(57)【要約】  被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出装置であって、被加工物を加工する際に工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定する加工負荷測定装置と、加工負荷測定装置により測定された加工回数毎の加工負荷値に基づき、工具の寿命を判定する信号処理装置とを備え、信号処理装置は、加工回数毎に測定された加工負荷値に基づき、被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を演算し、演算した加工難易度と、工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較し、加工難易度が判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定する。
2018229870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出装置であって、
前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定する加工負荷測定装置と、
前記加工負荷測定装置により測定された加工回数毎の前記加工負荷値に基づき、工具の寿命を判定する信号処理装置と
を備え、
前記信号処理装置は、
加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を演算し、
演算した前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較し、
前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定する
工具寿命検出装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、
前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の平均値または積算値と、
前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の最大値と、
現時点から設定加工回数前までの加工における前記最大値の極大値と極小値との差である変化量と
に基づき、前記加工難易度を演算する
請求項１に記載の工具寿命検出装置。
【請求項３】
前記信号処理装置は、
演算した前記加工難易度を０以上１以下の値となるように正規化させる
請求項１または２に記載の工具寿命検出装置。
【請求項４】
前記判定基準値は、
寿命と判定された同一種類の工具における、寿命と判定される前の設定加工回数分の加工難易度の平均値である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項５】
前記加工負荷測定装置は、
工具を回転させる主軸モータの負荷電流値を前記加工負荷値として測定する電流計である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項６】
前記信号処理装置は、前記工具寿命の判定結果を報知する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項７】
前記信号処理装置は、
前記加工負荷値に基づき、前記加工難易度を演算する難易度演算部と、
前記加工難易度に基づき、前記判定基準値を演算する判定基準値演算部と、
前記加工難易度と前記判定基準値とを比較し、前記工具の寿命を判定する比較判定部と
を有する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項８】
前記信号処理装置は、
前記比較判定部による判定の結果を報知する報知部をさらに有する
請求項７に記載の工具寿命検出装置。
【請求項９】
被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出方法であって、
前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定するステップと、
加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を演算するステップと、
演算された前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較するステップと、
前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定するステップと
を有する工具寿命検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工時に使用する工具の工具寿命検出装置および工具寿命検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削加工において使用する工具は、個体差により不良が発生するまでの寿命バラツキが大きい。そのため、工具の寿命を管理する場合には、例えば、平均的な寿命を目安として、一定の加工回数だけ使用した場合に工具を交換するという方法が考えられる。【０００３】
