JPH10286743A - 工作機械の工具異常検出装置及び工作機械の工具異常検出用プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工位置が変更されたり、工具長が変更され
たりした場合に、作業能率が低下することを極力防止す
る。 【解決手段】 空運転状態で、主軸を加工軸（Ｚ軸）方
向へ全ストローク移動させ、このときのＺ軸モータに加
わるモータ負荷を検出し、この無負荷時基準データをＺ
軸座標の関数として記憶する（ステップＡ１）。試し加
工を行い、設定された測定区間において、Ｚ軸モータの
負荷に基づき試し加工値を算出し、試し加工値と無負荷
時基準データから得られた無負荷時基準値との差から実
負荷基準値を算出し、実負荷基準値に基づき評価基準値
を決定する（ステップＡ２）。実際の切削加工を行い、
設定された測定区間において、Ｚ軸モータの負荷に基づ
き実加工値を算出し、実加工値と無負荷時基準値との差
から実負荷評価値を算出し、この実負荷評価値と評価基
準値とを比較して、工具の異常の有無を検出する（ステ
ップＡ３，Ａ４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
工具の異常を検出するための工作機械の工具異常検出装
置及び工作機械の工具異常検出用プログラムを記録した
記録媒体に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来より、工作機械、
例えばマシニングセンタにおいては、加工主軸の先端に
切削用の工具を固定し、その工具を、加工主軸により回
転させながら、ワーク（被削材）の方向（加工軸方向）
に移動させることにより、そのワークに対して穴明けな
どの加工を行うようになっている。

【０００３】この種のマシニングセンタにおいては、工
具の刃先が摩耗したり、欠けたりした状態で加工を続け
ることは好ましくない。また、工具が折れた場合には、
それをすぐに交換する必要がある。

【０００４】そこで、この種の異常を検出するために、
例えば次のような方法が考えられている。すなわち、工
具が摩耗して切れ味が低下した場合、切削加工に要する
負荷が増加する。また、工具が折れた場合には、切削加
工が行われなくなり、切削加工に要する負荷はほぼゼロ
になる。そこで、工具を加工軸方向へ移動させる送り軸
用モータに加わる負荷を検出し、そのモータ負荷が所定
値以上、または所定値以下になった場合に、工具の異常
を検出するというものである。

【０００５】より具体的には、まず試し加工運転を行
い、この試し加工運転において、送り軸用モータに加わ
るモータ負荷を検出し、この検出データに基づき評価基
準値（しきい値）を設定する。そして、実際の加工運転
において、モータ負荷を検出し、この検出データに基づ
く実加工値と評価基準値とを比較することにより、工具
の異常を検出するというものである。

【０００６】ところで、工具を加工軸方向へ移動させる
送り軸用モータに加わる負荷は、切削加工に要する負荷
だけではなく、次のようなものによっても変動する。例
えば、工具を加工軸方向へ移動させるボールネジの摩耗
やその製品精度、移動物をガイドするリニアガイドの製
品精度や組付け状態、ボールネジやリニアガイドに供給
される潤滑材の状態、送り軸を覆っているカバーの擦
れ、接触などがある。このなかで、例えば、リニアガイ
ドの組付け状態についてみると、図１３に示すように、
移動物であるこの場合テーブル１の移動を案内するリニ
アガイド２が湾曲している場合には、そのテーブル１を
ボールネジ機構３を介して移動させる送り軸用モータ
（図示せず）に加わる負荷（モータ電流）は、その湾曲
部分で変動することになる。その他にも、ボールネジの
特性上、ボールネジが回転し、ボールが転がる周期で負
荷が変動する。なお、図１３中、４はボールネジ、５は
テーブル１に固定されたナット部である。

【０００７】また、前記負荷の変動要因は機械的なばら
つきとも考えられるため、たとえ同一機種であっても、
別ロットの工作機械を使用する場合には、送り軸に加わ
るモータ負荷は一定ではない。

【０００８】図１４の（ａ）及び（ｂ）は、同一機種の
２台の工作機械（機械Ａ，Ｂ）において、切削加工を行
っていないとき（空運転状態）の、送り軸用モータに加
わる負荷（モータ電流）を同一条件下で比較したもので
ある。図１４を見ると明らかなように、負荷は一定では
なく変動しており、また、機械ごとに異なっていること
もわかる。

【０００９】従って、切削加工により一定の負荷が発生
した場合でも、モータ負荷は一定ではなく、送り軸の座
標によって変動する。そのため、異常と判断する評価基
準値（しきい値）を、位置に関係なく一定とした場合に
は、正常な場合でも異常であると判定されたり、逆に、
異常がある場合でも正常であると判定される場合があ
る。

【００１０】そこで、従来では、同一の加工を行う場合
でも、加工位置（送り軸の座標位置）が変化すると、そ
の都度試し運転を行って、評価基準値を、その座標位置
に応じて設定し直す必要があった。また、工具を交換
し、刃先の位置（工具長）が変化した場合、加工位置も
僅かではあるが変化するため、やはり、その都度試し運
転を行って、評価基準値を、その座標位置に応じて設定
し直す必要があり、それらに伴う作業による作業能率が
低下することになる。

