JPH1195820A - 動作記録手段付き工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の運転中に不具合が発生したとき、
あとから不具合解析を容易にすること。 【解決手段】 本発明は、主軸台、砥石台、それらの位
置センサおよび制御装置とを有する動作記録手段付き工
作機械である。本発明の特徴は、砥石軸モータや主軸モ
ータの負荷トルクを検出する電流センサと、同負荷の警
告閾値および異常閾値を設定する設定手段と、上記負荷
が各閾値を越えたことを判定する比較手段と、動作記録
手段とを備えていることである。上記負荷が警告閾値を
超えた場合には、主軸台および砥石台の座標データと各
モータの負荷データとが、動作記録手段により記録さ
れ、異常閾値を超えた場合には急速停止される。それゆ
え、研削面の不具合が初期段階のまま保存されるうえ、
上記座標データおよび上記負荷データを手がかりにでき
るので、不具合解析が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸および回転工
具を有する研削盤や切削盤などの動作記録手段付き工作
機械の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としての動作記録手段付き工作
機械としては、特開平１−２９３４０６号公報に「動作
モニタ機能を有する数値制御装置」として開示されてい
るものがある。この従来技術では、正常な運転時には工
具台等の位置データを記録して所定時間で記録が更新さ
れるが、数値制御工作機械に異常が感知された場合には
記録が更新されずに保存される機能が付与されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来技術
では、工具台等の位置データは記録して保存されるもの
の、工具やワークにかかるトルクを示す各駆動モータの
負荷が計測されていないので、工具やワークにかかる負
荷トルクは記録に残らない。それゆえ、異常が検知され
て不具合が発生した場合に、工具台等の位置データの記
録を主な手がかりに不具合解析が行われ、工具やワーク
にかかる負荷トルク（すなわち摩擦力）は記録がないの
で手がかりにすることができない。その結果、不具合の
解析に手間暇がかかるうえに、必ずしも満足な不具合解
析ができるわけではなかった。

【０００４】そこで本発明は、工作機械の運転中に不具
合が発生した場合に、不具合解析が従来技術よりも容易
である動作記録手段付き工作機械を提供することを解決
すべき課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明し
た。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の動作
記録手段付き工作機械である。本手段には、主軸モータ
に供給される電流を負荷として計測する主軸モータ負荷
センサと、回転工具モータに供給される電流を負荷とし
て計測する回転工具モータ負荷センサとのうち、少なく
とも一方が装備されている。それゆえ、主軸モータにか
かる負荷トルクと回転工具モータにかかる負荷トルクと
のうち、少なくとも一方は計測が可能になっている。

【０００６】本手段にはまた、上記負荷トルクの警告閾
値を設定する警告閾値設定手段と、実際の負荷トルクと
警告閾値とを比較する警告閾値比較手段とが装備されて
いるので、上記負荷トルクの観測による不具合の警告が
できるようになっている。そして、上記負荷トルクが警
告閾値を超えたと警告閾値比較手段によって判定された
場合には、同負荷の数値である負荷データと、位置セン
サによって計測された回転工具台の座標データとが、動
作記録手段により記録される。

【０００７】それゆえ本手段では、従来技術からあった
上記座標データに加えて、駆動モータの上記負荷データ
も新たに記録に残るようになっているので、不具合が起
きた場合の手がかりが豊富になっている。したがって本
手段によれば、工作機械の運転中に不具合が発生した場
合に、不具合解析が従来技術よりも容易である動作記録
手段付き工作機械を提供することができるという効果が
ある。

【０００８】（第２手段）本発明の第２手段は、請求項
２記載の動作記録手段付き工作機械である。本手段には
さらに、前述の警告閾値よりも高い異常閾値を設定する
異常閾値設定手段と、前述の負荷トルクと上記異常閾値
とを比較する異常閾値比較手段とが装備されている。そ
れゆえ本手段では、故障や破損等の不具合に直接つなが
る負荷トルクの異常が検知可能になっている。

