WO2000073018A1

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Publication number: WO2000073018A1
Application number: PCT/JP2000/003338
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Nakashima; Shingo Fujimura; Hitoshi Kihara; Yoshinori Okamoto
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2000-12-07
Also published as: KR20020016801A; TW490357B; KR100449601B1; CN1352586A

Description

明細切削工具の異常を検出する装置及びその方法技術分野

本発明は、切削加工機において切削工具の異常を検出する装置及びその方法に関するものである。背景技術

従来、金型などを製作する工程では、マシニングセンタを使用してワークの切削加工を行っている。図 1に示す如く、マシニングセン夕 1はベース 2を有し、該ベース 2の後方端部には、コラム 3が鉛直方向に立設されている。コラム 3の前面には、鉛直方向（Z軸方向）に伸びる 2本の平行なレール 4、 4が設置されており、これらのレール 4、 4にスピンドルヘッド 5が係合して、該スピンドルへッド 5の Z軸方向の往復移動が案内されている。該スピンドルへッド 5には、駆動装置（図示省略）が連繋して、スピンドルへッド 5の Z軸方向の往復駆動が行なわれる。

スピンドルへッド 5にはスピンドル 6が設けられ、該スピンドル 6には切削ェ具 7 0が着脱可能に取り付けられている。該スピンドル 6は、スピンドルヘッド 5の上部に設けられたモータ 8によって、高速又は低速で回転駆動される構成になっている。

又、ベース 2の上面には、水平方向（Y軸方向）に伸びる 2本の平行なレール 9、 9が設置されており、これらのレール 9、 9にサドル 1 0が係合して、該サドル 1 0の Y軸方向の往復移動が案内されている。該サドル 1 0の上面には、ワーク Wを設置するためのテーブル 1 1が回転自在に設けられている。斯くして、テーブル 1 1を Y軸方向に往復移動させると共に、サドル 1 0上で回転させるテープル移動機構 1 5が構成される。

スピンドルへヅド 6の左側部には、ツールチェンジャ 1 6が配備されている。該ヅ一ルチェンジャ 1 6は、例えば図 2に示すように、複数の切削工具 7 1を収容可能なツールマガジン 1 6 1と、該ヅ一ルマガジン 1 6 1とスピンドル 6との間に配置されたツール交換用アーム 1 6 2とを具えている。

ツールマガジン 1 6 1は、内蔵せるモー夕の駆動によって回動し、収容せる切削工具を順次、交換位置へ移動させるものである。また、交換用アーム 1 6 2は、内蔵せるモー夕の駆動によって、 Z軸回りの回動と Z軸に沿う上下動とを行うものであり、該交換用アーム 1 6 2の両端には、切削工具の周囲に設けた切り欠きに係合可能な鉤部 1 6 3、 1 6 4が形成されている。

図 1に示す如く、コラム 3の右側部には入力装置 1 2が設置されており、該入力装置 1 2を操作することによって、加工の指示を予め又はその都度入力することが可能である。又、入力装置 1 2の後方には、マシニングセン夕 1の全体的なコントロールを行う制御装置 1 3が配置されている。制御装置 1 3はテーブル移動制御装置 1 4を具えており、該テ一ブル移動制御装置 1 4によって、テーブル移動機構 1 5によるテーブル 1 1の移動及び回転が制御される。

作業員が入力装置 1 2に対して工具交換の指示を入力することにより、ツールチェンジャ 1 6の交換動作が開始され、スピンドル 6に装着された切削工具 7 0 が、ツールマガジン 1 6 1に収容された切削工具 7 1と交換される。

上述のマシニングセン夕 1を使用して、金型などを切削加工するには、例えば日本国公開特許公報平 8— 2 4 3 8 2 7号に記載されているように、切削工具を Z軸方向に移動させてワーク Wに深さ方向の切り込みを与えながら、切削工具を水平方向に移動させて、切削加工を進める方法が一般に行われている。

ところで、切削工具の寿命は、切削するワークの硬さなどにも左右されるが、 1時間から 4時間ぐらいとされている。切削工具の刃が摩耗すると、加工負荷が増大し、切削能力の低下や加工精度の誤差が生じ、精度よい効率的な切削加工ができなくなる。そこで、作業員が加工中、そばにいて、切削加工の進行状況を見ながら、切削工具を適宜新しいものと交換し、切削作業を進めていた。

したがって、作業員は、切削工具を交換する以外は何もせず、切削加工を監視しているだけで、大変効率が悪かった。また、作業員の主観的な判断により切削工具を交換していたため、作業員によって交換時期にずれが生じ、特に経験が少ない作業員は未だ切削工具が使えるのに交換してしまうことがあるので、切削ェ具の有効な利用もできなかった。さらに、作業員が、不注意により切削工具を切削加工機に装備しない状態で、加工工程をスタートさせることによって、実際には加工が行なわれない状態で加工動作が始まることもあった。

