JPH1128647A - 工具交換時期判定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種の工具、加工条件において工具交換時期
の判定をファジィ推論を用いて的確に行い、しかも、ユ
ーザの工具交換時期の判断基準等に適応するようにメン
バーシップ関数を自動更新すること。 【解決手段】 切削条件を入力変数とし、工具交換時期
を出力変数としてファジィ推論ルールを設定し、ファジ
ィ推論によって工具交換時期を判定する工具交換時期判
定方法において、ファジィ推論ルールとラベル名称は全
使用工具で共通とし、ファジィ推論のメンバーシップ関
数は使用工具毎に個別に設定し、各切削加工における主
軸回転数、送り速度、主軸駆動トルク、ワーク材質等の
切削条件のデータを切削条件データ収集・記憶手段４１
によって収集、記憶し、所定切削加工数の記憶データよ
りファジィ集合を抽出し、メンバーシップ関数自動作成
・更新手段４３によってファジィ推論のメンバーシップ
関数を自動的に作成し、更新する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は工作機械における
工具交換時期判定方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削作業中の工具の摩耗や折損を検出す
る方法として、工具を装着されている主軸の駆動トル
ク、機械振動、ＡＥ（音響反射）の周波数など、工具の
損耗に付随して発生する物理的変化量より検出する方法
が知られている。この検出方法では、駆動トルク、機械
振動、ＡＥ周波数などの物理量が、予め定められた閾値
に達すれば、摩耗、折損による工具交換時期であると判
定する。

【０００３】また、従来より知られている工具交換時期
判定方法として、工具の使用時間を計測し、工具の累積
使用時間より工具交換時期を設定する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】駆動トルク、機械振
動、ＡＥ周波数などの物理量より摩耗、折損による工具
交換時期を判定する方法では、一般に折損による工具交
換時期判定の閾値は比較的容易に的確に設定することが
できるが、しかし、摩耗による工具交換時期判定の閾値
は、工具の種類、送り速度、主軸回転数、ワーク材質、
粗荒加工と仕上げ加工の違い等により異なり、しかも程
度問題であるため、この閾値の適正設定は難しく、同一
機械、同一ワーク、同一工具を使用して同一加工条件で
加工する場合には一つの閾値が有効であっても、その他
では有効でなく、一般性がない。

【０００５】このことに対して、摩耗による工具交換時
期判定の閾値を、工具、加工条件、ワーク等に応じて個
別に設定することが考えられるが、この場合には閾値の
設定数が膨大なものになり、閾値の選択設定が面倒なも
のになり、現実的でない。

【０００６】工具の累積使用時間による工具交換時期判
定では、安全を見込んで、工具交換時期判定の累積使用
時間を設定するため、無駄があり、工具コストが高くな
る。また、工具交換時期判定時間内に突発的に工具が折
損しても対応できない。

【０００７】これらのことにより、実際には、オペレー
タが切削音、機械振動、加工面荒さ、工具刃状態を観察
し、オペレータの経験則により工具交換時期を判定して
いることが多い。しかし、これでは、オペレータが機械
に付いていなければならず、自動化運転、無人化運転を
行うことができない。しかも、オペレータの熟練度が必
要で、オペレータの判断基準の相異等により、必ずしも
的確に工具交換時期の判定が行われるとは限らない。

【０００８】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、オペレータの勘に依存することな
く、また難しい閾値の設定を要することなく、各種の工
具、加工条件、ワークにおいて折損のみならず摩耗によ
る工具交換時期の判定をファジィ推論により行い、しか
も、使用過程でファジィ推論で使用するメンバシップ関
数を適切なものに自動更新し、ファジィ推論による工具
交換時期の判定を、的確に、また個々のユーザの工具交
換時期の判断基準等に適応して行うことができる工具交
換時期判定方法および装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明による工具交換時期判定方
法は、工具を装着されている主軸の回転数、送り速度、
主軸駆動トルク、ワーク材質等の切削条件を入力変数と
し、工具交換時期を出力変数としてファジィ推論ルール
を設定し、ファジィ推論によって工具交換時期を判定す
る工具交換時期判定方法において、ファジィ推論ルール
とラベル名称は全使用工具で共通とし、ファジィ推論の
メンバーシップ関数は使用工具毎に個別に設定し、各切
削加工における主軸回転数、送り速度、主軸駆動トル
ク、ワーク材質等の切削条件のデータを収集、記憶し、
所定切削加工数の記憶データよりファジィ集合を抽出
し、演算手段によって前記ファジィ推論のメンバーシッ
プ関数を自動的に作成し、更新することものである。

