JPS635214B2 - - Google Patents

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JPS635214B2
JPS635214B2 JP58059353A JP5935383A JPS635214B2 JP S635214 B2 JPS635214 B2 JP S635214B2 JP 58059353 A JP58059353 A JP 58059353A JP 5935383 A JP5935383 A JP 5935383A JP S635214 B2 JPS635214 B2 JP S635214B2
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JP
Japan
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tool
circuit
signal
waveform
value
Prior art date
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Expired
Application number
JP58059353A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59187439A (en
Inventor
Yorito Uematsu
Takatoshi Suzuki
Kazutaka Ookura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Auto Body Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Auto Body Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
Application filed by Toyota Auto Body Co Ltd, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Auto Body Co Ltd
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Publication of JPS59187439A publication Critical patent/JPS59187439A/en
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Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0904Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool before or after machining
    • B23Q17/0919Arrangements for measuring or adjusting cutting-tool geometry in presetting devices
    • B23Q17/0947Monitoring devices for measuring cutting angles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、切削加工などにおいて加工中に工
具が欠損したとき、これを自動的に検出できるよ
うにした工具欠損検出装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a tool chipping detection device that can automatically detect when a tool is chipped during cutting or the like.

フライス加工機等においては、機械加工の省力
化のため、数値制御や倣い制御が行なわれる。こ
れら数値制御や倣い制御を行なう自動工作機械に
あつては、被加工物の加工精度を向上させるため
に、工具が欠損したときこれを検出し、この検出
信号により工作機械を停止させ、あるいは警報を
発生させる必要がある。この目的で、現在まで多
くの提案がなされている。特に最近では、各種検
出器および信号処理技術の発達により、フライス
加工中の検出、すなわち、インプロセスでの検出
方法と装置に関心が高まつている。
In milling machines and the like, numerical control and tracing control are performed to save labor in machining. In order to improve the machining accuracy of the workpiece, automatic machine tools that perform numerical control or tracing control detect when a tool breaks and use this detection signal to stop the machine tool or issue an alarm. need to occur. Many proposals have been made to date for this purpose. In particular, recently, with the development of various detectors and signal processing techniques, there has been increasing interest in detection during milling, that is, in-process detection methods and devices.

従来における工具欠損の検出は、工具が欠損す
ることによつて、切削抵抗、切削温度、振動、主
軸モータ電流、およびアコーステイツク・エミツ
シヨンなどが変化することに着目し、これらの信
号を測定して処理することにより、工具欠損を間
接的に検出するという方法がとられていた。
Conventional tool chipping detection focuses on the fact that cutting resistance, cutting temperature, vibration, spindle motor current, acoustic emission, etc. change due to tool chipping, and measures these signals. A method has been used in which tool defects are indirectly detected through processing.

しかしながらこのような間接的な検出方法で
は、一定の切削条件下、すなわち、切削速度、切
込み、送り速度および被加工物の形状等がそれぞ
れ一定であることにより、検出される信号、切削
抵抗、切削温度、振動、主軸モータ電流、および
アコーステイツク・エミツシヨンなどの信号が一
定であり、工具欠損時の信号変化があれば明確に
区別できるので、検出可能となる。
However, in such an indirect detection method, the detected signal, cutting force, cutting Signals such as temperature, vibration, spindle motor current, and acoustic emission are constant, and if there is a signal change when a tool breaks, it can be clearly distinguished, making it possible to detect it.

ところが数値制御または倣い制御加工などで
は、被加工物の形状が複雑に変化しているのが一
般的であり、このために切込み、切削幅などが不
均一となる加工のため、正常切削時でも検出信号
の変動が大きく、工具欠損時との区別がつきにく
いことになる問題があつた。すなわち、従来の工
具欠損検出装置では、上述のごとき加工に実用さ
せるには不適当であり、加工中には切削状態の監
視者が必要であり、無人化に大きな障害となつて
いる。
However, in numerical control or profile control machining, the shape of the workpiece generally changes in a complex manner, and this results in uneven depth of cut, cutting width, etc., so even during normal cutting, There was a problem in that the detection signal fluctuated so much that it was difficult to distinguish it from a case where a tool was missing. That is, the conventional tool defect detection device is not suitable for practical use in the above-mentioned machining, and requires a person to monitor the cutting state during machining, which is a major obstacle to unmanned machining.

