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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022157537
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】数値制御装置、制御プログラム、及び記憶媒体
(51)【国際特許分類】
G05B 19/18 20060101AFI20221006BHJP
B23Q 17/00 20060101ALI20221006BHJP
B23Q 3/155 20060101ALI20221006BHJP
B23B 31/00 20060101ALI20221006BHJP
【ＦＩ】
G05B19/18 W
B23Q17/00 B
B23Q3/155 F
B23B31/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021061818
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005267
【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104178
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 尚
(74)【代理人】
【識別番号】100152515
【弁理士】
【氏名又は名称】稲山 朋宏
(72)【発明者】
【氏名】寺田 弦
【テーマコード（参考）】
3C002
3C029
3C032
3C269
【Ｆターム（参考）】
3C002AA03
3C002AA04
3C002FF03
3C002HH06
3C029EE05
3C032FF04
3C269AB03
3C269AB05
3C269AB06
3C269BB12
3C269CC02
3C269EF02
3C269EF15
3C269GG01
3C269MN07
3C269MN16
3C269MN27
3C269MN29
(57)【要約】
【課題】主軸に対する工具の装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる数値制御装置、制御プログラム、及び制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供する。
【解決手段】数値制御装置は、主軸に対する工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを取得する（Ｓ１９）。数値制御装置は、取得したトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ２５）。数値制御装置は、補間トルクを微分演算し（Ｓ２９）、微分値の内最大又は最小となる値に対応付けた変位情報を、ピーク情報として決定する（Ｓ３５）。数値制御装置は、ピーク情報に基づき統計処理を行う。数値制御装置は、統計値に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する。
【選択図】図９
【解決手段】数値制御装置は、主軸に対する工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを取得する（Ｓ１９）。数値制御装置は、取得したトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ２５）。数値制御装置は、補間トルクを微分演算し（Ｓ２９）、微分値の内最大又は最小となる値に対応付けた変位情報を、ピーク情報として決定する（Ｓ３５）。数値制御装置は、ピーク情報に基づき統計処理を行う。数値制御装置は、統計値に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間部と、
前記補間部が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算部と、
前記微分演算部が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定部と、
前記決定部が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理部と、
前記統計処理部が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定部と
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間部と、
前記補間部が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算部と、
前記微分演算部が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定部と、
前記決定部が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理部と、
前記統計処理部が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定部と
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記補間部は、線形近似により前記トルクを補間して前記補間トルクを生成することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記補間部は、曲線近似により前記トルクを補間して前記補間トルクを生成することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項4】
前記補間部が補間した前記補間トルクにローパスフィルタを適用する第一フィルタ処理部を備え、
前記微分演算部は、
前記第一フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記補間トルクを微分演算することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
前記微分演算部は、
前記第一フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記補間トルクを微分演算することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項5】
前記取得部が取得した前記トルクにローパスフィルタを適用する第二フィルタ処理部を備え、
前記補間部は、
前記第二フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記トルクを補間して前記補間トルクを生成することを特徴とする請求項２又は３に記載の数値制御装置。
前記補間部は、
前記第二フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記トルクを補間して前記補間トルクを生成することを特徴とする請求項２又は３に記載の数値制御装置。
【請求項6】
前記統計処理部は、
前記統計値として前記記憶部が記憶した前記ピーク情報から最新の前記ピーク情報である第一ピーク情報及び異常発生時の前記ピーク情報を除いた対象ピーク情報のうち最新の前記対象ピーク情報である第二ピーク情報から数えて所定数の平均値を算出し、
前記判定部は、
前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の数値制御装置。
前記統計値として前記記憶部が記憶した前記ピーク情報から最新の前記ピーク情報である第一ピーク情報及び異常発生時の前記ピーク情報を除いた対象ピーク情報のうち最新の前記対象ピーク情報である第二ピーク情報から数えて所定数の平均値を算出し、
前記判定部は、
前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の数値制御装置。
【請求項7】
前記判定部は、
前記第一ピーク情報と、前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき決定した閾値とに基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
前記第一ピーク情報と、前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき決定した閾値とに基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
【請求項8】
前記統計処理部は、
前記対象ピーク情報のうち前記第二ピーク情報から数えて前記所定数の標準偏差を更に算出し、
前記判定部は、
前記第一ピーク情報と、前記平均値と前記標準偏差に基づき決定した前記閾値とに基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項７に記載の数値制御装置。
前記対象ピーク情報のうち前記第二ピーク情報から数えて前記所定数の標準偏差を更に算出し、
前記判定部は、
前記第一ピーク情報と、前記平均値と前記標準偏差に基づき決定した前記閾値とに基づき、前記装着状態を判定する
ことを特徴とする請求項７に記載の数値制御装置。
【請求項9】
前記装着機構は、前記モータの駆動で所定方向に往復移動可能であり、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを備え、
前記モータは、前記主軸ヘッドを前記所定方向に移動することで前記主軸に対して前記工具を装着し、
前記変位情報は、前記主軸ヘッドの前記所定方向における位置である
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の数値制御装置。
前記モータは、前記主軸ヘッドを前記所定方向に移動することで前記主軸に対して前記工具を装着し、
前記変位情報は、前記主軸ヘッドの前記所定方向における位置である
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の数値制御装置。
【請求項10】
前記装着機構は、
前記モータの駆動で回転する回転軸と、
前記回転軸の回転と同期して回転し、前記主軸に装着する前記工具を支持可能なアームと
を備え、
前記モータは、前記回転軸を回転することで、前記アームと共に回転する前記工具を前記主軸に対して装着し、
前記変位情報は、前記回転軸の回転角度である
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の数値制御装置。
前記モータの駆動で回転する回転軸と、
前記回転軸の回転と同期して回転し、前記主軸に装着する前記工具を支持可能なアームと
を備え、
前記モータは、前記回転軸を回転することで、前記アームと共に回転する前記工具を前記主軸に対して装着し、
前記変位情報は、前記回転軸の回転角度である
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の数値制御装置。
【請求項11】
主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御するコンピュータに、
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、
前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、
前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、
前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、
前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、
前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程と
を実行させるための制御プログラム。
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、
前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、
前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、
前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、
前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、
前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程と
を実行させるための制御プログラム。
【請求項12】
主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御するコンピュータに、
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、
前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、
前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、
前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、
前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、
前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程と
を実行させるための数値制御プログラムを記憶した記憶媒体。
前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、
前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、
