JP2020146776A - Tool service life detector and tool service life detection method - Google Patents

Tool service life detector and tool service life detection method Download PDF

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剛士 石澤
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Abstract

To provide a tool service life detector and a tool service life detection method capable of accurately detecting a service life of a processing tool including chipping.SOLUTION: As shown in the figure (a), a vibration sensor 13 is attached to a main shaft 12 along a feeding direction of a processing tool 21. Vibration information acquired on the vibration sensor 13 is amplified on an amplifier 14 and is fed to a calculation part 15. The calculation part 15 calculates a distance of Mahalanobis on the basis of the vibration information. In the calculation, a sample line parallel to a processing time axis is drawn to a wave form curve acquired from the vibration information, the number of intersections where the wave form curve and the sample line cross is set to a change amount, a sum of segments of the sample line partitioned by the wave form curve is set to an existence amount, then the change amount and the existence amount are used for calculation of the distance of the Mahalanobis. As the result, a figure (b) is acquired.EFFECT: As an effect, in the figure (b), an MD value on a boundary region is significantly large to a normal region, abnormality (service life) can be detected at a preferable timing.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、工作機械に付属され、加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に関する。 The present invention relates to a tool life detection device and a tool life detection method that are attached to a machine tool and detect the life of a machining tool during machining work.

金属の機械加工において、一定以上の加工品質を保つには、加工工具の寿命を正確に把握し適切な時期に加工工具を交換する必要がある。
従来は、加工対象物(以下、ワークという)の加工面粗さが規格外になるまでの加工回数を調べ、この加工回数に安全率を見込んだ回数を工具交換の目安としてきた。
In metal machining, in order to maintain a certain level of machining quality, it is necessary to accurately grasp the life of the machining tool and replace the machining tool at an appropriate time.
Conventionally, the number of times of machining until the machined surface roughness of the object to be machined (hereinafter referred to as a workpiece) becomes out of the standard is investigated, and the number of times in which a safety factor is expected is used as a guideline for tool replacement.

安全率は、加工工具のチッピングや加工工具のばらつきを考慮して経験的に決定される。チッピングは、いわゆる刃こぼれである。摩耗は加工回数に比例して徐々に発生するが、チッピングは急に発生する。ばらつきは加工工具の出来、不出来に起因して発生する。
そのため、安全率は10%程度が見込まれる。
The safety factor is empirically determined in consideration of the chipping of the machining tool and the variation of the machining tool. Chipping is a so-called blade spill. Abrasion occurs gradually in proportion to the number of times of machining, but chipping occurs suddenly. Variations occur due to the success and failure of machining tools.
Therefore, the safety factor is expected to be about 10%.

安全率を見込んだ回数で交換した加工工具を調べてみた。すると、まだ相当程度使えるものが見つかった。すなわち、加工面粗さが規格内に収まるはずの加工工具が寿命前に交換された。
加工工具が寿命まで使われれば、加工回数の増加による生産性の向上と、加工工具の調達費用の低減とが図れる。
そこで、加工工具の寿命を、高い精度で検出することができる技術が求められる。
I checked the machining tools that were replaced at the number of times that the safety factor was expected. Then, I found something that could still be used to a considerable extent. That is, the machining tool whose machined surface roughness should be within the standard was replaced before the end of its life.
If the machining tool is used for the entire life, productivity can be improved by increasing the number of machining times and the procurement cost of the machining tool can be reduced.
Therefore, a technique capable of detecting the life of a machining tool with high accuracy is required.

そのために、加工工具の寿命を検出する技術が、幾つか提案されてきた(例えば、特許文献1(図5)参照)。 Therefore, some techniques for detecting the life of the machining tool have been proposed (see, for example, Patent Document 1 (FIG. 5)).

特許文献1は、加工中に得たデータに基づいて、マハラノビス・タグチ法(以下、MT法という)によりマハラノビスの距離(以下、MD値という)を求め、このMD値によりフライス(多刃工具)の寿命を検出するというものである。 In Patent Document 1, the Mahalanobis distance (hereinafter referred to as MD value) is obtained by the Mahalanobis Taguchi method (hereinafter referred to as MT method) based on the data obtained during processing, and the milling cutter (multi-blade tool) is obtained by this MD value. It is to detect the life of the.

加工中に得るデータは、工作機械における主軸トルク指令値、X軸方向振動振幅、Y軸方向振動振幅、Z軸方向振動振幅、X軸方向ひずみ、Y軸方向ひずみとされる。
図15に基づいて、従来の技術を説明する。
図15(a)は逃げ面摩耗量の識別を説明するグラフ、(b)はチッピングの識別を説明するグラフである。何れも、加工回数(パス数)を横軸、マハラノビス距離を縦軸に取っている。
The data obtained during machining are the spindle torque command value in the machine tool, the vibration amplitude in the X-axis direction, the vibration amplitude in the Y-axis direction, the vibration amplitude in the Z-axis direction, the strain in the X-axis direction, and the strain in the Y-axis direction.
Conventional techniques will be described with reference to FIG.
FIG. 15A is a graph for explaining the identification of the flank wear amount, and FIG. 15B is a graph for explaining the identification of chipping. In each case, the number of processes (number of passes) is on the horizontal axis, and the Mahalanobis distance is on the vertical axis.

図15(a)において、例えば、8000(縦軸)を判定基準に定めておき、右上がりの曲線が8000に達したら、工具を交換する(特許文献1段落0033)。
図15(b)において、新品の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、2000程度のMD値が得られ、830パス後の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、18000程度のMD値が得られる。
摩耗量とチッピングを切り分けて異常を判定することができる(特許文献1段落0047)。
In FIG. 15A, for example, 8000 (vertical axis) is set as a criterion, and when the upward-sloping curve reaches 8000, the tool is replaced (Patent Document 1, paragraph 0033).
In FIG. 15B, when a new multi-blade tool is artificially chipped, an MD value of about 2000 is obtained, and when the multi-blade tool after 830 passes is artificially chipped, a MD value of about 2000 is obtained. An MD value of about 18,000 can be obtained.
Abnormality can be determined by separating the amount of wear and chipping (Patent Document 1, paragraph 0047).

