2022-46161 回転工具の寿命判定機能を有する工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022046161

(43)【公開日】2022-03-23

(54)【発明の名称】回転工具の寿命判定機能を有する工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20220315BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20220315BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20220315BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 B

B23Q17/24 Z

B23Q11/00 F

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020152074

(22)【出願日】2020-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】笠原 忠

【テーマコード（参考）】

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C029DD08

3C029DD20

(57)【要約】

【課題】回転切削工具または回転研削工具の寿命判定を正確、自動的に、可視化して行う工作機械を提供すること。
【解決手段】回転中の回転工具１１４の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔Ｄ_L、Ｄ_Rで測定し、加工前の回転工具について測定した加工前測定値Ｅ₀と、加工後の回転工具について測定した加工後測定値Ｅ_Mとの差が、設定したしきい値Ｅ_Cより小さくなったとき、回転工具は寿命に達したと判定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転主軸に装着し切削加工または研削加工する回転工具の、寿命判定を行う工作機械において、
回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定する測定器と、
加工前の回転工具について、前記測定器で測定した加工前測定値を記憶する加工前測定値記憶部と、
前記包絡線上の前記所定の間隔ごとに減寸限界位置であるしきい値を、回転工具の種類または加工条件に応じて設定するしきい値設定部と、
加工後の回転工具について、前記測定器で測定した加工後測定値が前記設定したしきい値より小さくなったとき、回転工具は寿命に達したと判定する寿命判定部と、
を具備することを特徴とした回転工具の寿命判定機能を有する工作機械。

【請求項2】

前記包絡線を表示する表示部を更に具備する請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記測定器は、前記工作機械のテーブル上に配設されたレーザ測定器であって、該レーザ測定器は、細い１本のレーザ光線を照射する投光器と、該投光器に対設され前記レーザ光線を受光する受光器とを備え、前記レーザ測定器が遮られたときにスキップ信号を出力するようになっている請求項１に記載の工作機械。

【請求項4】

前記レーザ測定器からスキップ信号が出力されたときの工作機械のＸ、Ｙ、Ｚの座標値から前記回転工具の最大外形を測定するようにした請求項３に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切削加工、研削加工等に用いる回転工具の寿命判定機能を有する工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械にてワークを加工する際には、工具の寸法を正確に測定することが重要である。特許文献１には、レーザ測長器等を用いて、工具長または工具径を測定し、測定値を予め設定されている寿命限界値と比較して、工具が寿命に達しているかいなかを判別する工具寿命管理方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－３６０７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電着工具は、ＰＣＤ、ＣＮＢ等の多結晶焼結体でなる砥粒が工具母材表面に一層分だけ分布しており、砥粒が欠けたり脱離したりするチッピングを生じる。チッピングが生じると、１つの砥粒が欠けても、加工表面に疵が形成されてしまう。特許文献１に記載の工具寿命管理方法では、このような砥粒が一層だけ結合した研削工具を十分な精度で外形を測定することができない。

【0005】

また、研削加工にはアルミナ系、炭化ケイ素系等の砥粒を、多層、結合剤で固めたものなど複数の形態があり、その中でも砥粒の材質、砥粒の大きさ（番手）、結合剤等の違いにより複数の種類がある。

【0006】

更に、回転型の切削工具、例えばエンドミルには、フラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミルのように複数の形態があり、その中に切れ刃の数、切れ刃の材質、荒削り／仕上げ削り用、被削材の硬度等の違いにより複数の種類がある。これら多種多様な回転工具の摩耗やピッチング等による寿命判定は、特許文献１に記載の工具具寿命管理方法では十分に対応できない。

