JP2021109264A - 回転工具の寿命判定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較値、しきい値を各種条件、状態に応じたものに設定する必要がなく、回転工具の寿命判定を的確に行うこと。【解決手段】回転工具１０を回転駆動する電動機１６の消費電力値Ｐを計測し、消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰの所定時間毎の変化に基づいて回転工具の寿命を判定する。【選択図】図３
Description
本発明は、回転工具の寿命判定方法及び装置に関し、更に詳細には、切削加工に用いられる回転工具の寿命を判定する方法及び装置に関する。
被加工物の加工を行う工具の寿命を検出する工具寿命検出方法として、工具による被加工物の加工中の負荷値を測定し、予め設定された移動平均時間の移動平均負荷値を算出し、移動平均負荷値から基準となる基準移動平均負荷値を設定し、基準移動平均負荷値と移動平均負荷値とを比較して工具の寿命を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
回転工具の異常検出方法として、加工中に回転工具に加わる負荷を検出し、回転工具に応じた損傷負荷レベルを設定し、検出された負荷からその変化量を求め、損傷負荷レベルおよび負荷の変化量に基づいてしきい値を設定し、該設定されたしきい値と検出された負荷とを比較することにより回転工具の異常を判断する方法が知られている（例えば、特許文献２）。
何れの方法も、比較値、しきい値が寿命検出、異常検出の精度に大きく影響し、適切な寿命検出、異常検出のためには、比較値やしきい値が、工具の種類、工具の損傷負荷レベル、切削加工の条件や加工の進行等の各種条件、状態に応じて設定される必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、比較値、しきい値を各種条件、状態に応じたものに設定する必要がなく、回転工具の寿命判定を的確に行うことである。
本発明の一つの実施形態による回転工具の寿命判定方法は、被加工物を切削加工する回転工具の寿命判定方法であって、前記回転工具を回転駆動する電動機の消費電力値を計測し、前記消費電力値の所定時間毎の変化量の変化に基づいて前記回転工具の寿命を判定する。
この寿命判定方法によれば、比較値、しきい値を各種条件、状態に応じたものに設定する必要がなく、回転工具の寿命判定を的確に行うことができる。
上記回転工具の寿命判定方法において、前記消費電力値の所定時間毎の変化量の変化は、所定の単位時間当たりの前記消費電力値の増加量として与えることができる。
上記回転工具の寿命判定方法において、好ましくは、前記変化量の所定値以上の変化の有無により、前記回転工具の寿命が到来したものと判定する。
この寿命判定方法によれば、回転工具の寿命判定を的確に行うことができる。
上記回転工具の寿命判定方法において、好ましくは、前記変化量に変化が生じたことが連続して検出されたときに、前記回転工具の寿命が到来したものと判定する。
この寿命判定方法によれば、回転工具の寿命判定をより一層的確に行うことができる。
本発明の一つの実施形態による回転工具の寿命判定装置は、被加工物を切削加工する回転工具の寿命判定装置であって、前記回転工具を回転駆動する電動機の消費電力値を演算する電力演算部と、前記電力演算部により演算された前記消費電力値の所定時間毎の変化量を演算する電力変化量演算部と、前記電力変化量演算部により演算された前記所定時間毎の変化量の変化に基づいて前記回転工具の寿命を判定する寿命判定部とを有する。
この構成によれば、比較値、しきい値を各種条件、状態に応じたものに設定する必要がなく、回転工具の寿命判定を的確に行うことができる。
本発明による回転工具の寿命判定方法及び装置によれば、比較値、しきい値を各種条件、状態に応じて設定する必要がなく、工具の寿命判定を的確に行うことができる。
以下に、本発明による回転工具の寿命判定方法及び装置の実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されているように、エンドミルのような切削加工用の回転工具１０は、主軸１２に交換可能に取り付けられ、ワークテーブル１４上の被加工部Ｗの切削加工を行う。主軸１２は電動機（スピンドルモータ）１６によって回転駆動される。
電動機１６は電源１８から制御装置２０を介して電力を供給され、主軸１２を所定の回転速度をもって回転駆動する。回転工具１０は一定の回転速度及び一定の切込量による定速・定量の切削加工を行う。
寿命判定装置３０は、電流計測器２２によって計測された電動機１６の電流値及び電圧計測器２４によって計測された電動機１６の電圧値から電動機１６の消費電力値Ｐを演算する電力演算部３２と、電力演算部３２によって演算された消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰを演算する電力変化量演算部３４とを有する。
電力変化量演算部３４は、所定の単位時間当たりの、例えば１分間当たりの消費電力値Ｐの増加量を変化量ΔＰとして演算するものであってよい。所定の単位時間当たりの消費電力値Ｐの変化量ΔＰは、消費電力値Ｐの時間（ｄｔ）に対する変化率ΔＰ／（ｄｔ）として捉えることができる。
