JPH07186010A

JPH07186010A - 工作機械における工具寿命検知システム

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Publication number: JPH07186010A
Application number: JP34753093A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Enoki; 和正榎
Original assignee: TAKIZAWA TEKKOSHO KK
Current assignee: TAKIZAWA TEKKOSHO KK
Priority date: 1993-12-25
Filing date: 1993-12-25
Publication date: 1995-07-25
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP3294414B2

Abstract

(57)【要約】〔目的〕工具へ負荷される主軸モータの駆動電流が予
め定めた値を越えた量と時間との積で工具寿命を判断す
る。〔構成〕工作機械における工具寿命を検知するシステ
ムにおいて、主軸を駆動する主軸モータの駆動電流が、
主軸の回転数変化率が予め定めた変化率以内にあるとき
を採択範囲にして、予め設定した敷居値を越える超過量
を超過時間に対して積算し、その積算値が予め定めた許
容値を越えたときを工具寿命が到来したと判断してアラ
ームを発することを特徴とする工作機械における工具寿
命検知システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ工作機械等に適用
される工作機械における工具寿命検知システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械における工具の寿命を検
知するシステムには次の二通りの方法があった。いずれ
も加工物又は工具を駆動する主軸を回転させる主軸モー
タの駆動電流から推量するものであるが、その第一は、
定格電流の何％増かを敷居値として予め設定しておき、
主軸モータの駆動電流がこの敷居値を越えたときを工具
寿命の時期と判断するものである。第二は、主軸モータ
の駆動電流を加工の始めから終わりまで連続的に記憶し
ておき、これに何％かを加算した許容データを作成し、
同一加工中にこの許容データを越える箇所があると工具
寿命が来たと判断するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第一の方法で
は、主軸モータの駆動電流は、主軸モータの起動、停
止、変速により、或いは、加工物の材質、形状、切粉の
存在といった加工条件で大きく変わり、一律の敷居値で
は正確な対応ができない。又、第一の方法における敷居
値は加工途中では変更できないものであった。このた
め、敷居値をいきおい高く設定せざるを得ず、正確な検
知ができないといった欠点がある。

【０００４】又、第二の方法にしても、許容データのベ
ースとなるテスト加工の条件と同じ条件で実際の加工を
行わなければならず、これから変更できないといった制
約がある。しかし、実際の加工においては、送り速度、
工具の種類、主軸速度といった加工条件につき、テスト
加工のときよりもより良い条件のものが見出され、能率
や精度の面からもこれに変更せざるを得ないといったこ
とはよくあることである。

【０００５】そして、以上のいずれの方法も、敷居値若
しくは許容データを越えると即座に工具寿命が到来した
と判断するものであり、この点で実情に即していない。
工具寿命は、許容値をどの程度越えたかと、その累積時
間によるものであるから、これだけでは正確な検知はで
きない。

【０００６】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、要は、工具への負荷と判断される主軸モータの
駆動電流のみを取り込み、これが予め定めた値を越えた
超過量と超過時間との積をもって工具寿命の判断要素と
したものである。そして、これを可能にする操作は、Ｎ
Ｃ工作機械であれば、プログラムの操作で変更できるよ
うにしたものである。

【０００７】一方、工作機械によっては加工物又は工具
を独立の送りモータで送るものがあり、このような場合
では、この送りモータの駆動電流を監視することでも工
具寿命を検知することができる。そこで、本発明は、こ
のような工作機械における送りモータの駆動電流でも工
具寿命を検知するようにしたものである。特に、送りモ
ータの出力は加工物又は工具を送るのみに消費されるか
ら、その駆動電流は工具へ負荷される荷重に直接的に対
応しており、精度の高い検知が可能になるのである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題の下、本発明
は、工作機械における工具寿命を検知するシステムにお
いて、主軸を駆動する主軸モータの駆動電流が、主軸の
回転数変化率が予め定めた変化率以内にあるときを採択
範囲にして、予め設定した敷居値を越える超過量を超過
時間に対して積算し、その積算値が予め定めた許容値を
越えたときを工具寿命が到来したと判断してアラームを
発することを特徴とする工作機械における工具寿命検知
システムを提供するのである。

【０００９】又、本発明は、加工物又は工具を送る送り
モータを別個に備えた工作機械における工具寿命を検知
するシステムにおいて、送りモータの駆動電流が、加工
物又は工具の送り量変化率が予め定めた変化率以内にあ
るときを採択範囲にして、予め設定した敷居値を越える
超過量を超過時間に対して積算し、その積算値が予め定
めた許容値を越えたときを工具寿命が到来したと判断し
てアラームを発することを特徴とする工作機械における
工具寿命検知システムも提供するのである。

