JP5822441B2 - 切削加工評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具および切削加工評価装置の技術に関し、より詳細には、工作機械に着脱可能に固定される各種バイトやドリルなどの切削工具の切削刃の物理状態から切削加工の加工状態を評価する技術に関する。

切削加工は、工作物と切削工具（切削刃）との間に相対運動が付与されることで、工作物（被削材）の不要な部分を切りくずとして除去する加工法である。この切削加工では、工作物と切削工具とが接触する加工点近傍の狭い領域で多くのエネルギーが消費されることから、応力やひずみ、温度などが非常に高い値となる。さらに、近年の切削加工では、加工の高能率化、工作物の難削化、環境対応などが進展しており、上述した切削環境がより一層過酷になっている。

このように切削環境が過酷化し、工作物が多様化する中では、切削工具が使用される環境を的確に把握した上で、切削加工の加工状態を適時若しくは未然に予想して評価できることが好ましい。特に、近年では、長時間の自動無人運転を可能とした工作機械も開発されていることころであり、そのような無人運転時であっても切削加工の加工状態を適時に評価して、切削刃の切削不能や不適合品（不良品）の発生を未然に防止する技術の要請が高まっているところである。

切削工具における切削刃は、切りくずと工作物との摩擦、切削抵抗、及び切削熱など様々な要因によってその物理状態が変化して、次第に損耗していく。従来、このような切削刃の温度状態や損耗状態といった切削刃の物理状態から、例えば、切削刃の寿命を評価して切削不能を未然に防止する方法や、工作物の仕上げ面の形状精度などといった幾何学的品質を評価したり、表面粗さや加工硬化層の深さ、硬さ、残留応力などといった材質的品位を評価したりして不適合品（不良品）の発生を未然に防止する方法が提案されている。

例えば、切削工具の切削刃の物理状態から切削加工の加工状態を評価する技術として、切削刃の熱的、機械的、又は電気的変化などを測定して、切削刃の寿命を評価する技術が公知となっている。特許文献１には、工作機械の刃物台に着脱可能に固定されるホルダと、ホルダの先端部に交換可能に取り付けられる切削刃（スローアウェイチップ）と、切削刃の先端部近傍に設けられるセンサ部（導電回路）を具備してなる切削工具が開示されている。かかる構成の切削工具では、ケーブル部材を介してセンサ部が機外の抵抗測定器等の信号検出部（検出回路）に接続され、センサ部の電気抵抗値の変化量に基づいて切削刃の寿命が評価される。

ところで、切削工具は、穴あけ加工に用いられるドリルなどのように切削工具自体が回転される他に、ＮＣ旋盤などのように回転自在な刃物台（タレット）に予め複数の切削工具が固定され、かかる刃物台が回転されることで切削工具が切り替えられる構造を有する工作機械や、フライス旋盤などのように工作機械に固定された工作物に対して切削工具自体が回転して切削加工を行う工作機械などにも使用される。そのため、上述した特許文献１に開示されるように、ケーブル部材の取り回しを要する切削工具の構成では、センサ部と機外の抵抗測定器等の信号検出部とを電気的に接続することができず、適用することができない。

そこで、かかる観点から、従来においては、センサ部と信号検出部とを非接触で接続可能としてＮＣ旋盤やフライス旋盤等の工作機械などにも適用できるようにした構成が提案されている。例えば、特許文献２又は特許文献３には、センサ部と接続される発信用の高周波コイルを切削工具側に設けるとともに、信号検出部と接続される受信用の高周波コイルを工作機械の刃物台やフライス盤等に設け、センサ部による検出信号を非接触で信号検出部へと伝送させることで切削刃の寿命を評価することができる構成が開示されている。

しかしながら、上述した特許文献２又は特許文献３に開示されるように、一対の高周波コイルを介してセンサ部と信号検出部とを非接触で接続させる構成では、高周波コイル間での検知可能距離が短く、切削工具や各高周波コイルの配置構成が限定されていた。また、センサ部と高周波コイルとがケーブル部材によって固定的に接続されるため、切削加工に応じて所定の切削工具を交換する際の作業が煩雑であり作業効率に劣っていた。さらに、特許文献２又は特許文献３に開示される構成では、高周波コイルでは複数の切削工具の切削刃の物理状態から切削加工の加工状態をインプロセスで評価することができないなど、切削加工の評価条件が限定されていた。

２００３−１２７００１号公報 ２００２−１０３１８４号公報 特許第４３０２９５９号公報

そこで、本発明では、切削工具および切削加工評価装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、各種バイトやドリルなどの切削工具の配置の自由度及び切削工具を交換する際の作業効率を高め、ひいては切削加工の加工状態を適時に評価して、切削刃の切削不能や不適合品の発生を効果的に防止できる切削工具および切削加工評価装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、切削加工用の工作機械に着脱可能に固定される一又は複数の切削工具の切削刃の物理情報から切削加工の加工状態を評価する切削加工評価装置において、前記切削工具は、前記切削刃の切刃近傍に設けられ、切削刃の損耗又は温度に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部と接続されたケーブル部材に着脱可能に接続され、前記センサ部より取得された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び予め切削刃ごとに設定された識別情報を無線通信により送信する通信部と、を有してなり、前記通信部より送信された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報を受信する外部通信部と、前記外部通信部により受信された識別情報に基づいて切削刃の損耗又は温度に関する情報を切削刃ごと記憶する情報記憶部と、前記外部通信部により受信された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報に基づいてインプロセスで使用中の切削刃ごとの寿命を評価し、前記情報記憶部に記憶された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報に基づいてオフプロセスで切削刃ごとの寿命を評価する評価部と、を具備してなるものである。

