JPH03264242A - 駆動機構の案内面異常監視装置 - 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、駆動機構の案内面異常監視装置、特に工作機
械などの可動部の摺動面である案内面の異常を監視する
ための装置に関する。

〔従来の技術〕

旋盤等の一般の工作機械においては、ワーク部を備えた
可動部の幾何学的、かつ正確な運動を確保するために案
内面が設けられている。この案内面は、可動部の運動の
正確性を維持するために、常に凹凸や歪みのないほぼ完
全に平坦な面が維持されなければならない。

そして、この案内面の磨耗によるガタを調整するため、
一般にジブと称するくさびを案内面に設置することが行
われている。

第５図（Ａ）はスラントタイプ旋盤の概略側面図であり
、脚部１０上にベツド１２が固定設置されており、この
ベツド１２上にサドル１４が摺動移動可能に取り付けら
れている。このベツド１２に対するサドル１４の摺動方
向は、本図面に対し垂直方向である。

また、サドル１４上面には刃物台１６の取り付けられた
横送り台１８が設けられている。刃物台１６は横送り台
１８に対し回転可能であり、この刃物台１６を回転させ
ることによって種々の刃２０を選択するものである。ま
た、横送り台１８はサドル１４に対し摺動移動可能であ
り、本例では矢印１００方向に摺動移動する。

なお、サドル１４に対する横送り台１８の摺動移動は、
Ｘ軸モータ２２によって行われ、サドル１４のベツド１
２に対する移動は図示されていない２軸モータによって
行われる。

脚部１０上部には主軸台２４が設置されており、この主
軸台１４の主軸部２６に被加工物を取り付け、主軸部２
６の回転によって被加工物を回転させ、刃２０をサドル
１４や横送り台１８による摺動移動動作によって位置調
整し、被加工物の削り動作等を行なうものである。

この旋盤において、ベツド１２とサドル１４との間の摺
動面及びサドル１４と横送り台１８との間の摺動面が案
内面に該当する。

第５図ＣＢ）はベツド１２とサドル１４との摺動面であ
る案内面部分の部分拡大図であり、図示のように案内面
を適正に形成するため、すなわち、ベツド１２とサドル
１４との接触面の間隙を適正な範囲に保ち適正な案内面
を得るためにジブ２８及びジブ調整ボルト３０が設けら
れている。

すなわち、ベツド１２側の案内面を適正にサドル１４側
に接触させるため、ジブ２８をジブ取り付はピース３２
及びジブ調整ボルト３０によって取付調整し、ベツド１
２の突起部１２ａ及び１２ｂの挿入間隙の幅を調整する
ようにしている。

一般にこの旋盤のような工作機械は上記ジブ２８による
案内面の調整が行われた後に組み立てが完成する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の工作機械などの駆動機構では
、可動部が摺動する案内面を耐磨耗性の高い材質などに
て形成し、磨耗の防止を図っているが、長期間にわたっ
て稼働を継続すると、ジブ２８や案内面自体の磨耗によ
り摺動部に弛み等の経年変化が生じる。この結果、当該
案内面における可動部の送りの状態が不安定になり、加
工物の面粗度等の加工精度に悪影響を及ぼすことになる
。

このような工作機械の加工精度に悪影響を及ぼす要因と
してはその他多数存在するが、ここに示したジブ２８の
弛みや案内面の磨耗による加工精度の悪化についてはそ
れを適確に検知する手段が存在せず、案内面の不具合の
監視作業が非常に困難であるという問題があった。この
ため、案内面の異常が生じ始めた場合には、加工精度を
確保するために送り速度を低下させるなどの方策か講じ
られており、生産性を低下させるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決することを課題としてなされ
たものであり、その目的は、駆動機構の複雑化を伴うこ
となく、可動部の案内面の異常発生を正確かつ迅速に検
知することのできる駆動機構の案内面異常監視装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係る駆動機構の案内
面異常監視装置は、電気的駆動手段により可動部を案内
面上で摺動移動させる駆動機構の前記案内面の異常を監
視する駆動機構の案内面異常監視装置において、前記駆
動手段の駆動電流値を検出しこの検出電流値から前記可
動部の案内面上の現在の摩擦トルク成分を摺動抵抗検出
値として算出する摺動抵抗検出部と、前記案内面の正常
状態における前記可動部の案内面上の摺動抵抗値を予め
基準データとして記憶しておく基準データ格納部と、前
記摺動抵抗検出部からの摺動抵抗検出値と前記基準デー
タ格納部からの基準データとを比較し両者の差か所定値
以上となった場合に案内面の異常検知信号を出力する比
較部と、を含むことを特徴とする。

