JP7218702B2 - 工作機械、計測方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、主軸に装着した工具の刃数を計測する工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムに関する。

主軸に装着した工具によってワークを加工する場合、工具に振動が発生する。振動の振幅が大きくなった場合、ワークの加工面の粗さが大きくなり、製品の品質が悪化する。そのため、作業者は振動の大きさを測定する為に試験加工を行う（例えば特許文献１参照）。

試験加工において、例えば、工作機械の制御装置は、主軸の回転速度、一回転中の移動距離、及び刃数に基づき、一刃当たりの送り速度（一回転中の一刃当たりの移動量）を求める。制御装置は、求めた一刃当たりの送り速度が、振動が発生しない予め定めた範囲内にあるのか否かを判定する。

特開２０１６－１９０２７６号公報

試験加工の為に作業者は刃数を設定する。作業者は刃数の設定を誤るか又は失念することがある。刃数は自動的に測定することが好ましい。

本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、刃数を計測する工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、工具を装着する主軸の駆動を制御する制御装置を備える工作機械において、前記制御装置は、前記主軸の周方向位置を取得する第一取得部と、該第一取得部にて取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得する第二取得部と、該第二取得部にて取得した前記回転速度を時間微分する加速度導出部と、該加速度導出部にて導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定する第一判定部と、該第一判定部にて、前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記加速度導出部にて導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定する第二判定部と、該第二判定部にて、前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する加算部とを備える。

本開示の一実施形態においては、主軸の加速度を導出し、一回転中に、加速度が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記制御装置は、複数の指令を記憶した記憶部と、前記主軸に作用するトルクの平均値を導出する平均トルク導出部とを備え、前記主軸を回転する指令を読み込み、且つ前記平均トルク導出部にて導出したトルクの平均値が閾値以上である場合、前記加速度導出部は前記回転速度を時間微分する。

本開示の一実施形態においては、主軸に作用するトルクの平均値を導出する。制御装置は主軸を回転する指令を読み込み、且つ平均トルクが閾値以上である場合、ワークの加工中であると判定する。制御装置はワークの加工中に刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、工具を装着する主軸の駆動を制御する制御装置を備える工作機械において、前記制御装置は、前記主軸の周方向位置を取得する第三取得部と、該第三取得部にて取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得する第四取得部と、該第四取得部にて取得した前記トルクを時間微分する微分値導出部と、該微分値導出部にて導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定する第三判定部と、該第三判定部にて、前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定する第四判定部と、該第四判定部にて、前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する第二加算部とを備える。

本開示の一実施形態においては、主軸のトルクを導出し、トルクを時間微分する。一回転中に、トルクの微分値が負の値から正の値に変化した回数をし、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記制御装置は、複数の指令を記憶した記憶部と、前記トルクの平均値を導出する平均トルク導出部とを備え、前記主軸を回転する指令を読み込み、且つ前記平均トルク導出部にて導出したトルクの平均値が閾値以上である場合、前記微分値導出部は前記トルクを時間微分する。

本開示の一実施形態においては、主軸に作用するトルクの平均値を導出する。制御装置は主軸を回転する指令を読み込み、且つ平均トルクが閾値以上である場合、ワークの加工中であると判定する。制御装置はワークの加工中に刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る計測方法は、主軸に装着した工具の刃数の計測方法において前記主軸の周方向位置を取得し、取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得し、取得した前記回転速度を時間微分して加速度を導出し、導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定し、前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定し、前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する。

本開示の一実施形態においては、主軸の加速度を導出し、一回転中に、加速度が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る計測方法は、主軸に装着した工具の刃数の計測方法において
前記主軸の周方向位置を取得し、取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得し、取得した前記トルクを時間微分し、前記トルクを時間微分して導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定し、前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定し、前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する。

本開示の一実施形態においては、主軸のトルクを導出し、トルクを時間微分する。一回転中に、トルクの微分値が負の値から正の値に変化した回数をし、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、主軸に装着した工具の刃数の計測する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記制御装置に、前記主軸の周方向位置を取得し、取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得し、取得した前記回転速度を時間微分して加速度を導出し、導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定し、前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定し、前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する処理を実行させる。

