WO2002034464A1 - Machine tool - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a machine tool, and more particularly, to a machine tool that automatically detects a tool chuck error in a machining center.
- MC Machining centers
- ATC automatic holder changer
- the tool holder 2 for holding the tool 1 has a conical fitting portion 2A, and the fitting portion 2A is formed on the main shaft 3. It is fitted and fitted to the conical fitting part 3A, but as shown in Fig. 14 (b), if chips 4 etc. adhere to this fitting part, the shaft is bent and mounted.
- a chuck error of the tool holder is detected by, for example, irradiating the tool tip of the tool holder of the tool holder mounted on the spindle with a laser beam and detecting whether or not the tool tip is at a predetermined position. I was That is, if there is no chuck error in the tool holder, the tip of the tool should always be at a predetermined position, and if the tip of the tool is not at the predetermined position, it is determined that a chuck error has occurred.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and it is easy and reliable to check for a check error. It is an object of the present invention to provide a machine tool capable of detecting a state. Disclosure of the invention
- a machine tool is a machine tool for mounting a tool holder with a tool attached to a main spindle, and rotating and driving the main spindle to machine a workpiece.
- the displacement of the outer peripheral surface of the flange of the screw holder mounted on the spindle is measured, and the abnormality of the machine tool is determined from the measured data. This makes it possible to reliably detect a mistake in the tool holder.
- FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a chuck error detecting device
- FIG. 2 is a graph of measurement data of the circumference of a tool holder
- Figure 3 is a graph showing the power spectrum of the results of the FFT analysis
- FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of a check error detection method according to the first embodiment
- FIG. 5 is a plan view of a tool holder having a notch in a flange portion
- Fig. 6 (a) is a graph of the measurement data of a tool holder with a notch in the flange part
- Fig. 6 (b) is a graph of the corrected measurement data
- Fig. 6 (c) is a graph of the FFT analysis. A power spectrum display of the results
- FIG. 7 is a conceptual diagram of a chuck error detection method according to the third embodiment.
- Figure 8 is a flowchart during setup
- Figure 9 is a flowchart at the time of detection
- Fig. 10 (a) is a graph of the measurement data for one round of the tool holder mounted without chuck error
- Fig. 10 (b) is a graph of the phase-corrected measurement data.
- 0 (c) is a graph of the measured data after the notch correction
- FIG. 10 (d) is a graph showing the restored sine wave
- FIG. 10 (e) is a graph showing the magnetic concavo-convex pattern
- Figure 11 is a conceptual diagram at the time of phase correction;
- FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) are conceptual diagrams of the vector operation;
- FIG. 13 is a graph showing the measured data of the eccentricity measured multiple times. A graph;
- Figures 14 (a) and 14 (b) are illustrations of the tool holder
- FIG. 15 is a block diagram showing another embodiment of the chuck error detecting device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a check error detection device incorporated in a machine tool according to the present invention.
- the chuck error detecting device 10 is a device for automatically detecting a chuck error of the tool holder 2 mounted on the spindle 3 by an ATC device, and mainly includes a sensor 11 and a data processing device 14. Have been.
- the sensor 12 is attached via a bracket 6 to a head 5 on which a spindle 3 is attached.
- the sensor 12 is an eddy current sensor, and detects a distance d to the outer peripheral surface of the flange portion 2B of the tool holder 2 mounted on the main shaft 3 as an electric signal.
- the data processing unit 14 detects chuck errors of the tool holder 2 based on the measurement data measured by the sensors 12, and includes an A / D converter 16, CPU 18, memory 20, input / output circuit 22, etc. It has.
- the A / D converter 16 converts the electric signal indicating the distance d output from the sensor 12 into a digital signal and outputs it to the CPU 18.
- the CPU 18 calculates an eccentric amount T of the tool holder 2 based on the measurement data of the sensor 11 converted into the digital signal. Then, the calculated eccentricity T is compared with an allowable value S stored in the memory 10 in advance. If the eccentricity T exceeds the allowable value S, it is determined that a chuck error has occurred. Then, the result is output to the MC control device 24 that controls the MC via the input / output circuit 22.
- the CPU 18 calculates the amount of eccentricity T of the tool holder 2 based on the measurement data of the distance d measured by the sensor 12, and this arithmetic processing is performed as follows.
- the CPU 18 receives a measurement start instruction from the MC control device 24 via the input / output circuit 22. Then, the measurement data of the distance d output from the sensor 12 is stored in the memory 10 in correspondence with the rotation angle ⁇ of the tool holder 2. This measurement is made around the tool holder.
- the measured data of the distance d of the tool holder circumference is displayed as a graph, for example, it is as shown in Fig. 1.
- the CPU 18 performs a Fourier analysis on the measurement data of the distance d of the tool holder circumference stored in the memory 20 using, for example, a fast Fourier transform (FFT).
- FFT fast Fourier transform
- Fourier analysis is performed on the measurement data for the circumference of the tool holder and decomposed into components of each frequency.
- the FFT analysis may be performed simultaneously with the measurement.
- the results of the FFT analysis are displayed in a power spectrum, for example, the result is as shown in FIG.
- the CPU 18 performs the above FFT analysis. Then, the fundamental wave frequency component is extracted from the result, and its amplitude value is calculated to obtain the eccentricity T of the tool holder 2. Then, based on the obtained eccentricity T, a half lj of the chuck miss is determined.
- the chuck error detecting device 10 is started at the same time as the operation of the MC is started (Step S2).
- the MC control device 24 controls the spindle. Rotate at the preset number of revolutions (step S3).
- the sensor 12 measures the distance d to the outer peripheral surface of the rotating flange 2B of the tool holder 2.
- the CPU 18 stores the measurement data of the distance d measured by the sensor 12 in the memory 20 in association with the rotation angle ⁇ of the tool holder 2.
