JP3291677B2 - 工作機械用加工刃の状態監視方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、旋盤のバイトやボ
ール盤のドリル，フライス盤のフライスカッタ等の加工
刃を電動モータで駆動する各種工作機械にあって、切削
や穴開けの加工を行なう前記加工刃の状態を常時監視し
て、加工刃の正常な状態或いは折損や刃先不良，過負
荷，摩耗等の異常や、使用限界による交換時期を検出す
るようにした工作機械用加工刃の状態監視方法とその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】旋盤に用いるバイト等の工作機械用の加
工刃にあっては、加工中に構成刃先や刃こぼれ，切粉等
の巻き込きみによる過負荷や折損等の異常を生じたり、
使用限界に到達した場合に、作業者が刃物異常に気付か
ずに加工を継続して不良品を出してしまうことがある。
特に、作業者が加工状態や加工済み品を目視できない状
態にあったり、工作機械が大量数を連続加工する自動機
であった場合には、大量の不良品を発生することとなる
ため、加工刃の状態を常時監視できるようにした監視装
置が提案されている。

【０００３】この監視装置には、センサバーを加工刃
に取付けるタッチセンサ方式や、加工刃と被加工物と
の間に微弱電流を流す漏電方式、加工刃の折損時に発
生する振動を検出する振動方式、光や赤外線等を用い
たリング状のセンサに加工刃を接近させたり内部に挿通
させるリングセンサ方式等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このうち、のタッチ
センサ方式では、ａ．センサバーが加工刃へタッチ動作
を行なう分、加工サイクルが長くなる。ｂ．タッチ動作
を加工毎に行なうため、センサバーが著しく摩耗したり
作動不良になることが多い。ｃ．センサバーの動作タイ
ミングの調整がむずかしい。ｄ．被加工物と接触する刃
先にはセンサバーをタッチさせることができないので、
刃先折れは検出できない。ｅ．加工刃の治具にガイドブ
ッシュがあると、センサバーを取付けできない。という
不具合がある。

【０００５】またの漏電方式では、ａ．加工刃と被加
工物とに通電するため、水溶性の切削油との併用は好ま
しくない。の振動方式では、ａ．正常な加工中での微
震動と区別することがむずかしい。ｂ．加工刃の折損し
か検出できない。ｃ．振動測定物である刃物が折損する
際に発生する振動を監視するため、折損の検出が一度し
か行なえない。のリングセンサ方式では、ａ．精度が
悪い。ｂ．加工刃の中間が折損した場合には検出できな
い。等の不具合がある。

【０００６】更に、これら方式の殆どが、加工刃の折損
を検出するのみの折損監視装置であって、折損前の構成
刃先、刃こぼれや傷、切粉等の異物の巻き込み，切削油
の濃度低下による過負荷等の異常や、使用限界を検出す
ることは殆どできず、不良品の大量発生を未然に回避す
る有効な手段とはなり得なかった。しかも、高価な加工
刃を折損の度に交換しているとコストアップにつながる
ため、不要な交換は極力避けたい。

【０００７】そこで本発明者は、加工刃が被加工物を加
工する際に、電動モータからの有効電力が、被加工物の
加工開始から加工終了までの１工程の間に変化し、更に
この有効電力が、被加工物の切削等で加工刃にかかる負
荷に対しての変化率が高い点に着目し、この有効電力の
変化を監視して、加工刃に対する加工負荷の僅かな変化
を知ることにより、加工刃の折損はもとより、折損前の
加工刃の異常な状態をも検出することのできる経済性に
優れた工作機械用加工刃の状態監視方法とその装置を提
供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的に従い、本発
明の工作機械用加工刃の状態を監視する第１の方法とし
て、被加工物の加工を行なう工作機械用加工刃の状態を
監視する方法において、前記被加工物の加工開始から加
工終了までの１工程に、正常な加工刃が動力として使用
する有効電力の加工負荷の波形変化を基準グラフとして
測定し、該基準グラフの基準ピーク値を挟んで、上側に
前記加工刃の過負荷を示すピーク値上限判定値を、下側
に加工刃の刃先不良を示すピーク値下限判定値をそれぞ
れ設定して、これらピーク値上限判定値よりも下位の値
とピーク値下限判定値よりも上位の値との間の範囲を前
記加工刃の正常域となすと共に、前記ピーク値下限判定
値の下位に前記加工刃の折損を示す刃折れ判定値を設定
して、該刃折れ判定値と前記ピーク値上限判定値及びピ
ーク値下限判定値とを判定手段に入力し、前記加工刃が
１工程中に使用する有効電力の加工負荷の波形変化を実
測グラフとして測定し、該実測グラフを前記判定手段に
入力して、実測グラフ中の実測ピーク値が前記加工刃の
正常域を外れて、前記ピーク値上限判定値と等しいかこ
れよりも上位と、前記ピーク値下限判定値と等しいかこ
れよりも下位と、前記刃折れ判定値と等しいかこれより
も下位とのいずれかに該当したことを判定手段が判定し
た場合に、警報音や警告灯の報知手段の起動や工作機械
の作動停止を行なう。

