JPH0639685A - 切削工具の工具損傷検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スローアウェイチップをそなえた切削工具に
よる切削加工中において工具摩耗および損傷の直接検知
が可能であるようにする。 【構成】 切削抵抗や外部からの駆動力などにより回動
しつつ切削加工を行うスローアウェイチップ１０をそな
えた切削工具１において、回動中のスローアウェイチッ
プ１０のすくい面や逃げ面の摩耗・損傷状態を検出する
光センサ３２と、光センサ３２から出力される信号を検
出する信号検出部３４と、信号検出部３４から出力され
る検出信号の判定レベルを設定する条件設定部３５と、
信号検出部３４から出力される検出信号と判定レベルと
で切削工具の摩耗・損傷量を判定する損傷判定部３６
と、損傷判定部３６での判定結果にもとづいて警報など
の各種情報を出力する出力部３７を具備した工具損傷検
出装置３８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回動式スローアウェ
イチップをそなえた切削工具に関し、とくに前記回動式
スローアウェイチップの摩耗や微小クラックなどの損傷
状態を切削中に検知し、工具交換時期をインプロセスで
判断できるようにするのに利用される切削工具の工具損
傷検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来における切削工具の工具損傷検出装
置としては、例えば、図８に示すようなものがある。

【０００３】図８に示す切削工具の工具損傷検出装置５
１は、スローアウェイチップ５２を工具ホルダ５３に固
定した切削工具５４を用い、この切削工具５４の工具ホ
ルダ５３を刃物台５５に固定し、ＮＣ旋盤５６に取り付
けられてＮＣコントローラ５７によって制御されるワー
ク５８を前記スローアウェイチップ５２によって切削加
工し、切削加工中においてスローアウェイチップ５２の
工具損傷状態を工業用ＴＶカメラ５９により画像化し
て、デジタルメモリ６０に記憶し、記憶された画像はマ
イクロコンピュータ６１により適切な輝度しきい値によ
り２値化されて、切削工具５４の摩耗や損傷状態を判断
する構成となっている。

【０００４】また、この他の工具損傷検出装置として
は、切削力を検知するもの（特開昭６０−９０６５９
号）や、モータ電力を検知するもの（特公平２−２７１
０９号）や、アコースティックエミッション信号を検知
するもの（特公昭６０−１４６６２号）などが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来における切削工具の工具損傷検出装置にあって
は、固定式のスローアウェイチップにおいて切削工具の
損傷を直接画像処理によって判断する構成や、切削力，
モータ電力，アコースティックエミッション信号等によ
って間接的に判断する構成となっていたため、前者で
は、切削加工中の工具損傷が検出できないため、切削途
中に工具が損傷したり、ワークを傷つけてしまったりす
ることがあるという問題点があった。また、後者では、
間接的検知であることから、比較のための基準値をあら
かじめ設定しておく必要があるが、加工条件が変わると
対応できない等、使用条件が限定されるという問題点が
あるとともに、検出感度が低く、工具が大幅に損傷して
からでないと検出できないという問題点があって、これ
らの問題点を解決することが課題となっていた。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、このような従来の課題にか
んがみてなされたものであって、スローアウェイチップ
をそなえた切削工具による切削加工中において工具摩耗
および損傷の直接検知が可能であり、精度の高い工具寿
命管理を行うことによって工具費の低減とワークの良品
率の向上をはかることが可能である切削工具の工具損傷
検出装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる切削工
具の工具損傷検出装置は、切削抵抗や外部からの駆動力
などにより回動しつつ切削加工を行うスローアウェイチ
ップをそなえた切削工具において、回動中のスローアウ
ェイチップのすくい面，逃げ面のうち少なくとも一方の
摩耗・損傷状態を検出する損傷検出器と、前記損傷検出
器から出力される信号を検出する信号検出手段と、前記
信号検出手段から出力される検出信号の判定レベルを設
定する条件設定手段と、前記信号検出手段から出力され
る検出信号に基づいてかつ前記条件設定手段に設定され
た判定レベルのもとで切削工具の摩耗・損傷量を判定す
る損傷判定手段と、前記損傷判定手段での判定結果にも
とづいて工具交換予告，工具交換警報，機械停止，切削
工具後退等の各種情報を出力する出力手段を具備してな
る構成としたことを特徴としており、このような切削工
具の工具損傷検出装置に係わる発明の構成をもって前述
した従来の課題を解決するための手段としている。

