JP6466804B2

JP6466804B2 - Machine tool abnormality detection device and machine abnormality detection method

Info

Publication number: JP6466804B2
Application number: JP2015171032A
Authority: JP
Inventors: 貴暁田中
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP2017047489A

Description

本発明は、ドリル等の工具を回転させながらワークの加工を行う工作機械において、加工異常を検出するための装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a processing abnormality in a machine tool that processes a workpiece while rotating a tool such as a drill.

工具を回転させてワークを加工する工作機械において、工具の損傷はワークを希望通りの径や深さに加工できないといった加工不具合を生じさせる。加えて、工具の損傷によりワークが除去できない状況でも、送り軸は動作し続けて工具とワークが衝突と同じ状況になり、工具やワークだけでなく機械が損傷を受けることになる。このような工具損傷は、チタンやニッケル基合金等の高硬度な難削材で発生しやすい反面、アルミニウム等の延性の高い材料においても発生することが多い。工具損傷は、工具に設けられた切れ刃溝部へ切粉が溜まり、排出されなくなることに起因する場合もある。
この工具損傷の検出は、加工の状態を最も表していると考えられる主軸モータの負荷を工作機械のＮＣ装置のモニタに表示し、オペレータが切削状態の良否を判断したり、機械が主軸モータの負荷を監視して送り軸を停止したりすることで一般的に行われている。
特許文献１では、ドリルによる穴加工時の主軸モータの負荷電流を測定して、ドリル一回転毎のピーク値とボトム値との変化量の分散を計算し、所定の閾値を３回連続して超えたピークが出現したとき、直ちに加工を停止する技術が示されている。特許文献２では、加工中または加工直後におけるドリルの刃部の温度から、加工によるドリルの刃部の温度上昇量を算出し、寿命予測のための基準値を比較してドリルの余寿命を予測する技術が示されている。また、特許文献３では、スルークーラントの圧力に閾値を設け、ドリル加工中に工具が折損した際の圧力低下により、工具の折損を検出するようにしている。 In a machine tool that rotates a tool to process a workpiece, damage to the tool causes a processing failure such that the workpiece cannot be processed to a desired diameter and depth. In addition, even if the workpiece cannot be removed due to damage to the tool, the feed axis continues to operate and the tool and workpiece are in the same situation as the collision, and not only the tool or workpiece but also the machine is damaged. Such tool damage is likely to occur in difficult-to-cut materials with high hardness such as titanium and nickel-based alloys, but often occurs in highly ductile materials such as aluminum. Tool damage may be caused by the fact that chips accumulate in the cutting edge groove provided in the tool and are not discharged.
This tool damage detection is performed by displaying the spindle motor load, which is considered to be the most representative of the machining state, on the monitor of the NC device of the machine tool so that the operator can judge whether the cutting state is good or not. This is generally done by monitoring the load and stopping the feed shaft.
In Patent Document 1, the load current of the spindle motor at the time of drilling with a drill is measured, and the variance of the amount of change between the peak value and the bottom value for each rotation of the drill is calculated. A technique is shown in which processing is stopped immediately when an excess peak appears. In Patent Document 2, the amount of temperature rise of the drill blade due to machining is calculated from the temperature of the drill blade during or immediately after machining, and the remaining life of the drill is predicted by comparing the reference values for life prediction Technology to do is shown. In Patent Document 3, a threshold value is provided for the pressure of the through coolant, and the breakage of the tool is detected by a pressure drop when the tool breaks during drilling.

特開２０１１−２０２２１号公報JP 2011-20221 A 特開平６−７０９号公報JP-A-6-709 特開２０１３−２２０４９７号公報JP 2013-220497 A

特許文献１では、主軸モータの負荷電流の１０ｋＨｚ以上の高周波数成分を、高周波電流センサで測定して、最大値と最小値とを正確に検出する必要がある。このような高周波な信号を測定するためには、高サンプリングが可能なセンサだけでなく、測定した大容量のデータ保存のためのメモリと高速な計算処理能力をもつＣＰＵを必要とし、システム構築のためのコストがかかる。
特許文献２は、ドリル刃部の温度測定を加工前と加工後に行っており、この測定時間のため加工時間が長くなってしまう。また、ドリル加工では高圧スルークーラントを使用することも多く、クーラントが加工室内でミスト状に充満し、非接触の温度計測が行えないケースもでてくる。
特許文献３では、工具が折損するまでは圧力の変化が発生しないため、切削工具が折損するまで異常の検出ができない。また、クーラント吐出圧の高いポンプを採用すると、元圧の変動が大きく検出が困難な場合がある。さらに、エンドミル加工では工具半径方向への切込み量等により流量や圧力も変動するため、検出が困難となる。 In Patent Document 1, it is necessary to measure the high frequency component of 10 kHz or more of the load current of the spindle motor with a high frequency current sensor and accurately detect the maximum value and the minimum value. In order to measure such high-frequency signals, not only a sensor capable of high sampling, but also a memory for storing large amounts of measured data and a CPU with high-speed calculation processing capability are required. Costs for.
In Patent Document 2, the temperature of the drill blade is measured before and after processing, and the processing time becomes long due to this measurement time. Also, high-pressure through coolant is often used in drilling, and there are cases where the coolant fills up in a mist form in the processing chamber and cannot perform non-contact temperature measurement.
In Patent Document 3, since a change in pressure does not occur until the tool breaks, an abnormality cannot be detected until the cutting tool breaks. In addition, when a pump with a high coolant discharge pressure is employed, the fluctuation of the original pressure may be large and detection may be difficult. Furthermore, in end milling, since the flow rate and pressure fluctuate depending on the cutting depth in the tool radial direction, detection becomes difficult.