請求項２においては、前記通信部は、前記センサ部により取得された物理情報に基づく検出信号を出力する信号検出部と、前記信号検出部にて出力された検出信号を制御する制御部と、前記制御部の指令に基づいて検出信号を送信する無線通信部と、を具備してなるものである。

請求項３においては、前記通信部は、複数の切削工具に設けられたセンサ部と前記ケーブル部材を介して接続されるものである。

本発明の効果として、各種バイトやドリルなどの切削工具の配置の自由度及び切削工具を交換する際の作業効率を高め、ひいては切削加工の加工状態を適時に評価して、切削刃の切削不能や不適合品の発生を効果的に防止できる。

本発明の一実施例に係る切削加工評価装置の全体的な構成を示した概略図。 切削刃の取付状態を表す斜視図。 通信部の機能ブロック図。 本実施例の切削加工評価装置を備えた工作機械の構成を示した概念図。 別実施例の切削工具の構成を示した図。 図５における切削工具の正面図。 別実施例の工作機械の構成を示した概念図。 別実施例の工作機械の構成を示した概念図。 図８における矢印Ａ方向から見た切削工具の取付状態を表す正面図。

次に、発明を実施するための形態を説明する。

図１に示すように、本実施例の切削加工評価装置１は、普通旋盤やＮＣ旋盤等の工作機械（図４等参照）に着脱可能に固定される切削工具２の切削刃２１の物理情報から切削加工の加工状態を評価する装置として構成される。特に、本実施例の切削加工評価装置１は、切削工具２の切削刃２１の物理情報として、切削刃２１の損耗状態を表す情報を取得してこれを無線通信にて送信可能とする構造を備えており、かかる物理情報に基づいて一又は複数の切削工具２の切削刃２１の寿命や工作物の物理状態を評価することができるものである。

具体的には、切削刃２１の切刃２１ｃの近傍に設けられ、切削刃２１の物理情報を取得するセンサ部３（導電回路）と、センサ部３にケーブル部材４を介して接続され、センサ部３により取得された物理情報を無線通信により送信する通信部５と、通信部５より送信された物理情報を受信する外部通信部６と、外部通信部６により受信された物理情報に基づいて切削加工の加工状態を評価する評価部７等とで構成されている。

図１及び図２に示すように、本実施例の切削工具２は、切削加工評価装置１に用いられる切削用の工具として構成され、工作機械に着脱可能に固定され、切削加工に応じて適宜交換されて使用される。具体的には、切削工具２は、工作機械の刃物台に着脱可能に固定される本体部２０と、本体部２０の先端部２２に設けられるスローアウェイチップとしての切削刃２１と、切削刃２１の切刃２１ｃに設けられるセンサ部３（導電回路）と、本体部２０内に内設されたケーブル部材４を介してセンサ部３に接続される通信部５等とで構成されている。

本体部２０は、断面略矩形の柱状に形成されたシャンク（ホルダ）であり、先端部２２に切削刃２１を装着するためのポケット２３が形成されている。ポケット２３の底面には切削刃２１の着座面２３ａが形成され、ポケット２３の側面には切削刃２１の側面が当接される当接面２３ｂが形成され、着座面２３ａの略中央にねじ孔２３ｃが穿設されている。本体部２０の内部には、ケーブル部材４が配設される配線孔２４が穿設されている。この配線孔２４は、本体部２０の長手方向に沿って延設され、一端が当接面２３ｂに開口され、他端が本体部２０の先端部２２とは逆側の端部側面に開口されている。

切削刃２１は、両主面が多角形状の略平板状に形成され、その表面に所定の回路パターン３０をなす導電薄膜よりなるセンサ部３が被着形成されている。本実施例の切削刃２１は、一方の主面がすくい面２１ａとして機能するとともに、周面が逃げ面２１ｂとして機能し、すくい面２１ａと逃げ面２１ｂとの交差稜部分であって逃げ面２１ｂのコーナー部が切刃２１ｃとして機能する。また、切削刃２１の両主面の略中央には、貫通孔２１ｄが穿設されている。

切削刃２１が本体部２０の先端部２２に固定される際には、切削刃２１の底面が着座面２３ａに当接され、逃げ面２１ｂが当接面２３ｂにそれぞれ当接された状態でポケット２３に収容される。そして、切削刃２１の上方からクランプねじ２５が切削刃２１の貫通孔２１ｄに挿通され、さらにクランプねじ２５の先端が着座面２３ａに穿設されたねじ孔２３ｃに螺合されることにより、切削刃２１が固定される。このように切削刃２１は、クランプねじ２５によって先端部２２に設けられたポケット２３に交換可能に取り付けられる。

