JPH04269153A - データ抽出平均法による切削負荷監視方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の加工時にお
ける切削状態を監視する方法に関する。

【０００２】

【従来例】工作機械の切削状態を監視して効率的な運転
を行う方法として、主軸モータや送り軸サーボモータの
切削負荷を監視する方法がある。

【０００３】主軸や送り軸の駆動モータから切削中の切
削負荷として電流値を検出して、切削異常を検出する場
合、一度、教示切削を行い、その時の高周波ノイズ成分
を除いた切削負荷検出データから、（ａ）切削負荷検出
データの最大値を基準値として設定する、あるいは（ｂ
）切削負荷検出データの連続Ｎ回平均値を算出し、その
平均値のうちの最大値を基準値として求め、この基準値
を基にした制限設定値と実切削データを比較して監視を
行っていた。

【０００４】また、工具摩耗は、工具の摩耗が切削負荷
の直流成分上昇と負荷変動の上昇として検出される。そ
のため、（ｃ）検出データをフィルタリングした直流成
分の変化を比較して検出する、あるいは（ｄ）検出デー
タを比較し、比較条件に時間要素を入れて直流成分の上
昇を検出する等の方法で検出処理が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、切削負荷検出
データの最大値を基準値とする方法、あるいは切削負荷
検出データの連続Ｎ回平均値の最大値を基準値とする方
法は切削負荷検出データの最大値を基にしている為、以
下に示す問題点が存在する。

【０００６】すなわち、切削負荷の検出データは切削し
ていない状態でも、駆動機構の伝達損失や駆動系の応答
特性により変動が生じることがある。特に、重切削にな
る程、変動も大きくなる。また、切削条件を変えずに切
削しても、フライスやエンドミル切削では、断続切削と
なるため切削負荷は変動してしまう。特に、ドリル等は
切粉がからみ切削負荷が変動する。そして、連続Ｎ回平
均では、切削負荷検出データの変動サイクルが各種切削
条件等で変わるため、効果的な平均化回数Ｎを決められ
ない。また、平均化回数Ｎを多くすれば、データは安定
するが、検出データへの応答が遅くなるとともに、検出
データの変化が低くなってしまう。さらに、平均的な切
削負荷値と最大値の間には差があり、かつデータとして
変動の大きい最大値を基準値にする方法は基準値のデー
タ信頼度が低くなるため、当然監視感度も悪くなる。ま
た、平均化回数Ｎを大きくすれば、データは安定するが
応答が遅くなる為、工具折損等の突発的な切削負荷値の
上昇などの変化を検出できない恐れがあるという問題点
を生じていた。

【０００７】このように切削負荷の監視方法においては
、監視を行う判定基準値の取り方と精度が最重要な課題
の一つとなる。

【０００８】また、前記した摩耗検出処理では、以下に
示す問題点が存在する。

【０００９】すなわち、フィルタリングした直流成分デ
ータで比較するので、前記した切削負荷の監視の処理系
とは別のデータ処理系が必要でありデータ処理系が２重
になり、コスト高になる。切削異常と摩耗用の２種類の
データ設定が必要となり、オペレータにとって煩雑で分
かりにくい。フィルタリングするので、切削データが低
くなり検出精度が下がる。また、摩耗した工具の方がデ
ータ変動幅が大きくなり、フィルタリングの影響が大き
くなるという問題点も生じていた。

