JPH0985586A - Detecting device and method for cutting state of rotational cutting tool - Google Patents

Detecting device and method for cutting state of rotational cutting tool

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JPH0985586A
JPH0985586A JP25164795A JP25164795A JPH0985586A JP H0985586 A JPH0985586 A JP H0985586A JP 25164795 A JP25164795 A JP 25164795A JP 25164795 A JP25164795 A JP 25164795A JP H0985586 A JPH0985586 A JP H0985586A
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JP
Japan
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cutting
torque
cutting torque
tool
cutting tool
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP25164795A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Ozeki
宏夫 大関
Akihiro Masune
昭洋 増根
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Publication of JPH0985586A publication Critical patent/JPH0985586A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detecting device and a detecting method, able to detect a change of the cutting state at high precision also when a change of cutting torque is small, and by which instantaneous increase of cutting torque by chatter vibration is not accidentally detected in mistake for increase by abrasion of a tool. SOLUTION: Cutting torque to act on an end mill 1 is measured by a magnet- striction type torque sensor 14, the cutting torque is integrated by the time per rotation of the end mill 1 by means of a waveform area calculating device 19, and a cutting torque integral value is calculated. Thus obtained cutting torque integral value is compared with the threshold value previously set and stored in a storing device 2 by a comparing device 20, when the cutting torque integral value exceeds the threshold value, a warning signal is output to a controller 21 of a machine tool.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンドミルやドリ
ル等の回転切削工具を用いた切削加工において、工具摩
耗等による切削状態の変化を監視するための回転切削工
具による切削状態の検出装置および検出方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting state detection device and a detection device for a rotary cutting tool for monitoring changes in the cutting state due to tool wear in cutting using a rotary cutting tool such as an end mill and a drill. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の、回転切削工具による切削状態
を監視するための検出方法としては、例えば工具摩耗等
による回転式刃具の折損予知方法として、特開平6−1
98547号公報に記載されたものが知られている。こ
の公報に記載された検出方法は、図4に示すように、ま
ず新しい工具(刃具)でテストワークを試験的に切削し
て、切削トルクを、好ましくは時間変化を含んだ切削ト
ルクパターンAとして検知し、これに基づいて工具の折
損に至る手前の大きさの折損危険トルクレベルBを設定
する。そして、実際の切削時の切削トルクパターンCの
変動を、この折損危険トルクレベルBと比較して、実際
の切削トルクパターンCが鎖線で示すように上記折損危
険トルクレベルBよりも大きくなったことが検知された
なら、折損の危険があるものと判断し、工具を回転する
モータを停止させたり、ステップバックを行ったり、あ
るいは回転駆動系のクラッチを切ったりして、それ以上
切削トルクが大きくなるのを防止する。なお、図中に符
号Dで示すのは、上記切削トルクパターンAに基づいて
実際に工具が折損すると予測されるトルクレベルであ
る。
2. Description of the Related Art As a detection method for monitoring the cutting state of a rotary cutting tool of this type, for example, a method of predicting breakage of a rotary cutting tool due to tool wear or the like is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-1.
The one described in Japanese Patent No. 98547 is known. In the detection method described in this publication, as shown in FIG. 4, first, a test work is experimentally cut with a new tool (cutting tool), and the cutting torque is preferably set as a cutting torque pattern A including a time change. It is detected, and based on this, the breakage risk torque level B of a size before the breakage of the tool is set. Then, the fluctuation of the cutting torque pattern C during the actual cutting is compared with the breakage risk torque level B, and the actual cutting torque pattern C becomes larger than the breakage risk torque level B as shown by the chain line. If it is detected, it is judged that there is a risk of breakage, the motor that rotates the tool is stopped, step back is performed, or the clutch of the rotary drive system is disengaged, and the cutting torque is further increased. Prevent from becoming. The reference numeral D in the drawing indicates the torque level at which the tool is actually predicted to break based on the cutting torque pattern A.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
回転式切削工具においては、その種類や切削条件等によ
っては、摩耗に伴う切削トルクの変化が比較的小さい場
合がある。例えば図5は、超硬合金製の切刃を有する外
径10mmの一枚刃のエンドミルによって炭素鋼材(SN
CM439)の肩削り切削を行った場合の、切刃の逃げ
面摩耗幅VBと切削トルクとの関係を示したものである
が、この図5に示されるように切削トルクは、摩耗幅V
Bに関わらず略一定である。ただし、この図5に示した
肩削り切削の切削条件は、以下の通りである。 ・切削速度:150m/min (主軸回転数 3000r.
p.m.) ・送り :0.05mm/rev ・切り込み:4.0mm ・切削幅 :2.0mm ・ダウンカット、乾式切削
However, in such a rotary cutting tool, the change in cutting torque due to wear may be relatively small depending on the type and cutting conditions. For example, FIG. 5 shows a carbon steel material (SN) produced by a single-blade end mill having an outer diameter of 10 mm and a cutting blade made of cemented carbide.
CM439) shows the relationship between the flank wear width VB of the cutting edge and the cutting torque when shoulder cutting is performed. As shown in FIG. 5, the cutting torque is equal to the wear width VB.
It is almost constant regardless of B. However, the cutting conditions for the shoulder cutting shown in FIG. 5 are as follows.・ Cutting speed: 150m / min (spindle speed 3000r.
pm) ・ Feed: 0.05mm / rev ・ Incision: 4.0mm ・ Cutting width: 2.0mm ・ Down cut, dry cutting

