JPH0132027B2

JPH0132027B2 -

Info

Publication number: JPH0132027B2
Application number: JP21659584A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Ookura; Takatoshi Suzuki; Masahiro Hayashi; Hidekazu Azuma; Ryoji Yoshinaka; Takayuki Tsuruhashi; Masayasu Hokao; Kazuki Watanabe
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1984-10-16
Publication date: 1989-06-29
Also published as: JPS6195856A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は工作機械制御装置に係り、特に工作機
械の加工状態を精度良く検知する機能を備えた制
御装置に関するものである。

従来技術 NC制御等によつて被加工物の加工を行う工作
機械では、一般に、被加工物に対する工作機械の
加工状態、例えば空加工状態か実加工状態か、実
加工状態であれば工具の刃先にどの程度の負荷が
かかつているのか等が検知され、その検知結果に
基づいて動作が制御されるようになつている。こ
のような場合において、工作機械の加工状態を検
知し、検知した加工状態に応じて工作機械を制御
する装置が工作機械制御装置である。

ところで、このような工作機械制御装置では、
工作機械を正確かつ能率良く制御するためには、
工作機械の加工状態を精度良く検知する必要があ
る。そのために、従来より、種々の手段が提案さ
れている。

例えば、特開昭57−173462号公報には、工具や
被加工物に発生する弾・塑性波（アコーステイツ
クエミツシヨン）に基づいて工作機械の実加工状
態と空加工状態とを判別する手段が開示されてい
る。これは、実加工に伴う工具と被加工物との衝
突、あるいは切粉の被加工物からの分離等によつ
て工具や被加工物にアコーステイツクエミツシヨ
ンが発生することから、そのアコーステイツクエ
ミツシヨンを検出することによつて工作機械の実
加工状態と空加工状態とを判別するようにしたも
のであつて、10kHz〜1MHz程度の周波数領域に
わたる全てのアコーステイツクエミツシヨンを検
出するところから極軽微な実加工状態も検知でき
る利点がある。

しかし、そのように全てのアコーステイツクエ
ミツシヨンを検出するようにした場合には、工作
機械の周辺で他の加工機のスイツチがオン・オフ
されたり、アーク溶接が行われたり、あるいは周
辺にクレーンの操作盤があつたりした場合におい
て、それらから発生された数百ｋHz程度の周波数
の雑音もアコーステイツクエミツシヨンとして検
出してしまうため、実加工状態と空加工状態とを
誤つて判断し、工作機械を誤動作させることがあ
つた。これに対して、外部からの雑音が混入しな
いような狭い周波数領域のアコーステイツクエミ
ツシヨンを選択して検出するようにすることも考
えられるが、この場合には、実加工時のアコース
テイツクエミツシヨンの検出出力が小さくなつて
空加工との判別が困難になり、判別精度が低下す
るという問題がある。

一方、特開昭57−189751号公報には、工作機械
の実加工時に発生する機械的振動を検出して、そ
の機械的振動の大きさに基づいて加工状態を判断
し、その判断結果に基づいて工作機械の加工速度
を制御する手段が開示されている。このような手
段によれば、空加工状態と実加工状態とを判別で
きるうえ、実加工状態であれば負荷の大きさに応
じて加工速度を制御できることから、高い加工能
率が得られる。

しかしながら、このような手段においても、前
記アコーステイツクエミツシヨンの場合と同様、
外部からの雑音が混入した場合にはその雑音によ
つて加工状態が誤検知され、工作機械が誤動作さ
せられる恐れがあつた。機械的振動が検出される
10kHz程度以下の低周波領域には、加工機駆動軸
の運動に起因する数Hz程度の雑音や、作業者の声
や笛、足音あるいは重量物の搬送に起因する雑音
が混入するため、それら雑音が混入する環境下で
は加工状態が必ずしも精度良く検知されないので
ある。また、この場合においても、前記アコース
テイツクエミツシヨンの場合と同様に、雑音の混
入しない狭い周波数帯域の機械的振動だけを検出
するようにすることが考えられるが、アコーステ
イツクエミツシヨンの場合と同様の問題があり、
必ずしも望ましいものとは言い難かつた。

発明が解決しようとする問題点以上のように、工作機械の実加工時に発生する
アコーステイツクエミツシヨンや機械的振動のみ
に基づいて加工状態を検知する従来の手段では、
いずれも雑音によつて加工状態が誤検知され易
く、特に自動化および無人化が要求される工作機
械では問題であつた。

また、このような問題は、前述のような実加工
状態と空加工状態とを判別するような場合や、実
加工時における負荷の大きさを検出するような場
合に限らず、実加工時における負荷の変化に基づ
いて工具が欠損したことなどの異常状態を判断す
るような場合等、加工状態によつて工作機械を制
御する場合に共通して言えることであつた。

問題点を解決するための手段本発明は、このような事情を背景として為され
たものである。すなわち、本発明者らは、研究に
より、工作機械の実加工時に発生するアコーステ
イツクエミツシヨンや機械的振動は、全周波数領
域（0.1Hz〜1MHz）にわたつてその大きさが一定
値以上となるが、外部から混入する雑音は大きさ
が一定値以上となる周波数領域が狭く、しかもそ
のような雑音が異なる周波数領域、特にアコース
テイツクエミツシヨンの領域と機械的振動の領域
で同時に発生することはほとんどないとともに、
通常雑音のレベルは、実加工時におけるアコース
テイツクエミツシヨンおよび機械的振動に基づく
信号の和に比べて小さいという知見を得た。そし
て、本発明者らは、加算出力に基づいて判定手段
に加工状態を判定させれば、雑音に起因して誤つ
た判定が為されることはなく、加工状態の検出精
度が高くなることに気付き、本発明に到達した。