本発明の目的は、作業員の作業効率が向上するとともに、切削工具の有効使用が可能となる切削工具異常検出装置を提供することである。発明の開示

本発明に係る切削工具異常検出装置は、制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

切削加工に伴って発生する振動を検出する振動検出手段と、

該振動検出手段によって検出される振動の変化に基づいて、切削工具の異常状態を検出する異常状態検出手段と、

該異常状態検出手段によって異常状態が検出されたときに、前記制御装置に切削加工の停止を指令する停止指令手段と、

該異常状態検出手段によって異常状態が検出されたときに、作業者に切削工具の異常状態を報知する報知手段

とを具えている。

又、本発明に係る切削工具異常検出装置は、制御装置による制御の下で切削ェ具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

切削加工に伴って発生する振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段によって検出される振動の変化に基づいて、切削工具の異常状態を検出する異常状態検出手段と、

該異常状態検出手段によって異常状態が検出されたときに、切削工具の交換を指令するする工具交換指令手段

とを具えている。

具体的構成において、前記振動検出手段は、一定期間内に前記振動の振幅に所定値を越えるピークが発生する回数を周期的にカウントするカウント手段を有し、前記異常状態検出手段は、前記カウント手段によってカウントされたピーク発生回数を所定の閾値と比較して、ピーク発生回数が所定の閾値を越えたときに、前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段を具えている。

又、他の具体的構成において、前記振動検出手段は、一定期間内に発生する前記振動の波形を周期的に積分する波形積分手段を具え、前記異常状態検出手段は、前記波形積分手段から得られる積分値の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、該標準偏差算出手段から得られる標準偏差を所定の閾値と比較して、標準偏差が所定の閾値よりも大きくなつたときに、前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段とを具えている。

更に他の具体的構成において、前記異常状態検出手段は、一定期間内に発生する前記振動の振幅の時間的な変化に周期的に周波数解析を施す周波数解析手段と、該周波数解析手段による解析値が正常時の解析値から所定量以上変化したとき前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段とを具えている。

更に、本発明に係る切削工具異常検出装置は、前記振動検出手段によって検出される振動の振幅の時間的な変化に基づいて、加工時間、実切削時間、切削回数などの切削工具の切削状態情報を抽出する情報抽出手段と、該情報抽出手段によつて抽出された情報、及び/又は前記振動検出手段によつて検出された振動の振幅の時間的な変化を表示する表示手段とを具えている。

本発明に係る切削工具異常検出装置は更に、切削加工機の動作をモニタリングするモニタリング機と、切削加工機とモニタリング機とを互いに接続するネットワークとを具え、該モニタリング機に前記表示手段が配置されて、該ネットヮークを介して、前記情報抽出手段によって抽出された情報及び/又は前記振動検出手段によって検出される振動の変化がモニタリング機へ送信されて、表示手段に表示される。

本発明に係る切削工具異常検出方法は、制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

切削加工に伴って発生する振動を検出する振動検出ステップと、

該振動検出ステップで検出した振動の変化に基づいて、切削工具の異常状態を検出する異常状態検出ステップと、

該異常状態検出ステツプで異常状態を検出したときに、前記制御装置に切削加ェの停止を指令する停止指令ステツブと、

該異常状態検出ステップで異常状態を検出したときに、作業者に切削工具の異常状態を報知する報知ステップ

とを有している。

又、本発明に係る切削工具異常検出方法は、制御装置による制御の下で切削ェ具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

該振動検出ステツプで検出した振動の変化に基づいて、切削工具の異常状態を検出する異常状態検出ステップと、

該異常状態検出ステップで異常状態を検出したときに、前記制御装置に切削加ェの停止を指令する停止指令ステツプと、

該停止指令ステップによって切削加工が停止した後に、切削工具の交換を指令する工具交換指令ステップと、該切削工具交換ステップによって切削工具が交換された後に、前記制御装置に切削加工の再開を指令する加工再開ステップ

とを有する。

具体的構成において、前記振動検出ステップは、一定期間内に前記振動の振幅に所定値を越えるビークが発生する回数をカウン卜するカウントステップを有し、前記異常状態検出ステップは、前記力ゥントステツプで検出したピーク発生回数を所定の閾値と比較して、ピーク発生回数が所定の閾値を越えたときに、前記停止指令ステップによる停止指令の出力を指示する比較判断ステツプとを有している。

