WO2016139726A1

WO2016139726A1 - 工具装着評価方法および工作機械

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Publication number: WO2016139726A1
Application number: PCT/JP2015/056099
Authority: WO
Inventors: 祐司 ▲高▼野
Original assignee: 株式会社牧野フライス製作所
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-09
Also published as: CN107405749A; EP3266564A4; EP3266564B1; US20180036854A1; EP3266564A1; CN107405749B; JP6415687B2; JPWO2016139726A1; US10239176B2

Abstract

　工作機械（８０）の主軸（１４）に工具（１８）に固定する時の工具装着評価方法であって、主軸（１４）の取付け座の表面および工具（１８）の接触面の異物を除去した状態で、工具（１８）が取付け座に接触した時のドローバー（２２）の基準位置を記憶する記憶工程を含む。工具装置評価方法は、主軸（１４）に工具（１８）を装着した時のドローバー（２２）の測定位置を測定する測定工程と、基準位置に対する測定位置の誤差が予め定められた判定範囲を超える場合に、工具（１８）の装着状態が異常であると判定する判定工程とを含む。

Description

工具装着評価方法および工作機械

　本発明は、工具の装着状態を評価する工具装着評価方法および工作機械に関する。

　ワークを工作機械にて加工する場合に、工具は主軸装置の主軸に装着される。主軸に工具を固定する場合には、主軸に形成されたテーパ穴、端面等の取付け座に工具を圧着させる。工具を主軸に固定するために、主軸装置にはドローバーと称される引き棒が内蔵され、工具を主軸の内部に向かって引き込むことにより固定することが知られている。

　たとえば、特許第３１５９９２３号の明細書や特開平５－５０３５９号公報には、ハウジングに対して回転自在に設けられた主軸の中空部に、ドローバーが内蔵されている主軸装置が開示されている。ドローバーの先端部には、ドローバーが軸線方向に移動することにより開閉するコレットが配置されている。コレットは、工具の後端部を保持したり解放したりする。そして、コレットが工具を保持した状態でドローバーが工具を引き込むことにより工具が主軸に固定される。

特許第３１５９９２３号明細書特開平５－５０３５９号公報

　工作機械にてワークの加工を行う場合に、１つのワークの加工において複数種類の工具を用いる場合がある。このような場合には、工具を交換する必要がある。複数種類の工具を用いて加工を行う場合には、工具を交換する工具交換装置を備える工作機械が用いられている。

　工作機械にてワークを加工すると、加工により発生した切り屑や加工液等が飛散する。このために、切り屑や加工液等の異物が、工具と主軸との接触部分に侵入する場合がある。例えば、工具を交換している期間中に異物が工具のテーパ部の表面に付着する場合がある。または、異物が主軸のテーパ穴に付着する場合がある。

　異物が工具のテーパ部や主軸のテーパ穴に付着した状態で、工具を主軸に装着すると、工具と主軸との間に異物が介在した状態になる。このために、工具のテーパ部と主軸のテーパ穴とが正しく密着しない状態になる。ドローバーにより工具を正しい位置まで引き込めなくなる。または、工具が傾いて主軸に固定される。この結果、工具が所望の位置からずれてしまい、ワークの加工精度が低下してしまうという問題があった。

　本発明は、工具が正しい状態で主軸に装着されているか否かを判別する工具装着評価方法および工作機械を提供することを目的とする。

　本発明の工具装着評価方法は、工作機械の主軸に内蔵されたドローバーにより工具を引き込んで主軸に装着する時の工具装着評価方法であって、主軸の取付け座の表面および工具の接触面の異物を除去した状態で、工具が取付け座に接触した時のドローバーの軸線方向の位置を基準位置として記憶する記憶工程と、主軸に工具を装着した時のドローバーの軸線方向の位置を測定位置として測定する測定工程と、基準位置に対する測定位置の誤差が予め定められた判定範囲を超える場合に、工具の装着状態が異常であると判定する判定工程とを含む。

　上記発明においては、記憶工程は、工作機械を用いて基準位置を測定する工程、または工作機械を模擬した工具装着装置を用いて基準位置を測定する工程を含むことができる。

　上記発明においては、測定工程は、誘導型変位センサにて測定位置を測定することができる。

　上記発明においては、ドローバーの軸線方向の測定位置を検出するためのドッグをドローバーおよびドローバーを押圧するピストンに配置し、測定工程は、工具を主軸に装着した時の測定位置および工具を主軸に装着しないでドローバーを引き込んだ時の測定位置を、ドローバーに配置されたドッグにより検出し、工具を解放した時の測定位置を、ドローバーを押圧するピストンに配置されたドッグにより検出することができる。

