JP7414462B2 - 工作機械とそのブレーキ点検方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械とそのブレーキ点検方法に関するものである。

割出位置を保持するためにブレーキを備える回転テーブルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この回転テーブルにおいては、回転テーブルを正転方向および逆転方向に微小回転させることにより微小揺動させたときの揺動の振幅を閾値と比較して、ブレーキがクランプ状態であるか否かの判定を行っている。

特許第４４２２１８７号公報

アンクランプ状態、もしくは、アンクランプまたはクランプ動作途中の状態で微小揺動させたときの揺動の振幅は、テーブルに積載されたワークのイナーシャおよび回転テーブルの速度ゲイン等のパラメータの設定値によって異なる。また、回転テーブルにアンバランストルクが負荷されている場合にも、アンバランストルクが負荷されていない場合と比較して揺動の振幅は相違する。このため、揺動の振幅と閾値との比較によってブレーキの状態を正確に判定することは困難である。
したがって、ワークのイナーシャ等により揺動の振幅が変動する状況であっても、ブレーキの状態の判定を精度よく行うことが望ましい。

本発明の一態様は、ブレーキを備え、モータにより駆動される駆動軸と、該駆動軸の状態量を検出する検出部と、該検出部により検出された状態量に基づいて前記駆動軸を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記ブレーキのオンオフを切り替える切替指令を出力する切替指令部と、該切替指令部により切替指令が出力された後の第１の時刻と、該第１の時刻に対して時間間隔をあけた第２の時刻とにおいて、前記モータを微小に正転および逆転させる加振指令を出力する加振指令部と、該加振指令部による前記加振指令の出力中に前記検出部により検出された前記第１の時刻における前記状態量と、前記第２の時刻における前記状態量とに基づいて、前記ブレーキの状態を判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記第２の時刻における前記状態量と前記第１の時刻における前記状態量との差分の絶対値が第１の閾値よりも大きい場合に、前記ブレーキに動作遅れがあると判定する工作機械である。

本発明の一実施形態に係る工作機械を示す全体構成図である。 図１の回転テーブルの構造の一例を示す部分的な縦断面図である。 図１の工作機械に備えられる制御部を示すブロック図である。 図１の工作機械のブレーキ点検方法を説明するフローチャートである。 図１の工作機械のブレーキ点検方法におけるアンクランプ動作の判定を説明するグラフである。 図１の工作機械のブレーキ点検方法の変形例を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る工作機械１とそのブレーキ点検方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、例えば、工作機械であって、図１に示されるように、モータ２により駆動される回転テーブル（駆動軸）３と回転テーブル３を制御する制御部４とを備えている。

回転テーブル３は、図２に示されるように、ブレーキ５を備えている。ブレーキ５は、回転テーブル３の主軸６に固定されたブレーキディスク７と、ブレーキディスク７の近傍に配置されたクランプ部材８と、ブレーキディスク７を厚さ方向に挟んでクランプ部材８とは反対側に配置されるピストン９とを備えている。図中、符号１０は、ピストン９をクランプ方向に強制する板バネである。

ピストン９は、主軸６の軸方向に移動可能に設けられ、ピストン９を主軸６の軸方向に挟んだ両側には、それぞれ密封されたクランプ室１１およびアンクランプ室１２が配置されている。クランプ室１１にエアを供給すると、ピストン９が一方向に移動して、クランプ部材８との間にブレーキディスク７を挟み、ブレーキ５が制動（オン）状態となる。

一方、アンクランプ室１２にエアを供給すると、ピストン９が逆方向に移動してブレーキディスク７から離れ、ブレーキ５が非制動（オフ）状態となる。また、クランプ室１１およびアンクランプ室１２へのエアの供給が停止すると、板バネ１０によってブレーキ５がクランプ方向に強制され、ブレーキ５が制動状態となる。

モータ２と回転テーブル３との間には、回転テーブル３の回転角度（状態量）を検出するセンサ（検出部）１３が設けられている。センサ１３は、例えば、非接触式のエンコーダである。

制御部４は、図３に示されるように、切替指令部１４と、タイマー１５と、加振指令部１６と、判定部１７と、表示部１８とを備えている。切替指令部１４、加振指令部１６および判定部１７は、プロセッサおよびメモリにより構成されている。表示部１８はモニタである。

切替指令部１４は、回転テーブル３のブレーキ５に対し、オンオフを切り替える切替指令を出力する。タイマー１５は、切替指令が出力された時点から時間の計数を開始する。

加振指令部１６は、タイマー１５により第１の時刻Ｔ１および第２の時刻Ｔ２が計数された２時点において、モータ２に対して加振指令を出力する。加振指令は、例えば、１周期の微小振幅の正弦波である。加振指令が入力されると、モータ２は微小に正転および逆転させられる。
センサ１３により検出された回転テーブル３の回転角度の情報は判定部１７に送られ、各種判定が行われる。判定結果は表示部１８に表示される。

