JPH11320201A - 溝加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具の損傷を検出して、危険回避を行うこと
のできる溝加工方法及び装置を提供する。 【解決手段】 溝加工装置の工具に作用する切削力を切
削力センサ２によって検出し、このセンサ出力を、積分
装置４ａによって工具１回転当たりの時間で積分した積
分値と、バッファ４ｃに記憶されている直前の積分値と
の差分を差分演算装置４ｂによって求める。そして、こ
の差分と欠損しきい値と比較して、その比較結果に基づ
いて、欠損判断装置４ｅは、工具欠損検出信号を出力す
る。また、積分装置４ａの出力した積分値を”切削送
り”の工程と”送り停止切削”の工程に分けて、記憶装
置４ｆに記憶する。平均値演算装置４ｇは、各工程毎に
２つの積分値の平均値を求め、さらに２つの積分値の平
均値の比を求める。摩耗判断装置４ｉは、この平均値比
を摩耗しきい値と比較して、その結果に基づいて、工具
摩耗検出信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、異型棒鋼
ロール等の溝（節）加工に主として用いられる溝加工装
置に係わり、特に切削加工時の工具摩耗及び欠損・折損
の検出をしながら加工をおこなうことができる溝加工方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、従来技術の圧延ロール等の加工を
行う溝加工装置について説明する。図１２は、溝加工装
置の一形態を示す一部破断の平面図である。この図にお
いて、符号Ａは溝加工装置であり、１１は駆動部、１２
はホルダ、１３は取付孔、１４はバイト、１５はバック
アップ、１６はセットピン、１７はナット、１８はセン
ター部材、２０は支持プレートを示している。

【０００３】溝加工装置Ａは、図１２に示すように棒状
体であってその基端が駆動部１１に連結されてその軸線
を中心として周方向に回転せしめられる高剛性のホルダ
１２と、該ホルダ１２の中央部にその径方向に沿って穿
設された取付孔１３と、台金１４ａにチップ１４ｂが固
着されて上記取付孔１３内に差し込まれるその台金１４
ａの周囲の一部に平面が形成されたバイト１４と、前記
ホルダ１２の外周面を押してその半径方向の振れを防止
するバックアップ１５と、前記ホルダ１２の先端から軸
線方向に沿って形成された挿入孔１２ａに挿入されその
先端面１６ａが前記取付孔１３内のバイト１４の台金１
４ａの平面に当接して該バイト１４を固定するセットピ
ン１６と、前記ホルダ１２の先端外周に形成されたねじ
部１２ｂに螺着され前記セットピン１６の後端面１６ｂ
を覆うとともに前記軸線方向に押圧するナット１７と、
該ナット１７の頭部を受けるセンター部材１８とを備え
ている。

【０００４】前記ホルダ１２は、その主要部または全体
を超硬合金等にて製造されて高剛性に構成されその基端
部１２ｃを駆動部１１に周知の手段で固着されている。
また、前記ナット１７とセットピン１６の後端面１６ｂ
との間には、該後端面１６ｂより広い支持面２０ａで後
端面１６ｂに当接する超硬合金で形成された円柱状の支
持プレート２０が配されている。

【０００５】前記ナット１７は、その頭部にホルダ１２
と同一の軸線を有した頭部孔１７ａが形成され、該頭部
孔１７ａには、同一軸線を有するテーパ状開口部１７ｂ
が穿設されている。該テーパ状開口部１７ｂは、バイト
１４による切削作業時に、円錐状の先端を有する前記セ
ンター部材１８が差し込まれてホルダ１２の回転を円滑
にするものである。

【０００６】前記バイト１４は、超硬合金製の台金１４
ａに超硬合金よりもはるかに高い硬度を持つダイヤモン
ドやＣＢＮを主成分とする超高圧合成材料で製造された
チップ１４ｂがロウ付けされている。前記セットピン１
６は、その先端面１６ａがバイト１４に当接した状態で
ホルダ１２の先端から突出しており、その後端面１６ｂ
がナット１７の内側に配された支持プレート２０に当接
している。

【０００７】次に、溝加工装置Ａを使用してロール８の
周面に設けられた溝底にこれを横切る節部を加工する方
法について説明する。図１２に示すように、バイト１４
を取付孔１３に挿入した後、セットピン１６を挿入孔１
２ａに挿入し、さらに、セットピン１６の後端面１６ｂ
に支持プレート２０を配した後、ホルダ１２のねじ部１
２ｂにナット１７を螺着させて締結することにより支持
プレート２０及びセットピン１６を軸線方向に押圧して
バイト１４を押圧・固定する。

