DE112016002313T5

DE112016002313T5 - Device for assessing tool wear

Info

Publication number: DE112016002313T5
Application number: DE112016002313.8T
Authority: DE
Inventors: Shizuo Nishikawa; Yohei Oda; Kimiyuki NISHIMURA; Kazuya Okoshi
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2018-03-08
Also published as: JP2016215333A; JP5937727B1; WO2016189911A1

Abstract

Bereitstellung einer Beurteilungsvorrichtung (20), mit der mittels eines anschaulichen Mittels der Verschleißzustand eines Werkzeugs beurteilt werden kann, ohne dass die Bearbeitungszeit und die Bearbeitungspräzision beeinflusst werden. Aufweisen eines Schwingungsdetektors (21), der bei der Bearbeitung eines Werkstücks (W) durch ein Werkzeug (T) mittels einer Werkzeugmaschine (1) entstehende Bearbeitungsschwingungen detektiert, einer Frequenzanalysekomponente (22), die die durch den Schwingungsdetektor (21) detektierten Schwingungsdaten mit einem vorgegebenen Abtastintervall einer Spektralanalyse unterzieht, einer Konturdiagrammerstellungskomponente (24), die auf der Basis des durch die Frequenzanalysekomponente (22) der Reihe nach analysierten Frequenzspektrums ein Konturdiagramm erstellt, das die Intensität der jeweiligen Frequenzanteile pro jeweiliger Zeit farblich klassifiziert ausdrückt, und einer Anzeigevorrichtung (26) besteht, die ein Display (27) aufweist und das durch die Konturdiagrammerstellungskomponente (24) erstellte Konturdiagramm auf dem Display (27) anzeigt.Providing a judging device (20) capable of judging, by means of an illustrative means, the wear state of a tool without affecting the machining time and the machining precision. Comprising a vibration detector (21) detecting processing vibrations generated by machining a workpiece (W) by a tool (T) by a machine tool (1), a frequency analysis component (22) including the vibration data detected by the vibration detector (21) spectral analysis, a contour plotter component (24) which, on the basis of the frequency spectrum analyzed sequentially by the frequency analysis component (22), generates a contour plot expressing the intensity of the respective frequency components per colorized time, and a display device (26 ) having a display (27) and displaying on the display (27) the contour plot created by the contour plotter component (24).

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beurteilungsvorrichtung, mit der ein Bediener bei einer Bearbeitung mittels einer Werkzeugmaschine, den Verschleißzustand eines Werkzeugs während der Bearbeitung, auch ohne die Durchführung einer direkten visuellen Erfassung des Werkzeugs, durch ein anderes anschauliches Mittel beurteilen kann.The present invention relates to a judging device that allows an operator to judge, by another machine, the state of wear of a tool during machining even without performing a direct visual detection of the tool when machining by means of a machine tool.

[Hintergrundtechnologie][Background Technology]

Herkömmlich ist als ein Verfahren zur Detektion der Verschleißgrenze ein in der JP Patentoffenlegung Nr. 2012-76168 (nachstehende Patentliteratur 1) offenbartes Detektionsverfahren bekannt.Conventionally, as a method for detecting the wear limit in the Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-76168 (See Patent Literature 1 below) disclosed detection method.

Bei diesem Detektionsverfahren handelt es sich um eine Detektion der Verschleißgrenze eines Werkzeugs, die auf den während einer Bearbeitung entstehenden Bearbeitungsschwingungen basiert, wobei zunächst das Werkzeug oder das Bearbeitungsobjekt im Nichtbearbeitungszustand mit einer ersten Rotationsgeschwindigkeit rotiert wird und die Schwingungen detektiert werden, und basierend auf dem Maximalwert der Schwingungen ein Schwellenwert eingestellt wird.This detection method is a detection of the wear limit of a tool based on the machining vibration generated during machining, in which first the tool or the machining object is rotated in the non-machining state at a first rotational speed and the vibrations are detected, and based on the maximum value a threshold is set for the vibrations.

Als Nächstes erfolgt eine Bearbeitung mit der ersten Rotationsgeschwindigkeit, wobei die während der Bearbeitung detektierten Schwingungen mit dem Schwellenwert verglichen werden, festgestellt wird, ob die detektierten Schwingungen den Schwellenwert überschreiten, und wenn die detektierten Schwingungen den Schwellenwert überschreiten, die zum Maximum der Schwingungen werdende Frequenz als erste Frequenz erworben wird.Next, machining is performed at the first rotational speed, comparing the vibrations detected during machining with the threshold, determining whether the detected vibrations exceed the threshold, and if the detected vibrations exceed the threshold, the frequency becoming the maximum of the vibrations is acquired as the first frequency.

Anschließend erfolgt eine Bearbeitung mit einer von der ersten Rotationsgeschwindigkeit abweichenden zweiten Rotationsgeschwindigkeit, wobei die während der Bearbeitung detektierten Schwingungen mit dem Schwellenwert verglichen werden, festgestellt wird, ob die detektierten Schwingungen den Schwellenwert überschreiten, und wenn die detektierten Schwingungen den Schwellenwert überschreiten, die zum Maximum der Schwingungen werdende Frequenz als zweite Frequenz erworben wird, die erste Frequenz mit der zweiten Frequenz verglichen wird, und für den Fall, dass beide übereinstimmen, oder die Differenz der beiden in einem vorab eingestellten Bereich liegt, beurteilt wird, dass das Werkzeug die Verschleißgrenze erreicht hat.Subsequently, a processing is performed with a second rotational speed deviating from the first rotational speed, wherein the vibrations detected during processing are compared with the threshold value, it is determined whether the detected vibrations exceed the threshold value and if the detected vibrations exceed the threshold value, which is the maximum the oscillation frequency is acquired as the second frequency, the first frequency is compared with the second frequency, and in the case that both coincide, or the difference of the two is in a preset range, it is judged that the tool reaches the wear limit Has.

Folglich handelt es sich darum, dass gemäß dem herkömmlichen Detektionsverfahren dadurch, dass eine Bearbeitung erfolgt, indem die Rotationsgeschwindigkeit geändert wird, die Verschleißgrenze des Werkzeugs in einem Zustand festgestellt werden, in dem regenerative Ratterschwingungen ausgenommen sind, wobei es ferner nicht erforderlich ist, einen Referenzwert für die Beurteilung der Verschleißgrenze des Werkzeugs z. B. durch eine Testbearbeitung vorab vorzubereiten, sodass innerhalb einer kurzen Zeit die Verschleißgrenze des Werkzeugs festgestellt werden kann.Consequently, according to the conventional detection method, by machining by changing the rotational speed, the wear limit of the tool is detected in a state where regenerative chatter vibrations are excluded, and further, it is not necessary to set a reference value for the assessment of the wear limit of the tool z. B. prepare by a trial before, so that within a short time the wear limit of the tool can be determined.

[Literatur des Standes der Technik][Literature of the Prior Art]

[Patentliteratur][Patent Literature]

[Patent Literature 1] JP Laid-Open Publication No. 2012-76168

[Überblick über die Erfindung][Overview of the Invention]

[Technische Aufgabe der Erfindung]Technical Problem of the Invention

Bei dem vorstehenden herkömmlichen Detektionsverfahren ist es jedoch erforderlich, die Verarbeitung der Einstellung des Schwellenwerts für die Detektion der Verschleißgrenze des Werkzeugs und die Verarbeitung der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit bei der Bearbeitung in Kooperation mit einer numerischen Steuervorrichtung auszuführen, sodass das Problem bestand, dass sich die Ausführungszeit des Bearbeitungsprogramms bei der numerischen Steuervorrichtung (anders ausgedrückt, die Bearbeitungszeit) durch diese Verarbeitungen verlängert. In den letzten Jahren wird auf dem Gebiet der Bearbeitung mittels einer Werkzeugmaschine unaufhörlich versucht, die Bearbeitungszeit so weit wie möglich zu verkürzen, sodass das Problem besteht, dass trotz des Vorteils einer Detektierbarkeit der Verschleißgrenze des Werkzeugs, nicht übersehen werden kann, dass sich dadurch die Bearbeitungszeit verlängert.However, in the above conventional detection method, it is necessary to carry out the processing of setting the threshold for detection of the wear limit of the tool and the processing of changing the rotational speed of machining in cooperation with a numerical control device, so that the problem was that the execution time of the machining program at the numerical control device (in other words, the machining time) is prolonged by these processings. In recent years, in the field of machining by means of a machine tool, it has been ceaselessly attempted to shorten the machining time as much as possible, so that there is a problem that despite the advantage of detecting the wear limit of the tool, it can not be overlooked Processing time extended.

