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JP7313001B2 - Tool life detection device and tool life detection method - Google Patents

Tool life detection device and tool life detection method Download PDF

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JP7313001B2
JP7313001B2 JP2019044673A JP2019044673A JP7313001B2 JP 7313001 B2 JP7313001 B2 JP 7313001B2 JP 2019044673 A JP2019044673 A JP 2019044673A JP 2019044673 A JP2019044673 A JP 2019044673A JP 7313001 B2 JP7313001 B2 JP 7313001B2
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Description

特許法第30条第2項適用 平成29年度(第31回)若い研究者を育てる会研究発表会研究論文集により公開Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Released in the 2017 (31st) Young Researcher Nurturing Society Research Presentation Meeting Research Paper Collection

本発明は、工作機械に付属され、加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に関する。 The present invention relates to a tool life detection device and a tool life detection method attached to a machine tool for detecting the life of a machining tool during machining.

金属の機械加工において、一定以上の加工品質を保つには、加工工具の寿命を正確に把握し適切な時期に加工工具を交換する必要がある。
従来は、加工対象物(以下、ワークという)の加工面粗さが規格外になるまでの加工回数を調べ、この加工回数に安全率を見込んだ回数を工具交換の目安としてきた。
In metal machining, in order to maintain a certain level of machining quality, it is necessary to accurately grasp the working tool life and replace the working tool at an appropriate time.
Conventionally, the number of times of machining until the machined surface roughness of the object to be machined (hereinafter referred to as "work") becomes out of specification, and the number of times of machining with a safety factor taken into account has been used as a guideline for tool replacement.

安全率は、加工工具のチッピングや加工工具のばらつきを考慮して経験的に決定される。チッピングは、いわゆる刃こぼれである。摩耗は加工回数に比例して徐々に発生するが、チッピングは急に発生する。ばらつきは加工工具の出来、不出来に起因して発生する。
そのため、安全率は10%程度が見込まれる。
The safety factor is empirically determined in consideration of chipping of machining tools and variations in machining tools. Chipping is the so-called edge chipping. Wear occurs gradually in proportion to the number of times of machining, but chipping occurs suddenly. Variation occurs due to the quality of working tools.
Therefore, the safety factor is expected to be about 10%.

安全率を見込んだ回数で交換した加工工具を調べてみた。すると、まだ相当程度使えるものが見つかった。すなわち、加工面粗さが規格内に収まるはずの加工工具が寿命前に交換された。
加工工具が寿命まで使われれば、加工回数の増加による生産性の向上と、加工工具の調達費用の低減とが図れる。
そこで、加工工具の寿命を、高い精度で検出することができる技術が求められる。
I examined the machining tools that were exchanged at the number of times in anticipation of the safety factor. Then I found something that still works quite well. In other words, a machining tool whose machined surface roughness should be within the standard was replaced before the end of its service life.
If the working tools are used until the end of their life, productivity can be improved by increasing the number of times of working, and the cost of procuring the working tools can be reduced.
Therefore, there is a demand for a technology capable of detecting the life of a working tool with high accuracy.

そのために、加工工具の寿命を検出する技術が、幾つか提案されてきた(例えば、特許文献1(図5)参照)。 For this reason, several techniques have been proposed for detecting the life of a working tool (see, for example, Patent Document 1 (FIG. 5)).

特許文献1は、加工中に得たデータに基づいて、マハラノビス・タグチ法(以下、MT法という)によりマハラノビスの距離(以下、MD値という)を求め、このMD値によりフライス(多刃工具)の寿命を検出するというものである。 Patent Document 1 discloses that the Mahalanobis-Taguchi method (hereinafter referred to as the MT method) is used to determine the Mahalanobis distance (hereinafter referred to as the MD value) based on data obtained during machining, and the MD value is used to detect the life of a milling cutter (multi-blade tool).

加工中に得るデータは、工作機械における主軸トルク指令値、X軸方向振動振幅、Y軸方向振動振幅、Z軸方向振動振幅、X軸方向ひずみ、Y軸方向ひずみとされる。
図15に基づいて、従来の技術を説明する。
図15(a)は逃げ面摩耗量の識別を説明するグラフ、(b)はチッピングの識別を説明するグラフである。何れも、加工回数(パス数)を横軸、マハラノビス距離を縦軸に取っている。
The data obtained during machining are the spindle torque command value, X-axis direction vibration amplitude, Y-axis direction vibration amplitude, Z-axis direction vibration amplitude, X-axis direction strain, and Y-axis direction strain in the machine tool.
A conventional technique will be described with reference to FIG.
FIG. 15(a) is a graph for explaining identification of flank wear amount, and (b) is a graph for explaining identification of chipping. In both cases, the horizontal axis represents the number of times of processing (the number of passes), and the vertical axis represents the Mahalanobis distance.

図15(a)において、例えば、8000(縦軸)を判定基準に定めておき、右上がりの曲線が8000に達したら、工具を交換する(特許文献1段落0033)。
図15(b)において、新品の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、2000程度のMD値が得られ、830パス後の多刃工具に人為的にチッピングを施したときに、18000程度のMD値が得られる。
摩耗量とチッピングを切り分けて異常を判定することができる(特許文献1段落0047)。
In FIG. 15(a), for example, 8000 (vertical axis) is set as a criterion, and when the curve rising to the right reaches 8000, the tool is replaced (paragraph 0033 of Patent Document 1).
In FIG. 15(b), when a new multi-blade tool is artificially chipped, an MD value of about 2000 is obtained, and when a multi-blade tool after 830 passes is artificially chipped, an MD value of about 18000 is obtained.
Abnormality can be determined by separating the amount of wear and chipping (Patent Document 1, paragraph 0047).

そして、特許文献1では、逃げ面摩耗量に対応する加工時マハラノビス距離に対して、所定の距離だけ上方に隔離する位置に加工時マハラノビス距離が表示された場合には、チッピングが発生したことを検知する、とされている(特許文献1段落0046)。
しかし、隔離する位置に表示される距離は、変化する。変化する距離で判定することは、煩雑であり、煩雑であるために、特許文献1はチッピングに対しては有効性に疑問が残る。
すなわち、特許文献1の技術は、摩耗に対しては有効であると認められるが、チッピングに対しては有効性に疑問が残る。
しかし、多刃工具を含む加工工具の有効利用が求められる中、チッピングを含めた異常が正しく検出できることが求められる。
Further, in Patent Document 1, when the machining Mahalanobis distance corresponding to the flank wear amount is displayed at a position separated by a predetermined distance above the machining Mahalanobis distance, the occurrence of chipping is detected (Patent Document 1, paragraph 0046).
However, the distance displayed for the isolating position varies. Determining with a changing distance is complicated and troublesome, so the effectiveness of Patent Document 1 for chipping remains questionable.
That is, the technique of Patent Document 1 is recognized as effective against wear, but its effectiveness against chipping remains questionable.
However, as the effective use of machining tools including multi-bladed tools is required, it is required to be able to accurately detect abnormalities including chipping.