本実施例の切削工具２は、切削刃２１が本体部２０の先端部２２に固定された状態で、切削刃２１の逃げ面２１ｂの一のコーナー部が切刃２１ｃとして切削に用いられる。切刃２１ｃが損耗すれば、クランプねじ２５を緩めてすくい面２１ａの中央を中心にして切削刃２１を９０°回転させることで、逃げ面２１ｂの他のコーナー部を切刃２１ｃとして切削に使用することができる。このように切削刃２１を順次９０°回転させて、切削刃２１の一方の主面側の４つの切刃２１ｃをそれぞれ切削に使用することができる。

センサ部３は、所定幅を有する導電性の薄膜により形成される導電回路であって、切削刃２１の表面の切刃２１ｃ近傍に引き回される所定の回路パターン３０・３０・・・として構成されている。回路パターン３０の形状は特に限定されないが、本実施例の切削工具２では、逃げ面２１ｂの各コーナー部を跨ぎ、かつ切刃２１ｃに沿って平行に形成されるパターンを含む４つの回路パターン３０・３０・・・より形成されている。センサ部３の各回路パターン３０・３０・・・の両端には、後述するケーブル部材４の一端に設けられたプローブ４１ａ・４１ａと電気的に接続可能な導電層からなる一対の接続端子３１・３１が形成されており、一対の接続端子３１・３１の間で閉回路が形成される。

センサ部３としての導電回路において、一対の接続端子３１・３１は切削刃２１の表面であればその場所は特に限定されないが、本実施例では逃げ面２１ｂ側にそれぞれ設けられている。接続端子３１・３１は、本体部２０に切削刃２１が取り付けられた状態で、本体部２０のポケット２３の当接面２３ｂより突出されるケーブル部材４のプローブ部材４１（プローブ４１ａ・４１ａ）と電気的に接続される。

センサ部３としての導電回路の素材としては、上述したように導電性の薄膜であれば特に限定されないが、切削刃２１の母材に対する接合力が強い、被削材と反応しない、電気抵抗値が常に所定値を示す、切削刃２１の摩耗度合いや欠損の発生の有無を正確に検出することができる、工作物の加工表面に反応生成物が発生しにくい、耐酸化性に優れ、酸化物生成による電気抵抗値の変化がない等の観点から、公知の素材を適宜選択して用いられる。

ここで、センサ部３にて取得される「切削刃２１の物理情報」とは、切削刃２１の損耗、温度、圧力、振動など切削刃２１の物理状態を表す情報のことである。このような切削刃２１の物理情報は、実際には電圧値、電流値、又は抵抗値などとして取得される。

本実施例のセンサ部３では、切削加工中のインプロセスで検出される回路パターン３０における一対の接続端子３１・３１間の電気抵抗値が取得される。すなわち、切削刃２１は、長時間の使用により切刃２１ｃが摩耗又は欠損していき、そのような切刃２１ｃの損耗の進行に伴って回路パターン３０も次第に細くなり又は断線してしまう。そして、そのような回路パターン３０のヤセや断線などの現象が、接続端子３１・３１間の電気抵抗値の変化として表れる。なお、本実施例では、センサ部３にて取得された物理情報は、ケーブル部材４を介して通信部５に設けられた信号検出部５１に送られて、信号検出部５１にて電気抵抗値として検出される（図３参照）。

ケーブル部材４は、本体部２０の内部に設けられた配線孔２４内に敷設され、公知の導電性部材より形成されるリード線本体４０と、リード線本体４０の一端にセンサ部３と接続されるプローブ部材４１と、プローブ部材４１が形成される端部とは反対側の端部に形成される通信部５と着脱可能な接続端子４２等とで構成されている。リード線本体４０は、２本のリード線より形成され、それぞれがプローブ部材４１に設けられる一対のプローブ４１ａ・４１ａと接続される。

プローブ部材４１は、上述したセンサ部３の接続端子３１・３１と接続可能な一対のプローブ４１ａ・４１ａより形成されている。プローブ部材４１の各プローブ４１ａ・４１ａは、本体部２０のポケット２３の当接面２３ｂより突出され、本体部２０に取り付けられた切削刃２１に設けられるセンサ部３の接続端子３１・３１と電気的に接続される。なお、本実施例の切削工具２では、プローブ部材４１は、ポケット２３の当接面２３ｂのうち切削刃２１の切刃２１ｃに対して離れた位置に配置され、切りくずや切削油による影響が低減されるように構成されている。

接続端子４２は、リード線本体４０を通信部５の入力部５０と電気的に接続するための端子であって、入力部５０に対して着脱可能に構成されている（図３参照）。なお、この接続端子４２の形状は特に限定されず、例えば、リード線本体４０が剥き出し状態のままで形成されてもよく、また所定のコネクタ形状として形成されてもよい。

図３に示すように、通信部５は、センサ部３より取得された物理情報を無線通信により外部通信部６に送信する通信モジュールとして構成されており、具体的には、ケーブル部材４と接続される入力部５０と、センサ部３により取得された物理情報に基づく検出信号を出力する信号検出部５１と、信号検出部５１にて検出された検出信号を制御する制御部５２と、制御部５２の指令に基づいて検出信号を送信する無線通信部５３と、これらの構成デバイスにそれぞれ電力を供給するための電源部５４等とで構成されている。

通信部５の構成としては、信号検出部５１や制御部５２等がワンチップに構成されるＬＳＩの他に、複数のチップを搭載した基板や複数のチップをパッケージ内に封入したものなど、その構成は限定されない。また、通信モジュールとしては、無線ＬＡＮ、小電力無線、微弱無線、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線により通信を行うものが搭載される。

