JPH07328896A - Ｎｃ加工機の工具折損検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スリット加工を含むワークの加工において、
工具の折損を検出する方法を提供する。 【構成】 スピンドル１Ｆの無負荷電流値から求められ
る基準値と、負荷電流値とを比較し、負荷電流値が基準
値よりも小さいと判別された加工単位が複数回連続した
場合に工具１１が折損したと判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は数値制御（以下、ＮＣ
という。）加工機の工具折損の検出方法についてのもの
である。特に、スリット加工を含むワークの外形加工に
おいて、スピンドルの負荷電流の変化から工具の折損を
検出する方法についてのものである。

【０００２】

【従来の技術】ドリル、エンドミルなどの工具は切削作
業中に折損するおそれがある。工具折損を工具を駆動す
る駆動装置の負荷により検出する方法は、例えば、特開
昭 61-142053号公報に開示されている。

【０００３】次に、従来技術による工具折損検出機能つ
きＮＣ加工機の構成を図３により説明する。図３はＮＣ
加工機の外観図である。図３に示されるように、ＮＣ加
工機は加工機１０とＮＣ装置２０と制御部３０とＩ／Ｏ
装置４０で構成される。

【０００４】次に、図３の加工機１０の構成を説明す
る。図３の１はワーク、１１は工具である。また、１Ａ
はベッド、１Ｂはテーブル、１Ｃはコラム、１Ｄはサド
ル、１Ｅは主軸台、１Ｆはスピンドルである。

【０００５】図３では、ベッド１Ａ上にはＸ方向に延在
する一対の第１のレールが平行に配置されている。前記
第１のレール上には、ワーク１を載置するテーブル１Ｂ
がＸ方向に移動可能に設けられている。テーブル１Ｂの
上方には、Ｘ方向と直行するＹ方向に延在するようにコ
ラム１Ｃが立設されている。コラム１Ｃの側面には一対
の第２のレールが平行に配置されている。前記第２のレ
ールには、サドル１ＤがＹ方向に移動可能に設けられて
いる。

【０００６】サドル１Ｄの直立面にはＺ方向に一対の第
３のレールが平行に配置されている。前記第３のレール
には、主軸台１ＥがＺ方向に移動可能に設けられてい
る。主軸台１Ｅには工具１１を保持するスピンドル１Ｆ
が固定される。工具１１は手動あるいは、図示しない自
動工具交換装置によって自動で他の工具と交換できる。
なお、テーブル１Ｂ、サドル１Ｄおよび主軸台１Ｅを各
々Ｘ、Ｙ、Ｚ方向へ移動させるには、モータとボールね
じを組み合せた一般的な駆動機構を使用する。

【０００７】加工機１０のＮＣ装置２０にはＩ／Ｏ装置
４０を介して制御部３０のＣＰＵ３Ｂが接続されてい
る。ＣＰＵ３Ｂには電流測定部３Ａとメモリ３Ｃが接続
されている。電流測定部３Ａはスピンドル１Ｆの駆動装
置に接続されており、スピンドル１Ｆの主軸の電流値を
ＣＰＵ３Ｂに出力する。

【０００８】図４は電流測定部３Ａの部分構成図であ
る。図３の電流測定部３Ａは電流センサ３１Ａと増幅部
３２ＡとＡ／Ｄ変換部３３Ａで構成されている。電流セ
ンサ３１Ａはスピンドル１Ｆを駆動する駆動装置１０Ｆ
の負荷電流を電圧値に変換する。増幅部３２Ａは電流セ
ンサ３１Ａの出力電圧を平均値に変換して増幅する。Ａ
／Ｄ変換部３３Ａは増幅部３２Ａの出力電圧をＣＰＵ３
Ｂからの指令によりデジタル量に変換し、結果をＣＰＵ
３Ｂに出力する。

【０００９】図３に戻り、スピンドル１Ｆの負荷電流値
は無負荷の時は一定値であるが、被加工物であるワーク
１を加工するとき、負荷電流値がわずかに上昇する。図
３の構成では、加算値３Ｄには予め実験により基準値を
求めるための無負荷電流値に加える値を設定しておく。
また、メモリ３Ｃにはスピンドル１Ｆが無負荷のときの
電流値に前記加算値が加えられた基準値が書き込まれ
る。