【００１０】この発明はかかる課題に鑑みて創案された
ものであり、教示切削の切削負荷検出データを記憶する
ことで、切削終了時に、その記憶した切削負荷検出デー
タから切削全体の負荷状態を判断して、実切削に即した
切削負荷値を演算し、この値を切削負荷監視の基準値と
したことで、分かりやすく信頼性も高く、しかも、応答
性も良い切削負荷監視が行える切削負荷の監視方法を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明は、工作機械において、教示切削中の切削
負荷を、主軸や送り軸の駆動系から検出し、検出した切
削負荷データを記憶部に記憶し、切削終了後に、この記
憶した切削負荷データから所定の範囲内の有効切削負荷
データを抽出し、この抽出した有効切削負荷データを平
均した切削負荷値を演算し、この切削負荷値を切削負荷
の基準値として演算された切削異常判断値と、実切削中
の主軸や送り軸の駆動系から検出した切削負荷データと
を比較し、この切削負荷データが異常か否かを判断し、
異常の場合には切削異常の信号を出力することを特徴と
する。

【００１２】また、この発明は工作機械において、教示
切削中の切削負荷を、主軸や送り軸の駆動系から検出し
、検出した切削負荷データを記憶部に記憶し、切削終了
後に、この記憶した切削負荷データから所定の範囲内の
有効切削負荷データを抽出し、この抽出した有効切削負
荷データを平均した切削負荷値を演算し、この切削負荷
値を切削負荷の基準値として演算された摩耗判断値と、
切削終了後に実切削中の主軸や送り軸の駆動系から検出
した切削負荷データから所定の範囲内の有効切削負荷デ
ータを抽出し、この抽出した有効切削負荷データの平均
値を演算した実切削時の切削負荷値とを比較し、この切
削負荷値データが異常か否かを判断し、異常の場合には
工具摩耗の信号を出力することを特徴とする。

【００１３】さらに、この発明は前記切削負荷データか
ら前記切削負荷値を求める演算は、切削量の変化による
影響を除去するために、切削負荷データの負荷値の大き
い順に上位から所定数の負荷値を抽出し、この抽出した
負荷値からノイズや外乱の影響を除去するために、負荷
値の大きい順に上位の所定数の負荷値を除去し、この除
去後の負荷値から一定の負荷基準値を得るために、上位
の所定数の負荷値を抽出し、この抽出した負荷値を平均
して切削負荷値を求めることを特徴とする。

【００１４】

【作用】切削加工時における負荷状態を表示する表示装
置を具備した切削負荷の監視装置において、監視する基
準値を得るために、実際の加工に先立って教示切削を行
う。その時、主軸や送り軸の駆動系から検出する各工程
の切削負荷検出データを記憶し、各工程の切削が終わっ
た時に、その加工工具の実切削に即した切削負荷値を演
算し、その値を工具の切削負荷の基準値として記憶する
。この基準値から切削異常判断値と摩耗判断値とを演算
して記憶すると共に、切削時の切削負荷状態のグラフィ
ック表示と演算による切削負荷の基準値、切削異常判断
値と摩耗判断値を図表示するからオペレータは識別が容
易にでき、データ変更も容易に行うことができる。

【００１５】また、この時、切削異常の監視は、実切削
データを切削異常判断値とリアルタイムで比較して監視
を行うことができ、工具摩耗は、切削終了時に毎回切削
負荷値を演算し、摩耗判断値と比較して監視を行うこと
ができる。さらに、切削負荷の基準値より導き出される
切削負荷範囲内に実切削負荷が入るように、切削送り速
度を適時変更する適応制御も行う。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳しく説明する。

【００１７】図１はこの発明を実施する切削負荷監視装
置のブロック図である。

【００１８】図１に示すＭ・Ｃは工作機械の制御装置（
ＮＣ装置、プログラマブルコントローラ）であり、摩耗
検出処理手段、異常検出処理手段、送りオーバーライト
下降手段、送りオーバーライト上昇手段等を有している
。

【００１９】１は検出部であり、主軸駆動モータや送り
軸駆動モータから切削負荷としてモータ負荷（電流値）
を検出する。２は検出部１で検出した電流値を増幅する
増幅部、３は電気的ノイズを除去するフィルター部、４
はアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換部
である。なお、具体的な制御判断処理はこのデジタルデ
ータで行う。

