JPH09285945A - 工具磨耗検出機能付工作機械 - Google Patents

工具磨耗検出機能付工作機械

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JPH09285945A
JPH09285945A JP8101326A JP10132696A JPH09285945A JP H09285945 A JPH09285945 A JP H09285945A JP 8101326 A JP8101326 A JP 8101326A JP 10132696 A JP10132696 A JP 10132696A JP H09285945 A JPH09285945 A JP H09285945A
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武 百地
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秀雄 藤江
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具の磨耗検出を確実に行える工具磨耗検出
機能付工作機械を提供すること。 【解決手段】 ロードメータ31、Ａ／Ｄコンバータ32、
コンパレータ33、演算部34により、主軸11を駆動するビ
ルトインモータ19の現在の消費動力PW1を監視し、予め
設定された基準消費動力PW2との比較を行うことで、加
工の進行に伴って消費動力PW1が基準消費動力PW2よりも
大きくなった際に工具12の磨耗として検出する。主軸11
は空気静圧軸受14〜18により支承され、消費動力検出値
に現れる回転に伴うノイズが従来の転がり軸受等に比べ
て著しく小さくなる。従って、微妙な消費動力の変動を
も検出することが可能となり、これにより工具12の磨耗
検出を確実に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は工具磨耗検出機能付
工作機械に関し、特に複数個の工作物を加工する場合な
どに順次生じる磨耗を検出できるようにした工作機械に
関する。
【０００２】
【背景技術】従来より、工作機械は様々な金属材料の切
削等に利用されている。工作機械は、回転自在に支承さ
れた主軸の先端に切削工具を取付けるとともに、この主
軸を主軸駆動モータで回転駆動することで工具を回転さ
せ、この回転する工具により被加工物の切削加工を行っ
ている。
【０００３】（主軸の支承）従来の工作機械では、主軸
の回転支承に各種の軸受が利用されている。例えば、切
削負荷の大きな重切削用の工作機械には、転がり軸受な
どが多用されている。また、切削負荷が軽微で超精密の
切削加工（ダイアモンドバイトで軽金属材料を鏡面仕上
げする等）を行う工作機械には空気静圧軸受が利用され
ている。
【０００４】（工具の磨耗）工作機械で使用される工具
は、切削に伴って磨耗等を生じ、時として折損に至る。
このような磨耗等が生じると、被加工物の加工部分の精
度が低下したり、所期の加工が行えなくなることもあ
る。このために、作業員が工具の磨耗等を適宜検査する
等が行われているほか、連続的な自動加工動作を実現す
るために、自動的に工具の磨耗等を検出できるようにし
た工作機械が本願出願人により提案されている（特公昭
６２−６０２２１号公報等参照）。この工作機械におい
ては、主軸駆動モータの消費電流からの磨耗判定と、主
軸近傍の振動検知による磨耗判定とを行っている。
【０００５】（消費電流による判定）消費電流による判
定を行うために、主軸を回転駆動するモータの電流値iR
を適宜検出し、無負荷状態（工具が被加工物を切削して
いない状態）の無負荷電流値iNUL、工具が新品の状態で
の定常切削電流値iNETを定め、新品工具で定常切削によ
り増加する電流の増分（iNET-iNUL）と現在の切削状態
での電流の増分（iR-iNUL）とを比べ、現在の切削によ
る電流増加が大きい際に工具の磨耗が生じたと判定する
ようになっている。これらの各電流値は、複数回のサン
プリング値の平均として取得するようになっている。
【０００６】（振動による判定）振動による判定を行う
ために、振動検出素子として主軸の近傍に圧電素子など
を設け、この素子から得られる信号が基準値を超えた際
に、磨耗ないしは折損により加工不良が生じていると判
定する。このような振動判定では、工作機械には種々の
振動発生部分（軸受、モータ等）があり、これらの振動
の影響を受けないようにする必要がある。このため、振
動判定には、これらの振動成分を除去するフィルタ回路
が用いられる。但し、微妙な磨耗の検出は困難であり、
振動判定で可能なのは工具のチッピングや折損等に限定
される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した自
動工具磨耗検出式の工作機械においては、所期の工具磨
