JPS6125754A - 工具折損検出装置 - 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】 ＪＬｌ上生机朋分豆 本発明は工具折損検出装置に関するものであり、更に詳
しくは公知の電気的な導通もしくは超音波領域の材料破
壊信号による折損検出方法では工具の折損を検出するこ
とが不可能な主軸構造、例えば静圧空気軸受により非接
触状態に支承せられた主軸系に利用し得る工具折損検出
装置に関するものである。

従来■且皿 工作機械の主軸に装着された工具の折損検出手段として
、電気的な導通を利用して工具とワークとの接触の有無
を検知する方法や超音波（例えばアコースティック・エ
ミッシヨン）領域の材料破壊信号を折損検出信号として
利用する方法等が実用化されている。

しかしながら上記の工具折損の検出手段に於いては、電
気的な導通もしくは超音波信号の伝播が主として金属材
料内で行われるため、近時汎用化されつつある静圧空気
軸受によって支承された超高速主軸に於いては工具折損
の検出が実質上不可能になる。即ち、静圧空気軸受を介
して回転自在に支承された主軸系に於いては、主軸その
ものが主軸頭に対して静圧空気軸受により非接触支持さ
れているため、電気的導通もしくは超音波信号の伝播が
殆ど不可能となり、工具折損の検出機能が実質上失われ
る。

■（゛べ 本発明の主要な目的は、近年、ワークの切削速度ならび
に加工精度を向上せしめる目的で多用されている静圧空
気軸受を備えた超高速主軸に装着し得る工具折損の検出
装置を提供することにある。

本発明の他の主要な目的は、公知の超音波領域の材料破
壊信号もしくは電気的な導通を利用する工具折損の検出
装置に認められた実用上の制約を全面的に解消し得る、
ワーク加工時の負蒲トルクによる主軸回転速度の低下の
有無を検出信号として使用する工具折損の検出装置を提
供することにある。

゛　　ための 上記目的に鑑みて本発明は、工作機械の主軸（１）と主
軸本体（２）との間に非接触の回転速度検出機構（３）
、（４）、（５）を形成してなる速度検出器（６）と、
該非接触式速度検出器に順次直列接続された減算器（８
）ならびに速度信号の比較回路（９）と、前記減算器（
８）に接続された無負荷回転速度信号の設定器（１０）
と、前記速度信号の比較回路（９）に接続されたしきい
値設定回路（１１）とからなる、工具折損検出装置を要
旨とするものである。

また本発明の好適な実施態様に於いては、前記工作機械
の主軸（１）が、静圧空気軸受（１２）を介して主軸本
体（２）内に回転自在に支持されている。

１乙施−例 第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線図
であり、第２図は比較回路に表れた出力信号の波形を例
示する直交座標線図である。これらの図面に於いて主軸
本体（２）内には、主軸（１）に対しラジアル軸受とし
て機能する多孔質金属材料製の第１の静圧空気軸受部材
（１２ａ）、（１２ｂ）および該主軸に対しスラスト軸
受として機能する前記同様の材料から製せられた第２の
静圧空気軸受部材（１２Ｇ）、（１２ｄ）からなる静圧
空気軸受（１２）と、上記のそれぞれの空気軸受部材に
対して圧縮空気を供給するための導通孔（１３）、（１
４）が配設されている、主軸（１）は、上記の複数個の
静圧空気軸受部材によって回転自在に支持され、同時に
主軸本体（２）に対して非接触状態を維持して位置決め
されている。主軸（１）の側胴部には複数個のタービン
ポケット（１４）を有するタービン（Ｉ５）が主軸（１
）と軸心を一致させて設けられており、主軸（１）は、
前記タービンボケッ１−０４）に対向するように主軸本
体（２）の（７）胴部円周上に穿設された複数個のノズ
ル（１６）から噴出する圧縮空気をタービン（１５）内
に導入することにより高速度、例えば毎分５ｏｏｏｏ回
転にも及ぶ高速度で回転駆動される。主軸（１）には常
法に従いコレット（１７）を介して切削工具（１８）　
、例えばドリルが固着されており、この切削工具（１８
）に主軸（１）を介して回転駆動力を伝達することによ
りワークの加工が行われる。

