ホーム > 特許ランキング > ブラザー工業株式会社
(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】P2024078231
(43)【公開日】2024-06-10
(54)【発明の名称】数値制御装置及び判定方法
(51)【国際特許分類】
B23Q 15/18 20060101AFI20240603BHJP
G05B 19/404 20060101ALI20240603BHJP
B23Q 3/155 20060101ALI20240603BHJP
B23Q 17/00 20060101ALN20240603BHJP
【ＦＩ】
B23Q15/18
G05B19/404 K
B23Q3/155 F
B23Q17/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022190645
(22)【出願日】2022-11-29
(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
(72)【発明者】
【氏名】寺田 弦
【テーマコード（参考）】
3C001
3C002
3C029
3C269
【Ｆターム（参考）】
3C001KA05
3C001TA01
3C001TB01
3C001TB05
3C001TB06
3C001TB10
3C002AA03
3C002DD14
3C002HH01
3C029EE01
3C029EE05
3C269AB05
3C269AB31
3C269BB03
3C269CC02
3C269EF10
3C269MN16
3C269MN23
3C269MN28
3C269MN29
(57)【要約】
【課題】主軸に対する工具の装着状態を精度よく判定できる数値制御装置及び判定方法を提供する。
【解決手段】数値制御装置は、ボールねじの伸縮量を推定する。数値制御装置は、Ｚ軸モータの回転角度及び外乱力を取得する。数値制御装置は、Ｚ軸モータのトルクを取得することで、トルクに含まれる外乱力を取得する。数値制御装置は、ボールねじの伸縮量、及び外乱力の時間微分である微分値の変動により決定されるピーク角度に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する（Ｓ１０１）。
【選択図】図１５
【解決手段】数値制御装置は、ボールねじの伸縮量を推定する。数値制御装置は、Ｚ軸モータの回転角度及び外乱力を取得する。数値制御装置は、Ｚ軸モータのトルクを取得することで、トルクに含まれる外乱力を取得する。数値制御装置は、ボールねじの伸縮量、及び外乱力の時間微分である微分値の変動により決定されるピーク角度に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する（Ｓ１０１）。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具を装着する主軸と、所定方向に延びる送り軸と、前記送り軸を前記所定方向に延びる軸周りに回転させるモータとを備え、前記モータが前記送り軸を回転させることで、前記主軸を移動して工具交換装置が把持する前記工具を前記主軸に装着可能な工作機械の動作を制御する数値制御装置において、
前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定部と、
前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得部と、
前記推定部により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得部により取得された前記トルクに基づき、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
を備えることを特徴とする数値制御装置。
前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定部と、
前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得部と、
前記推定部により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得部により取得された前記トルクに基づき、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
を備えることを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記推定部は、
前記送り軸を介して前記主軸を前記所定方向に移動させる際に駆動する前記モータの情報を取得する第二取得部と、
前記第二取得部により取得された前記情報に基づき、前記送り軸に対して出入りする熱量を算出する算出部と
を含み、
前記算出部により算出された前記熱量に基づき、前記伸縮量を推定すること
を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記送り軸を介して前記主軸を前記所定方向に移動させる際に駆動する前記モータの情報を取得する第二取得部と、
前記第二取得部により取得された前記情報に基づき、前記送り軸に対して出入りする熱量を算出する算出部と
を含み、
前記算出部により算出された前記熱量に基づき、前記伸縮量を推定すること
を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記第二取得部は、前記情報として、前記トルクと、前記モータの回転速度とを取得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4】
前記第一取得部は、前記モータの回転角度を更に取得し、
前記判定部は、
前記第一取得部により取得された前記トルクを微分し、前記回転角度に対応する前記トルクの微分値を算出する微分部と、
前記微分部により算出された前記微分値のうち、最大又は最小の何れか一方を示す前記微分値に対応する前記回転角度をピーク角度として決定する第一決定部と、
前記第一決定部により決定された前記ピーク角度を、前記推定部により推定された前記伸縮量に基づき補正することで、補正ピーク角度を決定する第二決定部と
前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度に基づき、前記装着状態を判定する補正判定部と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記判定部は、
前記第一取得部により取得された前記トルクを微分し、前記回転角度に対応する前記トルクの微分値を算出する微分部と、
前記微分部により算出された前記微分値のうち、最大又は最小の何れか一方を示す前記微分値に対応する前記回転角度をピーク角度として決定する第一決定部と、
前記第一決定部により決定された前記ピーク角度を、前記推定部により推定された前記伸縮量に基づき補正することで、補正ピーク角度を決定する第二決定部と
前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度に基づき、前記装着状態を判定する補正判定部と
を含む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5】
前記判定部は、
前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度を、前記主軸に対する前記工具の使用回数又は使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部により記憶された複数の前記補正ピーク角度に基づき統計処理を行い、統計値を算出する統計処理部と
前記統計処理部により算出された前記統計値に基づき、前記装着状態を判定する統計判定部と
を含むことを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度を、前記主軸に対する前記工具の使用回数又は使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部により記憶された複数の前記補正ピーク角度に基づき統計処理を行い、統計値を算出する統計処理部と
前記統計処理部により算出された前記統計値に基づき、前記装着状態を判定する統計判定部と
を含むことを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
【請求項6】
前記判定部は、
前記推定部によりｎ回目（ｎは二以上の整数）に推定された前記伸縮量と、前記推定部によりｎ－１回目に推定された前記伸縮量との差分が閾値以下の場合、前記装着状態を判定し、
前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記装着状態を判定しないことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記推定部によりｎ回目（ｎは二以上の整数）に推定された前記伸縮量と、前記推定部によりｎ－１回目に推定された前記伸縮量との差分が閾値以下の場合、前記装着状態を判定し、
前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記装着状態を判定しない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7】
前記推定部は、前記数値制御装置の制御周期に対して長い推定周期で前記伸縮量を推定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8】
前記第一取得部は、前記数値制御装置の制御周期ごとに前記トルク及び回転速度を取得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9】
工具を装着する主軸と、所定方向に延びる送り軸と、前記送り軸を前記所定方向に延びる軸周りに回転させるモータとを備え、前記モータが前記送り軸を回転させることで、前記主軸を移動して工具交換装置が把持する前記工具を前記主軸に装着可能な工作機械における前記主軸に対する前記工具の装着状態の判定方法であって、
前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定工程と、
前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得工程と、
前記推定工程により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得工程により取得された前記トルクに基づき、前記装着状態を判定する判定工程と
を含むことを特徴とする判定方法。
前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定工程と、
前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得工程と、
前記推定工程により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得工程により取得された前記トルクに基づき、前記装着状態を判定する判定工程と
を含むことを特徴とする判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、数値制御装置及び判定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、工作機械の主軸に対して工具を装着したか否かを判定する数値制御装置が開示されている。工作機械は、主軸、主軸ヘッド、及びＺ軸モータを備える。主軸は主軸ヘッドに回転可能に設けられる。Ｚ軸モータの駆動により主軸ヘッドが昇降する。主軸に対して工具の装着が行われる際、Ｚ軸モータの駆動により主軸ヘッドが下降する。このとき、数値制御装置はＺ軸モータに加わるトルクを微分する。数値制御装置は、トルクの微分値と主軸ヘッドの位置とに基づき、主軸ヘッドの位置に応じて変動する微分値のピーク位置を決定する。数値制御装置は、決定したピーク位置を統計処理し、算出された統計値に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－５６６７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
工作機械において、主軸ヘッドを昇降する機構として、送り軸が設けられることがある。送り軸は、上下方向に延びる。送り軸は、Ｚ軸モータの駆動により、上下方向に延びる軸周りに正逆回転可能である。主軸ヘッドにはナットが固定される。ナットは送り軸に螺合される。送り軸が正逆方向に回転すると、ナット、及びナットに固定された主軸ヘッドが一体となって昇降する。
【0005】
送り軸は、その温度の変化により上下方向に伸縮する。送り軸が伸縮した場合、主軸に対する工具の装着状態を判定する為に算出されるトルクの微分値のピーク位置が変動する。よって、ピーク位置の変動が送り軸の伸縮の影響か、又は工具の装着状態の影響かの何れであるかを特定できず、数値制御装置は工具の装着状態を精度よく判定できない虞がある。
【0006】
本発明の目的は、主軸に対する工具の装着状態を精度よく判定できる数値制御装置及び判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項１の数値制御装置は、工具を装着する主軸と、所定方向に延びる送り軸と、前記送り軸を前記所定方向に延びる軸周りに回転させるモータとを備え、前記モータが前記送り軸を回転させることで、前記主軸を移動して工具交換装置が把持する前記工具を前記主軸に装着可能な工作機械の動作を制御する数値制御装置において、前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定部と、前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得部と、前記推定部により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得部により取得された前記トルクに基づき、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ることを特徴とする。
