(57)【要約】【課題】実際の切削条件に適応した速度を自動設定可能な切削加工機制御装置等を提供すること。【解決手段】本発明の切削加工機制御装置１０は、切削刃１６を回転させて材料２０を切削加工するスピンドルユニット１４を備えた切削加工機の作動を制御する切削加工機制御装置であって、切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）２４の出力値を検出する検出手段と、ＡＥセンサの出力値が第１の閾値を越えたとき、切削用スピンドルの作動を停止させる停止信号出力手段と、ＡＥセンサの出力値が、第１の閾値より小さい第２の閾値を越えたとき、切削用スピンドルの送り速度を減少させる減速制御手段と、ＡＥセンサの出力値が、第２の閾値より小さい第３の閾値より小さいとき、切削用スピンドルの送り速度を増加させる加速制御手段とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機の作動を制御する切削加工機制御装置であって、
前記切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）の出力値を検出する検出手段と、
前記ＡＥセンサの出力値が第１の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの作動を停止させる停止信号出力手段と、
前記ＡＥセンサの出力値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの送り速度を減少させる減速制御手段と、
前記ＡＥセンサの出力値が、前記第２の閾値より小さい第３の閾値より小さいとき、前記切削用スピンドルの送り速度を増加させる加速制御手段と、を備えている、
ことを特徴とする切削加工機制御装置。
【請求項２】
前記ＡＥセンサが前記スピンドルユニットに内蔵されている、
請求項１に記載の切削加工機制御装置。
【請求項３】
前記ＡＥセンサが切削加工されるワークに取付けられている、
請求項１に記載の切削加工機制御装置。
【請求項４】
前記ＡＥセンサが切削加工されるワークが載置されるワーク台に取付けられている、
請求項１に記載の切削加工機制御装置。
【請求項５】
切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機の作動を制御する切削加工機の制御方法であって、
前記切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）の出力値を検出するステップと、
前記ＡＥセンサの出力値が第１の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの作動を停止させるステップと、
前記ＡＥセンサの出力値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの送り速度を減少させるステップと、
前記ＡＥセンサの出力値が、前記第２の閾値より小さい第３の閾値より小さいとき、前記切削用スピンドルの送り速度を増加させるステップと、を備えている、
ことを特徴とする切削加工機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工機制御装置および方法に関し、詳細には、切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機を制御する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工切削用スピンドルによる切削加工では、切削刃の送り速度が高すぎると、切削刃が破損したり切削面が荒れたりするため、切削刃の送り速度が高すぎることは好ましくない。一方、切削刃の送り速度が低いと、加工に要する時間が長くなるため、送り速度を必要以上に低くすることも好ましくない。従って、安全且つ良好な切削と、短い加工時間とを両立させるため、切削刃の送り速度を適切な速度に設定する必要がある。
このため、手動操作による切削加工機では、切削加工機のオペレータが、切削時の音、切削屑の形状等に基づいて切削状況を判断して、送り速度を切削状態に最も適した値に調整していた。一方、マシニングセンタ等の自動制御による切削加工機では、切削刃の回転速度、切削深さ、ワークの硬度等の切削条件を勘案して、切削加工を行うパスに対して最適と考えられるパス固有の一定の送り速度を予め設定し、この一定の送り速度で、そのパスに沿った切削加工を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１本のパス中には直線部分や屈曲部分等の切削条件が異なる切削が含まれるため、パス毎に定められた一定送り速度で切削加工を行う自動制御タイプの切削加工機では、切削条件に適応していない送り速度で切削が行われている状態が生じていた。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、実際の切削条件に適応した速度を自動設定可能な切削加工機制御装置等を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機の作動を制御する切削加工機制御装置であって、前記切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）の出力値を検出する検出手段と、前記ＡＥセンサの出力値が第１の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの作動を停止させる停止信号出力手段と、前記ＡＥセンサの出力値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの送り速度を減少させる減速制御手段と、前記ＡＥセンサの出力値が、前記第２の閾値より小さい第３の閾値より小さいとき、前記切削用スピンドルの送り速度を増加させる加速制御手段と、を備えていることを特徴とする切削加工機制御装置。