他の具体的構成において、前記振動検出ステップは、一定期間内に発生する前記振動の波形を周期的に積分する波形積分ステップを有し、前記異常状態検出ステップは、前記波形積分ステツプで得られる積分値の標準偏差を算出する標準偏差算出ステップと、該標準偏差算出ステツプで算出した標準偏差を所定の閾値と比較して、標準偏差が所定の閾値よりも大きくなつたとき前記停止指令ステツプによる停止指令の出力を指示する比較判断ステップとを有している。

更に他の具体的構成において、前記異常状態検出ステップは、一定期間内に発生する前記振動の振幅の時間的な変化に周期的に周波数解析を施す周波数解析ステツプと、該周波数解析ステップによって得られる解析値が正常時の解析値から所定量以上変化したとき前記停止指令ステップによる停止指令の出力を指示する比較判断ステップとを有している。図面の簡単な説明

図 1は、マシニングセン夕の外観を示す斜視図である。

図 2は、マシニングセンタに装備されているツールチェンジャ及びスピンドルを示す斜視図である。

図 3は、ヅールチェンジャによる切削工具交換の様子を示す斜視図である。図 4は、切削工具異常検出装置の制御プロック図である。

図 5は、本発明の動作を示すフローチャートである。

図 6は、切削工具の一例を示す側面図である。

図 7は、該切削工具の正面図である。

図 8は、切削開始時の振動検出センサの検出信号を示すグラフである。

図 9は、切削工具の摩耗が進行したときの振動検出センサの検出信号を示すグラフである。

図 1 0は、第 2の実施例となる切削工具異常検出装置の制御ブロック図である _c 図 1 1は切削工具正常時の振動検出センサの検出信号を示すグラフである。

図 1 2は切削工具異常時の振動検出センサの検出信号を示すグラフである。

図 1 3は、図 1 0に示す切削工具異常検出装置の動作の要部を示すフローチヤ —トである。

図 1 4は、第 3の実施例となる切削工具異常検出装置の制御ブロック図である _c 図 1 5は、図 1 4に示す切削工具異常検出装置の動作の要部を示すフローチヤートである。

図 1 6は切削工具正常時の振動検出センサの検出信号の周波数解析値を示すグラフである。

図 1 7は切削工具異常時の振動検出センサの検出信号の周波数解析値を示すグラフである。

図 1 8は、第 4の実施例となる切削工具異常検出装置の制御ブロック図である c 図 1 9は、第 5の実施例となる切削工具異常検出装置の制御ブロック図である _c 図 2 0は、図 1 9に示す切削工具異常検出装置の動作の要部を示すフローチヤ —トである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係る切削加工機の切削工具異常検出装置の具体的な構成を説明する。尚、切削加工機となるマシニングセン夕は従来のものと同じ構成であるので、説明を省略する。切削工具としては、例えばエンドミル、バ一チカルミル、フェースミルなどが装着される。

第 1実施例

図 4において、振動検出センサ 1 7は、切削工具 7 0の振動、即ち切削工具 7 0がワーク Wを切削する過程で発生する振動を検知するものであり、プリアンプ 1 8は、振動検出センサ 1 7の検出信号を増幅するものであり、フィル夕 1 9は、プリアンプ 1 8で増幅した検出信号からノイズ成分を除去し、切削工具 7 0の振動を表わす信号、即ち振動の時間的な変化のみを抽出するものである。 A/D変換器 2 0は、フィル夕 1 9から出力された信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するものであり、信号処理制御部 2 1は、 A/D変換器 2 0からのディジ夕ル信号に後述する所定の処理を施すものである。

前記振動検出センサ 1 7は、例えば A E (ァコースティヅクエミッシヨン）センザであって、切削工具 7 0の振動を検出できるよう、切削工具 7 0の近傍位置、例えばスピンドルヘッド 5に取り付けられ、或いは、ワーク Wの設置部となるベース 2、サドル 1 0及びテーブル 1 1のうちのいずれかに取り付けられる。なお、図 4ではサドル 1 0に振動検出センサ 1 7が配置されている。尚、ァコースティックエミッシヨンとは、固体の変形や破壊に伴って解放されるエネルギーの一部が弾性波となって伝播する現象を指し、この弾性波を検出するセンサを A Eセンザと呼んでいる。該振動検出センサ 1 7は、 A Eセンサに限らず、超音波センサなど、振動を検出できるセンサであればなんでもよい。

前述の振動検出センサ 1 7の設置場所をべ一ス 2、サドル 1 0及びテーブル 1 1のうちいずれかの場所に設置するのは、切削工具の近傍に配置すると、切削ェ具を回転駆動するためのモー夕の振動や他の機械の振動を切削工具から発する振動と共に検出しやすいので、検出した振動にノイズが重畳して検出精度の向上が図れないからである。但し、振動検出センサ 1 7を切削工具近傍に配置すると、大きな検出信号が得やすくなり、設定場所が操作者の邪魔にならない等の利点があるので、何らかのノイズ対策を施せば、切削工具近傍にセンサを配置することも可能である。

