JP2020015106A - 工具摩耗判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工の進行に伴うワークの振動特性の変化に起因した誤判定を抑制して工具の摩耗状態を判定可能な工具摩耗判定装置を得ること。【解決手段】工具摩耗判定装置１は、ワークの切削加工時に工作機械１２またはワークに発生する振動を表す振動データを含む工作機械１２の状態量を取得する状態量取得部２１と、状態量取得部２１で取得された、振動データ以外の工作機械１２の状態量が示す加工条件が工具の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定する加工条件評価部２２とを備える。工具摩耗判定装置１は、振動データに基づいて工作機械１２またはワークに発生する振動の特徴を表す振動特徴量を算出する振動特徴量算出部２３と、加工条件評価部２２における判定結果である加工条件判定結果が工具の摩耗状態の判定に適しているとの判定結果である場合に振動特徴量に基づいて工具が摩耗状態であるか否かを判定する摩耗状態判定部２４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械における工具の摩耗状態を判定する工具摩耗判定装置に関する。

切削加工は、工具とワークとの相対運動によりワークに所望の形状を形成する除去加工の一種である。切削加工を行う工作機械は、マシニングセンタおよび旋盤に代表されるように、主軸に装着された工具およびワークを回転させて切削加工を行う装置である。このような工作機械では、切削距離の増加に伴って工具の先端の摩耗量が増大するため、適切なタイミングで工具を新品の工具に交換することが必要である。摩耗した工具による切削加工は、ワークの加工面の精度の悪化、および所望の加工寸法精度が得られない、といったワークの加工不良が生じる原因となる。加工不良となったワークは、破棄せざるを得ない上、加工に要した時間が無駄となり、生産性を低下させる。

加工の品質を管理するために、予め定めた距離または予め定めた時間だけ加工を行った時点で工具を新品の工具に交換することにより、摩耗した工具の使用に起因した加工不良を未然に防止することが行われている。しかしながら、この場合は、実際の工具の状態によらずに工具を交換するため、まだ加工が可能な工具を廃棄することにより無駄が生じるという問題、および不必要な工具の交換作業時間が生じるため生産性が低下する、という問題がある。

一方、切削加工に伴って発生する振動の振動波形を計測し、分析することで工具の摩耗を判定する装置が提案されている。特許文献１には、振動波形に対して周波数分析を行い、周波数分析波形と閾値とを比較することで工具の摩耗を検出する方法が開示されている。

特開２０１２−７６１６８号公報

切削加工における加工条件には、事前に設定される加工条件の他に、加工の進行に伴って変化する加工条件がある。事前に設定される加工条件は、例えば主軸回転数、送り速度、切込み量、使用する工具の種類およびワークの材質などが挙げられる。加工の進行に伴って変化する加工条件は、例えばワークの形状が挙げられる。

切削加工に伴って発生する振動は、事前に設定される加工条件が同一であり且つ工具の摩耗度が同一であったとしても、加工の進行に伴って変化する加工条件の影響で、同一とならないことがある。すなわち、切削加工に伴って発生する振動は、事前に設定される加工条件が同一であり、工具の摩耗度が同一であったとしても、加工の進行に伴って変化する加工条件の影響で、振動の振幅、工具の摩耗を示す特徴的な振動の周波数等が同一とならないことがある。

このような振動の変化は、ワークの材料特性、動特性、形状情報などに基づいて決定されるワークの振動特性の変化によるものであることが知られている。また、切削位置の変化、切削位置と振動計測位置との機械的な位置関係の変化、または切削位置とワークの固定位置との機械的な位置関係の変化によっても、ワークの振動特性が変化することが知られている。

したがって、一連の切削加工を通じて計測される振動は、加工の進行に伴って変化する加工条件の影響で一定とはならないことがある。特許文献１に記載された工具の摩耗を検出する方法は、切削加工に伴って発生する振動が変化することが考慮されておらず、周波数分析波形と同一の閾値とによる判定では誤判定を生じる可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、切削加工の進行に伴うワークの振動特性の変化に起因した誤判定を抑制して工具の摩耗状態を判定可能な工具摩耗判定装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる工具摩耗判定装置は、工作機械においてワークを切削加工する工具の摩耗状態を判定する工具摩耗判定装置である。工具摩耗判定装置は、工作機械によるワークの切削加工時に工作機械またはワークに発生する振動を表す振動データを含む工作機械の状態量を取得する状態量取得部と、状態量取得部で取得された、振動データ以外の工作機械の状態量が示す加工条件が工具の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定する加工条件評価部と、を備える。また、工具摩耗判定装置は、振動データに基づいて工作機械またはワークに発生する振動の特徴を表す振動特徴量を算出する振動特徴量算出部と、加工条件評価部における判定結果である加工条件判定結果が工具の摩耗状態の判定に適しているとの判定結果である場合に、振動特徴量に基づいて工具が摩耗状態であるか否かを判定する摩耗状態判定部と、を備える。

本発明によれば、切削加工の進行に伴うワークの振動特性の変化に起因した誤判定を抑制して工具の摩耗状態を判定可能な工具摩耗判定装置が得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置において工具の摩耗状態の判定が行われる工作機械の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１における処理回路のハードウェア構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるワークの加工経路による振動特性の違いを説明する図 本発明の実施の形態１におけるワークの形状によるワークの振動特性の違いを説明する図 本発明の実施の形態１におけるワークの他の固定方法を示す図 本発明の実施の形態１における工作機械と工具摩耗判定装置との処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における工作機械と工具摩耗判定装置との処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における工作機械と工具摩耗判定装置との他の処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３にかかる工具摩耗判定装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における工作機械と工具摩耗判定装置との処理の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる工具摩耗判定装置を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し、繰り返しの説明は省略する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１において工具の摩耗状態の判定が行われる工作機械１２の構成を示す模式図である。

工具摩耗判定装置１は、工作機械１２においてワーク３１を切削加工する工具１２４の摩耗状態を判定する工具摩耗判定装置であり、工作機械１２に装着されて工作機械１２に固定されたワーク３１を切削加工する工具１２４の摩耗状態を判定する工具摩耗判定装置である。工具摩耗判定装置１は、工作機械１２によるワーク３１の切削加工時に工作機械１２またはワーク３１に発生する振動を表す振動データを含む工作機械の状態量を取得する状態量取得部２１と、状態量取得部２１で取得された、振動データ以外の工作機械の状態量が示す加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定する加工条件評価部２２と、を備える。また、工具摩耗判定装置１は、振動データに基づいて工作機械１２またはワーク３１に発生する振動の特徴を表す振動特徴量を算出する振動特徴量算出部２３と、加工条件評価部２２における判定結果である加工条件判定結果が工具の摩耗状態の判定に適しているとの判定結果である場合に、振動特徴量に基づいて工具１２４が摩耗状態であるか否かを判定する摩耗状態判定部２４と、を備える。

本実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１は、工具摩耗判定装置１で工具１２４の摩耗状態の判定が行われる工作機械１２に配置されたセンサ１３が、状態量取得部２１に接続されている。また、工具摩耗判定装置１は、工作機械１２に接続されて工作機械１２の動作を制御する数値制御装置１１が、状態量取得部２１に接続されている。

