JPH0797007B2 - 摩耗量による工具交換時期の検出装置 - Google Patents

摩耗量による工具交換時期の検出装置

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JPH0797007B2
JPH0797007B2 JP5108953A JP10895393A JPH0797007B2 JP H0797007 B2 JPH0797007 B2 JP H0797007B2 JP 5108953 A JP5108953 A JP 5108953A JP 10895393 A JP10895393 A JP 10895393A JP H0797007 B2 JPH0797007 B2 JP H0797007B2
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伸一 宮沢
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工業技術院長
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、切削工具等の工具摩耗
量を検出して工具の交換時期を検出するための装置に関
し、更に詳しくいうと、工具と工作物との間の電気抵抗
値の変化を測定することにより工具の摩耗量を検出し、
もつて工具の交換時期を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】機械加工の分野において、工具を適切な
時に交換するためには、工具の摩耗又は欠損の量(以
下、これらを摩耗量と総称する)を常時正しく監視ある
いは検出することが必要である。
【0003】従来、この工具摩耗量の検出のために、次
のような種々の技術が提案されている。まず、テレビカ
メラを用いて、工具の摩耗を直接監視しながら検出する
ものが公知である。また、工作物にレーザービームを照
射して、反射光を分析して工作物の寸法変化を検出し、
これによって工具摩耗量を検出するものも公知である。
更に、工具の摩耗に伴う温度、切削の抵抗、振動又は音
響等の変化から工具摩耗量を検出することも公知であ
る。
【0004】しかしながら、上記列挙した従来例は、い
ずれも構造が複雑であり、その割に信頼性の点において
必ずしも満足のいくものではなかった。
【0005】そこで、このような問題点を解消した検出
方法として次の技術が提案され、公知となっている。
(特開昭59−81043号公報)その検出方法は、表
面にアルミナによる絶縁被膜を形成した工具を使用し、
該工具と工作物との間を流れる電流を測定するものであ
る。即ち、工具が摩耗して絶縁被膜が破壊されると、工
具と工作物との間を流れる電流が急激に立ち上がるの
で、この電流の急激な立上りを検出して工具の寿命とす
るものである。
【0006】
【発明の解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように工具表面の絶縁被膜の破壊を検出して工具を交換
する技術では、実用上次のような問題点があった。
【0007】まず、前記従来公知の技術は、摩耗量を量
的に(面積によって)検出するものではないので、絶縁
被膜が僅かに破壊されても電流値が急激に立ち上がって
しまう。このため、未だ使用可能な工具でも交換時期に
至ったものと判断されてしまうおそれがある。
【0008】また、工具の交換時期を電流の立上りの状
態から判断するので、その判断に熟練や正確な知識を必
要とし、誰もが簡単に判断できるものではなかった。
【0009】本発明の目的は、工具の交換時期の判断が
確実であり、かつ簡単である交換時期の検出装置を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成されている。母材の表面に
絶縁被膜を形成した工具と、該工具の母材に接して設け
られ、工具をホルダに固定する固定部材と、前記固定部
材と刃物台とを電気的に絶縁する絶縁層と、前記工具と
工作物との間の電気抵抗値を測定するために設けられた
電気抵抗計と、該電気抵抗計で測定された測定値と予め
設定された交換時期設定値とを比較し、交換時期である
か否かの信号を発する比較器と、を備えて成ることを特
徴とする摩耗量による工具交換時期の検出装置。
【0011】
【作用】本発明は次のように作用する。母材の表面に絶