このような構成によれば、ＡＥセンサによって切削状態を常時検出し、この検出結果に基づいて、切削刃（スピンドル）の送り速度の加減速、スピンドルの緊急停止等が実行される。従って、実際の切削状況（切削刃の状態）に適応した、送り速度の設定が可能となり、最短時間で、安全且つ良好な切削加工が可能となる。
【０００５】
本発明の好ましい態様によれば、前記ＡＥセンサが前記スピンドルユニットに内蔵されている。また、本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＡＥセンサが切削加工されるワークに取付けられる。更に、本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記ＡＥセンサが切削加工されるワークが載置されるワーク台に取付けられる。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機の作動を制御する切削加工機の制御方法であって、前記切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）の出力値を検出するステップと、前記ＡＥセンサの出力値が第１の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの作動を停止させるステップと、前記ＡＥセンサの出力値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値を越えたとき、前記切削用スピンドルの送り速度を減少させるステップと、前記ＡＥセンサの出力値が、前記第２の閾値より小さい第３の閾値より小さいとき、前記切削用スピンドルの送り速度を増加させるステップと、を備えている、ことを特徴とする切削加工機の制御方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。まず、図１は、本発明の実施形態の切削加工機用制御装置を含む切削加工システム１の構成を模式的に示す図面である。
図１に示されているように、切削加工システム１は、本発明の実施形態の切削加工機用制御装置として機能する制御用コンピュータ１０と、切削加工機（マシニングセンタ）１２とを備えている。
【０００８】
マシニングセンタ１２は、上部に設けられたヘッド（図示せず）に、スピンドルユニット１４が着脱自在に装着されている。スピンドルユニット１４は、先端に取付けられた切削工具（エンドミル）１６が、加工台１８に対向し、加工台１８上に載置固定されたワーク２０を切削加工できるように、ヘッドに取付けられている。ヘッドは、公知の機構により切削加工用の数値データに基づいて、加工台１８に対して上下方向及び水平方向に移動可能に構成されている。従って、マシニングセンタ１２では、ワーク６が載置された加工台１８とスピンドルユニット１２とを切削加工に関する数値データに基づいて相対的移動させることにより、ワーク２０を所望のように切削加工することができる。
マシニングセンタ１２には、ＮＣコントローラ２２が内蔵されている。ＮＣコントローラ２２は、制御用コンピュータ１０からの信号に応じて、加工台１８とスピンドルユニット１２との相対移動速度すなわエンドミル１６の送り速度を加減速できるように構成されている。
【０００９】
また、スピンドルユニット１４には、エンドミルユニット１４による切削加工時の振動を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）センサ２４が内蔵されている。ＡＥセンサ２４からの出力信号は、この出力信号にスムージング処理等の電気的な処理を施すアコースティックエミッション（ＡＥ）コントローラ２６によって０から１０Ｖのアナログ信号に変換された後、制御用コンピュータ１０に入力されるように構成されている。
【００１０】
次に、図２に沿って、ＡＥセンサ２４のスピンドルユニット１４への取付けについて説明する。図２は、スピンドルユニット１４の概略的な縦断面図である。図２に示されているように、スピンドルユニット１４は、下端部にエンドミル１６が取付けられる本体部２８を備えている。
【００１１】
本体部２８は、エンドミル１６を回転させるための種々の機構を収容する筺体として機能している。本体部２８内には、主軸３０と高速型のモータ３２が配置されている。主軸３０の先端側は、エンドミル１６に連結されており、主軸３０の他端は、モータ３２の回転子３４に接続されている。回転子（ロータ）３４は、両端が軸受け３６、３６によって回転可能に支持されている。回転子３４の周囲には、固定子３８が配置されている。
【００１２】
回転子３４のエンドミル１６側の端部には、アコースティックエミッションセンサ２４が取付けられ、エンドミル１６とは反対側の端部には、ＡＥセンサ２４の出力信号を、静止側（本体部２８）に取付けられた静止側アンテナ４０に送信する回転側アンテナ４２が取付けられている。ＡＥセンサ２４と回転側アンテナ４２とは配線４４によって接続されている。静止側アンテナ４０は、ＡＥコントローラ２６に接続され、ＡＥセンサ２４からの出力信号が、ＡＥコントローラ２６に入力されるように構成されている。
