CN104551860A - 机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供机床，在经由滚珠丝杠/螺母机构(4)并用主轴头驱动用马达(A3)驱动主轴头(1)的机床中，预先将不同重量的工具安装于主轴头，求解施加于主轴头驱动用马达(A3)的负载转矩，并预先存储该工具重量与负载转矩的关系数据。当将工具安装于主轴头后，根据在主轴头的移动停止时由负载转矩检测单元检测到的负载转矩、和上述工具重量与负载转矩的关系数据推断工具重量。

Description

机床
技术领域
本发明涉及机床，尤其涉及具备能够装卸工具的主轴头、且利用马达使该主轴头移动来进行加工的机床。
背景技术
公知如下机床：在更换把持各种工具而移动的部件中，惯性根据工具的重量而不同，对动作控制有影响，因而具有与工具的重量对应地变更工具更换装置、主轴的动作速度的功能。通过这样的功能，以最优的速度使机械动作，从而能够抑制对机械的冲击、马达的发热，并且能够以足够的速度使机床运转。但是以往，工具重量的数据主要通过作业者直接敲入、或转送预先准备的数据等输入机床的控制装置。
但是，作业者直接输入工具重量会产生输入错误的问题，因而为了防止输入错误等，公知有不输入工具重量而在机床侧检测重量等的技术。
日本特开平11-188557号公报中记载了如下技术：在更换臂方式的工具更换装置中，由于惯性根据由更换臂把持的工具的重量而变化，所以检测使把持有工具的更换臂旋转所需要的驱动转矩，根据该驱动转矩推断工具的重量，基于此自动设定更换臂的动作速度，从而实现了缩短工具更换时间。
另外，日本特开平05-138502号公报中记载了如下发明：预先决定主轴相对于预先设定的工具的惯性力矩的容许转速，在工具更换后，向主轴的驱动马达供给一定电力，求解开始供给电力的时刻至主轴的旋转速度上升至设定值的上升时间，基于该求解出的时间来计算工具安装时的主轴的惯性力矩，比较针对该惯性力矩的容许转速和程序所指定的旋转速度，从而判断指定的旋转速度是否恰当。
并且，日本特开2000-343379号公报中记载了如下发明：在使用了磁力轴承的主轴头中，基于向磁力轴承供给的电流值来推断安装于主轴的工具的重量，并通过该推断出的工具重量来决定主轴的极限转速。
在能够更换工具的主轴中，因把持的工具的重量，主轴的旋转速度、主轴头的移动速度等受到限制。因此，希望输入主轴所把持的工具的重量，而能够以最优的移动速度进行控制。另外，为了防止该工具重量的输入错误，希望能够自动地辨别工具重量。
现有技术文献的日本特开平11-188557号公报所记载的技术中，在臂式工具更换装置中，检测使把持有工具的更换臂旋转所需要的驱动转矩，并根据该驱动转矩推断工具的重量，但该日本特开平11-188557号公报所记载的技术中仅能用于具有臂式工具更换装置的机床。
另外，现有技术文献的日本特开平05-138502号公报所记载的技术具有如下效果：通过推断工具的惯性力矩，在较重的工具安装于主轴时，防止超过主轴的能力的高速旋转。但是，该技术由于仅能够推断主轴的惯性力矩，所以有无法与工具重量对应地使工具更换动作、主轴头的移动动作最优化的问题。
并且，现有技术文献的日本特开2000-343379号公报所记载的技术对安装于主轴的工具的重量进行推断，但基于向磁力轴承供给的电流值来推断安装于主轴的工具的重量，因而仅适用于具有使用了磁力轴承的主轴头的机床，而无法适用于不使用磁力轴承的机床。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供如下机床，即、在利用马达使能够装卸工具的主轴头移动来进行加工的机床中，不需要直接输入工具重量数据，便能够在机床侧推断安装于主轴的工具重量。
本发明的机床具备能够装卸工具的主轴头和驱动该主轴头的主轴头驱动用马达，该机床具备：负载转矩检测单元，其检测施加于上述主轴头驱动用马达的负载转矩；数据储存单元，其针对重量不同的多个物品预先求解安装于主轴头的物品的重量与在规定的驱动条件下施加于主轴头驱动用马达的负载转矩的关系，并作为安装物重量与负载转矩的关系数据而储存；以及工具重量推断单元，其在上述工具安装于主轴头时，在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测主轴头驱动用马达的负载转矩，根据该检测到的负载转矩、和储存于上述数据储存单元的上述安装物重量与负载转矩的关系数据来推断安装于上述主轴头的工具的重量。由此，能够以机床自身推断安装于主轴头的工具的重量。
