JP2005122650A - カジリ動作監視装置及びそれを備えた工作機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カジリ動作監視処理部52は予め設定された設定回数分の位置決めテーブル22の反転動作毎の位置をRAM42に記憶し、このRAM42に記憶された設定回数分の位置のうち最大位置と最小位置との差を求める。次に、カジリ動作監視処理部52は算出した差が予め設定されたカジリ動作判定移動範囲内であるか否かを判定し、この判定結果に基づいてカジリ動作か否かを判定する。このため、位置決めテーブル22の反転移動距離が予め設定された設定距離以下であることを条件として当該位置決めテーブル22の反転動作回数を計数し、この計数値に基づいてカジリ動作か否かを判定するようにした場合と異なり、不用意なカジリ動作の旨の判定が抑制される。
【選択図】 図1
Description
請求項1に記載の発明によれば、工具又は被加工物を保持した動作部をモータの駆動により所定の軸方向へ移動させる工作機械の軸機構におけるカジリ発生のおそれのあるカジリ動作が監視される。即ち、予め設定された設定回数分の前記動作部の反転動作毎の位置を記憶し、この記憶された設定回数分の位置のうち最大位置と最小位置との差が予め設定されたカジリ動作判定移動範囲内であるか否かが判定される。この判定結果に基づいてカジリ動作か否かが判断される。このため、動作部の反転移動距離が予め設定された設定距離以下であることを条件として当該動作部の反転動作回数を計数し、この計数値に基づいてカジリ動作か否かを判定するようにした場合と異なり、不用意なカジリ動作の旨の判定(異常判定)が抑制される。動作部の反転移動距離が予め設定された設定距離以下であることを条件として動作部の反転動作を計数し、この計数値に基づいてカジリ動作か否かの判定を行うようにした場合、例えば動作部は微小な反転動作を繰り返すものの当該動作部の位置が少しずつ移動して潤滑が保たれるようなときにもカジリ動作の旨の判定がなされる。本発明によれば、このようなことがない。
(機械本体)
機械本体12はサーボモータ20、当該サーボモータ20の駆動により送り軸機構としてのボールねじ装置21及びガイド機構としてのリニヤガイド(図示略)を介して所定の軸方向(本実施形態ではX軸方向)に往復移動する位置決めテーブル22を備えている。位置決めテーブル22上には被加工物としてのワーク(図示略)が保持されている。ボールねじ装置21はサーボモータ20の出力軸に連結された送りねじ軸23及び当該送りねじ軸23に進退移動可能に螺合されたナット部24を備えており、当該ナット部24は位置決めテーブル22に一体移動可能に連結されている。サーボモータ20の回転量(回転角度位置)はエンコーダ等の位置検出センサ25により検出される。
数値制御装置13は、CPU(中央演算装置)31、記憶部32及びカウンタ33を備えている。
移動指令生成部51は図示しない操作盤からオペレータにより入力された被加工物(ワーク)の素材データ及び加工条件等の各種データに基づいて移動指令値(この場合、X軸の移動量;サーボモータ20の回転角度)Pを算出する。そして、移動指令生成部51は、算出した移動指令値Pを軸アンプ14及び差分回路53へそれぞれ送る。この差分回路53は今回の移動指令値Pnと前回の移動指令値Pn−1との差分値、即ち単位時間当りの移動指令値ΔPを演算し、この単位時間当りの移動指令値ΔPをカジリ動作監視処理部52へ送る。
軸アンプ14はサーボアンプ又はサーボ増幅器ともいい、CPU31から出力される信号を増幅する。CPU31から出力される信号は非常に微弱なので、当該CPU31によりモータ制御を行うためにはアンプ(増幅器)で電流を増幅する必要がある。軸アンプ14は、位置制御部61、速度制御部62、電流制御部63、駆動回路65、電流検出部66及び速度信号処理部67を備えている。
次に、前述のように構成した工作機械の動作を説明する。
