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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die Werkstücke unter Verwendung mehrerer Achsen durch ein Werkzeug bearbeitet.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Bei Werkzeugmaschinen wird ein Motor als Antriebsquelle zum Antreiben einer Achse, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück angebracht ist, verwendet. Wenn zum Beispiel bei einer Werkzeugmaschine, die mit mehreren Achsen versehen ist, wobei das Werkzeug und das Werkstück durch gesonderte Achsen gesteuert werden, zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück irgendeine abnormale Belastung wirkt, kommt es zu einer Beschädigung oder einer Verformung des Werkzeugs oder des Werkstücks und besteht fallweise auch die Möglichkeit, dass sich daraus ein Defekt bei der Werkzeugmaschine selbst oder bei der Fertigungsstraße, die diese Werkzeugmaschine enthält, entwickelt. Wenn zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück irgendeine abnormale Belastung aufgetreten ist, wird ein Betrieb, um das Werkzeug an eine sichere Position zurückzuziehen (wegzuziehen), damit das Werkstück und das Werkzeug nicht in Kontakt stehen, (nachstehend einfach auch als „Sicherheitsbetrieb“ bezeichnet) vorgenommen.
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Beispielsweise ist wie in der Patentoffenlegungsschrift 2005-176493 beschrieben eine Technik bekannt, bei der bei einer Werkzeugmaschine, die zwei mechanisch verbundene Achsen aufweist, jene Antriebsvorrichtung, bei der eine Anomalie aufgetreten ist, eine Zustandsinformation an eine Steuereinheit und die andere Antriebsvorrichtung, bei der keine Anomalie aufgetreten ist, sendet, die Antriebsvorrichtung, bei der die Anomalie aufgetreten ist, den Motor durch ein im Voraus festgelegtes bestimmtes Verlangsamungsverfahren anhält, und die Antriebsvorrichtung, bei der keine Anomalie aufgetreten ist, auf Basis der Zustandsinformation von der Antriebsvorrichtung, bei der die Anomalie aufgetreten ist, durch ein bestimmtes Verfahren angehalten wird.
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Bei einer Werkzeugmaschine, die mit mehreren Achsen versehen ist, wobei das Werkzeug und das Werkstück durch gesonderte Achsen gesteuert werden, wird die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück wirkende Belastung herkömmlich durch eine an dem Motor ausgebildete Belastungsüberwachungseinheit als Belastung, die der Motor erfährt, detektiert.
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Doch wenn zwischen der Achse, an der das Werkzeug angebracht ist, und dem Motor ein Verbindungsmechanismus wie ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen vorhanden ist, dauert es, bis die an dem Werkzeug aufgetretene abnormale Belastung über den Verbindungsmechanismus zu dem Motor übertragen wird. Das heißt, da bis zu der Detektion der an dem Werkzeug aufgetretenen abnormalen Belastung durch die an dem Motor ausgebildete Belastungsüberwachungseinheit eine Verzögerung besteht, lässt sich sagen, dass der auf Basis des Detektionsergebnisses von der Belastungsüberwachungseinheit begonnene Sicherheitsbetrieb beträchtlich später als die Zeit des Auftretens der abnormalen Belastung vorgenommen wird. Bei einem solchen zeitverzögerten Sicherheitsbetrieb kann das Werkzeug nicht von dem Werkstück zurückgezogen werden, kommt es zu einer Beschädigung oder einer Verformung des Werkzeugs oder des Werkstücks und besteht fallweise auch die Möglichkeit, dass sich daraus ein Defekt bei der Werkzeugmaschine selbst oder bei der Fertigungsstraße, die diese Werkzeugmaschine enthält, entwickelt.
