JP2880211B2 - 工具負荷監視制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工具負荷監視制御方法に関し、特に数値制御
装置の指令により一定の動作サイクルを繰り返し実行す
る工作機械の制御に供する工具負荷監視制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

第６図に基づいて従来の技術を説明する。

図は旋盤における切削説明図である。図において、20
1は加工用工具、202は被切削物であるワーク、203はワ
ーク202を保持するチャック、204はワーク203の切削域
である。Ａ点は工具201の早送り開始点、Ｂ点は工具201
がワーク202に接近し始めるアプローチ開始点、Ｃ点は
切削速度開始点、Ｄ点は切削開始点、Ｅ点は切削がほぼ
完了し減速となる点である。

破線は早送りで移動した工具201の軌跡、実線は切削
速度で移動した工具201の軌跡、太線はアプローチ速度
及び切削がほぼ完了し減速した速度で移動した工具201
の軌跡である。

工具201はＡ点から早送りでＢ点まで送られ、Ｂ点か
らアプローチ速度でワーク202に接近し、Ｃ点から切削
速度で送られ、Ｄ点から切削が開始され、Ｅ点で減速し
た速度となる。

切削中の送り速度が早過ぎると加工面が荒れ、また、
軸の駆動用サーボモータに一定以上の負荷がかかると、
切削異常とみなして数値制御装置にアラーム信号を送
り、機械を非常停止させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の工具負荷監視制御方法では、数値制御
装置からの指令による切削作業中にサーボモータ負荷電
流が急増すると正常な電流増加であっても異常とする場
合があるので、工具の早送りや切削の開始時でのサーボ
モータ負荷電流の急激な増加には適切に対応していない
という問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
正常なサーボモータ負荷電流増加に対しては加工速度制
御あるいは工具負荷の異常検出を停止する監視中断区間
を設定した数値制御装置による工具負荷監視制御方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、 工具の負荷を監視して、加工速度の制御あるいは工具
負荷の異常を検出する工具負荷監視制御方法において、
所定の時間毎に前記工具の位置制御を行うサーボモータ
の負荷電流値を所定の時間間隔で測定し、前記時間間隔
ごとに負荷電流の変化率を求め、前記変化率が一定値以
上になってから変化が無くなるまでの区間では加工速度
制御あるいは工具負荷の異常検出を停止することを特徴
とする工具負荷監視制御方法が、提供される。

〔作用〕

数値制御装置による切削加工中、工具を移動させるサ
ーボモータの負荷電流を一定時間間隔で測定し、この測
定電流の変化率を求める。この変化率が一定値（しきい
値）以上になった場合は、この変化率の変化が無くなる
までの区間では加工速度制御あるいは工具負荷の異常検
出を停止する。

すなわち、工具の早送りや切削開始時点ではサーボモ
ータ負荷電流は急激に増加し、電流の変化率はしきい値
を越える。しかし、この場合はこの変化率の変化が無く
なるまでの監視中断区間を設定し、加工速度制御や工具
負荷の異常、アラーム、ウォーニング等の検出を停止す
る。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第２図は本発明を実施するためのPC及び周辺装置の構成
を示したブロック図である。図において、10は数値制御
装置（CNC）である。プロセッサ11はバス21を介してROM
12に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシ
ステムプログラムに従って数値制御装置10の全体動作を
制御する。RAM13には一時的な計算データ、表示データ
等が格納される。不揮発性メモリ14はバッテリバックア
ップされたCMOSで構成され、加工プログラム、各種のパ
ラメータ、工具補正量等が格納される。

インタフェース15は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーダ、紙テープパンチャー、紙テープリ
ーダ・パンチャー等の外部機器91が接続される。紙テー
プリーダからは加工プログラムが読み込まれ、また、数
値制御装置10内で編集された加工プログラムを紙テープ
パンチャーに出力することができる。

PC16は数値制御装置10に内蔵され、ラダー形式で作成
されたシーケンスプログラムで機械を制御する。その詳
細は後述する。

グラフィック制御回路18は各軸の現在位置、負荷状
態、アラーム、パラメータ等のディジタルデータを画像
信号に変換して出力する。この画像信号はCRT/MDIユニ
ット25の表示装置26に送られ、表示される。インタフェ
ース19はCRT/MDIユニット25内のキーボード27からのデ
ータを受けて、プロセッサ11に渡す。

