JPH05220648A - 機械の状態監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の可動要素を備えた工作機械等の全体を
総合的に監視し、かつ、寿命まで可動要素の作動異常を
自己修正する。 【構成】 主軸、主軸モータ、送り機構、刃物台等の複
数の可動要素を運転し、各可動要素の作動量をモータ電
流値、モータコイル温度、ロストモーション値、旋回時
間等で測定する。測定値に基づき各可動要素毎に残り稼
動時間を表示し、作動異常があればこれを報知する。送
り機構では、ロストモーション測定値を補正データとし
て送りねじのバックラッシュを自己修正する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の可動要素を備
えた機械の状態を監視する方法、特に、各可動要素を高
精度に位置決めする必要がある工作機械等に好適な状態
監視方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の監視方法として、例え
ば、特開昭６３−１９１５５３号公報には、送り機構の
ロストモーション測定値に基づいて残り稼動時間を報知
する技術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来方法に
よると、送り機構のみを監視しているため、機械全体を
総合的に監視することができず、特に、複数の可動要素
の複合運動によりワークを高精度に加工する工作機械の
場合には監視内容が不十分であった。しかも、現存する
ロストモーションを解消する対策が採られていないた
め、残り稼動期間中、送り機構のロストモーションを放
置した状態で機械が運転されるという不都合もあった。

【０００４】そこで、この発明の課題は、機械全体を総
合的に監視でき、かつ、可動要素の作動異常を自己修正
できる機械の状態監視方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の状態監視方法は、複数の可動要素を運
転し、各可動要素の作動量を測定し、その測定値に基づ
き各可動要素毎に残り稼動時間を報知するとともに、前
記測定値を補正データとして可動要素の作動異常を修正
することを特徴とする。

【０００６】

【作用】この発明の方法によれば、複数の可動要素毎に
残り稼動時間を報知することにより、機械全体が総合的
に監視される。また、作動量測定値を補正データとして
可動要素の作動異常を自己修正するので、機械は寿命に
達するまで最適な状態で運転される。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を旋盤に具体化した一実施例
を図面に基づいて説明する。まず、次表に本実施例の状
態監視方法の概要を示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】上記表１に示すように、本実施例では、可
動要素として、主軸、主軸モータ、送り機構、及び刃物
台が監視される。各可動要素の作動量測定方法は複数あ
るが、ここでは表１に◎印で示した方法が採用される。
作動異常発生時の自己修正は各可動要素ともに可能であ
るが、ここでは送り機構において実施される。また、作
動量の測定は旋盤の定常運転またはテストプログラム運
転いずれの場合も可能であるが、本実施例では後者の運
転モードで実施される。

【００１０】図３は主軸機構を示す概略図であり、主軸
台１には主軸軸受２により主軸３が支持され、その主軸
３は動力伝達部材８を介して主軸モータ４に連結されて
いる。主軸モータ４はドライブユニット５を介してＮＣ
装置１８に接続されている。そして、主軸モータ４のモ
ータ電流値が電流検出器６により測定され、主軸モータ
４のモータコイル温度は温度計７によって測定され、こ
れらの測定値がＮＣ装置１８に入力されるようになって
いる。

【００１１】図４はモータ電流値Ａと累積稼動時間Ｔと
の関係を示す特性図であり、図において、Ａｎmax はモ
ータ電流の最大値、Ａｎmin は最少値、Ａｎavは平均
値、Ａｕはモータ電流の許容値上限ライン、０．９Ａｕ
は安全許容値上限ライン（安全率１０％）を示す。モー
タ電流値Ａは前記電流検出器６により旋盤のテストプロ
グラム運転中に一定期間毎に例えば７回測定される。一
定の測定条件下のもとでは測定値のバラツキは図４の斜
線部分で示すように正規分布するので、その平均値Ａｎ
av及び最大値Ａｎmax は次式で求められる。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、σは標準偏差値である。この処理
により、最大値Ａｎmax を超過する値の出る確率は０．
１５％に減少する。