【0008】
数値制御装置は、モータのトルクを制御するための構成により送り軸の伸縮量を推定する。数値制御装置は、推定した伸縮量、及びモータのトルクに基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する。数値制御装置は、伸縮量を勘案するので、主軸に対する工具の装着状態を精度よく判定できる。
【0009】
請求項２の数値制御装置において、前記推定部は、前記送り軸を介して前記主軸を前記所定方向に移動させる際に駆動する前記モータの情報を取得する第二取得部と、前記第二取得部により取得された前記情報に基づき、前記送り軸に対して出入りする熱量を算出する算出部とを含み、前記算出部により算出された前記熱量に基づき、前記伸縮量を推定してもよい。数値制御装置は、送り軸を回転させるモータの情報を取得し、取得した情報に基づき算出した熱量に基づき、送り軸の伸縮量を推定する。よって、数値制御装置は、送り軸の伸縮量を精度よく推定できる。
【0010】
請求項３の数値制御装置において、前記第二取得部は、前記情報として、前記トルクと、前記モータの回転速度とを取得してもよい。数値制御装置は、モータのトルク及び回転速度を取得し、取得したトルク及び回転速度に基づき、送り軸に対して出入りする熱量を算出する。よって、数値制御装置は、送り軸において出入りする熱量を精度よく算出できる。
【0011】
請求項４の数値制御装置において、前記第一取得部は、前記モータの回転角度を更に取得し、前記判定部は、前記第一取得部により取得された前記トルクを微分し、前記回転角度に対応する前記トルクの微分値を算出する微分部と、前記微分部により算出された前記微分値のうち、最大又は最小の何れか一方を示す前記微分値に対応する前記回転角度をピーク角度として決定する第一決定部と、前記第一決定部により決定された前記ピーク角度を、前記推定部により推定された前記伸縮量に基づき補正することで、補正ピーク角度を決定する第二決定部と前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度に基づき、前記装着状態を判定する補正判定部とを含んでもよい。数値制御装置は、送り軸の伸縮量に基づきピーク角度を補正し、補正した補正ピーク角度に基づき主軸に対する工具の装着状態を判定する。これにより、送り軸の伸縮によるピーク角度と実際の主軸の位置のずれを抑制できるので、数値制御装置は、主軸に対する工具の装着状態を精度よく判定できる。
【0012】
請求項５の数値制御装置において、前記判定部は、前記第二決定部により決定された前記補正ピーク角度を、前記主軸に対する前記工具の使用回数又は使用時間と対応付けて記憶する記憶部と、前記記憶部により記憶された複数の前記補正ピーク角度に基づき統計処理を行い、統計値を算出する統計処理部と前記統計処理部により算出された前記統計値に基づき、前記装着状態を判定する統計判定部とを含んでもよい。数値制御装置は、複数の補正ピーク角度に基づく統計値に基づき、工具の装着状態を判定する。これにより、数値制御装置は、補正ピーク角度の決定におけるばらつきの影響を排して、装着状態を精度よく判定できる。
【0013】
請求項６の数値制御装置において、前記判定部は、前記推定部によりｎ回目（ｎは二以上の整数）に推定された前記伸縮量と、前記推定部によりｎ－１回目に推定された前記伸縮量との差分が閾値以下の場合、前記装着状態を判定し、前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記装着状態を判定しなくてもよい。送り軸の伸縮量の変化量が過剰に大きい場合、推定部が伸縮量精度よく推定できていない虞がある。数値制御装置は、推定した伸縮量を判定することで、伸縮量を精度よく推定できていないことによる装着状態の誤判定を抑制できる。
【0014】
請求項７の数値制御装置において、前記推定部は、前記数値制御装置の制御周期に対して長い推定周期で前記伸縮量を推定してもよい。一般的に送り軸の伸縮に要する時間は数値制御装置の制御周期に対して十分長いので、数値制御装置は送り軸の伸縮量を少ない計算量で精度よく推定できる。
【0015】
請求項８の数値制御装置において、前記第一取得部は、前記数値制御装置の制御周期ごとに前記トルク及び回転角度を取得してもよい。モータのトルク及び回転角度は正負の値を取るので、取得周期が長いと正負の値が平均化され特徴量が消失する虞があるので、数値制御装置は、取得可能な最小単位である制御周期ごとにモータのトルク及び回転角度を取得し、取得したトルク及び回転角度に基づき、主軸に対する工具の装着状態を判定する。よって、数値制御装置は、主軸に対する工具の装着状態を精度よく判定できる。
【0016】
請求項９の判定方法は、工具を装着する主軸と、所定方向に延びる送り軸と、前記送り軸を前記所定方向に延びる軸周りに回転させるモータとを備え、前記モータが前記送り軸を回転させることで、前記主軸を移動して工具交換装置が把持する前記工具を前記主軸に装着可能な工作機械における前記主軸に対する前記工具の装着状態の判定方法であって、前記送り軸の前記所定方向への伸縮量を推定する推定工程と、前記工具の装着動作における前記モータのトルクを取得する第一取得工程と、前記推定工程により推定された前記伸縮量、及び前記第一取得工程により取得された前記トルクに基づき、前記装着状態を判定する判定工程とを含むことを特徴とする。判定方法は、請求項１の数値制御装置と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】工作機械１の斜視図である。
【図2】主軸ヘッド７の周囲の縦断面図である。
【図3】主軸９の内部の縦断面図である。
【図4】工作機械１及び数値制御装置３０の電気的構成を示すブロック図である。
【図5】Ｚ軸モータ５１の回転角度θに応じて変動するＺ軸モータ５１に加わる外乱力Ｆ及び微分値ｆを示すグラフである。
【図6】送り速度Ｖｍに応じて変動する熱抵抗Ｒを示すグラフである。
【図7】条件テーブル５９の概念図である。
【図8】パラメータ推定処理のフローチャートである。
【図9】第二駆動条件処理のフローチャートである。
【図11】パラメータ推定処理において特定されたボールねじ４１の伸縮量Ｌｂの時間変化と伸縮量Ｌｂの推定曲線を示すグラフである。
【図12】周期取得処理のフローチャートである。
【図13】伸縮量推定処理のフローチャートである。
【図14】工具交換処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の一実施形態を、図面を参照し説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。右方向、前方向、上方向は夫々、正方向であり、左方向、後方向、下方向は夫々、負方向である。図１に示す工作機械１は、工具３により被削材（図示略）に切削加工を施す機械である。数値制御装置３０は、工作機械１の動作を制御する。本実施形態に記載する「ＡＴＣ」とは「Automatic Tool Changer」の略称である。また、本実施形態に記載する「ＮＣ」とは「Numerical Control」の略称である。
【0019】
＜工作機械１の構造＞
図１、図２に示すように、工作機械１は、ベース２、コラム５、制御箱６、テーブル装置１０、主軸ヘッド７、主軸９、及び工具交換装置２０を有する。ベース２は、略直方体状の金属製土台である。コラム５は、ベース２の上面の後部に固定される。コラム５は上下方向に延びる立柱である。制御箱６は、コラム５の背面に固定される。制御箱６は、数値制御装置３０を収納する。
図１、図２に示すように、工作機械１は、ベース２、コラム５、制御箱６、テーブル装置１０、主軸ヘッド７、主軸９、及び工具交換装置２０を有する。ベース２は、略直方体状の金属製土台である。コラム５は、ベース２の上面の後部に固定される。コラム５は上下方向に延びる立柱である。制御箱６は、コラム５の背面に固定される。制御箱６は、数値制御装置３０を収納する。
【0020】
テーブル装置１０は、Ｙ軸移動機構（図示略）、Ｙ軸テーブル１２、テーブル１３、Ｘ軸移動機構（図示略）を有する。Ｙ軸移動機構は、ベース２の上面、且つコラム５の前方に設けられ、Ｙ軸モータ５４（図４参照）を有する。Ｙ軸移動機構は、Ｙ軸モータ５４の駆動に応じて、Ｙ軸テーブル１２をＹ軸方向に移動する。Ｘ軸移動機構は、Ｙ軸テーブル１２の上部に設けられ、Ｘ軸モータ５３（図４参照）を有する。Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸モータ５３の駆動に応じてテーブル１３をＸ軸方向に移動する。故にテーブル１３は、Ｘ軸移動機構とＹ軸移動機構により、ベース２の上方をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。
【0021】
＜Ｚ軸移動機構８の構造＞
図２に示すように、コラム５の前部には、Ｚ軸移動機構８が設けられる。Ｚ軸移動機構８は、ボールねじ４１、軸受部４２、４３、カムフォロア４９、Ｚ軸モータ５１（図４参照）を有する。ボールねじ４１は、コラム５の前部に設けられ、Ｚ軸方向に延びる。軸受部４２、４３は、ボールねじ４１に挿通され、ボールねじ４１を回転可能に支持する。軸受部４２は、軸受部４３の上方に設けられる。カムフォロア４９は、軸受部４２の前方に設けられる。カムフォロア４９は、後述する主軸ヘッド７の板カム４７のカム面を摺動する。
図２に示すように、コラム５の前部には、Ｚ軸移動機構８が設けられる。Ｚ軸移動機構８は、ボールねじ４１、軸受部４２、４３、カムフォロア４９、Ｚ軸モータ５１（図４参照）を有する。ボールねじ４１は、コラム５の前部に設けられ、Ｚ軸方向に延びる。軸受部４２、４３は、ボールねじ４１に挿通され、ボールねじ４１を回転可能に支持する。軸受部４２は、軸受部４３の上方に設けられる。カムフォロア４９は、軸受部４２の前方に設けられる。カムフォロア４９は、後述する主軸ヘッド７の板カム４７のカム面を摺動する。
【0022】
Ｚ軸モータ５１は、軸受部４２の上方に固定される。ボールねじ４１は、カップリング（図示略）を介して、Ｚ軸モータ５１の出力軸に連結される。ボールねじ４１は、Ｚ軸モータ５１の駆動により、上下方向に延びる軸周りに正逆回転される。ボールねじ４１には、軸受部４２、４３の間でナット４４が螺合される。ナット４４は、主軸ヘッド７の後端部に固定される。Ｚ軸モータ５１が正方向に回転すると、ボールねじ４１が回転し、ナット４４と主軸ヘッド７とが一体となって上昇する。Ｚ軸モータ５１が逆方向に回転すると、ボールねじ４１が逆回転し、ナット４４と主軸ヘッド７とが一体となって下降する。
【0023】
＜主軸ヘッド７の内部構造＞
図２に示すように、主軸ヘッド７は、コラム５の前部に設けられる。主軸ヘッド７は、箱形状である。主軸ヘッド７は、主軸モータ５２、クランクレバー４５、支軸４６、コイルバネ４８を有する。主軸モータ５２は、主軸ヘッド７の上面の前部に固定される。
図２に示すように、主軸ヘッド７は、コラム５の前部に設けられる。主軸ヘッド７は、箱形状である。主軸ヘッド７は、主軸モータ５２、クランクレバー４５、支軸４６、コイルバネ４８を有する。主軸モータ５２は、主軸ヘッド７の上面の前部に固定される。
【0024】
支軸４６は、主軸ヘッド７の後部の内側に固定される。支軸４６は、左右方向に延びる棒状である。クランクレバー４５は、主軸ヘッド７の上部に設けられる。クランクレバー４５は、左側面視略Ｌ字状の板である。クランクレバー４５の屈曲部分には、支軸４６が挿通される。クランクレバー４５は、支軸４６を中心に揺動可能である。クランクレバー４５は、板カム４７を有する。板カム４７の背面には、カム面が形成される。板カム４７のカム面は、カムフォロア４９と接離可能である。コイルバネ４８は、主軸ヘッド７の後部の内側に設けられる。コイルバネ４８は、前後方向に延びる。コイルバネ４８の一端は主軸ヘッド７の背面に固定される。コイルバネ４８の後端は、板カム４７の下方で、クランクレバー４５の後端部に固定される。コイルバネ４８は、クランクレバー４５を右側面視で時計回りに常時付勢する。
【0025】
＜主軸９の内部構造＞
図２、図３に示すように、主軸９は、主軸ヘッド７の前下部の内側に設けられ、上下方向に延びる円筒状である。主軸９は、主軸ヘッド７に支持される。主軸９は、上下方向に延びる軸周りに回転可能に支持される。主軸９は、主軸モータ５２の出力軸に連結する。主軸９は、主軸モータ５２の駆動により、上下方向に延びる軸周りに正逆回転される。
図２、図３に示すように、主軸９は、主軸ヘッド７の前下部の内側に設けられ、上下方向に延びる円筒状である。主軸９は、主軸ヘッド７に支持される。主軸９は、上下方向に延びる軸周りに回転可能に支持される。主軸９は、主軸モータ５２の出力軸に連結する。主軸９は、主軸モータ５２の駆動により、上下方向に延びる軸周りに正逆回転される。
【0026】
主軸９は、軸穴９１、装着穴９２、空間９３、摺動穴９４、クランプ軸８１、ばね８２を有する。軸穴９１は、主軸９の上端部から下部に亘り形成され、主軸９の中心を通る。装着穴９２は、主軸９の下端部に形成される。装着穴９２には、工具３が装着される。空間９３は、装着穴９２の上部に連通して形成される。摺動穴９４は、軸穴９１と空間９３との間を連通して形成される。
【0027】
クランプ軸８１は、軸穴９１の内側、且つ軸穴９１に対して上下方向に移動可能に設けられる。クランプ軸８１は、支持部８３、軸部８４、把持部８５を有する。支持部８３は、クランプ軸８１の上端に設けられ、柱状である。支持部８３は、ピン９５を支持する。ピン９５は、クランプ軸８１に突出して設けられる。ピン９５は、ピン９５の上方に位置するクランクレバー４５の前端部と接離可能である。
【0028】
軸部８４は、支持部８３から下方に延びる柱状である。把持部８５は、軸部８４の下端に設けられ、複数の鋼球（図示略）を有する。ばね８２は、軸穴９１の内側に挿通して設けられる。ばね８２の上端は、支持部８３と係合する。ばね８２は、クランプ軸８１を上方に常時付勢する。
【0029】
主軸９は、工具３を装着可能である。工具３はホルダ１４及び刃具４を有する。ホルダ１４の一端部は、刃具４を保持する、ホルダ１４の他端部は、装着部１５、プルスタッド１７を有する。装着部１５は、ホルダ１４の他端に向けて縮径する円錐状である。プルスタッド１７は、装着部１５の頂上部からホルダ１４の他端に向けて突出する。装着部１５は、装着穴９２に装着される。