【００１０】請求項２に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項１に記載の工具交換時期判定方法に
おいて、工具交換時期が到来したことのオペレータ入力
を受け付け、このオペレータ入力時のデータを工具交換
時期を示すデータとして使用し、前記メンバーシップ関
数を更新するものである。

【００１１】請求項３に記載の発明による工具交換時期
判定方法は、請求項１または２に記載の工具交換時期判
定方法において、主軸トルクを主軸モータの負荷電流な
どより検出し、機械振動を振動センサより検出し、主軸
トルクおよび機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回
転数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を出力変数と
してファジィ推論ルールを設定して切削条件をファジィ
推論し、切削条件のファジィ推論によって主軸回転数、
送り速度、ワーク材質等の切削条件を推定し、前記切削
条件の推定値と主軸トルクの計測値とを工具交換時期判
定のファジィ推論における入力変数し、前記切削条件の
ファジィ推論と工具交換時期判定のファジィ推論の双方
のメンバーシップ関数を自動的に作成、更新するもので
ある。

【００１２】上述の目的を達成するために、請求項４に
記載の発明による工具交換時期判定装置は、工具を装着
されている主軸の回転数と送り速度と主軸駆動トルクと
を入力変数とし、工具交換時期を出力変数として設定さ
れている全使用工具共通のファジィ推論ルールによって
工具交換時期をファジィ推論により推定する工具交換時
期判定ファジィ推論手段と、各切削加工における主軸回
転数、送り速度、主軸駆動トルク、ワーク材質等の切削
条件のデータを収集、記憶する切削条件データ収集・記
憶手段と、前記切削条件データ収集・記憶手段に記憶さ
れた所定切削加工数の記憶データよりファジィ集合を抽
出し、前記ファジィ推論のメンバーシップ関数を自動的
に作成、更新するメンバーシップ関数自動作成・更新手
段とを有しているものである。

【００１３】請求項５に記載の発明による工具交換時期
判定装置は、請求項４に記載の発明による工具交換時期
判定装置において、前記ンバーシップ関数自動作成・更
新手段は工具交換時期が到来したことのオペレータ入力
を受け付け、このオペレータ入力時のデータを工具交換
時期を示すデータとして使用し、前記メンバーシップ関
数を更新するものである。

【００１４】請求項６に記載の発明による工具交換時期
判定装置は、請求項４または５に記載の発明による工具
交換時期判定装置において、主軸トルクを主軸モータの
負荷電流などより検出する主軸トルク検出手段と、機械
振動を検出する振動検出手段と、前記主軸トルク検出手
段により検出される主軸トルクの計測値と前記振動検出
手段により検出される機械振動の計測値とを入力変数と
し、主軸回転数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を
出力変数として設定されているファジィ推論ルールによ
って主軸回転数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を
ファジィ推論により推定する切削条件ファジィ推論手段
とを有し、前記切削条件ファジィ推論手段による切削条
件の推定値と前記主軸トルク検出手段により検出された
主軸トルクを前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に
入力して工具交換時期を判定し、前記切削条件ファジィ
推論手段によって推論された切削条件のデータと前記主
軸トルク検出手段により検出された主軸トルクを前記切
削条件データ収集・記憶手段に格納し、前記メンバーシ
ップ関数自動作成・更新手段は前記切削条件データ収集
・記憶手段に記憶された所定切削加工数の記憶データよ
りファジィ集合を抽出し、切削条件ファジィ推論手段に
よるファジィ推論のメンバーシップ関数と前記工具交換
時期判定ファジィ推論手段によるファジィ推論のメンバ
ーシップ関数とを自動的に作成、更新するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００１６】図１はこの発明による工具交換時期判定装
置を有する工作機械の一つの実施の形態を示している。
図１において、１は主軸頭を、３はベットを、５はワー
クテーブルを各々示している。

【００１７】主軸頭１には主軸モータ７によって回転駆
動される主軸９が設けられており、主軸９には、工具交
換装置６１によって工具１１を交換可能に装着される。

【００１８】ワークテーブル５は、べット３上に軸移動
可能に設けられ、サーボモータ１３により軸駆動され
る。ワークテーブル５にはワーク取付治具１５によって
ワークＷが固定搭載されている。

