JP7625807B2

JP7625807B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP7625807B2
Application number: JP2020137944A
Authority: JP
Inventors: 健司望月
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2025-02-04
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: JP2022034241A

Description

本発明は、工作機械に関する。

特許文献１には、主軸に取り付けられたドリル等の工具の折損を検知することができる工作機械が開示されている。特許文献１に記載の工作機械は、工具の折損を検知するために、レーザ装置を用いている。レーザ装置は、レーザ光を照射可能な発光体と、発光体から照射されたレーザ光を受光する受光体とを備える。そして、特許文献１に記載の工作機械は、工具の先端部がレーザ光を通過するよう工具を移動させ、この間、受光体によるレーザ光の受光が途切れた場合は工具に折損が無いと判断し、受光体がレーザ光を受光し続けた場合は工具が折れて短くなっていると判断する。

特開２０００－３４３３１０号公報

特許文献１に記載の工具の折損検知方法において、例えば工具の外周部に設けられた刃欠けがあるものの工具の長さ自体は不変である場合は、工具に折損が生じていないと判断される。この場合、刃が欠けた工具を用いてワーク（被削材）を加工することとなるが、ワークの加工精度が低下するおそれがある。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、工具の刃欠けを検出することができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、外周部に複数の刃が設けられた工具と、前記工具の形状を測定するための測定装置と、ワークの加工に用いられる前の前記工具の形状である加工前形状と、前記測定装置によって測定された、前記ワークの加工に用いられた後の前記工具の形状である加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の前記工具の少なくとも１つの前記刃の欠けを検出する刃欠け検出手段と、前記加工後の前記工具を用いた前記ワークの次回加工時の加工条件を取得する加工条件取得手段と、前記加工条件取得手段が取得した前記加工条件に基づいて、前記閾値を算出する閾値算出手段と、を備える、工作機械を提供する。

本発明によれば、工具の刃欠けを検出することができる工作機械を提供することが可能となる。

図１は、実施の形態における、工作機械の模式的な全体構成図である。図２は、実施の形態における、ツールチェック手段が行う処理のフローチャートである。図３は、実施の形態における、機械座標の原点位置からレーザ光までの長さを測定する方法を示すための模式図である。図４は、実施の形態における、ホルダからの工具の突出長さを測定する方法を示すための模式図である。図５（ａ）は、実施の形態における、フラットエンドミルの側面図であり、図５（ｂ）は、実施の形態における、ホルダからのフラットエンドミルの突出長さを測定する際のフラットエンドミルとレーザ光との位置関係を示す模式図。図６（ａ）は、実施の形態における、ドリルの側面図であり、図６（ｂ）は、実施の形態における、ホルダからのドリルの突出長さを測定する際のドリルとレーザ光との位置関係を示す模式図。図７は、実施の形態における、工具の刃欠け検出のフローチャートを示す図である。図８（ａ）は、工具の刃先の形状をトレースする方法を説明するための模式図であり、図８（ｂ）は、遮光検知信号の一例を示す図である。図９（ａ）は、一部、刃欠けが生じている工具の刃先の形状をトレースする方法を説明するための模式図であり、図９（ｂ）は、遮光検知信号の一例を示す図である。図１０は、実施の形態における、加工前形状、刃欠け限界線、及び加工後形状を示す図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図１０を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（工作機械１の構成）
図１は、本形態の工作機械１の模式的な全体構成図である。本形態において、工作機械１の使用状態における鉛直方向をＺ方向という。また、以後において、上下の表現は、工作機械１の使用状態における鉛直方向の上下を意味するものとする。

本形態の工作機械１は、例えばＮＣプログラムに従って主軸１６に取り付けられた工具３等の動きを制御する制御装置２を備えた３軸の立形マシニングセンタである。なお、これに限られず、工作機械１としては、テーブル１３や主軸１６の回転方向を含めた４軸以上の立形マシニングセンタや、横型マシニングセンタ、ターニングセンタ等の他の工作機械１を採用することができる。工作機械１は、ベッド１１、サドル１２、テーブル１３、コラム１４、主軸頭１５、主軸１６、工具３、測定装置４及び制御装置２を備える。