Ferner wird, wie vorstehend ausgeführt, bei dem herkömmlichen Detektionsverfahren die Rotationsgeschwindigkeit bei der Bearbeitung verändert, d. h., die Bearbeitungsbedingungen werden verändert, sodass das Problem besteht, dass selbst wenn es sich um eine geringfügige Änderung handelt, die Bearbeitungspräzision hierdurch beeinflusst wird.Further, as stated above, in the conventional detection method, the rotational speed is changed during machining, that is, as shown in FIG. h., the machining conditions are changed, so that the problem is that even if it is a slight change, the machining precision is influenced thereby.

Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung der vorstehenden Tatsachen und beabsichtigt die Bereitstellung einer Beurteilungsvorrichtung, mit der mittels eines anschaulichen Mittels der Verschleißzustand eines Werkzeugs beurteilt werden kann, ohne dass die Bearbeitungszeit und die Bearbeitungspräzision beeinflusst werden.The present invention has been made in consideration of the above facts and is intended to provide a judging device capable of judging, by means of an illustrative means, the wear state of a tool without affecting the machining time and the machining precision.

[Mittel zum Lösen der Aufgabe] [Means to solve the task]

Um diese Aufgabe zu lösen, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes, die aus einem Schwingungsdetektor, der Bearbeitungsschwingungen detektiert, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks durch ein Werkzeug mittels einer Werkzeugmaschine entstehen,
einer Frequenzanalysekomponente, die die durch den Schwingungsdetektor detektierten Schwingungsdaten mit einem vorgegebenen Abtastintervall einer Spektralanalyse unterzieht,
einer Konturdiagrammerstellungskomponente, die auf der Basis des durch die Frequenzanalysekomponente mit dem Abtastintervall der Reihe nach analysierten Frequenzspektrums ein Konturdiagramm erstellt, das die Intensität der jeweiligen Frequenzanteile pro jeweiliger Zeit farblich klassifiziert ausdrückt, und
einer Anzeigevorrichtung besteht, die ein Display aufweist und das durch die Konturdiagrammerstellungskomponente erstellte Konturdiagramm auf dem Display anzeigt.In order to achieve this object, the present invention is an apparatus for judging tool wear, which is comprised of a vibration detector detecting machining vibrations generated by machining a workpiece by a tool by means of a machine tool.
a frequency analysis component which spectrally analyzes the vibration data detected by the vibration detector at a predetermined sampling interval,
a contour plotter component that, based on the frequency spectrum sequentially analyzed by the frequency analysis component at the sampling interval, generates a contour plot expressing the intensity of the respective frequency components per colorized time, and
a display device having a display and displaying the contour plot created by the contour plotter component on the display.

Bei der Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes gemäß der vorliegenden Erfindung werden mittels des Schwingungsdetektors bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs entstehende Bearbeitungsschwingungen detektiert, und die durch den Schwingungsdetektor detektierten Schwingungsdaten werden durch die Frequenzanalysekomponente mit einem vorgegebenen Abtastintervall einer Spektralanalyse unterzieht. Dann wird auf der Basis des mit dem Abtastintervall der Reihe nach analysierten Frequenzspektrums durch die Konturdiagrammerstellungskomponente ein Konturdiagramm des Frequenzspektrums erstellt, das die Intensität der jeweiligen Frequenzanteile pro jeweiliger Zeit farblich klassifiziert ausdrückt, und das erstellte Konturdiagramm auf dem Display der Anzeigevorrichtung angezeigt.In the tool wear judging apparatus according to the present invention, machining vibrations produced by the vibration detector when machining a workpiece by means of a tool are detected, and the vibration data detected by the vibration detector is spectrally analyzed by the frequency analysis component at a predetermined sampling interval. Then, on the basis of the frequency spectrum analyzed sequentially with the sampling interval, a contour plot of the frequency spectrum expressing the intensity of the respective frequency components per colorized time is generated by the contour plotter component, and the created contour plot is displayed on the display of the display device.

Gemäß den erworbenen Erkenntnissen der Erfinder der vorliegenden Erfindung, verstärkt sich beim Fortschreiten des Verschleißes eines Werkzeugs allmählich die Intensität bestimmter Frequenzanteile. Folglich stellt die Anzeigefarbe bei einem Konturdiagramm, das durch die Konturdiagrammerstellungskomponente erstellt wurde und auf dem Display angezeigt wird, im Neuzustand des Werkzeugs, in dem kein Verschleiß vorliegt, eine schwache Intensität dar, da sich die Intensität bezüglich der gesamten Frequenzanteile in einem schwachen Zustand befindet. Schreitet andererseits durch die Bearbeitung der Verschleiß des Werkzeugs fort, wird die Intensität der bestimmten Frequenzanteile, wie vorstehend ausgeführt, allmählich stärker, sodass auch der Farbton des Konturdiagramms in dem Abschnitt, der diesen Frequenzanteilen entspricht, eine Färbung annimmt, die eine starke Intensität dargestellt.According to the acquired knowledge of the inventors of the present invention, as the wear of a tool progresses, the intensity of certain frequency components gradually increases. Thus, in the case of a contour plot created by the contour plotter component and displayed on the display, the display color is a weak intensity when the tool is not wearing in the new state because the intensity is in a weak state with respect to the entire frequency components , On the other hand, as the machining progresses, the wear of the tool proceeds, the intensity of the predetermined frequency components gradually becomes stronger, as mentioned above, so that the hue of the contour diagram in the section corresponding to these frequency components also takes on a coloration representing a high intensity.

Folglich kann der Bediener anhand der Färbung des Konturdiagramms, das auf dem Display angezeigt wird, die Stärke der auf das Werkzeug wirkenden Schwingungen visuell erfassen, und dadurch den Verschleißzustand des Werkzeugs visuell beurteilen. Ferner ist für die Erstellung des Konturdiagramms die Kooperation mit einer numerischen Steuervorrichtung nicht unbedingt erforderlich, sodass es nicht zu dem Mangel einer Verlängerung der Bearbeitungszeit wie bei dem herkömmlichen Detektionsverfahren kommt, und da außerdem keine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit erforderlich ist, wird auch die Bearbeitungspräzision nicht beeinflusst.Consequently, the operator can visually detect the magnitude of the vibrations acting on the tool from the coloring of the contour graph displayed on the display, thereby visually judging the wear state of the tool. Further, the cooperation with a numerical control device is not necessarily required for the generation of the contour diagram, so that there is no shortage of an extension of the processing time as in the conventional detection method, and further, since no change in the rotation speed is required, the machining precision is not affected ,

Ferner umfassen die Farben achromatische Farben und chromatische Farben, wobei für eine farbliche Klassifizierung bei einer achromatischen Farbe der unterschiedliche Zustand der Helligkeit und bei einer chromatischen Farbe der unterschiedliche Zustand von entweder des Farbtons, der Farbsättigung oder der Helligkeit verwendbar ist. Zur Präzisierung der Änderung des Frequenzspektrums ist es jedoch bevorzugt, chromatische Farben zu bestimmen und sowohl durch den Farbton, die Farbsättigung und die Helligkeit farblich zu klassifizieren.Further, the colors include achromatic colors and chromatic colors, and for a color classification in an achromatic color, the different state of the brightness and in a chromatic color the different state of either the hue, the chroma or the brightness is usable. However, in order to specify the change of the frequency spectrum, it is preferable to determine chromatic colors and to color-classify by the hue, the color saturation and the brightness.

Es kann ferner ein beliebiger Schwingungsdetektor verwendet werden, solange hiermit Bearbeitungsschwingungen detektiert werden können, wobei als Beispiel ein Beschleunigungsmesser dienen kann, der in der Nähe der Komponente, auf die sich die Bearbeitung auswirkt, angeordnet wird, und die Schwingungen detektiert, die durch die Bearbeitung auf die Komponente wirken, auf die sich die Bearbeitung auswirkt, oder ein Mikrofon, das in dem Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine angeordnet wird, und die durch die Bearbeitung entstehenden Bearbeitungsgeräusche sammelt.Further, any vibration detector may be used as long as machining vibration can be detected therewith, by way of example, an accelerometer may be provided near the component to which the machining is applied, and the vibration detected by the machining act on the component that the processing affects, or a microphone that is placed in the processing area of the machine tool, and collects the machining noise resulting from the processing.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Konturdiagrammerstellungskomponente auch so aufgebaut sein, dass ein vorgegebenes Frequenzspektrum in einer früheren Referenzzeit, bei dem es sich um ein durch die Frequenzanalysekomponente analysiertes Frequenzspektrum handelt, als Referenzfrequenzspektrum gegeben wird, aus der Differenz zwischen dem Referenzfrequenzspektrum und dem Frequenzspektrum, das durch die Frequenzanalysekomponente der Reihe nach analysiert wurde, der Reihe nach ein Differenzfrequenzspektrum berechnet wird, und auf der Basis des berechneten Differenzfrequenzspektrums ein Konturdiagramm erstellt wird.In the present invention, the contour plotter component may also be constructed such that a predetermined frequency spectrum in an earlier reference time, which is a frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component, is given as a reference frequency spectrum, from the difference between the reference frequency spectrum and the frequency spectrum was sequentially analyzed by the frequency analysis component, a difference frequency spectrum is sequentially calculated, and a contour plot is made on the basis of the calculated difference frequency spectrum.