耗を十分に検出できないという状況が生じている。すな
わち、前述の工作機械では、主軸を支承する軸受が転が
り軸受であると、この転がり軸受によりモータの駆動電
流検出値にノイズが生じ、変動として現れやすい工具の
折損等は検出できるが、変動信号が小さくなる磨耗につ
いてはノイズにより確実な検出が困難になるという問題
がある。
【０００８】このために、従来転がり軸受が必要とされ
るような重切削を行う工作機械においては、工具の磨耗
検出が不確実になり、長時間無人の自動運転などを行う
ことができないという問題も生じている。
【０００９】本発明の目的は、工具の磨耗検出を確実に
行える工具磨耗検出機能付工作機械を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、主軸の支承に
空気静圧軸受を採用してノイズを低減し、これにより磨
耗の検知を確実化しようとするものである。従来、空気
静圧軸受は軽切削にのみ用いられてきたが、本願出願人
は実験に基づき重切削への適用が可能であることを確認
した。そして、空気静圧軸受が低ノイズ性という点で工
具磨耗検出に最適であるとの知見に基づき、本発明を構
成するに至ったものである。
【００１１】具体的には、工具を取付け可能かつ空気静
圧軸受で回転自在に支承された主軸と、前記主軸を回転
駆動する主軸駆動モータと、前記主軸駆動モータの消費
動力を検出する消費動力検出手段と、前記主軸駆動モー
タの基準消費動力を記憶しかつこの基準消費動力と前記
消費動力検出手段で検出された消費動力とを比較して前
記工具の磨耗を検出する磨耗検出手段とを備えたことを
特徴とする。
【００１２】このような本発明においては、主軸駆動モ
ータの現在の消費動力が消費動力検出手段で検出され、
検出された現在の消費動力は磨耗検出手段に渡され、記
憶されていた基準消費動力と比較される。そして、工具
が磨耗して被加工物に対する切削性が低下して主軸の駆
動負荷が大きくなると、消費動力が大きくなり、磨耗検
出手段における比較の結果、基準消費動力よりも大きく
なった際には工具の磨耗として検出される。
【００１３】この際、主軸は空気静圧軸受により支承さ
れ、消費動力検出値に現れる回転に伴うノイズが従来の
転がり軸受等に比べて著しく小さくなる。従って、微妙
な消費動力の変動をも検出することが可能となり、これ
により工具の磨耗検出が確実に行えるようになる。
【００１４】前記磨耗検出手段は、前記消費動力検出手
段から得られる消費動力から前記所定の被加工物の加工
開始を検出する加工開始検出部と、所定の被加工物を加
工する工程の間の前記主軸駆動モータの消費動力を当該
加工の開始からの時間経過に対応した時系列値として記
憶して当該時点の基準消費動力を出力する基準値記憶部
と、前記加工開始検出部で検出された加工開始から現在
までの時間経過に基づいて前記基準値記憶部から現在時
点に対応した基準消費動力を取出す同期制御部と、前記
同期制御部で取出された基準消費動力と前記消費動力検
出手段から得られる現在の消費動力とを比較する比較部
とを有するものとすることが望ましい。
【００１５】このようにすれば、消費動力の基準値と現
在値との比較を、一連の加工手順における同じ状況で行
うことができ、多様な状況の平均値や複数回の平均値等
を用いる場合に比べて確実な磨耗検出を行うことができ
る。
【００１６】前記基準値記憶部および前記同期制御部は
外部入力される所定のサンプリング時間毎に基準消費動
力の記憶および取出しを行うことことが望ましい。この
ようにすれば、各サンプリング時点の検出精度を確保し
つつ、連続値による処理に比べて演算処理等を簡略化で
きる。
【００１７】前記磨耗検出手段は外部入力される許容差
分値を記憶するとともに、前記消費動力検出手段で検出
された消費動力と前記基準消費動力との差が前記許容差
分値よりも大きくなった際に前記工具の磨耗と判定する
ようにしてもよい。このようにすれば、所定の許容差分
値の設定変更により、基準消費動力との比較による磨耗
判定の感度調整などを容易に行うことができる。
【００１８】前記磨耗検出手段は所定の被加工物に対し
て最初の加工を行う際に前記消費動力検出手段から得ら
れる消費動力を基準消費動力として記憶することことが
望ましい。このようにすれば、被加工物に対する加工手
順が多様であったり、予め基準値が設定しにくい場合で
あっても、基準値をその都度設定することができ、磨耗
検出を確実かつ正確に行うことができる。
【００１９】前記磨耗検出手段は所定の被加工物の加工
毎に前記消費動力検出手段から得られる消費動力を新た
な基準消費動力として記憶するようにしてもよい。この
ようにすれば、前回の加工に基づいて比較を行うことが
でき、変動の大きな折損検出を行う場合には好適であ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。 （基本構成）図１において、本実施形態の工作機械１