【０００９】また、本発明の第２の方法として、被加工
物の加工を行なう工作機械用加工刃の状態を監視する方
法において、前記加工刃が前記被加工物の加工開始から
加工終了までの１工程を行なう前に、前記加工刃が動力
として使用する有効電力の空転負荷を一定時間測定して
空転負荷平均値を算出し、該空転負荷平均値に、予め設
定された前記加工刃の過負荷を示すピーク値上限判定値
と、加工刃の刃先不良を示すピーク値下限判定値と、該
ピーク値下限判定値の下位で加工刃の折損を示す刃折れ
判定値の各定数をそれぞれ乗じて、ピーク値上限判定値
とピーク値下限判定値と刃折れ判定値とを決定すると共
に、これらピーク値上限判定値とピーク値下限判定値と
刃折れ判定値とを判定手段に入力し、前記加工刃が前記
被加工物の加工開始から加工終了までの１工程に使用す
る有効電力の加工負荷の波形変化を実測グラフとして測
定し、該実測グラフを前記判定手段に入力して、実測グ
ラフ中の実測ピーク値が、前記ピーク値上限判定値より
も下位の値とピーク値下限判定値よりも上位の値との間
の範囲に設定した加工刃の正常域を外れて、前記ピーク
値上限判定値と等しいかこれよりも上位と、前記ピーク
値下限判定値と等しいかこれよりも下位と、前記刃折れ
判定値と等しいかこれよりも下位とのいずれかに該当し
たことを判定手段が判定した場合に、警報音や警告灯の
報知手段の起動や工作機械の作動停止を行なう。

【００１０】上記第１または第２の方法の判定手段は、
加工刃の加工負荷上昇判断値を入力しておき、１工程毎
の実測グラフ中の実測ピーク値を加算して、所定数の実
測ピーク値から実測ピーク平均値を算出し、該実測ピー
ク平均値を前記判定手段の加工負荷上昇判断値と比較し
て、実測ピーク平均値が加工負荷上昇判断値と等しいか
これよりも上位に該当したことを前記判定手段が判定し
た場合に、前記報知手段の起動や工作機械の作動停止を
行なうこともできる。

【００１１】更に、本発明の工作機械用加工刃の状態監
視装置として、加工刃の作動によって被加工物の加工を
行なう工作機械用加工刃の状態を監視する装置におい
て、前記被加工物の加工開始から加工終了までの１工程
に、前記加工刃が動力として使用する有効電力の加工負
荷の波形変化を実測グラフとして測定する有効電力測定
手段と、前記加工刃の過負荷を示すピーク値上限判定値
及び、加工刃の刃先不良を示すピーク値下限判定値及
び、該ピーク値下限判定値の下位で、前記加工刃の折損
を示す刃折れ判定値とが入力されていて、前記有効電力
測定手段から受けた実測グラフ中の実測ピーク値が、前
記ピーク値上限判定値よりも下位の値とピーク値下限判
定値よりも上位の値との間の範囲に設定した加工刃の正
常域から外れて、前記ピーク値上限判定値と等しいかこ
れよりも上位と、前記ピーク値下限判定値と等しいかこ
れよりも下位と、前記刃折れ判定値と等しいかこれより
も下位とのいずれかに該当したことを判定する判定手段
と、該判定手段）の判定を受けて、報知手段の作動や工
作機械の作動停止を行なう制御手段とを備えたことを特
徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面に基
づいて説明する。図中、図１は工作機械と加工刃状態監
視装置の説明図、図２及び図３は、それぞれ加工刃が動
力として使用する有効電力の波形変化を示すもので、図
２は絶対値測定の場合の有効電力の波形図、図３は相対
値測定の場合の有効電力の波形図、図４は実測ピーク値
が正常域とピーク値上限判定値以上とピーク値下限判定
値以下に位置した場合の説明図、図５は実測ピーク値が
刃折れ判定値以下に位置した場合の説明図、図６は加工
回数と有効電力の関係図、図７及び図８は、被加工物の
加工工程を示すフローチャートで、図７は絶対値測定に
基づくフローチャート、図８は相対値測定に基づくフロ
ーチャートである。

【００１３】図１に示す工作機械１には、加工刃の状態
監視装置２と報知手段３が、オペレータの作業位置から
確認し易い適宜箇所に付設されている。工作機械１は、
旋盤やボール盤，フライス盤等であって、内部には電動
モータ４が制御部５の電磁開閉器６と電源部７とに三相
配線８にて接続されており、被加工物の切削や穴開け加
工を行なうバイトやドリル，フライスカッタ等の加工刃
９を、電動モータ４によって駆動するようになってい
る。

【００１４】加工刃状態監視装置２は、加工刃９の情報
を電動モータ４から取り込んで測定する有効電力測定手
段１０と、該有効電力測定手段１０からの有効電力情報
を受けて、加工刃９の摩耗レベルを判定する判定手段１
１と、該判定手段１１内に一体に組み込まれ、且つ判定
手段１１の判定に基づいて、報知手段３の起動または工
作機械１の作動停止を指令する図示しない制御手段とか
らなっており、上記加工刃９の折損や刃先不良，過負
荷，摩耗等の異常や、使用限界による交換時期等の良否
を常時監視している。また報知手段３は、例えばパトラ
イト等の警告灯やアラーム等の警報音であって、加工刃
９の過負荷や刃先異常，刃折れ等が異常内容毎に設定さ
れる。