【００１１】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、加工位置あるいは工具長が変更
された場合に、作業能率の低下を極力防止することがで
きる工作機械の工具異常検出装置及び工作機械の工具異
常検出用プログラムを記録した記録媒体を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の工作機械の工
具異常検出装置は、上記した目的を達成するために、工
具が装着される加工主軸または前記工具により加工され
るワークを支持するワーク支持部を加工軸方向へ移動さ
せる送り軸用モータに加わるモータ負荷を検出するモー
タ負荷検出手段と、空運転状態で、前記加工主軸または
ワーク支持部の加工軸方向への移動可能区間のうち、少
なくとも前記工具による加工が可能な加工可能区間にお
いて検出された前記モータ負荷検出手段による無負荷時
基準データを、前記加工軸方向の座標の関数として記憶
する基準データ記憶手段と、前記工具に関するデータ及
び前記加工可能区間のうちの測定区間などに関するデー
タを入力する入力手段と、前記基準データ記憶手段に記
憶された前記無負荷時基準データに基づき、前記加工可
能区間のうちの設定された前記測定区間についての無負
荷時基準値を算出する無負荷時基準値算出手段と、試し
加工運転において、前記測定区間について検出された前
記モータ負荷検出手段による検出データに基づき試し加
工値を算出する試し加工値算出手段と、この試し加工値
算出手段により算出された試し加工値と前記無負荷時基
準値算出手段により算出された無負荷時基準値との差に
基づき実負荷基準値を算出する実負荷基準値算出手段
と、実加工運転において、前記測定区間について検出さ
れた前記モータ負荷検出手段による検出データに基づき
実加工値を算出する実加工値算出手段と、この実加工値
算出手段により算出された実加工値と前記無負荷時基準
値との差に基づき実負荷評価値を算出する実負荷評価値
算出手段と、この実負荷評価値算出手段により算出され
た実負荷評価値と、前記実負荷基準値算出手段により算
出された前記実負荷基準値に基づき設定された評価基準
値とを比較して工具の異常の有無を判定する判定手段
と、を具備する構成としたところに特徴を有する。

【００１３】上記した構成においては、空運転状態で、
少なくとも工具による加工が可能な加工可能区間におい
て、送り軸用モータに加わるモータ負荷をモータ負荷検
出手段により検出し、この無負荷時基準データを、加工
軸方向の座標の関数として基準データ記憶手段に記憶さ
せている。

【００１４】評価基準値を設定する際には、上記基準デ
ータ記憶手段に記憶された無負荷時基準データに基づ
き、設定された測定区間についての無負荷時基準値を算
出すると共に、試し加工運転を行い、設定された測定区
間についてのモータ負荷を検出し、この検出データに基
づき試し加工値を算出する。そして、この試し加工値と
無負荷時基準値との差に基づき、実負荷基準値を算出す
る。この実負荷基準値は、加工する位置などにより変動
する成分が取り除かれており、加工に伴う実質的な負荷
成分となる。この実負荷基準値に基づき評価基準値を設
定する。

【００１５】そして、実加工運転を行い、この実加工運
転において、設定された測定区間についてのモータ負荷
を検出し、この検出データに基づき実加工値を算出す
る。この実加工値と前記無負荷時基準値との差に基づき
実負荷評価値を算出する。この実負荷評価値も、加工す
る位置などにより変動する成分が取り除かれており、加
工に伴う実質的な負荷成分となる。

【００１６】この実負荷評価値と前記評価基準値とを比
較することにより、工具の異常の有無を検出する。

【００１７】上記した手段おいては、評価基準値を設定
する場合には、加工する位置などにより変動する成分が
取り除かれ、加工に伴う実質的な負荷成分を基準にして
設定するようにしており、また、実加工運転において算
出される実負荷評価値も、加工する位置などにより変動
する成分が取り除かれ、加工に伴う実質的な負荷成分を
基準にして算出されている。このため、加工する位置が
変更された場合、あるいは工具長が変更されて加工する
位置が僅かに変わった場合に、試し加工を行って評価基
準値を設定し直すという必要がない。

【００１８】請求項２の工作機械の工具異常検出装置
は、工具が装着される加工主軸または前記工具により加
工されるワークを支持するワーク支持部を加工軸方向へ
移動させる送り軸用モータに加わるモータ負荷を検出す
るモータ負荷検出手段と、空運転状態で、前記加工主軸
またはワーク支持部の加工軸方向への移動可能区間のう
ち、少なくとも前記工具による加工が可能な加工可能区
間において検出された前記モータ負荷検出手段による無
負荷時基準データを、前記加工軸方向の座標の関数とし
て記憶する基準データ記憶手段と、前記工具に関するデ
ータ及び前記加工可能区間のうちの測定区間などに関す
るデータを入力する入力手段と、前記基準データ記憶手
段に記憶された前記無負荷時基準データに基づき、前記
加工可能区間のうちの設定された測定区間についての無
負荷時基準値を算出する無負荷時基準値算出手段と、実
加工運転において、前記測定区間について検出された前
記モータ負荷検出手段による検出データに基づき実加工
値を算出する実加工値算出手段と、この実加工値算出手
段により算出された実加工値と、前記無負荷時基準値算
出手段により算出された前記無負荷時基準値に基き設定
された評価基準値とを比較して工具の異常の有無を判定
する判定手段と、を具備する構成としたところに特徴を
有する。

【００１９】上記した構成においても、空運転状態で、
少なくとも工具による加工が可能な加工可能区間のほぼ
全区間にわたって、送り軸用モータに加わるモータ負荷
をモータ負荷検出手段により検出し、この無負荷時基準
データを、加工軸方向の座標の関数として基準データ記
憶手段に記憶させている。

【００２０】ここで、工具が破損すると、工具とワーク
とが干渉しなくなり、切削加工中の加工負荷はゼロにな
ることを利用して、工具が破損したか否かを検出するよ
うにする。この場合、評価基準値を設定する際には、上
記基準データ記憶手段に記憶された無負荷時基準データ
に基づき、設定された測定区間についての無負荷時基準
値を算出し、この無負荷時基準値より、例えば若干大き
な値を評価基準値として設定する。

【００２１】そして、実加工運転を行い、この実加工運
転において、設定された測定区間についてのモータ負荷
を検出し、この検出データに基づき実加工値を算出す
る。この実加工値と前記評価基準値とを比較し、実加工
値が評価基準値よりも小さくなった場合に、工具が破損
したと判定する。

