JP2019034345A - 工具異常検知装置および該方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、工具異常をより適切に検知できる工具異常検知装置および工具異常検知方法を提供する。
【解決手段】本発明の工具異常検知装置Ｄは、工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機ＷＭにおける前記工具の異常を検知する工具異常検知装置Ｄであって、前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定部１と、予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、電力測定部１で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知部２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工具の摩耗や欠損等の、工具異常を検知する工具異常検知装置および工具異常検知方法に関する。

例えば工具の摩耗や欠損（例えば刃こぼれ）等の、工具異常を検知する工具異常検知装置は、従来から知られており、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

この特許文献１に開示された切削抵抗検出方法は、エンドミル工具による加工において、主軸モータ、運動軸のモータの電流値、エンドミル工具の半径値および切削関与角を用いて、切削抵抗の工具移動接線方向切削抵抗および／または工具移動法線方向切削抵抗を検出する。この特許文献１では、加工中の切削抵抗をモニタリングすることで、工具摩耗の検出が可能とされている。

前記特許文献２に開示された、ＮＣ制御される工作機械の加工異常検知装置は、圧電素子方式の力センサを用いて工具に加わる切削負荷を切削力として測定する切削力計測部１０１と、機械加工装置１０の現在加工位置をＮＣ制御装置１７より取得する座標値取得部１０２と、切削力計測部１０１にて取得した切削力変化量と、切削位置・加工条件記憶部１０７に保存された情報を元に切削力計算値記憶部１０８に記憶した切削力を抽出し、比較演算する切削力変化量比較演算部１０３と、切削力計測部１０１にて取得した実切削力と比較する切削力計算値（モデル切削力パターン）との間での遅れ時間を算出する遅れ時間算出部１０４と、算出した遅れ時間を考慮して実切削力の取得値と計算値（モデル値）とを比較する切削力比較部１０５と、異常検知しきい値算出部１１０が切削力しきい値記憶部１０９より所定のしきい値を取得した実切削力と比較して、異常の有無を判定する異常判定部１０６と、切削位置に基づいた切込み、送り速度などの加工条件が関連付けられて記憶される切削位置・加工条件記憶部１０７と、切削位置に基づいた切削力の計算値が記憶される切削力計算値記憶部１０８と、加工条件としきい値が関連づけられて記憶される切削力しきい値記憶部１０９と、異常検知しきい値算出部１１０とを備えて構成される。前記力センサは、機械加工装置１０のテーブル１６や主軸ステージ１２に内蔵されたり、被削材１５とテーブル１６の間に挟み込むように配置されたりする（［００３５］段落ないし［００３８］段落）。なお、参照符号は、この段落において、前記特許文献２において各構成に付与された符号である。

特開２００４−３３０３６８号公報 特開２０１２−２５４４９９号公報

ところで、前記特許文献１に開示された技術では、加工中の負荷に対し、例えば工具の摩耗や欠損等の、工具異常による負荷変動が小さいため、工具異常が発生しても電流が変動せず、工具異常が検知し難い。これは、通常、工作機械がインバータで電圧と電流との位相差を制御することによって負荷変動に対応しているため、現在の出力に対し小さい負荷変動が発生した場合では、電流値が大きく変動しないからである。

一方、加工、特に自由曲面の加工では、加工部位により負荷が時々刻々と変動するため、工具異常を検知するために、加工部位による負荷変動と、工具異常による負荷変動とを切り分け、各加工部位で、加工異常の判定閾値を設定する必要がある。前記特許文献２では、被削材と機械加工装置のテーブルとの間に切削力を測定する力センサを取付け、予め解析した切削力の計算値と実切削力の取得値（測定値）とを比較することによって異常の有無を判定している。しかし、切削材から大型な部品や複雑な形状の部品を加工する場合、前記テーブルと工具刃先との距離が長くなるため、あるいは、加工部位によって切削力方向が変化するため、切削力の測定値は、工具刃先に実際に加わる力と異なる虞がある。また、切削力を正確に測定する力センサは、非常に高価であり、工作機械への適用は、現実的ではない。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、工具異常をより適切に検知できる工具異常検知装置および工具異常検知方法ならびに前記工具異常検知装置を用いた工作機械を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる工具異常検知装置は、工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機における前記工具の異常を検知する工具異常検知装置であって、前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定部と、予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、前記電力測定部で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知部とを備える。本発明の他の一態様にかかる工具異常検知方法は、工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機における前記工具の異常を検知する工具異常検知方法であって、前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定工程と、予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、前記電力測定工程で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知工程とを備える。好ましくは、上述において、前記加工機は、３軸または５軸の装置である。好ましくは、上述において、前記工具は、エンドミルである。

