JP2020082270A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】使用される工具毎に適切な異常負荷の閾値を設定する。【解決手段】工作機械１は、主軸５と、テーブル３および主軸５を、主軸５の長手軸に交差する方向に相対移動させる送り軸モータ８Ｘ，８Ｙと、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙにかかる負荷の大きさを測定する送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙと、送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙによって測定された負荷の大きさが所定の閾値よりも大きいときに、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷を検知する異常検知部１３とを備え、所定の閾値が、主軸５に保持される工具２０の長さに応じて変更される。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械に関し、特に、送り軸モータの異常負荷を検知する機能を有する工作機械に関するものである。

従来、軸回転モータの異常負荷を検知する機能が搭載された装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。特許文献１〜４では、モータの負荷トルクを監視し、負荷トルクが所定の閾値を超えたときに、モータに異常負荷がかかっていると判断し、モータの回転数を低下させたりモータを停止させたりしている。

一方、フライス加工等を行う工作機械には、ワークおよび工具を相対移動させる送り軸モータが設けられている。この送り軸モータの負荷を監視し、負荷が閾値を超えたときに異常負荷を作業者に報知する機能が、多くの工作機械に搭載されている。工具の先端部によるワークの加工中、工具の基端部を保持する主軸に大きな負荷がかかる。送り軸モータの異常負荷を検知することによって、送り軸モータおよび主軸モータを停止させる等、主軸および主軸の周辺部品の損傷を回避するための回避動作をとることができる。

特開２０１３−２５２５７６号公報 特開２００６−０１１１２２号公報 特開２０１６−１５３６８３号公報 特開２０１７−１７１４５２号公報

ワークおよび工具を工具の長手軸に直交する方向に相対移動させながら工具によってワークを加工する場合、送り軸モータの負荷が同一であったとしても、主軸への負荷は工具の長さに応じて異なる。したがって、送り軸モータの負荷の閾値が一定である場合、工具によっては閾値が不適切であることがある。例えば、不適切な負荷が主軸にかかっているにも関わらず送り軸モータの異常負荷が検知されず、その結果、主軸を支持するベアリングにダメージが蓄積されて、加工精度に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、使用される工具毎に適切な負荷の閾値を設定することができる工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、工具を保持する主軸と、ワークが固定されるテーブルおよび前記主軸を、該主軸の長手軸に交差する方向に相対移動させる送り軸モータと、該送り軸モータにかかる負荷の大きさを測定する送り負荷測定部と、該送り負荷測定部によって測定された前記負荷の大きさが所定の閾値よりも大きいときに、前記送り軸モータの異常負荷を検知する異常検知部とを備え、前記所定の閾値が、前記主軸に保持される工具の長さに応じて変更される工作機械である。

本態様によれば、送り軸モータが主軸およびテーブルを相対移動させることによって、主軸に保持された工具とテーブルに固定されたワークとが相対移動し、工具の先端部によってワークが加工される。ワークの加工中、工具およびワークが相互に接触しながら相対移動するので、送り軸モータおよび主軸には相対移動方向の負荷がかかる。送り軸モータの負荷は負荷測定部によって測定され、所定の閾値よりも大きい異常負荷が送り軸モータにかかったときに、異常検知部によって異常負荷が検知される。

送り軸モータの負荷が大きい程、主軸の負荷も大きくなる。したがって、送り軸モータの異常負荷の検知に基づいて、主軸に大きな負荷がかかっていることも検知することができる。この場合に、主軸にかかる負荷は、工具の長さに応じて異なる。本態様によれば、加工に使用される工具の長さに応じて閾値が変更される。したがって、主軸に過度に大きな負荷がかかることがないように、使用される工具毎に適切な閾値を設定することができる。

上記態様において、前記主軸に保持される前記工具が長い程、前記所定の閾値が小さくなることが好ましい。
主軸にかかる負荷は、工具が長い程、大きくなる。したがって、工具が長い程、閾値を小さくすることによって、主軸にかかる最大負荷のばらつきを低減することができる。

上記態様において、前記工具の長さと前記所定の閾値とが相互に対応付けられた対応テーブルを記憶する記憶部を備えていてもよい。あるいは、前記異常検知部が、前記工具の長さから前記所定の閾値を算出してもよい。

