JPH0976144A

JPH0976144A - 工作機械における加工状態監視方法

Info

Publication number: JPH0976144A
Application number: JP26104395A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagatomi; 隆志永冨; Miwako Sakaguchi; 美和子坂口; Hisao Ishii; 久夫石井; Masao Kamiguchi; 賢男上口; Susumu Ito; 進伊藤; Masanobu Takemoto; 政信嶽本
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】工具摩耗、工具寿命、工具、ワークの取り付
け不良等の加工異常を精度高く検出できる加工状態監視
方法を提供することにある。【解決手段】穴あけ加工において、ワークを載置した
テーブルを駆動するＸ、Ｙ軸の負荷を検出し表示する。
正常加工が達成できるこの負荷の分布領域の形状を基準
負荷領域形状として予め設定し、この基準負荷領域形状
も同時に表示する。多角形若しくは円筒で設定された正
常加工が達成できる領域の基準負荷領域形状と比較し、
検出負荷がこの基準負荷領域形状外であれば加工異常と
する。基準負荷領域形状の特徴（面積、重心位置、図形
的特徴）を設定しておき検出された負荷分布形状の特徴
を比較し、この特徴が設定範囲外のときには加工異常と
する。加工異常が正確に検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械による穴
あけ加工における加工状態監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械においては、工具摩耗等による
加工異常を検出するために、加工中、主軸にかかる負荷
を検出し、この検出負荷が設定された基準値を越えると
アラームを出力し、送り速度の減速、機械停止等の処理
を行っている。さらには、ワークを載置したテーブルや
工具を送るＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にかかる負荷を検出し、検
出された負荷のいずれかが設定基準値を越えるとアラー
ムを出力し送り速度の減速、機械停止等の処理を行って
いる。

【０００３】また、工具破損を検出するために、タッチ
センサを設け、１加工が終了する毎に、工具をタッチセ
ンサ配置位置の上方の所定位置に移動させ、該位置か
ら、所定量工具軸（Ｚ軸）を下降させて、工具先端がタ
ッチセンサに接触すれば、該タッチセンサから出力信号
が出され、工具が破損していないことを検知し、タッチ
センサから検知信号が出力されなければ工具が破損して
いるとして、工具破損を検知する方法がとられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、工具摩耗
等による加工異常の検出の改良であって、より精度が高
く、工具摩耗、工具寿命、さらには、工具、ワークの取
り付け不良をも検出できる加工状態監視方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、工作機械によ
る穴あけ加工において、工作機械の制御装置は、加工
中、ワークを載置するテーブルを駆動するＸ軸、Ｙ軸に
かかる負荷を検出し、該検出負荷をＸ軸、Ｙ軸の負荷を
示す直交座標系上にプロットし表示手段の画面に表示し
て加工状態を監視できるようにする。これにより、工具
の摩耗状態等を管理する。さらに、上記表示画面には、
少なくとも、正常加工が達成できる基準負荷領域形状を
も表示して、工具摩耗、工具寿命をより検出しやすいよ
うにする。

【０００６】また、Ｘ軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標系
上に正常加工を示す基準領域を設定し、検出負荷がこの
基準領域内にあるか否かを判断し領域外であれば、アラ
ームを出力することによって、異常加工、工具寿命等を
知らせるようにする。上記基準負荷領域形状は正常穴あ
け加工において所定周期毎に検出されたＸ軸、Ｙ軸にか
かる負荷データによって工作機械の制御装置が自動的に
設定するようにする。

【０００７】他の方法として、上記直交座標系上に検出
負荷をプロットした領域の負荷分布形状の特徴（面積、
分布重心位置、図形的特徴を現すデータ）を求め、該特
徴が設定された基準となる特徴範囲以外のときにアラー
ムを出力することによって工具摩耗、工具寿命、工具や
ワークの取り付け不良、穴あけ加工においてセンタモミ
を必要とするにも関わらずセンタモミが行われていない
ことを検出する。この基準となる特徴範囲も正常穴あけ
加工において検出されたＸ軸、Ｙ軸の負荷データをＸ
軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標系上にプロットした領域
によって自動的に求めるようにする。

