JPS6128462B2

JPS6128462B2 -

Info

Publication number: JPS6128462B2
Application number: JP52033402A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakazawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1986-06-30
Also published as: JPS53119484A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、フライス切削やドリル切削などの機
械加工で使用するフライスあるいはドリル等の切
削工具の摩耗や破損を検出する装置に関するもの
である。

従来、フライス盤やドリル盤などの切削機械に
おいて、切削工具による切削中に切削工具の刃先
の摩耗状態を検出する方法はなかつた。従来法と
して、主軸駆動用モータ電流値の大きさにより重
切削時の切削工具摩耗を推定する方法はあつた
が、軽切削の場合にはこの方法では切削工具摩耗
を検知できない。この対策として、切削力検出器
を切削工具に取付ることも考えられるが、この方
法は切削時の剛性を損なうという欠点がある。

また、切削終了後にポストプロセスで切削工具
摩耗を測定する方法としては切削工具刃先形状を
何らかの方法で測定する方法はあつたが、測定に
時間がかかり、また人手を要し、それを自動的に
測定すると測定誤差が多くなる等の欠点があつ
た。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点に鑑
み、工作機械において、切削工具と工具刃物台、
または主軸を支持するベツドと本体の間を絶縁物
で電気的に絶縁させて工作機械本来の剛性を損ね
て加工精度を低下させることなく、しかも主軸を
回転自在に支持するベアリングを絶縁物として取
扱うことによりこのベアリングの回転による高電
気抵抗の大幅な変動に関係なく、運転中に切削工
具の刃先の状態を高感度でもつて検出できるよう
にした切削工具の故障検出装置を提供することに
ある。

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
工作機械において、工作機械の外枠ベアリングで
回転自在に支持され、且つ一端に切削工具が取付
られ、回転駆動される主軸を設け、被加工物を載
置したテーブルを設け、上記主軸の他端で、且つ
その軸心に接触させて電気的導通を取る電気接点
を設け、該電気的接点と上記主軸と上記切削工具
と上記テーブルと電源と抵抗とからなる直列回路
を設け、上記抵抗から検出される電流信号の内、
低周波数成分と高周波数成分とを抽出する第１及
び第２のフイルタを設け、該第１及び第２のフイ
ルタから得られる信号の内、少なくとも何れかに
より切削工具の刃先の状態を検出する検出手段を
設け、上記ベアリングを絶縁物として取扱うこと
によりベアリングが持つている高抵抗で回転に伴
つてその値が大幅に変動することに関係なく、切
削工具の刃先の状態を高感度で検出するようにし
たことを特徴とする切削工具の故障検出装置であ
る。

以下本発明の具体的実施例を添付図に従つて説
明する。

第１図は本発明をフライス盤に応用した場合の
一実施例で、説明を簡単にするために切削工具を
取付ける主軸部分のみを示し、それに電気回路を
接続してある。

第１図において、１はスライス盤の外枠を示
し、回転主軸３はこの外枠１にベアリング２を介
して取付けてある。４は主軸３の先端に取付けら
れたフライス、５はテーブル６に設置されたワー
クを示す。また、７はフライス４を取付けた主軸
３の他端に電気的に接続した電気接点で、この接
点７を通してフライス４とワーク５が接触したと
き電気的閉回路を形成するよう直流電源９が設け
てある。８はそのフライス４とワーク５が接触
し、電粒の変化分を検出する抵抗、１０は抵抗８
による検出電流を増幅する差動増幅器、１１〜１
３は差動増幅器１０の出力部に設けたローパス・
フイルタ、バンドパス・フイルタ、ハイパス・フ
イルタであり、１４は各々のフイルタ１１〜１３
の出力部に設けたコンパレータである。