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Wenn zwischen der Achse und dem Motor ein Verbindungsmechanismus vorhanden ist, erfährt der Motor auch eine Reibung von dem Verbindungsmechanismus, so dass sich nicht sagen lässt, dass eine Belastung, die durch eine Belastungsüberwachungseinheit detektiert wird, welche an einem Motor ausgebildet ist, der einen Verbindungsmechanismus zu der Achse aufweist, die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück wirkende Belastung richtig zum Ausdruck bringt. Ein solches unrichtiges Detektionsergebnis durch die Belastungsüberwachungseinheit kann eine Fehlfunktion des Sicherheitsbetriebs herbeiführen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Es wird eine Motorsteuervorrichtung gewünscht, die bei einer Werkzeugmaschine, die Werkstücke unter Verwendung mehrerer Achsen durch ein Werkzeug bearbeitet, bei Auftreten einer Anomalie sofort einen sicheren Zustand, in dem das Werkstück und das Werkzeug nicht in Kontakt stehen, sicherstellt.
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Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die Werkstücke unter Verwendung mehrerer Achsen durch ein Werkzeug bearbeitet, mehrere Motorsteuereinheiten, die jeweils einzelne Motoren, die jeweils zum Antrieb jeder einzelnen Achse ausgebildet sind, steuern; eine Anomaliedetektionseinheit, bei der es sich um eine Anomaliedetektionseinheit handelt, die bei wenigstens einer der mehreren Motorsteuereinheiten ausgebildet ist, und die bei Detektion einer Anomalie bei der Achse, die durch den Motor angetrieben wird, der durch die Motorsteuereinheit, bei der die Anomaliedetektionseinheit ausgebildet ist, gesteuert wird, ein Anomaliedetektionssignal ausgibt; eine Sicherheitsbetriebsteuereinheit, die bei einer Motorsteuereinheit ausgebildet ist, welche sich von der Motorsteuereinheit, bei der die Anomaliedetektionseinheit ausgebildet ist, unterscheidet, und bei Erhalt des Anomaliedetektionssignals den Motor zum Antrieb der Achse, an der das Werkzeug ausgebildet ist, so steuert, dass das Werkzeug nicht länger mit dem Werkstück in Kontakt steht; und eine Kommunikationseinheit, bei der es sich um eine Kommunikationseinheit handelt, die die Kommunikation zwischen den einzelnen Motorsteuereinheiten vornimmt, und die das von der Anomaliedetektionseinheit ausgegebene Anomaliedetektionssignal an die Sicherheitsbetriebssteuereinheit sendet.
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Die Anomaliedetektionseinheit kann an einer Motorsteuereinheit ausgebildet sein, die einen Direktantriebsmotor oder einen Linearmotor steuert.
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Die Motorsteuereinheiten werden von einer numerischen Steuereinheit, die auf Basis eines Bearbeitungsprogramms Befehle zum Antrieb der Achsen der Werkzeugmaschine erzeugt, gesondert ausgebildet.
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Die Anomaliedetektionseinheit kann bei jeweiligen der mehreren Motorsteuereinheiten ausgebildet sein, und die Sicherheitsbetriebssteuereinheit kann den Motor zum Antrieb der Achse, an der das Werkzeug ausgebildet ist, auf Basis jenes Anomaliedetektionssignals, das am frühesten von einer der mehreren ausgebildeten Anomaliedetektionseinheiten ausgegeben wurde, so steuern, dass das Werkzeug nicht länger mit dem Werkstück in Kontakt steht
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Die Anomaliedetektionseinheit kann eine Belastungsschätzeinheit, die eine Belastung schätzt, welche der Motor, der durch die Motorsteuereinheit, bei der die Anomaliedetektionseinheit ausgebildet ist, gesteuert wird, erfährt; eine Anomaliebeurteilungseinheit, die beurteilt, dass bei bei der Achse, die durch den Motor angetrieben wird, der durch die Motorsteuereinheit, bei der die Anomaliedetektionseinheit ausgebildet ist, gesteuert wird, eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die durch die Belastungsschätzeinheit geschätzte Belastung einen bestimmten Schwellenwert überstiegen hat; und eine Signalausgabeeinheit, die bei Beurteilung durch die Anomaliebeurteilungseinheit, dass eine Anomalie aufgetreten ist, ein Anomaliedetektionssignal ausgibt, aufweisen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die nachstehenden beiliegenden Zeichnungen noch klarer verstanden werden.
