JPH0751996A - Surplus load detecting method for cnc - Google Patents

Surplus load detecting method for cnc

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Publication number
JPH0751996A
JPH0751996A JP19646293A JP19646293A JPH0751996A JP H0751996 A JPH0751996 A JP H0751996A JP 19646293 A JP19646293 A JP 19646293A JP 19646293 A JP19646293 A JP 19646293A JP H0751996 A JPH0751996 A JP H0751996A
Authority
JP
Japan
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load torque
disturbance load
servo motor
command value
change rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP19646293A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nagatomi
隆志 永冨
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.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
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Publication of JPH0751996A publication Critical patent/JPH0751996A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reliably prevent breakage of a tool, in a surplus load detecting system for a CNC to detect a surplus load exerted on a tool and a machine element during a machining work. CONSTITUTION:Disturbance load torque Yz exerted on a servo motor 63 is estimated by a disturbance load torque estimating means 1 based on a speed signal X1z for a servo motor 63 and a current command value U1z to a servo motor 63. A rate of change alpha the estimated disturbance load torque Yz is computed at intervals of a sampling period by a rate of change computing means 2. When the rate of change alpha of the disturbance load torque Yz exceeds a lowermost reference value alpha1, rotation of the servo motor 63 is decelerated by a given amount M1 by a speed command value control means 3. Further, when the rate of change alpha exceeds a reference value alpha2 higher than the reference value alpha1, rotation of the servo motor 63 is decelerated by a given amount M2 being, for example, two times as large as the given amount M1. Moreover, when the rate of change alpha exceeds a highmost reference value alpha3, the rotation of the servo motor 63 is stopped.

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CNCの過剰負荷検出方
式に関し、特に加工作業中に工具や機械要素にかかる過
剰負荷を検出するCNCの過剰負荷検出方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CNC overload detection system, and more particularly to a CNC overload detection system for detecting an overload on a tool or a machine element during a machining operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】CNCで制御される工作機械では、加工
作業中に生じる異常負荷によって工具やその他の機械要
素が破損することがある。その破損を未然に防止するた
め、従来は、軸制御用のモータにかかる負荷トルクを検
出し、この負荷トルクが基準値を越えた場合には、モー
タの回転を減速または停止させるようにしていた。
2. Description of the Related Art In a machine tool controlled by a CNC, a tool or other mechanical elements may be damaged due to an abnormal load generated during a machining operation. In order to prevent the damage, the load torque applied to the axis control motor has been conventionally detected, and when the load torque exceeds a reference value, the rotation of the motor is decelerated or stopped. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような技
術では、同じ基準値においてはモータの減速を負荷トル
クの変化量に係わらず一律に行っていたので、負荷トル
クが急激に増大して基準値を越えた場合には、すぐには
モータの回転を減速させることはできないため、負荷ト
ルクも直ぐには減少せず、工具等への負担を迅速に取り
除くことができないという問題点があった。
However, in such a technique, at the same reference value, the motor is decelerated uniformly regardless of the amount of change in the load torque. When the value exceeds the value, the rotation of the motor cannot be immediately decelerated, the load torque does not immediately decrease, and the load on the tool or the like cannot be quickly removed.

【0004】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、より確実に過剰負荷検出処理を行うことので
きるCNCの過剰負荷検出方式を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a CNC overload detection method capable of more reliably performing overload detection processing.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、加工作業中に工具や機械要素にかかる過
剰負荷を検出するCNCの過剰負荷検出方式において、
軸制御用のモータに働く外乱負荷トルクを推定する外乱
負荷トルク推定手段と、前記推定した外乱負荷トルクの
変化率を演算する変化率演算手段と、前記演算された変
化率に応じて前記モータの速度指令値を制御する速度指
令値制御手段と、を有することを特徴とするCNCの過
剰負荷検出方式が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention provides a CNC overload detection system for detecting an overload applied to a tool or a machine element during a machining operation.
Disturbance load torque estimating means for estimating a disturbance load torque acting on the motor for controlling the axis, change rate calculating means for calculating a change rate of the estimated disturbance load torque, and a change rate of the motor according to the calculated change rate. And a speed command value control means for controlling the speed command value.

【0006】[0006]