【0030】
クランプ軸８１がばね８２の弾性力に抗して下方に移動すると、把持部８５は摺動穴９４から空間９３に出る。把持部８５は、ホルダ１４のプルスタッド１７の把持を解除する。クランプ軸８１が下方に移動した状態からばね８２の弾性力により上方に移動すると、把持部８５は空間９３から摺動穴９４に移動する。把持部８５は、複数の鋼球によりプルスタッド１７を把持する。
【0031】
＜工具交換装置２０の構造＞
図２に示すように、工具交換装置２０は、主軸ヘッド７の前方に設けられる。工具交換装置２０は、タレット式である。工具交換装置２０は、工具マガジン２１、複数のグリップアーム２３、マガジンモータ５５を有する。工具マガジン２１は、略円盤状である。工具マガジン２１は、前下方に延びる支軸２５を中心に回転可能に支持される。夫々のグリップアーム２３は、工具マガジン２１の外周に所定間隔毎に設けられる。複数のグリップアーム２３は、工具マガジン２１の前後方向に揺動可能に設けられる。グリップアーム２３の先端部は、工具３のホルダ１４を着脱可能に把持する。マガジンモータ５５の出力軸は、支軸２５と連結する。工具マガジン２１は、マガジンモータ５５の駆動により、支軸２５を中心に正逆回転される。
図２に示すように、工具交換装置２０は、主軸ヘッド７の前方に設けられる。工具交換装置２０は、タレット式である。工具交換装置２０は、工具マガジン２１、複数のグリップアーム２３、マガジンモータ５５を有する。工具マガジン２１は、略円盤状である。工具マガジン２１は、前下方に延びる支軸２５を中心に回転可能に支持される。夫々のグリップアーム２３は、工具マガジン２１の外周に所定間隔毎に設けられる。複数のグリップアーム２３は、工具マガジン２１の前後方向に揺動可能に設けられる。グリップアーム２３の先端部は、工具３のホルダ１４を着脱可能に把持する。マガジンモータ５５の出力軸は、支軸２５と連結する。工具マガジン２１は、マガジンモータ５５の駆動により、支軸２５を中心に正逆回転される。
【0032】
＜工具３の着脱、交換動作＞
図２に示すように、装着穴９２にホルダ１４の装着部１５を装着した状態で、数値制御装置３０の制御指令に基づき、Ｚ軸モータ５１が正方向に回転する。ボールねじ４１が軸周りに回転し、主軸ヘッド７及び主軸９はテーブル１３の加工原点から上昇する。加工原点は、機械原点であり、被削材を加工可能な最上端位置である。
図２に示すように、装着穴９２にホルダ１４の装着部１５を装着した状態で、数値制御装置３０の制御指令に基づき、Ｚ軸モータ５１が正方向に回転する。ボールねじ４１が軸周りに回転し、主軸ヘッド７及び主軸９はテーブル１３の加工原点から上昇する。加工原点は、機械原点であり、被削材を加工可能な最上端位置である。
【0033】
主軸ヘッド７及び主軸９が上昇すると、カムフォロア４９はクランクレバー４５の板カム４７に接触し、板カム４７のカム面を摺動する。クランクレバー４５は、コイルバネ４８の弾性力に抗して、右側面視で支軸４６を中心に反時計回りに回転する。クランクレバー４５の前端は、ピン９５に上方から係合し、クランプ軸８１を下方に押圧する。クランプ軸８１は、ばね８２の弾性力に抗して把持部８５を下方に付勢する。把持部８５はプルスタッド１７の把持を解除する。
【0034】
主軸９はＡＴＣ原点まで更に上昇する。ＡＴＣ原点は、主軸９の位置であり、加工原点よりも上方にある。主軸９がＡＴＣ原点に位置する場合、工具マガジン２１は回転可能である。
【0035】
主軸９が上昇すると、工具３は主軸９の装着穴９２から脱離する。主軸９から脱離した工具３を、第一工具と称す。工具交換装置２０の複数のグリップアーム２３のうち、工具交換位置にある一のグリップアーム２３（以下、第一グリップアームと称す。）は、主軸９から脱離した第一工具を把持する。工具交換位置は、工具マガジン２１の最下方位置であり、且つ主軸９に近接して対向する位置である。
【0036】
主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達すると、工具交換装置２０は数値制御装置３０の制御指令に基づき、マガジンモータ５５の駆動により工具マガジン２１を回転させる。工具交換装置２０は、ＮＣプログラムの制御コマンドが指定する刃具４を保持する工具３（以下、第二工具と称す。）を工具交換位置に割り出す。このとき、工具マガジン２１は第一工具が工具交換位置にある状態から、第二工具が工具交換位置にある状態まで回転する。工具マガジン２１は第一工具を第一グリップアームにより把持し、且つ第二工具を他のグリップアーム２３（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。工具交換位置に割り出した第二工具はＡＴＣ原点に移動した主軸ヘッド７の下方に位置する。
【0037】
次いで、数値制御装置３０の制御指令に基づき、Ｚ軸モータ５１が逆方向に回転する。ボールねじ４１が軸周りに逆回転し、主軸９はＡＴＣ原点から下降する。第二工具の装着部１５が主軸９の装着穴９２に進入する。
【0038】
装着穴９２に装着部１５が挿入した状態で、主軸９及び主軸ヘッド７は更に下降する。カムフォロア４９は、板カム４７のカム面を摺動した後、板カム４７から離れる。クランクレバー４５は、コイルバネ４８の弾性力により、右側面視で支軸４６を中心に時計回りに回転する。クランクレバー４５の前端は、ピン９５から離れ、クランプ軸８１の下方への押圧を解除する。クランプ軸８１は、把持部８５の下方への付勢を解除する。把持部８５は、空間９３から摺動穴９４に移動する。把持部８５は、第二工具のプルスタッド１７を複数の鋼球により把持して、引っ張り上げる。工具交換装置２０の第二グリップアームは、第二工具のホルダ１４の把持を解除する。主軸９の装着穴９２に装着部１５の装着が完了し、主軸９に対する第二工具の装着が完了する。主軸９に対して工具３が装着されるときのクランプ軸８１、クランクレバー４５の動作を、装着動作と称す。主軸９から工具３が脱離されるときのクランプ軸８１、クランクレバー４５の動作を、脱離動作と称す。装着動作にＺ軸モータ５１の回転で駆動する主軸ヘッド７、クランクレバー４５等を、装着機構と称す。
【0039】
＜数値制御装置３０と工作機械１の電気的構成＞
図４に示すように、数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、入出力インタフェイス３５、駆動回路６１～６５を有する。ＣＰＵ３１は、数値制御装置３０を統括制御する。ＲＯＭ３２は、各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ３３は、処理実行中の各種データを記憶する。
図４に示すように、数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、入出力インタフェイス３５、駆動回路６１～６５を有する。ＣＰＵ３１は、数値制御装置３０を統括制御する。ＲＯＭ３２は、各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ３３は、処理実行中の各種データを記憶する。
【0040】
記憶装置３４は、不揮発性メモリであり、ＮＣプログラム、後述する条件テーブル５９等を記憶する。ＮＣプログラムは複数のブロックで構成される。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３４は、主軸９に工具３を装着した装着回数（使用回数に相当）を、工具３ごとに記憶する。ＣＰＵ３１は、主軸９に対する工具３の装着動作を行った場合、装着動作を行う工具３（第二工具）に対応する装着回数に１加算する。ＣＰＵ３１は、主軸９に装着した工具３を脱離して別の工具３に付け替えた場合、脱離した工具３に対応する装着回数を０とする。
【0041】
入出力インタフェイス３５は、駆動回路６１～６５、エンコーダ７１～７５、入力部３７、表示部３８と電気的に接続し、各種信号の入出力を行う。入力部３７及び表示部３８は、工作機械１の操作盤３６に設けられる。操作盤３６は、工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に設けられる。入力部３７は、各種情報、操作指示等の入力を受け付け、入出力インタフェイス３５を介して、ＣＰＵ３１に入力する。表示部３８は、入出力インタフェイス３５を介してＣＰＵ３１から入力される指令に基づき、各種画面、異常情報等を表示する。
【0042】
駆動回路６１は、Ｚ軸モータ５１に電気的に接続する。駆動回路６２は、主軸モータ５２に電気的に接続する。駆動回路６３は、Ｘ軸モータ５３に電気的に接続する。駆動回路６４は、Ｙ軸モータ５４に電気的に接続する。駆動回路６５は、マガジンモータ５５に電気的に接続する。駆動回路６１、６２、６３、６４、６５は、入出力インタフェイス３５を介してＣＰＵ３１から入力される指令に基づき、Ｚ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５に駆動電流を出力する。Ｚ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５は、入力された駆動電流に応じて回転するサーボモータである。駆動回路６１、６２、６３、６４、６５は、戻り値として駆動電流を入出力インタフェイス３５に出力する。
【0043】
Ｚ軸モータ５１はエンコーダ７１を備える。主軸モータ５２はエンコーダ７２を備える。Ｘ軸モータ５３はエンコーダ７３を備える。Ｙ軸モータ５４はエンコーダ７４を備える。マガジンモータ５５はエンコーダ７５を備える。エンコーダ７１、７２、７３、７４、７５は、絶対値エンコーダであり、Ｚ軸モータ５１、主軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５の回転角度を夫々検出する。エンコーダ７１、７２、７３、７４、７５は、検出した回転角度を入出力インタフェイス３５に入力する。ＣＰＵ３１は、エンコーダ７１が検出したＺ軸モータ５１の回転角度を取得することで、Ｚ軸モータ５１と連結するボールねじ４１の回転角度を推定し、ボールねじ４１の回転により移動する主軸９のＺ軸方向の位置を推定する。
【0044】
＜装着動作における外乱力及び外乱力の微分値の変動＞
図５（Ａ）は、装着動作におけるＺ軸モータ５１の回転角度（横軸）とＺ軸モータ５１に加わる外乱力（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ａ）には、工作機械１の振動等による影響を除く為、工作機械１の固有振動を除去するローパスフィルタによる処理を施してある。装着動作において、Ｚ軸モータ５１の回転角度は負方向に変化する。
図５（Ａ）は、装着動作におけるＺ軸モータ５１の回転角度（横軸）とＺ軸モータ５１に加わる外乱力（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ａ）には、工作機械１の振動等による影響を除く為、工作機械１の固有振動を除去するローパスフィルタによる処理を施してある。装着動作において、Ｚ軸モータ５１の回転角度は負方向に変化する。
【0045】
Ｚ軸モータ５１に加わる外乱力は、Ｚ軸モータ５１の駆動に対する反力としてＺ軸モータ５１に作用する力である。外乱力は、Ｚ軸モータ５１のトルクに含まれ、以下の数１の関係を満たす。
数１において、ＴｍはＺ軸モータ５１のトルク（Ｎｍ）を示す。ＦはＺ軸モータ５１に加わる外乱力（Ｎｍ）を示す。θはＺ軸モータ５１の回転角度（ｒａｄ）を示す。「θ（上付き一つドット）」は、回転角度θの一階時間微分（角速度（ｒａｄ／ｓ））を示す。「θ（上付き二つドット）」は、回転角度θの二階時間微分（角加速度（ｒａｄ／ｓ２））を示す。Ｊ（ｋｇ・ｍ２）はＺ軸モータ５１に関する慣性モーメントを示す。右辺第二項は慣性力を示す。ＤはＺ軸モータ５１に関する粘性係数（Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ））を示す。右辺第三項は粘性力を示す。ｋはＺ軸モータ５１に関するクーロン摩擦に関する係数（Ｎｍ）を示す。右辺第四項はクーロン摩擦力を示す。慣性モーメントＪ、粘性係数Ｄ、係数ｋの大きさはＺ軸モータ５１の動作に伴い回転するＺ軸モータ５１内部のロータ部分（図示略）、ボールねじ４１、Ｚ軸モータ５１の動作に伴い上下に移動するナット４４、主軸ヘッド７等に依るが、詳細は割愛する。
【数1】
【0046】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の駆動電流を駆動回路６１から取得し、Ｚ軸モータ５１の回転角度θをエンコーダ７１から取得することで、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍを取得する。そして、ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、回転角度θに基づき、外乱力Ｆを取得する。
【0047】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転角度θをエンコーダ７１から取得する。ＣＰＵ３１は、取得した回転角度θ及びボールねじ４１のリードに基づき、主軸９のＺ軸方向の位置を推定する。
【0048】
図５（Ｂ）は、装着動作におけるＺ軸モータ５１の回転角度θ（横軸）と外乱力Ｆの時間微分値（以下、微分値ｆと称す。）（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）において、装着動作における微分値ｆが最小となる場合のＺ軸モータ５１の回転角度θを、ピーク角度φと称す。装着動作において微分値ｆが最小となる（即ち、回転角度θがピーク角度φとなる）タイミングは、板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングである。
【0049】
＜主軸９に対する工具３の装着状態＞
