JP5907968B2

JP5907968B2 - 工作機械およびこの工作機械の駆動規制装置

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Publication number: JP5907968B2
Application number: JP2013523955A
Authority: JP
Inventors: 松本　仁; 仁松本
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: EP2732912A4; EP2732912A1; TWI579101B; US20140132086A1; KR20140034824A; CN103687695B; JPWO2013008823A1; TW201328814A; EP2732912B1; ES2568636T3; KR101843997B1; US9383061B2; WO2013008823A1; CN103687695A

Description

本発明は、工作機械およびこの工作機械の駆動規制装置に関する。

一般的に工作機械には、主軸や主軸台、刃物台等のモータによって回転駆動や移動駆動される駆動体が設けられている。通常、駆動体は扉が設けられたカバー内に収容され、該カバー内において主軸に把持されたワークの加工等が行われる。一方、扉は開閉自在に設けられており、この扉を開くことによって、カバー内で駆動体のメンテナンス等を行うことができる。

このような工作機械において、メンテナンス中にモータが動作して駆動体の駆動が行われると、メンテナンス等の妨げになるだけでなく、安全性が確保できない場合がある。このため、扉の開閉状態を検出する検出手段と、モータの回転を規制するモータ規制手段とを備え、扉が開状態になったときにモータの回転を停止させる駆動規制装置が設けられた工作機械がある。

上記モータ規制手段の例として、停止中のモータに誤動作等の不測の回転が発生した場合、所定の回転許容速度を越えると、制御装置側にエラーを発生させることによってモータを停止させる速度規制手段が知られている（例えば特許文献１参照）。回転許容速度は、作業者が予期しないモータの回転が発生しても容易に対応できる程度に極めて低速に設定される。速度規制手段の作動によって、扉が開いた際に、モータを停止させるだけでなく、誤ってモータの回転が発生してしまった場合であっても、極めて低速な回転許容速度しか回転が許容されないことからモータの不測の高速回転を防ぐことができる。

一方、モータ規制手段として、扉が開状態になったときにモータへの電源の供給を遮断してモータを非励磁とすることによって、モータを停止させるとともに、モータの不測の回転を規制する励磁停止手段も知られている（例えば特許文献２参照）。

特開平８−１３７５２６号公報（「００１３」〜「００１５」、図１）特開昭５１−６７５７７号公報（１ページ目右段第４〜１２行）

モータ規制手段として上述の速度規制手段を適用する場合、例えば主軸モータへの励磁を停止し、主軸を手動で自由に回転させてメンテナンスを行う際、手動で主軸を回転させる程度で主軸モータの回転速度が上記回転許容速度を越えてしまうことがある。この場合、主軸モータの回転速度が上記回転許容速度を超えるたびに速度規制手段が応答してエラーが頻発し、メンテナンスの作業効率が低下するという問題があった。

一方、モータ規制手段として上述の励磁停止手段を適用する場合、例えばＤカット加工やポリゴン加工のように、主軸モータを励磁して主軸を所定の角度位置に割り出しているときに扉が開かれた場合、主軸モータの励磁が停止することにより主軸の自由回転が許容され、メンテナンス作業の際に誤って主軸の角度位置がずれてしまう場合がある等の問題があった。

モータによって駆動される駆動体を覆うカバーに設けられた扉が開状態になったときに前記モータの駆動を停止する工作機械の駆動規制装置は、前記扉の開閉状態を検出する検出手段と、前記モータの励磁状態と非励磁状態とを切り換える励磁操作手段と、停止していた前記モータが所定の回転許容速度を超えて回転したとき、前記モータを停止させる速度規制手段と、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータが励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させ、前記モータが非励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させないよう、前記速度規制手段を制御する速度規制切替手段と、を備える。

また、駆動体は、工作機械の主軸からなってもよく、この場合は、前記主軸を回転駆動する主軸モータを制御する制御装置が、前記主軸を所定の回転角度位置に割り出して位置決め固定するＣ軸モードにある場合、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを励磁状態に維持する。

また、駆動体が上記のように工作機械の主軸からなる場合は、前記制御装置がＣ軸モードにないとき、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを、励磁状態から非励磁状態へ切り換える。

また、駆動体と、前記駆動体を駆動するモータと、前記駆動体を覆うカバーに設けられた扉と、前記扉の開閉状態を検出する検出手段と、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータの駆動を停止する駆動規制装置と、を備える工作機械であって、前記駆動規制装置は、前記モータの励磁状態と非励磁状態とを切り換える励磁操作手段と、停止していた前記モータが所定の回転許容速度を超えて回転したとき、前記モータを停止させる速度規制手段と、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータが励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させ、前記モータが非励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させないよう、前記速度規制手段を制御する速度規制切替手段と、を備える。

