JPS6149041B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加工機械の工具の折損自動検出装置に
係り、特に多軸ボール盤における折損工具を通電
法により検出するようにした加工機械の工具の折
損自動検出装置に関する。

従来から、ドリルやエンドミル、タツプなどの
穴加工工具の折損を検出する方法として、工具先
端位置を触針式あるいは光学式方法で測定するも
のが知られているが、これらの方法は信頼性、作
業性の点で実用上の欠点がある。

この欠点に対処するものとして、通電流による
方法（特願昭52−33402）が提案されているが、
この方法では、接触式の電気接点を主軸端部に組
込む必要があるため、多軸ボール盤のように複数
軸の先端にドリルが装着されている場合には、接
点の取付け、交換が困難で実用的でない。

更に、従来例に特開昭51−44387号がある。こ
れは、多軸タツプマシンのタツプ折損検出装置に
関し、金具とスピンドルとタツプ（P.452.上段左
欄４行〜７行）との間を「導通状態」に維持する
やり方をとる。従つて、上記従来例と同じく、金
属接触による電気接触式ととる。この電気接触式
では、接触部での摩耗が問題となり、測定精度の
低下の欠点を持つ。

一方、特開昭53−66081号がある。これは、同
一工具で複数加工をシリアルに行なうとの加工機
械での工具の折損検出装置に関する。接触検出装
置を用いて折損検出を行なうとのやり方をとる
が、いかなる接触検出装置を使用するかは開示さ
れておらず、電気的処理を主題とする発明であ
る。

また、特開昭51−44387号、特開昭53−66081号
は、共に加工機械の一部に絶縁物を設けた構成に
係る（特開昭51−44387号では、その図面第１図
で示された絶縁物６が相当。特開昭53−66081号
では、その図面第１図に示された絶縁物５が相
当）。

絶縁物を設けた理由は、特開昭51−44387号で
は、以下となる。トランス−テーブル−タツプ−
スピンドル−スピンドル取付金具−ランプとを介
して形成された測定回路の他に、トランス−テー
ブル−タツプ−スピンドル−自在継手−スピンド
ル取付金具−ランプとを介してなる補助回路が形
成され一般的にはこの補助回路が測定回路に悪影
響を与え、測定精度を低下させると考えられてお
り（この考え方は、特開昭53−66081号でも同じ
である）そこで絶縁物を設けたものと思われる。
しかし、加工機械の一部に絶縁物を設けると、工
作機械の剛性が損なわれ振動や負荷変動が大きく
なり加工精度が劣化し、問題となる。従つて、絶
縁物を使用しないで、且つ測定精度を低下させな
いで、折損の検出を行なうことが要求される。

本発明の目的は、電気接点の取付け、交換が容
易で、且つ長寿命の測定を可能とし、且つ絶縁物
を使用しないでも高精度の検出を可能とする折損
工具の自動検出装置を提供するにある。

本発明は、加工機自体に絶縁物を設けない加工
機械を対象とすること、工具を駆動する軸系に非
接触式の容量式接点を設けたこと、この接点によ
るキヤパシタンスと測定インピーダンスとにより
折損の有無を高精度検出をはかることとしたこ
と、を主たる内容とする。

以下、本発明を工具としてドリルを用いた多軸
ボール盤に適用した第１図の実施例よより詳細に
説明する。同図において、プーリ１は駆動モータ
（図示されず）側からベルト駆動され、ギヤ２を
介してその外周上に配置されたピニオン３１〜３
４を回転させる。各ピニオン３１〜３４の軸には
連結軸４１〜４４が接続され、ドリル装着用の軸
へ力が伝達される。ドリル装着用の軸先端部には
ドリル６１〜６４が各々装着されている。ワーク
７（導電性）はテーブル８（導電性）に載せら
れ、テーブルは加工機外枠１０に取付けられた摺
動部９に沿つて送り方向へ送られる。この多軸ボ
ール盤は、図から明らかなように、その一部に絶
縁物を使用していない。従つて、電気回路として
は、下記の２つが形成される。第９図に具体的に
示す。

測定回路…交流電源１１１−測定インピーダン
ス１２１−テーブル８−ワーク７−容量式接点５
１−交流電源１１１。

補助回路…交流電源１１１−測定インピーダン
ス１２１−テーブル８−摺動部９−加工機外枠１
０−プーリ１−ギヤ２−ピニオン３１−連結軸４
１−容量性接点５１−交流電源。