【0007】

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、回転切削工具または回転研削工具の寿命判定（設定値より大きなチッピング、砥粒の脱落の有無）を正確、自動的に、可視化して行う工作機械を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、回転主軸に装着し切削加工または研削加工する回転工具の、寿命判定を行う工作機械において、回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定する測定器と、加工前の回転工具について、前記測定器で測定した加工前測定値を記憶する加工前測定値記憶部と、前記包絡線上の前記所定の間隔ごとに減寸限界位置であるしきい値を、回転工具の種類または加工条件に応じて設定するしきい値設定部と、加工後の回転工具について、前記測定器で測定した加工後測定値が前記設定したしきい値より小さくなったとき、回転工具は寿命に達したと判定する寿命判定部とを具備する回転工具の寿命判定機能を有する工作機械が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定することによって、回転工具の最大外形を測定するようにしたので、１つの砥粒が欠ける或いは脱離した場合や、切れ刃の一部に設定値より大きなピッチングを生じた場合であっても、それを検知し回転工具の寿命を正確に判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明による工作機械の一例を示す側面図である。

【図2】本発明の好ましい実施形態による工作機械のブロック図である。

【図3】回転工具の一例を示す側面図である。

【図4】加工前の工具の側面の最大外形寸法に基づき生成された包絡線を示す略図である。

【図5】寿命判定方法を示すフローチャートである。

【図6】寿命判定方法を示すフローチャートである。

【図7】加工前および加工後の回転工具の側面の最大外形寸法に基づき生成された包絡線と、加工前の工具の側面の包絡線からしきい値を差し引いた限界包絡線を示す略図である。

【図8】加工前および加工後の回転工具の側面の最大外形寸法の差が設定されたしきい値より小さくなった場合を示す図７と同様の略図である。

【図9】加工前の回転工具の先端面の最大外形寸法に基づき生成された包絡線を示す略図である。

【図10】加工前および加工後の回転工具の端面の最大外形寸法に基づき生成された包絡線と、加工前の工具の端面の包絡線からしきい値を差し引いた限界包絡線を示す略図である。

【図11】レーザ測定器ではなく、カメラを用いて回転工具の側面の最大外形を測定する実施形態の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１を参照すると、本発明を適用する工作機械の一例が示されている。図１において、工作機械１００は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の前方部分（図１では左側）の上面で前後方向またはＹ軸方向（図１では左右方向）に移動可能に設けられワーク（図示せず）を固定するテーブル１０６、ベッド１０２の後端側（図１では右側）で同ベッド１０２の上面に立設、固定されたコラム１０４、該コラム１０４の前面で左右方向またはＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１０８、Ｘ軸スライダ１０８の前面で上下方向またはＺ軸方向に移動可能に取り付けられ主軸１１２を回転可能に支持する主軸頭１１０を具備している。工作機械１００は、また、オペレーターが工作機械１００を操作するための操作盤２００を備えている。

【0012】

テーブル１０６は、ベッド１０２の上面において水平なＹ軸方向（図１の左右方向）に延設された一対のＹ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられており、ベッド１０２には、テーブル１０６をＹ軸案内レールに沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、テーブル１０６には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。テーブル１０６には、また、テーブル１０６のＹ軸方向の座標位置を測定するＹ軸スケール１２０が取り付けられている。

【0013】

Ｘ軸スライダ１０８は、コラム１０４の上方部分の前面においてＸ軸方向に延設された一対のＸ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられている。コラム１０４には、Ｘ軸スライダ１０８をＸ軸案内レールに沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、Ｘ軸スライダ１０８には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。コラム１０４には、また、Ｘ軸スライダ１０８のＸ軸方向の座標位置を測定するＸ軸スケール１１６が取り付けられている。

【0014】

主軸頭１１０は、Ｘ軸スライダ１０８の前面においてＺ軸方向（図１では上下方向）に延設された一対のＺ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられている。Ｘ軸スライダ１０８には、主軸頭１１０をＺ軸案内レールに沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＺ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、主軸頭１１０には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。Ｘ軸スライダ１０８には、また、主軸頭１１０のＺ軸方向の座標位置を測定するＺ軸スケール１１８が取り付けられている。

【0015】

Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータおよびＸ軸スケール１１６、Ｙ軸スケール１２０、Ｚ軸スケール１１８は、工作機械１００を制御するＮＣ装置１５０に接続されている。ＮＣ装置１５０によって、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータへ供給される電力（電流値）が制御される。

