JP2012160180A - 衝突監視装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突監視装置を備えた、工作物を機械加工する数値制御工作機械。
【解決手段】衝突監視装置２００は、工作機械の機械部品に搭載される衝突センサ２１０、衝突センサ２１０に検出される計測値が衝突制限値を超えると工作機械の機械部品の衝突を検知する衝突検知手段２２０、および衝突検知手段２２０が衝突を検知すると工作機械の少なくとも１つの加工スピンドルおよび送り軸X，Y，Zを停止する停止信号を出力する信号出力手段２３０を備える。発明に係る工作機械は工作機械における衝突制限値を決定する装置２４０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工スピンドル、少なくとも１つの送り軸および工作機械上の衝突監視装置を備えた、工作物を機械加工する数値制御工作機械に関する。衝突監視装置は、工作機械の機械部品に搭載された衝突センサと、衝突センサにより検出された測定値が衝突制限値を超えたとき、工作機械の機械部品の衝突を検知する衝突検知手段と、衝突検知手段が衝突を検知したとき、工作機械の少なくとも１つの加工スピンドルおよび少なくとも１つの送り軸を停止する停止信号を出力する信号出力手段とを備える。

従来技術において、工作物を機械加工する数値制御工作機械において衝突を監視する一般的な装置が周知である。当該装置は、衝突監視ユニットの衝突センサにより検出された測定値が衝突制限値を超えたとき（例えば、工作機械上での衝突の際、または工作物が勢いよく機械加工されすぎた際）、工作機械の機械部品の衝突を検知する衝突監視ユニットと、衝突監視ユニットが衝突を検知したときに、工作機械の少なくとも１つの加工ピンドルおよび少なくとも１つの送り軸を停止する停止ユニットとを備える。

一般にこのような装置は、例えばクリップゲージなどの衝突センサを備え、当該衝突センサは、例えば工作機械のミリングヘッド上など、工作機械の加工スピンドルのすぐ近傍に搭載され得る。衝突監視ユニットは、衝突センサの測定値が決定された衝突制限値を超えたとき、信号入力を介して衝突センサの測定信号を受け取り、検知するように構成される。

この場合、従来技術の衝突制限値は、製造業者によって例えば２０ｇ（ｇは重力加速度を示す）といった値に予め決められており、工作機械の操作者、あるいは、数値制御工作機械の制御データのプログラマによって変更されることができない。

衝突センサの測定値が所定の衝突制限値を超えたと衝突監視ユニットが検知してからすぐに、機械制御すなわちプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）を介して、工作機械において最初のシャットダウンが実行される。このシャットダウンにおいて、検知された衝突による工作機械の損傷を防ぐか少なくとも減少できるように、工作機械の加工スピンドルの駆動部および送り軸の駆動部が停止される。衝突監視ユニットによる衝突検知において、例えば、プログラマブル論理制御装置を介して、工作機械の緊急停止を動作させること、または、衝突センサの測定値が決定された衝突制限値を超えたと衝突監視ユニットが検出してからすぐに、少なくとも加工スピンドルおよび送り軸の早急な停止を開始することができる。この場合、特に、工作機械のサーボラグが限界値を超えると、機械制御で検知される前、および、工作機械の機械部品の変形が生じる前に、加工スピンドルおよび送り軸の駆動は停止され、かつ、できるだけ最大の加速度で速度を落とされる。

この場合、決定された衝突制限値は、上述のように、製造業者によって特定の最大加速度値に固定して設定され、加工スピンドルおよび送り軸の駆動部のシャットダウン、および、工作機械の緊急停止が、製造業者によって予め決められた衝突制限値に応じた衝突検知手段により、機械加工とは独立してそれぞれ作動される。

従来技術で周知の数値制御工作機械の衝突監視装置に関して、衝突の際に、より効率的で安全な方法で工作機械の損傷を回避できるように、効率的で安全で高速な工作機械の機械部品の衝突検知を可能にし、その後、工作機械のスピンドルおよび送り軸の安全で高速なシャットダウンおよび停止を可能にする、工作機械の衝突監視装置を備えた工作機械を提供することが本発明の目的である。

特に、衝突の際に、より効率的で安全な方法で工作機械の損傷を回避できるように、機械加工に応じて工作機械のスピンドルおよび送り軸をシャットダウンまたは停止できるような衝突監視装置を有する工作機械を提供することが、本発明のさらなる目的である。

本発明の上記目的を達成するために、請求項１に係る工作機械を提案する。従属項は、本発明の好適な構造および典型的な実施形態に関する。

本発明によれば、加工スピンドル、少なくとも１つの送り軸および工作機械上での衝突監視装置を備えた、工作物を機械加工する数値制御工作機械が提案される。ここで衝突監視装置は、工作機械の機械部品に搭載された衝突センサと、衝突センサにより検出された測定値が衝突制限値を超えたら、工作機械の機械部品の衝突を検知する衝突検知手段と、衝突検知手段が衝突を検知したら、少なくとも１つの加工スピンドル（工具を切り離すために送り軸の停止後の遅延を随意に伴い）および／または少なくとも１つの工作機械の送り軸を停止するための停止信号を出力する信号出力手段とを備える。

本発明は、工作機械がさらに、工作機械において１つ以上の衝突制限値を決定する（定める）ための装置を備える事実を特徴とする。このようにして、装置は、有利な方法で、工作機械における工作物の機械加工または機械加工プロセスに応じて、工作機械上で直接１つ以上の衝突制限値を設定、予めの決定、または、決定あるいは確立を可能にする。

このようにして、本発明において、工作機械における衝突検知、および、その後の工作機械の加工スピンドルおよび／または１つ以上の送り軸の停止は、一般に製造業者により予め設定され、機械加工プロセスから独立した設定不可能な衝突制限値に基づいて実行されるのではなく、本発明が、有利な方法で、各機械加工プロセスに最適となるよう、工作機械において衝突検知に直接使用される衝突制限値を可変に設定することを可能にするようにして実行される。

その結果として、本発明は、工作物の機械加工の間有効な衝突制限値の、例えば工作物や工具の材料、使用工具のタイプ（例えば異なる直径を有する穴あけ工具、異なる直径および／または異なる刃先の数を有するフライス工具、計測センサなど）など機械加工プロセス固有の性質への可変な適合、機械加工の種類（例えば、仕上げ削り、平滑化または計測センサによるただのスキャニングさえも）への可変な適合、または、工作機械における工作物の機械加工の間の個々の機械加工ステップまたは切断動作への可変な適合さえも可能にする。このようにして、本発明は、工作機械の衝突検知を各加工プロセスの条件に適合させることができる。

本発明によれば特に、異なる工作物の製造の間の機械加工段階に対して、そしてまた、種々の最大負荷が発生する工作物の機械加工の間の個々の機械加工段階においても、衝突監視装置の衝突検知が個々の機械加工段階および条件のそれぞれに対して最適となるように、有利な方法で各機械加工段階に適合した衝突制限値を設定することができる。このようにして、本発明は、有利に、工作機械における衝突検知を機械加工プロセスに応じて各条件に適合させ、異なる機械加工作業および機械加工段階に対して可変に最適化させることができる。

したがって、本発明にしたがって、および、機械加工に応じて、衝突制限値を最適となるように設定することが動的に可能になるが、高速で信頼性のある衝突検知は別として、衝突監視装置によって有利なプロセス監視をさらに実行することが可能になる。なぜなら、低く設定された衝突制限値は、「実際の」衝突を検知するだけでなく、安全上の理由および機械を保護するために、できるだけ迅速な機械停止を動作させる必要がある場合に、低負荷で発生する他の軽い機械損傷の事象を検知することができ、低負荷の場合にも使用者に警告し、または、機械停止を動作させることができるようにすべきだからである。

例えば、機械加工に応じて（特に工具および／または切り離しに応じて）、例えば、サンプル機械加工または参考機械加工で（例えば工具および／または切り離しに応じて）、通常の発生負荷が動的に検知される教示機能（ティーチイン機能または学習機能）の手段により、衝突制限値を設定することが可能である。その後、工具依存および／または切り離し依存の衝突制限値がそれぞれ、実際の機械加工の異なる機械加工段階に対して、参考機械加工を基に設定され、各制限値は教示経過で検出された負荷よりも若干の（随意に選択可能な）許容値だけ超えた状態である。その結果として、教示経過で検出された負荷よりも若干の負荷の超過で、使用者に警告すること、および／または、自動的に反応を動作させることが可能になる。その反応は、例えば、機械停止、または、スピンドルのさらなる作動の場合（例えば、動作された軸駆動停止の際にスピンドル停止の前に工具を切り離すための切り離し機能として）の少なくとも１つの軸駆動の停止である。このようにして、本発明は、衝突を検知するためだけではなく、追加としてまたはその代わりとして、最適化されたプロセス監視でわずかに過剰な負荷や、例えば工具の破損発生などの過負荷を検出するために使用される。