補助回路は本来不用な回路である。この測定回
路と補助回路とを含めた等価回路を第１０図に示
す。図で、Ｃは容量性接点によるキヤパシタンス
成分、抵抗R₁は測定回路による工具−ワーク間
抵抗成分、抵抗R₂は補助回路による連結軸４１
−摺動部（ガイド部）９間の抵抗成分で、具体的
には回転軸や歯車の軸受部の抵抗である。抵抗
R₂は主として軸受による接触抵抗成分による。
一般にR₂は数100Ω，R₁は１Ω以下であり、R₂≫
R₁とみてよい。

測定インピーダンスZ₁による測定電圧V₁は、 R₂≫R₁より、(1)式は、 となる。但し、Ｚは回路全体のインピーダンスで
ある。測定電圧V₁は、R₁とZ₁とＣとによつて定
まることとなり、特にZ₁のリアクタンス成分Ｌと
キヤパシタンスＣとが直列共振の時に、測定電圧
は最大となる。従つて、直列共振条件下では、大
なる測定電圧となることより、測定精度は一段と
向上する。勿論、直列共振条件でなくとも、測定
精度は高い。

尚、キヤパシタンスＣは、後述する第２より明
らかなように、円筒形状体５１と連結軸４１との
間で形成される空気または油等を誘電体とする容
量成分である。

本発明の特徴とする円筒形状の容量式接点５１
〜５４は、各々軸系（第１図は連結軸４１〜４
４）外周に取付けられる。この接点と軸系の間
は、直接的な金属接触による摩耗が生じないよう
に、両者間を油膜等で保護することが可能であ
る。第１図の連結軸４１〜４４は両端接続部が取
はずし可能になつており、容量接点の挿入が容易
に行ない得る。

各々の容量接点５１〜５４とテーブル８との間
には、交流電源１１１〜１１４と測定用インピー
ダンス１２１〜１２４とが各々直列に接続されて
いる。従つてドリル６１〜６４がワーク７に接触
すると、容量接点５１〜５４のキヤパシタンスを
通じて交流がドリルとワークの間を流れ、測定回
路が形成される。ドリルがワークに接していない
状態でも、軸系が加工機外枠１０に軸受支持され
ているため、軸受部キヤパシタンスを通じて若干
の交流が流れるが、ドリルがワークに接した時に
流れる電流の方がはるかに大きい値となるから、
この接触時点は容易に検出できる。

第２図に容量接点の詳細な構成例を示すが、円
筒型容量接点５１は外周において回り止め具１３
（絶縁性）により回り止めされており、導線１４
を介して交流が印加される。

第３図は以上のようにして通電された交流電流
により、測定用インピーダンス１２１〜１２４の
両端に生じる電圧V₁，V₂，V₃，V₄を検出してそ
の変化により工具折損を判定する回路である。こ
の回路では、まず増幅器１５１〜１５４で入力
V₁〜V₄を増幅し、搬送波である交流成分をバン
ドパスフイルタ１６１〜１６４で抽出し、整流回
路１７１〜１７４で整流した後、ローパス・フイ
ルタ１８１〜１８４に通してリツプルを除去し、
その出力Ｖ_s1〜Ｖ_s4をコンパレータ１９１〜１９
４により設定値Vref₁〜Vref₄と比較して、これら
の設定値より大きい入力の時にドリルとワークの
接触時点を第４図のように判定する。

第５図はコンパレータ出力Ｖ_t1〜Ｖ_t4の例を示
すが、これによりドリルとワークの接触位置を時
間的に把握することが可能である。送りが開始さ
れてから４本のドリルが次々にワークに接触する
までの時間間隔を第５図のごとくT₁，T₂，T₃，
T₄として測定し、記憶判定部２０に記憶してお
く。このようにして各穴あけ行程毎にこの時間間
隔T₁，T₂，T₃，T₄（または時間間隔の比）を測
定し、記憶判定部２０に記憶されているデータと
比較して、著しい違いが認められた時にドリルが
折損したと判定することができる。

なお、第１図では外部電源１１１〜１１４を交
流電源としたが、これは容量接点５１〜５４が理
想的な場合には純粋なキヤパシタンスのみを持つ
と考えられるからである。しかし実際には容量接
点５１〜５４においては軸部４との間に若干の直
流抵抗成分をもつ。そこで第６図に示すように、
外部電源１１１Ｂを交流に直流が重畳した交直流
電源としてもよい。

