(57)【要約】【課題】切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出する。【解決手段】被切削物Ｗを切削するための切削工具７の摩耗を検出する方法は、被切削物Ｗの切削加工中における切削工具７の振動を検出するセンサ１５から出力された監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換するステップと、周波数波形データから、被切削物Ｗの切削加工中における加工抵抗を求めるステップと、加工抵抗に基づいて、切削工具の摩耗を検出するステップとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被切削物を切削するための切削工具の摩耗を検出する切削工具の摩耗検出方法であって、
前記被切削物の固定位置の近傍に設置され、前記被切削物の切削加工中における前記切削工具の振動を検出するセンサから出力された監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換するステップと、
前記周波数波形データから、前記被切削物の切削加工中における加工抵抗を求めるステップと、
前記加工抵抗に基づいて、前記切削工具の摩耗を検出するステップとを備える、切削工具の摩耗検出方法。
【請求項２】
前記摩耗を検出するステップは、
前記加工抵抗が基準値未満かどうかを判断するステップと、
前記加工抵抗が前記基準値を上回った場合に、前記摩耗を検出するステップとを含む、請求項１に記載の切削工具の摩耗検出方法。
【請求項３】
前記基準値は、前記被切削物の表面粗さと相関関係を有する値である、請求項２に記載の切削工具の摩耗検出方法。
【請求項４】
前記基準値を、複数の基準値の中から、前記被切削物の材質および前記切削工具の種類に応じて選択するステップをさらに備える、請求項２または請求項３に記載の切削工具の摩耗検出方法。
【請求項５】
切削工具を掴み、かつ回転駆動するチャック部と、
被切削物を固定する固定部と、
前記固定部を前記チャック部の回転軸と略直交する方向に、加工速度で移動させるステージと、
前記固定部における前記被切削物の固定位置の近傍に設置され、前記被切削物の切削加工中における前記切削工具の振動を検出して監視信号を出力するセンサと、
前記監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換して、前記周波数波形データから、前記被切削物の切削加工中における加工抵抗を求める制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記加工抵抗に基づいて、前記切削工具の摩耗を検出する、切削加工装置。
【請求項６】
前記センサは、最大の加工抵抗が発生する方向に検出方向が一致するように設置される、請求項５に記載の切削加工装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記加工抵抗が基準値未満かどうかを判断して、前記加工抵抗が前記基準値を上回った場合に、前記摩耗を検出する、請求項５または請求項６に記載の切削加工装置。
【請求項８】
前記基準値は、前記被切削物の表面粗さと相関関係を有する値である、請求項７に記載の切削加工装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記被切削物の材質および前記切削工具の種類に応じた複数の基準値を記憶して、前記複数の基準値の中から、前記加工抵抗と比較される前記基準値を選択する、請求項７または請求項８に記載の切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工に用いられる切削工具の摩耗を検出する方法、および切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミルあるいはドリルといった、切削加工に用いられる工具においては、その工具の摩耗量が切削状態に影響する。たとえば、特開平９−８５５８７号公報（特許文献１）は、工具の摩耗を検出する検出器を開示する。検出器は、エンドミルの胴周部に設けられた磁歪層、および支持体に取り付けられたコイルを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開平９−８５５８７号公報によれば、切削工具にセンサ（摩耗検出器）が取り付けられる。このため摩耗検出器は、複雑な構造を有するとともに高価である。たとえばマシニングセンタを用いて工具を交換しながら加工を行うことが考えられる。しかし、工具ごとに磁歪層を形成する必要がある。さらに、切削工具を交換するたびに、センサを設置し直す必要、あるいは、センサの感度を調整する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一例では、被切削物を切削するための切削工具の摩耗を検出する切削工具の摩耗検出方法であって、被切削物の固定位置の近傍に設置され、被切削物の切削加工中における切削工具の振動を検出するセンサから出力された監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換するステップと、周波数波形データから、被切削物の切削加工中における加工抵抗を求めるステップと、加工抵抗に基づいて、切削工具の摩耗を検出するステップとを備える。