そして、特許文献1では、逃げ面摩耗量に対応する加工時マハラノビス距離に対して、所定の距離だけ上方に隔離する位置に加工時マハラノビス距離が表示された場合には、チッピングが発生したことを検知する、とされている(特許文献1段落0046)。
しかし、隔離する位置に表示される距離は、変化する。変化する距離で判定することは、煩雑であり、煩雑であるために、特許文献1はチッピングに対しては有効性に疑問が残る。
すなわち、特許文献1の技術は、摩耗に対しては有効であると認められるが、チッピングに対しては有効性に疑問が残る。
しかし、多刃工具を含む加工工具の有効利用が求められる中、チッピングを含めた異常が正しく検出できることが求められる。
Then, in Patent Document 1, when the Mahalanobis distance during processing is displayed at a position isolated above by a predetermined distance with respect to the Mahalanobis distance during processing corresponding to the flank wear amount, it is determined that chipping has occurred. It is said to detect (Patent Document 1, paragraph 0046).
However, the distance displayed at the isolation location varies. Since it is complicated and complicated to judge by the changing distance, the effectiveness of Patent Document 1 for chipping remains questionable.
That is, the technique of Patent Document 1 is recognized to be effective against wear, but the effectiveness remains questionable against chipping.
However, while effective use of machining tools including multi-blade tools is required, it is required that abnormalities including chipping can be detected correctly.

特開2017−226027号公報JP-A-2017-226027

本発明は、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a tool life detection device and a tool life detection method capable of detecting the life of a machining tool including chipping with high accuracy.

本発明者らは、特許文献1の技術において、次に述べる2つの点に注目した。
第1点は、データとして、トルク指令値と振動振幅とひずみが選ばれている。
第2点は、振動振幅の処理法である。
The present inventors paid attention to the following two points in the technique of Patent Document 1.
The first point is that the torque command value, vibration amplitude, and strain are selected as data.
The second point is the method of processing the vibration amplitude.

第1点での、トルク指令値と振動振幅とひずみであるが、コンピュータによるデータ処理はデータの数に比例して処理負担が大きくなる。3種のデータがあると、データ取得も大変である。
本発明者は、実験と検討を進めた結果、摩耗とチッピングとのうち、チッピングに重きを置くことで、取得データの数を減らすことができることに気づいた。すなわち、チッピンは、振動に大きく影響し、トルク指令値とひずみへの影響は小さい。この考えから、取得データは、振動に限定することを思いついた。
Regarding the torque command value, vibration amplitude, and strain at the first point, the processing load of data processing by a computer increases in proportion to the number of data. If there are three types of data, it is difficult to acquire the data.
As a result of conducting experiments and studies, the present inventor has found that the number of acquired data can be reduced by focusing on chipping among wear and chipping. That is, chippyin has a large effect on vibration and a small effect on torque command value and strain. From this idea, I came up with the idea that the acquired data should be limited to vibration.

第2の点での振動振幅であるが、特許文献1では、振動波の大小に注目している。
同じ大きさの第1の波と第2の波があって、時間軸方向の第1の波の幅(時間軸長さ)が広く、第2の波の幅が狭い場合、この波の幅が加工工具の寿命に影響すると考えられる。特許文献1ではこの点が欠落している。
本発明者らは、振動の振幅に、波の幅を加えることが、必要であると考えるに至った。
Regarding the vibration amplitude at the second point, Patent Document 1 pays attention to the magnitude of the vibration wave.
If there is a first wave and a second wave of the same size, the width of the first wave in the time axis direction (time axis length) is wide, and the width of the second wave is narrow, the width of this wave Is thought to affect the life of the machining tool. This point is missing in Patent Document 1.
We have come to the conclusion that it is necessary to add the width of the wave to the amplitude of the vibration.

本発明者らは、取得データを振動に限定し、得られた振動を振幅と波の幅(時間軸長さ)によって解析することに基づいて実験と検証を進め、本発明を完成するに至った。 The present inventors limited the acquired data to vibration, and proceeded with experiments and verifications based on analyzing the obtained vibration by amplitude and wave width (time axis length), and completed the present invention. It was.

請求項1に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a tool life detecting device attached to a machine tool that performs machining on the work by a relative motion between the machining tool and the work, and detects the life of the machining tool during the machining work.
This tool life detection device is obtained by a vibration sensor attached to a component of the machine tool to detect vibration, a calculation unit that calculates the Mahalanobis distance based on vibration information from the vibration sensor, and this calculation unit. It is equipped with a determination unit that determines whether or not the Mahalanobis distance is greater than or equal to the determination value, and an abnormality display unit that displays an abnormality when the determination unit determines that the Mahalanobis distance is greater than or equal to the determination value.
In the calculation unit, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, and the waveform curve is divided by the waveform curve. The sum of the line segments of the sample line is used as the abundance amount, and the change amount and the abundance amount are used for calculating the Mahalanobis distance.

請求項2に係る発明は、請求項1記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the tool life detection device according to claim 1.
The component of the machine tool is the spindle of the machine tool to which the machining tool is attached.
The vibration sensor is characterized in that it is attached to the spindle and along the feed direction of the machining tool.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the tool life detection device according to claim 1 or 2.
The calculation unit is characterized in that the distance of the Mahalanobis is calculated by using a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work. To do.

請求項4に係る発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the tool life detection device according to any one of claims 1 to 3.
In the calculation unit, the frequency at which the blade of the machining tool hits the work is set as the fundamental frequency.
This fundamental frequency is set as the primary frequency, and the frequency of the secondary or higher is determined based on this primary frequency.
It is characterized in that vibration information at least in the vicinity of the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the distance of the Mahalanobis is calculated using the filtered vibration information.

請求項5に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is a tool life detection method that is attached to a machine tool that performs machining on the work by a relative motion between the machine tool and the work and detects the life of the machine tool during the machining work.
The process of detecting vibration generated in the components of the machine tool and
The process of calculating the Mahalanobis distance based on the detected vibration information,
It consists of a process of detecting an abnormality when the distance of Mahalanobis obtained by calculation is equal to or greater than the judgment value.
In the step of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, and the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change. It is characterized in that the sum of the line segments of the sample lines separated by a waveform curve is used as the abundance amount, and the change amount and the abundant amount are used for calculating the Mahalanobis distance.

請求項6に係る発明は、請求項5記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the tool life detection method according to claim 5.
In the step of calculating the Mahalanobis distance, the Mahalanobis distance is calculated using a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work. It is characterized by doing.

請求項7に係る発明は、請求項5又は請求項6記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the tool life detection method according to claim 5 or 6.
In the process of calculating the Mahalanobis distance, the frequency at which the blade of the machining tool hits the work is set as the fundamental frequency, this fundamental frequency is set as the primary frequency, and the second or higher frequency is determined based on this primary frequency.
It is characterized in that vibration information at least in the vicinity of the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the distance of the Mahalanobis is calculated using the filtered vibration information.