は、図示しないコラム等に支持された主軸ヘッド10を有
し、この主軸ヘッド10に回転自在に支承された主軸11の
先端に切削用の工具12を備えている。また、工作機械１
は被加工物を載置する図示しないテーブル等を有し、こ
のテーブル等と主軸ヘッド10とは図示しない移動機構等
により立体的に相対移動され、工具12を被加工物に接触
させて切削加工が行えるようになっている。これらの相
対移動は、ＮＣ装置20からの動作指令に基づいて実行さ
れる。ＮＣ装置20は既存のものであり、所定の加工プロ
グラムに基づいて各種の動作指令を出力するものであ
る。
【００２１】主軸ヘッド10は、主軸11を支承するために
空気静圧軸受を用いている。主軸11は、主軸ヘッド10内
の一部にフランジ部13を有し、このフランジ部13の工具
12側に1ヶ所、反対側に2ヶ所、それぞれ径方向の空気静
圧軸受部14、15、16を備えている。また、フランジ部13を
挟むように一対、軸方向の空気静圧軸受17、18を備えて
いる。これらの空気静圧軸受部14〜18には高圧空気が供
給され、主軸11は各軸受部14〜18において所定の軸受ク
リアランスで浮上支持され、主軸ヘッド10に対して径方
向および軸方向に回転自在な状態で支承されるようにな
っている。
【００２２】主軸ヘッド10の工具12と反対側にはビルト
インモータ19が取付けられ、このビルトインモータ19に
より主軸11が回転駆動されるようになっている。このビ
ルトインモータ19は誘導電動機であり、電動機制御回路
であるモータドライブシステム21により制御される。モ
ータドライブシステム21はＮＣ装置20からの動作指令に
基づいてビルトインモータ19を制御し、所定の回転数で
主軸11ないし工具12を回転させるようになっている。
【００２３】（磨耗検出装置）工作機械１は、前述した
主軸ヘッド10、ＮＣ装置20とともに、磨耗検出を行うた
めの磨耗検出装置30を備えている。磨耗検出装置30は、
消費動力検出手段であるロードメータ31を備えるととも
に、磨耗検出手段であるＡ／Ｄコンバータ32、コンパレ
ータ33、演算部34を備えている。
【００２４】ロードメータ31は、モータドライブシステ
ム21に装備されてビルトインモータ19の消費動力を検出
する回路である。Ａ／Ｄコンバータ32は、外部入力され
るサンプリング信号ST（サンプリング周期Ts）に基づい
てロードメータ31からのアナログの消費動力信号PW0を
順次デジタルの消費動力信号PW1（図３参照）に変換す
る。
【００２５】コンパレータ33は、ロードメータ31からの
消費動力信号PW0を所定の閾値と比較して切削状態か否
かを判定し、切削中であれば切削中信号CO（図３参照）
を出力する。つまり、切削中は負荷によりビルトインモ
ータ19の消費動力が大きく、無切削時は小さいため、こ
の消費動力から切削中か否か、ないしは切削の開始、終
了が検出できる。
【００２６】演算部34は、Ａ／Ｄコンバータ32およびコ
ンパレータ33の出力から磨耗検出に必要な演算処理を行
う回路である。この演算部34は、マイクロプロセッサを
ＣＰＵ41として用いる小規模コンピュータシステムであ
り、プログラムメモリ42、作業用メモリ43、入力回路4
4、45、出力回路46を備えている。
【００２７】プログラムメモリ42はＣＰＵ41の動作プロ
グラムを格納するものであり、作業用メモリ43はＣＰＵ
41が処理を実行する際に適宜利用するものであり、それ
ぞれ既存のメモリ素子等で構成される。入力回路44はＡ
／Ｄコンバータ32およびコンパレータ33の出力を受取る
ものであり、入力回路45はＮＣ装置20からの設定値等の
信号を受取るものであり、出力回路46は外部への信号出
力を行うためのものであり、それぞれ既存の入出力イン
ターフェース回路等で構成される。
【００２８】これらの各部41〜46は、それぞれアドレス
バス47およびデータバス48に接続され、相互のデータ受
渡等の協調動作が行われるようになっている。この演算
部34においては、ＣＰＵ41が動作プログラムに基づいて
動作することで、ソフトウェア的に磨耗検出処理に必要
な機能を実現する。
【００２９】（演算部の機能構成）図２において、演算
部34には、加工開始検出部51、基準値記憶部52、同期制
御部53、比較部54が構成される。加工開始検出部51は、
入力手段44に入力される切削中信号COの立上がりエッジ
を検出することにより切削加工の開始時点を検出し、加
工開始時点信号CSを出力する。
【００３０】基準値記憶部52は、所定の条件のもとで、
入力手段44に入力される消費動力信号PW1を、加工開始
検出部51で検出された加工開始時点から順次記憶し、基
準消費動力信号PW2として保持する（図３左側参照）。
記憶を行う所定の条件とは、被加工物または加工手順が
変更された際の最初の加工時（ＮＣ装置20から取得でき
る）などであり、ＣＰＵ41で実行される動作プログラム
