JPH1128646A

JPH1128646A - 工具交換時期判定方法および装置および工具交換時期警告装置および工具交換時期制御信号出力装置

Info

Publication number: JPH1128646A
Application number: JP18129697A
Authority: JP
Inventors: Fujio Abe; 富士夫阿部
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】オペレータの勘に依存することなく、また難
しい閾値の設定を要することなく、各種の工具、加工条
件において工具交換時期の判定を的確に行うこと。【解決手段】工具を装着されている主軸の回転数と送
り速度と主軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時
期を出力変数としてファジィ推論ルールを設定し、ファ
ジィ推論によって工具交換時期を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は工作機械における
工具交換時期判定方法および装置および工具交換時期警
告装置および工具交換時期制御信号出力装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】切削作業中の工具の摩耗や折損を検出す
る方法として、工具を装着されている主軸の駆動トル
ク、機械振動、ＡＥ（音響反射）の周波数など、工具の
損耗に付随して発生する物理的変化量より検出する方法
が知られている。この検出方法では、駆動トルク、機械
振動、ＡＥ周波数などの物理量が、予め定められた閾値
に達すれば、摩耗、折損による工具交換時期であると判
定する。

【０００３】また、従来より知られている工具交換時期
判定方法として、工具の使用時間を計測し、工具の累積
使用時間より工具交換時期を設定する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】駆動トルク、機械振
動、ＡＥ周波数などの物理量より摩耗、折損による工具
交換時期を判定する方法では、一般に折損による工具交
換時期判定の閾値は比較的容易に的確に設定することが
できるが、しかし、摩耗による工具交換時期判定の閾値
は、工具の種類、送り速度、主軸回転数、ワーク材質、
粗荒加工と仕上げ加工の違い等により異なり、しかも程
度問題であるため、この閾値の適正設定は難しく、同一
機械、同一ワーク、同一工具を使用して同一加工条件で
加工する場合には一つの閾値が有効であっても、その他
では有効でなく、一般性がない。

【０００５】このことに対して、摩耗による工具交換時
期判定の閾値を、工具、加工条件、ワーク等に応じて個
別に設定することが考えられるが、この場合には閾値の
設定数が膨大なものになり、閾値の選択設定が面倒なも
のになり、現実的でない。

【０００６】工具の累積使用時間による工具交換時期判
定では、安全を見込んで、工具交換時期判定の累積使用
時間を設定するため、無駄があり、工具コストが高くな
る。また、工具交換時期判定時間内に突発的に工具が折
損しても対応できない。

【０００７】これらのことにより、実際には、オペレー
タが切削音、機械振動、加工面荒さ、工具刃状態を観察
し、オペレータの経験則により工具交換時期を判定して
いることが多い。しかし、これでは、オペレータが機械
に付いていなければならず、自動化運転、無人化運転を
行うことができない。しかも、オペレータの熟練度が必
要で、オペレータの判断基準の相異等により、必ずしも
的確に工具交換時期の判定が行われるとは限らない。

【０００８】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、オペレータの勘に依存することな
く、また難しい閾値の設定を要することなく、各種の工
具、加工条件、ワークにおいて折損のみならず摩耗によ
る工具交換時期の判定を的確に行う工具交換時期判定方
法および装置と、その工具交換時期判定装置による判定
結果により工具交換時期を警告する工具交換時期警告装
置、工具交換時期制御信号を出力する工具交換時期制御
信号出力装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明による工具交換時期判定方
法は、工具を装着されている主軸の回転数と送り速度と
主軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時期を出力
変数としてファジィ推論ルールを設定し、ファジィ推論
によって工具交換時期を判定するものである。

【００１０】請求項２に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項１に記載の工具交換時期判定方法に
おいて、主軸トルクを主軸モータの負荷電流より検出
し、機械振動を振動センサより検出し、主軸トルクおよ
び機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回転数と送り
速度とを出力変数としてファジィ推論ルールを設定して
主軸回転数と送り速度とをファジィ推論し、主軸回転数
と送り速度の推定値とを工具交換時期判定のファジィ推
論における入力変数とするものである。

