工作机械及其控制方法与流程

根据本发明的实施方式涉及工作机械及其控制方法。

背景技术：

工作机械例如使用装配在主轴上的工具来加工工件。工作机械的数值控制装置（以下，也称作nc（numericalcontroller）装置）向主轴输出指令，控制该主轴的动作，并且监视主轴的转矩，即马达的负荷电流。nc装置通过监视主轴的转矩，检测在工件的加工中使用的工具的异常。

专利文献1：日本特开2015－143969号公报。

但是，例如在该主轴的转矩较小的情况下等，难以通过主轴的转矩准确地检测工具的异常。

此外，为了检测工具的异常，可以考虑对工作机械附加检测切削状态的传感器。但是，在此情况下，由于另外需要追加的传感器，所以工作机械成为大型，成本也变高。进而，如果传感器损坏，则还发发生不能检测出工具的异常的问题。

技术实现要素：

所以，本发明是为了解决上述问题点而做出的发明，提供一种能够容易且准确地检测工具的异常的工作机械及其控制方法。

根据本实施方式的工作机械具备：驱动机构，其驱动使工件移动的工作台或工具等控制对象；马达，其使驱动机构动作；第1位置传感器，其检测控制对象的位置；第2位置传感器，其检测马达的位置；电流控制部，其控制向马达的供给电流；伺服控制部，其将决定供给电流的转矩指令向电流控制部输出；数值控制部，其基于从第2位置传感器得到的马达的位置信息、从第1位置传感器得到的控制对象的位置信息和转矩指令，计算控制对象的相对于工件的加工力，当加工力中的不到既定的频率的第1成分的绝对值在工件的加工中成为第1阈值以上时，判断为在控制对象中发生了异常。

也可以是，在工件的加工中第1成分的绝对值没有超过比第1阈值小的第2阈值的情况下，数值控制部判断为在控制对象中发生了异常。

也可以是，第1成分的原点具有基于控制对象的重量的偏移量。

也可以是，数值控制部基于加工力中的既定的频率以上的第2成分的绝对值，判断为在控制对象中发生了异常。

根据另一实施方式的工作机械具备：驱动机构，其驱动工件或工具；马达，其使驱动机构动作；第1位置传感器，其检测控制对象的位置；第2位置传感器，其检测马达的位置；电流控制部，其控制向马达的供给电流；伺服控制部，其将决定供给电流的转矩指令向电流控制部输出；数值控制部，其基于从第2位置传感器得到的马达的位置信息、从第1位置传感器得到的工具的位置信息和转矩指令，计算工具的相对于工件的加工力，基于加工力中的既定的频率以上的第2成分的绝对值，判断为在工具中发生了异常。

也可以是，工具具有将工件切削的至少1片刀刃；驱动机构在使工具旋转的同时将工件切削；在比第2成分的周期短的期间之间、第2成分成为第1阈值以上的情况下，数值控制部判断为在工具中发生了异常。

也可以是，工具具有将工件切削的多个刀刃；驱动机构在使工具旋转的同时将工件切削；数值控制部使用第2成分计算多个刀刃中的其他刀刃的加工力相对于第1刀刃的加工力的比率，基于该比率判断为在工具中发生了异常。

也可以是，当加工开始最初的其他刀刃的比率与加工开始后的其他刀刃的比率的差的绝对值成为第3阈值以上时，数值控制部判断为在工具中发生了异常。

也可以是，数值控制部具备低通滤波器功能或低通滤波器电路；既定的频率是低通滤波器功能或低通滤波器电路的截止频率。

根据本实施方式的工作机械的控制方法，是下述工作机械的控制方法：该工作机械具备：驱动机构，其驱动使工件移动的工作台或工具等控制对象；马达，其使驱动机构动作；电流控制部，其控制向马达的供给电流；伺服控制部，其向电流控制部输出决定供给电流的转矩指令；和数值控制部，其控制伺服控制部；在该控制方法中，数值控制部基于马达的位置信息、工具的位置信息和转矩指令，计算工具的相对于工件的加工力；当加工力中的不到既定的频率的第1成分的绝对值在工件的加工中成为第1阈值以上时，数值控制部判断为在工具中发生了异常。

也可以是，数值控制部基于加工力中的既定的频率以上的第2成分的绝对值，判断为在控制对象中发生了异常。

根据另一实施方式的工作机械的控制方法，是下述工作机械的控制方法：该工作机械具备：驱动机构，其驱动使工件移动的工作台或工具等控制对象；马达，其使驱动机构动作；电流控制部，其控制向马达的供给电流；伺服控制部，其向电流控制部输出决定供给电流的转矩指令；和数值控制部，其控制伺服控制部；在该控制方法中，数值控制部基于马达的位置信息、工具的位置信息和转矩指令，计算工具的相对于工件的加工力；数值控制部基于加工力中的既定的频率以上的第2成分的绝对值，判断为在控制对象中发生了异常。

也可以是，工具具有切削工件的多个刀刃；驱动机构在使工具旋转的同时切削工件；数值控制部使用第2成分运算多个刀刃中的其他刀刃的加工力相对于第1刀刃的加工力的比率，基于该比率判断为在工具中发生了异常。

