CN104589156B

CN104589156B - 检测主轴和电动机之间的动力传递部的异常的电动机控制装置

Info

Publication number: CN104589156B
Application number: CN201410569132.6A
Authority: CN
Inventors: 内藤玄造
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: US10018677B2; JP2015085432A; CN104589156A; DE102014115420A1; JP5694481B1; US20150115855A1

Abstract

本发明的电动机控制装置(10)具备：一次旋转信号检测器(30)，其检测表示主轴(23)旋转一次的一次旋转信号；旋转角检测器(21)，其在每个规定时间检测电动机(20)的旋转角；计数器(11)，其对旋转角进行累计。在一次旋转信号检测器检测出主轴的一次旋转信号时，上述计数器的值被复位。电动机控制装置(10)还具备：判定部(12)，其在上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值从预定的范围偏离的情况下，判定动力传递部(27)发生了异常。

Description

检测主轴和电动机之间的动力传递部的异常的电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种检测加工工件的机床的主轴和驱动该主轴的电动机之间的动力传递部的异常的电动机控制装置。

背景技术

将刀具安装在主轴上的机床被广泛使用。在这样的机床中，通过动力传递部将来自电动机的驱动力传递到主轴，刀具通过主轴的旋转而加工工件。

动力传递部例如包含皮带、皮带轮等。由于该皮带的长期劣化，有可能发生因松弛造成的大的打滑、皮带自身的断裂等而无法正确地传递动力。为了尽早地检测这样的情况、或者为了防患于未然，目前提出一种判定动力传递部的异常的方法。

例如，在日本特开昭61-103750号公报中，通过设置在皮带近旁的非接触型速度传感器来检测主轴的速度，在主轴的速度和电动机的速度之间的差超过了允许值的情况下，判定动力传递部发生了异常。

另外，在日本特开2010-137310号公报中，公开了在电动机的负荷处于规定的范围内的情况下判定皮带发生了异常的第一判定部、在通过第一判定部判定发生了异常的情况下动作的第二判定部。第二判定部检测与电动机不同的部位的状态，判定皮带发生了异常。第一判定部例如监视流过电动机的电流、或具备转矩仪。第二判定部具备例如监视安装在主轴上的刀具的振动的振动传感器。

但是，在日本特开昭61-103750号公报中另外需要速度传感器，在日本特开2010-137310号公报中需要转矩仪和振动传感器等。如果追加了速度传感器等，则存在成本变高的缺点。

本发明就是鉴于这样的情况，其目的在于：提供一种不追加速度传感器、转矩仪等就能够判定动力传递部的异常的电动机控制装置。

发明内容

为了达到上述目的，根据第一个形式提供一种电动机控制装置，其检测将机床的主轴和电动机连结起来的减速比为已知的动力传递部的异常，该电动机控制装置具备：一次旋转信号检测器，其检测表示上述主轴旋转一次的一次旋转信号；旋转角检测器，其在每个规定时间检测上述电动机的旋转角；计数器，其对通过该旋转角检测器在每个规定时间检测出的上述旋转角进行累计，其中，上述计数器在上述一次旋转信号检测器检测出上述主轴的一次旋转信号时被复位，还具备：判定部，其在上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值从预定范围偏离的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

根据第个二形式，在第一个形式的发明中，设置使上述动力传递部的减速比变化的机构，在通过上述机构上述动力传递部的减速比发生了变化的情况下，根据上述减速比的变化来变更上述预定的范围。

根据第三个形式，在第一个或第二个形式中，上述预定的范围被确定为上述电动机的旋转角的上限值，上述判定部在上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值高于上述上限值的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

根据第四个形式，在第一个或第二个形式中，上述预定的范围被确定为上述电动机的旋转角的上限值和下限值之间的范围，上述判定部在上述电动机加速或以固定速度驱动时，上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值高于上述上限值的情况下，判定上述动力传递部发生了异常，在上述电动机减速或停止时，上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值在检测出上述主轴的一次旋转信号时低于上述下限值的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

根据第五个形式，在第一个～第四个的任意一个形式中，上述动力传递部包括皮带和卷绕该皮带的皮带轮。

根据第六个形式，在第一个～第五个的任意一个形式中，还具备：警告部，其在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，发出警告。

根据第七个形式，在第六个形式中，在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，还向上述电动机指示零的速度指令而使上述电动机停止。

根据第八个形式，在第六个形式中，在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，还切断上述电动机的励磁。

附图说明

图1是基于本发明的电动机控制装置的框图。

图2是表示基于本发明的电动机控制装置的动作的流程图。

图3是一次旋转信号和计数值的时序图。

图4是表示基于本发明的电动机控制装置的其他动作的流程图。

图5是表示上限值和下限值的变更处理的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，相同的构件附加相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。

图1是基于本发明的电动机控制装置的框图。电动机控制装置10是数值控制装置，控制机床的驱动电动机20。如图1所示，在驱动电动机20的输出轴22上安装有皮带轮25。另外，在机床的主轴23上安装有另一个皮带轮26。