前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、
前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、
前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、
前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、
前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程と
を実行させるための数値制御プログラムを記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、数値制御装置、制御プログラム、及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械の主軸に工具を装着したか否かを判定可能な数値制御装置が公知である。特許文献１は、タレット式の工作機械の主軸に対して工具が装着したか否かを判定可能な数値制御装置を開示する。工作機械は、主軸、主軸ヘッド、Ｚ軸モータ、ドローバ、及びアンクランプ操作部を備える。主軸は主軸ヘッドに回転可能に設ける。Ｚ軸モータは、主軸ヘッドを上下方向に移動する。Ｚ軸モータが主軸ヘッドを下方に移動した時、ドローバはクランプばねの付勢力により、工具ホルダを主軸にクランプする。Ｚ軸モータが主軸ヘッドを上方に移動した時、ドローバはクランプばねの付勢力に抗し、工具ホルダのクランプ状態を解除する。Ｚ軸モータの駆動電流値は、主軸に対する工具ホルダの装着状態に応じて変動する。故に、数値制御装置は、Ｚ軸モータの駆動電流値と判定基準値とを比較することで、主軸に対する工具ホルダの装着状態を判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－１７８７９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記方法では、主軸に対する工具の装着状態の僅かな変化を精度良く判定できない時がある。
【0005】
本発明の目的は、主軸に対する工具の装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる数値制御装置、制御プログラム、及び制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第一態様に係る数値制御装置は、主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得部と、前記取得部が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間部と、前記補間部が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算部と、前記微分演算部が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定部と、前記決定部が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、前記記憶部が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理部と、前記統計処理部が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
【0007】
数値制御装置は、トルクを補間した補間トルクに基づいて工具の装着状態を判定することにより、工具の装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
【0008】
第一態様において、前記補間部は、線形近似により前記トルクを補間して前記補間トルクを生成してもよい。該時、数値制御装置は、簡易な方法で補間トルクを生成できるので、処理負荷の増大を抑制できる。
【0009】
第一態様において、前記補間部は、曲線近似により前記トルクを補間して前記補間トルクを生成してもよい。数値制御装置は、実際のトルクと良好に近似した補間トルクを生成できるので、工具の装着状態の僅かな変化を更に高精度に判定できる。
【0010】
第一態様において、前記補間部が補間した前記補間トルクにローパスフィルタを適用する第一フィルタ処理部を備え、前記微分演算部は、前記第一フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記補間トルクを微分演算してもよい。数値制御装置は、補間トルクの雑音成分を除去できるとともに、補間トルクをなだらかにすることで正確なピーク情報を決定できる。
【0011】
第一態様において、前記取得部が取得した前記トルクにローパスフィルタを適用する第二フィルタ処理部を備え、前記補間部は、前記第二フィルタ処理部が前記ローパスフィルタを適用した前記トルクを補間して前記補間トルクを生成してもよい。数値制御装置は、雑音成分を除去したトルクから補間トルクを生成することにより、実際のトルクと良好に近似した補間トルクを生成できる。
【0012】
第一態様において、前記統計値として前記記憶部が記憶した前記ピーク情報から最新の前記ピーク情報である第一ピーク情報及び異常発生時の前記ピーク情報を除いた対象ピーク情報のうち最新の前記対象ピーク情報である第二ピーク情報から数えて所定数の平均値を算出し、前記判定部は、前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき、前記装着状態を判定してもよい。ピーク情報の平均値に基づく判定は、モータの駆動電流値に基づく判定と比べ、工具の経年変化による影響を受け難い。従って数値制御装置は、装着状態を更に精度良く判定できる。
【0013】
第一態様において、前記判定部は、前記第一ピーク情報と、前記統計処理部が算出した前記平均値に基づき決定した閾値とに基づき、前記装着状態を判定してもよい。工具の装着状態に応じ、平均値に対してピーク情報は大きく変動する。数値制御装置は、平均値に基づいて決定した閾値を用いて工具の装着状態を判定することで、装着状態を高精度に判定できる。
【0014】
第一態様において、前記統計処理部は、前記対象ピーク情報のうち前記第二ピーク情報から数えて前記所定数の標準偏差を更に算出し、前記判定部は、前記第一ピーク情報と、前記平均値と前記標準偏差に基づき決定した前記閾値とに基づき、前記装着状態を判定してもよい。該時、数値制御装置は、ピーク情報の変動の度合いを考慮して閾値を決定できる。従って数値制御装置は、工具の装着状態を高精度に判定できる。
【0015】
第一態様において、記装着機構は、前記モータの駆動で所定方向に往復移動可能であり、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを備え、前記モータは、前記主軸ヘッドを前記所定方向に移動することで前記主軸に対して前記工具を装着し、前記変位情報は、前記主軸ヘッドの前記所定方向における位置であってもよい。数値制御装置は、所謂タレット式の工作機械について、工具の装着状態を精度良く判定できる。
【0016】
第一態様において、前記装着機構は、前記モータの駆動で回転する回転軸と、前記回転軸の回転と同期して回転し、前記主軸に装着する前記工具を支持可能なアームとを備え、前記モータは、前記回転軸を回転することで、前記アームと共に回転する前記工具を前記主軸に対して装着し、前記変位情報は、前記回転軸の回転角度であってもよい。数値制御装置は、所謂アーム式の工作機械について、工具の装着状態を精度良く判定できる。
【0017】
本発明の第二態様に係る制御プログラムは、主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御するコンピュータに、前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程とを実行させる。第二態様によれば、第一態様と同様の効果を奏する。
【0018】
本発明の第三態様に係る記憶媒体は、主軸に装着した工具と作業台に固定した被削材を相対的に移動して前記被削材を加工する工作機械を制御するコンピュータに、前記主軸に対する前記工具の装着機構の駆動源であるモータのトルクを、前記工具の装着動作時に所定の時期で取得する取得工程と、前記取得工程が取得した前記トルクを補間して補間トルクを生成する補間工程と、前記補間工程が補間した前記補間トルクを微分演算する微分演算工程と、前記微分演算工程が演算した微分値の内、最大又は最小となる値に対応する前記装着機構の位置又は角度を示す変位情報を、ピーク情報として決定する決定工程と、前記決定工程が決定した前記ピーク情報を前記主軸に対する前記工具の使用回数または使用時間と対応付けて記憶する記憶工程と、前記記憶工程が記憶した前記ピーク情報に基づき統計処理を行う統計処理工程と、前記統計処理工程が統計処理した統計値に基づき、前記主軸に対する前記工具の装着状態を判定する判定工程とを実行させるための数値制御プログラムを記憶する。第三態様によれば、第一態様と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】工作機械１Ａの斜視図。
【図2】主軸ヘッド７Ａ周囲の縦断面図。
【図3】主軸９Ａ内部の縦断面図。
【図4】工作機械１Ａと数値制御装置３０Ａの電気的構成を示すブロック図。
【図5】Ｚ軸モータ５１Ａのトルクと微分値を示すグラフ。
【図6】線形近似前において、完全装着状態（Ａ）と不完全装着状態（Ｂ）（Ｃ）との夫々におけるピーク位置を示すグラフ。
【図7】線形近似の説明図。
【図8】線形近似後において、完全装着状態（Ａ）と不完全装着状態（Ｂ）（Ｃ）との夫々におけるピーク位置を示すグラフ。
【図9】主処理の流れ図。
【図11】工作機械１Ｂの斜視図。
【図12】工作機械１Ｂの正面図。
【図13】工作機械１Ｂの右側面図。
【図16】本体部４０１Ｂ内における旋回軸４３ＢとＡＴＣ駆動軸４６Ｂ周囲の断面図。
【図17】数値制御装置５０Ｂと工作機械１Ｂの電気的構成を示すブロック図。
【図18】工具交換処理の説明図。
【図19】工具交換動作のタイミング線図。
【図20】曲線近似の説明図。
【図21】主処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態を説明する。以下説明は図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。図１に示す工作機械１Ａの左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工作機械１Ａは主軸９Ａに装着した工具体４０Ａ（図２参照）の工具４Ａを回転し、テーブル１３Ａ上面に保持した被削材に切削加工を施す機械である。数値制御装置３０Ａは工作機械１Ａの動作を制御する。
本発明の第一実施形態を説明する。以下説明は図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。図１に示す工作機械１Ａの左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工作機械１Ａは主軸９Ａに装着した工具体４０Ａ（図２参照）の工具４Ａを回転し、テーブル１３Ａ上面に保持した被削材に切削加工を施す機械である。数値制御装置３０Ａは工作機械１Ａの動作を制御する。
【0021】
＜工作機械１Ａの概要＞
図１、図２の如く、工作機械１Ａは基台２Ａ、コラム５Ａ、主軸ヘッド７Ａ、主軸９Ａ、テーブル装置１０Ａ、工具交換装置２０Ａ、制御箱６Ａ、操作盤１５Ａ（図４参照）等を備える。基台２Ａは略直方体状の金属製土台である。コラム５Ａは基台２Ａ上部後方に固定する。
図１、図２の如く、工作機械１Ａは基台２Ａ、コラム５Ａ、主軸ヘッド７Ａ、主軸９Ａ、テーブル装置１０Ａ、工具交換装置２０Ａ、制御箱６Ａ、操作盤１５Ａ（図４参照）等を備える。基台２Ａは略直方体状の金属製土台である。コラム５Ａは基台２Ａ上部後方に固定する。
【0022】
主軸ヘッド７Ａはコラム５Ａ前面に設けたＺ軸移動機構（図示略）でＺ軸方向に昇降する。Ｚ軸移動機構はＺ軸モータ５１Ａ（図４参照）等を備える。Ｚ軸移動機構はＺ軸モータ５１Ａの駆動に応じて主軸ヘッド７ＡをＺ軸方向に移動する。主軸ヘッド７Ａは上部に主軸モータ５２Ａを備える。主軸９Ａは主軸ヘッド７Ａの内部に回転可能に設ける。主軸９Ａは下端部（先端部）に装着穴９２Ａを有する。主軸９Ａは装着穴９２Ａに工具ホルダ１７Ａを装着し、主軸モータ５２Ａの駆動に応じて回転する。工具ホルダ１７Ａは工具４Ａを保持する。工具４Ａ及び工具ホルダ１７Ａは、工具体４０Ａを構成する。
【0023】
テーブル装置１０Ａはテーブル１３Ａ、Ｙ軸モータ５４Ａ（図４参照）、Ｘ軸モータ５３Ａ（図４参照）等を備える。テーブル１３ＡはＸ軸モータ５３ＡとＹ軸モータ５４Ａにより、基台２Ａ上をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。
【0024】
工具交換装置２０Ａは主軸ヘッド７Ａ前側に設け、工具マガジン２１Ａを備える。工具マガジン２１Ａは円状に配列した複数のグリップアーム９０Ａを外周に備える。グリップアーム９０Ａは工具ホルダ１７Ａを把持する。工具交換装置２０Ａはマガジンモータ５５Ａ（図４参照）の駆動に応じて工具マガジン２１Ａを回転する。
【0025】
制御箱６Ａはコラム５Ａの背面側に固定し、数値制御装置３０Ａ（図４参照）を格納する。数値制御装置３０ＡはＺ軸モータ５１Ａ、主軸モータ５２Ａ、Ｘ軸モータ５３Ａ、Ｙ軸モータ５４Ａを夫々制御し、テーブル１３Ａ上に保持した被削材と主軸９Ａに装着した工具４Ａを相対移動することで各種加工を被削材に施す。各種加工とは、ドリル、タップ等を用いた穴空け加工、エンドミル、フライス等を用いた側面加工等である。
【0026】
操作盤１５Ａは工作機械１Ａを覆うカバー（図示略）の外壁等に設ける。操作盤１５Ａは入力部２４Ａ（図４参照）と表示部２５Ａ（図４参照）を備える。入力部２４Ａは各種情報、操作指示等の入力を受付け、数値制御装置３０Ａに入力情報を出力する。表示部２５Ａは数値制御装置３０Ａからの指令に基づき各種画面、異常情報等を表示する。