ベッド１１の上面には、Ｚ方向に直交するＹ方向に延在する案内面１１１が設けられている。案内面１１１は、ベッド１１上に配されるサドル１２をＹ方向に案内する。サドル１２の上面には、Ｙ方向とＺ方向との双方に直交するＸ方向に延在する案内面１２１が設けられている。案内面１２１は、サドル１２上に配されるテーブル１３をＸ方向に案内する。ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、及びサドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段のそれぞれは、例えば図示しないボールねじ及びサーボモータを用いて実現することができ、テーブル１３の移動量は、サーボモータの出力軸に設けられたエンコーダから制御装置２に出力される。

ベッド１１の上面のＹ方向の端部には、コラム１４が設けられている。本形態において、コラム１４はベッド１１に固定されている。以後、Ｙ方向におけるベッド１１におけるコラム１４が設けられた側を後方といい、その反対側を前方という。コラム１４は、ベッド１１の上面から上方に立設した部位と、当該部位の上端部から先端側に突出した部位とを有し、略Ｌ字状を呈している。コラム１４の前面には、Ｚ方向に延在する案内面１４１が設けられている。案内面１４１は、コラム１４の前方に配される主軸頭１５をＺ方向に案内する。コラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段は、例えばボールねじ及びサーボモータを用いて実現することができ、主軸頭１５の移動量は、サーボモータの出力軸に設けられたエンコーダから制御装置２に出力される。エンコーダから出力される各種移動手段の移動量に基づいて、制御装置２は、主軸頭１５の基準点１５０（図３及び図４参照）の位置を取得できるよう構成されている。主軸頭１５の基準点１５０は、制御装置２が取得する座標点であり、本形態においてはＺ方向における主軸頭１５の下端位置であって、Ｘ方向及びＹ方向における主軸１６の中心軸が存在する位置である。

主軸頭１５には、エンドミル、ドリル等の切削工具等の工具が取り付けられる主軸１６が設けられている。主軸１６は、工具３を脱着可能に保持するとともに、保持した工具３を回転させることができるよう構成されている。主軸１６は、スピンドルやシャフトとも称される。

テーブル１３上には、後述のように、工具３の寸法測定や、工具３の刃欠けの検出を行うための測定装置４が固定されている。本形態において、測定装置４はレーザ装置であり、本形態においては測定装置４をレーザ装置４という。レーザ装置４は、上方に開口するＵ字状を呈しており、互いにＸ方向に対向する位置に、レーザ光４３をＸ方向に照射する照射部４１と、照射部４１から照射されたレーザ光４３を受光する受光部４２と備える。レーザ装置４は、レーザ光４３が物体によって遮断されると、受光部４２がスキップ信号を制御装置２に出力するよう構成されている。制御装置２は、スキップ信号を受信した時の主軸頭１５の基準点１５０（図３及び図４参照）の座標位置を記憶する。

制御装置２は、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動等を制御することで、主軸頭１５の動きを制御する。工作機械１にてワークを加工する際は、制御装置２は、例えばＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）機能を備えたＣＡＤ装置５を用いて作成されたワークの目標形状に基づいてＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）機能を備えたＣＡＭ装置６によって生成された工具経路（ＣＬ：ＣｕｔｔｅｒＬｏｃａｔｉｏｎ）に沿って、主軸１６に取り付けられた工具３を移動させる。制御装置２は、ＣＡＭ装置６によって生成された工具経路データを、工作機械１が読み取り可能なＮＣ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）プログラムに変換するポスト処理を行う。

制御装置２は、ＣＰＵ（演算処理装置）及びＣＰＵ動作時の演算領域となるＲＡＭを有する制御部２１と、ＲＯＭを含む記憶部２２とを備える。記憶部２２は、制御装置２が実施する各種機能を実現するためのプログラム、工作機械１におけるレーザ装置４の位置情報、及びレーザの焦点位置等を記憶している。制御部２１は、加工条件取得手段２１１、ツールチェック手段２１２、加工手段２１３、刃欠け検出手段２１４、及び閾値算出手段２１５を備え、記憶部２２に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより各種機能を実現する。

（加工条件取得手段２１１による処理）
加工条件取得手段２１１は、ＣＡＭ装置６から、加工に用いる工具３の種類、刃数、径、長さ、ワークに対する工具３の送り速度、加工時の工具３の回転速度、工具経路等の加工条件を取得し、記憶部２２に記憶させる。加工条件取得手段２１１は、有線又は無線の通信手段によりＣＡＭ装置６と通信を行うインターフェイスを介して、ＣＡＭ装置６から前述の加工条件を取得する。