この発明はこのような障害を除去し、多機種の
工作機械に適用出来て、被加工物の形状に応じて
異なる切削条件にも対応し得る、加工中の間接的
な工具欠損検出を可能とする工具欠損検出装置を
提供することを目的とするものである。
This invention eliminates such obstacles and enables indirect detection of tool breakage during machining, which can be applied to many types of machine tools and can accommodate different cutting conditions depending on the shape of the workpiece. It is an object of the present invention to provide a tool defect detection device.

この発明の工具欠損検出装置は、切削加工中で
の工作機械の主軸モータの電力または電流(消費
電力または消費電流)値を利用し、工具欠損時、
レベル値の変動に含まれる特徴的な波形、すなわ
ち、工具欠損時の急激な上昇、加工熱による下降
に伴なう波形を抽出して、この波形の時間巾(周
期)を捉え、演算処理をすることによつて、工具
欠損を自動的に判定できるようにしたものであ
る。
The tool chipping detection device of the present invention utilizes the power or current (power consumption or current consumption) value of the spindle motor of a machine tool during cutting, and detects when a tool is chipped.
We extract the characteristic waveforms included in level value fluctuations, that is, the waveforms associated with rapid rises due to tool breakage and declines due to machining heat, capture the time width (period) of these waveforms, and perform calculation processing. By doing this, tool damage can be automatically determined.

次に、この発明を図を用いて説明する。第1図
は切削加工機における切削時間と主軸モータの電
力または電流値の関係を示すものである。数値制
御または倣い制御加工においては、正常な状況で
の切削過程の主軸モータの電力または電流は変動
があつて不安定であるが、欠損が発生した時に、
特徴的な挙動を示すものである。第1図はこの状
態を示すもので、この図に示すように、正常切削
時(図中のaより左の部分)のレベルは被加工物
の形状が複雑に変化すること、および切込み量が
不均一な加工においては、変動があつて不安定で
ある。
Next, this invention will be explained using figures. FIG. 1 shows the relationship between the cutting time and the power or current value of the spindle motor in a cutting machine. In numerical control or copy control machining, the power or current of the spindle motor during the cutting process under normal conditions fluctuates and is unstable, but when a defect occurs,
It shows characteristic behavior. Figure 1 shows this state. As shown in this figure, the level during normal cutting (the part to the left of a in the figure) is such that the shape of the workpiece changes complexly and the depth of cut is Non-uniform machining causes fluctuations and instability.

しかしながら第1図のaより先の部分(右側部
分)は工具欠損時の状態を示すもので、主軸モー
タの消費する電力または電流がさらに上昇または
下降するので、それ以前の状況と区別できること
になる。工具の欠損時、このように特徴的に電力
または電流が変化するのは、その欠損部が被加工
物と工具との間に挾まるとか、あるいは欠損過程
において一時的に工具に加わる過負荷状態によつ
て、電力または電流が急激に上昇し、また次に、
これに関連して生ずる切削熱の増加にともない減
少する切削抵抗によつて、急激に下降することに
なるのである。
However, the part beyond a in Figure 1 (the right part) shows the state when the tool is missing, and since the power or current consumed by the spindle motor further increases or decreases, it can be distinguished from the previous situation. . When a tool breaks, the power or current changes characteristically because the broken part is caught between the workpiece and the tool, or because an overload is temporarily applied to the tool during the breaking process. , the power or current increases rapidly, and then,
As a result of this, the cutting resistance decreases as the cutting heat increases, resulting in a rapid drop.

この発明はこのような理論に基づいて成された
ものであり、電力または電流の前記特徴的な波形
変化を捉え、その時点を工具の欠損発生時として
検出するようにした検出装置を提供するものであ
る。
The present invention has been made based on such a theory, and provides a detection device that captures the characteristic waveform change of electric power or current and detects that point as the time when a tool breaks. It is.

