JPH0460780B2 - - Google Patents
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- JPH0460780B2 JPH0460780B2 JP19452283A JP19452283A JPH0460780B2 JP H0460780 B2 JPH0460780 B2 JP H0460780B2 JP 19452283 A JP19452283 A JP 19452283A JP 19452283 A JP19452283 A JP 19452283A JP H0460780 B2 JPH0460780 B2 JP H0460780B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0904—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool before or after machining
- B23Q17/0919—Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
- B23Q17/0947—Monitoring devices for measuring cutting angles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、多刃工具たとえばフライス盤やホブ
盤で使用される工具の異常を検出する方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for detecting abnormalities in tools used in multi-edge tools, such as milling machines and hobbing machines.
機械加工の無人化を図るために、工作機械の工
具の異常(たとえば刃の欠損)を自動的に検出す
る手段が従来から種々提案され実用されている。 In order to achieve unmanned machining, various means have been proposed and put into practical use for automatically detecting abnormalities (for example, a chipped blade) in a tool of a machine tool.
しかるに、フライス工具やホブ等の多刃工具
は、断続的な切削を行なうこと、および切削状況
(切削幅、切込量等)の変化が著しいこと等から、
従来の異常検出方法ではその異常を的確に検出す
ることができず、そのため従来からかかる多刃工
具の異常を精度よく検出しうる手段が望まれてい
た。 However, multi-blade tools such as milling tools and hobs perform intermittent cutting, and the cutting conditions (cutting width, depth of cut, etc.) change significantly.
Conventional abnormality detection methods cannot accurately detect such abnormalities, and therefore, there has been a desire for a means that can accurately detect abnormalities in such multi-edged tools.
本発明はかかる状況に鑑み、上記フライス工具
等の多刃工具の異常を的確に検出することができ
る方法を提供しようとするものである。 In view of this situation, the present invention seeks to provide a method that can accurately detect abnormalities in multi-blade tools such as the above-mentioned milling tools.
このため本発明では、多刃工具の切削力変化を
検出するとともに、検出された切削力変化をケプ
ストラム処理し、上記多刃工具の任意の刃の位置
に次の刃が到達する周期についてのケプストラム
の大きさと、該工具が1回転する周期についての
ケプストラムの大きさとの比較結果に基づいて上
記多刃工具の異常を検出するようにしている。 For this reason, in the present invention, the cutting force change of the multi-edge tool is detected, and the detected cutting force change is subjected to cepstrum processing, and the cepstrum of the period at which the next blade reaches an arbitrary blade position of the multi-edge tool is calculated. An abnormality in the multi-blade tool is detected based on a comparison result between the magnitude of the cepstrum and the magnitude of the cepstrum for one rotation period of the tool.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は、本発明に係る方法を実施するための
装置の一構成例を、また第2図は該装置の作用を
説明するためのフローチヤートを各々示してい
る。 FIG. 1 shows an example of the configuration of an apparatus for carrying out the method according to the present invention, and FIG. 2 shows a flowchart for explaining the operation of the apparatus.
第1図に示す縦フライス盤のフライスカツタ1
は、複数の切削刃(チツプ)1aを備えた多刃工
具であることから、フライス盤の主軸2を回動さ
せた場合、個々の刃1aによる断続切削が行なわ
れる。それ故、フライスカツタ1の切削力は切削
中において周期的に変化し、この切削力の変化
は、上記主軸2にスラスト方向の変化として伝達
される。 Milling cutter 1 of the vertical milling machine shown in Fig. 1
Since this is a multi-blade tool having a plurality of cutting blades (chips) 1a, when the main shaft 2 of the milling machine is rotated, intermittent cutting is performed by the individual blades 1a. Therefore, the cutting force of the milling cutter 1 changes periodically during cutting, and this change in cutting force is transmitted to the main shaft 2 as a change in the thrust direction.
