JPS6035563Y2 - 工作機械の送り速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、旋盤、ボール盤、フライス板、ポーリング・
マシン、パリ取り機等の主軸モータと送りモータを備え
た工作機械における送り速度の制御装置に関するもので
ある。

この種の工作機械においては、生産性を保つため切削の
状態に応じた適切な工具送り速度が保証される必要があ
る。

しかし、一方では工具の切れ味の良し悪しや切粉づまり
、さらには被切削材料の硬度の変化、バラツキ、および
取り代の変化、バラツキなどによって、工具にかかる切
削抵抗が増加し、工具に破損や座屈による損傷を生じさ
せ、安定した工具寿命推定による工具交換タイミングを
狂わせ、工作機械の稼動率を落とす要因となっている。

例えばボール盤による通し穴加工の場合、第１図ａに示
すように、通常、ドリルが貫通するまで同じ送り速度で
穴あけが行なわれる。

しかし送り方向のスラスト、即ち送すモータトルクは第
１図すに示すように、ドリルの貫通間際に漸増し、逆に
貫通時にはドリルにかかるスラスト負荷が急に解放され
るので急激に低下する。

この貫通時に生じるトルクの急激な変化によりドリルを
損傷若く寿命を短かくさせてしまう。

特に速度フィードバック制御を行っている従来装置では
、一般にゲイン（利得）を大きくしているので、貫通直
前においてトルクが急激に急減した場合には、その自動
速度制御の速度修正機能により、トルクが急減し始めて
から、送り速度がオーバーシュートして、ごく短時間で
はあるが、設定送り速度Ｎ。

より過大な速度となり損傷を受けることになる。

第１図Ｃの傾斜部分がドリル損傷発生領域である。

なお、図中ＮＬ′は速度フィードバック制御なしの場合
の送り速度の変化を示すものである。

この問題に対応する手段として、従来２つの方法が考え
られている。

第１の方法は、孔貫通時の状態を予測して予め工具の送
り速度を低くしておく方法である。

この方法は工具の損傷は防止できるが実切削時間が長く
なり生産性が非常に悪いという欠点がある。

第２の方法は、トルク検出器を使用し、検出トルクがト
ルクリミットより大きくなった時、即ち貫通間際に工具
の送り速度を下げる方法である。

この方法は、工具の切れ味が良い場合、前記第１の方法
よりも実切削時間を著しく短縮することができるが、次
の２つの問題点がある。

第１の問題点は工具の切れ味が良い場合は切削トルクは
トルクリミットには達しないから減速機能が働かないの
で、貫通時のトルク増大時に工具に無理がか）す、工具
の寿命を短かくすることである。

第２の問題点は、工具が摩耗して切れ味が悪くなると、
トルクが良好な切れ味の時の２０〜５０％程度増大し、
第２図ａのように通常切削中にトルクリミットを越える
ため、減速機能が頻繁に働き、実切削時間が長くなり、
生産性を低下させるという欠点がある。

本考案は、これらの問題点を解消するためになされたも
ので、刃物の新旧に拘らず、貫通時等のトルクの急激な
増大時に工具の送り速度を低下させ工具を保護して寿命
を延すと共に、切削条件に最適な送りで、かつ最短時間
によって機械加工を行なうことができる工具送り速度制
御装置を提供しようとするものである。

即ち、本考案は主軸モータと送りモータを備えた工作機
械において、前記モータの何れか一方または双方のトル
クを検出する手段と、指定速度で加工中の前記トルクを
サンプリングしてその平均値を求める手段と、前記トル
クが平均値から異常に上昇しはじめたことを検出する手
段と、トルクが異常に上昇しはじめたことが検出された
とき加工条件により設定される送り速度補正量に応じて
送り速度を低下させる手段とを備え、通常の切削時には
加工条件に応じた適正な速度をとり、トルクの急激な増
大時には工具の新１印こ拘わらず十分安全な送り速度に
低下するようにしたものである。

以下、本考案をドリルムシンの送り速度制御に適用した
場合の実施例について説明すれば次の通りである。

第３図は実施例のブロック図、Ｍｌは速度フィードバッ
ク制御によって運転されるドリルの直流送すモータ、鳩
はドリルの主軸モータである。

送りモータＭ１は指令スイッチＬをオンにすると、切削
送り指令器１ａに設定された切削送り速度指令信号ＮＬ
が制御回路１に与えられ、切削送り速度指令に見合った
回転速度で始動する。

一方主軸モータＭ２は電源を投入すると始動する。

ＣＴ１．ＣＴ２は検流器で、送りモータＭ１と主軸モー
タＭ２のトルクに比例した電源を検出する。

２は前記検流器ＣＴ□、ＣＴ２の一方又は双方の検出値
をあらかじめ選択する選択装置で、その出力信号はＡＤ
変換器３を介して平均値算出装置４と設定時間経過後開
路するゲート６に与えられる。

このゲート６の出力信号ｒｐは比較器５において平均値
算出装置４の出力信号ｒｍと比較されｒｐ≧ｒ□×ａ（
但しａ〉１）の場合には比較器５から作動信号が送出さ
れ、スイッチＳを閉路させるように構成されている。