- 1 ist eine Ansicht, die eine Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf gemäß dem Sicherheitsbetrieb der Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Anomaliedetektionseinheit in der Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Ausführliche Erklärung
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erklärt. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab dieser Zeichnungen passend verändert. Die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform stellt ein Beispiel für eine Ausführungsweise der vorliegenden Offenbarung dar, und es besteht keine Beschränkung auf die vorliegende Ausführungsform.
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1 ist eine Ansicht, die eine Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Im Folgenden bedeuten gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen, dass es sich um Aufbauelemente mit der gleichen Funktion handelt.
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Im Allgemeinen wird bei einer Werkzeugmaschine für jede Achse, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück angebracht ist, ein Motor ausgebildet. Die Werkzeugmaschine, bei der die Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, ist vorzugsweise eine Maschine wie eine Drehmaschine, eine Schleifmaschine oder dergleichen, bei der die Kontaktrichtung zwischen einem Werkzeug 4 und einem Werkstück 3 in etwa unidirektional ist. Hier wird als Beispiel eine Werkzeugmaschine 1000 erklärt, die ein an Werkstückachsen 30B und 30C angebrachtes Werkstück W durch ein an einer Werkzeugachse 30A angebrachtes Werkzeug 4 bearbeitet. Nachstehend werden die Werkzeugachse 30A und die Werkstückachsen 30B und 30C auch einfach als „Achsen“ bezeichnet. Als Antriebsquelle der Werkzeugachse 30A ist ein Servomotor 2A ausgebildet. Zwischen dem Servomotor 2A und dem Werkzeug 4 ist ein Verbindungsmechanismus 5 wie etwa ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen ausgebildet. Als Antriebsquellen der Werkstückachsen 30B und 30C sind Direktantriebsmotoren 2B und 2C ausgebildet.
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Nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Motorsteuervorrichtung 1 für die Werkzeugmaschine 1000, die die Bearbeitung des Werkstücks 3 unter Verwendung der Achsen 30A, 30B und 30C durch das Werkzeug 4 vornimmt, mehrere Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C, Anomaliedetektionseinheiten 12, eine Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 und eine Kommunikationseinheit 14.
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Die Motorsteuereinheit 11A ist zur Steuerung des Servomotors 2A ausgebildet, und die Motorsteuereinheiten 11B und 11C sind jeweils zur Steuerung der Direktantriebsmotoren 2B und 2C ausgebildet. Nachstehend werden die Bezugszeichen 11A, 11B und 11C der Motorsteuereinheiten zusammengefasst durch das Bezugszeichen 11 gezeigt. Die Motorsteuereinheiten 11 bestehen aus einem Hauptschaltungssystem (nicht dargestellt), das den einzelnen Motoren 2A, 2B, 2C Antriebsstrom liefert, und einem Steuersystem (nicht dargestellt), das den Betrieb der einzelnen Motoren 2A, 2B, 2C steuert.
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Das Hauptschaltungssystem der Motorsteuereinheit 11 besteht zum Beispiel aus einem Gleichrichter (nicht dargestellt), der einen von einer Wechselstromquelle (nicht dargestellt) gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und an einen Gleichstromzwischenkreis ausgibt, und einem Inverter, der den Gleichstrom in dem Gleichstrom-Zwischenkreis in Wechselstrom umwandelt und an den jeweiligen Motor 2A, 2B und 2C liefert. Für die Ausführung des verwendeten Gleichrichters bestehen im Wesentlichen keine Beschränkungen, und es gibt zum Beispiel Diodengleichrichter oder PWM-gesteuerte Gleichrichter oder dergleichen. Auch für die Ausführung des Inverters bestehen im Wesentlichen keine Beschränkungen, und es gibt beispielsweise PWM-Inverter, die Stromwandler sind, welche im Allgemeinen zu einer bidirektionalen Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlung in der Lage sind. Ein PWM-Inverter umfasst eine Brückenschaltung aus Schaltelementen und daran antiparallel angeschlossenen Dioden, wobei der Schaltbetrieb der Schaltelemente auf Basis von Antriebsbefehlen, die von dem Steuersystem der Motorsteuereinheit 11 erzeugt werden, PWM-gesteuert wird. Als Beispiele für die Schaltelemente gibt es IGBTs, Thyristoren, GTOs (gate turn-off thyristor), Transistoren und dergleichen, doch stellt die Art der Halbleiterschaltelemente selbst keine Beschränkung für die vorliegende Ausführungsform dar und kann es sich auch um andere Halbleiterschaltelemente handeln. Der Inverter in der Motorsteuereinheit 11 wandelt den von dem Gleichstrom-Zwischenkreis gelieferten Gleichstrom durch Vornehmen eines Schaltbetriebs der internen Schaltelemente auf Basis von Antriebsbefehlen, die von dem Steuersystem der Motorsteuereinheit 11 empfangen wurden, in Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antrieb des jeweiligen Motors 2A, 2B und 2C um. Dadurch werden die einzelnen Motoren 2A, 2B und 2C auf Basis des gelieferten spannungsveränderlichen und frequenzveränderlichen Wechselstroms betrieben.