【0027】
＜主軸ヘッド７Ａと主軸９Ａの内部構造＞
図２、図３の如く、主軸ヘッド７Ａは前方下部の内側に主軸９Ａを回転可能に支持する。主軸９Ａは上下方向に回転軸を有する。主軸９Ａは主軸モータ５２Ａの駆動軸に連結し、主軸モータ５２Ａの駆動で回転する。図３の如く、主軸９Ａは軸穴９１Ａ、装着穴９２Ａ、空間９３Ａ、下部摺動穴９４Ａ、クランプ軸８１Ａ、ばね８２Ａを備える。軸穴９１Ａは主軸９Ａの中心を通る。装着穴９２Ａは主軸９Ａの先端部に設ける。工具ホルダ１７Ａは装着穴９２Ａに装着する。工具ホルダ１７Ａは一端側に工具４Ａを保持し、他端側にテーパ装着部１８０Ａとプルスタッド１８１Ａを備える。テーパ装着部１８０Ａは円錐状である。プルスタッド１８１Ａは円柱部１８２Ａと頂上部１８３Ａを備える。円柱部１８２Ａは円柱形状で、テーパ装着部１８０Ａの上端部から上方に延びる。頂上部１８３Ａは円柱部１８２Ａの上端部に設け、径方向の大きさが円柱部１８２Ａより大きい。テーパ装着部１８０Ａは主軸９Ａの装着穴９２Ａに密着して装着する。空間９３Ａは装着穴９２Ａ上部に連続して設ける。下部摺動穴９４Ａは軸穴９１Ａの下端部と空間９３Ａとの間に連続して設ける。
図２、図３の如く、主軸ヘッド７Ａは前方下部の内側に主軸９Ａを回転可能に支持する。主軸９Ａは上下方向に回転軸を有する。主軸９Ａは主軸モータ５２Ａの駆動軸に連結し、主軸モータ５２Ａの駆動で回転する。図３の如く、主軸９Ａは軸穴９１Ａ、装着穴９２Ａ、空間９３Ａ、下部摺動穴９４Ａ、クランプ軸８１Ａ、ばね８２Ａを備える。軸穴９１Ａは主軸９Ａの中心を通る。装着穴９２Ａは主軸９Ａの先端部に設ける。工具ホルダ１７Ａは装着穴９２Ａに装着する。工具ホルダ１７Ａは一端側に工具４Ａを保持し、他端側にテーパ装着部１８０Ａとプルスタッド１８１Ａを備える。テーパ装着部１８０Ａは円錐状である。プルスタッド１８１Ａは円柱部１８２Ａと頂上部１８３Ａを備える。円柱部１８２Ａは円柱形状で、テーパ装着部１８０Ａの上端部から上方に延びる。頂上部１８３Ａは円柱部１８２Ａの上端部に設け、径方向の大きさが円柱部１８２Ａより大きい。テーパ装着部１８０Ａは主軸９Ａの装着穴９２Ａに密着して装着する。空間９３Ａは装着穴９２Ａ上部に連続して設ける。下部摺動穴９４Ａは軸穴９１Ａの下端部と空間９３Ａとの間に連続して設ける。
【0028】
クランプ軸８１Ａは軸穴９１Ａ内に挿入し且つ上下方向に移動可能に設ける。クランプ軸８１Ａはピン支持部８１１Ａ、軸部８１２Ａ、ホルダ把持部８１３Ａを備える。ピン支持部８１１Ａは円柱形状でクランプ軸８１Ａの上端に位置し、後述するピン５８Ａを支持する。軸部８１２Ａは円柱形状でありピン支持部８１１Ａから下方に延びる。ホルダ把持部８１３Ａは軸部８１２Ａの下端に位置し、複数の鋼球（図示略）を有する。ばね８２Ａは軸穴９１Ａの中に挿入し、ばね８２Ａの上端はピン支持部８１１Ａと係合し、クランプ軸８１Ａをばね力で上方に常時付勢する。クランプ軸８１Ａがばね８２Ａの弾性力に抗して下方向に移動し、ばね８２Ａが縮むことで、ホルダ把持部８１３Ａは下部摺動穴９４Ａから空間９３Ａに出て、工具ホルダ１７Ａのプルスタッド１８１Ａの固定を解除する。クランプ軸８１Ａが下方移動した状態からばね８２Ａの弾性力により上に移動すると、ホルダ把持部８１３Ａは空間９３Ａから下部摺動穴９４Ａに移動し、プルスタッド１８１Ａの頂上部１８３Ａを保持して固定する。故にクランプ軸８１Ａは工具ホルダ１７Ａをばね８２Ａにより上方に引張り上げた状態で、工具体４０Ａを主軸９Ａに固定する。
【0029】
図２の如く、主軸ヘッド７Ａは後方上部にレバー６０Ａを備える。レバー６０Ａは略Ｌ字型であり支軸６１Ａを中心に揺動する。支軸６１Ａは主軸ヘッド７Ａ内に固定する。レバー６０Ａは縦方向レバー６３Ａと横方向レバー６２Ａを備える。縦方向レバー６３Ａは支軸６１Ａからコラム５Ａ側に対して斜め上方に延びて中間部６５Ａで上方に折曲して更に上方に延びる。横方向レバー６２Ａは支軸６１Ａからコラム５Ａ前方に略水平に延びる。横方向レバー６２Ａの先端部はクランプ軸８１Ａに直交して突設したピン５８Ａに上方から係合可能である。縦方向レバー６３Ａは上端部の背面に板カム体６６Ａを備える。板カム体６６Ａはコラム５Ａ側にカム面を備える。板カム体６６Ａのカム面は上側軸受部２７Ａに固定したカムフォロア６７Ａと接離可能である。カムフォロア６７Ａは板カム体６６Ａのカム面を摺動する。引張コイルバネ（図示略）は縦方向レバー６３Ａと主軸ヘッド７Ａとの間に設ける。レバー６０Ａを右側面から見た時、引張コイルバネはレバー６０Ａを時計回りに常時付勢する。故にレバー６０Ａは横方向レバー６２Ａによるピン５８Ａの下方向への押圧を常時解除する。
【0030】
＜工具体４０Ａの着脱、交換動作＞
図２の如く、工具ホルダ１７Ａのテーパ装着部１８０Ａを装着穴９２Ａに装着した状態で、Ｚ軸モータ５１Ａの回転により主軸ヘッド７Ａが上昇する。レバー６０Ａの板カム体６６Ａはカムフォロア６７Ａに接触して摺動する。板カム体６６Ａのカム形状に沿ってカムフォロア６７Ａが摺動すると、レバー６０Ａは右側方から見た時に支軸６１Ａを中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２Ａはピン５８Ａに上方から係合してクランプ軸８１Ａを下方に押圧する。クランプ軸８１Ａはばね８２Ａのばね力に抗してホルダ把持部８１３Ａを下方に付勢する。ホルダ把持部８１３Ａは工具ホルダ１７Ａのプルスタッド１８１Ａの固定を解除する。工具ホルダ１７Ａが主軸９Ａの装着穴９２Ａから外れ、工具体４０Ａは主軸９Ａから脱離する。主軸９Ａから脱離した工具体４０Ａを、第一工具体と称す。工具交換装置２０Ａの複数のグリップアーム９０Ａのうち、工具交換位置にある一のグリップアーム９０Ａ（以下、第一グリップアームと称す）は、主軸９Ａから脱離した第一工具体を把持する。工具交換位置は工具マガジン２１Ａの最下部位置である。
図２の如く、工具ホルダ１７Ａのテーパ装着部１８０Ａを装着穴９２Ａに装着した状態で、Ｚ軸モータ５１Ａの回転により主軸ヘッド７Ａが上昇する。レバー６０Ａの板カム体６６Ａはカムフォロア６７Ａに接触して摺動する。板カム体６６Ａのカム形状に沿ってカムフォロア６７Ａが摺動すると、レバー６０Ａは右側方から見た時に支軸６１Ａを中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２Ａはピン５８Ａに上方から係合してクランプ軸８１Ａを下方に押圧する。クランプ軸８１Ａはばね８２Ａのばね力に抗してホルダ把持部８１３Ａを下方に付勢する。ホルダ把持部８１３Ａは工具ホルダ１７Ａのプルスタッド１８１Ａの固定を解除する。工具ホルダ１７Ａが主軸９Ａの装着穴９２Ａから外れ、工具体４０Ａは主軸９Ａから脱離する。主軸９Ａから脱離した工具体４０Ａを、第一工具体と称す。工具交換装置２０Ａの複数のグリップアーム９０Ａのうち、工具交換位置にある一のグリップアーム９０Ａ（以下、第一グリップアームと称す）は、主軸９Ａから脱離した第一工具体を把持する。工具交換位置は工具マガジン２１Ａの最下部位置である。
【0031】
工具交換装置２０Ａはマガジンモータ５５Ａにより工具マガジン２１Ａを回転し、ＮＣプログラムの工具交換指令が指示する工具４Ａを含む工具体４０Ａ（以下、第二工具体と称す）を、工具交換位置に位置決めする。該時、工具マガジン２１Ａは主軸９Ａから脱離した工具体４０Ａである第一工具体が工具交換位置にある状態から、新たに主軸９Ａに装着する工具体４０Ａである第二工具体が工具交換位置にある状態まで回転する。工具マガジン２１Ａは第二工具体を他のグリップアーム９０Ａ（以下、第二グリップアームと称す）に把持した状態で回転する。
【0032】
工具交換位置に第二工具体が配置した状態で、Ｚ軸モータ５１Ａの回転により主軸ヘッド７Ａが下降する。第二工具体の工具ホルダ１７Ａのテーパ装着部１８０Ａが装着穴９２Ａに挿入する。板カム体６６Ａはカムフォロア６７Ａに摺動すると、レバー６０Ａは右側方から見た時に支軸６１Ａを中心に時計回りに回転する。故に横方向レバー６２Ａはピン５８Ａから離れ、クランプ軸８１Ａの下方への押圧を解除する。クランプ軸８１Ａはホルダ把持部８１３Ａの下方への付勢を解除し、ばね８２Ａのばね力で上方に移動する。ホルダ把持部８１３Ａはプルスタッド１８１Ａを上方に引張り、プルスタッド１８１Ａを固定する。工具交換装置２０Ａの第二グリップアームから第二工具体が脱離する。主軸９Ａの装着穴９２Ａに対して工具ホルダ１７Ａのテーパ装着部１８０Ａの装着が完了し、主軸９Ａに対する第二工具体の装着が完了する。
【0033】
主軸９Ａに工具体４０Ａを装着する時のクランプ軸８１Ａ、レバー６０Ａの動作を、装着動作と称す。装着動作時にＺ軸モータ５１Ａの回転で駆動する主軸ヘッド７Ａ、レバー６０Ａ等を、装着機構と称す。
【0034】
＜電気的構成＞
図４を参照し、数値制御装置３０Ａと工作機械１Ａの電気的構成を説明する。数値制御装置３０ＡはＣＰＵ３１Ａ、ＲＯＭ３２Ａ、ＲＡＭ３３Ａ、記憶装置３４Ａ、入力インタフェイス３５１Ａ、出力インタフェイス３５２Ａ等を備える。ＣＰＵ３１Ａは数値制御装置３０Ａを統括制御する。ＲＯＭ３２Ａは各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ３３Ａは処理実行中の各種データを記憶する。記憶装置３４Ａは不揮発性メモリであり、ＮＣプログラム等を記憶する。ＮＣプログラムは複数のブロックで構成し、各ブロックは工具交換指令等の少なくとも一つの指令を含む。又、記憶装置３４Ａは主軸９Ａに工具体４０Ａを装着した装着回数（使用回数に相当）を、工具体４０Ａ毎に記憶する。ＣＰＵ３１Ａは主軸９Ａに対する工具体４０Ａの装着動作時、装着動作を行う工具体４０Ａに対応する装着回数に１加算する。ＣＰＵ３１Ａは主軸９Ａに装着した工具体４０Ａを脱離して別の工具体４０Ａに付替えた時、脱離した工具体４０Ａに対応する装着回数を０とする。
図４を参照し、数値制御装置３０Ａと工作機械１Ａの電気的構成を説明する。数値制御装置３０ＡはＣＰＵ３１Ａ、ＲＯＭ３２Ａ、ＲＡＭ３３Ａ、記憶装置３４Ａ、入力インタフェイス３５１Ａ、出力インタフェイス３５２Ａ等を備える。ＣＰＵ３１Ａは数値制御装置３０Ａを統括制御する。ＲＯＭ３２Ａは各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ３３Ａは処理実行中の各種データを記憶する。記憶装置３４Ａは不揮発性メモリであり、ＮＣプログラム等を記憶する。ＮＣプログラムは複数のブロックで構成し、各ブロックは工具交換指令等の少なくとも一つの指令を含む。又、記憶装置３４Ａは主軸９Ａに工具体４０Ａを装着した装着回数（使用回数に相当）を、工具体４０Ａ毎に記憶する。ＣＰＵ３１Ａは主軸９Ａに対する工具体４０Ａの装着動作時、装着動作を行う工具体４０Ａに対応する装着回数に１加算する。ＣＰＵ３１Ａは主軸９Ａに装着した工具体４０Ａを脱離して別の工具体４０Ａに付替えた時、脱離した工具体４０Ａに対応する装着回数を０とする。
【0035】
操作盤１５Ａの入力部２４Ａは入力インタフェイス３５１Ａに電気的に接続する。操作盤１５Ａの表示部２５Ａは出力インタフェイス３５２Ａに電気的に接続する。Ｚ軸モータ５１Ａ、主軸モータ５２Ａ、Ｘ軸モータ５３Ａ、Ｙ軸モータ５４Ａ、マガジンモータ５５Ａは出力インタフェイス３５２Ａに電気的に接続する。Ｚ軸モータ５１Ａ、主軸モータ５２Ａ、Ｘ軸モータ５３Ａ、Ｙ軸モータ５４Ａ、マガジンモータ５５Ａは、出力インタフェイス３５２Ａが出力するパルス信号に応じて回転するサーボモータである。Ｚ軸モータ５１Ａはエンコーダ５１１Ａを備える。主軸モータ５２Ａはエンコーダ５２１Ａを備える。Ｘ軸モータ５３Ａはエンコーダ５３１Ａを備える。Ｙ軸モータ５４Ａはエンコーダ５４１Ａを備える。マガジンモータ５５Ａはエンコーダ５５１Ａを備える。エンコーダ５１１Ａ、５２１Ａ、５３１Ａ、５４１Ａ、５５１Ａは主軸モータ５２Ａ、Ｘ軸モータ５３Ａ、Ｙ軸モータ５４Ａ、マガジンモータ５５Ａの回転角度を夫々検出する。エンコーダ５１１Ａ、５２１Ａ、５３１Ａ、５４１Ａ、５５１Ａは入力インタフェイス３５１Ａに電気的に接続する。
【0036】
＜装着状態の判定方法＞
工具４Ａにより被削材を加工でき且つ切削精度に影響が出ない態様で主軸９Ａに工具体４０Ａが装着した状態を、完全装着状態と称す。これに対し、主軸９Ａに対する工具体４０Ａの装着が不完全な状態（以下、不完全装着状態と称す。）で切削加工を実行した時、工作機械１Ａは切削精度が低下する可能性がある。不完全装着状態はテーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に異物が付着したまま工具体４０Ａを装着した状態である。不完全装着状態において、装着動作時でのホルダ把持部８１３Ａがプルスタッド１８１Ａを引張り上げて固定する位置は、完全装着状態における位置より下方になる。完全装着状態と不完全装着状態を、装着状態と総称する。
工具４Ａにより被削材を加工でき且つ切削精度に影響が出ない態様で主軸９Ａに工具体４０Ａが装着した状態を、完全装着状態と称す。これに対し、主軸９Ａに対する工具体４０Ａの装着が不完全な状態（以下、不完全装着状態と称す。）で切削加工を実行した時、工作機械１Ａは切削精度が低下する可能性がある。不完全装着状態はテーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に異物が付着したまま工具体４０Ａを装着した状態である。不完全装着状態において、装着動作時でのホルダ把持部８１３Ａがプルスタッド１８１Ａを引張り上げて固定する位置は、完全装着状態における位置より下方になる。完全装着状態と不完全装着状態を、装着状態と総称する。
【0037】
装着動作を行う為に主軸ヘッド７ＡをＺ軸方向に移動する時、Ｚ軸モータ５１Ａのトルクの経時変化は装着状態に応じて変動する。該理由は主軸ヘッド７Ａの移動時にレバー６０Ａの板カム体６６Ａがカムフォロア６７Ａに接触または離れる時機が主軸９Ａに対する工具体４０Ａの装着状態に応じて変化する為である。
【0038】
