JP3285663B2 - 工具破損検出装置 - Google Patents
工具破損検出装置Info
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- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G05B2219/30—Nc systems
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は数値制御工作機械に使用
される工具の破損を検出する工具破損検出装置に関す
る。
される工具の破損を検出する工具破損検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】工作機械では、その切削加工時に生じる
異常負荷によって工具が破損することがあるため、その
破損を未然に防止すべく種々の対策が講じられている。
これらの工具破損防止方法は、主に切削負荷を検出して
行われるが、その切削負荷を検出する方法として次のよ
うな方法がとられる。 （１）テーブル上や工具ホルダ等に外部センサを用いる
方法。 （２）主軸モータの電流値を用いる方法。
異常負荷によって工具が破損することがあるため、その
破損を未然に防止すべく種々の対策が講じられている。
これらの工具破損防止方法は、主に切削負荷を検出して
行われるが、その切削負荷を検出する方法として次のよ
うな方法がとられる。 （１）テーブル上や工具ホルダ等に外部センサを用いる
方法。 （２）主軸モータの電流値を用いる方法。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来方法
の（１）では、外部に検出用センサを搭載し、且つ数値
制御装置と別にセンサの信号処理用制御装置が必要であ
り、構造的に複雑である。また、高価でもある。
の（１）では、外部に検出用センサを搭載し、且つ数値
制御装置と別にセンサの信号処理用制御装置が必要であ
り、構造的に複雑である。また、高価でもある。
【０００４】また、上記従来方法の（２）では、主軸の
回転負荷や加減速負荷が主軸モータの電流値に含まれる
ため、検出精度が悪く工具破損を正確に検出できなかっ
た。本発明はこのような点に鑑みてなされたものであ
り、簡単に且つ高精度に異常負荷を検出し適切に対処で
きる工具破損検出装置を提供することを目的とする。
回転負荷や加減速負荷が主軸モータの電流値に含まれる
ため、検出精度が悪く工具破損を正確に検出できなかっ
た。本発明はこのような点に鑑みてなされたものであ
り、簡単に且つ高精度に異常負荷を検出し適切に対処で
きる工具破損検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、数値制御工作機械において使用される工
具の破損を検出する工具破損検出装置において、前記工
具を回転させる主軸に働く外乱トルクを推定する第１の
外乱トルク推定手段と、前記工具の送りを制御する送り
軸に働く外乱トルクを推定する第２の外乱トルク推定手
段と、前記第１の外乱トルク推定手段による推定外乱ト
ルクと前記第２の外乱トルク推定手段による推定外乱ト
ルクとを合成して得られた合成外乱トルクと予め設定し
た基準トルクとを比較する比較手段と、前記比較手段の
判別結果に応じて前記工具の送りを停止させあるいは前
記工具を交換させる指令信号を出力する指令手段とを備
え、前記比較手段によって前記合成トルクが前記基準ト
ルクより小であると判断されたとき、前記指令手段は前
記工具の送り停止又は前記工具の交換を指令する指令信
号を出力することを特徴とする工具破損検出装置が、提
供される。
決するために、数値制御工作機械において使用される工
具の破損を検出する工具破損検出装置において、前記工
具を回転させる主軸に働く外乱トルクを推定する第１の
外乱トルク推定手段と、前記工具の送りを制御する送り
軸に働く外乱トルクを推定する第２の外乱トルク推定手
段と、前記第１の外乱トルク推定手段による推定外乱ト
ルクと前記第２の外乱トルク推定手段による推定外乱ト
ルクとを合成して得られた合成外乱トルクと予め設定し
た基準トルクとを比較する比較手段と、前記比較手段の
判別結果に応じて前記工具の送りを停止させあるいは前
記工具を交換させる指令信号を出力する指令手段とを備
え、前記比較手段によって前記合成トルクが前記基準ト
ルクより小であると判断されたとき、前記指令手段は前
記工具の送り停止又は前記工具の交換を指令する指令信
号を出力することを特徴とする工具破損検出装置が、提
供される。
【０００６】
【作用】第１及び第２の外乱トルク推定手段は、外乱推
定オブザーバによって、主軸及び送り軸を駆動するモー
タに加わる外乱負荷トルクを推定するから、主軸及び送
り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わる負荷を精度良
く推定する。比較手段は、この主軸及び送り軸の双方に
働く外乱トルクを合成して合成外乱トルクを求めると共
に、その合成外乱トルクを予め設定した基準トルクと比
較する。この基準トルクは異常負荷検出レベルであり、
工具種類やワーク材質の硬さ等の要因に基づいて可変に
設定される。主軸及び送り軸の双方に働く外乱トルクを
合成して基準トルクと比較するようにしたので、そのと
きの加工条件によく適合するように異常負荷検出レベル
を設定することができる。
定オブザーバによって、主軸及び送り軸を駆動するモー
タに加わる外乱負荷トルクを推定するから、主軸及び送
り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わる負荷を精度良
く推定する。比較手段は、この主軸及び送り軸の双方に
働く外乱トルクを合成して合成外乱トルクを求めると共
に、その合成外乱トルクを予め設定した基準トルクと比
較する。この基準トルクは異常負荷検出レベルであり、
工具種類やワーク材質の硬さ等の要因に基づいて可変に
設定される。主軸及び送り軸の双方に働く外乱トルクを
合成して基準トルクと比較するようにしたので、そのと
きの加工条件によく適合するように異常負荷検出レベル
を設定することができる。
【０００７】比較手段の判別結果に応じて、指令手段
は、工具の送りを減速または停止させあるいは工具を交
換させる指令信号を出力する。
は、工具の送りを減速または停止させあるいは工具を交
換させる指令信号を出力する。
【０００８】
【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。図１は本発明の工具破損検出装置の原理を示す
ブロック図である。図において、第１の外乱トルク推定
手段１は、スピンドルモータ（主軸）７３の速度信号Ｘ