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Das Steuersystem der Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C erzeugt auf Basis von Befehlen von einer numerischen Steuereinheit 15 Schaltbefehle zur Steuerung des Schaltbetriebs der Schaltelemente in dem Inverter, der in dem Hauptschaltungssystem der Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C enthalten ist. Die Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C sind von der numerischen Steuereinheit 15, die auf Basis eines Bearbeitungsprogramms Befehle zum Antrieb der einzelnen Achsen 2A, 2B und 2C der Werkzeugmaschine 1000 erzeugt, gesondert ausgebildet.
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Die numerische Steuereinheit 15 erzeugt auf Basis eines bestimmten Bearbeitungsprogramms Befehle, um das an den Werkstückachsen 30B und 30C angebrachte Werkstück 3 durch das an der Werkzeugachse 30A angebrachte Werkzeug 4 zu bearbeiten. Das Bearbeitungsprogramm ist eine Information, in die die Befehlsverarbeitung, damit die Werkzeugmaschine 1000 eine bestimmte Verarbeitung vornimmt, programmiert wurde. Beispielsweise sind in dem Bearbeitungsprogramm Informationen wie ein Betriebsbefehl, um das Werkzeug 4 durch den Servomotor 2A zu dem Werkstück 3 zu bewegen, ein Betriebsbefehl, um das Werkstück 3 durch die Direktantriebsmotoren 2B und 2C zu drehen, ein Befehl zur Meldung eines beliebigen Signals nach außen, ein Befehl zum Lesen des Zustands eines beliebigen Signals, und dergleichen enthalten. In dem Bearbeitungsprogramm können auch Positionsinformationen des Werkzeugs 4 in Bezug auf das Werkstück 3 und Nummern von Signalen, die die Betätigung vornehmen, enthalten sein. Selbstverständlich sind alle Befehle möglich, die in einem Programm aufgezeichnet werden können. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die hier beispielhaft angegebenen Programmierungsinformationen beschränkt. Die durch die numerische Steuereinheit 15 erzeugten Befehle werden an die Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C gesendet.
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Es genügt, wenn bei wenigstens einer der mehreren Motorsteuereinheiten 11 eine Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet ist; und diese gibt ein Anomaliedetektionssignal aus, wenn sie bei der Achse, die durch den Motor angetrieben wird, der durch jene Motorantriebseinheit gesteuert wird, bei der die Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet ist, eine Anomalie detektiert. Die Anomaliedetektionseinheit 12 wird bei der Motorantriebseinheit 11 ausgebildet, die einen Direktantriebsmotor oder einen Linearmotor steuert. Der Grund für die Ausbildung der Anomaliedetektionseinheit 12 bei der Motorantriebseinheit, die einen Direktantriebsmotor oder ein Linearmotor steuert, lautet wie folgt. Da bei einem Direktantriebsmotor oder einem Linearmotor kaum ein Verbindungsmechanismus wie ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen eingefügt ist, gibt es in Bezug auf die Achse, die durch diesen Direktantriebsmotor oder Linearmotor angetrieben wird, kaum Elemente, die andere von außen kommende Störeinflüsse als den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück erfahren; und selbst wenn bei der Achse eine abnormale Belastung aufgetreten ist, ist die Zeit, die für die Übertragung der abnormalen Belastung zu dem Direktantriebsmotor oder dem Linearmotor nötig ist, verglichen mit Motoren, bei denen ein Verbindungsmechanismus eingefügt ist, äußerst kurz (z.B. 1 bis 2 Millisekunden). Folglich wird die Anomaliedetektionseinheit 12 bei der vorliegenden Ausführungsform bei der Motorsteuereinheit, die einen Direktantriebsmotor oder den Linearmotor steuert, ausgebildet und die Zeit, die beim Stand der Technik von der Entstehung der abnormalen Belastung bis zu der Detektion der abnormalen Belastung bestand, verkürzt. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine Anomaliedetektionseinheit 12 bei den Motorantriebseinheiten 11B und 11C, die die Direktantriebsmotoren 2B und 2C steuern, ausgebildet. Wenn die Anomaliedetektionseinheit 12 bei irgendeiner der Achsen 30B und 30C, die durch die Direktantriebsmotoren 2B und 2C, welche durch die Motorsteuereinheiten 11B und 11C gesteuert werden, angetrieben werden, eine Anomalie detektiert hat, gibt sie ein Anomaliedetektionssignal aus.