【作用】軸制御用のモータに働く外乱負荷トルクを外乱
負荷トルク推定手段により推定し、推定した外乱負荷ト
ルクの変化率を変化率演算手段により演算する。速度指
令値制御手段は、演算された変化率に応じてモータの速
度指令値を制御する。
The disturbance load torque acting on the motor for controlling the shaft is estimated by the disturbance load torque estimating means, and the change rate of the estimated disturbance load torque is calculated by the change rate calculating means. The speed command value control means controls the speed command value of the motor according to the calculated change rate.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図2は本発明のCNCの機械要素寿命推定方式
を実施するための数値制御装置(CNC)のハードウェ
アのブロック図である。図において、10は数値制御装
置である。プロセッサ(CPU)11は、数値制御装置
10全体の制御の中心となるプロセッサであり、バス2
1を介して、ROM12に格納されたシステムプログラ
ムを読み出し、このシステムプログラムに従って、数値
制御装置10全体の制御を実行する。RAM13には一
時的な計算データ、表示データ等が格納される。RAM
13にはDRAMが使用される。CMOS14には、加
工プログラム及び各種パラメータ等が格納される。ま
た、CMOS14には、後述する基準値α1等が格納さ
れている。CMOS14は、図示されていないバッテリ
でバックアップされ、数値制御装置10の電源がオフさ
れても不揮発性メモリとなっているので、それらのデー
タはそのまま保持される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a hardware block diagram of a numerical controller (CNC) for implementing the CNC mechanical element life estimation method of the present invention. In the figure, 10 is a numerical controller. The processor (CPU) 11 is a processor that is the center of control of the entire numerical controller 10, and is a bus 2
The system program stored in the ROM 12 is read via 1 and the entire numerical controller 10 is controlled according to the system program. The RAM 13 stores temporary calculation data, display data, and the like. RAM
A DRAM is used for 13. The CMOS 14 stores a processing program and various parameters. Further, the CMOS 14 stores a reference value α1 and the like described later. The CMOS 14 is backed up by a battery (not shown) and serves as a non-volatile memory even when the power supply of the numerical control device 10 is turned off. Therefore, those data are retained as they are.

【0008】インタフェース15は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー等の外部機器31が接
続される。紙テープリーダからは加工プログラムが読み
込まれ、また、数値制御装置(CNC)10内で編集さ
れた加工プログラムを紙テープパンチャーに出力するこ
とができる。
The interface 15 is an interface for an external device, and is connected to an external device 31 such as a paper tape reader, a paper tape puncher, and a paper tape reader / puncher. The processing program is read from the paper tape reader, and the processing program edited in the numerical controller (CNC) 10 can be output to the paper tape puncher.

【0009】PMC(プログラマブル・マシン・コント
ローラ)16はCNC10に内蔵され、ラダー形式で作
成されたシーケンスプログラムで機械を制御する。すな
わち、加工プログラムで指令された、M機能、S機能及
びT機能に従って、これらをシーケンスプログラムで機
械側で必要な信号に変換し、I/Oユニット17から機
械側に出力する。この出力信号は機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエ
ータ等を作動させる。また、機械側のリミットスイッチ
及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処
理をして、プロセッサ11に渡す。
A PMC (Programmable Machine Controller) 16 is built in the CNC 10 and controls the machine with a sequence program created in a ladder format. That is, according to the M function, S function, and T function instructed by the machining program, these are converted into necessary signals on the machine side by the sequence program and output from the I / O unit 17 to the machine side. This output signal drives a magnet or the like on the machine side to operate a hydraulic valve, a pneumatic valve, an electric actuator or the like. Further, it receives a signal from a limit switch on the machine side, a switch on the machine operation panel, etc., performs necessary processing, and passes it to the processor 11.

【0010】グラフィック制御回路18は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像データ等のディジタル
データを画像信号に変換して出力する。この画像信号は
CRT/MDIユニット25の表示装置26に送られ、
表示装置26に表示される。インタフェース19はCR
T/MDIユニット25内のキーボード27からのデー
タを受けて、プロセッサ11に渡す。
The graphic control circuit 18 converts the current position of each axis, alarms, parameters, digital data such as image data into an image signal and outputs it. This image signal is sent to the display device 26 of the CRT / MDI unit 25,
It is displayed on the display device 26. Interface 19 is CR
It receives data from the keyboard 27 in the T / MDI unit 25 and passes it to the processor 11.

【0011】インタフェース20は手動パルス発生器3
2に接続され、手動パルス発生器32からのパルスを受
ける。手動パルス発生器32は機械操作盤に実装され、
手動で機械稼働部を精密に位置決めするのに使用され
る。
The interface 20 is a manual pulse generator 3
2 and receives the pulse from the manual pulse generator 32. The manual pulse generator 32 is mounted on the machine operation panel,
Used to precisely position machine working parts manually.

【0012】軸制御回路41〜43はプロセッサ11か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ51〜53に出力する。サーボアンプ51〜53はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ61〜63を
駆動する。Z軸の送りを制御するサーボモータ63に
は、位置検出用のパルスコーダ631が内蔵されてお
り、このパルスコーダ631から位置信号がパルス列と
して軸制御回路43にフィードバックされる。ここでは
図示されていないが、X軸の送りを制御するサーボモー
タ61、Y軸の送りを制御するサーボモータ62にも、
上記サーボモータ63と同様に位置検出用のパルスコー
ダが内蔵され、そのパルスコーダから位置信号がパルス
列としてフィードバックされる。場合によっては、位置
検出器として、リニアスケールが使用される。また、こ
のパルス列をF/V(周波数/速度)変換することによ
り、速度信号X1zを生成することができる。
The axis control circuits 41 to 43 receive the movement command of each axis from the processor 11 and output the command of each axis to the servo amplifiers 51 to 53. The servo amplifiers 51 to 53 receive the movement command and drive the servo motors 61 to 63 of the respective axes. The servo motor 63 that controls the Z-axis feed incorporates a pulse coder 631 for position detection, and the position signal is fed back from the pulse coder 631 to the axis control circuit 43 as a pulse train. Although not shown here, the servo motor 61 that controls the X-axis feed and the servo motor 62 that controls the Y-axis feed also
A pulse coder for position detection is built in like the servo motor 63, and a position signal is fed back from the pulse coder as a pulse train. In some cases, a linear scale is used as the position detector. Further, the speed signal X1z can be generated by subjecting this pulse train to F / V (frequency / speed) conversion.