本開示の一実施形態においては、主軸の加速度を導出し、一回転中に、加速度が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、主軸に装着した工具の刃数の計測する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記制御装置に、前記主軸の周方向位置を取得し、取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得し、取得した前記トルクを時間微分し、前記トルクを時間微分して導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定し、前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定し、前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する処理を実行させる。

本開示の一実施形態においては、主軸のトルクを導出し、トルクを時間微分する。一回転中に、トルクの微分値が負の値から正の値に変化した回数をし、刃数を計測する。

本開示の一実施形態に係る工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムにあっては、主軸の加速度を導出し、一回転中に、加速度が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数の計測を正確に実行することができる。

本開示の一実施形態に係る工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムにあっては、主軸のトルクを導出し、トルクを時間微分する。一回転中に、トルクの微分値が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数の計測を正確に実行することができる。

実施の形態１に係る工作機械の縦断面図である。 工作機械の制御装置を略示するブロック図である。 ワークと工具とを略示する模式図である。 主軸の回転速度及び測定した刃数と、主軸モータの総回転数との関係を示すグラフである。 刃数の測定過程を示すグラフである。 ＣＰＵによる刃数計測処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る主軸モータのトルク及び測定した刃数と、主軸モータの総回転数との関係を示すグラフである。 刃数の測定過程を示すグラフである。 ＣＰＵによる刃数計測処理を説明するフローチャートである。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。図１は、工作機械の縦断面図である。以下の説明では上下前後左右を使用する。上下前後は図１の矢印で示す上下前後に対応し、左右は図１の表側及び裏側に対応する。図１に示す如く、工作機械は前後に長い矩形の基台１を備える。立柱２は基台１の後部に固定する。基台１の前部にワークを保持するワーク保持部１０を設けてある。ワーク保持部１０は、前後方向に移動するＹ方向移動部１１、左右方向に移動するＸ方向移動部１２、ワークを固定する台１３を備える。Ｙ方向移動部１１はＹ軸モータ１６（図２参照）を備え、Ｙ軸モータ１６の駆動によってＹ方向移動部１１は前後移動する。Ｘ方向移動部１２はＸ軸モータ２３（図２参照）を備え、Ｘ軸モータ２３によってＸ方向移動部１２は左右移動する。

Ｙ方向移動部１１は基台１上に設けてあり、Ｘ方向移動部１２はＹ方向移動部１１上に設けてある。台１３はＸ方向移動部１２上に設けてある。Ｘ方向移動部１２とＹ方向移動部１１の左右前後移動は、台１３に固定したワークの左右前後の位置を決定する。

上下方向に移動可能な主軸ヘッド３は立柱２の前面に設けてある。Ｚ軸モータ３３（図２参照）は立柱２に設けてあり、Ｚ軸モータ３３は主軸ヘッド３を上下移動する。主軸ヘッド３は上下に延びた主軸（図示略）を軸回りに回転可能に保持する。主軸モータ８は主軸ヘッド３の上端部に設けてあり、主軸モータ８の駆動によって主軸は回転する。二つの支持板７は立柱２から前方に突出し且つ左右に並ぶ。支持板７は工具マガジン６を支持し、工具マガジン６は工具５を保持する。マガジンモータ６０（図２参照）の駆動によって、工具マガジン６は回転し、所定の工具５を最下位置、即ち交換位置に送る。

図２は、工作機械の制御装置５０を略示するブロック図である。図２に示す如く、制御装置５０はＣＰＵ５１、記憶部５２、ＲＡＭ５３、入出力インタフェース５４を備える。記憶部５２は書き換え可能なメモリであり、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等である。記憶部５２はワークを加工する加工プログラム、主軸ヘッド３と工具マガジン６の動作プログラム、工具５の刃数を計測するプログラム、閾値Ｔ、閾値Ｎ等を記憶する。制御装置５０は記憶部５２に記憶したプログラムに基づいて、工作機械を制御する。ＣＰＵ５１は、加工プログラムを構成する複数の指令を順次読み込み、読み込んだ指令を実行する。制御装置５０は予めプログラムを格納したＲＯＭを備えていてもよい。