【0004】しかるに、このように工具摩耗に伴う切削
トルクの変化が小さい場合には、上記従来の検出方法に
おいては、実際の切削トルクパターンCが折損危険トル
クレベルBを越えることはなく、このため切削が中断さ
れたりすることはない。すなわち、切削トルクが工具の
折損に至る直前の大きさになるまでの間は、工具摩耗し
たままの切刃によって切削が行われることとなり、この
ため、仕上げ面精度の劣化を招いたりしてしまうことは
避けられない。また、その一方で上記検出方法では、切
削時に工具摩耗等に起因しないびびり振動などが工具に
発生したりすると、切削トルクが瞬間的に著しく増大し
て上記実際の切削トルクパターンCが折損危険トルクレ
ベルBを越えてしまい、これが工具の摩耗によるものと
して検出されて、実際にはまだ折損の危険がないにも関
わらず、切削が中断されてしまったりするという問題も
あった。
However, when the change in the cutting torque due to the tool wear is small as described above, the actual cutting torque pattern C does not exceed the breakage risk torque level B in the conventional detection method described above. The cutting is not interrupted. In other words, until the cutting torque reaches a magnitude just before the tool is broken, the cutting edge is used for cutting while the tool is still worn, which leads to deterioration of the finished surface accuracy. It is inevitable. On the other hand, in the above detection method, when chatter vibration or the like that is not caused by tool wear or the like occurs in the tool during cutting, the cutting torque is momentarily remarkably increased, and the actual cutting torque pattern C becomes the breakage risk torque. There is also a problem that the level B is exceeded, and this is detected as due to wear of the tool, and the cutting is interrupted although there is actually no risk of breakage.

【0005】本発明は、このような事情を鑑みてなされ
たもので、切削トルクの変化が小さい場合でも工具摩耗
等による切削状態の変化を高精度で検出することが可能
であり、またびびり振動等による瞬間的な切削トルクの
増大を、摩耗によるものとして誤って検出したりするこ
とのない回転切削工具による切削状態の検出装置および
検出方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to detect a change in the cutting state due to tool wear or the like with high accuracy even when the change in the cutting torque is small, and chatter vibration. It is an object of the present invention to provide a detection device and a detection method for a cutting state by a rotary cutting tool that does not erroneously detect an instantaneous increase in cutting torque due to wear or the like.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、こ
のような目的を達成するために、本発明の請求項1に係
る検出装置は、回転切削工具に作用する切削トルクを測
定する測定手段と、この測定手段によって測定された切
削トルクを、回転切削工具の所定回転回数当たりの時間
で積分して切削トルク積分値を算出する演算手段とを備
えて成るものであり、また本発明の請求項5に係る検出
方法は、このような検出装置を用いて、回転切削工具に
作用する切削トルクを測定し、この切削トルクを、回転
切削工具の所定回転回数当たりの時間で積分して切削ト
ルク積分値を算出することを特徴とする。しかるに、本
発明によれば、こうして回転切削工具の所定回転回数当
たりの切削トルクの積分値に基づいて切削状態を検出す
ることにより、切削トルク自体の変化は僅かな場合であ
っても、切削トルク積分値としてはその変化を確実に検
出することが可能となる一方、びびり振動等による瞬間
的な切削トルクの増大は、その作用時間が極短くて切削
トルク積分値に与える影響が少ないため、これが工具摩
耗等によるものとして検出されるのを防ぐことができ
る。
In order to solve the above problems and to achieve such an object, a detection device according to claim 1 of the present invention is a measurement device for measuring a cutting torque acting on a rotary cutting tool. And a cutting means for calculating a cutting torque integral value by integrating the cutting torque measured by the measuring means with a time per a predetermined number of rotations of the rotary cutting tool. The detection method according to claim 5 uses such a detection device to measure a cutting torque acting on a rotary cutting tool, and integrates the cutting torque with time per predetermined number of rotations of the rotary cutting tool to perform cutting. A feature is that a torque integral value is calculated. However, according to the present invention, by detecting the cutting state based on the integrated value of the cutting torque per predetermined number of rotations of the rotary cutting tool in this manner, even if the change of the cutting torque itself is small, the cutting torque is small. While it is possible to reliably detect the change in the integrated value, the instantaneous increase in cutting torque due to chatter vibration etc. has a very short action time and has little effect on the integrated value of cutting torque. It can be prevented from being detected as due to tool wear or the like.