【0013】軸制御回路43は、ここでは図示されてい
ないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その
一部にオブザーバ410を有している。オブザーバ41
0は、上記の速度信号X1z等を受けてサーボモータ6
3に働く外乱負荷トルクYzを推定する。その推定外乱
負荷トルクYzはプロセッサ11に送られる。その詳細
は後述する。
The axis control circuit 43 has a processor (not shown) for software processing, and has an observer 410 as a part thereof. Observer 41
0 indicates the servo motor 6 in response to the above speed signal X1z and the like.
The disturbance load torque Yz acting on No. 3 is estimated. The estimated disturbance load torque Yz is sent to the processor 11. The details will be described later.

【0014】スピンドル制御回路71はスピンドル回転
指令及びスピンドルのオリエンテーション等の指令を受
けて、スピンドルアンプ72にスピンドル速度信号を出
力する。スピンドルアンプ72はこのスピンドル速度信
号を受けて、スピンドルモータ73を指令された回転速
度で回転させる。また、オリエンテーション指令によっ
て、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
The spindle control circuit 71 receives a spindle rotation command and a spindle orientation command, and outputs a spindle speed signal to a spindle amplifier 72. The spindle amplifier 72 receives the spindle speed signal and rotates the spindle motor 73 at the commanded rotation speed. In addition, the spindle is positioned at a predetermined position according to the orientation command.

【0015】スピンドルモータ73には、歯車あるいは
ベルトでポジションコーダ82が結合されている。また
は、スピンドルモータ73内部にポジションコーダ82
が結合されている。従って、ポジションコーダ82はス
ピンドルモータ73に同期して回転し、帰還パルスを出
力し、その帰還パルスはスピンドル制御回路71にフィ
ードバックされる。このパルス列をF/V(周波数/速
度)変換することにより、速度信号X1sを生成するこ
とができる。
A position coder 82 is connected to the spindle motor 73 by a gear or a belt. Alternatively, the position coder 82 may be installed inside the spindle motor 73.
Are combined. Therefore, the position coder 82 rotates in synchronization with the spindle motor 73, outputs a feedback pulse, and the feedback pulse is fed back to the spindle control circuit 71. The speed signal X1s can be generated by performing F / V (frequency / speed) conversion on this pulse train.

【0016】スピンドル制御回路71は、上記軸制御回
路43と同様に、ここでは図示されていないプロセッサ
を備えてソフトウェア処理を行い、その一部にオブザー
バ710を有している。オブザーバ710は、上記の速
度信号X1s等を受けてスピンドルモータ73に働く外
乱トルクYsを推定する。その推定外乱負荷トルクYs
は、上記の推定外乱負荷トルクYzと同様に、プロセッ
サ11に送られる。
Like the axis control circuit 43, the spindle control circuit 71 has a processor (not shown) for software processing, and has an observer 710 as part thereof. The observer 710 receives the speed signal X1s and the like and estimates the disturbance torque Ys acting on the spindle motor 73. The estimated disturbance load torque Ys
Is sent to the processor 11 in the same manner as the estimated disturbance load torque Yz described above.

【0017】プロセッサ11は、これらの推定外乱負荷
トルクYz,Ysを受けて、所定のソフトウェアによっ
て後述する寿命管理処理を行う。図3は外乱負荷トルク
を推定するためのオブザーバのブロック図である。ここ
で、外乱負荷トルクは、切削負荷トルク、重力軸の重力
負荷トルク、機構部の摩擦トルク等の外乱負荷トルクを
含むものであり、サーボモータの全トルクから加減速の
ための加減速トルクを除いたものである。
The processor 11 receives these estimated disturbance load torques Yz and Ys and performs a life management process described later by a predetermined software. FIG. 3 is a block diagram of an observer for estimating the disturbance load torque. Here, the disturbance load torque includes the disturbance load torque such as the cutting load torque, the gravity load torque of the gravity axis, and the friction torque of the mechanism section, and the acceleration / deceleration torque for acceleration / deceleration is calculated from the total torque of the servo motor. Excluded.

【0018】このブロック図に示した処理は、上述した
ように、軸制御回路43のオブザーバ410及びスピン
ドル制御回路71のオブザーバ710において実行され
る。オブザーバ410及び710は、同一の構成を有し
ているので、ここではオブザーバ410について説明
し、オブザーバ710の説明は省略する。
The processing shown in this block diagram is executed by the observer 410 of the axis control circuit 43 and the observer 710 of the spindle control circuit 71, as described above. Since the observers 410 and 710 have the same configuration, the observer 410 will be described here, and the description of the observer 710 will be omitted.