工作機械１２は、図２に示すように、回転軸が垂直方向に設けられてワーク３１を上から加工する構造を有する立形マシニングセンタが一例として挙げられる。立形マシニングセンタである工作機械１２は、回転自在な主軸１２３が本体部１２１における上部に設けられた主軸頭１２２に設けられ、主軸１２３に取り付けられた工具１２４によって、工具１２４の下方に配置された加工テーブル１２５上にセットされたワーク３１を加工する周知の構成を有する。また、ワーク３１の側面には、振動を計測する振動検出部としてのセンサ１３が設置される。なお、センサ１３は、工作機械１２に設置されてもよく、たとえばワーク３１が固定された加工テーブル１２５に設置されてもよい。センサ１３は、たとえば加速度センサなどが用いられる。

状態量取得部２１は、ワーク３１の切削加工時における工作機械の状態量を取得し、加工条件評価部２２および振動特徴量算出部２３に送信する。状態量取得部２１で取得される工作機械の状態量は、少なくとも工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って工作機械１２またはワーク３１に発生する振動のデータである振動データを含む。以下、工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って工作機械１２またはワーク３１に発生する振動を、単に振動と呼ぶ場合がある。

状態量取得部２１は、例えばセンサ１３の計測結果から振動データを取得することができる。センサ１３は、工作機械１２に設置されて工作機械１２が備える加工テーブル１２５に発生する振動を計測し、または、加工テーブル１２５上のワーク３１に設置されてワーク３１に発生する振動を計測する。また、状態量取得部２１は、工作機械１２と接続される数値制御装置１１を介して、工作機械１２が備える加工テーブル１２５の動きを制御するサーボモータのフィードバック値から、加工テーブル１２５または加工テーブル１２５上のワーク３１に発生する振動を表す振動データを取得することができる。

また、振動データ以外の工作機械の状態量として、工作機械１２におけるワーク３１の切削加工における切削位置座標が挙げられる。状態量取得部２１は、例えば工作機械１２に設置されて工具１２４の位置を検知するセンサの検知結果により、ワーク３１の切削加工における切削位置座標を取得することができる。また、状態量取得部２１は、例えば工作機械１２が備える加工テーブル１２５の動きを制御するサーボモータのフィードバック値から、ワーク３１の切削加工における切削位置座標を取得することができる。

加工条件評価部２２は、状態量取得部２１で取得した工作機械の状態量のうち振動以外の工作機械の状態量に基づいて、上記の振動以外の工作機械の状態量が示す加工条件が工作機械１２に取り付けられている工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であるかを判定し、判定結果を摩耗状態判定部２４に送信する。例えば、加工条件評価部２２は、状態量取得部２１で取得された切削位置座標を、ワーク３１の形状の情報である形状情報を含んだ加工プログラムと照合する。そして、加工条件評価部２２は、ワーク３１の端部と切削位置座標との距離が予め定められた閾値距離以上である場合に、状態量取得部２１で取得された切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であると判定する。

ここで、切削位置座標は、３次元位置を表す座標である。加工条件評価部２２は、予め加工プログラムを記憶していてもよく、または数値制御装置１１から取得してもよい。閾値距離は、状態量取得部２１で取得された切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定するための閾値であり、予め加工条件評価部２２に記憶される。

振動特徴量算出部２３は、状態量取得部２１が取得したワーク３１の切削加工時における振動データに基づいて、工作機械１２またはワーク３１に発生する振動の特徴を表す振動特徴量を算出し摩耗状態判定部２４に送信する。振動特徴量の算出には、時系列データの分析のために知られる一般的な信号処理手法を用いることができる。振動特徴量算出部２３は、振動特徴量として例えば工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って発生する振動を表す振動データの平均値、実効値、振幅、尖度、歪度、またはクレストファクタに基づく特徴量を算出する。クレストファクタは、波高率とも言われる。また、振動特徴量算出部２３は、振動特徴量として例えば工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って発生する振動を表す振動データの時系列データをフーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルに基づく特徴量を算出する。

周波数スペクトルについては、例えば、工具の回転に相当する周波数と当該周波数の整数倍の周波数とに着目し、これらの周波数におけるパワースペクトルに基づいて特徴量を算出することができる。また、周波数スペクトルについては、例えば、工具の回転に相当する周波数に工具の刃数を乗じた周波数と当該周波数の整数倍の周波数とに着目し、これらの周波数におけるパワースペクトルに基づいて特徴量を算出することができる。また、工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って発生する振動を表す振動データの時系列波形は、工具の回転ごとに周期性を示すため、自己相関によるものであってもよい。

摩耗状態判定部２４は、状態量取得部２１で取得された工作機械の状態量のうち振動以外の工作機械の状態量が示す加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であると加工条件評価部２２において判定された場合に、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量に基づいて工具１２４の摩耗状態を判定する。摩耗状態判定部２４は、例えば、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量と予め定められた閾値特徴量とを比較し、振動特徴量が閾値特徴量を超過する場合に、工具１２４が摩耗状態であると判定する。閾値特徴量は、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量に基づいて工具１２４の摩耗状態を判定するための閾値であり、予め加工条件評価部２２に記憶される。

状態量取得部２１は、例えば、図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。図３は、本発明の実施の形態１における処理回路のハードウェア構成の一例を示す図である。状態量取得部２１が図３に示す処理回路により実現される場合、状態量取得部２１は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、状態量取得部２１の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。

また、加工条件評価部２２と振動特徴量算出部２３と摩耗状態判定部２４との各々を、同様にプロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現されるように構成してもよい。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して加工条件評価部２２と振動特徴量算出部２３と摩耗状態判定部２４との各々の機能を実現してもよい。また、加工条件評価部２２と振動特徴量算出部２３と摩耗状態判定部２４との各々の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。

また、加工条件評価部２２と振動特徴量算出部２３と摩耗状態判定部２４とのうちの１つの構成部を実現するためのプロセッサおよびメモリは、状態量取得部２１と加工条件評価部２２と振動特徴量算出部２３と摩耗状態判定部２４とのうちの他の構成部を実現するプロセッサおよびメモリと同一であってもよいし、別のプロセッサおよびメモリであってもよい。

また、摩耗状態判定部２４には、表示装置１４が接続されている。表示装置１４は、例えばディスプレイを備え、工具摩耗判定装置１における各種の情報を表示する。たとえば、表示装置１４は、摩耗状態判定部２４における工具１２４の摩耗状態の判定結果を摩耗状態判定部２４から取得して表示する。すなわち、表示装置１４は、摩耗状態判定部２４における工具１２４の摩耗状態の判定結果を摩耗状態判定部２４から受信すると、受信した工具１２４の摩耗状態の判定結果に対応する予め定められた文字列を表示する。すなわち、表示装置１４は、摩耗状態判定部２４から、工具１２４が摩耗状態であるとの判定結果を受信した場合に、工具１２４が摩耗状態であることをメッセージで表示する。

本実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１が加工条件評価部２２を具備するのは、以下の理由による。工作機械１２においてワーク３１の切削加工を行う場合、例えば主軸回転数、送り速度、切込み量、使用する工具１２４の種類、およびワーク３１の材質などの加工条件が、ワーク３１の切削加工の実施前に予め数値制御装置１１に記憶された加工プログラムに設定される。

工作機械１２におけるワーク３１の切削加工の進行に伴って発生する振動は、上記の事前に設定される加工条件が同一であり、工具１２４の摩耗度が同一であったとしても、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の影響で、同一とならないことがある。すなわち、上記の事前に設定される加工条件が同一であり、工具１２４の摩耗度が同一であったとしても、切削加工に伴って発生する振動の振幅、摩耗を示す特徴的な振動の周波数等が、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の影響で、同一とならないことがある。

