JP4556446B2 - 多軸工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、２軸旋盤等の多軸工作機械に関し、特にその温度異常時の処理に関するものである。

従来、旋盤等の多軸工作機械において、各部の温度異常時に機械停止等の制御を図ることが行われている。また、マシニングセンタ等において、工具回転用の主軸を所要の回転数まで短時間に立ち上げるために、主軸軸受の温度を監視して制御に用いることが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平７−３０８８４６号公報

しかし、従来は主軸の通常運転時の温度監視手段は特に設けられておらず、主軸軸受等の主軸周辺部品の異常な温度上昇を生じて破損に至ることがあった。このため、主軸周辺に温度検出手段を設けて異常監視を行うことを考えたが、加工条件や周囲環境の温度等によって主軸の温度が変わるため、適切な温度異常判定を行うことが難しい。例えば、異常判定の温度範囲を厳しく設定すると、無駄に機械を止めるなどして稼働率の低下につながる。また、異常判定の温度範囲に余裕を持たせ過ぎると、機械異常を見過ごして損傷に繋がる恐れがある。

この発明の目的は、簡単な確認で温度異常の判定を正しく行うことができる多軸工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、温度異常時の機械の安全性をより高めることである。
この発明のさらに他の目的は、温度異常の判定をより一層厳密に行えるようにし、また温度差発生要因を突き止め易いものとすることである。

この発明の多軸工作機械は、少なくとも２つ以上の主軸（３，４）を有する工作機械であって、前記各主軸（３，４）毎に構成されて主軸（３，４）と工具支持手段（８，９）とでなる各軸の加工部（６，７）が、互いに寸法および駆動源の容量が同じ仕様であって、互いに同じワーク（Ｗ）に同じ形状の加工を施すことである同じ加工を行うものであり、かつそれぞれ順次搬入される複数のワーク（Ｗ）に同じ加工を繰り返して行うものであり、各主軸（３，４）の近傍に、主軸（３，４）またはその周辺の温度を計測する温度検出手段（３４，３５）を設け、一つの主軸（３）の温度検出手段（３４）の検出温度と他の主軸（４）の温度検出手段（３５）の検出温度との差が所定値以上となったときに異常と判定する温度差異常判定手段（２８）を設けたことを特徴とする。上記温度差異常判定手段（２８）は、いずれかの主軸（３，４）または温度検出手段（３４，３５）に異常があることを判定する目的で判定を行うものとされる。

この構成によると、温度差異常判定手段（２８）は、主軸（３，４）の相互間の温度差が所定値以上となったときに異常と判定するものであるため、加工条件の違いや、周囲温度の違いにかかわらず、異常判定が行える。すなわち、複数の主軸（３，４）が同様な仕様であって、同様な加工を行うものであると、経時時に加工条件の違いが生じたり、気温等の周囲環境の温度の変化が生じても、その違いは各主軸（３，４）に対して同様に影響する。そのため本来は各主軸（３，４）は殆ど同じ温度となるべきである。主軸（３，４）の相互間に大きな温度差が発生した場合は、一方の主軸（３，４）に何らかの異常要因が発生して過昇温が生じた場合や、他方の主軸（３，４）が止まるなどの異常を生じた場合、および温度検出手段（３４，３５）に異常が生じた場合等である。したがって、主軸（３，４）の相互間の温度差が所定値以上となったときに異常と判定することで、温度異常の判定を正しく行うことができ、またその判定が簡単な確認処理で済む。

この発明において、前記異常判定手段（２８）により異常と判定されたときに、温度が高い方の主軸（３，４）を停止させる温度差異常時処理手段（３１）を設けても良い。
温度差の発生要因は上記のように種々あり、即座に判定することは難しいが、温度が高い方の主軸（３，４）を停止させることにより、損傷につながる要因となる部分を停止させることになる。停止した主軸（３，４）とは別の部分が異常要因である場合に無駄な停止とはなるが、損傷は回避でき、安心感を高めることができる。また、簡単な制御で済むため、コスト面からも有利である。

この発明の多軸工作機械において、上記加工部（６，７）は、旋盤等のように主軸（３，４）がワーク（Ｗ）を支持して回転させるものであっても、マシニングセンタ等のように主軸が工具を支持して回転させるものであっても良い。

