特許 7281264 工作機械及びその作動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-17

(45)【発行日】2023-05-25

(54)【発明の名称】工作機械及びその作動方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20230518BHJP

   B23B 31/00 20060101ALI20230518BHJP

   B23Q 17/12 20060101ALI20230518BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/00 B

B23B31/00 D

B23Q17/12

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2018185858

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020055051

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100154003

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 仁志

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 宏顕

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－００６５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８０１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１４７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２００５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２５９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８７０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０８６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公平０８－０３２３９２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ３１／００－３３／００

Ｂ２３Ｑ ５／００－５／５８

Ｂ２３Ｑ １７／００－２３／００

Ｇ０５Ｂ １９／１８－１９／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク又は工具を装着するために締結動作可能なクランプと、
前記クランプの締結動作を制御する制御部と、
前記クランプを有するとともに前記ワーク又は工具の装着状態で回転可能な主軸と、
前記クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始し、その測定は前記主軸の非回転時に行う、前記クランプの振動、又は前記クランプの締結動作を生じさせるクランプ用アクチュエータの負荷、に関連する所定のデータに基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知する検知部と、
を備える、工作機械。

【請求項2】

前記所定のデータの測定は、前記クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで終了することを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記所定のデータは、前記クランプの振動に関連することを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記検知部は、前記クランプの振動を測定する振動センサを有することを特徴とする、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記振動センサは、前記主軸に配置される加速度センサであることを特徴とする、
請求項４に記載の工作機械。

【請求項6】

前記検知部は、
データを記憶する記憶部と、
前記記憶部が記憶する前記データに含まれる前記所定のデータに基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする、
請求項１～５のいずれか一項に記載の工作機械。

【請求項7】

前記検知部は、時間領域の前記所定のデータ内の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の工作機械。

【請求項8】

前記検知部は、時間領域の前記所定のデータを高速フーリエ変換処理して得た周波数領域の前記所定のデータ内の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の工作機械。

【請求項9】

前記検知部は、前記周波数領域の前記所定のデータにおける所定の周波数帯域の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項８に記載の工作機械。

【請求項10】

前記検知部が検知した前記クランプの締結動作に伴う異常を報知する報知部を備えることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の工作機械。

【請求項11】

ワーク又は工具を装着するためのクランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始し、その測定は、前記クランプを有するとともに前記ワーク又は工具の装着状態で回転可能な主軸の非回転時に行う、前記クランプの振動、又は前記クランプの締結動作を生じさせるクランプ用アクチュエータの負荷、に関連する所定のデータに基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知するクランプ異常検知ステップを備える、工作機械の作動方法。

【請求項12】

前記所定のデータの測定は、前記クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで終了することを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械の作動方法。

【請求項13】

前記所定のデータは、前記クランプの振動に関連することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の工作機械の作動方法。

【請求項14】

前記クランプ異常検知ステップにおいて、振動センサによって前記クランプの振動を測定することを特徴とする、請求項１３に記載の工作機械の作動方法。

【請求項15】

前記クランプ異常検知ステップにおいて、前記主軸に配置される加速度センサによって前記クランプの振動を測定することを特徴とする、請求項１４に記載の工作機械の作動方法。

【請求項16】

前記クランプ異常検知ステップは、
データを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記データに含まれる前記所定のデータに基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常の有無を判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする、
請求項１１～１５のいずれか一項に記載の工作機械の作動方法。

【請求項17】

前記クランプ異常検知ステップにおいて、時間領域の前記所定のデータ内の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項１１～１６のいずれか一項に記載の工作機械の作動方法。

【請求項18】

前記クランプ異常検知ステップにおいて、時間領域の前記所定のデータを高速フーリエ変換処理して得た周波数領域の前記所定のデータ内の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項１１～１６のいずれか一項に記載の工作機械の作動方法。

【請求項19】

前記クランプ異常検知ステップにおいて、周波数領域の前記所定のデータにおける所定の周波数帯域の強度に基づいて、前記クランプの締結動作に伴う異常を検知することを特徴とする、請求項１８に記載の工作機械の作動方法。

【請求項20】

前記クランプ異常検知ステップで検知した前記クランプの締結動作に伴う異常を報知するクランプ異常報知ステップを備えることを特徴とする、請求項１１～１９のいずれか一項に記載の工作機械の作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械及びその作動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＣフライス盤、マシニングセンタ等の、ワーク（被加工物）を工具で加工する工作機械が知られている。このような工作機械は、ワーク又は工具を装着するために締結動作可能なクランプを有する場合や、クランプ等によってワーク又は工具を装着した状態で回転可能な主軸を有する場合がある。このようなワーク又は工具の装着部に、切屑の噛み込み等の異常がある場合には、ワークの加工精度に悪影響を及ぼしかねない。

【0003】

このような問題に対処する従来技術としては、例えば特許文献１～３に記載されるようなものが知られている。特許文献１には、工具とクランプとの間に圧縮空気を流してその流量又は圧力の変化を測定することで、切屑の噛み込みを検知するように構成された工作機械が記載されている。特許文献２、３には、それぞれ、主軸の回転時に振動センサによって測定された主軸の振動の時間領域データをＦＦＴ処理して周波数領域データを得るとともに、当該周波数領域データに基づいて、主軸の回転に伴う振れを検知するように構成された工作機械が記載されている。特許文献３には、そのような検知を、周波数領域データにおける所定の周波数帯域の強度に基づいて行う点も記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－２２６５４１号公報

