JP6989564B2

JP6989564B2 - 工作機械の数値制御システム

Info

Publication number: JP6989564B2
Application number: JP2019085848A
Authority: JP
Inventors: 学五十部; 祥広渡辺; 秀昭足立
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN111857050A; US20200341450A1; US11619922B2; JP2020181504A; DE102020204678A1

Description

本発明は、工作機械の数値制御システムに関する。

周知の通り、機械工作の分野では、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御：Computerized Numerical Control）技術を適用し、移動量や移動速度などをコンピュータで数値制御することにより、同一動作の繰り返しや、複雑な動作などを高度に自動化している。また、ＣＡＤやＣＡＭで作成したデータをＣＮＣに取り込み、さらに、オプション、パラメータ、ＮＣプログラム、マクロプログラム、マクロ変数、ワーク原点オフセット、工具オフセット、工具形状データ、工具管理データなどの各種データを入力して制御することにより、ＮＣ旋盤やマシニングセンタなどのＮＣ工作機械を設計から製造まで一貫して自動化することも行われている。

一方、工作機械の主軸は、搭載されている主軸やスピンドルモータの仕様に応じて、正しいパラメータの設定がされていないと、正常に動作しない。
このため、予め記録された仕様毎のパラメータセット（パラメータリスト）と現在のパラメータとを比較し、パラメータの誤りをチェックするようにしている。

なお、特許文献１には、「工作機械を所定の運転パターンで運転させながら、前記工作機械の複数のパラメータを測定して当初測定データを取得する当初取得工程と、前記当初測定データをトレーニングデータとして使用して、１クラスサポートベクターマシン法の写像空間における正常領域を生成する生成工程と、前記工作機械の運転後、前記工作機械を再び前記所定の運転パターンで運転させながら、前記複数のパラメータを測定して再測定データを取得する再取得工程と、前記再測定データをテストデータとして使用して、前記テストデータが１クラスサポートベクターマシン法の前記写像空間における前記正常領域に含まれるか否かに基づいて、前記工作機械の診断を行う診断工程とを含むことを特徴とする、工作機械の診断方法。」が開示されている。

特開２０１５−２０３６４６号公報

ここで、モータの固有の値や主軸の固有の値などによって個体ごとにパラメータを調整しなければならないケースがあるが、このようなケースにおいて、上記従来のパラメータチェック機能では、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータまでチェックすることができない。

より具体的に、例えば、同期スピンドルモータの回転基準位置と磁極位置との位置関係を表すパラメータは、モータごとに固有の値であり、モータ交換を行った場合には変更が必要となるが、上記のパラメータチェック機能ではチェックできないため、やはり、このパラメータが誤っていた場合には主軸が正常に回転動作しないことになる。

本開示の工作機械の数値制御システムの一態様は、工具を装着し、回転駆動して加工を行うための主軸を有する工作機械の数値制御システムにおいて、前記主軸の駆動制御パラメータをチェックするためのパラメータチェック機能部を備え、前記パラメータチェック機能部が、前記主軸が加速指令及び／又は減速指令を受けてから加速完了及び／又は減速完了するまでの加速・減速時間を計測する加速・減速時間計測部と、前記工作機械の仕様毎に予め定められた加速・減速時間の規定値を記憶する加速・減速時間規定値記憶部と、前記加速・減速時間計測部が計測した加速・減速時間と前記加速・減速時間規定値記憶部に記憶された規定値とを比較し、前記主軸の駆動制御のパラメータの適否を判定する判定部と、を備える。

本開示の工作機械の数値制御システムの一態様においては、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータまで満遍なくチェックすることができ、パラメータが誤っていることにより、主軸が正常に回転動作しないという不都合を確実に解消することが可能になる。

本開示の一実施形態に係る工作機械の数値制御システムを示すブロック図である。本開示の一実施形態に係る工作機械の数値制御システムのパラメータチェック機能の説明に用いた図である。

