JPH07195256A - Control unit and machine tool therewith as well as torque measuring instrument and tool breakage detector - Google Patents

Control unit and machine tool therewith as well as torque measuring instrument and tool breakage detector

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JPH07195256A
JPH07195256A JP6772394A JP6772394A JPH07195256A JP H07195256 A JPH07195256 A JP H07195256A JP 6772394 A JP6772394 A JP 6772394A JP 6772394 A JP6772394 A JP 6772394A JP H07195256 A JPH07195256 A JP H07195256A
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JP
Japan
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torque
feed
target value
tool
speed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6772394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruyuki Maeda
輝幸 前田
Shuichi Misumi
修一 三角
Takaaki Yamada
隆章 山田
Nobutomo Matsunaga
信智 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Publication of JPH07195256A publication Critical patent/JPH07195256A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To shorten a span of machining time as well as to improve the accuracy of finishing by preventing an undue torque from being imposed on a tool, and prolonging the extent of tool life. CONSTITUTION:A spindle rotating mechanismic part 4 rotating a drill 10 attached to a tip free of detachment shifts forward and backward to and from a work 11 by means of feed machanismic part 3. Machining torque added to the drill at the time of machining is detected by a magnetostrictive torque sensor 16, transmitting it to a torque controller 15 in which the given torque desired value is compared with the machining torque, and when three is a difference between them, a feed rate for according them with each other is found out, thereby outputting a speed command signal to a feed motor driver 12. In this way, the machining torque is accorded with the torque desired value. Therefore, no excessive torque is added to the drill and thereby the progress of deterioration becomes retarded. In addition, the drill is fed at a high speed under the condition that suchlike excessive torque is not added at all.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、制御装置及びそれが用
いられる工作機械並びにトルク測定器及び工具折損検出
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device, a machine tool using the same, a torque measuring instrument and a tool breakage detecting device.

【0002】[0002]

【発明の背景】ドリルやフライス盤並びにボール盤など
の回転する工具により穴あけ・切削・研磨その他の種々
の加工を行う工作機械では、上記工具を工作機本体に着
脱自在に取り付け、所定の加工処理を行うようになって
いる。そして、この工作機本体には、前記工具が取り付
けられる主軸を回転させるための主軸回転機構と、その
主軸回転機構全体または被加工物(ワーク)を前後進移
動させる送り機構とを備え、一般的には、一定速度で主
軸を回転させた状態で、予め定められた一定速度で工具
をワークに対して相対的に前進移動させるようになって
いる。そして、その速度は、ワークや工具の材質並びに
工具の径等を考慮して決定される。
BACKGROUND OF THE INVENTION In a machine tool that performs various kinds of processing such as drilling, milling machine, drilling machine and the like by rotating tools such as drilling, milling machine and drilling machine, the above tool is detachably attached to the machine tool body and predetermined processing is performed. It is like this. This machine tool main body is provided with a spindle rotating mechanism for rotating a spindle to which the tool is attached, and a feed mechanism for moving the entire spindle rotating mechanism or a workpiece (workpiece) forward and backward. In the above, the tool is moved forward relative to the workpiece at a predetermined constant speed while the spindle is rotated at a constant speed. The speed is determined in consideration of the material of the work and the tool, the diameter of the tool, and the like.

【0003】ところで、加工処理時には被加工物(ワー
ク)からの反力を受け、その工具に対しトルクが加わ
る。そこで、各モータの速度の設定を誤ったり、切り屑
・加工屑が詰まったり、工具が磨耗したりすると、工具
に加わるトルクが大きくなり、一定値以上のトルクがか
かると工具が折損してしまうおそれがある。一方、係る
事態を考慮して、予め所定のマージンをとり、速度を低
く設定すると、加工効率が悪くなる。
By the way, at the time of processing, a reaction force from a work (work) is received and a torque is applied to the tool. Therefore, if the speed of each motor is set incorrectly, the chips / machining chips are clogged, or the tool is worn, the torque applied to the tool becomes large, and the tool breaks if a torque above a certain value is applied. There is a risk. On the other hand, in consideration of such a situation, if a predetermined margin is set in advance and the speed is set to be low, the processing efficiency will be deteriorated.

【0004】そこで、加工中に工具にかかるトルクを検
出し、一定値以上のトルクがかからないように工作機械
を制御し、工具の折損を防止する技術が必要となる。
Therefore, there is required a technique for detecting the torque applied to the tool during machining, controlling the machine tool so as not to apply a torque above a certain value, and preventing breakage of the tool.

【0005】さらに、従来では、工具が折損すると交換
を余儀無くされるが、磨耗の程度を知ることはできない
ので、工具の適切な交換タイミングを検出することが困
難であった。これにより、磨耗が進み劣化し、加工効率
が悪いのにもかかわらず、使用し続けることにより出来
上がりの加工精度が悪かったり、加工中に折れてその加
工中の製品をダメにしたり折れた工具の破片が飛び危険
を生じる。これを解消するため、速めの交換をすると、
使用できるのにも拘らず捨てることになり無駄となる。
さらには何時使用不能になるかが不明であるので、予め
大量の工具を用意しておく必要があり、無駄となる。
Further, in the past, when the tool is broken, the tool must be replaced, but since it is not possible to know the degree of wear, it is difficult to detect the proper tool replacement timing. As a result, wear progresses and deteriorates, and machining efficiency is poor, but the machining accuracy of the finished product is poor due to continued use, or it breaks during processing, ruining the product being processed or broken tools. Debris may fly and create a danger. In order to eliminate this, if you exchange it quickly,
Although it can be used, it is discarded because it is thrown away.
Furthermore, since it is unknown when it will be unusable, it is necessary to prepare a large amount of tools in advance, which is a waste.

【0006】また、過大なトルクがかからないように制
御するには、目標となるトルクを設定する必要がある
が、その設定がノウハウ的になり易い。さらに、工具が
折損しないように制御すると、その時の加工状況に応じ
て工具に無理な負荷がかからないようになるが、そうす
ると、従来にもまして工具の劣化度合いや、加工状況が
設定通りに行われているか否か(異常の有無)を検出し
にくくなる。
Further, in order to control so as not to apply an excessive torque, it is necessary to set a target torque, but the setting tends to be a know-how. Furthermore, if the tool is controlled so that it will not break, the tool will not be overloaded depending on the machining situation at that time, but then the degree of tool deterioration and the machining situation will be set as specified. It becomes difficult to detect whether or not there is (abnormality).

【0007】さらに、工具の折損を防止するためには、
精度のよいトルク測定を行う必要があるが、従来一般の
トルクセンサでは、折損時にともない生じる瞬間的なト
ルク変動をとらえることは困難であった。
Further, in order to prevent breakage of the tool,
It is necessary to perform accurate torque measurement, but it has been difficult for a conventional general torque sensor to detect the instantaneous torque fluctuation that occurs with breakage.

【0008】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、工具に対し過大なト
ルクがかかることを防止し、工具の折損を抑制するとと
もに劣化(磨耗)の進みを遅らせて工具の使用可能な時
間を延ばし、加工時間の短縮並びに加工精度の向上を図
ることにより効率の良い加工を行うことができ、安全で
高精度の加工を行え、さらに、制御基準となるトルク目
標値を自動的にしかも実際の使用状況に適した値にセッ
トすることができ、加工時の異常(磨耗折損などの工具
の異常,被加工物の誤セット等の加工条件の間違い)を
知ることができさらに工作機械に用いられる工具の磨耗
状況を把握して交換時期が近付いたり、或いは交換時期
に来たことを精度よくしかも簡単に知ることができ、寿
命(残りの使用可能回数等)を求めることのできる制御
装置及びそれを用いた工作機械を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to prevent an excessive torque from being applied to a tool, suppress breakage of the tool, and prevent deterioration (wear). By delaying the advance to extend the usable time of the tool, shorten the machining time and improve the machining accuracy, efficient machining can be performed, safe and highly accurate machining can be performed, The target torque value can be automatically set to a value that is suitable for the actual usage situation, and abnormalities during machining (abnormal tool conditions such as wear and breakage, incorrect machining conditions such as erroneous workpiece setting) It is also possible to know the wear condition of the tools used in the machine tool, and it is possible to accurately and easily know when the replacement time is approaching, or when it is time to replace the service life (remaining remaining To provide a control apparatus and a machine tool using the same capable of obtaining the number of times).

【0009】また、他の目的としては主軸モータ容量に
対して加工負荷の変動が小さくても精度良く、しかもリ
アルタイムでトルクの推定を行なうことができるトルク
測定器及び工具折損検出装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a torque measuring instrument and a tool breakage detecting device capable of accurately estimating torque in real time even if the machining load varies little with respect to the spindle motor capacity and in real time. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る制御装置では、先端に着脱自在に
装着された工具を回転させる主軸回転機構と、前記主軸
回転機構を被加工物に対して前後進移動させる送り機構
とを備えた工作機械に用いられ、前記送り機構の送り速
度を制御する制御装置であって、前記工具に加わるトル
クを検出するトルク検出手段と、少なくとも設定された
トルク目標値と、前記トルク検出手段により検出された
トルクとに基づいて前記送り速度を求める送り速度算出
手段と、前記送り速度算出手段の出力を受け、算出され
た送り速度になるように前記送り機構を制御する送り機
構制御手段とから構成した。
In order to achieve the above-mentioned object, in a control device according to the present invention, a spindle rotating mechanism for rotating a tool detachably attached to the tip, and the spindle rotating mechanism are machined. A control device used in a machine tool having a feed mechanism for moving the object forward and backward, for controlling the feed speed of the feed mechanism, and a torque detection means for detecting a torque applied to the tool, and at least a setting. A feed speed calculation means for obtaining the feed speed based on the torque target value obtained and the torque detected by the torque detection means, and an output of the feed speed calculation means so that the calculated feed speed is obtained. It comprises a feed mechanism control means for controlling the feed mechanism.

【0011】そして好ましくは、上記構成に加え、さら
に前記工具の送り位置に基づいたトルク目標値を決定す
るトルク目標値生成手段を備え、前記送り速度算出手段
が、前記トルク目標値生成手段から出力されるトルク目
標値に基づいて前記送り速度を求めるようにすることで
ある。
Preferably, in addition to the above configuration, a torque target value generating means for determining a torque target value based on the feed position of the tool is further provided, and the feed speed calculating means outputs from the torque target value generating means. That is, the feed rate is obtained based on the torque target value.

【0012】そしてこの場合に前記目標値生成手段とし
ては、例えば複数の送り位置に対するトルク目標値対か
らなる目標値点列を記憶する目標値点列記憶手段と、そ
の目標値点列記憶手段に記憶された所定の目標値点列
と、現在の前記送り位置に基づいて、現在のトルク目標
値を算出する目標値トルク演算手段とから構成すること
ができる。また、正常加工時の加工トルク波形に基づい
て前記目標値点列を生成するとともに、前記目標値点列
記憶手段に格納する目標値点列生成手段をさらに設ける
と、トルク目標値を自動的に生成できるため、より好ま
しい。
In this case, as the target value generation means, for example, a target value point sequence storage means for storing a target value point sequence consisting of torque target value pairs for a plurality of feed positions and the target value point sequence storage means are stored. It can be composed of a stored predetermined target value point sequence and a target value torque calculating means for calculating a current torque target value based on the current feed position. Further, when the target value point sequence is generated on the basis of the processing torque waveform during normal processing and the target value point sequence generation means for storing the target value point sequence storage means is further provided, the torque target value is automatically determined. It is more preferable because it can be generated.

【0013】さらに、上記いずれかの構成に、前記送り
速度を、一定の速度設定値になるように制御する速度制
御手段を追加し、切替手段による切り替え処理により、
速度を一定に保つ速度制御と、送り速度算出手段の出力
すなわちトルクを一定に保つトルク制御のいずれかを選
択的に実行できるようにすると、より好ましい。そし
て、かかる場合の切替手段の切り換えタイミングとして
は、例えば少なくとも前記送り位置に基づいて決定され
るようにすることができる。
Further, a speed control means for controlling the feed speed to a constant speed set value is added to any one of the above-mentioned constitutions, and by the switching processing by the switching means,
It is more preferable to selectively execute either the speed control for keeping the speed constant or the torque control for keeping the output of the feed speed calculating means, that is, the torque constant. The switching timing of the switching means in such a case can be determined based on at least the feed position, for example.

【0014】さらに、上記各種の構成において、送り速
度算出手段により決定された送り速度が、一定の上限値
よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値よりも低
くなった時に異常信号を発する異常検知手段をさらに設
けるとよい。
Further, in the above-mentioned various configurations, an abnormality signal is issued when the feed rate determined by the feed rate calculation means becomes faster than a fixed upper limit value or lower than a fixed lower limit value. It is advisable to further provide detection means.

【0015】そして好ましくは、1回の加工に要する作
業完遂時間を検出する作業完遂時間検出手段と、その作
業完遂時間が、工具交換が必要となる最大遅延時間以上
または越えた時に交換要求信号を出力することである。
Preferably, a work completion time detecting means for detecting a work completion time required for one machining, and a replacement request signal when the work completion time exceeds or exceeds the maximum delay time required for tool replacement. It is to output.

【0016】また、1回の加工に要する作業完遂時間を
検出する作業完遂時間検出手段と、前記作業完遂時間検
出手段により検出された現在及び所定の過去の作業完遂
時間と、工具交換が必要となる最大遅延時間とに基づい
て使用中の工具の寿命を求める予測手段をさらに備える
と、なおよい。
Further, a work completion time detecting means for detecting a work completion time required for one machining, a current and a predetermined past work completion time detected by the work completion time detecting means, and a tool replacement are required. It is more preferable to further include a prediction unit that calculates the life of the tool in use based on the maximum delay time.

【0017】本発明に係る工作機械では、先端に着脱自
在に装着された工具を回転させる主軸回転機構と、前記
主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる送り
機構と、上記した各種の構成からなる制御装置を備え、
その制御装置により前記送り機構が制御するように構成
することである。
In the machine tool according to the present invention, a spindle rotating mechanism for rotating a tool detachably attached to the tip, a feed mechanism for moving the spindle rotating mechanism forward and backward with respect to a workpiece, and the above various types. With a control device consisting of
That is, the control device controls the feeding mechanism.

【0018】本発明に係るトルク測定器では、工作機械
に実装される主軸モータの電流及び回転速度値に基づい
て、オブザーバ理論を用いて前記工作機械に取り付けら
れた工具にかかるトルクを推定するトルク算出手段を備
えた。また、工作機械に使用されるトルク測定器であっ
て、前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回
転速度値に基づいて、主軸にかかっているトルクの値を
推定する主軸負荷トルク推定手段と、前記主軸負荷トル
ク推定手段により求められた非加工時で回転中の前記主
軸のトルクを記憶する記憶手段と、前記主軸負荷トルク
推定手段により求められた加工中の前記主軸にかかって
いるトルクと、前記記憶手段に記憶されたトルクから、
前記加工機械に取り付けられた工具にかかるトルクを算
出する演算手段とから構成してもよい。
In the torque measuring instrument according to the present invention, the torque for estimating the torque applied to the tool attached to the machine tool by using the observer theory based on the current and the rotation speed value of the spindle motor mounted on the machine tool. A calculation means was provided. A torque measuring instrument used for a machine tool, wherein a spindle load torque estimating means for estimating a torque value applied to the spindle based on a current and a rotation speed value of a spindle motor mounted on the machine tool. And storage means for storing the torque of the spindle that is rotating during non-machining, which is obtained by the spindle load torque estimating means, and the torque applied to the spindle being machined, which is obtained by the spindle load torque estimating means. From the torque stored in the storage means,
You may comprise from the arithmetic means which calculates the torque applied to the tool attached to the said processing machine.

【0019】また本発明に係る工具折損検出装置では、
上記構成のトルク測定器を備え、前記トルク測定器によ
って出力されたトルク測定値を用いて工具の折損状態を
検出し、その検出結果に基づいて前記工作機械の運転状
態を制御する制御手段を備えて構成した。
Further, in the tool breakage detecting device according to the present invention,
A torque measuring device having the above configuration is provided, and a breakage state of the tool is detected using the torque measurement value output by the torque measuring device, and a control unit is provided for controlling the operating state of the machine tool based on the detection result. Configured.

【0020】[0020]

【作用】トルク検出手段を用い、加工中に工具に加わっ
ているトルクを直接または間接的に検出する。そして、
設定されたトルク目標値と比較し、加工トルクがトルク
目標値と一致するように送り速度をリアルタイムで増減
速制御する。そして、検出された加工トルクを用いて直
接比較しているので、制御は高精度に行われる。
The torque applied to the tool during machining is directly or indirectly detected by using the torque detecting means. And
Compared with the set torque target value, the feed rate is controlled in real time so that the machining torque matches the torque target value. Since the detected processing torque is directly compared, the control is performed with high accuracy.

【0021】トルク目標値生成手段を設けた場合(請求
項2〜4)には、送り位置などに応じてその時に最適な
トルク目標値を基準に上記制御を行えるので、制御がよ
り高精度になり、加工精度も向上する。そして、請求項
3のように、トルク目標値を複数の目標値点列で規定
し、目標値点列間はそのデータに基づいて補間すること
により、記憶容量は少なくかつ簡易な構成で加工処理全
体に渡って所望のトルク目標値が設定される。さらに請
求項4のように、目標値点列を実際の加工時に得られた
加工トルク波形に基づいて自動的に生成するようにする
と、特にノウハウを有していない人でも、その時の使用
環境・条件に適した目標値点列が決定されるので、それ
に基づいて行われる制御も良好なものとなる。
When the torque target value generating means is provided (claims 2 to 4), the above control can be performed based on the optimum torque target value at that time according to the feed position and the like, so that the control can be performed with higher accuracy. Therefore, the processing accuracy is improved. Then, as in claim 3, the torque target value is defined by a plurality of target value point sequences, and the target value point sequences are interpolated based on the data, so that the processing processing is performed with a small storage capacity and a simple configuration. A desired torque target value is set throughout. Further, when the target value point sequence is automatically generated based on the machining torque waveform obtained during the actual machining as claimed in claim 4, even a person who has no know-how can use the environment of use at that time. Since the target value point sequence suitable for the condition is determined, the control performed based on it is also good.

