JP2007098523A - Method for judging service life of broach, broach quality control device, and broaching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブローチに作用する切削抵抗荷重に基づいて、ブローチの寿命を判断するブローチの寿命判断方法、ブローチの品質を管理するブローチ品質管理装置、及びブローチ加工装置に関する。 The present invention relates to a broach life determination method for determining the life of a broach based on a cutting resistance load acting on the broach, a broach quality management device for managing the quality of the broach, and a broach processing device.
ブローチは、その軸方向に整列配置された複数の切れ刃を有しており、各切れ刃は、直前の切れ刃に対して所定の切り込み量を有するように形成されている。したがって、例えばある切れ刃nにチッピング等により異常摩耗が発生すると、その直後の切れ刃n+1は所定の2倍の切り込み量となり、切れ刃n+1の摩耗も進行して異常摩耗し、異常摩耗が後方の切れ刃n+2、n+3、…に次々と移り、各切れ刃の摩耗量は通常摩耗のときよりも短期に摩耗限界値に到達し、ブローチの寿命に至ることとなる。 The broach has a plurality of cutting edges aligned in the axial direction thereof, and each cutting edge is formed to have a predetermined cutting amount with respect to the immediately preceding cutting edge. Therefore, for example, when abnormal wear occurs in a certain cutting edge n due to chipping or the like, the cutting edge n + 1 immediately after that becomes a predetermined double cutting amount, and the wear of the cutting edge n + 1 also progresses and wears abnormally. The cutting edges n + 2, n + 3,... Move one after another, and the amount of wear of each cutting edge reaches the wear limit value in a shorter time than in normal wear, leading to the life of the broach.
また、ある切れ刃に異常摩耗が発生すると、切削時にブローチに振動が発生し、かかる振動により切れ刃が欠損するおそれがあり、通常摩耗よりも短期にブローチの寿命に至るおそれがある。また、切れ刃が大きく欠損すると、刃研による再生が困難となり、ブローチの再使用ができなくなるおそれもある。 In addition, when abnormal wear occurs in a certain cutting edge, vibration is generated in the broach at the time of cutting, and the cutting edge may be lost due to such vibration, and the life of the broach may be shortened in a shorter time than normal wear. In addition, if the cutting edge is severely damaged, it is difficult to regenerate with a sharpening blade and the broach may not be reused.
そして、複数の切れ刃の中に、切り込み量が規定よりも過大な切れ刃が存在するときにも、切れ刃の異常摩耗や振動による欠損が発生するおそれがあり、通常摩耗よりも短期にブローチの寿命に至るおそれがある。 Even when there is a cutting edge with a cutting depth that exceeds the specified value, the blade may be worn abnormally or damaged by vibration. There is a risk of reaching the end of life.
ところで、従来より、ブローチの各切れ刃を構成する工具材質を超硬合金とし、硬質皮膜でコーティングすることによって、チッピング等の異常摩耗を抑制し工具寿命を延ばす技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような超硬ブローチは、規定以上の摩耗状態や過大な切り込み量で切削したり、衝撃などの振動が付加されると、通常のブローチよりも切れ刃の刃先が欠けやすい。 By the way, conventionally, the tool material which constitutes each cutting edge of the broach is made of a cemented carbide, and by coating with a hard film, a technique for suppressing abnormal wear such as chipping and extending the tool life is known (for example, Patent Document 1). Such a carbide broach is more likely to chip the cutting edge than a normal broach when it is cut with an excessive wear state or an excessive depth of cut or when vibration such as impact is applied.
したがって、切れ刃の摩耗状態や欠損の有無、切れ刃の切り込み量が規定範囲内であるか等を、常に把握しておくことが望ましいが、ブローチは複数の切れ刃を有していることから、これら全ての切れ刃について直接計測・観測・検査等の点検を行うことは煩雑でコストがかかる。そこで、従来はブローチによる加工回数を設定し、かかる加工回数ごとにブローチを直接点検する定期点検を行っていた(従来技術1)。 Therefore, it is desirable to always keep track of the state of wear of the cutting edge, the presence or absence of defects, and whether the cutting amount of the cutting edge is within the specified range, but the broach has a plurality of cutting edges. It is cumbersome and costly to perform inspections such as direct measurement, observation, and inspection on all these cutting edges. Therefore, conventionally, the number of times of machining by broach is set, and periodic inspection is performed in which the broach is directly inspected for each number of times of machining (prior art 1).
また、ワーク直下に荷重センサー等を設けてブローチに作用する切削抵抗荷重のうち、ブローチの軸方向に作用する切削抵抗荷重である主分力を測定し、その測定した主分力が予め設定された値を超える場合には、ブローチの摩耗量が摩耗限界であると判断する技術(従来技術2)が一般的に知られている。 In addition, among the cutting resistance load acting on the broach by providing a load sensor etc. directly under the workpiece, the main component force that is the cutting resistance load acting in the axial direction of the broach is measured, and the measured main component force is preset. In the case of exceeding the above value, a technique (conventional technique 2) for determining that the wear amount of the broach is at the wear limit is generally known.
また、ブローチを切削加工方向に移動させる動作を駆動モータにより行うブローチ装置において、駆動モータの電流値を切削時における主分力に置き換えて、電流値の変動を検知し、電流値が予め設定されている値を超える場合には、ブローチの摩耗量が摩耗限界であると判断する技術(従来技術3)が一般的に知られている。 In addition, in a broaching device that uses a drive motor to move the broach in the cutting direction, the current value of the drive motor is replaced with the main component force at the time of cutting, and the current value is set in advance. A technique (conventional technique 3) for determining that the wear amount of the broach is at the wear limit when the value exceeds the above-mentioned value is generally known.