請求項1に係る発明では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
なお、波形曲線で区切られた標本線の線分は、波の幅に相当する。
In the invention according to claim 1, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, and the waveform curve is separated. The sum of the line segments of the sample line is taken as the abundance amount, and the amount of change and the abundance amount are used to calculate the Mahalanobis distance.
The line segment of the sample line separated by the waveform curve corresponds to the width of the wave.

すなわち、本発明では、数あるデータ(一次情報)から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置が提供される。
That is, in the present invention, only vibration information is selected as the primary information from a large number of data (primary information). As a result, the burden on the calculation unit could be significantly reduced.
Then, the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line separated by the waveform curve is used as the abundance amount, and the amount of change and the abundance amount are used for the calculation of the Mahalanobis distance. As a result, the accuracy of life detection can be improved, and the machining tool can be used to the limit.
Therefore, the present invention provides a tool life detection device capable of detecting the life of a machining tool including chipping with high accuracy.

請求項2に係る発明では、振動センサは、主軸に且つ加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられている。
主軸の軸方向をz軸方向、加工工具の送り方向で且つz軸に直交する方向をy軸方向、このy軸とz軸の両方に直交する方向をx軸方向とすると、振動センサの取付方向はx軸方向とy軸方向とz軸方向の何れであっても工具寿命検出が可能であることが確認できた。
ただし、x軸方向及びz軸方向に比較して、y軸方向が寿命判定の信頼性が高いことが分かった。よって、振動センサは、加工工具の送り方向に沿って取付ることが推奨される。
In the invention according to claim 2, the vibration sensor is attached to the spindle and along the feeding direction of the machining tool.
If the axial direction of the spindle is the z-axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the feed direction of the machining tool is the y-axis direction, and the direction orthogonal to both the y-axis and the z-axis is the x-axis direction, the vibration sensor is installed. It was confirmed that the tool life can be detected in any of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.
However, it was found that the life determination is more reliable in the y-axis direction than in the x-axis direction and the z-axis direction. Therefore, it is recommended that the vibration sensor be mounted along the feed direction of the machining tool.

請求項3に係る発明では、加工工具がワークに対して相対的に1パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。 In the invention according to claim 3, a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work is used. The burden on the calculation unit can be reduced and the cost of the calculation unit can be reduced by performing the calculation using a part of the vibration information as compared with the calculation using all the vibration information.

請求項4に係る発明では、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。 In the invention according to claim 4, the calculation is performed using vibration information filtered based on at least the fundamental frequency. Since filtering is performed based on at least the fundamental frequency, only the vibration information when the blade hits the work can be used for the calculation, and the reliability of the life determination can be further improved.

請求項5に係る発明では、請求項1と同様に、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。 In the invention according to claim 5, similarly to claim 1, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, and the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change. , The sum of the line segments of the sample lines separated by the waveform curve is used as the abundance amount, and the amount of change and the abundance amount are used for the calculation of the distance of Maharanobis.

すなわち、本発明では、数あるデータ(一次情報)から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出方法が提供される。
That is, in the present invention, only vibration information is selected as the primary information from a large number of data (primary information). As a result, the burden on the calculation unit could be significantly reduced.
Then, the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line separated by the waveform curve is used as the abundance amount, and the amount of change and the abundance amount are used for the calculation of the Mahalanobis distance. As a result, the accuracy of life detection can be improved, and the machining tool can be used to the limit.
Therefore, the present invention provides a tool life detection method capable of detecting the life of a machining tool including chipping with high accuracy.

請求項6に係る発明では、請求項3と同様に、加工工具がワークに対して相対的に1パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。 In the invention according to claim 6, as in claim 3, a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work is used. The burden on the calculation unit can be reduced and the cost of the calculation unit can be reduced by performing the calculation using a part of the vibration information as compared with the calculation using all the vibration information.

請求項7に係る発明では、請求項4と同様に、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。 In the invention according to claim 7, the calculation is performed using vibration information filtered based on at least the fundamental frequency, as in claim 4. Since filtering is performed based on at least the fundamental frequency, only the vibration information when the blade hits the work can be used for the calculation, and the reliability of the life determination can be further improved.

本発明に係る実験装置の原理図である。It is a principle diagram of the experimental apparatus which concerns on this invention. 実験で得られた加工面粗さと振動波のグラフである。It is a graph of the machined surface roughness and the vibration wave obtained in the experiment. MD値を計算するときに用いる変化量と存在量を説明する図である。It is a figure explaining the amount of change and the amount of existence used when calculating an MD value. 振動情報の一部を使用することを説明する図である。It is a figure explaining that a part of vibration information is used. ワークの振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of MD value created based on the vibration information of a work. 本発明の有効性を説明する図である。It is a figure explaining the effectiveness of this invention. 振動センサを主軸のx軸方向に備えた実験装置の原理図である。It is a principle diagram of the experimental apparatus provided with the vibration sensor in the x-axis direction of the main axis. x軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of the MD value created based on the vibration information in the x-axis direction. フィルタリングを説明する図である。It is a figure explaining filtering. フィルタリング後のx軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of the MD value created based on the vibration information in the x-axis direction after filtering. 主軸のz軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of the MD value created based on the vibration information of the main axis in the z-axis direction. 主軸のy軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of the MD value created based on the vibration information of the main axis in the y-axis direction. 本発明に係る工具寿命検出装置の基本構成図である。It is a basic block diagram of the tool life detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る工具寿命検出装置の作用を説明するフロー図である。It is a flow figure explaining the operation of the tool life detection apparatus which concerns on this invention. 従来の技術を説明する図である。It is a figure explaining the prior art.

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る工具寿命検出装置31は、図13に基づいて説明するが、その前提となる本発明の基本原理を図1〜図12に基づいて説明する。
図1に示すように、実験装置10は、テーブル11と、主軸12と、振動センサ13と、この振動センサ13からの振動情報を増幅するアンプ14と、増幅された振動情報に基づいてMD値を計算する計算部15とを備えている。
振動センサ13は、実験では小型の1軸加速度ピックアップを使用したが、種類や形式は任意に選択してよい。
The tool life detection device 31 according to the present invention will be described with reference to FIG. 13, but the basic principle of the present invention as a premise thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
As shown in FIG. 1, the experimental device 10 includes a table 11, a spindle 12, a vibration sensor 13, an amplifier 14 that amplifies the vibration information from the vibration sensor 13, and an MD value based on the amplified vibration information. It is provided with a calculation unit 15 for calculating.
As the vibration sensor 13, a small uniaxial acceleration pickup was used in the experiment, but the type and type may be arbitrarily selected.