前記信号処理制御部 2 1は、一定期間内に A/D変換器 2 0から入力される信号に所定値を上回るピークが発生する回数を周期的にカウン卜するビーク検出部 2 2と、該ピーク検出部 2 2によって検出されたカウント値を使用する切削工具 7 0により予め決められた所定の閾値と比較して、カウント値が所定の閾値を越えたとき、比較信号を出力する比較部 2 3と、該比較部 2 3からの比較信号に基づいてマシニングセンタ 1の制御装置 1 3に動作停止信号を出力する作業停止部 2 4と、比較部 2 3からの比較信号に基づき、切削工具 7 0の交換を促す旨の連絡をインターネットゃ電話回線を介して作業者の携帯するべ一ジャー 2 6に無線で発する無線呼出し部 2 5とを有している。また、信号処理制御部 2 1は、マシニングセンタ 1の制御装置 1 3から出力される加工開始信号及び加工終了信号を受信する。

斯くして、前述の振動検出センサ 1 7、プリアンプ 1 8、フィル夕 1 9、 A/ D変換器 2 0、及び信号処理制御部 2 1によって、本発明に係る切削工具異常検出装置が構成される。又、無線呼出し部 2 5とページャ一 2 6によって本発明の報知手段が構成される。尚、該切削工具異常検出装置のうち、振動検出センサ 1 7を除く構成は、制御装置 1 3の近傍に配置されている。

上記切削工具異常検出装置の動作を、図 5に基づいて説明する。まずステップ S 1では、加工する材料（ワーク）をマシニングセン夕 1のテーブル 1 1上にセヅ卜する。その後、ステップ S 2で制御装置 1 3に入力装置 1 2から加工動作のプログラムが入力セットされる。このとき、使用される切削工具も設定されるので、設定された切削工具に応じた閾値が比較部 2 3に設定される。ステップ S 3では、スター卜ボタン（図示省略）を操作してマシニングセンタの加工作業を開始する c ステップ S 4では切削加工が終了したかどうか判断する。具体的には、マシニ 1の制御装置 1 3から加工終了信号を信号処理制御部 2 1が受信したかどうかを判断する。かかるステップで終了と判断したとき、ステップ S 1 3に移行し、切削工具 7 0をリセット位置に戻して切削加工機の動作を停止させ、切削加工を終了させる。今は開始したところなので、ステップ S 4からステップ S 5へ移行する。ステップ S 5では、振動検出センサ 1 7によって振動を検出し、これによつて得られる検出信号をフィル夕に通した後、 A/D変換を施して、ディジ夕ル信号を得る。

ところで、切削工具 7 0は、例えば図 6及び図 7に示すように、先端部に複数枚の切削刃 2 7が放射状に配置された構成となっている。ワーク Wの切削加工時は、この切削工具 7 0をスピンドル 6に取り付けて回転させ、切削刃 2 7をヮーク Wに押し当てて加工を行うので、切削刃 2 7がワーク Wから反力を受けて振動が発生する。この振動を振動検出センサ 1 7で検出するのである。この時の振動検出センサ 1 7の検出信号を図 8及び図 9に示す。

切削工具 7 0がワーク Wを切削加工する過程で発生する振動は、切削工具 7 0 の回転速度と、切削工具 7 0に形成されている切削刃 2 7の数に比例した周波数で発生することは容易に推測できる。そこで、図 5のステノブ S 6では、ピーク検出部 2 2にて、ステップ S 5によって得られる検出信号に周期的に発生するピ —ク、即ち、ワーク Wと切削刃 2 7との接触に伴って発生する振動のピークを検出するのである。

具体的には、ピーク検出部 2 2は、 A/D変換器 2 0から出力された信号を所定レベルと比較し、所定レベルを越えるビークを抽出して、所定時間内に抽出されるピークの数をカウントする。切削工具 7 0を交換した直後は、図 8のように所定レベル以上の信号レベルを有するピークは略等間隔に発生するが、所定時間内のピークの発生回数は比較的少ない。その後、時間の経過とともに、切削工具 7 0の切削刃が摩耗すると、ピークは図 9に示すように不定期的に発生し、所定時間内のピークの発生回数は増大する。これは、切削工具 7 0でワーク Wの加工を進める過程で、切削工具 7 0の切削刃 2 7がワーク Wとの衝突によって徐々に欠けて、切削加工が進み難くなるため、切削工具 7 0に不規則なビビリ振動が発生するからである。本発明では、この様にしてピーク発生回数が増大したとき、切削工具の摩耗が進んだものと判断するのである。