也可以构成为，使用驱动电流来代替负载转矩，设有检测主轴头驱动用马达的驱动电流值的驱动电流检测单元来代替上述负载转矩检测单元，求解主轴头驱动用马达的驱动电流来代替上述负载转矩，将安装物重量与驱动电流值的关系数据储存于上述数据储存单元来代替安装物重量与负载转矩的关系数据，上述工具重量推断单元根据安装物重量与驱动电流值的关系数据、和由驱动电流检测单元检测到的驱动电流值，来推断安装于上述主轴头的工具的重量。
本发明的机床具备能够装卸工具的主轴头和驱动该主轴头的主轴头驱动用马达，该机床具备：负载转矩检测单元，其检测施加于上述主轴头驱动用马达的负载转矩；和工具重量推断单元，其使用规定的驱动条件下的安装于上述主轴头的工具重量与施加于主轴头驱动用马达的负载转矩之间的关系式，根据在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测到的负载转矩来计算并推断安装于主轴头的工具的重量。由此，能够以机床自身推断安装于主轴头的工具的重量。
也可以构成为，使用驱动电流来代替负载转矩，设有检测主轴头驱动用马达的驱动电流值的驱动电流检测单元来代替上述负载转矩检测单元，工具重量推断单元使用工具重量与驱动电流值之间的关系式来代替工具重量与负载转矩之间的关系式，并根据该关系式和由上述驱动电流检测单元检测到的驱动电流值来推断安装于上述主轴头的工具的重量。
也可以构成为，上述机床具有沿铅垂方向驱动的主轴头和作为驱动该主轴头的单元的滚珠丝杠/螺母机构，上述工具重量推断单元通过以下的关系式
m＝2πηT/gLZ－M
(其中，T：主轴头停止时的主轴头驱动马达的负载转矩，M：主轴头的重量，Z：主轴头驱动马达与滚珠丝杠之间的减速机构的减速比，L：滚珠丝杠的导程，η：滚珠丝杠的效率，g：重力加速度)
并由主轴头停止时的主轴头驱动用马达的负载转矩计算并推断工具重量m。
也可以构成为，上述机床具备保持相对于主轴头进行装卸的多个工具并以工具编号进行管理的工具箱，并且，设有工具存储单元，其使由上述工具重量推断单元推断出的工具重量与上述工具容纳于工具箱时的工具编号对应地存储。由此，能够不直接输入地作成按照工具编号的工具重量数据。
并且，也可以具备修正单元，其安装预先知道重量的工具，在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测施加于主轴头驱动用马达的负载转矩，并根据安装的工具重量和检测到的负载转矩来修正工具重量与负载转矩之间的关系式。由此，即使在主轴头驱动机构因机床的随时间经过的变化而劣化从而关系式产生偏差的情况下，也能够修正该关系式。
并且，也可以设有修正单元，其安装预先知道重量的工具，在上述规定的驱动条件下由上述驱动电流检测单元检测主轴头驱动用马达的驱动电流值，并根据工具重量和检测到的驱动电流值来修正工具重量与驱动电流值之间的关系式。由此，能够修正由于机床的主轴头驱动机构的劣化所引起的关系式的常量的偏差。
并且，也可以具备：重量比较单元，其在安装有预先知道重量的工具时，使用上述工具重量推断单元来推断上述工具重量，求解并比较与实际的工具重量之差；报警单元，其具有在上述重量之差在一定值以上的情况下显示消息的显示功能或发出警告的报警功能。由此，能够检测主轴头的驱动***的异常。
并且，也可以具备：重量比较单元，其求解并比较从工具箱取出且安装于主轴头并使用上述工具重量推断单元推断出的工具重量的值、和储存于上述工具重量的数据储存单元的该工具的重量之差；和报警单元，其具有在上述重量之差在一定值以上的情况下显示消息的显示功能或发出警告的报警功能。由此，能够通知更换新的工具。
方案一至五的发明以及方案十的发明通过具备以上的结构，能够根据主轴头驱动用马达的负载转矩或驱动电流来推断工具重量，从而不需要直接输入工具重量而没有输入错误，进而能够与工具重量对应地适当设定主轴头的动作。