即ち、第１１図に示すように、容量接点５１〜
５４の直流抵抗Ｒが主軸の１回転の間に変化する
場合、直流抵抗Ｒが大きいときは接点は容量が主
成分となるため直流出力が減少する一方、交流出
力は増加する、逆に直流抵抗Ｒが小さいときは、
直流抵抗が主成分となるため交流出力は共振状態
の場合より減少し、直流出力は増加するという直
流出力と交流出力とは相互補完の関係にある。従
つて外部電源１１１Ｂを交直流電源として、直
流・交流の両出力を同時に検出していれば、容量
接点５１〜５４の直流抵抗Ｒの変化にかかわらず
常に安定して工具折損を検出できる効果がある。
この時には、測定用インピーダンス１２１Ｂは交
流と直流が共に導通可能な様に、例えばコンデン
サと抵抗の並列接続されたものを用いる。そして
検出出力V₁は、第７図に示すように、交流（搬
送波）成分を抽出するBPF１６１と直流（変動）
成分を抽出するLPF１８１Ｂとからなり、各々の
出力がコンパレータ１９１，１９１Ｂにおいて基
準値Vref₁，Vref_1Bと大きさが比較され、いずれ
かが大きくなつたときにオアゲート２１出力Ｖ_t1
によりドリルがワークに接触したことが検知され
る。

さらにこの交直流重畳の場合には、第７図の代
りに第８図のようにして、LPF１８１とLPF１８
１Ｂの出力とを加算器２２で加算し、この加算出
力についてコンパレータ２３によりVref₁cと大き
さを比較することもできる。第８図の場合も交直
流重量であるが第７図の場合は交流成分と直流成
分とを別々に後処理して判定するのに対し、第８
図の場合は予め交流成分と直流成分と加算してか
ら後処理するため処理回路等が比較的簡単になる
効果がある。

このように交流出力だけでなく主軸回転に対し
て定期的に変化する直流出力をも加味した交直流
電源を使用することにより更に精度のよい工具の
折損検出を実現できる。

以上詳述したように、本発明によれば、絶縁物
を介在させない加工機械を対象とし、且つ非接触
式の容量接点を用いたため、通電のためにドリル
又はワークを加工機本体から絶縁することはなく
必要でなくなつた。更に、絶縁物を介在させない
故に、加工機械の剛性が保持でき、加工機械の本
来の性能を損ねることもない。更に非接触式の容
量接点を利用したが故に、耐摩耗性に富み、接点
寿命の向上をはたすことができた。

なお、この容量接点は単に金属間の接近により
構成できるから、接点形状は円筒形状に限定され
ず、半円形、平板形状としてもよく、いずれの形
状においても構成が単純なため接点の取付け、交
換が容易であるという特徴を有する。

