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JP3213725B2 - Method and apparatus for detecting machining state of machine tool, and cutting tool used therefor - Google Patents

Method and apparatus for detecting machining state of machine tool, and cutting tool used therefor

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Publication number
JP3213725B2
JP3213725B2 JP20372099A JP20372099A JP3213725B2 JP 3213725 B2 JP3213725 B2 JP 3213725B2 JP 20372099 A JP20372099 A JP 20372099A JP 20372099 A JP20372099 A JP 20372099A JP 3213725 B2 JP3213725 B2 JP 3213725B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
cutting
temperature sensor
cutting tool
detecting
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP20372099A
Other languages
Japanese (ja)
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JP2001030142A (en
Inventor
秀憲 新野
等 橋詰
Original Assignee
東京工業大学長
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京工業大学長 filed Critical 東京工業大学長
Priority to JP20372099A priority Critical patent/JP3213725B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、切削機等の工作機
械の加工状態検出方法および装置、並びにそれに用いる
切削工具に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for detecting a machining state of a machine tool such as a cutting machine, and a cutting tool used therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、生産システムに対する高精度化や
高能率化の要求が益々高まっているが、その反面では、
高度に自動化された生産システムを実際に陰で支える熟
練技能者や熟練技術者は、量的にも質的にも激減の一途
をたどっている。そのため、産業界では、在来生産シス
テムの機能を越えた知能化された生産システムを合理的
に実現することが要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for higher precision and higher efficiency of production systems.
The number of skilled technicians and skilled technicians who actually support highly automated production systems behind the scenes is declining both quantitatively and qualitatively. For this reason, there is a demand in the industry to rationally implement an intelligent production system that exceeds the functions of conventional production systems.

【0003】このような次世代生産環境を実現するため
には、生産システムにおける中核加工機能である切削機
や加工装置等の工作機械の稼動状態を含む加工状態を高
精度かつインプロセスで認識可能な高性能モニタリング
技術を確立することが重要な課題となっている。特に、
各種外乱からの影響を排除して高能率に超精密加工を実
現するためには、高性能インプロセスモニタリング技術
を確立することが必要不可欠である。
In order to realize such a next-generation production environment, it is possible to accurately and in-process recognize the machining state including the operating state of a machine tool such as a cutting machine or a machining apparatus, which is a core machining function in a production system. Establishing high-performance monitoring technology has become an important issue. In particular,
It is essential to establish high-performance in-process monitoring technology in order to achieve highly efficient ultra-precision machining while eliminating the effects of various disturbances.

【0004】このような観点から、従来、工具取付台に
AE(アコースティック・エミッション)センサや水晶
圧電素子を有する切削動力計を組込んで、加工状態、例
えば工具の欠損、摩耗、びびり振動の発生などを検出す
る研究が、研究室レベルで単発的に行われている。
[0004] From such a viewpoint, conventionally, an AE (acoustic emission) sensor or a cutting dynamometer having a crystal piezoelectric element is incorporated in a tool mount to generate a machining state, for example, occurrence of chipping, wear, and vibration of the tool. Research to detect such things has been performed sporadically at the laboratory level.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、AEセ
ンサを用いる場合には、工具欠損や工具摩耗の発生や進
展に伴って生じる工具材料の微小破壊に起因する微弱な
音響信号を検出することが困難であること、また、水晶
圧電素子を用いる場合には、加工中の微小な切削力の変
化を安定して検出することが困難であること、並びに、
いずれの場合にも、各種外乱に対象とする微弱な信号が
埋もれてしまうことから、大きな破壊や摩耗の監視にし
か対応できない。また、いずれの場合においても、微小
切削領域を対象とする超精密加工においては、信号レベ
ルが微弱で、外乱の影響を受けることから認識精度が低
く、加工中の様々な状態変化の認識への適用が困難であ
る。このようなことから、いずれの場合も研究室レベル
の基礎研究に留まり、実際に加工現場への適用は行われ
ていない。
However, in the case of using an AE sensor, it is difficult to detect a weak acoustic signal caused by a minute breakage of a tool material caused by the occurrence or progress of tool loss or tool wear. In addition, when using a quartz crystal element, it is difficult to stably detect a small change in the cutting force during processing, and,
In any case, since a weak signal targeted for various disturbances is buried, it is only possible to monitor large destruction or wear. In any case, in ultra-precision machining for small cutting areas, the signal level is weak, and the accuracy of recognition is low because of the influence of disturbance. Difficult to apply. For these reasons, in any case, the research is limited to laboratory-level basic research and is not actually applied to the processing site.