工具３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９に対して工具３が装着された状態を、完全装着状態と称す。これに対し、工作機械１は、主軸９に対して工具３が不完全に装着された状態（以下、不完全装着状態と称す。）で切削加工を実行した場合、切削精度が低下する可能性がある。不完全装着状態は、装着部１５と装着穴９２との間に異物（例えば、切削加工で生じる切粉）が付着したまま、主軸９に対して工具３が装着された状態である。不完全装着状態において、装着動作において把持部８５がプルスタッド１７を引っ張り上げて把持する位置は、完全装着状態における位置より下方になる。完全装着状態及び不完全装着状態を、装着状態と総称する。
工具３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９に対して工具３が装着された状態を、完全装着状態と称す。これに対し、工作機械１は、主軸９に対して工具３が不完全に装着された状態（以下、不完全装着状態と称す。）で切削加工を実行した場合、切削精度が低下する可能性がある。不完全装着状態は、装着部１５と装着穴９２との間に異物（例えば、切削加工で生じる切粉）が付着したまま、主軸９に対して工具３が装着された状態である。不完全装着状態において、装着動作において把持部８５がプルスタッド１７を引っ張り上げて把持する位置は、完全装着状態における位置より下方になる。完全装着状態及び不完全装着状態を、装着状態と総称する。
【0050】
把持部８５がプルスタッド１７を把持する位置は、主軸９に対する工具３の装着状態により変化する。これにより、装着動作において板カム４７がカムフォロア４９に接触するタイミング、又は脱離動作において板カム４７がカムフォロア４９から脱離するタイミングは、主軸９に対する工具３の装着状態に応じて変化する。故にピーク角度φは、装着状態に応じて変化する。数値制御装置３０は、装着動作毎でのピーク角度φの変化に基づき、装着状態を判定する。
【0051】
＜装着状態の判定＞
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、装着状態を判定するために、装着動作におけるＺ軸モータ５１の回転角度θ、及びＺ軸モータ５１に加わる外乱力Ｆを周期ｔｍ（ｓ）ごとに取得する。本実施形態では、周期ｔｍは、ｔｍ＝０．５ｍｓであり、数値制御装置３０における制御周期のうちで最も短い時間である。
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、装着状態を判定するために、装着動作におけるＺ軸モータ５１の回転角度θ、及びＺ軸モータ５１に加わる外乱力Ｆを周期ｔｍ（ｓ）ごとに取得する。本実施形態では、周期ｔｍは、ｔｍ＝０．５ｍｓであり、数値制御装置３０における制御周期のうちで最も短い時間である。
【0052】
ＣＰＵ３１は、取得した外乱力Ｆに対してローパスフィルタをかけた後時間微分して微分値ｆを算出する。ＣＰＵ３１は、算出した微分値ｆと、回転角度θとを対応付けてＲＡＭ３３に記憶する。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３が記憶する微分値ｆの変動（図５（Ｂ）参照）からピーク角度φを決定する。ＣＰＵ３１は、装着動作を実行する度に、決定したピーク角度φと工具３の装着回数とを対応付けて、記憶装置３４に順次記憶する。
【0053】
ＣＰＵ３１は、ピーク角度φを記憶装置３４に記憶する度に、記憶したピーク角度に対して統計処理を行い、統計値を算出する。より具体的に、ＣＰＵ３１は、記憶装置３４に記憶したピーク角度φから対象ピーク角度を決定する。対象ピーク角度は、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場合のピーク角度φを除いたピーク角度である。ＣＰＵ３１は、対象ピーク角度のうち、最新の対象ピーク角度（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φを抽出する。ＣＰＵ３１は、抽出した所定数のピーク角度φの平均値μと標準偏差σを統計値として算出する。ＣＰＵ３１は、第一ピーク角度（即ち、最新の装着動作におけるピーク角度φ）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φｍａｘ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。
【0054】
＜ボールねじ４１の伸縮＞
主軸９をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構８のボールねじ４１は、Ｚ軸モータ５１の発熱、ナット４４との摩擦熱により加熱される。また、ボールねじ４１は、外気との温度差により放熱される。このため、ボールねじ４１は、外部からの加熱、及び外部への放熱により温度が変化する。温度変化が生じると、ボールねじ４１は、特に長手方向であるＺ軸方向に伸縮する。
主軸９をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構８のボールねじ４１は、Ｚ軸モータ５１の発熱、ナット４４との摩擦熱により加熱される。また、ボールねじ４１は、外気との温度差により放熱される。このため、ボールねじ４１は、外部からの加熱、及び外部への放熱により温度が変化する。温度変化が生じると、ボールねじ４１は、特に長手方向であるＺ軸方向に伸縮する。
【0055】
ボールねじ４１が伸縮すると、板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングが、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂに応じて変化する。即ち、伸縮量Ｌｂに応じてピーク角度φが変化する。ピーク角度φによる装着状態の判定において、ボールねじ４１の伸縮に起因するピーク角度φの変動と、不完全装着状態に起因するピーク角度φの変動とを切り分けるのは困難である。このため、ＣＰＵ３１は、主軸９に対する工具３の装着状態を判定する際、ボールねじ４１のＺ軸方向の伸縮量Ｌｂを推定し、伸縮量Ｌｂに基づきピーク角度φを補正する。
【0056】
＜ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂの推定＞
ＣＰＵ３１は、数理モデルを用いてボールねじ４１のＺ軸方向の伸縮量Ｌｂ（ｍ）を推定する。ＣＰＵ３１は、推定周期ｔｓ（ｓ）でボールねじ４１の温度Ｔｂ（Ｋ）を算出する。本実施形態では、ｔｓ＝３０ｓである。最新であるｉ回目（ｉは１以上の整数）のサンプリングでのボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｊ）は、ｉ－１回目のサンプリングでのボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｉ－１）（Ｋ）、ｉ－１回目からｉ回目までのボールねじ４１の温度変化ΔＴｂ（Ｋ）を用いて、数２で表される。
［数２］
Ｔｂ（ｉ）＝Ｔｂ（ｉ－１）＋ΔＴｂ
なお、ｉ＝１の場合のサンプリングにおけるボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｉ－１）、即ちボールねじ４１の初期温度Ｔｂ（０）は、外気の温度Ｔａ（Ｋ）と同じであり、計算の簡略化のためＴａ＝０（Ｋ）と仮定する。
ＣＰＵ３１は、数理モデルを用いてボールねじ４１のＺ軸方向の伸縮量Ｌｂ（ｍ）を推定する。ＣＰＵ３１は、推定周期ｔｓ（ｓ）でボールねじ４１の温度Ｔｂ（Ｋ）を算出する。本実施形態では、ｔｓ＝３０ｓである。最新であるｉ回目（ｉは１以上の整数）のサンプリングでのボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｊ）は、ｉ－１回目のサンプリングでのボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｉ－１）（Ｋ）、ｉ－１回目からｉ回目までのボールねじ４１の温度変化ΔＴｂ（Ｋ）を用いて、数２で表される。
［数２］
Ｔｂ（ｉ）＝Ｔｂ（ｉ－１）＋ΔＴｂ
なお、ｉ＝１の場合のサンプリングにおけるボールねじ４１の温度Ｔｂ（ｉ－１）、即ちボールねじ４１の初期温度Ｔｂ（０）は、外気の温度Ｔａ（Ｋ）と同じであり、計算の簡略化のためＴａ＝０（Ｋ）と仮定する。
【0057】
温度変化ΔＴｂは以下の数３で表される。
［数３］
ΔＴｂ＝（Ｑｍ＋Ｑｆ－Ｑｂａ）／Ｈｂ
数３において、Ｑｍは推定周期ｔｓでＺ軸モータ５１の発熱によりボールねじ４１に加えられる熱量（Ｊ）を示す。Ｑｆは推定周期ｔｓで摩擦によりボールねじ４１に加えられる熱量（Ｊ）を示す。Ｑｂａは推定周期ｔｓで外気に放出される熱量（Ｊ）を示す。Ｈｂはボールねじ４１の熱容量（Ｊ／Ｋ）を示す。熱容量Ｈｂは、ボールねじ４１の比熱とボールねじ４１の質量に基づき算出される。
［数３］
ΔＴｂ＝（Ｑｍ＋Ｑｆ－Ｑｂａ）／Ｈｂ
数３において、Ｑｍは推定周期ｔｓでＺ軸モータ５１の発熱によりボールねじ４１に加えられる熱量（Ｊ）を示す。Ｑｆは推定周期ｔｓで摩擦によりボールねじ４１に加えられる熱量（Ｊ）を示す。Ｑｂａは推定周期ｔｓで外気に放出される熱量（Ｊ）を示す。Ｈｂはボールねじ４１の熱容量（Ｊ／Ｋ）を示す。熱容量Ｈｂは、ボールねじ４１の比熱とボールねじ４１の質量に基づき算出される。
【0058】
熱量Ｑｍは以下の数４で表される。
［数４］
Ｑｍ＝Ｐｒ×（Ｌｍ）２×ｔｓ
数４において、ＰｒはＺ軸モータ５１の発熱によりボールねじ４１に加えられる熱量を表す係数（Ｊ／Ｎｍ２）を示す。Ｌｍは、推定周期ｔｓでのＺ軸モータ５１に加わる平均負荷（Ｎｍ）を示し、以下の数５で表される。
［数５］
Ｌｍ＝ΣＴ／ｔｓ
数５において、ΣＴは推定周期ｔｓでＺ軸モータ５１のトルクの絶対値の積算（Ｎｍ・ｓ）であり、以下の数６で表される。
［数４］
Ｑｍ＝Ｐｒ×（Ｌｍ）２×ｔｓ
数４において、ＰｒはＺ軸モータ５１の発熱によりボールねじ４１に加えられる熱量を表す係数（Ｊ／Ｎｍ２）を示す。Ｌｍは、推定周期ｔｓでのＺ軸モータ５１に加わる平均負荷（Ｎｍ）を示し、以下の数５で表される。
［数５］
Ｌｍ＝ΣＴ／ｔｓ
数５において、ΣＴは推定周期ｔｓでＺ軸モータ５１のトルクの絶対値の積算（Ｎｍ・ｓ）であり、以下の数６で表される。
【数6】
【0059】
熱量Ｑｆは以下の数７で表される。
［数７］
Ｑｆ＝Ｆｃ×ΣＴＤ
数７において、Ｆｃは摩擦によりボールねじ４１に加えられる熱量を表す係数（Ｊ／（Ｎｍ・ｍ））を示す。ΣＴＤは推定周期ｔｓで、Ｚ軸モータ５１に加わるトルクＴｍの絶対値と主軸９の周期ｔｍでの移動距離の絶対値との積を積算したものであり（Ｎｍ・ｍ）、以下の数８で表される。
数８において、Ｖｍは、主軸９のＺ軸方向の送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）である。Ｖｍは、エンコーダ７１が検出するＺ軸モータ５１の回転角度θ及びボールねじ４１のリードに基づき、決定される。
［数７］
Ｑｆ＝Ｆｃ×ΣＴＤ
数７において、Ｆｃは摩擦によりボールねじ４１に加えられる熱量を表す係数（Ｊ／（Ｎｍ・ｍ））を示す。ΣＴＤは推定周期ｔｓで、Ｚ軸モータ５１に加わるトルクＴｍの絶対値と主軸９の周期ｔｍでの移動距離の絶対値との積を積算したものであり（Ｎｍ・ｍ）、以下の数８で表される。
【数8】
【0060】
熱量Ｑｂａは以下の数９により表される。
［数９］
Ｑｂａ＝（Ｔｂ－Ｔａ）ｔｓ／Ｒｂａ
数９において、外気の温度Ｔａは上記の通り０（Ｋ）と仮定されている。Ｒｂａは推定周期ｔｓでの平均熱抵抗（ｓＫ／Ｊ）を示し、以下の数１０により表される。
［数１０］
Ｒｂａ＝ΣＲ／ｔｓ
数１０において、ΣＲは、推定周期ｔｓで算出されるボールねじ４１の熱抵抗Ｒ（ｓＫ／Ｊ）の積算（ｓ２Ｋ／Ｊ）であり、以下の数１１で表される。
［数９］
Ｑｂａ＝（Ｔｂ－Ｔａ）ｔｓ／Ｒｂａ
数９において、外気の温度Ｔａは上記の通り０（Ｋ）と仮定されている。Ｒｂａは推定周期ｔｓでの平均熱抵抗（ｓＫ／Ｊ）を示し、以下の数１０により表される。
［数１０］
Ｒｂａ＝ΣＲ／ｔｓ
数１０において、ΣＲは、推定周期ｔｓで算出されるボールねじ４１の熱抵抗Ｒ（ｓＫ／Ｊ）の積算（ｓ２Ｋ／Ｊ）であり、以下の数１１で表される。
【数11】
【0061】
図６は、ボールねじ４１から周囲の空気に対する熱抵抗Ｒを、実験結果から推定したグラフである。熱抵抗Ｒは、主軸９のＺ軸方向の送り速度Ｖｍに基づき変動する。より具体的に、送り速度Ｖｍが所定の境界速度Ｖｄｓより小さい場合、熱抵抗Ｒの大きさはＲｍａｘでほぼ一定である。一方、送り速度Ｖｍが境界速度Ｖｄｓ以上になると、熱抵抗Ｒは送り速度Ｖｍが大きくなるにつれて小さくなる。これは、Ｚ軸モータ５１の駆動により回転するボールねじ４１の回転速度が大きくなり、ボールねじ４１の周囲の空気に乱流が生じるためであると考えられる。一般的に、固体と流体の界面において乱流が生じると、熱抵抗が大きく低下する事が知られている。最大の送り速度Ｖｍ（以下、早送り速度Ｖｍａｘと称す。）において、熱抵抗Ｒの大きさはＲｍｉｎとなる。本実施形態では、送り速度Ｖｍが境界速度Ｖｄｓよりも小さい場合の熱抵抗Ｒの大きさがＲｍａｘであると近似する。また、送り速度Ｖｍが境界速度Ｖｄｓ以上である場合の熱抵抗Ｒが比例定数ａで比例して変化するものとして近似する。
【0062】
以上のように、熱抵抗Ｒは以下の数１２で表される。
数１２において、比例定数ａは以下の数１３で、切片ｂは以下の数１４で表される。
［数１３］
ａ＝（Ｒｍｉｎ－Ｒｍａｘ）／（Ｖｍａｘ－Ｖｄｓ）
［数１４］
ｂ＝Ｒｍａｘ－（Ｒｍｉｎ－Ｒｍａｘ）Ｖｄｓ／（Ｖｍａｘ－Ｖｄｓ）
【数12】
［数１３］
ａ＝（Ｒｍｉｎ－Ｒｍａｘ）／（Ｖｍａｘ－Ｖｄｓ）
［数１４］
ｂ＝Ｒｍａｘ－（Ｒｍｉｎ－Ｒｍａｘ）Ｖｄｓ／（Ｖｍａｘ－Ｖｄｓ）
【0063】
ｉ－１回目の温度Ｔｂ（ｉ－１）が既知であり、数３～数１４に基づき温度変化ΔＴｂが算出されれば、数２により温度Ｔｂ（ｉ）が算出される。ボールねじ４１が初期温度（Ｔｂ（０）＝Ｔａ＝０（Ｋ）と仮定）から温度Ｔｂ（ｉ）まで変化した場合におけるボールねじ４１の伸縮量Ｌｂは、以下の数１５により推定される。
［数１５］
Ｌｂ＝α×Ｔｂ（ｉ）
数１５において、αはボールねじ４１の膨張係数（μｍ／Ｋ）であり、ボールねじ４１の線膨張係数（１／Ｋ）とボールねじ４１の有効長さ（ｍ）との積で算出される。ボールねじ４１の有効長さは、軸受部４３（図２参照）とＡＴＣ原点との間のＺ軸方向の距離である。
［数１５］