【００１３】
ＡＥセンサ２４は、数１０ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚの振動を検出することができるものであり、スピンドルユニット１４による切削加工時に、エンドミル１６がワーク２０を切削する際に生じ、エンドミル１６、および主軸３０を通して回転子３４に伝わってきた振動を検出する。更に、本実施態様の切削加工システム１では、ＡＥセンサ２４の出力信号が、回転側アンテナ４２から静止側アンテナ４０に無線送信され、さらに、ＡＥコントローラ２６を介して、制御用コンピュータ１０に入力される。更に、本実施態様の切削加工システム１では、制御用コンピュータ１０がＡＥセンサ２４の出力に基づいて、エンドミル１６の送り速度を変更（加減速）する。
切削時にエンドミル１６にかかる負荷が大きくなると、発生する振動が大きくなり、ＡＥセンサ２４の出力値が増加するので、ＡＥセンサ２４の出力値から、エンドミル（切削刃）１６による切削状態を推定することができる。
【００１４】
次に、この制御用コンピュータ１０によるエンドミル１６の送り速度の変更に関する処理の内容を説明する。図３は、制御用コンピュータ１０によって行われる送り速度変更処理の内容を示すフローチャートである。
本実施態様の切削加工システム１では、切削時には、ＡＥセンサ２４からの信号が、常時、制御用コンピュータ１０に入力されている。この処理では、まず、ステップＳ１で、ＡＥコントローラ２６を介して入力されたＡＥセンサ２４の出力値Ｖが、所定の最大値α（Ｖｍａｘ）を越えたか否かを判定する。ステップＳ１でＹＥＳのときには、スピンドル１４に極めて大きな負荷がかかっており、極め危険な状態であるので、ステップＳ２で、ＮＣコントローラ２２に緊急停止命令を出力し、スピンドル１４の回転を速やかに停止させ、処理を終了する。
【００１５】
ステップＳ１でＮＯのときには、ステップＳ３に進み、ＡＥコントローラ２６を介して入力されたＡＥセンサ２４の出力値Ｖと所定値βおよびγとを比較する。ここで、βとγは、α＞β＞γの関係であり、切削条件に適合した送り速度（最適速度）でエンドミル１６が送られているときのＡＥセンサ２４の出力値Ｖが、αとγの間に入るような値に設定されている。
【００１６】
ステップＳ３で、γ≦Ｖ≦βであるときには、適正な送り速度で切削加工が行われていると判定され、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ３で、Ｖ＞βと判定されたときには、エンドミル１６に最適範囲の値より大きな負荷がかかっているので、ステップＳ４に進み、ＮＣコントローラ２２に減速命令を出力し、スピンドル１４の送り速度を低下させ、リターンする。さらに、ステップＳ３で、Ｖ＜γと判定されたときには、エンドミル１６にかかる負荷が最適範囲の値より小さく、送り速度を上げることがことが可能である。このため、加工時間を短縮させるため、ステップＳ５に進み、ＮＣコントローラ２２に加速命令を出力し、スピンドル１４の送り速度を増加させ、リターンする。
【００１７】
このような処理を行うことにより、制御用コンピュータ１０に入力されるＡＥセンサ２４の出力値（出力電圧）Ｖが、Ｔ１のように、βを越えたとき（ただしα未満）には、スピンドル１４（エンドミル１６）の送り速度を低下させる制御が行われ、出力値（出力電圧）Ｖが、Ｔ２のように、γを下回ったときには、スピンドル１４（エンドミル１６）の送り速度を増大させる制御が行われ、出力値（出力電圧）Ｖが、Ｔ３のように、α（Ｖｍａｘ）を越えたときには、スピンドル１４の回転を停止させ、エンドミル１６等の破損を防止する制御が行われる。
なお、α、β、γの値は、実験結果等に安全率を加味して、それぞれの切削加工システムに最適な値が選択される。
【００１８】
本発明は、上記実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で種々の変形、変更が可能である。
上記実施態様では、ＡＥセンサ２４がスピンドル１４に内蔵されていたが、本発明は、ＡＥセンサをワーク２０あるいはワーク２０を載置する加工台１８に取付ける構成でも良い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、実際の切削条件に適応した速度を自動設定可能な切削加工機制御装置等が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の切削加工機用制御装置を含む切削加工システムの構成を模式的に示す図面である。
【図２】本発明の好ましい実施形態で使用されるスピンドルユニットの概略的な縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態で制御用コンピュータによって行われる送り速度変更処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】制御用コンピュータに入力されるＡＥセンサの出力電圧の一例を示す図面である。
【符号の説明】
１：切削加工システム
１０：制御用コンピュータ
１２：切削加工機（マシニングセンタ）
１４：スピンドルユニット
１６：切削工具（エンドミル）
２２：ＮＣコントローラ
２４：アコースティックエミッション（ＡＥ）センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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