本発明の要旨とするところは、アコーステイツ
クエミツシヨンを検出するアコーステイツクエミ
ツシヨンセンサと、それより低周波数領域の振動
を検出する振動センサとを少なくとも１個ずつ工
作機械に設置するとともに、それらの出力信号を
加算する加算手段と、その加算手段によつて得ら
れた結果と予め設定されている設定値とを比較し
て、いずれが大きいかによつて前記工作機械の加
工状態を判定する判定手段とを設け、かつ、その
判定手段の判定結果に基づいて出力手段から前記
工作機械に制御信号を出力するようにしたことに
ある。

作用および効果このような制御装置では、工作機械の加工状態
を判定するに際し、工作機械の実加工に伴うアコ
ーステイツクエミツシヨンと機械的振動とが共に
検出され、その加算出力が予め設定されている設
定値と比較されるようになつているため、外部か
らの雑音が混入しても加工状態の検知精度は良好
に保たれる。したがつて、このように判定された
加工状態に応じて工作機械を制御するようにすれ
ば、工作機械を誤動作させることなく、正確に、
能率良く制御することができるのである。

実施態様以下、本発明の実施態様について述べる。

第１の実施態様の工作機械制御装置は、前記ア
コーステイツクエミツシヨンセンサが、10kHz〜
70kHzの周波数帯域の信号を通過させるバンドパ
スフイルタを具備するとともに、前記振動センサ
が、1.7kHz〜2.2kHzおよび6kHz〜10kHzの周波数
帯域の信号を通過させるバンドパスフイルタを具
備するものである。

上述の構成より成る第１の実施態様では、アコ
ーステイツクエミツシヨンセンサおよび振動セン
サに具備されたバンドパスフイルタによつて、そ
れぞれ雑音が混入する可能性の高い周波数帯域の
信号が除去され、実加工に伴う信号だけが取り出
されて、それら実加工に伴う信号だけが加算手段
で加算され、その加算された信号が設定値と比較
されることにより加工状態の判定が行われるの
で、雑音による誤検知がさらに少なくなり、加工
状態の検知精度が一層向上するという利点があ
る。

特に第１の実施態様では、レベルの高い雑音が
混入する可能性が有る場合において、かかるレベ
ルの高い雑音が発生する周波数領域を避けて上記
バンドパスフイルタの周波数帯域を設定すること
により、レベルの高い雑音の混入による誤検知を
効果的に防止することができるという利点を有す
る。

第２の実施態様の工作機械制御装置は、前記判
定手段が、実加工−空加工の識別値に設定された
設定値と前記加算手段からの信号との大小関係を
判定することにより、前記工作機械が実加工中で
あるか空加工中であるかを判定する手段であり、
かつ前記出力手段が、前記判定手段の判定結果が
空加工から実加工に変化した際、前記工作機械の
（工具または被加工物の）送り速度を低下させる
制御信号を出力するものである。

上述の構成より成る第２の実施態様では、判定
手段によつて、加算手段からの加算出力が実加工
−空加工の識別値に設定された設定値、すなわち
実加工時における両センサからの信号の加算レベ
ルより低く、かつ雑音レベルよりは高い値に設定
された設定値と比較され、加算手段からの加算出
力がその設定値を超えた時だけ、出力手段から工
作機械の送り速度を低下させる制御信号が出力さ
れるので、雑音に基づく誤検知がなく、工作機械
の送り速度が実加工と空加工との実際の加工状態
の変化に応じて忠実に変速制御されるという利点
がある。

第３の実施態様の工作機械制御装置は、前記判
定手段が、実加工時における異常負荷識別値に設
定された設定値と前記加算手段からの信号との大
小関係を判定することにより、その加算手段によ
つて得られた結果がその設定値以上であることを
以て加工に異常が生じたものと判定する手段であ
り、かつ前記出力手段が前記工作機械の送りまた
は切込みを低減させることを指令する指令信号、
あるいはその工作機械を停止させる指令信号を出
力するものである。

上述の構成より成る第３の実施態様では、工具
に作用する負荷の異常に高い状態が確実に検知さ
れるとともに、そのような状態が検知された場合
には工作機械の送りや切込みが緩和され、あるい
は工作機械が停止されるため、異常加工状態が確
実に防止されるという利点がある。また、その異
常状態に対して速やかに対処することが可能とな
るという利点もある。

第４の実施態様の工作機械制御装置は、前記判
定手段が、実加工時における高負荷平準化用上限
値および高負荷平準化用下限値に設定された２つ
の設定値と前記加算手段からの信号との大小関係
を判定することにより、その加算手段によつて得
られた結果が高負荷平準化用上限値に設定された
設定値以上であることを以て前記工作機械が過負
荷状態にあると判定するとともに、その加算手段
によつて得られた結果がその高負荷平準化用下限
値に設定された設定値以下であることを以て前記
工作機械が過少負荷状態にあると判定するもので
あり、かつ前記出力手段が、過負荷時には送りま
たは切込みを低減させ、過小負荷時には送りまた
は切込みを増大せることを指令する指令信号を出
力するものである。

上述の構成より成る第４の実施態様では、高負
荷平準化用上限値および下限値に設定された２つ
の設定値と両センサからの信号出力の加算値との
比較により、工作機械の送り、切込み量がほぼ一
定の負荷状態を維持するように高精度に制御され
るので、高速度での安定した加工が可能となり、
加工能率が向上するという利点がある。また、負
荷が平準化されるところから、工具の寿命が安定
し、工具の管理が容易になるという利点もある。

