JP7208425B1 - 異常検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】工作機械の加工動作が停止しているときに当該工作機械に生じる熱異常を検出可能な異常検出装置を提供する。【解決手段】異常検出装置50は、工作機械の加工エリア内の温度又は該加工エリア内の温度に関連する関連温度を検出する温度検出部25と、工作機械の加工動作が停止した非加工中状態において、温度検出部25により検出された検出温度Taが予め設定した閾温度T1以上である場合には、工作機械1に所定の熱異常が発生していると判定する一方、前記検出温度Taが前記閾温度T1未満である場合には前記所定の熱異常が発生していないと判定する熱異常判定部30とを備えている。【選択図】図3

Description

本発明は、工作機械の異常検出装置に関する。
従来より、工作機械に設けられた温度センサによる検出温度を基に、工作機械の異常を検出する異常検出装置が知られている。例えば、特許文献1の異常検出装置では、工作機械の加工制御中に主軸用温度センサにより検出された温度を基に、主軸に異常が生じているか否かを判断するようにしている。具体的には、この異常検出装置は、主軸用温度センサと、主軸の回転を停止する際の惰走時間を計測する時計部とを有していて、この時計部にて計測された主軸の惰走時間と、前記主軸用温度センサにより検出された主軸温度との関係を基に、主軸に異常が生じているか否かを判断するように構成されている。この異常検出装置にて検出可能な主軸の異常は、例えば主軸の軸受の軌道面の荒れや該軌道面における錆びの発生、及び軸受内部の異物の発生などである。
特開2016-215311号公報
特許文献1の異常検出装置では、主軸の軌道面の荒れや錆の発生などの異常を検出するようにしているが、例えば、主軸用温度センサを利用して工作機械の熱異常(例えば、主軸モータの発熱や外部熱源の付加などによって生じる工作機械の異常な温度上昇)を検出することが考えられる。
しかし、特許文献1の異常検出装置では、異常検出処理を工作機械の加工動作中にのみ実行するようにしているので、仮に主軸用温度センサの検出温度を基に工作機械の熱異常を検出しようとしても、工作機械の加工動作が停止した状態では熱異常を検出することができないという問題がある。
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであって、工作機械の加工動作が停止しているときに当該工作機械に生じる熱異常を検出可能な異常検出装置を提供することを、その目的とする。
前記課題を解決するための本発明の一局面は、工作機械の異常検出装置であって、前記工作機械の加工エリア内の温度又は該加工エリア内の温度に関連する関連温度を検出する温度検出部と、前記工作機械の加工動作が停止した非加工中状態において、前記温度検出部により検出された検出温度が予め設定した閾温度以上である場合には、前記工作機械に所定の熱異常が発生していると判定する一方、前記検出温度が前記閾温度未満である場合には前記所定の熱異常が発生していないと判定する熱異常判定部とを備えている異常検出装置に係る。
この異常検出装置によれば、工作機械が加工動作を停止した非加工中状態にある場合に、例えば主軸モータの発熱や外的な熱源の付加によって加工エリア又はその関連温度が閾温度を超えた場合には、工作機械に所定の熱異常が発生していると熱異常判定部にて判定される。したがって、工作機械の加工動作が停止しているときに発生する熱異常を確実に検出することができる。そして、熱異常判定部にて熱異常が発生していると判定された場合には、例えば、警報装置や熱異常を回避するための熱異常回避装置を作動させることで安全性の向上を図ることができる。
前記工作機械は、主軸と、該主軸を回転可能に保持する主軸ハウジングと、該主軸ハウジングの温度を検出するための主軸用温度センサと、該主軸用温度センサにより検出された前記主軸ハウジングの温度を基に前記工作機械に設けられた送り機構の送り移動量を補正する熱変位補正部とを有しており、前記主軸用温度センサは、前記温度検出部として兼用されていて、前記主軸ハウジングの温度を前記関連温度として検出するように構成されていることが好ましい。
この構成によれば、工作機械の熱変位補正を行うために利用される主軸用温度センサを温度検出部として兼用するようにしたことで、部品の共通化を図って装置コストを低減することができる。