この場合、工作物の機械加工に基づいて工作機械に設定可能な衝突制限値の決定は、次の方法で工作機械に直接、有利に実行される。その方法は、例えば、工作機械の操作者が衝突監視装置の入力手段を介して手入力する方法、工作機械の機械制御または数値制御のプログラミング中の記述による方法（例えば、NCプログラムをプログラミングするとき）、または、電気的インターフェース（例えば、バスシステムまたはフィールドバスシステムを介して、および、それぞれ類似したインターフェース）の手段による制御可能な値指定による方法である。

その結果として、発明によれば、機械加工プロセス依存のシャットダウンや、工作機械のスピンドルおよび／または送り軸の停止を可能にし、より効果的で安全な方法で、衝突の際の工作機械の損傷を回避することができる衝突監視装置を備えた工作機械が提供される。このようにして、本発明は、工作機械において、機械加工プロセスに依存して可変な衝突損傷保護を、高速な反応で可能にする。

好ましくは、工作機械において衝突制限値を決定する装置は、機械加工が作動中に、工作機械で衝突制限値を変更できるように構成される。この構成は、後続の機械加工プロセスに対して工作機械に直接設定されるだけでなく、機械加工がまだ継続している間に機械加工の仕様書に直接適合され、最適化されるように設定できる利点を有する。

好ましくは、工作機械において衝突制限値を決定する装置は、工作機械の操作者により衝突制限値を設定する設定手段を備える。これにより、工作機械にそれぞれ直接に、必要であれば機械加工中に、操作者が衝突制限値を手入力で設定したり、手入力で機械加工の仕様書に適合させたりすることが可能となる。

好ましくは、工作機械において衝突制限値を決定する装置は、衝突制限値を最大衝突制限値以下の範囲で設定できるように、特に製造業者によって予め決められた衝突制限値以下の範囲で設定できるように構成される。このようにして、衝突をもはや確実に検知できないほど高く衝突制限値を設定できないことが、有利な方法で保証される。さらに、工具破損、弱い衝撃または破壊、あるいは衝突の場合に、機械加工のために工作機械のシャットダウンが達成されるように、機械加工の仕様書に対して、個々の衝突制限値を予め決められた衝突制限値以下に設定することが可能になる。例えば、衝突制限値は、絶対値として、または、予め決められた最大限に設定可能な衝突制限値に対する相対値（例えば、予め決められた衝突制限値に対して割合を表示することにより）として決定され、または、設定される。

これによりさらに、例えば、プロセス監視で検知される工具破損、弱い衝撃、アンバランスまたはベアリング損傷による実際の衝突と過負荷の区別をつけることが可能になる。例えば、衝突監視装置は、衝突センサによって検出された値が過負荷を検知するために設定された衝突制限値を超えるかどうか、および、衝突センサによって検出された値が機械の即時停止が必要な実際の衝突を検知するための最大衝突制限値を超えるかどうかを監視するように構成されるプロセス監視装置として形成される。

この目的を達成するために、センサにより検出された値が最大衝突制限値を超えたときに、すべての軸駆動およびスピンドルの停止を含む完全な機械停止が作動されるようなプロセス監視装置を適用し、センサにより検出された値が、低く設定された衝突制限値を超えたときに別な反応を作動させることがさらに可能である。センサにより検出された値が、低く設定された衝突制限値を超えた場合に対する応答として、もちろん完全な機械停止の動作開始を提供することが可能であるが、単に使用者に対して警告を出力して、どの応答が必要か自分自身で決定することも可能であり、また１つ以上の送り軸駆動の即時停止を動作させるが、スピンドル駆動は停止させないか、すぐには切り離し動作が停止されずに工具が工作物内で切り離され、押しつぶされないように、少なくともスピンドル駆動を遅延して停止させる（これにより停止後の機械の起動が容易になり、不必要な工具および工作物の損傷を回避できる）、切り離し機能を提供することも可能である。好ましくは、操作者が、プロセス監視装置で、センサ値が設定衝突制限値を超えた場合に、および場合によりセンサ値が最大衝突制限値を超えた場合にもまた、どの応答を機械で動作させるか設定することができる。

さらに、最大制限値以下の複数の制限値を設定することができ、２つの制限値の間の各範囲に対して異なる応答を設定することができる。設定可能な応答を次に示す。光ディスプレイおよび／または音の警告信号による使用者に対する単なる警告。搬送停止（工作機械の軸駆動の送りを停止する一方で、スピンドル駆動が動作し続ける）または遅延したスピンドル停止を伴う搬送停止（工作物内で工具を切り離せるように、工作機械の軸駆動の送りを停止する一方で、スピンドル駆動がわずかに動作し続け、スピンドル駆動が遅延して停止される）。自動工具交換（例えば、制限値の超過が工具破損を示唆するとき）。さらなる制動手段の使用による軸およびスピンドルの高速停止。他の実施形態において、最大衝突制限値もまた設定可能である。

好ましくは、工作機械において衝突制限値を決定する装置は、衝突制限値が工作物を機械加工するために使用される工具に基づいて設定されるように構成される。このようにして、本発明の特に好ましい実施形態に係る衝突制限値は、工作物を機械加工するために使用される工具に基づいて設定される。すなわち、好ましくは、衝突制限値は、工具に基づいて設定可能な衝突制限値により、工作機械における工作物の機械加工に基づいて設定可能である。

これは、異なる工具を使用した工作物の機械加工全体に対して１つの予め決められた衝突制限値を使用する必要がないが、工具依存の衝突制限値のそれぞれが、異なる工具を使用して実行される異なる機械加工段階に対して設定できる利点を有する。工具に依存して設定される衝突制限値のそれぞれは、各工具の性質に直接適合される。

この場合、例えば、工作機械における異なる工具が、厳しすぎる機械加工運転、衝撃および衝突に対して、感度の程度を変えながら反応することが有利な方法で考慮される。例えば、大きな直径を有する穴あけ工具およびフライス工具は、硬い機械加工、弱い衝撃または衝突の場合に損傷を受けないかわずかのみである一方で、工作機械で使用される小さな直径を有する工具や計測センサは、弱い衝撃や衝突の場合に大きな損傷を受けると考えられる。例えば、計測センサは、フライス工具や穴あけ工具よりも特に本質的に大きな感度を有する。さらに、穴あけ工具は、フライス工具よりも横の衝撃に対して頑丈ではない。こうして、工具依存の衝突制限値を設定可能な発明の有利な構造は、使用される工具およびそれらの感度を考慮した衝突検知を可能にし、その後のスピンドルおよび送り軸駆動部の高速な停止を可能にする。

特に、この工具依存の衝突制限値が設定可能な発明の有利な構造により、より高感度な工具が使用されるときに、低い衝突制限値が設定されることが有利な方法で可能になり、弱い衝突の場合でも制限値が超えられ、スピンドルおよび送り軸駆動部の停止が開始される。このようにして、衝突または、硬すぎる機械加工の場合の衝突による機械工具への損傷は、より効率的かつ安全に回避される。

特に、異なる工具を使用した異なる機械加工段階での工具依存の衝突制限値の設定により、現在使用されている工具で工作物が機械加工されるときの予期される最大負荷に衝突検知を適合することが可能になる。ここで、その後に加工スピンドルおよび送り軸の停止が続く衝突検知は、現在使用されている工具で予期される最大負荷をわずかに超える場合を保証する。

好ましくは、工作機械における衝突制限値を決定する装置は、交換された工具に基づいて工作機械において工具が交換されたときに、衝突制限値が工作機械の操作者によって設定されるように構成される。これにより、操作者が設定すべき衝突制限値を手入力で設定でき、機械加工中に、現在の機械加工状況に手動で直接衝突制限値を随意に適合させられる利点がある。

好ましくは、衝突監視装置は、複数の工具に対する工具依存の衝突制限値を示す衝突制限値データを記憶するための衝突制限値データ記憶手段を備える。このようにして、異なる工具に対する工具依存の衝突制限値が衝突制限値データで予め規定され、記憶された衝突制限値による仕様書に基づいた工具依存の衝突制限値の設定が自動化され、また工具に基づいた手動設定のために、工具依存の記憶された衝突制限値に基づいて、提案された値が操作者に示されることができる利点を有する。