【００２２】この場合には、空運転時の無負荷時基準デ
ータを検出してこれを記憶させておき、この無負荷時基
準データに基づき評価基準値を設定するようにしている
ので、加工位置が変更された場合、あるいは工具長が変
更されて加工する位置が僅かに変わった場合に、上記無
負荷時基準データから評価基準値を容易に設定すること
ができ、よって、作業能率が低下することを極力防止す
ることができる。

【００２３】また、評価基準値を設定する場合に、無負
荷時基準データから無負荷時基準値を算出し、この無負
荷時基準値に基づき評価基準値を算出するのであるか
ら、試し加工を行うことなく、評価基準値を設定するこ
とができる利点がある。

【００２４】請求項１及び２の発明のどちらにおいて
も、入力手段により工具に関するデータが変更された場
合、その変更された工具の長さに基づき、測定区間及び
この測定区間についての無負荷時基準値を自動的に変更
するように構成することが好ましい（請求項３の発
明）。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て、図１ないし図９を参照して説明する。まず、図５及
び図６において、工作機械の一つであるマシニングセン
タ１１の機械的な構成について説明する。

【００２６】図５に示すように、このマシニングセンタ
１１には、切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュ
ガード１２が設けられていて、このスプラッシュガード
１２の内側に、ワーク（図示せず）を載置するためのテ
ーブル１３、ドリルやタップなどの工具を交換するため
の自動工具交換装置１４、機械本体１５などが配設され
ている。

【００２７】スプラッシュガード１２には、操作パネル
１６、ワークの出し入れやメンテナンスのためのワーク
交換口１７、主にメンテナンス用の点検ハッチ１８など
が設けられている。操作パネル１６には、入力手段を構
成する各種のスイッチ１９や液晶ディスプレイからなる
表示部２０などが設けられている。

【００２８】上記機械本体１５は、図６に示すように、
ドリルやタップなどの工具２１が装着される加工主軸と
しての主軸２２を有する主軸ヘッド２３、主軸２２を回
転駆動するための主軸モータ２４、多数の硬球を内蔵し
て主軸ヘッド２３側に固着されたナット部２５とこのナ
ット部２５に挿入されたボールネジ２６とからなるボー
ルネジ機構２７、ボールネジ２６を回転駆動するための
Ｚ軸モータ２８、ボールネジ２６と平行に配置されてい
るガイドレール２９，このガイドレール２９と主軸ヘッ
ド２３側とを連結するスライド３０などを備えている。
この場合、Ｚ軸モータ２８が送り軸用モータを構成して
いる。

【００２９】この機械本体１５においては、ボールネジ
機構２７とＺ軸モータ２８とによりＺ軸方向の送りのた
めのＺ軸送り機構が構成され、Ｚ軸モータ２８によりボ
ールネジ２６を回転させることで、主軸ヘッド２３、ひ
いては主軸２２を加工軸方向であるＺ軸方向へ移動させ
る構成となっている。また、図５におけるテーブル１３
は、Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動させることができ、主軸２
２のＺ軸方向と合わせて、工具２１とワークのＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向の相対位置を変えることができる構成となって
いる。

【００３０】このマシニングセンタ１１は、主軸２２の
回転数やＺ軸方向の位置を制御するために、図７に示さ
れる構成の制御系を備えている。この制御系は、主軸２
２の回転を制御するための主軸制御系３５、主軸２２の
Ｚ軸位置を制御するためのＺ軸制御系３６、この制御系
の中枢となるマイコン部３７、操作パネル１６、及び図
示はしないが、テーブル１３のＸ軸位置及びＹ軸位置を
制御するためのＸ軸制御系及びＹ軸制御系などから構成
されている。

【００３１】このうち、主軸制御系３５は、主軸モータ
２４、この主軸モータ２４に電力を供給するための主軸
サーボアンプ３８及び主軸サーボアンプ３８の供給電力
を制御するための制御回路３９からなり、制御回路３９
はマイコン部３７のＣＰＵ４０からの指示に従って主軸
サーボアンプ３８の動作を制御する構成である。Ｚ軸制
御系３６は、Ｚ軸モータ２８、このＺ軸モータ２８に電
力を供給するためのＺ軸サーボアンプ４１及びＺ軸サー
ボアンプ４１の供給電力を制御するための制御回路４２
からなり、制御回路４２はマイコン部３７のＣＰＵ４０
からの指示に従ってＺ軸サーボアンプ４１の動作を制御
する構成である。また、図示を省略したＸ軸制御系及び
Ｙ軸制御系も、これら主軸制御系３５ならびにＺ軸制御
系３６とほぼ同様の構成である。

【００３２】マイコン部３７は、制御プログラムなどを
格納しているＲＯＭや入出力ポートなどを内蔵するワン
チップ型のＣＰＵ４０、及びＣＰＵ４０のワークエリア
となるＲＡＭ４３などからなり、周知のマイクロコンピ
ュータとして構成されている。また、マイコン部３７
（厳密にはＣＰＵ４０）は、制御プログラムにしたがっ
て主軸制御系３５、Ｚ軸制御系３６などを制御して、ワ
ークに対する所定の加工を行うようになっている。さら
に、マイコン部３７は、操作パネル１６に接続されてお
り、各種のスイッチ１９からの信号を取得したり、表示
部２０の表示を制御したり、ＬＥＤなどのランプの点滅
などを制御したりすることができる。