并且，方案六的发明通过具备以上的结构，进一步能够不直接输入地作成按照工具编号的工具重量数据，从而能够与工具的配置和工具重量对应地适当设定工具更换装置的动作。
方案七、方案十的发明通过具备以上的结构，能够修正工具重量与主轴头驱动用马达的负载转矩或者与驱动电流之间的关系式，即使在主轴头驱动机构劣化而关系式产生偏差的情况下也能够进行正确的工具重量的计算。方案八的发明通过具备以上的结构，从而根据安装于主轴头的安装物重量与负载转矩的关系数据、或者关系式和由工具重量推断单元推断出的工具重量，能够检测驱动***的异常而发出警告，进而能够在引起加工不合格等问题之前发现驱动***的问题。方案九的发明通过具备以上的结构，能够检测工具的劣化，而对用户进行是否更换工具的确认，能够对用户告知若在不更换工具的场合则有工具的破损、驱动***的异常的担忧。
附图说明
通过参照附图的以下的实施例的说明，本发明的上述及其它目的、特征会变得更加清楚。上述附图中：
图1是本发明的第一、第二实施方式的机床的主轴头以及主轴头驱动机构的简图。
图2是对本发明的各实施方式的机床进行驱动控制的控制部的框图。
图3是表示第一实施方式的工具重量推断处理的算法的流程图。
图4是本发明的第三、第四实施方式的机床的主轴头以及主轴头驱动机构的简图。
图5是表示第三实施方式的工具重量推断处理的算法的流程图。
具体实施方式
本发明构成为，在简单的结构的机床中，基于规定的驱动条件下的主轴头驱动用马达的负载转矩或者驱动电流，推断安装于主轴的工具的重量。尤其，不使用特别的高价的部件等对工具重量进行推断。另外，预先与工具箱的工具编号对应地存储该推断出的工具重量，从而能够与工具重量对应地适当变更工具更换装置、主轴头的动作。
〈实施方式1〉
图1是本发明的第一实施方式的机床的主轴头以及主轴头驱动机构的简图。该实施方式中，主轴头1通过主轴头驱动用马达(Z轴进给轴伺服马达)A3而沿铅垂方向(Z轴方向)移动。主轴头1具备工具把持部2，能够装卸工具3。主轴头1通过滚珠丝杠/螺母机构4而能够上下移动。滚珠丝杠/螺母机构4的滚珠丝杠直接或在中间经由减速机构而与主轴头驱动用马达A3连结，主轴头1通过主轴头驱动用马达A3的旋转而能够上下移动。此外，符号SM是驱动主轴(以及工具)使之旋转的主轴马达。
该机床中，该第一实施方式是在将主轴头1的移动保持为停止状态的主轴头驱动用马达A3的驱动条件下推断工具重量。当将主轴头单体的重量设为M、将工具重量设为m时，在主轴头停止时，滚珠丝杠/螺母机构4支撑由上述部件施加的重力(M+m)g。此时，为了抑制滚珠丝杠/螺母机构4的旋转，而对主轴头驱动用马达A3施加负载转矩T。因此，若工具重量m变化，则主轴头驱动用马达A3的负载转矩T也变化。利用上述情况来推断工具重量。
预先将工具重量不同的各种工具安装于主轴头，预先记录此时的工具重量m1～mn与负载转矩T1～Tn的关系数据。此外，安装于主轴头的部件还可以不是工具而是安装重量不同的多个样品并采集该关系数据。以下将该关系数据称作安装物重量与负载转矩的关系数据。当推断工具重量时，首先，检测实际的负载转矩T。接下来参照安装物重量与负载转矩的关系数据，从上述数据中选出与实际的负载转矩T最接近的负载转矩Ti，将与其对应的(工具)重量mi作为工具重量的推断值m。另外，也可以从安装物重量与负载转矩的关系数据中存在的、检测到的负载转矩T的上下的负载转矩进行插补而求解工具重量。
此外，该第一实施方式中，以沿铅垂方向驱动主轴头的情况为例，但本发明的范围不限于此。即使主轴头的移动方向在水平方向以外的方向倾斜也能够适用，若是水平方向以外的方向，则在主轴头停止时，为了与安装的工具的重量对应地保持主轴头停止，而对主轴头驱动用马达A3施加负载，而预先记录安装于主轴的各种工具(或者样品)的重量m1～mn与施加于此时的主轴头驱动用马达A3的负载转矩T1～Tn的关系数据(安装物重量与负载转矩的关系数据)，能够由该存储的数据和检测到的负载转矩T来推断工具重量。
图2是对该第一实施方式的机床进行驱动控制的控制部的框图。