【0006】そこで、本発明者らは、鋭意研究したとこ
ろ、切削加工中における切削工具の切れ刃近傍の温度
は、切り込み量、送り量等の加工条件や、びびり振動、
切り屑の絡まり、摩耗等の加工状態の微小な変化に応じ
て、その変化パターンが異なることを見出した。したが
って、各種加工状態での温度パターンを予め測定してお
けば、それらの温度パターンと実際の切削加工中におけ
る検出温度との比較に基づいて微小な加工状態変化を高
応答かつ高分解能で検出できることがわかった。
Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies and found that the temperature near the cutting edge of a cutting tool during cutting is affected by machining conditions such as a cutting depth and a feed length, chatter vibration,
It has been found that the change pattern is different depending on a minute change of a processing state such as entanglement of chips, abrasion and the like. Therefore, if temperature patterns in various machining states are measured in advance, it is possible to detect minute changes in machining state with high response and high resolution based on a comparison between those temperature patterns and the detected temperature during actual cutting. I understood.

【0007】本発明は、かかる点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、外乱に影響されること
なく、微小部位における微小な加工状態変化を高応答か
つ高分解能で検出できる工作機械の加工状態検出方法お
よび装置、並びにそれに用いる切削工具を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to detect a minute change in a machining state in a minute portion with high response and high resolution without being affected by disturbance. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting a machining state of a machine tool, and a cutting tool used for the method and apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項1に係る工作機械の加工状態検出方法の発明は、切削
工具の刃部の切れ刃近傍に、半導体製造プロセスで使用
される微細加工により矩形波状の所定のパターンの薄膜
状の白金測温抵抗体からなる単一の温度センサを形成
し、該温度センサにより切削加工中に上記切れ刃近傍の
温度を検出して、その検出温度および温度変化パターン
に基づいて工作機械の加工状態を検出することを特徴と
するものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a machining state of a machine tool, comprising the steps of: By forming a single temperature sensor consisting of a thin-film platinum resistance temperature detector of a rectangular wave-shaped predetermined pattern by, the temperature sensor detects the temperature near the cutting edge during cutting processing, the detected temperature and The processing state of the machine tool is detected based on the temperature change pattern.

【0009】さらに、上記目的を達成する請求項2に係
る工作機械の加工状態検出装置の発明は、切削工具の刃
部の切れ刃近傍に、半導体製造プロセスで使用される微
細加工により形成され、切削加工中に上記切れ刃近傍の
温度を検出する矩形波状の所定のパターンの薄膜状の白
金測温抵抗体からなる単一の温度センサと、この温度セ
ンサによる検出温度および温度変化パターンに基づいて
工作機械の加工状態を検出する加工状態検出手段とを有
することを特徴とするものである。
Further, the invention of a machine tool machining state detecting apparatus according to the second aspect of the present invention, which achieves the above object, is formed near a cutting edge of a blade portion of a cutting tool by micromachining used in a semiconductor manufacturing process. A single temperature sensor consisting of a thin-film platinum resistance temperature detector having a rectangular wave-like predetermined pattern for detecting the temperature in the vicinity of the cutting edge during cutting, and a temperature detected by the temperature sensor and a temperature change pattern. And a machining state detecting means for detecting a machining state of the machine tool.

【0010】さらに、上記目的を達成する請求項3に係
る切削工具の発明は、請求項1に記載の工作機械の加工
状態検出方法に用いる切削工具であって、刃部の切れ刃
近傍のすくい面上に、半導体製造プロセスで使用される
微細加工により形成された矩形波状の所定のパターンの
薄膜状の白金測温抵抗体からなる単一の温度センサを具
えることを特徴とするものである。
Further, the invention of a cutting tool according to a third aspect of the present invention, which achieves the above object, is a cutting tool used in the method for detecting a machining state of a machine tool according to the first aspect, wherein a rake near a cutting edge of a blade portion. On the surface, there is provided a single temperature sensor comprising a thin-film platinum resistance temperature detector having a rectangular wave-like predetermined pattern formed by micromachining used in a semiconductor manufacturing process. .