この発明の多軸工作機械は、少なくとも２つ以上の主軸を有する工作機械であって、前記各主軸毎に構成されて主軸と工具支持手段とでなる各軸の加工部が、互いに寸法および駆動源の容量が同じ仕様であって、互いに同じワークに同じ形状の加工を施すことである同じ加工を行うものであり、かつそれぞれ順次搬入される複数のワークに同じ加工を繰り返して行うものであり、各主軸の近傍に、主軸またはその周辺の温度を計測する温度検出手段を設け、一つの主軸の温度検出手段の検出温度と他の主軸の温度検出手段の検出温度との差が所定値以上となったときに、いずれかの主軸または温度検出手段に異常があると判定する異常判定手段を設けたため、簡単な確認で温度異常の判定を正しく行うことができる。前記各主軸をそれぞれ有する各軸の加工部が同じ加工を行うものとしたため、温度異常の判定がより一層厳密に行え、また温度差発生要因を突き止め易いものとなる。
前記異常判定手段により異常と判定されたときに、温度が高い方の主軸を停止させる温度差異常時処理手段を設けた場合は、温度異常時の機械の安全性をより高めることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この多軸工作機械は、機械部分である工作機械本体１と、この工作機械本体１を制御する制御装置２とでなる。工作機械本体１は、少なくとも２つ以上の主軸３，４を有するものであり、この実施形態では平行２軸旋盤からなる。

工作機械本体１は、主軸３，４毎に加工部６，７を構成するものであり、各加工部６，７は、それぞれ各主軸３，４毎に、ワークＷに対して工具５で加工を行うものとされる。旋盤の場合、各加工部６，７は、ワークＷを支持する手段と、工具支持手段８，９との組からなり、旋盤の場合は主軸３，４がワークＷを支持する手段となる。各主軸３，４は、ベッド１０の上に主軸台１４，１５を介して支持されている。各工具支持手段８，９は、タレット等の刃物台１１，１２と、これら刃物台１１，１２を搭載してベッド１０上に進退自在に設置された送り台１３，１４とでなる。左右の加工部６，７は、互いに左右対象であるが、その他については、寸法や駆動源の容量などにおいて、同じ仕様のものとされている。

なお、工作機械本体１がフライス盤やマシニングセンタの場合は、主軸が工具を把持して回転させる手段とされ、ワークＷを支持する手段は固定の台とされる。

制御装置２は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラ等からなり、工作機械本体１の各加工部６，７の制御を行う制御部２１，２２を有している。各制御部２１，２２は、各々ＮＣコード等からなる加工プログラム２５，２６を演算制御部２３，２４で実行して各加工部６，７の制御を行うものとされる。演算制御部２３，２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、および制御プログラム等により構成される。ここで言う演算制御部２３，２４は、シーケンス制御を行うプログラマブルコントローラの機能を果たす部分を合わせた概念のものとして示している。演算制御部２３，２４は、左右の制御部２１，２３において、ハードウェアとして共通のものであっても良く、また逆に左右の制御部２１，２３において、複数の中央処理装置（ＣＰＵ）を有するものであっても良い。

左右の制御部２１，２２の加工プログラム２５，２６は、互いに同じ加工を行うものとされる。例えば、左右の加工部６，７において、互いに同じ素材ワークＷを同じ形状に加工するものとされ、また順次搬入される複数のワークＷに同じ加工を繰り返して行うものとされる。

この制御装置２において、次の異常判定手段２７、温度差異常時処理手段３１、および個別温度異常時処理手段３２を設けている。これらの手段２７，３１，３２は、図では演算制御部２３，２４とは別に示しているが、演算制御部２３，２４の一部の機能として設けられたものであっても良い。
異常判定手段２７は、工作機械本体１の各種の異常を判定する手段を総称したものであり、温度差異常判定手段２８、および複数の個別温度異常判定手段２９，３０を有している。

また、制御装置２または工作機械本体１に、ランプまたはブザー等からなる警報手段３３が設けられる。警報手段３３は一つであっても、また段階等によって使い分けられる複数のものが設けられていても良い。例えば、警報手段３３として異常を知らせる異常ランプと警告段階で知らせる警告ランプとを設けても良く、また同じランプの消灯，点灯，点滅で異常段階に応じて使い分けるようにしても良い。

