JP5479864B2 - 駆動力の伝動不良検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に回転駆動自在に設けられる回転体への駆動力の伝動不良検出装置に関する。

従来工作機械に回転駆動自在に設けられる回転体として、例えば主軸に把持された材料（ワーク）をワークと一体的に回転しながら案内する回転案内手段である回転型ガイドブッシュが公知となっている（例えば特許文献１参照）。
該回転型ガイドブッシュは、ガイドブッシュ駆動モータの駆動力が、伝動手段であるベルトを介して伝動され、材料（主軸）と同期して回転するように構成されている。

特開平６−８００７号公報（第２−３頁、図１）

しかし例えば前記回転体が伝動不良状態であっても回転していれば、回転状態が伝動不良状態であるか否かを確認することは容易ではなく、従って前記伝動手段の異常等による駆動力の伝動不良を検出することは容易ではなかった。特に前記のように回転体が回転型ガイドブッシュの場合、ベルトがガイドブッシュサポート内に収容されているため、例えばベルト切れによる駆動力の伝動停止を視認等により容易に確認することができないという欠点があった。なお前記回転型ガイドブッシュは、回転自在に支持されているため、駆動力の伝動不良が発生した場合であっても、材料の回転に連れ回わるため、伝動不良を確認することは容易ではない。

上記課題を解決するための本発明の駆動力の伝動不良検出装置は、所定の材料に対して所定の加工を複数サイクル繰り返して行う工作機械に回転駆動自在に設けられる回転体への回転駆動力の伝動手段６に起因する負荷を検出する負荷検出手段１１と、該負荷検出手段１１による検出情報に基づき、前記駆動力の伝動不良を判断する判断手段１３とを備え、前記回転体が前記材料の加工時に、前記材料を把持又は案内するように構成された駆動力の伝動不良検出装置において、前記検出情報に基づく負荷データを保存する保存手段１２を設け、前記保存手段１２が、加工中の１サイクル分の負荷データと、当該加工より前の予め定められた複数回分の加工サイクルの負荷データとが各々保存される予め定められた数のレジスタを備え、前記負荷検出手段１１を、前記材料Ｗの加工中に、加工中の１サイクル分の負荷データの保存が可能な状態で、前記複数回分の負荷データが保存されるように、各負荷データを各レジスタにシフトしながら前記保存手段１２に保存させるように構成し、前記判断手段１３が、前記保存手段１２に保存された各負荷データに基づき基準データを設定し、該基準データに基づいて前記駆動力の伝動不良を検出するように構成されたことを第１の特徴としている。

第２に、前記回転体が、前記材料Ｗを回転しながら案内する回転案内手段２からなることを特徴としている。

第３に、前記負荷データを、前記工作機械による１サイクルの加工中に検出される複数の検出情報から構成したことを特徴としている。

第４に、前記基準データを、各負荷データを構成する検出情報の合計値の最小値とし、判断手段１３を、判断対象となる負荷データを構成する検出情報の合計値が、前記基準データに所定の係数を掛けた値より小さい場合に伝動不良と判断するように構成したことを特徴としている。

以上のように構成される本発明の構造によると、材料の加工中に検出される複数の負荷データに基づいて設定される基準データにより、駆動力の伝動不良が検出されるため、伝動不良の検出ミスが防止され、回転案内手段等の工作機械に回転駆動自在に設けられる回転体への駆動力の伝動不良を安定して検出することができるという利点がある。

また前記負荷データを、工作機械による１サイクルの加工中に検出される複数の検出情報に基づくデータとすることによって、突発的な異常データによる負荷データの異常値を回避することができるとともに、１サイクルを基準に伝動不良を検出することができるため、より高精度に駆動力の伝動不良を検出することができる他、伝動不良の状態で２サイクル以上加工を行うことはなく、伝動不良の判断を必要以上に頻繁に行うことなく、不良品の発生を抑制することができる。

なお前記保存手段には、所定の負荷データに対応する検出情報が検出される加工サイクルより前の複数の加工サイクルの際の負荷データを保存させることができる。特に連続する加工サイクルの検出情報から各負荷データを構成し、前記判断手段を、最新の負荷データと基準データとに基づき前記駆動力の伝動不良を検出するように構成することによって、ベルトの伸び等によって変化する前記負荷を補正するように、基準データが、加工回数（時間経過）に伴い、必要に応じて変化して設定され、伝動不良の検出精度が向上するという効果がある。

また前記基準データは、各負荷データを構成する検出情報の値の合計値を算出し、各合計値の最小値とすることができる。この場合判断手段を、判断対象となる負荷データを構成する検出情報の合計値が、前記基準データに所定の係数を掛けた値より小さい場合に伝動不良と判断するように構成することによって、前記駆動力の伝動不良を高精度に検出することができるという利点もある。