【００１９】数値制御装置２１は、加工プログラム解析
部２３と、加工プログラム解析部２３により解析された
主軸回転速度指令に基づいて主軸９の回転速度、換言す
れば主軸モータ７の回転数を制御する主軸回転速度制御
部２５と、加工プログラム解析部２３により解析された
ワークテーブル５の軸移動速度指令、すなわち送り速度
指令に基づいて送り速度、換言すればサーボモータ１３
の回転数を制御する送り速度制御部２７とを有してい
る。数値制御装置２１は、操作盤等に設けられている工
具交換指示指令部６３より工具交換時期が到来したこと
のオペレータ入力を工具交換指示信号を受け付け、工具
交換指示信号の入力により代替工具の使用を指令する。
主軸回転速度制御部２５は主軸トルクの計測値を出力す
ることができる。

【００２０】工具交換時期判定装置３１は、切削条件フ
ァジィ推論手段３３と、工具交換時期判定ファジィ推論
手段３５と、切削条件データ収集・記憶手段４１と、メ
ンバーシップ関数自動作成・更新手段４３とを有してい
る。

【００２１】切削条件ファジィ推論手段３３は、主軸回
転速度制御部２５より主軸トルクの計測値を入力すると
共に、主軸頭１に取り付けられた振動センサ３６より機
械振動計測値（計測信号）を入力し、数値制御装置２１
の加工プログラム解析部２３より工具番号信号を入力
し、主軸トルクと機械振動の計測値とを入力変数とし、
主軸回転数と送り速度とワーク材質とを出力変数として
設定されているファジィ推論ルールを使用して主軸回転
数と送り速度とワーク材質をファジィ推論により推定す
る。

【００２２】切削条件ファジィ推論手段３３で使用する
主軸トルクと機械振動の計測値は実効値演算部３７によ
って実効値演算されたものである。実効値演算部３７
は、主軸回転下において所定時間（３秒程度）以上のデ
ータ取り込みを行い、取り込み計測データにおける主軸
とトルクの変動が所定値（１０％程度）以下である時の
主軸トルクと機械振動の計測値の実効値（ＲＭＳ値）を
算出する。図２は主軸トルクと機械振動の計測値の生デ
ータを、図３はＲＭＳ処理後の主軸トルクと機械振動の
計測値を各々示している。

【００２３】この切削条件（主軸回転数，送り速度，ワ
ーク材質）のファジィ推論におけるファジィ推論ルール
とラベル名称は全使用工具で共通とし、ファジィ推論の
メンバーシップ関数は使用工具毎に予め個別に設定さ
れ、切削条件ファジィ推論手段３３は数値制御装置２１
よりの工具番号信号の入力により、使用工具に応じたメ
ンバーシップ関数を設定する。使用工具毎のメンバーシ
ップ関数は、メーカ側で初期設定され、後述のメンバー
シップ関数自動作成・更新手段４３により各ユーザでの
使用過程で学習的に更新される。

【００２４】エンドミル切削における主軸トルクと機械
振動とを変数とした主軸回転数Ｓと送り速度Ｆとの組み
合わせによるファジィ集合は図４、図５に示されている
ようになり、また主軸トルクと機械振動とを変数とした
所定主軸回転数、送り速度におけるワーク材質のファジ
ィ集合は、図６に示されているようになることが、実験
等により見い出すことができる。

【００２５】図４はワーク材質がＳＭ５０である場合の
主軸回転数と送り速度との組み合わせによるファジィ集
合を示しており、Ａは主軸回転数Ｓ６００，送り速度Ｆ
１００のファジィ集合、Ｂは主軸回転数Ｓ６００，送り
速度Ｆ８０のファジィ集合、Ｃは主軸回転数Ｓ５００，
送り速度Ｆ１００のファジィ集合、Ｄは主軸回転数Ｓ４
００，送り速度Ｆ１００のファジィ集合である。

【００２６】図５はワーク材質がＳＳ４００である場合
の主軸回転数と送り速度との組み合わせによるファジィ
集合を示しており、Ｅは主軸回転数Ｓ６００，送り速度
Ｆ１００のファジィ集合、Ｅは主軸回転数Ｓ５００，送
り速度Ｆ１００のファジィ集合である。

