(57)【要約】【課題】工作機械の異常検出の精度を向上させる工作機械の異常検出装置を提供する。【解決手段】工作機械の異常検出装置１０は、工具又はワークを回転させる主軸２ｓと、工具又はワークを移動させる送り軸２ｆとを有する工作機械の制御装置であって、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの少なくとも一方の負荷を監視する負荷監視部１２と、負荷監視部１２が監視する負荷が閾値以上であるときに、工作機械の異常を検出する異常検出部１４と、ワークの形状データ及び工具の形状データを予め記憶する記憶部１６と、ワークの形状データ及び工具の形状データに基づいて、ワークに対して工具が干渉しない非加工領域又はワークに対して工具が干渉する加工領域を算出する非加工領域又は干渉領域算出部１８と、非加工領域における異常検出の閾値を加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更する閾値変更部２０とを備える。【選択図】図２
2020015099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具又はワークを回転させる主軸と、工具又はワークを移動させる送り軸とを有する工作機械の制御装置であって、
前記主軸及び前記送り軸の少なくとも一方の負荷を監視する負荷監視部と、
前記負荷監視部が監視する前記主軸及び前記送り軸の少なくとも一方の負荷が閾値以上であるときに、前記工作機械の異常を検出する異常検出部と、
ワークの形状データ及び工具の形状データを予め記憶する記憶部と、
前記ワークの形状データ及び前記工具の形状データに基づいて、ワークに対して工具が干渉しない非加工領域及びワークに対して工具が干渉する加工領域の少なくとも一方を算出する非加工領域又は加工領域算出部と、
前記非加工領域における異常検出の閾値を前記加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更、又は、前記加工領域における異常検出の閾値を前記非加工領域における異常検出の閾値よりも高い値に変更する閾値変更部と、
を備える、工作機械の異常検出装置。
【請求項２】
前記負荷監視部が監視する負荷は、負荷トルク値又は駆動電流値である、請求項１に記載の工作機械の異常検出装置。
【請求項３】
前記記憶部は、ワークを固定する治具の形状データを更に含み、
前記非加工領域又は加工領域算出部は、前記ワークの形状データ、前記工具の形状データ、及び前記治具の形状データに基づいて、前記非加工領域又は前記加工領域を算出する、
請求項１又は２に記載の工作機械の異常検出装置。
【請求項４】
前記ワークの形状データは、加工前の形状データ又は加工途中の形状データである、請求項１〜３の何れか１項に記載の工作機械の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具又はワークを移動させてワークの加工を行う工作機械の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械として、工具又はワークを回転させる主軸と、工具又はワークを移動させる送り軸とを有し、工具とワークとを相対的に移動させてワークの加工を行う機械がある。このような工作機械では、工具とワークとが、又は、工具とワークを固定する冶具とが衝突（干渉）し、主軸又は送り軸に過負荷がかかるような異常が発生することがある。
【０００３】
そのため、工作機械は、主軸及び送り軸の負荷を監視し、負荷が閾値を所定時間超えた場合に機械の異常を検出し、アラーム等を発生して機械を停止させる機能を有している（例えば特許文献１〜３参照）。これにより、工具とワークとの衝突、又は工具と冶具との衝突が発生した場合、工作機械の異常を早急に検出し、機械を早急に停止させることができる。そのため、主軸及び送り軸等の機械の構成要素の劣化又は破損を低減又は防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８５７９２号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６７４３号公報