電力変化量演算部３４によって所定の単位時間毎に演算された変化量ΔＰは記憶部３６に時系列に書き込まれる。記憶部３６は少なくとも１回前の変化量ΔＰ−１を格納するものであればよい。
寿命判定装置３０は、更に、電力変化量演算部３４によって演算された所定時間毎の変化量ΔＰの変化に基づいて回転工具１０の寿命を判定する寿命判定部３８を有する。寿命判定部３８は、電力変化量演算部３４によって演算された最新の変化量ΔＰと記憶部３６に格納されている１回前の変化量ΔＰ−１との変化に基づいて回転工具１０の寿命を判定する。回転工具１０の寿命判定に用いられる変化量ΔＰの変化は、最新のΔＰｎと１回前の変化量ΔＰｎ−１との差値（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）、或いは最新のΔＰｎと１回前の変化量ΔＰｎ−１との比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）により表される。
寿命判定部３８による回転工具１０の寿命の判定結果は、モニタ等による表示器４０に出力され、表示器４０に表示される。
定速・定量の切削加工における電動機１６の消費電力特性を、図２を参照して説明する。尚、図２において、破線は実測値による消費電力特性を、実線は実測値をＮ倍（４倍）した消費電力特性を各々示されている。Ｎ倍特性は、変化特性の傾きが増大するので、寿命判定はＮ倍特性により行われてよい。
回転工具１０を回転駆動する電動機１６の消費電力値Ｐは、回転工具１０の切削負荷に相関し、切削負荷の増大に応じて増大する。回転工具１０の切削負荷は、回転工具１０の摩耗によって回転工具１０の切れ味が低下するほど大きくなるので、回転工具１０の使用時間に応じて増大する。
ここで、回転工具１０の一般的な使用時間に対する摩耗特性について説明する。
回転工具１０の使用開始時点Ｔ１から所定時間が経過した時点Ｔ２までは、回転工具１０のばり等の除去が行われる比較的短い初期摩耗期間Ａが存在する。初期摩耗期間Ａが経過したのちに、定常的な摩耗により回転工具１０の切れ味が緩やかに低下する比較的長い定常摩耗期間Ｂが存在する。回転工具１０の摩耗が進んで定常的な切削を行える限界の時点Ｔ３を超えると、回転工具１０の切れ味が急激に低下する急激摩耗期間（異常摩耗期間）Ｃが存在する。
回転工具１０が上述の如き摩耗特性を有することから、図２（Ａ）に示されているように、定速・定量の切削加工における電動機１６の消費電力値Ｐは、初期摩耗期間Ａでは時間に対して２次関数の特性をもって比較的急激に増大し、定常摩耗期間Ｂでは時間に対して１次関数の特性をもって比較的緩やかに直線的に増大する。そして、消費電力値Ｐは、急激摩耗期間Ｃでは時間に対して２次関数の特性をもって比較的急激に増大する。
このような消費電力特性により、消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰは、定常摩耗期間Ｂでは略一定、例えば、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）≒０、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１である。比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１は、例えば、０．９＜（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＜１．１程度であってよい。
これに対して、消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰは、急激摩耗期間Ｃでは、一定でなくなって増加し、増加量を示す差値（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）≠０、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≠１となる。比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≠１は、例えば、（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≧１．１程度であってよい。
これにより、寿命判定部３８は、変化量ΔＰｎの変化、例えば、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）に基づいて差値（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）に基づいて回転工具１０の寿命の判定を行い、初期摩耗期間Ａ以降において、変化量ΔＰが増加した時点、つまり、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）が略ゼロでなくなった時点、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）が略１でなくなった時点、例えば、（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≧１．１程度になった時点を、回転工具１０の寿命が到来したと判定する。
