JP3814894B2 - Tool abnormality detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の工具の折れ等を検出するための工具異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械の主軸または送り軸のモータ負荷を検出する負荷検出手段と、検出された加工付加と評価基準値との比較により工作機械の工具の異常の有無を判定する判定手段とを備える工具異常検出装置があり、例えば特開平7−132440号公報に記載のものがある。
【0003】
特開平7−132440号公報に開示されるものでは、試切削時のモータ負荷のサンプリングデータからモータ負荷の基準データと分散を求め、この分散を用いてサンプリングデータのばらつきに応じたしきい値を設定し、基準データとモータ負荷の実測データとを一定時間毎に比較し、この両データの差がしきい値を超えるか否かを監視して、例えば工具の異常の有無を判定していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、例えばドリルやタップ等の工具径が小さくて、実運転時のモータ負荷と空運転時のモータ負荷との差が微小な場合には、正常に加工が行われているにも関わらず工具異常と判定されることがあった。このような誤判定があると、例えば工作機械を停止させて工具を交換するといった不要な作業を実行してしまい、能率の低下や正常な工具を交換することによる経費の無駄等の問題があった。
【0005】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、工具異常検出装置におけるかかる誤判定を防止することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項1記載の工具異常検出装置は、工作機械の主軸または送り軸のモータ負荷を検出する負荷検出手段と、該検出されたモータ負荷と評価基準値との比較により前記工作機械の工具の異常の有無を判定する判定手段とを備える工具異常検出装置において、前記工作機械が空運転であるか実運転であるかを示す入力を行うための運転状態入力手段と、前記評価基準値を入力するための基準値入力手段と、前記基準値入力手段を介して入力された前記評価基準値が空運転時の前記モータ負荷のばらつき範囲である無負荷時ばらつき範囲と実運転時の前記モータ負荷のばらつき範囲である負荷時ばらつき範囲との間にあるか否かに基づいて、該評価基準値が適切か否かを判断する比較手段と、前記無負荷時ばらつき範囲、前記負荷時ばらつき範囲及び前記評価基準値を相互の大小関係を識別可能に表示し、前記比較手段による前記判断の結果に応じた表示を行う結果表示手段とを設けている。
【0007】
この発明でいう空運転とは、例えば工具を取り外した状態で工作機械を運転したり、ワークテーブルにワークを載せないで工作機械を運転することであり、要すれば工具とワークとが干渉しない状態での運転を言うのである。また、実運転とは、例えば主軸に装着された工具でワークを実際に加工する運転であり、その実運転にはデータ収集のための試加工も含まれる。
【0008】
この工具異常検出装置においては、負荷検出手段は、例えば工作機械の主軸モータの負荷電流値、電圧値または電力値のいずれか、あるいは工具に負荷される力に応じた信号を出力するロードセルの出力等によって、工作機械のモータ負荷を検出する。なお、負荷検出手段は、主軸のモータ負荷または送り軸のモータ負荷のいずれか一方を検出してもよいし、両方を検出してもよい。
【0009】
前述の空運転と実運転との違いから明らかではあるが、モータ負荷は、空運転時では実運転時よりも小さくなる。
したがって、評価基準値を、空運転時のモータ負荷に基づいて算出される無負荷時基準値と実運転時のモータ負荷に基づいて算出される負荷時基準値との間になるように設定すれば、負荷検出手段によって検出されたモータ負荷と評価基準値との比較により工作機械の工具の異常の有無を判定することができる。
より具体的に述べれば、検出されたモータ負荷が評価基準値よりも小さければ空運転ということができ、例えば工具の折れ等により工具がワークに当たっていない状態であり、検出されたモータ負荷が評価基準値よりも大きければ実運転ということができ、工具が正常にワークに当たっていて工具に異常はないといえる。
【0010】
但し、モータ負荷には、ある範囲でばらつきがあるので、本発明では上述の無負荷時基準値として空運転時のモータ負荷のばらつき範囲である無負荷時ばらつき範囲を採用し、負荷時基準値として実運転時のモータ負荷のばらつき範囲である負荷時ばらつき範囲を採用している。
この発明では、運転状態入力手段により工作機械が空運転であるか実運転であるかを示す入力がなされる。運転状態入力手段は、例えば押したり倒したりの操作でポジションが切り換えられるスイッチのようなものでよい。
基準値入力手段としては、テンキーパネルやダイヤルが例示される。
【0011】
比較手段は、基準値入力手段を介して入力された評価基準値が無負荷時ばらつき範囲と 負荷時ばらつき範囲との間にあるか否かに基づいて、その評価基準値が適切か否かを判断する。比較手段は、複数の入力電圧の大小を比較してそれに応じた信号を出力する回路でもよいし、CPUにこの機能を果たさせることもできる。
結果表示手段は、無負荷時ばらつき範囲、負荷時ばらつき範囲及び評価基準値を相互の大小関係を識別可能に表示し、また比較手段による判断の結果に応じた表示、例えば基準値入力手段を介して入力された評価基準値が適切であるか否かの表示を行う。
