(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ型の実質的に新しいストックリムーバルカッターが基準平均工具摩耗係数Ｒ0を有する与えられた加工作業に依って同一加工物を切削するストックリムーバルカッターの瞬時工具状態指標を提供するように工具状態を自動的にモニターするシステムに於いて、該システムが
（ａ）連続する第ｉ番の加工物の切削中に切削用主駆動トルクＭを決定する手段と、
（ｂ）前記第ｉ番の加工物の切削中に該ストックリムーバルカッター用の複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算するための瞬時工具摩耗係数プロセツサーと、
（ｃ）前記複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)からストックリムーバルカッター用平均工具係数Ｒ(i)を計算するための平均工具摩耗係数プロセツサーと、そして
（ｄ）連続する各第ｉ番の加工物の切削後の該ストックリムーバルカッターの瞬時的工具状態指標を提供するために前記平均工具摩耗係数Ｒ(i)を該基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較するための工具摩耗係数比較器とを
具備しており
前記瞬時工具摩耗係数プロセツサーは一般的関係式：
Ｍ(j)＝Ａ0Ｆ(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算することを特徴とするシステムであるが、ここでＦは該ストックリムーバルカッターと加工物の間の相対運動の瞬時的送り速度であり、Ａ0，α及びβは該ストックリムーバルカッターと加工物材料の組み合わせに依存する係数である。
【請求項２】
請求項１のシステムに於いて、該ストックリムーバルカッターがフライスカッターでありFzが該フライスカッターの毎歯当たり送りである時には前記瞬時工具摩耗係数プロセツサーは一般的関係式：
Ｍ(j)＝Ａ0Ｆz(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算することを特徴とするシステム。
【請求項３】
同じ型の実質的に新しいストックリムーバブルカッターが基準平均工具摩耗係数Ｒ0を有する与えられた加工動作に依って同一加工物を切削するストックリムーバルカッターの工具状態の瞬時的指標を提供するように工具状態を自動的にモニターする方法に於いて、該方法が
（ａ）連続する第ｉ番の加工物の切削中に切削用主駆動トルクＭを決定する過程と、
（ｂ）連続する第ｉ番の加工物の切削中に該ストックリムーバルカッター用の複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算する過程と、
（ｃ）前記複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)からストックリムーバルカッター用平均工具摩耗係数Ｒ(i)を計算する過程と、そして
（ｄ）連続する各第ｉ番の加工物の切削後の該ストックリムーバルカッターの瞬時的工具状態指標を提供するために前記平均工具摩耗係数Ｒ(i)を該基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較する過程とを
具備しており
過程（ｂ）は一般的関係式：Ｍ(j)＝Ａ0Ｆ(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算する過程を含むことを特徴とする方法であるが、ここでFは該ストックリムーバルカッターと加工物の間の相対運動の瞬時的送り速度であり、Ａ0，α及びβは該ストックリムーバルカッターと加工物材料の組み合わせに依存する係数である。
【請求項４】
請求項３の方法に於いて、該ストックリムーバルカッターがフライスカッターであり、Fzが該フライスカッターの毎歯当たりの送りである時には過程（ｂ）は一般的関係式：Ｍ(j)＝Ａ0Ｆz(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算する過程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景技術
発明の属する技術分野
本発明は一般的にはストックリムービング（stock removing）作業中に工具状態を自動的にモニターする分野に属する。特に、本発明は加工作業中に工作機械により発揮されるトルクの関数としてストックリムーバルカッター（stock removal cutter）の工具状態を自動的にモニターすることに関する。
従来技術の説明
シーエヌシー（CNC）プログラムは工作機械により回転可能に駆動されるフライスカッターを切削経路に沿って加工物を切削するよう命令する。加工物に対する少なくとも該フライスカッターの送り速度を適合制御しないと順次悪化する工具磨耗のために該シーエヌシープログラムに従って該フライスカッターが連続する加工物を切削するためには該工作機械は絶えず増加するトルクを発揮する必要がある。