そこで、本発明は、加工で一般的に用いられるスルークーラントの流量や圧力を用いて、低コスト且つ短時間で加工異常を検出する装置及び方法を提供することを目的としたものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for detecting a machining abnormality at low cost and in a short time using the flow rate and pressure of a through coolant generally used in machining.

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スルークーラントを吐出しながら回転軸に取り付けた工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工中の異常を検出する装置であって、
前記工具への前記スルークーラントの流量又は圧力を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記スルークーラントの流量又は圧力のデータを記録する記憶手段と、
前記記憶手段に記録された前記スルークーラントの流量又は圧力のデータから、前記流量又は前記圧力の変動周期を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出した前記変動周期を正常時の前記流量又は前記圧力の変動周期と比較して加工異常か否かを判断する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記異常判定手段は、前記正常時の前記変動周期を、前記回転軸の回転速度と前記工具の溝数との積に基づいて算出して、前記演算手段で算出した前記変動周期と比較し、両前記変動周期が一致しない場合に加工異常が発生したと判断することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記スルークーラントを吐出させるポンプの駆動回転数を制御するポンプ制御手段を備え、加工中の異常判定を行う前に、
前記検出手段は、前記スルークーラントを吐出させる前記ポンプの駆動回転数に比例する前記スルークーラントの流量又は圧力を検出すると共に、前記演算手段は、前記流量又は前記圧力のデータから、前記ポンプの脈動周期を算出して、
前記異常判定手段は、前記脈動周期を前記正常時の前記流量又は前記圧力の変動周期と比較し、両者が一致する場合は、前記ポンプ制御手段によって前記ポンプの駆動回転数を変更することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、スルークーラントを吐出しながら回転軸に取り付けた工具を回転させて加工を行う工作機械において、加工中の異常を検出する方法であって、
前記工具への前記スルークーラントの流量又は圧力を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された前記スルークーラントの流量又は圧力のデータを記憶手段に記録する記憶ステップと、
前記記憶手段に記録された前記スルークーラントの流量又は圧力のデータから、前記流量又は前記圧力の変動周期を算出する演算ステップと、
前記演算ステップで算出した前記変動周期を正常時の前記流量又は前記圧力の変動周期と比較して加工異常か否かを判断する異常判定ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、前記異常判定ステップでは、前記正常時の前記変動周期を、前記回転軸の回転速度と前記工具の溝数との積に基づいて算出して、前記演算ステップで算出した前記変動周期と比較し、両前記変動周期が一致しない場合に加工異常が発生したと判断することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、前記スルークーラントを吐出させるポンプの駆動回転数を制御するポンプ制御手段を備え、加工中の異常判定を行う前に、
前記スルークーラントを吐出させる前記ポンプの駆動回転数に比例する前記スルークーラントの流量又は圧力を検出し、前記流量又は前記圧力のデータから、前記ポンプの脈動周期を算出する脈動周期算出ステップと、
前記脈動周期算出ステップで算出された前記脈動周期を前記正常時の前記流量又は前記圧力の変動周期と比較し、両者が一致する場合は、前記ポンプ制御手段によって前記ポンプの駆動回転数を変更するポンプ回転数変更ステップと、を実行することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an apparatus for detecting an abnormality during machining in a machine tool that performs machining by rotating a tool attached to a rotary shaft while discharging through coolant. And
Detecting means for detecting a flow rate or pressure of the through coolant to the tool;
Storage means for recording flow rate or pressure data of the through coolant detected by the detection means;
Calculation means for calculating the flow rate or the pressure fluctuation cycle from the flow rate or pressure data of the through coolant recorded in the storage means;
Comparing the fluctuation period calculated by the arithmetic means with the fluctuation period of the flow rate or the pressure at normal time, abnormality determination means for judging whether or not there is a machining abnormality is provided.
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the abnormality determination unit calculates the fluctuation period at the normal time based on a product of a rotation speed of the rotating shaft and the number of grooves of the tool. Then, it is compared with the fluctuation cycle calculated by the calculation means, and it is determined that a machining abnormality has occurred when the two fluctuation cycles do not match.
The invention according to claim 3 comprises the pump control means for controlling the drive rotational speed of the pump that discharges the through coolant in the configuration of claim 2, and before performing abnormality determination during processing,
The detection means detects the flow rate or pressure of the through coolant that is proportional to the driving rotational speed of the pump that discharges the through coolant, and the calculation means calculates pulsation of the pump from the flow rate or pressure data. Calculate the period
The abnormality determination unit compares the pulsation cycle with the normal flow rate or the pressure fluctuation cycle, and if both match, the pump control unit changes the pump rotation speed. And
In order to achieve the above object, the invention described in claim 4 is a method for detecting an abnormality during machining in a machine tool that performs machining by rotating a tool attached to a rotary shaft while discharging through coolant. And
A detection step of detecting a flow rate or pressure of the through coolant to the tool;
A storage step of recording in the storage means the flow rate or pressure data of the through coolant detected by the detection step;
A calculation step of calculating a fluctuation period of the flow rate or the pressure from the flow rate or pressure data of the through coolant recorded in the storage means;
An abnormality determination step is performed in which the fluctuation period calculated in the calculation step is compared with the fluctuation period of the flow rate or the pressure at a normal time to determine whether or not there is a machining abnormality.
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, in the abnormality determining step, the fluctuation period at the normal time is calculated based on a product of a rotational speed of the rotating shaft and the number of grooves of the tool. Then, it is compared with the fluctuation period calculated in the calculation step, and it is determined that a machining abnormality has occurred when the two fluctuation periods do not match.
The invention according to claim 6 comprises the pump control means for controlling the drive rotational speed of the pump for discharging the through coolant in the configuration of claim 5, and before performing abnormality determination during processing,
A pulsation cycle calculating step of detecting a flow rate or pressure of the through coolant that is proportional to a driving rotational speed of the pump that discharges the through coolant, and calculating a pulsation cycle of the pump from the data of the flow rate or the pressure;
The pulsation period calculated in the pulsation period calculation step is compared with the fluctuation period of the flow rate or pressure at the normal time, and when both coincide with each other, the pump rotation speed is changed by the pump control means. And a pump rotation speed changing step.