工作機械本体１側には、各主軸３，４の近傍に、主軸３，４またはその周辺の温度を計測する温度検出手段３４，３５を設けている。これら温度検出手段３４，３５は、熱電対等からなり、主軸台１５，１６の内部または外部に配置される。例えば主軸台１５，１６内の主軸軸受（図示せず）に配置される。

温度差異常判定手段２８は、各温度検出手段３４，３５の検出信号を監視し、一つの主軸３の温度検出手段３４の検出温度と、他の主軸４の温度検出手段３５の検出温度との差が所定値以上となったときに異常と判定する手段である。温度差異常判定手段２８は、異常と判定する異常設定温度Ｔ１（図２）の他に、それよりも低い警告設定温度Ｔ２が設定されていて、温度差が警告設定温度Ｔ２以上になったときは警告信号を出力し、異常設定温度Ｔ１以上になったときは異常検出信号を出力する。異常設定温度Ｔ１および警告設定温度Ｔ２は、オペレータの操作で設定および変更可能とされ、試験の結果や経験等に応じて適宜設定される。

個別温度異常判定手段２９，３０は、それぞれ対応する各主軸３，４の温度検出手段３４，３５の検出信号を監視し、個々の検出温度について、異常判定を行う手段である。個別温度異常判定手段２９，３０は、異常設定温度ｔ１（図３）の他に、それよりも低い警告設定温度ｔ２が設定されていて、検出温度が警告設定温度ｔ２以上になったときは警告信号を出力し、異常設定温度ｔ１以上になったときは異常検出信号を出力する。

図１において、温度差異常時処理手段３１は、温度差異常判定手段２８から温度差異常の判定信号の出力を受けたときに、警報手段３３に所定の警報を発生させると共に、温度が高い方の主軸３，４を停止させる。温度差異常時処理手段３１において、温度が高い方の主軸３，４がどちらであるかの認識は、例えば温度差異常判定手段２８からどの主軸３，４の温度検出手段３４，３５の検出温度が高いかの信号を与えることで可能とされる。温度が高い方の主軸３，４を停止させる代わりに、工作機械本体１の全体を停止させるようにしても良い。また、温度差異常時処理手段３１は、温度差異常判定手段２８から警告信号の出力を受けたときは、警報手段３３に所定の警報を発生させると共に、温度が高い方の主軸３，４、または機械の全体を一時停止させる。

個別温度異常時処理手段３２は、個別温度異常判定手段２９，３０の出力する異常検出信号および警告信号に応じて、工作機械本体１の所定の制御を行う。個別温度異常時処理手段３２は、例えば個別温度異常判定手段２９，３０から警告信号が出力されたときは、警報手段３３の警告ランプを点灯させ、工作機械本体１の一時停止とする。また、個別温度異常判定手段２９，３０から異常信号が出力されたときは、警報手段３３の異常ランプを点灯させ、工作機械本体１の停止とする。個別温度異常時処理手段３２における一時停止や停止は、工作機械本体１の全体の停止としても、対応する主軸３，４の加工部６，７のみの停止としても良い。

上記構成の動作を説明する。左右の加工部６，７は、加工プログラム２１，２２に従って制御装置２により制御され、順次搬入される複数のワークＷにつき、互いに同じ加工を繰り返して行う。工作機械本体１が運転されている間、各主軸３，４またはその周辺の温度が温度検出手段３４，３５で検出され、その検出温度が異常判定手段２７の温度差異常判定手段２８および各個別温度異常判定手段２９，３０により監視される。

図２は、左右の主軸３，４の温度検出手段３４，３５で検出される温度の差の変化を示す。通常では、左右の加工部６，７は同じ加工を行っていて、また同じ仕様であるため、温度差はあまり生じておらず、警告設定温度Ｔ２以下である。

