特許 6900564 工作機械および情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6900564

(24)【登録日】2021年6月18日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】工作機械および情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/18 20060101AFI20210628BHJP

   B23Q 5/58 20060101ALI20210628BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20210628BHJP

【ＦＩ】

   G05B19/18 X

   B23Q5/58 Z

   B23Q11/00 D

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-147397(P2020-147397)

(22)【出願日】2020年9月2日

【審査請求日】2020年9月2日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002273

【氏名又は名称】特許業務法人インターブレイン

(72)【発明者】

【氏名】長野 利隆

【審査官】 松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１４３２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１４４８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７２８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２３５６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３０５２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０２０−０４２３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８０７５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具を支持する可動体と、
前記可動体を送り駆動するための送り駆動部と、
前記工具による切削加工を行うために前記送り駆動部による送り駆動を制御する数値制御部と、
前記可動体に設けられ、前記可動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサの出力に基づき、前記可動体の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、前記数値制御部に前記送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する指令部と、を備え、
前記指令部は、切削制御状態では前記閾値として第１閾値を設定し、非切削制御状態での送り制御時には前記閾値として前記第１閾値よりも低い第２閾値を設定し、
前記指令部は、前記加速度センサの出力に基づき、切削送り中に生じる異常振動が一定時間以上検出されたときに、前記数値制御部に前記送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する、工作機械。

【請求項2】

前記送り駆動の制御モードとして自動運転モードおよび手動運転モードが設けられ、
前記指令部は、前記第２閾値として、前記非切削制御状態での送り制御時が前記自動運転モードに該当するときに第３閾値を設定し、前記非切削制御状態での送り制御時が前記手動運転モードに該当するときに前記第３閾値よりもさらに低い第４閾値を設定する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

オペレータの操作入力を受け付ける入力部を備え、
前記手動運転モードにおいて、前記数値制御部は、オペレータの操作入力に応じて前記可動体の送り速度を設定変更し、
前記指令部は、オペレータの操作入力に基づいて前記第４閾値の設定を変更する、請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

オペレータの操作入力を受け付ける入力部を備え、
前記手動運転モードとして、オペレータにより選択可能な複数のモードが設けられ、
前記指令部は、オペレータが選択した手動運転モードの種別に応じて前記第４閾値の設定を変更する、請求項２又は３に記載の工作機械。

【請求項5】

工具を支持する可動体と、前記可動体を送り駆動するための送り駆動部と、前記工具による切削加工を行うために前記送り駆動部による送り駆動を制御する数値制御部と、前記可動体の加速度を検出する加速度センサと、を備える工作機械に設けられる情報処理装置であって、
前記数値制御部の制御状態を監視する状態監視部と、
前記加速度センサの出力に基づき、前記可動体の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、前記数値制御部に前記送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する停止指令部と、
前記制御状態に応じて前記閾値の設定を変更する閾値設定部と、を備え、
前記閾値設定部は、切削制御状態では前記閾値として第１閾値を設定し、非切削制御状態での送り制御時には前記閾値として前記第１閾値よりも低い第２閾値を設定し、
前記停止指令部は、前記加速度センサの出力に基づき、切削送り中に生じる異常振動が一定時間以上検出されたときに、前記数値制御部に前記送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する、情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械における可動体の衝突検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械には、回転するワークに対して工具を移動させるターニングセンタ、回転する工具をワークに対して移動させるマシニングセンタ、およびこれらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。このような工作機械において、万が一、可動部同士あるいは可動部とワークとの衝突が起きると、それ以降、正常な加工が行えなくなる。このため、衝突の有無を監視し、衝突を判定するとアラームを出して機械動作を停止したり、必要に応じて正常な工具に交換するなどして復旧を行う必要がある。

【0003】

例えば、可動部を駆動するサーボモータのトルクを検出し、そのトルクが予め定める閾値（以下「トルク閾値」ともいう）を超えたときに衝突と判定し、機械動作を停止させる技術が提案されている（特許文献１，２）。より詳細には、そのトルクを反映する値としてサーボモータの電流値を監視する。その電流値がトルク閾値に対応する閾値（以下「電流閾値」ともいう）を超えたときに衝突と判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−１４３２１６号公報