【０００８】バイト１４を固着したホルダ１２を、その
基端部１２ｃを駆動部１１に装着してバイト１４を目的
のロール８の切削位置に対向させるとともに、テーパ状
開口部１７ｂにセンター部材１８を挿入し、またバック
アップ１５によりロール８と反対の側面を押さえる。こ
の状態で駆動部１１を作動させて、ホルダ１２と一緒に
バイト１４を回転させながらロール８に対してホルダ１
２を図１２において左方向に相対的に動かす（切削送
り）と、ロール８の溝底８ａがバイト１４のチップ１４
ｂによって切削され節部が加工されることになる。この
ような構成にすることによって、バイトに対して強い押
圧力を得ることができるので、高硬度の材料の切削が可
能であるなどの利点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイト
が強い押圧力を受けているために、バイトに取り付けら
れたチップが刃先状態の僅かな変化（工具の摩耗など）
に敏感に反応して、その結果として工具の損傷が生じ易
くなる。従来の溝加工装置にあっては、工具が損傷して
いる状態を気づかずに切削加工を続行することを回避す
る手段を備えていないために、切削中に工具の損傷が発
生しても、損傷した工具のままで切削加工が行われ、そ
の結果、被加工物に傷をつけてしまい、不良品となって
しまうという問題がある。本発明は、このような事情に
鑑みてなされたもので、工具の損傷を検出して、危険回
避を行うことのできる溝加工方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、棒状体であってその基端が駆動部に連結されてその
軸線を中心として周方向に回転せしめられるホルダと、
前記ホルダに取り付けられた工具によって被切削物を切
削する溝加工装置において、前記駆動部または前記ホル
ダに取り付けられ、前記ホルダの切削力を検出するセン
サと、前記センサの出力を、工具１回転当たりの時間で
積分して積分値を求める積分手段と、前記積分値を加工
工程別に分類して記憶する記憶手段と、分類して記憶さ
れた加工工程の異なる２つの前記積分値から積分値比を
求める演算手段と、工具の摩耗が進行しているか否かを
判断する摩耗しきい値を記憶するしきい値記憶手段と、
前記積分値比と前記摩耗しきい値とを比較して、その結
果に基づいて工具摩耗検出信号を出力する工具摩耗判断
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記溝加工装置
は、直前の積分値を記憶するバッファと、前記積分手段
において求められた積分値と前記バッファに記憶されて
いる値との差分を求める差分演算手段と、工具の欠損ま
たは折損が発生したか否かを判断する欠損しきい値を記
憶するしきい値記憶手段と、前記差分と前記欠損しきい
値とを比較して、その結果に基づいて工具欠損検出信号
を出力する工具欠損判断手段とをさらに備えたことを特
徴とする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記切削力を検
出するセンサは、磁歪式トルクセンサであることを特徴
とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、溝の加工を行う
工具の切削力を検出するセンサの出力を、第１の加工工
程の間の工具１回転当たりの時間で積分した第１の積分
値を得る処理過程と、前記センサ出力を、第２の加工工
程の間の工具１回転当たりの時間で積分した第２の積分
値を得る処理過程と、前記第１の積分値と前記第２の積
分値との比をしきい値と比較して結果を得る処理過程
と、前記比較結果に基づいて工具摩耗検出信号を出力す
る処理過程とを有することを特徴とする。

【００１４】請求項５に記載の発明は、前記第１の加工
工程は、切削送りの工程であり、前記第２の加工工程
は、送り停止切削の工程であることを特徴とする。

【００１５】請求項６に記載の発明は、前記摩耗しきい
値は、工具１回転当たりの送り量から求めることを特徴
とする。

【００１６】請求項７に記載の発明は、前記工具摩耗検
出信号に基づいて予め定められた危険回避処理を行うこ
とを特徴とする。

【００１７】請求項８に記載の発明は、前記第１の積分
値及び前記第２の積分値は、それぞれの平均値とするこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項９に記載の発明は、前記第１の積分
値は、前記第１の加工工程内の前記第１の積分値の最大
値とし、前記第２の積分値は、前記第２の加工工程内の
前記第２の積分値の最小値とすることを特徴とする。

【００１９】請求項１０に記載の発明は、溝の加工を行
う工具の切削力を検出するセンサの出力を、切削送り工
程の間の工具１回転当たりの時間で積分した第１の積分
値を得る処理過程と、前記第１の積分値と、前記第１の
積分値の直前の第２の積分値との差分を求める処理過程
と、前記差分としきい値とを比較して結果を得る処理過
程と、前記比較結果に基づいて工具欠損検出信号を出力
する処理過程と、を有することを特徴とする。

【００２０】請求項１１に記載の発明は、前記工具欠損
検出信号に基づいて予め定められた危険回避処理を行う
ことを特徴とする。

【００２１】請求項１２に記載の発明は、一対を互いに
接触させてこれらの間に被加工物を通過させることによ
り、該被加工物を所定の形状に加工する圧延ロールであ
って、外周に周方向への溝を有する圧延ロールの製造方
法において、請求項４ないし１１のいずれかに記載の溝
加工方法により工具の損傷を検出するとともに、前記溝
と略平行な軸を中心としてかつ前記溝の幅より大きな刃
先回転軌跡で工具を回転させることにより前記溝の一部
に凹部を形成することを特徴とする。

【００２２】請求項１３に記載の発明は、加工工程が切
削送りである時のセンサ出力値を工具１回転当たりの時
間で積分した積分値Ｉを算出する手順と、前記積分値Ｉ
から、バッファに記憶されている直前に算出された積分
値Ｉｂを減算して差分Ａを算出する手順と、前記差分Ａ
と工具欠損判断しきい値Ｂとを比較して、その結果に基
づいて工具欠損検出信号を出力する手順とをコンピュー
タに実行させるプログラムを記憶したことを特徴とす
る。

【００２３】請求項１４に記載の発明は、加工工程が切
削送りである時のセンサ出力値を工具１回転当たりの時
間で積分した積分値を算出してバッファＸに記憶する手
順と、加工工程が送り停止切削である時のセンサ出力値
を工具１回転当たりの時間で積分した積分値を算出して
バッファＹに記憶する手順と、バッファＸに記憶されて
いる値の平均値ＣとバッファＹに記憶されている値の平
均値Ｄとを算出する手順と、前記平均値Ｃと前記平均値
Ｄとから平均値比Ｒ＝Ｄ／Ｃを算出する手順と、前記平
均値比Ｒと工具摩耗判断しきい値Ｒｂとを比較して、そ
の結果に基づいて工具摩耗検出信号を出力する手順とを
コンピュータに実行させるプログラムを記憶したことを
特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
溝加工装置を図面を参照して説明する。図１２は、溝加
工装置の加工部を示す一部破断の平面図である。この図
において、符号Ａは溝加工装置の加工部であり、１１は
駆動部、１２はホルダ、１３は取付孔、１４はバイト、
１５はバックアップ、１６はセットピン、１７はナッ
ト、１８はセンター部材、２０は支持プレートを示して
いる。本発明による溝加工装置が、従来の装置と異なる
点は、加工部Ａの駆動部１１または、ホルダ１２にセン
サを取り付けたことと、新たに工具損傷検出部を設けた
ことである。

