JPH04343636A - トルク制限機能付ｎｃ工作機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モ−タのトルクを制限
する電流制御手段を有するＮＣ工作機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図６に示すように、ＮＣ工作機の
制御システムは、ＮＣ指令１を解析するための解析手段
２に、その解析された指令に基づいて制御を行う実行制
御手段４が接続されている。実行制御手段４は、各駆動
手段にその指令をそれぞれ分配するための分配手段５に
接続され、その分配手段５は各モ−タ９ｃ，９ｚのそれ
ぞれの位置制御手段６ｃ，６ｚに接続されている。これ
ら位置制御手段６ｃ，６ｚはそれぞれの速度制御手段７
ｃ，７ｚに接続され、それら速度制御手段７ｃ，７ｚは
それぞれモ−タ９ｃ，９ｚの電流を制御するそれぞれ電
流制御手段８ｃ，８ｚに接続されている。各モ−タ９ｃ
，９ｚにはその電流を検出するためのそれぞれの電流検
出手段１０ｃ，１０ｚが設けられ、それら電流検出手段
１０ｃ，１０ｚはその検出されたそれぞれの電流をフィ
ードバックするために前記電流制御手段８ｃ，８ｚに接
続されている。

【０００３】次にこのような従来のＮＣ工作機の制御動
作を説明する。

【０００４】ＮＣ工作機で切削加工を行う場合、主軸の
回転速度、主軸の初期位置、切削送り速度、切削する距
離等のＮＣ指令１が解析手段２に入力される。解析手段
２は主軸の回転速度、主軸の初期位置、切削送り速度、
切削する距離等の指令を解析して、その解析されたデー
タを実行制御手段４に出力する。実行制御手段４はこの
データを分配手段５に出力し、分配手段５はそのデータ
を主軸回転用モ−タ９ｃ、主軸送り用モ−タ９ｚの各系
統に分けて出力する。主軸回転用モ−タ９ｃに関するデ
ータは位置制御手段６ｃに送られ、この位置制御手段６
ｃはさらにデータを速度制御手段７ｃに送る。速度制御
手段７ｃはそのデータの回転速度指令に基づいて、電流
制御手段８ｃを介してモ−タ９ｃを駆動する。また、主
軸送り用モ−タ９ｚに関するデータは位置制御手段６ｚ
に送られる。位置制御手段６ｚはそのデータの位置指令
に基づいて、その位置制御に適した指令を速度制御手段
７ｚに送る。速度制御手段７ｚはこの速度指令に基づき
電流制御手段８ｚを介してモ−タ９ｚを駆動する。

【０００５】それぞれのモ−タ９ｃ，９ｚの電流はそれ
ぞれの電流検出手段１０ｃ，１０ｚで検出され、検出さ
れたそれら電流は各モ−タ９ｃ，９ｚを制御するために
それぞれの電流制御手段８ｃ，８ｚにフィードバックさ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように、切削速度や切削送り速度を決めるための指令は
行われているが、切削に許容される工具の回転トルクや
推力は指令されていないので、何等かの要因、例えば切
粉づまり等でモ−タ９の許容最大トルクまで加工が行わ
れることがあり、そのトルクが工具の強度を越えたり、
ワーク保持具の保持力を越えた場合、モ−タ９は工具を
破壊するか、ワーク保持具を外すような事故を発生させ
るという課題がある。

【０００７】本発明は、従来のＮＣ工作機のこのような
課題を考慮し、モ−タが工具を破壊したり、ワーク保持
具を外すような事故を防止できるトルク制限機能付ＮＣ
工作機を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、モ−タと、そ
のモ−タの電流を検出する電流検出手段と、その検出さ
れた電流値に基づいてモ−タの電流を制御する電流制御
手段とを備えたＮＣ工作機において、電流制御手段は、
モ−タの電流がモ−タの許容最大電流値を下回る電流制
限値以下になるように制御するトルク制限機能付ＮＣ工
作機である。

