JPH07195256A - 制御装置及びそれが用いられる工作機械並びにトルク測定器及び工具折損検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具に対し過大なトルクがかかることを防止
し、工具の寿命を延ばし、加工時間の短縮並びに加工精
度の向上を図る制御装置を提供すること 【構成】 先端に着脱自在に装着されたドリル１０を回
転させる主軸回転機構部４が、送り機構部３によりワー
ク１１に対して前後進移動する。加工時のドリルに加わ
った加工トルクを磁歪式のトルクセンサ１６で検出し、
トルク制御装置１５に送る。トルク制御装置では、与え
られたトルク目標値と加工トルクを比較し、差がある場
合には両者を一致させるための送り速度を求め、送りモ
ータ駆動装置１２に速度命令信号を出力する。これによ
り、加工トルクがトルク目標値に一致する。よって、ド
リルには過大なトルクが加わらずに劣化の進みが遅くな
る。また係る過大なトルクが加わらない条件の元で高速
に送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御装置及びそれが用
いられる工作機械並びにトルク測定器及び工具折損検出
装置に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】ドリルやフライス盤並びにボール盤など
の回転する工具により穴あけ・切削・研磨その他の種々
の加工を行う工作機械では、上記工具を工作機本体に着
脱自在に取り付け、所定の加工処理を行うようになって
いる。そして、この工作機本体には、前記工具が取り付
けられる主軸を回転させるための主軸回転機構と、その
主軸回転機構全体または被加工物（ワーク）を前後進移
動させる送り機構とを備え、一般的には、一定速度で主
軸を回転させた状態で、予め定められた一定速度で工具
をワークに対して相対的に前進移動させるようになって
いる。そして、その速度は、ワークや工具の材質並びに
工具の径等を考慮して決定される。

【０００３】ところで、加工処理時には被加工物（ワー
ク）からの反力を受け、その工具に対しトルクが加わ
る。そこで、各モータの速度の設定を誤ったり、切り屑
・加工屑が詰まったり、工具が磨耗したりすると、工具
に加わるトルクが大きくなり、一定値以上のトルクがか
かると工具が折損してしまうおそれがある。一方、係る
事態を考慮して、予め所定のマージンをとり、速度を低
く設定すると、加工効率が悪くなる。

【０００４】そこで、加工中に工具にかかるトルクを検
出し、一定値以上のトルクがかからないように工作機械
を制御し、工具の折損を防止する技術が必要となる。

【０００５】さらに、従来では、工具が折損すると交換
を余儀無くされるが、磨耗の程度を知ることはできない
ので、工具の適切な交換タイミングを検出することが困
難であった。これにより、磨耗が進み劣化し、加工効率
が悪いのにもかかわらず、使用し続けることにより出来
上がりの加工精度が悪かったり、加工中に折れてその加
工中の製品をダメにしたり折れた工具の破片が飛び危険
を生じる。これを解消するため、速めの交換をすると、
使用できるのにも拘らず捨てることになり無駄となる。
さらには何時使用不能になるかが不明であるので、予め
大量の工具を用意しておく必要があり、無駄となる。

【０００６】また、過大なトルクがかからないように制
御するには、目標となるトルクを設定する必要がある
が、その設定がノウハウ的になり易い。さらに、工具が
折損しないように制御すると、その時の加工状況に応じ
て工具に無理な負荷がかからないようになるが、そうす
ると、従来にもまして工具の劣化度合いや、加工状況が
設定通りに行われているか否か（異常の有無）を検出し
にくくなる。

【０００７】さらに、工具の折損を防止するためには、
精度のよいトルク測定を行う必要があるが、従来一般の
トルクセンサでは、折損時にともない生じる瞬間的なト
ルク変動をとらえることは困難であった。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、工具に対し過大なト
ルクがかかることを防止し、工具の折損を抑制するとと
もに劣化（磨耗）の進みを遅らせて工具の使用可能な時
間を延ばし、加工時間の短縮並びに加工精度の向上を図
ることにより効率の良い加工を行うことができ、安全で
高精度の加工を行え、さらに、制御基準となるトルク目
標値を自動的にしかも実際の使用状況に適した値にセッ
トすることができ、加工時の異常（磨耗折損などの工具
の異常，被加工物の誤セット等の加工条件の間違い）を
知ることができさらに工作機械に用いられる工具の磨耗
状況を把握して交換時期が近付いたり、或いは交換時期
に来たことを精度よくしかも簡単に知ることができ、寿
命（残りの使用可能回数等）を求めることのできる制御
装置及びそれを用いた工作機械を提供することにある。

【０００９】また、他の目的としては主軸モータ容量に
対して加工負荷の変動が小さくても精度良く、しかもリ
アルタイムでトルクの推定を行なうことができるトルク
測定器及び工具折損検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る制御装置では、先端に着脱自在に
装着された工具を回転させる主軸回転機構と、前記主軸
回転機構を被加工物に対して前後進移動させる送り機構
とを備えた工作機械に用いられ、前記送り機構の送り速
度を制御する制御装置であって、前記工具に加わるトル
クを検出するトルク検出手段と、少なくとも設定された
トルク目標値と、前記トルク検出手段により検出された
トルクとに基づいて前記送り速度を求める送り速度算出
手段と、前記送り速度算出手段の出力を受け、算出され
た送り速度になるように前記送り機構を制御する送り機
構制御手段とから構成した。

【００１１】そして好ましくは、上記構成に加え、さら
に前記工具の送り位置に基づいたトルク目標値を決定す
るトルク目標値生成手段を備え、前記送り速度算出手段
が、前記トルク目標値生成手段から出力されるトルク目
標値に基づいて前記送り速度を求めるようにすることで
ある。

【００１２】そしてこの場合に前記目標値生成手段とし
ては、例えば複数の送り位置に対するトルク目標値対か
らなる目標値点列を記憶する目標値点列記憶手段と、そ
の目標値点列記憶手段に記憶された所定の目標値点列
と、現在の前記送り位置に基づいて、現在のトルク目標
値を算出する目標値トルク演算手段とから構成すること
ができる。また、正常加工時の加工トルク波形に基づい
て前記目標値点列を生成するとともに、前記目標値点列
記憶手段に格納する目標値点列生成手段をさらに設ける
と、トルク目標値を自動的に生成できるため、より好ま
しい。

【００１３】さらに、上記いずれかの構成に、前記送り
速度を、一定の速度設定値になるように制御する速度制
御手段を追加し、切替手段による切り替え処理により、
速度を一定に保つ速度制御と、送り速度算出手段の出力
すなわちトルクを一定に保つトルク制御のいずれかを選
択的に実行できるようにすると、より好ましい。そし
て、かかる場合の切替手段の切り換えタイミングとして
は、例えば少なくとも前記送り位置に基づいて決定され
るようにすることができる。

【００１４】さらに、上記各種の構成において、送り速
度算出手段により決定された送り速度が、一定の上限値
よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値よりも低
くなった時に異常信号を発する異常検知手段をさらに設
けるとよい。

【００１５】そして好ましくは、１回の加工に要する作
業完遂時間を検出する作業完遂時間検出手段と、その作
業完遂時間が、工具交換が必要となる最大遅延時間以上
または越えた時に交換要求信号を出力することである。

【００１６】また、１回の加工に要する作業完遂時間を
検出する作業完遂時間検出手段と、前記作業完遂時間検
出手段により検出された現在及び所定の過去の作業完遂
時間と、工具交換が必要となる最大遅延時間とに基づい
て使用中の工具の寿命を求める予測手段をさらに備える
と、なおよい。

【００１７】本発明に係る工作機械では、先端に着脱自
在に装着された工具を回転させる主軸回転機構と、前記
主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる送り
機構と、上記した各種の構成からなる制御装置を備え、
その制御装置により前記送り機構が制御するように構成
することである。

【００１８】本発明に係るトルク測定器では、工作機械
に実装される主軸モータの電流及び回転速度値に基づい
て、オブザーバ理論を用いて前記工作機械に取り付けら
れた工具にかかるトルクを推定するトルク算出手段を備
えた。また、工作機械に使用されるトルク測定器であっ
て、前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回
転速度値に基づいて、主軸にかかっているトルクの値を
推定する主軸負荷トルク推定手段と、前記主軸負荷トル
ク推定手段により求められた非加工時で回転中の前記主
軸のトルクを記憶する記憶手段と、前記主軸負荷トルク
推定手段により求められた加工中の前記主軸にかかって
いるトルクと、前記記憶手段に記憶されたトルクから、
前記加工機械に取り付けられた工具にかかるトルクを算
出する演算手段とから構成してもよい。

【００１９】また本発明に係る工具折損検出装置では、
上記構成のトルク測定器を備え、前記トルク測定器によ
って出力されたトルク測定値を用いて工具の折損状態を
検出し、その検出結果に基づいて前記工作機械の運転状
態を制御する制御手段を備えて構成した。

【００２０】

【作用】トルク検出手段を用い、加工中に工具に加わっ
ているトルクを直接または間接的に検出する。そして、
設定されたトルク目標値と比較し、加工トルクがトルク
目標値と一致するように送り速度をリアルタイムで増減
速制御する。そして、検出された加工トルクを用いて直
接比較しているので、制御は高精度に行われる。

【００２１】トルク目標値生成手段を設けた場合（請求
項２〜４）には、送り位置などに応じてその時に最適な
トルク目標値を基準に上記制御を行えるので、制御がよ
り高精度になり、加工精度も向上する。そして、請求項
３のように、トルク目標値を複数の目標値点列で規定
し、目標値点列間はそのデータに基づいて補間すること
により、記憶容量は少なくかつ簡易な構成で加工処理全
体に渡って所望のトルク目標値が設定される。さらに請
求項４のように、目標値点列を実際の加工時に得られた
加工トルク波形に基づいて自動的に生成するようにする
と、特にノウハウを有していない人でも、その時の使用
環境・条件に適した目標値点列が決定されるので、それ
に基づいて行われる制御も良好なものとなる。