（ツールチェック手段２１２による処理）
図２は、ツールチェック手段２１２が行う処理のフローチャートである。図２に示すごとく、ツールチェック手段２１２は、まず、工具振れ確認を行う。工具振れ確認においては、ステップＳ１において、工具３を加工時の回転速度で回転させ、レーザ装置４を用いて工具３の半径Ｒ´［ｍｍ］を測定する。

ステップＳ１において工具３の半径Ｒ´を測定するにあたっては、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段を制御し、工具３が、レーザ光４３近傍の位置に配されるよう主軸頭１５を移動させる。そして、主軸１６及び主軸１６に固定された工具３を、主軸１６の中心軸周りに回転させながら、レーザ光４３に向けてＹ方向の一方側からアプローチする。そして、工具３がレーザ光４３を遮ると、受光部４２からスキップ信号が出力され、工具３がレーザ光４３を遮ったときの主軸頭１５の基準点１５０のＹ方向位置（すなわち、レーザ光４３から工具３の半径分離れた位置）が各種サーボモータに設けられたエンコーダから読み取られる。そして、測定された主軸頭１５の基準点１５０のＹ方向位置と、記憶部２２が記憶しているレーザ光４３のＹ方向の位置とから、工具３の半径Ｒ´が測定される。ここで、半径Ｒ´を測定する工具３のＺ方向位置は、工具３の種類に応じて変更され得る。例えば工具３がボールエンドミルであれば、ＣＡＭ装置６から取得したボールエンドミルのボール半径と同等の長さ（例えばボール半径＋０．１ｍｍ等）だけ工具３の下端位置から上側にずれた位置等において、工具３の半径を測定する。また、工具３がフラットエンドミルである場合は、工具３の下端位置の外周部において、工具３の半径を測定する。これにより、工具３の主要部（加工部）の半径が測定される。工具３の種類及び形状と工具３の半径を測定する工具３のＺ方向位置との対応関係は、予め記憶部２２に記憶されており、ＣＡＭ装置６から工具３の種類や形状を取得することで工具３の半径を測定する工具３のＺ方向位置が自動的に出力されるようになっている。

そして、図２のステップＳ１に示すごとく、測定された工具３の半径Ｒ´と、加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具３の理論半径値Ｒ［ｍｍ］とから、測定された工具３の半径Ｒ´と理論半径値Ｒとが、Ｒ´≦（Ｒ＋０．００５ｍｍ）、を満たしているか否かを判定する。不等式Ｒ´≦（Ｒ＋０．００５ｍｍ）中の０．００５ｍｍは、許容される工具３の振れ量であり、工具３の種類、ワーク加工後に形成される製品の寸法公差等に応じて適宜変更し得る。測定された工具３の半径Ｒ´が、Ｒ＋０．００５ｍｍを超える場合は、ステップＳ２に移り、工具３が回転によって外周側に過度に振れる工具振れが生じているものと判断し、アラームを発する。一方、測定された工具３の半径Ｒ´が、Ｒ＋０．００５ｍｍ以下の場合は、工具振れが生じていないと判断し、次のステップである工具長確認へ移行する。

次いで、工具長確認を行う。工具長確認においては、ステップＳ３において、レーザ装置４を用いて、ホルダ１８からの工具３のＺ方向の突出長さＬ´を測定する。

ステップＳ３における突出長さＬ´を測定する方法について、図３及び図４を用いて説明する。まず、図３に示すごとく、主軸１６に、Ｚ方向の長さＡが予め高精度に測定されたマスターバー７を取り付ける。そして、主軸頭１５の基準点１５０が機械座標の原点位置１７のＺ方向の高さにある位置から、主軸頭１５及びマスターバー７を、マスターバー７の下端部がレーザ光４３を遮る位置まで降下させる。マスターバー７の下端がレーザ光４３を遮ると、受光部４２からスキップ信号が出力され、各種サーボモータに設けられたエンコーダから読み取られた情報を基に、原点位置１７から主軸頭１５の基準点１５０までの長さＢが取得される。そして、既知のマスターバー７のＺ方向の長さＡと、測定された原点位置１７から主軸頭１５の基準点１５０までの長さＢとの和の長さＣ＝Ａ＋Ｂを算出する。この長さＣは、原点位置１７とレーザ光４３までのＺ方向の長さである。このように、予め、原点位置１７とレーザ光４３までのＺ方向長さＣを取得しておく。ここで、例えば、複数のワークを連続的に加工する場合等は、工作機械１の使用によって主軸１６周辺が高温になる一方、他の部位は比較的低温となるため、例えばコラム１４に反り等の熱変異が発生し、レーザ装置４による長さＣの結果に誤差が生じ得る。そのため、長さＣは、加工するワークが入れ替わる毎に測定される。