上記態様において、前記主軸の長手軸に沿う方向に相互に間隔をあけて配置され、前記主軸を該主軸の長手軸回りに回転可能に支持する２つの軸受部を備え、前記所定の閾値が、前記工具の長さと、前記２つの軸受部間の間隔と、前記主軸の先端から基端側の前記軸受部までの距離と、に基づいて設定されてもよい。
主軸が２つの軸受部によって支持される構成において、先端側の軸受部により大きな負荷がかかる。先端側の軸受部にかかる負荷は、工具の長さに加えて２つの軸受部間の間隔、および主軸の先端から基端側の軸受部までの距離に依存する。したがって、上記構成によれば、軸受部に過度に大きな負荷がかかることがないように、閾値を設定することができる。

上記態様において、前記所定の閾値が、下式（１）によって定義される負荷ｆｍａｘに基づいて設定されてもよい。ここで、Ｆｍａｘは、前記軸受部の許容負荷、ｆｍａｘは、前記軸受部に前記許容負荷がかかるときの前記工具の先端にかかる負荷、Ｌは、前記工具の先端から前記主軸の先端までの長さである前記工具の長さ、Ｘａは、前記主軸の先端から基端側の前記軸受部までの距離、Ｘｂは、前記主軸の先端から先端側の前記軸受部までの距離である。

前述したように、２つの軸受部のうち、先端側の軸受部により大きな負荷がかかる。上記構成によれば、先端側の軸受部に係る負荷が許容負荷Ｆｍａｘ以下となるように、閾値を設定することができる。

上記態様において、前記所定の閾値が、前記主軸に保持される前記工具の径に応じて変更され、前記主軸に保持される前記工具の径が小さい程、前記所定の閾値が小さくなってもよい。
工具の径が小さい程、工具の径方向の力に対して工具が弱くなる。工具の径が小さい程、閾値を小さくすることによって、工具の損傷を防止することができる。

上記態様において、前記主軸を該主軸の長手軸回りに回転させる主軸モータと、該主軸モータにかかる負荷の大きさを測定する回転負荷測定部とを備え、前記異常検知部が、前記工具の長さと、前記回転負荷測定部によって測定された前記主軸モータの負荷の大きさと、に基づいて前記所定の閾値を変更してもよい。
この構成によれば、送り軸モータの負荷と主軸モータの負荷との関係から、主軸モータまたは工具の異常、例えば、工具の空回り、または、主軸の回転異常等が分かる。主軸モータの負荷に応じて閾値を変更することによって、主軸モータまたは工具の異常を迅速に検知することができる。

上記態様において、前記主軸モータの負荷が小さい程、前記所定の閾値が小さくなってもよい。
工具がワークに接触せずに空回りしている場合、主軸の負荷は小さくなる。したがって、主軸モータの負荷が小さい程、所定の閾値を小さくすることによって、工具以外の物体からの負荷が送り軸モータにかかっていることをより敏感に検知することができる。

上記態様において、前記異常検知部によって前記異常負荷が検知されたときに、前記異常負荷を作業者に報知する報知部を備えていてもよい。
この構成によれば、報知部による報知によって、送り軸モータの異常負荷を作業者に認識させることができる。

上記態様において、前記送り軸モータを制御する制御部を備え、前記所定の閾値が、第１閾値と、該第１閾値よりも大きい第２閾値とを含み、前記報知部は、前記測定された負荷の大きさが前記第１閾値よりも大きく前記第２閾値以下であるときに警告メッセージを表示し、前記制御部は、前記測定された負荷の大きさが前記第２閾値よりも大きいときに前記送り軸モータを停止させてもよい。
この構成によれば、送り軸モータの異常負荷が比較的小さいときには、警告メッセージによって作業者に異常負荷が報知される。そして、送り軸モータの異常負荷がさらに大きくなると、制御部によって送り軸モータが強制的に停止する。このように、異常負荷の大きさを２段階で作業者に認識させることができる。