結果表示手段としては、無負荷時ばらつき範囲、負荷時ばらつき範囲及び評価基準値を相互の大小関係を識別可能に表示でき、例えば「評価基準値が大きすぎます」のように評価基準値が適切であるか否かの表示を行うことが可能な、ディスプレイ装置を用いればよい。
【0012】
例えばオペレータは、この表示手段による表示を見ながら基準値入力手段を操作して評価基準値を入力することができるから、例えば2〜3回の試行により、適切な評価基準値を入力することができる。
【0013】
判定手段は、このようにして最終的に決められた評価基準値を用いて、これと検出されたモータ負荷との比較により工作機械の工具の異常の有無を判定するが、評価基準値が無負荷時ばらつき範囲と負荷時ばらつき範囲とを参照して設定されているために、実運転時のモータ負荷と空運転時のモータ負荷との差が微小な場合であっても、誤判定するおそれはなく常に正確な判定を実行できる。
よって、工具異常の誤判定によって、例えば工作機械を停止させて工具を交換するといった不要な作業を実行してしまい、能率の低下や正常な工具を交換することによる経費の無駄等を生じることもない。
【0014】
なお判定手段は、複数の入力電圧の大小を比較してそれに応じた信号を出力する回路によってもよいし、CPUにこの機能を果たさせることもできる。この点は比較手段と同様である。
【0015】
【0016】
【0017】
請求項2記載の工具異常検出装置は、請求項1記載の工具異常検出装置において、前記負荷時ばらつき範囲は、所定回数の試加工における前記モータ負荷に基づいて算出されることを特徴とする。
【0018】
負荷時ばらつき範囲は、所定回数の試加工におけるモータ負荷に基づいて算出されるので、製品となるワークの加工に先立って試加工をすれば、評価基準値を一層正確にできる。なお、試加工の回数は、例えば実験等によって適宜設定されればよい。
【0019】
請求項3記載の工具異常検出装置は、請求項1または2記載の工具異常検出装置において、前記無負荷時ばらつき範囲および負荷時ばらつき範囲は、それぞれ所定期間または所定回数のサンプリング値の平均と分散の組合せで記述されることを特徴とする。
【0020】
無負荷時ばらつき範囲および負荷時ばらつき範囲を、平均と分散の組合せ、例えば平均と分散との和および差を用いて記述することで、誤判定の可能性を一層少なくしてより精密な判定を実行できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例により発明の実施の形態を詳しく説明する。
【0022】
【実施例】
まず図1および図2を参照して、本実施例の工作機械10のメカニカルな構成について説明する。図1に示すように、この工作機械10は、切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュガード12の内側にワーク(図示しない)を載置するためのテーブル14、例えばドリルやタップ等の工具交換のためのATCマガジン16、工作機械本体(以下単に本体ともいう)20等が配置されている。またスプラッシュガード12には、操作パネル22、ワークの入出やメンテナンスのためのワーク交換口24、主にメンテナンス用の点検ハッチ26等が設けられている。なお、操作パネル22には、運転状態入力手段としての状態スイッチ23、結果表示手段としての液晶ディスプレイ25、基準値入力手段としてのテンキーパネル27が設けられている。
【0023】
図2に示すように、本体20は、ドリルやタップ等の工具を保持するための主軸28、主軸28を回転駆動するための主軸モータ30、多数の鋼球を内蔵して主軸側に固着されているナット部32とナット部32に内挿されるボールネジ34とからなるボールネジ機構36、ボールネジ34を回転駆動するためのZ軸モータ38、ボールネジ34と平行に配されているガイドレール40、ガイドレール40と主軸側とを連結するスライド42等を備えている。なお、Z軸モータ38は、送り軸の駆動モータに相当する。
【0024】
この本体20においては、ボールネジ機構36とZ軸モータ38とでZ軸方向の送りのためのZ軸送り機構が構成され、Z軸モータ38によりボールネジ34を回転させることで主軸28のZ軸方向の移動が行われる。また図1に示されるテーブル14をX軸およびY軸方向に移動させることができ、主軸28のZ軸方向の移動と併せて、ワークと工具のX、Y、Z軸方向の相対位置を変化させることができる。
【0025】
この工作機械10は、主軸28の回転数やZ軸方向の位置を制御するために図3に示される構成の制御系を備えている。図3に示すように、この制御系は、主軸28の回転を制御するための主軸制御系50、主軸28のZ軸位置を制御するためのZ軸制御系60、この制御系の中枢となるマイコン部70、操作パネル22およびテーブル14のX軸位置を制御するためのX軸制御系(図示略)やテーブル14のY軸位置を制御するためのY軸制御系(図示略)等から構成されている。
【0026】
主軸制御系50は、主軸モータ30、主軸モータ30に電力を供給するための主軸サーボアンプ52および主軸サーボアンプ52の供給電力を制御するための軸制御回路54からなり、軸制御回路54はマイコン部70のCPU72からの指示に従って主軸サーボアンプ52の動作を制御する構成である。Z軸制御系60は、Z軸モータ38、Z軸モータ38に電力を供給するためのZ軸サーボアンプ62およびZ軸サーボアンプ62の供給電力を制御するための軸制御回路64からなり、軸制御回路64はマイコン部70のCPU72からの指示に従ってZ軸サーボアンプ62の動作を制御する構成である。また、図示を省略したX軸制御系およびY軸制御系も、これら主軸制御系50並びにZ軸制御系60とほぼ同様の構成である。