本発明によれば、スルークーラントの流量又は圧力から、加工異常を検出することができる。スルークーラントの流量又は圧力は比較的変化が速い現象ではないため、高速なサンプリングの必要が無く、低コストで加工異常の検出が可能となる。また、スルークーラントの流量又は圧力の計測は加工中に可能であり、加工異常の検出は短時間で行える。さらに、流量又は圧力の変化量に着目しているため、ドリルのみでなくエンドミル等の工具の加工にも適用できる。加えて、着目する変動周期を限定することで、ポンプの脈動が大きい環境下でも加工異常の検出を行うことができる。
そして、切粉が工具溝に詰まった時点で異常が検出できるため、折損等工具に致命的な損傷が生じる前に異常を検出することが可能となる。よって、工具ホルダや工作機械本体、ワークに対して損傷を軽減又は回避することができる。 According to the present invention, a processing abnormality can be detected from the flow rate or pressure of the through coolant. Since the flow rate or pressure of the through coolant is not a phenomenon that changes relatively quickly, there is no need for high-speed sampling, and machining anomalies can be detected at low cost. Further, the flow rate or pressure of the through coolant can be measured during processing, and processing abnormality can be detected in a short time. Furthermore, since attention is paid to the amount of change in flow rate or pressure, it can be applied not only to drills but also to machining of tools such as end mills. In addition, by limiting the fluctuation period of interest, it is possible to detect machining abnormality even in an environment where the pump pulsation is large.
Since the abnormality can be detected at the time when the chips are clogged in the tool groove, it is possible to detect the abnormality before the tool is fatally damaged such as breakage. Therefore, damage to the tool holder, the machine tool body, and the workpiece can be reduced or avoided.

形態１の工作機械のブロック構成図である。It is a block block diagram of the machine tool of form 1. 正常時の加工の説明図である。It is explanatory drawing of the process at the time of normal. 正常な加工中のスルークーラントの流量を周波数分解した説明図である。It is explanatory drawing which frequency-resolved the flow volume of the through coolant during normal process. 異常時の加工の説明図である。It is explanatory drawing of the process at the time of abnormality. 異常な加工中のスルークーラントの流量を周波数分解した説明図である。It is explanatory drawing which frequency-resolved the flow volume of the through coolant in abnormal processing. 加工による流量の変動とポンプの脈動とが一致した場合のスルークーラントの流量を周波数分解した説明図である。It is explanatory drawing which frequency-resolved the flow volume of the through coolant when the fluctuation | variation of the flow volume by a process and the pulsation of a pump correspond. ポンプの駆動回転数を変更した場合のスルークーラントの流量を周波数分解した説明図である。It is explanatory drawing which frequency-resolved the flow volume of the through coolant at the time of changing the drive rotation speed of a pump. 形態１の加工異常検出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the processing abnormality detection method of the form 1. 形態２の工作機械のブロック構成図である。It is a block block diagram of the machine tool of form 2. 形態２の加工異常検出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the processing abnormality detection method of the form 2.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１は、工作機械の一例を示すブロック構成図である。工作機械の主軸ハウジング１には、主軸モータ２で回転可能な回転軸としての主軸６が備えられ、主軸６の先端にはドリルやエンドミル等の工具３が取り付けられる。テーブル５の上にはワーク４が固定され、テーブル５を移動させることで工具３とワーク４とを相対的に移動させてワーク４の加工が行われる。
一般的な穴明け加工では、工具（ここではドリル）にあけられた穴からクーラントを吐出して、穴から切粉を強制的に排出することで加工不具合を防ぐスルークーラントが使用される。特に、被削材が難削材の場合は、切粉の噛みによる加工不具合を防ぐため、より確実に切粉を切断して穴から排出できる高圧タイプのスルークーラントユニットが使用される。ここでは高圧スルークーラントユニット７が設けられ、高圧スルークーラントユニット７は、途中に流量センサ８と回転継手とを介して主軸６と接続されている。主軸６及び工具３には、スルークーラントが流れる供給孔が設けられ、工具３の先端のクーラントホールの吐出口から高圧のクーラントが吐出される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Form 1]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a machine tool. A spindle housing 1 of a machine tool is provided with a spindle 6 as a rotating shaft that can be rotated by a spindle motor 2, and a tool 3 such as a drill or an end mill is attached to the tip of the spindle 6. A workpiece 4 is fixed on the table 5, and the workpiece 4 is processed by moving the table 5 to relatively move the tool 3 and the workpiece 4.
In a general drilling process, a through coolant is used that discharges coolant from a hole formed in a tool (here, a drill) and forcibly discharges chips from the hole to prevent a processing failure. In particular, when the work material is a difficult-to-cut material, a high-pressure type through-coolant unit that can cut the chips more reliably and discharge them from the holes is used in order to prevent processing defects due to the biting of the chips. Here, a high-pressure through coolant unit 7 is provided, and the high-pressure through coolant unit 7 is connected to the main shaft 6 via a flow rate sensor 8 and a rotary joint on the way. The spindle 6 and the tool 3 are provided with a supply hole through which through coolant flows, and high-pressure coolant is discharged from a coolant hole discharge port at the tip of the tool 3.