特開2017-226027号公報JP 2017-226027 A

本発明は、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a tool life detection device and a tool life detection method that can detect the life of a machining tool including chipping with high accuracy.

本発明者らは、特許文献1の技術において、次に述べる2つの点に注目した。
第1点は、データとして、トルク指令値と振動振幅とひずみが選ばれている。
第2点は、振動振幅の処理法である。
The inventors paid attention to the following two points in the technique of Patent Document 1.
For the first point, torque command value, vibration amplitude and strain are selected as data.
The second point is the method of processing the vibration amplitude.

第1点での、トルク指令値と振動振幅とひずみであるが、コンピュータによるデータ処理はデータの数に比例して処理負担が大きくなる。3種のデータがあると、データ取得も大変である。
本発明者は、実験と検討を進めた結果、摩耗とチッピングとのうち、チッピングに重きを置くことで、取得データの数を減らすことができることに気づいた。すなわち、チッピンは、振動に大きく影響し、トルク指令値とひずみへの影響は小さい。この考えから、取得データは、振動に限定することを思いついた。
Regarding the torque command value, vibration amplitude, and strain at the first point, the processing load increases in proportion to the number of data in data processing by a computer. If there are three types of data, data acquisition is also difficult.
As a result of experiments and studies, the inventors of the present invention have found that the number of acquired data can be reduced by placing more emphasis on chipping than wear and chipping. That is, chipping has a large effect on vibration, and has a small effect on the torque command value and strain. Based on this idea, I came up with the idea of limiting the acquired data to vibration.

第2の点での振動振幅であるが、特許文献1では、振動波の大小に注目している。
同じ大きさの第1の波と第2の波があって、時間軸方向の第1の波の幅(時間軸長さ)が広く、第2の波の幅が狭い場合、この波の幅が加工工具の寿命に影響すると考えられる。特許文献1ではこの点が欠落している。
本発明者らは、振動の振幅に、波の幅を加えることが、必要であると考えるに至った。
Regarding the vibration amplitude at the second point, Patent Document 1 focuses on the magnitude of the vibration wave.
If there are a first wave and a second wave of the same magnitude, and the width of the first wave in the direction of the time axis (length of the time axis) is wide and the width of the second wave is narrow, the width of this wave will affect the life of the machining tool. Patent document 1 is missing this point.
The inventors have come to the conclusion that it is necessary to add the width of the wave to the amplitude of the oscillation.

本発明者らは、取得データを振動に限定し、得られた振動を振幅と波の幅(時間軸長さ)によって解析することに基づいて実験と検証を進め、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention limited the acquired data to vibration, and proceeded with experiments and verifications based on analyzing the obtained vibration based on the amplitude and the width of the wave (length of the time axis), thereby completing the present invention.

請求項1に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供し、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a tool life detection device that is attached to a machine tool that performs machining on the work by relative movement between the work tool and the work, and that detects the life of the work tool during machining work,
The tool life detecting device includes a vibration sensor attached to a component of the machine tool for detecting vibration, a calculation unit for calculating the Mahalanobis distance based on vibration information from the vibration sensor, a determination unit for determining whether the Mahalanobis distance obtained by the calculation unit is equal to or greater than a judgment value, and an abnormality display unit for displaying an abnormality when the judgment unit determines that the Mahalanobis distance is equal to or greater than the judgment value.
In the calculation unit, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is set as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line divided by the waveform curve is set as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance,
The calculation unit defines a frequency at which the blade of the processing tool hits the workpiece as a fundamental frequency,
Using this fundamental frequency as the primary frequency, determining secondary or higher frequencies based on this primary frequency,
Vibration information near at least the primary frequency is filtered from part of the vibration information, and the Mahalanobis distance is calculated using the filtered vibration information.

請求項2に係る発明は、請求項1記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the tool life detection device according to claim 1,
a component of the machine tool is a spindle of the machine tool to which the machining tool is attached;
The vibration sensor is attached to the spindle along the feed direction of the machining tool.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the tool life detection device according to claim 1 or claim 2,
The calculation unit may calculate the Mahalanobis distance using part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece.

請求項に係る発明は、加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供し、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is a tool life detection method attached to a machine tool that performs machining on the work by relative motion between the work tool and the work, and detects the life of the work tool during machining work,
detecting vibrations occurring in components of the machine tool;
calculating a Mahalanobis distance based on the detected vibration information;
a step of detecting an abnormality when the calculated Mahalanobis distance is equal to or greater than the judgment value,
In the step of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is set as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line divided by the waveform curve is set as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance;
In the step of calculating the Mahalanobis distance, the frequency at which the blade of the processing tool hits the workpiece is defined as a fundamental frequency, this fundamental frequency is defined as a primary frequency, and secondary or higher frequencies are determined based on this primary frequency,
Vibration information near at least the primary frequency is filtered from part of the vibration information, and the Mahalanobis distance is calculated using the filtered vibration information.

請求項に係る発明は、請求項記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the tool life detection method according to claim 4 ,
In the step of calculating the Mahalanobis distance, part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece is used to calculate the Mahalanobis distance.

請求項1に係る発明では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
なお、波形曲線で区切られた標本線の線分は、波の幅に相当する。
In the invention according to claim 1, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is used as the amount of change, and the sum of the line segments of the sample lines separated by the waveform curve is used as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance.
A line segment of the sample line divided by the waveform curve corresponds to the width of the wave.

すなわち、本発明では、数あるデータ(一次情報)から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出装置が提供される。
加えて、請求項1に係る発明では、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。
That is, in the present invention, only vibration information is selected as primary information from a large number of data (primary information). As a result, the load on the calculation unit can be greatly reduced.
The amount of change is defined as the number of intersections between the waveform curve and the sample line, the sum of the line segments of the sample lines separated by the waveform curve is defined as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance.
Therefore, the present invention provides a tool life detection device capable of detecting the life of a working tool including chipping with high accuracy.
In addition, in the invention according to claim 1, the calculation is performed using vibration information filtered based on at least the fundamental frequency. Since filtering is performed based on at least the fundamental frequency, only vibration information when the blade hits the workpiece can be used for calculation, and the reliability of life determination can be further improved.

請求項2に係る発明では、振動センサは、主軸に且つ加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられている。
主軸の軸方向をz軸方向、加工工具の送り方向で且つz軸に直交する方向をy軸方向、このy軸とz軸の両方に直交する方向をx軸方向とすると、振動センサの取付方向はx軸方向とy軸方向とz軸方向の何れであっても工具寿命検出が可能であることが確認できた。
ただし、x軸方向及びz軸方向に比較して、y軸方向が寿命判定の信頼性が高いことが分かった。よって、振動センサは、加工工具の送り方向に沿って取付ることが推奨される。
In the invention according to claim 2, the vibration sensor is attached to the spindle along the feed direction of the machining tool.
Assuming that the axial direction of the spindle is the z-axis direction, the feeding direction of the machining tool and perpendicular to the z-axis is the y-axis direction, and the direction perpendicular to both the y-axis and the z-axis is the x-axis direction, it was confirmed that the tool life can be detected regardless of whether the vibration sensor is mounted in the x-axis direction, the y-axis direction, or the z-axis direction.
However, it was found that the y-axis direction is more reliable in life determination than the x-axis direction and the z-axis direction. Therefore, it is recommended to install the vibration sensor along the feeding direction of the machining tool.

