JP2013240842A - Cutting tool state detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切削工具状態検出システムにかかり、特に、工作機械に装着された先端に刃を有する切削工具の状態を検出するシステムに関する。 The present invention relates to a cutting tool state detection system, and more particularly to a system for detecting a state of a cutting tool having a blade at a tip mounted on a machine tool.
ボール盤、フライス盤、マシニングセンターなどの工作機械では、スピンドルヘッド部に工具を保持したツーリングホルダを取り付け、当該スピンドルヘッド部を回転駆動することにより工具を回転し、工作対象物を機械加工する。そして、このようなツーリングホルダは、スピンドルヘッド部に着脱自在であり、工具の交換が容易となっている。 In a machine tool such as a drilling machine, a milling machine, or a machining center, a tooling holder that holds a tool is attached to a spindle head portion, and the spindle head portion is rotationally driven to rotate the tool to machine a workpiece. Such a tooling holder can be attached to and detached from the spindle head portion, and the tool can be easily exchanged.
ここで、一般的なツーリングホルダの構造を、図1(A),図1(B)を参照して説明する。なお、図1(B)は、図1(A)を下方から見た図である。図1(A)、図1(B)に示すように、ツーリングホルダ1は、所定の長さを有する形状に形成されている。そして、ツーリングホルダ1は、一端側に工具を保持する工具保持部11を形成しており、他端側には工作機械本体のスピンドルヘッド部3に固定されるシャンク部13を形成している。また、工具保持部11とシャンク部13との間には、フランジ部12が形成されている。
Here, the structure of a general tooling holder will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B). Note that FIG. 1B is a view of FIG. 1A viewed from below. As shown in FIGS. 1A and 1B, the
ここで、ツーリングホルダ1の先端には様々な工具を装着可能であるが、本願では、複数の刃21を有する切削工具2が装着されることとする。具体的に、切削工具2は、略円柱状に形成されており、一端が上記ツーリングホルダ1の工具保持部11に装着され、他端の周囲(側面)には外側に突出する刃21が4つ装備されている。なお、切削工具2に装備される刃21の数は、4つであることに限定されない。
Here, various tools can be attached to the tip of the
そして、上記シャンク部13は、ツーリングホルダ1の端部に向かって径が小さくなるよう略円錐状に形成されている。つまり、外側面がテーパー状に形成されている。そして、このシャンク部13の形状に対応して、スピンドルヘッド部3には、テーパー状のホルダ保持穴31が形成されている。このホルダ保持穴31にてシャンク部13を保持することで、スピンドルヘッド部3を回転駆動させるとツーリングホルダ1も回転し、その先端部に装着された切削工具2を回転させることができる。なお、ツーリングホルダの構造は、特許文献1にも開示されている。
And the said
しかしながら、上述したようなツーリングホルダ1では、当該ツーリングホルダ1を交換した際に、シャンク部13とスピンドルヘッド部3のホルダ保持部31との間に、切削切子などの異物が入ってしまうおそれがある。例えば、図2の領域A内に示すように、切削切子aがシャンク部13とホルダ保持部31との間に入ってしまうと、スピンドルヘッド部3の軸に対してツーリングホルダ1の軸が回転軸に対してずれてしまうことがある。すると、ツーリングホルダ1の先端に取り付けた切削工具2が偏心し、加工不良が生じる、という問題があった。一方で、上述した場合であっても切削工具2の偏心はわずかであるため、これを検出することは困難である。その結果、工具取り付けの際の異常を早期に発見することが難しく、実際に加工しなければならず、時間及び加工の無駄が生じていた。その結果、工作機械を利用した加工の効率の向上を図ることが困難である、という問題があった。
However, in the
また、刃21を有する切削工具2は、寿命等により刃21が損傷する場合があり、そのまま加工を行うと加工不良が生じる、という問題がある。そして、上述同様に、刃21のわずかな損傷を検出することも困難であり、工作機械を利用した加工の効率の向上を図ることができない、という問題があった。
Further, the
このため、本発明の目的は、上述した課題である、切削工具の状態を迅速に判別し、加工効率の向上を図る、ことにある。 Therefore, an object of the present invention is to quickly determine the state of the cutting tool, which is the above-described problem, and to improve the processing efficiency.
本発明の一形態である切削工具状態検出システムは、
工作機械本体に設けられた回転駆動部に取り付けられた、周囲に突出する刃を有する切削工具の回転周囲までの距離を、当該切削工具の回転時に計測する距離計測手段と、
前記距離計測手段にて計測された距離データを蓄積する距離データ蓄積手段と、
異なるタイミングで計測され前記距離データ蓄積手段に蓄積された各前記距離データを比較する距離データ比較手段と、
前記距離データ比較手段による比較結果に基づいて、前記切削工具の状態を判別する切削工具状態判別手段と、を備え、
前記距離データ比較手段は、前記各距離データから、前記切削工具に設けられた前記刃までの距離を計測した刃部箇所データ部分をそれぞれ特定し、当該各刃部箇所データ部分を比較する、
という構成をとる。
A cutting tool state detection system according to one aspect of the present invention is:
A distance measuring means for measuring a distance to the rotation periphery of the cutting tool having a blade protruding to the periphery, attached to a rotation driving unit provided in the machine tool main body, when rotating the cutting tool;
Distance data storage means for storing distance data measured by the distance measurement means;
Distance data comparison means for comparing the distance data measured at different timings and stored in the distance data storage means;
Cutting tool state determining means for determining the state of the cutting tool based on the comparison result by the distance data comparing means,
The distance data comparison means specifies each blade portion data portion that measures the distance to the blade provided in the cutting tool from each distance data, and compares each blade portion data portion.