１ｓとスピンドルモータ７３へのトルク指令値Ｕ１ｓを
基にしてスピンドルモータ７３に働く外乱トルクＹｓを
推定する。第２の外乱トルク推定手段２は、サーボモー
タ（送り軸）６３の速度信号Ｘ１ｚとサーボモータ６３
へのトルク指令値Ｕ１ｚを基にしてサーボモータ６３に
働く外乱トルクＹｚを推定する。比較手段３は、その推
定外乱トルクＹｓとＹｚを合成して合成外乱トルクＹを
求めると共に、その合成外乱トルクＹを予め設定した基
準トルクＹｅと比較する。比較手段３において合成外乱
トルクＹの方が基準トルクＹｅより大きいと判別したと
き、減速停止指令手段４は、その判別結果に基づいて工
具の送りを減速または停止させあるいは工具を交換させ
る指令信号を出力する。
明する。図１は本発明の工具破損検出装置の原理を示す
ブロック図である。図において、第１の外乱トルク推定
手段１は、スピンドルモータ（主軸）７３の速度信号Ｘ
１ｓとスピンドルモータ７３へのトルク指令値Ｕ１ｓを
基にしてスピンドルモータ７３に働く外乱トルクＹｓを
推定する。第２の外乱トルク推定手段２は、サーボモー
タ（送り軸）６３の速度信号Ｘ１ｚとサーボモータ６３
へのトルク指令値Ｕ１ｚを基にしてサーボモータ６３に
働く外乱トルクＹｚを推定する。比較手段３は、その推
定外乱トルクＹｓとＹｚを合成して合成外乱トルクＹを
求めると共に、その合成外乱トルクＹを予め設定した基
準トルクＹｅと比較する。比較手段３において合成外乱
トルクＹの方が基準トルクＹｅより大きいと判別したと
き、減速停止指令手段４は、その判別結果に基づいて工
具の送りを減速または停止させあるいは工具を交換させ
る指令信号を出力する。
【０００９】図２は本発明の工具破損検出装置を構成す
るための数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロ
ック図である。図において、１０は数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）である。プロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）
１０全体の制御の中心となるプロセッサであり、バス２
１を介して、ＲＯＭ１２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（ＣＮＣ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ
１３には一時的な計算データ、表示データ等が格納され
る。ＲＡＭ１３にはＤＲＡＭが使用される。ＣＭＯＳ１
４には加工プログラム及び各種パラメータ等が格納され
る。ＣＭＯＳ１４は、図示されていないバッテリでバッ
クアップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオ
フされても不揮発性メモリとなっているので、それらの
データはそのまま保持される。
るための数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロ
ック図である。図において、１０は数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）である。プロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）
１０全体の制御の中心となるプロセッサであり、バス２
１を介して、ＲＯＭ１２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（ＣＮＣ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ
１３には一時的な計算データ、表示データ等が格納され
る。ＲＡＭ１３にはＤＲＡＭが使用される。ＣＭＯＳ１
４には加工プログラム及び各種パラメータ等が格納され
る。ＣＭＯＳ１４は、図示されていないバッテリでバッ
クアップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオ
フされても不揮発性メモリとなっているので、それらの
データはそのまま保持される。
【００１０】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３１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（ＣＮＣ）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。
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３１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（ＣＮＣ）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。
【００１１】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６はＣＮＣ１０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。すな
わち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及
びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログラムで機
械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から機
械側に出力する。この出力信号は機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエ
ータ等を作動させる。また、機械側のリミットスイッチ
及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処
理をして、プロセッサ１１に渡す。
ローラ）１６はＣＮＣ１０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。すな
わち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及
びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログラムで機
械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から機
械側に出力する。この出力信号は機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエ
ータ等を作動させる。また、機械側のリミットスイッチ
及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処
理をして、プロセッサ１１に渡す。
【００１２】グラフィック制御回路１８は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像デ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、
表示装置２６に表示される。インタフェース１９はＣＲ
Ｔ／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。
置、アラーム、パラメータ、画像デ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、
表示装置２６に表示される。インタフェース１９はＣＲ
Ｔ／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。
【００１３】インタフェース２０は手動パルス発生器３
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２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。
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２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。
【００１４】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３に
は、位置検出用のパルスコーダ６３１が内蔵されてお
り、このパルスコーダ６３１から位置信号がパルス列と
して軸制御回路４３にフィードバックされる。ここでは
図示されていないが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモー
タ６１、Ｙ軸の送りを制御するサーボモータ６２にも、
上記サーボモータ６３と同様に位置検出用のパルスコー
ダが内蔵され、そ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。場合によっては、位置
検出器として、リニアスケールが使用される。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Ｘ１ｚを生成することができる。
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３に
は、位置検出用のパルスコーダ６３１が内蔵されてお
り、このパルスコーダ６３１から位置信号がパルス列と
して軸制御回路４３にフィードバックされる。ここでは
図示されていないが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモー
タ６１、Ｙ軸の送りを制御するサーボモータ６２にも、
上記サーボモータ６３と同様に位置検出用のパルスコー
ダが内蔵され、そ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。場合によっては、位置
検出器として、リニアスケールが使用される。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Ｘ１ｚを生成することができる。
【００１５】軸制御回路４３は、ここでは図示されてい
ないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その
一部にオブザーバ４１０を有している。オブザーバ４１
０は、上記の速度信号Ｘ１ｚ等を受けてサーボモータ６
３に働く外乱トルクＹｚを推定する。その推定外乱トル
クＹｚはＰＭＣ１６に送られる。その詳細は後述する。
ないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その
一部にオブザーバ４１０を有している。オブザーバ４１
０は、上記の速度信号Ｘ１ｚ等を受けてサーボモータ６
３に働く外乱トルクＹｚを推定する。その推定外乱トル
クＹｚはＰＭＣ１６に送られる。その詳細は後述する。
【００１６】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
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、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
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、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
【００１７】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はスピンドルモータ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
スピンドル制御回路７１にフィードバックされる。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Ｘ１ｓを生成することができる。
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はスピンドルモータ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
スピンドル制御回路７１にフィードバックされる。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Ｘ１ｓを生成することができる。
【００１８】スピンドル制御回路７１は、上記軸制御回
路４３と同様に、ここでは図示されていないプロセッサ
を備えてソフトウェア処理を行い、その一部にオブザー
バ７１０を有している。オブザーバ７１０は、上記の速
度信号Ｘ１ｓ等を受けてスピンドルモータ７３に働く外
乱トルクＹｓを推定する。その推定外乱トルクＹｓは、
上記の推定外乱トルクＹｚと同様に、ＰＭＣ１６に送ら
れる。
路４３と同様に、ここでは図示されていないプロセッサ
を備えてソフトウェア処理を行い、その一部にオブザー
バ７１０を有している。オブザーバ７１０は、上記の速
度信号Ｘ１ｓ等を受けてスピンドルモータ７３に働く外
乱トルクＹｓを推定する。その推定外乱トルクＹｓは、
上記の推定外乱トルクＹｚと同様に、ＰＭＣ１６に送ら
れる。