工作機械の駆動規制装置によれば、モータによって駆動される駆動体を覆うカバーに設けられた扉をメンテナンス作業等のために開状態にすると、前記モータの回転が停止するので、メンテナンス作業等の安全性を確保できる。前記扉が開状態にあるときに、前記モータに電源が供給され励磁状態にある場合は、前記速度規制手段を動作させるので、前記モータに不測の回転が発生しても前記モータは回転許容速度を超える回転は許容されない。したがって、例えば前記モータを励磁しての回転角度を維持したままメンテナンス作業等を行うような場合において、メンテナンス作業等に際し誤って前記モータの角度位置がずれる等の不都合が防止されるとともに、作業者が予期しないような前記モータの高速回転を防ぐことができ、メンテナンス作業の安全性が確保できるという効果がある。

また前記扉が開状態になったとき、前記モータへの電源の供給が停止され非励磁状態にある場合は、前記速度規制手段を動作させないので、主軸や刃物台等の駆動体を手動で回転や移動させることができ、メンテナンス作業の内容に柔軟に対応でき、作業効率を向上させることができるという効果がある。

例えば前記駆動体が工作機械の主軸からなる場合は、メンテナンス作業等のために前記扉が開状態になったとき、主軸モータの制御装置がＣ軸モードにあるときは前記励磁操作手段が前記主軸モータに対する励磁を継続的に行うことによって前記主軸モータの回転角度を維持するので、メンテナンス作業等に際し誤って前記主軸モータの角度位置がずれるようなことを防止することができ、メンテナンス作業終了後の工作機械の処理をスムースに再開することができる。またこの場合、前記速度規制手段を動作させるので、前記主軸モータに不測の回転が発生しても前記主軸モータは回転許容速度を超える高速回転は許容されないので、作業者が予期しないような前記主軸モータの高速回転を防ぐことができ、メンテナンス作業の安全性が確保できる。

また、上記の通り駆動体が工作機械の主軸からなる場合は、メンテナンス作業等のために前記扉が開状態になったとき、前記主軸モータの制御装置がＣ軸モード以外にあるときは前記励磁操作手段が前記主軸モータに対する励磁を自動的に切断するので、前記主軸の不測の回転を防止することができ、この場合前記速度規制手段を動作させないので、前記主軸を自由に回転させることができることから、特に前記主軸を割り出し固定する必要がないメンテナンス作業を行う場合には有益である。

扉を閉じた状態の自動旋盤を示す正面図である。制御装置を示す要部ブロック図である。扉が開いた状態の自動旋盤を示す正面図である。モータ規制手段の動作を示すフローチャートである。

図１に示される自動旋盤は工作機械の一例であって、ベッド１上に、主軸２を回転駆動自在に支持する主軸台３と、主軸２の先端に把持されたワーク４を加工する加工工具６が設けられている。加工工具６は、ベッド１上に支持された刃物台７に装着されている。

主軸台３は、主軸２の軸線方向（以降、「Ｚ軸方向」と称する。）に移動自在に支持されている。刃物台７は、Ｚ軸方向に左右方向で直交するＸ軸方向、Ｚ軸方向に上下方向で直交するＹ軸方向に移動自在に支持されている。ベッド１上には、主軸２に対向して背面主軸８が配置されている。背面主軸８は、背面主軸台９に回転駆動自在に支持されている。背面主軸台９は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に移動自在に支持されている。

主軸台３、背面主軸台９、刃物台７は、各移動方向に対応する送りモータに結合されており、これら送りモータによって各々移動駆動される。主軸２及び背面主軸８は、各々に対して設けられた主軸モータによって回転駆動される。ベッド１上には各送りモータ及び主軸モータを回転制御する制御装置１１が搭載されている。

制御装置１１には、図２に示されるように、加工プログラム１２が予め記憶されている。制御装置１１は、加工プログラム１２に基づき、モータ制御手段１３を介して送りモータや主軸モータを制御し、主軸２及び背面主軸８の回転、並びに主軸台３、刃物台７及び背面主軸台９の移動等を制御する。なお図２では、送りモータ１４と主軸モータ１６とを代表的に１つずつ記載している。