このような工具異常検知装置および工具異常検知方法は、消費電力で工具異常を検知するので、インバータによって電圧と電流とが制御されていても、工具異常を検知できる。そして、上記工具異常検知装置および工具異常検知方法は、予定消費電力が一定値で予め設定されているので、工具異常を検知するために、ワークにおける加工部位による負荷変動と、工具異常による負荷変動とを切り分ける必要がない。したがって、上記工具異常検知装置および工具異常検知方法は、工具異常をより適切に検知できる。

他の一態様では、上述の工具異常検知装置において、前記予定消費電力は、前記予定消費電力は、前記モータを表す数式モデルを用いたシミュレーションによって予め求められる。

このような工具異常検知装置は、予定消費電力を予めシミュレーションによって求めるので、適切に予定消費電力を設定できる。

他の一態様では、これら上述の工具異常検知装置において、前記工具の異常は、前記工具の摩耗および前記工具の欠損を含み、前記異常検知部は、前記実消費電力が、前記予定消費電力に、予め設定された所定の第１判定閾値を加算した第１加算値以上であって、かつ、前記実消費電力が、前記予定消費電力に、前記第１判定閾値より大きく予め設定された所定の第２判定閾値を加算した第２加算値未満である場合に、前記工具の摩耗を検知し、前記実消費電力が、前記第２加算値以上である場合に、前記工具の欠損を検知する。

このような工具異常検知装置は、第１および第２判定閾値を用いて工具異常を検知するので、工具の摩耗と工具の欠損（刃こぼれ）とを検知できる。

他の一態様では、これら上述の工具異常検知装置において、前記異常検知部は、さらに、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる第１制御信号を、前記加工機へ出力する。

加工機では、加工中に工具の運動を止めてしまうと、工具がワークに咬み込む虞があり、工具がワークに咬み込んでしまうと、その対応に手間（工数）がかかる。上記工具異常検知装置は、工具の異常を検知した場合に、異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる第１制御信号を、前記加工機へ出力するので、前記工具の運動を止めることなく前記工具を回転させることができるから、工具がワークに咬み込む虞を低減できる。

他の一態様では、これら上述の工具異常検知装置において、前記加工機は、さらに、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させることで前記ワークを加工し、前記異常検知部は、さらに、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第２制御信号を、前記加工機へ出力する。

このような工具異常検知装置は、工具の異常を検知した場合に、異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第２制御信号を、前記加工機へ出力するので、前記工具の運動を止めることなく前記工具を移動させることができるから、工具がワークに咬み込む虞を低減できる。

本発明にかかる工具異常検知装置および工具異常検知方法は、工具異常をより適切に検知できる。

実施形態における工具異常検知装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の工具異常検知装置における、工具異常の検知に関する動作を示すフローチャートである。 一実施例として、消費電力の時間変化を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

本実施形態における工具異常検知装置は、工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機における、例えば摩耗や欠損（例えば刃こぼれ）等の前記工具の異常（工具異常）を検知する装置である。このような工具異常検知装置は、前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定部と、予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、前記電力測定部で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知部とを備える。以下、これら実施形態における工具異常検知装置について、より具体的に説明する。

図１は、実施形態における工具異常検知装置の構成を示すブロック図である。実施形態における工具異常検知装置Ｄは、例えば、図１に示すように、電力測定部１と、異常検知部２とを備え、本実施形態では、さらに、入力部３と、ＮＣプログラム作成部４と、シミュレーション部５とを備え、加工機ＷＭにおける工具の異常を検知する。