【０００８】さらに、ワークや工具の取り付け不良のと
き生じる負荷分布形状の図形的特徴、切り粉の噛み込み
状態での加工時に生じる負荷分布形状の図形的特徴をも
設定しておき、加工時に検出した負荷分布形状の特徴が
設定された基準となる特徴範囲以外のときに、該検出し
た負荷分布形状の特徴が、基準負荷領域形状、ワーク、
工具の取り付け不良、切り粉の噛み込み状態の各加工の
負荷分布形状の図形的特徴の内一番近いものを検出し、
検出されたものに対応する加工異常原因をも表示する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し本発明の一実
施形態を説明する。穴あけ加工においては、ワークが載
置されたテーブルを駆動するＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ
を駆動し、穴あけ加工位置にワークを位置決めし、ワー
クを停止させた状態で穴あけ加工が行われる。この穴あ
け加工中、切削抵抗に応じてＸ軸、Ｙ軸には負荷がかか
り移動しようとするが、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動するサーボモ
ータはその出力トルクを増減し、指令された加工位置を
保持する。そのため、このＸ軸、Ｙ軸の負荷を検出すれ
ば、加工状態、例えば、工具の摩耗状態、工具の取り付
け状態、切り粉の噛み込み状態及び加工時の振動状態等
を検出することができる。

【００１０】そこで、まず、正常加工か異常加工かを判
断するための基準となる基準負荷領域形状を設定する。
その方法として、例えば、摩耗し交換した方がよいよう
な工具を用いて穴あけ加工を行い正常に穴あけ加工が行
われたときのＸ軸、Ｙ軸の負荷状態を検出する。そし
て、Ｘ軸の負荷状態をＸ軸に、Ｙ軸の負荷状態をＹ軸に
した負荷を表すＸ、Ｙ直交座標系に、上記検出した負荷
をプロットし、その分布形状を正常加工か否かを判断す
る基準負荷領域形状として求め、工作機械を制御する制
御装置のメモリに設定する。又は、新しい工具を使用
し、上述したようにして負荷分布の形状を求め、この形
状を工具が摩耗したときの形状へ経験的に知られた倍率
で拡大し基準負荷領域形状とする。

【００１１】上述した摩耗し交換した方がよいような工
具を用いて穴あけ加工を行い正常に穴あけ加工が行われ
たとき検出した負荷を、負荷の大きさを表すＸ、Ｙ直交
座標系に対してプロットした点が、図５（ａ）に示すよ
うに、「＊」に示す位置であり、この図５のように分布
している場合、Ｘ軸の負荷のプラス方向の最大値、マイ
ナス方向の最大値、Ｙ軸の負荷のプラス方向の最大値、
マイナス方向の最大値、で囲まれる矩形領域を基準負荷
領域形状とするか、もしくは、検出された負荷におい
て、Ｘ軸、Ｙ軸の負荷の合成値の絶対値が最大のものを
半径とする円を基準負荷領域形状とし、さらには、Ｘ
軸、Ｙ軸の負荷の合成値の絶対値の大きいものを直線で
結び、すべての負荷を表す点「＊」がこの多角形状内側
に含むように多角形状で基準負荷領域形状とし、この基
準負荷領域形状を設定する。また、この基準負荷領域形
状の図形的特徴を示すパラメータの値をも設定する。

【００１２】通常の加工時において、検出負荷のプロッ
ト位置が上記設定した基準負荷領域形状の範囲内か否か
によって加工異常か否かを判断を行う。この方法の場合
においては、上記基準負荷領域形状は、円若しくは多角
形状で設定しておく方がよい。また、他の方法として、
検出負荷の分布形状面積、中心位置、形状と基準負荷領
域形状の面積、中心位置、図形的特徴を示すパラメータ
の値等とを比較し、正常加工か否かの判断を行う。例え
ば、図５（ａ）に示すような基準負荷領域形状が設定さ
れ、加工時に検出された負荷分布の面積が、図５（ｂ）
に示すように、設定されている基準負荷領域形状の面積
以下であれば、正常加工とし、大きければ、加工異常と
する。また、図５（ｃ）に示すように、検出負荷の分布
中心位置と基準負荷領域形状と比較し、この中心位置が
設定値以上ずれていると異常加工とする。さらに、図５
（ｄ）に示すように、基準負荷領域形状と検出負荷分布
形状の図形的特徴を比較し（例えば、矩形に置ける長軸
と短軸の比等の比較）、設定値以上であると加工異常と
する。