【特許文献2】特開２０１７−２１４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

工作機械における機械的衝突は可動部を移動させる際などに生じ得るところ、例えば工具を移動させる際の負荷トルクは、切削制御時と早送り時とで大きく異なる。ここで、「切削制御状態」とは、切削時の送り速度で工具を移動させる状態を意味する。具体的には、工具がワークに接触して切削が行われている状態のほか、工具がワークの至近（切削制御開始位置）から接触位置へ低速で移動する状態を含む。「早送り状態」とは、非切削時の送り速度で工具を移動させる状態を意味する。具体的には、工具を予め定める原点又は任意の位置から切削制御開始位置や工具交換位置まで高速で移動させる状態を含む。工作機械の運転時間短縮を図るものである。以下、切削制御状態での工具の移動を「切削送り」、早送り状態（非切削制御状態）での工具の移動を「早送り」として適宜区別する。早送り時の負荷トルクは、切削送り時の負荷トルクよりも大きい。

【0006】

このため、仮に切削送りにおける負荷トルクを基準にトルク閾値を設定すると、早送りの負荷トルクがそのトルク閾値を超える可能性があり、その場合に衝突と誤検出してしまう虞がある。逆に、早送りの負荷トルクを基準にトルク閾値を高く設定すると、切削制御時（低速時）に衝突が生じてもこれを検出できない可能性がある。

【0007】

また、主軸頭や刃物台のように装着される工具によって重量が変化する可動部である場合、その重量の変化に応じて負荷トルクも変わる。このため、その都度トルク閾値を変更しなければならない点で煩雑となる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様は工作機械である。この工作機械は、工具を支持する可動体と、可動体を送り駆動するための送り駆動部と、工具による切削加工を行うために送り駆動部による送り駆動を制御する数値制御部と、可動体に設けられ、可動体の加速度を検出する加速度センサと、加速度センサの出力に基づき、可動体の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、数値制御部に送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する指令部と、を備える。指令部は、切削制御状態では閾値として第１閾値を設定し、非切削制御状態での送り制御時には閾値として第１閾値よりも低い第２閾値を設定する。

【0009】

本発明の別の態様は情報処理装置である。この情報処理装置は、工具を支持する可動体と、可動体を送り駆動するための送り駆動部と、工具による切削加工を行うために送り駆動部による送り駆動を制御する数値制御部と、可動体の加速度を検出する加速度センサと、を備える工作機械に設けられる。この情報処理装置は、数値制御部の制御状態を監視する状態監視部と、加速度センサの出力に基づき、可動体の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、数値制御部に送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する停止指令部と、制御状態に応じて閾値の設定を変更する閾値設定部と、を備える。閾値設定部は、切削制御状態では閾値として第１閾値を設定し、非切削制御状態での送り制御時には閾値として第１閾値よりも低い第２閾値を設定する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、工作機械における可動体の衝突を適切に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。

【図2】可動体の衝突検出に関わる機能部の電気的構成を模式的に示す図である。

【図3】制御装置の機能ブロック図である。

【図4】閾値の設定方法を概略的に表す図である。

【図5】運転状態と閾値との関係を表す図である。

【図6】衝突検出処理を表すフローチャートである。

【図7】閾値設定処理を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の工作機械は、ミーリング加工とターニング加工ができるターニングセンタベースの複合加工機として構成されている。

【0013】

図１は、実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。
なお、図示のように、工作機械１を正面からみて上下方向，前後方向，左右方向を、それぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。
工作機械１は、加工装置２および制御装置４を備える。加工装置２を覆うように装置筐体が設けられ、その前面に操作盤が設けられるが、これらの図示については省略する。

【0014】

加工装置２は、ベッド１０上に第１主軸台１２、第２主軸台１４、工具主軸１６および刃物台１８などを搭載して構成される。第１主軸台１２は第１主軸２０を有し、その先端に図示略の第１チャックが取り付けられている。第２主軸台１４は第２主軸２４を有し、その先端に図示略の第２チャックが取り付けられている。第２主軸２４は、必要に応じて図示しない心押し台と付け替えることができる。

【0015】

第１主軸２０と第２主軸２４は、Ｚ軸方向に同軸状に対向するように配設される。第１主軸台１２および第２主軸台１４には、それぞれスピンドルモータが内蔵されている。第１主軸２０および第２主軸２４は、その軸線を中心に回転駆動される。第２主軸台１４がＺ軸方向に移動可能であり、第１主軸２０と第２主軸２４との間隔を適宜調整できる。