【０００９】本手段ではまた、上記負荷トルクが異常閾
値を超えたと異常閾値比較手段によって判定された場合
に、制御装置がワークから回転工具台を急速後退させる
ようになっている。それゆえ、故障や破損等の不具合に
直接つながる負荷トルクの異常が検知された場合には回
転工具がワークから急速後退して離脱し、異常な運転状
態による被害が拡大しないうちに工作機械の非常停止が
なされるようになっている。

【００１０】したがって本手段によれば、異常な運転状
態による被害が拡大しないで済むから、不具合を初期の
段階で解析することが可能になり、上記第１手段に比べ
てもいっそう不具合解析が容易になるという効果があ
る。 （第３手段）本発明の第３手段は、請求項３記載の動作
記録手段付き工作機械である。

【００１１】本手段では、前述の負荷トルク（負荷）が
異常閾値を超えたと判定された場合に、警告閾値だけを
超えている場合よりもより短いサンプリング周期で、上
記負荷および座標データが記録されるようになってい
る。負荷が異常閾値を越えている場合は、故障や破損等
の不具合に直接つながる負荷トルクの異常が検知された
場合であるから、短時間のうちに不具合につながる現象
が起こる可能性が高い。それゆえ、このような場合にサ
ンプリング周期を短くして記録を取り、短時間のうちに
起こっている現象を詳細に観測できるようにしておく
と、不具合解析にあたって有力な手がかりが得られる可
能性が大きくなる。

【００１２】したがって本手段によれば、異常な運転状
態でのデータがより詳細に記録されているから、上記第
２手段に比べてもさらに不具合解析が容易になるという
効果がある。

【００１３】

【発明の実施の形態および実施例】本発明の動作記録手
段付き工作機械の実施の形態については、当業者に実施
可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十
分に説明する。 ［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としての動作記録
手段付き工作機械は、図１に示すように、主軸台１３１
と、回転工具台としての砥石台１３１と、数値制御装置
２０と、位置センサとしてのエンコーダ１２１とを装備
している。本実施例の動作記録手段付き工作機械はま
た、主軸モータ負荷センサ、回転工具モータ負荷センサ
およびツルアモータ負荷センサとしての各電流センサ１
７，１８，１９とを有する。さらに、数値制御装置２０
の中には、警告閾値設定手段、警告閾値比較手段、異常
閾値設定手段、異常閾値比較手段および動作記録手段
が、ＣＰＵ２１およびメモリ２４によって構成されてい
る。

【００１４】本実施例の動作記録手段付き工作機械は、
大きく分けて研削盤１０、数値制御装置２０およびマン
マシン・インタフェース３０とから構成されている。先
ず、研削盤１０は、基礎の上に水平に固定されているベ
ッド１と、ベッド１の上にそれぞれ移動可能に取り付け
られている工作物テーブル１３および砥石台１１と、工
作物テーブル１３上の主軸台１３１に付設されているツ
ルア１３３とからなる。

【００１５】主軸台１３１は、ワークＷを軸支する主軸
とワークＷおよび同主軸を回転駆動する主軸モータ１３
２とを持ち、工作物テーブル１３の一端に固定されてい
る。工作物テーブル１３の他端には、主軸台１３１と対
向して心押台１３４が軸長方向に移動可能に配設されて
いる。そして、主軸台１３１と心押台１３４との間に
は、ワークＷが挟持され、主軸モータ１３２により所定
の回転速度で回転駆動される。

【００１６】主軸台１３１等を搭載している工作物テー
ブル１３は、ベッド１に対しＺ軸方向（ワークＷの軸長
方向）に移動可能に搭載されており、工作物テーブル移
動モータ１４によって適正な位置に移動させられる。工
作物テーブル移動モータ１４には、位置センサとしての
エンコーダ１４１が付設されており、数値制御装置２０
は、エンコーダ１４１の出力をもって工作物テーブル１
３の位置を観測している。なお、工作物テーブル１３を
移動させる工作物テーブル移動モータ１４は、数値制御
装置２０により、砥石台駆動回路１５を介して駆動され
るようになっている。

