JP2748889B2 - 工具の摩耗補正装置 - Google Patents

工具の摩耗補正装置

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JP2748889B2 JP7137875A JP13787595A JP2748889B2 JP 2748889 B2 JP2748889 B2 JP 2748889B2 JP 7137875 A JP7137875 A JP 7137875A JP 13787595 A JP13787595 A JP 13787595A JP 2748889 B2 JP2748889 B2 JP 2748889B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、NC装置(数値制御装
置)により制御される工作機械で使用される工具の摩耗
補正装置に関する。
【0002】
【従来の技術】旋盤,マシニングセンタ等の工作機械
は、加工プログラムに基づいた工具送り制御によりワー
クの加工を行う。即ち、NC装置は、加工プログラムで
指令した加工経路に対し、工具オフセット量(工具基準
点から工具先端までの長さ)分だけワークから離れた工
具基準点の経路を算出し、その工具基準点の経路に沿っ
て工具送り動作が行われるように制御する。工具はワー
クの加工により摩耗するが、そのまま放置しておくと、
工具オフセット量が減少し加工精度が悪化する等種々の
不都合が生じる。そこで、従来、工具の摩耗に対処する
ために、例えば以下の2つの方式が知られている。第1
の方式として、接触センサ等を工具に接触させることに
より、加工前に工具オフセット量を計測し、その計測値
に応じて工具基準点を補正するようにしたものが知られ
ている。第2の方式として、工具の使用時間を計測し、
その使用時間から工具の摩耗量を推定し、その推定値に
応じて工具基準点を補正するようにしたものが知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
2つの方式にはそれぞれ以下のような欠点がある。第1
の方式では、加工前に工具オフセット量を計測する必要
があるので、作業効率が劣化するという問題がある。第
2の方式では、工具の使用時間により摩耗量を推定する
ので、何らかの理由によって発生した予想外の摩耗に対
応することは困難である。また、加工途中で工具が欠損
した場合でも、そのまま加工が続行されてしまう虞れが
ある。
【0004】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、作業効率を落とすことなく、常に工具の摩耗量に応
じた適正な工具基準点の補正が可能となり、さらに予想
外の摩耗にも対応することができる工具の摩耗補正装置
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、NC装置により制御される
工作機械で使用される工具の摩耗補正装置であって、送
り軸のモーター又は回転軸のモーターの負荷電流を監視
する電流監視手段と、その電流値に応じて工具基準点を
補正する工具基準点補正手段とを有する工具の摩耗補正
装置とする。
【0006】また、電流値に応じた複数の監視レベルが
設定されており、前記電流監視手段で検出した電流値が
監視レベルで仕切られるゾーンのいずれに該当するかを
判断するゾーン判断手段を有し、前記工具基準点補正手
段は各ゾーンに対応する補正値を有しているとともに、
ゾーン判断手段で判断されたゾーンに対応する補正値に
工具基準点を補正するものとする。
【0007】さらに、前記ゾーン判断手段は計時手段を
有しており、電流監視手段で検出した電流値が現在ゾー
ンから外れた状態が所定時間以上継続した場合にのみゾ
ーン変更であると判断するものとする。
【0008】請求項記載の発明は、前記補正値を入力
設定可能な入力手段を有するものとする。
【0009】
【作用】請求項1記載の発明では、送り軸のモーター又
は回転軸のモーターの負荷電流値に応じて工具基準点が
補正されるので、負荷電流値と所定の関係にある工具の
