(57)【要約】【課題】軸とモータとがベルトで結合された機械において、ベルトの寿命検知を可能とする数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置１００は、制御対処となる工作機械が備える軸のパルスを取得する軸パルス取得部１３０と、軸を駆動するモータのパルスを取得するモータパルス取得部１２０と、取得した軸のパルスから軸の回転速度を算出する軸回転速度算出部１５０と、取得したモータのパルスからモータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部１４０と、軸の回転速度とモータの回転速度とに基づいてベルトの実質すべり距離を算出する実質すべり距離演算部１６０と、ベルトの実質すべり距離があらかじめ定められた閾値を超えたときにベルトの寿命と判定するベルト寿命判定部１７０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと軸とがベルトで結合され、前記ベルトを介して前記モータの駆動力を前記軸へと伝達させるベルト駆動をする機械を制御する数値制御装置であって、
前記軸のパルスを取得する軸パルス取得部と、
前記モータのパルスを取得するモータパルス取得部と、
取得した前記軸のパルスから前記軸の回転速度を算出する軸回転速度算出部と、
取得した前記モータのパルスから前記モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部と、
前記軸の回転速度と前記モータの回転速度とに基づいて前記ベルトの実質すべり距離を算出する実質すべり距離演算部と、
前記ベルトの実質すべり距離があらかじめ定められた閾値を超えたときに前記ベルトの寿命と判定するベルト寿命判定部と、
を備える数値制御装置。
【請求項２】
前記ベルト寿命判定部による前記ベルトの寿命の判定に用いる閾値は、ベルト寿命評価用の試験プログラム実行時に収集したデータに基づいて定める、
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御装置に関し、特に主軸とモータ間のベルトの寿命を検知できる数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械において、モータの回転動力を主軸に伝達するベルトなどの動力伝達部は、その長期的な使用によって寿命に達する。Ｖベルトや平ベルトでは、使用状況やモータの回転数、加減速によってベルトとプーリとの間ですべりが発生する。すべりによる摩擦仕事の一部はベルトの摩耗に影響するため、すべりはベルトの寿命因子として考えられる。また、ベルトの劣化が進むほど、すべりが発生しやすくなり、すべり量が大きくなる傾向にある。
【０００３】
工作機械において、モータと主軸を結合するベルトのすべりなどの異常を検出することが従来から行われている。
例えば、特許文献１には、主軸の回転速度とモータの回転速度との比較を行い、この主軸の回転速度とモータの回転速度との差が、モータと主軸との間において予め規定されてある減速比を考慮した速度差から逸脱した場合に、主軸とモータとの間の動力伝達部に異常が発生したと判定する異常検出方法が開示されている。
また、特許文献２には、制御装置の指令回転数と主軸の実回転数とを比較し、その比が許容値を超える状態が許容時間継続したときに異常と判断し、主軸モータを停止させる方法が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、主軸が１回転する毎に信号が出力される１回転信号検出手段を有し、１回転信号が検出されてから次の１回転信号が検出される間におけるモータの回転角の変化量を算出し、各１回転信号間におけるモータ回転角の変化量が、所定の条件から外れた場合、あるいは、モータの回転速度と主軸の回転速度との差が、所定の条件から外れた場合に、主軸とモータとの間の動力伝達部に異常が発生したと判定する異常検出方法が開示されている。
更に、特許文献４には、主軸停止毎に前回の主軸停止位置と今回の主軸停止位置を記憶し、両者間の偏差を求め、偏差が許容上限値を超えた場合にすべりと判定するすべりの検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１０３７５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６５３４号公報
【特許文献３】特開２０１５−１０６９３６号公報
【特許文献４】特開平０５−２３３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来技術では、ベルトに現在異常が発生している場合にそれを検知できるが、ベルトの寿命を事前に検知することは難しい。ベルトは劣化が進めば進むほど、すべりが発生しやすくなり、すべり量が急速に大きくなる傾向にある。そのため、従来技術では、大きくすべり始める状態、もしくはベルトが破断するような状態で異常と判定するための閾値を定めることが多いが、閾値以下の僅かなすべりが発生する状態では、ベルトの寿命を事前に検知することができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、軸とモータとがベルトで結合された機械において、ベルトの寿命検知を可能とする数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、ベルトに発生するすべりを積算することで、ベルトの実質すべり距離を求め、それがあらかじめ設定した閾値を超えた場合に、ベルトの寿命と判定する数値制御装置を提供する。本発明による数値制御装置では、ベルトのテンションが適切に調整された状態で、ベルトの実質すべり距離を測定する。その際、毎回同様の条件で測定を行うために、あらかじめ用意されたベルト寿命評価用の試験プログラムを用いる。試験プログラム実行中におけるベルトの実質すべり距離を求め、それが閾値を超えた場合に、ベルトの寿命と判定してベルトの異常をオペレータに通知する。