The configuration is as follows.
そして、上記切削工具状態検出システムでは、
前記距離計測手段は、前記切削工具の回転周囲に所定の光を照射することによって当該回転周囲までの距離を計測する光学計測部を備えており、
前記距離計測手段を囲んで当該距離計測手段を収容するケースを備え、
前記光学計測部が前記切削工具の回転周囲までの距離を計測可能なよう、前記光学計測部を前記ケース内から前記切削工具に向かって露出させる開口部を前記ケースに形成すると共に、当該開口部を開閉するよう可動可能なシャッタを備えた、
という構成をとる。
And in the cutting tool state detection system,
The distance measurement means includes an optical measurement unit that measures a distance to the rotation periphery by irradiating predetermined light around the rotation of the cutting tool,
A case that surrounds the distance measuring means and accommodates the distance measuring means;
An opening that exposes the optical measurement unit from the case toward the cutting tool is formed in the case so that the optical measurement unit can measure the distance to the rotation periphery of the cutting tool. Equipped with a movable shutter to open and close
The configuration is as follows.
また、上記切削工具状態検出システムでは、
前記工作機械の動作状態が、前記切削工具による切削加工時である場合と、当該切削工具の回転周囲までの距離を計測する計測時である場合と、を検出すると共に、前記切削加工時には前記光学計測部が前記ケース内から外部に露出しないよう前記シャッタを閉じ、前記計測時には前記光学計測部が前記ケース内から前記切削工具に向かって露出するように前記シャッタを開くよう、当該シャッタを可動制御するシャッタ制御手段を備えた、
という構成をとる。
In the cutting tool state detection system,
The operation state of the machine tool is detected when cutting with the cutting tool and when the measurement is performed to measure the distance to the rotation periphery of the cutting tool, and the optical state is detected during the cutting process. The shutter is closed so that the measurement unit is not exposed to the outside from the inside of the case, and the shutter is movable so that the optical measurement unit is opened from the case to the cutting tool during the measurement. Provided with shutter control means for
The configuration is as follows.
また、上記切削工具状態検出システムでは、
少なくとも前記切削加工時に、前記ケース内に所定の気体を流入する気体流入手段を備えた、
という構成をとる。
In the cutting tool state detection system,
At least during the cutting process, provided with a gas inflow means for flowing a predetermined gas into the case,
The configuration is as follows.
また、上記切削工具状態検出システムでは、
前記計測時に前記切削工具に対して気体を吹き付ける気体吹付手段を備えた、
という構成をとる。
In the cutting tool state detection system,
Gas spraying means for spraying gas against the cutting tool during the measurement,
The configuration is as follows.
また、上記切削工具状態検出システムでは、
前記切削工具に前記刃が複数設けられており、
前記切削工具状態判別手段は、前記切削工具に設けられた前記複数の刃にそれぞれ対応する前記各刃部箇所データ部分の比較を行い、前記各刃における当該刃までの距離の差を当該刃の数で平均した値に基づいて前記切削工具の状態を判別する、
という構成をとる。
In the cutting tool state detection system,
The cutting tool is provided with a plurality of the blades,
The cutting tool state discriminating means compares each blade portion data portion corresponding to each of the plurality of blades provided in the cutting tool, and calculates a difference in distance to the blade in each blade. Determining the state of the cutting tool based on a value averaged by a number;
The configuration is as follows.
また、本発明の他の形態である切削工具状態検出方法は、
工作機械本体に設けられた回転駆動部に取り付けられた、周囲に突出する刃を有する切削工具の回転周囲までの距離を、当該切削工具の回転時に計測する距離計測工程と、
計測された距離データを蓄積する距離データ蓄積工程と、を有すると共に、
異なるタイミングで計測され蓄積された各前記距離データを比較する距離データ比較工程と、
前記距離データ比較工程における比較結果に基づいて、前記切削工具の状態を判別する切削工具状態判別工程と、を有し、
前記距離データ比較工程は、前記各距離データから、前記刃までの距離を計測した刃部箇所データ部分をそれぞれ特定し、当該各刃部箇所データ部分を比較する、
という構成をとる。
In addition, the cutting tool state detection method according to another embodiment of the present invention,
A distance measuring step of measuring a distance to a rotation periphery of a cutting tool having a blade protruding to the periphery, attached to a rotation driving unit provided in the machine tool body, when the cutting tool is rotated,
A distance data storage step for storing measured distance data, and
A distance data comparison step for comparing each of the distance data measured and accumulated at different timings;
A cutting tool state determination step of determining the state of the cutting tool based on the comparison result in the distance data comparison step,
In the distance data comparison step, each distance data is specified from each of the blade portion data portions that measure the distance to the blade, and each blade portion data portion is compared.
The configuration is as follows.