前記工作機械は、主軸と、該主軸を回転可能に保持する主軸ハウジングと、該主軸ハウジングの周囲を覆うカバー部材に取付けられて前記加工エリア内の温度を検出するエリア温度センサとを有し、前記エリア温度センサが、前記温度検出部を構成していることが好ましい。
この構成によれば、主軸ハウジングの周囲を覆うカバー部材に取り付けたエリア温度センサを温度検出部として使用することで、加工エリアの温度を温度検出部により直接検出することができる。
前記熱異常判定部において前記所定の熱異常が発生していると判定された場合に警報を行う警報装置をさらに備えていることが好ましい。
この構成によれば、熱異常判定部にて所定の熱異常が発生していると判定された場合には、警報装置によって警報が行われる。これにより、工作機械に熱異常が発生した際の安全性をより一層向上させることができる。
前記工作機械は、主軸と、該主軸を回転可能に保持する主軸ハウジングと、該主軸ハウジングに冷却液を供給する冷却液供給装置とを有しており、前記冷却液供給装置が正常に作動しているか否かを判定する冷却判定部をさらに備え、前記熱異常判定部は、前記非加工中状態において、前記冷却判定部により前記冷却液供給装置が正常に作動していると判定されたにも拘わらず、前記温度検出部により検出された検出温度が前記閾温度以上である場合に、前記工作機械にて前記所定の熱異常が発生していると判定するように構成されていることが好ましい。
この構成によれば、冷却判定部にて冷却液供給装置が正常に作動していると判定されたにも拘わらず、温度検出部により検出された検出温度が予め設定した閾温度以上である場合にのみ、熱異常判定部にて工作機械の熱異常が発生していると判定される。したがって、冷却液供給装置が正常に作動していても回避し得ない深刻な熱異常を異常検出装置により確実に検出することができる。
本発明に係る異常検出装置によれば、工作機械の加工エリア内の温度又は該加工エリア内の温度に関連する関連温度を検出する温度検出部と、工作機械の加工動作が停止した非加工中状態において、温度検出部により検出された検出温度が予め設定した閾温度以上になった場合には、工作機械に所定の熱異常が発生していると判定する熱異常判定部とを備えるようにしたことで、工作機械が非加工中状態にあるときに当該工作機械に発生する熱異常を確実に検出することができる。
本発明の実施形態に係る異常検知装置を備えた工作機械を示す概略側面図である 主軸用温度センサの配置位置及び主軸の冷却構造の概略を説明するための説明図である。 工作機械の制御系の一部を示す制御ブロック図である。 制御装置により実行される通常の加工制御の内容を示すフローチャートである。 制御装置により実行される熱異常検出処理の一例を示すフローチャートである。 他の実施形態の一例を示す図2相当図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
《実施形態》
図1は、実施形態における異常検出装置50を備えた工作機械1を示す右側面図である。この工作機械1は、横型のマシニングセンタであって、ベッド2、コラム3、主軸頭5、主軸6、及びテーブル7などを備えている。工作機械1は、その外観を構成するスプラッシュガード12により機械全体が覆われている。尚、工作機械1の全体を示す図1では、工作機械1の主要な構成要素となる要部のみを示している。
ベッド2は、全体として平面視略T字状に形成されていて、前記テーブル7は前記ベッド2上に配設され、不図示のガイドレールに案内されてベッド2の前後方向、即ち、水平な矢示Z軸方向に移動するように設けられている。テーブル7上には、加工対象となるワークWがパレットPを介してセットされる。
前記コラム3は、ベッド2上に配設され、ガイドレール4に案内されて、前記Z軸と水平に直交するX軸方向(図1の紙面垂直方向)に移動するように設けられている。コラム3には主軸頭5が支持されている。前記主軸頭5は、主軸6を軸受(図示省略)により回転自在に保持する主軸ハウジング5a(図2参照)を有していて、前記X軸及びZ軸に直交する鉛直な矢示Y軸方向に移動可能に前記コラム3に保持されている。斯くして、主軸頭5はX軸-Y軸平面内で移動する。
