JP3333637B2 - 加工負荷の上限値設定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械における加
工負荷の監視（表示による監視を含む）装置に関するも
ので、許容される負荷の上限値の設定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】通常のＮＣ工作機械では、加工中におけ
る工具の折損や工具寿命の到来を検出するために、加工
負荷の計測を行っている。近時のＮＣ装置はモニタを備
えており、計測された負荷はモニタにグラフ表示され
る。さらにオペレータは特定の加工区間を指定して自動
負荷監視を指令できるようになっており、この自動負荷
監視を行う際には、オペレータがその監視区間及び許容
される負荷の上限値を設定するという作業が必要であ
る。

【０００３】この種の負荷監視装置における加工負荷の
グラフ表示は、横軸に時間を縦軸に負荷を取り、ワーク
の加工開始から終了までの主軸モータや送りモータの負
荷変動をグラフで表示するというものである。

【０００４】オペレータが加工負荷の自動監視区間を設
定するときは、監視開始時間（加工開始からの経過時
間）と終了時間とを入力し、監視対象とするモータの別
（たとえば主軸モータであるかＺ軸送りモータであるか
など）と、負荷の上限値とを指定する。タレット割り出
しやＡＴＣによる工具の変換を行いながら行われる加工
においては、１個のワークを加工する間に複数の負荷監
視区間の設定が必要となる場合が多い。

【０００５】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した 従来の自動負
荷監視においては、オペレータが負荷監視区間の始期と
終期の設定を個々の監視区間毎に行ってやらねばなら
ず、またその区間設定の作業もワークの全加工工程中の
特定の区間を加工開始からの経過時間によって設定しな
ければならなかったので、区間設定値としてどのような
値を入力すべきかが非常に判り難い。また加工中の各時
間においてどのような工具が使用されているかの確認
や、多くの制御軸を備えた工作機械では監視対象となる
モータの選定をどうするかなど、設定作業が非常に煩雑
で時間がかかり、設定ミスも生じやすいという問題があ
った。

【０００７】そのため多くのＮＣ装置がモータ負荷の自
動監視機能を備えているにも係わらず、負荷の自動監視
機能を使用しないで加工を行っている例が非常に多い。

【０００８】この発明は、加工中における正確な加工負
荷の認識及び工具の折損や摩耗の監視をするのに必要な
加工負荷の上限値の設定を容易に行うことができるよう
にすることを課題としている。

【０００９】

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決したこの
発明の加工負荷の上限値設定装置は、工作機械が装備す
るモータ１〜４の負荷検出装置２１〜２４ と、検出デ
ータの演算処理装置１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと、演算処
理により得られた検出値と設定された上限値とを比較す
る比較器１７Ａ、１７Ｂとを備え、検出値が上限値より
大きいことが検出されたときにＮＣ装置に過負荷検出信
号を与える、工作機械の加工負荷監視装置における加工
負荷の上限値の設定装置において、工具ＩＤと負荷の上
限値とを含む複数のレコードからなる監視区間指定ファ
イルを記憶し、加工中に検出された負荷の最大値を加工
に使用した工具の工具ＩＤとともに記憶するメモリ３２
と、データ入力装置３５と、データを表示するモニタ１
１と、監視区間指定ファイルのレコード入力画面を表示
する入力画面表示手段３４とを備え、モニタ１１にレコ
ード入力画面が表示されているときにデータ入力装置３
５から工具ＩＤとモータＩＤが入力されたときに、演算
処理装置１６Ｃはメモリ３２の記憶データ中から当該工
具使用時の当該モータの負荷検出値の最大値を読み込ん
でモニタ１１に表示するというものである。

【００１１】請求項２の発明は、上記手段を備えた加工
負荷の上限値設定装置において、モニタ１１にデータ入
力画面が表示されているときにデータ入力装置３５から
工具ＩＤとモータＩＤが入力されたときに、演算処理装
置１６Ｃはメモリ３２の記憶データ中から当該工具使用
時の当該モータのテスト加工時の負荷検出値の最大値と
直前のワーク加工時の負荷検出値の最大値とを読み込ん
でモニタ１１に表示することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】加工負荷監視が必要な主な理由は、工具の折損
や摩耗を検出するためである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】この発明の加工負荷の上限値設定装置で
は、段取作業時に工具の種類とモータの別を指定するこ
とにより、自動負荷監視区間が設定される。すなわち監
視対象となる工具の工具ＩＤ（通常のＮＣプログラムで
はＴコード）を指定することにより、その工具を使用す
る加工が開始されると、負荷の自動監視が開始され、そ
の工具の使用が終了すると自動負荷監視も自動的に終了
する。複数の工具についての自動負荷監視が必要な場合
においても、オペレータは監視区間設定ファイルに必要
な工具の工具ＩＤを含むレコードを登録するだけでよい
から、工具交換が頻繁に行われ、多数の工具が使用され
る複雑なワークの加工においても、自動監視区間の設定
が簡単にできる。

