JP6967321B1 - Machine tool current measurement system and its method - Google Patents
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Abstract
【課題】工作機械による複数種類の工具を使用した加工において、NC装置に外部機器を接続することなく、使用されている工具の工具異常を検知する技術を提供すること。【解決手段】第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ情報処理装置に接続されている、工作機械の電流計測システムであって、複数種類の工具を変更しながらワークを主軸を軸心として回転駆動させて加工する工作機械は、工具が取り付けられた部材の位置を変更するときに部材を駆動するための第一のモータと、複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、情報処理装置は、第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流と、第二の電流センサにより計測された第二のモータの電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行い、解析処理において第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流を、複数種類の工具の変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値をワークの加工回数ごとに相対比較することで、工具の種類ごとに工具異常を検知する工作機械の電流計測システム。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for detecting a tool abnormality of a tool used without connecting an external device to an NC device in machining using a plurality of types of tools by a machine tool. SOLUTION: This is a current measuring system for a machine tool in which a first current sensor and a second current sensor are connected to an information processing device, respectively, and the work is centered on a main axis while changing a plurality of types of tools. The machine tool that is driven to rotate as the center of the electric current is the first motor for driving the member when changing the position of the member to which the tool is attached, and the operation for changing multiple types of tools. The information processing device includes the current of the first motor measured by the first current sensor and the current of the second motor measured by the second current sensor, respectively. The time history waveform is overlapped by matching the elapsed time, and the current of the first motor measured by the first current sensor in the analysis process is generated when the operation is for changing multiple types of tools. A current measurement system for machine tools that detects tool abnormalities for each type of tool by cutting out each signal and comparing non-negative function values with the current value of each cutting section as an argument for each number of times the work is machined. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、切削工具による加工を行う工作機械のモータに流れる電流を計測する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for measuring a current flowing through a motor of a machine tool that performs machining with a cutting tool.
切削工具(以下、「工具」という場合がある。)による加工を行う工作機械の知能化を目的として、種々のセンサを用いた計測技術が開発されている。とりわけ、低コストであることと取り扱いの簡便性から、工作機械のモータを流れる電流の計測が従来から行われている。計測したモータの電流値から、工具にかかる負荷を推定することで、工具の摩耗の進行状況を推定することが行われている。また、モータの電流値の急激な瞬時的変化によって、工具の折れや欠けなどの異常現象を推定することも試みられている。 Measurement techniques using various sensors have been developed for the purpose of intelligentizing machine tools that perform machining with cutting tools (hereinafter, may be referred to as "tools"). In particular, due to its low cost and ease of handling, measurement of the current flowing through the motor of a machine tool has been conventionally performed. By estimating the load applied to the tool from the measured current value of the motor, the progress of wear of the tool is estimated. Attempts have also been made to estimate abnormal phenomena such as broken or chipped tools due to sudden and instantaneous changes in the current value of the motor.
従来、加工対象としてのワーク(被削材)と工具との相対運動によって切削加工を行う工作機械において、同じ工具を繰り返し使用することで工具摩耗が進展し、最終的には工具が欠損または破損する。そのため、工作機械で使用される工具には工具メ−カが推奨する交換(同一の新品の工具へ取り替えること。)の目安となる加工回数(被削材を1本加工するごとに1回としてカウントされる。)が設定されているが、加工方法や加工対象によって最適な工具交換時期が異なるため、切削加工中の工具にかかる負荷に基づいた最適な工具交換時期を推定することが求められていた。 Conventionally, in a machine tool that performs cutting by the relative motion of the work (work material) to be machined and the tool, tool wear progresses by repeatedly using the same tool, and the tool is eventually chipped or damaged. do. Therefore, for tools used in machine tools, the number of machining times (once for each machining of work material), which is a guideline for replacement (replacement with the same new tool) recommended by the tool maker. Although it is counted), the optimum tool change time differs depending on the machining method and machining target, so it is required to estimate the optimum tool change time based on the load applied to the tool during cutting. Was there.
ここで、工具を装着した回転する主軸の負荷を予め設定した回転数分だけ検出し、主軸負荷の平均値と回転周波数成分とが連続して一定値となるという条件によって、NC(数値制御)工作機械の工具摩耗を判定する技術が開示されている(特許文献1参照)。
また、予め設定した主軸を駆動するモータの有効電力波形とワークを加工中の主軸を駆動するモータの有効電力波形とを比較することで工具摩耗を判定する技術が開示されている(特許文献2参照)。
さらに、回転する主軸に備えられた工具がワークに接触している状態を検知し、接触中の主軸にかかる工具負荷の変化の度合いを使用して工具摩耗度合いを検知する工作機械を提供する技術が開示されている(特許文献3参照)。
Here, NC (numerical control) is performed under the condition that the load of the rotating spindle on which the tool is mounted is detected for a preset number of rotations, and the average value of the spindle load and the rotation frequency component are continuously constant values. A technique for determining tool wear of a machine tool is disclosed (see Patent Document 1).
Further, a technique for determining tool wear by comparing a preset active power waveform of a motor for driving a spindle with an active power waveform of a motor for driving a spindle during machining of a workpiece is disclosed (Patent Document 2). reference).
Further, a technique for providing a machine tool that detects a state in which a tool provided on a rotating spindle is in contact with a work and detects the degree of tool wear by using the degree of change in the tool load applied to the spindle during contact. Is disclosed (see Patent Document 3).
しかし、特許文献1に記載の方法では、加速度センサで収集した時系列データの周波数情報を使用する必要があるため、電流センサで収集した時系列データに対しては、適用することが難しい。
また、複数の工具を使用した切削加工への適用に際しては、個々の工具を判別できないことから、現実の生産現場で行われている加工に対しては、そのままのかたちで適用することができないといえる。
However, since the method described in
In addition, when applying to cutting using multiple tools, it is not possible to distinguish individual tools, so it cannot be applied as it is to machining performed at the actual production site. I can say.
特許文献2に記載の方法においても同様に、複数種類の工具を用いた加工に対しては、個々の工具を判別する方法についての言及がなされていないため、単一の工具を用いた加工においては有効ではあるものの、複数種類の工具を使用する加工に対しては、そのままのかたちで適用することができない。
Similarly, in the method described in
特許文献3に記載の方法では、工作機械に備えられたNC装置に外部機器を接続して工具変更情報を取得することにより、複数種類の工具を使用した加工に対しても適用することが可能であるが、NC装置に対する外部機器の接続は工作機械メーカからは、工作機械への改造行為とみなされるため、切削加工の現場においてはほとんど用いられていない。 The method described in Patent Document 3 can be applied to machining using a plurality of types of tools by connecting an external device to an NC device provided in a machine tool and acquiring tool change information. However, since the connection of an external device to the NC device is regarded by the machine tool maker as a modification to the machine tool, it is rarely used at the machine tool site.
本発明の目的は、現実の生産現場において行われている工作機械による複数種類の工具を使用した切削加工等において、NC装置に外部機器を接続することなく、使用されている工具の工具異常を検知する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to detect a tool abnormality of a tool used in an actual production site, such as cutting using a plurality of types of tools by a machine tool, without connecting an external device to the NC device. It is to provide the technology to detect.
本発明の工作機械の電流計測システムは、
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ情報処理装置に接続されている、工作機械の電流計測システムであって、
複数種類の工具を変更しながらワークを主軸を軸心として回転駆動させて加工する工作機械は、工具が取り付けられた部材の位置を変更するときに部材を駆動するための第一のモータと、複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、
情報処理装置は、第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流と、第二の電流センサにより計測された第二のモータの電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行い、解析処理において第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流を、複数種類の工具の変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値をワークの加工回数ごとに相対比較することで、工具の種類ごとに工具異常を検知する。
なお、上記の部材は、例えば、NC旋盤の工具台等である。当該部材の位置を変更するときとは、例えば、NC旋盤の工具台のZ軸方向およびX軸方向の移動等である。
The machine tool current measurement system of the present invention
A machine tool current measurement system in which the first current sensor and the second current sensor are connected to an information processing device, respectively.
A machine tool that rotates and drives a workpiece around a spindle while changing multiple types of tools is a first motor for driving a member when changing the position of the member to which the tool is attached. Equipped with a second motor to control the operation for changing multiple types of tools,
The information processing device matches the elapsed time of each time history waveform of the current of the first motor measured by the first current sensor and the current of the second motor measured by the second current sensor. The current of the first motor measured by the first current sensor in the analysis process is cut out for each signal generated during the operation for changing multiple types of tools, and each cutting section is cut out. By comparing non-negative function values with the current value of the current as an argument for each number of times the workpiece is machined, tool abnormalities are detected for each type of tool.
The above-mentioned member is, for example, a tool base of an NC lathe or the like. The time to change the position of the member is, for example, the movement of the tool table of the NC lathe in the Z-axis direction and the X-axis direction.
本発明の工作機械の電流計測方法は、
工具が取り付けられた部材の位置を変更するときに部材を駆動するための第一のモータと複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、複数種類の工具を変更しながらワークを主軸を軸心として回転駆動させて加工する工作機械の電流計測方法であって、
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ接続されている情報処理装置が、第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流と、第二の電流センサにより計測された第二のモータの電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行う工程と、
情報処理装置が、解析処理において、第一の電流センサにより計測された第一のモータの電流を、複数種類の工具の変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値をワークの加工回数ごとに相対比較することで、工具の種類ごとに工具異常を検知する工程と
を有する。
The current measuring method of the machine tool of the present invention is
Multiple types of tools, including a first motor to drive the member when changing the position of the member to which the tool is attached and a second motor to control the operation for changing the multiple types of tools. It is a current measurement method for machine tools that rotate and drive the work around the spindle while changing the speed.