そこで、図 5のステップ S 7では、ステップ S 6で検出されたピーク発生回数をステップ S 2で設定されたビーク発生回数の閾値と比較する。この結果、ピーク発生回数が閾値を越えていないと判断したときは、ステップ S 4に戻り、ステップ S 7でピーク発生回数が閾値を越えたと判断されるまで、ステップ S 4乃至ステップ S 7を繰り返し実行する。

ステップ S 7でピーク発生回数が閾値を越えたと判断したとき、即ち図 9に示すような状態を検出したときは、ステップ S 8に移行する。ステップ S 8では、比較部 2 3が比較信号を出力する。そしてステップ S 9では、作業停止部 2 4がステップ S 8の比較信号を受けてマシニングセン夕 1に停止信号を出力する。ステツプ S 1 0ではステップ S 8の比較信号を受けて無線呼出し部 2 5が作業員の携帯するページャ一 2 6に切削工具の交換を連絡するための無線信号を発し、作業員を呼び出す。ステップ S 1 1では呼び出された作業員がマシニングセン夕 1 の切削工具を交換する。そしてステップ S 1 2でマシニングセン夕 1をリス夕一トさせて、加工作業を再開する。

上述のステップ S 5乃至ステップ S 1 2は、ステップ S 4で加工作業終了と判定するまで繰り返し実行される。そして、ステップ S 4で加工作業終了と判定されたとき、ステップ S 1 3に移行して、動作を停止する。

上記本発明の切削工具異常検出装置によれば、切削工具の摩耗を検出することができるので、まだ使用できるのに切削工具を交換してしまうようなことが防げ、切削工具の有効使用が実現できる。また、切削工具の折損までに交換を行なうことができるので、折損によるワークの損傷を防ぐことができる。さらに、作業員がマシニングセンタ 1に付きつきりで作業を行う必要がなくなり、その間は別の作業を行なうことが出来るので、作業効率が向上する。さらに、作業員の不注意で切削工具 7 0をマシニングセン夕 1に装着せずに加工を開始したとしても、振動検出センサ 1 7から振動を検出することができないので、信号処理部は異常と判定して切削工具 7 0の磨耗を検出したときと同様に、比較部 2 3から作業停止部 2 4及び無線呼び出し部 2 5へ比較信号が出力されることとなり、加工作業が出来ない状態を検出することが可能となる。

なお、切削工具の摩耗や損傷を振動検出センサによる振動検出レベルで検知する方法も考えられるが、この方法は、他の機器の振動など外的要因に左右され易く、その分だけ誤差が生じ易いので、本発明のように切削工具から発せられる振動のピーク発生回数の変化を検出する方法が有効である。次に、第 2の実施例について説明する。

本実施例では、図 1 1の如く正常時は所定期間内に発生する振動波形の積分値に時間的な変化はないが、図 1 2の如く切削工具の摩耗が進んだときには所定期間内の波形の積分値に時間的な変化が発生する点に注目し、この変化を検出して、切削工具の異常状態を検出するのである。

前述の第 1実施例では、信号処理制御部 2 1は、振動のピーク発生回数を検出するピーク検出部 2 2を具えていたが、本実施例の信号処理制御部 2 1は、図 1 0に示すように、振動検出センサ 1 7で検出した振動の波形を所定期間毎に積分する波形積分部 2 7を具えている。

また、信号処理制御部 2 1は、波形積算部 2 7から得られる積算値の標準偏差を算出する標準偏差算出部 2 8と、該標準偏差算出部によって算出された標準偏差と所定の閾値とを比較して、標準偏差が所定の閾値を越えたときに比較信号を出力する比較手段 2 9を具えている。

上記切削工具異常検出装置の動作を図 1 3に基づいて説明する。図 1 3は、図 5に示す第 1の実施例の動作と異なるステップのみを表わしており、図 5のステップ S 6及びステップ S 7に代えて、図 1 3のステップ S I 4、ステップ S I 5 及びステップ S 1 6を実行する。

即ち、ステップ S 1 4では、振動検出センサ 1 7で検出した振動の波形を波形積分部 2 7にて所定期間毎に積分する。ステップ S 1 5では、ステップ S 1 4で算出された複数の積算値に基づいて、積算値の標準偏差を標準偏差算出手段 2 8 によって算出する。ステップ S 1 6では、ステップ S 1 5で算出された標準偏差を所定の閾値と比較して、標準偏差が所定の閾値を越えているかどうかを判断する。