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る切
削工具の一例の構成を示すもので、図1(a)は平面
図、図1(b)は温度センサの拡大図である。この切削
工具1は、超精密加工に用いられる単結晶ダイヤモンド
工具で、刃部2の切れ刃(刃先)3の近傍のすくい面4
上に温度センサ5を設けたものである。この温度センサ
5は熱容量の小さいマイクロセンサで、半導体製造プロ
セスによって薄膜状に形成された、白金測温抵抗体から
なる矩形波状の測温部6と、その矩形波状の白金測温抵
抗体の両端にそれぞれ結合した白金測温抵抗体からなる
電極部7a,7bとを有している。なお、図1(a),
(b)において、工具全長L、刃先コーナR、刃先3か
ら測温部6の先端まで寸法a、測温部6の長さbおよび
幅c、測温部6における白金測温抵抗体の幅dおよび間
隔e、電極部7a,7bの長さfおよび幅gは、例え
ば、L=10.50mm、R=0.2mm、a=1.0
0mm、b=128μm、c=128μm、d=8μ
m、e=16μm、f=436μm、g=444μmと
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an example of a cutting tool according to the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is an enlarged view of a temperature sensor. This cutting tool 1 is a single crystal diamond tool used for ultra-precision machining, and a rake face 4 near a cutting edge (edge) 3 of a blade portion 2.
The temperature sensor 5 is provided thereon. The temperature sensor 5 is a microsensor having a small heat capacity, and is formed in a thin film shape by a semiconductor manufacturing process and has a rectangular wave-shaped temperature measuring portion 6 made of a platinum temperature measuring resistor, and both ends of the rectangular wave-shaped platinum temperature measuring resistor. And electrode portions 7a and 7b composed of platinum resistance temperature detectors respectively connected to the electrodes. In addition, FIG.
In (b), the total length L of the tool, the cutting edge corner R, the dimension a from the cutting edge 3 to the tip of the temperature measuring unit 6, the length b and the width c of the temperature measuring unit 6, the width of the platinum resistance temperature detector in the temperature measuring unit 6. The distance d, the distance e, the length f and the width g of the electrode portions 7a and 7b are, for example, L = 10.50 mm, R = 0.2 mm, and a = 1.0.
0 mm, b = 128 μm, c = 128 μm, d = 8 μ
m, e = 16 μm, f = 436 μm, and g = 444 μm.

【0015】図2(a)〜(h)は、図1に示した温度
センサ5の製造方法を説明する順次の工程図である。こ
こでは、センサパターンを電子ビーム描画によって形成
するため、ダイヤモンドが絶縁材料であることを考慮し
て、図2(a)に示すすくい面4上に、図2(b)に示
すように帯電防止用のアルミニウム薄膜11をスパッタ
により形成する。次に、レジスト膜12を形成して電子
ビーム描画装置でセンサパターンを描画した後、強アル
カリ性の現像液でエッチングして、図2(c)に示すよ
うに描画通りのパターンを形成する。なお、レジスト膜
12は、例えばベル研究所の開発によるNPR(New Po
sitive Resist)を用いて形成する。
FIGS. 2A to 2H are sequential process diagrams illustrating a method of manufacturing the temperature sensor 5 shown in FIG. Here, since the sensor pattern is formed by electron beam lithography, considering that diamond is an insulating material, antistatic as shown in FIG. 2B is formed on the rake face 4 shown in FIG. Aluminum thin film 11 is formed by sputtering. Next, after forming a resist film 12 and drawing a sensor pattern with an electron beam drawing apparatus, the resist pattern is etched with a strong alkaline developer to form a pattern as drawn as shown in FIG. The resist film 12 is made of, for example, NPR (New Po
(sitive Resist).

【0016】その後、図2(d)に示すようにスパッタ
により白金薄膜13を形成した後、リフトオフ法により
例えばメチルエチルケトンを用いて図2(e)に示すよ
うにセンサパターン部の白金薄膜以外の白金薄膜をレジ
スト膜12と同時に除去する。次に、センサパターン部
以外のアルミニウム薄膜11を、強アルカリ液を用いて
完全に除去して、図2(f)に示すような白金薄膜13
よりなるセンサパターンを得る。
After that, as shown in FIG. 2D, a platinum thin film 13 is formed by sputtering, and then a platinum film other than the platinum thin film of the sensor pattern portion is formed by a lift-off method using, for example, methyl ethyl ketone as shown in FIG. 2E. The thin film is removed simultaneously with the resist film 12. Next, the aluminum thin film 11 other than the sensor pattern portion is completely removed using a strong alkaline solution, and a platinum thin film 13 as shown in FIG.
To obtain a sensor pattern.

【0017】次に、図2(g)に示すようにセンサパタ
ーンの電極部7a,7bに銀ペースト14を用いて導線
15a,15bをそれぞれ接続した後、図2(h)に示
すようにセンサパターン部上に、例えばエポキシ樹脂よ
りなる保護層16を形成して温度センサ5を有する切削
工具1を完成させる。図3は、このようにして形成した
温度センサ5の光学顕微鏡写真である。
Next, as shown in FIG. 2 (g), after conducting wires 15a, 15b are respectively connected to the electrode portions 7a, 7b of the sensor pattern by using silver paste 14, the sensor pattern as shown in FIG. A cutting tool 1 having a temperature sensor 5 is completed by forming a protective layer 16 made of, for example, an epoxy resin on the pattern portion. FIG. 3 is an optical microscope photograph of the temperature sensor 5 thus formed.

