JPH106170A - 工具管理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械等において異常が発生した場合に、
工具に異常が発生しているか否かによってその工具の交
換時期を適切に指示する。 【解決手段】 入力処理回路１０４を通じて検出される
モータ２０（主軸）を流れる電流の値、すなわち負荷電
流値（負荷値）がしきい値（所定値）以上のときには、
工作機械１０（設備）に異常（特に突発的な異常）が発
生したことが検出される。さらに、ＲＡＭ１１２に格納
されている加工回数が設定回数以上のとき、あるいはカ
メラ２２による目視検査等によって工具１４の異常が判
別され、表示装置１１６に工具１４の交換を指示する。
この指示によって工具１４が適切な時期に交換されるの
で、工具費を最小限に抑えることができる。それ以外の
場合には、その工具１４以外に起因する原因を究明する
ことが容易になる。こうして、工具１４の異常によるワ
ーク１２や工作機械１０等への影響が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工具管理方法および
装置に関し、工作機械等において異常が発生したとき、
工具に異常が発生しているか否かによって工具交換の適
否を指示する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】工具を用いてワークを加工する工作機械
等の設備においては、その工具が損傷するとワークを精
度よく加工できなかったり、ワークや工作機械自体に悪
影響を及ぼすことがある。ここで、工具の損傷として
は、工具の破損の他に、適切な加工が行えない程度に刃
先が磨耗した状態を含む。ここで、設備の異常や工具の
損傷などを検出する技術には、例えば主軸負荷を監視す
る方法と、工具寿命を監視する方法とがある。

【０００３】まず、モータの電流値を検出し主軸負荷を
監視する方法としては、例えば特開平６−１５５２４６
号公報に開示されている。この技術によれば、工具の損
傷なども含めて設備のどこかで発生した異常を検出する
ことはできるが、その異常が工具に起因するのか、ある
いは工具以外（ワークや設備等）に起因するのかが特定
できない。そのため、オペレータが適切な対応ができな
い。例えば、まだ使用可能な工具を新しい工具と交換し
て対処してしまうことがあり、交換作業時間と工具費の
低減が図れない。一方、工具寿命を監視する方法として
は、例えば特開昭６０−２３８２５７号公報に開示され
ている。この技術によれば工具の異常（すなわち工具寿
命）を判別することはできるが、その工具以外に起因し
て突発的に発生する設備の異常が検出できない。したが
って、従来の技術による場合には、工作機械等において
異常が発生したとき、工具に異常が発生しているか否か
によってその工具の交換をオペレータに適切に指示する
ことができなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような点
に鑑みてなされたものであって、工作機械等において異
常が発生した場合に、工具に異常が発生しているか否か
によってその工具の交換時期を適切に指示する工具管理
方法および装置を実現することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】請求項１に記載の
工具管理方法は、ワークを工具で加工しているときに発
生する設備の加工状態の異常を検出し、その異常が検出
された場合には、工具に異常が発生しているか否かを判
別し、その工具に異常が発生していると判別された場合
には、その工具の交換を指示することを特徴とする。こ
の工具管理方法によれば、ワークを工具で加工している
ときに異常が検出されると、その工具に異常が発生して
いるか否かを判別する。もし、その工具に異常が発生し
ていると判別された場合には、その工具の交換を指示す
る。この指示によって工具が適切な時期に交換されるの
で、良品の工具の無駄な交換が防止される。したがっ
て、交換作業時間と工具費を最小限に抑えることができ
る。一方、その工具に異常が発生していないと判別され
た場合には、その工具以外に起因する原因を究明するこ
とが容易になるので、適切な措置を素早くとることがで
きる。