【０００９】
そして、本発明の請求項１に係る発明は、モータと軸とがベルトで結合され、前記ベルトを介して前記モータの駆動力を前記軸へと伝達させるベルト駆動をする機械を制御する数値制御装置であって、前記軸のパルスを取得する軸パルス取得部と、前記モータのパルスを取得するモータパルス取得部と、取得した前記軸のパルスから前記軸の回転速度を算出する軸回転速度算出部と、取得した前記モータのパルスから前記モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部と、前記軸の回転速度と前記モータの回転速度とに基づいて前記ベルトの実質すべり距離を算出する実質すべり距離演算部と、前記ベルトの実質すべり距離があらかじめ定められた閾値を超えたときに前記ベルトの寿命と判定するベルト寿命判定部と、を備える数値制御装置である。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、前記ベルト寿命判定部による前記ベルトの寿命の判定に用いる閾値は、ベルト寿命評価用の試験プログラム実行時に収集したデータに基づいて定める、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、オペレータは軸とスピンドルモータを連結するベルトの寿命を事前に知ることができ、機械の故障を未然に防ぐことができる。また、ベルトの寿命を事前に知ることで、ベルトの交換作業を促すことができ、ベルト破断による意図しない加工工程のストップを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるセルコントロールシステムの概略構成図を示している。
【図２】本発明の一実施形態によるベルト寿命評価用の試験プログラムの例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による試験プログラム実行時に検出されるスピンドルモータ及び主軸の回転数を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図を示す図である。
【図５】図４に示した数値制御装置１００の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。最初に、本発明におけるベルトのすべり距離を算出するための手順について説明する。図１は、スピンドルモータにより主軸をベルト駆動する主軸駆動部の概略的な構成を示す図である。主軸駆動部１０は、工作機械に備え付けられたスピンドルモータ１、主軸２を備えている。スピンドルモータ１の出力軸にはプーリ４が取り付けられており、また、主軸２には別のプーリ５が取り付けられている。図１に示されるように、プーリ４とプーリ５とはベルト３により接続されており、このような構造によりスピンドルモータ１と主軸２とは連結され、スピンドルモータ１が駆動されると、出力軸の回転がプーリ４、ベルト３、プーリ５を通じて主軸２へと伝達される。また、スピンドルモータ１にはスピンドルモータ１の回転数を検出するモータセンサ６が、主軸２には主軸２の回転数を検出する軸センサ７が、それぞれ備え付けられており、それぞれのセンサから出力される帰還パルスを計測することでスピンドルモータ１、主軸２の回転状況を検出できるように構成されている。図１に示す主軸駆動部１０では、プーリ４とプーリ５との半径を異なるものとすることで、スピンドルモータ１の回転数に対して主軸２の回転数を異なるように構成することもできるが、以下では、説明を簡単にするためにプーリ４とプーリ５との半径が同じであるとして説明する。
【００１４】
本発明では、図１に示すような、スピンドルモータ１と主軸２がベルト３で連結された主軸駆動部１０を備えた工作機械を用いる際に、モータセンサ６により、スピンドルモータ１の帰還パルス数Ｐ1［ｐｕｌｓｅ］を計測する。また、軸センサ７により主軸２の帰還パルス数Ｐ2［ｐｕｌｓｅ］を計測する。計測時間をｔ［ｍｓｅｃ］、スピンドルモータ１の一回転当りパルス数をＰ1’［ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ］、主軸２の一回転あたりパルス数をＰ2’［ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ］とすると、スピンドルモータ１のモータ回転数Ｓ1（ｔ）［ｒｐｍ］、主軸２の主軸回転数Ｓ2（ｔ）［ｒｐｍ］は以下の数１式により示される。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
ここで、スピンドルモータ１と主軸２のプーリ半径をそれぞれｒ1［ｍｍ］、ｒ2［ｍｍ］とすると、スピンドルモータ１の駆動を開始してから時間Ｔ［ｍｉｎ］までに発生したすべりの積算値である実質すべり距離Ｌ［ｍｍ］は以下の数２式により示される。