通信部５及び外部通信部６の間で送受信されるデータとしては、センサ部３により取得された物理情報に基づく検出信号の他に、例えば、物理情報の取得時刻、切削刃２１（又は切刃２１ｃ）ごとに予め設定された識別情報や、切削刃２１のメンテナンス履歴を表す履歴情報などが含まれてもよい。なお、切削刃２１（切刃２１ｃ）ごとの識別情報は、後述する外部通信部６及び評価部７を有するパーソナル・コンピュータ等のシステム制御装置８により予め入力される。

入力部５０は、上述したケーブル部材４の接続端子４２と着脱可能に接続されるインターフェースを有しており、接続端子４２の形状に対応するインターフェースを有している。入力部５０は、複数のケーブル部材４と同時に接続可能なように複数のインターフェースが設けられてもよい。また、通信部５の本体部に固定して形成されるだけでなく、例えば、本体部より所定のケーブル部材を介して延出されるように形成されてもよい。

信号検出部５１は、ケーブル部材４を介して入力部５０より入力されたセンサ部３の電気抵抗値を検出し、これを検出信号として出力する検出回路として構成されている。すなわち、信号検出部５１では、センサ部３を構成する所定の回路パターン３０の一対の接続端子３１・３１間に所定の電圧を印加させた際の電気抵抗値が検出される。そして、検出された電気抵抗値がＡ／Ｄ変換されて検出信号として出力される。

制御部５２は、信号検出部５１による検出信号の出力や、無線通信部５３における無線通信を制御するマイクロプロセッサであって、上述した検出信号部５１や無線通信部５３等が接続されている。制御部５２としては、全体を制御するＣＰＵや、プログラムが格納されるＲＯＭや、作業用メモリとしてのＲＡＭや、信号検出部５１により出力された検出信号を一時的に記憶する不揮発性メモリ等とで構成されている。

無線通信部５３は、信号検出部５１にて出力された検出信号を外部通信部６に無線送信し、外部通信部６との間でデータの送受信を制御する無線通信回路として構成されている。無線通信部５３には、通信インターフェースとしてのアンテナ５５が形成されている。

電源部５４は、通信部５の構成デバイスそれぞれ電力を供給するための電源モジュールとして構成され、例えば、一次電池、充電可能な二次電池、及び太陽光発電素子等の発電素子を備えたコンデンサや二次電池、燃料電池等が用いられる。

本実施例の切削工具２では、上述した本体部２０と通信部５とは一体に構成されてもよく、またそれぞれ別体として構成されてもよい。本体部２０と通信部５とが一体に構成される場合には、本体部２０の内部に通信部５が内設され、又は本体部２０に連続して固定される。一方、本体部２０と通信部５とが別体として構成される場合には、例えば、通信部５が工作機械側に固定されて、本体部２０が取り付けられる際にケーブル部材４を介して接続されるように構成されてもよく、また一の通信部５に対して複数の本体部２０がケーブル部材４を介してそれぞれ接続されるように構成されてもよい（図７参照）。

図１に戻って、本実施例の外部通信部６及び評価部７は、パーソナル・コンピュータ等として構成されるシステム制御装置８として一体に構成され、外部通信部６にて通信部５との間で所定情報が送受信され、評価部７にてセンサ部３により取得された物理情報が解析され、かかる解析結果に基づいて切削加工の加工状態が評価される。また、システム制御装置８には、その他に、外部通信部６及び評価部７を制御する制御部や、キーボードやマウスなどの入力部、及び液晶モニタなどの画像出力部等とで構成される。このようなシステム制御装置８の構成としては、パーソナル・コンピュータとして単独のシステムとして構成されてもよく、また工作機械の制御装置に組み込まれるように構成されてもよい（例えば図６参照）。

外部通信部６は、後述する評価部７と接続される通信モジュールとして構成され、無線により通信を行う表面実装アンテナ型やＣＦカード型などのインターフェースを有している。外部通信部６では、通信部５より送信された物理情報を受信可能な通信モジュールとして構成され、本実施例では、通信部５の無線通信部５３（アンテナ５５）より送信される物理情報に基づく検出信号が受信される。

評価部７では、外部通信部６により受信された物理情報に基づいて切削加工の加工状態が評価される。具体的には、評価部７では、センサ部３により取得された切削刃２１の物理情報のみから、又はその他の図示せぬセンサにより取得されるその他の物理情報とも組み合わせることで、「切削加工の加工状態」として、切削刃２１の寿命や、工作物の仕上げ面の形状精度、表面粗さ、加工硬化層の深さ、硬さ、残留応力、結晶状態や相、及び切削加工により生じる焼き入れや焼き戻しなどの工作物の物理状態が評価される。

本実施例の評価部７では、センサ部３により取得される切削刃２１の物理情報に基づいて通信部５より送信された検出信号により、センサ部３の所定の回路パターン３０の電気抵抗値から切削刃２１（切刃２１ｃ）の寿命や工作物の物理状態が評価される。例えば、所定時間の間に電気抵抗値が変化した場合には、切削刃２１が所定量だけ摩耗等したと評価される。また、電気抵抗値が所定の限界値を超えて変化した場合や、電気抵抗値が検出されない場合などには、切削刃２１が限界損耗（寿命）に達したと評価される。