Da sich, wie vorstehend ausgeführt, bei dem Konturdiagramm im Neuzustand eines Werkzeugs, in dem kein Verschleiß vorliegt, die Intensität bezüglich der gesamten Frequenzanteile in einem schwachen Zustand befindet, wird die angezeigte Farbe in einer schwachen Intensität dargestellt, schreitet jedoch durch die Bearbeitung der Verschleiß des Werkzeugs fort, wird die Intensität bestimmter Frequenzanteile allmählich stärker, sodass auch der Farbton des Konturdiagramms in dem Abschnitt, der diesen Frequenzanteilen entspricht, eine Färbung annimmt, die eine starke Intensität anzeigt.Since, as stated above, in the contour diagram in the new state of a tool in which there is no wear, the intensity with respect to the entire frequency components is in a weak state, the displayed color is displayed in a weak intensity, but proceeds through the processing of the wear of the tool, the intensity of certain frequency components gradually stronger, so that the hue of the contour diagram in the section, the corresponding to these frequency proportions, assumes a coloration indicating a high intensity.

Infolgedessen kann dadurch, dass ein vorgegebenes Frequenzspektrum in einer früheren Referenzzeit als Referenzfrequenzspektrum gegeben wird, und aus der Differenz zwischen dem Referenzfrequenzspektrum und dem Frequenzspektrum, das durch die Frequenzanalysekomponente der Reihe nach analysiert wurde, das Differenzfrequenzspektrum der Reihe nach berechnet wird, das Frequenzspektrum, das auf den Verschleiß des Werkzeugs zurückzuführen ist, berechnet werden, und dadurch, dass das Konturdiagramm auf der Basis des berechneten Differenzfrequenzspektrums erstellt wird, kann durch das Konturdiagramm der Verschleißzustand des Werkzeugs direkt ausgedrückt werden. Folglich kann der Bediener durch die visuelle Erfassung dieses Konturdiagramms den Verschleiß des Werkzeugs noch exakter erkennen.As a result, by giving a predetermined frequency spectrum in an earlier reference time as the reference frequency spectrum and the difference between the reference frequency spectrum and the frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component in sequence, the difference frequency spectrum can be calculated in order, the frequency spectrum due to wear of the tool, and in that the contour plot is generated based on the calculated difference frequency spectrum, the contour plot can directly express the state of wear of the tool. Consequently, by visually acquiring this contour plot, the operator can more accurately detect tool wear.

Im Übrigen kann als Referenzfrequenzspektrum ein Frequenzspektrum zu einem spezifischen Zeitpunkt eingestellt werden, wie z. B. das Frequenzspektrum zum Zeitpunkt des Neuzustandes des Werkzeugs, es ist jedoch auch möglich, ein Frequenzspektrum zu einem bestimmten Zeitpunkt vor der aktuellen Zeit einzustellen.Incidentally, as the reference frequency spectrum, a frequency spectrum can be set at a specific time, such as. However, it is also possible to set a frequency spectrum at a certain time before the current time.

Oder, bei der vorliegenden Erfindung ist auch ein Aufbau möglich, bei dem die Konturdiagrammerstellungskomponente ein Konturdiagramm erstellt, das dem Frequenzspektrum entspricht, das durch die Frequenzanalysekomponente in einem Abtastintervall der Reihe nach analysiert wird,
ein vorgegebenes Frequenzspektrum in einer früheren Referenzzeit, bei dem es sich um ein durch die Frequenzanalysekomponente analysiertes Frequenzspektrum handelt, als Referenzfrequenzspektrum gegeben wird, aus der Differenz zwischen dem Referenzfrequenzspektrum und dem Frequenzspektrum, das durch die Frequenzanalysekomponente der Reihe nach analysiert wird, der Reihe nach ein Differenzfrequenzspektrum berechnet, und ein dem berechneten Differenzfrequenzspektrum entsprechendes Konturdiagramm erstellt,
und die Anzeigevorrichtung die beiden durch die Konturdiagrammerstellungskomponente erstellten Konturdiagramme auf dem Display gleichzeitig anzeigt.Or, in the present invention, a structure is also possible in which the contour plotter component creates a contour plot corresponding to the frequency spectrum analyzed in sequence by the frequency analysis component in a sampling interval.
a predetermined frequency spectrum in an earlier reference time, which is a frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component, is given as a reference frequency spectrum, from the difference between the reference frequency spectrum and the frequency spectrum analyzed in sequence by the frequency analysis component, in order Calculates the difference frequency spectrum, and generates a contour diagram corresponding to the calculated difference frequency spectrum,
and the display device simultaneously displays the two contour graphs created by the contour plotter component on the display.

Auf diese Art und Weise kann der Bediener, indem er sich des auf dem Display angezeigten Konturdiagramms vergewissert, das dem aktuellen Frequenzspektrum entspricht, die Stärke der auf das Werkzeug wirkenden Schwingungen visuell erfassen, und ferner, indem er sich des gleichzeitig auf dem Display angezeigten Konturdiagramms vergewissert, das dem Differenzfrequenzspektrum entspricht, den Verschleißzustand des Werkzeugs exakt beurteilen.In this way, by making sure of the contour plot displayed on the display, which corresponds to the current frequency spectrum, the operator can visually detect the magnitude of the vibrations acting on the tool, and also by looking at the contour graph simultaneously displayed on the display assured that corresponds to the difference frequency spectrum, the wear condition of the tool accurately assess.

Ferner kann die Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes außerdem noch eine Warnungskomponente aufweisen, die einen Alarm ausgibt, wenn die Summe der Differenzfrequenzspektren oder der Maximalwert von deren Absolutwerten einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt.Furthermore, the device for assessing a tool wear may also have a warning component that outputs an alarm if the sum of the difference frequency spectra or the maximum value of their absolute values exceeds a predetermined reference value.

Wie vorstehend ausgeführt, wird die Intensität von spezifischen Frequenzen mit dem Fortschreiten des Verschleißes eines Werkzeugs durch die Bearbeitung allmählich stärker, und das Differenzfrequenzspektrum stellt das durch den Werkzeugverschleiß verursachte Frequenzspektrum dar. Dadurch kann beurteilt werden, dass der Werkzeugverschleiß die Grenze erreicht hat, wenn die Summe der Differenzfrequenzspektren einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt, und ferner kann in gleicher Weise beurteilt werden, dass der Werkzeugverschleiß die Grenze erreicht hat, wenn der Maximalwert der jeweiligen Absolutwerte der Differenzfrequenzspektren einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt. Wenn in einem solchen Fall durch eine Warnungskomponente ein Alarm ausgegeben wird, kann daher von der numerischen Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine oder dem Bediener unabhängig von einem optischen Mittel objektiv erkannt werden, dass das Werkzeug die Verschleißgrenze erreicht hat.As stated above, the intensity of specific frequencies gradually increases as the wear of a tool through machining progresses, and the difference frequency spectrum represents the frequency spectrum caused by tool wear. Thus, it can be judged that the tool wear has reached the limit when the tool wear occurs Furthermore, it can be similarly judged that the tool wear has reached the limit when the maximum value of the respective absolute values of the difference frequency spectra exceeds a predetermined reference value. Therefore, if an alarm is issued by a warning component in such a case, it can be objectively recognized by the numerical control device of the machine tool or the operator, independently of an optical means, that the tool has reached the wear limit.

Außerdem kann die Warnungskomponente auch so aufgebaut sein, dass sie in einem solchen Fall an die numerische Steuervorrichtung ein Betriebsstoppsignal ausgibt. Auf diese Weise kann durch die numerische Steuervorrichtung der Bearbeitungsvorgang gestoppt werden, wenn das Werkzeug die Verschleißgrenze erreicht hat, sodass eine Beschädigung des Werkzeugs vorab verhindert werden kann und auch eine Beschädigung des Werkstücks oder der Werkzeugmaschine durch die Beschädigung des Werkzeugs verhindert werden kann.In addition, the warning component may also be configured to output an operation stop signal to the numerical control device in such a case. In this way, by the numerical control device, the machining operation can be stopped when the tool has reached the wear limit, so that damage of the tool can be prevented in advance and also damage to the workpiece or the machine tool can be prevented by the damage of the tool.