Ｌｂ＝α×Ｔｂ（ｉ）
数１５において、αはボールねじ４１の膨張係数（μｍ／Ｋ）であり、ボールねじ４１の線膨張係数（１／Ｋ）とボールねじ４１の有効長さ（ｍ）との積で算出される。ボールねじ４１の有効長さは、軸受部４３（図２参照）とＡＴＣ原点との間のＺ軸方向の距離である。
【0064】
＜伸縮量Ｌｂの推定に必要なパラメータの推定＞
数１５によりボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定するために、数値制御装置３０は、伸縮量Ｌｂの推定に必要なパラメータを推定する。ここで、推定されるパラメータは、係数Ｐｒ、Ｆｃ、熱抵抗Ｒｍａｘ、Ｒｍｉｎ、境界速度Ｖｄｓである。
数１５によりボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定するために、数値制御装置３０は、伸縮量Ｌｂの推定に必要なパラメータを推定する。ここで、推定されるパラメータは、係数Ｐｒ、Ｆｃ、熱抵抗Ｒｍａｘ、Ｒｍｉｎ、境界速度Ｖｄｓである。
【0065】
数値制御装置３０は、パラメータを推定するために、工具交換を複数回行うことで伸縮量Ｌｂを特定する。より詳細に、数値制御装置３０は、工具交換における装着動作の実行毎に回転角度θに応じて変動する外乱力Ｆ（図５（Ａ）参照）を取得することで、微分値ｆ（図５（Ｂ）参照）を算出し、ピーク角度φを決定する。
【0066】
数値制御装置３０は、最新の工具交換において決定したピーク角度φと、基準となるピーク角度φ（以下、基準ピーク角度φｂという。）との差分ρを算出する。本実施形態では、基準ピーク角度φｂは、パラメータ推定における１回目の工具交換において決定したピーク角度φである。
【0067】
ピーク角度φから、板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングでの主軸９の位置が推定される。φｂは１回目に行われた装着動作における板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングでの主軸９の位置を示す。φは最新の装着動作における板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングでの主軸９の位置を示す。即ち、差分ρは、同じタイミングでの１回目の主軸９の位置から最新の主軸９の位置までの変化量を示す。数値制御装置３０は、ピーク角度φの差分ρ（＝φ－φｂ）に基づき、主軸９のＺ軸方向の位置の変化量を算出し、当該変化量をボールねじ４１のＺ軸方向の伸縮量Ｌｂとして特定する。
【0068】
当該特定方法により、工具交換における伸縮量Ｌｂを特定できる。なお、当該特定方法では、工具交換が正常に行われることを前提としており、例えば被削材の加工においては主軸９と工具３との間で切粉が噛み込まれる等の影響で工具交換が正常に行われない可能性があるため当該特定方法では伸縮量Ｌｂを特定できない。そのため、数１５による伸縮量Ｌｂの推定が必要である。
【0069】
パラメータの推定の際、数値制御装置３０は、図７に示す条件テーブル５９に基づき制御する。条件テーブル５９には、７つのブロックが含まれる。条件テーブル５９は、制御指令をブロック毎に定義する。数値制御装置３０は、ブロックＮｏ．１から順に制御指令を実行する。即ちブロックＮｏ．は、各ブロックの処理順序を示す。制御指令には、第一往復指令、第二往復指令、第三往復指令、停止指令、終了指令等が含まれる。
【0070】
制御指令は、Ｚ軸モータ５１の第一駆動条件、第二駆動条件、及び、制御指令を連続して実行する時間が対応付けられる。数値制御装置３０は、各制御指令において、第一駆動条件でＺ軸モータ５１を所定時間（例えば５分）駆動し、所定時間が経過すると第二駆動条件でＺ軸モータ５１を駆動し、再度第一駆動条件でＺ軸モータ５１を所定時間駆動する。数値制御装置３０は、制御指令が示す時間（４時間）の間、第一駆動条件及び第二駆動条件でＺ軸モータ５１を駆動する。
【0071】
第一往復指令では、数値制御装置３０は、第一駆動条件に基づき、所定時間の間、主軸９を送り速度Ｆ５０００（Ｖｍ＝５０００ｍｍ／ｍｉｎ）で加工領域内をＺ軸方向に往復するようにＺ軸モータ５１を駆動する。加工領域は、加工原点よりも下方の領域であり、工作機械１による被削材の加工において主軸９が移動する領域である。第二往復指令、第三往復指令の説明は省略する。停止指令では、数値制御装置３０は、第一駆動条件に基づき、所定時間の間主軸９を加工原点で停止するようにＺ軸モータ５１を停止する。
【0072】
第一往復指令、第二往復指令、第三往復指令、及び停止指令（ブロックＮｏ．１～６）では、数値制御装置３０は、第二駆動条件として工具交換を実行するようにＺ軸モータ５１を駆動する。数値制御装置３０は、工具３の装着動作においてピーク角度φの決定、及び伸縮量Ｌｂの特定を行う。即ち、ブロックＮｏ．１～６では、所定時間毎に伸縮量Ｌｂが特定される。終了指令（ブロックＮｏ．７）は、パラメータの推定を終了する為の指令である。
【0073】
＜パラメータ推定処理＞
図８を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行するパラメータ推定処理を説明する。パラメータ推定処理において、ＣＰＵ３１は、伸縮量Ｌｂの推定に必要なパラメータを推定する。
図８を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行するパラメータ推定処理を説明する。パラメータ推定処理において、ＣＰＵ３１は、伸縮量Ｌｂの推定に必要なパラメータを推定する。
【0074】
作業者は、入力部３７にパラメータ推定指令を入力する。入力部３７は、入力されたパラメータ推定指令を受け付け、ＣＰＵ３１に入力する。ＣＰＵ３１は、パラメータ推定指令が入力された場合、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することによりパラメータ推定処理を開始する。
【0075】
パラメータ推定処理の開始時、主軸９は加工原点に位置する。パラメータ推定処理において用いられる変数Ｋは１以上の整数であり、条件テーブル５９（図７参照）のブロックＮｏ．を示す。変数ＫはＲＡＭ３３に記憶され、パラメータ推定処理が開始される際に値が１である。
【0076】
ＣＰＵ３１は、条件テーブル５９から１ブロックを読み込む（Ｓ１）。ＣＰＵ３１は、読み込んだブロックの制御指令が終了指令であるか否かを判定する（Ｓ２）。ＣＰＵ３１は、読み込んだブロックの制御指令が終了指令でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、計時を開始する（Ｓ３）。ＣＰＵ３１は、読み込んだブロックの制御指令における第一駆動条件処理を実行する（Ｓ４）。ＣＰＵ３１は、Ｓ４において、制御指令の第一駆動条件に基づき、Ｚ軸モータ５１を駆動する。
【0077】
ＣＰＵ３１は、Ｓ３で計時を開始してから制御指令が示す時間（４時間）が経過したか否かを判定する（Ｓ５）。ＣＰＵ３１は、制御指令が示す時間が経過していないと判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、第一駆動条件処理を開始してから所定時間（５分）が経過したか否かを判定する（Ｓ６）。ＣＰＵ３１は、第一駆動条件処理を開始してから所定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ６：ＮＯ）、処理をＳ４に戻す。
【0078】
ＣＰＵ３１は、第一駆動条件処理を開始してから所定時間が経過したと判定した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、第二駆動条件処理（図９参照、後述）を実行する（Ｓ８）。数値制御装置３０は、後述する第二駆動条件処理において、工具交換を実行し、伸縮量Ｌｂを特定する。ＣＰＵ３１は、第二駆動条件処理の終了後、処理をＳ４に戻す。
【0079】
図９、図１０を参照し、パラメータ推定処理で実行される第二駆動条件処理（Ｓ８、図８参照）を説明する。第二駆動条件処理において用いられる変数ｊは１以上の整数であり、工具交換を実行した回数を示す。変数ｊはＲＡＭ３３に記憶され、工作機械１の電源投入後において値が１に設定される。
【0080】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１を正方向に回転し、主軸９の上昇を開始する（Ｓ２１）。ＣＰＵ３１は、エンコーダ７１が検出するＺ軸モータ５１の回転角度θに基づき、主軸９がＡＴＣ原点に到達したか否かを判定する（Ｓ２２）。
【0081】
ＣＰＵ３１は、主軸９がＡＴＣ原点に到達していないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、処理をＳ２２に戻す。ＣＰＵ３１は、主軸９がＡＴＣ原点に到達したと判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ５１の回転を停止し、主軸９の上昇を停止する（Ｓ２３）。
【0082】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１を逆方向に回転し、主軸９の下降を開始する（Ｓ２４）。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆの取得を開始する（Ｓ２５）。ＣＰＵ３１は、Ｓ２５の処理を実行後、周期ｔｍ（＝０．５ｍｓ）でＺ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆを取得する。
【0083】
ＣＰＵ３１は、Ｓ２５の処理で開始したＺ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得したか否かを判定する（Ｓ２６）。ＣＰＵ３１は、回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得していないと判定した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、処理をＳ２６に戻す。ＣＰＵ３１は、Ｓ２５の処理で回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得したと判定した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、取得した回転角度θに基づき、主軸９が加工原点に到達したか否かを判定する（Ｓ２７）。
【0084】
ＣＰＵ３１は、主軸９が加工原点に到達していないと判定した場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２５の処理で取得した回転角度θ及び外乱力Ｆにローパスフィルタによる処理を施す（Ｓ２８）。
【0085】
ＣＰＵ３１は、外乱力Ｆを時間微分して微分値ｆを算出する（Ｓ２９）。ＣＰＵ３１は、回転角度θと微分値ｆとを対応付けてＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ３０）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ２６に戻す。
【0086】
ＣＰＵ３１は、主軸９が加工原点に到達したと判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、Ｓ２５の処理で開始したＺ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆの取得を停止する（Ｓ３１）。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転を停止し、主軸９の下降を停止する（Ｓ３２）。
【0087】
ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に記憶された微分値ｆのうち、最小の微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φｊとして決定する（Ｓ３３）。ＣＰＵ３１は、ピーク角度φｊをＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ３４）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ４１（図１０参照）に移行する。
【0088】
図１０に示すように、ＣＰＵ３１は、Ｓ４１の処理において、ＲＡＭ３３に記憶された変数ｊの値に基づき、実行中の工具交換処理が工作機械１の電源投入後１回目の処理であるか否かを判定する（Ｓ４１）。
【0089】
ＣＰＵ３１は、変数ｊの値が１であり、実行中の工具交換処理が工作機械１の電源投入後１回目の処理であると判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、Ｓ２２で決定したピーク角度φｊを基準ピーク角度φｂとして決定し、ＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ４２）。ＣＰＵ３１は、変数ｊの値に１加算し（Ｓ４６）、処理をパラメータ推定処理に戻す。
【0090】
ＣＰＵ３１は、変数ｊの値が２以上であり、実行中の工具交換処理が工作機械１の電源投入後１回目の処理でないと判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、Ｓ２２で決定したピーク角度φｊとＳ４２で決定した基準ピーク角度φｂとの差分ρ（＝φｊ－φｂ）を算出する（Ｓ４３）。
【0091】
ＣＰＵ３１は、Ｓ４３の処理で算出した差分ρに基づき、ピーク角度φでの主軸９の位置の変化量を算出し、当該変化量をボールねじ４１の伸縮量Ｌｂとして特定する（Ｓ４４）。ＣＰＵ３１は、特定した伸縮量Ｌｂとパラメータ推定処理の実行を開始してからの経過時間とを対応付けて、記憶装置３４に記憶する（Ｓ４５）。ＣＰＵ３１は、変数ｊの値に１加算し（Ｓ４６）、処理をパラメータ推定処理に戻す。
【0092】
図８に示すように、ＣＰＵ３１は、制御指令が示す時間（４時間）が経過したと判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、変数Ｋの値に１を加算し（Ｓ１０）、処理をＳ１に戻す。