【００１１】請求項３に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、工具を装着されている主軸の回転数と送り
速度と主軸駆動トルクとワーク材質とを入力変数とし、
工具交換時期を出力変数としてファジィ推論ルールを設
定し、ファジィ推論によって工具交換時期を判定するも
のである。

【００１２】請求項４に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項１に記載の工具交換時期判定方法に
おいて、主軸トルクを主軸モータの負荷電流より検出
し、機械の振動を振動センサより検出し、主軸トルクお
よび機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回転数と送
り速度とワーク材質とを出力変数としてファジィ推論ル
ールを設定し、ファジィ推論によって主軸回転数と送り
速度とワーク材質とを推定し、主軸回転数と送り速度と
ワーク材質の推定値とを工具交換時期判定のファジィ推
論における入力変数とするものである。

【００１３】請求項５に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項２または４に記載の工具交換時期判
定方法において、ファジィ推論に使用する主軸トルクと
機械振動は主軸トルク計測値の変動が所定値以下の区間
における実効値であるものである。

【００１４】請求項６に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項１〜５の何れかに記載の工具交換時
期判定方法において、ファジィ推論ルールとラベル名称
は全使用工具で共通とし、メンバーシップ関数は使用工
具毎に個別に設定するものである。

【００１５】また、上述の目的を達成するために、請求
項７に記載の発明による工具交換時期判定装置は、工具
を装着されている主軸の回転数と送り速度と主軸駆動ト
ルクとを入力変数とし、工具交換時期を出力変数として
設定されているファジィ推論ルールを使用して工具交換
時期をファジィ推論により推定する工具交換時期判定フ
ァジィ推論手段を有し、前記工具交換時期判定ファジィ
推論手段によるファジィ推論によって工具交換時期を判
定するものである。

【００１６】請求項８に記載の発明による工具交換時期
判定装置は、請求項７に記載の工具交換時期判定装置に
おいて、主軸トルクを主軸モータの負荷電流より検出す
る主軸トルク検出手段と、機械振動を検出する振動検出
手段と、前記主軸トルク検出手段により検出される主軸
トルクの計測値と前記振動検出手段により検出される機
械振動の計測値とを入力変数とし、主軸回転数と送り速
度とを出力変数として設定されているファジィ推論ルー
ルを使用して主軸回転数と送り速度をファジィ推論によ
り推定する切削条件ファジィ推論手段を有し、前記切削
条件ファジィ推論手段による主軸回転数と送り速度の推
定値を前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に入力す
るものである。

【００１７】請求項９に記載の発明による工具交換時期
判定装置は、工具を装着されている主軸の回転数と送り
速度と主軸駆動トルクとワーク材質とを入力変数とし、
工具交換時期を出力変数として設定されているファジィ
推論ルールを使用して工具交換時期をファジィ推論によ
り推定する工具交換時期判定ファジィ推論手段を有し、
前記工具交換時期判定ファジィ推論手段によるファジィ
推論によって工具交換時期を判定するものである。

【００１８】請求項１０に記載の発明による工具交換時
期判定装置は、請求項９に記載の工具交換時期判定装置
において、主軸トルクを主軸モータの負荷電流値などよ
り検出する主軸トルク検出手段と、機械振動を検出する
振動検出手段と、前記主軸トルク検出手段により検出さ
れる主軸トルクの計測値と前記振動検出手段により検出
される機械振動の計測値とを入力変数とし、主軸回転数
と送り速度とワーク材質とを出力変数として設定されて
いるファジィ推論ルールを使用して主軸回転数と送り速
度とワーク材質とをファジィ推論により推定する切削条
件ファジィ推論手段を有し、前記切削条件ファジィ推論
手段による主軸回転数と送り速度とワーク材質の推定値
を前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に入力するも
のである。

【００１９】請求項１１に記載の発明による工具交換時
期判定装置は、請求項８または１０に記載の工具交換時
期判定装置において、ファジィ推論に使用する主軸トル
クと機械振動は主軸トルク計測値の変動が所定値以下の
区間における実効値であるものである。