也可以是，当加工开始最初的其他刀刃的比率与加工开始后的其他刀刃的比率的差的绝对值成为第3阈值以上时，数值控制部判断为在工具中发生了异常。

也可以是，数值控制部具备低通滤波器功能或低通滤波器电路；既定的频率是低通滤波器功能或低通滤波器电路的截止频率。

附图说明

图1是表示遵循第1实施方式的工作机械的伺服马达14及驱动机构2的结构的一例的图。

图2是表示根据第1实施方式的伺服部1、驱动机构2及数值控制装置4的结构的一例的块图。

图3是表示根据第1实施方式的工具的异常的判断方法的一例的曲线图。

图4是表示根据第1实施方式的工具的异常的判断方法的一例的曲线图。

图5是表示根据第1实施方式的工具的异常的判断方法的另一例的曲线图。

图6是表示根据第1实施方式的工具的异常的判断方法的另一例的曲线图。

图7a是表示根据第1实施方式的工具的折损检测动作的流程图。

图7b是表示根据第1实施方式的工具的折损检测动作的流程图。

图8是表示根据第2实施方式的工具的异常的判断方法的一例的曲线图。

图9是表示根据第2实施方式的工具的重磨损的流程图。

图10是表示根据第3实施方式的切削力的第2成分的曲线图。

图11是表示根据第3实施方式的工具的折损检测动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对涉及本发明的实施方式进行说明。本实施方式并不限定本发明。

（第1实施方式）

图1是表示遵循第1实施方式的工作机械的伺服马达14及驱动机构2的结构的一例的图。伺服马达14经由联轴节3与驱动机构2连结。驱动机构2具备底盘20、支承托架22、螺母23、滚珠丝杠25、轴承26、线性导引部27和工作台28。

底盘20被固定在工作机械的主体上，搭载驱动机构2的其他构成要素。支承托架22固定配置在底盘20上，构成为，经由轴承26支承滚珠丝杠25的两端。滚珠丝杠25通过联轴节3与伺服马达14连结，构成为，随着伺服马达14的轴的旋转而旋转。螺母23形成有螺纹孔，以便与滚珠丝杠25的螺纹部螺纹接合，能够随着滚珠丝杠25的旋转而在滚珠丝杠25的轴向上移动。作为控制对象的工作台28被固定在螺母23上，并且被线性导引部27支承。工作台28随着螺母23的移动，在滚珠丝杠25及线性导引部27的轴向（箭头a的方向）上移动。这样，工作机械能够将伺服马达14的旋转运动变换为工作台28的直线运动。

工作台28搭载工件，为了将工件用工具切削，使工件相对于底盘20相对地移动。在此情况下，控制对象是工作台28及工件等移动物。或者，也可以代替工作台28，而是使工具旋转的工具用马达（未图示）、向工具用马达装配工具的夹盘、以及搭载有该工具的主轴头。在此情况下，控制对象为工作台28、工具用马达、夹盘、工具等移动物。工具是将工件加工的部件，例如是钻头、立铣刀等。钻头、立铣刀等具有将工件切削的至少1片刀刃，能够一边旋转一边用其刀刃将工件切削。

图2是表示根据本实施方式的伺服部1、驱动机构2及数值控制装置（nc装置）4的结构的一例的块图。nc装置4具备hmi（human－machineinterface）40、程序供给部41、程序解析部42、轨道生成部44、切削力推测部45、存储器46和错误检测部47。

hmi40是操作者与数值控制装置4之间的界面，例如是触摸面板式显示器等。操作者在hmi40中输入或选择加工程序。此外，hmi40对于操作者表示工作机械的动作状态，或者接收来自错误检测部47的错误信号而显示错误的发生。

程序供给部41得到保存在存储器46中的加工程序，将该加工程序向程序解析部42供给。存储器46例如是rom（readonlymemory）、ram（randomaccessmemory）、hdd（harddiscdrive）或ssd（solidstatedrive）。存储器46保存控制工作机械整体的系统程序、加工程序、工作机械的参数、各种数据。存储器46的ram区域也可以在执行系统程序等时被作为加载区域或作业区域使用。

程序解析部42将从存储器46得到的加工程序解析，制作轨道生成用数据。加工程序的解析关于加工程序的各块，得到使驱动机构2的移动部（例如，工作台、主轴头等）移动的目标位置的坐标及移动部的目标移动速度等。所谓块，是加工程序的基本单位，例如表示1行的指令。1块例如表示直线移动、圆弧移动、主轴的旋转开始/停止等基本的动作的指令。将轨道生成用数据针对每个块进行制作，向轨道生成部44转送。

轨道生成部44基于轨道生成用数据，生成针对每个采样周期（伺服部1的控制周期）的位置指令。轨道生成部44将位置指令向伺服部1的伺服控制部12输出。另外，nc装置4的内部的存储器46、程序解析部42、轨道生成部44、切削力推测部45及错误检测部47既可以由1个cpu（centralprocessingunit）实现，也可以分别由单独的存储器或cpu实现。

伺服控制部12按照位置指令，针对每个控制周期将转矩指令向电流控制部13输出。控制周期例如是约1msec。转矩指令是决定向马达14的供给电流的指令。电流控制部13将遵循转矩指令的电流向马达14供给。在马达14中设有旋转编码器60。作为第2位置传感器的旋转编码器60检测马达14的轴的旋转，测量马达14的轴的旋转位置的变化。旋转编码器60将马达14的轴的旋转位置的变化向伺服控制部12反馈。以下，将马达14的轴的旋转位置的信息称作“马达位置”，将该反馈也称作“马达位置反馈”。