スイッチＳが閉路すると、材質、ドリル径、送り速度等
に応じた補正量ΔＮを送出する設定器７から補正信号Δ
Ｎが送出される。

図中Ｈはドリルの刃先を被加工物に早く到達させる場合
に使用する指令スイッチ、１ｂは早送り指令器、８は補
正量指令用外部装置である。

なおＡＤ変換器３はサンプリング周期Ｔ毎に選択装置２
の出力信号をＡＤ変換し、平均値算出装置４は、サンプ
リング周期Ｔを適宜設定することにより第２図すのｔ。

時点までに、ＡＤ変換器３から送出される３回分以上の
サンプリング信号であるデジタル信号の平均値を算出す
るように構成されている。

全選択装置２が検流器ＣＴ１による検出電流を選択する
ようにセットしであるものとして、その動作について説
明すれば次の通りである。

さて、指令スイッチＬを閉路し、電源を投入すると、直
流送すモータＭ１とドリル主軸モータＭ２が回転し、ド
リルは被加工物の穴あけ加工を開始する。

そして、例えば検出トルクｒが第４図ａのように変化し
たとすると、その変化に応じて送り速度Ｎｖは第４図す
に示すように変化する。

油変換器３は前記のようにデジタル値に変換した検出信
号をサンプリング周期Ｔ毎に送出し、平均値算出装置４
は、ｔｎ時点までに送出された３回以上のサンプリング
信号の平均値を演算して送出腰次のサンプリング時点が
貫通時のトルク増大時になるようにサンプリング周期Ｔ
を適当に設定しておけば、検出トルクが急激に増大する
ドリル貫通時を比較器５が検出し、その制御出力信号に
よりスイッチＳが閉路腰補正量設定器７に設定された補
正量ΔＮ（減速指令値）が切削送り指令値ＮＬから減算
され、ゲート６が開路する時点（ｔｎ十Δｔ）から、第
４図Ｃにおいて太い線で示すよ−）な切削送り速度指令
信号が制御回路１に与えられ、送り速度が第４図すの■
のようになり、■で示す従来の速度フィードバック制御
のみの場合に比し、低速の適正送り速度となる。

なお、前記時点（ｔｎ＋Δｔ）は、加工長さ、トリルの
形状、送り速度等から決定される。

以上のように、本考案では、第２図すに示すように、検
出トルクのｔｎ時点迄のサンプリング値の平均値と、ト
ルク増大時にか）る時点（ｔｎ＋Δｔ）後におけるサン
プリング値とを比較して、貫通時に於けるドリル損傷危
険時を検出腰刃物の新旧に拘わらす、貫通時に材質、ド
リル径、送り速度等に応じた補正量分だけ送り速度の低
下を図るようにしたので、刃物の摩耗に関係なく、ドリ
ル損傷危険時にタイミング良く送り速度低下制御を実行
することが出来るもので、工具破損の未然防止とその寿
命の増大を図る上において極めて有効な考案である。

なお第３図におけるＡＤ変換器３、平均値算出装置４及
び比較器５は、当然それらの機能を備えたマイクロコン
ピュータ、マイクロプロセッサ−等に代えることが出来
るので、この考案の実施は容易に可能である。

ところで、本考案はモータの消費電気量からトルクの変
動を検出し、そのトルクの変動を工具の送り速度制御に
利用するものであるが、トルクの変動は主軸モータと送
りモータの一方又は双方のトルクを検出することによっ
て知ることができる。

従って、以上説明した実施例では、送りモータのトルク
を利用した場合について説明したが、主軸モータのトル
ク変動或いは双方のトルク変動を合算したものを利用す
ることもできる。

どのトルク変動を制御に利用するかは、工作機械に応じ
て好ましいものが選ばれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の問題点を説明するための図、第２図
は従来装置と本案装置との方式上の相違を示す説明図、
第３図は本考案の実施例のブロック図、第４図は動作説
明図である。 １・・・・・・制御回路、１ａ・・・・・・切削送り指
令器、１ｂ・・・・・・早送り指令器、２・・・・・・
選択装置、３・・・・・・和変換器、４・・・・・・平
均値算出装置、５・・・・・・比較器、６・・・・・・
ゲート、７・・・・・・補正量設定器、Ｍｌ・・・・・
・直流送すモータ、Ｍ２・・・・・・ドリル主軸モータ
、ＣＴ、及びＣＴ２・・・・・・検流器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 主軸モータと送りモータを備えた工作機械において、前
   記モータの何れか一方または双方のトルクを検出する手
   段と、指定速度で加工中の前記トルクをサンプリングし
   てその平均値を求める手段と、前記トルクが平均値から
   異常に上昇しはじめたことを検出する手段と、トルクが
   異常に上昇しはじめたことが検出されたとき加工条件に
   より設定される送り速度補正量に応じて送り速度を低下
   させる手段とを備えた工作機械の送り速度制御装置。