【0016】

工具主軸１６は、Ｙ軸方向に延びる回転軸を有し、主軸頭２８を回転可能に支持する。主軸頭２８には工具保持部３０が設けられる。工具保持部３０には、ミーリング加工を行うための工具Ｔが着脱可能である。工具主軸１６は、サドル３２によってＹ軸方向に移動可能に支持される。サドル３２は、可動コラム３４によってＸ軸方向に移動可能（昇降可能）である。可動コラム３４には、サドル３２の移動をガイドするためのガイドレール３６が設けられている。可動コラム３４は、ベッド１０上のガイドレール３８に沿ってＺ軸方向に移動可能に支持されている。

【0017】

工具主軸１６、サドル３２および可動コラム３４の移動は、図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構は、例えばボールねじを用いたねじ送り機構である。サーボモータは「送り駆動部」として機能する。主軸頭２８は、工具主軸１６とともにＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能であり、Ｙ軸と平行な軸Ｂ１を中心に工具主軸１６に対して回転可能である。主軸頭２８および工具主軸１６は「可動体」として機能する。主軸頭２８には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の加速度を検出する加速度センサ４０が内蔵されている。加速度センサ４０は、工具Ｔや主軸頭２８の衝突を検出するために用いられるが、その詳細については後述する。

【0018】

刃物台１８は、タレットベース４２およびタレット４４を備える。タレットベース４２は、Ｚ軸方向に延びる回転軸を有し、タレット４４を回転可能に支持する。タレットベース４２には、タレット４４を回転駆動するためのスピンドルモータが設けられている。タレット４４には、その周縁部に沿って複数のクランプ・アンクランプ機構（図示略）が設けられている。これらのクランプ・アンクランプ機構により、異なる種類の複数の工具（図示せず）が着脱可能とされている。

【0019】

タレットベース４２は、サドル４６に支持されている。サドル４６は、ベッド１０上のガイドレール４８に沿ってＺ軸方向に移動可能に支持されている。サドル４６は、ベッド１０に対して傾斜する傾斜面５０を有し、その傾斜面５０に沿ってタレットベース４２をＸ，Ｙ軸方向に移動可能に支持する。刃物台１８およびサドル４６の移動は、それぞれ図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構は、例えばボールねじを用いたねじ送り機構である。サーボモータは「第２の送り駆動部」として機能する。

【0020】

このような構成により、タレット４４は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能である。また、タレット４４は、Ｚ軸と平行な軸Ｂ２を中心に回転可能であり、それにより加工に用いる工具を切り替えることができる。すなわち、タレット４４は、第１主軸２０および第２主軸２４の一方又は双方に支持されたワークに対して直交３軸方向に相対的に移動し、工具によりワークを切削加工または旋削加工することができる。

【0021】

なお、ベッド１０上には第１主軸台１２と隣接して工具マガジン５２が設けられている。工具マガジン５２には、複数種の工具が格納されている。サドル４６をＺ軸方向に移動させることにより、タレット４４と工具マガジン５２との間で工具交換を行うことができる。すなわち、工作機械１には、いわゆるＡＴＣ（Automatic Tool Changer）が設けられているが、その説明については省略する。

【0022】

図２は、可動体の衝突検出に関わる機能部の電気的構成を模式的に示す図である。
上述のように、主軸頭２８には加速度センサ４０が内蔵されている。加速度センサ４０は、２軸（Ｘ軸とＹ軸）の方向について加速度を検出するセンサである。主軸頭２８の加速度は、その２軸の加速度の合成ベクトルに基づき算出される。なお、本実施形態においてＺ軸方向の加速度は考慮されていない。加速度センサ４０にて検出された加速度（より詳細には、加速度を表す電流値）は、振動診断増幅器６０に入力される。

【0023】

振動診断増幅器６０は、機械や設備の振動を監視する機器であり、本実施形態では可動体の加速度が衝突を示す値となったときに、制御装置４に向けてその旨を示す衝突検出信号を出力する。振動診断増幅器６０は、衝突の有無を判定するための閾値を記憶しており、加速度センサ４０から取得した加速度がその閾値を超えたときに衝突検出信号を出力する。この閾値は、外部から設定変更することができる。

