JPH106185A - 工具破損検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＣ工作機械に装着された小径のドリルやタ
ップの折損をロードモニタにより検出する方法及び装置
に関し、微小な負荷変動を確実に検出することができる
技術手段を得ることである。 【解決手段】 工具送りモータ５の負荷信号ｅを検出し
ているロードモニタ１６の検出値と設定値とを比較して
工具の破損を検出する方法及び装置において、工具送り
モータ５を制御しているサーボ制御装置７に与えられる
位置指令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号であ
る位置偏差信号ｃを位置偏差検出器１７で監視し、工具
破損時に生ずる位置偏差信号ｃの変動に基づきロードモ
ニタ１６に与える負荷信号ｅを増幅器１５で増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＮＣ工作機械に
装着された工具の破損を検出する方法及び装置に関する
ものであり、特に小径のドリルやタップの折損をロード
モニタにより検出する方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械には、ロードモニタが設け
られており、ロードモニタは、モータに流れる電流値な
どによりモータの負荷を検出して、ワークの加工反力を
検出している。例えば旋盤であれば、ワークの加工反力
は、ワークを回転駆動する主軸モータと工具を移動する
送りモータの負荷を検出することにより、検出すること
ができる。

【０００３】旋盤でドリル加工を行うときは、刃物台に
工具回転ユニットを取り付けて、工具を回転させながら
刃物台を移動させる。このときロードモニタは、工具送
りモータの負荷を検出することにより、加工負荷を監視
している。

【０００４】加工中に工具が破損したときは、ロードモ
ニタによって破損を検出することができる。すなわち、
工具が破損する瞬間に異常負荷が作用し、これがモータ
の負荷に反映されるから、ロードモニタの検出値によっ
て工具の破損を知ることができる。一般には、ロードモ
ニタが設定値を超える瞬間的な負荷変動を検出したと
き、工具破損と判断して機械を急速停止させる。破損し
た工具で加工を続けると、特にドリル加工の場合などに
は、ワークや機械により重大な損傷を与えるからであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし工具が数ｍｍ以
下の細いドリルやタップであると、工具が破損したとき
に生ずる負荷変動は非常に小さく、モータの加減速や切
粉の絡まりなどによって生ずる負荷変動と区別すること
ができず、上述したような方法では正確に検出すること
ができない。

【０００６】図４は、直径１ｍｍのドリルによる加工途
中に工具が折損したときのロードモニタの出力信号の例
であるが、同図にＡで示す時点で工具の折損（初回）が
起こっており、折損した工具で加工を続けたことによ
り、Ｂの時点で工具の折損部がワークに当接して、加工
負荷が急激に変動している。同図からも分かるように、
初回の工具折損時に検出される負荷変動は非常にわずか
であり、このような微小な変動をも検出して機械を停止
させるようにすると、モータの加減速や何等問題のない
外乱などによって機械が度々停止するという事態が生
じ、却ってワークや工具に悪影響を与える。

【０００７】この発明は、ＮＣ工作機械の加工負荷を検
出するために従来から用いられているロードモニタを利
用して、小径ドリル等が破損した時の微小な負荷変動を
確実に検出することができる技術手段を得ることを課題
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のＮＣ工作機械
の工具破損検出方法は、工具送りモータ５の負荷信号ｅ
を検出しているロードモニタ１６を備え、このロードモ
ニタの検出値と予め設定された設定値とを比較するＮＣ
工作機械の工具破損検出方法において、工具送りモータ
５を制御しているサーボ制御装置７に与えられる位置指
令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号である位置
偏差信号ｃを監視し、工具破損時に生ずる位置偏差信号
ｃの変動を検出したとき、当該変動に基づきロードモニ
タ１６に与える負荷信号ｅを増幅することを特徴とする
ものである。

【０００９】またこの発明のＮＣ工作機械の工具破損検
出装置は、工作機械の工具送りモータ５の負荷を検出し
ているロードモニタ１６と、前記工具送りモータ５を制
御しているサーボ制御装置７と、このサーボ制御装置に
工具の位置指令ａを出力しているＮＣ装置８と、工具の
送り位置を検出してサーボ制御装置７に位置フィードバ
ック信号ｂを与えている位置検出手段１３と、前記位置
指令と位置フィードバック信号との差信号である位置偏
差信号ｃを設定値と比較する位置偏差検出器１７と、位
置偏差検出器の出力に基いてロードモニタ１６に与える
負荷信号ｅを増幅する増幅器１５とを備えているもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の装置の実施例を
示すブロック図である。チャック１で把持されたワーク
１０に刃物台２のタレット３に装着された小径ドリル４
で孔開け加工が行われている。このとき刃物台２には、
送りモータ５で回転駆動される送りネジ６により、ドリ
ル軸方向の送りが与えられている。

【００１１】送りモータ５を制御しているサーボ制御装
置７は、位置制御器１１と速度制御器１２とを備えてお
り、ＮＣ装置８からサーボ制御装置７に現在の工具位置
の指令値である位置指令ａが与えられている。刃物台２
には、その位置を検出するリニヤスケールなどの位置検
出器１３が装着されており、この位置検出器で検出され
た位置フィードバック信号ｂが、位置制御器１１の入力
側にフィードバックされ、位置指令ａと位置フィードバ
ック信号ｂとの差信号である位置偏差信号ｃが位置制御
器１１から出力されている。また送りモータ５には、回
転エンコーダなどの速度検出器１４が装着されており、
これにより検出された速度フィードバック信号ｄが、速
度制御器１２の入力側にフィードバックされて、位置偏
差（速度指令）ｃと速度フィードバック信号ｄとの差信
号に基いて、送りモータ５の速度を制御している。