テーブル11に、下部板16を載せ、この下部板16にワーク17を載せ、このワーク17に上部板18を載せる。そして、複数本(この例では4本)のボルト19を上部板18、ワーク17、下部板16を貫通させた上で、テーブル11にねじこむ。なお、下部板16をテーブル11に固定し、この下部板16にボルト19でワーク17及び上部板18を固定することは差し支えない。 The lower plate 16 is placed on the table 11, the work 17 is placed on the lower plate 16, and the upper plate 18 is placed on the work 17. Then, a plurality of (4 bolts in this example) bolts 19 are passed through the upper plate 18, the work 17, and the lower plate 16 and then screwed into the table 11. It is permissible to fix the lower plate 16 to the table 11 and fix the work 17 and the upper plate 18 to the lower plate 16 with bolts 19.

主軸12に、切削工具としてのエンドミル21を取付ける。エンドミル21とワーク17とをx軸、y軸及びz軸方向に相対移動させると共に、エンドミル21を回転させることで、ワーク17の一辺を切削する。 An end mill 21 as a cutting tool is attached to the spindle 12. One side of the work 17 is cut by relatively moving the end mill 21 and the work 17 in the x-axis, y-axis, and z-axis directions and rotating the end mill 21.

実験条件:
・ワークの材質:中心まで焼きを入れたSKD11
・ワークの寸法:5mm×100mm×100mm
Experimental conditions:
-Work material: SKD11 baked to the center
-Work dimensions: 5 mm x 100 mm x 100 mm

・エンドミルの刃数:6枚
・主軸回転速度:毎分3170回転
・切り込み:0.1mm
・送り速度:5.3mm/秒
・1パス時間:約20秒(エンドミルで100mm長さを1回切削する時間)
・ワークの交換:約200パスでワークを交換する。約200パスで切削代が無くなるため。
・ Number of end mill blades: 6 ・ Spindle speed: 3170 rpm ・ Cutting: 0.1 mm
・ Feed speed: 5.3 mm / sec ・ 1 pass time: Approximately 20 seconds (time to cut 100 mm length once with an end mill)
-Work exchange: Work is exchanged in about 200 passes. Because the cutting allowance disappears in about 200 passes.

・サンプリング周波数:6.4kHz
・測定項目:加工面粗さ、切削振動、チッピングの有無:
・・切削振動は、1パス毎に振動データを絶対値にし、絶対値の平均値とする。
・・チッピングは、25パス(2.5m)毎にマイクロスコープで有無を調べる。
・計算項目:MD値(詳細は、図3で説明する。)
-Sampling frequency: 6.4 kHz
・ Measurement items: Machined surface roughness, cutting vibration, presence or absence of chipping:
・ ・ For cutting vibration, the vibration data is set to the absolute value for each pass, and the average value of the absolute values is used.
・ ・ For chipping, check with a microscope every 25 passes (2.5 m).
-Calculation item: MD value (details will be described in FIG. 3)

図2(a)に示すように、横軸に切削距離(m)を取り、縦軸に加工面粗さ(Ra(μm))を取ると、加工面は徐々に粗くなる。エンドミルが徐々に摩耗するからである。
横軸で20mを超えた時点と、40mを超えた時点でワークを交換し、3枚目のワークを切削しているときに、すなわち切削距離が70m近傍で、粗さが1.5μmに跳ね上がった。エンドミルの刃をマイクロスコープで観察したところ、チッピング(刃の欠け)が認められた。
As shown in FIG. 2A, when the cutting distance (m) is taken on the horizontal axis and the machined surface roughness (Ra (μm)) is taken on the vertical axis, the machined surface gradually becomes rough. This is because the end mill gradually wears.
The workpiece is exchanged when the horizontal axis exceeds 20 m and when it exceeds 40 m, and when the third workpiece is being cut, that is, when the cutting distance is around 70 m, the roughness jumps to 1.5 μm. It was. When the blade of the end mill was observed with a microscope, chipping (chip of the blade) was observed.

このように、加工面粗さを監視することで、チッピングが検出可能である。しかし、実操業中に、加工面粗さを測ることは困難である。
対して、振動であれば、切削作業中に測ることができる。そこで、振動でチッピングを検出することができるか否かを検討する。
In this way, chipping can be detected by monitoring the roughness of the machined surface. However, it is difficult to measure the roughness of the machined surface during actual operation.
On the other hand, vibration can be measured during cutting work. Therefore, it is examined whether or not chipping can be detected by vibration.

図2(b)に示すように、振動は、徐々に大きくなった。なお、横軸で40mの前に大きな乱れがあるが、この乱れは1日目と2日目の境目であり、切削作業の停止、起動に伴発生した乱れである。
切削距離が70m近傍で、チッピングが発生するは、図2(a)から予測される。しかし、切削距離が70mの前と後で、振動の変化は顕著でない。そのため、チッピングの検出は困難である。
As shown in FIG. 2B, the vibration gradually increased. There is a large turbulence before 40 m on the horizontal axis, but this turbulence is the boundary between the first and second days, and is the turbulence that occurs when the cutting work is stopped or started.
It is predicted from FIG. 2A that chipping occurs when the cutting distance is around 70 m. However, the change in vibration is not remarkable before and after the cutting distance is 70 m. Therefore, it is difficult to detect chipping.

この困難さを克服するために、本発明ではMD値(マハラノビスの距離)を使用する。
MD値は、変化量や存在値を、MT法計算式により計算することで得られる。変化量や存在値については、図3で説明する。MT法計算式は周知であるため、その数式及び計算については説明を省略する。
To overcome this difficulty, the MD value (Mahalanobis distance) is used in the present invention.
The MD value can be obtained by calculating the amount of change or the existence value by the MT method calculation formula. The amount of change and the existence value will be described with reference to FIG. Since the MT method calculation formula is well known, the description of the formula and the calculation will be omitted.

