JPS61249246A - 切削状態監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工作機械の適応制御と切削異常を同時制御で検
出する切削状態監視方法に関する。

従来技術 工作機械の安全並びに効率的な運転を行なうために切削
異常を検出して早期に警告する方法として、使用した工
具にタッチセンサを当てて寸法変化により切削異常を検
出する方法がある。このものは加ニブログラム内で指令
されるため工具折損がいつ発生したかわからず検出まで
に工作物、工具に大きな損傷を起す恐れがある。また工
具折損時に発生する超音波を検出する方法（ＡＩ）があ
る。このものは主軸まわりにセンサを設けるために主軸
と工作物との近寄り性が悪くて作業に支障をきたす恐れ
があるとともにムＥ専用ツーリングが必要となって汎用
性に欠ける面がある。また主軸モータの切削負荷を検出
する方法があるが、小径工具の場合は異常電流は微妙な
値であるため検知困難であり、電流検出の感度を良くシ
、応答性を良くすると電気的なノイズによって正常な切
削にか力λはらず異常としてアラニムを出す誤動作をま
ぬがれない。さらに切削送り速度のオーバライド制御に
よる適応制御機能を含ませようとすると、上記第３の方
法が好ましいのであるが、適応制御が過負荷時に送り速
度を変更するものであるのに対し、過負荷時の切削の異
常検出はアラーム停止で運転を止めるものとしてその機
能が相反することで、何れか一方を選択して使用せざる
をえないという不都合さがある。即ちこの異常検出及び
適応制御において基準となる制御値Ａｏは０．０２２秒
程の非常に短い時間当りサンプリングで検出した電流の
うち軸の起動、停止時の電流変動を除いて最も大きな電
流値を制御値Ａｏ１とした第７図のような場合と、０．
２秒程度の比較的短い時間当りの電流軸の起動、停止時
の電流変動を除いた電流の２０回程度の平均値の最大値
を制御値ＡＯ２とした第８図のような場合とがある。こ
の制御値をＡｏｌ、またはＡｏ２として異常電流を監視
するとき第９図のようにしきい値Ｃは一般に制御値Ａｏ
１またはＡｏ２にパラメータ分を上のせした約１．５倍
にとってあり異常現象が発生して電流が急上昇してしき
い値０に達すると、検出動作に入り演算上の遅れのあと
アラームが出力される。またこの制御値をＡｏｌまたは
ムｏ２として適応制御を行なうと第１０図のように送り
速度をオーバライド０１％で゛制御していく場合、実切
削負荷電流のビークＡ１でオーバライドは０２％−ム　
Ｏ （Ａ　Ｉ　Ｘ　Ｏ１）％（但しＡｏはムｏ２又はＡｏ２
とし０２は１０％単位で四捨五入される。以下同じ）と
なりＡ１点よりΔを時間後にオーバライドＯｓ）、ａｓ
％−（−Ｘ　Ｏ４）と制御され実切削負荷電流が制御値
Ａｏに近ずくようにされる。

然し制御値をムｏ１としたときは、切削異常電流検出用
には応答性は良いが電流ノイズを採る恐れがあるととも
に適応制御の制御値としては過敏すぎて問題がある。ま
た制御値をＡＯ２としたときは適応制御用としては良い
けれども異常電流検出の制御値としては不正確になるこ
とがまぬがれない。

例えば第１１図のように切削異常現象が発生するとＡ２
点までは正常状態のオーバライド制御がなされるがＡ３
点では負荷の増大でオーバライド０４％を下げる。然し
Ａ４．Ａ５点においても負荷が引続き増大するためオー
バライド０５％、０６％は下がるのみで電流値が急激に
大きくならないために異常現象を検出することができな
くなる。