ステップ S 1 6にてイエスと判断したときはステップ S 8へ移行し、ノーと判断したときはとステップ S 4へ移行するのである。

本実施例によれば、切削工具の摩耗が進むことによって、図 1 2の如く所定期間内の振動波形の積分値に大きな変動が生じたとき、前記標準偏差が所定の閾値を越えることとなって、切削工具の摩耗が検出される。

尚、前記所定の閾値は、図 1 1に示す如く切削工具に摩耗が発生していない状態における波形積分値の標準偏差に応じて、適切な大きさに設定する。次に第 3の実施例について説明する。

本実施例では、振動の波形に周波数解析を施すと、図 1 6の如く正常時は切削工具 7 0の回転速度と切削刃 2 7の数によって決まる基準周波数成分が他の周波数成分よりも圧倒的に大きくなつているのに対し、異常時は図 1 7の如く基準周波数成分が他の周波数成分と殆ど差のないものとなる点に注目し、この変化を検出して、切削工具の異常状態を検出するのである。

図 1 4に示す如く、本実施例の信号処理制御部 2 1は、振動検出センサ 1 7によって検出した振動の波形に周波数解析、例えばフーリエ級数解析を施す周波数解析部 3 0と、該周波数解析部 3 0から得られる解析値を予め設定された正常時の解析値と比較して、所定量以上の変化が生じたと判断したときに比較信号を出力する比較部 3 1とを具えている。

上記切削工具異常検出装置の動作を図 1 5に基づいて説明する。図 1 5は、図 5に示す第 1の実施例の工程と異なるステップのみを表わしており、図 5のステヅプ S 6及びステップ S 7に代えて、図 1 5のステップ S 1 7及びステップ S 1 8を実行する。尚、本実施例では、図 5のステップ S 4にて、正常時の周波数解析値（閾値 Z )を初期値として設定している。

図 1 5の如く、ステップ S 1 7では、振動検出センサ 1 7で検出した振動の波形に対して周波数解析部 3 0による周波数解析を施す。ステップ S 1 8では、ステツプ S 1 7で得られた解析値と予め設定されている正常状態の解析値とを比較し、所定量以上の変化が生じたかどうか、例えば図 1 6に示す基本周波数の解析値（パワー） Xが図 1 7の如く正常状態の解析値から决まる閾値 Zよりも小さくなつたかどうかを判断する。

そして、ステップ S 1 8にてイエスと判断したときはステップ S 8へ移行し、ノーと判断したときはステップ S 4へ移行するのである。

本実施例によれば、切削工具の摩耗が進むことにより、図 1 7の如く基準周波数の解析値が閾値 Zよりも小さくなることとなって、切削工具の摩耗が検出される。次に、第 4の実施例について説明する。

本実施例では、図 1 8に示す如く、信号処理制御部 2 1に設置されて、振動の時間的な変化に基づいて加工時間、実切削時間、切削回数などの切削工具の切削状態情報を抽出する情報抽出部 3 2と、マシニングセン夕 1に設置されて、前記情報抽出部 3 2で抽出した情報を表示する第 1表示部 3 3と、マシニングセン夕 1と離れた場所でマシニングセン夕 1の動作を監視するためのモニタリング機 3 4と、該モニタリング機 3 4に設置されて、前記情報抽出部 3 2の抽出情報を表示する第 2表示部 3 5とを具えている。更に、マシニングセン夕 1の制御装置 1 3及び信号処理制御部 2 1と、モニタリング機 3 とは、社内ィントラネットゃィン夕一ネットなどのネットワークを介して互いに接続されている。

上記切削工具異常検出装置においては、情報抽出部 3 2が振動検出センサ 1 7 によって検出される振動の波形に基づいて、加工時間、実切削時間、切削回数などの切削工具の切削状態情報を抽出し、ネットワークを介して、マシニングセン夕 1の第 1表示部 3 3やモニタリング機 3 4の第 2表示部 3 5に情報を送信し、表示させる。

これによつて、マシニングセン夕 1の近傍にいる作業員や、遠隔地でモニタリング機 3 4を監視している作業員は、従来のように機械の切削音や切りくずの色変化などの観測による勘に頼ることなく、切削加工の状態を監視することが出来る。この結果、誰が監視しても常に一定の監視結果が得られ、メンテナンス時期を適確に判断することが可能となる。更に、第 5の実施例について説明する。

本実施例においては、前述の各実施例における無線呼出し部 2 5からの連絡に基づく切削工具の手動交換に代えて、図 1 9に示すツールチェンジャ 1 6による切削工具の自動交換が行われる。

