JPH0373253A - 工具摩耗補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加工における工具の摩耗状態に応じて適切な
タイミングで加工寸法計測を行い、更にそのデータに基
づいて適切な工具位置の補正を行う工具摩耗補正方法に
関する。

〔従来の技術〕 従来、ＣＮＣ（コンピユータ化された数値制御）工作機
械を用いた加工における寸法計測タイミングや工具の位
置補正は、一定のサンプリング周期でサンプリングし、
サンプリング時の計測値と目標値との差を補正値として
、それに基づいた補正を行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、工具においては、単位加工回数当りの摩
耗度合いが摩耗時期に応じて異なり、−定周期でサンプ
リングを行なうと、安定した加工精度と生産性の向上と
いう２つの要求を満足する最適なサンプリング周期とな
っていない場合がある。

すなわち、文意した加工精度のみを重視するならば、加
工１回毎に工具の摩耗度合いを計測し、その都度摩耗量
を補正値としてそれに基づいた補正を行なえばよいが、
全加工時間に対する計測時間の占める割合が高くなり、
生産性（単位時間当りの加工数）が劣ってくるという問
題点を有していた。また、生産性を上げるために、工具
の摩耗度合いを計測するタイミングの間隔を長くすると
、精度が不安定になるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、安定した
加工精度と生産性の向上という２つの要求を同時に満足
することのできる工具摩耗補正方法を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本説明においては、ワーク
を加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を駆動する駆動手
段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
し、 前記制御手段は、前記入力手段を介して入力される所定
のデータに応じて前記検出手段が前記工具の摩耗度合い
を検出するタイミングを可変とすると共に、前記入力手
段に入力される所定のデータと前記検出記号に基づいて
、前記駆動手段における駆動量を決定する構成としてい
る。

また、ワークを加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を騒動する駆動手
段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
し、 前記制御手段は、前記入力手段に入力される所定のデー
タに応じて前記工具の寿命を複数の区分に分割し、該複
数の区分に応じて、前記検出信号に基づいた前記駆動手
段における駆動量の補正を行うと共に、前記検出手段が
前記工具の摩耗度合いを検出するタイミングを前記複数
の区分に応じて可変とするようにしてもよい。

更には、ワークを加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を駆動する駆動手
段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
し、 前記Ｍ　′Ｉ８手段は、前記工具の摩耗度合いに応じて
前記工具の寿命を複数の区分に分割し、該複数の区分に
応じて、前記検出記号に基づいた前記駆動手段における
駆動量の補正を行うと共に、前記検出手段が前記工具の
摩耗度合いを検出するタイミングを前記複数の区分に応
じて、単位加工回数者たりの前記工具の摩耗度合いが大
のときには短く、小のときには長くするようにしてもよ
い。

〔作用〕

上記のように構成された工具摩耗補正方式においては、
入力手段を介して制御手段に入力された所定のデータに
応じて、検出手段によって工具の摩耗度合いを検出する
タイ柔ングが決定され、このタイミングに応じて検出手
段は工具の摩耗度合いを検出して、制御手段へ検出信号
を送出する。

制御手段は、前記所定のデータと前記検出信号に基づい
て、駆動手段における駆動量を決定して駆動手段へ信号
を送出する。駆動手段はこの信号に応じて工具を駆動し
、ワークを加工する。また、工具の摩耗度合いを検出す
るタイミングは、工具の単位加工回数者たりの摩耗度合
いに応じて変化し、工具の単位加工回数者たりの摩耗度
合いが大のときには、工具の摩耗度合いを検出するタイ
ミングを短くし、工具の単位加工回数者たりの摩耗度合
いが小のときには、工具の摩耗度合いを検出するタイミ
ングを長くする。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。本実
施例の構成を第１図に示す。プローブ１０を用いて計測
器１１によりワーク２１の寸法を計測した後出力された
アナログデータは、アナログ（インプット・アウトプッ
ト）Ｉ１０１２でＡ／Ｄ　（アナログ−デジタル）変換
され、デジタルデータの形でＮＧ（数値制御）内部のＲ
ＡＭ１３に格納される。このデータと予めバンクアップ
ＲＡＭ２０２に入力されている基準値とを比較演算器１
４にて比較した後、演算手段１５においてカウンタ１０
０、バックアツプＲＡＭ２０２、比較演算器１４からの
信号に基づいて所定の演算が行われる。補正量決定手段
１６では、演算手段１５の演算結果に基づいて適切な補
正量を決定し、この補正量に応じて切り込み量決定手段
１７にて切り込み量を決定する。ここで、補正量とは、
ワークの寸法計測を行い、計測判定を行った後に決定さ
れるもので、工具をワークに近づける場合を＋、工具を
ワークから遠ざける場合を−とする。また、切り込み量
とは、加工の際に工具がワークに近づく量を示す。ワー
ク加工指令手段１８は、切り込み量決定手段１７によっ
て決定された切り込み量に応じてモータ１９へ駆動信号
を送出し、モータ１９はこの駆動信号に応じて工具２０
を駆動し−て、その結果、工具の位置の補正が行われる
。また、ワーク加工指令手段１８は、モータ１９へ駆動
信号を送出するたびにカウンタ１００を１つ加算する。