【００２０】ＡＤ１はアンドゲートであり、切削中の信
号が入力されると、切削データ記憶部５にデータを出力
する。切削データ記憶部５は、切削中の切削負荷検出デ
ータを記憶する。６は各演算部で使用する数値を記憶し
ている各種パラメータ部である。７は切削値演算部であ
り、切削が完了すると、処理が起動され、切削データ記
憶部５で記憶された切削負荷検出データと各種パラメー
タ部６のＣパラメータ６Ｃ　に設定されている加工工具
の演算用パラメータとにより、その時の切削負荷値の演
算を行い、基準負荷値記憶部１０は、演算した切削負荷
値を基準値として記憶する。８は摩耗値演算部であり、
摩耗値演算部８では前記切削負荷値とパラメータ部６の
Ｗパラメータ６Ｗ　に設定されている数値とにより演算
を行い、その結果を、摩耗判断値として摩耗値記憶部１
１に記憶する。９は異常値演算部であり、異常値演算部
９では前記切削負荷値とパラメータ部６のＯパラメータ
６Ｏ　に設定されている数値とにより演算を行い、その
結果を、切削異常判断値として切削異常値記憶部１２に
記憶する。Ｗパラメータ６Ｗ　、Ｏパラメータ６Ｏ　に
記憶されている数値は工具毎または工具種別毎に設定が
可能となっている。

【００２１】ＡＤ２はアンドゲートであり、切削値演算
部７において切削終了後、切削負荷値を演算し、かつ、
教示切削をしているとの教示信号が入力されているとき
のみ切削負荷値を摩耗演算部８、異常値演算部９、基準
値記憶部１０に出力する。

【００２２】ＡＤ３はアンドゲートであり、教示切削で
なく実切削を行って切削負荷の監視を行っているとき、
すなわち監視信号が入力されているときに、切削中の切
削負荷検知データをリアルタイムで比較部１６、比較部
１７、比較部１８に出力する。また、切削終了後に切削
値演算部７で演算された切削負荷値を比較部１５に出力
する。

【００２３】比較部１５では、摩耗値記憶部１１に記憶
されている摩耗判断値と、今回、切削した時の切削負荷
値とを比較し、摩耗判断値＜切削負荷値となった時に、
制御装置Ｍ・Ｃに工具摩耗検出信号を出力する。

【００２４】比較部１６では、異常値記憶部１２に記憶
されている切削異常判断値と、切削中のリアルタイムの
切削負荷検出データとを比較し、切削異常判断値＜切削
負荷検出データとなった時に、制御装置Ｍ・Ｃに工具異
常検出信号を出力する。

【００２５】１３は切削負荷上限演算部であり、基準値
記憶部１０に記憶された切削負荷基準値とＡパラメータ
６Ａ　に設定された数値とにより切削している工具で許
容する切削負荷の上限値を演算し、その結果を比較部１
７に出力する。

【００２６】１４は切削負荷下限演算部であり、同様に
、切削している工具で許容する切削負荷の下限値を演算
し、その結果を比較部１８に出力する。このＡパラメー
タ６Ａ　の数値は工具毎に任意に設定することが可能で
あり、例えば、

【００２７】切削負荷上限値＝１２０％×切削負荷基準
値、

【００２８】切削負荷下限値＝　　８０％×切削負荷基
準値

【００２９】とすれば、「１２０」、「８０」の数値が
設定されている。

【００３０】比較部１７，１８では、各々演算された切
削負荷上限値、切削負荷下限値と切削中のリアルタイム
の切削負荷検出データとを比較し、切削負荷検出データ
が切削負荷上限値以上のとき、または切削負荷下限値以
下の時に制御装置Ｍ・Ｃにオーバーライド下降信号また
はオーバーライド上昇信号を出力する。