【００１５】有効電力測定手段１０は、三相配線８，１
２を用いて電動モータ４と接続され、また配線１３にて
判定手段１１と接続されており、電動モータ４が加工刃
９を作動する際の有効電力の変化、即ち加工刃９が被加
工物の加工に動力として使用する有効電力情報を電動モ
ータ４から有効電力測定手段１０に取り込んで、常時判
定手段１１へ入力するようになっている。判定手段１１
は、工作機械１の制御部５と配線１４にて接続されてお
り、加工刃９による加工時には、制御部５から配線１４
を通してトリガ信号を判定手段１１へ取り込み、該判定
手段１１で加工刃９の摩耗レベルを判定する。

【００１６】また判定手段１１と一体の制御手段は、工
作機械１の制御部５と報知手段３のそれぞれと配線１
５，１６にて接続されており、判定手段１１で出された
加工刃９の摩耗レベルに応じて、加工刃９を駆動する電
動モータ４の回転を停止するか、或いは報知手段３を起
動するかのいずれかの指令を行なうようになっている。
この判定手段１１には、図２の絶対値測定及び図３の相
対値測定と、図６の加工負荷上昇判断値Ｈとが入力さ
れ、絶対値測定と相対値測定の判断値Ａ〜Ｃに基づい
て、加工刃９の折損や刃先不良，過負荷，摩耗等の異常
が判定され、また加工負荷上昇判断値Ｈに基づいて、加
工刃９の使用限界が判定される。

【００１７】図２及び図３の測定図は、加工刃９が被加
工物の加工に用いる有効電力の加工負荷を、有効電力測
定手段１０で波形変化として測定したもので、有効電力
の波形変化は、トリガポイントの検出から加工刃９が加
工を開始するまでの待機期間Ｔ１と、該加工刃９が被加
工物の加工開始から加工を終えるまでの１工程分の加工
負荷測定期間Ｔ２とを持っている。

【００１８】このうち、図２の絶対値測定では、加工負
荷測定期間Ｔ２として、１工程終了後の電動モータ４の
アイドリング運転状態である有効電力の空転負荷Ｅと電
動モータ４の電源ＯＦＦまでが含まれている。そして、
まず加工刃９の判定値を決めるための基準ピーク値Ｐ１
の測定が、正常な加工刃９を用いて有効電力測定手段１
０によって行なわれる。この測定は、加工負荷測定期間
Ｔ２での正常な加工刃９を用いた有効電力の加工負荷を
基準グラフＧ１として測定し、加工負荷測定期間Ｔ２で
の１工程終了後に、基準グラフＧ１から最大有効電力値
である基準ピーク値Ｐ１を取り出す。

【００１９】次に、上述の測定に基づき、基準ピーク値
Ｐ１を挟んで、上側に加工刃９の過負荷を示すピーク値
上限判定値Ａを、下側に加工刃９の刃先不良を示すピー
ク値下限判定値Ｂをそれぞれ設定し、これらピーク値上
限判定値Ａよりも下位の値とピーク値下限判定値Ｂより
も上位の値との間の範囲を、加工刃９の使用許容範囲で
ある正常域Ｄとなし、更にピーク値下限判定値Ｂの下位
に、加工刃９の折損を示す刃折れ判定値Ｃを設定する。
判定値Ａ〜Ｃのレベルと正常域Ｄの範囲は、加工刃９の
耐久性能を基に設定され、これらを絶対値測定プログラ
ムの基本データとして判定手段１１に入力する。

【００２０】上述の絶対値プログラムを用いて加工刃９
の状態を監視する場合に、加工負荷測定期間Ｔ２におい
て加工刃９が１工程中に使用する有効電力の加工負荷の
波形変化を、実測グラフＧ２として有効電力測定手段１
０で測定し、この実測グラフＧ２を判定手段１１に入力
する。そして、加工負荷測定期間Ｔ２ののち、判定手段
１１で実測グラフＧ２中の実測ピーク値Ｐ２が、基本デ
ータの判定値Ａ〜Ｃと比較され、判定手段１１にて加工
刃９の異常が検出された場合には、制御手段を作動して
報知手段３の起動や工作機械１の作動停止を行なう。

【００２１】図３に示す相対値測定では、前回の加工負
荷測定期間Ｔ２後から次の加工負荷測定期間Ｔ２までの
間、即ち加工刃９が、加工負荷測定期間Ｔ２で被加工物
の加工開始から加工終了までの１工程を行なう直前に、
加工刃９の判定値を決めるための空転負荷測定期間Ｔ３
が設定される。この空転負荷測定期間Ｔ３では、電動モ
ータ４のアイドリング運転状態である有効電力の空転負
荷Ｅを有効電力測定手段１０で測定して、判定手段１１
で空転負荷平均値Ｆを算出し、該判定手段１１におい
て、予め設定された加工刃９の過負荷を示すピーク値上
限判定値Ａと、加工刃９の刃先不良を示すピーク値下限
判定値Ｂと、該ピーク値下限判定値Ｂの下位で加工刃９
の折損を示す刃折れ判定値Ｃの各係数Ｘ，Ｙ，Ｚを空転
負荷平均値Ｆにそれぞれ乗じて、ピーク値上限判定値Ａ
とピーク値下限判定値Ｂと刃折れ判定値Ｃを決定する。

