JPH02279256A - 工具摩耗破損検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微少電力検出ｖｉ置を利用して、切削動力のみ
を精度良く検出し、切削動力の最大値を記憶い　記憶し
た各切削毎の切削動力の最大値を摩耗破損検出コントロ
ーラー上で比較検討することにより、切削工具の摩耗及
び破損を検出する工具摩耗破損検出装置に間する。

〔従来の技術〕

従来の工具摩耗破損検出［ｌには、′Ｍ、方法、切削力
法、ＡＥ法、振動法など種々な方式が利用され、実用化
されてきたが、誤動作が多くしかも工具摩耗の検出は不
可能にちかく、実用的な検出方法とはいえなかった。

ＡＥ法は、加工時に工具に生ずるアコースティック・エ
ミッションを利用する方式であり、撮動法は、加工時に
工具またはワークまたは機械本体に生ずる。振動、加速
度などを利用する方式であり、切削力法は、工具にかか
る切削力を検出する方式であり、電流法は、加工時に主
軸モータまたは送りモータに生ずる電流を検出する方式
であって１本発明とは原理を異にするものである。

本発明は電力法の一種であるが、従来の電力法による検
出方式は、主軸モータまたは送りモータにかかっている
全電力を検出する方式であった。

このため、ワークまたは工具の回転に要する電力と、加
工に要する電力の和を検出することになり。

これによって工具の摩耗及び破損を判定するのは困難で
あ）た。特に工具摩耗の判定は不可能といえるほどであ
った。ざらにこの方式はモータの供給電圧が変動する場
合、その影響をまともに受けるので信頼性が問題になっ
ていた０本発明は微少電力検出装置を利用しているため
に、加工に要する電力のみを精度良く検出することが出
来るので。

工具の摩耗及び破損の検出を精度良く行うことが出来る
。

（発明が解決しようとする問題点〕 従来の工具摩耗破１１検出装置は、誤動作が多く。

特に工具摩耗の検出は不可能といえるほどであり。

さらに各加工毎の検出データを利用せず、加工中に工具
摩耗及び破損の検出を行うために、加工途中で機械が停
止する。このために数値制御工作機確の場合は、工具を
交換し、加工プログラムを先頭に戻し１機械を所定の位
置に戻すなと、復旧に手間がかかる上に、削り残した部
分を再度切削しなければならなかった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので。

工具の摩耗及び破損の検出を、各加工中に精度良く行い
、各加工の終了後、各加工毎の検出データを記憶し、そ
の値を摩耗破損検出コントローラー上で種々検討するこ
とにより、摩耗及び破１（１の判定を行い２機械停止な
どの１令を出す、このことにより、予測を上回る早さで
工具が摩耗または破損するときは加工中に機械を停止さ
せ、そうでない時は各加工の終了後に機械を停止させる
ことにより、上記の種々な問題点を解決した工具摩耗破
損検出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

工作機械の主軸モータまたは送りモータの電力を検出す
るように微少電力検出１１置を設’ｆｌＵ＋　　その出
力をディジタルメーターリレーを介してディジタル化し
、あらかじめ各工具の摩耗または破損のレベルに合わせ
た数値を、ディジタルメーターリレーの複数個の設定値
に記憶させ、各工具に合わせて所要の設定値を自動的に
呼び出し、＠少電力検出装置からの出力と設定値とを比
較し、設定値を越えた場合は機械を停止させ、設定値を
越えない場合は各加工終了後、その間の最大値を比較器
を介して摩耗破損検出コントローラーに転送し。

摩耗破損検出コントローラーは、記憶している各加工で
の加工電力の最大値を比較検討して摩耗及び破損の判定
を行い１機械停止などの指令を数値制御装置や制御盤に
出す。

〔作用〕

本発明は以上のように構成されているので、工具の摩耗
及び破損を精度良く検出することが出来る。本発明は工
具の摩耗及び破損の設定値と、加工中の切削動力とを常
時比較しながら、予想外の急激な摩耗及び破損を検出し
て機械を停止させることができ、しかも各加工が正常に
終了した後は。

各加工中の切削動力の最大値を記憶し、それを処理する
ことによって摩耗及び破損の判定を行うことにより、各
加工終了後に機械の停止信号を出すことが出来る。これ
は数値制御工作機械の場合は。