オペレータは、数値制御装置13からの指示に従って操作盤(図示略)のデータ入力部を通じて各種データを入力する(対話式プログラミング機能)。CPU31はROM41に格納された公知の加工プログラム自動作成プログラムに従ってオペレータにより入力された各種データに基づいて加工プログラムを作成し、当該加工プログラムをRAM42に格納する。この後、オペレータにより前記操作盤の入力部を介してCPU31に対してワークの加工指令が入力されると、当該CPU31はRAM42から当該ワークに関する加工プログラムを読み出す。この加工プログラムに従ってCPU31は軸アンプ14及びボールねじ装置21(厳密には、サーボモータ20)をそれぞれ駆動制御してワークの加工を実行する。
次に、数値制御工作機械11の運転中におけるCPU31のカジリ動作監視処理について説明する。本実施形態において、CPU31はカジリ動作監視処理として、第1のカジリ動作監視処理及び第2のカジリ動作監視処理の2つの処理を行う。第1のカジリ動作監視処理は位置決めテーブル22の移動距離(厳密には、サーボモータ20の回転量)に基づいてカジリ動作を監視する微小移動動作監視処理である。第2のカジリ監視処理はサーボモータ20の軸ロード(軸負荷)に基づいてカジリ動作を監視する軸ロード監視処理である。カジリ動作監視処理はROM41に格納されたカジリ動作監視プログラムに従って実行される。尚、本実施形態では、ステップを「S」と略記する。
まず、第1のカジリ動作監視処理(微小移動動作監視処理)について図2に示すフローチャートに従って説明する。このフローチャートはROM41に格納されたカジリ動作監視プログラムを構成する第1のカジリ動作監視プログラム(微小移動動作監視プログラム)に従って実行される。
例えば、今回の移動指令値ΔPnが前回の移動指令値ΔPn−1と同方向であれば、いずれの値も正又は負の値となるので、両者の乗算結果は正の値となる。今回の移動指令値ΔPnが前回の移動指令値ΔPn−1と反対方向であれば、一方が正、他方が負の値となるので、両者の乗算結果は負の値となる。
一方、S101において、今回の移動指令値ΔPnが前回と反対方向であると判断したとき(S101でYES)、CPU31はS103へ処理を移行する。S103において、CPU31は現在の反転動作回数を前回の反転動作回数としてRAM42に記憶する(R=B。ここで、Rは前回の反転動作回数、Bは今回の反転動作回数である。)。
ここで、Bはカウンタ33のカウント値mであり、位置決めテーブル22の反転動作回数(換言すれば、サーボモータ20の反転動作回数)である。Nは無潤滑方向転換の限界反転動作回数であり、装置モデルによる実験等により予め求められたものである。modは剰余の記号であり、前回までの反転動作回数Bに1を加算した値(B+1)を限界反転動作回数Nで割ったときの余りが現在の反転動作回数としてRAM42(厳密には、RAM42の)に格納される。従って、前回までの反転動作回数Bに1を加算した値(B+1)が限界反転動作回数Nに達したときには、余りは0(ゼロ)となり、カウンタ33は0にリセットされる。
次に、CPU31は、今回の移動指令値ΔPnを、当該移動指令値ΔPnがRAM42(位置レジスタ領域)に反映されるまでの単位時間当りの移動指令値ΔPの総和SdPとする(S106)。即ち、CPU31は単位時間当りの移動指令値ΔPの総和をリセットしSdP=ΔPnとする。次の反転動作までの動きを見るためである。
次に、次式(カ)で示すように、CPU31は、過去N回の反転位置における最大位置Max(A)と最小位置Min(A)との差ΔAが、カジリ動作判定最小移動範囲C以上であり、且つカジリ動作判定最大移動範囲D以内であるか否かを判断する(S108)。
ここで、カジリ動作判定最小移動範囲Cは、カジリ動作とは判断されない微小距離の最小範囲を定めた値であり、装置モデルによる実験及び周知の理論計算により予め求められている。位置決めテーブル22の往復移動距離が、カジリ動作判定最小移動範囲C以内であっても、カジリ動作とは判断されない。これにより、例えば温度の変化により位置決め精度が変化するものの、熱変位補正に起因する誤判断が抑制される。この結果、不用意なアラーム出力が回避される。また、カジリ動作判定最大移動範囲Dは、カジリ動作と判断される微小距離の最大範囲を定めた値であり、装置モデルによる実験及び周知の理論計算により予め求められている。位置決めテーブル22の往復移動距離がカジリ動作判定最大移動範囲Dを超えている場合にはボールねじ装置21の潤滑が可能であり、カジリ動作とは判断されない。