　本発明の工作機械は、工具を主軸に内蔵されたドローバーにより引き込んで主軸に装着する主軸装置と、ドローバーの軸線方向の位置を検出する位置検出器と、工作機械を制御する制御装置とを備える。制御装置は、ドローバーの位置を工具と対応させて記憶する記憶部および主軸に工具を装着した時に検出したドローバーの軸線方向の測定位置に基づいて工具の装着状態を判定する判定部を含む。記憶部は、主軸の取付け座の表面および工具の接触面の異物を除去した状態で、工具が取付け座に接触した時に検出したドローバーの軸線方向の位置を基準位置として記憶している。判定部は、基準位置に対する測定位置の誤差が予め定められた判定範囲を超える場合に、工具の装着状態が異常であると判定する。

　本発明によれば、工具が正しい状態で主軸に装着されているか否かを判別する工具装着評価方法および工作機械を提供することができる。

実施の形態における工作機械のブロック図である。実施の形態における主軸装置の断面図である。工具が装着されている時のクランプ状態と工具が装着されていない時のクランプ状態とを説明する主軸装置の断面図である。工具が装着されている時のクランプ状態とアンクランプ状態とを説明する主軸装置の断面図である。実施の形態における工具の装着状態を評価する制御のフローチャートである。実施の形態における工具装着装置の概略断面図である。

　図１から図６を参照して、実施の形態における工具装着評価方法および工作機械について説明する。本実施の形態の工作機械は、加工プログラムに基づいて工具とワークとを相対的に移動させて自動的に加工を行う数値制御式である。

　図１に、本実施の形態における工作機械のブロック図を示す。工作機械８０は、機械本体８１と制御装置８２とを備える。機械本体８１は、工具を回転可能に支持する主軸装置１０と、工具とワークとを相対移動させる移動装置９３を含む。たとえば、機械本体８１には、直線送り軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が予め設定されている。移動装置９３は、工具をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動装置、および工具をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動装置を含む。また、移動装置９３は、ワークが固定されたテーブルをＺ軸方向に移動させるＺ軸移動装置を含む。移動装置９３としては、この形態に限られず、ワークに対して工具を相対的に移動させる任意の装置を採用することができる。

　機械本体８１は、工具交換装置９４を備える。本実施の形態の工作機械８０は、１つのワークの加工において複数の種類の工具を用いることができるように形成されている。工具交換装置９４は、複数の工具を保管可能な工具マガジンを含む。工具交換装置９４は、主軸装置１０に装着されている工具を交換することができる。工具交換装置９４は、加工プログラム７８に定められた手順に従って自動的に工具を交換する。

　制御装置８２は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備える演算処理装置にて構成されている。工作機械８０には、ワークを加工する手順が設定された加工プログラム７８が入力される。制御装置８２は、加工プログラム７８に基づいて、機械本体８１を制御する。

　制御装置８２は、数値制御部８３を含む。数値制御部８３は、加工プログラム７８に基づいて送り軸の送り指令を移動装置９３に送出する。移動装置９３は、送り指令に基づいてワークと工具との相対移動を行う。

　制御装置８２は、機械制御部８４を含む。数値制御部８３は、加工プログラム７８に基づいて、主軸を制御する主軸指令および工具の交換を制御する工具交換指令を機械制御部８４に送出する。主軸指令には、例えば主軸の回転に関する指令や工具の保持状態に関する指令が含まれる。工具交換指令には、例えば工具を交換する工具交換番号に関する指令が含まれる。

　機械制御部８４は、主軸装置制御部９１を含む。主軸装置制御部９１は、主軸指令および工具交換指令に基づいて主軸装置１０を制御する。また、機械制御部８４は、工具交換装置制御部９０を含む。工具交換装置制御部９０は、工具交換指令に基づいて工具交換装置９４を制御する。機械制御部８４は、位置検出部９２を含む。機械制御部８４は、測定したドローバー２２の測定位置に基づいて工具の装着状態を判定する判定部８６を含む。位置検出部９２は、位置検出器６１からの位置信号を受信してドローバー２２の軸線方向の位置を検出する。

　図２に、本実施の形態における主軸装置の断面図を示す。本実施の形態では、工具１８が配置されている方向を前側と称し、ピストン４６が配置されている側を後側と称する。図１および図２を参照して、主軸装置１０は、中空状のハウジング１２を含む。主軸装置１０は、ハウジング１２にベアリング１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して回転自在に支持された主軸１４を含む。主軸装置１０は、主軸１４を回転させる主軸モータ３５を含む。本実施の形態の主軸モータ３５は、ビルトインタイプである。主軸モータ３５は、主軸１４の外周面に固定されたロータ３２と、ハウジング１２の内周面に固定されたステータ３４とを含む。

　主軸１４の先端部には、主軸１４の前側に向けて広がる円錐状のテーパ穴１４ａが形成されている。テーパ穴１４ａには工具１８が取り付けられる。テーパ穴１４ａは、工具１８を主軸１４に取り付けるための取付け座に相当する。