【００２０】請求項１２に記載の発明による工具交換時
期判定装置は、請求項７〜１１の何れかに記載の工具交
換時期判定装置において、ファジィ推論ルールとラベル
名称は全使用工具で共通とし、ファジィ推論のメンバー
シップ関数は使用工具毎に個別に設定されているもので
ある。

【００２１】また、上述の目的を達成するために、請求
項１３に記載の発明による工具交換時期警告装置は、請
求項７〜１２の何れかに記載の工具交換時期判定装置に
よる工具交換時期判定の推論結果に応じて警告処理を行
う警告処理手段を有しているものである。

【００２２】警告処理手段による警告処理には、メッセ
ージ表示、警告灯の点灯、警報などがある。

【００２３】また、上述の目的を達成するために、請求
項１４に記載の発明による工具交換時期制御信号出力装
置は、請求項７〜１２の何れかに記載の工具交換時期判
定装置による工具交換時期判定の推論結果に応じて工作
機械の制御装置に代替工具を使用するイベント指令を出
力するものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００２５】図１はこの発明による工具交換時期判定装
置、工具交換時期警告装置、工具交換時期制御信号出力
装置を有する工作機械の一つの実施の形態を示してい
る。図１において、１は主軸頭を、３はベットを、５は
ワークテーブルを各々示している。

【００２６】主軸頭１には主軸モータ７によって回転駆
動される主軸９が設けられており、主軸９には、工具交
換装置５１によって工具１１を交換可能に装着される。

【００２７】ワークテーブル５は、べット３上に軸移動
可能に設けられ、サーボモータ１３により軸駆動され
る。ワークテーブル５にはワーク取付治具１５によって
ワークＷが固定搭載されている。

【００２８】数値制御装置２１は、加工プログラム解析
部２３と、加工プログラム解析部２３により解析された
主軸回転速度指令に基づいて主軸９の回転速度、換言す
れば主軸モータ７の回転数を制御する主軸回転速度制御
部２５と、加工プログラム解析部２３により解析された
ワークテーブル５の軸移動速度指令、すなわち送り速度
指令に基づいて送り速度、換言すればサーボモータ１３
の回転数を制御する送り速度制御部２７とを有してい
る。主軸回転速度制御部２５は主軸トルクの計測値を出
力することができる。

【００２９】工具交換時期判定装置３１は、切削条件フ
ァジィ推論手段３３と、工具交換時期判定ファジィ推論
手段３５とを有している。

【００３０】切削条件ファジィ推論手段３３は、主軸回
転速度制御部２５より主軸トルクの計測値を入力すると
共に、主軸頭１に取り付けられた振動センサ３６より機
械振動計測値（計測信号）を入力し、数値制御装置２１
の加工プログラム解析部２３より工具番号信号を入力
し、主軸トルクと機械振動の計測値とを入力変数とし、
主軸回転数と送り速度とワーク材質とを出力変数として
設定されているファジィ推論ルールを使用して主軸回転
数と送り速度とワーク材質をファジィ推論により推定す
る。

【００３１】切削条件ファジィ推論手段３３で使用する
主軸トルクと機械振動の計測値は実効値演算部３７によ
って実効値演算されたものである。実効値演算部３７
は、主軸回転下において所定時間（３秒程度）以上のデ
ータ取り込みを行い、取り込み計測データにおける主軸
トルクの変動が所定値（１０％程度）以下である時の主
軸トルクと機械振動の計測値の実効値（ＲＭＳ値）を算
出する。図２は主軸トルクと機械振動の計測値の生デー
タを、図３はＲＭＳ処理後の主軸トルクと機械振動の計
測値を各々示している。

【００３２】この切削条件（主軸回転数，送り速度，ワ
ーク材質）のファジィ推論におけるファジィ推論ルール
とラベル名称は全使用工具で共通とし、ファジィ推論の
メンバーシップ関数は使用工具毎に予め個別に設定さ
れ、切削条件ファジィ推論手段３３は数値制御装置２１
よりの工具番号信号の入力により、使用工具に応じたメ
ンバーシップ関数を設定する。

