からエアーが漏れ、エアー漏れに伴って超音波が発生することは上述した通りであるが、さらに、この場合、発明者等の知見によると、エアー漏れによる工具ホルダ１５や主軸部材１０にわずかな振動が発生するとともに、この振動に伴ってＡＥが発生する。そこで、工具ホルダ１５の装着が完了したとき、第１の当接面に形成された隙間からのエアー漏れに伴って発生する振動、ＡＥを振動センサ５４、ＡＥセンサ５１で測定する。

工具ホルダ１５を保持部１６に装着が完了したときに第１の当接面に異物３０を挟み込んでいると、第１の当接面に向けて供給されたエアーは第１の当接面に生じた形成された隙間から漏れるため、エアー圧力は与えられた所定のエアー圧力より低下する。そこで、第１の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力の変化を圧力センサ５２により測定する。また、第１の当接面に向けて供給されたエアーが第１の当接面から漏れているとエアー流量は増加する。そこで、エアー流量の変化を流量センサ５３により測定する。

超音波センサ５０、ＡＥセンサ５１、振動センサ５４の設置にあたり、各センサがそれぞれ上記の超音波、ＡＥ、振動を測定することができれば、その設置場所が制限されることはない。本実施形態に係る工作機械１００では、主軸部材１０を支持するハウジング（図示せず）に超音波センサ５０、ＡＥセンサ５１、振動センサ５４を設置している。また、圧力センサ５２及び流量センサ５３についても、供給されるエアーのエアー圧力及びエアー流量を測定することができれば、その設置場所に制限はない。

五つのセンサ５０〜５４からなる測定装置は、判定装置１４に接続されており、各センサ５０〜５４の測定データに基づいて、判定装置１４は第１の当接面における異物３０の挟み込みを判定する。すなわち、各センサ５０〜５４が超音波、ＡＥ、振動、エアー圧力の低下、及びエアー流量の増加の少なくとも一つを測定すると、その測定データが判定装置１４に送信される。判定装置１４はその測定データに基づいて、第１の当接面における異物３０の挟み込みを判定する。

判定装置１４により第１の当接面に異物３０を挟み込んでいると判定された場合、異物３０を除去するために工作機械１００の稼働を一時停止する。そして、工具ホルダ１５を保持部１６から取り外し、工具ホルダ１５及び保持部１６の洗浄を行なう。なお、工具ホルダ１５及び保持部１６の洗浄は、高圧エアーの噴き付け、またはクーラント等による洗い流しが好適である。

これに対し、超音波、ＡＥ、振動が測定されず、さらに、第１の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力の低下やエアー流量の増加が測定されないとき、判定装置１４は第１の当接面に異物３０を挟み込んでいないと判定する。この場合、工作機械１００をそのまま稼動させればよい。

なお、図１では第１のエアー供給路１２が、一つだけ配設された状態を示している。しかしながら、第１のエアー供給路１２を複数本配設したり、あるいは、第１のエアー供給路１２を分枝して、第１の当接面にエアーを供給するための供給口を増やしてもよい。こうすることで、第１のエアー供給路１２を介してエアーを第１の当接面に向けて満遍なく行き渡らせることができるため、より正確な判定をすることができる。

以上、本実施形態における工作機械１００によれば、工具ホルダ１５と保持部１６とが当接する第１の当接面に切削屑や切粉等の異物３０を挟み込んだとしても、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、第１の当接面ににおける異物３０の挟み込みを判定することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る工作機械１１０について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る工作機械１１０の概略を示す図面である。

本実施形態に係る工作機械１１０は、工具ホルダ２５を保持部１６に装着したときに、工具ホルダ２５が保持部１６に対して第１の当接面で当接するとともに、工具ホルダ２５のつば状のフランジ部１９が主軸部材１０の端部表面に当接（以下、この当接面を第２の当接面という）する、いわゆる２面拘束型の工具ホルダ２５を使用した例である。

２面拘束型の工具ホルダ２５は、引張装置１１（例えば、油圧式シリンダ）が工具ホルダ２５の一端に設けられたプルスタッド２６を介して、工具ホルダ２５を保持穴１６ａに引っ張り込む方向に、数百キログラム重以上の引張圧力Ｐが加えられると、工具ホルダ２５と保持部１６とが第１の当接面で当接するだけでなく、第２の当接面でも当接して保持される。