马达14如参照图1说明的那样将驱动机构2驱动。由此，工作台28沿着线性导引部27移动。

在驱动机构2中，设有连接在工作台28上的线性编码器50。

作为第1位置传感器的线性编码器50测量工作台28的线性位置的变化。线性编码器50将工作台28的线性位置的变化向伺服控制部12反馈。以下，将工作台28的线性位置的信息称作“标尺位置”，将其反馈也称作“标尺位置反馈”。

伺服控制部12接收来自线性编码器50及旋转编码器60的反馈，为了控制标尺位置及马达位置而生成转矩指令，使得其相对于指令位置的误差变小。

进而，转矩指令、标尺位置及马达位置也被向切削力推测部45反馈。切削力推测部45基于转矩指令、标尺位置及马达位置，计算相对于控制对象的工件的切削力。作为加工力的切削力例如可以是当钻头或立铣刀将工件切削时将钻头或立铣刀推抵在工件上的力或者旋转的钻头或立铣刀向工件施加的力。切削力推测部45只要通过运算专利文献1的公式（3）或公式（4）来计算切削力fcut就可以。

［数式1］

。

这里，作为右上角标而带有ref的ia（以下称作ia_ref），是根据转矩指令得到的电流指令值。xt是标尺位置，其上的点表示2次时间微分。θm是马达位置（旋转角），其上的点表示2次时间微分。tfric是摩擦转矩。ffric是相对于工作台28的向a方向的直线运动的摩擦力。jr是从马达到滚珠丝杠的惯性力矩。kt是马达14的转矩常数。r是旋转系统与直线运动系统的变换系数。mt是工件及工作台28等移动物的质量。

进而，通过使用预先推测出的摩擦转矩tfric及摩擦力ffric，并使用高频噪声抑制用的低通滤波器，切削力fcut的推测值成为公式（4）。

［数式2］

。

这里，对于表示推测值的参数赋予“帽”。gcut是错误检测部47内的滤波器的截断频率。各参数的右下脚标n表示名义值。

公式3、公式4所包含的参数中的从转矩指令得到的电流指令值ia_ref、标尺位置xt、马达位置θm以外的参数被保存在存储器46中。另外，存储器46既可以内置在nc装置4内，或者也可以设在其外部。参数也可以从工作机械的外部接收。

切削力推测部45将转矩指令、标尺位置及马达位置应用到公式3或公式4中，计算相对于工件的切削力。切削力推测部45针对每个伺服控制部12的采样周期（控制周期），接收转矩指令、标尺位置反馈及马达位置反馈，计算该切削力。这样，切削力推测部45能够不使用力传感器等附加性的传感器而针对每个控制周期推测切削力。

这样的切削力包括工具的各刀刃的切削力作为第2成分。进而，切削力不仅是第2成分，还包括摩擦（例如，摩擦转矩tfric、摩擦力ffric）、起因于电流控制部13中的马达14的电流反馈的偏移偏差的波动（低频成分）等的第1成分。这样，在使用包括各种各样的频率带的成分的切削力的情况下，错误检测部47难以准确地进行工具的折损检测及磨损检测。

所以，根据本实施方式的错误检测部47具有低通滤波器功能或低通滤波器电路（例如，移动平均滤波器），将切削力中的既定的频率以上的第2成分去掉，将不到既定的频率的第1成分取出。即，既定的频率例如是设在错误检测部47中的低通滤波器或低通滤波器电路的截止频率。进而，错误检测部47当在工件的加工中切削力的第1成分成为第1阈值以上时判断为在工具中发生了异常。

例如，假设工具的刀刃数（工具每旋转1圈切削工件的相同部位的刀刃的数量）为m。设使工具旋转的主轴的旋转速度为n（圈/分）。在此情况下，切削力的峰值在1秒钟仅观测到p=m×n/60。即，切削力的第2成分在加工中大致以频率p（hz）出现。因而，错误检测部47通过使用低通滤波器将p（hz）以上的高频率带的切削力去掉，能得到切削力的第1成分（不到p的低频率带的切削力）。

在本实施方式中，基于切削力的第1成分判断工具的异常。错误检测部47针对每个伺服控制部12的采样周期（控制周期），基于切削力实时地判断工具的异常。关于工具的异常的判断，参照图3（a）〜图4（b）在后面说明。

如果检测到工具的错误，则错误检测部47向轨道生成部44输出停止信号，并向hmi40输出错误信号。轨道生成部44如果接收到停止信号，则将位置指令的更新停止。因而，马达14及驱动机构2的动作停止。与此同时，hmi40如果接收到错误信号，则在显示器上显示工具的异常。由此，使用者能够知道工具的异常。

图3（a）〜图4（b）是表示根据本实施方式的工具的异常的判断方法的一例的曲线图。纵轴表示钻头方向的切削力的第1成分（n（newton）），横轴表示时间。在本实施方式中，假设驱动机构2使工作台28在大致水平方向上移动。即，驱动机构2具有所谓水平轴。在此情况下，只要将零（n（newton））设为切削力的原点fcenter就可以。此外，在本实施方式中，nc装置4以钻头模式对工件执行开孔作业。因而，工具是钻头。钻头模式由nc程序指定，是当用钻头进行开孔作业时使用的模式。

图3（a）及图3（b）表示检测钻头的折损的方法。钻头的折损是钻头的轴在中途弯折而被切断的异常。钻头的折损有在向工件开孔的过程中发生的情况、和在钻头接触在工件上的瞬间发生的情况。即使钻头折损，在钻头的根部分与前端部分之间，轴中心也不怎么偏差，如果钻头的根部分与其前端部分接触，则该钻头的根部分持续推压几乎不旋转的前端部分。即，钻头的根部分旋转而想要继续开孔，但另一方面，前端部分几乎不旋转而不切削工件。因而，工件在没有被切削的原状下，在钻头的行进方向上被施加较大的切削力。