【００２２】さらに、速度制御機能とトルク制御機能を
備え、切替手段により適宜選択された制御機能を用いて
送り速度の制御を行うようにした場合には（請求項５，
６）、その時の使用条件に応じて適した制御を行うこと
ができるので、より高精度な制御が行われる。

【００２３】さらに、算出された送り速度が、一定の上
限値よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値より
も低くなった時に異常信号を発する異常検知手段を設け
た場合（請求項７，８）には、加工トルクが大きくなろ
うとすると送り速度は低下させるので、工具が折損して
いなくても、磨耗が激しかったり、或いは潤滑油などが
供給されなかったり切り屑が挟まるなどの異常がある
と、速度は下限値よりも低くなる。

【００２４】また、設定した被加工物と異なる材質のも
のをセットし、それに対して加工処理をしようとする
と、仮に間違って設定したものよりも硬い材質のものの
場合には、加工トルクが大きく上記と同様に速度は下限
値より低くなる。逆に仮に間違って設定したものよりも
柔らかい材質のものの場合には、加工トルクが小さく速
度は上限値より低くなる。このように各種の異常が検出
される。特に上限値よりも越える場合に異常信号を設け
た場合には、上記の如くセットミスを知ることができ、
さらに送り速度が過大になると危険になるが、その前に
異常信号による警告を受けるので、装置保護並びに使用
者保護が図られる。

【００２５】さらに、作業完遂時間検出手段を設け、作
業完遂時間が最大遅延時間以上または越えた時に交換要
求信号を出力するようにした場合には（請求項９）、工
具の交換時期が来たことを正確に知ることができる。こ
れにより、適切なタイミングで工具の交換が行われる。
しかも、作業完遂時間検出手段と、予測手段を設けた場
合には（請求項１０）、予め交換時期が近付いて来たの
を知ることができるので、交換用の工具を用意する目安
となり、無駄なストックをする必要がなくなる。

【００２６】そして、本発明に係る工作機械（請求項１
１）では、上記した各種の制御装置により制御されるの
で、安全で、しかも効率の良い加工を短時間で行うこと
ができる。

【００２７】また、本発明に係るトルク測定器（請求項
１２，１３）は、加工前の無負荷時で一定速度で回転し
ている主軸モータの回転速度並びに電流から、主軸負荷
トルク推定手段を用いてその時の主軸負荷トルクを算出
し、それを記憶手段に格納する。すると、この場合に切
削トルクがゼロであるので、記憶手段に格納した値は、
主軸モータの主軸に対する摩擦，慣性等に基づいて発生
するトルクとなる。同様にして実際に工具を被加工物に
当接させて所定の加工処理をしている時の主軸負荷トル
クを算出し、それを演算手段に送る。この算出されたト
ルクには、上記主軸の摩擦等に基づくトルク分に加え、
実際の工具にかかっているトルク分も含んだ値となる。
よって演算部では、記憶手段に格納されたトルクデータ
を読み出すとともに、両者を減算することにより、工具
にかかっているトルクを算出し、それを出力する。ま
た、上記電流，回転速度からトルクを推定するに際し、
粘性・摩擦を考慮したモデリングをし、推定算出式を立
てることにより、電流，回転速度から直接工具にかかっ
ているトルクを推定することができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る制御装置及びそれが用い
られる工作機械並びにトルク測定器及び工具折損検出装
置の好適な実施例を添付図面を参照にして詳述する。図
１は本発明に係る工作機械のトルク制御装置の第１実施
例を示している。本例では制御対象の工作機械として、
ドリル加工装置を用いている。このドリル加工装置は、
ワーク保持用テーブル１の上面に起立形成された支柱２
に、送り機構部３を介して昇降移動可能に主軸回転機構
部４が取り付けられている。

【００２９】すなわち、送り機構部３は、送りモータ５
と、その送りモータ５の出力に基づいて主軸回転機構部
４を安定して昇降させるボールネジからなるガイドレー
ル６とから構成される。また、主軸回転機構部４は、主
軸モータ７と、その主軸モータ７の出力に連結された主
軸（図示せず）の先端に取り付けられたチャック８と、
それら主軸モータ７と主軸，チャック８等の回転伝達機
構を支持し、上記ガイドレール６に連結する連結部材９
とを備えている。そして、上記チャック８に工具たるド
リル１０は着脱自在に装着される。

【００３０】従って、主軸モータ７を回転駆動させる
と、主軸７，チャック８を介してその回転力がドリル１
０に伝わり、所定速度で回転する。そして、この状態で
送りモータ５を正回転させると、その回転力はボールネ
ジからなるガイドレール６に伝わり、連結部材９、すな
わち主軸回転機構部４全体を下降移動させる。これによ
り、ドリル１０をその下方のワーク保持用テーブル１の
上面に載置された被加工物たるワーク１１に当接させ、
切削加工する。なお、送りモータ５を逆回転させると、
主軸回転機構部４は上昇移動する。そして、各モータ
５，７は、それぞれ接続された送りモータ駆動装置１
２，主軸モータ駆動装置１３から与えられる電力量によ
りその回転数（速度）が制御されるようになっている。

【００３１】ここで本発明では、主軸モータ駆動装置１
３は、主軸モータ制御装置１４からの主軸モータ速度指
令に基づいて等速回転させるように制御する。また、送
りモータ駆動装置１２は、送り速度算出手段たるトルク
制御装置１５から与えられる送りモータ速度指令に基づ
いて、下降移動速度がその指令値になるように所定の回
転速度で送りモータ５が回転するように制御する。

【００３２】トルク制御装置１５は、加工トルク（加工
時に工具に加わるトルク）が、与えられたトルク目標値
になるようにその送り速度を決定する（具体的な機能は
後述する）ようになっている。そして、上記加工トルク
は、ドリル１０の外周囲に配置したトルクセンサ１６及
びそのトルクセンサ１６の出力に接続されたアンプ１７
で増幅することにより検出し、その検出した加工トルク
値を上記トルク制御装置１５に送るようになっている。

【００３３】上記トルクセンサ１６は、例えば磁歪式ト
ルクセンサを用いることができる。すなわち、例えば４
本の脚部を備えたコアの各脚部に、励磁コイル，検出コ
イルを巻回して構成されるトルクセンサを、そのコアの
脚部開放側を回転軸の外側表面に近接するようにして配
置する。

【００３４】係る構成にすることにより、図外の電源か
ら励磁コイルに交流信号を流すと、電磁誘導により検出
コイル側に誘導電圧が誘起されて所定の交流信号が出力
される。この時、回転軸にトルクがかかると、逆磁歪効
果により回転軸の透磁率が変化するため両コイル間での
結合係数が変わる。よって、検出コイルから出力される
信号の振幅が変化する。この振幅を検出することによ
り、回転軸に加わっているトルクの大きさを知ることが
できるのである。

【００３５】なお、この例ではドリルに加わったトルク
を直接検出するようにしたが、本発明はこれに限ること
なく、チャック内部や主軸の途中にトルクセンサを取り
付け、間接的に加工トルクを検出するようにしても良
く、さらには、ワーク保持用テーブル１に取り付け加工
時のトルクを計測できる切削動力計を用いることもでき
る。さらには、主軸モータ７の電流や回転速度から加工
トルクを推定するトルク測定器（この推定により加工ト
ルクを求める例については後述する）を用いても良く、
要は加工トルクを検出できるものであればなんでも良
い。

【００３６】一方、加工トルク及びトルク目標値に基づ
いて送りモータの速度を決定するトルク制御装置１５の
具体的な処理機能は、図２に示すフローチャートのよう
になっている。すなわち、加工開始と共にドリル１０を
定速回転させた状態で、予め設定された基本送り速度ｆ
0 で下降移動するように速度指令を出力する（ＳＴ
１）。そして、ドリル先端位置（送り位置）ｈ［ｍｍ］
を計測し、ドリル１０の先端がワーク１１の上面に当接
（ｈ＝０）するまで上記基本送り速度ｆ0 を維持する
（ＳＴ２，ＳＴ３）。なお、本例ではボールネジからな
るガイドレール６に沿って主軸回転機構部４が昇降移動
するため、送りモータ５が１回転する毎に昇降移動する
距離は一定であるので、初期位置（例えば最上方位置）
から送りモータ５が回転した積算数を求めることにより
送り位置を算出することができる。

【００３７】そして、ドリル１０の先端がワーク１１に
当接したならば（ｈ＝０）、それ以後実際の穴明け加工
が行なわれるので、ステップ４以降の加工状況に応じた
送り速度の調整制御を行う。すなわち、主軸の回転数Ｎ
［ｒｐｍ］（固定）と加工トルク値τ［ｋｇｆ・ｃｍ］
を取得する。加工トルク値はトルクセンサ１６により検
出される（ＳＴ４）。

【００３８】ここで加工トルク値τについて考えると、
ドリル１０がワーク１１を削ることによって発生するト
ルクτc ［ｋｇｆ・ｃｍ］と、ドリル１０とすでに開け
られた穴の内面との間の摩擦トルクτf ［ｋｇｆ・ｃ
ｍ］がある。そして、τc は、ドリル径Ｄの２乗に比例
し、ドリル１０の送りｆ（ドリルが１回転するときにド
リルが前進・後退する量［ｍｍ／ｒｅｖ］）に比例する
ので、次式で表せる。

【００３９】τc ＝ｋｃ・ｆ・Ｄ^２ ｋｍは材料などに依存する値（厳密には送りｆにも依存
する） また、τf は、ドリルの回転数Ｎとすでに切削した穴の
深さｈに比例するため、 τf ＝ｋｆ・Ｎ・ｈ ｋｆは材料などに依存する値となる。

【００４０】従って、加工中に検出される加工トルクτ
は、 τ＝ｋｃ・ｆ・Ｄ^２＋ｋｆ・Ｎ・ｈ となり、送りモータの速度を一定とする（速度制御）
と、時間経過に伴い検出される加工トルクの一例を示す
と、図３中実線で示すように穴深さが増すに連れて加工
トルクも上昇する。そこで本例では、加工トルクτが送
りｆに依存することに着目し、加工トルクτと送りｆを
図中破線で示すように比例関係で近似し、その近似曲線
に基づいて制御するようにしている。