比較演算器１０１では、カウンタ１００のカウンタ値と
、バックアツプＲＡＭ２０２に入力されている固有定数
とを比較演算して計測器１１の作動の時間を判断し、デ
ジタルデータ（インプット・アウトプット）１０２を介
してドライバ１０３を駆動して計測器１１による計測を
開始する。

後述するモード設定手段にてモードを分けるための固有
定数１．Ｊ、にやサンプリング頻度を決定する固有定数
Ｐ、Ｑ、Ｒや±ｃｏｎｔｒｏＩ内の判定回数の基準（ｆ
Ｆや定量補正値Ｃやその他のしきい値等のデータは外部
穴カターξナル２００にて入力され、Ｒ３２３２Ｃイン
ターフエース２０１を介してバックアツプＲＡＭ２０２
に入力される。尚、例えば、ワークとしてオルタネータ
のシャフトを加工する場合には、上記の各定数はそれぞ
れ例えば、Ｉ＝５．Ｊ＝２５０．に＝３００．Ｐ＝１゜
Ｑ＝５．Ｒ＝１〜２．Ｃ＝２．５μｍ、Ｆ＝２というよ
うな値をとる。

上記構成とした本実施例においては、第２図に示す工具
摩耗特性曲線のように、工具の摩耗状態を摩耗の進度に
より、■初期設定モード、■初期摩耗モード、■定常摩
耗モード、■末期摩耗モードの４モードに分類し、その
モードに応じた補正を行う。この摩耗特性曲線は数個の
サンプル工具に対してそれらの工具の１寿命間の加工を
行なった後得られたデータの平均値で求まる。ここで１
１Ｊ、には各モードに相当する加工個数を表し、工具・
ワークの組合せに特有の固有定数である。また、この工
具摩耗特性曲線を求める予備加工の個数は、全体の加工
個数が多くなればなるほど無視できる値である。

ここで、上記４つのモードについて説明する。

（１）初期設定モード １個目のワークの寸法計測を行い、その値と目標値との
差そのものを補正量とする。

（２）初期摩耗モード ２個目より１個目まではＰサイクル毎にワークの寸法計
測を行い、その値と目標値との差そのものを補正量とす
る。

（３）定常摩耗モード Ｉ＋１個目より３個目まではＱサイクル毎にワークの寸
法計測を行い、１回連続して＋Ｃｏｎｔｒｏｌ成るいは
−Ｃｏｎｔｒｏｌゾーンと判定された場合、そのときの
差の値に関係なくそれぞれ定量値−Ｃｍｍ成るいは十Ｃ
ｍｍを補正量とする。

（４）末期摩耗モード Ｊ＋１（［１ｉ１目よりに個目までＲサイクル毎にワー
クの寸法計測を行い、その値と目標値との差そのものを
補正データとしてインプットする。

これら４つのモードの内容を簡略に要約したものが第１
表である。

ユーザは先ず工具の摩耗状態に応じたＩ、　　ＪＫを入
力し、許容公差と摩耗の度合いとの兼ね合いで測定頻度
のＰ、Ｑ、ＲおよびＦを決定する。

また、加工状況・許容公差から計測判定ゾーン境界値お
よび±Ｃを決定し、更にワーク剛性・機械剛性等により
Ａ、Ｂを決定する。

第１表において、サンプリング頻度とは、何サイクルご
とにワークの寸法計測を行なうかを示すものである。（
以下余白） 次に、本実施例の作動を、第４図ムこ示すフローチャー
トを用いて説明する。まず、ステップ３００においてＡ
、Ｂ、Ｃ，Ｉ、Ｊ、に、Ｐ、Ｑ、Ｒ。

