JP3331024B2 - 工具寿命管理方式 - Google Patents

工具寿命管理方式

Info

Publication number
JP3331024B2
JP3331024B2 JP25562693A JP25562693A JP3331024B2 JP 3331024 B2 JP3331024 B2 JP 3331024B2 JP 25562693 A JP25562693 A JP 25562693A JP 25562693 A JP25562693 A JP 25562693A JP 3331024 B2 JP3331024 B2 JP 3331024B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
torque
load torque
life management
management system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP25562693A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07108443A (ja
Inventor
辰宏 内山
政信 嶽本
俊幸 緒方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FANUC Corp
Original Assignee
FANUC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FANUC Corp filed Critical FANUC Corp
Priority to JP25562693A priority Critical patent/JP3331024B2/ja
Priority to US08/312,274 priority patent/US5568028A/en
Publication of JPH07108443A publication Critical patent/JPH07108443A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3331024B2 publication Critical patent/JP3331024B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G05B19/4163—Adaptive control of feed or cutting velocity
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37344—Torque, thrust, twist, machining force measurement
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37391—Null, initial load, no load torque detection or other parameter at no load
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49078—Control of feed only
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50276—Detect wear or defect tool, breakage and change tool

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工具の寿命を管理する工
具寿命管理方式に関し、特にＮＣ工作機械での工具寿命
管理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＮＣ工作機械では、工具の寿命を管理す
ることが広く行われている。その一つとして、工具の使
用時間をあるいは使用回数を管理して工具寿命を管理す
る方法がある。しかし、このような方法では加工負荷の
大きさによる差異が考慮されないので、正確な工具寿命
管理はできない。
【０００３】このために、工具の摩耗を主軸負荷トルク
の変化等で監視する方法が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は主軸負荷トルクの変化の程度を経験的に求めたり、あ
るいは統計的に求めたりする必要がある。このために、
相当の加工実験を行ったり、統計処理を行う必要があっ
た。したがって、相当の労力と熟練等を必要としてい
た。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、簡単に工具寿命管理のできる工具寿命管理方
式を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、工具の寿命を管理する工具寿命管理方式
において、主軸の負荷トルクを測定する負荷トルク測定
手段と、初期加工状態で得られた主軸負荷トルクを基準
負荷トルクとして、前記基準負荷トルクを基に工具摩耗
検出トルクを、工具径を基に工具破損検出トルクを計算
するトルク計算手段と、前記基準負荷トルク、前記工具
摩耗検出トルク及び前記工具破損検出トルクを格納する
メモリと、加工状態での主軸の実負荷トルクと、前記工
具摩耗検出トルク及び前記工具破損検出トルクとを比較
して、比較結果を出力するトルク比較手段と、前記比較
結果にしたがって、工具の制御を行う工具制御手段と、
を有することを特徴とする工具寿命管理方式が、提供さ
れる。
【０００７】
【作用】負荷トルク測定手段は、主軸の負荷トルクを測
定する。トルク計算手段は初期加工状態で、得られた負
荷トルクを基準負荷トルクとする。さらに、トルク計算
手段は基準負荷トルクから工具摩耗検出トルクを、工具
径から工具破損検出トルクを求める。これらの基準負荷
トルク、工具摩耗検出トルク及び工具破損検出トルクは
メモリに格納される。
【０００８】ついで、実際の加工を行い、負荷トルク測
定手段は主軸の実負荷トルクを測定する。比較手段は実
負荷トルクと工具摩耗検出トルク及び工具破損検出トル
クを比較し、比較結果を出力する。工具制御手段は比較
結果にしたがって、工具を制御する。例えば、実負荷ト
ルクが工具摩耗検出トルクを越えた場合は、Ｚ軸減速指
令あるいは工具交換指令を出力する。また、実負荷トル
クが工具破損検出トルクを越えたときは、加工を中止す
る加工中止指令あるいは工具交換指令を出力する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明の工具寿命管理方式を実施するた