【0007】ここで、上記検出装置において、演算手段
によって算出された切削トルク積分値を、予め設定され
た閾値と比較する比較手段を備えることにより、あるい
は上記検出方法において、切削トルク積分値を予め設定
された閾値と比較することにより、この閾値を切削トル
ク積分値が越えた場合には、工具摩耗等によって切削状
態が所定の危険域に達したものと判断して切削の中断等
を促すことができる。また、上記検出装置において測定
手段として磁歪式トルクセンサを採用し、あるいは上記
検出方法において、回転切削工具に作用する切削トルク
を磁歪式トルクセンサによって測定することにより、切
削工具に対して非接触で、従って切削トルクの測定に影
響を及ぼすことなく、直接的に高精度で切削トルクの測
定を行うことが可能となる。さらに、上記検出装置にお
いて、上記演算手段を、回転切削工具の一回転当たりの
時間で切削トルクを積分して上記切削トルク積分値を算
出するように構成し、あるいは上記検出方法において、
切削トルクを、回転切削工具の一回転当たりの時間で積
分して上記切削トルク積分値を算出することにより、切
削状態の変化をより細かい時間単位で測定して一層厳密
な検出を行うことが可能となる。
Here, in the above detection device, the cutting torque integral value is provided in advance by providing a comparing means for comparing the cutting torque integral value calculated by the computing means with a preset threshold value, or in the detecting method. By comparing with the set threshold value, if the cutting torque integrated value exceeds this threshold value, it is judged that the cutting state has reached a predetermined dangerous area due to tool wear etc. and the interruption of cutting etc. is prompted. You can Further, by adopting a magnetostrictive torque sensor as a measuring means in the above detection device, or in the above detection method, by measuring the cutting torque acting on the rotary cutting tool by the magnetostrictive torque sensor, it is possible to contact the cutting tool in a non-contact manner. Therefore, it is possible to directly measure the cutting torque with high accuracy without affecting the measurement of the cutting torque. Further, in the detection device, the arithmetic means is configured to integrate the cutting torque in a time period per one rotation of the rotary cutting tool to calculate the cutting torque integrated value, or in the detection method,
By integrating the cutting torque with the time per revolution of the rotary cutting tool to calculate the cutting torque integral value, it is possible to measure the change in the cutting state in smaller time units and perform more rigorous detection. Becomes

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、図1を用いて、本発明の検
出装置の一実施形態、および該検出装置を用いて行われ
る本発明の検出方法の一実施形態について説明する。こ
の図1において符号1で示すのは、本実施形態における
回転切削工具としての一枚刃のスローアウェイ式エンド
ミルであり、このエンドミル1は、その基端部がホルダ
2によって保持され、さらにこのホルダ2が工作機械の
主軸3に取り付けられることにより、これらホルダ2お
よび主軸3とともにその軸線O回りに回転されつつ該軸
線Oおよび該軸線Oに直交する送り方向に送られ、該エ
ンドミル1の先端に取り付けられたスローアウェイチッ
プ4の切刃5によって、工作機械のテーブル6上に載置
された被加工物Wの切削を行う。一方、上記ホルダ2の
先端部には円筒壁状の延出部2aが形成されており、こ
の延出部2aと該延出部2aに収容されるエンドミル1
の胴周部との間には、工作機械の主軸頭7から延びるア
ーム8に連結された円筒状の支持体9がベアリング10
…を介して介装されていて、この支持体9は、一体に回
転するエンドミル1およびホルダ2に対しては相対的に
回転可能に、かつ主軸頭7に対しては固定的に支持され
ている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the detection apparatus of the present invention and an embodiment of the detection method of the present invention performed using the detection apparatus will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a single-blade throw-away type end mill as a rotary cutting tool according to the present embodiment. The end mill 1 has its base end portion held by a holder 2, and further this holder. By attaching 2 to the spindle 3 of the machine tool, the spindle 2 is rotated around the axis O together with the holder 2 and the spindle 3, and is fed in the axis O and the feed direction orthogonal to the axis O to the tip of the end mill 1. The workpiece 5 placed on the table 6 of the machine tool is cut by the cutting blade 5 of the attached throw-away tip 4. On the other hand, a cylindrical wall-shaped extending portion 2a is formed at the tip of the holder 2, and the extending portion 2a and the end mill 1 housed in the extending portion 2a are formed.
A cylindrical support body 9 connected to an arm 8 extending from the spindle head 7 of the machine tool is provided between the bearing 10 and the body circumference of the bearing 10.
The support body 9 is interposed between the end mill 1 and the holder 2 which rotate integrally, and is fixedly supported on the spindle head 7. There is.