ＯＫ、ＮＧ、　±Ｃｏｎｔｒｏｌのしきい値等、固有の
定数を入力すると共に、カウンタの値や補正値等の初期
化を行う。次にステップ３０２においては、ＮＣから出
力される信号により、工具摩耗管理を行うか否かが決定
される。この信号はＭコードと呼ばれ、−旦Ｍコードが
指定されれば、それをキャンセルするＭコードが入力さ
れない限り工具摩耗管理は続行される。ステップ３０２
における判定結果がＮｏであればステップ３０４に進ん
で、工具摩耗管理を行わない従来の加工が行われる。尚
、工作機械に選択スイッチを設けておき、使用者がそれ
を０Ｎ−ＯＦＦ切換えることにより工具摩耗管理を行う
か従来の加工を行うかを選択できるようにしてもよい。

ステップ３０２における判定結果がＹｅｓであれば、ス
テップ３０６に進んで、工具寿命管理カウンタの値を１
つ加算して、次のステップ３０８に進んで加工ロフト数
カウンタの値を１つ加算する。その後ステノブ３１０に
進んで、工具寿命管理カウンタの値がｌであるか２であ
るか３〜にの範囲であるかを判定する。

ステップ３１０において工具寿命管理カウンタの値がｌ
であると判断されれば、ステップ３１２に進み、切り込
み量に１を算定する。この切り込みｉｔ　Ｋｌ　とは、
第５図に示すように、ワークの最初の半径をＸ、加工目
標とするワークの半径をＹ、所定値Ａ（このＡは後述す
る±Ｃｏｎｔｒｏｌソーンの中に入る値である）とする
と、 Ｋ、＝Ｘ−Ｙ−Ａ と表すことができる。次のステップ３１４では、ステッ
プ３１２で求められた切り込み量に１だけ加工を行った
後、ステップ３２４に進む。

ステップ３１０において工具寿命管理カウンタ値が２と
判断されると、ステップ３１６へ進んで切り込み量に２
を算定する。この切り込み量に２とは、 Ｋｚ　　”’　　（Ｋｌ　　＋　Ｂ） と表すことができる。ここで、Ｋ、はステップ３１２で
求められた最後のに、であり、Ｂとは、（切り込み量が
Ｘ−Ｙのときに工具が受ける切削抵抗による機械のたわ
み量）−（切り込み量がＡのときに工具が受ける切削抵
抗により機械のたわみ量）である。このように、前回の
ワークを加工する際に求めた最後のＫｌを今回のワーク
を加工する際に切り込み量に２を算定する際に使用する
ことにより、後述のステップ３２８において、測定値が
ＯＫゾーンに入り易くなり、よりスムーズに加工が行な
われるようになる。その後、ステップ３１８に進み、ス
テップ３１６で求められた切り込み量に２だけ加工を行
った後、ステップ３２４に進む。

ステップ３１０において工具寿命管理カウンタ値が３〜
にと判断されると、ステップ３２０へ進んで切り込み量
に７゜１を算定する。尚、２≦ｎ≦にであり、切り込み
量に□１は（ｎ＋１）個目のワークの切り込み量であり
、 Ｋ□、＝に、ｌ＋Ｈ。

と表すことができる。ここで、Ｈイは、ｎ個目のワーク
を加工した後、後述する、計測判定をおこなった後に得
られた補正値である。ステップ３２２では、ステップ３
２０で求められた切り込み量Ｋ　ｎ＋　１だけ加工を行
った後、ステップ３２４に進む。

ステップ３２４では、補正量Ｈ，，をクリアして（０に
して）、次のステップ３２６に進む。ステップ３２６で
は、工具寿命管理カウンタの値が第１表のサンプリング
頻度の欄に示す所定のサンプリング回数か否かが判断さ
れ、所定のサンプリング回数でないときには判定結果は
Ｎｏとなってステップ３４８に進み、所定のサンプリン
グ回数の場合は判定結果はＹｅｓとなってステップ３２
８に進む。ステップ３２８では、ドライバ１０３に駆動
信号を送出して計測器１１を駆動させて、プローブ１０
によるワークの計測を行う。その後ステップ３３０に進
み、ステップ３２８における計測値が、第３図に示す計
測判定ゾーンにおいて、ＯＫゾーン内であるか、±Ｃｏ
ｎｔｒｏｌゾーン内であるか、±ＮＧゾーン内であるか
を判定する。

ＯＫゾーン内であると判定されればステップ３３３へ進
んで、後述するＮＧ個数のカウント値をクリア（Ｏとす
る）した後、ステップ３４８へ進む。

ステップ３３０において±Ｃｏｎｔｒｏｌゾーン内であ
ると判定されればステップ３３１へ進んで、後述するＮ
Ｇ個数のカウント値をクリア（Ｏとする）した後、ステ
ップ３３２に進んで、工具寿命管理カウンタの値に応じ
て第１表に示す補正モードを設定する。