【００２２】ピーク値上限判定値Ａよりも下位の値とピ
ーク値下限判定値Ｂよりも上位の値との間の範囲には、
上述の絶対値測定の場合と同様に、加工刃９の使用許容
範囲である正常域Ｄが決められ、空転負荷平均値Ｆと相
対して求めた判定値Ａ〜Ｃと正常域Ｄの範囲とが、絶対
値プログラムとして判定手段１１に入力される。

【００２３】上述の相対値プログラムを用いて加工刃９
の状態を監視する場合には、加工刃９が被加工物の１工
程を行なう加工負荷測定期間Ｔ２直前の空転負荷測定期
間Ｔ３に、有効電力の空転負荷Ｅを有効電力測定手段１
０で測定し、更に判定手段１１でこの空転負荷Ｅから空
転負荷平均値Ｆを算出して、空転負荷平均値Ｆに判定値
Ａ〜Ｃの係数を乗じて判定値Ａ〜Ｃと正常域Ｄの範囲を
決定する。そして、加工負荷測定期間Ｔ２で実測グラフ
Ｇ２を測定し、加工負荷測定期間Ｔ２の後に実測グラフ
Ｇ２中の実測ピーク値Ｐ２を判定値Ａ〜Ｃと比較され、
判定手段１１にて加工刃９の異常が検出された場合に
は、制御手段を作動して報知手段３の起動や工作機械１
の作動停止を行なう。

【００２４】次に、図２及び図３の測定図による判定
を、図４と図５に基づいて説明する。先ず図４では、加
工負荷測定期間Ｔ２での１加工で、加工刃９が実際に被
加工物を加工した時の有効電力の加工負荷を、３種類の
実測グラフＧ２−１，Ｇ２−２，Ｐ２−３で示してお
り、加工負荷測定期間Ｔ２での１加工終了後に、それぞ
れの実測グラフＧ２−１〜３からピーク値Ｐ２−１，Ｐ
２−２，Ｐ２−３が測定される。

【００２５】このうち、実線で示す実測グラフＧ２−１
では、ピーク値Ｐ２−１が、ピーク値上限判定値Ａより
も下位でピーク値下限判定値Ｂよりも上位の間の範囲に
設定した正常域Ｄに位置しており、判定手段１１が加工
刃９が正常であると判断する。またピーク値Ｐ２−２
が、ピーク値上限判定値Ａよりも上位に位置する破線の
実測グラフＧ２−２では、判定手段１１が加工刃９に切
粉の巻き込きみや切削油の濃度異常等による過負荷を検
出する。更に、ピーク値Ｐ２−３がピーク値下限判定値
Ｂよりも下位に位置する一点鎖線の実測グラフＧ２−３
では、判定手段１１が加工刃９に刃こぼれや刃先傷，構
成刃先等を起因とする刃先不良の発生を検出する。

【００２６】図５では、先の１工程で加工刃９が過負荷
によって折損した場合を（Ａ）の実測グラフＧ２−４
に、また次の工程でこの折損を測定する場合を（Ｂ）の
実測グラフＧ２−４にそれぞれ示している。図５（Ａ）
の先の１工程では、加工刃９が過負荷によってピーク値
Ｐ２−４で折損すると、有効電力は加工負荷を失って刃
折れ判定値Ｃ以下の空転負荷Ｅのままとなり、１工程を
終える。次に、図５（Ｂ）の次工程に入ると、加工刃９
が折損状態であるため、有効電力は空転負荷Ｅのまま刃
折れ判定値Ｃへ到達しないから、次工程終了後に判定手
段１１が加工刃９に折損を生じたと判定する。

【００２７】また、加工刃９の使用限界の判定には、前
述の如く図６に示す加工負荷上昇判断値Ｈが用いられ
る。この加工負荷上昇判断値Ｈは、加工刃９の性能や加
工内容を基に、加工刃９の耐久性を、有効電力の加工負
荷の値に置き換えて判定手段１１に入力しておく。そし
て、有効電力測定手段１０から送られる加工毎の実測ピ
ーク値Ｐ２を判定手段１１に記録して、所定数ｎの実測
ピーク値Ｐ２から実測ピーク平均値Ｐ３を算出し、該実
測ピーク平均値Ｐ３を加工負荷上昇判断値Ｈと比較す
る。

【００２８】実測ピーク平均値Ｐ３に用いる各実測ピー
ク値Ｐ２は、上述の絶対値測定や相対値測定プログラム
の正常域Ｄにあり、実測ピーク値Ｐ２が正常域Ｄを上下
に外れた場合には、上述の如く判定手段１１と制御手段
とによって異常が報知される。また実測ピーク平均値Ｐ
３は、加工数を増す毎に、所定数の実測ピーク値Ｐ２の
中から最も古い値を捨てながら、常に新しい値を取り込
んで算出される。従って、新品交換時の加工刃９も、加
工数を重ねるに従って次第に摩耗して行くから、常に新
しい実測ピーク値Ｐ２を取り込んで算出される実測ピー
ク平均値Ｐ３は、徐々に加工負荷上昇判断値Ｈへ近づい
て行く。そして、実測ピーク平均値Ｐ３が加工負荷上昇
判断値Ｈと等しいかこれよりも上側へ越えたことを判定
手段１１が判定した場合には、制御手段を作動して報知
手段３を起動したり、或いは工作機械１の作動を停止し
て、加工刃９が使用限界に到達したことを報知する。