【0009】そして、上記エンドミル1の胴周部には、
Fe−Ni−Mo−Bよりなる磁歪膜をプラズマ溶射法
を用いて成膜してなる磁歪層11…,12…が形成され
ており、一方これらの磁歪層11…,12…に対向する
上記支持体9の内周部には、一対のコイル13,13が
軸線O方向に並んでエンドミル1の胴周部を取り囲むよ
うに配設されていて、これら磁歪層11…,12…とコ
イル13,13とにより、本実施形態における測定手段
としての磁歪式トルクセンサ14が構成されている。こ
こで本実施形態では、図1に示されるように上記磁歪層
11…,12…は軸線O方向に対してそれぞれ±45°
の方向に螺旋状に形成されて形状異方性が付与されてお
り、切削時にエンドミル1に切削トルクが印加されて捩
れの応力が作用すると、磁歪層11…,12…には互い
に引張応力と圧縮応力とが発生してその透磁率が変化
し、これに比例してコイル13,13の自己インダクタ
ンスも変化するため、これら二つのコイル13,13の
インダクタンスの差からエンドミル1に印加された切削
トルクが測定される。
[0009] And, on the body circumference of the end mill 1,
12 are formed by forming a magnetostrictive film made of Fe-Ni-Mo-B by using a plasma spraying method, while facing the magnetostrictive layers 11 ..., 12 ... A pair of coils 13, 13 are arranged on the inner peripheral portion of the support 9 so as to surround the body peripheral portion of the end mill 1 side by side in the direction of the axis O, and these magnetostrictive layers 11 ,. , 13 constitute a magnetostrictive torque sensor 14 as a measuring means in the present embodiment. Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the magnetostrictive layers 11 ..., 12 ... Are respectively ± 45 ° with respect to the axis O direction.
When the cutting torque is applied to the end mill 1 at the time of cutting and a twisting stress acts, the magnetostrictive layers 11 ... A compressive stress is generated and its permeability changes, and the self-inductance of the coils 13, 13 also changes in proportion to this, so the cutting applied to the end mill 1 from the difference in the inductance of these two coils 13, 13. Torque is measured.

【0010】一方、上記コイル13,13は、上記アー
ム8に内蔵されたプリアンプ15を介してセンサアンプ
16に接続されており、このセンサアンプ16は、さら
にローパスフィルタ17およびA/D変換器18を介し
て、本実施形態における演算手段としての波形面積演算
装置19に接続されていて、上記磁歪式トルクセンサ1
4によって測定された切削トルクの出力値が、時間に対
する切削トルクの波形としてこの波形面積演算装置19
に入力されるようになされている。しかして、この波形
面積演算装置19においては、入力された上記切削トル
クの波形から、この切削トルクをエンドミル1の所定回
転回数当たりの時間で積分して、その切削トルク積分値
を算出するように構成されており、特に本実施形態で
は、上記切削トルクをエンドミル1の一回転当たりの時
間で積分して上記切削トルク積分値を算出するようにな
されている。
On the other hand, the coils 13 and 13 are connected to a sensor amplifier 16 via a preamplifier 15 built in the arm 8. The sensor amplifier 16 further includes a low pass filter 17 and an A / D converter 18. The magnetostrictive torque sensor 1 is connected to the waveform area calculation device 19 as the calculation means in the present embodiment via
The output value of the cutting torque measured by 4 is used as a waveform of the cutting torque with respect to time, and this waveform area calculating device 19
It is designed to be input to. Then, in the waveform area calculation device 19, the cutting torque is integrated from the waveform of the input cutting torque by the time per predetermined number of rotations of the end mill 1 to calculate the cutting torque integrated value. In particular, in the present embodiment, the cutting torque is integrated by the time per one rotation of the end mill 1 to calculate the cutting torque integral value.

【0011】さらに本実施形態では、上記波形面積演算
装置19は、本実施形態における比較手段としての比較
装置20に接続されており、この比較装置20はさらに
上記工作機械の制御装置21に接続されている。一方、
この比較装置20には、別に記憶装置22が接続されて
おり、この記憶装置22には、切削工具の種類や切削条
件等に応じて予め設定された切削トルク積分値の閾値が
データベース化されて記憶されている。そして、上記比
較装置20においては、波形面積演算装置19から出力
された切削トルク積分値と記憶装置22に記憶された上
記閾値とを比較して、切削トルク積分値が閾値を越えた
場合には上記制御装置21に警報信号を出力し、これに
より当該工作機械のモータを停止させたり、ステップバ
ックを行ったり、あるいは回転駆動系のクラッチを切っ
たりして、それ以上切削トルクが大きくなるのを防止す
るように構成されている。なお、これら比較装置20、
記憶装置22、および上記波形面積演算装置19等によ
る処理は、具体的にはコンピュータ等によって行われ
る。
Further, in the present embodiment, the waveform area calculating device 19 is connected to a comparing device 20 as a comparing means in the present embodiment, and the comparing device 20 is further connected to the control device 21 of the machine tool. ing. on the other hand,
A storage device 22 is separately connected to the comparison device 20, and the storage device 22 stores a threshold value of a cutting torque integral value preset according to the type of cutting tool, cutting conditions and the like in a database. Remembered Then, in the comparison device 20, the cutting torque integrated value output from the waveform area calculation device 19 is compared with the threshold value stored in the storage device 22, and when the cutting torque integrated value exceeds the threshold value, An alarm signal is output to the control device 21, whereby the motor of the machine tool is stopped, step back is performed, or the clutch of the rotary drive system is disengaged so that the cutting torque is further increased. Configured to prevent. In addition, these comparison devices 20,
The processing by the storage device 22, the waveform area calculation device 19 and the like is specifically performed by a computer or the like.