加ニブ「７グラム中の一つの工具による加工工程が正常
に終了した後に機械の停止命令が出るので。

その工具を交換するだけで直ちに次の工具による加工に
はいることが出来る。このことによる利点は、加工途中
で停止した機械を元に戻し、工具を交換し、再度加工す
る場合の事を考えれば明かである。

〔実施例〕

以下本発明を実施図に基き説明する。

本発明による工具摩耗破損検出装置の実施例は第１図に
示すとおりであり１本例では数値制御旋盤の主軸モータ
の電力を計測して工具の摩耗及び破損の検出を行う場合
について説明する。その他の工作機械に本発明を応用す
るのは容易である。

例えばフライス切削、ドリル切削などの工具が回転する
工作機械においては、工具を駆動するモータの電力を検
出すればよく、切削力が送り力に良く表われる工作機械
においては、送りモータの電力を検出すればよい。

本装置を説明する前に工作機械の構成を説明する。

ｌは主軸台で、ベツド２上に支持されている。

３は主軸で主軸台１上に軸受を介して回転可能に支承さ
れ、主軸モータ４により駆動装置５を介して回転が伝達
駆動される。６は主軸３の先端に装着されたチャックで
、被加工物を把持・解放する。

７は主軸３の回転軸線方向に進退動可能な縦工具送り台
８と、主軸３の回転軸線方向と直交する方向に進退動可
能な横工具送り台９と紹みを成す工具台で、ボールネジ
１０とサーボモータ１１の駆動により送りがル制御され
ている。１２は被加工物１３の径方向と中心方向に延び
て配置された複数のバイトなどの工具１４を保持すると
ころのタレットで、工具台７に割出し手段を介して回動
可能に支承されている。

次に工作機械と本発明の装置の構造上の関係を説明する
。

主軸モータ４は数値制御装置１５０指令により。

制御盤１６を介して駆動され、主軸モータ４を駆動する
ための電力は、微少電力検出装置１７により検出され、
検出された電力の値は微少電力検出装置１７により電圧
として出力され、その電圧はディジタルメーターリレー
１８により数値に変換される。ディジタルメーターリレ
ー１８は工具の摩耗及び破損時の上限及び下限設定値を
容易に入力できる構造となっており、各種の工具に刻す
る上限及び下限設定値を記憶できるようになっている。

各工具に対する上限及び下限設定値は数値制御装置１５
が検出すべき工具の加工プログラム上の制御コード（Ｍ
コード）を読み込むと、それによってディジタルメータ
ーリレー１８に記憶しである所要の上限及び下限設定値
を呼び出すようになっている。

各工具で加工中の電力は微少電力検出装置１７により常
時検出され、ディジタルメーターリレー１８に送られ、
その値は所定の設定値と常時比較され、上限設定値を越
えた場合はタイマー１９を介して摩耗破損検出コントロ
ーラー２０に検出信号を出す、タイマー１９は、ある時
間の間、出力が上限設定値を越えたときに、摩耗破損検
出コントローラー２０に検出信号を出すもので、瞬間的
な設定値オーバーを無視することが出来る。出力が上限
設定値を越えない場合は、工具に摩耗及び破損の吠態が
生じなかったとみなされる。ディジタルメーターリレー
１８からの出力は、比較器２１に常時送られ、加工中の
電力の最大１＋１を記憶し。

各工具での加工終了後、＊耗破損検出コントローラー２
０に加工中の電力の最大値が転送される。

摩耗破損検出コントローラー２０は各工具での１回目の
加工に要した電力の最大値から、今回の加工に要した電
力の最大値までを記憶するメモリーを有している。これ
らの数値を処理して摩耗及び破損の状態を検出して、検
出信号を数値制御装置１５または制御盤１６に送り９機
械を停止させ。

ディジタルメーターリレー１８の設定値オーバーによる
加工途中での強制的な機械停止を少なくすると共に、現
在の工具の摩耗または破損の程度などを表示して注意を
促す構造になっている。

ディジタルメーターリレー１８．比較器２１゜タイマー
１９は一般に市販されている。

第２図は主軸モータに生ずる電力の状態を表した一例で
ある。主軸モータを起動し、一定回転数に達した後、切
削により負荷がかかり、切削が終了して無負荷の状態に
なり、さらに回転数を大きくした後切削を行い、切削が
終了して無負荷の状態になった時の主軸モータの電力の
推移を表している。ａは停止時、ｂは起動後のオーバー
シュートの状態、　　ｃ−ｄは無負荷時の状態＊　　ｅ
−ｆは定常切削の状態９ｇ〜ｈは加工終了後の無負荷時
の状態、１＝ｊ−には主軸モータの回転数を上昇した時
のオーバーシュートの状態及び回転数が安定した後の無
負荷時の状態、１〜ｍは次の定常切削の状態、ｎ−ｏは
加工終了後の無負荷時の状態をそれぞれ表している。