１１は、工作機械を制御するＮＣ装置で、ＮＣ装置１１は、記憶されているＮＣプログラム１２で機械を動作させてワーク４の加工を行うと共に、本発明の加工異常検出装置としての機能も備える。
ＮＣ装置１１において、ＮＣプログラム１２は、プログラム解釈部１３で実行処理が行われて機械制御命令が解釈され、主軸６やテーブル５の送り軸を制御する送り軸制御部１５に対する目標位置指令および送り速度指令を関数発生部１４に受け渡すとともに、主軸６を制御する主軸制御部１６に対して回転速度の指令を出力する。
１７は、検出手段としての流量検出部で、この流量検出部１７には、流量センサ８からの検出信号が入力されて瞬時流量に変換される。変換された瞬時流量値は、記憶手段としての記憶部１８に記録され、演算手段としての周波数分解部１９において周波数分解される。
２０は、異常判定手段としての異常判定部で、周波数分解部１９で周波数分解された流量の変動周期から、加工異常か否かを判定する。この判定については以下に詳述する。 Reference numeral 11 denotes an NC device that controls a machine tool. The NC device 11 operates the machine with a stored NC program 12 to process the workpiece 4, and also has a function as a processing abnormality detection device of the present invention. .
In the NC device 11, the NC program 12 is executed by the program interpretation unit 13 to interpret the machine control command, and the target position command and feed to the feed axis control unit 15 that controls the feed axes of the spindle 6 and the table 5. The speed command is transferred to the function generation unit 14 and a rotation speed command is output to the spindle control unit 16 that controls the spindle 6.
Reference numeral 17 denotes a flow rate detection unit as detection means. The flow rate detection unit 17 receives a detection signal from the flow rate sensor 8 and converts it into an instantaneous flow rate. The converted instantaneous flow rate value is recorded in the storage unit 18 as a storage unit, and is subjected to frequency decomposition in a frequency decomposition unit 19 as a calculation unit.
Reference numeral 20 denotes an abnormality determination unit as an abnormality determination unit, which determines whether or not there is a machining abnormality based on the fluctuation cycle of the flow rate subjected to frequency decomposition by the frequency decomposition unit 19. This determination will be described in detail below.

図２は、工具３を、４つの切れ刃３１，３１・・の間の溝３２，３２・・にクーラントホール３３，３３・・が設けられたエンドミル３０とし、当該エンドミル３０で正常な加工を行った際の説明図である。ここでは各切れ刃３１が切削を行う度にクーラントホール３３の吐出口３４が塞がれるため、流量の減少若しくは圧力の増加が生じる。この流量減少若しくは圧力増加の周期は、エンドミル３０の溝３２の数（ここでは４つ）と主軸回転数とに依存する。
図３は、図２のエンドミル３０を用いて主軸回転数１５０min^−１で加工した際の流量の変動を周波数分解部１９で周波数分解し、横軸を変動周期、縦軸を変動振幅で示した図である。異常判定部２０では、正常時の流量の変動周期を下記の式（１）によって算出し（ここでは１００msecとなる。）、周波数分解部１９で周波数分解されて記憶部１８に記録されていた変動周期と比較する。式（１）において、工具回転数［min^−１］は主軸回転数に置き換えて計算する。図３の場合、正常時の変動周期と一致しているので、正常に加工が行えていると判定される。
正常時の変動周期＝６０／（工具溝数×工具回転数）・・（１） In FIG. 2, the tool 3 is an end mill 30 in which coolant holes 33, 33... Are provided in grooves 32, 32... Between the four cutting edges 31, 31. It is explanatory drawing at the time of performing. Here, every time each cutting edge 31 performs cutting, the discharge port 34 of the coolant hole 33 is closed, so that the flow rate decreases or the pressure increases. The cycle of the flow rate decrease or the pressure increase depends on the number of grooves 32 (four in this case) of the end mill 30 and the spindle speed.
FIG. 3 shows frequency fluctuations at the frequency resolving unit 19 when the spindle milling speed is 150 min ⁻¹ using the end mill 30 of FIG. 2, and the horizontal axis shows the fluctuation period and the vertical axis shows the fluctuation amplitude. FIG. The abnormality determination unit 20 calculates the fluctuation cycle of the normal flow rate by the following equation (1) (here, it is 100 msec), and the fluctuation that has been frequency-decomposed by the frequency decomposition unit 19 and recorded in the storage unit 18. Compare with period. In equation (1), the tool rotation speed [min ⁻¹ ] is calculated by replacing it with the spindle rotation speed. In the case of FIG. 3, it is determined that the machining is normally performed because the fluctuation period coincides with the normal time.
Normal fluctuation cycle = 60 / (number of tool grooves x number of tool rotations) (1)