【0022】さらに、速度制御機能とトルク制御機能を
備え、切替手段により適宜選択された制御機能を用いて
送り速度の制御を行うようにした場合には(請求項5,
6)、その時の使用条件に応じて適した制御を行うこと
ができるので、より高精度な制御が行われる。
Further, in the case where the feed rate is controlled by using the control function which is appropriately selected by the switching means and which has the speed control function and the torque control function (claim 5,
6) Since the control suitable for the use condition at that time can be performed, more accurate control is performed.

【0023】さらに、算出された送り速度が、一定の上
限値よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値より
も低くなった時に異常信号を発する異常検知手段を設け
た場合(請求項7,8)には、加工トルクが大きくなろ
うとすると送り速度は低下させるので、工具が折損して
いなくても、磨耗が激しかったり、或いは潤滑油などが
供給されなかったり切り屑が挟まるなどの異常がある
と、速度は下限値よりも低くなる。
Further, in the case where an anomaly detecting means for issuing an anomaly signal is provided when the calculated feed speed becomes faster than a certain upper limit value and / or becomes less than a certain lower limit value (claim 7, In 8), if the processing torque increases, the feed rate decreases. Therefore, even if the tool is not broken, there is severe wear, or there is an abnormality such as lubricating oil not being supplied or chips being caught. If so, the speed becomes lower than the lower limit value.

【0024】また、設定した被加工物と異なる材質のも
のをセットし、それに対して加工処理をしようとする
と、仮に間違って設定したものよりも硬い材質のものの
場合には、加工トルクが大きく上記と同様に速度は下限
値より低くなる。逆に仮に間違って設定したものよりも
柔らかい材質のものの場合には、加工トルクが小さく速
度は上限値より低くなる。このように各種の異常が検出
される。特に上限値よりも越える場合に異常信号を設け
た場合には、上記の如くセットミスを知ることができ、
さらに送り速度が過大になると危険になるが、その前に
異常信号による警告を受けるので、装置保護並びに使用
者保護が図られる。
Further, if a material different from the set workpiece is set and an attempt is made to process it, if the material is harder than the mistakenly set material, the processing torque is large. Similarly, the speed becomes lower than the lower limit value. On the contrary, if the material is softer than the one set by mistake, the processing torque is small and the speed becomes lower than the upper limit value. In this way, various abnormalities are detected. In particular, if an abnormal signal is provided when the value exceeds the upper limit, the set error can be detected as described above.
Further, if the feed rate becomes excessively high, it becomes dangerous, but a warning by an abnormal signal is received before that, so that the device and the user can be protected.

【0025】さらに、作業完遂時間検出手段を設け、作
業完遂時間が最大遅延時間以上または越えた時に交換要
求信号を出力するようにした場合には(請求項9)、工
具の交換時期が来たことを正確に知ることができる。こ
れにより、適切なタイミングで工具の交換が行われる。
しかも、作業完遂時間検出手段と、予測手段を設けた場
合には(請求項10)、予め交換時期が近付いて来たの
を知ることができるので、交換用の工具を用意する目安
となり、無駄なストックをする必要がなくなる。
Further, when the work completion time detecting means is provided to output the replacement request signal when the work completion time exceeds or exceeds the maximum delay time (claim 9), it is time to replace the tool. You can know that exactly. As a result, the tool is replaced at an appropriate timing.
Moreover, when the work completion time detecting means and the predicting means are provided (Claim 10), it is possible to know that the replacement time is approaching in advance, which is a standard for preparing a tool for replacement, which is a waste. You no longer need to stock up.

【0026】そして、本発明に係る工作機械(請求項1
1)では、上記した各種の制御装置により制御されるの
で、安全で、しかも効率の良い加工を短時間で行うこと
ができる。
A machine tool according to the present invention (claim 1
In 1), since it is controlled by the above various control devices, safe and efficient machining can be performed in a short time.

【0027】また、本発明に係るトルク測定器(請求項
12,13)は、加工前の無負荷時で一定速度で回転し
ている主軸モータの回転速度並びに電流から、主軸負荷
トルク推定手段を用いてその時の主軸負荷トルクを算出
し、それを記憶手段に格納する。すると、この場合に切
削トルクがゼロであるので、記憶手段に格納した値は、
主軸モータの主軸に対する摩擦,慣性等に基づいて発生
するトルクとなる。同様にして実際に工具を被加工物に
当接させて所定の加工処理をしている時の主軸負荷トル
クを算出し、それを演算手段に送る。この算出されたト
ルクには、上記主軸の摩擦等に基づくトルク分に加え、
実際の工具にかかっているトルク分も含んだ値となる。
よって演算部では、記憶手段に格納されたトルクデータ
を読み出すとともに、両者を減算することにより、工具
にかかっているトルクを算出し、それを出力する。ま
た、上記電流,回転速度からトルクを推定するに際し、
粘性・摩擦を考慮したモデリングをし、推定算出式を立
てることにより、電流,回転速度から直接工具にかかっ
ているトルクを推定することができる。
Further, the torque measuring device according to the present invention (claims 12 and 13) determines the spindle load torque estimating means from the rotation speed and the current of the spindle motor which is rotating at a constant speed before machining without load. Then, the spindle load torque at that time is calculated and stored in the storage means. Then, since the cutting torque is zero in this case, the value stored in the storage means is
The torque is generated based on friction and inertia of the spindle motor spindle. Similarly, the spindle load torque when the tool is actually brought into contact with the workpiece to perform the predetermined machining process is calculated and sent to the calculation means. In addition to the torque component based on the friction of the main spindle,
The value also includes the torque applied to the actual tool.
Therefore, the arithmetic unit reads out the torque data stored in the storage means, subtracts the two from each other, calculates the torque applied to the tool, and outputs the calculated torque. Also, when estimating the torque from the above current and rotation speed,
The torque applied to the tool can be estimated directly from the current and rotation speed by modeling with consideration of viscosity and friction and establishing an estimation calculation formula.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明に係る制御装置及びそれが用い
られる工作機械並びにトルク測定器及び工具折損検出装
置の好適な実施例を添付図面を参照にして詳述する。図
1は本発明に係る工作機械のトルク制御装置の第1実施
例を示している。本例では制御対象の工作機械として、
ドリル加工装置を用いている。このドリル加工装置は、
ワーク保持用テーブル1の上面に起立形成された支柱2
に、送り機構部3を介して昇降移動可能に主軸回転機構
部4が取り付けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a control device, a machine tool using the same, a torque measuring instrument and a tool breakage detecting device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a torque control device for a machine tool according to the present invention. In this example, as the machine tool to be controlled,
A drilling machine is used. This drilling machine
Posts 2 formed upright on the upper surface of the work holding table 1
In addition, a spindle rotation mechanism unit 4 is attached so as to be able to move up and down via the feed mechanism unit 3.

【0029】すなわち、送り機構部3は、送りモータ5
と、その送りモータ5の出力に基づいて主軸回転機構部
4を安定して昇降させるボールネジからなるガイドレー
ル6とから構成される。また、主軸回転機構部4は、主
軸モータ7と、その主軸モータ7の出力に連結された主
軸(図示せず)の先端に取り付けられたチャック8と、
それら主軸モータ7と主軸,チャック8等の回転伝達機
構を支持し、上記ガイドレール6に連結する連結部材9
とを備えている。そして、上記チャック8に工具たるド
リル10は着脱自在に装着される。
That is, the feed mechanism section 3 includes the feed motor 5
And a guide rail 6 composed of a ball screw for stably raising and lowering the spindle rotation mechanism portion 4 based on the output of the feed motor 5. Further, the spindle rotation mechanism section 4 includes a spindle motor 7, a chuck 8 attached to the tip of a spindle (not shown) connected to the output of the spindle motor 7,
A connecting member 9 that supports the main shaft motor 7 and the rotation transmitting mechanism such as the main shaft and the chuck 8 and connects to the guide rail 6.
It has and. Then, the drill 10 as a tool is detachably attached to the chuck 8.

【0030】従って、主軸モータ7を回転駆動させる
と、主軸7,チャック8を介してその回転力がドリル1
0に伝わり、所定速度で回転する。そして、この状態で
送りモータ5を正回転させると、その回転力はボールネ
ジからなるガイドレール6に伝わり、連結部材9、すな
わち主軸回転機構部4全体を下降移動させる。これによ
り、ドリル10をその下方のワーク保持用テーブル1の
上面に載置された被加工物たるワーク11に当接させ、
切削加工する。なお、送りモータ5を逆回転させると、
主軸回転機構部4は上昇移動する。そして、各モータ
5,7は、それぞれ接続された送りモータ駆動装置1
2,主軸モータ駆動装置13から与えられる電力量によ
りその回転数(速度)が制御されるようになっている。
Therefore, when the main shaft motor 7 is driven to rotate, the rotational force of the main shaft 7 and the chuck 8 is applied to the drill 1.
It reaches 0 and rotates at a predetermined speed. When the feed motor 5 is normally rotated in this state, the rotational force is transmitted to the guide rail 6 made of a ball screw, and the connecting member 9, that is, the main spindle rotating mechanism portion 4 is moved downward. As a result, the drill 10 is brought into contact with the workpiece 11, which is the workpiece placed on the upper surface of the workpiece holding table 1 below the drill 10,
Cutting process. When the feed motor 5 is rotated in the reverse direction,
The main shaft rotation mechanism section 4 moves upward. The motors 5 and 7 are connected to the feed motor driving device 1 respectively.
2. The rotation speed (speed) is controlled by the amount of electric power supplied from the spindle motor drive device 13.

【0031】ここで本発明では、主軸モータ駆動装置1
3は、主軸モータ制御装置14からの主軸モータ速度指
令に基づいて等速回転させるように制御する。また、送
りモータ駆動装置12は、送り速度算出手段たるトルク
制御装置15から与えられる送りモータ速度指令に基づ
いて、下降移動速度がその指令値になるように所定の回
転速度で送りモータ5が回転するように制御する。
Here, in the present invention, the spindle motor drive device 1
3 controls to rotate at a constant speed based on a spindle motor speed command from the spindle motor control device 14. Further, the feed motor drive device 12 rotates the feed motor 5 at a predetermined rotation speed based on a feed motor speed command given from the torque control device 15 which is a feed speed calculation means so that the descending movement speed becomes the command value. Control to do.

【0032】トルク制御装置15は、加工トルク(加工
時に工具に加わるトルク)が、与えられたトルク目標値
になるようにその送り速度を決定する(具体的な機能は
後述する)ようになっている。そして、上記加工トルク
は、ドリル10の外周囲に配置したトルクセンサ16及
びそのトルクセンサ16の出力に接続されたアンプ17
で増幅することにより検出し、その検出した加工トルク
値を上記トルク制御装置15に送るようになっている。
The torque control device 15 determines the feed rate so that the machining torque (torque applied to the tool during machining) reaches the given torque target value (a specific function will be described later). There is. Then, the processing torque is generated by the torque sensor 16 arranged on the outer periphery of the drill 10 and the amplifier 17 connected to the output of the torque sensor 16.
The processing torque value is detected by being amplified by and is sent to the torque control device 15.

【0033】上記トルクセンサ16は、例えば磁歪式ト
ルクセンサを用いることができる。すなわち、例えば4
本の脚部を備えたコアの各脚部に、励磁コイル,検出コ
イルを巻回して構成されるトルクセンサを、そのコアの
脚部開放側を回転軸の外側表面に近接するようにして配
置する。
As the torque sensor 16, for example, a magnetostrictive torque sensor can be used. That is, for example, 4
A torque sensor configured by winding an excitation coil and a detection coil around each leg of a core with a book leg is arranged with the leg open side of the core close to the outer surface of the rotating shaft. To do.

【0034】係る構成にすることにより、図外の電源か
ら励磁コイルに交流信号を流すと、電磁誘導により検出
コイル側に誘導電圧が誘起されて所定の交流信号が出力
される。この時、回転軸にトルクがかかると、逆磁歪効
果により回転軸の透磁率が変化するため両コイル間での
結合係数が変わる。よって、検出コイルから出力される
信号の振幅が変化する。この振幅を検出することによ
り、回転軸に加わっているトルクの大きさを知ることが
できるのである。
With such a configuration, when an AC signal is supplied from the power source (not shown) to the exciting coil, an induction voltage is induced on the detection coil side by electromagnetic induction and a predetermined AC signal is output. At this time, when torque is applied to the rotating shaft, the magnetic permeability of the rotating shaft changes due to the inverse magnetostrictive effect, so that the coupling coefficient between both coils changes. Therefore, the amplitude of the signal output from the detection coil changes. By detecting this amplitude, it is possible to know the magnitude of the torque applied to the rotating shaft.

【0035】なお、この例ではドリルに加わったトルク
を直接検出するようにしたが、本発明はこれに限ること
なく、チャック内部や主軸の途中にトルクセンサを取り
付け、間接的に加工トルクを検出するようにしても良
く、さらには、ワーク保持用テーブル1に取り付け加工
時のトルクを計測できる切削動力計を用いることもでき
る。さらには、主軸モータ7の電流や回転速度から加工
トルクを推定するトルク測定器(この推定により加工ト
ルクを求める例については後述する)を用いても良く、
要は加工トルクを検出できるものであればなんでも良
い。
Although the torque applied to the drill is directly detected in this example, the present invention is not limited to this, and a torque sensor is attached inside the chuck or in the middle of the spindle to indirectly detect the processing torque. Alternatively, a cutting dynamometer that can be attached to the work holding table 1 and can measure the torque during processing can be used. Further, a torque measuring device for estimating the processing torque from the current or the rotation speed of the spindle motor 7 (an example of obtaining the processing torque by this estimation will be described later) may be used.
The point is that anything that can detect the processing torque may be used.

【0036】一方、加工トルク及びトルク目標値に基づ
いて送りモータの速度を決定するトルク制御装置15の
具体的な処理機能は、図2に示すフローチャートのよう
になっている。すなわち、加工開始と共にドリル10を
定速回転させた状態で、予め設定された基本送り速度f
0 で下降移動するように速度指令を出力する(ST
1)。そして、ドリル先端位置(送り位置)h[mm]
を計測し、ドリル10の先端がワーク11の上面に当接
(h=0)するまで上記基本送り速度f0 を維持する
(ST2,ST3)。なお、本例ではボールネジからな
るガイドレール6に沿って主軸回転機構部4が昇降移動
するため、送りモータ5が1回転する毎に昇降移動する
距離は一定であるので、初期位置(例えば最上方位置)
から送りモータ5が回転した積算数を求めることにより
送り位置を算出することができる。
On the other hand, the specific processing function of the torque control device 15 for determining the speed of the feed motor on the basis of the processing torque and the target torque value is as shown in the flowchart of FIG. That is, the basic feed speed f set in advance is set in a state where the drill 10 is rotated at a constant speed when the machining is started.
A speed command is output so that it moves downward at 0 (ST
1). And the drill tip position (feed position) h [mm]
Is measured, and the basic feed speed f0 is maintained until the tip of the drill 10 contacts the upper surface of the work 11 (h = 0) (ST2, ST3). In this example, since the main shaft rotating mechanism 4 moves up and down along the guide rail 6 formed of a ball screw, the distance that the feed motor 5 moves up and down is constant for each rotation, so the initial position (for example, the uppermost position). position)
The feed position can be calculated by obtaining the integrated number of rotations of the feed motor 5 from.

【0037】そして、ドリル10の先端がワーク11に
当接したならば(h=0)、それ以後実際の穴明け加工
が行なわれるので、ステップ4以降の加工状況に応じた
送り速度の調整制御を行う。すなわち、主軸の回転数N
[rpm](固定)と加工トルク値τ[kgf・cm]
を取得する。加工トルク値はトルクセンサ16により検
出される(ST4)。
When the tip of the drill 10 comes into contact with the work 11 (h = 0), the actual drilling is performed thereafter. Therefore, the feed rate adjustment control according to the machining conditions after step 4 is performed. I do. That is, the rotation speed N of the spindle
[Rpm] (fixed) and processing torque value τ [kgf · cm]
To get. The processing torque value is detected by the torque sensor 16 (ST4).

【0038】ここで加工トルク値τについて考えると、
ドリル10がワーク11を削ることによって発生するト
ルクτc [kgf・cm]と、ドリル10とすでに開け
られた穴の内面との間の摩擦トルクτf [kgf・c
m]がある。そして、τc は、ドリル径Dの2乗に比例
し、ドリル10の送りf(ドリルが1回転するときにド
リルが前進・後退する量[mm/rev])に比例する
ので、次式で表せる。
Considering the processing torque value τ,
The torque τc [kgf · cm] generated by the drill 10 scraping the work 11 and the friction torque τf [kgf · c] between the drill 10 and the inner surface of the already drilled hole.
m]. And, τc is proportional to the square of the drill diameter D, and is proportional to the feed f of the drill 10 (amount [mm / rev] that the drill advances / retracts when the drill makes one revolution), and thus can be expressed by the following equation. .