符号10是作为控制机床的控制装置的数值控制装置，CPU20是对数值控制装置10进行整体控制的处理器，经由总线29而与存储器21、接口22、23、各轴控制电路24、PMC(可编程机床控制器)26、以及主轴控制电路27连接。
CPU20经由总线29读取在存储器21内的ROM储存的***程序，从而根据该***程序数值控制装置10整体。存储器21由ROM、RAM、非易失性存储器等构成，在ROM存储***程序等，在RAM储存临时计算数据、显示数据、经由显示装置/手动输入单元9而输入的各种数据。另外，非易失性存储器由通过电池备份的SRAM构成，关系到本发明，储存有推断工具重量的软件。另外，储存有如上所述预先测定的负载转矩T1～Tn与工具重量m1～mn的关系数据(安装物重量与负载转矩的关系数据)。
接口23能够与外部设备连接，PMC26利用内置于数值控制装置10的顺序程序而与机床的工具更换装置等辅助装置连接。
另外，接口22与由显示装置和手动输入单元构成的显示装置/手动输入单元9连接，其中显示装置由液晶、CRT构成，手动输入单元由键盘等构成。对X轴、Y轴、Z轴等进给轴进行控制的各轴的轴控制电路241～243接收来自CPU20的各进给轴的移动指令量，将各进给轴的指令向各个伺服放大器251～253输出从而分别驱动各进给轴的伺服马达A1～A3。此外，本第一实施方式中，Z轴的进给轴的伺服马达A3构成主轴头驱动用马达。
各轴控制电路241～243具备内置于伺服马达A1～A3的位置速度检测器、以及接收来自电流检测器的位置、速度、电流的反馈信号来进行位置、速度、电流的反馈控制的位置环、速度环、电流环的控制部，对位置、速度、电流(驱动转矩)进行控制。
主轴控制电路27从CPU20接收主轴旋转速度指令，向主轴放大器28输出主轴速度信号，而主轴放大器28接收主轴速度信号，以指令的旋转速度(转速)使主轴马达SM旋转，并接收与来自未图示的位置编码器的旋转同步地反馈的反馈脉冲，从而进行速度的反馈控制来成为与主轴旋转速度指令一致的速度。
该数值控制装置的结构在存储器21储存推断工具重量的功能的软件和预先测定的安装物重量(m1～mn)与负载转矩(T1～Tn)的关系数据，除此之外，与以往的控制机床的数值控制装置的结构相同。
图3是表示该第一实施方式的作为推断工具重量的功能的软件的工具重量推断处理的算法的流程图。
若在工具把持部2安装工具3，在主轴头的移动停止的状态下从显示装置/手动输入单元9输入工具重量推断指令，则CPU20开始图3所示的处理。读取向主轴头驱动用马达(Z轴马达)A3的轴控制电路243反馈的来自电流检测器的主轴头驱动用马达(Z轴马达)A3的驱动电流(步骤a1)。根据该读取的驱动电流求解负载转矩T(步骤a2)。该第一实施方式中，基于读取步骤a1、步骤a2的主轴头驱动用马达(Z轴马达)A3的驱动电流并根据该驱动电流求解负载转矩T的处理，来构成负载转矩检测单元。
接下来，从预先存储的负载转矩T1～Tn、工具重量m1～mn的负载转矩与安装物重量的关系数据中选出与求解出的负载转矩T最接近的负载转矩Ti，并将与该负载转矩Ti对应的工具重量mi作为工具重量的推断值m(步骤a3)。该第一实施方式中，由该步骤a3的处理来构成工具重量推断单元。接下来，将求解出的推断值m作为工具重量存储在存储器21内(步骤a4)，从而结束工具重量推断处理。
此外，该第一实施方式中，如图1所示是主轴头沿铅垂方向(Z轴方向)移动的例子，但也能够适用于主轴头的移动方向倾斜的(主轴头的移动方向是水平方向以外的方向)倾斜轴的机床，预先在该倾斜轴的机床中，当主轴头停止时预先求解安装物重量与负载转矩的关系数据并将该数据储存于存储器21即可，根据该储存的关系数据而在步骤a3中求解工具重量的推断值m即可。
〈实施方式2〉
第一实施方式中，将工具重量m1～mn、负载转矩T1～Tn的安装物重量与负载转矩的关系数据预先存储于存储器21，根据该安装物重量与负载转矩的关系数据推断出安装于主轴的工具的重量m，但也能够根据负载转矩T与工具重量m的关系式来推断工具重量。在图1所示的主轴头沿铅垂方向驱动的机床中，在主轴头停止时的条件下，主轴头驱动用马达A3的负载转矩T与工具重量m之间成立以下的关系式。
T＝(M+m)gLZ/2πη……(1)