【０００６】

【課題を解決するための第２の手段】請求項２に記載の
工具管理装置は、ワークを工具で加工しているときに発
生する設備の加工状態の異常を検出する異常検出手段
と、その異常検出手段によって異常が検出された場合に
は、工具に異常が発生しているか否かを判別する異常判
別手段と、その異常判別手段によって工具に異常が発生
していると判別された場合には、その工具の交換を指示
する工具交換指示手段とを有することを特徴とする。こ
の工具管理装置によれば、異常検出手段によってワーク
を工具で加工しているときに異常が検出されると、異常
判別手段がその工具に異常が発生しているか否かを判別
する。もし、その工具に異常が発生していると判別され
た場合には、工具交換指示手段がその工具の交換を指示
する。この指示によって工具が適切な時期に交換される
ので、良品の工具の無駄な交換が防止される。したがっ
て、交換作業時間と工具費を最小限に抑えることができ
る。一方、その工具に異常が発生していないと判別され
た場合には、その工具以外に起因する原因を究明するこ
とが容易になるので、適切な措置を素早くとることがで
きる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。 〔第１の実施の形態〕まず、第１の実施の形態は、加工
回数によって工具の異常を判別する方法を適用したもの
であって、図１と図２を参照しながら説明する。ここ
で、図１には工作機械とこれを制御する機械制御装置を
模式的に示し、図２には工具管理処理を行うフローチャ
ートを示す。

【０００８】図１において、工作機械１０は、主軸装置
１８とテーブル１６とによって構成されている。主軸装
置１８にはモータ２０が設けられており、このモータ２
０を回転駆動することによって工具１４を回転させる。
モータ２０の回転制御は後述する機械制御装置１００に
よって行われ、このときにモータ２０内を流れる電流は
負荷電流として機械制御装置１００に送られる。一方、
テーブル１６は平面方向（水平方向）に移動可能に設け
られており、このテーブル１６上にはワーク１２が設置
される。テーブル１６を移動させることによって、ワー
ク１２を工具１４に接触させ所望の形状に加工すること
ができる。なお、必要に応じて、工具１４の状態を撮影
するカメラ２２や、工具１４の交換を自動的に行う工具
交換装置３０を設けてもよい。

【０００９】次に、機械制御装置１００は、ＣＰＵ（プ
ロセッサ）１１０，ＲＯＭ１０２，ＲＡＭ１１２，入力
処理回路１０４，出力処理回路１０６，操作盤１０８，
表示制御回路１１４，表示装置１１６によって構成され
ている。ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１０２に格納されている
機械制御プログラムに従って、工作機械１０全体の動作
を制御する。この機械制御プログラムには、後述する工
具監視プログラムが含まれている。ＲＡＭ１１２には、
加工回数，負荷電流値，負荷電流の積算値，映像データ
等が格納される。一般に、ＲＯＭ１０２にはＥＥＰＲＯ
Ｍが用いられ、ＲＡＭ１１２にはＤＲＡＭが用いられ
る。なお、ＲＯＭ１０２やＲＡＭ１１２には、これらの
記憶媒体に限らず、フラッシュメモリや外部記憶装置等
のように他の記憶媒体を用いてもよい。

【００１０】入力処理回路１０６はモータ２０を流れる
電流（アナログ信号あるいはパルス信号等）やカメラ２
２から送られる映像データを受け、機械制御装置１００
内で処理可能なデータ形式（ディジタルデータ）に変換
してＣＰＵ１１０やＲＡＭ１１２に送る。出力処理回路
１０８はＣＰＵ１１０からバス１１８を通じて送られた
制御指令データを受け、モータ２０を駆動・停止等させ
るための電圧や電流に変換してそのモータ２０に出力し
たり、あるいは工具交換装置３０を作動させる。操作盤
１０８はオペレータが機械制御装置１００に対して所定
の指令を入力するものであって、例えばキーボードが用
いられる。表示制御回路１１４はＣＰＵ１１０からバス
１１８を通じて送られた表示指令データを受け、表示装
置１１６に工具交換の指令等を表示させる。この表示装
置１１６にはＣＲＴが用いられるが、液晶表示装置や表
示ランプ等のような他の表示媒体であってもよい。な
お、上記各構成要素は、いずれもバス１１８に互いに接
続されている。