第５の実施態様の工作機械制御装置は、前記判
定手段が、前記アコーステイツクエミツシヨンセ
ンサと前記振動センサとからの出力信号が予め設
定された第一の設定値を同時に上回つたときに信
号を出力する第一のアンド手段と、その第一のア
ンド手段から信号が出力され、かつ前記加算手段
によつて得られた結果が予め設定された第二の設
定値よりも大きいときに信号を出力する第二のア
ンド手段とから成り、その第二のアンド手段から
の出力信号を前記加工状態の判定結果を示す信号
とするものである。

上述の構成より成る第５の実施態様では、加算
手段からの信号が第二の設定値を上回り、かつア
コーステイツクエミツシヨンセンサおよび振動セ
ンサからの個々の信号が第一の設定値を同時に上
回つたことを以て加工状態の判定が行われるよう
になつているので、単に加算手段の出力だけに従
つて加工状態を判定する場合に比べて誤検知を低
減し、検知精度を一層向上できる利点がある。

第６の実施態様の工作機械制御装置は、前記バ
ンドパスフイルタを具備するアコーステイツクエ
ミツシヨン、振動センサおよびそれらの出力信号
を加算する前記加算手段が少なくとも２組設けら
れて、少なくとも１組のアコーステイツクエミツ
シヨンセンサと振動センサとが被加工物設置用定
盤に、また別の少なくとも１組のアコーステイツ
クエミツシヨンセンサと振動センサとが工具保持
部にそれぞれ設置されており、かつ前記判定手段
が、それら各組の加算手段からの信号が同時に予
め設定された設定値以上となつたときに信号を出
力するアンド手段であり、そのアンド手段からの
出力信号を前記加工状態の判定結果を示す信号と
するものである。

上述の構成より成る第６の実施態様では、それ
ぞれ異なつた場所に設置された少なくとも各１組
のアコーステイツクエミツシヨンセンサおよび振
動センサの出力信号がそれぞれ加算手段で加算さ
れ、それら各加算手段からの信号が同時に設定値
以上となつたことを以て加工状態が判断されるよ
うになつているので、一つの加算手段からの信号
に従つて判定を行う場合よりも加工状態の検知精
度が著しく向上するという利点がある。

実施例以下、本発明の二、三の実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。

まず、第２図に本発明の一実施例である制御装
置を備えた金型用高速切削加工機の要部を概略的
に示す。この図において、２は加工機の金型設置
用定盤であつて、図示されているように、金型４
が載置されるようになつている。定盤２の上方に
は図示しない支持機構によつて工具保持具６が支
持されており、支持機構によつて上下、前後およ
び左右に移動され得るようになつている。工具保
持具６には下端あるいは側端（加工端）において
金型４の表面に当接し得る状態で工具８が取り付
けられており、工具８を回転させつつ工具保持具
６を移動させることにより、金型４を所望の形状
に加工し得るようになつている。

加工機の定盤２には、それぞれ検出周波数領域
が第３図に符号F₁およびF₂で示されているよう
な、10kHz程度以下の低周波数領域の機械的振動
を検出する振動加速度センサ１０と、10kHz〜
1MHz程度の周波数領域のアコーステイツクエミ
ツシヨン（以下、単にAEという）を検出するア
コーステイツクエミツシヨンセンサ（以下、単に
AEセンサという）１２とが各１個取り付けられ
ている。これら振動加速度センサ１０およびAE
センサ１２はそれぞれリード線１４，１４によつ
て周波数選択回路２２および２４に接続されてお
り、これら周波数選択回路２２および２４に検出
信号を出力するようになつている。周波数選択回
路２２および２４はそれぞれバンドパスフイルタ
を主体に構成され、第３図に示されているよう
に、各センサから供給される信号のうち、外部か
らの雑音FN₁，FN₂が混入しない1.7〜2.2kHzお
よび6.0〜10kHz程度の周波数領域FS₁の信号およ
び10〜70kHz程度の周波数領域FS₂の信号を通過
させるようになつており、これら通過した信号を
信号処理回路１６に供給するようになつている。
なお、符号FN₁で示す領域の雑音は定盤２や工具
保持部６の動き、作業者が発する声や笛の音、定
盤上の作業者の動き、重量物の搬送に起因するも
のであり、符号FN₂で示す領域の雑音はアーク溶
接や他の加工機のスイツチの作動音、クレーンの
操作盤のスイツチの作動音等に起因するものであ
る。また、上述の説明から明らかなように、本実
施例では、振動加速度センサ１０と周波数選択回
路２２とによつて実質的な振動センサが構成され
ているとともに、AEセンサ１２と周波数選択回
路２４とによつて実質的なAEセンサが構成され
ている。