此处，
M：主轴头的重量
Z：主轴头驱动用马达与滚珠丝杠之间的减速机构的减速比
L：滚珠丝杠的导程
η：滚珠丝杠的效率
g：重力加速度
若对式(1)进行变形，则
m＝(2πηT/gLZ)－M……(2)
M、L、Z是恒定的，滚珠丝杠的效率η在长时间使用的情况下变化，但若假定为近似固定，则(2πη/gLZ)＝K为固定值，式(2)变成下式(3)。
m＝K·T－M……(3)
因而，在工具安装于主轴后，检测主轴头停止时的负载转矩T便能够计算工具重量m。
该第二实施方式的情况下，在图3所示的工具重量推断处理中，仅将步骤a3的处理替换为上述式(2)、或者式(3)的运算处理即可。
此外，该第二实施方式的例子中，以主轴头沿铅垂方向驱动的情况为例，但本发明的范围不限于此。即使在主轴的驱动方向相对于铅垂方向倾斜的情况下，通过使用作用于主轴头以及工具的重力的、主轴头驱动轴方向的成分，也能够用该方法来进行工具重量的计算。
〈实施方式3〉
上述的第一、第二实施方式中，由于存在作用于主轴头以及工具的重力的主轴头驱动轴方向的成分，所以在主轴头的移动停止时检测主轴头驱动用马达的负载转矩，求解工具重量，但在主轴头驱动方向为水平方向的情况下，在主轴头停止时滚珠丝杠不需要支撑主轴头以及工具的重力，从而无法使用上述的主轴头停止时的工具重量推断方法。因此，该第三实施方式是在主轴头驱动方向为水平方向的情况下也能够推断工具重量的方式，该第三实施方式中在主轴头驱动时推断工具重量。
图4是该第三实施方式的机床的主轴头以及主轴头驱动机构的简图。该例子中，主轴头1由主轴头驱动用马达(该例子中是Y轴的进给轴用伺服马达)A2而沿水平方向移动。主轴头1具备工具把持部2，能够装卸工具3。主轴头1由滚珠丝杠/螺母机构4而能够沿左右(Y轴方向、水平方向)移动。滚珠丝杠/螺母机构4的滚珠丝杠与主轴头驱动用马达A2连结，主轴头1通过主轴头驱动用马达A2的旋转而能够移动。此外，符号SM是主轴马达。
该第三实施方式的机床的控制装置与第一、第二实施方式相同，与图2所示的简图相同。与第一、第二实施方式不同的方面在于，由于主轴头沿水平方向移动，所以主轴头驱动用马达由作为沿水平方向移动的移动轴的X轴或者Y轴的进给轴驱动用的伺服马达构成，图4所示的例子中表示了Y轴的进给轴用伺服马达A2构成主轴头驱动用马达的例子。
图4的机床中，将主轴头单体的重量设为M，将工具重量设为m，并将主轴头驱动时的马达的角速度设为ω，将角加速度设为α。此时，若其它的动作条件相同，则施加于主轴头驱动用马达A2的负载转矩T由M、m、ω、α决定。若在M、ω、α恒定的情况(ω＝α＝0的情况除外)下仅工具重量m变化，则主轴头驱动用马达的负载转矩T也变化。
该第三实施方式利用上述情况，预先在以某角速度ω、角加速度α驱动主轴头驱动用马达A2的条件下，将重量为m1～mn的不同的几种工具分别安装于主轴，之后求解施加于主轴头驱动用马达A2的负载转矩T1～Tn，并预先将该重量m1～mn与负载转矩T1～Tn的关系数据记录在存储器21。此外，该实施方式中，也可以代替工具而将重量为m1～mn的不同的几种工具样品分别安装于主轴，之后求解施加于主轴头驱动用马达A2的负载转矩T1～Tn。以下与第一实施方式相同地将该关系数据称作安装物重量与负载转矩的关系数据。
若从显示装置/手动输入单元9输入工具重量推断指令，则CPU20开始图5所示的处理。
首先，CPU20向主轴头驱动用马达(Y轴的进给轴伺服马达)A2的轴控制电路242输出角加速度α且角速度ω的指令。轴控制电路242以成为角加速度α且角速度ω的方式进行速度环控制，并经由伺服放大器252驱动主轴头驱动用马达(Y轴的进给轴伺服马达)A2(步骤b1)。接下来，读取当从速度检测器反馈的主轴头驱动用马达A2的角速度达到ω时的从电流检测器反馈来的主轴头驱动用马达A2的驱动电流(步骤b2)。根据读取的驱动电流来求解负载转矩T(步骤b3)。该第三实施方式中，通过步骤b2、步骤b3的处理来构成负载转矩检测单元。而且，从重量m1～mn、负载转矩T1～Tn的安装物重量与负载转矩的关系数据中选出与求解出的负载转矩T最接近的负载转矩Ti，将与该负载转矩Ti对应的重量mi作为工具重量的推断值m(步骤b4)求解。另外，与第一实施方式相同，也可以从安装物重量与负载转矩的关系数据中存在的、检测到的负载转矩T的上下的负载转矩进行插补而求解工具重量。该第三实施方式中，通过该步骤b4的处理来构成工具重量推断单元。接下来，将求解出的推断值m作为工具重量而存储在存储器21内(步骤b5)，结束工具重量推断处理。