次に、本発明の一実施形態に係る工作機械１のブレーキ点検方法について以下に説明する。
本実施形態に係るブレーキ点検方法は、まず、図４に示されるように、切替指令部１４から回転テーブル３のブレーキ５に対して切替信号を出力する（ステップＳ１）。ここでは、切替指令部１４が、回転テーブル３のブレーキ５に対して、切替指令としてアンクランプ指令を出力した場合について説明する。

切替指令部１４は、切替信号の出力と同時に、タイマー１５に起動指令を送り、タイマー１５による計時が開始される（ステップＳ２）。タイマー１５による計時結果は、加振指令部１６および判定部１７に送られる。

加振指令部１６は、タイマー１５による計時結果が、第１の時刻Ｔ１となったときに、モータ２に対して加振指令を出力し、モータ２を微小振動させる（ステップＳ３，Ｓ４）。
判定部１７は、第１の時刻Ｔ１における加振中に、センサ１３から送られてくる回転テーブル３の回転角度の情報から、回転テーブル３の振動の振幅Ａ１を抽出し、記憶する（ステップＳ５）。

次いで、加振指令部１６は、タイマー１５による計時結果が、第１の時刻Ｔ１に対して時間間隔をあけた第２の時刻Ｔ２となったときに、モータ２に対して加振指令を出力し、モータ２を微小振動させる（ステップＳ６，Ｓ７）。
判定部１７は、第２の時刻Ｔ２における加振中に、センサ１３から送られてくる回転テーブル３の回転角度の情報から、回転テーブル３の振動の振幅Ａ２を抽出し、記憶する（ステップＳ８）。

この状態で、判定部１７は、度２の時刻Ｔ２において抽出された振幅Ａ２が所定の第２の閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。判定の結果、振幅Ａ２が第２の閾値Ｔｈ２以下である場合には、アンクランプ動作が不良であると判定し（ステップＳ１０）、その旨を表示部１８に表示する（ステップＳ１４）。

判定部１７は、振幅Ａ２が所定の第２の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には、第１の時刻Ｔ１における振幅Ａ１と、第２の時刻Ｔ２における振幅Ａ２との差分の絶対値が、所定の第１の閾値Ｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。判定の結果、差分の絶対値｜Ａ２－Ａ１｜が第１の閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、アンクランプ動作に遅れがあると判定し（ステップＳ１２）、その旨を表示部１８に表示する（ステップＳ１４）。

一方、判定部１７における判定の結果、差分の絶対値｜Ａ２－Ａ１｜が第１の閾値Ｔｈ１以下である場合には、アンクランプ動作が正常であると判定し（ステップＳ１３）、その旨を表示部１８に表示する（ステップＳ１４）。

このように、本実施形態に係る工作機械１とそのブレーキ点検方法によれば、時間間隔をあけた第１の時刻Ｔ１と第２の時刻Ｔ２における加振中の回転テーブル３の振動の振幅に基づいてアンクランプ動作が正常であるか以上であるかを判定する。これにより、１回の加振において判定する場合と比較して、ワークのイナーシャに関わらず、ブレーキ５の状態の判定を精度よく行うことができるという利点がある。

すなわち、図５に示されるように、アンクランプ動作指令後に、時間間隔をあけて２回振動させ、２回目の振動における振幅Ａ２が小さければ、アンクランプ動作自体が行われていない（アンクランプ動作不良）と判定することができる。
また、２回目の振動における振幅Ａ２が大きい場合には、２回目の時点でアンクランプ動作が行われているが、１回目の振動における振幅Ａ１が小さければ、アンクランプ動作が遅れて行われていると判定することができる。

さらに、１回目の振動における振幅Ａ１および２回目の振動における振幅Ａ２が略等しく（第１の閾値Ｔｈ１が十分に小さい場合）かつ、十分に小さければ、アンクランプ動作は正常であると判定することができる。

なお、本実施形態に係る工作機械１とそのブレーキ点検方法によれば、モータ２に２回の加振指令を出力し、各加振中の回転テーブル３の振幅Ａ１，Ａ２を用いて、アンクランプ動作が正常か異常かを判定したが、これに代えて、加振指令は２回以上出力してもよい。
この場合には、回転テーブル３のブレーキ５のアンクランプ状態の時間変化をさらに詳細に確認することができる。

