JPH07148618A - リジッドタップ動作の異常検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 数値制御装置によりリジッドタップ動作中の
主軸の異常を検出するリジッドタップ動作の異常検出方
式において、より確実に主軸の異常を検知できるように
する。 【構成】 速度指令手段２は、ＮＣプログラム１を解読
して主軸の回転の速度指令信号を出力し、主軸制御手段
３がこの速度指令信号に従ってスピンドルモータ４を駆
動して主軸の回転制御を行う。位置検出手段６は、スピ
ンドルモータ４の回転位置検出を行って主軸の位置検出
信号を出力する。位置偏差量演算手段７は、速度指令信
号と位置検出信号とを比較して主軸の位置偏差量Δεを
演算する。一方、限界値演算手段８は、速度指令信号に
応じた主軸の位置偏差量限界値Ｅを演算する。そして、
アラーム判定手段９は、位置偏差量Δεが位置偏差量限
界値Ｅを越えた場合にスピンドルモータ４の動作停止指
令を出力し、これにより工具５ａの回転が停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置によりリジ
ッドタップ動作中の主軸の異常を検出するリジッドタッ
プ動作の異常検出方式に関し、特に主軸の位置偏差量の
異常を検出するリジッドタップ動作の異常検出方式に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、リジッドタップ制御によるタップ
加工が行われるようになり、加工精度が向上している。
このリジッドタップ制御とは、主軸と送り軸とを同時に
補間し、工具の回転とその送り軸の移動とを精密に同期
させる方式である。このリジッドタップ制御では、何ら
かの理由により主軸の回転が送り軸の移動に追従できな
くなると、機械に異常な負荷がかかることになり非常に
危険である。

【０００３】そこで、従来は、主軸の制御手段への速度
指令値とスピンドルモータの実際の回転速度との偏差で
ある位置偏差量を演算し、この位置偏差量が予め設定さ
れた判定値を越えた場合には、動作停止等の処理を行う
ようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、位置偏差量の
許容範囲は、そのときの主軸の回転数に応じて変化する
ものであり、回転数が大きいほど許容範囲も大きくな
る。このため、従来のように固定された値を判定値とし
ていては、最適な異常検出を行うことができなかった。
特に、従来は、その機械における主軸最高回転数を判定
値としていたので、主軸の指令速度が低い場合には、実
際に異常が生じてからそれを検知するまでに時間がかか
るという問題点があった。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、より確実に主軸の異常を検知することのでき
るリジッドタップ動作の異常検出方式を提供することを
目的とする。

【０００６】

【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、数値制御装置によりリジッドタップ動作
中の主軸の異常を検出するリジッドタップ動作の異常検
出方式において、ＮＣプログラムを解読して前記主軸の
回転の速度指令信号を出力する速度指令手段と、前記速
度指令信号に従って前記主軸の回転制御を行う主軸制御
手段と、前記主軸の回転位置検出を行って位置検出信号
を出力する位置検出手段と、前記速度指令信号と前記位
置検出信号とを比較して前記主軸の位置偏差量を演算す
る位置偏差量演算手段と、前記速度指令信号に応じた前
記主軸の位置偏差量限界値を演算する限界値演算手段
と、前記位置偏差量が前記位置偏差量限界値を越えた場
合には、前記主軸の動作停止指令を出力するアラーム判
定手段と、を有することを特徴とするリジッドタップ動
作の異常検出方式が提供される。

【０００７】

【作用】速度指令手段は、ＮＣプログラムを解読して主
軸の回転の速度指令信号を出力し、主軸制御手段がこの
速度指令信号に従って主軸の回転制御を行う。位置検出
手段は、主軸の回転位置検出を行って位置検出信号を出
力する。位置偏差量演算手段は、速度指令信号と位置検
出信号とを比較して主軸の位置偏差量を演算し、一方、
限界値演算手段が速度指令信号に応じた主軸の位置偏差
量限界値を演算する。そして、アラーム判定手段は、位
置偏差量が位置偏差量限界値を越えた場合に主軸の動作
停止指令を出力する。

【０００８】

【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。図１は本実施例のリジッドタップ動作の異常検
出方式の機能の概念を示す図である。速度指令手段２
は、ＮＣプログラム１を解読して主軸の回転の速度指令
信号を出力し、主軸制御手段３がこの速度指令信号に従
ってスピンドルモータ４を駆動して主軸の回転制御を行
う。これにより、工具５ａの回転が制御され、ワーク５
ｂにタッピングが施される。

【０００９】位置検出手段６は、スピンドルモータ４の
回転位置検出を行って主軸の位置検出信号を出力する。
位置偏差量演算手段７は、速度指令信号と位置検出信号
とを比較して主軸の位置偏差量Δεを演算する。また、
限界値演算手段８は、速度指令信号に応じた主軸の位置
偏差量限界値Ｅを演算する。そして、アラーム判定手段
９は、位置偏差量Δεが位置偏差量限界値Ｅを越えた場
合にスピンドルモータ４の動作停止指令を出力し、これ
により工具５ａの回転が停止する。

