JPH047882Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （考案の分野） 本考案は、工作機械に着脱自在に取付けられて
駆動回転される、ドリル、バイト、リーマなどの
切削工具の異常（折損、欠け、チツピング、摩耗
など）を検出する工作機械における工具異常検出
装置に関する。

（従来技術とその問題点） この種の工具異常検出装置としては、従来一般
に次のようなものが知られている。

工作機械では、その切削工具が駆動回転時に上
述のような異常を生じたときに、周波数の高い
AE（アコーステイツクエミツシヨン）波を発生す
ることが知られている。そこで、切削工具の加工
中（インプロセス）における異常検出のために、
AEセンサを、切削工具を連結した主軸をベアリ
ングを介して回転自在に支持する主軸側ケースの
外面に取付け、切削工具の異常に伴なうAE波を、
切削工具、主軸、ベアリングおよび主軸側ケース
を介してAEセンサに伝播させ、そのAE波を検出
するように構成するか、あるいは、AEセンサを、
ワークを載置支持するベツド上に取付け、切削工
具の異常に伴なうAE波を、ワークおよびベツド
を介してAEセンサに伝播させ、そのAE波を検出
するように構成していた。

しかしながら、このような構成を有する従来例
の場合では、それぞれ次のような欠点があつた。

折損のみならず、欠けやチツピング、摩耗など
といつた異常をも検出できる利点を有しているも
のの、このようなAEセンサは、一般に、ワーク
と治具との接触音、ワークの搬送音、他工作機の
切削加工時の発生音などのAE波を含んだノイズ
が多く発生しているノイズ環境の悪い工場で使用
されるものであり、また、主軸側ケースに設けた
場合は、ベアリングでAE波が大きく減衰され、
他方、ベツド側に設けた場合は、外部ノイズの影
響を受けやすく、外部ノイズを切削工具の異常と
して誤検出しやすい欠点があつた。

ところで、切削工具に異常が発生したときに
は、それが欠けやチツピング、摩耗などであつて
も、そのまま加工作業を継続すると加工不良品が
発生するため、切削工具の交換を即座に必要とす
る場合と、外部ノイズによるときとか、異常の程
度が小さいときといつたように、切削工具の交換
を即座に必要としない場合がある。しかし、従来
の場合であれば、異常信号が出力されると、折損
の場合以外は視覚的に確認できず、異常の程度の
いかんにかかわらず、加工不良品の発生を防止す
る上から、加工作業を中断するとともに切削工具
を交換しなければならず、作業能率が低下する欠
点があつた。

（考案の目的） 本考案は、このような事情に鑑みてなされたも
のであつて、切削工具の異常を精度良く検出でき
るようにするとともに、切削工具の異常に伴なつ
て発生する異常信号が、切削工具の交換を必要と
するものであるのかどうかを正確に判別し、加工
作業を能率良く行なえるようにすることを目的と
する。

（考案の構成と効果） 本考案は、このような目的を達成するために、
AE波を伝播可能なプレート部材と、前記プレー
ト部材に設けられて、異常なAE波を検出したと
きに異常信号を出力するAEセンサと、前記プレ
ート部材に設けられて、その内周面が、工作機械
に着脱自在に取付けられて駆動回転される切削工
具の軸部を接触案内するとともに、その内周面と
切削工具の軸部の外周面との間に空気の侵入を阻
止する液体または液状体を滞留させたブツシユ
と、前記プレート部材を前記工作機械に対して電
気的に絶縁する状態で位置固定する支持部材と、
前記プレート部材において前記ブツシユと導電性
の有る状態で接続された箇所と前記工作機械側と
にわたつて接続され、その間の電気的インピーダ
ンスを検出する工具異常検出手段とを備えて構成
する。

この構成によれば、切削工具で折損、欠け、チ
ツピング、摩耗などの異常を発生したときにAE
波を発生すると、そのAE波が液体または液状体、
ブツシユおよびプレート部材を介してAEセンサ
に伝播され、その異常信号に基づいて切削工具の
異常を検出できる。更に、切削工具において、折
損ではなく、加工不良品が発生する程度の摩耗な
どの異常を発生したときには、切削工具が駆動回
転に伴なつてブレ、切削工具がブツシユに接触し
てプレート部材とワークとが切削工具を介して電
気的に接続された状態になり、工具異常検出手段
で検出する電気的インピーダンスが変化し、この
電気的インピーダンスの変化から、AEセンサに
よつて検出された異常信号が切削工具の交換を必
要とするものであるかどうかを判別できる。

したがつて、切削工具の異常発生にともなつて
生じるAE波を、切削工具自体からほぼ直接的に
AEセンサに伝播させるから、外部ノイズに起因
する誤検出を抑制して切削工具の異常を精度良く
検出できるようになつた。

