JP5411055B2 - Tool life detection method and tool life detection device - Google Patents
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Description
本発明は、機械加工に使用する工具の寿命を正確に検出することができる工具寿命検出方法、および工具寿命検出装置に関するものである。 The present invention relates to a tool life detection method and a tool life detection apparatus capable of accurately detecting the life of a tool used for machining.
切削加工において使用する工具は、その個体差により不良発生までの寿命バラツキが大きい。したがって、平均的な寿命を目安として一定の加工数で交換するという寿命管理方法では、平均的な寿命に比して短寿命の工具であった場合には、加工性能の低下により製品不良が発生する場合がある。逆に、平均的な寿命に比して長寿命の工具であった場合には、寿命到達前に交換してしまうことによるロスコストが問題となる。また、部品加工数１個ずつについて工具の摩耗や欠損の状態を直接に観察して寿命判定を行う方法は、生産性の低下につながるため実用的ではない。 Tools used in the cutting process have a large variation in life until the occurrence of defects due to individual differences. Therefore, with the life management method that replaces with a fixed number of machining with the average life as a guideline, if the tool has a shorter life than the average life, a product failure occurs due to a decline in machining performance. There is a case. On the contrary, when the tool has a longer life than the average life, a loss cost due to replacement before reaching the life becomes a problem. In addition, a method of directly observing the state of tool wear or chipping for each part processed and determining the life is not practical because it leads to a decrease in productivity.
これに対し、従来、工具寿命を検出する工具寿命検出方法として、機械加工における工具の摩耗や欠損などを直接観察するのではなく、主軸モータの電力、動力、トルク、電流値などをリアルタイムで測定し、その測定値を基準値と比較することで工具寿命を判定する方法がある。例えば、従来技術として、１部品の加工に係る主軸モータの最大消費電力もしくは電力振動振幅値を測定し、基準値と比較して工具の寿命を判定する方法が開示されている（例えば、下記の特許文献１参照）。 On the other hand, as a tool life detection method that detects the tool life, the power, power, torque, current value, etc. of the spindle motor are measured in real time, instead of directly observing tool wear or chipping during machining. Then, there is a method for determining the tool life by comparing the measured value with a reference value. For example, as a conventional technique, a method is disclosed in which the maximum power consumption or power vibration amplitude value of a spindle motor related to machining of one part is measured and compared with a reference value to determine the tool life (for example, the following) Patent Document 1).
また、他の従来技術では、主軸モータにおける１部品の加工に係る累計消費電力量と基準消費電力量とを比較して、工具の寿命を判定する方法が開示されている。その際、累積消費電力量は、加工していない空転している時に消費される電力相当分を除いて比較している。また、その基準消費電力量は新品工具で加工した１つ目の部品加工データを使用している（例えば、下記の特許文献２参照）。
In another conventional technique, a method of determining the tool life by comparing the total power consumption and the reference power consumption for machining one component in the spindle motor is disclosed. At that time, the accumulated power consumption is compared except for the amount corresponding to the power consumed when idling without processing. The reference power consumption uses the first part machining data machined with a new tool (see, for example,
さらに他の従来技術では、被加工物の材質ごとに工具の使用時間を補正して交換時期を求める方法が開示されている。その場合、工具の使用時間のかわりに外乱負荷トルクの積算値もしくは変化率を用いて寿命を判定する方法も開示されている（例えば、下記の特許文献３参照）。
Still another prior art discloses a method for obtaining the replacement time by correcting the usage time of the tool for each material of the workpiece. In that case, a method of determining the life using the integrated value or rate of change of the disturbance load torque instead of the usage time of the tool is also disclosed (for example, see
上記の特許文献１、２記載の従来の工具寿命検出方法は、被加工物を加工する際の主軸モータの累積電力値、動力、トルク、電流値などを加工時の負荷として測定し、その測定された負荷値（以下、加工負荷値という）が予め設定した一定の閾値を超えたことにより工具の寿命判定を行っているが、このときの加工負荷値は、工具の切れ味の良不良（損傷状態の程度）に起因するだけでなく、被加工物の削りにくさにも影響される。
The conventional tool life detection methods described in
つまり、工具の切れ味に変化がなくとも、被加工物が削りにくいものに変わった場合には加工負荷値が大きくなるので、加工負荷値の大小の判断に際しては、被加工物の削りにくさの状態をも考慮に入れなければ正しく工具寿命を検出することができない。 In other words, even if there is no change in the sharpness of the tool, the work load value increases when the work piece is changed to something that is difficult to cut, so when judging the size of the work load value, it is difficult to cut the work piece. If the state is not taken into consideration, the tool life cannot be detected correctly.