請求項3に係る発明では、加工工具がワークに対して相対的に1パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。 In the invention according to claim 3, part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece is used. By using a part of the vibration information for calculation, the load on the calculation unit can be reduced and the cost of the calculation unit can be reduced.

請求項に係る発明では、請求項1と同様に、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。
In the invention according to claim 4 , as in claim 1, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is used as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line divided by the waveform curve is used as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance.

すなわち、本発明では、数あるデータ(一次情報)から、一次情報として振動情報のみを選択した。これにより、計算部での負担を大幅に軽減することができた。
そして、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供することにより、寿命検出の精度を高めることができ、加工工具を限度まで使用することが可能となった。
よって、本発明により、チッピングを含めた加工工具の寿命を高い精度で検出することができる工具寿命検出方法が提供される。
加えて、請求項4に係る発明では、少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングした振動情報を用いて計算を実施する。少なくとも基本周波数に基づいてフィルタリングするため、刃がワークに当たるときの振動情報だけを計算に供することができ、寿命判定の信頼性をさらに高めることができる。
That is, in the present invention, only vibration information is selected as primary information from a large number of data (primary information). As a result, the load on the calculation unit can be greatly reduced.
The amount of change is defined as the number of intersections between the waveform curve and the sample line, the sum of the line segments of the sample lines separated by the waveform curve is defined as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance.
Therefore, the present invention provides a tool life detection method capable of detecting the life of a machining tool including chipping with high accuracy.
In addition, in the invention according to claim 4, calculation is performed using vibration information filtered based on at least the fundamental frequency. Since filtering is performed based on at least the fundamental frequency, only vibration information when the blade hits the workpiece can be used for calculation, and the reliability of life determination can be further improved.

請求項に係る発明では、請求項3と同様に、加工工具がワークに対して相対的に1パスするときに得られる振動情報の一部を用いる。振動情報の全部を用いて計算させることに比較して、一部を用いて計算させることとで、計算部の負担を軽減することができ、計算部の低コスト化が図れる。
In the invention according to claim 5 , as in claim 3, part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece is used. By using a part of the vibration information for calculation, the load on the calculation unit can be reduced and the cost of the calculation unit can be reduced.

本発明に係る実験装置の原理図である。1 is a principle diagram of an experimental apparatus according to the present invention; FIG. 実験で得られた加工面粗さと振動波のグラフである。4 is a graph of machined surface roughness and vibration wave obtained by experiment. MD値を計算するときに用いる変化量と存在量を説明する図である。It is a figure explaining the variation|change_quantity and abundance which are used when calculating MD value. 振動情報の一部を使用することを説明する図である。It is a figure explaining using a part of vibration information. ワークの振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。4 is a graph of MD values created based on work vibration information; 本発明の有効性を説明する図である。It is a figure explaining the effectiveness of this invention. 振動センサを主軸のx軸方向に備えた実験装置の原理図である。1 is a principle diagram of an experimental apparatus having vibration sensors in the x-axis direction of a main axis; FIG. x軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of MD values created based on vibration information in the x-axis direction. フィルタリングを説明する図である。It is a figure explaining filtering. フィルタリング後のx軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of MD value created based on the vibration information of the x-axis direction after filtering. 主軸のz軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。It is a graph of MD value created based on the vibration information of the z-axis direction of a main axis. 主軸のy軸方向の振動情報に基づいて作成したMD値のグラフである。5 is a graph of MD values created based on vibration information in the y-axis direction of the main axis; 本発明に係る工具寿命検出装置の基本構成図である。1 is a basic configuration diagram of a tool life detection device according to the present invention; FIG. 本発明に係る工具寿命検出装置の作用を説明するフロー図である。FIG. 4 is a flow chart explaining the operation of the tool life detection device according to the present invention; 従来の技術を説明する図である。It is a figure explaining a conventional technique.

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る工具寿命検出装置31は、図13に基づいて説明するが、その前提となる本発明の基本原理を図1~図12に基づいて説明する。
図1に示すように、実験装置10は、テーブル11と、主軸12と、振動センサ13と、この振動センサ13からの振動情報を増幅するアンプ14と、増幅された振動情報に基づいてMD値を計算する計算部15とを備えている。
振動センサ13は、実験では小型の1軸加速度ピックアップを使用したが、種類や形式は任意に選択してよい。
The tool life detecting device 31 according to the present invention will be described with reference to FIG. 13, and the basic principle of the present invention, which is the premise thereof, will be described with reference to FIGS. 1 to 12. FIG.
As shown in FIG. 1, the experimental apparatus 10 includes a table 11, a spindle 12, a vibration sensor 13, an amplifier 14 for amplifying vibration information from the vibration sensor 13, and a calculation unit 15 for calculating MD values based on the amplified vibration information.
In the experiment, the vibration sensor 13 used a small uniaxial acceleration pickup, but the type and format may be selected arbitrarily.

テーブル11に、下部板16を載せ、この下部板16にワーク17を載せ、このワーク17に上部板18を載せる。そして、複数本(この例では4本)のボルト19を上部板18、ワーク17、下部板16を貫通させた上で、テーブル11にねじこむ。なお、下部板16をテーブル11に固定し、この下部板16にボルト19でワーク17及び上部板18を固定することは差し支えない。 A lower plate 16 is placed on the table 11 , a work 17 is placed on the lower plate 16 , and an upper plate 18 is placed on the work 17 . Then, a plurality of (four in this example) bolts 19 are passed through the upper plate 18 , the workpiece 17 and the lower plate 16 and screwed into the table 11 . It is also possible to fix the lower plate 16 to the table 11 and fix the workpiece 17 and the upper plate 18 to the lower plate 16 with bolts 19 .

主軸12に、切削工具としてのエンドミル21を取付ける。エンドミル21とワーク17とをx軸、y軸及びz軸方向に相対移動させると共に、エンドミル21を回転させることで、ワーク17の一辺を切削する。 An end mill 21 as a cutting tool is attached to the spindle 12 . One side of the work 17 is cut by rotating the end mill 21 while relatively moving the end mill 21 and the work 17 in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.