【0012】しかるに、このように構成された検出装置
および該検出装置を用いて行われる検出方法では、エン
ドミル1の切刃5が被削材Wを切削することにより該エ
ンドミル1に印加される切削トルクは、磁歪層11…,
12…に作用する引張・圧縮応力によりコイル13,1
3のインダクタンスの変化として磁歪式トルクセンサ1
4により測定されて出力され、プリアンプ15、センサ
アンプ16、ローパスフィルタ17、およびA/D変換
器18を介して波形面積演算装置19に、時間に対する
切削トルクの変動波形として入力される。そして、この
波形面積演算装置19においては、入力された上記切削
トルクから、エンドミル1の所定回転回数当たり(本実
施形態では一回転当たり)の切削トルクの積分値、すな
わち上記変動波形の所定回転回数当たりの時間の面積が
逐次計算されて出力される。さらに、本実施形態におい
ては、この結果は比較装置20に入力され、ここで記憶
装置22に記憶されている予め設定された切削トルク積
分値の閾値と比較されて、入力された切削トルク積分値
がこの閾値を越えた場合には、制御装置21に警報信号
が出力されて切削トルクを低減する措置がとられる。
However, in the detecting device thus constructed and the detecting method performed by using the detecting device, the cutting edge 5 of the end mill 1 cuts the work W and the cutting applied to the end mill 1. The torque is the magnetostrictive layer 11 ...
Coil 13, 1 due to tensile / compressive stress acting on 12 ...
Magnetostrictive torque sensor 1 as the change of the inductance of 3
4 is measured and output, and is input to the waveform area calculation device 19 via the preamplifier 15, the sensor amplifier 16, the low-pass filter 17, and the A / D converter 18 as a fluctuation waveform of the cutting torque with respect to time. Then, in the waveform area calculation device 19, an integrated value of the cutting torque per predetermined number of rotations of the end mill 1 (per rotation in this embodiment) from the input cutting torque, that is, the predetermined number of rotations of the fluctuation waveform. The area of time per hit is sequentially calculated and output. Further, in the present embodiment, this result is input to the comparison device 20 and is compared with a preset threshold value of the cutting torque integral value stored in the storage device 22 to obtain the input cutting torque integral value. When exceeds the threshold value, an alarm signal is output to the control device 21 to take a measure to reduce the cutting torque.

【0013】このように、上記検出装置および検出方法
においては、測定手段としての磁歪式トルクセンサ14
により測定された切削トルクを、演算手段としての波形
面積演算装置19において、エンドミル1の所定回転回
数当たりの積分値として算出するから、切刃5の工具摩
耗等による切削状態の変化に対して測定される切削トル
クの変動が比較的小さな場合であっても、切削トルク積
分値としてはこの変動を確実に把握することができ、切
削状態の変化を高精度で検出することが可能となる。ま
た、その一方で、びびり振動などにより瞬間的に切削ト
ルクが増大することがあっても、算出される切削トルク
積分値全体に与える影響は抑えることができるので、か
かる瞬間的な切削トルクの増大だけをもって切削状態の
異常が検出されることを避けることができる。従って、
本実施形態によれば、上述した従来技術の問題点を解決
して、工具摩耗量等の切削状態の検出精度向上を図るこ
とができる。また、このように切削中に逐次切削トルク
積分値を算出して出力することにより、リアルタイムで
切削状態を検出して工具摩耗量の推定等を行うことがで
きるので、これに基づいて、例えば切削加工中にパス変
更などの補正を行うことにより、加工精度の維持を図る
ことも可能となる。
As described above, in the above-described detecting device and detecting method, the magnetostrictive torque sensor 14 as the measuring means is used.
The cutting torque measured by means of the waveform area calculating device 19 as the calculating means is calculated as an integral value per predetermined number of rotations of the end mill 1, so that it is measured with respect to a change in cutting state due to tool wear of the cutting edge 5 or the like. Even if the fluctuation of the cutting torque is relatively small, the fluctuation can be surely grasped as the integrated value of the cutting torque, and the change of the cutting state can be detected with high accuracy. On the other hand, even if the cutting torque may momentarily increase due to chatter vibration, etc., it is possible to suppress the influence on the entire calculated integrated value of the cutting torque. Only with this, it is possible to prevent the abnormal cutting state from being detected. Therefore,
According to this embodiment, it is possible to solve the above-mentioned problems of the conventional technique and improve the accuracy of detecting the cutting state such as the tool wear amount. Further, by sequentially calculating and outputting the cutting torque integrated value during cutting in this way, it is possible to detect the cutting state in real time and estimate the tool wear amount, etc. It is also possible to maintain processing accuracy by performing correction such as changing the path during processing.