【００２５】図１は同実施形態の工具損傷検出部のブロ
ック図である。この図において、符号１は工具を制御す
る制御装置である。制御装置１は、予めプログラムされ
た加工工程にしたがって工具を制御する。この時、加工
工程（待機、早送り、切削送り、送り停止切削等）に沿
って、その加工工程を識別できる加工工程信号を出力す
る。また、工具摩耗検出信号または工具欠損検出信号が
入力されると、予め定められた危険回避処理を実行す
る。符号２は、磁歪式トルクセンサや切削動力計等の切
削力センサである。切削力センサ２は、溝加工装置の加
工部Ａの駆動部１１または、ホルダ１２に取り付けら
れ、工具が切削動作を行った際に発生する切削力（トル
クまたは切削抵抗）を検出して、電気信号に変換して出
力する。ここでは、切削力センサとして磁歪式トルクセ
ンサを用いた場合について説明する。

【００２６】符号３は、入出力処理部であり、センサア
ンプ３ａとＡ／Ｄ変換装置３ｂ、３ｃとＤ／Ａ変換装置
３ｄとから構成される。センサアンプ３ａは、センサ出
力を入力して、信号処理が行い易いレベルまで増幅し、
Ａ／Ｄ変換装置３ｂへ出力する。もう一方のＡ／Ｄ変換
装置３ｃは、加工工程信号を入力してＡ／Ｄ変換を行
い、出力する。Ｄ／Ａ変換装置３ｄは、２チャンネルの
Ｄ／Ａ変換回路有し、工具摩耗検出信号及び工具欠損検
出信号をそれぞれＤ／Ａ変換して制御装置１へ出力す
る。

【００２７】符号４は、工具損傷検出部であり、積分装
置４ａと、欠損検出部４１と摩耗検出部４２とからな
る。さらに、欠損検出部４１は、差分演算装置４ｂ、バ
ッファ４ｃ、欠損しきい値記憶装置４ｄ、欠損判断装置
４ｅとからなり、摩耗検出部４２は、記憶装置４ｆ、平
均値演算装置４ｇ、摩耗しきい値記憶装置４ｈ、摩耗判
断装置４ｉとからなる。

【００２８】積分装置４ａは、Ａ／Ｄ変換されたセンサ
出力を工具１回転当たりの時間で積分した積分値を順次
出力する。差分演算装置４ｂは、加工工程信号と積分値
とを入力して、バッファ４ｃに記憶されている値と積分
値との演算を行って出力する。欠損しきい値記憶装置４
ｄは、工具が欠損または折損しているか否かを判断する
ためのしきい値が記録されている。欠損判断装置４ｅ
は、欠損しきい値と差分演算装置４ｂの演算結果を比較
して、演算結果がしきい値を超えた場合に工具欠損検出
信号を出力する。

【００２９】記憶装置４ｆは、Ａ／Ｄ変換された加工工
程信号と積分値とを入力して、積分値を加工工程毎に分
類して、さらに時間経過順に記憶する。平均値演算装置
４ｇは、記憶装置４ｆに記憶されている積分値を読みだ
し、演算を行って結果を出力する。摩耗しきい値記憶装
置４ｈは、工具が摩耗しているか否かを判断するための
しきい値が記録されている。摩耗判断装置４ｉは、摩耗
しきい値と平均値演算装置４ｇの演算結果を比較して演
算結果がしきい値を超えた場合に工具摩耗検出信号を出
力する。

【００３０】次に、図９、１０、１１を参照して、切削
力センサの出力から工具の摩耗及び欠損・折損を検出す
る原理について説明する。図９に溝加工における切削力
の変化の一例を示す。図９において、ｘ軸は加工工程の
経過時間であり、ｙ軸は検出した切削トルクを示してい
る。この例では、”切削送り”による加工後、”送り停
止切削”による加工を行った場合の切削トルクの変化を
示している。切削トルクは、切削が進行して溝が深くな
ると、切削経路長が徐々に増加するため、切削経路長に
比例して切削トルクは増加する。すなわち、”切削送
り”時は、常に切削トルクは増加傾向を示すため、切削
トルクが増加から減少に転じたときに、工具が欠損また
は折損したと言える。図１０は、工具の欠損または折損
が発生した場合の切削トルクと切削トルクの積分値を示
した図である。図に示したように、工具の欠損または折
損が発生した場合に、切削力センサより得られる切削ト
ルクの積分値は、１回転前の切削トルクの積分値と比較
して減少する。

【００３１】したがって、工具の欠損または折損の検出
は、”切削送り”時に、工具の１回転前の切削トルクの
積分値と新たに得られた切削トルクの積分値を比較し
て、新たに得られた切削トルクの積分値が減少に転じ、
その減少量がしきい値を超えたか否かで判断されて検出
が行われる。

【００３２】次に、”切削送り”後に、送りを停止する
と、工具の送りによって弾性変形していた加工物、工
具、及び工作機械とのいずれかまたはその組み合わせの
変形が戻るために、切削トルクは、送りを停止したと同
時に０（ゼロ）となるわけではなく、加工物、工具、及
び工作機械とのいずれかまたはその組み合わせの変形分
だけ切削が行われた後に、切削トルクは０（ゼロ）に減
少する。したがって、”切削送り”加工後は、この弾性
変形分の加工に充分な時間だけ送りを停止した（送り停
止切削）後に、次の加工工程に移行する。