【００１７】砥石台１１は、ワークＷに対しＸ軸方向に
進退可能に取り付けられており、回転工具としての砥石
Ｇおよび砥石Ｇを回転駆動する回転工具モータとしての
砥石軸モータ１１１を装備している。砥石台１１は、数
値制御装置２０により砥石台駆動回路１６を介して制御
されている砥石台移動モータ１２によって、ワークＷに
対し進退移動する。また、砥石台１１のＸ軸に沿った進
退位置は、砥石台移動モータ１２に付設されている位置
センサとしてのエンコーダ１２１の出力をもって、数値
制御装置２０に観測されている。

【００１８】主軸モータ１３２、砥石軸モータ１１１お
よびツルア１３３のモータは、それぞれ独立して数値制
御装置２０によりインタフェース２９を介して制御され
ている。そして上記各モータに与えられる電流は、各モ
ータの負荷としてそれぞれの電流センサ１７，１８，１
９により計測されて、インタフェース２８を介して数値
制御装置２０によって観測されている。すなわち研削盤
１０は、主軸モータ負荷センサとしての電流センサ１７
と、回転工具モータ負荷センサとしての電流センサ１８
と、ツルアモータ負荷センサとしての電流センサ１９と
を装備している。それゆえ、一定の速度で回転するよう
に制御される各モータの負荷トルクは、各電流センサ１
７，１８，１９の出力を観測することにより、数値制御
装置２０に認識される。

【００１９】次に、数値制御装置２０は、ＣＰＵ２１を
中心に構成されており、ＣＰＵ２１に接続されているメ
モリ２４、パルス発生器２３、および各種インタフェー
ス２６，２７，２８，２９を有する。最後に、マンマシ
ン・インタフェース３０は、キーボード入力インタフェ
ース２７を介してＣＰＵ２１に操作員からの指令を入力
するキーボード３６と、表示出力インタフェース２６を
介してＣＰＵ２１からの情報を受け取り、操作員に表示
する表示制御回路３７およびＣＲＴディスプレイ３８と
から構成されている。ディスプレイ３８は、キーボード
３６等からの入力指令をモニターするとともに、研削盤
１０の各種状態を示す数値を表またはグラフで表示し、
操作員によるリアルタイムモニターを可能にしている。

【００２０】さて次に、本実施例の動作記録手段付き工
作機械のもつ特徴的な機能について説明する。数値制御
装置２０は、主軸モータ１３２、砥石軸モータ１１１お
よびツルア１３３のモータについて、それぞれの電流セ
ンサ１７，１８，１９に計測される負荷が警告域に入っ
ていることを判定し、ディスプレイ３８に表示する機能
を有する。数値制御装置２０はまた、上記各モータの負
荷が直接装置の破損や故障につながるほどの異常域に入
っていることを判定し、ディスプレイ３８に表示する機
能を有する。

【００２１】これらの機能を発揮するために、数値制御
装置２０は、キーボード３６からの入力により上記各モ
ータにかかる負荷の警告閾値を設定し、ＲＡＭ２４０に
記憶するとともにディスプレイ３８に表示する警告閾値
設定手段を備えている。数値制御装置２０はまた、キー
ボード３６からの入力により上記各モータにかかる負荷
の異常閾値（警告閾値よりも高い）を設定し、ＲＡＭ２
４０に記憶するとともにディスプレイ３８に表示する異
常閾値設定手段を備えている。さらに数値制御装置２０
は、上記各モータの電流値である負荷を観測しており、
この負荷が警告閾値を越えているか否かを判定する警告
閾値判定手段と、この負荷が異常閾値を超えているか否
かを判定する異常閾値判定手段とを備えている。なお、
これらの各手段は、ＲＯＭ２５に記憶されている研削加
工プログラムの中で、ソフトウェア的に構成されている
ので、図示できる物理的なユニットとしては現れない。

【００２２】上記各モータにかかる負荷のうちいずれか
が、それぞれの警告閾値を超えたと警告閾値比較手段に
よって判定された場合には、各モータの負荷の数値であ
る負荷データが、メモリ２４の動作状態記憶メモリ２４
１に記録される（メモリ領域を節約するため異常閾値を
超えた場合に限っても良い）。同時に、工作物テーブル
１３および砥石台１１の座標データも、メモリ２４の停
止位置記憶メモリ２４２に記録される。ここで数値制御
装置２０は、上記負荷データおよび上記座標データを記
録する動作記録手段を備えているが、同動作記録手段は
ＣＰＵ２１およびメモリ２４によって構成されており、
物理的に独立した装置として存在するわけではない。