作業者が操作部１４を操作した場合、操作部１４から入出力インタフェース５４に信号が入力する。操作部１４はキーボード、ボタン、タッチパネル等である。入出力インタフェース５４は表示部１５に信号を出力する。表示部１５は文字、図形、記号等を表示する。表示部１５は、例えば液晶表示パネルである。

制御装置５０はＸ軸モータ２３に対応したＸ軸制御回路５５、サーボアンプ５５ａ、微分器２３ｂを備える。Ｘ軸モータ２３はエンコーダ２３ａを備える。Ｘ軸制御回路５５はＣＰＵ５１からの指令に基づき、電流量を示す命令をサーボアンプ５５ａに出力する。サーボアンプ５５ａは前記命令を受け、Ｘ軸モータ２３に駆動電流を出力する。エンコーダ２３ａはＸ軸制御回路５５に位置フィードバック信号を出力する。Ｘ軸制御回路５５は位置フィードバック信号に基づき位置のフィードバック制御を実行する。エンコーダ２３ａは微分器２３ｂに位置フィードバック信号を出力し、微分器２３ｂは位置フィードバック信号を速度フィードバック信号に変換して、Ｘ軸制御回路５５に出力する。Ｘ軸制御回路５５は速度フィードバック信号に基づき、速度のフィードバック制御を実行する。

電流検出器５５ｂはサーボアンプ５５ａが出力した駆動電流の値を検出する。電流検出器５５ｂは駆動電流の値をＸ軸制御回路５５にフィードバックする。Ｘ軸制御回路５５は駆動電流の値に基づき、電流（トルク）制御を実行する。一般的に、モータに流れる駆動電流とモータに作用するトルクは略一致する。故に、電流検出器５５ｂはＸ軸モータ２３の駆動電流を検出することで、Ｘ軸モータ２３のトルクを検出する。

制御装置５０はＹ軸モータ１６に対応したＹ軸制御回路５６、サーボアンプ５６ａ、微分器１６ｂ、電流検出器５６ｂを備え、Ｙ軸モータ１６はエンコーダ１６ａを備える。Ｙ軸制御回路５６、サーボアンプ５６ａ、微分器１６ｂ、Ｙ軸モータ１６、エンコーダ１６ａ、電流検出器５６ｂはＸ軸のものと同様であり、その説明を省略する。制御装置５０はＺ軸モータ３３に対応したＺ軸制御回路５７、サーボアンプ５７ａ、電流検出器５７ｂ、微分器３３ｂを備える。Ｚ軸モータ３３はエンコーダ３３ａを備える。Ｚ軸制御回路５７、サーボアンプ５７ａ、微分器３３ｂ、Ｚ軸モータ３３、エンコーダ３３ａ、電流検出器５７ｂはＸ軸のものと同様であり、その説明を省略する。制御装置５０はマガジンモータ６０に対応したマガジン制御回路５８、サーボアンプ５８ａ、電流検出器５８ｂ、微分器６０ｂを備える。マガジンモータ６０はエンコーダ６０ａを備える。マガジン制御回路５８、サーボアンプ５８ａ、微分器６０ｂ、マガジンモータ６０、エンコーダ６０ａ、電流検出器５８ｂはＸ軸のものと同様であり、その説明を省略する。

制御装置５０は主軸モータ８に対応した主軸制御回路７９、サーボアンプ７９ａ、電流検出器７９ｂ、微分器８０ｂを備える。主軸モータ８はエンコーダ８０ａを備える。サーボアンプ７９ａ、微分器８０ｂ、主軸モータ８、エンコーダ８０ａ、電流検出器７９ｂはＸ軸のものと同様であり、その説明を省略する。主軸制御回路７９はローパスフィルタを備え、微分器８０ｂから入力した回転速度を示す信号、即ち主軸の回転速度を示す信号をローパスフィルタに入力し、高周波成分を除去して、主軸の回転速度を示す信号を平滑化する。