加工機ＷＭは、例えば、１軸、３軸および５軸等で、工具と前記工具によって加工されるワークとをモータ（電動機）によって相対的に回転させることで前記ワークを加工する工作機械である。本実施形態では、加工機ＷＭは、さらに、前記工具と前記ワークとを例えばＸＹＺステージや多軸アーム等の移動装置によって相対的に移動させることで前記ワークを加工する。このような加工機ＷＭは、例えば、図１に示すように、制御盤６と、加工部７とを備える。

加工部７は、制御盤６および電力測定部１それぞれに接続され、工具とワークとを相対的に回転させることで前記ワークを加工し、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させることで前記ワークを加工する装置である。本実施形態では、加工部７は、いわゆる主軸モータと、移動装置とを備える。前記工具は、例えばチャック装置等によって前記主軸モータに取り付けられ、前記主軸モータの回転力が前記工具に伝達され、前記ワークに対し前記工具が回転する。なお、逆に、前記ワークが前記主軸モータに取り付けられ、前記主軸モータの回転力が前記ワークに伝達され、前記工具に対し前記ワークが回転しても良い。また、前記ワークが例えばＸＹＺステージ等の移動装置に取り付けられ、前記工具に対し前記ワークが移動する。なお、逆に、前記工具が例えば多軸アーム等の移動装置に取り付けられ、前記ワークに対し前記工具が移動しても良い。

前記工具は、例えばバイト、フライス（例えばボールエンドミルやフラットエンドミル等のエンドミル等）、砥石等であり、例えば切削加工や研磨加工等の加工法に応じて適宜な種類の工具が選択され、利用される。本実施形態では、一例として、工具は、エンドミルである。

制御盤６は、工具異常検知装置Ｄおよび加工部７それぞれに接続され、工具異常検知装置Ｄから取得したＮＣプログラム（本実施形態では後述の実施ＮＣプログラム）に従って前記工具によって前記ワークを加工するように加工部７を制御する装置である。本実施形態では、制御盤６は、工具異常検知装置Ｄから、異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる第１制御信号を受信すると、実行中の実施ＮＣプログラムに対し割り込みで、前記異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させるように、加工部７を制御する。

電力測定部１は、加工部７および異常検知部２それぞれに接続され、加工部７の前記主軸モータの消費電力を実消費電力Ｗｒとして測定する装置であり、例えば、加工機ＷＭに外付けされ、前記主軸モータを駆動する駆動回路に含まれるインバータ回路に流れる電力を測定する電力計等である。電力測定部３は、その測定した実消費電力Ｗｒを異常検知部２へ出力する。

異常検知部２は、電力測定部１、シミュレーション部５および制御盤６それぞれに接続され、予め設定された所定の一定値の予定消費電力Ｗｃと、電力測定部１で測定された実消費電力Ｗｒとを比較することによって前記工具の異常を検知する装置である。より具体的には、本実施形態では、工具異常は、前記工具の摩耗および前記工具の欠損（例えば刃こぼれ）を含み、異常検知部２は、実消費電力Ｗｒが、予定消費電力Ｗｃに、予め設定された所定の第１判定閾値Ｔｈ１を加算した第１加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ１）以上であって、かつ、実消費電力Ｗｃが、予定消費電力Ｗｃに、第１判定閾値Ｔｈ１より大きく予め設定された所定の第２判定閾値Ｔｈ２（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）を加算した第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）未満である場合に、工具異常として工具の摩耗を検知し、実消費電力Ｗｒが、第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）以上である場合に、工具異常として工具の欠損を検知する。

前記予定消費電力Ｗｃは、例えばユーザの経験等によって予め適宜な値に設定されて良いが、本実施形態では、加工部７の前記主軸モータを表す数式モデルを用いたシミュレーションによって予め求められ、設定される。前記予定消費電力Ｗｃは、例えば、前記数式モデルを用いたシミュレーションによって求められた最大消費電力の２／３や１／２等に設定される。前記数式モデルは、前記主軸モータの種類に応じた例えば抵抗およびコイル等を用いた公知の等価回路で表される。前記第１および第２判定閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２は、複数のサンプルから、予め適宜に設定される。