【００２３】数値制御装置２０は、上記各モータにかか
る負荷のうちいずれかが、その異常閾値を超えたと異常
閾値比較手段によって判定された場合に、ワークＷから
砥石台１１を急速後退させるようにプログラムされてい
る。また、この場合には、数値制御装置２０の動作記録
手段は、より短いサンプリング周期で上記各負荷および
上記各座標データを、メモリ２４の動作状態記憶メモリ
２４１および停止位置記憶メモリ２４２に記録するよう
に、プログラミングされている。なお、動作記録手段
は、通常時にも上記各負荷および上記各座標データをＲ
ＡＭ２４０に一時的に記録するようになっているが、通
常時の記録は、所定の時間が経つと順次更新されてしま
い、所定の時間内でしか残らない。

【００２４】（実施例１の作用）本実施例の動作記録手
段付き工作機械は、以上のように構成されているので、
以下のような作用を発揮する。ここでは研削盤１０の動
作モニタ・プログラムを具体的に取り挙げ、図２を参照
して説明する。このモニタ・プログラムは、数値制御装
置２０において５ｍｓ毎に研削加工プログラムに割り込
まされて実行される。

【００２５】本プログラムがスタートすると、先ず、ス
テップＳ１１の判断ブロックで、主軸モータ１３２、砥
石軸モータ１１１およびツルア１３３の各モータの負荷
電流のうちいずれかが異常閾値を超えている異常モード
にあるか否かが判定される。異常モードにないと判定さ
れた場合には、次のステップＳ１２の判断ブロックで通
常時のモニタ・タイミング（１０ｍｓ毎）にあるか否か
が判定され、同タイミングにない場合にはこの段階で動
作モニタ・プログラムは終了する。

【００２６】逆に、ステップＳ１１で異常モードにある
と判定された場合と、ステップＳ１２で通常のモニタ・
タイミングにあると判定された場合とには、本プログラ
ムは次のステップＳ１３に進む。ステップＳ１３の処理
ブロックでは、主軸モータ１３２、砥石軸モータ１１１
およびツルア１３３の各モータの電流センサ１７，１
８，１９の負荷電流の値が検出（サンプリング）され
る。

【００２７】そして、ステップＳ１４の判断ブロックで
は、上記負荷電流のうちいずれかが警告閾値を超えてい
るか否かが判定され、超えていないと判定された場合に
は、次のステップＳ１５に本プログラムは進む。ステッ
プＳ１５の処理ブロックでは、砥石台１１の位置および
工作物テーブル１３の位置がメモリ２４に記録され、所
定サイクル分だけ古いデータの上に上書きされる。ステ
ップＳ１５の処理後、本プログラムはリターン（一時終
了）し、通常の研削加工プログラムが続行される。逆
に、ステップＳ１４で、上記負荷電流のうちいずれかが
警告閾値を超えていると判定された場合には、本プログ
ラムはステップＳ２１に進む。

【００２８】ステップＳ２１の判断ブロックでは、上記
負荷電流のうちいずれかが異常閾値を超えているか否か
が判定され、超えていないと判定された場合には、本プ
ログラムは次のステップＳ２２〜２４に進む。ステップ
Ｓ２２では、負荷電流が警告閾値を越えた旨の警告が、
ディスプレイ３８に表示される。続くステップＳ２３お
よびステップＳ２４の処理ブロックでは、上記各モータ
の電流値を示す各負荷データと、砥石台１１および工作
物テーブル１３の位置を示す各座標データとが、メモリ
２４に記録されて保存され、特定の操作がない限り更新
されない。ステップＳ２４の処理後、本プログラムはリ
ターンする。逆に、ステップＳ２１で、上記負荷電流の
うちいずれかも異常閾値を超えていないと判定された場
合には、本プログラムはステップＳ３１〜３５へ進む。