【0027】
マイコン部70は、制御プログラム等を格納しているROMや入出力ポート等を内蔵するワンチップ型のCPU72およびCPU72のワークエリアとなるRAM74等からなり、周知のマイクロコンピュータとして構成されている。このマイコン部70(厳密にはCPU72)は、制御プログラムに従って主軸制御系50、Z軸制御系60等を制御して、ワークに所定の加工を施させるのである。また、マイコン部70は操作パネル22に接続されており、マイコン部70は、操作パネル22の状態スイッチ23が押操作されたときに出力する運転状態信号やテンキーパネル27からの数値入力信号など各種の信号を取得したり、操作パネル22に信号を送って操作パネル22の液晶ディスプレイ25の画像や文字の表示を制御することやLEDランプの点滅等を制御することができる。
【0028】
さらにCPU72は、主軸サーボアンプ52によって主軸モータ30に供給される電流(モータ電流)に対応する電流値データを、軸制御回路54を介して取得することができる。つまり、CPU72はモータ電流をリアルタイムで知ることができる。
【0029】
またCPU72は、一定の周期例えば1/1000秒毎にカウント値をインクリメントするカウンタを内蔵していて、そのカウンタを使用することにより、例えばある加工の開始から終了までの所要時間のような、経過時間を計測することもできる。
【0030】
なお、CPU72は、負荷検出手段、判定手段および比較手段として機能するが、その詳細については後述する。次に、マイコン部70のCPU72の処理に沿って、この工作機械10における工具異常検出の手順について説明する。
【0031】
図4に示すように、工作機械10が起動されると、CPU72はメイン処理を開始し、例えばオペレータがテンキーパネル27を操作してしきい値Lとして入力した値を読み込んで、これをしきい値Lとして例えばRAM74に記憶する(ステップ101、以下ステップをSと略記する)。
【0032】
次に、CPU72は、状態スイッチ23からの運転状態信号が入力されているか否かに基づいて、試データ判断のための処理の要否を判断する(S102)。ここで肯定判断であれば、CPU72はS103の処理に進む。S103では、CPU72は、例えばATCマガジン16からの情報に基づいて、主軸28に工具が装着されていないことを確認してから、試無負荷加工(ワークに切削などの加工を施さない)を行い、そのときの主軸モータ30のモータ電流の所定の測定区間(図7(b)参照)について軸制御回路54から例えば2/1000秒毎に送られてくる電流値データを取得してその電流値(サンプリング値)を記憶し、そのサンプリング値の平均を平均値Inoとして算出して例えばRAM74に記憶する動作を複数回(本実施例では5回)繰り返し、それら複数回の平均値Inoの平均値としてモータ電流の平均値X0 を算出し、さらに平均値X0 の標準偏差σ0 を求めて、平均値X0 および標準偏差σ0 をRAM74の所定のエリアに記憶する。
【0033】
次に、CPU72は、例えばATCマガジン16に指示して、主軸28に工具例えばドリルを装着させてから、試切削加工(ワークに切削などの加工を施す)を行い、そのときの主軸モータ30のモータ電流の所定の測定区間(図7(a)参照)について軸制御回路54から例えば2/1000秒毎に送られてくる電流値データを取得してその電流値(サンプリング値)を記憶し、そのサンプリング値の平均を平均値Inとして算出して例えばRAM74に記憶する動作を複数回(本実施例では5回)繰り返し、それら複数回の平均値Inの平均値としてモータ電流の平均値Xを算出し、さらに平均値Xの標準偏差σを求めて、平均値Xおよび標準偏差σをRAM74の所定のエリアに記憶する。図7に示されるように、切削加工(試切削加工および実切削加工)におけるモータ電流の平均値Inは、試無負荷加工時のモータ電流の平均値In0 よりも大きいから、この平均値Xは上述の平均値X0 よりも大きくなる。
【0034】
次に、CPU72は、図5に詳細を示す比較判定処理を実行する(S105)。図5に示すように、比較判定処理を開始すると、CPU72は、RAM74からしきい値L、試無負荷加工時のモータ電流の平均値X0 並びに標準偏差σ0 および試切削加工時のモータ電流の平均値X並びに標準偏差σを読み込む(S201)。
【0035】
次に、CPU72は、試無負荷加工時のモータ電流のばらつき(本実施例ではX0 ±3σ0 、以下無負荷時ばらつきという)、試切削加工時のモータ電流のばらつき(本実施例ではX±3σ、以下負荷時ばらつきという)およびしきい値Lの大小関係を比較し、その結果を表示するための処理を行う。
【0036】
具体的には、CPU72は、まず無負荷時ばらつきの上限(X0 +3σ0 )が負荷時ばらつきの下限(X−3σ)未満であるか否かを判断する(S202)。もし無負荷時ばらつきの上限(X0 +3σ0 )が負荷時ばらつきの下限(X−3σ)以上であると、例えば図6(a)に示されるように無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきとがオーバラップしていることになり、無負荷加工か負荷加工かの判別が正確にはできないので、工具の折損の有無を正確に判定できないことになる。そのため、S202で否定判断なら、CPU72は操作パネル22に指示して、液晶ディスプレイ25に、図6(a)に示されるような、無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきとがオーバラップしていることを示す画像と誤検出の可能性がある旨のメッセージを表示させる(S203)。