このようにして回転工具１０の寿命の到来が判定されることにより、比較値やしきい値を、工具の種類、工具の損傷負荷レベル、切削加工の条件や加工の進行等の各種条件、状態に応じて設定する必要がなくなり、回転工具１０の寿命判定が的確に行われる。
尚、初期摩耗期間Ａでは、急激摩耗期間Ｃと同様に、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）が略０でない、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）が略１でないが、初期摩耗期間Ａでは、寿命判定にマスキングをかけるべく、寿命判定は、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）が略０になった後、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）が略１になった後、つまり定常摩耗期間Ｂに入った後に開始されればよい。
寿命判定部３８は、寿命到来の判定の確実性を高めるために、変化量ΔＰが増加した、つまり、値差（ΔＰｎ）−（ΔＰｎ−１）が略０でなくなったこと、或いは比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）が略１でなくなったこと、例えば、比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≧１．１が所定時間に亘って連続して検出された時点を、回転工具１０の寿命が到来したと判定してよい。
次に、寿命判定方法を実施する回転工具１０の寿命判定ルーチンの一例を、図３に示されているフローチャートを参照して説明する。この寿命判定ルーチンは、所定時間割込みルーチンとして、例えば１分毎に実行される。
この寿命判定ルーチンでは、先ず、電流計測器２２によって計測される電動機１６の電流値及び電圧計測器２４によって計測される電動機１６の電圧値を取り込み、電動機１６の消費電力値Ｐｎを演算する（ステップＳＴ１〜ＳＴ３）。
次に、現在（最新）の消費電力値Ｐｎと一回前の消費電力値Ｐｎ−１から、消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰｎを演算する（ステップＳＴ４）。
次に、現在（最新）の変化量ΔＰｎと一回前の消費電力値Ｐｎ−１との比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）によって回転工具１０の寿命判定を行う（ステップＳＴ５）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１であるときには、工具寿命がまだ到来していないと判定する（ステップＳＴ６）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１でないときには、次に、比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１であるか否かの判別を行う（ステップＳＴ７）。比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１でなければ、工具寿命がまだ到来していないと判定する（ステップＳＴ６）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１であれば、工具寿命が到来したと判定する（ステップＳＴ８）。
何れかの判定がなされると、次に、記憶部３６に格納されている一回前の消費電力値Ｐｎ−１及び変化量ΔＰｎ−１を、最新の消費電力値Ｐｎ及び変化量ΔＰｎに更新する（ステップＳＴ９）。これにより、所定時間毎の１回の寿命判定ルーチンが終了する。
次に、寿命判定方法を実施する回転工具１０の寿命判定ルーチンの他の例を、図４に示されているフローチャートを参照して説明する。この寿命判定ルーチンは、所定時間割込みルーチンとして、例えば１分毎に実行される。
この寿命判定ルーチンでは、先ず、電流計測器２２によって計測される電動機１６の電流値及び電圧計測器２４によって計測される電動機１６の電圧値を取り込み、電動機１６の消費電力値Ｐｎを演算する（ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３）。
次に、現在（最新）の消費電力値Ｐｎと一回前の消費電力値Ｐｎ−１から、消費電力値Ｐの所定時間毎の変化量ΔＰｎを演算する（ステップＳＴ１４）。