【００３３】ＣＰＵ４０は、Ｚ軸サーボアンプ４１によ
ってＺ軸モータ２８に供給される電流（モータ電流）に
対応する電流値データを、制御回路４２を介して取得す
ることができる。つまり、ＣＰＵ４０は、モータ電流を
リアルタイムで知ることができる。また、ＣＰＵ４０
は、一定の周期、例えば１／１０００秒ごとにカウント
値をインクリメントするカウンタを内蔵していて、その
カウンタを使用することにより、例えばある加工の開始
から終了までの所要時間のような、経過時間を計測する
こともできる。

【００３４】ここで、ＣＰＵ４０は、工具異常検出用プ
ログラムを記録した記録媒体を構成すると共に、モータ
負荷検出手段、無負荷時基準値算出手段、加工値算出手
段、実負荷基準値算出手段、実加工値算出手段、実負荷
評価値算出手段、判定手段として機能し、また、ＲＡＭ
４３は基準データ記憶手段として機能するが、その詳細
については後述する。

【００３５】次に、このマシニングセンタ１１における
工具の異常を検出する手順について、主に図１〜図４の
ＣＰＵ４０の制御内容を示すフローチャートを参照して
説明する。図１は全体の流れを示すメインのフローチャ
ートを示しており、まず、実際の切削加工を行う前に、
空運転状態において、無負荷時基準データ取込みモード
（ステップＡ１）を行う。この無負荷時基準データ取込
みモードについては、図２にその詳細を示している。

【００３６】図２において、工具２１が装着される主軸
２２を、Ｚ軸方向へ一定の送り速度、例えば６００ｍｍ
／分で、移動可能区間の全区間（全ストロークで約２０
０ｍｍ）にわたって移動させ（ステップＢ１）、この時
のＺ軸モータ２８のモータ負荷、この場合モータ電流に
ついて、制御回路４２から例えば０．０１秒ごとに送ら
れてくる電流値データを取得し（ステップＢ２）、この
電流値データを、無負荷時基準データとしてＲＡＭ４３
に記憶する（ステップＢ３）。

【００３７】この場合、無負荷時基準データは、図８に
示すように、加工軸方向であるＺ軸の座標の関数として
記憶する。すなわち、送り速度とサンプリング周期より
１回のサンプリング中に移動する距離を求めることが可
能であり（この場合では、０．１ｍｍ）、これを積算す
ることでサンプリング中のＺ軸座標（機械座標）を知る
ことができる。このようにして、無負荷時基準データ
を、Ｚ軸座標の関数として記憶する。言い換えるなら
ば、無負荷時基準データは、Ｚ軸座標がある任意の値の
ときのＺ軸モータ２８の電流値として記憶する。

【００３８】なお、この場合、記憶する無負荷時基準デ
ータは、実際の電流値をそのまま記憶することも可能で
あるが、ノイズの影響が大きいなどの場合は、移動平均
を求め、ノイズの影響を緩和してその結果を基本電流値
としてＲＡＭ４３に記憶することも可能である。

【００３９】次に、評価基準値を決定するモード（ステ
ップＡ２）を行う。このモードについては、図３にその
詳細を示している。図３において、まず、実際にワーク
を加工するための加工プログラム、工具２１の長さ、及
び加工プログラム上の測定区間に関するデータなどを、
スイッチ１９などを操作して入力する（ステップＣ１〜
Ｃ３）。この場合、加工プログラム上の測定区間に関す
るデータとは、加工プログラムのどの工程のどの区間で
工具の異常を検出するかを指定するデータである。

【００４０】ここで、どの区間とは、工程中のどのタイ
ミングでＺ軸モータ２８の電流値を取り込むかを指定す
るものである。いわゆるサンプリング区間（測定区間）
であり、この測定区間の入力は、切削送り開始後、何秒
後から何秒後までとか、切削送り開始後、何ミリ移動し
た後から何ミリ間などの方法で入力し、その入力データ
に基づき、ＣＰＵ４０でＺ軸座標Ｚs1〜Ｚe1に変換され
る（ステップＣ４）。つまり、Ｚ軸座標のＺs1の位置か
らＺe1の位置までの間で、Ｚ軸モータ２８の電流値を取
り込むということを指定することになる。

【００４１】なお、工具の異常を検出するための測定区
間は、加工プログラム中に１箇所でも複数箇所でも良
い。複数箇所で工具異常を検出する場合には、その箇所
ごとに測定区間を指定する。また、工具異常検出に関す
るデータは、加工プログラムとは別画面に表示されるも
のとは限らず、例えば加工プログラム中に、Ｇコード、
Ｍコードなどを用いて入力するようにしても良い。

【００４２】上記ステップＣ４においてＺ軸座標におけ
る測定区間が算出されると、その測定区間に対応する無
負荷時基準データを呼び出し（ステップＣ５）、この無
負荷時基準データに基づいて無負荷時基準値Ｉ０を算出
する（ステップＣ６）。この無負荷時基準値Ｉ０は、図
９（ａ）に示すように、指定された測定区間における平
均値としている。

【００４３】次に、主軸２２に工具２１を装着すると共
に、テーブル１３にワークを固定した状態で、そのワー
クを工具２１により実際に加工する試し加工運転を行う
（ステップＣ７）。このとき、設定された上記測定区間
で、Ｚ軸制御系３６の制御回路４２から例えば１／１０
００秒ごとに送られてくる電流値データを取得し、この
電流値データに基づいて試し加工値Ｉ１を算出する（ス
テップＣ８）。この試し加工値Ｉ１は、図９（ｂ）に示
すように、指定された測定区間における平均値としてい
る。

【００４４】ここで、この試し加工値Ｉ１は、切削加工
の負荷成分だけではなく、加工する位置などによって変
動する負荷を含んでいる。つまり、ボールネジ機構２７
の摩耗やその製品精度、移動物をガイドするガイドレー
ル２９の製品精度や組付け状態、それらボールネジ機構
２７やガイドレール２９に供給される潤滑材の状態、移
動物とカバーのこすれや接触などである。