【0037】
また、S202で肯定判断なら、CPU72はS204に進んで、無負荷時ばらつきの上限(X0 +3σ0 )がしきい値L未満であるか否かを判断する。もし無負荷時ばらつきの上限(X0 +3σ0 )がしきい値L以上であると、例えば図6(b)に示されるように、しきい値Lが無負荷時ばらつきの範囲に入っていることになる。そのため、S204で否定判断なら、CPU72は操作パネル22に指示して、液晶ディスプレイ25に、図6(b)に示されるような、しきい値Lが無負荷時ばらつきの範囲内にあることを示す画像としきい値Lの設定が小さすぎる旨のメッセージを表示させる(S205)。
【0038】
一方、S204で肯定判断なら、CPU72はS206に進んで、負荷時ばらつきの下限(X−3σ)がしきい値Lを超えているか否かを判断する。もし負荷時ばらつきの下限(X−3σ)がしきい値L以下であると、例えば図6(c)に示されるように、しきい値Lが負荷時ばらつきの範囲に入っていることになる。そのため、S206で否定判断なら、CPU72は操作パネル22に指示して、液晶ディスプレイ25に、図6(c)に示されるような、しきい値Lが負荷時ばらつきの範囲内にあることを示す画像としきい値Lの設定が大きすぎる旨のメッセージを表示させる(S207)。
【0039】
そして、S206で肯定判断なら、しきい値Lは無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきの間にあるわけだから、CPU72は操作パネル22に指示して、液晶ディスプレイ25に、図6(d)に示されるような、しきい値Lが無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきの間にあることを示す画像としきい値Lの設定が適切である旨のメッセージを表示させる(S208)。
【0040】
図4に示すように、比較判定処理を終了してメイン処理に戻ると、CPU72は、比較判定処理の結果に基づいてしきい値Lの再設定の要否を判断する(S106)。詳しくは、比較判定処理をS205で終了した場合(しきい値Lが小さすぎたとき)またはS207で終了した場合(しきい値Lが大きすぎたとき)には、しきい値Lの再設定が必要と判断して(S106:YES)、S107に進み、比較判定処理をS208で終了したときには、しきい値Lの再設定は不要と判断して(S106:NO)、S108に進む。なお、比較判定処理をS203で終了した場合(無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきとがオーバラップしているとき)には、しきい値Lの設定を変えても対処できないので、CPU72は、例えばエラー処理として、オペレータが何らかの指示を入力するのを待ちその指示に従った処理を行う。
【0041】
S107においては、CPU72は、例えばオペレータが操作パネル22のテンキーパネル27を操作して新たなしきい値Lを入力するのを待ち、入力されたならこれをしきい値LとしてRAM74に記憶してから、前述したS105(すなわち比較判定処理)を実行する。したがって、S105〜S107を繰り返すことにより、適切なしきい値Lを設定することができる。なお、S107におけるしきい値Lの設定は、外部入力によらずに、CPU72が無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきとの間になる適宜の値を選定して、これを新たなしきい値Lとして自動設定する構成としてもよい。
【0042】
S108では、CPU72は、試データ判断終了に伴う処理を実行する。このS108の処理を実行した後または試データ判断のための処理は不要と判断した場合(S102:NO)、CPU72はS109の処理に進み、予め設定されている加工プログラムに従ってワークを加工する、実切削加工のための処理を実行する。
【0043】
そして、この実切削加工中において測定区間の主軸モータ30のモータ電流をサンプリングし、その平均値Iを求める(S110、図7(a)参照)。続いて、CPU72は、このモータ電流の平均値Iとしきい値Lとを比較して、平均値Iがしきい値Lを下回っていなければ(S111:NO)、工具には例えば切削加工に応じた負荷がある、つまり工具は折損していないと判定できるから、S109に回帰して次の実切削加工を実行する。
【0044】
もし平均値Iがしきい値Lを下回っていれば(S111:YES)、工具には例えば切削加工に応じた負荷がない、つまり工具は折損していると判定できるから、S112に進んで異常信号を出力する。この異常信号があると、操作パネル22では、例えば液晶ディスプレイ25に異常ありの表示をする、ブザを鳴らす、警報灯を点灯する等により警報が発せられる。このような警報によって、例えばオペレータは、工具の折損等の異常があったことを知ることができ、工作機械10を停止させて工具を交換する等の適宜の処理を行うことができる。
【0045】
以上説明したように、本実施例の工作機械10においては、そのしきい値Lを設定するための作業に際しては、しきい値Lと無負荷時ばらつきおよび負荷時ばらつきとの大小関係が液晶ディスプレイ25に表示されるから、例えばオペレータは、液晶ディスプレイ25の表示を見ながら最適の値を入力してこれをしきい値Lとして設定できる。
【0046】