【００２９】加工刃９の判定には、判定手段１１に入力
した上述の２つのプログラムのうちのいずれか一方が選
択される。例えば、図２の絶対値測定は、有効電力の空
転負荷Ｅと、有効電力の加工負荷を実測した実測グラフ
Ｇ２の実測ピーク値Ｐ２との開きが、空転負荷Ｅのバラ
付きを無視できるほど大きい場合に用いられ、また図３
の相対値測定は、有効電力の空転負荷Ｅと実測ピーク値
Ｐ２との開きがさほどなく、有効電力の空転負荷Ｅにバ
ラ付きがあったり、或いは空転負荷Ｅの変動に伴って加
工負荷が上下へ変動するなどの原因で、実測ピーク値Ｐ
２が測定しにくい場合に用いられる。従って、図３の相
対値測定では、有効電力の空転負荷Ｅから空転負荷平均
値Ｆを求めて、この空転負荷平均値Ｆに基づく判定値Ａ
〜Ｃと正常域Ｄの範囲の設定が、加工負荷測定期間Ｔ２
で被加工物の１工程を行なう直前毎に行なわれる。

【００３０】次に、上述のように構成される加工刃状態
監視装置２の更に具体的な２つの作動例を、図７及び図
８のフローチャートを用いて説明する。図７のフローチ
ャートには、図２の絶対値測定による基本データと、図
６で設定した加工負荷上昇判断値Ｈとを組合わせた絶対
値測定プログラムが入力され、また図８のフローチャー
トには、図３の相対値測定による基本データと、図６で
設定した加工負荷上昇判断値Ｈとを組合わせた相対値測
定プログラムが入力されている。前述の如く加工刃９の
判定には、判定手段１１に入力した上述の２つのプログ
ラムのうちのいずれか一方が選択される。尚、これらの
フローチャートを説明するに当たり、図１〜図６を適宜
参酌するものとする。

【００３１】絶対値測定プログラムを用いた図７のフロ
ーチャートは、ステップＳ１でプログラムがスタートす
ると電動モータ４が立ち上がり、ステップＳ２でトリガ
ポイントを検出してステップＳ３で待機期間Ｔ１を待機
したのちステップＳ４に入り、加工刃９が被加工物の１
加工で使用する有効電力の加工負荷を、有効電力測定手
段１０が実測グラフＧ２として測定を開始する。そし
て、ステップＳ５で加工負荷測定期間Ｔ２の間実測グラ
フＧ２を測定し、ステップＳ６に入って測定を終了した
のち、ステップＳ７で実測グラフＧ２から最大有効電力
である実測ピーク値Ｐ２が取り出される。

【００３２】ステップＳ８の刃物折れ判定では、判定手
段１１で実測ピーク値Ｐ２と刃折れ判定値Ｃとを比較
し、実測ピーク値Ｐ２が刃折れ判定値Ｃと同じか小さい
場合、即ちＰ２≦Ｃの場合には、ステップＳ９に入って
報知手段１１である刃折れランプを点灯する。また、実
測ピーク値Ｐ２が刃折れ判定値Ｃよりも大きい場合、即
ちＰ２＞Ｃの場合には、ステップＳ１０の刃先異常判定
に入って、判定手段１１で実測ピーク値Ｐ２とピーク値
下限判定値Ｂとを比較し、実測ピーク値Ｐ２がピーク値
下限判定値Ｂと同じか小さい場合、即ちＰ２≦Ｂの場合
には、ステップＳ１１に入って報知手段１１である刃先
異常ランプを点灯する。

【００３３】また、実測ピーク値Ｐ２がピーク値下限判
定値Ｂよりも大きい場合、即ちＰ２＞Ｂの場合には、ス
テップＳ１２の過負荷判定に入って、判定手段１１で実
測ピーク値Ｐ２とピーク値上限判定値Ａとを比較する。
そして、実測ピーク値Ｐ２がピーク値上限判定値Ａと同
じか大きい場合、即ちＰ２≧Ａの場合には、ステップＳ
１３に入って報知手段１１である過負荷ランプを点灯
し、また実測ピーク値Ｐ２がピーク値上限判定値Ａより
も小さい場合、即ちＰ２＜Ａの場合には、そのままステ
ップＳ１６の加算処理へ移行する。また、上述のステッ
プＳ９，Ｓ１１，Ｓ１３で各ランプが点灯すると、次に
ステップＳ１４に入って報知手段１１であるアラーム１
を出力作動し、更にステップＳ１５に入って工作機械１
の作動を停止する。

【００３４】ステップＳ１６の加算処理では、加工刃９
の摩耗度を測定して平均値を出すための実測ピーク値Ｐ
２が加算され、ステップＳ１７の加算回数で実測ピーク
値Ｐ２の加算回数が所定数ｎに満たない場合には、その
まま１加工分のプログラムを終了する。また、ステップ
Ｓ１７での加算回数が所定数ｎに足りている場合には、
前述のように実測ピーク値Ｐ２の中から最も古い値を捨
てながら新しい値を取り込んで、所定数ｎの実測ピーク
値Ｐ２から実測ピーク平均値Ｐ３算出し、この実測ピー
ク平均値Ｐ３をステップＳ１８の加工負荷判定で加工負
荷上昇判断値Ｈと比較して、加工刃９の摩耗レベルの判
定が行なわれる。

