JP4581622B2 - 刃具寿命診断システム - Google Patents

Description

本発明は、切削加工対象であるワークを切削する刃具の寿命診断を行う刃具寿命診断システムに関する。

従来の刃具寿命診断システムとして、特許文献１に記載されているものがある。これは、複数の刃具と１つの刃具駆動用モータとを備え、刃具を交換しながらワークを加工する加工センタ（工作機械とも称す）又は複数の加工センタからなる加工ラインに適用される刃具寿命診断システムにおいて、各刃具の寿命を示すモータの基準有効電力波形を予め記憶しておき、この基準有効電力波形と、実測されたモータの有効電力波形とをパターン認識により比較して、刃具の寿命を判定するようになっている。
特開２００３−２５１５４５号公報

しかし、従来の刃具寿命診断システムにおいては、刃具寿命を自動で判定するために、工作機械毎に電力波形を測定し、これから基準有効電力波形を求めて記憶しておかなければならない。このため、工作機械が変更又は追加された場合、同タイプの工作機械であったとしても、新たに電力波形を測定して基準有効電力波形を求め、これを記憶するといった煩雑な事前作業が必要となる問題があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、工作機械が変更又は追加された際に刃具寿命を自動で判定するための事前作業を容易に行うことができる刃具寿命診断システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による刃具寿命診断システムは、少なくとも１つの刃具及び当該刃具を駆動するモータを有する複数台の工作機械と、この工作機械のモータの電力値を、予め設定された設定値と比較して刃具寿命を診断する前記工作機械に個々に接続された診断装置と、この診断装置を介して複数台の工作機械と通信ネットワークにて接続された通信及び情報処理機能を有する端末装置とを有する刃具寿命診断システムにおいて、前記端末装置に、既存の工作機械のモータ空運転時の無負荷運転電力値及び前記刃具によるワーク切削時の負荷運転電力値と、追加された工作機械の無負荷運転電力値とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された既存の工作機械の負荷運転電力値から既存の工作機械の無負荷運転電力値を減算して残差データを求める減算手段と、
前記刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上限及び下限に対応する上限値及び下限値を、前記残差データに予め定められた値を加減算して算出する算出手段と、前記算出手段で算出された上限値及び下限値に、追加された工作機械の無負荷運転電力値を加算して上限判定値及び下限判定値を求める加算手段とを備え、前記加算手段で求められた上限判定値及び下限判定値を、追加された工作機械の診断装置に前記設定値として設定することを特徴とする。

この構成によれば、工作機械が追加された場合、この際、追加工作機械は診断装置を介して端末装置に接続されるので、追加工作機械をアイドル運転すれば、端末装置において、追加工作機械の無負荷運転電力値が既に既存工作機械で求められている上限値及び下限値に加算される。この加算によって、刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上限及び下限である上限判定値及び下限判定値が求められ、これらの値が刃具寿命を判定するための設定値として診断装置へ転送されて記憶される。つまり、工作機械を追加（又は変更）した際に、この追加工作機械の診断装置を、端末装置が接続された通信ネットワークに接続してアイドル運転するだけで、容易に診断装置に刃具寿命を判定するための設定値を設定することができる。

また、本発明の請求項２による刃具寿命診断システムは、請求項１において、前記減算手段が複数の工作機械毎に前記残差データを求め、前記算出手段が前記減算手段で求められた複数の残差データの平均値から前記上限値及び前記下限値を求めることを特徴とする。
この構成によれば、複数の工作機械の運転電力値から求めた残差データの平均値を用いるので、より精度良く設定値である上限判定値及び下限判定値を求めることができる。従って、より精度良く刃具寿命を判定することができる。

以上説明したように本発明によれば、工作機械が変更又は追加された際に刃具寿命を自動で判定するための事前作業を容易に行うことができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る刃具寿命診断システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す刃具寿命診断システム１０は、複数の工作機械１２−１〜１２−ｎと、各工作機械１２−１〜１２−ｎに個々に配線接続された診断装置１４−１〜１４−ｎと、各診断装置１４−１〜１４−ｎにＬＡＮ(Local Area Network)回線１６を介して接続された１台のコンピュータ（端末装置）１８とを備えて構成されている。但し、各診断装置１４−１〜１４−ｎは、各工作機械１２−１〜１２−ｎに組み込まれている場合もある。