このようにして設定されたしきい値Lと実切削加工中のモータ電流の平均値Iとの比較によって工具の折損の有無を判断するから、実切削加工時のモータ負荷と試無負荷加工時のモータ負荷との差が微小な場合であっても、誤判定するおそれはなく常に正確な判定を実行できる。よって、工具異常の誤判定によって、例えば工作機械を停止させて工具を交換するといった不要な作業を実行するおそれはなく、それによる能率の低下や正常な工具を交換することによる経費の無駄等を生じることもない。
【0047】
以上、実施例に従って、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまに実施できることは言うまでもない。例えば実施例では、無負荷時ばらつき(X0 ±3σ0 )と負荷時ばらつき(X±3σ)とを用いてしきい値Lの設定を行っているが、たとえば無負荷時および負荷時の平均値±標準偏差(X0 ±σ0 、X±σ)を用いてもよいし、無負荷時および負荷時の平均値(X0 、X)のみあるいは無負荷時および負荷時の標準偏差(σ0 、σ)のみでもよい。
【0048】
また実施例では無負荷基準値および負荷基準値として主軸モータの所定の測定区間のモータ電流の平均値を用いたが、例えば同様の測定区間のモータ電流の最大値または積分値を用いることもできる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の工具異常検出装置は、実運転時のモータ負荷と空運転時のモータ負荷との差が微小な場合であっても、工具の異常の有無を誤判定するおそれはなく常に正確な判定を実行できる。よって、工具異常の誤判定によって、例えば工作機械を停止させて工具を交換するといった不要な作業を実行してしまうおそれはなく、そのような作業による能率の低下や正常な工具を交換することによる経費の無駄等を生じることもない。
【0050】
【0051】
請求項2記載の工具異常検出装置では、負荷時基準値は、所定回数の試加工におけるモータ負荷に基づいて算出されるので、製品となるワークの加工に先立って試加工をすれば、評価基準値を一層正確にできる。
【0052】
請求項3記載の工具異常検出装置では、無負荷時基準値および負荷時基準値は、それぞれ所定期間または所定回数のサンプリング値の平均もしくは分散または平均と分散の組合せで記述されるので、誤判定の可能性を一層少なくしてより精密な判定を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の工作機械の全体的な構成の説明図である。
【図2】 実施例の工作機械の主軸付近の構成の説明図である。
【図3】 実施例の工作機械の制御系の構成を説明するブロック図である。
【図4】 実施例の工作機械のCPUが実行するメイン処理のフローチャートである。
【図5】 実施例の工作機械のCPUが実行する比較判定処理のフローチャートである。
【図6】 実施例の工作機械における無負荷時ばらつきおよび負荷時ばらつきとしきい値の大小関係の表示例の説明図であり、図6(a)は無負荷時ばらつきと負荷時ばらつきとがオーバラップしている場合の説明図、図6(b)はしきい値が無負荷時ばらつきの上限値よりも小さい場合の説明図、図6(c)はしきい値が負荷時ばらつきの下限値よりも大きいい場合の説明図、図6(d)はしきい値が負荷時ばらつきと負荷時ばらつきの間にある場合の説明図である。
【図7】 実施例の工作機械におけるモータ電流の測定結果のグラフであり、図7(a)は実切削加工時のモータ電流の測定結果の一例のグラフ、図7(b)は無負荷加工時のモータ電流の測定結果の一例のグラフである。
【符号の説明】
10…工作機械12…スプラッシュガード14…テーブル16…ATCマガジン20…本体22…操作パネル23…状態スイッチ(運転状態入力手段)24…ワーク交換口25…液晶ディスプレイ(結果表示手段)26…点検ハッチ27…テンキーパネル(基準値入力手段)28…主軸30…主軸モータ32…ナット部34…ボールネジ36…ボールネジ機構38…Z軸モータ40…ガイドレール42…スライド50…主軸制御系52…主軸サーボアンプ54…軸制御回路60…Z軸制御系62…Z軸サーボアンプ64…軸制御回路70…マイコン部72…CPU(負荷検出手段、判定手段、比較手段、評価基準値設定手段)74…RAM[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tool abnormality detection device for detecting tool breakage or the like of a machine tool.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tool provided with load detecting means for detecting a motor load of a main spindle or a feed axis of a machine tool, and determination means for determining whether there is an abnormality in the tool of the machine tool by comparing the detected machining addition with an evaluation reference value There is an anomaly detection device, for example, one described in JP-A-7-132440.