【0018】このように、図1に示した温度センサ5は
半導体製造プロセスによって切削工具1の刃部2に形成
できるので、容易に量産することができる。
As described above, since the temperature sensor 5 shown in FIG. 1 can be formed on the blade portion 2 of the cutting tool 1 by a semiconductor manufacturing process, it can be easily mass-produced.

【0019】図4は、本発明に係る工作機械の加工状態
検出装置の一例の構成を示す概略図である。この加工状
態検出装置は、図1に示した切削工具1を用いて超精密
ダイヤモンド加工を行う工作機械21の加工状態を検出
するもので、工作機械21はコンピュータ22により工
作機械用制御装置23を介して制御されるようになって
いる。切削工具1に設けられている温度センサ5は温度
測定回路24に接続し、この温度測定回路24の出力を
コンピュータ22に供給する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an example of the processing state detecting device for a machine tool according to the present invention. This processing state detection device detects the processing state of a machine tool 21 that performs ultra-precision diamond processing using the cutting tool 1 shown in FIG. 1. The machine tool 21 controls a machine tool control device 23 by a computer 22. Is controlled via the The temperature sensor 5 provided on the cutting tool 1 is connected to a temperature measurement circuit 24, and supplies the output of the temperature measurement circuit 24 to the computer 22.

【0020】コンピュータ22にはメモリ25を接続
し、このメモリ25に種々の加工状態に応じて温度測定
回路24から得られる信号パターンを予め格納してお
く。このようにして、コンピュータ22で、実際の加工
中に温度測定回路24から得られる出力パターンに対応
する信号パターンをメモリ25から検索して加工状態を
判別し、その判別結果を表示装置26に表示する。
A memory 25 is connected to the computer 22, and a signal pattern obtained from the temperature measuring circuit 24 is previously stored in the memory 25 in accordance with various processing states. In this way, the computer 22 searches the memory 25 for a signal pattern corresponding to the output pattern obtained from the temperature measuring circuit 24 during the actual processing, determines the processing state, and displays the determination result on the display device 26. I do.

【0021】図5は、図4に示す温度測定回路24の一
例の構成を示すものである。この温度測定回路24は、
ブリッジ回路により温度を測定するもので、ブリッジ回
路の一辺に温度センサ5と半固定抵抗31とを直列に接
続し、他の3辺にはそれぞれ固定抵抗32を接続する。
また、ブリッジ回路には、直流電源33を接続し、その
出力を増幅器34で増幅して温度を電圧として検出し
て、コンピュータ22に供給する。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the temperature measuring circuit 24 shown in FIG. This temperature measurement circuit 24
The temperature is measured by a bridge circuit. The temperature sensor 5 and the semi-fixed resistor 31 are connected in series to one side of the bridge circuit, and the fixed resistors 32 are connected to the other three sides.
A DC power supply 33 is connected to the bridge circuit, the output of the DC power supply 33 is amplified by an amplifier 34, the temperature is detected as a voltage, and the detected voltage is supplied to the computer 22.

【0022】ここで、直流電源33は、例えば2.5
V、固定抵抗32は例えば10kΩとし、半固定抵抗3
1は例えば温度20℃で温度センサ5との合成抵抗が1
0kΩとなるように調整する。このようにして、加工状
態の微小な変化に基づく温度変化によって、温度センサ
5の抵抗が変化することにより生じる電気的なバランス
のくずれを、入力電圧に対する出力電圧の変化として温
度を検出する。
Here, the DC power supply 33 is, for example, 2.5
V, the fixed resistor 32 is, for example, 10 kΩ, and the semi-fixed resistor 3 is
1 is, for example, a temperature of 20 ° C. and the combined resistance with the temperature sensor 5 is 1
Adjust so as to be 0 kΩ. In this way, a temperature change based on a minute change in the machining state causes a change in the electrical balance caused by a change in the resistance of the temperature sensor 5 to detect the temperature as a change in the output voltage with respect to the input voltage.

【0023】図6は、図5に示した温度測定回路24の
出力特性を示すものである。図6から明らかなように、
図5に示した温度測定回路24によると、温度に比例し
た線形な出力信号を得ることができる。
FIG. 6 shows the output characteristics of the temperature measuring circuit 24 shown in FIG. As is clear from FIG.
According to the temperature measuring circuit 24 shown in FIG. 5, a linear output signal proportional to the temperature can be obtained.