本実施形態に係る工作機械１１０のように、２面拘束型の工具ホルダ２５を使用した場合、ワーク４０に対する加工を行う前に、第１の当接面に異物３０を挟み込んだことを判定するだけでなく、第２の当接面に異物３０を挟み込んだことを判定することも重要である。そこで、本実施形態における工作機械１１０は、第１の当接面に向けてエアーを供給する少なくとも一つの第１のエアー供給路１２と、第２の当接面に向けてエアーを供給する少なくとも一つの第２のエアー供給路１７とを備えている。

本実施形態に係る工作機械１１０では、第２のエアー供給路１７は、図２に示すように、第１のエアー供給路１２から分枝するように配設されている。すなわち、第２のエアー供給路１２の一端は第１のエアー供給路１２に接続され、第２のエアー供給路１７の他端は第２の当接面に向けて配設されている。

エアー供給装置１３は、所定のエアー圧力を与えたエアーを第１、第２のエアー供給路１２、１７を介して、第１、第２の当接面に向けて供給する。第１、第２の当接面に向けてエアーを供給する時機としては、工具ホルダ１５を保持部１６へ装着が完了したとき（工具ホルダ１５を交換したとき）が好適である。これは、工具ホルダ１５を保持部１６へ装着した後は、通常続けてワーク４０の加工を行うため、装着が完了した直後にエアーを供給しなければその時機を逸することがあるためである。

工具ホルダ１５を保持部１６に装着が完了したときに、第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０を挟み込んでいると、その当接面には隙間が形成される。すると、エアー供給装置１３により第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーは、この隙間から漏れることがある。第１、第２の当接面の少なくとも一方に形成された隙間からエアーが漏れると、可聴帯域の漏音とともに超音波が発生するため、このエアー漏れに伴って発生する超音波を超音波センサ５０により測定する。

工具ホルダ１５を保持部１６に装着しているときに第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０が付着していると、異物３０は押し潰されて当接面に挟み込まれることとなる。そして、異物３０が押し潰されるときには、圧壊音とともにＡＥが発生する。また、異物３０の押し潰されにより工具ホルダ１５や主軸部材１０に振動が発生することがある。そこで、異物３０の押し潰されによるＡＥをＡＥセンサ５１で、また、振動を振動センサ５４で測定する。

ところで、工具ホルダ１５の保持部１６への装着が完了したときに第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０を挟み込んでいると、その当接面に形成された隙間からエアーが漏れ、エアー漏れに伴って超音波が発生することは上述した通りであるが、さらに、この場合、発明者等の知見によると、エアー漏れにより工具ホルダ１５や主軸部材１０にわずかな振動が発生するとともに、この振動に伴ってＡＥが発生する。そこで、工具ホルダ１５の装着が完了したとき、当接面に形成された隙間からのエアー漏れに伴って発生する振動、及びＡＥを振動センサ５４、ＡＥセンサ５１で測定する。

第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０を挟み込んでいると、第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーは異物３０を挟み込んだ当接面に形成された隙間から漏れるため、エアー圧力は与えられた所定のエアー圧力より低下する。そこで、第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力の変化を圧力センサ５２により測定する。また、第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーが第１、第２の当接面の少なくとも一方からエアーが漏れているとエアー流量は増加する。そこで、エアー流量の変化を流量センサ５３により測定する。

超音波センサ５０、ＡＥセンサ５１、振動センサ５４の設置にあたり、各センサがそれぞれ上記の超音波、ＡＥ、振動を測定することができれば、その設置場所が制限されることはない。本実施形態に係る工作機械１１０では、主軸部材１０を支持するハウジング（図示せず）に超音波センサ５０、ＡＥセンサ５１、振動センサ５４を設置している。また、圧力センサ５２及び流量センサ５３についても、供給されるエアーのエアー圧力及びエアー流量を測定することができれば、その設置場所に制限はない。

五つのセンサ５０〜５４からなる測定装置は、判定装置１４に接続されており、各センサ５０〜５４の測定データに基づいて、判定装置１４は第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０を挟み込んだことを判定する。すなわち、各センサ５０〜５４が超音波、ＡＥ、振動、エアー圧力の低下、及びエアー流量の増加の少なくとも一つを測定すると、その測定データが判定装置１４に送信される。判定装置１４はその測定データに基づいて、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物３０の挟み込みを判定する。