そして、上記切削工具状態検出方法では、
前記距離計測工程は、周囲を囲むケースに収容された光学計測部にて前記切削工具の回転周囲に所定の光を照射することによって当該回転周囲までの距離を計測し、
前記光学計測部が前記切削工具の回転周囲までの距離を計測可能なよう、前記光学計測部を前記ケース内から前記切削工具に向かって露出させる前記ケースに形成された開口部を、シャッタにて開閉するよう制御するシャッタ制御工程を有する、
という構成をとる。
And in the cutting tool state detection method,
The distance measuring step measures the distance to the rotation periphery by irradiating a predetermined light around the rotation of the cutting tool with an optical measurement unit housed in a case surrounding the periphery,
An opening formed in the case that exposes the optical measurement unit from the inside of the case toward the cutting tool so that the optical measurement unit can measure a distance to the rotation periphery of the cutting tool is provided by a shutter. A shutter control step for controlling opening and closing;
The configuration is as follows.
本発明は、以上のように構成されることにより、迅速かつ適切に、切削工具の異常を検出することができ、工作機械を利用した加工効率の向上を図ることができる。 By being configured as described above, the present invention can detect an abnormality of a cutting tool quickly and appropriately, and can improve machining efficiency using a machine tool.
<実施形態1>
本発明の第1の実施形態を、図1乃至図8を参照して説明する。図1乃至図2は、切削工具及びツーリングホルダの構成を示す図である。図3は、切削工具状態検出システムの構成を示す図である。図4乃至図5は、距離計測装置の構成を示す図である。図6は、制御装置の構成を示す図である。図7は、距離データの処理の様子を示す説明図である。図8は、切削工具状態検出システムの動作を示すフローチャートである。
<
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of a cutting tool and a tooling holder. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the cutting tool state detection system. 4 to 5 are diagrams showing the configuration of the distance measuring device. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the control device. FIG. 7 is an explanatory diagram showing how distance data is processed. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the cutting tool state detection system.
[構成]
本実施形態における切削工具状態検出システムは、ボール盤、フライス盤、マシニングセンターなどの工作機械に装備するものである。そして、切削工具状態検出システムは、工作機械本体に設けられた回転駆動するスピンドルヘッド部3(回転駆動部)に取り付けられた切削工具2が装着されたツーリングホルダ1の振れ、つまり、スピンドルヘッド部3と切削工具2との軸がずれていることを検出するための利用可能である。また、切削工具状態検出システムは、ツーリングホルダ1に装着された切削工具2の刃2が摩耗や欠けているなどの不良状態を検出するために利用可能である。
[Constitution]
The cutting tool state detection system in this embodiment is equipped in machine tools such as a drilling machine, a milling machine, and a machining center. Then, the cutting tool state detection system has a vibration of the
ここで、本実施形態におけるツーリングホルダ1に装着される切削工具2について、ツーリングホルダ1と共に説明する。まず、図1(A)、図1(B)に示すように、ツーリングホルダ1は、所定の長さを有する形状に形成されており、一端側(図1(A)の下側部分)には、先端部(図1(A)で下側端部)で切削工具2などの各種工具2を保持する略円柱状の工具保持部11を有している。また、ツーリングホルダ1の他端側(図1(A)の上側部分)には、工作機械本体のスピンドルヘッド部3に固定されるシャンク部13を形成している。このシャンク部13は、端部(図1(A)の上側端部)に向かうにつれて径が小さくなるよう略円錐状に形成されている。つまり、外側面がテーパー状に形成されている。なお、このシャンク部13は、上述したように、スピンドルヘッド部3に形成されたテーパー状のホルダ保持穴31に保持されることで、工作機械本体に装着することができる。そして、スピンドルヘッド部3を回転駆動することで、ツーリングホルダ1も回転し、その先端部に取り付けられた切削工具2を回転させ、加工を行うことができる。
Here, the
そして、ツーリングホルダ1の先端に装着される切削工具2は、本実施形態では、略円柱状であり、その先端の外周面に4つの刃21が外側に向かって突出して設けられて構成されている。但し、切削工具2に装備される刃21の数は、4つであることに限定されない。
In this embodiment, the
ここで、ツーリングホルダ1が装着される工作機械100の構成、及び、切削工具状態検出システムの構成を、図3を参照して説明する。工作機械100には、上述したようにスピンドルヘッド部3に装着されたツーリングホルダ1の下方、つまり、装着された切削工具2の先端側に、加工テーブル101が位置する。この加工テーブル101は、切削工具2にて加工する加工物を載置するものである。