【特許文献３】特開平０７−０５１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した工作機械の異常検出の閾値は、加工時に主軸又は送り軸にかかる負荷よりも大きく設定される必要がある。そのため、工具とワークとの衝突、又は工具と冶具との衝突が発生したときに、工作機械の異常が検出されず、機械が停止せず、主軸及び送り軸等の機械の構成要素の破損が防止されない場合がある。また、工作機械の異常検出の精度を高めるために、閾値が加工時に主軸又は送り軸にかかる負荷ぎりぎりに設定されると、主軸又は送り軸にかかる負荷の変動を、工具とワークとの衝突又は工具と冶具との衝突として、すなわち工作機械の異常として誤検出してしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、工作機械の異常検出の精度を向上させる工作機械の異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  本発明に係る工作機械の異常検出装置（例えば、後述の異常検出装置１０）は、工具又はワークを回転させる主軸（例えば、後述の主軸２ｓ）と、工具又はワークを移動させる送り軸（例えば、後述の送り軸２ｆ）とを有する工作機械（例えば、後述の工作機械１）の制御装置であって、前記主軸及び前記送り軸の少なくとも一方の負荷を監視する負荷監視部（例えば、後述の負荷監視部１２）と、前記負荷監視部が監視する負荷が閾値以上であるときに、前記工作機械の異常を検出する異常検出部（例えば、後述の異常検出部１４）と、ワークの形状データ及び工具の形状データを予め記憶する記憶部（例えば、後述の記憶部１６）と、前記ワークの形状データ及び前記工具の形状データに基づいて、ワークに対して工具が干渉しない非加工領域及びワークに対して工具が干渉する加工領域の少なくとも一方を算出する非加工領域又は加工領域算出部（例えば、後述の非加工領域又は加工領域算出部１８）と、前記非加工領域における異常検出の閾値を前記加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更、又は、前記加工領域における異常検出の閾値を前記非加工領域における異常検出の閾値よりも高い値に変更する閾値変更部（例えば、後述の閾値変更部２０）と、を備える。
【０００８】
（２）  （１）に記載の工作機械の異常検出装置において、前記負荷監視部が監視する負荷は、負荷トルク値又は駆動電流値であってもよい。
【０００９】
（３）  （１）又は（２）に記載の工作機械の異常検出装置において、前記記憶部は、ワークを固定する治具の形状データを更に含んでもよく、前記非加工領域又は加工領域算出部は、前記ワークの形状データ、前記工具の形状データ、及び前記治具の形状データに基づいて、前記非加工領域又は前記加工領域を算出してもよい。
【００１０】
（４）  （１）から（３）のいずれかに記載の工作機械の異常検出装置において、前記ワークの形状データは、加工前の形状データ又は加工途中の形状データであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、工作機械の異常検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る工作機械の異常検出装置の構成を示す図である。
【図３】ワークと工具とが干渉する加工領域を示す図である。
【図４】ワークと工具とが干渉しない非加工領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。図１に示す工作機械１は、工具（図示省略）を回転させる主軸２ｓと、工具又はワーク（図示省略）を移動させる送り軸２ｆとを有し、工具とワークとを相対的に移動させてワークの加工（例えば、切削加工）を行う。工作機械１は、数値制御装置４と、サーボ制御装置６ｓ，６ｆと、主軸２ｓと、送り軸２ｆとを備える。
【００１５】
送り軸２ｆとしては、３つの直線軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）と、２つ又は３つの回転軸（Ｘ軸周りに回転するＡ軸、Ｙ軸周りに回転するＢ軸、及びＺ軸周りに回転するＣ軸のうちの何れか２つ又は全部）との５軸又は６軸があるが、図１ではその中の１つを代表して示す。また、サーボ制御装置６ｆとしては、送り軸２ｆ各々に対応して５つ又は６つがあるが、図１ではその中の１つを代表して示す。
【００１６】
数値制御装置４は、加工プログラムに基づいて速度指令を作成し、サーボ制御装置６ｓを介して主軸２ｓを制御する。また、数値制御装置４は、加工プログラムに基づいて送り軸用の位置指令を作成し、サーボ制御装置６ｆを介して送り軸２ｆを制御する。
【００１７】
サーボ制御装置６ｓは、数値制御装置４からの速度指令に基づいて例えばＰＩ制御等を利用した速度制御及び電流制御を行うことにより、主軸２ｓにおけるモータの駆動電流を生成する。例えば、サーボ制御装置６ｓは、速度指令と、例えば主軸２ｓにおけるモータに設けられたエンコーダで検出された速度フィードバックとの速度偏差に基づいて主軸２ｓにおけるモータのトルク指令を生成し（速度制御）、このトルク指令に基づいて主軸２ｓにおけるモータの駆動電流を生成する（電流制御）。