縁被膜を形成した工具の母材と工作物との間の電気抵抗
値を電気抵抗計により測定する。そして、工具の摩耗に
よる工具の母材と工作物との直接的な接触量の増加に伴
う電気抵抗の低減値と比較器に入力されている設定値と
を比較し、交換時期を検出する。
【0012】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図を参照して説
明する。
【0013】図1は、本発明に係る工作物と検出装置と
の概略図である。図2(a)(b)は、それぞれ摩耗前
と摩耗後の工具と検出装置の概略図である。図3は、検
出装置の回路図である。図4は、摩耗量と電気抵抗との
相関図である。図5は、旋盤の全体を示す概略図であ
る。
【0014】図5には、工作機械として旋盤1が例示さ
れている。旋盤1は、工作物2を心押し台3との間で支
持して工作物2に回転を与えるための主軸台4と、刃物
台5に工具(図5では省略)を取り付けて工作物2に対
して前後左右に移動させるための往復台6とを備えてい
る。
【0015】次に、図5に図1を併せ参照して、検出装
置を詳しく説明する。往復台6の刃物台5に工具7が着
脱可能に装着されている。工具7は、チップ(刃部)8
と、このチップ8を先端部に固定部材9等により保持す
るためのホルダ10とからなる。
【0016】チップ8は、超硬合金等の導電性素材を母
材8aとし、その母材8aのほぼ表面全体に酸化アルミ
ニウム(Al)等の絶縁性素材から表面処理され
て絶縁被膜8bを形成されている。ただし、チップ8を
ホルダ10に固定するためチップ8のうち固定部材9に
接触する部分は、絶縁被膜8bは形成されておらず、母
材8aが露出している。固定部材9は導電性素材から形
成されている。したがって、導電性素材からなる母材8
aから固定部材9に電流が流れることができる。
【0017】ところで、上記のように超硬合金の表面に
酸化アルミニウム等の絶縁性素材を表面処理してなるチ
ップ8は、通常一般に使用されている。酸化アルミニウ
ム(Al)、窒化ボロン(BN)、窒化シリコン
(SiN)、炭化ケイ素(SiC)等は、硬度が大き
く耐摩耗性・耐熱性もに富むが、その反面、脆いという
難点がある。一方、超硬合金は、タングステンカーバイ
ド(WC)にコバルト(Co)等を結合剤として混合し
て焼結してなる合金である。この超硬合金は、弾性を有
し、耐衝撃性に優れている。そこで、超硬合金に酸化ア
ルミニウム等を表面処理してチップを形成することが広
く行なわれている。尚、上記の酸化アルミニウム等は絶
縁性素材である。超硬合金は導電性素材である。
【0018】したがって、導電性素材の表面全体に絶縁
性素材を表面処理した工具は、本発明のために特別に製
造する必要なく、広く通常使用されているものでよい。
尚、母材として超硬合金以外の導電性素材を用いてもよ
い。
【0019】工作物2とチップ8の母材8aとの間で旋
盤1全体を介して電気が導通状態となっているのでは、
工作物2とチップ8の母材8aとの間の電気抵抗値の変
化を求めることができない(この場合、電気抵抗値は常
時ゼロである)。そこで、この例では、刃物台5の装着
部の内面に絶縁層11を形成し、この絶縁層11により
刃物台5と工具7とが電気的に絶縁されている。
【0020】チップ8と工作物2との間に電気抵抗計1
2が接続されている。即ち、チップ8とは固定部材9と
配線13とを介し、また工作物2とは主軸台4又は心押
し台3と配線14とを介して電気抵抗計12に接続され
ている。この電気抵抗計12は、チップ8の母材8aと
工作物2の間の電気抵抗を測定するものである。電気抵
抗計12は、電流Iを流し、オームの法則(抵抗R=電
圧E/電流I)により抵抗Rを求めるものである。しか
しながら、電気抵抗計12の構成は周知であるので、こ
こでは詳しい説明は省略する。
【0021】電気抵抗計12の後段には、電気抵抗値か
ら工作物2の摩耗量を求めるための摩耗量計算器15が
接続されている。この摩耗量計算器15の後段には、求
められた摩耗量と予め設定した設定値とを比較して、摩
耗量が設定値以上に達するとチップ8を交換すべき旨の
信号を発するための比較器16が接続されている。
【0022】摩耗前後のチップ8と工作物2と電気抵抗
計12とが、それぞれ図2(a)(b)に示されてい
る。この図3を電気回路として示したのが図3である。
図3において図2のチップ8の絶縁被膜8bと工作物2