すなわち、切削加工における加工条件には、事前に設定される加工条件の他に、切削加工の進行に伴って変化する加工条件がある。切削加工の進行に伴って変化する加工条件は、上述した振動データ以外の工作機械の状態量が示す加工条件である。そして、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の影響により、工具１２４の摩耗度が同一であったとしても、センサ１３において計測される、工作機械１２におけるワーク３１の切削加工に伴って発生する振動が変化することがある。

このような振動の変化は、ワーク３１の材料特性、動特性、形状に基づいて決定される振動特性の変化によるものであり、例えば、同一平面における切削位置の変化、切削位置と振動計測位置との機械的な位置関係の変化、ワーク３１の固定位置と切削位置との機械的な位置関係の変化、または工作機械１２の機械的な構造の違いによっても、前述した振動の振幅および振動の周波数が変化することが知られている。工作機械１２の機械的な構造は、ワーク３１の工作機械１２への固定位置および固定方法が挙げられる。

図４は、本発明の実施の形態１におけるワークの加工経路による振動特性の違いを説明する図である。以下、工作機械１２において図４に示すワーク３１に対する切削加工を行う場合を例に、振動特性の変化について説明する。平板状のワーク３１は、固定部３２ａ、固定部３２ｂ、固定部３２ｃおよび固定部３２ｄの４つの固定部において図示しないボルトによって工作機械１２の加工テーブル１２５の上面に締結されることにより、加工テーブル１２５に固定されているものとする。また、ワーク３１の側面３１ｃには、振動を計測するセンサ１３が設置されているものとする。上記の条件下において、ワーク３１の長手方向における一端３１ａ側から他端３１ｂ側に向かう、ワーク３１の長手方向に平行な直線状の加工経路ａを切削加工する場合について考える。

加工経路ａは、前述の振動特性を定性的に考慮すると、ワーク３１の長手方向における一端３１ａ側から、小経路ａ１、小経路ａ２、小経路ａ３、小経路ａ４および小経路ａ５の５つの小経路に分割されると考えることができる。小経路ａ１は、加工経路ａのうちワーク３１の長手方向において最も一端３１ａ側の加工経路である。小経路ａ５は、加工経路ａのうちワーク３１の長手方向において最も他端３１ｂ側の加工経路である。

固定部３２ａと固定部３２ｃとは、ワーク３１の上面の面内方向における一端３１ａ側の領域に配置されている。固定部３２ａと固定部３２ｃとは、加工経路ａを挟んで、ワーク３１の上面の面内方向において線対称の位置に配置されている。固定部３２ｂと固定部３２ｄとは、ワーク３１の上面の面内方向における他端３１ｂ側の領域に配置されている。固定部３２ｂと固定部３２ｄとは、加工経路ａを挟んで、ワーク３１の上面の面内方向において線対称の位置に配置されている。ワーク３１の上面の面内方向は、加工テーブル１２５の面内方向と平行である。

小経路ａ１は、加工テーブル１２５の面内方向において、固定部３２ａおよび固定部３２ｃと、ワーク３１の一端３１ａ側の一辺３１ｓ１と、によって囲まれる領域である。小経路ａ５は、加工テーブル１２５の面内方向において、固定部３２ｂおよび固定部３２ｄと、ワーク３１の他端３１ｂ側の他辺３１ｓ２と、によって囲まれる領域である。すなわち、小経路ａ１および小経路ａ５は、ワーク３１の上面の面内方向において、いずれか２つの固定部と、加工経路ａのいずれかの端部であるワーク３１の一端３１ａまたは他端３１ｂとによって囲まれる領域である。

ワーク３１は、側面が固定されていないことから、切削加工に伴って発生する振動の振幅の増幅および加工テーブル１２５の面内方向におけるワーク３１の回転運動の発生を伴う。そして、小経路ａ１は、小経路ａ３と比べて相対的に固定部３２ａおよび固定部３２ｃに近い領域であり、すなわち小経路のうち相対的に固定部に近い領域である。一方で、小経路ａ１は、ワーク３１の一端３１ａ側の一辺３１ｓ１によって囲まれる領域であり、ワーク３１の一端３１ａに隣接する領域である。このことから、小経路ａ１は、上記の振動の増幅およびワーク３１の回転運動の発生が他の小経路と比べて相対的に大きい。したがって、小経路ａ１は、当該加工経路の切削加工時に取得される工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標が、工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件ではない領域、すなわち、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。

小経路ａ５は、小経路ａ３と比べて、相対的に固定部３２ｂおよび固定部３２ｄに近い領域である。一方で、小経路ａ５は、ワーク３１の他端３１ｂ側の他辺３１ｓ２によって囲まれる領域であり、ワーク３１の他端３１ｂに隣接する領域である。このことから、小経路ａ５は、小経路ａ１と同様に、上記の振動の増幅およびワーク３１の回転運動の発生が他の小経路と比べて相対的に大きい。したがって、小経路ａ５は、当該加工経路の切削加工時に取得される工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標が、工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件ではない領域、すなわち、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。

小経路ａ２は、小経路ａ３と比べて、相対的に固定部３２ａおよび固定部３２ｃに近い領域である。このため、小経路ａ２は、小経路ａ３と比べて、切削加工に伴って発生する振動が固定部３２ａおよび固定部３２ｃによって抑制される度合いが相対的に大きく、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。すなわち、小経路ａ２は、振動の振幅が抑制される度合いが相対的に大きく、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。

小経路ａ４は、小経路ａ３と比べて、相対的に固定部３２ｂおよび固定部３２ｄに近い領域である。このため、小経路ａ４は、小経路ａ３と比べて、切削加工に伴って発生する振動が固定部３２ｂおよび固定部３２ｄによって抑制される度合いが相対的に大きく、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。すなわち、小経路ａ４は、振動の振幅が抑制される度合いが相対的に大きく、工具１２４の摩耗状態の判定に適さない領域であると考えられる。

一方、小経路ａ３は、４つの固定部に囲まれる領域であるが、小経路ａ１、小経路ａ２、小経路ａ４および小経路ａ５と比較して固定部からの距離が相対的に遠い領域である。小経路ａ３は、４つの固定部に囲まれる領域であることから、切削加工に伴って発生する振動が安定的に発生する。また、小経路ａ３は、小経路ａ１、小経路ａ２、小経路ａ４および小経路ａ５と比較して固定部からの距離が相対的に遠いため、小経路ａ１、小経路ａ２、小経路ａ４および小経路ａ５と比べて、切削加工に伴って発生する振動が固定部３２ａ、固定部３２ｃ、固定部３２ｂおよび固定部３２ｄによって抑制される度合いが相対的に小さい。このため、小経路ａ３は、当該加工経路の切削加工時に取得される工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標が、工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件である領域、すなわち、工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域であると考えられる。

このように、加工経路ａ中には、切削加工に伴って発生する振動が増幅される領域と、切削加工に伴って発生する振動が抑制される領域と、切削加工に伴って発生する振動が安定的に発生する領域とが混在する。このため、予め定められた同一の閾値と振動データとの比較により工具の摩耗状態を判定する場合においては、工具の摩耗状態の判定に適する振動が計測される領域と、工具の摩耗状態の判定に適さない振動が計測される領域と、がワーク３１に存在すると考えられる。すなわち、切削加工に伴って発生する振動が増幅される領域と、切削加工に伴って発生する振動が抑制される領域と、切削加工に伴って発生する振動が安定的に発生する領域とでは、発生した振動がセンサ１３まで伝達される際の伝達特性である振動伝達特性が異なると考えられる。