【００１６】更にこの発明の上限値設定装置では、同一
ワークを複数個連続加工する場合、刃先の摩耗していな
い新品の工具を用いてテスト加工を行い、その後オペレ
ータが自動監視区間の設定を行うためにその入力画面を
開くと、テスト加工時における各工具毎の負荷の最大値
が表示されるから、オペレータはその値を参照して負荷
の上限値を設定することができ、自動監視区間を設定す
る際の上限値（負荷がこの値を越えたら工具折損等が生
じたとして機械を停止させる）の設定を容易かつ正確に
行うことができるようになる。

【００１７】またいくつかのワークを加工した後におい
て、モニタに入力画面を表示させることにより、テスト
加工の際（工具刃先が摩耗していない値）と現在の加工
における負荷の最大値（工具に摩耗が生じて加工負荷が
大きくなっている）との差を見ることにより、監視対象
としている工具の摩耗状態の把握も可能である。

【００１８】

【実施例】図２は回転工具を備えたＮＣタレット旋盤に
この発明を適用した場合の一実施例を示したものであ
る。回転工具を使用可能なＮＣタレット旋盤は図２に示
すように、主軸モータ１、Ｚ軸送りモータ２、Ｘ軸送り
モータ３及びミリングモータ４の４個のモータ（他に主
軸６の割り出しモータやタレット５の割り出しモータ等
も備えているが、この発明には直接関係がないので省略
する）を備えており、主軸モータ１とＺ軸送りモータ２
とを駆動して例えば円筒加工が、主軸モータ１とＸ軸送
りモータ３とを駆動して例えば端面加工が、ミリングモ
ータ４とＺ軸送りモータ２とを駆動して例えばキー溝加
工が、ミリングモータ４とＸ軸送りモータ３とを駆動し
て例えばワーク軸直角方向の孔明け加工がそれぞれ行わ
れる。

【００１９】負荷監視装置は図１に示すようにＡ、Ｂ二
つの処理系（実際にはタイムシェアリングにより１個の
ハードウエアで行う）を備えており、モニタ１１には図
３に示すように２軸Ａ、Ｂの負荷が同時に表示される。
処理系ＡにはＸ軸送りモータ３とＺ軸送りモータ２とが
接続されており、スイッチ回路１２Ａによりそのいずれ
か一方が表示及び監視対象とされる。また処理系Ｂには
主軸モータ１とミリングモータ４とが接続されており、
スイッチ回路１２Ｂによりそのいずれか一方が表示及び
監視対象とされる。

【００２０】各モータ１、２、３、４の電源回路には、
負荷検出のための電流検出器２１、２２、２３、２４が
設けられており、それらの検出信号はＡＤ変換器１３、
入力インタフェース１４を経てスイッチ回路１２Ａ、１
２Ｂに入力されている。スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂ
は、後述するようにＮＣ装置１５の加工プログラムのＴ
コードに基いて、Ｘ軸送りモータ３とＺ軸送りモータ２
とのいずれか一方及び主軸モータ１とミリングモータ４
とのいずれか一方の負荷データを演算処理装置１６Ａ、
１６Ｂに入力する。演算処理装置１６Ａ、１６Ｂは入力
された検出データを負荷（ワット数）に変換し、比較器
１７Ａ、１７Ｂに与える。比較器１７Ａ及び１７Ｂは、
それそれの上限値バッファ１８Ａ、１８Ｂに設定された
上限値と演算処理装置から入力された検出値とを比較
し、検出値が上限値を上回ったときに過負荷信号を出力
する。２個の比較器１７Ａ、１７Ｂのいずれか一方から
過負荷信号が出力されたとき、その過負荷信号はオア回
路１９を経てＮＣ装置１５に与えられ、ＮＣ装置は予め
登録されているエマージェンシープログラムに従って装
置を停止させる。