【００４５】そこで、この試し加工値Ｉ１が、切削加工
の負荷成分のみを表すように補正する。すなわち、この
試し加工値Ｉ１と上記無負荷時基準値Ｉ０との差により
実負荷基準値Ｉ２を算出する（Ｉ２＝Ｉ１−Ｉ０）（ス
テップＣ９）（図９（ｃ）参照）。これらの計算はすべ
てＣＰＵ４０において行い、その結果は表示部２０に表
示される。なお、試し加工は複数回行い、平均あるいは
標準偏差などを求めるようにしても良い。

【００４６】そして、上記実負荷基準値Ｉ２を基にし
て、評価基準値Ｌ（いわゆる、しきい値）を決定する。
この評価基準値Ｌは、使用者がスイッチ１９を操作して
入力により決定する。なお、評価基準値Ｌは、ＣＰＵ４
０において、自動的に決定するようにもできる。複数箇
所で工具異常の検出を行う場合には、その箇所ごとに評
価基準値Ｌを指定する。ここで、同一の工具、同一の切
削条件で加工を行う場合には、加工位置に関係なく、同
一の評価基準値Ｌを使用することができる。

【００４７】以上のようにして評価基準値Ｌを決定した
ら、実際の切削加工運転を行い（ステップＡ３）、工具
の異常の有無を検出する（ステップＡ４）。実切削加工
運転のモードについては、図４にその詳細を示してい
る。

【００４８】まず、加工位置あるいは工具の長さに変更
があるか否かを判別する（ステップＤ１）。加工プログ
ラムが変更された場合には、加工位置が変更される場合
があり、また、工具が交換された場合には、工具長が変
更される場合がある。加工位置及び工具長、共に変更が
ない場合には、ステップＣ６で算出した無負荷時基準値
をＩ０として、ステップＤ５へ移行することになる。加
工位置もしくは工具長が変更された場合には、その変更
されたデータに基づいて、Ｚ軸座標における測定区間Ｚ
S2〜Ｚe2を算出し（ステップＤ２）、その測定区間に対
応する無負荷時基準データを呼び出し（ステップＤ
３）、この無負荷時基準データに基づいて無負荷時基準
値Ｉ３を算出する（ステップＤ４）。この無負荷時基準
値Ｉ３も、前記Ｉ０と同様に、指定された測定区間にお
ける平均値としている。

【００４９】この後、実際の切削加工を行う（ステップ
Ｄ５）。ステップＤ１において、加工位置及び工具長、
共に変更されていない場合には、上記したように、無負
荷時基準値としてはＩ０を用い、ステップＤ５へ移行し
て実際の切削加工を行う。このとき、設定された測定区
間で、Ｚ軸制御系３６の制御回路４２から例えば１／１
０００秒ごとに送られてくる電流値データを取得し、こ
の電流値データに基づいて実加工値Ｉ４を算出する（ス
テップＤ６）。この実加工値Ｉ４は、試し加工値Ｉ１と
同様に、指定された測定区間における平均値としてい
る。

【００５０】この実加工値Ｉ４も、試し加工値Ｉ１と同
様に、切削加工の負荷成分だけではなく、加工する位置
などによって変動する負荷を含んでいる。そこで、実加
工値Ｉ４が、切削加工の負荷成分のみを表すように補正
する。すなわち、この実加工値Ｉ４と上記無負荷時基準
値Ｉ０またはＩ３との差により実負荷評価値Ｉ５を算出
する（Ｉ５＝Ｉ４−Ｉ０またはＩ３）（ステップＤ
７）。

【００５１】そして、この実負荷評価値Ｉ５と、ステッ
プＣ１０で決定した評価基準値Ｌとを比較し（ステップ
Ｄ８）、この結果に基づき、工具に異常があるか否かを
判別する（ステップＡ４）。ここで、工具に異常がある
と判別された場合には、異常信号を出力して、その旨を
表示部２０に表示すると共に、アラームにより報知し、
また、機械を停止する。これに基づき、オペレータは、
工具に異常があったことを知ることができ、工具を交換
するなどの適宜の処理を行うことができる。工具に異常
がないと判別された場合には、加工を続けて行う。

【００５２】上記した第１実施例によれば、次のような
効果を得ることができる。評価基準値Ｌを設定する場合
には、試し加工運転を行うことに基づき得られた試し加
工値Ｉ１と、空運転時の無負荷時基準データに基づき得
られた無負荷時基準値Ｉ０との差に基づき実負荷基準値
Ｉ２を算出し、この実負荷基準値Ｉ２を基にして評価基
準値Ｌを設定している。この評価基準値Ｌ（実負荷基準
値Ｉ２）は、加工する位置などにより変動する成分が取
り除かれ、加工に伴う実質的な負荷成分を基準にして設
定されている。また、実加工運転を行うことに基づき得
られる実負荷評価値Ｉ５は、実加工運転を行うことに基
づき得られた実加工値Ｉ４と、空運転時の無負荷時基準
データに基づき得られた無負荷時基準値Ｉ０またはＩ３
との差に基づき算出している。この実負荷評価値Ｉ５
も、加工する位置などにより変動する成分が取り除か
れ、加工に伴う実質的な負荷成分を基準にして算出され
ている。

【００５３】このため、加工位置が変更された場合、あ
るいは工具長が変更されて加工する位置が僅かに変わっ
た場合に、試し加工を行って評価基準値を設定し直すと
いう必要がなく、よって、そのような作業によって能率
が低下するということを極力防止することができる。

【００５４】また、加工位置が変更された場合、あるい
は工具長が変更された場合、その変更に基づきＺ軸座標
における測定区間及びその測定区間に対応する無負荷時
基準値Ｉ３が自動的に変更されるので、それらを設定し
直すという作業を行う必要がなく、作業能率が低下する
ことを一層防止できるようになる。

