JPH03178752A - 工具負荷監視制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工具負荷監視制御方式に関し、特に数値制御装
置の指令により一定の動作サイクルを繰り返し実行する
工作機械の制御に供する工具負荷監視制御方式に関する
。

〔従来の技術〕

第６図に基づいて従来の技術を説明する。

図は旋盤に・おける切削説明図である。図において、２
０１は加工用工具、２０２は被切削物であるワーク、２
０３はワーク２０２を保持するチャック、２０４はワー
ク２０３の切削域である。Ａ点は工具２０１の早送り開
始点、Ｂ点は工具２０１がワーク２０２に接近し始める
アプローチ開始点、Ｃ点は切削速度開始点、Ｄ点は切削
開始点、Ｅ点は切削がほぼ完了し減速となる点である。

破線は早送りで移動した工具２０１の軌跡、実線は切削
速度で移動した工具２０１の軌跡、太線はアブーチ速度
及び切削がほぼ完了し減速した速度で移動した工具２０
１の軌跡である。

工具２０１はＡ点から早送りでＢ点まで送られ、Ｂ点か
らアプローチ速度でワーク２０２に接近し、０点から切
削速度で送られ、Ｄ点から切削が開始され、Ｅ点で減速
した速度となる。

切削中の送り速度が早過ぎると加工面が荒れ、また、軸
の駆動用サーボモータに＝窓以上の負荷がかかると、切
削異常とみなして数値制御装置にアラーム信号を送り、
機械を非常停止させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の工具負荷監視制御方式では、数値制御装
置からの指令による切削作業中にサーボモータ負荷電流
が急増すると正常な電流増加であっても異常とする場合
があるので、工具の早送りや切削の開始時でのサーボモ
ータ負荷電流の急激な増加には適切に対応していないと
いう問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、正
常なサーボモータ負荷電流増加に対しては加工速度制御
あるいは工具負荷の異常検出を停止する監視中断区間を
設定した数値制御装置による工具負荷監視制御方式を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、工具の負荷を監
視して、加工速度の制御あるいは工具負荷の異常を検出
する工具負荷監視制御方式において、所定の時間毎に前
記工具の位置制御を行うサーボモータの負荷電流値を所
定の時間間隔で測定し、前記時間間隔ごとに負荷電流の
変化率を求め、前記変化率が一定値以上になってから変
化が無くなるまでの区間では加工速度制御あるいは工具
負荷の異常検出を停止することを特徴とする工具負荷監
視制御方式が、提供される。

〔作用〕

数値制御装置による切削加工中、工具を移動させるサー
ボモータの負荷電流を一定時間間隔で測定し、この測定
電流の変化率を求める。この変化率が一定値（しきい値
）以上になった場合は、この変化率の変化が無くなるま
での区間では加工速度制御あるいは工具負荷の異常検出
を停止する。

すなわち、工具の早送りや切削開始時点ではサーボモー
タ負荷電流は急激に増加し、電流の変化率はしきい値を
越える。しかし、ピの場合はこの変化率の変化が無くな
るまでの監視中断区間を設定し、加工速度制御や工具負
荷の異常、アラーム、ウオーニング等の検出を停止する
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
２図は本発明を実施するためのＰＣ及び周辺装置の構成
を示したブロック図である。図において、１０は数値制
御装置（ＣＮＣ）である。

プロセッサ１１はバス２１を介してＲＯＭ１２に格納さ
れたシステムプログラムを統み出し、このシステムプロ
グラムに従って数値制御装置ｌＯの全体動作を制御する
。ＲＡＭ１３には一時的な計算データ、表示データ等が
格納される。不揮発性メモリ１４はバッテリバックアッ
プされたＣＭ○Ｓで構成され、加ニブログラム、各種の
パラメータ、工具補正量等が格納される。

インタフェース１５は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーグ、紙テープパンチャー、紙テープリ
ーグ・パンチャー等の外部機器９１が接続される。紙テ
ープリーグからは加ニブログラムが読み込まれ、また、
数値制御装置ｌＯ内で編集された加ニブログラムを紙テ
ープパンチャーに出力することができる。