【００３１】次に、切削値演算部７において行われる切
削負荷値の演算処理方法について説明を行う。

【００３２】前記切削データ記憶部５に記憶された切削
負荷検出データより突発データによる影響と、図４の切
削パターン例に示す切削量の変化による影響を除く為に
、全データを負荷値の大きい順に分類し、データ総数を
１００％数にした内の上位１０％数の負荷値を読み、そ
の負荷値のＭ％以上の切削負荷検出データを有効データ
とする。なお、Ｍ％は通常６０％とするが、工具の種別
毎または工具毎に任意に設定が行えるように構成する。

【００３３】ついで、演算除外範囲の指定について説明
する。最大負荷値側のデータは、ノイズや外乱等の影響
を受け、不安定なデータとなる。そこで、この影響を無
くす為、有効データ総数を１００％数にした最大負荷値
側のＳ％数のデータを演算から除く。なお、Ｓ％は通常
５％とするが、工具の種別毎または工具毎に任意に設定
が行えるよう構成する。

【００３４】どの様な切削でも切削負荷は変動するが、
切削条件を越える切削は行われないので、有効切削デー
タの大きい方のデータに着目すれば、負荷変動に惑わさ
れることなく、一定の負荷基準値を得ることができる。 そこで、この演算範囲をＰ％で指定する。なお、Ｐ％は
通常１０％とするが、工具の種別毎または工具毎に任意
に設定が行えるよう構成する。

【００３５】通常は記憶した切削負荷検出データから有
効切削値データを選び、その有効データ総数を１００％
数に設定する。そして、その上位８５〜９５％数データ
の負荷値を平均し、それをその時の切削負荷値とする。 なお、Ｍ％、Ｓ％、Ｐ％などの数値はパラメータ部６で
Ｃパラメータ６Ｃ　として設定、あるいは記憶されてい
る。

【００３６】次に、図２および図３のフローチャートに
沿って切削負荷の監視装置の処理を説明する。

【００３７】処理の起動により、まず、教示切削が実切
削かを判断し、教示切削の場合にはステップ１００以降
の処理を、実切削の場合にはステップ１１０以降の処理
を行う（ステップ１００）。そして、基準値を求めるた
めの教示切削が開始され（ステップ１０１）、切削負荷
検出データを切削データ記憶部５に記憶する（ステップ
１０２）。ついで、教示切削が全て終了したかどうかの
判断を行い（ステップ１０３）、終了していなければ、
ステップ１０２の切削負荷検出データの記憶を繰り返し
、終了していれば、記憶した切削負荷検出データから切
削値演算部７において、Ｃパラメータ６Ｃ　内の数値（
Ｍ％）によって有効切削値データを抽出する（ステップ
１０４）。

【００３８】同じく切削値演算部７において、Ｃパラメ
ータ６Ｃ　内の数値（Ｓ％、Ｐ％）によって、前記有効
切削値データの中から不安定切削値を取り除き（ステッ
プ１０５）、パラメータ範囲の切削負荷値を平均する（
ステップ１０６）。この平均された切削負荷値を切削基
準値記憶部１０に基準値として記憶する（ステップ１０
７）。

【００３９】ついで、異常値演算部９では切削値演算部
７において、演算された切削負荷値とパラメータ部６の
Ｏパラメータ６Ｏ　内の数値によって演算を行い、その
結果を、切削異常判断値として切削異常値記憶部１２に
記憶する（ステップ１０８）。又、摩耗値演算部８では
切削値演算部７で演算した切削負荷値とパラメータ部６
のＷパラメータ６Ｗ　の数値とにより、

【００４０】 摩耗判断値＝切削負荷値×Ｗパラメータ値

【００４１】
の演算を行う。その結果を、摩耗判断値として摩耗値記
憶部１１に記憶する（ステップ１０９）。

【００４２】図３において、実切削加工を開始すると（
ステップ１１０）、切削異常判断値と摩耗判断値を摩耗
値記憶部１１より読み出し（ステップ１１１）、ついで
、切削負荷基準値を基準値記憶部１０より読み出す（ス
テップ１１２）。