との間の接触電気抵抗をRとしている。また、チップ
8の母材8aと工作物2との間の接触電気抵抗をR
している。抵抗RとRとは並列接続となっている。
これに加えて、チップ8の絶縁被膜8bの固有抵抗をρ
、チップ8の母材8aの固有抵抗をρ、チップ8の
絶縁被膜8bと工作物2との接触面積をS、チップ8
の母材8aと工作物2との接触面積をS、全抵抗をR
とすると、次の式が成立する。 1/R=1/R+1/R =S/ρ+S/ρ ρは絶縁であるから、ρ=∞とすると、S/ρ
=0となる。したがって、式は次の式のようになる。 1/R=S/ρ 式は、次のように書き換えられる。 R=ρ/S ρは一定であるから、式は反比例の式であると理解
できる。即ち、チップ8の母材8aと工作物2との接触
面積(S)が増大するにつれて、抵抗値Rが低下す
る。この相関関係をグラフ化したものが図4である。こ
の図4のような相関関係に基づいて、上記の摩擦量計算
器15が測定抵抗値Rから摩耗面積(摩耗量)を求める
ことができるのである。
【0023】以上のように構成された実施例は次のよう
に作用する。
【0024】図1のように、回転する工作物2に工具7
のチップ8が当てられ、工作物2が切削される。当初の
間は、図2(a)に示すようにチップ8は摩耗していな
い。時間が経過すると、図2(b)に示すようにチップ
8は摩耗する。また、摩耗の他に欠損によっても図2
(b)に示すようになるが、ここでは欠損も摩耗と同様
に扱うものとする。
【0025】チップ8の母材8aと工作物2の間の電気
抵抗が電気抵抗計12により測定される。次に、測定さ
れた電気抵抗値から図4の相関図に基づいて摩耗量計算
器15により工作物2の摩耗量が求められる。次に、比
較器16において、摩耗量と予め設定した設定値とを比
較し、摩耗量が設定値以上に達するとチップ8を交換す
べき旨の信号を発する。
【0026】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、種々の変形例が実施可能である。例えば、上
記実施例では主軸台4又は心押し台3と固定部材9とに
電気抵抗計12を接続していたが、この接続箇所に限定
されず、工作物2と工具の母材8aとの間の電気抵抗が
測定できる箇所ならどこに電気抵抗計12を接続してよ
い。
【0027】
【発明の効果】以上説明した本発明によると、次のよう
な効果を奏する。
【0028】まず、摩耗量を量的に検出するものである
から、未だ使用可能な工具を交換するおそれがなく、交
換時期の判断が確実である。
【0029】また、工具の交換時期の判断に熟練や正確
な知識を必要とせず、誰もが簡単に判断できるものとな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの例に係る工具と工作物と検出装置と
の概略図である。
【図2】図2の分図(a)(b)はそれぞれ摩耗前と摩
耗後の工具と検出装置の概略図である。
【図3】図3は検出装置の回路図である。
【図4】図4は摩耗面積と電気抵抗の相関図である。
【図5】図5は旋盤の全体を示す概略図である。
【符号の説明】
2 工作物 7 工具 8 チップ 8a 母材 8b 絶縁被膜 12 電気抵抗計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材の表面に絶縁被膜を形成した工具と、
    該工具の母材に接して設けられ、工具をホルダに固定す
    る固定部材と、前記固定部材と刃物台とを電気的に絶縁
    する絶縁層と、前記工具と工作物との間の電気抵抗値を
    測定するために設けられた電気抵抗計と、該電気抵抗計
    で測定された測定値と予め設定された交換時期設定値と
    を比較し、交換時期であるか否かの信号を発する比較器
    と、を備えて成ることを特徴とする摩耗量による工具交
    換時期の検出装置。
JP5108953A 1993-04-12 1993-04-12 摩耗量による工具交換時期の検出装置 Expired - Lifetime JPH0797007B2 (ja)

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JPH06300508A JPH06300508A (ja) 1994-10-28
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