【０００７】
上記によれば、センサの信号から被切削物の切削加工中における加工抵抗を検出して、検出された加工抵抗に基づいて、切削工具の摩耗を検出する。加工抵抗に基づいて、切削加工の際の工具の摩耗を検出することができる。したがって、切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出することができる。
【０００８】
好ましくは、摩耗を検出するステップは、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断するステップと、加工抵抗が基準値を上回った場合に、摩耗を検出するステップとを含む。
【０００９】
上記によれば、加工抵抗に基づいて工具の摩耗を検出することができる。さらに、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断することにより、工具の個体差によらず、工具の摩耗を安定して検出することができる。
【００１０】
好ましくは、基準値は、被切削物の表面粗さと相関関係を有する値である。
上記によれば、被切削物の表面粗さの範囲が適切な範囲内となるように切削加工を行うことができる。さらに、工具が所定の摩耗の状態（表面粗さが上記範囲を外れた状態）になるまで工具を使用できるので、工具の寿命を延ばすことができる。
【００１１】
好ましくは、切削工具の摩耗検出方法は、基準値を、複数の基準値の中から、被切削物の材質および切削工具の種類に応じて選択するステップをさらに備える。
【００１２】
上記によれば、加工抵抗の基準値を、被切削物および工具に応じた適切な値に設定することができる。これにより、加工の品質を安定させることができる。
【００１３】
本開示の一例では、切削加工装置は、切削工具を掴み、かつ回転駆動するチャック部と、被切削物を固定する固定部と、固定部をチャック部の回転軸と略直交する方向に、加工速度で移動させるステージと、固定部における被切削物の固定位置の近傍に設置され、被切削物の切削加工中における切削工具の振動を検出して監視信号を出力するセンサと、監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換して、周波数波形データから、被切削物の切削加工中における加工抵抗を求める制御回路とを備え、制御回路は、加工抵抗に基づいて、切削工具の摩耗を検出する。
【００１４】
上記によれば、切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出することができる。
【００１５】
好ましくは、センサは、最大の加工抵抗が発生する方向に検出方向が一致するように設置される。
【００１６】
上記によれば、センサは、加工抵抗に起因する振動の成分を抽出することができるので、被切削物の切削時に発生する振動を高感度で、かつ、安定して検出することができる。
【００１７】
好ましくは、制御回路は、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断して、加工抵抗が基準値を上回った場合に、摩耗を検出する。
【００１８】
上記によれば、加工抵抗に基づいて工具の摩耗を検出することができる。さらに、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断することにより、工具の個体差によらず、工具の摩耗を安定して検出することができる。
【００１９】
好ましくは、基準値は、被切削物の表面粗さと相関関係を有する値である。
上記によれば、被切削物の表面粗さの範囲が適切な範囲内となるように切削加工を行うことができる。さらに、工具が所定の摩耗の状態（表面粗さが上記範囲を外れた状態）になるまで工具を使用できるので、工具の寿命を延ばすことができる。
【００２０】
好ましくは、制御回路は、被切削物の材質および切削工具の種類に応じた複数の基準値を記憶して、複数の基準値の中から、加工抵抗と比較される前記基準値を選択する。
【００２１】