また、信号処理回路１６には制御回路１８が接
続され、さらに制御回路１８には加工機の制御盤
２０が接続されている。

信号処理回路１６および制御回路１８は第１図
に示すような構成とされている。この図から明ら
かなように、前記各周波数選択回路２２および２
４の出力側にはそれぞれ増幅回路２６および２８
が接続されている。これら増幅回路２６および２
８の各増幅率は、同一切削条件下においては増幅
回路２６の出力値と増幅回路２８の出力値とが互
いにほぼ等しくなるように、それぞれ予め調整さ
れている。各増幅回路２６および２８の出力値
が、前記振動加速度センサ１０およびAEセンサ
１２の検出感度の違いにかかわらずほぼ等しくな
るようにされているのである。そして、これら増
幅回路２６および２８の出力側に加算手段として
の加算回路３０が接続され、増幅回路２６および
２８で増幅された両センサ１０および１２からの
検出信号が加算回路３０で加算されるようになつ
ている。したがつて、両センサ１０および１２の
出力値の加算回路３０における寄与度がほぼ等し
くなり、実加工時の機械的振動とAEとを均等に
扱うことができ、二つのセンサ１０，１２のうち
のどちらか一方のみを用いる場合よりも広い周波
数領域にわたつて実加工時の信号をとらえること
ができる。しかも、増幅回路２６および２８に
は、周波数選択回路２２および２４により、原則
として雑音が混入しないはずの周波数領域の信号
のみが入力するようにされるので、両増幅回路２
６および２８の各出力値は通常、雑音成分を全く
含まず、実加工時の機械的振動およびAEのみを
表すものとなり、雑音の混入に起因する加工状態
の誤検出の可能性は殆どないこととなる。なお、
前記センサ１０および１２の検出感度が変われ
ば、それに応じて各増幅回路２６，２８の増幅率
が変えられることは言うまでもない。

加算回路３０の出力側には第一比較回路３２が
接続され、加算回路３０によつて加算された前記
両センサ１０，１２からの検出信号が入力される
ようになつている。また、第一比較回路３２には
空切削−実切削識別値設定回路３４が接続され
て、第４図に示されているように、空切削時の加
算回路３０の出力レベル値よりも大きく、極軽微
な実切削時の出力レベル値よりも小さなレベル値
V₁（ここでは10ｍＶ）の空切削−実切削識別値信
号が入力されている。そして、この第一比較回路
３２では、加算回路３０からの信号を空切削−実
切削識別値設定回路３４からの識別値信号とレベ
ル比較し、識別値信号レベル値V₁の方が大きい
場合には制御回路１８内の最大送り速度指令回路
３６に空切削信号を出力して、加工機の制御盤２
０に対して最大送り速度指令信号を出力させ、加
工機の工具８を空切削に応じて予め定められた最
大速度で送らせるようになつている。また、加算
回路３０から入力された信号レベルの方が大きい
場合には、その信号をそのまま信号処理回路１６
内の第二比較回路３８に出力するようになつてい
る。

第二比較回路３８には異常負荷識別値設定回路
４０が接続され、第４図に示されているように、
後述の高負荷平準化用上限値V₂よりも充分大き
なレベル値V₃（ここでは22ｍＶ）を有する異常負
荷識別値信号が入力されており、加算回路３０か
らの信号はこの第二比較回路３８で異常負荷識別
値設定回路４０からの異常負荷識別値信号とレベ
ル比較されるようになつている。そして、第二比
較回路３８では、加算回路３０からの信号レベル
の方が大きい場合に制御回路１６内の非常停止指
令回路４２に異常信号を出力し、加工機の制御盤
２０に対して非常停止指令信号を出力させて、加
工機に工具８の送りを停止させる一方、異常負荷
識別値信号レベルの方が大きい場合には加算回路
３０からの信号をそのまま第三比較回路４４に出
力するようになつている。

第三比較回路４４では、加算回路３０から第一
比較回路３２および第二比較回路３８を経て入力
される信号が高負荷平準化用上限値設定回路４６
から入力される高負荷平準化用上限値信号のレベ
ル値V₂とレベル比較されるようになつている。
高負荷平準化用上限値信号のレベル値である高負
荷平準化用上限値V₂は、工具８の刃先の最大許
容負荷に応じた値に設定されており（ここでは18
ｍＶ）、第三比較回路４４では、加算回路３０か
らの信号のレベル値がこの高負荷平準化用上限値
V₂を上回つた場合に制御回路１６内の送り速度
下降指令回路４８に上限値信号を出力し、加工機
の制御盤２０に対して送り速度下降指令信号を出
力させて、加工機に工具８の送り速度を現状の速
度よりも遅くさせるようになつている。また、加
算回路３０からの信号のレベル値が高負荷平準化
用上限値V₂よりも小さい場合には、加算回路３
０からの信号を第四比較回路５０に供給するよう
になつている。

第四比較回路５０には高負荷平準化用下限値設
定回路５２が接続されており、第４図に示されて
いるように、前記高負荷平準化用上限値V₂より
も一定レベル低いレベル値である高負荷平準化用
下限値V₄（ここでは15ｍＶ）を有する高負荷平準
化用下限値信号が入力されている。そして、第四
比較回路５０では、加算回路３０からの信号をこ
の高負荷平準化用下限値V₄と比較し、高負荷平
準化用下限値V₄の方が大きい場合には制御回路
１６内の送り速度上昇指令回路５４に下限値信号
を出力して、加工機の制御盤２０に対して送り速
度上昇指令信号を出力させ、加工機の工具８の送
り速度を現状の速度よりも上昇させるとともに、
高負荷平準化用下限値の方が小さい場合には同じ
く制御回路１６内の送り速度保持指令回路５６に
非下限値信号を出力し、制御盤２０に対して送り
速度保持指令信号を出力させて、工具８の送り速
度を現状速度に保持させるようになつている。

