(57)【要約】  【課題】  加工装置の駆動部の駆動条件や加工刃具による被加工物の加工条件が変動しても、設定変更作業を行うことなく、容易に、しかも、生産性を低下させることなく、加工刃具の異常を精度良く検出できるようにする。  【解決手段】  駆動部２４に供給される駆動電力を検出する駆動電力計３０を有し、駆動部２４の起動後、駆動電力が上昇して加工期間前の所定時間経過後に、被加工物１０と加工刃具とが非接触の無負荷状態で一定速度で回転するときの一定の駆動電力を無負荷基準電力値として自動的に設定すると共に、無負荷基準電力値より所定量大きい駆動電力を過負荷電力値として自動的に設定し、加工期間中に無負荷基準電力値以下の駆動電力を検出したとき、又は、過負荷電力値以上の駆動電力を検出したとき、加工刃具の異常検出信号を発生する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物又は加工刃具を駆動部により回転させて被加工物の加工を行うと共に前記加工刃具の異常を検出可能な刃具異常検出機能付加工装置であって、
前記駆動部に供給される駆動電力を検出する駆動電力計を有し、
前記駆動部の起動後、前記駆動電力が上昇した後低下し、該低下した状態で前記被加工物と前記加工刃具とが非接触の無負荷状態で一定速度で回転し、所定時間一定の値を維持したときの駆動電力を無負荷基準電力値として自動的に設定すると共に、正常な加工状態における駆動電力より所定量大きい駆動電力を過負荷電力値として自動的に設定し、
前記加工期間中に該無負荷基準電力値以下の前記駆動電力を検出したとき、又は、前記過負荷電力値以上の前記駆動電力を検出したとき、前記加工刃具の異常検出信号を発生することを特徴とする刃具異常検出機能付加工装置。
【請求項２】
前記加工刃具が、穴明け加工刃具であることを特徴とする請求項１に記載の刃具異常検出機能付加工装置。
【請求項３】
前記無負荷基準電力値が、前記駆動部の起動毎に設定されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の刃具異常検出機能付加工装置。
【請求項４】
前記過負荷電力値が、前記正常な加工状態における駆動電力の最大値と前記無負荷基準電力値との差を１以上の所定係数倍して、前記無負荷基準電力値に加算することにより設定されるものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の刃具異常検出機能付加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加工物又は加工刃具を回転させつつ互いに接触させることにより被加工物を加工する加工装置、特に、加工刃具の折れ等の異常を検出することが可能な刃具異常検出機能付加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、モータサイクルエンジンのクランクシャフトには、潤滑油を供給するための流路等の深穴が設けられている。この深穴を加工するには、ガンドリルマシン、マシニングセンタ、旋盤等の加工装置が用いられ、ドリル等の加工刃具を回転させることにより加工が行なわれれている。
【０００３】
この深穴加工を自動加工ラインで行う場合、前工程から搬入される被加工物を、順次、予め設定された加工シーケンスに従って無人で行い、その後、後工程に搬出し、必要に応じて深穴の検査が行われる。ここでは、深穴を加工する加工装置の加工刃具の折れや、欠けなどの破損が生じても、加工シーケンスに従って装置が稼動すると、完全な加工が行えず、そのまま後工程に搬出されると加工不良が多数発生する。
【０００４】
そのため、このような加工装置には、穴明け加工刃具の異常を検出するための機構が設けられており、穴明け加工刃具の異常を検出すると、異常を表示したり、加工装置を停止させるなどにより加工不良の多発を防止している。
【０００５】
この刃具異常検出機構としては、例えば、複数回の穴明け加工の間に穴明け加工刃具の先端を接触式センサに接触させて、刃具の折れを検出する接触式の機構や、被加工物又は穴明け加工刃具を回転させる駆動部へ供給される電流や電力等を検出し、メータリレーや微小電力計等でその異常を検出することにより、穴明け加工刃具の折れ等の異常を検出する非接触式の機構などが知られている（下記非特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】株式会社エルファイ「Ｖ３型ロードセンサ取扱説明書」
【非特許文献２】ＦＡＮＵＣ  ＡＣ  ＳＥＲＶＯ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ  保守説明書  Ｂ−６５００５／０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の接触式で穴明け加工刃具の異常を検出する機構では、穴明け加工の途中や穴明け加工終了後に、穴の加工位置とは別の位置に移動させて検出を行わなければならず、検出のための時間が必要となる。そのため、穴明け加工刃具の検出頻度を多くすることにより加工不良をより確実に防止するとすれば、加工のサイクルタイムに占める検出のための時間の割合が大きくなり、生産性が悪化し易いという問題点があった。