【0016】

操作盤２００は、後述する測定装置の表示部２６（図２）を形成する表示パネル２０２を含む。本実施の形態の表示パネル２０２は、画面を接触することにより所望の部分の選択が可能なタッチパネルにより形成することができる。操作盤２００は、キー入力部２０４を含む。キー入力部２０４には、複数のキースイッチが配置されている。キー入力部２０４のキースイッチを押すことにより、所定の数字や文字を入力することができる。また、操作盤２００は、所定の操作の選択を行う複数の操作スイッチ部（図示せず）、オーバライド値の設定を行うオーバライド設定部（図示せず）および非常停止ボタン（図示せず）等を含む。オーバライド設定部は、例えば、主軸の回転速度のオーバライド値や加工の送り速度のオーバライド値等を設定することができる。

【0017】

工作機械１００は、また、該工作機械の工具マガジン（図示せず）や、自動工具交換装置（図示せず）、加工液供給装置、オイルエア供給装置、圧縮空気供給装置のような工作機械１００に付随する関連機器を制御する機械制御装置（図示せず）を備えている。

【0018】

テーブル１０６には、測定器としてレーザ測定器１３０が取り付けられている。レーザ測定器１３０は、テーブル１０６に固定されるベース部１３２から突出する一対の腕部１３４、１３６を有して、概ねＵ字形の測定器本体を有している。一対の腕部１３４、１３６の先端部には、細い１本のレーザ光線ＬＢを照射する投光器１３４ａと、レーザ光線ＬＢをを受光する受光器１３６ａが対設されている。レーザ測定器１３０は、投光器１３４ａから照射されるレーザ光線ＬＢが受光器１３６ａにおいて受光されなくなったときに、スキップ信号を出力する。

【0019】

レーザ測定器１３０は、レーザ光線ＬＢがＺ軸に垂直に照射されるように配置される。図１において、レーザ測定器１３０は、レーザ光線ＬＢがＹ軸に平行に照射されるように配置されているが、本発明は、これに限定されず、レーザ測定器１３０は、レーザ光線ＬＢがＸ軸に平行となるように配置してもよい。或いは、レーザ測定器１３０は、レーザ光線ＬＢが、Ｚ軸に垂直で、かつ、Ｘ軸およびＹ軸に非平行となるように配置してもよい。

【0020】

図１、図３において、主軸１１２の先端に装着された工具１１４は、シャンク部または軸部１１４ａと、軸部１１４ａの先端部に刃部１１４ｂとを有した軸付の回転研削工具である。刃部１１４ｂは、軸部１１４ａの先端部に形成した円筒状の台金（工具母材）の表面にダイヤモンド（ＰＣＤ）砥粒またはＣＢＮ砥粒をニッケルメッキにて表面に一層固着させて形成することができる。刃部１１４ｂは、円筒側面１１４ｃと、先端面１１４ｄとを有している。工具１１４は、多結晶焼結体で構成された回転切削工具であってもよい。

【0021】

工具１１４は、中心軸線Ｏに沿ったシャンク１１４ａおよび刃部１１４ｂの長さである工具長Ｌ_Tと、刃部１１４ｂの中心軸線Ｏ方向（長さ方向Ｌ）の寸法である刃長Ｌ_Cと、中心軸線Ｏに垂直な方向（半径方向Ｒ）の刃部１１４ｂの寸法である外径Ｒ_Tとを有している。工具長Ｌ_Tは、工具１１４を保持する工具ホルダによって規定されているゲージラインＧＬから工具１１４の先端（刃部１１４ｂの先端面１１４ｄ）までの長さとすることができる。工具長Ｌ_Tの基準点は、主軸１１２の端面から工具１１４の先端（刃部１１４ｂの先端面１１４ｄ）までの長さとしてもよい。

【0022】

本発明では、以下に説明するように、工具１１４が最初に主軸１１２に装着され加工する前に、未使用状態で工具１１４を回転させつつ、刃部１１４ｂの外径Ｒ_Tを長さ方向Ｌの所定の測定間隔（ステップ幅）Ｄ_Lで複数箇所測定し、図４に示すような側面１１４ｃの包絡線Ｅ₀を作成とともに、工具長Ｌ_Tを半径方向Ｒの所定の測定間隔Ｄ_Rで複数箇所測定し、図９に示すような先端面１１４ｄの包絡線Ｅ₀を作成する。なお、図４において、Ｌ_TP、Ｌ_TDは、それぞれ刃部１１４ｂの基端側の端面および先端面１１４ｄを示している。

