JPH1133882A - 工具折損判別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 工具の折損判別を、安価で精度よく行うこと
を可能にする。 【解決手段】 ワークを加工する工具による機械振動を
検出する加速度センサの振動データをフィルタを通して
高周波成分を除去し、ＡＤ変換器４を介してコンピュー
タに取り込む。この際、制御装置より出力される回転パ
ルス信号をトリガとして取り込むことによって、工具を
交換しない限り、常に同じ刃先位置（位相）で取り込み
が行われる。取り込んだ振動データは、周波数解析され
ることによって、各々の周波数成分に変換され、予め設
定した周波数範囲内の顕著なピークを取り出し、大きい
方から規定個数のピークのＹ方向の和を求め、Ｙ方向の
ピーク和を加工時間順に並べると、時間と共にピーク和
は増加しているので、これがしきい値を越えたとき、も
しくは時間の経過による変化のパターンから、工具刃先
状態を推定し、工具折損時期を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械に
おいて、工具の折損を判別する方法に係わるもので、工
作機械の自動化運転時に使用する技術に関する。

【０００２】

【従来技術】切削中の工具の折損を判別する方法には、
電動機の負荷電流が示す主軸のトルク値、あるいは主軸
の加工振動の振動レベル値を取り出し、これらの値が一
定のしきい値を越えたとき工具が折損したと判断する方
法、また工具の累積使用時間で工具折損時期を判定する
方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら主軸のト
ルク値を検出する方法は、モータや動力伝達系等の比較
的慣性の大きい要素を介して切削状態を検知するため、
高い測定精度を必要とし、測定装置も高価である。また
加工振動を利用する方法は、振動波形をそのまま利用す
ることはできず、振動波形を解析して特徴を取り出し、
この値から折損時期を判定する。一例として、図４に示
すように振動波形を振動レベル値に変換し、この値が一
定のしきい値を越えたときを折損時期と判定する方法が
ある。しかし、振動レベル値は、加工条件によって
（ａ），（ｂ）の如く大きく相違し、しきい値の設定が
難しく、一般にはあまり信頼性がない。

【０００４】なお（ａ）は加工時間に対して振動レベル
値が徐々に上昇し、折損状態と振動レベル値に相関があ
ると思われる場合、（ｂ）は加工時間に対して振動レベ
ル値が大きく変化し、折損状態と振動レベル値に相関が
ないと思われる場合であるが、共に１２ｍｉｎ近傍で折
損発生が見られる。

【０００５】更に工具累積使用時間による工具折損時期
を判定する方法は、使用時間と共に進行する折損に対し
ては有効であるが、偶発的に発生する折損等には対処で
きない。また安全のために、交換の累積使用時間を短く
設定するため、無駄があり、加工コストの上昇になる。

【０００６】本発明は、前述したような工具の折損判別
を、安価で精度よく行うことのできる工具折損判別方法
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による工具折損判別方法は切削中の機械振動信
号を、制御装置より出力される回転パルスをトリガとし
て工具の切刃が常に同じ位相のときに加速度センサにて
検出し、フィルタを通して機械振動信号の高周波数成分
を取り除き、高周波数成分を取り除いた残りの周波数解
析を行い、周波数解析の結果から、予め設定した周波数
範囲内の周波数に対応する強度のピーク値を取り出し、
ピーク値の和を求め、ピーク値の和が切削条件によって
異なる判定値を越えたとき、または時間の変動における
ピーク値の和の変動値が切削条件によって異なる判定値
を越えたとき、工具折損を判別する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態につき
各図を参照して説明する。 図１は、本発明の工具折損
判別方法の実施に使用される装置の一つの実施の形態を
示している。この装置は工作機械１、その制御装置２及
びコンピュータ３より構成されており、工作機械１はワ
ーク１１を搭載するテーブル１０、ワーク１１を加工す
る工具１３及び工具１３を保持する主軸頭１４とを有し
ており、主軸頭１４上には振動検知器としての加速度セ
ンサー１５が取り付けられている。次に折損判別に関す
るデータ処理について述べる。

【０００９】ワーク１１を加工する工具１３による機械
振動を検出する加速度センサ１５の振動データは、エリ
アジングを防止するアンチエリアジングフィルタ１２を
通して高周波（一例として１０００ヘルツ以上）成分を
除去され、ＡＤ変換器４を介してコンピュータ３に取り
込まれる。

【００１０】この際、制御装置２より出力される回転パ
ルス信号（１パルス／１回転）をトリガとして、先の振
動データがコンピュータ３に取り込まれることにより、
工具を交換しない限り、常に同じ刃先位置（位相）で取
り込みが行われる。なおエリアジングとは周波数解析の
最高周波数１０００ルツ以上の周波数成分が、１０００
ヘルツ以下に折り重なって現れる現象を言い、アンチエ
リアジングフィルタ１２を通すことによりこれを防止す
ることができる。

【００１１】取り込まれた振動データは、周波数解析さ
れることによって、各々の周波数成分に変換される。図
２は、二枚刃エンドミルの周波数解析結果である。この
解析結果から、予め設定した周波数範囲内の顕著なピー
クを取り出し、大きい方から規定個数（ここでは5 個）
のピークのＹ方向の和を求める。このピークは、主軸回
転数に工具の刃数を掛けた周波数と、その倍数のところ
に現れる。

【００１２】Ｙ方向のピーク和を加工時間順に並べると
図３のようになり、加工時間が進むにつれて、ピーク和
は増加している。また加工開始から６００秒経過したと
きに、急激にピーク和が増加し、その後は大きくばらつ
いている。切削加工中の観察では、６００秒付近から折
損が発生し、異音が発生しており、ワーク加工面の状態
も荒くなっている。このことから、ピーク和がしきい値
を越えたとき、もしくは時間の経過による変化のパター
ンから、工具刃先状態を推定し、工具折損時期を判定す
ることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、機械
振動の周波数解析結果からピークを検出して、このピー
ク和により、工具折損時期を判定することにより、工具
の信頼性が向上し、安価で精度よい工具折損判別を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用される装置の実施の形態を
示す図。

【図２】周波数解析結果と顕著なピークを示す図。

【図３】ピークの和と加工時間を示す図。

【図４】加工時間と振動レベル値を示す図。

【符号の説明】

１ 工作機械 ２ 制御装置 ３ コンピュータ ４ ＡＤ変換器 １１ ワーク １２ アンチエリアジングフィルタ １３ 工具 １４ 主軸頭 １５ 加速度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削中の機械振動信号を、制御装置より
   出力される回転パルスをトリガとして工具の切刃が常に
   同じ位相のときに振動検知器にて検出し、フィルタを通
   して機械振動信号の高周波数成分を取り除き、高周波数
   成分を取り除いた残りの周波数解析を行い、周波数解析
   の結果から、予め設定した周波数範囲内の周波数に対応
   する強度のピーク値を取り出し、ピーク値の和を求め、
   ピーク値の和が切削条件によって異なる判定値を越えた
   とき、または時間の変動におけるピーク値の和の変動値
   が切削条件によって異なる判定値を越えたとき、工具折
   損を判別する工具折損判別方法。