【００１０】図２は本発明を実施するための数値制御装
置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図である。プロ
セッサ１１は、数値制御装置１０全体の制御の中心とな
るプロセッサであり、ＲＯＭ１２に格納されたシステム
プログラムをバス２１を介して読み出し、このシステム
プログラムに従って数値制御装置１０全体の制御を実行
する。ＲＡＭ１３には、一時的な計算データ、および表
示データ等が格納される。ＲＡＭ１３には、ＤＲＡＭ等
が使用される。ＣＭＯＳ１４には、工具補正量、ピッチ
誤差補正量、加工プログラムおよびパラメータ等が格納
される。また、ＣＭＯＳ１４には、後述する位置偏差量
限界値Ｅｍａｘ、Ｓｍａｘ等もパラメータ値として格納
されている。ＣＭＯＳ１４は、図示されていないバッテ
リでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフ
されても不揮発性メモリとなっているので、それらのデ
ータはそのまま保持される。

【００１１】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、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー等の外部機器３１が接
続される。紙テープリーダからは加工プログラムが読み
込まれ、また、数値制御装置１０内で編集された加工プ
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。

【００１２】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６は、数値制御装置１０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機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能、およびＴ機能に従って、これらをシーケンスプ
ログラムで機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニッ
ト１７から機械側に出力する。この出力信号は機械側の
マグネット等を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブおよび
電気アクチュエイタ等を作動させる。また、機械側のリ
ミットスイッチ及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受
けて、必要な処理をして、プロセッサ１１に渡す。

【００１３】グラフィック制御回路１８は、各軸の現在
位置、アラーム、パラメータ、画像データ等のディジタ
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、表示装置２６に表示される。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。

【００１４】インタフェース２０は、手動パルス発生器
３２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを
受ける。手動パルス発生器３２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。

【００１５】軸制御回路４１〜４４は、プロセッサ１１
からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボア
ンプ５１〜５４に出力する。サーボアンプ５１〜５４
は、この移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜
６４を駆動する。サーボモータ６１〜６４には、位置検
出用のパルスコーダが内蔵されており、このパルスコー
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。場合によっては、位置検出器として、リニアスケー
ルが使用される。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。図ではこれらの位置信号のフィードバックラ
インおよび速度フィードバックは省略してある。

【００１６】スピンドル制御回路７１は、スピンドル回
転指令およ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、所定の位置にスピンドルを位置決めする。ス
ピンドルモータ７３が回転することにより工具５ａが回
転し、これと同時にサーボモータ６１〜６４との同期を
図ることによりリジッドタップ動作が行われる。

【００１７】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はスピンドルモータ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。プロセッサ１１は、この帰還パルス
から主軸の現在回転位置を知る。

【００１８】次に本実施例のリジッドタップ動作の異常
検出方式の具体的な手順について説明する。まず、ＮＣ
プログラムでは、次のようなリジッドタップ動作の指令
が含まれている。

【００１９】Ｇ８４ Ｘ１００．Ｙ１００．Ｚ５０． Ｒ１０．Ｓ２０００．Ｆ５００ ここで、コードＧ８４は、リジッドタップを行うことを
指令するコードである。すなわち、Ｚ座標１０のＲ点か
ら穴底のＺ座標５０まで、例えばスピンドル回転数２０
００、送り速度５００でリジッドタッピングを行うこと
が指令される。ただし、ここで挙げた数値はあくまでも
一例であり、特にスピンドルモータ７３の回転数と工具
の送り速度は、互いに同期が図れるように厳密に計算さ
れた値が入力される。なお、その具体的な手順について
は、ここでは省略する。

【００２０】このようなリジッドタップ指令の含まれた
ＮＣプログラムを読み込むことにより、プロセッサ１１
は、補間演算を行って軸制御回路４１〜４４に対して各
速度指令値に比例した補間パルスを出力する。また、プ
ロセッサ１１は、スピンドル制御回路７１に対しても、
スピンドルモータ７３を回転させるべく、速度指令値に
応じた補間パルスを出力する。

【００２１】プロセッサ１１は、ポジションコーダ８２
からの帰還パルスに基づき、スピンドルモータ７３（主
軸）の現在回転位置を知る。そして、速度指令値に比例
した補間パルスと帰還パルスとの偏差を演算することに
より、主軸の現在の位置偏差量Δεを演算する。

【００２２】また、これとは別に、プロセッサ１１は、
主軸の速度指令値に基づいて、次式（１）に示すような
位置偏差量限界値Ｅを演算する。 Ｅ＝（Ｓ／Ｓｍａｘ）×Ｅｍａｘ＋α・・・（１） ここで、ＳはＮＣプログラムで指定された主軸の回転の
速度指令値、Ｓｍａｘは各ＮＣ工作機械に応じた主軸最
高回転数、Ｅｍａｘは主軸最高回転数で運転したときの
位置偏差量限界値である。また、αは補正値である。Ｓ
ｍａｘおよびＥｍａｘは、各ＮＣ工作機械の設計値等に
応じた値であり、予めパラメータ設定されている。