本発明を適用した自動旋盤の要部概要図である。 伝動不良検出装置のブロック図である。 負荷検出手段の作動を示すフローチャートである。 保存手段の概要イメージ図である。 判断手段の作動を示すフローチャートである。

図１は、本発明を適用した工作機械である自動旋盤の主軸先端部分の要部概要図であり、従来同様回転駆動自在に自動旋盤のベッド側に主軸１が支持され、該主軸１の前方位置にガイドブッシュ２が配置されている。前記主軸１とガイドブッシュ２とは、互いに同心に配置されている。

前記ガイドブッシュ２は、ベッド側に立設された支持部材３に軸心を中心に回転自在に支持されている。前記ベッド側には、前記ガイドブッシュ２の回転駆動用のモータ４が取
り付けられている。該モータ４の駆動軸４ａ側と前記ガイドブッシュ２側との間には、ベルト６が介設されている。該ベルト６を伝動手段として、前記ガイドブッシュ２に前記モータ４の駆動力が伝動される。

前記ベルト６を介して伝動される駆動力によって前記ガイドブッシュ２が回転駆動し、前記ガイドブッシュ２は、工作機械（自動旋盤）に回転駆動自在に設けられる回転体を構成している。なお前記ベルト６は、カバー７によって覆われている。前記主軸１の前端には、棒材等の加工用の材料Ｗが一体的に把持される。前記材料Ｗは、前記ガイドブッシュ２に挿通される。前記ガイドブッシュ２の近傍に、前記材料Ｗを加工するバイト等の工具８が配置されている。

前記自動旋盤には、制御装置として図示しないＮＣ装置が備えられている。前記ガイドブッシュ２は、該ＮＣ装置による制御によって、前記主軸１と連動して同期回転等を行うように設定されている。前記ＮＣ装置によって主軸１及びガイドブッシュ２の回転を制御し、前記材料Ｗに前記工具８を当接させることにより、前記材料Ｗを回転駆動されるガイドブッシュ２によってガイドしながら加工することができる。

なお前記自動旋盤は、１つの材料に対して予め定められた１サイクルの加工工程を連続的に順次行い、１つの材料から複数の製品を製造し、１つの材料による製品の製造終了後、別の材料による加工（製品の製造）に移行し、順次加工を継続する。

前記ガイドブッシュ２は、材料Ｗの外径に対して僅かに大きな内径に設定されたコレットチャックからなり、材料Ｗを軸心方向の移動を許容するようにガイドする。なお前記ガイドブッシュ２は、開状態で材料Ｗの軸心方向の移動を許容し、閉状態で材料をチャックする開閉型等を使用することもできる。

前記ベルト６には、駆動力を安定して伝動するように所定の張力が付与されている。該張力によって、前記ガイドブッシュ２に所定の負荷が与えられ、前記モータ４に所定の駆動負荷が加わる。つまり前記ガイドブッシュ２及び前記モータ４には、前記ベルト６に起因して負荷が掛かる。

このため本実施形態においては、前記モータ４側に、該モータ４の駆動負荷を検出する負荷センサ９が設けられ、前記ベルト６（張力）に起因する負荷として、前記モータ４の駆動負荷を検出するように構成されている。前記モータ４に流れる電流値は、該モータ４の駆動負荷に応じて変化するため、前記負荷センサ９として、前記モータ４に流れる電流値を検出するもの等を使用することができる。

前記ＮＣ装置側には、前記負荷センサ９からのデータによって、ベルト６の破損や切断等のベルト切れやベルト６の伸び等の駆動力の伝動不良を検出する伝動不良検出装置が構成されている。該伝動不良検出装置によって、本自動旋盤は、前記ガイドブッシュ２への駆動力の伝動不良を検出することができる。本伝動不良検出装置は、前記ＮＣ装置側に備えられたプログラムに基づいて、前記ＮＣ装置が作動することによって実現され、ＮＣプログラムによって実行される。

図２に示されるように、前記伝動不良検出装置は、前記負荷センサ９によって前記負荷を検出する負荷検出手段１１と、前記負荷センサ９からの検出情報（検出データ）に基づく負荷データを保存するメモリ等の保存手段１２と、該保存手段１２に保存されている負荷データに基づいて前記伝動不良を判断する判断手段１３とを備えている。

前記負荷検出手段１１は、図３のフローチャートに示されるように、ＮＣプログラムの
予め定められた計測開始コードから計測終了コードまでの期間、予め定められた所定時間（本実施形態では１秒）毎に順次前記負荷センサ９によって負荷を検出し、前記負荷センサ９からの各検出情報（検出データ）を前記保存手段１２に保存させるように構成されている。

