JPH0724694A - 負荷の監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削の開始および終了時の加減速期間におい
ても切削負荷の監視が行える方法とする。また、工具摩
耗の判定が安定して行えるようにする。 【構成】 旋盤やその他の切削機械につき、送り軸のサ
ーボモータまたは主軸モータの負荷電流値に基づき切削
負荷を監視する方法に適用される。モータの加減速に必
要な電流値をモータ電流の検出値ａ（図２（Ａ））から
差し引いた値ｂ（同図（Ｂ））を補正演算する。この補
正後電流値ｂを切削負荷の監視対象とし、ピーク監視お
よび平均値監視を行う。工具摩耗の判定は、平均値監
視、すなわち設定監視区間Ｔ０分の補正後電流値ｂの平
均値につき、設定値Ｍ１，Ｍ２と比較することで行う。
設定監視区間Ｔ０は、例えば切削の１パス毎に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、旋盤やその他の切削
機械に応用されて、工具摩耗の検出や衝突検出等のため
に切削負荷を監視する方法、およびローダの衝突時の保
護のためにローダ負荷を監視する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、旋盤等の切削機械において、送り
軸のサーボモータや主軸モータの負荷電流を監視し、そ
のピーク値を設定値と比較して工具摩耗や衝突を検出す
ることが行われている。モータ電流の検出値は、切削の
１パス分を見ると、図４に示すような電流波形となる。
切削の開始時と終了時はモータの加減速を行うため、そ
の加減速トルクが必要であり、大きな負荷電流が生じ
る。そのため、この期間は設定値Ｐと比較して工具摩耗
や負荷異常の判定を行うことができず、初期加速期間Ｔ
ａは、誤判定を生じないように検出値を無視している。
すなわち、タイマを用いて監視指令のオンから実際に監
視を開始するまでの時間を遅らせている。減速期間Ｔｂ
は、負荷が負の方向に作用するため、特に処理を施して
いないが、異常判定結果が出ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、初期加速期間
Ｔａや減速期間Ｔｂも切削は行われているため、監視性
能の向上のために、この期間Ｔａ，Ｔｂも監視できるよ
うにすることが望まれる。また、従来は工具摩耗の判定
にピーク値を用いているため、安定した摩耗判定が難し
いという問題点がある。一方、工作機械のローダにおい
て、負荷電流の増大からローダの衝突を検出し、トルク
制限して保護することが行われているが、この場合にも
加減速期間は前記と同様に適正な負荷監視が行えないと
いう問題点がある。

【０００４】この発明の目的は、切削の開始および終了
時の加減速期間においても切削負荷の監視が行える監視
方法を提供することである。請求項２の発明の目的は、
工具摩耗の判定が安定して行える切削負荷の監視方法を
提供することである。請求項３の発明の目的は、ローダ
の加減速期間においてもローダ負荷の適正な監視が行え
る監視方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の切削負荷の監
視方法は、切削機械の送り軸のサーボモータまたは主軸
モータの負荷電流値に基づき切削負荷を監視する方法に
おいて、モータの加減速に必要な電流値をモータ電流の
検出値から差し引いた値を補正演算し、この補正後電流
値を切削負荷の監視対象とする方法である。請求項２の
切削負荷の監視方法は、前記監視方法において、設定監
視区間分の補正後電流値の平均値を設定値と比較し、工
具摩耗の判定を行う方法である。

【０００６】請求項３のローダ負荷の監視方法は、ロー
ダの駆動モータの負荷電流値に基づきローダの負荷を監
視する方法において、前記モータの加減速に必要な電流
値をモータ電流の検出値から差し引いた値を補正演算
し、この補正後電流値をローダ負荷の監視対象とする方
法である。

【０００７】

【作用】この発明方法によると、得られた補正後電流値
は、加減速時の加速負荷および減速負荷が考慮された値
であるため、純切削負荷に対応した値になる。そのた
め、加減速期間においても切削負荷の監視を行うことが
できる。なお加減速に必要な電流値は、その切削の加減
速曲線とモータ特性とから予め知ることができる。請求
項２の構成の場合は、電流値の平均値を設定値と比較す
るため、ピーク値を用いる場合に比べて安定した工具摩
耗の判定が行える。また、加減速時も前記のように補正
演算で純切削負荷に対応した電流値が得られるため、加
減速時を含めて設定監視区間の電流値を平均値の演算に
使用しており、そのためデータ量が多く得られて一層安
定した工具摩耗の判定が行える。

【０００８】請求項３の発明は、ローダ負荷の監視に応
用した監視方法であるが、この場合も得られた補正後電
流値は、加減速時の加速負荷および減速負荷が考慮され
た値であるため、ローダの純移動負荷に対応した値にな
る。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を図１および図２に基づ
いて説明する。この実施例はタレット旋盤に応用した例
である。主軸１はワークＷを把持する主軸チャック２を
有しており、主軸モータ３で回転駆動される。刃物台で
あるタレット４は、工具５を外周に多数取付けたもので
あり、Ｘ軸サーボモータ６およびＺ軸サーボモータ７に
より、送りねじを介して切込み方向（Ｘ軸方向）および
送り方向（Ｚ軸方向）に進退駆動される。