本自動旋盤は、制御装置１１による主軸２及び背面主軸８の回転制御、主軸台３、背面主軸台９及び刃物台７等の移動制御によって、主軸２や背面主軸８に把持されたワークの加工を行う。ワークの加工の例として、Ｄカット加工や、キー溝加工等、ワークの所定の角度位置に所定の加工を行うものや、ポリゴン加工等のように主軸２や背面主軸８の回転を制御（Ｃ軸制御）して加工を行うものがある。

ワークの所定の角度位置に所定の加工を行う場合や、Ｃ軸制御で加工を行う場合等の際、制御装置１１は、主軸２及び背面主軸８を所定の回転角度位置に割り出して位置決め固定するＣ軸モードを実行する。制御装置１１は、Ｃ軸モードにある場合、主軸モータ１６の回転軸を所定の回転角度に位置決めし、主軸モータ１６を励磁してこの回転角度を維持して停止させることによって主軸２及び背面主軸８の回転角度位置を固定する。

制御装置１１は、実行している加工プログラム１２の行（ブロック）の指令に従ってＣ軸モードの実行と、解除を行う。例えばＤカット加工を行うために主軸２を所定の角度位置に割り出す指令が行われる際やポリゴン加工の際にＣ軸モードが実行され、単純な主軸２の回転指令や停止指令によってこのＣ軸モードが解除される。従って通常の外形切削等の指令の際にはＣ軸モードは実行されない。

一方、主軸台３、背面主軸台９及び刃物台７については、制御装置１１がこれらに対応する各送りモータ１４を回転させることにより主軸台３、背面主軸台９及び刃物台７を所定の位置にそれぞれ移動させ、各送りモータ１４を励磁して位置決め固定する。

主軸２の先端、背面主軸８、背面主軸台９及び刃物台７等は、ベッド１上に設けられたカバー１７内に収容されている。したがって主軸２側及び背面主軸８側での加工は、カバー１７内で行われる。加工中の切削油や切削屑等の飛散はカバー１７によって防止される。カバー１７には、扉１８が開閉自在に設けられている。

図３に示されるように、扉１８を開くことによって、作業者はカバー１７内のメンテナンス作業等を容易に行うことができる。つまり扉１８は、カバー１７内の構造物に対する開閉自在なガードをなす。扉１８の「開状態」とは、扉１８が現実に開いた状態の他、例えば扉の開閉を規制するロック等の開閉規制手段が設けられている場合には、ロックの解除状態等、扉１８の開閉状態に関係なく、扉１８を開くことが許容された状態も含む意味を表す。

制御装置１１には、扉１８の開閉状態に応じて送りモータ１４及び主軸モータ１６の回転を規制する駆動規制装置としてモータ規制手段１９が設けられている。扉１８が開状態になったときこのモータ規制手段１９が動作することによって、扉１８の開状態では主軸２及び背面主軸８の回転や、主軸台３、背面主軸台９及び刃物台７の移動が停止するので、作業者はメンテナンス作業等を安全かつ容易に行うことができる。

モータ規制手段１９は、図２に示されるように、扉１８の開閉状態を検出する検出手段である検出スイッチ２１と、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６への電源の供給と供給停止とを切り換える電源操作スイッチ２２と、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６の回転速度を制限する速度規制手段２３と、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６の励磁状態に応じて各送りモータ１４及び各主軸モータ１６に対する速度規制手段２３の動作を切り換える速度規制切換手段２４とを備える。

検出スイッチ２１は、扉１８の開状態でＯＦＦ信号を出力し、扉１８の閉状態でＯＮ信号を出力するように構成される。

電源操作スイッチ２２は、モータへ電源が供給される状態である励磁状態とモータへの電源の供給が停止された状態である非励磁状態とを切換操作する励磁操作手段を構成する。電源操作スイッチ２２は、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６ごとに設けられる。電源操作スイッチ２２のＯＮにより電源が供給されるモータは励磁状態となり、ＯＦＦによって電源の供給が停止されるモータは非励磁状態となる。

速度規制手段２３は、停止中の所定のモータに回転が発生した場合、所定の回転許容速度を越えると回転したモータを停止させるように構成される。回転許容速度は、停止中のモータに作業者が予期しない回転が発生して、主軸２、背面主軸８、主軸台３、背面主軸台９及び刃物台７等の各送りモータ１４及び各主軸モータ１６によって駆動される駆動体が移動駆動や回転駆動されても、作業者が容易に対応できる程度に極めて低速な速度に設定される。

速度規制切換手段２４は、連係手段２６によって電源操作スイッチ２２と連係して動作するように構成される。速度規制切換手段２４及び連係手段２６は各送りモータ１４及び各主軸モータ１６ごとに設けられる。