問題点を解決するための手段 モニタリング加工時の０．０１秒程度の極めて短い時間
の主軸または送り軸モータの実切削負荷電流を０．０４
秒程度の非常に短い時間の間の初めの２回のデータの低
いデータと、次の２回のデータの低いデータとの平均値
を制御値とし、この制御値をもとに決めたしきい値に対
して工作物加工時の前記非常に短い時間の間の同一方法
で算出した平均の実切削負荷電流を比較して切削異常を
検出するとともに、モニタリング加工時の０．０１秒程
度の極めて短い時間の主軸または送り軸モータの実切削
負荷電流を０．２秒程度の比較的短い加工時間の間の平
均値を求めて制御値とし、この制御値に工作物加工時の
実切削負荷電流値が近づくように前記の比較的短い加工
時間毎に比較させ切削速度または切削送り速度を所定％
刻みで変更して適応制御させるものである。

実施例 以下本発明の実施例を図面にもとづき説明すもそのブロ
ック線図を示す第１図において、１はマシニングセンタ
等の機械本体、２はＮＯ装置、３り、５はモータ４の無
負荷時及び切削時の負荷電流検出するシャント、６は検
出電流の４変換器でディジタル数値に変換する。７は無
負荷電流の記憶回路、８は減算器で切削時負荷電流値よ
り無負荷時の電流値が減算されて実切削負荷電流値が算
出する。

切削異常検出部（イ）は減算器８で算出された実切削負
荷電流データを極めて短い周期本例では・０．０１秒毎
にサンプリングしたデータを順次記憶する回路が４個設
けられており、９は初回のサンプリング０．０１秒後の
データを記憶する実切削負荷電流筒１　（ａ）記憶回路
、１０は２回目のサンプリング０．０２秒後のデータを
記憶する同第２（ｂ）記憶回路、１１は３回目のサンプ
リング０．０３秒後のデータを記憶する同第３（ｏ）記
憶回路、１２は４回目のサンプリング０．０４秒後のデ
ータを記憶する同第４（ｄ）記憶回路である。１３は第
１　（ａ）記憶回路９、第２（ｂ）記憶回路１゜のデー
タａ、ｂを比較し小さい方のデータをデータ１として出
力する比較回路、１４は第５（ｏ）記憶回路１１、第４
（ｄ）記憶回路１２のデータｏ、ｄＬを比較し小さい方
のデータをデータ２として出力する比較回路。１５はデ
ータ１及びデータ２の平均値を算出しモニタリング加工
時は制御値ＢＯ工作物切削時はデータＢ１とする。１６
はモニタリング加工時の制御値Ｂｏ′ｔｔ図示しない　
本装置の操作キーボードスイッチをオペレータが自動設
定に選択したとき通過させるアンド回路０１７は制御値
Ｂｏの大小を比較し大きな値を出力する比較回路、１８
は比較回路１７の大きな値を記憶しこの値を次の制御値
Ｅｏと比較させるために比較回路１７に出力する記憶回
路、１９は記憶回路１８に記憶した制御値Ｅｏとパラメ
ータＰを加算してしきい（ｆｉｉｏ　（通常的１．５　
Ｂ　ｏにとる）を求める７ＪＯ１４回路、２ｏはしきい
値０を記憶するしきい値記憶回路０２１は図示しない本
装置のキーボードスイッチをオペレータが選択すること
により監視指令で記憶回路２ｏのしきい値０を通過させ
るアンド回路、２２は工作物切削時の平均値演算回路１
５のデータＢ１と記憶回路２ｏのしきい値Ｏを比較しデ
ータＢｉがしきい値Ｃより大きい場合はＭＯ装置２にア
ラーム信号を出方して機械を停止させる比較回路である
。

次に適応制御部（四）を説明する。減算器８で算出され
た実切削負荷電流データを極めて短い周期本例では０．
０１秒毎にサンプリングしたデータを記憶する回路が２
０個設けられており、！１１＆。