【００１０】各モータ３，６，７の電源回路には電流計
等からなる主軸負荷電流検出器８、Ｘ軸負荷電流検出器
９、およびＺ軸負荷電流検出器１０が各々設けてあり、
これら負荷電流検出器８〜１０の電流値から切削負荷を
監視する負荷監視装置１１が設けてある。負荷監視装置
１１は、旋盤の全体を制御するＰＭＣ装置（プログラマ
ブルマシンコントローラ）の一部の構成として、あるい
は独立したマイクロコンピータ等で構成されている。各
負荷電流検出器８〜１０の検出値は、負荷監視装置１１
のデータ入力部または外部に設けたＡ／Ｄ変換器（図示
せず）でディジタル値に変換して後の処理に使用され
る。

【００１１】負荷監視装置１１は、Ｘ軸，Ｚ軸，主軸の
３軸のモータ負荷を同時に監視するものであり、そのソ
フトウェア等によりＸ軸監視手段１２、Ｚ軸監視手段１
３、および主軸監視手段１４が構成されている。各監視
手段１２〜１４は同様な構成であるため、Ｘ軸監視手段
１２につき説明し、他の手段１３，１４の説明は省略す
る。

【００１２】Ｘ軸監視手段１２は、サンプリングフィル
タ手段１５と、加減速負荷補正手段１６と、摩耗判定手
段１７と、ピーク異常判定手段１８とを備える。サンプ
リングフィルタ手段１５は、Ｘ軸負荷電流検出器９の検
出値をサンプリングすると共に、過去複数回のサンプリ
ング値の平均値を演算し、入力データとして出力する手
段である。このフィルタ処理により、急減な変化の影響
が緩和され、誤検知等が排除できる。サンプリング周期
は、例えば数ミリ秒ないし数十ミリ秒程度に設定され
る。

【００１３】加減速負荷補正手段１６は、後に説明する
ように、サンプリングフィルタ手段１５で得られた電流
値ａから加減速時の加速負荷と減速負荷の電流値を差し
引いた電流値ｂに補正演算する手段である。加速負荷と
減速負荷は、切削の加減速曲線とモータ特性とから予め
知ることができ、例えば各監視区間毎に定数値データま
たは補正演算式等を加減速負荷補正手段１６に設定して
おく。工具摩耗判定手段１７およびピーク異常判定手段
１８は、補正後電流値ｂにつき監視区間において後述の
判定を行う手段である。監視区間は、例えば切削加工の
１パス毎に設定される。

【００１４】つぎに、図２と共に監視方法を説明する。
図２（Ａ）は、切削の１パス分につきサンプリングフィ
ルタ手段１５から得られるＸ軸サーボモータ６の負荷電
流値ａの変化を示す。この電流値ａは、切削負荷と、加
速期間Ｔ１および減速期間Ｔ２における加減速負荷とが
含まれた値となっている。この電流値ａから、加減速負
荷補正手段１６により加減速に必要な電流値を差し引
き、同図（Ｂ）に示す補正後電流値ｂを得る。この補正
後電流値ｂを工具摩耗判定手段１７およびピーク異常判
定手段１８で監視する。

【００１５】工具摩耗判定手段１７は、監視区間の終了
時に、監視区間内の補正後電流値ｂの平均値を演算し、
その平均値を平均警告値Ｍ１および平均異常値Ｍ２と比
較して判定結果を出力する。例えば、平均値が平均警告
値Ｍ１を超えたときは、操作盤等におけるＣＲＴ表示装
置の画面に工具寿命が残り少ない旨のメッセージを出力
し、平均異常値Ｍ２を超えたときは前記画面に工具寿命
に達した旨のメッセージを出力すると共に、機械の一時
停止を行わせる。

【００１６】ピーク異常判定手段１８は、監視区間内で
補正後電流値ｂが一時的にでもピーク警告値Ｐ１および
ピーク異常値Ｐ２を超えたか否かを監視し、超えたとき
に一次停止またはサイクル停止等の指令と、報知を行
う。この報知等により、工具のチッピング等の異常摩耗
や、機械の衝突に対処できる。

【００１７】各警告値Ｍ１，Ｐ１および異常値Ｍ２，Ｐ
２は、例えば図２（Ｂ）に示すように所定値に設定され
る。なお、Ｚ軸サーボモータ７および主軸モータ８に対
しても、Ｚ軸監視手段１３および主軸監視手段１４によ
りＸ軸サーボモータ１０と同様な監視が行われ、各軸毎
に判定結果が出力される。Ｚ軸サーボモータ７および主
軸モータ８も、切削負荷や加減速に対してＸ軸と同様な
負荷電流の変化となる。

【００１８】この監視方法によると、このように加減速
時の加速負荷および減速負荷を差し引いた電流値ｂで監
視するため、純切削負荷につき監視することができる。
そのため、加減速期間Ｔ１，Ｔ２においても切削負荷を
監視することができ、この期間Ｔ１，Ｔ２におけるピー
ク異常も知ることができる。また、工具摩耗判定手段１
７は、電流値ｂの平均値を設定値と比較するため、ピー
ク値を用いる場合に比べて安定した工具摩耗の判定が行
える。しかも、加減速期間Ｔ１，Ｔ２の電流値も平均値
演算に使用できるため、データ量が多く得られて正確な
工具摩耗の判定が行える。

【００１９】なお、前記実施例は３軸同時に切削負荷の
監視を行うようにしたが、Ｘ軸，Ｚ軸，主軸のいずれか
一つのモータ３，６，７につき監視するようにしても良
い。また、３軸の監視結果を総合して各種の判定を行う
手段を付加しても良い。さらに、前記実施例は旋盤に適
用した場合につき説明したが、この発明の切削負荷監視
方法は切削機械一般に適用することができる。

【００２０】また、前記実施例は切削負荷の監視の場合
につき説明したが、前記実施例で図２と共に説明した電
流値補正による負荷監視は、ローダの負荷監視の場合に
も適用することができる。例えば、図３に示すガントリ
ローダ５２は、レール５３に設置した走行台５４に前後
移動台５５を介して昇降ロッド５６を設け、その下端に
ローダヘッド６０を設けたものであり、２個の互いに位
置入れ替え可能なローダチャック５７ａ，５７ｂで主軸
チャック５８に対するワークの受渡しを行う。各方面の
ローダ５２の駆動は、各々ローダ駆動モータで行なわれ
る。この場合に、主軸チャック５８が内径把持チャック
の場合、ローダ５２がアンローディングミスをすると、
ワークが落下せず、主軸チャック５８内に残ってしま
う。この状態で次の素材ワークをローディングすると、
ワークとワークが衝突し、ローダ５２の破損事故に繋が
る。

【００２１】このような設備の保護として、ローダ５２
の負荷電流値を監視して設定値以上であるとトルク制限
を行うことがあるが、その場合に、前記実施例と同様に
ローダ駆動モータの加減速に必要な電流値をモータ電流
の検出値から差し引いた値を補正演算し、この補正後電
流値を切削負荷の監視対象とすることにより、加減速時
においても適正な負荷監視が行える。主軸チャック５８
が内径把持チャックでない場合も、またローダ５２がガ
ントリ式でない場合も同様に適正な負荷監視によるロー
ダの保護が図れる。

【００２２】

【発明の効果】この発明の切削負荷の監視方法は、モー
タの加減速に必要な電流値をモータ電流の検出値から差
し引いた値を利用して負荷の監視を行うため、加減速期
間においても純切削負荷を検出することができ、適正な
切削負荷監視が行える。請求項２の切削負荷の監視方法
の場合は、平均値で摩耗の判定を行うようにしており、
しかも加減速期間を含めて純切削負荷に対応した電流値
を平均値演算に使用するため、データ量が多く得られて
安定した摩耗判定が行える。

【００２３】請求項３のローダ負荷の監視方法の場合
も、請求項１の切削負荷の監視の場合と同様に、加減速
時にも適正なローダ負荷の監視が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の監視方法を適用する切削
機械および負荷監視装置の概念構成を示すブロック図で
ある。

【図２】（Ａ）はモータ負荷電流の波形図、（Ｂ）は補
正後のモータ負荷電流の波形図である。

【図３】この発明の他の実施例にかかるローダ負荷監視
方法を適用するローダの正面図である。

【図４】従来例のモータ負荷電流の波形図である。

【符号の説明】

１…主軸、３…主軸モータ、４…タレット、６…Ｘ軸サ
ーボモータ、７…Ｚ軸サーボモータ、８…主軸負荷電流
検出器、９…Ｘ軸負荷電流検出器、１０…Ｚ軸負荷電流
検出器、１１…負荷監視装置、１６…加減速負荷補正手
段、１７…工具摩耗判定手段、１８…ピーク異常判定手
段、Ｔ０…監視区間、Ｔ１…加速期間、Ｔ２…減速期間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削機械の送り軸のサーボモータまたは
   主軸モータの負荷電流値に基づき切削負荷を監視する方
   法において、前記モータの加減速に必要な電流値をモー
   タ電流の検出値から差し引いた値を補正演算し、この補
   正後電流値を切削負荷の監視対象とする切削負荷の監視
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の監視方法において、設定
   監視区間分の補正後電流値の平均値を設定値と比較して
   工具摩耗の判定を行う切削負荷の監視方法。
3. 【請求項３】 ローダの駆動モータの負荷電流値に基づ
   きローダの負荷を監視する方法において、前記モータの
   加減速に必要な電流値をモータ電流の検出値から差し引
   いた値を補正演算し、この補正後電流値をローダ負荷の
   監視対象とするローダ負荷の監視方法。