第１図において、フライス４を取付けた側とは
反対側の主軸３の端面中心部に電気接点７を押し
当て、この電気接点７とテーブル６との間に直流
電源９により微小電圧（例えば10mV）を印加す
る。主軸３が回転していてフライス４とワーク５
が接触していないときは、主軸ベアリング２が電
気的に高抵抗を保つので抵抗８には殆ど電流が流
れない。即ち、主軸ベアリング２は、通常油膜作
用によつて軸受の役目をしている関係で絶縁状態
で高抵抗となり、この主軸ベアリング２には殆ど
電流は流れない。そして、切削工程に入り、フラ
イス４とワーク５が接触すると電気接点７、主軸
３、フライス４、ワーク５、及びテーブル６と抵
抗の小さい電気的直列回路が形成され、抵抗８に
微小の電流が流れ、差動増幅器１０からVoutが
出力される。このように上記主軸ベアリング２を
絶縁物として取扱うことによりこの主軸ベアリン
グ２が持つている高抵抗で回転に伴つてその値が
大幅に変動したとしても、フライス４とワーク５
が接触した際得られる微弱な信号に対してノイズ
としてのこることがなく、フライスの刃先の状態
を高感度で検出できる。そして、切削工程に入
り、フライス４とワーク５が接触すると主軸３と
テーブル６とが電気的に接続され、抵抗８にある
電流が流れる。この電流値はフライス４とワーク
５の接触状態により微妙に変化するので、これを
測定することによりフライス刃先の状態を検出し
ようとするものである。すなわち、抵抗８の電位
差を差動増幅器１０で増幅し、その出力
（Vout）をローパス・フイルタ１１、バンドパ
ス・フイルタ１２、ハイパス・フイルタ１３によ
り周波数分析して各周波数成分の大きさがどのよ
うであるかを検出するものであるが、各フイルタ
の出力の大きさが基準値V₁，V₂，V₃比較して、
大きいか小さいかをそれぞれのコンパレータ１４
で比較し、刃先の状態を知る。なお、比較結果に
よるフライスの刃先の状態は、後記説明の第２図
〜第４図において説明する。

第２図はドリル1.5φ，回転数1800rpmによる
ドリル穴あけ作業において、ドリルの折損の有無
を上述した方法により検出した例である。Vout
出力をローパス・フイルタ１１とハイパス・フイ
ルタ１３により、低周波数成分と高周波数成分と
に分けている。ローパス・フイルタ（LPF）出力
によつて回転周波数成分を抽出することにより、
Vout出力がドリル１回転の周期性をもつている
ことがわかる（図中、Ｔ）。この１回転の周期性
が乱れたことによりドリル穴あけ状態に変化が生
じたことがわかる。また、穴が一番深くなつたと
ころでドリル先端が折損したために、ドリルとワ
ークの接触状態が瞬間的に悪くなつていることが
検知できる（図中、Ｑ）。

即ち、穴あけ工程において、ドリルの先端及び
側面とワークとが接触して導通が取れる共にそこ
に熱起電力が生じ、ドリル一回転の偏心により、
ドリルのワークへの押し付け力が変動し、特に熱
起電力が変動し、ローパス・フイルタ（LPF）か
ら第２図に示すように一回転周期の変動をする低
周波数信号が検出される。また、ドリル折折損時
には電気抵抗が大きくなると共に熱起電力が零近
くになり、ローパス・フイルタ（LPF）から検出
される低周波数信号が同図中Ｑのように瞬間的に
零近い値を示す。また、ドリル先端が折損してい
るため、穴あけの戻り行程でドリルが振動的にな
り、かつ平均値的にはドリルとワークの接触状態
が戻り行程で悪くなつていることが第２図のそれ
ぞれの出力波形より検知できる。また、ドリル折
損を検出する別の方法として、穴あけ行程と戻り
行程でドリルがワークと接触している時間長さを
測定することによつても検出できる。すなわち、
ドリルが穴あけ行程で折損した場合には、折損し
た長さ分だけ戻り行程でドリルとワークの接触時
間長さが短くなるので、それを検出することによ
りドリル折損が検出できる。