　本発明においては、ドリルやエンドミル等の加工部材１８ｄを含み、主軸１４に着脱される部分を工具１８と称する。工具１８は、加工部材１８ｄと加工部材１８ｄを保持するホルダ１８ａとを含む。本実施の形態では、加工部材１８ｄおよびホルダ１８ａは一体的に交換される。ホルダ１８ａは、テーパ部１８ｂとプルスタッド部１８ｃとを含む。テーパ部１８ｂは、円錐台形状に形成されている。テーパ部１８ｂの外面は、テーパ穴１４ａの内面に対応するように形成されている。すなわち、テーパ部１８ｂは、テーパ穴１４ａと嵌合するように形成されている。プルスタッド部１８ｃは、テーパ部１８ｂの後端に設けられている。

　主軸１４の内部には中空部が形成されている。主軸１４の中空部には、ドローバー２２が主軸１４の軸線方向に移動可能に挿入されている。主軸１４の中空部の前側の領域には案内筒２６が挿入されている。ドローバー２２は、案内筒２６の内部に挿入されている。ドローバー２２は、案内筒２６に沿って矢印１０３に示す様に移動する。

　ドローバー２２は、主軸１４の内面に接触するガイド部２２ｃを有する。案内筒２６とガイド部２２ｃとの間には、付勢部材としての皿ばね３０が配置されている。皿ばね３０は、主軸１４に対して、中心軸線に沿って後側に向かってドローバー２２を付勢する。なお、ドローバー２２を付勢する付勢部材としては、皿ばねに限られず、コイルばね等の他の付勢部材を用いても構わない。

　ドローバー２２の先端部には、ホルダ１８ａのプルスタッド部１８ｃと係合するコレット２８が配置されている。コレット２８は、ドローバー２２が主軸１４の内部で後側に移動すると、プルスタッド部１８ｃと係合するように形成されている。また、コレット２８は、ドローバー２２が前側に移動すると、拡開してプルスタッド部１８ｃとの係合が解除されるように形成されている。

　ハウジング１２は、後側の端部に配置されたブラケット部４２を含む。主軸装置は、ドローバー２２を前方向に移動させるためのアンクランプ装置を含む。アンクランプ装置は、ドローバー２２の後側に配置されている。アンクランプ装置は、ブラケット部４２の内部に配置されたシリンダ４４と、シリンダ４４を駆動する油圧装置５０とを含む。シリンダ４４は、内部に摺動自在に配設されたピストン４６を含む。ピストン４６の先端部４６ａは、ピストン４６が前側に移動したときに、ドローバー２２の後端部２２ａと当接する。シリンダ４４の内部にはピストン４６により分離された２つの油圧室が形成されている。油圧装置５０がシリンダ４４の前後の油圧室に高圧の制御油を供給することにより、ピストン４６が駆動される。

　シリンダ４４の前側の油圧室に高圧の制御油を供給することにより、ピストン４６が後側に移動する。ピストン４６の先端部４６ａは、ドローバー２２の後端部２２ａから離れる。皿ばね３０による付勢力によりドローバー２２が後側に向かって付勢される。

　本発明においては、ピストン４６がドローバー２２から離れてコレット２８が閉じる向きに付勢される状態をクランプ状態と称する。クランプ状態には、主軸１４のテーパ穴１４ａに工具１８が装着されている状態と、主軸１４のテーパ穴１４ａに工具１８が装着されていない状態とが含まれる。

　主軸１４に工具１８が装着されている時に、主軸装置１０をクランプ状態にすると、コレット２８は、工具１８を主軸１４の内部に向かって引き込む。ドローバー２２により工具１８を引き込むことにより、工具１８を主軸１４のテーパ穴１４ａに圧接させて固定することができる。一方で、主軸１４に工具１８が装着されていない時に、主軸装置１０をクランプ状態にすると、皿ばね３０による付勢力によりドローバー２２が後側に移動する。ドローバー２２は、ガイド部２２ｃが主軸１４の係止部１４ｂに係止する位置まで移動する。

　一方で、シリンダ４４の後側の油圧室に高圧の制御油を供給することにより、ピストン４６が前側に移動する。ピストン４６の先端部４６ａは、ドローバー２２の後端部２２ａに当接する。ピストン４６がドローバー２２を押すことにより、ドローバー２２が前側に移動する。これにより、コレット２８が開く。主軸１４に工具１８が装着されている場合には、ホルダ１８ａのプルスタッド部１８ｃが解放される。工具１８は、主軸１４のテーパ穴１４ａから抜き取ることが可能になる。または、主軸１４のテーパ穴１４ａに工具１８を装着する時には、工具１８の挿入が可能になる。

　本発明においては、ピストン４６がドローバー２２を押圧している状態をアンクランプ状態と称する。工具１８の抜き取りおよび工具１８の挿入は、アンクランプ状態にて実施することができる。