本実施例の切削加工評価装置１では、評価部７にて切削刃２１が寿命に達したと評価された場合には、例えば、システム制御装置８の制御部より停止信号を送信するなどして、システム制御装置８に接続される警報装置（警報音や警報ランプなど）を作動させたり、工作機械の制御装置を介して加工作業を停止させたり（図４等参照）、さらには工作機械において切削工具２（切削刃２１）を自動的に変更させたりすることが可能である（図６等参照）。

また、本実施例の切削加工評価装置１では、システム制御装置８を機外の管理データベースに接続して、切削刃２１（切刃２１ｃ）ごとに物理情報を格納して管理することが可能である。管理データベースとしては、例えば、切削刃２１（切刃２１ｃ）ごとに設定された識別情報に基づいて、センサ部３にて取得された物理情報や取得時間、メンテナンス履歴などの情報を個別に記憶することで、複数の切削刃２１（切刃２１ｃ）の物理情報をインプロセスで同時に管理することができるとともに、切削刃２１（切刃２１ｃ）の物理情報もオフプロセスで把握することができる。

次に、本実施例の切削加工評価装置１が適用される工作機械の具体例について、以下に説明する。
図４に示すように、本実施例の工作機械９は、切削工具２にて工作物９０の切削加工を行う普通旋盤であって、複数の切削工具２・２・・・が切削加工に応じて適宜交換されて用いられるものである。工作機械９としては、汎用の普通旋盤として構成され、基台９１上に、旋盤主軸台９２、往復台９３、及び心押台９４等とが載置されて構成されるとともに、この往復台９３上に刃物台９５が載置されて構成される。

工作機械９においては、旋盤主軸台９２により工作物９０が回転自在に固定されるとともに、心押台９４により旋盤主軸台９２とともに工作物９０が両端支持される。そして、刃物台９５に所定の切削刃２１が取り付けられた一の切削工具２が取り付けられ、往復台９３が水平２軸方向に移動操作されることで、旋盤主軸台９２により回転される工作物９０に対して所定の切削加工が行われる。

切削工具２においては、通信部５が本体部２０に一体として設けられており、切削工具２の交換作業が容易とされている。ただし、切削工具２としては、通信部５が刃物台９５に固設され、本体部２０が取り付けられる際にケーブル部材４の接続端子４２を介してセンサ部３と接続されてもよく、かかる場合には、切削工具２（本体部２０）の構成をより簡易なものとすることができる。

また、本実施例の切削加工評価装置１では、工作機械９とは別体に外部通信部６と評価部７を有するシステム制御装置８が構成されている。システム制御装置８は、外部通信部６と評価部７とを有するパーソナル・コンピュータとして構成され、警報音や警報ランプなどで警報情報を発信可能な警報装置８０や、切削刃２１（切刃２１ｃ）ごとに設定された識別情報に基づいて、センサ部３にて取得された物理情報や、メンテナンス履歴などの情報を個別に記憶する管理データベース８１等と接続されている。

このようにして工作機械９に用いられる切削加工評価装置１では、まず、工作機械９において切削加工が行われると、切削刃２１の物理情報がセンサ部３により取得され、これがケーブル部材４を介して通信部５に送られる。通信部５では、電気抵抗値が検出されて検出信号として出力され、システム制御装置８の外部通信部６に無線通信により送信される。

システム制御装置８では、評価部７にて外部通信部６により受信された物理情報に基づいて切削加工の加工状態（切削刃２１の寿命や工作物９０の物理状態）が評価される。例えば、評価部７では、切削刃２１の損耗が進行して、電気抵抗値が所定の限界値を超えて変化した場合や、電気抵抗値が検出されない場合など、切削刃２１の切刃２１ｃが限界損耗（寿命）に達したと評価されると、停止信号が警報装置８０に送られて、警報音や警報ランプなどの警報情報が発信される。また、管理データベース８１に、切削刃２１ごとの電気抵抗値や寿命などが記憶されて管理される。

なお、本実施例の工作機械９では、切削加工に応じて複数の切削工具２や切削刃２１が交換されて用いられるが、かかる場合でも、予めシステム制御装置８にて切削刃２１ごとに固有の識別情報を付与して管理データベース８１に記憶させておくことで、切削工具２や切削刃２１を交換しても、それぞれ個別の物理情報をインプロセスで同時に管理することができるとともに、切削刃２１の物理情報もオフプロセスで把握することができる。

以上説明したように、本実施例の切削工具２は、工作機械の刃物台に着脱可能に固定される本体部２０と、本体部２０の先端部２２に設けられる切削刃２１と、切削刃２１の切刃２１ｃ近傍に設けられ、切削刃２１の物理情報を取得するセンサ部３と、センサ部３と接続されたケーブル部材４に着脱可能に接続され、センサ部３より取得された物理情報を無線通信により送信する通信部５と、を具備してなるものである。