【０００８】この発明に係わる切削工具の工具損傷検出
装置の実施態様において、損傷検出器が光センサであ
り、前記光センサから明るさに応じて信号が出力される
構成とすることができる。また、他の実施態様において
は、損傷検出器が変位計であり、前記変位計から変位量
に応じて信号が出力される構成とすることができる。さ
らに、他の実施態様においては、損傷検出器がＴＶカメ
ラ等の撮像手段であり、信号検出手段が、前記撮像手段
から得られた映像信号を摩耗した部分と摩耗していない
部分とに２値化して検出する構成とすることができる。

【０００９】

【発明の作用】本発明に係わる切削工具の工具損傷検出
装置では、切削抵抗や外部からの駆動力などによって回
動しつつ切削加工を行うスローアウェイチップをそなえ
た切削工具を用いてワークの切削加工を行うに際し、回
動中のスローアウェイチップのすくい面，逃げ面のうち
少なくとも一方の摩耗・損傷状態を光センサや変位計や
ＴＶカメラ等の撮像手段などからなる損傷検出器によっ
て検出し、前記損傷検出器から出力される信号を検出す
る信号検出器から出力される検出信号の判定レベルを条
件設定手段により設定すると共に、前記信号検出手段か
ら出力される検出信号に基づいてかつ前記条件設定手段
に設定された判定レベルとの比較のもとで損傷判定手段
によって切削工具の摩耗・損傷の程度を判定し、この判
定結果にもとづいて出力手段から工具交換予告や工具交
換警報や機械停止や切削工具後退等の各種情報を出力す
るようにしているので、切削加工中において工具摩耗お
よび損傷の直接検知がなされるようになり、精度の高い
工具寿命管理が切削加工中においてインプロセスで実施
されることとなる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明に係わる切削工具の工具損傷
検出装置の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】（実施例１）図１および図２は、この発明
の一実施例を示す図であり、このうち図１は実施例１に
おける切削工具および工具損傷検出装置を示す部分縦断
面説明図である。

【００１２】図１に示すように、切削工具１は、スロー
アウェイチップ１０とこのスローアウェイチップ１０を
保持する工具ホルダ１１を有するものであって、この工
具ホルダ１１の先端部分には、スローアウェイチップ装
着空間１１ａと歯車列設置空間１１ｂが形成してあり、
両空間１１ａ，１１ｂにそれぞれ先端側が位置する回動
軸１２が軸受１３を介して回動可能に設けてある。

【００１３】この回動軸１２の上方側端部からは、スロ
ーアウェイチップ１０が挿入してあり、スローアウェイ
チップ１０の取付け孔に形成したキー溝と回動軸１２に
形成したキー溝との間にキー１４を設けて、回動軸１２
とスローアウェイチップ１０とが一体で回動するように
なっている。

【００１４】また、回動軸１２の上方側端部からはカラ
ー１６が挿入してあり、このカラー１６には軸受板１７
が当ててあって、ボルト１８を工具ホルダ１１の上面側
で締め付けることによって軸受板１７を固定するものと
してあり、軸受板１７に形成した軸受孔１７ａで回動軸
１２の上端小径部を支持させている。

【００１５】一方、回動軸１２の下端側には歯車２１が
ナット部材２２によって固定してあり、この歯車２１に
かみ合う歯車２３が軸部材２４およびナット部材２５に
よって固定してあり、この歯車２３にかみ合う歯車２６
がモータ２７の回転軸２７ａに固定してあり、このモー
タ２７はビス２８によって工具ホルダ１１側に固定して
あって、外部からの駆動力となるモータ２７の回転を歯
車列（２１，２３，２６）を介して減速したのちスロー
アウェイチップ１０を回動させるものとしている。

【００１６】また、スローアウェイチップ１０の近傍に
は、このスローアウェイチップ１０に付着した切粉や油
などを除去するためのブラシ３１が取り付けてある。

【００１７】さらに、スローアウェイチップ１０の切削
点と異なる側に位置する工具ホルダ１１の内部には、損
傷検出器としての光センサ３２が設けてあり、この光セ
ンサ３２から明るさに応じて出力される信号を伝達する
ケーブル３３が工具ホルダ１１内に設けてある。