【００３５】そして、実測ピーク平均値Ｐ３が加工負荷
上昇判断値Ｈと同じか大きい場合、即ちＰ３≧Ｈの場合
には、ステップＳ１９に入って報知手段３である摩耗ラ
ンプを点灯すると共に、ステップＳ２０で報知手段３の
アラーム２を作動し、実測ピーク平均値Ｐ３が加工負荷
上昇判断値Ｈよりも小さい場合、即ちＰ３＜Ｈの場合に
は、そのまま１加工分のプログラムを終了する。

【００３６】相対値測定プログラムを用いた図８のフロ
ーチャートは、ステップＳ１でプログラムがスタートす
ると電動モータ４が立ち上がり、トリガポイントの検出
が外部信号の場合に、ステップＳ２で外部信号を検出し
て、ステップＳ３で待機期間Ｔ１と加工負荷測定期間Ｔ
２を待機する。そして、ステップＳ４から空転負荷Ｅの
測定を開始し、ステップＳ５でトリガポイントを検出し
て、ステップＳ６に入って待機期間Ｔ１を待機したの
ち、ステップＳ７で空転負荷Ｅの測定を終了し、ステッ
プＳ８で空転負荷Ｅに基づく空転負荷平均値Ｆが算出さ
れる。

【００３７】ステップＳ９では、電動モータ４やベアリ
ング，駆動伝達部等の異常が空転負荷Ｅの異常として判
定され、空転負荷異常と判定された場合には、ステップ
Ｓ１０で報知手段３である空転負荷異常ランプが点灯
し、更にステップＳ１１で、同じく報知手段３であるア
ラーム２を出力作動する。

【００３８】また、ステップＳ９で空転負荷Ｅの異常判
定がない場合には、そのままステップＳ１２に進み、加
工刃９が被加工物の１加工で使用する有効電力の加工負
荷を、有効電力測定手段１０が実測グラフＧ２として測
定を開始する。ステップＳ１３では加工負荷測定期間Ｔ
２の間、有効電力測定手段１０による実測グラフＧ２の
測定を継続し、ステップＳ１４に入って測定を終了した
のち、ステップＳ１５で実測グラフＧ２から最大有効電
力である実測ピーク値Ｐ２が取り出される。

【００３９】ステップＳ１６の刃物折れ判定では、実測
ピーク値Ｐ２と空転負荷平均値Ｆ×刃折れ判定値Ｃの係
数Ｘ＝刃折れ判定値Ｃとを比較し、実測ピーク値Ｐ２が
刃折れ判定値Ｃと同じか小さい場合、即ちＰ２≦Ｆ×Ｘ
＝Ｃの場合には、ステップＳ１７に入って報知手段３で
ある刃折れランプを点灯し、また実測ピーク値Ｐ２が刃
折れ判定値Ｃよりも大きい場合、即ちＰ２＞Ｆ×Ｘ＝Ｃ
には、そのままステップＳ１８の刃先異常判定へ進行す
る。

【００４０】ステップＳ１８の刃先異常判定では、判定
手段１１で実測ピーク値Ｐ２と空転負荷平均値Ｆ×ピー
ク値下限判定値Ｂの係数Ｙ＝ピーク値下限判定値Ｂとを
比較し、実測ピーク値Ｐ２がピーク値下限判定値Ｂと同
じか小さい場合、即ちＰ２≦Ｆ×Ｙ＝Ｂの場合には、ス
テップＳ１９に入って報知手段３である刃先異常ランプ
を点灯し、また実測ピーク値Ｐ２がピーク値下限判定値
Ｂよりも大きい場合、即ちＰ２＞Ｆ×Ｙ＝Ｂの場合に
は、そのままステップＳ２０の過負荷判定へ進行する。

【００４１】ステップＳ２０の過負荷判定では、判定手
段１１で実測ピーク値Ｐ２と空転負荷平均値Ｆ×ピーク
値上限判定値Ａの係数Ｙ＝ピーク値上限判定値Ａとを比
較し、実測ピーク値Ｐ２がピーク値上限判定値Ａと同じ
か大きい場合、即ちＰ２≧Ｆ×Ｙ＝Ａの場合には、ステ
ップＳ２１に入って報知手段３である過負荷ランプを点
灯し、また実測ピーク値Ｐ２がピーク値下限判定値Ｂよ
りも小さい場合、即ちＰ２＜Ｆ×Ｙ＝Ａの場合には、そ
のままステップＳ２４の加算処理へ進行する。また、上
述のステップＳ１７，Ｓ１９，Ｓ２１で各ランプが点灯
すると、次にステップＳ２２に入って報知手段３である
アラーム１を出力作動し、更にステップＳ２３に入って
工作機械１の作動を停止する。

【００４２】次に、ステップＳ２４の加算処理で実測ピ
ーク値Ｐ２が加算され、ステップＳ２５の加算回数で実
測ピーク値Ｐ２の加算回数が所定数ｎに満たない場合に
は、そのまま１加工分のプログラムを終了する。また、
ステップＳ２５での加算回数が所定数ｎに足りている場
合には、実測ピーク値Ｐ２の中から最も古い値を捨てな
がら新しい値を取り込んで、所定数ｎの実測ピーク値Ｐ
２から実測ピーク平均値Ｐ３算出し、この実測ピーク平
均値Ｐ３をステップＳ２６の加工負荷判定で加工負荷上
昇判断値Ｈと比較して、加工刃９の摩耗レベルの判定が
行なわれる。