【0039】τc =kc・f・D kmは材料などに依存する値(厳密には送りfにも依存
する) また、τf は、ドリルの回転数Nとすでに切削した穴の
深さhに比例するため、 τf =kf・N・h kfは材料などに依存する値となる。
Τc = kcfD 2 km is a value that depends on the material (strictly, it also depends on the feed f). Also, τf is the rotational speed N of the drill and the depth h of the already cut hole. Since they are proportional to each other, τf = kf · N · h kf becomes a value depending on the material.

【0040】従って、加工中に検出される加工トルクτ
は、 τ=kc・f・D+kf・N・h となり、送りモータの速度を一定とする(速度制御)
と、時間経過に伴い検出される加工トルクの一例を示す
と、図3中実線で示すように穴深さが増すに連れて加工
トルクも上昇する。そこで本例では、加工トルクτが送
りfに依存することに着目し、加工トルクτと送りfを
図中破線で示すように比例関係で近似し、その近似曲線
に基づいて制御するようにしている。
Therefore, the processing torque τ detected during processing
Is τ = kc · f · D 2 + kf · N · h, and the speed of the feed motor is constant (speed control)
As an example of the machining torque detected over time, the machining torque also increases as the hole depth increases, as shown by the solid line in FIG. Therefore, in this example, paying attention to the fact that the processing torque τ depends on the feed f, the processing torque τ and the feed f are approximated by a proportional relationship as shown by the broken line in the figure, and control is performed based on the approximated curve. There is.

【0041】そして、トルク制御装置15に対して外部
から制御基準となるトルク目標値τd を与えるのである
が、本例では、図4に示すように送り速度並びにドリル
の回転速度を一定にした時(速度制御時)の時間経過
(穴開け深度h)に対する加工トルク波形に基づいて、
そのピーク値をトルク目標値に決定し、その値を設定す
るようにしている。このピーク値は、正常動作時におけ
る各時期での加工トルクであるので、その加工トルク以
内であれば、ドリルに加わるトルクが過負荷となること
がなく、折損することはない。
The torque target value τd serving as a control reference is externally given to the torque control device 15. In this example, when the feed speed and the drill rotation speed are constant as shown in FIG. Based on the machining torque waveform for the passage of time (during speed control) (drilling depth h),
The peak value is determined as the torque target value and that value is set. Since this peak value is the processing torque at each time during normal operation, if it is within the processing torque, the torque applied to the drill will not be overloaded and will not break.

【0042】そこで、上記ステップ4で取得した現在の
加工トルクτと予め与えられたトルク目標値τd の偏差
τe を求める(ST5)。
Therefore, the deviation τe between the current machining torque τ obtained in step 4 and the preset torque target value τd is calculated (ST5).

【0043】τe =τd −τ 次いで、その算出結果に基づいて送り修正量fmを算出
する。具体的には、下記式(ST6)により求められ
る。
Τe = τd-τ Then, the feed correction amount fm is calculated based on the calculation result. Specifically, it is calculated by the following formula (ST6).

【0044】fm=Kp・τe 但し、Kpは比例定数 また、送り修正量fmは、トルクの偏差τeの微分値,
積分値を用い、下記式に代入することにより、算出する
ようにしても良い。すなわち、PID制御方式(または
PI,PD制御方式)を用いて算出しても良い。
Fm = Kpτe where Kp is a proportional constant, and the feed correction amount fm is the differential value of the torque deviation τe,
It may be calculated by using the integrated value and substituting it in the following formula. That is, it may be calculated using the PID control method (or PI, PD control method).

【0045】[0045]

【数1】 さらに、τe の値が連続量(アナログ値)の場合には、
上記した演算式により修正量fm を求めるようになって
いるが、マイクロコンピュータ等を用いて制御する場合
にはτe は離散量(ディジタル量)となるので、制御開
始からkサンプル目における修正量fm (k)は、
[Equation 1] Furthermore, when the value of τe is a continuous quantity (analog value),
The correction amount fm is obtained by the above-mentioned arithmetic expression. However, when controlling using a microcomputer or the like, τe is a discrete amount (digital amount), so the correction amount fm at the kth sample from the start of control. (K) is

【0046】[0046]

【数2】 となる。[Equation 2] Becomes

【0047】次に、基準送り量f0に上記求めた修正量
fmを加算して送り量f[mm/rev]を算出し、そ
の算出結果fにドリル回転数Nを掛けることによりドリ
ルの送り速度F[mm/min]を算出する。そして、
その主軸回転機構部4(ドリル10)の送り速度が算出
したFになるための送りモータ5の回転速度を下記式に
より求め、その算出結果を送り速度指令として送りモー
タ駆動装置12に出力する(ST7〜ST10)。
Next, the feed amount f [mm / rev] is calculated by adding the correction amount fm obtained above to the reference feed amount f0, and the feed rate of the drill is calculated by multiplying the calculation result f by the drill rotation speed N. Calculate F [mm / min]. And
The rotation speed of the feed motor 5 for the feed speed of the spindle rotation mechanism 4 (drill 10) to reach the calculated F is obtained by the following formula, and the calculation result is output as a feed speed command to the feed motor drive device 12 ( ST7 to ST10).

【0048】V=Kv ×F 但し、Kv は送り速度/モータ速度指令変換係数 これにより、図5中実線で示すように穴開け加工開始し
たならば加工トルクがトルク目標値(同図中破線で示
す)とほぼ一致するようになる。すなわち、摩擦トルク
τf の小さい穴開け開始当初はトルクτc を大きく、つ
まり、送りfを大きくすることができる。また、摩擦ト
ルクτf の大きくなる穴開け終了付近では、速度を遅く
(同図中二点鎖線で示す速度制御(送り速度を一定にす
る制御)における送り速度とほぼ等しい)し、無理のな
い穴開け加工をする。これにより、ドリル10に過大な
トルクを加えることなく加工速度を上げることができ、
同図から明らかなように、速度制御に比べ短時間で加工
処理を行える。また、加工トルクがトルク目標値を越え
た場合には、送り速度を低下させてドリル保護を図る。
V = Kv × F where Kv is the feed rate / motor speed command conversion coefficient. Therefore, if the boring process is started as shown by the solid line in FIG. 5, the machining torque is the torque target value (indicated by the broken line in the figure). (Shown) is almost the same. That is, the torque τc can be increased at the beginning of drilling with a small friction torque τf, that is, the feed f can be increased. In addition, near the end of drilling where the friction torque τf increases, the speed is slowed (almost equal to the feed speed in the speed control (control to keep the feed speed constant) shown by the chain double-dashed line in the figure) Open processing. This makes it possible to increase the machining speed without applying excessive torque to the drill 10.
As is clear from the figure, the processing can be performed in a shorter time than the speed control. When the processing torque exceeds the torque target value, the feed speed is reduced to protect the drill.

【0049】そして、上記トルク制御(ステップ4〜ス
テップ10)を、穴開け終了位置まで行い(ST11,
12)、穴開け終了位置まで達したならドリル戻り指令
を出力する(ST13)。なお、この戻り指令に基づき
送りモータ駆動装置12では送りモータ5を逆回転させ
るように電力供給する。そして、ドリルが元の初期位置
まで上昇移動したならば、処理を終了する(ST14,
15)。
Then, the torque control (step 4 to step 10) is carried out to the drilling end position (ST11,
12) When the drilling end position is reached, a drill return command is output (ST13). Based on this return command, the feed motor driving device 12 supplies electric power so as to rotate the feed motor 5 in the reverse direction. If the drill moves up to the original initial position, the process ends (ST14,
15).

【0050】上記構成によれば、加工中のドリルにかか
っている加工トルクを検出し、それに基づいてリアルタ
イムで送り速度を増減速制御することにより実際の加工
トルクをトルク目標値通りにすることができる。よっ
て、加工トルクが過大にならずドリル(工具)の破損を
防止できる。そして、工具磨耗が進行した場合であって
も、加工トルクを増大させることがないので(この場合
には全体的に加工速度は遅くなる)、工具に無理なトル
クがかからず寿命が延びる。さらに工具を長期にわたっ
て、しかもその工具の状態に合わせた送り速度で加工す
ることができる。さらに、加工トルクの変動が小さいの
で、加工精度が向上するなどの種々の効果を奏する。
According to the above construction, the machining torque applied to the drill during machining is detected, and based on this, the feed speed is controlled to be increased or decreased in real time, whereby the actual machining torque can be made equal to the torque target value. it can. Therefore, the processing torque does not become excessive and damage to the drill (tool) can be prevented. Further, even if the tool wear progresses, the machining torque is not increased (in this case, the machining speed becomes slow as a whole), so that the tool is not subjected to excessive torque and the life is extended. Furthermore, the tool can be machined for a long period of time and at a feed rate adapted to the condition of the tool. Further, since the fluctuation of the processing torque is small, various effects such as improvement of the processing accuracy can be obtained.

【0051】図6,図7は本発明に係る制御装置の第2
実施例を示している。同図に示すトルク制御装置15
は、加工時の工具にかかっている加工トルクを受け、そ
のトルク値がトルク目標値になるように送り速度を制御
するもので、上記した図1,図2に示すものと同様の構
成のものを用いている。
FIG. 6 and FIG. 7 show a second control device according to the present invention.
An example is shown. Torque control device 15 shown in FIG.
Receives the processing torque applied to the tool during processing, and controls the feed speed so that the torque value becomes the torque target value. It has the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2 above. Is used.

【0052】そして、本実施例では、加工異常検知装置
を設け、トルク制御装置15の出力(送りモータ速度指
令)を受け、加工状態を判断し、異常がある場合には送
りモータ駆動装置12に対して停止信号を出力するよう
にしている。具体的には、上限しきい値と下限しきい値
と言う2つの基準値を有し、入力信号(送りモータ速度
指令値)が上限しきい値を越えたり或いは下限しきい値
より小さくなった場合に異常信号を出力する比較装置2
0から構成される。そして、この比較装置20は、CP
U内でソフトウエアで処理しても良く、或いはウインド
コンパレータのようにハードウエアで構成することもで
きる。
In this embodiment, a machining abnormality detecting device is provided, the output of the torque control device 15 (feed motor speed command) is received, the machining state is judged, and if there is an abnormality, the feed motor drive device 12 is judged. A stop signal is output to this. Specifically, it has two reference values, an upper threshold and a lower threshold, and the input signal (feed motor speed command value) exceeds the upper threshold or becomes smaller than the lower threshold. Comparing device 2 that outputs an abnormal signal in some cases
It consists of zero. Then, this comparison device 20
It may be processed by software in the U or may be configured by hardware such as a window comparator.

【0053】すなわち、例えば図7に示すように、例え
ば穴開け加工により生じる切り屑が、ドリルの刃部内に
詰まると、加工トルクが非常に大きくなる。すると、上
記した如くトルク制御装置15は加工トルクをトルク目
標値にすべく送り速度を低下させるように指示する。よ
って、指示した送り速度は下限しきい値以下になる。ま
た、同様のことは、加工中には切削油を供給するが、こ
の切削油の供給が停止したり供給量が不十分の場合にも
加工トルクが上昇するので同様の現象を生じる。
That is, for example, as shown in FIG. 7, when chips produced by, for example, drilling work are clogged in the blade portion of the drill, the processing torque becomes extremely large. Then, as described above, the torque control device 15 gives an instruction to reduce the feed speed so that the processing torque becomes the torque target value. Therefore, the instructed feed rate becomes less than or equal to the lower limit threshold. Further, the same thing occurs, although the cutting oil is supplied during the processing, but the processing torque increases even when the supply of the cutting oil is stopped or the supply amount is insufficient, so that the same phenomenon occurs.

【0054】そして、かかる状態の時にそのまま穴開け
加工を継続すると、単に加工時間が長くなって加工効率
が悪くなるのみならず、ワークの加工精度(仕上がり精
度)が低下したり、工具の損傷・磨耗の原因となる。そ
こで、本例のように送り速度が低くなり過ぎた場合には
異常ありと判断し、送りモータ駆動装置12に停止手停
止信号を出力し、図外の送りモータを停止する。
When the boring process is continued as it is in such a state, not only the machining time becomes long and the machining efficiency is deteriorated, but also the machining precision (finishing precision) of the work is deteriorated, and the tool is damaged. It causes wear. Therefore, when the feed speed becomes too low as in this example, it is determined that there is an abnormality, a stop hand stop signal is output to the feed motor drive device 12, and the feed motor (not shown) is stopped.

【0055】また、設定したのと異なる材質のワークを
挿入し、穴開け加工しようとした異常事態の場合にも、
本実施例の異常検出装置で検出できるようなる。すなわ
ち、仮にアルミのワークの穴開けを行うことを想定して
基準送り速度やトルク目標値などを設定した場合に、そ
れよりも硬いステンレスのワークを挿入してしまうと、
基準送り速度の間まで加工すると、発生する加工トルク
が非常に大きくなり、やはり上記と同様の原理により検
出される。これにより、間違ったワークに対して作業を
してしまうと言う事態を抑制できる。
Also, in the case of an abnormal situation in which a work of a material different from the set one is inserted and a hole is to be drilled,
This can be detected by the abnormality detection device of this embodiment. In other words, if you set a standard feed rate or torque target value assuming that you will drill a hole in an aluminum workpiece, and insert a harder stainless steel workpiece,
When machining is performed up to the standard feed speed, the machining torque generated becomes extremely large and is detected by the same principle as above. As a result, it is possible to prevent a situation in which a wrong work is performed.

【0056】一方、上記とは逆にステンレスを想定して
設定した場合において、アルミのワークを供給してしま
った場合には、基準送り速度で加工している時に発生す
る加工トルクは小さいので送り速度を非常に早くするよ
うに制御される。係る場合には、制御された送り速度が
上記上限しきい値を越えるため、送りモータは停止され
る。これにより、間違ったワークに対して作業をしてし
まうと言う事態を抑制できる。
On the other hand, contrary to the above, when stainless steel is assumed and aluminum workpieces are supplied, the machining torque generated during machining at the standard feed speed is small, so It is controlled to make the speed very fast. In that case, the feed motor is stopped because the controlled feed speed exceeds the upper limit threshold value. As a result, it is possible to prevent a situation in which a wrong work is performed.

【0057】なお、上記した実施例では、上限,下限の
2つのしきい値を設定し、いずれを越えても検出するよ
うにしたが、本発明はこれに限ることなく、いずれか一
方のしきい値を設定し、そのしきい値よりも上/下の2
値制御を行うようにしてもよい。
In the above embodiment, two thresholds, the upper limit and the lower limit, are set so that the detection is performed when any of the thresholds is exceeded. However, the present invention is not limited to this, and one of the thresholds is used. Set a threshold value, 2 above / below the threshold
Value control may be performed.

【0058】図8は、主軸モータ7に供給される電流及
び回転速度からトルクを推定する本発明に係るトルク測
定器の一実施例を示している。そして、図1に示すトル
クセンサのかわりにこのトルク測定器を用いることによ
り、上記した各種の制御や異常検知を行うことができ
る。
FIG. 8 shows an embodiment of the torque measuring device according to the present invention for estimating the torque from the current supplied to the spindle motor 7 and the rotation speed. By using this torque measuring device instead of the torque sensor shown in FIG. 1, the above-mentioned various controls and abnormality detection can be performed.

【0059】同図に示すように、加工機械本体に実装さ
れる主軸モータ7には、その出力軸7aの先端に取り付
けられたチャック8を介してドリル10が着脱自在に取
り付けられる。なお、図示の例では便宜上主軸モータ7
の出力軸7aのチャック8を取り付けた状態を示した
が、実際には係る出力軸7aを主軸に連結し、その主軸
の下端にチャックが装着される。そして、この主軸モー
タ7は、主軸モータドライバ(主軸モータ駆動装置)1
3からの制御信号(電流)、すなわち、電流値により所
望の回転数で稼働するようになっている。
As shown in the figure, a drill 10 is detachably attached to a spindle motor 7 mounted on a main body of a processing machine via a chuck 8 attached to the tip of an output shaft 7a thereof. In the illustrated example, the spindle motor 7 is used for convenience.
Although the state where the chuck 8 of the output shaft 7a is attached is shown, the output shaft 7a is actually connected to the main shaft, and the chuck is attached to the lower end of the main shaft. The spindle motor 7 is a spindle motor driver (spindle motor driving device) 1
The control signal (current) from No. 3, that is, the current value allows operation at a desired rotation speed.

【0060】ここで本発明では、主軸モータ7に出力軸
7aの回転速度を計測する回転検出器21を設け、その
回転検出器21により検出された回転速度ωと、主軸モ
ータドライバ(主軸モータ駆動装置)13の出力、すな
わちモータ電流imを本発明に係るトルク測定器22に
与えるようになっている。
In the present invention, the spindle motor 7 is provided with the rotation detector 21 for measuring the rotation speed of the output shaft 7a, and the rotation speed ω detected by the rotation detector 21 and the spindle motor driver (spindle motor drive The output of the device 13 or the motor current im is applied to the torque measuring device 22 according to the present invention.

【0061】このトルク測定器22は、上記2つの入力
データに基づいてオブザーバの理論にしたがってモータ
7の主軸(出力軸7a)にかかっている主軸負荷トルク
を推定するトルク推定部23を備え、このトルク推定部
23の出力を、一時記憶する記憶装置24と、工具にか
かっている加工トルク(本例では工具がドリルのため、
以下「切削トルク」と称する)を算出する切削トルク算
出部25に接続する。さらにこのトルク算出部25に
は、前記記憶装置24に記憶されたデータを読み出して
与えられるようになっている。
The torque measuring device 22 is equipped with a torque estimating section 23 for estimating the spindle load torque applied to the spindle (output shaft 7a) of the motor 7 according to the observer theory based on the above two input data. A storage device 24 for temporarily storing the output of the torque estimation unit 23 and a machining torque applied to the tool (in this example, since the tool is a drill,
Hereinafter, the cutting torque is referred to as “cutting torque”) and is connected to a cutting torque calculation unit 25. Furthermore, the data stored in the storage device 24 is read out and given to the torque calculation unit 25.