以下、図１及び図２を参照し、一実施形態に係る工作機械の数値制御システムについて説明する。本実施形態は、工具を装着する工作機械の主軸（モータ）の駆動制御パラメータが適正であるか否かをチェックするためのパラメータチェック機能を備えた工作機械の数値制御システムに関するものである。

具体的に、本実施形態の工作機械の数値制御システムＡは、図１に示すように、指令部のＣＮＣ１と、ＣＮＣ１からの指令に基づいて工作機械２の各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の駆動部３を制御する制御部４を備えている。駆動部３は、例えば、サーボモータやステッピングモータなどのモータ、主軸などが主な構成要素であり、制御部４としてはサーボアンプなどが挙げられる。なお、ＣＮＣ１と制御部４は一体構成されていても構わない。

一方、制御部４には、工作機械の主軸（モータ）の駆動制御パラメータをチェックするためのパラメータチェック機能部５が具備されている。

本実施形態のパラメータチェック機能部５は、工具を装着し、回転駆動して加工を行うための工作機械２の主軸が加速指令及び／又は減速指令を受けてから加速完了及び／又は減速完了するまでの加速・減速時間を計測する加速・減速時間計測部（加減速時間計測部）６と、工作機械２の仕様毎に予め定められた加速・減速時間の規定値（指令を受けてから加速・減速完了までの正常状態での時間）を記憶する加速・減速時間規定値記憶部（加減速時間規定値記憶部）７と、加速・減速時間計測部６が計測した加速・減速時間と加速・減速時間規定値記憶部７に記憶された規定値とを比較し、主軸回転が正常であるか判定する判定部８と、判定部８によって主軸回転が異常であると判定された場合にその旨を表示する表示部９と、判定部８によって主軸回転が異常であると判定された場合に警告を発する警告部１０と、を備えている。

ここで、本実施形態の判定部８は、加速・減速時間計測部６が計測した加速・減速時間と加速・減速時間規定値記憶部７に記憶された規定値とを比較し、パラメータの適否（適正／不適正）を判定し、主軸回転の正常／異常を判定する。

これに加え、本実施形態のパラメータチェック機能部５においては、判定部８が、工作機械２の主軸を制御して減速させるのではなく自然減速させ、例えば、自然減速時の音、振動、自然減速時間などの自然減速時の状態から、主軸やモータの故障などの機械的な異常の有無を判定できるように構成されている。

また、本実施形態のパラメータチェック機能部５は、従来のパラメータチェック機能である予め記録された仕様ごとのパラメータセット（パラメータリスト）を記憶するパラメータセット記憶部１１を備えている。そして、判定部８は、パラメータセット記憶部で記憶されたパラメータセットと現在のパラメータとを比較してパラメータの誤りをチェックすることもできるように構成されている。

上記構成からなる本実施形態の工作機械の数値制御システムＡにおいては、制御部４のパラメータチェック機能部５を用いてパラメータのチェックを行う際に、加速指令を出し、例えば、図２（ａ）に示すように、主軸（モータ）を加速制御して所定の回転数（最高回転数など）まで強制的に加速させる。及び／又は、減速指令を出し、図２（ｂ）に示すように、主軸（モータ）を減速制御して所定の高回転数から所定の低回転数まで強制的に減速させる。

このような加速制御、減速制御を行うとともに、加速・減速時間計測部によって、指令を受けてから加速完了又は減速完了するまでの加速・減速時間を計測する。

また、判定部８によって、加速・減速時間規定値記憶部７に記憶された規定値と、計測した加速・減速時間とを比較する。このとき、規定値を基準にした上限許容値（上閾値）及び下限許容値（下閾値）を予め設定しておき、計測した加速・減速時間が上限許容値と下限許容値の間の正常の範囲（許容範囲、正常範囲）内に入っていれば、判定部８はパラメータが正常、適正であると判定し、正常の範囲から外れていればパラメータが不適正であると判定する。