ＣＰＵ５１は、ワーク４０の加工中に、工具５の刃数を測定する刃数測定処理を実行する。刃数測定処理は、ワーク４０の加工中に工具５に作用する負荷に注目し、例えば試験加工時に実行する。図３は、ワーク４０と工具５とを略示する模式図、図４は、主軸の回転速度及び測定した刃数と、主軸モータ８の総回転数との関係を示すグラフである。図４において、左側縦軸は主軸の回転速度（ｒｐｍ）を示し、右側縦軸は、測定が終了した刃数を示し、横軸は主軸モータ８の総回転数を示す。実線は回転速度を示し、二点鎖線は刃数を示す。図４の原点における回転速度、刃数及び総回転数は０である。

図５は、刃数の測定過程を示すグラフである。図５において、左側縦軸は主軸モータ８の回転加速度を示し、右側縦軸は刃数を示し、横軸は主軸モータ８の総回転数を示す。実線は回転速度を示し、二点鎖線は刃数を示す。図５の原点における回転加速度、刃数及び総回転数は０である。以下、回転加速度を単に加速度とも称する。図５の破線は、主軸モータ８の加速度が負の値から正の値に変化した時を示す。

図４において、総回転数ｔ１からｔ２の間に、工具５はワーク４０を加工する。総回転数ｔ１より前は、工具５がワーク４０を加工していないか、又は加工開始直後であって、主軸の平均トルクが所定値以上になっておらず、主軸の回転速度が不安定な状態にある。この場合における工具５の刃数の測定結果に対する信頼性は低い。総回転数ｔ２より後は、工具５がワーク４０を加工していない場合であって、主軸の平均トルクが所定値以上になっておらず、刃数の測定結果に対する信頼性は低い。図５は、総回転数ｔ１から総回転数ｔ２の間の任意の範囲におけるグラフである。

ＣＰＵ５１は、微分器８０ｂから主軸の回転速度を示す信号を取得し、取得した回転速度を示す信号をローパスフィルタに入力し、ローパスフィルタからの出力値、即ち後述の回転速度Ｖを取得する。図４の縦軸は、ローパスフィルタからの出力値を示す。

ＣＰＵ５１は回転速度Ｖを時間微分して加速度を導出する。図５に示す如く、ワーク４０の加工中、主軸の加速度は周期的に変化し、正の値と負の値とを繰り返す。図５において、総回転数Ｓ１は、工具５のいずれかの刃がワーク４０に接触して（図３参照）、ワーク４０の切削を開始し、主軸に負荷が作用して、加速度が負の値になった時の総回転数である。即ち、総回転数Ｓ１は、加速度が正の値から負の値に変化した時の総回転数であり、刃数の測定を開始する総回転数である。図５において、破線にて示した総回転数は、工具５のいずれかの刃がワーク４０の切削を完了した直後且つ次の刃がワークに未接触の総回転数である。ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ１を求める。ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ１から主軸が一回転した総回転数、即ち３６０度回転した総回転数Ｅ１を求める。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａの検出値に基づき、主軸の回転角及び総回転数を測定する。総回転数Ｅ１は、刃数の測定を終了する総回転数である。

ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ１から総回転数Ｅ１までの間に、加速度が負の値から正の値に変化した回数（即ち図５にて破線で示した総回転数）を計測し、変化した回数の合計値を記憶部５２に記憶する。前記合計値は工具５の刃数に対応する。即ち、主軸が一回転する毎に工具５の刃数は確定する。図４に示された刃数は図５の総回転数Ｅ１での刃数であり、離散的な値である。図３に示す如く、刃数が５であり、周方向における刃の間の位相差が均等に設定してある場合、ＣＰＵ５１は、主軸が７２度回転する毎に、刃数を一ずつ加算する。総回転数Ｅ１にて、ＣＰＵ５１は刃数をリセットし、測定した回転角をリセットする。

図６は、ＣＰＵ５１による刃数計測処理を説明するフローチャートである。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａから主軸の回転角を取得し、且つ主軸制御回路７９のローパスフィルタから回転速度Ｖを取得する（Ｓ１）。回転速度Ｖは回転角（即ち周方向位置）に対応する。ＣＰＵ５１は、電流検出器７９ｂから主軸モータ８の駆動電流、即ち主軸モータ８のトルクＰを取得し（Ｓ２）、主軸モータ８の平均トルクを演算する（Ｓ３）。Ｓ１のＣＰＵ５１は第一取得部及び第二取得部を構成し、Ｓ３のＣＰＵ５１は平均トルク導出部を構成する。