したがって、従来のように単純に工具の加工負荷値だけを用いて工具寿命を検出する方法では、被加工物が削りにくいために加工負荷値が大きいのか、あるいは工具の切れ味が鈍くなっているために加工負荷値が大きいのかを明確に区別することができない。 Therefore, in the conventional method of detecting the tool life using only the machining load value of the tool, the machining load value is large because the workpiece is difficult to cut, or the sharpness of the tool is dull. Therefore, it is impossible to clearly distinguish whether the machining load value is large.
また、上記の特許文献３記載のように、予め被加工物の材質によって工具への加工負荷値を補正することは可能であるが、この方法では、同一の材質のものであっても、被加工物の部品間、あるいは部品内の削りにくさが変化した場合には十分に対処することが難しく、判定精度が低下するという問題が発生する。
Further, as described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、測定される加工負荷値に対して、現在の被加工物の削りにくさによる影響を考慮することで、高精度に工具の寿命を予測検出することが可能な工具寿命検出方法および工具寿命検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By taking into consideration the influence of the current difficulty in cutting the workpiece on the measured load value, the tool can be accurately obtained. An object of the present invention is to provide a tool life detection method and a tool life detection device capable of predicting and detecting the life.
本発明の工具寿命検出方法は、今回加工予定の被加工物について事前に測定された比切削抵抗に係る数値情報と、それ以前に加工された被加工物について既に測定済みの加工負荷値およびこれに対応する比切削抵抗に係る数値情報とを用いて、今回加工予定の被加工物を加工する際に発生すると予測される加工負荷値を予測負荷値として演算し、この予測負荷値を工具寿命の判断基準となる基準負荷値と比較し、上記予測負荷値が上記基準負荷値を超えている場合には上記工具は寿命に達しているものとして検出する。 The tool life detection method of the present invention includes numerical information related to specific cutting resistance measured in advance for a workpiece scheduled to be machined this time, a machining load value that has already been measured for a workpiece machined before, and Using the numerical information related to the specific cutting force corresponding to, the machining load value predicted to occur when machining the workpiece scheduled to be machined this time is calculated as the predicted load value, and this predicted load value is calculated as the tool life. When the predicted load value exceeds the reference load value, the tool is detected as having reached the end of its life.
また、本発明の工具寿命検出装置は、今回加工予定の被加工物について事前に測定された比切削抵抗に係る数値情報と、それ以前に加工された被加工物について既に測定済みの加工負荷値およびこれに対応する比切削抵抗に係る数値情報とをそれぞれ記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されている各情報を用いて、今回加工予定の被加工物を加工する際に発生すると予測される加工負荷値を予測負荷値として演算する予測負荷値演算部と、この予測負荷値演算部で演算して得られた上記予測負荷値を工具寿命の判断基準となる基準負荷値と比較し、上記予測負荷値が上記基準負荷値を超えている場合には上記工具は寿命に達しているものと判定する比較判定部と、を備える。 In addition, the tool life detection apparatus of the present invention includes numerical information relating to the specific cutting resistance measured in advance for the workpiece scheduled to be machined this time, and the machining load value that has already been measured for the workpiece machined before that. And a storage unit that stores numerical information related to the specific cutting force corresponding thereto, and each information stored in the storage unit, and predicted to occur when processing the workpiece scheduled to be processed this time A predicted load value calculation unit that calculates a machining load value to be calculated as a predicted load value, and compares the predicted load value calculated by the predicted load value calculation unit with a reference load value that is a criterion for determining tool life. A comparison determination unit that determines that the tool has reached the end of its life when the predicted load value exceeds the reference load value.
本発明によれば、被加工物間の比切削抵抗の変化の影響を除外して工具の損傷状態を観測するため、寿命判定を高精度に行うことができる。これにより、被加工物間において突発的に硬度が上昇した場合でも、製品不良を発生することがなく、また、適正な寿命判定基準を設定できるため、工具の早期交換によるロスコストを抑制することができる。 According to the present invention, since the damage state of the tool is observed without the influence of the change in the specific cutting resistance between the workpieces, the life determination can be performed with high accuracy. As a result, even if the hardness suddenly increases between workpieces, product defects do not occur, and an appropriate life criterion can be set, thereby reducing loss costs due to early tool replacement. it can.