実験条件:
・ワークの材質:中心まで焼きを入れたSKD11
・ワークの寸法:5mm×100mm×100mm
Experimental conditions:
・Work material: SKD11 hardened to the center
・Dimensions of workpiece: 5 mm x 100 mm x 100 mm

・エンドミルの刃数:6枚
・主軸回転速度:毎分3170回転
・切り込み:0.1mm
・送り速度:5.3mm/秒
・1パス時間:約20秒(エンドミルで100mm長さを1回切削する時間)
・ワークの交換:約200パスでワークを交換する。約200パスで切削代が無くなるため。
・Number of blades of end mill: 6 ・Spindle rotation speed: 3170 rpm ・Cutting depth: 0.1 mm
・Feeding speed: 5.3 mm/second ・1 pass time: about 20 seconds (time to cut 100 mm length once with an end mill)
・Replacement of workpieces: workpieces are replaced after about 200 passes. This is because the cutting allowance disappears after about 200 passes.

・サンプリング周波数:6.4kHz
・測定項目:加工面粗さ、切削振動、チッピングの有無:
・・切削振動は、1パス毎に振動データを絶対値にし、絶対値の平均値とする。
・・チッピングは、25パス(2.5m)毎にマイクロスコープで有無を調べる。
・計算項目:MD値(詳細は、図3で説明する。)
・Sampling frequency: 6.4kHz
・Measurement items: Machined surface roughness, cutting vibration, presence or absence of chipping:
For cutting vibration, the vibration data for each pass is taken as an absolute value, and the average value of the absolute values is taken.
Check for chipping with a microscope every 25 passes (2.5m).
・Calculation item: MD value (details will be explained in FIG. 3)

図2(a)に示すように、横軸に切削距離(m)を取り、縦軸に加工面粗さ(Ra(μm))を取ると、加工面は徐々に粗くなる。エンドミルが徐々に摩耗するからである。
横軸で20mを超えた時点と、40mを超えた時点でワークを交換し、3枚目のワークを切削しているときに、すなわち切削距離が70m近傍で、粗さが1.5μmに跳ね上がった。エンドミルの刃をマイクロスコープで観察したところ、チッピング(刃の欠け)が認められた。
As shown in FIG. 2(a), when the cutting distance (m) is taken on the horizontal axis and the machined surface roughness (Ra (μm)) is taken on the vertical axis, the machined surface gradually becomes rougher. This is because the end mill gradually wears out.
When the horizontal axis exceeded 20 m and 40 m, the workpiece was changed, and when the third workpiece was cut, that is, when the cutting distance was around 70 m, the roughness jumped to 1.5 μm. When the blade of the end mill was observed with a microscope, chipping (chipping of the blade) was observed.

このように、加工面粗さを監視することで、チッピングが検出可能である。しかし、実操業中に、加工面粗さを測ることは困難である。
対して、振動であれば、切削作業中に測ることができる。そこで、振動でチッピングを検出することができるか否かを検討する。
Thus, chipping can be detected by monitoring the machined surface roughness. However, it is difficult to measure the machined surface roughness during actual operation.
Vibration, on the other hand, can be measured during the cutting operation. Therefore, it is examined whether or not chipping can be detected by vibration.

図2(b)に示すように、振動は、徐々に大きくなった。なお、横軸で40mの前に大きな乱れがあるが、この乱れは1日目と2日目の境目であり、切削作業の停止、起動に伴発生した乱れである。
切削距離が70m近傍で、チッピングが発生するは、図2(a)から予測される。しかし、切削距離が70mの前と後で、振動の変化は顕著でない。そのため、チッピングの検出は困難である。
As shown in FIG. 2(b), the vibration gradually increased. Note that there is a large turbulence in front of 40 m on the horizontal axis, but this turbulence is the boundary between the first day and the second day, and is the turbulence that occurred when the cutting work was stopped and started.
It is predicted from FIG. 2(a) that chipping occurs when the cutting distance is around 70 m. However, the change in vibration before and after the cutting distance of 70 m is not significant. Chipping is therefore difficult to detect.

この困難さを克服するために、本発明ではMD値(マハラノビスの距離)を使用する。
MD値は、変化量や存在値を、MT法計算式により計算することで得られる。変化量や存在値については、図3で説明する。MT法計算式は周知であるため、その数式及び計算については説明を省略する。
To overcome this difficulty, we use the MD value (Mahalanobis distance).
The MD value is obtained by calculating the amount of change and the existence value using the MT method calculation formula. The amount of change and the existence value will be explained with reference to FIG. Since the MT method calculation formula is well known, the description of the formula and calculation is omitted.

図3(a)に比較例を示す。
図3(a)では、横軸に切削時間、縦軸に振動を取った上で、振動値23をプロットする。この振動値23はデジタル値である。MT(マハラノビス・タグチ法)では、適当な標本線24を横軸(加工時間軸)に平行に引く。そして、標準的な手法では、標本線24より上に存在する振動値23の個数を存在量とする。第1の山25における点の数は6であり、第2の山26の点の数は5であり、第3の山27の点の数は3である。6+5+3=14の計算により、存在量は14となる。
A comparative example is shown in FIG.
In FIG. 3(a), the vibration value 23 is plotted with cutting time on the horizontal axis and vibration on the vertical axis. This vibration value 23 is a digital value. In MT (Mahalanobis-Taguchi method), a suitable sample line 24 is drawn parallel to the horizontal axis (processing time axis). Then, in the standard method, the number of vibration values 23 existing above the sample line 24 is taken as the abundance. The number of points on the first peak 25 is six, the number of points on the second peak 26 is five, and the number of points on the third peak 27 is three. Calculating 6+5+3=14 yields an abundance of 14.

加工時間軸に平行に引かれた標本線24は、第1の山25、第2の山26、第3の山27で区切られている。
仮に、第1の山25で区切られた標本線24の線分をm1とする。なお、線分は、有限長さの線であって、無限長さの線とは異なる。線分m1の単位は、切削時間である。
A sample line 24 drawn parallel to the processing time axis is delimited by a first peak 25 , a second peak 26 and a third peak 27 .
Let m1 be the line segment of the sample line 24 divided by the first mountain 25 . A line segment is a line of finite length, which is different from a line of infinite length. The unit of the line segment m1 is cutting time.

この線分m1の長短は、エンドミルに与えられるダメージに大きな影響を及ぼすことが想定される。しかし、図3(a)で述べた比較例では、単に振動の大小のみを考慮しているだけであり、線分m1は全く考慮していない。本発明者らは、この点に注目した。 It is assumed that the length of the line segment m1 has a great influence on the damage given to the end mill. However, in the comparative example described with reference to FIG. 3A, only the magnitude of vibration is simply taken into account, and the line segment m1 is not considered at all. The inventors paid attention to this point.

そこで、本発明者らは、線分m1を考慮することで、MD値の信頼性を高めることができることを知見した。
図3(b)は実施例である。
点で与えられていた振動値(図3(a)、23)を滑らかな曲線で結ぶことにより、図3(b)に示す波形曲線28を得た。そして、この波形曲線28と標本線24とが交わる交点29の数(この例では6)を、変化量とした。
加えて、第1の山25の線分m1、第2の山26の線分m2、第3の山27の線分m3の和(m1+m2+m3)を存在量とした。
本発明では、変化量と存在量に基づいてMD値を計算する。
Therefore, the inventors have found that the reliability of the MD value can be improved by considering the line segment m1.
FIG. 3(b) shows an example.
A waveform curve 28 shown in FIG. 3(b) was obtained by connecting the vibration values given by points (FIGS. 3(a) and 23) with a smooth curve. The number of intersections 29 (6 in this example) where the waveform curve 28 intersects with the sample line 24 was used as the amount of change.
In addition, the sum (m1+m2+m3) of the line segment m1 of the first peak 25, the line segment m2 of the second peak 26, and the line segment m3 of the third peak 27 was taken as the abundance.
In the present invention, the MD value is calculated based on the variation and abundance.

