JPH0616981B2 - Tool loss detector - Google Patents
Tool loss detectorInfo
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- JPH0616981B2 JPH0616981B2 JP8384184A JP8384184A JPH0616981B2 JP H0616981 B2 JPH0616981 B2 JP H0616981B2 JP 8384184 A JP8384184 A JP 8384184A JP 8384184 A JP8384184 A JP 8384184A JP H0616981 B2 JPH0616981 B2 JP H0616981B2
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- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、被加工物の面形状や切り込み変化や工具の位
置等による影響を受けずに、確実に工具欠損等の異常の
検出を行うことのできる工具欠損検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention reliably detects an abnormality such as a tool defect without being affected by the surface shape of a workpiece, a change in cutting depth, a position of a tool, or the like. The present invention relates to a tool loss detection device that can perform.
(従来の技術) フライス加工機などにおいては、機械加工のため数値制
御や倣い制御が行われる。これら数値制御や倣い制御を
行う自動工作機械にあっては、被加工物の加工精度を向
上させるために、工具が欠損した時にこれを検出して、
この検出信号により工作機械を停止させ、あるいは警報
を発生させる必要がある。この目的で現在多くの提案が
なされている。特に最近では、各種検出および信号処理
技術の発達により、フライス加工中の検出、即ちインプ
ロセスでの検出方法と装置に関心が高まっている。(Prior Art) In a milling machine or the like, numerical control or copying control is performed for machining. In the automatic machine tools that perform these numerical control and copying control, in order to improve the processing accuracy of the work piece, this is detected when the tool is damaged,
It is necessary to stop the machine tool or issue an alarm by this detection signal. Many proposals are currently made for this purpose. Particularly in recent years, with the development of various detection and signal processing techniques, there has been an increasing interest in detection during milling, that is, in-process detection methods and devices.
従来における工具欠損の検出は、工具が欠損することに
よって切削抵抗,切削温度,振動,主軸モータ電流,ア
コースティック・エミッションなどが変化することに着
目し、これらの信号を測定して処理することにより、工
具欠損を間接的に検出するという方法がとられている。Conventional tool loss detection focuses on the fact that cutting force, cutting temperature, vibration, spindle motor current, acoustic emission, etc. change due to tool loss, and by measuring and processing these signals, A method of indirectly detecting a tool loss is adopted.
しかし、特に金型の自動切削加工においては、毎回形状
が異なる単品加工であり、更に、曲面が幾重にも連続し
て形成された複雑な曲面加工をしなければならない。そ
のために、前回、加工した条件および切削現象を記憶し
て、今回の切削状態と比較させ、異常現象を抽出させる
方法の採用は根本的に不可能である。However, particularly in the automatic cutting process of a die, the process is a single item process having a different shape each time, and moreover, it is necessary to perform a complicated curved surface process in which curved surfaces are continuously formed in multiple layers. Therefore, it is fundamentally impossible to adopt a method of memorizing the machining conditions and the cutting phenomenon last time, comparing them with the cutting state of this time, and extracting the abnormal phenomenon.
既に、本発明者らは切削負荷力を検出し、その出力値よ
り予め設定した上限値および下限値を有する定常負荷値
と比較して工具送り速度を制御することから高負荷水準
化して加工能率を高め、一方、定常負荷値より大きく設
定した異常負荷基準値と比較し、それを越えた時に工作
機械を停止させる工具欠損検出装置を発明した。また、
工具欠損時の特有なトルク波形に着目し、その出力信号
の上昇および下降時間に対する微分値を検出し、予め記
憶された欠損時特有のものか否かを判断する波形演算回
路を有する工具欠損検出装置を発明した。The present inventors have already detected the cutting load force and compared its output value with a steady load value having an upper limit value and a lower limit value set in advance to control the tool feed speed. On the other hand, the inventor has invented a tool loss detection device that compares the abnormal load reference value that is set to be larger than the steady load value and stops the machine tool when the abnormal load reference value is exceeded. Also,
Focusing on the unique torque waveform at the time of tool loss, it detects the differential value with respect to the rise and fall times of its output signal, and has a waveform operation circuit that has a pre-stored waveform operation circuit that determines whether or not it is unique Invented the device.
これらの先に提案した発明では、工具欠損時に発生する
特有なトルク波形に着目し、そのトルク波形を忠実に、
迅速に抽出し、予め設定された基準値と比較させること
により工具欠損を検出するものであり、精度よく、即ち
誤動作なく稼働でき、性能的に優れた装置である。しか
し、高水準の演算回路および処理回路を用いる必要があ
るため、装置製作時の回路設計に高度の技術力を必要と
し、また、価格が高くなるという難点があった。In these previously proposed inventions, attention is paid to the peculiar torque waveform generated when the tool is broken, and the torque waveform is faithfully
It is a device that detects a tool defect by quickly extracting it and comparing it with a preset reference value, and can operate with high accuracy, that is, without malfunction, and is a device excellent in performance. However, since it is necessary to use a high-level arithmetic circuit and a processing circuit, there is a problem that a high level of technical skill is required for circuit design at the time of manufacturing the device, and the cost becomes high.
(発明の目的) この発明は、このような障害を除去し、多機種の工作機
械に適用でき、被加工物の形状に応じて異なる各種の切
削条件にも対応し得、また、回路の構成が簡単で、価格
が低廉である工具欠損検出装置を提供することを目的と
するものである。(Object of the Invention) The present invention eliminates such obstacles and can be applied to various types of machine tools, and can respond to various cutting conditions that differ depending on the shape of a work piece. It is an object of the present invention to provide a tool loss detection device that is simple and inexpensive.