３１１）・・・３１ｔは０．０１秒毎にサンプリングし
た実切削負荷電流のデータが順次記憶される実切削負荷
電流の記憶回路、３２はこれ等の２０個のデータの平均
値を算出する平均値演算回路でモニタリング加工のとき
制御値Ａｏとなり工作物切削時はデータＡ１となる。５
３は図示しない本装置キーボードスイッチをオペレータ
が選択することにより自動設定されると制御値Ａｏを通
過させるアンド回路、３４は制御値Ａｏの大小を比較し
大きな値を出力する比較回路。３５は比較回路３４の大
きな値を記憶しこの値を次の制御値ＢＯと比較させるた
め比較回路３４に出力する記憶回路。３６は図示しない
本装置のキーボードスイッチをオペレータが選択するこ
とによる監視指令で記憶装置３５の最大制御値Ａｏを通
過させるアンド回路、３７は平均値演算回路３２より出
力された工作物切削時のデータＡ１と記憶回路３５の制
御値Ａ。

とで１００Ｘ（データＡ１−制御値Ａｏ）／制御値Ａｏ
＝Ｒを算出する演算回路、３８は演算値Ｒン１０を比較
判定する比較回路、３９は比較回路３８でＲ，＞１０の
ときオーバライドを１０％ダウンしてＮＯ装置２に出力
するオーバライドダウン回路、４０はＲン１０でないと
き−１０）Ｒを比較判定し一１０ンＲでないとき変更し
ないオーバライドをＮＯ装置２に出力する比較器、４１
は比較回路４０で一１０ンＲのときオーバライドを１０
％アップしてＮＯ装置２に出力するオーバライドアップ
回路である。

次いで本発明の制御値Ａｏ、Ａｉ、Ｂｏ、Ｂｉの求め方
は第２図のように０．０１秒毎のサンプリングで実切削
負荷電流から連続して採った２０回のデータの平均値の
最大値をＡｏ（モニタリング加工時）または平均値の最
大値をＡｉ（工作物切削時）とする。またｏ、ｏｉ秒毎
のサンプリングで実切削負荷電流から連続して採った初
めの２回のデータａ、ｂの低い方の値、図ではａをデー
タ１とし、続く次の２回の負荷電流値Ｑ、ｄの低い方の
値、図ではｄをデータ２としそのＩＬ、ｄの平均値の最
大値をＢｏ（モニタリング加工時）、また平均値の最大
値をＢｉ（工作物切削時）とする。

また本発明におけるオーバライドの０％は従来の０％と
は異なり第３図のように ム’　　”　　Ｘ１００ン１０のとき　０２・（ａ　１
−１０）Ａ。

ム２−ム０ 、。　　Ｘ１００．＞１０のときａｓ　、（０２−１０
）ム３　”　　Ｘ１００．＞１０のとき　０４−　（ａ
ｓ−１０）Ｏ ム５　”　　Ｘｌ　００＜１１０１のとき　０６−０５
Ａ。

決めるものである。変化率は通常５〜２０％である適応
制御のフローチャートの第４ｖＡ、切削異常検出の７′
ｃ１−チャートの第５図、実切削時の制御及び検出を示
す第６図、第３図にもとづき切削状態の監視を説明する
。

先づ実切削に入る前にモニタリング加工を行ない制御値
ムｏ、Ｂｏを決める。図示しない本装置のキーボードス
イッチを自動設定にする。切削異常検出用の制御値Ｂｏ
は、減算器８より出力される実切削負荷電流を極めて短
い周期でサンプリングした初回のデータａを第１　（ａ
）記憶回路９に２回目のデータ１を第２（ｂ）記憶回路
１０に記憶しそのデータａ、ｂを比較回路１３で低いデ
ータ１を求め、続くサンプリングの３回目のデータ０を
第３（ｏ）記憶回路１１に、４回目のデータｄを第４　
（ｄ）記憶回路１２に記憶しそのデータ０、（ｌを比較
回路１４で低いデータ２を求め、平均値演算回路１５で
データ１，２の平均値を求める０自動設定されているの
でアンド回路１６を通過したデータの制御値Ｂｏは比較
回路１７で比較されるが初回のため制御値Ｂｏはそのま
ま記憶回路１８に記憶される。サンプリングの次の４回
で同様に制御値Ｂｏが求められ比較回路１７に入力する
と記憶回路１８の値と比較され大きい制御値Ｂｏが記憶
回路１８に記憶される。この記憶回路に記憶された制御
値Ｂｏは加算回路１９でパラメータＰと加算され、しき
い値０としてしきい値記憶回路２０に記憶されるが最終
的には記憶回路１８に記憶された最大の制御値Ｂｏにパ
ラメータＰを加算したしきい値０が記憶される。