なお、標本線27や波形曲線28は、理解を促すために図形で説明したが、コンピュータ内では仮想的な線であることは言うまでもない。交点29や線分m1~m3も仮想的な点や線である。 Although the sample line 27 and the waveform curve 28 have been described graphically to promote understanding, it goes without saying that they are virtual lines within the computer. The intersection point 29 and line segments m1 to m3 are also virtual points and lines.

MD値は1パス毎に計算するが、計算部の負担を軽減するために、好ましくは、次に述べる対策を講じる。
図4に示すように、20秒(1パス分)の振動データのうちで、安定期に入った1秒目~3秒目の2秒間を、MT法計算領域とする。20秒中、2秒だけの計算をすることにより、計算部の負担を1/10に軽減することができる。
なお、MT法計算領域は、9秒目~11秒目の2秒間に変更するなど、任意の箇所に設定することは差し支えない。
Although the MD value is calculated for each pass, the following measures are preferably taken in order to reduce the load on the calculation section.
As shown in FIG. 4, of the vibration data for 20 seconds (for one pass), two seconds from the first second to the third second in the stable period are defined as the MT method calculation area. By performing calculations for only 2 seconds out of 20 seconds, the load on the calculation unit can be reduced to 1/10.
It should be noted that the MT method calculation area may be set at an arbitrary location, such as changing it to two seconds from the ninth second to the eleventh second.

図3(b)及び図4に基づいて、計算したMD値を、図5(b)で説明する。
図5(a)は図2(b)と同じ図である。
図5(a)の横軸で0~67.5mの間は、図5(b)では詰めで表記し、図5(a)の横軸で67.5~69.9mの間は、図5(b)では広げて表記した。
MD values calculated based on FIGS. 3(b) and 4 are described in FIG. 5(b).
FIG. 5(a) is the same view as FIG. 2(b).
The horizontal axis of FIG. 5(a) between 0 and 67.5 m is notated in FIG. 5(b), and the horizontal axis of FIG. 5(a) between 67.5 and 69.9 m is expanded in FIG. 5(b).

横軸で、0~67.5mの間におけるMD値は、図5(b)に示すように、5以下であった。この間を、便宜的に正常域という。
横軸で、67.5~69.9mの間におけるMD値は、図5(b)に示すように、0~249の間で変化した。この間を、便宜的に境界域という。
横軸で、70m~におけるMD値は、図5(b)に示すように、100を超えた。この間を、便宜的に異常域という。
The MD value between 0 and 67.5 m on the horizontal axis was 5 or less, as shown in FIG. 5(b). This interval is referred to as the normal range for convenience.
On the horizontal axis, MD values between 67.5 and 69.9 m varied between 0 and 249, as shown in FIG. 5(b). This interval is referred to as a boundary area for the sake of convenience.
On the horizontal axis, the MD value from 70 m exceeded 100, as shown in FIG. 5(b). This interval is referred to as an abnormal region for convenience.

例えば、判定値を「50」に設定すると、境界域の途中の(68.6)でMD値が判定値以上となり、この時点で異常と判定することが可能となる。
この可能性を、別の実証実験で確認した。その結果を、図6で説明する。
For example, if the determination value is set to "50", the MD value becomes equal to or greater than the determination value at (68.6) in the middle of the boundary area, and it is possible to determine that there is an abnormality at this point.
This possibility was confirmed by another demonstration experiment. The results are described in FIG.

この実証実験は、タレット旋盤でワークを切削した。
図6(a)に示すように、160個までワークを研削する間は、MD値は小さく、安定していた。旋盤を担当する熟練工は、点Aの時点で、異常に気づいた。点Aでの生産数は184個である。
In this demonstration experiment, a workpiece was cut using a turret lathe.
As shown in FIG. 6(a), the MD value was small and stable while grinding up to 160 workpieces. At point A, the skilled worker in charge of the lathe noticed an anomaly. The production number at point A is 184 pieces.

図6(b)に示すように、判定値を与えると、点Bの時点でMD値が判定値以上となる。点Bでの生産数は171個である。 As shown in FIG. 6B, when the judgment value is given, the MD value at point B becomes equal to or greater than the judgment value. The production number at point B is 171 pieces.

171個目~184個目までの被加工品が「不良品」であると仮定する。
本発明を適用した図6(b)であれば、不良品は1個に止まる。
対して、本発明を適用しない図6(a)であれば、187-170=17の計算により、不良品は17個に達する。
Assume that the 171st to 184th workpieces are "defective".
In FIG. 6(b) to which the present invention is applied, the number of defective products is limited to one.
On the other hand, in the case of FIG. 6A to which the present invention is not applied, the calculation of 187-170=17 results in 17 defective products.

本発明を適用することにより、不良品の発生を最小限に抑えることができるという格別の効果が発揮される。すなわち、本発明により、不良品の発生を最小限に抑えつつ、ぎりぎりまで切削工具を使い続けることができる。 By applying the present invention, it is possible to minimize the occurrence of defective products, which is a remarkable effect. That is, according to the present invention, it is possible to continue using the cutting tool to the limit while minimizing the occurrence of defective products.

ところで、振動センサ13は、図1では、上部板18に取付けた。この取付けでは、ワーク17を交換するときに、振動センサ13を脱着する必要があり、脱着の工数が嵩む。
工数の削減が求められるため、振動センサ13を主軸12に取付けることを検討する。
By the way, the vibration sensor 13 is attached to the upper plate 18 in FIG. In this attachment, it is necessary to detach the vibration sensor 13 when exchanging the work 17, which increases the man-hours for detachment.
Since the number of man-hours is required to be reduced, mounting the vibration sensor 13 on the spindle 12 is considered.

図7に示すように、振動センサ13を主軸12に且つx軸方向に沿って取付け、実験を行い、MD値を計算した。結果、図8に示す。
図8に示すように、境界域及び異常域のMD値は、正常域のMD値と顕著な差がでなかった。これでは判定値を与えることが難しく、与えたとしても誤った判定が下される危険性があり、その対策が求められる。
As shown in FIG. 7, the vibration sensor 13 was attached to the main shaft 12 along the x-axis direction, an experiment was conducted, and the MD value was calculated. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the MD values of the borderline and abnormal regions were not significantly different from those of the normal region. This makes it difficult to give a judgment value, and even if it is given, there is a risk that an erroneous judgment will be made, and countermeasures are required.