【００３３】エンドミル切削における主軸トルクと機械
振動とを変数とした主軸回転数Ｓと送り速度Ｆとの組み
合わせによるファジィ集合は図４、図５に示されている
ようになり、また主軸トルクと機械振動とを変数とした
所定主軸回転数、送り速度におけるワーク材質のファジ
ィ集合は図６に示されているようになることが、実験に
より見い出すことができる。

【００３４】図４はワーク材質がＳＭ５０である場合の
主軸回転数と送り速度との組み合わせによるファジィ集
合を示しており、Ａは主軸回転数Ｓ６００，送り速度Ｆ
１００のファジィ集合、Ｂは主軸回転数Ｓ６００，送り
速度Ｆ８０のファジィ集合、Ｃは主軸回転数Ｓ５００，
送り速度Ｆ１００のファジィ集合、Ｄは主軸回転数Ｓ４
００，送り速度Ｆ１００のファジィ集合である。

【００３５】図５はワーク材質がＳＳ４００である場合
の主軸回転数と送り速度との組み合わせによるファジィ
集合を示しており、Ｅは主軸回転数Ｓ６００，送り速度
Ｆ１００のファジィ集合、Ｅは主軸回転数Ｓ５００，送
り速度Ｆ１００のファジィ集合である。

【００３６】図６は主軸回転数Ｓ６００，送り速度Ｆ１
００である場合のワーク材料のファジィ集合を示してお
り、ＧはＳＭ５０のファジィ集合、ＨはＳＳ４００のフ
ァジィ集合である。

【００３７】これらのファジィ集合分けはクラスタ分析
により数理的に行うことができ、これによりファジィ推
論のメンバシップ関数を設定する。

【００３８】切削条件のファジィ推論ルールは、たとえ
ば、１０個のファジィラベル（ＶＳ，ＳＳ，Ｓ，ＭＳ，
Ｍ，ＭＬ，ＭＭＬ，Ｌ，ＬＬ，ＶＬ）により６ルール、
下記のように設定される。なお、ｖｉｂは機械振動、ｔ
ｒｑは主軸トルク、ｓｄｒｖは主軸回転数、ｆｄｒｖは
送り速度、ｍａｔｅはワーク材質である。

【００３９】ルール１；ｉｆ（ｖｉｂ＝ＭＳ）＆（ｔｒｑ＝ＬＬ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝ＭＳ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ）ルール２；ｉｆ（ｖｉｂ＝ＭＬ）＆（ｔｒｑ＝Ｍ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝ＭＬ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ）ルール３；ｉｆ（ｖｉｂ＝ＭＳ）＆（ｔｒｑ＝ＳＳ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝ＭＳ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ）ルール４；ｉｆ（ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝ＭＭＬ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ）ルール５；ｉｆ（ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝Ｌ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＳ）ルール６；ｉｆ（ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝Ｍ）ｔｈｅｎ（ｓｄｒｖ＝ＭＬ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＳ）図７は、切削条件のファジィ推論におけるメンバーシッ
プ関数の一例を示している。

【００４０】切削条件の確定値演算は、各ルールの推論
結果を重ね合わせて出力のメンバーシップ関数値を取得
し、これの重心演算などにより行うことができる。

【００４１】工具交換時期判定ファジィ推論手段３５
は、主軸トルクあるいはそれのＲＭＳ値と切削条件ファ
ジィ推論手段３３によるファジィ推論により推定された
主軸回転数と送り速度とワーク材質とを入力変数とし、
工具交換時期を出力変数として設定されているファジィ
推論ルールを使用して工具交換時期をファジィ推論によ
り推定する。

【００４２】工具交換時期判定ファジィ推論手段３５に
対する入力変数の値が不適合の場合には、再データ取得
等の再確認を行い、アラーム出力を数値制御装置２１へ
出力し、機械停止を行う。入力変数の適合、不適合の判
定は、切削加工データよりメンバシップ関数を作成する
過程で判る正常切削条件範囲と工具メータからの工具毎
の推奨加工条件より行うことができる。

【００４３】なお、工具交換時期判定ファジィ推論手段
３５で使用する主軸トルクの計測値は実効値演算部３７
によって実効値演算されたＲＭＳ値、あるいはそのまま
の計測値である。

