JP2016078178A - 臭気センサを用いた切削液の状態監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削液や切削液に混入した不純物によるセンサ能力への悪影響を少なくし、切削液の劣化を早期に検出できるようにする。【解決手段】切削液は繰り返し使用され、被加工物を切削加工する領域に噴射される。切削液を貯留する加工液タンクの液面上部に、該液面とカバーで囲まれた空間に臭気を検出する臭気センサを配置する。該臭気センサで検出される臭気に基づいて切削液の劣化を検出する。切削液劣化による加工への悪影響を未然に防ぐことが可能になる。作業者が臭気を感じる前に対処でき、作業環境を快適に保つことが可能となる。臭気センサは切削液面上部空間に配置されているから、切削液や該切削液に混じった不純物から受ける悪影響が少ないので、センサ能力の低下が少なく、正確にかつ早期に切削液への不純物の混入、切削液の腐敗を検出することができる。【選択図】 図１

Description

工作機械において、被加工物を切削加工する際に用いられる切削液の劣化状態を監視する状態監視装置に関する。

工作機械においては、被加工物を切削加工する際、切削液を切削領域に噴射して工具の冷却、切粉の除去、潤滑、さらには工具交換時の洗浄等を行うための切削液供給機構を備えるものがある。この切削液供給機構においては、切削液は循環して繰り返し使用されるため、切削液に潤滑油などの不純物、および腐敗の原因となる微生物が混入し、切削液が劣化して、冷却性能の低下や潤滑性能の低下等の加工に悪影響を与える。

このような悪影響を回避する方法として、特許文献１には、ｐＨセンサ、水質硬度センサ、濃度センサを設けて、切削液のｐＨ値、水質硬度、濃度を検出し、これらの検出値を判別し、所定の正常値範囲内であれば、正常表示を表示し、異常範囲内であれば、切削加工を禁止し、要注意範囲内であれば、警告表示を行うことようにして、切削液の液質の監視を行う監視方法が記載されている。

また、特許文献２には、切削液タンク内の切削液をポンプで吸い上げ、加熱器で切削液を加熱することによって、切削液内の腐敗菌を死滅させて切削液の腐敗による劣化を防止すると共に、濃度センサで切削液の液濃度を計測し、その計測結果に基づいて、切削液の原液又は希釈水を混入して切削液の濃度を一定化し、切削液タンクに戻すようにした切削液管理装置が記載されている。

特開２０１０−１８８４８０号公報 実開平６−７５６３８号公報

切削液が劣化すると、冷却性能が低下し、潤滑性能も低下し切削加工に悪影響を与える。また、切削液が腐敗してしまった場合、切削液をすべて交換する必要があり、工場内の工程が一時的に停止してしまう。さらには、腐敗臭も発生するので、作業環境の悪化にもつながる。

この切削液の劣化を検出する方法として、上述した従来来技術では、ｐＨセンサ、水質硬度センサ、濃度センサを用いているが、これらのセンサは切削液や切削液に混入した不純物の影響を受けて、センサ能力が低下し、切削液の液質を正確に検出することが困難になるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、切削液や切削液に混入した不純物によるセンサ能力への悪影響を少なくし、切削液の劣化を早期に検出できる切削液監視装置を提供することにある。

本発明は、切削液に不純物が混入した際、もしくは、切削液が腐敗した際、切削液から発生する臭気に着目し、その臭気（臭気の変化）、もしくは臭いの強さ（臭気強度）を臭気センサで検出して切削液の状態を監視するようにしたものである。

本願の請求項１に係る発明は、被加工物を切削加工する領域に切削液を循環して繰り返し供給する切削液供給機構を備えた工作機械における切削液の状態監視装置であって、切削液の臭気を検出する臭気センサと、該臭気センサから臭気検出信号が出力されたとき切削液劣化の対応処理を行う切削液劣化対応手段とを備え、切削液から発生する臭気によって、切削液の劣化を検出するものである。

又、請求項２に係る発明は、前記臭気センサを、臭気の強度を測定し出力する臭気センサとし、さらに、臭気センサで測定した測定値と設定されている閾値を比較し、切削液の液質劣化を判定する液質劣化判定手段を備え、前記切削液劣化対応手段を、前記臭気センサの出力の代わりに前記液質劣化判定手段の判定結果に基づいて切削液劣化の対応処理を行うものとした。

請求項３に係る発明は、請求項２にかかる発明において、前記液質劣化判定手段に切削液交換後に前記臭気センサで最初に測定された測定値とあらかじめ設定された閾値算出係数に基づいて閾値を算出し設定する手段を設け、該設定閾値と前記臭気センサで測定した測定値を比較し切削液の液質劣化を判定するようにした。

請求項４に係る発明においては、前記臭気センサを囲むカバーを設けて、該記臭気センサは、切削液を貯留する切削液タンクの切削液面とカバーで囲まれた空間に配置されているものとした。

本発明は、切削液から発生する臭気によって、切削液への不純物の混入および切削液の腐敗を検出することができる。よって、切削液の冷却性能の低下や潤滑性能の低下等の加工へ悪影響を未然に防ぐことが可能となる。さらに、作業者が臭気を感じる前に対処することができ、作業環境を快適に保つことが可能となる。