しかしながら、このような寿命管理方法では、工具が平均的な寿命と比較して短寿命である場合、工具の加工性能の低下によって製品不良が発生してしまう虞がある。一方、工具が平均的な寿命と比較して長寿命である場合には、寿命到達前に工具を交換することになるため、ロスコストとなってしまうという問題がある。【０００４】
また、部品を１個加工するごとに工具の摩耗および欠損の状態を直接観察して、寿命を判定する方法も考えられる。しかしながら、部品を１個加工するごとに工具の状態を観察する工程が必要となって生産性が低下するため、実用的ではない。【０００５】
これに対して、従来から、主軸モータの電力、動力、トルクまたは電流値などをリアルタイムで測定し、測定値を基準値と比較することにより、工具の寿命を検出する工具寿命検出方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、１個の部品を加工する際の主軸モータにおける最大消費電力もしくは電力振動振幅値を測定し、基準値と比較することによって工具の寿命を判定する方法が開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、１個の部品を加工する際の主軸モータにおける累計消費電力量と基準消費電力量とを比較し、比較結果に応じて工具の寿命を判定する方法が開示されている。このとき、累計消費電力量は、工具が加工せずに空転している場合に消費される電力に相当する量を除いている。また、基準消費電力量は、新品の工具を使用して加工した１つ目の部品加工データを使用している。【０００７】
さらに、特許文献３には、被加工物の材質に応じて工具の使用時間を補正することによって工具の交換時期を推定する方法が開示されている。なお、この場合には、外乱負荷トルクの積算値もしくは変化率を用いて工具の寿命が判定されるようにすることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２０３９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２０５２号公報
【特許文献３】特開平７−５１９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および２に記載された工具寿命検出方法では、被加工物を加工する際の主軸モータの累積電力値、動力、トルクまたは電流値などを加工時の負荷として測定している。そして、測定された加工負荷値と予め設定された閾値とを比較し、負荷値が閾値を超えるか否かによって工具の寿命が検出される。また、特許文献３に記載された工具寿命検出方法では、被加工物の材質に応じて工具の加工負荷値を予め補正することができる。【００１０】
しかしながら、加工負荷値は、加工時に発生する切り屑の排出不良および被加工物の削りにくさにも影響される。すなわち、工具の切れ味などの加工性能に変化がない場合でも、切り屑の排出不良が一時的に生じた場合には、加工負荷値が大きくなる。【００１１】
そのため、単純に工具の加工負荷値のみを用いて工具寿命を検出する方法では、切り屑の排出不良などによって加工負荷値が大きいのか、あるいは、工具の加工性能が低下したことによって加工負荷値が大きいのかを明確に区別することができない。したがって、この場合には、加工時に発生する切り屑の排出不良および被加工物の削りにくさを考慮して加工負荷値の大小を判断しなければ、工具寿命を正確に検出することができない。【００１２】
また、同一の材質の被加工物であっても、部品間あるいは部品内の削りにくさが変化した場合には、加工負荷値の補正で十分に対応することが困難である。そのため、工具寿命の判定精度が低下してしまう。【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、工具寿命の検出精度を向上させることができる工具寿命検出装置および工具寿命検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の工具寿命検出装置は、被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出装置であって、前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定する加工負荷測定装置と、前記加工負荷測定装置により測定された加工回数毎の前記加工負荷値に基づき、工具の寿命を判定する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を演算し、演算した前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較し、前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、加工難易度と判定基準値との比較結果に応じて工具の寿命を判定することにより、工具寿命の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る工具寿命検出装置の使用形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の工具寿命検出装置における信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】被加工物に対して１回の加工を行った場合に電流計で測定される主軸モータの負荷電流の一例を示すグラフである。