本発明によれば、使用される工具毎に適切な異常負荷の閾値を設定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る工作機械の概略正面図である。 図１の工作機械の概略側面図である。 図１の工作機械のブロック図である。 記憶部に記憶される対応テーブルを示す図である。 図１の工作機械の動作をフローチャートである。 主軸および主軸ヘッドの概略縦断面図である。 工具および主軸の軸受部に関する設計値を説明する図である。 図４の対応テーブルの変形例を示す図である。 図４の対応テーブルの他の変形例を示す図である。 図４の対応テーブルの他の変形例を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る工作機械１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、図１から図３に示されるように、ベッド２と、ワークＷが固定されるテーブル３と、複数の工具２０を保持する工具マガジン４と、複数の工具２０を択一的に保持する主軸５と、主軸５を支持する主軸ヘッド６と、主軸５を回転させる主軸モータ７と、テーブル３および主軸５を相対移動させる送り軸モータ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚと、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの負荷の大きさを測定する送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙと、工具マガジン４およびモータ７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚを制御する制御装置１０とを備えている。
以下の説明において、Ｘ方向およびＹ方向は、相互に直交する水平方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向である。

ベッド２は、例えば、レベリングボルトを使用して工作機械１の使用場所に設置される。ベッド２には、Ｘ方向に延びるＸ軸レール（図示略）およびＹ方向に延びるＹ軸レール（図示略）が固定されている。
テーブル３は、ベッド２上に配置され、ベッド２に対して、Ｘ軸レールおよびＹ軸レールに沿ってＸ方向およびＹ方向に移動可能である。ワークＷは、テーブル３の上面上に配置され、任意の固定手段によってテーブル３に固定される。テーブル３の背面側には、ベッド２に固定され、ベッド２から上方に向かってＺ方向に延びるコラム１６が設けられている。主軸ヘッド６、主軸モータ７および工具マガジン４は、コラム１６の上端部に支持されている。

工具マガジン４は、円板状の部材であり、その中心軸回りに回転可能にコラム１６の上端部に支持されている。工具マガジン４は、周方向に間隔をあけて配列する複数の工具保持部４ａを有し、各工具保持部４ａは工具２０を保持している。各工具保持部４ａには、識別番号１，２，３，・・・，８が付されている。制御装置１０からの制御信号に従って回転モータ４ｂが工具マガジン４を回転させることによって、複数の工具保持部４ａによって保持されている複数の工具２０が択一的に主軸ヘッド６の近傍の工具交換位置に位置決めされる。工具交換位置において、工具保持部４ａと主軸５との間で工具２０が受け渡され、主軸５に保持される工具２０が交換される。

テーブル３の上方には、主軸ヘッド６および主軸５が配置されている。コラム１６の上端部には、Ｚ方向に延びるＺ軸レール（図示略）が固定されている。主軸ヘッド６は、Ｚ方向に沿って延びる円筒部を有する形状の部材であり、Ｚ軸レールに沿ってＺ方向に移動可能である。主軸ヘッド６の内部には、主軸５がＺ方向に沿って配置されている。主軸ヘッド６は、主軸５を、主軸５の長手軸回りに回転可能に支持する軸受部６ａ，６ｂ（図６および図７参照。）を備える。主軸５は、工具２０の基端部を脱着可能に保持する。主軸５の基端部（上端部）には、主軸モータ７が接続されている。主軸モータ７は、主軸５を該主軸５の長手軸回りに回転させるスピンドルモータである。

送り軸モータは、テーブル３をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙと、主軸ヘッド６をＺ方向に移動させるＺ軸モータ８Ｚと、から構成される。各モータ８Ｘ，８Ｙ，８Ｚは、サーボモータである。Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙは、ベッド２に固定され、ボールねじ（図示略）を介してテーブル３とそれぞれ接続されている。Ｚ軸モータ８Ｚは、コラム１６の上端部に固定され、ボールねじ（図示略）を介して主軸ヘッド６と接続されている。

Ｘ軸モータ８Ｘには、Ｘ軸モータ８Ｘの負荷の大きさを測定する送り負荷測定部９Ｘが接続されている。Ｙ軸モータ８Ｙには、Ｙ軸モータ８Ｙの負荷の大きさを測定する送り負荷測定部９Ｙが接続されている。各送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙは、例えば、対応するモータ８Ｘ，８Ｙの電流を測定する電流センサを有する。モータ８Ｘ，８Ｙにかかる負荷が大きい程、測定される電流は大きくなる。送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙは、測定されたモータ８Ｘ，８Ｙの電流値に基づいて、モータ８Ｘ，８Ｙにかかる負荷を間接的に測定する。送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙは、電流値を制御装置１０に送信する。送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙは、電流値から負荷トルクを算出し、負荷トルクを制御装置１０に送信してもよい。