【0024】次に、図4に示した加工状態検出装置にお
いて、切削工具1を用いて実際に超精密ダイヤモンド加
工を行った際に、温度測定回路24から得られる出力パ
ターンの具体例について説明する。
Next, a specific example of an output pattern obtained from the temperature measuring circuit 24 when ultra-precision diamond processing is actually performed using the cutting tool 1 in the processing state detecting device shown in FIG. .

【0025】図7は、同一ワーク(図示せず)に対して
切削工具の切り込み量を変化させた場合の出力パターン
を示すものである。図7から明らかなように、出力信号
は、切り込み量が多くなるに従ってその変化率が大きく
なり、数μmの切り込み量の変化でも明瞭に区別できる
ことがわかる。
FIG. 7 shows an output pattern when the cutting amount of the cutting tool is changed for the same work (not shown). As can be seen from FIG. 7, the rate of change of the output signal increases as the amount of cut increases, and it is clear that a change in the amount of cut of several μm can be clearly distinguished.

【0026】また、ワークとして、図8(a)に示すよ
うなディスク41の表面を切削すると、図8(b)に示
すような出力信号が得られる。ここで、図8(a)に示
すディスク41は、表面に幅0.32mm,0.22m
m,0.12mmで、深さがそれぞれ10μmの溝42
a,42b,43cを有している。また、図8(b)
は、上記のディスク表面を内周側から外周側に向けて切
り込み量5μmで切削加工した場合の出力信号を示して
いる。
When the surface of the disk 41 as shown in FIG. 8A is cut as a work, an output signal as shown in FIG. 8B is obtained. Here, the disk 41 shown in FIG. 8A has a width of 0.32 mm and 0.22 m
grooves 42 each having a depth of 10 μm and a depth of 0.12 mm.
a, 42b and 43c. FIG. 8 (b)
Shows an output signal when the above disk surface is cut from the inner peripheral side to the outer peripheral side with a cutting depth of 5 μm.

【0027】図8(b)から明らかなように、突発的に
切り込み量が変化すると、それに応じて瞬間的に出力信
号が低下するが、全体的な出力信号の変化率は実際の切
り込み量に対応したものとなり、突発的な切り込み量の
変化に殆ど影響されないことがわかる。
As is apparent from FIG. 8B, when the cutting amount suddenly changes, the output signal decreases instantaneously in accordance with the sudden change in the cutting amount. It can be seen that it is a response, and is hardly affected by a sudden change in the cut amount.

【0028】図9は、加工中の切削工具の先端部に、排
出されるべき切り屑が絡まっている場合の出力信号(実
線A)と、切り屑が正常に排出されている場合の出力信
号(破線B)とを比較して示すものである。図9から明
らかなように、切り屑が絡まった場合には、切り屑の有
する熱が温度センサによって検知されるために、絡まっ
ていない場合に比較して、出力信号が大きく、しかもラ
ンダムに変化することがわかる。なお、図7、図8
(b)および図9において、ΔT[℃]は、基準温度
(例えば、20℃)からの変化分を表している。
FIG. 9 shows an output signal (solid line A) when chips to be discharged are entangled with the tip of the cutting tool being processed, and an output signal when chips are normally discharged. (Broken line B). As is apparent from FIG. 9, when the chips are entangled, the heat of the chips is detected by the temperature sensor. You can see that 7 and 8
9B and FIG. 9, ΔT [° C.] represents a change from a reference temperature (for example, 20 ° C.).

【0029】なお、上記の説明では、切り込み量および
切り屑の絡まりの加工状態における出力パターンを例示
したが、その他の加工状態、例えば切削工具の摩耗やび
びり振動に代表される切削点における微小な熱特性の変
動によっても、各加工状態に応じた特徴的な出力パター
ンを示す。
In the above description, the output pattern in the machining state of the cutting depth and the entanglement of the chips has been exemplified. However, in the other machining states, for example, the minute pattern at the cutting point typified by wear of the cutting tool and chatter vibration. A characteristic output pattern corresponding to each processing state is also shown by a change in thermal characteristics.

【0030】以上のことから明らかなように、温度測定
回路24の出力は、種々の加工状態に応じて特徴的なパ
ターンを示すので、それらの信号パターンを予めメモリ
25に格納し、実際の加工中に温度測定回路24から得
られる出力パターンに対応する信号パターンをメモリ2
5から検索すれば、突発的な切り込み量の変化に殆ど影
響されることなく、種々の加工状態を定性的、かつ定量
的に判別することができる。したがって、例えば、非球
面ミラーの切削中に、切削工具先端部への切り屑の絡ま
りを迅速に検出できるので、加工面のダメージを最小限
に抑えることが可能となる。
As is clear from the above, since the output of the temperature measuring circuit 24 indicates a characteristic pattern according to various processing states, those signal patterns are stored in the memory 25 in advance, and the actual processing is performed. A signal pattern corresponding to the output pattern obtained from the temperature measurement circuit 24 is stored in the memory 2.
By searching from No. 5, various machining states can be qualitatively and quantitatively determined without being largely affected by a sudden change in the cutting amount. Therefore, for example, during cutting of the aspherical mirror, it is possible to quickly detect the entanglement of chips at the tip of the cutting tool, and it is possible to minimize damage to the machined surface.