ＣＰＵ５１は、加工プロラムを読み込み、主軸の回転を示す指令を実行中であるか否か判定する（Ｓ４）。主軸の回転を示す指令を実行中である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ３にて演算した平均トルクが、予め定めた閾値Ｔ以上であるか否か判定する（Ｓ５）。平均トルクが、予め定めた閾値Ｔ以上である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、主軸の回転を示す指令が含む目標回転速度が、予め定めた閾値Ｎ以上であるか否か判定する（Ｓ６）。目標回転速度が、予め定めた閾値Ｎ以上である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１にて取得した回転速度の時間微分ｄｖ／ｄｔを演算する（Ｓ７）。Ｓ７のＣＰＵ５１は加速度導出部を構成する。

ここで目標回転速度、平均トルク及び主軸の回転を示す指令について説明する。平均トルクがＴ以上且つ主軸の回転を示す指令を実行中である場合（Ｓ４：ＹＥＳ且つＳ５：ＹＥＳ）、安定した回転速度で工具５はワーク４０を加工中である。目標回転速度がＮ以下でない場合、即ち主軸の回転速度が高過ぎる場合（Ｓ６：ＮＯ）、ローパスフィルタから出力した回転速度の脈動は失われ、取得した回転速度の精度が低下するおそれがある。

故に、主軸の回転を示す指令を実行中でない場合、又は平均トルクがＴ以上でない場合（Ｓ４：ＮＯ又はＳ５：ＮＯ）、安定した回転速度で工具５はワーク４０を加工していないので、ＣＰＵ５１は刃数測定処理を終了する。また目標回転速度がＮ以下でない場合（Ｓ６：ＮＯ）、取得した回転速度の精度が低下するので、ＣＰＵ５１は刃数測定処理を終了する。

Ｓ７において、ｄＶ／ｄｔを演算後、ＣＰＵ５１は、工具５の刃数を測定中であるか否か判定する（Ｓ８）。例えば、ＣＰＵ５１は、記憶部５２が刃数の測定を開始したことを示すフラグを記憶しているか否か判定し、フラグを記憶している場合、刃数を測定中であると判定し、フラグを記憶していない場合、刃数を測定中でないと判定する。

刃数を測定中でない場合（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、ｄＶ／ｄｔが正の値から負の値に変化したか否か判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２のＣＰＵ５１は第一判定部を構成する。ｄＶ／ｄｔが正の値から負の値に変化した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ、図５の総回転数Ｓ１参照）、ＣＰＵ５１は刃数の測定を開始し（Ｓ１３）、例えば前記フラグを記憶部５２に記憶する。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａの検出値を取り込み、主軸の回転角の測定を開始し（Ｓ１４）、Ｓ１に処理を戻す。ｄＶ／ｄｔが正の値から負の値に変化していない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、刃数の測定は開始されておらず、ＣＰＵ５１はＳ１に処理を戻す。

Ｓ８において、刃数を測定中であると判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１４にて測定を開始した主軸の回転角が３６０度以下であるか否か判定する（Ｓ９）。回転角が３６０度以下である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ｄＶ／ｄｔが負の値から正の値に変化したか否か判定する（Ｓ１０）。Ｓ１０のＣＰＵ５１は第二判定部を構成する。ｄＶ／ｄｔが負の値から正の値に変化した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ、図５の破線参照）、ＣＰＵ５１は刃数を一つ加算する（Ｓ１１）。例えば、刃数に対応した変数が記憶部５２に記憶してあり、ＣＰＵ５１は前記変数の値を一加算する。Ｓ１１のＣＰＵ５１は加算部を構成する。Ｓ１０において、ｄＶ／ｄｔが負の値から正の値に変化していない場合（Ｓ１０：ＮＯ）、またはＳ１１の処理後、ＣＰＵ５１はＳ１に処理を戻す。

Ｓ９において、回転角が３６０度以下でない場合、即ち総回転数Ｓ１から主軸が一回転した場合（Ｓ９：ＮＯ、図５の総回転数Ｅ１参照）、ＣＰＵ５１は刃数の測定を終了し（Ｓ１５）、刃数の合計を記憶部５２に記憶し（Ｓ１６）、計測した刃数及び回転角をリセットし（Ｓ１７）、処理を終了する。

