JP3483636B2 - 工具破損・摩耗検出装置 - Google Patents
工具破損・摩耗検出装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- Safety Devices In Control Systems (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は被加工物と工具との相対
移動を行う数値制御工作機械に使用される工具の破損を
検出する工具破損・摩耗検出装置に関する。
移動を行う数値制御工作機械に使用される工具の破損を
検出する工具破損・摩耗検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の数値制御工作機械では、その切削
加工時の異常負荷によって生じる工具の破損を検出する
ため、たとえば、テーブル上や工具ホルダなどに工具を
検出するセンサを取り付けて切削加工の度に工具をセン
サのある位置まで移動するようにし、ここでセンサが工
具を検出しなければ工具は破損していると判断するよう
にしている。この方法では、もともとテーブル回りはそ
のようなセンサを取り付けるようなスペースが少ないた
めセンサの取り付けが難しく、しかも数値制御装置と別
にセンサの信号処理用制御装置が必要であり、構造的に
複雑であって、高価でもある。
加工時の異常負荷によって生じる工具の破損を検出する
ため、たとえば、テーブル上や工具ホルダなどに工具を
検出するセンサを取り付けて切削加工の度に工具をセン
サのある位置まで移動するようにし、ここでセンサが工
具を検出しなければ工具は破損していると判断するよう
にしている。この方法では、もともとテーブル回りはそ
のようなセンサを取り付けるようなスペースが少ないた
めセンサの取り付けが難しく、しかも数値制御装置と別
にセンサの信号処理用制御装置が必要であり、構造的に
複雑であって、高価でもある。
【０００３】そこで、工具の破損は主軸回転または軸移
動のような稼働している箇所に過負荷がかかることによ
って発生するものとして、主軸およびＺ軸の負荷を監視
し、これによって工具の破損を検出する方法もある。す
なわち、主軸回転に必要とされるモータのトルクから外
乱負荷トルクを推定し、さらに工具の送りに必要とされ
るＺ軸のモータのトルクから外乱負荷トルクを推定し
て、これら推定外乱負荷トルクから工具の破損を検出す
ることが行われている（特願平５−１３８２９３号）。
動のような稼働している箇所に過負荷がかかることによ
って発生するものとして、主軸およびＺ軸の負荷を監視
し、これによって工具の破損を検出する方法もある。す
なわち、主軸回転に必要とされるモータのトルクから外
乱負荷トルクを推定し、さらに工具の送りに必要とされ
るＺ軸のモータのトルクから外乱負荷トルクを推定し
て、これら推定外乱負荷トルクから工具の破損を検出す
ることが行われている（特願平５−１３８２９３号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】主軸およびＺ軸の負荷
を監視する従来の工具破損検出方法では、推定した外乱
負荷トルクがあらかじめ設定した基準トルクの値を越え
た場合に、工具は摩耗していると判断し、あらかじめ設
定した別の基準トルクの値に満たない場合、または、更
に別の基準トルクを越えた場合に、工具は破損している
と判断しており、ほとんどの場合、この稼働軸の過負荷
検出で工具の破損を検出することができている。
を監視する従来の工具破損検出方法では、推定した外乱
負荷トルクがあらかじめ設定した基準トルクの値を越え
た場合に、工具は摩耗していると判断し、あらかじめ設
定した別の基準トルクの値に満たない場合、または、更
に別の基準トルクを越えた場合に、工具は破損している
と判断しており、ほとんどの場合、この稼働軸の過負荷
検出で工具の破損を検出することができている。
【０００５】しかし、実際に工具が破損した場合を調べ
てみると、破損時の状況は様々であり、稼働軸にかかる
負荷が通常の切削時にかかる最大負荷よりも十分に低
く、したがって、未だ摩耗が進んでいないという状況で
も破損していることがあり、必ずしも稼働軸にかかる負
荷を監視しているだけでは工具の破損を正確に検出でき
ない場合があることが分かった。
てみると、破損時の状況は様々であり、稼働軸にかかる
負荷が通常の切削時にかかる最大負荷よりも十分に低
く、したがって、未だ摩耗が進んでいないという状況で
も破損していることがあり、必ずしも稼働軸にかかる負
荷を監視しているだけでは工具の破損を正確に検出でき
ない場合があることが分かった。
【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、工具の破損を高精度に検出することができる
工具破損・摩耗検出装置を提供することを目的とする。
のであり、工具の破損を高精度に検出することができる
工具破損・摩耗検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、被加工物と工具との相対移動を行う数値
制御工作機械に使用される工具の破損または摩耗を検出
する工具破損・摩耗検出装置において、被加工物と工具
との相対移動をしない１つまたは複数の軸に働く外乱負
荷トルクを推定する静止軸外乱負荷トルク推定手段と、
工具を回転させる主軸に働く外乱負荷トルクを推定する
回転軸外乱負荷トルク推定手段と、被加工物と工具との
相対移動を制御する１つまたは複数の送り軸に働く外乱
負荷トルクを推定する移動軸外乱負荷トルク推定手段
と、前記静止軸外乱負荷トルク推定手段、前記回転軸外
乱負荷トルク推定手段及び移動軸外乱負荷トルク推定手
段とによって推定された推定外乱トルクを合成して得ら
れた合成トルクとあらかじめ設定した基準トルクとを比
較して前記合成トルクが前記基準トルクを越えたときに
前記工具は破損または摩耗であると判断する比較判断手
段とを有することを特徴とする工具破損・摩耗検出装置
が提供される。
決するために、被加工物と工具との相対移動を行う数値
制御工作機械に使用される工具の破損または摩耗を検出
する工具破損・摩耗検出装置において、被加工物と工具
との相対移動をしない１つまたは複数の軸に働く外乱負
荷トルクを推定する静止軸外乱負荷トルク推定手段と、
工具を回転させる主軸に働く外乱負荷トルクを推定する
回転軸外乱負荷トルク推定手段と、被加工物と工具との
相対移動を制御する１つまたは複数の送り軸に働く外乱
負荷トルクを推定する移動軸外乱負荷トルク推定手段
と、前記静止軸外乱負荷トルク推定手段、前記回転軸外
乱負荷トルク推定手段及び移動軸外乱負荷トルク推定手
段とによって推定された推定外乱トルクを合成して得ら
れた合成トルクとあらかじめ設定した基準トルクとを比
較して前記合成トルクが前記基準トルクを越えたときに
前記工具は破損または摩耗であると判断する比較判断手
段とを有することを特徴とする工具破損・摩耗検出装置
が提供される。
【０００８】
【作用】上述の手段によれば、静止軸外乱負荷トルク推
定手段によって被加工物と工具との相対移動を行わない
１つまたは複数の軸、たとえば、Ｘ軸およびＹ軸におけ
る外乱負荷トルクを監視するようにしており、これによ
り、稼働軸には現れない工具破損時の情報を検出できる
ようになり、工具破損のより正確な検出を可能にしてい
る。
定手段によって被加工物と工具との相対移動を行わない
１つまたは複数の軸、たとえば、Ｘ軸およびＹ軸におけ
る外乱負荷トルクを監視するようにしており、これによ
り、稼働軸には現れない工具破損時の情報を検出できる
ようになり、工具破損のより正確な検出を可能にしてい
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の工具破損・摩耗検出装置の作用
原理を示すブロック図である。図において、第１の外乱
負荷トルク推定手段１は、主軸回転用のスピンドルモー
タ７３の速度信号Ｘ１ｓとスピンドルモータ７３へのト
ルク指令値Ｕ１ｓとを基にしてスピンドルモータ７３に
働く外乱負荷トルクＹｓを推定する。移動軸外乱負荷ト
ルク推定手段２は、たとえばＺ軸送り用のサーボモータ
６３の速度信号Ｘ１ｚとサーボモータ６３へのトルク指
令値Ｕ１ｚとを基にしてサーボモータ６３に働く外乱負
荷トルクＹｚを推定する。第１の静止軸外乱負荷トルク
推定手段３は、たとえばＸ軸送り用のサーボモータ６１
の速度信号Ｘ１ｘとサーボモータ６１へのトルク指令値
Ｕ１ｘとを基にしてサーボモータ６１に働く外乱負荷ト
ルクＹｘを推定する。第２の静止軸外乱負荷トルク推定
手段４は、たとえばＹ軸送り用のサーボモータ６２の速
度信号Ｘ１ｙとサーボモータ６２へのトルク指令値Ｕ１
ｙとを基にしてサーボモータ６２に働く外乱負荷トルク
Ｙｙを推定する。
明する。図１は本発明の工具破損・摩耗検出装置の作用
原理を示すブロック図である。図において、第１の外乱
負荷トルク推定手段１は、主軸回転用のスピンドルモー
タ７３の速度信号Ｘ１ｓとスピンドルモータ７３へのト
ルク指令値Ｕ１ｓとを基にしてスピンドルモータ７３に
働く外乱負荷トルクＹｓを推定する。移動軸外乱負荷ト
ルク推定手段２は、たとえばＺ軸送り用のサーボモータ
６３の速度信号Ｘ１ｚとサーボモータ６３へのトルク指
令値Ｕ１ｚとを基にしてサーボモータ６３に働く外乱負
荷トルクＹｚを推定する。第１の静止軸外乱負荷トルク
推定手段３は、たとえばＸ軸送り用のサーボモータ６１
の速度信号Ｘ１ｘとサーボモータ６１へのトルク指令値
Ｕ１ｘとを基にしてサーボモータ６１に働く外乱負荷ト
ルクＹｘを推定する。第２の静止軸外乱負荷トルク推定
手段４は、たとえばＹ軸送り用のサーボモータ６２の速
度信号Ｘ１ｙとサーボモータ６２へのトルク指令値Ｕ１
ｙとを基にしてサーボモータ６２に働く外乱負荷トルク
Ｙｙを推定する。
【００１０】比較手段５は、これらの推定外乱負荷トル