　本実施の形態の工具交換装置９４は、工具交換アーム６９を含む。工具交換アーム６９は、回転軸６９ａの周りに回転可能に形成されている。工具交換アーム６９は、回転することにより、一方の端部に主軸１４に装着する次の工具１８を保持し、他方の端部に主軸１４に装着されている現在の工具１８を保持する。工具交換アーム６９による工具１８の保持は、ホルダ１８ａのフランジ部１８ｅを着脱可能に把持して行う。

　また、工具交換アーム６９は、矢印１０１，１０２に示すように、主軸１４の軸線方向に移動可能に形成されている。工具交換アーム６９は、主軸１４から使用が終了した工具１８を抜き取る場合には、工具１８を保持した状態で、矢印１０１に示すように前側に移動する。そして、工具交換アーム６９は、１８０°回転して次の工具１８を主軸１４の軸線上に配置する。工具交換アーム６９は、矢印１０２に示すように後側に移動することにより、次の工具１８を主軸１４に装着する。

　工具交換装置としては、この形態に限られず、主軸に対しての工具を取り付けたり、取り外したりすることができる任意の装置を採用することができる。

　主軸装置１０は、ドローバー２２の軸線方向の位置を測定した測定位置を検出する位置検出器６１を含む。位置検出器６１は、ブラケット部４２の内部に配置されている。位置検出器６１はドローバー２２の位置信号を出力できる位置センサである。本実施の形態では、位置検出器６１として誘導型変位センサを用いている。ドローバー２２の端部にはドッグ６２が配置されている。ドッグ６２は、ドローバー２２と共に移動する。本実施の形態のドッグ６２は、金属で形成されている。

　誘導型変位センサは、内部にプリント基板のコイルが配置されている。プリント基板のコイルを駆動するとコイルの周りに磁界が発生する。磁界の中に金属で形成されたドッグが入り込むと、電磁誘導の作用によりドッグの表面に渦電流が発生する。このときのインダクタンスの変化量を検出することにより、ドッグ６２の位置を検出することができる。本実施の形態の位置検出器６１の分解能は、１０２４ビットである。すなわち０ビットから１０２３ビットまでのビットの値にてドッグの位置を検出することができる。そしてドッグ６２の位置に基づいてドローバー２２の位置を検出することができる。

　本実施の形態のドッグ６２は、円板状に形成されている。このため、主軸１４が回転した後の任意の回転角度においても、ドッグ６２は位置検出器６１に対向する。このために、位置検出器６１は、主軸１４が回転した後にもドローバー２２の位置を検出することができる。なお、位置検出器６１としては、ドローバー２２の位置の検出が可能な任意のセンサを用いることができる。

　図３は、工具が主軸に装着されている時のクランプ状態と、工具が主軸に装着されていない時のクランプ状態を示す主軸装置の拡大断面図である。工具１８が主軸１４に装着されている時のクランプ状態では、ドローバー２２は、皿ばね３０によって、矢印１０４に示すように後側に付勢されている。工具１８のテーパ部１８ｂが主軸１４のテーパ穴１４ａに接触することにより移動が停止する。係止部１４ｂとガイド部２２ｃとの間には隙間が形成されている。

　また、工具１８が主軸１４に装着されていない時のクランプ状態では、ドローバー２２は、工具１８が主軸１４に装着されている時のクランプ状態よりも後側に移動する。ドローバー２２には凹部２２ｂが形成されている。ドローバー２２のガイド部２２ｃが主軸１４の係止部１４ｂに係止することにより、ドローバー２２の矢印１０５に示す後側への移動が停止する。

　工具１８が主軸１４に装着されている時のクランプ状態および工具１８が主軸１４に装着されていない時のクランプ状態では、ドローバー２２の後端部２２ａは、ピストン４６の先端部４６ａから離れている状態である。いずれの状態でも、ドローバー２２に取り付けられたドッグ６２は、位置検出器６１の測定範囲ＭＲの内部に配置されている。このために、位置検出器６１は、ドッグ６２によりドローバー２２の位置を検出することができる。

　図４は、工具が主軸に装着されている時のクランプ状態とアンクランプ状態を示す主軸装置の拡大断面図である。アンクランプ状態では、ピストン４６がドローバー２２を矢印１０６に示すように押圧している。この時に、ドローバー２２に取り付けられたドッグ６２は、位置検出器６１の測定範囲ＭＲの外側に配置されてしまう。

　本実施の形態においては、ピストン４６の先端部４６ａに、ドッグ６３が配置されている。本実施の形態では、ドローバー２２の後端部２２ａが突出するように形成されている。ドッグ６２とドッグ６３とは、互いに離れて配置される。ドッグ６３は、金属にて円板状に形成されている。ドッグ６３は、ピストン４６と共に移動する。アンクランプ状態では、ドッグ６３が位置検出器６１の測定範囲ＭＲの内部に配置される。このために、位置検出器６１は、ドッグ６３の位置を検出することにより、ピストン４６の位置を検出することができる。そして、ピストン４６がドローバー２２に接触しているために、ドローバー２２の位置を検出することができる。

