WO2022113957A9 - 工具損傷検出装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a tool damage detection device and a computer-readable storage medium.
  • tool damage detection is performed on machine tools.
  • time-series data indicating the load applied to the spindle in the interval from when the tool starts rotating to when it stops is acquired. Then, the time-series data in the acquired section is compared with the reference time-series data to detect tool damage (for example, Patent Document 1).
  • the load data acquired from the start to the end of the machining cycle includes data during periods when the load changes greatly due to acceleration/deceleration torque, and data during non-cutting. Data indicating the load may be included.
  • the acquired load data does not accurately indicate the load applied to the spindle in the section where cutting is actually performed by the tool. Therefore, even if the tool damage is detected using such load data, there is a possibility that the tool damage cannot be detected with high accuracy.
  • the purpose of the present invention is to reliably detect tool damage by accurately capturing the characteristics of the load applied to the spindle.
  • the tool damage detection device includes a data acquisition unit that acquires load data indicating the load of the spindle in the cutting feed section and rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle; An extraction unit that extracts evaluation data used to evaluate occurrence, a detection unit that detects the occurrence of tool damage using the evaluation data, and when the detection unit detects damage to the tool, the occurrence of tool damage is detected. and an output unit for outputting data indicating.
  • a computer-readable storage medium acquires load data indicating the load of the spindle in the cutting feed section and rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle; extracting evaluation data used to evaluate the occurrence; detecting the occurrence of tool damage using the evaluation data; and outputting data indicating the occurrence of tool damage if the tool damage is detected.
  • tool damage can be reliably detected by accurately capturing the characteristics of the load applied to the spindle.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of functions of a numerical control device;
  • FIG. It is a figure which shows an example of each data acquired by the data acquisition part at the time of tap processing. It is a figure which shows an example of each data acquired by the data acquisition part at the time of milling. It is a figure which shows an example of each data acquired by the data acquisition part at the time of drilling.
  • 4 is a flow chart showing an example of the flow of processing executed in a numerical control device; 4 is a flowchart for explaining an example of the flow of processing executed in a numerical control device;
  • a tool damage detection device is a device that detects tool damage during or after machine tool operation.
  • Tool damage is, for example, breakage or breakage of the tool.
  • a tool damage detection device is, for example, a numerical control device for a machine tool.
  • the tool damage detection device may be a computer such as a management server that manages the operating state of the machine tool.
  • An example in which the tool damage detection device is a numerical control device will be described below.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a machine tool.
  • the machine tool 1 is, for example, a machining center, a multitasking machine, a drilling machine, or a tapping center.
  • the machine tool 1 includes a numerical control device 2 , a display device 3 , an input device 4 , a servo amplifier 5 and a servo motor 6 , a spindle amplifier 7 and a spindle motor 8 , and auxiliary equipment 9 .
  • the numerical controller 2 is a device that controls the machine tool 1 as a whole.
  • the numerical controller 2 includes a CPU 201 , a bus 202 , a ROM 203 , a RAM 204 and a nonvolatile memory 205 .
  • the CPU 201 is a processor that controls the entire numerical controller 2 according to the system program.
  • the CPU 201 reads a system program and the like stored in the ROM 203 via the bus 202 . Also, the CPU 201 controls the servo motor 6 and the spindle motor 8 according to the machining program.
  • a bus 202 is a communication path that connects each piece of hardware in the numerical controller 2 to each other. Each piece of hardware within the numerical controller 2 exchanges data via the bus 202 .
  • the ROM 203 is a storage device or storage medium that stores system programs and the like for controlling the entire numerical controller 2 .
  • the RAM 204 is a storage device that temporarily stores various data.
  • a RAM 204 functions as a work area for the CPU 201 to process various data.
  • the nonvolatile memory 205 is a storage device that retains data even when the machine tool 1 is powered off and power is not supplied to the numerical controller 2 .
  • the nonvolatile memory 205 is composed of, for example, an SSD (Solid State Drive).
  • the numerical controller 2 further includes a first interface 206, a second interface 207, an axis control circuit 208, a spindle control circuit 209, a PLC (Programmable Logic Controller) 210, and an I/O unit 211. I have.
  • a first interface 206 is an interface that connects the bus 202 and the display device 3 .
  • the first interface 206 sends various data processed by the CPU 201 to the display device 3, for example.
  • the display device 3 is a device that receives various data via the first interface 206 and displays various data.
  • the display device 3 is a display such as an LCD (Liquid Crystal Display).
  • a second interface 207 is an interface that connects the bus 202 and the input device 4 .
  • the second interface 207 for example, sends data input from the input device 4 to the CPU 201 via the bus 202 .
  • the input device 4 is a device for inputting various data.
  • Input device 4 is, for example, a keyboard and a mouse.
  • the input device 4 and the display device 3 may be configured as one device like a touch panel, for example.
  • the axis control circuit 208 is a circuit that controls the servo motor 6.
  • the axis control circuit 208 receives a control command from the CPU 201 and outputs a command for driving the servo motor 6 to the servo amplifier 5 .
  • the axis control circuit 208 sends a torque command for controlling the torque of the servo motor 6 to the servo amplifier 5, for example.
  • the servo amplifier 5 receives a command from the axis control circuit 208 and supplies current to the servo motor 6 .
  • the servo motor 6 is driven by being supplied with current from the servo amplifier 5 .
  • the servomotor 6 is connected to, for example, a ball screw that drives the tool post, the spindle head, and the table.
  • the structures of the machine tool 1 such as the tool post, the spindle head, and the table move, for example, in the X-axis direction, the Y-axis direction, or the Z-axis direction.
  • a spindle control circuit 209 is a circuit for controlling the spindle motor 8 .
  • a spindle control circuit 209 receives a control command from the CPU 201 and outputs a command for driving the spindle motor 8 to the spindle amplifier 7 .
  • the spindle control circuit 209 sends a torque command for controlling the torque of the spindle motor 8 to the spindle amplifier 7, for example.
  • the spindle amplifier 7 receives a command from the spindle control circuit 209 and supplies current to the spindle motor 8 .
  • the spindle amplifier 7 incorporates an ammeter 71 for measuring the current value of the current supplied to the spindle motor 8 .
  • the ammeter 71 measures the current value of the current supplied to the spindle motor 8 .
  • a current value measured by the ammeter 71 is used for load detection of the main shaft.
  • the spindle motor 8 is driven by being supplied with current from the spindle amplifier 7 .
  • a spindle motor 8 is connected to the main shaft and rotates the main shaft.
  • the spindle motor 8 has a speed detector 81 that detects the rotation speed of the spindle motor 8 .
  • a speed detector 81 detects the rotation speed of the spindle motor 8 .
  • Data indicating the rotation speed of the spindle motor 8 detected by the speed detector 81 is used to extract reference load data and evaluation data for detecting the occurrence of tool damage.
  • the reference load data and evaluation data will be explained later in detail.
  • the PLC 210 is a device that executes a ladder program and controls the auxiliary device 9. PLC 210 controls auxiliary equipment 9 via I/O unit 211 .
  • the I/O unit 211 is an interface that connects the PLC 210 and the auxiliary equipment 9 .
  • the I/O unit 211 sends commands received from the PLC 210 to the auxiliary device 9 .