【００１２】速度制御器１２の出力信号は、送りモータ
５に流れる電流値を変動させ、負荷信号ｅが増幅器１５
を経てロードモニタ１６に与えられている。また位置指
令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号である位置
制御器１１の出力ｃは、位置偏差検出器１７に与えら
れ、この位置偏差検出器の出力が、増幅器１５の増幅率
を制御している。位置偏差検出器１７に関連づけた位置
偏差設定器１８には、工具が折損したときに生ずる位置
偏差の変動パターンが設定されている。

【００１３】ロードモニタ１６には、比較器２１と上限
負荷設定器２２が設けられており、上限負荷設定器２２
には機械を緊急停止させる負荷が設定されている。

【００１４】定常状態においては、位置偏差信号ｃは、
位置偏差検出器１７で検出されているのみで、位置偏差
検出器１７は、増幅器１５に信号を出力していない。加
工中に小径ドリル４が破損して、そのときの負荷変動に
起因して位置偏差信号ｃが変動すると、位置偏差検出器
１７は、位置偏差設定器１８の設定値との対比によりこ
れを検出し、増幅器１５に工具破損信号ｆを出力する。
このとき、工具送り負荷の変動により、送りモータ５の
負荷信号ｅにも微小な変化が生ずる。工具破損信号ｆ
は、増幅器１５の増幅率を増大させるので、負荷信号ｅ
の微小な変位は増幅されて、ロードモニタ１６に与えら
れる。

【００１５】これにより、ロードモニタ１６に局部的に
増幅された負荷信号ｅが与えられ、工具破損時の負荷変
動が大きな信号変動となってあらわれる。

【００１６】図３は直径１ｍｍのドリルの折損時の位置
偏差信号ｃの変動を示したものであり、Ａは工具折損が
生じたときの変化であり、Ｂは折損した工具がワークに
当接することによって生じた位置偏差の変動である。こ
の図３に示す工具折損信号により、増幅器１５の増幅率
を大きくして負荷信号ｅを局部的に増幅した信号を図２
に示す。

【００１７】図２と図４との対比より明らかなように、
従来方法では、最初に工具の折損が生じたときに非常に
わずかな変位としてしか検出されなかった信号が、この
発明の方法及び装置によるときは、図２に示すＡ部分の
大きな信号変動となって表れるから、この信号変動をロ
ードモニタ１６の上限負荷設定器２２の設定値と比較す
ることにより、確実に工具破損を検出して機械を緊急停
止させることができる。

【００１８】なお、図３と図４との対比により明らかな
ように、位置偏差の検出のみによって従来のロードモニ
タの場合よりも確実に工具の破損を検出することができ
る。従って、位置偏差の検出値で直接工具破損を検出す
ることも可能であるが、この発明では、位置偏差の変動
をロードモニタの信号を増幅する信号として用いること
により、従来から行われているロードモニタによる負荷
検出をそのまま踏襲することが可能で、装置や制御シス
テムを大幅に変更することなく、工具破損をより的確に
検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図

【図２】この発明によるロードモニタの検出信号を示す
グラフ

【図３】工具破損時の位置偏差の変動を示すグラフ

【図４】従来方法による工具破損時のロードモニタの検
出信号を示すグラフ

【符号の説明】

５ 送りモータ ７ サーボ制御装置 ８ ＮＣ装置 13 位置検出器 15 増幅器 16 ロードモニタ 17 位置偏差検出器 ａ 位置指令 ｂ 位置フィードバック信号 ｃ 位置偏差信号 ｅ 負荷信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具送りモータ(5) の負荷信号(e) を検
   出しているロードモニタ(16)を備え、このロードモニタ
   の検出値と予め設定された設定値とを比較するＮＣ工作
   機械の工具破損検出方法において、工具送りモータ(5)
   を制御しているサーボ制御装置(7) に与えられる位置指
   令(a) と位置フィードバック信号(b)との差信号である
   位置偏差信号(c) を監視し、工具破損時に生ずる位置偏
   差信号(c) の変動を検出したとき、当該変動に基づきロ
   ードモニタ(16)に与える負荷信号(e) を増幅することを
   特徴とする、ＮＣ工作機械の工具破損検出方法。
2. 【請求項２】 工作機械の工具送りモータ(5) の負荷を
   検出しているロードモニタ(16)と、前記工具送りモータ
   (5) を制御しているサーボ制御装置(7) と、このサーボ
   制御装置に工具の位置指令(a) を出力しているＮＣ装置
   (8) と、工具の送り位置を検出してサーボ制御装置(7)
   に位置フィードバック信号(b) を与えている位置検出手
   段(13)と、前記位置指令と位置フィードバック信号との
   差信号である位置偏差信号(c) を設定値と比較する位置
   偏差検出器(17)と、位置偏差検出器の出力に基いてロー
   ドモニタ(16)に与える負荷信号(e) を増幅する増幅器(1
   5)とを備えている、ＮＣ工作機械の工具破損検出装置。