【図４】加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐについて説明するための概略図である。
【図５】実施の形態１に係る工具寿命検出装置による工具寿命検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】被加工物５０に対する加工回数と加工負荷値の平均値Ｍとの関係を示すグラフである。
【図７】被加工物５０に対する加工回数と加工負荷値の最大値Ａとの関係を示すグラフである。
【図８】被加工物５０に対する加工回数と最大値Ａの変化量Ｐとの関係を示すグラフである。
【図９】被加工物への加工回数毎の加工難易度の演算結果について説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る工具寿命検出装置について説明する。この工具寿命検出装置は、切削加工等を行う際に使用される工具の寿命を検出するものである。
【００１８】
図１は、本実施の形態１に係る工具寿命検出装置１の使用形態の一例を示す概略図である。図１に示すように、工具寿命検出装置１は、例えば立形マシニングセンタ等のドリル等の工具１１０を備えた加工機１００に接続されている。
【００１９】
［加工機の構成］
加工機１００は、被加工物５０が載置される加工機テーブル１０１、工具１１０を保持するホルダ１０２、シャフト１０３およびベアリング１０４を介して工具１１０が取り付けられる主軸１０５、ならびに主軸モータ１０６を備えている。加工機１００では、主軸モータ１０６によって主軸１０５が回転駆動することによって工具１１０が回転する。
【００２０】
なお、この例では、被加工物５０を加工する加工機１００が立形マシニングセンタである場合について説明しているが、本実施の形態１に適用可能な加工機１００は、立形マシニングセンタに限定されるものではない。また、加工機１００に取り付けられる工具１１０についても、ドリル以外のものであってもよい。
【００２１】
［工具寿命検出装置の構成］
工具寿命検出装置１は、電流計１０および信号処理装置２０を備えている。電流計１０は、被加工物５０を加工する際にかかる加工負荷を測定する加工負荷測定装置として動作する。電流計１０は、主軸モータ１０６に接続され、主軸モータ１０６に流れる負荷電流値を一定間隔で測定する。電流計１０は、例えば図示しないＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を備え、測定した負荷電流値をデジタル信号に変換して信号処理装置２０に送る。
【００２２】
信号処理装置２０は、電流計１０で測定された負荷電流値から得られる被加工物５０の加工負荷に基づき、工具１１０の工具寿命を検出する。ここで、「工具寿命」とは、工具１１０が加工性能を十分に発揮できない状態のことをいう。なお、以下では、電流計１０で測定された負荷電流そのものを、被加工物５０の加工負荷であるものとして説明する。
【００２３】
信号処理装置２０は、例えばマイクロコンピュータなどの演算装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性メモリ、入力装置、出力装置およびＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置などのハードウェアと、演算装置上で実行されるプログラムソフトウェア等とで構成されている。
【００２４】
図２は、図１の工具寿命検出装置１における信号処理装置２０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、信号処理装置２０は、負荷値記憶部２１、難易度演算部２２、難易度記憶部２３、判定基準値演算部２４、判定基準値記憶部２５、比較判定部２６、比較判定結果記憶部２７、および外部報知部２８で構成されている。
【００２５】
負荷値記憶部２１は、電流計１０で測定された、被加工物５０を加工する際の主軸モータ１０６の負荷電流値が加工負荷値として記憶される。負荷値記憶部２１は、電流計１０によって一定間隔で測定された主軸モータ１０６の負荷電流値が加工負荷値として時系列毎に複数記憶される。
【００２６】
難易度演算部２２は、負荷値記憶部２１に記憶された加工負荷値に基づき、被加工物５０に対する加工の難易度を示す加工難易度Ｈｎを演算する。加工難易度Ｈｎの詳細な演算方法については、後述する。難易度記憶部２３は、難易度演算部２２で演算された加工難易度Ｈｎを記憶する。
【００２７】
なお、加工難易度Ｈｎは、電流計１０で測定された負荷電流値について算出する場合に限られず、例えば、主軸モータ１０６の電力値、トルク値、動力値、および回転角速度の少なくともいずれか１つを測定対象としてもよい。また、例えば、加工方法に応じて適切な加工難易度Ｈｎが設定されるようにしてもよい。
【００２８】
判定基準値演算部２４は、難易度記憶部２３に記憶された加工難易度Ｈｎが入力される。判定基準値演算部２４は、工具１１０が新品直後から折損するまでの間の加工難易度Ｈｎが入力された場合に、入力された加工難易度Ｈｎに基づき、工具１１０の寿命の判定基準を示す判定基準値Ｈｔを演算する。判定基準値Ｈｔの詳細な演算方法については、後述する。
【００２９】