制御装置１０は、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび不揮発性メモリ等を有する記憶部１１と、モータ４ｂ，７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚを制御する制御部１２と、Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙの異常負荷を検知する異常検知部１３と、異常負荷を作業者に報知する報知部１４と、を備えている。
記憶部１１には、図３に示されるように、加工プログラム１１ａ、異常検知プログラム１１ｂおよび対応テーブル１１ｃが記憶されている。

対応テーブル１１ｃには、図４に示されるように、工具保持部４ａの識別番号ｉ（ｉ＝１，２，３，…）と、工具２０の長さである工具長Ｌｉと、所定の閾値Ｔｉとが相互に対応付けられている。工具長Ｌｉは、例えば、主軸５に工具２０が保持された状態での、工具２０の先端（下端）から主軸５の先端（下端）までのＺ方向の長さである。閾値Ｔｉは、Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙにかかる負荷の閾値である。例えば、制御装置１０に接続された入力デバイスを使用して作業者が対応テーブル１１ｃに工具長Ｌｉおよび閾値Ｔｉを入力することができるようになっている。対応テーブル１１ｃにおいて、工具長Ｌｉが大きい程、閾値Ｔｉが小さくなっている。

制御部１２は、プロセッサを有し、加工プログラム１１ａに基づいて制御信号を生成し、制御信号をモータ４ｂ，７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚに送信する。これにより、モータ４ｂ，７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚが加工プログラム１１ａに基づいて動作し、主軸５に保持される工具２０の交換および工具２０によるワークＷの加工が交互に実行される。

異常検知部１３は、プロセッサを有し、加工プログラム１１ａの実行中に、異常検知プログラム１１ｂおよび対応テーブル１１ｃに基づいてＸ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙの異常負荷を検知する。具体的には、異常検知部１３は、主軸５に保持されている工具２０に対応する識別番号ｉを制御部１２から取得し、対応テーブル１１ｃにおいて識別番号ｉと対応付けられている閾値Ｔｉを記憶部１１から読み出し、読み出した閾値Ｔｉを異常負荷の判定基準に設定する。続いて、異常検知部１３は、モータ８Ｘ，８Ｙの電流値を送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙから受け取り、電流値を閾値Ｔｉと比較する。両方のモータ８Ｘ，８Ｙの電流値が閾値Ｔｉ以下である場合、異常検知部１３は、両方のモータ８Ｘ，８Ｙの負荷は許容範囲内であると判断し、異常負荷を検知しない。一方、モータ８Ｘ，８Ｙの少なくとも一方の電流値が閾値Ｔｉよりも大きい場合、異常検知部１３は、モータ８Ｘ，８Ｙの少なくとも一方の負荷が許容範囲を超える異常負荷であると判断し、異常負荷を検知する。

報知部１４は、異常検知部１３によって異常負荷が検知されたときに、異常負荷を作業者に報知する。例えば、報知部１４は、警告音を鳴らす警報器、または、警告メッセージを表示するディスプレイである。

次に、工作機械１の作用について、図５を参照して説明する。
加工プログラム１１ａが開始されると、最初に使用される工具２０が主軸５に取り付けられる（ステップＳ１）。
次に、主軸５に保持された工具２０によるワークＷの加工が開始される（ステップＳ２）。すなわち、主軸モータ７が主軸５を回転させることによって、工具２０がその長手軸回りに回転する。また、Ｚ軸モータ８Ｚが主軸ヘッド６をＺ方向に移動させることによって工具２０がＺ方向に移動し、Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙがテーブル３をＸ方向およびＹ方向に移動させることによって、ワークＷがＸ方向およびＹ方向に移動する。これにより、回転する工具２０の先端部によってワークＷが加工される。例えば、フライス加工の場合、工具２０が所定の位置まで下降し、その後に、一定の位置で回転する工具２０の先端部に対してワークＷがＸ方向およびＹ方向に移動する。