- the measurement is performed for one round of the tool holder (step S4), and a measurement data for the circumference of the tool holder is obtained.
- the CPU 18 performs FFT analysis on the measurement data stored in the memory 20, extracts one peak component, and calculates its amplitude value. Since the amplitude value of the single peak component is equal to twice the eccentricity T of the tool holder 2, the eccentricity T of the tool holder 2 is obtained (step S6).
- the CPU 18 compares the obtained amount of eccentricity T with the allowable value S to determine whether or not there is a chuck error (step S7).
- the FFT analysis may be performed simultaneously with the measurement.
- the operator inputs the allowable value S from an input device (not shown) before starting the MC operation.
- the input allowable value S is stored in the memory 10.
- the allowable value S is set based on the machining accuracy required by the user, and an optimum value is appropriately selected and set within an allowable range of the runout based on the eccentricity of the tool holder 2.
- the determination result is output to the MC control device 24. If the MC control device 24 determines that the chuck is normally performed (the eccentric amount T is smaller than the allowable value S) (step S8), the machining is started as it is (step S8). Step S9). On the other hand, if it is determined that a chuck error has occurred (eccentricity T ⁇ allowable value S) (step S10), the automatic tool holder change (ATC) is performed again (step S11). In this case, the detection of the check mistake is performed again for the tool holder 2 for which the ATC has been reset.
- the eccentric amount of the tool holder 2 is measured, and the chuck error of the tool holder 2 is detected based on the eccentric amount. Check mistake of the tool holder 2 can be detected.
- the device configuration is extremely simple and does not require complicated control, so that detection can be performed easily.
- the flange portion of the tool holder 2 which is the measurement point of the sensor 12 is In the case where 2B is circular, notches 2C and 2C for chucking are generally formed in the flange portion 2B of the tool holder 2 as shown in FIG.
- the chuck error detecting method according to the first embodiment is a detecting method in which notches 2C and 2C are formed in the flange portion 2B of the tool holder 2 which is a measurement point.
- measurement data for one round of the tool holder is displayed as a graph, for example, as shown in Fig. 6 (a). As shown in Fig. 6 (a), the measured data changes rapidly at the two notches 2C and 2C. The measurement data of the notches 2 C and 2 C are corrected by, for example, linear interpolation.
- FIG. 6 (b) is a graph showing the measured data after the notches 2C and 2C are linearly interpolated.
- the measurement data of the notches 2C and 2C are complemented, and FFT analysis is performed on the interpolated measurement data (Fig. 6 (c)), and the eccentricity (amplitude value) T is calculated by extracting one peak component. Then, a chuck error is determined based on the calculation result. As a result, it is possible to effectively detect a check error even for a tool holder having a notch in the flange portion.
- the device to be used is the same as the device of the first embodiment.
- the shape of the tool holder may not be a perfect circle due to the effects of magnetization or changes in the thickness (area) of the measurement part of the tool holder. If the amount of eccentricity is calculated in this state, an error is included, and the detection accuracy may be reduced.
- a chuck error is detected by the following method. That is, as shown in FIG. 7, the amount of eccentricity of the tool holder 1 mounted without any chuck error is measured in advance, and the measured eccentric amount is regarded as the basic eccentricity of the tool holder and stored. Then, the true eccentricity is calculated by comparing the basic eccentricity with the measured eccentricity measured at the time of ATC, and a check error is determined based on the calculated true eccentricity.
- the check error detection method according to the third embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
- step S 20 set up ⁇ ⁇ to detect the basic eccentricity (step S 20).
- the setup is performed before the start of operation of the MC according to the flowchart shown in FIG.
- the tool holder 2 is mounted on the spindle 3. Since the operation has not started yet, there is no possibility that chips will be trapped, and the tool holder 1 is mounted on the spindle 3 without chucking errors.
- the tool holder 2 is rotated, and a change in the distance d of the tool holder circumference is measured by the sensor 12 (step S21).
- the measured data of the distance d corresponding to the circumference of the tool holder having the notch is shown in a graph, for example, as shown in FIG. 10 (a).
- the center of one of the two notches 2C and 2C is 0%.
- the phase of the measurement data is corrected so that it becomes ° (step S22).
- the measurement data of the one notch 2C, 2C is corrected (step S23).
- the measured data is corrected by linear interpolation.
- step S22 If there is no notch in the tool holder 2, the process of the above phase correction (step S22) and notch correction (step S23) is not performed, and the process proceeds to the next process (step S24). I do.
- the measured data is subjected to FFT analysis to calculate the amplitude and phase (angle) of one peak component.
- the eccentricity and the phase calculated from the amplitude are defined as a basic eccentricity u and a basic eccentricity direction ⁇ (hereinafter referred to as “basic eccentricity vector U”), respectively.
- a sine wave is restored from the calculated amplitude and phase of the single crest component.
- a waveform is calculated by subtracting the reconstructed sine wave data from the measurement data after the notch correction shown in Fig. 10 (c) (the original data) (the waveform in Fig. 10 (e)).
- the calculated waveform is regarded as a pattern of magnetic irregularities of the measured point sequence data, and is stored in the memory 20 (step S25).
- step S26 the setup operation is completed (step S26).
- this setter The backup operation is performed for all the tool holders required by the user among the tool holders set in the tool magazine, and stored in the memory 20 as data unique to each tool holder.
- step S30 When the operation of the MC is started, detection of a chuck error of the tool holder is performed according to the flowchart shown in FIG. 9 (step S30).
- step S31 When the tool is changed by the ATC device (step S31), the tool holder 2 mounted on the spindle 3 rotates at a specified rotation speed (step S32), and the data of the tool holder circumference is read by the sensor 1. 2 (step S33). If there is a notch in the tool holder 2, the notch correction is performed on the measured data (step S34), and thereafter, a magnetic concavo-convex pattern is obtained (step S35). If there is no notch in the tool holder 2, the notch correction processing (step S34) is unnecessary.