で設定される。
【００３１】この基準値記憶部52により、所定の被加工
物に対して工具12に磨耗が無い状態で切削を行った場合
の消費動力（基準消費動力）が、加工開始時点からの時
間に対応した時系列データの形で記録される。基準消費
動力信号PW2の記憶は、作業メモリ43用に基準値メモリ
を確保し、消費動力信号PW1が送られる都度メモリアド
レスを繰上げつつ記憶する等により行えばよい。
【００３２】同期制御部53は、所定の条件のもとで、加
工開始検出部51で検出された加工開始時点から、現在ま
での時間経過を計り、この時間経過に対応した基準消費
動力信号PW2Tを基準値記憶部52から選択する。記憶を行
う所定の条件とは、被加工物または加工手順が変更され
た後の２回目以降の加工時（ＮＣ装置20から取得でき
る）など、基準値記憶部52での記憶動作が行われない時
等である。
【００３３】比較部54は、同期制御部53で選択された基
準消費動力信号PW2Tと現在の消費動力信号PW1とを比較
する（図３右側参照）。比較部54における比較は、加工
開始時に作業用メモリ43に確保した基準値メモリのアド
レスをリセットし、現在の消費動力信号PW1が送られる
都度メモリアドレスを繰上げつつ基準値メモリの当該ア
ドレスの値（基準消費動力信号PW2T）を読出し、現在の
消費動力信号PW1と比較する等により行えばよい。
【００３４】比較の際、比較部54は、ＮＣ装置20から入
力回路45を経て閾値Nsを受取っており、基準消費動力信
号PW2と現在の消費動力信号PW1との差がこの閾値Nsより
も大きくなった際に工具12が磨耗したと判定し、工具交
換信号TCを出力する。工具交換信号TCは、出力回路46を
介してＮＣ装置20に送られ、ＮＣ装置20により工具交換
等の対応がなされるようになっている。
【００３５】（磨耗検出処理）このような磨耗検出装置
30の演算部34においては、以下に示すような処理が行わ
れる。図４において、加工が開始されると、被加工物の
加工数N=1が設定され（S1）、基準値メモリのアドレスM
=1が設定される（S2）。そして、切削中信号CSが検出さ
れると（S3）、サンプリング間隔Tsが計測され（S4）、
消費動力PW1が読込まれる（S5）。
【００３６】第1回目の加工（N=1）であれば、基準消費
動力PW2の設定処理が選択され（S6）、現在の消費動力P
W1が基準値メモリのM番地に記憶され（S7）、アドレスM
が繰上げられる（S8）。ここで、一個の被加工物に対す
る一連の加工手順が終了したか否かが判定され（S9）、
終了していなければ処理S3〜S9を繰返す。これらによ
り、第1回目の一連の加工の間の消費動力PW1が基準消費
動力PW2として記憶される。
【００３７】処理S9において、第1回目の一連の加工が
終了し、基準消費動力PW2が得られたら、加工数Nを繰上
げたのち（S10）、全個数完了か否かが判定され（S1
1）、完了でなければ処理S2に戻り、第2回目以降の加工
を行う。第2回目の加工において、処理S2〜S6は前述と
同様に行われる。この際、処理S2ではアドレスM=1が再
度設定される。処理S6においては、第2回目の加工（N>
1）であるため、処理S12に移る。
【００３８】すなわち、現在の消費動力PW1の基準値メ
モリのM番地の値に対する増分が計算され（S12）、この
増分が閾値Nsより大きいかが判定される（S13）。増分
が閾値Nsより大きい場合、工具12の磨耗として工具交換
信号TCが出力され（S14）、全ての加工を中止する。増
分が閾値Nsより小さい場合、処理S8に戻り、被加工物の
一連の加工が完了するまで処理S3〜S6、S12〜S13、S8〜
S9が繰返され、繰返しの各サイクルにおいてS12、13によ
る磨耗検出が行われる。
【００３９】第2回目の加工が済んだら、処理S9〜S11に
より加工数Nの繰上げおよび処理S2への戻りが行われ、
第3回目以降の加工が行われる。この間の処理は前述し
た第2回目の処理と同様であり、繰返しの各サイクルに
おいてS12、13による磨耗検出が行われる。
【００４０】（本実施形態の効果）このような本実施形
態によれば、主軸11を駆動するビルトインモータ19の現
在の消費動力PW1を監視し、予め設定された基準消費動
力PW2との比較を行うことで、加工の進行に伴って消費
動力PW1が基準消費動力PW2よりも大きくなった際に工具
12の磨耗として検出することができる。
【００４１】この際、主軸11は空気静圧軸受14〜18によ
り支承され、消費動力検出値に現れる回転に伴うノイズ
が従来の転がり軸受等に比べて著しく小さくなる。従っ
て、微妙な消費動力の変動をも検出することが可能とな
り、これにより工具12の磨耗検出を確実に行うことがで
きる。
【００４２】また、被加工物を加工する工程の間のビル
トインモータ19の消費動力PW0をＡ／Ｄコンバータ32で
デジタル変換し、所定のサンプリング間隔の消費動力PW