このように主軸モータの回転数が変化するたびに無負荷
時に要する電力が変化し、しかも無負荷電力は切削力に
比べて大きな値になるので、主軸モータの全電力を検出
して切削動力を推定するのは困難である。

市販されている微少電力検出装置の原理の一例は、電力
計にホールド回路及び、増幅率が可変の増幅器を取付け
たもので、ホールド信号を入れると現在の電力値をホー
ルドし、それ以降の電力値とホールドした値との差を検
出し、増幅器を通してその差を表示し、出力する方式で
ある。この動作の一例を第３図に示す。ａ〜ｈは主軸モ
ータの電力値である。２１０時点でホールド信号をいれ
ると、０６間の電力値Ｗｃ、ｄを記憶し、　それ以降の
Ｚｌ−ｄ開の値は（Ｗ　ｚ　Ｉ、ｃｌ　−Ｗｅ、ｄ）の
値を増幅した値を出力する。　０６間の電力値は一定で
。

Ｗ　ｃ　、　ｄであるので、この場合の出力は０になる
。

（ｅｆ間の電力値Ｗ　ｅ　＊　ｆ−Ｗ　ｃ　＋　ｄ　）
の値に増幅率を掛けたものが、０Ｍ＋間の出力値になる
。この間の微少電力検出装置の出方の様子を示したのが
。

Ｚｌ’　＋ｄ’　、ｅ’　、ｆ’　、ｇ’　、ｈ’であ
る。

これによって切削動力だけを増幅して精度良く検出する
ことが出来る。この性質を利用して切削動力だけを増幅
して検出する場合の、主軸モータの電力の推移を第４図
に示す。加工中の主軸の回転数は一定とする。

主軸を起動し、所定の回転数に達した０６間の２１の時
点で、工具監視（電力の監視）を始めると同時に、微少
電力検出装置にボールド信号を出す。微少電力検出ｌＩ
置はホールド信号を受けたＺｌの時点での電力値をホー
ルドし、それ以降の電力値とホールドした値との差を増
幅して、Ｚｌ’・ｄ′・ｅ′・ｆ”・ｇ’、ｈ’１１　
ＺＪ　’＋Ｊ″　の値を検出する。ここでｅ　Ｉ　１１
間の値は切削動力のみを増幅した値になっている。工具
の監視（電力の監視）はｇ′の時点で終了する０次に主
軸の回転数を変更し、所定の回転数に達したｊｋ間の２
２の時点で工具の監視（電力の監視）を開始し、同時に
ホールド信号を微少電力検出装置に送り、切削動力のみ
を増幅したｌ’ｍ’間の値を得る。このように。

切削動力を計測する直前の電力を基準にして、切削動力
のみを増幅して検出する方式なので、主軸モータへの供
給電圧の変動による影響を最小限に抑える事が出来る。

次に精度良く検出された切削動力を用いて、工具摩耗及
び破損の検出をする摩耗破損検出コントローラ２０につ
いて説明する。第５図は、摩耗破損検出コントローラの
構成の一例である。摩耗破損検出コントローラ２０は、
一般に市販されているパーソナルコンピュータとほぼ同
じ構成であって、ディジタルメータリレー１８からの＝
ｑ定値オーバーの信号を、タイマー１９を介して受ける
受信部！、比較器２１からの最大値を受ける受信部２、
入力部１表示部、記憶部、演算部、制御部。