【0019】図において、電流指令値U1zは、上述し
たプロセッサ11からの移動指令を受けてサーボモータ
63に出力されるトルク指令値であり、要素401に入
力されてサーボモータ63を駆動する。サーボモータの
出力トルクには演算要素402において、外乱負荷トル
クX2が加算される。演算要素402の出力は要素40
3によって、速度信号X1zとなる。ここで、Jはサー
ボモータ63のイナーシャである。
In the figure, a current command value U1z is a torque command value that is output to the servo motor 63 in response to the movement command from the processor 11, and is input to the element 401 to drive the servo motor 63. The disturbance load torque X2 is added to the output torque of the servo motor in the calculation element 402. The output of the calculation element 402 is the element 40
3 results in the speed signal X1z. Here, J is the inertia of the servomotor 63.

【0020】一方、電流指令値U1zはオブザーバ41
0に入力される。オブザーバ410は電流指令値U1z
とサーボモータ63の速度X1zから、外乱負荷トルク
を推定する。なお、ここではサーボモータ63の速度制
御については省略し、外乱負荷トルクを推定するための
演算のみを説明する。電流指令値U1zは要素411で
(Kt/J)をかけ、演算要素412へ出力される。演
算要素412では、後述する演算要素414からの帰還
信号を加え、さらに、演算要素413で演算要素415
からの帰還信号を加算する。演算要素412及び413
の出力単位は加速度である。演算要素413の出力は積
分要素416に入力され、サーボモータ63の推定速度
XX1として出力される。
On the other hand, the current command value U1z is the observer 41
Input to 0. The observer 410 has a current command value U1z.
Then, the disturbance load torque is estimated from the speed X1z of the servo motor 63. The speed control of the servo motor 63 is omitted here, and only the calculation for estimating the disturbance load torque will be described. The current command value U1z is multiplied by (Kt / J) in the element 411 and is output to the calculation element 412. The calculation element 412 adds a feedback signal from a calculation element 414, which will be described later, and the calculation element 413 further calculates a calculation element 415.
Add the feedback signals from. Computing elements 412 and 413
The output unit of is acceleration. The output of the calculation element 413 is input to the integration element 416 and output as the estimated speed XX1 of the servo motor 63.

【0021】推定速度XX1と実速度X1zとの差を演
算要素417で求め、それぞれ、演算要素414及び4
15に帰還する。ここで、比例要素414は比例定数K
1を有する。比例定数K1の単位はsec-1である。ま
た、積分要素415にも積分定数K2を有する。積分定
数の単位はsec-2である。
A difference between the estimated speed XX1 and the actual speed X1z is calculated by a calculation element 417, and calculation elements 414 and 4 are respectively calculated.
Return to 15. Here, the proportional element 414 is the proportional constant K
Has 1. The unit of the proportionality constant K1 is sec -1 . The integration element 415 also has an integration constant K2. The unit of the integration constant is sec -2 .

【0022】ここで、積分要素415の出力(XX2/
J)は図より、以下の式で求められる。 (XX2/J)=(X1z−XX1)・(K2/S) =(X2/J)・〔K2/(S2 +K1・S+K2)〕 したがって、極が安定するように定数K1,K2を選択
すると上記の式は、以下の式となる。
Here, the output of the integration element 415 (XX2 /
J) can be calculated from the following formula from the figure. (XX2 / J) = (X1z−XX1) · (K2 / S) = (X2 / J) · [K2 / (S 2 + K1 · S + K2)] Therefore, if the constants K1 and K2 are selected so that the poles are stable, The above equation becomes the following equation.

【0023】(XX2/J)≒(X2/J) XX2≒X2 すなわち、外乱負荷トルクX2をXX2で推定できる。
ただし、積分要素415の出力は推定外乱負荷トルクX
X2をJで除した推定加速度(XX2/J)であり、比
例要素420によって、電流値に変換される。ただし、
トルク表示をするために、この電流値を推定外乱負荷ト
ルクYzで表示する。ここで、Jは先の要素403のJ
と同じサーボモータ63のイナーシャであり、Ktは要
素401のトルク定数と同じである。Aは係数であり、
1以下の数値であり、推定加速度(XX2/J)を補正
するための係数である。このように、オブザーバ410
を用いてサーボモータ63の外乱負荷トルクYz(X
2)が推定できる。
(XX2 / J) .apprxeq. (X2 / J) XX2.apprxeq.X2 That is, the disturbance load torque X2 can be estimated by XX2.
However, the output of the integration element 415 is the estimated disturbance load torque X
It is an estimated acceleration (XX2 / J) obtained by dividing X2 by J, and is converted into a current value by the proportional element 420. However,
In order to display the torque, this current value is displayed as the estimated disturbance load torque Yz. Here, J is J of the previous element 403.
Is the inertia of the servo motor 63, and Kt is the same as the torque constant of the element 401. A is a coefficient,
It is a numerical value of 1 or less and is a coefficient for correcting the estimated acceleration (XX2 / J). In this way, the observer 410
Disturbance load torque Yz (X
2) can be estimated.