この実施例では、上記主軸2のスラスト力を受
けるベアリング3とハウジング4との間にたとえ
ば圧電式の応力センサ5を介在させ、該センサ5
によつて上記切削力に対応したスラスト力を電圧
に変換している(第2図のステツプ100)。 In this embodiment, a piezoelectric stress sensor 5, for example, is interposed between the housing 4 and the bearing 3 that receives the thrust force of the main shaft 2.
The thrust force corresponding to the cutting force is converted into voltage (step 100 in FIG. 2).
上記応力センサ5の出力電圧は、増幅器6によ
つてA倍に増幅され(ステツプ101)、かつ含有す
る高周波成分がローパスフイルタ7によつて、ま
た直流成分がコンデンサ8によつて各々除去され
る(ステツプ102,103)。この結果、上記コンデ
ンサ8からは、前記フライスカツタ1の切削力変
化に対応した第3図または第6図に例示するよう
な信号が出力される。 The output voltage of the stress sensor 5 is amplified by a factor of A by the amplifier 6 (step 101), and the contained high frequency component is removed by the low pass filter 7 and the DC component is removed by the capacitor 8. (Steps 102, 103). As a result, the capacitor 8 outputs a signal as illustrated in FIG. 3 or FIG. 6, which corresponds to the change in cutting force of the milling cutter 1.
第3図は上記フライスカツタ1の各刃が正常な
場合の信号波形を、また第6図は上記各刃のうち
の1つの刃が欠損している場合の信号波形を各々
示し、いずれも下記する加工条件でフライス加工
を行なつた場合のものである。 Figure 3 shows the signal waveform when each blade of the milling cutter 1 is normal, and Figure 6 shows the signal waveform when one of the blades is defective. This is the case when milling was performed under the following machining conditions.
加工機:NCたて型フライス盤(AC18.5kw)
カツタ:外径125φ、刃数6、アプローチ角150、
すくい角(アキシアル+8゜、ラジアル
0゜)
チツプ:回転数285rpm、切削速度112m/min、
送り0.3mm/刃(513mm/min)、切込量
3mm、切削幅60mm、ダウンカツト
被削材:S45C板材(400×300×50mm)
上記コンデンサ8より出力される上記信号は、
アナログ/デジタル変換器(以下、A/D変換器
という)9によつてA/D変換されたのち(ステ
ツプ104)、ケプストラム処理器10に入力され、
ここでいわゆるケプストラム処理が施される。Processing machine: NC vertical milling machine (AC18.5kw) Cutter: Outer diameter 125φ, number of teeth 6, approach angle 150,
Rake angle (axial + 8°, radial
0゜) Chip: Rotation speed 285 rpm, cutting speed 112 m/min,
Feed rate: 0.3 mm/blade (513 mm/min), depth of cut: 3 mm, cutting width: 60 mm, down cut Work material: S45C plate material (400 x 300 x 50 mm) The above signal output from the capacitor 8 is as follows:
After being A/D converted by an analog/digital converter (hereinafter referred to as an A/D converter) 9 (step 104), it is input to a cepstrum processor 10,
Here, so-called cepstrum processing is performed.
すなわち、上記ケプストラム処理器10は、ま
ず上記A/D変換器9の出力信号を高速フーリエ
変換(FFT)して該信号のパワースペクトラム
を求める(ステツプ105)。第4図および第7図
は、各々第3図および第6図に示したタイム波形
をFFTした場合のパワースペクトラムを示して
いる。ついでこのケプストラム処理器10は、得
られたパワースペクトラムの振幅の対数値をとり
(ステツプ106)、しかるのちこの対数化されたス
ペクトラムを高速フーリエ変換してケプストラム
を求める(ステツプ107)。第5図および第8図
は、各々第4図および第7図に示したパワースペ
クトラムに基づくケプストラムを示す。 That is, the cepstrum processor 10 first performs fast Fourier transform (FFT) on the output signal of the A/D converter 9 to obtain the power spectrum of the signal (step 105). FIGS. 4 and 7 show power spectra when the time waveforms shown in FIGS. 3 and 6 are subjected to FFT, respectively. Next, the cepstrum processor 10 takes the logarithmic value of the amplitude of the obtained power spectrum (step 106), and then fast Fourier transforms this logarithmized spectrum to obtain a cepstrum (step 107). FIGS. 5 and 8 show cepstrums based on the power spectra shown in FIGS. 4 and 7, respectively.
