(57)【要約】【課題】主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の工作機械において、主軸モータとして速度検出を行わないスピンドルモータを用い、かつ主軸の速度検出だけの制御で、低速回転時のベルトスリップを検出する方法を提供する。【解決手段】主軸回転時にＮＣ装置から出力されている主軸（Ｃ軸）のポジションエラー及びスピンドルモータへの速度指令を監視し、定常回転時に速度指令が増加したときにベルトスリップが発生したと判定する。主軸が定常回転かどうかは、Ｃ軸がインポジション（停止状態）に無く、かつ検出速度の変化が許容値以下であるときに、主軸が定常回転状態にあると判断する。これにより低速から高速までのあらゆる速度範囲でのＣ軸加工に対してベルトスリップの検出ができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御器(6,7)からの速度指令(sa)に応じて加減速するスピンドルモータ(3)の回転をベルト(4)を介して主軸(1)に伝達し、主軸の検出速度(cs)をフイードバック信号として制御器(6,7)に与え、制御器(6,7)は速度指令(sa)と検出速度(cs)との差であるポジションエラー(pe)を参照して速度指令(sa)を増減させる、工作機械の主軸速度制御における前記ベルトのスリップ検出方法であって、検出速度(cs)の変化とポジションエラー(pe)の変化と速度指令(sa)の変化とを監視し、主軸(1)の加減速が終了して定常回転に達した状態で、ポジションエラー(pe)の許容値を越える増加に対応して速度指令(sa)が判定値を越えて増加したときに、ベルトスリップ信号を出力する、工作機械の主軸駆動ベルトのスリップ検出方法。
【請求項２】
主軸の定常回転状態を、測定時間間隔での主軸検出速度(cs)の増加とポジションエラー(pe)の増加とが共に設定値以内となることで判定する、請求項１記載の主軸駆動ベルトのスリップ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主軸モータと主軸との間に介在するベルトのスリップ検出方法に関するもので、特に主軸の低速回転時におけるベルトスリップの検出を可能にした上記方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
旋盤の刃物台に工具駆動軸を設け、この工具駆動軸に装着したフライスカッタでワーク周面に螺旋溝の加工を行うなどのいわゆるＣ軸加工時には、低速回転する主軸（以下、「Ｃ軸」とも言う。）の速度を正確に制御する必要があり、この制御の前提として、主軸速度をエンコーダなどで検出して制御器にフイードバックしている。
【０００３】
主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の工作機械では、ベルトにスリップが生ずると、主軸モータの回転が主軸に正確に伝達されなくなり、主軸の正確な速度制御が困難になり、またベルトの摩耗による劣化も甚だしくなる。そこで、ベルトスリップは速やかに検出してベルトの張力調整などの対応策を講ずる必要がある。
【０００４】
主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造で、かつ速度検出を主軸のみで行っている工作機械では、エンコーダなどからフイードバックされた主軸速度に基づいて主軸モータの速度制御が行われることとなるが、ベルトスリップが発生した場合、主軸から速度指令に対応するフイードバック信号が返ってこないので、制御器は速度指令を増加させて、主軸速度を上げようとする。このため、制御器から主軸モータに与えられる速度指令とエンコーダからフイードバックされる検出速度との差の関数であるポジションエラー（「位置偏差」とも言われる。）が増大することになる。
【０００５】
このことを利用して、ＮＣ装置には、「移動中の位置偏差限界値」というパラメータが用意されており、速度指令と位置フイードバック信号の差がこのパラメータに設定された値を越えると、アラーム信号が出力されるようになっている。そこで従来は、このパラメータにベルトスリップを検出するための値を設定して、ベルトスリップの検出を行っていた。
【特許文献１】実開平２−５３３４５号公報
【特許文献２】特開２００３−９４２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、速度指令と検出速度の差は主軸回転速度が速いときほど大きくなるので、位置偏差限界値によるアラーム設定は、早送り時の最高速度に対しての設定となり、低速時の移動ではこの設定にかからず、主軸低速回転時のベルトスリップは検出できない状態である。
【０００７】