及び数値制御装置１５．制御盤１６へ信号を送る出力部
とを有する。

第６図は工具の摩耗及び破損の判定に必要な項目を記憶
している記憶部の内容の一例である。例えば１Ｍコード
Ｍ１０１に対応する工具番号１番は、破損の検出を行い
、初期１ｔｌｌＦ１は新しい工具での、最初のまたはテ
スト加工での切削動力の測定値であり、上限設定値Ｕ１
は、ディジタルメータリレー１８で強制的に検出する上
限設定値であり、下限設定値Ｌｌは、加工中に一度もそ
れを越えない場合は、工具が脱落して加工しなかったと
みなす下限設定値であって、この場合は９機械停止等の
処置を行う、加工回数１，２．・・・Ｎは同一工具によ
る加工の回数であり、１回目の切削動力調定値Ａ１，２
回目の切削動力測定［Ａ２゜・・・ＡＮを順次記憶する
。ソフト設定［１，２゜・・・Ｍはソフト上の設定値で
あり、ソフト設定（ｄ　１のＳｌは、ソフト上の上限設
定値であり、切削動力の測定値がこの値を越えたときは
、信号を出して機械を停止させる。Ｓｌの値は上限設定
１＋ＩＵ１より小さな値に設定するので、切削動力の測
定値が５１とＵｌの間にある時は２機械は加工中に停止
せずに、加工終了後に停止する。ソフト設定値ＳＭは切
削動力の測定値が、それ以下であれば問題ないと見なす
値であり、９２〜ＳＭ−１の値は、Ｓｌ、ＳＭの値を適
当に分割したものである。ソフト設定値Ｓ１〜ＳＭの値
は９手動で入力することも出来るが、初期値Ｆｌ、　　
上限設定値Ｕ１の値を利用して、所定の計算式に従って
、自動的に決定することも出来る。これらの値は工具の
形状、材質、ワークの材質、切削条件等に合わせて設定
すれば良い、摩耗及び、破損の判定動作は。

切削動力の測定値が、ソフト設定（ｉｔＩ　Ｓ　Ｍを越
えた場合について行う。

他のＭコードや工具番号に対しても、全く同様に行う事
が出来る。

次に破損検出の場合を例にとって説明する。第７図はＭ
　１０１．　　工具番号１番で、ソフト設定値の数を６
個とし、加工回数が２５回目で機械が停止した場合の一
例を示す、切削動力の測定値が。

ソフト設定値Ｓ６を越えたＡ１８から破損の判定動作に
はいり、Ａ２５の値がソフト設定値の上限Ｓ１を越え、
上限設定値Ｕ１を越えていないので。

加工中にディジタルメーターリレー１８により。

強制的に機械を停止させられることなく、２５回目の加
工終了後１機械は停止させられる。

この場合、Ａ１８からＡ２５までの値が、　　Ｓｌ−Ｓ
６の区切りの間を一段づつ上昇しているので。

小ざな破損が少しづつ起こり、ついには大きな破損とな
り１機械は停止したと考えられる。〔切削動力の測定値
Ｂが下限設定１ｌＩＩＬ１以下の場合は。

工具の脱落として信号を出し９機械を停止させる。

〕 第８図は破損の過程を示す一例である。　（イ）の場合
は、切削動力の測定値がソフト設定（１１Ｓ１〜Ｓ６の
区切りの間を２段づつ上昇しているので。

中規模の破損が続いて、大きな破損になったと考えられ
、　（ロ）の場合は、Ｓｌ−Ｓ６の区切りの閘を３段、
２段と上昇しているので、大規模と。

中規模の破損により、大きな破損となったと考えられ、
　（ハ）の場合は、　１段、３段、　１段と上昇してい
るので、小規模、大規模、小規模の破損によって大きな
破損になったと考えられ、　（ニ）の場合は一度に４段
上昇しているので、非常に大規模な破損が生じたと考え
られ、ワークに与える影響を考えて、ソフト上の上限設
定値Ｓ１を越えていないけれとも機械停止または強い警
告を出すなどの処置をとる。　（ホ）の場合は突発的に
大きな破損が生じたと考えられ、上限設定値０１を越え
ているのでディジタルメーターリレー１８により。

加工途中で強制的に機械は停止させられる。

以上述べたようにソフト設定値を設けることにより、破
損の模様をかなり詳しく知ることが出来る。

摩耗検出の場合も同様で、どの様な状態で摩耗が生じた
かをかなり詳しく知ることが出来る。

以上のようにして各工具での切削動力を実際に測定した
数値を記憶し、演算することにより、摩耗及び破損の判
定を精度よく行うことが出来る。

またこれらの測定し、記憶した数値を各工具毎に第７図
のような図形として９表示部を介して表示すれば、工具
の状態を視覚的にはっきりと確認することが出来る。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、加工中に工具の摩耗及び破
損の検出を行うことが出来ると同時に。