次にこの発明の一実施例を第2図について説明
すると、1は電力または電流の検出部であつて、
図示しない切削加工機の主軸モータに接続され、
電力または電流を常時検出しているものである。
検出部1の後段には、次に詳細に説明する工具欠
損検出部2を介して、工作機械制御用回路3が接
続されている。
Next, an embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. 2. 1 is a power or current detection section,
Connected to the main shaft motor of a cutting machine (not shown),
It constantly detects power or current.
A machine tool control circuit 3 is connected downstream of the detection section 1 via a tool loss detection section 2, which will be described in detail next.

工具欠損検出部2は、CR回路部4、上昇値用
比較器5、および最高レベル値用比較器6が入力
側に接続されている。検出部1は検出した信号を
整形して電圧に変換し、工具欠損検出部2に送信
するものである。工具欠損検出部2のうちのCR
回路部4は、検出部1の出力信号波形の微分を行
ない、上昇時と下降時の基準値に達した時に信号
を出力するものである。上昇値用比較器5は、
CR回路部4の微分出力と検出部1からの電圧に
基づき、微分出力が上昇基準値を超えた時の検出
電圧と微分出力が正から負に変わる時の検出電圧
との差が設定値Vを超えたら信号を出力するもの
である。また、最高レベル値用比較器6は、CR
回路部4の微分出力が正から負に変わる時の検出
電圧値を検出し、欠損時のレベルTを超えたら信
号を出力する。
The tool loss detection section 2 has a CR circuit section 4, an increase value comparator 5, and a maximum level value comparator 6 connected to the input side. The detection section 1 shapes the detected signal, converts it into a voltage, and sends it to the tool loss detection section 2. CR of tool missing detection part 2
The circuit section 4 differentiates the output signal waveform of the detection section 1, and outputs a signal when the reference value at the time of rising and falling is reached. The rise value comparator 5 is
Based on the differential output of the CR circuit section 4 and the voltage from the detection section 1, the difference between the detection voltage when the differential output exceeds the rising reference value and the detection voltage when the differential output changes from positive to negative is the set value V. It outputs a signal when it exceeds the limit. In addition, the highest level value comparator 6 is CR
The detected voltage value when the differential output of the circuit section 4 changes from positive to negative is detected, and a signal is output when it exceeds the level T at the time of a defect.

CR回路部4の後段には、フリツプフロツプ回
路7、波形演算回路8が接続され、波形演算回路
8の後段には、アンド回路9の1つの入力端が接
続されている。アンド回路9の他の入力端には、
前述の上昇値用比較器5の出力側が接続されてい
る。アンド回路9の出力側は、前述の最高レベル
値用比較器6とともに、工作機械制御用回路3の
入力端に接続されている。10は波形時間巾用し
きい値設定回路部、11は波形時間巾信号回路部
である。波形時間巾信号回路部11は、欠損時に
対応する波形時間巾用しきい値設定回路部10か
らの信号を波形演算回路8の制御信号として波形
演算回路8に与えるものである。
A flip-flop circuit 7 and a waveform calculation circuit 8 are connected to the rear stage of the CR circuit section 4, and one input terminal of an AND circuit 9 is connected to the rear stage of the waveform calculation circuit 8. At the other input terminal of the AND circuit 9,
The output side of the above-mentioned increase value comparator 5 is connected. The output side of the AND circuit 9 is connected to the input end of the machine tool control circuit 3 together with the above-mentioned maximum level value comparator 6. 10 is a waveform time width threshold setting circuit section, and 11 is a waveform time width signal circuit section. The waveform time width signal circuit section 11 supplies the signal from the waveform time width threshold setting circuit section 10 corresponding to the loss to the waveform operation circuit 8 as a control signal for the waveform operation circuit 8.