【0023】

測定間隔Ｄ_L、Ｄ_Rは、砥粒の大きさ（直径）とレーザ光線ＬＢの直径のうち小さい方の寸法を基準に予め決定することができる。レーザ光線ＬＢの直径に比べて砥粒の直径が大きい場合には、１つの砥粒の最大寸法となる部分を逃さず測定できるように、例えば、砥粒の直径の１／２の寸法を測定間隔Ｄ_L、Ｄ_Rとすることができる。反対に、レーザ光線ＬＢの直径が砥粒の直径よりも小さい場合には、砥粒の直径を測定間隔Ｄ_L、Ｄ_Rとすることができる。更に、測定間隔Ｄ_L、Ｄ_Rは、砥粒が台金から脱離する、いわゆるチッピングの大きさに基づいて決定してもよい。

【0024】

次に、本発明の好ましい実施形態による工作機械のブロック図である図２を参照して、本発明の工具寿命判定装置について説明する。
工作機械１００は工具寿命判定装置１０を備えている。工具寿命判定装置１０は、測定制御部１２、加工距離計数部１４、寿命判定部１６、パラメータ設定部２４、表示部２６、加工前測定値記憶部２８を主要な構成要素として具備している。

【0025】

測定制御部１２、加工距離計数部１４、寿命判定部１６、パラメータ設定部２４および加工前測定値記憶部２８は、CPU（中央演算素子）、RAM（ランダムアクセスメモリ）やROM（リードオンリーメモリ）のようなメモリ装置、HDD（ハードディスクドライブ）やSSD（ソリッドステートドライブ）のような記憶デバイス、出入力ポート、時計機能を実装した集積回路より成るＲＴＣ（Real-Time-Clock）、および、これらを相互接続する双方向バスを含むコンピュータおよび関連するソフトウェアから構成することができる。工具寿命判定装置１０は、工作機械１００のＮＣ装置１５０または機械制御装置の一部としてソフトウェア的に構成してもよい。表示部２６は、操作盤２００の表示パネル２０２によって形成することができる。

【0026】

パラメータ設定部２４は、測定間隔設定部１８、加工距離設定部２０およびしきい値設定部２２を含んでいる。パラメータ設定部２４は、工作機械１００のオペレータが、工具寿命判定装置１０に対して工具寿命判定に必要なパラメータを入力、設定するための手段であって、例えば、操作盤２００の表示パネル２０２に測定間隔設定部１８、加工距離設定部２０およびしきい値設定部２２に対応した入力画面または入力ダイアログを表示することによって構成することができる。測定間隔設定部１８、加工距離設定部２０およびしきい値設定部２２は、こうした入力画面または入力ダイアログに加えて、キー入力部２０４、メモリ装置または記憶デバイスの対応の格納領域を含む。

【0027】

測定間隔設定部１８には、刃部１１４ｂの外径Ｒ_Tを測定する際の測定間隔Ｄ_Lおよび工具長Ｌ_Tを測定する際の測定間隔Ｄ_Rが入力、記憶される。加工距離設定部２０には、工具１１４の測定する頻度として、加工距離が入力、記憶される。つまり、本実施形態では、入力された距離だけ工具１１４を用いて加工を行ったときに、後述の測定を行うようになっている。しきい値設定部２２には、工具寿命判定に用いるしきい値が入力、記憶される。

【0028】

工具１１４の測定は、測定制御部１２からの移動指令に基づき、工具１１４を回転させながらレーザ測定器１３０に対して接近するよう相対移動して、該工具１１４がレーザ光線ＬＢを遮ったときに、レーザ測定器１３０からスキップ信号を出力して、そのときの座標位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸の各読取装置１７０、図１の例では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸スケール１１６、１２０、１１８から読取ることにより実行される。

【0029】

刃部１１４ｂの表面を清掃するために、空気噴出ノズル１２２をテーブル１０６に配設し、工具１１４の測定に際して、測定制御部１２からのクリーニング指令に基づいて、刃部１１４ｂの表面に向けて圧縮空気を噴出するようにしてもよい。