そして、本実施形態では、異常検知部２は、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる前記第１制御信号を、加工機ＷＭの制御盤６へ出力する。前記異常時の回転速度は、複数のサンプルから、予め適宜に設定される。

なお、異常検知部２は、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第２制御信号を、前記加工機へ出力しても良い。工具異常検知装置Ｄの異常検知部２から、前記第２制御信号を受信すると、制御盤６は、実行中の実施ＮＣプログラムに対し割り込みで、前記異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させるように、加工部７を制御する。前記異常時の移動速度は、複数のサンプルから、予め適宜に設定される。あるいは、異常検知部２は、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させるとともに、予め設定された異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第３制御信号を、前記加工機ＷＭの制御盤６へ出力しても良い。工具異常検知装置Ｄの異常検知部２から、前記第３制御信号を受信すると、制御盤６は、実行中の実施ＮＣプログラムに対し割り込みで、前記異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させるとともに、前記異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させるように、加工部７を制御する。このような工具異常検知装置Ｄは、工具の異常を検知した場合に、異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第２制御信号や第３制御信号を、加工機ＷＭへ出力するので、前記工具の運動を止めることなく前記工具を移動させることができるから、工具がワークに咬み込む虞を低減できる。また、上述では、異常検知部２は、第１および第２判定閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を用いて工具の摩耗と工具の欠損（刃こぼれ）とを検知したが、工具異常をその種類別に分けることなく前記工具異常の有無のみを検知する観点から、異常検知部２は、前記実消費電力Ｗｒが、前記予定消費電力Ｗｃに、予め設定された所定の判定閾値Ｔｈを加算した加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ）以上である場合に、前記工具異常を検知しても良く、この場合に、上述のいずれかの態様で、異常時の制御が実施されて良い。

入力部３は、ＮＣプログラム作成部４に接続され、ＮＣプログラムの作成に必要な各種データを入力する装置であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。前記各種データには、ワーク形状、工具形状（刃数、すくい角、逃げ角、ねじれ角、刃先丸み）、加工条件および加工パス等が含まれる。入力部３は、その受け付けた前記各種データをＮＣプログラム作成部４へ出力する。

ＮＣプログラム作成部４は、入力部３、シミュレーション部５および加工機ＷＭの制御盤６それぞれに接続され、入力部３からの、ワーク形状、工具形状（刃数、すくい角、逃げ角、ねじれ角、刃先丸み）、加工条件および加工パスに基づいて、公知の常套手段により、ＮＣプログラムを当初ＮＣプログラムとして作成する装置である。ＮＣプログラム作成部４は、この当初ＮＣプログラムをシミュレーション部５へ出力する。

シミュレーション部５は、ＮＣプログラム作成部４および異常検知部２それぞれに接続され、ＮＣプログラム作成部４で作成された当初ＮＣプログラムに基づいて消費電力を当初消費電力Ｗｉとしてシミュレーション（数値計算）するものである。そして、本実施形態では、シミュレーション部５は、加工部７の前記主軸モータを表す数式モデルを用いたシミュレーションによって前記一定値の予定消費電力Ｗｃを予め求めて設定する。