【0014】また、本実施形態では、上記波形面積演算
装置19は比較装置20に接続されており、波形面積演
算装置19によって算出された切削トルク積分値は、こ
の比較装置20において記憶装置22に予め設定された
閾値と比較されるように構成されている。従って、工具
の種類や切削条件等に応じてこの閾値を適当に設定して
おくことにより、工具摩耗の進行等による切削トルクの
増大に伴い、切削トルク積分値が増大して当該閾値を越
えた場合に、これを、工具の折損等が起こり得るような
危険な切削状態であると判断し、上述のように制御装置
21に警告信号を出力して切削トルクの低減や切削作業
そのものの中断を図り、かかる危険な状態を回避するこ
とが可能となる。また、このように切削トルク積分値を
比較装置20において予め設定された閾値と比較し、そ
の結果を工作機械の制御装置21にフィードバックして
該工作機械の制御を行うようにすることにより、切削作
業の自動化、無人化の一層の拡大を促すことも可能とな
る。なお、本実施形態では、このように比較装置20を
工作機械の制御装置21に接続してその制御を図るよう
にしているが、これに代えて、あるいはこれに併せて、
上記警告信号により作動する警報装置を用いて作業者に
警告を促すようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the waveform area calculation device 19 is connected to the comparison device 20, and the integrated cutting torque value calculated by the waveform area calculation device 19 is stored in the storage device 22 in the comparison device 20. It is configured to be compared with a preset threshold value. Therefore, by appropriately setting this threshold value according to the type of tool, cutting conditions, etc., the cutting torque integral value increases and exceeds the threshold value as the cutting torque increases due to the progress of tool wear. In this case, this is judged to be a dangerous cutting state in which tool breakage or the like may occur, and as described above, a warning signal is output to the control device 21 to reduce the cutting torque or interrupt the cutting operation itself. It is possible to avoid such a dangerous state. Further, by comparing the integrated value of the cutting torque with the preset threshold value in the comparison device 20 and feeding back the result to the control device 21 of the machine tool to control the machine tool, It is also possible to promote automation of work and further expansion of unmanned work. In the present embodiment, the comparison device 20 is connected to the control device 21 of the machine tool in this way to control the same, but instead of this or in addition to this,
An alarm device activated by the warning signal may be used to prompt the operator to warn.

【0015】一方、本実施形態においては、切削トルク
の測定手段として上述のように磁歪式トルクセンサ14
が用いられており、エンドミル1に印加された切削トル
クを、磁歪層11…,12…に作用する引張・圧縮応力
から、コイル13,13のインダクタンスの変化として
測定するようになされている。すなわち、エンドミル1
に対して非接触ながら直接的に切削トルクの測定を行う
ことができ、従って測定子等の接触による切削トルク測
定への影響を防ぐことができて、より高精度の測定を行
うことが可能となり、こうして測定された切削トルクに
基づいて切削トルク積分値を算出することにより、切削
状態の検出精度の一層の向上を図ることが可能となる。
On the other hand, in this embodiment, the magnetostrictive torque sensor 14 is used as the cutting torque measuring means as described above.
The cutting torque applied to the end mill 1 is measured as a change in the inductance of the coils 13, 13 from the tensile / compressive stress acting on the magnetostrictive layers 11 ,. That is, the end mill 1
It is possible to directly measure the cutting torque without contacting the blade, so that it is possible to prevent the influence of the contact of the contact point etc. on the cutting torque measurement, and it is possible to perform more accurate measurement. By calculating the cutting torque integral value based on the cutting torque thus measured, it is possible to further improve the detection accuracy of the cutting state.

【0016】さらに、本実施形態では、上記波形面積演
算手段19において、測定された切削トルクをエンドミ
ル1の一回転当たりの時間で積分して切削トルク積分値
を算出するようにしており、すなわち切削工具の単位回
転を基準とした切削トルク積分値を得ることにより、切
削状態の変化をより細かい時間毎に厳密に検出すること
ができるという利点を得ている。また、本実施形態のエ
ンドミル1のように、回転切削工具の切刃5が一枚の場
合には、一回転当たりの切削トルク積分値を求めること
により、そのまま当該切刃5の摩耗等の状況を検出し
て、切削状態を確実に把握することが可能である。ただ
し、回転切削工具の種類や刃数、あるいは切削条件など
によっては、一回転以上の回転回数当たりの時間で切削
トルクを積分したり、逆に1/2回転、1/3回転な
ど、一回転以下の回転回数当たりの時間で積分したりし
て、切削トルク積分値を算出するようにしてもよい。例
えば、周方向に等間隔に配置された2枚刃のエンドミル
による肩削りの場合などでは、両切刃による切削トルク
の波形が1/2回転毎に交互に表れるので、これに合わ
せて1/2回転当たりの時間で切削トルク積分値を算出
し、交互に得られる積分値の傾向を分析することによ
り、何れの切刃に工具摩耗が生じているかなど一層細か
い切削状態の検出を行うことが可能となる。
Further, in the present embodiment, the waveform area calculating means 19 calculates the cutting torque integral value by integrating the measured cutting torque with the time per one rotation of the end mill 1, that is, the cutting. By obtaining the integrated value of the cutting torque with reference to the unit rotation of the tool, it is possible to obtain the advantage that the change in the cutting state can be strictly detected at each finer time. When the cutting blade 5 of the rotary cutting tool is one as in the end mill 1 of the present embodiment, the cutting torque integrated value per one rotation is obtained, and the situation such as wear of the cutting blade 5 is directly obtained. It is possible to reliably grasp the cutting state by detecting the. However, depending on the type of rotary cutting tool, the number of blades, or the cutting conditions, the cutting torque may be integrated in the time per one rotation or more, or conversely, 1/2 rotation, 1/3 rotation, etc. The cutting torque integral value may be calculated by integrating the time per rotation number below. For example, in the case of shoulder milling with a two-blade end mill arranged at equal intervals in the circumferential direction, the waveform of the cutting torque by both cutting blades alternates every 1/2 rotation, so 1 / By calculating the cutting torque integral value by the time per two rotations and analyzing the tendency of the integral value obtained alternately, it is possible to detect the cutting state such as which cutting edge is worn by the tool in more detail. It will be possible.