上記従来技術1では、ブローチの点検を定期的に行うので、切れ刃の状態を常に把握することはできない。よって、例えば摩耗の進行が早いときには、次回の点検までの間に、大幅に摩耗して大きな欠損となり、刃研による再生が不可能な状況に至るおそれがある。
In the
上記従来技術2及び従来技術3は、いずれもブローチの軸方向に作用する切削抵抗荷重である主分力を検出して、その検出した主分力に基づいて切れ刃が摩耗限界であるか否かを判断しているが、主分力は、切れ刃の摩耗状態に応じた変化の度合いが小さく、特に摩耗量が0から摩耗限界値までにおける変化の度合いが小さいことから、このような主分力に基づいて切れ刃が摩耗限界であるか否かを判断することは困難である。 In both of the prior art 2 and the prior art 3, the main component force which is a cutting resistance load acting in the axial direction of the broach is detected, and whether the cutting edge is at the wear limit based on the detected main component force. However, since the main component force has a small degree of change in accordance with the wear state of the cutting edge, and particularly the degree of change from 0 to the wear limit value, such a main component force is small. It is difficult to determine whether the cutting edge is at the wear limit based on the component force.
また、主分力は、ブローチの前端から後端まで切削した場合における変化の度合いが小さく、複数の切れ刃の中に、切り込み量が過大に設定された等の異常状態の切れ刃が存在するか否かを主分力の変化に基づいて判断することはできない。 The main component force has a small degree of change when cutting from the front end to the rear end of the broach, and there are abnormal cutting edges such as an excessive cutting amount among a plurality of cutting edges. It cannot be determined based on the change in main component.
本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであり、その目的は、ブローチを直接測定することなく、ブローチの寿命判断や各切れ刃の状態判断を正確に行うことができるブローチの寿命判断方法、ブローチ品質管理装置、及びブローチ加工装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to determine the life of a broach and accurately determine the life of the broach and the state of each cutting edge without directly measuring the broach. Another object is to provide a broach quality control device and a broach processing device.
上記目的を達成する請求項1に記載されたブローチの寿命判断方法の発明は、切削加工方向への移動に応じてブローチに作用する切削抵抗荷重であってブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力を実際に測定した実測値と、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値であるときの背分力である基準値とを比較して、実測値が基準値以下のときはブローチの寿命に至っていないと判断し、実測値が基準値を超えるときはブローチの寿命と判断することを特徴とする。
The invention of the broach life determination method according to
請求項2に記載されたブローチ品質管理装置の発明は、ブローチとワークの少なくとも一方をブローチの切削加工方向に移動させることによって切削加工方向への移動に応じてブローチに作用する切削荷重であってブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力を測定する背分力測定手段と、背分力測定手段により実際に測定した背分力の実測値と、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値であるときの背分力である基準値とを比較して、実測値が基準値以下のときはブローチの寿命に至っていないと判断し、実測値が基準値を超えるときはブローチの寿命と判断するブローチ寿命判断手段と、を有することを特徴とする。 The invention of the broach quality control device described in claim 2 is a cutting load acting on the broach according to the movement in the cutting direction by moving at least one of the broach and the workpiece in the cutting direction of the broach. Back component force measuring means that measures the back component force acting in the direction orthogonal to the axial direction of the broach, the actual measured value of the back component force actually measured by the back component force measuring unit, and the flank wear of the cutting edge of the broach When the measured value is less than the reference value, it is determined that the broach has not reached the end of its life. And broach life judging means for judging the life of the broach.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のブローチ品質管理装置において、背分力の実測値に基づいて切れ刃の逃げ面摩耗量を推定し、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が前記推定した逃げ面摩耗量であるときの背分力である基準値と実測値とを比較し、ブローチの切削加工方向への移動開始から移動終了までの間で実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所があるときは、当該箇所に存在する切れ刃が異常状態であると判断する切れ刃状態判断手段を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the broach quality control device according to the second aspect, the flank wear amount of the cutting edge of the broach is estimated by estimating the flank wear amount of the cutting edge based on the actually measured value of the back component force. Compare the reference value, which is the back component force when the estimated flank wear amount is, with the measured value, and the measured value from the start of movement in the cutting direction of the broach to the end of movement is less than the reference value. When there is a part larger than a predetermined value, it has a cutting edge state judging means for judging that the cutting edge existing in the part is in an abnormal state.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載のブローチ品質管理装置において、基準値は、ブローチの切れ刃が切削除去する部分の単位面積当たりの切削抵抗荷重である比切削抵抗荷重と切れ刃が切削除去する除去面積とに基づいて算出されることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the broach quality control device according to claim 2 or 3, wherein the reference value is a specific cutting resistance load which is a cutting resistance load per unit area of a portion to be cut and removed by the cutting edge of the broach. And the removal area cut and removed by the cutting edge.
請求項5に記載のブローチ加工装置の発明は、請求項2又は3に記載のブローチ品質管理装置によって、ブローチの寿命と判断されたときに、ブローチ加工の実施を不可にする制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
The invention of the broaching device according to
請求項6に記載のブローチ加工装置の発明は、請求項3に記載のブローチ品質管理装置によって、切れ刃が異常状態であると判断されたときに、ブローチ加工の実施を不可にする制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。 The invention of the broaching device according to claim 6 performs control to disable the execution of broaching when the broach quality control device according to claim 3 determines that the cutting edge is in an abnormal state. Control means is provided.