【0024】

制御装置４は、ＮＣ（Numerical controller）７０とＰＬＣ（Programmable Logic Controller）７２を含む。ＰＬＣ７２は、ＮＣ７０や各種センサから受信したデータや信号に基づき、予め定められた制御ロジックにしたがった処理を実行する。上述した衝突監視に関し、ＰＬＣ７２は、振動診断増幅器６０から衝突検出信号を受け取ると、ＮＣ７０に対して停止指令を出力する。また、ＮＣ７０から送られる情報、つまり工作機械１の制御状態に応じて、振動診断増幅器６０へ閾値の設定変更をさせる指示を出力する。この閾値変更方法の詳細については後述する。

【0025】

ＮＣ７０は、手動又は自動で生成された加工プログラム（ＮＣプログラム）にしたがってモータ等のアクチュエータを制御する。ワークＷにミーリング加工を施す際、ＮＣ７０は、サーボアンプ７６を介してサーボモータを駆動し、主軸頭２８を送り駆動する。また、スピンドルモータを駆動して工具保持部３０を回転させる。上述した衝突監視に関し、ＮＣ７０は、ＰＬＣ７２から停止指令を受け取ると、工作機械１の全体の駆動を停止させる。具体的には、工具主軸１６、サドル３２および可動コラム３４の送り駆動を停止させ、続いて工具保持部３０の回転を停止させる。

【0026】

ワークＷにターニング加工を施す際には、ＮＣ７０は、スピンドルモータを駆動して第１主軸２０および第２主軸２４の一方又は双方を回転させる。続いて、サーボモータを駆動してタレット４４を送り駆動し、ワークを加工する。

【0027】

図３は、制御装置４の機能ブロック図である。
制御装置４の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コンピュータプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

【0028】

制御装置４は、ユーザインタフェース処理部１１０、データ処理部１１２およびデータ格納部１１４を含む。ユーザインタフェース処理部１１０は、オペレータからの操作入力を受け付けるほか、画像表示や音声出力など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。データ処理部１１２は、ユーザインタフェース処理部１１０により取得されたデータおよびデータ格納部１１４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１１２は、ユーザインタフェース処理部１１０およびデータ格納部１１４のインタフェースとしても機能する。データ格納部１１４は、各種プログラムと設定データを格納する。

【0029】

ユーザインタフェース処理部１１０は、入力部１２０および出力部１２２を含む。入力部１２０は、タッチパネルあるいはハンドル等のハードデバイスを介してオペレータからの入力を受け付ける。出力部１２２は、画像表示あるいは音声出力によりオペレータに各種情報を提供する。出力部１２２は、パネル（キーボードおよび機械操作パネル）を画面表示させてもよい。

【0030】

入力部１２０は、モード選択部１３０、主軸操作部１３２、ジョグ送り操作部１３４、パルス送り操作部１３６およびを含む。モード選択部１３０は、自動運転モードと手動運転モードとを切り替えるための操作入力などを受け付ける。例えば、メモリモード、ＭＤＩモード、ジョグモード、パルスモードなどの各種運転モードが設けられている。モード選択部１３０は、各運転モードを選択するための選択キーなどを含む。

【0031】

ここで、「メモリモード」は、データ格納部１１４に格納されている加工プログラムにしたがって加工装置２を作動させる自動運転モードである。「ＭＤＩモード」は、簡単なプログラム指令を手動で入力して加工装置２を作動させるモードである。「ジョグモード」は、ダイヤル操作により刃物台の送り速度を調整する手動運転モードである。「パルスモード」は、手動パルス発生器を操作することにより刃物台の送り速度を調整する手動運転モードである。

【0032】

主軸操作部１３２は、第１主軸２０および第２主軸２４を手動操作によって回転させるための操作入力を受け付ける。主軸操作部１３２は、例えば第１主軸２０および第２主軸２４のうち、回転させる対象を選択する選択キーや、正逆の所定方向に回転させる駆動キーなどを含む。主軸操作部１３２は、オペレータの操作に基づく制御指令を数値制御部１４０へ入力する。

【0033】

ジョグ送り操作部１３４は、ジョグモードにおいて工具主軸１６および刃物台１８を移動させるための操作入力を受け付ける。ジョグモードでは、ジョグ送りとジョグ早送りのいずれかの操作を選択可能である。「ジョグ送り」では、軸ごとに予めパラメータで設定された速度に対して０〜６５５．３４％の範囲で送り速度を調整できる。一方、「ジョグ早送り」では、自動運転での早送り速度を１００％として、１〜５０％の範囲内で早送り速度を調整できる。