(発明の原理) 工作機械の主軸モータから検出する負荷電流には、種々
の情報が含まれている。本発明者らは上記目的のため
に、その負荷電流の周波数分析を行い、工具欠損との対
応を検討し、その結果、本発明に到達したものである。
その検討結果によれば、フライス加工を自動切削法で実
施した場合には、負荷電流値をトルクに換算してそのト
ルク変動を見ると、被加工物に設置した基準面に対する
加工面の傾き、即ち工具が自動送りされるに伴い傾斜面
を昇降する時、平坦部を水平に移動する時、溝部に食い
込む時などに生ずるトルク変動分、および切り込み量が
粗形材の寸法精度により大きく変化するのに伴う荒削り
時などの変動分等は、比較的低い周波数のものであるこ
とがわかった。一方、刃先が切粉を被加工物より分離さ
せる時、および工具欠損の時等に生ずるトルク変動分
は、比較的高い周波数のものであることがわかった。従
って、トルク変動をモータ負荷電流値などにより検出
し、その検出信号に含まれる工具欠損に相当する周波数
帯域の信号成分を抽出して、これを監視することによ
り、工具欠損の発生を検出し得ることがわかった。(Principle of the Invention) Various information is included in the load current detected from the spindle motor of the machine tool. The inventors of the present invention have achieved the present invention as a result of performing frequency analysis of the load current and examining the correspondence with the tool loss for the above purpose.
According to the examination result, when the milling is performed by the automatic cutting method, when the load current value is converted into torque and the torque fluctuation is seen, the inclination of the machined surface with respect to the reference plane installed on the workpiece, That is, when the tool is automatically fed, the amount of torque fluctuation that occurs when moving up and down an inclined surface, when moving a flat part horizontally, when biting into a groove, and the amount of cut change greatly depending on the dimensional accuracy of the rough material. It was found that the fluctuations caused by rough cutting, etc., were of relatively low frequency. On the other hand, it has been found that the torque fluctuation that occurs when the cutting edge separates the cutting chips from the work piece and when the tool is broken is at a relatively high frequency. Therefore, it is possible to detect the occurrence of a tool defect by detecting the torque fluctuation based on the motor load current value, extracting the signal component of the frequency band corresponding to the tool defect included in the detection signal, and monitoring this. I understood it.
このような検討結果を数式により説明すると、 T=T1+T2+T3+T4+T5 但し、T:測定値(原波形出力) T1:被加工物の加工面の基準面に対する傾きに
よるトルク変動分 T2:切り込み量(取代量)の変化による変動分 T3:刃先が切粉を生成する際の変動分 T4:工具欠損等の異常現象による突発的出力値 T5:工具の回転に伴う加工機主軸部のベアリン
グ等の抵抗値 T1とT2は低周波変動分であり、また、T3,T4,
T5は高周波変動分であり、T4>T3>T5となり、
T5はT4に比べて非常に微小のために無視できる値で
ある。T4=T−(T1+T2+T3+T5)≧0の場
合には、工具欠損検出が可能となる。Tthを工具欠損
検出用設定値とすると、 T4−Tth≧0の時に、または Tth=n(T1+T2+T3+T5)とすれば、 T4−n(T1+T2+T3+T5)≧0となり、 T−(n+1)(T1+T2+T3+T5)≧0の場合
にも工具欠損検出が可能となる。The results of such an examination will be described by using mathematical expressions: T = T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 where T: measured value (original waveform output) T 1 : torque due to inclination of the machined surface of the workpiece with respect to the reference surface variation T 2: the depth of cut (stock removal amount) variation T 3 due to a change in: variation T 4 when the cutting edge to produce a chip: sudden output levels of the abnormal phenomena of the tool defects such as T 5: rotation of the tool The resistance values T 1 and T 2 of the bearing and the like of the main shaft portion of the processing machine are low frequency fluctuation components, and T 3 , T 4 ,
T 5 is a high-frequency fluctuation component, and T 4 > T 3 > T 5 and
Since T 5 is much smaller than T 4 , it is a negligible value. When T 4 = T− (T 1 + T 2 + T 3 + T 5 ) ≧ 0, it is possible to detect the tool loss. When the T th and tool defect detection set value, T 4 when the -T th ≧ 0, or if T th = n (T 1 + T 2 + T 3 + T 5), T 4 -n (T 1 + T 2 + T 3 + T 5 ) ≧ 0, and even when T− (n + 1) (T 1 + T 2 + T 3 + T 5 ) ≧ 0, the tool defect detection can be performed.
以上の説明は、フライス加工における自動切削時の現象
であるが、旋削加工および穴あけ加工においても同様に
トルク変動が解析でき、その際には前述のT1(被加工
物の基準面との傾きによるトルク変動分)が省略され、
T2,T3,T4,T5のみに注目すればよい。The above explanation is a phenomenon during automatic cutting in milling, but torque fluctuations can be similarly analyzed in turning and drilling, and at that time, the above-mentioned T 1 (tilt with respect to the reference plane of the work piece is inclined). Torque fluctuation) is omitted,
It suffices to focus only on T 2 , T 3 , T 4 , and T 5 .
第1図は、切削加工機において切削時間と主軸モータの
負荷電流値をトルクに換算した関係を示すものである。
数値制御または倣い制御加工においては、正常な状況で
の切削過程の主軸モータの電力または負荷電流値は変動
があって不安定であり、欠損が発生した時にその増加分
が特徴的な挙動を示すものである。第1図の波形Aはこ
の状態を示すもので、矢印の点Pより左の部分の正常切
削時の出力波形は、被加工物の加工面が基準面に対して
種々の傾きを持つこと、および切り込み量が不均一であ
ること等により、変動が激しく不安定である。FIG. 1 shows the relationship between the cutting time and the load current value of the spindle motor converted into torque in the cutting machine.