【００２９】ステップＳ３１の処理ブロックでは、状態
フラッグが異常モードにセットされる。それゆえ、これ
以降は前述のステップＳ１１でリターンしてしまうこと
がなくなり、５ｍｓ毎に必ず各モータの負荷電流がチェ
ックされるようになる。続くステップＳ３２では、砥石
台１１に原点復帰指令が出される。すると、砥石台１１
は後退してワークＷから急速に離脱し、研削盤１０、砥
石ＧおよびワークＷの破損の拡大が未然に防止される。

【００３０】さらに、ステップＳ３３の処理ブロックで
は、主軸モータ１３２、砥石軸モータ１１１およびツル
ア１３３の各モータの負荷電流値（負荷データ）がメモ
リ２４に記録され、保存される。同様に、ステップＳ３
４の処理ブロックでは、砥石台１１の位置を示す座標デ
ータと工作物テーブル１３の位置を示す座標データと
が、メモリ２４に記録されて保存される。上記負荷デー
タおよび上記座標データは、特定の操作がない限り更新
されず保存されたままになる。

【００３１】最後に、ステップＳ３５の処理ブロック
で、負荷データが異常閾値を超えた旨の異常状態表示が
ディスプレイ３８に表示され、同時に非常停止警報が鳴
らされて、操作員に研削盤１０が非常停止した旨が報知
される。なお、記録された各負荷データおよび各座標デ
ータは、数値制御装置２０の図示しないポートを介して
ハンドヘルド・パソコンにコピーされて、パソコンの多
様なグラフィック機能を生かして表示され、不具合解析
に供される。たとえば、図３に示すように、砥石軸モー
タ１１１の負荷電流が異常閾値を超えて非常停止した場
合を想定して以下に説明する。

【００３２】図３に示すように、砥石ＧがワークＷに当
接し研削加工が進むに連れて、何らかの不具合が研削面
に生じたらしく、砥石軸モータ１１１の電流値は警告閾
値に達っして、警告表示がディスプレイ３８に表示され
る。これまでには、更新されるまでの所定時間の各座標
データがメモリ２４に記録されているが、これ以後は、
更新されない記録として各座標データおよび各負荷デー
タがメモリ２４に保存される。

【００３３】上記不具合はさらに進行し、砥石軸モータ
１１１の電流値は遂に異常閾値にまで達して、砥石台１
１の原点復帰指令が出され、異常表示がディスプレイ３
８に表示される。これ以前は、各座標データが１０ｍｓ
間隔で記録されているが、これ以後は、各座標データだ
けではなく各負荷データが５ｍｓ間隔でメモリ２４に記
録され、更新されずに保存される。砥石台１１がワーク
Ｗから離脱して急速後退するので、砥石軸モータ１１１
の負荷電流値は、上記不具合が急速に進行しつつあって
も異常閾値をわずかに超える程度で収まり、急激に減少
する。砥石軸モータ１１１の負荷データが異常閾値を超
えている期間については、各座標データおよび各負荷デ
ータが５ｍｓという短い周期で詳細に記録されている。

【００３４】以上の運転の間に記録された各座標データ
および各負荷データは、キーボード３６の操作によりデ
ィスプレイ３８に表示することが可能であるが、前述の
ようにパソコンにコピーしてより詳細に解析することも
できる。 （実施例１の効果）本実施例の動作記録手段付き工作機
械によれば、以下に列挙する理由によって従来技術より
も容易に不具合解析をすることができるという効果があ
る。

【００３５】第１に、各モータの負荷電流のうちいずれ
かがその警告閾値を超えていると、各座標データに加え
て各負荷データがメモリ２４に記録されて保存されるの
で、不具合解析時に各負荷データをも手がかりとするこ
とができる。第２に、各モータの負荷電流のうちいずれ
かがその異常閾値を超えていると、各座標データおよび
各負荷データが通常よりも短いサンプリング周期で記録
されるので、短時間のうちに起こる急激な現象の解析が
容易になる。

