JPH06198547A

JPH06198547A - 回転式刃具の折損予知方法

Info

Publication number: JPH06198547A
Application number: JP91293A
Authority: JP
Inventors: Yasushiro Ishino; 連信郎石野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1994-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】回転式の刃具における折損の発生を予知し
て、事前にその予防を図る。磨耗した刃具による切削を
行わないようにする。【構成】新しい刃具でテストワークを試験的に切削し
たときの切削トルクパターンから、刃具の折損に至る手
前の大きさの刃具折損危険トルクレベルを設定する。こ
の刃具で実際に多数のワークを切削するときの各切削時
の切削トルクパターンをそれぞれ検知し、これ刃具折損
危険トルクレベルと比較して、その刃具の折損予知を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転式刃具の折損予知
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリルやタップなどの回転式刃具は、適
当な工作機械に取り付けられて使用されるのが一般的で
ある。このような工作機械を特に無人運転する場合に
は、刃具の折損が生じると、ワークにロスが生じたり、
手直しの時間がロスになるなどの問題点がある。このた
め従来は、刃具の折損を検知するために、工具や刃への
タッチセンサを利用したり、光学的に折損を検知した
り、アコースティックエミッション技術を利用したり、
刃具を回転駆動するためのスピンドルモータの電流およ
び電力の変化量を検知したりしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
技術では、刃具が折損してしまった後の検知は可能であ
るが、折損の予知を行うことは不可能あるいは著しく困
難であるという問題点がある。また、刃具の折損は、刃
具の磨耗の増大にともない切削動力が増大したときに生
じることが多く、そのような場合には、刃具の折損のみ
ならず、刃具の磨耗にもとづくワークの仕上がり精度の
悪化という二重の問題点が生じる。

【０００４】さらに、最近は刃具の材質に超硬材料を使
用することが多く、これにより磨耗が少なくなり、しか
も刃具の寿命が非常に向上している。しかし、この反
面、超硬工具はあまり大きくないトルクで折損に至るの
で、適切な切削トルク管理が要望されているという問題
点もある。

【０００５】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、回転式の刃具における折損の発生を予知して、事前
にその予防を図り、これにともなって、磨耗した刃具に
よる切削加工を行わずに済むようにすることを目的とす
る。さらに刃具が超硬材料で形成されているときには、
適切な切削トルク管理ができるようにすることを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、新しい刃具でテストワークを試験的に切削し
たときの切削トルクパターンを検知し、この検知された
パターンから、刃具の折損に至る手前の大きさの刃具折
損危険トルクレベルを設定し、この刃具で実際に多数の
ワークを切削するときの各切削時の切削トルクパターン
をそれぞれ検知し、前記実際の切削時の切削トルクパタ
ーンを前記刃具折損危険トルクレベルと比較してその刃
具の折損予知を行う。

【０００７】

【作用】ある回転刃具で所定のワークを切削したときの
折損トルクは、その刃具が新しいときにそのワークを切
削したときの切削トルクの５〜６倍の値となるのが一般
的である。したがって、その切削トルクの３〜４倍程度
のレベルを折損の危険のあるレベルとして設定し、実際
の切削時の切削トルクパターンをこの刃具折損危険トル
クレベルと比較することで、その折損を予知することが
可能となる。

【０００８】たとえば、実際の切削時の切削トルクパタ
ーンが設定レベルよりも大きくなったことが検知された
なら、刃具を回転させるためのモータを停止させたり、
ステップバックを行ったり、あるいは回転駆動系のクラ
ッチを遮断したりして、それ以上切削トルクが大きくな
ることを防止すればよい。このため、特に折損の起こり
やすい超硬材料で刃具を形成したときに、適切な切削ト
ルク管理を行うことが可能となる。

【０００９】なお、ここでいう回転刃具は、ドリルなど
の通常の切削工具のほかに、タッピングねじなどをも含
む広い概念を指す。刃具折損危険トルクレベルは、これ
を所定の大きさのトルク値によって設定してもよいし、
あるいは切削の進行に伴い変化する切削トルクパターン
にもとづいて設定してもよい。