【００１３】また、加工状態を見るための目安として、
新しい工具によって加工したときの負荷の分布形状を設
定しておき、加工時に検出負荷を表示するときにこの形
状を表示して加工状態の目安ともする。さらに、工具の
取り付け状態やワークの取り付け状態を監視するため
に、工具の軸が主軸方向（Ｚ軸方向）に対して傾いて取
り付けられているときや、ワークの取り付けが不十分で
ある状態での負荷の分布形状の図形的特徴を示すパラメ
ータの値、切り粉を噛み込んで加工を行っているときの
負荷分布形状の図形的特徴を示すパラメータの値等をも
設定しておき、加工時に得られる負荷分布形状とこれら
の設定形状と比較し、負荷分布形状と近い設定形状を検
出し、その形状に対応するメッセージ（工具、ワーク取
り付け不良、切り粉を噛み込んでいる等）を表示するよ
うにしている。

【００１４】図１は工作機械を駆動制御する数値制御装
置１０の概略を示すブロック図である。プロセッサ１１
は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサであ
り、バス２１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。ＲＡＭ１
３には一時的な計算データ、表示データ等が格納され、
また、各軸の軸制御回路３０，３１に設けられたサーボ
制御ＣＰＵによって求められる各軸のサーボモータ５
０，５１の負荷現在値も逐次ここに更新記憶される。ま
た、所定周期毎にこの負荷値を記憶する負荷データテー
ブルも設けられている。ＣＭＯＳ１４は図示しないバッ
テリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオ
フにされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとし
て構成されている。

【００１５】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・紙テープパンチャー等の外部機器
７２が接続される。紙テープリーダからは加工プログラ
ムが読み込まれ、また、数値制御装置１０内で編集され
た加工プログラムを紙テープパンチャーに出力すること
もできる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントロ
ーラ）１６は数値制御装置１０に内蔵されたシーケンス
プログラムで工作機械を制御する。即ち、加工プログラ
ムで指令された機能に従って、これらシーケンスプログ
ラムで工作機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニッ
ト１７から工作機械側に出力する。この出力信号により
工作機械側の各種アクチュエータが作動する。また、工
作機械側のリミットスイッチおよび機械操作盤の各種ス
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。

【００１６】各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、
画像データ等の画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩユニット７０
の表示装置に送られ、表示装置に表示される。インタフ
ェース１８はＣＲＴ／ＭＤＩユニット７０内のキーボー
ドからのデータを受けてプロセッサ１１に渡す。インタ
ーフェース１９は手動パルス発生器７１に接続され、手
動パルス発生器７１からのパルスを受ける。手動パルス
発生器７１は工作機械２００側の機械操作盤に実装さ
れ、手動で機械可動部を精密に位置決めするために使用
される。

【００１７】軸制御回路３０〜３２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４０〜４２に出力する。サーボアンプ４０〜４２はこ
の指令を受けて、前述した各軸のサーボモータ５０〜５
２を駆動する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のサーボモータ５０〜５２
には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、この
パルスコーダからの位置信号がパルス列として軸制御回
路３０〜３２にフィードバックされ、また、パルス列を
Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換して得た速度検出信号ｖ
ｘ，ｖｙ，ｖｚが軸制御回路３０〜３２にフィードバッ
クされる。軸制御回路３０〜３２に内蔵されたサーボ制
御ＣＰＵの各々はこれらのフィードバック信号と前述の
移動指令とに基づいて位置ループ、速度ループ、電流ル
ープの各処理を行い、最終的な駆動制御のためのトルク
指令ｕｘ，ｕｙ，ｕｚを各軸毎に求めて各軸のサーボモ
ータ５０〜５２の位置、速度を制御する。この実施例で
は、主軸と直交する面内で回転工具２０３をワークに対
して相対的に移動させる各軸、つまり、ワークを載置す
るテーブルを駆動するＸ軸およびＹ軸のサーボモータ５
０，５１に作用する負荷Ｔｄｘ，Ｔｄｙを各々個別に求
めるために、Ｘ、Ｙ軸のサーボモータ５０，５１に対し
てオブザーバ１６０ｘ，１６０ｙを組んで負荷トルクＴ
ｄｘ，Ｔｄｙを推定するようにしている。