【００１９】ＰＭＣ１６は、これらの推定外乱トルクＹ
ｚ，Ｙｓを受けて所定のソフトウェア処理を行う。すな
わち、推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを合成して合成外乱ト
ルクＹを求め、その合成外乱トルクを基準トルクＹｅと
比較して異常トルクを検出し、異常トルク検出の場合は
工具の送り停止等を指令する。
ｚ，Ｙｓを受けて所定のソフトウェア処理を行う。すな
わち、推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを合成して合成外乱ト
ルクＹを求め、その合成外乱トルクを基準トルクＹｅと
比較して異常トルクを検出し、異常トルク検出の場合は
工具の送り停止等を指令する。
【００２０】図３は本発明に係るオブザーバのブロック
図である。このブロック図に示した処理は、上述したよ
うに、軸制御回路４３のオブザーバ４１０及びスピンド
ル制御回路７１のオブザーバ７１０において実行され
る。オブザーバ４１０及び７１０は、同一の構成を有し
ているので、ここではオブザーバ４１０について説明
し、オブザーバ７１０の説明は省略する。
図である。このブロック図に示した処理は、上述したよ
うに、軸制御回路４３のオブザーバ４１０及びスピンド
ル制御回路７１のオブザーバ７１０において実行され
る。オブザーバ４１０及び７１０は、同一の構成を有し
ているので、ここではオブザーバ４１０について説明
し、オブザーバ７１０の説明は省略する。
【００２１】図において、電流Ｕ１ｚは、上述したプロ
セッサ１１からの移動指令を受けてサーボモータ６３に
出力されるトルク指令値であり、要素４０１に入力され
てサーボモータ６３の出力トルクとなる。サーボモータ
６３の出力トルクには演算要素４０２において、外乱ト
ルクＸ２が加算される。演算要素４０２の出力は要素４
０３によって、速度信号Ｘ１ｚとなる。ここで、Ｊはサ
ーボモータ６３のイナーシャである。
セッサ１１からの移動指令を受けてサーボモータ６３に
出力されるトルク指令値であり、要素４０１に入力され
てサーボモータ６３の出力トルクとなる。サーボモータ
６３の出力トルクには演算要素４０２において、外乱ト
ルクＸ２が加算される。演算要素４０２の出力は要素４
０３によって、速度信号Ｘ１ｚとなる。ここで、Ｊはサ
ーボモータ６３のイナーシャである。
【００２２】一方、電流Ｕ１ｚはオブザーバ４１０に入
力される。オブザーバ４１０は電流Ｕ１ｚとサーボモー
タ６３の速度Ｘ１ｚから、推定速度ＸＸ１を求め、サー
ボモータ６３の速度を制御する。ここでは、これらのサ
ーボモータ６３の速度制御については省略し、外乱トル
クを推定するための演算のみを説明する。電流Ｕ１ｚは
要素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２へ出
力される。演算要素４１２では、後述する演算要素４１
４からの帰還を加え、さらに、演算要素４１３で演算要
素４１５からの帰還を加算する。演算要素４１２及び４
１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３の出力
は積分要素４１６に入力され、推定速度ＸＸ１として出
力される。推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｚとの差を演算
要素４１７で求め、それぞれ、演算要素４１４及び４１
５に帰還する。ここで、比例要素４１４はゲインＫ１を
有する。積分要素４１５のゲインはＫ２である。ここ
で、ゲインＫ１とゲインＫ２によって、帰還すべき周波
数帯域が決められる。
力される。オブザーバ４１０は電流Ｕ１ｚとサーボモー
タ６３の速度Ｘ１ｚから、推定速度ＸＸ１を求め、サー
ボモータ６３の速度を制御する。ここでは、これらのサ
ーボモータ６３の速度制御については省略し、外乱トル
クを推定するための演算のみを説明する。電流Ｕ１ｚは
要素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２へ出
力される。演算要素４１２では、後述する演算要素４１
４からの帰還を加え、さらに、演算要素４１３で演算要
素４１５からの帰還を加算する。演算要素４１２及び４
１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３の出力
は積分要素４１６に入力され、推定速度ＸＸ１として出
力される。推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｚとの差を演算
要素４１７で求め、それぞれ、演算要素４１４及び４１
５に帰還する。ここで、比例要素４１４はゲインＫ１を
有する。積分要素４１５のゲインはＫ２である。ここ
で、ゲインＫ１とゲインＫ２によって、帰還すべき周波
数帯域が決められる。
【００２３】積分要素４１５の出力は推定外乱トルクＸ
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって、電流値に変換される。ただし、
トルク表示をするために、この電流値を推定外乱トルク
Ｙｚで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪと同
じサーボモータ６３のイナーシャであり、Ｋｔは要素４
０１のトルク定数と同じである。Ａは係数であり、１以
下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正する
ための係数である。このように、オブザーバ４１０を用
いてサーボモータ６３の推定外乱トルクＹｚが求めら
れ、ＰＭＣ１６に送られる。
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって、電流値に変換される。ただし、
トルク表示をするために、この電流値を推定外乱トルク
Ｙｚで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪと同
じサーボモータ６３のイナーシャであり、Ｋｔは要素４
０１のトルク定数と同じである。Ａは係数であり、１以
下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正する
ための係数である。このように、オブザーバ４１０を用
いてサーボモータ６３の推定外乱トルクＹｚが求めら
れ、ＰＭＣ１６に送られる。
【００２４】スピンドルモータ７３の推定外乱トルクＹ
ｓも、同様にしてオブザーバ７１０を用いて求められ
る。この場合、オブザーバ７１０は、電流Ｕ１ｓとスピ
ンドルモータ７３の速度信号Ｘ１ｓから推定外乱トルク
Ｙｓを求める。電流Ｕ１ｓは、プロセッサ１１からのス