1とするとともに、基準値記憶部52では最初の加工時の
消費動力PW1に基づいて基準消費動力PW2を設定してお
き、同期制御部53で同じタイミングのもの（現在の消費
動力PW1と対応する基準消費動力PW2T）を対応させるよ
うにしたため、各サンプリング時点の検出精度を確保し
つつ、連続値による処理に比べて演算処理等を簡略化で
きる。
【００４３】特に、作業用メモリ43に基準値メモリを確
保し、そのアドレスを加工開始からのサンプリング回数
に対応させて順次ずらすことで、タイミング同期を確実
に行うことができる。
【００４４】この際、コンパレータ33および加工開始検
出部51によりロードメータ31から得られる消費動力PW0
から被加工物の加工開始を検出することができ、現在の
消費動力PW1と対応する基準消費動力PW2Tとの比較を確
実に行うことができる。
【００４５】従って、消費動力の基準値と現在値との比
較を、一連の加工手順における同じ状況で行うことがで
き、多様な状況の平均値や複数回の平均値等を用いる場
合に比べて確実な磨耗検出を行うことができる。
【００４６】さらに、外部入力される許容差分値（閾値
Ns）を記憶するとともに、消費動力PW1と基準消費動力P
W2との差が閾値Nsよりも大きくなった際に工具12の磨耗
と判定するようにしたため、閾値Nsの設定変更により、
磨耗判定の感度調整などを容易に行うことができる。
【００４７】また、所定の被加工物に対して最初の加工
を行う際の消費動力PW1を基準消費動力PW2として記憶
し、続く２回目以降の消費動力PW1と比較するようにし
たため、被加工物に対する加工手順が多様であったり、
予め基準値が設定しにくい場合であっても、基準値をそ
の都度設定することができ、磨耗検出を確実かつ正確に
行うことができる。
【００４８】なお、本実施形態において、図５の処理手
順に一部変更することで折損検出に適したものにするこ
とができる。図５は、基本的に図４と同様であるが、図
４のフローでは処理S14の工具磨耗未検出時の戻りが処
理S8であったのに対し、図５のフローでは処理S14の同
じ戻りが処理S7の前になっている。つまり、第2回目以
降の加工において、基準消費動力PW2と現在の消費動力P
W1との比較（S12）の後、工具磨耗と判定（S13）されな
ければ、現在の消費動力PW1を新たな基準消費動力PW2と
して書換える（S7）ことになる。このようにすれば、前
回の加工時の消費動力に基づいて次回の消費動力を比較
することができ、変動の大きな折損検出を行う場合には
好適である。
【００４９】（他の実施形態）なお、本発明は前述した
実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような
変形等も本発明に含まれるものである。前記実施形態で
は、演算部34においてソフトウェアで展開される各部51
〜54により前述の通りの処理を行うようにしたが、各々
の機能は同様の比較が実現できるような他の構成として
もよい。演算部34は、ＣＰＵ41等によりソフトウェアで
実現されるものに限らず、全てをハードウェアにより実
現してもよい。
【００５０】磨耗検出装置30は、Ａ／Ｄコンバータ32お
よび演算部34によりデジタル処理で比較を行うものに限
らず、アナログ信号のまま比較処理を行うような構成と
してもよく、要するに基準消費動力PW2と現在の消費動
力PW1の比較を行って磨耗検出を行える構成であればよ
い。
【００５１】比較を行う際の加工経過時点のタイミング
調整には、コンパレータ33と加工開始検出部51とを用い
て消費動力の変動から加工開始を検出する構成に限ら
ず、通電式の接触検知その他の方式を採用してもよい。
【００５２】基準消費動力PW2は、初回の加工時の消費
動力PW1に基づいて設定するのではなく、予め外部デー
タベース等に記憶しておいたデータを被加工物に応じて
選択して設定するようにしてもよい。
【００５３】前記実施形態においては、現在の消費動力
PW1と対応するタイミングの基準消費動力PW2Tをサンプ
リング単位で比較したが、各タイミング毎に過去Ｎ回分
の移動平均値を記憶しておき、現在の消費動力も同様の
平均値計算して比較する等としてもよく、処理が複雑に
なるが外乱やノイズの影響を低減して安定した磨耗検出
を行うことができる。
【００５４】また、現在の消費動力PW1と基準消費動力P
W2との比較にあたって、閾値Nsを用いることは必須では
なく、直接比較により消費動力PW1が基準消費動力PW2を
超えた際に磨耗と判定してもよく、例えばこのような超
過が所定回数に達した時点で磨耗と判定するようにすれ
ばノイズの影響等も回避できる。前記実施形態において
は、磨耗検出の後、ＮＣ装置20に工具交換信号TCを出力
するようにしたが、音や表示による警報を出す等、その
他の処理を行うようにしてもよい。
【００５５】
【実施例】以下、前述した工作機械10による実際の磨耗