- the method of acquiring measurement data and the method of notch correction when the tool holder 2 has a notch are the same as those in the first and second embodiments.
- the method for obtaining the target concavo-convex pattern is the same as in the setup described above.
- the calculated magnetic concavo-convex pattern (the magnetic pattern at the time of processing) and the magnetic concavo-convex pattern at the time of set-up stored in the memory 20, "turn (magnetic at the time of set-up) Pattern) to determine which of the calculated magnetic concavo-convex patterns is located at 0 °.
- step S37 If there is a notch in the tool holder 2, it is determined here which of the two notches 2C and 2C is located at 0 °. Then, the phase of the notch-corrected measurement data is corrected so that the determined position becomes 0 ° (step S37).
- step S38 FFT analysis is performed on the phase-corrected measurement data to calculate the amplitude and phase of one crest component. Then, as shown in FIG. 1 (b), the eccentricity and phase calculated from the amplitude are stored in the memory 20 as the measured eccentricity V and the measured eccentricity direction (hereinafter referred to as “measured eccentricity vector V”), respectively. Yes (step S38).
- the calculated measured eccentricity vector V is stored in the memory 20.
- the difference from the stored basic eccentricity vector U is calculated by a vector operation (step S39).
- the calculated vector is defined as a true eccentric vector R
- a magnitude r of the true eccentric vector R is obtained (step S40)
- this is defined as a true eccentric amount r.
- Judgment of a chuck error is performed based on the amount r (step S41). That is, the true eccentricity r is compared with the permissible value S, and when the true eccentricity r exceeds the permissible value S, it is determined as a chuck miss.
- step S42 when it is determined that the chuck is normally performed (the amount of eccentricity r and the allowable value S) (step S42), the machining is started as it is (step S43), and it is determined that the chuck is incorrect. In the case (eccentricity r ⁇ allowable value S) (Step S44), the automatic tool holder change (ATC) is performed again (Step S45).
- the determination of the chucking error is performed based on the true eccentricity r from which the eccentricity unique to the tool holder is removed, so that a more accurate chucking error detection is performed. Detection can be performed.
- the eccentric direction can be specified from the true eccentric vector R, the position of the cut chips and the like can be specified. Therefore, chips and the like can be easily removed by mainly blowing air or the like to the specified position.
- the eccentricity (including the basic eccentricity and the true eccentricity) is measured only once, but the measurement of the eccentricity is performed a plurality of times, and the average value is calculated.
- the chuck error may be determined by regarding the “true measured eccentricity”.
- reliability is improved, and it is possible to more accurately determine a check mistake.
- this measurement data is deleted and the average value is calculated. Chi words, have set up Q 2 have previously reference value Q, the reference value, Isseki measuring de more than Q 2 is the average value is calculated and delete. This makes it possible to calculate the amount of eccentricity more accurately.
- the eccentricity measurement data measured multiple times has large variations, It is considered that there is a malfunction in the MC or MC. In such a case, it may be determined that the MC is abnormal.
- the standard deviation which is an index value that statistically represents variation in the measured data of the eccentricity measured a plurality of times. If the standard deviation exceeds a preset value, MC And outputs the result to the MC controller 24.
- the MC control device 24 issues, for example, an alarm or stops the operation of the MC based on the result.
- the eddy current sensor is used as the sensor 12, but the sensor is not limited to the eddy current sensor as long as it can measure the distance from a specific measurement point to the outer peripheral surface of the tool holder 2.
- other sensors may be used. In this case, a contact type sensor may be used instead of a contact angle type sensor like an eddy current sensor.
- the CPU 18 determines that a chuck error has occurred, the ATC is restarted.However, if a chuck error occurs even after the ATC restart, processing such as operation stop is performed. It can also be done. In other words, the CPU 18 counts the number of check mistakes, and instructs the MC control device 24 to perform processing such as stopping the operation of the MC if the check mistakes occur continuously. This allows early detection of abnormalities in the MC itself. In this case, the operator sets a specified value in advance, and issues a command to stop the operation of the MC or an alarm when the number of consecutive chuck errors exceeds the specified value.
- the displacement of the outer periphery of the tool holder is measured, the measured data is subjected to FFT analysis to extract a single peak component, and the amplitude value is obtained, thereby obtaining the amount of eccentricity.
- the method of obtaining the amount of eccentricity is not limited to this method.
- the eccentricity is obtained by performing an FFT analysis of the measurement data to extract a single crest component, and obtaining the amplitude value, but the maximum value and the minimum value of the measurement data are obtained.
- the eccentricity of the tool holder may be obtained by calculating the eccentricity from the difference.
- the flange portion 2B of the tool holder 2 is used as a measurement point of the sensor 12; however, the measurement point of the sensor 12 is not limited to this. It may be changed appropriately according to a fixed situation or the like. For example, as shown in FIG. 15, the cutting edge of the tool 1 (the point where the workpiece is cut) may be used as the measurement point. In this way, by setting the cutting edge of the tool 1 as the measurement point, the eccentric amount of the portion where the direct processing is performed can be measured, so that a chuck error can be detected more reliably.
- the sensor 12 is attached to the head 5, but the installation location of the sensor 11 is not limited to this, and the sensor 11 may be attached to a location other than the head 5.
- the sensor 12 may be fixed to a predetermined position other than the head 5, and the head 5 may be moved to the measurement position of the sensor 12 to detect a check error.
- the sensor 12 other than the head may be installed at, for example, the first origin of the MC (a reference point (starting point) on the coordinates where the head 5 is always located during machining) or any other arbitrary position. Can be installed at a location. In this case, in order to ensure more stable and accurate measurement, it is preferable to install the sensor 12 at a position that is not affected by the coolant (a position where the coolant is not applied).
- the present invention is not limited to the MC, but can be applied to any machine tool using an ATC device. .