[0003]
In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-132440, motor load reference data and variance are obtained from motor load sampling data at the time of trial cutting, and a threshold corresponding to variation in sampling data is obtained using this variance. Set, compare the reference data with the measured data of the motor load at regular intervals, and monitor whether the difference between the two data exceeds the threshold, for example, to determine whether there is a tool abnormality .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique, for example, when a tool diameter such as a drill or a tap is small and the difference between the motor load during actual operation and the motor load during idle operation is small, the processing is normally performed. Nevertheless, it was sometimes determined that the tool was abnormal. If such a misjudgment occurs, unnecessary work such as stopping the machine tool and replacing the tool is executed, which causes problems such as a reduction in efficiency and waste of expenses due to replacement of a normal tool. It was.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to prevent such erroneous determination in a tool abnormality detection device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problem, a tool abnormality detection device according to claim 1 is a load detection means for detecting a motor load of a main spindle or a feed shaft of a machine tool, the detected motor load and an evaluation reference value. In the tool abnormality detection device comprising a determination means for determining the presence or absence of abnormality of the tool of the machine tool by comparison of the operation state input for performing an input indicating whether the machine tool is in the idle operation or the actual operation Means,A reference value input means for inputting the evaluation reference value, and a no-load variation range in which the evaluation reference value input via the reference value input means is a variation range of the motor load during idle operation. Whether or not the evaluation reference value is appropriate is determined based on whether or not the motor load variation range during operation is within the load variation range.A comparison means;The no-load variation range, the load variation range, and the evaluation reference value are displayed so as to be able to distinguish each other's magnitude relationship, and displayed according to the result of the determination by the comparison unitAnd a result display means.
[0007]
The idle operation in the present invention means, for example, that the machine tool is operated with the tool removed, or the machine tool is operated without placing the workpiece on the work table. If necessary, the tool and the workpiece do not interfere with each other. It says driving in a state. The actual operation is an operation for actually machining a workpiece with a tool mounted on the spindle, for example, and the actual operation includes trial machining for data collection.
[0008]
In this tool abnormality detection device, the load detection means outputs, for example, a load current value, a voltage value or a power value of a spindle motor of a machine tool, or an output of a load cell that outputs a signal corresponding to a force applied to the tool. The motor load of the machine tool is detected by, for example. The load detection means may detect either the main shaft motor load or the feed shaft motor load, or may detect both.
[0009]
As is apparent from the difference between the above-described idle operation and actual operation, the motor load is smaller during idle operation than during actual operation.
Therefore, the evaluation reference value is set to be between the no-load reference value calculated based on the motor load during idle operation and the load reference value calculated based on the motor load during actual operation. For example, it is possible to determine whether there is an abnormality in the tool of the machine tool by comparing the motor load detected by the load detecting means with the evaluation reference value.
More specifically, if the detected motor load is smaller than the evaluation reference value, it can be said that the operation is idle. For example, the tool is not hitting the work due to tool breakage or the like, and the detected motor load is the evaluation reference. If the value is larger than the value, it can be said that the actual operation is performed, and it can be said that the tool normally hits the work and there is no abnormality in the tool.
[0010]
However, since the motor load varies within a certain range, the present invention adopts the no-load variation range, which is the variation range of the motor load during idle operation, as the above-mentioned no-load reference value. As shown, a load variation range that is a motor load variation range during actual operation is employed.
In the present invention, an input indicating whether the machine tool is idling or actual operation is made by the operation state input means. The operating state input means may be, for example, a switch whose position can be switched by pushing or tilting.
Examples of the reference value input means include a numeric keypad panel and a dial.
[0011]
Comparison meansThe evaluation reference value input via the reference value input means is the no-load variation range. Whether or not the evaluation reference value is appropriate is determined based on whether or not it is within the load variation range. The comparison means may be a circuit that compares the magnitudes of a plurality of input voltages and outputs a signal corresponding to the comparison, or allows the CPU to perform this function.
Result display meansThe no-load variation range, the load variation range, and the evaluation reference value are displayed so that the mutual magnitude relationship can be identified, and the display according to the result of the determination by the comparison means, for example, the evaluation input via the reference value input means Displays whether the reference value is appropriate.
As a result display means, the no-load variation range, the load variation range, and the evaluation reference value can be displayed so that the magnitude relationship between each other can be identified. For example, the evaluation reference value is appropriate, for example, "Evaluation reference value is too large" What is necessary is just to use the display apparatus which can display whether it is.
[0012]
For example, the operator can input the evaluation reference value by operating the reference value input means while observing the display by the display means. For example, the operator can input an appropriate evaluation reference value by two to three trials.it can.
[0013]
Judgment means was finally decided in this wayUsing the evaluation standard valueThis and the detected motor loadWithJudges the presence or absence of tool tool abnormalities by comparisonHowever, because the evaluation standard value is set with reference to the no-load variation range and the load variation range,Even when the difference between the motor load during actual operation and the motor load during idle operation is small, there is no risk of erroneous determination, and accurate determination can always be performed.
Therefore, an erroneous determination of tool abnormality may cause unnecessary work such as stopping the machine tool and replacing the tool, resulting in a decrease in efficiency and waste of expenses due to replacement of a normal tool. Absent.
[0014]
Note that the determination means may be a circuit that compares the magnitudes of a plurality of input voltages and outputs a signal corresponding thereto, or can cause the CPU to perform this function. This is the same as the comparison meansIt is.
[0015]
[0016]
[0017]
Claim 2The tool abnormality detection device described isClaim 1In the tool abnormality detection device described above,Load variation rangeIs calculated based on the motor load in a predetermined number of trial machining.
[0018]
Load variation rangeIs calculated on the basis of the motor load in a predetermined number of trial machining, so that the evaluation reference value can be made more accurate if trial machining is performed prior to machining of a workpiece as a product. Note that the number of trial processings may be set as appropriate by, for example, experiments.