【００４１】そして、トルク制御装置１５に対して外部
から制御基準となるトルク目標値τd を与えるのである
が、本例では、図４に示すように送り速度並びにドリル
の回転速度を一定にした時（速度制御時）の時間経過
（穴開け深度ｈ）に対する加工トルク波形に基づいて、
そのピーク値をトルク目標値に決定し、その値を設定す
るようにしている。このピーク値は、正常動作時におけ
る各時期での加工トルクであるので、その加工トルク以
内であれば、ドリルに加わるトルクが過負荷となること
がなく、折損することはない。

【００４２】そこで、上記ステップ４で取得した現在の
加工トルクτと予め与えられたトルク目標値τd の偏差
τe を求める（ＳＴ５）。

【００４３】τe ＝τd −τ 次いで、その算出結果に基づいて送り修正量ｆｍを算出
する。具体的には、下記式（ＳＴ６）により求められ
る。

【００４４】ｆｍ＝Ｋｐ・τｅ 但し、Ｋｐは比例定数 また、送り修正量ｆｍは、トルクの偏差τｅの微分値，
積分値を用い、下記式に代入することにより、算出する
ようにしても良い。すなわち、ＰＩＤ制御方式（または
ＰＩ，ＰＤ制御方式）を用いて算出しても良い。

【００４５】

【数１】 さらに、τe の値が連続量（アナログ値）の場合には、
上記した演算式により修正量ｆm を求めるようになって
いるが、マイクロコンピュータ等を用いて制御する場合
にはτe は離散量（ディジタル量）となるので、制御開
始からｋサンプル目における修正量ｆm （ｋ）は、

【００４６】

【数２】 となる。

【００４７】次に、基準送り量ｆ０に上記求めた修正量
ｆｍを加算して送り量ｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］を算出し、そ
の算出結果ｆにドリル回転数Ｎを掛けることによりドリ
ルの送り速度Ｆ［ｍｍ／ｍｉｎ］を算出する。そして、
その主軸回転機構部４（ドリル１０）の送り速度が算出
したＦになるための送りモータ５の回転速度を下記式に
より求め、その算出結果を送り速度指令として送りモー
タ駆動装置１２に出力する（ＳＴ７〜ＳＴ１０）。

【００４８】Ｖ＝Ｋv ×Ｆ 但し、Ｋv は送り速度／モータ速度指令変換係数 これにより、図５中実線で示すように穴開け加工開始し
たならば加工トルクがトルク目標値（同図中破線で示
す）とほぼ一致するようになる。すなわち、摩擦トルク
τf の小さい穴開け開始当初はトルクτc を大きく、つ
まり、送りｆを大きくすることができる。また、摩擦ト
ルクτf の大きくなる穴開け終了付近では、速度を遅く
（同図中二点鎖線で示す速度制御（送り速度を一定にす
る制御）における送り速度とほぼ等しい）し、無理のな
い穴開け加工をする。これにより、ドリル１０に過大な
トルクを加えることなく加工速度を上げることができ、
同図から明らかなように、速度制御に比べ短時間で加工
処理を行える。また、加工トルクがトルク目標値を越え
た場合には、送り速度を低下させてドリル保護を図る。

【００４９】そして、上記トルク制御（ステップ４〜ス
テップ１０）を、穴開け終了位置まで行い（ＳＴ１１，
１２）、穴開け終了位置まで達したならドリル戻り指令
を出力する（ＳＴ１３）。なお、この戻り指令に基づき
送りモータ駆動装置１２では送りモータ５を逆回転させ
るように電力供給する。そして、ドリルが元の初期位置
まで上昇移動したならば、処理を終了する（ＳＴ１４，
１５）。

【００５０】上記構成によれば、加工中のドリルにかか
っている加工トルクを検出し、それに基づいてリアルタ
イムで送り速度を増減速制御することにより実際の加工
トルクをトルク目標値通りにすることができる。よっ
て、加工トルクが過大にならずドリル（工具）の破損を
防止できる。そして、工具磨耗が進行した場合であって
も、加工トルクを増大させることがないので（この場合
には全体的に加工速度は遅くなる）、工具に無理なトル
クがかからず寿命が延びる。さらに工具を長期にわたっ
て、しかもその工具の状態に合わせた送り速度で加工す
ることができる。さらに、加工トルクの変動が小さいの
で、加工精度が向上するなどの種々の効果を奏する。

【００５１】図６，図７は本発明に係る制御装置の第２
実施例を示している。同図に示すトルク制御装置１５
は、加工時の工具にかかっている加工トルクを受け、そ
のトルク値がトルク目標値になるように送り速度を制御
するもので、上記した図１，図２に示すものと同様の構
成のものを用いている。

【００５２】そして、本実施例では、加工異常検知装置
を設け、トルク制御装置１５の出力（送りモータ速度指
令）を受け、加工状態を判断し、異常がある場合には送
りモータ駆動装置１２に対して停止信号を出力するよう
にしている。具体的には、上限しきい値と下限しきい値
と言う２つの基準値を有し、入力信号（送りモータ速度
指令値）が上限しきい値を越えたり或いは下限しきい値
より小さくなった場合に異常信号を出力する比較装置２
０から構成される。そして、この比較装置２０は、ＣＰ
Ｕ内でソフトウエアで処理しても良く、或いはウインド
コンパレータのようにハードウエアで構成することもで
きる。

【００５３】すなわち、例えば図７に示すように、例え
ば穴開け加工により生じる切り屑が、ドリルの刃部内に
詰まると、加工トルクが非常に大きくなる。すると、上
記した如くトルク制御装置１５は加工トルクをトルク目
標値にすべく送り速度を低下させるように指示する。よ
って、指示した送り速度は下限しきい値以下になる。ま
た、同様のことは、加工中には切削油を供給するが、こ
の切削油の供給が停止したり供給量が不十分の場合にも
加工トルクが上昇するので同様の現象を生じる。

【００５４】そして、かかる状態の時にそのまま穴開け
加工を継続すると、単に加工時間が長くなって加工効率
が悪くなるのみならず、ワークの加工精度（仕上がり精
度）が低下したり、工具の損傷・磨耗の原因となる。そ
こで、本例のように送り速度が低くなり過ぎた場合には
異常ありと判断し、送りモータ駆動装置１２に停止手停
止信号を出力し、図外の送りモータを停止する。

【００５５】また、設定したのと異なる材質のワークを
挿入し、穴開け加工しようとした異常事態の場合にも、
本実施例の異常検出装置で検出できるようなる。すなわ
ち、仮にアルミのワークの穴開けを行うことを想定して
基準送り速度やトルク目標値などを設定した場合に、そ
れよりも硬いステンレスのワークを挿入してしまうと、
基準送り速度の間まで加工すると、発生する加工トルク
が非常に大きくなり、やはり上記と同様の原理により検
出される。これにより、間違ったワークに対して作業を
してしまうと言う事態を抑制できる。

【００５６】一方、上記とは逆にステンレスを想定して
設定した場合において、アルミのワークを供給してしま
った場合には、基準送り速度で加工している時に発生す
る加工トルクは小さいので送り速度を非常に早くするよ
うに制御される。係る場合には、制御された送り速度が
上記上限しきい値を越えるため、送りモータは停止され
る。これにより、間違ったワークに対して作業をしてし
まうと言う事態を抑制できる。

【００５７】なお、上記した実施例では、上限，下限の
２つのしきい値を設定し、いずれを越えても検出するよ
うにしたが、本発明はこれに限ることなく、いずれか一
方のしきい値を設定し、そのしきい値よりも上／下の２
値制御を行うようにしてもよい。

【００５８】図８は、主軸モータ７に供給される電流及
び回転速度からトルクを推定する本発明に係るトルク測
定器の一実施例を示している。そして、図１に示すトル
クセンサのかわりにこのトルク測定器を用いることによ
り、上記した各種の制御や異常検知を行うことができ
る。

【００５９】同図に示すように、加工機械本体に実装さ
れる主軸モータ７には、その出力軸７ａの先端に取り付
けられたチャック８を介してドリル１０が着脱自在に取
り付けられる。なお、図示の例では便宜上主軸モータ７
の出力軸７ａのチャック８を取り付けた状態を示した
が、実際には係る出力軸７ａを主軸に連結し、その主軸
の下端にチャックが装着される。そして、この主軸モー
タ７は、主軸モータドライバ（主軸モータ駆動装置）１
３からの制御信号（電流）、すなわち、電流値により所
望の回転数で稼働するようになっている。

【００６０】ここで本発明では、主軸モータ７に出力軸
７ａの回転速度を計測する回転検出器２１を設け、その
回転検出器２１により検出された回転速度ωと、主軸モ
ータドライバ（主軸モータ駆動装置）１３の出力、すな
わちモータ電流ｉｍを本発明に係るトルク測定器２２に
与えるようになっている。

【００６１】このトルク測定器２２は、上記２つの入力
データに基づいてオブザーバの理論にしたがってモータ
７の主軸（出力軸７ａ）にかかっている主軸負荷トルク
を推定するトルク推定部２３を備え、このトルク推定部
２３の出力を、一時記憶する記憶装置２４と、工具にか
かっている加工トルク（本例では工具がドリルのため、
以下「切削トルク」と称する）を算出する切削トルク算
出部２５に接続する。さらにこのトルク算出部２５に
は、前記記憶装置２４に記憶されたデータを読み出して
与えられるようになっている。

【００６２】そしてトルク推定部２３では、回転速度を
ｙ，電流をｕ，オブザーバゲインをＫ（行列（Ａ−Ｋ
Ｃ）が安定となるように選ぶ）とし、下記式によりｘの
推定ベクトルを求め、そのｘの推定ベクトルに［０
１］を掛けることにより主軸負荷トルクＴL を推定する
ことになる。