【０００７】
また、非接触式で駆動部の電流値や電力値を検出して穴明け加工刃具の異常を検出する機構では、駆動部の回転速度や回転抵抗等、駆動部自体の駆動条件が変動したり、被加工物の加工穴の穴径や深さ、加工速度、材質等、加工刃具による被加工物の加工条件が変動すると、駆動部の電流や電力等が大きく変動する。そのため、設定値を適切な値に随時調整して検出を行うとすれば、頻繁に設定値の変更作業が必要となり、著しく手間を要するという問題点を有していた。
【０００８】
また、この駆動部の電流や電力を一定の設定値のままで検出を行うと、最適な設定値を設定することが容易でない。そのため、設定値が低く設定されると、例えば、駆動部のベルトの張り具合等のような僅かな駆動部の駆動条件の変動が生じても電流値や電力値が増加することにより、実際に加工刃具に異常がなくても、穴明け加工刃具の異常として検出される誤動作が頻繁に起こりやすい。一方、設定値が高く設定されると、穏やかな加工条件で加工を行う場合、実際に穴明け加工刃具に異常が生じても検出できないことが起こり易い。
【０００９】
そこで、この発明は、加工装置の駆動部自体の駆動条件や加工刃具による被加工物の加工条件が変動しても、容易に適切な設定値を設定することができ、しかも、生産性を低下させることなく、加工刃具の異常による加工不良の発生を防止することが可能な加工刃具異常検出機能付加工装置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】
【００１０】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明は、被加工物又は加工刃具を駆動部により回転させて被加工物の加工を行うと共に前記加工刃具の異常を検出可能な刃具異常検出機能付加工装置であって、前記駆動部に供給される駆動電力を検出する駆動電力計を有し、前記駆動部の起動後、前記駆動電力が上昇した後低下し、該低下した状態で前記被加工物と前記加工刃具とが非接触の無負荷状態で一定速度で回転し、所定底時間一定の値を維持したときの駆動電力を無負荷基準電力値として自動的に設定すると共に、正常な加工状態における駆動電力より所定量大きい駆動電力を過負荷電力値として自動的に設定し、前記加工期間中に該無負荷基準電力値以下の前記駆動電力を検出したとき、又は、前記過負荷電力値以上の前記駆動電力を検出したとき、前記加工刃具の異常検出信号を発生することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記加工刃具が穴明け加工刃具であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記無負荷基準電力値を、前記駆動部の起動毎に設定するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記過負荷電力値が、前記正常な加工状態における駆動電力値の最大値と前記無負荷基準電力値との差を１以上の所定係数倍して、前記無負荷基準電力値に加算することにより設定されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１又は２に記載の発明によれば、駆動部の起動後、駆動電力が上昇した後低下し、この低下した状態で被加工物と加工刃具とが非接触の無負荷状態で一定速度で回転し、所定時間一定の値を維持したときの駆動電力を無負荷基準電力値として自動的に設定すると共に、過負荷電力値も自動的に設定するので、加工刃具の折れなどの異常を被接触式の機構により検出することができ、そのため、検出に要する時間が少なくて生産性を確保し易い。しかも、過負荷検知により加工刃具の折れたことを検出できると共に、無負荷検知により折れた刃具を交換しないまま、次々と製品を加工し続けることも防止できる。また、駆動部の回転速度や回転抵抗等、駆動部自体の駆動条件が変動することにより生じる駆動電力の変動を無負荷基準電力値に反映させることができるため、容易に適切な無負荷基準電力値を設定して、加工刃具の異常による加工不良の発生を防止することが可能である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、無負荷基準電力値を駆動部の起動毎に設定するので、駆動部自体の駆動条件が変動することにより生じる駆動電力の変動を、より正確に無負荷基準電力値に反映させることができ、加工刃具の折れなどの無負荷状態となる異常をより確実に検出することが可能である。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、過負荷電力値が正常な加工状態における駆動電力値の最大値と無負荷基準電力値との差を１以上の所定係数倍して、無負荷基準電力値に加算することにより設定されるものであるので、無負荷基準電力値が設定されれば、自動的により適切な過負荷電力値を容易に設定することができ、しかも、この過負荷電力値に加工刃具による被加工物の加工条件の変動を確実に反映することができ、加工刃具の異常による加工不良の発生をより防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１乃至図７はこの実施の形態を示す。