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Die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 ist bei einer anderen Motorsteuereinheit als der Motorsteuereinheit, bei der eine Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet ist, eingerichtet und steuert den Motor zum Antrieb der Achse, an der das Werkzeug ausgebildet ist, bei Erhalt eines Anomaliedetektionssignals so, dass das Werkzeug nicht länger mit dem Werkstück in Kontakt steht. Da bei dem dargestellten Beispiel Anomaliedetektionseinheiten 12 bei den Motorsteuereinheiten 11B und 11C ausgebildet sind, wird sie bei der davon verschiedenen Motorsteuereinheit 11A, die den Servomotor 2A steuert, ausgebildet. Die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 steuert den Servomotor 2A zum Antrieb der Werkzeugachse 30A, an der das Werkzeug 4 ausgebildet ist, bei Erhalt eines Anomaliedetektionssignals so, dass ein Sicherheitsbetrieb ausgeführt wird, der das Werkzeug 4 bis zu einer sicheren Position, an der das Werkzeug 4 nicht länger mit dem Werkstück 3 in Kontakt steht, zurückzieht. Da die Kontaktrichtung zwischen dem Werkzeug 4 und dem Werkstück 3 bei einer Werkzeugmaschine 1000, die eine Drehmaschine, eine Schleifmaschine oder dergleichen ist, in etwa unidirektional ist, ist auch die Beeinflussungsrichtung des Werkzeugs 4 und des Werkstücks zur Zeit einer abnormalen Belastung in etwa unidirektional. Als Sicherheitsbetrieb zur Vermeidung der Beeinflussung gibt es einen Betrieb, bei dem das Werkzeug 4 zum Beispiel um einige zehn Millimeter von dem Werkstück 3 zurückgezogen wird. In der Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 in der Servomotorsteuereinheit 11A ist ein Betriebsprogramm festgelegt, in dem der Parameter, der dieses Rückzugsausmaß befiehlt, im Voraus bestimmt wurde, und die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 steuert den Servomotor 2A bei Erhalt eines Anomaliedetektionssignals so, dass der Sicherheitsbetrieb gemäß diesem Betriebsprogramm ausgeführt wird.
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Die Kommunikationseinheit 14 dient zur Vornahme der Kommunikation zwischen den Steuersystemen in den einzelnen Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C. Ein von der Anomaliedetektionseinheit 12 in der Motorsteuereinheit 11B oder 11C ausgegebenes Anomaliedetektionssignal wird über die Kommunikationseinheit 14 an die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 in der Motorsteuereinheit 11A gesendet. Da die numerische Steuereinheit 15 wie oben beschrieben von den Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C gesondert ausgebildet ist, wird das von der Anomaliedetektionseinheit 12 in der Motorsteuereinheit 11B oder 11C ausgegebene Anomaliedetektionssignal nicht über die numerische Steuereinheit 15 an die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 in der Motorsteuereinheit 11A gesendet. Während bei einer Vornahme der Kommunikation zwischen den Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C über die numerische Steuereinheit 15 eine Signalausbreitungszeit von zum Beispiel etwa 4 bis 8 Millisekunden erforderlich ist, genügt bei der vorliegenden Ausführungsform wegen der direkten Kommunikation zwischen den Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C über die Kommunikationseinheit 14 eine äußerst kurze Signalausbreitungszeit von zum Beispiel etwa 1 bis 2 Millisekunden, weshalb die Zeit von der Detektion einer abnormalen Belastung bis zu dem Beginn des Sicherheitsbetriebs noch weiter verkürzt werden kann.