【０００９】

【作用】本発明においては、予め決められたモ−タ電流
の制限値とモ−タの運転電流を比較して、その比較結果
に基づき、モ−タ電流が制限値以下になるように制御し
てモ−タの発生トルクを制限値以下に押さえる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１は、本発明にかかるトルク制限機能付
ＮＣ工作機の制御部を中心とする一実施例の略示ブロッ
ク図である。すなわち、ＮＣ指令１はワーク保持具に保
持されたワークを加工するためのＮＣプログラムである
。ＮＣ指令１を解読するための解析手段２は、その解読
されたＮＣ指令１のうちのトルク制限指令からモ−タ９
ｃ，９ｚのトルク制限値を設定するための制限値設定手
段３に接続されている。制限値設定手段３は、前記解析
手段２で解読された指令に基づいて制御を行うための実
行制御手段４に接続されている。実行制御手段４は主軸
の回転用モ−タ９ｃや主軸の送り用モ−タ９ｚ毎にデー
タを分けてそれぞれに出力する分配手段５に接続されて
いる。分配手段５は各モ−タ９ｃ，９ｚ毎のそれぞれの
位置制御手段６ｃ，６ｚに接続され、それら位置制御手
段６ｃ，６ｚはそれぞれの速度制御手段７ｃ，７ｚに接
続されている。それらの速度制御手段７ｃ，７ｚは各モ
−タ９ｃ，９ｚの電流を制御するためのそれぞれの電流
制御手段８ｃ，８ｚに接続されている。これら電流制御
手段８ｃ，８ｚに接続された各モ−タ９ｃ，９ｚには、
その電流を検出するそれぞれの電流検出手段１０ｃ，１
０ｚが接続され、これらの電流検出手段１０ｃ，１０ｚ
は、その検出した各モ−タ９ｃ，９ｚの電流と後述する
ようにして得られる各モ−タ９ｃ，９ｚの電流制限値を
比較するための各比較手段１１ｃ，１１ｚに接続されて
いる。それら比較手段１１ｃ，１１ｚはそれぞれの電流
制御手段８ｃ，８ｚ内に設けられている。

【００１２】また、前記実行制御手段４は制限値設定手
段３に設定された各モ−タ９ｃ，９ｚのそれぞれのトル
ク制限値をそれぞれの電流制御手段８ｃ，８ｚに出力で
きるように接続されている。

【００１３】トルク制限時の各モ−タ９ｃ，９ｚの電流
の状態を知らせるためトルク制限時信号を出力するそれ
ぞれの電流制御手段８ｃ，８ｚは、この信号の状態によ
り必要な処理を実行制御手段４に取らせるため制御手段
１２に接続されている。

【００１４】次に同実施例の動作を説明する。

【００１５】ＮＣ指令１には加工に必要な従来のプログ
ラムに加えて、トルク制限用のコードと制限値が記入さ
れている。この場合、図４に示すようなドリル加工を行
うとする。最初、ドリル１は停止してｚ３の位置にある
。つぎにドリル１をｓの回転速度で回転させながらワー
ク２の上方ｚ１の位置まで早送りする。ドリル１をｚ１
の位置まで移動させた後、ドリル１をｚ１からｚ２まで
ｆの速度で送り、ワーク２に加工を行う。このときＺ軸
のトルクは８０％、主軸のトルクは５０％に制限して加
工するとする。ワーク２の穴あけ加工が終了するとドリ
ル１をｚ３の位置まで早送りで戻し、主軸を停止する。 上述のような加工を行うためのＮＣプログラムは例えば
次のようになる。

【００１６】 ■　　Ｇ００　　Ｚ　　ｚ１　　Ｓ　　ｓ　　Ｍ３；■
　　Ｇ０１　　Ｚ　　ｚ２　　Ｆ　　ｆ　　ＺＴ８０　
　ＣＴ５０；■　　Ｇ００　　Ｚ　　ｚ３； ■　　Ｍ５； ■のＧ００は位置決め指令で、ＺはＺ軸方向を示し、指
定された位置ｚ１へ最大速度で移動する。Ｓは主軸の回
転速度指令で、ｓｒｐｍを示す。Ｍ３は主軸の回転方向
は時計方向であることを示す。

【００１７】■のＧ０１は直線補間を示し、ここでは前
記ｚ１からｚ２までＺ軸と平行に移動させる。Ｆは移動
速度指令で、ｆｍｍ／ｍｉｎを示す。ＺＴはＺ軸のトル
ク制限指令で、８０％に設定することを示す。ＣＴは主
軸のトルク制限指令で、５０％に設定することを示す。 このトルク制限値は工具の破壊トルク、ワークの保持具
の保持力、モ−タの最大トルク、経験値等から予め算出
されている。