【００２７】図６は主軸回転数Ｓ６００，送り速度Ｆ１
００である場合のワーク材料のファジィ集合を示してお
り、ＧはＳＭ５０のファジィ集合、ＨはＳＳ４００のフ
ァジィ集合である。

【００２８】これらのファジィ集合分けはクラスタ分析
により数理的に行うことができ、これによりファジィ推
論のメンバシップ関数を設定する。

【００２９】切削条件のファジィ推論ルールは、たとえ
ば、１０個のファジィラベル（ＶＳ，ＳＳ，Ｓ，ＭＳ，
Ｍ，ＭＬ，ＭＭＬ，Ｌ，ＬＬ，ＶＬ）により６ルール、
下記のように設定される。なお、ｖｉｂは機械振動、ｔ
ｒｑは主軸トルク、ｓｄｒｖは主軸回転数、ｆｄｒｖは
送り速度、ｍａｔｅはワーク材質である。

【００３０】 ルール１； ｉｆ （ｖｉｂ＝ＭＳ）＆（ｔｒｑ＝ＬＬ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝ＭＳ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ） ルール２； ｉｆ （ｖｉｂ＝ＭＬ）＆（ｔｒｑ＝Ｍ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝ＭＬ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ） ルール３； ｉｆ （ｖｉｂ＝ＭＳ）＆（ｔｒｑ＝ＳＳ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝ＭＳ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ） ルール４； ｉｆ （ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝ＭＭＬ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＬ） ルール５； ｉｆ （ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝Ｌ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝Ｍ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＳ） ルール６； ｉｆ （ｖｉｂ＝Ｍ）＆（ｔｒｑ＝Ｍ） ｔｈｅｎ （ｓｄｒｖ＝ＭＬ），（ｆｄｒｖ＝Ｍ），（ｍａｔｅ＝ＶＳ） 図７は、切削条件のファジィ推論におけるメンバーシッ
プ関数の一例を示している。

【００３１】切削条件の確定値演算は、各ルールの推論
結果を重ね合わせて出力のメンバーシップを取得し、こ
れの重心演算などにより行うことができる。

【００３２】工具交換時期判定ファジィ推論手段３５
は、主軸回転数制御部２５よりの主軸トルクのＲＭＳ値
と切削条件ファジィ推論手段３３によるファジィ推論に
より推定された主軸回転数と送り速度とワーク材質とを
入力変数とし、工具交換時期を出力変数として設定され
ているファジィ推論ルールを使用して工具交換時期をフ
ァジィ推論により推定する。

【００３３】工具交換時期判定ファジィ推論手段３５に
対する入力変数の値が不適合の場合には、再データ取得
等の再確認を行い、アラーム出力を数値制御装置２１へ
出力し、機械停止を行う。入力変数の適合、不適合の判
定は、切削加工データよりメンバシップ関数を作成する
過程で判る正常切削条件範囲と工具メータからの工具毎
の推奨加工条件より行うことができる。

【００３４】なお、工具交換時期判定ファジィ推論手段
３５で使用する主軸トルクは実効値演算部３７によって
実効値演算されたＲＭＳ値あるいは単純平均値である。

【００３５】この工具交換時期のファジィ推論における
ファジィ推論ルールとラベル名称は全使用工具で共通と
し、ファジィ推論のメンバーシップ関数は使用工具毎に
予め個別に設定され、工具交換時期判定ファジィ推論手
段３５は数値制御装置２１よりの工具番号信号の入力に
より、使用工具に応じたメンバーシップ関数を設定す
る。工具毎のメンバーシップ関数は、メーカ側で初期設
定され、後述のメンバーシップ関数自動作成・更新手段
４３により各ユーザでの使用過程で学習的に更新され
る。

【００３６】所定のワーク材質、主軸回転数、送り速度
によるエンドミル切削における主軸トルクと機械振動と
を変数とした工具正常とチッピングのファジィ集合は図
８、図９に示されているようになることが、実験等によ
り見い出すことができる。

【００３７】図８はワーク材質ＳＭ５０，主軸回転数Ｓ
６００、送り速度Ｆ１００における工具正常とチッピン
グのファジィ集合を示しており、Ｉは工具正常のファジ
ィ集合、Ｊはチッピングのファジィ集合である。