【００５５】図１０ないし図１２は本発明の第２実施例
を示し、この第２実施例は、上記した第１実施例とは次
の点が異なっている。この第２実施例では、工具が破損
した場合、工具とワークとは干渉しなくなるため、切削
加工中の加工負荷はゼロになることを利用して、工具の
破損のみを検出する場合を対象としている。

【００５６】まず、図１０における無負荷時基準データ
取込みモード（ステップＥ１）の具体的内容については
示されていないが、第１実施例の無負荷時基準データ取
込みモード（ステップＢ１〜Ｂ３）と同じであり、すな
わち、工具２１が装着される主軸２２を、Ｚ軸方向へ一
定の送り速度で、移動可能区間の全区間（全ストロー
ク）にわたって移動させ、この時のＺ軸モータ２８のモ
ータ負荷、この場合モータ電流について、制御回路４２
から送られてくる電流値データを取得し、この電流値デ
ータを、無負荷時基準データとしてＲＡＭ４３に記憶す
る。

【００５７】次に評価基準値を決定するモード（ステッ
プＥ２）を行うのであるが、これの具体的内容が第１実
施例の場合とは異なっており、その内容は図１１に示さ
れている。図１１において、まず、実際にワークを加工
するための加工プログラム、工具２１の長さ、及び加工
プログラム上の測定区間に関するデータなどを、スイッ
チ１９などを操作して入力する（ステップＦ１〜Ｆ
３）。加工プログラム上の測定区間の入力に基づき、Ｚ
軸座標での測定区間Ｚs1〜Ｚe1を算出する（ステップＦ
４）。

【００５８】Ｚ軸座標における測定区間が算出される
と、その測定区間に対応する無負荷時基準データを呼び
出し（ステップＦ５）、この無負荷時基準データに基づ
いて、無負荷時基準値Ｉ０を算出する（ステップＦ
６）。この無負荷時基準値Ｉ０は、図９（ａ）に示すよ
うに、指定された測定区間における平均値としている。

【００５９】そして、この無負荷時基準値Ｉ０を基にし
て、評価基準値Ｌ１を決定する（ステップＦ７）。この
場合、評価基準値Ｌ１は、無負荷時基準値Ｉ０に任意の
値ｋを加えた値とし（Ｌ１＝Ｉ０＋ｋ）、使用者がスイ
ッチ１９を操作して決定する。なお、評価基準値Ｌ１
は、ＣＰＵ４０において、自動的に決定するようにもで
きる。

【００６０】以上のようにして評価基準値Ｌ１を決定し
たら、実際の切削加工運転を行い（ステップＥ３）、工
具の異常の有無を検出する（ステップＥ４）。実切削加
工運転のモードについては、図１２にその詳細を示して
いる。

【００６１】まず、加工位置あるいは工具の長さに変更
があるか否かを判別する（ステップＧ１）。加工プログ
ラムが変更された場合には、加工位置が変更される場合
があり、また、工具が交換された場合には、工具長が変
更される場合がある。加工位置及び工具長、共に変更が
ない場合には、ステップＦ７で設定した評価基準値をＬ
１として、ステップＧ６へ移行することになる。加工位
置もしくは工具長が変更された場合には、その変更され
たデータに基づいて、Ｚ軸座標における測定区間ＺS2〜
Ｚe2を算出し（ステップＧ２）、その測定区間に対応す
る無負荷時基準データを呼び出し（ステップＧ３）、こ
の無負荷時基準データに基づいて無負荷時基準値Ｉ３を
算出する（ステップＧ４）。この無負荷時基準値Ｉ３
も、前記Ｉ０と同様に、指定された測定区間における平
均値としている。

【００６２】そして、この無負荷時基準値Ｉ３を基にし
て、評価基準値Ｌ２を決定する（ステップＧ５）。この
場合、評価基準値Ｌ２は、無負荷時基準値Ｉ３に任意の
値ｋを加えた値とし（Ｌ２＝Ｉ３＋ｋ）、使用者がスイ
ッチ１９を操作して決定する。なお、評価基準値Ｌ２
も、ＣＰＵ４０において、自動的に決定するようにもで
きる。

【００６３】この後、実際の切削加工を行う（ステップ
Ｇ６）。ステップＧ１において、加工位置及び工具長、
共に変更されていない場合には、上記したように、評価
基準値としてはＬ１を用い、ステップＧ６へ移行して実
際の切削加工を行う。このとき、設定された測定区間
で、Ｚ軸制御系３６の制御回路４２から送られてくる電
流値データを取得し、この電流値データに基づいて実加
工値Ｉ４を算出する（ステップＧ７）。この実加工値Ｉ
４は、指定された測定区間における平均値としている。

【００６４】そして、この実加工値Ｉ４と、評価基準値
Ｌ１またはＬ２とを比較し（ステップＧ９）、この結果
に基づき、工具が破損しているか否かを判別する（ステ
ップＥ４）。ここで、工具が破損していると判別された
場合には、異常信号を出力して、その旨を表示部２０に
表示すると共に、アラームにより報知し、また、機械を
停止する。これに基づき、オペレータは、工具が破損し
ていることを知ることができ、工具を交換するなどの適
宜の処理を行うことができる。工具に異常がないと判別
された場合には、加工を続けて行う。

【００６５】上記した第２実施例によれば、空運転時の
無負荷時基準データを検出してこれを記憶させておき、
この無負荷時基準データに基づき評価基準値Ｌ１を設定
するようにしているので、加工位置が変更されたり、あ
るいは工具長が変更されて加工する位置が僅かに変わっ
た場合に、上記無負荷時基準データから評価基準値Ｌ２
を容易に設定することができ、よって、作業能率が低下
することを極力防止することができる。