演算回路11は、上記ケプストラムを示す信号
を入力してその信号についてのピークホールドを
行なう。そして前記フライスカツタ1の回転数S
と刃数nとを入力して(ステツプ108)、該カツタ
1の任意の刃の位置に次の刃が到達する周期(こ
の例では35ms。以下これを断続周期という)に
おけるケプストラムの振幅C1と、上記カツタ1
が1回転する周期(この例では210ms。以下これ
を回転周期という)におけるケプストラムの振幅
Cnとを求める(ステツプ109)。ついで上記各振
幅C1,Cnの比Cn/C1を求めるとともに(ステツ
プ110)、この比に対するしきい値を入力して
(ステツプ111)、上記比Cn/C1が上記しきい値
よりも大きいか否かを判断し、(ステツプ112)、
Cn/C1>の場合にはフライス盤を制御するNC
コントローラ12に送り停止信号を出力する(ス
テツプ113)。これによつて上記NCコントローラ
12は上記カツタ1の送りを停止させかつ作業者
に工具の異常を知らせる(ステツプ114)。 The arithmetic circuit 11 receives a signal indicating the cepstrum and performs peak hold on the signal. and the rotation speed S of the milling cutter 1
and the number of blades n (step 108), and calculate the amplitude C 1 of the cepstrum at the period (in this example, 35 ms, hereinafter referred to as the intermittent period) at which the next blade arrives at an arbitrary blade position of the cutter 1 . And the above katsuta 1
The amplitude of the cepstrum during one rotation period (210 ms in this example, hereinafter referred to as the rotation period)
Find Cn (step 109). Next, the ratio Cn/C 1 of the above-mentioned amplitudes C 1 and Cn is determined (step 110), and a threshold value for this ratio is input (step 111), so that the above-mentioned ratio Cn/C 1 is greater than the above-mentioned threshold value. Determine whether it is large or not (step 112),
NC that controls the milling machine if Cn/C 1 >
A feed stop signal is output to the controller 12 (step 113). As a result, the NC controller 12 stops feeding the cutter 1 and notifies the operator of the abnormality of the tool (step 114).
ここで上記しきい値について説明する。第5
図と第8図の対比から明らかなように、工具が異
常の場合、断続周期についてのケプストラムが低
下し、逆に回転周期についてのケプストラムが増
加する。この現象は、以下のような理由により生
じる。すなわち、刃の欠損等のない正常切削の場
合、1刃毎の切削力の変化パターンがほぼ類似し
た形で繰り返えされるので、断続周期のケプスト
ラムが大きくなり、一方、カツタが回転する毎の
切削力変化は余り強調されないため回転周期のケ
プストラムは小さくなる。 Here, the above threshold value will be explained. Fifth
As is clear from the comparison between the figure and FIG. 8, when the tool is abnormal, the cepstrum for the intermittent period decreases, and conversely, the cepstrum for the rotation period increases. This phenomenon occurs for the following reasons. In other words, in the case of normal cutting without any chipping of the blade, the change pattern of the cutting force for each blade is repeated in a similar manner, so the cepstrum of the intermittent period becomes large, while the Since the cutting force changes are not emphasized so much, the cepstrum of the rotation period becomes small.
ところが、工具に何らかの異常が発生すると、
1刃毎の切削力変化パターンの繰返し性が崩れる
ので、断続周期のケプストラムは低下する。そし
てこの場合、カツタが1回転する毎の切削力の変
化が強調されるため回転周期のケプストラムは増
大する。 However, if something goes wrong with the tool,
Since the repeatability of the cutting force change pattern for each blade is disrupted, the cepstrum of the intermittent period decreases. In this case, the cepstrum of the rotation period increases because the change in cutting force each time the cutter rotates once is emphasized.