  • the auxiliary equipment 9 is installed in the machine tool 1 and performs auxiliary operations when the machine tool 1 processes a workpiece.
  • the auxiliary device 9 may be a device installed around the machine tool 1 .
  • the auxiliary device 9 is, for example, a tool changer, a cutting fluid injection device, or an opening/closing door driving device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of functions of the numerical controller 2. As shown in FIG.
  • the numerical controller 2 includes a control section 221 , a data acquisition section 222 , an extraction section 223 , a storage section 224 , a detection section 225 and an output section 226 .
  • the control unit 221, the data acquisition unit 222, the extraction unit 223, the detection unit 225, and the output unit 226 are realized, for example, by the CPU 201 performing arithmetic processing using the system program stored in the ROM 203 and various data. .
  • the CPU 201 executes arithmetic processing using the RAM 204 as a work area.
  • the storage unit 224 is realized by storing the data input from the input device 4 or the like or the calculation result of the calculation processing by the CPU 201 in the RAM 204 or the nonvolatile memory 205 .
  • the control section 221 controls each section of the machine tool 1 . Also, the control unit 221 reads the machining program and analyzes the machining program. The control unit 221 executes the analyzed machining program to control the servo motor 6 and the spindle motor 8 . Thereby, the workpiece is processed. Also, the control unit 221 controls the operation of the auxiliary device 9 and the like.
  • the data acquisition unit 222 acquires load data indicating the load on the spindle in the cutting feed section and rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle.
  • the cutting feed section is the section in which the tool is moved by the cutting feed.
  • the section in which the tool is moved by the cutting feed is, for example, the section in which the tool is moved by the linear interpolation command "G01", circular interpolation command "G02", or "G03" described in the machining program. That is, the cutting feed section does not include a rapid feed section in which the tool is rapidly fed.
  • the numerical controller 2 outputs a cutting signal.
  • the signal during cutting is, for example, a speed control signal for the controller 221 to control the speed of the servomotor.
  • the load data that indicates the load on the spindle is time-series data that indicates the load applied in the rotation direction of the spindle.
  • the load data is represented by, for example, the current value of the current supplied to the spindle motor 8 .
  • the load data is, for example, time-series data of values measured by an ammeter 71 built into the spindle amplifier 7 .
  • the load data may be time-series data indicating the value of power supplied to the spindle motor 8 .
  • the load data is obtained, for example, every 1 [ms].
  • the rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle is time-series data indicating the rotation speed of the spindle.
  • the rotation speed data is, for example, time series data of values detected by a speed detector 81 provided in the spindle motor 8 .
  • the rotation speed data indicates a positive value. If the spindle is rotating in reverse, the rotation speed data will show a negative value.
  • Rotation speed data is obtained, for example, every 1 [ms].
  • the data acquisition unit 222 acquires load data and rotational speed data, for example, when a normal tool is used to machine a workpiece for the first time and when the second and subsequent workpieces are machined.
  • a normal tool is a tool that is not worn or damaged.
  • the extraction unit 223 extracts reference load data that serves as a reference for detecting damage to the tool, based on the load data and rotational speed data obtained when the workpiece is first processed by the normal tool.
  • the extraction unit 223 also extracts evaluation data used for evaluating the occurrence of tool damage, based on the load data and rotational speed data acquired when the second and subsequent works are processed.
  • the extraction unit 223 extracts, as evaluation data, the load data of the cutting feed section in which the spindle is rotating forward and the rotation speed is constant.
  • Constant means that it is substantially constant. For example, even if the rotational speed slightly fluctuates during cutting, it is considered that the rotational speed is constant.
  • the extraction unit 223 extracts, for example, load data in a section in which the spindle rotates at ⁇ 10 [min ⁇ 1 ] of the rotation speed commanded by the machining program as reference load data or evaluation data.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of each data acquired by the data acquisition unit 222 during tap processing.
  • (1) in FIG. 3 is data indicating a signal during cutting
  • (2) in FIG. 3 is rotation speed data
  • (3) in FIG. (4) shows the load data obtained when the tap is broken.
  • Tapping is performed by a tapping cycle command.
  • the tapping cycle when the in-cutting signal is output, the spindle starts to rotate and the tool moves in the negative direction of the Z-axis in accordance with the thread pitch.
  • the rotation speed rises sharply until the rotation speed reaches the command speed (section a1 in (2) of FIG. 3). That is, since the rotation speed of the main shaft is not constant in this section, the extraction unit 223 does not extract the load data of this section as the reference load data or the evaluation data. After the spindle starts rotating, the load applied to the spindle in the rotation direction changes greatly due to the acceleration/deceleration torque until the rotation speed reaches the command speed.
  • the extraction unit 223 extracts the load data of this section as reference load data or evaluation data. It should be noted that when the tap touches the workpiece and cutting is performed, the load applied to the spindle increases.
  • the extraction unit 223 does not extract the load data of this section as the reference load data or the evaluation data. It should be noted that while the tool is moving back to the cutting start position along the machining path while the spindle is reversed, it is in a non-cutting state.
  • (3) in FIG. 3 shows the load data acquired during machining of the first workpiece. Therefore, the data extracted from the load data shown in (3) of FIG. 3 is the reference load data.
  • the evaluation data extracted from the start of machining of the second and subsequent workpieces to the occurrence of tool damage is substantially the same as the load data shown in FIG. 3(3).
  • (4) in FIG. 3 shows the load data acquired when the tap is broken. That is, the data extracted from the load data shown in (4) of FIG. 3 is the evaluation data when the tool is damaged.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of each data acquired by the data acquisition unit 222 during milling.
  • (1) in FIG. 4 is data indicating a signal during cutting
  • (2) in FIG. 4 is rotation speed data
  • (3) in FIG. shows the load data obtained when the milling cutter is broken.
  • section from when the spindle starts rotating until it reaches the command speed (section a2 in (2) of FIG. 4), and from the state in which the spindle is rotating at the command speed until it stops.
  • section (b2 section of (2) in FIG. 4) is not included in the cutting feed section in milling. Also, in milling, the spindle does not reverse.
  • the extraction unit 223 extracts the entire cutting feed section as reference load data or evaluation data.
  • (3) in FIG. 4 shows the load data during machining of the first workpiece. That is, the data extracted from the load data shown in (3) of FIG. 4 is the reference load data. Moreover, the evaluation data extracted from the start of machining of the second and subsequent workpieces until the damage to the tool occurs is substantially the same as the load data shown in FIG. 4(3).
  • (4) in FIG. 4 shows the load data acquired when the milling cutter is broken. That is, the data extracted from the load data shown in (4) of FIG. 4 is the evaluation data when the tool is damaged.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of each data acquired by the data acquisition unit 222 during drilling.
  • (1) in FIG. 5 is data indicating a signal during cutting
  • (2) in FIG. 5 is rotation speed data
  • (3) in FIG. indicates the load data obtained when the drill is broken.
  • section from when the spindle starts rotating until it reaches the command speed (section a3 in (2) of FIG. 5), and from the state in which the spindle is rotating at the command speed until it stops.
  • section (b3 section in (2) of FIG. 5) is not included in the cutting feed section in drilling. Also, in drilling, the spindle does not reverse.