【００４３】そして、実測ピーク平均値Ｐ３が加工負荷
上昇判断値Ｈと同じか大きい場合、即ちＰ３≧Ｈの場合
には、ステップＳ２７に入って報知手段３である摩耗ラ
ンプを点灯し、ステップＳ２８で報知手段３のアラーム
２を作動し、実測ピーク平均値Ｐ３が加工負荷上昇判断
値Ｈよりも小さい場合、即ちＰ３＜Ｈの場合には、その
まま１加工分のプログラムを終了する。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る工作
機械用加工刃の状態監視方法とその装置によれば、ａ．
センサバーを加工刃へタッチ動作させる必要がないの
で、加工への時間的影響が殆どなく、加工サイクルの短
縮が図れる。ｂ．タッチ動作を行なわないので摩耗する
部品がなく、作動不良にならない。ｃ．動作タイミング
をとる必要がない。ｄ．水溶性の切削油との併用が可能
となる。ｅ．加工中の微震動の影響を受けない。ｆ．測
定回数に限度がなく、繰返しの測定が可能である。等の
効果がある。

【００４５】更に、加工刃の折損はもとより、折損前の
構成刃先や刃こぼれ，傷、切粉等の異物の巻き込みや切
削油の濃度低下による過負荷等の異常や、使用限界を精
度よく検出することができるので、高価な加工刃を長期
間有効に使用することができる。また、不良品の大量発
生を未然に回避できるので、低コスト化を図りながら高
い製品化率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態例を示す工作機械と加工刃状態
監視装置の説明図

【図２】本発明の一形態例を示す絶対値測定の場合の有
効電力の波形図

【図３】本発明の一形態例を示す相対値測定の場合の有
効電力の波形図

【図４】本発明の一形態例を示す実測ピーク値が正常域
とピーク値上限判定値以上とピーク値下限判定値以下に
位置した場合の説明図

【図５】本発明の一形態例を示す実測ピーク値が刃折れ
判定値以下に位置した場合の本発明の一形態例説明図

【図６】本発明の一形態例を示す空転負荷平均値と加工
負荷上昇判断値との関係図

【図７】本発明の一形態例を示す絶対値測定に基づくフ
ローチャート

【図８】本発明の一形態例を示す相対値測定に基づくフ
ローチャート

【符号の説明】

１…旋盤やボール盤等の工作機械、２…加工刃の状態監
視装置、３…パトライト等の警告灯やアラーム等の警報
音による報知手段、４…電動モータ、５…制御部、６…
電磁開閉器、７…電源部、９…バイトやドリル，フライ
スカッタ等の加工刃、１０…有効電力測定手段、１１…
判定手段、Ａ…ピーク値上限判定値、Ｂ…ピーク値下限
判定値、Ｃ…刃折れ判定値、Ｄ…ピーク値上限判定値Ａ
よりも下位とピーク値下限判定値Ｂよりも上位との間の
範囲に設定した正常域、Ｅ…有効電力の空転負荷、Ｆ…
空転負荷平均値、Ｇ１…基準グラフ、Ｇ２，Ｇ２−１，
Ｇ２−２，Ｐ２−３…実測グラフ、Ｈ…加工負荷上昇判
断値、Ｔ１…待機期間、Ｔ２…加工負荷測定期間、Ｔ３
…空転負荷測定期間、Ｐ１…基準ピーク値、Ｐ２，Ｐ２
−１，Ｐ２−２，Ｐ２−３…実測ピーク値、Ｐ３…実測
ピーク平均値