第9図は、前記加工条件下でフライス加工を行
なつた場合の工具正常時と工具異常時における上
記比値Cn/C1のパラツキを示したものである。
同図に示す如く、工具正常時には上記比の値が
0.5よりも小さくなり、また工具異常時にはこの
比の値が1よりも大きくなる。したがつて上記の
例では、上記しきい値を1.0に設定しておくこ
とにより、99.9%の確度で工具の異常を判定する
ことができる。 FIG. 9 shows the variation in the ratio value Cn/ C1 between when the tool is normal and when the tool is abnormal when milling is performed under the above machining conditions.
As shown in the figure, when the tool is normal, the above ratio value is
The value of this ratio becomes smaller than 0.5, and the value of this ratio becomes larger than 1 when the tool is abnormal. Therefore, in the above example, by setting the threshold value to 1.0, it is possible to determine an abnormality in the tool with 99.9% accuracy.
なお第9図に示す比値の分布図は、工具正常時
と異常時において各々20回のサンプリングを行な
つた場合のものであり、工具正常時の比値の平均
値および標準偏差は各々0.29および0.3、工具異
常時のそれらは1.82および0.27である。 The ratio value distribution diagram shown in Fig. 9 is obtained when sampling is performed 20 times each when the tool is normal and when the tool is abnormal, and the average value and standard deviation of the ratio values when the tool is normal are each 0.29. and 0.3, and those during tool abnormality are 1.82 and 0.27.
上記実施例では、断続周期と回転周期における
ケプストラムの比の値に基づいて工具の異常を検
出しているが、両者の比の値の差をとり、この差
の値に基づいて工具の異常を検出することも当然
可能である。 In the above embodiment, tool abnormalities are detected based on the value of the cepstrum ratio between the intermittent period and the rotation period. Of course, detection is also possible.
また実施例では、前記主軸2に作用するスラス
ト力から切削力の変化を検出しているが、カツタ
1の送り方向の切削力、送り直角方向の切削力、
主軸トルク等を適宜なセンサで検出するようにし
てもよい。さらに、切削中においては切削力に対
応した振動や切削音が加工機械の各所に発生する
ので、これらを振動センサやマイクロフオンで検
出するようにしてもよい。 Further, in the embodiment, changes in cutting force are detected from the thrust force acting on the main shaft 2, but the cutting force in the feed direction of the cutter 1, the cutting force in the direction perpendicular to the feed,
The spindle torque or the like may be detected by an appropriate sensor. Furthermore, during cutting, vibrations and cutting noises corresponding to the cutting force are generated in various parts of the processing machine, so these may be detected by a vibration sensor or a microphone.
もちろん本発明は、フライス盤だけでなく多刃
工具を備えた他の工作機械にも適用することがで
きる。 Of course, the present invention can be applied not only to milling machines but also to other machine tools equipped with multi-blade tools.
第1図は本発明に係る方法を実施するための装
置の一構成例を示したブロツク図、第2図は第1
図に示した装置の作用を説明するためのフローチ
ヤート、第3図は工具正常時の切削力変化を例示
した波形図、第4図および第5図は各々第3図に
示した波形図についてのスペクトラムおよびケプ
ストラムを示す波形図、第6図は工具異常時の切
削力変化を例示した波形図、第7図および第8図
は各々第6図に示した波形図についてのスペクト
ラムおよびケプストラムを示す波形図、第9図は
工具正常時と異常時についての断続周期と回転周
期におけるケプストラムの比の分布を示すグラフ
である。
1…フライスカツタ、1a…チツプ、2…主
軸、3…ベアリング、5…応力センサ、10…ケ
プストラム処理器、11…演算回路、12…NC
コントローラ。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an apparatus for carrying out the method according to the present invention, and FIG.