上記によれば、加工抵抗の基準値を、被切削物および工具に応じた適切な値に設定することができる。これにより、加工の品質を安定させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の一例によれば、切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る切削加工装置の適用場面の一例を模式的に例示した図である。
【図２】切削工具を例示した図である。
【図３】制御装置の構成を示したブロック図である。
【図４】加工抵抗および表面粗さと、工具使用時間との間の相関関係の例を示した第１の図である。
【図５】加工抵抗および表面粗さと、工具使用時間との間の相関関係の例を示した第２の図である。
【図６】制御装置に記憶される基準値を示した模式図である。
【図７】本実施の形態に従う加工方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施の形態に係る切削加工装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図９】加工抵抗の測定による工具交換時間の延長効果を説明する第１の図である。
【図１０】加工抵抗の測定による工具交換時間の延長効果を説明する第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
§１  適用例
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る切削加工装置１の適用場面の一例を模式的に例示した図である。本実施形態に係る切削加工装置１は、被切削物Ｗの切削加工中における切削工具の振動を検出する。切削加工装置１は、その検出された振動に基づいて被切削物の切削加工中における加工抵抗を求める。切削加工装置１は、その加工抵抗に基づいて、切削工具の摩耗を検出する。
【００２５】
図１に示される通り、切削加工装置１は、装置本体２と、ステージ３と、固定治具４と、主軸支持部５と、チャック部６と、切削工具７と、主軸用モータ８と、Ｘ軸送り機構９と、Ｙ軸送り機構１０と、Ｚ軸送り機構１１と、センサ１５と、制御装置２０とを備える。切削工具７は、被切削物Ｗを切削するためのものである。チャック部６は、切削工具７を掴み、かつ回転駆動する。Ｚ軸送り機構１１は、チャック部６をチャック部６の回転軸６Ａの方向、すなわちＺ軸の方向に移動させる。固定治具４は、被切削物Ｗを固定するためのものであり、本発明における「固定部」の一例である。ステージ３は、固定治具４をチャック部６の回転軸６Ａと略直交する方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に、加工速度で移動させるステージである。
【００２６】
センサ１５は、固定部における被切削物Ｗの固定位置の近傍に設置される。センサ１５は、被切削物Ｗの切削加工中における切削工具７の振動を検出して監視信号を出力する。センサ１５は、振動を検出するセンサであり、たとえば加速度センサである。センサ１５は、最大の加工抵抗が発生する方向に検出方向が一致するように設置される。
【００２７】
制御装置２０は、本発明における「制御回路」の一例であり、センサ１５からの監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換して、周波数波形データから、被切削物Ｗの切削加工中における加工抵抗を検出する。そして、制御装置２０は、その加工抵抗に基づいて切削工具７の摩耗を検出する。
【００２８】
本実施形態によれば、センサ１５が固定部における被切削物Ｗの固定位置の近傍に設置されている。したがって、被切削物の切削時に、センサ１５は、主軸および主軸用モータ８の振動の影響を避けつつ切削工具７の衝撃に関する信号のみを検出することができる。さらに、センサ１５は、最大の加工抵抗が発生する方向に検出方向が一致するように設置される。これにより、センサ１５は、加工抵抗に起因する振動の成分を抽出することができるので、被切削物Ｗの切削時に発生する振動を高感度で、かつ、安定して検出することができる。
【００２９】
本実施の形態では、制御装置２０が、センサ１５から出力される監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換する。制御装置２０は、その周波数波形データから、被切削物の切削加工中における加工抵抗を検出して、検出された加工抵抗に基づいて、切削工具７の摩耗を検出する。切削工具７とセンサ１５とが分離しているので、切削工具７を独立に交換できる。したがって、切削加工の際の工具の摩耗を、単純かつ安価な構成で検出することができる。さらに、切削工具７を交換した場合におけるセンサ１５の感度への影響も小さくすることができる。
【００３０】
§２  構成例