インタフェース20は手動パルス発生器92に接続され、
手動パルス発生器92からのパルスを受ける。手動パルス
発生器92は機械操作盤に実装され、手動で機械稼働部を
精密に位置決めするのに使用される。

軸制御回路41〜42はプロセッサ11からの各軸の移動指
令を受け、速度信号に変換してサーボアンプ51〜52に指
令する。サーボアンプ51〜52はこれを増幅して、Ｘ軸及
びＺ軸のサーボモータ61〜62を駆動する。サーボモータ
61〜62には位置検出用のパルスコーダが内蔵されてお
り、このパルスコーダから位置信号がパルス列としてフ
ィードバックされる。また、このパルス列をF/V（周波
数／速度）変換することにより、速度信号を生成するこ
とができる。図ではこれらの位置信号のフィードバック
ライン及び速度フィードバックラインは省略してある。

スピンドル制御回路71はスピンドル回路指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ72にスピンドル速度信号を出力する。スピン
ドルアンプ72はこのスピンドル速度信号を受けて、スピ
ンドルモータ73を指令された回転速度で回転させる。ま
た、オリエンテーション指令によって、スピンドルを所
定の回転角度の位置に位置決めする。

スピンドルモータ73には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ82が結合されている。従って、ポジションコ
ーダ82はスピンドル73に同期して回転し、帰還パルスを
出力し、その帰還パルスはインタフェース81を経由し
て、プロセッサ11によって、読み取られる。この帰還パ
ルスは他の軸をスピンドルモータ73に同期して移動させ
てネジ切り等の加工を行うために使用される。

第３図はPC16の内部の構成を示したブロック図であ
る。プロセッサ161はPC16を制御するプロセッサであ
り、インタフェース162を介して数値制御装置10のバス2
1に結合されている。ROM163にはPC16を制御するための
管理プログラムと、ラダー言語で作成されたシーケンス
・プログラムが格納されている。RAM164には入出力信号
が格納され、シーケンス・プログラムの実行に従って、
その内容は書き換えられていく。RAM164に格納された出
力信号はI/O制御回路165によってシリアル信号に変換さ
れて、I/Oユニット17に送られる。また、I/Oユニット17
からのシリアルな入力信号をパラレル信号に変換してRA
M164に格納する。

プロセッサ161は数値制御装置10からインタフェース1
62を経由してＭ機能指令、Ｔ機能指令等の指令信号を受
け、一旦RAM164に格納し、その指令をROM163に記憶され
ているシーケンスプログラムに従って処理し、I/O制御
回路165を経由してI/Oユニット17に出力する。この出力
信号によって、機械側の油圧機器、空圧機器、電磁機器
が制御される。

また、プロセッサ161はI/Oユニット17からの機械側の
リミットスイッチ信号、機械操作盤の操作スイッチの信
号等の入力信号を受けて、これを一旦RAM164に格納す
る。そして、PC16で処理する必要のない入力信号はイン
タフェース162を経由してプロセッサ11に送られる。そ
の他の信号はシーケンスプログラムで処理し、一部の信
号は数値制御装置10側へ、他の信号は出力信号としてI/
O制御回路165を経由してI/Oユニット17から機械側へ出
力される。

また、RAM164にはインタフェース162経由でサーボモ
ータ61、62及びスピンドルモータ73の電流値が逐次入力
される。RAM164に格納された各モータの電流値のデータ
がCRT/MDIユニット25の表示装置26に送られ、負荷状態
の経時的変化としてグラフィック表示される。なお、RA
M164に格納されたＺ軸サーボモータの電流値から計算さ
れた変化率を表示装置26に送り、負荷状態の経時的変化
としてグラフィック表示することができる。