好ましくは、衝突制限値を決定する装置は、工作機械において工具が交換された場合に、工具交換のための制限値データに規定された衝突制限値に基づいて、衝突制限値を自動的に設定するように構成される。これにより、工具特有または工具依存の衝突制限値が衝突制限値データ内で規定され、予め設定または決定された衝突制限値が、工作機械で工具が交換されたときに、例えば自動工具交換装置により、交換される工具のための衝突制限値データに記憶された衝突制限値に自動的に設定される利点を有する。

好ましくは、工具交換の際に衝突制限値が自動的に設定または決定されるとき、衝突制限値を決定する装置は、もし交換された工具に対する衝突制限値が衝突制限値データに規定または記憶されていなければ、工作機械の工具交換の際に衝突制限値を予め決められた最大衝突制限値に設定するように構成される。このようにして、上記発明の実施形態において、たとえ工具特有の衝突制限値が、交換される工具に対する衝突制限値データ内に示されていなくても、安全な衝突制限値を有利に設定することができる。

上述した、すでに預けられた工具依存の衝突制限値に基づく、交換された工具に対する工作機械における工具交換の際の工具依存の衝突制限値の自動設定の代わりになる別の方法としては、工作機械の操作者が、次の工具交換まで、工具交換の際に入力手段による手動制御を介して、交換された工具に対する工具依存の衝突制限値を設定または示すことが提供される。もし操作者が衝突制限値を規定せず、交換された工具に対する衝突制限値データが存在しなければ、予め決められた最大衝突制限値が好適に再設定される。

好ましくは、衝突制限値を決定する装置は、制御データに基づいて、特に工作機械において工作物の機械加工が数値制御されるNCプログラムに基づいて、衝突制限値を決定するように構成され、制御データは、好ましくは、工作物の機械加工の間、１つ以上の機械加工ステップに対して設定される少なくとも１つの衝突制限値を示す。

好ましくは、制御データおよびNCプログラムはそれぞれ、工作物の機械工の間の１つ以上の機械加工ステップに対する少なくとも１つの衝突制限値を示す。このようにして、衝突制限値は、衝突制限値が１つ以上の機械加工ステップに対して制御データおよびNCプログラムそれぞれの仕様書によって直接設定されるという事実により、機械加工または機械加工プロセスに基づいて設定される。例えば、制御データは、前もってプログラムされた、あるいは自動的に生成されたNCプログラムの形である。NCプログラムは、機械加工中の２つの機械加工ステップの間の所定の時点で、機械加工ステップに基づき、衝突制限値をNCプログラムで規定された値に設定または再設定するプログラムコマンドで形成される。このようにして、制御データで自動的に規定され、機械加工中の第２機械加工ステップでの衝突制限値が、第１機械加工ステップでの値と異な値に固定または設定される。

制御データまたはNCプログラムで設定される衝突制限値の仕様書は、例えば、工具を変更するための制御データで数値コマンドを使用して新たに設定すべき衝突制限値を示すことにより、工具に基づき、および／または、プロセスの種類（例えば、荒削り、仕上げ削り、平滑化、計測センサを使用したスキャニングによるスキャニング操作）に基づき作られる。すなわち、例えば、制御データに示された、工作機械における１つ以上の送り軸の送り速度に基づき、および／または、制御データに示された、スピンドル性能速度またはスピンドル回転速度に基づき作られる。

さらに、発明のこの構造により、工作物の機械加工に間接的に関連づけられる特別な工作機械機能に対して設定される、例えば工具交換やパレット交換の間の期間に設定される衝突制限値などの、特定の衝突制限値を規定することが可能になる。

制御データに設定される衝突制限値により、有利な方法で、個々の機械加工ステップに対して、例えば、個々の切断動作に対して、または、個々の切断動作の間または機械加工ステップの間の送り軸の高速移動に対してもまた、機械加工固有の衝突制限値を設定することが可能になる。

好ましくは、衝突制限値を決定する装置は、衝突センサによって第１機械加工期間の間に検出された最大計測値に基づき、第２機械加工期間に対して衝突制限値を設定するように構成される。ここで、機械加工期間は、工作物の機械加工全体、NCプログラムまたはNCプログラムの１つ以上のプログラムセクションにしたがった機械加工、工作物の部分的な機械加工、工作物の機械加工の間の１つ以上の機械加工ステップ、および、特定の工具を使用した個々の機械加工段階などに対応する。

これにより、特に有利で単純な方法で、工作物の機械加工の間に、前の同様なまたは同等の機械加工段階の通常の機械加工で発生する最大負荷に基づいて、固有の機械加工段階（例えば、個々の切断動作および／または機械加工ステップ）に最適に適合された衝突制限値を自動的に設定することが可能になる。

例えば、有利な方法で、工作機械における制御データ（例えばNCプログラム）に基づいて、まず工作物の参考機械加工を実施して、第２工作物が、同じ制御データ（例えば同じNCプログラムの手段により）に基づいて、類似的に機械工されることが可能になる。第２工作物が機械加工されるとき、または、第２工作物が機械加工される際の個々の機械加工ステップにおいて、第１工作物の機械加工の間、および、参考機械加工（教示機能またはティーチイン機能）の間に第１工作物が機械加工される際の対応する個々の機械加工ステップにおける最大負荷に基づいて、衝突制限値を設定することができる。これにより、実際の衝突だけでなく、機械加工ステップに応じた過負荷も検出される優れたプロセス監視が可能になる。この過負荷は、参考機械加工の対応する機械加工ステップで検出された最大負荷をわずかだけ超えるものである。このようにして、例えば、機械加工ステップでの工具破損、または、検出された工具摩耗のために必要であれば、工具交換を自動的に開始するために、工具摩耗の場合のわずかな過負荷さえも検出することが有利に可能になる。

好ましくは、第２機械加工期間に対する衝突制限値は、第１機械加工期間の間に衝突センサによって検出される最大計測値と、許容値との合計として設定される。これにより、前回の最大負荷に基づいて特に単純な方法で、衝突制限値を設定することが可能になり、追加の許容値のために、小さくて通常発生する機械加工期間の負荷の変動の場合の、スピンドルや送り軸の望まれていない停止を回避できる。このようにして、一方では、先行する機械加工段階に基づく高速、安全かつ効率的な衝突検知のための、最適な機械加工プロセス固有の衝突制限値が、許容される計測値の変動のために不必要な機械加工の中断時間を発生させることなく設定される。この場合、許容値は、絶対的な許容値を追加するものであってもよいし、相対的な許容値を追加するものであってもよい（例えば、第１機械加工期間の間に検出される最大衝突センサ計測値の１０％や５％）。

好ましくは、工作機械は、衝突センサによって検出される計測値を記憶するため、および／または、時間に依存して検出される計測値の経過を記憶するための計測値記憶手段を備える。これにより、特に単純な方法で、工作機械における特定の機械加工期間の間の最大計測値を検出することができる。好ましくは、衝突制限値を決定する装置は、計測値記憶手段の記憶されたデータに基づき、第１機械加工期間の間に検出される最大計測値を決定するように構成される。

さらに、衝突センサによって時間に基づき検出される計測値を記憶することで、後続の例えば衝突制限値以下の最大発生負荷に関する工作物の機械加工の分析を可能にし、もし衝突した場合に、衝突前、衝突の間、衝突後の後続の衝突および機械動作の分析が有利に可能となる。特に、時間に依存して計測値の経過を記憶することで、特に衝突後の事後分析が可能になり、例えばスピンドルベアリングへの損傷など工作機械への損傷が予測されるかどうか、ベアリング検査が実行されるべきかどうか、計測値の経過に基づいて検査が行われる。

好ましくは、第１および第２機械加工期間は、同じ工具を備えた１つ以上の機械加工ステップからなるか、あるいは同じ工具が挿入され使用される機械加工期間に対応する。このようにして、第１機械加工期間の間の最大負荷に基づき設定される最適な衝突制限値の適合が、さらに工具に基づく上記態様の１つにしたがって決定され、それぞれの工具に対して随意に衝突制限値データに記憶される。

好ましくは、第１および第２機械加工期間は、同じ制御データの同等の部分、特に同等のNCプログラムに相当する１つ以上の機械加工ステップからなり、またはそれぞれ同じ制御データの同じ部分、特に同じNCプログラムに基づき実行される機械加工期間に対応する。このようにして、さらに上記態様の１つにしたがって第１機械加工期間の間の制御データに応じた最大負荷に基づき設定される、最適な衝突制限値の適合を決定することができる。