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１において、旋削加工機とこれに設けられる工具寿命検出装置の全体構成を示すブロック図、図２は図１に示した工具寿命検出装置の詳細構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a turning machine and a tool life detection device provided in the turning machine in
この実施の形態１において、旋削加工機Ｘは、被加工物１０１を載置する加工機テーブル１０２を備え、この加工機テーブル１０２がシャフト１０３およびベアリング１０４を介して主軸１０５に取り付けられている。そして、主軸１０５は駆動手段としての主軸モータ１０６により駆動回転され、これに伴って被加工物１０１も回転される。
In the first embodiment, the turning machine X includes a processing machine table 102 on which a
また、工具１０７は、ホルダ１０８を介して図示しない工具駆動軸に取り付けられ、この工具駆動軸の進退により工具１０７を被加工物１０１に対して接触させることで被加工物１０１の旋削加工が行われる。
The
なお、本例では被加工物１０１を加工する加工機として旋削加工機Ｘを用い、このため、工具１０７として旋削チップを使用しているが、本発明はこのような旋削加工機Ｘに限定されるものではない。よって、工具１０７も旋削チップ以外のものであってよいのは勿論である。
In this example, a turning machine X is used as a processing machine for processing the
工具寿命検出装置Ｙは、電流計１０９と信号処理装置１１０とを備える。ここに、電流計１０９は、主軸モータ１０６に流れる負荷電流値を測定するものである。また、信号処理装置１１０は、電流計１０９で測定される負荷電流値、および後述の硬度計で得られる被加工物１０９の硬度データに基づいて工具寿命を判定するもので、図２に示すように、負荷電流値記憶部２０１、加工負荷値演算部２０２、加工負荷値記憶部２０３、硬度データ記憶部２０４、加工難易度判定値演算部２０５、加工難易度判定値記憶部２０６、予測負荷値演算部２０７、予測負荷値記憶部２０８、基準負荷値記憶部２０９、比較判定部２１０、比較判定結果記憶部２１１、および外部報知部２１２を備えている。
The tool life detection device Y includes an
上記の負荷電流値記憶部２０１は、被加工物１０１を加工する際に電流計１０９で測定される負荷電流値のデータを時系列に記憶するものである。また、加工負荷値演算部２０２は、被加工物１０１の加工中に電流計１０９で測定された加工負荷値について、一定範囲の移動平均を順次求めてその移動平均の内の最大値を算出し、これを被加工物１０１の加工中における加工負荷値として算出するものである。加工負荷値記憶部２０３は、加工負荷値演算部２０２で算出された被加工物１０１ごとの加工負荷値を記憶するものである。
The load current
なお、加工負荷値演算部２０２で算出される加工負荷値として、本例では電流計１０９で測定される負荷電流値について一定範囲の移動平均の最大値を用いているが、これに限らず、例えば工具１０７を駆動する主軸モータ１０８の電力値、トルク値、動力値、回転角速度のいずれか少なくとも１つを測定対象とすることも可能であり、加工方法に応じてそれぞれ適切となるものを設定することができる。
Note that, as the machining load value calculated by the machining load
硬度データ記憶部２０４は、外部から信号処理装置１１０に対して予め入力される各被加工物１０１に関する硬度データを記憶するものである。本例の場合、各々の被加工物１０１について、実際に加工する箇所近傍の３点の硬度を押し込み式硬度計により予め測定し、それらの平均値を当該被加工物１０１に関する硬度データとして信号処理装置１１０に入力することで硬度データ記憶部２０４に記憶するようにしている。
The hardness
なお、硬度データを得るには、被加工物１０１を一つずつ加工する度に、その加工直前に当該被加工物１０１の硬度測定を行って一つずつ硬度データを入力してよいし、あるいは予め加工予定の全ての被加工物１０１について事前に硬度測定を行った後、これら全ての被加工物１０１の硬度データを一括して入力してもよい。また、ここでは硬度の測定に押し込み式硬度計を使用しているが、その他に例えば反発式硬度計を用いてもよい。また、測定点についても３点に限らず、被加工物の硬度ばらつきが大きい場合には測定点を５〜１０点程度に増加させることが望ましい。
In order to obtain the hardness data, each time the