【文献】特開２００９－１１３１６０号公報

【文献】特開２００５－７４５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１～３に記載されるような従来技術よりも効果的に、ワーク又は工具の装着部での異常を検知することができれば望ましい。

【0006】

本開示の目的は、ワーク又は工具の装着部での異常を効果的に検知することができる工作機械及びその作動方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

幾つかの実施形態に係る工作機械は、ワーク又は工具を装着するために締結動作可能なクランプと、クランプの締結動作を制御する制御部と、クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始するクランプの振動又は負荷に関連する所定のデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知する検知部と、を備える。このような構成によれば、クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0008】

一実施形態において、所定のデータは、クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を終了してもよい。このような構成によれば、定量化されたデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0009】

一実施形態において、所定のデータは、クランプの振動に関連してもよい。このような構成によれば、クランプの振動に関連するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0010】

一実施形態において、検知部は、クランプの振動を測定する振動センサを有してもよい。このような構成によれば、振動センサで測定したクランプの振動に関連するデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0011】

一実施形態において、工作機械は、クランプを有するとともにワーク又は工具の装着状態で回転可能な主軸を備えてもよく、振動センサは、主軸に配置される加速度センサであってもよい。このような構成によれば、簡素な構成で精度良く、クランプの締結動作に伴う異常を検知することができる。

【0012】

一実施形態において、検知部は、データを記憶する記憶部と、記憶部が記憶するデータに含まれる所定のデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常の有無を判定する判定部と、を備えてもよい。このような構成によれば、記憶部が記憶するデータに含まれる、例えばクランプの締結動作より前の、適切なタイミングで開始するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0013】

一実施形態において、検知部は、時間領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、時間領域のデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を簡便に精度良く検知することができる。

【0014】

一実施形態において、検知部は、時間領域の所定のデータを高速フーリエ変換処理して得た周波数領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、周波数領域のデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0015】

一実施形態において、検知部は、周波数領域の所定のデータにおける所定の周波数帯域の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、所定の周波数帯域の強度に基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0016】

一実施形態において、工作機械は、検知部が検知したクランプの締結動作に伴う異常を報知する報知部を備えてもよい。このような構成によれば、クランプの締結動作に伴う異常を報知し、対処を促すことができる。

【0017】

幾つかの実施形態に係る工作機械の作動方法は、ワーク又は工具を装着するためのクランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始するクランプの振動又は負荷に関連する所定のデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知するクランプ異常検知ステップを備える。このような構成によれば、クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を開始するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0018】

一実施形態において、所定のデータは、クランプの締結動作と同期した所定のタイミングで測定を終了してもよい。このような構成によれば、定量化されたデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0019】

一実施形態において、所定のデータは、クランプの振動に関連してもよい。このような構成によれば、クランプの振動に関連するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0020】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップでは、振動センサによってクランプの振動を測定してもよい。このような構成によれば、振動センサで測定したクランプの振動に関連するデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0021】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップでは、クランプを有するとともにワーク又は工具の装着状態で回転可能な主軸に配置される加速度センサによってクランプの振動を測定してもよい。このような構成によれば、簡素な構成で精度良く、クランプの締結動作に伴う異常を検知することができる。

【0022】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップは、データを記憶する記憶ステップと、記憶ステップで記憶されたデータに含まれる所定のデータに基づいて、クランプの締結動作に伴う異常の有無を判定する判定ステップと、を備えてもよい。このような構成によれば、記憶したデータに含まれる、例えばクランプの締結動作より前の、適切なタイミングで開始するデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0023】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップでは、時間領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、時間領域のデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を簡便に精度良く検知することができる。

【0024】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップでは、時間領域の所定のデータを高速フーリエ変換処理して得た周波数領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、周波数領域のデータに基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0025】

一実施形態において、クランプ異常検知ステップでは、周波数領域の所定のデータにおける所定の周波数帯域の強度に基づいて、クランプの締結動作に伴う異常を検知してもよい。このような構成によれば、所定の周波数帯域の強度に基づくことで、クランプの締結動作に伴う異常を精度良く検知することができる。

【0026】

一実施形態において、工作機械の作動方法は、クランプ異常検知ステップで検知したクランプの締結動作に伴う異常を報知するクランプ異常報知ステップを備えてもよい。このような構成によれば、クランプの締結動作に伴う異常を報知し、対処を促すことができる。

【発明の効果】

【0027】

本開示によれば、ワーク又は工具の装着部での異常を効果的に検知することができる工作機械及びその作動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係る工作機械を示す模式図である。