【0062】そしてトルク推定部23では、回転速度を
y,電流をu,オブザーバゲインをK(行列(A−K
C)が安定となるように選ぶ)とし、下記式によりxの
推定ベクトルを求め、そのxの推定ベクトルに[0
1]を掛けることにより主軸負荷トルクTL を推定する
ことになる。
In the torque estimation unit 23, the rotational speed is y, the current is u, the observer gain is K (matrix (AK)
C) is selected so as to be stable), and the estimated vector of x is obtained by the following formula, and the estimated vector of x is [0
The spindle load torque TL is estimated by multiplying by 1].

【0063】[0063]

【数3】 なお、上記した式(1)中の各係数は、下記のモータの
運動方程式(式(2))に基づき、以下のようにして求
められる。
[Equation 3] Each coefficient in the above equation (1) is obtained as follows based on the following equation of motion of the motor (equation (2)).

【0064】[0064]

【数4】 [Equation 4]

【0065】[0065]

【数5】 したがって、図9に示すように加工前の無負荷時(ドリ
ル10がワークに非接触状態(切削トルク=0)で一定
速度で回転している状態)の主軸モータ7の回転速度並
びに電流をトルク推定部23に入力し、その時の主軸負
荷トルクTL1を算出し、それを記憶装置24に格納す
る。すると、この場合に切削トルクがゼロであるので、
記憶装置24に格納した値は、主軸モータ7の出力軸7
aに対する摩擦,慣性等に基づいて発生するトルクとな
る。これにより、初期設定が終了する。
[Equation 5] Therefore, as shown in FIG. 9, the rotational speed and the current of the spindle motor 7 in the unloaded state (the state in which the drill 10 is not in contact with the work (cutting torque = 0) and is rotating at a constant speed) before the machining are torque It is input to the estimation unit 23, the spindle load torque TL1 at that time is calculated, and it is stored in the storage device 24. Then, since the cutting torque is zero in this case,
The value stored in the storage device 24 is used as the output shaft 7 of the spindle motor 7.
The torque is generated based on friction with respect to a, inertia, and the like. This completes the initial setting.

【0066】次いで、図10に示すように実際にドリル
10をワーク11に当接させて切削加工している時の主
軸モータの回転速度,電流をトルク推定部23に入力
し、その時の主軸負荷トルクTL2を算出し、それをトル
ク算出部25に与える。すると、この時の主軸負荷トル
クTL2は、上記した軸の摩擦等によるトルクと切削によ
り工具にかかっているトルクの和である。よって、切削
トルク算出部25では、記憶装置24に格納されたトル
クデータTL1を読み出すとともに、両者を減算(TL2−
TL1)することにより、切削トルクを算出し、それを出
力する。
Next, as shown in FIG. 10, the rotational speed and the current of the spindle motor when the drill 10 is actually brought into contact with the work 11 for cutting are input to the torque estimating section 23, and the spindle load at that time is input. The torque TL2 is calculated and given to the torque calculator 25. Then, the spindle load torque TL2 at this time is the sum of the torque due to the above-mentioned friction of the shaft and the torque applied to the tool by cutting. Therefore, the cutting torque calculation unit 25 reads the torque data TL1 stored in the storage device 24 and subtracts both (TL2−
TL1) to calculate the cutting torque and output it.

【0067】そして、加工前と加工中の回転速度の間に
大きな差がなければ、加工中の摩擦等によるトルク分は
初期設定時に求めて記憶装置24に格納したものFL1と
ほぼ等しい。これにより、軸の摩擦等を排除した正確な
切削トルクを求めることができる。すなわち、本例で
は、トルクの推定並びに減算処理は短時間で行えるた
め、リアルタイムでの処理が可能となる。
If there is no significant difference between the rotational speeds before and during the machining, the torque component due to friction during the machining is almost equal to FL1 which is obtained in the initial setting and stored in the storage device 24. As a result, it is possible to obtain an accurate cutting torque without friction of the shaft. That is, in this example, since the torque estimation and subtraction processing can be performed in a short time, the processing can be performed in real time.

【0068】一方、上記したトルク推定部23では、モ
ータの回転速度,電流からモータの主軸にかかるトルク
を推定したが、摩擦にともない生じるトルクが速度に比
例する粘性・摩擦項とすると、上述したモータの運動方
程式は、下記式のようにおくことができる。
On the other hand, the torque estimating unit 23 estimates the torque applied to the main shaft of the motor from the rotation speed and the current of the motor. However, assuming that the torque generated by friction is the viscosity / friction term proportional to the speed, The equation of motion of the motor can be set as the following equation.

【0069】[0069]

【数6】 すると、上記した実施例の導入過程の式(3)は、下記
式のようになる。
[Equation 6] Then, the equation (3) in the introduction process of the above-described embodiment becomes the following equation.

【0070】[0070]

【数7】 そして、上記式に基づいてオブザーバを構成すると(上
述した実施例の式(3)に相当)、式(4)中の各係数
には、摩擦によるトルク分が考慮された状態で決定され
ているので、結局摩擦によるトルク分が差し引かれ、純
粋に工具にかかっているで推定トルクTL が求まる。上
記した一実施例に示す記憶手段やトルク算出部が不要と
なり、図8に示すトルク推定部(演算式は異なる)の単
独によりトルク推定手段が構成される。本例では、経年
変化などによりモータのパラメータが変動した場合であ
っても、オブザーバの再設計は不要となり、経年変化に
強いものとなる。
[Equation 7] Then, when the observer is configured based on the above equation (corresponding to the equation (3) in the above-described embodiment), each coefficient in the equation (4) is determined in a state in which the torque component due to friction is taken into consideration. Therefore, the torque due to friction is subtracted, and the estimated torque TL is obtained purely by the tool. The storage unit and the torque calculation unit shown in the above-described embodiment are unnecessary, and the torque estimation unit is configured by the torque estimation unit (different calculation formulas) shown in FIG. 8 alone. In this example, the observer does not need to be redesigned even if the motor parameters fluctuate due to aging, etc., and is resistant to aging.

【0071】ここで上記式(4)中の粘性・摩擦係数D
は、例えば実験的に求めることができる。すなわち、パ
ラメータ同定法を用い、一例を示すとステップ入力に対
する応答から求める。つまり、上記式(4)中のimが
i0(一定)とすると、式(4)の解は微分方程式を解
くことにより、
Here, the viscosity / friction coefficient D in the above equation (4)
Can be experimentally obtained, for example. That is, the parameter identification method is used, and an example is obtained from the response to the step input. That is, if im in the above formula (4) is i0 (constant), the solution of the formula (4) is obtained by solving a differential equation,

【0072】[0072]

【数8】 となる。そして、上記式(5)から、出力ω(t)の最
終値がGで,時間t=Tにおけるω(T)はGの63.
2%に達することがわかる。
[Equation 8] Becomes Then, from the above equation (5), the final value of the output ω (t) is G, and ω (T) at time t = T is 63.
It turns out that it reaches 2%.

【0073】よって、ステップ入力i0をモータに加
え、その時の出力ωを時間応答データとして測定し、ω
が収束して一定値とみなした時点で最大値Gを求める。
そして、 D=Km・i0/G よりDを求めることができる。また、Gの63.2%と
なる時間Tを求め、 J=DT よりJを求めることができる。これにより、式(4)中
の係数が決定される。なお、Jは、各種特性から物理的
計算により算出することもできる。
Therefore, the step input i0 is applied to the motor, and the output ω at that time is measured as the time response data.
The maximum value G is obtained at the time when is converged and regarded as a constant value.
Then, D can be obtained from D = Km · i0 / G. In addition, J can be obtained from J = DT by obtaining the time T that is 63.2% of G. As a result, the coefficient in the equation (4) is determined. Note that J can also be calculated by physical calculation from various characteristics.

【0074】図11,図12は、本発明に係る制御装置
の第3実施例である上記した各トルク検出センサの出力
に対する信号処理装置の一例を示している。図示するよ
うに、工作機械(ドリル加工装置)本体には、ドリル1
0を正逆回転させるための主軸モータ7と、ドリル10
(主軸モータ7)を上下移動させるための送りモータ5
とを有し、両モータ5,7は切削トルク制御装置26か
らの速度指令を受けたドライバ12,13によりその回
転が制御されるようになっている。これにより、主軸モ
ータ7にてドリル10を所定速度で正回転させながら、
送りモータ5を作動させてドリル10を下降移動させて
ワーク15に所定の圧力で当接させることにより切削
(穴あけ)加工をすることになる。
FIG. 11 and FIG. 12 show an example of a signal processing device for the output of each of the above-mentioned torque detection sensors which is the third embodiment of the control device according to the present invention. As shown in the figure, the drill 1
Spindle motor 7 for rotating 0 forward and reverse, and drill 10
Feed motor 5 for vertically moving (spindle motor 7)
Both motors 5 and 7 are controlled in their rotations by drivers 12 and 13 that receive a speed command from the cutting torque control device 26. This allows the spindle motor 7 to rotate the drill 10 forward at a predetermined speed,
Cutting (drilling) is performed by operating the feed motor 5 to move the drill 10 downward and bringing it into contact with the work 15 at a predetermined pressure.

【0075】この時、送りモータ5の回転出力をあげる
と加工時間が短くなるがドリル10がワーク15から受
ける反力が強く、大きなトルクがかかるために折損する
おそれが生じ、逆に送りモータ5の出力を下げるとドリ
ル10の折損のおそれは可及的に減少するが加工時間も
長くなる。すなわち、ドリル10の回転速度を一定とす
ると、ドリル10にかかるトルクは送り量(下降速度)
に依存する。
At this time, if the rotation output of the feed motor 5 is increased, the machining time is shortened, but the reaction force received by the drill 10 from the work 15 is strong and a large torque is applied, which may cause breakage. If the output of the drill 10 is reduced, the risk of breakage of the drill 10 is reduced as much as possible, but the processing time is extended. That is, when the rotation speed of the drill 10 is constant, the torque applied to the drill 10 is the feed amount (down speed).
Depends on.

【0076】そこで本例では、ドリル10に本発明に係
る切削トルク推定器22を設け、その切削トルク推定器
22の出力を切削トルク制御装置26に送り、フィード
バック制御によりドリル10に一定以上のトルクがかか
らない状態で切削加工をするようにしている。
Therefore, in this example, the drill 10 is provided with the cutting torque estimator 22 according to the present invention, and the output of the cutting torque estimator 22 is sent to the cutting torque control device 26, and the drill 10 is subjected to a torque above a certain torque by feedback control. The cutting process is done in such a way that it does not come into contact.

【0077】すなわち、図12に示すように、切削トル
ク制御装置(図1に示すトルク制御装置15に対応)2
6はPIDコントローラ26aと、送り速度算出部26
bと、主軸回転制御部26cとから構成され、PIDコ
ントローラ26aに切削トルク推定器22で推定・算出
したドリル10にかかっているトルクに基づく信号と、
設定負荷に基づく信号の差分を入力するようにする。こ
こで、設定負荷とはそのドリル10が折損してしまうト
ルクに対して所定のマージンを取った値である。なお、
主軸回転制御部26cでは、主軸モータドライバ13に
対して主軸モータ7を一定速度で回転するように制御信
号を発するようになっている。
That is, as shown in FIG. 12, a cutting torque control device (corresponding to the torque control device 15 shown in FIG. 1) 2
6 is a PID controller 26a and a feed rate calculation unit 26
b and a spindle rotation control unit 26c, and a signal based on the torque applied to the drill 10 estimated and calculated by the cutting torque estimator 22 in the PID controller 26a,
Input the signal difference based on the set load. Here, the set load is a value with a predetermined margin for the torque that breaks the drill 10. In addition,
The spindle rotation control unit 26c is configured to issue a control signal to the spindle motor driver 13 so as to rotate the spindle motor 7 at a constant speed.

【0078】この状態で、PIDコントローラ26aで
は、入力信号の正負及びその絶対値から、ドリル10の
下降速度すなわち送り量を決定する。つまり、入力信号
が負の場合にはドリル10にかかっているトルクが設定
負荷を越えていて折損のおそれが高いため、送り量を低
下させたり或いは逆戻りさせたりする(ドリルを上昇さ
せる)必要があり、一方、入力信号が正の場合には、ド
リル10にかかっているトルクは設定負荷よりも小さい
ため、ドリル10にかかるトルクをもう少し増やしても
ドリルが折損するおそれが低いので、送り量を増加させ
て加工効率の向上を図る。そして、上記増減量は、PI
Dコントローラ26aへの入力信号の絶対値により決定
する。そして、この決定した送り量を次段の送り速度算
出部26bに送り、その送り量を得るに必要な送りモー
タ5の速度を求め、その決定した速度を送りモータドラ
イバ12に制御信号として出力する。
In this state, the PID controller 26a determines the descending speed of the drill 10, that is, the feed amount, from the positive / negative of the input signal and its absolute value. In other words, when the input signal is negative, the torque applied to the drill 10 exceeds the set load and there is a high possibility of breakage, so it is necessary to reduce the feed amount or reverse the feed (raise the drill). On the other hand, when the input signal is positive, the torque applied to the drill 10 is smaller than the set load, so even if the torque applied to the drill 10 is increased a little, the drill is less likely to break, so the feed amount is increased. Increase processing efficiency by increasing the number. Then, the increase / decrease amount is PI
It is determined by the absolute value of the input signal to the D controller 26a. Then, the determined feed amount is sent to the next-stage feed speed calculation unit 26b, the speed of the feed motor 5 required to obtain the feed amount is obtained, and the decided speed is output to the feed motor driver 12 as a control signal. .

【0079】係る構成にすることにより、切削時にドリ
ル10にかかるトルク(負荷)を折損レベル以下に保つ
ことができる。そして、ドリルに無理な負荷がかからな
いので、ドリルの長寿命化が図れる。
With such a structure, the torque (load) applied to the drill 10 during cutting can be kept below the breakage level. Further, since the drill is not unduly loaded, the life of the drill can be extended.

【0080】図13,図14は本発明に係る工具折損検
出装置の一実施例を示している。すなわち、ワーク15
に穴を開ける切削処理の場合、折損するような瞬間には
過大なトルクがかかるために時間tの変化に対するトル
クの変化は、異常(折損)であれば図13に示すよう
に、あるしきい値(正常であれば取り得ないトルク(セ
ンサ出力))を設定し、そのしきい値をこえた場合には
折損したと判定し、所定の出力をするようにしている。
すなわち、図14に示すように上記した切削トルク制御
装置26に替えて工具折損検知装置27を設け、その検
知装置27にて、設定した基準トルク(上記しきい値)
と推定トルクを比較し、推定トルクが大きくなったとき
に、異常と判定するようにしている。
13 and 14 show an embodiment of the tool breakage detecting device according to the present invention. That is, the work 15
In the case of the cutting process for making a hole in the hole, an excessive torque is applied at the moment of breaking, so that the change in torque with respect to the change in time t is abnormal (breakage), as shown in FIG. A value (torque (sensor output) that cannot be obtained if normal) is set, and if the threshold value is exceeded, it is determined that the breakage has occurred and a predetermined output is performed.
That is, as shown in FIG. 14, a tool breakage detection device 27 is provided in place of the cutting torque control device 26, and the reference torque (the above threshold value) set by the detection device 27 is provided.
And the estimated torque are compared with each other, and when the estimated torque becomes large, it is determined to be abnormal.

【0081】そして、工具折損検知装置27では、異常
を検知したら主軸モータドライバ13に対して異常信号
(主軸回転停止指令)を発する。すると、主軸モータド
ライバ13は主軸モータ7に対する電流供給を停止す
る。また、これと同時に送りモータドライバ12に対し
て戻り指令を発し、送るモータ5を逆回転させてドリル
10を引き上げるなどの所定の処理を行う。なお、主軸
モータ7への指令は、上記のような停止命令ではなく、
逆回転命令でも良く、或いは回転させたままとしても良
い。
When the tool breakage detection device 27 detects an abnormality, it outputs an abnormality signal (spindle rotation stop command) to the spindle motor driver 13. Then, the spindle motor driver 13 stops the current supply to the spindle motor 7. At the same time, a return command is issued to the feed motor driver 12, the feed motor 5 is rotated in the reverse direction, and the drill 10 is pulled up. The command to the spindle motor 7 is not the above stop command, but
It may be a reverse rotation command, or may be kept rotated.

【0082】図15は本発明に係る制御装置の第4実施
例を示している。この実施例では、上記した図1に示す
制御装置を基本とし、さらに加工位置に応じてトルク目
標値を替えることにより、状況に応じた高精度の制御が
できるようにしている。すなわち、第1実施例では、ト
ルク目標値を固定としたが、本例ではトルク制御装置1
5に与えるトルク目標値を、ドリル位置(送り位置)に
基づいてトルク目標値生成装置30にて決定し、そのト
ルク目標値生成装置30から与えるようにしている。
FIG. 15 shows a fourth embodiment of the control device according to the present invention. This embodiment is based on the control device shown in FIG. 1 described above, and further, by changing the target torque value according to the machining position, it is possible to perform highly accurate control according to the situation. That is, although the torque target value is fixed in the first embodiment, the torque control device 1 is used in this embodiment.
The torque target value given to No. 5 is determined by the torque target value generation device 30 based on the drill position (feed position), and given from the torque target value generation device 30.