  • the extraction unit 223 extracts the entire cutting feed section as reference load data or evaluation data.
  • (3) in FIG. 5 shows the load data during machining of the first workpiece. That is, the data extracted from the load data shown in (3) of FIG. 5 is the reference load data. Moreover, the evaluation data extracted from the start of machining of the second and subsequent workpieces to the occurrence of damage to the tool is substantially the same as the load data shown in FIG. 5(3).
  • (4) in FIG. 5 shows the load data acquired when the drill is broken. That is, the data extracted from the load data shown in (4) of FIG. 5 is the evaluation data when the tool is damaged.
  • the storage unit 224 stores the reference load data and evaluation data extracted by the extraction unit 223 .
  • the storage unit 224 stores, for example, reference load data and evaluation data in association with time information.
  • the time information is, for example, information indicating the time from the start of execution of the machining program to the acquisition of load data extracted as reference load data or evaluation data.
  • the detection unit 225 detects the occurrence of tool damage using the evaluation data.
  • the detection unit 225 detects occurrence of tool damage based on the reference load data and the evaluation data stored in the storage unit 224 .
  • the detector 225 detects the occurrence of tool damage by comparing the reference load data and the evaluation data, for example.
  • the detector 225 determines the evaluation data and the corresponding reference load data based on the time information, for example.
  • the detection unit 225 detects the occurrence of tool damage by comparing the evaluation data with the corresponding reference load data.
  • the detection unit 225 can detect the occurrence of tool damage by comparing the reference load data and the evaluation data.
  • the detection unit 225 detects tool damage based on at least one of the maximum value, minimum value, and average value of the reference load data and at least one of the maximum value, minimum value, and average value of the evaluation data. to detect the occurrence of The detection unit 225 detects whether or not the tool is damaged, for example, by comparing the average value of the reference load data and the average value of the evaluation data.
  • the detection unit 225 calculates at least one threshold value from at least one of the maximum value, minimum value, and average value of the reference load data, and compares the calculated at least one threshold value with the maximum value of the evaluation data. , a minimum value, and/or an average value to detect the occurrence of tool damage.
  • the detection unit 225 calculates, for example, a value corresponding to 50% of the average value of the reference load data as the threshold value.
  • the detection unit 225 detects that the tool is damaged when the average value of the evaluation data is less than 50% of the average value of the reference load data.
  • the output unit 226 When the detection unit 225 detects tool damage, the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of tool damage.
  • the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of tool damage to the display device 3, for example.
  • the display device 3 receives the data indicating the occurrence of tool damage, it displays on the screen that the tool has been damaged.
  • control unit 221 may, for example, issue an alarm indicating that the tool has been damaged. Further, the control section 221 may stop the operation of the machine tool 1 when an alarm is issued.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of processing executed by the numerical controller 2.
  • the data acquisition unit 222 acquires load data indicating the load of the spindle in the cutting feed section and rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle (step SA1).
  • the extraction unit 223 extracts evaluation data used for evaluating occurrence of tool damage from the load data based on the rotational speed data. At this time, the extraction unit 223 extracts the load data of the section in which the spindle rotates forward and the rotational speed of the spindle is constant among the cutting feed sections as evaluation data (step SA2).
  • the detection unit 225 detects the occurrence of tool damage using the evaluation data (step SA3). In other words, the detection unit 225 uses the evaluation data to determine whether the tool has been damaged.
  • the output unit 226 When the detection unit 225 detects damage to the tool (Yes in step SA3), the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of damage to the tool (step SA4), and terminates the process. For example, the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of tool damage to the display device 3 of the numerical control device 2 and causes the display device 3 to display the data indicating the occurrence of tool damage.
  • step SA3 If damage to the tool is not detected (No in step SA3), the process returns to step SA1 to continue acquiring load data and rotational speed data.
  • the tool damage detection device 2 includes the data acquisition unit 222 that acquires the load data indicating the load of the spindle in the cutting feed section and the rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle, and the rotation speed data based on the rotation speed data.
  • An extraction unit 223 extracts evaluation data used for evaluating the occurrence of tool damage from the load data, a detection unit 225 detects the occurrence of tool damage using the evaluation data, and the detection unit 225 detects damage to the tool. and an output 226 that, if detected, outputs data indicative of the occurrence of tool damage. Therefore, tool damage can be reliably detected by accurately capturing the characteristics of the load applied to the spindle.
  • the evaluation data is the load data of the cutting feed section in which the spindle rotates forward and the rotational speed of the spindle is constant. Using such data as the evaluation data makes it possible to reliably detect tool damage in various types of machining such as tapping, milling, and drilling.
  • the extraction unit 223 further extracts reference load data serving as a reference for detecting tool damage from the load data, and the detection unit 225 detects the occurrence of tool damage based on the reference load data and the evaluation data. do. Further, the detection unit 225 detects the tool load based on at least one of the maximum value, minimum value, and average value of the reference load data and at least one of the maximum value, minimum value, and average value of the evaluation data. to detect the occurrence of damage to Therefore, the load of data processing in the detection unit 225 is reduced compared to the case of comparing all the time-series data.
  • the detection unit 225 calculates at least one threshold value from at least one of the maximum value, the minimum value, and the average value of the reference load data, and the calculated at least one threshold value and the evaluation data. A comparison with at least one of a maximum value, a minimum value, and an average value is performed to detect the occurrence of tool damage. Therefore, the threshold value is automatically calculated without relying on the experience of the operator, and the burden on the operator is reduced.
  • evaluation data is extracted based on rotational speed data.
  • the evaluation data may be extracted according to the type of processing without being limited to such an embodiment.
  • the data acquisition unit 222 acquires coordinate value data indicating the coordinate values of the cutting point, and the extraction unit 223 extracts the tool based on the coordinate value data alone or based on the rotation speed data and the coordinate value data. determines the type of processing to be performed, and extracts evaluation data according to the type of processing.
  • the coordinate value data indicating the coordinate values of the cutting point is, for example, time-series data indicating the coordinate values of the movement path of the tool in the work coordinate system. Coordinate values indicating the cutting point are calculated, for example, based on values detected by linear scales (not shown) arranged in the respective directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
  • the extraction unit 223 detects the moving direction of the tool from the coordinate value data and determines the type of machining. For example, if the moving direction of the tool in the cutting feed section is the X-axis direction or the Y-axis direction and the tool does not move in the Z-axis direction, the extraction unit 223 determines that the machining type is milling.
  • the extraction unit 223 determines that the type of machining is tapping or drilling.
  • the extraction unit 223 determines that the type of processing is tapping. If the cutting feed section does not include a section in which the tool is reversed, the extraction unit 223 determines that the type of machining is drilling.
  • the extraction unit 223 determines that the rotation of the main shaft includes forward rotation and reverse rotation, and that the amount of rotation when the main shaft rotates in the forward direction is the same as the amount of rotation when the main shaft rotates in the reverse direction. In this case, it may be determined that the type of machining is tapping.
  • the extraction unit 223 determines that the type of machining is tapping, the load data of the section in which the spindle rotates forward and the rotation speed of the spindle is constant in the cutting feed section is used as the reference load data, or Extract as evaluation data.
  • the extraction unit 223 determines that the type of machining is milling or drilling, it extracts the entire cutting feed interval as reference load data or evaluation data.