The information processing device to which the first current sensor and the second current sensor are connected respectively has the current of the first motor measured by the first current sensor and the second measured by the second current sensor. The process of superimposing each time history waveform with the current of the two motors by matching the elapsed time, and
In the information processing, the information processing device cuts out the current of the first motor measured by the first current sensor for each signal generated during the operation for changing multiple types of tools, and each cut-out section. It has a process of detecting a tool abnormality for each type of tool by comparing the non-negative function value with the current value of.
本発明によれば、工作機械による複数種類の工具を使用した加工において、使用されている工具の工具異常を検知する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for detecting a tool abnormality of a tool used in machining using a plurality of types of tools by a machine tool.
以下、本発明の第一の実施の形態に係る工作機械の電流計測システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
工作機械として、NC旋盤を前提とする。
Hereinafter, the machine tool current measurement system according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As a machine tool, NC lathe is assumed.
図1は、本発明の実施の形態における工作機械1の電流計測システム10の構成図である。
電流計測システム10は、電流センサ205−a、電流センサ205−b、電流センサ205−c、電流センサ205−dと、ケーブル21−a、ケーブル21−b、ケーブル21−c、ケーブル21−dと、情報処理装置(例えば、産業用パーソナルコンピュータである。)30、表示装置40とから構成されている。
電流センサ205は、例えば公知の磁気式電流センサであり、測定したい電流が電線の周囲に作る磁場を磁気センサによって検知して磁場の大きさを測定することで電流値(電流量)を計測するものである。工作機械1の制御盤2から延びる配線のうち、電流センサ205−aは主軸モータ101に流れる電流を計測するために主軸モータ101に接続されるケーブル(電線)に取り付けられ、電流センサ205−bはサーボモータ102−a(工具台106を駆動するZ軸サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102−aに接続されるケーブルに取り付けられ、電流センサ205−cはサーボモータ102−b(工具台106を駆動するX軸サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102−bに接続されるケーブルに取り付けられ、電流センサ205−dはサーボモータ102−c(工具台回転用サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102−cに接続されるケーブルに取り付けられている。
電流センサ205−a、電流センサ205−b、電流センサ205−c、電流センサ205−dのそれぞれのケーブル21−a、ケーブル21−b、ケーブル21−c、ケーブル21−dは、情報処理装置30に接続されている(無線接続等であってもよい)。なお、それぞれのケーブル21は、図示しないI/Oモジュール(ノイズ除去と信号増幅のためのアナログ電子回路と、アナログデータをデジタルデータに変換するためのAD変換器を備える。)に接続され、I/Oモジュールが電流センサ205から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、情報処理装置30に対してデジタル信号を有線又は無線通信により出力することであってもよい。
情報処理装置30は、制御部・計算部としての演算装置であるCPU等を備え、記憶部としての所定の記憶装置を内蔵又は外付けHDD等として備えている。また、情報処理装置30は、アナログ回路としての電子回路を内蔵していることであってもよい。
表示装置40は、表示機構と入力機構を備え、所定のスタンドにより支持されたり、工作機械1に所定の治具により固定されていることであってもよい。また、表示装置40は、単なるランプのように報知機能のみ有していることであってもよい。表示装置40は、所定のケーブル41により情報処理装置30と接続されている(無線接続等であってもよい)。表示装置40は、例えば、液晶ディスプレイ、タッチパネルディスプレイ、タブレット端末、スマートフォン等である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
The
The
The cables 21-a, cable 21-b, cable 21-c, and cable 21-d of the current sensor 205-a, the current sensor 205-b, the current sensor 205-c, and the current sensor 205-d are information processing devices. It is connected to 30 (may be a wireless connection or the like). Each cable 21 is connected to an I / O module (which includes an analog electronic circuit for noise reduction and signal amplification and an AD converter for converting analog data into digital data), which is not shown. The / O module may convert the analog signal input from the
The
The
図2は、工作機械1である、周知の「NC旋盤」の一例を示す概略図である。
工作機械1には主軸100を駆動する主軸モータ101と、工具台(工具交換装置)106を駆動するサーボモータ102−a・サーボモータ102−b・サーボモータ102−cが取り付けられている。
加工対象であるワーク103(例えば、金属の丸棒である。)は主軸100に取り付けられたチャック104によって固定され、主軸100を軸心として回転する。
ワークを加工するための複数種類の工具105−a、105−b(ここでは説明の便宜上aとbの2個としたが、3個以上であってもよい。)は、工具台(工具交換装置)106に取り付けられ固定されている。なお、工具台106を駆動するサーボモータ102−a(Z軸サーボモータ)・サーボモータ102−b(X軸サーボモータ)・サーボモータ102−c(工具台回転用サーボモータ)は、それぞれ、図1中において、図中のZ軸で示す左右方向の移動、図中のX軸で示す上下方向の移動、図中のθで示す左右方向(Z軸)を軸心とした回動(工具台106の回動により工具105−aと105−bを交換する。)の動作を司る。工作機械によってはサーボモータ102による運動の自由度がさらに増加するものもあり、そのためのモータが追加されることであってもよい。
図1中において、NCプログラムの指示に従うサーボモータ102−a(Z軸サーボモータ)により工具台106・工具105−aが図中左側に前進移動してワーク103(主軸を軸心として回転している。)に工具105−aが当接して切削加工等を行う。
工具105−aから工具105−bへ変更する場合は、図1中において、工具台106・工具105−aが図中右側に後退移動して、サーボモータ102−c(工具台回転用サーボモータ)により工具台106が回動して105−aと工具105−bの位置が入れ替わることにより、工具の変更が実施される(なお、異なる種類の工具への「変更」と、工具の「交換(新品への)」とは異なる概念として説明する。)。これにより、図1中において、サーボモータ102−a(Z軸サーボモータ)により工具台106・工具105−bが図中左側に前進移動するとワーク103(主軸を軸心として回転している。)に工具105−bが当接することとなる。
工具105は、ワーク103の材質と加工の種類によって選択され、例えば、単位加工時間あたりの除去体積をできるだけ多くとることが求められる粗加工においては、ワーク103と工具105の先端との接触体積が大きくなる形状のものが選択され、また、加工品質に直接影響する表面の仕上げ加工においては、表面粗さを均質化する先端形状を有する工具105が選択され、また、ワーク103を回転軸の内側から切削する内径切削においては、中ぐり用の工具105が選択される。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a well-known "NC lathe" which is a
A
The work 103 (for example, a metal round bar) to be machined is fixed by a
A plurality of types of tools 105-a and 105-b for machining a work (here, two tools a and b are used for convenience of explanation, but three or more tools may be used) are used as tool stands (tool replacement). Device) Attached to and fixed to 106. The servo motor 102-a (Z-axis servo motor), servo motor 102-b (X-axis servo motor), and servo motor 102-c (tool table rotation servo motor) that drive the
In FIG. 1, the
When changing from the tool 105-a to the tool 105-b, in FIG. 1, the
The
図3は、工作機械1であるNC旋盤とその電流計測システム10の信号の流れを説明するためのブロック図である。
図3において、まず、NC装置201から出力された制御信号はPLC202、インバータ203、サーボアンプ204−a、サーボアンプ204−bおよびサーボアンプ204−cに入力される。
インバータ203は主軸モータ101を駆動し、サーボアンプ204−a、サーボアンプ204−bおよびサーボアンプ204−cはNC装置201からの指示に従ってそれぞれサーボモータ102−a、サーボモータ102−b、サーボモータ102−cの運動(動作)を制御する。
電流センサ205−aは主軸モータ101に流れる電流を計測し、電流センサ205−b、電流センサ205−c、電流センサ205−dは、それぞれサーボモータ102−a、サーボモータ102−b、サーボモータ102−cに流れる電流を計測する。
NC装置201にはワーク103を所望の形状に加工するためのプログラム(NCプログラム)が実装されている。
主軸モータ101が回転することによってチャック104で固定されたワーク103も同時に回転する。
NC装置201からの指示に従ってサーボアンプ204−aがサーボモータ102−aを駆動することで、工具台106が図2中のZ軸で示す左右方向に移動し、工具105がワーク103に接触し、切削加工が行われる。
NC装置201からの指示に従ってサーボアンプ204−bがサーボモータ102−bを駆動することで、工具台106が図2中のX軸で示す上下方向に移動する。
NC装置201からの指示に従ってサーボアンプ204―cが工具台106を回動させるようにサーボモータ102―cを制御することで、ワーク103に接触する工具105が交換される。
FIG. 3 is a block diagram for explaining a signal flow of an NC lathe which is a
In FIG. 3, first, the control signal output from the
The
The current sensor 205-a measures the current flowing through the
A program (NC program) for processing the
As the
When the servo amplifier 204-a drives the servo motor 102-a according to the instruction from the
By driving the servomotor 102-b by the servo amplifier 204-b according to the instruction from the
By controlling the servomotor 102-c so that the servo amplifier 204-c rotates the
図4は、電流センサ205−aによって計測された、工作機械1であるNC旋盤が稼働している最中の主軸モータ101に流れる電流の時刻歴波形301(実線)と、電流センサ205−dによって計測された、工作機械1が稼働している最中のサーボモータ102−c(工具台回転用サーボモータ)に流れる電流の時刻歴波形302(破線)である。なお、縦軸は電流値、横軸は経過時間である。ここでは、第一の電流センサとして主軸モータ101に流れる電流を計測する電流センサ205−aを例にあげて説明するが、第一の電流センサとして、サーボモータ102−a(Z軸サーボモータ)に流れる電流を計測する電流センサ205−bやサーボモータ102―b(X軸サーボモータ)に流れる電流を計測する電流センサ205−cを適用することも同様に可能であり、重複する説明は省略する(なお、後述する図5、図6の説明においてもサーボモータ102−a(Z軸サーボモータ)に流れる電流を計測する電流センサ205−bやサーボモータ102−b(X軸サーボモータ)に流れる電流を計測する電流センサ205−cを適用する説明は重複するので省略する。)。