図５（Ａ）は装着動作時における主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置（横軸）とＺ軸モータ５１Ａのトルク（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ａ）は工作機械１Ａの振動等による影響を除く為、工作機械１Ａの固有振動を除去可能なローパスフィルタによる処理を施してある。横軸の基準０［ｍｍ］は、工具装着動作完了時の主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置に対応する。具体的には基準０は機械原点であり、加工可能な再上端位置である。横軸の正方向は上方向に対応する。装着動作時に主軸ヘッド７Ａは工具マガジン２１Ａが回転可能な上端位置から、基準０である下方に移動する。
【0039】
図５（Ｂ）は装着動作時における主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置（横軸）とＺ軸モータ５１Ａのトルクの時間微分値（以下、微分値と称す）（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）おいて、装着動作時における微分値が最小となる場合の主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置を、ピーク位置と称す。ピーク位置は、ホルダ把持部８１３Ａがプルスタッド１８１Ａを引っ張り上げて固定する位置に起因する。装着状態の違いにより、ピーク位置は変化する。より詳細には、装着状態が不完全装着状態の時、ピーク位置は完全装着状態のピーク位置より上方になる。
【0040】
故に、数値制御装置３０ＡのＣＰＵ３１ＡはＺ軸モータ５１Ａのトルクを装着動作時に時系列で周期的に取得する。ＣＰＵ３１Ａは取得したＺ軸モータ５１Ａのトルクを時間微分して微分値を算出する。ＣＰＵ３１Ａは微分値とＺ軸モータ５１Ａの駆動で下降する主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置とを対応付けてＲＡＭ３３Ａに記憶する。ＣＰＵ３１ＡはＲＡＭ３３Ａが記憶する微分値からピーク位置を決定する。ＣＰＵ３１Ａは装着動作を実行する度に、決定したピーク位置を工具体４０Ａ毎の装着回数に対応付けて、記憶装置３４Ａに順次記憶する。ＣＰＵ３１Ａはピーク位置を記憶装置３４Ａに記憶する度に、該ピーク位置を統計処理して統計値を算出する。より具体的には、ＣＰＵ３１Ａは記憶装置３４Ａに記憶したピーク位置から最新のピーク位置（以下、第一ピーク位置と称す）と不完全装着状態となった時のピーク位置を除いたピーク位置（以下、対象ピーク位置と称す）のうち最新の対象ピーク位置（以下、第二ピーク位置と称す）から数えて所定数のピーク位置を抽出し、その平均値μと標準偏差σを統計値として算出する。ＣＰＵ３１Ａは第一ピーク位置、即ち、装着動作時のピーク位置が、平均値μと標準偏差σの６倍との和（μ＋６σ。以下、判定閾値と称す。）より大きい場合、装着動作後の装着状態が不完全装着状態であると判定する。
【0041】
上記判定方法において、ＣＰＵ３１ＡがＺ軸モータ５１Ａのトルクを取得する周期（取得周期と称す）は、装着状態の判定精度に影響する。取得周期は短い方が判定精度は向上するが、取得周期を短くする程ＣＰＵ３１Ａの処理負荷は増大する。
【0042】
図６は、０．５ｍｓ周期で取得したＺ軸モータ５１Ａのトルクに対してローパスフィルタを適用後の微分値から求めたピーク位置の度数（回数）と、ピーク位置の平均値μを示す。図６（Ａ）は、完全装着状態の結果であり、トルクを５０回取得している。更に図６（Ａ）では、標準偏差σと判定閾値μ＋６σを示す。図６（Ｂ）は、テーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に８５μｍの紙が１枚付着した不完全装着状態の結果であり、トルクを１０回取得している。図６（Ｃ）は、テーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に８５μｍの紙が２枚付着した不完全装着状態の結果であり、トルクを１０回取得している。
【0043】
図６（Ａ）に示す完全装着状態の結果では、標準偏差σが非常に小さくなり、判定閾値μ＋６σは平均値μと略一致する。該時、工具体４０Ａを主軸９Ａに装着して完全装着状態となった時も、ピーク位置が判定閾値μ＋６σより大きくなり不完全装着状態と誤って判定する可能性がある。
【0044】
また、図６（Ｂ）に示す不完全装着状態の結果では、ピーク位置の分布が２つの山に分かれている。該分布はとなる理由は、０．５ｍｓ周期とＺ軸モータ５１Ａの移動速度の関係から、取得したピーク位置が飛び飛びになることが原因であると示唆される。このように正規分布からかけ離れたデータからは正しく標準偏差を求めることは出来ない。
【0045】
これに対し、第一実施形態においてＣＰＵ３１Ａは、線形近似によりトルクを補間して補間トルクを生成する。補間トルクの生成方法について、図７を参照して具体的に説明する。図７（Ａ）は、取得したＺ軸モータ５１Ａのトルク（ｙ軸）と、トルクを取得した時の主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置（ｘ軸。以下、変位情報と称す）との関係を示すグラフである。ＣＰＵ３１ＡがＺ軸モータ５１ＡのトルクＴ（１）、Ｔ（５）、Ｔ（９）を連続して取得した場合を例示する。トルクＴ（１）、Ｔ（５）、Ｔ（９）を取得した時の変位情報は、ｓ（１）、ｓ（５）、ｓ（９）である。
【0046】
図７（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ３１Ａは、連続して取得した２つのトルクＴ（１）、Ｔ（５）の間を直線で連結する。ＣＰＵ３１Ａは、連結した直線上の複数の点であってｘ軸方向に等時間間隔に配置した複数の点を決定する。ＣＰＵ３１Ａは、該複数の点の各々のｙ座標を、トルクＴ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）として決定する。ＣＰＵ３１Ａは、該複数の点の各々のｘ座標を、トルクＴ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）に対応する変位情報ｓ（２）、ｓ（３）、ｓ（４）として決定する。ＣＰＵ３１Ａは同様の方法で、連続して取得した２つのトルクＴ（５）、Ｔ（９）からトルクＴ（６）、Ｔ（７）、Ｔ（８）を決定し、対応する変位情報ｓ（６）、ｓ（７）、ｓ（８）を決定する。以上により生成したトルクＴ（１）～（９）を、補間トルクと称す。
【0047】
ＣＰＵ３１Ａは、０．５ｍｓ周期で取得したトルクから生成した補間トルクにローパスフィルタを適用後、時間微分して微分値を算出し、ピーク位置を決定する。図８は、ピーク位置の度数（回数）と、該微分値に基づき算出した平均値μを示す。図８（Ａ）は、完全装着状態の結果であり、補間トルクの数を５０に設定してある。更に図８（Ａ）では、標準偏差σと判定閾値μ＋６σを示す。図８（Ｂ）は、テーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に８５μｍの紙が１枚付着した不完全装着状態の結果であり、補間トルクの数を１０に設定してある。図８（Ｃ）は、テーパ装着部１８０Ａと装着穴９２Ａの間に８５μｍの紙が２枚付着した不完全装着状態の結果であり、補間トルクの数を１０に設定してある。
【0048】
図８（Ａ）に示す完全装着状態の結果では、標準偏差σは０．０２４３となり、判定閾値μ＋６σは３５、３８７５となった。これに対し、図８（Ｂ）に示す不完全装着状態の結果では平均値μが３５．８４０３となり、図８（Ｃ）に示す不完全装着状態の結果では平均値μが３６．３７２４となった。何れの場合も、判定閾値μ＋６σより大きくなるため、不完全装着状態を判定可能であることが分かる。
【0049】
【0050】
＜主処理＞
図９、図１０を参照し、主処理を説明する。作業者は主軸９Ａに装着する工具体４０Ａを交換する時、入力部２４Ａを操作する。入力部２４Ａは作業者の操作に応じてＣＰＵ３１Ａに工具交換指令を送信する。ＣＰＵ３１Ａは工具交換指令を受信した時、ＲＯＭ３２Ａに記憶した制御プログラムを読出して実行することにより主処理を開始する。主処理の開始時、主軸ヘッド７Ａは最下位（例えば基準点０）にある。
図９、図１０を参照し、主処理を説明する。作業者は主軸９Ａに装着する工具体４０Ａを交換する時、入力部２４Ａを操作する。入力部２４Ａは作業者の操作に応じてＣＰＵ３１Ａに工具交換指令を送信する。ＣＰＵ３１Ａは工具交換指令を受信した時、ＲＯＭ３２Ａに記憶した制御プログラムを読出して実行することにより主処理を開始する。主処理の開始時、主軸ヘッド７Ａは最下位（例えば基準点０）にある。
【0051】
図９の如く、ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最上位に達するまで上昇処理を実行する（Ｓ１１）。上昇処理において、ＣＰＵ３１ＡはＺ軸モータ５１Ａを回転し、主軸ヘッド７Ａが上昇する。ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最上位に達したか否かを判定する（Ｓ１３）。主軸ヘッド７Ａが最上位に達していないと判定時（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１Ａは処理をＳ１１に戻す。ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最上位に達する迄、Ｓ１３の判定を所定周期で繰り返す。主軸ヘッド７Ａが最上位に達したか否かは、エンコーダ５１１Ａから取得したＺ軸モータ５１Ａの回転角度に基づく主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置で判断する。
【0052】
主軸ヘッド７Ａが最上位に達したと判定時（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１Ａはマガジン回転処理を実行する（Ｓ１５）。マガジン回転処理において、ＣＰＵ３１Ａはマガジンモータ５５Ａを駆動して工具マガジン２１Ａを回転し、工具体４０Ａ（第二工具体）を工具交換位置に位置決めする。
【0053】
ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最下位に達するまで下降処理を実行する（Ｓ１７）。下降処理において、ＣＰＵ３１ＡはＺ軸モータ５１Ａを回転する。下降処理におけるＺ軸モータ５１Ａの回転方向は上昇処理と逆方向である。ＣＰＵ３１ＡはＺ軸モータ５１Ａのトルクの取得を開始する（Ｓ１９）。以降、ＣＰＵ３１Ａは所定の取得周期（例えば０．５ｍｓ）でＺ軸モータ５１Ａのトルクを取得する。
【0054】
ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最下位に達したか否かを判定する（Ｓ２１）。主軸ヘッド７Ａが最下位に達したか否かは、エンコーダ５１１Ａから取得したＺ軸モータ５１Ａの回転角度に基づく主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置で判断する。主軸ヘッド７Ａが最下位に達していないと判定時（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１Ａは新規でトルクを取得したか否かを判定する（Ｓ２３）。新規でトルクを取得していない時（Ｓ２３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１Ａは処理をＳ２１に戻す。新規でトルクを取得した時（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１Ａは、前回取得したトルクと、新規で取得したトルクに基づき、線形近似により補間トルクを生成する（Ｓ２５）。ＣＰＵ３１Ａは、生成した補間トルクにローパスフィルタを適用する（Ｓ２７）。ローパスフィルタの適用は、移動平均フィルタを２回適用することにより実現する。
【0055】
ＣＰＵ３１ＡはＳ２５でローパスフィルタを適用した補間トルクを時間微分する微分演算処理を実行する（Ｓ２９）。ＣＰＵ３１Ａは微分演算した微分値と、該微分値に対応する変位情報とを対応付けてＲＡＭ３３Ａに記憶する（Ｓ３１）。ＣＰＵ３１Ａは主軸ヘッド７Ａが最下位に達する迄、Ｓ２３からＳ３１の処理を繰り返し、微分値及び変位情報をＲＡＭ３３Ａに記憶する。
【0056】
主軸ヘッド７Ａが最下位に達したと判定時（Ｓ２１：ＹＥＳ）、主軸９Ａは工具体４０Ａ（第二工具体）を装着している。ＣＰＵ３１ＡはＳ１９で開始したトルクの取得を停止する（Ｓ３３）。ＣＰＵ３１ＡはＳ３１の処理でＲＡＭ３３Ａに記憶した微分値のうち最小の微分値を決定する。ＣＰＵ３１Ａは、決定した最小の微分値に対応付けた変位情報を、ピーク位置として決定する（Ｓ３５）。ＣＰＵ３１Ａは、記憶装置３４Ａに記憶した装着回数のうち主軸９Ａに装着した工具体４０Ａに対応する装着回数を取得する。ＣＰＵ３１Ａは、決定したピーク位置と取得した装着回数とを対応付けて記憶装置３４Ａに記憶する（Ｓ３７）。ＣＰＵ３１Ａは処理をＳ３９（図１０参照）に進める。
【0057】
図１０に示すように、ＣＰＵ３１Ａは、主軸ヘッド７Ａの下降時、工具交換位置に工具体４０Ａがあるか判定する（Ｓ３９）。ＣＰＵ３１Ａは、工具交換位置に工具体４０Ａがないと判定した場合（Ｓ３９：ＮＯ）、処理をＳ５３に進める。ＣＰＵ３１Ａは、工具交換位置に工具体４０Ａがあると判定した場合（Ｓ３９：ＹＥＳ）、処理をＳ４１に進める。
【0058】
ＣＰＵ３１Ａは、Ｓ３７（図９参照）の処理で記憶装置３４Ａに記憶したピーク位置のうち対象ピーク位置の合計が所定数以上か判定する（Ｓ４１）。ＣＰＵ３１Ａは、記憶装置３４Ａに記憶した対象ピーク位置の数が所定数未満の場合（Ｓ４１：ＮＯ）、主処理を終了する。ＣＰＵ３１Ａは、記憶装置３４Ａに記憶した対象ピーク位置の合計が所定数以上の場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、統計処理を実行する（Ｓ４７）。ＣＰＵ３１Ａは統計処理において、記憶装置３４Ａに記憶した対象ピーク位置のうち第二ピーク位置から新しい順に数えて所定数分の対象ピーク位置を、装着回数に基づいて取得する。ＣＰＵ３１Ａは取得した対象ピーク位置の平均値μと標準偏差σを算出する。ＣＰＵ３１Ａは、統計処理において算出した平均値μ及び標準偏差σに基づき、μ＋６σを判定閾値として決定する（Ｓ４９）。