如图3（a）所示，在钻头向工件开孔的过程中、在时点te1折损的情况下，切削力正常地推移直到时点te1，在时点te1以后，切削力的第1成分超过作为第1阈值的上限值fref1。错误检测部47在切削力的第1成分成为上限值fref1以上时判断为工具的异常，将停止信号及错误信号输出。

如图3（b）所示，在钻头接触在工件上的瞬间折损的情况下，在钻头刚接触在工件上之后的时点te2，切削力的第1成分超过上限值fref1。错误检测部47在切削力的第1成分成为上限值fref1以上时判断为工具的异常，将停止信号及错误信号输出。例如，在钻头的刀刃已经磨损、即使钻头碰抵在工件上也不挖孔而折损的情况下，可能发生图3（b）所示的异常。这样，错误检测部47也可以在工件的切削中切削力的第1成分即便超过了上限值fref1一次的情况下，也判断为在工具中发生了异常。

图4（a）及图4（b）也表示检测钻头的折损的方法。例如，在不能检测到图3（a）及图3（b）所示的异常的情况下，钻头的根部分为了开下个孔而移动。另一方面，钻头的前端部分不与根部分一起移动。在此情况下，在钻头的根部分与前端部分之间轴中心偏差，钻头的根部分不与前端部分接触。因而，在钻头没有到达工件的情况下，如图4（a）所示，切削力的第1成分为较低的原状，不超过作为第2阈值的下限值fref2。下限值fref2是比上限值fref1小的阈值。例如，在将钻头向马达装配的夹盘附近钻头折损那样的情况下，钻头的根部分不到达工件。因而，错误检测部47在工件的切削中，切削力的第1成分一次也不超过下限值fref2。在此情况下，错误检测部47判断为在工具中发生了异常。即，错误检测部47当在工件的切削中切削力的第1成分一次也没有超过下限值fref2时，在时点te3判断为工具的异常，输出停止信号及错误信号。

此外，即使钻头的根部分到达了工件，也不能将工件切削。

在此情况下，如图4（b）所示，切削力的第1成分上升到上限值fref1以上。因而，错误检测部47在切削力的第1成分成为上限值fref1以上的时点te4判断为工具的异常，输出停止信号及错误信号。

这样，错误检测部47也可以在工件的切削中超过上限值fref1的情况下，或切削力的第1成分一次也没有超过下限值fref2的情况下，判断为在工具中发生了异常。

图5（a）〜图6（b）是表示根据本实施方式的工具的异常的判断方法的另一例的曲线图。在该例中，假设驱动机构2使工作台28在大致垂直方向（大致铅直方向）上移动。即，驱动机构2具有所谓垂直轴。在此情况下，工具、将该工具旋转驱动的马达及工作台28等移动物的重量通过重力向下方施加。在没有切削的待机状态时，为了将移动物向铅直上方向支承而将移动物的重量去除，伺服部1需要对移动物施加铅直上方向的力。因而，原点fcenter向铅直上方向具有与移动物的重量大致相等的偏移量。如果将铅直上方向设为正方向，则原点fcenter如图5（a）〜图6（b）所示那样成为与移动物的重量大致相等的正的偏移值。

工具当将工件切削时相对于工件朝向下方切削。

即，驱动机构2以原点fcenter为基准向下方施加切削力。以下，在图5（a）〜图6（b）中，切削力的第1成分用以原点fcenter为基准的绝对值表示。即，切削力的第1成分为原点fcenter与推测切削力f^cut的差的绝对值（|fcenter－f^cut|）的第1成分。虽然原点fcenter偏移，但图5（a）〜图6（b）所示的方法分别与图3（a）～图4（b）所示的方法基本上相同。

例如，如图5（a）所示，在钻头对工件开孔的过程中，在以时点te11折损的情况下，切削力的第1成分的绝对值正常推移直到时点te11，在时点te11以后，超过上限值fref1。错误检测部47在该切削力的第1成分的绝对值成为上限值fref1以上时判断为工具的异常，输出停止信号及错误信号。

如图5（b）所示，在钻头接触在工件上的瞬间折损的情况下，切削力的第1成分的绝对值在钻头刚接触在工件上之后的时点te12成为上限值fref1以上。错误检测部47在该切削力的第1成分的绝对值成为上限值fref1以上时判断为工具的异常，输出停止信号及错误信号。例如，在钻头的刀刃磨损、即使钻头碰抵在工件上也不挖孔而折损的情况下，可能发生图5（b）所示的异常。这样，错误检测部47也可以在工件的切削中切削力的第1成分的绝对值即便超过了上限值fref1一次的情况下，也判断为在工具中发生了异常。

如图6（a）所示，在钻头没有达到工件的情况下，切削力的第1成分的绝对值不超过下限值fref2。下限值fref2是比上限值fref1小的阈值。例如，在将钻头向马达装配的夹盘附近钻头折损那样的情况下，钻头的根部分不达到工件。因而，错误检测部47在工件的切削中，切削力的第1成分的绝对值一次也不超过下限值fref2。在此情况下，错误检测部47判断为在工具中发生了异常。即，错误检测部47当在工件的切削中切削力的第1成分的绝对值一次也不超过下限值fref2时，在时点te3判断为工具的异常，输出停止信号及错误信号。