- the amount of eccentricity of the tool holder mounted on the spindle is measured, and a chuck error is detected based on the amount of eccentricity.
- the runout of the tool is measured by measuring the amount of eccentricity of the tool holder.
- “displacement” and “eccentricity” are synonymous, and “displacement” and “runout” are also synonymous.
- the amount of eccentricity of the tool holder mounted on the spindle is measured, and if the amount of eccentricity exceeds a preset allowable value, it is determined that a chuck error has occurred. As a result, it is possible to reliably detect a tool holder erroneous check.
Landscapes
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- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
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Description
工作機械
技術分野
本発明は、 工作機械に係り、 特にマシユングセンタにおいて自動で工具のチャック ミスを検出する工作機械に関する。
明 田
背景技術
マシニングセンタ (M C ) は、 加工工程に従って各種工具を自動的に選択し、 主軸 に自動で装着して多種類の加工を行う装置である。 この M Cにおいて、 工具の交換は オートッ一ルホルダチヱンジ ( A T C ) 装置で行われ、 A T C装置は工具が取り付け られたツールホルダを工具マガジンから自動で取り出し、 主軸に自動で装着する。 ここで、 図 1 4 ( a ) に示すように、 工具 1を把持するツールホルダ 2は、 円錐状 の嵌合部 2 Aを有しており、 この嵌合部 2 Aを主軸 3に形成された円錐状の被嵌合部 3 Aに嵌合させて装着されるが、 図 1 4 ( b ) に示すように、 この嵌合部分に切り屑 4などが付着すると、軸が曲がって装着される。 そして、 この状態で加工を行うと、 工具 1に振れが発生し、 ワークの加工精度が著しく低下するという欠点がある。 従来、 このようなツールホルダのチャックミスは、 たとえば主軸に装着されたッ一 ルホルダの工具先端にレーザー光を照射し、 所定の位置に工具の先端が有るか無いか を検出することにより検出していた。 すなわち、 ツールホルダにチャックミスがなけ れば、 工具の先端は常に所定の位置に有るはずであり、 この工具の先端が所定の位置 に無いことをもってチヤックミスと判断するようにしていた。
しかしながら、 工具の先端の有無をレーザ一光で検出する従来の方法は、 M Cのよ うにクーラントを大量に使用する状況下では、 ク一ラントによってレーザー光が遮ら れやすく、検出ミスが発生しやすいという欠点がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単かつ確実にチヤックエラー
を検出できる工作機械を提供することを目的とする。 発明の開示
上記目的を達成するために、本発明による工作機械は、 工具が取り付けられたツー ルホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、 前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面の変位を測定する測定手段と、 前 記測定手段で得られた測定デ一夕から前記工作機械の異常を判定する判定手段と、 を 備えることを特徴とする。
本発明によれば、 主軸に装着したッ一ルホルダのフランジ外周面の変位を測定し、 その測定データから工作機械の異常を判定する。 これにより、確実にツールホルダの チヤックミスを検出できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 チャックミス検出装置の第 1の実施の形態を示すプロック図であり ; 図 2は、 ツールホルダー周分の測定デー夕のグラフであり ;
図 3は、 F F T解析の結果をパワースペクトル表示したグラフであり ;
図 4は、 第 1の実施の形態のチヤックミス検出方法の処理手順を示すフローチヤ一 トであり ;
図 5は、 フランジ部に切欠きを有するツールホルダの平面図であり ;
図 6 ( a ) はフランジ部に切欠きを有するツールホルダの測定デ一夕のグラフであ り、 図 6 ( b ) は補正した測定データのグラフであり、 図 6 ( c ) は F F T解析の結 果をパワースぺクトル表示したグラフであり ;
図 7は、 第 3の実施の形態のチャックミス検出方法の概念図であり ;
図 8は、 セットアップ時のフローチャートであり ;
図 9は、検出時のフローチャートであり ;
図 1 0 ( a ) はチャックミスがない状態で装着されたツールホルダ一周分の測定デ 一夕のグラフであり、 図 1 0 ( b ) は位相補正した測定データのグラフであり、 図 1
0 (c) は切欠き補正した測定データのグラフであり、 図 1 0 (d) は復元した正弦 波を表すグラフであり、 図 1 0 (e) は磁気的凹凸パターンを表すグラフであり ; 図 1 1は、 位相補正時の概念図であり ;
図 1 2 (a) 、 図 1 2 (b) 及び図 1 2 ( c ) は、 べクトル演算の概念図であり ; 図 1 3は、複数回測定を実施した偏心量の測定デ一タのグラフであり ;
図 1 4 (a) 及び図 14 (b) は、 ツールホルダの説明図であり ;
図 1 5は、 チャックミス検出装置のその他の実施の形態を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態