此外，该第三实施方式中，以主轴头沿水平方向驱动的情况为例，但本发明的范围不限于此。即使在主轴头的驱动方向相对于水平方向倾斜的情况下，并且即使如图2所示是铅垂方向，也能够适用该第三实施方式中使用的主轴头驱动时的工具重量推断方法。
〈实施方式4〉
与第二实施方式相同，不使用(工具)重量m1～mn、负载转矩T1～Tn的安装物重量与负载转矩的关系数据，而能够根据工具重量m与负载转矩T的关系式来推断工具重量。在图4所示的主轴头沿水平方向驱动的机床中，在主轴头驱动时，主轴头驱动用马达A2的负载转矩T与工具重量m之间成立以下的关系式。
T＝((M+m)gL/2πη+Tp)Z+(J1+Z2(J2+(M+m)(L/2π)2))α……(4)
此处，表示为
M：主轴头的重量
Z：主轴头驱动马达与滚珠丝杠之间的减速机构的减速比
L：滚珠丝杠的导程
η：滚珠丝杠的效率
TP：摩擦转矩
J1：马达侧的惯性力矩
J2：滚珠丝杠侧的惯性力矩
α：马达轴的角加速度
若对该式(4)进行变形，则变成下式(5)。
m＝(T－TpZ－J1α－Z2J2α)/(gLZ/2πη+Z2(L/2π)2α)－M……(5)
通过使用该关系式，检测实际的主轴头驱动时的负载转矩T，能够计算工具重量m。另外，若设定滚珠丝杠的效率η没有变化，则Z、L、TP、J1、J2是恒定的，α是恒定的值，从而当将(gLZ/2πη+Z2(L/2π)2α)＝K1、(TpZ+J1α+Z2J2α)＝K2作为固定值时，式(5)变成下式(6)。
m＝[(T－K2)/K1]－M……(6)
使用该式(5)或者式(6)，根据能够检测到的负载转矩T计算并推断工具重量m。该情况下，作为工具重量推断处理，在图5所示的处理中仅将步骤b4的处理替换为用式(5)或者式(6)的运算来计算并推断工具重量的处理。
此外，该第四实施方式中，以主轴头沿水平方向驱动的情况为例，但本发明的范围不限于此。即使在主轴头的驱动方向相对于水平方向倾斜的情况下，将施加于主轴头的重力的一项加入关系式，也能够推断工具重量。
上述的第一～第四实施方式中，检测负载转矩T，并根据该负载转矩T推断工具重量m，但负载转矩T是驱动电流I乘以转矩常量而得到的，负载转矩与驱动电流I之间存在比例关系。因此，也可以不存储(工具)重量m1～mn、负载转矩T1～Tn的安装物重量与负载转矩的关系数据，而预先存储(工具)重量m1～mn与驱动电流I1～In的关系数据，读取驱动电流I并根据该(工具)重量m1～mn与驱动电流I1～In的关系数据来推断工具重量m。该情况下，在图3、图5所示的处理中，也可以不需要步骤a2、步骤b3的处理，而在步骤a3、步骤b4中，根据步骤a1或者步骤b2中读取的驱动电流I、和工具重量m1～mn与驱动电流I1～In的关系数据，来求解工具重量的推断值m。
另外，即使在用式(2)、式(3)或者式(5)、式(6)的关系式来运算并推断工具重量的情况下，通过取代负载转矩T而使用检测到的驱动电流I乘以转矩常量，也能够推断工具重量。另外，也可以在对包括主轴头驱动用马达的各轴的伺服马达进行控制的轴控制电路241～243中，从速度环控制部向电流环电路输出转矩指令，检测该转矩指令来作为负载转矩。
设有工具重量存储单元，该工具重量存储单元将在以上的方法中推断出的安装于主轴头的工具的重量与容纳该工具的工具箱的工具编号对应地作为数据而存储。由此，能够预先在控制装置存储在工具箱内的哪个位置容纳哪种重量的工具。例如，在工具重量推断处理的图3所示的步骤a4、或者图5的步骤b5的处理中，使工具重量的推断值m与工具箱的工具编号对应地存储。由此，通过使用工具箱的工具的配置和重量的数据，能够适当地设定工具更换装置的动作。另外，能够不直接输入地作成按照工具编号的工具重量数据，从而有与工具的配置和工具重量对应地适当设定工具更换装置的动作的效果。