[Wirkungen der Erfindung][Effects of the Invention]

Wie vorstehend detailliert erläutert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bediener anhand der Färbung des auf dem Display angezeigten Konturdiagramms die Stärke der auf das Werkzeug wirkenden Schwingungen visuell erfassen, und dadurch den Verschleißzustand des Werkzeugs visuell beurteilen. Ferner ist für die Erstellung des Konturdiagramms die Kooperation mit einer numerischen Steuervorrichtung nicht unbedingt erforderlich, sodass es nicht zu dem Mangel einer Verlängerung der Bearbeitungszeit wie bei dem herkömmlichen Detektionsverfahren kommt, und da außerdem keine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit erforderlich ist, wird auch die Bearbeitungspräzision nicht beeinflusst.As explained in detail above, according to the present invention, an operator can visually detect the magnitude of the vibrations acting on the tool based on the coloring of the contour graph displayed on the display, and thereby visually judge the wear state of the tool. Furthermore, the cooperation with a numerical control device is not absolutely necessary for the creation of the contour diagram, so that it does not lead to the lack of an extension of the Processing time as in the conventional detection method comes, and also since no change in the rotation speed is required, the machining precision is not affected.

Wird ferner das Konturdiagramm auf der Basis eines Differenzfrequenzspektrums erstellt, drückt das Konturdiagramm den Verschleißzustand des Werkzeugs direkt aus, sodass der Bediener durch die visuelle Erfassung dieses Konturdiagramms den Verschleiß des Werkzeugs exakter erkennen kann.Further, when the contour plot is created based on a difference frequency spectrum, the contour plot expresses the wear condition of the tool directly so that the operator can more accurately recognize the wear of the tool by visually acquiring this contour plot.

Ferner kann beurteilt werden, dass der Werkzeugverschleiß die Grenze erreicht hat, wenn die Summe der Differenzfrequenzspektren einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt, oder in gleicher Weise kann beurteilt werden, dass der Werkzeugverschleiß die Grenze erreicht hat, wenn der Maximalwert der jeweiligen Absolutwerte der Differenzfrequenzspektren einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt, sodass, wenn in einem solchen Fall durch die Warnungskomponente ein Alarm ausgegeben wird, von der numerischen Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine oder dem Bediener unabhängig von einem optischen Mittel objektiv erkannt werden kann, dass das Werkzeug die Verschleißgrenze erreicht hat.Further, it can be judged that the tool wear has reached the limit when the sum of the difference frequency spectrums exceeds a predetermined reference value, or similarly it can be judged that the tool wear has reached the limit when the maximum value of the respective absolute values of the difference frequency spectra becomes a predetermined reference value exceeds, so that if in such a case by the warning component an alarm is issued, can be objectively recognized by the numerical control device of the machine tool or the operator independently of an optical means that the tool has reached the wear limit.

Außerdem kann, wenn von der Warnungskomponente in einem solchen Fall an die numerische Steuervorrichtung ein Betriebsstoppsignal ausgegeben wird, eine Beschädigung des Werkzeugs durch den Verschleiß vorab verhindert werden und ferner kann eine Beschädigung des Werkstücks oder der Werkzeugmaschine durch die Beschädigung des Werkzeugs verhindert werden.In addition, when the malfunction component is outputted from the warning component to the numerical control device in such a case, damage to the tool by the wear can be prevented in advance, and further damage to the workpiece or the machine tool due to the damage of the tool can be prevented.

[Kurze Erläuterung der Figur][Brief explanation of the figure]

1 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Werkzeugmaschine und eine Vorrichtung zur Beurteilung des Werkzeugverschleißes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 FIG. 11 is an explanatory view showing a machine tool and a tool wear evaluating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

2 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Konturdiagramms bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 Fig. 12 is an explanatory diagram showing an example of a contour diagram in the present embodiment.

3 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Konturdiagramms bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3 Fig. 12 is an explanatory diagram showing an example of a contour diagram in the present embodiment.

4 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Konturdiagramms bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 4 Fig. 12 is an explanatory diagram showing an example of a contour diagram in the present embodiment.

5 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Konturdiagramms bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 5 Fig. 12 is an explanatory diagram showing an example of a contour diagram in the present embodiment.

6 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Konturdiagramms bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 6 Fig. 12 is an explanatory diagram showing an example of a contour diagram in the present embodiment.

[Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]Embodiment of the Present Invention

Im Folgenden wird eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren erläutert. 1 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Vorrichtung zur Beurteilung des Werkzeugverschleißes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Werkzeugmaschine zeigt, an der diese Vorrichtung zur Beurteilung des Werkzeugverschleißes montiert ist. Im Folgenden wird zunächst der schematische Aufbau einer Werkzeugmaschine 1 erläutert, und dann wird der konkrete Aufbau einer Vorrichtung zur Beurteilung des Werkzeugverschleißes 20 des vorliegenden Beispiels erläutert.Hereinafter, a concrete embodiment of the present invention will be explained with reference to the figures. 1 FIG. 11 is an explanatory diagram showing a tool wear evaluating apparatus according to an embodiment of the present invention and a machine tool on which this tool wear evaluating apparatus is mounted. FIG. The following is the schematic structure of a machine tool 1 explains, and then the concrete structure of a device for assessing tool wear 20 of the present example explained.

Bei der Werkzeugmaschine 1 handelt es sich, wie in 1 dargestellt, um eine NC-Drehbank, die ausgestattet ist mit einem Bewegungsmechanismus 2, der aus einem Bett 3, einem auf dem Bett 3 angeordneten Spindelkasten 4, einem Schlitten 7 usw. gebildet wird, und einer numerischen Steuervorrichtung 10, die den Betrieb des Bewegungsmechanismus 2 steuert.At the machine tool 1 is it, as in 1 shown to be an NC lathe, which is equipped with a moving mechanism 2 who is from a bed 3 one on the bed 3 arranged headstock 4 a sled 7 etc., and a numerical control device 10 that the operation of the movement mechanism 2 controls.

Der Spindelkasten 4 hält eine Spindel 5 frei drehbar, und dreht die Spindel 5 durch einen eingebauten Spindelmotor um das Achsenzentrum. Ferner ist an der Spitze der Spindel 5 ein Spannfutter 6 befestigt, wobei durch das Spannfutter 6 ein Werkstück W gegriffen wird. Der Schlitten 7 ist in Z-Achsenrichtung entlang der Achse der Spindel 5 bewegbar, wobei auf dem Schlitten 7 ein Werkzeughalter 8 angeordnet ist, und der Werkzeughalter 8 in die zur Z-Achse orthogonale X-Achsenrichtung bewegbar ist. Ferner ist auf der Seite der Spindel 5 des Schlittens 8 ein Revolverkopf 9 befestigt, und an dem Revolverkopf 9 wird ein Werkzeug T befestigt.The headstock 4 holds a spindle 5 freely rotatable, and turns the spindle 5 by a built-in spindle motor around the axis center. Further, at the top of the spindle 5 a chuck 6 fastened, passing through the chuck 6 a workpiece W is gripped. The sled 7 is in the Z-axis direction along the axis of the spindle 5 movable, being on the slide 7 a tool holder 8th is arranged, and the tool holder 8th in the Z-axis orthogonal X-axis direction is movable. Further, on the side of the spindle 5 of the sled 8th a turret 9 attached, and on the turret 9 a tool T is attached.

Der Schlitten 7 bewegt sich durch einen nicht dargestellten Z-Achsen-Antriebsmechanismus in die Z-Achsenrichtung und der Werkzeughalter 8 bewegt sich durch einen ebenfalls nicht dargestellten X-Achsen-Antriebsmechanismus in die X-Achsenrichtung. Dann wird die Operation des Spindelantriebsmotors (nicht dargestellt), des X-Achsen-Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) und des Z-Achsen-Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) jeweils durch die numerische Steuervorrichtung 10 gesteuert.The sled 7 moves through a not shown Z-axis drive mechanism in the Z-axis direction and the tool holder 8th moves through an also not shown X-axis drive mechanism in the X-axis direction. Then, the operation of the spindle drive motor (not shown), the X-axis drive mechanism (not shown) and the Z-axis drive mechanism (not shown) are respectively performed by the numerical control device 10 controlled.

Folglich wird unter der Steuerung durch die numerische Steuervorrichtung 10 das Werkstück W durch das Werkzeug T bearbeitet, indem sich in dem Zustand, in dem die Spindel 5 sich um das Achsenzentrum dreht, das Werkstück W und das Werkzeug T in der X-Z-Ebene relativ bewegen.Consequently, under the control of the numerical control device 10 the workpiece W is machined by the tool T by moving in the state in which the spindle 5 rotating about the axis center, relatively moving the workpiece W and the tool T in the XZ plane.