上記のことから、加工経路ａにおいては、固定部からの機械的距離と、ワーク３１の端部からの機械的距離と、がいずれも各々について予め定められた既定値以上である切削位置が、工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域であると考えることができる。ここで、ワーク３１の端部とは、ワーク３１のいずれかの辺もしくは面であってよい。

したがって、例えば、加工条件評価部２２は、状態量取得部２１が取得した工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標を、ワーク３１の形状情報を含んだ加工プログラムと照合して、切削位置座標とワーク３１の端部との距離を算出する。そして、加工条件評価部２２は、算出した切削位置座標とワーク３１の端部との距離が予め定められた既定値以上である場合に、状態量取得部２１が取得した切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適すると判定する。すなわち、加工条件評価部２２は、ワーク３１の切削加工中における各時点における切削位置と、ワーク３１の端部と、の間の振動伝達特性に基づいて加工条件判定結果を算出することができる。

また、例えば、加工条件評価部２２は、状態量取得部２１が取得した工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標を、ワーク３１の形状情報を含んだ加工プログラムと照合して、切削位置座標とワーク３１における工作機械１２に対する固定位置との距離を算出する。そして、加工条件評価部２２は、算出した切削位置座標とワーク３１の固定位置との距離が予め定められた既定値以上である場合に、状態量取得部２１が取得した切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適すると判定する。すなわち、加工条件評価部２２は、ワーク３１の切削加工中における各時点における切削位置と、ワーク３１における工作機械１２に対する固定位置と、の間の振動伝達特性に基づいて加工条件判定結果を算出することができる。

また、加工条件評価部２２は、ワーク３１の形状情報に基づいて予め設定された摩耗状態の判定に適している切削位置座標と、ワーク３１の切削加工中における各時点の切削位置座標とを比較し、両者が一致した場合に、ワーク３１の切削加工中における各時点の切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適すると判定してもよい。工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置座標は、ワーク３１の形状情報と同じ形状のテスト用のワークに対して予め切削加工を行って設定される。なお、ワーク３１の切削加工中の各時点は、加工中の各切削位置に対応する。

このように、加工条件評価部２２は、加工中の各時点に対して、切削位置座標およびワーク３１の形状情報を用いて、ワーク３１を含めた工作機械１２またはワーク３１の振動特性を推定し、推定結果に基づいて摩耗状態の判定に適しているか否かを判定することができる。

図５は、本発明の実施の形態１におけるワーク３１の形状によるワーク３１の振動特性の違いを説明する図である。つぎに、例えば図４に示したワーク３１の切削加工が進み、図５に示す形状となったワーク３１に対して加工経路ｂを切削加工する場合について考える。ここで、図５に示す形状のワーク３１は、切削加工されている溝部３１ｄの厚みが、予め定められた既定値未満の厚みになっているものとする。加工経路ｂは、ワーク３１の上面の面内方向における経路の位置自体は加工経路ａと同じである。

切削加工が進んで加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値未満の薄い板状に変化したワークは、一般的に剛性が低下し、振動が増幅する傾向を示すとともに、ワークが固定されている工作機械またはワークの固有振動周波数が低下すると考えられる。したがって、加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値未満となっている場合には、その後の加工対象領域の切削加工時においては、加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値以上であるときに加工対象領域を切削加工して得られる振動データとは異なる様相の振動データが得られる。

すなわち、切削加工の進行に伴って変化する加工条件である加工対象領域のワークの厚みの影響で、加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値未満である場合と、加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値以上である場合とで、事前に設定される加工条件が同じであり、工具の摩耗度が同じであり、切削加工位置が同じ場合でも、センサ１３において計測される振動が変化することがある。このため、加工対象領域のワークの厚みが予め定められた既定値未満となっている加工対象領域は、摩耗状態の判定に適さないと考えられる。

このような知見から、図５に示す加工経路ｂの切削加工時においては、加工経路ａを切削加工して得られる振動データとは異なる様相の振動データが得られるため、加工経路ｂは摩耗状態の判定に適さないと考えられる。

同様に、センサ１３が加工テーブル１２５に取り付けられている場合には、図５に示す加工経路ｂの切削加工時においては、加工経路ａを切削加工して得られる工作機械１２の振動データとは異なる様相の工作機械１２の振動データが得られるため、加工経路ｂは摩耗状態の判定に適さないと考えられる。

したがって、例えば、加工条件評価部２２は、状態量取得部２１が取得した工作機械の状態量が示す加工条件である切削位置座標を、ワーク３１の形状情報を含んだ加工プログラムと照合して、切削加工時点における切削位置のワーク３１の厚みを推測する。そして、加工条件評価部２２は、推測されたワーク３１の厚みが予め定められた既定値以上である場合に、状態量取得部２１が取得した切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適すると判定する。

上述したように、加工条件評価部２２は、ワーク３１の切削加工中の各時点に対して、その時点におけるワーク３１の形状情報を考慮して、ワーク３１が固定された工作機械１２または工作機械１２に固定されたワーク３１の振動特性を推定し、切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適しているか否かを推定結果に基づいて判定することができる。そして、状態量取得部２１で取得された切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であると加工条件評価部２２において判定された場合に、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量に基づいて工具１２４の摩耗状態を摩耗状態判定部２４が判定することにより、切削加工の進行に伴うワーク３１の振動特性の変化に起因して工具１２４の摩耗状態が誤判定されることを抑制できる。

上記のように、１個のワークに対する一連の切削加工中に計測される、工具の摩耗状態を示す特徴的な振動の振幅および工具の摩耗状態を示す特徴的な振動の周波数は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件である、切削加工が行われている領域および加工対象領域の厚さに起因して異なる値となる。したがって、加工条件評価部２２を備えず、切削加工の進行に伴って変化する加工条件を考慮せずに、ワークにおける、工具の摩耗状態の判定に適さない領域と工具の摩耗状態の判定に適する領域とを考慮せずに任意の領域で発生した振動データを同一の閾値と比較して工具の摩耗状態を判定する場合には、誤判定を生じる可能性がある。

一方、本実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件である、状態量取得部２１で取得された工作機械の状態量が示す加工条件を考慮した上で加工条件評価部２２が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件を判定できるため、前述した切削加工の進行に伴って振動の振幅および振動の周波数等が変化する場合でも、切削加工の進行に伴うワークの振動特性の変化に起因して工具１２４の摩耗状態が誤判定されることを抑制できる。

また、振動を計測するセンサ１３の取り付け位置について考慮すると、切削位置座標および工作機械１２へのワーク３１の固定位置との機械的な位置関係によって、センサ１３で計測される振動が変化する可能性がある。例えば、振動の計測位置と工作機械１２へのワーク３１の固定位置とが予め定められた既定値よりも近い位置関係である場合、または、切削位置と振動の計測位置との間にワーク３１の固定位置がある位置関係である場合には、ワーク３１の固定位置で抑制された振動が計測される。このため、センサ１３では、実際に発生しているワーク３１の振動よりも小さな振動しか計測されないことから、固定された同一の閾値と振動データとの比較による判定では工具１２４の摩耗状態の判定に誤判定が生じる可能性がある。