切削加工等に使用される工具が、工具105−aから工具105−bへと変更される、又は、工具105−bから工具105−aへと変更される際には、工具台106が回動する。このとき、工具台106を回動させるためにサーボモータ102−cに大きな電流が流れるため、サーボモータ102−cに流れる電流の時刻歴波形302には瞬時的なピークが現れる。この瞬時的なピークを含む時刻歴波形302と、主軸モータ101に流れる電流の時刻歴波形301とを同期させる(重ねる)ことで、工具105−aと工具105−bの使用時間に応じた主軸モータ101に流れる電流の時刻歴波形を抽出する(切り出す)ことができる。
計測された電流値は、情報処理装置30の記憶装置等に保存され、その記憶装置等に接続された情報処理装置30の演算装置によってデジタルデータで同期処理を行うことであっても、また、情報処理装置30のアナログ回路(連続的に変化する電気信号を取り扱う電子回路)においてアナログ情報として同期処理を行うことであってもよい。
具体的には、図4に示すように、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形302に最初に現れる瞬時的なピークまでは、工具105−aが使用されており、初めて工具台106が回動する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具105−aから工具105−bへと変更され、それ以降は、時刻歴波形302に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具105−bが使用されているとみなす(推定する)ことができる。但し、図4は、理解の容易化のために模式的にグラフを表しているに過ぎなく、切削加工等の開始時点から、ワーク103に工具105−aが当たるまでや、工具105−aから工具105−bへと変更される際のワーク103にいずれの工具105も当たっていない状態は無視して表現したものであるし、電流値も必ずしも工具ごとに一定(フラット)の値をとるものではない。
なお、切削加工等に際して、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形302に瞬時的なピークが現れるごとに、1番目の使用工具から2番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。情報処理装置30から上記の複数の工具の使用する順番のデータを取得し、そのデータを、図4に示すデータと紐付けて、表示装置40に具体的にどの時間帯でどの種類の工具が使用されていたかの工具名も表示することであってよい。
FIG. 4 shows the time history waveform 301 (solid line) of the current flowing through the
When the tool used for cutting or the like is changed from the tool 105-a to the tool 105-b, or from the tool 105-b to the tool 105-a, the
The measured current value is stored in a storage device or the like of the
Specifically, as shown in FIG. 4, the tool 105-a is used from the start time of cutting or the like to the momentary peak that first appears in the
It should be noted that, at the time of cutting or the like, the
また、図4では、工作機械1として所定の構造の「NC旋盤」を前提として説明したが、工作機械1は、複数種類の工具105を変更しながらワーク103を加工し、ワーク103を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータと、複数種類の工具105の変更のための動作を司るための第二のモータとを備えていれば、その具体的な構造は限定されなく、第一の電流センサ(例えば、電流センサ205−a、電流センサ205−b、電流センサ205−c)がワーク103を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205−dが複数種類の工具105の変更のための動作を司るための第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させることで、解析処理を実行することができる(なお、後述する図5、図6の説明においても同様である。)。
例えば、工具105が扉付きの箱等の中に格納されている工作機械1の場合、その扉が所定のモータにより開いて、所定のアームで工具105を選択して把持して取り付ける際の扉の開閉時の大きな電流(瞬時的なピーク)を計測すれば複数種類の工具105の変更のタイミングを推定することができる。
Further, in FIG. 4, the
For example, in the case of a
さらに、工具105の交換のタイミングを推定することのみでなく、工具台106を左右上下に移動させる際にサーボモータ102−a、サーボモータ102−bに大きな電流が流れるため、この左右上下の動作に基づいて工作機械1の稼働時間・稼働率等を推定することもできる。
Further, not only the timing of replacement of the
その他、故障予測(異常検知)に用いることもできる。すなわち、第一の電流センサとしての電流センサ205−aがワーク103側を駆動する第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205−dが工具105側を駆動する第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させ、解析処理を実行し、通常(正常時)の波形とは異なる波形が現れた場合には工作機械1又は工具105が故障する予兆又は故障しているとみなして故障予測を実施することができる。
In addition, it can also be used for failure prediction (abnormality detection). That is, the current sensor 205-a as the first current sensor measures the current flowing through the first motor that drives the
図5(a)・図5(b)は、加工回数(加工時間や除去体積等としてもよい。)に対する工具の種類ごとの負荷特徴量(なお、ここでいう「負荷」とは、ワークに対して工具を当てると反発する力の大きさのことをいう。種々の計算式や指標があるが、以下では、負荷は、「電流の大きさ」を測定することで推定されるものとする。すなわち、相対的に大きな負荷がかかっている場合(ワークに対して劣化した工具が当たってその分の抵抗力が生じている。)は、相対的に大きい電流が流れ、相対的に小さな負荷がかかっている場合(ワークに対してそれほど劣化していない工具が当たってその分の抵抗力が生じている。)は、相対的に小さい電流が流れ、負荷がかかっていない場合(空転)は、ほぼ電流が流れないことを利用して推定する。)の推移である。
ここでは負荷特徴量とは、図4における各ブロックの電流値の平均値のことをいう。具体的には、図4において、工具105−aが使用されていた時間の電流の大きさがブロック1の領域(切り出し区間)として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図5(a)中の丸印としてプロットされている。同様に、図4において、工具105−bが使用されていた時間の電流の大きさがブロック2の領域(切り出し区間)として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図5(b)中の三角印としてプロットされている。なお、図5(a)・図5(b)にプロットされる丸印・三角印は、例えば同じ製品を100本作るケースなどの、同一のワークを同一の条件で加工することを前提として、情報処理装置30の演算装置によって計算処理された負荷特徴量であり、また、理解の容易化のためにグラフで示したに過ぎなくグラフ化は必須ではない。
加工回数の増加に伴い、図5(a)に示す、工具105−aの負荷特徴量401と、図5(b)に示す、工具105−bの負荷特徴量402はともに増加傾向(計測等の誤差があり得るため必ずしも加工回数に比例して負荷特徴量が大きくなるわけではないという意味である。)を示す。
これは、加工回数の増加に伴い、すなわち工具が使用されるに伴い、工具の表面が摩耗して劣化すると、ワークに対して当たった工具の表面の摩擦が大きくなり、すなわち抵抗力が大きくなり、負荷も大きくなるからである。
情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている各工具の負荷特徴量の閾値403、閾値404に、情報処理装置30の演算装置によって計算処理された各工具の負荷特徴量が達した(一度達する場合でも、念のため2回連続で達する場合など計測エラ−対策がなされてもよい。9割程度の予備閾値を2回連続で達する場合など追加条件を付加することであってもよい。)と判断された場合、工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置30の演算装置は工具交換のための所定のアラートを表示装置40の表示画面5等に報知する。
なお、上記では、各切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値(二乗平均値)を加工対象の加工回数ごとに相対比較したが、非負関数値として計測した電流値の絶対値の総和値を利用することであってもよい。
さらに、図5(a)・図5(b)において、理論寿命曲線(切削加工に外乱等によるばらつきが生じない場合の理想的な状況での工具105の摩耗の進行をあらわすもの)を示しておくと、プロットされた負荷特徴量とその理論寿命曲線の関係(推移や傾きの傾向など)に基づいて、公知の種々の手法により、工具105の観測時点での摩耗の進行度合いを推定することが可能となる。例えば、理論寿命曲線が略S字状とすると、2回目のカーブにさしかかったタイミングを工具の交換時期と予め決定しておき、プロットされた負荷特徴量の推移から2回目のカーブにさしかかったと情報処理装置30により判断されたときに、工具交換のための所定のアラートを表示装置40の表示画面5等に報知することであってもよい。
また、加工の条件等によっては、所定の工具105に関して、ワーク103を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータとして、主軸モータ101を流れる電流では感度が低いため(工具摩耗の程度と電流値の変化に対応性が乏しい等)効率的効果的に工具摩耗の進行が推定できない等の事情が生じる可能性があり、その場合は、他のサーボモータ102を流れる電流では推定できるということもあり得るため、第一の電流センサとしての候補が複数(例えば、電流センサ205−a、電流センサ205−b、電流センサ205−c)存在することには大きなメリットがある。
5 (a) and 5 (b) show the load feature amount for each type of tool with respect to the number of times of machining (may be machining time, removed volume, etc.) (Note that the “load” here refers to the work. On the other hand, it refers to the magnitude of the repulsive force when a tool is applied. There are various calculation formulas and indexes, but in the following, the load is estimated by measuring the "magnitude of current". That is, when a relatively large load is applied (a deteriorated tool hits the work and a resistance force corresponding to it is generated), a relatively large current flows and a relatively small load is applied. When is applied (a tool that has not deteriorated so much hits the work and a resistance force is generated by that amount), a relatively small current flows, and when no load is applied (idle). , Estimated using the fact that almost no current flows.)
Here, the load feature amount means the average value of the current values of each block in FIG. Specifically, in FIG. 4, the magnitude of the current during the time when the tool 105-a was used is shown as a region (cutting section) of the
As the number of machining increases, the
This is because when the surface of the tool is worn and deteriorated as the number of times of machining increases, that is, as the tool is used, the friction on the surface of the tool that hits the work increases, that is, the resistance force increases. This is because the load also increases.
The load feature amount of each tool calculated and processed by the arithmetic unit of the
In the above, the non-negative function values (root mean squares) with the current value of each cutout section as an argument are compared relative to each number of times of machining, but the total value of the absolute values of the current values measured as non-negative function values is summed up. May be used.