めの数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック
図である。図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）
である。プロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０
全体の制御の中心となるプロセッサであり、バス２１を
介して、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを
読み出し、このシステムプログラムに従って、数値制御
装置（ＣＮＣ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３
には一時的な計算データ、表示データ等が格納される。
ＲＡＭ１３にはＳＲＡＭが使用される。ＣＭＯＳ１４に
は加工プログラム及び各種パラメータ等が格納される。
後述する基準負荷トルク、工具摩耗検出トルク及び工具
破損検出トルクもこのＣＭＯＳ１４に格納される。ＣＭ
ＯＳ１４は、図示されていないバッテリでバックアップ
され、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオフされて
も不揮発性メモリとなっているので、それらのデータは
そのまま保持される。
【００１０】インタフェース１５は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー等の外部機器３１が接
続される。紙テープリーダからは加工プログラムが読み
込まれ、また、数値制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集さ
れた加工プログラムを紙テープパンチャーに出力するこ
とができる。
【００１１】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６はＣＮＣ１０に内蔵され、ラダー形式で作
成されたシーケンスプログラムで機械を制御する。すな
わち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及
びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログラムで機
械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から機
械側に出力する。この出力信号は機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエ
ータ等を作動させる。また、機械側のリミットスイッチ
及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処
理をして、プロセッサ１１に渡す。また、後述するよう
に、工具制御手段からの工具交換指令をを受けて、工具
交換制御を行う。
【００１２】グラフィック制御回路１８は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像データ等のディジタル
データを画像信号に変換して出力する。この画像信号は
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置２６に送られて
表示される。インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニ
ット２５内のキーボード２７からのデータを受けて、プ
ロセッサ１１に渡す。
【００１３】インタフェース２０は手動パルス発生器３
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２は、ここでは図示されてい
ない機械操作盤に実装され、手動で機械可動部を精密に
位置決めするのに使用される。
【００１４】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３はボ
ールねじ６４を回転させて、スピンドルモータ７３に接
続された主軸ヘッド７４のＺ軸方向での位置及び送り速
度を制御する。また、サーボモータ６３には、位置検出
用のパルスコーダ６３１が内蔵されており、このパルス
コーダ６３１から位置信号がパルス列として軸制御回路
４３にフィードバックされる。ここでは図示されていな
いが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモータ６１、Ｙ軸の
送りを制御するサーボモータ６２にも、上記サーボモー
タ６３と同様に位置検出用のパルスコーダが内蔵され、
そのパルスコーダから位置信号がパルス列としてフィー
ドバックされる。場合によっては、位置検出器として、
リニアスケールが使用される。また、このパルス列をＦ
／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、速度信号を
生成することができる。
【００１５】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
指令及びスピンドルのオリエンテーション等の指令を受
けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出
力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信
号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回転速
度で回転させる。また、オリエンテーション指令によっ
て、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
【００１６】スピンドルモータ７３には歯車あるいはベ
ルトを介してポジションコーダ８２が結合されている。
したがって、ポジションコーダ８２はスピンドルモータ
７３に同期して回転し、帰還パルスを出力し、その帰還
パルスはインタフェース８１を経由してプロセッサ１１
によって読み取られる。この帰還パルスは他の軸をスピ
ンドルモータ７３に同期させて移動させ、穴開け等の加
工を行うために使用される。また、この帰還パルスをＦ
／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、後述する速
度信号Ｘ１ｓを生成することができる。
【００１７】スピンドル制御回路７１は、ここでは図示
されていないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行