此外，如图6（b）所示，在即使钻头的根部分达到了工件也不能将工件切削的情况下，切削力的第1成分的绝对值上升到上限值fref1以上。因而，错误检测部47在切削力的第1成分的绝对值成为上限值fref1以上的时点te4判断为工具的异常，将停止信号及错误信号输出。这样，错误检测部47也可以在工件的切削中切削力的第1成分的绝对值超过了上限值fref1的情况下，或者一次也没有超过下限值fref2的情况下，判断为在工具中发生了异常。

图7a及图7b是表示根据本实施方式的工具的折损检测动作的流程图。

首先，如图7a所示，判断nc装置4是否是钻头模式（s10）。所谓钻头模式，是使用作为工具的钻头对工件开孔的工序。

在图7a及图7b的从开始到结束的1次钻头模式中，在工件上开1个孔。在开多个孔的情况下，将钻头模式重复孔的数量。在是钻头模式的情况下（s10的是），得到错误检测部47根据切削力推测部45推测的切削力。错误检测部47使用滤波器功能从该切削力将第1成分取出。将切削力的第1成分的绝对值与上限值fref1比较（s20）。另外，在驱动机构2具有重力轴的情况下，如参照图5（a）〜图6（b）说明的那样，切削力的第1成分的原点fcenter相应于移动物的重量而具有偏移。在此情况下，切削力的第1成分为原点fcenter与推测切削力f^cut的差的绝对值（|fcente－f^cut|）的第1成分。

在切削力的第1成分的绝对值是上限值fref1以上的情况下（s20的是），错误检测部47判断为工具折损，将停止信号及错误信号分别向轨道生成部44及hmi40发送（s30）。由此，轨道生成部44将位置指令的更新停止，hmi40在显示器上显示错误（s40）。

另一方面，在切削力的第1成分的绝对值不到上限值fref1的情况下（s20的否），错误检测部47判断为工具没有折损。在此情况下，轨道生成部44将位置指令持续更新。

在继续钻头模式的情况下（s70的否），将图7a的步骤s20〜s70反复执行。

另一方面，错误检测部47与图7a的流程并行，执行图7b所示的流程。例如，在步骤s10中，如果进入钻头模式（s10的是），则错误检测部47将保存在存储器46中的标记fg设定为0（s55）。

接着，错误检测部47将切削力的第1成分的绝对值与下限值fref2比较（s60）。在第1成分的绝对值比下限值fref2小的情况下（s60的否），错误检测部47不使标记fg变更而继续钻头模式（s70的否）。在第1成分的绝对值是下限值fref2以上的情况下（s60的是），错误检测部47将标记fg变更为1，继续钻头模式（s65、s70的否）。

将图7b的步骤s60、s70反复执行，如果钻头模式结束（s70的是），则错误检测部47确认存储器46的标记fg是否是1（s80）。在标记fg是1的情况下（s80的是），即，第1成分的绝对值超过下限值fref2即便一次的情况下，错误检测部47判断为工具不折损。另一方面，在标记fg是0的情况下（s80的否），即，第1成分的绝对值在钻头模式中一次也没超过下限值fref2的情况下，错误检测部47判断为工具折损了，将停止信号及错误信号分别向轨道生成部44及hmi40发送（s30）。由此，轨道生成部44将下个钻头模式的位置指令的更新停止，hmi40在显示器上显示错误（s40）。

在检测到工具的折损的情况下，在hmi40上，例如与错误消息一起显示敦促工具的更换的消息。通过使用者将工具更换，nc装置4能够继续加工。

错误检测部47可以将图7a及图7b的流程同时并行执行。但是，错误检测部47也可以将图7a及图7b的某一方在另一方之后执行。

这样，nc装置4能够使用切削力的第1成分检测工具的折损。另外，本实施方式的nc装置4使用上限值fref1及下限值fref2两者执行工具的缺损检测。但是，nc装置4也可以使用上限值fref1及下限值fref2的某一方执行工具的缺损检测。

假如在不进行本实施方式那样的工具的异常检测的情况下，则不能准确地检测工具的折损。如果不能准确地检测工具的折损，则在以nc程序的自动运转进行多次开孔的过程中，有可能从中途在工件上不再开孔。在此情况下，开孔作业的继续对于使用者而言成为时间及经费的浪费。

相对于此，根据本实施方式的工作机械使用推测的切削力（f^cut）的第1成分检测工具的折损。切削力的第2成分是通过工具的各刀刃的切削而产生的，所以根据工具的各刀刃的磨损或缺损等而变化。另一方面，切削力的第1成分根据异常或故障而变化，所述异常或故障如工具自身的折损那样使摩擦恒常地较大变化。因而，本实施方式通过使用切削力的第1成分，能够准确且切实地检测如工具的折损那样的异常或故障。另外，在由钻头进行的开孔工序的情况下，切削力是将工具向工件推压的力，所以切削力较多地包括第1成分，不怎么包括第2成分。因而，在此情况下，下限值fref2非常小，被设定为接近于零的值。

此外，根据本实施方式，不需要追加的零件（追加的传感器等）。因而，根据本实施方式的工作机械在小型化方面较好，能够将成本抑制得较低。此外，不需要考虑追加的零件的故障。