前記コラム3は、X軸送り機構(図示省略)によってX軸方向に送り駆動され、主軸頭5は、Y軸送り機構(図示省略)によってY軸方向に送り駆動され、テーブル7は、Z軸送り機構(図示省略)によってZ軸方向に送り駆動される。これらX軸送り機構、Y軸送り機構、及びZ軸送り機構は、例えばボール螺子とモータとの組み合せによって構成される。そして、各送り機構と前記主軸6と該主軸6を駆動する主軸モータ(図示省略)とが加工機構部10として機能する。
コラム3の前側には、保護カバー9が設けられている。保護カバー9は、複数の分割カバー体をその背面側に設けられたパンタグラフ機構(図示省略)により連結して構成されている。保護カバー9は、ベッド2上の空間をテーブル7が配置された加工エリアA1と、コラム3が配置された非加工エリアA2とに隔てるように配置されている。
加工機構部10は、後述する制御装置30(図3参照)による制御の下、主軸6に装着された工具Kと、テーブル7上にセットされたワークWとの相対位置を変化させることでワークWを所望の形状に加工する。
前記工作機械1は、加工部位の冷却及び潤滑並びに切屑の排出などの目的で切削液を加工エリアA1内に供給する切削液供給装置13(図3参照)と、主軸6を保持する主軸ハウジング5aに冷却液を供給する冷却液供給装置14とをさらに有している。
切削液供給装置13は、貯留タンクに貯留された切削液を供給ポンプ(いずれも図示せず)により吸引して、吸引した切削液をワークWの加工部位に供給する。供給後の切削液は、ベッド2の下部に接続された戻り管を介して前記貯留タンクに回収される。
図2に示すように、冷却液供給装置14は、主軸ハウジング5aの基端部に接続された供給管17と、主軸ハウジング5aの先端部に接続された戻り管18とに接続されている。主軸ハウジング5aの内部には、供給管17から供給された冷却液を主軸6の軸線回りに螺旋状に流通させた後に戻り管18に排出する冷却通路(図示省略)が形成されている。冷却液供給装置14は、供給管17を介して冷却通路に冷却液を供給するとともに、戻り管18を介して冷却液を回収する。そして、冷却液供給装置14は、回収した冷却液の温度と目標温度とを比較し、該比較を基に冷却液を目標温度に制御して供給管17内に供給する。そうして、冷却液が前記冷却通路と冷却液供給装置14との間で循環することで主軸6及び主軸ハウジング5aの冷却が図られる。
図3に示すように、工作機械1は制御装置30を有している。制御装置30は、CPU、ROM及びRAMなどを含むコンピュータから構成されていて、前記加工機構部10、前記切削液供給装置13、前記冷却液供給装置14、操作パネル15、警報装置16、及び主軸用温度センサ25などに信号の授受可能に接続されている。この制御装置30と、前記冷却液供給装置14と主軸用温度センサ25とが異常検出装置50を構成している。
操作パネル15は、工作機械1に対する各種の設定や動作指令を行うための操作部と、工作機械1の運転状況を表示するための表示部(いずれも図示せず)とを有している。前記操作部には、工作機械1の電源ボタンや、NCプログラムに基づいて工作機械1に加工動作を実行させるためのサイクル実行ボタンなどが含まれる。
警報装置16は、工作機械1にて所定の熱異常が発生した際に警報を行う装置であって、例えば警報スピーカや警報ランプによって構成される。ここで、工作機械1の熱異常とは、工作機械1の構成要素(主軸モータ等)の発熱や、構成要素以外の外的な熱源からの発熱によって、工作機械1に所定以上の温度上昇が生じる状態を意味する。
主軸用温度センサ25は、その先端部の検知部が、主軸ハウジング5a(図2参照)の先端部に位置するように配置されている。主軸用温度センサ25は、主軸ハウジング5aの温度を検出するとともに検出した温度情報を制御装置30に送信する。そして、この主軸用温度センサ25が温度検出部として機能する。
制御装置30は、加工機構部10にワークWの加工動作を実行させる際に、主軸用温度センサ25による検出温度Taを基に主軸6の先端の熱変位量を推定し、推定した熱変位量を補正するように前記各送り機構の送り移動量を制御(補正)する。また、制御装置30は、後述するように、主軸用温度センサ25による検出温度Taを基に前記熱異常が発生しているか否かを判定する。そうして、この制御装置30が、熱変位補正部及び熱異常判定部として機能する。
次に、図4を参照して、制御装置30にて実行される工作機械1の通常の運転制御について説明する。