い、その機能の一部にオブザーバ７１０を有している。
オブザーバ７１０は、上記の速度信号Ｘ１ｓ等を受けて
スピンドルモータ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推定
する。その推定外乱負荷トルクＹｓ（以下「外乱負荷ト
ルクＹｓ」という）はＣＰＵ１１に送られ、ＣＰＵ１１
はその外乱負荷トルクＹｓを読み取って所定の処理を行
う。上記オブザーバ７１０及びＣＰＵ１１が行う処理に
ついての詳細は後述する。
【００１８】スピンドルモータ７３の主軸ヘッド７４に
は、ドリル７５が取り付けられている。ドリル７５の回
転制御はスピンドルモータ７３によって行われる。また
ドリル７５のＺ軸方向での位置及び送り速度の制御は、
上記主軸ヘッド７４を介してサーボモータ６３によって
行われる。
【００１９】ドリル７５は、サーボモータ６３によって
Ｚ軸方向に送られてワーク９１に対して穴開け加工を行
う。このワーク９１は、テーブル９２に固定されてお
り、そのテーブル９２は、ここではその機構を図示して
いないが、上述したＸ軸サーボモータ６１及びＹ軸サー
ボモータ６２によってそれぞれＸ方向、Ｙ方向に移動制
御される。
【００２０】次に、上述した外乱負荷トルクＹｓを推定
するオブザーバ７１０について説明する。図３は外乱負
荷トルクを推定するためのオブザーバのブロック図であ
る。このブロック図に示した処理は、上述したように、
スピンドル制御回路７１のオブザーバ７１０において実
行される。
【００２１】オブザーバ７１０が推定する外乱負荷トル
クＹｓは、スピンドルモータ７３の全トルクから加減速
のための加減速トルクを除いたものとなり、切削負荷ト
ルク、機構部の摩擦トルク等の外乱負荷トルクを含むも
のである。ただし、ドリルやワークの材質等が一定であ
れば、切削負荷トルク以外のトルクについては、所定の
計算手法で除外することができる。
【００２２】図において、電流指令値Ｕ１ｓは、上述し
たプロセッサ１１からの移動指令を受けてスピンドルモ
ータ７３に出力されるトルク指令値であり、要素４０１
に入力されてスピンドルモータ７３を駆動する。スピン
ドルモータ７３の出力トルクには演算要素４０２におい
て、外乱負荷トルクＸ２が加算される。演算要素４０２
の出力は要素４０３によって、速度信号Ｘ１ｓとなる。
ここで、Ｊはスピンドルモータ７３のイナーシャであ
る。
【００２３】一方、電流指令値Ｕ１ｓはオブザーバ７１
０に入力される。オブザーバ７１０は電流指令値Ｕ１ｓ
とスピンドルモータ７３の速度Ｘ１ｓから、外乱負荷ト
ルクを推定する。なお、ここではスピンドルモータ７３
の速度制御については省略し、外乱負荷トルクを推定す
るための演算のみを説明する。電流指令値Ｕ１ｓは要素
４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけられ、演算要素４１２へ出
力される。演算要素４１２では、後述する演算要素４１
４からの帰還信号を加え、さらに、演算要素４１３で演
算要素４１５からの帰還信号を加算する。演算要素４１
２及び４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１
３の出力は積分要素４１６に入力され、スピンドルモー
タ７３の推定速度ＸＸ１として出力される。
【００２４】推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｓとの差を演
算要素４１７で求め、その差分を演算要素４１４及び４
１５にそれぞれ帰還する。ここで、比例要素４１４は比
例定数Ｋ１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1で
ある。また、積分要素４１５にも積分定数Ｋ２を有す
る。積分定数の単位はｓｅｃ-2である。
【００２５】積分要素４１５の出力（ＸＸ２／Ｊ）は図
より、以下の式で求められる。
【００２６】
【数１】 （ＸＸ２／Ｊ）＝（Ｘ１ｓ−ＸＸ１）・（Ｋ２／Ｓ） ＝（Ｘ２／Ｊ）・〔Ｋ２／（Ｓ2 ＋Ｋ１・Ｓ＋Ｋ２）〕 ・・・（１） したがって、極が安定するように定数Ｋ１，Ｋ２を選択
すると上記の式は、以下の式となる。
【００２７】
【数２】（ＸＸ２／Ｊ）≒（Ｘ２／Ｊ） ＸＸ２≒Ｘ２ ・・・（２） すなわち、外乱負荷トルクＸ２をＸＸ２で推定できる。
ただし、積分要素４１５の出力は推定外乱負荷トルクＸ
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって電流値に変換されるが、トルク表
示をするために、この電流値を推定外乱負荷トルクＹｓ
で表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪと同じス
ピンドルモータ７３のイナーシャであり、Ｋｔは要素４
０１のトルク定数と同じである。Ａは係数であり、１以
下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正する
ための係数である。このように、オブザーバ７１０を用
いてスピンドルモータ７３の外乱負荷トルクＹｓ（Ｘ
２）が推定できる。
【００２８】ＣＰＵ１１は、この推定外乱負荷トルクＹ
ｓを主軸の負荷トルクとして測定する。なお、ドリル７
５にかかる切削負荷トルクと、スピンドルモータ７３の
負荷トルクは同一ではないが、機構部の摩擦トルク等が
小さい場合は同一とみなすことができる。ただし、切削
負荷が非常に小さい場合は、摩擦トルク等を除く必要が
ある。本実施例では、摩擦トルクは無視して説明する。
【００２９】図１は本発明の原理ブロック図である。負
荷トルク測定手段１は、スピンドルモータ７３の速度信
号Ｘ１ｓとスピンドルモータ７３へのトルク指令値Ｕ１
ｓを基にしてスピンドルモータ７３に働く外乱負荷トル
クＹｓを推定する。この外乱負荷トルクをＹｓから、摩
擦トルク等を引いて、主軸の負荷トルクを測定する。
【００３０】初期切削時、すわなち工具が新品あるいは
研削した直後で加工を行う。そして、得られた主軸の負
荷トルクを基準負荷トルクＴｒとしてメモリ３に格納す
る。また、トルク計算手段２は基準負荷トルクＴｒから
工具摩耗検出トルクＴｗを、工具径から工具破損検出ト
ルクＴｂを計算する。
【００３１】計算された工具摩耗検出トルクＴｗ及び工
具破損検出トルクＴｂはメモリ３に格納される。次に実
際の加工を行う。負荷トルク測定手段１は初期切削時と
同様にスピンドルモータ７３の負荷トルクを測定する。
トルク比較手段４は、工具摩耗検出トルクＴｗ及び工具
摩耗検出トルクＴｒと実負荷トルクＴａを比較し、その
比較結果を出力する。
【００３２】工具制御手段５はこの比較結果にしたがっ