クＹｓ，Ｙｚ，ＹｘおよびＹｙを入力してあらかじめ設
定した基準トルクＹｅと比較する。比較手段５において
は、これら推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｚ，Ｙｘおよび
Ｙｙを合成した合成外乱負荷トルクＹまたは個々の推定
外乱負荷トルクＹｚ，ＹｘまたはＹｙが基準トルクＹｅ
より大きいときは、工具は破損したと判断し、機械停止
指令手段６に対して工具破損を表す信号を出力する。機
械停止指令手段６は、比較手段５から工具破損を表す信
号を受けて、数値制御装置に機械停止の指令信号などを
出力する。
クＹｓ，Ｙｚ，ＹｘおよびＹｙを入力してあらかじめ設
定した基準トルクＹｅと比較する。比較手段５において
は、これら推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｚ，Ｙｘおよび
Ｙｙを合成した合成外乱負荷トルクＹまたは個々の推定
外乱負荷トルクＹｚ，ＹｘまたはＹｙが基準トルクＹｅ
より大きいときは、工具は破損したと判断し、機械停止
指令手段６に対して工具破損を表す信号を出力する。機
械停止指令手段６は、比較手段５から工具破損を表す信
号を受けて、数値制御装置に機械停止の指令信号などを
出力する。
【００１１】比較手段５では、各外乱負荷トルク推定手
段１〜４からの推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｚ，Ｙｘお
よびＹｙとあらかじめ設定した基準トルクとを基にして
工具破損を判断しているが、その方法について説明す
る。
段１〜４からの推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｚ，Ｙｘお
よびＹｙとあらかじめ設定した基準トルクとを基にして
工具破損を判断しているが、その方法について説明す
る。
【００１２】第１の方法は、すべての推定外乱負荷トル
クＹｓ，Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚをそれぞれ適当な係数を
掛けて加えた合成トルクと基準トルクＹｅとを比較する
方法である。合成トルクＹは、
クＹｓ，Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚをそれぞれ適当な係数を
掛けて加えた合成トルクと基準トルクＹｅとを比較する
方法である。合成トルクＹは、
【００１３】
【数３】
Ｙ＝α・Ｙｚ＋β・Ｙｓ＋γ・Ｙｘ＋δ・Ｙｙ ・・・（１）
または
【００１４】
【数４】
Ｙ＝α・Ｙｚ＋β・Ｙｓ＋η（γ・Ｙｘ2 ＋δ・Ｙｙ2 ）1/2 ・・・（２）
で表され、ここに、α，β，γ，δおよびηは実験デー
タを基に決められる係数である。また、基準トルクＹｅ
についても実験データを基に決められる。ここで、合成
トルクＹが基準トルクＹｅより大きい場合には、工具が
破損されていると判断する。
タを基に決められる係数である。また、基準トルクＹｅ
についても実験データを基に決められる。ここで、合成
トルクＹが基準トルクＹｅより大きい場合には、工具が
破損されていると判断する。
【００１５】第２の方法は、個々の推定外乱負荷トルク
Ｙｓ，Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚとそれに対応する個々の基
準トルクＹｅ1 〜Ｙｅ4 とを比較する方法である。それ
ぞれの比較において、推定外乱負荷トルクＹｓが基準ト
ルクＹｅ1 より小さい場合、または推定外乱負荷トルク
Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚのいずれか１つでもそれに対応す
る基準トルクＹｅ2 〜Ｙｅ4 より大きい場合には、工具
が破損されていると判断する。
Ｙｓ，Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚとそれに対応する個々の基
準トルクＹｅ1 〜Ｙｅ4 とを比較する方法である。それ
ぞれの比較において、推定外乱負荷トルクＹｓが基準ト
ルクＹｅ1 より小さい場合、または推定外乱負荷トルク
Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚのいずれか１つでもそれに対応す
る基準トルクＹｅ2 〜Ｙｅ4 より大きい場合には、工具
が破損されていると判断する。
【００１６】第３の方法は、推定外乱負荷トルクＹｓ，
Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚの一部を合成して比較し、残りは
これらを合成して比較するか、または個々の比較をする
方法である。
Ｙｘ，ＹｙおよびＹｚの一部を合成して比較し、残りは
これらを合成して比較するか、または個々の比較をする
方法である。
【００１７】たとえば、推定外乱負荷トルクＹｓおよび
Ｙｚを合成して合成トルクＹ１とし、また、推定外乱負
荷トルクＹｘおよびＹｙを合成して合成トルクＹ２とす
る。合成トルクＹ１およびＹ２はそれぞれ対応する基準
トルクＹｅ1 およびＹｅ2 と比較し、いずれか一方でも
対応する基準トルクより大きくなった場合に、工具が破
損されていると判断する。
Ｙｚを合成して合成トルクＹ１とし、また、推定外乱負
荷トルクＹｘおよびＹｙを合成して合成トルクＹ２とす
る。合成トルクＹ１およびＹ２はそれぞれ対応する基準
トルクＹｅ1 およびＹｅ2 と比較し、いずれか一方でも
対応する基準トルクより大きくなった場合に、工具が破
損されていると判断する。
【００１８】また、推定外乱負荷トルクＹｓを対応する
基準トルクと比較し、推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙお
よびＹｚを合成した合成トルクと別の基準トルクとを比
較し、推定外乱負荷トルクＹｓがその基準トルクより小
さい場合においても合成トルクがその基準トルクより大
きくなった場合に、工具が破損されていると判断する。
基準トルクと比較し、推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙお
よびＹｚを合成した合成トルクと別の基準トルクとを比
較し、推定外乱負荷トルクＹｓがその基準トルクより小
さい場合においても合成トルクがその基準トルクより大
きくなった場合に、工具が破損されていると判断する。
【００１９】図２は本発明の工具破損・摩耗検出装置を
構成する数値制御装置のハードウェアのブロック図であ
る。図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）であ
る。プロセッサ１１は数値制御装置１０全体の制御の中
心となるプロセッサであり、バス２１を介して、読取り
専用メモリ（ＲＯＭ）１２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。ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）１３には一時的な計算データ、表示
データなどが格納される。ランダムアクセスメモリ１３
にはＤＲＡＭが使用される。不揮発性メモリ（ＣＭＯ
Ｓ）１４には加工プログラムおよび各種パラメータなど
が格納される。不揮発性メモリ１４は、図示されていな
いバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電
源がオフされても、それらのデータはそのまま保持され
る。
構成する数値制御装置のハードウェアのブロック図であ
る。図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）であ
る。プロセッサ１１は数値制御装置１０全体の制御の中
心となるプロセッサであり、バス２１を介して、読取り
専用メモリ（ＲＯＭ）１２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。ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）１３には一時的な計算データ、表示
データなどが格納される。ランダムアクセスメモリ１３
にはＤＲＡＭが使用される。不揮発性メモリ（ＣＭＯ
Ｓ）１４には加工プログラムおよび各種パラメータなど
が格納される。不揮発性メモリ１４は、図示されていな
いバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電
源がオフされても、それらのデータはそのまま保持され
る。
【００２０】インタフェース（ＩＮＴ）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・パンチャーなどの外部機
器（ＴＲ）３１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
力することができる。
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・パンチャーなどの外部機
器（ＴＲ）３１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
力することができる。
【００２１】プログラマブル・マシン・コントローラ
（ＰＭＣ）１６は数値制御装置１０に内蔵され、ラダー
形式で作成されたシーケンスプログラムで機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能およびＴ機能に従って、これらをシーケンスプロ
グラムで機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット
１７から機械側に出力する。この出力信号は機械側のマ
グネットなどを駆動し、油圧バルブ、空圧バルブおよび
電気アクチュエータなどを作動させる。また、機械側の