そして、図４は、切粉３５が絡みついて正常に加工が行えなくなりつつある様子を示した説明図である。ここでは絡みついた切粉３５が溝３２を埋めることでクーラントホール３３の吐出口３４が塞がれ、流量の減少若しくは圧力の増加の周期が変化する。
図５は、図４の状態のエンドミル３０を用いて主軸回転数１５０min^−１で加工した際の流量の変動を周波数分解部１９で周波数分解し、横軸を変動周期、縦軸を変動振幅で示した図である。前述のように正常時の変動周期は１００msecであるが、ここでは１００msec付近にピークが見られないため、異常判定部２０は、加工異常が発生したと判定する。
こうして異常判定部２０による判定結果は、ＮＣプログラム１２等を表示するための表示画面２１に表示される。 And FIG. 4 is explanatory drawing which showed a mode that the chip | piece 35 was entangled and it was becoming impossible to process normally. Here, the entangled chips 35 fill the groove 32, thereby closing the discharge port 34 of the coolant hole 33, and the cycle of decrease in flow rate or increase in pressure changes.
FIG. 5 shows the flow rate fluctuation at the frequency resolving unit 19 when the end mill 30 in the state of FIG. 4 is machined at a spindle speed of 150 min ⁻¹ , the horizontal axis is the fluctuation period, and the vertical axis is the fluctuation amplitude. FIG. As described above, the fluctuation period at the normal time is 100 msec, but since no peak is observed in the vicinity of 100 msec here, the abnormality determination unit 20 determines that a machining abnormality has occurred.
Thus, the determination result by the abnormality determination unit 20 is displayed on the display screen 21 for displaying the NC program 12 and the like.

一方、流量又は圧力の変動の原因としては、高圧スルークーラントユニット７におけるポンプの脈動周期に依存する場合がある。例えばプランジャ式ポンプでは、駆動回転数と搭載しているプランジャ数とに依存し、３プランジャのポンプを２００min^−１で駆動した場合は、図６に示すように、ポンプの脈動周期は１００msecとなり、加工による変動周期と一致してしまうため、加工異常の判定が困難となる。
よって、ここでは高圧スルークーラントユニット７のポンプを制御するポンプ制御部２２を設けて、プログラム解釈部１３において指令された主軸回転速度で加工を行う場合の加工による正常時の変動周期と、流量検出部１７及び周波数分解部１９で検出、算出されたポンプの脈動周期とが一致する場合は、関数発生部１４からポンプ制御部２２へ指令を行い、ポンプの駆動回転数を上げる若しくは下げることによって脈動周期を変更する。例えばポンプの駆動回転数を２００min^−１から４００min^−１へ変更した場合は、図７に示すように加工による変動周期とポンプによる脈動周期とが異なるため、加工異常の判定をポンプの脈動周期に影響なく行うことができる。なお、ポンプの駆動回転数を上げたことで上昇した圧力は、高圧スルークーラントユニット７に設けたリリーフバルブ９によって開放し、定圧を維持すればよい。 On the other hand, the cause of fluctuations in flow rate or pressure may depend on the pulsation cycle of the pump in the high-pressure through coolant unit 7. For example, in the case of a plunger type pump, depending on the number of driving revolutions and the number of mounted plungers, when a three-plunger pump is driven at 200 min- ¹ , the pulsation cycle of the pump is 100 msec, as shown in FIG. Since it coincides with the fluctuation cycle due to machining, it is difficult to determine machining abnormality.
Therefore, here, a pump control unit 22 that controls the pump of the high-pressure through-coolant unit 7 is provided, and the normal fluctuation cycle due to machining when the machining is performed at the spindle rotational speed commanded by the program interpretation unit 13, and the flow rate detection. When the pump pulsation cycle detected and calculated by the unit 17 and the frequency resolving unit 19 coincides, a command is sent from the function generation unit 14 to the pump control unit 22, and the pulsation is increased or decreased by increasing or decreasing the pump rotation speed. Change the cycle. For example, when the driving speed of the pump is changed from 200 min ⁻¹ to 400 min ⁻¹ , the fluctuation cycle due to machining is different from the pulsation cycle due to the pump as shown in FIG. It can be done without any effect. The pressure increased by increasing the drive rotational speed of the pump may be released by the relief valve 9 provided in the high-pressure through coolant unit 7 and maintained at a constant pressure.

次に、ＮＣ装置１１による加工異常検出方法の手順を図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ１で、主軸６の回転後、実加工を行う前に、高圧スルークーラントユニット７のポンプの駆動回転数に比例して流量検出部１７で検出される流量の変動周期（ポンプの脈動周期）を周波数分解部１９で算出し（脈動周期算出ステップ）、ポンプの脈動周期が、式（１）で算出された正常時の流量の変動周期（正常時の変動周期）と一致するか否かを判別する。
ここで変動周期が一致していれば、Ｓ２で、ポンプ制御部２２によりポンプの駆動回転数を変更（例えば２倍に増加）して、再びＳ１で脈動周期と変動周期との比較を行う（ポンプ回転数変更ステップ）。
そして、Ｓ１の判別でポンプの脈動周期と正常時の変動周期とが一致していなければ、Ｓ３で実加工を開始し、Ｓ４で、加工時のスルークーラントの流量を流量検出部１７によって検出して（検出ステップ）、Ｓ５で、検出した計測データを記憶部１８に記録する（記録ステップ）。 Next, the procedure of the machining abnormality detection method by the NC device 11 will be described based on the flowchart of FIG.
First, in S1, the flow rate fluctuation period (pump pulsation period of the pump) detected by the flow rate detection unit 17 in proportion to the drive rotational speed of the pump of the high-pressure through coolant unit 7 after the main shaft 6 is rotated and before actual machining is performed. ) Is calculated by the frequency resolving unit 19 (pulsation cycle calculation step), and whether or not the pump pulsation cycle matches the normal flow rate fluctuation cycle (normal fluctuation cycle) calculated by Equation (1). Is determined.
If the fluctuation cycles coincide with each other, the pump controller 22 changes the pump rotation speed (for example, doubles) in S2, and again compares the pulsation cycle and the fluctuation cycle in S1 (S1). Pump speed change step).
If the pump pulsation period does not match the normal fluctuation period in S1, the actual machining is started in S3, and the flow rate of the through coolant during machining is detected by the flow rate detector 17 in S4. In step S5, the detected measurement data is recorded in the storage unit 18 (recording step).