各工作機械１２−１〜１２−ｎは、１つの工作機械の中に多くの刃具を有し、ワークに応じて異なる刃具が適用される機能や、切削工程に応じて１番目の刃具、３番目、５番目のように異なる刃具が適用される機能を有する。
各診断装置１４−１〜１４−ｎは、図２に診断装置１４−ｎの内部構成を代表して示すように、データ記憶部２１と、警報設定値記憶部２２と、異常検出部２３と、警報表示部２４とを備えて構成されている。

データ記憶部２１は、工作機械１２−ｎが所定の刃具でワークを切削している際に刃具駆動用のモータから得られる負荷運転電力データと、切削していない場合にモータから得られる無負荷運転電力データとを記憶するものである。
警報設定値記憶部２２は、コンピュータ１８で得られた警報設定値を記憶するものである。

異常検出部２３は、工作機械１２−ｎから得られる負荷運転電力データと警報設定値記憶部２２に記憶された警報設定値とを比較し、負荷運転電力データが警報設定値以外の値となったことを検出することにより刃具の異常を検出するものである。
警報表示部２４は、異常判定部２３で刃具の異常が検出された際に警報を表示するものである。この表示に代えアラーム音を鳴動、又はそれら双方の実行を行うようにしてもよい。

次に、コンピュータ１８は、図２に示すように、データ記憶部３１と、無負荷運転電力減算部３２と、上下限判定値計算部３３と、無負荷運転電力加算部３４とを備えて構成されている。
データ記憶部３１は、既設の１台の工作機械（例えば１２−１）のデータ記憶部２１に記憶された負荷運転電力データ及び無負荷運転電力データを受信して記憶すると共に、追加（又は変更）された工作機械（例えば１２−ｎ）のデータ記憶部２１に記憶された無負荷運転電力データを受信して記憶するものである。

無負荷運転電力減算部３２は、データ記憶部３１に記憶された既存工作機械１２−１の負荷運転電力データから同工作機械１２−１の無負荷運転電力データを減算し、この結果である残差データを求めるものである。これを更に図３〜図５を参照して説明する。
図３は、負荷運転電力データを求めた際の電力波形図である。この電力波形は、モータの起動時である時刻ｔ１までにおいて、瞬時に立ち上がる起動電力部分４１と、その後、時刻ｔ１〜ｔ２間において即時立ち下がって谷状となるアイドル運転区間Ａと、この区間Ａの次に時刻ｔ２〜ｔ３において所定位置まで立ち上がって当該位置をほぼ保持する切削運転区間Ｂとを有して成る。

図４は、無負荷運転電力データを求めた際の電力波形図であり、起動電力部分４１と、その後、時刻ｔ１〜ｔ３間において即時立ち下がって当該位置をほぼ保持するアイドル運転区間Ｃとを有して成る。
図５は、負荷運転電力波形から無負荷運転電力波形を減算して得られた電力波形図である。即ち、図３の電力波形から図４の電力波形のアイドル運転区間Ｃを減算して残った残差波形であり、この残差波形レベルの平均値が残差データに対応している。

上下限値計算部３３は、刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上下限、言い換えれば、ワークが適正に切削できる負荷運転電力の上下限に対応する上下限値を求めるためのものであり、残差データに予め定められた値を加減算して図６に示す上限値Ｕ及び下限値Ｄを求めるようになっている。
無負荷運転電力加算部３４は、上限値Ｕ及び下限値Ｄに追加工作機械１２−ｎの無負荷運転電力を加算することによって、図７に示すように、上限値Ｕ及び下限値Ｄを嵩上げした上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１を得るものである。この上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１が警報設定値として、追加工作機械１２−ｎの診断装置１４−ｎの警報設定値記憶部２２に記憶されるようになっている。