ワークＷの加工中、工具２０の先端部とワークＷとの間の接触によって、Ｘ軸モータ８Ｘ、Ｙ軸モータ８Ｙおよび工具２０の先端部には、テーブル３の移動方向の負荷がかかる。加工プログラムと並行して異常検知プログラムが実行され、モータ８Ｘ，８Ｙに異常負荷がかかっていないかどうかが送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙおよび異常検知部１３によって監視される。

すなわち、ステップＳ１において主軸５に工具２０が取り付けられると、異常検知部１３は、取り付けられた工具２０に対応する識別番号ｉを制御部１２から取得し、取得された識別番号ｉに対応する閾値Ｔｉを記憶部１１の対応テーブル１１ｃから読み出し、読み出した閾値Ｔｉを異常負荷の判定基準に設定する（ステップＳ２）。続いて、加工が開始され（ステップＳ１）、Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙのそれぞれの負荷を表す電流値が送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙによって測定される（ステップＳ４）。

両方のモータ８Ｘ，８Ｙの電流値が閾値Ｔｉ以下である場合（ステップＳ５のＮＯ）、モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷は検知されず、加工が継続される。一方、モータ８Ｘ，８Ｙの少なくとも一方の電流値が閾値Ｔｉよりも大きい場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、異常負荷が検知され、報知部１４によって異常負荷が作業者に報知される（ステップＳ６）。作業者は、報知部１４の警告音または警告メッセージ等に基づいて、モータ８Ｘ，８Ｙに異常負荷がかかっていることを認識し、モータ８Ｘ，８Ｙ、主軸５および主軸ヘッド６の損傷を回避するための回避動作をとる。例えば、作業者は、モータ７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚを停止させたり、工具２０をワークＷから退避させたりする。

１つの工具２０によるワークＷの加工が終了した後（ステップＳ７のＹＥＳ）、主軸５に保持される工具２０が他の工具２０に交換される（ステップＳ８）。工具２０の交換に伴って、異常検知部１３は、交換後の工具２０の工具長Ｌｊに対応する閾値Ｔｊを対応テーブル１１ｃから読み出し、読み出した閾値Ｔｊを異常負荷の判定基準に設定する（ステップＳ２）。これにより、モータ８Ｘ，８Ｙの負荷の閾値が、工具長Ｌｊに応じた閾値Ｔｊに変更される。
その後、交換後の工具２０によるワークＷの加工が開始され（ステップＳ３）、変更後の閾値Ｔｊに基づいてモータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷が監視される（ステップＳ４〜Ｓ６）。

このように、本実施形態によれば、主軸５に保持される工具２０が交換される度に、異常検知部１３は、異常負荷の判定に用いる閾値を交換後の工具２０の工具長に応じて変更する。このときに、閾値は、交換後の工具２０の工具長が大きい程、小さい値になる。
送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの負荷が同一であったとしても、工具長に応じて、主軸５にかかる負荷は異なる。すなわち、工具長が大きい程、工具２０の基端部を保持する主軸５にかかる負荷（モーメント）は大きくなる。したがって、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの負荷の大きさのみに基づいて、主軸５にかかる負荷の大きさを正確に判断することは難しい。

本実施形態によれば、前述したように、工具長に応じて閾値が変更される。これにより、主軸５に過度な負荷がかかる前に送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷が検知されるように、使用される工具２０毎に適切な閾値を設定することができる。また、これにより、主軸５および主軸ヘッド６が損傷する前に送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷を作業者に報知し、主軸５および主軸ヘッド６の損傷を防止することができる。

図６は、主軸５および主軸ヘッド６の縦断面図である。符号１７は、主軸５内に配置され、工具２０の基端部を保持する工具保持部材である。軸受部６ａ，６ｂは、例えば、２つのアンギュラ玉軸受をそれぞれ有している。主軸５が軸受部６ａ，６ｂによって支持される構成において、工具２０の長軸に直交するＸＹ方向の負荷が工具２０の先端部にかかったときに、主に軸受部６ａ，６ｂに負荷がかかる。そのため、特に軸受部６ａ，６ｂが損傷し易い。軸受部６ａ，６ｂが損傷した場合、主軸５および工具２０を正常に回転させることができなくなったり、主軸５および工具２０が振動したりし、ワークＷの加工精度に大きな影響を及ぼす。工具２０の先端部にＸＹ方向の負荷がかかっているときの軸受部６ａ，６ｂにかかる負荷は、工具２０の先端から軸受部６ａ，６ｂまでのＺ方向の距離に依存する。したがって、軸受部６ａ，６ｂにかかる負荷の大きさが所定値以下になるように、閾値Ｔｉは、工具２０の先端から軸受部６ａ，６ｂまでのＺ方向の距離に基づいて設定される。