次に、Ｓ６で、記録された計測データを周波数分解部１９において周波数分解し、流量の変動周期を算出する（演算ステップ）。
そして、Ｓ７で、算出された変動周期が正常時の変動周期と一致するか否かを異常判定部２０で判別する（異常判定ステップ）。ここで変動周期が一致していれば、加工異常は発生していないとして、Ｓ８で判定結果を表示画面２１に表示し、Ｓ９の判別で加工が終了していなければＳ４へ戻って流量検出以降の処理を繰り返す。
一方、Ｓ７の判別で変動周期が一致しなければ、加工異常が発生したとして、Ｓ１０で判定結果を表示画面２１に表示すると共に、アラーム等による警告音を発生させる。よって、オペレータは加工異常の発生を認識して運転停止等の措置を行うことができる。 Next, in S6, the recorded measurement data is frequency-resolved by the frequency resolving unit 19, and the flow rate fluctuation cycle is calculated (calculation step).
In S7, the abnormality determining unit 20 determines whether or not the calculated fluctuation cycle matches the normal fluctuation cycle (abnormality determination step). If the fluctuation periods coincide with each other, it is determined that no machining abnormality has occurred, and the determination result is displayed on the display screen 21 in S8. If the machining is not completed in S9, the process returns to S4 and the flow rate is detected. Repeat the process.
On the other hand, if the fluctuation periods do not match in the determination in S7, it is determined that a machining abnormality has occurred, and in S10, the determination result is displayed on the display screen 21 and a warning sound by an alarm or the like is generated. Therefore, the operator can recognize the occurrence of the processing abnormality and take measures such as operation stop.

このように、上記形態１の加工異常検出装置及び加工異常検出方法によれば、スルークーラントの流量から、加工異常を検出することができる。スルークーラントの流量は比較的変化が速い現象ではないため、高速なサンプリングの必要が無く、低コストで加工異常の検出が可能となる。また、スルークーラントの流量の計測は加工中に可能であり、加工異常の検出は短時間で行える。さらに、流量の変化量に着目しているため、ドリルのみでなくエンドミル等の工具の加工にも適用できる。加えて、着目する変動周期を限定することで、ポンプの脈動が大きい環境下でも加工異常の検出を行うことができる。
そして、切粉が工具溝に詰まった時点で異常が検出できるため、折損等工具に致命的な損傷が生じる前に異常を検出することが可能となる。よって、工具ホルダや工作機械本体、ワークに対して損傷を軽減又は回避することができる。 Thus, according to the machining abnormality detection device and the machining abnormality detection method of the first aspect, it is possible to detect a machining abnormality from the flow rate of the through coolant. Since the flow rate of the through coolant is not a phenomenon that changes relatively quickly, there is no need for high-speed sampling, and machining anomalies can be detected at low cost. Further, the flow rate of the through coolant can be measured during processing, and processing abnormality can be detected in a short time. Furthermore, since attention is paid to the amount of change in flow rate, it can be applied not only to drills but also to machining of tools such as end mills. In addition, by limiting the fluctuation period of interest, it is possible to detect machining abnormality even in an environment where the pump pulsation is large.
Since the abnormality can be detected at the time when the chips are clogged in the tool groove, it is possible to detect the abnormality before the tool is fatally damaged such as breakage. Therefore, damage to the tool holder, the machine tool body, and the workpiece can be reduced or avoided.

［形態２］
次に、本発明の他の形態を説明する。但し、形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
上記形態１では、スルークーラントの流量を検出して異常判定を行っているが、本形態２では、図９に示すように、流量センサに代えて、高圧スルークーラントユニット７に、スルークーラントの圧力を検出する圧力センサ１０を設け、ＮＣ装置１１には、圧力検出部２３を設けている。圧力検出部２３には、圧力センサ１０からの検出信号が入力されて瞬時圧力に変換され、変換された瞬時圧力値は、記憶部１８に記録され、周波数分解部１９において周波数分解される。異常判定部２０は、周波数分解部１９で周波数分解された圧力の変動周期から、加工異常か否かを判定することになる。 [Form 2]
Next, another embodiment of the present invention will be described. However, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
In the first embodiment, the abnormality determination is performed by detecting the flow rate of the through coolant. However, in the second embodiment, as shown in FIG. 9, the pressure of the through coolant is added to the high pressure through coolant unit 7 instead of the flow rate sensor. Is provided, and the NC device 11 is provided with a pressure detector 23. A detection signal from the pressure sensor 10 is input to the pressure detection unit 23 and converted into an instantaneous pressure. The converted instantaneous pressure value is recorded in the storage unit 18 and is frequency-decomposed in the frequency decomposition unit 19. The abnormality determination unit 20 determines whether or not there is a machining abnormality from the pressure fluctuation period frequency-resolved by the frequency decomposition unit 19.