【図2】図１に示す工作機械の主軸の周辺部をより詳細に示す模式図である。

【図3A】クランプの締結動作に伴う異常がない場合の、クランプの振動に関する時間領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図3B】図３Ａに示す時間領域データをＦＦＴ処理して得られた周波数領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図4A】クランプの締結動作に伴う異常がある場合（小さい切屑の噛み込みが生じた場合）の、クランプの振動に関する時間領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図4B】図４Ａに示す時間領域データをＦＦＴ処理して得られた周波数領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図5A】クランプの締結動作に伴う異常がある場合（大きい切屑の噛み込みが生じた場合）の、クランプの振動に関する時間領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図5B】図４Ａに示す時間領域データをＦＦＴ処理して得られた周波数領域の所定のデータの一例を示す図である。

【図6】クランプの締結動作と同期しない場合における所定のデータの指標値分布の例を示す図である。

【図7】クランプの締結動作と同期した場合における所定のデータの指標値分布の例を示す図である。

【図8A】主軸の回転に伴う振れが実質的にない場合における主軸の振動に関する周波数領域データの一例を示す図である。

【図8B】主軸の回転に伴う振れがある場合における主軸の振動に関する周波数領域データの一例を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る工作機械の作動方法における、クランプの締結動作に伴う異常に対応するためのステップ（時間領域の所定のデータ内の強度に基づくクランプ異常の検知）を示すフローチャートである。

【図10】本発明の一実施形態に係る工作機械の作動方法における、クランプの締結動作に伴う異常に対応するためのステップ（周波数領域の所定のデータ内の強度に基づくクランプ異常の検知）を示すフローチャートである。

【図11】本発明の一実施形態に係る工作機械の作動方法における、主軸の回転に伴う振れに対応するためのステップ（予備運転なし）を示すフローチャートである。

【図12】本発明の一実施形態に係る工作機械の予備運転方法における、主軸の回転に伴う振れに対応するためのステップ（予備運転有り）を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る工作機械及びその作動方法について詳細に例示説明する。

【0030】

まず、本発明の一実施形態に係る工作機械について例示説明する。図１～図２に示すように、本実施形態に係る工作機械１は、主軸２と主軸２を回転可能に支持する主軸台３とを備えている。主軸２は、ワークＷを装着するために締結動作可能なクランプ４を備えている。本実施形態では、工作機械１は、クランプ４に装着したワークＷを回転させながら工具Ｔで工作（加工）するように構成されている。しかし、クランプ４は、ドリル等の工具Ｔを装着するために締結動作可能に構成されてもよい。この場合、工作機械１は、クランプ４に装着した工具Ｔを回転させてワークＷを加工するように構成することができる。

【0031】

本実施形態では、クランプ４は、テーパ面５ａを有するスリーブ５を軸方向先端側に移動（以下、前進ともいう。また、その逆方向への移動を後退ともいう）させることで、テーパ面５ａから径方向内側への押圧力を付与されて縮径し、被装着物（本例ではワークＷ）を把持する略円筒状のチャックとして構成されている。したがって、クランプ４の締結動作はスリーブ５の前進によって生じ、クランプ４の開放動作はスリーブ５の後退によって生じる。スリーブ５の進退は、例えばシリンダ、ピストン等で構成される、クランプ用アクチュエータ（図示省略）によって生じさせることができる。

【0032】

主軸２は、クランプ４及びスリーブ５を周方向に取り囲むカバー６を備えている。カバー６には、例えば工作機械１の稼働中は常時、クランプ４の振動を測定する振動センサ７が配置されている。振動センサ７は、工作機械１の稼働中は常時、クランプ４の振動を測定している。しかし、振動センサ７による測定のタイミングは、適宜変更が可能である。振動センサ７は、カバー６に配置されており、そのため、クランプ４の振動を効果的に測定することができる。しかし、振動センサ７は、主軸２におけるカバー６以外の部分に配置されてもよい。振動センサ７は、本実施形態では、加速度センサとして構成されている。加速度センサは、図２に示すｘ軸方向（主軸２の周方向）、ｙ軸方向（主軸２の径方向外側）、ｚ軸方向（主軸２の軸方向先端側）の３軸方向それぞれにおける加速度を測定可能である。しかし、１軸、２軸又は４軸以上の加速度を測定可能であってもよい。振動センサ７は、加速度センサに限定されず、例えば距離センサ等であってもよい。また、各センサは複数用いてもよい。

【0033】

工作機械１は、制御部８と、記憶部１０及び判定部１１を有する検知部９と、入力部１２と、報知部１３と、を備えている。

【0034】

制御部８は、主軸２の回転とクランプ４の締結動作及び開放動作とを制御するように構成されている。制御部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリ等で構成される中央制御盤等で構成することができる。制御部８は、主軸２を回転駆動する、例えば電動モータ又は流体圧モータ等で構成される、回転駆動部（図示省略）を制御することができる。また、制御部８は、クランプ４の締結動作及び開放動作を生じさせるためにクランプ用アクチュエータを制御することができる。