そして、図４に示すごとく、主軸１６に取り付けられた工具３におけるホルダ１８からの突出長さＬ´を測定するにあたっては、まず、Ｚ方向から見たときの基準点１５０とレーザ光４３との位置を次のように調整する。まず、図５（ａ）に示すような、工具３の先端（下端）が工具３の中心軸から外周側に離れた位置に少なくとも存在するような、フラットエンドミル３１、リーマ等の工具３の突出長さＬ´を測定する場合は、図５（ｂ）に示すごとく、Ｚ方向から見たときの工具３の外周端部の位置をレーザ光４３の焦点位置と一致させる。また、図６（ａ）に示すような、工具３の先端（下端が）工具３の中心軸上に存在するような、ドリル３２、ボールエンドミル等の工具３の突出長さＬ´を測定する場合は、図６（ｂ）に示すごとく、Ｚ方向から見たときの工具３の中心位置（基準点１５０）をレーザ光４３の焦点位置と一致させる。これは、工具形状測定の際に、工具３を確実に焦点に当てて測定し、測定精度を確保するためである。ここで、Ｚ方向から見たときの工具３とレーザ光４３の焦点位置との位置関係は、加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具３の種類、形状等の情報を用いて自動的に出力される。工具３の種類及び形状と主軸頭１５の基準点１５０及びレーザ光４３の位置関係との関係は、予め記憶部２２に記憶されている。

次に、主軸１６からマスターバー７を取り外すとともに、主軸１６に、ホルダ１８を介して工具３を取り付ける。そして、図４に示すごとく、主軸頭１５の基準点１５０が機械座標の原点位置１７のＺ方向の高さにある位置から、主軸頭１５、主軸１６及び工具３を、工具３がレーザ光４３を遮る位置まで降下させる。工具３の下端がレーザ光４３を遮ると、受光部４２からスキップ信号が出力され、各種サーボモータに設けられたエンコーダから読み取られた情報を基に、原点位置１７から主軸頭１５の基準点１５０までの長さＢαが取得される。そして、前述のように予め取得した原点位置１７からレーザ光４３までのＺ方向の長さＣから長さＢαを差し引くことにより、主軸頭１５の基準点１５０から工具３の下端位置までの長さＤが得られる。ここで、工具３は、ホルダ１８を介して主軸１６に取り付けられているが、ホルダ１８はＺ方向の長さＥが予め正確に測定されて既知のものを用いる。そこで、長さＤから、既知のホルダ１８のＺ方向の長さＥを差し引くことにより、ホルダ１８からの工具３のＺ方向の突出長さＬ´が得られる。以上により、突出長さＬ´が得られる。

そして、図２に示すごとく、ステップＳ３において、測定された突出長さＬ´と加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具３の理論突出長さＬとが、Ｌ＜Ｌ´≦（Ｌ＋３ｍｍ）を満たしているか否かを判定する。不等式Ｌ＜Ｌ´≦（Ｌ＋３ｍｍ）中の３ｍｍは、理論突出長さＬに対する実際の工具の長さＬ´の差の許容値であり、工具３の種類、ワーク加工後に形成される製品の寸法公差等に応じて適宜変更し得る。測定された工具３の突出長さＬ´が、ＣＡＭ装置６による工具経路算出時に用いた工具３の理論突出長さＬよりも短い場合は、加工時にホルダ１８がワークに干渉するおそれがあり、かつ、測定された工具３の長さＬ´が所定長さ（Ｌ＋３ｍｍ）よりも大きい場合は、加工不良の原因となる。そのため、測定された工具３の突出長さＬ´と理論突出長さＬとが、Ｌ＜Ｌ´≦（Ｌ＋３ｍｍ）を満たしていない場合は、ステップＳ４において、ホルダ１８に対する工具３の取り付けに異常があると判断しアラームを発する。一方、測定された工具３の突出長さＬ´と理論突出長さＬとが、Ｌ＜Ｌ´≦（Ｌ＋３ｍｍ）を満たしている場合は、ホルダ１８に対する工具３の取り付けが正常になされているものと判断し、次のステップである工具径測定へ移行する。

次いで、工具径確認を行う。工具径確認においては、ステップＳ５において、レーザ装置４を用いて、工具３を静止させた状態（非回転状態）における、工具３の直径ＯＤ´［ｍｍ］を測定する。