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Wenn die Steuersysteme der einzelnen Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C durch einen einzelnen DSP (digitalen Signalprozessor) ausgeführt werden, kann die Kommunikationseinheit 14, die die einzelnen Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C verbindet, als eine der Digitaldatenverarbeitungsfunktionen in dem DSP ausgeführt werden. Wenn die Steuersysteme der einzelnen Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C durch jeweils einzelne (bei dem gezeigten Beispiel drei) DSPs ausgeführt werden, kann die Kommunikationseinheit 14, die die einzelnen Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C verbindet, als Digitaldatenkommunikation zwischen den einzelnen DSPs ausgeführt werden. In beiden Fällen wird es möglich, zwischen den Motorsteuereinheiten 11A, 11B und 11C eine Hochgeschwindigkeitskommunikation über die Kommunikationseinheit 14 auszuführen. Die Kommunikationskapazität der Digitaldatenkommunikation in einem DSP oder zwischen den einzelnen DSPs ist gering, doch ist eine Hochgeschwindigkeitskommunikation möglich, während eine Kommunikation zwischen der numerischen Steuereinheit 15 und den DSPs (den Motorsteuereinheiten 11) keine hohe Geschwindigkeit aufweist, aber für eine Kommunikation mit einer großen Kapazität geeignet ist.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist bei mehreren Motorsteuereinheiten 11 (das heißt, 11B und 11C) eine Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet, doch kann sie auch nur bei einer Motorsteuereinheit ausgebildet sein. Doch da die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 12 bei einer Ausbildung von Anomaliedetektionseinheiten 12 bei mehreren Motorsteuereinheiten 11 wie bei dem dargestellten Beispiel den Servomotor 2A zum Antrieb der Werkzeugachse 30A, an der das Werkzeug 4 ausgebildet ist, auf Basis jenes Anomaliedetektionssignals, das am frühesten von einer der mehreren ausgebildeten Anomaliedetektionseinheiten 12 ausgegeben wurde, so steuern kann, dass das Werkzeug 4 nicht länger mit dem Werkstück 3 in Kontakt steht, kann die Zeit von der Detektion der abnormalen Belastung bis zum Beginn des Sicherheitsbetriebs noch weiter verkürzt werden. Das heißt, wenn mehrere Motorsteuereinheiten, die einen Direktantriebsmotor (oder einen Linearmotor), in den kein Verbindungsmechanismus wie ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen eingefügt ist, steuern, vorhanden sind, kann eine abnormale Belastung durch Überwachen der abnormalen Belastung der Achsen durch mehrere Anomaliedetektionseinheiten 12, die jeweils bei diesen mehreren Motorsteuereinheiten ausgebildet sind, frühzeitig detektiert werden und die Zeit von der Detektion der abnormalen Belastung bis zum Beginn des Sicherheitsbetriebs noch weiter verkürzt werden.