そして、本実施例の切削加工評価装置１は、切削加工用の工作機械９に着脱可能に固定される一又は複数の切削工具２の切削刃２１の物理情報から切削加工の加工状態を評価する切削加工評価装置１において、切削刃２１の切刃近傍に設けられ、切削刃２１の物理情報を取得するセンサ部３と、センサ部３と接続されたケーブル部材４に着脱可能に接続され、センサ部３より取得された物理情報を無線通信により送信する通信部５と、通信部５より送信された物理情報を受信する外部通信部６と、外部通信部６により受信された物理情報に基づいて切削加工の加工状態を評価する評価部７と、を具備してなるものである。

このように切削加工評価装置１及び切削工具２を構成することで、切削工具２の配置の自由度及び切削工具２を交換する際の作業効率を高め、ひいては切削加工の加工状態を適時に評価して、切削刃２１の切削不能や不適合品の発生を効果的に防止できるのである。

すなわち、切削工具２において、通信部５によりセンサ部３より取得された物理情報を無線通信により送信するように構成されるため、通信部５にて所定の通信距離を有する通信プロトコルを採用することで、通信部５や外部通信部６の配置構成の自由度を高めることができる。また、切削工具２において、ケーブル部材４において通信部５と着脱可能とされるため、切削刃２１やケーブル部材４を本体部２０に取り付けた状態で通信部５と分離することができ、切削工具２を交換する際などには通信部５と分離して本体部２０を交換すればよく、作業効率を高めることができる。また、通信部５のメンテナンス作業も容易である。

特に、本実施例の切削工具２では、通信部５において、センサ部３により取得された物理情報に基づく検出信号を出力する信号検出部５１と、信号検出部５１にて検出された検出信号を制御する制御部５２と、制御部５２の指令に基づいて検出信号を送信する無線通信部５３とで構成されるため、通信精度を高めてインプロセスであっても切削加工の加工状態を適時に評価することができる。

また、ケーブル部材４は、本体部２０の内部に設けられた配線孔２４内に配設され、センサ部３に接続される端部とは反対側の端部に通信部５との接続端子４２が形成され、通信部５は、接続端子４２の形状に対応する一又は複数のインターフェースを有する入力部５０が形成されるため、ケーブル部材４と通信部５との着脱が容易であり、安定して作業することができる。

なお、通信部５は小型化や簡素化が容易なため、通信部５を本体部２０と一体化して固定することもでき、かかる場合は、ケーブル部材４の着脱作業が不要となり、切削工具２の交換作業がより容易となる。

また、切削工具２を用いて切削加工評価装置１を構成することで、通信部５より無線通信を介して物理情報を送受信するものであるため、複数の切削刃２１の物理情報から切削加工の加工状態をそれぞれ同時に測定することができる。そして、切削加工評価装置１を長時間の自動無人運転を可能とした工作機械などに採用することで、無人運転時であっても切削加工の加工状態を適時に評価して、切削刃２１の切削不能や不適合品（不良品）の発生を効果的に防止することができる。

特に、切削加工評価装置１では、通信部５が複数の切削工具２の切削刃２１に設けられたセンサ部３とケーブル部材４を介して接続されることで、切削工具２において切削刃２１に対する通信部５の数を減らすことができ、より簡易な構成として、切削工具２の配置の自由度や切削工具２を交換する際の作業効率をより向上することができる。

なお、切削加工評価装置１及び切削工具２の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。以下に説明する別実施例の構成において、特に言及する場合を除いて上述した実施例と同じ符号の部材については同様の構成とする。

＜切削工具の別実施例＞
上述した実施例では、切削工具２の種類は特に限定していないが、例えば、旋盤加工やフライス加工に用いられる外形削り用、端面削り用、正面削り用、テーパ削り用、溝削り用、突切用、おねじ切り用、めねじ切り用、孔ぐり用、センタ孔用や、に用いられるその目的・用途に応じて切削工具２の種類や切削刃２１の形状を選択することができる。

また、上述した実施例では、センサ部３として導電回路を用いた場合について説明したが、センサ部の構成としてはこれに限定されず、例えば、熱電対、測温抵抗体、放射温度計（金属管被覆光ファイバ温度計）などの温度センサや、圧力センサ、振動センサなどを用いることができる。特に、温度センサを用いる場合には、切削刃２１の切刃２１ｃ近傍に温度センサが安定的に配置され、「切削刃２１の物理情報」として通信部５の信号検出部５１にて切削刃２１の切刃温度が取得される。そして、かかる切削刃２１の切刃温度が無線通信にて通信部５から外部通信部６に送信され、評価部７にて切刃温度に基づいて切削加工の加工状態が評価される。

また、温度センサとして熱電対を用いる場合には、薄膜熱電対が好ましく用いられる。薄膜熱電対では、＋側の金属線と−側の金属線との交点での熱起電力が取得される。薄膜熱電対は、切削刃２１の表面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法及びＣＶＤ法など公知の成膜法により直接形成させる他、ポリイミド樹脂等のフィルム状の保護膜上に形成させてこれを切削刃２１に取り付けるなどとして、切刃２１ｃ近傍に配置させることができる。特に、切削刃２１の表面の所定箇所に複数の薄膜熱電対を配置させれば、切刃２１ｃが摩耗して一の薄膜熱電対が物理情報を取得不能となっても、他の薄膜熱電対により切刃２１ｃの物理情報を取得することができ、切刃２１ｃの摩耗状態に関わらず測定を継続することができる。