【００１８】各軸のオブザーバ１６０ｘ，１６０ｙの構
成自体は実質的に同一であり、オブザーバの一例をＸ軸
用サーボモータ５０のオブザーバ１６０ｘの例をとって
図３に示す。図３において、要素１５２、１５３はサー
ボモータ５０の伝達関数の項で、速度ループ処理によっ
て出力されるトルク指令ｕｘに該サーボモータ５０のト
ルク定数Ｋｔを乗じてトルクを求め、該トルクに付加ト
ルクＴｄｘを加算し、イナーシャＪで除したものを積分
しモータ速度Ｖｘを求めるものである。要素１６１、１
６５の「ｂ」はＸ軸用サーボモータ５０のトルク定数Ｋ
ｔとイナーシャＪの推定比率である。即ち（Ｋｔ／Ｊ）
の推定値である。また要素１６２，１６３のＫ１、Ｋ２
はこのオブザーバのパラメータ、Ｓはラプラス演算子で
あり、要素１６４は積分要素を表している。

【００１９】図３のオブザーバのブロック図をｂ＝Ｋｔ
／Ｊとして解析すると、 {ｕｘ・Ｋt ＋Ｔdx} （１／Ｊ・Ｓ）＝ｖｘ …（１） {ｕｘ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｖｘ−ｖｘａ) Ｋ1 ＋ (ｖｘ−ｖｘａ)(Ｋ2 ／Ｓ)} ( １／Ｓ) ＝ｖｘａ …（２）（なお、ｖｘａは積分要素１６４の出力で、推定速度）第（１）式よりｕｘを求めて第（２）式に代入し整理す
ると、Ｔdx1 ＝（ｖｘ−ｖｘａ）・（Ｋ2 ／Ｓ）＝（Ｔdx／Ｊ）・｛Ｋ2 ／Ｓ²＋Ｋ1 ・Ｓ＋Ｋ2 ｝ …（３）となる。第（３）式において、パラメータＫ1 ，Ｋ2 を
極が安定するように選択すると、Ｔdx1 ＝Ｔdx／Ｊと近
似することができる。この算出された積分値Ｔdx1 に推
定比率ｂの逆数１／ｂ（＝Ｊ／Ｋt ）を乗ずれば（要素
１６５の処理）、Ｔdx2 ＝Ｔdx1 ・（１／ｂ）＝（Ｔdx／Ｊ）・（Ｊ／Ｋt ）＝（Ｔdx／Ｋt ） …（４）となり、負荷トルクＴdx（に比例する値）の推定値Ｔdx
2 、即ち、負荷トルクＴｄｘをトルク指令（電流指令）
の単位で求めた値が求められる（Ｔdxをトルク定数で割
れば、トルク指令ｕｘと次元が同じものが得られる）。
このようにして、Ｘ軸用サーボモータ５０に対するオブ
ザーバ１６０ｘによって該サーボモータ５０にかかる負
荷トルクＴdxを求める。同様にＹ軸に対しても負荷トル
クＴdyを求めることができる。

【００２０】図４は、軸制御回路３０のサーボ制御用Ｃ
ＰＵがＸ軸用サーボモータ５０を制御するために速度ル
ープ処理周期毎に実行する処理のフローチャートであ
り、オブザーバ１６０ｘの処理を中心に記載している。
なお、このオブザーバ処理に必要なパラメータＫ1 、Ｋ
2 、推定比率ｂは予め設定されているものとする。

【００２１】軸制御回路３０のサーボ制御用ＣＰＵは速
度ループ処理周期毎に図４に示す処理を実行し、まず、
サーボモータ５０のパルスコーダから送られてくるモー
タの実速度ｖｘ(i) を読み取ると共に、前周期の速度ル
ープ処理によって求められ記憶していたトルク指令ｕｘ
（i-1)を読む（ステップＡ１，Ａ２）。次に、ステップ
Ａ１で読み取った実速度ｖｘ(i) からレジスタに記憶す
る前周期で推定した推定速度ｖｘａ(i-1) を減じた値に
オブザーバの積分ゲインとしてのパラメータＫ2 および
速度ループ周期Ｔs を乗じた値を、アキュムレータに記
憶する前周期までの積分値Ｔdx1(i-1)に加算し当該周期
におけるオブザーバの積分値Ｔdx1(i)を求める。すなわ
ち、図３における要素１６３の処理を実行し積分値Ｔdx
1 を求めるものである（ステップＡ３）。