【0024】スピンドルモータ73の外乱負荷トルクY
sも、同様にしてオブザーバ710を用いて推定でき
る。この場合、オブザーバ710は、電流指令値U1s
とスピンドルモータ73の速度信号X1sから外乱負荷
トルクYsを推定する。電流指令値U1sは、プロセッ
サ11からのスピンドル回転指令を受けてスピンドルモ
ータ73に出力されるトルク指令値である。
Disturbance load torque Y of the spindle motor 73
Similarly, s can be estimated using the observer 710. In this case, the observer 710 determines that the current command value U1s
Then, the disturbance load torque Ys is estimated from the speed signal X1s of the spindle motor 73. The current command value U1s is a torque command value output to the spindle motor 73 in response to the spindle rotation command from the processor 11.

【0025】これらの推定外乱負荷トルクYz及びYs
は勿論、推定値であるが、以後のこれらの推定外乱負荷
トルクYz,Ysを外乱負荷トルクとして説明する。図
1はこのような構成を有するCNC10による過剰負荷
検出方式の概念図である。ここでは、穴空け加工を例と
して説明する。サーボモータ63はボールネジ64を回
転させてスピンドルモータ73に接続された主軸ヘッド
74のZ軸方向での位置および送り速度を制御する。サ
ーボモータ63の速度信号X1zは、軸制御回路43の
外乱負荷トルク推定手段(オブザーバ410)1に入力
される。
These estimated disturbance load torques Yz and Ys
Of course, these estimated disturbance load torques Yz and Ys, which are estimated values, will be described below as disturbance load torques. FIG. 1 is a conceptual diagram of an overload detection method by the CNC 10 having such a configuration. Here, the boring process will be described as an example. The servo motor 63 rotates the ball screw 64 to control the position in the Z-axis direction and the feed rate of the spindle head 74 connected to the spindle motor 73. The speed signal X1z of the servo motor 63 is input to the disturbance load torque estimation means (observer 410) 1 of the axis control circuit 43.

【0026】スピンドルモータ73の主軸ヘッド74に
は、ドリル75が取り付けられている。スピンドルモー
タ73の回転によって、ドリル75はワーク91を加工
する。スピンドルモータ73の速度信号X1sは、軸制
御回路71の外乱トルク推定手段(オブザーバ710)
4に入力される。
A drill 75 is attached to the spindle head 74 of the spindle motor 73. The drill 75 processes the work 91 by the rotation of the spindle motor 73. The speed signal X1s of the spindle motor 73 is used as the disturbance torque estimating means (observer 710) of the axis control circuit 71.
4 is input.

【0027】外乱負荷トルク推定手段1は、サーボモー
タ63の速度信号X1zとサーボモータ63への電流指
令値U1zを基にして、サーボモータ63に働く外乱負
荷トルクYzを推定する。変化率演算手段2は、推定し
た外乱負荷トルクYzの変化率αをサンプリング周期毎
に演算する。速度指令値制御手段3は、演算された変化
率αに応じてモータの速度指令値を制御する。速度指令
値制御手段3は、外乱負荷トルクYzがドリル75やボ
ールネジ64等に対して過剰なものであるか否かの判断
を行うための基準値α1,α2,α3を記憶保持してい
る。
The disturbance load torque estimating means 1 estimates the disturbance load torque Yz acting on the servo motor 63 based on the speed signal X1z of the servo motor 63 and the current command value U1z to the servo motor 63. The change rate calculation means 2 calculates the estimated change rate α of the disturbance load torque Yz for each sampling cycle. The speed command value control means 3 controls the speed command value of the motor according to the calculated change rate α. The speed command value control means 3 stores and holds reference values α1, α2, α3 for determining whether the disturbance load torque Yz is excessive with respect to the drill 75, the ball screw 64, or the like.

【0028】速度指令値制御手段3は、外乱負荷トルク
Yzの変化率αを基準値α1,α2,α3と常時比較す
る。そして、変化率αが最も低い基準値α1を越えた場
合には、所定量M1だけサーボモータ63の回転を減速
させる。また、変化率αが基準値α1よりも大きい基準
値α2を越えた場合には、所定量M1よりも例えば2倍
大きい所定量M2だけサーボモータ63の回転を減速さ
せる。さらに、変化率αが最も高い基準値α3を越えた
場合には、サーボモータ63の回転を停止させる。ま
た、場合に応じて他のサーボモータ61,62、および
スピンドルモータ73の回転も停止させる。
The speed command value control means 3 constantly compares the change rate α of the disturbance load torque Yz with the reference values α1, α2, α3. When the change rate α exceeds the lowest reference value α1, the rotation of the servo motor 63 is decelerated by the predetermined amount M1. When the change rate α exceeds the reference value α2 which is larger than the reference value α1, the rotation of the servo motor 63 is decelerated by the predetermined amount M2 which is twice as large as the predetermined amount M1. Further, when the change rate α exceeds the highest reference value α3, the rotation of the servo motor 63 is stopped. Further, the rotations of the other servo motors 61 and 62 and the spindle motor 73 are also stopped depending on the case.