【００１８】
サーボ制御装置６ｆは、数値制御装置４からの位置指令に基づいて、例えばＰＩ制御等を利用した位置制御、速度制御及び電流制御を行うことにより、送り軸２ｆにおけるモータの駆動電流を生成する。例えば、サーボ制御装置６ｆは、位置指令と、例えば送り軸２ｆにおけるモータに設けられたエンコーダで検出された位置フィードバックとの位置偏差に基づいて速度指令を生成し（位置制御）、この速度指令とエンコーダで検出された速度フィードバックとに基づいて送り軸２ｆにおけるモータのトルク指令を生成し（速度制御）、このトルク指令に基づいて送り軸２ｆにおけるモータの駆動電流を生成する（電流制御）。
【００１９】
主軸２ｓは、主軸用モータを含み、サーボ制御装置６ｓからの駆動電流に基づいて駆動する主軸用モータによって回転して、工具を回転させる。送り軸２ｆは、送り軸用モータを含み、サーボ制御装置６ｆからの駆動電流に基づいて駆動する送り軸用モータによって回転して、工具又はワークを移動させる。
【００２０】
このような工作機械１では、工具とワークとが、又は、工具とワークを固定する冶具とが衝突（干渉）し、主軸２ｓ又は送り軸２ｆに過負荷がかかるような異常が発生することがある。そのため、工作機械１は、以下に示す異常検出装置を備える。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る工作機械の異常検出装置の構成を示す図である。図２に示す異常検出装置１０は、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷を監視し、負荷が閾値を所定時間超えた場合に工作機械の異常を検出する。また、異常検出装置１０は、工作機械の異常が検出されたときに、アラーム又はメッセージを表示したり、工作機械１を停止させたりする。異常検出装置１０は、負荷監視部１２と、異常検出部１４と、記憶部１６と、非加工領域又は加工領域算出部１８と、閾値変更部２０と、表示部２２と、停止制御部２４とを備える。
【００２２】
異常検出装置１０は、図１に示す数値制御装置４に設けられてもよいし、サーボ制御装置６ｓ，６ｆ各々に設けられてもよいし、数値制御装置４及びサーボ制御装置６ｓ，６ｆとは別の制御装置に設けられてもよい。また、異常検出装置１０における負荷監視部１２、異常検出部１４、記憶部１６、非加工領域又は加工領域算出部１８、閾値変更部２０、表示部２２及び停止制御部２４の各々は、数値制御装置４、サーボ制御装置６ｓ，６ｆ、及び別の制御装置の何れかに別々に設けられてもよい。
また、異常検出装置１０は、同一加工を行う複数の工作機械の異常検出を行うように設けられてもよい。
【００２３】
負荷監視部１２は、主軸２ｓ及び送り軸２ｆにかかる負荷を監視する。例えば、負荷監視部１２は、負荷として、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷トルク値を監視してもよいし、主軸２ｓ及び送り軸２ｆのモータの駆動電流値を監視してもよい。負荷監視部１２は、例えば主軸２ｓ及び送り軸２ｆのモータの電流フィードバックを得るサーボアンプである。
【００２４】
異常検出部１４は、負荷監視部１２が監視する主軸２ｓ及び送り軸２ｆのうちの何れか１つの負荷（負荷トルク値又は駆動電流値）が、所定時間以上、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常を検出するための閾値以上であるときに、主軸２ｓ又は送り軸２ｆの負荷の異常、すなわち工作機械１の異常を検出する。
【００２５】
主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常を検出するための閾値は、後述する閾値変更部２０から供給される値であり、後述する記憶部１６に記憶された閾値に基づく値である。
【００２６】
記憶部１６は、上述した主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常を検出するための閾値を記憶する。この閾値は、加工時に主軸２ｓ又は送り軸２ｆにかかる負荷よりも大きく設定される。
また、記憶部１６は、ワークの形状データ、工具の形状データ、及び、ワークを固定する治具の形状データを予め記憶する。記憶部１６は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。
【００２７】