以下添付図面に従って本発明に係る工作機械の好ましい実施の形態について詳説す る。
図 1は、本発明に係る工作機械に組み込まれたチヤックミス検出装置の第 1の実施 の形態を示すブロック図である。 このチャックミス検出装置 1 0は、 ATC装置で主 軸 3に装着されたツールホルダ 2のチヤックミスを自動で検出する装置であり、 主と してセンサ 1 1とデ一夕処理装置 14とで構成されている。
センサ 1 2は、 主軸 3が取り付けられたへッド 5にブラケット 6を介して取り付け られている。 このセンサ 1 2は渦電流センサであり、主軸 3に装着されたツールホル ダ 2のフランジ部 2 Bの外周面までの距離 dを電気信号として検出する。
データ処理装置 14は、 センサ 1 2で測定された測定データに基づきツールホルダ 2のチャックミスを検出するもので、 A/Dコンバータ 1 6、 CPU 1 8、 メモリ 2 0、 入出力回路 2 2等を備えている。
A/Dコンバータ 1 6は、 センサ 1 2から出力された距離 dを示す電気信号をディ ジタル信号に変換して CPU 1 8に出力する。 CPU 1 8は、 このディジタル信号に 変換されたセンサ 11の測定データに基づいてツールホルダ 2の偏心量 Tを算出する。 そして、 その算出した偏心量 Tと予めメモリ 10に記憶された許容値 Sとを比較し、 偏心量 Tが許容値 Sを超えている場合にチャックミスと判定する。 そして、 その結果 を入出力回路 2 2を介して MCを制御する MC制御装置 24に出力する。
上記のように CPU 1 8は、 センサ 1 2で測定された距離 dの測定デ一夕に基づき ツールホルダ 2の偏心量 Tを算出するが、 この演算処理は次のように行われる。
まず、 CPU 1 8は、 入出力回路 22を介して MC制御装置 24から測定開始の 令を受ける。 そして、 センサ 1 2から出力される距離 dの測定データをツールホルダ 2の回転角度 Θに対応させてメモリ 10に記憶する。 この測定はツールホルダー周分 行う。 ツールホルダー周分の距離 dの測定データはグラフ表示すると例えば図 1のよ うになる。
次に、 CPU 1 8は、 メモリ 2 0に記憶されたツールホルダー周分の距離 dの測定 デ一夕を例えば高速フーリエ変換 (FFT) を用いてフーリエ解析する。 すなわち、 ツールホルダー周分の測定データをフーリェ解析し、 各周波数の成分に分解する。 なお、 F F T解析は測定と同時に実行してもよい。 F F T解析の結果をパワースぺ クトル表示すると例えば図 3のようになる。
ここで、 上記のように F F T解析された各周波数成分のうち基本波周波数成分 ( 1 山成分) の振幅値がツールホルダ 2の偏心量の 2倍と見なせるので、 CPU 1 8は上 記 F F T解析の結果から基本波周波数成分を抽出し、 その振幅値を算出してツールホ ルダ 2の偏心量 Tを取得する。 そして、 この得られた偏心量 Tに基づいてチャックミ スの半 lj定を ί亍ぅ。
次に、前記のごとく構成された本実施の形態のチャックミス検出装置 1 0によるッ —ルホルダ 2のチヤックミス検出方法を図 4に示すフローチャートに従って説明する。 チャックミス検出装置 1 0は、 MCの運転始動とともに起動される(ステップ S Do A TC装置により自動の工具交換 (ATC) が行われると (ステップ S 2) 、 MC制 御装置 24は、主軸を予め設定済みの回転数で回転させる (ステップ S 3) 。
センサ 1 2は、 この回転するツールホルダ 2のフランジ部 2 Bの外周面までの距離 dを測定する。 CPU 1 8は、 このセンサ 1 2で測定された距離 dの測定データをッ ールホルダ 2の回転角度 Θに対応させてメモリ 20に記憶する。
測定はツールホルダ一周分行われ (ステツプ S 4) 、 ツールホルダー周分の測定デ 一夕が得られる。
C P U 1 8は、 メモリ 20に記憶された測定デー夕を F F T解析し、 1山成分を抽 出して、 その振幅値を算出する。 この 1山成分の振幅値は、 ツールホルダ 2の偏心量 Tの 2倍と等しいので、 これにより、 ツールホルダ 2の偏心量 Tが取得される (ステ ップ S 6) 。 CPU 1 8は、 得られた偏心量 Tと許容値 Sとを比較し、 チャックミス の有無を判定する (ステップ S 7) 。
なお、 F FT解析は測定と同時に実行するようにしてもよい。 また、許容値 Sは、 MCの運転始動に先立ち、 オペレータが入力装置 (不図示) から入力しておく。 入力 された許容値 Sはメモリ 10に記憶される。 また、 この許容値 Sは、 ユーザーの必要 とする加工精度に基づいて設定し、 ツールホルダ 2の偏心に基づく振れの許容範囲内 で適宜最適なものを選択して設定する。
判定結果は MC制御装置 24に出力され、 MC制御装置 24は、 正常にチャックさ れたと判定された場合 (偏心量 Tく許容値 S) には (ステップ S 8) 、 そのまま加工 を開始する (ステップ S 9) 。 一方、 チャックミスと判定された場合(偏心量 T≥許 容値 S) には (ステップ S 1 0) 、 オートツールホルダチヱンジ (ATC) をしなお す (ステップ S 1 1) 。 この場合、 ATCしなおされたツールホルダ 2に対して再び チヤヅクミスの検出をやり直す。
なお、 チャックミスの場合はツールホルダ 2と主軸 3との嵌合部分に切り粉を挟み 込んだ可能性が考えられるので、 この場合は主軸 3の被嵌合部 3 Α内にエア等を噴出 し、 切り粉を除去する。
以上説明したように、 本実施の形態のチャックミス検出装置 1 0によれば、 ツール ホルダ 2の偏心量を測定し、 その偏心量に基づいてツールホルダ 2のチャックミスを 検出するので、正確にツールホルダ 2のチヤックミスを検出することができる。また、 装置構成も極めてシンプルであり、 複雑な制御を必要としないので簡単に検出を行う ことができる。
次に、本発明に係る工作機械の第 2の実施の形態について説明する。 なお、 使用す る装置は上述した第 1の実施の形態と同じものである。
上記第 1の実施の形態は、 センサ 1 2の測定点であるツールホルダ 2のフランジ部