In numerical control or copying control machining, the power or load current value of the spindle motor in the cutting process under normal conditions fluctuates and is unstable, and when a loss occurs, the increase shows a characteristic behavior. It is a thing. The waveform A in FIG. 1 shows this state, and the output waveform at the time of normal cutting of the part left of the point P of the arrow shows that the machined surface of the workpiece has various inclinations with respect to the reference surface. Also, due to non-uniform cutting depth and the like, the fluctuation is severe and unstable.
一方、第1図の矢印のところPでは工具欠損時の状態を
示しており、ここではトルクが急上昇または急下降し
て、低周波変動レベル(第1図の波形B)を基準とした
ときの波形Aの波高値が一時的に急激に高くなるので、
それ以前の状況と区別できることになる。工具の欠損
時、このように特徴的にトルクが変化するのは、その欠
損部が被加工物と工具との間に挟まれるとか、あるいは
欠損過程において一時的に工具に加わる過負荷状態によ
ってトルクが急上昇し、次にこれに関連して生じる空切
削に伴い急下降する切削抵抗によるものである。そこ
で、この波形Aを、例えばローパス・フィルタ(例えば
2Hz)を内蔵した平均値化回路を通して高い周波数成
分、即ち前述のトルク成分T3,T4,T5を除去する
と波形Bが得られる。なお、波形Bは説明および信号処
理の便宜上、レベルを下げて表示している。この波形B
は、被加工物の加工面の基準面に対する傾きによる変動
分、および切り込みが不均一であるための変動分を含む
ものであり、この波形Bに対し波形Aに対比することに
より、波形Aに含まれる工具欠損等の特徴的な成分が明
確に表れることになる。対比した結果は、その一例とし
て第5図に示すような波形Cで示される。この波形Cか
らも明らかなように、切粉生成に伴う変動分のレベルは
工具欠損時の変動分のレベルに比べて低いものであり、
よって、工具欠損に伴う変動分のみを検出できる基準を
設定比較することにより、工具欠損のみを検出できる。On the other hand, the arrow P in FIG. 1 indicates the state when the tool is missing. Here, the torque sharply rises or falls and the low frequency fluctuation level (waveform B in FIG. 1) is used as a reference. Since the peak value of waveform A temporarily rises rapidly,
It can be distinguished from the situation before that. When a tool is broken, the characteristic torque changes in this way because the broken part is sandwiched between the workpiece and the tool, or the torque is temporarily increased during the cutting process due to an overload condition. Is caused by a cutting resistance which sharply rises, and then sharply descends with the idle cutting which occurs in association therewith. Therefore, the waveform B is obtained by removing the high frequency component, that is, the torque components T 3 , T 4 and T 5 described above, from the waveform A through an averaging circuit having a low-pass filter (for example, 2 Hz) built therein. Note that the waveform B is displayed with its level lowered for convenience of explanation and signal processing. This waveform B
Includes a variation due to the inclination of the machined surface of the workpiece with respect to the reference plane and a variation due to non-uniform cutting. By comparing the waveform B with the waveform A, the waveform A is Characteristic components such as tool defects included will clearly appear. The comparison result is shown as a waveform C as shown in FIG. 5 as an example. As is clear from the waveform C, the level of fluctuation caused by the generation of chips is lower than the level of fluctuation at the time of tool loss,
Therefore, only the tool loss can be detected by setting and comparing the reference that can detect only the variation due to the tool loss.
(発明の構成、効果) 本発明の工具欠損検出装置は、前記目的を達成するため
に、以上のようなトルクの周波数解析した論理に基づい
てなされたもので、加工機の主軸モータの電力又は負荷
電流から、被加工物の加工面の基準面に対する傾きによ
る変動、切り込み量の変化による変動等の比較的低い周
波数の信号の変動分と、刃先が切粉を生成する際の変
動、工具欠損等の異常現象による突発的な出力の変動、
工具の回転に伴う加工機主軸部の抵抗による変動等の比
較的高い周波数の信号の変動分とを含む工具負荷変動信
号を検出する工具負荷検出回路と、工具負荷変動信号か
ら比較的高い周波数の信号の変動分を抽出して出力する
出力回路と、出力回路から出力された比較的高い周波数
の信号の変動分のレベル値が工具欠損検出用設定値を越
えると、工具欠損等の異常の発生を表す信号を出力する
比較回路とを有する信号処理回路とを具備していること
を特徴とする。(Structure and Effect of the Invention) In order to achieve the above-mentioned object, the tool loss detection device of the present invention is made based on the logic of frequency analysis of torque as described above. From the load current, the fluctuation of the signal of relatively low frequency such as the fluctuation due to the inclination of the work surface of the work piece with respect to the reference surface, the fluctuation due to the change of the cutting depth, the fluctuation when the cutting edge produces chips, the tool loss Sudden changes in output due to abnormal phenomena such as
A tool load detection circuit that detects a tool load fluctuation signal that includes fluctuations in a signal with a relatively high frequency such as fluctuations due to the resistance of the processing machine spindle accompanying the rotation of the tool, and a relatively high frequency from the tool load fluctuation signal. An output circuit that extracts and outputs the fluctuation of the signal, and if the level value of the fluctuation of the signal of a relatively high frequency output from the output circuit exceeds the set value for tool loss detection, an error such as tool loss occurs. And a signal processing circuit having a comparison circuit for outputting a signal indicating