請求項1に記載の発明は、切削加工方向への移動によってブローチに作用する切削抵抗荷重のうち、ブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力を測定し、その測定した実測値と、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値であるときの背分力である基準値とを比較することで、ブローチの寿命か否かを判断する。ブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力は、ブローチの軸方向に作用する主分力と比較して、逃げ面摩耗量に応じた切削抵抗荷重の変化の度合いが大きいことから、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値に到達しているか否かを正確に判断することができる。したがって、ブローチの寿命か否かを、ブローチを直接計測・観測・検査することなく、正確に判断することができる。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、切削加工方向への移動によってブローチに作用する切削抵抗荷重のうち、ブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力を背分力測定手段によって測定する。そして、その測定した背分力の実測値と、切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値であるときのブローチの背分力である基準値とを比較して、実測値が基準値以下のときはブローチの寿命に至っていないと判断し、実測値が基準値を超えるときはブローチの寿命と判断する。ブローチの軸方向に直交する方向に作用する背分力は、ブローチの軸方向に作用する主分力と比較して、逃げ面摩耗量に応じた切削抵抗荷重の変化の度合いが大きいことから、ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値に到達しているか否かを正確に判断することができる。したがって、ブローチの寿命か否かを、ブローチを直接計測・観測・検査することなく、正確に判断することができる。 According to the second aspect of the invention, the back force acting in the direction perpendicular to the axial direction of the broach is measured by the back force measuring means among the cutting resistance load acting on the broach by movement in the cutting direction. To do. And the measured value of the measured back component force is compared with the reference value that is the back component force of the broach when the flank wear amount of the cutting edge is the wear limit value. When the measured value exceeds the reference value, it is determined that the broach has reached the end of its life. Since the back component force acting in the direction perpendicular to the axial direction of the broach has a greater degree of change in the cutting resistance load according to the flank wear amount than the main component force acting in the axial direction of the broach, It is possible to accurately determine whether or not the flank wear amount of the cutting edge of the broach has reached the wear limit value. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the broach has reached the end of its life without directly measuring, observing or inspecting the broach.
請求項3に記載の発明によれば、測定した背分力の実測値に基づいて切れ刃の逃げ面摩耗量を推定し、その推定した逃げ面摩耗量を有するブローチの背分力である基準値と実測値とを比較して、ブローチの切削加工方向への移動開始から移動終了までの間で実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所があるときは、当該箇所に存在する切れ刃が異常状態であると判断する。したがって、ブローチの各切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値よりも少なく、ブローチの寿命が尽きていない場合であっても、各切れ刃の切り込み量や切削幅、逃げ面摩耗量の異常を発見することができる。これにより、例えばブローチの新品時や再刃研時にブローチの各切れ刃が正常状態であるか否かを確認することができる。 According to the third aspect of the present invention, the flank wear amount of the cutting edge is estimated based on the actually measured back component force, and the reference is the back component force of the broach having the estimated flank wear amount. If there is a place where the measured value is greater than the reference value by more than the reference value between the start of movement in the cutting direction of the broach and the end of movement, comparing the measured value with the measured value, the cutting edge present at the location Is determined to be in an abnormal state. Therefore, even if the flank wear amount of each cutting edge of the broach is less than the wear limit value and the life of the broach is not exhausted, abnormalities in the cutting amount, cutting width and flank wear amount of each cutting edge will be detected. Can be found. Thereby, it is possible to confirm whether or not each cutting edge of the broach is in a normal state, for example, when the broach is new or when the blade is sharpened again.
請求項4に記載の発明は、基準値の算出方法の一例を示したものであり、これによれば、基準値は、ブローチの各切れ刃が切削除去する部分の単位面積当たりの切削抵抗荷重である比切削抵抗荷重と各切れ刃が除去する除去面積とに基づいて算出される。 The invention described in claim 4 shows an example of a method for calculating the reference value. According to this, the reference value is a cutting resistance load per unit area of the portion of each cutting edge of the broach to be removed by cutting. Is calculated based on the specific cutting resistance load and the removal area removed by each cutting edge.
請求項5に記載の発明によれば、ブローチ品質管理装置のブローチ寿命判断手段によってブローチの寿命と判断されると、ブローチ加工の実施を不可にする制御を行う。したがって、寿命が尽きたブローチによるブローチ加工を防ぐことができる。これにより、ブローチの損傷程度を少なく抑えることができ、再刃研による再生が困難な状況まで切れ刃が摩耗するのを未然に防ぐことができる。また、寿命が尽きたブローチによるブローチ加工によってワークに不具合が発生するのを防ぐことができ、ワークを精度よく安定して加工することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the broach life determining means of the broach quality control device determines that the life of the broach has been reached, control is performed to disable the execution of broaching. Therefore, broaching by a broach whose life has expired can be prevented. As a result, the degree of damage to the broach can be suppressed to a low level, and it is possible to prevent the cutting edge from being worn down to a situation where it is difficult to regenerate by the re-blading. Further, it is possible to prevent the work from being troubled by broaching with a broach that has reached the end of its life, and the work can be machined accurately and stably.
請求項6に記載の発明によれば、ブローチ加工装置の発明は、請求項3に記載のブローチ品質管理装置の切れ刃状態判断手段によって、切れ刃が異常状態であると判断されると、ブローチ加工の実施を不可にする制御を行う。したがって、切れ刃が異常状態であるブローチによるブローチ加工を防ぐことができる。これにより、ブローチの損傷程度を少なく抑えることができ、再刃研による再生が困難な状況まで切れ刃が摩耗するのを未然に防ぐことができる。また、切れ刃が異常状態にあるブローチによるブローチ加工によってワークに不具合が発生するのを防ぐことができ、ワークを精度よく安定して加工することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the broaching device of the present invention can be used when the cutting edge state judging means of the broach quality control device according to the third aspect determines that the cutting edge is in an abnormal state. Control to disable the processing. Therefore, broaching by a broach whose cutting edge is in an abnormal state can be prevented. As a result, the degree of damage to the broach can be suppressed to a low level, and it is possible to prevent the cutting edge from being worn down to a situation where it is difficult to regenerate by the re-blading. In addition, it is possible to prevent the workpiece from being troubled by broaching with a broach having an abnormal cutting edge, and the workpiece can be machined accurately and stably.