Here, the configuration of the
また、工作機械100には、切削工具2による切削加工時に、当該切削工具2を冷却するための水などの冷却液を切削工具2に対して散布する冷却液散布装置102を備えている(図3の矢印Y3参照)。この冷却液散布装置102は、切削加工が実行されている間は、当該切削加工の作動に応じて冷却液を散布するよう可動する。なお、冷却液散布装置102は、後述する切削工具2の回転周囲までの距離を計測するときには作動せず、冷却液は散布しない。
In addition, the
また、上記加工テーブルTには、距離センサユニット4(距離計測手段)が固定して設けられている。この距離センサユニット4は、加工テーブルTに固定され上方に延びる支柱の上端側に装備されており、ツーリングホルダ1に装着される切削工具2の端部、つまり、切削工具2に設けられる刃21の箇所に近接して位置している。なお、距離センサユニット4は、加工テーブルTに固定装備されていることに限定されない。
Further, a distance sensor unit 4 (distance measuring means) is fixedly provided on the processing table T. The distance sensor unit 4 is mounted on the upper end side of a support column that is fixed to the processing table T and extends upward, and the end of the
上記距離センサユニット4の構成を図4及び図5を参照して説明する。図4は、図3に示すように距離センサユニット4を側方から見たときの断面図であって当該距離センサユニット4の内部の構成を示す概略図であり、図5は、図3における切削工具2側から距離センサユニット4の側面を見たときの概略図である。
The configuration of the distance sensor unit 4 will be described with reference to FIGS. 4 is a cross-sectional view of the distance sensor unit 4 as viewed from the side as shown in FIG. 3, and is a schematic diagram showing the internal configuration of the distance sensor unit 4. FIG. It is the schematic when the side surface of the distance sensor unit 4 is seen from the
図4の断面図に示すように、距離センサユニット4は、外周を囲うケース40を備えており、当該ケース40の内部に、切削工具2の回転周囲までの距離を計測する距離センサ41(光学計測部)が収容されている。この距離センサ41は、例えば、計測対象物にレーザ光を照射する照射部41aと、当該計測対象物からの反射光を受信する受信部41bと、により構成されており、受信した反射光から、計測対象物までの距離を計測するセンサである。
As shown in the sectional view of FIG. 4, the distance sensor unit 4 includes a
そして、本実施形態では、上記距離センサ41は、当該距離センサ41が位置する箇所から、切削工具2の先端部である刃21が装備された回転周囲までの距離を、当該切削工具2の回転時(図3の矢印Y1参照)に計測する。特に、本実施形態では、図3の矢印Y2にて示した位置、つまり、切削工具2に刃21が装着された位置の外周面までの距離を計測する。例えば、距離センサ41は、上記切削工具2が1回転する間に、当該切削工具2までの距離を2000回計測する。従って、距離センサ41は、上述した切削工具2の回転速度に応じて、1回転内で2000回の計測が可能な時間間隔にて距離データの計測を行う。そして、距離センサ41は、計測して得られた距離データを制御装置5に送る。なお、距離センサ41にて切削工具2が1回転する間に距離を計測する回数は、上述した回数に限定されない。
In the present embodiment, the
また、距離センサユニット4のケース40は、図4や図5に示すように、上記距離センサ41が装備されている箇所の近辺が略長方形状に切除されており、距離センサ41を構成する照射部41aと受信部41bとを外部に露出させる開口部42が形成されている。なお、この開口部42の内側には、薄板形状の蓋部材44が取り付けられており、当該蓋部材44には、上記開口部42よりも小さい大きさの略長方形状の第2開口部44aが形成されている。そして、第2開口部44aは、距離センサ41を構成する照射部41aと受信部41bとを外部に露出させる位置に配置されており、さらに第2開口部44aの外周が開口部42の内側に位置している。このため、距離センサ41を構成する照射部41aと受信部41bとは、第2開口部44aと開口部42とから、外部に露出された状態となり、ケース40の外側に位置する切削工具2の回転周囲までの距離を計測可能である。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、距離センサユニット4のケース40には、板状部材にて構成されたシャッタ43が開口部42付近に設けられており、当該開口部42を塞ぐよう構成されている。そして、シャッタ43は、回転駆動部43aに連結された回転軸43bにて回転可能にケース40に軸支されている。これにより、図5(A)、(B)に示すように、開口部42を塞いだ状態であるシャッタ43が閉じた状態と、開口部42が開いた状態であるシャッタ43が開いた状態と、に可動可能である。
Further, the
なお、後述するように、シャッタ43は、少なくとも切削加工時には閉じた状態となり、当該切削加工時に散布される冷却液がケース40内部に入り込むことを防止するよう機能する。これにより、距離センサ41を構成する照射部41aと受信部41bとに冷却液が付着することを抑制でき、光学的な距離の計測精度の低下を抑制できる。また、開口部42よりも距離センサ41側に位置する第2開口部44aの大きさを小さく形成していることで、よりケース40内部に冷却液が入り込むことを防止することができる。なお、上記第2開口部44aよりもさらに小さな開口箇所を有する部材を、蓋部材44と距離センサ41との間に別途設けてもよい。
As will be described later, the
また、距離センサユニット4のケース40には、当該ケース40内部に空気を流入させる空気流入口45(気体流入手段)が設けられている。この空気流入口45は、ケース40の外部に設けられた空気供給機7(気体流入手段)に接続されており、かかる空気供給機7から供給された空気を、空気流入口45からケース40内部に流入させることができる。なお、ケース40内部に流入させる気体は、空気であることに限定されず、いかなる気体であってもよい。