［作用］ 本発明に係る駆動機構の案内面異常監視装置は、駆動機
構における案内面の駆動抵抗の異常が案内面の不具合を
間接的にあられすものであること、及び摺動抵抗の変化
により当該案内面の送り軸駆動モータの駆動電流が変化
することに着目したものである。

すなわち、摺動抵抗検出部により駆動手段の駆動電流値
の検出及びこの検出値から当該案内面の摩擦トルク成分
を求め、これを摺動抵抗検出値とする。そして、比較器
によって基準データ格納部に記憶された当該案内面の正
常状態における駆動抵抗値である基準データと比較する
。そして、その両者の差が所定値以上となった場合に案
内面の異常検知信号を出力するようにしたものである。

駆動機構が完成した状態、すなわち実際に工作作業か行
われる前の案内面の正常状態において基準となる案内面
上の摺動抵抗値を測定し、これを基準データとし、その
後は実際の駆動機構の作動中における駆動手段の電流値
を検出することによって、他の特別なセンサを設けるこ
となく案内面の不具合の発生の監視を常に行なうことが
できる。

［実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説
明する。なお、前記第５図に示した要素と同様の要素に
は同一の符号を付している。

第２図は、旋盤の主要部の概略正面図を示しており、Ｚ
軸方向の送り駆動系の部分が示されている。

２軸モータ３４の回転軸はカップリング３５を介してボ
ールネジ３８に結合されている。ボールネジ３８の他端
は固定台部４０の軸受４２に回転可能に取り付けられて
いる。サドル１４はボールネジ３８と係合しており、こ
のボールネジ３８の回転によって矢印２００方向にベツ
ド１２上で直線往復運動を行う。

二こて、ベツド１２とサドル１４との接合面である案内
面の異常検出を行う装置について以下説明する。

なお、サドル１４には上記第５図（Ｂ）に示したように
ジブ２８及びジブ取り付はピース３２゜ジブ調整ボルト
３０が取り付けられ、適正な案内面の調整が行われてい
る。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
であり、Ｚ軸モータ３４への電力供給は軸駆動制御部３
６により三相電源ライン（１。

Ｉ　　　りによって行われている。この軸駆動ｖ′Ｗ 制御部３６は、図示されていない軸指令データ生成部か
ら送られてくる軸移動指令ＣＰを受け、またモータ３４
に接続されてモータの位置・速度検出を行う検出器３９
からの検出データを受け、モータの駆動制御を行なって
いる。

まず、送り軸駆動モータ、本実施例では２軸モータ３４
にかかる負荷トルクＴＬ（ｋｇ−ｃＩＴｌ）は、一般に
は次式（１）により求めることができる。

−１ ここて、Ｆは可動部（サドル１４．横送り台１８及び刃
物台１６等）をそのＺ軸方向に動かすのに必要な力（ｋ
ｇ）、 ηは駆動系の効率、 １はモータ１回転あたりの機械移動ｆｆｉ（ｃｍ）、Ｔ
ｃはポールネジナツト部、ベアリング部等のモータ軸換
算の摩擦トルク（ｋｇ−ｃＩＴｌ）である。

上記式（１）における力Ｆは、可動部重量、ベツド１２
とサドル１４との間の摺動面（案内面）における摩擦係
数、更に切削時か非切削時か、また軸方向が水平か垂直
かあるいは傾斜しているかなどによって変化するもので
ある。移動軸方向が垂直あるいは傾斜状態の場合には、
カウンタバランスの有無などによって異なった値となる
が、第２図に示した旋盤の場合、Ｚ軸方向が水平であり
、力Ｆは、次式（２）及び（３）で表される。