次に、上述のように構成された加工機の作動を
説明する。

まず、切削作業の開始初期には、工具８と金型
４とは離れた位置にあつて接触しないため、定盤
２には実切削に伴う機械的振動やAEは発生せず、
したがつて振動加速度センサ１０やAEセンサ１
２では外部からの雑音成分だけが検出され、この
雑音成分がそれぞれ周波数選択回路２２および２
４を経て増幅回路２６および２８に供給される。
そして、それら雑音成分が増幅回路２６および２
８で増幅されたのち加算回路３０に供給され、そ
こで互いに加算されて第一比較回路３２に供給さ
れ、空切削−実切削識別値設定回路３４からの空
切削−実切削識別信号とレベル比較される。とこ
ろが、各センサ１０および１２で検出された雑音
成分は周波数選択回路２２および２４の段階でほ
とんど通過を阻止され、たとえ通過を許容される
成分があつたとしても、一定レベル以上の雑音が
周波数選択回路２２および２４の両方を同時に通
過することはほとんどないため、それらの加算信
号のレベルは極めて小さく、空切削−実切削識別
値信号のレベル値（以下、単に空切削−実切削識
別値という）V₁を上回るようなことはない。し
たがつて、この場合には第一比較回路３２から最
大送り速度指令回路３６に空切削信号が出力さ
れ、工具８は予め定められた空切削に応じた最大
速度で送られる。

最大送り速度で送られている状態において、工
具８が金型４に接触し、実加工が開始されると、
工具８と金型４との接触、金型４からの切粉の分
離、分離された切粉の金型４への衝突等によつて
0.1Hz〜1MHz程度の範囲にわたつて振動が発生
し、その振動が工具保持具６や金型設置用定盤２
に伝達される。したがつて、定盤２に設けられた
振動加速度センサ１０およびAEセンサ１２によ
つてこれら振動（機械的振動およびAE）が検出
され、その出力信号が周波数選択回路２２および
２４を経て増幅回路２６および２８に供給され
る。そして、それらで増幅された信号が加算回路
３０で加算されて第一比較回路３２に供給され、
そこで空切削−実切削識別値V₁と比較されるこ
ととなるが、この場合には、周波数選択回路２２
および２４において通過を許容される信号は共に
一定レベル以上の大きさとなるため、加算回路３
０で加算された信号のレベルも空加工−実加工識
別値V₁を上回ることとなり、加算回路３０から
の信号はそのまま第二比較回路３８に供給され
る。

なお、この場合において、第一比較回路３２に
供給され、さらに第二比較回路３８に供給される
加算回路３０からの信号は、雑音成分を含まない
ため、上記第一比較回路３２における比較結果お
よび後述の各比較回路における比較結果は加工状
態に忠実な精度の高いものとなる。また、その場
合、各センサ１０および１２からの信号は周波数
帯域が制限されたものとなるが、それらが加算回
路３０で加算されたものが各比較回路で比較値と
比較されるようになつているため、周波数帯域を
制限したことによつて比較結果の精度が低下する
ことはない。

第二比較回路３８では、加算回路３０からの信
号のレベル値が異常負荷識別信号のレベル値（以
下、単に異常負荷識別値という）V₃と比較され
ることとなるが、通常の正常な切削状態では加算
回路３０からの信号のレベル値が異常負荷識別値
V₃を上回るようなことはなく、したがつて加算
回路３０からの信号がそのまま第三比較回路４４
に供給されることとなる。しかし、工具８の刃先
が欠損したような場合などには、工具刃先の負荷
が異常に大きくなるため、第４図に点線で示され
ているように、加算回路３０からの信号のレベル
値も急激に上昇し、異常負荷識別値V₃を上回る
ようになる。つまり、工具８の刃先が欠損したよ
うな場合には、この第二比較回路３８によつてそ
のことが検出され、非常停止指令回路４２に異常
信号が出力されて工具８の送りが停止されること
となる。

一方、加算回路３０からの信号が第三比較回路
４４に供給される正常な状態では、その信号が第
三比較回路４４において高負荷平準化用上限値
V₂とレベル比較され、さらには第四比較回路５
０において高負荷平準化用下限値V₄とレベル比
較されて、第４図に実線で示されているように、
工具８の刃先の負荷が許容最大負荷に近い一定の
範囲内に入るように、加工機における工具８の送
り速度が制御される。すなわち、加工状態が空切
削状態から実切削状態に変化し、工具刃先の負荷
が高負荷平準化用上限値V₂を上回ると、送り速
度下降指令回路４８に上限値信号が出力されて工
具８の速度が空切削に応じた最大送り速度よりも
遅い速度に低下させられるとともに、それ以後の
工具８の刃先の欠損等のない正常な実切削時に
は、工具８の送り速度ができるだけ速い速度とな
るように制御されるのである。

以上、説明したように、本実施例の制御装置を
備えた加工機によれば、雑音の有無に拘わらず、
また金型４の面形状や工具８の位置等に拘わらず
加工機の加工状態を精度良く検知でき、その検知
結果に基づいて金型４を能率良く加工できるの
で、金型４の加工時間を著しく短縮することがで
きる。ちなみに、第５図に第４図の加工例と同じ
条件（通常の加工条件）下で加工した場合の従来
の装置における加工例を示すが、これら第４図と
第５図との比較から、加工時間が従来装置のそれ
に比べて15秒から10秒に約５秒も大幅に短縮され
ているとともに、加算回路３０らの出力信号のレ
ベル値がピーク値V₂に抑制され、負荷がほぼ一
定の大きさに揃つていることが認識できるのであ
る。

また、上述のような加工機によれば、工具８の
欠損等の異常事態が発生した場合にはそのことが
直ちに検知されて送りが非常停止されるようにな
つているため、作業者が異常事態の発生に対して
常に注意している必要もない。さらに、工具８の
刃先にかかる負荷が平準化されることから、工具
８の寿命が安定し、工具８の管理が簡単になる利
点もあり、工具８の送り速度を制御する信号が加
工機の制御盤２０に直接出力されるようになつて
いることから、加工機の運転開始および終了時に
おける作業者への障害を防止できる利点もある。