図3(a)に比較例を示す。
図3(a)では、横軸に切削時間、縦軸に振動を取った上で、振動値23をプロットする。この振動値23はデジタル値である。MT(マハラノビス・タグチ法)では、適当な標本線24を横軸(加工時間軸)に平行に引く。そして、標準的な手法では、標本線24より上に存在する振動値23の個数を存在量とする。第1の山25における点の数は6であり、第2の山26の点の数は5であり、第3の山27の点の数は3である。6+5+3=14の計算により、存在量は14となる。
A comparative example is shown in FIG. 3 (a).
In FIG. 3A, the vibration value 23 is plotted after the cutting time is plotted on the horizontal axis and the vibration is plotted on the vertical axis. The vibration value 23 is a digital value. In MT (Mahalanobis Taguchi method), an appropriate sample line 24 is drawn parallel to the horizontal axis (machining time axis). Then, in the standard method, the number of vibration values 23 existing above the sample line 24 is used as the abundance amount. The number of points in the first mountain 25 is 6, the number of points in the second mountain 26 is 5, and the number of points in the third mountain 27 is 3. By the calculation of 6 + 5 + 3 = 14, the abundance is 14.

加工時間軸に平行に引かれた標本線24は、第1の山25、第2の山26、第3の山27で区切られている。
仮に、第1の山25で区切られた標本線24の線分をm1とする。なお、線分は、有限長さの線であって、無限長さの線とは異なる。線分m1の単位は、切削時間である。
The sample line 24 drawn parallel to the processing time axis is separated by a first mountain 25, a second mountain 26, and a third mountain 27.
Let the line segment of the sample line 24 separated by the first mountain 25 be m1. A line segment is a line of finite length and is different from a line of infinite length. The unit of the line segment m1 is the cutting time.

この線分m1の長短は、エンドミルに与えられるダメージに大きな影響を及ぼすことが想定される。しかし、図3(a)で述べた比較例では、単に振動の大小のみを考慮しているだけであり、線分m1は全く考慮していない。本発明者らは、この点に注目した。 The length of this line segment m1 is expected to have a great influence on the damage given to the end mill. However, in the comparative example described in FIG. 3A, only the magnitude of vibration is considered, and the line segment m1 is not considered at all. The present inventors paid attention to this point.

そこで、本発明者らは、線分m1を考慮することで、MD値の信頼性を高めることができることを知見した。
図3(b)は実施例である。
点で与えられていた振動値(図3(a)、23)を滑らかな曲線で結ぶことにより、図3(b)に示す波形曲線28を得た。そして、この波形曲線28と標本線24とが交わる交点29の数(この例では6)を、変化量とした。
加えて、第1の山25の線分m1、第2の山26の線分m2、第3の山27の線分m3の和(m1+m2+m3)を存在量とした。
本発明では、変化量と存在量に基づいてMD値を計算する。
Therefore, the present inventors have found that the reliability of the MD value can be improved by considering the line segment m1.
FIG. 3B is an example.
By connecting the vibration values (FIGS. 3 (a) and 23) given at the points with a smooth curve, the waveform curve 28 shown in FIG. 3 (b) was obtained. Then, the number of intersections 29 (6 in this example) where the waveform curve 28 and the sample line 24 intersect was used as the amount of change.
In addition, the sum (m1 + m2 + m3) of the line segment m1 of the first mountain 25, the line segment m2 of the second mountain 26, and the line segment m3 of the third mountain 27 was taken as the abundance amount.
In the present invention, the MD value is calculated based on the amount of change and the amount of abundance.

なお、標本線27や波形曲線28は、理解を促すために図形で説明したが、コンピュータ内では仮想的な線であることは言うまでもない。交点29や線分m1〜m3も仮想的な点や線である。 The sample line 27 and the waveform curve 28 have been described graphically to facilitate understanding, but it goes without saying that they are virtual lines in a computer. The intersection 29 and the line segments m1 to m3 are also virtual points and lines.

MD値は1パス毎に計算するが、計算部の負担を軽減するために、好ましくは、次に述べる対策を講じる。
図4に示すように、20秒(1パス分)の振動データのうちで、安定期に入った1秒目〜3秒目の2秒間を、MT法計算領域とする。20秒中、2秒だけの計算をすることにより、計算部の負担を1/10に軽減することができる。
なお、MT法計算領域は、9秒目〜11秒目の2秒間に変更するなど、任意の箇所に設定することは差し支えない。
The MD value is calculated for each pass, but in order to reduce the burden on the calculation unit, the following measures are preferably taken.
As shown in FIG. 4, of the vibration data of 20 seconds (1 pass), 2 seconds from the 1st to the 3rd seconds of the stable period is set as the MT method calculation area. By performing the calculation for only 2 seconds out of 20 seconds, the burden on the calculation unit can be reduced to 1/10.
The MT method calculation area may be set at an arbitrary location, such as changing to 2 seconds from the 9th second to the 11th second.

図3(b)及び図4に基づいて、計算したMD値を、図5(b)で説明する。
図5(a)は図2(b)と同じ図である。
図5(a)の横軸で0〜67.5mの間は、図5(b)では詰めで表記し、図5(a)の横軸で67.5〜69.9mの間は、図5(b)では広げて表記した。
The MD value calculated based on FIGS. 3 (b) and 4 will be described with reference to FIG. 5 (b).
FIG. 5A is the same diagram as FIG. 2B.
The area between 0 and 67.5 m on the horizontal axis of FIG. 5 (a) is shown in a packed manner in FIG. 5 (b), and the area between 67.5 and 69.9 m on the horizontal axis of FIG. 5 (a) is shown in FIG. In 5 (b), it is expanded and shown.

横軸で、0〜67.5mの間におけるMD値は、図5(b)に示すように、5以下であった。この間を、便宜的に正常域という。
横軸で、67.5〜69.9mの間におけるMD値は、図5(b)に示すように、0〜249の間で変化した。この間を、便宜的に境界域という。
横軸で、70m〜におけるMD値は、図5(b)に示すように、100を超えた。この間を、便宜的に異常域という。
On the horizontal axis, the MD value between 0 and 67.5 m was 5 or less as shown in FIG. 5 (b). This period is called the normal range for convenience.
On the horizontal axis, the MD value between 67.5 and 69.9 m varied between 0 and 249, as shown in FIG. 5 (b). This period is called the boundary area for convenience.
On the horizontal axis, the MD value at 70 m and above exceeded 100 as shown in FIG. 5 (b). This period is called an abnormal area for convenience.

例えば、判定値を「50」に設定すると、境界域の途中の(68.6)でMD値が判定値以上となり、この時点で異常と判定することが可能となる。
この可能性を、別の実証実験で確認した。その結果を、図6で説明する。
For example, when the determination value is set to "50", the MD value becomes equal to or greater than the determination value at (68.6) in the middle of the boundary region, and it is possible to determine that it is abnormal at this point.
This possibility was confirmed in another demonstration experiment. The result will be described with reference to FIG.