【００１０】

【実施例】図４は、試験的な切削時に切削トルクパター
ンを検知して学習するための装置構成を示す。ここで10
は工作機械で、タップやドリルなどの回転式の刃具12に
よってワーク14を機械加工する。刃具12は、工具ホルダ
16、トルクセンサ18、クラッチ20および無断変速機21を
介して主軸モータ22に連結されている。トルクセンサ18
は磁歪検出型のもので、刃具12の切削トルクを非接触で
精度良く検知可能である。主軸モータ22は、切削送り動
力を検知するためのロードセル24を介してフレーム26に
連結されている。このフレーム26が送りモータ28によっ
て移動されることで、刃具12に送りが与えられる。トル
クセンサ18およびロードセル24は、切削トルクおよび送
り動力の検出値を記憶するための記憶装置30に接続され
ている。

【００１１】このような構成において、交換などによっ
て新しい刃具12を使用するときには、まず切削トルクパ
ターンを学習する。その際には、工具ホルダ16に新しい
刃具12を装着して、新しいワーク14を試験的に切削し、
そのときの切削トルクをトルクセンサ18で検知するとと
もに、送り動力をロードセル24によって検知し、検知結
果をそれぞれ記憶装置30に記憶する。

【００１２】切削トルクは、図３に示すような時間変化
を含んだ切削トルクパターンとして検知し、記憶するの
が好ましい。これは、発生する最大トルクだけを検知し
て学習するだけでは不十分な場合が多いためである。た
とえば、タッピングねじの締め付けの際は、回転刃具と
してのねじ自体によるタップ工程と、締め付け工具によ
るねじ締め工程との二つの工程でトルクピークが発生
し、トルクパターンによってその両者を検知した方が、
正確な折損の予知が可能である。さらに、たとえばタッ
プの場合には、切り粉の噛み込みによる突発的なトルク
の増大と、工具磨耗によるトルクの増大とは、トルクパ
ターンによらなければ判別できないのが現実である。な
お、発生するトルクの最大値のみを検知して記憶するだ
けでも十分な場合も、もちろん存在する。

【００１３】図３において破線で示すように、切削トル
クパターンは、検知するごとに多少変化することが多
い。そこで、これを10回程度検知し、それを平均した切
削トルクパターンを記憶することが望ましい。上述の発
生トルクの最大値のみを検知する場合も、同様に平均値
を記憶することがが望ましい。特に切削トルクパターン
の平均値は、切削時間情報とともに記憶することが望ま
しい。

【００１４】記憶装置30には、刃具12の種類、材質、口
径などに対応して、この刃具12が折損すると思われる大
きさのトルク、すなわち刃具折損トルクが記憶されてい
る。たとえば刃具12がタップである場合には、その刃具
折損トルクは、その下孔の大きさによって規定される刃
具とワークとのひっかかり率が100 ％のときの上記平均
値の５〜６倍となる。また、ひっかかり率が100 ％のと
きの上記平均値の３〜４倍の値が、折損の危険性がある
ことを示す刃具折損危険トルクレベルとして、記憶装置
30に記憶される。記憶された値の大きさは、図３に併記
されている。

【００１５】これらの値について、刃具12がタップであ
るときの具体例を表１に示す。この場合に、被削材質は
ＪＩＳＳＣＭ４４０（Ｈ_B１９３）であり、タップ材
質はＪＩＳＳＫＨ３であった。

【００１６】

【表１】

【００１７】図２は、実際の切削作業のための装置構成
を示す。ここで32はＣＰＵであり、トルクセンサ18およ
びロードセル24とが接続されるとともに、記憶装置30が
接続されている。34は制御装置であり、ＣＰＵ32からの
信号を受けて両モータ22、28とクラッチ20と無断変速機
21とを制御可能である。その他の構成は、図４に示した
ものと同様である。

【００１８】切削作業時には、トルクセンサ18とロード
セル24とによって、各ワーク14ごとに毎回あるいは適当
数のワーク14ごとに、切削トルクおよび送り動力をトル
クセンサ18およびロードセル24によって検知する。そし
て図１に示すように、検知された切削トルクパターンが
ＣＰＵ32によって刃具折損危険トルクレベルと比較され
る。切削トルクパターンが刃具折損危険トルクレベルよ
りも大きくなると、主軸モータ22の停止やステップバッ
ク、あるいはクラッチ20の遮断により、それ以上切削ト
ルクが大きくなることを防止して刃具12の折損を防止す
る。