て、Ｚ軸減速指令ＺＤ、工具交換指令ＴＣ、加工中止指
令ＭＥを出力する。その詳細については後述する。ま
た、表示制御手段６はオペレータの操作にしたがって、
基準負荷トルクＴｒ、工具摩耗検出トルクＴｗ、工具破
損検出トルクＴｂを表示装置２６に表示する。さらに、
工具制御手段５は、工具摩耗検出トルクＴｗが基準負荷
トルクＴｒを越えたときは、Ｚ軸減速指令と工具交換指
令のいずれかを出力するかを選択して入力するためのメ
ッセージを出力し、表示制御手段６はこのメッセージを
表示装置２６に表示する。
【００３３】主軸ヘッド７４には、ドリル７５が取り付
けられている。ドリル７５の回転制御はスピンドルモー
タ７３によって行われる。またドリル７５のＺ軸方向で
の位置及び送り速度の制御は、上記主軸ヘッド７４を介
してサーボモータ６３によって行われる。ドリル７５
は、サーボモータ６３によってＺ軸方向に送られてワー
ク９１に対して穴開け加工を行う。
【００３４】次に基準負荷トルクＴｒの求め方について
述べる。図４は基準負荷トルクＴｒを求めるための処理
フローチャートである。この処理は主に図１のトルク計
算手段２で処理される。この処理は初期切削状態、すな
わち新品の工具あるいは研削された工具で行う。図にお
いて、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１〕基準負荷トルクＴｒを格納するレジスタに０を
書き込み、レジスタをリセットする。 〔Ｓ２〕モニタ動作を開始するか確認し、モニタを開始
するならＳ３へ進む。 〔Ｓ３〕モニタ動作を終了するかどうか確認し、終了で
なければＳ４へ進む。 〔Ｓ４〕主軸の実負荷トルクＴａを測定する。これは図
３で説明したオブザーバによって行う。 〔Ｓ５〕実負荷トルクＴａがレジスタ内のＴの値より大
きければＳ６へ、そうでなければＳ３へ戻る。 〔Ｓ６〕実負荷トルクＴａがレジスタ内のＴの値より大
きいので、実負荷トルクＴａの値をレジスタに格納す
る。
【００３５】このようにして、Ｓ４〜Ｓ６のサイクルを
繰り返すことにより、最大の初期負荷トルクＴａが最終
的に得られる。この最大の初期負荷トルクＴａを基準負
荷トルクＴｒとして採用する。先に述べたように、この
基準負荷トルクＴｒはメモリ３に格納される。
【００３６】なお、このような基準負荷トルクＴｒを複
数回求めて、その平均値を最終的な基準負荷トルクＴｒ
としてもよい。次に工具摩耗検出トルクＴｗ及び工具破
損検出トルクＴｂの求め方の詳細について説明する。
【００３７】工具摩耗検出トルクＴｗは基準負荷トルク
Ｔｒに一定の係数αをかけて求める。すなわち以下の式
で求める。
【００３８】
【数３】Ｔｗ＝α・Ｔｒ ・・・（３） 係数αは実験的に求めた一例として、１．３程度が良好
な結果が得られた。
【００３９】工具破損検出トルクＴｂは以下の式から求
める。
【００４０】
【数４】 Ｔｂ＝０．８・β・〔Ｄ／（１＋γＤ）〕3 ・・・（４） ここで，Ｄは工具径であり、β及びγは実験的に求める
が、一例として、β＝４．３、γ＝０．３５で良好な結
果が得られた。なお、 β・〔Ｄ／（１＋γＤ）〕3 は工具破損負荷トルクを意味し、工具の破損を防止する
にはこの工具破損負荷トルクに安全率０．８をかけた値
で工具破損を検出し、工具の破損を事前に防止する。
【００４１】これらの基準負荷トルクＴｒ、工具摩耗検
出トルクＴｗ及び工具破損検出トルクＴｂは先に述べた
ようにトルク計算手段２で計算されて、工具データとし
てメモリ３に格納される。
【００４２】図５は工具番号毎にメモリに格納された工
具データを示す図である。工具データ３ａの工具番号欄
には、工具の番号が格納される。材質欄にはワークの材
質がコード番号によって格納される。ついで、基準負荷
トルクＴｒ、工具摩耗検出トルクＴｗ、工具破損検出ト
ルクＴｂの順番でそれぞれの値が格納される。ここで、
Ｔ（１，１）は工具データのアドレスを示し、例えばア
ドレスＴ（１，１）には工具番号１の工具径、アドレス
Ｔ（２，１）には工具番号１の工具の材質、アドレスＴ
（３，１）には工具番号の基準負荷トルクＴｒ、アドレ
スＴ（４，１）には工具番号１の工具摩耗検出トルクＴ
ｗ、アドレスＴ（５，１）には工具番号１の工具破損検
出トルクＴｂが格納される。
【００４３】図６は工具材質とコード番号の関係を示す
図である。すなわち、ＮＯ１は材質はＳＫ１、ＮＯ２は
材質ＳＫＨを意味する。このコード番号は、工具の材質
を入力するときに使用する。
【００４４】次にこのような工具データを表示する表示
画面について説明する。図７は工具データを表示する表
示画面を示す図である。この表示画面２６ａは実加工中
の表示画面である。すなわち上部２６１の第１行には、
実加工中の工具番号、工具径、工具材質が表示される。
第２行には現在の負荷トルク（実負荷トルク）、第３行
は基準負荷トルクＴｒ、第３行には工具摩耗検出トルク
Ｔｗ、第４行には工具破損検出トルクＴｂが表示され
る。なお、初期加工状態では、第２行の基準負荷トルク
Ｔｒは初期負荷トルクが表示される。
【００４５】欄２６２には図５で説明した工具データが
表示される。例えば、工具番号１の工具径は１．０、工
具材質はＳＫＨ、基準負荷トルクＴｒは０．８、工具摩
耗検出トルクＴｗは１．０、工具破損検出トルクＴｂは
１．４である。
【００４６】なお、基準負荷トルクＴｒ、工具摩耗検出
トルクＴｗ、工具破損検出トルクＴｂはスピンドルモー
タ７３の定格出力トルクを１００％として、これに対す
る％表示で表している。
【００４７】欄２６３は工具材質とコード番号の対応を
示す。例えば、工具番号１の材質を入力するときは、２
を入力すれば工具材質ＳＫＨが入力される。欄２６４は
図示されていない下部のソフトウェアキーの機能を示
す。「計算」の下部のソフトウェアキーを押せば、基準
負荷トルクＴｒから工具摩耗検出トルクＴｗ及び工具破
損検出トルクＴｂが計算される。以下同様に、「登録」
は各工具番号の工具径、材質等を登録するときに使用す
る。「呼出し」は画面、データの呼出しに使用する。処
理を終了したときは「終了」のソフトウェアキーを押
す。
【００４８】次に実加工状態での工具寿命管理について
説明する。図８は工具寿命管理の処理のフローチャート
である。これらの処理は主に、図１のトルク比較手段
４、工具制御手段５によって行われる。図において、Ｓ
に続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１１〕実際の加工開始か確認し、加工開始であれば
Ｓ１２へ進む。 〔Ｓ１２〕実負荷トルクＴａを読み込む。 〔Ｓ１３〕加工終了でなければＳ１４へ進む。 〔Ｓ１４〕実負荷が工具破損検出トルクＴｂより大きい
ときは工具が破損する危険性が高いので、加工を終了す
