JPS5949145B2 - 工作機械の故障検出および監視方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工作機械の稼動中に機械各部の故障を検知
し監視することが可能な工作機械の故障検出および監視
方法に関する。

マシニングセンター等の高価な工作機械の稼動率を一ト
げるため、数個ないし数十個の同一の被加工品を予めパ
レット等にセットしておき、１個の加工が終了するたび
に搬送装置により機械の加工ステージョンへ被加工品を
挿入し、切削を続行するようにしたシステムが多々ある
。

このようなシステムでは、昼夜を間イっず運転され、省
人化のため運転状態を監視する人員も管理センター等に
小数配置されているにすぎない場合が多く機械に異常が
生じたら即座に機械を停止したり、警報を出したりして
管理センター又は作業者に異常を知らせ適切な処理によ
って正常運転を回復する必要がある。

ところが従来では適当な故障検出手段がなかったため、
工具等の検査においでは、機械より工具を外して検査を
するかあるいは計測ステーションで機械的もしくは化学
的に工具の破損を検出していた。

このような方法では、機械の稼動率の低下を招くととも
に、破損直後での検出ができないので、工具検査工程に
入るまでは破損した工具で切削を続行するため、より大
きな故障へと発展する可能性があった。

この発明は、被加工品に対して複数の切削動作を含む連
続加工を行う工作機械において、故障検出および監視装
置をあらかじめモデル加工運転モードとして被加工品を
加工して、パルスジェネレータからなるインターバルタ
イマーによる所定のサンプリング時間間隔毎に、監視す
べき工作機械各部の基準負荷値とこの基準負荷値に対応
する負荷変動許容値とを半導体メモリ素子による記憶部
に記憶させ、それに続く連続加工の際に、故障検出およ
び監視装置を連続加工モードとし、前記サンプリング時
間間隔毎に上記工作機械各部の負荷値を検出して、この
負荷値と、この負荷値のサンプリング時刻に対応する時
刻の前記基準負荷値とを制御部によって演算部に送り、
この演算部で前記基準負荷値と前記負荷値とを比較し、
その差か前記負荷変動許容値を越えたとき、前記制御部
から警報表示部に警報信号を送出することを要旨とする
もので、この構成によって前記のような同様の被加工品
が連続的に切削されるようなシステムにおいて、異常ま
たは故障を逸早く検知し警報を表示することにより、小
人数で工作機械群を監視することを可能にする工作機械
の故障検出および監視方法を提供するものである。

以下この発明の詳細を、この発明を実施した工作機械の
故障検出および監視装置のブロック図について説明する
。

この工作機械は、マシニングセンタの如く被加工品に対
して複数の工具により複数の切削動作を連続して行うも
の、あるいは、単一の工具を用いて数値制脚により例え
ば異なる位置の穴あけを連続して行うものなどの如く、
複数の切削動作を含む連続加工を行う工作機械を対象と
している。

第１図において、指令部１は、基準負荷値収集のため有
人で運転されるモデル加工と、連続運転の加工との時期
的な差をなくすため、モデル加工で基準負荷値の収集を
開始する点の指令、およびこの開始点と同期した連続運
転時の検査開始点を後述の制御部６に指令する。

上記指令部１は、フリップフロップより構成されており
記憶データを消去する消去押釦スイッチ、モデル加工と
連続加工のモードを選択するスイッチ、負荷変動許容範
囲設定スイッチ、基準値収集時間間隔設定スイッチおよ
び、負荷量検出の数値制卸テープまたは自動運転用リミ
ットスイッチ等より送出される開始指令、終了指令を受
けて動作する。

また、上記負荷値の具体例としては、主軸用電動機ある
いは軸駆動用電動機の消費電力、または負荷電流主軸や
駆動軸の部分に取り付けられた歪計よりの出力がある。

またこの部分はモデル切削か連続運転時の切削かいずれ
かの運転モード決定を制御部６に指令をするインターバ
ルタイマ一部２は、機械各所の負荷量を検出し、データ
として記憶する時間間隔を決めるパルスジェネレータか
らなるタイマーにより構成され、データサンプリングパ
ルスを発生し制御部６に送出する。

また、このサンプリング時間間隔は指令部１のサンプリ
ング間隔設定スイッチにより適切な値に設定することが
可能である。

演算部３は制肖Ｊ部６よりの指令を受けて、モデル加工
時の工作機械各部の基準負荷値と、この負荷（直のサン
プリング時刻と対応する検出時刻に読み込んだ連続加工
時の負荷値とを比較し、その差が指令部１の負荷変動許
容範囲設定スイッチに設定された負荷変動許容値内にあ
るかどうかの計算をするもので、論理回路およびフリッ
プフロップ回路から構成される。

−上記における基準負荷値とこれに対応する連続加工時
の負荷値とを比較する際の位相合せは、次のようにして
行う。

まず、インターバルタイマー２の動作開始点、および動
作終了点の指令は、切削用の数値制商ＪテープのＮＣデ
ータ中に切削開始直前（油圧で動作する装置等の如く動
作時間の不安定な装置が動作している場所を避けてプロ
グラムする）、および切削終了直前にＭコードをプログ
ラムしておき、このＭコードにより行う。