【0035】

検知部９は、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで開始する、クランプ４の振動に関連する所定のデータＰ（図３Ａ等参照）に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う、例えば切屑の噛み込み等の異常を検知するように構成されている。本実施形態では、所定のデータＰは、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで終了している。しかし、所定のデータＰは、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで終了していなくてもよい。検知部９の記憶部１０は、ワークＷの装着時（主軸２の非回転時）に振動センサ７が測定したクランプ４の振動に関するデータ（加速度）を記憶するように構成されている。検知部９の判定部１１は、記憶部１０が記憶するデータにおける、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで開始及び終了する部分である所定のデータＰに基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されている。しかし、検知部９は、このような記憶部１０を介さずに、振動センサ７から直接、所定のデータＰを取得するように構成されてもよい。

【0036】

判定部１１は、図３Ａに示されるような、横軸を時間とする時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されてもよい。この場合、判定部１１は、例えば、時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づく所定の指標値を閾値と比較することによってクランプ４の締結動作に伴う異常を検知してもよい。所定の指標値は、例えば、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のいずれかの積分値又は最大値であってもよいし、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のそれぞれの積分値又は最大値の合算値であってもよいし、統計処理等から算出される特徴量であってもよいし、その他の値であってもよいし、所定の指標値を複数用いてもよい。また、所定の指標値は無次元量であってもよい。

【0037】

判定部１１は、時間領域の所定のデータＰを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理して得た、図３Ｂに示されるような、横軸を周波数とする周波数領域の所定のデータＰ’内の強度に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されてもよい。この場合、判定部１１は、周波数領域の所定のデータＰ’における所定の周波数帯域Ｂ（図３Ｂ等参照）の強度に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常を検知するように構成されてもよい。また、判定部１１は、例えば、所定の周波数帯域Ｂの強度に基づく所定の指標値を閾値と比較することによってクランプ４の締結動作に伴う異常を検知してもよい。所定の指標値は、例えば、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のいずれかの積分値又は最大値であってもよいし、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のそれぞれの積分値又は最大値の合算値であってもよいし、統計処理等から算出される特徴量であってもよいし、その他の値であってもよいし、所定の指標値を複数用いてもよい。また、所定の指標値は無次元量であってもよい。所定の周波数帯域Ｂは、クランプの締結動作に伴う異常がある場合とない場合との間の強度の変化ができるだけ大きくなる範囲に設定されることが好ましい。

【0038】

記憶部１０が記憶するデータの例を図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａに示す。図３Ａは、クランプ４の締結動作に伴う異常がない場合の例である。図４Ａは、クランプ４の締結動作に伴う異常がある場合（小さい切屑の噛み込みが生じた場合）の例である。図５Ａは、クランプ４の締結動作に伴う異常がある場合（大きい切屑の噛み込みが生じた場合）の例である。図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａでは、所定のタイミングで開始及び終了する所定のデータを符号Ｐで示し、所定の開始タイミングを符号Ｓで示し、所定の終了タイミングを符号Ｅで示している。

【0039】

所定の開始タイミングＳは、クランプ４の締結動作の開始と同時でもよいし、クランプ４の締結動作の開始より前（例えば１秒前）でもよいし、クランプ４の締結動作の開始より後でもよい。所定の終了タイミングＥは、クランプ４の締結動作の終了と同時でもよいし、クランプ４の締結動作の終了より前でもよいし、クランプ４の締結動作の終了より後（例えば１秒後）でもよい。所定の開始タイミングＳと所定の終了タイミングＥとの両方をクランプ４の締結動作と同期させることが好ましいが、所定の開始タイミングＳのみをクランプ４の締結動作と同期させてもよい。

【0040】

周波数領域の所定のデータＰ’の例を図３Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂに示す。図３Ｂは、図３Ａに示す所定のデータＰをＦＦＴ処理して得られたものである。図４Ｂは、図４Ａに示す所定のデータＰをＦＦＴ処理して得られたものである。図５Ｂは、図５Ａに示す所定のデータＰをＦＦＴ処理して得られたものである。

【0041】

クランプ４の締結動作の開始と所定の開始タイミングＳとのタイムラグ、及びクランプ４の締結動作の開始と所定の終了タイミングＥとのタイムラグ、時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づく所定の指標値の算出方法、所定の周波数帯域Ｂ、所定の周波数帯域Ｂの強度に基づく所定の指標値の算出方法、及び閾値は、それぞれ、工作機械１の出荷時に予め設定されていてもよいし、入力部１２を介してユーザー等により設定されてもよいし、統計処理や深層学習、機械学習、ＡＩ：Artificial Intelligence、等によって自動的に設定されてもよい。

【0042】

記憶部１０は、クランプ４の振動に関するデータに替えて又は加えて、クランプ４の負荷に関するデータを記憶するように構成されてもよい。クランプ４の負荷に関するデータは、例えば、クランプ用アクチュエータが電動式である場合には駆動電流値又は駆動電圧値であってよく、クランプ用アクチュエータが流体圧駆動式である場合には駆動流体流量値又は駆動流体圧値であってよく、その他のものであってもよい。この場合、判定部１１は、記憶部１０が記憶するクランプ４の負荷に関するデータに含まれる、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで開始する所定のデータに基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されてもよい。所定のデータは、クランプ４の締結動作と同期した所定のタイミングで終了してもよい。判定部１１は、時間領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されてもよいし、時間領域の所定のデータをＦＦＴ処理して得た周波数領域の所定のデータ内の強度に基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無を判定するように構成されてもよい。クランプ４の締結動作に伴う異常の有無の判定は、前述したような所定の指標値と閾値との比較によって行うことができる。