Die Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes 20 wird aus einem an dem Werkzeughalter 8 befestigten Beschleunigungsmesser 21, einer Frequenzanalysekomponente 22, einer Analysedatenspeicherkomponente 23, einer Konturdiagrammerstellungskomponente 24, einer Warnungskomponente 25 und einer Anzeigevorrichtung 26 gebildet. The device for assessing tool wear 20 becomes one on the tool holder 8th attached accelerometer 21 , a frequency analysis component 22 , an analysis data storage component 23 , a contour plotter component 24 , a warning component 25 and a display device 26 educated.

Der Beschleunigungsmesser 21 ist ein Messgerät, das die auf sich selbst wirkende Beschleunigung detektiert, und ein der detektierten Beschleunigung entsprechendes Signal ausgibt, wofür z. B. ein die MEMS-Technologie verwendendes Messgerät einer kapazitiven Form oder einer piezoelektrischen Elementform beispielhaft angeführt werden kann. Der Beschleunigungsmesser 21 detektiert bei der Bearbeitung des Werkstücks W durch das Werkzeug T die über das Werkzeug T, den Revolverkopf 9 und den Werkzeughalter 8 übertragenen Bearbeitungsschwingungen und gibt sie an die Frequenzanalysekomponente 22 aus.The accelerometer 21 is a measuring device that detects the self-acting acceleration, and outputs a signal corresponding to the detected acceleration, for which, for. For example, a MEMS technology measuring device of a capacitive shape or a piezoelectric element shape can be exemplified. The accelerometer 21 detected during the machining of the workpiece W by the tool T via the tool T, the turret 9 and the tool holder 8th transmitted processing vibrations and gives them to the frequency analysis component 22 out.

Bei der Frequenzanalysekomponente 22 handelt es sich um eine Verarbeitungskomponente, die von dem Beschleunigungsmesser 21 den Bearbeitungsschwingungen entsprechende Signale empfängt und eine Spektralanalyse durchführt, indem sie die empfangenen Signale in einem bestimmten Abtastintervall einer Fouriertransformation unterzieht, wobei die von dem Beschleunigungsmesser 21 ausgegebenen Signale der Reihe nach verarbeitet werden und die jeweiligen Analysedaten pro Zeit (Frequenzspektrum) in der Analysedatenspeicherkomponente 23 abgelegt werden. Im Übrigen handelt es sich bei dem Frequenzspektrum, das durch die Verarbeitung der Frequenzanalysekomponente 22 erhalten wird, um die jeweiligen Daten bezüglich der Intensität pro Frequenzanteil (oder es handelt sich um ein Frequenzband, das angemessen sektioniert wurde, im Folgenden einfach als „Frequenzanteile” bezeichnet), und in der Analysedatenspeicherkomponente 23 werden die im zeitlichen Verlauf verarbeiteten jeweiligen Frequenzanteile und die Daten bezüglich deren Intensität miteinander in Beziehung gesetzt abgelegt. In the frequency analysis component 22 it is a processing component used by the accelerometer 21 receives the signals corresponding to the machining vibrations and performs a spectral analysis by Fourier transforming the received signals in a given sampling interval, that of the accelerometer 21 output signals are processed in sequence and the respective analysis data per time (frequency spectrum) in the analysis data storage component 23 be filed. Incidentally, it is the frequency spectrum that results from the processing of the frequency analysis component 22 is obtained, the respective data on the intensity per frequency component (or it is a frequency band which has been appropriately sectioned, hereinafter simply referred to as "frequency components"), and in the analysis data storage component 23 The frequency components processed over time and the data relating to their intensity are stored in relation to one another.

Die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 liest das Frequenzspektrum des aktuellen Zeitpunkts, das der Reihe nach von der Frequenzanalysekomponente 22 in dem Abtastintervall verarbeitet und in der Analysedatenspeicherkomponente 23 abgelegt wird, und das Frequenzspektrum, das um eine bestimmte Zeit (im vorliegenden Beispiel etwa 100 Sekunden) vor dem aktuellen Zeitpunkt liegt (im Folgenden als „Referenzfrequenzspektrum” bezeichnet) aus, und erstellt der Reihe nach, zunächst auf der Basis des ausgelesenen Frequenzspektrums des aktuellen Zeitpunkts, Konturdiagramme, die die Intensität der jeweiligen Frequenzanteile farblich ausdrücken.The contour plotter component 24 reads the frequency spectrum of the current time, in turn from the frequency analysis component 22 in the sampling interval and in the analysis data storage component 23 and the frequency spectrum which is a certain time (about 100 seconds in the present example) before the current time (hereinafter referred to as "reference frequency spectrum"), and sequentially generates, on the basis of the frequency spectrum of the Current time, contour diagrams that express the intensity of the respective frequency components in color.

Wie vorstehend ausgeführt, besteht gemäß den erworbenen Erkenntnissen der Erfinder der vorliegenden Erfindung die Tendenz, dass sich beim Fortschreiten des Verschleißes eines Werkzeugs allmählich die Intensität bestimmter Frequenzanteile verstärkt. Folglich zeigt die Anzeigefarbe bei dem Konturdiagramm, das durch die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 erstellt wurde, im Neuzustand des Werkzeugs, in dem kein Verschleiß vorliegt, eine schwache Intensität, da sich die Intensität bezüglich der gesamten Frequenzanteile in einem schwachen Zustand befindet. Schreitet andererseits durch die Bearbeitung der Verschleiß des Werkzeugs fort, wird die Intensität der bestimmten Frequenzanteile allmählich stärker, sodass auch der Farbton des Konturdiagramms in dem Abschnitt, der diesen Frequenzanteilen entspricht, eine Färbung annimmt, die eine starke Intensität anzeigt.As stated above, according to the acquired knowledge of the inventors of the present invention, as the wear of a tool progresses, the tendency of certain frequency components gradually increases. Thus, the display color on the contour plot shown by the contour plot component 24 has been created in the new state of the tool, in which there is no wear, a weak intensity, since the intensity with respect to the entire frequency components is in a weak state. On the other hand, as the machining proceeds, the intensity of the determined frequency components gradually increases, so that the hue of the contour diagram in the portion corresponding to these frequency components also takes on a coloration indicating a high intensity.

Ferner berechnet die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 der Reihe nach das Differenzfrequenzspektrum, das aus der Differenz zwischen dem von der Analysedatenspeicherkomponente 23 ausgelesenen Frequenzspektrum des aktuellen Zeitpunkts und dem Referenzfrequenzspektrum gebildet wird, und erstellt der Reihe nach auf der Basis des berechneten Differenzfrequenzspektrums das diesem entsprechende Konturdiagramm. Das aus der Differenz zwischen dem Frequenzspektrum des aktuellen Zeitpunkts und dem Referenzfrequenzspektrum gebildete Differenzfrequenzspektrum drückt die durch den Werkzeugverschleiß verursachte Intensität (Charakteristik) aus. Folglich wird durch das auf der Basis des Differenzfrequenzspektrums erstellte Konturdiagramm der Verschleißzustand des Werkzeugs direkt ausgedrückt.It also calculates the contour plotter component 24 in turn, the difference frequency spectrum resulting from the difference between that from the analysis data storage component 23 formed frequency spectrum of the current time and the reference frequency spectrum is formed, and in turn creates on the basis of the calculated difference frequency spectrum corresponding to this contour diagram. The difference frequency spectrum formed from the difference between the frequency spectrum of the current time and the reference frequency spectrum expresses the intensity (characteristic) caused by the tool wear. As a result, the contoured graph created on the basis of the difference frequency spectrum directly expresses the state of wear of the tool.

Dann erfolgt eine Verarbeitung, bei der die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 das erstellte, dem Frequenzspektrum zum aktuellen Zeitpunkt entsprechende Konturdiagramm und die Daten bezüglich des dem Differenzfrequenzspektrum entsprechenden Konturdiagramms der Reihe nach an die Anzeigevorrichtung 26 sendet, oder die Daten bezüglich des berechneten Differenzfrequenzspektrums der Reihe nach an die Warnungskomponente 25 sendet.Then, processing is performed in which the contour chart creation component 24 the generated, the frequency spectrum at the current time corresponding contour diagram and the data relating to the differential frequency spectrum corresponding contour diagram in order to the display device 26 sends, or the data relating to the calculated difference frequency spectrum in turn to the warning component 25 sends.

Ferner umfassen die vorstehenden Farben achromatische Farben und chromatische Farben, wobei für eine farbliche Klassifizierung bei einer achromatischen Farbe der unterschiedliche Zustand der Helligkeit und bei einer chromatischen Farbe der unterschiedliche Zustand von entweder des Farbtons, der Farbsättigung oder der Helligkeit verwendbar ist. Zur Präzisierung der Änderung des Frequenzspektrums ist es jedoch bevorzugt, chromatische Farben zu bestimmen und sowohl durch den Farbton, die Farbsättigung und die Helligkeit farblich zu klassifizieren.Further, the above colors include achromatic colors and chromatic colors, and for a color classification in an achromatic color, the different state of the brightness and in a chromatic color the different state of either the hue, the chroma or the brightness is usable. However, in order to specify the change of the frequency spectrum, it is preferable to determine chromatic colors and to color-classify by the hue, the color saturation and the brightness.