判定部８によってパラメータが不適正であると判定された場合には、表示部９によってその旨が表示され、さらに、警告部１０が警告を発し、オペレータなどにこれを認識させる。

例えば、表示部９や警告部１０は、パラメータの適正／不適正に合わせ、ＯＫ／ＮＧなどの文字で表示したり、許容範囲に対する状態に応じ、青や黄、赤などの色でその状態を表示する。青であれば十分に許容範囲内で適正な状態であり、黄であれば許容範囲から外れる可能性がある状態であり、メッセージなどで注意を行うようにし、赤であれば許容範囲から外れ、アラーム停止を行う。

したがって、本実施形態の工作機械の数値制御システムＡでは、パラメータ設定に誤りがある場合に、加速時間・減速時間が規定値外となるため、パラメータの誤りを確実に検出することができる。また、加速制御、減速制御を行い、正常時に対する加速時だけのずれ、減速時だけのずれ、加速時や減速時のずれ量など、計測値のずれの状態から原因を絞ることができる。すなわち、駆動制御パラメータのうち、どのパラメータが適正でないのかを特定することができる。

さらに、このとき、加速・減速時間と合わせ、モータの負荷情報を取得、記録し、最大負荷が規定値の許容範囲内であるかを確認し、この最大負荷を判定要素に加えることで、駆動制御パラメータのうち、どのパラメータが適正でないのかをさらに絞り込んで特定することが可能になる。

また、判定部８で、従来と同様にパラメータセットと現在のパラメータとを比較し、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータ以外のパラメータのチェックを行ってもよい。このようにパラメータセットと現在のパラメータとを比較することで、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータの誤りか否かを絞り込むことができる。

さらに、工作機械２の主軸を制御して減速させるのではなく自然減速させ、例えば、自然減速時の音、振動、自然減速時間などの自然減速時の状態から、主軸やモータの故障などの機械的な異常の有無を判定してもよい。このように主軸やモータの機械的な異常の有無を確認しておくことで、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータの誤りか否かを絞り込むことができるとともに、主軸やモータの機械的な異常を検出することも可能になる。

また、本実施形態の工作機械の数値制御システムＡにおいては、加速制御、減速制御を行って、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータの誤りか否かを絞り込むことができる。このため、例えば、工場で加工作業を行っている時、加工作業の途中など、量産加工中の動作に組み込んで、さらに、モータなどの保守点検を行う際などに、主軸やモータの個体ごとに調整が必要なパラメータの誤りの有無を確認、検査することができ、確実に適正な調整値のパラメータにすることが可能になる。

したがって、本実施形態の工作機械の数値制御システムＡによれば、主軸やスピンドルモータの個体ごとに調整が必要なパラメータまで満遍なくチェックすることができ、パラメータが誤っていることにより、主軸が正常に回転動作しないという不都合を確実に解消することが可能になる。

また、本実施形態の工作機械の数値制御システムＡにおいては、自然減速による判定と比べ、短時間で異常の検査が可能になる。

ここで、パラメータチェック機能部５は、加速・減速時間計測部６に替えて、主軸が加速指令及び／又は減速指令を受けてから加速完了及び／又は減速完了するまでの主軸速度の時系列データを記録する主軸速度データ記録部を備え、加速・減速時間規定値記憶部７に替えて、工作機械の仕様毎に予め設定された主軸速度基準データを記憶する速度基準データ記憶部を備え、判定部８が、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、主軸速度データ記録部で計測した主軸速度の時系列データと速度基準データ記憶部に記憶された主軸速度基準データとを比較し、パラメータの適正／不適正を判定し、主軸回転の正常／異常を判定するように、工作機械の数値制御システムＡを構成してもよい。

この場合には、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、図中の実線で示される主軸速度基準データに対し、図中の破線で示される上限許容値（上閾値）及び下限許容値（下閾値）を予め設定しておき、計測した主軸速度の時系列データが上限許容値と下限許容値の間の正常の範囲（許容範囲、正常範囲）内に入っていれば、判定部８はパラメータが正常、適正であると判定し、正常の範囲から外れていればパラメータが不適正であると判定する。