例えば、図５及び図６に示す切削工具１０２は、主に穴あけ加工に用いられるシャンクドリルとして構成され、具体的には、工作機械の刃物台に着脱可能に固定される本体部１２０と、本体部１２０の先端部１２２に設けられる切削刃１２１（ドリル刃）と、切削刃１２１の切刃１２１ｃ近傍に設けられるセンサ部１０３（温度センサ）と、本体部１２０内に内設されたケーブル部材１０４を介してセンサ部１０３に接続される通信部１０５等とで構成されている。

本体部１２０は、円柱形状又は円柱形状の金属材料より形成され、その外周面に切りくず排出用の螺旋状の溝部１２６（２本）がそれぞれ形成されている。本体部１２０の先端部１２２は、円錐形に突出されて溝部１２６と連続される一対の切削刃１２１が設けられている。切削刃１２１は、本体部１２０の軸中心に対して逆方向に位置するすくい面１２１ａと逃げ面１２１ｂとが形成され、すくい面１２１ａと逃げ面１２１ｂとにより形成される峰部に切刃１２１ｃが形成されている。なお、一対の切削刃１２１の切刃１２１ｃは、軸中心において交わらない。

センサ部１０３としては、汎用の温度センサ（熱電対）を用いることができ、切削刃１２１の物理情報として切削刃１２１の刃先１２１ｃの温度が取得される。本実施例では、センサ部１０３は、一方の切刃１２１ｃ近傍、すなわち逃げ面１２１側の本体部１２０の内部に設けられたセンサ孔１２８内に設けられる（ただし、センサ部１０３の配置、個数はこれに限定されない）。センサ部１０３は、本体部１２０の内部であってセンサ孔１２８と連続される配線孔１２４内に敷設されるケーブル部材１０４（リード線本体部１４０）と電気的に接続されている。

本実施例のセンサ部１０３にて取得される「切削刃１２１の物理情報」とは、切削加工中のインプロセスで検出される一方の刃先１２１ｃの刃先温度のことである。すなわち、切削刃１２１は、長時間の使用により切刃１２１ｃが摩耗又は欠損していき、そのような切刃１２１ｃの損耗の進行が刃先１２１ｃの温度変化として表れる。本実施例では、センサ部１０３にて取得された物理情報はケーブル部材１０４を介して、本体部１２０と一体に固定された通信部１０５に送られて切削刃１２１の切刃温度が検出され、評価部（図略）にて切刃温度に基づいて切削加工の加工状態が評価される。

ケーブル部材１０４は、本体部１２０の内部に設けられた配線孔１２４内に敷設され、公知の導電性部材より形成されるリード線本体１４０と、センサ部１０３との接続端とは反対側の端部に設けられる通信部１０５と着脱可能な接続端子１４２等とで構成されている。

なお、本実施例（図５及び図６）の切削工具１０２に類似する構成として、軸方向に推進し、円形の穴を空ける用途で用いられるシャンクドリルに対して、側面の刃で切削し、軸に直交する方向に穴を削り広げる用途に用いられるエンドミルとして構成することもできる。

＜切削加工評価装置の別実施例＞
上述した実施例（図１）では、切削工具２の切削刃２１の切刃近傍にセンサ部３が設けられ、評価部７にてセンサ部３より取得された物理情報のみに基づいて切削加工の加工状態を評価する構成について説明したが、センサ部３の配置構成や種類についてはこれに限定されず、例えば、切削工具２、切削刃２１、又は切削加工評価装置１が適用される工作機械の所定箇所に一又は複数の他のセンサを設けて、かかるセンサよりその他の物理情報（例えば、振動や圧力（応力）など）を取得するように構成してもよい。かかる場合には、評価部７では、センサ部３により取得された切削刃２１の物理情報と、他のセンサにより取得されるその他の物理情報とが適宜組み合わされることで、切削加工の加工状態をより詳細に評価することが可能となる。

また、上述した実施例（図３参照）では、送信部５として、センサ部３により取得された物理情報に基づく検出信号を検出する信号検出部５１と、信号検出部５１にて検出された検出信号を制御する制御部５２を備える構成について説明したが、送信部５の構成はこれに限定されず、例えば、信号検出部５１や制御部５２を備えることなく、単にセンサ部３により取得された物理情報を無線通信により直接外部通信部６に送信するように構成してもよい。かかる場合には、別途、外部通信部６又はシステム制御装置８にセンサ部３により取得された物理情報に基づく検出信号を出力する信号検出部が設けられる。

また、上述した実施例（図１参照）では、外部通信部６及び評価部７として、パーソナル・コンピュータ等として構成されるシステム制御装置８として一体に構成する場合について説明したが、外部通信部６を上述した通信部５と同じく制御部等を備えたＬＳＩを有する通信モジュールとして別体に構成するとともに、評価部７をパーソナル・コンピュータ等としてのシステム制御装置８として構成してもよい。また、かかる場合には、外部通信部６と評価部７とを有線接続したり、外部通信部６をインターネットと接続された通信用専用サーバに構成して評価部７とインターネット等を介して無線接続したりしてもよい。