【００１１】上述したような構成をなす工作機械１０お
よび機械制御装置１００において、工具１４の交換を指
示するための処理手順について、図２を参照しながら説
明する。ここで、図２に示す工具管理処理は、所定のタ
イミングごとにおいて、ＣＰＵ１１０がＲＯＭ１０２に
格納されている工具管理プログラムを実行することによ
って実現される。なお、加工回数はワーク１２の全体を
加工するごとに、予め零にクリアされている。また、図
２に示すステップＳ１６は異常検出手段を、ステップＳ
１８は異常判別手段を、ステップＳ２０は工具交換指示
手段をそれぞれ具体化した処理である。

【００１２】まず、１パスの加工が行われたか否かを判
別し（ステップＳ１０）、１パスの加工が行われた場合
（ＹＥＳ）にのみ加工回数をカウントアップする（ステ
ップＳ１２）。ここで、１パスの加工とは、工具１４を
ワーク１２にアプローチさせて加工を行い、その後に工
具１４をワーク１２からリトラクトさせるまでの工程で
ある。次に、モータ２０を流れる電流の値（以下「負荷
電流値」と呼ぶ。）を取得し（ステップＳ１４）、その
負荷電流値がしきい値以上になっているか否かを判別す
る（ステップＳ１６）。ここで、しきい値とはモータ２
０にかかる負荷に対応する電流値であって、異常発生時
においてワーク１２を工具１４で加工しているときの値
である。したがって、負荷電流値がしきい値以上になる
ときには、工具１４やモータ２０等に何らかの異常が発
生している。

【００１３】ステップＳ１６において負荷電流値がしき
い値以上になっている場合（ＹＥＳ）には、設備に異常
が発生したことを表示装置１１６等に表示するとともに
（ステップＳ１７）、工具１４の加工回数が設定回数以
上になっているか否かを判別する（ステップＳ１８）。
ここで、設定回数とは、工具１４が通常損傷することな
く安全に加工できる回数である。この設定回数は実験や
経験等によって得られる値であって、オペレータが操作
盤１０８から入力して設定する。したがって、例えば設
定回数を８回とするときに、３回目の加工回数で工具１
４が損傷した場合には突発的に異常が発生したと言え
る。ステップＳ１８において、もし工具１４の加工回数
が設定回数以上になっている場合（ＹＥＳ）には、工具
１４が寿命に達したと判別する。このとき、工具交換を
行うようにオペレータに指示するために、その旨を表示
装置１１６に表示する（ステップＳ２０）。この表示に
よってオペレータは工具１４を交換する必要があること
を知り得るので、適切な時期に工具交換を行うことがで
きる。

【００１４】また、必要に応じて上記表示装置１１６へ
の表示とともに（あるいはその表示に代えて）、工作機
械１０等の設備を自動的に停止したり、あるいは自動的
に工具交換を行なってもよい（ステップＳ２２）。具体
的には、図１において出力処理回路１０６を通じてモー
タ２０に供給している供給電流を停止し、あるいは工具
交換装置３０に交換指令を送って工具交換を実行させ
る。一方、ステップＳ１６において負荷電流値がしきい
値未満である場合（ＮＯ）や、ステップＳ１８において
工具１４の加工回数が設定回数未満である場合（ＮＯ）
には、ステップＳ２０における表示装置１１６への表示
等を行うことなく本処理手順を終了する。

【００１５】上記実施の形態によれば、ステップＳ１６
においてモータ２０（主軸）にかかる負荷電流値がしき
い値以上であるときには、ワーク１２を工具１４で加工
しているときに発生する工作機械１０（設備）の異常
（特に突発的な異常）が検出され、その検出結果がステ
ップＳ１７において表示される。また、ステップＳ１８
において加工回数が設定回数以上であれば、その工具１
４に異常が発生していると判別し、ステップＳ２０にお
いて工具１４の交換を指示する。この指示によって工具
１４が適切な時期に交換されるので、良品の工具（すな
わち設定回数以上の加工回数でも正常に加工可能な工
具）１４の無駄な交換が防止される。したがって、交換
作業時間と工具費を最小限に抑えることができる。一
方、その工具１４に異常が発生していないと判別された
場合には、その工具１４以外に起因する原因を究明する
ことが容易になるので、適切な措置を素早くとることが
できる。こうして、工具１４の異常によるワーク１２や
工作機械１０（設備）等への影響が防止され、工作機械
１０および機械制御装置１００の信頼度を向上させるこ
とができる。また、平均寿命以上に使用できる工具１４
を、その平均寿命で交換することなく最後まで使用する
ことができるようになる。すなわち、平均寿命を過ぎて
も負荷電流値が異常にはならないため、その負荷電流値
が異常になって初めて平均寿命と判別することになる。