なお、前述の説明から明らかなように、本実施
例の制御装置においては、空加工状態と実加工状
態との判定に対しては第一比較回路３２および送
り速度下降指令回路４８が、また工具８の刃先の
異常負荷状態の判定に対しては第二比較回路３８
および非常停止指令回路４２が、さらに正常な状
態における負荷状態の判定に対しては第三比較回
路４４、第四比較回路５０および送り速度下降指
令回路４８、送り速度上昇指令回路５４、送り速
度保持指令回路５６がそれぞれ各加工状態を判定
する判定手段および工具８の送り速度を指令する
制御信号を出力する出力手段とされて、それら各
加工状態の検知に際してそれぞれ本発明が適用さ
れていたが、それら各加工状態の検知の全てに対
して本発明が適用されている必要はなく、これら
の判定のうちのいずれか一つが実施されているも
のであれば、本発明の効果を得ることが可能であ
る。

次に、本発明の他の実施例を第６図に従つて説
明する。なお、前記実施例と同様の作用をなすも
のについては同じ符号を付し、詳細な説明を省略
する。

図から明らかなように、この実施例では、前記
実施例と同様の振動加速度センサ１０およびAE
センサ１２の組が二組設けられており、一方の組
が前記実施例と同様定盤２上に設置され、他方の
組が工具保持具６上に設置されている。定盤２上
に設置された各センサ１０および１２によつて検
出された機械的振動およびAEは、前記実施例と
同様に、周波数選択回路２２および２４によつて
雑音を含む周波数帯域の成分を除去された後、そ
れぞれ増幅回路２６および２８によつて増幅さ
れ、加算回路３０に供給されて互いに加えられる
ようになつている。また、工具保持具６上に設置
された各センサ１０および１２によつて検出され
た機械的振動およびAEも、同様に、上述とは別
の系統の周波数選択回路２２，２４、増幅回路２
６，２８および加算回路３０によつて濾波、増幅
および加算されるようになつている。そして、こ
の実施例では、それら二系統の加算回路３０で加
算された信号がさらに別の加算回路５８によつて
加算された後、第一比較回路３２に供給されて空
加工−実加工識別値設定回路３４からの空加工−
実加工識別値と比較されるようになつている。

また、本実施例においては、２つの加算回路３
０の出力信号がそれらの出力側に接続されたアン
ド手段としてのアンド回路５９に供給されるよう
になつており、アンド回路５９では、２つの加算
回路から同時に予め定められたレベル以上の信号
が出力された時、実加工状態を表す信号を制御回
路１８に出力するようになつている。そして、制
御回路１８では、アンド回路５９から実加工状態
を表す信号が供給されているときだけ、前記実施
例と同様の第二比較回路３８、第三比較回路４４
および第四比較回路５０からの各信号を有効に受
信し、それぞれの信号に応じて加工機の制御盤２
０にそれらの信号に応じた指令信号を出力するよ
うになつている。つまり、本実施例では、アンド
回路５９と第一比較回路３２の両方によつて実加
工と空加工とを判定する判定手段が構成されてい
るのであり、これらによつて実加工状態と判断さ
れたときだけ、工具８の送り速度が実加工状態に
応じた速度で制御され、それ以外のときには工具
８が空加工状態に応じた最大速度で送られるよう
になつているのである。なお、前記各増幅回路
は、同じ加工条件では出力が同じとなるように予
め調整されている。また、各比較回路において加
算回路５８からの信号と比較される各設定値は、
それぞれ加算回路５８からの信号の大きさに応じ
て設定されたものとされている。

このような構成の制御装置を備えた加工機によ
れば、前記実施例と同様の効果が得られるだけで
なく、定盤２と工具保持具６とに設置された２組
の振動加速度センサ１０およびAEセンサ１２か
らの信号が加算されたものについて各設定値との
比較が行われるとともに、それら各組に対応して
設けられた加算回路３０からの出力信号の個々の
大きさについても実加工と空加工の判定が行なわ
れ、それら両者の判定結果に基づいて工作機械の
加工状態が最終的に判定されるようになつている
ため、加工機の加工状態を前記実施例よりもさら
に精度良く検知することが可能となる。

なお、本実施例では、アンド回路５９による判
定の結果と、前記実施例と同様の各比較回路によ
る判定の結果との両方の結果に基づいて工作機械
の加工状態が最終的に判定されるようになつてい
るが、工具８の送り速度は、それらのいずれか一
方の判定結果だけに従つて制御することも可能で
ある。すなわち、各比較回路による判定結果に従
つて工具８の送り速度を制御する場合には、第６
図においてアンド回路５９を省いた構成を採用す
ればよく、また各加算回路３０に接続したアンド
回路による判定結果に従つて工具８の送り速度を
制御する場合には、前記実施例のアンド回路５９
によつて実加工状態と空加工状態との判定を行う
ようにするとともに、異常加工状態や負荷の過大
状態、あるいは過小状態等の判定すべき各加工状
態に応じて入力識別値の異なる同様のアンド回路
を設け、それらアンド回路の出力の有無によつて
各加工状態を判定するようにすればよいのであ
る。なお、各比較回路の判定結果だけに従つて工
具８の送り速度を制御するような場合には、各セ
ンサからの信号を一つの加算回路で同時に加算す
ることも可能である。