ステップＳ５における静止状態の工具３の直径ＯＤ´を測定する方法について説明する。まず、工具３をレーザ光４３に対してＹ方向の一方側から近付け、工具３がレーザ光４３に接触した時点の基準点１５０のＹ方向位置を測定する。同様に、工具３をレーザ光４３に対してＹ方向の他方側から近付け、工具３がレーザ光４３に接触した時点の基準点１５０のＹ方向位置を測定する。そして、これらの測定値の差に基づいて、工具３の一端から他端までの長さを算出する。かかる長さを、工具３をその中心軸周りに所定角度ずつ回転させて姿勢を変更させながら複数回繰り返して算出し、各算出値の最大値を工具３の直径とする。なお、Ｚ方向における工具３の直径の測定位置は、ステップＳ１における、Ｚ方向の半径Ｒ´の測定位置と同様とすることができる。

そして、測定された工具３の直径ＯＤ´と、加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具３の理論直径値ＯＤ［ｍｍ］とから、測定された工具３の直径ＯＤ´と理論直径値ＯＤとが、（ＯＤ－０．５ｍｍ）＜ＯＤ´＜（ＯＤ＋０．５ｍｍ）を満たすか否かを判定する。つまり、測定された工具３の直径ＯＤ´が、ＣＡＭ装置６から取得した工具３の理論直径値ＯＤと同等かを確認する。不等式（ＯＤ－０．５ｍｍ）＜ＯＤ´＜（ＯＤ＋０．５ｍｍ）中の０．５ｍｍは、理論直径値ＯＤに対する実際の工具３の直径ＯＤ´の差の許容値であり、工具３の種類、ワーク加工後に形成される製品の寸法公差等に応じて適宜変更し得る。測定された工具３の直径ＯＤ´と理論直径値ＯＤとが、（ＯＤ－０．５ｍｍ）＜ＯＤ´＜（ＯＤ＋０．５ｍｍ）を満たしていない場合は、ステップＳ６において、意図された工具３（ＣＡＭ装置６による工具経路作成時に設定された工具３）と異なる工具が主軸１６に取り付けられている可能性があるとして、アラームを発する。一方、測定された工具３の直径ＯＤ´と理論直径値ＯＤとが、（ＯＤ－０．５ｍｍ）＜ＯＤ´＜（ＯＤ＋０．５ｍｍ）を満たしている場合は、意図された工具３が主軸１６に取り付けられているとして、ツールチェックを終了する。

（加工手段２１３による処理）
加工手段２１３は、加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具経路データをポスト処理して生成されたＮＣプログラムに従い、ベッド１１に対するサドル１２のＹ方向の移動手段、サドル１２に対するテーブル１３のＸ方向の移動手段、及びコラム１４に対する主軸頭１５のＺ方向の移動手段を制御してワークの加工を行う。ＮＣプログラムには、ワークに対する工具３の送り速度、工具３の回転速度、工具３の工具経路等の加工条件に関する指令が含まれている。

（刃欠け検出手段２１４及び閾値算出手段２１５による処理）
刃欠け検出手段２１４は、加工手段２１３による加工に用いられた後の工具３に刃欠けが生じているか否かを検出する。図７に、刃欠け検出のフローチャートを示している。

ステップＳａにおいて、刃欠け検出手段２１４は、まず、加工前の工具３の刃先３３（図５（ａ）参照）の形状（加工前形状３０１）を、レーザ装置４を用いて測定（トレース）する。図８（ａ）は、刃欠けが生じていない工具３の刃先３３の形状をトレースする方法を説明するための模式図である。図８（ａ）においては、１つの工具３と、これをトレースするためのレーザ光４３とを、右側程時間が進む時系列で示している。ここで、工具３は、エンドミル３１（図５（ａ）参照）であり、螺旋状に延びる４つの刃を備える場合を想定している。便宜上、工具３の４つの刃を、トレース時の工具３の反回転方向の順に第１刃部３ａ、第２刃部３ｂ、第３刃部３ｃ、及び第４刃部３ｄと呼ぶ。また、図８（ａ）において、便宜上、第１刃部３ａ上に「１」、第２刃部３ｂ上に「２」、第３刃部３ｃ上に「３」、第４刃部３ｄ上に「４」を表示している。