本発明者らは、図1では、振動センサ13がワーク17側に取付けられていたため、振動が直接的に振動センサ13で検出できたが、図7では、振動センサ13が主軸12に取付けられている。主軸12とエンドミル21との間には軸受が介在し、この軸受の隙間により、振動が減衰されたと考えた。この減衰を補う対策を講じる必要がある。 1, the vibration sensor 13 was attached to the work 17 side, so that the vibration could be directly detected by the vibration sensor 13. However, in FIG. A bearing was interposed between the spindle 12 and the end mill 21, and it was considered that the vibration was damped by the clearance of this bearing. Measures must be taken to compensate for this attenuation.

エンドミル21は、60°ピッチで1周に6枚の刃が付いており、刃がワーク17に当たっているときと、当たっていないときで、振動に差があることに注目した。すなわち、刃が当たっていないときの振動データが、信頼性を低下させることに着目した。 The end mill 21 has six blades per turn at a pitch of 60°, and attention was paid to the difference in vibration between when the blades are in contact with the work 17 and when they are not in contact with the work 17 . In other words, the inventors focused on the fact that the reliability of the vibration data when the blade is not in contact is reduced.

図9(a)は、図4と同じ図である。
図9(a)のMT法計算領域の振動情報を、図9(b)に示すように周波数分析した。6枚刃のエンドミルを、毎分3170回転させるため、6×3170÷60=317の計算により、317Hzが切削における基本周波数となる。
図9(b)において、317Hz(1次)、634Hz(2次)、951Hz(3次)、1268Hz(4次)、1585Hz(5次)に横線を加える。
そして、図9(c)に示すように、各周波数に10Hz程度の幅を持たせたフィルタリングを行い、フィルタリングした波形を新しいMT法計算領域とする。
FIG. 9A is the same diagram as FIG.
The vibration information in the MT method calculation area of FIG. 9(a) was subjected to frequency analysis as shown in FIG. 9(b). Since the 6-flute end mill is rotated at 3170 revolutions per minute, the calculation of 6*3170÷60=317 gives a fundamental cutting frequency of 317 Hz.
In FIG. 9B, horizontal lines are added to 317 Hz (first order), 634 Hz (second order), 951 Hz (third order), 1268 Hz (fourth order), and 1585 Hz (fifth order).
Then, as shown in FIG. 9C, each frequency is filtered with a width of about 10 Hz, and the filtered waveform is used as a new MT method calculation region.

この新しいMT法計算領域に基づいて、MD値を計算し直した結果を、図10に示す。
図8に比較して、図10では、正常領域のMD値に対して、境界域でのMD値が大きく異なる。よって、図10であれば、異常検出が容易に且つ正確になる。
FIG. 10 shows the result of recalculating the MD value based on this new MT method calculation area.
Compared with FIG. 8, in FIG. 10, the MD value in the boundary region is significantly different from the MD value in the normal region. Therefore, with FIG. 10, abnormality detection becomes easy and accurate.

なお、図9(c)において、317Hz(基本周波数)のみを新しいMT法計算領域とし、計算したところ、図10ほどではないが、正常域と境界域及び異常域に差が認められた。
次に、317Hz(1次周波数)と634Hz(2次周波数)とからなる2つの周波数を新しいMT法計算領域とし、計算したところ、少し図10に近づいた。
すなわち、1次周波数~n次周波数(nは2以上の整数)に基づいて計算する場合に、nを大きくする程、正常域と境界域や異常域の差が明確になる。
In FIG. 9(c), only 317 Hz (fundamental frequency) was set as a new MT method calculation area, and a difference was observed between the normal area, the boundary area, and the abnormal area, though not as much as in FIG.
Next, when two frequencies consisting of 317 Hz (primary frequency) and 634 Hz (secondary frequency) were set as a new MT method calculation area and calculation was performed, the result was a little closer to that shown in FIG.
That is, when calculating based on the 1st to n-order frequencies (where n is an integer of 2 or more), the larger the value of n, the clearer the difference between the normal region, boundary region, and abnormal region.

実施例では、nを5としたが、nは状況に応じて適宜設定すればよい。状況によってはn次周波数はなくてもよい。
よって、基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、振動情報の一部から少なくとも1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いてマハラノビスの距離の計算を実施すればよい。
Although n is set to 5 in the embodiment, n may be appropriately set depending on the situation. In some situations, the nth order frequency may be absent.
Therefore, the fundamental frequency is assumed to be the primary frequency, the secondary or higher frequency is determined based on this primary frequency, at least the vibration information near the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the filtered vibration information is used to calculate the Mahalanobis distance.

図11(a)に示すように、振動センサ13を主軸12に且つz軸方向に沿って取付けた。
図11(b)に示すようなMD値が得られた。このMD値は新しいMT法計算領域による。
As shown in FIG. 11(a), the vibration sensor 13 was attached to the main shaft 12 along the z-axis direction.
MD values as shown in FIG. 11(b) were obtained. This MD value is based on the new MT method computational domain.

図12(a)に示すように、振動センサ13を主軸12に且つy軸方向に沿って取付けた。「y軸方向に沿って」とは、振動センサ13の軸を、y軸に平行に配置することを意味する。x軸方向、z軸方向についても同様である。
図12(b)に示すようなMD値が得られた。このMD値は新しいMT法計算領域による。
As shown in FIG. 12(a), the vibration sensor 13 was attached to the main shaft 12 along the y-axis direction. "Along the y-axis direction" means that the axis of the vibration sensor 13 is arranged parallel to the y-axis. The same applies to the x-axis direction and the z-axis direction.
MD values as shown in FIG. 12(b) were obtained. This MD value is based on the new MT method computational domain.

図10(x軸方向)と、図11(b)(z軸方向)と、図12(b)(y軸方向)とを比較する。
境界域に注目すると、図10(x軸方向)と、図12(b)(y軸方向)とが異常検出の点で優れている。
また、異常域に注目すると図12(b)(y軸方向)が優れている。
FIG. 10 (x-axis direction), FIG. 11(b) (z-axis direction), and FIG. 12(b) (y-axis direction) are compared.
Focusing on the boundary area, FIG. 10 (x-axis direction) and FIG. 12(b) (y-axis direction) are superior in terms of abnormality detection.
Also, when focusing on the abnormal region, FIG. 12B (y-axis direction) is superior.

よって、振動センサ13は主軸12の何処に取付けても異常検出は可能であるが、好ましくはx軸方向又はy軸方向に配置し、さらにはy軸方向に配置することが最適である。 Therefore, although the vibration sensor 13 can be mounted anywhere on the main shaft 12 to detect an abnormality, it is preferably arranged in the x-axis direction or the y-axis direction, and most preferably in the y-axis direction.

次に、本発明に係る工具寿命検出装置31を、図13及び図14に基づいて説明する。
図13に示すように、工作機械30は、ワーク17を支えるテーブル11と、加工工具21が着脱可能に取付けられる主軸12とを主要素とし、工具寿命検出装置31を備えている。
Next, the tool life detection device 31 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG.
As shown in FIG. 13, a machine tool 30 has a table 11 for supporting a workpiece 17 and a main spindle 12 to which a machining tool 21 is detachably attached, and includes a tool life detection device 31 .