この実証実験は、タレット旋盤でワークを切削した。
図6(a)に示すように、160個までワークを研削する間は、MD値は小さく、安定していた。旋盤を担当する熟練工は、点Aの時点で、異常に気づいた。点Aでの生産数は184個である。
In this demonstration experiment, the workpiece was cut with a turret lathe.
As shown in FIG. 6A, the MD value was small and stable while grinding up to 160 workpieces. The skilled worker in charge of the lathe noticed an abnormality at point A. The number of production at point A is 184.

図6(b)に示すように、判定値を与えると、点Bの時点でMD値が判定値以上となる。点Bでの生産数は171個である。 As shown in FIG. 6B, when a determination value is given, the MD value becomes equal to or greater than the determination value at the time point B. The number of production at point B is 171.

171個目〜184個目までの被加工品が「不良品」であると仮定する。
本発明を適用した図6(b)であれば、不良品は1個に止まる。
対して、本発明を適用しない図6(a)であれば、187−170=17の計算により、不良品は17個に達する。
It is assumed that the 171st to 184th workpieces are "defective".
According to FIG. 6B to which the present invention is applied, the number of defective products is limited to one.
On the other hand, in FIG. 6A to which the present invention is not applied, the number of defective products reaches 17 by the calculation of 187-170 = 17.

本発明を適用することにより、不良品の発生を最小限に抑えることができるという格別の効果が発揮される。すなわち、本発明により、不良品の発生を最小限に抑えつつ、ぎりぎりまで切削工具を使い続けることができる。 By applying the present invention, a special effect that the occurrence of defective products can be minimized is exhibited. That is, according to the present invention, it is possible to continue using the cutting tool to the very limit while minimizing the occurrence of defective products.

ところで、振動センサ13は、図1では、上部板18に取付けた。この取付けでは、ワーク17を交換するときに、振動センサ13を脱着する必要があり、脱着の工数が嵩む。
工数の削減が求められるため、振動センサ13を主軸12に取付けることを検討する。
By the way, the vibration sensor 13 is attached to the upper plate 18 in FIG. In this mounting, it is necessary to attach / detach the vibration sensor 13 when the work 17 is replaced, which increases the man-hours for attachment / detachment.
Since it is required to reduce the man-hours, it is considered to attach the vibration sensor 13 to the spindle 12.

図7に示すように、振動センサ13を主軸12に且つx軸方向に沿って取付け、実験を行い、MD値を計算した。結果、図8に示す。
図8に示すように、境界域及び異常域のMD値は、正常域のMD値と顕著な差がでなかった。これでは判定値を与えることが難しく、与えたとしても誤った判定が下される危険性があり、その対策が求められる。
As shown in FIG. 7, the vibration sensor 13 was attached to the main shaft 12 and along the x-axis direction, an experiment was performed, and the MD value was calculated. As a result, it is shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the MD values in the boundary region and the abnormal region were not significantly different from the MD values in the normal region. With this, it is difficult to give a judgment value, and even if it is given, there is a risk that an erroneous judgment will be made, and countermeasures are required.

本発明者らは、図1では、振動センサ13がワーク17側に取付けられていたため、振動が直接的に振動センサ13で検出できたが、図7では、振動センサ13が主軸12に取付けられている。主軸12とエンドミル21との間には軸受が介在し、この軸受の隙間により、振動が減衰されたと考えた。この減衰を補う対策を講じる必要がある。 In FIG. 1, since the vibration sensor 13 was attached to the work 17 side, the present inventors could directly detect the vibration by the vibration sensor 13, but in FIG. 7, the vibration sensor 13 is attached to the spindle 12. ing. It was considered that a bearing was interposed between the spindle 12 and the end mill 21 and the vibration was damped by the gap between the bearings. It is necessary to take measures to compensate for this attenuation.

エンドミル21は、60°ピッチで1周に6枚の刃が付いており、刃がワーク17に当たっているときと、当たっていないときで、振動に差があることに注目した。すなわち、刃が当たっていないときの振動データが、信頼性を低下させることに着目した。 It was noted that the end mill 21 has six blades per circumference at a pitch of 60 °, and there is a difference in vibration between when the blades hit the work 17 and when the blades do not hit the work 17. That is, we focused on the fact that the vibration data when the blade is not in contact reduces the reliability.

図9(a)は、図4と同じ図である。
図9(a)のMT法計算領域の振動情報を、図9(b)に示すように周波数分析した。6枚刃のエンドミルを、毎分3170回転させるため、6×3170÷60=317の計算により、317Hzが切削における基本周波数となる。
図9(b)において、317Hz(1次)、634Hz(2次)、951Hz(3次)、1268Hz(4次)、1585Hz(5次)に横線を加える。
そして、図9(c)に示すように、各周波数に10Hz程度の幅を持たせたフィルタリングを行い、フィルタリングした波形を新しいMT法計算領域とする。
FIG. 9A is the same diagram as in FIG.
The vibration information in the MT method calculation region of FIG. 9 (a) was frequency-analyzed as shown in FIG. 9 (b). Since the 6-flute end mill is rotated 3170 rpm, 317 Hz is the fundamental frequency for cutting by the calculation of 6 × 3170 ÷ 60 = 317.
In FIG. 9 (b), horizontal lines are added to 317 Hz (primary), 634 Hz (secondary), 951 Hz (third), 1268 Hz (fourth), and 1585 Hz (fifth).
Then, as shown in FIG. 9C, filtering is performed so that each frequency has a width of about 10 Hz, and the filtered waveform is used as a new MT method calculation area.

この新しいMT法計算領域に基づいて、MD値を計算し直した結果を、図10に示す。
図8に比較して、図10では、正常領域のMD値に対して、境界域でのMD値が大きく異なる。よって、図10であれば、異常検出が容易に且つ正確になる。
The result of recalculating the MD value based on this new MT method calculation area is shown in FIG.
Compared with FIG. 8, in FIG. 10, the MD value in the boundary region is significantly different from the MD value in the normal region. Therefore, in FIG. 10, abnormality detection becomes easy and accurate.