次に、サーボモータの電流値の変化率の算出方法につ
いて説明する。第４図は切削工程における一サイクルの
Ｚ軸サーボモータの電流値を示したグラフである。時刻
t₁〜t₂間は工具の早送りのために、サーボモータが加速
され電流が増加している期間である。時刻t₄〜t₅間はワ
ークに接近するアプローチのために、サーボモータが減
速され電流が増加している期間である。時刻t₇〜t₈間は
切削速度に変速するために、サーボモータ負荷電流が増
加している期間である。時刻t₁₀〜t₁₁間は切削のため
に、サーボモータに負荷がかかり電流が増加している期
間である。空切削中のサーボモータ電流は比較的小さい
が、早送りのための加速時やワークへの切り込みを開始
時には急激に増大する。

ここで、サーボモータ電流は５図に示すように、例え
ば8m秒毎にサンプリングされている。そして、このサン
プリングデータの例えば３点のデータの平均値Ａ、Ｂ、
Ｃ、……を求め、電流変化率をB/A、C/B、……として、
この値がしきい値を越えた場合には早送りまたは、切り
込み開始点とみなす。しきい値はパラメータであり、必
要に応じて適切な数値を用いる。またサンプリング時間
もパラメータとし、8m秒、16m秒、24m秒等とすることが
できる。

第４図に戻って説明すると、早送り開始点t₁や切削開
始点t₁₀すなわち、サーボモータ負荷電流の急増により
変化率がしきい値を越えた点を検出すると、その時点か
らの電流変化率の変化が無くなるまでは加工速度制御あ
るいは工具負荷の異常検出を停止する監視中断区間とな
る。

第１図は切削工程におけるPC16の処理のフローチャー
トである。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を
示す。

〔S1〕所定のサンプリング時間でサーボモータ電流値の
サンプリングを開始する。

〔S2〕数点のサンプリングデータを単位として、変化率
を算出する。

〔S3〕変化率がしきい値を越えたかどうかを判断し、越
えた場合はS4へ、越えていない場合はS6に進む。

〔S4〕加工速度制御あるいは工具負荷の異常検出を停止
する監視中断区間である。

〔S5〕変化率の変化の状態を調べ、変化がなければS6に
進み、変化中であればS4に戻る。

〔S6〕加工速度制御あるいは工具負荷の異常を検出する
監視区間である。

〔S7〕加工プログラムで指令された切削作業が完了した
かを調べ、作業中であればS1に戻りサンプリングを行
う。

以上の説明では工作機械として施盤を例にしたが、マ
シニングセンタ、NC研削盤等の他の工作機械にも適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、サーボモータ電流値
の変化率がしきい値を越えると、自動的に変化が無くな
るまでの間は加工速度制御あるいは工具負荷の異常検出
を停止する監視中断区間としたので、正常に稼働してい
る工作機械を停止したり、アラームを発したりすること
が無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工具負荷監視制御方法を説
明するフローチャート、 第２図は本発明を実施するためのPC及び周辺装置の構成
を示したブロック図、 第３図は本発明を実施するためのPCの内部構成を示した
ブロック図、 第４図は本発明の一実施例の切削工程におけるサーボモ
ータ電流変化を示したグラフ、 第５図は本発明の一実施例の変化率算出方法を説明する
グラフ、 第６図は数値制御工作機械による加工の一例を説明する
図である。 10……数値制御装置 16……PC 26……表示装置 61〜62……サーボモータ 73……スピンドルモータ 201……工具 202……ワーク 203……チャック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−205958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−207743（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23Q 17/09 B23Q 15/12 G05B 19/18 G05B 19/407

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具の負荷を監視して、加工速度の制御あ
   るいは工具負荷の異常を検出する工具負荷監視制御方法
   において、 所定の時間毎に前記工具の位置制御を行うサーボモータ
   の負荷電流値を所定の時間間隔で測定し、 前記時間間隔ごとに負荷電流の変化率を求め、 前記変化率が一定値以上になってから変化が無くなるま
   での区間では加工速度制御あるいは工具負荷の異常検出
   を停止することを特徴とする工具負荷監視制御方法。
2. 【請求項２】前記変化率の一定値はパラメータで設定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具負
   荷監視制御方法。
3. 【請求項３】前記負荷電流の変化率はPMC（プログラマ
   ブル・マシン・コントローラ）で計算することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の工具負荷監視制御方
   法。