ステップ３３２において工具寿命管理カウンタの値が１
であればステップ３３４に進んで、初期設定モードに応
じた補正量を設定する指示を行い、ステップ３３６に進
む。ステップ３３６では、前述の４つのモード説明のと
ころで述べたように、計測されたワークの寸法と目標値
との差そのものを補正量として設定した後、ステップ３
１０へ戻る。

ステップ３３２において工具寿命管理カウンタの値が２
〜■の範囲内であればステップ３３８に進んで、２個目
から１個目まではＰサイクル毎にワークの寸法計測を（
ステップ３２８において）行い、初期摩耗モードに応じ
た補正量を設定する指示を行った後、ステップ３４０に
進む。ステップ３４０では、前述の４つのモード説明の
ところで述べたように、計測されたワークの寸法と目標
値との差そのものを補正量として設定した後、ステップ
３１０に進む。

ステップ３３２において工具寿命管理カウンタノ値が１
＋１〜Ｊの範囲内であればステップ３４２に進んで、Ｉ
＋１個目から１個目まではＱサイクル毎にワークの寸法
計測を（ステップ３２８において）行う指示をした後、
ステップ３４４に進む。ステップ３４４では、ステップ
３３０の計測判定において±Ｃｏｎｔｒｏｌゾーン内で
あるとの判定がＦ回連続したか否かが判定される。ステ
ップ３４４における判定結果がＮｏの場合、すなわちス
テップ３３０においてＦ回連続して±Ｃ。

ｎｔｒｏｌゾーン内でないと判定された場合は、ステッ
プ３４８へ進む。ステップ３４４における判定結果がＹ
ｅｓの場合、すなわちステップ３３ＯにおいてＦ回連続
して±Ｃｏｎｔｒｏ１ゾーン内であると判定された場合
は、ステップ３４５に進む。ステップ３４５では、前述
の４つのモード説期のところで述べたように、Ｆ回連続
して＋Ｃｏｎｔｒｏｔゾーン内と判定された場合は一〇
＋ｍｎ、Ｆ回連続して−Ｃｏｎｔｒｏｌゾーン内と判定
された場合は十Ｃａ１ｌを補正量として設定し、その後
ステップ３１０へ進む。

ステップ３３２において工具寿命管理カウンタの値がＪ
＋１〜にの範囲内であればステップ３４６に進んで、Ｊ
＋１個目からに個目まではＲサイクル毎にワークの寸法
計測を（ステップ３２８において）行い、末期摩耗モー
ドに応じた補正量を設定する指示を行った後、ステップ
３４７に進む。

ステップ３４７では、前述の４つのモード説明のところ
で述べたように、計測されたワークの寸法と目標値との
差そのものを補正量として設定した後、ステップ３１０
に進む。

ステップ３４８では、工具寿命管理カウンタの値がＫに
達したか否かを判定し、判定結果がＮｏであれば、まだ
工具は使用できるとしててステップ３５０に進み、判定
結果がＹｅｓであれば、工具の寿命であると判断してス
テップ３５４に進む。

ステップ３５０では、加工終了か否かをステップ３０８
の加工ロット数カウンタの値により判定し、ステップ３
００において入力されている所定の加工ロット数であれ
ば判定結果はＹｅｓとなってステップ３５２へ進んで一
連の処理を終了し、ステップ３０８の加工ロット数カウ
ンタの値が、ステップ３００において入力されている所
定の加工ロット数に達していなければ判定結果はＮＯと
なってステップ３０２へ戻る。

ステップ３４８において判定結果がＹｅｓとなれば、ス
テップ３５４に進んで工具の交換を行い、ステップ３５
６に進む。ステップ３５６では工具寿命管理カウンタの
値をクリア（０にする）して、ステップ３０２へ戻る。

ステップ３３０において、第３図に示す±ＮＧゾーンで
あると判断された場合はステップ３５８へ進んで、ステ
ップ３０８において加算された加エロソト数カウンタの
値を１つ減算した後、ステップ３６０へ進む。ステップ
３６０では、ステップ３３０においてＮＧと判定された
回数をカウントして、ステップ３６２へ進む。ステップ
３６２では、前のステップ３６０においてカウントされ
たＮＧ個数のカウント値が２以上か否かを判定し、カウ
ント値が２以上の場合は判定結果がＹｅｓとなってステ
ップ３６４へ進んで、一連の処理を終了する。ステップ
３６２において、カウント値が０またはｌの場合は判定
結果がＮｏとなってステップ３０２へ戻る。