【００３３】図１１は、摩耗した工具と新しい工具とを
使用した時の切削力センサ出力の積分値の比較を示した
図である。図１１に示したように、新しい工具を使用し
た場合に比べ、摩耗した工具を使用した場合の送り停止
時の切削力センサ出力の積分値Ｄは、大きくなる。これ
は、工具が摩耗したことによって、切削送り時に正常な
切削が行われなかったために、送りを停止した時点で切
削する量が多いためである。

【００３４】すなわち、”送り停止切削”が行われた時
のセンサ出力の積分値が、”切削送り”が行われた時の
センサ出力の積分値に比べて減少量が少ない場合に工具
が摩耗していると言える。したがって、工具摩耗の検出
は、”切削送り”時のセンサ出力の積分値と”送り停止
切削”時のセンサ出力の積分値との比がしきい値を超え
たか否かで判断されて検出が行われる。

【００３５】次に図を参照して工具損傷検出の動作を説
明する。先ず、工具の欠損・折損検出について説明す
る。図２は、工具の欠損・折損を判断する手順を示した
図である。先ず、制御装置１上において、プログラムさ
れた加工工程にしたがって工具が制御されて切削加工が
開始されると、制御装置１は、同時に現在実行中の加工
工程に対応する加工工程信号を出力する。一方、切削力
センサ２は、切削力の変化を電気信号に変えたセンサ信
号として出力する。次に、センサ信号および加工工程信
号は入出力処理部３へ入力される。センサ信号は、信号
処理を行い易いレベルまでセンサアンプ３ａによって増
幅され、Ａ／Ｄ変換装置３ｂによってＡ／Ｄ変換されて
積分装置４ａに入力される。

【００３６】次に、積分装置４ａは、センサ信号を工具
１回転当たりの時間で積分したセンサ信号の積分値
「５．５」（図２（ア）参照）を求め、その積分値を差
分演算装置４ｂへ出力する。差分演算装置４ｂは、積分
値を入力すると同時にＡ／Ｄ変換装置３ｃを介して加工
工程信号を入力する。続いて、差分演算装置４ｂは、入
力された加工工程信号が”切削送り”であった場合は、
同時に入力された積分値「５．５」から、バッファ４ｃ
に記憶されている工具１回転前の積分値「６．０」（図
２（イ）参照）を減算して差分Ａを算出する（ここで
は、差分Ａは−０．５となる）。差分Ａの算出が終了し
た時点で、入力された積分値「５．５」をバッファ４ｃ
に格納して、工具１回転前の積分値を置き換える。

【００３７】次に、欠損判断装置４ｅは、差分演算装置
４ｂにおいて求めた差分Ａを入力し、同時に欠損しきい
値記憶装置４ｄに記憶されている欠損しきい値を入力す
る。続いて、欠損判断装置４ｅは、入力された差分Ａと
欠損しきい値との大小の比較を行う。この大小の比較結
果に基づいて、欠損判断装置４ｅは、工具欠損検出信号
を出力する。

【００３８】図３に前述した手順によって算出した差分
Ａ（積分値の変化量）の一例を示す。図３において、ｘ
軸は加工工程の経過時間であり、ｙ軸は、差分Ａ（積分
値の変化量）である。この図を見て分かるように、工具
の欠損が発生した時点で、差分Ａは、減少に転じてい
る。したがって、欠損しきい値は、ノイズによって減少
に転じる度合いを加味して、負の値のしきい値を設定す
ればよい。

【００３９】差分演算装置４ｂによって求めた積分値の
差分Ａが欠損しきい値を超えていた場合（しきい値は負
の値であるため差分Ａが欠損しきい値より小さい値であ
る場合）に欠損判断装置４ｅは、制御装置１に対して工
具欠損検出信号を出力する。出力された工具欠損検出信
号は、Ｄ／Ａ変換装置３ｄによってＤ／Ａ変換されて制
御装置１に入力される。また、積分値の差分Ａがしきい
値を超えていない場合（しきい値より大きい場合）は、
工具欠損検出信号は出力されず、加工工程が続行され
る。次に、制御装置１は、工具欠損検出信号を受けた場
合は予め定められたプログラム等にしたがって危険回避
等の処理を行う。危険回避処理は、加工工程を中止して
作業者に対して警報を発する等の処理を行う。このよう
に、切削中の工具の欠損または折損を検出して、危険回
避等の処理を行うようにしたので、直ちに切削を中止す
ることができる。

【００４０】なお、図１に示した欠損検出部４１は各装
置によって実施形態を実現して説明したが、同様の処理
はソフトウェアでも実現可能であるため、欠損検出部４
１をコンピュータプログラムによって実現してもよい。
図４は、欠損検出部４１をコンピュータプログラムで実
現した場合の工具欠損の検出手順を示したフローチャー
トである。この図を参照して、コンピュータプログラム
による工具欠損の検出手順を説明する。

【００４１】先ず、バッファＩｂをクリアする（ステッ
プＳ１）。次に、制御装置１から出力される加工工程信
号Ｍを入力する（ステップＳ２）。続いて、加工工程信
号Ｍが、”切削送り”であるか否かを判断する（ステッ
プＳ３）。この時、現時点での加工工程が”切削送り”
でなければ、ステップＳ１へ戻り、加工工程が”切削送
り”になるまで待機する。ステップＳ３において、加工
工程信号Ｍが、”切削送り”を示す信号であった場合
は、切削力センサ２の出力であるセンサ信号を入出力部
３を介して入力し、センサ信号を工具１回転当たりの時
間で積分した積分値Ｉを算出する（ステップＳ４）。続
いて、積分値ＩからバッファＩｂの値を減算して、差分
Ａを求める（ステップＳ５）。