前記主軸モータの当初消費電力Ｗｉは、接線力をＦｔとし、工具半径をｒとし、回転数をＮ［ｒｐｍ］とする場合に、次式（１）で求められる。接線力Ｆｔは、比切削抵抗をＫｔとし、工具の切削断面積をＡとする場合に、次式（２）で求められる。比切削抵抗Ｋｔは、ワークに応じて決まる値であり、複数のワークのサンプルから予め実験的に求められる。工具の切削断面積Ａは、１刃の工具が１回転する際に、前記工具によってワークが除去（切削）される断面積であり、工具形状、ワークの形状、加工条件および加工パスから幾何学的に算出される。
Ｗｉ＝２π×Ｆｔ×ｒ×Ｎ／６０／１０００ ・・・（１）
Ｆｔ＝Ｋｔ×Ａ ・・・（２）
前記当初消費電力Ｗｉは、上述のように、ワーク形状、工具形状（刃数、すくい角、逃げ角、ねじれ角、刃先丸み）、加工条件および加工パスに基づいて公知の常套手段により作成された当初ＮＣプログラムから算出されたものであって、一般に、前記ワークに対する前記工具にかかる負荷が加工部位に応じて変動するから、常に一定値ではなく、時間経過（加工の進捗）に従って変化する。このため、本実施形態では、シミュレーション部５は、当初消費電力Ｗｉおよび予定消費電力ＷｃをＮＣプログラム作成部４へ出力し、ＮＣプログラム作成部４は、さらに、この当初消費電力Ｗｉと当初ＮＣプログラムに基づいて、予め設定された所定の一定値の予定消費電力Ｗｃとなるように当初ＮＣプログラムを改変したＮＣプログラムを実施ＮＣプログラムとして作成し、この実施ＮＣプログラムを加工機ＷＭの制御盤６へ出力する。

ＮＣプログラムでは、現在位置に対し、移動先の座標値、工具の送り速度および前記工具の回転速度が指定される。このため、より具体的には、ＮＣプログラム作成部４によって、当初消費電力Ｗｉが変化するごとに、当初消費電力Ｗｉと予定消費電力Ｗｃとが比較され、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃより大きい場合には、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃに一致するように、前記当初消費電力Ｗｉに対応する工具の送り速度が減速され、一方、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃより小さい場合には、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃに一致するように、前記当初消費電力Ｗｉに対応する工具の送り速度が増速される。一具体例では、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃの２倍である場合には、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃに一致するように、前記当初消費電力Ｗｉに対応する工具の送り速度が１／２倍に減速され、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃの１／２倍である場合には、当初消費電力Ｗｉが予定消費電力Ｗｃに一致するように、前記当初消費電力Ｗｉに対応する工具の送り速度が２倍に増速される。これによってＮＣプログラム作成部４は、前記所定の一定値の予定消費電力Ｗｃとなるように当初ＮＣプログラムを改変したＮＣプログラムを実施ＮＣプログラムとして作成する。

そして、本実施形態では、シミュレーション部５は、予定消費電力Ｗｃを異常検知部２へ出力する。

なお、このような入力部３、ＮＣプログラム作成部４、シミュレーション部５および異常検知部２は、一例では、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ、表示装置、キーボード、マウス、インターフェース、および、これらＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、表示装置、キーボード、マウスおよびインターフェースを相互に接続するバスを備える、例えば、デスクトップ型やノード型のコンピュータによって構成可能である。前記キーボードやインターフェースは、入力部３の一例であり、ＮＣプログラム作成部４、シミュレーション部５および異常検知部２それぞれは、プログラムの実行によって前記ＣＰＵに機能的に構成される。

次に、本実施形態の動作について説明する。図２は、実施形態の工具異常検知装置における、工具異常の検知に関する動作を示すフローチャートである。

前記加工が開始されると、加工機ＷＭでは、制御盤６は、実施ＮＣプログラムに従って加工部７を制御し、前記工具によって前記ワークを加工する。

そして、このような前記ワークの加工中における工具異常の検知にあたって、図２において、工具異常検知装置Ｄは、まず、異常検知部２によって、電力測定部１から、その測定した加工部７の前記主軸モータの実消費電力Ｗｒを取得する（Ｓ１）。

次に、異常検知部２は、処理Ｓ１で電力測定部１から取得した実消費電力Ｗｒが、前記予定消費電力Ｗｃに前記第１判定閾値Ｔｈ１を加算した第１加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ１）以上であるか否かを判定する。この判定の結果、前記実消費電力Ｗｒが前記第１加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ１）以上ではない場合（すなわち、前記実消費電力Ｗｒが前記第１加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ１）未満である場合）（Ｎｏ）には、異常検知部２は、次に、処理Ｓ１１を実行する。一方、前記判定の結果、前記実消費電力Ｗｒが前記第１加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ１）以上である場合（Ｙｅｓ）には、異常検知部２は、次に、処理Ｓ３を実行する。