次に、本発明のさらに他の実施例を第７図に従
つて説明する。なお、この実施例は、前記第１図
の実施例とほぼ同様の構成であるため、以下、異
なる部分についてのみ詳細に説明する。

図に示されているように、本実施例では、増幅
回路２６および２８の出力側に、加算回路３０と
並列に第一のアンド手段としての第一アンド回路
６０が接続されるとともに、その第一アンド回路
６０と加算回路３０の出力側に第二のアンド手段
としての第二アンド回路６２が接続され、その第
二アンド回路６２の出力が制御回路１８に供給さ
れる構成とされている。第一アンド回路６０はそ
れぞれその入力側の識別値が実加工に伴う振動の
信号レベルよりも小さく、かつ通常の雑音レベル
よりも大きなレベルに設定されており、増幅回路
２６および２８を経て供給される信号のレベルが
共に入力側の識別値を上回るときだけ前記空切削
−実切削識別値V₁よりも大きなレベルの信号を
第二アンド回路６２に出力するようになつてい
る。また、第二アンド回路６２の入力側の識別値
は共に空切削−実切削識別値V₁と同じ大きさに
設定されており、第一アンド回路６０からの信号
が入力されるとともに、加算回路３０からの信号
が空切削−実切削識別値V₁を上回るときだけ、
制御回路１８に実加工を表す信号を出力するよう
になつている。そして、制御回路１８では、第二
アンド回路６２から実加工を表す信号が入力され
ているときだけ、第二、第三および第四の各比較
回路３８，４４および５０での判定結果に基づく
各制御信号を加工機の制御盤２０に出力し、それ
以外は空加工に応じた最大送り速度を指令する信
号を出力するようにされている。

このような制御装置によれば、前記第１図の実
施例と同様の効果が得られるだけでなく、各セン
サからの個々の信号の大きさも実加工と空加工と
を判定する際の情報として利用しているので、実
加工状態と空加工状態とをさらに精度よく検知で
きるのである。

なお、前述の説明から明らかなように、本実施
例では、入力側の識別値が第一の設定値とされた
第一アンド回路６０と同じく入力側の識別値が第
二の設定値とされた第二アンド回路６２とから実
加工と空加工とを判定する判定手段が構成されて
いるが、このように実加工と空加工とを判定する
場合に限らず、異常加工状態の有無や負荷が高負
荷平準化範囲内に入つているか否かの判定の際に
も同様の構成からなる判定手段を採用することが
可能である。異常加工状態等の他の加工状態を判
定する場合には、第一アンド回路および第二アン
ド回路の入力側の識別値（第一の設定値および第
二の設定値）をそれぞれ判定すべき加工状態に応
じて設定すればよいのである。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明した
が、これらは文字通り例示であり、本発明はそれ
ら具体例に限定して解釈されるべきものではな
い。

例えば、前記実施例においては、制御信号がい
ずれも加工状態に応じて工具８の送り速度を指令
する内容とされ、これによつて金型４が能率良く
短時間で加工されるようになつていたが、工具８
の送り速度を予め最大送り速度に設定しておくと
ともに、制御信号の内容を工具８の負荷に応じて
工具８の切削深さを制御する内容としてもよい。
このようにしても、金型４を加工状態に応じて正
確に、能率良く加工することができるのである。
なお、このようにするには、前記実施例における
制御回路１８内の最大送り速度指令回路３６、送
り速度加工指令回路４８、送り速度上昇指令回路
５４および送り速度保持回路５６に代えて、それ
ぞれ加工状態に拘わらず送り速度を最大速度に維
持する最大送り速度維持回路、工具８を現状位置
よりも上昇させる工具位置上昇指令回路、下降さ
せる工具位置下降指令回路、および現状の工具位
置を保持させる工具位置保持指令回路を設ければ
よい。

また、前記実施例では、第二比較回路３８にお
いて異常負荷状態が検出された場合には、いずれ
も制御回路１８内の非常停止指令回路４２から非
常停止指令信号が出力されて、工作機械の送りが
直ちに停止されるようになつていたが、異常負荷
状態が検出されたからといつて必ずしも工作機械
を直ちに停止させる必要はなく、送り速度や切込
み量を低減して、負荷の軽減化を図り、それでも
負荷が異常に高くなるような場合において工作機
械を停止させるようにしてもよいのである。

また、前記実施例では、振動加速度センサ１０
とAEセンサ１２とがいずれも対となる状態で設
けられていたが、振動加速度センサ１０および
AEセンサ１２は必ずしも対となる状態で設けら
れている必要はなく、それぞれ少なくとも各１個
設けられていれば本発明の効果は達成される。

また、前記実施例では、制御装置がいずれも電
気的なハード回路によつて構成されていたが、制
御回路１８の全部と信号処理回路１６の一部をマ
イクロコンピユータによつて代用することによ
り、前記各識別値の設定値を任意に変え得るフレ
キシブルなシステムにすることも可能である。

また、前記実施例では、金型４を加工する金型
用高速切削加工機の制御装置に本発明が適用され
た場合について述べたが、本発明は工具が固定さ
れ、被加工物が移動させられる形式等の他の形式
の工作機械にも適用することが可能である。な
お、被加工物が移動させられる形式の工作機械で
は、加工状態に応じて被加工物の送り速度あるい
は上下位置等が制御されることとなる。