【００３８】図９はワーク材質ＳＭ５０，主軸回転数Ｓ
５００、送り速度Ｆ１００における工具正常とチッピン
グのファジィ集合を示しており、Ｋは工具正常のファジ
ィ集合、Ｌはチッピングのファジィ集合である。

【００３９】これらのファジィ集合分けもクラスタ分析
により数理的に行うことができ、これによりファジィ推
論のメンバシップ関数を設定する。

【００４０】工具交換時期判定のファジィ推論ルール
は、たとえば、１５個のファジィラベル（ＶＳ，ＳＳ，
Ｓ，ＭＳ，Ｍ，ＭＬ，Ｌ，ＬＬ，ＶＬ，ＨＳ，ＨＬ，Ｈ
Ｓ２，ＨＬ２，ＨＳ４，ＨＬ４）により４ルール、下記
のように設定される。なお、ｔｒｑは主軸トルク、ｓｄ
ｒｖは主軸回転数、ｆｄｒｖは送り速度、ｍａｔｅはワ
ーク材質、ｃｎｄは工具の交換時期である。

【００４１】 ルール１； ｉｆ （ｓｄｒｖ＝ＭＬ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒ ｑ＝ＨＳ２） ｔｈｅｎ （ｃｎｄ＝ＨＳ） ルール２； ｉｆ （ｓｄｒｖ＝ＭＬ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒ ｑ＝ＨＬ２） ｔｈｅｎ （ｃｎｄ＝ＨＬ） ルール３； ｉｆ （ｓｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ ＝ＨＳ４） ｔｈｅｎ （ｃｎｄ＝ＨＳ） ルール４； ｉｆ （ｓｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｆｄｒｖ＝Ｍ）＆（ｍａｔｅ＝ＶＬ）＆（ｔｒｑ ＝ＨＬ４） ｔｈｅｎ （ｃｎｄ＝ＨＬ） 図１０〜図１３は、工具交換時期判定のファジィ推論に
おけるメンバーシップ関数の一例を示している。

【００４２】工具交換時期の確定値演算も、各ルールの
推論結果を重ね合わせて出力のメンバーシップ関数を取
得し、これの重心演算などにより行うことができる。こ
れにより、各種加工条件において工具交換時期の判定が
的確に行われるようになる。

【００４３】上述した実施の形態では、まず、切削条件
ファジィ推論手段３３によって主軸回転数、送り速度、
ワーク材質を推定し、この後に工具交換時期判定ファジ
ィ推論手段３５によって工具交換時期を判定する。

【００４４】切削条件データ収集・記憶手段４１は、読
み書き可能な切削条件データファイル４５を有し、各切
削加工における主軸回転数、送り速度、主軸駆動トル
ク、ワーク材質等の切削条件のデータを収集、記憶する
ものであり、この実施の形態では、切削条件ファジィ推
論手段３３によって推論された切削条件（主軸回転数、
送り速度、ワーク材質）のデータと、主軸モータ負荷電
流検出器２９による主軸モータ負荷電流計測値（主軸駆
動トルク）のＲＭＳ値を、各切削加工のもの毎に、収集
年月日、時刻と共に、切削条件データファイル４５に格
納する。

【００４５】メンバーシップ関数自動作成・更新手段４
３は、演算手段、メモリを含み、実行形式のメンバーシ
ップ関数作成実行ファイル４７と、読み書き可能なラベ
ル（ファジィラベル）データファイル４９およびメンバ
ーシップ関数更新履歴ファイル５１とを有している。

【００４６】メンバーシップ関数自動作成・更新手段４
３は、メンバーシップ関数作成実行ファイル４７の実行
により、切削条件データ収集・記憶手段４１の切削条件
データファイル４５にストアされた同一工具による切削
加工毎の記憶データ（切削条件のデータ）がパラメータ
設定されている所定値になれば、同一工具の記憶データ
群よりクラスタ分析等によりファジィ集合を抽出し、ラ
ベルデータファイル４９よりラベルデータを取得して切
削条件ファジィ推論手段３３によるファジィ推論の各ラ
ベルのメンバーシップ関数と工具交換時期判定ファジィ
推論手段３５による各ラベルのファジィ推論のメンバー
シップ関数とを自動的に作成し、切削条件ファジィ推論
手段３３、工具交換時期判定ファジィ推論手段３５で使
用するメンバーシップ関数を更新する。