【0017】[0017]

【実施例】次に、実施例として、上述した実施形態の検
出装置を用いて、エンドミル1による肩削り切削を行っ
た場合の、切削状態としての切刃5の逃げ面摩耗の進行
に伴い、切削トルクおよびその積分値がどのように変化
するかを調べた。ただし、本実施例における切削条件
は、図5に示した肩削り切削の条件と同一であり、従っ
て本実施例により得られる逃げ面摩耗幅VBに対する切
削トルクの関係も、図5と同じ結果となる。また、これ
らの切削においては、切刃5の軸線O方向の切り込みの
1/2の位置における逃げ面摩耗幅VBを光学式工具顕
微鏡により測定している。
EXAMPLE Next, as an example, with the progress of the flank wear of the cutting edge 5 as a cutting state when shoulder cutting by the end mill 1 was performed using the detection apparatus of the above-described embodiment, It was investigated how the cutting torque and its integrated value changed. However, the cutting conditions in this example are the same as the conditions for shoulder cutting shown in FIG. 5, and therefore the relationship between the flank wear width VB and the cutting torque obtained in this example is the same as that in FIG. Become. Further, in these cuttings, the flank wear width VB at the position of 1/2 of the cut in the axis O direction of the cutting edge 5 is measured by an optical tool microscope.

【0018】図2(a)〜(f)は、それぞれ逃げ面摩
耗幅VBごとに測定された切削トルクを、1.5kHzのロ
ーパスフィルタを通して得られた波形を示すものであ
り、これに基づいて逃げ面摩耗幅VBと切削トルクとの
関係を示したのが上述の図5である。しかるに、逃げ面
摩耗幅VBの増大に伴い、切刃5の刃先と被加工物との
接触面積が増加することによる切削トルク自体の増大は
僅かであり、これから逃げ面摩耗幅VBを検出すること
は困難である。
FIGS. 2 (a) to 2 (f) show the waveforms obtained by passing the cutting torque measured for each flank wear width VB through a low-pass filter of 1.5 kHz. FIG. 5 shows the relationship between the flank wear width VB and the cutting torque. However, as the flank wear width VB increases, the increase in the cutting torque itself due to the increase in the contact area between the cutting edge of the cutting edge 5 and the workpiece is slight, and the flank wear width VB can be detected from this. It is difficult.

【0019】これに対して、図3は、図2の結果から、
エンドミル1の一回転当たりの切削トルクを積分して得
られた切削トルク積分値と、逃げ面摩耗幅VBとの関係
を示したものであり、摩耗幅VBが比較的小さいうちか
ら、その増大に伴って切削トルク積分値も漸次増大して
いることが分かる。従って、この図3の結果に基づい
て、切削トルク積分値から逃げ面摩耗に代表される切削
状態を検出することは十分に可能であり、また、切削条
件等に応じて図3に符号Xで示すような閾値を設定し、
これと算出された切削トルク積分値とを比較して、切削
状態が工具の破損を招くような危険な状態か否かを判別
することも可能である。なお、本実施例においては、切
削中に生じたびびり振動により切削トルクが瞬間的に増
大することもあったが、これが切削トルク積分値に与え
た影響は極僅かであった。
On the other hand, FIG. 3 shows that the result of FIG.
The relationship between the cutting torque integrated value obtained by integrating the cutting torque per one revolution of the end mill 1 and the flank wear width VB is shown. It can be seen that the integrated value of the cutting torque is gradually increased accordingly. Therefore, based on the result of FIG. 3, it is sufficiently possible to detect the cutting state represented by flank wear from the integrated value of the cutting torque, and the reference numeral X in FIG. Set the threshold as shown,
It is also possible to determine whether or not the cutting state is a dangerous state that causes damage to the tool by comparing this with the calculated cutting torque integrated value. In the present embodiment, the cutting torque may momentarily increase due to chatter vibration that occurs during cutting, but this has a negligible effect on the cutting torque integrated value.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転切削工具による切削状態を切削トルクの積分値から
検出することができ、これにより、切削状態の変動に対
する切削トルクの変動が小さな場合でも、確実に切削状
態を把握することが可能となるとともに、びびり振動等
によって瞬間的に多大な切削トルクが作用しても、これ
を工具の損耗に起因するものと誤認してしまうような事
態を避けることができるので、検出の高精度化を図るこ
とが可能となる。
As described above, according to the present invention,
The cutting state of the rotary cutting tool can be detected from the integrated value of the cutting torque, which makes it possible to reliably grasp the cutting state even when the variation of the cutting torque with respect to the variation of the cutting state is small. Even if a large amount of cutting torque is momentarily applied due to chatter vibration, etc., it is possible to avoid a situation in which this is mistakenly recognized as due to tool wear, so it is possible to improve detection accuracy. It will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の検出装置の一実施形態を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a detection device of the present invention.