本発明は、このように加工機の主軸モータの電力または
負荷電流を検出することにより、工具負荷を検出し、そ
の検出信号を特定の遮断周波数で波し、波された信
号と比較的高い周波数の変動分における波高値の大きい
部分を検出するための比較信号とを比較することによ
り、工具欠損の発生を示す特徴的波形の情報を含む比較
的高い周波数の信号の変動分を抽出することにより、不
安定なレベル変動分である比較的低い周波数の信号の変
動分の影響を受けることがない。即ち、被加工物の形状
に応じて異なる切削条件、例えば工具送り方向および切
り込み量の変化等による比較的低い周波数成分として表
れる変動の影響を受けることなく、確実に工具欠損を検
出することができる。更に、構成が簡単であるので、小
型,安価,かつ容易に製造することができる。The present invention detects the tool load by detecting the power or load current of the spindle motor of the processing machine in this way, and wave the detection signal at a specific cutoff frequency, and the waved signal and a relatively high frequency. By comparing with the comparison signal for detecting the part with a large peak value in the fluctuation amount of, by extracting the fluctuation amount of the signal of relatively high frequency including the information of the characteristic waveform indicating the occurrence of tool loss , It is not affected by the fluctuation of the signal of the relatively low frequency which is the unstable fluctuation of the level. That is, it is possible to reliably detect the tool loss without being affected by the cutting conditions that differ according to the shape of the work piece, for example, the fluctuations that appear as a relatively low frequency component due to the changes in the tool feed direction and the cutting depth. . Furthermore, since the structure is simple, it can be manufactured in a small size, at low cost, and easily.
本発明の第1の態様によれば、工具負荷検出回路は、加
工機の主軸モータの電力または負荷電流を検出して負荷
を常時検出するものである。また、信号処理回路の出力
回路は、工具負荷変動信号から比較的低い周波数の信号
の変動分のみを抽出する平均値化回路と、工具負荷変動
信号から平均値化回路において抽出された比較的低い周
波数の信号の変動分を減算して、比較的高い周波数の信
号の変動分のレベル値を出力する減算回路とを備えてい
る。この態様では、減算回路の出力を工具欠損検出用基
準設定値と比較するので、切粉生成に伴う変動分を識別
して工具欠損を精度よく検出できるとともに、更に、数
値制御または倣い制御において異常工具軌跡の入力によ
って生じる工具と被加工物との衝突、あるいは工具と加
工機との衝突、即ち異常トルクの発生時をも確実に検出
することが可能である。According to the first aspect of the present invention, the tool load detection circuit constantly detects the load by detecting the power or load current of the spindle motor of the processing machine. Further, the output circuit of the signal processing circuit includes an averaging circuit that extracts only a fluctuation component of a signal having a relatively low frequency from the tool load fluctuation signal, and a relatively low value that is extracted from the tool load fluctuation signal by the averaging circuit. And a subtraction circuit for subtracting the variation of the frequency signal and outputting the level value of the variation of the relatively high frequency signal. In this mode, since the output of the subtraction circuit is compared with the reference set value for tool loss detection, it is possible to accurately detect the tool loss by discriminating the variation due to the chip generation, and further, in the numerical control or the scanning control. It is possible to reliably detect the collision between the tool and the workpiece or the collision between the tool and the processing machine, that is, the occurrence of the abnormal torque, which is caused by the input of the tool trajectory.
本発明の第2の態様によれば、信号処理回路の出力回路
は、工具負荷変動信号から比較的高い周波数の信号の変
動分のみを抽出するハイパス・フィルタによって構成さ
れる。この態様では、信号処理回路がハイパス・フィル
タと比較回路で構成されるため、簡単な回路で工具欠損
検出が可能となる。高い周波数のノイズが混入する場合
には、それらを遮断するバンドパスフィルタやその他の
ノイズ対策が必要になる。According to the second aspect of the present invention, the output circuit of the signal processing circuit is configured by a high-pass filter that extracts only the fluctuation component of the signal having a relatively high frequency from the tool load fluctuation signal. In this aspect, since the signal processing circuit is composed of the high-pass filter and the comparison circuit, it is possible to detect the tool loss with a simple circuit. When noise with a high frequency is mixed, a bandpass filter that blocks the noise and other noise countermeasures are required.
本発明の第3の態様によれば、第1の態様の工具欠損検
出装置において、減算回路と比較回路との間に、設定さ
れた積分時間で減算回路の出力信号を積分することによ
り、刃先が切粉を生成する際の比較的高い周波数の信号
の変動分を平均値化する積分回路が設けられる。この積
分回路により、刃先現象のみの変動分のうち切粉生成に
よる変動分を平均値化するので、工具欠損時の波形部分
の識別性が向上する。According to a third aspect of the present invention, in the tool loss detection device of the first aspect, the cutting edge is integrated by integrating the output signal of the subtraction circuit between the subtraction circuit and the comparison circuit at a set integration time. An integrator circuit is provided for averaging fluctuations in a signal having a relatively high frequency when cutting chips are generated. This integration circuit averages the fluctuations due to the generation of chips among the fluctuations due to only the cutting edge phenomenon, so that the discriminability of the waveform portion at the time of tool loss is improved.