Die Anzeigevorrichtung 26 weist ein Display 27 auf und führt eine Verarbeitung aus, gemäß der die beiden von der Konturdiagrammerstellungskomponente 24 gesendeten Konturdiagramme gleichzeitig auf dem Display 27 angezeigt werden. 2 bis 6 zeigen Anzeigebildschirme, die auf diese Weise auf dem Display 27 angezeigt werden. The display device 26 has a display 27 and performs a processing according to which the two are from the contour plotter component 24 transmitted contour diagrams simultaneously on the display 27 are displayed. 2 to 6 show display screens in this way on the display 27 are displayed.

Auf den in 2 bis 6 gezeigten Anzeigebildschirmen ist jeweils ein Bereich, in dem das Konturdiagramm gemäß dem Frequenzspektrum zum aktuellen Zeitpunkt (im Folgenden als „Ist-Frequenzspektrum” in Gegenüberstellung zum „Differenzfrequenzspektrum” bezeichnet) angezeigt wird (im Folgenden als „Anzeigebereich des Ist-Frequenzspektrums” bezeichnet), und ein Bereich, in dem das Konturdiagramm gemäß dem Differenzfrequenzspektrum (im Folgenden als „Anzeigebereich des Differenzfrequenzspektrums” bezeichnet) eingestellt ist, wobei in dem Anzeigebereich des Ist-Frequenzspektrums, das Konturdiagramm gemäß dem Ist-Frequenzspektrum vom aktuellen Zeitpunkt bis 110 Sekunden vorher in Zeitreihen nacheinander aktualisiert angezeigt wird, und gleichzeitig in dem Anzeigebereich des Differenzfrequenzspektrums, das Konturdiagramm gemäß dem Differenzfrequenzspektrum vom aktuellen Zeitpunkt bis 50 Sekunden vorher in Zeitreihen nacheinander aktualisiert angezeigt wird. Im Übrigen ist selbstverständlich der angezeigte Zeitrahmen nicht hierauf beschränkt.On the in 2 to 6 each of the display screens shown is an area in which the contour plot according to the frequency spectrum at the present time (hereinafter referred to as "actual frequency spectrum" in opposition to the "difference frequency spectrum") is displayed (hereinafter referred to as "display area of the actual frequency spectrum"); and an area in which the contour plot according to the difference frequency spectrum (hereinafter referred to as "difference frequency spectrum display area") is set, in the display area of the actual frequency spectrum, the contour plot according to the actual frequency spectrum from the current time to 110 seconds before in time series is displayed in succession updated, and simultaneously displayed in the display area of the difference frequency spectrum, the contour plot according to the difference frequency spectrum from the current time to 50 seconds before in time series updated one after the other. Incidentally, of course, the displayed time frame is not limited to this.

Ferner wird bei den in 2 bis 6 beispielhaft dargestellten Anzeigebildschirmen die Werkzeugmaschine 1 verwendet, wobei jeweils Konturdiagramme gezeigt werden, die erzielt wurden, als der Außenumfang des Werkstücks W einer Zylinderform mit einem Außendurchmesser von 102 mm (Material: SUS 630) unter den Schnittbedingungen einer Schnittgeschwindigkeit von 100 m/min und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 mm/U, bei einer Schnitttiefe von 2 mm und einer Schnittlänge von 100 mm einer n-Mal wiederholten Bearbeitung des Außendurchmessers unterzogen wurde. Bei n handelt es sich um eine ganze Zahl, wobei in diesem Beispiel eine n = 20-Mal wiederholte Bearbeitung erfolgte.Furthermore, at the in 2 to 6 Display screens shown by way of example display the machine tool 1 are shown, respectively, showing contour plots obtained as the outer circumference of the workpiece W of a cylindrical shape having an outer diameter of 102 mm (material: SUS 630) under the cutting conditions of a cutting speed of 100 m / min and a feed rate of 0.2 mm / U, with a cutting depth of 2 mm and a cutting length of 100 mm, was subjected to a n-times repeated machining of the outside diameter. N is an integer, in this example n = 20 times repeated processing.

Dann zeigt 2 das Konturdiagramm, bei dem der aktuelle Zeitpunkt die 17-te Bearbeitung ist, 2 zeigt das Konturdiagramm, bei dem der aktuelle Zeitpunkt die 18-te Bearbeitung ist, und 4 zeigt das Konturdiagramm, bei dem der aktuelle Zeitpunkt die 20-te Bearbeitung ist. Ferner zeigt 5 das Konturdiagramm, bei dem der aktuelle Zeitpunkt die 24-te Bearbeitung ist, und 6 ist ein Konturdiagramm, bei dem der aktuelle Zeitpunkt ebenfalls die 24-te Bearbeitung ist, wobei das Konturbild zu dem Zeitpunkt, als etwa 15 Sekunden nach dem Zeitpunkt von 5 eine Splitterung an dem Werkzeug T aufgetreten ist, dargestellt ist.Then shows 2 the contour plot, where the current time is the 17th edit, 2 shows the contour plot where the current time is the 18th edit, and 4 shows the contour diagram where the current time is the 20th edit. Further shows 5 the contour diagram, where the current time is the 24th processing, and 6 is a contour plot in which the current time is also the 24th edit, with the outline image at about 15 seconds after the time of 5 a chipping occurred on the tool T, is shown.

Wie vorstehend ausgeführt, ist bei einem nicht fortgeschrittenen Verschleiß des Werkzeugs die Intensität bezüglich der gesamten Frequenzanteile in einem schwachen Zustand, und beim Fortschreiten des Verschleißes des Werkzeugs besteht die Tendenz zu einer allmählichen Verstärkung der Intensität bestimmter Frequenzanteile. Die in 2 bis 6 dargestellten Konturdiagramme zeigen diese Tendenz.As stated above, with non-advanced wear of the tool, the intensity with respect to the total frequency components is in a weak state, and as the wear of the tool progresses, there is a tendency to gradually increase the intensity of certain frequency components. In the 2 to 6 illustrated contour diagrams show this tendency.

Das heißt, in einem Zustand, in dem das Werkzeug T die Abnutzungsgrenze nicht erreicht hat, haben, wie in 2 und 3 dargestellt, weder das Konturdiagramm gemäß des Ist-Frequenzspektrums noch das Konturdiagramm gemäß des Differenzfrequenzspektrums eine Färbung, die eine besonders starke Intensität zeigt, während in 4, bei der anzunehmen ist, dass der Verschleiß des Werkzeugs etwas fortgeschritten ist, sowohl bei dem Konturdiagramm gemäß des Ist-Frequenzspektrums als auch bei dem Konturdiagramm gemäß des Differenzfrequenzspektrums ein Abschnitt mit einer etwas stärkeren Färbung bei den niedrigen Frequenzanteilen auftritt und in 5 und 6, die den Zustand vor der Splitterung an dem Werkzeug T zeigen, sowohl bei dem Konturdiagramm gemäß des Ist-Frequenzspektrums als auch bei dem Konturdiagramm gemäß des Differenzfrequenzspektrums ein Abschnitt mit einer ziemlich starken Färbung bei den niedrigen Frequenzanteilen auftritt.That is, in a state where the tool T has not reached the wear limit, as in FIG 2 and 3 shown neither the contour plot according to the actual frequency spectrum nor the contour plot according to the difference frequency spectrum, a coloration, which shows a particularly strong intensity, while in 4 in which it is assumed that the wear of the tool has progressed somewhat, both in the contour plot according to the actual frequency spectrum and in the contour plot according to the difference frequency spectrum, a section with a slightly stronger color appears at the low frequency components and 5 and 6 showing the state before the chipping on the tool T, both in the contour diagram according to the actual frequency spectrum and in the contour diagram according to the difference frequency spectrum, a portion having a fairly strong coloration occurs at the low frequency components.