【００４４】この工具交換時期のファジィ推論における
ファジィ推論ルールとラベル名称は全使用工具で共通と
し、ファジィ推論のメンバーシップ関数は使用工具毎に
予め個別に設定され、工具交換時期判定ファジィ推論手
段３５は数値制御装置２１よりの工具番号信号の入力に
より、使用工具に応じたメンバーシップ関数を設定す
る。

【００４５】所定のワーク材質、主軸回転数、送り速度
によるエンドミル切削における主軸トルクと機械振動と
を変数とした工具正常とチッピングのファジィ集合は図
８、図９に示されているようになることが、実験により
見い出すことができる。

【００４６】図８はワーク材質ＳＭ５０，主軸回転数Ｓ
６００、送り速度Ｆ１００における工具正常とチッピン
グのファジィ集合を示しており、Ｉは工具正常のファジ
ィ集合、Ｊはチッピングのファジィ集合である。

【００４７】図９はワーク材質ＳＭ５０，主軸回転数Ｓ
５００、送り速度Ｆ１００における工具正常とチッピン
グのファジィ集合を示しており、Ｋは工具正常のファジ
ィ集合、Ｌはチッピングのファジィ集合である。

【００４８】これらのファジィ集合分けもクラスタ分析
により数理的に行うことができ、これによりファジィ推
論のメンバシップ関数を設定する。

【００４９】工具交換時期判定のファジィ推論ルール
は、たとえば、１５個のファジィラベル（ＶＳ，ＳＳ，
Ｓ，ＭＳ，Ｍ，ＭＬ，Ｌ，ＬＬ，ＶＬ，ＨＳ，ＨＬ，Ｈ
Ｓ２，ＨＬ２，ＨＳ４，ＨＬ４）により４ルール、下記
のように設定される。なお、ｔｒｑは主軸トルク、ｓｄ
ｒｖは主軸回転数、ｆｄｒｖは送り速度、ｍａｔｅはワ
ーク材質、ｃｎｄは工具の交換時期である。

【００５０】ルール１；ｉｆ（ｓｄｒｖ＝ＭＬ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ＝ＨＳ２）ｔｈｅｎ（ｃｎｄ＝ＨＳ）ルール２；ｉｆ（ｓｄｒｖ＝ＭＬ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ＝ＨＬ２）ｔｈｅｎ（ｃｎｄ＝ＨＬ）ルール３；ｉｆ（ｓｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ＝ＨＳ４）ｔｈｅｎ（ｃｎｄ＝ＨＳ）ルール４；ｉｆ（ｓｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ＝ＨＬ４）ｔｈｅｎ（ｃｎｄ＝ＨＬ）図１０〜図１３は、工具交換時期判定のファジィ推論に
おけるメンバーシップ関数の一例を示している。

【００５１】工具交換時期の確定値演算も、各ファジィ
推論ルールの推論結果を重ね合わせて出力のメンバーシ
ップ関数を取得し、これの重心演算などにより行うこと
ができる。これにより、各種加工条件において工具交換
時期の判定が的確に行われるようになる。

【００５２】工具交換時期判定ファジィ推論手段３５は
工具交換時期の確定値を警告処理手段３９と工具交換時
期制御信号出力手段４１とに出力する。

【００５３】警告処理手段３９は、工具交換時期判定フ
ァジィ推論手段３５が出力する工具交換時期の確定値に
より、工具交換時期判定時には、表示器４３に工具交換
時期が到来したことを示すメツセージを画面表示し、警
報器４５を警報出力動作させ、警告灯４７を点灯させる
動作の少なくとも一つを行う。

【００５４】これにより、工具交換時期が到来したこと
をオペレータに的確に知らせることができる。

【００５５】工具交換時期制御信号出力手段４１は、工
具交換時期判定ファジィ推論手段３５が出力する工具交
換時期の確定値により、工具交換時期判定時には、イベ
ント指令として代替工具を使用する指令を数値制御装置
２１に出力する。