本実施形態において、計測開始コードと計測終了コードは、前記１サイクルの加工開始から終了まで負荷計測を行うように設定される。これにより本自動旋盤による前記１サイクルの加工中、前記負荷検出手段１１によって、所定時間毎に負荷センサ９からの検出データが保存手段１２に保存される。

前記保存手段１２は、予め定められた複数サイクルの検出データを各サイクル毎に保存するように負荷検出手段１１及び判断手段１３と連係して設定されている。本実施形態においては、図４に示されるように、１サイクル中に検出される複数の検出データから１サイクルの負荷データが構成され、１サイクル分の複数の検出データ（１つの負荷データ）が１つのレジスタＲに保存されるように構成されている。

前記保存手段１２は、レジスタＲを複数備え、複数サイクルの各負荷データが保存手段１２に保存される。本実施形態において、前記保存手段１２は、現在（最新）加工中の１サイクル分の検出データと、当該加工の前に連続する３回分の各サイクルの各負荷データ（各サイクル毎の複数の検出データ）を、各サイクル毎に別々のレジスタＲ０〜Ｒ３に順次記憶するように構成されている。

前記判断手段１３は、前記計測終了コードに基づいて実行され、前記３回分の各サイクルの負荷データと最新の加工に際して検出される負荷データとに基づいて前記伝動不良を判断するように構成されている。

前記判断手段１３は、計測終了コードによって１サイクル分の前記負荷の検出が終了すると、図５のフローチャートに示されるように、まず前記３サイクル分の負荷データが保存されているか否かをチェックする。前記３サイクル分の負荷データが保存されていない場合は、伝動不良の判断を行わずに終了する。

一方３サイクル分の負荷データが保存されている場合は、３サイクル分の各負荷データを構成する検出データを、各サイクル毎に合計し、各サイクル毎の計算値として演算し、各サイクル毎の計算値の最小値を基準データとして設定する。そして負荷の検出が終了した最新の１サイクル分の負荷データを構成する各検出データの合計を演算した判断対象値と、前記基準データに予め定められた定数を乗じたシキイ値とを比較する。

例えば前記ベルト切れやベルト６の伸びによって、該ベルト６を介した駆動力の伝動不良が発生すると、前記ベルト６の張力によって、前記ガイドブッシュ２に与えられる負荷が小さくなり、前記モータ４の駆動負荷が小さくなるため、判断対象値が小さくなる。このため判断手段１３は、前記判断対象値がシキイ値より小さい場合、伝動不良と判断し、アラームを発生させるように構成されている。

なお判断対象値がシキイ値より大きい場合は、伝動不良は発生していないと判断し、最新の１サイクル分の負荷データを構成する各検出データ（判断対象値を算出した負荷データ）を、次に新規に行われる１サイクルの加工に対して、１サイクル前の負荷データとして保存手段１２に保存させる。この際、当該判断時の３サイクル前の負荷データ（最も古い負荷データ）の保存を破棄するように構成してもよい。

本実施形態の場合、判断手段１３と保存手段１２とが連係し、前記３サイクル前の負荷
データが保存されているレジスタＲ３に、２サイクル前の負荷データが、２サイクル前の負荷データが保存されているレジスタＲ２に、１サイクル前の負荷データが、１サイクル前の負荷データが保存されているレジスタＲ１に、最新の１サイクル分の負荷データが、各々上書き状態で保存される。

上記のように各負荷データを各レジスタＲ１〜Ｒ３にシフトして保存するように構成することによって、新たな１サイクル分の検出データ（負荷データ）の保存が可能な状態で、連続する最新３サイクル分の負荷データが保存手段１２に保存される。

なお前述のように判断手段１３が、伝動不良を判断する際、前記３サイクル分の負荷データが保存されていないと判断した場合は、当該サイクル時の負荷データは保存手段１２に保存される。この際検出データを、対応するレジスタＲ１〜Ｒ３に直接保存、又は一旦レジスタＲ０に保存した後、対応するレジスタＲ１〜Ｒ３に保存する等の構成とすることができる。

以上のように前記負荷の検出を複数行い、複数の検出データに基づき、複数の検出データを合計した計算値を基準として基準データを設定し、該基準データによって定められるシキイ値により前記伝動不良を判断するように構成されているため、例えば１サイクル中に負荷センサ９から突発的に異常値等が出力された場合でも、当該異常値の計算値（合計値）に与える影響が抑制され、検出誤差等による判断ミス等を防止することができ、前記伝動不良を高精度で検出することができる。

一般的に自動旋盤の製作当初から機械の使用によって発生する経年変化等により、通常ベルト６は伸びるため、該ベルト６の伸び等によって前記負荷は経過時間に伴って小さくなる。これに対して、前記ベルト６の伸び等によって変化する前記負荷を補正するように、基準データが、加工回数（時間経過）に伴い、必要に応じて変化して設定される。これにより基準データが、本自動旋盤の直近での状況に応じた値に設定され、前記伝動不良の検出精度が向上する。例えば時間経過に伴いベルトが徐々に延びると、加工回数の増加に伴い基準データが徐々に小さく設定されるため、より正確に伝動不良を判断することができる。