ピンドル回転指令を受けてスピンドルモータ７３に出力
されるトルク指令値である。
ｓも、同様にしてオブザーバ７１０を用いて求められ
る。この場合、オブザーバ７１０は、電流Ｕ１ｓとスピ
ンドルモータ７３の速度信号Ｘ１ｓから推定外乱トルク
Ｙｓを求める。電流Ｕ１ｓは、プロセッサ１１からのス
ピンドル回転指令を受けてスピンドルモータ７３に出力
されるトルク指令値である。
【００２５】これらの推定外乱トルクＹｚ及びＹｓはＰ
ＭＣ１６に送られる。ＰＭＣ１６は、上述したように、
これらの推定外乱トルクＹｚ及びＹｓを用いて異常トル
クの判別を行い、異常トルクであると判別したときにサ
ーボモータ６３に減速、停止または工具交換の指令を送
る。このＰＭＣ１６において行われる処理を図４及び図
５を用いて説明する。
ＭＣ１６に送られる。ＰＭＣ１６は、上述したように、
これらの推定外乱トルクＹｚ及びＹｓを用いて異常トル
クの判別を行い、異常トルクであると判別したときにサ
ーボモータ６３に減速、停止または工具交換の指令を送
る。このＰＭＣ１６において行われる処理を図４及び図
５を用いて説明する。
【００２６】図４はＰＭＣでの処理手順の第１の例を示
す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〕推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを読み込む。 〔Ｓ２〕推定外乱トルクＹｚと推定外乱トルクＹｓを次
式（１）に従って合成し、合成外乱トルクＹを求める。
す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〕推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを読み込む。 〔Ｓ２〕推定外乱トルクＹｚと推定外乱トルクＹｓを次
式（１）に従って合成し、合成外乱トルクＹを求める。
【００２７】
【数１】Ｙ＝αＹｚ＋βＹｓ ・・・・・（１） ここで、係数α、βはＹｚ、Ｙｓが異常負荷検出レベル
に対して寄与する度合を考慮して実験的に定めれらる。 〔Ｓ３〕合成外乱トルクＹが予め設定した基準トルクＹ
1 以上であるか否かを判別する。Ｙ1 以上であればステ
ップＳ６に、そうでなければステップＳ４にそれぞれ進
む。この基準トルクＹ1 及び後述する基準トルクＹ2 は
異常負荷検出レベルであり、工具種類やワーク材質の硬
さ等の要因に基づいて可変に設定される。 〔Ｓ４〕合成外乱トルクＹが基準トルクＹ2 以上である
か否かを判別する。Ｙ2以上であればステップＳ５に、
そうでなければ異常でないと判別してプログラムをその
まま終了する。 〔Ｓ５〕合成外乱トルクＹがＹ1 以下でＹ2 以上の場合
であり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速さ
せる。 〔Ｓ６〕合成外乱トルクＹがＹ1 以上の場合であり、異
常トルクが非常に大きいため、停止信号を出力してサー
ボモータ６３を停止させる。
に対して寄与する度合を考慮して実験的に定めれらる。 〔Ｓ３〕合成外乱トルクＹが予め設定した基準トルクＹ
1 以上であるか否かを判別する。Ｙ1 以上であればステ
ップＳ６に、そうでなければステップＳ４にそれぞれ進
む。この基準トルクＹ1 及び後述する基準トルクＹ2 は
異常負荷検出レベルであり、工具種類やワーク材質の硬
さ等の要因に基づいて可変に設定される。 〔Ｓ４〕合成外乱トルクＹが基準トルクＹ2 以上である
か否かを判別する。Ｙ2以上であればステップＳ５に、
そうでなければ異常でないと判別してプログラムをその
まま終了する。 〔Ｓ５〕合成外乱トルクＹがＹ1 以下でＹ2 以上の場合
であり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速さ
せる。 〔Ｓ６〕合成外乱トルクＹがＹ1 以上の場合であり、異
常トルクが非常に大きいため、停止信号を出力してサー
ボモータ６３を停止させる。
【００２８】このように、本実施例では、サーボモータ
６３及びスピンドルモータ７３に働く外乱トルクをオブ
ザーバ４１０及び７１０を用いて推定し、異常負荷発生
を判別するようにした。したがって、工具破損防止を外
部センサの追加なしで簡単に行うことができる。また、
推定した外乱トルクには、加減速負荷は含まれないた
め、主軸及び送り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わ
る負荷を正確に推定することができ、異常負荷発生の判
別を高精度に行うことができる。
６３及びスピンドルモータ７３に働く外乱トルクをオブ
ザーバ４１０及び７１０を用いて推定し、異常負荷発生
を判別するようにした。したがって、工具破損防止を外
部センサの追加なしで簡単に行うことができる。また、
推定した外乱トルクには、加減速負荷は含まれないた
め、主軸及び送り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わ
る負荷を正確に推定することができ、異常負荷発生の判
別を高精度に行うことができる。
【００２９】さらに、基準トルクＹｅを２種類設定し、
異常時の対応も減速または停止の２段階にしたので、異
常発生に対してより適切に対応することができる。ま
た、外乱トルクを合成して基準トルクＹｅと比較するよ
うにしたので、加工条件に合った異常負荷検出レベルの
設定が可能となり、より高い信頼性で工具の破損を防止
することができる。
異常時の対応も減速または停止の２段階にしたので、異
常発生に対してより適切に対応することができる。ま
た、外乱トルクを合成して基準トルクＹｅと比較するよ
うにしたので、加工条件に合った異常負荷検出レベルの
設定が可能となり、より高い信頼性で工具の破損を防止
することができる。
【００３０】図５はＰＭＣでの処理手順の第２の例を示
す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。 〔Ｓ１１〕切削中信号を読み込む。すなわち、ＣＰＵが
加工プログラム中の例えばＧコードを読んだときに、Ｃ
ＰＵは切削中であると判別する。 〔Ｓ１２〕推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを読み込む。 〔Ｓ１３〕推定外乱トルクＹｚと推定外乱トルクＹｓを
次式（１）に従って合成し、合成外乱トルクＹを求め
る。
す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。 〔Ｓ１１〕切削中信号を読み込む。すなわち、ＣＰＵが
加工プログラム中の例えばＧコードを読んだときに、Ｃ