【００１８】■のＧ００　　Ｚまでは■と同じ指令で、
指定された位置ｚ３へ最大速度で移動する。

【００１９】■のＭ５は主軸の停止指令である。

【００２０】加工しようとするワーク２を保持具で固定
し、主軸にドリル１を装着する。そしてＮＣ工作機のス
タートボタンを押すと解析手段２は、ＮＣ指令１を読み
込んでＮＣ指令１を解析する。

【００２１】最初の指令にはトルク制限コードがないの
で、その指令が実行制御手段４を経て分配手段５に送ら
れる。分配手段５は主軸を時計方向にｓの速度で回転さ
せる指令を位置制御手段６ｃに送り、ドリル１をｚ１の
位置に早送りで移動させる指令を位置制御手段６ｚに送
る。

【００２２】位置制御手段６ｃはその指令が速度指令で
あるので、その指令を速度制御手段７ｃに送る。速度制
御手段７ｃはこの指令に基づいて、モ−タ９ｃを時計方
向にｓの速度で回転するように電流制御手段８ｃに制御
指令を送る。

【００２３】同時に、位置制御手段６ｚは早送りでドリ
ル１をｚ１の位置まで移動させるため、それに適した速
度指令を速度制御手段７ｚに送る。速度制御手段７ｚは
この指令に基づいて、モ−タ９ｚをドリル１がｚ１の位
置に移動するように電流制御手段８ｚに制御指令を送る
。

【００２４】ドリル１がｚ１の位置まで移動を完了する
と、次の加工指令を実行する。この指令にはトルク制限
コードが含まれているので、図２に示すように、解析手
段２ではＮＣ指令１にトルク制限コードが含まれている
か否か判断する（ステップＳ２１）。もしトルク制限コ
ードがない場合は全軸のモ−タ９のトルクを１００％に
設定する（ステップＳ２８）。上記のプログラムではＣ
ＴとＺＴのトルク制限コードがあるので、次にトルク制
限を行う該当軸があるか否か判断する（ステップＳ２２
）。該当軸がない場合はミスコードのアラームを出力す
る（ステップＳ２４）。主軸とＺ軸はともに該当軸があ
るので、次にトルクの制限値が０〜１００％内にあるか
否か判断する（ステップＳ２３）。もしこの範囲外であ
ればデータミスとしてアラームを出力する（ステップＳ
２５）。ＣＴは５０、ＺＴは８０でともに範囲内にある
ので主軸はトルク５０％、Ｚ軸はトルク８０％にトルク
制限値を設定する（ステップＳ２６）。もし他にトルク
制限を行わない軸があれば、その軸のトルク制限値を１
００％に設定する（ステップＳ２７）。こうして全軸の
トルク制限値の設定が終了すると、その結果を制限値設
定手段３に出力する（ステップＳ２９）。

【００２５】制限値設定手段３は解析手段２で解析され
た位置制御及び速度制御等の指令と、ＮＣ指令１のうち
のトルク制限指令から設定されるトルク制限値を実行制
御手段４に出力する。実行制御手段４は受け取った指令
のうち位置制御と速度制御に関係する指令を分配手段５
に送る。また、主軸のトルク制限値５０％を電流制御手
段８ｃに送り、Ｚ軸のトルク制限値８０％を電流制御手
段８ｚに送る。

【００２６】そして、図３に示すように、電流制御手段
８ｃは、受け取ったトルク制限値をモ−タ９ｃの電流制
限値に変換する（ステップＳ３１）。

【００２７】主軸モ−タ用の電流制御手段８ｃは入力さ
れたトルク制限値を によって電流制限値に換算する。主軸モ−タの許容最大
電流がＩｃとすると、その電流制限値は０．５Ｉｃにな
る。　　Ｚ軸モ−タ用の電流制御手段８ｚも同じように
換算して、Ｚ軸モ−タの許容最大電流をＩｚとするとそ
の電流制限値は０．８Ｉｚになる。