片方の主軸３，４に、主軸軸受の潤滑不良やその他の何らかの要因で異常が生じると、左右の主軸３，４の温度検出手段３４，３５で検出される温度の差が大きくなる。この温度差が、図２の温度差曲線Ａに示すように、警告設定温度Ｔ２以上になると（Ａ２点）、温度差異常時処理手段３１により、警報手段３３のうちの例えば警告ランプを点灯させ、工作機械本体１を一時停止させる。一時停止は、工作機械本体１の全体につき行うようにしても、また高温側の主軸３，４を有する加工部６，７についてのみ行っても良い。一時停止の長さは温度差異常時処理手段３１に適宜設定しておく。一時停止の間に、作業者は工作機械本体１の様子を見たり、温度差の生じた要因を検討し、必要な場合は工作機械本体１に対して保守を行う。

左右の主軸３，４の温度検出手段３４，３５で検出される温度の差が異常設定温度Ｔ１以上になると（Ａ１点）、温度差異常時処理手段３１は、警報手段３３のうちの例えば異常ランプを点灯させ、工作機械本体１の温度が高い方の主軸３，４を含む加工部６，７を停止させる。工作機械本体１の全体を停止させるようにしても良いが、温度が高い方の主軸３，４を含む加工部６，７だけを停止させるようにした場合は、次の利点が得られる。 すなわち、温度差の発生要因は、一方の主軸３，４に何らかの異常要因が発生して過昇温が生じた場合や、他方の主軸３，４が止まるなどの異常を生じた場合、および温度検出手段３４，３５に異常が生じた場合等である。温度差の発生要因は、このように種々あり、即座に断定することは難しいが、温度が高い方の主軸３，４を停止させることにより、損傷につながる要因となる部分を停止させることになる。停止した主軸３，４とは別の部分が異常要因である場合に無駄な停止とはなるが、稼働を一部で維持しながら損傷は回避でき、安心感を高めることができる。また簡単な制御で済むため、コスト面からも有利である。

このように、温度差異常判定手段３１を設け、主軸３，４の相互間の温度差で異常を判定するものとしため、主軸３，４の温度を個別に判断する場合と異なり、加工条件の違いや、気温等の周囲温度の違いにかかわらず、異常判定が行える。そのため、異常設定温度Ｔ１や警告設定温度Ｔ２を低い値に設定しても、誤判定で無駄に機械停止させることが少なく、温度異常の判定を正しく行うことができる。また、その判定が簡単な確認処理で済む。

この実施形態では、温度差による異常判定に加えて、個別温度異常判定手段２９，３０および個別温度異常時処理手段３２を設け、個々の主軸３，４についても温度異常の判定を行うようにしたため、より一層確実に主軸温度の異常による損傷回避が行える。温度差による異常判定と主軸個別の異常判定とを併用しても、制御処理のプログラム部分が若干増えるだけで済むため、コスト増が僅かで済む。

この発明の一実施形態にかかる多軸工作機械の制御系の概念構成を示すブロック図である。 同多軸工作機械の主軸温度差による異常判定の様子を示すグラフである。 同多軸工作機械の主軸個別の温度監視による異常判定の様子を示すグラフである。

符号の説明

１…工作機械本体
２…制御装置
３，４…主軸
５…工具
６，７…加工部
１５，１６…主軸台
２１…左加工部の制御部
２２…右加工部の制御部
２７…異常判定手段
２８…温度差異常判定手段
２９，３０…個別温度異常判定手段
３１…温度差異常時処理手段
３２…個別温度異常時処理手段
３３…警報手段
３４，３５…温度検出手段
Ｗ…ワーク

Claims (2)

1. 少なくとも２つ以上の主軸を有する工作機械であって、前記各主軸毎に構成されて主軸と工具支持手段とでなる各軸の加工部が、互いに寸法および駆動源の容量が同じ仕様であって、互いに同じワークに同じ形状の加工を施すことである同じ加工を行うものであり、かつそれぞれ順次搬入される複数のワークに同じ加工を繰り返して行うものであり、各主軸の近傍に、主軸またはその周辺の温度を計測する温度検出手段を設け、一つの主軸の温度検出手段の検出温度と他の主軸の温度検出手段の検出温度との差が所定値以上となったときに、いずれかの主軸または温度検出手段に異常があると判定する温度差異常判定手段を設けた多軸工作機械。
2. 前記温度差異常判定手段により異常と判定されたときに、温度が高い方の主軸を停止させる温度差異常時処理手段を設けた請求項１記載の多軸工作機械。

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