【0083】すなわち、ドリル10の先端は尖っている
ため、ドリルの先端がワーク11に当接し穴明け加工を
開始した時は、接触している径も小さく、また穴開け深
度も少ないので、τc ,τf 共に小さい。従って、トル
ク目標値を一定にすると、加工の初期に過大な送りにな
るおそれがある。また、貫通穴を形成する場合に、ドリ
ル10の先端がワーク11の裏面側に突出すると、加工
により生じるトルクτc が減少するので、やはり、トル
ク目標値を一定にすると、貫通後に送り速度が急に上昇
するおそれがある。そして、貫通により抵抗が小さくな
るにも拘らず比較的大きな加工トルクを維持するととも
に高速に送ると、バリを生じるおそれが高くなり、さら
に危険でもある。一方、ドリル10の先端部分がワーク
11内に入り込んだ後の通常の穴開け加工時は、できる
だけ一定のトルクで加工したほうが仕上がりが良くな
る。
That is, since the tip of the drill 10 is sharp, when the tip of the drill abuts the work 11 and starts drilling, the diameter of the contact is small and the depth of drilling is also small. , Τf are both small. Therefore, if the target torque value is kept constant, excessive feed may occur in the initial stage of machining. Further, when the tip of the drill 10 projects toward the back surface of the work 11 when forming a through hole, the torque τc generated by machining decreases. Therefore, if the torque target value is kept constant, the feed rate becomes sharp after penetration. May rise to. Even if the resistance becomes small due to the penetration, if a relatively large processing torque is maintained and the material is sent at high speed, the possibility of burrs increases, which is even more dangerous. On the other hand, during normal drilling after the tip of the drill 10 has entered the work 11, the finish is better if it is processed with a constant torque as much as possible.

【0084】そこで本例では、止まり穴を加工する場合
には、図16(A)に示すように、ワーク11にドリル
10の先端10aが当接してから(h=0)、その先端
部分10bが入り切る(h=hm )までは徐々にトルク
目標値を上昇させていき、その後は最終穴開け位置(h
=t)まで一定のトルク目標値τm とする。
Therefore, in the present example, when machining a blind hole, as shown in FIG. 16 (A), after the tip 10a of the drill 10 comes into contact with the work 11 (h = 0), the tip portion 10b thereof is reached. The target torque value is gradually increased until the point is completely filled (h = hm), and then the final drilling position (h
= T) until the constant torque target value τm.

【0085】また、貫通穴を加工する場合は、同図
(B)に示すように、ワーク11にドリル10の先端1
0aが当接してから(h=0)、その先端部分10bが
入り切る(h=hm )までは徐々にトルク目標値を上昇
させていく。その後、先端10aがワーク11の裏面
(h=t)に達するまでは一定のトルク目標値τm とす
る。そして、その後徐々にトルク目標値を低下させ、先
端部分10bが完全に外に突出したときにトルク目標値
を0にする。
When a through hole is to be machined, the tip 1 of the drill 10 is attached to the work 11 as shown in FIG.
The target torque value is gradually increased after the contact of 0a (h = 0) until the leading end portion 10b of the contact point 0b completely (h = hm). After that, the constant torque target value τm is set until the tip 10a reaches the back surface (h = t) of the work 11. Then, after that, the target torque value is gradually decreased, and the target torque value is set to 0 when the tip portion 10b is completely projected.

【0086】なお、上記一定のトルク目標値τm は、上
記各実施例と同様に、ドリル10の強度やワークの材質
等から決定される。また、トルク目標値τm になるとき
の位置、すなわち、ドリル10の先端部分10bの長さ
hm は、図17に示すようにドリルの径をD,先端角を
θとすると、 hm =D/(tan(θ/2)) により求めることができる。
The constant torque target value τm is determined from the strength of the drill 10 and the material of the work, as in the above embodiments. Further, the position at which the target torque value τm is reached, that is, the length hm of the tip portion 10b of the drill 10 is hm = D / (when the diameter of the drill is D and the tip angle is θ, as shown in FIG. tan (θ / 2)).

【0087】そして、加工中にドリル10の先端位置
(送り位置)hを取得し、その先端位置hのトルク目標
値を決定するのであるが、本例では、メモリ容量を削減
するため、図16に示す特性の中で特徴を表す代表点
(ドリル位置,トルク目標値)を複数決定し、その代表
点(離散的に抽出される)を目標値点列記憶装置31に
格納する。図16(B)を例にとると、格納される目標
値点列は、
Then, the tip position (feed position) h of the drill 10 is acquired during machining, and the torque target value of the tip position h is determined. However, in this example, in order to reduce the memory capacity, FIG. A plurality of representative points (drill position, torque target value) representing the characteristics among the characteristics shown in (1) are determined, and the representative points (discretely extracted) are stored in the target value point sequence storage device 31. Taking FIG. 16 (B) as an example, the stored target value point sequence is

【0088】[0088]

【数9】 に示すようになる。すなわち、各目標値点列を直線で結
ぶことと、図示の特性が得られる。なお、同図(A)の
場合には、P4がなくなる。
[Equation 9] As shown in. That is, it is possible to obtain the characteristics shown by connecting each target value point sequence with a straight line. In addition, in the case of FIG.

【0089】そして、トルク目標値生成装置30内のト
ルク目標値演算装置32に現在の送り位置hが与えられ
たなら、目標値点列記憶装置31に格納された所定の2
点の代表点(本例では現在の送り位置の両側に隣接する
代表点)についてのデータを読み出すとともに、現在の
送り位置でのトルク目標値を算出し、トルク制御装置1
5へ送るようにしている。
Then, if the current feed position h is given to the torque target value calculation device 32 in the torque target value generation device 30, a predetermined value 2 stored in the target value point sequence storage device 31 is set.
The data regarding the representative point (in this example, the representative points adjacent to both sides of the current feed position) is read out, and the torque target value at the current feed position is calculated, and the torque control device 1
I am going to send it to 5.

【0090】上記トルク目標値演算装置32では、読み
出した2点間を補間して目標値を演算するもので、本例
では補間を直線で行うようにしている。これにより、例
えば(h1,τ1),(h2,τ2)間の位置hにおけ
るトルク目標値τd を算出する演算式は
In the torque target value calculation device 32, the target value is calculated by interpolating between the read two points. In this example, the interpolation is performed by a straight line. Thus, for example, the calculation formula for calculating the torque target value τd at the position h between (h1, τ1) and (h2, τ2) is

【0091】[0091]

【数10】 となる。よって、図16(B)の例における送り位置h
に対する目標値τd は、下記表のようになる。
[Equation 10] Becomes Therefore, the feed position h in the example of FIG.
The target value τd for is as shown in the table below.

【0092】[0092]

【表1】 なお、上記した実施例では、目標値点列を4点抽出した
が、使用する目標点列の数を増加することにより、複雑
な目標値も簡単に生成できる。また、補間を行うに際
し、上記した実施例では、2つの代表点を結ぶ直線によ
り補間を行ったが、2次関数,3次関数などにより設定
することもできる。なお、その他の構成並びに作用効果
は、上記した実施例と同様であるので同一符合を付し、
その詳細な説明は省略する。
[Table 1] Although four target value point sequences are extracted in the above embodiment, a complicated target value can be easily generated by increasing the number of target point sequences used. Further, when performing the interpolation, in the above-mentioned embodiment, the interpolation is performed by the straight line connecting the two representative points, but it can be set by a quadratic function, a cubic function, or the like. The other configurations and effects are the same as those of the above-described embodiment, and therefore the same reference numerals are given,
Detailed description thereof will be omitted.

【0093】図18は本発明に係る制御装置の第5実施
例を示している。この例では、上記した第4実施例を基
本とし、目標値点列記憶装置31に格納する目標値点列
データを自動的に生成し記憶するようにしている。
FIG. 18 shows a fifth embodiment of the control device according to the present invention. In this example, based on the above-described fourth embodiment, the target value point sequence data to be stored in the target value point sequence storage device 31 is automatically generated and stored.

【0094】すなわち、本例におけるトルク目標値生成
装置30′は、上記した実施例と同一機能を有する目標
値点列記憶装置31とトルク目標値演算装置32に加
え、目標値点列生成装置33を備え、この生成装置33
にて与えられたデータに基づいて目標値点列データを生
成し、目標値点列記憶装置31に格納するようにしてい
る。
That is, the torque target value generation device 30 'in this example has a target value point sequence storage device 31 and a torque target value calculation device 32 having the same functions as those of the above-described embodiment, and a target value point sequence generation device 33. And the generator 33
The target value point sequence data is generated on the basis of the data given in step S1 and stored in the target value point sequence storage device 31.

【0095】そして、この目標値点列生成装置33にお
ける機能を説明すると、図19に示すように、まず送り
速度を一定に保つように制御する速度制御を行って1回
加工し、その加工時のドリル10に加わる加工トルクを
トルクセンサ16で検出し、その加工トルク波形を記憶
する(ST20)。これにより例えば図20(A)に示
す波形が記憶される。なお、複数回加工処理をし、得ら
れた複数の加工トルク波形の平均値を算出し記憶するよ
うにしても良い。
The function of the target value point sequence generator 33 will be described. As shown in FIG. 19, first, speed control is performed to control the feed speed to be constant, and machining is performed once. The processing torque applied to the drill 10 is detected by the torque sensor 16, and the processing torque waveform is stored (ST20). As a result, for example, the waveform shown in FIG. 20A is stored. It should be noted that the processing may be performed a plurality of times, and the average value of the obtained plurality of processing torque waveforms may be calculated and stored.

【0096】次に、抽出する目標値点列を決定する(S
T21)。具体的には、加工トルクがかかり始める位置
(h1)と、その位置h1からドリル10の先端部分の
距離だけ進んだ位置(h2)と、加工トルクが0になる
位置(h4)とその位置h4よりも先端部分の距離だけ
戻った位置h3を決定する(図20(A)参照)。な
お、止まり穴の場合には、加工トルクの変化からh1を
決定したならば、その位置に基づいてh2,h3を決定
する。
Next, the sequence of target value points to be extracted is determined (S
T21). Specifically, a position (h1) at which the processing torque starts to be applied, a position (h2) advanced from the position h1 by the distance of the tip portion of the drill 10, a position (h4) at which the processing torque becomes zero, and the position h4. A position h3 that is returned by the distance of the tip portion is determined (see FIG. 20A). In the case of a blind hole, if h1 is determined from the change in processing torque, h2 and h3 are determined based on the position.

【0097】記憶した加工トルク波形から、各決定した
送り位置h1〜h4の加工トルクを検出し、その加工ト
ルクをトルク目標値とし対応する送り位置と対にして目
標値点列P1〜P4とし、次段の目標値点列記憶装置3
1に格納する(ST22)。これにより、目標値点列記
憶装置31には、図20(B)に示すP1〜P4の各点
の座標データ(送り位置,トルク目標値)が記憶される
ことになり、このデータに基づいて上述した如くトルク
目標値演算装置32にて各点間を補間するため、結局図
20(B)中実線で示した折れ線波形が、各位置でのト
ルク目標値となり、この目標値になるようにトルク制御
装置15により送り量が制御される。
From the stored machining torque waveform, the machining torque at each of the determined feed positions h1 to h4 is detected, and the machining torque is used as a torque target value to form a pair of target value points P1 to P4 with the corresponding feed position. Target value point sequence storage device 3 in the next stage
It is stored in 1 (ST22). As a result, the target value point sequence storage device 31 stores the coordinate data (feed position, torque target value) of each point P1 to P4 shown in FIG. 20B, and based on this data. As described above, since the torque target value calculation device 32 interpolates between the points, the polygonal line waveform shown by the solid line in FIG. 20B eventually becomes the torque target value at each position, and the target value is set to this target value. The feed amount is controlled by the torque control device 15.

【0098】また、ステップ22での目標値点列の抽出
に際し、例示した図20の場合には、各位置h1〜h4
での加工トルクをそのまま用いたが、例えばP2,P3
を決定するに際は、図21に示すように一定の区間(H
a,Hb)を設定し、その区間内の加工トルクの平均を
求め、その平均値をトルク目標値にしても良い。これに
より、より正確な目標値を求めることができる。
Further, in extracting the target value point sequence in step 22, in the case of FIG. 20 as an example, each of the positions h1 to h4
Although the processing torque in the above was used as it is, for example, P2, P3
When deciding, the constant section (H
a, Hb) may be set, the average of the processing torque in the section may be calculated, and the average value may be used as the torque target value. Thereby, a more accurate target value can be obtained.

【0099】係る構成にすると、実際の測定したデータ
に基づいて自動的に目標値点列が設定されるので、簡易
かつその時の使用条件・状況に適した値が決定され、ト
ルク制御もより効率良く行える。
With such a configuration, the target value point sequence is automatically set based on the actually measured data, so that a value that is simple and suitable for the use condition / situation at that time is determined, and the torque control is more efficient. You can do it well.

【0100】さらに、図16(B)に示すような目標値
点列を得たい場合には、速度制御時の加工トルク波形の
ピークを検出し、そのピーク値をP2,P3のトルク目
標値と設定(ドリル送り位置h2,h3は上記と同様に
する)することにより対応できる(図22(A)参
照)。
Further, in order to obtain the target value point sequence as shown in FIG. 16 (B), the peak of the machining torque waveform during speed control is detected and the peak value is set as the torque target value of P2 and P3. This can be handled by setting (drill feed positions h2 and h3 are the same as above) (see FIG. 22 (A)).

【0101】これにより、P2〜P3間では一定の目標
値となるので、同図(B)中実線で示すように、実際の
加工トルクは開始当初は徐々に加工トルクを高くしてい
き、その後ピークトルク値付近で穴開け加工を行った
後、ドリルの先端がワーク裏面から突出した(h=3)
なら徐々にトルクを低下させてバリの発生を抑制する。
すなわち、上記した第1実施例と同様に加工時間の短縮
が図れる。
As a result, since a constant target value is set between P2 and P3, as shown by the solid line in FIG. 7B, the actual machining torque gradually increases at the beginning and then After drilling around the peak torque value, the tip of the drill protruded from the back surface of the work (h = 3)
If so, the torque is gradually reduced to suppress the occurrence of burrs.
That is, the processing time can be shortened as in the first embodiment described above.

【0102】また、図23(A)に示すように、新品ド
リルと、使用によりドリルの刃部が磨耗した磨耗ドリル
を同一条件で速度制御を行うと、磨耗ドリルの加工トル
クが非常に大きくなる。そこで、P2〜P3までを一定
のトルク目標値になるように制御する場合の係るトルク
目標値を決定するに際し、図示するように新品ドリルの
速度制御を行って得られた加工トルク波形から、穴の浅
い位置(hが小)での加工トルクを抽出し、その値をP
2,P3のトルク目標値にセットしても良い。かかる場
合には、同図(B)に示すように、磨耗した工具でも無
理のないトルクでの加工が実現でき、磨耗による工具
(ドリル)折損を防止できる。
Further, as shown in FIG. 23 (A), if the speed control is performed under the same conditions for a new drill and a wear drill in which the blade part of the drill has worn due to use, the machining torque of the wear drill becomes extremely large. . Therefore, in determining the torque target value when controlling P2 to P3 so as to have a constant torque target value, from the machining torque waveform obtained by performing the speed control of the new drill as shown in the drawing, Of the processing torque at the shallow position (small h) of
You may set to the torque target value of 2 and P3. In such a case, as shown in FIG. 6B, even a worn tool can be machined with reasonable torque, and tool (drill) breakage due to wear can be prevented.

【0103】さらに、複数の異なる材質からなるワーク
を積層した状態のものに対し、穴開け加工をする場合に
は、以下のような目標値点列を設定することができる。
すなわち、図24(A)に示すように、硬度の異なる2
種類の材質(例えばアルミとSUS)を重ね、速度制御
を行うようにした場合に、硬いSUSに合わせて速度を
設定する(速度は遅くなる)と、図中一点鎖線で示すよ
うに加工時間が長くなる。一方、柔らかいアルミに合わ
せると、図中二点鎖線で示すように加工速度は速くなる
が、SUSを切削する際の加工トルクが過大になり、折
損するおそれがある。
Furthermore, in the case where a hole is formed in a work in which a plurality of works made of different materials are stacked, the following target value point sequence can be set.
That is, as shown in FIG.
If different speeds are controlled by stacking different types of materials (for example, aluminum and SUS) and setting the speed according to the hard SUS (speed becomes slower), the processing time will be as shown by the dashed line in the figure. become longer. On the other hand, if soft aluminum is used, the processing speed becomes high as indicated by the chain double-dashed line in the figure, but the processing torque for cutting SUS becomes excessive and there is a risk of breakage.

【0104】そこで、SUSに合わせて送り速度を決定
して速度制御をし、得られたSUSの加工トルクに合わ
せてトルク目標値P2,P3を決定する(同図(B)参
照)。そして、その様にして求めた目標値点列に基づい
てトルク制御を行うと、同図(C)に示すように、アル
ミに対する加工時は、本来の設定よりも大きな加工トル
クで穴開けが行われるので、短時間で処理され、その後
のSUSでは最適な条件で加工されるので、ドリルに過
大なトルクが加わることなく、加工時間が必要以上に長
くなるのを抑制できる。なお、目標値点列をアルミから
SUSにかわる送り位置にさらに1,2点加え、各材質
で最適な加工トルクをトルク目標値に設定するようにし
ても良い。
Therefore, the feed rate is determined in accordance with SUS and the speed is controlled, and the target torque values P2 and P3 are determined in accordance with the obtained SUS machining torque (see FIG. 9B). Then, when torque control is performed based on the target value point sequence thus obtained, as shown in FIG. 7C, when machining aluminum, a hole is punched with a machining torque larger than the original setting. Since it is processed in a short time, and the SUS thereafter is processed under the optimum conditions, it is possible to prevent the processing time from becoming longer than necessary without applying an excessive torque to the drill. It should be noted that the target value point sequence may be further added to one or two feed positions in place of aluminum to SUS, and the optimum processing torque for each material may be set to the torque target value.