【００１８】さらに、前記光センサ３２から出力されそ
してケーブル３３を介して伝達される信号を検出する信
号検出手段としての信号検出部３４と、前記信号検出部
３４から出力される検出信号の判定レベルを設定する条
件設定手段としての条件設定部３５と、前記信号検出部
３４から出力される検出信号に基づいてかつ前記条件設
定部３６に設定された判定レベルとの比較のもとで切削
工具１（スローアウェイチップ１０）の摩耗・損傷量を
判定する損傷判定手段としての損傷判定部３６と、前記
損傷判定部３６での判定結果にもとづいて工具交換予
告，工具交換警報，機械停止，切削工具後退等の各種情
報を出力する出力手段としての出力部３７を備えてお
り、これら光センサ３２，信号検出部３４，条件設定部
３５，損傷判定部３６，出力部３７によって切削工具１
の工具損傷検出装置３８が構成されるものとなってい
る。

【００１９】このような工具損傷検出装置３８をそなえ
た切削工具１を図８に示したと同様にして刃物台５５に
取り付け、旋盤５６に取り付けたワーク５８の切削加工
を行うに際して、スローアウェイチップ１０は、モータ
２７の駆動によって、あらかじめ設定された速度で回動
しながら切削加工を行う。

【００２０】このとき、スローアウェイチップ１０の切
削に関与した部分は順次回動し、ワーク５８と接触して
いない箇所では、その摩耗状態を観察することができ
る。

【００２１】そこで、スローアウェイチップ１０の切削
点と異なる側に対面する工具ホルダ１１内に埋め込まれ
た損傷検出器としての光センサ３２により、その摩耗状
態を検出する。ここで、スローアウェイチップ１０に付
着した切粉や油は、光センサ３２の手前でブラシ３１に
より除去される。

【００２２】本実施例１は、スローアウェイチップ１０
が摩耗すると、摩耗した部分と摩耗していない部分とで
光の反射率が異なり、明るさが変化することを利用した
ものであって、図２に示すように、摩耗幅の増加に伴っ
て照度（および照度を変換した出力電流）も増加する。

【００２３】そして、光センサ３２は、スローアウェイ
チップ１０に反射した光を受け、その照度に応じた信号
（出力電流）を出力し、ケーブル３３を介して信号検出
部３４に送る。また、条件設定部３５ではあらかじめ判
定レベルが設定されていて例えば照度と摩耗幅との関係
を記憶しており、損傷判定部３６で、スローアウェイチ
ップ１０の摩耗量を判定し、摩耗量に応じた信号を出力
部３７より出力して、工具交換の予告を発するか、警報
を発するか、工作機械を停止させるか、切削工具を元の
設定位置に戻すかなどして、切削工具１の損傷による加
工ミスを未然に防ぐ。

【００２４】（実施例２）図３ないし図５は本発明の他
の実施例を示すものであり、これらのうち図３は実施例
２における切削工具および工具損傷検出装置を示す部分
縦断面説明図であって、図１と同一構成部分には同一符
号を付してその説明を省略する。

【００２５】この実施例２では、前記実施例１における
光センサ３２のかわりに、レーザによる非接触式変位計
４２を損傷検出器として用いたものである。この場合、
図４に示すように、変位計４２からのレーザ光４２ａ
は、あらかじめスローアウェイチップ１０の寿命に対応
する摩耗量Ｖ_Ｂの位置の変位を測定するように取り付け
られている。

【００２６】従って、スローアウェイチップ１０の摩耗
が進行して、摩耗量Ｖ_Ｂに達すると、条件設定部３５に
記憶された過去の切削データや切削初期データ等に基づ
く変位波形と信号検出部３４からの検出波形を損傷判定
部３６で比較して損傷の判定を行う。

【００２７】また、レーザ光４２ａをあらかじめ摩耗量
Ｖ_Ｂの範囲内に当たるように取りつけておき、レーザ光
４２ａのスポット径を１０μｍ程度の小さなものとして
おけば、図５に示すように、スローアウェイチップ１０
に発生するクラックを検出することができる。この場
合、スローアウェイチップ１０の寿命は、クラックの深
さ，クラックの数により判定することができる。

【００２８】工具寿命の要因は、摩耗とともにクラック
の占める割合が大きいため、本実施例２によれば、工具
損傷の予測精度を大幅に向上することができる。また、
変位計４２には、レーザ光のような非接触式変位計に限
らず、差動トランスのような接触式変位計を用いてもよ
い。