【0031】図4に示した加工状態検出装置によれば、
切削工具1に設けられた温度センサ5は、シンプルかつ
マイクロな構造で熱容量が小さく、刃先3の近傍の温度
を高応答かつ高分解能で検出できるので、その出力パタ
ーンから微小切削領域の超微細加工中の各種状態を、単
一の現象の状態だけでなく、多現象の各種状態を同時に
高精度で検出することができる。また、従来、加工点か
ら離れた場所に設置せざるをえなかった大掛かりな切削
動力計等のセンサとは異なり、計測対象に最も近い加工
点近傍の切削工具1の刃部2にマイクロ構造の温度セン
サ5を設けているので、加工場を何ら乱すこともない。
According to the processing state detecting device shown in FIG.
The temperature sensor 5 provided on the cutting tool 1 has a simple and micro structure, has a small heat capacity, and can detect the temperature near the cutting edge 3 with high response and high resolution. It is possible to detect not only the state of a single phenomenon but also various states of multiple phenomena simultaneously with high accuracy. Also, unlike a large-scale sensor such as a cutting dynamometer, which conventionally had to be installed at a location distant from the processing point, the microstructure of the blade portion 2 of the cutting tool 1 near the processing point closest to the measurement target is provided. Since the temperature sensor 5 is provided, the processing site is not disturbed at all.

【0032】図10は、本発明に先立って開発した工作
機械の加工状態検出装置の構成を示す概略図である。こ
の加工状態検出装置は、温度センサとして非接触型のサ
ーモ・パイル51を用い、該サーモ・パイル51を温度
測定回路24に接続して、切削工具52の刃部の温度を
非接触で検出するようにしたもので、その他の構成は図
4と同様である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a machine tool processing state detecting device developed prior to the present invention. This processing state detection device uses a non-contact type thermopile 51 as a temperature sensor, connects the thermopile 51 to the temperature measurement circuit 24, and detects the temperature of the blade portion of the cutting tool 52 in a non-contact manner. The other configuration is the same as that of FIG.

【0033】このように、温度センサとして非接触型の
サーモ・パイル51を用いる場合でも、図1に示した温
度センサを有する切削工具を用いる場合と同様に、温度
測定回路24から種々の加工状態に応じた特徴的な信号
パターンの出力を得ることができるので、それらの信号
パターンを予めメモリ25に格納して、実際の加工中に
温度測定回路24から得られる出力パターンに対応する
信号パターンをメモリ25から検索することにより、種
々の加工状態を定性的、かつ定量的に判別することがで
きる。
As described above, even when the non-contact type thermopile 51 is used as the temperature sensor, as in the case of using the cutting tool having the temperature sensor shown in FIG. Since the output of the characteristic signal pattern corresponding to the above can be obtained, those signal patterns are stored in the memory 25 in advance, and the signal pattern corresponding to the output pattern obtained from the temperature measurement circuit 24 during the actual processing is obtained. By searching from the memory 25, various processing states can be qualitatively and quantitatively determined.