る。そうでないときはＳ１５へ進む。 〔Ｓ１５〕実負荷トルクＴａが工具摩耗検出トルクＴｗ
より大きいときはＳ１６へ進み、そうでないときはＳ１
２へ戻る。 〔Ｓ１６〕実負荷トルクＴａが工具摩耗検出トルクＴｗ
を越えているので、工具交換促進表示、例えば「至急工
具を交換して下さい」というメッセージを表示画面２６
ａに表示する。
【００４９】オペレータはあらかじめ実負荷トルクＴａ
が工具摩耗検出トルクＴｗを越えたときに、「工具交
換」あるいは「Ｚ軸減速」のいずれかを選択しておく。 〔Ｓ１７〕「工具交換」が選択されているときは、Ｓ１
８へ進み、そうでないときはＳ１９へ進む。 〔Ｓ１８〕工具交換が選択されているので、工具交換指
令を出力する。 〔Ｓ１９〕Ｚ軸減速が選択されているときはＳ２０へ進
み、そうでないときはＳ１２へ戻る。 〔Ｓ２０〕Ｚ軸減速が選択されているので、Ｚ軸減速指
令を出力する。
【００５０】このように、実加工中に実負荷トルクＴａ
と工具破損検出トルクＴｂ及び工具摩耗検出トルクＴｗ
を比較して、加工中止あるいは工具交換指令、Ｚ軸減速
指令を出力するようにしたので、的確に工具寿命管理を
行うことができる。
【００５１】なお、上記のＳ１４では、ただちに加工を
中止するようにしたが、工具交換指令を出力するように
することもできる。また、加工中止と工具交換のいずれ
かをあらかじめ選択しておいて、その選択にしたがって
加工中止指令あるいは工具交換指令を出力するようにす
ることもできる。
【００５２】上記の説明では、主軸の負荷トルクを求め
るのに、オブザーバを使用し、外乱負荷トルクから負荷
トルクを求めたが、これ以外に負荷トルクをスピンドル
モータの負荷電流から求めてよいし、あるいはひずみゲ
ージ等を工具あるいは主軸に設けて測定することもでき
る。
【００５３】また、上記の説明ではドリル加工を例に説
明したが、これ以外のフライスによる加工にも同様に適
用できる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、基準負
荷トルクから工具摩耗検出トルクを、工具径から工具破
損検出トルクを求めて、これらを比較して、工具寿命管
理を行うように構成したので、的確に工具寿命管理を行
うことができる。
【００５５】また、加工中止、工具交換、Ｚ軸減速等を
選択できるように構成したので、弾力的に工具寿命管理
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】本発明の工具寿命管理方式を実施するための数
値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図であ
る。
【図３】外乱負荷トルクを推定するためのオブザーバの
ブロック図である。
【図４】基準負荷トルクを求めるための処理フローチャ
ートである。
【図５】工具番号毎にメモリに格納された工具データを
示す図である。
【図６】工具材質とコード番号の関係を示す図である。
【図７】工具データを表示する表示画面を示す図であ
る。
【図８】工具寿命管理の処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 負荷トルク測定手段 ２ トルク計算手段 ３ メモリ ３ａ 工具データ ４ トルク比較手段 ５ 工具制御手段 ６ 表示制御手段 ２６ 表示装置 １１ プロセッサ １２ ＲＯＭ １３ ＲＡＭ １４ ＣＭＯＳ ６３ サーボモータ ７１ スピンドル制御回路 ７３ スピンドルモータ ７５ ドリル ９１ ワーク ７１０ オブザーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−198547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−205256（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−116056（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工具の寿命を管理する工具寿命管理方式
    において、 主軸の負荷トルクを測定する負荷トルク測定手段と、 初期加工状態で得られた主軸負荷トルクを基準負荷トル
    クとして、前記基準負荷トルクを基に工具摩耗検出トル
    クを、工具径を基に工具破損検出トルクを計算するトル
    ク計算手段と、 前記基準負荷トルク、前記工具摩耗検出トルク及び前記
    工具破損検出トルクを格納するメモリと、 加工状態での主軸の実負荷トルクと、前記工具摩耗検出
    トルク及び前記工具破損検出トルクとを比較して、比較
    結果を出力するトルク比較手段と、 前記比較結果にしたがって、工具の制御を行う工具制御
    手段と、 を有することを特徴とする工具寿命管理方式。
  2. 【請求項２】 前記工具制御手段は、前記実負荷トルク
    が前記工具破損検出トルクを越えたときは加工中止指令
    を出力し、前記実負荷トルクが前記工具摩耗検出トルク
    を越えたときはＺ軸減速指令あるいは工具交換指令を出
    力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の
    工具寿命管理方式。
  3. 【請求項３】 前記工具制御出力は、前記実負荷トルク
    が前記工具摩耗検出トルクを越えたときはあらかじめ設
    定された選択にしたがってＺ軸減速指令あるいは工具交
    換指令を出力するように構成したことを特徴とする請求
    項２記載の工具寿命管理方式。
  4. 【請求項４】 前記工具制御手段は、前記実負荷トルク
    が前記工具破損検出トルクを越えたときに、加工を一時
    停止して、あらかじめ設定された選択にしたがって加工
    中止指令あるいは工具交換指令を出力するように構成し
    たことを特徴とする請求項２記載の工具寿命管理方式。
  5. 【請求項５】 前記トルク計算手段は前記基準負荷トル
    クに一定係数を乗算して、前記工具摩耗検出トルクを求
    めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の工
    具寿命管理方式。
  6. 【請求項６】 前記トルク計算手段は、前記工具径から
    以下の式、 Ｔｂ＝Ｋ・β・［Ｄ／（１＋γＤ）］３ （ただし、Ｔｂは工具破損検出トルク、Ｋは安全係数、
    Ｄは工具径、β及びγは実験的に求めた定数、Ｔｒは基
    準負荷トルク）で前記工具破損検出トルクを求めるよう
    に構成したことを特徴とする請求項１記載の工具寿命管