非加工領域又は加工領域算出部１８は、記憶部１６に記憶されたワーク形状データ、工具形状データ及び治具形状データと、上述した数値制御装置４からの加工プログラムが示す位置指令情報（例えば、機械座標）とに基づいて、図３に示すようにワークに対して工具が干渉する加工領域（例えば、機械座標）と、図４に示すようにワークに対して工具が干渉しない非加工領域（例えば、機械座標）とを算出する。なお、非加工領域又は加工領域算出部１８は、加工領域及び非加工領域の少なくとも一方を算出してもよい。非加工領域又は加工領域算出部１８は、算出した加工領域及び非加工領域の情報を記憶部１６に一時的に記憶してもよい。
【００２８】
ワーク形状データは、加工前のワーク形状データを用い続けてもよいし、加工途中の時々刻々と変化するワーク形状データであってもよい。
また、冶具形状データは、必ずしも用いられなくてもよい。
【００２９】
閾値変更部２０は、非加工領域又は加工領域算出部１８によって現在の領域が加工領域であると算出されたときに、記憶部１６に記憶された、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常検出の閾値、すなわち工作機械１の異常検出の閾値をそのまま異常検出部１４に供給する。
一方、閾値変更部２０は、非加工領域又は加工領域算出部１８によって現在の領域が非加工領域であると算出されたときに、記憶部１６に記憶された、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常検出の閾値、すなわち工作機械１の異常検出の閾値を低い値に変更して異常検出部１４に供給する。
【００３０】
すなわち、閾値変更部２０は、加工領域における異常検出の閾値を、加工時に主軸２ｓ又は送り軸２ｆにかかる負荷よりも大きい値のままとする。一方、閾値変更部２０は、非加工領域における異常検出の閾値を、加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更する。
【００３１】
ここで、一般に、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常検出の閾値は、加工時に主軸２ｓ及び送り軸２ｆにかかる負荷よりも大きく設定される。この場合、工具とワークとの衝突、又は工具と冶具との衝突が発生しても、工作機械１の異常が検出されないことがある。
しかし、本実施形態によれば、非加工領域における異常検出の閾値を加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更するので、非加工領域における異常検出の精度が向上する。
【００３２】
表示部２２は、異常検出部１４が主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常、すなわち工作機械１の異常を検出したとき、アラーム又はメッセージを表示する。表示部２２は、例えば液晶ディスプレイである。これにより、操作者は、工作機械１の異常を認識して工作機械１を停止させることができる。その結果、主軸２ｓ及び送り軸２ｆ等の工作機械１の構成要素の劣化又は破損が低減又は防止される。
【００３３】
停止制御部２４は、異常検出部１４が主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常、すなわち工作機械１の異常を検出したとき、工作機械１を停止させる。これにより、主軸２ｓ及び送り軸２ｆ等の工作機械１の構成要素の劣化又は破損が低減又は防止される。
【００３４】
なお、表示部２２及び停止制御部２４は必ずしも備えられなくてもよい。
また、異常検出部１４は、負荷監視部１２が監視する主軸２ｓ及び送り軸２ｆのうちの何れか１つの負荷（負荷トルク値又は駆動電流値）が、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常を検出するための第１閾値以上であるときに、主軸２ｓ又は送り軸２ｆの負荷の第１異常、すなわち工作機械１の第１異常を検出し、負荷監視部１２が監視する主軸２ｓ及び送り軸２ｆのうちの何れか１つの負荷（負荷トルク値又は駆動電流値）が、第１閾値よりも大きい第２閾値以上であるときに、主軸２ｓ又は送り軸２ｆの負荷の第２異常、すなわち工作機械１の第２異常を検出してもよい。この場合、表示部２２は、第２異常を検出したときにアラーム又はメッセージを表示し、停止制御部２４は、第２異常を検出したとき工作機械１を停止させてもよい。
【００３５】