ＰＵは切削中であると判別する。 〔Ｓ１２〕推定外乱トルクＹｚ、Ｙｓを読み込む。 〔Ｓ１３〕推定外乱トルクＹｚと推定外乱トルクＹｓを
次式（１）に従って合成し、合成外乱トルクＹを求め
る。
【００３１】Ｙ＝αＹｚ＋βＹｓ ・・・・・（１） ここで、係数α、βはＹｚ、Ｙｓが異常負荷検出レベル
に対して寄与する度合を考慮して実験的に定めれらる。 〔Ｓ１４〕合成外乱トルクＹが予め設定した基準トルク
Ｙ1 以上であるか否かを判別する。Ｙ1 以上であればス
テップＳ２０に、そうでなければステップＳ１５にそれ
ぞれ進む。この基準トルクＹ1 及び後述する基準トルク
Ｙ2 は異常負荷検出レベルであり、工具種類やワーク材
質の硬さ等の要因に基づいて可変に設定される。 〔Ｓ１５〕合成外乱トルクＹが基準トルクＹ2 以上であ
るか否かを判別する。Ｙ 2 以上であればステップＳ１９
に、そうでなければステップＳ１６にそれぞれ進む。 〔Ｓ１６〕切削中信号が終了したか否かを判別する。終
了のときはステップＳ１７に、そうでなければステップ
Ｓ１４にそれぞれ戻る。 〔Ｓ１７〕切削終了時点において、その切削期間中全体
にわたって合成外乱トルクＹが基準トルクＹ3 以下であ
るか否かを判別する。この基準トルクＹ3 は微小レベル
に設定されている。Ｙ3 以下であればステップＳ１８
に、そうでなければ異常は発生していないと判別してプ
ログラムをそのまま終了する。 〔Ｓ１８〕合成外乱トルクＹが異常に低いか０の場合で
あり、工具に破損等の異常が発生していると判別し、停
止信号を出力してサーボモータ６３を停止させる。また
は工具の交換を指令する。 〔Ｓ１９〕合成外乱トルクＹがＹ1 以下でＹ2 以上の場
合であり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速
させる。 〔Ｓ２０〕合成外乱トルクＹがＹ1 以上の場合であり、
異常トルクが非常に大きいため、停止信号を出力してサ
ーボモータ６３を停止させる。または工具の交換を指令
する。
に対して寄与する度合を考慮して実験的に定めれらる。 〔Ｓ１４〕合成外乱トルクＹが予め設定した基準トルク
Ｙ1 以上であるか否かを判別する。Ｙ1 以上であればス
テップＳ２０に、そうでなければステップＳ１５にそれ
ぞれ進む。この基準トルクＹ1 及び後述する基準トルク
Ｙ2 は異常負荷検出レベルであり、工具種類やワーク材
質の硬さ等の要因に基づいて可変に設定される。 〔Ｓ１５〕合成外乱トルクＹが基準トルクＹ2 以上であ
るか否かを判別する。Ｙ 2 以上であればステップＳ１９
に、そうでなければステップＳ１６にそれぞれ進む。 〔Ｓ１６〕切削中信号が終了したか否かを判別する。終
了のときはステップＳ１７に、そうでなければステップ
Ｓ１４にそれぞれ戻る。 〔Ｓ１７〕切削終了時点において、その切削期間中全体
にわたって合成外乱トルクＹが基準トルクＹ3 以下であ
るか否かを判別する。この基準トルクＹ3 は微小レベル
に設定されている。Ｙ3 以下であればステップＳ１８
に、そうでなければ異常は発生していないと判別してプ
ログラムをそのまま終了する。 〔Ｓ１８〕合成外乱トルクＹが異常に低いか０の場合で
あり、工具に破損等の異常が発生していると判別し、停
止信号を出力してサーボモータ６３を停止させる。また
は工具の交換を指令する。 〔Ｓ１９〕合成外乱トルクＹがＹ1 以下でＹ2 以上の場
合であり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速
させる。 〔Ｓ２０〕合成外乱トルクＹがＹ1 以上の場合であり、
異常トルクが非常に大きいため、停止信号を出力してサ
ーボモータ６３を停止させる。または工具の交換を指令
する。
【００３２】このように、本実施例では、サーボモータ
６３及びスピンドルモータ７３に働く外乱トルクをオブ
ザーバ４１０及び７１０を用いて推定し、異常負荷発生
を判別するようにした。したがって、工具破損防止を外
部センサの追加なしで簡単に行うことができる。また、
推定した外乱トルクには、加減速負荷は含まれないた
め、主軸及び送り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わ
る負荷を正確に推定することができ、異常負荷発生の判
別を高精度に行うことができる。
６３及びスピンドルモータ７３に働く外乱トルクをオブ
ザーバ４１０及び７１０を用いて推定し、異常負荷発生
を判別するようにした。したがって、工具破損防止を外
部センサの追加なしで簡単に行うことができる。また、
推定した外乱トルクには、加減速負荷は含まれないた
め、主軸及び送り軸に加わる負荷、すなわち工具に加わ
る負荷を正確に推定することができ、異常負荷発生の判
別を高精度に行うことができる。
【００３３】さらに、基準トルクＹｅを３種類設定し、
異常時の対応も減速、停止及び工具交換の３段階にした
ので、工具の破損等も含めて切削加工中の異常発生に対
してより適切に対応することができる。
異常時の対応も減速、停止及び工具交換の３段階にした
ので、工具の破損等も含めて切削加工中の異常発生に対
してより適切に対応することができる。
【００３４】また、外乱トルクを合成して基準トルクＹ
ｅと比較するようにしたので、加工条件に合った異常負
荷検出レベルの設定が可能となり、より高い信頼性で工
具の破損を防止することができる。
ｅと比較するようにしたので、加工条件に合った異常負
荷検出レベルの設定が可能となり、より高い信頼性で工
具の破損を防止することができる。
【００３５】外乱トルクが微小レベルになったときは、
工具破損等の異常がすでに発生しているとして工具交換
も指令するようにしたので、異常発生に対してより適切
に対処できる。
工具破損等の異常がすでに発生しているとして工具交換
も指令するようにしたので、異常発生に対してより適切
に対処できる。
【００３６】上記の説明では、２つの推定外乱トルクを
合成して基準トルクと比較するようにしたが、スピンド
ルモータ側あるいはサーボモータ側のいずれか一方だけ
の推定外乱トルクを用いて基準トルクと比較するように
構成してもよい。
合成して基準トルクと比較するようにしたが、スピンド
ルモータ側あるいはサーボモータ側のいずれか一方だけ
の推定外乱トルクを用いて基準トルクと比較するように
構成してもよい。
【００３７】また、Ｚ軸のサーボモータの外乱トルクを
推定するようにしたが、Ｘ軸やＹ軸のサーボモータの外
乱トルクを推定するように構成してもよい。さらに、上
記の説明では、推定外乱トルクと基準トルクの比較、減
速停止指令等をＰＭＣで行ったが、数値制御装置全体を
制御するプロセッサ１１で行うように構成してもよい。
推定するようにしたが、Ｘ軸やＹ軸のサーボモータの外
乱トルクを推定するように構成してもよい。さらに、上