    理方式。
  7. 【請求項７】 前記負荷トルク測定手段はオブザーバを
    使用して、外乱負荷トルクから摩擦トルクを取り除いて
    負荷トルクを測定するように構成したことを特徴とする
    請求項１記載の工具寿命管理方式。
  8. 【請求項８】 前記メモリに格納された前記基準負荷ト
    ルク、前記工具摩耗検出トルク及び前記工具破損検出ト
    ルクを表示装置に表示する表示制御手段を有することを
    特徴とする請求項１記載の工具寿命管理方式。
JP25562693A 1993-10-13 1993-10-13 工具寿命管理方式 Expired - Lifetime JP3331024B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25562693A JP3331024B2 (ja) 1993-10-13 1993-10-13 工具寿命管理方式
US08/312,274 US5568028A (en) 1993-10-13 1994-09-23 Tool life management system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25562693A JP3331024B2 (ja) 1993-10-13 1993-10-13 工具寿命管理方式

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07108443A JPH07108443A (ja) 1995-04-25
JP3331024B2 true JP3331024B2 (ja) 2002-10-07

Family

ID=17281369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25562693A Expired - Lifetime JP3331024B2 (ja) 1993-10-13 1993-10-13 工具寿命管理方式

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5568028A (ja)
JP (1) JP3331024B2 (ja)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0866893A (ja) * 1994-08-24 1996-03-12 Fanuc Ltd 衝突検出方法
JP3483636B2 (ja) * 1994-12-21 2004-01-06 ファナック株式会社 工具破損・摩耗検出装置
US5857166A (en) * 1996-08-30 1999-01-05 Kim; Nam H. Tool monitoring apparatus
WO1999044108A1 (en) * 1998-02-27 1999-09-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Synchronization controller
JP3800576B2 (ja) * 1998-03-24 2006-07-26 ヤマザキマザック株式会社 加工プログラム作成支援装置
US6490500B1 (en) * 1998-06-01 2002-12-03 Paradyne Visual drag diagnostic apparatus and method
JP3436899B2 (ja) * 1999-09-10 2003-08-18 義昭 垣野 工具異常検出装置及びこれを備えた数値制御装置
US6876991B1 (en) 1999-11-08 2005-04-05 Collaborative Decision Platforms, Llc. System, method and computer program product for a collaborative decision platform
EP1122014B1 (en) * 2000-01-31 2008-05-14 Yoshiaki Kakino Tapping apparatus and method
JP2001350510A (ja) * 2000-06-06 2001-12-21 Mori Seiki Co Ltd 工作機械保守管理システム
JP2002001633A (ja) * 2000-06-19 2002-01-08 Murata Mach Ltd 異常負荷検知機能を備えた加工機
JP2002018680A (ja) * 2000-07-10 2002-01-22 Mitsubishi Electric Corp 工作機械
JP2002036178A (ja) * 2000-07-21 2002-02-05 Fuji Photo Film Co Ltd カッターの寿命予測方法及び寿命予測装置
US6574527B1 (en) * 2000-10-05 2003-06-03 Kennametal Inc. Method of selecting a cutting system
JP3676753B2 (ja) * 2001-05-02 2005-07-27 株式会社モリタ製作所 歯科用診療装置
US6859680B2 (en) * 2002-03-01 2005-02-22 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Numerical controlling unit having tool-breakage detecting function
US7010386B2 (en) * 2002-03-22 2006-03-07 Mcdonnell Ryan P Tool wear monitoring system
JP3671020B2 (ja) * 2002-04-09 2005-07-13 ファナック株式会社 数値制御装置
JP3681733B2 (ja) * 2003-02-21 2005-08-10 ファナック株式会社 数値制御装置
DE102004003203A1 (de) * 2004-01-22 2005-08-11 Robert Bosch Gmbh Elektro-Handwerkzeug mit optimiertem Arbeitsbereich
DE102004028557A1 (de) * 2004-06-15 2006-02-16 Abb Patent Gmbh Verfahren und System zur Zustandsbewertung von wenigstens einem Achsgelenk