【００１９】切削トルクが大きくなる原因として、工具
磨耗がある。つまり、加工したワーク14の数すなわち切
削回数が多くなると、刃具12の刃先が磨耗して、図１に
示すように切削トルクが大きくなる。そこで、切削トル
クが刃具折損危険トルクレベルに達した時点で刃具12を
交換する。あるいは、刃具折損危険トルクレベルに達し
た時点で直ちに刃具12を交換するのではなく、刃具磨耗
がひどくなると刃具折損危険トルクレベルをこえること
が多くなることから、切削に要する所定時間当たりのレ
ベル超過回数またはレベル超過時間が所定値を越えた時
点で交換するようにしてもよい。

【００２０】なお、通常、切削加工の回数と切削トルク
の増加特性との関係は経験的に分かっているので、その
切削加工回数の情報と実際に検知された切削トルクパタ
ーン情報とをＣＰＵ32に送ることで、刃具12の寿命を予
測することができる。

【００２１】あるいは、刃具折損危険トルクレベルと刃
具折損トルクとの間に第２の危険トルクレベルを設定
し、実際の切削時の切削トルクパターンが前記刃具折損
危険トルクレベルと第２の危険トルクレベルとの間に一
定時間以上あるか否かを検知して、その刃具の折損予知
を行うことができる。

【００２２】具体的には、タップを例にとると、たとえ
ば刃具折損危険トルクレベルをひっかかり率100 ％の切
削トルクの３倍に設定するとともに、刃具折損トルクを
その５倍に設定したときに、第２の危険トルクレベル
を、その４倍に設定することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、新し
い刃具でテストワークを試験的に切削したときに検知さ
れる切削トルクパターンから、刃具の折損に至る手前の
大きさの刃具折損危険トルクレベルを設定し、この刃具
で実際に多数のワークを切削するときの各切削時の切削
トルクパターンをそれぞれ検知し、これを前記刃具折損
危険トルクレベルと比較してその刃具の折損予知を行う
ようにしたため、その刃具の折損を予知することが可能
となって、工作機械を無人運転するときの刃具の折損に
よるワークのロスや手直し時間のロスの発生を防止で
き、さらに、工具磨耗時に適当なタイミングで刃具を交
換することが可能となり、工具磨耗にもとづく加工精度
の低下を防止できて、ワークの仕上がり精度を確実に管
理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にもとづく切削トルクを例示
する図である。

【図２】多数のワークを切削加工するための装置の概略
構成図である。

【図３】切削パターンの学習のために新しい刃具で試験
的に切削加工するときの切削トルクを例示する図であ
る。

【図４】新しい刃具で試験的に切削加工するための装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

10 工作機械 12 刃具 14 ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】新しい刃具でテストワークを試験的に切
削したときの切削トルクパターンを検知し、この検知さ
れたパターンから、刃具の折損に至る手前の大きさの刃
具折損危険トルクレベルを設定し、この刃具で実際に多
数のワークを切削するときの各切削時の切削トルクパタ
ーンをそれぞれ検知し、前記実際の切削時の切削トルク
パターンを前記刃具折損危険トルクレベルと比較してそ
の刃具の折損予知を行うことを特徴とする回転式刃具の
折損予知方法。
【請求項２】新しい刃具で複数のテストワークを試験
的に切削して得られる複数の切削トルクパターンの平均
値を求めて、この平均値から、刃具折損危険トルクレベ
ルを設定することを特徴とする請求項１記載の回転式刃
具の折損予知方法。
【請求項３】切削トルクパターンが切削時間情報を有
することを特徴とする請求項１又は２記載の回転式刃具
の折損予知方法。
【請求項４】切削装置の駆動源とツールホルダとの間
に磁歪式のトルクセンサを設けて切削トルクパターンを
検知することを特徴とする請求項１から３までのいずれ
か１項記載の回転式刃具の折損予知方法。
【請求項５】切削時の刃具の送り動力を検知すること
を特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の
回転式刃具の折損予知方法。
【請求項６】試験的な切削時に検知された切削トルク
パターンから、前記刃具折損危険トルクレベルのほか
に、刃具の折損に至る大きさの刃具折損トルクを設定
し、さらに、これら刃具折損危険トルクレベルと刃具折
損トルクとの間に第２の危険トルクレベルを設定し、実
際の切削時の切削トルクパターンが前記刃具折損危険ト
ルクレベルと第２の危険トルクレベルとの間に一定時間
以上あるか否かを検知してその刃具の折損予知を行うこ
とを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載
の回転式刃具の折損予知方法。