記の説明では、推定外乱トルクと基準トルクの比較、減
速停止指令等をＰＭＣで行ったが、数値制御装置全体を
制御するプロセッサ１１で行うように構成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、主軸及
び送り軸に働く外乱トルクをオブザーバを用いて推定
し、異常負荷発生を判別するようにした。したがって、
工具破損検出を外部センサの追加なしで簡単に行うこと
ができる。
び送り軸に働く外乱トルクをオブザーバを用いて推定
し、異常負荷発生を判別するようにした。したがって、
工具破損検出を外部センサの追加なしで簡単に行うこと
ができる。
【００３９】また、推定した外乱トルクには、加減速負
荷は含まれないため、主軸及び送り軸に加わる負荷、す
なわち工具に加わる負荷を正確に推定することができ、
異常負荷発生の判別を高精度に行うことができる。
荷は含まれないため、主軸及び送り軸に加わる負荷、す
なわち工具に加わる負荷を正確に推定することができ、
異常負荷発生の判別を高精度に行うことができる。
【００４０】さらに、外乱トルクを合成して基準トルク
と比較するようにしたので、加工条件に合った異常負荷
検出レベルの設定が可能となり、より高い信頼性で工具
の破損を検出することができる。
と比較するようにしたので、加工条件に合った異常負荷
検出レベルの設定が可能となり、より高い信頼性で工具
の破損を検出することができる。
【００４１】外乱トルクが微小レベルになったときは、
工具破損等の異常がすでに発生しているとして工具交換
も指令するようにしたので、異常発生に対してより適切
に対処できる。
工具破損等の異常がすでに発生しているとして工具交換
も指令するようにしたので、異常発生に対してより適切
に対処できる。
【図１】本発明の工具破損検出装置の原理を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明の工具破損検出装置としての数値制御装
置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図である。
置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図である。
【図３】本発明に係るオブザーバのブロック図である。
【図４】ＰＭＣでの処理手順の第１の例を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図５】ＰＭＣでの処理手順の第２の例を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
１ 第１の外乱トルク推定手段（オブザーバ） ２ 第２の外乱トルク推定手段（オブザーバ） ３ 比較手段 ４ 減速停止指令手段 １０ 数値制御装置（ＣＮＣ） １６ ＰＭＣ ４３ 軸制御回路 ５３ サーボアンプ ６３ Ｚ軸サーボモータ ７１ スピンドル制御回路 ７２ スピンドルアンプ ７３ スピンドルモータ ８２ ポジションコーダ ６３１ パルスコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B23Q 17/00 - 23/00 G05B 19/18 - 19/46
Claims (1)
- 【請求項１】 数値制御工作機械において使用される工
具の破損を検出する工具破損検出装置において、 前記工具を回転させる主軸に働く外乱トルクを推定する
第１の外乱トルク推定手段と、 前記工具の送りを制御する送り軸に働く外乱トルクを推
定する第２の外乱トルク推定手段と、 前記第１の外乱トルク推定手段による推定外乱トルクと
前記第２の外乱トルク推定手段による推定外乱トルクと
を合成して得られた合成外乱トルクと予め設定した基準
トルクとを比較する比較手段と、 前記比較手段の判別結果に応じて前記工具の送りを停止
させあるいは前記工具を交換させる指令信号を出力する
指令手段とを備え、 前記比較手段によって前記合成トルクが前記基準トルク
より小であると判断されたとき、前記指令手段は前記工
具の送り停止又は前記工具の交換を指令する指令信号を
出力することを特徴とする工具破損検出装置 。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13829393A JP3285663B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-06-10 | 工具破損検出装置 |
| KR1019950700097A KR950702464A (ko) | 1993-05-11 | 1994-04-21 | 공구 파손 방지 방식(tool breakage prevention system) |
| US08/360,780 US5587915A (en) | 1993-05-11 | 1994-04-21 | Tool damage prevention system |
| DE69427521T DE69427521T2 (de) | 1993-05-11 | 1994-04-21 | Vorbeugungssystem fur werkzeugbruch |
| PCT/JP1994/000668 WO1994026465A1 (en) | 1993-05-11 | 1994-04-21 | Tool breakage prevention system |
| EP94913798A EP0666138B1 (en) | 1993-05-11 | 1994-04-21 | Tool breakage prevention system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-109153 | 1993-05-11 | ||
| JP10915393 | 1993-05-11 | ||
| JP13829393A JP3285663B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-06-10 | 工具破損検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0751991A JPH0751991A (ja) | 1995-02-28 |
| JP3285663B2 true JP3285663B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=26448936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13829393A Expired - Fee Related JP3285663B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-06-10 | 工具破損検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5587915A (ja) |