【００１０】ＣＰＵ３Ｂはメモリ３Ｃから基準値を読み
込み、比較判定手段３Ｅに送出するとともに、電流測定
部３Ａの負荷電流値を比較判定手段３Ｅに送出する。比
較判定手段３Ｅは前記基準値と前記負荷電流値を比較
し、判定結果をＣＰＵ３Ｂに送出する。比較判定手段３
Ｅで前記負荷電流値が前記基準値より小さいのとき、工
具１１が折損したと判断し、ＣＰＵ３Ｂは警報手段３Ｆ
に警報表示を指令する。

【００１１】次に、図３の動作を説明する。図３では、
スピンドル１Ｆに工具１１を保持させて、回転させる。
この後、加工プログラム２０Ａの指令によりＮＣ装置２
０を作動させ、テーブル１Ｂおよび主軸台１ＥをＸ方向
またはＹ方向に移動させ、工具１１を加工位置に位置決
めする。このとき、ＣＰＵ３ＢはＩ／Ｏ装置４０の入力
信号からスピンドル１Ｆが回転し、加工中でないことを
判断し、電流測定部３Ａから無負荷電流値を読み込み、
無負荷電流値に加算値３Ｄを加えメモリ３Ｃに基準値と
して格納する。この後、スピンドル１Ｆを下降させる。

【００１２】次に、加工中のスピンドル１Ｆの電流値と
基準値を比較する。電流値が基準値よりも小さな場合、
直ちに工具折損と判別する。

【００１３】図５は以上の動作を示すフローチャートで
ある。図５のステップ２０１ではスピンドル１Ｆを回転
する。ステップ２０２では、スピンドル１Ｆの無負荷電
流値を電流測定部３Ａで読み取る。ステップ２０３では
前記無負荷電流値に加算値３Ｄを加え、基準値としてメ
モリ３Ｃに格納する。

【００１４】ステップ２０４では、スピンドル１Ｆが降
下し、加工を開始する。ステップ２０５では、スピンド
ル１Ｆの負荷電流値を電流測定部３Ａで測定する。ステ
ップ２０６では、比較判定手段３Ｅは前記負荷電流の測
定値と基準値を比較する。ステップ２０６で、測定値が
基準値より大きい場合はステップ２０７に進み、測定値
が基準値より小さい場合はステップ２０８に進む。

【００１５】ステップ２０７では、全ての加工が終了し
たかを判断する。ステップ２０７で加工が終了していな
いときは、次の加工単位を加工するため、ステップ２０
５の前段に戻る。ステップ２０７で加工が終了したとき
は一連の動作を終了する。

【００１６】ステップ２０８では、ＣＰＵ３Ｂは加工停
止を指令する。ステップ２０９では、ＣＰＵ３Ｂは警報
手段３Ｆに警報表示を指令し、一連の動作を終了する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図３はＮＣ加工機の例
示としてプリント基板加工機を示した。図６アのワーク
１は加工されるプリント基板を平面に配置しており、図
６アのプリント基板１はスリット１Ａが加工される場合
がある。

【００１８】図６イは、図６アで示されたスリット１Ａ
をエンドミル１１で加工する状態を示している。図６イ
では、工具１１は時計方向に回転しており、スリット１
Ａの第１の切削面１Ｂは仕上がりが良好となるが、スリ
ット１Ａの第２の切削面１Ｃは第１の切削面１Ｂと比較
して粗い面となる。

【００１９】図６イで示された問題を解決するため、図
６ウのように工具１１が左方向に移動した後、同じ軌跡
を図６エのように戻る。このような戻り動作により、切
削面１Ｂと切削面１Ｃが同じ仕上がりとなる。なお、図
６エの戻り動作ではスリット１Ａに残る切粉を除去する
効果もある。

【００２０】図６エの戻り動作では、スピンドル１Ｆの
負荷電流値は無負荷電流値と等しくなる。したがって、
図３の構成による工具折損方法では、工具１１が折損し
ていないにもかかわらず、工具折損と判別してしまうと
いう問題がある。