ステップS1では、操作パネル15からの操作信号を基に、電源ボタンがオンされたか否かを判定し、この判定がNOである場合にはリターンする一方、YESである場合にはステップS2に進む。
ステップS2では、冷却液供給装置14を作動させることで該冷却液供給装置14と主軸ハウジング5a内の冷却通路との間で冷却液を循環させる。
ステップS3では、切削液供給装置13を作動させることで加工エリア内への切削液の供給を行う。
ステップS4では、操作パネル15からの操作信号を基に、サイクル実行ボタンがオン操作されたか否かを判定し、この判定がNOである場合にはリターンする一方、YESである場合にはステップS5に進む。
ステップS5では、プログラム記憶部(図示省略)に記憶されたNCプログラムを実行することにより、該NCプログラムに基づく加工動作を加工機構部10に実行させる。この加工動作に際しては、上述したように、主軸用温度センサ25の検出温度Taに基づく熱変位補正制御を並行して実行する。
ステップS6では、NCプログラムに基づく加工動作が終了したか否かを判定し、この判定がNOである場合にはステップS5に戻って加工動作を継続する一方、この判定がYESである場合にはリターンする。
次に、図5を参照して、制御装置30により実行される熱異常検出処理の一例を説明する。
最初のステップS10では、工作機械1が非加工中状態にあるか否かを判定し、この判定がNOである場合にはステップS15に進む一方、YESである場合にはステップS11に進む。ここで、本ステップS10の判定は、例えば制御装置30におけるNCプログラムの実行状況を基に行われる。すなわち、NCプログラムが実行されていない場合には、工作機械1が非加工中状態にあると判定し、NCプログラムが実行中である場合には、工作機械1が加工中状態にあるものと判定する。ここで、加工中状態とは、加工機構部10がNCプログラムに基づいて作動している状態であり、非加工中状態とは、加工機構部10の作動が停止している状態(NCプログラム自体が実行されていないか、又は、NCプログラムの実行途中で中断している状態)を意味し、前記判定に際して、実際にワークWの加工が行われているか否かは問わない。したがって、例えば、テーブル7上にワークWをセットせずに加工機構部10をNCプログラムに基づいて試運転している状態は加工中状態に相当する。
ステップS11では、主軸用温度センサ25による検出温度Taが予め設定した第1閾温度T1以上であるか否かを判定し、この判定がNOである場合にはリターンする一方、YESである場合にはステップS12に進む。
ステップS12では、冷却液供給装置14が正常に作動しているか否かを判定する。この判定は、例えば冷却液供給装置14を構成する循環用ポンプの回転数や、供給管17及び戻り管18を流通する冷却液の温度差(つまり冷却液供給装置14による冷却量)などを基に行われる。制御装置30は、本ステップS12を実行することにより冷却判定部としても機能する。
そして、この判定がNOである場合にはステップS14に進み、操作パネル15の表示部に、冷却液供給装置14が故障中である旨(正常作動していない旨)のメッセージを表示させ、しかる後にリターンする。一方、この判定がYESである場合(つまり、冷却液供給装置14が正常作動しているにも拘わらず主軸用温度センサ25の検出温度Taが第1閾温度T1を超えている場合)にはステップS13に進む。
ステップS13では、工作機械1に熱異常が発生しているものと判断して警報装置16を作動させる。これにより、工作機械1の操作者及び周囲の作業者に対して、熱異常の発生を認識させることができる。そして、ステップS13の処理を実行した後はリターンする。
ステップS10の判定がNOである場合に進むステップS15では、主軸用温度センサ25による検出温度Taが予め設定した第2閾温度T2以上であるか否かを判定し、この判定がNOである場合にはリターンする一方、YESである場合にはステップS16に進む。ここで、第2閾温度T2は、工作機械1が加工中状態にあるときに前記熱異常が発生しているか否かを検出するための閾温度であって、前記第1閾温度T1よりも高く設定される。
ステップS16では、NCプログラムの実行を中断又は中止することで加工機構部10の加工動作を停止し、しかる後にステップS12に進む。ステップS12以後の処理は上述した通りである。