加工難易度判定値演算部２０５は、今回加工予定の一つの被加工物１０１に関する硬度データＨｎと、前回加工した被加工物１０１に関する硬度データＨｎ−１との比（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を、削りにくさ（加工の難易度）の指標となる加工難易度判定値として算出するものである。すなわち、被加工物１０の硬度データは、当該被加工物１０１の比切削抵抗に係る数値情報であり、その相対値である加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）は、被加工物１０１の削りにくさの指標となる。また、加工難易度判定値記憶部２０６は、加工難易度判定値演算部２０５で算出された各被加工物１０１に関する加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を記憶するものである。
The processing difficulty level determination
なお、ここでは被加工物１０１の比切削抵抗の指標となる数値情報として硬度データを用いているが、これに限らず、被加工物間の比切削抵抗の相対値が求まる数値情報であれば任意に選択することができる。
Here, the hardness data is used as numerical information serving as an index of the specific cutting resistance of the
予測負荷値演算部２０７は、加工負荷値記憶部２０３に記憶されている前回加工した被加工物１０１に関する加工負荷値Ａｎ−１、および加工難易度判定値記憶部２０６に記憶されている今回加工予定の被加工物１０１と前回加工済みの被加工物１０１とに関する硬度データＨｎ、Ｈｎ−１との比である加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を共に読み出してこれらの値Ａｎ−１、（Ｈｎ／Ｈｎ−１）に基づいて、今回加工予定の被加工物１０１を加工する際に生じるであろうと予測される加工負荷値（以下、予測負荷値という）Ａ’ｎを、次の（１）式により算出するものである。
Ａ’ｎ＝Ａｎ−１×（Ｈｎ／Ｈｎ−１） （１）
The predicted load
A′n = An−1 × (Hn / Hn−1) (1)
予測負荷値記憶部２０８は、予測負荷値演算部２０７で算出された予測負荷値Ａ’ｎを記憶するものである。また、基準負荷値記憶部２０９は、外部から信号処理装置１１０に対して予め入力される工具寿命の判断基準なる基準負荷値Ａｓを記憶するものである。
The predicted load
比較判定部２１０は、予測負荷値演算部２０７で算出されてその記憶部２０８に記憶された予測負荷値Ａ’ｎを、基準負荷値記憶部２０９に記憶されている基準負荷値Ａｓと比較して工具１０７が寿命に達しているか否かを判定するもので、予測負荷値Ａ’ｎが基準負荷値Ａｓを越えている場合（Ａ’ｎ＞Ａｓ）には工具交換要求信号が出力されるようになっている。また、比較判定結果記憶部２１１は、比較判定部２１０から出力される比較判定結果を記憶するものである。
The
外部報知部２１２は、予測負荷値Ａ’ｎが基準負荷値Ａｓを越えている場合に比較判定部２１０から出力される工具交換要求信号を受けて工具寿命を検出したことを外部に報知するもので、例えば工具交換要求信号を外部表示するディスプレイやランプ等の表示装置や、音により寿命を検出したことを作業者に知らせるアラームなどが適用される。
The
なお、信号処理装置１１０を構成する上記の各部２０１〜２１２は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発メモリ、入力装置、出力装置、ハードディスクなどと、これらを動作させるプログラムソフトとで構成され、電流計１０８で測定される負荷電流値や、外部入力される硬度データは図示しないＡ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号として信号処理装置１１０内に取り込まれる。
The above-described
図３は、一つの被加工物１０１を加工する際に電流計１０９で測定された主軸モータ１０６の負荷電流値の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 3 is a time chart showing an example of the load current value of the
本例において、工具１０７は幅１０ｍｍの総形旋削チップ、被加工物１０１は直径５００ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの円柱状の鋳鉄材であり、被加工物１０１の回転数は８５、５５、５０、５０ｒｐｍ、送り速度は直径表示で０．３、０．２、０．１５、０ｍｍ／ｒｅｖの４段階（ステップ１〜４）にそれぞれ変化させて加工を行っている。測定サンプリングタイムは１０ｍｓｅｃで、ノイズを除去するために１ｓｅｃ間（１００測定点）の移動平均を算出して表示している。
In this example, the
まず、被加工物１０１を主軸モータ１０６により回転させると、主に主軸１０５とベアリング１０４の摩擦によって回転数に応じた空転時負荷が発生して電流値Ａ０が出力される。その際、主軸１０５の回転開始時には慣性力により非常に大きな負荷電流値が出力される場合があるが、これは工具寿命と無関係であるため後述の演算から除外する。次に、回転している被加工物１０１に対して工具１０７を一定の送り速度で接近させて接触させると加工が開始され、負荷の増加に伴って主軸モータ１０６における負荷電流値が増加する。