ＰＣｌ３は数値制御装置ｌＯに内蔵され、ラダー形式で
作成されたシーケンスプログラムでＮｆｆ１　ｂ＆を制
御する。その詳細は後述する。

グラフィック制御回路１８は各軸の現在位置、負荷状態
、アラーム、パラメータ等のディジタルデータを画像信
号に変換して出力する。この画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩ
ユニット２５の表示装置２６に送られ、表示される。イ
ンタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内のキ
ーボード２７からのデータを受けて、プロセッサ１１に
渡す。

インタフェース２０は手動パルス発生器９２に接続され
、手動パルス発生器９２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器９２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働部を精密に位置決めするのに使用される。

軸制御回路４１〜４２はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受け、速度信号に変換してサーボアンプ５１〜
５２に指令する。サーボアンプ５１〜５２はこれを増幅
して、Ｘ軸及びＺ軸のサーボモータ６１〜６２を駆動す
る。サーボモータ６１〜６２には位置検出用のパルスコ
ーダが内蔵されており、このバルスコーダから位置信号
がパルス列としてフィードバックされる。また、このパ
ルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換することにより
、速度信号を生成することができる。図ではこれら位置
信号のフィードバックライン及び速度フィードバックラ
インは省略しである。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、スピンド
ルを所定の回転角度の位置に位置決めする。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ８２が結合されている。従って、ポジション
コーダ８２はスピンドル７３に同期して回転し、帰還パ
ルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース８１を
経由して、プロセッサ１１によって、読み取られる。こ
の帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３に同期し
て移動させてネジ切り等の加工を行うために使用される
。

第３図はＰＣｌ３の内部の構成を示したブロック図であ
る。プロセッサ１６１はＰＣｌ３を制御するプロセッサ
であり、インタフェース１６２を介して数値制御装置１
０のバス２１に結合されている。ＲＯＭ１６３にはＰＣ
ｌ３を制御するための管理プログラムと、ラダー言語で
作成されたシーケンス・プログラムが格納されている。

ＲＡＭ１６４には入出力信号が格納され、シーケンス・
プログラムの実行に従って、その内容は書き換えられて
いく。ＲＡＭ１６４に格納された出力信号はＩ１０制御
回路１６５によってシリアル信号に変換されて、■／○
ユニット１７に送られる。また、Ｉ１０ユニット１７か
らのシリアルな入力信号をパラレル信号に変換してＲＡ
Ｍ１６４に格納する。

プロセッサ１６１は数値制御装置ＩＯからインタフェー
ス１６２を経由してＭ機能指令、Ｔ機能指令等の指令信
号を受け、−旦ＲＡＭ１６４に格納し、その指令をＲＯ
Ｍ１６３に記憶されているシーケンスプログラムに従っ
て処理し、Ｉ１０制御回路１６５を経由して■／○ユニ
ッ）１７に出力する。この出力信号によって、１幾械側
の油圧機器、空圧機器、電磁ａ器が制御される。

また、プロセッサ１６１は■／○ユニット１７からの機
械側のリミットスイッチ信号、機械操作盤の操作スイッ
チの信号等の人力信号を受けて、これを−旦ＲＡＭ１６
４に格納する。そして、ＰＣｌ３で処理する必要のない
人力信号はインタフェース１６２を経由してプロセッサ
１１に送られる。その他の信号はシーケンスプログラム
で処理し、一部の信号は数値制御装置ｌＯ側へ、他の信
号は出力信号としてＩ１０制御回路１６５を経由してＩ
／○ユニッ）１７から機械側へ出力される。

また、ＲＡＭ１６４にはインタフェース１６２経出でサ
ーボモータ６１．６２及びスピンドルモータ７３の電流
値が逐次入力される。ＲＡＭ１６４に格納された各モー
タの電流値のデータがＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表
示装置２６に送られ、負荷状態の経時的変化としてグラ
フィック表示される。なお、ＲＡＭ１６４に格納された
Ｚ軸サーボモータの電流値から計算された変化率を表示
装置２６に送り、負荷状態の経時的変化としてグラフィ
ック表示することができる。