工具３の刃先３３の形状を、レーザ装置４を用いてトレースする際において、刃欠け検出手段２１４は、各種サーボモータを制御して主軸頭１５を移動させて、工具３の下端位置とレーザ光４３とがＺ方向の同じ位置となるよう工具３を移動させる。そして、図８（ａ）に示すごとく、工具３を１回転させ、各刃先３３にレーザ光４３を照射する。ここで、刃欠け検出手段２１４は、工具３を回転させたときに、工具３の第１刃部３ａ、第２刃部３ｂ、第３刃部３ｃ、及び第４刃部３ｄのそれぞれの刃先３３がＹ方向のレーザ光４３側の端部の位置（図８（ａ）における工具３の紙面上端位置）に来た時にのみレーザ光４３が照射されるよう、レーザ装置４によるレーザ光４３の照射タイミングと、工具３の回転速度とを同期している。それゆえ、刃欠け検出手段２１４は、工具３を１回転させ、当該１回転中に４回照射されるレーザ光４３のそれぞれが遮光されたか否かを検出する。この作業を、工具３がレーザ光４３に当たらない位置から始め、レーザ光４３と工具３とのＹ方向の相対距離を徐々に近付けながら複数回行う。そして、各刃先３３によってレーザ光４３が遮光されたときの基準点１５０の位置とレーザ光４３との位置関係から、工具３の下端位置における各刃先３３の位置を検出する。

ここで、レーザ光４３が照射されている状態においてレーザ光４３が遮光された場合（すなわち、受光部４２がレーザ光４３を受光しない場合）、刃欠け検出手段２１４はレーザ装置４から遮断検知信号を受け取るように構成されている。図８（ｂ）は、工具３を１回転した際、４回照射されるレーザ光４３のすべてが工具３のそれぞれの刃の刃先３３によって遮光された場合に検出される遮光検知信号の例を示している。図８（ｂ）において、ｔ１は、第１刃部３ａの刃先３３にレーザ光４３を照射した時間であり、ｔ２は、第２刃部３ｂの刃先３３にレーザ光４３を照射した時間であり、ｔ３は、第３刃部３ｃの刃先３３にレーザ光４３を照射した時間であり、ｔ４は、第４刃部３ｄの刃先３３にレーザ光４３を照射した時間である。このように、１回転当たり４回照射されるレーザ光４３のすべてが遮光された場合、遮光検知信号は途切れることなく検出される。

そして、工具３の各刃先３３の位置の検出を、工具３の下端位置から上側に所定長さ離れた位置まで繰り返す。本形態においては、工具３の下端位置から上側に２０ｍｍ離れた位置まで繰り返す。ここで、各刃は螺旋状に形成されているため、工具３をレーザ光４３に対して下側にずらした場合、各刃先３３の位置が回転方向にずれることとなる。このことを考慮し、刃欠け検出手段２１４は、工具３をＺ方向のいずれの位置において刃先３３の位置を検出する場合であっても、工具３の各刃の刃先３３がＹ方向におけるレーザ光４３側の端部の位置に来た時にのみレーザ光が照射されるよう、レーザ装置４によるレーザ光４３の照射タイミングと、工具３の回転とを同期している。

以上のように、加工前の工具３の刃先３３の形状（加工前形状３０１）をトレースする。図１０に、加工前形状３０１に関するトレース結果を一点鎖線で示している。図１０に示す図は、下側からみた工具３の刃先３３の外形形状の一部に相当する。

そして、ステップＳｂにおいて、ＣＡＭ装置６から１回目の加工後の工具３を用いたワークの次回加工時（すなわち２回目の加工時）の加工条件を取得する。そして、ステップＳｃにおいて、工具３を用いた１回目のワークの加工後、閾値算出手段２１５は、トレースされた加工前形状３０１と、ＣＡＭ装置６から取得された、１回目の加工後の工具３を用いたワークの次回加工時（すなわち２回目の加工時）の加工条件とに基づき、図１０に示すごとく、許容される刃の刃欠け量（許容刃欠け量Ｗ）を算出する。加工条件は、荒加工、及び荒加工より後に行われる仕上げ加工に関する条件を含む。荒加工は、仕上げ加工に比べ、加工の精度が要求されず、比較的工具３の刃欠けが許容されやすい一方、仕上げ加工は、荒加工に比べ加工の精度が要求され、工具３に許容刃欠け量Ｗは小さい。そこで、閾値算出手段２１５は、図７に示すごとく、ステップＳｄにおいて、ＣＡＭ装置６から取得された、１回目の加工後の工具３を用いたワークの次回加工時（２回目の加工時）の加工条件を考慮し、許容される許容刃欠け量Ｗを決定し、図１０に示すごとく、加工前形状３０１から許容刃欠け量Ｗだけ内側の位置を、許容される刃の外形形状（以後、刃欠け限界線３００と呼ぶ）として算出する。すなわち、刃欠け限界線３００は、加工前形状３０１の各部の位置を、当該各部の法線方向の内側に許容刃欠け量Ｗだけ縮小させたものである。許容刃欠け量Ｗは、例えば２回目の加工時の加工条件が、荒加工である場合は０．０５ｍｍ、仕上げ加工である場合は０．０５ｍｍよりも小さい値、例えば０．０２ｍｍとすることができる。