工具寿命検出装置31は、工作機械30の構成要素(例えば、ワーク17や主軸12)に取付けられる振動センサ13と、この振動センサ13で得た振動情報を増幅するアンプ14と、増幅された振動情報に基づいてMD値を計算する計算部15と、計算されたMD値と判定値を比較する判定部32と、この判定部32で異常と判定されたときに周囲に異常を知らせる異常表示部33とからなる。異常は、ブザーやベルによる音、ランプや回転式警告灯による光、ディスプレイによる図形表示や文字表示の何れか、又はこれらの組合わせによって、知らされる。 The tool life detection device 31 includes a vibration sensor 13 attached to a component of the machine tool 30 (for example, the workpiece 17 and the spindle 12), an amplifier 14 that amplifies vibration information obtained by the vibration sensor 13, a calculation unit 15 that calculates the MD value based on the amplified vibration information, a determination unit 32 that compares the calculated MD value with a judgment value, and an abnormality display unit 33 that notifies the surroundings of the abnormality when the judgment unit 32 determines that there is an abnormality. Abnormalities are indicated by any one or a combination of these, such as a buzzer or bell sound, a lamp or rotary warning light light, a graphical or textual display.

なお、工作機械30は、ワーク17を支えるテーブル11を備えていればよく、フライス盤、ボール盤、中ぐり盤、旋盤の何れでもよい。加工工具21が切削工具であれば、切削工具は、フライスカッター、エンドミル、ドリル、バイトの何れでもよい。 The machine tool 30 may be any one of a milling machine, a drilling machine, a boring machine, and a lathe as long as it has a table 11 for supporting the workpiece 17 . If the processing tool 21 is a cutting tool, the cutting tool may be a milling cutter, an end mill, a drill, or a cutting tool.

図14のST(ステップ番号)01で、工作機械に振動センサを取付ける。
ST02で、判定値MDbを読み込む。
次に、加工を開始し(ST03)、1パス毎にMD値を計算し(ST04)、計算で得られたMDcalが判定値MDb以上であるか否かを判定する(ST05)。
At ST (step number) 01 in FIG. 14, a vibration sensor is attached to the machine tool.
In ST02, the judgment value MDb is read.
Next, machining is started (ST03), the MD value is calculated for each pass (ST04), and it is determined whether or not the calculated MDcal is greater than or equal to the determination value MDb (ST05).

MDcalが判定値MDb未満であれば、ST04に戻って加工を継続する。なお、休憩などで作業を中断するときや人為的に作業を終えるときは、ST06によりこのフローを終える。 If MDcal is less than the judgment value MDb, the process returns to ST04 to continue machining. When the work is interrupted due to a break or the like, or when the work is finished manually, this flow is finished in ST06.

ST05で、MDcalが判定値MDb以上と判定されたときには、異常表示を行う(ST07)。
異常表示と共に加工を中止することは差し支えないが、好ましくは、そのパスが終了するまで待つ(ST08)。
そのパスが終了したら、加工を停止し(ST09)、加工工具を交換し(ST10)、作業を継続するときにはST03に戻る(ST11)。
When it is determined in ST05 that MDcal is greater than or equal to the determination value MDb, an abnormality is displayed (ST07).
Although it is possible to stop the machining along with the error display, it is preferable to wait until the pass is completed (ST08).
When the pass is completed, the machining is stopped (ST09), the machining tool is replaced (ST10), and the process returns to ST03 when continuing the operation (ST11).

すなわち、本発明に係る工具寿命検出方法は、次に述べる工程からなる。
工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程(ST01~ST03)と、検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程(ST04)と、計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程(ST05)と、からなる。
That is, the tool life detection method according to the present invention consists of the following steps.
The process consists of the steps of detecting vibration generated in the components of the machine tool (ST01 to ST03), the step of calculating the Mahalanobis distance based on the detected vibration information (ST04), and the step of detecting an abnormality when the calculated Mahalanobis distance is equal to or greater than the judgment value (ST05).

そして、マハラノビスの距離を計算する工程では、振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、波形曲線と標本線とが交わった交点の数を変化量とし、波形曲線で区切られた標本線の線分の和を存在量とし、変化量及び存在量をマハラノビスの距離の計算に供する。 Then, in the step of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is used as the amount of change, and the sum of the line segments of the sample lines separated by the waveform curve is used as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance.

なお、このフローは、好適な一例を説明したものであり、適宜変更することは差し支えない。 It should be noted that this flow describes a preferred example, and may be changed as appropriate.

また、実施例では、加工工具21を切削工具(エンドミルなど)としたが、加工工具21は研削工具、研磨工具、孔開け工具の何れでもよく、機械加工に供するツールであれば、種類は問わない。
また、実施例では、振動センサの取付け対象である工作機械の構成要素を、ワークまたは主軸としたが、工作機械の構成要素は、加工工具、タレットのベース、ワークを固定するステージの何れでもよく、機械加工に伴って発生する振動が伝わる部位であれば、どの要素でもよい。
In the embodiment, the processing tool 21 is a cutting tool (such as an end mill), but the processing tool 21 may be a grinding tool, a polishing tool, or a boring tool.
Further, in the embodiments, the component of the machine tool to which the vibration sensor is attached is the workpiece or the spindle, but the component of the machine tool may be any of the machining tool, the base of the turret, and the stage for fixing the workpiece, and may be any element as long as the vibration generated during machining is transmitted.

本発明は、工作機械に付属する工具寿命検出装置及び工具寿命検出方法に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a tool life detection device and tool life detection method attached to a machine tool.

12…主軸、13…振動センサ、15…計算部、17…ワーク、21…加工工具(切削工具、エンドミル)、24…標本線、28…波形曲線、29…交点、30…工作機械、31…工具寿命検出装置、32…判定部、33…異常表示部、m1~m3…線分。 12... Spindle, 13... Vibration sensor, 15... Calculation part, 17... Work, 21... Processing tool (cutting tool, end mill), 24... Sample line, 28... Waveform curve, 29... Intersection, 30... Machine tool, 31... Tool life detection device, 32... Judgment part, 33... Abnormal display part, m1 to m3... Line segment.