【００１６】〔第２の実施の形態〕次に、第２の実施の
形態は、工具の映像表示によって工具の異常を判別する
方法を適用したものであって、図３を参照しながら説明
する。ここで、本実施の形態が適用される装置は図１と
同様であるので、その説明を省略する。また、図３には
工具管理処理を行う第２のフローチャートであって、所
定のタイミングごとにＣＰＵ１１０がＲＯＭ１０２に格
納されている工具管理プログラムを実行することによっ
て実現される。

【００１７】まず、図２示すステップＳ１４，Ｓ１６と
同様に、負荷電流値を取得し（ステップＳ３０）、その
負荷電流値がしきい値以上になっているか否かを判別す
る（ステップＳ３２）。ステップＳ３２において、もし
負荷電流値がしきい値以上になっている場合（ＹＥＳ）
には、設備に異常が発生したことを表示するとともに
（ステップＳ３３）、工具１４の状態をカメラ２２で撮
影して表示装置１１６に表示する（ステップＳ３４）。
こうして表示装置１１６に表示された工具１４の状態を
オペレータが見て、刃先の欠けや磨耗等の異常があるか
否かを目視判別する（ステップＳ３６）。その判別結
果、工具１４に異常がある場合（ＹＥＳ）には、工具交
換を行う（ステップＳ３８）。一方、ステップＳ３２に
おいて負荷電流値がしきい値未満である場合（ＮＯ）
や、ステップＳ３６において工具１４に異常がない場合
（ＮＯ）には、その時点において本処理手順を終了す
る。

【００１８】上記実施の形態によれば、ステップＳ３２
においてワーク１２を工具１４で加工しているときに発
生する工作機械１０の異常が検出され、ステップＳ３３
において設備に異常が発生したことが表示される。そし
て、ステップＳ３４，Ｓ３６においてオペレータ自身に
よる目視検査が行われる。この目視検査によって、工具
１４に単に切り屑等が付着したことによる異常なのか、
あるいは工具１４が破損等の損傷を負っているのが明確
になる。また、目視検査は通常主軸の回転を停止させて
行われるが、所定の時期ごと（例えば一の加工ごと）に
検査を行なっていたのでは全ての加工を終えるのに時間
を要する。これに対して上記実施の形態による場合に
は、設備全体の異常が検出された場合に検査を行うだけ
でよくなる。そのため、加工のスピードアップが図れ
る。さらに、目視検査において工具１４が破損等の損傷
が発見された場合に工具交換を行えば、工具１４が適切
な時期に交換され、良品の工具１４の無駄な交換が防止
される。したがって、交換作業時間と工具費を最小限に
抑えることができる。一方、その工具１４の損傷等が発
見されない場合には、その工具１４以外に起因する原因
を究明することが容易になる。

【００１９】〔第３の実施の形態〕次に、第３の実施の
形態は、負荷電流の積算値によって工具の異常を判別す
る方法を適用したものであって、図４を参照しながら説
明する。ここで、上記第２の実施の形態と同様に、本実
施の形態が適用される装置は図１と同様であるので、そ
の説明を省略する。また、図４には工具管理処理を行う
第３のフローチャートであって、所定のタイミングごと
にＣＰＵ１１０がＲＯＭ１０２に格納されている工具管
理プログラムを実行することによって実現される。な
お、負荷電流の積算値は工具１４が使用開始されるとき
にのみ零にクリアされ、それ以降はクリアされることな
く積算される。また、図４に示すステップＳ５２は異常
検出手段を、ステップＳ５６は異常判別手段を、ステッ
プＳ５８は工具交換指示手段をそれぞれ具体化した処理
である。