【００２８】変換されたその電流制限値は分配手段５及
び位置制御手段６ｃを介して速度制御手段７ｃから指令
されてくる電流値より大きいか小さいか判断される（ス
テップＳ３２）。電流制限値が大きい場合は、速度制御
手段７ｃから指令された電流値をそのまま電流制御手段
８ｃの指令値とする（ステップＳ３３）。このとき、ト
ルク制限時信号をオフにする（ステップＳ３７）。逆に
電流制限値が小さい場合は、その電流制限値を電流制御
手段８ｃの指令値とする（ステップＳ３４）。電流制限
値を指令値に設定した場合（ステップＳ３４）、その設
定値が１００％未満か否かを判断する（ステップＳ３５
）。設定値が１００％の場合はトルク制限時信号をオフ
にする（ステップＳ３７）。設定値が１００％未満の場
合はトルク制限時信号をオンにする（ステップＳ３６）
。トルク制限時信号がオン又はオフにされると、設定さ
れた電流値で電流フィードバッグ制御されてモ−タ９ｃ
が駆動される（ステップＳ３８）。

【００２９】また、分配手段５はドリル１を現在位置の
ｚ１からｚ２まで速度ｆで移動する指令を位置制御手段
６ｚに送る。位置制御手段６ｚはその位置指令と速度指
令に基づき、速度制御手段７ｚにその移動に適した速度
指令を送る。速度制御手段７ｚはその速度指令に基づき
、電流制御手段８ｚにモ−タ９ｚの電流制御指令を送る
。電流制御手段８ｚはドリル１がｆの速度でｚ２に移動
するまでモ−タ９ｚの電流を制御する。その際、Ｚ軸モ
−タ９ｚも上述と同じようにして電流制限値が設定され
、トルク制限時信号がオン又はオフされ、設定された電
流値で電流フィードバッグ制御されてモ−タ９ｚが駆動
される。

【００３０】更に、単なるそのようなフィードバック制
御のみでなく、次のような制御を行うこともある。

【００３１】すなわち、ワーク２にドリル１で加工して
いる間、上述のようにして主軸及びＺ軸はトルク制限さ
れているので、電流検出手段１０ｃで検出されたモ−タ
９ｃの電流は比較手段１１ｃに入力し、電流検出手段１
０ｚで検出されたモ−タ９ｚの電流は比較手段１１ｚに
入力している。

【００３２】比較手段１１ｃはモ−タ９ｃの電流と前記
設定した電流制限値０．５Ｉｃとを比較して、もしその
制限値を越えた場合にはトルク制限時信号の状態を変化
させる。比較手段１１ｚはモ−タ９ｚの電流と前記設定
した電流制限値０．８Ｉｚとを比較して、もしその制限
値を越えた場合にはトルク制限時信号の状態を変化させ
る。そこで、これらトルク制限時信号の状態の変化を受
けて、制御手段１２は必要な処理を行うように実行制御
手段４に指令を出力することが出来る。

【００３３】例えば、ドリル１がｚ２まで移動する途中
で、切り粉づまりが発生して主軸モ−タの電流が電流制
限値の０．５Ｉｃを越えると、比較手段１１ｃは電流制
御手段８ｃにその結果を渡す。電流制御手段８ｃはトル
ク制限時信号を変化させて制御手段１２に主軸モ−タの
電流値が制限値を越えたことを知らせる。制御手段１２
はこの信号を受け取ると、実行制御手段４にＺ軸の送り
を停止するように指令を出す。実行制御手段４はこの指
令に基づき分配手段５を介して、位置制御手段６ｚにＺ
軸方向の位置移動を休止するように指令を出す。そして
位置制御手段６ｚは、速度制御手段７ｚに指令を出す。 速度制御手段７ｚから電流制御手段８ｚに指令が出て主
軸送りモ−タ９ｚが停止する。

【００３４】このようにして、ドリル加工が終了すると
、次の指令が実行される。ドリル１の位置を加工終了時
点のｚ２からｚ３まで早送りで移動する指令は、実行制
御手段４を経て分配手段５から位置制御手段６ｚに送ら
れる。位置制御手段６ｚはｚ２からｚ３まで早送りする
のに適した速度指令を速度制御手段７ｚに送る。速度制
御手段７ｚはモ−タ９ｚを駆動させるため電流制御手段
８ｚに指令を送る。