本発明の第4の態様によれば、第3の態様の工具欠損検
出装置において、積分回路と比較回路との間に、積分回
路の出力を交互に順次サンプル・ホールドする第1及び
第2のサンプル・ホールド回路と、第1及び第2のサン
プル・ホールド回路から出力される隣接したサンプル値
間で減算を行う積分値減算回路とが設けられる。これに
より、積分回路の出力の隣接するサンプル値間で減算を
行うので、定常的に発生する切粉生成による平均値化レ
ベル値を除去することができ、工具欠損時の波形部分の
識別性がより一層向上できる。According to a fourth aspect of the present invention, in the tool loss detecting device according to the third aspect, the first and second outputs of the integrating circuit are alternately sampled and held between the integrating circuit and the comparing circuit. A sample and hold circuit and an integral value subtraction circuit that performs subtraction between adjacent sample values output from the first and second sample and hold circuits are provided. As a result, the subtraction is performed between the adjacent sample values of the output of the integrator circuit, so that it is possible to remove the averaging level value due to the chip generation that occurs steadily, and the discriminability of the waveform portion when the tool is missing It can be further improved.
(実施例) 以下、本発明の種々の実施例について、図面により説明
する。(Examples) Various examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第2図は、各実施例に共通する基本的構成を示すもので
ある。第2図において、被加工物1は定盤2上に設置さ
れ、被加工物1の上部には工具3が、その下端(刃先)
を被加工物1の表面(加工面)に当接させた状態で加工
機の工具保持部4に保持されている。工具保持部4は、
支持機構によって上下,前後,左右に移動できるように
なっている。そして、このように移動させながら工具3
を回転させることにより、被加工物1を所望の形状に加
工できる。工具3は加工機の主軸モータによって駆動さ
れ、その主軸モータの工具負荷(駆動力)、即ち供給さ
れる電力あるいは負荷電流が工具負荷検出回路5によっ
て常時検出されている。工具負荷検出回路の出力は信号
処理回路6に導かれ、工具負荷検出回路5の出力に含ま
れる工具欠損に対応する信号を抽出する。信号処理回路
6は、前述の駆動力(トルク)の工具欠損に対応して生
ずる変動分T4が、比較的高い周波数と平均値レベルか
らの高い波高値を持っていることに着目して、その存在
を検出するように構成されている。FIG. 2 shows a basic configuration common to each embodiment. In FIG. 2, a work piece 1 is installed on a surface plate 2, and a tool 3 is provided on an upper part of the work piece 1 and a lower end (a cutting edge) thereof.
Is held by the tool holding part 4 of the processing machine in a state of being brought into contact with the surface (working surface) of the workpiece 1. The tool holder 4 is
It can be moved up and down, front and back, and left and right by the support mechanism. Then, while moving in this way, the tool 3
The workpiece 1 can be processed into a desired shape by rotating. The tool 3 is driven by the spindle motor of the processing machine, and the tool load (driving force) of the spindle motor, that is, the supplied power or load current is constantly detected by the tool load detection circuit 5. The output of the tool load detection circuit is guided to the signal processing circuit 6, and the signal corresponding to the tool loss included in the output of the tool load detection circuit 5 is extracted. The signal processing circuit 6 pays attention to the fact that the variation T 4 generated in response to the tool loss of the driving force (torque) has a relatively high frequency and a high peak value from the average value level, It is configured to detect its presence.
第3図は本発明の第1の実施例の構成を示すもので、そ
の信号処理回路6は、工具負荷検出回路5の出力である
工作機械の主軸モータから検出した出力の低周波分のみ
通し平均化する平均値化回路8と、その平均値化回路8
の出力と工具負荷検出回路5の出力とを比較し、その差
を増幅出力する減算回路9と、しきい値Tthを設定す
るためのしきい値設定回路10と、減算回路9の出力とし
きい値設定回路10の出力とを比較し、しきい値Tthよ
り大きい振幅の部分を抽出する比較回路11からなってい
る。第4図は、第3図における信号処理回路6を更に具
体的に示すものである。なお、この回路には過電流防止
回路12が付加されている。過電流防止回路12は、演算増
幅器121の入力部に一対の逆方向に並列接続したダイオ
ード122,123を接続して入力信号の振幅を制限してい
る。これにより、突発的な異常入力に対して信号処理回
路を保護する。平均値化回路8は、演算増幅器81,82,
ダイオード83,84,コンデンサ85および抵抗器からな
り、入力信号を全波整流した後、高域を除去するローパ
ス・フィルタとして構成されている。そのローパス・フ
ィルタの遮断周波数は、前記刃先が切粉を生成する際の
変動分T3、工具欠損による変動分T4、加工機主軸の
ベアリング等の抵抗値による変動分T5等の比較的高い
周波数成分を除去し、加工面の基準面に対する傾きによ
る変動T1、および切り込み量の変化による変動分T2
等の比較的低い周波数成分を通過させることのできる周
波数(例えば2Hz)を選択する。第1図の波形Aが平均
値化回路8を通過すると、同図の波形Bのような出力が
得られる。減算回路9は、演算増幅器91と入力抵抗器9
2,93からなり、過電流防止回路12の出力する第1図の波
形Aに示すような信号から平均値化回路8の出力する波
形Bに示すような信号を減算し、増幅して、第5図に示
すような波形Cのような信号を得る。減算回路9の出力
は、比較回路11によりしきい値設定回路10で工具欠損検
出用に設定されたしきい値Tthと比較され、しきい値
Tthを越えた時、工具欠損が発生したことを表す信号
が出力される。即ち、第5図の工具欠損発生時点付近P
においてしきい値を越え、第6図に示すような工具欠損
検知信号Sを生ずる。FIG. 3 shows the configuration of the first embodiment of the present invention, in which the signal processing circuit 6 passes only the low frequency component of the output which is the output of the tool load detection circuit 5 detected from the spindle motor of the machine tool. Averaging circuit 8 for averaging and its averaging circuit 8