【００２０】まず、図２示すステップＳ１４，Ｓ１６と
同様に、負荷電流値を取得し（ステップＳ５０）、その
負荷電流値がしきい値以上になっているか否かを判別す
る（ステップＳ５２）。ステップＳ５２において、もし
負荷電流値がしきい値以上になっている場合（ＹＥＳ）
には、設備に異常が発生したことを表示するとともに
（ステップＳ５３）、ステップＳ５０において取得した
負荷電流値としきい値との差分値を積算する（ステップ
Ｓ５４）。そして、ステップＳ５４において算出された
負荷電流の積算値が設定値以上になっているか否かを判
別する（ステップＳ５６）。ここで、設定値とは、工具
１４が損傷することなく安全に加工できる負荷電流の積
算値である。この設定値は実験や経験等によって得られ
る値であって、オペレータが操作盤１０８から入力して
設定する。

【００２１】ステップＳ５６において、もし負荷電流の
積算値が設定値以上になっている場合（ＹＥＳ）には、
工具１４が磨耗等によって異常が発生したと判別して、
工具交換を行うようにオペレータに指示するために表示
装置１１６に表示する（ステップＳ５８）。また、必要
に応じて上記表示装置１１６への表示とともに（あるい
はその表示に代えて）、工作機械１０等の設備を自動的
に停止したり、あるいは自動的に工具交換を行なっても
よい（ステップＳ６０）。一方、ステップＳ５２におい
て負荷電流値がしきい値未満である場合（ＮＯ）や、ス
テップＳ５６において負荷電流の積算値が設定値未満で
ある場合（ＮＯ）には、その時点において本処理手順を
終了する。

【００２２】上記実施の形態によれば、ステップＳ５２
においてワーク１２を工具１４で加工しているときに発
生する工作機械１０の異常が検出され、ステップＳ５３
において設備に異常が発生したことが表示される。ま
た、ステップＳ５６において負荷電流の積算値が設定値
以上であれば、その工具１４に異常が発生していると判
別し、ステップＳ５８において工具１４の交換を指示す
る。この指示によって工具１４が適切な時期に交換され
るので、良品の工具１４の無駄な交換が防止される。し
たがって、交換作業時間と工具費を最小限に抑えること
ができる。一方、その工具１４に異常が発生していない
と判別された場合には、第１の実施の形態と同様に、そ
の工具１４以外に起因する原因を究明することが容易に
なり、工作機械１０および機械制御装置１００の信頼度
を向上させることができる。さらには第１の実施の形態
と同様に、平均寿命以上に使用できる工具１４を、最後
まで使用することができるようになる。

【００２３】〔他の実施の形態〕上述した工具管理方法
および装置におけるその他の部分の構造，形状，大き
さ，材質，個数，配置および動作条件等については、上
記各実施の形態に限定されるものでない。例えば、上記
実施の形態を応用した次の各形態を実施することもでき
る。 （１）異常検出手段は負荷電流値がしきい値以上になっ
ているか否かによって工作機械１０（設備）の異常を判
別した。この判別方法に代えて、他の判別要素を基準に
工作機械１０の異常を判別してもよい。こうした他の判
別要素には、音（音質すなわち周波数スペクトル，音
量）の変化、工作機械１０自体の振動量等がある。さら
に、負荷電流値，音，振動量等のそれぞれに最適な係数
をかけ、この算出値を任意にかつ選択的に組み合わせた
和によって工作機械１０の異常を判別してもよい。これ
らの態様では、工作機械１０の異常をより的確に判別す
ることが可能になる。また、それぞれの判別要素の特性
を考慮すれば、工作機械１０に発生した異常の原因を特
定することも容易になる。例えば音が異常に変化すれ
ば、工具１４の刃に欠損を生じたか、モータ２０が故障
したかのいずれかが原因になる等である。