実施の形態１に係る工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムにあっては、主軸の加速度を導出し、一回転中に、加速度が負の値から正の値に変化した回数を計測して、刃数を計測する。故に刃数の計測を正確に実行することができる。

また制御装置５０は主軸に作用するトルクの平均値を導出する。制御装置５０は主軸を回転する指令を読み込み、且つ平均トルクが閾値以上である場合、安定した回転速度で工具５はワーク４０を加工していると判定する。安定した回転速度で工具５がワーク４０を加工している場合に刃数を測定することによって、刃数の測定値の精度は向上する。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。実施の形態２に係る構成の内、実施の形態１と同様な構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７は、主軸モータ８のトルク及び測定した刃数と、主軸モータ８の総回転数との関係を示すグラフである。図７において、左側縦軸は主軸モータ８のトルク（％）を示し、右側縦軸は、測定が終了した刃数を示し、横軸は主軸モータ８の総回転数を示す。実線はトルクを示し、二点鎖線は刃数を示す。図７の原点におけるトルク、刃数及び総回転数は０である。

図８は、刃数の測定過程を示すグラフである。図８において、左側縦軸は主軸モータ８のトルク変化率（％／ｓ）を示し、右側縦軸は刃数を示し、横軸は主軸モータ８の総回転数を示す。図８の原点におけるトルク変化率、刃数及び総回転数は０である。図８の破線は、主軸モータ８のトルク変化率が負の値から正の値に変化した総回転数を示す。

図７において、総回転数ｔ３からｔ４の間に、工具５はワーク４０を加工する。図８は、総回転数ｔ３から総回転数ｔ４の間の任意の範囲におけるグラフである。

ＣＰＵ５１は、電流検出器７９ｂから主軸モータ８のトルクを示す信号を取得し、取得したトルクを示す信号をローパスフィルタに入力し、ローパスフィルタからの出力値、即ち後述のトルクＰを取得する。図７の縦軸は、ローパスフィルタからの出力値を示す。

ＣＰＵ５１はトルクＰを時間微分してトルクＰの変化率を導出する。以下、トルクＰの変化率を単に変化率とも称する。図８に示す如く、ワーク４０の加工中、変化率は周期的に変化し、正の値と負の値とを繰り返す。図８において、総回転数Ｓ２は、工具５のいずれかの刃がワーク４０の切削を完了した直後且つ次の刃がワーク４０に未接触の時の総回転数である。即ち、総回転数Ｓ２はトルク変化率が正の値から負の値に変化した総回転数であり、刃数の測定を開始する総回転数である。図８において、破線にて示した総回転数は、工具５のいずれかの刃がワーク４０に接触して（図３参照）、ワーク４０の切削を開始し、主軸に負荷が作用して、トルク変化率が負の値から正の値になった総回転数である。ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ２を求める。ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ２から主軸が一回転した総回転数、即ち３６０度回転した総回転数Ｅ２を求める。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａの検出値に基づき、主軸の回転角を測定する。総回転数Ｅ２は、刃数の測定を終了する総回転数である。

ＣＰＵ５１は総回転数Ｓ２から総回転数Ｅ２までの間に、トルクＰの変化率が負の値から正の値に変化した回数（即ち図８にて破線で示した総回転数）を計測し、変化した回数の合計値を記憶部５２に記憶する。前記合計値は工具５の刃数に対応する。即ち、主軸が一回転する毎に工具５の刃数は確定する。図７に示された刃数は図８の総回転数Ｅ２での刃数であり、離散的な値である。図３に示す如く、刃数が５であり、周方向における刃の間の位相差が均等に設定してある場合、ＣＰＵ５１は、主軸が７２度回転する毎に、刃数を一ずつ加算する。総回転数Ｅ２にて、ＣＰＵ５１は刃数をリセットし、測定した回転角をリセットする。