【００４２】次に、工具欠損のしきい値Ｂを読み込み
（ステップＳ６）、続いて、差分Ａとしきい値Ｂとの大
小の比較をする（ステップＳ７）。次に、ステップＳ７
において、差分Ａがしきい値Ｂより大きい値の場合は、
積分値ＩをバッファＩｂに格納して（ステップＳ８）、
ステップＳ２へ戻る。ステップＳ７において、差分Ａが
しきい値Ｂより小さい値の場合は、工具欠損検出信号を
出力する。

【００４３】このように、”切削送り”時のセンサ信号
の積分値と工具１回転前の積分値との差分Ａを求め、こ
の差分Ａをしきい値Ｂとの比較して、その比較結果に基
づいて、工具欠損検出信号を出力することができる。

【００４４】次に、工具の摩耗検出について説明する。
図５は工具の摩耗を判断する手順を示した図である。図
５では、説明を簡単にするために”切削送り”時の積分
値が５件、”送り停止切削”時の積分値が３件として説
明する。また、積分装置４ａの動作は、前述した欠損・
折損を判断する場合と同様であり、積分装置４ａの出力
は、前述した差分演算装置４ｂに入力されると同時に記
憶装置４ｆに入力される。

【００４５】工具摩耗判断の動作は、先ず、積分装置４
ａはセンサ信号を工具１回転当たりの時間で積分したセ
ンサ信号積分値「２．２」（図５（ア）参照）を求め、
その積分値を記憶装置４ｆへ記憶する。この時、加工工
程信号は「切削送り」が出力されており、記憶装置４ｆ
は、Ａ／Ｄ変換された加工工程信号を入力し、得られた
積分値を加工工程と対応付けて記憶する。

【００４６】続いて、積分値を記憶しながら、加工工程
を実行していき、”送り停止切削”が終了したタイミン
グで、積分値の平均値の算出処理に移行する。この時点
で、記憶装置４ｆには「切削送り」の積分値として
「２．２」、「４．５」、「６．０」、「７．２」、
「９．１」（図５（ア）〜（オ）参照）が記憶されてお
り、「送り停止切削」の積分値として「６．２」、
「３．２」、「３．０」（図５（カ）〜（ク）参照）が
記憶されている。

【００４７】次に、平均値演算装置４ｇは、図６に示し
た演算式を用いて、２つの加工工程について積分値の平
均値を求め、さらに求めた積分値の平均値の比Ｒｄｗを
求める。図６に示した演算式において、Ｍｚ（ｔ）は切
削力センサ出力であり、Ｎｄｗは送り停止切削時の工具
の回転回数であり、Ｎｆｄは切削送り時の工具の回転回
数である。また、Ｔは工具の回転周期である。この時点
で、積分値の平均値を求めると、「切削送り」の積分値
の平均値Ｃは「５．８」（図５（ケ）参照）となり、
「送り停止切削」の積分値の平均値Ｄは「４．１」（図
５（コ）参照）となる。さらに平均値演算装置４ｇは２
つの積分値の平均値Ｃ、Ｄの比Ｄ／Ｃを求め、この値
「０．７１」を平均値比Ｒｄｗ（図５（サ）参照）とす
る。また、平均値演算装置４ｇは、「切削送り」の積分
値の最大値と「送り停止切削」の積分値の最小値の比を
求めてもよい。最大値と最小値を用いることによって、
平均値演算装置４ｇは各積分値の大小の比較を行うだけ
でよいので処理の負荷を低減でき、結果的に処理速度を
向上できる。

【００４８】次に、摩耗判断装置４ｉは、摩耗しきい値
記憶装置４ｈに記憶されているしきい値と平均値演算装
置４ｇで求めた積分値の平均値の比Ｒｄｗとの大小の比
較をする。図６に示した演算式によってＲｄｗを算出す
ると、前述した原理から、新しい工具を使用した場合
は、Ｒｄｗが相対的に小さい値になり、摩耗した工具を
使用した場合のＲｄｗは、相対的に大きい値となるはず
であるから、工具が摩耗したと認められる時のＲｄｗを
しきい値とすれば工具の摩耗が検出できる。

【００４９】図７に、図６に示した方法で求めた溝加工
における平均値の比Ｒｄｗの一例を示す。図７におい
て、ｘ軸は主軸１回転当たりの送り量であり、ｙ軸は平
均値比Ｒｄｗを示している。図７に示したように、正常
な工具（摩耗していない工具）の値に比べ、摩耗してい
る工具は高い値になっている。したがって、摩耗してい
ない工具の値より大きい値に摩耗しきい値を設定すれば
よい。平均値比Ｒｄｗは、工具１回転当たりの送り量に
ほぼ比例するため、これらの値からしきい値を決定すれ
ばよい。

【００５０】平均値演算装置４ｇによって求めた積分値
の平均値の比Ｒｄｗが摩耗しきい値を超えていた場合に
摩耗判断装置４ｉは、工作機械の制御装置に対して工具
摩耗検出信号を出力する。出力された工具摩耗検出信号
は、Ｄ／Ａ変換装置３ｄによってＤ／Ａ変換されて制御
装置１に入力される。また、積分値の比がしきい値を超
えていない場合は、工具摩耗検出信号は出力されず、加
工工程が続行される。