図６に示されるように、主軸５が、長手方向に間隔をあけた２か所で軸受部６ａ，６ｂによって支持されている場合、工具２０の先端部から遠い基端側（上側）の軸受部６ａよりも、工具２０の先端部に近い先端側（下側）の軸受部６ｂに、より大きな負荷がかかる。先端側の軸受部６ｂにかかる負荷は、工具長に加えて、軸受部６ａ，６ｂ間のＺ方向の間隔と、主軸５の先端から基端側の軸受部６ａまでの距離に依存する。したがって、閾値Ｔｉは、工具長Ｌｉと、軸受部６ａ，６ｂ間のＺ方向の間隔と、主軸５の先端から軸受部６ａまでの距離と、に基づいて設定される。

具体的には、工具２０の先端にＸＹ方向の負荷ｆがかかっているときの軸受部６ｂにかかる負荷Ｆｂは、下式（ａ）で表される。
Ｆｂ＝（Ｘａ＋Ｌ）ｆ／（Ｘａ−Ｘｂ） …（ａ）
図７に示されるように、Ｌは、工具２０の先端から主軸５の先端までのＺ方向の工具２０の長さである。Ｘａは、主軸５の先端から基端側の軸受部６ａまでのＺ方向の距離である。Ｘｂは、主軸５の先端から先端側の軸受部６ｂまでのＺ方向の距離である。

軸受部６ｂの負荷Ｆｂが、軸受部６ｂの許容負荷Ｆｍａｘ以下であるために、負荷ｆの最大値ｆｍａｘは下式（ｂ）を満足する。
ｆｍａｘ＝（Ｘａ−Ｘｂ）Ｆｍａｘ／（Ｘａ＋Ｌ） …（ｂ）
式（ｂ）は、主軸５および軸受部６ａ，６ｂの設計値Ａ，Ｂを用いて下式（１）に書き替えられる。工具２０の先端に負荷ｆｍａｘがかかっているときの送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの負荷（電流）の大きさが、閾値Ｔｉに設定される。

本実施形態において、図８に示されるように、各工具長に対して２つの閾値Ｔｉ＿１，Ｔｉ＿２（ｉ＝１，２，３，…）が設定されていてもよい。第２閾値Ｔｉ＿２は、第１閾値Ｔｉ＿１よりも大きい。
異常検知部１３は、モータ８Ｘ，８Ｙの少なくとも一方の電流値が第１閾値Ｔｉ＿１よりも大きいときに、異常負荷を検知する。また、異常負荷を検知した場合、異常検知部１３は、モータ８Ｘ，８Ｙの電流値を第２閾値Ｔｉ＿２と比較する。
電流値が第１閾値Ｔｉ＿１よりも大きく第２閾値Ｔｉ＿２以下であるとき、報知部１４は警告メッセージを表示する。電流値が第２閾値Ｔｉ＿２よりも大きいとき、報知部１４は警告音を鳴らし、制御部１２はモータ７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚを停止させる。

このような構成によれば、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙにかかる異常負荷が比較的小さいときには、警告メッセージが表示される。その後、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙにかかる異常負荷がさらに増大し、電流値が第２閾値Ｔｉ＿２を超えたときに、警告音が鳴るとともにモータ７，８Ｘ，８Ｙ，８Ｚが自動停止する。このように、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷の大きさを２段階で作業者に認識させることができる。

本実施形態において、閾値が、工具長に加えて、工具径Ｄに応じて変更されてもよい。一般的な工具２０は、図７に示されるように、基端側よりも先端側において細くなっている。工具径Ｄは、工具２０の先端側の部分の外径である。
例えば、図９に示されるように、対応テーブル１１ｃにおいて、識別番号ｉと、工具長Ｌｉと、工具径Ｄｉと、閾値Ｔｉとが相互に対応づけられている。図９の例の識別番号１，２，３について、工具長は全て等しいが、工具径（Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３）が相互に異なっており、閾値（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）も相互に異なっている。このように、工具径Ｄｉが小さい程、閾値Ｔｉが小さくなっている。