（第2实施方式）

图8是表示根据第2实施方式的工具的异常的判断方法的一例的曲线图。纵轴表示包括第2成分及第1成分的切削力，横轴表示时间。驱动机构2为具有水平轴的结构。由此，只要将零（n（newton））设为切削力的原点fcenter就可以。另外，在驱动机构2具有重力轴的情况下，如参照图4（a）及图4（b）说明的那样，只要使原点fcenter偏移就可以。因而，这里省略重力轴的情况下的说明。

例如，如立铣刀那样至少具有1片刀刃的工具每旋转1圈，就将工件的大致相同的部位对应于刀刃的数量进行切削。如果设该工具的刀刃数为m，设使工具旋转的旋转速度为n（圈/分），则如上述那样，切削力的第2成分在加工中中为频率p=m×n/60（hz）的波形。因而，错误检测部47通过将p（hz）以上的高频率带的切削力去掉，得到切削力的第1成分。图8的实线l2表示第2成分的切削力，虚线l1表示切削力的第1成分。

在时点t20以前，在工具正常切削的情况下，出现频率p（hz）的第2成分。但是，如果工具的刀刃磨损，则工具的切削能力下降。由此，每1个刀刃的切削力变大，所以第2成分变大。此外，由于第1成分包括使第2成分穿过低通滤波器后的直流成分，所以第1成分也变大。因而，如果工具的刀刃磨损，则如图8的线l1、l2所示，切削力的第1成分、第2成分逐渐增加。

进而，如果工具的磨损发展，则工具变得几乎不能切削工件，实际的标尺位置相对于位置指令的误差（位置误差）变大。在此情况下，有发生错误而工作机械停止的情况。此外，如果工具的磨损发展的状态（也称作重磨损）继续，则也有工具烧粘在工件上的情况。在这样的情况下，给工件的加工面的品质带来了不良影响。

所以，在第2实施方式中，为了检测工具的重磨损，错误检测部47计测第2成分为上限值frefa以上的期间。在该期间比既定期间ta长的情况下，错误检测部47判断为在工具中发生了异常。作为第1阈值的上限值frefa也可以与第1实施方式的上限值fref1相等。或者，上限值frefa也可以与上限值fref1不同地设定。错误检测部47为了对期间ta进行计时而具有定时器功能。

例如，在将第2成分用于异常判定的情况下，错误检测部47当图8所示的l2成为上限值frefa以上后连续经过期间ta以上时，判断为在工具中发生了异常。此时，错误检测部47输出图2的停止信号及错误信号。

替代性地，在将切削力的第1成分用于异常判定的情况下，错误检测部47当图8所示的l2成为上限值frefa以上时，判断为在工具中发生了异常。此时，错误检测部47输出图2的停止信号及错误信号。

期间ta如公式1所示，设定为比0大、比切削力的第2成分的周期（1/p）短的期间。

0<ta<1/p（公式1）。

由此，即使使用包括第2成分的切削力，错误检测部47也能够准确地检测工具的异常。此外，根据本实施方式，在如工具的重磨损那样切削力逐渐变化的情况下，错误检测部47能够准确地检测工具的异常。

根据第2实施方式的异常检测也可以在工具的切削方向（x、y、z）的各自上执行。在此情况下，只要对x轴、y轴、z轴关于各自的切削力分别设定上限值frefx、frefy、frefz就可以。在x方向、y方向、z方向上与工件碰抵的工具的刀刃数m及x方向、y方向、z方向上的旋转速度n相等的情况下，期间ta相对于切削力的x成分、y成分、z成分可以是共通的。另一方面，在x方向、y方向、z方向上工具的刀刃数m及/或旋转速度n不同的情况下，也可以相对于切削力的x成分、y成分、z成分分别设定不同的期间ta。

图9是表示第2实施方式的基于第2成分的工具的重磨损检测动作的流程图。

另外，在图9的例子中，假设期间ta相对于切削力的第2成分的x成分、y成分、z成分是共通的。以下，设x成分、y成分、z成分为第2成分中的x成分、y成分、z成分。

首先，错误检测部47判断切削力的x、y、z的各成分是否分别是上限值frefx、frefy、frefz以上（s11）。在切削力的x、y、z的各成分都不到上限值frefx、frefy、frefz的情况下（s11的否），错误检测部47判断为工具是正常的。在此情况下，错误检测部47将定时器重置，或在重置的原状下（s71），重复步骤s11。另一方面，在切削力的x、y、z的某个的成分成为上限值frefx、frefy、frefz以上的情况下（s11的是），错误检测部47借助定时器功能开始计时（递增计时）（s21）。

在切削力的x、y、z的某个的成分超过上限值后还没有经过期间ta的情况下（s31的否），错误检测部47重复步骤s11〜s31。

此时，在步骤s11中，在切削力的x、y、z为不到上限值frefx、frefy、frefz的情况下，判断为工具还是正常的，错误检测部47将定时器功能重置（s71），向步骤s11返回。错误检测部47继续切削作业及切削力的监视。即，在切削力的x、y、z的某个的成分超过上限值后经过期间ta之前、该成分低于了上限值的情况下，错误检测部47判断为工具是正常的。

另一方面，在切削力的x、y、z的某个的成分超过上限值后连续经过了期间ta的情况下（s31的是），错误检测部47判断为在工具中发生了异常（重磨损）（s41）。在此情况下，错误检测部47将停止信号及错误信号分别向轨道生成部44及hmi40发送。由此，轨道生成部44将位置指令的更新停止，hmi40在显示器上显示错误（s61）。