各加工段階での切削動力を記憶し演算することにより、
各加工終了後に工具の摩耗及び破損の状態を判定し、Ｉ
ｌ械停止、警告、現在までの加工データの表示などを行
うことが出来る。

このようにソフトによるチエツクと、ディジタルメータ
ーリレー１８によるチエツクを行うことになるので、摩
耗及び破損検出の信頼性がさらに大きくなる。

近年におけるエレクトロニクス技術の急速な発展により
１本装置を構成するのに必要な記憶部。

演算部、入出力部５表示部、制御部などを有する計算機
を安価にしかも容易に入手することが出来る上に、最近
の数値制御装置はこれらの機能を有しているので１価格
的な面でも充分対応できるものである。

本例は数値制御旋盤の主軸モータの電力を計渕する場合
であるが、他の工作機械にも容易に応用できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による工具摩耗破損検出装置
を示す図、第２図は主軸モータに生ずる電力の状態の一
例を示す図、第３図は微少電力検出装置の動作の一例を
示す図、第４図は微少電力検出装置により切削動力のみ
を増幅して検出する動作の一例を示す図、第６図は摩耗
破損検出コントローラーの一例を示す図、第６図は摩耗
破損検出コントローラーの記憶部の内容の一例を示す図
。 第７図は工具摩耗破損検出装置の動作の一例を示す図、
第８１！Ｉは破損の過程の一例を示す図である。 ｌ−主軸台　　２−ベツド　　３−主軸４−主軸モータ
　５−駆動装置　　６−チャック８−縦工具送り台　　
９−横工具送り台１０−−ボールネジ　　１１・−サー
ボモータ１２−一タレフト　　　１３ １５−数値制御装置 微少電力検出装置　１８ レー　１９−タイマー ントローラー　　２１ 加工物　　１４−工具 １６−制ｇ４磐　　　１７ 一ゾイジタルメーターリ ２〇−窄粍破損検出コ 比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）摩耗及び破損を検出すべき工具を用いて加工中のモ
   ーターの切削動力だけを拡大して検出する微少電力検出
   装置と、複数の摩耗及び破損検出用の設定値を有し、微
   少電力検出装置からの出力を受けるディジタルメーター
   リレーと、ディジタルメーターリレーからの出力を受け
   、その最大値を検出する比較器と、ディジタルメーター
   リレーからの出力を受けるタイマーと、タイマー及び比
   較器からの出力を受ける受信部、データーを記憶する記
   憶部、所要のデーターを入力する入力部、記憶され入力
   されたデーターを演算して摩耗及び破損の判定を行う演
   算部、記憶されたデーターや判定された結果を表示する
   表示部、判定された結果を制御盤や数値制御装置に出力
   する出力部、各部を制御する制御部とを有する摩耗破損
   検出コントローラーとからなる工具摩耗破損検出装置。 ２）上記ディジタルメーターリレーは、複数の摩耗及び
   破損検出用の上限及び下限設定値を有し、加工中のモー
   ターの切削動力の測定値と上限及び下限設定値とを常時
   比較し、測定値が上限設定値を越えたときは摩耗または
   破損と判定して機械を停止させ、加工中のモーターの切
   削動力の測定値が、加工中に一度も下限設定値を越えな
   い時は、工具脱落と判定して機械を停止させることを特
   長とする工具摩耗破損検出装置。 ３）上記ディジタルメーターリレーが、摩耗または破損
   または工具脱落と判定しない場合、上記比較器からの出
   力を受け取って記憶し、複数の可変なソフト上の設定値
   を用いて演算し、摩耗及び破損の判定を行って機械を停
   止させ、並びに摩耗及び破損の模様を判定する上記摩耗
   破損検出コントローラーを有することを特長とする工具
   摩耗破損検出装置。 ４）摩耗及び破損を検出すべき工具による加工プログラ
   ムの中に、複数の制御コード（Ｍコード）を挿入し、一
   つの制御コードにより微少電力検出装置の出力をホール
   ドすることによって切削動力のみを検出するようにし、
   他の制御コードにより上記工具により生ずる切削動力の
   測定を開始し、また他の制御コードにより測定を終了さ
   せ、この測定期間中の切削動力のみを上記ディジタルメ
   ーターリレーに送り、上記比較器を介して測定期間中の
   最大値を受け取り、摩耗及び破損の判定を行うことを特
   長とする上記摩耗破損検出コントローラーを有する工具
   摩耗破損検出装置。