次に、現在（最新）の変化量ΔＰｎと一回前の消費電力値Ｐｎ−１との比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）によって回転工具１０の寿命判定を行う（ステップＳＴ１５）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１であるときには、判定カウント値Ｄをゼロに戻し（ステップＳＴ１６）、工具寿命がまだ到来していないと判定する（ステップＳＴ１７）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）≒１でないときには、次に、比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１であるか否かの判別を行う（ステップＳＴ１８）。比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１でなければ、工具寿命がまだ到来していないと判定し、判定カウント値Ｄをゼロに戻す（ステップＳＴ１６、１７）。
比率（ΔＰｎ）／（ΔＰｎ−１）＞１であれば、判定カウント値Ｄを１だけインクリメントし（ステップＳＴ１９）、判定カウント値Ｄが所定値Ｄｓｅｔに到達したか否かの判別を行う（ステップＳＴ２０）。例えば、判定カウント値Ｄが「３」になれば、工具寿命が到来したと判定する（ステップＳＴ２１）。尚、判定カウント値Ｄは、工具交換が行われると、ゼロに初期化される。
何れかの判定がなされると、次に、記憶部３６に格納されている一回前の消費電力値Ｐｎ−１及び変化量ΔＰｎ−１を、最新の消費電力値Ｐｎ及び変化量ΔＰｎに更新する（ステップＳＴ２２）。これにより、所定時間毎の１回の寿命判定ルーチンが終了する。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
１０ ：回転工具
１２ ：主軸
１４ ：ワークテーブル
１６ ：電動機
１８ ：電源
２０ ：制御装置
２２ ：電流計測器
２４ ：電圧計測器
３０ ：寿命判定装置
３２ ：電力演算部
３４ ：電力変化量演算部
３６ ：記憶部
３８ ：寿命判定部
４０ ：表示器
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Claims (5)
- 被加工物を切削加工する回転工具の寿命判定方法であって、
前記回転工具を回転駆動する電動機の消費電力値を計測し、
前記消費電力値の所定時間毎の変化量の変化に基づいて前記回転工具の寿命を判定する回転工具の寿命判定方法。 - 前記消費電力値の所定時間毎の前記変化量の変化が、所定の単位時間当たりの前記消費電力値の増加量として与えられる請求項１に記載の回転工具の寿命判定方法。
- 前記変化量の所定値以上の変化の有無により、前記回転工具の寿命を判定する請求項１又は２に記載の回転工具の寿命判定方法。
- 前記変化量に変化が生じたことが連続して検出されたときに、前記回転工具の寿命が到来したものと判定する請求項１又は２に記載の回転工具の寿命判定方法。
- 被加工物を切削加工する回転工具の寿命判定装置であって、
前記回転工具を回転駆動する電動機の消費電力値を演算する電力演算部と、
前記電力演算部により演算された前記消費電力値の所定時間毎の変化量を演算する電力変化量演算部と、
前記電力変化量演算部により演算された前記所定時間毎の変化量の変化に基づいて前記回転工具の寿命を判定する寿命判定部とを有する回転工具の寿命判定装置。
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| JP2020001298A JP6864394B1 (ja) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 回転工具の寿命判定方法及び装置 |
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| JPS5890445A (ja) * | 1981-11-18 | 1983-05-30 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | 工具の摩損監視方法及び装置 |
| WO2019151295A1 (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | センスプロ株式会社 | オイル状態判定システム、オイル状態判定方法、及び、オイル状態判定プログラム |
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- 2020-01-08 JP JP2020001298A patent/JP6864394B1/ja active Active
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| JPS5890445A (ja) * | 1981-11-18 | 1983-05-30 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | 工具の摩損監視方法及び装置 |
| WO2019151295A1 (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | センスプロ株式会社 | オイル状態判定システム、オイル状態判定方法、及び、オイル状態判定プログラム |
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