異常検出装置１０（記憶部１６及び表示部２２を除く）は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。異常検出装置１０の各種機能は、例えば記憶部１６に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。異常検出装置１０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の工作機械の異常検出装置１０によれば、非加工領域における異常検出の閾値を、加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更するので、非加工領域における工作機械の異常検出の精度を向上させることができる。これにより、非加工領域において工具とワークとの衝突又は工具と冶具との衝突が発生したときに、工作機械１の異常が検出され、工作機械１が停止される。そのため、主軸２ｓ及び送り軸２ｆ等の工作機械１の構成要素の劣化又は破損がより確実に低減又は防止される。
【００３７】
また、本実施形態の工作機械の異常検出装置１０によれば、非加工領域における工作機械１の異常検出のタイミングを早めることができる。これにより、非加工領域において工具とワークとの衝突又は工具と冶具との衝突をより早く検出することができ、より早く工作機械１を停止させることができる。そのため、主軸２ｓ及び送り軸２ｆ等の工作機械１の構成要素の劣化又は破損をより確実に低減又は防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、閾値変更部２０は、非加工領域における異常検出の閾値を加工領域における異常検出の閾値よりも低い値に変更した。しかし、閾値変更部２０は、加工領域における異常検出の閾値を非加工領域における異常検出の閾値よりも高い値に変更してもよい。
【００３９】
例えば、閾値変更部２０は、非加工領域又は加工領域算出部１８によって現在の領域が非加工領域であると算出されたときに、記憶部１６に記憶された、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常検出の閾値、すなわち工作機械１の異常検出の閾値をそのまま異常検出部１４に供給する。
一方、閾値変更部２０は、非加工領域又は加工領域算出部１８によって現在の領域が加工領域であると算出されたときに、記憶部１６に記憶された、主軸２ｓ及び送り軸２ｆの負荷の異常検出の閾値、すなわち工作機械１の異常検出の閾値を高い値に変更して異常検出部１４に供給する。
【００４０】
ここで、工作機械の異常検出の精度を高めるために、閾値が加工時に主軸又は送り軸にかかる負荷ぎりぎりに設定されると、主軸又は送り軸にかかる負荷の変動を、工具とワークとの衝突又は工具と冶具との衝突として、すなわち工作機械の異常として誤検出してしまう場合がある。
しかし、本変形例によれば、加工領域における異常検出の閾値を非加工領域における異常検出の閾値よりも高い値に変更するので、工作機械の異常の誤検出が低減され、加工領域における異常検出の精度が向上する。
【００４１】
また、上述した実施形態では、切削加工を行う工作機械の異常検出装置１０を例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、主軸及び送り軸を用いて種々の加工を行う工作機械の異常検出装置にも適用可能である。
【００４２】
また、上述した実施形態では、主軸２ｓで工具を回転させる工作機械の異常検出装置１０を例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、主軸でワークを回転させる工作機械（例えば、円柱形状又は円筒形状のワークの加工を行う工作機械）の異常検出装置にも適用可能である。
【００４３】
また、上述した実施形態では、異常検出部１４が工作機械１の異常を検出したことを操作者に通知する手段として表示部２２を例示したが、このような通知手段はこれに限定されない。例えば、通知手段は、１又は複数のＬＥＤ等の発光部であってもよい。１つのＬＥＤの場合、点灯及び点滅等により異なる情報を通知してもよい。また、複数のＬＥＤの場合、同色の点灯数、又は、異なる色により異なる情報を通知してもよい。また、例えば、通知手段は、ブザー音又は音声等の発音部であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  工作機械
２ｓ  主軸
２ｆ  送り軸
４  数値制御装置
６ｓ，６ｆ  サーボ制御装置
１０  異常検出装置
１２  負荷監視部
１４  異常検出部
１６  記憶部
１８  非加工領域又は加工領域算出部
２０  閾値変更部
２２  表示部
２４  停止制御部
【図１】
2020015099.tif 000003
【図２】
2020015099.tif 000004
【図３】
2020015099.tif 000005
【図４】
2020015099.tif 000006