【0030】

次に、図５を参照して、刃部１１４ｂの外径Ｒ_Tを測定する方法を一層詳細に説明する。
ワークが交換され新たなワークがテーブル１０６に固定されると、該ワークの加工開始前に工具寿命判定工程が開始される。工具寿命判定工程が開始すると、測定制御部１２は、まず、主軸１１２に装着されている工具１１４に関連する工具情報をＮＣ装置１５０から受け取り、それに基づいて、刃部１１４ｂの側面について包絡線Ｅ₀の測定開始位置へ主軸１１２、つまり工具１１４を位置決めする（ステップＳ１０）。

【0031】

工具１１４に関連する工具情報は、例えば工具長Ｌ_T、工具径Ｒ_T、刃長Ｌ_Cおよび工具形状を含むことができる。工具形状は、刃部１１４ｂの形状が、図３に示すような円筒形状の他、刃部１１４ｂの側面１１４ｃと先端面１１４ｄとの間の隅部がＲ形状を呈するような形状や、刃部１１４ｂが、球形や、先端方向に収斂する円錐となる形状を含む。

【0032】

測定開始位置への工具１１４の位置決めは、測定制御部１２からＮＣ装置１５０へ測定指令（測定開始位置への移動指令）が出力され、ＮＣ装置１５０からＸ、Ｙ、Ｚ軸の各送り装置１６０へ送り指令が出力されることで実行される。測定開始位置は、例えば、図１に示すように、レーザ光線ＬＢがＹ軸に平行に照射されるように測定器１３０を配置されている場合、工具１１４が、レーザ光線ＬＢを遮ることなく投光器１３４ａと受光器１３６ａとの間に配置され、かつ、Ｘ軸方向に見たときに、レーザ光線ＬＢが、刃部１１４ｂにおいてシャンク１１４ａに近い方の基端側の端面から測定間隔Ｄ_Lだけ先端面１１４ｄに偏倚した位置である。

【0033】

次いで、測定間隔設定部１８から受け取った測定間隔Ｄ_Lに基づき、測定制御部１２は、レーザ光線ＬＢが、長さ方向Ｌに沿って刃部１１４ｂの先端面１１４ｄの方向に測定間隔Ｄ_Lを以て工具１１４に対して相対的に測定開始位置から順次に移動するように、工具１１４をレーザ光線ＬＢに対して位置決めし、次いで、回転する工具１１４をレーザ光線ＬＢに接近させて最大外径Ｒ_Tの測定し（ステップＳ１２）、測定した最大外径Ｒ_Tを加工前測定値記憶部２８に記憶する（ステップＳ１４）。

【0034】

更に、ステップＳ１２、１４を、刃部１１４ｂの先端面１１４ｄまで繰り返し（ステップＳ１６）、得られた複数の外径Ｒ_Tに基づき、図４に示すような、加工前の包絡線Ｅ₀を生成し、加工前測定値記憶部２８に記憶する（ステップＳ１８）。生成した包絡線Ｅ₀は表示部２６に表示するようにできる。

【0035】

次いで、測定済工具１１４を用いて加工が行われる。加工する間、加工距離計数部１４は、ＮＣ装置１５０から受け取った加工距離を積算、計数して、計数値を測定制御部１２へ出力する。測定制御部１２は、加工距離の設定値を加工距離設定部２０から受け取る。測定制御部１２は、１つの加工が終了したときに、加工距離計数部１４からの加工距離の計数値が、加工距離設定部２０からの加工距離の設定値と等しいか或いは大きくなったときに、再び工具１１４の測定を開始する。

【0036】

図６を参照すると、加工を終えた工具１１４について、図５のフローチャートのステップＳ１０～ステップＳ１６を実行して刃部１１４ｂの最大外径Ｒ_Tを測定する（ステップＳ２０）。寿命判定部１６は、測定結果に基づいて、加工後の包絡線Ｅ_M1（図７）を生成する（ステップＳ２２）。加工前と加工後の包絡線データから、ｎ番目の測定データを読み込み（ステップＳ２４）、加工前と加工後の刃部１１４ｂの外径Ｒ_Tの差を計算する（ステップＳ２６）。寿命判定部１６は、更に、しきい値設定部２２に設定されているしきい値を、しきい値設定部２２から受け取り、これを加工前と加工後の刃部１１４ｂの最大外径Ｒ_Tの差と比較する（ステップＳ２８）。ここでｎは、工具１１４の先端位置Ｌ_TDから基端位置Ｌ_TPへ向かって測定位置を１番目、２番目と数えたときのｎ番目のことである。