　このように、ドローバー２２を押圧するピストン４６に配置されたドッグ６３により、アンクランプ状態におけるドローバー２２の位置を検出することができる。１つの位置検出器６１にて、クランプ状態とアンクランプ状態の両方の状態におけるドローバー２２の位置を検出することができる。または、小型の位置検出器にてクランプ状態とアンクランプ状態の両方の状態におけるドローバー２２の位置を検出することができる。

　なお、ピストン４６が主軸１４の軸線の周りに回転しないように形成されている場合には、ドッグ６３を円板状に形成する必要はなく、位置検出器６１に対向する部分に形成されていれば構わない。

　図１および図２を参照して、工作機械８０は、主軸１４のテーパ穴１４ａの内部に、加圧された空気を供給する空気供給装置５１を備える。ハウジング１２には、空気を流通させる空気流路１２ａが形成されている。主軸１４には、空気を流通するための空気流路１４ｃが形成されている。ハウジング１２には、空気流路１２ａが主軸１４に接触する部分に溝部１２ｃが形成されている。溝部１２ｃは、主軸１４の周方向の全体にわたって形成されている。このために、主軸１４が回転しても、溝部１２ｃは空気流路１４ｃと連通する。空気供給装置５１は、主軸１４の任意の回転角度において、テーパ穴１４ａの内部に加圧した空気を供給することができる。

　ところで、加工室の内部では加工液や切り屑などが飛散している。このために、工具１８を主軸１４に取り外したり取り付けたりするときに、工具１８のテーパ部１８ｂと主軸１４のテーパ穴１４ａとの間に異物が噛み込む場合がある。または、二面拘束タイプの工具１８の場合は、主軸１４の前側の端面と、ホルダ１８ａのフランジ部１８ｅとの間にも異物が噛み込む場合がある。このように異物を噛み込むと、ドローバー２２により、所望の位置まで工具１８を主軸１４の内部に引き込むことができなくなる。

　本発明においては、ホルダ１８ａと主軸１４との間に異物が噛み込んでいない状態、すなわち、工具１８の接触部分の全体が主軸１４の取付け座に接触していることを着座と称する。換言すれば、主軸１４の取付け座に工具１８の外周面が密着していることを着座と称する。図３を参照して、異物を噛み込んだときのドローバー２２の位置は、矢印１０９に示す様に、工具が取付け座に着座した時の位置より前側にずれる。

　ところで、主軸１４のテーパ穴１４ａには製造誤差が含まれる場合がある。また、工具１８のホルダ１８ａにも製造誤差が含まれる場合がある。これらの製造誤差の結果、ドローバー２２の位置が予め定められた位置よりもずれる場合がある。例えば、プルスタッド部１８ｃの形状や長さが設計値からずれていると、ドローバー２２の位置も予め定められた位置からずれてしまう。

　このために、工具を装着した時のクランプ状態の場合には、位置検出器６１にてドローバー２２の位置の誤差を検出しても、異物の侵入による誤差なのか工具１８や主軸１４の製造誤差なのかを判別することが困難である。このために、単純に位置検出器６１にてドローバー２２の位置を測定しただけでは、工具の装着状態に問題があるのか工具または主軸の形状に問題があるのかが判別困難である。

　そこで、本実施の形態の工具装着評価方法では、工具１８のテーパ部１８ｂの接触面および主軸１４のテーパ穴１４ａの表面の異物を除去した状態で、工具１８を主軸１４に装着したときのドローバー２２の軸線方向の位置を予め測定する。すなわち、工具１８がテーパ穴１４ａに着座した時のドローバー２２の位置を測定する。

　本発明では、クランプ状態およびアンクランプ状態において、異物の影響を排除した正常時のドローバー２２の軸線方向の位置を基準位置と称する。特に、工具１８が主軸１４に装着されている時のクランプ状態では、工具１８が主軸１４の取付け座に着座しているときのドローバー２２の軸線方向の位置が基準位置に相当する。

　この基準位置は、実際に加工を行う工作機械８０を用いて測定することができる。主軸１４の取付け座の表面になるテーパ穴１４ａの表面を洗浄する。また、工具１８の接触面になるホルダ１８ａの表面を洗浄する。次に、工具１８を主軸１４に装着してクランプ状態にする。そして、位置検出器６１にて、ドローバー２２の基準位置を測定することができる。それぞれの工具１８について個別に基準位置の測定を行うことができる。それぞれの工具ごとに基準位置を設定することができる。また、工具を装着しない時のクランプ状態およびアンクランプ状態においても、予め基準位置を測定することができる。