【００４７】これにより、使用過程で、メンバーシップ
関数が各機械、工具固有の特性に応じた適正なものにな
り、切削条件、工具交換時期判定のファジィ推論がより
的確に行われるようになる。

【００４８】メンバーシップ関数自動作成・更新手段４
３によって自動作成されたメンバーシップ関数は、工具
番号を確認して同一工具のもの毎に、タイムスタンプ付
きでメンバーシップ関数更新履歴ファイル５１に書き込
まれる。

【００４９】メンバーシップ関数自動作成・更新手段４
３は、工具の摩損により工具交換時期が到来したことの
オペレータの判断によるオペレータ入力（工具交換指示
信号）を数値制御装置２１より受け付け、このオペレー
タ入力時、詳しくはオペレータ入力直前に取り込んだ切
削条件データを工具交換時期を示すデータとして使用
し、メンバーシップ関数作成実行ファイル４７の実行に
よりメンバーシップ関数を更新する。

【００５０】これにより、各オペレータによる工具交換
時期の判断基準が工具交換時期判定のファジィ推論に盛
り込まれ、各ユーザでの工具交換時期判定のノウハウが
活かされる。

【００５１】なお、切削条件データ収集・記憶手段４１
の切削条件データファイル４５に格納された切削条件デ
ータは、その切削条件データよりメンバーシップ関数自
動作成・更新手段４３が新たにメンバーシップ関数を作
成しする度に消去される。

【００５２】これにより、メンバーシップ関数の作成に
関して機械の経時変化による切削条件の変動が顕著に反
映し、工具交換時期判定がより的確に行れる得るように
なると共に、切削条件データファイル４５の最大容量を
低減できる。

【００５３】次に、メンバーシップ関数作成の手順を詳
細に説明する。

【００５４】ラベルデータファイル４９は、メンバーシ
ップ関数のラベル形状を表す変数の決定法をラベル名毎
に定義したデータを格納している。切削条件ファジィ推
論手段３３、工具交換時期判定ファジィ推論手段３５で
使用するメンバーシップ関数のラベル形状は、図１４
（ａ）に示されている右半分台形のものと、図１４
（ｂ）に示されている三角山形のものと、図１４（ｃ）
に示されている左半分台形のものの３種類であり、３個
の変数ａ、ｂ、ｃあるいは４個の変数ａ、ｂ、ｃ、ｄに
より決まる。

【００５５】メンバーシップ関数自動作成・更新手段４
３によるメンバーシップ関数の自動作成は、各ラベル名
毎にメンバーシップ関数の初期値によって予め決定され
ているラベル形状（図７、図１０〜図１３参照）に応じ
て３個の変数ａ、ｂ、ｃあるいは４個の変数ａ、ｂ、
ｃ、ｄを、切削条件データファイル４５に格納されてい
る切削条件データより演算によって決定する。

【００５６】切削条件データファイル４５に格納されて
いる切削条件データより上述の３個の変数ａ、ｂ、ｃあ
るいは４個の変数ａ、ｂ、ｃ、ｄを決定する手順は、切
削条件データより、クラスタ分析により数理的にファジ
ィ集合分けを行う。このファジィ集合は、図４〜図６、
図８、図９に示されているものと同等に行われ、各ファ
ジィ集合の形状（最大値、平均値、最小値）に応じてメ
ンバーシップ関数を決定する３個の変数ａ、ｂ、ｃある
いは４個の変数ａ、ｂ、ｃ、ｄが決められる。

【００５７】切削加工データに入力変数値をファジィ推
論の入力とし、推論結果と出力変数値を比較してメンバ
ーシップ関数の変数ａ、ｂ、ｃ、ｄを微調整する。

【００５８】なお、同一材質のワークしか使用しない場
合などでは、工具交換時期判定のファジィ推論におい
て、ワーク材質は入力変数より省略されてよい。

【００５９】また、主軸回転数、送り速度等の切削条件
を数値制御装置２１より取得できる場合には、切削条件
は切削条件ファジィ推論手段３３による推定値を使用す
る必要はなく、切削条件ファジィ推論手段３３を省略す
ることができる。