検出について説明する。 （実験例１） ・加工内容：エンドミルによるポケット加工、エンドミ
ル径3mm、往復加工、送り2M/min、ピックフィード0.6m
m、深さ0.6mm ・主軸回転数：30000rpm ・被加工物の材質：HPM-1 ・実験結果：工具が新品のときにはアップカットとダウ
ンカットとで動力の差は殆ど見られない（図６参照）。
しかし、工具が磨耗してくるとアップカットとダウンカ
ットとで動力の差が顕著になった（図７参照）。工具新
品時と磨耗時との信号レベル差は70W程度であった。
【００５６】（実験例２） ・加工内容：ドリル加工、ドリル径0.5mm、加工深さ10m
m、水溶性切削剤使用 ・主軸回転数：45000rpm ・被加工物の材質：アルミニウム ・実験結果：無切削時のノイズ振幅は動力換算で0.04W
以下だが、無切削時から切削時への信号レベル変化は動
力換算で1.2W以上であり、空気静圧軸受によりノイズが
極めて低いことが解る（図８参照）。折損時の信号は正
常切削時のノイズ振幅の170倍以上であり、ドリル折損
の検出能力が十分であることが解る（図９参照）。
【００５７】（実験例３） ・加工内容：ドリル加工、ドリル径0.5mm、加工深さ12m
m、切削液噴霧 ・主軸回転数：24000rpm ・被加工物の材質：SKD12 ・実験結果：無切削時のノイズ振幅は動力換算で0.17W
以下だが、無切削時から切削時への信号レベル変化は動
力換算で0.34W以上であり、この例でも空気静圧軸受に
よりノイズが十分に低いことが解る（図10参照）。折損
時の信号は新品ドリルでの切削時のノイズ振幅の10倍以
上であり、ドリル折損の検出能力が十分であることが解
る（図11参照）。
【００５８】
【発明の効果】このような本発明によれば、主軸駆動モ
ータの現在の消費動力を予め設定しておいた基準消費動
力と比較することで、工具の磨耗を検出することができ
る。そして、主軸を空気静圧軸受で支承することで、消
費動力検出値に現れる回転に伴うノイズを従来の転がり
軸受等に比べて著しく小さくすることができる。従っ
て、微妙な消費動力の変動をも検出することが可能とな
り、これにより工具の磨耗検出を確実に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図。
【図２】前記実施形態の要部を示すブロック図。
【図３】前記実施形態の信号処理を示すグラフ。
【図４】前記実施形態の磨耗検出用の処理を示すフロー
チャート。
【図５】前記実施形態の折損検出用の処理を示すフロー
チャート。
【図６】実験例１の工具新品時の消費動力を示すグラ
フ。
【図７】前記実験例１の工具磨耗時の消費動力を示すグ
ラフ。
【図８】実験例２の加工時の消費動力を示すグラフ。
【図９】前記実験例２の工具折損時の消費動力を示すグ
ラフ。
【図１０】実験例３の加工時の消費動力を示すグラフ。
【図１１】前記実験例３の工具折損時の消費動力を示す
グラフ。
【符号の説明】
10 工具磨耗検出機能付工作機械 11 主軸 12 工具 14〜18 空気静圧軸受 19 主軸駆動用のビルトインモータ 30 磨耗検出装置 31 消費動力検出手段であるロードメータ 32 Ａ／Ｄコンバータ 33 コンパレータ 34 磨耗検出手段である演算部 51 加工開始検出部 52 基準値記憶部 53 同期制御部 54 比較部 PW1 消費動力信号 PW2 基準消費動力 Ns 閾値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 一男 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械テク ノ株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工具を取付け可能かつ空気静圧軸受で回
    転自在に支承された主軸と、前記主軸を回転駆動する主
    軸駆動モータと、前記主軸駆動モータの消費動力を検出
    する消費動力検出手段と、前記主軸駆動モータの基準消
    費動力を記憶しかつこの基準消費動力と前記消費動力検
    出手段で検出された消費動力とを比較して前記工具の磨
    耗を検出する磨耗検出手段とを備えたことを特徴とする
    工具磨耗検出機能付工作機械。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した工具磨耗検出機能付
    工作機械において、前記磨耗検出手段は、前記消費動力
    検出手段から得られる消費動力から前記所定の被加工物
    の加工開始を検出する加工開始検出部と、所定の被加工
    物を加工する工程の間の前記主軸駆動モータの消費動力
    を当該加工の開始からの時間経過に対応した時系列値と
    して記憶して当該時点の基準消費動力を出力する基準値
    記憶部と、前記加工開始検出部で検出された加工開始か