しかも、外部ノイズの影響を受けやすい、折損
以外の摩耗などの異常が発生したときには、その
摩耗などに起因するブレを利用して、その異常信
号が、切削工具の交換を必要とするものであるか
どうかを、工具検出手段によつて判別でき、異常
信号検出に伴なう不必要な加工作業の中断を回避
でき、加工作業を能率良く行なうことができるよ
うになつた。

（実施例の説明） 以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図は、本考案の工具異常検出装置の要部の
一部切欠拡大側面図、第２図は、工具異常検出装
置を取付けた状態の全体正面図、第３図は、第２
図の全体側面図である。１は主軸側ケースであ
り、コラム２に第１駆動モータ３によつて駆動上
下移動自在に取付けられている。

前記主軸側ケース１の主軸頭１ａには主軸１ｂ
が回転自在に内装され、主軸側ケース１に取付け
られた第２駆動モータ４と主軸１ｂとが伝動プー
リや伝動ギアなど（図示せず）を介して連動連結
され、そして、主軸１ｂにはチヤツクを介して切
削工具の一例としてのドリル５が着脱自在に取付
けられている。この主軸１ｂには、１〜10φ、更
には、それ以上の大径など各種径のドリル５が付
け換え自在に取付けられるようになつている。

コラム２にはベツド６が設けられ、このベツド
６上に、前記ドリル５によつて加工されるワーク
７が固定支持されている。８は、ドリル５による
加工時に冷却用の油を供給する給油管である。Ｔ
は、NC制御のプログラムを入力するNC装置で
あり、そのプログラムを画面を見ながらキー入力
できるように構成されている。

このような工作機械Ａに対し、異常なAE波を
検出したときに異常信号を出力するAEセンサ９
が備えられている。

即ち、第１図に明示するように、AE波を伝播
可能で導電性を有する、例えば、アルミニウム、
鉄、黄銅などを材料とするプレート部材１０が、
工作機械Ａに対して位置固定する支持部材として
の左右一対のステム１１，１１を介して主軸頭１
ａに取付けられている。

前記プレート部材１０には、その長手方向一端
側にAEセンサ９が設けられるとともに、ドリル
５の軸部を、その軸部の外周面との間に空気の侵
入を阻止する液体または液状体を滞留可能な状態
で挿通するブツシユ１２が設けられている。

前記ブツシユ１２の内径は、ドリル５の外径よ
りも若干大きく設定され、ドリル５の軸部をブツ
シユ１２に容易に挿通できるとともに、ブツシユ
１２の内周面と外周面との間に、油膜Ｂやグリス
あるいは水などの、空気の侵入を阻止する液体ま
たは液状体を滞留できるように設定されている。

なお、油膜Ｂ等は、加工に先立つて予め注入し
ておいても良いが、加工に伴なつて前記給油官８
からの油によつて自ずと形成されるものであり、
加工開始時に注入していなくても良い。

前記AEセンサ９から出力される信号は、第４
図に示すように、アンプ１３によつて増幅し、そ
の後、バンドパスフイルタ（BPF）１４を通過
して、例えば、200〜300Hzの特定帯域の周波数信
号を取り出し、検波回路１５で検波した後に比較
器１６に入力して基準電圧と比較し、基準電圧を
越えた場合に、それを異常信号として取り出し、
NC装置Ｔに入力するようになつている。

前記プレート部材１０の一端側に第１端子板１
７が取付けられ、他方、ベツド６の所定箇所に第
２端子板１８が取付けられ、両端子板１７，１８
とDC電源１９および抵抗器２０とが直列に接続
されるとともに、前記抵抗器２０の両端電圧をア
ンプ２１を介して取り出し、その出力電圧をNC
装置Ｔに入力するように構成され、プレート部材
１０とベツド６との間の電気的インピーダンスを
検出してドリル５の異常を検出するように工具異
常検出手段２２が構成されている。

即ち、切削加工作業途中で、ドリル５に摩耗な
どの異常を発生すると、ドリル５が機械的振動を
招き、その回転に伴なつてブレを生じる。ブレを
発生すると、ドリル５が継続してブツシユ１２に
接触回転する。なお、ドリル５は正常回転に際し
てもブツシユ１２に案内接触するがその接触は継
続して行われるものではない。その結果、ドリル
５そのものを介して、ドリル５、ブツシユ１２、
プレート部材１０、第１端子板１７、抵抗器２
０、DC電源１９、第２端子板１８、ベツド６お
よびワーク７間で継続して閉ループが形成され、
前記抵抗器２０の両端電圧に継続して差が生じ、
その電気的インピーダンスを取り出すことによ
り、ドリル５にブレを発生していること、即ち、
ドリル５の摩耗などの異常を検出できるのであ
る。