そして、図７に示すごとく、ステップＳｅにおいて、刃欠け検出手段２１４は、レーザ装置４を用いて、１回目の加工後の工具３の刃先３３の形状（加工後形状３０２）をトレースする。加工後形状３０２のトレースは、加工前形状３０１のトレースと同様に行う。トレースされた加工後形状３０２を図１０に実線で示している。

次いで、ステップＳｆにおいて、刃欠け検出手段２１４は、トレースされた加工後形状３０２に、刃欠け限界線３００よりも内側に位置している部分があるか否かを判定する。すなわち、刃欠け検出手段２１４は、加工前形状３０１と加工後形状３０２との差が、所定の閾値以上であるかを確認する。刃欠け検出手段２１４は、加工後形状３０２の少なくとも一部が、刃欠け限界線３００よりも内側に位置している場合は、工具３に刃欠けありと判定し、ステップＳｇに移行してアラームを発生させる。

ここで、図９（ａ）は、一部、刃欠けが生じている工具３の刃先３３の形状をトレースする方法を説明するための模式図である。図９（ｂ）は、工具３を１回転した際、４回照射されるレーザ光４３のうちの１つのみが工具３の刃によって遮光されない場合に検出される遮光検知信号の例を示している。ここでは、図９（ａ）に示すごとく、工具３の４つの刃のうちの第３刃部３ｃに刃欠けが生じている場合を想定する。この場合、ステップＳｅにおいて工具３の半径から許容刃欠け量Ｗだけ内周側にずれた位置（すなわち刃欠け限界線３００の位置）をレーザ光４３でトレースする際、第１刃部３ａ、第２刃部３ｂ、及び第４刃部３ｄのそれぞれの刃先３３によってレーザ光４３が遮断されるが、第３刃部３ｃによってレーザ光４３は遮断されない。そのため、工具３の半径から許容刃欠け量Ｗだけ内周側にずれた位置をレーザ光でトレースする際に、図９（ｂ）に示すごとく、時間ｔ３の間の摩耗検知信号が途切れ、刃欠け検出手段２１４は、当該途切れを検出することにより刃欠けが検出される。一方、刃欠け検出手段２１４は、加工後形状３０２のいずれも刃欠け限界線３００の内側に位置していない場合は、工具３の刃先３３の形状をトレースする際に、工具が１回転する間に摩耗検知信号が途切れず、これによって工具３に刃欠けなしと判断することができ、２回目の加工へ移る。このように、刃欠け検出手段２１４は、加工前形状３０１と加工後形状３０２との差が、所定の閾値（すなわち許容刃欠け量Ｗ）以上であることを検知することによって加工後の工具３の刃欠けを検出する。

（実施の形態の作用及び効果）
本形態の工作機械１は、加工前形状３０１と加工後形状３０２との差が、所定の閾値（許容刃欠け量Ｗ）以上であることを検知することによって加工後の工具３の刃欠けを検出する刃欠け検出手段２１４を備える。それゆえ、工具の刃の欠けを検出することができる。

また、工具３は、その先端が工具３の中心軸上に存在する場合（例えばドリル、ボールエンドミル等）、刃欠け検出手段２１４は、加工前形状と、レーザ装置４によって工具３の先端を測定して得られた加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の工具３の少なくとも１つの刃の欠けを検出する。そして、工具３は、その先端が工具３の中心軸から外周側に離れた位置に少なくとも存在する場合（例えばフラットエンドミルやリーマ等）、刃欠け検出手段２１４は、加工前形状と、レーザ装置４によって工具３の先端位置の外周端部を測定して得られた加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の工具３の少なくとも１つの刃の欠けを検出する。これにより、工具形状測定の際に、工具３を確実に焦点に当てて測定することができ、工具３の形状測定の精度を高めることができる。