Flowchart for explaining the operation of the device shown in the figure, Figure 3 is a waveform diagram illustrating changes in cutting force when the tool is normal, Figures 4 and 5 are respectively related to the waveform diagrams shown in Figure 3. Figure 6 is a waveform diagram illustrating the cutting force change during tool abnormality, Figures 7 and 8 are the spectrum and cepstrum of the waveform diagram shown in Figure 6, respectively. The waveform diagram, FIG. 9, is a graph showing the distribution of cepstrum ratios in the intermittent period and rotation period when the tool is normal and when the tool is abnormal. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Milling cutter, 1a...Chip, 2...Main shaft, 3...Bearing, 5...Stress sensor, 10...Cepstrum processor, 11...Arithmetic circuit, 12...NC
controller.
Claims (1)
検出された切削力変化をケプストラム処理し、上
記多刃工具の任意の刃の位置に次の刃が到達する
周期についてのケプストラムの大きさと、上記多
刃工具が一回転する周期についてのケプストラム
の大きさとを比較し、その比較結果に基づいて上
記多刃工具の異常を検出することを特徴とする多
刃工具の異常検出方法。 2 上記多刃工具の主軸に作用するスラスト力の
変化を上記切削力変化として検出するようにした
特許請求の範囲第1項記載の多刃工具の異常検出
方法。 3 上記各ケプストラムの比をとり、この比の値
に基づいて上記工具の異常を検出するようにした
特許請求の範囲第1項記載の多刃工具の異常検出
方法。 4 上記各ケプストラムの差をとり、この差の大
きさに基づいて上記工具の異常を検出するように
した特許請求の範囲第1項記載の多刃工具の異常
検出方法。 5 上記多刃工具がフライス盤のフライス工具で
ある特許請求の範囲第1項記載の多刃工具の異常
検出方法。[Claims] 1. Detecting changes in cutting force of a multi-blade tool,
Cepstrum processing is performed on the detected cutting force change, and the size of the cepstrum for the period at which the next blade arrives at an arbitrary blade position of the multi-blade tool, and the size of the cepstrum for the period at which the multi-blade tool rotates once. A method for detecting an abnormality in a multi-edged tool, characterized in that the abnormality in the multi-edged tool is detected based on the comparison result. 2. The method for detecting an abnormality in a multi-blade tool according to claim 1, wherein a change in the thrust force acting on the main shaft of the multi-blade tool is detected as a change in the cutting force. 3. The method for detecting an abnormality in a multi-blade tool according to claim 1, wherein the ratio of each of the cepstrums is determined, and abnormality in the tool is detected based on the value of this ratio. 4. The method for detecting an abnormality in a multi-blade tool according to claim 1, wherein the difference between the respective cepstrums is determined, and an abnormality in the tool is detected based on the magnitude of this difference. 5. The method for detecting an abnormality in a multi-blade tool according to claim 1, wherein the multi-blade tool is a milling tool of a milling machine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19452283A JPS6085854A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Method of detecting abnormality of multi-edged tool |
Applications Claiming Priority (1)
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JP19452283A JPS6085854A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Method of detecting abnormality of multi-edged tool |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6085854A JPS6085854A (en) | 1985-05-15 |
JPH0460780B2 true JPH0460780B2 (en) | 1992-09-29 |
Family
ID=16325928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19452283A Granted JPS6085854A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Method of detecting abnormality of multi-edged tool |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS6085854A (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0675816B2 (en) * | 1988-03-14 | 1994-09-28 | エルコー株式会社 | Mounting structure for machine tool detector |
CN105150028A (en) * | 2015-04-24 | 2015-12-16 | 张萍 | Novel pressure detection device |
KR102465579B1 (en) * | 2020-11-03 | 2022-11-14 | 한국생산기술연구원 | Wear Rate Measuring Method of Tool |
-
1983
- 1983-10-18 JP JP19452283A patent/JPS6085854A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6085854A (en) | 1985-05-15 |
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