なお、図9(c)において、317Hz(基本周波数)のみを新しいMT法計算領域とし、計算したところ、図10ほどではないが、正常域と境界域及び異常域に差が認められた。
次に、317Hz(1次周波数)と634Hz(2次周波数)とからなる2つの周波数を新しいMT法計算領域とし、計算したところ、少し図10に近づいた。
すなわち、1次周波数〜n次周波数(nは2以上の整数)に基づいて計算する場合に、nを大きくする程、正常域と境界域や異常域の差が明確になる。
In FIG. 9 (c), only 317 Hz (fundamental frequency) was used as the new MT method calculation region, and when the calculation was performed, a difference was observed between the normal region, the boundary region, and the abnormal region, although not as much as in FIG.
Next, when two frequencies consisting of 317 Hz (primary frequency) and 634 Hz (secondary frequency) were set as the new MT method calculation area and calculated, they approached FIG. 10 a little.
That is, when calculating based on the primary frequency to the nth frequency (n is an integer of 2 or more), the larger n is, the clearer the difference between the normal region and the boundary region or the abnormal region.

実施例では、nを5としたが、nは状況に応じて適宜設定すればよい。状況によってはn次周波数はなくてもよい。
よって、基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、振動情報の一部から少なくとも1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いてマハラノビスの距離の計算を実施すればよい。
In the embodiment, n is set to 5, but n may be appropriately set according to the situation. Depending on the situation, the nth frequency may not be necessary.
Therefore, the fundamental frequency is set as the primary frequency, the frequency of the secondary or higher is determined based on this primary frequency, the vibration information in the vicinity of at least the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the filtered vibration information is used. Then, the distance of Maharanobis should be calculated.

図11(a)に示すように、振動センサ13を主軸12に且つz軸方向に沿って取付けた。
図11(b)に示すようなMD値が得られた。このMD値は新しいMT法計算領域による。
As shown in FIG. 11A, the vibration sensor 13 was attached to the spindle 12 and along the z-axis direction.
The MD value as shown in FIG. 11B was obtained. This MD value depends on the new MT method calculation area.

図12(a)に示すように、振動センサ13を主軸12に且つy軸方向に沿って取付けた。「y軸方向に沿って」とは、振動センサ13の軸を、y軸に平行に配置することを意味する。x軸方向、z軸方向についても同様である。
図12(b)に示すようなMD値が得られた。このMD値は新しいMT法計算領域による。
As shown in FIG. 12A, the vibration sensor 13 was attached to the spindle 12 and along the y-axis direction. “Along the y-axis direction” means that the axis of the vibration sensor 13 is arranged parallel to the y-axis. The same applies to the x-axis direction and the z-axis direction.
The MD value as shown in FIG. 12B was obtained. This MD value depends on the new MT method calculation area.

図10(x軸方向)と、図11(b)(z軸方向)と、図12(b)(y軸方向)とを比較する。
境界域に注目すると、図10(x軸方向)と、図12(b)(y軸方向)とが異常検出の点で優れている。
また、異常域に注目すると図12(b)(y軸方向)が優れている。
10 (x-axis direction), FIG. 11 (b) (z-axis direction), and FIG. 12 (b) (y-axis direction) are compared.
Focusing on the boundary region, FIGS. 10 (x-axis direction) and 12 (b) (y-axis direction) are excellent in terms of abnormality detection.
Further, paying attention to the abnormal region, FIG. 12B (y-axis direction) is excellent.

よって、振動センサ13は主軸12の何処に取付けても異常検出は可能であるが、好ましくはx軸方向又はy軸方向に配置し、さらにはy軸方向に配置することが最適である。 Therefore, although the vibration sensor 13 can detect an abnormality no matter where it is attached to the main shaft 12, it is preferably arranged in the x-axis direction or the y-axis direction, and further preferably in the y-axis direction.

次に、本発明に係る工具寿命検出装置31を、図13及び図14に基づいて説明する。
図13に示すように、工作機械30は、ワーク17を支えるテーブル11と、加工工具21が着脱可能に取付けられる主軸12とを主要素とし、工具寿命検出装置31を備えている。
Next, the tool life detection device 31 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
As shown in FIG. 13, the machine tool 30 includes a table 11 that supports the work 17 and a spindle 12 to which the machining tool 21 is detachably attached as main elements, and includes a tool life detecting device 31.

工具寿命検出装置31は、工作機械30の構成要素(例えば、ワーク17や主軸12)に取付けられる振動センサ13と、この振動センサ13で得た振動情報を増幅するアンプ14と、増幅された振動情報に基づいてMD値を計算する計算部15と、計算されたMD値と判定値を比較する判定部32と、この判定部32で異常と判定されたときに周囲に異常を知らせる異常表示部33とからなる。異常は、ブザーやベルによる音、ランプや回転式警告灯による光、ディスプレイによる図形表示や文字表示の何れか、又はこれらの組合わせによって、知らされる。 The tool life detection device 31 includes a vibration sensor 13 attached to a component of the machine tool 30 (for example, a work 17 or a spindle 12), an amplifier 14 that amplifies the vibration information obtained by the vibration sensor 13, and an amplified vibration. A calculation unit 15 that calculates an MD value based on information, a judgment unit 32 that compares the calculated MD value with a judgment value, and an abnormality display unit that notifies the surroundings of an abnormality when the judgment unit 32 determines an abnormality. It consists of 33. Anomalies are signaled by the sound of a buzzer or bell, the light of a lamp or revolver, a graphic or text display on a display, or a combination of these.

なお、工作機械30は、ワーク17を支えるテーブル11を備えていればよく、フライス盤、ボール盤、中ぐり盤、旋盤の何れでもよい。加工工具21が切削工具であれば、切削工具は、フライスカッター、エンドミル、ドリル、バイトの何れでもよい。 The machine tool 30 may be provided with a table 11 for supporting the work 17, and may be a milling machine, a drilling machine, a boring machine, or a lathe. If the machining tool 21 is a cutting tool, the cutting tool may be a milling cutter, an end mill, a drill, or a tool bit.

図14のST(ステップ番号)01で、工作機械に振動センサを取付ける。
ST02で、判定値MDbを読み込む。
次に、加工を開始し(ST03)、1パス毎にMD値を計算し(ST04)、計算で得られたMDcalが判定値MDb以上であるか否かを判定する(ST05)。
At ST (step number) 01 in FIG. 14, a vibration sensor is attached to the machine tool.
In ST02, the determination value MDb is read.
Next, machining is started (ST03), an MD value is calculated for each pass (ST04), and it is determined whether or not the MDcal obtained by the calculation is equal to or greater than the determination value MDb (ST05).

MDcalが判定値MDb未満であれば、ST04に戻って加工を継続する。なお、休憩などで作業を中断するときや人為的に作業を終えるときは、ST06によりこのフローを終える。 If MDcal is less than the determination value MDb, the process returns to ST04 and processing is continued. When the work is interrupted due to a break or when the work is artificially finished, this flow is finished by ST06.