モータ規制手段１９は、図４のフローチャートに示されるように、ステップＳ１において、検出スイッチ２１から出力されるＯＮ信号またはＯＦＦ信号に基づいて、扉１８の開閉をチェックする。扉１８が開いている場合は、ステップＳ２に進む。

次いでステップＳ２において、モータ規制手段１９は、制御装置１１により実行されている加工プログラムのブロックに規定にされた内容に従い、制御装置１１がＣ軸モードにあるか否かをチェックする。ステップＳ２において制御装置１１がＣ軸モードにあると判定された場合は、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２において制御装置１１がＣ軸モードにはないと判定された場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、対応する主軸モータ１６の電源操作スイッチ２２がＯＮされる。これにより、Ｃ軸モードに対応する主軸モータ１６に電源が供給され、この主軸モータ１６は励磁される。

ステップＳ４では、主軸モータ１６の電源操作スイッチ２２がＯＦＦされる。これにより、主軸モータ１６への電源の供給が停止され、主軸モータ１６は非励磁状態となる。

ステップＳ３又はステップＳ４から、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、モータ規制手段１９は、各電源操作スイッチ２２のＯＮ、ＯＦＦ状態に基づき、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６それぞれについて、励磁状態にあるか非励磁状態にあるかをチェックする。ステップＳ５において励磁状態にあると判定されたモータに対しては、ステップＳ６の処理へ進み、ステップＳ５において非励磁状態にあると判定されたモータに対しては、ステップＳ８の処理へ進む。

ステップＳ６では、ステップＳ５において励磁状態にあると判定されたモータに対して、モータ規制手段１９は、速度規制手段２３が動作するようにするため、速度規制切換手段２４を速度規制手段２３側に切り換える。その後、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、速度規制手段２３は、モータ制御手段１３に対し、当該モータを停止させる停止指令を出力させる。その後、リターンする。制御装置１１がＣ軸モードにある場合、主軸２又は背面主軸８の少なくとも一方の主軸モータ１６は、励磁されているため、主軸２又は背面主軸８の少なくとも一方に対して速度規制手段２３が動作した状態となり、当該モータの励磁が継続したままの状態で少なくとも一方の主軸モータ１６の回転が停止し、主軸２又は背面主軸８の少なくとも一方が、所定の回転角度を維持したまま停止する。

一方、ステップＳ８では、ステップＳ５において非励磁状態にあると判定されたモータに対して、モータ規制手段１９は、速度規制手段２３が動作しないようにするため、速度規制切換手段２４を速度規制手段２３から切り離す側に切り換える。その後、リターンする。

このように、検出スイッチ２１が扉１８の開状態を検出すると、モータ１４および１６は、停止する。

上述のステップＳ５〜Ｓ８の各処理は、連係手段２６が機能することにより実現される。連係手段２６は、扉１８が開状態にある場合に、励磁状態にあるモータに対しては速度規制手段２３が動作するように、また非励磁状態にあるモータに対しては速度規制手段２３が動作しないように、電源操作スイッチ２２と速度規制切換手段２４とを連係させている。

連係手段２６によって速度規制切換手段２４は、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６について、当該モータが励磁状態にある場合には速度規制手段２３を動作させ、当該モータが非励磁状態にある場合には速度規制手段２３の動作をさせないようにして、当該モータに対する速度規制手段２３の動作を切り換える。

なおステップＳ１において、扉１８が閉状態の場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、各モータへの電源供給を行い、その後、ステップＳ８に進む。このようにステップＳ１、Ｓ９及びＳ８の各処理を順に経ると、各送りモータ１４及び各主軸モータ１６は、速度規制手段２３が動作することなく、モータ制御手段１３によって加工プログラム１２に基づいて制御される。