【0034】

ジョグ送り操作部１３４は、工具主軸１６および刃物台１８のうち移動させる対象を選択するための選択キーや、Ｘ軸＋，Ｘ軸−，Ｙ軸＋，Ｙ軸−，Ｚ軸＋，Ｚ軸−の送り方向を選択するためのキーなどを含む。ジョグ送り操作部１３４は、また、ジョグ早送り操作を選択するための早送りスイッチを含む。ジョグモードにおいてこの早送りスイッチをオン／オフすることにより、ジョグ早送りとジョグ送りのいずれかを選択できる。ジョグ送り操作部１３４は、さらに、ジョグ送り調整用のダイヤル（「送りオーバーライドスイッチ」ともいう）や、ジョグ早送り調整用のダイヤル（「早送りオーバーライドスイッチ」ともいう）などを含む。ジョグ送り操作部１３４は、オペレータの操作に基づく制御指令を数値制御部１４０へ入力する。

【0035】

パルス送り操作部１３６は、パルスモードにおいて工具主軸１６および刃物台１８を移動させるための操作入力を受け付ける。パルス送り操作部１３６は、パルス信号を生成するパルスハンドルや、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向のうち送り方向を選択するためのキーなどを含む。パルス送り操作部１３６は、オペレータの操作に基づく制御指令を数値制御部１４０へ入力する。

【0036】

データ処理部１１２は、数値制御部１４０および指令部１４２を含む。数値制御部１４０は、ＮＣ７０の機能を含む。数値制御部１４０は、入力部１２０や指令部１４２から入力される指令に基づき、データ格納部１１４に格納されている加工プログラム（ＮＣプログラム）にしたがって加工装置２を制御する。

【0037】

数値制御部１４０は、また、ＮＣ７０による現在の制御状態を示す情報（制御情報）を指令部１４２へ逐次送信する。数値制御部１４０は、例えば、自動運転や手動運転で早送りが選択されて刃物台の移動を開始したときに「早送り中信号」を送信する。また、自動運転や手動運転で早送り以外の送りが選択されて刃物台の移動を開始したときに「通常送り中信号」を送信する。

【0038】

指令部１４２は、ＰＬＣ７２を含み「情報処理装置」として機能する。指令部１４２は、状態監視部１５０、停止指令部１５２および閾値設定部１５４を含む。状態監視部１５０は、数値制御部１４０から受信する制御情報に基づいてＮＣ７０の制御状態を監視する。振動診断増幅器６０が衝突検出信号を出力すると、停止指令部１５２は、数値制御部１４０へ停止指令を出力する。数値制御部１４０は、これを受けて加工装置２の駆動部（送り駆動部や切削駆動部）の動作を停止させる。また、出力部１２２は、衝突発生を示すアラームを出力する。

【0039】

なお、加速度センサ４０および振動診断増幅器６０は、工作機械１における衝突を検出するための「検出部」として機能する。本実施形態では、振動診断増幅器６０を加工装置２および制御装置４から独立させているが、制御装置４の一部として組み込んでもよい。

【0040】

閾値設定部１５４は、ＮＣ７０による制御状態に応じて、衝突検出のための加速度の閾値を変更する。すなわち、振動診断増幅器６０に対し、閾値の設定変更をさせる指示を出力する。以下、この閾値の設定方法について具体的に説明する。

【0041】

図４は、閾値の設定方法を概略的に表す図である。本図の横軸は、工具主軸の早送り駆動を開始してからの経過時間を示す。縦軸は上段が工具主軸の速度、下段が工具主軸の加速度をそれぞれ実線で示す。図中の二点鎖線が、早送り時における衝突判定のための閾値を示す。なお、参考までに、切削中の加速度（振動加速度の絶対値）を一点鎖線で例示する。図中の点線が、切削時における衝突判定のための閾値を示す。

【0042】

図示のとおり、工具主軸の早送りを開始してから設定速度（早送り時の速度として予め設定された値）に達するまでに所定の時定数をもつ。早送りの加速度（絶対値）は、サーボモータの駆動開始時と駆動停止時に大きくなる。衝突検出の閾値がこの加速度よりも小さいと、衝突を誤検出してしまう可能性がある。