另一方面，在切削力的x、y、z的某个的第2成分超过上限值后经过期间ta之前、该第2成分低于了上限值的情况下（s31的否），错误检测部47判断为工具是正常的，向步骤s11返回，继续切削作业及切削力的监视。在此情况下，错误检测部47将定时器功能重置（s71）。由此，即使在切削力中包含噪声，错误检测部47也在不判断为工具的异常的情况下动作。即，通过设定期间ta，能够消除切削力的噪声的影响。

这样，根据本实施方式的nc装置4在切削力的x成分、y成分、z成分的某个的第2成分成为上限值以上后连续经过了期间ta的情况下，判断为在工具中发生了重磨损。由此，根据本实施方式的nc装置4能够准确且切实地检测工具的重磨损。通过准确且切实地检测工具的重磨损，能够抑制因位置误差造成的工作机械的停止，并且还能够抑制工具烧粘到工件上的情况。由此，能够良好地维持工件的加工面的品质。

第2实施方式也可以与第1实施方式组合。

（第3实施方式）

在第1及第2实施方式中，nc装置4使用切削力中的第1成分进行工具的异常检测。相对于此，在第3实施方式中，nc装置4使用切削力中的第2成分进行工具的异常检测。切削力只要与第1或第2实施方式的切削力同样地计算就可以。

接着，对切削力的第2成分进行说明。在工具的刀刃的某个缺损或磨损的情况下，与切削力的第1成分相比，在第2成分中更大地变化。例如，在工具具有多个刀刃、该多个刀刃中的1个刀刃缺损的情况下，工具的整体的切削力不怎么变化，但该缺损的刀刃的切削力较大地变化。在此情况下，nc装置4为了进行工具的异常检测，优选的是使用表示各刀刃的切削力的第2成分。因而，nc装置4从切削力中将包括波动的第1成分除去。

波动例如在电流控制部13中是包含在电流中的脉动成分，起因于电流控制部13的电流反馈中的偏移偏差等。波动针对马达14的旋转，作为与马达14的极对数对应的数量的正弦波叠加到切削力的波形上。

因而，错误检测部47具有将某个频率fma以上的频率带截掉的低通滤波器功能或低通滤波器电路，将在第1实施方式中计算出的切削力施加给该低通滤波器。由此，错误检测部47得到切削力中的包括低频率带的波动的第1成分。错误检测部47通过将该第1成分从切削力中除去，能够得到切削力的第2成分。即，错误检测部47用低通滤波器提取包括波动的第1成分，将该第1成分从切削力中除去。由此，能够得到切削力的第2成分。

低通滤波器的截止频率fma具有公式2的关系。

fm<fma<p（公式2）。

这里，fm是波动的频率。p是切削力的第2成分的频率（即，m×n/60）。

由此，错误检测部47提取包括截止频率fma以下的波动的第1成分，将该第1成分从切削力中除去。由此，能够得到具有p以上的频率的第2成分。

接着，对使用切削力的第2成分的异常检测方法进行说明。

图10（a）及图10（b）是表示根据第3实施方式的切削力的第2成分的曲线图。纵轴表示切削力的第2成分，横轴表示时间。图10（a）表示开始使用工具的初始状态的切削力f1〜f4。图10（b）表示用工具将切削作业执行一段时间后的切削力f1_1〜f4_1。另外，在第3实施方式中，假设驱动机构2具有水平轴。由此，只要将零（n（newton））设为切削力的原点fcenter就可以。另外，在驱动机构2具有重力轴的情况下，如参照图4（a）及图4（b）说明的那样，只要使原点fcenter偏移就可以。因而，这里省略重力轴的情况下的说明。

工具例如具有4个刀刃，针对每1圈的旋转，该4个刀刃切削工件。在此情况下，图10（a）的f1〜f4表示与工具的4个刀刃分别对应的切削力。图10（b）的f1_1〜f4_1也表示与工具的4个刀刃分别对应的切削力。针对每1圈的旋转，得到切削力f1～f4或f1_1～f4_1。工具旋转1圈是1/p（sec），所以切削力f1〜f4或f1_1〜f4_1以1/p的周期重复出现。

工具的刀刃即使是初始状态（新品），也不是完全相同的状态。例如，从工具的旋转中心到各刀刃的前端的距离根据刀刃而稍稍不同。因此，各刀刃的切削量不同。此外，如果将工具使用并经过一段时间，则各刀刃的切削力f1_1～f4_1的离差有变得更大的情况。例如，如果参照图10（a）及图10（b），则切削力f3_1与初始状态的f3相比极度下降。这表示工具的4个刀刃中的第3个刀刃与其他刀刃相比缺损或磨损了。

所以，错误检测部47基于切削力的第2成分检测工具的异常。在异常的检测中，错误检测部47使用第2成分的各刀刃的切削力f1〜f4中的、其他刀刃的切削力f2〜f4相对于第1刀刃的切削力f1的比率r1〜r3。例如，r1是f2/f1。r2是f3/f1。r3是f4/f1。

在此情况下，各刀刃的初始状态的切削力f1〜f4根据在加工开始最初运算出的切削力的第2成分得到。错误检测部47使用初始状态的切削力f1〜f4运算f2/f1、f3/f1、f4/f1，分别作为r1〜r3向错误检测部47的内部存储器或存储器46保存。另外，也可以将第1刀刃的切削力f1相对于第1刀刃的切削力f1的比率（f1/f1=1）也保存在存储器中。

这样的比率r1〜r3表示初始状态下的多个刀刃的切削力的离差。由此，在加工中途某个特定的刀刃的切削力变化的情况下，错误检测部47能够判断该变化是由工具的刀刃整体的磨损带来的变化（正常的变化）、还是由该特定的刀刃的缺损或极度的磨损带来的变化（异常的变化）。