摩耗量に応じて工具基準点を補正することができる。
【0010】また、検出した電流値が複数の監視レベル
で仕切られるゾーンのうちどのゾーンに該当するか判断
され、判断されたゾーンに対応する補正値に工具基準点
が補正される。さらに、現在ゾーンから外れた状態が所
定時間以上継続した場合にのみゾーン変更であると判断
され、変更したゾーンに対応する補正値に工具基準点が
補正される。請求項記載の発明では、加工条件に応じ
て各ゾーンに対応する補正値を入力設定することができ
る。
【0011】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
るが、本発明の趣旨を越えない限り、何ら本実施例に限
定されるものではない。図1は本発明が適用される実施
例の概念構成を示すブロック図、図2(A)はモーター
負荷電流の波形図、(B)は加減速負荷を考慮した補正
後のモーター負荷電流の波形図、図3は各ゾーンに対応
する工具基準点の補正値の一例を示すデータ図である。
【0012】本実施例は本発明の補正装置をタレット旋
盤に適用した例を説明する。タレット旋盤において、N
C装置(数値制御装置)1は、加工プログラム2から工
具基準点の経路を算出し、この工具基準点の経路に沿っ
て工具の送り動作を行うべくサーボコントローラー3に
指令する。サーボコントーローラー3は、NC装置1か
らの指令に基づいてモーター4(サーボモーター)を回
転駆動させる。そして、このモーター4の回転駆動によ
り複数の工具が装着されるタレットを有する刃物台がX
軸方向に移動しつつ、回転する主軸チャックに把持され
たワークに対して切削加工を行う。尚、本実施例では、
刃物台のX軸移動機構の駆動源として用いるモーター4
に関する工具の摩耗補正装置について説明するが、刃物
台のZ軸移動機構の駆動源及び主軸の回転駆動源として
用いるモーターに関しても同様の補正装置が適用され
る。本実施例のタレット旋盤では、請求の範囲でいう
「送り軸のモーター」は刃物台(工具)のX軸及びZ軸
移動機構の駆動源となる各モーターであり、請求の範囲
でいう「回転軸のモーター」は主軸(ワーク)の回転駆
動源となるモーターである。
【0013】モーター4には電流計5が設けられてい
る。この電流計5は、モーター4の負荷電流を検知する
ものである。
【0014】次に工具摩耗補正装置10について説明す
る。工具摩耗補正装置10は、旋盤全体を制御するPM
C装置(プログラマブルコントローラー)の一部の構成
として、あるいは独立したマイクロコンピューター等で
構成され、モーター4の負荷電流値に基づいてX軸方向
の工具基準点を補正するものである。
【0015】工具摩耗補正装置10は、電流監視手段1
1と、ゾーン判断手段12と、工具基準点補正手段13
とより構成される。電流監視手段11は、サンプリング
フィルタ手段14と、加減速負荷補正手段15と、工具
摩耗判定手段16と、ピーク異常判定手段17とより構
成される。
【0016】サンプリングフィルタ手段14は、電流計
5の検出値をサンプリングするとともに、過去複数回の
サンプリング値の平均値を演算し、入力データとして出
力する手段である。このフィルタ処理により、急激な変
化の影響が緩和され、誤検知等が排除できる。サンプリ
ング周期は、例えば数ミリ秒乃至数十ミリ秒に設定され
る。尚、電流計5の検出値は、電流監視手段11のデー
タ入力部又は外部に設けたA/D変換器(図示略)でデ
ィジタル値に変換した後サンプリングフィルタ手段14
に入力される。
【0017】加減速負荷補正手段15は、サンプリング
フィルタ手段14で得られた電流値aから加減速時の加
速負荷及び減速負荷の電流値を差し引いた電流値bに補
正演算する手段である。加速負荷及び減速負荷は、切削
の加減速曲線とモーター特性とから予め知ることがで
き、例えば各監視区間毎に定数値データ又は補正演算式
等を加減速負荷補正手段16に設定しておく。
【0018】工具摩耗判定手段16は、平均警告値M1
及び平均異常値M2が予め設定されており、補正後電流
値bにつき例えば切削加工の1パス毎に設定される監視