【００６３】

【数３】 なお、上記した式（１）中の各係数は、下記のモータの
運動方程式（式（２））に基づき、以下のようにして求
められる。

【００６４】

【数４】

【００６５】

【数５】 したがって、図９に示すように加工前の無負荷時（ドリ
ル１０がワークに非接触状態（切削トルク＝０）で一定
速度で回転している状態）の主軸モータ７の回転速度並
びに電流をトルク推定部２３に入力し、その時の主軸負
荷トルクＴL1を算出し、それを記憶装置２４に格納す
る。すると、この場合に切削トルクがゼロであるので、
記憶装置２４に格納した値は、主軸モータ７の出力軸７
ａに対する摩擦，慣性等に基づいて発生するトルクとな
る。これにより、初期設定が終了する。

【００６６】次いで、図１０に示すように実際にドリル
１０をワーク１１に当接させて切削加工している時の主
軸モータの回転速度，電流をトルク推定部２３に入力
し、その時の主軸負荷トルクＴL2を算出し、それをトル
ク算出部２５に与える。すると、この時の主軸負荷トル
クＴL2は、上記した軸の摩擦等によるトルクと切削によ
り工具にかかっているトルクの和である。よって、切削
トルク算出部２５では、記憶装置２４に格納されたトル
クデータＴL1を読み出すとともに、両者を減算（ＴL2−
ＴL1）することにより、切削トルクを算出し、それを出
力する。

【００６７】そして、加工前と加工中の回転速度の間に
大きな差がなければ、加工中の摩擦等によるトルク分は
初期設定時に求めて記憶装置２４に格納したものＦL1と
ほぼ等しい。これにより、軸の摩擦等を排除した正確な
切削トルクを求めることができる。すなわち、本例で
は、トルクの推定並びに減算処理は短時間で行えるた
め、リアルタイムでの処理が可能となる。

【００６８】一方、上記したトルク推定部２３では、モ
ータの回転速度，電流からモータの主軸にかかるトルク
を推定したが、摩擦にともない生じるトルクが速度に比
例する粘性・摩擦項とすると、上述したモータの運動方
程式は、下記式のようにおくことができる。

【００６９】

【数６】 すると、上記した実施例の導入過程の式（３）は、下記
式のようになる。

【００７０】

【数７】 そして、上記式に基づいてオブザーバを構成すると（上
述した実施例の式（３）に相当）、式（４）中の各係数
には、摩擦によるトルク分が考慮された状態で決定され
ているので、結局摩擦によるトルク分が差し引かれ、純
粋に工具にかかっているで推定トルクＴL が求まる。上
記した一実施例に示す記憶手段やトルク算出部が不要と
なり、図８に示すトルク推定部（演算式は異なる）の単
独によりトルク推定手段が構成される。本例では、経年
変化などによりモータのパラメータが変動した場合であ
っても、オブザーバの再設計は不要となり、経年変化に
強いものとなる。

【００７１】ここで上記式（４）中の粘性・摩擦係数Ｄ
は、例えば実験的に求めることができる。すなわち、パ
ラメータ同定法を用い、一例を示すとステップ入力に対
する応答から求める。つまり、上記式（４）中のｉｍが
ｉ０（一定）とすると、式（４）の解は微分方程式を解
くことにより、

【００７２】

【数８】 となる。そして、上記式（５）から、出力ω（ｔ）の最
終値がＧで，時間ｔ＝Ｔにおけるω（Ｔ）はＧの６３．
２％に達することがわかる。

【００７３】よって、ステップ入力ｉ０をモータに加
え、その時の出力ωを時間応答データとして測定し、ω
が収束して一定値とみなした時点で最大値Ｇを求める。
そして、 Ｄ＝Ｋｍ・ｉ０／Ｇ よりＤを求めることができる。また、Ｇの６３．２％と
なる時間Ｔを求め、 Ｊ＝ＤＴ よりＪを求めることができる。これにより、式（４）中
の係数が決定される。なお、Ｊは、各種特性から物理的
計算により算出することもできる。

【００７４】図１１，図１２は、本発明に係る制御装置
の第３実施例である上記した各トルク検出センサの出力
に対する信号処理装置の一例を示している。図示するよ
うに、工作機械（ドリル加工装置）本体には、ドリル１
０を正逆回転させるための主軸モータ７と、ドリル１０
（主軸モータ７）を上下移動させるための送りモータ５
とを有し、両モータ５，７は切削トルク制御装置２６か
らの速度指令を受けたドライバ１２，１３によりその回
転が制御されるようになっている。これにより、主軸モ
ータ７にてドリル１０を所定速度で正回転させながら、
送りモータ５を作動させてドリル１０を下降移動させて
ワーク１５に所定の圧力で当接させることにより切削
（穴あけ）加工をすることになる。

【００７５】この時、送りモータ５の回転出力をあげる
と加工時間が短くなるがドリル１０がワーク１５から受
ける反力が強く、大きなトルクがかかるために折損する
おそれが生じ、逆に送りモータ５の出力を下げるとドリ
ル１０の折損のおそれは可及的に減少するが加工時間も
長くなる。すなわち、ドリル１０の回転速度を一定とす
ると、ドリル１０にかかるトルクは送り量（下降速度）
に依存する。

【００７６】そこで本例では、ドリル１０に本発明に係
る切削トルク推定器２２を設け、その切削トルク推定器
２２の出力を切削トルク制御装置２６に送り、フィード
バック制御によりドリル１０に一定以上のトルクがかか
らない状態で切削加工をするようにしている。

【００７７】すなわち、図１２に示すように、切削トル
ク制御装置（図１に示すトルク制御装置１５に対応）２
６はＰＩＤコントローラ２６ａと、送り速度算出部２６
ｂと、主軸回転制御部２６ｃとから構成され、ＰＩＤコ
ントローラ２６ａに切削トルク推定器２２で推定・算出
したドリル１０にかかっているトルクに基づく信号と、
設定負荷に基づく信号の差分を入力するようにする。こ
こで、設定負荷とはそのドリル１０が折損してしまうト
ルクに対して所定のマージンを取った値である。なお、
主軸回転制御部２６ｃでは、主軸モータドライバ１３に
対して主軸モータ７を一定速度で回転するように制御信
号を発するようになっている。

【００７８】この状態で、ＰＩＤコントローラ２６ａで
は、入力信号の正負及びその絶対値から、ドリル１０の
下降速度すなわち送り量を決定する。つまり、入力信号
が負の場合にはドリル１０にかかっているトルクが設定
負荷を越えていて折損のおそれが高いため、送り量を低
下させたり或いは逆戻りさせたりする（ドリルを上昇さ
せる）必要があり、一方、入力信号が正の場合には、ド
リル１０にかかっているトルクは設定負荷よりも小さい
ため、ドリル１０にかかるトルクをもう少し増やしても
ドリルが折損するおそれが低いので、送り量を増加させ
て加工効率の向上を図る。そして、上記増減量は、ＰＩ
Ｄコントローラ２６ａへの入力信号の絶対値により決定
する。そして、この決定した送り量を次段の送り速度算
出部２６ｂに送り、その送り量を得るに必要な送りモー
タ５の速度を求め、その決定した速度を送りモータドラ
イバ１２に制御信号として出力する。

【００７９】係る構成にすることにより、切削時にドリ
ル１０にかかるトルク（負荷）を折損レベル以下に保つ
ことができる。そして、ドリルに無理な負荷がかからな
いので、ドリルの長寿命化が図れる。

【００８０】図１３，図１４は本発明に係る工具折損検
出装置の一実施例を示している。すなわち、ワーク１５
に穴を開ける切削処理の場合、折損するような瞬間には
過大なトルクがかかるために時間ｔの変化に対するトル
クの変化は、異常（折損）であれば図１３に示すよう
に、あるしきい値（正常であれば取り得ないトルク（セ
ンサ出力））を設定し、そのしきい値をこえた場合には
折損したと判定し、所定の出力をするようにしている。
すなわち、図１４に示すように上記した切削トルク制御
装置２６に替えて工具折損検知装置２７を設け、その検
知装置２７にて、設定した基準トルク（上記しきい値）
と推定トルクを比較し、推定トルクが大きくなったとき
に、異常と判定するようにしている。

【００８１】そして、工具折損検知装置２７では、異常
を検知したら主軸モータドライバ１３に対して異常信号
（主軸回転停止指令）を発する。すると、主軸モータド
ライバ１３は主軸モータ７に対する電流供給を停止す
る。また、これと同時に送りモータドライバ１２に対し
て戻り指令を発し、送るモータ５を逆回転させてドリル
１０を引き上げるなどの所定の処理を行う。なお、主軸
モータ７への指令は、上記のような停止命令ではなく、
逆回転命令でも良く、或いは回転させたままとしても良
い。

【００８２】図１５は本発明に係る制御装置の第４実施
例を示している。この実施例では、上記した図１に示す
制御装置を基本とし、さらに加工位置に応じてトルク目
標値を替えることにより、状況に応じた高精度の制御が
できるようにしている。すなわち、第１実施例では、ト
ルク目標値を固定としたが、本例ではトルク制御装置１
５に与えるトルク目標値を、ドリル位置（送り位置）に
基づいてトルク目標値生成装置３０にて決定し、そのト
ルク目標値生成装置３０から与えるようにしている。

【００８３】すなわち、ドリル１０の先端は尖っている
ため、ドリルの先端がワーク１１に当接し穴明け加工を
開始した時は、接触している径も小さく、また穴開け深
度も少ないので、τc ，τf 共に小さい。従って、トル
ク目標値を一定にすると、加工の初期に過大な送りにな
るおそれがある。また、貫通穴を形成する場合に、ドリ
ル１０の先端がワーク１１の裏面側に突出すると、加工
により生じるトルクτc が減少するので、やはり、トル
ク目標値を一定にすると、貫通後に送り速度が急に上昇
するおそれがある。そして、貫通により抵抗が小さくな
るにも拘らず比較的大きな加工トルクを維持するととも
に高速に送ると、バリを生じるおそれが高くなり、さら
に危険でもある。一方、ドリル１０の先端部分がワーク
１１内に入り込んだ後の通常の穴開け加工時は、できる
だけ一定のトルクで加工したほうが仕上がりが良くな
る。