特に好適な本発明の実施形態にしたがって、衝突監視装置は、衝突センサの入力信号のための信号入力部、および、工作機械の制御スイッチング回路に制御信号を出力するための信号出力部を有する衝突検知装置を備える。好ましくは、工作機械は、工作機械の制御スイッチング回路への制御信号を出力するための信号出力部を有するPLC制御装置を備え、衝突検知装置は工作機械のPLC制御装置とは独立して形成される。

このようにして、衝突検知、および、その後のスピンドルおよび送り軸の停止の開始は、特に反射的に高速な反応の工作機械の電気制御スイッチング回路を介して直接動作され、従来技術で提供されるような工作機械の数値制御（NC）やプログラマブル論理制御（PLC）を介して、より遅い反応時間で実行されることはないので、より安全で高速にスピンドルおよび送り軸を停止する高速反応時間を有する衝突監視装置を有利に提供することができる。

好ましくは、工作機械の制御スイッチング回路は、工作機械の緊急停止制御回路および衝突検知装置を備える。当該衝突検知装置は、衝突センサの計測値が衝突制限値を超えたときに、緊急停止制御回路に緊急停止を動作させる信号を出力するように構成される。このようにして、工作機械において、工作機械の緊急停止システムの枠組み内で、加工スピンドルおよび送り軸を最大制動加速度で減速させるための高速な反応時間をもって、高速で安全な緊急停止時間を自動的に直接動作させることが有利に可能となる。

好ましくは、衝突検知装置は、衝突制限値を決定する装置から制限値信号を受け取る信号入力部をさらに備える。このようにして、可変的に設定され、手動または自動で規定される衝突制限値が、衝突検知装置に伝えられることが有利な方法で可能になる。好ましくは、制限値信号の強度は、衝突制限値の設定値に依存し、制限値信号の強度を設定することにより、設定された衝突制限値の値が伝えられる。この目的を達成するために、設定された衝突制限値は、好ましくは制限値信号が大きくなるほど小さくなり、逆の場合も同じである（例えば、反比例または負の勾配の直線関係に従う）。これにより、制限値信号が停止した場合に、所定の最大衝突制限値が設定され、間違って低く設定しすぎた衝突制限値による不必要で望まれていない機械の中断時間が回避される利点を有する。

好ましくは、工作機械のPLC制御装置は、設定する衝突制限値を示す制限値信号を衝突検知装置に出力するように構成される。このようにして、衝突制限値の設定は、工作機械のプログラマブル論理制御を介して、単純な方法で制御され、スピンドルおよび送り軸はプログラム論理制御を介してではなく、より高速な反応時間で電気システムを介して、特に電気制御スイッチング回路を介して自動的に実行される。

衝突検知装置は、衝突を検知できるように、受信した制限値信号と受信した計測値とを評価する評価装置を備える。さらに、電気制御スイッチング回路もまた衝突検知装置に備えられ、当該衝突検知装置は、制限値信号を受信するための信号入力部、および、衝突センサ計測値を受信するための入力部を有し、両信号入力部は、衝突センサの計測値を設定した衝突制限値と比較できるようにコンパレータに接続される。

好ましくは、工作機械において衝突制限値を決定する装置は、工作機械のNC制御装置に備えられる。

高速な反応時間のために、設定可能な衝突制限値を備えた上記態様と独立して、より安全で高速なスピンドルおよび送り軸の停止に対する高い反応時間を有する、改良された衝突監視装置を提供することも可能である。工作機械の機械部品に搭載された衝突センサを備える衝突監視装置と、衝突センサによって検出された計測値が衝突制限値を超えたときに工作機械の機械部品の衝突を検知する衝突検知装置と、衝突検知装置が衝突を検知したとき工作機械の少なくとも１つの加工スピンドルおよび少なくとも１つの送り軸を停止させる停止信号を出力する信号出力手段とを含む、有利な工作機械がこのようにして提供される。衝突検知装置は、衝突センサの入力信号のための信号入力部と、制御信号を工作機械の制御スイッチング回路に出力するための信号出力部とを有する。好ましくは、この場合の工作機械は、制御信号を工作機械の制御スイッチング回路に出力する出力部を含むPLC制御装置を備え、衝突検知装置は工作機械のPLC制御装置とは別に形成される。

好ましくは、工作機械は、工作機械における工作物の機械加工の間の衝突センサの現在の計測値、最大限に設定可能な衝突制限値に関連する衝突センサの現在の計測値、最大限に設定可能な衝突制限値の現在の計測値、および／または、工作機械の機械加工期間の間に衝突センサによって最大限に検出される計測値の現在の計測値を表示する表示装置を備える。これにより、工作機械の操作者が、好ましくはグラフおよび／または文字表示により、衝突センサの現在の計測値、設定された衝突制限値、および／または、所定の最大衝突制限値を常に知ることができ、機械加工プロセスと衝突検知の設定との両方を監視することができる利点がある。工作機械における機械加工期間の間に検知される最大計測値を、例えばドラッグインジケータの手段により、操作者に表示することも可能である。

好ましくは、衝突センサは加速度センサとして、特に圧電型加速度センサとして形成される。これにより、衝突センサ上で作用する力が検出されるだけでなく、例えば、加工スピンドルの振動速度の検出を含む加工スピンドルの振動監視などの広範囲に及ぶ振動監視が実行されるといった、従来技術のクリップゲージ以外での利点がある。

これにより、加工スピンドルに差し込まれた工具を用いて稼働中に加工スピンドルでのアンバランスを検出するアンバランス監視を有利に実行することが可能になる。アンバランス制限値を超えたとき、アンバランス警告および／または加工スピンドルの停止が起こされる。このようにして、例えば、差し込んだ工具に対して間違った回転速度でのスピンドルの起動が、即座に自動的に停止される。これに加えて、振動監視は、差し込んだ工具なしでの加工スピンドルの稼働中に加工スピンドルのベアリングのベアリング監視を可能にする。それは、加工スピンドルのベアリングが衝突によって損傷を受けたかどうかチェックするために、衝突検知後に有利に実行される。

振動検知において、現在発生しており機械加工で検出された振動パターン（振動速度および／または時間関数としての振動振幅のデータからなる）を、起こり得る検出状態に関連して予め記憶された振動パターンと比較することができる。ここで検出状態は、スピンドルでのアンバランスの発生、スピンドルへのベアリング損傷、工具の摩耗、および／または、工具の破壊や部分破壊からなる。現在検知されている振動パターンを、それぞれの検出状態に関連して記憶された複数の振動パターンと比較することにより、検出状態を特定するために、現在検出されている振動パターンにおいてどの検出状態が起こっているのか検出することができる。

その結果として、本発明は次の好適で有利な態様をさらに有する。

好ましくは、工作機械、特に工作機械の機械制御または衝突監視装置は、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、少なくとも１つの加工スピンドルの振動を監視する振動監視装置をさらに備える。

好ましくは、振動監視装置は、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、加工スピンドルの振動速度を決定するように構成される。

好ましくは、振動監視装置は、工具が差し込まれた加工スピンドルの稼働中に、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、アンバランスを検出するように構成される。

好ましくは、振動監視装置は、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、スピンドルに差し込まれた工具の破壊を検知するように構成される。

好ましくは、振動監視装置は、工具が差し込まれていない加工スピンドルの稼働中に、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、スピンドルベアリングのベアリングチェックを実行するように構成される。

好ましくは、振動監視装置は、衝突検知手段が衝突を検知したとき、工作機械の少なくとも１つの加工スピンドルおよび少なくとも１つの送り軸の停止後、工作機械の運転を開始した後に、ベアリングチェックを自動で実行するように構成される。

好ましくは、工作機械における衝突監視装置は、工作機械の操作者によってスイッチを切ることができる。これにより、必要であれば、衝突シャットダウンを動作させることなく、短時間の極限荷重に対して、所定の衝突制限値を超えた機械加工運転を実行することができる。

上述した本発明の態様およびさらに有利な本発明の態様について、添付の図面および本発明の好適な実施形態を参照しながら以下に述べる。

本発明の実施形態にしたがった、工作物を機械加工するための数値制御工作機械の典型的な概略図である。 本発明の実施形態にしたがった、衝突監視装置の典型的な概略図である。 本発明の実施形態にしたがった、衝突監視装置の典型的な概略図である。 設定される衝突制限値と衝突制限値信号との間の典型的な関係を示す図である。 本発明の実施形態にしたがった、工作機械における表示装置の典型的な図である。