次に、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係わるブローチ加工装置の構成を説明する図、図2は、ブローチの側面図、図3は、図2のA−A線断面図、図4は、切れ刃の軸直角方向断面図、図5は、図4のB−B線断面図、図6は、ブローチ品質管理装置及びブローチ加工装置の制御系の概略を示すブロック図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a broaching apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a side view of the broach, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4, and FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a control system of the broach quality control device and broach processing device.
ブローチ加工装置1は、ワークWの内周面にブローチ加工を施す、いわゆる引き抜き型の内面ブローチ加工装置であり、図1に示すように、ブローチ101が着脱自在に取り付けられている。ブローチ101は、図2に示すように、その一端にブローチ101を軸方向前側である切削加工方向に引くための前掴み部102が設けられ、他端にはブローチ101を引き戻すための後掴み部109が設けられている。
The
ブローチ101は、切削刃部104が前掴み部102と後掴み部109との間に設けられている。切削刃部104は、ワークWに予め形成されている内径穴の内周面にキー溝を形成するためのものであり、荒削刃群105と仕上げ刃群106とで構成され、仕上げ刃群106の中で特に精度よく仕上げ加工を行う最終仕上げ刃群107が構成されている。
In the
切削刃部104の荒削刃群105及び仕上げ刃群106には、複数の切れ刃110が円柱状の胴体部からブローチ101の軸方向に直交する方向に沿って突出し、且つ、ブローチ101の軸方向に沿って1列に整列配置されている。
In the
胴体部の外径はワークWの内径穴に挿入されその内径穴の内周面によって案内される大きさに設定されている。切れ刃110は、図3〜図5に示すように、軸方向に直交する方向の断面が略矩形状をなす略長方体形状を有しており、その軸方向前側にはすくい面111が形成され、径方向外側には逃げ面112が形成されて、すくい面111と逃げ面112との稜線部分によってエッジ部(刃先)113が形成されている。
The outer diameter of the body portion is set to a size that is inserted into the inner diameter hole of the workpiece W and guided by the inner peripheral surface of the inner diameter hole. As shown in FIGS. 3 to 5, the
切れ刃110のすくい面111は、図5に示すように、ブローチ101の軸方向に直交する方向でかつブローチ101の径方向中心側から径方向外側に向かって移行するに従い漸次軸方向後側に移行し、ブローチ101の軸心Lに直交する方向に対してすくい角αだけ傾斜した平面形状を有している。
As shown in FIG. 5, the
切れ刃110の逃げ面112は、軸方向前側から軸方向後側に移行するに従いブローチ101の軸心側に移行するように傾斜形成されている。尚、図3において、符号hは切れ刃110の切削幅であり、図4において符号tは切り込み量を示している。
The
また、前掴み部102と切削刃部104との間には前案内部103が形成され、切削刃部104と後掴み部109との間には後案内部108が形成されて、ブローチ101がワークWの内径穴と同軸上に位置決めされるようになっている。
Further, a
ブローチ101は、工具材質が超微粒子系超硬合金からなり、硬質皮膜でコーティングされている。超微粒子系超硬合金には、例えば粒径1μm以下のWCの微粉末を12%以下のCoをバインダとして焼結したものが用いられている。そして、硬質皮膜には、例えば酸化開始温度が800℃以上の特性を有する(TiAl)Nが用いられている。
The
ブローチ加工装置1は、図1に示すように、水平に延在するテーブル面2aを有した本体部2と、テーブル面2aの中央にワークWを保持するワーク保持手段3と、ブローチの切削加工方向が上方から下方に向かって移動させる方向となるようにブローチ101を鉛直に保持するブローチ保持手段4と、ブローチ保持手段4をブローチ101の軸方向に沿って下方に向かって移動させる駆動手段5(図6を参照)を有している。
As shown in FIG. 1, the broaching
本体部2には、ブローチ101を挿通可能な大きさを有する貫通孔2bが上下に貫通して形成されており、貫通孔2bの上端がテーブル面2aの中央に開口している。ワーク保持手段3は、本体部2のテーブル面2aに沿ってワークWと一体となって水平方向に移動可能に設けられている。
A through
ブローチ保持手段4は、本体部2の貫通孔2bに挿通されたブローチ101の前掴み部102を掴んで保持するラム部4aと、ブローチ101の後掴み部109を掴んでブローチ101が鉛直姿勢状態となるように支持する支持部(図示せず)とを有している。ラム部4aは、本体部2に上下にスライド移動可能に設けられている。
The broach holding means 4 holds the
駆動手段5は、図6に示すように、後述する制御手段11からの制御信号に応じて駆動される油圧シリンダ或いは電動モータ等のアクチュエータ5aを有しており、ブローチ保持手段4のラム部4aを所定の引張力でブローチ101の軸方向に沿って上方から下方に向かって移動させ、ブローチ101を切削加工方向に移動させる。
As shown in FIG. 6, the
また、ブローチ加工装置1は、ブローチ101による切削速度や切削力等を制御する制御手段11と、ブローチ101の品質が適切であるか否かを管理するブローチ品質管理手段(ブローチ品質管理装置)21と、ブローチ101の切削加工方向への移動によりブローチ101に作用する切削抵抗荷重を検出する荷重センサ31と、ワークWに対するブローチ101の移動位置を検出する移動位置センサ32とを有している。
Further, the
荷重センサ31は、図1に示すようにワーク保持手段3と本体部2との間に取り付けられている。そして、ブローチ101の軸方向に沿った第1軸方向と、第1軸方向に直交する第2軸方向と、第1軸方向及び第2軸方向に直交する第3軸方向とからなる3軸方向の荷重を測定可能な圧電素子によって構成されている。
The
移動位置センサ32は、ブローチ保持手段4のラム部4aと本体部2との間に取り付けられており(図1には示さず)、本体部2に対するラム部4aの位置を検出できる、例えばリニアスケール等によって構成されている。
The
制御手段11は、シーケンスプログラムコンピュータ或いはリレー回路等によって構成されている。そして、図6に示すように、制御手段11の入力側には、加工条件やワークの種類等の設定値を入力して操作するための操作盤12が接続されており、制御手段11の出力側には、アクチュエータ5aを作動させるための駆動手段5、表示部14が接続されている。表示部14はディスプレイ等からなり、各種設定値や動作状況等を表示するものであり、操作盤12に設けられている。