フライスカッターの工具状態のトルクに応答する自動モニター方法は、例えばチャング（Chung）の米国特許第４、２０８、７１８号及びジェペソン（Jeppesson）の米国特許第４、８０２、０９５号の従来技術で公知である。
チャングの米国特許第４、２０８、７１８号は加工作業に対する全切削時間のパーセンテージで表した増加目標馬力下での切削時間の長さの関数でフライスカッターの工具状態指標が決定される自動モニター方法を説明している。
ジェペソンの米国特許第４、８０２、０９５号はフライス削り作業中に接線成分ＦＴと半径方向成分ＦＲを有する合成側方負荷力ＦＲＥＳがそのＦＴ成分と共に直接測定され、それを基礎に工具磨耗の指標を提供するためそのＦＲ成分が数学的に決定される自動的モニター方法を説明している。
米国特許第４、５４７、８４７号では、図１３Ｈに図解され、第３５欄第６４行乃至第３８欄第４９行で説明されているサブルーチンＴＬＭＮＴＲの基で工具モニター機能を提供する工作機械用適応制御が説明されている。該サブルーチンＴＬＭＮＴＲは基本的に線形の鈍化過程を仮定しており、送り速度やスピンドル速度の様な幾つかの切削パラメーターを該操作エヌシープログラムから得る必要がある。加えて、該サブルーチンは既知の又は一定の切削深さを要し、前者の場合線形の仕方で補償を行っている。この様に、該サブルーチンは比較的真っ直ぐな旋削加工への応用での工具寿命予測用に好適である。
発明の概要
本発明の第１の目的は加工作業中工作機械により発揮される実質的に均一なトルクを維持するよう適応された適応制御システムの制御下で加工作業中にストックリムーバルカッター特にフライスカッターの工具の状態の自動的モニター法を提供することにある。
本発明の第１の側面によれば、同じ型の実質的に新しいストックリムーバルカッターが基準平均工具摩耗係数Ｒ0を有する与えられた加工作業に依って同一の加工物を切削するストックリムーバルカッターの瞬時的工具状態指標を提供するように工具状態の自動的モニター用システムが提供されるが、該システムは
（ａ）連続する第ｉ番の加工物の切削中に切削用主要駆動トルクＭを決定する手段と、
（ｂ）前記第ｉ番の加工物の切削中に該ストックリムーバルカッター用の複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算するための瞬時工具摩耗係数プロセツサーと、
（ｃ）前記複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)から該ストックリムーバルカッター用の平均工具係数Ｒ(i)を計算するための平均工具摩耗係数プロセツサーと、そして
（ｄ）連続する各第ｉ番の加工物切削後該ストックリムーバルカッター用の瞬時的工具状態指標を提供するために前記平均工具摩耗係数Ｒ(i)を該基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較するための工具摩耗係数比較器とを
具備しており、
前記瞬時工具摩耗係数プロセツサーは一般的関係式：
Ｍ(j)＝Ａ0Ｆ(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算することを特徴としているが、ここでFは該ストックリムーバルカッターと加工物の間の相対運動の瞬時的送り速度であり、Ａ0，α及びβは該ストックリムーバルカッターと加工物材料の組み合わせに依存する係数である。
出願者の第ＷＯ９４／１４５６９号では、該フライスカッターを回転可能に駆動する工作機械により発揮されるトルクに応答して一般的な関係式：Ｍ＝ＡＦyργに従って少なくともフライスカッターの送り速度を適応制御するための適応制御システムが説明されているが、ここでMはフライスカッターを回転可能に駆動する工作機械により発揮される測定されたトルクであり、Fはフライスカッターの瞬時的送り速度であり、ρはフライスカッターにより瞬時的に加工される加工物の断面積でありそしてA、y及びγはフライスカッターと加工物材料とに依存する係数である。
他のものの中で工作機械、その材料を含めた加工物、切削経路、送り速度、スピンドル速度そして特定の種類の冷却剤の使用を含めてそれに関連する全ての要素を規定する当てられた加工作業に対するストックリムーバルカッターの工具状態は同じ型の一般的関係式：Ｍ＝Ａ0ＦαＲβから推測出来ることが現在では分かっている。
この関係式でMは工作機械により発揮された該測定トルクであり、Fはストックリムーバルカッターと加工物の間の相対運動の瞬時的送り速度でありそしてA0、αそしてβは特定の加工物材料付ストックリムーバルカッター組み合わせに依存する係数である。加えて、Ｒ(i)が連続する第i番の加工物を切削した後のストックリムーバルカッターの工具摩耗を示す係数であり、Ｒ0が同じ加工作業を実行する実質的に新しいストックリムーバルカッターの基準平均工具摩耗係数である時、比Ｒ(i)/Ｒ0は該ストックリムーバルカッターが実質的に鈍化した時に対応する予め決められた上方臨界敷居値εuと等しくなるように３つ組係数（A0、α、β）は決定される。