  • FIG. 7 is a flowchart explaining an example of the flow of processing executed in the numerical controller 2.
  • the data acquisition unit 222 acquires load data indicating the load of the spindle in the cutting feed section, rotation speed data indicating the rotation speed of the spindle, and coordinate value data indicating the coordinate value of the cutting point. acquire (step SB1).
  • the extraction unit 223 determines the type of processing (step SB2).
  • the extraction unit 223 extracts evaluation data for tapping (step SB3).
  • the extracting unit 223 extracts the load data of the cutting feed section in which the spindle rotates forward and the rotational speed of the spindle is constant as the evaluation data.
  • the extraction unit 223 extracts evaluation data for milling or drilling (step SB4). That is, the extraction unit 223 extracts the entire cutting feed section as evaluation data.
  • the detection unit 225 detects the occurrence of tool damage using the evaluation data (step SB5). In other words, the detection unit 225 uses the evaluation data to determine whether the tool has been damaged.
  • the output unit 226 When the detection unit 225 detects damage to the tool (Yes in step SB5), the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of damage to the tool (step SB6), and terminates the process. For example, the output unit 226 outputs data indicating the occurrence of tool damage to the display device 3 of the numerical control device 2 and causes the display device 3 to display the data indicating the occurrence of tool damage.
  • step SB5 If no damage to the tool is detected (No in step SB5), the process returns to step SB1 to continue acquiring load data, rotation speed data, and coordinate value data.
  • the data acquisition unit 222 acquires the coordinate value data indicating the coordinate values of the cutting point
  • the extraction unit 223 acquires the coordinate value data or the rotation speed data and the coordinate value data.
  • the type of processing is discriminated, and evaluation data is extracted according to the discriminated type of processing.
  • the extraction unit 223 determines that the type of machining is tapping
  • the load data of the section in which the spindle rotates forward in the cutting feed section and the rotation speed of the spindle is constant is the reference load data, Or extract as evaluation data. Therefore, tool damage in various operations such as tapping, milling, and drilling can be reliably detected.
  • the type of processing when the type of processing is milling, for example, when the possibility of tool breakage is low, the type of processing can be discriminated to exclude damage to the tool used in the processing from the detection targets. can. In this case, it is not necessary to store reference load data or evaluation data for milling in the storage unit 224, and the amount of data stored in the storage unit 224 can be reduced.
  • the data acquisition unit 222 acquires coordinate value data indicating the coordinate values of the cutting point, and the extraction unit 223 extracts only the coordinate value data or the rotation speed data and the coordinate value data without discriminating the type of machining. Based on this, evaluation data used for evaluating the occurrence of tool damage may be extracted from the load data.
  • the extraction unit 223 detects the moving direction of the tool from the coordinate value data. For example, in the cutting feed section, if the moving direction of the tool is the X-axis direction or the Y-axis direction and the tool does not move in the Z-axis direction, the extraction unit 223 extracts the entire cutting feed section as evaluation data.
  • the extraction unit 223 extracts The load data in the section in which the spindle is rotating and the rotation speed of the main shaft is constant is extracted as reference load data or evaluation data.
  • the extraction unit 223 extracts the entire cutting feed section. Extract as reference load data or evaluation data.
  • the extraction unit 223 can extract the evaluation data and the reference load data in the same manner as when determining the type of processing.
  • machine tool 2 numerical control device (tool damage detection device) 201 CPUs 202 bus 203 ROM 204 RAMs 205 nonvolatile memory 206 first interface 207 second interface 208 axis control circuit 209 spindle control circuit 210 PLC 211 I/O unit 221 control unit 222 data acquisition unit 223 extraction unit 224 storage unit 225 detection unit 226 output unit 3 display device 4 input device 5 servo amplifier 6 servo motor 7 spindle amplifier 71 ammeter 8 spindle motor 81 speed detector 9 auxiliary equipment