そこで、加工条件評価部２２は、ワーク３１の材料特性、ワーク３１の動特性、ワーク３１の形状情報、ワーク３１における加工テーブル１２５への固定位置、および振動計測位置に関する情報等に基づいて、振動の計測位置で計測される工作機械１２またはワーク３１の振動の振動特性を解析的に算出し、算出された振動特性に基づいて、工具１２４の摩耗判定に適する切削位置を予め決定することができる。この場合、加工条件評価部２２は、予め決定された工具１２４の摩耗判定に適する切削位置と、切削加工中の各時点において取得された切削位置座標を比較して、加工条件判定結果を算出し、工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域を決定することができる。

すなわち、加工条件評価部２２は、ワーク３１における工作機械１２に対する固定位置と、センサ１３による振動データの計測位置と、の間の振動伝達特性に基づいて加工条件判定結果を算出して工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域を決定することができる。また、加工条件評価部２２は、ワーク３１の切削加工中における各時点における切削位置と、センサ１３による振動データの計測位置と、ワーク３１における工作機械１２に対する固定位置と、の機械的な位置関係に基づいて加工条件判定結果を算出して工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域を決定することができる。

このようにして決定される工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域で取得される振動データに基づいて、工具の摩耗状態の判定を行うことにより、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の違いに起因して計測される振動の振幅または周波数の少なくとも一方が変化する場合に、工具１２４の摩耗状態の誤判定を抑制することが可能である。

また、加工条件評価部２２は、上記のように工作機械１２またはワーク３１の振動の振動特性を解析的に算出する代わりに、予め工作機械１２においてワーク３１の試し加工を行って取得した振動データに基づいて、工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置を決定してもよい。加工条件評価部２２は、例えば、試し加工を行って取得した振動データに基づいて、ワーク３１の加工対象領域において振動特性が時間的に同一であるとみなすことができる切削位置座標の領域を算出して、算出した領域を、工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置と決定してもよい。すなわち、算出した領域に含まれる切削位置座標を、工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置と決定してもよい。

すなわち、加工条件評価部２２は、試し加工を行って取得した振動データについて、同一ワーク３１の切削加工中の切削位置の変動に伴う振動データの時間変動が予め定められた既定値以下である切削位置座標、または振動データの周波数スペクトルの時間変動が予め定められた既定値以下である切削位置座標を、工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域であると判定することができる。ここで、試し加工の際には、新品の工具など明らかに摩耗していない工具を使用する。

したがって、加工条件評価部２２は、予め実施される試し加工において取得された振動データの振幅の時間変動に基づいて加工条件判定結果を決定することができる。また、加工条件評価部２２は、予め実施される試し加工において取得された振動データの周波数スペクトルの時間変動に基づいて加工条件判定結果を決定することができる。このようにして決定される工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域で取得される振動データに基づいて、工具１２４の摩耗状態の判定を行うことにより、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の違いに起因して計測される振動の振幅または周波数の少なくとも一方が変化する場合に、工具１２４の摩耗状態の誤判定を抑制することが可能である。

また、加工条件評価部２２は、ワーク３１の切削加工中の各時点での切削位置が工具１２４の摩耗状態の判定に適するか否かを判定する際に、状態量取得部２１から取得した切削位置座標を用いる代わりに、ワーク３１の切削時間から、ワーク３１の切削加工中の各時点に対応するワーク３１の切削位置を推定して、推定した切削位置に基づいて加工条件判定結果を得るように構成してもよい。ワーク３１の切削時間は、ワーク３１の切削加工を開始してからの時間であり、たとえば状態量取得部２１が数値制御装置１１から取得して加工条件評価部２２に送信する。

また、加工条件評価部２２は、例えば、予め与えられた工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置の情報と、ワーク３１の切削加工中の各時点で取得された切削位置と、を比較して加工条件判定結果を算出することができる。すなわち、加工条件評価部２２は、予め与えられた工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置の情報と、ワーク３１の切削加工中の各時点で取得された切削位置座標と、の両者が一致した場合に、ワーク３１の切削加工中における各時点の切削位置座標が工具１２４の摩耗状態の判定に適すると判定することができる。このようにして判定される工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域で取得される振動データに基づいて工具１２４の摩耗状態の判定を行うことにより、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の違いに起因して計測される振動の振幅または周波数の少なくとも一方が変化する場合に、工具１２４の摩耗状態の誤判定を抑制することが可能である。

予め与える工具１２４の摩耗状態の判定に適する切削位置は、切削位置、切削経路、切削位置に対する振動の計測位置、およびワーク３１の形状情報のうち少なくとも１つを用いて、工作機械１２またはワーク３１に発生する振動の振動特性を解析的に算出することで求めることができる。

予め与えられた摩耗状態の判定に適する切削位置の情報は、加工条件評価部２２に記憶されている。なお、予め与えられた摩耗状態の判定に適する切削位置の情報は、工具摩耗判定装置１における加工条件評価部２２以外の構成部に記憶されてもよく、例えば図示しない記憶部に記憶されてもよい。

そして、工作機械１２またはワーク３１の振動特性を算出する際には、更に、工具１２４の種類、工作機械の機械構造、ワーク３１の材料特性、ワーク３１の動特性、およびワーク３１の固定位置に関する情報のうち少なくとも１つを加味してもよい。

上記のように解析的に算出された振動特性について、加工条件評価部２２は、ワーク３１において、ワーク３１が固定された工作機械１２または工作機械１２に固定されたワーク３１の固有振動周波数と、工具１２４の摩耗を示す特徴的な振動の周波数と、が重畳しない領域を工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域であると判定し、前述した固有振動周波数と、工具１２４の摩耗状態を示す特徴的な周波数と、が重畳する領域を摩耗状態の判定に適さない領域であると判定してもよい。このようにして判定される工具１２４の摩耗状態の判定に適する領域で取得される振動データに基づいて工具１２４の摩耗状態の判定を行うことにより、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の違いに起因して計測される振動の振幅または周波数の少なくとも一方が変化する場合に、工具１２４の摩耗状態の誤判定を抑制することが可能である。

なお、上述したワーク３１の形状情報としては、切削加工前のワーク３１の形状情報のみではなく、ワーク３１用の加工プログラムから推測される切削加工中のワーク３１の各時点における形状情報を用いることもできる。

図６は、本発明の実施の形態１におけるワーク３１の他の固定方法を示す図である。図４および図５では、ワーク３１をボルトで加工テーブル１２５に締結して固定する場合に説明したが、ワーク３１の固定方法はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、万力を用いてワーク３１を固定してもよい。加工テーブル１２５に固定された万力の固定面３３および固定面３３に向かい合う不図示の他の固定面によってワーク３１を挟むことでワーク３１を固定し、加工経路ｃを切削加工することを考える。

この場合、ワーク３１のいずれかの一辺といずれかの面、およびいずれかの固定面からの距離が予め定められた距離以上であるワーク３１の領域３４が、工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工領域であると考えることができる。すなわち、加工経路ｃのうち領域３４と重畳する部分が工具１２４の摩耗状態の判定に適していると考えることができる。

このように、工具摩耗判定装置１は、任意の方法で固定されたワーク３１についても、ワーク３１および工作機械の構造に基づいて決定される振動特性が変化することによる摩耗状態の誤判定を抑制する効果を奏することができる。

図７は、本発明の実施の形態１における工作機械１２と工具摩耗判定装置１との処理の一例を示すフローチャートである。工具摩耗判定装置１の処理は、工作機械１２によるワーク３１の切削加工に伴って実行される。