Claims (5)

加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出装置であって、
この工具寿命検出装置は、前記工作機械の構成要素に取付けられ振動を検出する振動センサと、この振動センサからの振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する計算部と、この計算部で得たマハラノビスの距離が判定値以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部がマハラノビスの距離は判定値以上であると判定したときに異常を表示する異常表示部とを備え、
前記計算部では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供し、
前記計算部では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、
この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
A tool life detection device that is attached to a machine tool that performs machining on the work by relative movement between the machining tool and the work, and that detects the life of the machining tool during machining,
The tool life detecting device includes a vibration sensor attached to a component of the machine tool for detecting vibration, a calculation unit for calculating the Mahalanobis distance based on vibration information from the vibration sensor, a determination unit for determining whether the Mahalanobis distance obtained by the calculation unit is equal to or greater than a judgment value, and an abnormality display unit for displaying an abnormality when the judgment unit determines that the Mahalanobis distance is equal to or greater than the judgment value.
In the calculation unit, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is set as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line divided by the waveform curve is set as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance,
The calculation unit defines a frequency at which the blade of the processing tool hits the workpiece as a fundamental frequency,
Using this fundamental frequency as the primary frequency, determining secondary or higher frequencies based on this primary frequency,
A tool life detecting device characterized by filtering vibration information in the vicinity of at least the primary frequency from part of the vibration information, and calculating the Mahalanobis distance using the filtered vibration information.
請求項1記載の工具寿命検出装置であって、
前記工作機械の構成要素は、前記加工工具が取付けられる前記工作機械の主軸であり、
前記振動センサは、前記主軸に且つ前記加工工具の送り方向に沿うようにして取付けられていることを特徴とする工具寿命検出装置。
The tool life detection device according to claim 1,
a component of the machine tool is a spindle of the machine tool to which the machining tool is attached;
A tool life detecting device, wherein the vibration sensor is attached to the spindle along the feed direction of the machining tool.
請求項1又は請求項2記載の工具寿命検出装置であって、
前記計算部では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出装置。
The tool life detection device according to claim 1 or claim 2,
The tool life detection device, wherein the calculation unit calculates the Mahalanobis distance using part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece.
加工工具とワークとの相対運動により前記ワークに機械加工を施す工作機械に付属され、前記加工工具の寿命を加工作業中に検出する工具寿命検出方法であって、
前記工作機械の構成要素に発生する振動を検出する工程と、
検出した振動情報に基づいてマハラノビスの距離を計算する工程と、
計算で得られたマハラノビスの距離が判定値以上であるときに異常を検出する工程と、からなり、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記振動情報から得た波形曲線に加工時間軸に平行な標本線を引き、前記波形曲線と前記標本線とが交わった交点の数を変化量とし、前記波形曲線で区切られた前記標本線の線分の和を存在量とし、前記変化量及び前記存在量を前記マハラノビスの距離の計算に供し、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具の刃が前記ワークに当たる周波数を基本周波数とし、この基本周波数を1次周波数とし、この1次周波数に基づいて2次以上の周波数を定め、
前記振動情報の一部から少なくとも前記1次周波数近傍の振動情報をフィルタリングし、このフィルタリングした振動情報を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
A tool life detection method that is attached to a machine tool that performs machining on the work by relative motion between the machining tool and the work, and detects the life of the machining tool during machining,
detecting vibrations occurring in components of the machine tool;
calculating a Mahalanobis distance based on the detected vibration information;
a step of detecting an abnormality when the calculated Mahalanobis distance is equal to or greater than the judgment value,
In the step of calculating the Mahalanobis distance, a sample line parallel to the processing time axis is drawn on the waveform curve obtained from the vibration information, the number of intersections of the waveform curve and the sample line is set as the amount of change, the sum of the line segments of the sample line divided by the waveform curve is set as the amount of change, and the amount of change and the amount of existence are used to calculate the Mahalanobis distance;
In the step of calculating the Mahalanobis distance, the frequency at which the blade of the processing tool hits the workpiece is defined as a fundamental frequency, this fundamental frequency is defined as a primary frequency, and secondary or higher frequencies are determined based on this primary frequency,
A tool life detection method, wherein vibration information near at least the primary frequency is filtered from a part of the vibration information, and the Mahalanobis distance is calculated using the filtered vibration information.
請求項記載の工具寿命検出方法であって、
前記マハラノビスの距離を計算する工程では、前記加工工具が前記ワークに対して相対的に1パスするときに得られる前記振動情報のうち、それの一部を用いて前記マハラノビスの距離の計算を実施することを特徴とする工具寿命検出方法。
The tool life detection method according to claim 4 ,
In the step of calculating the Mahalanobis distance, part of the vibration information obtained when the machining tool makes one pass relative to the workpiece is used to calculate the Mahalanobis distance. A method for detecting a tool life.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004110602A (en) 2002-09-20 2004-04-08 Shoichi Tejima Method and program for extracting feature for diagnosis/monitoring of facility or inspection of defective/non-defective product from waveform pattern data
JP2005092466A (en) 2003-09-16 2005-04-07 Toshiba Corp Diagnostic process supporting method and its program
US20120068658A1 (en) 2010-09-16 2012-03-22 Ford Motor Company System And Method For Setting Machine Limits
CN103674511A (en) 2013-03-18 2014-03-26 北京航空航天大学 Mechanical wearing part performance assessment and prediction method based on EMD (empirical mode decomposition)-SVD (singular value decomposition) and MTS (Mahalanobis-Taguchi system)
JP2015004544A (en) 2013-06-19 2015-01-08 武蔵精密工業株式会社 Inspection method and inspection device
JP2016223906A (en) 2015-05-29 2016-12-28 オークマ株式会社 State display method and device of rolling bearing in machine tool
JP2017226027A (en) 2016-06-20 2017-12-28 コマツNtc株式会社 Method for detection of abnormality in multi-edged tool
JP2018025979A (en) 2016-08-10 2018-02-15 株式会社ジェイテクト Analysis system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE428540B (en) * 1981-04-13 1983-07-11 Wibra Kb SET AND DEVICE FOR MONITORING OF THE TOOL STATUS IN A TOOL MACHINE WITH CYCLE PROCESSING

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004110602A (en) 2002-09-20 2004-04-08 Shoichi Tejima Method and program for extracting feature for diagnosis/monitoring of facility or inspection of defective/non-defective product from waveform pattern data
JP2005092466A (en) 2003-09-16 2005-04-07 Toshiba Corp Diagnostic process supporting method and its program
US20120068658A1 (en) 2010-09-16 2012-03-22 Ford Motor Company System And Method For Setting Machine Limits
CN103674511A (en) 2013-03-18 2014-03-26 北京航空航天大学 Mechanical wearing part performance assessment and prediction method based on EMD (empirical mode decomposition)-SVD (singular value decomposition) and MTS (Mahalanobis-Taguchi system)
JP2015004544A (en) 2013-06-19 2015-01-08 武蔵精密工業株式会社 Inspection method and inspection device
JP2016223906A (en) 2015-05-29 2016-12-28 オークマ株式会社 State display method and device of rolling bearing in machine tool
JP2017226027A (en) 2016-06-20 2017-12-28 コマツNtc株式会社 Method for detection of abnormality in multi-edged tool
JP2018025979A (en) 2016-08-10 2018-02-15 株式会社ジェイテクト Analysis system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
西田崇、外1名,センシングデータ解析による工具摩耗の推定,長野県工技センター研報,No.13,日本,長野県,2018年,p.P15-P18,www.gitc.pref.nagano.lg.jp/reports/pdf/H30/H30P15.pdf

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