同封の図面を参照しながら、本発明の好ましい典型的な実施形態を以下に詳細に述べる。しかしながら、本発明は記載された典型的な実施形態に限られない。本発明は請求の範囲により規定される。同等および／または同様の典型的な実施形態の特徴は、図面中、同じ参照番号で示す。

図１は、工作物WSを機械加工するための数値制御工作機械１００の典型的な概略図を示す。工作物WSは、回転固定されて、回転軸B（図１の垂直回転軸を参照）により回転駆動できるように、工作機械１００の回転テーブル１５０上のチャック１５２でクランプされる。回転テーブル１５０は、工作機械のマシンベッド１１０上に搭載されたYガイドレール１１２上の台車１５１を用いて、Y送り軸によってYガイドレール１１２に沿ったY方向に、見本となるように動くことができる。さらに、X方向に向けられ、X方向に垂直に伸びる（すなわち、図１で図面平面に垂直に）Xガイドレール１１１が、工作機械のマシンベッド１１０上に搭載される。マシンコラム１２０は、Xガイドレール１１１上に配置され、X送り軸によってXガイドレール１１１に沿ってX方向に動くことができる。

工作機械は、Z送り軸によってZガイドレール１２１に沿ってZ方向に動くことができるフライスヘッド１３０をさらに備え、Zガイドレール１２１はマシンコラム１２０に搭載されている。この場合、Z方向は、X方向およびY方向にそれぞれ垂直に見本となるように伸びる。図１のフライスヘッド１３０は、例えばさらなる回転軸A（図１の斜めの回転軸を参照）によって回転駆動され、フライスヘッド１３０上で、工作物WSを機械加工するための工具WZ（例えばフライス工具または穴あけ工具）を受けて駆動するように構成される、工具支持加工スピンドル１４０が配置される。

工作機械は、例えばNCプログラムに基づいて送り軸X、YおよびZと回転軸AおよびBとを制御することを含む、工作機械を制御するための機械制御装置１８０をさらに備える。機械制御装置は、NC制御装置１９０（NC：numerical control）、NC制御装置１９０に接続されるPLC制御装置１７０（PLC：programmable logic controller）、および、PLC制御装置１７０および工作機械のアクチュエータに接続される制御スイッチング回路を含む電気制御システム１８１を備える。アクチュエータは、例えば工作機械の直線軸および回転軸を駆動するため、および、スピンドル駆動を制御するための駆動制御のアクチュエータであり、さらに随意に工具交換、パレット交換および／または工作機械のチップ運搬装置を制御するため、または工作機械のその他の制御可能な装置のためのアクチュエータである。

NC制御装置１９０は、例えば、工作機械１００の操作者が工作機械における機械加工プロセスを制御できるコントロールパネルを工作機械上に備える。

工作機械の電気制御システム１８１の制御スイッチング回路は、例えば緊急停止制御回路であり、緊急停止制御回路は、緊急停止信号を受けたとき、即座に緊急の機械停止を行い、緊急停止を動作させるために必要な工作機械のアクチュエータすべてに接続される。

加工スピンドル１４０に隣接して、フライスヘッド１３０上に衝突センサ２１０が搭載され、衝突センサ２１０は好ましくは加速度センサとして、特に圧電型加速度センサとして形成される。衝突センサは、振動および／またはフライスヘッド１３０上に作用する加速度または加速力を検知し、センサ信号を介して、工作機械における発明の衝突検知装置に対応する計測値を転送するように構成される。本実施形態では、単独の衝突センサ２１０が記載されているが、本発明にしたがって、工作機械のさらなる機械部品に追加のさらなる衝突センサが設けられるようにしてもよい。

図２は、本発明の実施形態にしたがった、衝突監視装置の典型的な概略図を示す。装置２００は、例えば図１の衝突センサ２１０などの１つ以上の衝突センサのセンサ信号に基づき、衝突を検知する衝突検知手段２２０と、衝突検知手段２２０が衝突を検知したとき（例えば、工作機械１００の駆動制御のアクチュエータ１６０において、特に加工スピンドル１４０および／または送り軸X、Y、Zを制御する駆動制御のアクチュエータにおいて、および随意に、回転軸AおよびBを制御する駆動制御のアクチュエータにおいて、さらに随意に、工作機械の加工スピンドル１４０および／または直線軸および回転軸を積極的に停止または減速させるための、および／または、それらの駆動のための駆動制御のアクチュエータを制御するために）、工作機械の加工スピンドル１４０および送り軸X、Y、Z、AおよびBを停止するための停止信号を出力する信号出力手段２３０とを備える。

信号出力手段２３０は、工作機械１００の駆動制御の動作主１６０および工作機械１００の１つ以上の制御スイッチング回路に、PLC制御装置１７０および／またはNC制御装置１９０を介して、間接的に接続される。しかしながら、好ましくは、信号出力手段２３０は、工作機械１００の駆動制御の動作主１６０に直接接続され、工作機械１００の電気制御システム１８１を介してPLC制御装置１７０および／またはNC制御装置１９０から独立することで、PLC制御装置１７０のクロック周波数および／またはNC制御装置１９０のクロック周波数に関係なく、より高速で、効率よく、直接に、工作機械の停止またはスピンドルおよび軸の停止のための信号出力が実行される。

衝突センサ２１０によって検出された計測値は、信号接続を介して衝突検知手段２２０に出力され、衝突検知手段２２０は、予め決められた衝突制限値（例えば製造業者によって予め決められた２０ｇの衝突制限値、ｇは重力加速度を示す）と比較しながら、衝突センサ２１０の計測値を監視する。それから衝突検知手段２２０は、衝突センサ２１０の計測値が予め決められた衝突制限値に到達したとき、または、衝突センサ２１０の計測値が予め決められた衝突制限値を超えたとき、衝突検知手段の設定に応じて、工作機械における衝突を検知する。

衝突検知手段２２０が衝突を検知したとき、例えば、工作物WSの機械加工中に衝突センサ２１０の検出された計測値が予め決められた衝突制限値に到達している場合、または工作物WSの機械加工中に衝突センサ２１０の計測値が予め決められた衝突制限値を超えている場合、信号出力手段２３０は、工作機械の加工スピンドル１４０および少なくとも１つの送り軸X、Y、Z、AおよびBを停止させ、または、積極的にそれらを減速させて、衝突後に即座に、工作機械１００において停止を動作させることで、衝突による損傷を回避し、少なくとも損傷を減らせるように、工作機械１００の駆動制御のアクチュエータ１６０に停止信号を出力する。

装置２００は、工作機械１００における工作物WSの機械加工に基づいた衝突制限値を設定または決定する設定手段２４０をさらに備える。発明によれば、衝突制限値が安全上の理由から予め決められた衝突制限値以下に設定されるだけで、いくら遅くとも、予め決められた最大衝突制限値に到達したか超えたときに、衝突が検知される。

衝突検知手段２２０の設定に応じて、衝突センサ２１０によって検出された計測値がまさに設定された衝突制限値に到達したとき、または、衝突センサ２１０によって検出された計測値が設定された衝突制限値を超えたとき、衝突検出手段２２０は衝突を検知し、このようにして、信号出力手段２３０は、工作機械の加工スピンドル１４０および少なくとも１つの送り軸X、Y、Z、AおよびBを停止させ、または、好ましくは積極的にそれらを減速させて、衝突検知手段２２０による衝突検知後すぐに、工作機械１００において停止を動作させることで、衝突による損傷を回避し、少なくとも損傷を減らせるように、工作機械の電気制御システム１８１に、または、工作機械１００の駆動制御のアクチュエータ１６０に停止信号を出力する。

設定された衝突制限値は予め決められた衝突制限値以下であるので、発明によれば、衝突を検知し、設定された衝突制限値に到達またはそれを超えたときすぐに、通例設定された衝突制限値よりも高い予め決められた衝突制限値に到達またはそれを超える前に、工作機械１００における停止を作動または開始することができる。

この場合、設定手段２４０を介して、工作物WSの機械加工の条件に適合される衝突制限値を設定することができる。この場合、衝突制限値は、例えば装置２００の入力手段２４１を介して入力される。

ここで、特に好ましい実施形態によれば、設定手段２４０は、工作機械１００のNC制御装置１９０の一部であるが、NC制御装置１９０とは独立して提供される。表示装置２８０、振動監視装置２７０、衝突制限値データ記憶手段２５０および／または計測値記憶手段２６０が、NC制御装置１９０の部品として提供されてもよい。