【００６０】以上に於ては、この発明を特定の実施の形
態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定
されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施
の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１、４に記載の工具交換時期判定方法および装置によれ
ば、工具を装着されている主軸の回転数と送り速度と主
軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時期を出力変
数としてファジィ推論ルールを設定し、ファジィ推論に
よって工具交換時期を判定するから、各種加工条件にお
いて工具交換時期の判定が的確に行われるようになり、
しかもファジィ推論のメンバーシップ関数が工作機械の
使用過程で、各機械、工具固有の特性に応じた適正なも
のになり、工作機械が使用されるほど、工具交換時期判
定のファジィ推論がより的確に行われるようになる。

【００６２】請求項２、５に記載の工具交換時期判定方
法および装置によれば、工具交換時期が到来したことの
オペレータ入力を受け付け、このオペレータ入力時のデ
ータを工具交換時期を示すデータとして使用し、メンバ
ーシップ関数を更新するから、各オペレータによる工具
交換時期の判断基準が工具交換時期判定のファジィ推論
に盛り込まれ、各ユーザでの工具交換時期判定のノウハ
ウが活かされるようになる。

【００６３】請求項３、６に記載の工具交換時期判定方
法および装置によれば、主軸トルクを主軸モータの負荷
電流などより検出し、機械の振動を振動センサより検出
し、主軸トルクおよび機械振動の計測値を入力変数と
し、主軸回転数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を
出力変数としてファジィ推論ルールを設定して推論によ
って主軸回転数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を
推定し、切削条件の推定値と主軸トルクの計測値とを工
具交換時期判定のファジィ推論における入力変数とする
から、工具交換時期判定のファジィ推論において主軸回
転数と送り速度、ワーク材質を数値制御装置等より別途
取り込み必要がなく、数値制御装置に主軸回転数と送り
速度、ワーク材質のデータを出力する出力部を追加する
改造を行う必要がなく、しかも各ファジィ推論のメンバ
ーシップ関数が工作機械の使用過程で、各機械、工具固
有の特性に応じた適正なものに自動更新するから、工作
機械が使用されるほど、主軸回転数、送り速度、ワーク
材質等の切削条件、工具交換時期判定のファジィ推論が
より的確に行われるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による工具交換時期判定装置、工具交
換時期警告装置、工具交換時期制御信号出力装置を有す
る工作機械の一つの実施の形態をブロック線図である。

【図２】軸トルクと機械振動の計測値の生データを示す
グラフである。

【図３】ＲＭＳ処理後の主軸トルクと機械振動の計測値
を示すグラフである。

【図４】主軸トルクと機械振動とによる加工条件（主軸
回転数と送り速度）のファジィ集合を示すグラフであ
る。

【図５】主軸トルクと機械振動とによる別の加工条件
（主軸回転数と送り速度）のファジィ集合を示すグラフ
である。

【図６】主軸トルクと機械振動とによるワーク材質のフ
ァジィ集合を示すグラフである。

【図７】加工条件のファジィ推論におけるメンバシップ
関数を示すグラフである。

【図８】主軸トルクと機械振動とによる工具正常とチッ
ピングのファジィ集合を示すグラフである。

【図９】主軸トルクと機械振動とによる工具正常とチッ
ピングのファジィ集合を示すグラフである。

【図１０】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１１】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１２】工具交換時期判定のファジィ推論における入
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１３】工具交換時期判定のファジィ推論における出
力変数のメンバシップ関数を示すグラフである。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）はファジィ推論におけるメン
バーシップ関数の各ラベル形状を示すグラフである。