また適応制御用の制御値ム０は減算器８より出力される
実切削負荷電流値を極めて短い周期でサンプリングした
第２図のデータを順次実切削負荷電流記憶回路３１　ａ
　ｅ　３１ｂ・・・３１ｔに記憶する。

この２０個のデータを平均値演算回路３２で平均値を求
める。自動設定されているのでアンド回路３３通過した
制御値ＡＯは比較回路３４に入力するが初回値はそのま
ま記憶回路３５に記憶され４次の制御値Ａｏが比較回路
３４に入力すると記憶回路３５の値と比較し大きな値を
記憶し最終的に最大の制御値ムＯが記憶さ汀る。

このようにして制御値Ａｏ、Ｂｏが記憶されると工作物
の切削に入る時、図示しない本装置の平物の切削が行な
われると適応制御動作は０．０１秒毎にサンプリングし
た０、２秒間Δｔａの実切削負荷電流データがｐＪ４図
のステップｓ１において２０個の実切削負荷電流の記憶
回路３１ａ、３１ｂ・・・３１ｔに順次記憶される。ス
テップｓ２において２０個の記憶回路５１　ａ　＊　３
　ｌ　ｂ・・・３１ｔに記憶されたデータは平均値演算
回路３２に入力して平均値が算出され、そのデータム１
はステップｓ３において演算回路３７に入力されて監視
指令で開いているアンド回路３６を通った制御値Ａｏと
でＲ”　１００Ｘ（Ａｉ−Ａｏ）／Ａｏの演算値Ｒが求
められる。ステップｓ４において比較回路３８でＲ１０
であるかどうか比較判定されｙｍｓであればステップＳ
５においてオーバライドダウン回路３９で１０≦ダウン
され第６図のオーバライ）０２％となり、Ｎｏ装置２に
出力され送り速度は１０％減速される。

次のサンプリング第２図のデータも同様にＲ１０がＹＥ
Ｓであればまた１０％ダウンされたオーバライド０３％
がＮｏ装置２に送られ送り速度は１０％減速され第６図
の状態になる。然しステされ、ＮＯであればオーバライ
ドは変更されず同じ値（第３図で０５〜０４．ｏ６＝ｏ
ｓ）がＭＯ装置２に出力される。ステップＳ６において
Ｙｌｌ！ＳであればステップＳ７においてオーバライド
アップ回路４１で１０％アップされたオーバライドｏ７
（第３図）がＮＯ装置２に出力され送り速度は増大され
る。

一方切削異常検出動作はステップ８１１において０．０
１秒毎のサンプリングの初回のデータａが第１　（ａ）
記憶回路９に記憶され、ステップ８１２においてサンプ
リングの２回目のデータが第２（ｂ）記憶回路１０に記
憶される。ステップ＄１３において比較回路１３でａ）
ｂが比較判定されＹＩＳであればステップ８１４でデー
タ１はｂがＭＯであればステップ８１５でデータ１はａ
が出力される。ステップ８１６においてサンプリングの
３回目のデータＣが第３（Ｏ）記憶回路１１に記憶され
、ステップ８１７においてサンプリングの４回目のデー
タｄが第４　（ｄ）記憶回路１２に記憶される０ステツ
プ８１８において比較回路１４でＱ＞＋１が比較判定さ
れ、ＹＥＳであればステップ８１９においてデータ２は
ｄが、ＮＯであればスデータ２との平均値がデータＢ１
として算出される。ステップ＋３２２においてデータＢ
１は比較回路２２で監視指令で開いたアンド回路２１を
通ったしきい値ＣとでデータＢ１≧０が比較判定され、
ＭＯであれば異常なしである。ところで第６図の切削異
常現象が発生しており電流値がしきい値０に達するか超
えているとＹＥＳとなりステップＳ２３においてアラー
ムフラグでＮｏ装ｆ２は機械運転を停止される。