また負荷データは、複数の検出データに基づいて設定されればよい。このため前記負荷の検出は、材料の加工中、複数回検出できれば、必ずしも１サイクル毎に行う必要はない。ただし本実施形態では１サイクル毎の検出データによって負荷データを設定し、伝動不良を検出するため、伝動不良の状態で２サイクル以上加工を行うことはなく、伝動不良の判断を必要以上に行うことなく、不良品の発生を抑制することができる。

なお通常１サイクルの加工時間は概ね同一であるため、各サイクル毎の負荷の検出回数は概ね同一となり、検出精度の低下は抑制される。ただし本実施形態において負荷検出手段１１は、材料交換やオーバーライド等により１サイクルの時間が極端に変動する場合は、検出データ数が極端に増減する。

このため前記材料交換やオーバーライド時等の検出データは保存手段１２に保存させないように設定されている。これにより材料交換やオーバーライド時等は、伝動不良の判断を行わず、材料交換やオーバーライド時等の負荷データに基づく伝動不良の判断を行うことはなく、伝動不良の検出精度の低下が防止される。

本実施形態においては、現在（最新）の加工の前に連続する３回分の各サイクルの検出データを保存手段１２に保存するように構成されているが、１サイクル分の検出データの計算値（本実施形態においては合計値）を負荷データとして保存手段１２に保存させるよ
うに構成することもできる。

また１サイクル分の検出データを、本実施形態のように単に合計する以外に、平均値の算出等様々な演算を行い計算値を算出するように構成することもできる。さらに現在加工の前の加工時の検出データであれば、必要に応じて連続する３回分の各サイクルの検出データ以外の検出データや計算値等を保存手段に保存し、前記伝動不良を判断するようにしてもよい。

なお上記実施形態においては、前記回転体がガイドブッシュである例について説明したが、前記回転体は、ベルト等の伝動手段を介して駆動力が伝動されるものであれば、主軸や該主軸に対向する背面主軸等でもよい。例えば前記主軸によって棒材の一端側を把持し、背面主軸によって前記棒材の他端側を支持し、両主軸を同期して回転させて加工を行う際に、本駆動力の伝動不良検出装置によって、両主軸に対する駆動力の伝動不良を検出することができる。この場合特に背面主軸は、前記ガイドブッシュ２と同様に材料を案内するため、前記実施形態同様に伝動不良を高精度に検出することができる。

２ ガイドブッシュ（回転案内手段）
６ ベルト（伝動手段）
１１ 負荷検出手段
１２ 保存手段
１３ 判断手段
Ｗ 材料

Claims (4)

1. 所定の材料に対して所定の加工を複数サイクル繰り返して行う工作機械に回転駆動自在に設けられる回転体への回転駆動力の伝動手段（６）に起因する負荷を検出する負荷検出手段（１１）と、該負荷検出手段（１１）による検出情報に基づき、前記駆動力の伝動不良を判断する判断手段（１３）とを備え、前記回転体が前記材料の加工時に、前記材料を把持又は案内するように構成された駆動力の伝動不良検出装置において、前記検出情報に基づく負荷データを保存する保存手段（１２）を設け、前記保存手段（１２）が、加工中の１サイクル分の負荷データと、当該加工より前の予め定められた複数回分の加工サイクルの負荷データとが各々保存される予め定められた数のレジスタを備え、前記負荷検出手段（１１）を、前記材料（Ｗ）の加工中に、加工中の１サイクル分の負荷データの保存が可能な状態で、前記複数回分の負荷データが保存されるように、各負荷データを各レジスタにシフトしながら前記保存手段（１２）に保存させるように構成し、前記判断手段（１３）が、前記保存手段（１２）に保存された各負荷データに基づき基準データを設定し、該基準データに基づいて前記駆動力の伝動不良を検出するように構成された駆動力の伝動不良検出装置。
2. 前記回転体が、前記材料（Ｗ）を回転しながら案内する回転案内手段（２）からなる請求項１の駆動力の伝動不良検出装置。
3. 前記負荷データを、前記工作機械による１サイクルの加工中に検出される複数の検出情報から構成した請求項１又は２の駆動力の伝動不良検出装置。
4. 前記基準データを、各負荷データを構成する検出情報の合計値の最小値とし、判断手段（１３）を、判断対象となる負荷データを構成する検出情報の合計値が、前記基準データに所定の係数を掛けた値より小さい場合に伝動不良と判断するように構成した請求項１〜３のいずれかに記載の駆動力の伝動不良検出装置。

Images