【0043】

クランプの締結動作と同期しない場合における所定のデータの指標値分布の例を図６に示す。クランプの締結動作を所定のタイミングで同期しない場合、所定の指標値は散逸しており、指標値が閾値１４付近に位置する場合に誤検知を生じ易い。

【0044】

クランプの締結動作と同期した場合における所定のデータの指標値分布の例を図７に示す。クランプの締結動作を所定のタイミングで同期した場合、図７に示すように、所定の指標値は正常な場合と異常な場合とで分布が２分化するため、設定した閾値１４による誤検出が少なくなる。したがって、締結動作を同期した方が、クランプの締結動作に伴う異常の検知精度が高くなる。

【0045】

また、記憶部１０は、ワークＷを装着した状態の主軸２の回転時に振動センサ７によって測定されたクランプ４の振動に関するデータ（加速度）を記憶するように構成されている。判定部１１は、当該データ（時間領域データ）を記憶部１０から取得し、ＦＦＴ処理して周波数領域のデータ（周波数領域データ）に変換するとともに、周波数領域データにおける、ワークＷを装着した状態の主軸２の所定の固有周波数Ｆ（図８Ａ等参照）の強度又は所定の固有周波数Ｆを含む所定の周波数帯域Ｂｆの強度に基づいて、例えば主軸２及び／又はワークＷの偏心等による、主軸２の回転に伴う振れを検知するように構成されている。所定の固有周波数Ｆは、主軸２の回転に伴う振れがある場合とない場合との間の強度の変化ができるだけ大きくなる固有周波数に設定されることが好ましい。時間領域データは、主軸２の回転による工作時に測定される。しかし、時間領域データは、主軸２の回転による工作に先立つ予備運転時に測定されてもよい。

【0046】

予備運転時の測定は主軸２の回転周波数の高調波周波数（回転周波数の整数倍の周波数）を所定の固有周波数Ｆに一致させて、取得される波形を強調させて判定してもよい。

【0047】

周波数領域データの例を図８Ａ及び図８Ｂに示す。図８Ａは、主軸２の回転に伴う振れが実質的にない場合における周波数領域データの一例を示している。図８Ｂは、主軸２の回転に伴う振れがある場合における周波数領域データの一例を示している。

【0048】

判定部１１は、例えば、所定の固有周波数Ｆの強度を閾値と比較することで、主軸２の回転に伴う振れの有無を判定してもよい。

【0049】

判定部１１は、例えば、所定の周波数帯域Ｂｆの強度を閾値と比較することで、主軸２の回転に伴う振れの有無を判定してもよい。この場合、判定部１１は、例えば、所定の周波数帯域Ｂｆの強度に基づく所定の指標値を閾値と比較することによって主軸２の回転に伴う振れの有無を判定してもよい。所定の指標値は、例えば、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のいずれかの積分値又は最大値であってもよいし、ｘ軸方向の強度、ｙ軸方向の強度及びｚ軸方向の強度のそれぞれの積分値又は最大値の合算値であってもよいし、統計処理等から算出される特徴量であってもよいし、その他の値であってもよいし、所定の指標値を複数用いてもよい。また、所定の指標値は無次元量であってもよい。

【0050】

ワークＷ又は工具Ｔを装着した状態の主軸２の所定の固有周波数Ｆは、例えば加振部材による加振やシミュレーションによって予め測定又は算出することができる。また、所定の周波数帯域Ｂｆの上限値・下限値は、例えば、主軸２自体の固有周波数を加振やシミュレーションによって予め測定又は算出し、このように測定又は算出された主軸２自体の固有周波数に基づいて設定することができる。

【0051】

ワークＷ又は工具Ｔを装着した状態の主軸２の所定の固有周波数Ｆは、装着するワークＷ又は工具Ｔの種類等によって多少変動する場合がある。例えば、ワークＷ又は工具Ｔの突き出し量や重量が大きくなる場合は、固有振動数の式（Ｆ＝１/２π√ｋ/ｍ、Ｆ：周波数、ｋ：ばね定数、ｍ：重量）より所定の固有周波数Ｆが小さくなる傾向がある。逆に、ワークＷ又は工具Ｔの突き出し量や重量が小さくなる場合は、固有振動数の式（Ｆ＝１/２π√ｋ/ｍ）より所定の固有周波数Ｆが大きくなる傾向がある。したがって、このような傾向を考慮した上で、予め測定又は算出した主軸２自体の固有周波数に基づいて、所定の固有周波数Ｆ、又は所定の周波数帯域Ｂｆの上限値・下限値を設定してもよい。

【0052】

所定の固有周波数Ｆ、所定の周波数帯域Ｂｆの上限値・下限値、所定の周波数帯域Ｂｆの強度に基づく所定の指標値の算出方法、及び閾値は、工作機械１の出荷時に予め設定されていてもよいし、入力部１２を介してユーザー等により設定されてもよいし、統計処理や深層学習、機械学習、ＡＩ：Artificial Intelligence等によって自動的に設定されてもよい。