これにより、上述した本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、この場合には、加速制御、減速制御を行い、主軸速度の時系列データと正常なデータ、許容範囲とを比較するため、正常時に対する加速時だけのずれ、減速時だけのずれ、加速時や減速時のずれ量など、ずれ（経過時間ごとのずれ）を時系列的、すなわち、経過時刻ごとに捉えることができる。これにより、ずれの状態の特性などを捉え、より精度良く、原因を絞って、駆動制御パラメータのうち、どのパラメータが適正でないのかを特定することが可能になる。

以上、工作機械の数値制御システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、工具ではなくワークを主軸に装着する旋盤方式の工作機械にも、本発明は適用可能である。
また、主軸ではなく送り軸の加速時間を測定することで、送り軸のパラメータチェックにも、本発明を適用可能である。

１ＣＮＣ（指令部）
２工作機械
３駆動部（主軸、モータ）
４制御部
５パラメータチェック機能部
６加速・減速時間計測部（加減速時間計測部、主軸速度データ記録部）
７加速・減速時間規定値記憶部（加減速時間規定値記憶部、速度基準データ記憶部）
８判定部
９表示部
１０警告部
１１パラメータセット記憶部
Ａ工作機械の数値制御システム

Claims

工具を装着し、回転駆動して加工を行うための主軸を有する工作機械の数値制御システムにおいて、
前記主軸の駆動制御パラメータをチェックするためのパラメータチェック機能部を備え、
前記パラメータチェック機能部が、
前記主軸が加速指令及び／又は減速指令を受けてから加速完了及び／又は減速完了するまでの加速・減速時間を計測する加速・減速時間計測部と、
前記工作機械の仕様毎に予め定められた加速・減速時間の規定値を記憶する加速・減速時間規定値記憶部と、
前記加速・減速時間計測部が計測した加速・減速時間と前記加速・減速時間規定値記憶部に記憶された規定値とを比較し、前記主軸の駆動制御のパラメータの適否を判定する判定部と、
を備える、工作機械の数値制御システム。
前記判定部によって前記主軸の駆動制御のパラメータが不適切であると判定された場合に、その旨を表示する表示部を備える、請求項１に記載の工作機械の数値制御システム。
前記判定部は、前記加速・減速時間に加え、前記主軸を回転駆動するモータの負荷情報を取得し、前記モータの最大負荷が許容範囲内であるか否かによって前記主軸の駆動制御のパラメータの適否を判定する、請求項１または請求項２に記載の工作機械の数値制御システム。
工具を装着し、回転駆動して加工を行うための主軸を有する工作機械の数値制御システムにおいて、
前記主軸の駆動制御パラメータをチェックするためのパラメータチェック機能部を備え、
前記パラメータチェック機能部が、
前記主軸が加速指令及び／又は減速指令を受けてから加速完了及び／又は減速完了するまでの主軸速度の時系列データを記録する主軸速度データ記録部と、
前記工作機械の仕様毎に予め定められた主軸速度基準データを記憶する速度基準データ記憶部と、
前記主軸速度データ記録部で計測した主軸速度の時系列データと前記速度基準データ記憶部に記憶された主軸速度基準データとを比較し、前記主軸の駆動制御のパラメータの適否を判定する判定部と、
を備える、工作機械の数値制御システム。
前記判定部によって前記主軸の駆動制御のパラメータが不適切であると判定された場合に、その旨を表示する表示部を備える、請求項４に記載の工作機械の数値制御システム。
前記判定部は、前記主軸速度の時系列データに加え、前記主軸を回転駆動するモータの負荷情報を取得し、前記モータの最大負荷が許容範囲内であるか否かによって前記主軸の駆動制御のパラメータの適否を判定する、請求項４または請求項５に記載の工作機械の数値制御システム。