本発明に於いては主軸（１）の基端部に、同心円上に略
等間隔に矩形波信号出力用の穴（４）を穿設してなる円
板（３）を固着し、これに対応して主軸本体（２）の端
壁部分には前記穴（４）の回転移動軌跡上に位置するよ
うにディジタル出力形式の位置検出！Ｓ　（５）を固着
している。これらの回転速度検出機構（３）、（４）、
（５）から構成された速度検出器（６）は、主軸（１）
と主軸本体（２）との間で非接触状態を維持しながら主
軸（１）の回転速度を検出するものであるが、代替手段
として上記同様の機能を有する（七の速度検出手段、例
えば主軸（１）に直結されたロータリーエンコーダある
いは回転速度検出装置として公知のタコメータ・ジェネ
レータ等を使用することも可能である。

本発明装置に於いて主軸（１）が無負荷で回転している
場合には、位置検出器（５）からは主軸（１）の回転数
と円板（３）に穿設された穴（４）の数との積に対応し
た矩形波信号が一定の周期で出力される。ワークの加工
時に切削抵抗の増加に伴って主軸（１）の回転速度が低
下すると、矩形波信号の出力周期が回転速度の低下に対
応して長（なる。この矩形波信号は、周波数／電圧変換
器（７）によりアナログ信号に変換される。尚、位置検
出器（５）としてアナログ出力形式のセンサを使用した
場合には、周波数／電圧変換器（７）の設置は省略する
ことができる。

無負荷回転時の基準出力（■０）を設定するための無負
荷回転速度信号の設定器（１０）からの出力と、周波数
／電圧変換器（７）から出力された回転速度信号（Ｖ）
とは、減算器（８）にて差し引き演算され、該減算！１
（８）からは速度変動ΔＶ＝Ｖ−Ｖｏが出力される。こ
こで速度変動の算出手段として、上記周波数／電圧変換
器（７）の代わりに直流／交流変換器を使用することも
できるが、何れの実施態様に於いても、ワークの切削抵
抗が零の場合、即ち、主軸（１）が無負荷状態に置かれ
ている場合には、減Ｗ器（８）の出力は零となる。

減算器（８）の出力は、比較回路（９）に於いて、しき
い値設定回路（１１）に予め設定された負の値をとるし
きい電圧値（Ｖｒ）と比較される。比較回路（９）は、
アナログ・コンパレータ回路から構成されており、比較
演算結果がΔ■くＶｒであれば、切削工具（１８）に折
損を発生せしめることなくワークが正常に切削加工され
ており、これに伴う切削抵抗の増大により主軸（１）の
回転速度が低下しているものと判定される。一方、主軸
（１）の回転速度の低下が検知されない場合、即ち、比
較演算結果がΔ■＞Ｖｒである場合は、切削工具（１８
）が折損しワークの加工が中断しているものと判定され
、工具折損の出力信号が出力され、該出力信号により工
作機械の停止ならびに折損工具の交換が実施される。

第２図は無負荷状態に於ける主軸回転数が１８２４ＯＲ
ＰＭである場合の速度波形と、直径０．５ａ＋１１のド
リルによるワーク加工時の回転速度波形とを同一スケー
ルで表示したものであり、無負荷時に於ける回転速度変
動（回転速）は概ね３０１？ＰＭ稈度である。

第２図の例示から理解し得る如く、ワークの切削加工時
に於いては約４５ＯＲＰＭ程度の回転速度の低下が認め
られる。より具体的に説明すれば、点（Ａ）にて切削工
具（１８）がワークと接触し、該ワークへの切り込み量
が増大するにつれて主軸（１）の回転速度が次第に低下
し最下点（Ｂ＞に到達する。切削工具（１８）が前記最
下点（Ｂ）に対応する所定の深さ迄到達するとワークへ
の切り込みは終息するから切削負荷は殆どなくなり、こ
の後は切削工具（１８）の後退により主軸（１）の回転
数は徐々に回復し、無負荷時と同一の回転数を示す点（
Ｃ）に復帰する。