【００８４】そこで本例では、止まり穴を加工する場合
には、図１６（Ａ）に示すように、ワーク１１にドリル
１０の先端１０ａが当接してから（ｈ＝０）、その先端
部分１０ｂが入り切る（ｈ＝ｈm ）までは徐々にトルク
目標値を上昇させていき、その後は最終穴開け位置（ｈ
＝ｔ）まで一定のトルク目標値τm とする。

【００８５】また、貫通穴を加工する場合は、同図
（Ｂ）に示すように、ワーク１１にドリル１０の先端１
０ａが当接してから（ｈ＝０）、その先端部分１０ｂが
入り切る（ｈ＝ｈm ）までは徐々にトルク目標値を上昇
させていく。その後、先端１０ａがワーク１１の裏面
（ｈ＝ｔ）に達するまでは一定のトルク目標値τm とす
る。そして、その後徐々にトルク目標値を低下させ、先
端部分１０ｂが完全に外に突出したときにトルク目標値
を０にする。

【００８６】なお、上記一定のトルク目標値τm は、上
記各実施例と同様に、ドリル１０の強度やワークの材質
等から決定される。また、トルク目標値τm になるとき
の位置、すなわち、ドリル１０の先端部分１０ｂの長さ
ｈm は、図１７に示すようにドリルの径をＤ，先端角を
θとすると、 ｈm ＝Ｄ／（ｔａｎ（θ／２）） により求めることができる。

【００８７】そして、加工中にドリル１０の先端位置
（送り位置）ｈを取得し、その先端位置ｈのトルク目標
値を決定するのであるが、本例では、メモリ容量を削減
するため、図１６に示す特性の中で特徴を表す代表点
（ドリル位置，トルク目標値）を複数決定し、その代表
点（離散的に抽出される）を目標値点列記憶装置３１に
格納する。図１６（Ｂ）を例にとると、格納される目標
値点列は、

【００８８】

【数９】 に示すようになる。すなわち、各目標値点列を直線で結
ぶことと、図示の特性が得られる。なお、同図（Ａ）の
場合には、Ｐ４がなくなる。

【００８９】そして、トルク目標値生成装置３０内のト
ルク目標値演算装置３２に現在の送り位置ｈが与えられ
たなら、目標値点列記憶装置３１に格納された所定の２
点の代表点（本例では現在の送り位置の両側に隣接する
代表点）についてのデータを読み出すとともに、現在の
送り位置でのトルク目標値を算出し、トルク制御装置１
５へ送るようにしている。

【００９０】上記トルク目標値演算装置３２では、読み
出した２点間を補間して目標値を演算するもので、本例
では補間を直線で行うようにしている。これにより、例
えば（ｈ１，τ１），（ｈ２，τ２）間の位置ｈにおけ
るトルク目標値τd を算出する演算式は

【００９１】

【数１０】 となる。よって、図１６（Ｂ）の例における送り位置ｈ
に対する目標値τd は、下記表のようになる。

【００９２】

【表１】 なお、上記した実施例では、目標値点列を４点抽出した
が、使用する目標点列の数を増加することにより、複雑
な目標値も簡単に生成できる。また、補間を行うに際
し、上記した実施例では、２つの代表点を結ぶ直線によ
り補間を行ったが、２次関数，３次関数などにより設定
することもできる。なお、その他の構成並びに作用効果
は、上記した実施例と同様であるので同一符合を付し、
その詳細な説明は省略する。

【００９３】図１８は本発明に係る制御装置の第５実施
例を示している。この例では、上記した第４実施例を基
本とし、目標値点列記憶装置３１に格納する目標値点列
データを自動的に生成し記憶するようにしている。

【００９４】すなわち、本例におけるトルク目標値生成
装置３０′は、上記した実施例と同一機能を有する目標
値点列記憶装置３１とトルク目標値演算装置３２に加
え、目標値点列生成装置３３を備え、この生成装置３３
にて与えられたデータに基づいて目標値点列データを生
成し、目標値点列記憶装置３１に格納するようにしてい
る。

【００９５】そして、この目標値点列生成装置３３にお
ける機能を説明すると、図１９に示すように、まず送り
速度を一定に保つように制御する速度制御を行って１回
加工し、その加工時のドリル１０に加わる加工トルクを
トルクセンサ１６で検出し、その加工トルク波形を記憶
する（ＳＴ２０）。これにより例えば図２０（Ａ）に示
す波形が記憶される。なお、複数回加工処理をし、得ら
れた複数の加工トルク波形の平均値を算出し記憶するよ
うにしても良い。

【００９６】次に、抽出する目標値点列を決定する（Ｓ
Ｔ２１）。具体的には、加工トルクがかかり始める位置
（ｈ１）と、その位置ｈ１からドリル１０の先端部分の
距離だけ進んだ位置（ｈ２）と、加工トルクが０になる
位置（ｈ４）とその位置ｈ４よりも先端部分の距離だけ
戻った位置ｈ３を決定する（図２０（Ａ）参照）。な
お、止まり穴の場合には、加工トルクの変化からｈ１を
決定したならば、その位置に基づいてｈ２，ｈ３を決定
する。

【００９７】記憶した加工トルク波形から、各決定した
送り位置ｈ１〜ｈ４の加工トルクを検出し、その加工ト
ルクをトルク目標値とし対応する送り位置と対にして目
標値点列Ｐ１〜Ｐ４とし、次段の目標値点列記憶装置３
１に格納する（ＳＴ２２）。これにより、目標値点列記
憶装置３１には、図２０（Ｂ）に示すＰ１〜Ｐ４の各点
の座標データ（送り位置，トルク目標値）が記憶される
ことになり、このデータに基づいて上述した如くトルク
目標値演算装置３２にて各点間を補間するため、結局図
２０（Ｂ）中実線で示した折れ線波形が、各位置でのト
ルク目標値となり、この目標値になるようにトルク制御
装置１５により送り量が制御される。

【００９８】また、ステップ２２での目標値点列の抽出
に際し、例示した図２０の場合には、各位置ｈ１〜ｈ４
での加工トルクをそのまま用いたが、例えばＰ２，Ｐ３
を決定するに際は、図２１に示すように一定の区間（Ｈ
ａ，Ｈｂ）を設定し、その区間内の加工トルクの平均を
求め、その平均値をトルク目標値にしても良い。これに
より、より正確な目標値を求めることができる。

【００９９】係る構成にすると、実際の測定したデータ
に基づいて自動的に目標値点列が設定されるので、簡易
かつその時の使用条件・状況に適した値が決定され、ト
ルク制御もより効率良く行える。

【０１００】さらに、図１６（Ｂ）に示すような目標値
点列を得たい場合には、速度制御時の加工トルク波形の
ピークを検出し、そのピーク値をＰ２，Ｐ３のトルク目
標値と設定（ドリル送り位置ｈ２，ｈ３は上記と同様に
する）することにより対応できる（図２２（Ａ）参
照）。

【０１０１】これにより、Ｐ２〜Ｐ３間では一定の目標
値となるので、同図（Ｂ）中実線で示すように、実際の
加工トルクは開始当初は徐々に加工トルクを高くしてい
き、その後ピークトルク値付近で穴開け加工を行った
後、ドリルの先端がワーク裏面から突出した（ｈ＝３）
なら徐々にトルクを低下させてバリの発生を抑制する。
すなわち、上記した第１実施例と同様に加工時間の短縮
が図れる。

【０１０２】また、図２３（Ａ）に示すように、新品ド
リルと、使用によりドリルの刃部が磨耗した磨耗ドリル
を同一条件で速度制御を行うと、磨耗ドリルの加工トル
クが非常に大きくなる。そこで、Ｐ２〜Ｐ３までを一定
のトルク目標値になるように制御する場合の係るトルク
目標値を決定するに際し、図示するように新品ドリルの
速度制御を行って得られた加工トルク波形から、穴の浅
い位置（ｈが小）での加工トルクを抽出し、その値をＰ
２，Ｐ３のトルク目標値にセットしても良い。かかる場
合には、同図（Ｂ）に示すように、磨耗した工具でも無
理のないトルクでの加工が実現でき、磨耗による工具
（ドリル）折損を防止できる。

【０１０３】さらに、複数の異なる材質からなるワーク
を積層した状態のものに対し、穴開け加工をする場合に
は、以下のような目標値点列を設定することができる。
すなわち、図２４（Ａ）に示すように、硬度の異なる２
種類の材質（例えばアルミとＳＵＳ）を重ね、速度制御
を行うようにした場合に、硬いＳＵＳに合わせて速度を
設定する（速度は遅くなる）と、図中一点鎖線で示すよ
うに加工時間が長くなる。一方、柔らかいアルミに合わ
せると、図中二点鎖線で示すように加工速度は速くなる
が、ＳＵＳを切削する際の加工トルクが過大になり、折
損するおそれがある。

【０１０４】そこで、ＳＵＳに合わせて送り速度を決定
して速度制御をし、得られたＳＵＳの加工トルクに合わ
せてトルク目標値Ｐ２，Ｐ３を決定する（同図（Ｂ）参
照）。そして、その様にして求めた目標値点列に基づい
てトルク制御を行うと、同図（Ｃ）に示すように、アル
ミに対する加工時は、本来の設定よりも大きな加工トル
クで穴開けが行われるので、短時間で処理され、その後
のＳＵＳでは最適な条件で加工されるので、ドリルに過
大なトルクが加わることなく、加工時間が必要以上に長
くなるのを抑制できる。なお、目標値点列をアルミから
ＳＵＳにかわる送り位置にさらに１，２点加え、各材質
で最適な加工トルクをトルク目標値に設定するようにし
ても良い。