また以上においては、工具としてドリルを用い
た実施例について説明したが、エンドミルやタツ
プ、あるいはこれらの工具を組み合わせて１台の
多軸ボール盤に取付けて同時加工する場合にも同
様の効果が得られることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多軸ボール盤への実施例を示
す図、第２図は本発明の特徴とする容量接点の詳
細例を示す図、第３図は本発明の通電法による検
出出力を処理するための回路例を示す図、第４図
は各ドリルとワーク間の通電電流出力の例を示す
図、第５図は通電法により各ドリルがワークに接
触した時間的位置関係の説明図、第６図は外部電
源を交直流電源とした例を示す図、第７図及び第
８図は第６図の交直流電源を用いた場合の検出出
力の信号処理回路例図、第９図は測定回路、補助
回路を示す図、第１０図はその等価回路図、第１
１図は容量接点の直流抵抗に対する直流出力及び
交流出力を示す図である。 ４１〜４４……連結軸、５１〜５４……円筒型
容量接点、６１〜６４……ドリル、７……ワー
ク、８……テーブル、１１１〜１１４……交流電
源、１１１Ｂ……交直流電源、１２１〜１２４，
１２１Ｂ……測定用インピーダンス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワークを加工する工具と、該工具を駆動する
   軸系と、該軸系を支持駆動する駆動部と、該駆動
   部を支持する外枠と、ワークを搭載したテーブル
   と、該テーブルと外枠とを結ぶテーブルのガイド
   部より成る加工機械において、 上記軸と直接摩擦を生じないように取付けて該
   軸との間で容量性結合を行なう容量式接点と、該
   容量式接点よりのリード線に一端が接続され他端
   が上記テーブルに接続されると共に、工具がワー
   ク加工時に容量式接点と共に工具及びワーク、テ
   ーブルを介しての通電回路を形成する交流電源と
   測定用インピーダンスとより成る直列回路と、上
   記測定用インピーダンスの両端の電圧を取り込み
   交流成分のみを取り出す第１のフイルタと、該フ
   イルタの出力を整流する整流回路と、該整流回路
   の出力を取り込みリツプル除去を行なう第２のフ
   イルタと、該フイルタの出力と通電回路形成を示
   す設定値とを比較し、その大小に応じた出力を出
   す比較器と、該比較器の出力よりフイルタ出力が
   設定値よりも大きくなつた時点が、予じめ定めた
   時間内にあるか否かを監視しその時間外にあると
   き工具折損との警報を出す判定部と、より成る加
   工機械の工具の折損自動検出装置。 ２ 上記工具は複数個とし、各工具毎に上記容量
   式接点、通電回路、第１のフイルタ、整流回路、
   第２のフイルタ、比較器、をそれぞれ設け、上記
   判定部では各比較器出力を取り込み上記各工具の
   接触時点の相対的な時間関係を正常時の時間関係
   と比較することによつて折損検出の警報を出すこ
   ととした特許請求の範囲第１項記載の加工機械の
   工具の折損自動検出装置。 ３ ワークを加工する工具と、該工具を駆動する
   軸系と、該軸系を支持駆動する駆動部と、該駆動
   部を支持する外枠と、ワークを搭載したテーブル
   と、該テーブルと外枠とを結ぶテーブルのガイド
   部より成る加工機械において、 上記軸と直接摩擦を生じないように取付けて該
   軸との間で容量性結合を行なう容量式接点と、該
   容量式接点よりのリード線に一端が接続され他端
   が上記テーブルに接続されると共に、工具がワー
   ク加工時に容量式接点と共に工具及びワーク、テ
   ーブルを介しての通電回路を形成する交流直流重
   畳電源と測定用インピーダンスとより成る直列回
   路と、上記測定用インピーダンスの両端の電圧を
   取込み交流成分のみを取出す第１のフイルタと、
   該測定用インピーダンスの両端の直流成分を取出
   す第２のフイルタと、該第１のフイルタの出力を
   整流する整流回路と、該整流回路の出力を取込み
   リツプル除去を行なう第３のフイルタと、該第３
   のフイルタの出力と通電回路形成を示す交流成分
   用設定値とを比較し、その大小に応じた出力を出
   す第１の比較器と、上記第２のフイルタ出力と通
   電回路形成を示す直流成分用設定値とを比較し、
   その大小に応じた出力を出す第２の比較器と、該
   第１，第２の比較器の出力よりフイルタ出力の中
   の少なくとも１つが設定値よりも大きくなつた時
   点が、予め定めた時間内にあるか否かを監視しそ
   の時間外にあるとき工具折損との警報を出す判定
   部と、より成る加工機械の工具の折損自動検出装
   置。 ４ ワークを加工する工具と、該工具を駆動する
   軸系と、該軸系を支持駆動する駆動部と、該駆動
   部を支持する外枠と、ワークを搭載したテーブル
   と、該テーブルと外枠とを結ぶテーブルのガイド
   部より成る加工機械において、 上記軸と直接摩擦を生じないように取付けて該
   軸との間で容量性結合を行なう容量式接点と、該
   容量式接点よりのリード線に一端が接続され他端
   が上記テーブルに接続されると共に、工具がワー
   ク加工時に容量式接点と共に工具及びワーク、テ
   ーブルを介しての通電回路を形成する交流直流重
   畳電源と測定用インピーダンスとより成る直列回
   路と、上記測定用インピーダンスの両端の電圧を
   取込み交流成分のみを取出す第１のフイルタと、
   該測定用インピーダンスの両端の直流成分を取出
   す第２のフイルタと、該第１のフイルタの出力を
   整流する整流回路と、該整流回路の出力を取込み
   リツプル除去を行なう第３のフイルタと、該第
   ２，第３のフイルタとの加算出力と通電回路形成
   を示す設定値とを比較し、その大小に応じた出力
   を出す比較器と、該比較器の出力よりフイルタ出
   力が設定値よりも大きくなつた時点が、予め定め
   た時間内にあるか否かを監視しその時間外にある
   とき工具折損との警報を出す判定部と、より成る
   加工機械の工具の折損自動検出装置。