【００１０】

【作用】以上の各手段をとることにより、工具への荷重
と判断される主軸モータ又は送りモータの駆動電流が予
め設定した工具の適性負荷と判断される敷居値を越えた
超過量を超過時間に対して積算し（超過量を変数として
超過時間で積分する）、この積算値が予め定めた許容値
を越えたときを工具寿命と判断するものであるから、そ
の判断が非常に正確である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本実施例は、主軸モータの駆動電流から工具寿命
を判断するものであり、図１は本発明をＮＣ工作機械に
適用した場合におけるシステムの作動手順を示すフロー
チャートである。本発明では、主軸モータが出力する駆
動電流を制御装置で読み取るようにしておく（通常デジ
タル値として検出される）。このとき、この駆動電流が
工具に対して適性負荷と判断される敷居値を予め設定し
ておく。敷居値は主軸モータの定格電流の何％といった
指示によって後述のようにプロクラム内で逐次設定す
る。

【００１２】そして、駆動電流が敷居値を越えた範囲で
その超過量と超過時間とを検出し、その積を求めて積算
値とする。本実施例では、パルス電流によるデジタル処
理でこの処理をしたものであるが、超過量はパルスの大
きさで検出できるようにしておき、超過量をパルスごと
に加算して行くのである。尚、このとき、工具寿命の限
界とされる許容値をパルス演算値として予め定めてお
き、積算値が許容値を越えたときが工具寿命の時期と判
断するのである。この許容値は経験によって容易に求ま
るものであり、数字キー等によって制御装置に入力する
方法をとる。

【００１３】次に、駆動電流が敷居値を越えたか否かを
判別するのであるが、前述したとおり、駆動電流は主軸
モータの起動、停止、変速時等に異常に増大する。図２
は駆動電流と時間との関係を示す特性図であるが、これ
を見てもわかるように、主軸モータの起動、停止或いは
変速時等には駆動電流は定格を大きく越える。従って、
このようなときの駆動電流を取り込んでは工具寿命の判
断を誤るから、これらの場合に該当するａ〜ｄの範囲を
除外する。

【００１４】駆動電流を取り込むか否かの判断は回転数
変化率で判断し、実際はその指令変化率で読む。通常加
工の場合の回転数変化率は客観的、且つ、技術的に定ま
るものであるから、これを適当に定めておき、実際の回
転数指令変化率がこれ以内のときのみを採択範囲とし、
それ以外は無効として採択しない方法をとる。この場
合、回転数指令変化率の判断は、現在指令されている主
軸の回転数指令とその前の回転数指令とを比較して行
う。

【００１５】駆動電流が敷居値を越えると、その超過量
をパルスごとに加算して行く。図３はこれを示す説明図
であるが、制御装置の演算回路に一定周波数のサンプリ
ングパルスを流しておき、これと駆動電流とをＡＮＤ回
路で結べば超過部分だけを取り出すことができる。そこ
で、この部分の敷居値を駆動電流から差し引けば、超過
量は大きさを有するパルス演算値Ｐ₁〜Ｐ_nとして求ま
るから、これをパルスごとに順次加算して行くのである
（Ｐ₁＋Ｐ₂＋‥＋Ｐ_n）。この他、微小時間おきに駆
動電流から敷居値を直接差し引き、正の値だけを加算し
て行く方法をとってもよい。

【００１６】超過量をパルスごとに加算した積算値が許
容値を越えると、その時点でアラームを発する。ところ
で、この場合、積算値の取込みは、許容値を越えるまで
累積する累積型にするか、例えば、１加工作業ごととい
った適当な段階で精算する非累積型にするかをスイッチ
等で適宜選択できるようになっている。累積型を選択す
ると、制御装置の電源を切っても、その数値を記憶して
逐次累積して行く仕組みになっており、非累積型を選択
すると、その段階が来ると精算（リセット）される。

【００１７】アラームが発すると、工具寿命が到来して
いることを意味しているのであるから、作業者は機械を
止めて工具を交換する等の適宜な寿命到達後の処理をす
ることになる（同時にアラームもリセットする）。尚、
アラームには、警告ランプの点灯やブザーの鳴動等が考
えられるが、場合によっては、工具を加工物から離す動
作をさせて機械を停止させることも考えられる。このよ
うな動作をさせると、工具が折損したような場合に有効
である。

【００１８】図４はＮＣ旋盤における加工物と工具との
関係を示す説明図であるが、この工具寿命検知システム
をプログラムに組み込んで〜までの加工を行う場合
について述べる。この場合のプログラムは、例えば、以
下のように作成する。加工Ｂ０６００８０Ｇ１Ｚ−２０．Ｆ０．４加工Ｂ０６００７０Ｇ１Ｘ８０．Ｆ０．３加工Ｂ０６００８０Ｇ１Ｚ−４０．Ｆ０．４

【００１９】前記においてＢコードが敷居値の設定であ
り、例えば、加工の「Ｂ０６００８０」とは、ＮＯ０
６の表示カウンターの敷居値を定格電流の８０％に設定
したとの意味である。このように、敷居値は複数の枠
（表示カウンター）で設定でき、これに対応して積算値
及び許容値は各枠ごとに求めることができる。従って、
加工物又は工具の類別とこの枠とを対応させておけばよ
い。更に、敷居値は加工ブロックごとで異なる値に設定
できる。