判定装置１４により第１、第２の当接面の少なくとも一方に異物３０を挟み込んでいると判定された場合、異物３０を除去するために工作機械１００の稼働を一時停止する。そして、工具ホルダ１５を保持部１６から取り外し、工具ホルダ１５及び保持部１６の洗浄を行なう。なお、工具ホルダ１５及び保持部１６の洗浄は、高圧エアーの噴き付け、またはクーラント等による洗い流しが好適である。

これに対し、超音波、ＡＥ、振動が測定されず、さらに、第１、第２の当接面に向けて供給されたエアーのエアー圧力の低下やエアー流量の増加が測定されないとき、判定装置１４は第１、第２の当接面に異物３０を挟み込んでいないと判定する。この場合、工作機械１００をそのまま稼動させればよい。

なお、第２のエアー供給路１７は、図２に示すように第１のエアー供給路１２から分枝するように配設するだけでなく、第１のエアー供給路１２とは独立して配設するようにしてもよい。すなわち、第２のエアー供給路の一端をエアー供給装置１３に接続してもよい。この場合においても、第２のエアー供給路１７は、第１のエアー供給路１２と同様に、その一部が主軸部材１０を貫通するように配設される。

また、図２では、第１、第２のエアー供給路１２、１７がそれぞれ一つずつ配設された例を示している。しかしながら、第１、第２のエアー供給路１２、１７をその経路途中で分枝して、第１、第２の当接面にエアーを供給するための供給口を増やしてもよい。こうすることで、エアーを第１、第２のエアー供給路１２、１７を介して第１、第２の当接面に向けて満遍なく行き渡らせることができるため、より正確な判定をすることができる。

以上、本実施形態における工作機械１１０によれば、工具ホルダ１５と保持部１６とが当接する第１、第２の当接面のいずれか一方に切削屑や切粉等の異物３０を挟み込んだとしても、工作機械１１０の発熱や切粉堆積等の影響を受けることなく、第１、第２の当接面の少なくとも一方における異物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。

本発明の第１の実施形態に係る工作機械の概略図。 本発明の第２の実施形態に係る工作機械の概略図。 従来の工作機械の概略図であり、（ａ）は異物検出のためのリニアスケールを設置した図、（ｂ）は異物検出のためのギャップセンサを設置した図。

符号の説明

１０・・・主軸部材、１１・・・引張装置、１２・・・第１のエアー供給路、１３・・・エアー供給装置、１４・・・判定装置、１５・・・工具ホルダ、１６・・・保持部、１７・・・第２のエアー供給路、１８・・・駆動モータ、１９・・・フランジ部、５０・・・超音波センサ、５１・・・ＡＥセンサ、５２・・・圧力センサ、５３・・・流量センサ、５４・・・振動センサ

Claims (20)