次に、S108における判断処理を図3(a)〜図3(d)に示す事例1〜事例4に基づいて説明する。図3(a)〜図3(d)は、それぞれ数値制御工作機械11の運転時(加工中;例えば切削送り中)において、位置決めテーブル22の図1におけるX方向の位置変化(厳密には、サーボモータ20の回転角変化)を示す波形図である。図3(a)〜図3(d)において、縦軸は位置決めテーブル22の位置(厳密には、サーボモータ20の回転角)である。この縦軸において、上方向がX軸における+方向を示し、下方向がX軸における−方向を示す。横軸は時間(時刻T)である。
図3(a)に示すように、事例1においては、過去N回の反転動作(即ち、T(0)〜T(N−1)における反転動作)において、最大位置Max(A)と最小位置Min(A)との差ΔAがカジリ動作判定最小移動範囲Cを超え、且つカジリ動作判定最大移動範囲D未満となっている。このため、図3(a)に示す事例1の波形パターンは前記式(カ)を満たす。従って、CPU31は図3(a)に示す事例1の波形パターンをカジリ動作と判断する。
図3(b)に示すように、事例2においては、過去N回の反転動作において、最大位置Max(A)と最小位置Min(A)との差ΔAがカジリ動作判定最小移動範囲C以下となっている。このため、図3(b)に示す事例2の波形パターンは前記式(カ)を満たさない。従って、CPU31は図3(b)に示す事例2の波形パターンをカジリ動作と判断することはない。
図3(c)に示すように、事例3においては、過去N回の反転動作において、最大位置Max(A)と最小位置Min(A)との差ΔAはカジリ動作判定最大移動範囲D以上となっている。このため、図3(c)に示す事例3の波形パターンは前記式(カ)を満たさない。従って、CPU31は図3(b)に示す事例3の波形パターンをカジリ動作と判断することはない。
図3(d)に示すように、事例4においては、過去N回の反転動作において、最大位置Max(A)と最小位置Min(A)との差ΔAはカジリ動作判定最大移動範囲D以上となっている。このため、図3(d)に示す事例4の波形パターンは前記式(カ)を満たさない。従って、CPU31は図3(d)に示す事例4の波形パターンをカジリ動作と判断することはない。
次に、第2のカジリ動作監視処理(軸ロード監視処理)について図4及び図5に示すフローチャートに従って説明する。これらのフローチャートはROM41に格納されたカジリ動作監視プログラムを構成する第2のカジリ動作監視プログラム(軸ロード監視プログラム)に従って実行される。
次に、CPU31は今回の移動指令値ΔPnに応じて位置決めテーブル22が移動したときの当該位置決めテーブル22のプログラム原点からの位置A(B)をRAM42に格納する(S206)。このS206の処理は第1のカジリ動作監視処理におけるS105と同様の処理であり、前述した式(エ)により示される。
T(B)=現在時刻−ΔT…(ク)
ここで、ΔTは電流フィードバック値If(モータ電流)のサンプリング時間(制御周期)である。反転動作が検出されるのは、実際の反転時から所定のサンプリング時間ΔTだけ経過した後である。このため、現在の時刻からサンプリング時間ΔTを引けば、実際の反転時の時刻T(B)が得られる。
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する数値制御工作機械11に搭載される数値制御装置13には、カジリ動作監視処理部52を設けるようにした。このカジリ動作監視処理部52により、被加工物を保持した位置決めテーブル22をサーボモータ20の駆動によりX軸方向へ移動させるためのボールねじ装置21におけるカジリ動作を監視するようにした。
尚、前記実施形態は以下のような別例に変更して実施してもよい。