さらに、装置２００は、衝突センサ２１０によって検出される計測値を記憶する（例えば最大計測値を個々の値として随意に計測値を記憶する、後の計測値経過の分析を可能にするために時間依存の計測値経過を記憶する）計測値記憶手段２６０と、衝突検知手段２２０による衝突検知のために、１つ以上の設定された衝突制限値を示す衝突制限値データを記憶する衝突制限値データ記憶手段２５０とを備える。これらは、例えばデータインターフェースを介して（例えばW-LAN、Bluetooth（登録商標）、ドライブ、USBインターフェースを介して）記憶され、および／または、入力手段２４１を介して手入力で入力される。

特に好ましい発明の構造によれば、衝突制限値データ記憶手段２５０に記憶される衝突制限値データは、複数の工具依存の衝突制限値を示し、それらは例えば、交換される工具、または、工作機械における自動工具交換装置で、自動工具交換装置機（図１に図示しないが例えば今日の汎用のフライス盤またはマシニングセンターで周知である）により交換された工具に定められた値に自動的に設定された衝突制限値である。

このようにして、工具交換の際に、交換される工具または交換された工具に対する衝突制限値データに基づき、工具に対して予め決められた値を自動的に有効にすることができる。これにより、有利な方法で、工具の状態または感度に適合または最適化され、それぞれに適切な工具依存の衝突制限値を自動的に設定することが可能になる。例えば、工作機械における特定の工具に対するそれぞれの衝突制限値データを、リストや表形式で記載した衝突制限値データを記憶することができる。

工具交換の際に、交換されるまたは交換された工具に対する衝突制限値データがなければ、予め決められた最大衝突制限値が自動的に有効にされ、少なくとも予め決められた最大衝突制限値は衝突検知に有効であり、安全上の理由から、衝突検知およびその後のシャットダウンは、常に、いくら遅くとも予め決められた最大衝突制限値が到達されまたは超えられたときに開始される。

さらに特に適切で、特に好ましい構造によれば、装置２００は、計測値記憶手段２６０が、時間依存のNCプログラム全体または少なくともNCプログラムの一部に対応する特定の機械加工段階に対する機械加工の間に、衝突センサによって検出された最大計測値または計測値の計測値データを記憶する、学習機能または教示機能を可能にし、すると衝突検知手段２２０は、NCプログラム全体または少なくともNCプログラムの一部にしたがった機械加工の参考サイクルの機械加工段階の間に、計測値の最大値を得ることとができる。

参考サイクルに続く機械加工のさらなる機械加工サイクルで、NCプログラム全体または少なくともNCプログラムの一部にしたがって、許容値と参考サイクル中に検出された衝突センサ２１０の最大計測値との合計に対応する衝突制限値が自動的に設定される。このようにして、参考サイクルに基づき、一方で、同等または少なくとも同様の、機械加工ステップ、NCプログラム全体または少なくともNCプログラムの一部の、より最近のサイクルに対して発生する最大計測値に基づき、最適化された衝突制限値が、計測値記憶手段２６０のデータに基づいてできるだけ低く自動的に設定されることが保証される。

上述の教示機能の好ましく変更された構造において、個々の続いて起こる工具交換の間で、発生する衝突制限値の計測値の最大値がそれぞれ得られる、工具依存の教示機能がさらに提供される。このようにして、工具依存の衝突制限値が、（随意に工具依存の）許容値と工具交換の間に交換された工具に関連する最大値との合計により、それぞれ形成される。これらの値は、参考サイクルに続く機械加工サイクルでの工具交換で自動的に設定される。

さらに好ましい構造によれば、装置２００は、例えば、NCプログラムでの衝突制限値設定コマンドなどの、工作機械における工作物の機械加工が数値制御される制御データに基づき、衝突制限値を設定することをさらに可能にする。制御データは、工作物の機械加工中の１つ以上の機械加工ステップに対して、例えば少なくとも１つの衝突制限値を示す。このようにして、制御データで、衝突制限値が、機械加工中の第２機械加工ステップで第１機械加工ステップと異なる値をとることを自動的に規定することができる。

制御データで設定される衝突制限値の仕様書は、例えば新しく設定される衝突制限値を、すでに制御データにある工具を変更するための数値コマンドで記載することにより、工具とは独立して、および／または、機械加工の種類（例えば荒削り、仕上げ削り、平滑化、計測センサによるスキャニングでのスキャニング運転）とは独立して作られる。すなわち、例えば、工作機械の１つ以上の送り軸の制御データで示される送り速度とは独立しており、および／または、制御データに記載されるスピンドル性能またはスピンドル回転速度とは独立している。このようにして、操作者または制御データのプログラマは、完全な機械加工または制御データでの個々の機械加工ステップに対する機械加工に基づき（NCプログラムで直接に）、制御データで衝突制限値を定義または規定できる。

これはまた、例えば制御データに示されたどの衝突制限値が優先度を置いて扱われるかにしたがって優先度を規定することによって、衝突制限値データに基づく衝突制限値の設定の典型的な実施形態と結合されてもよく、衝突制限値が制御データに記載されていなければ、衝突制限値データに示された衝突制限値が設定されるだけである。

図３は、本発明のさらなる実施形態にしたがった、工作機械１００における衝突監視装置の典型的な概略図を示す。装置は、衝突検知装置２９０および衝突センサ２１０（図１および２の衝突センサに類似する）を備える。衝突検知装置２９０は、実質的に、衝突検知手段２２０の機能、および、図２の信号出力手段２３０を有する。

衝突検知装置２９０は、衝突センサ２１０の計測値が設定された衝突制限値を超えたときに、工作機械１００の加工スピンドル１４０および少なくとも１つの送り軸X、Y、Z、A、およびBを停止するための制御信号を、工作機械１００の駆動制御のアクチュエータ１６０に出力するように構成される。図３の実施形態では、衝突検知装置２９０は、信号線１８４を介して、工作機械１００の制御スイッチング回路１８１に接続される。工作機械１００の制御スイッチング１８１は、信号線１８３を介して、すなわち例えば、工作機械のスピンドル１４０および／または送り軸といった工作機械の駆動部をスイッチオンおよびオフするための１つ以上のリレーをもって、工作機械の動作主、特に工作機械の駆動制御の動作主に直接接続される。

好ましい実施形態では、衝突検知装置２９０は、例えば、工作機械の好ましい制御スイッチング回路１８１としての緊急停止制御回路に接続され、衝突センサ２１０の計測値が設定された衝突制限値を超えたときに、緊急停止を作動させる信号を、緊急停止制御回路に出力するように構成される。

図３の実施形態での衝突検知装置２９０は、工作機械のプログラマブル論理制御装置１７０（PLC：programmable logic controller）とは独立して、または別個に形成され、同様に、信号線１８２を介して、工作機械の制御スイッチング回路１８１に制御信号を出力する。衝突検知手段２９０は、信号線１８６を介して、プログラマブル論理制御装置１７０から制限値信号を受け取る信号入力部を備え、プログラマブル論理制御装置１７０を介して直接または間接的に設定される、設定された衝突制限値を規定する。

図３の実施形態では、可変の衝突制限値の設定は、プログラマブル論理制御装置１７０を介して直接的にのみ見本となるように実行され、その設定は、工作機械のNC制御装置１９０において直接実行される。設定された衝突制限値は、信号線１８５を介して、NC制御装置１９０からPLC制御装置１７０に伝えられ、信号線１８６を介して衝突検知装置２９０に伝えられる。

この場合、制限値信号の強度は衝突制限値の設定された値に依存しており、制限値信号は、工作機械のプログラマブル論理制御装置１７０によって、制御値信号の強度により設定された衝突制限値を規定する電気制御スイッチング回路２９０に出力される。

衝突検知装置２９０は、信号線１８７を介して衝突センサ２１０により検出される計測値を受け取り評価する評価装置２９１を備え、当該評価装置２９１は特に、衝突センサ２１０によって検出される計測値が、NC制御装置１９０でPLC制御装置１７０により設定される衝突制限値を超えているかどうかを、信号線１８６を介して監視する。

評価装置２９１を用いて、衝突センサ２１０の計測値が設定された衝突制限値を超えたことが検知されると、スイッチオフ信号または停止信号が、衝突検知装置２９０の制御スイッチング回路２９２を介して、工作機械のスピンドル１４０の駆動部および１つ以上の送り軸の駆動部を停止またはシャットダウンするために、信号線１８４により工作機械１００の制御スイッチング回路１８１に出力される。