　複数の工具について基準位置を測定した結果を表１に示す。表１の例では、工具番号Ｔ０００１から工具番号Ｔｎｎｎｎまでの工具１８の基準位置を示している。図３および図４を参照して、ドローバー２２の位置は、単位がビットにて示されており、主軸装置の後側に向かうほど値が大きくなっている。前述のように、クランプ状態ではドッグ６２により位置が検出されている。アンクランプ状態ではドッグ６３にて位置が検出されている。

　図１を参照して、このような基準位置の情報は、工具１８ごとに基準データ７９に含まれる。制御装置８２は、ドローバー２２の位置を記憶する記憶部８５を含む。基準データ７９は、記憶部８５に入力されて記憶される。

　実際の工作機械による加工工程における工具１８の装着状態の評価においては、工具交換装置９４により使用する工具１８を主軸１４に取り付けたときのドローバー２２の軸線方向の測定位置を測定する測定工程を実施する。なお、本発明では、評価の対象となる工具１８を取り付けて実際に測定したドローバー２２の位置を測定位置と称する。そして、測定位置と基準位置との差が、予め定められた判定範囲を超える場合に、工具の装着状態が異常であると判定する判定工程を実施する。

　図１、図２および図５を参照して、判定部８６は、工具が着座しているか否かを判定する着座判定部８７を有する。なお、工具１８と主軸１４との間に異物が噛み込んでいる場合には、工具１８が主軸１４のテーパ穴１４ａに着座していないことになる。判定部８６は、主軸１４のテーパ穴１４ａに工具１８が装着されているか否かを判定する工具装着判定部８８を有する。また、判定部８６は、アンクランプ状態にて工具の着脱が可能か否かを判別するアンクランプ判定部８９を含む。

　図５に、本実施の形態における工具装着評価方法の制御のフローチャートを示す。図５に示す制御は、工具交換指令が発信された時に実施することができる。

　図１、図２および図５を参照して、数値制御部８３は、工具交換指令を機械制御部８４に送出する。ステップ１２２において、数値制御部８３は、移動装置９３に送り指令を送出する。移動装置９３は、現在の工具を工具交換アーム６９が保持できる位置まで主軸装置１０を移動する。機械制御部８４の工具交換装置制御部９０は、工具交換装置９４を駆動する。工具交換装置９４は、次の工具１８を工具交換アーム６９にて保持することができる位置まで移動する。

　次に、ステップ１２３において、工具交換アーム６９にて現在の工具１８および次に使用する工具１８を保持する。工具交換アーム６９を回転させることにより２つの工具を保持することができる。次に、ステップ１２４において、主軸装置制御部９１は、油圧装置５０を駆動することにより、主軸装置１０をアンクランプ状態にする（図４のアンクランプ状態を参照）。

　次に、ステップ１２５において、アンクランプ判定部８９は、工具１８の引抜きおよび挿入が可能な状態が達成されているか否かを判別する。すなわち、アンクランプ判定部８９は、現在の工具を解放しているか否かを判別する。工具の解放の確認方法としては、例えば、位置検出部９２がドローバー２２の測定位置を検出する。表１を参照して、アンクランプ状態におけるドローバー２２の基準位置に対して、ドローバー２２の測定位置が予め定められた誤差範囲内である場合には、工具が解放されていると判定することができる。ステップ１２５において、工具１８の保持が解除されていない場合には、ステップ１２４に戻って主軸装置１０のアンクランプ動作を繰り返す。ステップ１２５において、工具１８の保持が解除されている場合には、ステップ１２６に移行する。

　ステップ１２６において、工具交換装置９４は、工具交換アーム６９を駆動して、次に使用する工具１８を主軸１４のテーパ穴１４ａに装着する。

　次に、ステップ１２７において、主軸装置制御部９１は、油圧装置５０を駆動することにより、主軸装置１０をクランプ状態にする。すなわち、図３に示す工具が装着された時のクランプ状態に移行させる。ピストン４６を後側に移動させて、ドローバー２２にてホルダ１８ａを後側に引っ張ることにより工具１８を主軸１４に固定する。

　次に、ステップ１２８において、ドローバー２２の移動が終了した後に、位置検出部９２は、位置検出器６１からの位置信号に基づいてドローバー２２の測定位置を検出する。そして、位置検出部９２は、ドローバー２２の測定位置を判定部８６に送出する。

　次に、ステップ１２９において、工具装着判定部８８は、主軸１４に工具１８が装着されているか否かを判別する。この工程では、主軸１４のテーパ穴１４ａへの工具１８の挿入が失敗して、工具１８がテーパ穴１４ａに装着されない場合を想定している。

　工具装着判定部８８は、ドローバー２２の基準位置と測定位置とに基づいて工具が装着されているか否かを判別することができる。例えば、工具装着判定部８８は、工具１８が装着された時のクランプ状態の基準位置と測定位置とを比較する。そして、工具装着判定部８８は、測定位置が基準位置よりも所定量（例えば１ｍｍ）以上の後側の位置である場合には、工具が装着されていないと判別することができる。または、工具装着判定部８８は、工具が装着されていない時のクランプ状態の基準位置に対して予め定められた誤差範囲内の測定位置である場合に、工具が装着されていないと判別することができる。