【0029】このような速度指令値の制御を行う一方
で、速度指令値制御手段3は、外乱負荷トルクYzの変
化率αの状態を表示装置26等で表示してオペレータに
知らせる。
While controlling the speed command value in this way, the speed command value control means 3 informs the operator by displaying the state of the change rate α of the disturbance load torque Yz on the display device 26 or the like.

【0030】一方、外乱負荷トルク推定手段4は、スピ
ンドルモータ73の速度信号X1sとスピンドルモータ
73への電流指令値U1sを基にして、スピンドルモー
タ73に働く外乱負荷トルクYsを推定する。変化率演
算手段5は、推定した外乱負荷トルクYsの変化率βを
サンプリング周期毎に演算する。速度指令値制御手段6
は、演算された変化率βに応じてモータの速度指令値を
制御する。速度指令値制御手段6は、外乱負荷トルクY
sがドリル75や内部のベアリング等に対して過剰なも
のであるか否かの判断を行うための基準値β1,β2,
β3を記憶保持している。
On the other hand, the disturbance load torque estimating means 4 estimates the disturbance load torque Ys acting on the spindle motor 73 based on the speed signal X1s of the spindle motor 73 and the current command value U1s to the spindle motor 73. The change rate calculation means 5 calculates the estimated change rate β of the disturbance load torque Ys for each sampling cycle. Speed command value control means 6
Controls the motor speed command value in accordance with the calculated change rate β. The speed command value control means 6 determines the disturbance load torque Y
Reference values β1, β2 for determining whether s is excessive with respect to the drill 75, internal bearings, etc.
It holds β3 in memory.

【0031】速度指令値制御手段6は、外乱負荷トルク
Ysの変化率βを基準値β1,β2,β3と常時比較す
る。そして、変化率βが最も低い基準値β1を越えた場
合には、所定量N1だけサーボモータまたはスピンドル
モータ73の回転を減速させる。また、変化率βが基準
値β1よりも大きい基準値β2を越えた場合には、所定
量N1よりも例えば2倍大きい所定量N2だけサーボモ
ータまたはスピンドルモータ73の回転を減速させる。
さらに、変化率βが最も高い基準値β3を越えた場合に
は、スピンドルモータ73の回転を停止させる。また、
場合に応じて他のサーボモータ61から63の回転も停
止させる。
The speed command value control means 6 constantly compares the rate of change β of the disturbance load torque Ys with the reference values β1, β2, β3. Then, when the change rate β exceeds the lowest reference value β1, the rotation of the servo motor or the spindle motor 73 is decelerated by the predetermined amount N1. When the change rate β exceeds the reference value β2 which is larger than the reference value β1, the rotation of the servo motor or the spindle motor 73 is decelerated by the predetermined amount N2 which is, for example, twice as large as the predetermined amount N1.
Further, when the change rate β exceeds the highest reference value β3, the rotation of the spindle motor 73 is stopped. Also,
Depending on the case, the rotations of the other servomotors 61 to 63 are also stopped.

【0032】このような速度指令値の制御を行う一方
で、速度指令値制御手段6は、速度指令値制御手段3と
同様に外乱負荷トルクYsの変化率βの状態を表示装置
26等で表示してオペレータに知らせる。
While controlling the speed command value as described above, the speed command value control means 6 displays the state of the rate of change β of the disturbance load torque Ys on the display device 26 or the like, as in the speed command value control means 3. And inform the operator.

【0033】図4は外乱負荷トルクの時間変化を示す図
であり、(A)は正常な加工状態のときの外乱負荷トル
クYzの時間変化を示す図、(B)は異常な加工状態の
ときの外乱負荷トルクYzの時間変化を示す図である。
外乱負荷トルクYzは、サンプリング周期T毎に推定さ
れ、新しく外乱負荷トルクYzが推定さると、その変化
率αが算出される。例えば図(A)において、時刻t1
での外乱負荷トルクYz値がd1、時刻t2での外乱負
荷トルクYz値がd2であったとすると、このときの変
化率αaは、 αa=(d2−d1)/(t2−t1) =D1/T となる。図(A)は正常な加工状態のときの特性である
ので、αa=D1/Tは常に基準値α1以下である。
FIG. 4 is a diagram showing the time variation of the disturbance load torque. FIG. 4A is a diagram showing the time variation of the disturbance load torque Yz in a normal machining state, and FIG. 4B is an abnormal machining state. FIG. 6 is a diagram showing a change over time of the disturbance load torque Yz.
The disturbance load torque Yz is estimated every sampling period T, and when the disturbance load torque Yz is newly estimated, the change rate α thereof is calculated. For example, in the figure (A), time t1
Assuming that the disturbance load torque Yz value at 1 is d1 and the disturbance load torque Yz value at time t2 is d2, the change rate αa at this time is αa = (d2-d1) / (t2-t1) = D1 / It becomes T. Since FIG. (A) shows the characteristics in the normal processing state, αa = D1 / T is always the reference value α1 or less.