【００１４】そして、前回の平均値Ａ（ｎ−１）avと今
回の平均値Ａｎavとを通る直線を算出することにより、
その直線が安全許容値０．９Ａｕと交差する点から平均
残り稼動時間Ｔｎavが求められる。また、前回の最大値
Ａ（ｎ−１）max と今回の最大値Ａｎmax とを通る直線
を算出することにより、その直線が安全許容値０．９Ａ
ｕと交差する点から最悪状態の最短残り稼動時間Ｔｎmi
n が求められる。いま、残り稼動時間をＴｎ、経験値ま
たは理論式より算出された寿命つまり最大稼動時間をＴ
lim とすると、Ｔｎ＞Ｔlim 、Ｔｎ＜０、Ｔｎ＝∞であ
るとき、いずれの状態も明らかに異常であり、この異常
残り稼動時間が算出されたときには、Ｔｎ＝０とみなさ
れて、主軸３の寿命が報知される。また、図４のｎ＝６
にみられるように、最大測定値が安全許容値を越えた場
合（Ａ６max ＞０．９Ａｕ）も異常が報知される。

【００１５】図５は送り機構を示す概略図であり、加工
部１０を搭載した中台１１はナット１２を介して送りね
じ１３によりベッド１４上で摺動される。送りねじ１３
は動力伝達部材１５を介して送りモータ１６に連結さ
れ、その送りモータ１６には検出器１７が設けられてい
る。検出器１７により検出された送り位置データはＮＣ
装置１８に入力され、そのＮＣ装置１８によりドライブ
ユニット１９を介して送りモータ１６が制御される。そ
して、ベッド１４には定位置検出器２０が設置され、こ
の定位置検出器２０及び前記検出器１７の出力に基づ
き、ＮＣ装置１８が中台１１のロストモーションを測定
するようになっている。なお、ロストモーション測定方
法については前掲の特開昭６３−１９１５５３号公報に
記載の公知の測定方法を用いる。

【００１６】図６はロストモーション値Ｌと累積稼動時
間Ｔとの関係を示す特性図であり、図において、Ｌｎma
x はロストモーションの最大値、Ｌｎmin は最少値、Ｌ
ｎavは平均値、Ｌｕは許容値上限ライン、０．９Ｌｕは
安全許容値上限ライン（安全率１０％）、Ｔｎavは平均
残り稼動時間、Ｔｎmin は最短残り稼動時間を示す。ロ
ストモーション値Ｌは前記モータ電流値Ａの場合と同様
に測定され、その測定値に基づき、残り可動時間Ｔｎa
v，Ｔｎmin が求められ、かつ、異常が報知される。そ
して、この送り機構においては、ロストモーション測定
値Ｌを補正データとしてＮＣ装置１８により送りねじ１
３等のバックラッシュが自己修正され、図６に×印で示
すように、修正後のロストモーション値Ｌは０となる。
バックラッシュの修正方法については、例えば、特開昭
５９−５９３３２号及び特開昭６０−２９２５９号公報
に開示された技術が知られている。

【００１７】なお、表１に示したように、送り機構の作
動量を送りモータ１６のモータ電流値に基づいて測定す
ることも可能である。この場合、モータ負荷が焼付また
は潤滑不足により増大したり、摩耗等のガタにより減少
したりし、その影響を受けてモータ電流の測定値が両方
向へ変動する。このため、累積動作量（時間または距
離）の一定期間毎に測定データを取り続ける必要があ
る。そして、精度を保障できるモータ負荷の上限値及び
下限値を設定し、測定値がその範囲内であれば正常と
し、そこから外れたときに異常を報知する。加えて、正
常な老朽化曲線を設定し、この曲線から測定値が大きく
外れたときに、測定値曲線の傾きに基づいて残り稼動時
間を求めかつ異常を報知する方法を採用することもでき
る。

【００１８】以上では主軸機構及び送り機構における監
視方法の原理を説明したが、他の可動要素つまり主軸モ
ータ４及び刃物台（図示略）についても同様の原理が適
用される。主軸モータ４においては、温度計７により測
定されたモータコイル温度測定値に基づき主軸モータ４
の残り稼動時間が求められ、かつ、異常が報知される。
刃物台においては、刃物台旋回モータのモータ電流値に
基づいて刃物台の残り稼動時間が求められ、かつ、異常
が報知される。

【００１９】図７は主軸機構の制御回路を示すブロック
図であり、図において、２１はモータ電流測定回路、２
２は測定データ記憶回路、２３は測定値と安全許容値と
を比較する比較回路、２４は測定データに基づいて前記
した演算を実行する演算回路、２５はその演算結果を記
憶する記憶回路、２６は残り稼動時間表示装置、２７は
アラーム発生装置である。ＮＣ装置１８には、この主軸
機構の制御回路、及び、それと同様に構成された送り機
構、主軸モータ４、及び刃物台の制御回路が内蔵されて
いる。