【００６６】また、評価基準値Ｌ１（Ｌ２）を設定する
場合に、無負荷時基準データから無負荷時基準値Ｉ０
（Ｉ３）を算出し、この無負荷時基準値Ｉ０（Ｉ３）に
基づき評価基準値Ｌ１（Ｌ２）を算出するのであるか
ら、試し加工を行うことなく、評価基準値Ｌ１（Ｌ２）
を設定することができる利点がある。

【００６７】本発明は、上記した各実施例にのみ限定さ
れるものではなく、次のように変形または拡張すること
ができる。無負荷時基準データを求める場合、主軸２２
の移動可能区間の必ずしも全区間について測定する必要
はなく、その移動可能区間のうち、主軸２２に装着した
工具２１による切削加工が可能な区間である加工可能区
間のほぼ全区間について測定するようにすれば良い。ま
た、無負荷時基準データは、データの取込み動作を複数
回行い、その平均を無負荷時基準データとすることもで
きる。

【００６８】無負荷時基準値Ｉ０，Ｉ３、試し加工値Ｉ
１、実加工値Ｉ４などは、測定区間における平均値を用
いたが、積分値を用いることもできる。Ｚ軸モータ２８
にかかるモータ負荷としては、モータ電流に代えて、Ｚ
軸モータ２８の電力あるいはトルクなどを検出するよう
にしても良い。

【００６９】上記した実施例では、工具２１が装着され
る主軸２２を移動させてワークを加工する例を示した
が、ワークを支持するワーク支持部を加工軸方向へ移動
させて加工する場合にも適用できる。

【００７０】また、上記した実施例では、ドリル加工或
いはタップ加工を考え、Ｚ軸モータ２８にかかるモータ
負荷を測定して工具の異常を検出するようにしたが、例
えばエンドミルを用いてミーリング加工を行う場合、Ｘ
軸、Ｙ軸の駆動モータの負荷を同様に測定することで、
工具の異常を検出することも可能である。

【００７１】

【発明の効果】請求項１，４の発明によれば、評価基準
値を設定する場合には、加工する位置などにより変動す
る成分が取り除かれ、加工に伴う実質的な負荷成分を基
準にして設定するようにしており、また、実加工運転に
おいて算出される実負荷評価値も、加工する位置などに
より変動する成分が取り除かれ、加工に伴う実質的な負
荷成分を基準にして算出されている。このため、加工位
置が変更されたり、工具長が変更されて加工する位置が
僅かに変わった場合に、試し加工を行って評価基準値を
設定し直すという必要がなく、作業能率の低下を極力防
止することができる。

【００７２】請求項２，５の発明によれば、工具の破損
を検出する場合において、空運転時の無負荷時基準デー
タを検出してこれを記憶させておき、この無負荷時基準
データに基づき評価基準値を設定するようにしているの
で、加工位置が変更されたり、あるいは工具長が変更さ
れて加工する位置が僅かに変わったとしても、上記無負
荷時基準データから評価基準値を容易に設定することが
でき、よって、作業能率が低下することを極力防止する
ことができる。また、評価基準値を設定する場合に、無
負荷時基準データから無負荷時基準値を算出し、この無
負荷時基準値に基づき評価基準値を算出するのであるか
ら、試し加工を行うことなく、評価基準値を設定するこ
とができる利点がある。

【００７３】請求項３の発明によれば、工具長が変更さ
れた場合、その変更に基づき測定区間及びその測定区間
に対応する無負荷時基準値が自動的に変更されるので、
それらを設定し直すという作業を行う必要がなく、作業
能率が低下することを一層防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すもので、ＣＰＵの制
御内容のうちのメインルーチンのフローチャート