【0053】

検知部９は、例えば、振動センサ７からのセンサ信号を処理して振動の測定値に変換する変換器と、当該測定値をＦＦＴ処理する解析器と、これらを制御部８からの指令に基づいて統合的に制御するプロセッサを含む制御器と、で構成することができる。

【0054】

入力部１２は、所定の固有周波数Ｆ及び閾値等の入力を受付けるように構成されている。入力部１２は、例えば、ボタン、キーボード、タッチパネル等で構成することができる。

【0055】

報知部１３は、判定部１１が判定したクランプ４の締結動作に伴う異常の有無、及び主軸２の回転に伴う振れの有無を、例えば表示又は音により、報知するように構成されている。報知部１３は、例えば、ディスプレイ、警告灯又はスピーカ等で構成することができる。

【0056】

判定部１１は、クランプ４の締結動作に伴う異常の有無だけでなく、クランプ４の締結動作に伴う異常の態様（切屑の噛み込み位置の特定、切屑の噛み込みによる異常であるか、その他の原因による異常であるか、など）も判定するように構成されてもよい。また、判定部１１は、主軸２の回転に伴う振れの有無だけでなく、主軸２の回転に伴う振れの態様（ワークＷや主軸２のどの部分に振れが生じているか、など）も判定するように構成されてもよい。

【0057】

次に、本発明の一実施形態に係る工作機械の作動方法について例示説明する。本実施形態では、前述した工作機械１の作動方法を例に説明するが、当該作動方法は、他の工作機械の作動方法に適用することも可能である。

【0058】

本実施形態の作動方法は、図９～図１０に示すような、クランプ４の締結動作に伴う異常に対応するためのステップと、図１１～図１２に示すような、主軸２の回転に伴う振れに対応するためのステップと、を備えている。クランプ４の締結動作に伴う異常に対応するためのステップと、主軸２の回転に伴う振れに対応するためのステップとは、互いに独立して行われる。

【0059】

まず、クランプ４の締結動作に伴う異常に対応するためのステップについて説明する。クランプ４の締結動作に伴う異常に対応するためのステップは、図９～図１０に示すように、クランプ異常検知ステップＳ１又はＳ１’とクランプ異常報知ステップＳ２とを備えている。クランプ異常検知ステップＳ１及びＳ１’において、検知部９は、制御部８で出力されるワークＷを装着するためのクランプ４の締結動作指令と同期した所定のタイミングで振動測定を開始及び終了する。検知部９はクランプ４の振動に関連する所定のデータＰに基づいて、クランプ４の締結動作に伴う異常（以下、「クランプ異常」ともいう）を検知する。図９に示すように、クランプ異常検知ステップＳ１において、検知部９は、時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づいて、クランプ異常を検知する。また、図１０に示すように、クランプ異常検知ステップＳ１’において、検知部９は、時間領域の所定のデータＰをＦＦＴ処理して得た周波数領域の所定のデータＰ’内の強度に基づいて、クランプ異常を検知する。この場合、クランプ異常検知ステップＳ１’において、検知部９は、周波数領域の所定のデータＰ’における所定の周波数帯域Ｂの強度に基づいて、クランプ異常を検知してもよい。

【0060】

図９に示すように、時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づいてクランプ異常を検知する場合には、クランプ異常検知ステップＳ１は、クランプ締結動作ステップＳ１１と、記憶ステップＳ１２と、判定ステップＳ１３と、を備えている。クランプ締結動作ステップＳ１１において、制御部８は、ワークＷを装着するためのクランプ４の締結動作指令を出力する。記憶ステップＳ１２において、記憶部１０は、クランプ締結動作ステップＳ１１で出力されたクランプ締結動作指令と同期した所定のタイミングで、所定のデータＰを含むデータを記憶する。判定ステップＳ１３において、判定部１１は、記憶ステップＳ１２で記憶されたデータに含まれる所定のデータＰに基づいて、クランプ異常の有無を判定する。

【0061】

より具体的には、判定ステップＳ１３は、判定部１１が、時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づく所定の指標値を算出し、その所定の指標値を閾値と比較することによって、クランプ異常の有無を判定するクランプ異常判定ステップＳ１３２を備えている。

【0062】

クランプ異常判定ステップＳ１２２で異常有りと判定された場合は、クランプ異常報知ステップＳ２に進む。クランプ異常報知ステップＳ２において、報知部１３は、クランプ異常の発生を報知する。

【0063】

クランプ異常判定ステップＳ１３２で異常なしと判定された場合は、クランプ異常検知ステップＳ１は終了する。

【0064】

図１０に示すように、周波数領域の所定のデータＰ’内の強度に基づいてクランプ異常を検知する場合には、クランプ異常検知ステップＳ１’は、クランプ締結動作ステップＳ１１と、記憶ステップＳ１２と、判定ステップＳ１３’と、を備えている。クランプ締結動作ステップＳ１１において、制御部８は、ワークＷを装着するためのクランプ４の締結動指令を出力する。記憶ステップＳ１２において、記憶部１０は、クランプ締結動作ステップＳ１１で出力されたクランプ締結動作と同期した所定のタイミングで所定のデータＰを含むデータを記憶する。判定ステップＳ１３において、判定部１１は、記憶ステップＳ１２で記憶されたデータに含まれる所定のデータＰに基づいて、クランプ異常の有無を判定する。