一方、主軸加速時や主軸に作用する切削負荷が増大したときには、その慣性力や切削反力に抗して主軸を回転させようとするので、ベルトスリップが生じた場合と同様にポジションエラーが増大する。従って、単にポジションエラーの最大値や増加率（増加の割合）によってベルトスリップと判定することもできない。
【０００８】
特許文献１、２のように、主軸の回転数検出のみでなく、主軸モータにサーボモータを使用するなどして、主軸モータの回転数検出も行えば、ベルトスリップを検出することは勿論可能である。しかしそのためには、ベルトスリップを検出するためだけに新たなエンコーダとその信号処理回路を設けるとか、主軸モータとして高価なサーボモータを使用する必要があり、機械コストを上昇させる。
【０００９】
この発明は、上記の困難を解決して、主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の工作機械において、従来と同様に、主軸モータとして速度検出を行わないスピンドルモータを用い、かつ主軸の速度検出だけの制御で、低速回転時のベルトスリップを検出する方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、主軸回転時にＮＣ装置から出力されている主軸（Ｃ軸）のポジションエラー及びスピンドルモータへの速度指令を監視し、定常回転時にベルトスリップが発生すると速度指令が増加する現象を利用して、低速から高速までのあらゆる速度範囲でのＣ軸加工に対してベルトスリップの検出ができるようにしたものである。
【００１１】
ここで、主軸が定常回転かどうかは、エンコーダ等で検出されている主軸回転のフイードバック信号により判定できる。すなわち、Ｃ軸がインポジション（停止状態）に無く、かつ検出速度の変化が許容値以下であるときに、主軸が定常回転状態にあると判断する。
【００１２】
本願の発明者らが行った実験より、Ｃ軸の速度ｃｓを図５(a)〜(c)に示すように変化させたとき、負荷変動が無くかつベルトスリップが発生していない状態では、Ｃ軸速度ｃｓが定常状態（指令された一定速度で回転）になると、ポジションエラーｐｅ及び速度指令ｓａも図５(a)のように、一定値を保つこと、Ｃ軸速度ｃｓの定常状態で負荷変動があると、図５(b)に示すようにポジションエラーｐｅは負荷変動に応じて変化するが、速度指令ｓａは一定値を保つこと、ベルトスリップが発生したときは、図５(c)に示すように、ポジションエラーｐｅ及び速度指令ｓａが共に変動することが認められた。
【００１３】
本願発明は、上記の実験結果と以下の推論に基づいてなされたものである。すなわち、ポジションエラーの値は、モータの負荷変動及び速度変動により変化する。主軸が定常回転状態にあるときは、主軸の速度変化が無いので、この状態でポジションエラーが変化するのは、負荷変動があったときかベルトスリップのためにモータ速度が変動したときのいずれかと考えられる。そこで定常回転状態でポジションエラーの増加が検出されたときに、スピンドルモータへの速度指令をチェックし、その増加が判定値以上のときにベルトスリップによる速度指令の増加とみなすことが可能であると考えられる。
【００１４】
以上の知見と推論より完成した本願請求項１の発明に係る工作機械の主軸駆動ベルトのスリップ検出方法は、制御器６、７からの速度指令ｓａに応じて加減速するスピンドルモータ３の回転をベルト４を介して主軸１に伝達し、主軸の検出速度ｃｓをフイードバック信号として制御器６、７に与え、制御器６、７は速度指令ｓａと検出速度ｃｓとの差であるポジションエラーｐｅを参照して速度指令ｓａを増減させる、工作機械の主軸速度制御における前記ベルトのスリップ検出方法であって、検出速度ｃｓの変化とポジションエラーｐｅの変化と速度指令ｓａの変化とを監視し、主軸１の加減速が終了して定常回転に達した状態で、ポジションエラーｐｅの許容値を越える増加に対応して速度指令ｓａが判定値を越えて増加したときに、ベルトスリップ信号を出力するというものである。
【００１５】
また本願の請求項２の発明に係る主軸駆動ベルトのスリップ検出方法は、上記の手段を備えたスリップ検出方法において、主軸の定常回転状態を、測定時間間隔での主軸検出速度ｃｓの増加とポジションエラーｐｅの増加とが共に設定値以内となることで判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明により、主軸モータとしてサーボモータを使うとか、主軸速度とモータ速度との両方を検出するとかの新たなハードウエアを用いることなく、ＮＣ装置に検出プログラムを登録して適時動作させることによって、主軸速度の高低に関らす主軸駆動ベルトのスリップを検出することができ、主軸を低速回転して行われるＣ軸加工をより正確に行うことが可能になると共に、Ｃ軸加工時のスリップによるベルトの寿命低下の問題も回避することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の方法でベルトスリップを検出する旋盤を示す要部のブロック図で、１は旋盤の主軸、２は主軸端に設けたワーク把持チャック、３は主軸駆動用のスピンドルモータ、４はスピンドルモータ３と主軸１の間に掛け渡された主軸駆動ベルト、５は主軸１の回転を検出するエンコーダ、６はＮＣ装置、７はスピンドルアンプである。