リミットスイッチおよび機械操作盤のスイッチなどの信
号を受けて、必要な処理をして、プロセッサ１１に渡
す。
（ＰＭＣ）１６は数値制御装置１０に内蔵され、ラダー
形式で作成されたシーケンスプログラムで機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能およびＴ機能に従って、これらをシーケンスプロ
グラムで機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット
１７から機械側に出力する。この出力信号は機械側のマ
グネットなどを駆動し、油圧バルブ、空圧バルブおよび
電気アクチュエータなどを作動させる。また、機械側の
リミットスイッチおよび機械操作盤のスイッチなどの信
号を受けて、必要な処理をして、プロセッサ１１に渡
す。
【００２２】グラフィック制御回路（ＣＲＴＣ）１８は
各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データな
どのディジタルデータを画像信号に変換して出力する。
この画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩ（Cathode Ray Tube / M
anual Data Input）ユニット２５の表示装置（ＣＲＴ）
２６に送られ、表示装置２６に表示される。インタフェ
ース（ＩＮＴ）１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内の
キーボード（ＫＥＹ）２７からのデータを受けて、プロ
セッサ１１に渡す。
各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データな
どのディジタルデータを画像信号に変換して出力する。
この画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩ（Cathode Ray Tube / M
anual Data Input）ユニット２５の表示装置（ＣＲＴ）
２６に送られ、表示装置２６に表示される。インタフェ
ース（ＩＮＴ）１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内の
キーボード（ＫＥＹ）２７からのデータを受けて、プロ
セッサ１１に渡す。
【００２３】インタフェース（ＩＮＴ）２０は手動パル
ス発生器３２に接続され、手動パルス発生器３２からの
パルスを受ける。手動パルス発生器３２は機械操作盤に
実装され、手動で機械稼働部を精密に位置決めするのに
使用される。
ス発生器３２に接続され、手動パルス発生器３２からの
パルスを受ける。手動パルス発生器３２は機械操作盤に
実装され、手動で機械稼働部を精密に位置決めするのに
使用される。
【００２４】軸制御回路４１〜４３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５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のサーボモータ６１
〜６３を駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ
６３には、位置検出用のパルスコーダ６３１が内蔵され
ており、このパルスコーダ６３１から位置信号がパルス
列として軸制御回路４３にフィードバックされる。ここ
では図示されていないが、Ｘ軸の送りを制御するサーボ
モータ６１、Ｙ軸の送りを制御するサーボモータ６２に
も、上記サーボモータ６３と同様に位置検出用のパルス
コーダが内蔵され、そのパルスコーダから位置信号がパ
ルス列としてフィードバックされる。場合によっては、
位置検出器として、リニアスケールが使用される。ま
た、このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速度）変換するこ
とにより、速度信号Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ，Ｘ１ｚを生成する
ことができる。
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５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のサーボモータ６１
〜６３を駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ
６３には、位置検出用のパルスコーダ６３１が内蔵され
ており、このパルスコーダ６３１から位置信号がパルス
列として軸制御回路４３にフィードバックされる。ここ
では図示されていないが、Ｘ軸の送りを制御するサーボ
モータ６１、Ｙ軸の送りを制御するサーボモータ６２に
も、上記サーボモータ６３と同様に位置検出用のパルス
コーダが内蔵され、そのパルスコーダから位置信号がパ
ルス列としてフィードバックされる。場合によっては、
位置検出器として、リニアスケールが使用される。ま
た、このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速度）変換するこ
とにより、速度信号Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ，Ｘ１ｚを生成する
ことができる。
【００２５】軸制御回路４１，４２，４３は、ここでは
図示されていないプロセッサをそれぞれ備えてソフトウ
ェア処理を行い、その一部にオブザーバ４１０，４２
０，４３０を有している。これらオブザーバ４１０，４
２０，４３０は、上記の速度信号Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ，Ｘ１
ｚなどを受けてサーボモータ６１，６２，６３に働く外
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚを推定する。その推定外
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚはプログラマブル・マシ
ン・コントローラ１６に送られる。その詳細は後述す
る。
図示されていないプロセッサをそれぞれ備えてソフトウ
ェア処理を行い、その一部にオブザーバ４１０，４２
０，４３０を有している。これらオブザーバ４１０，４
２０，４３０は、上記の速度信号Ｘ１ｘ，Ｘ１ｙ，Ｘ１
ｚなどを受けてサーボモータ６１，６２，６３に働く外
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚを推定する。その推定外
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚはプログラマブル・マシ
ン・コントローラ１６に送られる。その詳細は後述す
る。
【００２６】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
指令およびスピンドルのオリエンテーションなどの指令
を受けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号
を出力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速
度信号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回
転速度で回転させる。また、オリエンテーション指令に
よって、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
指令およびスピンドルのオリエンテーションなどの指令
を受けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号
を出力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速
度信号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回
転速度で回転させる。また、オリエンテーション指令に
よって、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
【００２７】スピンドルモータ７３には歯車あるいはベ
ルトを介して、または直接にポジションコーダ８２が結
合されている。したがって、ポジションコーダ８２はス
ピンドルモータ７３に同期して回転し、帰還パルスを出
力し、その帰還パルスはスピンドル制御回路７１にフィ
ードバックされる。このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速
度）変換することにより、速度信号Ｘ１ｓを生成するこ
とができる。
ルトを介して、または直接にポジションコーダ８２が結
合されている。したがって、ポジションコーダ８２はス
ピンドルモータ７３に同期して回転し、帰還パルスを出
力し、その帰還パルスはスピンドル制御回路７１にフィ
ードバックされる。このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速
度）変換することにより、速度信号Ｘ１ｓを生成するこ
とができる。
【００２８】スピンドル制御回路７１は、上記軸制御回
路４１，４２，４３と同様に、ここでは図示されていな
いプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その一
部にオブザーバ７１０を有している。オブザーバ７１０
は、上記の速度信号Ｘ１ｓなどを受けてスピンドルモー
タ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推定する。その推定
外乱負荷トルクＹｓは、上記の推定外乱負荷トルクＹ