【０１０５】そして、上記例示したいずれの場合も、実
際に加工処理したデータに基づいて目標値点列を自動的
に決定でき（どの種類・パターンのものを用いて決定す
るかは予め与えておく）、しかも決定された目標値点列
は、その時の使用状況に適した値となるので、高精度で
の制御が行え、加工精度も向上する。さらに、簡単明確
であるので設定ミスもなくなる。なお、上記した目標値
点列の決定以外の構成並びに作用効果は上記した第４実
施例のものと同様であるのでその説明を省略する。

【０１０６】図２５は本発明に係る制御装置の第６実施
例を示しており、この実施例では、上記した第４，第５
実施例と相違して、トルク目標値生成装置３０″は、具
体的な送り位置に対するトルク目標値からなる目標値点
列を使用せず、加工中に与えられる送り位置を所定の関
数に代入することにより、トルク目標値を決定するよう
にしている。

【０１０７】具体的には、例えば各送り位置に対するト
ルク目標値が図２６（図１６（Ａ）の止まり穴用の目標
値と同じ）に示すようになっているとすると、ドリルの
先端部分が完全にワーク内に入る位置（トルク値を一定
にする制御開始位置）をｈｍ、その時のトルク目標値を
τm とおくと、下記に示すｍｉｎ演算（２つの数値の小
さい方を選択）中の現在のドリルの先端位置（送り位
置）ｈを代入することにより、その位置でのトルク目標
値を求めることができる。

【０１０８】 τd ＝ｍｉｎ（τm ，（τm ／ｈm ）×ｈ） 図２７は、本発明に係る制御装置の第７実施例を示して
いる。同図に示すように、本実施例では、送り速度を一
定に制御する速度制御機構と、上記各実施例で示したト
ルクをトルク目標値になるように送り速度を変化させる
トルク制御機構の両者を備え、ドリルの送り位置に応じ
て２つの制御機構の一方を選択し、所定の制御を行うよ
うになっている。

【０１０９】すなわち、貫通孔を形成する場合を考える
と、ワークとドリルの位置関係は、図２８の（Ａ）〜
（Ｅ）に示す５種類に分けられる。そして、ドリル１０
の先端１０ａがワーク１１に到達する前（同図（Ａ））
は加工トルクがなく、また、ドリル１０の先端部分１０
ｂが完全にワーク１１の裏面側から突出した後（同図
（Ｅ））は、加工トルクは摩擦トルクのみに起因する
（切削トルクがない）とともにドリルと接触している距
離（穴の深さ）はｔで一定であるので、送り位置（ドリ
ル１０の先端１０ａの位置）に関係なくほぼ一定の値を
示す。そして、いずれの場合も切削トルクが生じている
０＜ｘ＜ｔ＋ｈm （同図（Ｂ）〜（Ｄ））の時の加工ト
ルクよりも小さい。

【０１１０】そこで、（Ａ）と（Ｅ）の区間では制御系
の簡易な速度制御を行い、（Ｂ）〜（Ｄ）の区間ではト
ルク制御を行うようにした。すなわち図２７に示すよう
に、送りモータ駆動装置１２から送られる回転制御信号
に基づいて送り機構部３は、主軸回転機構部４を所定の
速度で送る。この時、トルクセンサ１６によりドリルに
加わっている加工トルクを検出し、トルク制御装置１５
に入力する。このトルク制御装置１５の出力は、切り替
えスイッチ３５を介して送りモータ駆動装置１２に与え
られるようにしている。また、この切り替えスイッチ３
５を介して、速度制御時の速度目標値が、送りモータ駆
動装置１２に与えられるようになっいてる。

【０１１１】一方、送り機構部３に併設された送り位置
センサ３６により、現在のドリルの先端の位置（送り位
置）を検出し、その検出した送り位置を、切替器３７及
びトルク目標値生成装置３０に入力するようにしてい
る。そして、切替器３７は、送り位置に応じて上記切り
替えスイッチ３５を切り替え、トルク制御装置１５から
出力される送り速度か、速度制御用の速度目標値のいず
れかが選択され送りモータ駆動装置に与えられる。

【０１１２】そして、本例におけるトルク制御は、実際
の加工トルクが、図２９に示すようなトルク目標値にな
るようにしている。すなわち、トルク目標値生成装置３
０は、本例では上記した第４実施例に示されたものと同
一構成のものを用い（送り位置０，ｈm ，ｔ，ｔ＋ｈm
の時の各トルク目標値を目標値点列として記憶させてお
き、ｈm 〜ｔまではトルク一定で、それ以外の区間では
所定の演算式（二次関数等）で補間して求める）、送り
位置に対し図２９に示すようなトルク目標値特性になる
ように所望のトルク目標値をトルク制御装置１５に出力
し、トルク制御装置１５では検出された加工トルクがト
ルク目標値に一致するように制御する。なお、このトル
ク制御の具体的な処理は上記した各実施例と同様である
ので省略する。なおまた、使用するトルク目標値生成装
置としては、第５，第６実施例に示されたものを用いて
もよい。

【０１１３】また、切替器３７は、図３０に示すように
最初は速度制御側に接続し、送り位置が０の時に切り替
えてトルク制御側に接続し、さらに送り位置がｔ＋ｈm
になったなら再度切り替えて速度制御側に接続するよう
になっている。

【０１１４】これにより、負荷が小さく加工トルクの少
ない上記区間（Ａ），（Ｅ）で送り速度が過大になるこ
とがなく、特に区間（Ｅ）でその様に比較的低い速度で
送ることによりバリが少なくてすみ、しかも、急激に速
度が上昇することがないので、その速度変化時にドリル
に無理な力が加わって折れたりすることがなく安全とな
る。

【０１１５】なお、この例では、区間（Ｂ），（Ｄ）で
は送り位置に応じてトルク目標値も変更させたが、上述
した第１実施例のように、区間（Ｂ）〜（Ｄ）に渡っ
て、トルク目標値を一定にしても良い。

【０１１６】図３１は本発明に係る制御装置の第８実施
例の要部を示している。この実施例でも、速度制御とト
ルク制御の両者を適宜切り替えることができるようにし
ている点では、上記第７実施例と同様である。

【０１１７】ここで本例では、切替器３７により切替ス
イッチ３５の切替タイミングを図３２に示すように、ド
リルの先端部分が完全にワーク内に入っている区間（送
り位置がｈm 〜ｔまで）のみトルク制御（一定のトルク
値を維持するようにする）を行い、その他の区間は速度
制御するようにしている。

【０１１８】そして、その速度制御時の速度目標値は、
図３３に示すように送り位置に応じて変更している。な
お、図中実線部分が速度制御している区間である。すな
わち、送り位置が０になる前はドリルがワークに接触し
ていないため、高速移動させる。そして、ドリルがワー
クに対し実際の穴開けを開始する送り位置０〜ｈm で
は、速度を落とし過大な加工トルクがドリルにかからな
いようにする。

【０１１９】なお、本例では、速度変更点を送り位置０
より少し前におき、ドリルがワークに接触する前に速度
を落とすようにしたが、これは、送り位置やワーク寸法
の誤差を考慮し、確実にドリルがワークに達する前に減
速を完了しておくためである。そして、上記２つの速度
目標値と速度変更点を記憶しておき、図外の送り位置セ
ンサから与えられる送り位置情報に基づいていずれかの
速度目標値を出力するようになっている。

【０１２０】また、図３３に示すように、ドリルの先端
がワークの裏面から突出する送り位位置ｔ以降も一定速
度で送るが、このときの速度目標値は、その直前のトル
ク制御しているときの送り速度をトルク制御装置１５か
ら受け、その与えられた送り速度を速度目標値に決定
し、出力するようにしている。これにより、トルク制御
から速度制御に切り替わる時に、送り速度が急に変化し
不連続な制御となって機械的な振動を発生したりするこ
とがなくなる。また、上記振動によりドリルの破損や加
工精度の低下を引き落とすことがあるが、制御の切り替
わり時に速度が変化することがないので、連続的にスム
ーズな切替が行え、ドリルの折損を防止でき、加工精度
の向上を図ることができる。

【０１２１】なお、図から明らかなように、送り位置が
ｔ＋ｈm よりもさらに奥まで上記速度目標値を維持する
ように速度制御している（速度変更点がｔ＋ｈm よりも
後）が、これも上記と同様、送り位置やワーク寸法の誤
差を考慮し、確実にドリルがワークを貫通させるまで一
定の速度を維持できるようにしておくためである。

【０１２２】一方、トルク目標値生成装置３９では、上
記した各実施例と同様に図３４に示すような送り位置に
対するトルク目標値の特性となるように与えられた送り
位置に基づいてその時のトルク目標値をトルク制御装置
１５に送るようにしている。ここで本例では、トルク制
御は、同図中実線で示す送り位置ｈm 〜ｔまでの加工ト
ルクを一定に保つ制御を行うので、送り位置情報を受
け、該当区間中内部メモリに格納されたトルク目標値を
出力するようになり、演算手段などの複雑な機能は不要
となる。

【０１２３】さらに、メモリに格納するトルク目標値
は、その時の加工条件に応じ適宜変更される。すなわ
ち、切り替わり直前（送り位置ｈm の直前）の速度制御
を行っているときに得られた実際の加工トルクを受け、
その加工トルクをメモリに格納するようにしている。こ
れにより、上記したのと同様に速度制御からトルク制御
に切り替わるときにドリルに加わるトルクが急に変動す
ることがなく、スムーズな切替が行われる。

【０１２４】図３５〜図３７は本発明に係る制御装置の
第９実施例を示している。本例では、工作機械としてボ
ール盤に適用した例を示している。同図に示すように、
基本構成は上記した各種の実施例と同様で、主軸モータ
７の出力軸の先端にチャック８を介して工具たるドリル
１０が取り付けられる。そして主軸モータ７を等速回転
させた状態で、送りモータ５を正回転すると、主軸モー
タ７，チャック８並びにドリル１０は、ワーク１１に向
かって前進し、穴開け加工する。