非切削時 ・・・・・・　（２） Ｆ−μ（Ｗ十ｆｇ） 切削時 Ｆ−Ｆ　十μ（Ｗ＋ｆｇ十Ｆ。ｒ）　・・・・・・（３
）に こで、Ｗはサドル１２等の可動部の重量（■）、 μは摩擦係数、 ｆ　はジブ締め付は力（心）、 Ｆ　は切削力によるスラスト反力（社）、Ｆｃｒは切削
力によるモーメントによりサドルか摺動面に押さえ付け
られる力（ｋｇ）である。

上記（２）式は切削していない状態であり、当該案内面
だけの摩擦トルク成分を表している。

また、切削力と上記Ｆ。；Ｆｃｆとの対応関係を定量的
に予め与えておくことにより切削時における力Ｆを求め
れば非切削時の当該案内面の摩擦トルク成分を求めるこ
とができる。

また、本実施例におけるモータ３４は永久磁石同期電動
機であり、このモータ３４における負荷トルクＴ、とモ
ータ駆動電流ＩＣとの関係は次式％式％ （４） ここで、Ｋ、Ｋ”は比例定数、 Ｂ　は界磁磁束密度（Ｇ８）である。

従って、このモータ３４の駆動電流■　を検出すること
により、上記式（４）によって負荷トルクＴｔ、が求め
られ、次に式（１）及び（２）によって当該案内面の摩
擦トルク成分ＤＡが求められる。すなわち、非切削時に
おいて、このモータ駆動電流Ｉ。を検出し、上記各式に
基づいて力Ｆを算出することにより、摺動抵抗値として
の駆動電流の摩擦トルク成分ＤＡを求めることができる
ものである。

次に、モータ３４への電力供給ライン３７ａ及び３７ｂ
にはそれぞれ電流検出器４１ａ及び４１ｂが設けられて
おり、この検出出力は摩擦トルク成分算出部４３に供給
される。

また、基準データ格納部４４には案内面の正常状態にお
ける摺動抵抗を予め設定しておくが、駆動機構の組立て
られた後、すなわちジブ２８等を調整取付された後に、
実際の稼働前の段階で（案内面が正常な状態）、モータ
の駆動電流を検出し、上記式（１）、　　（２）及び（
４）によって摩擦トルク成分を求め、これを記憶するこ
とによって行うことかできる。

但し、一般に案内面の摩擦トルクは、可動部の送り速度
によって変化する。第３図はこの特性の例を示す図であ
り、縦紬にモータの駆動電流、横軸に送り速度をとって
いる。

送り速度が一定速度を越えると、潤滑油の粘性抵抗の増
加により摺動抵抗が大きくなり、モータの駆動電流Ｉ　
が増加することが示されている。

更に、案内面の摩擦トルク、すなわち摺動抵抗は、潤滑
状態によっても変化する。第４図はこの特性の一例を示
しており、縦軸に案内面の摺動抵抗をとり、横軸に時間
をとって示している。図において、ｔ　及びｔｌは案内
面への潤滑油の給油タイミングを示している。給油後３
０秒程度で摺動抵抗が減少し、その彼岸々に増加するこ
とかロストモーション量の測定等から知られている。従
って、潤滑インターバルすなわち給油時間間隔を比較的
短くした場合（例えば５分間隔以下）、摺動抵抗は時間
にかかわらずほぼ一定と見なすことができる。

このように、案内面の摺動特性は、案内面が正常状態に
ある場合でも送り速度や潤滑状態によって変動し得る。

従って、上記工作機械の駆動機構の組み立て時における
基準データ格納部４４へのデータ格納時においては、第
３図及び第４図の特性図に基づき、送り速度及び潤滑状
態による摺動特性を予め測定して格納を行う。

次に、比較器４６は、摩擦トルク成分算出部４３にて算
出された駆動電流の摩擦トルク成分ＤＡが供給される。

比較器４６では現在の潤滑油の供給時間情報ＴＯを受け
、この摩擦トルク成分ＤＡを基準データ格納部４４に格
納された第４図の潤滑状態による特性図に基づいて、潤
滑に関する補正を行い、補正値ＤＢを求める。そして、
比較器４６は基準データ格納部４４から案内面の正常状
態時における摩擦トルク成分の基準データを受け、検出
器３９からの現在のモータ３４の速度ＳＥに基づき基準
データ格納部４４に格納されている送り速度に基づく摺
動抵抗特性（第３図）によってその速度に対応する基準
の摺動抵抗値ＤＳを求める。この基準の摺動抵抗値ＤＳ
と上記潤滑状態に基づく特性にて補正された補正値ＤＢ
とを比較する処理を行う。すなわち、比較器４６では案
内面が正常状態のときの基準となる摺動抵抗値ＤＳと駆
動機構の作動中における現在の案内面の摺動抵抗値ＤＢ
（摩擦トルク成分）とを駆動機構の送り速度及び潤滑状
態を考慮した上で正確に比較することができる。