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Abstract

工具損傷検出装置が、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得するデータ取得部と、回転速度データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する抽出部と、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する検出部と、検出部によって工具の損傷が検出された場合、工具の損傷の発生を示すデータを出力する出力部と、を備える。

Description

工具損傷検出装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
　本発明は、工具損傷検出装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
　従来、工作機械では、工具の損傷検出が行われている。工具の損傷検出が行われる場合、例えば、工具の回転が開始してから停止するまでの区間において主軸にかかる負荷を示す時系列データが取得される。そして、取得された区間における時系列データが、基準となる時系列データと比較され、工具の損傷が検出される（例えば、特許文献１）。
特開昭５２－９５３８６号公報
　しかし、例えば、タップ加工が行なわれる場合のように、加工サイクルの開始から終了までの間に取得される負荷データには、加減速トルクにより負荷が大きく変化する間のデータ、および非切削時の負荷を示すデータが含まれてしまう場合がある。
　この場合、取得された負荷データは、実際に工具によって切削が行われている区間において主軸にかかる負荷を正確に示していない。そのため、このような負荷データを用いて工具の損傷検出を行っても、精度よく工具の損傷を検出できないおそれがある。
　本発明は、主軸にかかる負荷の特徴を精度よく捉えることにより、工具の損傷を確実に検出することを目的とする。
　工具損傷検出装置が、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得するデータ取得部と、回転速度データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する抽出部と、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する検出部と、検出部によって工具の損傷が検出された場合、工具の損傷の発生を示すデータを出力する出力部と、を備える。
　コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得することと、回転速度データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出することと、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出することと、工具の損傷が検出された場合、工具の損傷の発生を示すデータを出力することと、をコンピュータに実行させる命令を記憶する。
　本発明により、主軸にかかる負荷の特徴を精度よく捉えることにより、工具の損傷を確実に検出することができる。
工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。 数値制御装置の機能の一例を示すブロック図である。 タップ加工時にデータ取得部によって取得された各データの一例を示す図である。 フライス加工時にデータ取得部によって取得された各データの一例を示す図である。 ドリル加工時にデータ取得部によって取得された各データの一例を示す図である。 数値制御装置において実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 数値制御装置において実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
　以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態で説明する特徴のすべての組合わせが課題解決に必ずしも必要であるとは限らない。また、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。また、以下の実施形態の説明、および図面は、当業者が本発明を十分に理解するために提供されるものであり、特許請求の範囲を限定することを意図していない。
　工具損傷検出装置は、工作機械の動作の動作中、または動作後に、工具の損傷を検出する装置である。工具の損傷とは、例えば、工具の折損、破損である。
　工具損傷検出装置は、例えば、工作機械の数値制御装置である。また、工具損傷検出装置は、工作機械の稼働状態を管理する管理サーバなどのコンピュータであってもよい。以下では、工具損傷検出装置が数値制御装置である場合の例について説明する。
　図１は、工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。工作機械１は、例えば、マシニングセンタ、複合加工機、ボール盤、タッピングセンタである。工作機械１は、数値制御装置２と、表示装置３と、入力装置４と、サーボアンプ５およびサーボモータ６と、スピンドルアンプ７およびスピンドルモータ８と、補助機器９とを備えている。
　数値制御装置２は、工作機械１全体を制御する装置である。数値制御装置２は、ＣＰＵ２０１と、バス２０２と、ＲＯＭ２０３と、ＲＡＭ２０４と、不揮発性メモリ２０５とを備えている。
　ＣＰＵ２０１は、システムプログラムに従って数値制御装置２全体を制御するプロセッサである。ＣＰＵ２０１は、バス２０２を介してＲＯＭ２０３に格納されたシステムプログラムなどを読み出す。また、ＣＰＵ２０１は、加工プログラムに従って、サーボモータ６およびスピンドルモータ８を制御する。
　バス２０２は、数値制御装置２内の各ハードウェアを互いに接続する通信路である。数値制御装置２内の各ハードウェアはバス２０２を介してデータをやり取りする。
　ＲＯＭ２０３は、数値制御装置２全体を制御するためのシステムプログラムなどを記憶する記憶装置、または記憶媒体である。
　ＲＡＭ２０４は、各種データを一時的に格納する記憶装置である。ＲＡＭ２０４は、ＣＰＵ２０１が各種データを処理するための作業領域として機能する。
　不揮発性メモリ２０５は、工作機械１の電源が切られ、数値制御装置２に電力が供給されていない状態でもデータを保持する記憶装置である。不揮発性メモリ２０５は、例えば、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）で構成される。
　数値制御装置２は、さらに、第１のインタフェース２０６と、第２のインタフェース２０７と、軸制御回路２０８と、スピンドル制御回路２０９と、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１０と、Ｉ／Ｏユニット２１１とを備えている。
　第１のインタフェース２０６は、バス２０２と表示装置３とを接続するインタフェースである。第１のインタフェース２０６は、例えば、ＣＰＵ２０１が処理した各種データを表示装置３に送る。
　表示装置３は、第１のインタフェース２０６を介して各種データを受け、各種データを表示する装置である。表示装置３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）などのディスプレイである。
　第２のインタフェース２０７は、バス２０２と入力装置４とを接続するインタフェースである。第２のインタフェース２０７は、例えば、入力装置４から入力されたデータをバス２０２を介してＣＰＵ２０１に送る。
　入力装置４は、各種データを入力するための装置である。入力装置４は、例えば、キーボード、およびマウスである。なお、入力装置４と表示装置３とは、例えば、タッチパネルのように１つの装置として構成されてもよい。
　軸制御回路２０８は、サーボモータ６を制御する回路である。軸制御回路２０８は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてサーボモータ６を駆動させるための指令をサーボアンプ５に出力する。軸制御回路２０８は、例えば、サーボモータ６のトルクを制御するトルクコマンドをサーボアンプ５に送る。
　サーボアンプ５は、軸制御回路２０８からの指令を受けて、サーボモータ６に電流を供給する。
　サーボモータ６は、サーボアンプ５から電流の供給を受けて駆動する。サーボモータ６は、例えば、刃物台、主軸頭、テーブルを駆動させるボールねじに連結される。サーボモータ６が駆動することにより、刃物台、主軸頭、テーブルなどの工作機械１の構造物は、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、またはＺ軸方向に移動する。
　スピンドル制御回路２０９は、スピンドルモータ８を制御するための回路である。スピンドル制御回路２０９は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてスピンドルモータ８を駆動させるための指令をスピンドルアンプ７に出力する。スピンドル制御回路２０９は、例えば、スピンドルモータ８のトルクを制御するトルクコマンドをスピンドルアンプ７に送る。
　スピンドルアンプ７は、スピンドル制御回路２０９からの指令を受けて、スピンドルモータ８に電流を供給する。スピンドルアンプ７はスピンドルモータ８に供給される電流の電流値を測定する電流計７１を内蔵している。
　電流計７１は、スピンドルモータ８に供給される電流の電流値を測定する。電流計７１で測定された電流値は、主軸の負荷検出に利用される。