ｘ，Ｙｙ，Ｙｚと同様に、プログラマブル・マシン・コ
ントローラ１６に送られる。
路４１，４２，４３と同様に、ここでは図示されていな
いプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その一
部にオブザーバ７１０を有している。オブザーバ７１０
は、上記の速度信号Ｘ１ｓなどを受けてスピンドルモー
タ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推定する。その推定
外乱負荷トルクＹｓは、上記の推定外乱負荷トルクＹ
ｘ，Ｙｙ，Ｙｚと同様に、プログラマブル・マシン・コ
ントローラ１６に送られる。
【００２９】プログラマブル・マシン・コントローラ１
６は、これらの推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚ，
Ｙｓを受けて所定のソフトウェア処理を行う。たとえ
ば、推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚ、Ｙｓを合成
して合成トルクＹを求め、その合成トルクを基準トルク
Ｙｅと比較して異常トルクを検出し、異常トルク検出の
場合はプロセッサ１１に対して機械停止などを指令す
る。
６は、これらの推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚ，
Ｙｓを受けて所定のソフトウェア処理を行う。たとえ
ば、推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，Ｙｚ、Ｙｓを合成
して合成トルクＹを求め、その合成トルクを基準トルク
Ｙｅと比較して異常トルクを検出し、異常トルク検出の
場合はプロセッサ１１に対して機械停止などを指令す
る。
【００３０】図３は本発明に係るオブザーバのブロック
図である。このブロック図に示した処理は、上述したよ
うに、軸制御回路４１，４２，４３のオブザーバ４１
０，４２０，４３０およびスピンドル制御回路７１のオ
ブザーバ７１０において実行される。オブザーバ４１
０，４２０，４３０および７１０は、同一の構成を有し
ているので、ここではオブザーバ４３０について説明
し、オブザーバ４１０，４２０，７１０の説明は省略す
る。
図である。このブロック図に示した処理は、上述したよ
うに、軸制御回路４１，４２，４３のオブザーバ４１
０，４２０，４３０およびスピンドル制御回路７１のオ
ブザーバ７１０において実行される。オブザーバ４１
０，４２０，４３０および７１０は、同一の構成を有し
ているので、ここではオブザーバ４３０について説明
し、オブザーバ４１０，４２０，７１０の説明は省略す
る。
【００３１】図において、電流Ｕ１ｚは、上述したプロ
セッサ１１からの移動指令を受けてサーボモータ６３に
出力されるトルク指令値であり、要素４０１に入力され
てサーボモータ６３の出力トルクとなる。サーボモータ
６３の出力トルクには演算要素４０２において、外乱負
荷トルクＸ２が加算される。演算要素４０２の出力は要
素４０３によって、速度信号Ｘ１ｚとなる。ここで、Ｋ
ｔ，Ｊはサーボモータ６３のトルク定数およびイナーシ
ャである。
セッサ１１からの移動指令を受けてサーボモータ６３に
出力されるトルク指令値であり、要素４０１に入力され
てサーボモータ６３の出力トルクとなる。サーボモータ
６３の出力トルクには演算要素４０２において、外乱負
荷トルクＸ２が加算される。演算要素４０２の出力は要
素４０３によって、速度信号Ｘ１ｚとなる。ここで、Ｋ
ｔ，Ｊはサーボモータ６３のトルク定数およびイナーシ
ャである。
【００３２】一方、電流Ｕ１ｚはオブザーバ４３０に入
力される。オブザーバ４３０は電流Ｕ１ｚとサーボモー
タ６３の速度Ｘ１ｚから、推定速度ＸＸ１を求め、サー
ボモータ６３の速度を制御する。ここでは、これらのサ
ーボモータ６３の速度制御については省略し、外乱負荷
トルクを推定するための演算のみを説明する。電流Ｕ１
ｚは要素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２
へ出力される。演算要素４１２では、後述する比例要素
４１４からの帰還を加え、さらに、演算要素４１３で積
分要素４１５からの帰還を加算する。演算要素４１２お
よび４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３
の出力は積分要素４１６に入力され、サーボモータ６３
の推定速度ＸＸ１として出力される。
力される。オブザーバ４３０は電流Ｕ１ｚとサーボモー
タ６３の速度Ｘ１ｚから、推定速度ＸＸ１を求め、サー
ボモータ６３の速度を制御する。ここでは、これらのサ
ーボモータ６３の速度制御については省略し、外乱負荷
トルクを推定するための演算のみを説明する。電流Ｕ１
ｚは要素４１１で（Ｋｔ／Ｊ）をかけ、演算要素４１２
へ出力される。演算要素４１２では、後述する比例要素
４１４からの帰還を加え、さらに、演算要素４１３で積
分要素４１５からの帰還を加算する。演算要素４１２お
よび４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３
の出力は積分要素４１６に入力され、サーボモータ６３
の推定速度ＸＸ１として出力される。
【００３３】推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｚとの差を演
算要素４１７で求め、それぞれ、比例要素４１４および
積分要素４１５に帰還する。ここで、比例要素４１４は
比例定数Ｋ１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1
である。また、積分要素４１５も積分定数Ｋ２を有す
る。積分定数Ｋ２の単位はｓｅｃ-2である。ここで、比
例定数Ｋ１と積分定数Ｋ２とによって、帰還すべき周波
数帯域が決められる。
算要素４１７で求め、それぞれ、比例要素４１４および
積分要素４１５に帰還する。ここで、比例要素４１４は
比例定数Ｋ１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1
である。また、積分要素４１５も積分定数Ｋ２を有す
る。積分定数Ｋ２の単位はｓｅｃ-2である。ここで、比
例定数Ｋ１と積分定数Ｋ２とによって、帰還すべき周波
数帯域が決められる。
【００３４】積分要素４１５の出力は推定外乱負荷トル
クＸＸ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であ
り、比例要素４２０によって、電流値に変換される。た
だし、トルク表示をするために、この電流値を推定外乱
負荷トルクＹｚで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０
３のＪと同じサーボモータ６３のイナーシャであり、Ｋ
ｔは要素４０１のトルク定数と同じである。Ａは係数で
あり、１以下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）
を補正するための係数である。このように、オブザーバ
４３０を用いてサーボモータ６３の推定外乱負荷トルク
Ｙｚが求められ、プログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６に送られる。
クＸＸ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であ
り、比例要素４２０によって、電流値に変換される。た
だし、トルク表示をするために、この電流値を推定外乱
負荷トルクＹｚで表示する。ここで、Ｊは先の要素４０
３のＪと同じサーボモータ６３のイナーシャであり、Ｋ
ｔは要素４０１のトルク定数と同じである。Ａは係数で
あり、１以下の数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）
を補正するための係数である。このように、オブザーバ
４３０を用いてサーボモータ６３の推定外乱負荷トルク
Ｙｚが求められ、プログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６に送られる。
【００３５】他のサーボモータ６１および６２の推定外
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙについても、まったく同様の方
法にて求められる。さらに、スピンドルモータ７３の推
定外乱負荷トルクＹｓも、同様にしてオブザーバ７１０
を用いて求められる。この場合、オブザーバ７１０は、
電流Ｕ１ｓとスピンドルモータ７３の速度信号Ｘ１ｓか
ら推定外乱負荷トルクＹｓを求める。電流Ｕ１ｓは、プ
ロセッサ１１からのスピンドル回転指令を受けてスピン
ドルモータ７３に出力されるトルク指令値である。
乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙについても、まったく同様の方
法にて求められる。さらに、スピンドルモータ７３の推
定外乱負荷トルクＹｓも、同様にしてオブザーバ７１０
を用いて求められる。この場合、オブザーバ７１０は、
電流Ｕ１ｓとスピンドルモータ７３の速度信号Ｘ１ｓか
ら推定外乱負荷トルクＹｓを求める。電流Ｕ１ｓは、プ
ロセッサ１１からのスピンドル回転指令を受けてスピン
ドルモータ７３に出力されるトルク指令値である。
【００３６】これらの推定外乱負荷トルクＹｘ，Ｙｙ，
ＹｚおよびＹｓはプログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６に送られる。プログラマブル・マシン・コントロ
ーラ１６は、上述したように、これらの推定外乱負荷ト
ルクＹｘ，Ｙｙ，ＹｚおよびＹｓを用いて工具破損検出
の処理を行い、工具破損であると判断したときにはプロ
セッサ１１へ機械停止などを指令する。
ＹｚおよびＹｓはプログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６に送られる。プログラマブル・マシン・コントロ
ーラ１６は、上述したように、これらの推定外乱負荷ト
ルクＹｘ，Ｙｙ，ＹｚおよびＹｓを用いて工具破損検出
の処理を行い、工具破損であると判断したときにはプロ
セッサ１１へ機械停止などを指令する。
【００３７】また、工具破損検出の処理では、主軸およ
び各移動軸の推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙおよ
びＹｚを基にしているが、これらは工具破損に至る状
態、すなわち、工具摩耗の状態をも表している。このた
め、推定外乱負荷トルクはこれらの大きさに応じて軸移
動を減速、停止または工具交換を行う処理を行うことも
可能である。このプログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６において行われる処理の一例を図４および図５を
用いて説明する。
び各移動軸の推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙおよ
びＹｚを基にしているが、これらは工具破損に至る状
態、すなわち、工具摩耗の状態をも表している。このた
め、推定外乱負荷トルクはこれらの大きさに応じて軸移
動を減速、停止または工具交換を行う処理を行うことも
可能である。このプログラマブル・マシン・コントロー
ラ１６において行われる処理の一例を図４および図５を
用いて説明する。
【００３８】図４はプログラマブル・マシン・コントロ
ーラでの処理手順の第１の例を示すフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚを
読み込む。 〔Ｓ２〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚを
たとえば前述の式（１）に従って合成し、合成トルクＹ
を求める。 〔Ｓ３〕合成トルクＹがあらかじめ設定した基準トルク
Ｙ1 以上であるか否かを判断する。Ｙ1 以上であればス
テップＳ６に、そうでなければステップＳ４にそれぞれ
進む。この基準トルクＹ1 は工具が破損したことによっ
て発生する衝撃を検出するための工具破損検出レベルで
あり、工具種類やワーク材質の硬さなどの要因に基づい
て可変に設定される。 〔Ｓ４〕合成トルクＹが基準トルクＹ1 未満であり基準
トルクＹ2 以上であるか否かを判断する。この基準トル
クＹ2 は工具種類やワーク材質の硬さに加え、工具摩
耗、クーラント量、切粉など様々な要因による異常負荷
検出レベルであり、これらの要因に基づいて可変に設定
される。Ｙ2 以上であればステップＳ５に、そうでなけ
れば異常でないと判断してプログラムをそのまま終了す
る。 〔Ｓ５〕合成トルクＹがＹ1 未満でＹ2 以上の場合であ
り、減速信号を出力してたとえば、Ｚ軸のサーボモータ
６３を減速させる。または、工具交換指令を行う。 〔Ｓ６〕合成トルクＹがＹ1 以上の場合であり、工具破
損による衝撃が生じたとして、機械停止信号を出力して
機械を停止させ、アラーム表示する。機械の停止動作
は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送り
速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。
ーラでの処理手順の第１の例を示すフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚを
読み込む。 〔Ｓ２〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚを
たとえば前述の式（１）に従って合成し、合成トルクＹ
を求める。 〔Ｓ３〕合成トルクＹがあらかじめ設定した基準トルク
Ｙ1 以上であるか否かを判断する。Ｙ1 以上であればス
テップＳ６に、そうでなければステップＳ４にそれぞれ
進む。この基準トルクＹ1 は工具が破損したことによっ
て発生する衝撃を検出するための工具破損検出レベルで
あり、工具種類やワーク材質の硬さなどの要因に基づい
て可変に設定される。 〔Ｓ４〕合成トルクＹが基準トルクＹ1 未満であり基準
トルクＹ2 以上であるか否かを判断する。この基準トル
クＹ2 は工具種類やワーク材質の硬さに加え、工具摩
耗、クーラント量、切粉など様々な要因による異常負荷
検出レベルであり、これらの要因に基づいて可変に設定
される。Ｙ2 以上であればステップＳ５に、そうでなけ
れば異常でないと判断してプログラムをそのまま終了す
る。 〔Ｓ５〕合成トルクＹがＹ1 未満でＹ2 以上の場合であ
り、減速信号を出力してたとえば、Ｚ軸のサーボモータ
６３を減速させる。または、工具交換指令を行う。 〔Ｓ６〕合成トルクＹがＹ1 以上の場合であり、工具破
損による衝撃が生じたとして、機械停止信号を出力して
機械を停止させ、アラーム表示する。機械の停止動作
は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送り
速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。
【００３９】このように、本実施例では、サーボモータ
６１，６２，６３およびスピンドルモータ７３に働く外
乱負荷トルクをオブザーバ４１０，４２０，４３０およ
び７１０を用いて推定し、工具破損を検出するようにし
た。このため、工具破損検出を外部センサの追加なしで
簡単に行うことができる。また、推定した外乱負荷トル
クには加減速負荷は含まれず、したがって、主軸および
各軸に加わる負荷、すなわち工具に加わるあらゆる負荷
を正確に推定することができるので、主軸およびＺ軸だ
けでは検出できなかった異常をも高精度に検出すること
ができる。
６１，６２，６３およびスピンドルモータ７３に働く外
乱負荷トルクをオブザーバ４１０，４２０，４３０およ
び７１０を用いて推定し、工具破損を検出するようにし
た。このため、工具破損検出を外部センサの追加なしで
簡単に行うことができる。また、推定した外乱負荷トル
クには加減速負荷は含まれず、したがって、主軸および
各軸に加わる負荷、すなわち工具に加わるあらゆる負荷
を正確に推定することができるので、主軸およびＺ軸だ
けでは検出できなかった異常をも高精度に検出すること
ができる。
【００４０】図５はプログラマブル・マシン・コントロ
ーラでの処理手順の第２の例を示すフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１１〕切削中信号を読み込む。すなわち、プロセッ
サが加工プログラム中の例えばＧコードを読んだとき
に、プロセッサは切削中であると判断する。 〔Ｓ１２〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ
を読み込む。 〔Ｓ１３〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ
をたとえば前述の式（１）に従って合成し、合成トルク
Ｙを求める。 〔Ｓ１４〕合成トルクＹがあらかじめ設定した基準トル
クＹ1 以上であるか否かを判断する。Ｙ1 以上であれば
ステップＳ２０に、そうでなければステップＳ１５にそ
れぞれ進む。この基準トルクＹ1 は工具破損検出レベル
であり、工具種類やワーク材質の硬さなどの要因に基づ
いて可変に設定される。 〔Ｓ１５〕合成トルクＹが基準トルクＹ1 未満であり基
準トルクＹ2 以上であるか否かを判断する。この基準ト
ルクＹ2 は工具種類やワーク材質の硬さに加え、工具摩
耗、クーラント量、切粉など様々な要因によって定まる
異常負荷検出レベルであり、これらの要因に基づいて可
変に設定される。Ｙ2 以上であればステップＳ１９に、
そうでなければステップＳ１６にそれぞれ進む。 〔Ｓ１６〕切削中信号が終了したか否かを判断する。終
了のときはステップＳ１７に、そうでなければステップ
Ｓ１４にそれぞれ戻る。 〔Ｓ１７〕切削終了時点において、その切削期間中全体
にわたって合成トルクＹが基準トルクＹ3 以下であるか
否かを判断する。この基準トルクＹ3 は微小レベルに設
定されている。Ｙ3 以下であればステップＳ１８に、そ
うでなければ異常は発生していないと判断してプログラ
ムをそのまま終了する。 〔Ｓ１８〕合成トルクＹが異常に低いか０の場合であ
り、工具に破損などの異常が発生していると判断し、機
械停止信号を出力し、アラーム表示する。これは、工具
破損による衝撃がどの外乱負荷トルクにも現れないで、
工具破損検出ができなかった場合である。機械の停止動
作は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送
り速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。 〔Ｓ１９〕合成トルクＹがＹ1 未満でＹ2 以上の場合で
あり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速させ
る。または、工具交換指令を行う。 〔Ｓ２０〕合成トルクＹがＹ1 以上の場合であり、工具
破損による衝撃が生じたとして、機械停止信号を出力し
て機械を停止させ、アラーム表示する。機械の停止動作
は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送り
速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。
ーラでの処理手順の第２の例を示すフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１１〕切削中信号を読み込む。すなわち、プロセッ