この加工異常検出方法を図１０のフローチャートに基づいて説明する。
まず、Ｓ１１で、主軸６の回転後、実加工を行う前に、高圧スルークーラントユニット７のポンプの駆動回転数に比例して圧力検出部２３で検出される圧力の変動周期（ポンプの脈動周期）を周波数分解部１９で算出し（脈動周期算出ステップ）、ポンプの脈動周期が、式（１）で算出された正常時の圧力の変動周期（正常時の変動周期）と一致するか否かを判別する。
ここで変動周期が一致していれば、Ｓ１２で、ポンプ制御部２２によりポンプの駆動回転数を変更（例えば２倍に増加）して（ポンプ回転数変更ステップ）、再びＳ１１で脈動周期と変動周期との比較を行う。
そして、Ｓ１１の判別でポンプの脈動周期と正常時の変動周期とが一致していなければ、Ｓ１３で実加工を開始し、Ｓ１４で、加工時のスルークーラントの圧力を圧力検出部２３によって検出して（検出ステップ）、Ｓ１５で、検出した計測データを記憶部１８に記録する（記憶ステップ）。 This processing abnormality detection method will be described based on the flowchart of FIG.
First, in S11, after the main shaft 6 rotates, before the actual machining, the pressure fluctuation period (pump pulsation period) detected by the pressure detector 23 in proportion to the pump drive speed of the high-pressure through coolant unit 7 is determined. ) Is calculated by the frequency resolution unit 19 (pulsation cycle calculation step), and whether or not the pump pulsation cycle matches the normal pressure fluctuation cycle (normal fluctuation cycle) calculated by the equation (1). Is determined.
If the fluctuation cycles coincide with each other, in S12, the pump control unit 22 changes (for example, doubles) the pump drive rotation speed (pump rotation speed change step), and again in S11, the pulsation cycle and fluctuation change. Compare with period.
If the pump pulsation cycle does not match the normal fluctuation cycle in S11, actual machining is started in S13, and the pressure of the through coolant during machining is detected by the pressure detector 23 in S14. In step S15, the detected measurement data is recorded in the storage unit 18 (storage step).

次に、Ｓ１６で、記録された計測データを周波数分解部１９において周波数分解し、圧力の変動周期を算出する（演算ステップ）。
そして、Ｓ１７で、算出された変動周期が正常時の変動周期と一致するか否かを異常判定部２０で判別する（異常判定ステップ）。ここで変動周期が一致していれば、加工異常は発生していないとして、Ｓ８で判定結果を表示画面２１に表示し、Ｓ１９の判別で加工が終了していなければＳ１４へ戻って圧力検出以降の処理を繰り返す。
一方、Ｓ１７の判別で変動周期が一致しなければ、加工異常が発生したとして、Ｓ２０で判定結果を表示画面２１に表示すると共に、アラーム等による警告音を発生させる。よって、オペレータは加工異常の発生を認識して運転停止等の措置を行うことができる。 Next, in S16, the recorded measurement data is frequency-resolved by the frequency resolving unit 19, and the pressure fluctuation period is calculated (calculation step).
In S17, the abnormality determination unit 20 determines whether or not the calculated fluctuation cycle matches the normal fluctuation cycle (abnormality determination step). If the fluctuation cycles coincide with each other, it is determined that no machining abnormality has occurred, and the determination result is displayed on the display screen 21 in S8. If the machining is not completed in S19, the process returns to S14 and pressure detection is performed. Repeat the process.
On the other hand, if the fluctuation periods do not match in the determination in S17, it is determined that a machining abnormality has occurred, and in S20, the determination result is displayed on the display screen 21 and a warning sound by an alarm or the like is generated. Therefore, the operator can recognize the occurrence of the processing abnormality and take measures such as operation stop.

このように、上記形態２の加工異常検出装置及び加工異常検出方法においても、スルークーラントの圧力から、加工異常を検出することができる。スルークーラントの圧力は比較的変化が速い現象ではないため、高速なサンプリングの必要が無く、低コストで加工異常の検出が可能となる。また、スルークーラントの圧力の計測は加工中に可能であり、加工異常の検出は短時間で行える。さらに、圧力の変化量に着目しているため、ドリルのみでなくエンドミル等の工具の加工にも適用できる。加えて、着目する変動周期を限定することで、ポンプの脈動が大きい環境下でも加工異常の検出を行うことができる。
そして、切粉が工具溝に詰まった時点で異常が検出できるため、折損等工具に致命的な損傷が生じる前に異常を検出することが可能となる。よって、工具ホルダや工作機械本体、ワークに対して損傷を軽減又は回避することができる。 As described above, also in the machining abnormality detection device and the machining abnormality detection method according to the second aspect, the machining abnormality can be detected from the pressure of the through coolant. Since the pressure of the through coolant is not a phenomenon that changes relatively quickly, there is no need for high-speed sampling, and it is possible to detect a machining abnormality at a low cost. Moreover, the pressure of the through coolant can be measured during processing, and processing abnormality can be detected in a short time. Furthermore, since attention is paid to the amount of change in pressure, it can be applied not only to drills but also to machining of tools such as end mills. In addition, by limiting the fluctuation period of interest, it is possible to detect machining abnormality even in an environment where the pump pulsation is large.
Since the abnormality can be detected at the time when the chips are clogged in the tool groove, it is possible to detect the abnormality before the tool is fatally damaged such as breakage. Therefore, damage to the tool holder, the machine tool body, and the workpiece can be reduced or avoided.