【0105】そして、上記例示したいずれの場合も、実
際に加工処理したデータに基づいて目標値点列を自動的
に決定でき(どの種類・パターンのものを用いて決定す
るかは予め与えておく)、しかも決定された目標値点列
は、その時の使用状況に適した値となるので、高精度で
の制御が行え、加工精度も向上する。さらに、簡単明確
であるので設定ミスもなくなる。なお、上記した目標値
点列の決定以外の構成並びに作用効果は上記した第4実
施例のものと同様であるのでその説明を省略する。
In any of the above examples, the target value point sequence can be automatically determined based on the data actually processed (which kind and pattern of determination is used in advance. ) Moreover, since the determined target value point sequence has a value suitable for the situation of use at that time, it is possible to perform control with high accuracy and improve machining accuracy. Furthermore, since it is simple and clear, setting mistakes are eliminated. Note that the configuration and operational effects other than the determination of the target value point sequence described above are the same as those of the above-described fourth embodiment, so description thereof will be omitted.

【0106】図25は本発明に係る制御装置の第6実施
例を示しており、この実施例では、上記した第4,第5
実施例と相違して、トルク目標値生成装置30″は、具
体的な送り位置に対するトルク目標値からなる目標値点
列を使用せず、加工中に与えられる送り位置を所定の関
数に代入することにより、トルク目標値を決定するよう
にしている。
FIG. 25 shows a sixth embodiment of the control device according to the present invention. In this embodiment, the fourth and fifth embodiments described above are used.
Unlike the embodiment, the torque target value generation device 30 ″ substitutes a feed position given during machining into a predetermined function without using a target value point sequence consisting of a torque target value for a specific feed position. Thus, the torque target value is determined.

【0107】具体的には、例えば各送り位置に対するト
ルク目標値が図26(図16(A)の止まり穴用の目標
値と同じ)に示すようになっているとすると、ドリルの
先端部分が完全にワーク内に入る位置(トルク値を一定
にする制御開始位置)をhm、その時のトルク目標値を
τm とおくと、下記に示すmin演算(2つの数値の小
さい方を選択)中の現在のドリルの先端位置(送り位
置)hを代入することにより、その位置でのトルク目標
値を求めることができる。
Specifically, for example, assuming that the target torque value for each feed position is as shown in FIG. 26 (the same as the target value for the blind hole in FIG. 16A), the tip of the drill is Let hm be the position that completely enters the work (control start position that keeps the torque value constant) and τm be the target torque value at that time. At present, the following min calculation (choose the smaller of the two numerical values) is performed. By substituting the tip position (feed position) h of the drill, the torque target value at that position can be obtained.

【0108】 τd =min(τm ,(τm /hm )×h) 図27は、本発明に係る制御装置の第7実施例を示して
いる。同図に示すように、本実施例では、送り速度を一
定に制御する速度制御機構と、上記各実施例で示したト
ルクをトルク目標値になるように送り速度を変化させる
トルク制御機構の両者を備え、ドリルの送り位置に応じ
て2つの制御機構の一方を選択し、所定の制御を行うよ
うになっている。
Τd = min (τm, (τm / hm) × h) FIG. 27 shows a seventh embodiment of the control device according to the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, both the speed control mechanism for controlling the feed speed to be constant and the torque control mechanism for changing the feed speed so that the torque shown in each of the above-described embodiments becomes the torque target value. And one of the two control mechanisms is selected according to the feed position of the drill to perform predetermined control.

【0109】すなわち、貫通孔を形成する場合を考える
と、ワークとドリルの位置関係は、図28の(A)〜
(E)に示す5種類に分けられる。そして、ドリル10
の先端10aがワーク11に到達する前(同図(A))
は加工トルクがなく、また、ドリル10の先端部分10
bが完全にワーク11の裏面側から突出した後(同図
(E))は、加工トルクは摩擦トルクのみに起因する
(切削トルクがない)とともにドリルと接触している距
離(穴の深さ)はtで一定であるので、送り位置(ドリ
ル10の先端10aの位置)に関係なくほぼ一定の値を
示す。そして、いずれの場合も切削トルクが生じている
0<x<t+hm (同図(B)〜(D))の時の加工ト
ルクよりも小さい。
That is, considering the case where a through hole is formed, the positional relationship between the work and the drill is as shown in FIG.
There are five types shown in (E). And drill 10
Before the front end 10a of the workpiece reaches the work 11 ((A) in the figure)
Has no processing torque, and the tip 10 of the drill 10
After b is completely projected from the back side of the work 11 ((E) in the figure), the processing torque is due only to the friction torque (there is no cutting torque), and the distance in contact with the drill (depth of the hole). ), Which is constant at t, shows a substantially constant value regardless of the feed position (the position of the tip 10a of the drill 10). In any case, the cutting torque is smaller than the processing torque at the time of 0 <x <t + hm ((B) to (D) in the figure).

【0110】そこで、(A)と(E)の区間では制御系
の簡易な速度制御を行い、(B)〜(D)の区間ではト
ルク制御を行うようにした。すなわち図27に示すよう
に、送りモータ駆動装置12から送られる回転制御信号
に基づいて送り機構部3は、主軸回転機構部4を所定の
速度で送る。この時、トルクセンサ16によりドリルに
加わっている加工トルクを検出し、トルク制御装置15
に入力する。このトルク制御装置15の出力は、切り替
えスイッチ35を介して送りモータ駆動装置12に与え
られるようにしている。また、この切り替えスイッチ3
5を介して、速度制御時の速度目標値が、送りモータ駆
動装置12に与えられるようになっいてる。
Therefore, a simple speed control of the control system is performed in the sections (A) and (E), and torque control is performed in the sections (B) to (D). That is, as shown in FIG. 27, the feed mechanism unit 3 feeds the spindle rotation mechanism unit 4 at a predetermined speed based on the rotation control signal sent from the feed motor driving device 12. At this time, the torque sensor 16 detects the processing torque applied to the drill, and the torque control device 15
To enter. The output of the torque control device 15 is given to the feed motor drive device 12 via the changeover switch 35. Also, this changeover switch 3
The target speed value at the time of speed control is given to the feed motor driving device 12 via 5.

【0111】一方、送り機構部3に併設された送り位置
センサ36により、現在のドリルの先端の位置(送り位
置)を検出し、その検出した送り位置を、切替器37及
びトルク目標値生成装置30に入力するようにしてい
る。そして、切替器37は、送り位置に応じて上記切り
替えスイッチ35を切り替え、トルク制御装置15から
出力される送り速度か、速度制御用の速度目標値のいず
れかが選択され送りモータ駆動装置に与えられる。
On the other hand, the feed position sensor 36 provided side by side with the feed mechanism section 3 detects the current position of the tip of the drill (feed position), and the detected feed position is selected by the switch 37 and the target torque value generator. I am trying to input 30. Then, the switch 37 switches the changeover switch 35 according to the feed position, and either the feed speed output from the torque control device 15 or the speed target value for speed control is selected and given to the feed motor drive device. To be

【0112】そして、本例におけるトルク制御は、実際
の加工トルクが、図29に示すようなトルク目標値にな
るようにしている。すなわち、トルク目標値生成装置3
0は、本例では上記した第4実施例に示されたものと同
一構成のものを用い(送り位置0,hm ,t,t+hm
の時の各トルク目標値を目標値点列として記憶させてお
き、hm 〜tまではトルク一定で、それ以外の区間では
所定の演算式(二次関数等)で補間して求める)、送り
位置に対し図29に示すようなトルク目標値特性になる
ように所望のトルク目標値をトルク制御装置15に出力
し、トルク制御装置15では検出された加工トルクがト
ルク目標値に一致するように制御する。なお、このトル
ク制御の具体的な処理は上記した各実施例と同様である
ので省略する。なおまた、使用するトルク目標値生成装
置としては、第5,第6実施例に示されたものを用いて
もよい。
In the torque control in this example, the actual processing torque is set to the torque target value as shown in FIG. That is, the torque target value generation device 3
In this example, 0 has the same structure as that shown in the fourth embodiment (feed positions 0, hm, t, t + hm.
Each torque target value at the time of is stored as a target value point sequence, the torque is constant from hm to t, and is interpolated by a predetermined arithmetic expression (quadratic function, etc.) in other sections), feed A desired torque target value is output to the torque control device 15 so that the position has the torque target value characteristic as shown in FIG. 29, and the torque control device 15 causes the detected machining torque to match the torque target value. Control. Note that the specific processing of this torque control is the same as that in each of the above-described embodiments, and therefore will be omitted. Further, as the torque target value generating device to be used, those shown in the fifth and sixth embodiments may be used.

【0113】また、切替器37は、図30に示すように
最初は速度制御側に接続し、送り位置が0の時に切り替
えてトルク制御側に接続し、さらに送り位置がt+hm
になったなら再度切り替えて速度制御側に接続するよう
になっている。
Further, as shown in FIG. 30, the switch 37 is first connected to the speed control side, switched when the feed position is 0 and connected to the torque control side, and the feed position is t + hm.
If it becomes, it will switch again and connect to the speed control side.

【0114】これにより、負荷が小さく加工トルクの少
ない上記区間(A),(E)で送り速度が過大になるこ
とがなく、特に区間(E)でその様に比較的低い速度で
送ることによりバリが少なくてすみ、しかも、急激に速
度が上昇することがないので、その速度変化時にドリル
に無理な力が加わって折れたりすることがなく安全とな
る。
As a result, the feed rate does not become excessive in the above sections (A) and (E) where the load is small and the processing torque is small, and in particular, in such section (E), the feed rate is relatively low. Since there are few burrs and the speed does not increase rapidly, it is safe because the drill does not break due to excessive force when the speed changes.

【0115】なお、この例では、区間(B),(D)で
は送り位置に応じてトルク目標値も変更させたが、上述
した第1実施例のように、区間(B)〜(D)に渡っ
て、トルク目標値を一定にしても良い。
In this example, the torque target value is also changed in accordance with the feed position in the sections (B) and (D). However, as in the first embodiment described above, the sections (B) to (D). The target torque value may be kept constant over the period.

【0116】図31は本発明に係る制御装置の第8実施
例の要部を示している。この実施例でも、速度制御とト
ルク制御の両者を適宜切り替えることができるようにし
ている点では、上記第7実施例と同様である。
FIG. 31 shows the essential parts of an eighth embodiment of the control device according to the present invention. This embodiment is similar to the seventh embodiment in that both speed control and torque control can be switched appropriately.

【0117】ここで本例では、切替器37により切替ス
イッチ35の切替タイミングを図32に示すように、ド
リルの先端部分が完全にワーク内に入っている区間(送
り位置がhm 〜tまで)のみトルク制御(一定のトルク
値を維持するようにする)を行い、その他の区間は速度
制御するようにしている。
In this example, as shown in FIG. 32, the changeover timing of the changeover switch 35 by the changeover device 37 is a section in which the tip of the drill is completely inside the work (feed position is from hm to t). Only the torque control (to maintain a constant torque value) is performed, and the speed is controlled in other sections.

【0118】そして、その速度制御時の速度目標値は、
図33に示すように送り位置に応じて変更している。な
お、図中実線部分が速度制御している区間である。すな
わち、送り位置が0になる前はドリルがワークに接触し
ていないため、高速移動させる。そして、ドリルがワー
クに対し実際の穴開けを開始する送り位置0〜hm で
は、速度を落とし過大な加工トルクがドリルにかからな
いようにする。
Then, the speed target value during the speed control is
As shown in FIG. 33, it is changed according to the feed position. The solid line portion in the figure is the section in which the speed is controlled. That is, the drill is not in contact with the work before the feed position becomes 0, so the drill is moved at high speed. Then, at the feed positions 0 to hm where the drill starts the actual drilling of the work, the speed is reduced so that excessive drilling torque is not applied to the drill.

【0119】なお、本例では、速度変更点を送り位置0
より少し前におき、ドリルがワークに接触する前に速度
を落とすようにしたが、これは、送り位置やワーク寸法
の誤差を考慮し、確実にドリルがワークに達する前に減
速を完了しておくためである。そして、上記2つの速度
目標値と速度変更点を記憶しておき、図外の送り位置セ
ンサから与えられる送り位置情報に基づいていずれかの
速度目標値を出力するようになっている。
In this example, the speed change point is set to the feed position 0.
A little earlier, I tried to reduce the speed before the drill touches the work, but this takes into account the error of the feed position and the work size, and the deceleration is completed before the drill reaches the work reliably. This is to keep it. Then, the two speed target values and the speed change points are stored, and one of the speed target values is output based on the feed position information given from the feed position sensor (not shown).

【0120】また、図33に示すように、ドリルの先端
がワークの裏面から突出する送り位位置t以降も一定速
度で送るが、このときの速度目標値は、その直前のトル
ク制御しているときの送り速度をトルク制御装置15か
ら受け、その与えられた送り速度を速度目標値に決定
し、出力するようにしている。これにより、トルク制御
から速度制御に切り替わる時に、送り速度が急に変化し
不連続な制御となって機械的な振動を発生したりするこ
とがなくなる。また、上記振動によりドリルの破損や加
工精度の低下を引き落とすことがあるが、制御の切り替
わり時に速度が変化することがないので、連続的にスム
ーズな切替が行え、ドリルの折損を防止でき、加工精度
の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 33, the drill is fed at a constant speed even after the feed position t where the tip of the drill projects from the back surface of the work, but the speed target value at this time is torque control immediately before that. The feed speed at that time is received from the torque control device 15, and the given feed speed is determined as a speed target value and output. As a result, when the torque control is switched to the speed control, the feed speed does not suddenly change and the control becomes discontinuous, and mechanical vibration is not generated. In addition, the vibration may cause damage to the drill and decrease in machining accuracy, but since the speed does not change when the control is switched, continuous smooth switching can be performed and drill breakage can be prevented. The accuracy can be improved.

【0121】なお、図から明らかなように、送り位置が
t+hm よりもさらに奥まで上記速度目標値を維持する
ように速度制御している(速度変更点がt+hm よりも
後)が、これも上記と同様、送り位置やワーク寸法の誤
差を考慮し、確実にドリルがワークを貫通させるまで一
定の速度を維持できるようにしておくためである。
As can be seen from the figure, the speed is controlled so that the feed position is maintained at the above-mentioned target speed value further than t + hm (the speed change point is after t + hm). Similar to the above, this is because it is possible to reliably maintain a constant speed until the drill penetrates the work in consideration of errors in the feed position and the work size.

【0122】一方、トルク目標値生成装置39では、上
記した各実施例と同様に図34に示すような送り位置に
対するトルク目標値の特性となるように与えられた送り
位置に基づいてその時のトルク目標値をトルク制御装置
15に送るようにしている。ここで本例では、トルク制
御は、同図中実線で示す送り位置hm 〜tまでの加工ト
ルクを一定に保つ制御を行うので、送り位置情報を受
け、該当区間中内部メモリに格納されたトルク目標値を
出力するようになり、演算手段などの複雑な機能は不要
となる。
On the other hand, in the torque target value generator 39, the torque at that time is based on the feed position given so as to have the characteristic of the torque target value with respect to the feed position as shown in FIG. The target value is sent to the torque control device 15. Here, in this example, since the torque control performs control to keep the processing torque from the feed position hm to t indicated by the solid line in the figure constant, the torque stored in the internal memory during the relevant section is received. Since the target value is output, a complicated function such as a calculation means is unnecessary.

【0123】さらに、メモリに格納するトルク目標値
は、その時の加工条件に応じ適宜変更される。すなわ
ち、切り替わり直前(送り位置hm の直前)の速度制御
を行っているときに得られた実際の加工トルクを受け、
その加工トルクをメモリに格納するようにしている。こ
れにより、上記したのと同様に速度制御からトルク制御
に切り替わるときにドリルに加わるトルクが急に変動す
ることがなく、スムーズな切替が行われる。
Further, the torque target value stored in the memory is appropriately changed according to the processing conditions at that time. That is, receiving the actual machining torque obtained while performing speed control immediately before switching (immediately before the feed position hm),
The processing torque is stored in the memory. As a result, similar to the above, when the speed control is switched to the torque control, the torque applied to the drill does not suddenly change, and smooth switching is performed.

【0124】図35〜図37は本発明に係る制御装置の
第9実施例を示している。本例では、工作機械としてボ
ール盤に適用した例を示している。同図に示すように、
基本構成は上記した各種の実施例と同様で、主軸モータ
7の出力軸の先端にチャック8を介して工具たるドリル
10が取り付けられる。そして主軸モータ7を等速回転
させた状態で、送りモータ5を正回転すると、主軸モー
タ7,チャック8並びにドリル10は、ワーク11に向
かって前進し、穴開け加工する。
35 to 37 show a ninth embodiment of the control device according to the present invention. In this example, a machine tool is applied to a drilling machine. As shown in the figure,
The basic structure is the same as that of the various embodiments described above, and a drill 10 as a tool is attached to the tip of the output shaft of the spindle motor 7 via a chuck 8. When the feed motor 5 is rotated forward while the spindle motor 7 is rotating at a constant speed, the spindle motor 7, the chuck 8 and the drill 10 are advanced toward the work 11 for drilling.