サが加工プログラム中の例えばＧコードを読んだとき
に、プロセッサは切削中であると判断する。 〔Ｓ１２〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ
を読み込む。 〔Ｓ１３〕推定外乱負荷トルクＹｓ，Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ
をたとえば前述の式（１）に従って合成し、合成トルク
Ｙを求める。 〔Ｓ１４〕合成トルクＹがあらかじめ設定した基準トル
クＹ1 以上であるか否かを判断する。Ｙ1 以上であれば
ステップＳ２０に、そうでなければステップＳ１５にそ
れぞれ進む。この基準トルクＹ1 は工具破損検出レベル
であり、工具種類やワーク材質の硬さなどの要因に基づ
いて可変に設定される。 〔Ｓ１５〕合成トルクＹが基準トルクＹ1 未満であり基
準トルクＹ2 以上であるか否かを判断する。この基準ト
ルクＹ2 は工具種類やワーク材質の硬さに加え、工具摩
耗、クーラント量、切粉など様々な要因によって定まる
異常負荷検出レベルであり、これらの要因に基づいて可
変に設定される。Ｙ2 以上であればステップＳ１９に、
そうでなければステップＳ１６にそれぞれ進む。 〔Ｓ１６〕切削中信号が終了したか否かを判断する。終
了のときはステップＳ１７に、そうでなければステップ
Ｓ１４にそれぞれ戻る。 〔Ｓ１７〕切削終了時点において、その切削期間中全体
にわたって合成トルクＹが基準トルクＹ3 以下であるか
否かを判断する。この基準トルクＹ3 は微小レベルに設
定されている。Ｙ3 以下であればステップＳ１８に、そ
うでなければ異常は発生していないと判断してプログラ
ムをそのまま終了する。 〔Ｓ１８〕合成トルクＹが異常に低いか０の場合であ
り、工具に破損などの異常が発生していると判断し、機
械停止信号を出力し、アラーム表示する。これは、工具
破損による衝撃がどの外乱負荷トルクにも現れないで、
工具破損検出ができなかった場合である。機械の停止動
作は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送
り速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。 〔Ｓ１９〕合成トルクＹがＹ1 未満でＹ2 以上の場合で
あり、減速信号を出力してサーボモータ６３を減速させ
る。または、工具交換指令を行う。 〔Ｓ２０〕合成トルクＹがＹ1 以上の場合であり、工具
破損による衝撃が生じたとして、機械停止信号を出力し
て機械を停止させ、アラーム表示する。機械の停止動作
は、工具破損を検出した時点で、加工を停止し、早送り
速度２５％でＺ軸を原点復帰させる。
【００４１】このように、本実施例では、サーボモータ
６１，６２，６３およびスピンドルモータ７３に働く外
乱負荷トルクをオブザーバ４１０，４２０，４３０およ
び７１０を用いて推定し、これから合成トルクが異常に
高いまたは異常に低い場合に工具が破損していると判断
する。このため、工具破損検出を外部センサの追加なし
で簡単に行うことができる。また、推定した外乱負荷ト
ルクには加減速負荷は含まれず、したがって、主軸およ
び各軸に加わる負荷、すなわち工具に加わるあらゆる負
荷を正確に推定することができるので、主軸およびＺ軸
だけでは検出できなかった異常負荷をも高精度に検出す
ることができる。
６１，６２，６３およびスピンドルモータ７３に働く外
乱負荷トルクをオブザーバ４１０，４２０，４３０およ
び７１０を用いて推定し、これから合成トルクが異常に
高いまたは異常に低い場合に工具が破損していると判断
する。このため、工具破損検出を外部センサの追加なし
で簡単に行うことができる。また、推定した外乱負荷ト
ルクには加減速負荷は含まれず、したがって、主軸およ
び各軸に加わる負荷、すなわち工具に加わるあらゆる負
荷を正確に推定することができるので、主軸およびＺ軸
だけでは検出できなかった異常負荷をも高精度に検出す
ることができる。
【００４２】なお、上記の説明では、推定外乱負荷トル
クと基準トルクの比較、減速停止指令などをプログラマ
ブル・マシン・コントローラで行ったが、数値制御装置
全体を制御するプロセッサ１１で行うように構成しても
よい。
クと基準トルクの比較、減速停止指令などをプログラマ
ブル・マシン・コントローラで行ったが、数値制御装置
全体を制御するプロセッサ１１で行うように構成しても
よい。
【００４３】図６はドリルによる正常な切削加工時の各
軸の外乱負荷の変化を示す図である。この例は、使用ド
リルが５．５ｍｍ径の超硬ドリル、切削条件として、主
軸回転数２００ｒｐｍ、送り速度２９０ｍｍ／分、穴深
さ１６．５ｍｍ、被切削物（ワーク）がＡ５０５２Ｐ、
そして水溶性のクーラントがある場合である。
軸の外乱負荷の変化を示す図である。この例は、使用ド
リルが５．５ｍｍ径の超硬ドリル、切削条件として、主
軸回転数２００ｒｐｍ、送り速度２９０ｍｍ／分、穴深
さ１６．５ｍｍ、被切削物（ワーク）がＡ５０５２Ｐ、
そして水溶性のクーラントがある場合である。
【００４４】切削加工時に見られる各軸の外乱負荷によ
れば、時刻ｔ１からＺ軸を下げ始め、時刻ｔ２にてドリ
ルがワークに到達し、切削加工が開始される。時刻ｔ３
で加工が終了すると、Ｚ軸を停止させ、Ｚ軸を原点復帰
させる。一方、主軸では、時刻ｔ３で主軸回転の停止動
作を開始させる。ここでは、実切削中、すなわち、時刻
ｔ２〜ｔ３の間には、静止軸であるＸ軸およびＹ軸に特
別顕著な外乱負荷の変化は見られない。
れば、時刻ｔ１からＺ軸を下げ始め、時刻ｔ２にてドリ
ルがワークに到達し、切削加工が開始される。時刻ｔ３
で加工が終了すると、Ｚ軸を停止させ、Ｚ軸を原点復帰
させる。一方、主軸では、時刻ｔ３で主軸回転の停止動
作を開始させる。ここでは、実切削中、すなわち、時刻
ｔ２〜ｔ３の間には、静止軸であるＸ軸およびＹ軸に特
別顕著な外乱負荷の変化は見られない。
【００４５】なお、この図において、主軸に関しては、
外乱負荷はその変化が下方に変化するほど大きいことを
示しており、したがって、切削加工終了時ｔ３、すなわ
ち、穴底での負荷が最大になっている。また、各軸の測
定レンジは、図面を見やすくするためにそれぞれ適当に
変えてある。
外乱負荷はその変化が下方に変化するほど大きいことを
示しており、したがって、切削加工終了時ｔ３、すなわ
ち、穴底での負荷が最大になっている。また、各軸の測
定レンジは、図面を見やすくするためにそれぞれ適当に
変えてある。
【００４６】図７はドリルが破損した時の各軸の外乱負
荷の変化を示す図である。この例は、図６の例と同じ条
件で切削加工をしていて、時刻ｔｘで工具が破損した場
合である。ここで、注目すべき点は、主軸外乱負荷を見
ると、切削時の負荷よりも低い負荷で工具破損が発生し
ていることである。これは、主軸の外乱負荷だけを監視
していては工具破損を検出できないことを意味してい
る。しかし、このときの静止軸、特にこの場合であれ
ば、Ｙ軸に外乱負荷が大きく出ており、これを検出する
ことによって工具破損が検出可能になる。
荷の変化を示す図である。この例は、図６の例と同じ条
件で切削加工をしていて、時刻ｔｘで工具が破損した場
合である。ここで、注目すべき点は、主軸外乱負荷を見
ると、切削時の負荷よりも低い負荷で工具破損が発生し
ていることである。これは、主軸の外乱負荷だけを監視
していては工具破損を検出できないことを意味してい
る。しかし、このときの静止軸、特にこの場合であれ
ば、Ｙ軸に外乱負荷が大きく出ており、これを検出する
ことによって工具破損が検出可能になる。
【００４７】このように主軸の外乱負荷が低いにも拘ら
ず工具が破損してしまうパターンは、特に、工具が超硬
ドリルのように硬いが粘りがなくて脆い性質を有する場
合にこの傾向が強く、破損時の衝撃が被加工物と工具と
が相対移動していない軸に反映されるものと思われる。
ず工具が破損してしまうパターンは、特に、工具が超硬
ドリルのように硬いが粘りがなくて脆い性質を有する場
合にこの傾向が強く、破損時の衝撃が被加工物と工具と
が相対移動していない軸に反映されるものと思われる。
【００４８】また、ドリル加工以外にも、被加工物と工
具とを相対的に移動させる軸と、静止軸とがある加工に
おいても、同様に工具の破損などを検出することができ
る。以下、その具体例について説明する。
具とを相対的に移動させる軸と、静止軸とがある加工に
おいても、同様に工具の破損などを検出することができ
る。以下、その具体例について説明する。
【００４９】図８は工具破損が検出される軸のパターン
を例示した図である。この図において、「○印」は工具
破損を検出した軸を表し、「×印」は工具破損を検出し
ない軸を表している。この図によれば、工具破損による
外乱負荷は静止軸のみに現れる場合と、回転軸または移
動軸にも現れる場合と、すべての軸に現れる場合とがあ
る。
を例示した図である。この図において、「○印」は工具
破損を検出した軸を表し、「×印」は工具破損を検出し
ない軸を表している。この図によれば、工具破損による
外乱負荷は静止軸のみに現れる場合と、回転軸または移
動軸にも現れる場合と、すべての軸に現れる場合とがあ
る。
【００５０】図９はドリル・タップ・リーマ・ボーリン
グ加工などの場合の各軸の分類を示す図である。この図
によれば、ドリル・タップ・リーマ・ボーリング加工な
どの場合、加工によって主軸、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が
とり得る軸は、主軸については回転軸であるが、Ｘ軸、
Ｙ軸およびＺ軸についてはそれぞれ移動軸または静止軸
とすることができる。すなわち、加工によってはＸ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の内、１つが移動軸、他の２軸が静止軸
になることがある。
グ加工などの場合の各軸の分類を示す図である。この図