【図２】無負荷時基準データ取込みモードのフローチャ
ート

【図３】評価基準値を決定するモードのフローチャート

【図４】実切削加工モードのフローチャート

【図５】マシニングセンタの外観斜視図

【図６】主軸ヘッド付近の側面図

【図７】制御系の構成を示すブロック図

【図８】無負荷時基準データの例を示す図

【図９】（ａ）は無負荷時（空運転時）のモータ電流の
測定結果を示す図、（ｂ）は試し加工運転時のモータ電
流の測定結果を示す図、（ｃ）は実負荷基準値を示す図

【図１０】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図１１】図３相当図

【図１２】図４相当図

【図１３】（ａ）リニアガイドが湾曲している状態を示
す図、（ｂ）はその場合の送り軸用モータのモータ電流
を示す図

【図１４】（ａ），（ｂ）は同一機種の工作機械で、切
削加工を行っていない場合（空運転状態）の送り軸用モ
ータのモータ電流の測定結果を示す図

【符号の説明】

１１はマシニングセンタ（工作機械）、１３はテーブ
ル、１５は機械本体、１６は操作パネル、１９はスイッ
チ（入力手段）、２１は工具、２２は主軸（加工主
軸）、２３は主軸ヘッド、２７はボールネジ機構、２８
はＺ軸モータ（送り軸用モータ）、３７はマイコン部、
４０はＣＰＵ（記録媒体、モータ負荷検出手段、無負荷
時基準値算出手段、試し加工値算出手段、実負荷基準値
算出手段、実加工値算出手段、実負荷評価値算出手段、
判定手段）、４３はＲＡＭ（基準データ記憶手段）であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具が装着される加工主軸または前記工
   具により加工されるワークを支持するワーク支持部を加
   工軸方向へ移動させる送り軸用モータに加わるモータ負
   荷を検出するモータ負荷検出手段と、 空運転状態で、前記加工主軸またはワーク支持部の加工
   軸方向への移動可能区間のうち、少なくとも前記工具に
   よる加工が可能な加工可能区間において検出された前記
   モータ負荷検出手段による無負荷時基準データを、前記
   加工軸方向の座標の関数として記憶する基準データ記憶
   手段と、 前記工具に関するデータ及び前記加工可能区間のうちの
   測定区間などに関するデータを入力する入力手段と、 前記基準データ記憶手段に記憶された前記無負荷時基準
   データに基づき、前記加工可能区間のうちの設定された
   前記測定区間についての無負荷時基準値を算出する無負
   荷時基準値算出手段と、 試し加工運転において、前記測定区間について検出され
   た前記モータ負荷検出手段による検出データに基づき試
   し加工値を算出する試し加工値算出手段と、 この試し加工値算出手段により算出された試し加工値と
   前記無負荷時基準値算出手段により算出された無負荷時
   基準値との差に基づき実負荷基準値を算出する実負荷基
   準値算出手段と、 実加工運転において、前記測定区間について検出された
   前記モータ負荷検出手段による検出データに基づき実加
   工値を算出する実加工値算出手段と、 この実加工値算出手段により算出された実加工値と前記
   無負荷時基準値との差に基づき実負荷評価値を算出する
   実負荷評価値算出手段と、 この実負荷評価値算出手段により算出された実負荷評価
   値と、前記実負荷基準値算出手段により算出された前記
   実負荷基準値に基づき設定された評価基準値とを比較し
   て工具の異常の有無を判定する判定手段と、 を具備したことを特徴とする工作機械の工具異常検出装
   置。
2. 【請求項２】 工具が装着される加工主軸または前記工
   具により加工されるワークを支持するワーク支持部を加
   工軸方向へ移動させる送り軸用モータに加わるモータ負
   荷を検出するモータ負荷検出手段と、 空運転状態で、前記加工主軸またはワーク支持部の加工
   軸方向への移動可能区間のうち、少なくとも前記工具に
   よる加工が可能な加工可能区間において検出された前記
   モータ負荷検出手段による無負荷時基準データを、前記
   加工軸方向の座標の関数として記憶する基準データ記憶
   手段と、 前記工具に関するデータ及び前記加工可能区間のうちの
   測定区間などに関するデータを入力する入力手段と、 前記基準データ記憶手段に記憶された前記無負荷時基準
   データに基づき、前記加工可能区間のうちの設定された
   測定区間についての無負荷時基準値を算出する無負荷時
   基準値算出手段と、 実加工運転において、前記測定区間について検出された
   前記モータ負荷検出手段による検出データに基づき実加
   工値を算出する実加工値算出手段と、 この実加工値算出手段により算出された実加工値と、前
   記無負荷時基準値算出手段により算出された前記無負荷
   時基準値に基き設定された評価基準値とを比較して工具
   の異常の有無を判定する判定手段と、 を具備したことを特徴とする工作機械の工具異常検出装
   置。
3. 【請求項３】 入力手段により工具に関するデータが変
   更された場合、 その変更された工具の長さに基づき、測定区間及びこの
   測定区間についての無負荷時基準値を自動的に変更する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の工作機械の工
   具異常検出装置。
4. 【請求項４】 工具が装着される加工主軸または前記工
   具により加工されるワークを支持するワーク支持部を送
   り軸用モータにより加工軸方向へ移動させて加工を行う
   構成の工作機械の工具異常検出用プログラムを記録した
   記録媒体であって、 空運転状態で、前記加工主軸またはワーク支持部の加工
   軸方向への移動可能区間のうち、少なくとも前記工具に
   よる加工が可能な加工可能区間において、前記送り軸用
   モータに加わるモータ負荷を無負荷時基準データとして
   検出させ、この無負荷時基準データを前記加工軸方向の
   座標の関数として記憶させ、 前記無負荷時基準データに基づき、前記加工可能区間の
   うちの設定された測定区間についての無負荷時基準値を
   算出させ、 試し加工運転において、前記測定区間について前記送り
   軸用モータに加わるモータ負荷を検出させ、その検出デ
   ータに基づき試し加工値を算出させ、 この試し加工値と前記無負荷時基準値との差に基づき実
   負荷基準値を算出させ、 実加工運転において、前記測定区間について前記送り軸
   用モータに加わるモータ負荷を検出させ、その検出デー
   タに基づき実加工値を算出させ、 この実加工値と前記無負荷時基準値との差に基づき実負
   荷評価値を算出させ、 この実負荷評価値と、前記実負荷基準値に基づき設定さ
   れた評価基準値とを比較して工具の異常の有無を判定さ
   せることを特徴とする工作機械の工具異常検出用プログ
   ラムを記録した記録媒体。
5. 【請求項５】 工具が装着される加工主軸または前記工
   具により加工されるワークを支持するワーク支持部を送
   り軸用モータにより加工軸方向へ移動させて加工を行う
   構成の工作機械の工具異常検出用プログラムを記録した
   記録媒体であって、 空運転状態で、前記加工主軸またはワーク支持部の加工
   軸方向への移動可能区間のうち、少なくとも前記工具に
   よる加工が可能な加工可能区間において、前記送り軸用
   モータに加わるモータ負荷を無負荷時基準データとして
   検出させ、この無負荷時基準データを前記加工軸方向の
   座標の関数として記憶させ、 前記無負荷時基準データに基づき、前記加工可能区間の
   うちの設定された測定区間についての無負荷時基準値を
   算出させ、 実加工運転において、前記測定区間について前記送り軸
   用モータに加わるモータ負荷を検出させ、その検出デー
   タに基づき実加工値を算出させ、 この実加工値と、前記無負荷時基準値に基き設定された
   評価基準値とを比較して工具の異常の有無を判定させる
   ことを特徴とする工作機械の工具異常検出用プログラム
   を記録した記録媒体。