判定基準値記憶部２５は、判定基準値演算部２４で演算された判定基準値Ｈｔを記憶する。また、判定基準値記憶部２５には、例えば、現在使用している工具１１０と同一種類の工具を使用した場合の、判定基準値演算部２４で演算された判定基準値Ｈｔが予め記憶されている。そして、このような判定基準値Ｈｔが工具１１０の種類毎に記憶されている。
【００３０】
比較判定部２６は、難易度演算部２２で演算された加工難易度Ｈｎと、判定基準値記憶部２５に記憶された判定基準値Ｈｔとが入力される。比較判定部２６は、入力された加工難易度Ｈｎと判定基準値Ｈｔとを比較する。比較判定部２６は、加工難易度Ｈｎが判定基準値Ｈｔを超えている場合に、工具１１０が寿命であると判定し、表示装置等の外部報知部２８に対して、工具を交換する旨の要求を出力する。比較判定結果記憶部２７は、比較判定部２６における比較判定結果を記憶する。
【００３１】
外部報知部２８は、例えば、工具寿命を検出したことを示す報知を視覚的に表示するディスプレイまたはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の表示装置からなる。また、外部報知部２８としては、これに限られず、例えば、当該報知を音声によって作業者に知らせるスピーカ等の音声出力装置を適用することもできる。
【００３２】
外部報知部２８は、比較判定部２６において加工難易度Ｈｎが判定基準値Ｈｔを超えている場合に、比較判定部２６から出力される要求に基づき、工具１１０が工具寿命であると判定したことを示す報知を行う。
【００３３】
［加工難易度の演算方法］
次に、難易度演算部２２における加工難易度Ｈｎの演算方法について説明する。加工難易度Ｈｎは、工具１１０の切れ味などの加工性能の影響と、加工時に発生する切り屑の詰まりによる影響とを考慮して演算される。具体的には、加工難易度Ｈｎは、加工負荷値の平均値Ｍ、加工負荷値の最大値Ａ、および最大値Ａの変化量Ｐの３つのパラメータを用いて、以下の式（１）に基づき演算することができる。
【００３４】
【数１】
2018229870.tif 000003
【００３５】
ここで、式（１）における加工負荷値の平均値Ｍは、１回の加工を行った場合の加工負荷値を平均したものである。平均値Ｍには、工具１１０の切れ味等の加工性能の影響が最も顕著に表れる。加工負荷値の最大値Ａは、１回の加工を行った場合の加工負荷値の最大値である。最大値Ａには、切り屑の詰まりによる影響が最も顕著に表れる。加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐは、上述のようにして得られた加工負荷値の最大値Ａについて、現時点から予め設定された加工回数前までの複数の最大値Ａのうち、極大値と極小値との差を示すものである。
【００３６】
（加工負荷値の平均値Ｍおよび最大値Ａ）
図３は、被加工物５０に対して１回の加工を行った場合に電流計１０で測定される主軸モータ１０６の負荷電流の一例を示すグラフである。被加工物５０の加工は、回転している工具１１０を被加工物５０に対して一定の送り速度で接近させ、工具１１０と被加工物５０とが接触することによって開始される。加工が開始されると、工具１１０に対する負荷が増加する。それに伴い、主軸モータ１０６における負荷電流値は増加する。
【００３７】
すなわち、工具１１０の先端に被加工物５０が接触し、工具１１０が移動することにより、工具１１０と被加工物５０との接触面積が増加する。これにより、図３に示すように、主軸モータ１０６における負荷電流値が上昇する。そして、工具１１０が予め設定された分だけ掘り進んだ後、工具１１０の送り速度が「０」となり、主軸モータ１０６における負荷電流値が減少する。本実施の形態１では、工具１１０の先端が被加工物５０に接触することによって負荷電流値が上昇した時点から、工具１１０の送り速度が「０」となる時点までが、加工負荷値の検出時間として設定される。
【００３８】
なお、主軸モータ１０６によって工具１１０を回転させると、主に主軸１０５とベアリング１０４との摩擦により、回転数に応じた空転時負荷が発生し、一定の電流値が出力される。このとき、主軸１０５の回転開始時には、慣性力によって非常に大きな負荷電流値が出力されることがある。この場合、負荷電流値は、工具１１０の寿命とは無関係である。そのため、信号処理装置２０の負荷値記憶部２１では、この工具寿命とは無関係な負荷電流値を除外して、負荷電流値を加工負荷値として記憶する。
【００３９】
例えば、信号処理装置２０は、工具１１０と被加工物５０とが接触して負荷電流値が上昇した時点から、工具１１０と被加工物５０とが接触する直前までの予め設定された０．５秒程度の時間の負荷電流値の平均値を算出する。そして、負荷値記憶部２１は、算出した負荷電流値の平均値を接触時点の負荷電流値から差し引いた値を記憶する。
【００４０】
図３において、被加工物５０に対して１回の加工を行った場合の負荷電流値を平均したものが、上述した式（１）における加工負荷値の平均値Ｍとなる。また、この１回の加工を行った場合の負荷電流値のうち最も大きい値が、式（１）における加工負荷値の最大値Ａとなる。
【００４１】
なお、加工難易度Ｈｎを演算する際のパラメータとして、加工負荷値の平均値Ｍの代わりに加工負荷値の積算値Ｓを用いてもよい。積算値Ｓは、被加工物５０に対して１回の加工を行った場合の加工負荷値を積算したものである。
【００４２】
（加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐ）