Further, in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the theoretical life curve (representing the progress of wear of the
Further, depending on the machining conditions and the like, the sensitivity of the current flowing through the
図6は、表示装置40に表示される表示画面5の一例を示す図である。
表示画面5は、加工品名(例えば、製品名:A社の自動車のカムシャフト)の表示501と、工具交換通知(アラート)の表示502と、工具負荷特徴量の表示503と、電流計測値(電流の時刻歴波形、現時点の電流値も表示されることであってもよい。)の表示504と、工具名の表示505と、過去の履歴情報としての工具交換履歴(交換日時等)の表示506等とによって構成されている。もちろんこれらのすべての表示が必須ということではない。
なお、表示画面5へ出力することなく、所定の別体のランプ等を点滅させることなどにより、工具交換のアラートのみ報知することであってもよい。
また、表示装置40等に出力されるデータは、表示装置40等に出力することなく、情報処理装置30のみにおいて所定の表示部(液晶ディスプレイ等)に表示して利用されることであってもよい。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a
The
It should be noted that only the tool change alert may be notified by blinking a predetermined separate lamp or the like without outputting to the
Further, the data output to the
次に、本発明の実施の形態に係る工作機械の電流計測システム10を用いた工作機械1の電流計測方法について、図7のフロ−チャ−トを参照して詳細に説明する。
基本的な流れは、第一の電流センサ(例えば、電流センサ205−a、電流センサ205−b、電流センサ205−c)がワーク103を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205−dが複数種類の工具105の変更のための動作を司るための第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させて、解析処理を実行する、というものである。
以下では、工作機械1であるNC旋盤による切削加工等に使用される2種類の工具である工具105−aと工具105−bを変更しながらワーク103を加工する場合において、工具の負荷推定と併用することにより、工具ごとの摩耗状態(摩耗状態が一定限度を超えると「工具異常」の概念に含まれる状態となるものとする。)を推定して工具交換のタイミングを推定して報知するケースについて説明する。
ここでは、第一の電流センサとして主軸モータ101に流れる電流を計測する電流センサ205−aを例にあげて説明するが、第一の電流センサとして、サーボモータ102−aに流れる電流を計測する電流センサ205−bやサーボモータ102−bに流れる電流を計測する電流センサ205−cを適用することも同様に可能である。
Next, the current measurement method of the
The basic flow flows to the first motor that receives the load fluctuation when the first current sensor (for example, current sensor 205-a, current sensor 205-b, current sensor 205-c) processes the
In the following, the load estimation of the tool is performed when the
Here, the current sensor 205-a for measuring the current flowing through the
まず、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に工具105−aと工具105−bごとの負荷特徴量の閾値403、閾値404を予め設定する(ステップS1)。
First, the
次に、工作機械1により、工具105を用いたワーク103の加工が開始されると、電流センサ205−aは主軸モータ101に流れる電流を計測し、電流センサ205−dはサーボモータ102−cに流れる電流を計測する(ステップS2)。
Next, when the
そして、情報処理装置30は、図4に示すように、主軸モータ101に流れる電流の時刻歴波形301(実線)と、サーボモータ102−cに流れる電流の時刻歴波形302(破線)を得て、同期処理を行う(ステップS3)。
Then, as shown in FIG. 4, the
情報処理装置30の演算装置は、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形302に最初に現れる瞬時的なピーク(ピーク信号)までは、工具105−aが使用されており、初めて工具台106が回動する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具105−aから工具105−bへと変更され、それ以降は、時刻歴波形302に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具105−bが使用されているとみなし(推定し)、図4における、工具105−aが使用されていたブロック1の領域と、工具105−bが使用されていたブロック2の領域の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として算定する(ステップS4)。なお、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形302に瞬時的なピークが現れるごとに、1番目の使用工具から2番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。
In the arithmetic unit of the
そして、情報処理装置30の演算装置は、上記のステップS1で設定した各工具の負荷特徴量の閾値403、閾値404に、各工具の負荷特徴量が達したか否かをそれぞれ判断し(ステップS5)、達したと判断された工具がある場合、その工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置30の演算装置は、工具摩耗状態がひどく工具交換が必要である旨の所定のアラートを、例えば図6に示すように表示装置40の表示画面5等に報知する(ステップS6)。
Then, the calculation device of the
このようにすれば、工作機械1のNC装置を経由することなく、回転する主軸を駆動するモータの電流と工具交換台を駆動するモータの電流を計測し同期処理することによって、同一種類のワーク103を複数加工する状況において、工具105ごとに切り出された電流波形の非負関数値をワークごとに相対比較して推移を観察することで、ワーク103の加工回数に対する工具105ごとの摩耗状態を推定することができる。
従来、工作機械メーカーは機械の内部で動作しているプログラムからデータを解析することができるが、1つの工場で異なるメーカ等の工作機械を複数使用している場合等において、汎用的に工作機械1の外部から(内部の電気回路等に変更を加えると改造品等となりメーカー保証対象外となるリスクもある。)工具の交換タイミング等を判別することが望まれていた。例えば、1個のワークの加工に際して工具を3種類用いて変更しながら加工する場合、ある1種類の工具を相対的に長い時間使用するため、一番早く摩耗するが、工作機械メーカー側で設定された回転数を目安として一括交換するケースや、3種類の工具の合算値で異常値を計測判断しているケースもあり、そのときは残りの2種類の工具はまだ使用できる状態であり、工具費用の無駄が発生していた。各工具の使用許容範囲の限界まで使用してからそれぞれのタイミングで廃棄・新品交換を実施することで原価低減・経済効率性が実現できる。
By doing so, the current of the motor that drives the rotating spindle and the current of the motor that drives the tool switching table are measured and synchronously processed without going through the NC device of the
Conventionally, a machine tool maker can analyze data from a program running inside the machine, but when one factory uses multiple machine tools from different manufacturers, it is a general-purpose machine tool. It has been desired to determine the tool replacement timing and the like from the outside of No. 1 (there is a risk that if the internal electric circuit or the like is changed, it will be a modified product or the like and will not be covered by the manufacturer's warranty). For example, when machining one work while changing using three types of tools, one type of tool is used for a relatively long time, so it wears the fastest, but it is set by the machine tool manufacturer. In some cases, the number of rotations is used as a guide for batch replacement, and in some cases, the abnormal value is measured and judged based on the total value of the three types of tools. At that time, the remaining two types of tools are still usable. There was a waste of tool costs. Cost reduction and economic efficiency can be realized by using each tool up to the limit of the allowable range of use and then disposing of it or replacing it with a new one at each timing.
上記の本実施の形態によれば、工作機械であるNC旋盤による複数種類の工具を使用した切削加工において、使用されている工具の工具異常を検知することができる。
なお、上記で例示したNC旋盤は単一の主軸を有するものであったが、複数の主軸を有する複合旋盤に対しても適用可能である。
According to the above-described embodiment, it is possible to detect a tool abnormality of a tool used in a cutting process using a plurality of types of tools by an NC lathe which is a machine tool.
Although the NC lathe exemplified above has a single spindle, it can also be applied to a composite lathe having a plurality of spindles.
また、電流センサ205のうちの少なくともいずれかと所定の電圧センサとを併用することで、電流と同時に電圧も計測することにより、主軸モータ101やサーボモータ102等の消費電力に基づいて上記の電流を使用した実施形態と同様のことを実現することができる。
Further, by using at least one of the
次に、本発明の第二の実施の形態に係る工作機械の電流計測システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
工作機械として、マシニングセンタ(立形マシニングセンタ)を前提とする。
なお、上記の第一の実施の形態に係る工作機械の電流計測システムと重複する説明は適宜省略し、同一の装置等には同一の符号を付していることがある。
Next, the machine tool current measurement system according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A machining center (vertical machining center) is assumed as a machine tool.
The description that overlaps with the current measurement system of the machine tool according to the first embodiment is omitted as appropriate, and the same device or the like may be designated by the same reference numeral.