図９は、ＣＰＵ５１による刃数計測処理を説明するフローチャートである。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａから主軸の回転角を取得し且つ電流検出器７９ｂから主軸モータ８の駆動電流、即ち主軸モータ８のトルクＰを取得する（Ｓ２１）。トルクＰは回転角に対応する。ＣＰＵ５１は、主軸モータ８の平均トルクを演算する（Ｓ２２）。Ｓ２１のＣＰＵ５１は第三取得部及び第四取得部を構成する。

ＣＰＵ５１は、加工プロラムを読み込み、主軸の回転を示す指令を実行中であるか否か判定する（Ｓ２３）。主軸の回転を示す指令を実行中である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ２２にて演算した平均トルクが、予め定めた閾値Ｔ以上であるか否か判定する（Ｓ２４）。平均トルクが、予め定めた閾値Ｔ以上である場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、主軸の回転を示す指令が含む目標回転速度が、予め定めた閾値Ｎ以上であるか否か判定する（Ｓ２５）。目標回転速度が、予め定めた閾値Ｎ以上である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ２１にて取得したトルクＰの時間微分ｄＰ／ｄｔ、即ち変化率を演算する（Ｓ２６）。Ｓ２６のＣＰＵ５１は微分値導出部を構成する。

平均トルクがＴ以上でない場合、主軸の回転を示す指令を実行中でない場合、又は目標回転速度がＮ以下でない場合（Ｓ２３：ＮＯ、Ｓ２４：ＮＯ又はＳ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、実施の形態１と同様の理由から、刃数測定処理を終了する。

Ｓ２６において、ｄＰ／ｄｔを演算後、ＣＰＵ５１は、工具５の刃数を測定中であるか否か判定する（Ｓ２７）。例えば、ＣＰＵ５１は、記憶部５２が刃数の測定を開始したことを示すフラグを記憶しているか否か判定し、フラグを記憶している場合、刃数を測定中であると判定し、フラグを記憶していない場合、刃数を測定中でないと判定する。

刃数を測定中でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、ｄＰ／ｄｔが正の値から負の値に変化したか否か判定する（Ｓ３１）。Ｓ３１のＣＰＵ５１は第三判定部を構成する。ｄＰ／ｄｔが正の値から負の値に変化した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ、図８の総回転数Ｓ２参照）、ＣＰＵ５１は刃数の測定を開始し（Ｓ３２）、例えば前記フラグを記憶部５２に記憶する。ＣＰＵ５１は、エンコーダ８０ａの検出値を取り込み、主軸の回転角の測定を開始し（Ｓ３３）、Ｓ２１に処理を戻す。ｄＰ／ｄｔが正の値から負の値に変化していない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、刃数の測定は開始されておらず、ＣＰＵ５１はＳ２１に処理を戻す。

Ｓ２７において、刃数を測定中であると判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ３３にて測定を開始した主軸の回転角が３６０度以下であるか否か判定する（Ｓ２８）。回転角が３６０度以下である場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ｄＰ／ｄｔが負の値から正の値に変化したか否か判定する（Ｓ２９）。Ｓ２９のＣＰＵ５１は第四判定部を構成する。ｄＰ／ｄｔが負の値から正の値に変化した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ、図８の破線参照）、ＣＰＵ５１は刃数を一つ加算する（Ｓ３０）。例えば、刃数に対応した変数が記憶部５２に記憶してあり、ＣＰＵ５１は前記変数の値を一加算する。Ｓ３０のＣＰＵ５１は第二加算部を構成する。Ｓ２９において、ｄＰ／ｄｔが負の値から正の値に変化していない場合（Ｓ２９：ＮＯ）、またはＳ３０の処理後、ＣＰＵ５１はＳ２１に処理を戻す。

Ｓ２８において、回転角が３６０度以下でない場合、即ち総回転数Ｓ２から主軸が一回転した場合（Ｓ２８：ＮＯ、図８の総回転数Ｅ２参照）、ＣＰＵ５１は刃数の測定を終了し（Ｓ３４）、刃数の合計を記憶部５２に記憶し（Ｓ３５）、計測した刃数及び回転角をリセットし（Ｓ３６）、処理を終了する。

実施の形態２に係る工作機械、計測方法及びコンピュータプログラムにあっては、主軸のトルクを導出し、トルクを時間微分する。一回転中に、トルクの微分値が負の値から正の値に変化した回数を計測し、刃数の計測を正確に実行することができる。