本実施例の切削工具異常検出装置の動作を図 2 0に基づいて説明する。図 2 0 は、図 5に示す第 1の実施例の工程と異なるステップのみを表わしており、図 5 のステップ S 1 0、ステップ S 1 1及びステップ S 1 2に代えて、図 2 0のステヅプ S 1 9、ステップ S 2 0及びステップ S 2 1を実行する。

ステップ 1 9では、ステップ 9からの停止信号を受けて、制御装置 1 3からッールチェンジャ 1 6へ工具交換指令信号が出力される。ステップ 2 0では、ステッブ 1 9からの工具交換指令信号を受けて、ツールチェンジャ 1 6が駆動され、スピンドル 6に装着された切削工具 7 0をツールマガジン 1 6 1に収容された切削工具 7 1と交換する。

具体的には、先ず図 2において、ツール交換用アーム 1 6 2を下降させ、その後、切削工具 7 0、 7 1の切り欠き 1 7 0、 1 7 1と同じ高さに到達した時点で下降を停止させるとともに、図中矢印 Aで示す方向に回動させる。これによつて、ツール交換用アーム 1 6 2の鉤部 1 6 3が切削工具 7 0の切り欠き 1 7 0に嵌合するとともに、ツール交換用アーム 1 6 2の鉤部 1 6 4が切削工具 7 1の切り欠き 1 7 1に嵌合する。

そして、更にツール交換用アーム 1 6 2を下降させると、切削工具 7 0がスビンドル 6から離脱するとともに、切削工具 7 1がツールマガジン 1 6 1から離脱して、図 3に示す状態となる。

次に、ヅ一ル交換用アーム 1 6 2を 1 8 0度回転させた後、上昇させると、切削工具 7 0がツールマガジン 1 6 1に収容されるとともに、切削工具 7 1がスピンドル 6に装着される。続いて、ツール交換用アーム 1 6 2を図中矢印 B方向に 9 0度回転させることによって、切削工具 7 0の切り欠き 1 7 0からヅ一ル交換用アーム 1 6 2の鉤部 1 6 3を離間させるとともに、切削工具 7 1の切り欠き 1 7 1からツール交換用アーム 1 6 2の鉤部 1 6 4を離間させた後、ツール交換用アーム 1 6 2を上昇させる。これによつて交換動作が終了する。

そして、図 2 0のステップ 2 1では、ツールチェンジャ 1 6から制御部 1 3に作業再開の信号が入力されて、マシニングセン夕 1がリスタートし、加工作業が再開される。その後、ステップ S 4へ移行して、加工作業が継続される。

上記切削工具異常検出装置によれば、切削工具の摩耗が検出されると、作業者による交換の指示を待つことなく自動的に切削工具の交換が行われて、加工作業が継続されるため、切削工具交換のたびに作業者がマシニングセン夕の側まで来る必要がなくなる。この結果、更にマシニングセン夕の作業効率が向上すると共に、作業者の作業効率も向上する。

なお、本実施例では、無線呼出し部 2 5からの連絡に基づく切削工具の手動交換に代えて、ツールチェンジャによる切削工具の自動交換を行ったが、無線呼出し部 2 5を設けて、ツールチェンジャによる切削工具の自動交換を行なうと同時に、無線呼出し部 2 5による作業員への連絡をも行なう構成を採用することも可能である。

また、無線呼出し部 2 5を設ける場合において、ツールマガジンに交換すべき切削工具がなくなったときに、無線呼出し部 2 5による作業員への連絡を行う構成を採用することも可能である。この場合、作業者が適切な切削工具の補充時期を知ることができるため、ツールマガジンに交換すべき切削工具がなくなって、マシニングセンタの加工作業が停止したり、また、一度使用した切削工具が再使用されたりすることがなくなるので、マシニングセン夕の作業効率を更に向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

とを具えていることを特徴とする切削工具異常検出装置。

2 . 前記報知手段は、作業者を無線で呼び出すための無線信号を発する無線呼出し手段と、作業者が携帯して、該無線呼出し手段からの無線信号を受信する受信手段とを具えている請求の範囲第 1項に記載の切削工具異常検出装置。

3 . 制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

とを具えていることを特徴とする切削工具異常検出装置。

4 . 前記振動検出手段は、切削加工時にワークを設置すべきワーク設置部に取り付けられている請求の範囲第 1項乃至第 3項の何れかに記載の切削工具異常検出

5 . 前記振動検出手段は、一定期間内に前記振動の振幅に所定値を越えるピークが発生する回数を周期的にカウントするカウント手段を有し、前記異常状態検出手段は、前記カウント手段によってカウントされたピーク発生回数を所定の閾値と比較して、ビーク発生回数が所定の閾値を越えたときに、前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段を具えている請求の範囲第 1項乃至第 4 項の何れかに記載の切削工具異常検出装置。