また、本形態の工作機械１は、加工後の工具３を用いたワークの次回加工時の加工条件を取得する加工条件取得手段２１１と、加工条件取得手段２１１が取得した加工条件に基づいて、前記所定の閾値（許容刃欠け量Ｗ）を算出する閾値算出手段２１５とを備える。それゆえ、加工条件に応じて、工具３の刃欠け検出の閾値を適宜変更することにより、許容される工具３の刃欠け量に応じた工具３の刃欠け検出を行うことが可能となる。

また、閾値算出手段２１５が算出する閾値は、加工条件が荒加工に関する条件であった場合よりも、加工条件が仕上げ加工に関する条件であった場合の方が小さい値である。すなわち、仕上げ加工の方が荒加工よりも、要求される加工精度が高いため、次回の加工が荒加工である場合は、ある程度大きめの許容刃欠け量Ｗを設定し、次回の加工が仕上げ加工である場合は、ある程度小さめの許容刃欠け量Ｗを設定することで、効率的な工具３の交換を補助することが可能となる。

また、刃欠け検出手段２１４は、加工条件取得手段２１１がＣＡＭ装置６から取得した工具３の刃数及び工具３の形状に基づき、測定装置４による工具３の各刃の形状の測定を行う。これら、工具３の刃数及び工具３の形状は、一般的に工作機械１がＣＡＭ装置６から取得する情報であるため、これを利用することにより、別途工具３の歯数や工具３の形状を入力する必要がなくなり、工作機械１によるワークの加工の自動化を図りやすい。

以上のごとく、本形態によれば、工具３の刃欠けを検出することができる工作機械１を提供することが可能となる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、前記実施の形態においては、工具の形状を測定するための測定装置をレーザ装置としたが、これに限られず、例えば画像処理によって工具の形状を測定してもよい。ここで、工作機械内には、加工時に生じる粉塵、クーラントのミスト等が存在するが、レーザ光はこれらの影響を受け難いため、レーザ装置が測定装置として好適に用いられる。

１…工作機械
２１１…加工条件取得手段
２１４…刃欠け検出手段
２１５…閾値算出手段
３…工具
４…測定装置（レーザ装置）

Claims

外周部に複数の刃が設けられた工具と、
前記工具の形状を測定するための測定装置と、
ワークの加工に用いられる前の前記工具の形状である加工前形状と、前記測定装置によって測定された、前記ワークの加工に用いられた後の前記工具の形状である加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の前記工具の少なくとも１つの前記刃の欠けを検出する刃欠け検出手段と、
前記加工後の前記工具を用いた前記ワークの次回加工時の加工条件を取得する加工条件取得手段と、
前記加工条件取得手段が取得した前記加工条件に基づいて、前記閾値を算出する閾値算出手段と、を備える、
工作機械。
前記工具は、その先端が前記工具の中心軸上に存在し、
前記刃欠け検出手段は、前記加工前形状と、前記測定装置によって前記工具の先端を測定して得られた前記加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の前記工具の少なくとも１つの前記刃の欠けを検出する、
請求項１に記載の工作機械。
前記工具は、その先端が前記工具の中心軸から外周側に離れた位置に少なくとも存在し、
前記刃欠け検出手段は、前記加工前形状と、前記測定装置によって前記工具の先端位置の外周端部を測定して得られた前記加工後形状との差が、所定の閾値以上であることを検知することによって加工後の前記工具の少なくとも１つの前記刃の欠けを検出する、
請求項１に記載の工作機械。
前記加工条件取得手段が取得する前記加工条件は、荒加工に関する条件及び荒加工よりも後に行われる仕上げ加工に関する条件を含み、
前記閾値算出手段が算出する前記閾値は、前記加工条件が前記荒加工に関する条件であった場合よりも、前記加工条件が前記仕上げ加工に関する条件であった場合の方が小さい値である、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の工作機械。
前記加工条件取得手段は、前記工具を用いてワークを加工する際の前記工具の経路を作成するＣＡＭ装置から、前記工具の刃数、前記工具の径、及び前記工具の長さを含む前記加工条件を取得し、
前記刃欠け検出手段は、前記加工条件取得手段が前記ＣＡＭ装置から取得した前記工具の刃数及び前記工具の形状に基づき、前記測定装置による前記工具の前記各刃の形状の測定を行う、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の工作機械。