図8は、本発明の実施の形態における工作機械1´の電流計測システム10´の構成図である。
電流計測システム10´は、電流センサ205´−a、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−d、電流センサ205´−eと、ケーブル21´−a、ケーブル21´−b、ケーブル21´−c、ケーブル21´−d、ケーブル21´−eと、情報処理装置(例えば、産業用パーソナルコンピュータである。)30、表示装置40とから構成されている。
電流センサ205´は、例えば公知の磁気式電流センサであり、測定したい電流が電線の周囲に作る磁場を磁気センサによって検知して磁場の大きさを測定することで電流値(電流量)を計測するものである。工作機械1´の制御盤2´から延びる配線のうち、電流センサ205´−aは主軸モータ101´に流れる電流を計測するために主軸モータ101´に接続されるケーブル(電線)に取り付けられ、電流センサ205´−bはサーボモータ102´−a(主軸のZ軸サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102´−aに接続されるケーブルに取り付けられ、電流センサ205´−cはサーボモータ102´−b(ステージ107´を駆動するX軸サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102´−bに接続されるケーブルに取り付けられ、電流センサ205´−dはサーボモータ102´−c(ステージ107´を駆動するY軸サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102´−cに接続されるケーブルに取り付けられ、電流センサ205´−eはサーボモータ102´−d(ATC(Automatic Tool Changer:自動工具交換装置)108´を駆動するATC用サーボモータ)に流れる電流を計測するためにサーボモータ102´−dに接続されるケーブルに取り付けられている。
電流センサ205´−a、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−d、電流センサ205´−eのそれぞれのケーブル21´−a、ケーブル21´−b、ケーブル21´−c、ケーブル21´−d、ケーブル21´−eは、情報処理装置30に接続されている(無線接続等であってもよい)。なお、それぞれのケーブル21´は、図示しないI/Oモジュール(ノイズ除去と信号増幅のためのアナログ電子回路と、アナログデータをデジタルデータに変換するためのAD変換器を備える。)に接続され、I/Oモジュールが電流センサ205´から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、情報処理装置30に対してデジタル信号を有線又は無線通信により出力することであってもよい。
情報処理装置30は、制御部・計算部としての演算装置であるCPU等を備え、記憶部としての所定の記憶装置を内蔵又は外付けHDD等として備えている。また、情報処理装置30は、アナログ回路としての電子回路を内蔵していることであってもよい。
表示装置40は、表示機構と入力機構を備え、所定のスタンドにより支持されたり、工作機械1´に所定の治具により固定されていることであってもよい。また、表示装置40は、単なるランプのように報知機能のみ有していることであってもよい。表示装置40は、所定のケーブル41により情報処理装置30と接続されている(無線接続等であってもよい)。表示装置40は、例えば、液晶ディスプレイ、タッチパネルディスプレイ、タブレット端末、スマートフォン等である。
FIG. 8 is a block diagram of the
The current measurement system 10' includes a current sensor 205'-a, a current sensor 205'-b, a current sensor 205'-c, a current sensor 205'-d, a current sensor 205'-e, a cable 21'-a, and a cable. It is composed of 21'-b, a cable 21'-c, a cable 21'-d, a cable 21'-e, an information processing device (for example, an industrial personal computer) 30, and a
The current sensor 205'is, for example, a known magnetic current sensor, and measures the current value (current amount) by detecting the magnetic field created around the electric wire by the current to be measured by the magnetic sensor and measuring the magnitude of the magnetic field. It is something to do. Of the wiring extending from the control panel 2'of the machine tool 1', the current sensor 205'-a is attached to a cable (electric wire) connected to the spindle motor 101'to measure the current flowing through the spindle motor 101'. The current sensor 205'-b is attached to a cable connected to the servomotor 102'-a to measure the current flowing through the servomotor 102'-a (Z-axis servomotor of the spindle), and the current sensor 205'-c is attached. Is attached to a cable connected to the servomotor 102'-b to measure the current flowing through the servomotor 102'-b (X-axis servomotor that drives the stage 107'), and the current sensor 205'-d is a servo. It is attached to a cable connected to the servomotor 102'-c to measure the current flowing through the motor 102'-c (Y-axis servomotor that drives the stage 107'), and the current sensor 205'-e is the
Cable 21'-a, cable 21'-b, cable of current sensor 205'-a, current sensor 205'-b, current sensor 205'-c, current sensor 205'-d, current sensor 205'-e, respectively. The 21'-c, the cable 21'-d, and the cable 21'-e are connected to the information processing apparatus 30 (may be a wireless connection or the like). Each cable 21'is connected to an I / O module (which includes an analog electronic circuit for noise reduction and signal amplification and an AD converter for converting analog data into digital data) (not shown). The I / O module may convert the analog signal input from the current sensor 205'to a digital signal and output the digital signal to the
The
The
図9は、工作機械1´である、周知の立形マシニングセンタ(3軸加工、テーブル(ステージ)駆動式)の一例を示す概略図である。
工作機械1には主軸100´を駆動する主軸モータ101´、Z軸サーボモータ102´−aと、ステージ107´を駆動するサーボモータ102´−b・サーボモータ102´−cと、ATC108´を駆動するサーボモータ102´−dが取り付けられている。
加工対象であるワーク103´(例えば、立方体状の金属片である。)はステージ107´に取り付けられ固定されている。なお、ステージ107´を駆動するサーボモータ102´−b(X軸サーボモータ)・サーボモータ102´−c(Y軸サーボモータ)は、それぞれ、図9中において、図中のX軸で示す左右方向の移動、図中のY軸で示す前後方向の移動の動作を司る。工作機械によってはサーボモータ102´による運動の自由度がさらに増加するものもあり、そのためのモータが追加されることであってもよい。例えば、回転と傾斜の2軸を加えた5軸加工である。
ワークを加工するための工具105´(ここでは105´−a)は、主軸100´に取り付けられ、主軸100´を軸心として回転し、また、主軸100´を駆動するサーボモータ102´−a(Z軸サーボモータ)により、図9中において、図中のZ軸で示す上下方向に移動する。
ワークを加工するための複数種類の工具105´−a、105´−b、105´−c(ここでは説明の便宜上a、b、cの3個としたが、4個以上であってもよい。)は、ATC108´により交換される。一例として、図9中において、ATC108´には変更用工具として工具105´−b、105´−cが備え付けられており、NCプログラムに基づくNC装置201´からの工具変更信号に従ってATC駆動用のサーボモータ102´−dが動作し、ATC108´は、主軸100´に取り付けられた工具105´−aと、工具105´−b又は工具105´−c´との変更を実施する(なお、異なる種類の工具への「変更」と、工具の「交換(新品への)」とは異なる概念として説明する。)。なお、図9中において示したATC108´が工作機械1´に設けられる(実装される)位置は任意である。
図9中において、NCプログラムの指示に従うサーボモータ102´−aにより主軸100´が図中下側に移動して工具105´−a(主軸を軸心として回転している。)がステージ107´上のワーク103´に当接して切削加工等を行う。
工具105´は、ワーク103´の材質と加工の種類によって選択され、例えば、単位加工時間あたりの除去体積をできるだけ多くとることが求められる粗加工においては、ワーク103´と工具105´の先端との接触体積が大きくなる形状のものが選択され、また、加工品質に直接影響する表面の仕上げ加工においては、表面粗さを均質化する先端形状を有する工具105´が選択され、また、ワーク103´を回転軸の内側から切削する内径切削においては、中ぐり用の工具105´が選択される。
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a well-known vertical machining center (3-axis machining, table (stage) driven type), which is a machine tool 1'.
The
The work 103'(for example, a cubic metal piece) to be machined is attached to and fixed to the stage 107'. The servo motor 102'-b (X-axis servo motor) and servo motor 102'-c (Y-axis servo motor) that drive the stage 107'are left and right shown by the X-axis in FIG. 9, respectively. It controls the movement in the direction and the movement in the front-back direction indicated by the Y-axis in the figure. Depending on the machine tool, the degree of freedom of movement by the servo motor 102'may be further increased, and a motor for that purpose may be added. For example, it is a 5-axis machining in which two axes of rotation and inclination are added.
The tool 105'(here 105'-a) for machining the work is attached to the spindle 100', rotates around the spindle 100', and drives the spindle 100'. (Z-axis servomotor) moves in the vertical direction indicated by the Z-axis in FIG. 9 in FIG.
Multiple types of tools for machining workpieces 105'-a, 105'-b, 105'-c (Here, a, b, and c are set to three for convenience of explanation, but four or more may be used. ) Is replaced by ATC108'. As an example, in FIG. 9, the ATC 108'is provided with tools 105'-b and 105'-c as change tools, and is used for ATC drive according to a tool change signal from the NC device 201'based on the NC program. The servomotor 102'-d operates, and the ATC 108' carries out a change between the tool 105'-a attached to the spindle 100'and the tool 105'-b or the tool 105'-c'(note that they are different). "Change" to a type of tool is described as a different concept from "replacement (to a new one)" of a tool.) The position where the ATC 108'shown in FIG. 9 is provided (mounted) on the machine tool 1'is arbitrary.
In FIG. 9, the spindle 100'is moved to the lower side in the figure by the servomotor 102'-a according to the instruction of the NC program, and the tool 105'-a (rotating around the spindle as the axis) is stage 107'. It abuts on the upper work 103'and performs cutting or the like.
The tool 105'is selected according to the material of the work 103'and the type of machining. For example, in rough machining where it is required to take as much removal volume per unit machining time as possible, the work 103'and the tip of the tool 105' A tool with a shape that increases the contact volume of the tool 105'is selected, and a tool 105'having a tip shape that homogenizes the surface roughness is selected for surface finishing that directly affects the processing quality, and the
図10は、工作機械1´である立形マシニングセンタとその電流計測システム10´の信号の流れを説明するためのブロック図である。
図10において、まず、NC装置201´から出力された制御信号はPLC202´、インバータ203´、サーボアンプ204´−a、サーボアンプ204´−b、サーボアンプ204´−cおよびサーボアンプ204´−dに入力される。
インバータ203´は主軸モータ101´を駆動し、サーボアンプ204´−a、サーボアンプ204´−b、サーボアンプ204´−cおよびサーボアンプ204´−dはNC装置201からの指示に従ってそれぞれサーボモータ102´−a、サーボモータ102´−b、サーボモータ102´−cおよびサーボモータ102´−dの運動(動作)を制御する。
電流センサ205´−aは主軸モータ101´に流れる電流を計測し、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−d、電流センサ205´−eはそれぞれサーボモータ102´−a、サーボモータ102´−b、サーボモータ102´−cおよびサーボモータ102´−dに流れる電流を計測する。
NC装置201´にはワーク103´を所望の形状に加工するためのプログラム(NCプログラム)が実装されている。
主軸モータ101´が回転することによって取り付けられた工具105´も同時に回転する。
NC装置201´からの指示に従ってサーボアンプ204´−aがサーボモータ102´−aを駆動することで、主軸100´が図9中のZ軸で示す上下方向に移動し、工具105´がワーク103´に接触し、切削加工が行われる。
NC装置201´からの指示に従ってサーボアンプ204´−bがサーボモータ102´−bを駆動することで、ステージ107´が図9中のX軸で示す左右方向に、また、NC装置201´からの指示に従ってサーボアンプ204´−cがサーボモータ102´−cを駆動することで、ステージ107´が図9中のY軸で示す前後方向に移動する。
NC装置201´からの指示に従ってサーボアンプ204´−dがサーボモータ102´−dを駆動することで、ATC108´が工具105´の変更を実施する。
FIG. 10 is a block diagram for explaining a signal flow of a vertical machining center which is a machine tool 1'and its current measuring system 10'.
In FIG. 10, first, the control signals output from the NC device 201'are the PLC202', the inverter 203', the servo amplifier 204'-a, the servo amplifier 204'-b, the servo amplifier 204'-c, and the servo amplifier 204'-. It is input to d.
The inverter 203'drives the spindle motor 101', and the servo amplifier 204'-a, the servo amplifier 204'-b, the servo amplifier 204'-c and the servo amplifier 204'-d are servomotors according to the instructions from the
The current sensor 205'-a measures the current flowing through the spindle motor 101', and the current sensor 205'-b, the current sensor 205'-c, the current sensor 205'-d, and the current sensor 205'-e are servo
A program (NC program) for processing the work 103'into a desired shape is mounted on the NC device 201'.