【００５６】これにより、工具交換時期が到来すれば、
代替工具が自動的に使用されるようになる。

【００５７】上述の実施の形態では、まず、切削条件フ
ァジィ推論手段３３によって主軸回転数、送り速度、ワ
ーク材質を推定し、この後に工具交換時期判定ファジィ
推論手段３５によって工具交換時期を判定する。

【００５８】切削条件ファジィ推論手段３３による主軸
回転数、送り速度、ワーク材質の推定と、工具交換時期
判定ファジィ推論手段３５による工具交換時期の判定
は、空回転（エアカット）工程後の実切削中に行われ、
空回転工程と実切削工程とは、機械振動と主軸トルクよ
り判別することができる。またこれ以外に、主軸回転数
を主軸モータ７に付随している回転数センサより取り込
み、主軸回転数が指令値の５０％程度以上になれば、デ
ータの取り込みを開始して切削条件ファジィ推論手段３
３による主軸回転数、送り速度、ワーク材質の推定と、
工具交換時期判定ファジィ推論手段３５による工具交換
時期の判定を行うこともできる。

【００５９】なお、同一材質のワークしか使用しない場
合などでは、工具交換時期判定のファジィ推論におい
て、ワーク材質は入力変数より省略されてよい。

【００６０】また、主軸回転数、送り速度等の切削条件
を数値制御装置２１より取得できる場合には、切削条件
は切削条件ファジィ推論手段３３による推定値を使用す
る必要はなく、切削条件ファジィ推論手段３３を省略す
ることができる。

【００６１】以上に於ては、この発明を特定の実施の形
態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定
されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施
の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１、７に記載の工具交換時期判定方法および装置によれ
ば、工具を装着されている主軸の回転数と送り速度と主
軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時期を出力変
数としてファジィ推論ルールを設定し、ファジィ推論に
よって工具交換時期を判定するから、各種加工条件にお
いて工具交換時期の判定が的確に行われるようになる。

【００６３】請求項２、８に記載の工具交換時期判定方
法および装置によれば、主軸トルクを主軸モータの負荷
電流などより検出し、機械振動を振動センサより検出
し、主軸トルクおよび機械振動の計測値を入力変数と
し、主軸回転数と送り速度とを出力変数としてファジィ
推論ルールを設定し、ファジィ推論によって主軸回転数
と送り速度とを推定し、主軸回転数と送り速度の推定値
と主軸トルクの計測値とを工具交換時期判定のファジィ
推論における入力変数とするから、工具交換時期判定の
ファジィ推論において主軸回転数と送り速度を数値制御
装置等より別途取り込み必要がなく、主軸回転数と送り
速度のデータを出力する出力部を数値制御装置に追加す
る改造を行う必要がない。

【００６４】請求項３、９に記載の工具交換時期判定方
法および装置によれば、工具を装着されている主軸の回
転数と送り速度と主軸駆動トルクとワーク材質を入力変
数とし、工具交換時期を出力変数としてファジィ推論ル
ールを設定し、ファジィ推論によって工具交換時期を判
定するから、ワーク材質を含む各種加工条件において工
具交換時期の判定が的確に行われるようになる。

【００６５】請求項４、１０に記載の工具交換時期判定
方法および装置によれば、主軸トルクを主軸モータの負
荷電流などより検出し、機械の振動を振動センサより検
出し、主軸トルクおよび機械振動の計測値を入力変数と
し、主軸回転数と送り速度とワーク材質とを出力変数と
してファジィ推論ルールを設定して推論によって主軸回
転数と送り速度とワーク材質とを推定し、主軸回転数と
送り速度とワーク材質の推定値と主軸トルクの計測値と
を工具交換時期判定のファジィ推論における入力変数と
するから、工具交換時期判定のファジィ推論において主
軸回転数と送り速度、ワーク材質を数値制御装置等より
別途取り込み必要がなく、数値制御装置に主軸回転数と
送り速度、ワーク材質のデータを出力する出力部を追加
する改造を行う必要がない。