【0125】この加工時にトルクセンサ16′によりド
リル10に加わっている加工トルクを検出し、その加工
トルクをトルク制御装置15に与えるようになってい
る。このトルク制御装置15は、上記した各種の実施例
で示したものを適用でき、加工トルクが外部から与えら
れるトルク目標値になるようにドリルの送り速度を決定
するようになっている。なお、与えられるトルク目標値
は、加工処理全体に渡って一定でも良く、或いは送り位
置に基づき図示省略のトルク目標値生成装置により生成
される値(可変)でもよい。そして、このトルク制御装
置15で決定された送り速度になるように送りモータ5
は所定の回転速度で回転する。なお、図示は省略する
が、各モータにはそれぞれモータ駆動装置(図1等参
照)が設けられている。また、図示の例では、主軸モー
タ7の出力軸(主軸)にかかるトルク(ドリルにかかる
トルクとほぼ等しい)を検出するようにしたが、上記し
た各実施例のようにドリルの周囲にトルクセンサを設け
てもよく、また、主軸モータ7に通電する電流などから
トルクを推定するものでもよく、種々のものを用いるこ
とができる。
During this machining, the torque sensor 16 'detects the machining torque applied to the drill 10 and applies the machining torque to the torque control device 15. As the torque control device 15, those shown in the various embodiments described above can be applied, and the feed rate of the drill is determined so that the processing torque becomes a torque target value given from the outside. The applied torque target value may be constant throughout the machining process, or may be a value (variable) generated by a torque target value generation device (not shown) based on the feed position. Then, the feed motor 5 is adjusted so that the feed speed determined by the torque control device 15 is achieved.
Rotates at a predetermined rotation speed. Although not shown, each motor is provided with a motor driving device (see FIG. 1 and the like). Further, in the illustrated example, the torque applied to the output shaft (spindle) of the spindle motor 7 (substantially equal to the torque applied to the drill) is detected, but as in each of the above-described embodiments, a torque sensor is provided around the drill. May be provided, or the torque may be estimated from the current supplied to the spindle motor 7, and various types can be used.

【0126】ここで本実施例では、主軸モータ7等の移
動にともない移動するマーカー40を設け、その主軸モ
ータ7等の移動を案内するガイドレール6の所定位置に
第1,第2の検出器41a,41bを設け、上記マーカ
ー40の通過を検知するようにしている。各検出器41
a,41bの具体的な設置位置は、ドリルが加工開始位
置に来た時に第1の検出器41aがマーカー40を検出
し、ドリルが加工終了位置に来たときに第2検出器41
bがマーカー40を検出するような位置に設定される。
各検出器41a,41bは、例えば近接スイッチ等を使
用することができ、さらに、その設置位置を移動できる
ようにしている。これにより、使用するドリル10やワ
ーク11の寸法・形状や加工条件(貫通穴/止まり穴)
に応じて変動する作業領域に対応できるようにしてい
る。
Here, in this embodiment, the marker 40 which moves with the movement of the spindle motor 7 etc. is provided, and the first and second detectors are provided at predetermined positions of the guide rail 6 for guiding the movement of the spindle motor 7 etc. 41a and 41b are provided to detect the passage of the marker 40. Each detector 41
The specific installation positions of a and 41b are as follows: the first detector 41a detects the marker 40 when the drill reaches the machining start position, and the second detector 41 when the drill reaches the machining end position.
b is set at a position where the marker 40 is detected.
Each of the detectors 41a and 41b can use, for example, a proximity switch or the like, and the installation position thereof can be moved. As a result, the dimensions and shape of the drill 10 and work 11 used and the processing conditions (through hole / blind hole)
The work area can be changed according to.

【0127】そして、上記第1の検出器41aから出力
され作業開始トリガと、第2の検出器41bから出力さ
れる作業開始トリガが磨耗検知器42に与えられ、そこ
においてドリル10の磨耗の程度を求めて交換時期にき
たか否かを判断し、交換時期に達したなら出力装置43
に対し交換要求信号を出力するようになっている。そし
て、出力装置43は、交換要求信号に基づいて警告ラン
プを点灯させたり、アラームを鳴らしたりし、使用者に
交換時期がきたことを知らせる。
Then, the work start trigger output from the first detector 41a and the work start trigger output from the second detector 41b are applied to the wear detector 42, at which the degree of wear of the drill 10 is determined. To determine whether or not the replacement time has come, and if the replacement time has come, the output device 43
A replacement request signal is output to the. Then, the output device 43 lights the alarm lamp or sounds an alarm based on the replacement request signal to notify the user that the replacement time has come.

【0128】次に、磨耗検知器42について説明する
と、その内部構成は図36に示すようになっている。す
なわち、上記各検出器41a,41bから出力されるト
リガは、ともに基準タイマ42aに入力され、この基準
タイマ42aは、作業開始トリガの入力により計時を開
始し、作業終了トリガの入力により計時を停止する。こ
れにより、実際の穴開け加工に要した1回の作業時間T
が計測される。
Next, the wear detector 42 will be described. The internal structure thereof is as shown in FIG. That is, the triggers output from each of the detectors 41a and 41b are both input to the reference timer 42a, and the reference timer 42a starts timing by inputting a work start trigger and stops timing by inputting a work end trigger. To do. As a result, one working time T required for actual drilling
Is measured.

【0129】そして、このようにして求められた作業時
間Tが次段の判断部42bに送られ、そこにおいて外部
から与えられる作業最大遅延時間STと比較し、ST<
Tならば交換時期にきたと判断する。すると、工具交換
信号出力部42cを介して出力装置に交換要求信号を送
り、一方、トルク制御装置15に対し送り停止命令を送
るようになる。
Then, the work time T thus obtained is sent to the determination unit 42b at the next stage, and compared therewith to the work maximum delay time ST given from the outside, and ST <
If it is T, it is judged that it is time to replace it. Then, a change request signal is sent to the output device via the tool change signal output unit 42c, and a sending stop command is sent to the torque control device 15.

【0130】すなわち、上記した各実施例で説明したよ
うに、トルク制御をしている場合には、ドリルが磨耗し
てくると加工時間が長くなる(図37参照)。従って、
作業に要した加工時間に着目し、その加工時間が予め決
定した値STを越えた場合には磨耗の程度が激しく、交
換時期に来たと判断できる。よって、本例では作業時間
Tが作業最大遅延時間ST以上になった時(図37中ハ
ッチング)にドリルの寿命がきたとし、交換するように
している。
That is, as described in each of the above-mentioned embodiments, when the torque is controlled, the machining time becomes long as the drill wears (see FIG. 37). Therefore,
Focusing on the processing time required for the work, if the processing time exceeds a predetermined value ST, it can be determined that the degree of wear is severe and the replacement time has come. Therefore, in this example, when the working time T is equal to or longer than the maximum working delay time ST (hatching in FIG. 37), it is assumed that the drill has reached the end of its life and is replaced.

【0131】かかる構成にすることにより、磨耗による
工具折損を防止できる。更に、作業終了までの時間とい
う形で磨耗の判断を行うので設定機器順が明確で使い易
い。
With this structure, it is possible to prevent breakage of the tool due to wear. Furthermore, since the wear is judged in the form of the time until the end of work, the order of set devices is clear and easy to use.

【0132】図37,図38は、本発明に係る制御装置
の第10実施例を示している。この例では、上記した第
9実施例を更に改良し、単に工具の寿命(交換時期)が
来たことを知らせるのみならず、あと何回くらいで交換
時期がくるかの予測を行えるようになっている。図37
に示す磨耗予測器44は、上記した第9実施例(図3
5)の磨耗検知器42に替えて工作機械に実装されるも
ので、タイマ44aにて各検出器41a,42aから送
られる作業開始トリガを受けてから作業終了トリガを受
けるまでの時間(作業完遂時間)Tを測定し、その作業
完遂時間Tを記憶装置44bに格納する。この記憶装置
44bには、作業の履歴として本例では現在検出された
作業完遂時間と、1回前に検出された作業完遂時間が記
憶保持されるようにする。また、現在までの作業回数も
記憶される。
37 and 38 show a tenth embodiment of the control device according to the present invention. In this example, the ninth embodiment described above is further improved so that not only the tool life (replacement time) is notified, but also how many more times the replacement time comes can be predicted. ing. FIG. 37
The wear predictor 44 shown in FIG.
It is mounted on a machine tool in place of the wear detector 42 of 5), and the time from receiving the work start trigger sent from each of the detectors 41a and 42a by the timer 44a to the work end trigger (work completion). Time) T is measured, and the work completion time T is stored in the storage device 44b. In this example, the work completion time currently detected and the work completion time detected one time before are stored and held in the storage device 44b as work histories. In addition, the number of operations up to now is also stored.

【0133】所定の作業回数毎に、記憶装置44bに格
納された現在と一回前の作業完遂時間が差分演算部44
cに与えられ、そこにおいて両者の差、すなわち、作業
完遂時間の増加分ΔTを求め、算出結果を次段の残り回
数演算部44dに与える。また、この残り回数演算部4
4dには、記憶装置44bから現在の作業完遂時間Tが
与えられる。さらに、外部から予め作業最大遅延時間S
Tが設定されている。そして、残り回数演算部では、与
えられた3つのデータに基づいて下記式により残り回数
Mを算出するようになっている。
For each predetermined number of times of work, the difference calculation unit 44 between the current and previous work completion times stored in the storage device 44b.
The difference between the two, that is, the increment ΔT of the work completion time is obtained there, and the calculation result is given to the remaining number operation unit 44d of the next stage. In addition, the remaining number calculation unit 4
The current work completion time T is given from the storage device 44b to 4d. In addition, the maximum work delay time S is previously
T is set. Then, the remaining number calculation unit is configured to calculate the remaining number M by the following formula based on the given three data.

【0134】M=(ST−T)/ΔT すなわち、図39に示すように、作業回数が増加するに
つれて、作業完遂時間は長くなる。そして、現在と1回
前の作業完遂時間の差ΔTがわかると、現在の作業完遂
時間Tに対し、今後作業を行うごとにΔTだけ時間が長
くなると仮定すると、図中破線で示す予測線が引ける。
そこで、作業最大遅延時間STと現在の作業完遂時間T
の差を上記差分ΔTで割ることにより、残り回数が予測
できるのである。
M = (ST-T) / ΔT That is, as shown in FIG. 39, the work completion time becomes longer as the number of works increases. When the difference ΔT between the current work completion time and the previous work completion time is known, assuming that the time will be longer than the current work completion time T by ΔT each time work is performed in the future, the prediction line indicated by the broken line in the figure is I can withdraw.
Therefore, the maximum work delay time ST and the current work completion time T
The remaining number of times can be predicted by dividing the difference of 1 by the difference ΔT.

【0135】そして、このようにして求めた残り回数M
を次段の表示可否決定部44eに送り、そこにおいて予
め設定されたアラーム表示回数(残り回数を表示開始す
るための基準値)SMと比較し、残り回数がアラーム表
示回数以下になったなら、残り回数出力部44fを介し
て算出された残り回数Mを図外の出力装置に表示する。
また、残り回数演算部44dの出力は工具交換信号出力
部44gにも接続され、M=0になったなら、上記した
実施例と同様に交換要求信号を出力し、使用者に交換時
期が来たことを知らせるようになっている。
Then, the remaining number M obtained in this way
Is sent to the display availability determination unit 44e in the next stage and compared therewith with a preset alarm display count (reference value for starting display of the remaining count) SM, and if the remaining count is equal to or less than the alarm display count, The remaining number M calculated via the remaining number output unit 44f is displayed on an output device (not shown).
The output of the remaining number calculation unit 44d is also connected to the tool replacement signal output unit 44g, and when M = 0, a replacement request signal is output as in the above-described embodiment, and the user comes to the replacement time. It is supposed to let you know.

【0136】かかる構成にすることにより、上記した第
9実施例の効果に加え、さらに使用者に対していきなり
交換時期を知らせるのではなく、将来的な交換時期,使
用期間を知らせることができるので、必要以上に交換用
の工具(ドリル)をストックする必要がない。一方、交
換時期に来たのにも拘らず交換用の工具がないといった
事態の発生を抑制でき、工具の効率的運用が図れる。
With such a configuration, in addition to the effects of the ninth embodiment described above, it is possible to notify the user of the future replacement time and the usage period, rather than suddenly notifying the user of the replacement time. , It is not necessary to stock replacement tools (drills) more than necessary. On the other hand, it is possible to suppress the occurrence of a situation in which there is no tool for replacement even though it is time to replace the tool, and it is possible to efficiently operate the tool.

【0137】なお、残り回数の算出は、上記した演算式
に限ることなく、例えば、記憶装置に現在までのすべて
の作業完遂時間を格納しておき、残り時間を求める時に
は図39のようなグラフを作成し、各回の作業完遂時間
の頂点を通るような予測線(直線或いは曲線)を引き、
その予測線と作業最大遅延時間との交点を求めるととも
にその時の作業回数を検出し、その作業回数から現在の
作業回数を引くことにより残り回数を求めるなどのほ
か、種々の方式をとることができる。
The calculation of the remaining number of times is not limited to the above-mentioned arithmetic expression. For example, when all the work completion time up to the present is stored in the storage device and the remaining time is obtained, a graph as shown in FIG. 39 is used. Create a prediction line (straight line or curve) that passes through the peak of the work completion time of each time,
Various methods can be used in addition to finding the intersection between the predicted line and the maximum work delay time, detecting the number of times of work at that time, and subtracting the current number of times of work from the number of times of work to obtain the remaining number of times. .

【0138】また、残り回数の表示は、具体的な数値を
出力してもよく、或いは、交換時期が近付いたことを知
らせる警告ランプを点灯させるだけでもよく、任意の方
式を取ることができる。そして、警告とランプを点灯さ
せる場合には、基準値(SM)を複数設け、交換時期が
近付くにつれて段階的にランプを点灯(色を変えたり、
数を替える)させるようにしてもよい。
The remaining number of times can be displayed by outputting a specific numerical value, or by only turning on a warning lamp indicating that the time for replacement is approaching. Any method can be used. Then, when the warning and the lamp are turned on, a plurality of reference values (SM) are provided, and the lamp is turned on step by step as the replacement time approaches (color change,
The number may be changed).

【0139】なお、上記した各実施例では、いずれも工
具としてドリルを用いた例に付いて説明したが、本発明
が適用される工具(工作機械)は、ドリル以外の種々の
ものに適用できるのはもちろんである。
In each of the above-mentioned embodiments, an example in which a drill is used as a tool has been described, but the tool (machine tool) to which the present invention is applied can be applied to various things other than a drill. Of course.

【0140】[0140]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る制御装置で
は、加工トルクがトルク目標値と一致するように送り速
度をリアルタイムで増減速制御されるので、工具に対し
過大なトルクがかかることが防止され、工具の折損を抑
制することができる。そして、実際の加工トルクがトル
ク目標値よりも小さい場合には送り速度が上昇するの
で、工具に対して無理な力を加えることなく加工速度を
向上させることができる。また、このように工具に対し
て無理な力がかからないので、工具の劣化(磨耗)の進
みを送らせて工具の使用可能な時間を延ばすことができ
る。
As described above, in the control device according to the present invention, since the feed speed is controlled in real time so that the machining torque matches the torque target value, excessive torque is applied to the tool. Can be prevented, and breakage of the tool can be suppressed. When the actual machining torque is smaller than the target torque value, the feed rate increases, so that the machining rate can be improved without applying an excessive force to the tool. Further, since no excessive force is applied to the tool in this way, it is possible to prolong the deterioration (wear) of the tool and extend the usable time of the tool.

【0141】トルク目標値生成手段を設けた場合(請求
項2〜4)には、送り位置などに応じてその時に最適な
トルク目標値を基準に上記制御を行えるので、制御がよ
り高精度になり、加工精度もより向上する。そして、請
求項3のように、トルク目標値を複数の目標値点列で規
定し、目標値点列間はそのデータに基づいて補間するこ
とにより、記憶容量は少なくかつ簡易な構成で加工処理
全体に渡って所望のトルク目標値を設定することができ
る。さらに請求項4のように、目標値点列を実際の加工
時に得られた加工トルク波形に基づいて自動的に生成す
るようにすると、特にノウハウを有していない人でも、
その時の使用環境・条件に適した目標値点列を決定する
ことができる。
When the torque target value generating means is provided (claims 2 to 4), the above control can be performed based on the optimum torque target value at that time according to the feed position and the like, so that the control can be performed with higher accuracy. Therefore, the processing accuracy is further improved. Then, as in claim 3, the torque target value is defined by a plurality of target value point sequences, and the target value point sequences are interpolated based on the data, so that the processing processing is performed with a small storage capacity and a simple configuration. A desired torque target value can be set throughout. Further, as in claim 4, when the target value point sequence is automatically generated based on the machining torque waveform obtained during actual machining, even a person who does not have know-how
A target value point sequence suitable for the use environment / condition at that time can be determined.

【0142】さらに、速度制御機能とトルク制御機能を
備え、切替手段により適宜選択された制御機能を用いて
送り速度の制御を行うようにした場合には(請求項5,
6)、その時の使用条件に応じて適した制御を行うこと
ができるので、より高精度な制御が行われる。特に、ト
ルク変動の少ない区間を速度制御機能により制御するよ
うにすると、制御系が簡単で高速に行える。
Further, when the speed control function and the torque control function are provided and the feed speed is controlled by using the control function appropriately selected by the switching means (claim 5,
6) Since the control suitable for the use condition at that time can be performed, more accurate control is performed. In particular, if a section with little torque fluctuation is controlled by the speed control function, the control system is simple and can operate at high speed.