Is compared with the output of the tool load detection circuit 5, and a difference circuit 9 for amplifying and outputting the difference, a threshold value setting circuit 10 for setting a threshold value T th , and an output of the subtraction circuit 9 are used. It comprises a comparison circuit 11 which compares the output of the threshold value setting circuit 10 and extracts a portion having an amplitude larger than the threshold value T th . FIG. 4 shows the signal processing circuit 6 in FIG. 3 more specifically. An overcurrent prevention circuit 12 is added to this circuit. The overcurrent prevention circuit 12 connects a pair of diodes 122 and 123 connected in parallel in opposite directions to the input section of the operational amplifier 121 to limit the amplitude of the input signal. This protects the signal processing circuit against a sudden abnormal input. The averaging circuit 8 includes operational amplifiers 81, 82,
It is composed of diodes 83 and 84, a capacitor 85 and a resistor, and is configured as a low-pass filter that removes high frequencies after full-wave rectifying an input signal. The cutoff frequency of the low-pass filter is relatively large, such as a variation T 3 when the cutting edge produces chips, a variation T 4 due to a tool loss, and a variation T 5 due to the resistance value of the bearing of the processing machine spindle. The high frequency component is removed, and the fluctuation T 1 due to the inclination of the machined surface with respect to the reference surface and the fluctuation T 2 due to the change in the cut amount
A frequency (for example, 2 Hz) capable of passing a relatively low frequency component such as is selected. When the waveform A in FIG. 1 passes through the averaging circuit 8, an output like the waveform B in FIG. 1 is obtained. The subtraction circuit 9 includes an operational amplifier 91 and an input resistor 9
2, 93, which subtracts the signal shown by the waveform B output from the averaging circuit 8 from the signal shown by the waveform A in FIG. A signal having a waveform C as shown in FIG. 5 is obtained. The output of the subtraction circuit 9 is compared with the threshold value T th set by the threshold value setting circuit 10 for detecting the tool loss by the comparison circuit 11, and when the threshold value T th is exceeded , a tool loss occurs. A signal indicating that is output. That is, in the vicinity P of the tool loss occurrence in FIG.
The threshold value is exceeded and the tool loss detection signal S as shown in FIG. 6 is generated.
なお、減算回路9の出力である第5図に示す波形Cのよ
うな高周波成分は、工具負荷検出回路5の出力をハイパ
ス・フィルタに通すことによっても得られる。従って、
第3図および第4図の回路において、平均値化回路8と
減算回路9の組合せに代えてハイパス・フィルタを用い
てもよい。ただ、用いるフィルタにおける雑音の発生に
関しては、平均値化回路と減算回路の組合せの方が有利
である。即ち、ハイパス・フィルタを用いた際には、高
周波成分の出力波形に雑音が混入することがあるが、平
均値化回路と減算回路の組合せの場合には、ローパス・
フィルタにおいては高周波の雑音成分が生ぜず、有利で
ある。なお、バンドパス・フィルタを用いることもでき
る。A high frequency component such as the waveform C shown in FIG. 5 which is the output of the subtraction circuit 9 can also be obtained by passing the output of the tool load detection circuit 5 through a high pass filter. Therefore,
In the circuits of FIGS. 3 and 4, a high pass filter may be used instead of the combination of the averaging circuit 8 and the subtracting circuit 9. However, the combination of the averaging circuit and the subtracting circuit is more advantageous in terms of noise generation in the filter used. That is, when a high-pass filter is used, noise may be mixed in the output waveform of the high frequency component, but in the case of the combination of the averaging circuit and the subtraction circuit, the low-pass filter is used.
The filter is advantageous because it does not generate high frequency noise components. A bandpass filter can also be used.
第7図は本発明の第2の実施例を示すもので、第3図と
同一の機能の部には同一の符号を用いている。この実施
例は、第3図の実施例の減算回路9とは比較回路11の間
に、積分時間設定回路13を接続した積分回路14を挿入し
たものである。即ち、減算回路9の出力を積分回路14に
より微小時間内で積分することにより、切粉生成による
変動T3を平均化して工具欠損時の急激な出力上昇を明
確化することである。第8図は、第5図の波形Cと同じ
減算回路9の出力する刃先現象レベルのみの波形に積分
時間設定回路13から得る時間幅を設定したものである。
第9図は、第8図に示す刃先現象レベルのみの波形Cに
積分時間設定回路13から得る時間幅内での出力を平均化
したものであり、切粉生成に伴う波形変動分を平均値化
して工具欠損時の急激な出力を明確化した波形を示すも
のである。第9図のように明確化した出力値を、比較回
路11においてしきい値設定回路10により設定された工具
欠損検出用設定値と比較し、それを越えた場合に工具欠
損等の異常の発生を表す信号を出力する。FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, in which parts having the same functions as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. In this embodiment, an integrating circuit 14 to which an integration time setting circuit 13 is connected is inserted between the subtracting circuit 9 and the comparing circuit 11 of the embodiment shown in FIG. That is, the output of the subtraction circuit 9 is integrated by the integration circuit 14 within a very short time, so that the fluctuation T 3 due to the generation of chips is averaged to clarify a sharp increase in output when a tool is lost. In FIG. 8, the time width obtained from the integration time setting circuit 13 is set to the waveform of only the cutting edge phenomenon level output from the subtraction circuit 9 which is the same as the waveform C of FIG.