すなわち、インターバルタイマー２はこのＭコードによ
りスタートし、また、ストップする。

そして、インターバルタイマー２がスタートした後は、
インターバルタイマー２が発信するパルス間隔毎（つま
り、設定されたサンプリング時間間隔毎）に検出された
負荷値と、同時点、（インターバルタイマー２のスター
ト後の何番目のパルスかで対応関係が定まる）の基準負
値として記憶部１に記憶されている基準負荷端とを比較
すれば、前述の位相合せが確実に行われる。

入出力インターフェイス４は、制御部６と、工作機械各
部に設けられた負荷検出部８および次の警報表示部５と
の間に介在され、機械各部の検出された負荷のアナログ
信号をディジタル量に変換したり、入力電圧のレベル合
せを行ったり、また、過負荷を検知した場合に制御部６
よりの指令により警報表示部５へ信号を送出する。

警報表示部５は、警報状態すなわち過負荷状態を表示す
るランプ点灯により故障を作業者に知らせる。

また必要に応じて機械の運転停止等の処理指令を出す。

制御部６はアドレスフリップフロップ等からなり、後述
の記憶部に格納された制卸プログラムに従って以下の処
理を行なう。

（ａ） 指令部１よりの制卸開始信号、制−終了信号
により、インターバルタイマ一部２よりのデータサンプ
リングパルスと同期し、機械各部の負荷量例えば主軸用
電動機あるいは軸駆動用電動機の消費電力または負荷電
流、主軸や駆動軸の部分に取り付けられた歪計の出力等
を読み込む。

（ｂ） モデル加工か、連続運転加工かを判断し、読
み込み負荷データを演算部へ送出するか、記憶部へ送出
するかの分岐動作を行なう。

（Ｃ） 演算部３での演算結果により警報指令、警報
表示命令を警報表示部５に出す。

（ｄ） 指令部１からの指令、または制御部６の制御
プログラムにより、負荷データを取り込む機械各部の負
荷検出部を決定する。

つまり、ある加工において機械の動作順序によっては、
例えば軸が全熱動作しなくても、他の加工においてその
軸が動作し監視する必要が生じることがあり、このよう
なときに指令部１よりの指令と制御プログラムにより監
視する必要がある機械各部の負荷検出部を選択する。

（ｅ）指令部１のクリア押釦のスイッチを押すことによ
り記憶部７の負荷データを消去する。

記憶部γは、ＩＣメモリより構成されており、本装置の
制御プログラムを格納している制御プログラム部と、モ
デル加工による基準負荷（直とこの基準負荷と対応する
負荷変動許容［直とからなる基準（直を格納するデータ
部より成っている。

上記！ｌＪＮプログラムは不輝溌性のメモリ素子で、上
記データ部は電気的に書換え可能の半導体メモリ素子に
て構成されている。

上記のように構成される装置を工作機械に付設して、連
続運転で同種の加工品を数個〜数十個連続して切削する
場合は、最初の１個は有人にて切削して、モデル加工と
し、その時の負荷状態を、指令部１からの記憶開始指令
により、機械各所ごとに負荷検出部８でインターバルタ
イマー２で決められた時間間隔で検出する。

その結果を入出力インターフェイス４および制御部６を
介して記憶部γに送り基準負荷１直として記憶する。

それ以後の切削は無人で行われるが、この場合は、機械
各所の負荷を前記負荷検出部８で検出すると、この負荷
１直と、この負荷（直の検出時刻と対応するサンプリン
グ時刻に記憶部７のデータ部に読み込まれた前記基準負
荷（直とを制御部６によって演算部３に送り比較すれ。

その結果が予め記憶部１のデータ部に読み込まれた負荷
変動許容［直の範囲内に入っているかどうかを判別しな
がら切削を実行する。

許容範囲を外れた場合は、制御部６より入出力インター
フェイス４を介して警報表示部５に警報信号を出し、適
切な処理を作業者に要求する。

例として、工作機械の主軸の負荷状態を監視している場
合について説明する。

例えば主軸駆動用電動機に直流電動機を使用した場合、
電機子電流の変化を監視すれば、主軸の負荷トルクの変
動が監視される。

通常の上記負荷の検出機構は、第３図のように、電機子
電流の電流変化を検出する変流器等の電流センサ９、増
巾器１０、ローパスフィルタ１１、アナログ量をデジタ
ル量に変換するＡ−Ｉ）変換器１２からなり、入出力イ
ンターフェイス４と接続される。

上記の場合は、第２図のごとくに、負荷が表現されるが
、今、モデル切削時の負荷曲線は■であったとすると、
この曲線は、指令部１からの記憶開始相・令により、イ
ンターバルタイマー２で決められた時間間隔でサンプリ
ングされ、記憶部γのデータ部には図面に斜線を施した
棒グラフのような基準負荷［直がデジタル量で記憶され
る。