| EP (1) | EP0666138B1 (ja) |
| JP (1) | JP3285663B2 (ja) |
| KR (1) | KR950702464A (ja) |
| DE (1) | DE69427521T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994026465A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3483636B2 (ja) * | 1994-12-21 | 2004-01-06 | ファナック株式会社 | 工具破損・摩耗検出装置 |
| JPH08314516A (ja) * | 1995-05-22 | 1996-11-29 | Fanuc Ltd | Ｃｎｃの軸制御方式 |
| JP3655378B2 (ja) * | 1995-11-28 | 2005-06-02 | ファナック株式会社 | サーボモータの外乱負荷推定方法 |
| EP1213094A3 (en) * | 1996-05-30 | 2003-01-08 | Ebara Corporation | Polishing apparatus having interlock function |
| US6289256B1 (en) * | 1997-01-16 | 2001-09-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus for mounting parts |
| US6490500B1 (en) | 1998-06-01 | 2002-12-03 | Paradyne | Visual drag diagnostic apparatus and method |
| JP3436899B2 (ja) * | 1999-09-10 | 2003-08-18 | 義昭 垣野 | 工具異常検出装置及びこれを備えた数値制御装置 |
| DE19960834B4 (de) * | 1999-12-16 | 2006-10-26 | Agie S.A., Losone | Verfahren und Vorrichtung zur Störungserfassung, insbesondere zur Kollisionserfassung, im Antriebssystem einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine |
| JP3681733B2 (ja) | 2003-02-21 | 2005-08-10 | ファナック株式会社 | 数値制御装置 |
| JP2007152499A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Fujikoshi Mach Corp | ワーク研磨方法 |
| JP4221022B2 (ja) * | 2006-11-20 | 2009-02-12 | ファナック株式会社 | モータ制御装置 |
| DE102008022361A1 (de) | 2008-05-06 | 2009-11-12 | Schneider Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Bearbeiten eines Brillenglasrohlings |
| CN101887250B (zh) * | 2009-05-12 | 2012-05-30 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Cnc工具机控制装置 |
| TWI414919B (zh) * | 2010-05-25 | 2013-11-11 | Delta Electronics Inc | 伺服馬達之健康預警裝置及其計算方法 |
| KR101776956B1 (ko) * | 2010-12-09 | 2017-09-19 | 두산공작기계 주식회사 | 공작기계의 공구 손상 탐지장치 및 공구손상 탐지방법 |
| ITMI20131145A1 (it) | 2013-07-08 | 2015-01-09 | Inpeco Holding Ltd | Impianto di automazione di laboratorio con dispositivo di trazione a doppio motore di nastri trasportatori. |
| JP6148609B2 (ja) * | 2013-11-21 | 2017-06-14 | 株式会社マキタ | 電動工具 |
| JP6203775B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2017-09-27 | ファナック株式会社 | 固定されたワークの異常を判定するロボットシステム、および、異常判定方法 |
| JP6346163B2 (ja) | 2015-12-18 | 2018-06-20 | ファナック株式会社 | ドア開閉装置を備えた工作機械 |
| DE112017007995T5 (de) * | 2017-08-30 | 2020-06-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Numerisches steuersystem und motorantriebssteuerung |
| DE102017128628A1 (de) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | Point 8 Gmbh | Verfahren zum Erfassen mindestens eines Werkzeugzustands eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken sowie Werkzeugmaschine |
| JP7068225B2 (ja) * | 2019-04-08 | 2022-05-16 | ファナック株式会社 | 主軸及び送り軸を有する工作機械の制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
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