この場合に、最初に設定した２回の時刻Ｔ１，Ｔ２では、アンクランプ動作不良またはアンクランプ動作遅れと判定される場合には、判定時間の許容範囲内において、判定のための振幅の検出時刻を探索してもよい。すなわち、最初に設定した２回の時刻Ｔ１，Ｔ２よりも遅い時刻における判定が許容され、アンクランプ動作正常と判定できる場合には、時刻Ｔ１，Ｔ２を延長してもよい。

また、本実施形態においては、切替指令部１４が、回転テーブル３のブレーキ５に対して、切替指令としてアンクランプ指令を出力した場合について説明したが、クランプ指令を出力する場合に適用してもよい。
この場合には、図６に示されるように、クランプ指令を出力する（ステップＳ２１）。
そして、第２の時刻Ｔ２において抽出された振幅Ａ２が第３の閾値Ｔｈ３よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２２）、大きい場合にはクランプ動作不良であると判定する（ステップＳ２３）。振幅Ａ２が第３の閾値Ｔｈ３以下かつ振幅Ａ２と振幅Ａ１との差分の絶対値が第１の閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、クランプ動作遅れであると判定する（ステップＳ２４）。さらに、振幅Ａ２が第３の閾値Ｔｈ３以下かつ振幅Ａ２と振幅Ａ１との差分の絶対値が第１の閾値Ｔｈ１以下である場合には、クランプ動作が正常であると判定すればよい（ステップＳ２５）。

また、本実施形態においては、工作機械１の駆動軸として回転テーブル３を例示したが、これに代えて、ブレーキ５を備える駆動軸であれば、他の任意の駆動軸に適用してもよい。
また、検出する状態量として、回転テーブル３の回転角度（変位量）を例示したが、これに代えて、トルク、加速度あるいは速度等の他の状態量を検出してもよい。トルクは、モータ２の電流値あるいはトルクセンサにより検出してもよい。また、速度は回転角度あるいは変位量を微分して算出してもよい。

また、回転テーブル３の場合、装着するワークの重量バランスが取れていない場合、回転角度位置によって判定結果が相違するので、アンクランプ指令あるいはクランプ指令の出力前に、ワークの重量バランスの影響を低減する動作を実施してもよい。
例えば、回転テーブル３を１回転させる間のモータ２の電流値を記録し、電流値が最も小さくなる回転角度位置に停止してからブレーキ点検を行ってもよい。

また、ブレーキ点検は、点検機能専用の指令コードを加工プログラムの最初または最後に組み込んで実施してもよいし、クランプ動作／アンクランプ動作の回数が所定回数到達する毎に実施してもよい。あるいは、必要に応じて実施してもよい。

１ 工作機械
２ モータ
３ 回転テーブル（駆動軸）
４ 制御部
５ ブレーキ
１３ センサ（検出部）
１４ 切替指令部
１６ 加振指令部
１７ 判定部
Ｔ１ 第１の時刻
Ｔ２ 第２の時刻
Ｔｈ１ 第１の閾値
Ｔｈ２ 第２の閾値
Ｔｈ３ 第３の閾値

Claims (20)