6 . 前記振動検出手段は、一定期間内に発生する前記振動の波形を周期的に積分する波形積分手段を具え、前記異常状態検出手段は、前記波形積分手段から得られる積分値の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、該標準偏差算出手段から得られる標準偏差を所定の閾値と比較して、標準偏差が所定の閾値よりも大きくなったときに、前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段とを具えている請求の範囲第 1項乃至第 4項の何れかに記載の切削工具異常検出装置 c

7 . 前記異常状態検出手段は、一定期間内に発生する前記振動の振幅の時間的な変化に周期的に周波数解析を施す周波数解析手段と、該周波数解析手段による解析値が正常時の解析値から所定量以上変化したとき前記停止指令手段に停止指令の出力を指示する比較判断手段とを具えている請求の範囲第 1項乃至第 4項の何れかに記載の切削工具異常検出装置。

8 . 更に、前記振動検出手段によって検出される振動の振幅の時間的な変化に基づいて、加工時間、実切削時間、切削回数などの切削工具の切削状態情報を抽出する情報抽出手段と、該情報抽出手段によって抽出された情報、及び/又は前記振動検出手段によって検出された振動の振幅の時間的な変化を表示する表示手段とを具えている請求の範囲第 1項乃至第 7項の何れかに記載の切削工具異常検出装置。

9 . 更に、切削加工機の動作をモニタリングするモニタリング機と、切削加工機とモニタリング機とを互いに接続するネットワークとを具え、該モニタリング機に前記表示手段が配置され、該ネットワークを通じて、前記情報抽出手段によつて抽出された情報及び/又は前記振動検出手段によって検出される振動の振幅の時間的な変化の表示が行なわれる請求の範囲第 8項に記載の切削工具異常検出装置。

1 0 . 制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

該異常状態検出ステップで異常状態を検出したときに、前記制御装置に切削加ェの停止を指令する停止指令ステップと、

とを有することを特徴とする切削工具異常検出方法。

1 1 . 前記報知ステップは、作業者を呼び出すための無線信号を発する無線呼出しステップと、該無線呼出しステップによる無線信号を受信する受信ステップとを有している請求項 1 0に記載の切削工具異常検出方法。

1 2 . 制御装置による制御の下で切削工具を駆動して、ワークに切削加工を施す切削加工機において、

該振動検出ステップで検出した振動の変化に基づいて、切削工具の異常状態を検出する異常状態検出ステツプと、

該異常状態検出ステツプで異常状態を検出したときに、前記制御装置に切削加ェの停止を指令する停止指令ステツプと、

該停止指令ステップによって切削加工が停止した後に、切削工具の交換を指令する工具交換指令ステツプと、

該切削工具交換ステップによって切削工具を交換した後に、前記制御装置に切削加工の再開を指令する加工再開ステツプ

とを有することを特徴とする切削工具異常検出方法。

1 3 . 前記振動検出ステップは、切削加工時にワークを設置すべきワーク設置部に取り付けた振動検出手段によって行なわれる請求の範囲第 1 0項乃至第 1 2項の何れかに記載の切削工具異常検出方法。

1 4 . 前記振動検出ステップは、一定期間内に前記振動の振幅に所定値を越えるピークが発生する回数をカウントするカウントステップを有し、前記異常状態検出ステップは、前記カウントステップで検出したピーク発生回数を所定の閾値と比較して、ピーク発生回数が所定の閾値を越えたときに、前記停止指令ステップによる停止指令の出力を指示する比較判断ステツプとを有する請求の範囲第 1 0 項乃至第 1 3項の何れかに記載の切削工具異常検出方法。

1 5 . 前記振動検出ステップは、一定期間内に発生する前記振動の波形を周期的に積分する波形積分ステップを有し、前記異常状態検出ステップは、前記波形積分ステップで得られる積分値の標準偏差を算出する標準偏差算出ステップと、該標準偏差算出ステップで算出した標準偏差を所定の閾値と比較して、標準偏差が所定の閾値よりも大きくなつたとき前記停止指令ステップによる停止指令の出力を指示する比較判断ステップとを有する請求の範囲第 1 0項乃至第 1 3項の何れかに記載の切削工具異常検出方法。

1 6 . 前記異常状態検出ステップは、一定期間内に発生する前記振動の振幅の時間的な変化に周期的に周波数解析を施す周波数解析ステップと、該周波数解析ステップによって得られる解析値が正常時の解析値から所定量以上変化したとき前記停止指令ステップによる停止指令の出力を指示する比較判断ステップとを有する請求の範囲第 1 0乃至第 1 3項の何れかに記載の切削工具異常検出方法。