The tool 105'attached by the rotation of the spindle motor 101'also rotates at the same time.
By driving the servomotor 102'-a by the servo amplifier 204'-a according to the instruction from the NC device 201', the spindle 100'move in the vertical direction shown by the Z axis in FIG. 9, and the tool 105'is a workpiece. It comes into contact with 103'and cutting is performed.
By driving the servomotor 102'-b by the servo amplifier 204'-b according to the instruction from the NC device 201', the stage 107'is in the left-right direction indicated by the X axis in FIG. 9, and from the NC device 201'. By driving the servomotor 102'-c by the servo amplifier 204'-c according to the instruction of, the stage 107'move in the front-rear direction shown by the Y-axis in FIG.
The
図11は、電流センサ205´−aによって計測された、工作機械1´である立形マシニングセンタが稼働している最中の主軸モータ101´に流れる電流の時刻歴波形301´(実線)と、電流センサ205´−eによって計測された、工作機械1´が稼働している最中のサーボモータ102´−dに流れる電流の時刻歴波形302´(破線)である。なお、縦軸は電流値、横軸は経過時間である。ここでは、第一の電流センサとして主軸モータ101´に流れる電流を計測する電流センサ205´−aを例にあげて説明するが、第一の電流センサとして、サーボモータ102´−aに流れる電流を計測する電流センサ205´−bやサーボモータ102´−bに流れる電流を計測する電流センサ205´−cを適用することも同様に可能であり、重複する説明は省略する(なお、後述する図12、図13の説明においても電流センサ205´−bや電流センサ205´−cを適用する説明は実質的に重複するので省略する。)。
切削加工等に使用される工具が、例えば、工具105´−aから工具105´−bへと変更される際には、ATC108´が動作する。このとき、ATC108´を動作させるためにサーボモータ102´−dに大きな電流が流れるため、サーボモータ102´−dに流れる電流の時刻歴波形302´には瞬時的なピーク((短期持続的なピークを含む、以下同様である。))が現れる。この瞬時的なピークを含む時刻歴波形302´と、主軸モータ101´に流れる電流の時刻歴波形301´とを同期させる(重ねる)ことで、工具105´−aと工具105´−bの使用時間に応じた主軸モータ101´に流れる電流の時刻歴波形を抽出する(切り出す)ことができる。
計測された電流値は、情報処理装置30の記憶装置等に保存され、その記憶装置等に接続された情報処理装置30の演算装置によってデジタルデータで同期処理を行うことであっても、また、情報処理装置30のアナログ回路(連続的に変化する電気信号を取り扱う電子回路)においてアナログ情報として同期処理を行うことであってもよい。
具体的には、図11に示すように、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形302´に最初に現れる瞬時的なピークまでは、工具105´−aが使用されており、初めてATC108´が動作する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具105´−aから工具105´−bへと変更され、それ以降は、時刻歴波形302´に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具105´−bが使用されているとみなす(推定する)ことができる。但し、図11は、理解の容易化のために模式的にグラフを表しているに過ぎなく、切削加工等の開始時点から、ワーク103´に工具105´−aが当たるまでや、工具105´−aから工具105´−bへと変更される際のワーク103´にいずれの工具105´も当たっていない状態は無視して表現したものであるし、電流値も必ずしも工具ごとに一定(フラット)の値をとるものではない。
なお、切削加工等に際して、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形302´に瞬時的なピークが現れるごとに、1番目の使用工具から2番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。情報処理装置30から上記の複数の工具の使用する順番のデータを取得し、そのデータを、図11に示すデータと紐付けて、表示装置40に具体的にどの時間帯でどの種類の工具が使用されていたかの工具名も表示することであってよい。
FIG. 11 shows the time history waveform 301'(solid line) of the current flowing through the spindle motor 101' while the vertical machining center, which is the machine tool 1', is operating, measured by the current sensor 205'-a. It is a
When the tool used for cutting or the like is changed from the tool 105'-a to the tool 105'-b, for example, the ATC 108'operates. At this time, since a large current flows through the servomotor 102'-d to operate the ATC108', a momentary peak ((short-term continuous)) occurs in the time history waveform 302'of the current flowing through the servomotor 102'-d. The same applies below, including the peak.))) Appears. By synchronizing (overlapping) the time history waveform 302'including this instantaneous peak with the time history waveform 301' of the current flowing through the spindle motor 101', the tool 105'-a and the tool 105'-b are used. It is possible to extract (cut out) the time history waveform of the current flowing through the spindle motor 101'according to the time.
The measured current value is stored in a storage device or the like of the
Specifically, as shown in FIG. 11, the tool 105'-a is used from the start time of cutting or the like to the momentary peak that first appears in the time history waveform 302', and the tool 105'-a is used for the first time. When Can be considered (estimated) to be in use (estimated) until the tool 105'-b appears. However, FIG. 11 is merely a schematic graph for facilitation of understanding, from the start of cutting or the like until the tool 105'-a hits the work 103', or the tool 105'. The state in which none of the tools 105'is hitting the work 103' when changing from −a to the
In addition, at the time of cutting or the like, the time history waveform 302'is instantaneously obtained by associating with the data of the order in which the plurality of tools are used, which are preset in a predetermined table of the storage device of the
また、図11では、工作機械1´として所定の構造の「立形マシニングセンタ」を前提として説明したが、工作機械1´は、複数種類の工具105´を変更しながらワーク103´を加工し、ワーク103´を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータと、複数種類の工具105´の変更のための動作を司るための第二のモータとを備えていれば、その具体的な構造は限定されなく、第一の電流センサ(例えば、電流センサ205´−a、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−d)がワーク103´を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205´−eが複数種類の工具105´の変更のための動作を司るための第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させることで、解析処理を実行することができる(なお、後述する図12、図13の説明においても同様である。)。
Further, in FIG. 11, the
さらに、工具105´の交換のタイミングを推定することのみでなく、主軸100´を上下に移動させたり、ステージ107´を左右前後に移動させる際にサーボモータ102´−a、サーボモータ102´−bやサーボモータ102´−cに大きな電流が流れるため、これらの上下、左右前後の動作に基づいて工作機械1´の稼働時間・稼働率等を推定することもできる。 Further, not only estimating the replacement timing of the tool 105', but also when moving the spindle 100'up and down or moving the stage 107' left and right and back and forth, the servo motor 102'-a and the servo motor 102'- Since a large current flows through b and the servomotor 102'-c, it is possible to estimate the operating time, operating rate, etc. of the machine tool 1'based on the up / down, left / right, front / rear movements.
その他、故障予測(異常検知)に用いることもできる。すなわち、第一の電流センサとしての電流センサ205´−aがワーク103´を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205´−eが複数種類の工具105´の変更のための動作を司るための第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させ、解析処理を実行し、通常(正常時)の波形とは異なる波形が現れた場合には工作機械1´又は工具105´が故障する予兆又は故障しているとみなして故障予測を実施することができる。 In addition, it can also be used for failure prediction (abnormality detection). That is, the current sensor 205'-a as the first current sensor measures the current flowing through the first motor that receives the load fluctuation when processing the work 103', and the current sensor 205'-a as the second current sensor is used. -E measures the current flowing through the second motor to control the operation for changing the tools 105'of multiple types, synchronizes the time history waveform of the current flowing through each of these two motors, and executes the analysis process. However, when a waveform different from the normal (normal) waveform appears, it is possible to carry out failure prediction by regarding the machine machine 1'or the tool 105' as a sign of failure or failure.
図12(a)・図12(b)は、加工回数(加工時間や除去体積等としてもよい。)に対する工具の種類ごとの負荷特徴量(なお、ここでいう「負荷」とは、ワークに対して工具を当てると反発する力の大きさのことをいう。種々の計算式や指標があるが、以下では、負荷は、「電流の大きさ」を測定することで推定されるものとする。すなわち、相対的に大きな負荷がかかっている場合(ワークに対して劣化した工具が当たってその分の抵抗力が生じている。)は、相対的に大きい電流が流れ、相対的に小さな負荷がかかっている場合(ワークに対してそれほど劣化していない工具が当たってその分の抵抗力が生じている。)は、相対的に小さい電流が流れ、負荷がかかっていない場合(空転)は、ほぼ電流が流れないことを利用して推定する。)の推移である。
ここでは負荷特徴量とは、図11における各ブロックの電流値の平均値のことをいう。具体的には、図11において、工具105´−aが使用されていた時間の電流の大きさがブロック1´の領域(切り出し区間)として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図12(a)中の丸印としてプロットされている。同様に、図11において、工具105´−bが使用されていた時間の電流の大きさがブロック2´の領域(切り出し区間)として示され、その時間帯の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として、図12(b)中の三角印としてプロットされている。なお、図12(a)・図12(b)にプロットされる丸印・三角印は、例えば同じ製品を100本作るケースなどの、同一のワークを同一の条件で加工することを前提として、情報処理装置30の演算装置によって計算処理された負荷特徴量であり、また、理解の容易化のためにグラフで示したに過ぎなくグラフ化は必須ではない。
加工回数の増加に伴い、図12(a)に示す、工具105´−aの負荷特徴量401´と、図12(b)に示す、工具105´−bの負荷特徴量402´はともに増加傾向(計測等の誤差があり得るため必ずしも加工回数に比例して負荷特徴量が大きくなるわけではないという意味である。)を示す。
これは、加工回数の増加に伴い、すなわち工具が使用されるに伴い、工具の表面が摩耗して劣化すると、ワークに対して当たった工具の表面の摩擦が大きくなり、すなわち抵抗力が大きくなり、負荷も大きくなるからである。
情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている各工具の負荷特徴量の閾値403´、閾値404´に、情報処理装置30の演算装置によって計算処理された各工具の負荷特徴量が達した(一度達する場合でも、念のため2回連続で達する場合など計測エラ−対策がなされてもよい。9割程度の予備閾値を2回連続で達する場合など追加条件を付加することであってもよい。)と判断された場合、工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置30の演算装置は工具交換のための所定のアラートを表示装置40の表示画面5等に報知する。
なお、上記では、各切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値(二乗平均値)を加工対象の加工回数ごとに相対比較したが、非負関数値として計測した電流値の絶対値の総和値を利用することであってもよい。
さらに、図12(a)・図12(b)において、理論寿命曲線(切削加工に外乱等によるばらつきが生じない場合の理想的な状況での工具105´の摩耗の進行をあらわすもの)を示しておくと、プロットされた負荷特徴量とその理論寿命曲線の関係(推移や傾きの傾向など)に基づいて、公知の種々の手法により、工具105´の観測時点での摩耗の進行度合いを推定することが可能となる。例えば、理論寿命曲線が略S字状とすると、2回目のカーブにさしかかったタイミングを工具の交換時期と予め決定しておき、プロットされた負荷特徴量の推移から2回目のカーブにさしかかったと情報処理装置30により判断されたときに、工具交換のための所定のアラートを表示装置40の表示画面5等に報知することであってもよい。
また、加工の条件等によっては、所定の工具105´に関して、ワーク103´を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータとして、主軸モータ101´を流れる電流では感度が低くて(工具摩耗の程度と電流値の変化に対応性が乏しい等)効率的効果的に工具摩耗の進行が推定できない等の事情が生じる可能性があり、その場合は、他のサーボモータ102´を流れる電流では推定できるということもあり得るため、第一の電流センサとしての候補が複数(例えば、電流センサ205´−a、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−e)存在することには大きなメリットがある。
12 (a) and 12 (b) show the load feature amount for each type of tool with respect to the number of times of machining (may be machining time, removed volume, etc.) (Note that the “load” here refers to the work. On the other hand, it refers to the magnitude of the repulsive force when a tool is applied. There are various calculation formulas and indexes, but in the following, the load is estimated by measuring the "magnitude of current". That is, when a relatively large load is applied (a deteriorated tool hits the work and a resistance force corresponding to it is generated), a relatively large current flows and a relatively small load is applied. When is applied (a tool that has not deteriorated so much hits the work and a resistance force is generated by that amount), a relatively small current flows, and when no load is applied (idle). , Estimated using the fact that almost no current flows.)