ストックリムーバルカッターは該比Ｒ(i)/Ｒ0が該上方臨界敷居値εuを越えるか又はストックリムーバルカッターの破損したことを示す下方臨界敷居値ε1より下に突然低下した時に取り替えられる。便宜のため該上方及び下方両臨界敷居値εuとε1は加工動作で変化せず、それぞれ１．６と０．９に等しい。該下方臨界敷居値ε1は好ましくは１よりも０．９に等しいのが良く、それにより他の何らかの理由、すなわち加工物の破損により該比Ｒ(i)/Ｒ0が１より低下したのではなくストックリムーバルカッターが本当に破損したことを示すのが良い。
これに対し、該比Ｒ(i)/Ｒ0が該動作範囲[0.9,1.6]内にある時は、ストックリムーバルカッターの工具摩耗は、１００％がストックリムーバルカッターが新しいことを示し、０％が摩耗しており交換されるべきことを示す工具摩耗パーセンテージとして機械操作者に示されるのが好ましい。公称上方臨界敷居値εu＝1.6に基づいて、該工具摩耗パーセンテージは下記の関係式から計算される、すなわち
0003810090.tif 000002
該工作機械は該ストックリムーバル（stock removal）作業に依っており、そして従ってフライス削り作業では、該トルクＭはフライスカッターを回転可能に駆動する工作機械により発揮されるトルクであり、一方旋削作業では該トルクＭは加工物を回転可能に駆動する工作機械により発揮されるトルクである。フライスカッターの工具状態の瞬時的指標を提供する場合は、該関係式Ｍ＝Ａ0ＦαＲβがＭ＝Ａ０ＦZαＲβに適合される時がより精確な指標を得られることが分かっているが、ここでＦZはフライスカッターが多数刃式切削工具であることを考慮するためにフライスカッターの毎歯当たり送りとする。
本発明の第２の側面によると、同じ型の実質的に新しいストックリムーバルカッターが基準平均工具摩耗係数Ｒ0を有する与えられた加工作業により同一加工物を切削するストックリムーバルカッター用の工具状態の瞬時的指標を提供するために工具状態の自動的モニター方法が提供されるが、該方法は
（ａ）連続する第i番の加工物の切削中に切削用主要駆動トルクMを測定する過程と、
（ｂ）連続する該第i番の加工物の切削中に該ストックリムーバルカッター用の複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算する過程と、
（ｃ）前記複数の瞬時工具摩耗係数ｒ(j)から該ストックリムーバルカッターの平均工具摩耗係数Ｒ(i)を計算する過程と、そして
（ｄ）連続する各第i番の加工物を切削した後該ストックリムーバルカッター用の瞬時的工具状態指標を提供するために前記平均工具摩耗係数Ｒ(i)を該基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較する過程とを具備しており、過程（ｂ）は一般的関係式：Ｍ(j)＝Ａ0Ｆ(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算する過程を含んでいることを特徴としているが、ここでFは該ストックリムーバルカッターと加工物の間の相対運動の瞬時的送り速度であり、Ａ0，α及びβは該ストックリムーバルカッターと加工物材料の組み合わせに依存する係数である。
【図面の簡単な説明】
本発明を良く理解するためそして同じものが実際に実行出来る方法を示すために、限定しない単なる例示用として付属する図面を参照するが、図１はフライスカッターの瞬時的工具状態指標を提供する自動モニターシステム（エイエムエス）の略図を示し、
図２は図１のエイエムエスの略ブロック図であり、
図３は図１のエイエムエスの動作の流れ図であり、そして
図４は与えられた加工作業について連続する第ｉ番の加工物に対する比Ｒi／Ｒ0の典型的カーブを示すグラフである。
好ましい実施例の詳細な説明
図１が示すものは、接続されたトルクモニター７で測定した工作機械３が発揮するトルクに応答して少なくともフライスカッターの送り速度を適応制御するように適応制御システム（エイシーエス）５により修正されてシーエヌシーユニット４の制御下で工作機械３により回転可能に駆動されるフライスカッター２の瞬時的工具状態指標を提供する自動モニターシステム１である。
この様なエイシーエス５は例えば出願者の第ＷＯ９４／１４５６９号で説明されているが、それは又フライスカッターのスピンドル速度Ｓを適応制御することも出来る。