工作機械１２によるワーク３１の加工が開始されると、ステップＳ１１０において、工作機械１２は、ある時刻ｔ（ｋ）に、ワーク３１における座標Ｗの切削を行う。たとえば、工作機械１２は、ある時刻ｔ（ｋ）に、ワーク３１における座標Ｗ（ｘ（ｋ），ｙ（ｋ），ｚ（ｋ））の切削を行う。

ステップＳ１２０において、状態量取得部２１が、ワーク３１の切削加工に伴って発生する、振動データを含む工作機械の状態量を取得する。状態量取得部２１は、取得した工作機械の状態量のうち振動データを振動特徴量算出部２３に送信し、取得した工作機械の状態量のうち振動データ以外の工作機械の状態量を加工条件評価部２２に送信する。振動データ以外の工作機械の状態量が示す加工条件は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件である。

ステップＳ１３０において、振動特徴量算出部２３は、状態量取得部２１から取得した振動データを分析して振動特徴量を算出する。振動特徴量算出部２３は、算出した振動特徴量を摩耗状態判定部２４に送信する。

ステップＳ１４０において、加工条件評価部２２は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件である、振動データ以外の工作機械の状態量の評価を行う。ステップＳ１５０において、加工条件評価部２２は、状態量取得部２１から取得した工作機械の状態量に基づいて、当該工作機械の状態量が示す加工条件が工作機械１２に取り付けられている工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定する。加工条件評価部２２は、判定結果である加工条件判定結果を摩耗状態判定部２４に送信する。

加工条件評価部２２において、工作機械の状態量が示す加工条件が工作機械１２に取り付けられている工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であると判定された場合には、ステップＳ１５０においてＹｅｓとなり、ステップＳ１６０に進む。工作機械の状態量が示す加工条件が工作機械１２に取り付けられている工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件ではないと判定された場合には、ステップＳ１５０においてＮｏとなり、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１６０では、摩耗状態判定部２４は、加工条件評価部２２から取得した加工条件判定結果が、切削加工の進行に伴って変化する加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であるとの判定である場合に、振動特徴量算出部２３から取得した振動特徴量が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。振動特徴量が予め定められた閾値以上であると判定された場合は、ステップＳ１６０においてＹｅｓとなり、摩耗状態判定部２４は、工具１２４が摩耗状態であるメッセージの表示を指示する表示指示情報を表示装置１４に送信してステップＳ１７０に進む。振動特徴量が予め定められた閾値以上ではないと判定された場合は、ステップＳ１６０においてＮｏとなり、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１７０では、表示装置１４は、摩耗状態判定部２４から受信した表示指示情報に基づいて、工具１２４が摩耗状態であることをメッセージで表示する。

ステップＳ１８０では、工作機械１２が、ワーク３１を切削加工する座標を次の時刻における座標に更新し、ステップＳ１１０に戻る。たとえば、工作機械１２は、ワーク３１を切削加工する座標を次の時刻ｔ（ｋ＋１）における座標Ｗ（ｘ（ｋ＋１），ｙ（ｋ＋１），ｚ（ｋ＋１））に更新する。

なお、ステップＳ１３０とステップＳ１４０との順番は入れ替わってもよい。

上述したように、本実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適するかを判定し、切削加工の進行に伴って変化する加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適している場合に、振動特徴量に基づいて工具１２４が摩耗状態であるか否かの判定を実施する。したがって、本実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１は、切削加工の進行に伴うワークの振動特性の変化に起因した誤判定を抑制して工具１２４の摩耗状態を判定することができ、工具１２４の摩耗状態の判定精度が向上する、という効果が得られる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２の構成を示すブロック図である。以下では、本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２について、上述した実施の形態１にかかる工具摩耗判定装置１との差異を中心に説明する。実施の形態１と同様の構成については、詳細な説明は省略する。

本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２は、工具摩耗判定装置１の構成に対して、さらに記憶部２２６を備え、摩耗状態判定部２４が摩耗状態判定部２２４に置き換えられた構成を有する。

記憶部２２６は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の判定結果である加工条件評価部２２における判定結果、振動特徴量算出部２３における特徴量の算出結果、および摩耗状態判定部２２４における工具１２４の摩耗状態の判定結果を時間的に同期させて、判定履歴として記憶可能とされている。すなわち、記憶部２２６は、ワーク３１の切削加工中における各時点について処理した、加工条件評価部２２における判定結果と、振動特徴量算出部２３における特徴量の算出結果と、摩耗状態判定部２２４における工具１２４の摩耗状態の判定結果と、を時間的に関連付けて、ワーク３１の切削加工中における各時点での判定履歴として記憶する。

摩耗状態判定部２２４は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件が工具１２４の摩耗状態の判定に適する加工条件であると加工条件評価部２２において判定された場合に、摩耗状態判定部２４と同様にして、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量に基づいて工具１２４の摩耗状態を判定する。

摩耗状態判定部２２４における工具１２４の摩耗状態の判定は、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量と、記憶部２２６に記憶されている判定履歴との比較により判定される。例えば、摩耗状態判定部２２４は、記憶部２２６に記憶された複数の判定履歴から、工具が摩耗状態ではない、すなわち工具が正常状態である判定履歴を抽出する。

すなわち、摩耗状態判定部２２４は、工具が正常状態であると判定された判定履歴を抽出し、抽出した判定履歴に含まれる振動特徴量について度数分布または統計量を算出する。そして、算出した振動特徴量についての度数分布または統計量と、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量とを比較し、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量が振動特徴量についての度数分布または統計量に対して統計的に予め定められた有意差を有する場合に、工具１２４が摩耗状態であると判定するように摩耗状態判定部２２４を構成することができる。これにより、工具摩耗判定装置２は、摩耗状態判定部２２４に工具１２４の摩耗状態を判定するために振動特徴量と比較する閾値を予め定めることなく、実施の形態１の工具摩耗判定装置１と同様の効果を得ることができる。

また例えば、摩耗状態判定部２２４は、判定履歴のうち工具が正常状態と判定され、かつ加工条件評価部２２で取得された加工条件と一致する判定履歴を抽出し、抽出した判定履歴に含まれる振動特徴量について度数分布もしくは統計量を算出してもよい。そして、算出した振動特徴量についての度数分布または統計量と、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量とを比較し、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量が振動特徴量についての度数分布または統計量と統計的に予め定められた有意差を有する場合に、工具１２４が摩耗状態であると判定するように構成することができる。この場合は、記憶部２２６は、加工条件評価部２２における判定結果とともに切削加工の進行に伴って変化する加工条件を判定履歴に記憶しておく。

これにより、工具摩耗判定装置２は、加工条件評価部２２で取得された加工条件と一致する判定履歴を抽出することで、ワーク３１の切削加工中に変化する加工条件に対応した工具１２４の摩耗状態の判定結果が得られる。

また、摩耗状態判定部２２４は、工具１２４が新品の工具に交換されてから予め定められた期間内は、摩耗状態判定部２２４は、工具１２４が正常状態であると判定するように構成されてもよい。

摩耗状態判定部２２４がこのように構成されることによって、工具１２４を新品に交換してから予め定められた期間内に得られた判定履歴は、正常状態における判定履歴として記憶部２２６に記憶される。予め定められた期間は、例えば、累積切削時間または累積切削距離により定めることができる。