1. ブレーキを備え、モータにより駆動される駆動軸と、該駆動軸の状態量を検出する検出部と、該検出部により検出された状態量に基づいて前記駆動軸を制御する制御部とを備え、
   該制御部が、前記ブレーキのオンオフを切り替える切替指令を出力する切替指令部と、該切替指令部により切替指令が出力された後の第１の時刻と、該第１の時刻に対して時間間隔をあけた第２の時刻とにおいて、前記モータを微小に正転および逆転させる加振指令を出力する加振指令部と、該加振指令部による前記加振指令の出力中に前記検出部により検出された前記第１の時刻における前記状態量と、前記第２の時刻における前記状態量とに基づいて、前記ブレーキの状態を判定する判定部とを備え、
   前記判定部は、前記第２の時刻における前記状態量と前記第１の時刻における前記状態量との差分の絶対値が第１の閾値よりも大きい場合に、前記ブレーキに動作遅れがあると判定する工作機械。
2. ブレーキを備え、モータにより駆動される駆動軸と、該駆動軸の状態量を検出する検出部と、該検出部により検出された状態量に基づいて前記駆動軸を制御する制御部とを備え、
   該制御部が、前記ブレーキのオンオフを切り替える切替指令を出力する切替指令部と、該切替指令部により切替指令としてアンクランプ指令が出力された後の第１の時刻と、該第１の時刻に対して時間間隔をあけた第２の時刻とにおいて、前記モータを微小に正転および逆転させる加振指令を出力する加振指令部と、該加振指令部による前記加振指令の出力中に前記検出部により検出された前記第１の時刻における前記状態量と、前記第２の時刻における前記状態量とに基づいて、前記ブレーキの状態を判定する判定部とを備える工作機械。
3. 前記判定部は、前記第２の時刻における前記状態量が第２の閾値以下である場合に、前記ブレーキがアンクランプ動作不良であると判定する請求項２に記載の工作機械。
4. 前記判定部は、前記第１の時刻における前記状態量および前記第２の時刻における前記状態量のいずれもが第２の閾値よりも大きいかつ略等しい場合に、前記ブレーキのアンクランプ動作が正常であると判定する請求項２または請求項３に記載の工作機械。
5. 前記切替指令部が、前記切替指令としてクランプ指令を出力し、
   前記判定部は、前記第２の時刻における前記状態量が第３の閾値よりも大きい場合に、前記ブレーキがクランプ動作不良であると判定する請求項１に記載の工作機械。
6. 前記判定部は、前記第１の時刻における前記状態量および前記第２の時刻における前記状態量のいずれもが前記第３の閾値以下かつ略等しい場合に、前記ブレーキのクランプ動作が正常であると判定する請求項５に記載の工作機械。
7. 前記駆動軸が回転テーブルである請求項１から請求項６のいずれかに記載の工作機械。
8. 前記状態量が、変位、速度または加速度である請求項１から請求項７のいずれかに記載の工作機械。
9. 前記加振指令部が前記第１の時刻と前記第２の時刻との間に１回以上の追加の前記加振指令を出力し、
   前記判定部が、前記第１の時刻における前記加振指令、前記第２の時刻における前記加振指令および追加の前記加振指令における前記状態量に基づいて、前記ブレーキの状態変化を判定する請求項１から請求項８のいずれかに記載の工作機械。
10. ブレーキを有する駆動軸を備える工作機械のブレーキ点検方法であって、
    前記ブレーキの状態を切り替える切替指令を出力し、
    該切替指令が出力された後の第１の時刻と、該第１の時刻に対して時間間隔をあけた第２の時刻とにおいて、前記駆動軸に加振指令を出力し、
    該加振指令の出力中の前記駆動軸の状態量をそれぞれ検出し、
    検出された前記第２の時刻における前記状態量と前記第１の時刻における前記状態量との差分の絶対値が第１の閾値よりも大きい場合に、前記ブレーキに動作遅れがあると判定する工作機械のブレーキ点検方法。
11. 前記ブレーキに動作遅れがあると判定された場合に、所定の許容時間の範囲内において、前記第１の時刻と前記第２の時刻のいずれかまたは両方を予め設定されている時刻に対して遅れさせる請求項１０に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
12. ブレーキを有する駆動軸を備える工作機械のブレーキ点検方法であって、
    前記ブレーキの状態を切り替える切替指令としてアンクランプ指令を出力し、
    該切替指令が出力された後の第１の時刻と、該第１の時刻に対して時間間隔をあけた第２の時刻とにおいて、前記駆動軸に加振指令を出力し、
    該加振指令の出力中の前記駆動軸の状態量をそれぞれ検出し、
    検出された前記第１の時刻における前記状態量と、前記第２の時刻における前記状態量とに基づいて、前記ブレーキの状態を判定する工作機械のブレーキ点検方法。
13. 前記第２の時刻における前記状態量が第２の閾値よりも小さい場合に、前記ブレーキがアンクランプ動作不良であると判定する請求項１２に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
14. 前記第１の時刻における前記状態量および前記第２の時刻における前記状態量のいずれもが第２の閾値以上かつ略等しい場合に、前記ブレーキのアンクランプ動作が正常であると判定する請求項１２または請求項１３に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
15. 前記切替指令としてクランプ指令を出力し、
    前記第２の時刻における前記状態量が第３の閾値よりも大きい場合に、前記ブレーキがクランプ動作不良であると判定する請求項１０または請求項１１に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
16. 前記第１の時刻における前記状態量および前記第２の時刻における前記状態量のいずれもが前記第３の閾値以下かつ略等しい場合に、前記ブレーキのクランプ動作が正常であると判定する請求項１５に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
17. 前記駆動軸が回転テーブルである請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の工作機械のブレーキ点検方法。
18. 前記加振指令の出力を行う前に、前記回転テーブルに装着するワークの重量バランスの影響を低減する動作を前記駆動軸に行わせる請求項１７に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
19. 前記回転テーブルを前記重量バランスの影響が小さくなる位置に回転させる請求項１８に記載の工作機械のブレーキ点検方法。
20. 前記状態量が、変位、速度または加速度である請求項１０から請求項１９のいずれかに記載の工作機械のブレーキ点検方法。

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