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00 B23B 49/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の加工を行なう工作機械用加工
   刃の状態を監視する方法において、前記被加工物の加工
   開始から加工終了までの１工程に、正常な加工刃（９）
   が動力として使用する有効電力の加工負荷の波形変化を
   基準グラフ（Ｇ１）として測定し、該基準グラフ（Ｇ
   １）の基準ピーク値（Ｐ１）を挟んで、上側に前記加工
   刃（９）の過負荷を示すピーク値上限判定値（Ａ）を、
   下側に加工刃（９）の刃先不良を示すピーク値下限判定
   値（Ｂ）をそれぞれ設定して、これらピーク値上限判定
   値（Ａ）よりも下位の値とピーク値下限判定値（Ｂ）よ
   りも上位の値との間の範囲を前記加工刃（９）の正常域
   （Ｄ）となすと共に、前記ピーク値下限判定値（Ｂ）の
   下位に前記加工刃（９）の折損を示す刃折れ判定値
   （Ｃ）を設定して、該刃折れ判定値（Ｃ）と前記ピーク
   値上限判定値（Ａ）及びピーク値下限判定値（Ｂ）とを
   判定手段（１１）に入力し、前記加工刃（９）が１工程
   中に使用する有効電力の加工負荷の波形変化を実測グラ
   フ（Ｇ２）として測定し、該実測グラフ（Ｇ２）を前記
   判定手段（１１）に入力して、実測グラフ（Ｇ２）中の
   実測ピーク値（Ｐ２）が前記加工刃（９）の正常域
   （Ｄ）を外れて、前記ピーク値上限判定値（Ａ）と等し
   いかこれよりも上位と、前記ピーク値下限判定値（Ｂ）
   と等しいかこれよりも下位と、前記刃折れ判定値（Ｃ）
   と等しいかこれよりも下位とのいずれかに該当したこと
   を判定手段（１１）が判定した場合に、警報音や警告灯
   の報知手段の起動や工作機械の作動停止を行なうことを
   特徴とする工作機械用加工刃の状態監視方法。
2. 【請求項２】 被加工物の加工を行なう工作機械用加工
   刃の状態を監視する方法において、前記加工刃（９）が
   前記被加工物の加工開始から加工終了までの１工程を行
   なう前に、前記加工刃（９）が動力として使用する有効
   電力の空転負荷（Ｅ）を一定時間測定して空転負荷平均
   値（Ｆ）を算出し、該空転負荷平均値（Ｆ）に、予め設
   定された前記加工刃（９）の過負荷を示すピーク値上限
   判定値（Ａ）と、加工刃（９）の刃先不良を示すピーク
   値下限判定値（Ｂ）と、該ピーク値下限判定値（Ｂ）の
   下位で加工刃（９）の折損を示す刃折れ判定値（Ｃ）の
   各定数をそれぞれ乗じて、ピーク値上限判定値（Ａ）と
   ピーク値下限判定値（Ｂ）と刃折れ判定値（Ｃ）とを決
   定すると共に、これらピーク値上限判定値（Ａ）とピー
   ク値下限判定値（Ｂ）と刃折れ判定値（Ｃ）とを判定手
   段（１１）に入力し、前記加工刃（９）が前記被加工物
   の加工開始から加工終了までの１工程に使用する有効電
   力の加工負荷の波形変化を実測グラフ（Ｇ２）として測
   定し、該実測グラフ（Ｇ２）を前記判定手段（１１）に
   入力して、実測グラフ（Ｇ２）中の実測ピーク値（Ｐ
   ２）が、前記ピーク値上限判定値（Ａ）よりも下位の値
   とピーク値下限判定値（Ｂ）よりも上位の値との間の範
   囲に設定した加工刃（９）の正常域（Ｄ）を外れて、前
   記ピーク値上限判定値（Ａ）と等しいかこれよりも上位
   と、前記ピーク値下限判定値（Ｂ）と等しいかこれより
   も下位と、前記刃折れ判定値（Ｃ）と等しいかこれより
   も下位とのいずれかに該当したことを判定手段（１１）
   が判定した場合に、警報音や警告灯の報知手段の起動や
   工作機械の作動停止を行なうことを特徴とする工作機械
   用加工刃の状態監視方法。
3. 【請求項３】 前記判定手段（１１）に、前記加工刃
   （９）の加工負荷上昇判断値（Ｊ）を入力しておき、前
   記１工程毎の実測グラフ（Ｇ２）中の実測ピーク値（Ｐ
   ２）を加算して、所定数の実測ピーク値（Ｐ２）から実
   測ピーク平均値（Ｐ３）を算出し、該実測ピーク平均値
   （Ｐ３）を前記判定手段（１１）の加工負荷上昇判断値
   （Ｈ）と比較して、実測ピーク平均値（Ｐ３）が加工負
   荷上昇判断値（Ｈ）と等しいかこれよりも上位に該当し
   たことを前記判定手段（１１）が判定した場合に、前記
   報知手段の起動や工作機械の作動停止を行なうことを特
   徴とする請求項１または２に記載の工作機械用加工刃の
   状態監視方法。
4. 【請求項４】 加工刃（９）の作動によって被加工物の
   加工を行なう工作機械用加工刃の状態を監視する装置に
   おいて、前記被加工物の加工開始から加工終了までの１
   工程に、前記加工刃（９）が動力として使用する有効電
   力の加工負荷の波形変化を実測グラフ（Ｇ２）として測
   定する有効電力測定手段（１０）と、前記加工刃（９）
   の過負荷を示すピーク値上限判定値（Ａ）及び、加工刃
   （９）の刃先不良を示すピーク値下限判定値（Ｂ）及
   び、該ピーク値下限判定値（Ｂ）の下位で、前記加工刃
   （９）の折損を示す刃折れ判定値（Ｃ）とが入力されて
   いて、前記有効電力測定手段（１０）から受けた実測グ
   ラフ（Ｇ２）中の実測ピーク値（Ｐ２）が、前記ピーク
   値上限判定値（Ａ）よりも下位の値とピーク値下限判定
   値（Ｂ）よりも上位の値との間の範囲に設定した加工刃
   （９）の正常域（Ｄ）から外れて、前記ピーク値上限判
   定値（Ａ）と等しいかこれよりも上位と、前記ピーク値
   下限判定値（Ｂ）と等しいかこれよりも下位と、前記刃
   折れ判定値（Ｃ）と等しいかこれよりも下位とのいずれ
   かに該当したことを判定する判定手段（１１）と、該判
   定手段（１１）の判定を受けて、報知手段の作動や工作
   機械の作動停止を行なう制御手段とを備えたことを特徴
   とする工作機械用加工刃の状態監視装置。