制御装置５０は主軸に作用するトルクの平均値を導出する。制御装置５０は主軸を回転する指令を読み込み、且つ平均トルクが閾値以上である場合、安定した回転速度で工具５はワーク４０を加工していると判定する。安定した回転速度で工具５がワーク４０を加工している場合に刃数を測定することによって、刃数の測定値の精度は向上する。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

５ 工具
５０ 制御装置
５１ ＣＰＵ
５２ 記憶部
５３ ＲＡＭ
７９ 主軸制御回路
７９ａ サーボアンプ
８ 主軸モータ
８０ａ エンコーダ
８０ｂ 微分器

Claims (8)

1. 工具を装着する主軸の駆動を制御する制御装置を備える工作機械において、
   前記制御装置は、
   前記主軸の周方向位置を取得する第一取得部と、
   該第一取得部にて取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得する第二取得部と、
   該第二取得部にて取得した前記回転速度を時間微分する加速度導出部と、
   該加速度導出部にて導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定する第一判定部と
   該第一判定部にて、前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記加速度導出部にて導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定する第二判定部と、
   該第二判定部にて、前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する加算部と
   を備える工作機械。
2. 前記制御装置は、
   複数の指令を記憶した記憶部と、
   前記主軸に作用するトルクの平均値を導出する平均トルク導出部と
   を備え、
   前記主軸を回転する指令を読み込み、且つ前記平均トルク導出部にて導出したトルクの平均値が閾値以上である場合、前記加速度導出部は前記回転速度を時間微分する
   請求項１に記載の工作機械。
3. 工具を装着する主軸の駆動を制御する制御装置を備える工作機械において、
   前記制御装置は、
   前記主軸の周方向位置を取得する第三取得部と、
   該第三取得部にて取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得する第四取得部と、
   該第四取得部にて取得した前記トルクを時間微分する微分値導出部と、
   該微分値導出部にて導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定する第三判定部と
   該第三判定部にて、前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定する第四判定部と、
   該第四判定部にて、前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する第二加算部と
   を備える工作機械。
4. 前記制御装置は、
   複数の指令を記憶した記憶部と、
   前記トルクの平均値を導出する平均トルク導出部と
   を備え、
   前記主軸を回転する指令を読み込み、且つ前記平均トルク導出部にて導出したトルクの平均値が閾値以上である場合、前記微分値導出部は前記トルクを時間微分する
   請求項３に記載の工作機械。
5. 主軸に装着した工具の刃数の計測方法において
   前記主軸の周方向位置を取得し、
   取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得し、
   取得した前記回転速度を時間微分して加速度を導出し、
   導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定し、
   前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定し、
   前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する
   刃数の計測方法。
6. 主軸に装着した工具の刃数の計測方法において
   前記主軸の周方向位置を取得し、
   取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得し、
   取得した前記トルクを時間微分し、
   前記トルクを時間微分して導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定し、
   前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定し、
   前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する
   刃数の計測方法。
7. 主軸に装着した工具の刃数の計測する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムにおいて、
   前記制御装置に、
   前記主軸の周方向位置を取得し、
   取得した前記周方向位置に対応した前記主軸の回転速度を取得し、
   取得した前記回転速度を時間微分して加速度を導出し、
   導出した加速度が正の値から負の値になったか否か判定し、
   前記加速度が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、導出した加速度が負の値から正の値になったか否か判定し、
   前記加速度が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する
   処理を実行させるコンピュータプログラム。
8. 主軸に装着した工具の刃数の計測する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムにおいて、
   前記制御装置に、
   前記主軸の周方向位置を取得し、
   取得した前記周方向位置に対応した前記主軸に作用したトルクを取得し、
   取得した前記トルクを時間微分し、
   前記トルクを時間微分して導出した微分値が正の値から負の値になったか否か判定し、
   前記微分値が正の値から負の値になったと判定した後、前記主軸が一回転するまでの間、前記微分値が負の値から正の値になったか否か判定し、
   前記微分値が負の値から正の値になったと判定した場合、前記工具の刃数を加算する
   処理を実行させるコンピュータプログラム。

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