【００２４】（２）異常判別手段は、工具１４の加工回
数を基準に［第１の実施の形態］、あるいは負荷電流の
積算値を基準に［第３の実施の形態］、工具１４の異常
を判別した。この判別方法に代えて、他の判別要素を基
準に工具１４の異常を判別してもよい。こうした他の判
別要素には、加工時間の積算値，加工量（すなわち切削
した容積）の積算値，加工距離の積算値，加工時におけ
るモーメントの積算値，ワーク１２や工具１４の温度等
がある。さらに、加工時間，加工量，加工距離，モーメ
ント，温度等のそれぞれについて、ワーク１２や工具１
４の材質に応じた係数をかけて積算してもよい。これら
の態様では、工具１４の種類に応じていずれかの判別要
素（二以上の判別要素を任意に組み合わせてもよい）を
適用すれば、工具１４の異常をより適切に判別すること
が可能になる。また、上記係数をかけることによってワ
ーク１２や工具１４の材質が異なった場合でも工具の異
常を適切に判別することが可能になる。さらに判別要素
の特性によっては、工具１４に発生した異常の原因を特
定することも可能になる。例えば工具１４を光電管等の
放射温度計で計測した温度が異常に変化すれば、工具１
４の刃先が欠けたと判断する等である。

【００２５】（３）第２の実施の形態では工具１４をカ
メラ２２で撮影して表示装置１１６に表示するようにし
たが、エッジ検出等の画像処理を行なった後に表示装置
１１６に表示するようしてもよい。あるいはカメラ２２
としてＸ線投射装置を用いて、その透過映像を表示装置
１１６に表示するようにしてもよい。これらの態様で
は、表示装置１１６に表示される映像をオペレータが見
ることで、工具１４が破損等しているか否かをより的確
に判断できるようになる。 （４）工具１４が寿命に達したか否かの判断基準となる
設定回数や設定値は予め設定したが、オペレータの指令
によって値を更新するように構成してもよい。すなわ
ち、図２のステップＳ１８や図４のステップＳ５６にお
いて工具１４の寿命と判別された場合において、実際に
は工具１４に異常が発生していないときには、オペレー
タの指令によって値を更新する。こうすれば、設定回数
や設定値が工具１４に対応して最適化され、工具１４が
寿命に達したか否かをより適切に判別することが可能に
なる。なお、しきい値，設定回数，設定値に予め設定す
る値は、上述した値に限らず、それぞれの基準値に最適
な任意の数値を設定してもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ワークを工具で加工し
ているときに異常が検出され、かつ、その工具に異常が
発生している場合には、その工具の交換を指示する。こ
の指示によって工具が適切な時期に交換されるので、良
品の工具の無駄な交換が防止される。したがって、工具
費を最小限に抑えることができる。一方、その工具に異
常が発生していないと判別された場合には、その工具以
外に起因して原因を究明すればよい。そのため、適切な
措置を素早くとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】工作機械とこれを制御する機械制御装置を示す
模式図である。

【図２】工具管理処理を示す第１のフローチャートであ
る。

【図３】工具管理処理を示す第２のフローチャートであ
る。

【図４】工具管理処理を示す第３のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ 工作機械 １２ ワーク １４ 工具 １６ モータ １８ 台座 ２０ カメラ ３０ 工具交換装置 １００ 機械制御装置 １０２ ＲＯＭ １０４ 入力処理回路 １０６ 出力処理回路 １０８ 操作盤 １１０ ＣＰＵ １１２ ＲＡＭ １１４ 表示制御回路 １１６ 表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを工具で加工しているときに発生
   する設備の加工状態の異常を検出し、 その異常が検出された場合には、工具に異常が発生して
   いるか否かを判別し、その工具に異常が発生していると
   判別された場合には、その工具の交換を指示することを
   特徴とする工具管理方法。
2. 【請求項２】 ワークを工具で加工しているときに発生
   する設備の加工状態の異常を検出する異常検出手段と、 その異常検出手段によって異常が検出された場合には、
   工具に異常が発生しているか否かを判別する異常判別手
   段と、 その異常判別手段によって工具に異常が発生していると
   判別された場合には、その工具の交換を指示する工具交
   換指示手段と、 を有することを特徴とする工具管理装置。