次に、このように構成されたこの装置の作動を
説明すると、まず、上昇値用比較器5と最高レベ
ル値用比較器6を、あらかじめ行なう実験によ
り、前述した電力または電流の急激な変化に感応
するように設定しておく。これは、第1図におけ
る波形の時間巾t、上昇値V、上昇と下降の微分
値dV/dt、および最高レベル値Tを監視するこ
とによつて行なうことができる。
Next, to explain the operation of this device configured in this way, first, we tested the rising value comparator 5 and the highest level value comparator 6 in response to sudden changes in power or current as described above. Set it to be sensitive. This can be done by monitoring the time width t, the rise value V, the differential value of rise and fall dV/dt, and the highest level value T of the waveform in FIG.

工作機械主軸モータの電力または電流は検出部
1で検出され、ここで整形され、電圧に変換され
る。工具欠損検出部2のCR回路部4は、検出器
1の出力信号波形の微分値が上昇時と下降時の基
準値(dV/dt)に達したら信号を出力し、フリ
ツプフロツプ回路7は、上昇基準値に対応する信
号により立上り、下降基準値に対応する信号によ
り立下る矩形波信号を出力する。次段の波形演算
回路8は、フリツプフロツプ回路7から出力され
た矩形波信号の波形時間巾tを測定し、波形時間
巾信号回路部11が出力する欠損時の波形時間巾
と対比して、これが欠損時特有のものであるか否
かを識別する。
The power or current of the machine tool spindle motor is detected by a detection unit 1, shaped here, and converted into voltage. The CR circuit section 4 of the tool chipping detection section 2 outputs a signal when the differential value of the output signal waveform of the detector 1 reaches the reference value (dV/dt) for rising and falling, and the flip-flop circuit 7 outputs a signal when the differential value of the output signal waveform of the detector 1 reaches the reference value (dV/dt) for rising and falling. A rectangular wave signal is output that rises depending on the signal corresponding to the reference value and falls depending on the signal corresponding to the falling reference value. The next-stage waveform calculation circuit 8 measures the waveform time width t of the rectangular wave signal output from the flip-flop circuit 7, and compares it with the waveform time width at the time of a loss output from the waveform time width signal circuit section 11. Identify whether it is unique to the time of loss.

この結果、適合波形であつた場合、波形時間巾
用しきい値設定回路部10、波形時間巾信号回路
部11、および波形演算回路8により、波形時間
巾tを測定し、欠損時特有の時間巾を持つた波形
であるか否かを判断し、かつ、波形の上昇値Vと
も初期設定しきい値に適合すれば、アンド回路9
を通じて工作機械制御用回路3を作動させ、工作
機械の非常停止を行なうことになる。又本実施例
のごとく、レベルTを検出し、最高レベル値用比
較器6による最高レベル値との比較からも工具欠
損の信号をとれば、より確実な検出が出来る。
As a result, if the waveform is compatible, the waveform time width threshold setting circuit section 10, the waveform time width signal circuit section 11, and the waveform calculation circuit 8 measure the waveform time width t, and calculate the time characteristic at the time of loss. If it is determined whether the waveform has a width and if both the rise value V of the waveform matches the initial setting threshold value, the AND circuit 9
The machine tool control circuit 3 is operated through the machine tool control circuit 3 to perform an emergency stop of the machine tool. Further, as in the present embodiment, if the level T is detected and a signal of tool loss is obtained from the comparison with the highest level value by the highest level value comparator 6, more reliable detection can be achieved.