【００２１】この発明は、スピンドルの負荷電流値が基
準電流値よりも小さいと判別された加工単位の回数が複
数回連続した場合に工具が折損したと判別することによ
り、スリット加工の場合の工具折損の誤検出を解消しす
るＮＣ加工機の工具折損検出方法を提供することを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明は、工具１１を駆動するスピンドル１Ｆの
負荷電流値を検出する電流測定部３Ａと、スピンドル１
Ｆの無負荷電流から定められた基準電流値を格納するメ
モリ３Ｃとを備え、ＣＰＵ３Ｂはスピンドル１Ｆの１加
工単位毎に前記基準電流値を読み込むとともに前記負荷
電流値と前記基準電流値を比較し、前記負荷電流値が前
記基準電流値よりも小さいと判別された加工単位の回数
が複数回連続した場合に工具が折損したと判別する。

【００２３】

【作用】この発明では、ＮＣ装置２０は加工プログラム
２０Ａにしたがってスピンドル１ＦをＸ方向またはＹ方
向に加工位置を位置決めする。次に、ＣＰＵ３Ｂは電流
測定部３Ａにより無負荷電流値を測定し、加算値３Ｄを
加え、メモリ３Ｃに基準値として格納する。次に、ＮＣ
装置２０はスピンドル１Ｆを下降させて、加工プログラ
ム２０Ａを１加工単位ずつ読み取り、加工する。

【００２４】加工動作と並行してＣＰＵ３Ｂは電流測定
部３Ａにより負荷電流値を測定する。前記負荷電流値が
メモリ３Ｃに格納された基準値よりも小さいとき、ＣＰ
Ｕ３Ｂは無負荷での加工単位が検出されたと判別し、検
出回数を計数する。負荷電流値が基準値よりも大きい加
工単位を検出すると計数回路３Ｇの計数値３Ｈを零に初
期化する。基準値を下回る加工単位が連続すると、検出
回数は加算され、入力手段３Ｊで設定した回数になると
ＣＰＵ３Ｂは工具１１が折損したと判別し、ＮＣ装置２
０に警報信号を出力する。ＮＣ装置２０は警報信号を検
出すると加工を停止する。

【００２５】

【実施例】次に、この発明によるＮＣ加工機の構成を図
１の実施例により説明する。図１の制御部３１の３Ｇは
計数回路、３Ｈは計数値、３Ｊは入力手段であり、その
他は図３と同じものである。すなわち、図１は図３の制
御部３０に計数回路３Ｇと計数値３Ｈと入力手段３Ｊを
追加したものである。

【００２６】図１の計数回路３Ｇには比較判定手段３Ｅ
の結果が計数される。負荷電流値がメモリ３Ｃに格納さ
れた基準値よりも小さいとき、ＣＰＵ３Ｂは検出回数を
計数回路３Ｇに計数する。負荷電流値が基準値よりも大
きい加工単位を検出すると計数回路３Ｇの計数値を零に
初期化する。

【００２７】入力手段３Ｊは計数値３Ｈに前記検出値を
入力する。計数値は通常「２」が入力される。加工頻度
によっては計数値はあるいは「３」が入力される。ＣＰ
Ｕ３Ｂは計数回路３Ｇの検出値と計数値３Ｈを比較し、
前記検出値と計数値が一致したとき、ＮＣ装置に警報信
号を出力する。

【００２８】次に、図１の動作を図２のフローチャート
により説明する。図２のステップ１０１では、スピンド
ル１Ｆに工具１１を保持し、回転させる。ＮＣ装置２０
は加工プログラム２０Ａの指令により、工具１１を加工
位置に位置決めする。ステップ１０２では、ＣＰＵ３Ｂ
はＩ／Ｏ装置４０の入力信号からスピンドル１Ｆが回転
し、加工中でないことを判断し、電流測定部３Ａから無
負荷電流値を測定する。ステップ１０３では、無負荷電
流値に加算値３Ｄを加え、メモリ３Ｃに基準値としてに
格納する。この後、スピンドル１Ｆを下降させる。