図９は、本発明の実施の形態２における工作機械１２と工具摩耗判定装置２との処理の一例を示すフローチャートである。図９に示したフローチャートにおける、図７に示したフローチャートとの差異は、ステップＳ２１０とステップＳ２３０とを新たに備え、ステップＳ１６０をステップＳ２２０に置き換えている点である。

ステップＳ２１０において、摩耗状態判定部２２４は、工具が正常状態であると判定された判定履歴を記憶部２２６から抽出する。

ステップＳ２２０において、摩耗状態判定部２２４は、抽出した判定履歴に含まれる振動特徴量についての度数分布または統計量と、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量とを比較し、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量が振動特徴量についての度数分布または統計量と統計的に予め定められた有意差を有するか否かを判定する。有意差を有すると判定された場合は工具１２４が摩耗状態であり、ステップＳ２２０においてＹｅｓとなり、ステップＳ１７０に進む。有意差を有さないと判定された場合は工具１２４が正常状態であり、ステップＳ２２０においてＮｏとなり、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２２０においてＮｏの場合、ステップＳ２３０では、記憶部２２６は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の判定結果である加工条件評価部２２における判定結果、振動特徴量算出部２３における特徴量の算出結果、および摩耗状態判定部２２４における工具１２４の摩耗状態の判定結果を取得し、これらの情報を時間的に同期させて、工具が正常状態である判定履歴として記憶する。

なお、ステップＳ１５０においてＮｏの場合は、ステップＳ２３０に進む。この場合、ステップＳ２３０では、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の判定結果である加工条件評価部２２における判定結果を判定履歴として記憶する。

上記の処理では、摩耗状態判定部２４において工具１２４が正常状態であると判定された場合の振動特徴量の履歴を記憶部２２６が記憶する。そして、摩耗状態判定部２２４は、新たにワーク３１の切削加工時に取得される振動特徴量と記憶部２２６に記憶されている履歴の振動特徴量とに基づいて工具１２４の摩耗状態を判定する。

本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２は、上述した処理を実施することにより、摩耗状態判定部２２４に工具１２４の摩耗状態を判定するために振動特徴量と比較する閾値を予め定めることなく、実施の形態１の工具摩耗判定装置１と同様の効果を得ることができる。

また、ステップＳ２１０において、摩耗状態判定部２２４は、判定履歴のうち工具が正常状態と判定され、かつ加工条件評価部２２で取得された加工条件と一致する判定履歴を抽出してもよい。そして、摩耗状態判定部２２４は、ステップＳ２２０において、抽出した判定履歴に含まれる振動特徴量について度数分布もしくは統計量を算出する。そして、算出した振動特徴量についての度数分布または統計量と、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量とを比較し、振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量が振動特徴量についての度数分布または統計量と統計的に予め定められた有意差を有する場合に、工具が摩耗状態であると判定する。

上記の処理では、摩耗状態判定部２４において工具１２４が正常状態であると判定された場合に状態量取得部２１で取得された振動データ以外の工作機械の状態量と振動特徴量算出部２３で算出された振動特徴量とを関連付けた履歴を記憶部２２６が記憶する。そして、摩耗状態判定部２２４は、新たにワーク３１の切削加工時に状態量取得部２１で取得された、振動データ以外の工作機械の状態量に基づいて、記憶部２２６に記憶されている履歴を抽出し、ワーク３１の切削加工時に振動特徴量算出部２３で取得される振動特徴量と抽出した履歴の振動特徴量とに基づいて工具１２４の摩耗状態を判定する。

本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２は、摩耗状態判定部２２４での判定に利用できる情報を記憶部２２６に記憶し、上述した処理を実施することにより、摩耗状態判定部２２４に工具１２４の摩耗状態を判定するために振動特徴量と比較する閾値を予め定めることなく、実施の形態１の工具摩耗判定装置１と同様の効果を得ることができる。

図１０は、本発明の実施の形態２における工作機械１２と工具摩耗判定装置２との他の処理の一例を示すフローチャートである。図１０では、本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２において、工具１２４を新品に交換してから予め定められた期間内は工具１２４が正常状態である旨の情報を記憶部２２６に記憶する場合の処理の一例を示している。図１０に示したフローチャートにおける、図９に示したフローチャートとの差異は、ステップＳ２４０とステップＳ２５０とを新たに備え、ステップＳ２３０を削除している点である。

ステップＳ２４０において、摩耗状態判定部２２４は、工具１２４を新品に交換してから、予め定められた既定の期間を超過したか否かを判定する。予め定められた既定の期間を超過していない場合、すなわち予め定められた期間内である場合は、ステップＳ２４０においてＮｏとなり、ステップＳ２５０に進む。予め定められた既定の期間を超過している場合は、ステップＳ２４０においてＹｅｓとなり、ステップＳ２１０に進む。工具１２４を新品に交換した時期の情報は、予め摩耗状態判定部２２４に与えられる。摩耗状態判定部２２４は、工具１２４を新品に交換した時期の情報を数値制御装置１１から取得する構成としてもよく、また数値制御装置１１以外の工具摩耗判定装置２の外部装置から取得する構成とされてもよい。

ステップＳ２５０では、記憶部２２６は、切削加工の進行に伴って変化する加工条件、切削加工の進行に伴って変化する加工条件の判定結果である加工条件評価部２２における判定結果、および振動特徴量、および工具１２４が正常状態であるとの判定結果を、時間的に同期させて判定履歴として記憶し、ステップＳ１８０に進む。すなわち、記憶部２２６は、工具が正常である判定履歴を記憶する。

本実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２は、上述した処理を実施することにより、摩耗状態判定部２２４は工具１２４の摩耗状態を判定するために振動特徴量と比較する閾値を予め定めることなく、実施の形態１の工具摩耗判定装置１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３にかかる工具摩耗判定装置３の構成を示すブロック図である。以下では、本実施の形態３にかかる工具摩耗判定装置３について、上述した実施の形態２にかかる工具摩耗判定装置２との差異を中心に説明する。実施の形態１，２と同様の構成については、詳細な説明は省略する。

本実施の形態３にかかる工具摩耗判定装置３は、工具摩耗判定装置２の構成に対して、記憶部２２６が記憶部３２６に置き換えられ、新たに通信部３２７を備え、工具摩耗判定装置３の外部に配置されたサーバ装置３２８と通信可能にされた構成を有する。

記憶部３２６は、工具摩耗判定装置２の記憶部２２６の機能に加え、通信部３２７を介してサーバ装置３２８が保持する判定履歴の一部または全てのデータを受信し、記憶する。また、記憶部３２６は、記憶部３２６に記憶する判定履歴の一部または全てのデータを、通信部３２７を介してサーバ装置３２８に送信する。

通信部３２７は、記憶部３２６との間で情報の送受信が可能とされている。また、通信部３２７は、ネットワーク３２９に接続し、サーバ装置３２８との間で情報の送受信が可能とされており、サーバ装置３２８との間で判定履歴の送信および受信を行うことができる。これにより、工具摩耗判定装置３は、ネットワーク３２９を介してサーバ装置３２８と情報の授受が可能とされている。