工具欠損時における実際例として鋼切削時の上
昇時と下降時の微分値は±3.0Kg・m/sec±4.0
Kg・m/secであり、波形時間巾tは0.5秒〜1.5秒
である。一方、鋳鉄では±2.0Kg・m/sec〜±4.0
Kg・m/secであり、tは鋼の場合と同様に0.5秒
〜1.5秒である。これをさらに具体例としての鋼
SKD11の場合を説明すると、上昇時と下降時の
微分値が+3.7Kg・m/secと−4.0Kg・m/secで
あり、波形時間巾tは0.9秒である。また鋳鉄
FC20では+3.6Kg・m/secと−3.0Kg・m/secで
あり、波形時間巾tは1.3秒である。なお、上述
の微分値は電力または電流値をトルクに換算した
ものである。
As an actual example of when a tool breaks, the differential value when ascending and descending when cutting steel is ±3.0Kg・m/sec±4.0
Kg·m/sec, and the waveform time width t is 0.5 seconds to 1.5 seconds. On the other hand, cast iron is ±2.0Kg・m/sec~±4.0
Kg·m/sec, and t is 0.5 seconds to 1.5 seconds as in the case of steel. Steel as a further example of this
To explain the case of SKD11, the differential values during rising and falling are +3.7 Kg·m/sec and -4.0 Kg·m/sec, and the waveform time width t is 0.9 seconds. Also cast iron
In FC20, the values are +3.6Kg·m/sec and -3.0Kg·m/sec, and the waveform time width t is 1.3 seconds. Note that the above-mentioned differential value is obtained by converting the electric power or current value into torque.

以上、実施例とともに具体的に説明したよう
に、この発明によれば、切削過程での各信号の挙
動を解析することから、工具欠損を検出すること
が可能である。なお、上記実施例では、各ブロツ
クごとに別体としたもので説明したが、これらの
一部あるいは全体を、マイクロコンピユータ、あ
るいはミニコンピユータなどに置換することは可
能である。
As described above in detail along with the embodiments, according to the present invention, tool damage can be detected by analyzing the behavior of each signal during the cutting process. In the above embodiment, each block is described as a separate unit, but it is possible to replace part or all of these with a microcomputer, a minicomputer, or the like.

この発明は以上説明したように構成したもので
あるから、工具の欠損を適確に判断して、工具の
作動を停止できることになる効果がある。
Since the present invention is constructed as described above, it is possible to accurately determine whether a tool is missing and to stop the operation of the tool.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は電力または電流値と切削時間との関係
を示すグラフ、第2図はこの発明の一実施例を示
すブロツク図である。 1……検出部、2……工具欠損検出部、3……
工作機械制御用回路、4……CR回路部、7……
フリツプフロツプ回路、8……波形演算回路。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between power or current value and cutting time, and FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. 1...detection section, 2...tool missing detection section, 3...
Machine tool control circuit, 4...CR circuit section, 7...
Flip-flop circuit, 8... Waveform calculation circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 工具欠損時に工作機械主軸モータの電力また
は電流の変化を捉える検出部と、該検出部の出力
信号の微分値を演算し、上昇および下降時の微分
基準値に達したら信号を出力するCR回路部と、
該CR回路部からの上昇基準値に対応する信号に
より立上り、下降基準値に対応する信号により立
下る矩形波信号を出力するフリツプフロツプ回路
と、該フリツプフロツプ回路が出力する矩形波信
号のパルス巾に基づきこれがあらかじめ記憶され
た欠損時特有のものか否かを判断する波形演算回
路と、該波形演算回路に接続された工作機械制御
用回路とを備えた工具欠損検出装置。
1 A detection unit that detects changes in the power or current of the machine tool spindle motor when a tool is missing, and a CR circuit that calculates the differential value of the output signal of the detection unit and outputs a signal when the differential reference value is reached during upward and downward movements. Department and
A flip-flop circuit outputs a rectangular wave signal that rises in response to a signal corresponding to a rising reference value from the CR circuit section and falls in response to a signal corresponding to a falling reference value; A tool defect detection device includes a waveform calculation circuit that determines whether or not this is a pre-stored defect characteristic, and a machine tool control circuit connected to the waveform calculation circuit.
JP5935383A 1983-04-06 1983-04-06 Tool damage detecting device Granted JPS59187439A (en)

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WO2019146010A1 (en) * 2018-01-24 2019-08-01 株式会社日立製作所 Apparatus for detecting defect in workpiece

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5432884A (en) * 1977-08-19 1979-03-10 Komatsu Ltd Device for giving warn of abnormality in cutter in machine tools

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