【図2】本発明による実施例において、逃げ面摩耗幅V
Bごとに測定された切削トルクの波形を示す図である。
FIG. 2 is a flank wear width V according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the waveform of the cutting torque measured for every B.

【図3】本発明による実施例において、図2に示した結
果に基づいた逃げ面摩耗幅VBと切削トルク積分値との
関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a flank wear width VB and an integrated value of cutting torque based on the result shown in FIG. 2 in an example according to the present invention.

【図4】従来の切削状態の検出方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional method of detecting a cutting state.

【図5】逃げ面摩耗幅VBと切削トルクとの関係を示す
図で、本発明による実施例において図2に示した結果に
基づいて得られるものと同様である。
5 is a diagram showing the relationship between the flank wear width VB and the cutting torque, which is similar to that obtained based on the results shown in FIG. 2 in the example according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンドミル(回転切削工具) 2 ホルダ 3 主軸 5 切刃 9 支持体 11,12 磁歪層 13 コイル 14 磁歪式トルクセンサ(測定手段) 19 波形面積演算装置(演算手段) 20 比較装置(比較手段) 22 記憶装置 1 End Mill (Rotating Cutting Tool) 2 Holder 3 Spindle 5 Cutting Edge 9 Support 11, 12 Magnetostrictive Layer 13 Coil 14 Magnetostrictive Torque Sensor (Measuring Means) 19 Waveform Area Calculator (Calculating Means) 20 Comparison Device (Comparing Means) 22 Storage device

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転切削工具に作用する切削トルクを測
定する測定手段と、この測定手段によって測定された切
削トルクを、上記回転切削工具の所定回転回数当たりの
時間で積分して切削トルク積分値を算出する演算手段と
を備えて成ることを特徴とする回転切削工具による切削
状態の検出装置。
1. A measuring means for measuring a cutting torque acting on a rotary cutting tool, and a cutting torque measured by this measuring means is integrated with respect to a time per predetermined number of rotations of the rotary cutting tool to obtain an integrated cutting torque value. An apparatus for detecting a cutting state by a rotary cutting tool, which comprises:
【請求項2】 上記演算手段によって算出された上記切
削トルク積分値を、予め設定された閾値と比較する比較
手段を備えて成ることを特徴とする請求項1に記載の回
転切削工具による切削状態の検出装置。
2. The cutting state by the rotary cutting tool according to claim 1, further comprising a comparing unit that compares the cutting torque integrated value calculated by the calculating unit with a preset threshold value. Detection device.
【請求項3】 上記測定手段は、磁歪式トルクセンサで
あることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
回転切削工具による切削状態の検出装置。
3. The apparatus for detecting a cutting state by a rotary cutting tool according to claim 1, wherein the measuring means is a magnetostrictive torque sensor.
【請求項4】 上記演算手段は、上記切削トルクを、上
記回転切削工具の一回転当たりの時間で積分して、上記
切削トルク積分値を算出することを特徴とする請求項1
ないし請求項3のいずれかに記載の回転切削工具による
切削状態の検出装置。
4. The calculating means calculates the integrated value of the cutting torque by integrating the cutting torque with a time per one rotation of the rotary cutting tool.
A device for detecting a cutting state by the rotary cutting tool according to claim 3.
【請求項5】 回転切削工具に作用する切削トルクを測
定し、この切削トルクを、上記回転切削工具の所定回転
回数当たりの時間で積分して切削トルク積分値を算出す
ることを特徴とする回転切削工具による切削状態の検出
方法。
5. A rotation characterized in that a cutting torque acting on a rotary cutting tool is measured, and the cutting torque is integrated by a time per a predetermined number of rotations of the rotary cutting tool to calculate a cutting torque integrated value. A method of detecting the cutting state by a cutting tool.
【請求項6】 上記切削トルク積分値を、予め設定され
た閾値と比較することを特徴とする請求項5に記載の回
転切削工具による切削状態の検出方法。
6. The method for detecting a cutting state by a rotary cutting tool according to claim 5, wherein the integrated cutting torque value is compared with a preset threshold value.
【請求項7】 上記回転切削工具に作用する切削トルク
を、磁歪式トルクセンサにより測定することを特徴とす
る請求項5または請求項6に記載の回転切削工具による
切削状態の検出方法。
7. The method for detecting a cutting state by a rotary cutting tool according to claim 5, wherein the cutting torque acting on the rotary cutting tool is measured by a magnetostrictive torque sensor.
【請求項8】 上記切削トルクを、上記回転切削工具の
一回転当たりの時間で積分して上記切削トルク積分値を
算出することを特徴とする請求項5ないし請求項7のい
ずれかに記載の回転切削工具による切削状態の検出方
法。
8. The cutting torque integrated value is calculated by integrating the cutting torque with a time per one rotation of the rotary cutting tool to calculate the cutting torque integral value. A method of detecting the cutting state by a rotary cutting tool.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100420532C (en) * 2004-01-12 2008-09-24 山东法因数控机械股份有限公司 Self-controlled-travel numerical controlled drilling power head and its control method
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