【００６６】請求項５、１１に記載の工具交換時期判定
方法および装置によれば、ファジィ推論に使用する主軸
トルクと機械振動は主軸トルク計測値の変動が所定値以
下の区間における実効値であるから、一時的な主軸トル
クや機械振動の変動により、誤った加工条件のファジィ
推論や工具交換時期判定のファジィ推論が行われること
が回避され、信頼性が高い工具交換時期判定が行われる
ようになる。

【００６７】請求項６、１２に記載の工具交換時期判定
方法および装置によれば、ファジィ推論ルールとラベル
名称は全使用工具で共通で、ファジィ推論のメンバーシ
ップ関数が使用工具毎に個別に設定されるから、各種加
工条件における工具交換時期の判定において数多くのフ
ァジィ推論ルールを設定する必要がなく、各種加工条件
における工具交換時期の判定が的確に行われる。

【００６８】請求項１３に記載の工具交換時期警告装置
によれば、請求項７〜１２の何れかに記載の工具交換時
期判定装置による工具交換時期判定の推論結果に応じて
警告処理を行うから、工具交換時期が到来したことをオ
ペレータに的確に知らせることができる。

【００６９】請求項１４に記載の工具交換時期制御信号
出力装置によれば、請求項７〜１２の何れかに記載の工
具交換時期判定装置による工具交換時期判定の推論結果
に応じて工作機械の制御装置に代替工具を使用するイベ
ント指令を出力するから、工具交換時期が到来すれば、
代替工具が自動的に使用されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による工具交換時期判定装置、工具交
換時期警告装置、工具交換時期制御信号出力装置を有す
る工作機械の一つの実施の形態をブロック線図である。

【図２】主軸トルクと機械振動の計測値の生データを示
すグラフである。

【図３】ＲＭＳ処理後の主軸トルクと機械振動の計測値
を示すグラフである。

【図４】主軸トルクと機械振動とによる加工条件（主軸
回転数と送り速度）のファジィ集合を示すグラフであ
る。

【図５】主軸トルクと機械振動とによる別の加工条件
（主軸回転数と送り速度）のファジィ集合を示すグラフ
である。

【図６】主軸トルクと機械振動とによるワーク材質のフ
ァジィ集合を示すグラフである。

【図７】加工条件のファジィ推論におけるメンバシップ
関数を示すグラフである。

【図８】主軸トルクと機械振動とによる工具正常とチッ
ピングのファジィ集合を示すグラフである。

【図９】主軸トルクと機械振動とによる工具正常とチッ
ピングのファジィ集合を示すグラフである。

【図１０】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１１】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１２】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１３】工具交換時期判定のファジィ推論における出
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【符号の説明】