装置本体２は、たとえばマシニングセンタにより実現される。Ｘ軸送り機構９、Ｙ軸送り機構１０およびＺ軸送り機構１１は、たとえば、モータおよび、モータに連結されたボールねじにより構成される。ステージ３は、装置本体２に支持され、Ｘ軸送り機構９によってＸ方向（左右方向）に移動可能であるとともに、Ｙ軸送り機構１０によってＹ方向（奥行き方向）に移動可能とされている。すなわちステージ３は二次元方向に移動可能なＸＹステージであってもよい。固定治具４はステージ３に取り付けられ、被切削物（ワークとも呼ばれる）Ｗは、固定治具４に固定される。
【００３１】
切削工具７は固定治具４の上方に配置されている。切削工具７は、たとえばエンドミルであり、複数の切れ刃を有する。切削工具７の軸部はチャック部６によって着脱可能に掴持されている。
【００３２】
チャック部６は、切削工具７と一体的に主軸用モータ８によって回転駆動される。主軸用モータ８は主軸支持部５によって支持されている。図示しないが、たとえば装置本体２にレール機構が取り付けられ、主軸支持部５は、そのレール機構に支持されることにより、装置本体２に支持されている。さらに、主軸支持部５は、Ｚ軸送り機構１１によって、装置本体２に対しＺ方向（上下方向）、すなわち切削工具７の軸部に沿った方向に移動可能とされている。
【００３３】
センサ１５は、固定治具４に取り付けられ、被切削物Ｗの切削加工中に発生する振動を検出する。センサ１５は、たとえば加速度センサにより実現される。この実施の形態では、センサ１５の感度の方向、すなわち感度軸の方向が最大の加工抵抗が発生する方向に一致するようにセンサ１５が設置されている。したがってセンサ１５は、最大の加工抵抗が発生する方向の振動を高感度で検出することができる。切削工具の形状により、最大の加工抵抗の発生する方向は異なり得る。たとえば切削工具７が図３に示された形状（後述）を有する場合、最大の加工抵抗が発生する方向は回転軸６Ａ（すなわちＺ軸）の方向になり得る。
【００３４】
制御装置２０は、センサ１５から出力される監視信号を受信して、加工抵抗を検出する。制御装置２０は、さらに、検出された加工抵抗に基づいて、被切削物Ｗの加工速度を制御する。加工速度は、被切削物Ｗを移動させる速度に等しい。たとえば被切削物Ｗは一次元方向（Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向）に移動させられる。制御装置２０は、Ｘ軸方向の被切削物Ｗの送り速度を制御する。制御装置２０は、Ｙ軸方向の被切削物Ｗの送り速度を制御してもよい。制御装置２０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含ことができ、情報処理に応じて各構成要素の制御を実行する。
【００３５】
図２は、切削工具７を例示した図である。図２に示すように、切削工具７は、軸部４１と、軸部４１の下部に螺旋翼状に形成された、たとえば２枚（ただし２枚に限定されない）の切れ刃４０とから構成されている。
【００３６】
図３は、制御装置２０の構成を示したブロック図である。図３に示した構成は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの両方によって実現可能である。図３に示すように、制御装置２０は、サンプリング部２１と、データ変換部２２と、フィルタ部２３と、加工抵抗算出部２４と、加工制御部２５と、摩耗検出部２６とを含む。
【００３７】
サンプリング部２１は、センサ１５からの監視信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングする。センサ１５からの監視信号は、時間波形データである。データ変換部２２は、時間波形データを、フーリエ変換（たとえば高速フーリエ変換）により、周波数波形データに変換する。
【００３８】
フィルタ部２３は、周波数波形データから、ある周波数範囲内の波形データを抽出する。この実施の形態では、フィルタ部２３の機能を有効にするか無効にするかを切り替えることができる。さらにフィルタ部２３の通過周波数の範囲（通過帯域）は任意に設定可能である。たとえば、フィルタ部２３は、加工周波数ｆにおける波形データを抽出する。主軸回転数をＮ（ｒｐｍ）とし、切れ刃４０の数をＭとすると、加工周波数ｆは、ｆ＝Ｎ／６０×Ｍ（単位：Ｈｚ）と表すことができる。なお、主軸回転数Ｎは、切削工具７の回転数に等しい。
【００３９】
加工抵抗算出部２４は、加工周波数ｆにおける振動値を加工抵抗として算出する。加工制御部２５は、加工抵抗算出部２４により算出された加工抵抗に基づいて、装置本体２（図１を参照）を制御する。たとえば加工制御部２５は、加工抵抗に基づいて、Ｘ軸送り機構９、およびＹ軸送り機構１０の各々のモータを駆動するためのモータドライバを制御してもよい。これにより、加工抵抗に基づいて被切削物Ｗの加工速度、言い換えると被切削物Ｗの送り速度を調整することができる。すなわち本実施の形態では、センサ１５の出力に基づくフィードバック制御により被切削物Ｗの加工速度が制御される。