First, when the
すなわち、ステップ１においては工具１０７の先端から被加工物１０１に接触し、工具１０７の移動に伴って徐々に接触面積が増加して負荷電流値が上昇する。これに続くステップ２、ステップ３では、それぞれほぼ一定の電流値を示す。最後のステップ４は、工具１０７を移動させずに、被加工物が２回転したあと工具１０７を退避させる。このステップ４では、工具１０７の移動を停止させているため、工具１０７と被加工物１０１とがスリップすることによる摩擦抵抗によって電流値が増加する。なお、ステップ１〜ステップ４までの４ステップ分の合計の送り量は２０ｍｍである。
That is, in
ここで、ステップ４については工具１０７の損傷状態と加工負荷値とには相関がほとんどないため除外して考え、ステップ１〜３において工具損傷の影響が最も顕著に表れる最大値を加工負荷値Ａｎとして用いる。
Here,
また、上記の加工を行う場合の工具寿命の判定基準となる基準負荷値Ａｓは、次のようにして設定する。加工負荷値Ａｎが最大値Ａｍａｘ＝４５（Ａ）以上に上昇すると、負荷が大きくなり過ぎてホルダ１０８に連結された図外の工具駆動軸に撓みを生じて工具１０７が振動し、製品にびびり不良を発生することが事前の実験により確認されている。よって、ここでは不良に対する余裕度を考慮して寿命判定の基準となる基準負荷値Ａｓを４４．５Ａに設定した。
In addition, the reference load value As, which is a criterion for determining the tool life when performing the above-described machining, is set as follows. When the machining load value An rises to the maximum value Amax = 45 (A) or more, the load becomes too large, causing the tool drive shaft (not shown) connected to the
次に、この実施の形態１の工具寿命検出装置Ｙを用いた工具寿命検出方法について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、ここでの硬度データは、被加工物１０１を一つずつ加工する度に、その加工直前に当該被加工物１０１の硬度測定を行って一つずつ硬度データが入力されるものとして説明する。また、符号Ｓは各処理ステップを意味する。
Next, a tool life detection method using the tool life detection device Y of the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, it is assumed that the hardness data here is that each time the
加工難易度判定値演算部２０５は、今回の加工対象となる一つの被加工物１０１について事前に測定された硬度データＨｎと、前回加工された一つの被加工物１０１について既に得られている硬度データＨｎ−１とを共に硬度データ記憶部２０４から読み出し、両者の比である加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を算出する（Ｓ１）。そして、この加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を加工難易度判定値記憶部２０６に保存する（Ｓ２）。
The processing difficulty level determination
次に、予測負荷値演算部２０７は、加工負荷値記憶部２０３に記憶されている前回加工した一つの被加工物１０１に関する加工負荷値Ａｎ−１、および加工難易度判定値記憶部２０６に記憶されている上述の加工難易度判定値（Ｈｎ／Ｈｎ−１）を共に読み出し（Ｓ３）、前述の（１）式に基づいて予測負荷値Ａ‘ｎを算出し、これを予測負荷値記憶部２０８に格納する（Ｓ４）。
Next, the predicted load
続いて、比較判定部２１０は、上記の予測負荷値Ａ’ｎと寿命判定基準値Ａｓとを比較し、工具１０７が寿命に達しているか否かを判定する（Ｓ５）。この場合、Ａ‘ｎ＞Ａｓであれば、工具１０７が寿命に達していて加工継続不可と判定して工具交換要求信号を出力する（Ｓ６）。一方、Ａ‘ｎ≦Ａｓであれば、加工を継続実施し（Ｓ７）、次いで、今回の加工で得られた加工負荷値Ａｎを加工負荷値記憶部２０３に保存する（Ｓ８）。
Subsequently, the comparison /
また、比較判定部２１０から出力される比較判定結果は比較判定結果記憶部２１１に格納される。また、比較判定部２１０から工具交換要求信号が出力された場合、これに応じて、外部報知部２１２は、工具寿命を検出したことを光、画像、音などによって外部に報知して作業者に知らせる。
The comparison determination result output from the
次に、この寿命判定方法の実例を図５を参照して説明する。 Next, an example of this life determination method will be described with reference to FIG.