図４は、設定された衝突制限値と衝突制限値信号との間の典型的な関係を示し、これは、信号線１８６および／または信号線１８５を介した電気信号を用いて設定された衝突制限値の値を伝えるために使用される。プログラマブル論理制御装置１７０またはNC制御装置１９０によって受け取られた制限値信号は、評価装置でのデータ処理または電気制御スイッチング回路でのコンパレータを用いて、衝突センサ２１０によって伝えられる計測値と比較され、設定された衝突制限値を示す出力制限値信号により衝突検知が特定される。

図２の実施形態によれば、装置２００は、時間に依存して加速度センサ（衝突センサ２０１の実施形態として）によって検出される計測値に基づき、少なくとも１つの加工スピンドル１４０における振動を監視する振動監視装置２７０をさらに備える。振動監視装置２７０は、時間に依存して加速度センサによって検出される計測値に基づき、加工スピンドルの振動速度を決定するように構成される。

加速度センサによる振動監視に基づいて、振動監視装置２７０は、工具が差し込まれた加工スピンドル１４０の稼働中に、時間依存の加速度センサによって検出される計測値に基づき、アンバランスを検知するように構成され、工具が差し込まれていない加工スピンドル１４０の稼働中に、時間依存の加速度センサによって検出される計測値に基づき、スピンドルベアリングのベアリングチェックを実行するように構成される。

最後に、図２の実施形態に係る装置２００は、衝突センサ２１０の現在の計測値、設定された衝突制限値、衝突センサ２１０の最大計測値、および予め決められた衝突制限値を表示する表示装置２８０を備える。

図５は、工作機械における表示装置２８０の構造のディスプレイ２８１の典型的な図を示す。表示装置２８０のディスプレイ２８１は、一例としてNC制御装置のタッチスクリーンであり、設定手段２４０の典型的な実施形態である、操作可能な設定ボックス６０１、６０２、６０３、６０４および６０５をさらに備える（操作可能な設定ボックス６０１、６０２、６０３、６０４および６０５の機能は後に詳細に説明する）。

この場合、図５の工作機械の操作者は、機械加工中の、工作機械における現在の温度を℃で（「温度［℃］」を参照）、現在のスピンドル性能を最大スピンドル性能の％で（「スピンドル性能［％］」を参照）、衝突センサ２１０の現在の計測値をｍｇで（「衝撃／衝突［ｍｇ］」を参照）、および現在の振動速度をｍｍ／ｓで（「振動［ｍｍ／ｓ］」を参照）を、バー表示により、見本となるように見ることができる。ボックス５０２、５１２、５２２および５３２は、それぞれ機械加工中の現在の数値を示し、これらはバー５０１、５１１、５２１および５３１により付加的に可視化される。

機械加工中の各現在値を可視化する各バー５０１、５１１、５２１および５３１の後ろには、操作者に現在値が許容範囲内にあるかどうか示す、レンジが付加的に可視化される。

温度の許容範囲は、レンジ５０４によって表示され、低すぎる温度はレンジ５０３に対応し、高すぎる温度はレンジ５０５にそれぞれ対応する。ここで、図５でのバー５０１は、温度が現在許容範囲内（レンジ５０４）にあることを見本となるように示す。

スピンドル性能に関して、レンジ５１４は、永続的な運転の許容範囲を示し、レンジ５１５は、短い機械加工段階の間はまだ許容される、より高いスピンドル負荷に対応し、最後にレンジ５１６は、スピンドル性能が、スピンドルが極限の負荷にさらされる許容できない範囲にあることを示す。ここで、図５でのバー５１１は、スピンドル性能が現在許容範囲内（レンジ５１４）にあることを見本となるように示す。

振動速度に関して、レンジ５３３は、永続運転に対する許容範囲を示し、レンジ５３４は、短い機械加工段階の間はまだ許容される、より高い振動速度に対応し、レンジ５３５は、スピンドル性能が、スピンドルが極限の負荷にさらされる許容できない範囲にあることを示す。もう一つのレンジ５３６は、スピンドル１４０が即時に自動的に停止され、自動機械加工停止が作動される臨界範囲を示す。ここで、図５でのバー５３１は、振動速度が現在許容範囲内（レンジ５３３）にあることを見本となるように示す。

衝突検知に関して、レンジ５２３は、現在設定されている衝突制限値の方へ伸びる許容範囲を示し、レンジ５２４は、現在設定されている衝突制限値と予め決められた最大衝突制限値との間の範囲を示し、レンジ５２５は、予め決められた最大衝突制限値より上の範囲を示す。ここで、図５でのバー５２１は、衝突センサ２１０の計測値が現在設定されている衝突制限値の下方の許容範囲内（レンジ５２３）に現在あることを、見本となるように示す。もちろん代わりに、レンジ５２３のみが、バー５２１および値５２２とともに現在設定されている衝突制限値まで、表示されてもよい。なぜなら、発明によれば、設定された衝突制限値より上の計測値は、衝突シャットダウンとなり、図５での予め決められた最大衝突制限値は参考として表示されているだけだからである。

バー５２１による衝突センサ２１０の現在測定値の表示、および、表示５２２による値の提示に加えて、工作機械における前の機械加工の間に最大限に検出される衝突センサ２１０の測定値に関する情報がさらにディスプレイ２８１に提供される。図５でのバー５４１は、衝突センサ２１０の前の最大検出計測値を、衝突センサ２１０の前の最大検出計測値に対するドラッグインジケータとして可視化する。衝突センサ２１０の前の最大検出計測値の数値は、ボックス５４２に表示される。ここで、バー５４１およびボックス５４２は、例えば、交換された工具を用いた最後の工具変換後に検出された最大計測値、NCプログラムによる機械加工開始後に検出された最大計測値、NCプログラムの一部による機械加工開始後に検出された最大計測値、または、最近の工作機械始動後に検出された最大計測値を表示してもよい。

ボックス５４６には、衝突センサ２１０によって検出された計測値が、工作機械における前の機械加工で設定手段２４０によって設定された可変の衝突制限値を、何回超えたか示すカウンタが示されている。もう一つのボックス５４７には、衝突センサ２１０によって検出された計測値が、工作機械における前の機械加工で予め決められた衝突制限値を、何回超えたか示すカウンタが示されている。これにより、例えば可変衝突制限値を機械加工に対して低く設定しすぎて、可変衝突制限値を超えた後の各機械停止のために、望まれていない機械中断時間が頻繁に起こりすぎる場合に、操作者が、可変衝突制限値が正しく設定されているか、または適合されるべきか、チェックすることができる。

さらに、図５は、設定手段２４０の典型的な実施形態での設定ボックス６０１、６０２、６０３、６０４および６０５を示し、これらはディスプレイ２８１に隣接して見本となるように配置され、工作機械の操作者が可変衝突制限値を設定できるように構成される。ディスプレイ２８１がタッチスクリーンとして構成されるとき、設定ボックス６０１、６０２、６０３、６０４および６０５は、図５に示すようにディスプレイ２８１と一体にされてもよい。しかしながら、設定ボックス６０１、６０２、６０３、６０４および６０５は、ディスプレイ２８１に隣接する操作スイッチまたは操作キーとして提供されてもよい。

設定ボックス６０１は、現在の設定値から１％単位で可変衝突制限値を増加するために操作される。この割合値により、予め決められた最大設定可能な衝突制限値に関連して、可変衝突制限値を設定することができ、１００％の設定は、可変衝突制限値が予め決められた最大限に設定可能な衝突制限値に等しいことを意味する。設定ボックス６０２は、現在の設定値から１％単位で可変衝突制限値を減少させるために操作される。設定ボックス６０３は、現在の設定値から１００％に可変衝突制限値を設定するために操作され、可変衝突制限値は最大限に設定可能な予め決められた衝突制限値に等しく設定される。操作ボックス６０４を操作することにより、設定値は保存され、工作機械における衝突制限値として使用される。もし操作者がバー５２３および５２４で可視化された現在設定されている可変衝突制限値を、例えば５％増加させるようとするときは、操作者は設定ボックス６０１を連続して５回操作し、続けて設定ボックスを操作することにより保存することができ、設定ボックス６０４の操作後、５％増加された衝突制限値が、現在の機械加工での機械における衝突制限値として使用される。このようにして、発明、特に図５の実施形態によれば、実際に使用される衝突制限値の設定および適合が、工作機械における工作物の機械加工中に直接可能になる。