【００４３】次に、切削負荷上限値と下限値をＡパラメ
ータ６Ａ　の数値と前記基準値記憶部１０に記憶される
切削負荷基準値とで計算して設定する（ステップ１１３
）。

【００４４】ついで、比較部１７，１８において、切削
中のリアルタイムの切削負荷検出データと切削負荷上限
値、下限値とが、次式

【００４５】負荷上限値＞負荷下限値

【００４６】の関係を成立させているかどうか判断し（
ステップ１１４）、成立している場合には、ステップ１
１６以降の処理を行う。

【００４７】一方、成立しなければ、例えば、切削負荷
上限値＜切削負荷検出データであれば、送り軸サーボモ
ータの送り速度のオーバーライト下降信号を制御装置Ｍ
・Ｃに出力する処理を行い、切削負荷上限値＞切削負荷
検出データであれば、オーバーライト上昇信号の出力処
理を行う（ステップ１１５）。

【００４８】オーバーライト上昇信号またはオーバーラ
イト下降信号が入力された制御装置Ｍ・Ｃはオーバーラ
イド上昇／下降信号に従って送り軸駆動モータの送りオ
ーバーライド機能を制御する。

【００４９】次に、比較部１６において切削異常判断値
＜切削負荷検出データかどうか判断し（ステップ１１６
）、切削異常判断値＜切削負荷検出データであれば、異
常検出信号を出力し、アラームを表示してこの発明の処
理を終了する。

【００５０】異常検出信号が制御装置Ｍ・Ｃに入力され
ると、制御装置Ｍ・Ｃは切削加工を中断するため、送り
軸、主軸の各駆動モータを停止する。

【００５１】一方、切削異常判断値＜切削負荷検出デー
タでなければ、切削データ記憶部５に切削負荷検出デー
タを記憶し（ステップ１１８）、加工終了かどうか判断
する（ステップ１１９）。この判断において、加工終了
でなければ、ステップ１１４からの処理を繰り返す。

【００５２】加工終了であれば、切削値演算部７は切削
データ記憶部５の切削負荷検出データとパラメータ部６
のＣパラメータ内の数値とでその時の切削負荷値を計算
する（ステップ１２０）。そして、比較回路１５で摩耗
値記憶部１１からの摩耗判断値と切削負荷値とを比較す
る。すなわち、この計算値が、摩耗判断値＞切削負荷値
を満足するかどうか判断し（ステップ１２１）、判断の
結果、摩耗判断値＞切削負荷値であれば、この発明の処
理を終了し、摩耗判断値＞切削負荷値でなければ、制御
装置Ｍ・Ｃに摩耗検出信号を入力し、制御装置Ｍ・Ｃの
工具管理において、その工具を摩耗工具として登録し（
ステップ１２２）、この発明の処理を終了する。なお、
工具が摩耗工具として登録され、予備工具があらかじめ
登録してある場合には、次の加工からは予備工具を使用
することになる。

【００５３】図５及び図６に８枚刃の６インチフライス
で切削したときの切削負荷監視装置のデータの例を示す
。図に示すように、従来の最大値方式と同様の演算デー
タ（基準値）がこの発明でも得られた。また、この時、
応答性が良いという結果が得られた。

【００５４】工具の摩耗判定において従来の方式では初
期の負荷１８．５Ａが摩耗することにより１９．９Ａに
増加し、負荷が７．８％増加している。この発明の方式
では、初期の負荷値１８．４Ａが摩耗することにより２
１．９Ａに増加し、負荷が１９％増加していると検出さ
れる。このように、負荷の変化が大きくとれるため、正
確な摩耗検出ができると共に、従来方式では判断出来な
かった工具も摩耗判定できるようになった。

【００５５】なお、この実施例では切削負荷を駆動モー
タの電流値で検出する方式で説明しているが、各駆動軸
のトルクを検出する方式であってもよく、要するに切削
負荷に比例して出力されるものであればよい。