また、負荷変動許容範囲を予め決めておいて、この許容
（直を記憶部７のデータ部に記憶しておき、連続運転時
の負荷（直がデータとして取り込まれたときに、これと
対応するサンプリング時刻の前記基準負荷直とこの負荷
［直との差を計算し、符号と上記許容（直との大小判別
を行ない、負荷変動許容範囲内の上限、下限を越えたか
範囲内かの判断をする。

今、モデル加工時の負荷曲線■と連続運転時の負荷時の
負荷曲線■との関係が第２図のごとくであると、ｔａタ
イミングにおいて上限（直を連続運転時負荷が越えてお
り過大負荷であることが検出される。

この時点に警報を出し適切な処理（表示、機械停止等）
を実行すれば、確実に機械の異常または故障を監視する
ことができる。

なお、前記負荷変動許容（直を、モデル運転時にサンプ
リングされた基準負荷（１慣こ加算、減算することによ
り適正負荷（直の上限、下限とし、基準直として記憶部
１のデータ部に格納しておき、この基準血と前記連続運
転時の負荷噴とを比較することによって、過負荷を検出
することもできる。

この発明の工作機械の故障検出および監視方法によれば
、上述のとおり機械稼動状態で工具および機械各部の故
障を監視し、故障発生直後に検出が可能であるため、適
切な処理を迅速に行うことができ、被加工品の保護がな
されるとともに、より大きな機械破損が防止されるので
、工作機械に用いて極めて有効である。

また機械を停止することなく故障を検知することができ
るから、機械の稼動率の向上が計れるとともに、計測ス
デーション、計測工程が不要となり、経済的な利点が大
きい。

さらに、この発明の方法によれば、機械各部や工具の破
損検出のみでなく機械動作順序を、時間経過とともに負
荷量の変化としてパターン化して記憶しているから、機
械が誤動作をすれば当然その結果としで、モデル加工時
と負荷変動のパターンが一致しなくなり、基準負荷量の
」−限、下限の許容範囲を越えることになり、機械の誤
動作等も検知され、同一の機械で機械各部および種々の
形状の工具の異常を検知することができ、小人数による
自動加工工作機械群の集中管理を可能にする。

さらに、本発明では、基準負荷１直をパルスジェネレー
タからなるインターバルタイマーによって断続的に記憶
するものであり、かつ、その記憶は半導体メモリ素子に
行うものであるから、磁気テープ等に連続的に記憶する
方式を採用するものと比較した場合、次の如き利点があ
る。

すなわち、第１に、連続切削時の負荷（直と対応する基
準負荷（直との位相合せが容易であるから、機械が切削
中でない時などデータを記・障する必要がない場合は、
監視対象区間からはずし、データを記憶しないようにす
ｇことが簡単にできる。

第２に、磁気テープを使用する方式では、次のワークの
加工を行う際に巻き戻しが必要で、かつ、その巻き戻し
に時間を要するので、次の加工の監視を行える状態に直
ちに復帰せず、したがって、加二［能率の低下をもたら
すが、本発明では断続的なデータを列導体メモリ素子に
記憶するものであるから、直ちに次の加工の監視態勢に
復帰し、加工能率が高い。

第３に本発明の如く、断続的にサンプリングしたデータ
を列導体メモリ素子に記憶するものでは、サンプリング
データを比較し、前データと今データとが同じであれば
（ｆｔ荷変動がなかった場合）、そのデータは記憶しな
いなどして、記憶すべき基準負荷（直を少なくすること
ができ、メモリの節約を容易に図ることができる。

また、サンプリング間隔を変更することが容易であるか
ら、負荷変動の大小に応じて異なったサンプリング間隔
でデータを取り込むことができ、したがって、メモリの
容量に応じてサンプリングデータ量を制■できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した工作機械の故障検出および
監視装置のブロック線図、第２図は連続運転時とモデル
加工時の負荷曲線図、第３図は負荷検出機構の一例を示
すブロック線図である。 ３・・・・・・演算部、５・・・・・・警報表示部、６
・・・・・・制御部、７・・・・・・記憶部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被加工品に対して複数の切削動作を含む連続加工を
   行う工作機械において、故障検出および監視装置をあら
   かじめモデル加工運転モードとして被加工品を加工して
   、パルスジェネレータからなるインターバルタイマーに
   よる所定のサンプリング時間間隔毎に、監視すべき工作
   機械各部の基準負荷値とこの基準負荷値に対応する負荷
   変動許容値とを半導体メモリ素子による記憶部に記憶さ
   せ、それに続く連続加工の際に、故障検出および監視装
   置を連続加工モードとし、前記サンプリング時間間隔毎
   に上記工作機械各部の負荷値を検出して、この負荷値と
   、この負荷値のサンプリング時刻に対応する時刻の前記
   基準負荷値とを制御部によって演算部に送り、この演算
   部で前記基準負荷値と前記負荷値とを比較し、その差が
   前記負荷変動許容値を越えたとき、前記制御品から警報
   表示部に警報信号を送出することを特徴とする工作機械
   の故障検出および監視方法。