DE102004028559A1 (de) * 2004-06-15 2006-01-05 Abb Patent Gmbh Verfahren und System zur Verschleißabschätzung von Achsen eines Roboterarmes
US7331739B2 (en) * 2004-08-12 2008-02-19 Makino Milling Machine Co., Ltd. Method for machining workpiece
DE102007044458B4 (de) * 2007-09-10 2015-05-13 Mag Ias Gmbh Verfahren zur Sitzprüfung oder Unwuchtprüfung eines Werkzeugs
EP2124118B1 (de) * 2008-05-19 2011-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Steuereinrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine von der Werkzeuge antreibbar sind
DE102008002594A1 (de) * 2008-06-24 2009-12-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine mit Kupplungsvorrichtung
CN101887250B (zh) * 2009-05-12 2012-05-30 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 Cnc工具机控制装置
US8294403B2 (en) * 2009-09-04 2012-10-23 Haas Automation, Inc. Methods and systems for determining and displaying a time to overload of machine tools
KR101776956B1 (ko) * 2010-12-09 2017-09-19 두산공작기계 주식회사 공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 공구손상 탐지방법
JP5739501B2 (ja) * 2013-10-11 2015-06-24 ファナック株式会社 工作機械
EP3214513B1 (en) * 2014-10-29 2023-11-22 Makino Milling Machine Co., Ltd. Control method for machining tool and control device for machining tool
JP6267152B2 (ja) * 2015-04-14 2018-01-24 ファナック株式会社 工具マガジンの工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置および加工システム
JP2017030066A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社Ihi 切削工具の異常検出方法及び切削加工装置
JP2017030065A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社Ihi 切削加工装置及び切削加工方法
DE102016100503B9 (de) * 2016-01-13 2017-07-13 Komet Group Gmbh Verfahren zum Überwachen einer Werkzeugmaschine und Steuerung
NZ717208A (en) * 2016-02-19 2018-02-23 Anago Ltd A system for testing blade sharpness
JP6725652B2 (ja) * 2016-05-16 2020-07-22 株式会社日立製作所 診断システム及び電子制御装置
JP6392843B2 (ja) 2016-12-28 2018-09-19 ファナック株式会社 工作機械、生産管理システム及び工具の寿命を予測・検出する方法
US10300571B2 (en) * 2017-06-08 2019-05-28 Poju International Co., Ltd Intellectual automatic tool changer speed moderating system
EP3425460A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-09 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des zustands einer spindel einer werkzeugmaschine
DE102017116869A1 (de) * 2017-07-26 2019-01-31 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Ermitteln von hochbelasteten Positionen bei einer Werkzeugmaschine
JP6649348B2 (ja) * 2017-11-21 2020-02-19 ファナック株式会社 工具寿命判定装置
DE102017128628A1 (de) * 2017-12-01 2019-06-06 Point 8 Gmbh Verfahren zum Erfassen mindestens eines Werkzeugzustands eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken sowie Werkzeugmaschine
DE102018101180B4 (de) * 2018-01-19 2019-10-10 Rovema Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Verpackungsmaschine
US11660677B2 (en) * 2018-05-30 2023-05-30 Amera-Seiki Direct, Llc Tooling assemblies for lathe machines, CNC threading lathes, and methods of milling threads in tubular workpieces