【符号の説明】 １ 主軸頭 ３ ベット ５ ワークテーブル ７ 主軸モータ ９ 主軸 １１ 工具 １３ サーボモータ １５ ワーク取付治具 ２１ 数値制御装置 ２３ 加工プログラム解析部 ２５ 主軸回転速度制御部 ２７ 送り速度制御部 ３１ 工具交換時期判定装置 ３３ 切削条件ファジィ推論手段 ３５ 工具交換時期判定ファジィ推論手段 ３７ 実効値演算部 ４１ 切削条件データ収集・記憶手段 ４３ メンバーシップ関数自動作成・更新手段 ６１ 自動工具交換装置 ６３ 工具交換指示入力部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を装着されている主軸の回転数、送
   り速度、主軸駆動トルク、ワーク材質等の切削条件を入
   力変数とし、工具交換時期を出力変数としてファジィ推
   論ルールを設定し、ファジィ推論によって工具交換時期
   を判定する工具交換時期判定方法において、 ファジィ推論ルールとラベル名称は全使用工具で共通と
   し、ファジィ推論のメンバーシップ関数は使用工具毎に
   個別に設定し、各切削加工における主軸回転数、送り速
   度、主軸駆動トルク、ワーク材質等の切削条件のデータ
   を収集、記憶し、所定切削加工数の記憶データよりファ
   ジィ集合を抽出し、演算手段によって前記ファジィ推論
   のメンバーシップ関数を自動的に作成し、更新すること
   を特徴とする工具交換時期判定方法。
2. 【請求項２】 工具交換時期が到来したことのオペレー
   タ入力を受け付け、このオペレータ入力時のデータを工
   具交換時期を示すデータとして使用し、前記メンバーシ
   ップ関数を更新することを特徴とする請求項１に記載の
   工具交換時期判定方法。
3. 【請求項３】 主軸トルクを主軸モータの負荷電流など
   より検出し、機械振動を振動センサより検出し、主軸ト
   ルクおよび機械振動の計測値を入力変数とし、主軸回転
   数、送り速度、ワーク材質等の切削条件を出力変数とし
   てファジィ推論ルールを設定して切削条件をファジィ推
   論し、切削条件のファジィ推論によって主軸回転数、送
   り速度、ワーク材質等の切削条件を推定し、前記切削条
   件の推定値と主軸トルクの計測値とを工具交換時期判定
   のファジィ推論における入力変数し、前記切削条件のフ
   ァジィ推論と工具交換時期判定のファジィ推論の双方の
   メンバーシップ関数を自動的に作成、更新することを特
   徴とする請求項１または２に記載の工具交換時期判定方
   法。
4. 【請求項４】 工具を装着されている主軸の回転数と送
   り速度と主軸駆動トルクとを入力変数とし、工具交換時
   期を出力変数として設定されている全使用工具共通のフ
   ァジィ推論ルールによって工具交換時期をファジィ推論
   により推定する工具交換時期判定ファジィ推論手段と、 各切削加工における主軸回転数、送り速度、主軸駆動ト
   ルク、ワーク材質等の切削条件のデータを収集、記憶す
   る切削条件データ収集・記憶手段と、 前記切削条件データ収集・記憶手段に記憶された所定切
   削加工数の記憶データよりファジィ集合を抽出し、前記
   ファジィ推論のメンバーシップ関数を自動的に作成、更
   新するメンバーシップ関数自動作成・更新手段と、 を有していることを特徴とする工具交換時期判定装置。
5. 【請求項５】 前記メンバーシップ関数自動作成・更新
   手段は工具交換時期が到来したことのオペレータ入力を
   受け付け、このオペレータ入力時のデータを工具交換時
   期を示すデータとして使用し、前記メンバーシップ関数
   を更新することを特徴とする請求項４に記載の工具交換
   時期判定装置。
6. 【請求項６】 主軸トルクを主軸モータの負荷電流など
   より検出する主軸トルク検出手段と、 機械振動を検出する振動検出手段と、 前記主軸トルク検出手段により検出される主軸トルクの
   計測値と前記振動検出手段により検出される機械振動の
   計測値とを入力変数とし、主軸回転数、送り速度、ワー
   ク材質等の切削条件を出力変数として設定されているフ
   ァジィ推論ルールによって主軸回転数、送り速度、ワー
   ク材質等の切削条件をファジィ推論により推定する切削
   条件ファジィ推論手段とを有し、 前記切削条件ファジィ推論手段による切削条件の推定値
   と前記主軸トルク検出手段により検出された主軸トルク
   を前記工具交換時期判定ファジィ推論手段に入力して工
   具交換時期を判定し、前記切削条件ファジィ推論手段に
   よって推論された切削条件のデータと前記主軸トルク検
   出手段により検出された主軸トルクを前記切削条件デー
   タ収集・記憶手段に格納し、前記メンバーシップ関数自
   動作成・更新手段は前記切削条件データ収集・記憶手段
   に記憶された所定切削加工数の記憶データよりファジィ
   集合を抽出し、切削条件ファジィ推論手段によるファジ
   ィ推論のメンバーシップ関数と前記工具交換時期判定フ
   ァジィ推論手段によるファジィ推論のメンバーシップ関
   数とを自動的に作成、更新することを特徴とする請求項
   ４または５に記載の工具交換時期判定装置。