上述したモータ規制手段１９によって、例えば作業者がメンテナンス作業を行うにあたり扉１８を開状態にすると、制御装置１１がＣ軸モードで加工を実行している場合や作業者が電源操作スイッチ２２をＯＮ操作して所定のモータの電源供給を継続した場合は、励磁されているモータについては、速度規制手段２３が動作する状態で、励磁により所定の回転角度を維持したまま停止する。これにより、例えば主軸２や背面主軸８の割り出し状態や刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９の所定の移動方向の位置決め固定状態が維持されることになり、メンテナンス作業時等により誤って主軸２及び背面主軸８の角度位置や、刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９の移動位置がずれてしてしまうようなことを防ぐことができる。特に、Ｃ軸モードでの加工中は、扉１８の開状態で、主軸２や背面主軸８の割り出しが継続されるので、作業者は従来のように位置ズレ防止を意識することなく、主軸２や背面主軸のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、速度規制手段２３は、モータの回転速度が回転許容速度を越えると、モータ制御手段１３側にアラームを送り、回転許容速度を超えたモータの回転を停止させるように構成されている。したがって、扉１８が開状態にある場合に励磁中のモータに誤動作等によって不測の回転が生じても、速度規制手段２３の動作により当該モータは回転許容速度までの回転しか許容されず、回転許容速度を超えて回転する場合には当該モータは停止させるため、作業者が予期しない主軸２及び背面主軸８の高速回転や、刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９等の高速移動が発生することはなく、作業の安全性は確保される。なお、扉１８が閉状態にあるときには、モータは速度規制手段の規制速度より早く回っていることから、モータの停止を速度規制手段２３を動作させることで実現してもよく、これによれば、従来のように停止命令を出すことなく扉１８が閉状態にあるモータを停止させることが可能である。

また、このような速度規制手段２３の動作により、モータの回転許容速度を超えない範囲であれば、作業者が意図的に主軸２や背面主軸８を低速で回転駆動させたり、刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９等を低速で移動させたりすることも可能となる。この場合、駆動体は、作業者が予期しないような高速回転や高速移動は生じないので、作業者はメンテナンス作業等を安全かつ容易に行うことができる。

一方、扉１８の開状態で、制御装置１１がＣ軸モードで加工を実行していない場合や、作業者が電源操作スイッチ２２によって、モータへの電源供給を切断した場合は、モータの励磁が切断され、各送りモータモータ１４及び各主軸モータ１６の回転が停止する。したがって、誤ってモータ制御手段１３から励磁が切断されたモータに対して回転指令が出力されるようなことがあっても、当該モータにはそもそも電源が供給されておらず非励磁状態にあることから回転駆動されることはないので、メンテナンス作業の安全性は確保できる。そして、この場合、ステップＳ８の処理により速度規制手段２３の動作が停止しているため、例えば手動で主軸２や背面主軸８を回転させた場合や刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９等を移動させた場合であっても、速度規制手段２３によるアラームが発生することはなく、作業者が主軸２や背面主軸８を自由回転させたり、刃物台７、主軸台３及び背面主軸台９等を自由に移動させたりしてメンテンス等を容易に行うことができ、メンテナンスの作業効率が向上する。

Claims

モータによって駆動される駆動体を覆うカバーに設けられた扉が開状態になったときに前記モータの駆動を停止する工作機械の駆動規制装置であって、
前記扉の開閉状態を検出する検出手段と、
前記モータの励磁状態と非励磁状態とを切り換える励磁操作手段と、
停止していた前記モータが所定の回転許容速度を超えて回転したとき、前記モータを停止させる速度規制手段と、
前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータが励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させ、前記モータが非励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させないよう、前記速度規制手段を制御する速度規制切替手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の駆動規制装置。
前記駆動体が、工作機械の主軸からなり、
前記主軸を回転駆動する主軸モータを制御する制御装置が、前記主軸を所定の回転角度位置に割り出して位置決め固定するＣ軸モードにある場合、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを励磁状態に維持する請求項１に記載の工作機械の駆動規制装置。
前記制御装置が前記Ｃ軸モードにない場合、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを、励磁状態から非励磁状態へ切り換える請求項２に記載の工作機械の駆動規制装置。
駆動体と、
前記駆動体を駆動するモータと、
前記駆動体を覆うカバーに設けられた扉と、
前記扉の開閉状態を検出する検出手段と、
前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータの駆動を停止する駆動規制装置と、を備える工作機械であって、
前記駆動規制装置は、
前記モータの励磁状態と非励磁状態とを切り換える励磁操作手段と、
停止していた前記モータが所定の回転許容速度を超えて回転したとき、前記モータを停止させる速度規制手段と、
前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記モータが励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させ、前記モータが非励磁状態にある場合には前記速度規制手段を動作させないよう、前記速度規制手段を制御する速度規制切替手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。
前記駆動体が、工作機械の主軸からなり、
前記主軸を回転駆動する主軸モータを制御する制御装置が、前記主軸を所定の回転角度位置に割り出して位置決め固定するＣ軸モードにある場合、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを励磁状態に維持する請求項４に記載の工作機械。
前記制御装置が前記Ｃ軸モードにない場合、前記励磁操作手段は、前記扉が開状態にあることを前記検出手段が検出したとき、前記主軸モータを、励磁状態から非励磁状態へ切り換える請求項５に記載の工作機械。