【0034】なお、本発明は、上述した例に限定される
ものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例
えば、図1では、切削工具1として単結晶ダイヤモンド
工具に温度センサ5を設けたが、多結晶ダイヤモンド工
具、CBN工具、サーメット工具等の他の切削工具に同
様にして温度センサ5を設けることができる。また、図
4および図10に示した加工状態検出装置において、切
削工具自体あるいは工作機械21側に温度測定回路24
を設けると共に、その出力を無線伝送する送信回路を設
け、コンピュータ22側には切削工具自体あるいは工作
機械21側の送信回路から無線伝送される温度データを
受信する受信回路を設けて、切削工具刃部の検出温度を
コンピュータ22側に無線伝送するよう構成することも
できる。このようにすれば、工作機械21とコンピュー
タ22との間の余分な配線が不要になると共に、特に切
削工具自体に送信回路を設けた場合には、該切削工具を
種々の工作機械で容易に使用することが可能となる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications or changes can be made. For example, in FIG. 1, the temperature sensor 5 is provided on a single crystal diamond tool as the cutting tool 1, but the temperature sensor 5 may be provided on another cutting tool such as a polycrystalline diamond tool, a CBN tool, a cermet tool, and the like. it can. 4 and 10, a temperature measuring circuit 24 is provided on the cutting tool itself or the machine tool 21 side.
And a transmitting circuit for wirelessly transmitting the output thereof, and a receiving circuit for receiving temperature data wirelessly transmitted from the cutting tool itself or the transmitting circuit on the machine tool 21 side on the computer 22 side. The detected temperature of the unit may be wirelessly transmitted to the computer 22 side. This eliminates the need for extra wiring between the machine tool 21 and the computer 22, and facilitates the use of the cutting tool with various machine tools, particularly when a transmitting circuit is provided in the cutting tool itself. It can be used.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、本発明による工作機械の
加工状態検出方法によれば、切削工具の刃部の切れ刃近
傍に、半導体製造プロセスで使用される微細加工により
矩形波状の所定のパターンの薄膜状の白金測温抵抗体か
らなる単一の温度センサを形成して、該温度センサによ
り切削加工中に上記切れ刃近傍の温度を検出し、その検
出温度および温度変化パターンに基づいて工作機械の加
工状態を検出するので、外乱に影響されることなく、微
小部位における微小な加工状態変化を高応答かつ高分解
能で検出することができる。
As described above, according to the method for detecting a machining state of a machine tool according to the present invention, a rectangular wave-shaped predetermined portion is formed near a cutting edge of a cutting portion of a cutting tool by micromachining used in a semiconductor manufacturing process. A single temperature sensor made of a thin-film platinum resistance temperature sensor in a pattern is formed, the temperature sensor detects the temperature near the cutting edge during cutting, and the temperature is detected based on the detected temperature and the temperature change pattern. Since the machining state of the machine tool is detected, a minute change in the machining state at a minute part can be detected with high response and high resolution without being affected by disturbance.

【0036】また、本発明による工作機械の加工状態検
出装置によれば、切削工具の刃部の切れ刃近傍に、半導
体製造プロセスで使用される微細加工により形成され、
切削加工中に上記切れ刃近傍の温度を検出する矩形波状
の所定のパターンの薄膜状の白金測温抵抗体からなる単
一の温度センサと、この温度センサによる検出温度およ
び温度変化パターンに基づいて工作機械の加工状態を検
出する加工状態検出手段とを有する簡単な構成で、外乱
に影響されることなく、微小部位における微小な加工状
態変化を高応答かつ高分解能で検出することができる。
Further, according to the processing state detecting device for a machine tool according to the present invention, a micro-machining used in a semiconductor manufacturing process is formed near a cutting edge of a blade portion of a cutting tool,
A single temperature sensor consisting of a thin-film platinum resistance temperature detector having a rectangular wave-like predetermined pattern for detecting the temperature in the vicinity of the cutting edge during cutting, and a temperature detected by the temperature sensor and a temperature change pattern. With a simple configuration having a processing state detecting means for detecting the processing state of the machine tool, a minute change in the processing state in a minute part can be detected with high response and high resolution without being affected by disturbance.

【0037】さらに、本発明による切削工具によれば、
刃部の切れ刃近傍のすくい面上に、半導体製造プロセス
で使用される微細加工により形成された矩形波状の所定
のパターンの薄膜状の白金測温抵抗体からなる単一の温
度センサを設けるので、容易に量産できる。
Further, according to the cutting tool of the present invention,
On the rake face near the cutting edge of the blade, a single temperature sensor consisting of a thin-film platinum resistance temperature sensor with a rectangular wave-like predetermined pattern formed by micromachining used in the semiconductor manufacturing process is provided. , Easy mass production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る切削工具の一例の構成を示す平
面図および温度センサの拡大図である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of the configuration of a cutting tool according to the present invention and an enlarged view of a temperature sensor.

【図2】 図1に示した温度センサの製造方法を説明す
る順次の工程図である。
FIG. 2 is a sequential process chart illustrating a method for manufacturing the temperature sensor shown in FIG.

【図3】 図1に示した温度センサの光学顕微鏡写真で
ある。
FIG. 3 is an optical microscope photograph of the temperature sensor shown in FIG.

【図4】 本発明に係る工作機械の加工状態検出装置の
一例の構成を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of an example of a machine tool processing state detection device according to the present invention.

【図5】 図4に示した温度測定回路の一例の構成を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an example of a temperature measurement circuit illustrated in FIG. 4;

【図6】 図5に示した温度測定回路の出力特性図であ
る。
6 is an output characteristic diagram of the temperature measurement circuit shown in FIG.

【図7】 切削工具の切り込み量を変化させた場合の温
度測定回路の出力パターンを示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an output pattern of a temperature measurement circuit when a cutting amount of a cutting tool is changed.