The control means 11 is constituted by a sequence program computer or a relay circuit. As shown in FIG. 6, an
制御手段11は、加工条件等の設定値に基づいて駆動手段5によりアクチュエータ5aを作動させ、ブローチ保持手段4を介してブローチ101を切削加工方向に移動させる制御を行う。また、制御手段11は、ブローチ品質管理手段21と双方向通信可能に接続されており、ブローチ品質管理手段21からブローチ品質管理情報を受け取り、そのブローチ品質管理情報に基づいて、次のワークに対するブローチ加工が可能であるか否かを決定する処理を行う。
The control means 11 controls the
ブローチ品質管理手段21は、PC(パーソナルコンピュータ)によって構成されており、ブローチ品質管理用のソフトウエアプログラムが実行可能な状態でインストールされている。このブローチ品質管理手段21にて、ブローチ品質管理用のソフトウエアプログラムが実行されることにより、ブローチ品質管理手段21の内部機能として切削抵抗測定部(背分力測定手段)22、ブローチ移動位置測定部23、ブローチ寿命判断処理部(ブローチ寿命判断手段)24、切れ刃状態判断処理部(切れ刃状態判断手段)25、時間計測部26が概念的に構成される。
The broach quality management means 21 is constituted by a PC (personal computer), and is installed in a state where a software program for broach quality management can be executed. The broach quality management means 21 executes a software program for broach quality management, so that an internal function of the broach quality management means 21 is a cutting resistance measuring unit (back force measuring means) 22 and a broach moving position measurement.
時間計測部26は、駆動手段5によりブローチ101の切削加工方向への移動開始時点から移動終了時点までのブローチ移動時間を計測する処理を行う。
The time measuring unit 26 performs a process of measuring the broach moving time from the start of movement of the
切削抵抗測定部22は、上記3軸方向の荷重を測定可能な荷重センサ31からの検出信号に基づいてブローチ101に作用する切削抵抗荷重のうち、ブローチ101の軸方向に直交する方向に作用する背分力を求めて、切削加工方向への移動開始時点から移動終了時点までの経過時間に関連付けした形でメモリに記憶する処理を行う。
The cutting
図7は、ブローチ加工時にブローチ101に作用する切削抵抗荷重を説明する図である。ブローチ101を切削加工方向に移動させると、各切れ刃110がワークWを切削し、ブローチ101に切削抵抗荷重が作用する。この切削抵抗荷重は、図7に示すように、ブローチ101の軸方向に沿って且つ切削加工方向と反対方向に作用する主分力と、ブローチ101の軸方向に直交する方向に作用する背分力とに分けられる。本発明では、これら主分力と背分力のうち、背分力を利用してブローチ101の寿命、及び各切れ刃110の状態の判断を行う。
FIG. 7 is a diagram for explaining the cutting resistance load acting on the
ブローチ移動位置測定部23は、移動位置センサ32からの検出信号に基づいてブローチ101の切削加工方向の移動位置を測定する処理を行う。ブローチ101の移動位置は、切削加工方向への移動開始時点からの経過時間に関連付けされた形でブローチ品質管理手段21のメモリに記憶される。
The broach movement
ブローチ寿命判断処理部24は、切削抵抗測定部22の処理結果とブローチ移動位置測定部23の処理結果とに基づいて、ブローチ101の移動距離に応じた背分力を求め、2次元データ化された実測値としてブローチ品質管理手段21のメモリに記憶する処理を行う。
The broach life
そして、その実測値と、切れ刃110の逃げ面摩耗量sが摩耗限界値であるときのブローチ101の背分力である基準値との比較を行い、実測値が基準値以下のときはブローチ101の寿命に至っていないと判断し、実測値が基準値を超えるときはブローチ101の寿命と判断する。そして、ブローチ101が寿命に至っていないと判断したときは、その判断結果をブローチ品質管理情報として制御手段11に送信する処理を行う。
Then, the measured value is compared with a reference value that is the back component force of the
基準値は、切れ刃110がワークWを切削除去する部分(切り込み量t×切削幅h)の単位面積当たりの切削抵抗荷重(背分力)である比切削抵抗荷重と切れ刃110が切削除去する除去面積とに基づいて算出される。基準値は、本実施の形態では、各切れ刃110の逃げ面摩耗量s(図5を参照)が0のものから、予め設定された摩耗限界値(例えば100μm)のものまでが算出されて、ブローチ101の移動距離に応じた背分力として2次元データ化されてメモリに格納されている。
The reference values are the specific cutting resistance load that is the cutting resistance load (back force) per unit area of the portion where the
切れ刃状態判断処理部25は、ブローチ寿命判断処理部24がブローチ101の寿命に至っていないと判断することによって、各切れ刃が正常状態であるか否かを判断する処理を行う。切れ刃状態判断処理部25は、測定した背分力の実測値に基づいて切れ刃110の逃げ面摩耗量sを推定し、その推定した逃げ面摩耗量sを有するブローチ101の背分力である基準値と実測値とを比較する。そして、ブローチ101の切削加工方向への移動開始から移動終了までの間で実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所があるときは、当該箇所に存在する切れ刃110が異常状態であると判断し、実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所がないときは、各切れ刃110は正常状態であると判断する。そして、これらの判断結果をブローチ品質管理情報として制御手段11に送信する処理を行う。
The cutting edge state