図５（ａ）は、一つの工具により連続して加工を行った際に得られる折損発生までの予測負荷値Ａ‘ｎと加工負荷値Ａｎとを比較してプロットしたグラフで、縦軸に負荷電流値を、横軸に加工数をとっている。図５（ｂ）は、図５（ａ）のグラフに対応した被加工物数、加工難易度判定値、予測負荷値Ａ’ｎ、および実測された加工負荷値Ａｎをそれぞれ記載している。 FIG. 5A is a graph in which the predicted load value A′n until breakage obtained when machining is continuously performed with one tool and the machining load value An are compared and plotted on the vertical axis. The load current value is plotted on the horizontal axis. FIG. 5B describes the number of workpieces, the processing difficulty level determination value, the predicted load value A′n, and the actually measured processing load value An corresponding to the graph of FIG.
まず、最初の被加工物１０１の加工に際し、硬度データは測定されるもの、それ以前のデータがないため予測負荷値Ａ’１は算出できず、加工時の加工負荷値Ａ１（＝３９．２２）のみが記載されている。
First, when processing the
次に、２個目の被加工物１０１の加工に際しては、前回加工した被加工物１０１の硬度データと今回加工予定の被加工物１０１の硬度データとから加工難易度判定値Ｈ２＝１．０１２を求め、この加工難易度判定値Ｈ２＝１．０１２と前回加工した被加工物１０１の加工負荷値Ａ１（＝３９．２２）とを用いて、予測負荷値Ａ‘２＝Ａ１×（Ｈ２／Ｈ１）＝３９．２２×１．０１２＝３９．６９を算出する。
Next, when processing the
そして、この負荷予測値Ａ’２と予め設定している基準負荷値Ａｓ＝４４．５とを比較すると、Ａ’２＜Ａｓであることから、加工継続可能と判定されるので、実際に加工を実施する。その結果、不良は発生せず、その際に測定された加工負荷値Ａ２＝３９．９２であった。このような手順に従って被加工物１０１を順次加工して行き、被加工物１０１を８個加工するまでは問題なく加工完了となった。
Then, when this predicted load value A′2 is compared with a preset reference load value As = 44.5, it is determined that the machining can be continued because A′2 <As, so the machining is actually performed. To implement. As a result, no defect occurred, and the machining load value A2 measured at that time was 39.92. The
しかし、９個目の被加工物１０１を加工する際、その加工難易度判定値Ｈ９＝１．０９４に対する予測負荷値Ａ’９＝４５．１９であり、予測負荷値Ａ’が基準負荷値Ａｓ（＝４４．５）を越える（Ａ’９＞Ａｓ）ので、ここで工具交換要求信号が出力された。
However, when the
本来は、ここで工具を交換すべきであるが、試験的に加工を行った結果、９個目の被加工物１０１を加工する際の加工負荷値Ａ９＝４５．６と高い値を示し、予想どおりにびびり不良が発生した。これにより、この実施の形態１に示す寿命検出方法により、正しく工具寿命が検出されていることが確認された。
Originally, the tool should be replaced here, but as a result of performing the processing on a trial basis, the processing load value A9 = 45.6 when processing the
なお、図５において、９個目の被加工物１０１に関して、実測される加工負荷値Ａ９は、予測負荷値Ａ’９に比べてやや大きい値を示しているが、これは前述の（１）式に示したように、予測負荷値Ａ’ｎの算出に際しては、今回加工した被加工物１０１に関する加工負荷値Ａｎではなく、その前に測定された被加工物１０１の加工負荷値Ａｎ−１を使用しているためである。すなわち、９個目の被加工物１０１の予測負荷値の算出に際して、その前回（８個目）の被加工物１０１を加工する際の工具摩耗に起因した加工負荷値の上昇を無視していることが原因と推定される。したがって、その対策としては、例えば事前に前回の被加工物１０１について得られた加工負荷値Ａｎ−１と前述の（１）式に基づいて得られる予測負荷値Ａ’ｎとの差を予め測定しておき、その平均値を予測負荷値Ａ’ｎに加算することで予測の精度を向上することができる。
In FIG. 5, the actually measured machining load value A9 for the
以上のように、この実施の形態１によれば、被加工物１０１間の硬度変動の影響を除外して工具１０７の損傷状態を観測することができるため、寿命判定を高精度に行うことができる。これにより、被加工物１０１間において突発的に硬度が上昇した場合でも製品不良を発生することがなく、また適正な寿命判定基準を設定できるため、工具の早期交換によるロスコストを抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment, the damage state of the
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２において、旋削加工機とこれに設けられた工具寿命検出装置の全体構成を示すブロック図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of a turning machine and a tool life detecting device provided in the turning machine in the second embodiment of the present invention, and corresponds to or corresponds to the first embodiment shown in FIG. The same reference numerals are given to the components, and detailed description is omitted.