【００１７】
【数２】
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【００１８】
そして、許容最大すべり距離をＬmax［ｍｍ］とした場合、Ｌ＞Ｌmaxとなった時にベルトの異常をオペレータに通知する。Ｌmaxの値は、あらかじめ作成した試験用プログラムを用いて寿命試験等を行うことに許容最大すべり距離Ｌmaxを定めて設定するようにすれば良い。実際にベルトの寿命判定を行う際には、寿命試験で用いた試験用プログラムと同様の指令をスピンドルモータ１に指令するベルト寿命評価用プログラムを実行し、その結果として得られたすべり距離Ｌと許容最大すべり距離をＬmaxとを比較することで寿命判定を行う。なお、帰還パルスのサンプリングはＩＴＰ周期（分配周期）等、細かい周期で行う。
【００１９】
以下では、上記した手順を具体的な例を用いて説明する。本実施形態では、工作機械を数値制御装置で制御し、該数値制御装置においてベルト寿命評価用プログラム（試験用プログラム）を実行することでベルト３の寿命を判定することを想定する。図２は、ベルト寿命評価用プログラム（試験用プログラム）の例を示す図である。図２に例示するベルト寿命評価用プログラム（試験用プログラム）を実行した結果、図３に示すようなスピンドルモータ１の回転数、及び主軸２の回転数が得られたとする。ここで、プーリの半径をｒ1＝ｒ2＝５０［ｍｍ］、計測時間をＴ＝０．５［ｍｉｎ］とすると、実質すべり距離Ｌは以下の数３式のように求まる。このようにして求めたすべり距離Ｌを、あらかじめ数値制御装置に対して寿命試験等により定めて設定しておいた許容最大すべり距離をＬmaxと比較することで、ベルト３が寿命になったか否かを判定することができる。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
なお、本実施形態では、（スピンドル回転数）≧（主軸回転数）となる領域だけでなく、（スピンドル回転数）＜（主軸回転数）となる領域（図３に示すグラフにおける時間が２１秒から先の領域）が存在する。このような場合、特許文献４で示した従来技術では、主軸停止毎の位置の差のみを考慮しているため、本本実施形態のようにすべりの方向が変わる際には実質のすべり距離を求めることは出来ない。一方で、本発明の手法を用いた場合には、差に絶対値を付け積算演算しているため、何れの領域においても、すべり距離を正の値で算出でき、実質のすべり距離を求めることが出来る。
【００２２】
図４は、本実施形態における数値制御装置の要部を示す機能ブロック図を示している。また、図５は、本実施形態における処理の流れを示すフローチャートである。以下では、図４，５を用いて本実施形態の数値制御装置の動作について説明する。なお、図４における実質すべり距離演算部１６０、ベルト寿命判定部１７０、及び、図５におけるステップＳＡ０４，ＳＡ０５が本発明で追加された機能乃至手順である。
●［ステップＳＡ０１］数値制御装置１００は、図示しないメモリからベルト寿命評価用プログラムを読みだして実行する。
●［ステップＳＡ０２］モータ回転指令部１１０は、数値制御装置１００が実行したベルト寿命評価用プログラムの各ブロックの指令に従ってスピンドルモータ１に対して回転指令を出力する。
●［ステップＳＡ０３］モータパルス取得部１２０は、モータセンサ６からモータパルスを取得する。また、軸パルス取得部１３０は、軸センサ７から軸パルスを取得する。
●［ステップＳＡ０４］モータ回転速度算出部１４０は、モータパルス取得部１２０が取得したモータパルスに基づいてスピンドルモータ１の回転速度を算出する。また、軸回転速度算出部１５０は、軸パルス取得部１３０が取得した軸パルスに基づいて主軸２の回転速度を算出する。
●［ステップＳＡ０５］実質すべり距離演算部１６０は、ステップＳＡ０４で算出したスピンドルモータ１の回転速度及び主軸２の回転速度に基づいて、実質すべり距離Ｌを演算する。
●［ステップＳＡ０６］ベルト寿命判定部１７０は、ステップＳＡ０５で求めた実質すべり距離Ｌと、あらかじめ図示しないメモリに設定されている許容最大すべり距離Ｌmaxとに基づく寿命判定処理を実行する。
【００２３】
以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、スピンドルモータが主軸をベルト駆動する主軸駆動部を例として説明しているが、本発明は、スピンドルモータや主軸に限られるものではなく、モータが軸をベルト駆動する駆動系におけるベルト寿命の判定に適宜用いることが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  スピンドルモータ
２  主軸
３  ベルト
４，５  プーリ
６  モータセンサ
７  軸センサ
１０  主軸駆動部
１００  数値制御装置
１１０  モータ回転指令部
１２０  モータパルス取得部
１３０  軸パルス取得部
１４０  モータ回転速度算出部
１５０  軸回転速度算出部
１６０  実質すべり距離演算部
１７０  ベルト寿命判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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