また、臭気センサは切削液面上部空間に配置されているから、切削液や該切削液に混じった不純物から受ける悪影響が少なく、センサ能力の劣化が少なく、正確にかつ早期に切削液への不純物の混入、切削液の腐敗を検出することができる。

本発明の一実施形態の概要図である。 同実施形態における、切削液の状態監視処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 同実施形態における、劣化判定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 同実施形態における、別の劣化判定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の概要図である。符号４は、工作機械に設けられた切削液供給機構の一部を構成する切削液５を貯留する切削液タンクである。被加工物を切削加工する際、切削液タンク４に貯留された切削液５は、図示しない切削液供給機構のポンプで汲み上げられ、被加工物を切削加工する領域に噴射され、工具等の冷却、切粉の除去、洗浄等を行った後、再びこの切削液タンクに戻され、貯留される。

本発明においては、切削液タンク４に貯留された切削液の液面の上部に、臭気センサ１が配置され、該臭気センサ１のセンサヘッド２には、椀形状のカバー３が取り付けられており、該カバー３で臭気センサ１を覆うように構成されている。臭気センサ１を切削液タンク４の切削液面の上部に位置し、かつ、椀形状のカバー３の開放口は、切削液タンク４に貯留される切削液５中に侵入するように構成され、臭気センサ１は、切削液面とカバーで囲われた空間に位置するように構成されている。

臭気センサ１は、切削液タンク４に貯留された切削液５の液面上部空間に位置し、切削液５ないに侵入していないので、臭気センサ１が切削液等で侵食され、センサ機能に悪影響を与えることはない。また、切削液５は液面より臭気を発散しているが、カバー３で液面の一部を覆い、カバー３内の空間内に臭気センサ１を配置しているから、カバー３内にこもった臭気を臭気センサ１で効率よく検出することができる。なお、臭気センサ１は臭気を検出するものであるから、空間に配置する必要があるが、カバー３は必ずしも必要とせず、単に臭気センサ１を切削液タンク４に貯留された切削液５の液面上部に配置するようにしてもよいものである。

臭気センサ１は工作機械を制御する数値制御装置等の機械制御部６に接続されている。
本実施形態は、この数値制御装置等の機械制御部が有するプロセッサとソフトウエアによって切削液の状態監視装置の一部を構成しており、機械制御部６のプロセッサは臭気センサ１の出力を読み取り、この検出値に基づいて、切削液に不純物が混入していないか、切削液が腐敗していないか等の切削液劣化の判定をするようにしている。

図２は、この機械制御部６の数値制御装置等のプロセッサが、切削液の状態監視装置の機能として所定周期毎実施する切削液の状態監視処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
工作機械に電源が投入され、切削液の循環供給が開始されると、機械制御部６のプロセッサは、所定周期毎、図２に示す切削液の状態監視処理を開始する。
まず、臭気センサ１から送られてくる測定値Ｘを読み取り（ステップＳ１）、この読み取った測定値Ｘに基づいて切削液の劣化判定処理を行う（ステップＳ２）。この劣化判定処理については後述する。劣化判定処理によって劣化していると判定されたときは（ステップＳ３）、切削液劣化時の対応処理を行い（ステップＳ４）、当該周期の処理を終了する。この劣化時の対応処理は、不純物の混入又は、腐敗により切削液が劣化していることを示す信号の出力、もしくは、機械制御部６が有する表示装置の画面に、切削液の劣化が検出されたことを示す注意表示、もしくは工作機械の動作停止処理、さらには、測定値Ｘに基づく切削液の液質の出力、表示等の処理である。
また、ステップＳ２の劣化判定処理で劣化していないと判定されたときは（ステップＳ３）、ステップＳ４の劣化時の処理を行うことなく、当該周期の処理を終了する。

図３は、図２のステップＳ２における劣化判定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
あらかじめ、機械制御部６のメモリには切削液の劣化を判定するための閾値Ｔを設定しておく。この閾値Ｔは、臭気センサ１の出力である臭気の強度の大きさから切削液が劣化していると判定する基準となる値を設定する。この閾値は、切削液の種類や、被加工物の材質、加工精度の度合い等の加工条件に応じて決め設定する。すなわち、切削液の種類によっては、発生臭気種類や臭気強度と切削液劣化度合いが異なることや、切削する被加工物の種類や、精密加工、荒加工等の加工精度によって、許容できる切削液の状態が異なることから、使用する切削液、実行しようとする切削加工条件によって、切削液の劣化を判定するための閾値Ｔを変更し設定できるようにしている。

劣化判定処理においては、プロセッサはまずメモリに設定格納されている閾値Ｔを読み取り（ステップＳＡ１）、ステップＳ１（図２参照）で読み取った臭気センサ１の出力の臭気測定値Ｘと比較し（ステップＳＡ２）、測定値Ｘが閾値Ｔ以上か否か判定し、以上ならば切削液が劣化していると判定し（ステップＳＡ４）、測定値Ｘが閾値Ｔより小さいときは、切削液は劣化しておらず正常と判定し（ステップＳＡ３）、当該劣化判定処理を終了し、メイン処理の図２に示す（ステップＳ３）へ移行する。