【００２１】演算処理装置１６Ａ、１６Ｂで演算された
負荷値は、グラフ表示装置３１に与えられ、モニタ１１
に図３に示すような線グラフＡ、Ｂが表示される。

【００２２】図１には３つの演算処理装置１６Ａ、１６
Ｂ、１６ＣとＮＣ装置１５とが別々のブロックで表示さ
れているが、実際には演算処理装置１６Ａ、１６Ｂ、１
６ＣはＮＣ装置１５の演算処理装置であり、従って演算
処理装置１６Ａ、１６Ｂは各モータ１、２、３、４の回
転数や送りモータ２、３が早送り状態にあるか切削送り
状態にあるかを認識している。前記比較器１７Ａ、１７
Ｂへの検出値の送出は、送りモータ２、３においてはモ
ータが切削送りになった後開始するようにしており、ま
た主軸モータ１とミリングモータ４についてはモータの
回転数が所定の指定回転数に達し、かつ送りモータ２ま
たは３の回転が切削送りになった後で与えるようにして
いる。このことにより、モータの立ち上がりにおける瞬
間的な負荷や工具早送り時の負荷が上限値と比較されて
誤った過負荷信号が出力されるのを防止している。

【００２３】ＮＣ装置１５に加工プログラムからＴコー
ドが読み込まれると、演算処理装置１６Ｃ（ＮＣ装置の
演算処理装置である）はそのＴコードによりメモリ３２
内の監視区間指定ファイルのレコードを検索し、Ｔコー
ドが一致するレコードがあればそのレコードに登録され
ている監視対象モータの指定に基づき、スイッチ回路１
２Ａ、１２Ｂを切り換える。また当該レコードに登録さ
れている上限値を上限値バッファ１８Ａ、１８Ｂに設定
する。また演算処理装置１６Ｃは加工プログラムからＴ
コードを読み込んだとき、最大値バッファ３３Ａ、３３
Ｂの値をメモリ３２に書き込んだ後クリアし、さらにグ
ラフ表示装置３１にモニタ画面の消去信号を送出する。

【００２４】上述した処理は図４及び図５に示す手順に
よって行われている。ここで図４に示すフローチャート
は、演算処理装置１６Ｃで行われている処理であり、図
５に示す処理は演算処理装置１６Ａ、１６Ｂ及びグラフ
表示装置３１で行われている処理である（演算処理装置
１６Ａ、１６Ｂ、１６ＣはいずれもＮＣ装置の演算装置
であり、図１に別のブロックとして示したのは、説明の
便宜による。従って図４のフローチャートで示すプログ
ラムと図５のフローチャートで示すプログラムとは、必
要に応じて並行して、またはシーケンシャルに実行され
る）。

【００２５】図４に示す処理はＮＣ装置が加工プログラ
ムからＴコードを読み込んだときに割り込みプログラム
の形で実行される。まず最初に監視区間指定ファイルが
存在するかどうかを確認し、監視区間指定ファイルが存
在しなければ（すなわちどの工具も監視対象工具となっ
ていなければ）グラフ消去フラグを立てて終了する。一
方監視区間指定ファイルが存在するときは最大値バッフ
ァ３３Ａ、３３Ｂのデータをメモリ３２に格納し、読み
込んだＴコードが監視対象になっているかどうかを監視
区間指定ファイルのＴコードを検索することによって確
認する。もし該当するＴコードが監視対象となっていな
ければ、グラフ消去フラグを立てて割り込みプログラム
を終了する。もし監視対象となっていれば、検索したレ
コードに設定されている上限値を上限値バッファ１８
Ａ、１８Ｂにセットし、また当該レコードの監視対象モ
ータの指定に従って、スイッチ回路１２Ａ、１２Ｂを切
り換えて割り込みプログラムを終了する。

【００２６】一方図５のフローチャートに示すプログラ
ムは、ワーク加工中設定された時間間隔で繰返し実行さ
れている。各実行時に、まず図４の割り込みプログラム
によりグラフ消去フラグが設定されているかをチェック
し、フラグが設定されていなければ、負荷演算を行い、
グラフに新たなプロットを書き加える。これによりモニ
タ１１に図３に示すように線Ａ、Ｂが描かれていく。一
方グラフ消去フラグがあればモニタの画面をクリアし、
負荷演算を行ってクリア後の最初のプロットを表示させ
る。