また、上限値Ｕ及び下限値Ｄを追加工作機械１２−ｎの無負荷運転電力で嵩上げするのは、次の理由による。工作機械が同タイプのものであってもモータ自体の性能誤差によって無負荷運転電力が異なったり、工作機械の設置環境などで無負荷運転電力が異なったりする場合がある。これら要因による誤差を吸収するために、既存、追加の工作機械にかかわりなく略値が同一となる実負荷運転部分の電力（上限値Ｕ及び下限値Ｄに相当）を既存工作機械から求め、その電力に追加工作機械の無負荷運転電力を加算するようにした。

次に、このような構成の刃具寿命診断システム１０における刃具寿命診断処理の動作を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。但し、診断装置１４−ｎが新規に追加されたとする。
まず、ステップＳ１において、既存工作機械１２−１がアイドル運転時の場合に刃具駆動用のモータから得られる無負荷運転電力と、所定の刃具でワークを切削している際に得られる負荷運転電力データとが、既存工作機械１２−１のデータ記憶部２１に記憶される。この記憶された各データは、コンピュータ１８のデータ記憶部３１に転送されて記憶される。このコンピュータ１８に記憶されるまでの処理は、既存工作機械１２−１の刃具寿命診断時に既に実施されている。

ステップＳ２において、追加工作機械１２−ｎの無負荷運転電力データが上記同様にコンピュータ１８のデータ記憶部３１に転送されて記憶される。
ステップＳ３において、無負荷運転電力減算部３２にて、データ記憶部３１に記憶された既存工作機械１２−１の負荷運転電力データから同工作機械１２−１の無負荷運転電力データが減算され、この結果である残差データが求められる。

ステップＳ４において、上下限値計算部３３にて、その残差データに予め定められた値を加減算して、刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上限及び下限に対応する上限値Ｕ及び下限値Ｄが求められる。
ステップＳ５において、無負荷運転電力加算部３４にて、それら上限値Ｕ及び下限値Ｄに追加工作機械１２−ｎの無負荷運転電力が加算され、これによって上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１が得られる。

ステップＳ６において、それら上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１が警報設定値として、追加工作機械１２−ｎの診断装置１４−ｎの警報設定値記憶部２２に記憶される。
この記憶後、ステップＳ７において、追加工作機械１２−ｎがワークを刃具で切削する負荷運転を行うと、ステップＳ８において、追加工作機械１２−ｎの診断装置１４−ｎの異常検出部２３にて、刃具の異常が検出されたか否かが判断される。これは、当該工作機械１２−ｎから得られる負荷運転電力データが、警報設定値記憶部２２に記憶された警報設定値である上限判定値Ｕ１を越えたか、下限判定値Ｄ１を下回ったかによって判断される。

この判断結果、刃具の異常が検出された場合は、ステップＳ９において、警報表示部２４にて、刃具が異常であることを表す警報が表示される。又は、アラーム音が鳴動、或いは、それら双方が実行される。
このように、本実施の形態の刃具寿命診断システム１０によれば、工作機械１２−ｎが追加された場合、この際、追加工作機械１２−ｎは診断装置１４−ｎを介してＬＡＮ回線１６でコンピュータ１８に接続される。この接続後、追加工作機械１２−ｎをアイドル運転すれば、コンピュータ１８の無負荷運転電力加算部３４において、追加工作機械１２−ｎの無負荷運転電力値が、既に既存工作機械１２−１で求められている上限値Ｕ及び下限値Ｄに加算される。

この加算によって、刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上限及び下限である上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１が求められ、これらの値Ｕ１，Ｄ１が刃具寿命を判定するための設定値として診断装置１４−ｎへ転送されて記憶される。
つまり、工作機械１２−ｎを追加（又は変更）した際に、この追加工作機械１２−ｎの診断装置１４−ｎを、コンピュータ１８が接続されたＬＡＮ回線１６に接続してアイドル運転するだけで、容易に診断装置１４−ｎに刃具寿命（又は損傷）を判定するための警報設定値を設定することができる。

従って、工作機械１２−ｎが変更又は追加された際に刃具寿命を自動で判定するための事前作業を容易に行うことができる。
この他、上記の無負荷運転電力減算部３２にて、複数の工作機械毎に残差データを求め、上下限判定値計算部３３において、それら残差データの平均値から上限値Ｕ及び下限値Ｄを求めるようにしてもよい。