【００５１】次に、制御装置１は、工具摩耗検出信号を
受けた場合は予め定められたプログラム等にしたがって
危険回避等の処理を行う。危険回避処理は、加工工程を
中止して作業者に対して警報を発する等の処理を行う。
このように工具摩耗を検出して、危険回避等の処理を行
うようにしたので、工具が欠損または折損する前に工具
の交換を行うことができる。

【００５２】なお、図１に示した摩耗検出部４２は各装
置によって実施形態を実現して説明したが、同様の処理
はソフトウェアでも実現可能であるため、摩耗検出部４
２をコンピュータプログラムによって実現してもよい。
図８は、摩耗検出部４２をコンピュータプログラムで実
現した場合の工具摩耗の検出手順を示したフローチャー
トである。この図を参照して、コンピュータプログラム
による工具摩耗の検出手順を説明する。

【００５３】先ず、制御装置１から出力される加工工程
信号Ｍを入力する（ステップＳ１１）。次に、加工工程
信号Ｍが、”切削送り”であるか否かを判断する（ステ
ップＳ１２）。この時、現時点での加工工程が”切削送
り”でなければ、ステップＳ１１へ戻り、加工工程が”
切削送り”になるまで待機する。ステップＳ１２におい
て、加工工程信号Ｍが、”切削送り”を示す信号であっ
た場合は、切削力センサ２の出力であるセンサ信号を入
出力部３を介して入力し、センサ信号を工具１回転当た
りの時間で積分した積分値Ｉを算出する（ステップＳ１
３）。続いて、積分値Ｉを算出した時点の加工工程信号
Ｍを入力し（ステップＳ１４）、得られた加工工程信号
Ｍの内容に基づき、分岐する（ステップＳ１５）。

【００５４】次に、ステップＳ１５において、加工工程
信号Ｍが、”切削送り”であった場合は、積分値Ｉをバ
ッファＸに一時記憶して、ステップＳ１３へ戻る（ステ
ップＳ１６）。また、加工工程信号Ｍが、”送り停止切
削”であった場合は、積分値ＩをバッファＹに一時記憶
して、ステップＳ１３へ戻る（ステップＳ１７）。ま
た、ステップＳ１５において、加工工程信号Ｍが、”待
機”であった場合は、バッファＸ、Ｙをクリアして（ス
テップＳ２６、Ｓ２７）、ステップＳ１１へ戻る。

【００５５】次に、ステップＳ１５において、加工工程
信号Ｍが、”退避”であった場合は、バッファＸの内容
を読み込み（ステップＳ１８）、読み込まれた積分値Ｉ
の平均値Ｃを算出する（ステップ１９）。続いて、バッ
ファＹの内容を読み込み（ステップＳ２０）、読み込ま
れた積分値Ｉの平均値Ｄを算出する（ステップＳ２
１）。平均値の算出は、読み込まれた積分値Ｉの値の総
和を、読み込まれた積分値Ｉの総数で除算することによ
って求める。次に、求めた平均値Ｃ（”切削送り”時の
積分値Ｉの平均値）と平均値Ｄ（”送り停止切削”時の
積分値Ｉの平均値）との比Ｒ（Ｒ＝Ｄ／Ｃ）を算出する
（ステップＳ２２）。次に、工具摩耗判断のしきい値Ｒ
ｂを読み込み（ステップＳ２３）、求めた平均値の比Ｒ
としきい値Ｒｂとの大小の比較を行う（ステップＳ２
４）。

【００５６】次に、ステップＳ２４において、平均値の
比Ｒがしきい値Ｒｂより小さかった場合は、バッファ
Ｘ、Ｙをともにクリアして（ステップＳ２６、Ｓ２
７）、ステップＳ１１へ戻る。一方、ステップＳ２４に
おいて、平均値の比Ｒがしきい値Ｒｂより大きかった場
合は、制御装置１に対して、工具摩耗検出信号を出力す
る（ステップＳ２５）。

【００５７】このように、加工工程信号Ｍに基づいて、
積分値Ｉの値を、”切削送り”と”送り停止切削”とに
分けて、それぞれの積分値Ｉの値の平均値Ｃ、Ｄを算出
して、”切削送り”の平均値Ｃと”送り停止切削”の平
均値Ｄとの比Ｒを、しきい値Ｒｂと比較して、その比較
結果に基づいて、工具摩耗検出信号を出力することがで
きる。

【００５８】なお、図４に示した工具欠損検出手順及び
図８に示した工具摩耗検出手順のプログラムを、フレキ
シブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣ
カード、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能
な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプロ
グラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行させ
ることにより、工具の摩耗及び欠損の検出を行ってもよ
い。

【００５９】また、上記プログラムは、フロッピーディ
スク、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体や、ハードディスク等
の記憶装置等に、その全体あるいは一部が記録され、あ
るいは記憶されている。そのプログラムは、コンピュー
タにより読み取られて、動作の全部あるいは一部が実行
される。

【００６０】また、ここでいう記録媒体は、光磁気ディ
スク等のようにプログラムを静的に記録しているものに
限らず、インターネットの専用線、電話回線等の通信回
線を通してプログラムを送信する場合の通信回線のよう
に、短時間の間、動的にプログラムを保持しているも
の、その場合のサーバやコンピュータ内部のメモリのよ
うに、一定時間プログラムを保持しているものも含むも
のとする。

【００６１】このように、溝加工装置において、加工を
行うと同時に、ホルダ１２または駆動部１１に取付られ
た磁歪式トルクセンサの出力値の変化を、工具欠損検出
部４１及び工具摩耗検出部４２により検出することによ
って、工具の損傷を検出しながら圧延ロールの加工がで
きるため、工具の欠損や摩耗に起因する不良品の発生を
防止することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び２に
記載の発明によれば、単純な演算処理の組み合わせによ
る工具の摩耗または欠損の検出を行うようにしたため演
算装置に対する負荷も少なく、結果として高速な工具摩
耗及び工具欠損の検出が可能になるという効果が得られ
る。