【0065】

より具体的には、判定ステップＳ１３は、判定部１１が、所定のデータＰをＦＦＴ処理して周波数領域の所定のデータＰ’を得る解析ステップＳ１３１と、判定部１１が、解析ステップＳ１３１で得た周波数領域の所定のデータＰ’における所定の周波数帯域Ｂの強度に基づく所定の指標値を算出し、その所定の指標値を閾値と比較することによって、クランプ異常の有無を判定するクランプ異常判定ステップＳ１３２’と、を備えている。

【0066】

クランプ異常判定ステップＳ１３２’で異常有りと判定された場合は、クランプ異常報知ステップＳ２に進む。クランプ異常報知ステップＳ２において、報知部１３は、クランプ異常の発生を報知する。

【0067】

クランプ異常判定ステップＳ１３２で異常なしと判定された場合は、クランプ異常検知ステップＳ１は終了する。

【0068】

時間領域の所定のデータＰ内の強度に基づいてクランプ異常を検知してもよいし、周波数領域の所定のデータＰ’内の強度に基づいてクランプ異常を検知もしてもよいし、両手法を用いてもよいし、それぞれ複数回実施してもよい。

【0069】

なお、本実施形態のクランプ異常検知ステップＳ１、Ｓ１’は、クランプ４にワークＷを装着する場合に限定されず、クランプ４に工具Ｔを装着する場合にも適用できる。また、本実施形態のクランプ異常検知ステップＳ１、Ｓ１’は、所定のデータＰの開始タイミングＳと終了タイミングＥとの両方がクランプ４の締結動作と同期している場合に限定されず、所定のデータＰの開始タイミングＳのみがクランプ４の締結動作と同期している場合にも適用できる。また、本実施形態のクランプ異常検知ステップＳ１、Ｓ１’は、クランプ４の振動に関するデータを用いる場合に限定されず、クランプ４の負荷に関するデータを用いる場合にも適用できる。

【0070】

次に、主軸２の回転に伴う振れに対応するためのステップについて説明する。主軸２の回転に伴う振れに対応するためのステップは、図１１に示すように、入力ステップＳ４と、工作ステップＳ６内で行われる、振れ検知ステップＳ３及び振れ報知ステップＳ５と、を備えている。また、主軸２の回転に伴う振れに対応するためのステップは、図１２に示すように、工作ステップＳ６の前に行われる予備運転ステップＳ７内で行われる振れ検知ステップＳ３’及び振れ報知ステップＳ５’を備えていてもよい。予備運転ステップＳ７内で振れ検知ステップＳ３’及び振れ報知ステップＳ５’を行う場合には、工作ステップＳ６内で振れ検知ステップＳ３及び振れ報知ステップＳ５を行ってもよいし、行わなくてもよい。

【0071】

振れ検知ステップＳ３、Ｓ３’において、検知部９は、ワークＷを装着した状態の主軸２の回転時に振動センサ７によって測定された主軸２の振動に関する時間領域データをＦＦＴ処理して周波数領域データを得るとともに、周波数領域データにおける、ワークＷを装着した状態の主軸２の所定の固有周波数Ｆの強度、又は所定の固有周波数Ｆを含む所定の周波数帯域Ｂｆの強度に基づいて、主軸２の回転に伴う振れを検知する。振れ検知ステップＳ３においては、当該時間領域データは、主軸２の回転による工作時に測定される。また、振れ検知ステップＳ３’においては、当該時間領域データは、主軸２の回転による工作に先立つ予備運転時に測定される。

【0072】

予備運転を行わない場合には、図１１に示すように、まず、工作ステップＳ６の開始前に、入力ステップＳ４が行われる。入力ステップＳ４においては、所定の固有周波数Ｆ（或いは、所定の周波数帯域Ｂｆの上限値・下限値、及び所定の指標値の算出方法）、及び閾値が入力部１２を介してユーザー等により入力され、設定される。当該設定は、統計処理や深層学習、機械学習、ＡＩ：Artificial Intelligence等によって自動的になされてもよい。また、当該設定は、工作機械１の出荷時に予めなされてもよく、この場合には入力ステップＳ４は不要となる。入力ステップＳ４が終了すると、ステップＳ６１で工作を開始する（工作ステップＳ６の開始）。

【0073】

振れ検知ステップＳ３は、ステップＳ６１に次いで行われる測定・解析ステップＳ３２と、測定・解析ステップＳ３２に次いで行われる振れ判定ステップＳ３３と、を備えている。測定・解析ステップＳ３２においては、工作の最中（主軸２の回転時）に振動センサ７によって測定された主軸２の振動に関する時間領域データをＦＦＴ処理して周波数領域データを得る。振れ判定ステップＳ３３においては、周波数領域データに基づいて主軸２の回転に伴う振れの有無を判定する。

【0074】

測定・解析ステップＳ３２において、記憶部１０は、振動センサ７が測定した主軸２の振動に関する時間領域データを記憶する。測定・解析ステップＳ３２において、判定部１１は、当該時間領域データを記憶部１０から取得し、ＦＦＴ処理して周波数領域データを得る。