【0059】
ＣＰＵ３１Ａは記憶装置３４Ａに記憶した第一ピーク位置が、Ｓ４９の処理で決定した判定閾値（μ＋６σ）より大きいか判定する（Ｓ５１）。ＣＰＵ３１Ａは、第一ピーク位置が判定閾値より大きいと判定時（Ｓ５１：ＹＥＳ）、装着動作後の装着状態が不完全装着状態であると判定する。該時、ＣＰＵ３１Ａは装着動作後の装着状態が不完全状態であることを報知するアラーム報知を、表示部２５Ａに表示する（Ｓ５３）。ＣＰＵ３１Ａは、記憶装置３４Ａに記憶した第一ピーク位置を削除する（Ｓ５５）。ＣＰＵ３１Ａは主処理を終了する。ＣＰＵ３１Ａは、第一ピーク位置が判定閾値より大きくないと判定時（Ｓ５１：ＮＯ）、は主処理を終了する。
【0060】
＜第一実施形態の作用、効果＞
数値制御装置３０Ａは、取得したＺ軸モータ５１Ａのトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ２５）。数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクを時間微分した微分値に基づき、ピーク位置を決定する（Ｓ３５）。数値制御装置３０Ａは、決定したピーク位置を統計処理して平均値μ及び標準偏差σを算出し、判定閾値（μ＋６σ）を決定する（Ｓ４７、Ｓ４９）。数値制御装置３０Ａは、決定した判定閾値と第一ピーク位置との関係に基づき、装着動作後における工具体４０Ａの装着状態を判定する（Ｓ５１）。数値制御装置３０Ａは、補間トルクを生成することで、ピーク位置の決定に用いるトルクの数を多くできるので、工具体４０Ａの装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
数値制御装置３０Ａは、取得したＺ軸モータ５１Ａのトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ２５）。数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクを時間微分した微分値に基づき、ピーク位置を決定する（Ｓ３５）。数値制御装置３０Ａは、決定したピーク位置を統計処理して平均値μ及び標準偏差σを算出し、判定閾値（μ＋６σ）を決定する（Ｓ４７、Ｓ４９）。数値制御装置３０Ａは、決定した判定閾値と第一ピーク位置との関係に基づき、装着動作後における工具体４０Ａの装着状態を判定する（Ｓ５１）。数値制御装置３０Ａは、補間トルクを生成することで、ピーク位置の決定に用いるトルクの数を多くできるので、工具体４０Ａの装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
【0061】
数値制御装置３０Ａは、線形近似によりトルクを補間して補間トルクを生成することにより、簡易な方法で補間トルクを生成できる。従って、数値制御装置３０Ａは、補間トルクの生成時における処理負荷の増大を抑制できる。
【0062】
数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクにローパスフィルタを適用し（Ｓ２７）、ローパスフィルタを適用した補間トルクを微分演算する（Ｓ２９）。該時、数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクの雑音成分を除去できるとともに、補間トルクをなだらかにすることで正確なピーク位置を決定できる。
【0063】
数値制御装置３０Ａは、ピーク位置に基づき平均値μを算出し（Ｓ４７）、平均値μに基づき装着状態を判定する（Ｓ５１）。尚、ピーク位置の平均値に基づく判定は、Ｚ軸モータ５１Ａの駆動電流値に基づく判定と比べ、工具体４０Ａの経年変化による影響を受け難い。故に、数値制御装置３０Ａは、装着状態を精度良く判定できる。
【0064】
工具体４０Ａの装着状態に応じ、平均値μに対してピーク位置は大きく変動する。これに対し、数値制御装置３０Ａは、判定閾値（μ＋６σ）と第一ピーク位置との関係に基づき装着状態を判定する（Ｓ５１）。該時、判定閾値（μ＋６σ）は、ピーク位置の変動度合を考慮した値となる。故に、数値制御装置３０Ａは、平均値μに対してピーク位置の測定値にばらつきがあっても、装着状態を高精度に判定できる。
【0065】
数値制御装置３０Ａは、所謂タレット式の工作機械１Ａについて、工具体４０Ａの装着状態を精度良く判定できる。尚、実施形態のトルクを取得する所定の時期は所定の周期であったが、所定の位置でもよい。
【0066】
Ｓ１９の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「取得部」の一例である。Ｓ２５の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「補間部」の一例である。Ｓ２９の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「微分演算部」の一例である。Ｓ３５の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「決定部」の一例である。Ｓ３７の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「記憶部」の一例である。Ｓ４７の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「統計処理部」の一例である。Ｓ５１の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「判定部」の一例である。Ｓ２７の処理を行うＣＰＵ３１Ａは、本発明の「第一フィルタ処理部」の一例である。Ｓ１９の処理は、本発明の「取得工程」の一例である。Ｓ２５の処理は、本発明の「補間工程」の一例である。Ｓ２９の処理は、本発明の「微分演算工程」の一例である。Ｓ３５の処理は、本発明の「決定工程」の一例である。Ｓ３７の処理は、本発明の「記憶工程」の一例である。Ｓ４７の処理は、本発明の「統計処理工程」の一例である。Ｓ５１の処理は、本発明の「判定工程」の一例である。
【0067】
＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態を説明する。以下説明は図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。図１１に示す工作機械１Ｂの左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械１ＢのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工作機械１Ｂは主軸７Ｂ（図１４参照）に装着した工具体４０Ａ（図２参照）の工具４Ａ（図２参照）を回転し、回転台１１Ｂに固定した被削材に切削加工を施す機械である。数値制御装置５０Ｂ（図１７参照）は工作機械１Ｂの動作を制御する。
本発明の第二実施形態を説明する。以下説明は図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。図１１に示す工作機械１Ｂの左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械１ＢのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工作機械１Ｂは主軸７Ｂ（図１４参照）に装着した工具体４０Ａ（図２参照）の工具４Ａ（図２参照）を回転し、回転台１１Ｂに固定した被削材に切削加工を施す機械である。数値制御装置５０Ｂ（図１７参照）は工作機械１Ｂの動作を制御する。
【0068】
＜工作機械１Ｂの概要＞
図１１～図１６を参照し、工作機械１Ｂの構造を説明する。工作機械１Ｂは基台部２Ｂ、立柱５Ｂ、主軸ヘッド６Ｂ、主軸７Ｂ、工作台装置１０Ｂ、工具交換装置４０Ｂ（以下、ＡＴＣ装置４０Ｂと呼ぶ）等を備える。
図１１～図１６を参照し、工作機械１Ｂの構造を説明する。工作機械１Ｂは基台部２Ｂ、立柱５Ｂ、主軸ヘッド６Ｂ、主軸７Ｂ、工作台装置１０Ｂ、工具交換装置４０Ｂ（以下、ＡＴＣ装置４０Ｂと呼ぶ）等を備える。
【0069】
基台部２Ｂは平面視略矩形状の鉄製部材であり、上面後部側に台座部２０Ｂを備える。台座部２０ＢはＸ軸モータ２１Ｂ（図１７参照）、Ｙ軸モータ２４Ｂ（図１７参照）等を備える。台座部２０Ｂは立柱５ＢをＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能に支持する。Ｘ軸モータ２１Ｂ、Ｙ軸モータ２４Ｂの駆動により、立柱５Ｂは基台部２Ｂに対してＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。立柱５Ｂは前面にＺ軸移動機構１０３Ｂを備える。Ｚ軸移動機構１０３Ｂは主軸ヘッド６ＢをＺ軸方向に移動可能に支持する。工作台装置１０Ｂは基台部２Ｂの台座部２０Ｂ前方に設ける。工作台装置１０Ｂは上部に回転台１１Ｂを備える。回転台１１Ｂは回転台モータ（図示略）の駆動によりＺ軸方向に平行な回転軸線を中心に回転可能に設ける。被削材は回転台１１Ｂに固定する。
【0070】
＜主軸ヘッド６Ｂ＞
図１４の如く、主軸ヘッド６Ｂは内部に主軸７Ｂを回転可能に支持する。主軸７ＢはＺ軸方向に延びる。主軸ヘッド６Ｂは上部に主軸モータ８Ｂを固定する。主軸モータ８Ｂの駆動軸は主軸７Ｂに連結する。主軸７Ｂは装着穴（図示略）、クランプ機構部（図示略）、ドローバ７０Ｂ等を備える。装着穴は主軸７Ｂ下端部に設ける。主軸７Ｂ下端部は所定位置に凸状のキー（図示略）を有する。キーは工具４Ａを保持する工具ホルダ１７Ａと係合可能である。クランプ機構部は主軸７Ｂの中心を通る軸穴（図示略）内で且つ装着穴上方に設ける。ドローバ７０Ｂは主軸７Ｂの軸穴内に同軸上に挿入する。ドローバ７０Ｂはバネ（図示略）で上方に常時付勢する。バネは弾性力により工具体４０Ａの工具ホルダ１７Ａを主軸７Ｂの装着穴に固定する。装着穴に工具ホルダ１７Ａを装着すると、クランプ機構部は工具ホルダ１７Ａを装着する。ドローバ７０Ｂがクランプ機構部を下方に押圧すると、クランプ機構部は工具ホルダ１７Ａを主軸７Ｂから脱離する。
図１４の如く、主軸ヘッド６Ｂは内部に主軸７Ｂを回転可能に支持する。主軸７ＢはＺ軸方向に延びる。主軸ヘッド６Ｂは上部に主軸モータ８Ｂを固定する。主軸モータ８Ｂの駆動軸は主軸７Ｂに連結する。主軸７Ｂは装着穴（図示略）、クランプ機構部（図示略）、ドローバ７０Ｂ等を備える。装着穴は主軸７Ｂ下端部に設ける。主軸７Ｂ下端部は所定位置に凸状のキー（図示略）を有する。キーは工具４Ａを保持する工具ホルダ１７Ａと係合可能である。クランプ機構部は主軸７Ｂの中心を通る軸穴（図示略）内で且つ装着穴上方に設ける。ドローバ７０Ｂは主軸７Ｂの軸穴内に同軸上に挿入する。ドローバ７０Ｂはバネ（図示略）で上方に常時付勢する。バネは弾性力により工具体４０Ａの工具ホルダ１７Ａを主軸７Ｂの装着穴に固定する。装着穴に工具ホルダ１７Ａを装着すると、クランプ機構部は工具ホルダ１７Ａを装着する。ドローバ７０Ｂがクランプ機構部を下方に押圧すると、クランプ機構部は工具ホルダ１７Ａを主軸７Ｂから脱離する。
【0071】
主軸ヘッド６Ｂは後方上部内側に揺動腕部材６０Ｂを備える。揺動腕部材６０Ｂは略Ｌ字型で支軸６１Ｂを中心に揺動自在である。支軸６１Ｂは主軸ヘッド６Ｂ内部を左右方向に延び、主軸ヘッド６Ｂの左右両側壁に固定する。揺動腕部材６０Ｂは縦腕部６３Ｂと横腕部６２Ｂを備える。縦腕部６３Ｂは支軸６１Ｂから立柱５Ｂ側に対して斜め上方に延びる。横腕部６２Ｂは支軸６１Ｂから前方に略水平に延びる。ピン７１Ｂはドローバ７０Ｂに直交して突設する。横腕部６２Ｂの先端部６２１は二股状に形成し、ドローバ７０Ｂは先端部６２１の間に配置する。先端部６２１はピン７１Ｂに上方から係合可能である。揺動腕部材６０Ｂを左側方から見た時、引張バネ（図示略）は揺動腕部材６０Ｂを反時計回りに常時付勢する。故に揺動腕部材６０Ｂは横腕部６２Ｂによるピン７１Ｂの下方向への押圧を常時解除する。
【0072】
図１４、図１５の如く、主軸ヘッド６Ｂは該上部且つＡＴＣ装置４０Ｂ側にロッド支持部９１Ｂを備える。ロッド支持部９１Ｂはプッシュロッド９２Ｂを前後方向に移動可能に支持する。プッシュロッド９２Ｂは前後方向に延びる。揺動腕部材６０Ｂの縦腕部６３Ｂは上端部右側面に当接部６３１を備える。当接部６３１はプッシュロッド９２Ｂ前端部に当接し、引張バネで常時後方に付勢する。故にプッシュロッド９２Ｂ後端部はロッド支持部９１Ｂから後方に向けて所定距離だけ常時突出する。プッシュロッド９２Ｂ後端部を前方に押圧すると、揺動腕部材６０Ｂは支軸６１Ｂを中心に時計回り（左側面視）に揺動し、引張バネの付勢力に抗してドローバ７０Ｂを押し下げる。クランプ機構部は工具ホルダ１７Ａを脱離する。工具体４０Ａは主軸７Ｂの装着穴から脱離可能となる。
【0073】
＜ＡＴＣ装置４０Ｂ＞
ＡＴＣ装置４０Ｂは所謂アーム式の交換装置である。図１１の如く、ＡＴＣ装置４０Ｂは支柱３１Ｂ、３２Ｂで主軸ヘッド６Ｂの右側方に支持する。ＡＴＣ装置４０Ｂは数値制御装置５０Ｂからの制御信号を受け、主軸７Ｂの装着穴に装着する工具体４０Ａ（第一工具体２０１）を後述するＮＣプログラムで指定した他の工具体４０Ａ（第二工具体２０２）と入替え交換する。ＡＴＣ装置４０Ｂは本体部４０１Ｂと工具マガジン４１Ｂ等を備える。
ＡＴＣ装置４０Ｂは所謂アーム式の交換装置である。図１１の如く、ＡＴＣ装置４０Ｂは支柱３１Ｂ、３２Ｂで主軸ヘッド６Ｂの右側方に支持する。ＡＴＣ装置４０Ｂは数値制御装置５０Ｂからの制御信号を受け、主軸７Ｂの装着穴に装着する工具体４０Ａ（第一工具体２０１）を後述するＮＣプログラムで指定した他の工具体４０Ａ（第二工具体２０２）と入替え交換する。ＡＴＣ装置４０Ｂは本体部４０１Ｂと工具マガジン４１Ｂ等を備える。
【0074】