【００３６】第３に、各モータの負荷電流のうちいずれ
かがその警告閾値を超えると、砥石台１１に原点復帰指
令が出され、砥石台１１がワークＷを離れて急速後退す
る。それゆえ、研削面等の不具合がそれ以上拡大せず、
比較的初期の状態のままに保たれるので、砥石Ｇやワー
クＷの研削面を調査することによる不具合解析が容易に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての動作記録手段付き工作機械
の構成を示す平面図

【図２】 実施例１の研削盤動作モニタ・プログラムを
示すフローチャート

【図３】 実施例１の動作記録手段付き工作機械の作用
の一例を示すグラフ

【符号の説明】

１０：研削盤 １：ベッド １１：砥石台（回転工具台として） １１１：砥石軸モータ（回転工具モータとして） Ｇ：砥石（回転工具として） １２：砥石台移動モータ １２１：エンコーダ（位置
センサとして） １３：工作物テーブル １３１：主軸台 １３２：主軸モータ １３３：ツ
ルア １３４：心押台 Ｗ：ワーク（工作物） １４：工作物テーブル移動モータ １４１：エンコーダ（位置センサとして） １５：砥石台駆動回路 １６：工作物テーブル駆動回
路 １７：電流センサ（主軸モータ負荷センサとして） １８：電流センサ（回転工具モータ負荷センサとして） １９：電流センサ（ツルアモータ負荷センサとして） ２０：数値制御装置（ＣＮＣ） ２１：ＣＰＵ（演算手段） ２３：パルス発生器 ２４：メモリ（記憶手段） ２４０：ＲＡＭ ２４１：動作状態記憶メモリ ２４２：停止位置記憶
メモリ ２５：ＲＯＭ ２６：表示出力インタフェース ２７：キーボード入
力インタフェース ２８：センサ入力インタフェース ２９：制御出力イ
ンタフェース ３０：マンマシン・インタフェース ３６：キーボード ３７：表示制御回路 ３８：Ｃ
ＲＴディスプレイ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを軸支する主軸と該ワークおよび該
   主軸を回転駆動する主軸モータとを持つ主軸台と、 該ワークに対し進退可能に取り付けられ、回転工具およ
   び該回転工具を回転駆動する回転工具モータを持つ回転
   工具台と、 該主軸台および該回転工具台とを数値制御する制御装置
   と、 該回転工具台の位置を検出する位置センサと、 を有する工作機械において、 前記主軸モータに供給される電流を負荷として計測する
   主軸モータ負荷センサと、前記回転工具モータに供給さ
   れる電流を負荷として計測する回転工具モータ負荷セン
   サとのうち、少なくとも一方と、 該主軸モータにかかる該負荷およびまたは該回転工具モ
   ータにかかる該負荷の警告閾値を設定する警告閾値設定
   手段と、 該主軸モータにかかる該負荷およびまたは該回転工具モ
   ータにかかる該負荷と該警告閾値とを比較する警告閾値
   比較手段と、 該主軸モータにかかる該負荷または該回転工具モータに
   かかる該負荷が、該警告閾値を超えたと該警告閾値比較
   手段によって判定された場合に、該負荷の数値である負
   荷データと、前記位置センサによって計測された前記回
   転工具台の座標データとを記録する動作記録手段と、を
   も有することを特徴とする、動作記録手段付き工作機
   械。
2. 【請求項２】前記警告閾値よりも高い異常閾値を設定す
   る異常閾値設定手段と、 前記主軸モータにかかる前記負荷およびまたは前記回転
   工具モータにかかる前記負荷と該異常閾値とを比較する
   異常閾値比較手段とをさらに有し、 前記制御装置は、該主軸モータにかかる該負荷およびま
   たは該回転工具モータにかかる該負荷が、該異常閾値を
   超えたと該異常閾値比較手段によって判定された場合
   に、前記ワークから前記回転工具台を急速後退させる、 請求項１記載の動作記録手段付き工作機械。
3. 【請求項３】前記動作記録手段は、該主軸モータにかか
   る該負荷およびまたは該回転工具モータにかかる該負荷
   が、該異常閾値を超えたと該異常閾値比較手段によって
   判定された場合に、より短いサンプリング周期で該負荷
   および前記座標データを記録する、 請求項２記載の動作記録手段付き工作機械。