以下説明したように、本実施例によれば、ワークの寸法
の計測のタイミングを工具の摩耗度合いに応じて４つの
モードに分けて、そのモードに適する間隔、回数で計測
して、そのモードに応じた適正な工具の位置補正を行な
っているので、全加工時間を短縮でき、しかも安定した
加工精度を得ることができる。このため、工具の摩耗が
激しく、工具寿命が短いにもかかわらず加工精度の安定
が要求されるときや、通常の加工において許容誤差が厳
しい場合に有効となる。

尚、本実施例では、工具の摩耗状態を４つのモードに分
けたが、４つに限らず、３つ、５つ等、任意の数とし、
それらに応じた適切な補正を行なうようにしてもよい。

尚、一般に工具摩耗特性曲線は第２図に示したように、
初期摩耗モード時では急激に摩耗し、定常摩耗モード時
では比較的摩耗量が小さい特性となるので、少なくとも
この２つのモードを設定し、初期摩耗モードではサンプ
リング周期を短かくし、定常摩耗モードではサンプリン
グ周期を長くするようにすると良い。

また、工具の摩耗度合を知る方法として、ワークの寸法
計測を行なう代りに工具の寸法計測をレーザや赤外線セ
ンサ等で行なうようにしてもよい。

更には、自動計測装置、ローダ等を用いた自動工具交換
を導入して、ＣＮＣの方で自動的に加工精度検知、工具
寿命検知、工具の交換等を行なうようにしてもよい。

摩耗特性曲線は数個のサンプル工具に対してそれらの工
具の１寿命間の加工を行った後得られたデータの平均値
を求め、それをインターフェースより入力するようにし
ているが、その値は毎回の加工が終了するたびに得られ
たデータを入力し、そのデータと前回までのデータによ
り新たなデータを求めるようにする。即ち、学習機能を
持たせることにより常にデータを更新して、最適の制御
を行うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工具の摩耗度合
いを検出するタイミングを可変としているため、工具の
単位加工回数当たりの摩耗度合いが大のときには検出の
タイミングを短くし、小のときには検出のタイミングを
長くできるので、安定した加工精度と生産性の向上とい
う２つの要求を満足することのできる工具摩耗補正方法
を得ることができるという優れた効果を奏する。

第２図は、上記実施例における工具摩耗特性曲線を示す
グラフ、第３図は上記実施例における計測判定ゾーンを
示す図、第４図は、上記実施例における演算処理を示す
フローチャート、第５図は上記実施例における切り込み
量を示す図、第６図は本発明の構成を示すブロック図で
ある。

１０・・・プローブ、１１・・・計測器、１９・・・モ
ータ。

２０・・・工具、２１・・・ワーク、９９・・・ＮＣ，
１０３・・・ドライバ、２００・・・外部入力ターミナ
ル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークを加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を駆動する駆動手
   段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
   信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
   し、 前記制御手段は、前記入力手段を介して入力される所定
   のデータに応じて前記検出手段が前記工具の摩耗度合い
   を検出するタイミングを可変とすると共に、前記入力手
   段に入力される所定のデータと前記検出信号に基づいて
   、前記駆動手段における駆動量を決定する ことを特徴とする工具摩耗補正方法。
2. （２）ワークを加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を駆動する駆動手
   段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
   信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
   し、 前記制御手段は、前記入力手段に入力される所定のデー
   タに応じて前記工具の寿命を複数の区分に分割し、該複
   数の区分に応じて、前記検出信号に基づいた前記駆動手
   段における駆動量の補正を行うと共に、前記検出手段が
   前記工具の摩耗度合いを検出するタイミングを前記複数
   の区分に応じて可変とする ことを特徴とする工具摩耗補正方法。
3. （３）ワークを加工する工具と、 制御手段からの信号に応じて前記工具を駆動する駆動手
   段と、 前記工具の摩耗度合いを検出して、前記制御手段へ検出
   信号を送出する検出手段と、 前記制御手段に所定のデータを入力する入力手段とを有
   し、 前記制御１手段は、前記工具の摩耗度合いに応じて前記
   工具の寿命を複数の区分に分割し、該複数の区分に応じ
   て、前記検出記号に基づいた前記駆動手段における駆動
   量の補正を行うと共に、前記検出手段が前記工具の摩耗
   度合いを検出するタイミングを前記複数の区分に応じて
   、単位加工回数当たりの前記工具の摩耗度合いが大のと
   きには短く、小のときには長くする ことを特徴とする工具摩耗補正方法。