2 Bが円形の場合であるが、 一般にツールホルダ 2のフランジ部 2 Bには、 図 5に示 すようにチヤックのための切欠き 2 C、 2 Cが形成されている。
第 1の実施の形態のチャックミス検出方法は、 測定点であるツールホルダ 2のフラ ンジ部 2 Bに切欠き 2 C、 2 Cが形成されている場合の検出方法である。
ツールホルダ 2のフランジ部 2 Bに切欠き 2 C、 2 Cが 2箇所ある場合、 ツールホ ルダ一周分の測定データはグラフ表示すると例えば図 6 ( a )のようになる。図 6 ( a ) に示すように、 測定データは 2つの切欠き 2 C、 2 Cの部分で急激に変化する。 この 切欠き 2 C、 2 Cの部分の測定データを例えば直線補完により補正する。 図 6 ( b ) は、切欠き 2 C、 2 Cの部分を直線補完した後の測定データをグラフ表示したもので ある。
このように、 センサ 1 2の測定点であるツールホルダ 2のフランジ部 2 Bに切欠き 2 C、 2 Cがある場合は、切欠き 2 C、 2 Cの部分の測定データを補完し、 この補完 された測定データに対して F F T解析を行い (図 6 ( c ) ) 、 1山成分を抽出して偏 心量 (振幅値) Tを算出する。 そして、 その算出結果に基づきチャックミスの判定を 行う。 これにより、 フランジ部に切欠きを有するツールホルダに対しても有効にチヤ ックミスの検出を行うことができる。
次に、本発明に係る工作機械の第 3の実施の形態について説明する。 なお、 使用す る装置は、 第 1の実施の形態の装置と同じものである。
センサとして渦電流センサを使用した場合、 磁化の影響やツールホルダの測定部分 の肉厚 (面積) の変化の影響などにより、 ツールホルダの形状が真円とならない場合 がある。 この状態で偏心量を算出すると誤差が含まれてしまい、検出精度を低下させ るおそれがある。
そこで、 より高い精度で検出を行うために、 次の方法でチャックミスを検出する。 すなわち、 図 7に示すように、 チャックミスがない状態で装着されたツールホルダ 1 の偏心量を予め測定しておき、 これをツールホルダ固有の基本偏心量とみなして記憶 しておく。 そして、 この基本偏心量と A T C時に測定した測定偏心量とを比較して真 の偏心量を算出し、 その算出した真の偏心量に基づいてチヤックミスの判定を行う。
以下、 この第 3の実施の形態のチヤックミス検出方法を図 8及び図 9に示すフロー チャートに従って説明する。
まず、 基本偏心量を検出するためにセットアップを ί亍ぅ (ステップ S 2 0) 。 セッ トアツプは、 図 8に示すフローチャートに従って M Cの運転開始前に行われる。 まず、 ツールホルダ 2を主軸 3に装着する。 運転開始前であることから切り粉を挟 み込むようなことはなく、 ッ一ルホルダ 1は主軸 3にチャックミスなく装着される。 この状態でツールホルダ 2を回転させ、 センサ 1 2によりツールホルダー周分の距離 dの変化を測定する (ステップ S 2 1) 。 切欠きを有するツールホルダー周分の距離 dの測定データはグラフ表示すると例えば図 1 0 (a) のようになる。
次に、 ツールホルダ 2に切欠きがある場合には、 図 1 0 (b) に示すように、 2つ ある切欠き 2 C、 2 Cのうち何れか一方の切欠き 2 Cの中央が 0° になるように測定 デ一夕を位相補正する (ステップ S 22) 。 そして、 図 1 0 (c) に示すように、 1 つある切欠き 2 C、 2 Cの部分の測定データを補正する (ステップ S 2 3) 。 ここで は、 直線補完により測定データを補正する。
なお、 ツールホルダ 2に切欠きがない場合は、上記の位相補正 (ステップ S 2 2 ) と切欠き補正 (ステップ S 2 3) の処理は行わず、次の処理 (ステップ S 24) に移 行する。
次に、 測定データを FFT解析し、 1山成分の振幅と位相 (角度) を算出する。 そ して、 図 1 2 (a) に示すように、 この振幅から算出した偏心量と位相をそれぞれ基 本偏心量 u、 基本偏心方向 α (以下『基本偏心ベクトル U』 という。 ) としてメモリ 20に記憶する (ステップ S 24) 。
次に、 図 1 0 (d) に示すように、 算出した 1山成分の振幅と位相とから正弦波を 復元する。 そして、 図 1 0 (c) に示す切欠き補正後の測定デー夕 (元デ一夕) から 復元した正弦波データを引いた波形を算出する (図 1 0 (e) の波形) 。 この算出し た波形を測定した点列データの磁気的凹凸のパターンとみなし、 メモリ 2 0に記憶す る (ステップ S 2 5) 。
以上によりセットアップ作業が完了する (ステツプ S 26) 。 なお、 このセットァ
ップ作業は工具マガジンにセットされているツールホルダのうちュ一ザ一が'必要とす るすべてのツールホルダに対して行い、 各ツールホルダの固有のデータとしてメモリ 2 0に記憶する。
M Cの運転が開始されると、 図 9に示すフローチャートに従ってツールホルダのチ ャックミスの検出が行われる (ステップ S 3 0 ) 。
A T C装置により工具の交換が行われると (ステップ S 3 1 ) 、 主軸 3に装着され たツールホルダ 2が規定の回転数で回転し (ステップ S 3 2 ) 、 ツールホルダー周分 のデータがセンサ 1 2によって測定される (ステップ S 3 3 ) 。 そして、 ツールホル ダ 2に切欠きがある場合には、 その測定データに対して切欠き補正が行われ (ステツ プ S 3 4 ) 、 その後、 磁気的凹凸パターンが求められる (ステップ S 3 5 ) 。 なお、 ツールホルダ 2に切欠きがない場合は切欠き補正の処理 (ステップ S 3 4 ) は不要で あ 。
なお、 測定データを取得する方法、 及び、 ツールホルダ 2に切欠きがある場合にお ける切欠き補正の方法は、 上記第 1、 第 2の実施の形態の場合と同じであり、 また、 磁気的凹凸パターンを求める方法は上述したセットアップ時と同じである。
次に、図 1 1に示すように、算出した磁気的凹凸パターン(加工時磁気的パターン) と、 メモリ 2 0に記憶されたセットアツプ時の磁気的凹凸ノ、"ターン (セットアツプ時 磁気的パターン) とを比較し、算出した磁気的凹凸パターンのうち、 どの位置が 0 ° に位置するかを決定する。 ,