【００２７】自動負荷監視区間の設定、すなわち監視区
間指定ファイルへのレコードの登録は、入力画面表示手
段３４により図６に示すような入力画面をモニタ１１に
表示して、キーボード等のデータ入力手段３５を介して
行われる。図６はワークのテスト加工を行った後、Ｔコ
ード０１０１と０３０３の工具について設定を行ったと
きの画面が表示されている。Ｔコード０１０１の設定で
は、監視対象モータとしてＺ軸送りモータが選ばれてお
り（円筒加工）、初期値及び加工値にはテスト加工を行
ったときのそれそれのモータの負荷最大値がメモリ３２
から読み込まれて自動的に表示される。そこでオペレー
タはこれらの値を参照して破損値を設定する。工具コー
ド０３０３のデータについても同様に、監視対象のモー
タを指定し、自動表示される初期値及び加工値に基いて
破損値を設定する。

【００２８】通常ＮＣ装置はＴコード（タレット旋盤で
あればタレットの工具装着箇所を示す番号）に対応する
工具を認識しているから、その工具の種類について監視
対象とするモータを自動設定させるのが便利である。従
ってそのような場合にはオペレータは監視対象とするＴ
コードを入力し、それによって表示される監視対象モー
タとそれぞれの初期値及び加工値に基いて破損値を設定
してやればよい。なお図６の例はテスト加工を行った直
後の画面であるため、初期値と加工値が等しくなってい
る。ワークをいくつか加工した後の状態では、初期値は
変化せず、加工値は直前のワークを加工したときの負荷
の最大値に変更される。なおＴコードを登録する代わり
に工具番号を登録し、この工具番号とＴコードの変換を
加工プログラムを参照して自動的に行わせることももち
ろん可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したこの発明により、ワーク加
工時の加工負荷の自動監視区間の設定が極めて容易にな
るとともに、加工負荷の上限値（破損値）の設定も容易
にかつ誤りなくできるという効果がある。またオペレー
タの視認による工具の摩耗状態の監視もより容易かつ確
実に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図

【図２】図１の装置の監視対象となる工作機械（旋盤）
の模式図

【図３】加工負荷のグラフ表示画面を示す説明図

【図４】Ｔコード読み込み時の割り込みプログラムのフ
ローチャート

【図５】グラフ表示プログラムのフローチャート

【図６】データ入力画面の例を示す説明図

【符号の説明】

１ 主軸モータ ２ Ｚ軸送りモータ ３ Ｘ軸送りモータ ４ ミリングモータ 11 モータ 16(A〜C) 演算処理装置 17 比較器 19 オア回路 20〜24 電流検出器 31 グラフ表示装置 32 メモリ 34 入力画面表示手段 35 データ入力手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械が装備するモータ(1〜4)の負荷
   検出装置(21〜24)と、検出データの演算処理装置(16A,1
   6B,16C)と、演算処理により得られた検出値と設定され
   た上限値とを比較する比較器(17A,17B)とを備え、検出
   値が上限値より大きいことが検出されたときにＮＣ装置
   に過負荷検出信号を与える、工作機械の加工負荷監視装
   置における加工負荷の上限値設定装置において、 工具ＩＤと負荷の上限値とを含む複数のレコードからな
   る監視区間指定ファイルを記憶し、加工中に検出された
   負荷の最大値を加工に使用した工具の工具ＩＤとともに
   記憶するメモリ(32)と、データ入力装置(35)と、データ
   を表示するモニタ(11)と、監視区間指定ファイルのレコ
   ード入力画面を表示する入力画面表示手段(34)とを備
   え、 モ ニタ(11)にレコード入力画面が表示されているときに
   データ入力装置(35)から工具ＩＤとモータＩＤが入力さ
   れたときに、演算処理装置(16C)はメモリ(32)の記憶デ
   ータ中から当該工具使用時の当該モータの負荷検出値の
   最大値を読み込んでモニタ(11)に表示することを特徴と
   する、加工負荷の上限値設定装置。
2. 【請求項２】 モニタ(11)にデータ入力画面が表示され
   ているときにデータ入力装置(35)から工具ＩＤとモータ
   ＩＤが入力されたときに、演算処理装置(16C)はメモリ
   (32)の記憶データ中から当該工具使用時の当該モータの
   テスト加工時の負荷検出値の最大値と直前のワーク加工
   時の負荷検出値の最大値とを読み込んでモニタ(11)に表
   示することを特徴とする、請求項１記載の加工負荷の上
   限値設定装置。