該瞬時的工具状態指標は機械操作者による適切な使用すなわち摩耗フライスカッターの交換用に、工具摩耗パーセンテージとして工具状態指標モニター８上に表示される。代わって該フライスカッターが摩耗したか又は破損した時は”動作可能”又は代わって”動作不可能”の読み出しで該モニター８上に工具状態を示すことも可能である。加えて、該フライスカッター２が摩耗又は破損した時、該エイエムエス１は工具交換割り込み信号（ＴＣ）を該シーエヌシーユニット４に発行することが出来る。
又該エイエムエス１には操作者インターフエース９が接続されており、それを経由して操作者はフライスカッターの種類を示すフライスカッター（ＭＣ）コード、加工物材料を示す加工物材料（ＷＭ）コードそして加工作業を示す加工作業（ＭＯ）コードを入力する。
該エイエムエス１はメモリー１０を備えており、該メモリーには異なるフライスカッターと加工物材料の組み合わせに対する３つ組係数（Ａ0，α、β）と異なる加工作業に対する基準平均工具摩耗係数Ｒ0が記憶されていることが図２に示されている。
４つのらせん型溝を有するソリッドのエンドミルカッター用の典型的３つ組係数（Ａ0，α、β）は次の様で、軟鋼では（Ａ0＝１４８，α＝０．７５、β＝０．８３）、鋳鉄では（Ａ0＝１１６，α＝０．６８、β＝０．７５）、アルミニウムでは（Ａ0＝７９，α＝０．７２、β＝０．８）である。異なるフライスカッターと加工物材料の組み合わせに対する該３つ組係数（Ａ0，α、β）は多数の加工作業の基礎の上に立って実験的に決められる。
新しい加工作業用の新しい係数Ｒ0は新しいフライスカッターを用いて試行をする間に較正ユニット１１により決定されるが、該ユニットはＭ(j)及びＦZ(j)を得て、そして機械操作者から指示される特定のフライスカッターと加工物材料の組み合わせに対する３つ組係数（Ａ0，α、β）を供給されている。
該エイシーエス５、該トルクモニター７そして該メモリー１０には関係式Ｍ(j)＝Ａ0ＦZ(j)αｒ(j)βに従って瞬時工具摩耗係数を計算するために瞬時工具摩耗係数プロセッサー１３が接続されているが、ここでＦZ(j)は連続する第ｉ番の加工物を切削する間にその切削経路に沿う異なる位置での該フライスカッター２の毎歯当たりの瞬時送りである。もし該毎歯当たり瞬時送りＦZ(j)が直接入手出来ない場合は、それは関係式ＦZ(j)＝Ｆ’(j)／（Ｓ’(j)（ｊ）ｚ）により容易に計算出来るが、ここでＦ’(j)は該フライスカッター２の加工物に対する瞬時送り速度であり、Ｓ’(j)は瞬時スピンドル速度でありそしてｚはそのらせん型溝の数である。
連続する第ｉ番の加工物を切削するフライスカッター２用の平均工具摩耗係数Ｒ(i)を一般的関係式：
0003810090.tif 000003
に従って計算するための平均工具摩耗係数プロセッサー１４が該プロセッサー１３に接続されている。
該モニター８上に工具状態指標を提供しそして適切ならば工具交換割り込み信号ＴＣを発するよう平均工具摩耗係数Ｒ(i)を基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較するために工具摩耗係数比較器１５が該メモリー１０と該プロセツサー１４に接続されている。
ここで図３を参照することにより該エイエムエス１の動作が説明されるが、図３の図解によると、連続する各第ｉ番の加工物に対する新しい加工動作についての新しいフライスカッター用の未知のＲ0を決定した後に、該プロセツサー１３は典型的には毎秒１０サンプルの標本割合で瞬時工具摩耗係数ｒ(j)を計算し、該係数から該プロセツサー１４は該フライスカッター用の非加重平均工具摩耗係数Ｒ(i)を計算し、該係数が該比較器１５により該基準平均工具摩耗係数Ｒ0と比較されて該フライスカッターの瞬時工具状態を示す比Ｒ(i)/Ｒ0が決定される。
上記の様に、該比Ｒ(i)/Ｒ0が動作範囲[0.9,1.6]にある時該瞬時工具状態は次の関係式に従って工具摩耗パーセンテージとして示されるのである。
0003810090.tif 000004
図４に示す様に、フライスカッターが摩耗するにつれて、連続する各第ｉ番の加工物用の該比Ｒ(i)/Ｒ0は該カッターが実質的に鈍化し交換を要する状態に対応する予め決められた上方臨界敷居値１．６に向かって漸近的に増大する。図示の例では該フライスカッターは約４５個の加工物で摩耗した。
該エイエムエス１の動作の自動モードでは、破損か摩耗で該比Ｒ(i)/Ｒ0が該動作範囲[1.9,1.6]外へ出た場合、該エイエムエス１は該シーエヌシーユニット４に工具交換割り込み信号ＴＣを発する。
本発明は限られた数の実施例に関して説明されているが、同業者には本発明の多くの変更、変形と他の応用が可能であることは理解出来よう。例えば、該自動モニターシステムは元のオーイーエム方式品として、又は現在のシーエヌシー機械のレトロフイット用として搭載可能である。
【図１】
0003810090.tif 000005
【図２】
0003810090.tif 000006
【図３】
0003810090.tif 000007
【図４】
0003810090.tif 000008