【０１２５】この加工時にトルクセンサ１６′によりド
リル１０に加わっている加工トルクを検出し、その加工
トルクをトルク制御装置１５に与えるようになってい
る。このトルク制御装置１５は、上記した各種の実施例
で示したものを適用でき、加工トルクが外部から与えら
れるトルク目標値になるようにドリルの送り速度を決定
するようになっている。なお、与えられるトルク目標値
は、加工処理全体に渡って一定でも良く、或いは送り位
置に基づき図示省略のトルク目標値生成装置により生成
される値（可変）でもよい。そして、このトルク制御装
置１５で決定された送り速度になるように送りモータ５
は所定の回転速度で回転する。なお、図示は省略する
が、各モータにはそれぞれモータ駆動装置（図１等参
照）が設けられている。また、図示の例では、主軸モー
タ７の出力軸（主軸）にかかるトルク（ドリルにかかる
トルクとほぼ等しい）を検出するようにしたが、上記し
た各実施例のようにドリルの周囲にトルクセンサを設け
てもよく、また、主軸モータ７に通電する電流などから
トルクを推定するものでもよく、種々のものを用いるこ
とができる。

【０１２６】ここで本実施例では、主軸モータ７等の移
動にともない移動するマーカー４０を設け、その主軸モ
ータ７等の移動を案内するガイドレール６の所定位置に
第１，第２の検出器４１ａ，４１ｂを設け、上記マーカ
ー４０の通過を検知するようにしている。各検出器４１
ａ，４１ｂの具体的な設置位置は、ドリルが加工開始位
置に来た時に第１の検出器４１ａがマーカー４０を検出
し、ドリルが加工終了位置に来たときに第２検出器４１
ｂがマーカー４０を検出するような位置に設定される。
各検出器４１ａ，４１ｂは、例えば近接スイッチ等を使
用することができ、さらに、その設置位置を移動できる
ようにしている。これにより、使用するドリル１０やワ
ーク１１の寸法・形状や加工条件（貫通穴／止まり穴）
に応じて変動する作業領域に対応できるようにしてい
る。

【０１２７】そして、上記第１の検出器４１ａから出力
され作業開始トリガと、第２の検出器４１ｂから出力さ
れる作業開始トリガが磨耗検知器４２に与えられ、そこ
においてドリル１０の磨耗の程度を求めて交換時期にき
たか否かを判断し、交換時期に達したなら出力装置４３
に対し交換要求信号を出力するようになっている。そし
て、出力装置４３は、交換要求信号に基づいて警告ラン
プを点灯させたり、アラームを鳴らしたりし、使用者に
交換時期がきたことを知らせる。

【０１２８】次に、磨耗検知器４２について説明する
と、その内部構成は図３６に示すようになっている。す
なわち、上記各検出器４１ａ，４１ｂから出力されるト
リガは、ともに基準タイマ４２ａに入力され、この基準
タイマ４２ａは、作業開始トリガの入力により計時を開
始し、作業終了トリガの入力により計時を停止する。こ
れにより、実際の穴開け加工に要した１回の作業時間Ｔ
が計測される。

【０１２９】そして、このようにして求められた作業時
間Ｔが次段の判断部４２ｂに送られ、そこにおいて外部
から与えられる作業最大遅延時間ＳＴと比較し、ＳＴ＜
Ｔならば交換時期にきたと判断する。すると、工具交換
信号出力部４２ｃを介して出力装置に交換要求信号を送
り、一方、トルク制御装置１５に対し送り停止命令を送
るようになる。

【０１３０】すなわち、上記した各実施例で説明したよ
うに、トルク制御をしている場合には、ドリルが磨耗し
てくると加工時間が長くなる（図３７参照）。従って、
作業に要した加工時間に着目し、その加工時間が予め決
定した値ＳＴを越えた場合には磨耗の程度が激しく、交
換時期に来たと判断できる。よって、本例では作業時間
Ｔが作業最大遅延時間ＳＴ以上になった時（図３７中ハ
ッチング）にドリルの寿命がきたとし、交換するように
している。

【０１３１】かかる構成にすることにより、磨耗による
工具折損を防止できる。更に、作業終了までの時間とい
う形で磨耗の判断を行うので設定機器順が明確で使い易
い。

【０１３２】図３７，図３８は、本発明に係る制御装置
の第１０実施例を示している。この例では、上記した第
９実施例を更に改良し、単に工具の寿命（交換時期）が
来たことを知らせるのみならず、あと何回くらいで交換
時期がくるかの予測を行えるようになっている。図３７
に示す磨耗予測器４４は、上記した第９実施例（図３
５）の磨耗検知器４２に替えて工作機械に実装されるも
ので、タイマ４４ａにて各検出器４１ａ，４２ａから送
られる作業開始トリガを受けてから作業終了トリガを受
けるまでの時間（作業完遂時間）Ｔを測定し、その作業
完遂時間Ｔを記憶装置４４ｂに格納する。この記憶装置
４４ｂには、作業の履歴として本例では現在検出された
作業完遂時間と、１回前に検出された作業完遂時間が記
憶保持されるようにする。また、現在までの作業回数も
記憶される。

【０１３３】所定の作業回数毎に、記憶装置４４ｂに格
納された現在と一回前の作業完遂時間が差分演算部４４
ｃに与えられ、そこにおいて両者の差、すなわち、作業
完遂時間の増加分ΔＴを求め、算出結果を次段の残り回
数演算部４４ｄに与える。また、この残り回数演算部４
４ｄには、記憶装置４４ｂから現在の作業完遂時間Ｔが
与えられる。さらに、外部から予め作業最大遅延時間Ｓ
Ｔが設定されている。そして、残り回数演算部では、与
えられた３つのデータに基づいて下記式により残り回数
Ｍを算出するようになっている。

【０１３４】Ｍ＝（ＳＴ−Ｔ）／ΔＴ すなわち、図３９に示すように、作業回数が増加するに
つれて、作業完遂時間は長くなる。そして、現在と１回
前の作業完遂時間の差ΔＴがわかると、現在の作業完遂
時間Ｔに対し、今後作業を行うごとにΔＴだけ時間が長
くなると仮定すると、図中破線で示す予測線が引ける。
そこで、作業最大遅延時間ＳＴと現在の作業完遂時間Ｔ
の差を上記差分ΔＴで割ることにより、残り回数が予測
できるのである。

【０１３５】そして、このようにして求めた残り回数Ｍ
を次段の表示可否決定部４４ｅに送り、そこにおいて予
め設定されたアラーム表示回数（残り回数を表示開始す
るための基準値）ＳＭと比較し、残り回数がアラーム表
示回数以下になったなら、残り回数出力部４４ｆを介し
て算出された残り回数Ｍを図外の出力装置に表示する。
また、残り回数演算部４４ｄの出力は工具交換信号出力
部４４ｇにも接続され、Ｍ＝０になったなら、上記した
実施例と同様に交換要求信号を出力し、使用者に交換時
期が来たことを知らせるようになっている。

【０１３６】かかる構成にすることにより、上記した第
９実施例の効果に加え、さらに使用者に対していきなり
交換時期を知らせるのではなく、将来的な交換時期，使
用期間を知らせることができるので、必要以上に交換用
の工具（ドリル）をストックする必要がない。一方、交
換時期に来たのにも拘らず交換用の工具がないといった
事態の発生を抑制でき、工具の効率的運用が図れる。

【０１３７】なお、残り回数の算出は、上記した演算式
に限ることなく、例えば、記憶装置に現在までのすべて
の作業完遂時間を格納しておき、残り時間を求める時に
は図３９のようなグラフを作成し、各回の作業完遂時間
の頂点を通るような予測線（直線或いは曲線）を引き、
その予測線と作業最大遅延時間との交点を求めるととも
にその時の作業回数を検出し、その作業回数から現在の
作業回数を引くことにより残り回数を求めるなどのほ
か、種々の方式をとることができる。

【０１３８】また、残り回数の表示は、具体的な数値を
出力してもよく、或いは、交換時期が近付いたことを知
らせる警告ランプを点灯させるだけでもよく、任意の方
式を取ることができる。そして、警告とランプを点灯さ
せる場合には、基準値（ＳＭ）を複数設け、交換時期が
近付くにつれて段階的にランプを点灯（色を変えたり、
数を替える）させるようにしてもよい。

【０１３９】なお、上記した各実施例では、いずれも工
具としてドリルを用いた例に付いて説明したが、本発明
が適用される工具（工作機械）は、ドリル以外の種々の
ものに適用できるのはもちろんである。

【０１４０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る制御装置で
は、加工トルクがトルク目標値と一致するように送り速
度をリアルタイムで増減速制御されるので、工具に対し
過大なトルクがかかることが防止され、工具の折損を抑
制することができる。そして、実際の加工トルクがトル
ク目標値よりも小さい場合には送り速度が上昇するの
で、工具に対して無理な力を加えることなく加工速度を
向上させることができる。また、このように工具に対し
て無理な力がかからないので、工具の劣化（磨耗）の進
みを送らせて工具の使用可能な時間を延ばすことができ
る。

【０１４１】トルク目標値生成手段を設けた場合（請求
項２〜４）には、送り位置などに応じてその時に最適な
トルク目標値を基準に上記制御を行えるので、制御がよ
り高精度になり、加工精度もより向上する。そして、請
求項３のように、トルク目標値を複数の目標値点列で規
定し、目標値点列間はそのデータに基づいて補間するこ
とにより、記憶容量は少なくかつ簡易な構成で加工処理
全体に渡って所望のトルク目標値を設定することができ
る。さらに請求項４のように、目標値点列を実際の加工
時に得られた加工トルク波形に基づいて自動的に生成す
るようにすると、特にノウハウを有していない人でも、
その時の使用環境・条件に適した目標値点列を決定する
ことができる。

【０１４２】さらに、速度制御機能とトルク制御機能を
備え、切替手段により適宜選択された制御機能を用いて
送り速度の制御を行うようにした場合には（請求項５，
６）、その時の使用条件に応じて適した制御を行うこと
ができるので、より高精度な制御が行われる。特に、ト
ルク変動の少ない区間を速度制御機能により制御するよ
うにすると、制御系が簡単で高速に行える。