【００２２】次に、レジスタに記憶する前周期のトルク
指令ｕｘ(i-1) に前記（トルク定数／イナーシャ）の推
定比率ｂを乗じた値、ステップＡ３で求めた積分値Ｔdx
1(i)、さらに、ステップＡ１で読み込んだ当該周期の実
速度ｖｘ(i) からレジスタに記憶する前周期で求めた推
定速度ｖｘa(i-1)を減じた値に比例ゲインとしてのパラ
メータＫ1 を乗じた値を加算し、この加算値に速度ルー
プ周期Ｔs を乗じた値を前周期で求めた推定速度ｖｘa
(i-1)に加算して、当該周期の推定速度ｖｘa(i)を求め
る（ステップＡ４）。すなわち、図３における要素１６
４によって推定速度ｖｘａを求める処理を実行する。

【００２３】そして、ステップＡ３で求めた積分値Ｔdx
1(i)に前記（トルク定数／イナーシャ）の推定比率ｂの
逆数を乗じて負荷トルクの推定値Ｔdx2(i)を求める（ス
テップＡ５）。こうして求められた負荷トルクの推定値
Ｔdx2(i)をＲＡＭ１３のレジスタにＸ軸用サーボモータ
５０に作用する負荷トルクの現在値として更新して書き
込む（ステップＡ６）。そして、従来と同様の位置ルー
プ処理によって求めた速度指令を読み、該速度指令とス
テップＡ１で読み取った実速度ｖｘ（ｉ）とによって従
来と同様の速度ループ処理を行ないトルク指令ｕｘ
（ｉ）を求めてレジスタに記憶すると共に電流ループに
引き渡し、当該速度ループの処理を終了する。

【００２４】以上の処理によってＲＡＭ１３には、Ｘ軸
用サーボモータ５０に作用する負荷トルクの現在値に比
例する推定負荷トルクＴdx2 が記憶される。

【００２５】また、同様に、軸制御回路３１のサーボ制
御用ＣＰＵによってもその速度ループの処理で前述と同
様の処理が行われ、ＲＡＭ１３には、Ｙ軸用サーボモー
タ５１に作用する負荷トルクの現在値に比例する推定負
荷トルクＴdy2 が記憶されるようになっている。

【００２６】次に、加工時における加工異常判断処理に
ついて説明する。まず、前述したように、あらかじめ、
摩耗し交換した方がよいような工具を用いて穴あけ加工
を行い正常に穴あけ加工が行われたときの負荷分布形状
より、若しくは、新しい工具を使用して得られた負荷分
布形状を補正して得られた負荷分布形状より求めた基準
負荷領域形状、新しい工具を使用して加工したときの負
荷分布形状、後述する加工状態を判断するための負荷サ
ンプリング数Ｎ0 を設定すると共に、加工異常が検出さ
れたときアラーム信号を出力する時期を、検出時点にす
るか、加工終了後にするか選択するアラームスイッチを
どちらかを選択しＣＲＴ／ＭＤＩユニット７０等よりＣ
ＭＯＳ１４に設定記憶させる。加工時に検出される負荷
がこの基準負荷領域形状の範囲内か否かで負荷異常を検
出する場合には、上記設定だけでよい。この場合に設定
する基準負荷領域形状は、円若しくは多角形状とし、よ
り正確に加工異常を検出できるようにする。

【００２７】もう１つの実施の形態として、負荷分布形
状の特徴で加工異常か否かを判断する場合には、さら
に、基準負荷領域形状の形状の面積、重心座標位置、該
形状を特定するパラメータ（例えば長軸、短軸の比）、
工具、ワークの取り付け状態が不良のときの負荷分布形
状、切り粉の噛み込み状態の加工時における負荷分布形
状及びその形状を特定するパラメータ、さらに、負荷異
常を判断する負荷分布図形の中心位置のずれ量の基準
値、上記パラメータのにおける正常加工と判断する基準
範囲等をＣＭＯＳ１４に設定記憶させておく。