第２図に於いて、しきい値Ｖｒを設定することにより、
ワークの加工条件が適正であるか否かが、即ち工具折損
の有無が第１図に示す検出装置により確認される。一方
、先行加工工程に於いて折損した切削工具（１８）を交
換せずにそのまま使用した場合には、回転速度波形は第
２図に点線で表示するように略水平な直線となり、折損
検知信号が出力される。またワークの加工途上で切削工
具（１８）が折損した場合には、回転速度波形は第２図
に二点鎖線で表示するように予め設定された最下点（Ｂ
）に到達することなく最初の回転数の水準に復帰する曲
線となり、この場合にも折損検知信号が出力される。

尚、この場合には、検出装置に切削予定区間（Ｒ）の範
囲内に於いて、回転速度の低下の有無を判別するための
補助的なゲート回路を組み入れる必要がある。

本発明装置は、自動化された数値制御工作機械、例えば
マシニングセンタに於いては、数値制御装置の補助信号
（Ｍ機能）を用いることによって、無負荷回転速度信号
ならびにしきい値の設定、出力信号の比較、あるいは更
に前記出力信号の比較による工具折損の有無の判定をす
べて自動的に実行することができる。尚、本発明の応用
例として、工具折損以外の原因による主軸（１）の回転
速度の低下あるいは停止を検知するための別のしきい値
（Ｖｅ）を設定することも可能であり、斯かる第２のし
きい値（Ｖｅ）により切削工具（１８）が過負荷状態に
あるか否かも検出することができる。

火皿Ω猜来 以上の説明から理解し得るように、本発明装置を採用す
ることによって、切削負荷による主軸回転速度の低下を
、予め設定された無負荷回転速度（ｆ５号の出力ならび
にしきい値と比較演算することにより、切削工具に折損
が発生したか否かを確実に検知することができる。本発
明装置は、特別のセンサを付設することなく工具折損を
検出することができるから、殆ど全てのタイプの工作機
械に通用可能である。即ち、電気的導通や超音波領域の
材料破壊信号を利用する工具折損の検知が実質上不可能
な主軸構造、例えば、静圧空気軸受によって非接触状態
に支持された主軸構造に於いても、本発明装置は工具折
損の検出精度を顕著に向上せしめることができる。従っ
て本発明装置は、公知の検出装置によっては検知不能と
されていた小径の切削工具、例えば直径１ｍｓ＋以下の
ドリル等に対しても優れた折損検出機能を発揮すること
ができる。また上記検出精度の向上に基づき、本発明装
置は、工具折損の検出以外の用途分野、例えば工具とワ
ークとの接触開始点の検出や工具摩耗の検出に於いても
良好な検出機能を発揮し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線図
であり、第２図は比較回路に表れた出力信号の波形を例
示する直交座標線図である。 （１）−・主軸、（２）−主軸本体、（６）速度検出器
、（７）−周波数／電圧変換器、（８”）　−減算器、
（９’）　−速度信号の比較回路、（１０）−無負荷回
転速度信号の設定器、（１１）舅　） Ｌ　−□− 手続補正書 昭和５９年１０月２４日 １、事件の表示 昭和５９年特許願第１４２０４９号 ２、発明の名称 工具折損検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称大阪機工株式会社 ４、代理人　畳５５０ 住　所　大阪府大阪市西区江戸Ｗ１１丁目１５番２６号
５、Ｍ正の対象　明細書および図面 １、明細書中、第５頁第８行および第１θ行〜第１１行 ［タービンポケット（１４）　Ｊを 「タービンポケット（１４°）」と補正する。 ■０図面中、第１図を別紙にて朱書して示すように補正
する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の主軸と主軸本体との間に非接触の回転
   速度検出機構を形成してなる速度検出器と、該非接触式
   速度検出器に順次直列接続された減算器ならびに速度信
   号の比較回路と、前記減算器に接続された無負荷回転速
   度信号の設定器と、前記速度信号の比較回路に接続され
   たしきい値設定回路とからなる、工具折損検出装置。
2. （２）前記工作機械の主軸が静圧空気軸受を介して主軸
   本体内に回転自在に支持されている、特許請求の範囲第
   １項記載の工具折損検出装置。