　ステップ１２９において、工具が装着されていないと判別された場合には、ステップ１３０に移行する。ステップ１３０においては、警報を発信する。たとえば、工作機械８０は、加工に関する情報を表示する表示部を備える。制御装置８２は、この表示部に警報を表示する。警報としては、例えば、工具の装着に失敗したことを作業者に知らせる表示を行うと共に、工作機械のその後の動作を停止させることができる。ステップ１２９にて、工具が装着されていると判別された場合には、ステップ１３１に移行する。

　次に、ステップ１３１において、判定部８６の着座判定部８７は、基準位置に対する測定位置の位置誤差が、予め定められた判定範囲内であるか否かを判別する。たとえば、基準位置と測定位置との差の絶対値が予め定められた判定値（例えば２ビット）以下であるか否かを判定する。位置誤差が、予め定められた判定範囲内である場合には、異物の噛み込みは生じていないいと判別することができる。この場合には、この制御を終了する。これに対して、位置誤差が、予め定められた判定範囲を超える場合には、ステップ１３２に移行する。

　ステップ１３２において、工具交換装置９４は、主軸１４に装着されている次の工具１８を出し入れする前後動作を行う。さらに、主軸装置制御部９１は、空気供給装置５１を駆動して、ホルダ１８ａのテーパ部１８ｂと主軸１４のテーパ穴１４ａとの間に空気（クリーニングエア）を供給する。工具１８を主軸１４から出し入れすることにより、テーパ部１８ｂとテーパ穴１４ａとの間に隙間が生じる。空気供給装置５１から供給される空気は、この隙間を通って放出される。この時に、隙間を通る空気の流速は大きいために、テーパ部１８ｂとテーパ穴１４ａとの間に介在する異物を放出することができる。このように主軸装置１０は、クリーニング動作を行って異物を除去することができる。次に、ステップ１３３においては、主軸１４からの工具１８の出し入れの前後動作の実施回数を記憶する。

　次に、ステップ１３４においては、前後動作の実施回数が予め定められた回数判定値に到達したか否かを判別する。すなわち、工具１８の前後動作およびクリーニングエアの噴出を複数回行っても、位置誤差が判定範囲を超える場合には、クリーニング動作を中止する。この場合には、ステップ１３５に移行する。ステップ１３５において警報を発信する。制御装置８２は、表示部に異物の噛み込みが生じたことを作業者に知らせる表示を行うことができる。

　ステップ１３４において、前後動作の実施回数が予め定められた回数判定値未満の場合には、再び、ステップ１２８に戻る。そして、ドローバー２２の測定位置を検出して、基準位置に対する測定位置の位置誤差が判定範囲内であるか否かを確認する。このように繰り返してクリーニング動作を行うことにより、工具１８と主軸１４との間に異物が介在していても、異物の除去を促進することができる。

　本実施の形態の工具評価方法および工作機械は、工具に関するそれぞれの基準位置を設定し、基準位置に対する測定位置の誤差に基づいて工具の装着状態を評価している。このために、工具が正しい状態で主軸に装着されているか否かを判別することができる。特に、工具１８や主軸１４の製造誤差の影響を排除して、異物の侵入の有無を精度よく評価することができる。

　前述の実施の形態においては、実際に加工を行う工作機械８０を用いてそれぞれの工具に関する基準位置を測定している。基準位置を設定する方法としては、この形態に限られず、工作機械を模擬した工具装着装置にて設定することができる。工具装着装置は、ツールプリセッタと称される。

　図６に、本実施の形態における工具装着装置の概略断面図を示す。工具装着装置６７は、設置台７０に配置されている。工具装着装置６７は、ハウジング７１と、ハウジング７１の内部に配置された回転部材７３とを含む。回転部材７３は、工作機械の主軸１４に対応する。回転部材７３は、ベアリング７２ａ，７２ｂを介して回転可能に支持されている。そして、回転部材７３の内部には、ドローバー７５が配置されている。ドローバー７５の一方の端部には、コレット７６が接続されている。ドローバー７５の他方の端部には、ピストン７４が接続されている。ピストン７４は、油圧装置により移動するように形成されている。

　工具装着装置６７は、エンドミル等の加工部材１８ｄの工具径Ｄや工具長Ｌを測定することができる。例えば、プローブ６８を矢印１０７に示すように加工部材１８ｄに押し当てることにより、工具径Ｄを測定することができる。または、プローブ６８を矢印１０８に示すように加工部材１８ｄの端面に押し当てることにより、工具長Ｌを測定することができる。