【００４０】
摩耗検出部２６は、加工抵抗算出部２４により算出された加工抵抗に基づいて、切削工具７の摩耗を検出する。具体的には、摩耗検出部２６は、その算出された加工抵抗を、予め定められた基準値と比較する。加工抵抗が、予め定められた基準値よりも大きい場合に、摩耗検出部２６は、切削工具７の摩耗を検出する。
【００４１】
後述するように、切削工具７が摩耗すると、加工抵抗が増大する。さらに、その切削工具７により加工された被切削物Ｗの表面の粗さが増大する。すなわち切削工具７の摩耗は、加工抵抗および表面粗さと相関関係を有する。したがって、表面粗さの上限に相当する加工抵抗の値が基準値として予め求められる。摩耗検出部２６は、加工抵抗算出部２４により算出された加工抵抗と基準値とを比較する。
【００４２】
加工抵抗がその基準値に達した場合、摩耗検出部２６は、加工制御部２５に対して装置本体２の制御を停止させてもよい。あるいは、摩耗検出部２６は、加工抵抗が、基準値よりも大きい場合に、ユーザに対して通知を行ってもよい。通知は、切削工具７の摩耗に関する通知でもよく、切削工具７の交換に関する通知でもよい。通知は、音、光、文字（メッセージ等）によって行われてもよく、通知方法は特に限定されない。
【００４３】
なお、加工抵抗が予め定められた基準値よりも小さい場合には、摩耗検出部２６は、切削工具７がまだ摩耗していないと判定する。この場合には、加工制御部２５により、被切削物Ｗの通常の加工が行なわれる。
【００４４】
図４は、加工抵抗および表面粗さと、工具使用時間との間の相関関係の例を示した第１の図である。図５は、加工抵抗および表面粗さと、工具使用時間との間の相関関係の例を示した第２の図である。図４には、工具の使用時間に対する加工抵抗および表面粗さの関係をＲ＝０．１（ｍｍ）、０．２（ｍｍ）、０．２５（ｍｍ）のボールエンドミルの各々について示す。図５には、工具の使用時間に対する加工抵抗および表面粗さの関係をＲ＝０．３（ｍｍ）、０．５（ｍｍ）、１（ｍｍ）のボールエンドミルの各々について示す。なお、いずれの例においても被切削物は銅である。また、加工抵抗の単位はｎｍである。
【００４５】
加工抵抗は工具の摩耗状態を反映する。したがって、工具の使用により工具が摩耗すると加工抵抗が大きくなる。加工抵抗が大きくなると、被切削物加工面への工具運動の転写性が低下する。このため表面粗さが増大する（参考：「共削り加工における切削抵抗と仕上げ面粗さとの関係」原田正和、引地力男、鹿児島工業高等専門学校研究報告  42(2007) P.25〜P.28）。すなわち、工具が摩耗するにつれて、加工抵抗が増大するとともに被切削物の表面粗さが増大する。図４および図５に示したグラフは、このような傾向を表している。
【００４６】
加工抵抗と表面粗さの関係は、材質と工具の仕様との組み合わせに依存するものの、工具の個体差にはよらない。したがって、同じ仕様の工具であれば、加工抵抗と表面粗さの関係は、工具の個体差によらず一定である。したがって、本実施の形態では、この関係を利用する。
【００４７】
上述のように本実施の形態では、加工抵抗の基準値として、表面粗さの上限値に相当する加工抵抗の値を定める。これにより、表面粗さの要求範囲を満足する加工抵抗の許容範囲を定めることができる。たとえば図４および図５に示した例では、表面粗さＲｚ＝０．００１０（ｍｍ）に対応する加工抵抗の値（＝２０００（ｎｍ））を基準値に設定してもよい。加工抵抗が基準値に達するときの工具使用時間は、工具に応じて異なり得るが、加工抵抗が基準値に達したときの表面粗さは、工具の仕様が同じであれば工具によらずほぼ同じである。したがって、摩耗検出部２６は、加工抵抗算出部２４により算出された加工抵抗と、その基準値との比較により、切削工具７の摩耗を検出する。加工抵抗が基準値に達したかどうかを判断することによって、工具の摩耗状態を適切に判断することができる。
【００４８】
図６は、制御装置２０に記憶される基準値を示した模式図である。図６に示すように、制御装置２０は、材質（アルミニウム、銅、など）と工具（たとえば「荒加工用工具」まおよび「仕上げ加工用工具」）との組み合わせに対応して加工抵抗の基準値を記憶する。図６では、テーブルの形式で基準値が表記されているが、基準値を記憶するためのフォーマットは特に限定されない。
【００４９】
図６では工具を示すために「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」等の表記を用いている。品種名がテーブルに記憶されてもよく、工具の仕様（直径、長さ、材質等）がテーブルに登録されてもよい。制御装置２０が判定に用いるための基準値をテーブルから一意に特定できればよい。加工抵抗の基準値を、被切削物および工具に応じた適切な値に設定することができるので、加工の品質を安定させることができる。