【００２０】一方、これに伴って表示カウンターは、例
えば、以下のような構造のものにする。

【００２１】前記において、ＮＯ０６の表示カウンター
における許容値が１５０とは、この表示カウンターで使
用される工具の積算値は１５０までは許容されるとする
意味であり（この数値は適当に変更できるのは前述した
とおり）、積算値の表示は現在までに（累積型か非累積
型かは問わない）１００パルスを計測しているとの意味
である。この積算値が許容値を越えるとアラームを発す
る。尚、本実施例では、表示カウンターは、ＮＯ０６〜
ＮＯ２０まで合計１５個設けられていることになる。

【００２２】次に、送りモータの駆動電流から工具寿命
を判断する場合について説明する。この場合も、起動や
送り速度の変更時等、駆動電流が大幅に増大するときを
採択範囲から除外する。このため、加工物又は工具の送
り量指令変化率が予め定めた変化率以内にあるときのみ
を採択範囲にし、後は主軸モータの場合と同様に、敷居
値を越えた積算値が許容値に達したときが工具寿命が到
来したときと判断するのである。尚、送り速度の場合、
工具を使用しない早送りがあるが、このときの送り量変
化率は通常の送り量変化率をはるかに越えており、当然
に前記した除外範囲に含まれる。

【００２３】以上、本発明の実施例について説明してき
たが、前記した説明は文字どおり実施例に関するもので
あり、本発明はこのような具体例にのみに限定して解釈
されるものではない。例えば、積算値を求めるための処
理にしても、パルス電流によるデジタル処理に限らず、
アナログ処理をするものも考えられる。図５はその場合
の説明図であるが、要は、アナログ値として検出される
駆動電流が敷居値を越えた範囲の面積（Ｓ_n）を求めれ
ばよいのであるから、時々刻々変わる超過量を時間で積
分する積分回路で処理するものも考えられる。

【００２４】又、本システムはＮＣ工作機械だけに適用
されるものではない。前記した機能を果たす最低限の制
御装置を組むことで汎用工作機械にも容易に適用できる
ものである。この他、一々列挙はしないが、本発明は種
々改変された態様で実施されるのは当然であり、そのよ
うな実施態様は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れ
も本発明の範囲内に含まれるのは言うまでもないところ
である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上の説明からも明らかなよ
うに、工具への負荷と判断される主軸モータ又は送りモ
ータの駆動電流のみを取り込み、これが予め定めた値を
越えた超過量と超過時間との積をもって工具寿命が到来
したと判断するものであるから、その判断が非常に正確
である。又、これをする操作は、ＮＣ工作機械であれ
ば、プログラムを変更するだけで簡単に可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すフローチャートである。

【図２】モータの駆動電流と時間との関係を示す特性図
である。

【図３】積算値を求めるための説明図である。

【図４】ＮＣ旋盤における加工物と工具との関係を示す
説明図である。

【図５】積算値を求めるための他の例の説明図である。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械における工具寿命を検知するシ
ステムにおいて、主軸を駆動する主軸モータの駆動電流
が、主軸の回転数変化率が予め定めた変化率以内にある
ときを採択範囲にして、予め設定した敷居値を越える超
過量を超過時間に対して積算し、その積算値が予め定め
た許容値を越えたときを工具寿命が到来したと判断して
アラームを発することを特徴とする工作機械における工
具寿命検知システム。
【請求項２】加工物又は工具を送る送りモータを別個
に備えた工作機械における工具寿命を検知するシステム
において、送りモータの駆動電流が、加工物又は工具の
送り量変化率が予め定めた変化率以内にあるときを採択
範囲にして、予め設定した敷居値を越える超過量を超過
時間に対して積算し、その積算値が予め定めた許容値を
越えたときを工具寿命が到来したと判断してアラームを
発することを特徴とする工作機械における工具寿命検知
システム。
【請求項３】超過量を一定周波数で発信されるパルス
の大きさで検出し、その検出値をパルスごとに加算して
積算値とすることを特徴とする請求項１又は２の工作機
械における工具寿命検知システム。
【請求項４】積算値の取込みが、許容値を越えるまで
累積する累積型と、適当な段階で精算する非累積型のい
ずれか選択可能であることを特徴とする請求項１乃至３
の工作機械における工具寿命検知システム。
【請求項５】敷居値はＮＣプログラムで入力できるも
のであることを特徴とする請求項１乃至４の工作機械に
おける工具寿命検知システム。
【請求項６】敷居値は複数の枠で設定でき、これに対
応して積算値及び許容値は各枠ごとに求められるもので
あることを特徴とする請求項５の工作機械における工具
寿命検知システム。
【請求項７】敷居値は加工ブロックごとに設定できる
ものであることを特徴とする請求項６の工作機械におけ
る工具寿命検知システム。