另外，在如第二、第四实施方式那样根据负载转矩T(或者驱动电流I)与工具重量的关系式(式(2)、式(3)、式(5)、式(6))来计算并推断工具重量m的情况下，有该关系式所使用的常量变化的情况。主轴头驱动机构因长时间的使用而劣化，效率、摩擦转矩会变化。由此，马达的负载转矩与工具重量的关系式的常量也一部分变化，从而无法进行正确的工具重量的计算。因此，将预先知道重量的工具安装于主轴头，以与第二、第四实施方式相同的方法来检测主轴头驱动用马达的负载转矩，以在工具重量m与检测到的负载转矩T之间成立式(1)～式(3)、或者式(4)～式(6)的关系的方式修正该关系式的常量。
例如，在图1的机床的、主轴头停止时的马达负载转矩与工具重量之间的关系式的式(2)、式(3)中，考虑滚珠丝杠的效率η的变化。在已知的工具重量m和检测到的负载转矩T中，下式(2)或者式(3)必须成立。
m＝(2πηT/gLZ)－M……(2)
m＝K·T－M……(3)
因此，为了使该关系式成立，若是式(2)则变更η，若是式(3)则变更K，从而式(2)、式(3)成立。这样，能够进行式(2)或者式(3)的关系式的常量修正，从而也能够承受机械的随时间经过的变化。
并且如第四实施方式那样，即使在当主轴头驱动时求解负载转矩而用式(5)或者式(6)来计算并推断工具重量的情况下，将重量m已知的工具安装于主轴头，检测以角加速度α、角速度ω驱动时的负载转矩T，并以在工具重量m与检测到的负载转矩T之间成立式(5)或者式(6)的方式对上述式的常量进行变更来修正即可。
并且，利用该工具重量推断方法也能够检测主轴头驱动机构、工具的异常等。
相对于预先知道重量的工具，通过上述的方法进行工具重量的推断，并在推断值与实际的工具重量之差在一定值以上的情况下发出警告，从而能够发现主轴头驱动机构的异常。该情况下，将图3的处理中步骤a4的处理、图5的处理中步骤b5的处理替换为如下那样的处理即可，即、辨别推断出的工具重量m与重量已知的实际工具的重量之差是否在一定值以上，在一定值以上的情况下在显示装置/手动输入单元9显示警告。
例如，在因异物附着于滚珠丝杠等而相对于实际的工具重量、施加于马达的负载异常大的情况下，工具重量推断为比实际的重量大很多的值。通过检测这样的异常并发出警告，从而能够在机械方面产生重大的问题之前发现不良情况。
并且，也可以比较推断出的工具重量、和在与工具箱的工具编号对应地存储工具重量数据的工具重量存储单元中储存的该工具的重量，在差在一定以上的情况下对用户发出确认是否更换新的工具的消息、警报等报警。在未进行工具更换的情况下，有引起工具的破损、驱动***的异常的担忧。通过该功能能够早期发现上述问题。该情况下，将图3的步骤a4的处理、图5的步骤b5的处理替换为如下处理，即、求解推断出的工具重量与针对使用的工具而存储于工具重量存储单元的工具重量之差且辨别该差是否在一定值以上、并在一定值以上的情况下显示更换新的工具的消息或警报等报警显示，若在每次更换工具时执行由该替换后的步骤a4、步骤b5构成的图3或者图5的处理，则能够检测工具的异常，进一步能够检测主轴头驱动机构的异常。
上述的各实施方式中，是具备滚珠丝杠/螺母机构和利用旋转马达的主轴头驱动机构的机床，但本发明不限定于该范围。例如，即使在将线性马达用于主轴头的驱动之类的机床中，也能够进行根据主轴头驱动用马达的负载的工具重量的推断、基于此的马达负载与工具重量的关系式的修正、以及驱动***、工具的异常检测。

Claims (10)

1.一种机床，其具备能够装卸工具的主轴头和驱动该主轴头的主轴头驱动用马达，该机床的特征在于，具备：
负载转矩检测单元，其检测施加于上述主轴头驱动用马达的负载转矩；
数据储存单元，其针对重量不同的多个物品预先求解安装于主轴头的物品的重量与在规定的驱动条件下施加于主轴头驱动用马达的负载转矩的关系，并作为安装物重量与负载转矩的关系数据而储存；以及
工具重量推断单元，其在上述工具安装于主轴头时，在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测主轴头驱动用马达的负载转矩，根据该检测到的负载转矩、和储存于上述数据储存单元的上述安装物重量与负载转矩的关系数据来推断安装于上述主轴头的工具的重量。