[0019]
Claim 3The tool abnormality detection device described isClaim 1 or 2In the tool abnormality detection device described above,No-load variation rangeandLoad variation rangeIs a sampling value of a predetermined period or a predetermined number of times.Combination of mean and varianceIt is described by.
[0020]
By describing the no-load variation range and the load variation range using a combination of average and variance, for example, the sum and difference of the average and variance, the possibility of misjudgment is further reduced and more precise judgment is made. Can be executed.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail by way of examples of the present invention.
[0022]
【Example】
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the mechanical structure of the
[0023]
As shown in FIG. 2, the
[0024]
In the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The microcomputer section 70 includes a ROM that stores a control program and the like, a one-chip CPU 72 that incorporates an input / output port and the like, and a
[0028]
Further, the CPU 72 can acquire current value data corresponding to the current (motor current) supplied to the
[0029]
Further, the CPU 72 has a built-in counter that increments the count value at a constant cycle, for example, every 1/1000 second. By using the counter, the elapsed time such as a required time from the start to the end of a certain process is obtained. Time can also be measured.
[0030]
The CPU 72 functions as a load detection unit, a determination unit, and a comparison unit, details of which will be described later. Next, a tool abnormality detection procedure in the
[0031]
As shown in FIG. 4, when the
[0032]
Next, the CPU 72 determines whether or not the process for determining the trial data is necessary based on whether or not the operation state signal is input from the state switch 23 (S102). If the determination is affirmative, the CPU 72 proceeds to the process of S103. In S103, the CPU 72 confirms that no tool is mounted on the
[0033]
Next, the CPU 72 instructs the
[0034]
Next, the CPU 72 executes a comparison determination process shown in detail in FIG. 5 (S105). As shown in FIG. 5, when the comparison determination process is started, the CPU 72 causes the
[0035]
Next, the CPU 72 varies the motor current during trial no-load machining (X0 ± 3σ0 in this embodiment, hereinafter referred to as “no-load variation”), and the motor current during trial cutting (X ± 3σ in this embodiment). (Hereinafter referred to as variation at the time of load) and the threshold value L are compared, and processing for displaying the result is performed.
[0036]
Specifically, the CPU 72 first determines whether the upper limit (X0 + 3σ0) of the no-load variation is less than the lower limit (X-3σ) of the load variation (S202). If the upper limit (X0 + 3σ0) of the no-load variation is greater than or equal to the lower limit (X-3σ) of the load variation, for example, as shown in FIG. 6A, the no-load variation and the load variation overlap. In other words, it is impossible to accurately determine whether there is no tool breakage or no load machining, so it is impossible to accurately determine whether the tool is broken. Therefore, if a negative determination is made in S202, the CPU 72 instructs the
[0037]
If the determination is affirmative in S202, the CPU 72 proceeds to S204, and determines whether the upper limit (X0 + 3σ0) of the no-load variation is less than the threshold value L. If the upper limit (X0 + 3σ0) of the no-load variation is greater than or equal to the threshold value L, for example, as shown in FIG. 6B, the threshold value L is within the no-load variation range. Become. Therefore, if a negative determination is made in S204, the CPU 72 instructs the
[0038]
On the other hand, if an affirmative determination is made in S204, the CPU 72 proceeds to S206 and determines whether or not the lower limit (X-3σ) of the load variation exceeds the threshold value L. If the lower limit (X-3σ) of the load variation is less than or equal to the threshold value L, for example, the threshold value L is within the load variation range as shown in FIG. . Therefore, if a negative determination is made in S206, the CPU 72 instructs the
[0039]
If the determination in S206 is affirmative, the threshold value L is between the no-load variation and the load variation, so the CPU 72 instructs the
[0040]
As shown in FIG. 4, when the comparison determination process ends and the process returns to the main process, the CPU 72 determines the threshold L based on the result of the comparison determination process.Necessity of resettingIs determined (S106). Specifically, when the comparison determination process ends in S205 (when the threshold value L is too small) or ends in S207 (when the threshold value L is too large), the threshold value L is reset. Is determined to be necessary (S106: YES), the process proceeds to S107, and when the comparison determination process ends in S208, it is determined that the resetting of the threshold value L is unnecessary (S106: NO), and the process proceeds to S108. Note that when the comparison determination process is ended in S203 (when the no-load variation and the load variation overlap), the CPU 72 cannot, for example, deal with the change in the threshold L setting. As error processing, the operator waits for an instruction to be input and performs processing according to the instruction.
[0041]
In S107, for example, the CPU 72 waits for the operator to operate the
[0042]
In S108, the CPU 72 executes a process associated with the end of the trial data determination. After executing the process of S108 or when determining that the process for determining the trial data is unnecessary (S102: NO), the CPU 72 proceeds to the process of S109 and processes the workpiece according to a preset machining program. Perform processing for cutting.