次に、上記構成を有するブローチ加工装置1を用いたワークWのブローチ加工方法について説明する。まず、図1に示すように、ワーク保持手段3の上にワークWを載置してワークWを保持し、ブローチ101の切削加工方向が下方となるようにブローチ101をブローチ保持手段4に保持させる。そして、操作盤12から制御手段11にワークの種類やブローチ101の諸元、加工条件等を入力する。
Next, a broaching method for the workpiece W using the
次いで、操作盤12から所定のタイミングで加工動作の開始信号が入力されると、制御手段11から駆動信号が出力されて駆動手段5によりアクチュエータ5aが作動され、ブローチ保持手段4が下方に移動されて、ブローチ101が所定の引張力及び引張速度で切削加工方向に移動される。このブローチ101の切削加工方向への移動により、ワークWの内周面にブローチ加工が施される。尚、本実施の形態では、ワークWの内周面にキー溝が形成される。
Next, when a machining operation start signal is input from the
加工動作の開始信号は、制御手段11からブローチ品質管理手段21にも入力される。そして、加工動作の開始信号の入力を受けて、ブローチ101に作用する背分力の測定とブローチ101の移動位置の測定がブローチ101の移動開始時点から移動終了時点まで行われ、その測定結果に基づいて背分力の実測値が求められる。
The processing operation start signal is also input from the control means 11 to the broach quality management means 21. Then, in response to the input of the start signal of the machining operation, the measurement of the back component force acting on the
そして、ブローチ寿命判断処理部24によってブローチ101の寿命か否かの判断処理がなされる。ここで、逃げ面摩耗量sが摩耗限界値であるときのブローチ101の背分力である基準値と実測値とが比較され、実測値が摩耗限界値の基準値を超えている場合には、ブローチ101の寿命と判断され、実測値が摩耗限界値の基準値以下である場合には、ブローチ101は寿命に至っていないと判断される。そして、ブローチ101の寿命と判断された場合には、その判断結果がブローチ品質管理情報として制御手段11に送信される。
Then, the broach life
制御手段11は、ブローチ101の寿命との判断結果を有するブローチ管理判断情報を受信すると、当該ブローチ101によるブローチ加工を禁止すべく、次のワークWへのブローチ加工を実施不可にする制御を行うと共に、表示部14にエラー情報を表示し、警報アラーム等を鳴らして作業者に報知する処理を行う。
When receiving the broach management judgment information having the judgment result of the life of the
したがって、ブローチ101を直接計測・観測・検査することなく、ワークWに対してブローチ加工を実施する度に、ブローチ101の寿命か否かを正確に判断することができ、ブローチの品質を管理することができる。また、各切れ刃110の逃げ面摩耗量sが摩耗限界値を超えたブローチ101によるブローチ加工を防ぐことができ、ブローチの損傷程度を少なく抑え、再刃研による再生が困難な状況までブローチ101の切れ刃110が摩耗するのを未然に防ぐことができる。これにより、ワークWを精度よく安定して加工することができる。
Accordingly, it is possible to accurately determine whether or not the
一方、ブローチ寿命判断処理部24による判断処理によって、実測値は摩耗限界値の基準値以下であり、ブローチ101は寿命に至っていないと判断された場合には、切れ刃状態判断処理部25によって、ブローチ101の各切れ刃110が正常状態であるか否かを判断する処理がなされる。
On the other hand, when the actual measurement value is equal to or less than the reference value of the wear limit value by the determination process by the broach life
ここでは、まず、測定した背分力の実測値に基づいて切れ刃110の逃げ面摩耗量sが推定される。逃げ面摩耗量sは、実測値と、ブローチ品質管理手段21のメモリに記憶されている各切れ刃110の逃げ面摩耗量sが0のものから摩耗限界値のものまでの基準値との照合を行い、実測値に最も近似した基準値を特定し、その特定した基準値に基づいてブローチ101の逃げ面摩耗量sが推定される。
Here, first, the flank wear amount s of the
次いで、その推定した逃げ面摩耗量sを有するブローチ101の背分力である基準値(=特定した基準値)と実測値とを比較して、ブローチ101の移動開始時点から移動終了時点までの間で実測値が基準値よりも所定値以上、例えば基準値の10%以上の大きい箇所が存在するか否かが判断される。
Next, a reference value (= specified reference value) that is the back component force of the
ブローチ101の移動開始時点から移動終了時点までの間で実測値が基準値よりも所定値以上の大きい箇所が存在する場合には、当該箇所に相当する切れ刃110を特定し、その切れ刃110が異常状態であると判断され、実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所がないときは、各切れ刃110は正常状態であると判断される。そして、これらの判断結果がブローチ品質管理情報として制御手段11に送信される。
When there is a location where the actual measurement value is greater than the reference value by a predetermined value or more from the start of movement of the
制御手段11は、各切れ刃110が正常状態であるとの判断結果を有するブローチ品質管理情報を受信すると、ブローチ101の品質が適切であると判断して、次のワークWへのブローチ加工を実施可能とする処理を行う。
When the control means 11 receives the broach quality management information having the determination result that each
一方、切れ刃110が異常状態であるとの判断結果を有するブローチ品質管理情報を受信すると、制御手段11は当該ブローチ101によるブローチ加工を禁止すべく、次のワークWへのブローチ加工を実施不可とする制御を行うと共に、表示部14にエラー情報を表示し、警報アラームを鳴らして作業者に報知する処理を行う。
On the other hand, when receiving broach quality control information having a determination result that the