その他、一々列挙はしないが、本発明がその趣
旨を逸脱しない範囲内において種々なる変形、改
良等を施した態様で実施し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である制御装置を示
すブロツク線図であり、第２図は第１図の制御装
置を備えた金型用高速切削加工機の要部を概略的
に示す系統図であり、第３図は第１図の制御装置
の振動加速度センサおよびアコーステイツクエミ
ツシヨンセンサによつて検出される振動の周波数
領域、外部からの雑音が混入する周波数領域、お
よび各周波数選択回路によつて濾波される周波数
領域の関係を示すグラフであり、第４図は第１図
の制御装置において加工状態を判定するための各
識別値の大きさの関係およびそれらと実際の加工
に伴う加算回路の出力との関係を示すグラフであ
り、第５図は従来装置における第４図に相当する
グラフである。第６図および第７図はそれぞれ本
発明の他の実施例を示す第１図に相当する図であ
る。２：金型設置用定盤、４：金型、６：工具保持
具、８：工具、１０：振動加速度センサ、１２：
アコーステイツクエミツシヨンセンサ、１６：信
号処理回路、１８：制御回路、２０：加工機制御
盤、２２，２４：周波数選択回路、２６，２８：
増幅回路、３０，５８：加算回路、３２，３８，
４４，５０：比較回路、３４：空切削−実切削識
別値設定回路、３６：最大送り速度指令回路、４
０：異常負荷識別値設定回路、４２：非常停止指
令回路、４６：高負荷平準化用上限値設定回路、
４８：送り速度加工指令回路、５２：高負荷平準
化用下限値設定回路、５４：送り速度上昇指令回
路、５６：送り速度保持指令回路、５９：アンド
回路、６０：第一アンド回路、６２：第二アンド
回路。

Claims

【特許請求の範囲】１アコーステイツクエミツシヨンを検出するア
コーステイツクエミツシヨンセンサと、それより
低周波数領域の振動を検出する振動センサとを少
なくとも１個ずつ工作機械に設置するとともに、
それらの出力信号を加算する加算手段と、その加
算手段によつて得られた結果と予め設定されてい
る設定値とを比較して、いずれが大きいかによつ
て前記工作機械の加工状態を判定する判定手段と
を設け、かつ、その判定手段の判定結果に基づい
て出力手段から前記工作機械に制御信号を出力す
るようにしたことを特徴とする工作機械制御装
置。２前記アコーステイツクエミツシヨンセンサ
が、10kHz〜70kHzの周波数帯域の信号を通過さ
せるバンドパスフイルタを具備するとともに、前
記振動センサが、1.7kHz〜2.2kHzおよび6kHz〜
10kHzの周波数帯域の信号を通過させるバンドパ
フイルタを具備することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の工作機械制御装置。３前記判定手段が、実加工−空加工の識別値に
設定された設定値と前記加算手段からの信号との
大小関係を判定することにより、前記工作機械が
実加工中であるか空加工中であるかを判定する手
段であり、かつ前記出力手段が、前記判定手段の
判定結果が空加工から実加工に変化した際、前記
工作機械の送り速度を低下させる制御信号を出力
するものである特許請求の範囲第１項または第２
項に記載の工作機械制御装置。４前記判定手段が、実加工時における異常負荷
識別値に設定された設定値と前記加算手段からの
信号との大小関係を判定することにより、その加
算手段によつて得られた結果がその設定値以上で
あることを以て加工に異常が生じたものと判定す
る手段であり、かつ前記出力手段が前記工作機械
の送りまたは切込みを低減させることを指令する
指令信号、あるいはその工作機械を停止させるこ
とを指令する指令信号を出力するものである特許
請求の範囲第１項または第２項に記載の工作機械
制御装置。５前記判定手段が、実加工時における高負荷平
準化用上限値および高負荷平準化用下限値に設定
された２つの設定値と前記加算手段からの信号と
の大小関係を判定することにより、その加算手段
によつて得られた結果が高負荷平準化用上限値以
上であることを以て前記工作機械が過負荷状態に
あると判定するとともに、その加算手段によつて
得られた結果が高負荷平準化用下限値以下である
ことを以て前記工作機械が過小負荷状態にあると
判定するものであり、かつ前記出力手段が、過負
荷時には送りまたは切込みを低減させ、過小負荷
時には送りまたは切込みを増大させることを指令
する指令信号を出力するものである特許請求の範
囲第１項または第２項に記載の工作機械制御装
置。６前記判定手段が、前記アコーステイツクエミ
ツシヨンセンサと前記振動センサとからの出力信
号が予め設定された第一の設定値を同時に上回つ
たときに信号を出力する第一のアンド手段と、そ
の第一のアンド手段から信号が出力され、かつ前
記加算手段によつて得られた結果が予め設定され
た第二の設定値よりも大きいときに信号を出力す
る第二のアンド手段とから成り、その第二のアン
ド手段からの出力信号を前記加工状態の判定結果
を示す信号とするものである特許請求の範囲第１
項または第２項に記載の工作機械制御装置。７前記バンドパスフイルタを具備するアコース
テイツクエミツシヨンセンサ、振動センサおよび
それらの出力信号を加算する前記加算手段が少な
くとも２組設けられて、少なくとも１組のアコー
ステイツクエミツシヨンセンサと振動センサとが
被加工物設置用定盤に、また別の少なくとも１組
のアコーステイツクエミツシヨンセンサと振動セ
ンサとが工具保持部にそれぞれ設置されており、
かつ前記判定手段が、それら各組の加算手段から
の信号が同時に予め設定された設定値以上となつ
たときに信号を出力するアンド手段であり、その
アンド手段からの出力信号を前記加工状態の判定
結果を示す信号とするものである特許請求の範囲
第２項に記載の工作機械制御装置。