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Da, wie oben erklärt wurde, bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Anomaliedetektionseinheiten 12 bei jenen Motorsteuereinheiten 11B und 11C ausgebildet sind, die die Direktantriebsmotoren 2B und 2C, in die kein Verbindungsmechanismus wie ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen eingefügt ist, steuern, und die abnormale Belastung der Achsen, die durch die Direktantriebsmotoren 2B und 2C angetrieben werden, durch diese Anomaliedetektionseinheiten 12 überwacht wird, kann die Zeit von dem Auftreten der abnormalen Belastung bis zu der Detektion der abnormalen Belastung verkürzt werden und der Zustand der Belastung richtig detektiert werden. Da das von einer Anomaliedetektionseinheit 12 auf Basis eines richtigen Detektionsergebnisses ausgegebene Anomaliedetektionssignal nicht über die numerische Steuereinheit 15 sondern über die Kommunikationseinheit 14, die die einzelnen Motorsteuereinheiten 11 verbindet, an die bei der Motorsteuereinheit 11A ausgebildete Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 gesendet wird, kann die Zeit von der Detektion einer abnormalen Belastung bis zum Beginn des Sicherheitsbetriebs noch weiter verkürzt werden und ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion gering. Da der Sicherheitsbetrieb nach der Detektion einer abnormalen Belastung frühzeitig begonnen werden kann, kann eine Beschädigung oder eine Verformung des Werkzeugs oder des Werkstücks oder ein Defekt bei der Werkzeugmaschine selbst oder bei der Fertigungsstraße, die diese Werkzeugmaschine enthält, verhindert werden. Da auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion des Sicherheitsbetriebs gering ist, wird es möglich, eine effiziente Werkstückbearbeitung auszuführen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Motoren, die durch die Motorsteuereinheiten 11, bei denen die Anomaliedetektionseinheiten 12 ausgebildet sind, gesteuert werden, Direktantriebsmotoren, doch können sie auch Linearmotoren sein.
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2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf gemäß dem Sicherheitsbetrieb der Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Bei der Werkzeugmaschine 1000 wird in einem Zustand, in dem ein Werkstück 3, das an den Werkstückachsen 30B und 30C angebracht ist, durch ein an der Werkzeugachse 30A angebrachtes Werkzeug 4 bearbeitet wird (Schritt S101), in Schritt S102 beurteilt, ob die Anomaliedetektionseinheiten 12, die bei den Motorsteuereinheiten 11B und 11C ausgebildet sind, bei irgendeiner der Achsen 30A und 30B, die durch die von den Motorsteuereinheiten 11B und 11C gesteuerten Direktantriebsmotoren 2B und 2C angetrieben werden, eine Anomalie detektiert haben oder nicht. Wenn in Schritt S102 kein Anomaliedetektionssignal detektiert wurde, wird zu Schritt S101 zurückgekehrt, während im Fall der Detektion einer Anomalie zu Schritt S103 übergegangen wird.
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In Schritt S103 gibt die Anomaliedetektionseinheit 12 ein Anomaliedetektionssignal aus und sendet sie dieses über die Kommunikationseinheit 14 an die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13.
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In Schritt S104 steuert die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 in der Motorsteuereinheit 11A den Servomotor 2A zum Antrieb der Werkzeugachse 30A, an der das Werkzeug 4 ausgebildet ist, so, dass ein Sicherheitsbetrieb ausgeführt wird, der das Werkzeug 4 bis zu einer sicheren Position, an der das Werkzeug 4 nicht länger mit dem Werkstück 3 in Kontakt steht, zurückzieht.
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3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Anomaliedetektionseinheit in der Motorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Die Anomaliedetektionseinheit 12, die eine abnormale Belastung einer Achse detektiert, weist eine Belastungsschätzeinheit 21, die eine Belastung schätzt, welche der durch die Motorsteuereinheit (bei dem Bespiel von 1 die Bezugszeichen 11B und 11C), bei der die Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet ist, gesteuerte Motor (bei dem Beispiel von 1 die Direktantriebsmotoren 2B und 2C) erfährt, eine Anomaliebeurteilungseinheit 22, die beurteilt, dass bei der durch den Motor, der durch die Motorsteuereinheit, bei der die Anomaliedetektionseinheit 12 ausgebildet ist, gesteuert wird, angetriebenen Achse eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die durch die Belastungsschätzeinheit 21 geschätzte Belastung einen bestimmten Schwellenwert überstiegen hat, und eine Signalausgabeeinheit 23, die bei Beurteilung durch die Anomaliebeurteilungseinheit 22, dass eine Anomalie aufgetreten ist, ein Anomaliedetektionssignal ausgibt, auf. Für die Schätzung der Belastung durch die Belastungsschätzeinheit 21 kann ein allgemein bekanntes Verfahren verwendet werden, und beispielweise gibt es das Verfahren, bei dem eine Beobachtungsschaltung ausgebildet ist und die Belastung auf Basis von zwei Eingängen - der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und dem Drehmomentbefehl - geschätzt wird, oder das Verfahren, bei dem die Belastung auf Basis von zwei Eingängen - dem Drehmomentbefehl und dem Ergebnis einer Messung des Drehmoments durch eine Drehmomentmessvorrichtung - geschätzt wird.