　スピンドルモータ８は、スピンドルアンプ７から電流の供給を受けて駆動する。スピンドルモータ８は、主軸に連結され、主軸を回転させる。スピンドルモータ８は、スピンドルモータ８の回転速度を検出する速度検出器８１を備えている。
　速度検出器８１は、スピンドルモータ８の回転速度を検出する。速度検出器８１で検出されたスピンドルモータ８の回転速度を示すデータは、工具の損傷の発生を検出するための基準負荷データ、および評価データの抽出に利用される。基準負荷データ、および評価データについては、後に詳しく説明する。
　ＰＬＣ２１０は、ラダープログラムを実行して補助機器９を制御する装置である。ＰＬＣ２１０は、Ｉ／Ｏユニット２１１を介して補助機器９を制御する。
　Ｉ／Ｏユニット２１１は、ＰＬＣ２１０と補助機器９とを接続するインタフェースである。Ｉ／Ｏユニット２１１は、ＰＬＣ２１０から受けた指令を補助機器９に送る。
　補助機器９は、工作機械１に設置され、工作機械１がワークを加工する際の補助的な動作を行う。補助機器９は、工作機械１の周辺に設置される装置であってもよい。補助機器９は、例えば、工具交換装置、切削液噴射装置、または開閉ドア駆動装置である。
　次に、数値制御装置２の機能の一例について説明する。
　図２は、数値制御装置２の機能の一例を示すブロック図である。数値制御装置２は、制御部２２１と、データ取得部２２２と、抽出部２２３と、記憶部２２４と、検出部２２５と、出力部２２６とを備える。
　制御部２２１、データ取得部２２２、抽出部２２３、検出部２２５、および出力部２２６は、例えば、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０３に記憶されているシステムプログラム、および各種データを用いて演算処理することにより実現される。ＣＰＵ２０１は、作業領域としてＲＡＭ２０４を用いて演算処理を実行する。記憶部２２４は、入力装置４などから入力されたデータ、またはＣＰＵ２０１による演算処理の演算結果がＲＡＭ２０４、または不揮発性メモリ２０５に記憶されることにより実現される。
　制御部２２１は、工作機械１の各部を制御する。また、制御部２２１は、加工プログラムを読み込んで加工プログラムを解析する。制御部２２１は、解析した加工プログラムを実行してサーボモータ６、およびスピンドルモータ８を制御する。これにより、ワークの加工が行われる。また、制御部２２１は、補助機器９などの動作を制御する。
　データ取得部２２２は、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得する。
　切削送り区間とは、工具が切削送りによって移動している区間である。工具が切削送りによって移動している区間は、例えば、加工プログラムに記載された直線補間指令「Ｇ０１」、円弧補間指令「Ｇ０２」、または「Ｇ０３」によって工具が移動している区間である。すなわち、切削送り区間には工具が早送りされる早送り区間は含まれない。切削送り区間では、数値制御装置２において切削中信号が出力されている。切削中信号は、例えば、制御部２２１が、サーボモータの速度制御を行うための速度制御信号である。
　主軸の負荷を示す負荷データとは、主軸の回転方向にかかる負荷を示す時系列データである。負荷データは、例えば、スピンドルモータ８に供給される電流の電流値で表される。負荷データは、例えば、スピンドルアンプ７に内蔵された電流計７１によって測定される値の時系列データである。また、負荷データは、スピンドルモータ８に供給される電力の値を示す時系列データであってもよい。負荷データは、例えば、１［ｍｓ］ごとに取得される。
　主軸の回転速度を示す回転速度データは、主軸の回転速度を示す時系列データである。回転速度データは、例えば、スピンドルモータ８に設けられた速度検出器８１によって検出される値の時系列データである。主軸が正転している場合、回転速度データは正の値を示す。主軸が逆転している場合、回転速度データは負の値を示す。回転速度データは、例えば、１［ｍｓ］ごとに取得される。
　データ取得部２２２は、例えば、正常工具によって最初にワークの加工が行われるとき、および２つ目以降のワークが加工されるときに、負荷データと、回転速度データとを取得する。正常工具とは、摩耗、損傷などが発生していない工具である。
　抽出部２２３は、正常工具によって最初にワークが加工される際に取得された負荷データ、および回転速度データに基づいて、工具の損傷を検出するための基準となる基準負荷データを抽出する。また、抽出部２２３は、２つ目以降のワークが加工される際に取得された負荷データ、および回転速度データに基づいて、工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する。
　抽出部２２３は、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、回転速度が一定の区間の負荷データを評価データとして抽出する。ここで、一定とはほぼ一定であればよく、例えば、切削中にわずかに回転速度が変動する場合も、回転速度が一定であるとみなす。
　抽出部２２３は、例えば、加工プログラムで指令された回転速度の±１０［ｍｉｎ－１］で主軸が回転している区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　図３は、タップ加工時にデータ取得部２２２によって取得された各データの一例を示す図である。図３の（１）は切削中信号を示すデータ、図３の（２）は回転速度データ、図３の（３）は正常工具による最初のワークの加工時に取得された負荷データ、図３の（４）はタップが折損した状態において取得された負荷データを示している。
　タップ加工は、タップ加工サイクル指令によって実行される。タップ加工サイクルでは、切削中信号が出力されると、主軸が回転し始めるとともに、ねじのピッチのあわせて工具がＺ軸のマイナス方向に移動する。
　主軸の回転が開始した後、回転速度が指令速度に到達するまでの間（図３の（２）のａ１区間）、回転速度は急激に上昇する。すなわち、この区間は、主軸の回転速度が一定ではないため、抽出部２２３は、この区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出しない。なお、主軸の回転が開始した後、回転速度が指令速度に到達するまでの間は、加減速トルクにより主軸の回転方向にかかる負荷は大きく変化している。
　主軸が指令速度に到達すると、主軸の回転速度は一定になる（図３の（２）のｂ１区間）。したがって、抽出部２２３は、この区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出する。なお、タップがワークに接触して切削が行われると、主軸にかかる負荷は増大する。
　工具が穴の奥に到達して主軸の回転方向が反転するとき（図３の（２）のｃ１区間）、主軸の回転速度は指令速度から急激に低下する。すなわち、この区間は、主軸の回転速度が一定ではないため、抽出部２２３は、この区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出しない。なお、主軸の回転方向が反転する際、加減速トルクにより主軸の回転方向にかかる負荷は大きく変化している。
　工具が切削開始位置に戻って主軸が停止する際（図３の（２）のｅ１区間）にも主軸の回転速度は急激に上昇する。すなわち、この区間は、主軸の回転速度が一定ではないため、抽出部２２３は、この区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出しない。なお、工具が切削開始位置に戻って主軸が停止するとき、加減速トルクにより主軸の回転方向にかかる負荷は大きく変化している。
　主軸が逆転している間（図３の（２）のｄ１区間）は、主軸の回転速度は負の値となる。したがって、抽出部２２３は、この区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出しない。なお、主軸が逆転しながら工具が加工経路に沿って切削開始位置まで戻る動きをしている間は非切削状態となる。
　上述したとおり、図３の（３）は最初のワークの加工時に取得された負荷データを示している。したがって、図３の（３）に示す負荷データから抽出されるデータが基準負荷データである。２つ目以降のワークの加工が開始してから工具の損傷が発生するまでに抽出される評価データは、図３の（３）に示す負荷データとほぼ同じデータとなる。
　上述したとおり、図３の（４）はタップが折損した状態において取得された負荷データを示している。つまり、図３の（４）に示す負荷データから抽出されるデータが工具の損傷が発生したときの評価データである。
　図４は、フライス加工時にデータ取得部２２２によって取得された各データの一例を示す図である。図４の（１）は切削中信号を示すデータ、図４の（２）は回転速度データ、図４の（３）は最初のワークの加工時に取得された負荷データ、図４の（４）はフライスが折損した状態において取得された負荷データを示している。
　図４に示すように、主軸の回転が開始してから指令速度に到達するまでの区間（図４の（２）のａ２区間）、および主軸が指令速度で回転している状態から停止するまでの区間（図４の（２）のｂ２区間）は、フライス加工における切削送り区間には含まれていない。また、フライス加工では、主軸は逆転しない。
　つまり、フライス加工が行われる際は、切削送り区間において、主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定である。したがって、抽出部２２３は、切削送り区間の全区間を基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　上述したとおり、図４の（３）は最初のワークの加工時の負荷データを示している。つまり、図４の（３）に示す負荷データから抽出されるデータは基準負荷データである。また、２つ目以降のワークの加工が開始してから工具の損傷が発生するまでに抽出される評価データは、図４の（３）に示す負荷データとほぼ同じデータとなる。
　上述したとおり、図４の（４）はフライスが折損した状態において取得された負荷データを示している。つまり、図４の（４）に示す負荷データから抽出されるデータが工具の損傷が発生したときの評価データである。