なお、 ツールホルダ 2に切欠きがある場合は、 ここで、 2つある切欠き 2 C、 2 C のうち何れが 0 ° に位置するかを決定する。 そして、 その決定した位置が 0 ° となる ように、 切欠き補正した測定データの位相補正を行う (ステップ S 3 7 ) 。
次に、位相補正した測定データを F F T解析し、 1山成分の振幅と位相を算出する。 そして、 図 1 ( b ) に示すように、 この振幅から算出した偏心量と位相をそれぞれ 測定偏心量 V、 測定偏心方向 (以下、 『測定偏心ベクトル V』 という。 ) としてメ モリ 2 0に記憶する (ステツプ S 3 8 ) 。
次に、 図 1 2 ( c ) に示すように、 算出した測定偏心ベクトル Vと、 メモリ 2 0に
記憶されている基本偏心べクトル Uとの差をべクトル演算により算出する (ステップ S 3 9 ) 。 そして、 その算出したべクトルを真の偏心べクトル Rとし、真の偏心べク トル Rの大きさ rを求め (ステップ S 4 0 ) 、 これを真の偏心量 rとし、 この真の偏 心量 rに基づきチャックミスの判定を行う (ステップ S 4 1 ) 。 すなわち、真の偏心 量 rと許容値 Sとを比較し、 真の偏心量 rが許容値 Sを超えている場合をチヤックミ スと判断する。
この結果、正常にチヤックされたと判定された場合(偏心量 rく許容値 S )には(ス テツプ S 4 2 ) 、 そのまま加工を開始し (ステップ S 4 3 ) 、 チャックミスと判定さ れた場合 (偏心量 r≥許容値 S ) には (ステップ S 4 4 ) 、 オートツールホルダチェ ンジ (A T C ) をしなおす (ステップ S 4 5 ) 。
このように、 本実施の形態のチャックミス検出方法では、 ツールホルダ固有の偏心 量を取り除いた真の偏心量 rに基づいてチヤックミスの判定を行うようにしているの で、 より正確なチャックミスの検出を行うことができる。
なお、 本実施の形態では、 真の偏心べクトル Rから、 偏心方向が特定できるので、 嚙み込んだ切り粉等の位置も特定することができる。 したがって、 この特定した位置 に対してエア等を重点的に吹きつけることにより、切り粉等の除去を容易に行うこと ができる。
なお、 上述した一連の実施の形態では、 偏心量 (基本偏心量、 真の偏心量を含む) の測定は 1回だけであるが、 この偏心量の測定を複数回実施し、 その平均値を 『真の 測定偏心量』 とみなしてチャックミスの判定を行うようにしてもよい。 これにより、 信頼性が向上し、 より正確にチヤックミスの判定を行うことができるようになる。 なお、 この場合において、 図 1 3に示すように、他の測定デ一夕と極端に値が異な る測定データがある場合には、 この測定データを削除して平均値を算出する。 すなわ ち、 あらかじめ基準値 Qい Q 2を設定しておき、 この基準値 、 Q 2を超える測定デ 一夕は削除して平均値を算出する。 これにより、 より正確に偏心量を算出することが 可能になる。
また、 この複数回測定した偏心量の測定データのバラツキが大きい場合には、 チヤ
ックミス又は M Cに異常があると考えられるので、 このような場合は M Cの異常と判 定するようにしてもよい。
すなわち、 上記のように複数回測定した偏心量の測定データの統計的にバラツキを 表す指標値である標準偏差を算出し、 この標準偏差が予め設定した設定値を超えてレヽ る場合は、 M Cの異常と判定し、 M C制御装置 2 4に結果を出力する。 M C制御装置 2 4は、 この結果に基づき例えば警報を発したり、 M Cの運転を停止したりする。 また、上記一連の実施の形態では、センサ 1 2として渦電流センサを用いているが、 ある特定の測定点からッールホルダ 2の外周面までの距離を測定できるセンサであれ ば渦電流センサに限らず、 他のセンサを用いてもよい。 この場合、 渦電流センサのよ うに 接角虫式のセンサに限らず、 接触式のセンサを用いてもよい。
また、 上記一連の実施の形態では、 C P U 1 8がチャックミスと判定した場合は、 A T Cをしなおすようにしているが、 A T Cをしなおしてもチヤックミスが生じる場 合は運転停止等の処理を行うようにすることもできる。 すなわち、 C P U 1 8は、 チ ャックミスの回数をカウントするようにし、チヤックミスが連続して起こった場合は、 M Cの運転停止等の処理を行うように M C制御装置 2 4に指令する。 これにより、 M C自体の異常を早期に発見できる。 なお、 この場合、 あらかじめオペレータが規定値 を設定しておき、 チャックミスの連続回数が規定値を上回った場合に M Cの運転停止 や警報等の指令を出すようにする。
また、 本実施の形態では、 ツールホルダの外周の変位を測定し、 その測定データを F F T解析して 1山成分を抽出し、 その振幅値を求めることにより、 偏心量を取得す るようにしているが、偏心量を取得する方法は、この方法に限定されるものではない。 さらに、 本実施の形態では、 測定データを F F T解析して 1山成分を抽出し、 その 振幅値を求めることにより、 偏心量を取得するようにしているが、 測定データの最大 値と最小値を求め、 その差から偏心量を算出してツールホルダの偏心量を取得するよ うにしてもよい。
また、 本実施の形態では、 センサ 1 2の測定点としてツールホルダ 2のフランジ部 2 Bを使用しているが、 センサ 1 2の測定点は、 これに限定されるものではなく、 測
定状況等に応じて適宜変更してもよい。 たとえば、 図 1 5に示すように、 工具 1の刃 先 (被加工物を切削する個所) を測定点とするようにしてもよい。 このように、 工具 1の刃先を測定点とすることにより、直捧加工を行う部分の偏心量を測定できるので、 より確実にチャックミスを検出することができる。
また、本実施の形態では、 センサ 1 2をへッド 5に取り付けているが、 センサ 1 1 の設置場所は、 これに限定されるものではなく、 ヘッド 5以外の個所に取り付けても よい。 たとえば、 センサ 1 2をへッド 5以外の所定の位置に固定しておき、 このセン サ 1 2の測定位置にへッド 5が移動してチヤックミスの検出を実施するようにしても よい。 へッド以外のセンサ 1 2の設置位置としては、 たとえば M Cの第 1原点 (機械 加工時にへッド 5が必ず位置する座標上の基準点 (始動点) ) に設置したり、 その他 任意の位置に設置することができる。 この場合、 より安定した高精度な測定を確保す るために、 センサ 1 2をクーラントの影響を受けない位置 (クーラントがかからない 位置) に設置することが好ましい。