１主軸頭３ベット５ワークテーブル７主軸モータ９主軸１１工具１３サーボモータ１５ワーク取付治具２１数値制御装置２３加工プログラム解析部２５主軸回転速度制御部２７送り速度制御部３１工具交換時期判定装置３３切削条件ファジィ推論手段３５工具交換時期判定ファジィ推論手段３７実効値演算部３９警告処理手段４１工具交換時期制御信号出力手段４３表示器４５警報器４７警告灯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具を装着されている主軸の回転数と送
り速度と主軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時
期を出力変数としてファジィ推論ルールを設定し、ファ
ジィ推論によって工具交換時期を判定することを特徴と
する工具交換時期判定方法。
【請求項２】主軸トルクを主軸モータの負荷電流など
より検出し、機械振動を振動センサより検出し、主軸ト
ルクおよび機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回転
数と送り速度とを出力変数としてファジィ推論ルールを
設定し、ファジィ推論によって主軸回転数と送り速度と
を推定し、主軸回転数と送り速度の推定値と主軸トルク
の計測値とを工具交換時期判定のファジィ推論における
入力変数とすることを特徴とする請求項１に記載の工具
交換時期判定方法。
【請求項３】工具を装着されている主軸の回転数と送
り速度と主軸駆動トルクとワーク材質とを入力変数と
し、工具交換時期を出力変数としてファジィ推論ルール
を設定し、ファジィ推論によって工具交換時期を判定す
ることを特徴とする工具交換時期判定方法。
【請求項４】主軸トルクを主軸モータの負荷電流など
より検出し、機械の振動を振動センサより検出し、主軸
トルクおよび機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回
転数と送り速度とワーク材質とを出力変数としてファジ
ィ推論ルールを設定して推論によって主軸回転数と送り
速度とワーク材質とを推定し、主軸回転数と送り速度と
ワーク材質の推定値と主軸トルクの計測値とを工具交換
時期判定のファジィ推論における入力変数とすることを
特徴とする請求項３に記載の工具交換時期判定方法。
【請求項５】ファジィ推論に使用する主軸トルクと機
械振動は主軸トルク計測値の変動が所定値以下の区間に
おける実効値であることを特徴とする請求項２または４
に記載の工具交換時期判定方法。
【請求項６】ファジィ推論ルールとラベル名称は全使
用工具で共通とし、ファジィ推論のメンバーシップ関数
は使用工具毎に個別に設定することを特徴とする請求項
１〜５の何れかに記載の工具交換時期判定方法。
【請求項７】工具を装着されている主軸の回転数と送
り速度と主軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時
期を出力変数として設定されているファジィ推論ルール
によって工具交換時期をファジィ推論により推定する工
具交換時期判定ファジィ推論手段を有し、前記工具交換
時期判定ファジィ推論手段によるファジィ推論によって
工具交換時期を判定することを特徴とする工具交換時期
判定装置。
【請求項８】主軸トルクを主軸モータの負荷電流より
検出する主軸トルク検出手段と、機械振動を検出する振
動検出手段と、前記主軸トルク検出手段により検出され
る主軸トルクの計測値と前記振動検出手段により検出さ
れる機械振動の計測値とを入力変数とし、主軸回転数と
送り速度とを出力変数として設定されているファジィ推
論ルールによって主軸回転数と送り速度をファジィ推論
により推定する切削条件ファジィ推論手段を有し、前記
切削条件ファジィ推論手段による主軸回転数と送り速度
の推定値を前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に入
力することを特徴とする請求項７に記載の工具交換時期
判定装置。
【請求項９】工具を装着されている主軸の回転数と送
り速度と主軸駆動トルクとワーク材質とを入力変数と
し、工具交換時期を出力変数として設定されているファ
ジィ推論ルールを使用して工具交換時期をファジィ推論
により推定する工具交換時期判定ファジィ推論手段を有
し、前記工具交換時期判定ファジィ推論手段によるファ
ジィ推論によって工具交換時期を判定することを特徴と
する工具交換時期判定装置。
【請求項１０】主軸トルクを主軸モータの負荷電流値
などより検出する主軸トルク検出手段と、機械振動を検
出する振動検出手段と、前記主軸トルク検出手段により
検出される主軸トルクの計測値と前記振動検出手段によ
り検出される機械振動の計測値とを入力変数とし、主軸
回転数と送り速度とワーク材質とを出力変数として設定
されているファジィ推論ルールを使用して主軸回転数と
送り速度とワーク材質とをファジィ推論により推定する
切削条件ファジィ推論手段を有し、前記切削条件推論手
段による主軸回転数と送り速度とワーク材質の推定値を
前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に入力すること
を特徴とする請求項８に記載の工具交換時期判定装置。
【請求項１１】ファジィ推論に使用する主軸トルクと
機械振動は主軸トルク計測値の変動が所定値以下の区間
における実効値であることを特徴とする請求項８または
１０に記載の工具交換時期判定装置。
【請求項１２】ファジィ推論ルールとラベル名称は全
使用工具で共通とし、メンバーシップ関数は使用工具毎
に個別に設定されていることを特徴とする請求項７〜１
１の何れかに記載の工具交換時期判定装置。
【請求項１３】請求項７〜１２の何れかに記載の工具
交換時期判定装置による工具交換時期判定の推論結果に
応じて警告処理を行う警告処理手段を有していることを
特徴とする工具交換時期警告装置。
【請求項１４】請求項７〜１２の何れかに記載の工具
交換時期判定装置による工具交換時期判定の推論結果に
応じて工作機械の制御装置に代替工具を使用するイベン
ト指令を出力することを特徴とする工具交換時期制御信
号出力装置。