この場合は、複数の工作機械の運転電力データを用いるので、より精度良く警報設定値である上限判定値Ｕ１及び下限判定値Ｄ１を求めることができる。従って、より精度良く刃具寿命（又は損傷）を判定することができる。
また、各工作機械１２−１〜１２−ｎの無負荷運転電力をアイドル運転時に測定する代わりに、切削時の負荷運転電力の切削前後の無負荷電力領域を、無負荷運転電力として用いてもよい。このようにすれば、アイドル運転を行って無負荷運転電力を測定しなくても良いので、その分、刃具寿命を自動で判定するための事前作業を軽減させることができる。

更に、ＬＡＮ回線１６以外に、有線又は無線の電話回線等の通信ネットワークを用いてもよい。
更には、各工作機械１２−１〜１２−ｎの運転電力データをコンパクトフラッシュ（登録商標）、フロッピー（登録商標）ディスク、ＳＲＡＭカード、ハードディスク等の物理媒体を介して、コンピュータ１８と各診断装置１４−１〜１４−ｎとの間で転送するようにしてもよい。この場合、複数の工作機械１２−１〜１２−ｎを通信ネットワークを介して接続するシステムでなくとも、１台のコンピュータ１８で上記同様に警報設定値を求めて追加工作機械１２−ｎの診断装置１４−ｎに設定することができる。

本発明の実施の形態に係る刃具寿命診断システムの構成を示すブロック図である。 上記実施の形態に係る刃具寿命診断システムの診断装置及びコンピュータの内部構成を示すブロック図である。 上記実施の形態に係る刃具寿命診断システムの工作機械の負荷運転電力データを求めた際の電力波形図である。 上記実施の形態に係る刃具寿命診断システムの工作機械の無負荷運転電力データを求めた際の電力波形図である。 上記実施の形態に係る刃具寿命診断システムの工作機械の負荷運転電力波形から無負荷運転電力波形を減算して得られた電力波形図である。 上記コンピュータの上下限判定値計算部で求められる上限値及び下限値を示す図である。 上記コンピュータの無負荷運転電力加算部で求められる上限判定値及び下限判定値を示す図である。 上記実施の形態に係る刃具寿命診断システムにおける刃具寿命診断処理の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 刃具寿命診断システム
１２−１〜１２−ｎ 工作機械
１４−１〜１４−ｎ 診断装置
１６ ＬＡＮ回線
１８ コンピュータ
２１ データ記憶部
２２ 警報設定値記憶部
２３ 異常検出部
２４ 警報表示部
３１ データ記憶部
３２ 無負荷運転電力減算部
３３ 上下限判定値計算部
３４ 無負荷運転電力加算部

Claims (2)

1. 少なくとも１つの刃具及び当該刃具を駆動するモータを有する複数台の工作機械と、この工作機械のモータの電力値を、予め設定された設定値と比較して刃具寿命を診断する前記工作機械に個々に接続された診断装置と、この診断装置を介して複数台の工作機械と通信ネットワークにて接続された通信及び情報処理機能を有する端末装置とを有する刃具寿命診断システムにおいて、
   前記端末装置に、
   既存の工作機械のモータ空運転時の無負荷運転電力値及び前記刃具によるワーク切削時の負荷運転電力値と、追加された工作機械の無負荷運転電力値とを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された既存の工作機械の負荷運転電力値から既存の工作機械の無負荷運転電力値を減算して残差データを求める減算手段と、
   前記刃具が寿命未達状態又は未破損状態でワークを切削可能な負荷運転電力の上限及び下限に対応する上限値及び下限値を、前記残差データに予め定められた値を加減算して算出する算出手段と、
   前記算出手段で算出された上限値及び下限値に、追加された工作機械の無負荷運転電力値を加算して上限判定値及び下限判定値を求める加算手段とを備え、
   前記加算手段で求められた上限判定値及び下限判定値を、追加された工作機械の診断装置に前記設定値として設定する
   ことを特徴とする刃具寿命診断システム。
2. 前記減算手段が複数の工作機械毎に前記残差データを求め、前記算出手段が前記減算手段で求められた複数の残差データの平均値から前記上限値及び前記下限値を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の刃具寿命診断システム。

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