また、第３図および第４図は、エンドミル（４
刃、30φ）、回転数210rpm、送り速度150mm/min
による側面切削時の出力波形の例で、第３図が新
しいエンドミルを使用した場合であり、１は切削
中を示し、２は送り停止直後を示す。また第４図
が摩耗したエンドミルを使用した場合であり、１
は切削中を示し、２は送り停止直後を示す。これ
らの図に示された出力信号波形が生じるのは第２
図に示すのと同じく押し付け力の変動による。エ
ンドミルは断続切削であるので、波形図からエン
ドミルとワークが１回転に刃数の回数（図では４
回）だけ接触することがわかる。第３図１におい
ては、エンドミルとワークが非接触であるべき時
間内に接触電圧が観察されていることがわかる
（図中、Ｐ）。

また、切削工具の摩耗をインブロセスで検出す
る場合は、切削工具に微小切込量を与えて切削工
具の切れ味の良さを直接検出するものであるが、
この微小切込量を与え方法として、切削中に送り
を一時停止すればよい。この時、新しい工具では
殆ど削り残しを生じないために、第１図に示した
切削工具とワーク間の接触状態が電気的に悪くな
り、そこを電流が余り流れがなくなるので、切削
工具接触抵抗出力Voutの低周波数成分も高周波
数成分も切削中より小さくなる（第３図２の
R₁，R₂）。逆に摩耗した切削工具では、送りを一
時停止したときに削り残しを生ずるので、切削工
具とワーク間の接触状態が電気的に良いため、出
力Voutの低周波数成分の大きさは切削中と余り
かわらない（第４図２参照）。これにより切削工
具の摩耗の検出が可能となる。また、切削中の出
力Voutのハイパス・フイルタ出力成分の大き
さ、または周波数により切削工具の摩耗の有無を
検出することも可能である。

以上説明した如く本発明によれば、従来のよう
に絶縁物を介在させて工作機械の剛性を低下させ
て加工精度を損うことなく、一端に切削工具を取
付けた主軸の他端軸心に電気接点を設けるだけの
簡単な構造でもつて電気接点、主軸、切削工具、
及びテーブルを電気的直列回路を形成し、主軸ベ
アリングを絶縁物として取扱い、この電気的直列
回路に微小電圧を印加し、周波数特性の異なる第
１、第２のフイルタによりその切削工具とワーク
との接触状態を電気的に検出するように構成した
故、切断中しかもインプロセスでもつて切削工具
とワークとの接触状態を時間の要素と振動の要素
とで別々に検出でき、切削工具の刃先状態、特に
摩耗及び折損状態を高感度で検出することができ
る。また、本検出装置は構造的にも簡単で、殆ど
全ての工作機械に簡単に取付けができ、汎用性が
高い。また、価格的にも安く製作できる。更にま
た、本検出装置を取付けることによつて工作機械
本来の性能（剛性、作業性など）を損うこともま
い等と、数々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明の一実施例を示すものであつ
て、第１図は切削工具の故障検出装置の具体的構
成図、第２図はドリル穴あけ作業において、ドリ
ルの異常状態を本発明の装置で検出した波形図、
第３図は新しいエンドミルで切削した場合の検出
出力波形図、第４図は摩耗したエンドミルで切削
した場合の検出出力波形図である。１……フライス盤外枠、２……ベアリング、３
……主軸、４……フライス、５……ワーク、６…
…テーブル、７……電気接点、８……抵抗、９…
…電源、１０……差動増幅器、１１〜１３……フ
イルタ、１４……コンパレータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１工作機械において、工作機械の外枠にベアリ
ングで回転自在に支持され、且つ一端に切削工具
が取付けられ、回転駆動される主軸を設け、被加
工物を載置したテーブルを設け、上記主軸の他端
で、且つその軸心に接触させて電気的導通を取る
電気接点を設け、該電気接点と上記主軸と上記切
削工具と上記テーブルと電源と抵抗とからなる直
列回路を設け、上記抵抗から検出される電流信号
の内、低周波数成分と高周波数成分とを抽出する
第１及び第２のフイルタを設け、該第１及び第２
のフイルタから得られる信号の内、少なくとも何
れかにより切削工具の刃先の状態を検出する検出
手段を設けたことを特徴とする切削工具の故障検
出装置。