2.一种机床，其具备能够装卸工具的主轴头和驱动该主轴头的主轴头驱动用马达，该机床的特征在于，具备：
负载转矩检测单元，其检测施加于上述主轴头驱动用马达的负载转矩；和
工具重量推断单元，其使用在规定的驱动条件下的安装于上述主轴头的工具重量与施加于主轴头驱动用马达的负载转矩之间的关系式，根据在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测到的负载转矩来计算并推断安装于主轴头的工具的重量。
3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
设有检测主轴头驱动用马达的驱动电流值的驱动电流检测单元来代替上述负载转矩检测单元，
求解主轴头驱动用马达的驱动电流来代替上述负载转矩，
预先求解安装物重量与驱动电流值的关系数据并储存于上述数据储存单元来代替安装物重量与负载转矩的关系数据，
上述工具重量推断单元根据安装物重量与驱动电流值的关系数据、和由驱动电流检测单元检测到的驱动电流值，来推断安装于上述主轴头的工具的重量。
4.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
设有检测主轴头驱动用马达的驱动电流值的驱动电流检测单元来代替上述负载转矩检测单元，
工具重量推断单元使用工具重量与驱动电流值之间的关系式来代替工具重量与负载转矩之间的关系式，并根据该关系式和由上述驱动电流检测单元检测到的驱动电流值来推断安装于上述主轴头的工具的重量。
5.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
在具有沿铅垂方向驱动的主轴头和作为驱动上述主轴头的单元具有滚珠丝杠/螺母机构的机床中，上述工具重量推断单元通过以下的关系式
m＝2πηT/gLZ－M
T：主轴头停止时的主轴头驱动马达的负载转矩
M：主轴头的重量
Z：主轴头驱动马达与滚珠丝杠之间的减速机构的减速比
L：滚珠丝杠的导程
η：滚珠丝杠的效率
g：重力加速度
并由主轴头停止时的主轴头驱动用马达的负载转矩计算并推断工具重量m。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的机床，其特征在于，
上述机床具备保持相对于上述主轴头进行装卸的多个工具并以工具编号进行管理的工具箱，
具有工具重量存储单元，其使由上述工具重量推断单元推断出的工具重量与上述工具容纳于工具箱时的工具编号对应地存储于工具重量数据储存单元。
7.根据权利要求2或5所述的机床，其特征在于，
具有修正单元，其安装预先知道重量的工具，在上述规定的驱动条件下由上述负载转矩检测单元检测施加于主轴头驱动用马达的负载转矩，并根据工具重量和检测到的负载转矩来修正工具重量与负载转矩之间的关系式。
8.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，
具有修正单元，其安装预先知道重量的工具，在上述规定的驱动条件下由上述驱动电流检测单元检测主轴头驱动用马达的驱动电流值，并根据工具重量和检测到的驱动电流值来修正工具重量与驱动电流值之间的关系式。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的机床，其特征在于，具有：
重量比较单元，其在安装有预先知道重量的工具时，使用上述工具重量推断单元来推断上述工具重量，求解并比较与实际的工具重量之差；和
报警单元，其具有在上述重量之差在一定值以上的情况下显示消息的显示功能或发出警告的报警功能。
10.根据权利要求6所述的机床，其特征在于，具有：
重量比较单元，其求解并比较从工具箱取出且安装于主轴头并使用上述工具重量推断单元推断出的工具重量的值、和储存于上述工具重量数据储存单元的该工具的重量之差；和
报警单元，其具有在上述重量之差在一定值以上的情况下显示消息的显示功能或发出警告的报警功能。
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