【００６３】また、請求項３記載の発明によれば、切削
力を検出するセンサを磁歪式のトルクセンサとしたた
め、直接的に回転体のトルクを測定することができ、さ
らに高い応答性を有することから高精度で信頼性の高い
検出が可能になるという効果も得られる。また、請求項
４記載の発明によれば、第１の加工工程の積分値と、第
２の加工工程の積分値とを求め、工具の摩耗の度合いを
判断するパラメータを、加工工程の異なる２つのパラメ
ータとしたため、１つのパラメータで判断した場合に比
較して、摩耗の検出の精度を向上できるという効果が得
られる。

【００６４】また、請求項５記載の発明によれば、工具
が摩耗しているか否かの差が最も顕著に現れる２つの加
工工程での切削力の変化を比較するようにしたので工具
の摩耗度合いの検出精度が向上するという効果も得られ
る。また、請求項６記載の発明によれば、しきい値の設
定を工具１回転当たりの送り量から行うため、切削条件
の変更に伴うしきい値の設定が容易にできるという効果
も得られる。

【００６５】また、請求項７記載の発明によれば、工具
摩耗の検出に基づいて予め定められた危険回避処理を行
うようにしたため、工具の摩耗に起因する工具の欠損や
折損を未然に防止でき、さらに次の加工工程に移行する
ことを回避できるため、不良品の発生を防ぐことができ
る。また、工具の交換時期の管理を使用経過時間による
管理から摩耗の度合いによる定量的な管理に移行できる
ため、工具の長寿命化につながり工具費の削減ができる
という効果も得られる。また、請求項８記載の発明によ
れば、センサ出力を積分して、さらにその積分値の平均
値を求め、その値で工具摩耗の判断を行なうようにした
ため、各加工工程内で発生した瞬間的なセンサ出力変動
をキャンセルできるという効果も得られる。

【００６６】また、請求項９記載の発明によれば、得ら
れた積分値から各加工工程内の積分値の最大値と最小値
を抽出すればよいので、演算処理の負荷を軽減できるた
め処理速度を向上できるという効果も得られる。また、
請求項１０記載の発明によれば、工具１回転毎の切削力
センサ出力の積分値の変化を工具１回転前の積分値と比
較し、その変化率によって工具の欠損または折損を検出
するようにしたため、工具の１回転毎に工具の欠損・折
損をリアルタイムで検出できるという効果が得られる。

【００６７】また、請求項１１記載の発明によれば、工
具欠損または折損の検出に基づいて予め定められた危険
回避処理を行うようにしたため、直ちに加工工程を中止
することができるために、不良品の発生を防ぐことがで
きるという効果が得られる。また、請求項１２記載の発
明によれば、外周に周方向への溝を有する圧延ロールの
製造方法において、工具摩耗の検出方法によって工具の
摩耗を検出しながら溝加工を行うようにしたので、工具
摩耗の進行に起因する工具の欠損や折損を未然に防止で
き、結果的に不良品の発生を防止できるという効果が得
られる。

【００６８】また、請求項１３及び１４記載の発明によ
れば、工具摩耗及び工具欠損検出の判断を行うプログラ
ムを記録媒体に記録して、コンピュータによって実行す
るようにしたので、専用の装置を必要とせず、パーソナ
ルコンピュータ等の一般的な機器で工具摩耗及び工具欠
損検出を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示す実施形態において工具欠損の判断手
順を示した説明図である。