・図4におけるS212の処理は、S206、S207及びS208のいずれのステップの後に実行するようにしてもよい。
次に前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)前記移動距離判定手段によりカジリ動作の旨の判定がなされたとき、視覚、聴覚又はその両方に訴えて異常を報知する報知手段を備えた請求項1に記載のカジリ動作監視装置。
13…カジリ動作監視装置を構成する数値制御装置、
15…報知装置(報知手段)、20…サーボモータ(モータ)、
21…ボールねじ装置(軸機構)、22…位置決めテーブル(動作部)、
42…RAM(位置記憶手段)、
52…移動距離判定手段及び振幅判定手段を構成するカジリ動作監視処理部、
66…電流検出部(電流検出手段)、
C…カジリ動作判定移動範囲を構成するカジリ動作判定最小移動範囲、
D…カジリ動作判定移動範囲を構成するカジリ動作判定最大移動範囲、
E…振幅、Emax…最大振幅、Es…振幅判定閾値、
If…電流フィードバック値(モータ電流)、
M…反転動作回数(予め設定された反転動作回数)、
N…限界反転動作回数(予め設定された設定回数)、Max(A)…最大位置、
Min(A)…最小位置、ΔA…最大位置と最小位置との差。
Claims (6)
- 工具又は被加工物を保持した動作部をモータの駆動により所定の軸方向へ移動させる工作機械の軸機構におけるカジリ発生のおそれのあるカジリ動作を監視するカジリ動作監視装置において、
予め設定された設定回数分の前記動作部の反転動作毎の位置を記憶する位置記憶手段と、
前記位置記憶手段に記憶されている設定回数分の位置のうち最大位置と最小位置との差が予め設定されたカジリ動作判定移動範囲内であるか否かを判定すると共に当該判定結果に基づいてカジリ動作か否かを判断する移動距離判定手段とを備えたカジリ動作監視装置。 - 工具又は被加工物を保持した動作部をモータの駆動により所定の軸方向へ移動させる工作機械の軸機構におけるカジリ発生のおそれのあるカジリ動作を監視するカジリ動作監視装置において、
前記モータへ供給されるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出されたモータ電流の振幅と予め設定された振幅判定閾値とを比較すると共に当該比較結果に基づいてカジリ動作か否かを判断する振幅判定手段とを備えたカジリ動作監視装置。 - 工具又は被加工物を保持した動作部をモータの駆動により所定の軸方向へ移動させる工作機械の軸機構におけるカジリ発生のおそれのあるカジリ動作を監視するカジリ動作監視装置において、
予め設定された設定回数分の前記動作部の反転動作毎の位置を記憶する位置記憶手段と、
前記位置記憶手段に記憶されている設定回数分の位置のうち最大位置と最小位置との差が予め設定されたカジリ動作判定移動範囲内であるか否かを判定すると共に当該判定結果に基づいてカジリ動作か否かを判断する移動距離判定手段と、
前記モータへ供給されるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出されたモータ電流の振幅と予め設定された振幅判定閾値とを比較すると共に当該比較結果に基づいてカジリ動作か否かを判断する振幅判定手段とを備えたカジリ動作監視装置。 - 前記設定回数は、前記動作部の無潤滑反転動作の限界反転動作回数である請求項1又は請求項3に記載のカジリ動作監視装置。
- 前記振幅判定閾値は、
前記動作部が予め設定された反転動作回数だけ反転動作した間におけるモータ電流の最大振幅を基準として所定の振幅上昇率となるように設定されている請求項2又は請求項3に記載のカジリ動作監視装置。 - 工具又は被加工物を保持した動作部をモータの駆動により所定の軸方向へ移動させる軸機構を備えた工作機械において、
請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載のカジリ動作監視装置を備えた工作機械。
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