【0034】一方、図(B)において、時刻t3と時刻
t4との間の外乱負荷トルクYzの変化率αbは、 αb=(d4−d3)/(t4−t3) =D2/T となる。図に示すように、D2=d4−d3はD=d2
−d1よりも明らかに大きい。したがって、変化率αb
も変化率αaよりも当然大きくなる。この変化率αaが
基準値α1,α2,α3のいずれかより大きければ、上
述したような減速または停止処理が施される。
On the other hand, in the figure (B), the change rate αb of the disturbance load torque Yz between the time t3 and the time t4 is αb = (d4-d3) / (t4-t3) = D2 / T. As shown in the figure, D2 = d4-d3 is D = d2
Clearly larger than -d1. Therefore, the change rate αb
Is naturally larger than the rate of change αa. If the rate of change αa is larger than any of the reference values α1, α2, α3, the deceleration or stop process as described above is performed.

【0035】なお、外乱負荷トルクYsについても同様
の処理が施される。図5はこのような過剰負荷検出方式
を行うためのプロセッサ側での処理手順を示すフローチ
ャートである。なお、ここでは、サーボモータ63の制
御についての例を示す。 〔S1〕オブザーバ410で推定された外乱負荷トルク
Yzを読み取る。 〔S2〕外乱負荷トルクYzの変化率αを演算する。 〔S3〕変化率αが最低の基準値α1以下であるか否か
を判断し、基準値α1以下であればステップS9に進
み、そうでなければステップS4に進む。
Similar processing is performed on the disturbance load torque Ys. FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure on the processor side for performing such an overload detection method. An example of control of the servo motor 63 is shown here. [S1] The disturbance load torque Yz estimated by the observer 410 is read. [S2] The change rate α of the disturbance load torque Yz is calculated. [S3] It is determined whether the rate of change α is less than or equal to the minimum reference value α1.

【0036】〔S4〕変化率αが最大の基準値α3より
も大きいか否かを判断し、大きければステップS5に進
み、そうでなければステップS6に進む。 〔S5〕少なくともサーボモータ63の動作を停止す
る。 〔S6〕変化率αが中間値の基準値α2よりも大きいか
否かを判断し、大きければステップS7に進み、そうで
なければステップS8に進む。 〔S7〕サーボモータ63の回転を大きく減速させる。 〔S8〕サーボモータ63の回転を小さく減速させる。 〔S9〕外乱負荷トルクYzの変化状態を表示する。
[S4] It is determined whether or not the change rate α is larger than the maximum reference value α3. If it is larger, the process proceeds to step S5, and if not, the process proceeds to step S6. [S5] At least the operation of the servo motor 63 is stopped. [S6] It is determined whether or not the rate of change α is larger than the reference value α2 of the intermediate value. If it is larger, the process proceeds to step S7, and if not, the process proceeds to step S8. [S7] The rotation of the servo motor 63 is greatly reduced. [S8] The rotation of the servo motor 63 is slightly reduced. [S9] The change state of the disturbance load torque Yz is displayed.

【0037】なお、スピンドルモータ73についても基
本的な手順の流れはほぼ同一である。このように、本実
施例では、外乱負荷トルクYz等の変化率αを計算し、
その変化率αを基準値α1,α2,α3と比較して軸制
御用のサーボモータ63等の速度指令値を減速制御する
ようにしたので、外乱負荷トルクが異常値に達する前に
その変化を察知することができ、モータの減速制御の応
答性を高めることができる。このため、工具等の破損を
より確実に防止することができる。
The basic procedure of the spindle motor 73 is almost the same. As described above, in this embodiment, the change rate α of the disturbance load torque Yz or the like is calculated,
The rate of change α is compared with the reference values α1, α2, α3 so that the speed command value of the servo motor 63 for axis control is controlled to be decelerated, so that the change can be made before the disturbance load torque reaches an abnormal value. It can be perceived and the response of the motor deceleration control can be improved. Therefore, it is possible to more reliably prevent damage to tools and the like.

【0038】なお、本実施例では、基準値をサーボモー
タ63およびスピンドルモータ73についてそれぞれ3
個ずつ設けたが、この個数については設計に応じてその
都度変更することができる。
In this embodiment, the reference value is set to 3 for the servo motor 63 and the spindle motor 73, respectively.
Although they are provided one by one, the number can be changed each time according to the design.

【0039】また、本実施例では、オブザーバ410等
で推定された外乱負荷トルクYz等に基づく寿命推定演
算をプロセッサ11によって行う例を示したが、この他
にも、PMC16や、図示されていない外部装置によっ
て行うようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, an example in which the processor 11 performs the life estimation calculation based on the disturbance load torque Yz and the like estimated by the observer 410 and the like has been shown. It may be performed by an external device.