在加工开始后，错误检测部47使用各刀刃的切削力f1_1～f4_1中的、其他刀刃的切削力f2_1〜f4_1相对于第1刀刃的切削力f1_1的比率r1_1〜r3_1。例如，r1_1是f2_1/f1_1。r2_1是f3_1/f1_1。r3_1是f4_1/f1_1。错误检测部47使用切削力f1_1～f4_1运算f2_1/f1_1、f3_1/f1_1、f4_1/f1_1，分别作为r1_1〜r3_1向错误检测部47的内部存储器或存储器46保存。另外，也可以将第1刀刃的切削力f1_1相对于第1刀刃的切削力f1_1的比率（f1_1/f1_1=1）也保存到存储器中。

接着，错误检测部47将|ri_1－ri|与阈值s进行比较。另外，i是1〜3的整数。作为第3阈值的阈值s是1以下的正数，被预先保存在存储器46中。阈值s例如可以是0.2〜0.5。在|ri_1－ri|是阈值s以下的情况下，错误检测部47判断为工具是正常的。在|ri_1－ri|比阈值s大的情况下，错误检测部47判断为在工具中发生了异常。

例如，在工具的多个刀刃从初始状态作为整体大致一律地磨损的情况下，ri_1从ri不怎么变化。因而，|ri_1－ri|停留在阈值s以下。在此情况下，错误检测部47判断为工具是正常的。即，即使在初始状态下在多个刀刃的切削力中有离差，在切削中途该比率ri被维持的情况下，错误检测部47也判断为工具是正常的。

另一方面，在特定的刀刃缺损、或与其他刀刃相比磨损极度地剧烈的情况下，该特定的刀刃的切削力与其他刀刃的切削力相比较大地下降。例如，图10（b）所示的第3刀刃的切削力f3_1与其他刀刃的切削力f1_1、f2_1、f4_1相比极度地下降。在此情况下，考虑第3刀刃缺损了。比率r2_1=f3_1/f1_1从r2=f3/f1较大地下降。因而，|ri_1－ri|变得比阈值s大。在此情况下，错误检测部47判断为工具是异常的。即，在切削中途的多个刀刃的切削力的比率ri_1与初始状态下的比率ri较大地不同的情况下，错误检测部47判断为工具是异常的。

另外，错误检测部47当|ri_1－ri|的全部为阈值s以上时，判断出第1刀刃的切削力f1_1的异常。这是因为，切削力f1_1的异常与r1_1〜r3_1的全部相关联。

图11是表示根据第3实施方式的工具的折损检测动作的流程图。

首先，在加工开始最初，错误检测部47得到由切削力推测部45推测的切削力（s12）。错误检测部47使用低通滤波器，从该切削力将第1成分取出，再从切削力将第1成分去掉，得到第2成分（s22）。

接着，错误检测部47根据切削力的第2成分的绝对值计算工具的各刀刃的切削力f1〜f4。进而，错误检测部47使用切削力f1〜f4计算初始状态的比率r1〜r3（s32）。比率r1〜r3被保存到存储器46或错误检测部47的内部存储器中。

然后，针对每个控制周期，错误检测部47基于来自切削力推测部45的切削力，与步骤s12〜s32同样地计算比率r1_1〜r3_1（s42）。比率r1_1～r3_1也被保存到存储器46或错误检测部47的内部存储器中。此外，错误检测部47计算|ri_1－ri|（s52），将|ri_1－ri|与阈值s进行比较（s62）。

在|ri_1－ri|是阈值s以下的情况下（s62的否），错误检测部47判断为工具正常，继续切削作业及切削力的监视。

在|ri_1－ri|变得比阈值s大的情况下（s62的是），错误检测部47判断为在工具中发生了异常（s72）。在此情况下，错误检测部47将停止信号及错误信号分别向轨道生成部44及hmi40发送。由此，轨道生成部44停止位置指令的更新，hmi40在显示器上显示错误（s81）。

这样，根据第3实施方式的nc装置4使用第2成分运算其他刀刃的加工力相对于第1刀刃的加工力的比率r1〜r3。并且，nc装置4当加工开始最初的比率r1〜r3与加工开始后的比率r1_1〜r3_3的差的绝对值成为阈值s以上时，判断为在工具中发生了异常。由此，根据第3实施方式的nc装置4能够精度良好地检测工具的各刀刃的细微的缺损或磨损。

第3实施方式也可以与第1实施方式及/或第2实施方式组合。

根据本实施方式的工作机械的异常检测方法的至少一部分既可以由硬件构成，也可以由软件构成。在由软件构成的情况下，也可以将实现异常检测方法的至少一部的功能的程序存放到软盘或cd－rom等记录媒体中，使计算机读入并执行。记录媒体并不限定于磁盘或光盘等能够拆装的媒体，也可以是硬盘装置或存储器等固定型的记录媒体。此外，也可以将实现异常检测方法的至少一部的功能的程序经由因特网等通信线路（也包括无线通信）散布。进而，也可以将该程序加密或加以调制，以压缩的状态经由因特网等有线线路或无线线路、或存放到记录媒体中而散布。

对本发明的一些实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

标号说明

14马达；2驱动机构；4nc装置；40输入显示部；40hmi；41程序供给部；42程序解析部；44轨道生成部；45切削力推测部；46存储器；47错误检测部。