【0093】
ＣＰＵ３１は、Ｓ１の処理で読み込んだブロックの制御指令が終了指令である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、パラメータ（係数Ｐｒ、Ｆｃ、熱抵抗Ｒｍａｘ、Ｒｍｉｎ、境界速度Ｖｄｓ）を推定する（Ｓ１１）。
【0094】
パラメータの推定方法について、具体例を挙げて説明する。例えば、Ｓ１１の処理が開始される際、図１１の実線に示すように時間に応じて変動するボールねじ４１の伸縮量Ｌｂが記憶装置３４に記憶されている。ＣＰＵ３１は、Ｓ１１において、Ｓ４４（図１０参照）で特定した伸縮量Ｌｂ（図１１の実線）と、数１５で推定される伸縮量Ｌｂとが近似するように、例えば最急降下法を用いてパラメータを推定する。数１５で伸縮量Ｌｂを推定するために必要なＺ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍは、後述する周期取得処理（図１２参照）において取得される。
【0095】
ＣＰＵ３１は、Ｓ１１の処理で推定したパラメータを記憶装置３４に記憶する（Ｓ１２）。ＣＰＵ３１は、パラメータ推定処理を終了する。
【0096】
＜周期取得処理＞
図１２を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する周期取得処理を説明する。周期取得処理において、ＣＰＵ３１は、数１５で伸縮量Ｌｂを推定するために必要なＺ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍを取得する。トルクＴｍ及び送り速度Ｖｍは、制御周期毎の時系列データを記憶したリストである。ＣＰＵ３１は、工作機械１の電源投入後、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより周期推定処理を開始する。
図１２を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する周期取得処理を説明する。周期取得処理において、ＣＰＵ３１は、数１５で伸縮量Ｌｂを推定するために必要なＺ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍを取得する。トルクＴｍ及び送り速度Ｖｍは、制御周期毎の時系列データを記憶したリストである。ＣＰＵ３１は、工作機械１の電源投入後、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより周期推定処理を開始する。
【0097】
ＣＰＵ３１は、計時を開始する（Ｓ５１）。ＣＰＵ３１は、計時を開始してから周期ｔｍ（＝５ｍｓ）が経過したか否かを判定する（Ｓ５２）。ＣＰＵ３１は、周期ｔｍが経過していないと判定した場合（Ｓ５２：ＮＯ）、処理をＳ５２に戻す。
【0098】
ＣＰＵ３１は、回転角度θ、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍを取得する（Ｓ５３）。ＣＰＵ３１は、Ｓ５３の処理において、Ｚ軸モータ５１の回転角度θをエンコーダ７１から取得する。ＣＰＵ３１は、回転角度θを取得し、駆動回路６１からＺ軸モータ５１の駆動電流を取得することで、トルクＴｍを取得する。ＣＰＵ３１は、回転角度θ及びボールねじ４１のリードから算出される角速度（θ（上付き一つドット））に基づき、送り速度Ｖｍを取得する。
【0099】
ＣＰＵ３１は、Ｓ５１で取得したトルクＴｍ、及び送り速度ＶｍをＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ５４）。ＣＰＵ３１は、計時をリセットして、周期ｔｍの計時を再スタートする（Ｓ５５）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ５２に戻す。ＣＰＵ３１は、周期ｔｍが経過する度にトルクＴｍ、及び送り速度Ｖｍを取得する。
【0100】
パラメータ推定処理でパラメータ（係数Ｐｒ、Ｆｃ、熱抵抗Ｒｍａｘ、Ｒｍｉｎ、境界速度Ｖｄｓ）が推定され、周期取得処理でＺ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び送り速度Ｖｍが取得されるので、数値制御装置３０は、数１５に基づきボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定できる。数値制御装置３０は、後述する伸縮量推定処理を実行することで、伸縮量Ｌｂを推定する。数値制御装置３０は、伸縮量推定処理において、推定周期ｔｓ（３０ｓ）で伸縮量Ｌｂを推定する。推定周期ｔｓは、制御周期（０．５ｍｓ）に対して長い時間で設定される。
【0101】
＜伸縮量推定処理＞
図１３を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する伸縮量推定処理を説明する。作業者は、入力部３７に伸縮量推定指令を入力する。入力部３７は、入力された伸縮量推定指令を受け付け、ＣＰＵ３１に入力する。ＣＰＵ３１は、伸縮量推定指令が入力された場合、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより伸縮量推定処理を開始する。伸縮量推定処理が開始される際、記憶装置３４にはパラメータ推定処理で推定されたパラメータが記憶されている。
図１３を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する伸縮量推定処理を説明する。作業者は、入力部３７に伸縮量推定指令を入力する。入力部３７は、入力された伸縮量推定指令を受け付け、ＣＰＵ３１に入力する。ＣＰＵ３１は、伸縮量推定指令が入力された場合、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより伸縮量推定処理を開始する。伸縮量推定処理が開始される際、記憶装置３４にはパラメータ推定処理で推定されたパラメータが記憶されている。
【0102】
ＣＰＵ３１は、計時を開始する（Ｓ６１）。ＣＰＵ３１は、計時を開始してから推定周期ｔｓ（＝３０ｓ）が経過したか否かを判定する（Ｓ６２）。ＣＰＵ３１は、推定周期ｔｓが経過していないと判定した場合（Ｓ６２：ＮＯ）、処理をＳ６２に戻す。
【0103】
ＣＰＵ３１は、推定周期ｔｓが経過したと判定した場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、Ｚ軸モータ５１の情報として、Ｓ５４（図１１参照）でＲＡＭ３３に記憶したＺ軸モータ５１のトルクＴｍ、主軸９の送り速度Ｖｍ、及びＳ１１（図８参照）で推定されたパラメータを取得する（Ｓ６３）。ＣＰＵ３１は、Ｓ６３で取得したトルクＴｍ、送り速度Ｖｍ、パラメータ、及び数４、数７、数９に基づき、熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを算出する（Ｓ６４）。
【0104】
ＣＰＵ３１は、Ｓ６４の処理で算出した熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａ、及び数１５に基づき、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定する（Ｓ６５）。ＣＰＵ３１は、Ｓ６５の処理で推定した伸縮量ＬｂをＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ６６）。ＣＰＵ３１は、計時をリセットして、推定周期ｔｓの計時を再スタートする（Ｓ６７）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ６２に戻す。ＣＰＵ３１は、推定周期ｔｓが経過する度に伸縮量Ｌｂを推定する。
【0105】
上述の通りピーク角度φは、装着状態に応じて変化する。数値制御装置３０は、装着動作毎でのピーク角度φの変化に基づき、装着状態を判定する。数値制御装置３０は、後述する工具交換処理において、推定した伸縮量Ｌｂに基づきピーク角度φを補正し、装着状態を判定する。
【0106】
＜工具交換処理＞
図１４、図１５を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する工具交換指令を説明する。工具交換指令において、ＣＰＵ３１は、工具交換装置２０による工具３の交換、及び装着動作における装着状態の判定を行う。作業者は、入力部３７に工具交換指令を入力する。入力部３７は、入力された工具交換指令を受け付け、ＣＰＵ３１に入力する。ＣＰＵ３１は、工具交換指令が入力された場合、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより工具交換処理を開始する。
図１４、図１５を参照し、数値制御装置３０のＣＰＵ３１が実行する工具交換指令を説明する。工具交換指令において、ＣＰＵ３１は、工具交換装置２０による工具３の交換、及び装着動作における装着状態の判定を行う。作業者は、入力部３７に工具交換指令を入力する。入力部３７は、入力された工具交換指令を受け付け、ＣＰＵ３１に入力する。ＣＰＵ３１は、工具交換指令が入力された場合、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより工具交換処理を開始する。
【0107】
工具交換処理における、主軸９は加工原点に位置する。工具交換処理における一部の処理は、第二駆動条件処理（図９、図１０参照）と共通する。工具交換処理で実行される処理のうち、第二駆動条件処理と共通する処理については説明を簡略化する。
【0108】
図１４に示すように、ＣＰＵ３１は、主軸９の上昇を開始する（Ｓ７１）。ＣＰＵ３１は、主軸９がＡＴＣ原点に到達したか否かを判定する（Ｓ７２）。ＣＰＵ３１は、主軸９がＡＴＣ原点に到達していないと判定した場合（Ｓ７２：ＮＯ）、処理をＳ２に戻す。ＣＰＵ３１は、主軸９がＡＴＣ原点に到達したと判定した場合（Ｓ７２：ＹＥＳ）、主軸９の上昇を停止する（Ｓ７３）。
【0109】
ＣＰＵ３１は、工具交換により主軸９に対して装着する工具３（第二工具）を示す工具情報を取得する（Ｓ７４）。工具情報には、工具３の装着回数が含まれる。ＣＰＵ３１は、マガジンモータ５５を駆動して工具マガジン２１を回転し、第二工具を把持するグリップアーム２３を工具交換位置に割り出す（Ｓ７５）。
【0110】
ＣＰＵ３１は、主軸９の下降を開始する（Ｓ７６）。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆの取得を開始する（Ｓ７７）。ＣＰＵ３１は、Ｓ７７の処理において、周期取得処理のＳ５４（図１２参照）で記憶されたＺ軸モータ５１のトルクＴｍを取得することで、トルクＴｍに含まれる外乱力Ｆを数１に基づき取得する。
【0111】
ＣＰＵ３１は、Ｓ７７の処理で開始したＺ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得したか否かを判定する（Ｓ７８）。ＣＰＵ３１は、回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得していないと判定した場合（Ｓ７８：ＮＯ）、処理をＳ７８に戻す。ＣＰＵ３１は、Ｓ７７の処理で回転角度θ及び外乱力Ｆを新たに取得したと判定した場合（Ｓ７８：ＹＥＳ）、取得した回転角度θに基づき、主軸９が加工原点に到達したか否かを判定する（Ｓ７９）。
【0112】
ＣＰＵ３１は、主軸９が加工原点に到達していないと判定した場合（Ｓ７９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ７７の処理で取得した回転角度θ及び外乱力Ｆにローパスフィルタによる処理を施す（Ｓ８０）。
【0113】
ＣＰＵ３１は、外乱力Ｆを時間微分して微分値ｆを算出する（Ｓ８１）。ＣＰＵ３１は、回転角度θと微分値ｆとを対応付けてＲＡＭ３３に記憶する（Ｓ８２）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ７８に戻す。
【0114】
ＣＰＵ３１は、主軸９が加工原点に到達したと判定した場合（Ｓ７９：ＹＥＳ）、Ｓ７７の処理で開始したＺ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆの取得を停止する（Ｓ８３）。ＣＰＵ３１は、主軸９の下降を停止する（Ｓ８４）。ＣＰＵ３１は、処理をＳ９１（図１５参照）に移行する。
【0115】
図１５に示すように、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に記憶された微分値ｆのうち、最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φｔとして決定する（Ｓ９１）。ＣＰＵ３１は、伸縮量推定処理で推定され、ＲＡＭ３３に記憶されたボールねじ４１の伸縮量Ｌｂのうち、最新の伸縮量Ｌｂ１と、伸縮量Ｌｂ１の一つ前に記憶された伸縮量Ｌｂ２を取得する（Ｓ９２）。ＣＰＵ３１は、伸縮量Ｌｂ１と伸縮量Ｌｂ２との差分ΔＬｂ（＝Ｌｂ１－Ｌｂ２）を算出する（Ｓ９３）
【0116】
ＣＰＵ３１は、Ｓ９３で算出した差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘ以下であるか否かを判定する（Ｓ９４）。ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂの変化量である差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘよりも大きい場合、伸縮量Ｌｂ２を推定した際の工具交換処理から今回実行中の工具交換処理の間にボールねじ４１が大きく伸縮しているので、その間に行われた被削材の加工において、主軸９の位置を精度よく制御できていない虞がある。ＣＰＵ３１は、差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘよりも大きいと判定した場合（Ｓ９４：ＮＯ）、報知処理を実行する（Ｓ１０３）。ＣＰＵ３１は、Ｓ１０３の処理において報知処理として、表示部３８によりエラー報知を行う。ＣＰＵ３１は、工具交換処理を終了する。
【0117】