【００２８】このように設定した後、穴あけ加工を開始
する。穴あけ加工が開始されると、プロセッサ１１は所
定周期毎、図２にフローチャートで示す処理を開始す
る。まず、サンプリング数を計数するカウンタＮを
「１」インクリメントし（なお、このカウンタＮは初期
設定で「０」に設定されている）、ＲＡＭ１３に記憶す
るＸ軸、Ｙ軸の負荷（推定外乱負荷）を読みＲＡＭ１３
に設けられた負荷データテーブルに格納する（ステップ
Ｓａ１、ａ２）。

【００２９】次に、カウンタＮの値が設定サンプリング
数Ｎ0 以上か否か判断し（ステップａ３）、未満であれ
ば、加工終了か否か判断し（ステップａ１１）、加工終
了でもなければ、当該周期の処理を終了する。以下この
ステップａ１，ａ２，ａ３，ａ１１の処理を各周期毎実
施し、負荷データテーブルにサンプリングした負荷デー
タを記憶する。

【００３０】ステップａ３でカウンタＮの値が設定サン
プリング数Ｎ0 以上になると、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット
７０のＣＲＴ画面にＸ、Ｙ負荷座標系と共に、設定され
ている工具摩耗の判断を行うための基準負荷領域形状、
及び新しい工具を使用したときの負荷分布図形を表示す
ると共に、ＲＡＭ１３の負荷データテーブルに記憶した
各サンプリング時の負荷データをその負荷データが表す
座標位置に点としてプロットして表示する。上記基準負
荷領域形状を表示するのは、プロツトされた負荷データ
分布とこの基準負荷領域形状とを目視により比較し、工
具の摩耗状態を判断するためのものであり、新しい工具
を使用したときの負荷分布図形を表示するのも、工具の
摩耗状態の判断の参考にするためである。この表示だけ
でも、加工時に検出した負荷分布が基準負荷領域形状に
対してどの様に分布しているかを把握することができ、
工具摩耗や、工具やワークの取り付け状態の良否、セン
タモミの必要性や、切り粉の噛み込み状態等を検出する
ことができる。

【００３１】このとき、工具やワークの取り付け状態が
不良のときの負荷分布形状、工具取り付け不良のときの
負荷分布形状、切り粉の噛み込み状態の加工時における
負荷分布形状等も同時に表示してもよい。また、キーボ
ードを操作して選択的のこれらの形状を表示させるよう
にしてもよい。次にプロセッサ１１は、カウンタＮをク
リアし（ステップａ５）、負荷データ判定処理を行う
（ステップａ６）。

【００３２】基準負荷領域形状内に検出負荷データがあ
るか否かによって加工異常を検出する第１の実施の形態
の場合には、この負荷データ判別処理は、検出された負
荷データがすべて基準負荷領域形状内か否か判断し、す
べての負荷データが基準負荷領域形状内であれば、当該
周期の処理を終了する。１つでも基準負荷領域形状外で
あれば、加工異常と判断し（ステップａ７）、ＲＡＭ１
３に記憶する（ステップａ８）。次に、アラーム表示時
期を選択するアラームスイッチが、加工異常検出時点で
表示するように「１」に設定されているか否か判断し
（ステップａ９）、「１」であれば、アラーム信号を出
力し、ランプやベル等でアラーム表示を行い（ステップ
ａ１４）、当該周期の処理を終了する。なお、この時点
で従来と同様に加工を停止するように機械動作を停止さ
せてもよい。また、上記アラームスイッチが「１」にセ
ットされていなければ、異常が検出されたことを示すフ
ラグＦ１を「１」にセットし（ステップａ１０）、当該
周期の処理を終了する。この場合、サンプリング数Ｎ0
の設定を「１」、アラームスイッチを「１」に設定して
おけば、基準負荷領域形状外の負荷データが検出される
と直ちにアラーム信号が出力されることになる。