【００５０】
図７は、本実施の形態に従う加工方法の一例を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、制御装置２０により実行される。
【００５１】
切削加工が開始されると、ステップＳ１において、センサ１５から出力された監視信号の時間波形データが、サンプリング部２１によりサンプリングされる。サンプリングされた時間波形データは、データ変換部２２により周波数波形データに変換される。周波数波形データから、加工周波数における振幅値がフィルタ部２３により抽出される。加工抵抗算出部２４は、その抽出された振幅値から加工抵抗を算出する。摩耗検出部２６は、その加工抵抗が基準値よりも小さいかどうかを判断する。
【００５２】
加工抵抗が基準値を下回っていれば、切削加工が適切に実行されている（「ＯＫ」）。この場合、被切削物Ｗの加工が進められて、最終的に加工が終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ１において、加工抵抗が基準値を超えた場合（「ＮＧ」）、ステップＳ２において、制御装置２０は、切削工具７が摩耗していると判断して、切削工具７の交換のための処理を実行する。ステップＳ２における処理は、たとえば装置本体２を停止させる処理であってもよい。さらに、装置本体２が切削工具７を交換してもよい。あるいはステップＳ２の処理は、切削工具７の摩耗をユーザに通知する処理であってもよい。ステップＳ２の処理が終了すると、全体の処理はステップＳ１に戻されて、加工処理が継続される。
【００５４】
本実施の形態に係る切削加工装置の構成は図１に示すように限定されない。特に制御装置２０は、単体の装置であると限定される必要はない。また、制御装置２０は、装置本体２に実装されるよう限定されるものではない。
【００５５】
図８は、本実施の形態に係る切削加工装置の他の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、制御装置２０は、高速コントローラ３１およびＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）により構成されてもよい。高速コントローラ３１は、センサ１５からの監視信号をサンプリングして、振動波形データを生成する。ＰＬＣ３２は、フーリエ変換（周波数解析）により、周波数波形データを生成し、その周波数波形データから加工抵抗値を算出する。そしてＰＬＣ３２は、その加工抵抗値から、切削工具７の最適な送り速度を演算する。装置本体２は、ＰＬＣ３２により指示された最適送り速度に従って、切削工具７を移動させることにより、被切削物を切削加工する。切削加工の際にセンサ１５は、振動を検出する。したがって、センサ１５の出力に基づくフィードバック制御が実行される。
【００５６】
さらにＰＬＣ３２は、加工抵抗に基づいて切削工具７の摩耗を検出する。ＰＬＣ３２は、切削工具７の交換の指令を装置本体２に対して送ってもよい。装置本体２がＡＴＣ（Automatic Tool Changer）を有するのであれば、装置本体２は、ＰＬＣ３２からの指令に応じて自動的に切削工具７を交換することができる。しかしながら上述のように、ＰＬＣ３２が通知を行い、ユーザが切削工具７を交換するのでもよい。
【００５７】
［作用・効果］
以上のように、本実施形態によれば、振動センサからの信号のみにより、切削工具の摩耗を検出できる。したがって、単純な構成かつ安価に、切削工具の摩耗を把握できる。
【００５８】
さらに、切削工具を適切なタイミングで交換することができる。これにより、切削工具の使用時間を伸ばすことができる。したがって、切削工具の調達に要するコストを削減することもできる。
【００５９】
同じメーカおよび型式の切削工具を使用しても、工具の切削性能の個体差により、工具摩耗状態と工具使用時間の関係は一定ではない。このような理由により、使用時間に基づいて工具の交換基準を定める場合、切削工具の使用時間は、実際に使用可能な時間に対して余裕があるように設定される。したがって切削工具が寿命に達するまで使い切ることなく、切削工具を交換するということが起こりえる。
【００６０】
この実施の形態では、切削工具の使用時間ではなく、切削工具の摩耗状態と相関関係にある加工抵抗を利用する。加工抵抗を検出することによって、切削工具の使用時間を延ばすことができる。たとえば切削工具を寿命まで使い切ることができる。したがって切削工具の調達に要する購入コストを低減できる。
【００６１】