したがって、ブローチ101の寿命が尽きていない場合であっても、各切れ刃110の異常状態を発見することができる。したがって、ブローチ101を直接計測・観測・検査することなく、ワークWに対してブローチ加工を実施する度に、各切れ刃の切り込み量t、切削幅h、逃げ面摩耗量sに異常が発生していないかを確認することができ、ブローチ101の品質を管理することができる。また、例えばブローチ101の新品時や再刃研時に切れ刃110の切り込み量tが過大である等の異常を発見することもできる。
Therefore, even when the life of the
本実施例では、ブローチ101に超硬P30相当のものを使用し、ワークWに焼入鋼HRC60前後のものを使用した。そして、ブローチ加工装置1の切削速度を60m/minに設定した。
In this embodiment, a material equivalent to cemented carbide P30 is used for the
ブローチ101の各切れ刃110の切り込み量tは、一般的に10〜50μmであり、旋削加工やミーリング加工と比較して極めて小さく、刃先の摩耗は、逃げ面112に多く発生する。
The cutting amount t of each
図8は、逃げ面摩耗量sと切削抵抗荷重との関係を示したグラフである。図8に示すように、ブローチ101に作用する切削抵抗荷重のうち、ブローチ101の軸方向に作用する主分力は、逃げ面摩耗量sが15μmのときが910N/mm2で、100μmのときが1750N/mm2であり、その増加量が840N/mm2である。これに対し、ブローチ101の軸方向に直交する方向に作用する背分力は、逃げ面摩耗量sが15μmのときが810N/mm2で、100μmのときが3300N/mm2であり、その増加量は2490N/mm2である。したがって、逃げ面摩耗量sが0〜100μmまでの切削抵抗荷重の変化は、背分力の方が主分力よりも大きいことがわかる。本発明では、この点に注目し、背分力に基づいてブローチ101の寿命及び各切れ刃110が正常状態であるか否かを判断している。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flank wear amount s and the cutting resistance load. As shown in FIG. 8, the main component force acting in the axial direction of the
本実施例で用いられている超硬ブローチ101は、切れ刃110の逃げ面摩耗量sが100μm以上になると、急激に摩耗が進行して大きく欠損し、刃研による再生が困難となり、ブローチ101の再使用ができなくなる。したがって、逃げ面112の摩耗量が100μmを逃げ面摩耗量sの摩耗限界値とし、各切れ刃110の逃げ面摩耗量sが100μmのブローチ101によりブローチ加工をした場合における背分力を摩耗限界値の基準値として設定している。
When the flank wear amount s of the
図9は、切削長が50mmであるワークWのブローチ加工における切削抵抗荷重とブローチ移動距離との関係を示す図である。グラフの縦軸は切削抵抗荷重kN/mm2、横軸はブローチ移動長さmmを表す。図9に示される点線は実測値であり、実線は基準値である。この実施例では、最も近似する基準値として逃げ面摩耗量sが20μmのものが特定されている。そして、図中のP部分が、20μmの基準値よりも突出して所定値(例えば基準値の10%)以上の大きい値となっている。したがって、該当する箇所に位置する切れ刃110に異常があると判断することができる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the cutting resistance load and the broach movement distance in the broaching of the workpiece W having a cutting length of 50 mm. The vertical axis of the graph represents the cutting resistance load kN / mm 2 , and the horizontal axis represents the broach movement length mm. The dotted line shown in FIG. 9 is an actual measurement value, and the solid line is a reference value. In this embodiment, a reference value having the flank wear amount s of 20 μm is specified as the most approximate reference value. And P part in a figure protrudes from the reference value of 20 micrometers, and becomes a big value beyond a predetermined value (for example, 10% of reference values). Therefore, it can be determined that there is an abnormality in the
図10は、切削長が200mmであるワークWのブローチ加工における切削抵抗荷重とブローチ移動距離との関係を示す図である。図10に示される点線は実測値、実線は逃げ面摩耗量sが摩耗限界値である100μmの基準値、一点鎖線は逃げ面摩耗量sが50μmの基準値である。この実施例では、最も近似する基準値として逃げ面摩耗量sが50μmのものが特定されており、摩耗限界値である逃げ面摩耗量sが100μmの基準値と共に図示されている。 FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the cutting resistance load and the broach movement distance in the broaching of the workpiece W having a cutting length of 200 mm. The dotted line shown in FIG. 10 is a measured value, the solid line is a reference value of 100 μm where the flank wear amount s is the wear limit value, and the alternate long and short dash line is a reference value where the flank wear amount s is 50 μm. In this embodiment, a flank wear amount s of 50 μm is specified as the most approximate reference value, and the flank wear amount s, which is a wear limit value, is shown together with a reference value of 100 μm.