Here, the load feature amount means the average value of the current values of each block in FIG. Specifically, in FIG. 11, the magnitude of the current during the time when the tool 105'-a is used is shown as a region (cutting section) of the block 1', and the average value of the magnitude of the current during that time zone is shown. Is plotted as a circle in FIG. 12 (a) with the load feature amount. Similarly, in FIG. 11, the magnitude of the current during the time when the tool 105'-b was used is shown as a region (cutting section) of the block 2', and the average value of the magnitude of the current during that time is loaded. As a feature amount, it is plotted as a triangular mark in FIG. 12 (b). The circles and triangles plotted in FIGS. 12 (a) and 12 (b) are based on the premise that the same workpiece is processed under the same conditions, for example, in the case of making 100 identical products. It is a load feature amount calculated and processed by the arithmetic unit of the
As the number of machining times increases, both the load feature amount 401'of the tool 105'-a shown in FIG. 12A and the load feature amount 402'of the tool 105'-b shown in FIG. 12B increase. The tendency (meaning that the load feature amount does not necessarily increase in proportion to the number of times of processing because there may be an error in measurement etc.) is shown.
This is because when the surface of the tool is worn and deteriorated as the number of times of machining increases, that is, as the tool is used, the friction on the surface of the tool that hits the work increases, that is, the resistance force increases. This is because the load also increases.
The load of each tool calculated and processed by the arithmetic unit of the
In the above, the non-negative function values (root mean squares) with the current value of each cutout section as an argument are compared relative to each number of times of machining, but the total value of the absolute values of the current values measured as non-negative function values is summed up. May be used.
Further, FIGS. 12 (a) and 12 (b) show the theoretical life curve (representing the progress of wear of the tool 105'in an ideal situation when there is no variation in the cutting process due to disturbance or the like). Then, based on the relationship between the plotted load features and the theoretical life curve (transition, tendency of inclination, etc.), the degree of progress of wear at the time of observation of the tool 105'is estimated by various known methods. It becomes possible to do. For example, if the theoretical life curve is approximately S-shaped, the timing of approaching the second curve is determined in advance as the tool replacement timing, and information is provided that the second curve is approached from the transition of the plotted load features. When it is determined by the
Further, depending on the machining conditions and the like, the sensitivity of the predetermined tool 105'is low with respect to the current flowing through the spindle motor 101'as the first motor that receives the load fluctuation when machining the work 103' (tool wear). There is a possibility that the progress of tool wear cannot be estimated efficiently and effectively. In that case, it is estimated by the current flowing through the other servo motor 102'. Since it may be possible, there are a plurality of candidates as the first current sensor (for example, current sensor 205'-a, current sensor 205'-b, current sensor 205'-c, current sensor 205'-e). There are great benefits to doing.
図13は、表示装置40に表示される表示画面5の一例を示す図である。
表示画面5は、加工品名(例えば、製品名:A社の自動車のカムシャフト)の表示501と、工具交換通知(アラート)の表示502と、工具負荷特徴量の表示503と、電流計測値(電流の時刻歴波形、現時点の電流値も表示されることであってもよい。)の表示504と、工具名の表示505と、過去の履歴情報としての工具交換履歴(交換日時等)の表示506等とによって構成されている。もちろんこれらのすべての表示が必須ということではない。
なお、表示画面5へ出力することなく、所定の別体のランプ等を点滅させることなどにより、工具交換のアラートのみ報知することであってもよい。
また、表示装置40等に出力されるデータは、表示装置40等に出力することなく、情報処理装置30のみにおいて所定の表示部(液晶ディスプレイ等)に表示して利用されることであってもよい。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a
The
It should be noted that only the tool change alert may be notified by blinking a predetermined separate lamp or the like without outputting to the
Further, the data output to the
次に、本発明の実施の形態に係る工作機械の電流計測システム10を用いた工作機械1´の電流計測方法について、図14のフロ−チャ−トを参照して詳細に説明する。
基本的な流れは、第一の電流センサ(例えば、電流センサ205´−a、電流センサ205´−b、電流センサ205´−c、電流センサ205´−d)がワーク103´を加工するときの負荷変動を受ける第一のモータに流れる電流を計測し、第二の電流センサとしての電流センサ205´−eが複数種類の工具105´の変更のための動作を司るための第二のモータに流れる電流を計測し、これら2つのモータそれぞれに流れる電流の時刻歴波形を同期させて、解析処理を実行する、というものである。
以下では、工作機械1´である立形マシニングセンタによる切削加工等に使用される2種類の工具である工具105´−aと工具105´−bを変更しながらワーク103´を加工する場合において、工具の負荷推定と併用することにより、工具ごとの摩耗状態(摩耗状態が一定限度を超えると「工具異常」の概念に含まれる状態となるものとする。)を推定して工具交換のタイミングを推定して報知するケースについて説明する。
ここでは、第一の電流センサとして主軸モータ101´に流れる電流を計測する電流センサ205´−aを例にあげて説明するが、第一の電流センサとして、サーボモータ102´−aに流れる電流を計測する電流センサ205´−bやサーボモータ102´−bに流れる電流を計測する電流センサ205´−cやサーボモータ102´−cに流れる電流を計測する電流センサ205´−dを適用することも同様に可能である。
Next, a current measuring method of the machine tool 1'using the machine tool
The basic flow is when the first current sensor (for example, current sensor 205'-a, current sensor 205'-b, current sensor 205'-c, current sensor 205'-d) processes the work 103'. A second motor for measuring the current flowing through the first motor that is subject to load fluctuations, and for the current sensor 205'-e as the second current sensor to control the operation for changing multiple types of tools 105'. The current flowing through the motors is measured, the time history waveforms of the currents flowing through each of these two motors are synchronized, and the analysis process is executed.
In the following, when machining the work 103'while changing the tool 105'-a and the tool 105'-b, which are two types of tools used for cutting by a vertical machining center which is a machine tool 1'. By using this together with tool load estimation, the wear state of each tool (when the wear state exceeds a certain limit, it is assumed to be included in the concept of "tool abnormality") and the timing of tool replacement is estimated. A case of estimating and notifying will be described.
Here, the current sensor 205'-a for measuring the current flowing through the spindle motor 101'as the first current sensor will be described as an example, but the current flowing through the servo motor 102'-a as the first current sensor will be described. The current sensor 205'-b that measures the current flowing through the servo motor 102'-b, the current sensor 205'-c that measures the current flowing through the servo motor 102'-b, and the current sensor 205'-d that measures the current flowing through the servo motor 102'-c are applied. It is possible as well.
まず、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に工具105´−aと工具105´−bごとの負荷特徴量の閾値403´、閾値404´を予め設定する(ステップS1´)。 First, a threshold value 403'and a threshold value 404'of the load feature amount for each tool 105'-a and the tool 105'-b are set in advance in a predetermined table or the like of the storage device of the information processing device 30 (step S1').
次に、工作機械1´により、工具105´を用いたワーク103´の加工が開始されると、電流センサ205´−aは主軸モータ101´に流れる電流を計測し、電流センサ205´−eはサーボモータ102´−dに流れる電流を計測する(ステップS2´)。 Next, when the machine tool 1'starts machining the work 103'using the tool 105', the current sensor 205'-a measures the current flowing through the spindle motor 101', and the current sensor 205'-e Measures the current flowing through the servomotor 102'-d (step S2').