【００１９】
図１において、符号１０は、この実施の形態の被加工物としての四気筒モータサイクルエンジンのクランクシャフトであり、４本のコネクティングロッド１１が配置されるクランクピン部１２と、クランクピン部１２間及び端部に形成されたクランクジャーナル部１３とを有している。
【００２０】
そして、各クランクピン部１２及び各クランクジャーナル部１３には、潤滑油を供給するための４つの油圧流路１４が設けられており、各油圧流路１４は斜め油穴１６と、この斜め油穴１６と連通する２個の直交油穴１７とを備えている。
【００２１】
このようなクランクシャフト１０は自動加工ラインにおいて製造されており、斜め油穴１６は加工刃具異常検出機能付加工装置としてのガンドリルマシン２０において加工可能である。
【００２２】
ガンドリルマシン２０は、図２に示すように、クランクシャフト１０を固定して、主軸に装着された穴明け加工刃具としてのガンドリルで加工可能に構成された数値制御加工装置（ＮＣ装置）本体２２と、このＮＣ装置本体２２に固定されてガンドリルが装着された主軸を回転駆動させるための駆動部としてのモータ２４とを有している。また、ＮＣ装置本体２２からの各種の制御用信号に基づいてモータ２４に供給する電力を調整可能なサーボアンプ２６が設けられている。
【００２３】
また、このガンドリルマシン２０には、穴明け加工の加工シーケンスが記憶された制御部としてのプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）２８が設けられ、さらに、モータ２４に供給される駆動電力を測定する駆動電力計としての微小電力計３０が設けられ、駆動電力値がＰＬＣ２８に入力されるように接続されることにより、刃具異常検出機構３２が構成されている。
【００２４】
このような構成のガンドリルマシン２０により斜め油穴１６を加工するには、次のように行う。
【００２５】
まず、自動搬送装置により前工程から搬送されたクランクシャフト１０がＮＣ装置本体２２に固定される。
【００２６】
そして、図３に示すように、ＰＬＣ２８からの起動指令に基づいて、サーボアンプ２６によりモータ２４に電力が供給され（ａ）、モータ２４によりＮＣ装置本体２２の主軸が回転してガンドリルが回転する（ｂ）。また、微小電力計３０により検出された駆動電力がＰＬＣ２８へ取込まれる（ｃ）。
【００２７】
その後、ＮＣ装置本体２２では、ガンドリルがクランクシャフト１０に接触しない無負荷状態のまま、回転速度が増加し、予め設定された所定回転速度に達した状態で、その回転速度が維持される。
【００２８】
このときのモータ２４へ供給される駆動電力は、図４に示されるように、起動時ｔ０１後、駆動電力が増加し、ガンドリルの回転速度が所定回転速度に到達した段階で速度到達信号がサーボアンプ２６に伝達され、その後僅かに駆動電力が増加してから低下し、所定時間一定の駆動電力で維持される。
【００２９】
この駆動電力は微小電力計３０で測定され（ｄ１）、所定時間一定に駆動電力が維持された時点で、その駆動電力を無負荷基準電力値Ｘ０１として自動的に設定され、ＰＬＣ２８に記憶される（ｅ１）。
【００３０】
次に、無負荷基準電力値Ｘ０１の決定後、ＮＣ装置本体２２において、複数の斜め油穴１６のうちの最初の穴加工を行う。この加工は、加工開始時ｔ１１から加工終了時ｔ２１までの加工期間の間、予め設定された回転速度で回転するガンドリルをクランクシャフト１０に接触させることにより行う。
【００３１】
この最初の加工では、予め経験値等に基づく過負荷基準値Ｘ１をＰＬＣ２８に設定しておき、駆動電力が過負荷基準値Ｘ１以上となる場合にガンドリルや主軸を保護するために加工を中止する。
【００３２】
この最初の加工では、駆動電力が連続的に測定されて記憶され、ガンドリルの折れや欠けなどの損傷を生じることなく加工が行われる正常な加工状態で、加工期間中の駆動電力の最大値Ｘｍが求められ（ｇ）、その後、最初の斜め油穴１６の加工が終了する。
【００３３】
これにより得られた正常な加工状態における駆動電力の最大値Ｘｍと無負荷基準電力値Ｘ０１との差Ｘｄを用い、この値の１以上の所定の係数倍、具体的には差Ｘｄの１．４倍の値を補正値として求め、この補正値をＰＬＣ２８に記憶させる（ｆ）。