図１１～図１６の如く、本体部４０１Ｂは略直方体状であり、支柱３１Ｂ、３２Ｂで支持する。本体部４０１Ｂは操作部材４７Ｂ、旋回軸４３Ｂ、工具交換アーム４４Ｂ、ＡＴＣモータ４５Ｂ、ＡＴＣ駆動軸４６Ｂ、揺動レバー２２Ｂ、２３Ｂ等を備える。操作部材４７Ｂは本体部４０１Ｂ内部に設け、Ｚ軸方向に対して略平行に延びる棒状部材である。操作部材４７Ｂ上端部は本体部４０１Ｂ上面に設けた開口部（図示略）から上方に突出する。操作部材４７Ｂ下端部は揺動軸４９Ｂを中心に揺動可能に軸支する。揺動軸４９Ｂは本体部４０１Ｂ内部を左右方向に延び、本体部４０１Ｂの左右両側壁に固定する。故に操作部材４７Ｂ上端部は揺動軸４９Ｂを中心に前後方向に移動可能である。操作部材４７ＢがＺ軸方向に平行に延びる姿勢は基本姿勢である。操作部材４７Ｂは上端部左側面に当接部４８Ｂを備える。当接部４８Ｂは左側方に突出する略円筒形状である。工具交換を行う為、主軸ヘッド６Ｂが図１２に示す位置（工具交換位置と称す）に移動した時、プッシュロッド９２Ｂ後端部は当接部４８Ｂ前方に位置する（図１５参照）。
【0075】
旋回軸４３Ｂは本体部４０１Ｂ下部から下方に突出する円筒状に形成し、本体部４０１Ｂは旋回軸４３Ｂを軸線回りに回転可能に支持する。旋回軸４３ＢはＺ軸方向に平行に延び且つ、上端部にスプライン１５Ｂとスプライン副軸１７Ｂを備える。スプライン１５Ｂは段付孔１６Ｂを備える。段付孔１６Ｂはスプライン１５Ｂの軸線に沿って所定深さを有する。支持部材３９Ｂは長軸状に形成し、本体部４０１Ｂ上部に固定した上部機械フレーム３８Ｂに固定する。支持部材３９Ｂは段付孔１６Ｂの上段に配設したブッシュ（図示略）を介して段付孔１６Ｂに挿入する。
【0076】
スプライン副軸１７Ｂは円筒状に形成し、スプライン１５Ｂの外側に装着する。スプライン１５Ｂはスプライン副軸１７Ｂの内側を上下方向に移動可能である。軸受７５Ｂ、７６Ｂは本体部４０１Ｂの上方に固定し、スプライン副軸１７Ｂを回転可能に支持する。故に旋回軸４３Ｂは本体部４０１Ｂに対して支持部材３９Ｂを中心に回転する。スプライン副軸１７Ｂは外周にフランジ部１７１を備える。フランジ部１７１は上下面に従動ローラ１８２、１８３の軸を固定する。旋回軸４３Ｂは軸方向中央部に円筒部３４Ｂを同軸上に備える。円筒部３４Ｂは外周面に円周溝３４２を有する。円筒部３４Ｂを上下方向に移動すると、旋回軸４３Ｂは支持部材３９Ｂに沿って上下方向に移動する。
【0077】
本体部４０１Ｂ内部の下部は外軸ギヤ４３１Ｂを備える。外軸ギヤ４３１Ｂは中央に開口を有し、該開口に旋回軸４３Ｂを挿入する。旋回軸４３Ｂは外軸ギヤ４３１Ｂに対して上下に移動可能である。旋回軸４３Ｂが後述する上死点に移動した時、外軸ギヤ４３１Ｂは工具交換アーム４４Ｂに嵌合し、外軸ギヤ４３１Ｂの回転に伴い工具交換アーム４４Ｂは回転する。旋回軸４３Ｂが上死点から下方に移動した時、外軸ギヤ４３１Ｂは工具交換アーム４４Ｂから離れ、外軸ギヤ４３１Ｂが回転しても工具交換アーム４４Ｂは回転しない。外軸ギヤ４３１Ｂは上端部の外周に歯部４３２Ｂを備える。本体部４０１Ｂ内部の下部はセグメントギヤ６６Ｂを回転可能に支持する。歯部４３２Ｂは、セグメントギヤ６６Ｂに噛合する。セグメントギヤ６６Ｂは揺動子５７１Ｂを支持する。揺動子５７１Ｂは円柱部３７Ｂ下面に設けた平面溝カム３３Ｂに従動する。
【0078】
工具交換アーム４４Ｂは旋回軸４３Ｂ下端部に直交し且つ水平方向に延びる。工具交換アーム４４Ｂは外軸ギヤ４３１Ｂの回転に応じて回転し、且つ旋回軸４３Ｂの上下動に応じて上死点から下死点までの間を上下に移動する。工具交換アーム４４Ｂは両端部に把持部４４１、４４２を備える。詳述しないが、把持部４４１、４４２は、例えば平面視Ｃ状に形成し、且つ工具体４０Ａの工具ホルダ１７Ａに嵌り工具ホルダ１７Ａを把持する。工具交換アーム４４Ｂは把持部４４１、４４２が把持した工具ホルダ１７Ａを固定するロック機構（図示略）を備え、ＡＴＣモータ４５Ｂの回転角度に応じて工具ホルダ１７Ａの固定及び固定の解除を行う。故に把持部４４１、４４２は工具体４０Ａを着脱可能に把持する。
【0079】
本体部４０１Ｂは上面の前後方向略中央部に箱４５０を固定する。箱４５０は底壁が開口し、該開口周囲に軸受２７Ｂを固定する。箱４５０上部はＡＴＣモータ４５Ｂを固定し、上壁に設けた開口からＡＴＣモータ４５Ｂの出力軸４５１Ｂが下方に突出する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂは旋回軸４３Ｂの後方に設け、且つ旋回軸４３Ｂと平行に上下方向に延びる。軸受２７Ｂと軸受２８ＢはＡＴＣ駆動軸４６Ｂを回転自在に支持する。軸受２８Ｂは本体部４０１Ｂ底壁に固定する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂ上端部は箱４５０内部でカップリング４５Ｃを介して出力軸４５１Ｂと連結する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂは軸方向中央部に円柱部３７Ｂを同軸上に備える。円柱部３７Ｂは外周面に溝カム３７１Ｂと溝カム３７２Ｂを備える。
【0080】
本体部４０１Ｂは内部に揺動レバー２２Ｂの一端部に設けた支持点２２１Ｂを揺動可能に支持する。揺動レバー２２Ｂは長軸状に形成し、その中央部に設けた係合子２２２Ｂは溝カム３７２Ｂに係合する。揺動レバー２２Ｂの他端部に設けた接触子２２３Ｂは、円筒部３４Ｂに設けた円周溝３４２に係合する。故にＡＴＣ駆動軸４６Ｂが一回転すると、揺動レバー２２Ｂは溝カム３７２Ｂに従動して揺動し、旋回軸４３Ｂと工具交換アーム４４Ｂは軸方向に一往復する。揺動レバー２３Ｂは長軸状に形成し、長さ方向一端部は溝カム３７１Ｂに係合する。揺動レバー２３Ｂの他端部は、操作部材４７Ｂに回転可能に軸支する。故にＡＴＣ駆動軸４６Ｂが回転すると、揺動レバー２３Ｂは溝カム３７１Ｂに従動して揺動することに依り、操作部材４７Ｂを基本姿勢の状態から前方に揺動する。上記の通り、操作部材４７Ｂがプッシュロッド９２Ｂ後端部を前方に押圧すると、工具ホルダ１７Ａは主軸７Ｂの装着穴から脱離可能となる。
【0081】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂは軸方向上部に円柱状のパラレルカム５９Ｂを同軸上に備える。パラレルカム５９Ｂは鍔状の板カム５９１Ｂ、５９２Ｂを有する複合カムである。板カム５９１Ｂ、５９２Ｂはスプライン副軸１７Ｂの従動ローラ１８２、１８３に夫々当接する。故にＡＴＣ駆動軸４６Ｂが回転し、板カム５９１Ｂ，５９２Ｂと従動ローラ１８２，１８３が当接する時、工具交換アーム４４Ｂは回転する。
【0082】
工具マガジン４１Ｂは本体部４０１Ｂ右側面に固定し、側面視Ｙ軸方向に長い略楕円形状である。工具マガジン４１Ｂは内側に略楕円形状の工具通路を有し、該工具通路内に沿って複数の工具ポット４１１を収納する。工具ポット４１１は工具ホルダ１７Ａを着脱可能に装着する。工具マガジン４１Ｂは下部前側に工具交換部（図示略）を備える。工具交換部は下方へ開口する。マガジンモータ４２Ｂは工具マガジン４１Ｂ上部前側に固定する。複数の工具ポット４１１はマガジンモータ４２Ｂの駆動で工具通路内を移動する。数値制御装置５０Ｂはマガジンモータ４２Ｂを駆動し、第二工具体２０２（図１８参照）を装着する工具ポット４１１を工具交換部に搬送する。本実施形態にて、第一工具体２０１（図１８参照）は主軸７Ｂに現在装着し且つＡＴＣ装置４０Ｂによる工具交換時に主軸７Ｂから脱離する工具体に対応する。第二工具体２０２はＡＴＣ装置４０Ｂによる工具交換後、第一工具体２０１の代わりに主軸７Ｂに装着する工具体に対応する。
【0083】
＜電気的構成＞
図１７を参照し、数値制御装置５０Ｂと工作機械１Ｂの電気的構成を説明する。数値制御装置５０ＢはＣＰＵ５１Ｂ、ＲＯＭ５２Ｂ、ＲＡＭ５３Ｂ、記憶装置５４Ｂ、入力インタフェイス５５Ｂ、出力インタフェイス５６Ｂ等を備える。ＣＰＵ５１Ｂは数値制御装置５０Ｂを統括制御する。ＲＯＭ５２Ｂは各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ５３Ｂは処理実行中の各種データを記憶する。記憶装置５４Ｂは不揮発性メモリであり、ＮＣプログラムの他、各種データを記憶する。ＮＣプログラムは複数のブロックで構成し、各ブロックは工具交換指令等の少なくとも一つの指令を含む。又、記憶装置５４Ｂは主軸７Ｂに工具体４０Ａを装着した装着回数を、工具体４０Ａ毎に記憶する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸７Ｂに対する工具体４０Ａの装着動作時、装着動作を行う工具体４０Ａに対応する装着回数に１加算する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸７Ｂに装着した工具体４０Ａを脱離して別の工具体４０Ａに付替えた時、脱離した工具体４０Ａに対応する装着回数を０とする。
図１７を参照し、数値制御装置５０Ｂと工作機械１Ｂの電気的構成を説明する。数値制御装置５０ＢはＣＰＵ５１Ｂ、ＲＯＭ５２Ｂ、ＲＡＭ５３Ｂ、記憶装置５４Ｂ、入力インタフェイス５５Ｂ、出力インタフェイス５６Ｂ等を備える。ＣＰＵ５１Ｂは数値制御装置５０Ｂを統括制御する。ＲＯＭ５２Ｂは各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ５３Ｂは処理実行中の各種データを記憶する。記憶装置５４Ｂは不揮発性メモリであり、ＮＣプログラムの他、各種データを記憶する。ＮＣプログラムは複数のブロックで構成し、各ブロックは工具交換指令等の少なくとも一つの指令を含む。又、記憶装置５４Ｂは主軸７Ｂに工具体４０Ａを装着した装着回数を、工具体４０Ａ毎に記憶する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸７Ｂに対する工具体４０Ａの装着動作時、装着動作を行う工具体４０Ａに対応する装着回数に１加算する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸７Ｂに装着した工具体４０Ａを脱離して別の工具体４０Ａに付替えた時、脱離した工具体４０Ａに対応する装着回数を０とする。
【0084】
工作機械１Ｂは入力部８２Ｂ、表示部９０Ｂ、エアシリンダ８８Ｂ等を更に備える。入力部８２Ｂと表示部９０Ｂは操作パネル（図示略）に設ける。入力部８２Ｂは各種入力を受付ける。表示部９０Ｂは各種画面を表示する。エアシリンダ８８ＢはＡＴＣ装置４０Ｂに設ける。エアシリンダ８８Ｂは工具ポット４１１を後述の垂直姿勢と水平姿勢との間で昇降するポット昇降機構（図示略）の駆動源である。工具ポット４１Ａは垂直姿勢の時、主軸ヘッド６Ｂが工具交換位置にある時の主軸７Ｂに対して左方に位置する。入力部８２Ｂは入力インタフェイス５５Ｂに電気的に接続する。エアシリンダ８８Ｂ、表示部９０Ｂは出力インタフェイス５６Ｂに電気的に接続する。
【0085】
Ｚ軸モータ１９Ｂ、主軸モータ８Ｂ、Ｘ軸モータ２１Ｂ、Ｙ軸モータ２４Ｂ、マガジンモータ４２Ｂ、ＡＴＣモータ４５Ｂは出力インタフェイス５６Ｂに電気的に接続する。Ｚ軸モータ１９Ｂ、主軸モータ８Ｂ、Ｘ軸モータ２１Ｂ、Ｙ軸モータ２４Ｂ、マガジンモータ４２Ｂ、ＡＴＣモータ４５Ｂは出力インタフェイス５６Ｂが出力するパルス信号に応じて回転するサーボモータである。Ｚ軸モータ１９Ｂはエンコーダ１９Ｃを備える。主軸モータ８Ｂはエンコーダ８Ｃを備える。Ｘ軸モータ２１Ｂはエンコーダ２１Ｃを備える。Ｙ軸モータ２４Ｂはエンコーダ２４Ｃを備える。マガジンモータ４２Ｂはエンコーダ４２Ｃを備える。ＡＴＣモータ４５Ｂはエンコーダ４５Ｄを備える。エンコーダ１９Ｃ、８Ｃ、２１Ｃ、２４Ｃ、４２Ｃ、４５ＤはＺ軸モータ１９Ｂ、主軸モータ８Ｂ、Ｘ軸モータ２１Ｂ、Ｙ軸モータ２４Ｂ、マガジンモータ４２Ｂ、ＡＴＣモータ４５Ｂの回転角度を夫々検出する。エンコーダ１９Ｃ、８Ｃ、２１Ｃ、２４Ｃ、４２Ｃ、４５Ｄは入力インタフェイス５５Ｂに電気的に接続する。
【0086】
＜工具体４０Ａの着脱、工具交換動作＞
図１８、図１９を参照し、工具交換動作を説明する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸ヘッド６Ｂを工具交換位置（図１２参照）に移動する。プッシュロッド９２Ｂ後端部は当接部４８Ｂ前方に離間して位置する。該時のＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度を０°と称す。工具交換アーム４４Ｂは上下方向において上死点に位置し、回転方向において待機位置に位置する。待機位置は把持部４４１、４４２が主軸７Ｂと工具交換部の中間に配置する位置である。図１８（１）（２）の如く、ＣＰＵ５１Ｂは第二工具体２０２を装着する工具ポット４１１を水平状態から垂直下方に９０°倒すことに依り、第二工具体２０２を工具交換部の開口から下降する。工具ポット４１１は垂直状態となる。ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣモータ４５Ｂの駆動を開始する。
図１８、図１９を参照し、工具交換動作を説明する。ＣＰＵ５１Ｂは主軸ヘッド６Ｂを工具交換位置（図１２参照）に移動する。プッシュロッド９２Ｂ後端部は当接部４８Ｂ前方に離間して位置する。該時のＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度を０°と称す。工具交換アーム４４Ｂは上下方向において上死点に位置し、回転方向において待機位置に位置する。待機位置は把持部４４１、４４２が主軸７Ｂと工具交換部の中間に配置する位置である。図１８（１）（２）の如く、ＣＰＵ５１Ｂは第二工具体２０２を装着する工具ポット４１１を水平状態から垂直下方に９０°倒すことに依り、第二工具体２０２を工具交換部の開口から下降する。工具ポット４１１は垂直状態となる。ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣモータ４５Ｂの駆動を開始する。
【0087】
図１９の如く、ＡＴＣモータ４５Ｂは時機Ｔ０で駆動を開始し、ＡＴＣ駆動軸４６Ｂを正転する。平面溝カム３３Ｂは正転し、揺動子５７１Ｂを介してセグメントギヤ６６Ｂと外軸ギヤ４３１Ｂが回転する。旋回軸４３Ｂは時機Ｔ１で第一方向（平面視反時計回り）に回転を開始する。旋回軸４３Ｂの回転に依り、工具交換アーム４４Ｂは待機位置から第一方向に回転する。以下、工具交換アーム４４Ｂが待機位置から第一方向に回転した時の角度を、旋回角度と称す。