FIG. 9 shows an averaged output within the time width obtained from the integration time setting circuit 13 for the waveform C having only the cutting edge phenomenon level shown in FIG. It shows a waveform in which a sharp output when a tool is broken is clarified. The output value clarified as shown in FIG. 9 is compared with the set value for tool loss detection set by the threshold setting circuit 10 in the comparison circuit 11, and if it exceeds the set value, an abnormality such as tool loss occurs. Output a signal that represents.
第10図は本発明の第3の実施例を示すもので、第7図と
同じ機能の部分には同一の符号を用いている。この実施
例は、第2の実施例(第7図)の積分回路14と比較回路
11との間に、積分時間制御回路15を接続した第1および
第2のサンプル・ホールド回路16,17と積分値減算回路1
8を挿入した構成のものである。即ち、減算回路9にお
いて刃先現象のみの変動レベルを積分回路14で微小時間
幅で積分して切粉生成による変動分を平均値化し、更に
積分時間制御回路15を接続した第1および第2のサンプ
ル・ホールド回路16,17でもって微小時間幅で積分した
出力値を順次ずらして積分値減算回路18に入力せしめて
減算し、切粉生成による変動分を削除することにより、
工具欠損時の急激な出力上昇分を明確化することができ
るものである。FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention, in which parts having the same functions as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals. This embodiment corresponds to the integrating circuit 14 and the comparing circuit of the second embodiment (FIG. 7).
The first and second sample and hold circuits 16 and 17 in which the integration time control circuit 15 is connected between
8 is inserted. That is, in the subtraction circuit 9, the fluctuation level of only the cutting edge phenomenon is integrated by the integration circuit 14 in a minute time width to average the fluctuation amount due to the chip generation, and the integration time control circuit 15 is further connected to the first and second circuits. By sequentially shifting the output value integrated in a minute time width with the sample and hold circuits 16 and 17 and inputting it to the integrated value subtraction circuit 18 for subtraction, by removing the fluctuation due to chip generation,
It is possible to clarify the sudden increase in output when a tool is lost.
第11図は、減算回路9において工具負荷検出回路5の出
力波形からローパス・フィルタである平均値化回路8の
出力を減算して得た刃先現象レベルのみの波形に、積分
時間設定回路13から得る時間で積分回路14により積分し
た積分出力値を示したものであり、切粉現象レベルでの
変動を平均値化した結果が得られている。第12図は、第
1および第2のサンプル・ホールド回路16,17によって
保持され、微小時間で区切られた1つ前の積分値と次の
積分値が交互に積分値減算回路18に入力されて減算され
た値を示す図である。この図に示すように、積分減算処
理により切粉生成レベルでの変動分を減衰させることが
できるので、工具欠損による変動分を一層明確にするこ
とができる。比較回路11では、しきい値設定回路10によ
り設定した工具欠損検出用設定値Tthを入力値が越え
た際に工具欠損を検知する。FIG. 11 shows a waveform of only the cutting edge phenomenon level obtained by subtracting the output of the averaging circuit 8 which is a low-pass filter from the output waveform of the tool load detection circuit 5 in the subtraction circuit 9 and the integration time setting circuit 13 It shows the integrated output value integrated by the integration circuit 14 at the time of acquisition, and the result obtained by averaging the fluctuations at the chip phenomenon level is obtained. In FIG. 12, the first and second integrated values, which are held by the first and second sample and hold circuits 16 and 17 and are separated by a minute time, are alternately input to the integrated value subtraction circuit 18. It is a figure which shows the value which was subtracted. As shown in this figure, since the variation at the chip generation level can be attenuated by the integral subtraction processing, the variation due to the tool loss can be further clarified. The comparison circuit 11 detects a tool loss when the input value exceeds the tool loss detection setting value T th set by the threshold setting circuit 10.
第1図は、切削加工機における工具のトルクの変動波形
の一例と、その波形を平均値化した波形とを示すもので
ある。 第2図は、本発明の基本的構成を示す図である。 第3図および第4図は、本発明の第1の実施例を示す図
である。 第5図は、トルク信号から比較的低い周波数成分を除去
した波形C(第3図の減算回路9の出力)を示す図であ
る。 第6図は、第5図の波形Cがしきい値Tthを越えた時
に出力する信号(第3図の比較回路11の出力信号)を示
す図である。 第7図は、本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。 第8図および第9図は、第2の実施例を説明するための
波形図である。 第10図は、本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。 第11図および第12図は、第3の実施例を説明するための
波形図である。 1……被加工物、2……定盤、3……工具、4……工具
保持部、5……工具負荷検出回路、6……信号処理回
路、7……マシン制御盤、8……平均値化回路、9……
減算回路、10……しきい値設定回路、11……比較回路、
12……過電流防止回路、13……積分時間設定回路、14…
…積分回路、15……積分時間制御回路、16,17……サン
プル・ホールド回路、18……積分値減算回路。FIG. 1 shows an example of a torque fluctuation waveform of a tool in a cutting machine and a waveform obtained by averaging the waveform. FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of the present invention. 3 and 4 are diagrams showing a first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a waveform C (output of the subtraction circuit 9 in FIG. 3) obtained by removing a relatively low frequency component from the torque signal. FIG. 6 is a diagram showing a signal (output signal of the comparison circuit 11 in FIG. 3) output when the waveform C in FIG. 5 exceeds the threshold value T th . FIG. 7 is a block diagram showing the second embodiment of the present invention. 8 and 9 are waveform charts for explaining the second embodiment. FIG. 10 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. 11 and 12 are waveform charts for explaining the third embodiment. 1 ... Workpiece, 2 ... Surface plate, 3 ... Tool, 4 ... Tool holding part, 5 ... Tool load detection circuit, 6 ... Signal processing circuit, 7 ... Machine control panel, 8 ... Averaging circuit, 9 ...