以上説明したように、制御装置30は、工作機械1の非加工中状態において、主軸用温度センサ25により検出された検出温度Taが予め設定した第1閾温度T1以上であると判定した場合には、工作機械1に熱異常が発生していると判定するように構成されている。
この構成によれば、工作機械1にて熱異常が発生しているか否かの判定を、工作機械1の加工中状態のみならず非加工中状態においても実行することができる。したがって、例えば、加工機構部10による加工動作の終了後に、工作機械1の構成要素である主軸モータの発熱や、工作機械1の構成要素以外の外的な熱源からの発熱により工作機械1に熱異常が生じた場合であっても、主軸用温度センサ25による検出温度Taを基に当該熱異常を確実に検出することができる。
特に、本実施形態では、制御装置30は、冷却液供給装置14が正常作動しているにも拘わらず、主軸用温度センサ25により検出された検出温度Taが予め設定した第1閾温度T1以上になっていると判定した場合に、工作機械1に熱異常が発生していると判定するように構成されている。
これにより、冷却液供給装置14が正常に作動していても回避し得ない深刻な熱異常を制御装置30によって確実に検出することができる。
そして、制御装置30は、前記熱異常を検出した場合には警報装置16を作動させるように構成されている。これにより、工作機械1の操作者のみでなく周囲の作業者に熱異常の発生を認識させて安全性の向上を図ることができる。
また、前記制御装置30は、主軸用温度センサ25による検出温度Taを基にワーク加工時における熱変位補正を実行するように構成されており、この主軸用温度センサ25が熱異常検出用の温度センサとして兼用されている。
これによれば、熱異常を検出するための専用の温度センサを設ける場合に比べて部品の共通化を図って製品コストを低減することができる。
《他の実施形態》
前記実施形態では、加工エリアA1内の温度に関連する温度を検出する温度センサの一例として、主軸用温度センサ25を挙げて説明したが、これに限ったものではなく、例えば、加工エリアA1内の温度に関連する温度としてベッド2の温度やコラム3の温度を検出するようにしてもよい。すなわち、加工エリアA1内の温度に関連する関連温度は、加工エリアA1内の温度と相関関係を持って変化する温度であれば如何なる部位の温度であってもよい。
また、図6に示すように、エリア温度センサ26により加工エリアA1の温度を直接検出するようにしてもよい。図6の例では、エリア温度センサ26を、主軸ハウジング5aを囲む板金製の主軸カバー20(カバー部材の一例)の表面に取付けた例を示しているが、これに限ったものではなく、例えば、スプラッシュガード12の内面に取り付けるなどしてもよい。尚、温度センサ26としては、熱電対や、赤外線によって感光するカメラ(サーモグラフィ)を採用してもよい。
前記実施形態では、制御装置30は、工作機械1の熱異常を検出した場合に警報装置16を作動させるように構成されているが、これに限ったものではなく、例えば、制御装置30により熱異常を検出した場合に、当該熱異常を回避するための熱異常回避装置を作動させるようによい。熱異常回避装置としては、例えば加工エリアA1内に冷却用の液体や気体を噴射する装置を採用することができる。また、例えば、温度センサ25,26による検出温度Taが第1閾温度T1を超えた場合には警報装置16のみを作動させ、該検出温度Taが、第1閾温度T1及び第2閾温度T2よりも高い第3閾温度T3を超えた場合に熱異常回避装置を作動させるようにしてもよい。これによれば、熱異常の度合(異常レベル)が高い場合にのみ熱異常回避装置をさせればよいので、熱異常回避装置の不必要な作動を防止することができる。
前記実施形態では、制御装置30は、冷却液供給装置14が正常に作動しているにも拘わらず主軸用温度センサ25による検出温度Taが第1閾温度T1を超えた場合に(ステップS11及びS12で共にYESの場合に)工作機械1の熱異常が発生していると判定するようにしているが、これに限ったものではない。すなわち、ステップS12を廃止して、温度センサ26による検出温度Taが第1閾温度T1を超えた場合には、冷却液供給装置14が正常作動しているか否かに拘わらず工作機械1の熱異常が発生していると判定するようにしてもよい。