によれば、ドリル・タップ・リーマ・ボーリング加工な
どの場合、加工によって主軸、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が
とり得る軸は、主軸については回転軸であるが、Ｘ軸、
Ｙ軸およびＺ軸についてはそれぞれ移動軸または静止軸
とすることができる。すなわち、加工によってはＸ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の内、１つが移動軸、他の２軸が静止軸
になることがある。
【００５１】図１０はエンドミル・フライス加工などの
場合の各軸の分類を示す図である。この図によれば、エ
ンドミル・フライス加工などの場合、加工によって主
軸、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸がとり得る軸は、主軸につい
ては回転軸であるが、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸については
それぞれ移動軸または静止軸とすることができる。すな
わち、加工によってはＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の内、１つ
が移動軸、他の２軸が静止軸に、あるいは１つが静止
軸、他の２軸が移動軸になることがある。
場合の各軸の分類を示す図である。この図によれば、エ
ンドミル・フライス加工などの場合、加工によって主
軸、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸がとり得る軸は、主軸につい
ては回転軸であるが、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸については
それぞれ移動軸または静止軸とすることができる。すな
わち、加工によってはＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の内、１つ
が移動軸、他の２軸が静止軸に、あるいは１つが静止
軸、他の２軸が移動軸になることがある。
【００５２】図１１は旋削加工などの場合の各軸の分類
を示す図である。この図によれば、旋削加工などの場
合、加工によって主軸、Ｘ軸およびＺ軸がとり得る軸
は、主軸については回転軸であるが、Ｘ軸およびＺ軸に
ついてはそれぞれ移動軸または静止軸になる場合があ
る。
を示す図である。この図によれば、旋削加工などの場
合、加工によって主軸、Ｘ軸およびＺ軸がとり得る軸
は、主軸については回転軸であるが、Ｘ軸およびＺ軸に
ついてはそれぞれ移動軸または静止軸になる場合があ
る。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、稼働軸
に加えて被加工物と工具とが相対的に移動していない静
止軸に働く外乱負荷トルクをオブザーバを用いて推定
し、これを基に工具破損を判断するようにした。したが
って、稼働軸のみでは拾いきれなかった工具が破損する
場合のあらゆる破損パターンを検出することができ、よ
り高い信頼性で工具の破損を検出することができる。
に加えて被加工物と工具とが相対的に移動していない静
止軸に働く外乱負荷トルクをオブザーバを用いて推定
し、これを基に工具破損を判断するようにした。したが
って、稼働軸のみでは拾いきれなかった工具が破損する
場合のあらゆる破損パターンを検出することができ、よ
り高い信頼性で工具の破損を検出することができる。
【００５４】また、工具摩耗および工具破損のパターン
を幅広く制御できるため、工具破損の検出を確実にする
ことができ、これにより、たとえば工具が破損している
にも拘らず加工を続行したために起こる衝撃による治具
のずれ、あるいは不良品の大量産出はなくなる。
を幅広く制御できるため、工具破損の検出を確実にする
ことができ、これにより、たとえば工具が破損している
にも拘らず加工を続行したために起こる衝撃による治具
のずれ、あるいは不良品の大量産出はなくなる。
【図１】本発明の工具破損・摩耗検出装置の原理を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】本発明の工具破損・摩耗検出装置を構成する数
値制御装置のハードウェアのブロック図である。
値制御装置のハードウェアのブロック図である。
【図３】本発明に係るオブザーバのブロック図である。
【図４】プログラマブル・マシン・コントローラでの処
理手順の第１の例を示すフローチャートである。
理手順の第１の例を示すフローチャートである。
【図５】プログラマブル・マシン・コントローラでの処
理手順の第２の例を示すフローチャートである。
理手順の第２の例を示すフローチャートである。
【図６】ドリルによる正常な切削加工時の各軸の外乱負
荷の変化を示す図である。
荷の変化を示す図である。
【図７】ドリルが破損した時の各軸の外乱負荷の変化を
示す図である。
示す図である。
【図８】工具破損が検出される軸のパターンを例示した
図である。
図である。
【図９】ドリル・タップ・リーマ・ボーリング加工など
の場合の各軸の分類を示す図である。
の場合の各軸の分類を示す図である。
【図１０】エンドミル・フライス加工などの場合の各軸
の分類を示す図である。
の分類を示す図である。
【図１１】旋削加工などの場合の各軸の分類を示す図で
ある。
ある。
１ 回転軸外乱負荷トルク推定手段
２ 移動軸外乱負荷トルク推定手段
３，４ 静止軸外乱負荷トルク推定手段
５ 比較手段
６ 機械停止指令手段
１０ 数値制御装置
１６ プログラマブル・マシン・コントローラ
４１，４２，４３ 軸制御回路
６１，６２，６３ サーボモータ
７１ スピンドル制御回路
７３ スピンドルモータ
４１０，４２０，４３０ オブザーバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−51991（ＪＰ，Ａ)
米国特許4741231（ＵＳ，Ａ)
米国特許3809488（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23Q 17/09
G05B 19/18
Claims (5)
- 【請求項１】 被加工物と工具との相対移動を行う数値
制御工作機械に使用される工具の破損または摩耗を検出
する工具破損・摩耗検出装置において、 被加工物と工具との相対移動をしない１つまたは複数の
軸に働く外乱負荷トルクを推定する静止軸外乱負荷トル
ク推定手段と、工具を回転させる主軸に働く外乱負荷ト
ルクを推定する回転軸外乱負荷トルク推定手段と、被加
工物と工具との相対移動を制御する１つまたは複数の送
り軸に働く外乱負荷トルクを推定する移動軸外乱負荷ト
ルク推定手段と、前記静止軸外乱負荷トルク推定手段、
前記回転軸外乱負荷トルク推定手段及び移動軸外乱負荷
トルク推定手段とによって推定された推定外乱トルクを
合成して得られた合成トルクとあらかじめ設定した基準
トルクとを比較して前記合成トルクが前記基準トルクを
越えたときに前記工具は破損または摩耗であると判断す
る比較判断手段とを有することを特徴とする工具破損・
摩耗検出装置。 - 【請求項２】 前記合成トルクをＹ、前記回転軸外乱ト
ルク推定手段による推定外乱トルクをＹｓ、前記移動軸
外乱トルク推定手段による推定外乱トルクをＹｚ、前記
静止軸外乱負荷トルク推定手段による推定外乱負荷トル
クをＹｘおよびＹｙとし、かつα，β，γおよびδを係
数とするとき、前記合成トルクは 【数１】 Ｙ＝α・Ｙｚ＋β・Ｙｓ＋γ・Ｙｘ＋δ・Ｙｙ で表されることを特徴とする請求項１記載の工具破損・
摩耗検出装置。 - 【請求項３】 前記合成トルクをＹ、前記回転軸外乱ト
ルク推定手段による推定外乱トルクをＹｓ、前記移動軸
外乱トルク推定手段による推定外乱トルクをＹｚ、前記
静止軸外乱負荷トルク推定手段による直交する静止軸の
推定外乱負荷トルクをＹｘおよびＹｙとし、かつα，
β，γ，δおよびηを係数とするとき、前記合成トルク
は 【数２】 Ｙ＝α・Ｙｚ＋β・Ｙｓ＋η（γ・Ｙｘ２＋δ・Ｙ
ｙ２）１／２ で表されることを特徴とする請求項１記載の工具破損・
摩耗検出装置。 - 【請求項４】 前記比較手段は、前記静止軸外乱負荷ト
ルク推定手段、前記回転軸外乱負荷トルク推定手段およ
び前記移動軸外乱負荷トルク推定手段による推定外乱負
荷トルクとそれぞれの推定外乱負荷トルクに対してあら
かじめ設定した基準トルクとを比較して、前記回転軸外
乱負荷トルク推定手段による推定外乱負荷トルクがその
基準トルクに満たない場合、および前記移動軸外乱負荷
トルク推定手段および前記静止軸外乱負荷トルク推定手
段による推定外乱負荷トルクのいずれか１つが対応する
基準トルクを越えた場合に前記工具は破損または摩耗で
あると判断する比較判断手段を有することを特徴とする
請求項１記載の工具破損・摩耗検出装置。 - 【請求項５】 前記比較手段は、前記回転軸外乱負荷ト
ルク推定手段による推定外乱トルクと第１の基準トルク
とを比較して、前記推定外乱トルクが前記第１の基準ト
ルクに満たないときでも、前記移動軸外乱負荷トルク推
定手段および前記静止軸外乱負荷トルク推定手段による
推定外乱トルクの合成トルクと第２の基準トルクとを比
較して、前記合成トルクが前記第２の基準トルクを越え
たときに前記工具は破損または摩耗であると判断するこ
とを特徴とする請求項１記載の工具破損・摩耗検出装
置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31803694A JP3483636B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 工具破損・摩耗検出装置 |
| EP95934851A EP0749804B1 (en) | 1994-12-21 | 1995-10-19 | Tool breakage detecting system |