    ら現在までの時間経過に基づいて前記基準値記憶部から
    現在時点に対応した基準消費動力を取出す同期制御部
    と、前記同期制御部で取出された基準消費動力と前記消
    費動力検出手段から得られる現在の消費動力とを比較す
    る比較部と、を有することを特徴とする工具磨耗検出機
    能付工作機械。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載した工具磨耗検出機能付
    工作機械において、前記基準値記憶部および前記同期制
    御部は外部入力される所定のサンプリング時間毎に基準
    消費動力の記憶および取出しを行うことを特徴とする工
    具磨耗検出機能付工作機械。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までの何れかに記
    載した工具磨耗検出機能付工作機械において、前記磨耗
    検出手段は外部入力される許容差分値を記憶するととも
    に、前記消費動力検出手段で検出された消費動力と前記
    基準消費動力との差が前記許容差分値よりも大きくなっ
    た際に前記工具の磨耗と判定することを特徴とする工具
    磨耗検出機能付工作機械。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項４までの何れかに記
    載した工具磨耗検出機能付工作機械において、前記磨耗
    検出手段は所定の被加工物に対して最初の加工を行う際
    に前記消費動力検出手段から得られる消費動力を基準消
    費動力として記憶することを特徴とする工具磨耗検出機
    能付工作機械。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項４までの何れかに記
    載した工具磨耗検出機能付工作機械において、前記磨耗
    検出手段は所定の被加工物の加工毎に前記消費動力検出
    手段から得られる消費動力を新たな基準消費動力として
    記憶することを特徴とする工具磨耗検出機能付工作機
    械。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007168054A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Nachi Fujikoshi Corp ブローチ加工装置及びブローチ加工方法
CN102689229A (zh) * 2012-05-04 2012-09-26 华中科技大学 基于响应耦合的刀尖点频响函数获取方法
CN105058166A (zh) * 2015-09-11 2015-11-18 上海理工大学 基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数预测方法
JPWO2021153655A1 (ja) * 2020-01-31 2021-08-05

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09285944A (ja) * 1996-04-23 1997-11-04 Toshiba Mach Co Ltd 空気軸受式工作機械の主軸異常検出装置
US6308138B1 (en) * 1997-07-28 2001-10-23 Tri-Way Machine Ltd. Diagnostic rule base tool condition monitoring system
US6260427B1 (en) * 1997-07-28 2001-07-17 Tri-Way Machine Ltd. Diagnostic rule tool condition monitoring system
DE60133956D1 (de) * 2000-01-31 2008-06-26 Yoshiaki Kakino Gewindebohrgerät und Methode
JP2001350510A (ja) * 2000-06-06 2001-12-21 Mori Seiki Co Ltd 工作機械保守管理システム
FR2828424B1 (fr) * 2001-08-07 2004-01-16 Sarl Digital Way Dispositif de controle de l'usure et/ou du bris d'outil pour machine outil
JP2003326438A (ja) * 2002-02-28 2003-11-18 Fanuc Ltd 工具異常検出装置
ITMI20051166A1 (it) * 2005-06-21 2006-12-22 Guido Valentini "unita' di controllo e diagnostica per utensile elettrico."