なお、上記形態１，２では、異常判定部において、加工による変動周期が正常時の変動周期と一致しない場合に加工異常と判断しているが、正常時の変動周期に所定の幅を持たせて、加工による変動周期が変動周期の正常範囲内にあるか否かで加工異常を判断するようにしてもよい。
また、上記形態１，２ではそれぞれスルークーラントの流量又は圧力を検出して異常判定を行うようにしているが、流量センサと圧力センサ、流量検出部と圧力検出部とを同時に設けて流量と圧力との変動周期をそれぞれ算出し、流量の変動周期と圧力の変動周期との何れか一方或いは両方が正常時の変動周期に一致しない（或いは正常範囲内にない）場合に加工異常と判断することもできる。 In the first and second aspects, the abnormality determination unit determines that the abnormality is a machining abnormality when the fluctuation period due to machining does not match the fluctuation period at the normal time. However, the normal fluctuation period has a predetermined width. Thus, the machining abnormality may be determined based on whether or not the fluctuation cycle due to machining is within the normal range of the fluctuation cycle.
Further, in the above-described forms 1 and 2, abnormality is determined by detecting the flow rate or pressure of the through coolant, respectively. However, the flow rate sensor and the pressure sensor, the flow rate detection unit and the pressure detection unit are provided at the same time, and the flow rate and pressure are determined. When one or both of the fluctuation cycle of the flow rate and the fluctuation cycle of the pressure do not match the normal fluctuation cycle (or not within the normal range), it is determined that the machining is abnormal. You can also.

１・・主軸ハウジング、２・・主軸モータ、３・・工具、４・・ワーク、５・・テーブル、６・・主軸、７・・高圧スルークーラントユニット、８・・流量センサ、１０・・圧力センサ、１１・・ＮＣ装置、１２・・ＮＣプログラム、１３・・プログラム解釈部、１４・・関数発生部、１５・・送り軸制御部、１６・・主軸制御部、１７・・流量検出部、１８・・記憶部、１９・・周波数分解部、２０・・異常判定部、２１・・表示画面、２２・・ポンプ制御部、２３・・圧力検出部。 1 .... Spindle housing, 2 .... Spindle motor, 3 .... Tool, 4 .... Work, 5 .... Table, 6 .... Spindle, 7 .... High pressure through coolant unit, 8 .... Flow sensor, 10 .... Pressure Sensor, 11 .... NC device, 12 .... NC program, 13 .... Program interpreter, 14 .... Function generator, 15 .... Feed axis controller, 16 .... Spindle controller, 17 .... Flow rate detector, 18 .... Storage unit, 19 .... Frequency decomposition unit, 20 .... Abnormality judgment unit, 21 ... Display screen, 22 .... Pump control unit, 23 ... Pressure detection unit.

Claims

In a machine tool that performs machining by rotating a tool attached to a rotating shaft while discharging through coolant, an apparatus that detects an abnormality during machining,
Detecting means for detecting a flow rate or pressure of the through coolant to the tool;
Storage means for recording flow rate or pressure data of the through coolant detected by the detection means;
Calculation means for calculating the flow rate or the pressure fluctuation cycle from the flow rate or pressure data of the through coolant recorded in the storage means;
An abnormality determination unit that determines whether the fluctuation period calculated by the calculation unit is a machining abnormality by comparing with the fluctuation period of the flow rate or the pressure at a normal time;
A machine tool abnormality detection device comprising:

The abnormality determination means calculates the fluctuation period at the normal time based on a product of a rotation speed of the rotary shaft and the number of grooves of the tool, and compares the fluctuation period with the fluctuation period calculated by the calculation means. 2. The machining abnormality detection device for a machine tool according to claim 1, wherein a machining abnormality is determined when the two fluctuation periods do not coincide with each other.

With a pump control means for controlling the drive rotational speed of the pump that discharges the through coolant, before performing abnormality determination during processing,
The detection means detects the flow rate or pressure of the through coolant that is proportional to the driving rotational speed of the pump that discharges the through coolant, and the calculation means calculates pulsation of the pump from the flow rate or pressure data. Calculate the period
The abnormality determination unit compares the pulsation cycle with the normal flow rate or the pressure fluctuation cycle, and if both match, the pump control unit changes the pump rotation speed. The processing abnormality detection device for a machine tool according to claim 2.

In a machine tool that performs machining by rotating a tool attached to a rotating shaft while discharging through coolant, it is a method for detecting an abnormality during machining,
A detection step of detecting a flow rate or pressure of the through coolant to the tool;
A storage step of recording in the storage means the flow rate or pressure data of the through coolant detected by the detection step;
A calculation step of calculating a fluctuation period of the flow rate or the pressure from the flow rate or pressure data of the through coolant recorded in the storage means;
An abnormality determination step for determining whether or not there is a machining abnormality by comparing the fluctuation period calculated in the calculation step with the fluctuation period of the flow rate or the pressure at a normal time;
A processing abnormality detection method for a machine tool, characterized by comprising:

In the abnormality determination step, the fluctuation period at the normal time is calculated based on a product of a rotation speed of the rotary shaft and the number of grooves of the tool, and is compared with the fluctuation period calculated in the calculation step. 5. The machining abnormality detection method for a machine tool according to claim 4, wherein it is determined that a machining abnormality has occurred when both of the fluctuation periods do not coincide with each other.

With a pump control means for controlling the drive rotational speed of the pump that discharges the through coolant, before performing abnormality determination during processing,
A pulsation cycle calculating step of detecting a flow rate or pressure of the through coolant that is proportional to a driving rotational speed of the pump that discharges the through coolant, and calculating a pulsation cycle of the pump from the data of the flow rate or the pressure;
The pulsation period calculated in the pulsation period calculation step is compared with the fluctuation period of the flow rate or pressure at the normal time, and when both coincide with each other, the pump rotation speed is changed by the pump control means. 6. The machining abnormality detection method for a machine tool according to claim 5, wherein a pump rotation speed changing step is executed.