ＣＰＵ３１は、差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘ以下であると判定した場合（Ｓ９４：ＹＥＳ）、Ｓ９１の処理で決定したピーク角度φｔを、Ｓ９２の処理で取得した伸縮量Ｌｂ１に基づき補正し、補正後のピーク角度φｄを決定する（Ｓ９５）。ＣＰＵ３１は、Ｓ９５の処理において、Ｓ４４の処理で行われた差分ρからの伸縮量Ｌｂの算出に対して逆算することで、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂ１からピーク角度φの差分ρを算出する。ＣＰＵ３１は、ピーク角度φｔを算出した差分ρにより減算することで補正後のピーク角度φｄとして決定する。ＣＰＵ３１は、Ｓ９５の処理で決定した補正後のピーク角度φｄと、Ｓ７４の処理で取得した工具３の装着回数とを対応付けて、記憶装置３４に記憶する（Ｓ９６）。
【0118】
ＣＰＵ３１は、主軸９が下降する際に、工具交換位置に工具３があるか否かを判定する（Ｓ９７）。ＣＰＵ３１は、工具交換位置に工具３がないと判定した場合（Ｓ９７：ＮＯ）、報知処理を実行し（Ｓ１０３）、工具交換処理を終了する。ＣＰＵ３１は、工具交換位置に工具３があると判定した場合（Ｓ９７：ＹＥＳ）、処理をＳ９８に移行する。
【0119】
ＣＰＵ３１は、Ｓ９６の処理で記憶装置３４に記憶した補正後のピーク角度φｄのうち対象ピーク角度（記憶された補正後のピーク角度φｄのうち、第一ピーク角度φｄ１と不完全装着状態となった場合のピーク角度φｄを除いたピーク角度）の数が所定数以上か否かを判定する（Ｓ９８）。ＣＰＵ３１は、対象ピーク角度の数が所定数未満であると判定した場合（Ｓ９８：ＮＯ）、工具交換処理を終了する。
【0120】
ＣＰＵ３１は、対象ピーク角度の数が所定数以上であると判定した場合（Ｓ９８：ＹＥＳ）、統計処理を実行する（Ｓ９９）。ＣＰＵ３１は、Ｓ９９の処理において、記憶装置３４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。ＣＰＵ３１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。ＣＰＵ３１は、Ｓ９９の処理で算出した平均値μ及び標準偏差σに基づき、μ＋６σを判定閾値φｍａｘとして決定する（Ｓ１００）。
【0121】
ＣＰＵ３１は、Ｓ９６の処理で記憶装置３４に記憶したピーク角度φｄのうち、第一ピーク角度φｄ１が、Ｓ１００の処理で決定した判定閾値φｍａｘ以下であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ３１は、第一ピーク角度φｄ１が判定閾値φｍａｘよりも大きいと判定した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、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。この場合、ＣＰＵ３１は、記憶装置３４に記憶した第一ピーク角度φｄ１を削除する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ３１は、報知処理を実行し（Ｓ１０３）、工具交換処理を終了する。
【0122】
ＣＰＵ３１は、第一ピーク角度φｄ１が判定閾値φｍａｘ以下であると判定した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、装着動作後の装着状態が完全装着状態であると判定する。この場合、ＣＰＵ３１は工具交換処理を終了する。
【0123】
＜本実施形態の作用、効果＞
以上説明したように、ボールねじ４１は、外部からの加熱、及び外部への放熱により温度Ｔｂが変化する。温度変化ΔＴｂが生じると、Ｚ軸方向においてボールねじ４１は伸縮する。ボールねじ４１が伸縮すると、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂに応じてピーク角度φが変化する。ピーク角度φによる装着状態の判定において、ボールねじ４１の伸縮に起因するピーク角度φの変動と、不完全装着状態に起因するピーク角度φの変動とを切り分けるのは困難である。
以上説明したように、ボールねじ４１は、外部からの加熱、及び外部への放熱により温度Ｔｂが変化する。温度変化ΔＴｂが生じると、Ｚ軸方向においてボールねじ４１は伸縮する。ボールねじ４１が伸縮すると、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂに応じてピーク角度φが変化する。ピーク角度φによる装着状態の判定において、ボールねじ４１の伸縮に起因するピーク角度φの変動と、不完全装着状態に起因するピーク角度φの変動とを切り分けるのは困難である。
【0124】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定する（Ｓ６５）。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の外乱力Ｆの取得する（Ｓ７７）。ＣＰＵ３１は、Ｓ７７の処理において、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍを取得することで、トルクＴｍに含まれる外乱力Ｆを取得する。ＣＰＵ３１は、Ｓ６５の処理で推定したボールねじ４１の伸縮量Ｌｂ、及び外乱力Ｆの時間微分である微分値ｆの変動により決定されるピーク角度φに基づき、装着状態を判定する（Ｓ１０１）。このように、数値制御装置３０は、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定する。数値制御装置３０は、推定した伸縮量Ｌｂ、及びＺ軸モータ５１のトルクＴｍに基づき、主軸９に対する工具３の装着状態を判定する。数値制御装置３０は、装着状態の判定において伸縮量Ｌｂを勘案するので、装着状態を精度よく判定できる。
【0125】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の情報（Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、主軸９の送り速度Ｖｍ）を取得する（Ｓ６３）。ＣＰＵ３１は、取得したトルクＴｍ、送り速度Ｖｍに基づき、熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを算出する（Ｓ６４）。ＣＰＵ３１は、算出した熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａ、及び数１５に基づき、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定する（Ｓ６５）。数値制御装置３０は、ボールねじ４１の熱の出入りに起因するＺ軸モータ５１の情報を取得し、取得した情報に基づき熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを算出することで、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂを推定する。よって、数値制御装置３０は、伸縮量Ｌｂを精度よく推定できる。
【0126】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の情報として、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、主軸９の送り速度Ｖｍを取得する（Ｓ６３）。ＣＰＵ３１は、角速度（θ（上付き一つドット））を取得することで、送り速度Ｖｍを取得する。数値制御装置３０は、取得したトルクＴｍ及び送り速度Ｖｍに基づき、ボールねじ４１を出入りする熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを精度よく算出できる。
【0127】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転角度θ及び外乱力Ｆの取得する（Ｓ７７）。ＣＰＵ３１は、外乱力Ｆを時間微分して微分値ｆを算出する（Ｓ８０）。ＣＰＵ３１は、算出した微分値ｆのうち、最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φｔとして決定する（Ｓ９１）。ＣＰＵ３１は、決定したピーク角度φｔを伸縮量Ｌｂ１に基づき補正し、補正後のピーク角度φｄを決定する（Ｓ９５）。ＣＰＵ３１は、補正後のピーク角度φｄのうち第一ピーク角度φｄ１が判定閾値φｍａｘ以下であるか否かを判定することで、装着状態を判定する（Ｓ１０１）。数値制御装置３０は、ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂ１に基づきピーク角度φを補正した補正後のピーク角度φｄにより、装着状態を判定する。これにより、ピーク角度φｄから推定される主軸９の位置と、実際の主軸９の位置のずれが抑制されるので、数値制御装置３０は、主軸９に対する工具３の装着状態を精度よく判定できる。
【0128】
ＣＰＵ３１は、補正後のピーク角度φｄと、工具３の装着回数とを対応付けて、記憶装置３４に記憶する（Ｓ９６）。ＣＰＵ３１は、記憶装置３４に記憶した所定数分の対象ピーク角度を取得し、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（Ｓ９９）。ＣＰＵ３１は、第一ピーク角度φｄ１が判定閾値φｍａｘ（＝μ＋６σ）以下であるか否かを判定することで、装着状態を判定する（Ｓ１０１）。数値制御装置３０は、記憶装置３４に記憶した補正後のピーク角度φｄのうち所定数分の対象ピーク角度に基づく統計値（平均μ、標準偏差σ）に基づき、装着状態を判定する。これにより、数値制御装置３０は、補正後のピーク角度φｄを決定する際におけるばらつきの影響を排して、装着状態を精度よく判定できる。
【0129】
ＣＰＵ３１は、伸縮量Ｌｂ１と伸縮量Ｌｂ２との差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘ以下であるか否かを判定する（Ｓ９４）。ＣＰＵ３１は、差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘ以下であると判定した場合（Ｓ９４：ＹＥＳ）、第一ピーク角度φｄ１が判定閾値φｍａｘ以下であるか判定することで（Ｓ１０１）、装着状態を判定する。ＣＰＵ３１は、差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘよりも大きいと判定した場合（Ｓ９４：ＮＯ）、装着状態を判定することなく、工具交換処理を終了する。ボールねじ４１の伸縮量Ｌｂの変化量である差分ΔＬｂが閾値ΔＬｂｍａｘよりも大きい場合、伸縮量Ｌｂが精度よく推定されていない虞がある。数値制御装置３０は、伸縮量Ｌｂの差分ΔＬｂの大きさを判定することで、伸縮量Ｌｂが精度よく推定されていないことによる装着状態の誤判定を抑制できる。
【0130】
ＣＰＵ３１は、伸縮量推定処理において推定周期ｔｓ毎に伸縮量Ｌｂを推定する。推定周期ｔｓ（＝３０ｓ）が制御周期（＝０．５ｍｓ）に対して十分長いので、数値制御装置３０は、少ない計算量で伸縮量Ｌｂを精度よく推定できる。
【0131】
ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍ及び回転角度θを周期ｔｍ毎に繰り返し取得する（Ｓ５３）。周期ｔｍは、数値制御装置３０における制御周期のうちで最も短い時間である。数値制御装置３０は、トルクＴｍを取得可能な最小単位である制御周期毎にトルクＴｍを取得する。数値制御装置３０は、取得したトルクＴｍに含まれる外乱力Ｆに基づきピーク角度φを決定し、装着状態を判定する。トルクＴｍを取得する間隔が制御周期毎であるので、数値制御装置３０は、ピーク角度φをより正確に決定でき、装着状態を精度よく判定できる。
【0132】
＜変形例＞
本発明は上記実施形態から種々変更できる。以下説明する各種変形例は、矛盾が生じない限り夫々組み合わせ可能である。例えば、数値制御装置３０は工作機械１に設けられる場合に限らず、工作機械１とは別体に設けられてもよい。例えば数値制御装置３０は、工作機械１に接続した装置（ＰＣ、専用機等）でもよい。工具交換装置２０は、タレット式に限らず、例えばアーム式でもよい。
本発明は上記実施形態から種々変更できる。以下説明する各種変形例は、矛盾が生じない限り夫々組み合わせ可能である。例えば、数値制御装置３０は工作機械１に設けられる場合に限らず、工作機械１とは別体に設けられてもよい。例えば数値制御装置３０は、工作機械１に接続した装置（ＰＣ、専用機等）でもよい。工具交換装置２０は、タレット式に限らず、例えばアーム式でもよい。
【0133】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、外乱力Ｆではなく、Ｓ５４の処理でＲＡＭ３３に記憶されたＺ軸モータ５１のトルクＴｍを取得し、トルクＴｍの変動に基づき、ピーク角度φを決定してもよい。この場合、ＣＰＵ３１は、外乱力Ｆを取得した場合と同様に、トルクＴｍを時間微分する。ＣＰＵ３１は、トルクＴｍの微分値のうち、最小を示すトルクＴｍの微分値に対応する回転角度θをピーク角度φとして決定する。ＣＰＵ３１は、決定したピーク角度φを伸縮量Ｌｂに基づき補正し、装着状態を判定する。このように、数値制御装置３０は、トルクＴｍの変動に基づき、装着状態を判定できる。
【0134】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、工具３の装着状態として、装着部１５と装着穴９２との間に異物が付着したまま工具３が装着された不完全装着状態以外の装着状態を判定してもよい。ＣＰＵ３１は、例えば装着状態として工具劣化状態を判定してもよい。工具劣化状態は、例えば、工具３が繰り返し装着されたことにより、プルスタッド１７の装着部１５との接続部分が内側に凹んだ状態である。工具劣化状態において装着動作において把持部８５がプルスタッド１７を引っ張り上げて把持する位置は、完全装着状態より下方になる。従って、装着状態が工具劣化状態である場合、外乱力Ｆの時間微分である微分値ｆが最小をピーク角度φは、装着状態が完全装着状態である場合と比較して下方に変動する。ＣＰＵ３１は、例えばμ－６σを判定の閾値として第一ピーク角度φｄ１が、Ｓ１００の処理で決定した閾値（＝μ－６σ）以上であるか否かを判定することで、装着状態が完全装着状態又は工具劣化状態の何れであるかを判定してもよい。