【００３３】また、負荷分布形状の特徴で加工異常を検
出する場合には、負荷データテーブルに記憶された負荷
データによって負荷分布形状を特定し、その面積、重心
位置、負荷分布形状の図形を特定する図形的特徴、例え
ば負荷分布形状を矩形で特定する場合にはその矩形の長
軸、短軸の比（Ｘ軸の長さとＹ軸の長さの比）を求め、
負荷分布形状の面積が設定基準負荷領域形状の面積より
大きいとき、負荷分布形状の中心位置が基準負荷領域形
状の中心位置から設定基準値以上ずれている場合、もし
くは、基準負荷領域形状のパラメータの基準範囲外なら
ば加工異常としてＲＡＭ１３に記憶する。さらに、加工
異常と判断された場合、本実施の形態では、負荷分布形
状の図形を特定するパラメータ（基準負荷領域形状、負
荷分布形状を矩形で特定するときは矩形の長軸、短軸の
比）と、設定されている基準負荷領域形状のパラメータ
の基準範囲、工具、ワークの取り付け状態が不良のとき
の負荷分布形状のパラメータ、切り粉の噛み込み状態の
加工ときの負荷分布形状のパラメータを比較し、一番近
いものを求める。基準負荷領域形状のパラメータの基準
範囲に近ければ、、工具摩耗と判断し、工具、ワークの
取り付け状態が不良のときの負荷分布形状のパラメータ
に近ければ、工具、ワーク取り付け不良をＲＡＭ１３に
記憶し、切り粉の噛み込み状態の加工ときの負荷分布形
状のパラメータに近ければ、切り粉噛み込み加工である
旨を記憶する（ステップａ６，ａ７，ａ８）。なお、加
工異常が検出されなければ、当該処理周期の処理を終了
する。

【００３４】異常が検出され、その異常判定内容が記憶
されると、アラームスイッチが加工異常検出時点で表示
するように「１」に設定されているか否か判断し（ステ
ップａ９）、「１」であれば、上記ステップａ８で記憶
した異常内容をＣＲＴ画面に表示し、さらにアラーム信
号を出力し、ランプやベル等でアラーム表示を行い（ス
テップａ１４）、当該周期の処理を終了する。なお、こ
の時点で加工を停止するように機械動作を停止させても
よい。また、上記アラームスイッチが「１」にセットさ
れてなければ、異常が検出されたことを示すフラグＦ１
を「１」にセットし（ステップａ１０）、当該周期の処
理を終了する。

【００３５】加工異常が検出されないとき、加工異常が
検出されても上記アラームスイッチが「１」にセットさ
れていないとき、及び、ステップａ１４でアラームを表
示したが、機械動作を停止させない場合には、続けて、
加工が行われ、サンプリグ数が設定値Ｎ0 に達する毎
に、上記ステップａ４〜ａ１０の処理が行われ、負荷デ
ータの表示と、負荷データ判断処理が実行される。そし
て、加工が終了したことがステップａ１１で検出される
と、カウンタＮを「０」にクリアし（ステップａ１
２）、フラグＦ１が「１」にセットされているか否か判
断し（ステップａ１３）、セットされていれば、ステッ
プａ８でＲＡＭ１３に記憶した加工異常記憶内容を表示
するとともにアラーム信号を出力しアラーム表示を行う
（ステップａ１４）。このステップａ１４での処理で
は、工作機械を集中管理するホストコンピュータ等にそ
のアラームの内容を送信するようにもする。

【００３６】なお、上記第２の実施の形態では、加工異
常を負荷分布形状の面積、重心位置、負荷分布形状のパ
ラメータに基づいて、判断したが、この内の１つ若しく
は２つによって判断してもよい。例えば面積のみで判断
してもよく、基準負荷領域形状と検出負荷分布形状の重
心位置のずれ、形状の図形的特徴を示すパラメータのみ
で加工異常か否かを判断してもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、穴あけ加工時に、Ｘ軸、Ｙ軸
にかかる負荷を検出しＸ軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標
系上にプロットし表示手段の画面に表示するから、その
加工時点における加工状態を常に把握することができ、
工具の摩耗状態、寿命を監視することができる。さら
に、加工異常か否かを判断するための基準負荷領域形状
を円や多角形で設定し、この基準負荷領域形状内に検出
負荷データが含まれるか否かによって加工異常を検出す
ることによって正確に工具摩耗、工具寿命、工具や、ワ
ークの取り付け不良等を検出できる。