TW202026096A (zh) 2019-01-02 2020-07-16 財團法人工業技術研究院 刀具壽命預測系統及其方法
JP6959279B2 (ja) * 2019-02-28 2021-11-02 ファナック株式会社 工作機械および加工変更方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2075875B (en) * 1980-03-27 1983-09-28 Komatsu Mfg Co Ltd Method and device for detecting tool abnormality in machine tools
US4442493A (en) * 1980-07-04 1984-04-10 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Cutting tool retreat and return for workpiece protection upon abnormality occurrence in a preprogrammed machine tool
US4509126A (en) * 1982-06-09 1985-04-02 Amca International Corporation Adaptive control for machine tools
US4564911A (en) * 1983-04-25 1986-01-14 Eaton Corporation Method of monitoring a cutting tool by recognizing a sensed deviation in a mathematically smoothed function of force
US4713770A (en) * 1985-04-19 1987-12-15 Kinetic Systems Corporation System and method for preventing tool breakage
US4802095A (en) * 1986-12-24 1989-01-31 The Boeing Company Method for indicating end mill wear
US4833617A (en) * 1987-08-14 1989-05-23 General Electric Company Solid modeling based adaptive feedrate control for NC machining
US5018071A (en) * 1987-12-01 1991-05-21 Seiko Seiki Kabushiki Kaisha Method and apparatus for controlling a grinder having a spindle with deflection sensor
DE3903133A1 (de) * 1988-02-04 1989-08-31 Amada Co Werkstueckbearbeitbarkeitsdetektionsverfahren und verfahren zum spanabhebenden bearbeiten eines werkstuecks mit hilfe einer spanabhebenden bearbeitungsmaschine unter anwendung dieses verfahrens
JPH0753338B2 (ja) * 1988-12-12 1995-06-07 日立精工株式会社 プリント基板外形加工方法及び装置
US5251144A (en) * 1991-04-18 1993-10-05 Texas Instruments Incorporated System and method utilizing a real time expert system for tool life prediction and tool wear diagnosis

Also Published As

Publication number Publication date
US5568028A (en) 1996-10-22
JPH07108443A (ja) 1995-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3331024B2 (ja) 工具寿命管理方式
JP3363958B2 (ja) ドリル加工方式
US5780725A (en) Method of estimating service life of cutter
JP3100406B2 (ja) 工作機械の故障予知装置
US5822212A (en) Machining load monitoring system
JP3285663B2 (ja) 工具破損検出装置
WO1992005480A1 (en) Method of displaying load state
KR0158768B1 (ko) 공구 파손 검출 장치
JPH11143514A (ja) 加工誤差チェックができる数値制御装置
JPH0751999A (ja) 工具破損検出方式
JPH0751996A (ja) Ｃｎｃの過剰負荷検出方式
JP3433967B2 (ja) リジッドタップ制御装置
JPH0751997A (ja) 加工負荷監視方式
JPH0854915A (ja) 加工負荷監視方式
JPH0976144A (ja) 工作機械における加工状態監視方法
JP2880211B2 (ja) 工具負荷監視制御方法
JPH0751993A (ja) Ｃｎｃの機械要素寿命推定方式
JPH033757A (ja) 切削負荷管理方式
JP2622415B2 (ja) 数値制御装置の教示データ作成方式及び加工速度制御方式
JPH0938845A (ja) 数値制御装置
JPH0751995A (ja) 加工負荷監視方式
JP2622417B2 (ja) プログラマブル・コントローラの負荷監視制御方式
JPH0751992A (ja) 穴開け加工方式
JPH0885044A (ja) 加工負荷監視方式
KR940010397B1 (ko) 피치 오차 정정 데이타의 리로딩 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20020611

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090719

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100719

Year of fee payment: 8