工具径Ｄが小さい程、工具２０の径方向の負荷に対して工具２０は弱くなる。したがって、細い工具２０に対して太い工具２０と同一の閾値を用いた場合、送り軸モータ８Ｘ，８Ｙに異常負荷がかかる前に、細い工具２０に破損等の異常が生じる可能性がある。閾値Ｔｉを工具径Ｄｉに応じて変更することによって、細い工具２０に異常が生じることを防ぐことができる。

本実施形態において、異常検知部１３が、主軸モータ７にかかる負荷を考慮して送り軸モータ８Ｘ，８Ｙの異常負荷を検知してもよい。
この場合、図３に示されるように、主軸モータ７の負荷の大きさを測定する回転負荷測定部１５が設けられる。回転負荷測定部１５は、例えば、送り負荷測定部９Ｘ，９Ｙと同様に、主軸モータ７の電流値に基づいて、主軸モータ７にかかる負荷を間接的に測定する。回転負荷測定部１５は、電流から負荷トルクを算出してもよい。

異常検知部１３は、回転負荷測定部１５から主軸モータ７の電流値を受け取り、主軸モータ７の電流値に応じて閾値Ｔｉを変更する。閾値Ｔｉは、主軸モータ７の電流値が小さい程、小さくなる。
例えば、図１０に示されるように、主軸モータ７の電流値Ｉｓが所定値Ｖ以下であるときの閾値Ｔｉ＿Ｌ（ｉ＝１，２，３，…）と、主軸モータ７の電流値Ｉｓが所定値Ｖよりも大きいときの閾値Ｔｉ＿Ｈ（ｉ＝１，２，３，…）と、が設定されている。閾値Ｔｉ＿Ｌは、閾値Ｔｉ＿Ｈよりも小さい。この例の場合、閾値Ｔｉは、主軸モータ７の電流値に応じて２段階で変化する。
閾値Ｔｉは、３段階以上で変化してもよく、連続的に変化してもよい。

Ｘ軸モータ８ＸおよびＹ軸モータ８Ｙに負荷がかかっているにも関わらず、主軸モータ７に全く、またはほとんど負荷がかかっていない場合、ワークＷまたはテーブル３が周辺物体によって移動を妨げられる等してワークＷが工具２０の位置まで搬送されず、工具２０が、ワークＷと接触せずに空回りしている可能性がある。
主軸モータ７の負荷の大きさを考慮することによって、テーブル３またはワークＷの工具２０以外の物体との接触に因る異常負荷がモータ８Ｘ，８Ｙにかかっていることを、検知することができる。特に、主軸モータ７の負荷が小さい程、閾値Ｔｉを小さくすることによって、このような異常負荷を敏感に検知することができる。

本実施形態において、テーブル３がＸ方向およびＹ方向に移動することとしたが、これに代えて、主軸５がＸ方向およびＹ方向に移動するように構成されていてもよい。あるいは、テーブル３および主軸５の両方がＸ方向およびＹ方向に移動するように構成されていてもよい。また、テーブル３および主軸５は、Ｘ方向およびＹ方向の一方のみに相対移動するように構成されていてもよい。

また、本実施形態において、主軸ヘッド６、主軸５および主軸５に保持された工具２０が、鉛直方向に沿って配置されることとしたが、これに代えて、水平方向に沿って配置されてもよい。例えば、主軸ヘッド６、主軸５および工具２０がＸ方向に沿って配置される場合、テーブル３および主軸５は、Ｙ方向およびＺ方向の少なくとも一方に相対移動するように構成される。

本実施形態において、記憶部１１に閾値Ｔｉが予め保持されていることとしたが、これに代えて、異常検知部１３が、工具長Ｌｉから閾値Ｔｉを算出してもよい。
例えば、異常検知部１３は、工具長Ｌｉと閾値Ｔｉとの関係を表す関数を保持している。関数は、例えば、式（ｃ）である。異常検知部１３は、主軸５に保持される工具２０が交換される度に、交換後の工具２０の工具長Ｌｉを用いて関数から閾値Ｔｉを算出し、算出された閾値Ｔｉを異常負荷の検知に用いる。