In addition, the
なお、後述するように、ケース40内部への空気の流入は、少なくとも切削加工時には常に行われる。これにより、ケース40から外部に空気が押し出される状態となっており、仮に上述した開口部42とシャッタ43との間に隙間があったとしても、ケース40内部に冷却液が入り込むことを有効に抑制することができる。なお、ケース40内部への空気の流入は、切削加工時以外に行われていてもよい。
As will be described later, the inflow of air into the
また、距離センサユニット4のケース40には、切削工具2に向かって空気を吹き付ける空気吹付口46(気体吹付手段)が設けられている。この空気吹付口46は、ケース40の外部に設けられた空気供給機7(気体吹付手段)が接続されており、かかる空気供給機7から供給された空気が、空気吹付口46を介して切削工具2に吹付けられる。具体的に、空気吹付口46は、切削工具2の刃21が形成されている箇所、つまり、上述した距離センサ41にて距離が計測される切削工具2の回転外周箇所に向かって空気を吹付けるよう、ケース40に装備されている。なお、図4、図5の例では、空気吹付口46は開口部42の上方に設けられているが、ケース40のいかなる位置に設けられてもよく、ケース40以外の箇所に設けられてもよい。また、空気吹付口46から吹付けられる気体は、空気であることに限定されず、いかなる気体であってもよい。さらに、空気吹付口46から吹付ける空気を供給する空気供給機7として、別のものが装備されていてもよい。
Further, the
なお、後述するように、空気吹付口46から切削工具2への空気の吹付けは、当該切削工具2までの距離計測時に行われる。これにより、切削加工時に散布され切削工具2に付着した冷却液を飛ばしたり乾燥させることができ、距離センサ41による良好な距離の計測を行うことができる。
Note that, as will be described later, air is blown from the
次に、制御装置5の構成について説明する。まず、制御装置5は、演算装置と記憶装置とを備えた一般的な情報処理装置である。そして、制御装置5は、計測部51と、比較部52と、判定部53と、シャッタ制御部54と、空気制御部55と、を備えている。なお、これら各部51〜55は、所定の電子回路にて実現されていたり、あるいは、上記演算装置に所定のプログラムが組み込まれることによって構築されている。また、記憶装置は、計測データ記憶部56と、基準データ記憶部57と、を備えている。以下、各構成について詳述する。
Next, the configuration of the
まず、図示しないが、制御装置5は、操作者による切削加工指令や距離計測指令を受け付けて、工作機械自体の状態を設定し、その動作を制御する。例えば、切削加工指令を受けると、切削加工時の状態となり、切削工具2を回転駆動制御して切削加工すると共に、冷却液を散布するよう制御する。一方、距離計測指令を受けると、計測時の状態となり、後述するように、計測部51にて計測を実行する。なお、制御装置5は、切削加工時や計測時であることを、計測部51やシャッタ制御部54、空気制御部55などに通知する。
First, although not illustrated, the
次に、空気制御部55について説明する。空気制御部54は、少なくとも切削加工時である場合に、空気供給機7から空気流入口45に空気を流入するよう制御し、ケース40内部に空気を流入させる。これにより、切削加工時にケース40から外部に空気が押し出される状態となり、ケース40内部に冷却液が入り込むことを有効に抑制することができる。なお、空気制御部55は、切削加工時に限らず、常時、空気流入口45からケース40内部に空気を流入させてもよい。
Next, the
また、空気制御部55は、少なくとも計測時である場合に、空気供給機7から空気吹付口46に空気を流入し、当該空気吹付口46から切削工具2に空気を吹付けるよう制御する。これにより、計測時には、切削加工時に散布され切削工具2に付着した冷却液を飛ばしたり乾燥させることができる。
In addition, the
次に、シャッタ制御部54(シャッタ制御手段)について説明する。シャッタ制御部54は、計測時である場合に、回転駆動部43aを駆動してシャッタ43を開け、開口部42から距離センサ41を露出させる。これにより、上述したように、計測部51にて距離センサ41を介して計測可能となる。なお、シャッタ制御部54は、計測時が終了した場合には、回転駆動部43aを駆動してシャッタ43を閉じる。あるいは、シャッタ制御部54は、少なくとも切削加工時である場合に、シャッタ43を閉じる。
Next, the shutter control unit 54 (shutter control means) will be described. The
次に、計測部51(距離計測手段)について説明する。計測部51は、計測する旨の指令が入力されて計測時となると、まず、計測用に切削工具2を回転するよう工作機械自体に指示を出す。これにより、切削工具2が回転すると、計測部51は、上述した距離センサ41の動作を制御して切削工具2の回転周囲に対してレーザを照射してその反射光を受信することで距離センサ41から取得したアナログ信号から成る距離データを、ディジタル信号に変換(A/D変換)する。また、計測部51は、A/D変換した距離データを、計測データ記憶部54(距離データ蓄積手段)に送り、当該計測データ記憶部56に距離データを一時的に蓄積する。つまり、計測データ記憶部56は、距離データのバッファ機能を有する。
Next, the measuring unit 51 (distance measuring means) will be described. When a measurement instruction is input and measurement is started, the
ここで、上述したように計測した距離データの一例を、図7(A)に示す。この図では、縦軸に切削工具2の回転周囲までの距離に対応する計測値である電圧値を示し、横軸は計測時間に対応する切削工具2の回転周囲の計測位置(移動距離)を示している。なお、上記距離センサ41では、距離が短いほど計測値である電圧値が高くなるよう計測しているため、図7では、縦軸の値が高いほど、距離が短いことを示している。
Here, an example of the distance data measured as described above is shown in FIG. In this figure, the vertical axis indicates a voltage value that is a measurement value corresponding to the distance to the rotation periphery of the