如根据图1可知的那样，这些皮带轮25、26通过皮带24连接。以下，有时将皮带24和皮带轮25、26总称为动力传递部27。如果驱动驱动电动机20，则输出轴22的旋转通过动力传递部27传递到机床的主轴23。另外，动力传递部27也可以包含减速机，或者动力传递部27是减速机，在该情况下，将减速机的减速比输入到电动机控制装置10。在本发明中，动力传递部27的减速比是已知的。

如图1所示，在驱动电动机20上安装有编码器21，在每个预定时间检测驱动电动机20的输出轴22的旋转角。进而，在机床的主轴23近旁配置有一次旋转检测器30。一次旋转检测器30在主轴23旋转一次时检测出表示该情况的一次旋转信号。在本发明中，动力传递部27的减速比是已知的，因此自动地可知主轴23的每一次旋转时的驱动电动机20的理想旋转角。

另外，如图1的左方所示，电动机控制装置10包含计数器11和判定部12。计数器11顺序地对由编码器21检测出的旋转角进行累计。另外，计数器11存储一次旋转检测器30输出了一次旋转信号时的最终的累计值并复位。判定部12通过后述的方法，判定动力传递部27是否发生了异常。进而，电动机控制装置10包含在动力传递部27发生了异常的情况下输出警报的警告部13。

图2是表示基于本发明的电动机控制装置的动作的流程图。以下，参照图2，说明本发明的电动机控制装置10的动作。在每个预定的采样周期重复实施图2所示的动作。

在图2中，在判定部12中电动机的旋转角的限制值只有上限值，动力传递部27包含减速机。另外，在图2的步骤S1中，判定减速机的减速比是否变化。可以由判定部12进行该判定。在减速比变化的情况下，前进到步骤S9而如后述那样变更上限值。在减速比不变化的情况下，不变更上限值而前进到步骤S2。该上限值是通过实验等预先计算出的驱动电动机20的旋转角的上限值，如后述那样在动力传递部27的异常判定中使用。

在步骤S2中，编码器21在每个预定时间检测驱动电动机20的旋转角。在此，图3是一次旋转信号和计数值的时序图。如图3所示，在计数器11中顺序地将通过编码器21在每个预定时间检测出的旋转角累计为计数值。

接着，在图2的步骤S3中，在开始累计计数值后，判定一次旋转检测器30是否检测出一次旋转信号。在检测出一次旋转信号的情况下，前进到步骤S8而复位计数器11的计数值(参照图3)。与此相对，在没有输出一次旋转信号的情况下，前进到步骤S4。

在步骤S4中，判定部12判定计数值(累计值)是否大于上述的上限值。检测出一次旋转信号时的计数值相当于使主轴23从某基准位置开始旋转一次所需要的驱动电动机20的旋转角度。如从图3可知的那样，基准位置是检测出上次的一次旋转信号时的驱动电动机20的位置。

在检测出一次旋转信号时的计数值(累计值)处于预定的范围内的情况下，判断为动力传递部27没有异常而结束处理。与此相对，在计数值不处于预定的范围内的情况下，在步骤S5中，判定动力传递部27发生了异常。

动力传递部27的异常例如是皮带24的皮带轮、皮带24的断裂。在这样的状况下，主轴23的一次旋转信号的检出变得延迟，因此，对驱动电动机20的旋转角的计数值与没有异常的情况相比增加。换言之，在计数值超过预定的范围的情况下，能够判定为动力传递部27发生了异常。

另外，在动力传递部27发生了异常的情况下，在步骤S6中，从警告部13发出警报。该警报可以是听觉的或视觉的。或者，也可以输出听觉的警报和视觉的警报的双方。由此，促使操作者注意，操作者能够掌握动力传递部27发生了异常的情况。

接着，在步骤S7中，电动机控制装置10向驱动电动机20输出停止指令(零的速度指令)。或者，也可以切断驱动电动机20的励磁。在动力传递部27发生了异常的情况下，工件没有被良好地加工而制作不合格品的工件。但是，在本发明中，主轴23停止，因此防止生成不合格品的工件。另外，还能够抑制动力传递部27的异常扩大。最终在步骤S8中复位计数器11而结束处理。

这样，在本发明中，只使用来自一次旋转检测器30的一次旋转信号和来自编码器21的旋转角，就能够检测动力传递部27的异常。通常将编码器21安装在驱动电动机20上。因此，在本发明中，如果只追加一次旋转检测器30，不追加速度传感器、转矩仪等，就能够检测动力传递部27的异常。因此，在本发明中，可知能够排除速度传感器、转矩仪等的费用。

图4是表示基于本发明的电动机控制装置的其他动作的流程图。图4所示的步骤S1～步骤S2以及步骤S4～步骤S9与图2所示的步骤S1～步骤S2以及步骤S4～步骤S9相同，因此省略说明。