1. 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、前記工具ホルダを脱着可能に保持する保持部と、備える工作機械であって、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着したときに、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する第１の当接面に向けて前記保持部を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第１のエアー供給路と、
   エアーに所定のエアー圧力を与え、当該エアーを前記第１のエアー供給路を介して前記第１の当接面に向けて供給するエアー供給手段と、
   前記第１の当接面から発生する超音波を測定する超音波センサ、
   前記工具ホルダ及び前記主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する振動センサ、
   前記第１の当接面から発生し、前記主軸部材を伝わ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、
   前記第１の当接面に向けて供給された前記エアーのエアー圧力を測定する圧力センサ、
   前記第１の当接面に向けて供給された前記エアーの流量を測定する流量センサ、のうち少なくとも一つからなる測定手段と、
   前記測定手段に接続され、前記測定手段により得られた測定データに基づいて、前記第１の当接面における異物の挟み込みを判定する判定手段と、を備えること特徴とする工作機械。
2. 前記エアー供給手段は、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに、前記エアーを前記第１のエアー供給路を介して前記第１の当接面に向けて供給することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記超音波センサは、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに発生する超音波を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記振動センサは、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
5. 前記アコースティックエミッションセンサは、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
6. 前記工具ホルダには、前記工具ホルダを前記保持部に装着したときに、前記主軸部材の端部表面と当接するつば状のフランジ部が形成され、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着したときに、前記主軸部材の端部表面と前記フランジ部とが当接する第２の当接面に向けて、前記保持部を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第２のエアー供給路を、さらに備え、
   前記エアー供給手段は、
   前記所定のエアー圧力が与えられた前記エアーを前記第１及び第２のエアー供給路を介して前記第１及び第２の当接面に向けて供給し、
   前記測定手段は、
   前記工具ホルダ及び前記主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する振動センサ、
   前記第１及び第２の当接面の少なくとも一方の当接面から発生する超音波を測定する超音波センサ、
   前記第１及び第２の当接面の少なくとも一方の当接面から発生し、前記主軸部材を伝わ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、
   前記第１及び第２の当接面に向けて供給された前記エアーのエアー圧力を測定する圧力センサ、
   前記第１及び第２の当接面に向けて供給された前記エアーの流量を測定する流量センサ、のうち少なくとも一つからなり、
   前記判定手段は、
   前記測定手段により得られた測定データに基づいて、前記第１及び第２の当接面の少なくとも一方における異物の挟み込みを判定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
7. 前記エアー供給手段は、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに、前記エアーを前記第１及び第２のエアー供給路を介して前記第１及び第２の当接面に向けて供給することを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
8. 前記超音波センサは、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに発生する超音波を測定することを特徴とする請求項６又は７に記載の工作機械。
9. 前記振動センサは、
   前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする請求項６又は７に記載の工作機械。
10. 前記アコースティックエミッションセンサは、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする請求項６又は７に記載の工作機械。
11. 切削工具が装着された工具ホルダを主軸部材の先端に形成された保持部に装着したときに、前記工具ホルダと前記保持部とが当接する第１の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、
    前記第１の当接面に向けて配設された少なくとも一つの第１のエアー供給路を介して、エアー供給手段による所定のエアー圧力が与えられたエアーを前記第１の当接面に向けて供給するエアー供給工程と、
    前記第１の当接面から発生する超音波を測定する工程、
    前記工具ホルダ及び前記主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する工程、
    前記第１の当接面から発生し、前記主軸部材を伝わるアコースティックエミッションを測定する工程、
    前記第１の当接面に向けて供給された前記エアーのエアー圧力を測定する工程、
    前記第１の当接面に向けて供給された前記エアーの流量を測定する工程、のうち少なくとも一つからなる測定工程と、
    前記測定工程で得られた測定データに基づいて、前記第１の当接面における異物の挟み込みを判定する判定工程と、を備えることを特徴とする工作機械の異物挟み込み判定方法。
12. 前記エアー供給工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに、前記エアーを前記第１のエアー供給路を介して前記第１の当接面に向けて供給することを特徴とする請求項１１に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
13. 前記超音波を測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに発生する超音波を測定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
14. 前記振動を測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
15. 前記アコースティックエミッションを測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
16. 前記工具ホルダには、前記工具ホルダを前記保持部に装着したときに前記主軸部材の端部表面と当接するつば状のフランジ部が形成され、
    前記主軸部材の端部表面と前記フランジ部とが当接する第２の当接面に向けて、前記保持部を貫通するようにして配設された少なくとも一つの第２のエアー供給路が形成され、
    前記エアー供給工程は、
    前記所定のエアー圧力が与えられた前記エアーを前記第１及び第２のエアー供給路を介して前記第１及び第２の当接面に向けて供給し、
    前記測定工程は、
    前記工具ホルダ及び前記主軸部材の少なくとも一方の振動を測定する工程、
    前記第１及び第２の当接面から発生する超音波を測定する工程、
    前記第１及び第２の当接面から発生し、前記主軸部材を伝わるアコースティックエミッションを測定する工程、
    前記第１及び第２の当接面に向けて供給された前記エアーのエアー圧力を測定する工程、
    前記第１及び第２の当接面に向けて供給された前記エアーの流量を測定する工程、のうち少なくとも一つからなり、
    前記判定工程は、
    前記測定工程で得られた測定データに基づいて、前記第１及び第２の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請求項１１に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
17. 前記エアー供給工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに、前記エアーを前記第１及び第２のエアー供給路を介して前記第１及び第２の当接面に向けて供給することを特徴とする請求項１６に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
18. 前記超音波を測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着が完了したときに発生する超音波を測定することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
19. 前記振動を測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生する振動を測定することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。
20. 前記アコースティックエミッションを測定する工程は、
    前記工具ホルダを前記保持部に装着しているとき、又は装着が完了したときに発生するアコースティックエミッションを測定することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法。

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