【0143】さらに、算出された送り速度が、一定の上
限値よりも速くなったり、及びまたは一定の下限値より
も低くなった時に異常信号を発する異常検知手段を設け
た場合(請求項7,8)には、加工時の異常(磨耗折損
などの工具の異常,被加工物の誤セット等の加工条件の
間違い)を知ることができる。これにより、間違った状
態での加工を繰り返すことによる不良品の発生を抑制で
きる。
Further, in the case where the abnormality detecting means for issuing an abnormality signal is provided when the calculated feed speed becomes faster than a certain upper limit value or becomes lower than a certain lower limit value (claim 7, In 8), it is possible to know an abnormality at the time of machining (abnormality of tool such as wear and breakage, mistake of machining condition such as erroneous setting of workpiece). As a result, it is possible to suppress the occurrence of defective products due to repeated processing in the wrong state.

【0144】さらに、作業完遂時間検出手段を設け、作
業完遂時間が最大遅延時間以上または越えた時に交換要
求信号を出力するようにした場合には(請求項9)、工
具の交換時期が来たことを正確に知ることができる。こ
れにより、適切なタイミングで工具の交換を行うことが
できる。そして、作業完遂時間検出手段と、予測手段を
設けた場合には(請求項10)、予め交換時期が近付い
て来たことを知ることができるので、交換用の工具を用
意する目安となり、無駄なストックをする必要がなくな
る。
Further, when the work completion time detecting means is provided and the replacement request signal is output when the work completion time exceeds or exceeds the maximum delay time (claim 9), it is time to replace the tool. You can know that exactly. As a result, the tool can be replaced at an appropriate timing. When the work completion time detecting means and the predicting means are provided (Claim 10), it is possible to know that the replacement time is approaching in advance. You no longer need to stock up.

【0145】そして、本発明に係る工作機械では、上記
した各種の制御装置により制御されるので、安全で、し
かも効率の良い加工を短時間で行うことができ、使い勝
手が良くなる。
Since the machine tool according to the present invention is controlled by the above-mentioned various control devices, safe and efficient machining can be performed in a short time and the usability is improved.

【0146】また、本発明に係るトルク測定器では、ト
ルクの変動ではなくトルクの値を推定するため、加工負
荷の変動が小さくても精度良く行なえ、その算出も、比
較的簡単でリアルタイムでトルクの推定を行なうことが
できる。また、粘性摩擦を考慮した算出式を求めそれに
基づいて算出したり、工具にかかっていない状態での出
力負荷トルクを求めることにより摩擦等による誤差分を
予め求めその値を加工中に測定したトルクから減算する
ようにしたため、工具にかかっているトルクを正確に計
測することができる。
Further, since the torque measuring device according to the present invention estimates the torque value, not the torque variation, it can be accurately performed even if the variation of the machining load is small, and its calculation is relatively easy and the torque can be calculated in real time. Can be estimated. Also, calculate the calculation formula that takes viscous friction into consideration and calculate based on it, or calculate the output load torque when the tool is not applied to find the error due to friction, etc. Since it is subtracted from, the torque applied to the tool can be accurately measured.

【0147】また、上記本発明のトルク測定器の出力
(推定トルク)を監視し、トルクの値に応じて工作機械
の運転状態を調整する工具折損検出装置では、工具の折
損の有無を検知したり、折損の予測をすることができ、
折損した場合にはスムーズに工具を被加工物から離反さ
せたり、予測をすることにより効率の良い加工処理がで
きる。
Further, in the tool breakage detecting device for monitoring the output (estimated torque) of the torque measuring instrument of the present invention and adjusting the operating state of the machine tool in accordance with the torque value, the presence or absence of breakage of the tool is detected. You can predict breakage,
When broken, the tool can be moved away from the work piece smoothly, and prediction can be performed for efficient processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る制御装置の第1実施例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a control device according to the present invention.

【図2】第1実施例の要部であるトルク制御装置の機能
を説明するフローチャート図である。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the function of a torque control device that is a main part of the first embodiment.

【図3】第1実施例の作用を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment.

【図4】第1実施例の作用を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the first embodiment.

【図5】第1実施例の作用を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment.

【図6】本発明に係る制御装置の第2実施例の要部を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a main part of a second embodiment of the control device according to the present invention.

【図7】第2実施例の作用を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment.

【図8】本発明に係るトルク測定器の一実施例を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of a torque measuring device according to the present invention.

【図9】トルク測定器の一実施例の作用を説明する図で
ある。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of one embodiment of the torque measuring device.

【図10】トルク測定器の一実施例の作用を説明する図
である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of one embodiment of the torque measuring device.

【図11】本発明に係る制御装置の第3実施例を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a third embodiment of the control device according to the present invention.

【図12】本発明に係る制御装置の第3実施例を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a third embodiment of the control device according to the present invention.

【図13】本発明に係る工具折損検出装置の一実施例の
動作原理を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation principle of an embodiment of the tool breakage detection device according to the present invention.

【図14】本発明に係る工具折損検出装置の一実施例を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of a tool breakage detection device according to the present invention.

【図15】本発明に係る制御装置の第4実施例を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a fourth embodiment of the control device according to the present invention.

【図16】第4実施例の作用を説明する図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of the fourth embodiment.

【図17】第4実施例の作用を説明する図である。FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the fourth embodiment.

【図18】本発明に係る制御装置の第5実施例の要部を
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a main part of a fifth embodiment of the control device according to the present invention.

【図19】第5実施例の要部である目標値点列生成装置
の機能を説明するフローチャート図である。
FIG. 19 is a flowchart illustrating the function of a target value point sequence generation device that is an essential part of the fifth embodiment.

【図20】第5実施例の作用を説明する図である。FIG. 20 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment.

【図21】第5実施例の作用を説明する図である。FIG. 21 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment.

【図22】第5実施例の作用を説明する図である。FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment.

【図23】第5実施例の作用を説明する図である。FIG. 23 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment.

【図24】第5実施例の作用を説明する図である。FIG. 24 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment.

【図25】本発明に係る制御装置の第6実施例の要部を
示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a main part of a sixth embodiment of the control device according to the present invention.

【図26】第6実施例の作用を説明する図である。FIG. 26 is a diagram for explaining the operation of the sixth embodiment.

【図27】本発明に係る制御装置の第7実施例の要部を
示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a main part of a seventh embodiment of the control device according to the present invention.

【図28】ドリルとワークの位置関係を説明する図であ
る。
FIG. 28 is a diagram illustrating a positional relationship between a drill and a work.

【図29】第7実施例のトルク制御装置に与えられるト
ルク目標値の一例を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing an example of a torque target value given to the torque control device of the seventh embodiment.

【図30】第7実施例の切替器の切り換えタイミングを
示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a switching timing of the switch of the seventh embodiment.

【図31】本発明に係る制御装置の第8実施例の要部を
示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a main part of an eighth embodiment of the control device according to the present invention.

【図32】第8実施例の切替器の切り換えタイミングを
示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing a switching timing of the switch of the eighth embodiment.

【図33】第8実施例の速度目標値設定装置から出力さ
れる送り位置に対する速度目標値の一例を示す図であ
る。
FIG. 33 is a diagram showing an example of speed target values for feed positions output from the speed target value setting device of the eighth embodiment.

【図34】第8実施例のトルク制御装置に与えられるト
ルク目標値の一例を示す図である。
FIG. 34 is a diagram showing an example of a torque target value given to the torque control device of the eighth embodiment.

【図35】本発明に係る制御装置の第9実施例を示す図
である。
FIG. 35 is a diagram showing a ninth embodiment of the control device according to the present invention.

【図36】第9実施例の要部である磨耗検知器の内部構
成を示すブロック図である。
FIG. 36 is a block diagram showing an internal configuration of a wear detector which is a main part of the ninth embodiment.

【図37】第9実施例の作用を説明する図である。FIG. 37 is a view for explaining the operation of the ninth embodiment.

【図38】本発明に係る制御装置の第10実施例の要部
を示す図である。
FIG. 38 is a diagram showing a main part of a tenth embodiment of the control device according to the present invention.

【図39】第10実施例の作用を説明する図である。FIG. 39 is a view for explaining the operation of the tenth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 主軸モータ 10 工具(ドリル) 13 主軸モータ駆動装置(主軸モータドライバ) 16 トルクセンサ(トルク検出手段) 20 比較装置(加工異常検知手段) 21 回転速度検出器 22 切削トルク推定器(トルク測定器) 23 トルク推定部(主軸負荷トルク推定手段) 24 記憶装置 25 トルク算出部(演算手段) 26 切削トルク制御装置(速度算出手段) 27 工具折損検知装置(制御手段) 30,30′,30″ トルク目標値生成装置 31 目標値点列記憶装置 32 トルク目標値演算装置 42 磨耗検知器 44 寿命予測器 7 Spindle Motor 10 Tool (Drill) 13 Spindle Motor Drive Device (Spindle Motor Driver) 16 Torque Sensor (Torque Detecting Device) 20 Comparison Device (Machining Abnormality Detecting Device) 21 Rotation Speed Detector 22 Cutting Torque Estimator (Torque Measuring Device) 23 Torque Estimating Unit (Spindle Load Torque Estimating Means) 24 Storage Device 25 Torque Calculating Unit (Calculating Means) 26 Cutting Torque Control Device (Speed Calculating Means) 27 Tool Breakage Detection Device (Control Means) 30, 30 ', 30 "Torque Target Value generation device 31 Target value point sequence storage device 32 Torque target value calculation device 42 Wear detector 44 Life estimation device

フロントページの続き (72)発明者 松永 信智 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内Front page continuation (72) Inventor Nobuchi Matsunaga 10 Odoron-cho, Hanazono Todo-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Prefecture

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端に着脱自在に装着された工具を回転
させる主軸回転機構と、 前記主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる
送り機構とを備えた工作機械に用いられ、前記送り機構
の送り速度を制御する制御装置であって、 前記工具に加わるトルクを検出するトルク検出手段と、 少なくとも設定されたトルク目標値と、前記トルク検出
手段により検出されたトルクとに基づいて前記送り速度
を求める送り速度算出手段と、 前記送り速度算出手段の出力を受け、算出された送り速
度になるように前記送り機構を制御する送り機構制御手
段とを備えた制御装置。
1. A machine tool comprising: a spindle rotating mechanism for rotating a tool detachably attached to a tip thereof; and a feed mechanism for moving the spindle rotating mechanism forward and backward with respect to a workpiece. A control device for controlling a feed speed of a feed mechanism, wherein the torque detection means detects a torque applied to the tool, at least a set torque target value, and the torque detected by the torque detection means based on the torque detection means. A control device comprising: a feed speed calculation unit that obtains a feed speed; and a feed mechanism control unit that receives the output of the feed speed calculation unit and controls the feed mechanism so that the calculated feed speed is obtained.
【請求項2】 前記工具の送り位置に基づいたトルク目
標値を決定するトルク目標値生成手段を備え、 前記送り速度算出手段が、前記トルク目標値生成手段か
ら出力されるトルク目標値に基づいて前記送り速度を求
めるようにした請求項1に記載の制御装置。
2. A torque target value generating means for determining a torque target value based on the feed position of the tool, wherein the feed speed calculating means is based on the torque target value output from the torque target value generating means. The control device according to claim 1, wherein the feed rate is obtained.
【請求項3】 前記目標値生成手段が、複数の送り位置
に対するトルク目標値対からなる目標値点列を記憶する
目標値点列記憶手段と、 その目標値点列記憶手段に記憶された所定の目標値点列
と、現在の前記送り位置に基づいて、現在のトルク目標
値を算出する目標値トルク演算手段とを備えた請求項2
に記載の制御装置。
3. A target value point sequence storage means for storing a target value point sequence consisting of torque target value pairs for a plurality of feed positions, and a predetermined value stored in the target value point sequence storage means. 2. A target value torque calculating means for calculating a current torque target value based on the current feed position.
The control device according to 1.
【請求項4】 正常加工時の加工トルク波形に基づいて
前記目標値点列を生成するとともに、前記目標値点列記
憶手段に格納する目標値点列生成手段をさらに備えた請
求項3に記載の制御装置。
4. The target value point sequence generating means for generating the target value point sequence on the basis of a machining torque waveform during normal machining and storing the target value point sequence in the target value point sequence storage means. Control device.
【請求項5】 前記送り速度を、一定の速度設定値にな
るように制御する速度制御手段と、 前記速度制御手段の出力と、前記送り速度算出手段の出
力のいずれかを選択して、前記送り機構制御手段に伝達
する切替手段を備えた請求項1〜4のいずれかに記載の
制御装置。
5. The speed control means for controlling the feed speed to a constant speed setting value, the output of the speed control means, and the output of the feed speed calculation means are selected to select The control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a switching unit that transmits to the feed mechanism control unit.
【請求項6】 前記切替手段の切り換えタイミングが、
少なくとも前記送り位置に基づいて決定されるようにし
た請求項5に記載の制御装置。
6. The switching timing of the switching means is
The control device according to claim 5, wherein the control device is determined based on at least the feed position.
【請求項7】 前記送り速度が一定の基準値よりも遅く
なった時に異常信号を発する異常検知手段を備えた請求
項1〜6のいずれかに記載の制御装置。
7. The control device according to claim 1, further comprising an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when the feed speed becomes slower than a certain reference value.
【請求項8】 前記送り速度が一定の基準値よりも速く
なった時に異常信号を発する異常検知手段を備えた請求
項1〜7のいずれかに記載の制御装置。
8. The control device according to claim 1, further comprising an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when the feed speed becomes faster than a fixed reference value.
【請求項9】 1回の加工に要する作業完遂時間を検出
する作業完遂時間検出手段と、 その作業完遂時間が、工具交換が必要となる最大遅延時
間以上または越えた時に交換要求信号を出力するように
した請求項1〜8のいずれかに記載の制御装置。
9. A work completion time detecting means for detecting a work completion time required for one machining, and a replacement request signal is output when the work completion time exceeds or exceeds a maximum delay time required for tool replacement. The control device according to claim 1, wherein the control device is configured as described above.
【請求項10】 1回の加工に要する作業完遂時間を検
出する作業完遂時間検出手段と、 前記作業完遂時間検出手段により検出された現在及び所
定の過去の作業完遂時間と、工具交換が必要となる最大
遅延時間とに基づいて使用中の工具の寿命を求める予測
手段を備えた請求項1〜9のいずれかに記載の制御装
置。
10. A work completion time detecting means for detecting a work completion time required for one machining, a present and a predetermined past work completion time detected by the work completion time detecting means, and a tool replacement. The control device according to any one of claims 1 to 9, further comprising: a predicting unit that determines a life of a tool in use based on the maximum delay time.
【請求項11】 先端に着脱自在に装着された工具を回
転させる主軸回転機構と、 前記主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる
送り機構と、 請求項1〜10のいずれかに記載の制御装置を備え、前
記制御装置により前記送り機構が制御されるようにした
工作機械。
11. A spindle rotating mechanism for rotating a tool detachably attached to a tip thereof, and a feed mechanism for moving the spindle rotating mechanism forward and backward with respect to a workpiece, according to claim 1. A machine tool comprising the control device according to claim 1, wherein the feed mechanism is controlled by the control device.
【請求項12】 工作機械に使用されるトルク測定器で
あって、 前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回転速
度値に基づいて、オブザーバ理論を用いて前記工作機械
に取り付けられた工具にかかるトルクを推定するトルク
算出手段を備えたトルク測定器。
12. A torque measuring instrument used in a machine tool, the tool being attached to the machine tool using observer theory based on a current and a rotation speed value of a spindle motor mounted on the machine tool. A torque measuring instrument comprising a torque calculating means for estimating the torque applied to the.
【請求項13】 工作機械に使用されるトルク測定器で
あって、 前記工作機械に実装される主軸モータの電流及び回転速
度値に基づいて、主軸にかかっているトルクの値を推定
する主軸負荷トルク推定手段と、 前記主軸負荷トルク推定手段により求められた非加工時
で回転中の前記主軸のトルクを記憶する記憶手段と、 前記主軸負荷トルク推定手段により求められた加工中の
前記主軸にかかっているトルクと、前記記憶手段に記憶
されたトルクから、前記加工機械に取り付けられた工具
にかかるトルクを算出する演算手段とからなるトルク測
定器。
13. A torque measuring instrument used for a machine tool, wherein a spindle load for estimating a torque value applied to the spindle based on a current and a rotation speed value of a spindle motor mounted on the machine tool. A torque estimating means, a storage means for storing the torque of the spindle that is rotating during non-machining, which is obtained by the spindle load torque estimating means, and a spindle that is being machined that is obtained by the spindle load torque estimating means. A torque measuring device comprising a torque applied to the tool and a computing means for calculating the torque applied to the tool attached to the processing machine from the torque stored in the storage means.
【請求項14】 請求項12または13に記載のトルク
測定器を備え、 前記トルク測定器によって出力されたトルク測定値を用
いて工具の折損を検出し、その検出結果に基づいて前記
工作機械の運転状態を制御する制御手段を備えたことを
特徴とする工具折損検出装置。
14. A torque measuring device according to claim 12 or 13, wherein breakage of a tool is detected using a torque measurement value output by the torque measuring device, and the machine tool of the machine tool is detected based on the detection result. A tool breakage detection device comprising control means for controlling an operating state.
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