図４は、加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐについて説明するための概略図である。図４は、加工回数に対する加工負荷値である負荷電流値の最大値Ａを示している。
【００４３】
例えば、同一工具による２３回目の加工の最大値Ａの変化量Ｐを算出する場合について考える。信号処理装置２０は、例えば７加工前の１７回目の加工から２３回目の加工までの間で、最大値Ａの極大値と、当該最大値Ａの極小値とを取得する。この例では、２１回目の加工時の値が最大値Ａの極大値となり、１７回目の加工時の値が当該最大値Ａの極小値となる。そして、信号処理装置２０は、取得した最大値Ａの極大値および極小値の差分を変化量Ｐとして算出する。
【００４４】
なお、ここでは、加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐを算出する際の加工回数の範囲を７加工分として、変化量Ｐを算出する場合を例にとって説明したが、変化量Ｐを算出する際の加工回数の範囲は、式（２）に基づき決定される。すなわち、式（２）における値ＤＰが最も大きくなる場合の値ｓが、変化量Ｐを算出する際の加工回数の範囲となる。
【００４５】
【数２】
2018229870.tif 000004
【００４６】
（パラメータの正規化）
ところで、加工負荷値の平均値Ｍ、加工負荷値の最大値Ａ、および加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐの３つのパラメータは、それぞれが取り得る数値範囲が大きく異なる。算出された数値そのものを用いて式（１）に基づき加工難易度Ｈｎが演算された場合、平均値Ｍなどの数値範囲の大きいパラメータの影響が他のパラメータよりも大きくなる。そのため、適切な加工難易度Ｈｎを演算することができない。
【００４７】
そこで、難易度演算部２２は、平均値Ｍ、最大値Ａ、および最大値Ａの変化量Ｐのそれぞれを同じ範囲の数値として扱うことができるように、それぞれのパラメータの値を、０以上１以下の値、すなわち最小値が「０」、最大値が「１」となるように正規化する。例えば、加工負荷値の平均値Ｍは、式（３）に基づき正規化することができる。また、加工負荷値の最大値Ａ、および加工負荷値の最大値Ａの変化量Ｐについては、ここでは説明を省略するが、式（３）と同様の式に基づき正規化することができる。
【００４８】
【数３】
2018229870.tif 000005
【００４９】
（係数ａ、ｂおよびｃ）
上述した式（１）において、係数ａ、ｂおよびｃは、加工負荷値の平均値Ｍ、最大値Ａおよび最大値Ａの変化量Ｐのそれぞれが寿命に与える影響の重みを決定するものである。係数ａ、ｂおよびｃは、新品工具への交換直後に予め設定された回数だけ加工した際の加工難易度Ｈの平均値と、工具１１０が折損する前の予め設定された回数分の加工難易度Ｈの平均値との差が最も大きくなる場合の値が正規化されて用いられる。すなわち、係数ａ、ｂおよびｃは、式（４）における値ＤＨが最も大きくなる場合の値に決定される。なお、式（４）で用いられる加工難易度Ｈｎの値についても、式（５）に基づき正規化される。
【００５０】
【数４】
2018229870.tif 000006
【００５１】
【数５】
2018229870.tif 000007
【００５２】
［判定基準値の演算方法］
次に、判定基準値Ｈｔの演算方法について説明する。本実施の形態１では、事前に測定された同一種類の工具１１０における加工負荷値を用いて得られる、工具１１０が折損する前の設定回数分の加工難易度Ｈの平均値が、判定基準値Ｈｔとして設定される。事前に測定された加工負荷値とは、現在使用している工具１１０と同様の工具を使用した場合に、新品直後から折損するまでに得られた加工負荷値である。判定基準値Ｈｔは、係数ａ、ｂおよびｃを算出する場合と同様に、工具１１０の折損前の設定回数分の加工難易度Ｈの平均値を算出することによって得ることができる。
【００５３】
［工具寿命検出処理］
次に、本実施の形態１に係る工具寿命検出装置１による工具寿命検出処理について説明する。図５は、本実施の形態１に係る工具寿命検出装置１による工具寿命検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、ステップＳ１において、被加工物５０に対する加工が開始されると、電流計１０は、工具１１０が取り付けられた主軸１０５を駆動する主軸モータ１０６に流れる負荷電流値を測定する。測定された負荷電流値は、加工負荷値として信号処理装置２０の負荷値記憶部２１に記憶される。なお、負荷電流値の測定は、予め設定された時間毎に繰り返される。
【００５５】
次に、ステップＳ２において、難易度演算部２２は、負荷値記憶部２１に記憶された加工負荷値に基づき、加工負荷値の平均値Ｍ、加工負荷値の最大値Ａ、およびこの最大値Ａの変化量Ｐを算出する。そして、難易度演算部２２は、平均値Ｍ、最大値Ａおよび変化量Ｐに基づき、加工難易度Ｈｎを演算する。
【００５６】
ステップＳ３において、比較判定部２６は、難易度演算部２２で演算された加工難易度Ｈｎと、判定基準値記憶部２５に記憶された判定基準値Ｈｔとを比較する。比較の結果、加工難易度Ｈｎが判定基準値Ｈｔを超えている場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ４に移行する。
【００５７】