これによれば、実測値が摩耗限界値である100μmの基準値よりも小さいことがわかる。したがって、各切れ刃110の逃げ面摩耗量sが摩耗限界値よりも少なく、ブローチ101が寿命に至っていない、換言すると、ブローチ101が継続して使用可能な状態であることを正確に判断することができる。
According to this, it can be seen that the actually measured value is smaller than the reference value of 100 μm which is the wear limit value. Therefore, it is accurately determined that the flank wear amount s of each
そして、図10に示されるQ部分が、50μmの基準値よりも突出していることがわかる。よって、該当する切れ刃110の逃げ面摩耗量sが50μmよりも大きく摩耗していることを容易に把握することができる。尚、かかるブローチ101を実際に直接計測したところ、Q部分以外の逃げ面摩耗量sは40〜50μmであったが、Q部分に該当する切れ刃110の逃げ面摩耗量sは70μmであり、50μmの基準値を超えていることが確認できた。
And it turns out that Q part shown by FIG. 10 protrudes from the reference value of 50 micrometers. Therefore, it can be easily grasped that the flank wear amount s of the
上記ブローチ品質管理装置によれば、切削加工方向への移動によってブローチ101に作用する背分力を測定し、その背分力を測定した実測値と、切れ刃110の逃げ面摩耗量sが摩耗限界値であるときのブローチ101の背分力である基準値と比較することによって、ブローチ101の寿命か否かを、ブローチ101を直接に計測等することなく、正確に判断することができる。
According to the broach quality control device, the back component force acting on the
また、測定した背分力の実測値に基づいて切れ刃110の逃げ面摩耗量sを推定し、その推定した逃げ面摩耗量sを有するブローチ101の背分力である基準値と実測値とを比較して、ブローチ101の切削加工方向への移動開始から移動終了までの間で実測値が基準値よりも所定値以上大きい箇所があるときは、当該箇所に存在する切れ刃110が異常状態であると判断する。したがって、ブローチ101の寿命が尽きていない場合であっても、各切れ刃110の切り込み量tや切削幅h、逃げ面摩耗量sの異常を発見することができる。
Further, the flank wear amount s of the
そして、制御手段11は、ブローチ品質管理手段21によってブローチ101の品質が適切ではないと判断されると、ブローチ加工の実施を不可にする制御を行うので、各切れ刃110の逃げ面摩耗量sが摩耗限界値を超えた、いわゆる寿命が尽きたブローチ101や、切れ刃110が異常状態であるブローチ101によるワークWへのブローチ加工を防ぐことができる。したがって、ブローチ101の損傷程度を少なく抑えることができ、再刃研による再生が困難な状況までブローチ101の切れ刃110が摩耗するのを未然に防ぐことができる。また、品質が適切ではないブローチ101によるブローチ加工によってワークWに不具合が発生するのを防ぐことができ、ワークWを精度よく安定して加工することができる。
When the broach
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、荷重センサ31をワーク保持手段3と本体部2との間に取り付けた場合を例に説明したが、ブローチ101に作用する背分力を検出できる箇所であればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the
図11は、荷重センサ31をブローチガイド6に取り付けた構成例を示す図である。尚、図1に示すブローチ加工装置1と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。この構成例では、ブローチガイド6がワークWの上方位置で水平方向に移動可能に支持されて設けられており、荷重センサ31がブローチガイド6に作用する水平方向の切削抵抗荷重を検出可能に設けられている。したがって、ブローチ101の切削加工方向への移動によりブローチ101に作用する背分力を検出することができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example in which the
1 ブローチ加工装置
4 ブローチ保持手段
4a ラム部
5 駆動手段
11 制御手段
21 ブローチ品質管理手段(ブローチ品質管理装置)
22 切削抵抗測定部(背分力測定手段)
23 ブローチ移動位置測定部
24 ブローチ寿命判断処理部(ブローチ寿命判断手段)
25 切れ刃状態判断処理部(切れ刃状態判断手段)
26 時間計測部
31 荷重センサ
32 移動位置センサ
101 ブローチ
110 切れ刃
111 すくい面
112 逃げ面
113 エッジ部
s 逃げ面摩耗量
t 切り込み量
h 切削幅
DESCRIPTION OF
22 Cutting resistance measuring part (Back force measuring means)
23 Broach movement
25 Cutting edge state determination processing unit (cutting edge state determination means)
26
Claims (6)
該背分力測定手段により実際に測定した背分力の実測値と、前記ブローチの切れ刃の逃げ面摩耗量が摩耗限界値であるときの背分力である基準値とを比較して、前記実測値が前記基準値以下のときは前記ブローチの寿命に至っていないと判断し、前記実測値が前記基準値を超えるときは前記ブローチの寿命と判断するブローチ寿命判断手段と、を有することを特徴とするブローチ品質管理装置。 By moving at least one of the broach and the workpiece in the cutting direction of the broach, a cutting resistance load acting on the broach according to the movement in the cutting direction and acting in a direction perpendicular to the axial direction of the broach Back component force measuring means for measuring the back component force,
Compared with the actual value of the back component force actually measured by the back component force measuring means and a reference value that is the back component force when the flank wear amount of the cutting edge of the broach is a wear limit value, Broach life judging means for judging that the life of the broach has not reached when the measured value is less than or equal to the reference value, and for determining the life of the broach when the measured value exceeds the reference value. A brooch quality control device.
A broach comprising control means for performing control to disable execution of broaching when the broach quality control device according to claim 3 determines that the cutting edge is in an abnormal state. Processing equipment.
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