次に、サーボモータの電流値の変化率の算出方法につい
て説明する。第４図は切削工程における一サイクルのＺ
軸サーボモータの電流値を示したグラフである。時刻１
．−１２間は工具の早送りのために、サーボモータが加
速され電流が増加している期間である。時刻ｔ４〜ｔ３
間はワークに接近するアプローチのために、サーボモー
タが減速され電流が増加している期間である。時刻１１
〜ｔＩ１間は切削速度に変速するために、サーボモータ
負荷電流が増加している期間である。時刻ｔ、。〜ｔ８
間は切削のために、サーボモータに負荷がかかり電流が
増加している期間である。空切削中のサーボモータ電流
は比較的小さいが、早送りのための加速時やワークへの
切り込みを開始時には急激に増大する。

ここで、サーボモータ電流は５図に示すように、例えば
８ｍ秒毎にサンプリングされている。そして、このサン
プリングデータの例えば３点のデータの平均値Ａ、Ｂ、
Ｃ１°　　・　″を求め、電流変化率をＢ／Ａ、Ｃ／Ｂ
、−−−一−として、この値がしきい値を越えた場合に
は早送りまたは、切り込み開始点とみなす。しきい値は
パラメータであり、必要に応じて適切な数値を用いる。

またサンプリング時間もパラメータとし、８ｍ秒、１６
ｍ秒、２４ｍ秒等とすることができる。

第４図に戻って説明すると、早送り開始点ｔ１や切削開
始点ｔｌＧすなわち、サーボモータ負荷電流の急増によ
り変化率がしきい値を越えた点を検出すると、その時点
からの電流変化率の変化が無くなるまでは加工速度制御
あるいは工具負荷の光常検出を停止する監視中断区間と
なる。

第１図は切削工程におけるＰＣｌ３の処理のフローチャ
ートである。図において、Ｓに続く数値はステップ番号
を示す。

〔Ｓ１〕所定のサンプリング時間でサーボモータ電流値
のサンプリングを開始する。

〔Ｓ２〕数点のサンプリングデータを単位として、変化
率を算出する。

〔Ｓ３〕変化率がしきい値を越えたかどうかを判断し、
越えた場合はＳ４へ、越えていない場合はＳ６に進む。

〔Ｓ４〕加工速度制御あるいは工具負荷の異常検出を停
止する監視中断区間である。

〔Ｓ５〕変化率の変化の状態を調べ、変化がなければＳ
６に進み、変化中であればＳ４に戻る。

〔Ｓ６〕加工速度制御あるいは工具負荷の異常を検出す
る監視区間である。

〔Ｓ７〕加ニブログラムで指令された切削作業が完了し
たかを調べ、作業中であればＳｌに戻りサンプリングを
行う。

以上の説明では工作機械として旋盤を例にしたが、マシ
ニングセンタ、ＮＣ研削盤等の他の工作機械にも適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、サーボモータ電流値の
変化率がしきい値を越えると、自動的に変化率の変化が
無くなるまでの間は加工速度制御あるいは工具負荷の異
常検出を停止する監視中断区間としたので、正常に稼働
している工作機械を停止したり、アラームを発したりす
ることが無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工具負荷監視制御方式を説
明するフローチャート、 第２図は本発明を実施するためのＰＣ及び周辺装置の構
成を示したブロック図、 第３図は本発明を実施するためのＰＣの内部構成を示し
たブロック図、 第４図は本発明の一実施例の切削工程におけるサーボモ
ータ電流変化を示したグラフ、第５図は本発明の一実施
例の変化率算出方法を説明するグラフ、 第６図は数値制御工作機械による加工の一例を説明する
図である。 １０　　゛　　　　数値制御装置 １６°　　　ＰＣ ２６ １〜６２ ３ ０１ ０２ ０３ 表示装置 ・−サーボモータ ・・スピンドルモータ 工具 ワーク チャック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具の負荷を監視して、加工速度の制御あるいは
   工具負荷の異常を検出する工具負荷監視制御方式におい
   て、 所定の時間毎に前記工具の位置制御を行うサーボモータ
   の負荷電流値を所定の時間間隔で測定し、前記時間間隔
   ごとに負荷電流の変化率を求め、前記変化率が一定値以
   上になってから変化が無くなるまでの区間では加工速度
   制御あるいは工具負荷の異常検出を停止することを特徴
   とする工具負荷監視制御方式。
2. （２）前記変化率の一定値はパラメータで設定すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の工具負荷監視
   制御方式。
3. （３）前記負荷電流の変化率はＰＭＣ（プログラマブル
   ・マシン・コントローラ）で計算することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の工具負荷監視制御方式。