【0088】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転に伴い、揺動レバー２３Ｂが揺動し、操作部材４７Ｂは前方に揺動する。故に操作部材４７Ｂの当接部４８Ｂはプッシュロッド９２Ｂ後端部に当接し前方に押圧する。プッシュロッド９２Ｂは前方に移動し、揺動腕部材６０Ｂの当接部６３１を前方に付勢する。揺動腕部材６０Ｂは引張バネの付勢力に抗して支軸６１Ｂを中心に右側面視時計回りに回転を開始する。揺動腕部材６０Ｂの傾斜角度は３．７°から０°に向けて変化する（時機Ｔ２）。該時、横腕部６２Ｂはピン７１Ｂに対して上方から係合し、主軸７Ｂ内部に設けたバネの付勢力に抗してドローバ７０Ｂを下方に押圧する。ドローバ７０Ｂはクランプ機構部を下方に付勢する。
【0089】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が６０°に達した時（時機Ｔ３）、工具交換アーム４４Ｂの旋回角度は７０°に達する。図１８（３）の如く、把持部４４１は主軸７Ｂに装着する第一工具体２０１を把持し、把持部４４２は工具交換部に位置する第二工具体２０２を把持する。図１９の如く、時機Ｔ３～Ｔ６の間、板カム５９１Ｂ、５９２Ｂは従動ローラ１８Ａ、１８Ｂから離れ、工具交換アーム４４Ｂの旋回角度は７０°で維持する。
【0090】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が８０°に達した時（時機Ｔ４）、図１８（４）の如く、主軸７Ｂ内部のクランプ機構部から第一工具体２０１が抜ける。工具交換アーム４４Ｂは上死点から下死点に向けて下降を開始する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が９０°位置に達した時（時機Ｔ５）、揺動腕部材６０Ｂの傾斜角度は０°となり、第一工具体２０１と第二工具体２０２は主軸７Ｂと工具ポット４１１から下方に脱離する。
【0091】
時機Ｔ６で、板カム５９１Ｂ、５９２Ｂは従動ローラ１８Ａ、１８Ｂに当接し、旋回軸４３Ｂは旋回角度７０°から再び第一方向に回転を開始する。工具交換アーム４４Ｂは第一工具体２０１及び第二工具体２０２を把持した状態で、下死点に向けて下降しながら回転する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が１３０°の時（時機Ｔ７）、工具交換アーム４４Ｂは下死点に達する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２３０°の時（時機Ｔ８）、工具交換アーム４４Ｂは下死点から上死点に向けて、回転しながら上昇を開始する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２６０°の時（時機Ｔ９）、工具交換アーム４４Ｂの旋回角度は２５０°となる。図１８（５）の如く、第一工具体２０１と第二工具体２０２の夫々の位置は互いに入替わる。第二工具体２０２は主軸７Ｂの下方に配置し、第一工具体２０１は工具交換部の工具ポット４１１の下方に配置する。板カム５９１Ｂ、５９２Ｂは従動ローラ１８Ａ、１８Ｂから離れ、工具交換アーム４４Ｂの旋回角度は２５０°で維持する。工具交換アーム４４Ｂは上死点に向けて上昇し続ける。該時、第二工具体２０２は主軸７Ｂの装着穴に挿入し、第一工具体２０１は工具ポット４１１に挿入する。
【0092】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２７０°に達した時（時機Ｔ１０）、操作部材４７Ｂは後方に揺動し始め、プッシュロッド９２Ｂは後方に移動する。揺動腕部材６０Ｂは引張バネの付勢力で支軸６１Ｂを中心に右側面視反時計回りに回転を開始し、傾斜角度は０°から３．７°に向けて変化する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２８０°位置に達した時（時機Ｔ１１）、図１８（６）の如く、工具交換アーム４４Ｂは上死点に達する。第二工具体２０２は主軸７Ｂの装着穴に装着し、第一工具体２０１は工具ポット４１１に装着する。工具ホルダ１７Ａは主軸７Ｂ下端のキーに係合し、第二工具体２０２は主軸７Ｂの装着穴に装着する。
【0093】
ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３００°に達した時（時機Ｔ１２）、揺動子５７１Ｂが平面溝カム３３Ｂに沿って所定方向に揺動する。揺動子５７１Ｂに従動するセグメントギヤ６６Ｂは回転し、該セグメントギヤ６６Ｂに歯部４３２Ｂを介して噛合する外軸ギヤ４３１Ｂは回転する。外軸ギヤ４３１Ｂの回転に伴い、工具交換アーム４４Ｂは逆転して第二方向（平面視時計回り）に回転する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３３０°に達した時（時機Ｔ１３）、揺動腕部材６０Ｂの傾斜角度は３．７°に戻る。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３５０°に到達した時（時機Ｔ１４）、工具交換アーム４４Ｂは旋回角度が１８０°の状態で回転を停止する。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に到達した時、ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣモータ４５Ｂを停止する。図１８（８）の如く、ＣＰＵ５１Ｂは工具マガジン４１Ｂの工具交換部に位置する工具ポット４１１を垂直姿勢から水平姿勢に戻して上昇する。以上により、工具交換動作は完了する。主軸７Ｂに工具体４０Ａを装着する時のＡＴＣ駆動軸４６Ｂ、揺動腕部材６０Ｂ、ドローバ７０Ｂ、クランプ機構部の動作を、装着動作と称す。
【0094】
＜装着状態の判定方法＞
主軸７Ｂに対する工具体４０Ａの装着状態は、第一実施形態と同様、完全装着状態、不完全装着状態の何れかである。装着動作時におけるＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度とＡＴＣモータ４５Ｂのトルクとの関係は、完全装着状態と不完全装着状態とで相違する。装着動作時において、ＡＴＣモータ４５Ｂのトルクの時間微分値が最小となる場合のＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度を、ピーク角度と称す。第一実施形態同様、装着状態の違いにより、ピーク角度は変化する。より詳細には、装着状態が不完全装着状態の時、ピーク角度は完全装着状態のピーク角度より大きくなる。
主軸７Ｂに対する工具体４０Ａの装着状態は、第一実施形態と同様、完全装着状態、不完全装着状態の何れかである。装着動作時におけるＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度とＡＴＣモータ４５Ｂのトルクとの関係は、完全装着状態と不完全装着状態とで相違する。装着動作時において、ＡＴＣモータ４５Ｂのトルクの時間微分値が最小となる場合のＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度を、ピーク角度と称す。第一実施形態同様、装着状態の違いにより、ピーク角度は変化する。より詳細には、装着状態が不完全装着状態の時、ピーク角度は完全装着状態のピーク角度より大きくなる。
【0095】
故に、数値制御装置５０ＢのＣＰＵ５１Ｂは第一実施形態と同様、装着動作時にＡＴＣモータ４５Ｂのトルクを時系列で周期的に取得する。ＣＰＵ５１Ｂは装着動作を実行する度に、取得したＡＴＣモータ４５Ｂのトルクを補完し、補間トルクを生成する。ＣＰＵ５１Ｂは生成した補間トルクを時間微分して微分値を算出する。ＣＰＵ５１Ｂは微分値とＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度とを対応付けてＲＡＭ５３Ｂに記憶する。ＣＰＵ５１ＢはＲＡＭ５３Ｂに記憶した微分値からピーク角度を決定する。ＣＰＵ５１Ｂは決定したピーク角度を工具体４０Ａ毎の装着回数に対応付けて、記憶装置５４Ｂに順次記憶する。ＣＰＵ５１Ｂはピーク角度を記憶装置５４Ｂに記憶する度に、該ピーク角度を統計処理して平均値μと標準偏差σを算出する。より具体的には、ＣＰＵ５１Ｂは記憶装置５４Ｂに記憶したピーク角度から最新のピーク角度（以下、第一ピーク角度と称す）と不完全装着状態となった時のピーク角度を除いたピーク角度（以下、対象ピーク角度と称す）のうち最新のピーク角度（以下、第二ピーク角度と称す）から数えて所定数のピーク角度を抽出し、その平均値μと標準偏差σを統計値として算出する。ＣＰＵ５１Ｂは第一ピーク角度、即ち、装着動作時のピーク角度が、平均値μから標準偏差σの６倍の値を減算した判定閾値（μ－６σ）より大きい場合、装着動作後の装着状態が不完全装着状態であると判定する。
【0096】
第二実施形態では、補間トルクの生成方法が第一実施形態と相違する。第二実施形態においてＣＰＵ５１Ｂは、曲線近似によりトルクを補間して補正トルクを生成する。補間トルクの生成方法について、図２０を参照して具体的に説明する。図２０（Ａ）は、取得したＡＴＣモータ４５Ｂのトルク（ｙ軸）と、トルクを取得した時のＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度（ｘ軸）との関係を示すグラフである。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度は、第一実施形態における主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置に対応するため、第一実施形態と同様、変位情報と称す。ＣＰＵ３１ＡがＡＴＣモータ４５ＢのトルクＵ（１）、Ｕ（５）、Ｕ（９）、Ｕ（１３）を連続して取得した場合を例示する。トルクＵ（１）、Ｕ（５）、Ｕ（９）、Ｕ（１３）を取得した時の変位情報は、ａ（１）、ａ（５）、ａ（９）、ａ（１３）である。
【0097】
図２０（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ５１Ｂは、周知の曲線近似法により、連続して取得したトルクＵ（１）、Ｕ（５）、Ｕ（９）、Ｕ（１３）との距離が最小となるような近似曲線を算出する。ＣＰＵ３１Ａは、算出した近似曲線上の複数の点であってｘ軸方向に等時間間隔に配置した複数の点を決定する。ＣＰＵ５１Ｂは、該複数の点の各々のｙ座標を、トルクＵ（１）、Ｕ（２）´～Ｕ（１２）´、Ｕ（１３）として決定する。ＣＰＵ５１Ｂは、該複数の点の各々のｘ座標を、Ｕ（１）、Ｕ（２）´～Ｕ（１２）´、Ｕ（１３）に対応する変位情報ａ（１）～ａ（１３）として決定する。以上により生成したトルクＵ（１）、Ｕ（２）´～Ｕ（１２）´、Ｕ（１３）を、第一実施形態と同様、補間トルクと称す。曲線近似は最小二乗法により求める方法、スプライン曲線等の多項式曲線、三角関数等がある。
【0098】
＜主処理＞
図２１、図１０を参照し、主処理を説明する。作業者は主軸７Ｂに装着する工具体４０Ａを交換する時、入力部８２Ｂを操作する。入力部８２Ｂは作業者の操作に応じてＣＰＵ５１Ｂに工具交換指令を送信する。ＣＰＵ５１Ｂは工具交換指令を受信した時、ＲＯＭ５２Ｂに記憶した制御プログラムを読出して実行することにより主処理を開始する。主処理の開始時、ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度は０°である。以下説明では、第一実施形態の主処理と同様の処理は説明を簡略化する。
図２１、図１０を参照し、主処理を説明する。作業者は主軸７Ｂに装着する工具体４０Ａを交換する時、入力部８２Ｂを操作する。入力部８２Ｂは作業者の操作に応じてＣＰＵ５１Ｂに工具交換指令を送信する。ＣＰＵ５１Ｂは工具交換指令を受信した時、ＲＯＭ５２Ｂに記憶した制御プログラムを読出して実行することにより主処理を開始する。主処理の開始時、ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度は０°である。以下説明では、第一実施形態の主処理と同様の処理は説明を簡略化する。
【0099】
図２１に示すように、ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に達するまでＡＴＣモータ４５Ｂを回転する（Ｓ１１１）。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に達したか否かは、エンコーダ４５Ｄから取得したＡＴＣモータ４５Ｂの回転角度に基づき判断する。ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２７０°（時機Ｔ１０）に達したか否かを判定する（Ｓ１１３）。該時機は装着動作時に揺動腕部材６０Ｂが回転を開始する時機である。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２７０°に達していないと判定時（Ｓ１１３：ＮＯ）、ＣＰＵ５１Ｂは処理をＳ１１３に戻す。ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２７０°に達する迄、Ｓ１１３の判定を所定周期で繰り返す。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が２７０°に達したと判定時（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣモータ４５Ｂのトルクの取得を開始する（Ｓ１１５）。以降、ＣＰＵ５１Ｂは取得周期（例えば０．５ｍｓ）でＡＴＣモータ４５Ｂのトルクを取得する。
【0100】