【0043】

そこで、早送りの開始時と停止時における加速度としてとり得る値（最大加速度）よりも高い値を設定する。また、同じ早送りであっても、オペレータが操作を行う手動運転モードでの早送りは、自動運転モードでの早送りよりも低速となり、加速度も小さくなる。一方、切削送りは、工具とワークとの接触による振動を伴うため、検出される加速度が早送りよりも高くなる。このため、本実施形態では、運転状態に応じて閾値を以下のように設定する。

【0044】

図５は、運転状態と閾値との関係を表す図である。
図示のように、運転状態と閾値との関係は以下のとおりである。早送り中であるか否かは、早送り中信号「１」が入力されているか否かにより判定する。
・閾値Ｇ１：切削送り（自動運転モード）に設定する閾値
・閾値Ｇ２：早送り（自動運転モード）に設定する閾値
・閾値Ｇ３：ジョグ送り（手動運転モード）に設定する閾値
・閾値Ｇ４：ジョグ早送り（手動運転モード）に設定する閾値
・閾値Ｇ５：パルス送り（手動運転モード）に設定する閾値
・閾値Ｇ６：切削送りでも早送りでもない状態(自動運転モード)に設定する閾値

【0045】

ここで、Ｇ１＞Ｇ２とする。Ｇ１，Ｇ２については固定値としてよい。例えば、閾値Ｇ１として「２０Ｇ（Ｇａｌ）」を設定し、閾値Ｇ２として「５Ｇ（Ｇａｌ）」を設定するなどである。一方、閾値Ｇ３〜閾値Ｇ５については、手動による速度設定に応じて閾値が算出されるが、一般に閾値Ｇ２よりは低い値となる。閾値Ｇ６は、切削送りでも早送りでもない状態を設定するときの予備の閾値である（図示略）。閾値Ｇ６は、例えば初期設定においては閾値Ｇ１と同じ値とし、適宜設定変更できるものとしてもよい。本実施形態においては、切削制御状態が切削送り（自動運転モード）とジョグ送り（手動運転モード）であり、それ以外の早送り（自動運転モード）とジョグ早送り（自動運転モード）とパルス送り（手動運転モード）とが非切削制御状態になる。そのため、本実施形態では、閾値Ｇ１，閾値Ｇ３は「第１閾値」に対応し、閾値Ｇ２，閾値Ｇ４，閾値Ｇ５は「第２閾値」に対応する。また、閾値Ｇ２は「第３閾値」に対応し、閾値Ｇ４は「第４閾値」に対応する。ただし、これに限定されるものではない。例えば、閾値Ｇ１は「第１閾値」に対応し、閾値Ｇ２は「第２閾値」に対応しているだけでもよい。

【0046】

ジョグモードでは、ジョグ送りの場合は送りオーバーライドスイッチ、ジョグ早送りの場合は早送りオーバーライドスイッチをオペレータが操作することにより、送り速度を設定する。数値制御部１４０は、そのオペレータによるオーバーライドの設定に応じて工具主軸の送り速度を設定変更する。オーバーライドが高いほうが送り速度は大きく、その移動開始時の加速度も大きい。パルス送りでは、オペレータが倍率設定を行うことで送り速度を設定する。その設定倍率が大きいほうが送り速度は大きく、その移動開始時の加速度も大きい。数値制御部１４０は、そのオペレータによる倍率設定に応じて工具主軸の送り速度を設定変更する。このように両モードでは工具主軸の送り速度ひいては加速度がオペレータの設定により変化するが、その設定に基づいて最大加速度を算出できる。

【0047】

なお、自動運転モードにおいても、切削送りの場合に送りオーバーライドスイッチ、早送りの場合に早送りオーバーライドスイッチを操作することで、各送り速度を調整することはできる。この自動運転モードにおけるオーバーライドは、その値が高いほうが送り速度は大きくなる点でジョグモードと同様であるが、オーバーライドスイッチの目盛りに対する係数の設定がジョグモードとは異なる。すなわち、自動運転モードでは、オーバーライドスイッチの目盛り（％）がそのまま係数となる。一方、ジョグモードでは、オーバーライドスイッチの目盛り（％）と上記パラメータに基づいて係数が設定される。