【００１８】
ＮＣ装置６には、主軸の定常状態判定値、ポジションエラーの許容値、スリップ判定値などのパラメータの登録領域１０と、図２にフローチャートで示したスリップ検出プログラム、図３の速度記憶サブプログラム及び図４のスリップ判定サブプログラムの登録領域１１が設けられて、それらのパラメータ及びプログラムが登録されている。ＮＣ装置６は、動作している加工プログラムで指令された主軸回転をスピンドルアンプ７に出力し、速度指令ｓａがスピンドルアンプ７からスピンドルモータ３に与えられる。スピンドルモータ３は、与えられた速度指令に基づいて回転し、ベルト４を介して伝達された主軸１の回転がエンコーダ５に検出されて、その検出速度ｃｓが速度フィードバック信号としてスピンドルアンプ７に返され、スピンドルアンプ７は、速度指令ｓａと検出速度ｃｓの差であるポジションエラーが０となる方向に速度指令ｓａを変化させる。
【００１９】
ＮＣ装置のパラメータ設定領域１０には、ベルトスリップと判定する判定値（例えば５０％）、ポジションエラーの許容値（例えば１０％）及び主軸定常状態の判定値（例えば１）を設定する。そして、ＮＣ装置のＭコードにスリップ検出用のコードを登録しておき、加工プログラムでスリップ検出Ｍコードオンが指示されたときにスリップ検出を有効にし、オフのＭコードでスリップ検出を解除する。また、主軸が停止しているときは、スリップ検出を行わなくてよいので、ＮＣ装置のＣ軸インポジションチェック信号がオフ（主軸が停止状態でない）でスリップ検出を開始する。
【００２０】
スリップ検出プログラムは、図２ないし４に示した手順を実行する。すなわち、Ｃ軸の速度変化が定常状態判定値以上であれば（ステップ２０）、主軸変速中とみなして、定常状態になるのを待つ。定常状態判定値以下であれば、ポジションエラーをチェック（ステップ２１）し、ポジションエラーの変化が許容値以上であれば、加速中ないし負荷増加中とみなす。Ｃ軸の速度変化が定常状態判定値以下で、かつポジションエラーの変化が許容値以下になったとき、主軸回転が定常状態に達したとみなして、ステップ２２（図３のサブプログラム）により、ポジションエラーが許容値以下を示しているときの最高回転数Ａと、許容値以上を示しているときの最高回転数Ｂとを、逐次更新記憶する。
【００２１】
次にステップ２３（図４のサブプログラム）でベルトスリップの判定を行う。すなわち、記憶した回転数Ｂが回転数Ａより大きいと判定されたとき、回転数Ａにスリップ判定値として設定された割合を加えた回転数Ｃを算出し、回転数Ｂがこの判定回転数Ｃより大きいときにベルトスリップと判定して、アラーム信号を出力し、オペレータに警告する。そうでないときは、スリップが発生していないと判断し、メインプログラムに戻る。
【００２２】
図２のメインプログラムは、Ｃ軸速度の差が定常状態判定値以上となるまで（ステップ２４）、すなわちＣ軸が次の加減速状態になるまで、ステップ２２及び２３で速度指令の最高値の更新記憶とベルトスリップの判定とを繰り返して、当該定常回転中のベルトスリップの検出を行う。ステップ２４でＣ軸の加減速開始が検出されたら、速度指令の記憶値Ａ、Ｂをクリアして制御の最初に戻り、Ｃ軸が次の定常状態になるまで待機する。
【００２３】
上記の方法によれば、Ｃ軸が低速回転であるか高速回転であるかに関らず、ベルトスリップを検出することができ、ベルトスリップに起因する加工誤差の発生やベルトの寿命低下などの問題を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の方法を示す要部のブロック図
【図２】スリップ検出プログラムを示すフローチャート
【図３】速度記憶サブプログラムを示すフローチャート
【図４】スリップ判定サブプログラムを示すフローチャート
【図５】Ｃ軸速度、ポジションエラー及び速度指令の経時変化の例を示す図
【符号の説明】
【００２５】
３  スピンドルモータ
４  ベルト
６  ＮＣ装置
７  スピンドルアンプ
cs  検出速度
pe  ポジションエラー
sa  速度指令
【図１】
2007105809.tif 000003
【図２】
2007105809.tif 000004
【図３】
2007105809.tif 000005
【図４】
2007105809.tif 000006
【図５】
2007105809.tif 000007