Subtraction circuit, 10 ... Threshold setting circuit, 11 ... Comparison circuit,
12 ... Overcurrent prevention circuit, 13 ... Integral time setting circuit, 14 ...
… Integrator circuit, 15 …… Integral time control circuit, 16,17 …… Sample and hold circuit, 18 …… Integral value subtraction circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 正弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大庫 和孝 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 植松 偉人 愛知県刈谷市恩田町4丁目26番地 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masahiro Hayashi Inventor Masahiro Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 1 1st 41st Yokomichi Yokouchi Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Kazutaka Ogo Nagakute-cho, Aichi-gun Aichi Prefecture 1 in 41 Nagamichi Yokomichi Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor, Daito Uematsu 4-26, Onda-cho, Kariya city, Aichi prefecture
Claims (5)
ら、被加工物の加工面の基準面に対する傾きによる変
動,切り込み量の変化による変動等の比較的低い周波数
の信号の変動分と、刃先が切粉を生成する際の変動,工
具欠損等の異常現象による突発的な出力の変動,工具の
回転に伴う加工機主軸部の抵抗による変動等の比較的高
い周波数の信号の変動分とを含む工具負荷変動信号を検
出する工具負荷検出回路と、 前記工具負荷変動信号から前記比較的高い周波数の信号
の変動分を抽出して出力する出力回路と、前記出力回路
から出力された前記比較的高い周波数の信号の変動分の
レベル値が工具欠損検出用設定値を越えると、工具欠損
等の異常の発生を表す信号を出力する比較回路とを有す
る信号処理回路と を具備していることを特徴とする工具欠損検出装置。1. A fluctuation amount of a signal of a relatively low frequency such as a fluctuation due to a tilt of a machining surface of a workpiece with respect to a reference plane, a fluctuation due to a change in a cutting amount, or the like, from power or load current of a spindle motor of a machining machine. The fluctuations of relatively high frequency signals such as fluctuations when the cutting edge produces chips, sudden output fluctuations due to abnormal phenomena such as tool loss, fluctuations due to the resistance of the machine tool spindle accompanying tool rotation, etc. A tool load detection circuit for detecting a tool load fluctuation signal including: an output circuit for extracting and outputting a fluctuation component of the signal of the relatively high frequency from the tool load fluctuation signal; and the comparison output from the output circuit. And a signal processing circuit having a comparison circuit that outputs a signal indicating the occurrence of an abnormality such as a tool loss when the level value of the fluctuation of the signal of a relatively high frequency exceeds the set value for tool loss detection. Features Tool loss detection device that.
の変動分のみを抽出する平均値化回路と、 前記工具負荷変動信号から前記平均値化回路において抽
出された前記比較的低い周波数の信号の変動分を減算し
て、前記比較的高い周波数の信号の変動分のレベル値を
出力する減算回路と からなることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
の工具欠損検出装置。2. An output circuit of the signal processing circuit, an averaging circuit for extracting only the fluctuation component of the signal of the relatively low frequency from the tool load fluctuation signal, and the averaging circuit from the tool load fluctuation signal. And a subtraction circuit for subtracting the variation of the signal of the relatively low frequency extracted in the circuit and outputting the level value of the variation of the signal of the relatively high frequency. The tool loss detection device according to item (1).
負荷変動信号から前記比較的高い周波数の信号の変動分
のみを抽出するハイパス・フィルタからなることを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載の工具欠損検出装
置。3. The output circuit of the signal processing circuit comprises a high-pass filter for extracting only a fluctuation component of the relatively high frequency signal from the tool load fluctuation signal. The tool loss detection device described in 1).
定された積分時間で前記減算回路の出力信号を積分する
ことにより、前記刃先が切粉を生成する際の前記比較的
高い周波数の信号の変動分を平均値化する積分回路を設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記載の工
具欠損検出装置。4. The relatively high frequency when the cutting edge produces chips by integrating an output signal of the subtraction circuit between the subtraction circuit and the comparison circuit for a set integration time. The tool loss detection device according to claim (2), characterized in that an integration circuit for averaging the fluctuation amount of the signal of (1) is provided.
記積分回路の出力を交互に順次サンプル・ホールドする
第1及び第2のサンプル・ホールド回路と、前記第1及
び第2のサンプル・ホールド回路から出力される隣接し
たサンプル値間で減算を行う積分値減算回路とを設けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第(4)項記載の工具欠
損検出装置。5. First and second sample and hold circuits for alternately sampling and holding the output of the integrator circuit between the integrator circuit and the comparator circuit, and the first and second sample and hold circuits. The tool loss detection device according to claim (4), further comprising an integrated value subtraction circuit for performing subtraction between adjacent sample values output from the hold circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8384184A JPH0616981B2 (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Tool loss detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8384184A JPH0616981B2 (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Tool loss detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60232853A JPS60232853A (en) | 1985-11-19 |
JPH0616981B2 true JPH0616981B2 (en) | 1994-03-09 |
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ID=13813930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8384184A Expired - Lifetime JPH0616981B2 (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Tool loss detector |
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Country | Link |
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Families Citing this family (4)
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JPS62136345A (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-19 | Toshiba Mach Co Ltd | Device for detecting abnormality of cutting tool |
JP6717873B2 (en) * | 2018-03-30 | 2020-07-08 | ファナック株式会社 | Motor controller |
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1984
- 1984-04-27 JP JP8384184A patent/JPH0616981B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS60232853A (en) | 1985-11-19 |
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