そして、切削工具2は、外周面に4つの刃21が設けられているため、距離データは、切削工具2の外周面を1周計測する毎に、4つの山型データが現れる。つまり、図7(A)の1つ目の山型データの頂点が1つ目の刃21までの距離に対応し、2つ目の山型データの頂点が2つ目の刃21、というように、4つの刃21までの距離を計測することができる。ここで、制御装置5は、切削工具2の回転方向の原点を常に認識して当該切削工具2の回転制御を行っているため、上述したように計測される距離データに表れる山型の順番から、切削工具2の各刃21を特定したそれぞれの距離を計測することができる。なお、各刃21までの距離は、1回の計測だけでなく、複数回計測した距離データから算出してもよい。
And since the
また、計測部51は、例えば、切削工具2を初めて装着するときといった初期登録を行う旨の指令を受けて計測時となった際には、上述したように計測した各刃21までの各距離にそれぞれ対応する位置情報(刃部箇所データ部分)を、各刃21の基準位置情報(基準データ)として基準データ記憶部57に登録する。一方、計測部51は、単に計測の指令を受けて計測時となった際には、上述したように計測した各刃21までの各距離にそれぞれ対応する位置情報(刃部箇所データ部分)を、各刃21の現在位置情報として計測データ記憶部56に一時的に記憶する。
In addition, when the
そして、比較部52(距離データ比較手段)は、上述したように計測データ記憶部54に蓄積されている各刃21の現在位置情報の処理を行う。具体的には、基準データ記憶部57に登録されている各刃21の基準位置情報(例えば、図7(A))と、計測データ記憶部56に記憶されている最新の各刃21の現在位置情報(例えば、図7(B))とを読み出し、刃21毎に基準位置情報と現在位置情報との差を算出する。図7(A),(B)の例では、それぞれ同じ順番に位置する山型データは、同一の刃21に対応する位置情報であるため、それぞれの刃21毎に当該刃21に対応する位置情報の差をとる。そして、比較部52は、算出した各刃21の位置情報の差を、判定部53に渡す。なお、上述したように算出した位置情報の差からは、初期登録時から現在までに、各刃21の位置がどの程度変化しているか、つまり、ツーリングホルダ1が偏心しているか、あるいは、いずれかの刃21が摩耗や欠けているか、ということを認識することができるが、かかる判断は以下の判定部53で行う。
Then, the comparison unit 52 (distance data comparison unit) processes the current position information of each
判定部53(切削工具状態判別手段)は、比較部52から渡された各刃21の位置情報の差を受け取り、かかる情報を一時的に保存する。そして、各刃21の位置の差を刃21の数で平均する。この平均値が予め設定された値以下であれば、切削工具2が正常状態であると判別し、平均値が予め設定された値以下である場合には、切削工具2が異常状態であると判別する。そして、判定部53は、各刃21の位置情報の差と、判別結果とを、表示装置6に渡す。
The determination unit 53 (cutting tool state determination unit) receives the difference in position information of each
表示装置6は、判定部53から渡された各刃21の位置情報の差と、判別結果とを、表示出力する。これを見た操作者は、判別結果が異常状態である場合には、ツーリングホルダ1が偏心しているか、あるいは、いずれかの刃21が摩耗や欠けているか可能性があるため、切削工具2を調べる。また、操作者は、判別結果が正常状態であっても、各刃21の位置情報の差を見て、かかる差が異常に大きい刃21が存在する場合にも、切削工具2を調べることができる。
The
[動作]
次に、上述した切削工具状態検出システムの動作を、図8のフローチャートを参照して説明する。まず、スピンドルヘッド部3とツーリングホルダ1とが清掃された状態で、操作者は、切削工具2が装備されたツーリングホルダ1をスピンドルヘッド部3に装着する。これにより、切削工具2を用いた切削加工が可能となる。
[Operation]
Next, the operation of the above-described cutting tool state detection system will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the operator mounts the
上述したように切削加工が可能な状態となったこと指示する操作を操作者がシステムに対して行うと、空気制御部55により、空気流入部45からケース40内に空気が流入される(ステップS1)。なお、ケース40内への空気の流入は、後述する切削加工時のみ行われてもよい。
As described above, when the operator performs an operation for instructing that the cutting process is possible, the
続いて、操作者は、システムに対して、「計測(初期登録)」の指示を入力する(ステップS2で「計測」)。すると、まず、シャッタ制御部54によりシャッタ43を開かれ(ステップS3、シャッタ制御工程)、また、空気制御部55により空気吹付口46から切削工具2に空気が吹付けられる(ステップS4)。その後、スピンドルヘッド部3が回転駆動することで、ツーリングホルダ1が回転して装着された切削工具2が回転する。そして、上述したように計測部51により切削工具2の回転外周までの距離が計測され(距離計測工程)、この距離データを一時的に記憶保持する(ステップS5、距離データ蓄積工程)。その後、空気制御部55による切削工具2に対する空気の吹付けが停止られる(ステップS6)。
Subsequently, the operator inputs an instruction of “measurement (initial registration)” to the system (“measurement” in step S2). Then, first, the
続いて、システムは、上述したように取得した距離データから各刃21までの各距離にそれぞれ対応する位置情報を抽出して、各刃21の基準位置情報(基準データ)として基準データ記憶部57に登録する(ステップS7でYes,ステップS13)。
Subsequently, the system extracts position information corresponding to each distance to each