サーバ装置３２８は、ネットワーク３２９を介して通信部３２７と情報の授受が可能なサーバ装置である。サーバ装置３２８は、記憶部３２６が記憶している判定履歴の一部または全てのデータを受信して、記憶する。また、サーバ装置３２８は、記憶している判定履歴の一部または全てのデータを記憶部３２６に送信する。サーバ装置３２８は、記憶部３２６よりも記憶容量が大きく、記憶部３２６よりも多くのデータを記憶可能である。サーバ装置３２８は特に限定されず、記憶部３２６が記憶している判定履歴をコピーして記憶可能な工具摩耗判定装置３の外部の外部記憶装置であればよく、工具摩耗判定装置３と同種の工具摩耗判定装置、またはクラウド等のデータサーバであってもよい。

図１２は、本発明の実施の形態３における工作機械１２と工具摩耗判定装置３との処理の一例を示すフローチャートある。図１２に示したフローチャートにおける、図９に示したフローチャートとの差異は、ステップＳ３１０とステップＳ３２０とを新たに備えている点である。

ステップＳ３１０において、記憶部３２６は、サーバ装置３２８が保持する判定履歴をコピーする。すなわち、記憶部３２６は、通信部３２７を介してサーバ装置３２８が保持する判定履歴の一部または全てのデータを受信して記憶する。

ステップＳ３２０において、摩耗状態判定部２２４は、記憶部３２６に記憶させた判定履歴をサーバ装置２１８にコピーする。すなわち、摩耗状態判定部２２４は、記憶部３２６に記憶させた判定履歴の一部または全てのデータを通信部３２７を介して送信し、サーバ装置３２８に記憶させる。なお、ステップＳ３２０が実施されるタイミングは限定されず、任意のタイミングで実施されてもよい。

本実施の形態３にかかる工具摩耗判定装置３は、上述した処理を実施することにより、実施の形態２の工具摩耗判定装置２と同様の効果を得ることができる。

また、工具摩耗判定装置３は、記憶部３２６に多くの判定履歴を記憶することができ、ワーク３１の切削加工中に変化する加工条件に対応した摩耗状態の判定の精度を向上できる、という効果が得られる。

また、工具摩耗判定装置３は、サーバ装置３２８に判定履歴を記憶させることができるため、記憶部３２６または工具摩耗判定装置３が初期化または交換された場合でも、過去の判定履歴を工具摩耗判定装置３の外部に残すことができる。これにより、記憶部３２６または工具摩耗判定装置３が初期化または交換された場合でも、過去の判定履歴を活用することが可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，２，３ 工具摩耗判定装置、１１ 数値制御装置、１２ 工作機械、１３ センサ、１４ 表示装置、２１ 状態量取得部、２２ 加工条件評価部、２３ 振動特徴量算出部、２４ 摩耗状態判定部、３１ ワーク、３１ａ 一端、３１ｂ 他端、３１ｃ 側面、３１ｄ 溝部、３１ｓ１ 一辺、３１ｓ２ 他辺、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 固定部、３３ 固定面、３４ 領域、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１２１ 本体部、１２２ 主軸頭、１２３ 主軸、１２４ 工具、１２５ 加工テーブル、２２４ 摩耗状態判定部、２２６，３２６ 記憶部、３２７ 通信部、３２８ サーバ装置、３２９ ネットワーク、ａ，ｂ，ｃ 加工経路、ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５ 小経路。

Claims (15)

1. 工作機械においてワークを切削加工する工具の摩耗状態を判定する工具摩耗判定装置であって、
   前記工作機械による前記ワークの切削加工時に前記工作機械または前記ワークに発生する振動を表す振動データを含む前記工作機械の状態量を取得する状態量取得部と、
   前記状態量取得部で取得された、前記振動データ以外の前記工作機械の状態量が示す加工条件が前記工具の摩耗状態の判定に適する加工条件であるか否かを判定する加工条件評価部と、
   前記振動データに基づいて前記工作機械または前記ワークに発生する振動の特徴を表す振動特徴量を算出する振動特徴量算出部と、
   前記加工条件評価部における判定結果である加工条件判定結果が前記工具の摩耗状態の判定に適しているとの判定結果である場合に、前記振動特徴量に基づいて前記工具が摩耗状態であるか否かを判定する摩耗状態判定部と、
   を備えることを特徴とする工具摩耗判定装置。
2. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工中における各時点に対して推定される前記工作機械または前記ワークの振動特性に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項１に記載の工具摩耗判定装置。
3. 前記加工条件評価部は、前記ワークの形状、前記ワークの切削加工中の各時点における切削位置、前記ワークの切削加工における切削経路、前記切削位置に対する前記振動データの計測位置のうちの１つ以上を用いて解析的に算出された前記振動特性に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
4. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工中における各時点における切削位置と、前記ワークの端部と、の間の振動伝達特性に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
5. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工中における各時点における切削位置と、前記ワークにおける前記工作機械に対する固定位置と、の間の振動伝達特性に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
6. 前記加工条件評価部は、前記ワークにおける前記工作機械に対する固定位置と、前記振動データの計測位置と、の間の振動伝達特性に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
7. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工中における各時点における切削位置と、前記振動データの計測位置と、前記ワークにおける前記工作機械に対する固定位置と、の位置関係に基づいて前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
8. 前記状態量が、前記ワークの切削加工中における切削位置であり、
   前記加工条件評価部は、前記ワークが固定された前記工作機械の固有振動周波数または前記ワークの固有振動周波数と、前記工具の摩耗を示す前記振動の周波数と、を比較して前記加工条件判定結果を算出すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
9. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工の前に予め実施される試し加工において取得された前記振動データの振幅の時間変動に基づいて前記加工条件判定結果を決定すること、
   を特徴とする請求項２に記載の工具摩耗判定装置。
10. 前記加工条件評価部は、前記ワークの切削加工の前に予め実施される試し加工において取得された前記振動データの周波数スペクトルの時間変動に基づいて前記加工条件判定結果を決定すること、
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の工具摩耗判定装置。
11. 前記摩耗状態判定部において前記工具が正常状態であると判定された場合の前記振動特徴量の履歴を記憶する記憶部を備え、
    前記摩耗状態判定部は、前記ワークの切削加工時に取得される前記振動特徴量と前記記憶部に記憶されている前記振動特徴量とに基づいて前記工具の摩耗状態を判定すること、
    を特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の工具摩耗判定装置。
12. 前記摩耗状態判定部において前記工具が正常状態であると判定された場合に前記状態量取得部で取得された前記振動データ以外の前記工作機械の状態量と前記振動特徴量算出部で算出された前記振動特徴量とを関連付けた履歴を記憶する記憶部を備え、
    前記摩耗状態判定部は、前記ワークの切削加工時に前記状態量取得部で取得された、前記振動データ以外の前記工作機械の状態量に基づいて、前記記憶部に記憶されている履歴を抽出し、前記ワークの切削加工時に前記振動特徴量算出部で取得される振動特徴量と抽出した前記履歴の前記振動特徴量とに基づいて前記工具の摩耗状態を判定すること、
    を特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の工具摩耗判定装置。
13. 外部記憶装置と通信可能な通信部を備え、
    前記記憶部は、前記通信部を介して外部記憶装置が記憶する情報を受信して記憶すること、
    を特徴とする請求項１１または１２に記載の工具摩耗判定装置。
14. 前記記憶部に記憶された情報を前記通信部を介して外部記憶装置に送信可能であること、
    を特徴とする請求項１３に記載の工具摩耗判定装置。
15. 前記状態量取得部は、前記工作機械もしくは前記ワークに取り付けられたセンサ、または前記工作機械と接続される数値制御装置から前記工作機械の状態量を取得すること、
    を特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の工具摩耗判定装置。

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