そして、情報処理装置30は、図11に示すように、主軸モータ101´に流れる電流の時刻歴波形301´(実線)と、サーボモータ102´−dに流れる電流の時刻歴波形302´(破線)を得て、同期処理を行う(ステップS3´)。
Then, as shown in FIG. 11, the
情報処理装置30の演算装置は、切削加工等の開始時点から、時刻歴波形302´に最初に現れる瞬時的なピーク(ピーク信号)までは、工具105´−aが使用されており、初めてATC108´が動作する際に瞬時的なピークが最初に現れ、その時点で、工具105´−aから工具105´−bへと変更され、それ以降は、時刻歴波形302´に次の瞬時的なピークが現れるまでは、工具105´−bが使用されているとみなし(推定し)、図11における、工具105´−aが使用されていたブロック1´の領域と、工具105´−bが使用されていたブロック2´の領域の電流の大きさの平均値を負荷特徴量として算定する(ステップS4´)。なお、情報処理装置30の記憶装置の所定のテーブル等に予め設定されている複数の工具の使用する順番のデータと紐付けること等により、時刻歴波形302´に瞬時的なピークが現れるごとに、1番目の使用工具から2番目の使用工具へ、具体的にどの種類の工具からどの種類の工具へ変更されていくのかを特定することができる。
In the arithmetic unit of the
そして、情報処理装置30の演算装置は、上記のステップS1´で設定した各工具の負荷特徴量の閾値403´、閾値404´に、各工具の負荷特徴量が達したか否かをそれぞれ判断し(ステップS5´)、達したと判断された工具がある場合、その工具の表面が摩耗して劣化が著しく工具の交換時期であるとして推定し、情報処理装置30の演算装置は、工具摩耗状態がひどく工具交換が必要である旨の所定のアラートを、例えば図13に示すように表示装置40の表示画面5等に報知する(ステップS6´)。
Then, the calculation device of the
このようにすれば、工作機械1´の立形マシニングセンタを経由することなく、回転する主軸を駆動するモータの電流とATCを駆動するモータの電流を計測し同期処理することによって、同一種類のワーク103´を複数加工する状況において、工具105´ごとに切り出された電流波形の非負関数値をワーク103´ごとに相対比較し推移を観察することで、ワーク103´の加工回数に対する工具105´ごとの摩耗状態を推定することができる。
従来、工作機械メーカーは機械の内部で動作しているプログラムからデータを解析することができるが、1つの工場で異なるメーカ等の工作機械を複数使用している場合等において、汎用的に工作機械の外部から(内部の電気回路等に変更を加えると改造品等となりメーカー保証対象外となるリスクもある。)工具の交換タイミング等を判別することが望まれていた。例えば、1個のワークの加工に際して工具を3種類用いて変更しながら加工する場合、ある1種類の工具を相対的に長い時間使用するため、一番早く摩耗するが、工作機械メーカー側で設定された回転数を目安として一括交換するケースや、3種類の工具の合算値で異常値を計測判断しているケースもあり、そのときは残りの2種類の工具はまだ使用できる状態であり、工具費用の無駄が発生していた。各工具の使用許容範囲の限界まで使用してからそれぞれのタイミングで廃棄・新品交換を実施することで原価低減・経済効率性が実現できる。
By doing so, the current of the motor that drives the rotating spindle and the current of the motor that drives the ATC are measured and synchronized without passing through the vertical machining center of the machine tool 1', and the same type of workpiece is processed. In the situation where a plurality of 103's are machined, the non-negative function value of the current waveform cut out for each tool 105'is compared relative to each work 103', and the transition is observed for each tool 105' with respect to the number of times the work 103' is machined. It is possible to estimate the wear state of.
Conventionally, a machine tool maker can analyze data from a program running inside the machine, but when one factory uses multiple machine tools from different manufacturers, it is a general-purpose machine tool. It has been desired to determine the tool replacement timing, etc. from the outside (there is a risk that if the internal electric circuit or the like is changed, it will be a modified product or the like and will not be covered by the manufacturer's warranty). For example, when machining one work while changing using three types of tools, one type of tool is used for a relatively long time, so it wears the fastest, but it is set by the machine tool manufacturer. In some cases, the number of rotations is used as a guide for batch replacement, and in some cases, the abnormal value is measured and judged based on the total value of the three types of tools. At that time, the remaining two types of tools are still usable. There was a waste of tool costs. Cost reduction and economic efficiency can be realized by using each tool up to the limit of the allowable range of use and then disposing of it or replacing it with a new one at each timing.
上記の本実施の形態によれば、工作機械である立形マシニングセンタによる複数種類の工具を使用した切削加工において、使用されている工具の工具異常を検知することができる。 According to the above embodiment, it is possible to detect a tool abnormality of a tool used in a cutting process using a plurality of types of tools by a vertical machining center which is a machine tool.
また、電流センサ205´の少なくともいずれかと所定の電圧センサとを併用することで、電流と同時に電圧も計測することにより、主軸モータ101´やサーボモータ102´等の消費電力に基づいて上記の電流を使用した実施形態と同様のことを実現することができる。 Further, by using at least one of the current sensors 205'and a predetermined voltage sensor in combination, the voltage can be measured at the same time as the current, and the above current can be measured based on the power consumption of the spindle motor 101', the servo motor 102', and the like. It is possible to realize the same thing as the embodiment using.
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されてよい。例えば、NC旋盤にマシニングセンタのような機能を搭載した複合機にも本発明は適用可能である。 In addition, although not illustrated one by one, the present invention may be carried out with various modifications within a range not deviating from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to a multifunction device in which a function such as a machining center is mounted on an NC lathe.
1 工作機械(NC旋盤)
1´ 工作機械(立形マシニングセンタ)
2、2´ 制御盤
21−a、21−b、21−c、21−d、21´−a、21´−b、21´−c、21´−d、21´−e、41 ケーブル
30 情報処理装置
40 表示装置
101、101´ 主軸モータ
102a、102−b、102−c、102´−a、102´−b、102´−c、102´−d サーボモータ
103、103´ ワーク
104 チャック
105−a、105−b、105´−a、105´−b、105´−c 工具
106 工具台
107´ ステージ
108´ ATC
201、201´ NC装置
202、202´ PLC
203、203´ インバータ
204−a、204−b、204−c、204´−a、204´−b、204´−c、204´−d サーボアンプ
205−a、205−b、205−c、205−d、205´−a、205´−b、205´−c、205´−d、205´−e 電流センサ
301、301´ 主軸モータに流れる電流の時刻歴波形
302、302´ サーボモータに流れる電流の時刻歴波形
401 工具105−aの負荷特徴量
401´ 工具105´−aの負荷特徴量
402 工具105−bの負荷特徴量
402´ 工具105´−bの負荷特徴量
403、404、403´、404´ 負荷特徴量の閾値
5 表示画面
501 加工品名の表示
502 工具交換通知の表示
503 工具負荷特徴量の推移の表示
504 電流計測値の表示
505 工具交換履歴の表示
1 Machine tool (NC lathe)
1'Machine tool (vertical machining center)
2, 2'Control panel 21-a, 21-b, 21-c, 21-d, 21'-a, 21'-b, 21'-c, 21'-d, 21'-e, 41
201,
203, 203'Inverter 204-a, 204-b, 204-c, 204'-a, 204'-b, 204'-c, 204'-d Servo amplifier 205-a, 205-b, 205-c, 205-d, 205'-a, 205'-b, 205'-c, 205'-d, 205'-e
Claims (3)
複数種類の工具を変更しながらワークを主軸を軸心として回転駆動させて加工する前記工作機械は、前記工具が取り付けられた部材の位置を変更するときに前記部材を駆動するための第一のモータと、前記複数種類の工具の変更のための動作を司るための第二のモータとを備え、
前記情報処理装置は、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行い、解析処理において前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知することを特徴とする工作機械の電流計測システム。 A machine tool current measurement system in which the first current sensor and the second current sensor are connected to an information processing device, respectively.
The machine tool for machining by rotationally driving a work around a spindle while changing a plurality of types of tools is the first for driving the member when changing the position of the member to which the tool is attached. A motor and a second motor for controlling the operation for changing the plurality of types of tools are provided.
The information processing apparatus has a time history of the current of the first motor measured by the first current sensor and the current of the second motor measured by the second current sensor. The process of superimposing the waveforms at the same elapsed time is performed, and the current of the first motor measured by the first current sensor in the analysis process is used for the operation for changing the plurality of types of tools. A tool abnormality is detected for each type of the tool by cutting out each signal that occurs at that time and comparing the non-negative function value with the current value of each cutting section as an argument for each number of times the work is machined. A current measurement system for machine tools featuring.
第一の電流センサと第二の電流センサとがそれぞれ接続されている情報処理装置が、前記第一の電流センサにより計測された前記第一のモータの電流と、前記第二の電流センサにより前記計測された前記第二のモータの前記電流とのそれぞれの時刻歴波形を経過時間を一致させて重ねる処理を行う工程と、
前記情報処理装置が、解析処理において、前記第一の電流センサにより前記計測された前記第一のモータの前記電流を、前記複数種類の工具の前記変更のための動作のときに発生する信号ごとに切り出し、それぞれの切り出し区間の電流値を引数とする非負関数値を前記ワークの加工回数ごとに相対比較することで、前記工具の前記種類ごとに工具異常を検知する工程と
を有することを特徴とする工作機械の電流計測方法。
The plurality of motors include a first motor for driving the member when changing the position of the member to which the tool is attached and a second motor for controlling the operation for changing the plurality of types of the tool. a machine tool of the current measurement method of the kind of the tool change Shinano processed by rotating the Lawah over click the spindle as axis,
The information processing device to which the first current sensor and the second current sensor are connected is the current of the first motor measured by the first current sensor and the current of the second current sensor. A step of performing a process of superimposing each time history waveform with the measured current of the second motor by matching the elapsed time.
For each signal generated when the information processing apparatus operates the current of the first motor measured by the first current sensor for the change of the plurality of types of tools in the analysis process. It is characterized by having a process of detecting a tool abnormality for each type of the tool by relatively comparing non-negative function values with the current value of each cutting section as an argument for each number of times the work is machined. How to measure the current of a machine tool.
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