＜切削加工評価装置が適用される工作機械の別実施例＞
図７に示す工作機械９においては、上述した実施例（図４）の工作機械９と同様に構成されるが、切削加工評価装置１において複数の工作機械９・９・・・における切削加工の加工状態が同時に評価されるように構成されている点が異なる。すなわち、本実施例の切削加工評価装置１は、複数の工作機械９に取り付けられる複数の切削工具２の通信部５が一のシステム制御装置８（外部通信部６及び評価部７）と通信可能とされており、複数の切削工具２の切削刃２１の寿命や複数の工作物９の物理状態を同時に評価することができる。

なお、本実施例では、切削加工評価装置１において各工作機械９に設けられた切削工具２の通信部５においてネットワーク機能を持たず、複数の通信部５・５・・・と一の外部通信部６との間で相互通信を行うように構成されてもよく、又は通信部５がネットワーク機能を有するノードとして、複数の通信部５・５・・・及び外部通信部６との間でネットワークを構成し、例えばマルチホッピング通信などを行うように構成されてもよい。

また、図８及び図９に示す工作機械２０９においては、主軸中心線に対して主軸回転用モータにより回転可能に保持された工作物２９０を加工するＮＣ旋盤として構成されている。工作機械２０９においては、旋盤主軸台２９２により工作物２９０が回転自在に支持されるとともに、往復台２９３上のタレット２９５に所定の切削刃２２１が取り付けられた複数（図９では一例として４個）の切削工具２０２・２０２・・・が取り付けられ、タレット３９５が回転されることで、使用される切削工具２０２が切り替えられる。そして、一対の移動用モータにより往復台２９３が水平２軸方向（図８の矢印Ｘ及びＹ方向）に移動されることで、旋盤主軸台２９２により回転される工作物２９０に対して所定の切削加工が行われる。

切削工具２０２においては、工作機械２０９のタレット２９５に複数個取り付けられた状態で、各切削工具２０２の切削刃２２１に設けられたセンサ部２０３（図略）が、それぞれケーブル部材２０４を介して一の通信部２０５と接続されている。切削工具２０２としては、通信部２０５がタレット２９５に固設されていて、タレット２９５に各本体部２２０が取り付けられる際にケーブル部材２０４の接続端子２４２を介してそれぞれ通信部２０５に接続される。

また、本実施例の工作機械２０９に用いられる切削加工評価装置２０１では、工作機械２０９の主軸回転用モータや移動用モータ等を制御する制御装置に、外部通信部２０６と評価部２０７とが組み込まれたシステム制御装置２０８が構成されている。システム制御装置２０８としては、外部通信部２０６と評価部２０７とを有する工作機械２０９の制御装置として、主軸回転用モータの動作等を制御する制御部２８２が設けられている。また、本実施例のシステム制御装置２０８には、センサ部２０３にて取得された物理情報や、メンテナンス履歴などの情報を個別に記憶する管理データベース２８１等が接続されている。

システム制御装置２０８では、評価部２０７にて外部通信部２０６により受信された物理情報に基づいて切削加工の加工状態（切削刃２２１の寿命や工作物２９０の物理状態）が評価される。評価部２０７にて、切削刃２２１の損耗が進行して、電気抵抗値が所定の限界値を超えて変化した場合や、電気抵抗値が検出されない場合など、切削刃２２１が限界損耗（寿命）に達したと評価されると、制御部２８２により停止信号が出力されて、主軸回転用モータや移動用モータ等などが停止される。

なお、その他の工作機械の具体例としては、例えば、普通旋盤やＮＣ旋盤の構成について説明したが、正面フライスやエンドミルなどを用いたフライス盤に用いることもできる。

１ 切削加工評価装置
２ 切削工具
３ センサ部
４ ケーブル部材
５ 通信部
６ 外部通信部
７ 評価部
２０ 本体部
２１ 切削刃
２２ 先端部
２４ 配線孔
４１ プローブ部材
４２ 接続端子

Claims (3)

1. 切削加工用の工作機械に着脱可能に固定される一又は複数の切削工具の切削刃の物理情報から切削加工の加工状態を評価する切削加工評価装置において、
   前記切削工具は、
   前記切削刃の切刃近傍に設けられ、切削刃の損耗又は温度に関する情報を取得するセンサ部と、
   前記センサ部と接続されたケーブル部材に着脱可能に接続され、前記センサ部より取得された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び予め切削刃ごとに設定された識別情報を無線通信により送信する通信部と、を有してなり、
   前記通信部より送信された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報を受信する外部通信部と、
   前記外部通信部により受信された識別情報に基づいて切削刃の損耗又は温度に関する情報を切削刃ごと記憶する情報記憶部と、
   前記外部通信部により受信された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報に基づいてインプロセスで使用中の切削刃ごとの寿命を評価し、前記情報記憶部に記憶された切削刃の損耗又は温度に関する情報及び識別情報に基づいてオフプロセスで切削刃ごとの寿命を評価する評価部と、
   を具備してなることを特徴とする切削加工評価装置。
2. 前記通信部は、
   前記センサ部により取得された物理情報に基づく検出信号を出力する信号検出部と、
   前記信号検出部にて出力された検出信号を制御する制御部と、
   前記制御部の指令に基づいて検出信号を送信する無線通信部と、
   を具備してなることを特徴とする請求項１に記載の切削加工評価装置。
3. 前記通信部は、複数の切削工具に設けられたセンサ部と前記ケーブル部材を介して接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削加工評価装置。

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