上記の実施の形態１では、押し込み式や反発式の硬度計を用いて硬度データを測定し、これに基づいて被加工物１０１の加工難易度判定値を求めていた。これに対し、この実施の形態２では、図６に示すように、実際の製品加工に用いる工具１０７で被加工物１０１を加工する前に、予めこれとは別のダミー工具１１１を使用して被加工物１０１の一部を加工し、その際の負荷電流値を電流計１０９で測定する。そして、測定された負荷電流値の平均値を加工負荷値として求め、この加工負荷値を当該被加工物１０１の比切削抵抗に係る数値情報として利用する。
In the first embodiment, the hardness data is measured using a push-type or repulsive hardness meter, and the processing difficulty level determination value of the
この場合のダミー工具１１１としては、例えば実加工に用いる工具１０７よりもチップ幅が小さいものを使用し、実加工に使用する工具１０７によって実際に加工する際に除去される部分を予め加工する。なお、ダミー工具１１１としては、摩耗が進行しにくい工具（例えば、ｃＢＮ旋削チップ）を使用することが望ましい。
As the
このように、工具摩耗の影響を無視できる条件下でダミー工具１１１を使用して得られる負荷電流値の平均値である加工負荷値は、当該被加工物１０１の比切削抵抗に係る数値情報と見なすことができる。そこで、この実施の形態２では、信号処理装置１１０の加工難易度判定値演算部２０５は、今回加工予定の一つの被加工物１０１について事前にダミー工具１１１を使用して測定された加工負荷値Ａｍと、前回ダミー工具１１１を使用して被加工物１０１を加工した際に得られた加工負荷値Ａｍ−１との比（Ａｍ／Ａｍ−１）を、削りにくさ（加工の難易度）の指標となる加工難易度判定値として算出する。すなわち、ダミー工具１１１を使用して得られた被加工物１０１の負荷電流値は、当該被加工物１０１の比切削抵抗に係る数値情報であり、その相対値である加工難易度判定値は、被加工物１０１の削りにくさの指標となる。
As described above, the machining load value that is an average value of the load current values obtained by using the
そして、実際に工具１０７を使用して被加工物１０１を加工する際には、この加工難易度判定値（Ａｍ／Ａｍ−１）を利用して工具１０７による加工が可能か否かを判定し、加工可能と判定した場合には工具１０７による加工を開始し、加工不可と判定した場合には工具交換を要求する信号を出力する。
その他の構成、加工方法、および工具寿命検出の仕方については実施の形態１と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
When the
Other configurations, processing methods, and tool life detection methods are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.
次に、本発明の実施の形態２における加工難易度判定値の具体的な求め方の実例について説明する。
Next, an actual example of how to obtain the processing difficulty level determination value in
ここではダミー工具１１１としてｃＢＮチップを使用しているが、このようなｃＢＮチップも加工に伴ってわずかに摩耗が進行するため、一定の加工数毎に再研削もしくは新品に交換を行って加工負荷値Ａｍを測定する。また、今回使用したダミー工具１１１としてのｃＢＮ旋削チップは幅５ｍｍであり、実際に製品形状を形成する総形旋削チップの幅１０ｍｍより小さく、かつ送り量も２ｍｍと実際の製品形状を形成するための加工量２０ｍｍよりも小さく設定しており、本来、総形旋削チップによって除去される部分を加工している。ダミー工具１１１となるｃＢＮ旋削チップによる加工条件は任意に選択できるが、ここでは回転数５５ｒｐｍ、送り速度０．２ｍｍ／ｒｅｖを選択した。ダミー工具１１１により被加工物１０１の一部を加工し、その際に電流計１０９によって測定される加工負荷値の移動平均値を求め、この移動平均値を用いて加工難易度判定値（Ａｍ／Ａｍ−１）を算出する。
Here, a cBN tip is used as the
以上のように、この実施の形態２では、予めダミー工具１１１により加工した際に測定した加工負荷値から求めた加工難易判定値（Ａｍ／Ａｍ−１）を用いて実際の加工の際に工具１０７に作用する加工負荷を予測するため、被加工物１０１の硬度ばらつきが大きい場合や、装置剛性、電気的ロス等に変化があった場合でも、被加工物間の硬度変動の影響を除外して工具１０７の損傷状態を観測することができる。このため、実施の形態１よりもさらに工具寿命判定を高精度に行うことができ、その結果、製品不良を発生することがなく、また適正な寿命判定基準を設定できるため工具１０７の早期交換によるロスコストを抑制することができる。
As described above, in the second embodiment, the tool is used in actual machining using the machining difficulty determination value (Am / Am-1) obtained from the machining load value measured when machining with the
Ｘ 加工機（旋削加工機）、１０１ 被加工物、１０７ 工具（旋削チップ）、
Ｙ 工具寿命検出装置、１０９ 電流計、１１０ 信号処理装置、
２０１ 電流値データ記憶部、２０２ 加工負荷値演算部、２０３ 加工負荷値記憶部、
２０４ 硬度データ記憶部、２０５ 加工難易度判定値演算部、
２０６ 加工難易度判定値記憶部、２０７ 予測負荷値演算部、
２０８ 予測負荷値記憶部、２０９ 基準負荷値記憶部、２１０ 比較判定部、
２１１ 比較判定結果記憶部、２１２ 外部報知部、１１１ ダミー工具。
X processing machine (turning machine), 101 work piece, 107 tool (turning tip),
Y tool life detection device, 109 ammeter, 110 signal processing device,
201 current value data storage unit, 202 machining load value calculation unit, 203 machining load value storage unit,