[0043]
Then, during this actual cutting, the motor current of the
[0044]
If the average value I is below the threshold value L (S111: YES), it can be determined that the tool has no load corresponding to, for example, cutting, that is, the tool is broken. Output a signal. When this abnormality signal is present, the
[0045]
As described above, in the
[0046]
Since the presence or absence of tool breakage is determined by comparing the threshold value L set in this way with the average value I of the motor current during actual cutting, the motor load during actual cutting and trial load machining Even when the difference from the motor load is small, there is no risk of erroneous determination, and accurate determination can always be performed. Therefore, there is no risk of performing unnecessary work such as stopping the machine tool and replacing the tool, for example, due to erroneous determination of tool abnormality, resulting in reduced efficiency and waste of expenses due to replacing a normal tool. It does not occur.
[0047]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described according to the Example, this invention is not limited to such an Example, and it cannot be overemphasized that it can implement variously in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the embodiment, the threshold value L is set using the non-load variation (X0 ± 3σ0) and the load variation (X ± 3σ). The standard deviation (X0 ± σ0, X ± σ) may be used, or only the average value (X0, X) at no load and load, or only the standard deviation (σ0, σ) at no load and load Good.
[0048]
In the embodiment, the average value of the motor current in a predetermined measurement section of the spindle motor is used as the no-load reference value and the load reference value. For example, the maximum value or the integral value of the motor current in the same measurement section can be used. .
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the tool abnormality detection device according to claim 1 erroneously determines whether there is a tool abnormality even when the difference between the motor load during actual operation and the motor load during idle operation is small. There is no risk of doing so, and accurate judgment can always be executed. Therefore, there is no risk of performing unnecessary work such as stopping the machine tool and replacing the tool due to erroneous determination of tool abnormality, for example, by reducing efficiency and replacing normal tools due to such work. There is no waste of expenses.
[0050]
[0051]
Claim 2In the described tool abnormality detection device, the reference value at load is calculated based on the motor load in a predetermined number of trial machining, so if trial machining is performed prior to machining of the workpiece as a product, the evaluation reference value is further increased. Can be accurate.
[0052]
Claim 3In the described tool abnormality detection device, the reference value at no load and the reference value at load are described as the average or variance of the sampling values for a predetermined period or the predetermined number of times, or a combination of the average and variance, so that there is a possibility of erroneous determination. This makes it possible to carry out a more precise determination with less.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration of a machine tool according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration in the vicinity of a spindle of a machine tool according to an embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the machine tool according to the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of main processing executed by the CPU of the machine tool according to the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of a comparison determination process executed by the CPU of the machine tool according to the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a display example of a no-load variation, a load-time variation, and a threshold value relationship in the machine tool of the example, and FIG. 6A shows that the no-load variation and the load variation are excessive. 6B is an explanatory diagram when the threshold value is smaller than the upper limit value of no-load variation, and FIG. 6C is a lower limit value of the threshold value variation when loaded. FIG. 6D is an explanatory diagram when the threshold value is between the load variation and the load variation.
7 is a graph of a measurement result of a motor current in the machine tool of the example, FIG. 7A is a graph of an example of a measurement result of a motor current during actual cutting, and FIG. 7B is a no-load machining. It is a graph of an example of the measurement result of the motor current at the time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記工作機械が空運転であるか実運転であるかを示す入力を行うための運転状態入力手段と、
前記評価基準値を入力するための基準値入力手段と、
前記基準値入力手段を介して入力された前記評価基準値が空運転時の前記モータ負荷のばらつき範囲である無負荷時ばらつき範囲と実運転時の前記モータ負荷のばらつき範囲である負荷時ばらつき範囲との間にあるか否かに基づいて、該評価基準値が適切か否かを判断する比較手段と、
前記無負荷時ばらつき範囲、前記負荷時ばらつき範囲及び前記評価基準値を相互の大小関係を識別可能に表示し、前記比較手段による前記判断の結果に応じた表示を行う結果表示手段と
を設けたことを特徴とする工具異常検出装置。A tool comprising: load detection means for detecting a motor load of a main spindle or a feed axis of a machine tool; and determination means for judging whether or not the tool of the machine tool is abnormal by comparing the detected motor load with an evaluation reference value. In the anomaly detection device,
An operation state input means for performing an input indicating whether the machine tool is idling or actual operation;
A reference value input means for inputting the evaluation reference value;
The evaluation reference value input through the reference value input means is a no-load variation range that is a variation range of the motor load during idle operation and a load variation range that is a variation range of the motor load during actual operation. Comparing means for determining whether or not the evaluation reference value is appropriate based on whether or not
A result display means for displaying the no-load variation range, the load variation range and the evaluation reference value so that mutual magnitude relations can be identified, and displaying according to the result of the judgment by the comparison means; A tool abnormality detection device characterized by that.
前記負荷時ばらつき範囲は、所定回数の試加工における前記モータ負荷に基づいて算出されることを特徴とする工具異常検出装置。 In the tool abnormality detection device according to claim 1,
The tool variation detecting device, wherein the load variation range is calculated based on the motor load in a predetermined number of trial machining operations .
前記無負荷時ばらつき範囲および負荷時ばらつき範囲は、それぞれ所定期間または所定回数のサンプリング値の平均と分散の組合せで記述される
ことを特徴とする工具異常検出装置。In the tool abnormality detection device according to claim 1 or 2,
The tool abnormality detecting device, wherein the no-load variation range and the load variation range are each described by a combination of an average and a variance of sampling values for a predetermined period or a predetermined number of times .
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