処理Ｓ１１では、異常検知部２は、前記ワークの加工が終了か否かを判定する。この判定は、例えば、制御盤６が前記ワークの加工が終了するとその旨を異常検知部２に通知したり、前記主軸モータの実消費電力Ｗｒが０であるか否かを判定したり等することによって実行できる。この判定の結果、前記ワークの加工が終了している場合（Ｙｅｓ）には、異常検知部２は、本処理を終了し、一方、前記判定の結果、前記ワークの加工が終了していない場合（Ｎｏ）には、異常検知部２は、処理を処理Ｓ１に戻す。これによって前記ワークの加工中、工具異常の有無が繰り返し、判定される。

前記処理Ｓ３では、異常検知部２は、処理Ｓ１で電力測定部１から取得した実消費電力Ｗｒが、前記予定消費電力Ｗｃに前記第２判定閾値Ｔｈ２を加算した第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）以上であるか否かを判定する。この判定の結果、前記実消費電力Ｗｒが前記第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）以上ではない場合（すなわち、前記実消費電力Ｗｒが前記第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）未満である場合）（Ｎｏ）には、異常検知部２は、摩耗の工具異常と判定し（Ｓ４）、次に、処理Ｓ６を実行する。一方、前記判定の結果、前記実消費電力Ｗｒが前記第２加算値（Ｗｃ＋Ｔｈ２）以上である場合（Ｙｅｓ）には、異常検知部２は、欠損の工具異常と判定し（Ｓ５）、次に、処理Ｓ６を実行する。

この処理Ｓ６では、工具異常検知装置Ｄは、異常検知部２によって、加工機ＷＭの加工部７における前記工具の運動を異常時の運動に制御し、本処理を終了する。より具体的には、本実施形態では、異常検知部２は、前記異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる前記第１制御信号を、加工機ＷＭの制御盤６へ出力し、本処理を終了する。これを受信した制御盤６は、実行中のＮＣプログラムに対し割り込みで、前記異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させるように、加工部７の前記主軸モータを制御する。

なお、本処理を終了する際に、異常検知部２は、工具異常の検知結果を、例えば液晶表示装置等の表示装置に出力してから、本処理を終了しても良い。ここで、処理Ｓ４が実行された場合には、前記表示装置には、摩耗の工具異常が表示され、処理Ｓ５が実行された場合には、前記表示装置には、欠損の工具異常が表示される。

図３は、一実施例として、消費電力の時間変化を示す図である。図３Ａは、工具異常が無い場合を示し、図３Ｂおよび図３Ｃは、工具異常が生じた場合を示し、図３Ｂは、工具異常の際に実行される異常時速度制御機能をオフした場合を示し、図３Ｃは、工具異常の際に実行される異常時速度制御機能をオンした場合を示す。図３Ａないし図３Ｃの各横軸は、時間であり、それら各縦軸は、消費電力である。

この例では、加工機ＷＭとしてマシニングセンタが用いられ、ワークは、Ｓ４５Ｃであり、工具は、φ２０ｍｍチップ式エンドミル（刃数３枚）であり、切削条件は、切削速度３００ｍ／ｍｉｎ、送り０．３ｍｍ／刃、軸切込み２ｍｍ、径切込みａｅ５ｍｍ、加工時間３０分である。

工具異常が生じていない場合では、図３Ａに示すように、ＮＣプログラムにより、電力測定部１で測定される実消費電力Ｗｒは、予定消費電力（解析）Ｗｃにほぼ一致している。そこで、前記工具のエンドミルに欠損を与えると、図３Ｂに示すように、欠損を与えた時点で、電力測定部１で測定される実消費電力Ｗｒには、予定消費電力（解析）Ｗｃより大きなピークが生じる。このピークを判定閾値Ｔｈ（上述では第１および第２判定閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２）を用いて検知することで、工具異常が加工部７における前記主軸モータの消費電力で検知できる。一方、このような工具異常を検知した場合に、異常検知部２による第１制御信号を受信した制御盤６が前記主軸モータを異常時の回転速度で制御することで、図３Ｃに示すように、前記工具のエンドミルが前記ワークのＳ４５Ｃに咬み込むことなく、回転が続いている。