また、本実施の形態では、 本発明を M Cに適用した例で説明したが、本発明は M C に限らず、 A T C装置を用いる工作機械であれば、 いかなる工作機械にも適用するこ とができる。
なお、上述した一連の実施の形態では、 主軸に装着したツールホルダの偏心量を測 定し、 この偏心量に基づいてチャックミスを検出するようにしているが、 ここでいう 「偏心量」 は工具の 「振れ」 と同義であり、 ツールホルダの偏心量の測定により、 ェ 具の振れが測定される。 また、 同様に 「変位」 と 「偏心量」 は同義であり、 「変位」 と 「振れ」 も同義である。 産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係る工作機械によれば、 主軸に装着したツールホル ダの偏心量を測定し、 その偏心量が予め設定した許容値を超えていることをもってチ ャックミスと判定する。 これにより、 確実にツールホルダのチヤックミスを検出でき る。
Claims
1 . 工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してヮー クを加工する工作機械において、
前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面の変位を測定する測定手段と、 前記測定手段で得られた測定データから前記工作機械の異常を判定する判定手段と、 を備えたことを特徴とする工作機械。
2 . 前記工作機械は、前記ッ一ルホルダを工具マガジンから自動で取り出して主軸に 装着することを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
3 . ツールホルダに対応して予め設定された測定デ一夕の許容値を記憶する許容値記 憶手段を備え、
前記判定手段は、前記測定手段で得られた測定デ一夕と前記許容値とを比較し、 測 定デ一タが許容値を超えている場合に工作機械の異常と判定することを特徴とする請 求項 1に記載の工作機械。
4 . ツールホルダに対応して設定された真の測定デ一夕の許容値を記憶する許容値記 憶手段を備え、
前記判定手段は、前記真の測定データ演算手段により求めた真の測定デ一夕と前記 許容値とを比較し、 真の測定デー夕が許容値を超えてレ、る場合に工作機械の異常と判 定することを特徴とする請求項 3に記載の工作機械。
5 . 前記主軸に装着されたッ一ルホルダのフランジ外周面の変位の測定デ一夕を基本 デ一夕として記憶する基本デー夕記憶手段と、
前記基本データと前記測定手段で測定された測定データとを比較して真の測定デ一 夕を演算する真の測定データ演算手段と、
を備え、前記判定手段は、前記真の測定データ演算手段で算出された真の測定デ一夕 から前記工作機械の異常を判定することを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
6 . 前記基本データは、 前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位 の測定を複数回実施し、 得られた複数の測定デー夕を基本デー夕とすることを特徴と する請求項 5に記載の工作機械。
7 . 前記測定データは、前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位 の測定を複数回実施し、得られた複数の測定データを測定データとすることを特徴と する請求項 5に記載の工作機械。
8 . 前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位の測定を複数回実施 して得られた複数の測定データのうち、他の測定データと極端に値が異なる測定デー 夕は削除することを特徴とする請求項 7に記載の工作機械。
9 . 前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位の測定を複数回実施 して得られた複数の測定デ一夕の統計的にバラツキを示す指標値を演算する指標値演 算手段と、
前記指標値演算手段で求めた指標値から工作機械の異常を判断する判断手段と、 を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
1 0 . 前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位の測定を複数回実 施して得られた複数の測定データのうち、 他の測定データと極端に値が異なる測定デ
―夕は削除することを特徴とする請求項 9に記載の工作機械。
1 1 . 前記測定手段は、
所定の測定点から前記ツールホルダのフランジ外周面までの距離を測定する測距手 段と、
前記ツールホルダの回転角度に対応させて前記測距手段の測定データを記憶する測 定デ一夕記憶手段と、
からなることを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
1 2 . 前記測距手段は、前記主軸が取り付けられたへッドに取り付けられることを特 徴とする請求項 1 1に記載の工作機械。
1 3 . 前記測距手段は、 前記主軸が取り付けられたへッド以外の個所に取り付けられ ることを特徴とする請求項 1 1に記載の工作機械。
1 4 . 前記測距手段は、渦電流センサであることを特徴とする請求項 1 1に記載のェ 作機械。
1 5 . 測定データに対してフーリエ解析を実行し、 基本波周波数成分を抽出する演算
手段を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
1 6 . 測定データの最大値と最小値の差を演算する演算手段を備えたことを特徴とす る請求項 1に記載の工作機械。
1 7 . 前記ツールホルダのフランジ外周面に切欠きが形成されている場合において、 測定データの切欠き部分のデータを補完することを特徴とする請求項 1に記載の工作 機械。
1 8 . 前記測定手段が、前記主軸に装着したツールホルダの工具の刃先の変位を測定 することを特徴とする請求項 1に記載の工作機械。
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