　図５は、ドリル加工時にデータ取得部２２２によって取得された各データの一例を示す図である。図５の（１）は切削中信号を示すデータ、図５の（２）は回転速度データ、図５の（３）は最初のワークの加工時に取得された負荷データ、図５の（４）はドリルが折損した状態において取得された負荷データを示している。
　図５に示すように、主軸の回転が開始してから指令速度に到達するまでの区間（図５の（２）のａ３区間）、および主軸が指令速度で回転している状態から停止するまでの区間（図５の（２）のｂ３区間）は、ドリル加工における切削送り区間には含まれていない。また、ドリル加工では、主軸は逆転しない。
　つまり、ドリル加工が行われる際は、切削送り区間において、主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定である。したがって、抽出部２２３は、切削送り区間の全区間を基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　上述したとおり、図５の（３）は最初のワークの加工時の負荷データを示している。つまり、図５の（３）に示す負荷データから抽出されるデータは基準負荷データである。また、２つ目以降のワークの加工が開始してから工具の損傷が発生するまでに抽出される評価データは、図５の（３）に示す負荷データとほぼ同じデータとなる。
　上述したとおり、図５の（４）はドリルが折損した状態において取得された負荷データを示している。つまり、図５の（４）に示す負荷データから抽出されるデータが工具の損傷が発生したときの評価データである。
　ここで、図２の数値制御装置２の機能の説明を続ける。
　記憶部２２４は、抽出部２２３によって抽出された基準負荷データ、および評価データを記憶する。記憶部２２４は、例えば、基準負荷データ、および評価データをそれぞれ、時間情報と関連付けて記憶する。時間情報とは、例えば、加工プログラムの実行が開始されてから、基準負荷データ、または評価データとして抽出される負荷データが取得されるまでの時間を示す情報である。
[規則91に基づく訂正 12.01.2023]　
　検出部２２５は、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する。検出部２２５は、記憶部２２４に記憶された基準負荷データと評価データとに基づいて工具の損傷の発生を検出する。検出部２２５は、例えば、基準負荷データと評価データとを比較することにより工具の損傷の発生を検出する。検出部２２５は、例えば、時間情報に基づいて、評価データとこれに対応する基準負荷データとを判断する。検出部２２５は、評価データとこれに対応する基準負荷データとを比較することにより工具の損傷の発生を検出する。
　例えば、タップ加工、フライス加工、およびドリル加工において工具が折損した場合、切削送り区間では工具とワークとが接触しなくなる。したがって、評価データの値は、基準負荷データの値よりも小さくなる（図３の（３）および（４）、図４の（３）および（４）、ならびに図５の（３）および（４））。したがって、検出部２２５は、基準負荷データと評価データとを比較することにより、工具の損傷の発生を検出することができる。
　検出部２２５は、基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つと、評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つに基づいて、工具の損傷の発生を検出する。検出部２２５は、例えば、基準負荷データの平均値と、評価データの平均値とを比較して工具に損傷が発生しているか否かを検出する。
　検出部２２５は、基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つから、少なくとも１つのしきい値を算出し、算出した少なくとも１つのしきい値と評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つとを比較して工具の損傷の発生を検出してもよい。検出部２２５は、例えば、基準負荷データの平均値の５０％に当たる値をしきい値として算出する。検出部２２５は、評価データの平均値が基準負荷データの平均値の５０％未満となった場合、工具の損傷が発生したことを検出する。
　出力部２２６は、検出部２２５によって工具の損傷が検出された場合、工具の損傷の発生を示すデータを出力する。出力部２２６は、例えば、表示装置３に工具の損傷の発生を示すデータを出力する。表示装置３は、工具の損傷の発生を示すデータを受けると画面に工具の損傷が発生したことを表示する。
　検出部２２５が工具の損傷の発生を示すデータを検出した場合、制御部２２１は、例えば、工具の損傷が発生したこと示すアラームを発してもよい。また、制御部２２１は、アラームを発した場合に、工作機械１の動作を停止させてもよい。
　次に、数値制御装置２において実行される処理の流れについて説明する。
　図６は、数値制御装置２において実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。
　数値制御装置２では、まず、データ取得部２２２が、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得する（ステップＳＡ１）。
　次に、抽出部２２３が、回転速度データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する。このとき、抽出部２２３は、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データを評価データとして抽出する（ステップＳＡ２）。
　次に、検出部２２５が、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する（ステップＳＡ３）。つまり、検出部２２５は、評価データを用いて工具の損傷が発生したか否かを判定する。
　検出部２２５によって工具の損傷が検出された場合（ステップＳＡ３においてＹｅｓの場合）、出力部２２６は、工具の損傷の発生を示すデータを出力し（ステップＳＡ４）、処理を終了する。出力部２２６は、例えば、数値制御装置２の表示装置３に工具の損傷の発生を示すデータ出力し、表示装置３に工具の損傷の発生を示すデータを表示させる。
　工具の損傷が検出されない場合（ステップＳＡ３においてＮｏの場合）、ステップＳＡ１に戻って負荷データおよび回転速度データの取得が継続される。
　以上説明したように、工具損傷検出装置２は、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得するデータ取得部２２２と、回転速度データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する抽出部２２３と、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する検出部２２５と、検出部２２５によって工具の損傷が検出された場合、工具の損傷の発生を示すデータを出力する出力部２２６と、を備える。したがって、主軸にかかる負荷の特徴を精度よく捉えることにより、工具の損傷を確実に検出することができる。
　また、評価データは、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データである。評価データをこのようなデータとすることにより、タップ加工、フライス加工、およびドリル加工などの各種加工における工具の損傷を確実に検出することができる。
　抽出部２２３は、さらに、負荷データから工具の損傷を検出するための基準となる基準負荷データを抽出し、検出部２２５は、基準負荷データと評価データとに基づいて工具の損傷の発生を検出する。また、検出部２２５は、基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つと、評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つに基づいて、工具の損傷の発生を検出する。したがって、時系列データをすべて比較する場合に比べて、検出部２２５におけるデータ処理の負荷が小さくなる。
　また、検出部２２５は、基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つから、少なくとも１つのしきい値を算出し、算出した少なくとも１つのしきい値と評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つとを比較して工具の損傷の発生を検出する。したがって、作業者の経験によらずに自動的にしきい値が算出されることになり、作業者の負担が軽減される。
　上述した実施形態では、回転速度データに基づいて、評価データが抽出される。しかし、このような実施形態に限らず、加工の種類に応じて評価データが抽出されるようにしてもよい。
　この場合、データ取得部２２２は、切削点の座標値を示す座標値データを取得し、抽出部２２３は、座標値データのみに基づいて、あるいは、回転速度データと座標値データとに基づいて工具が行う加工の種類を判別し、加工の種類に応じて、評価データを抽出する。
　切削点の座標値を示す座標値データとは、例えば、ワーク座標系における工具の移動経路の座標値を示す時系列データである。切削点を示す座標値は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれの方向に向けて配置されたリニアスケール（不図示）が検出する値に基づいて算出される。
　抽出部２２３は、例えば、座標値データから工具の移動方向を検出し、加工の種類を判別する。例えば、切削送り区間において工具の移動方向がＸ軸方向またはＹ軸方向であり、Ｚ軸方向には移動しない場合、抽出部２２３は、加工の種類がフライス加工であると判別する。
　また、切削送り区間において工具の移動方向がＺ軸方向のみである場合、抽出部２２３は、加工の種類がタップ加工、またはドリル加工であると判別する。
　さらに、切削送り区間において工具の移動方向がＺ軸方向のみであり、かつ、切削送り区間において工具の回転速度が負の値になる区間を含む場合、すなわち、工具が逆転する区間を含む場合、抽出部２２３は、加工の種類がタップ加工であると判別する。切削送り区間において工具が逆転する区間を含まない場合、抽出部２２３は、加工の種類がドリル加工であると判別する。