尚、上述した実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる
A1 加工エリア
T1 第1閾温度(閾温度)
Ta 検出温度
1 工作機械
5 主軸頭
5a 主軸ハウジング
6 主軸
16 警報装置
20 主軸カバー(カバー部材)
25 主軸用温度センサ(温度検出部)
26 エリア温度センサ(温度検出部)
30 制御装置(熱異常判定部、冷却判定部)
50 異常検出装置

Claims (5)

  1. NCプログラムに基づいて加工動作を行う工作機械について、異常を検出する装置であって、
    前記工作機械の加工エリア内の温度又は該加工エリア内の温度に関連する関連温度を検出する温度検出部と、
    前記NCプログラムが実行されていないか又は前記NCプログラムが実行途中で中断されているために前記工作機械の加工動作が停止した非加工中状態において、前記温度検出部により検出された検出温度が予め設定した閾温度以上である場合には、前記工作機械に所定の熱異常が発生していると判定する一方、前記検出温度が前記閾温度未満である場合には前記所定の熱異常が発生していないと判定する熱異常判定部とを備え
    更に、前記工作機械は、主軸と、該主軸を回転可能に保持する主軸ハウジングと、該主軸ハウジングの周囲を覆うカバー部材に取付けられて前記加工エリア内の温度を検出するエリア温度センサとを有し、
    前記エリア温度センサが、前記温度検出部を構成していることを特徴とする異常検出装置。
  2. 前記工作機械は、前記主軸ハウジングに冷却液を供給する冷却液供給装置を備えており、
    前記異常検出装置は、更に、前記冷却液供給装置が正常に作動しているか否かを判定する冷却判定部を備えるとともに、
    前記熱異常判定部は、前記非加工中状態において、前記冷却判定部により前記冷却液供給装置が正常に作動していると判定されたにも拘わらず、前記温度検出部により検出された検出温度が前記閾温度以上である場合に、前記工作機械にて前記所定の熱異常が発生していると判定するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。
  3. NCプログラムに基づいて加工動作を行うとともに、主軸と、該主軸を回転可能に保持する主軸ハウジングと、該主軸ハウジングに冷却液を供給する冷却液供給装置とを備えた工作機械について、異常を検出する装置であって、
    前記工作機械の加工エリア内の温度又は該加工エリア内の温度に関連する関連温度を検出する温度検出部と、
    前記NCプログラムが実行されていないか又は前記NCプログラムが実行途中で中断されているために前記工作機械の加工動作が停止した非加工中状態において、前記温度検出部により検出された検出温度が予め設定した閾温度以上である場合には、前記工作機械に所定の熱異常が発生していると判定する一方、前記検出温度が前記閾温度未満である場合には前記所定の熱異常が発生していないと判定する熱異常判定部と、
    前記冷却液供給装置が正常に作動しているか否かを判定する冷却判定部とを備え、
    前記熱異常判定部は、前記非加工中状態において、前記冷却判定部により前記冷却液供給装置が正常に作動していると判定されたにも拘わらず、前記温度検出部により検出された検出温度が前記閾温度以上である場合に、前記工作機械にて前記所定の熱異常が発生していると判定するように構成されていることを特徴とする異常検出装置。
  4. 前記工作機械は、前記主軸ハウジングの温度を検出するための主軸用温度センサと、該主軸用温度センサにより検出された前記主軸ハウジングの温度を基に前記工作機械に設けられた送り機構の送り移動量を補正する熱変位補正部とを更に備えており、
    前記主軸用温度センサは、前記温度検出部として兼用されていて、前記主軸ハウジングの温度を前記関連温度として検出するように構成されていることを特徴とする請求項記載の異常検出装置。
  5. 前記熱異常判定部において前記所定の熱異常が発生していると判定された場合に警報を行う警報装置をさらに備えていることを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載の異常検出装置。
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