その後、操作者が切削加工を行う際には、システムに対して、「切削加工」の指示を入力する(ステップS2で「切削」)。すると、まず、シャッタ制御部54によりシャッタ43が閉じているかを確認し、閉じていなければシャッタ制御部54によりシャッタ43を閉じて(ステップS11、シャッタ制御工程)、切削加工を行う(ステップS12)。なお、切削加工時には、冷却液散布装置102から切削工具2に対して冷却液が散布されるが、上述したように、ケース40のシャッタ43は閉じており、かつ、ケース40内に空気が流入した状態であるため、ケース40内に冷却液が流入することを抑制することができる。つまり、ケース40内の光学的な距離センサ41に冷却液が付着してしまうことを抑制できる。
Thereafter, when the operator performs cutting, an instruction of “cutting” is input to the system (“cutting” in step S2). Then, first, it is confirmed whether the
上述したように切削加工を行ったり、切削工具2(ツーリングホルダ1)の取り付け直しを行うなどした後に、切削工具2の状態を調べる場合に、操作者は、システムに対して「計測」の指示を入力する(ステップS2で「計測」)。すると、まず、シャッタ制御部54によりシャッタ43が開かれ(ステップS3、シャッタ制御工程)、また、空気制御部55により空気吹付口46から切削工具2に空気が吹付けられる(ステップS4)。その後、スピンドルヘッド部3が回転駆動することで、ツーリングホルダ1が回転して装着された切削工具2が回転する。そして、上述したように計測部51により切削工具2の回転外周までの距離が計測され(距離計測工程)、この距離データを一時的に記憶保持する(ステップS5、距離データ蓄積工程)。その後、空気制御部55による切削工具2に対する空気の吹付けが停止られる(ステップS6)。
When examining the state of the
続いて、計測部51は、上述したように取得した距離データから各刃21までの各距離にそれぞれ対応する位置情報を抽出して、各刃21の現在位置情報として比較部52に渡す(ステップS7でNo)。比較部52は、受け取った現在位置情報としての各刃21の位置情報と、基準データ記憶部57に記憶されている基準位置情報(基準データ)としての各刃21の位置情報と、の差を、刃21毎に算出する(ステップS8、距離データ比較工程)。そして、算出した各刃21の基準位置情報と現在位置情報との差を、判定部53に渡す。
Subsequently, the
続いて、判定部53は、比較部52から渡された各刃21の位置情報の差を刃21の数で平均し、上述したように、切削工具2が正常状態であるか異常状態であるかを判別する(切削工具状態判別工程)。そして、正常状態である場合には(ステップS9でYes)、そのままであるが、異常状態である場合には(ステップS9でNo)、表示装置6から異常状態であることを出力する(ステップS10)。このとき、各刃21の位置情報の差を出力してもよく、また、正常状態である場合にも、その旨や各刃21の位置情報の差を出力してもよい。
Subsequently, the
これにより、操作者は、迅速かつ適切に切削工具2の状態を検出することができ、工作機械を利用した加工効率の向上を図ることができる。
Thereby, the operator can detect the state of the
以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiment and the like, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
1 ツーリングホルダ
11 工具保持部
12 フランジ部
13 シャンク部
2 切削工具
21 刃
3 スピンドルヘッド部
31 ホルダ保持穴
4 距離センサユニット
40 ケース
41 距離センサ
41a 照射部
41b 受信部
42 開口部
43 シャッタ
43a回転駆動部
43b 回転軸
44 蓋部材
44a 第2開口部
45 空気流入口
46 空気吹付け口
5 制御装置
51 計測部
52 比較部
53 判定部
54 シャッタ制御部
55 空気制御部
56 計測データ記憶部
57 基準データ記憶部
6 表示装置
7 空気供給機
100 工作機械
101 加工テーブル
102 冷却液散布装置
a 切削切子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記距離計測手段にて計測された距離データを蓄積する距離データ蓄積手段と、
異なるタイミングで計測され前記距離データ蓄積手段に蓄積された各前記距離データを比較する距離データ比較手段と、
前記距離データ比較手段による比較結果に基づいて、前記切削工具の状態を判別する切削工具状態判別手段と、を備え、
前記距離データ比較手段は、前記各距離データから、前記切削工具に設けられた前記刃までの距離を計測した刃部箇所データ部分をそれぞれ特定し、当該各刃部箇所データ部分を比較する、
切削工具状態検出システム。 A distance measuring means for measuring a distance to the rotation periphery of the cutting tool having a blade protruding to the periphery, attached to a rotation driving unit provided in the machine tool main body, when rotating the cutting tool;
Distance data storage means for storing distance data measured by the distance measurement means;
Distance data comparison means for comparing the distance data measured at different timings and stored in the distance data storage means;
Cutting tool state determining means for determining the state of the cutting tool based on the comparison result by the distance data comparing means,
The distance data comparison means specifies each blade portion data portion that measures the distance to the blade provided in the cutting tool from each distance data, and compares each blade portion data portion.
Cutting tool condition detection system.