| US08/682,729 US5773949A (en) | 1994-12-21 | 1995-10-19 | Cutter fracture detecting system |
| PCT/JP1995/002154 WO1996019316A1 (fr) | 1994-12-21 | 1995-10-19 | Systeme de detection de rupture d'outil |
| DE69527416T DE69527416T2 (de) | 1994-12-21 | 1995-10-19 | Werkzeugbruchüberwachungssystem |
| KR1019950052542A KR0158768B1 (ko) | 1994-12-21 | 1995-12-20 | 공구 파손 검출 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31803694A JP3483636B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 工具破損・摩耗検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08174383A JPH08174383A (ja) | 1996-07-09 |
| JP3483636B2 true JP3483636B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=18094785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31803694A Expired - Fee Related JP3483636B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 工具破損・摩耗検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5773949A (ja) |
| EP (1) | EP0749804B1 (ja) |
| JP (1) | JP3483636B2 (ja) |
| KR (1) | KR0158768B1 (ja) |
| DE (1) | DE69527416T2 (ja) |
| WO (1) | WO1996019316A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101704006B1 (ko) * | 2015-11-02 | 2017-02-08 | (주)신명정보통신 | 모드버스 표준 프로토콜을 이용한 공작기계 인터페이스 장치 |
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| KR100579083B1 (ko) * | 2002-12-30 | 2006-05-12 | 두산인프라코어 주식회사 | 공작기계의 공구 이상 검출장치 및 검출방법 |
| DE102008015004A1 (de) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zur Anzeige von Veränderungen an einem Bohrwerkzeug |
| JP2016078126A (ja) * | 2014-10-09 | 2016-05-16 | 株式会社ケーヒン | 基板切断用工具の折損防止方法及び基板切断装置 |
| JP2016087700A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | ファナック株式会社 | 負荷情報の設定を確認する機能を備えた制御装置 |
| EP3156865B1 (en) * | 2015-10-13 | 2024-02-21 | Sandvik Intellectual Property AB | Process monitoring and adaptive control of a machine tool |
| JP6346163B2 (ja) | 2015-12-18 | 2018-06-20 | ファナック株式会社 | ドア開閉装置を備えた工作機械 |
| DE102016100503B9 (de) * | 2016-01-13 | 2017-07-13 | Komet Group Gmbh | Verfahren zum Überwachen einer Werkzeugmaschine und Steuerung |
| CN107234485B (zh) * | 2016-03-28 | 2019-06-28 | 兄弟工业株式会社 | 机床和机床的控制方法 |
| JP6804657B2 (ja) * | 2017-08-30 | 2020-12-23 | 三菱電機株式会社 | 数値制御システムおよびモータ制御装置 |
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| US4741231A (en) | 1986-04-14 | 1988-05-03 | The Warner & Swasey Company | Tool force sensor and method of making same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06170697A (ja) * | 1992-12-04 | 1994-06-21 | Hosoi Kosakusho:Kk | ドリルの過負荷監視方法および装置 |
| JP3285663B2 (ja) * | 1993-05-11 | 2002-05-27 | ファナック株式会社 | 工具破損検出装置 |
| JP3331024B2 (ja) * | 1993-10-13 | 2002-10-07 | ファナック株式会社 | 工具寿命管理方式 |
| US5570256A (en) * | 1994-03-15 | 1996-10-29 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Induction machine protection device |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP31803694A patent/JP3483636B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-10-19 EP EP95934851A patent/EP0749804B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-10-19 US US08/682,729 patent/US5773949A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-19 WO PCT/JP1995/002154 patent/WO1996019316A1/ja active IP Right Grant
- 1995-10-19 DE DE69527416T patent/DE69527416T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-20 KR KR1019950052542A patent/KR0158768B1/ko not_active IP Right Cessation
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| US3809488A (en) | 1968-08-08 | 1974-05-07 | Kistler Instrumente Ag | Supervisory equipment for machine tools |
| US4741231A (en) | 1986-04-14 | 1988-05-03 | The Warner & Swasey Company | Tool force sensor and method of making same |
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|---|---|---|---|---|
| KR101704006B1 (ko) * | 2015-11-02 | 2017-02-08 | (주)신명정보통신 | 모드버스 표준 프로토콜을 이용한 공작기계 인터페이스 장치 |
Also Published As
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|---|---|
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| KR960024760A (ko) | 1996-07-20 |
| WO1996019316A1 (fr) | 1996-06-27 |
| EP0749804A4 (en) | 1998-03-04 |
| KR0158768B1 (ko) | 1999-01-15 |
| US5773949A (en) | 1998-06-30 |
| EP0749804A1 (en) | 1996-12-27 |
| JPH08174383A (ja) | 1996-07-09 |
| DE69527416D1 (de) | 2002-08-22 |
| EP0749804B1 (en) | 2002-07-17 |
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