【００２９】（実施例３）図６および図７は本発明のさ
らに他の実施例を示すものであり、このうち図６は実施
例３における切削工具および工具損傷検出装置を示す部
分破断説明図であって、図１と同一構成部分には同一符
号を付してその説明を省略する。

【００３０】この実施例３では、前記実施例１における
光センサ３２のかわりに、工業用ＴＶカメラ４３を損傷
検出器として用いたものである。この場合、図７に示す
ように、ＴＶカメラ４３によって得られた映像信号を摩
耗した部分と摩耗していない部分とに２値化して損傷を
検出するようにしたものである。

【００３１】本実施例３の場合、ＴＶカメラ４３によっ
て得られた映像信号を２値化するため、照明の際におけ
る照射条件の変化やスローアウェイチップ１０の変色等
によって影響されることなく正確に測定することができ
るという利点がある。

【００３２】

【発明の効果】この発明に係わる切削工具の工具損傷検
出装置によれば、切削抵抗や外部からの駆動力などによ
り回動しつつ切削加工を行うスローアウェイチップをそ
なえた切削工具において、回動中のスローアウェイチッ
プのすくい面，逃げ面のうち少なくとも一方の摩耗・損
傷状態を損傷検出器によって検出し、前記損傷検出器か
ら出力される信号を信号検出手段，条件設定手段，損傷
判定手段などにより判定して出力手段より工具交換予
告，工具交換警報，機械停止，切削工具後退などの各種
情報を出力する構成としたため、スローアウェイチップ
をそなえた切削工具による切削加工中において工具摩耗
および損傷の直接検知がインプロセスで可能となり、精
度の高い工具寿命管理を行うことが可能となって、工具
費の低減とワークの良品率の向上を実現することが可能
であるという著しく優れた効果がもたらされ、損傷検出
器から出力された工具摩耗信号を切削工具の回動位置と
組み合わせて、切削工具の回動を制御することにより、
切削工具の損傷を受けた部分を避けて損傷のない切削工
具の切れ刃部分を使用して良好なる切削加工を継続して
行うことも可能であるという著しく優れた効果がもたら
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる切削工具の工具損傷検出装置
の実施例１における構成を示す切削工具および工具損傷
検出装置の部分縦断面説明図である。

【図２】図１に示した実施例１における工具損傷検出装
置の判定方法を示す説明図である。

【図３】この発明に係わる切削工具の工具損傷検出装置
の実施例２における構成を示す切削工具および工具損傷
検出装置の部分縦断面説明図である。

【図４】図３に示した実施例２における変位計の先端部
分を拡大して示す説明図である。

【図５】図３に示した実施例２におけるスローアウェイ
チップのクラック検出状況を示す説明図である。

【図６】この発明に係わる切削工具の工具損傷検出装置
の実施例３における構成を示す切削工具および工具損傷
検出装置の部分縦断面説明図である。

【図７】図６に示した実施例３における工具損傷検出装
置の判定方法を示す説明図である。

【図８】従来の切削工具および工具損傷検出装置の正面
説明図である。

【符号の説明】

１ 切削工具 １０ スローアウェイチップ １１ 工具ホルダ １２ 回動軸 ２１，２３，２６ 歯車 ２７ モータ ３２ 光センサ（損傷検出器） ３４ 信号検出部（信号検出手段） ３５ 条件設定部（条件設定手段） ３６ 損傷判定部（損傷判定手段） ３７ 出力部（出力手段） ３８ 工具損傷検出装置 ４２ 変位計（損傷検出器） ４３ 工業用ＴＶカメラ（損傷検出器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝 崎 禎四郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削抵抗や外部からの駆動力により回動
   しつつ切削加工を行うスローアウェイチップをそなえた
   切削工具において、回動中のスローアウェイチップのす
   くい面，逃げ面のうち少なくとも一方の摩耗・損傷状態
   を検出する損傷検出器と、前記損傷検出器から出力され
   る信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段か
   ら出力される検出信号の判定レベルを設定する条件設定
   手段と、前記信号検出手段から出力される検出信号に基
   づいてかつ前記条件設定手段に設定された判定レベルの
   もとで切削工具の摩耗・損傷量を判定する損傷判定手段
   と、前記損傷判定手段での判定結果にもとづいて警報等
   の各種情報を出力する出力手段を具備してなることを特
   徴とする切削工具の工具損傷検出装置。