【0135】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを算出せずに伸縮量Ｌｂを推定してもよい。数値制御装置３０は、例えば温度センサによりボールねじ４１の温度変化を検出し、温度変化に基づき伸縮量Ｌｂを推定してもよい。数値制御装置３０は、例えば変位センサによりボールねじ４１の上端部における所定の位置の変化を検出し、上端部における所定の位置の変化に基づき伸縮量Ｌｂを推定してもよい。
【0136】
伸縮量Ｌｂを推定するための数理モデルは一例であり、適宜変更してもよい。数値制御装置３０は、熱量Ｑｆ、Ｑｍ、Ｑｂａの全てを算出しなくてもよい。数値制御装置３０は、例えば熱量Ｑｆを算出せず、算出した熱量Ｑｍ、Ｑｂａに基づき伸縮量Ｌｂを推定してもよい。数値制御装置３０は、ボールねじ４１をＺ軸方向において複数に分割した区間の夫々の熱量Ｑｍ、Ｑｆ、Ｑｂａを算出し、伸縮量Ｌｂを推定してもよい。
【0137】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、Ｓ６３の処理において、Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、送り速度Ｖｍと異なるＺ軸モータ５１の情報を取得してもよい。ＣＰＵ３１は、Ｓ６３の処理において、例えばＺ軸モータ５１の温度を検出するセンサからＺ軸モータ５１の温度を取得してもよい。
【0138】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、回転角度θ及び外乱力Ｆを補間（オーバーサンプリング）した補間角度及び補間外乱力を生成して分解能を高めてもよい。この場合、ＣＰＵ３１は、補間外乱力を時間微分した微分値と補間角度とに基づきピーク角度φを決定することで、ピーク角度φを板カム４７がカムフォロア４９から離隔するタイミングにおける回転角度θとより近似させることができる。
【0139】
数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、装着動作における微分値ｆが最大を示す場合の回転角度θをピーク角度φとして決定してもよい。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸モータ５１の回転角度θに基づき推定される主軸９のＺ軸方向の位置により、装着状態を判定してもよい。この場合、ＣＰＵ３１は、微分値ｆのうち最小を示す微分値ｆに対応するピーク位置を、推定した伸縮量Ｌｂにより補正し、装着状態を判定する。
【0140】
ピーク角度φｔの補正は、伸縮量Ｌｂに基づいて補正されればよく、補正後のピーク角度φｄの決定方法は上記実施形態に限定されない。例えば、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に記憶された伸縮量Ｌｂのうち所定数の伸縮量Ｌｂを抽出し、抽出した伸縮量Ｌｂの平均からピーク角度φの差分ρを算出し、ピーク角度φｔから当該差分ρを減算することで、補正後のピーク角度φｄを決定してもよい。上記実施形態において、伸縮量Ｌｂからピーク角度φの差分ρを算出し、ピーク角度φｔを差分ρに基づき補正した。これに対し、ＣＰＵ３１は、ピーク角度φｔから主軸９のＺ軸方向の位置を推定し、推定した主軸９のＺ軸方向の位置を伸縮量Ｌｂにより補正し、補正した主軸９のＺ軸方向の位置から補正後のピーク角度φｄを決定してもよい。ＣＰＵ３１は、工具３ごとにピーク角度φｔを記憶装置３４に記憶し、工具３ごとのピーク角度φｔの平均から伸縮量Ｌｂ１を減算することで、工具３ごとの補正後のピーク角度φｄを決定してもよい。
【0141】
上記実施形態において、数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、補正後のピーク角度φｄと、工具３の装着回数とを対応付けて、記憶装置３４に記憶した。これに対し、ＣＰＵ３１は、一例として工具３の使用時間と、補正後のピーク角度φｄとを対応付けて記憶装置３４に記憶してもよい。
【0142】
数値制御装置３０は、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抽出し、抽出した所定数のピーク角度φｄ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。数値制御装置３０は、例えば抽出した所定数のピーク角度φｄの中央値を統計値として算出してもよい。
【0143】
判定閾値φｍａｘの大きさは、μ＋６σに限定されず、適宜変更してもよい。判定閾値φｍａｘは、所定数の対象ピーク角度を統計処理して決定された値ではなく、記憶装置３４に記憶された所定値でもよい。
【0144】
伸縮量Ｌｂの変化量として算出される差分ΔＬｂは、Ｌｂ１－Ｌｂ２以外の値でもよい。例えば、差分ΔＬｂは、ＲＡＭ３３に記憶されたボールねじ４１の伸縮量Ｌｂのうち、最新の伸縮量Ｌｂ１と、最古に記憶された伸縮量Ｌ１との差分であってもよい。
【0145】
伸縮量推定処理において、伸縮量Ｌｂを推定する推定周期ｔｓの大きさは適宜変更してもよい。推定周期ｔｓは、例えば制御周期（０．５ｍｓ）であってもよい。
【0146】
Ｚ軸モータ５１のトルクＴｍ、及び主軸９の送り速度Ｖｍを取得する周期ｔｍの大きさは適宜変更してもよい。周期ｔｍは、制御周期（０．５ｍｓ）よりも大きくてもよい。
【0147】
上記実施形態において、数値制御装置３０は、外乱力Ｆの取得方法を適宜変形してもよい。例えば、数値制御装置３０は、数１に代わり、トルクＴｍと慣性力の差分を外乱力Ｆとして取得してもよい。
【0148】
数値制御装置３０は、回転角度θ及び外乱力Ｆにローパスフィルタによる処理を施さなくてもよい。この場合、Ｓ２８、Ｓ８０の処理を省略してもよい。数値制御装置３０は、回転角度θ及び外乱力Ｆにハイパスフィルタ、バンドパスフィルタによる処理を施してもよい。
【0149】
数値制御装置３０は、パラメータ推定処理において、工具３の工具交換において生じる外乱力Ｆ以外の外乱力Ｆを使って伸縮量Ｌｂを特定しても良い。例えば、Ｘ軸モータ５３を回転させてテーブル１３をモータの反対側に移動させ、ストローク端に押し当てることで生じる外乱力Ｆによって伸縮量Ｌｂを特定しても良い。
【0150】
Ｚ軸移動機構８の構成は適宜変更してもよい。Ｚ軸移動機構８は、ボールねじ４１の代わりに、Ｚ軸モータ５１の回転によって主軸９を移動する構成を有してもよい。Ｚ軸移動機構８は、ボールねじ４１に代わり、例えばＺ軸方向に延びるすべりねじ、Ｚ軸方向に歯が形成されたスプライン軸を有してもよい。この場合、すべりねじ、スプライン軸は、本発明の「送り軸」の一例である。
【0151】
上記実施形態において、トルクＴｍに含まれる外乱力Ｆの微分値ｆを特徴量として、ピーク角度φが決定されたが、ピーク角度φを決定するための特徴量は適宜変更してもよい。数値制御装置３０は、例えば外乱力Ｆを微分せず、時間により変動する外乱力Ｆ（トルクＴｍ）を特徴量としてピーク角度φを決定してもよい。この場合、数値制御装置３０は、外乱力Ｆのうち、最大又は最小の何れか一方を示す外乱力Ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとして決定してもよい。
【0152】
数値制御装置３０は、時間により変動するトルクＴｍを特徴量としてピーク角度φを決定してもよい。この場合、数値制御装置３０は、トルクＴｍのうち、最大又は最小の何れか一方を示すトルクＴｍに対応する回転角度θをピーク角度φとして決定してもよい。
【0153】
数値制御装置３０は、外乱力Ｆ（トルクＴｍ）を二乗した値、外乱力Ｆ（トルクＴｍ）を二階微分した値、所定時間内の外乱力Ｆ（トルクＴｍ）を平均した値等を特徴量としてピーク角度φを決定してもよい。
【0154】
数値制御装置３０は、装着動作において、最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとしなくてもよい。数値制御装置３０は、装着動作において、最大を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとしてもよい。数値制御装置３０は、脱離動作において、最大を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとしてもよい。数値制御装置３０は、脱離動作において、最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとしてもよい。
【0155】
数値制御装置３０は、微分値ｆのうち最大又は最小の何れか一方を示す微分値ｆに対応する回転角度θをピーク角度φとして決定しなくてもよい。数値制御装置３０は、例えば最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θから所定の角度θ１だけずれた回転角度（θ―θ１）をピーク角度φとして決定してもよい。数値制御装置３０は、例えば最小を示す微分値ｆに対応する回転角度θに所定の係数βを乗算した回転角度（βθ）をピーク角度φとして決定してもよい。
【0156】
＜その他＞
上記実施形態において、Ｚ軸方向は、本発明の「所定方向」の一例である。ボールねじ４１は、本発明の「送り軸」の一例である。Ｚ軸モータ５１は、本発明の「モータ」の一例である。伸縮量推定処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「推定部」の一例である。Ｓ７７の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第一取得部」の一例である。Ｓ１０１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「判定部」「補正判定部」「統計判定部」の一例である。Ｓ６３の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第二取得部」の一例である。Ｓ６４の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「算出部」の一例である。角速度は、本発明の「回転速度」の一例である。Ｓ８１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「微分部」の一例である。Ｓ９１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「決定部」の一例である。ピーク角度φｄは、本発明の「補正ピーク角度」の一例である。Ｓ９５の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第二決定部」の一例である。Ｓ９６の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「記憶部」の一例である。Ｓ９９の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「統計処理部」の一例である。差分ΔＬｂは、本発明の「差分」の一例である。閾値ΔＬｂｍａｘは、本発明の「閾値」の一例である。周期ｔｍは、本発明の「制御周期」の一例である。伸縮量推定処理は、本発明の「推定工程」の一例である。Ｓ７７の処理は、本発明の「第一取得工程」の一例である。Ｓ１０１の処理は、本発明の「判定工程」の一例である。
上記実施形態において、Ｚ軸方向は、本発明の「所定方向」の一例である。ボールねじ４１は、本発明の「送り軸」の一例である。Ｚ軸モータ５１は、本発明の「モータ」の一例である。伸縮量推定処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「推定部」の一例である。Ｓ７７の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第一取得部」の一例である。Ｓ１０１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「判定部」「補正判定部」「統計判定部」の一例である。Ｓ６３の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第二取得部」の一例である。Ｓ６４の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「算出部」の一例である。角速度は、本発明の「回転速度」の一例である。Ｓ８１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「微分部」の一例である。Ｓ９１の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「決定部」の一例である。ピーク角度φｄは、本発明の「補正ピーク角度」の一例である。Ｓ９５の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「第二決定部」の一例である。Ｓ９６の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「記憶部」の一例である。Ｓ９９の処理を実行するＣＰＵ３１は、本発明の「統計処理部」の一例である。差分ΔＬｂは、本発明の「差分」の一例である。閾値ΔＬｂｍａｘは、本発明の「閾値」の一例である。周期ｔｍは、本発明の「制御周期」の一例である。伸縮量推定処理は、本発明の「推定工程」の一例である。Ｓ７７の処理は、本発明の「第一取得工程」の一例である。Ｓ１０１の処理は、本発明の「判定工程」の一例である。
【符号の説明】
【0157】
１ 工作機械
３ 工具
９ 主軸
２０ 工具交換装置
３０ 数値制御装置
３１ ＣＰＵ
４１ ボールねじ
５１ Ｚ軸モータ
３ 工具
９ 主軸
２０ 工具交換装置
３０ 数値制御装置
３１ ＣＰＵ
４１ ボールねじ
５１ Ｚ軸モータ
【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】