【0048】

閾値設定部１５４は、各運転モードでの最大加速度に余裕値(マージン)を加算した値を閾値として設定する。この余裕値については、最大加速度の１０％程度とするなど適宜設定できる。振動診断増幅器６０は、運転モードが変わるごとに閾値の設定を変更する。すなわち、閾値設定部１５４は、状態監視部１５０が取得した制御状態に応じて閾値を設定する。

【0049】

図６は、衝突検出処理を表すフローチャートである。
振動診断増幅器６０から衝突検出信号が出力されると（Ｓ１０のＹ）、停止指令部１５２は、数値制御部１４０に対して停止指令を出力する（Ｓ１２）。それにより、数値制御部１４０は、加工装置２の駆動部（送り駆動部や切削駆動部）の動作を停止させる。それにより、オペレータがしかるべき処置（復旧作業等）を行うことができる。

【0050】

図７は、閾値設定処理を表すフローチャートである。
状態監視部１５０は、数値制御部１４０から制御状態が通知されると、これを取得する（Ｓ２０）。このとき、制御状態が自動運転モードであり（Ｓ２２のＹ）、かつ切削送り中であれば（Ｓ２４のＹ）、閾値設定部１５４は、振動診断増幅器６０に閾値Ｇ１を設定する（Ｓ２６）。一方、早送り中であれば（Ｓ２４のＮ、Ｓ２８のＹ）、閾値Ｇ２を設定する（Ｓ３０）。切削送り中でも早送り中でもなければ（Ｓ２４のＮ、Ｓ２８のＮ）、閾値Ｇ６を設定する（Ｓ３２）。

【0051】

一方、制御状態が手動運転モードであり（Ｓ２２のＮ）、かつジョグモードであれば（Ｓ３４のＹ）、Ｓ３６へ移行する。このとき、ジョグ早送り中であれば（Ｓ３６のＹ）、閾値設定部１５４は、振動診断増幅器６０に閾値Ｇ４を設定する（Ｓ３８）。ジョグ早送り中でないジョグ送り中であれば（Ｓ３６のＮ）、閾値Ｇ３を設定する（Ｓ４０）。パルスモードであれば（Ｓ３４のＹ）、閾値Ｇ５を設定する（Ｓ４２）。閾値Ｇ３〜Ｇ５については上述のように、オペレータの操作に基づいて演算する。

【0052】

以上、実施形態に基づいて工作機械１について説明した。
本実施形態では、加速度センサ４０の検出に基づき可動体（主軸頭２８，工具主軸１６）の衝突を検出する。このため、送り駆動部の負荷トルクを基準に衝突を検出する場合のように、可動体の重量変化に伴って閾値を変更する必要がない。また、制御状態に応じて適切に閾値の設定変更を行うため、衝突検出の精度が高められる。

【0053】

具体的には、切削中は工具に伝わる振動により加速度が高くなるところ、閾値として相対的に高い第１閾値を設定する。このため、切削送り中に生じる振動による加速度を衝突による加速度と誤検出することを防止できる。逆に、非切削中は工具に伝わる振動がないため、閾値として相対的に低い第２閾値を設定する。このため、早送り中に発生した衝突を逃さずに検出できる。

【0054】

また、同じ早送り中であっても自動運転モードであれば第３閾値、手動運転モードであれば第４閾値とし、第４閾値を第３閾値よりも低く設定するといったように、制御モードに応じた適切な閾値を設定する。さらに、ジョグモードとパルスモードのそれぞれについて閾値を設定するなど、手動運転モードの種別に応じて閾値を最適化する。このため、本実施形態によれば、工作機械１の運転中は可動体の衝突を適切に検出できる。

【0055】

［変形例］
上記実施形態では、加速度センサ４０を主軸頭２８に内蔵する構成を例示した。変形例においては、加速度センサ４０を工具主軸１６又は可動コラム３４に内蔵してもよい。また、これらの可動体に加速度センサ４０を内蔵させるのではなく、可動体の外面に取り付けてもよい。

【0056】

上記実施形態では、主軸頭２８および工具主軸１６を可動体として衝突検出の対象とする例を示した。変形例においては、刃物台１８その他の可動体に加速度センサを設け、上記実施形態と同様に衝突検出を行ってもよい。