【００２３】図３は主軸回転数Ｓに対する位置偏差量限
界値Ｅの特性を示す図である。図において、一点鎖線で
示した直線Ｌ１は、主軸回転数Ｓに対する位置偏差量限
界値Ｅの理論値である。実線で示した直線Ｌ２は、式
（１）による実際に使用する特性であり、直線Ｌ１より
も切片αだけ底上げされている。これは、理論値のまま
では、主軸回転数が低いときには位置偏差量限界値Ｅが
ほとんど０になってしまうのを補正するためである。

【００２４】プロセッサ１１は、このように演算された
位置偏差量限界値Ｅと主軸の現在の位置偏差量Δεとを
常時比較し、現在の位置偏差量Δεが位置偏差量限界値
Ｅを越えた場合には、直ちに数値制御装置モータ７３等
の動作を停止し、リジッドタップ動作を停止させる。ま
た、これと同時に、表示装置２６の画面上等でアラーム
表示を行う。

【００２５】図４はこのようなリジッドタップ動作の異
常検出を行うためのプロセッサ１１側での処理手順を示
すフローチャートである。なお、このフローチャート
は、リジッドタップ動作が開始されたときから実行され
る。 〔Ｓ１〕ＮＣプログラムを読み込み、補間演算を行って
各軸に速度指令を出力する。 〔Ｓ２〕主軸の回転位置を検出する。 〔Ｓ３〕主軸の位置偏差量Δεを演算する。 〔Ｓ４〕主軸の指令回転数に応じた偏差量限界値Ｅを演
算する。 〔Ｓ５〕位置偏差量Δεが偏差量限界値Ｅを越えたか否
かを判断し、越えればステップＳ６に進み、越えていな
ければ本フローチャートを終了する。 〔Ｓ６〕リジッドタップ動作を停止する。

【００２６】なお、偏差量限界値Ｅに関しては、リジッ
ドタップ動作開始時等に予め演算を行っておくことによ
り、上記のフローチャートではステップＳ４は省略する
ことができる。

【００２７】このように、本実施例では、偏差量限界値
Ｅによって異常を判断するようにしたので、ＮＣプログ
ラムによって設定の変わるスピンドルモータ７３（主
軸）の指令回転数に応じた異常検出を行うことができ、
より正確な判断を行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、主軸の
速度指令信号と位置検出信号とを比較して位置偏差量を
演算する一方、速度指令信号に応じた主軸の位置偏差量
限界値を演算し、位置偏差量が位置偏差量限界値を越え
た場合に主軸の動作停止指令を出力するようにしたの
で、ＮＣプログラムによって設定の変わる主軸の指令回
転数に応じた異常検出を行うことができ、従来の固定さ
れた判定値に基づく異常検出と比べ、より正確な判断を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リジッドタップ動作の異常検出方式の機能の概
念を示す図である。

【図２】本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）のハードウェアのブロック図である。

【図３】主軸回転数に対する位置偏差量限界値の特性を
示す図である。

【図４】リジッドタップ動作の異常検出を行うためのプ
ロセッサ側での処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ ＮＣプログラム ２ 速度指令手段 ３ 主軸制御手段 ４ スピンドルモータ ５ａ 工具 ５ｂ ワーク ６ 位置検出手段 ７ 位置偏差量演算手段 ８ 限界値演算手段 ９ アラーム判定手段 １０ 数値制御装置（ＣＮＣ） １１ プロセッサ １２ ＲＯＭ １３ ＲＡＭ １４ ＣＭＯＳ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数値制御装置によりリジッドタップ動作
   中の主軸の異常を検出するリジッドタップ動作の異常検
   出方式において、 ＮＣプログラムを解読して前記主軸の回転の速度指令信
   号を出力する速度指令手段と、 前記速度指令信号に従って前記主軸の回転制御を行う主
   軸制御手段と、 前記主軸の回転位置検出を行って位置検出信号を出力す
   る位置検出手段と、 前記速度指令信号と前記位置検出信号とを比較して前記
   主軸の位置偏差量を演算する位置偏差量演算手段と、 前記速度指令信号に応じた前記主軸の位置偏差量限界値
   を演算する限界値演算手段と、 前記位置偏差量が前記位置偏差量限界値を越えた場合に
   は、前記主軸の動作停止指令を出力するアラーム判定手
   段と、 を有することを特徴とするリジッドタップ動作の異常検
   出方式。
2. 【請求項２】 前記アラーム判断手段は、前記動作停止
   指令の出力時にアラーム表示を行うように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のリジッドタップ動作
   の異常検出方式。