ST05で、MDcalが判定値MDb以上と判定されたときには、異常表示を行う(ST07)。
異常表示と共に加工を中止することは差し支えないが、好ましくは、そのパスが終了するまで待つ(ST08)。
そのパスが終了したら、加工を停止し(ST09)、加工工具を交換し(ST10)、作業を継続するときにはST03に戻る(ST11)。
When MDcal is determined to be equal to or higher than the determination value MDb in ST05, an abnormality display is performed (ST07).
It is permissible to stop the processing together with the abnormality display, but preferably, wait until the path is completed (ST08).
When the pass is completed, machining is stopped (ST09), the machining tool is replaced (ST10), and when the work is continued, the process returns to ST03 (ST11).

すなわち、本発明に係る工具寿命検出方法は、次に述べる工程からなる。
工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程(ST01〜ST03)と、検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程(ST04)と、計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程(ST05)と、からなる。
That is, the tool life detection method according to the present invention comprises the following steps.
The determination value is the process of detecting the vibration generated in the component of the machine tool (ST01 to ST03), the process of calculating the Mahalanobis distance based on the detected vibration information (ST04), and the calculated Mahalanobis distance. It comprises a step (ST05) of detecting an abnormality at the above time.

そして、マハラノビスの距離を計算する工程では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。 Then, in the process of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, and the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, and the waveform curve is used. The sum of the line segments of the delimited sample lines is taken as the abundance amount, and the amount of change and the abundance amount are used to calculate the Mahalanobis distance.

なお、このフローは、好適な一例を説明したものであり、適宜変更することは差し支えない。 It should be noted that this flow describes a preferable example, and may be changed as appropriate.

また、実施例では、加工工具21を切削工具(エンドミルなど)としたが、加工工具21は研削工具、研磨工具、孔開け工具の何れでもよく、機械加工に供するツールであれば、種類は問わない。
また、実施例では、振動センサの取付け対象である工作機械の構成要素を、ワークまたは主軸としたが、工作機械の構成要素は、加工工具、タレットのベース、ワークを固定するステージの何れでもよく、機械加工に伴って発生する振動が伝わる部位であれば、どの要素でもよい。
Further, in the embodiment, the machining tool 21 is a cutting tool (end mill, etc.), but the machining tool 21 may be a grinding tool, a polishing tool, or a drilling tool, and any type of tool can be used as long as it is used for machining. Absent.
Further, in the embodiment, the component of the machine tool to which the vibration sensor is attached is a work or a spindle, but the component of the machine tool may be a machining tool, a base of a turret, or a stage for fixing the work. Any element may be used as long as it is a part where vibration generated by machining is transmitted.

本発明は、工作機械に付属する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に好適である。 The present invention is suitable for a tool life detection device and a tool life detection method attached to a machine tool.

12…主軸、13…振動センサ、15…計算部、17…ワーク、21…加工工具(切削工具、エンドミル)、24…標本線、28…波形曲線、29…交点、30…工作機械、31…工具寿命検出装置、32…判定部、33…異常表示部、m1〜m3…線分。 12 ... Spindle, 13 ... Vibration sensor, 15 ... Calculation unit, 17 ... Work, 21 ... Machining tool (cutting tool, end mill), 24 ... Sample line, 28 ... Wave curve, 29 ... Intersection, 30 ... Machine tool, 31 ... Tool life detection device, 32 ... Judgment unit, 33 ... Abnormality display unit, m1 to m3 ... Line segment.

Claims (7)

加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする工具寿命検出装置。
A tool life detection device that is attached to a machine tool that performs machining on the work by the relative movement of the machine tool and the work, and detects the life of the machine tool during the machining work.
This tool life detection device is obtained by a vibration sensor attached to a component of the machine tool to detect vibration, a calculation unit that calculates the Mahalanobis distance based on vibration information from the vibration sensor, and this calculation unit. It is equipped with a determination unit that determines whether or not the Mahalanobis distance is greater than or equal to the determination value, and an abnormality display unit that displays an abnormality when the determination unit determines that the Mahalanobis distance is greater than or equal to the determination value.
In the calculation unit, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change, and the waveform curve is divided by the waveform curve. A tool life detection device, wherein the sum of the line segments of the sample line is used as the abundance amount, and the change amount and the abundant amount are used for calculating the distance of the maharanobis.
請求項1記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする工具寿命検出装置。
The tool life detection device according to claim 1.
The component of the machine tool is the spindle of the machine tool to which the machining tool is attached.
The vibration sensor is a tool life detecting device characterized in that it is attached to the spindle and along the feeding direction of the machining tool.
請求項1又は請求項2記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
The tool life detection device according to claim 1 or 2.
The calculation unit is characterized in that the distance of the Mahalanobis is calculated by using a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work. Tool life detector.
請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
The tool life detection device according to any one of claims 1 to 3.
In the calculation unit, the frequency at which the blade of the machining tool hits the work is set as the fundamental frequency.
This fundamental frequency is set as the primary frequency, and the frequency of the secondary or higher is determined based on this primary frequency.
A tool life detection device characterized in that vibration information at least in the vicinity of the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the distance of the Mahalanobis is calculated using the filtered vibration information.
加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供することを特徴とする工具寿命検出方法。
It is a tool life detection method that is attached to a machine tool that performs machining on the work by the relative movement of the machining tool and the work, and detects the life of the machining tool during the machining work.
The process of detecting vibration generated in the components of the machine tool and
The process of calculating the Mahalanobis distance based on the detected vibration information,
It consists of a process of detecting an abnormality when the distance of Mahalanobis obtained by calculation is equal to or greater than the judgment value.
In the step of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, and the number of intersections where the waveform curve and the sample line intersect is used as the amount of change. A tool life detection method, characterized in that the sum of the line segments of the sample lines separated by a waveform curve is used as the abundance amount, and the change amount and the abundant amount are used for calculating the Mahalanobis distance.
請求項5記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
The tool life detection method according to claim 5.
In the step of calculating the Mahalanobis distance, the Mahalanobis distance is calculated using a part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the work. A tool life detection method characterized by
請求項5又は請求項6記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
The tool life detection method according to claim 5 or 6.
In the process of calculating the Mahalanobis distance, the frequency at which the blade of the machining tool hits the work is set as the fundamental frequency, this fundamental frequency is set as the primary frequency, and the second or higher frequency is determined based on this primary frequency.
A tool life detection method characterized in that vibration information at least in the vicinity of the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the distance of the Mahalanobis is calculated using the filtered vibration information.
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