【００５６】

【発明の効果】以上この発明によれば、切削負荷のデー
タを記憶して切削終了時に、その記憶データから切削全
体を掴んだ演算処理が行える為、ノイズや外乱要因に影
響されない、実切削と一致した切削基準値が安定して求
められる。また、この発明によれば、信頼性のある切削
基準値が誰でも容易に得られるために、応答性が良く感
度の高い監視を行うことができる。更に、この発明によ
れば、監視データが基準値に統一される為に、オペレー
タに分かりやすいシステムになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する切削負荷監視装置のブロッ
ク図である。

【図２】この発明の教示切削処理のフローチャートであ
る。

【図３】この発明の実切削時の切削負荷の監視処理のフ
ローチャートである。

【図４】この発明の切削パターン例の説明図である。

【図５】この発明の新工具による実施データ図である。

【図６】この発明の摩耗工具による実施データ図である
。

【符号の説明】

Ｍ・Ｃ　　　　制御装置 １　　　　　　　　検出部 ２　　　　　　　　増幅部 ３　　　　　　　　フィルター部 ４　　　　　　　　Ａ／Ｄ変換部 ５　　　　　　　　切削データ記憶部 ６　　　　　　　　各種パラメータ部 ７　　　　　　　　切削値演算部 ８　　　　　　　　摩耗値演算部 ９　　　　　　　　異常値演算部 １０　　　　　　　　基準値記憶部 １１　　　　　　　　摩耗値記憶部 １２　　　　　　　　異常値記憶部 １３　　　　　　　　負荷上限演算部 １４　　　　　　　　負荷下限演算部 １５〜１８　　比較部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　工作機械において、教示切削中の切削
   負荷を、主軸や送り軸の駆動系から検出し、検出した切
   削負荷データを記憶部に記憶し、切削終了後に、この記
   憶した切削負荷データから所定の範囲内の有効切削負荷
   データを抽出し、この抽出した有効切削負荷データを平
   均した切削負荷値を演算し、この切削負荷値を切削負荷
   の基準値として演算された切削異常判断値と、実切削中
   の主軸や送り軸の駆動系から検出した切削負荷データと
   を比較し、この切削負荷データが異常か否かを判断し、
   異常の場合には切削異常の信号を出力することを特徴と
   するデータ抽出平均法による切削負荷監視方法。
2. 【請求項２】　　工作機械において、教示切削中の切削
   負荷を、主軸や送り軸の駆動系から検出し、検出した切
   削負荷データを記憶部に記憶し、切削終了後に、この記
   憶した切削負荷データから所定の範囲内の有効切削負荷
   データを抽出し、この抽出した有効切削負荷データを平
   均した切削負荷値を演算し、この切削負荷値を切削負荷
   の基準値として演算された磨耗判断値と、切削終了後に
   実切削中の主軸や送り軸の駆動系から検出した切削負荷
   データから所定の範囲内の有効切削負荷データを抽出し
   、この抽出した有効切削負荷データの平均値を演算した
   実切削時の切削負荷値とを比較し、この切削負荷値デー
   タが異常か否かを判断し、異常の場合には工具摩耗の信
   号を出力することを特徴とするデータ抽出平均法による
   切削負荷監視方法。
3. 【請求項３】　　請求項１および請求項２において、前
   記切削負荷データから前記切削負荷値を求める演算は、
   切削量の変化による影響を除去するために、切削負荷デ
   ータの負荷値の大きい順に上位から所定数の負荷値を抽
   出し、この抽出した負荷値からノイズや外乱の影響を除
   去するために、負荷値の大きい順に上位の所定数の負荷
   値を除去し、この除去後の負荷値から一定の負荷基準値
   を得るために、上位の所定数の負荷値を抽出し、この抽
   出した負荷値を平均して切削負荷値を求める方法である
   データ抽出平均法による切削負荷監視方法。