【００３４】
そして、補正値を求めた後、同じガンドリルを用いて、次の斜め油穴１６の加工を行う。この実施の形態では、無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２はそれぞれモータ２４により主軸を起動する毎に設定するように構成されており、次の斜め油穴１６の加工時にも、最初の加工と同様にして、起動時のｔ０２から主軸及びガンドリルが所定回転速度に維持されるまでの間の駆動電力が測定される（ｄ２）。そして、所定時間一定の駆動電力が維持されたとき、その駆動電力を無負荷基準電力値Ｘ０２として、自動的に設定されてＰＬＣ２８に記憶される（ｅ２）。
【００３５】
ここで、最初の斜め油穴１６の加工においてＰＬＣ２８に記憶された補正値を、この無負荷基準電力値Ｘ０２に加算することにより、この２個目の斜め油穴１６の加工期間における過負荷電力値Ｘ２２が自動的に設定され、ＰＬＣ２８記憶される（ｈ）。なお、この過負荷電力値Ｘ２２が設定されると、予め予備的にＰＬＣ２８に設定された過負荷基準値Ｘ１は、より適切な過負荷電力値が設定されない間、ガンドリルや主軸を保護するために用いる値であるため、その後は不要となる。
【００３６】
そして、無負荷基準電力値Ｘ０２と過負荷電力値Ｘ２２とが決定された後、同じクランクシャフト１０の２個目の斜め油穴１６の加工を行う。この加工期間中は、ＰＬＣ２８において、モータ２４に供給される駆動電力を無負荷基準電力値Ｘ０２と比較するとともに（ｉ）、過負荷電力値Ｘ２２と比較して（ｊ）、閾値制御を行う。
【００３７】
このとき、加工開始時ｔ１２以後の加工期間中に、無負荷基準電力値Ｘ０２以下の駆動電力と、過負荷電力値Ｘ２２より大きい駆動電力とが検出されない場合、加工終了時ｔ２２で２個目の斜め油穴１６の加工が終了する。その後、同様にして３個目及び４個目の加工を行い、全ての斜め油穴１６の加工を完了した後（ｋ）、自動搬送装置によりクランクシャフト１０が後工程に搬出される。
【００３８】
この一連の斜め油穴１６の加工においては、ガンドリルに折れ等、ガンドリルとクランクシャフト１０とが非接触状態となるような異常が生じると、無負荷基準電力値Ｘ０２以下の駆動電力が検出される。また、ガンドリルに欠け等の破損などが発生して加工時の回転抵抗が増加するような異常が生じると、過負荷電力値Ｘ２２以上の駆動電力が検出される。
【００３９】
このような場合には加工不良が生じているため、無負荷基準電力値Ｘ０２以下の駆動電力、又は過負荷電力Ｘ２２より大きい駆動電力が検出されたときには、ガンドリルの無負荷異常信号又は過負荷異常信号を発生する（ｍ、ｎ）。そして、この信号に基づき、作業者が確認できるように異常を表示し、手動或いは自動でガンドリルを交換し、さらに、加工不良品の処理を行うようになっている。この実施の形態では、異常信号発生時にガンドリルマシン２０で加工されていたクランクシャフト１０を自動加工ラインから抜き取るとともに、その直前に加工されて、既に搬出されているクランクシャフト１０も自動加工ラインから抜き取り検査工程に送るように設定されている。
【００４０】
以上のようなガンドリルマシン２０によれば、モータ２４によりガンドリルを装着した主軸を起動後、駆動電力が上昇した後低下し、この低下した状態でクランクシャフト１０とガンドリルとが非接触の無負荷状態で一定速度で回転するときの一定の駆動電力を無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２として自動的に設定すると共に、過負荷電力値Ｘ２２も自動的に設定するので、ガンドリルの折れなどの異常を被接触式の機構により検出することができ、そのため、検出に要する時間が少なくて生産性を確保し易い。しかも、過負荷検知によりガンドリルの折れたことを検出できると共に、無負荷検知により折れたガンドリルを交換しないまま、次々とクランクシャフトを加工し続けることも防止できる。また、モータ２４自体や主軸及びガンドリル自体を回転させるための、回転速度や回転抵抗などの駆動条件が変動することにより生じる駆動電力の変動を無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２に反映させることができるため、容易に適切な無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２を設定して、ガンドリルの異常による加工不良の発生を防止することが可能である。
【００４１】
また、無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２をモータ２４や主軸及びガンドリルの起動毎に設定するので、モータ２４自体や主軸及びガンドリル自体の駆動条件が変動することにより生じる駆動電力の変動を、より正確に無負荷基準電力値Ｘ０１、Ｘ０２に反映させることができ、ガンドリルの折れをより精度よく検出することが可能である。