204 hardness data storage unit, 205 processing difficulty level judgment value calculation unit,
206 processing difficulty level determination value storage unit, 207 predicted load value calculation unit,
208 predicted load value storage unit, 209 reference load value storage unit, 210 comparison determination unit,
211 Comparison determination result storage unit, 212 external notification unit, 111 dummy tool.
Claims (5)
今回加工予定の被加工物について事前に測定された比切削抵抗に係る数値情報と、それ以前に加工された被加工物について既に測定済みの加工負荷値およびこれに対応する比切削抵抗に係る数値情報とを用いて、今回加工予定の被加工物を加工する際に発生すると予測される加工負荷値を予測負荷値として演算し、この予測負荷値を工具寿命の判断基準となる基準負荷値と比較し、上記予測負荷値が上記基準負荷値を超えている場合には上記工具は寿命に達しているものとして検出する工具寿命検出方法。 A method for detecting a tool life when processing workpieces sequentially based on a processing load value obtained by measuring a load of the tool during processing,
Numerical information related to the specific cutting force measured in advance for the workpiece to be machined this time, machining load values that have already been measured for the workpiece processed before that, and numerical values related to the specific cutting resistance Using the information, the machining load value that is predicted to occur when machining the workpiece scheduled to be machined this time is calculated as a predicted load value, and this predicted load value is used as a reference load value that is a criterion for determining tool life. A tool life detection method for detecting that the tool has reached the end of its life when the predicted load value exceeds the reference load value.
今回加工予定の被加工物について事前に測定された比切削抵抗に係る数値情報と、それ以前に加工された被加工物について既に測定済みの加工負荷値およびこれに対応する比切削抵抗に係る数値情報とをそれぞれ記憶する記憶部と、
この記憶部に記憶されている各情報を用いて、今回加工予定の被加工物を加工する際に発生すると予測される加工負荷値を予測負荷値として演算する予測負荷値演算部と、
この予測負荷値演算部で演算して得られた上記予測負荷値を工具寿命の判断基準となる基準負荷値と比較し、上記予測負荷値が上記基準負荷値を超えている場合には上記工具は寿命に達しているものと判定する比較判定部と、
を備える工具寿命検出装置。 A tool life detection device for detecting a tool life when processing a workpiece sequentially in a predetermined processing unit based on a processing load value obtained by measuring a tool load during processing,
Numerical information related to the specific cutting force measured in advance for the workpiece to be machined this time, machining load values that have already been measured for the workpiece processed before that, and numerical values related to the specific cutting resistance A storage unit for storing information respectively;
Using each information stored in the storage unit, a predicted load value calculating unit that calculates a processing load value that is predicted to be generated when processing the workpiece scheduled to be processed this time, as a predicted load value;
The predicted load value calculated by the predicted load value calculation unit is compared with a reference load value that is a criterion for determining the tool life, and when the predicted load value exceeds the reference load value, the tool Is a comparison / determination unit that determines that the product has reached the end of its life,
A tool life detection device comprising:
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