【００３８】また、検出負荷データによって得られる負
荷分布形状によって加工異常を判断する場合には、加工
異常原因をも特定して加工異常を検出することができ
る。加工異常が速やかに検出されるので、工具破損を未
然に防止でき、従来のようなタッチセンサを必要としな
い。さらに、加工終了毎にタッチセンサによる工具破損
を検出する必要がないので、加工時間を短縮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を適用した工作機械の要
部を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施の形態の加工異常検出処理の概
略を示すフローチャートである。

【図３】工作機械各軸のオブザーバの構成を示す機能ブ
ロック図である。

【図４】オブザーバによる処理の概略を示すフローチャ
ートである。

【図５】本発明の作用、原理の説明図である。

【符号の説明】

１０数値制御装置１１プロセッサ３０〜３２軸制御回路５０〜５２サーボモータ６２スピンドルモータ６３ポジションコーダ１６０ｘオブザーバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井久夫山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者上口賢男山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者伊藤進山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者嶽本政信山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械による穴あけ加工において、工
作機械の制御装置は加工中ワークを載置するテーブルを
駆動するＸ軸、Ｙ軸にかかる負荷を検出し、該検出負荷
をＸ軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標系上にプロットし表
示手段の画面に表示して加工状態を監視する工作機械に
おける加工状態監視方法。
【請求項２】検出負荷を上記直交座標系上にプロット
し表示手段の画面に表示すると共に、少なくとも、正常
加工が達成できる基準負荷領域形状をも上記画面に重ね
て表示する請求項１記載の工作機械における加工状態監
視方法。
【請求項３】工作機械による穴あけ加工において、工
作機械の制御装置は加工中ワークを載置するテーブルを
駆動するＸ軸、Ｙ軸にかかる負荷を検出し、該検出負荷
をＸ軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標系上に設定されてい
る基準領域内にあるか否かを判断し領域外であれば、ア
ラームを出力する工作機械における加工状態監視方法。
【請求項４】上記基準負荷領域形状は正常穴あけ加工
において所定周期毎に検出されたＸ軸、Ｙ軸にかかる負
荷データによって自動的に設定する請求項２又は請求項
３記載の工作機械における加工状態監視方法。
【請求項５】上記基準負荷領域形状は、正常穴あけ加
工において所定周期毎に検出されたＸ軸、Ｙ軸にかかる
負荷データを上記直交座標系上にプロットし、プロット
された負荷データがすべて含まれるように外側の負荷デ
ータを直線で結び得られた多角形形状若しくは円である
請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の工作
機械における加工状態監視方法。
【請求項６】工作機械による穴あけ加工において、工
作機械の制御装置は加工中ワークを載置するテーブルを
駆動するＸ軸、Ｙ軸にかかる負荷を所定周期毎に検出
し、検出された負荷データをＸ軸、Ｙ軸の負荷を示す直
交座標系上にプロットした領域の負荷分布形状の特徴を
求め、該特徴が設定された基準となる特徴範囲以外のと
きにアラームを出力する工作機械における加工状態監視
方法。
【請求項７】上記基準となる特徴範囲は、正常穴あけ
加工において検出されたＸ軸、Ｙ軸の負荷データをＸ
軸、Ｙ軸の負荷を示す直交座標系上にプロットした領域
の負荷分布形状によって自動的に求められ設定される請
求項６記載の工作機械における加工状態監視方法。
【請求項８】基準負荷領域形状の図形的特徴、ワーク
や工具の取り付け不良のとき生じる負荷分布形状の図形
的特徴、切り粉の噛み込み状態での加工時に生じる負荷
分布形状の図形的特徴をも設定しておき、加工時に検出
した負荷分布形状の特徴が設定された基準となる特徴範
囲以外のときに、該検出した負荷分布形状の特徴が、基
準負荷領域形状の図形的特徴、ワーク、工具の取り付け
不良、切り粉の噛み込み状態の各負荷分布形状の図形的
特徴の内一番近いものを検出し、検出されたものに対応
する加工異常原因をも表示する請求項６、又は請求項７
記載の工作機械における加工状態監視方法。
【請求項９】上記特徴は、負荷を上記直交座標系上に
プロットした領域の負荷分布形状の面積、重心位置若し
くは該形状の図形的特徴を表すデータのいずれか１つ若
しくは２以上である請求項６、請求項７又は請求項８記
載の工作機械における加工状態監視方法。