この比較は、基準摺動抵抗値ＤＳに対して案内面の正常
状態における摺動抵抗値の上限及び下限を予め設定して
おき、補正された摺動抵抗値ＤＢがこの上限値、下限値
で設定される正常値範囲内であるかどうかを判定する。

そして、範囲内であれば正常状態であると判定し、範囲
外であれば比較器４６はアラーム信号ＡＬを図示しない
アラーム処理部へ転送する。

例えばジブ調整ボルト３０が緩んでいる場合にはジブ締
め付は力は小さくなり、摩擦トルク成分ＤＡも正常な状
態よりも小さくなる。またこれと反対にジブ調整ボルト
３０が締めすぎの状態にある場合、案内面に隙間がなく
なり、摺動抵抗か大きくなり、摩擦トルク成分ＤＡは正
常な場合よりも大きくなっている。従ってジブ調整ボル
ト３０の緩み状態及び締めすぎ状態では比較器４６から
アラーム信号が出力されることになる。

なお、このようなジブ締め付は力の異常の検出だけでは
なく、上記式（１）におけるｒＴ　　Ｊの正常値を予め
設定しておけば、ナツト部やベアリング部等の摩擦トル
クＴ　を含め、送り軸駆動系の摩擦トルク全体の異常監
視を行うことができることはもちろんである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る駆動機構の案内面異
常監視装置によれば、可動部の摺動移動面である案内面
の異常を特別なセンサ等を設置することなく駆動系の駆
動電流を検出することによって正確かつ迅速に行うこと
ができる。これにより案内面の経年変化等による異状を
適確に監視することができ、加工面の劣化等を直ちに判
定することができる。従って、駆動動作の精度は常に安
定したものとなり、駆動機構の信頼性の向上が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る駆動機構の案内面異常監視装置を
用いた工作機械の概略全体構成を示すブロック図、 第２図は、駆動機構を有する工作機械の一例としての旋
盤の主要部を示す説明図、 第３図は可動部の送り速度に基づく摺動抵抗特性を示す
図、 第４図は潤滑状態に基づく摺動抵抗特性を示す図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）は駆動機構を有するスラントタ
イプ旋盤の概略構成図である。 ４ ６ ９ ３ ４ ６ 駆動モータ 軸駆動制御部 検出器 摩擦トルク成分算出部 基準データ格納部 比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的駆動手段により可動部を案内面上で摺動移
   動させる駆動機構の前記案内面の異常を監視する駆動機
   構の案内面異常監視装置において、前記駆動手段の駆動
   電流値を検出しこの検出電流値から前記可動部の案内面
   上の現在の摩擦トルク成分を摺動抵抗検出値として算出
   する摺動抵抗検出部と、 前記案内面の正常状態における前記可動部の案内面上の
   摺動抵抗値を予め基準データとして記憶しておく基準デ
   ータ格納部と、 前記摺動抵抗検出部からの摺動抵抗検出値と前記基準デ
   ータ格納部からの基準データとを比較し両者の差が所定
   値以上となった場合に案内面の異常検知信号を出力する
   比較部と、 を含むことを特徴とする駆動機構の案内面異常監視装置
   。
2. （２）請求項（１）に記載の駆動機構の案内面異常監視
   装置において、 前記基準データ格納部には可動部の送り速度に対応する
   案内面の摺動抵抗特性及び潤滑状態に対応する案内面の
   摺動特性データが予め格納され、前記比較部は基準デー
   タ格納部からの各摺動特性データに基づく補正を行って
   前記比較判定を行うようにしたことを特徴とする駆動機
   構の案内面異常監視装置。