【0057】

上記実施形態では、複合加工機として主軸頭２８が回転する構成を例示した。変形例においては、主軸頭が回転しない構成とし、その主軸頭に加速度センサを設けてもよい。また、上記実施形態では、工作機械１としてミーリング加工とターニング加工ができるターニングセンタベースの複合加工機を例示した。変形例においては、ミーリング加工と研削加工ができるマシニングセンタベースの複合加工機であってもよい。あるいは、ターニングセンサであってもよいし、マシニングセンタであってもよい。それらの工作機械の可動体に加速度センサを設け、上記実施形態のように衝突検出を行ってもよい。

【0058】

上記実施形態では、加速度センサ４０として、Ｘ，Ｙ軸の２軸の方向について加速度を検出するセンサを例示した。変形例においては、Ｘ，Ｚ軸の２軸の方向について加速度を検出するセンサとしてもよい。その２軸の加速度の合成ベクトルに基づき主軸頭２８（可動体）の加速度を算出してもよい。あるいは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸の方向について加速度を検出するセンサを採用してもよい。その３軸の加速度の合成ベクトルに基づき主軸頭２８（可動体）の加速度を算出してもよい。

【0059】

上記実施形態では、図４に示したように、早送り時の加速度について、加速時と減速時の絶対値を基準にそれよりも高い値を閾値とする例を示した。一方、実際に衝突に関わる加速度はマイナス、つまり減速度である。このため、加速度センサにより加速時と減速時とを区別して加速度を検出できる場合には、減速時の加速度（マイナスの加速度）のみを基準に閾値を設定してもよい。

【0060】

上記実施形態では、手動運転モードについて、オペレータの操作入力に基づいて閾値の設定を変更する例を示した。変形例においては、手動運転モードの種別ごとに閾値を固定値としてもよい。具体的には、ジョグ送りおよびジョグ早送りのそれぞれについて、とり得る最大加速度（オーバーライドの最大値に対応）に余裕値を加算して閾値Ｇ３，Ｇ４を設定してもよい。同様に、パルスモードでとり得る最大加速度（倍率設定の最大値に対応）に余裕値を加算して閾値Ｇ５を設定してもよい。

【0061】

上記実施形態では、工具保持部３０のメンテナンスに関し、ＰＬＣ７２が可動体の衝突監視を行う構成を例示した。変形例においては、状態監視部が、振動監視、ベアリング監視、アンバランス監視などを実行してもよい。すなわち、ＰＬＣ７２は、異常振動が一定時間以上検出された場合にＮＣ７０へ停止指令を出力してもよい（振動監視）。また、振動の挙動に基づいて工具保持部３０のベアリングの状態を診断してもよい（ベアリング監視）。さらに、工具保持部３０を送り駆動せずに回転させた状態で監視し、異常振動が検出された場合にＮＣ７０へ停止指令を出力してもよい（アンバランス監視）。

【0062】

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 工作機械、２ 加工装置、４ 制御装置、１０ ベッド、１２ 第１主軸台、１４ 第２主軸台、１６ 工具主軸、１８ 刃物台、２０ 第１主軸、２４ 第２主軸、２８ 主軸頭、３０ 工具保持部、３２ サドル、３４ 可動コラム、３６ ガイドレール、３８ ガイドレール、４０ 加速度センサ、４２ タレットベース、４４ タレット、４６ サドル、４８ ガイドレール、５０ 傾斜面、５２ 工具マガジン、６０ 振動診断増幅器、７０ ＮＣ、７２ ＰＬＣ、７６ サーボアンプ、１１０ ユーザインタフェース処理部、１１２ データ処理部、１１４ データ格納部、１２０ 入力部、１２２ 出力部、１３０ モード選択部、１３２ 主軸操作部、１３４ ジョグ送り操作部、１３６ パルス送り操作部、１４０ 数値制御部、１４２ 指令部、１５０ 状態監視部、１５２ 停止指令部、１５４ 閾値設定部、Ｔ 工具、Ｗ ワーク。

【要約】

【課題】工作機械における可動体の衝突を適切に検出する。
【解決手段】工作機械は、工具を支持する可動体と、可動体を送り駆動するための送り駆動部と、工具による切削加工を行うために送り駆動部による送り駆動を制御する数値制御部と、可動体に設けられ、可動体の加速度を検出する加速度センサと、加速度センサの出力に基づき、可動体の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、数値制御部に送り駆動部の駆動を停止する停止指令を出力する指令部と、を備える。指令部は、切削制御状態では閾値として第１閾値を設定し、非切削制御状態での送り制御時には閾値として第１閾値よりも低い第２閾値を設定する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】