【００２９】ステップ１０４では、ＣＰＵ３Ｂは計数回
路３Ｇの計数値を「０」に初期化する。ステップ１０５
では加工プログラム２０Ａを１行読み込む。ステップ１
０６では、加工終了かを判断する。ステップ１０７で
は、ＮＣ装置２０は、ワーク１の加工を開始する。この
ときＣＰＵ３ＢはＩ／Ｏ装置４０の入力信号から加工中
であることを判断し、電流測定部３Ａから負荷電流値を
読みメモリ３Ｃに書き込む。

【００３０】そして、比較判定手段３Ｅは基準値と負荷
電流値を比較し、負荷電流値が基準値よりも小さいと
き、計数回路３Ｇの検出回数を加算する。この判別は各
加工単位毎に行われ、負荷電流値が基準値よりも大きい
加工単位を検出すると検出値を零に初期化する。

【００３１】ステップ１０８では、計数回路３Ｇの検出
回数と計数値３Ｈが比較される。ステップ１０８で検出
回数と計数値３Ｈが一致しないときは、ステップ１０９
に進む。ステップ１０９では、この加工で検出値を更新
するかを判断する。更新しないときはステップ１１０に
進む。

【００３２】ステップ１１０ではスピンドル１Ｆの負荷
電流が測定される。ステップ１１１では、前記負荷電流
の測定値とメモリ３Ｃの基準値が比較され、測定値が基
準値以上の場合はステップ１１２に進む。なお、ステッ
プ１０９で検出回数を更新する場合もステップ１１２に
進む。

【００３３】ステップ１１２では、１加工単位が終了し
たかが判断される。ステップ１１２で終了していないと
きはステップ１０８の前段に戻る。ステップ１１１で測
定値が基準値より小さいときは、ステップ１１３に進
む。ステップ１１３では、計数回路３Ｇの検出回数に
「１」が加算され、ステップ１０８の前段に戻る。ステ
ップ１１２で終了したときは、ステップ１０５の前段に
戻る。

【００３４】ステップ１０８で検出回数と計数値３Ｈが
一致すると、ＣＰＵ３Ａは工具１１が折損したと判別
し、ＮＣ装置２０に警報信号を出力し、ステップ１１４
に進む。ステップ１１４では、ＮＣ装置２０は加工を停
止指令し、ステップ１１５で警報を表示する。

【００３５】なお、この実施例ではテーブル１ＢをＸ方
向へ移動制御させるものとして説明したが、この発明で
は、これに限定されるものではなく、コラム１ＣをＸ方
向に移動させるものであってもよい。

【００３６】

【発明の効果】この発明は、スピンドルが無負荷状態で
の加工単位が、予め設定した回数以上連続した場合に工
具折損したと判別するので、加工中にスピンドルの無負
荷状態を生じるスリットの戻り加工においても、工具折
損として誤検出することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＮＣ加工機の構成図である。

【図２】図１の動作を示すフローチャートである。

【図３】従来技術による工具折損検出機能つきＮＣ加工
機の構成図である。

【図４】電流測定部３Ａの部分構成図である。

【図５】図１の動作を示すフローチャートである。

【図６】ワーク１の加工状態変化図である。

【符号の説明】

１ ワーク １Ａ ベッド １Ｂ テーブル １Ｃ コラム １Ｄ サドル １Ｅ 主軸台 １Ｆ スピンドル ３Ａ 電流測定部 ３Ｂ ＣＰＵ ３Ｃ メモリ ３Ｄ 加算値 ３Ｅ 比較判定手段 ３Ｆ 警報手段 ３Ｇ 計数回路 ３Ｈ 計数値 ３Ｊ 入力手段 １０ 加工機 １１ 工具 ２０ ＮＣ（数値制御）装置 ３１ 制御部 ４０ Ｉ／Ｏ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具(11)を駆動するスピンドル(1F)の負
   荷電流値を検出する電流測定部(3A)と、 スピンドル(1F)の無負荷電流から定められた基準電流値
   を格納するメモリ(3C)とを備え、 ＣＰＵ(3B)はスピンドル(1F)の１加工単位毎に前記基準
   電流値を読み込むとともに前記負荷電流値と前記基準電
   流値を比較し、 前記負荷電流値が前記基準電流値よりも小さいと判別さ
   れた加工単位の回数が複数回連続した場合に工具(11)が
   折損したと判別することを特徴とするＮＣ加工機の工具
   折損検出方法。