　あるいは、抽出部２２３は、主軸の回転には正転と逆転が含まれており、かつ、主軸が正転するときの回転量と、逆転するときの回転量とが同じであると判定された場合に、加工の種類がタップ加工であると判別してもよい。
　抽出部２２３は、加工の種類がタップ加工であると判別した場合、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　また、抽出部２２３が加工の種類をフライス加工、またはドリル加工であると判別した場合、切削送り区間の全区間を基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　次に、加工の種類が判別され、加工の種類に応じて評価データが抽出される場合に、数値制御装置２において実行される処理の流れについて説明する。
　図７は、数値制御装置２において実行される処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
　数値制御装置２では、まず、データ取得部２２２が、切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、主軸の回転速度を示す回転速度データと、切削点の座標値を示す座標値データとを取得する（ステップＳＢ１）。
　次に、抽出部２２３が、加工の種類を判別する（ステップＳＢ２）。
　加工の種類がタップ加工である場合（ステップＳＢ２においてＹｅｓの場合）、抽出部２２３は、タップ加工用の評価データを抽出する（ステップＳＢ３）。つまり、抽出部２２３は、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データを評価データとして抽出する。
　加工の種類がタップ加工ではない場合（ステップＳＢ２においてＮｏの場合）、抽出部２２３は、フライス加工用、またはドリル加工用の評価データを抽出する（ステップＳＢ４）。つまり、抽出部２２３は、切削送り区間の全区間を評価データとして抽出する。
　次に、検出部２２５が、評価データを用いて工具の損傷の発生を検出する（ステップＳＢ５）。つまり、検出部２２５は、評価データを用いて工具の損傷が発生したか否かを判定する。
　検出部２２５によって工具の損傷が検出された場合（ステップＳＢ５においてＹｅｓの場合）、出力部２２６は、工具の損傷の発生を示すデータを出力し（ステップＳＢ６）、処理を終了する。出力部２２６は、例えば、数値制御装置２の表示装置３に工具の損傷の発生を示すデータ出力し、表示装置３に工具の損傷の発生を示すデータを表示させる。
　工具の損傷が検出されない場合（ステップＳＢ５においてＮｏの場合）、ステップＳＢ１に戻って負荷データ、回転速度データ、および座標値データの取得が継続される。
　以上説明したように、データ取得部２２２は、切削点の座標値を示す座標値データを取得し、抽出部２２３は、座標値データ、または、回転速度データおよび座標値データに基づいて工具が行う加工の種類を判別し、判別した加工の種類に応じて、評価データを抽出する。このように加工の種類を判別する場合、加工プログラムに記載されたＧコードなどの指令コードの解析を行って加工の種類を判別する必要がない。そのため、指令コードに基づいて加工の種類を判別する機能を備えていない、すでに工場で従来使用されている工作機械１に対しても工具損傷検出装置を実装しやすくなる。
　また、抽出部２２３が加工の種類をタップ加工であると判別した場合、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出する。したがって、タップ加工、フライス加工、およびドリル加工などの各種加工における工具の損傷を確実に検出することができる。
　また、加工の種類がフライス加工である場合など、工具が折損する可能性が低い場合には、加工の種類を判別することによって、その加工に用いられる工具の損傷を検出対象から除外することができる。この場合、フライス加工時の基準負荷データ、または評価データを記憶部２２４に記憶させる必要がなく、記憶部２２４に記憶されるデータ量を削減することができる。
　なお、データ取得部２２２が、切削点の座標値を示す座標値データを取得し、抽出部２２３が、加工の種類を判別せずに、座標値データのみ、または回転速度データおよび座標値データに基づいて、負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出するようにしてもよい。
　この場合、抽出部２２３は、座標値データから工具の移動方向を検出する。例えば、切削送り区間において工具の移動方向がＸ軸方向またはＹ軸方向であり、Ｚ軸方向には移動しない場合、抽出部２２３は、切削送り区間の全区間を評価データとして抽出する。
　切削送り区間における工具の移動方向がＺ軸方向であり、かつ、切削送り区間に主軸の回転速度が負の値となる区間が含まれる場合、抽出部２２３は、切削送り区間のうち主軸が正転しており、かつ、主軸の回転速度が一定の区間の負荷データを基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　切削送り区間における工具の移動方向がＺ軸方向であり、かつ、切削送り区間に主軸の回転速度が負の値となる区間が含まれない場合、抽出部２２３は、切削送り区間の全区間を基準負荷データ、または評価データとして抽出する。
　これにより、抽出部２２３は、加工の種類を判別する場合と同様に、評価データ、および基準負荷データを抽出することができる。
　　１　　　　　工作機械
　　２　　　　　数値制御装置（工具損傷検出装置）
　　２０１　　　ＣＰＵ
　　２０２　　　バス
　　２０３　　　ＲＯＭ
　　２０４　　　ＲＡＭ
　　２０５　　　不揮発性メモリ
　　２０６　　　第１のインタフェース
　　２０７　　　第２のインタフェース
　　２０８　　　軸制御回路
　　２０９　　　スピンドル制御回路
　　２１０　　　ＰＬＣ
　　２１１　　　Ｉ／Ｏユニット
　　２２１　　　制御部
　　２２２　　　データ取得部
　　２２３　　　抽出部
　　２２４　　　記憶部
　　２２５　　　検出部
　　２２６　　　出力部
　　３　　　　　表示装置
　　４　　　　　入力装置
　　５　　　　　サーボアンプ
　　６　　　　　サーボモータ
　　７　　　　　スピンドルアンプ
　　７１　　　　電流計
　　８　　　　　スピンドルモータ
　　８１　　　　速度検出器
　　９　　　　　補助機器

Claims (9)

  1. 　切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、前記主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得するデータ取得部と、
    　前記回転速度データに基づいて、前記負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出する抽出部と、
    　前記評価データを用いて前記工具の損傷の発生を検出する検出部と、
    　前記検出部によって前記工具の損傷が検出された場合、前記工具の損傷の発生を示すデータを出力する出力部と、
    を備える工具損傷検出装置。
  2. 　前記評価データは、前記切削送り区間のうち前記主軸が正転しており、かつ、前記主軸の回転速度が一定の区間の前記負荷データである請求項１に記載の工具損傷検出装置。
  3. 　前記データ取得部は、さらに、切削点の座標値を示す座標値データを取得し、
    　前記抽出部は、前記座標値データ、または、前記回転速度データおよび前記座標値データに基づいて前記工具が行う加工の種類を判別し、判別した前記加工の種類に応じて、前記評価データを抽出する請求項１に記載の工具損傷検出装置。
  4. 　前記抽出部が前記加工の種類をタップ加工であると判別した場合、前記切削送り区間のうち前記主軸が正転しており、かつ、前記主軸の回転速度が一定の区間の前記負荷データを前記評価データとして抽出する請求項３に記載の工具損傷検出装置。
  5. 　前記データ取得部は、さらに、切削点の座標値を示す座標値データを取得し、
    　前記抽出部は、前記座標値データと前記回転速度データに基づいて、前記負荷データから前記工具の損傷発生の評価に用いられる前記評価データを抽出する請求項１に記載の工具損傷検出装置。
  6. 　前記抽出部は、さらに、前記負荷データから前記工具の損傷を検出するための基準となる基準負荷データを抽出し、
    　前記検出部は、前記基準負荷データと前記評価データとに基づいて前記工具の損傷の発生を検出する請求項１～５のいずれか１項に記載の工具損傷検出装置。
  7. 　前記検出部は、前記基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つと、前記評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つに基づいて、前記工具の損傷の発生を検出する請求項６に記載の工具損傷検出装置。
  8. 　前記検出部は、前記基準負荷データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つから、少なくとも１つのしきい値を算出し、算出した前記少なくとも１つのしきい値と前記評価データの最大値、最小値、および平均値のうちの少なくとも１つとを比較して前記工具の損傷の発生を検出する請求項７に記載の工具損傷検出装置。
  9. 　切削送り区間における主軸の負荷を示す負荷データと、前記主軸の回転速度を示す回転速度データとを取得することと、
    　前記回転速度データに基づいて、前記負荷データから工具の損傷発生の評価に用いられる評価データを抽出することと、
    　前記評価データを用いて前記工具の損傷の発生を検出することと、
    　前記工具の損傷が検出された場合、前記工具の損傷の発生を示すデータを出力することと、
    をコンピュータに実行させる命令を記憶する、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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