ステップＳ４において、比較判定部２６は、工具１１０が寿命に達し、被加工物５０に対する加工の継続が困難であると判定し、工具１１０の交換を報知するための工具交換要求信号を出力する。比較判定部２６から出力された工具交換要求信号は、比較判定結果記憶部２７に記憶される。また、ステップＳ５において、外部報知部２８は、工具交換要求信号に基づき、光、映像または音声等によって工具１１０の交換を作業者に対して報知する。
【００５８】
一方、ステップＳ３において、加工難易度Ｈｎが判定基準値Ｈｔ以下である場合（ステップＳ３；ＮＯ）には、ステップＳ６において、被加工物５０に対する加工が継続される。そして、ステップＳ７において、演算された加工難易度Ｈｎが難易度記憶部２３に記憶され、処理がステップＳ１に戻る。
【００５９】
このように、本実施の形態１では、加工回数毎に測定された加工負荷値に基づき得られる加工難易度と、判定基準値とを比較し、加工難易度が判定基準値を超えた場合に工具１１０が工具寿命であると判定する。このように、加工回数毎の加工負荷値の変動を考慮することにより、工具寿命の検出精度が向上する。また、被加工物５０に対する加工による加工負荷値の平均値Ｍ、加工負荷値の最大値Ａ、および最大値Ａの変化量Ｐを考慮して、工具１１０の寿命を検出することにより、工具寿命の検出精度がより向上する。
【００６０】
［工具寿命検出処理の具体例］
次に、上述した工具寿命検出処理の具体例について説明する。ここでは、工具１１０として直径３ｍｍのドリルを用い、被加工物５０としてのアルミブロックに５０ｍｍの深穴加工を施す場合を例にとって説明する。なお、加工機１００として、キラ・コーポレーション社製の立形マシニングセンタ「ＨＰＣ−３０Ｖｂ」を使用し、工具１１０として、三菱マテリアル社製のドリル「ＷＳＴＡＲＭＮＳ０３００Ｘ２０ＤＢ」を使用した。また、この例では、工具１１０であるドリルの回転数を９５５０［ｒｐｍ］とし、送り速度を０．１５［ｍｍ／ｒｅｖ］として、被加工物５０に加工を行った。
【００６１】
図６は、被加工物５０に対する加工回数と加工負荷値の平均値Ｍとの関係を示すグラフである。図７は、被加工物５０に対する加工回数と加工負荷値の最大値Ａとの関係を示すグラフである。図８は、被加工物５０に対する加工回数と最大値Ａの変化量Ｐとの関係を示すグラフである。
【００６２】
まず、図６〜図８に示すように、被加工物５０に対する加工回数毎に、加工負荷値の平均値Ｍ、加工負荷値の最大値Ａ、および最大値Ａの変化量Ｐのそれぞれのパラメータが算出される。また、図示しないが、これらのパラメータは、最小値が「０」、最大値が「１」となるように正規化される。なお、この例では、被加工物５０に対する加工回数が３３回の時点で、工具１１０が折損した。
【００６３】
次に、式（１）に基づき、加工難易度Ｈｎが算出され、正規化される。また、新品の工具１１０に交換した直後の１回目の加工〜７回目の加工までの７加工分の加工難易度Ｈと、折損前の１０回目の加工〜１６回目の加工までの７加工分の加工難易度Ｈとの差が最も大きくなる係数ａ、ｂおよびｃは、それぞれ「ａ＝０」、「ｂ＝０．０３」および「ｃ＝０．９７」と算出された。
【００６４】
図９は、被加工物５０への加工回数毎の加工難易度Ｈｎの演算結果について説明するための概略図である。図９では、加工回数毎の加工難易度Ｈｎと判定基準値Ｈｔとの関係が示されている。ここでは、工具１１０が折損する前の７加工分の加工難易度Ｈの平均値に基づき、判定基準値Ｈｔは、「１．０４」に設定されている。
【００６５】
この例では、加工回数が２５回目となった時点で、加工難易度Ｈｎが判定基準値Ｈｔを超えることになり、この時点で外部報知部２８によって工具１１０の交換が報知される。仮に、工具１１０を交換しない場合には、加工回数が３３回目の時点で工具１１０が折損してしまうため、工具寿命の検出精度が向上していることがわかる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態１に係る工具寿命検出装置１は、加工回数毎に測定された加工負荷値に基づき、被加工物５０に対する加工難易度を演算し、演算した加工難易度と工具寿命の判定基準値とを比較し、加工難易度が判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定する。これにより、本実施の形態１では、工具寿命の検出精度を向上させることができる。
【００６７】
信号処理装置２０は、被加工物５０に対する１回の加工における加工負荷値の平均値Ｍと、被加工物５０に対する１回の加工における加工負荷値の最大値Ａと、現時点から設定加工回数前までの加工における最大値Ａの極大値と極小値との差である変化量Ｐとに基づき、加工難易度Ｈｎを演算する。さらに、判定基準値Ｈｔは、寿命と判定された同一種類の工具における、寿命と判定される前の設定加工回数分の加工難易度Ｈｎの平均値である。これにより、工具寿命の検出精度がより向上する。
【００６８】