ＣＰＵ５１ＢはＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に達したか否かを判定する（Ｓ１２１）。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に達していないと判定時（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ５１Ｂは新規でトルクを取得したか否かを判定する（Ｓ１２３）。新規でトルクを取得していない時（Ｓ１２３：ＮＯ）、ＣＰＵ５１Ｂは処理をＳ１２１に戻す。新規でトルクを取得した時（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１Ｂは取得したトルクと、該トルクを取得した時の変位情報を対応付けて、ＲＡＭ５３Ｂに記憶する（Ｓ１２４）。ＣＰＵ５１Ｂは、処理をＳ１２１に戻す。ＡＴＣ駆動軸４６Ｂの回転角度が３６０°に達したと判定時（Ｓ１２１：ＹＥＳ）、主軸７Ｂは工具体４０Ａ（第二工具体２０２）を装着している。ＣＰＵ５１ＢはＳ１１５で開始したトルクの取得を停止する（Ｓ１３３）。
【0101】
ＣＰＵ３１Ａは、ＲＡＭ５３Ｂに記憶したトルクにローパスフィルタを適用する（Ｓ１４５）。ローパスフィルタの適用は、移動平均フィルタを２回適用することにより実現する。ＣＰＵ５１Ｂは、ローパスフィルタを適用した後のトルクに基づき、曲線近似により補間トルクを生成する（Ｓ１４７）。ＣＰＵ５１Ｂは、保管した補間トルクを時間微分する微分演算処理を実行する（Ｓ１４９）。ＣＰＵ５１Ｂは微分演算した微分値と、該微分値に対応する変位情報とを対応付けてＲＡＭ５３Ｂに記憶する（Ｓ１５１）。ＣＰＵ５１ＢはＲＡＭ５３Ｂに記憶した微分値のうち最小の微分値を決定する。ＣＰＵ５１Ｂは、決定した最小の微分値に対応付けた変位情報を、ピーク角度として決定する（Ｓ１３５）。ＣＰＵ５１Ｂは、記憶装置５４Ｂに記憶した装着回数のうち主軸９Ａに装着した工具体４０Ａに対応する装着回数を取得する。ＣＰＵ５１Ｂは、決定したピーク角度と取得した装着回数とを対応付けて記憶装置５４Ｂに記憶する（Ｓ１３７）。ＣＰＵ５１Ｂは処理をＳ４１（図１０参照）に進める。
【0102】
図１０に示すように、ＣＰＵ５１Ｂは、工具交換アーム４４Ｂが上死点に達した時、工具交換位置に工具体４０Ａがあるか判定する（Ｓ３９）。ＣＰＵ５１Ｂは、工具交換位置に工具体４０Ａがないと判定した場合（Ｓ３９：ＮＯ）、処理をＳ５３に進める。ＣＰＵ５１Ｂは、工具交換位置に工具体４０Ａがあると判定した場合（Ｓ３９：ＹＥＳ）、処理をＳ４１に進める。
【0103】
ＣＰＵ５１Ｂは、Ｓ１３７（図２１参照）の処理で記憶装置５４Ｂに記憶したピーク角度のうち対象ピーク角度の合計が所定数以上か判定する（Ｓ４１）。ＣＰＵ３１Ａは、記憶装置５４Ｂに記憶した対象ピーク角度の数が所定数未満の場合（Ｓ４１：ＮＯ）、主処理を終了する。ＣＰＵ５１Ｂは、記憶装置５４Ｂに記憶した対象ピーク角度の合計が所定数以上の場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、統計処理を実行する（Ｓ４７）。ＣＰＵ５１Ｂは統計処理において、記憶装置５４Ｂに記憶した対象ピーク角度のうち第二ピーク角度から新しい順に数えて所定数分の対象ピーク角度を、装着回数に基づいて取得する。ＣＰＵ５１Ｂは取得した対象ピーク角度の平均値μと標準偏差σを算出する。ＣＰＵ５１Ｂは、統計処理において算出した平均値μ及び標準偏差σに基づき、μ－６σを判定閾値として決定する（Ｓ４９）。
【0104】
ＣＰＵ５１Ｂは記憶装置５４Ｂに記憶した第一ピーク角度が、Ｓ４９の処理で決定した判定閾値（μ－６σ）より大きいか判定する（Ｓ５１）。ＣＰＵ５１Ｂは、第一ピーク角度が判定閾値より小さいと判定時（Ｓ５１：ＹＥＳ）、装着動作後の装着状態が不完全装着状態であると判定する。該時、ＣＰＵ５１Ｂは装着動作後の装着状態が不完全状態であることを報知するアラーム報知を、表示部９０Ｂに表示する（Ｓ５３）。ＣＰＵ５１Ｂは、記憶装置５４Ｂに記憶した第一ピーク角度を削除する（Ｓ５５）。ＣＰＵ５１Ｂは主処理を終了する。ＣＰＵ５１Ｂは、第一ピーク角度が判定閾値より小さくないと判定時（Ｓ５１：ＮＯ）、主処理を終了する。
【0105】
＜第二実施形態の作用、効果＞
数値制御装置３０Ｂは、取得したＡＴＣモータ４５Ｂのトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ１４７）。数値制御装置３０Ｂは、生成した補間トルクを時間微分した微分値に基づき、ピーク角度を決定する（Ｓ１３５）。数値制御装置３０Ｂは、決定したピーク角度を統計処理して平均値μ及び標準偏差σを算出し、判定閾値（μ－６σ）を決定する（Ｓ４７、Ｓ４９）。数値制御装置３０Ｂは、決定した判定閾値と第一ピーク角度との関係に基づき、装着動作後における工具体４０Ａの装着状態を判定する（Ｓ５１）。数値制御装置３０Ｂは、補間トルクを生成することで、ピーク角度の決定に用いるトルクの数を多くできるので、工具体４０Ａの装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
数値制御装置３０Ｂは、取得したＡＴＣモータ４５Ｂのトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ１４７）。数値制御装置３０Ｂは、生成した補間トルクを時間微分した微分値に基づき、ピーク角度を決定する（Ｓ１３５）。数値制御装置３０Ｂは、決定したピーク角度を統計処理して平均値μ及び標準偏差σを算出し、判定閾値（μ－６σ）を決定する（Ｓ４７、Ｓ４９）。数値制御装置３０Ｂは、決定した判定閾値と第一ピーク角度との関係に基づき、装着動作後における工具体４０Ａの装着状態を判定する（Ｓ５１）。数値制御装置３０Ｂは、補間トルクを生成することで、ピーク角度の決定に用いるトルクの数を多くできるので、工具体４０Ａの装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
【0106】
数値制御装置３０Ｂは、曲線近似により近似曲線を算出し、該近似曲線に基づいて補間トルクを生成する（Ｓ１４７）。該時、数値制御装置３０Ｂは、実際のトルクと良好に近似した補間トルクを生成できるので、装着状態の僅かな変化を高精度に判定できる。
【0107】
数値制御装置３０Ｂは、取得したトルクにローパスフィルタを適用し（Ｓ１４５）、ローパスフィルタを適用したトルクを補間して補間トルクを生成する（Ｓ１４７）。該時、数値制御装置３０Ｂは、雑音成分を除去したトルクから補間トルクを生成することにより、実際のトルクと良好に近似した補間トルクを生成できる。
【0108】
数値制御装置３０Ｂは、ピーク角度に基づき平均値μを算出し（Ｓ４７）、平均値μに基づき装着状態を判定する（Ｓ５１）。尚、ピーク角度の平均値に基づく判定は、ＡＴＣモータ４５Ｂの駆動電流値に基づく判定と比べ、工具体４０Ａの経年変化による影響を受け難い。故に、数値制御装置３０Ｂは、装着状態を精度良く判定できる。
【0109】
工具体４０Ａの装着状態に応じ、平均値μに対してピーク角度は大きく変動する。これに対し、数値制御装置３０Ｂは、判定閾値（μ－６σ）と第一ピーク角度との関係に基づき装着状態を判定する（Ｓ５１）。該時、判定閾値（μ－６σ）は、ピーク角度の変動度合を考慮した値となる。故に、数値制御装置３０Ｂは、平均値μに対してピーク角度の測定値にばらつきがあっても、装着状態を高精度に判定できる。尚、実施形態のトルクを取得する所定の時期は所定の周期であったが、所定の位置でもよい。
【0110】
数値制御装置３０Ｂは、所謂アーム式の工作機械１Ｂについて、装着状態を精度良く判定できる。
【0111】
＜第二実施形態の特記事項＞
Ｓ１１５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「取得部」の一例である。Ｓ１４７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「補間部」の一例である。Ｓ１４９の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「微分演算部」の一例である。Ｓ１３５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「決定部」の一例である。Ｓ１３７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「記憶部」の一例である。Ｓ４７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「統計処理部」の一例である。Ｓ５１の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「判定部」の一例である。Ｓ１４５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「第二フィルタ処理部」の一例である。Ｓ１１５の処理は、本発明の「取得工程」の一例である。Ｓ１４７の処理は、本発明の「補間工程」の一例である。Ｓ１４９の処理は、本発明の「微分演算工程」の一例である。Ｓ１３５の処理は、本発明の「決定工程」の一例である。Ｓ１３７の処理は、本発明の「記憶工程」の一例である。Ｓ４７の処理は、本発明の「統計処理工程」の一例である。Ｓ５１の処理は、本発明の「判定工程」の一例である。
Ｓ１１５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「取得部」の一例である。Ｓ１４７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「補間部」の一例である。Ｓ１４９の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「微分演算部」の一例である。Ｓ１３５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「決定部」の一例である。Ｓ１３７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「記憶部」の一例である。Ｓ４７の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「統計処理部」の一例である。Ｓ５１の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「判定部」の一例である。Ｓ１４５の処理を行うＣＰＵ５１Ｂは、本発明の「第二フィルタ処理部」の一例である。Ｓ１１５の処理は、本発明の「取得工程」の一例である。Ｓ１４７の処理は、本発明の「補間工程」の一例である。Ｓ１４９の処理は、本発明の「微分演算工程」の一例である。Ｓ１３５の処理は、本発明の「決定工程」の一例である。Ｓ１３７の処理は、本発明の「記憶工程」の一例である。Ｓ４７の処理は、本発明の「統計処理工程」の一例である。Ｓ５１の処理は、本発明の「判定工程」の一例である。
【0112】
＜変形例＞
本発明は種々の変更が可能である。以下、説明のない限り、第一実施形態に係る数値制御装置３０Ａを例示して変形例を説明するが、該変形例は、第二実施形態に係る数値制御装置３０Ｂにも適宜適用可能であることは言うまでもない。
本発明は種々の変更が可能である。以下、説明のない限り、第一実施形態に係る数値制御装置３０Ａを例示して変形例を説明するが、該変形例は、第二実施形態に係る数値制御装置３０Ｂにも適宜適用可能であることは言うまでもない。
【0113】
数値制御装置３０Ａは、工具体４０Ａの装着動作を実行する度、ピーク位置を工具体４０Ａ毎の装着回数に対応付けて記憶装置３４Ａに順次記憶した。これに対し、数値制御装置３０Ａは、装着回数と異なるパラメータを、ピーク位置に対応付けて記憶装置３４Ａに記憶してもよい。例えば、該パラメータの一例として使用時間と、ピーク位置とを対応付けて記憶装置３４Ａに記憶してもよい。
【0114】
数値制御装置３０Ａは、装着動作時における微分値が最大となる場合の主軸ヘッド７ＡのＺ軸方向の位置を、ピーク位置に決定してもよい。補間トルクを生成する方法は、線形近似、曲線近似に限定されず、他の方法でもよい。例えば数値制御装置３０Ａは、最小二乗法により線形近似した近似直線に基づき、補間トルクを生成してもよい。数値制御装置３０Ａは、取得したトルクに対してローパスフィルタを適用してもよい。数値制御装置３０Ａは、ローパスフィルタを適用したトルクから補間トルクを生成してもよい。数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクに対し、更にローパスフィルタを適用してもよい。適用されるローパスフィルタは、移動平均フィルタとしてもよい。移動平均フィルタのウィンドウサイズは、平均値μ及び標準偏差σを算出するときに取得されるピーク角度の数（所定数）と同一でもよいし、所定数より小さくてもよい。
【0115】
数値制御装置３０Ａは、生成した補間トルクに対してローパスフィルタを適用しなくてもよい。数値制御装置３０Ｂは、取得したトルクに対してローパスフィルタを適用しなくてもよい。
【0116】
数値制御装置３０Ａは、対象ピーク位置のうち第二ピーク位置から数えて所定数の対象ピーク位置を抽出し、抽出した所定数のピーク位置から一意に決定した値を、平均値μの代わりに統計値として算出してもよい。例えば数値制御装置３０Ａは、所定数の対象ピーク位置の中央値を、統計値として算出してもよい。判定閾値は、「μ＋６σ」以外の値でもよい。例えば標準偏差σに乗算される値は、工作機械１Ａの種類、切削加工の状況等に応じ、適宜切り替えられてもよい。
【0117】
数値制御装置３０Ａは、工作機械１Ａの電源がＯＦＦした状態で所定時間以上経過した時、又は、工作機械１Ａが切削加工を行わない状態で所定時間以上経過した時、記憶装置３４Ａに記憶した装着回数を０としてもよい。
【符号の説明】
【0118】
１Ａ、１Ｂ ：工作機械
７Ａ ：主軸ヘッド
７Ｂ、９Ａ ：主軸
５１Ａ ：Ｚ軸モータ
３０Ｂ ：数値制御装置
３１Ａ、５１Ｂ ：ＣＰＵ
３４Ａ ：記憶装置
４０Ａ ：工具体
４３Ｂ ：旋回軸
４４Ｂ ：工具交換アーム
４５Ｂ ：ＡＴＣモータ
７Ａ ：主軸ヘッド
７Ｂ、９Ａ ：主軸
５１Ａ ：Ｚ軸モータ
３０Ｂ ：数値制御装置
３１Ａ、５１Ｂ ：ＣＰＵ
３４Ａ ：記憶装置
４０Ａ ：工具体
４３Ｂ ：旋回軸
４４Ｂ ：工具交換アーム
４５Ｂ ：ＡＴＣモータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】