図９は、加工抵抗の測定による工具交換時間の延長効果を説明する第１の図である。図９では、荒加工用の切削工具について、工具サイズ（工具の直径）と工具交換時間との関係を例示する。工具材質は超硬合金であり、被削材質は銅である。たとえば直径０．５ｍｍの切削工具および直径１ｍｍの切削工具において、加工抵抗測定に基づく使用時間は、現状の交換時間よりも長くすることが可能である。
【００６２】
図１０は、加工抵抗の測定による工具交換時間の延長効果を説明する第２の図である。図１０では、仕上げ加工用の切削工具について、切削工具と工具交換時間との関係を例示する。いずれの切削工具においても加工抵抗測定に基づく使用時間は、現状の交換時間よりも長くすることが可能である。
【００６３】
なお、荒加工の場合には、単位時間当たりの加工量が多く、かつ加工負荷が大きい。一方、仕上げ加工の場合には、単位時間当たりの加工量が少なく、かつ加工負荷も小さい。いずれの場合においても、加工抵抗に基づいて切削工具の寿命を判定することにより、切削工具をより長く使用することができる。
【００６４】
［付記］
以上説明したように、本実施形態は以下に列挙する開示を含む。
【００６５】
１．被切削物（Ｗ）を切削するための切削工具（７）の摩耗を検出する切削工具（７）の摩耗検出方法であって、被切削物（Ｗ）の固定位置の近傍に設置され、被切削物（Ｗ）の切削加工中における切削工具（７）の振動を検出するセンサ（１５）から出力された監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換するステップ（Ｓ１）と、周波数波形データから、被切削物（Ｗ）の切削加工中における加工抵抗を求めるステップ（Ｓ１）と、加工抵抗に基づいて、切削工具（７）の摩耗を検出するステップ（Ｓ１，Ｓ２）とを備える。
【００６６】
２．摩耗を検出するステップ（Ｓ１，Ｓ２）は、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断するステップ（Ｓ１）と、加工抵抗が基準値を上回った場合に、摩耗を検出するステップ（Ｓ２）とを含む、上記１．に記載の切削工具（７）の摩耗検出方法。
【００６７】
３．基準値は、被切削物（Ｗ）の表面粗さと相関関係を有する値である、上記２．に記載の切削工具（７）の摩耗検出方法。
【００６８】
４．基準値を、複数の基準値の中から、被切削物（Ｗ）の材質および切削工具（７）の種類に応じて選択するステップをさらに備える、上記２．または上記３．に記載の切削工具（７）の摩耗検出方法。
【００６９】
５．切削工具（７）を掴み、かつ回転駆動するチャック部（６）と、被切削物（Ｗ）を固定する固定部（４）と、固定部（４）をチャック部（６）の回転軸と略直交する方向に、加工速度で移動させるステージ（３）と、固定部（４）における被切削物（Ｗ）の固定位置の近傍に設置され、被切削物（Ｗ）の切削加工中における切削工具（７）の振動を検出して監視信号を出力するセンサ（１５）と、監視信号の時間波形データを周波数波形データに変換して、周波数波形データから、被切削物（Ｗ）の切削加工中における加工抵抗を求める制御回路（２０）とを備え、制御回路（２０）は、加工抵抗に基づいて、切削工具（７）の摩耗を検出する、切削加工装置。
【００７０】
６．センサ（１５）は、最大の加工抵抗が発生する方向に検出方向が一致するように設置される、上記５．に記載の切削加工装置。
【００７１】
７．制御回路（２０）は、加工抵抗が基準値未満かどうかを判断して、加工抵抗が基準値を上回った場合に、摩耗を検出する、上記５．または上記６．に記載の切削加工装置。
【００７２】
８．基準値は、被切削物（Ｗ）の表面粗さと相関関係を有する値である、上記７．に記載の切削加工装置。
【００７３】
９．制御回路（２０）は、被切削物（Ｗ）の材質および切削工具（７）の種類に応じた複数の基準値を記憶して、複数の基準値の中から、加工抵抗と比較される前記基準値を選択する、上記７．または上記８．に記載の切削加工装置。
【００７４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７５】
１  切削加工装置、２  装置本体、３  ステージ、４  固定治具、５  主軸支持部、６  チャック部、６Ａ  回転軸、７  切削工具、８  主軸用モータ、９  Ｘ軸送り機構、１０  Ｙ軸送り機構、１１  Ｚ軸送り機構、１５  センサ、２０  制御装置、２１  サンプリング部、２２  データ変換部、２３  フィルタ部、２４  加工抵抗算出部、２５  加工制御部、２６  摩耗検出部、３１  高速コントローラ、３２  ＰＬＣ、４０  切れ刃、４１  軸部、Ｎ  主軸回転数、Ｓ１，Ｓ２  ステップ、Ｗ  被切削物、ｆ  加工周波数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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