さらにまた、信号処理装置２０は、工具寿命の判定結果を報知する。これにより、工具１１０が寿命であるか否かを作業者に報知することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  工具寿命検出装置、１０  電流計、２０  信号処理装置、２１  負荷値記憶部、２２  加工難易度演算部、２３  加工難易度記憶部、２４  判定基準値演算部、２５  判定基準値記憶部、２６  比較判定部、２７  比較判定結果記憶部、２８  外部報知部、５０  被加工物、１００  加工機、１０１  加工機テーブル、１０２  ホルダ、１０３  シャフト、１０４  ベアリング、１０５  主軸、１０６  主軸モータ、１１０  工具。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月2日(2019.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の工具寿命検出装置は、被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出装置であって、前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定する加工負荷測定装置と、前記加工負荷測定装置により測定された加工回数毎の前記加工負荷値に基づき、工具の寿命を判定する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の平均値または積算値と、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の最大値と、現時点から設定加工回数前までの加工における前記最大値の極大値と極小値との差である変化量とに基づき演算し、演算した前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較し、前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出装置であって、
前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定する加工負荷測定装置と、
前記加工負荷測定装置により測定された加工回数毎の前記加工負荷値に基づき、工具の寿命を判定する信号処理装置と
を備え、
前記信号処理装置は、
加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の平均値または積算値と、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の最大値と、現時点から設定加工回数前までの加工における前記最大値の極大値と極小値との差である変化量とに基づき演算し、
演算した前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較し、
前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定する
工具寿命検出装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、
演算した前記加工難易度を０以上１以下の値となるように正規化させる
請求項１に記載の工具寿命検出装置。
【請求項３】
前記判定基準値は、
寿命と判定された同一種類の工具における、寿命と判定される前の設定加工回数分の加工難易度の平均値である
請求項１または２に記載の工具寿命検出装置。
【請求項４】
前記加工負荷測定装置は、
工具を回転させる主軸モータの負荷電流値を前記加工負荷値として測定する電流計である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項５】
前記信号処理装置は、前記工具寿命の判定結果を報知する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項６】
前記信号処理装置は、
前記加工負荷値に基づき、前記加工難易度を演算する難易度演算部と、
前記加工難易度に基づき、前記判定基準値を演算する判定基準値演算部と、
前記加工難易度と前記判定基準値とを比較し、前記工具の寿命を判定する比較判定部と
を有する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具寿命検出装置。
【請求項７】
前記信号処理装置は、
前記比較判定部による判定の結果を報知する報知部をさらに有する
請求項６に記載の工具寿命検出装置。
【請求項８】
被加工物を加工する工具の寿命を検出する工具寿命検出方法であって、
前記被加工物を加工する際に前記工具に対してかかる負荷を加工負荷値として測定するステップと、
加工回数毎に測定された前記加工負荷値に基づき、前記被加工物に対する加工の難易度を示す加工難易度を、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の平均値または積算値と、前記被加工物に対する１回の加工における前記加工負荷値の最大値と、現時点から設定加工回数前までの加工における前記最大値の極大値と極小値との差である変化量とに基づき演算するステップと、
演算された前記加工難易度と、前記工具の寿命の判定基準を示す判定基準値とを比較するステップと、
前記加工難易度が前記判定基準値を超えた場合に、工具寿命であると判定するステップと
を有する工具寿命検出方法。
【国際調査報告】
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2018229870.tif 000018
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