【図３】図２に示した手順によって算出した積分値の変
化量の一例を示す説明図である。

【図４】図１に示す工具欠損検出部４１をコンピュータ
プログラムで実現した場合の工具欠損検出手順を示した
フローチャートである。

【図５】図１に示す実施形態において工具摩耗の判断手
順を示した説明図である。

【図６】図１に示す工具摩耗検出部４２において積分値
の平均値比Ｒｄｗを算出する方法を示した説明図であ
る。

【図７】図６に示す算出方法で溝加工における平均値比
Ｒｄｗを算出した結果の一例を示す説明図である。

【図８】図１に示す工具摩耗検出部４２をコンピュータ
プログラムで実現した場合の工具摩耗検出手順を示した
フローチャートである。

【図９】溝加工における切削トルクの変化を示した説明
図である。

【図１０】工具欠損時の切削力の変化の一例を示した説
明図である。

【図１１】工具摩耗時の切削力に変化の一例を示した説
明図である。

【図１２】溝加工装置の加工部Ａの一形態を示す一部破
断の平面図である。

【符号の説明】

１・・・制御装置、２・・・切削力センサ、３・・・入
出力部、３ａ・・・センサアンプ、３ｂ・・・Ａ／Ｄ変
換装置、３ｃ・・・Ａ／Ｄ変換装置、３ｄ・・・Ｄ／Ａ
変換装置、４・・・工具損傷検出部、４１・・・工具欠
損検出部、４２・・・工具摩耗検出部、４ａ・・・積分
装置、４ｂ・・・差分演算装置、４ｃ・・・バッファ、
４ｄ・・・欠損しきい値記憶装置、４ｅ・・・欠損判断
装置、４ｆ・・・記憶装置、４ｇ・・・平均値演算装
置、４ｈ・・・摩耗しきい値記憶装置、４ｉ・・・摩耗
判断装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 敏一 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田1528 三菱マテリアル株式会社岐阜製作所内 (72)発明者 飯吉 寛 東京都千代田区大手町１−５−１ 三菱マ テリアル株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状体であってその基端が駆動部に連結
   されてその軸線を中心として周方向に回転せしめられる
   ホルダと、 前記ホルダに取り付けられた工具によって被切削物を切
   削する溝加工装置において、 前記駆動部または前記ホルダに取り付けられ、前記ホル
   ダの切削力を検出するセンサと、 前記センサの出力を、工具１回転当たりの時間で積分し
   て積分値を求める積分手段と、 前記積分値を加工工程別に分類して記憶する記憶手段
   と、 分類して記憶された加工工程の異なる２つの前記積分値
   から積分値比を求める演算手段と、 工具の摩耗が進行しているか否かを判断する摩耗しきい
   値を記憶するしきい値記憶手段と、 前記積分値比と前記摩耗しきい値とを比較して、その結
   果に基づいて工具摩耗検出信号を出力する工具摩耗判断
   手段と、 を具備してなる溝加工装置。
2. 【請求項２】 前記溝加工装置は、 直前の積分値を記憶するバッファと、 前記積分手段において求められた積分値と前記バッファ
   に記憶されている値との差分を求める差分演算手段と、 工具の欠損または折損が発生したか否かを判断する欠損
   しきい値を記憶するしきい値記憶手段と、 前記差分と前記欠損しきい値とを比較して、その結果に
   基づいて工具欠損検出信号を出力する工具欠損判断手段
   と、 をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の溝加
   工装置。
3. 【請求項３】 前記切削力を検出するセンサは、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２
   に記載の溝加工装置。
4. 【請求項４】 溝の加工を行う工具の切削力を検出する
   センサの出力を、第１の加工工程の間の工具１回転当た
   りの時間で積分した第１の積分値を得る処理過程と、 前記センサ出力を、第２の加工工程の間の工具１回転当
   たりの時間で積分した第２の積分値を得る処理過程と、 前記第１の積分値と前記第２の積分値との比をしきい値
   と比較して結果を得る処理過程と、 前記比較結果に基づいて工具摩耗検出信号を出力する処
   理過程と、を有することを特徴とする溝加工方法。
5. 【請求項５】 前記第１の加工工程は、切削送りの工程
   であり、 前記第２の加工工程は、送り停止切削の工程であること
   を特徴とする請求項４記載の溝加工方法。
6. 【請求項６】 前記摩耗しきい値は、工具１回転当たり
   の送り量から求めることを特徴とする請求項４または５
   記載の溝加工方法。
7. 【請求項７】 前記工具摩耗検出信号に基づいて予め定
   められた危険回避処理を行うことを特徴とする請求項４
   ないし６のいずれかに記載の溝加工方法。
8. 【請求項８】 前記第１の積分値及び前記第２の積分値
   は、それぞれの平均値とすることを特徴とする請求項４
   ないし７のいずれかに記載の溝加工方法。
9. 【請求項９】 前記第１の積分値は、前記第１の加工工
   程内の前記第１の積分値の最大値とし、前記第２の積分
   値は、前記第２の加工工程内の前記第２の積分値の最小
   値とすることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか
   に記載の溝加工方法。
10. 【請求項１０】 溝の加工を行う工具の切削力を検出す
    るセンサの出力を、切削送り工程の間の工具１回転当た
    りの時間で積分した第１の積分値を得る処理過程と、 前記第１の積分値と、前記第１の積分値の直前の第２の
    積分値との差分を求める処理過程と、 前記差分としきい値とを比較して結果を得る処理過程
    と、 前記比較結果に基づいて工具欠損検出信号を出力する処
    理過程と、を有することを特徴とする溝加工方法。
11. 【請求項１１】 前記工具欠損検出信号に基づいて予め
    定められた危険回避処理を行うことを特徴とする請求項
    １０に記載の溝加工方法。
12. 【請求項１２】 一対を互いに接触させてこれらの間に
    被加工物を通過させることにより、該被加工物を所定の
    形状に加工する圧延ロールであって、外周に周方向への
    溝を有する圧延ロールの製造方法において、請求項４な
    いし１１のいずれかに記載の溝加工方法により工具の損
    傷を検出するとともに、前記溝と略平行な軸を中心とし
    てかつ前記溝の幅より大きな刃先回転軌跡で工具を回転
    させることにより前記溝の一部に凹部を形成することを
    特徴とする圧延ロールの製造方法。
13. 【請求項１３】 加工工程が切削送りである時のセンサ
    出力値を工具１回転当たりの時間で積分した積分値Ｉを
    算出する手順と、 前記積分値Ｉから、バッファに記憶されている直前に算
    出された積分値Ｉｂを減算して差分Ａを算出する手順
    と、 前記差分Ａと工具欠損判断しきい値Ｂとを比較して、そ
    の結果に基づいて工具欠損検出信号を出力する手順と、
    をコンピュータに実行させるプログラムを記憶したコン
    ピュータ読み取り可能な記録媒体。
14. 【請求項１４】 加工工程が切削送りである時のセンサ
    出力値を工具１回転当たりの時間で積分した積分値を算
    出してバッファＸに記憶する手順と、 加工工程が送り停止切削である時のセンサ出力値を工具
    １回転当たりの時間で積分した積分値を算出してバッフ
    ァＹに記憶する手順と、 バッファＸに記憶されている値の平均値ＣとバッファＹ
    に記憶されている値の平均値Ｄとを算出する手順と、 前記平均値Ｃと前記平均値Ｄとから平均値比Ｒ＝Ｄ／Ｃ
    を算出する手順と、 前記平均値比Ｒと工具摩耗判断しきい値Ｒｂとを比較し
    て、その結果に基づいて工具摩耗検出信号を出力する手
    順と、をコンピュータに実行させるプログラムを記憶し
    たコンピュータ読み取り可能な記録媒体。