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Bei der oben erklärten Ausführungsform wird der Sicherheitsbetrieb durch die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 auf Basis einer durch eine Anomaliedetektionseinheit 12 detektierten abnormalen Belastung begonnen, doch als Abwandlung ist es auch möglich, den Sicherheitsbetrieb durch die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 auf Basis eines Alarmsignals, das eine andere Anomalie als eine abnormale Belastung anzeigt, zu beginnen.
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Die Anomaliedetektionseinheit 12 (Belastungsschätzeinheit 21, Anomaliebeurteilungseinheit 22, Signalausgabeeinheit 23) und die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13, die oben beschrieben wurden, können zum Beispiel in Form eines Softwareprogramms aufgebaut werden oder durch Kombinieren verschiedener elektronischer Schaltungen und eines Softwareprogramms aufgebaut werden. Im Fall ihres Aufbaus in Form eines Softwareprogramms wird das betreffende Softwareprogramm in dem DSP, der das Steuersystem der Motorsteuereinheit 11 bildet, installiert und die Funktion der Einheit durch Betreiben einer Rechenverarbeitungseinheit (nicht dargestellt) in dem DSP gemäß dem in einer Speichereinheit installierten betreffenden Softwareprogramm ausgeführt. Die Anomaliedetektionseinheit 12 (Belastungsschätzeinheit 21, Anomaliebeurteilungseinheit 22, Signalausgabeeinheit 23) und die Sicherheitsbetriebssteuereinheit 13 können aber auch als integrierte Halbleiterschaltungen, in die Softwareprogramme, die die Funktionen der einzelnen Einheiten ausführen, geschrieben sind, verwirklicht werden, wobei die Funktionen der einzelnen Einheiten in diesem Fall durch Anbringen der betreffenden integrierten Halbleiterschaltungen in bereits bestehenden Motorantriebseinheiten ausgeführt werden können.
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Nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann bei einer Werkzeugmaschine, die Werkstücke unter Verwendung mehrerer Achsen durch ein Werkzeug bearbeitet, eine Motorsteuervorrichtung ausgeführt werden, die bei Auftreten einer Anomalie frühzeitig einen sicheren Zustand, in dem das Werkstück und das Werkzeug nicht in Kontakt stehen, gewährleisten kann.
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Da nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer Motorsteuereinheit, die einen Direktantriebsmotor oder einen Servomotor, in den kein Verbindungsmechanismus wie ein Kugelgewindetrieb, eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen eingefügt ist, steuert, eine Anomaliedetektionseinheit ausgebildet ist und durch diese Anomaliedetektionseinheit die abnormale Belastung der durch den Direktantriebsmotor oder den Linearmotor angetriebenen Achse überwacht wird, kann die Zeit von dem Auftreten der abnormalen Belastung bis zu der Detektion der abnormalen Belastung verkürzt werden und der Zustand der Belastung richtig detektiert werden. Da das Anomaliedetektionssignal, das von der Anomaliedetektionseinheit auf Basis eines richtigen Detektionsergebnisses ausgegeben wird, nicht über die numerische Steuereinheit, sondern über die Kommunikationseinheit, die die Motorsteuereinheiten verbindet, an die bei einer anderen Motorsteuereinheit ausgebildete Sicherheitsbetriebssteuereinheit gesendet wird, kann die Zeit von der Detektion der abnormalen Belastung bis zum Beginn des Sicherheitsbetriebs noch weiter verkürzt werden und ist auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion gering. Da der Sicherheitsbetrieb früh nach der Detektion der abnormalen Belastung begonnen werden kann, kann eine Beschädigung oder eine Verformung des Werkzeugs oder des Werkstücks oder ein Defekt bei der Werkzeugmaschine selbst oder bei der Fertigungsstraße, die diese Werkzeugmaschine enthält, verhindert werden. Da auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion des Sicherheitsbetriebs gering ist, wird es möglich, eine effiziente Werkstückbearbeitung auszuführen.