【0037】

加工前と加工後の刃部１１４ｂの最大外径Ｒ_Tの差が、しきい値よりも大きい場合（ステップＳ２８でYesの場合）、つまり、図８において円Ａで示すように、加工後の包絡線Ｅ_M2が、加工前の刃部１１４ｂの半径から設定されているしきい値を差し引いて生成した限界包絡線（しきい値包絡線）Ｅ_Cと少なくとも部分的に重なる場合、寿命判定部１６は、当該工具１１４は、寿命、異常な摩耗の進展、または、砥粒の欠損が生じたものと判定し、アラームを発生して、これを工作機械１００のオペレータに報知し（ステップＳ３０）、オペレータに工具交換を促す。或いは、アラームの発生と同時または発生後に、工作機械１００の自動工具交換装置（ATC）を用いて、使用済工具１１４を予備工具と交換するようにしてもよい。ここで包絡線Ｅ_M2は、包絡線Ｅ_M1を測定後、所定距離加工後に再度測定したものを表している。

【0038】

寿命判定部１６は、上記の加工前と加工後の刃部１１４ｂの外径Ｒ_Tの差と、設定されているしきい値との比較をし、刃部１１４ｂの刃長Ｌ_Cの全体に亘って繰り返し行う（ステップＳ３２）。外径Ｒ_Tの差がしきい値よりも小さい場合（ステップＳ２８でNoの場合）、寿命判定部１６は、現に主軸１１２に装着されている工具１１４は使用可能な正常工具であると判定し、こうして、該工具はそのままワークの加工に用いられる（ステップＳ３４）。

【0039】

なお、限界包絡線Ｅ_Cは、加工前の測定値からしきい値を差し引くことによって生成される。図７、８において、図７の限界包絡線Ｅ_C1と、図８の限界包絡線Ｅ_C2は、異なるように描かれている。これは、しきい値は、加工距離が長くなるのに応じて最大減寸限界位置に近づくように異なる複数の値を設定することができることを示している。更には、しきい値は、工具Ｔの種類または加工条件に応じて設定するようにしてもよい。

【0040】

刃部１１４ｂの先端面１１４ｄについても、図９、１０に示すように、包絡線を生成して工具１１４の寿命判定を行うことができる。
先端面１１４ｄの測定に際しては、レーザ光線ＬＢを遮らないように工具１１４をレーザ光線ＬＢの上方において、レーザ光線ＬＢが工具１１４の中心軸線Ｏと交差するように配置し、次いで、測定間隔Ｄ_Rを以て工具１１４をレーザ光線ＬＢに対してＸ軸またはＹ軸方向（図１の例ではＸ軸方向）に移動させ、次いで、Ｚ軸方向にレーザ光線ＬＢに接近させて、工具１１４の先端面１１４ｄがレーザ光線ＬＢを遮ったときのスキップ信号に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の座標値から、工具１１４の最大長さＬ_Tを計算し、これを繰り返して先端面１１４ｄの包絡線Ｅ_Cを生成することができる。加工前に測定した包絡線Ｅ₀から、しきい値を差し引いて限界包絡線Ｅ_Cを生成し、加工後に測定して包絡線Ｅ_Mを生成して、両者を比較することによって、現在、主軸１１２に装着されている工具１１４が使用可能であるか否かを判定することができる。

【0041】

測定器１３０は、既述の実施形態におけるレーザ測定器に替えて、カメラ（図示せず）を使用することもできる。図１１は、回転する工具１１４の刃部１１４ｂの側面をカメラにより複数の画角ＦV1、ＦV2、ＦV3に分割して撮像し、包絡線Ｅ₀を生成することを示している。工具の寿命判定は、上記と同様に行うことができる。