最後に、この実施形態によれば、設定ボックス６０５により、操作者は一時的に工作機械における衝突検知を完全に停止させることができ、最大限に設定可能な予め決められた衝突制限値が衝突センサ２１０によって検出された計測値に超えられても、機械停止が作動されないようになる。設定ボックス６０３を操作することにより、衝突検知は最大限に設定可能な予め決められた衝突制限値に基づき再び有効にされ、制限値は操作ボックス６０１および６０２により再び可変に設定可能になる。これにより、工作機械における操作者は、特定の機械加工に対して必要な場合に、とても高い負荷でも短時間の機械加工運転を実行することができる。

さらに、操作者に対し、衝突センサにより検出された値の履歴を時間の関数として表示することができる。

また、発明のさらなる実施形態では、複数の衝突制限値を決定および設定し、設定された衝突制限値の範囲に対して異なる反応を規定することができる。例えば、最大衝突制限値は、センサによって検出された値が最大衝突制限値を超えたら、すべての駆動部の急停止または緊急停止（例えば追加の遮断手段により、最大遮断遅延をもって、すべての送り駆動部または軸駆動部およびスピンドル駆動部を停止すること）が作動されるように規定される。これに加え、第１制限値を超えたときに音のおよび／または視覚的な（例えばディスプレイによる）警告が使用者に出力され、第２制限値を超えたときに工具交換が自動的に作動され、第３制限値を超えたときに送り停止（例えば送り軸駆動部の停止のみ）が作動され、および／または、第４制限値を超えたときに切り離し停止される（送り軸駆動部の停止後、遅れてスピンドル駆動部を停止する）ように、さらに低い制限値が入力される。この場合、最大衝突制限値は、実際の衝突検知のために使用され、より低い衝突制限値は異なる種類の負荷を検知するために（例えば、工具摩耗を検知するため、工具破損または一部の工具破損を検知するため、スピンドルにおけるアンバランスを検知するため、または、スピンドルにおけるベアリング損傷を検知するため等）使用されるプロセス制御制限値である。

要約すれば、本発明により、工作機械における衝突監視装置を提供することができ、工作機械は、効率的で、安全で、高速な工作機械の機械部品の衝突検知と、これに続く安全で高速な工作機械におけるスピンドルおよび送り軸のシャットダウンまたは停止とを可能にする衝突監視装置を備え、衝突の際の工作機械への損傷を効率的で安全に回避することができる。特に、本発明により、工作機械における衝突監視装置を提供することができ、工作機械は、機械加工プロセスに基づいて、工作機械におけるスピンドルおよび送り軸のシャットダウンまたは停止を可能にする衝突監視装置を備え、衝突の際の工作機械への損傷をより効率的で安全に回避することができる。

Claims (15)

1. 加工スピンドル（１４０）と、
   少なくとも１つの送り軸（X，１１１；Y，１１２；Z，１２１）と、
   工作機械（１００）における衝突監視装置（２００）とを備え、
   前記衝突監視装置（２００）は、
   前記工作機械の機械部品（１３０）に搭載される衝突センサ（２１０）と、
   前記衝突センサ（２１０）によって検出される計測値が衝突制限値を超えたときに、前記工作機械（１００）の機械部品（１３０、１４０、１５２、１５０）の衝突を検知する衝突検知手段（２２０；２９０）と、
   前記衝突検知手段（２２０）が衝突を検知したとき、前記工作機械の少なくとも１つの前記加工スピンドル（１４０）および少なくとも１つの前記送り軸（X，１１１；Y，１１２；Z，１２１）を停止させる停止信号を出力する信号出力手段（２３０）とを備える、工作物（WS）を機械加工する数値制御工作機械において、
   前記工作機械（１００）は衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）を有することを特徴とする数値制御工作機械。
2. 前記工作機械（１００）における前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記衝突制限値が前記工作機械で機械加工継続中に変更され得るように構成されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工作機械（１００）における前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記工作機械（１００）の操作者によって前記衝突制限値を設定する設定手段（２４０）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記工作機械（１００）における前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記工作物（WS）の機械加工中に使用される工具（WZ）に基づき前記衝突制限値が設定されるように構成され、前記工作機械（１００）における前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記工作機械（１００）における前記衝突制限値が、前記工作機械の操作者によって、前記工作機械（１００）での工具交換の間に、交換された前記工具に基づき設定されるように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
5. 前記衝突監視装置は、複数の工具に対する、工具に応じた衝突制限値を示す衝突制限値データを記憶する衝突制限値データ記憶手段（２５０）を備え、前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記工作機械（１００）での工具交換の間に、前記衝突制限値データ内で交換された工具を示す衝突制限値に基づき、前記衝突制限値を自動的に設定するように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
6. 前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、制御データ、特に前記工作機械（１００）において前記工作物の機械加工を数値制御するのに用いられるNCプログラムに基づき、前記衝突制限値を決定するように構成され、前記制御データは前記工作物（WS）の機械加工の間の１つ以上の機械加工ステップに対して設定される少なくとも１つの衝突制限値を示すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、第１機械加工期間の間に前記衝突センサ（２１０）によって検出された最大計測値に基づき、第２機械加工期間に対する前記衝突制限値を設定するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の工作機械。
8. 前記衝突センサ（２１０）によって検出される計測値を記憶し、および／または、検出された計測値の時間依存の経過を記憶する計測値記憶手段（２６０）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の工作機械。
9. 前記衝突制限値決定装置（２４０；１７０；１９０）は、前記第１機械加工期間の間に検出される最大計測値を、前記計測値記憶手段（２６０）の記憶されたデータに基づき決定するように構成されることを特徴とする請求項７と組み合わせた請求項８に記載の工作機械。
10. 前記第１および第２機械加工期間は、同じ工具（WZ）での１つ以上の機械加工ステップを備え、および／または、前記第１および第２機械加工期間は、同じ制御データの同等の部分、特に同等のNCプログラムに対応する１つ以上の機械加工ステップを備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の工作機械。
11. 前記衝突監視装置（２００）は、前記衝突センサ（２１０）の入力信号のための信号入力部、および、前記工作機械（１００）の制御スイッチング回路（１８１）に制御信号を出力するための信号出力部を有する衝突検知装置（２９０）を備え、前記工作機械（１００）は、前記工作機械の前記制御スイッチング回路（１８１）に制御信号を出力するための信号出力部を有するPLC制御装置（１７０）を備え、前記衝突検知装置（２９０）は、前記工作機械（１００）の前記PLC制御装置（１７０）とは別に形成され、前記工作機械（１００）の前記制御スイッチング回路（１８１）は、前記工作機械（１００）の緊急停止制御回路を備え、前記衝突検知装置（２９０）は、前記衝突センサ（２１０）の計測値が前記衝突制限値を超えたときに、前記緊急停止制御回路に緊急停止を作動させる信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械。
12. 前記工作機械（１００）における前記工作物（WS）の機械加工の間の前記衝突センサ（２１０）の現在の計測値、最大限に設定可能な衝突制限値に関連する前記衝突センサ（２１０）の現在の計測値、最大限に設定可能な衝突制限値の現在の計測値、および／または、前記工作機械（１００）における機械加工期間の間に前記衝突センサ（２１０）によって最大限に検出される計測値の現在の計測値を表示する表示装置（２８０）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の工作機械。
13. 前記衝突センサ（２１０）は、加速度センサ、特に圧電型加速度センサとして形成され、前記工作機械は、少なくとも１つの前記加工スピンドル（１４０）の振動を、時間に依存して前記加速度センサによって検出される計測値に基づき監視する振動監視装置（２７０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の工作機械。
14. 前記振動監視装置（２７０）は、前記加工スピンドルの振動速度を、時間に依存して前記加速度センサによって検出される計測値に基づき決定するように構成され、工具を差し込んだ前記加工スピンドル（１４０）の稼働中のアンバランスを、時間に依存して前記加速度センサによって検出される計測値に基づき特定するように構成され、および／または、工具を差し込んでいない前記加工スピンドル（１４０）の稼働中に、時間に依存して前記加速度センサによって検出される計測値に基づき、スピンドルベアリングのベアリングチェックを実行するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の工作機械。
15. 前記振動監視装置（２７０）は、前記衝突検知手段（２２０）が衝突を検知したときの、前記工作機械（１００）の少なくとも１つの前記加工スピンドル（１４０）および少なくとも１つの前記送り軸（X，１１１；Y，１１２；Z，１２１）の停止後の前記工作機械の始動後に、自動的にベアリングチェックを実行するように構成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の工作機械。

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