１ 工作機械
２ ベッド
３ テーブル
４ 工具マガジン
４ａ 工具保持部
５ 主軸
６ 主軸ヘッド
６ａ，６ｂ 軸受部
７ 主軸モータ
８Ｘ，８Ｙ，８Ｚ 送り軸モータ
９Ｘ，９Ｙ 送り負荷測定部
１０ 制御装置
１１ 記憶部
１１ａ 加工プログラム
１１ｂ 異常検知プログラム
１１ｃ 対応テーブル
１２ 制御部
１３ 異常検知部
１４ 報知部
１５ 回転負荷測定部
１６ コラム
１７ 工具保持部材
２０ 工具
Ｗ ワーク

Claims (11)

1. 工具を保持する主軸と、
   ワークが固定されるテーブルおよび前記主軸を、該主軸の長手軸に交差する方向に相対移動させる送り軸モータと、
   該送り軸モータにかかる負荷の大きさを測定する送り負荷測定部と、
   該送り負荷測定部によって測定された前記負荷の大きさが所定の閾値よりも大きいときに、前記送り軸モータの異常負荷を検知する異常検知部とを備え、
   前記所定の閾値が、前記主軸に保持される工具の長さに応じて変更される工作機械。
2. 前記主軸に保持される前記工具が長い程、前記所定の閾値が小さくなる請求項１に記載の工作機械。
3. 前記工具の長さと前記所定の閾値とが相互に対応付けられた対応テーブルを記憶する記憶部を備える請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記異常検知部が、前記主軸に保持される前記工具の長さから前記所定の閾値を算出する請求項１または請求項２に記載の工作機械。
5. 前記主軸の長手軸に沿う方向に相互に間隔をあけて配置され、前記主軸を該主軸の長手軸回りに回転可能に支持する２つの軸受部を備え、
   前記所定の閾値が、前記工具の長さと、前記２つの軸受部間の間隔と、前記主軸の先端から基端側の前記軸受部までの距離と、に基づいて設定される請求項１から請求項４のいずれかに記載の工作機械。
6. 前記所定の閾値が、下式（１）によって定義される負荷ｆｍａｘに基づいて設定される請求項５に記載の工作機械。
   ここで、
   Ｆｍａｘは、前記軸受部の許容負荷、
   ｆｍａｘは、前記軸受部に前記許容負荷がかかるときの前記工具の先端にかかる負荷、
   Ｌは、前記工具の先端から前記主軸の先端までの長さである前記工具の長さ、
   Ｘａは、前記主軸の先端から基端側の前記軸受部までの前記主軸の長手軸に沿う方向の距離、
   Ｘｂは、前記主軸の先端から先端側の前記軸受部までの前記主軸の長手軸に沿う方向の距離
   である。
   

   
7. 前記所定の閾値が、前記主軸に保持される前記工具の径に応じて変更され、
   前記主軸に保持される前記工具の径が小さい程、前記所定の閾値が小さくなる請求項１から請求項６のいずれかに記載に工作機械。
8. 前記主軸を該主軸の長手軸回りに回転させる主軸モータと、
   該主軸モータにかかる負荷の大きさを測定する回転負荷測定部とを備え、
   前記異常検知部が、前記工具の長さと、前記回転負荷測定部によって測定された前記主軸モータの負荷の大きさと、に基づいて前記所定の閾値を変更する請求項１から請求項７のいずれかに記載の工作機械。
9. 前記主軸モータの負荷が小さい程、前記所定の閾値が小さくなる請求項８に記載の工作機械。
10. 前記異常検知部によって前記異常負荷が検知されたときに、前記異常負荷を作業者に報知する報知部を備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の工作機械。
11. 前記送り軸モータを制御する制御部を備え、
    前記所定の閾値が、第１閾値と、該第１閾値よりも大きい第２閾値とを含み、
    前記報知部は、前記測定された負荷の大きさが前記第１閾値よりも大きく前記第２閾値以下であるときに警告メッセージを表示し、
    前記制御部は、前記測定された負荷の大きさが前記第２閾値よりも大きいときに前記送り軸モータを停止させる請求項１０に記載の工作機械。

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