Die Warnungskomponente 25 führt eine Verarbeitung aus, indem sie die Daten bezüglich der durch die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 berechneten und der Reihe nach gesendeten Differenzfrequenzspektren empfängt, jeweils die Summe der Differenzfrequenzspektren pro eine bestimmte Zeit berechnet, die berechnete Summe mit einem vorgegebenen Referenzwert vergleicht, und wenn die Summe den Referenzwert überschreitet, beurteilt, dass der Verschleiß des bearbeitenden Werkzeugs T die Grenze erreicht hat und ein Alarmsignal an die numerische Steuervorrichtung 10 und die Anzeigevorrichtung 26 sendet. Wie vorstehend ausgeführt, verstärkt sich beim Fortschreiten des Verschleißes des Werkzeugs T allmählich die Intensität bestimmter Frequenzanteile, sodass auch die Summe der Differenzfrequenzspektren allmählich zu einem größeren Wert wird. Demzufolge kann beurteilt werden, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat, wenn die Summe der Differenzfrequenzspektren einen bestimmten Referenzwert übersteigt.The warning component 25 Performs processing by retrieving the data from the contour plotter component 24 receives and calculates the sum difference frequency spectra per a given time, compares the calculated sum with a predetermined reference value, and when the sum exceeds the reference value, judges that the wear of the machining tool T has reached the limit and an alarm signal to the numerical control device 10 and the display device 26 sends. As mentioned above, as the wear of the tool T progresses, the intensity of certain frequency components gradually increases, so that the sum of the difference frequency spectra gradually becomes larger. As a result, it can be judged that the tool T has reached the wear limit when the sum of the difference frequency spectra exceeds a certain reference value.

Empfängt die numerische Steuervorrichtung 10 im Übrigen von der Warnungskomponente 25 ein Alarmsignal, stoppt sie sofort den Betrieb. Das heißt, das an die numerische Steuervorrichtung 10 gesendete Alarmsignal fungiert als Betriebsstoppsignal. Andererseits zeigt die Anzeigevorrichtung 26, die das Alarmsignal von der Warnungskomponente 25 empfangen hat, auf dem Display 27 einen Alarm an, der besagt, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat.Receives the numerical control device 10 by the way, by the warning component 25 an alarm signal, it immediately stops the operation. That is, the numerical control device 10 sent alarm signal acts as an operation stop signal. On the other hand, the display device 26 which receives the alarm signal from the warning component 25 received on the display 27 an alarm indicating that the tool T has reached the wear limit.

Gemäß der Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes 20 des vorliegenden Beispiels mit dem vorstehenden Aufbau, werden durch den Beschleunigungsmesser 21 bei der Bearbeitung des Werkstücks W mittels des Werkzeugs T entstehende Bearbeitungsschwingungen detektiert, die von dem Beschleunigungsmesser 21 ausgegebenen Schwingungsdaten werden durch die Frequenzanalysekomponente 22 mit einem vorgegebenen Abtastintervall der Reihe nach einer Spektralanalyse unterzogen und die analysierten Daten (Frequenzspektren) werden der Reihe nach in der Analysedatenspeicherkomponente 23 abgelegt.According to the apparatus for judging tool wear 20 of the present example having the above structure, are determined by the accelerometer 21 detected during processing of the workpiece W by means of the tool T processing vibrations generated by the accelerometer 21 output vibration data are determined by the frequency analysis component 22 subjected to a spectral analysis in sequence with a predetermined sampling interval, and the analyzed data (frequency spectra) are sequentially stored in the analysis data storage component 23 stored.

Dann werden parallel zu der Verarbeitung der Frequenzanalysekomponente 22 durch die Konturdiagrammerstellungskomponente 24 auf der Basis der in der Analysedatenspeicherkomponente 23 abgelegten Frequenzspektren das Konturdiagramm gemäß des Frequenzspektrums zum gegenwärtigen Zeitpunkt (gleich dem Ist-Frequenzspektrum) und das Konturdiagramm gemäß dem aus der Differenz zwischen dem Frequenzspektrum des aktuellen Zeitpunkts und dem Referenzfrequenzspektrum gebildeten Differenzfrequenzspektrum der Reihe nach erstellt und die erstellten Konturdiagramme werden der Reihe nach an die Anzeigevorrichtung 26 gesendet.Then, parallel to the processing of the frequency analysis component 22 through the contour plotter component 24 based on the in the analysis data storage component 23 stored frequency spectra the contour plot in accordance with the frequency spectrum at the present time (equal to the actual frequency spectrum) and the contour plot according to the formed from the difference between the frequency spectrum of the current time and the reference frequency spectrum difference frequency spectrum in order and created the contour diagrams are sequentially to the display device 26 Posted.

Dann erfolgt bei der Anzeigevorrichtung 26 eine Verarbeitung, gemäß der die empfangenen Konturdiagramme auf dem Display 27 angezeigt werden, wobei in dem Anzeigebereich des Ist-Frequenzspektrums auf dem Display 27 das Konturdiagramm gemäß dem Ist-Frequenzspektrum vom aktuellen Zeitpunkt bis 110 Sekunden vorher in Zeitreihen nacheinander aktualisiert angezeigt wird, und in gleicher Weise in dem Anzeigebereich des Differenzfrequenzspektrums, das Konturdiagramm gemäß dem Differenzfrequenzspektrum vom aktuellen Zeitpunkt bis 50 Sekunden vorher in Zeitreihen nacheinander aktualisiert angezeigt wird.Then takes place in the display device 26 a processing according to which the received contour diagrams on the display 27 are displayed, wherein in the display area of the actual frequency spectrum on the display 27 the contour plot according to the actual frequency spectrum from the current time to 110 seconds before is updated in time series one after another, and likewise in the display area of the difference frequency spectrum, the contour plot according to the difference frequency spectrum from the current time to 50 seconds before is sequentially updated in time series.

Da die Intensität der bestimmten Frequenzanteile, wie vorstehend ausgeführt, mit dem Fortschreiten des Verschleißes des Werkzeugs T allmählich stärker wird, befindet sich bei dem auf dem Display 27 angezeigten Konturdiagramm, in einem Zustand, in dem kein Verschleiß des Werkzeugs T vorliegt, die Intensität bezüglich der gesamten Frequenzanteile in einem schwachen Zustand, sodass die Anzeigefarbe eine schwache Intensität darstellt, und bei fortschreitendem Verschleiß durch die Bearbeitung des Werkzeugs die Intensität bestimmter Frequenzanteile allmählich stärker wird, und auch der Farbton des Konturdiagramms in dem Abschnitt, der diesen Frequenzanteilen entspricht, eine Färbung annimmt, die eine starke Intensität anzeigt.As explained above, with the progress of wear of the tool T, the intensity of the determined frequency components gradually becomes stronger, the display shows 27 displayed contour plot, in a state in which there is no wear of the tool T, the intensity with respect to the entire frequency components in a weak state, so that the display color is a weak intensity, and gradually increasing wear as a result of the machining of the tool, the intensity of certain frequency components stronger and also the hue of the contour plot in the section corresponding to these frequency components assumes a coloration indicating a high intensity.

Demzufolge kann der Bediener anhand der Färbung des Konturdiagramms, das auf dem Display 27 angezeigt wird, die Stärke der auf das Werkzeug wirkenden Schwingungen visuell erfassen, und dadurch den Verschleißzustand des Werkzeugs visuell beurteilen. Ferner wird in dem Konturdiagramm gemäß dem Differenzfrequenzspektrum, wie vorstehend ausgeführt, der Verschleißzustand des Werkzeugs T direkt ausgedrückt. Demzufolge kann der Bediener durch die visuelle Erfassung des Konturdiagramms gemäß dem Differenzfrequenzspektrum den Verschleißzustand des Werkzeugs T noch exakter erkennen.As a result, the operator can see the color of the contour diagram on the display 27 is displayed, visually detecting the strength of the vibrations acting on the tool, thereby visually judging the wear state of the tool. Further, in the contour graph according to the difference frequency spectrum, as stated above, the wear state of the tool T is directly expressed. As a result, by visually acquiring the contour plot in accordance with the difference frequency spectrum, the operator can more accurately recognize the wear condition of the tool T.

Ferner ist für die Erstellung der beiden vorstehend angeführten Konturdiagramme die Kooperation mit der numerischen Steuervorrichtung 10 nicht unbedingt erforderlich, sodass es nicht zu dem Mangel einer verlängerten Bearbeitungszeit wie bei dem herkömmlichen Detektionsverfahren kommt, und da außerdem keine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit erforderlich ist, wird auch die Bearbeitungspräzision nicht beeinflusst.Furthermore, for the preparation of the two above-mentioned contour diagrams, the cooperation with the numerical control device 10 not necessarily so that there is no shortage of processing time as in the conventional detection method, and in addition, since no rotation speed change is required, the machining precision is not affected.