【0040】また、本実施例では、サーボモータ63お
よびスピンドルモータ73に連結された各機械要素の寿
命推定を行う例を示したが、他のサーボモータ61およ
び62についても同様の手順により寿命推定を行うこと
ができる。
In this embodiment, the life of each mechanical element connected to the servo motor 63 and the spindle motor 73 is estimated, but the life of the other servo motors 61 and 62 is estimated by the same procedure. It can be performed.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、軸制御
用のモータに働く外乱負荷トルクを推定し、その外乱負
荷トルクの変化率を演算し、その変化率に応じてモータ
の速度指令値を制御するようにしたので、外乱負荷トル
クが異常値に達する前にその変化を察知することがで
き、モータの減速制御の応答性を高めることができる。
このため、工具等の破損をより確実に防止することがで
きる。
As described above, according to the present invention, the disturbance load torque acting on the motor for axis control is estimated, the change rate of the disturbance load torque is calculated, and the speed command value of the motor is calculated according to the change rate. Since the disturbance load torque reaches the abnormal value, the change can be detected and the response of the motor deceleration control can be improved.
Therefore, it is possible to more reliably prevent damage to tools and the like.

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

【図1】CNCによる過剰負荷検出方式の概念図であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an overload detection method by CNC.

【図2】本発明の工具破損防止方式を実施するための数
値制御装置(CNC)のハードウェアのブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of hardware of a numerical controller (CNC) for implementing the tool damage prevention system of the present invention.

【図3】本発明に係るオブザーバのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an observer according to the present invention.

【図4】外乱負荷トルクの時間変化を示す図であり、
(A)は正常な加工状態のときの外乱負荷トルクの時間
変化を示す図、(B)は異常な加工状態のときの外乱負
荷トルクの時間変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a time change of a disturbance load torque,
(A) is a diagram showing a time variation of a disturbance load torque in a normal machining state, and (B) is a diagram showing a time variation of a disturbance load torque in an abnormal machining state.

【図5】過剰負荷検出を行うためのプロセッサ側での処
理手順を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure on the processor side for performing overload detection.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,4 外部負荷トルク推定手段 2,5 変化率演算手段 3,6 速度指令値制御手段 10 数値制御装置(CNC) 11 プロセッサ(CPU) 14 CMOS 16 PMC 43 軸制御回路 53 サーボアンプ 63 Z軸サーボモータ 64 ボールネジ 71 スピンドル制御回路 72 スピンドルアンプ 73 スピンドルモータ 74 主軸ヘッド74 82 ポジションコーダ 91 ワーク 410,710 オブザーバ 631 パルスコーダ 1,4 External load torque estimation means 2,5 Change rate calculation means 3,6 Speed command value control means 10 Numerical control device (CNC) 11 Processor (CPU) 14 CMOS 16 PMC 43 Axis control circuit 53 Servo amplifier 63 Z axis servo Motor 64 Ball screw 71 Spindle control circuit 72 Spindle amplifier 73 Spindle motor 74 Spindle head 74 82 Position coder 91 Work 410,710 Observer 631 Pulse coder

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加工作業中に工具や機械要素にかかる過
剰負荷を検出するCNCの過剰負荷検出方式において、 軸制御用のモータに働く外乱負荷トルクを推定する外乱
負荷トルク推定手段と、 前記推定した外乱負荷トルクの変化率を演算する変化率
演算手段と、 前記演算された変化率に応じて前記モータの速度指令値
を制御する速度指令値制御手段と、 を有することを特徴とするCNCの過剰負荷検出方式。
1. A disturbance load torque estimating means for estimating a disturbance load torque acting on a motor for axis control in a CNC overload detection method for detecting an excessive load applied to a tool or a machine element during a machining operation, and the estimation. A change rate calculating means for calculating a change rate of the disturbance load torque, and a speed command value control means for controlling a speed command value of the motor according to the calculated change rate. Overload detection method.
【請求項2】 前記速度指令値制御手段は、大きさの異
なる複数個の所定値を有し、前記変化率が前記所定値の
いずれかを越えると前記越えた所定値の大きさに応じて
前記モータの出力を下げるように構成されていることを
特徴とする請求項1記載のCNCの過剰負荷検出方式。
2. The speed command value control means has a plurality of predetermined values of different sizes, and when the rate of change exceeds any of the predetermined values, the speed command value control means responds to the magnitude of the exceeded predetermined value. 2. The overload detection method for a CNC according to claim 1, wherein the output of the motor is reduced.
【請求項3】 前記速度指令値制御手段は、前記変化率
が最大の所定値を越えた場合には前記モータを停止させ
るように構成されていることを特徴とする請求項2記載
のCNCの過剰負荷検出方式。
3. The CNC according to claim 2, wherein the speed command value control means is configured to stop the motor when the change rate exceeds a maximum predetermined value. Overload detection method.
【請求項4】 前記速度指令値制御手段は、前記変化率
に応じて前記工具や機械要素にかかる過剰負荷の状態を
外部に表示する指令を行うように構成されていることを
特徴とする請求項1記載のCNCの過剰負荷検出方式。
4. The speed command value control means is configured to issue a command to externally display a state of an excessive load applied to the tool or machine element according to the change rate. Item 3. The CNC overload detection method according to Item 1.
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