在检测出一次旋转信号时，在图4的步骤31中，判定驱动电动机20是否正在减速或停止。根据通过编码器21在每个预定时间检测的旋转角进行该判定即可。

另外，在驱动电动机20正在减速或停止的情况下，前进到步骤S41。在步骤S41中判定计数值小于下限值的情况下，前进到步骤S5，判定动力传递部27发生了异常。在计数值不小于下限值的情况下，动力传递部27没有发生异常，因此在步骤S8中将计数器11复位并结束处理。

如果在驱动电动机20正在减速或停止时发生了动力传递部27的异常，则对2个一次旋转信号之间的驱动电动机20的旋转角的计数值与没有异常的情况相比减少。换言之，在计数值小于下限值的情况下，能够判定为动力传递部27发生了异常。

另外，在步骤S31中判定为驱动电动机20不是正在减速或停止的情况下，在步骤S8中将计数器11进行复位并结束处理。

不过，如以下这样决定旋转角的上限值和下限值。在一个例子中，驱动电动机20的每一次旋转的旋转角的累计值是300。进而，驱动电动机20的转数和主轴23的转数的比是2：1，即减速比是1/2。在这样的情况下，在检测出主轴23的一次旋转信号时的旋转角的累计值的理论值是600(＝300×2)。

另外，操作者设定对该理论值的允许范围。例如，针对上限值，如果将理论值的2倍设定为允许值，则上限值是1200(＝600×2)。进而，对于下限值，如果将理论值的1/3倍设定为允许值，则下限值是200(＝600×1/3)。在这样的情况下，在图2的步骤S4中累计值比200小，或者比1200大的情况下，判定动力传递部27发生了异常。这样，根据操作者设定的允许范围来确定这些上限值和下限值。

另外，在图4所示的步骤S1中减速比发生变化的情况下，在步骤S9中如以下这样变更上限值和下限值。图5是表示上限值和下限值的变更处理的流程图。在图5所示的步骤S21中，取得新的减速比G’。接着，在步骤S22中，求出相对于当前的减速比G的新的减速比G’的比例G’/G。最终，在步骤S23中，将当前的上限值和下限值乘以比例G’/G，计算出新的上限值和下限值。

自动地将新的上限值和下限值设定为判断动力传递部27是否有异常的阈值。因此，在本发明中，在动力传递部27的减速比变化的情况下，能够与之对应地适当地变更上限值和下限值，同样判定动力传递部27是否发生了异常。

在第一个形式中，旋转角检测器通常被安装在电动机上，因此如果在主轴上只设置一次旋转信号检测器，则不追加速度传感器、转矩仪就能够判定动力传递部的异常。因此，能够排除速度传感器、转矩仪等所需要的费用。

在第二个形式中，即使在动力传递部的减速比变化的情况下，也能够与之对应地适当地变更预定的范围。

在第三个和第四个形式中，能够得到与第一个形式相同的效果。

在第五个形式中，在动力传递部具有比较简单的结构的情况下，也能够容易地判定动力传递部的异常。

在第六个形式中，能够促使操作者注意动力传递部发生了异常的情况。

在第七个和第八个形式中，机床的主轴停止，因此能够防止生成不合格品的工件。

使用典型的实施方式说明了本发明，但只要是本技术领域的技术人员，就应该能够理解能够不脱离本发明的范围而进行上述变更、以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims

1.一种电动机控制装置，其检测将机床的主轴(23)和电动机(20)连结起来且减速比为已知的动力传递部(27)的异常，该电动机控制装置(10)的特征在于，具备：

一次旋转信号检测器(30)，其检测表示上述主轴旋转一次的一次旋转信号；

旋转角检测器(21)，其在每个规定时间检测上述电动机的旋转角；

计数器(11)，其对通过该旋转角检测器在每个规定时间检测出的上述旋转角进行累计，其中

在上述一次旋转信号检测器检测出上述主轴的一次旋转信号时，上述计数器的值被复位，

还具备：判定部(12)，其在上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值从预定的范围脱离的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

设置有使上述动力传递部的减速比发生变化的机构，在上述动力传递部的减速比通过上述机构发生了变化的情况下，根据上述减速比的变化来变更上述预定的范围。

3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述预定的范围被确定为上述电动机的旋转角的上限值，

上述判定部在上述电动机的旋转角的累计值高于上述上限值的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

4.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述预定的范围被确定为上述电动机的旋转角的上限值和下限值之间的范围，

上述判定部在上述电动机加速或以固定速度驱动时，上述电动机的旋转角的累计值高于上述上限值的情况下，判定为上述动力传递部发生了异常，在上述电动机减速或停止时，在检测出上述主轴的一次旋转信号时的上述计数器所累计的上述电动机的旋转角的值低于上述下限值的情况下，判定上述动力传递部发生了异常。

5.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述动力传递部包括皮带(24)和卷绕该皮带的皮带轮(25、26)。

6.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备：警告部(13)，其在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，发出警告。

7.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，进一步向上述电动机指示零的速度指令从而使上述电动机停止。

8.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

在上述判定部判定上述动力传递部发生了异常时，进一步切断上述电动机的励磁。