【００４２】
さらに、過負荷電力値Ｘ２１が加工期間中の正常な駆動電力の最大値Ｘｍと無負荷基準電力値Ｘ０２との差の値を１以上の所定係数倍して、無負荷基準電力値に加算することにより設定されるため、その後の加工の際、無負荷基準電力値Ｘ０２が設定されれば、自動的により適切な過負荷電力値Ｘ２２を容易に設定することができる。しかも、過負荷電力値Ｘ２１にガンドリルによる加工条件の変動を確実に反映させることができ、ガンドリルの異常による加工不良の発生をより防止することが可能である。
【００４３】
なお、このようにして形成された４個の斜め油穴１６に、各２個の連通する直交油穴１７を加工するには、ガンドリルマシン２０により全く同様にして加工することが可能である。
【００４４】
また、この直交油穴１７をマシニングセンタを用いて加工することも可能である。その場合、例えば、４個の斜め油穴１６が形成されたクランクシャフト１０に３種類の径の直交油穴１７と面取りとを施すには、図５及び図６に示すように、４種類のツールＴ１〜Ｔ４により連続して加工を行うことができる。
【００４５】
ここでは、加工１サイクルのｃ１、ｃ２毎に、それぞれ１つのクランクシャフト１０を加工しており、ツールＴ１によりクランクピン部１２及びクランクジャーナル部１３に合計１６箇所の面取りを行い、この面取り部位を用いてツールＴ２及びＴ３により外周側から２種類の径の直交油穴１７を各８箇所加工し、さらに、ツールＴ４により一部の斜め油穴１６に他の径の直交油穴１７を加工している。
【００４６】
そして、このようなマシニングセンタによる加工サイクルにおいても、各ツールＴ１〜Ｔ４を回転させるための主軸駆動用のモータの駆動電力を微小電力計で検出することにより、ガンドリルマシン２０と同様に、無負荷基準電力値Ｘ０及び過負荷電力値Ｘ２を自動的に設定し、加工期間の駆動電力を検出して、各ツールＴ１〜Ｔ４の折れや欠け等の異常の検出を行うことができる。
【００４７】
ここでは、各ツールＴ１〜Ｔ４毎に、起動時ｔ０１乃至ｔ０４から加工開始時ｔ１１乃至ｔ１４までの間に無負荷基準電力値Ｘ０を設定し、これに基づいて加工終了時ｔ２１乃至ｔ２４までの加工期間中に過負荷電圧値Ｘ２を設定する。
【００４８】
その際、過負荷電圧値Ｘ２は各ツールＴ１〜Ｔ４毎に加工期間中の最大電力値Ｘｍを測定して算出してもよいが、例えば、全てのツールにおける加工期間中の最大電力値Ｘｍと無負荷基準電力値Ｘ０との差Ｘｄの最大値を求め、この値を各ツールの無負荷基準電力値Ｘ０に加算することにより過負荷電力値Ｘ２とすることが可能である。このようにすれば、加工シーケンスの作成をより容易にすることできる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、過負荷電力値Ｘ２は加工期間中の駆動電力の最大値を用いて設定したが、過負荷電力値Ｘ２を無負荷基準電力値Ｘ０に単に一定の値を加算した値とすることもできる。
【００５０】
また、上記の実施の形態では、クランクシャフト１０を固定してガンドリルを回転駆動させることにより加工する例について説明したが、加工刃具を固定しておき、被加工物を回転駆動させるものであっても、この発明を同様に適用することができる。
【００５１】
さらに、上記では、１つの被加工物であるクランクシャフト１０の複数の穴を加工する例について説明したが、複数の被加工物を一度に連続して加工する場合であっても、この発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１の実施の形態の被加工物としてのクランクシャフトの側面図である。
【図２】同実施の形態の加工刃具異常検出機能付加工装置としてのガンドリルマシンを示すブロック図である。
【図３】同実施の形態のガンドリルマシンの加工刃具の異常を検出する操作の流れを示すフローチャートである。
【図４】同実施の形態のガンドリルマシンにおける主軸の駆動モータの起動時から加工期間修了までの駆動電力の変化を示すグラフである。
【図５】この発明の加工刃具異常検出機能付加工装置としてのマシニングセンタの各部の駆動タイミングを示すグラフである。
【図６】同実施の形態のマシニングセンタの駆動電力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  クランクシャフト（被加工物）
１６  斜め油穴
１７  直交油穴
２０  ガンドリルマシン
２２  数値制御加工（ＮＣ）装置本体
２４  モータ（駆動部）
２８  ＰＬＣ
３０  微小電力計（駆動電力計）
３２  加工刃具異常検出機構
【図１】
2005144629.tif 000003
【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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