【0075】

振れ判定ステップＳ３３において、判定部１１は、当該周波数領域データにおける所定の固有周波数Ｆの強度、又は所定の固有周波数Ｆを含む所定の周波数帯域Ｂｆの強度を閾値と比較することで、主軸２の回転に伴う振れの有無を判定する。

【0076】

振れ判定ステップＳ３３で異常有りと判定された場合は、振れ報知ステップＳ５に進む。振れ報知ステップＳ５において、報知部１３は、主軸２の回転に伴う振れの発生を報知する。

【0077】

振れ判定ステップＳ３３で異常なしと判定された場合は、工作を構成する複数の加工パスのうちの実行中の加工パスが完了するまで加工を継続する。ステップＳ６２で、実行中の加工パスが終了すると、ステップＳ６３で、全ての加工パスが終了したか否かを判定する。ステップＳ６３で、全ての加工パスは終了していないと判定された場合には、測定・解析ステップＳ３２に戻る。ステップＳ６３で、全ての加工パスが終了したと判定された場合には、工作ステップＳ６は終了する。

【0078】

予備運転を行う場合には、図１２に示すように、まず、入力ステップＳ４が行われ、次いで、予備運転ステップＳ７が行われる。予備運転ステップＳ７は、振れ検知ステップＳ３’と振れ報知ステップＳ５’と、を備えている。振れ検知ステップＳ３’は、回転ステップＳ３１と、測定・解析ステップＳ３２’と、振れ判定ステップＳ３３’と、を備えている。

【0079】

回転ステップＳ３１においては、制御部８は、ワークＷを装着した状態で主軸２を所定の回転数で回転させる。このとき、本実施形態では、制御部８は、入力ステップＳ４で入力した所定の回転数又はその高調波周波数が所定の固有周波数Ｆに一致するように、所定の回転数を調整する。このような回転数の調整により、測定・解析ステップＳ３２’で取得される周波数領域データの波形を強調させて、振れ判定ステップＳ３３’における判定の精度を向上することができる。しかし、所定の回転数をこのように所定の固有周波数Ｆに対応させる回転数の調整を行わずに、主軸２を所定の固有周波数Ｆに対応しない回転数で回転させて、周波数領域データを取得してもよい。

【0080】

測定・解析ステップＳ３２’においては、回転ステップＳ３１で主軸２を回転させた状態で振動センサ７によって測定された主軸２の振動に関する時間領域データをＦＦＴ処理して周波数領域データを得る。測定・解析ステップＳ３２’において、記憶部１０は、振動センサ７が測定した主軸２の振動に関する時間領域データを記憶する。測定・解析ステップＳ３２’において、判定部１１は、当該時間領域データを記憶部１０から取得し、ＦＦＴ処理して周波数領域データを得る。

【0081】

振れ判定ステップＳ３３’においては、周波数領域データに基づいて主軸２の回転に伴う振れの有無を判定する。振れ判定ステップＳ３３’において、判定部１１は、当該周波数領域データにおける所定の固有周波数Ｆの強度、又は所定の固有周波数Ｆを含む所定の周波数帯域Ｂｆの強度を閾値と比較することで、主軸２の回転に伴う振れの有無を判定する。

【0082】

振れ判定ステップＳ３３’で異常有りと判定された場合は、振れ報知ステップＳ５’に進む。振れ報知ステップＳ５’において、報知部１３は、主軸２の回転に伴う振れの発生を報知する。

【0083】

振れ判定ステップＳ３３’で異常なしと判定された場合は、予備運転ステップＳ７が終了し、ステップＳ６１で工作を開始する（工作ステップＳ６の開始）。

【0084】

このように、振れの検知は予備運転時に行ってもよいし、工作時に行ってもよいし、予備運転時と工作時の両方に行ってもよい。また、振れの検知を予備運転時と工作時に、それぞれ複数回実施してもよい。

【0085】

なお、本実施形態の振れ検知ステップＳ３、Ｓ３’は、クランプ４にワークＷを装着する場合に限定されず、クランプ４に工具Ｔを装着する場合にも適用できる。

【0086】

前述した本実施形態は、本発明の実施形態の一例にすぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【0087】

前記の実施形態に係る工作機械においては、検知部が主軸の回転に伴う振れを検知するように構成されているが、検知部はこのような構成を有していなくてもよい。また、前記の実施形態に係る工作機械の作動方法は、主軸の回転に伴う振れに対応するためのステップを備えているが、このようなステップを備えていなくてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１ 工作機械
２ 主軸
３ 主軸台
４ クランプ
５ スリーブ
５ａ テーパ面
６ カバー
７ 振動センサ
８ 制御部
９ 検知部
１０ 記憶部
１１ 判定部
１２ 入力部
１３ 報知部
１４ 閾値
Ｗ ワーク
Ｔ 工具
Ｐ、Ｐ’ 所定のデータ
Ｓ 所定の開始タイミング
Ｅ 所定の終了タイミング
Ｂ、Ｂｆ 所定の周波数帯域
Ｆ 所定の固有周波数

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】