　本実施の形態の工具装着装置６７は、ドローバー７５に円板状のドッグ７７が配置されている。また、回転部材７３の内部には、ドッグ７７に対向するように、位置検出器６１が配置されている。そして、位置検出器６１は、ドローバー７５の軸線方向の位置信号を出力する。また、工具装着装置６７は、制御装置を備える。位置検出器６１の出力信号は、制御装置に送信される。制御装置は、ドローバー７５の位置を算出する。

　回転部材７３の端部には、テーパ穴７３ａが形成されている。テーパ穴７３ａは実際の工作機械８０の主軸１４のテーパ穴１４ａと同一の形状であることが好ましい。また、コレット７６等も実際の工作機械８０のコレット７６と同一の形状であることが好ましい。

　基準位置の測定においては、テーパ穴７３ａの表面とホルダ１８ａの表面を洗浄して異物を除去する。そして、位置検出器６１は、工具１８をテーパ穴７３ａに装着してクランプ状態にしたときのドローバー７５の位置を測定する。この位置は、工具の基準位置に対応する位置である。

　工具装着装置６７と実際の主軸装置１０との寸法差は、予め計測しておくことができる。そして、工具装着装置６７にて測定した位置に寸法差を加算したり減算したりすることにより、主軸１４に工具１８を装着した時のクランプ状態の基準位置を算出することができる。

　このように、実際の工作機械８０を模擬した工具装着装置６７を用いて基準位置を設定することにより、工作機械８０にて基準位置を測定する必要はなく、工作機械８０の稼働率を向上させることができる。または、工作機械８０が無い場所でも、予め基準位置を設定することができる。

　なお、工作機械を模擬した工具装着装置としては、上記の形態に限られず、任意の構造の工具装着装置を採用することができる。

　上記の実施の形態の主軸装置においては、主軸のテーパ穴が取付け座となって工具を保持している。すなわち、工具は１面で主軸に拘束されているが、この形態に限られず、工具は、複数面で主軸に拘束されていても構わない。例えば、工具をドローバーで引くことにより、主軸のテーパ穴で工具を拘束すると共に、工具のホルダのフランジ部を主軸の端面に接触させて拘束する主軸装置が知られている。例えば、ＨＳＫシャンクがある。このような、工具をテーパ穴の表面と主軸の端面との２面で拘束する主軸装置にも本発明を適用することができる。

　上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。

　１０　　主軸装置
　１４　　主軸
　１４ａ　　テーパ穴
　１８　　工具
　１８ａ　　ホルダ
　１８ｂ　　テーパ部
　２２　　ドローバー
　４４　　シリンダ
　５０　　油圧装置
　６１　　位置検出器
　６２，６３　　ドッグ
　６７　　工具装着装置
　７９　　基準データ
　８０　　工作機械
　８２　　制御装置
　８５　　記憶部
　８６　　判定部
　８７　　着座判定部
　９２　　位置検出部

Claims

　工作機械の主軸に内蔵されたドローバーにより工具を引き込んで主軸に装着する時の工具装着評価方法であって、
　主軸の取付け座の表面および工具の接触面の異物を除去した状態で、工具が前記取付け座に接触した時のドローバーの軸線方向の位置を基準位置として記憶する記憶工程と、
　主軸に工具を装着した時のドローバーの軸線方向の位置を測定位置として測定する測定工程と、
　基準位置に対する測定位置の誤差が予め定められた判定範囲を超える場合に、工具の装着状態が異常であると判定する判定工程とを含むことを特徴とした、工具装着評価方法。
　前記記憶工程は、工作機械を用いて基準位置を測定する工程、または工作機械を模擬した工具装着装置を用いて基準位置を測定する工程を含む、請求項１に記載の工具装着評価方法。
　前記測定工程は、誘導型変位センサにて測定位置を測定する、請求項１に記載の工具装着評価方法。
　ドローバーの軸線方向の測定位置を検出するためのドッグをドローバーおよびドローバーを押圧するピストンに配置し、
　前記測定工程は、工具を主軸に装着した時の測定位置および工具を主軸に装着しないでドローバーを引き込んだ時の測定位置を、ドローバーに配置されたドッグにより検出し、工具を解放した時の測定位置を、前記ピストンに配置されたドッグにより検出する、請求項１に記載の工具装着評価方法。
　工具を主軸に内蔵されたドローバーにより引き込んで主軸に装着する主軸装置と、
　ドローバーの軸線方向の位置を検出する位置検出器と、
　工作機械を制御する制御装置とを備え、
　制御装置は、ドローバーの位置を工具と対応させて記憶する記憶部および主軸に工具を装着した時に検出したドローバーの軸線方向の測定位置に基づいて工具の装着状態を判定する判定部を含み、
　記憶部は、主軸の取付け座の表面および工具の接触面の異物を除去した状態で、工具が前記取付け座に接触した時に検出したドローバーの軸線方向の位置を基準位置として記憶しており、
　判定部は、基準位置に対する測定位置の誤差が予め定められた判定範囲を超える場合に、工具の装着状態が異常であると判定することを特徴とした、工作機械。