前記距離計測手段は、前記切削工具の回転周囲に所定の光を照射することによって当該回転周囲までの距離を計測する光学計測部を備えており、
前記距離計測手段を囲んで当該距離計測手段を収容するケースを備え、
前記光学計測部が前記切削工具の回転周囲までの距離を計測可能なよう、前記光学計測部を前記ケース内から前記切削工具に向かって露出させる開口部を前記ケースに形成すると共に、当該開口部を開閉するよう可動可能なシャッタを備えた、
切削工具状態検出システム。 The cutting tool state detection system according to claim 1,
The distance measurement means includes an optical measurement unit that measures a distance to the rotation periphery by irradiating predetermined light around the rotation of the cutting tool,
A case that surrounds the distance measuring means and accommodates the distance measuring means;
An opening that exposes the optical measurement unit from the case toward the cutting tool is formed in the case so that the optical measurement unit can measure the distance to the rotation periphery of the cutting tool. Equipped with a movable shutter to open and close
Cutting tool condition detection system.
前記工作機械の動作状態が、前記切削工具による切削加工時である場合と、当該切削工具の回転周囲までの距離を計測する計測時である場合と、を検出すると共に、前記切削加工時には前記光学計測部が前記ケース内から外部に露出しないよう前記シャッタを閉じ、前記計測時には前記光学計測部が前記ケース内から前記切削工具に向かって露出するように前記シャッタを開くよう、当該シャッタを可動制御するシャッタ制御手段を備えた、
切削工具状態検出システム。 The cutting tool state detection system according to claim 2,
The operation state of the machine tool is detected when cutting with the cutting tool and when the measurement is performed to measure the distance to the rotation periphery of the cutting tool, and the optical state is detected during the cutting process. The shutter is closed so that the measurement unit is not exposed to the outside from the inside of the case, and the shutter is movable so that the optical measurement unit is opened from the case to the cutting tool during the measurement. Provided with shutter control means for
Cutting tool condition detection system.
少なくとも前記切削加工時に、前記ケース内に所定の気体を流入する気体流入手段を備えた、
切削工具状態検出システム。 The cutting tool state detection system according to claim 3,
At least during the cutting process, provided with a gas inflow means for flowing a predetermined gas into the case,
Cutting tool condition detection system.
前記計測時に前記切削工具に対して気体を吹き付ける気体吹付手段を備えた、
切削工具状態検出システム。 The cutting tool state detection system according to claim 3 or 4,
Gas spraying means for spraying gas against the cutting tool during the measurement,
Cutting tool condition detection system.
前記切削工具に前記刃が複数設けられており、
前記切削工具状態判別手段は、前記切削工具に設けられた前記複数の刃にそれぞれ対応する前記各刃部箇所データ部分の比較を行い、前記各刃における当該刃までの距離の差を当該刃の数で平均した値に基づいて前記切削工具の状態を判別する、
切削工具状態検出システム。 The cutting tool detection system according to any one of claims 1 to 5,
The cutting tool is provided with a plurality of the blades,
The cutting tool state discriminating means compares each blade portion data portion corresponding to each of the plurality of blades provided in the cutting tool, and calculates a difference in distance to the blade in each blade. Determining the state of the cutting tool based on a value averaged by a number;
Cutting tool condition detection system.
計測された距離データを蓄積する距離データ蓄積工程と、を有すると共に、
異なるタイミングで計測され蓄積された各前記距離データを比較する距離データ比較工程と、
前記距離データ比較工程における比較結果に基づいて、前記切削工具の状態を判別する切削工具状態判別工程と、を有し、
前記距離データ比較工程は、前記各距離データから、前記刃までの距離を計測した刃部箇所データ部分をそれぞれ特定し、当該各刃部箇所データ部分を比較する、
切削工具状態検出方法。 A distance measuring step of measuring a distance to a rotation periphery of a cutting tool having a blade protruding to the periphery, attached to a rotation driving unit provided in the machine tool body, when the cutting tool is rotated,
A distance data storage step for storing measured distance data, and
A distance data comparison step for comparing each of the distance data measured and accumulated at different timings;
A cutting tool state determination step of determining the state of the cutting tool based on the comparison result in the distance data comparison step,
In the distance data comparison step, each distance data is specified from each of the blade portion data portions that measure the distance to the blade, and each blade portion data portion is compared.
Cutting tool state detection method.
前記距離計測工程は、周囲を囲むケースに収容された光学計測部にて前記切削工具の回転周囲に所定の光を照射することによって当該回転周囲までの距離を計測し、
前記光学計測部が前記切削工具の回転周囲までの距離を計測可能なよう、前記光学計測部を前記ケース内から前記切削工具に向かって露出させる前記ケースに形成された開口部を、シャッタにて開閉するよう制御するシャッタ制御工程を有する、
切削工具状態検出方法。
The cutting tool state detection method according to claim 7,
The distance measuring step measures the distance to the rotation periphery by irradiating a predetermined light around the rotation of the cutting tool with an optical measurement unit housed in a case surrounding the periphery,
An opening formed in the case that exposes the optical measurement unit from the inside of the case toward the cutting tool so that the optical measurement unit can measure a distance to the rotation periphery of the cutting tool is provided by a shutter. A shutter control step for controlling opening and closing;
Cutting tool state detection method.
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