JP5636256B2 (ja) * 2010-10-25 2014-12-03 Dmg森精機株式会社 送り装置
KR20130080103A (ko) * 2012-01-04 2013-07-12 삼성전자주식회사 전기 기기의 진단 장치 및 방법
US10295475B2 (en) 2014-09-05 2019-05-21 Rolls-Royce Corporation Inspection of machined holes
JP6193911B2 (ja) * 2015-04-13 2017-09-06 ファナック株式会社 主軸の劣化状態の検査機能を有する工作機械
US10228669B2 (en) 2015-05-27 2019-03-12 Rolls-Royce Corporation Machine tool monitoring
CN107052363A (zh) * 2017-04-18 2017-08-18 哈尔滨理工大学 一种基于进给系统结合面的车床刀尖频响函数的预测方法
DE102018206865B4 (de) * 2018-05-04 2021-08-05 Audi Ag Verfahren zur Bearbeitung eines Rohbauteils durch eine Bearbeitungsmaschine und Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Rohbauteils
JP7425867B2 (ja) * 2019-11-12 2024-01-31 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト 力トランスデューサを備える切削機、その切削機の操作方法、およびその切削機の力トランスデューサの較正方法
US11219978B2 (en) * 2020-02-26 2022-01-11 Ritesafety Products Int'l, Llc Utility knife with a replacement blade and a system and method for determining the end of life of the blade
DE102020115463A1 (de) 2020-06-10 2021-12-16 Homag Plattenaufteiltechnik Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage, sowie der Werkstückbearbeitungsanlage
WO2022009434A1 (ja) * 2020-07-10 2022-01-13 三菱電機株式会社 診断装置、診断方法及びプログラム
CN113798920B (zh) * 2021-09-23 2022-07-22 大连理工大学 一种基于变分自动编码器与极限学习机的刀具磨损状态监测方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58114803A (ja) * 1981-12-28 1983-07-08 Toshiba Tungaloy Co Ltd 小径ドリル等の回転駆動装置
JPS58186550A (ja) * 1982-04-23 1983-10-31 Yoshiaki Kakino 工具の折損予防装置
US4694686A (en) * 1984-06-18 1987-09-22 Borg-Warner Corporation Cutting tool wear monitor
JPS61131855A (ja) * 1984-11-27 1986-06-19 Toshiba Corp ドリル破損検出装置
US4869626A (en) * 1986-04-18 1989-09-26 Dynamotion Corporation High speed drilling spindle
JPS632647A (ja) * 1986-06-19 1988-01-07 Dai Showa Seiki Kk 工具折損検出方法
US5010794A (en) * 1990-02-05 1991-04-30 Klager Earl E Hydrostatic spindle device
FR2659891B1 (fr) * 1990-03-26 1996-01-05 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Dispositif de detection d'anomalie d'outil pour machine-outil.
US5407265A (en) * 1992-07-06 1995-04-18 Ford Motor Company System and method for detecting cutting tool failure
US5257531A (en) * 1992-08-17 1993-11-02 Masashi Motosugi Apparatus for monitoring machining state of drill
GB9303835D0 (en) * 1993-02-25 1993-04-14 Amp Gmbh Insulation displacement electrical terminal assembly
US5579232A (en) * 1993-03-29 1996-11-26 General Electric Company System and method including neural net for tool break detection
JP3331753B2 (ja) * 1994-07-12 2002-10-07 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ロータ位置検出手段の異常検出装置及び異常検出方法並びにモータ制御装置
US5689062A (en) * 1996-01-11 1997-11-18 University Of Kentucky Research Foundation Method of assessing tool-life in grooved tools

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007168054A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Nachi Fujikoshi Corp ブローチ加工装置及びブローチ加工方法
JP4614352B2 (ja) * 2005-12-26 2011-01-19 株式会社不二越 ブローチ加工装置及びブローチ加工方法
CN102689229A (zh) * 2012-05-04 2012-09-26 华中科技大学 基于响应耦合的刀尖点频响函数获取方法
CN105058166A (zh) * 2015-09-11 2015-11-18 上海理工大学 基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数预测方法
JPWO2021153655A1 (ja) * 2020-01-31 2021-08-05
WO2021153655A1 (ja) * 2020-01-31 2021-08-05 住友電気工業株式会社 切削工具、工具システムおよび切削情報送信方法
CN115003453A (zh) * 2020-01-31 2022-09-02 住友电气工业株式会社 切削工具、工具系统以及切削信息发送方法

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