【０１４３】さらに、算出された送り速度が、一定の上
限値よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値より
も低くなった時に異常信号を発する異常検知手段を設け
た場合（請求項７，８）には、加工時の異常（磨耗折損
などの工具の異常，被加工物の誤セット等の加工条件の
間違い）を知ることができる。これにより、間違った状
態での加工を繰り返すことによる不良品の発生を抑制で
きる。

【０１４４】さらに、作業完遂時間検出手段を設け、作
業完遂時間が最大遅延時間以上または越えた時に交換要
求信号を出力するようにした場合には（請求項９）、工
具の交換時期が来たことを正確に知ることができる。こ
れにより、適切なタイミングで工具の交換を行うことが
できる。そして、作業完遂時間検出手段と、予測手段を
設けた場合には（請求項１０）、予め交換時期が近付い
て来たことを知ることができるので、交換用の工具を用
意する目安となり、無駄なストックをする必要がなくな
る。

【０１４５】そして、本発明に係る工作機械では、上記
した各種の制御装置により制御されるので、安全で、し
かも効率の良い加工を短時間で行うことができ、使い勝
手が良くなる。

【０１４６】また、本発明に係るトルク測定器では、ト
ルクの変動ではなくトルクの値を推定するため、加工負
荷の変動が小さくても精度良く行なえ、その算出も、比
較的簡単でリアルタイムでトルクの推定を行なうことが
できる。また、粘性摩擦を考慮した算出式を求めそれに
基づいて算出したり、工具にかかっていない状態での出
力負荷トルクを求めることにより摩擦等による誤差分を
予め求めその値を加工中に測定したトルクから減算する
ようにしたため、工具にかかっているトルクを正確に計
測することができる。

【０１４７】また、上記本発明のトルク測定器の出力
（推定トルク）を監視し、トルクの値に応じて工作機械
の運転状態を調整する工具折損検出装置では、工具の折
損の有無を検知したり、折損の予測をすることができ、
折損した場合にはスムーズに工具を被加工物から離反さ
せたり、予測をすることにより効率の良い加工処理がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御装置の第１実施例を示す図で
ある。

【図２】第１実施例の要部であるトルク制御装置の機能
を説明するフローチャート図である。

【図３】第１実施例の作用を説明する図である。

【図４】第１実施例の作用を説明する図である。

【図５】第１実施例の作用を説明する図である。

【図６】本発明に係る制御装置の第２実施例の要部を示
す図である。

【図７】第２実施例の作用を説明する図である。

【図８】本発明に係るトルク測定器の一実施例を示す図
である。

【図９】トルク測定器の一実施例の作用を説明する図で
ある。

【図１０】トルク測定器の一実施例の作用を説明する図
である。

【図１１】本発明に係る制御装置の第３実施例を示す図
である。

【図１２】本発明に係る制御装置の第３実施例を示す図
である。

【図１３】本発明に係る工具折損検出装置の一実施例の
動作原理を説明する図である。

【図１４】本発明に係る工具折損検出装置の一実施例を
示す図である。

【図１５】本発明に係る制御装置の第４実施例を示す図
である。

【図１６】第４実施例の作用を説明する図である。

【図１７】第４実施例の作用を説明する図である。

【図１８】本発明に係る制御装置の第５実施例の要部を
示す図である。

【図１９】第５実施例の要部である目標値点列生成装置
の機能を説明するフローチャート図である。

【図２０】第５実施例の作用を説明する図である。

【図２１】第５実施例の作用を説明する図である。

【図２２】第５実施例の作用を説明する図である。

【図２３】第５実施例の作用を説明する図である。

【図２４】第５実施例の作用を説明する図である。

【図２５】本発明に係る制御装置の第６実施例の要部を
示す図である。

【図２６】第６実施例の作用を説明する図である。

【図２７】本発明に係る制御装置の第７実施例の要部を
示す図である。

【図２８】ドリルとワークの位置関係を説明する図であ
る。

【図２９】第７実施例のトルク制御装置に与えられるト
ルク目標値の一例を示す図である。

【図３０】第７実施例の切替器の切り換えタイミングを
示す図である。

【図３１】本発明に係る制御装置の第８実施例の要部を
示す図である。

【図３２】第８実施例の切替器の切り換えタイミングを
示す図である。

【図３３】第８実施例の速度目標値設定装置から出力さ
れる送り位置に対する速度目標値の一例を示す図であ
る。

【図３４】第８実施例のトルク制御装置に与えられるト
ルク目標値の一例を示す図である。

【図３５】本発明に係る制御装置の第９実施例を示す図
である。

【図３６】第９実施例の要部である磨耗検知器の内部構
成を示すブロック図である。

【図３７】第９実施例の作用を説明する図である。

【図３８】本発明に係る制御装置の第１０実施例の要部
を示す図である。

【図３９】第１０実施例の作用を説明する図である。

【符号の説明】

７ 主軸モータ １０ 工具（ドリル） １３ 主軸モータ駆動装置（主軸モータドライバ） １６ トルクセンサ（トルク検出手段） ２０ 比較装置（加工異常検知手段） ２１ 回転速度検出器 ２２ 切削トルク推定器（トルク測定器） ２３ トルク推定部（主軸負荷トルク推定手段） ２４ 記憶装置 ２５ トルク算出部（演算手段） ２６ 切削トルク制御装置（速度算出手段） ２７ 工具折損検知装置（制御手段） ３０，３０′，３０″ トルク目標値生成装置 ３１ 目標値点列記憶装置 ３２ トルク目標値演算装置 ４２ 磨耗検知器 ４４ 寿命予測器

フロントページの続き (72)発明者 松永 信智 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に着脱自在に装着された工具を回転
   させる主軸回転機構と、 前記主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる
   送り機構とを備えた工作機械に用いられ、前記送り機構
   の送り速度を制御する制御装置であって、 前記工具に加わるトルクを検出するトルク検出手段と、 少なくとも設定されたトルク目標値と、前記トルク検出
   手段により検出されたトルクとに基づいて前記送り速度
   を求める送り速度算出手段と、 前記送り速度算出手段の出力を受け、算出された送り速
   度になるように前記送り機構を制御する送り機構制御手
   段とを備えた制御装置。
2. 【請求項２】 前記工具の送り位置に基づいたトルク目
   標値を決定するトルク目標値生成手段を備え、 前記送り速度算出手段が、前記トルク目標値生成手段か
   ら出力されるトルク目標値に基づいて前記送り速度を求
   めるようにした請求項１に記載の制御装置。
3. 【請求項３】 前記目標値生成手段が、複数の送り位置
   に対するトルク目標値対からなる目標値点列を記憶する
   目標値点列記憶手段と、 その目標値点列記憶手段に記憶された所定の目標値点列
   と、現在の前記送り位置に基づいて、現在のトルク目標
   値を算出する目標値トルク演算手段とを備えた請求項２
   に記載の制御装置。
4. 【請求項４】 正常加工時の加工トルク波形に基づいて
   前記目標値点列を生成するとともに、前記目標値点列記
   憶手段に格納する目標値点列生成手段をさらに備えた請
   求項３に記載の制御装置。
5. 【請求項５】 前記送り速度を、一定の速度設定値にな
   るように制御する速度制御手段と、 前記速度制御手段の出力と、前記送り速度算出手段の出
   力のいずれかを選択して、前記送り機構制御手段に伝達
   する切替手段を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の
   制御装置。
6. 【請求項６】 前記切替手段の切り換えタイミングが、
   少なくとも前記送り位置に基づいて決定されるようにし
   た請求項５に記載の制御装置。
7. 【請求項７】 前記送り速度が一定の基準値よりも遅く
   なった時に異常信号を発する異常検知手段を備えた請求
   項１〜６のいずれかに記載の制御装置。
8. 【請求項８】 前記送り速度が一定の基準値よりも速く
   なった時に異常信号を発する異常検知手段を備えた請求
   項１〜７のいずれかに記載の制御装置。
9. 【請求項９】 １回の加工に要する作業完遂時間を検出
   する作業完遂時間検出手段と、 その作業完遂時間が、工具交換が必要となる最大遅延時
   間以上または越えた時に交換要求信号を出力するように
   した請求項１〜８のいずれかに記載の制御装置。
10. 【請求項１０】 １回の加工に要する作業完遂時間を検
    出する作業完遂時間検出手段と、 前記作業完遂時間検出手段により検出された現在及び所
    定の過去の作業完遂時間と、工具交換が必要となる最大
    遅延時間とに基づいて使用中の工具の寿命を求める予測
    手段を備えた請求項１〜９のいずれかに記載の制御装
    置。
11. 【請求項１１】 先端に着脱自在に装着された工具を回
    転させる主軸回転機構と、 前記主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる
    送り機構と、 請求項１〜１０のいずれかに記載の制御装置を備え、前
    記制御装置により前記送り機構が制御されるようにした
    工作機械。
12. 【請求項１２】 工作機械に使用されるトルク測定器で
    あって、 前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回転速
    度値に基づいて、オブザーバ理論を用いて前記工作機械
    に取り付けられた工具にかかるトルクを推定するトルク
    算出手段を備えたトルク測定器。
13. 【請求項１３】 工作機械に使用されるトルク測定器で
    あって、 前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回転速
    度値に基づいて、主軸にかかっているトルクの値を推定
    する主軸負荷トルク推定手段と、 前記主軸負荷トルク推定手段により求められた非加工時
    で回転中の前記主軸のトルクを記憶する記憶手段と、 前記主軸負荷トルク推定手段により求められた加工中の
    前記主軸にかかっているトルクと、前記記憶手段に記憶
    されたトルクから、前記加工機械に取り付けられた工具
    にかかるトルクを算出する演算手段とからなるトルク測
    定器。
14. 【請求項１４】 請求項１２または１３に記載のトルク
    測定器を備え、 前記トルク測定器によって出力されたトルク測定値を用
    いて工具の折損を検出し、その検出結果に基づいて前記
    工作機械の運転状態を制御する制御手段を備えたことを
    特徴とする工具折損検出装置。