【００２０】次に、主軸機構及び送り機構の状態監視方
法を図１及び図２のフローチャートに従って説明する。
主軸機構においては、図１に示すように、まず、所定の
測定インターバルが経過すると（ステップＳ１）、旋盤
のテストプログラム運転が開始される（ステップＳ
２）。次いで、主軸モータ４により主軸３が最高回転数
で回転され（ステップＳ３）、その主軸３の回転数が安
定した段階でモータ電流値が複数回測定される（ステッ
プＳ４）。次に、測定値が安全許容値と比較され（ステ
ップＳ５）、測定値が安全許容値を越えている場合には
アラームが発生される（ステップＳ１４）。

【００２１】測定値が安全許容値より小さい場合には、
測定データに基づき前記数１式を用いてモータ電流の平
均値及び最大値が算出されたのち（ステップＳ６）、前
回の測定データが読出される（ステップＳ７）。そし
て、前回の測定値と今回の測定値とを通る直線が演算さ
れ（ステップＳ８）、その直線に基づいて残り稼動時間
の平均値及び最短値が算出される（ステップＳ９）。続
いて、前記不等式を用いて残り稼動時間に異常があるか
否かが判断され（ステップＳ１０）、異常なしの場合
は、前回の測定データにかえて今回の測定データが記憶
されたのち（ステップＳ１１）、残り稼働時間が表示さ
れる（ステップＳ１２）。残り稼動時間に異常がある場
合には、残り稼動時間が０にセットされ（ステップＳ１
３）、直ちにアラームが発生される（ステップＳ１
４）。

【００２２】送り機構においては、図２に示すように、
測定インターバルが経過したのち（ステップＳ２１）、
テストプログラム運転が開始されると（ステップＳ２
２）、まずはバックラッシュ修正機能を停止した状態で
送りモータ１６が最高回転数で回転され（ステップＳ２
３）、ロストモーション値が複数回測定される（ステッ
プＳ２４）。そして、このロストモーション測定値に基
づき主軸機構の場合と同様のステップを介して残り稼働
時間が算出及び表示され、かつ、異常時にはアラームが
発生されたのち（ステップＳ２５〜３４）、測定値を補
正データとして送りねじ１３等のバックラッシュが自己
修正される（ステップＳ３５）。したがって、送り機構
を寿命に達するまで最適な状態で運転することができ
る。なお、主軸モータ及び刃物台については主軸機構と
同様のプログラムが適用される。

【００２３】上記実施例ではテストプログラム運転にお
いて旋盤の状態が監視されるが、これを定常運転モード
で実施することもできる。この場合、測定インターバル
が経過したのち、切削動作を停止し、主軸を回転し、か
つ、送り機構を早送り行程で運転した状態で、測定値の
信頼度を上げるために、同一条件下で例えば７回の測定
を実行すればよい。その他、この発明は上記実施例に限
定されるものではなく、旋盤以外の工作機械、または、
各種の産業機械に応用するなど、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して具体
化することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明によれ
ば、複数の可動要素毎に残り稼動時間を報知して、機械
全体を総合的に監視できるとともに、作動量測定値を補
正データとして可動要素の作動異常を自己修正でき、こ
れにより機械を寿命に達するまで最適な状態で運転でき
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の主軸機構監視プログラ
ムを示すフローチャートである。

【図２】本発明による一実施例の送り機構監視プログラ
ムを示すフローチャートである。

【図３】主軸機構の概略図である。

【図４】主軸機構監視原理を説明する特性図である。

【図５】送り機構の概略図である。

【図６】送り機構監視原理を説明する特性図である。

【図７】主軸機構の制御回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１・・主軸台、２・・主軸軸受、３・・主軸、４・・主
軸モータ、５・・ドライブユニット、６・・電流検出
器、７・・温度計、８・・動力伝達部材、１０・・加工
部、１１・・中台、１２・・ナット、１３・・送りね
じ、１４・・ベッド、１５・・動力伝達部材、１６・・
送りモータ、１７・・検出器、１８・・ＮＣ旋盤、１９
・・ドライブユニット、２０・・定位置検出器、２１・
・モータ電流測定回路、２２・・測定データ記憶回路、
２３・・比較回路、２４・・演算回路、２５・・記憶回
路、２６・・残り稼動時間表示装置、２７・・アラーム
発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の可動要素を運転し、各可動要素の
   作動量を測定し、その測定値に基づき各可動要素毎に残
   り稼動時間を報知するとともに、前記測定値を補正デー
   タとして可動要素の作動異常を修正することを特徴とす
   る機械の状態監視方法。