Ferner wird bei der Vorrichtung zur Beurteilung eines Werkzeugverschleißes 20 des vorliegenden Beispiels, durch die Warnungskomponente 25 auf der Basis der Daten gemäß der von der Konturdiagrammerstellungskomponente 24 der Reihe nach gesendeten Differenzfrequenzspektren, bezüglich der Differenzfrequenzspektren pro eine bestimmte Zeit jeweils die Summe berechnet, die berechnete Summe mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen, und wenn die Summe den Referenzwert überschreitet, beurteilt, dass der Verschleiß des bearbeitenden Werkzeugs T die Grenze erreicht hat und ein Alarmsignal an die numerische Steuervorrichtung 10 und die Anzeigevorrichtung 26 gesendet. Further, in the apparatus for judging tool wear 20 of the present example, by the warning component 25 on the basis of the data according to that of the contour plotter component 24 frequency difference spectrums transmitted in series, the sum calculated for the difference frequency spectrums per a certain time, the calculated sum compared with a predetermined reference value, and if the sum exceeds the reference value, judges that the wear of the machining tool T has reached the limit and on Alarm signal to the numerical control device 10 and the display device 26 Posted.

Wird dann das Alarmsignal von der Warnungskomponente 25 empfangen, stoppt die numerische Steuervorrichtung 10 sofort den Betrieb, und die Anzeigevorrichtung 26 zeigt auf dem Display 27 einen Alarm an, der besagt, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat. Folglich kann der Bediener durch das Feststellen des auf dem Display 27 dargestellten Alarms unabhängig von einem optischen Mittel objektiv erkennen, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat, und ferner kann dadurch, dass die numerische Steuervorrichtung 10 sofort ihren Betrieb stoppt, sowohl eine Beschädigung des Werkzeugs T vorab verhindert werden, als auch eine Beschädigung des Werkstücks W oder der Werkzeugmaschine 1 durch die Beschädigung des Werkzeugs T verhindert werden.Will then be the alarm signal from the warning component 25 receive, stops the numerical control device 10 immediately the operation, and the display device 26 shows on the display 27 an alarm indicating that the tool T has reached the wear limit. Consequently, the operator can by detecting the on the display 27 independently of an optical means, that the tool T has reached the wear limit, and further in that the numerical control device 10 immediately stops its operation, both damage to the tool T are prevented in advance, as well as damage to the workpiece W or the machine tool 1 be prevented by the damage of the tool T.

Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die möglichen konkreten Ausführungen der vorliegenden Erfindung hierauf keineswegs beschränkt sind.In the above, an embodiment of the present invention has been explained, wherein the possible concrete embodiments of the present invention are by no means limited thereto.

Zum Beispiel ist auch ein Aufbau möglich, bei dem die Warnungskomponente 25 bezüglich der von der Konturdiagrammerstellungskomponente 24 der Reihe nach gesendeten Differenzfrequenzspektren den maximalen Absolutwert detektiert, und wenn der detektierte maximale Absolutwert einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, beurteilt, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat und ein Alarmsignal an die numerische Steuervorrichtung 10 und die Anzeigevorrichtung 26 sendet.For example, a structure is possible in which the warning component 25 with respect to that of the contour plotter component 24 the differential frequency spectra transmitted in turn detects the maximum absolute value, and when the detected maximum absolute value exceeds a predetermined reference value, judges that the tool T has reached the wear limit and an alarm signal to the numerical control device 10 and the display device 26 sends.

Wie vorstehend ausgeführt, verstärkt sich beim Fortschreiten des Verschleißes des Werkzeugs T allmählich die Intensität bestimmter Frequenzanteile. Dadurch kann beurteilt werden, dass das Werkzeug T die Verschleißgrenze erreicht hat, wenn der Maximalwert des Absolutwertes des Differenzfrequenzspektrums einen bestimmten Referenzwert übersteigt.As stated above, as the wear of the tool T progresses, the intensity of certain frequency components gradually increases. Thereby, it can be judged that the tool T has reached the wear limit when the maximum value of the absolute value of the difference frequency spectrum exceeds a certain reference value.

Ferner wurden bei dem vorstehenden Beispiel die Bearbeitungsschwingungen mittels des Beschleunigungsmessers 21 detektiert, hierauf besteht jedoch keine Beschränkung, sodass auch ein anders Messgerät möglich ist, solange es Bearbeitungsschwingungen detektieren kann. Beispielsweise kann anstelle des Beschleunigungsmessers 21 ein Mikrofon verwendet werden, das in dem Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine 1 die Bearbeitungsgeräusche sammelt.Further, in the above example, the machining vibrations were made by means of the accelerometer 21 detected, but there is no limitation, so that a different measuring device is possible, as long as it can detect machining vibrations. For example, instead of the accelerometer 21 a microphone can be used in the processing area of the machine tool 1 collects the machining noise.

Ferner wurde bei dem vorstehenden Beispiel als Referenzfrequenzspektrum für die Berechnung des Differenzfrequenzspektrums das Frequenzspektrum eingestellt, das um eine bestimmte Zeit (konkret 100 Sekunden) vor dem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei hierauf jedoch keine Beschränkung besteht, und ein Frequenzspektrum zu einem spezifischen Zeitpunkt als Referenzfrequenzspektrum eingestellt werden kann, wie z. B. das Frequenzspektrum zum Zeitpunkt des Neuzustandes des Werkzeugs. Auch hierdurch wird durch das berechnete Differenzfrequenzspektrum die durch den Werkzeugverschleiß verursachte Intensität (Charakteristik) offenbart, sodass das auf der Basis dieses Differenzfrequenzspektrums erstellte Konturdiagramm den Verschleißzustand des Werkzeugs direkt ausdrückt.Further, in the above example, as the reference frequency spectrum for the calculation of the difference frequency spectrum, the frequency spectrum which is a certain time (specifically 100 seconds) before the present time but not limited thereto is set, and a frequency spectrum is set as a reference frequency spectrum at a specific time can be, such. B. the frequency spectrum at the time of new condition of the tool. As a result, the intensity difference (characteristic) caused by the tool wear is revealed by the calculated difference frequency spectrum, so that the contour diagram created on the basis of this difference frequency spectrum directly expresses the state of wear of the tool.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Werkzeugmaschinemachine tool
22: Bewegungsmechanismusmovement mechanism
33: Bettbed
44: Spindelkastenheadstock
55: Spindelspindle
66: Spannfutterchuck
77: Schlittencarriage
88th: erkzeughalterToolholders
99: Revolverkopfturret
1010: numerische Steuervorrichtungnumerical control device
2020: Vorrichtung zur Beurteilung eines WerkzeugverschleißesDevice for assessing tool wear
2121: Beschleunigungsmesseraccelerometer
2222: FrequenzanalysekomponenteFrequency analysis component
2323: AnalysedatenspeicherkomponenteAnalysis data storage component
2424: KonturdiagrammerstellungskomponenteContour charting component
2525: Warnungskomponentewarning component
2626: Anzeigevorrichtungdisplay device
2727: Displaydisplay
TT: WerkzeugTool
WW: Werkstückworkpiece

Claims

Device for assessing tool wear which is characterized by being out a vibration detector component which detects machining vibrations resulting from the machining of a workpiece by a tool by means of a machine tool, a frequency analysis component that spectrally analyzes the vibration data detected by the vibration detector component at a predetermined sampling interval, a contour plotter component that, based on the frequency spectrum sequentially analyzed by the frequency analysis component at the sampling interval, generates a contour plot expressing the intensity of the respective frequency components per colorized time, and a display device having a display and displaying the contour plot created by the contour plotter component on the display.

A tool wear evaluating apparatus according to claim 1, characterized in that in the contour plotter component, given a predetermined frequency spectrum in an earlier reference time as a reference spectrum which is a frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component is the difference between the reference frequency spectrum and the reference frequency spectrum Frequency spectrum, which was analyzed by the frequency analysis component in sequence, a difference frequency spectrum is calculated in order, and a contour plot is created on the basis of the difference spectrum.

Device for assessing tool wear according to claim 1, characterized in that the contour plotter component creates a contour plot that corresponds to a frequency spectrum that is analyzed by the frequency analysis component in a sampling interval in turn, and creates a difference spectrum corresponding contour plot that is calculated by taking a predetermined frequency spectrum in an earlier reference time as a reference spectrum which is a frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component, is calculated from the difference between the reference frequency spectrum and the frequency spectrum analyzed by the frequency analysis component in sequence, a difference frequency spectrum is sequentially calculated, and the display device performs the two the contour plotter component simultaneously displays contour plots on the display.

Device for assessing a tool wear according to claim 2, characterized in that a warning component is provided which outputs an alarm when the sum of the difference frequency spectra or the maximum value of their absolute values exceeds a predetermined reference value.

Device for evaluating a tool wear according to claim 3, characterized in that in addition a warning component is provided which outputs an alarm when the sum of the difference frequency spectra or the maximum value of their absolute values exceeds a predetermined reference value.

A tool wear evaluating apparatus according to claim 4, characterized in that the warning component is further configured to output an operation stop signal to the numerical control device.

A tool wear evaluating apparatus according to claim 5, characterized in that the warning component is further configured to output an operation stop signal to the numerical control device.