【００３５】主軸送り用モ−タ９ｚが駆動すると、ドリ
ル１は位置制御手段６ｚの指令に基づき移動してｚ３の
位置で停止する。ドリル１の移動が完了すると主軸モ−
タ９ｃの停止指令が実行される。この指令は実行制御手
段４から分配手段５を経て、位置制御手段６ｃに送られ
る。位置制御手段６ｃはその指令を速度制御手段７ｃに
送り、速度制御手段７ｃは主軸用モ−タ９ｃを停止する
ように電流制御手段８ｃに指令を出力する。

【００３６】なお、設定するトルク制限値は％の相対値
ではなく、直接トルク値を設定してモ−タのトルク定数
を乗じて電流に換算してもよい。

【００３７】また、モ−タの電流値を制限したときにサ
ーボ制御の安定性が悪化する場合は、ループゲインに関
数ｆ（ｘ）（ｘはトルク制限率）を乗じ、トルク制限値
に応じてループゲインを変化させ安定性を維持してもよ
い。

【００３８】また、モ−タの電流値を制限したときに過
渡特性が悪化する場合は、加減速時定数に関数ｆ′（ｘ
）（ｘはトルク制限率）を乗じ、トルク制限値に応じて
加減速時定数を変化させ過渡特性を良好に保ってもよい
。

【００３９】なお、図５のように、ＡＴＣ（自動ツール
チェンジャー）やＡＷＣ（自動ワークチェンジャー）付
のＮＣ工作機で、ＮＣ工作機にＩＤ認識手段１３を取り
付け、各ツール１５、各ワーク１６毎にＩＤセンサー１
４を取り付けて、使用されるツール１５及びワーク１６
のＩＤを認識し、その認識したＩＤに該当するトルク制
限値を予め記憶させたトルク制限値テーブル１７から読
み取り、その読み取ったトルク制限値を制限値設定手段
３に入力してリアルタイムに制限トルクを設定する方法
も考えられる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、任意の軸を簡単にトルク制限でき、そのトルク
制限値を越えた場合は所定の制限を加えることもできて
安全で経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるトルク制限機能付ＮＣ工作機の
制御部を中心とする一実施例の略示ブロック図である。

【図２】同実施例のトルク制限値を認識する処理の流れ
図である。

【図３】同実施例の電流制限値に設定する処理の流れ図
である。

【図４】同実施例のドリル加工時の一部の略示断面図で
ある。

【図５】他の実施例のトルク制限機能付ＮＣ工作機の略
示構成図である。

【図６】従来のＮＣ工作機の制御部の略示ブロック図で
ある。

【符号の説明】

３　　制限値設定手段 ８ｃ，８ｚ　　電流制御手段 ９ｃ，９ｚ　　モ−タ １０ｃ，１０ｚ　　電流検出手段 １１ｃ，１１ｚ　　比較手段 １２　　制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　モ−タと、そのモ−タの電流を検出す
   る電流検出手段と、その検出された電流値に基づいて前
   記モ−タの電流を制御する電流制御手段とを備えたＮＣ
   工作機において、前記モ−タの許容最大トルク値を下回
   るトルク制限値が予め設定された制限値設定手段と、そ
   のトルク制限値に対応する電流制限値と前記電流検出手
   段から検出された電流値とを比較する比較手段とを備え
   、前記電流制御手段は、前記比較手段の結果に基づき、
   前記モ−タの電流がモ−タの許容最大電流値を下回る電
   流制限値以下になるように制御することを特徴とするト
   ルク制限機能付ＮＣ工作機。
2. 【請求項２】　　前記制限値設定手段は、少なくともワ
   ーク、ワーク保持具、工具を考慮して前記制限値を決め
   ることを特徴とする請求項１記載のトルク制限機能付Ｎ
   Ｃ工作機。
3. 【請求項３】　　前記比較手段の比較結果に基づき、他
   のモ−タの電流制御手段に所定の制限を加える制御手段
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のトルク制限機
   能付ＮＣ工作機。
4. 【請求項４】　　前記トルク制限値の設定はプログラマ
   ブルであることを特徴とする請求項１記載のトルク制限
   機能付ＮＣ工作機。
5. 【請求項５】　　前記制限値設定手段で予め設定された
   複数個のモ−タ用の複数種類のトルク制限値に基づき、
   前記電流制御手段が、複数個存在する前記モ−タの電流
   をそれらの制限値以下に、複数軸を同時に制御すること
   を特徴とする請求項１記載のトルク制限機能付ＮＣ工作
   機。