第６図で異常現象が発生したあとオーバライドはａＳ％
より０４％に切替はるがこの時点では負荷電流値はしき
い値０を超えておらず、オーバライドは１０％下がる。

然し下げ方が小さいため実切削負荷電流は急激に増大し
て行きしきい値０を超えアラーム信号が出力されるもの
である。

効　　果 以上詳述したように本発明は極めて短い周期のサンプリ
ングの初めの２回データの低い値と続く２回のデータの
低い値との平均値を制御値３０としこの値にもとづいて
異常状態を検出するようにするとともに極めて短い周期
の比較的短い期間のデータ平均値を制御値ＡＯとして実
切削負荷電流がこの値に近づくように切削速度または切
削送り速度をある％即ち５〜２０％づつ変更して制御値
Ａｏに近づくように適応制御を行なうようになしたので
、２種類の制御値により適応制御と工具異常検出が同時
に行なうことが可能となった。そして軽、中切削におい
て電流検出では困難な異常検出にも有効で、例えば適応
制御の制御値を５Ａ。

工具異常検出は１５Ａに設定するようにすると、工作物
が鋳物で取り代がばらついても適応制御は５人を基準に
して切削するため切刃は痛まず、適応制御がおいつかな
い程急激な過負荷があったときは工具異常検出が動き安
定した監視が可能である■また異常検出値の制御値算出
に極めて゛短い周期のサンプリングの初めの２回のデー
タと次の２回の低い方をとって平均値を制御値となした
ので電流ノイズを採る恐れがなく信頼性の高い制御が行
なえる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する制御のブロック線図、
第２図は本発明の制御値Ａｏ、Ｂｏの求め方を示す図、
第３図は本発明の適応制御の時の実切削負荷電流及びオ
ーバライドの状態図、第４図は適応制御のフローチャー
ト図、第５図は切削異常検出の７０−チャート図、第６
図は適応制御時に異常が発生し声時の実切削負荷電流及
びオーバライドを示す図、第７図は従来の非常に短い時
間当りにサンプリングした電流のうち最大電流値を制御
値ＡＯ１とした図、第８図は従来の比較的短い時間当り
の電流の平均値の最大値を制御値ＡＯ２とした図、第９
図は従来の切削異常監視を示す図、第１０図は従来の適
応制御を示す図、第１１図は従来の適応制御中に切削異
常が発生した図である。 イ・・・切削異常検出部　口・・・適応制御部特許出願
人　　株式会社　大ｌ！！！鐵工所第２図 第４図 第７図 １１８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の制御において、モニタリング加工時の
   ０．０１秒程度の極めて短い時間の主軸または送り軸モ
   ータの実切削負荷電流を０．０４秒程度の非常に短い時
   間毎に初めの０．０１秒２回のデータの低いデータと次
   の０．０１秒２回のデータの低いデータととの平均値を
   採取し、決められた加工プログラムシーケンス終了時に
   前記平均値の最大値を制御値とし、この制御値をもとに
   決めたしきい値に対して工作物加工時の前記非常に短い
   時間の間の同一方法で算出した平均の実切削負荷電流値
   を比較して切削異常を検出するとともに、モニタリング
   加工時の０．０１秒程度の極めて短い時間の主軸または
   送り軸モータの実切削負荷電流を０．２秒程度の比較的
   短い加工時間毎に平均値を採取し、決められた加工プロ
   グラムシーケンス終了時に前記平均値の最大値を制御値
   とし、この制御値に工作物加工時の実切削負荷電流値が
   近づくように前記の比較的短い加工時間毎に比較させ切
   削速度または切削送り速度を所定％刻みで変更して適応
   させることを特徴とする切削状態監視方法。