区間において次の判定を行う手段である。即ち、工具摩
耗判定手段16は、監視区間の終了時に、監視区間内の
補正後電流値bの平均値を演算し、その平均値を平均警
告値M1及び平均異常値M2と比較して判定結果を出力
する。平均値が平均警告値M1,平均異常値M2を超え
たときは、報知手段18を作動させて作業者にその旨を
知らせる。即ち、報知手段18はアラーム,表示等によ
って、平均値が平均警告値M1を超えたときは工具寿命
が残り少ないことを、平均異常値M2を超えたときは工
具寿命に達したことを作業者に知らしめる。尚、平均値
が平均異常値M2を超えたときは、報知手段18を作動
させるとともに機械を一時停止させる。
【0019】ピーク異常判定手段17は、ピーク警告値
P1及びピーク異常値P2が予め設定されており、監視
区間において補正後電流値bが一時的にでもピーク警告
値P1及びピーク異常値P2を超えたか否かを監視する
手段である。即ち、ピーク異常判定手段17は、補正後
電流値bが一時的にでもピーク警告値P1,ピーク異常
値P2を超えたときは、報知手段18を作動させて作業
者にその旨を知らせるとともに、機械の一時停止又はサ
イクル停止の指令を行う。尚、このピーク値監視によ
り、工具の欠損や機械の衝突を素早く検出することがで
きる。
【0020】ゾーン判断手段12は、電流値に応じた複
数の監視レベルが設定されており、補正後電流値bが監
視レベルで仕切られたゾーンのいずれに該当するかを判
断する手段である。また、ゾーン判断手段12は、現在
ゾーン及びタイマ等の計時手段を有しており、監視区間
内の加減速期間を除いた定速期間において、補正後電流
値bが現在ゾーンから外れた状態が所定時間以上継続し
た場合にのみゾーン変更であると判断し、工具基準点補
正手段13に変更したゾーンを含むゾーン変更指令を行
う。このように現在ゾーンから外れた時間を計測するこ
とによりゾーン変更の判断を行うので、補正後電流値b
が一時的に現在ゾーンから外れてもゾーン変更であると
は判断されない。
【0021】工具基準点補正手段13は、各ゾーンに対
応する工具基準点の補正値が予め設定されており、ゾー
ン判断手段12からゾーン変更指令を受けると、変更し
たゾーンに対応する補正値を含む工具基準点の補正指令
をNC装置1に行う。尚、各ゾーンに対応する補正値
は、操作盤等を有する入力手段19により予め入力設定
可能となっており、作業者はワークの材質や主軸回転数
等の加工条件に応じて予め設定することができる。
【0022】次に図2及び図3を用いて具体的に説明す
る。図2(A)は、切削1パス分につきサンプリングフ
ィルタ手段14から得られる負荷電流値aの変化を示
す。この電流値aは、切削負荷と、加速期間T1及び減
速期間T2における加減速負荷とが含まれた値となって
いる。図2(B)は、前期負荷電流値aから加減速負荷
補正手段15により加減速に必要な電流値を差し引いた
値の補正後電流値bの変化を示す。この純切削負荷であ
る補正後電流値bを工具摩耗判定手段16,ピーク異常
判定手段17及びゾーン判断手段12で監視する。
【0023】工具摩耗判定手段16及びピーク異常判定
手段17に設定されている各警告値M1,P1及び異常
値M2,P2は、例えば図2(B)に示すように、小さ
い電流値から平均警告値M1,平均異常値M2,ピーク
警告値P1,ピーク異常値P2の順で所定値に設定され
る。
【0024】ゾーン判定手段12に設定される各ゾーン
Z1〜Z4は、例えば図2に示すように、平均警告値M
1よりさらに小さい電流値において複数の監視レベルが
設けられ、その監視レベルで仕切られて小さい電流値か
らゾーン1(Z1),ゾーン2(Z2),ゾーン3(Z
3),ゾーン4(Z4)の順で設定される。ゾーンZ1
〜Z4の各ゾーンに対応する補正値の一例を図3に示
す。例えば、ゾーン2からゾーン3に変更した場合、そ
れまで加工プログラム2から算出した工具基準点を1μ
m補正した経路に沿って工具の送り動作が行われていた
のを、さらに1μm(加工プログラムから算出した工具
基準点を2μm)補正した経路に沿って工具の送り動作
が行われるようにする。