以上説明したように、工具異常検知装置Ｄおよびこれに実装された工具異常検知方法は、消費電力で工具異常を検知するので、インバータによって電圧と電流とが制御されていても、工具異常を検知できる。そして、上記工具異常検知装置Ｄおよび工具異常検知方法は、予定消費電力Ｗｃが一定値で予め設定されているので、工具異常を検知するために、前記ワークにおける加工部位による負荷変動と、工具異常による負荷変動とを切り分ける必要がない。したがって、上記工具異常検知装置Ｄおよび工具異常検知方法は、工具異常をより適切に検知できる。

上記工具異常検知装置Ｄおよび工具異常検知方法は、予定消費電力Ｗｃを予めシミュレーションによって求めるので、適切に予定消費電力Ｗｃを設定できる。

上記工具異常検知装置Ｄおよび工具異常検知方法は、第１および第２判定閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を用いて工具異常を検知するので、前記工具の摩耗と前記工具の欠損（例えば刃こぼれ）とを検知できる。

加工機ＷＭでは、加工中に前記工具の運動を止めてしまうと、前記工具が前記ワークに咬み込む虞があり、前記工具が前記ワークに咬み込んでしまうと、その対応に手間（工数）がかかる。上記工具異常検知装置Ｄおよび工具異常検知方法は、前記工具の異常を検知した場合に、異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる第１制御信号を、加工機ＷＭへ出力するので、前記工具の運動を止めることなく前記工具を回転させることができるから、前記工具が前記ワークに咬み込む虞を低減できる。

なお、上述の実施形態では、切削加工する加工機ＷＭＤは、前記ワークに対し前記工具を回転させたが、前記工具に対し前記ワークを回転させても良い。例えば、このような切削加工する加工機ＷＭには、前記工具としてバイトを用いる旋盤が挙げられる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｄ 工具異常検知装置
ＷＭ 加工機
１ 電力測定部
２ 異常検知部
３ 入力部
４ ＮＣプログラム作成部
５ シミュレーション部
６ 制御盤
７ 加工部

Claims (6)

1. 工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機における前記工具の異常を検知する工具異常検知装置であって、
   前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定部と、
   予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、前記電力測定部で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知部とを備える、
   工具異常検知装置。
2. 前記予定消費電力は、前記モータを表す数式モデルを用いたシミュレーションによって予め求められる、
   請求項１に記載の工具異常検知装置。
3. 前記工具の異常は、前記工具の摩耗および前記工具の欠損を含み、
   前記異常検知部は、前記実消費電力が、前記予定消費電力に、予め設定された所定の第１判定閾値を加算した第１加算値以上であって、かつ、前記実消費電力が、前記予定消費電力に、前記第１判定閾値より大きく予め設定された所定の第２判定閾値を加算した第２加算値未満である場合に、前記工具の摩耗を検知し、前記実消費電力が、前記第２加算値以上である場合に、前記工具の欠損を検知する、
   請求項１または請求項２に記載の工具異常検知装置。
4. 前記異常検知部は、さらに、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の回転速度で前記工具と前記ワークとを相対的に回転させる第１制御信号を、前記加工機へ出力する、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の工具異常検知装置。
5. 前記加工機は、さらに、前記工具と前記ワークとを相対的に移動させることで前記ワークを加工し、
   前記異常検知部は、さらに、前記工具の異常を検知した場合に、予め設定された異常時の移動速度で前記工具と前記ワークとを相対的に移動させる第２制御信号を、前記加工機へ出力する、
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の工具異常検知装置。
6. 工具と前記工具によって加工されるワークとをモータによって相対的に回転させることで前記ワークを加工する加工機における前記工具の異常を検知する工具異常検知方法であって、
   前記モータの消費電力を実消費電力として測定する電力測定工程と、
   予め設定された所定の一定値の予定消費電力と、前記電力測定工程で測定された実消費電力とを比較することによって前記工具の異常を検知する異常検知工程とを備える、
   工具異常検知方法。
   

Images