【図8】 溝を有するワークの断面図および該ワークを
切削して得られる温度測定回路の出力パターンを示す図
である。
FIG. 8 is a sectional view of a work having a groove and a diagram showing an output pattern of a temperature measuring circuit obtained by cutting the work.

【図9】 切削工具の先端部に切り屑が絡まっている場
合と絡まっていない場合とで温度測定回路から得られる
出力パターンを比較して示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a comparison of output patterns obtained from the temperature measurement circuit when chips are entangled with the tip of the cutting tool and when chips are not entangled.

【図10】 本発明に先立って開発した工作機械の加工
状態検出装置の構成を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a machine tool processing state detection device developed prior to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 切削工具 2 刃部 3 切れ刃(刃先) 4 すくい面 5 温度センサ 6 測温部 7a,7b 電極部 11 アルミニウム薄膜 12 レジスト膜 13 白金薄膜 14 銀ペースト 15a,15b 導線 16 保護層 21 工作機械 22 コンピュータ 23 工作機械用制御装置 24 温度測定回路 25 メモリ 26 表示装置 31 半固定抵抗 32 固定抵抗 33 直流電源 34 増幅器 41 ディスク 42a,42b,43c 溝 51 サーモ・パイル 52 切削工具 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting tool 2 Blade part 3 Cutting edge (cutting edge) 4 Rake surface 5 Temperature sensor 6 Temperature measuring part 7a, 7b Electrode part 11 Aluminum thin film 12 Resist film 13 Platinum thin film 14 Silver paste 15a, 15b Conducting wire 16 Protective layer 21 Machine tool 22 Computer 23 Machine tool control device 24 Temperature measurement circuit 25 Memory 26 Display device 31 Semi-fixed resistor 32 Fixed resistor 33 DC power supply 34 Amplifier 41 Disk 42a, 42b, 43c Groove 51 Thermopile 52 Cutting tool

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−10408(JP,A) 特開 昭50−141778(JP,A) 特開 平10−286742(JP,A) 特表 平3−503862(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 17/09 B23B 27/00 G01K 1/14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-11-10408 (JP, A) JP-A-50-141778 (JP, A) JP-A-10-286742 (JP, A) 503862 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B23Q 17/09 B23B 27/00 G01K 1/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 切削工具の刃部の切れ刃近傍に、半導体
製造プロセスで使用される微細加工により矩形波状の所
定のパターンの薄膜状の白金測温抵抗体からなる単一の
温度センサを形成し、該温度センサにより切削加工中に
上記切れ刃近傍の温度を検出して、その検出温度および
温度変化パターンに基づいて工作機械の加工状態を検出
することを特徴とする工作機械の加工状態検出方法。
1. A single temperature sensor formed of a thin-film platinum resistance temperature sensor having a predetermined rectangular wave pattern is formed near a cutting edge of a cutting tool by a micromachining used in a semiconductor manufacturing process. Detecting the temperature in the vicinity of the cutting edge during cutting by the temperature sensor, and detecting a machining state of the machine tool based on the detected temperature and a temperature change pattern. Method.
【請求項2】 切削工具の刃部の切れ刃近傍に、半導体
製造プロセスで使用される微細加工により形成され、切
削加工中に上記切れ刃近傍の温度を検出する矩形波状の
所定のパターンの薄膜状の白金測温抵抗体からなる単一
の温度センサと、この温度センサによる検出温度および
温度変化パターンに基づいて工作機械の加工状態を検出
する加工状態検出手段とを有することを特徴とする工作
機械の加工状態検出装置。
2. A thin film having a predetermined rectangular wave pattern formed near a cutting edge of a cutting portion of a cutting tool by micromachining used in a semiconductor manufacturing process and detecting a temperature near the cutting edge during cutting. A single temperature sensor composed of a platinum-shaped resistance temperature detector and a processing state detecting means for detecting a processing state of the machine tool based on a temperature detected by the temperature sensor and a temperature change pattern. Machine processing state detection device.
【請求項3】 請求項1に記載の工作機械の加工状態検
出方法に用いる切削工具であって、刃部の切れ刃近傍の
すくい面上に、半導体製造プロセスで使用される微細加
工により形成された矩形波状の所定のパターンの薄膜状
の白金測温抵抗体からなる単一の温度センサを具えるこ
とを特徴とする切削工具。
3. A cutting tool used in the method for detecting a machining state of a machine tool according to claim 1, wherein the cutting tool is formed on a rake face near a cutting edge of a blade portion by fine processing used in a semiconductor manufacturing process. A cutting tool comprising a single temperature sensor comprising a thin-film platinum resistance temperature detector having a predetermined rectangular wave-like pattern.
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