【0025】このように本実施例では、監視区間T0に
おける加減速期間T1及びT2以外の区間において、常
に補正後電流値bを監視し、その補正後電流値bに応じ
て加工プログラムの工具基準点を補正して送り動作を行
うので、ワークに対して常に精度のよい加工を行うこと
ができる。
【0026】一時的でなく継続的に電流値bを監視して
ゾーン変更であると判断するので、工具の摩耗量に対応
しない電流値bの微小増減に影響されてゾーン変更され
てしまうことがない。
【0027】加減速時の加速負荷及び減速負荷を差し引
いた電流値bを監視するので、純切削負荷につき監視す
ることができ、加減速期間T1,T2においても切削負
荷を監視することができる。そして、工具摩耗判定手段
17により平均値演算を行う際に、加減速期間T1,T
2の電流値bをも使用することができるので、データ量
が多く得られて正確な工具摩耗判定が可能となる。
【0028】
【発明の効果】本発明は以下のような効果を奏する。請
求項1記載の発明では、送り軸のモーター又は回転軸の
モーターの負荷電流値と所定の関係にある工具の摩耗量
に応じて工具基準点を補正することができるので、作業
効率を落とすことなく、常に工具の摩耗量に応じた適正
な工具基準点の補正が可能となり、さらに予想外の摩耗
にも対応することができる。
【0029】また、検出した電流値が複数の監視レベル
で仕切られるゾーンのうちどのゾーンに該当するか判断
され、判断されたゾーンに対応する補正値に工具基準点
が補正されるので、ノイズ等による電流値の微小増減に
影響されることなく、工具の摩耗量に応じた補正をより
正確に行うことができる。
【0030】さらに、現在ゾーンから外れた状態が所定
時間以上継続した場合にのみゾーン変更であると判断さ
れ、変更したゾーンに対応する補正値に工具基準点が補
正されるので、ノイズ等による電流値の微小増減に影響
されることなく、工具の摩耗量に応じた補正をより正確
に行うことができる。
【0031】請求項記載の発明では、工具の材質や主
軸の回転数等の加工条件に応じて補正値を入力設定する
ことで、どのような加工条件でも常に工具の摩耗量に応
じた適正な補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される実施例の概念構成を示すブ
ロック図である。
【図2】(A)はモーター負荷電流の波形図、(B)は
加減速負荷を考慮した補正後のモーター負荷電流の波形
図である。
【図3】各ゾーンに対応する工具基準点の補正値の一例
を示すデータ図である。
【符号の説明】
1 NC装置(数値制御装置) 2 加工プログラム 3 サーボコントローラー 4 モーター 5 電流計 10 工具摩耗補正装置 11 電流監視手段 12 ゾーン判断手段 13 工具基準点補正手段 14 サンプリングフィルタ手段 15 加減速負荷補正手段 16 工具摩耗判定手段 17 ピーク異常判定手段 18 報知手段 19 入力手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NC装置により制御される工作機械で使
    用され、送り軸のモーター又は回転軸のモーターの負荷
    電流を監視する電流監視手段と、電流値に応じた複数の
    監視レベルが設定されており、電流監視手段で検出した
    電流値が監視レベルで仕切られるゾーンのいずれに該当
    するかを判断するゾーン判断手段と、各ゾーンに対応す
    る補正値を有し、ゾーン判断手段で判断されたゾーンに
    対応する補正値に工具基準点を補正する工具基準点補正
    手段とを有する工具の摩耗補正装置であって、ゾーン判
    断手段は計時手段を有しており、電流監視手段で検出し
    た電流値が現在ゾーンから外れた状態が所定時間以上継
    続した場合にのみゾーン変更であると判断する工具の摩
    耗補正装置。
  2. 【請求項2】 前記補正値を入力設定可能な入力手段を
    有する請求項1記載の工具の摩耗補正装置。
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