前記AEセンサ９からの異常信号と工具異常検
出手段２２からの電気的インピーダンスの変化と
は、NC装置Ｔに入力され、その両検出結果から
ドリル５の異常がどの程度であるかを自動的に判
別できるように構成されている。NC装置Ｔの電
気インピーダンス変化入力における判別処理は、
その変化入力が設定時間より長く継続する場合に
工具異常と判別する。次に、その工具異常状態の
判別動作を、第４図にフローチヤートを用いて説
明する。

先ず、ドリル５をホームポジシヨンから下降さ
せて切削加工作業を開始する（F1）。

加工作業開始後、その切削加工作業途中におい
て、AEセンサ９で異常信号を検出したかどうか
を判別する（F2）。

ここで、異常信号を検出しないときには、ステ
ツプF3に移行し、工具異常検出手段２２で電気
的インピーダンスの変化があつたかどうかを判別
する。

ここで、電気的インピーダンスに変化がなけれ
ば、正常と判断してステツプF2に戻す。

前記ステツプF2において、AEセンサ９で異常
信号を検出したときには、ステツプF4に移行し
て、前記ステツプF3と同様に、工具異常検出手
段２２で電気的インピーダンスの変化があつたか
どうかを判断する。

ここで、電気的インピーダンスに変化がないと
きには、AEセンサ９で検出した異常信号が、外
部ノイズによるものか、あるいは、ドリル５の外
周コーナーに摩耗が発生したもののいずれかと判
断し、ステツプF5に移行して警報装置を作動さ
せ、その後、この場合は、摩耗などであつても異
常の程度が小さいために、その時点での切削加工
作業を継続可能としてステツプF2に戻す。

前記ステツプF4において、電気的インピーダ
ンスの変化を検出したときには、ドリル５の刃先
が丸くなるとともに外周コーナーの摩耗が発生し
ていると判断し、この場合は異常の程度が大きい
ために、加工作業を継続すると不良品が発生する
として、工作機械Ａの駆動を即座に停止し、ドリ
ル５の交換などの処理を行なう。

前記ステツプF3において、電気的インピーダ
ンスの変化を検出したときには、ドリル５の刃先
が丸くなつていると判断して、警報装置を作動さ
せ、その後、この場合は異常の程度が小さいため
に、その時点での切削加工作業を継続可能として
ステツプF2に戻す。

なお、ドリル５が折損したときには、ステツプ
F2からステツプF4およびステツプF5のフローを
経ることになるのであるが、そのゲインが大き
く、AEセンサ９に対する周波数判定処理のみで
折損を確認することが可能であり、また、目視に
よつても確認可能である。

これらの動作により、ドリル５の異常を検出す
るにとどまらず、ドリル５の交換が必要か必要で
ないかまでをも正確に判別できるのである。

前記第１端子板１７とブツシユ１２とを電気的
に接続する構成としては、前記プレート部材１０
を導電性材料で構成すれば、プレート部材１０自
体を利用できて、その構成を簡単にできる利点を
有しているが、例えば、プレート部材１０を、ベ
ークライトや硬質ゴムなどの絶縁性材料で成形
し、そのプレート部材１０の外面に、ブツシユ１
２から第１端子板１７にわたつてアルミ箔などの
導電性膜を付設するとか、ブツシユ１２から第１
端子板１７にわたる部分のみを導電性材料の板体
で構成するようにしても良い。

また、第２端子板１８としては、場合によつて
はワーク７自体に取付けるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例に係る工作機械にお
ける工具異常検出装置の要部の一部切欠拡大側面
図、第２図は、工具異常検出装置を取付けた状態
の全体正面図、第３図は、第２図の全体側面図、
第４図は、異常状態の判別動作を説明するフロー
チヤートである。 ５……切削工具としてのドリル、９……AEセ
ンサ、１０……プレート部材、１１……支持部材
としてのステム、１２……ブツシユ、２２……工
具異常検出手段、Ａ……工作機械。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 AE波を伝播可能なプレート部材と、 前記プレート部材に設けられて、異常なAE波
   を検出したときに異常信号を出力するAEセンサ
   と、 前記プレート部材に設けられて、その内周面
   が、工作機械に着脱自在に取付けられて駆動回転
   される切削工具の軸部を接触案内するとともに、
   その内周面と切削工具の軸部の外周面との間に空
   気の侵入を阻止する液体または液状体を滞留させ
   たブツシユと、 前記プレート部材を前記工作機械に対して電気
   的に絶縁する状態で位置固定する支持部材と、 前記プレート部材において前記ブツシユと導電
   性の有る状態で接続された箇所と前記工作機械側
   とにわたつて接続され、その間の電気的インピー
   ダンスを検出する工具異常検出手段とを備えた工
   作機械における工具異常検出装置。