【0042】

以上説明したように、本発明によると、回転工具の最大外形の包絡線の加工前、加工後、しきい値の形状を表示装置の１つの画面に並べて表示するので、工具の寿命判定を可視化できる利点もある。また、寿命判定に用いるしきい値が、工具種類（切削工具、砥粒１層電着研削工具、砥粒多層研削工具等の別）、または加工条件（荒加工、仕上げ加工等の別）に応じて設定する構成になっている。更に、しきい値を加工距離が長くなるに従って徐々に最大減寸限界位置に近づくように設定できるので、比較的加工距離が短いのにアラームが出た場合、摩耗の異常進行があることを察知でき、早い段階でオペレータが介入して、原因の追求ができる。

【符号の説明】

【0043】

１０ 工具寿命判定装置
１２ 測定制御部
１４ 加工距離計数部
１６ 寿命判定部
１８ 測定間隔設定部
２０ 加工距離設定部
２２ 値設定部
２４ パラメータ設定部
２６ 表示部
２８ 加工前測定値記憶部
１００ 工作機械
１１２ 主軸
１１４ 工具
１３０ レーザ測定器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2021-12-27

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

更に、回転型の切削工具、例えばエンドミルには、フラットエンドミル、ラジアスエンドミル、ボールエンドミルのように複数の形態があり、その中に切れ刃の数、切れ刃の材質、荒削り／仕上げ削り用、被削材の硬度等の違いにより複数の種類がある。これら多種多様な回転工具の摩耗やチッピング等による寿命判定は、特許文献１に記載の工具具寿命管理方法では十分に対応できない。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、回転主軸に装着し切削加工または研削加工する回転工具の寿命判定を行う工作機械において、回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定する測定器と、加工前の回転工具を前記測定器で測定した加工前測定値を記憶する加工前測定値記憶部と、加工中の加工距離を積算、計数する加工距離計数部と、前記包絡線上の前記所定の間隔ごとに、減寸限界位置に基づいて、前記加工距離が長くなるほど大きくなるように、しきい値を設定する設定するしきい値設定部と、前記加工前測定値記憶部に記憶されている前記加工前測定値と、加工後の回転工具を前記測定器で測定した加工後測定値との差が、前記設定したしきい値よりも大きい場合、回転工具は寿命に達したと判定する寿命判定部とを具備する回転工具の寿命判定機能を有する工作機械が提供される。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明によれば、回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定することによって、回転工具の最大外形を測定するようにしたので、１つの砥粒が欠ける或いは脱離した場合や、切れ刃の一部に設定値より大きなチッピングを生じた場合であっても、それを検知し回転工具の寿命を正確に判定することが可能となる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転主軸に装着し切削加工または研削加工する回転工具の寿命判定を行う工作機械において、
回転中の回転工具の最大外形を表す包絡線上の位置を所定の間隔で測定する測定器と、
加工前の回転工具を前記測定器で測定した加工前測定値を記憶する加工前測定値記憶部と、
加工中の加工距離を積算、計数する加工距離計数部と、
前記包絡線上の前記所定の間隔ごとに、減寸限界位置に基づいて、前記加工距離が長くなるほど大きくなるように、しきい値を設定する設定するしきい値設定部と、
前記加工前測定値記憶部に記憶されている前記加工前測定値と、加工後の回転工具を前記測定器で測定した加工後測定値との差が、前記設定したしきい値よりも大きい場合、回転工具は寿命に達したと判定する寿命判定部と、
を具備することを特徴とした回転工具の寿命判定機能を有する工作機械。

【請求項2】

前記包絡線を表示する表示部を更に具備する請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記測定器は、前記工作機械のテーブル上に配設されたレーザ測定器であって、該レーザ測定器は、細い１本のレーザ光線を照射する投光器と、該投光器に対設され前記レーザ光線を受光する受光器とを備え、前記レーザ測定器が遮られたときにスキップ信号を出力するようになっている請求項１に記載の工作機械。

【請求項4】

前記レーザ測定器からスキップ信号が出力されたときの工作機械のＸ、Ｙ、Ｚの座標値から前記回転工具の最大外形を測定するようにした請求項３に記載の工作機械。