図４は、図２におけるステップＳ２の劣化判定処理の別の態様のアルゴリズムを示すフローチャートである。この態様は、切削液を交換した直後の状態においても、切削液の濃度、切削液への防腐剤や消泡剤といった添加物の添加量、温度等の使用周囲環境の差異によって、切削液から発生する臭気に差異があることから、切削液を交換後の最初に使用する時の測定される臭気を切削液劣化判定のベースとするものであり、このベースとなる測定臭気に閾値算出係数Ａを乗じて閾値Ｔを求めて設定するようにしたものである。
この閾値算出係数Ａは切削液の種類、被加工物の種類や加工精度等の加工条件によって変更して設定される。

まず、切削液交換が実行されると「０」にリセットされるフラグＦが「１」にセットされているか判別し（ステップＳＢ１）、切削液交換後、最初の使用時には、該フラグＦは「０」にリセットされているから、ステップＳＢ１からステップＳＢ２に進み、設定されている閾値算出係数Ａを読み込み、ステップＳ１（図２参照）で読み取った測定値Ｘに、この閾値算出係数Ａを乗じて閾値Ｔを算出し（ステップＳＢ３）、この閾値Ｔをメモリに設定保存する（ステップＳＢ４）。そしてフラグＦを「１」にセットし（ステップＳＢ５）、図２のメイン処理に移行する。

Ｔ＝Ａ・Ｘ
次の処理周期からは、フラグＦが「１」にセットされているからステップＳＢ１からステップＳＢ６に移行し、メモリから設定閾値Ｔを読み込み、ステップＳ１（図２参照）で読み込んだ測定値Ｘと閾値Ｔを比較し（ステップＳＢ７）、測定値Ｘが閾値Ｔ以上であると判定されたときは切削液が劣化していると判定し（ステップＳＢ９）、測定値Ｘが閾値Ｔより小さいときには、切削液は正常と判定し（ステップＳＢ８）、図２に示すメイン処理に移行する。

上述した各実施形態では、臭気センサ１として、臭気の強度（度合い）を出力するタイプのセンサを用い、該臭気センサ１で測定した臭気の強度（度合い）Ｘと閾値Ｔとを比較し、臭気の強度の測定値Ｘが閾値Ｔ以上のとき、切削液が劣化していると判定するようにしたが、臭気センサとして、臭気の変化が所定レベルに達したとき臭気検出信号（切削液劣化信号）を出力するようなタイプの臭気センサを用いてもよく、このようなセンサを用いるときは、切削液の状態監視処理としては、図２に示す処理と同様な処理周期毎行う。ただし、図２において、ステップＳ２の切削液劣化判定処理はなく（図３、図４の処理がない）、ステップＳ１の処理は単に臭気センサの出力を読みだす処理となり、次に、この読みだした臭気センサの出力を判別し（ステップＳ３）、臭気検出信号（切削液劣化信号）でなければ、劣化していないとして当該臭気の処理を終了し、臭気検出信号（切削液劣化信号）であれば切削液劣化とし、切削液劣化時の対応処理（ステップＳ４）を行い、当該周期の処理を終了する。

本発明は、切削液から発生する臭気を検出することによって、切削液への不純物の混入、切削液の腐敗等の切削液の劣化を検出するものであるが、さらに、切削液の液質を検出するｐＨ計や濃度計を併用することによって、より信頼性の高い切削液管理システムを実現させることができる。

１ 臭気センサ
２ センサヘッド
３ カバー
４ 切削液タンク
５ 切削液
６ 機械制御部（数値制御装置）

Claims (4)

1. 被加工物を切削加工する領域に切削液を循環して繰り返し供給する切削液供給機構を備えた工作機械における切削液の状態監視装置であって、
   切削液の臭気を検出する臭気センサと、
   該臭気センサから臭気検出信号が出力されたとき切削液劣化の対応処理を行う切削液劣化対応手段と、
   を備えることを特徴とする切削液の状態監視装置。
2. 前記臭気センサは、臭気の強度を測定し出力する臭気センサであって、
   該臭気センサで測定した測定値と設定されている閾値を比較し、切削液の液質劣化を判定する液質劣化判定手段を備え、
   前記切削液劣化対応手段は、前記臭気センサの出力の代わりに前記液質劣化判定手段の判定結果に基づいて切削液劣化の対応処理を行うことを特徴とする請求項１記載の切削液の状態監視装置。
3. 前記液質劣化判定手段は、切削液交換後に前記臭気センサで最初に測定された測定値とあらかじめ設定された閾値算出係数に基づいて閾値を算出し設定する手段を備え、該設定閾値と前記臭気センサで測定した測定値を比較し切削液の液質劣化を判定する請求項２に記載の切削液の状態監視装置。
4. 前記臭気センサを囲むカバーを設けて、該記臭気センサは、切削液を貯留する切削液タンクの切削液面とカバーで囲まれた空間に配置されている請求項１、請求項２または請求項３に記載の切削液の状態監視装置。