JPH0751976A - 主軸異常負荷時停止制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸および送り軸を有する工作機械の主軸の
異常負荷検出時の停止制御において、工具等の破損を防
止することができる異常負荷時停止制御方式を提供す
る。 【構成】 主軸および送り軸を有する工作機械の主軸の
異常負荷時にその主軸を停止させる停止制御方式におい
て、主軸における異常負荷を検出し、主軸に異常負荷を
検出した時（ステップＳ１）、その異常負荷検出信号に
よりはじめに送り軸を停止させ（ステップＳ２，３）、
次に主軸を停止させる（ステップＳ４，５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等の主軸を有
するシステムにおける異常負荷時の停止制御方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、送り軸と主軸とを有する工作機
械等のシステムにおいて、送り軸によってワークを移動
するとともに、主軸によって工具を駆動してワークに切
削等の種々の加工を施している。

【０００３】従来、この送り軸において異常負荷を検出
した場合には、異常負荷を検出した送り軸を即時に停止
させることによって、異常負荷時の対処を行なってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の異常負荷
時停止制御方式においては、異常負荷を検出した軸を即
時に停止させることによって対処しているが、この異常
負荷時停止制御方式を主軸に対して適用し、異常負荷時
に即時停止を行なうと、主軸停止後においても送り軸は
依然として駆動され続けるため、工具が加工動作を行な
うことなくワークを押すことになり、工具等が破損する
恐れがあるという問題点を有している。

【０００５】そこで、本発明は前記した従来の異常負荷
時停止制御方式の問題点を解決し、主軸および送り軸を
有する工作機械の主軸の異常負荷検出時の停止制御にお
いて、工具等の破損を防止することができる異常負荷時
停止制御方式を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、主軸および送
り軸を有する工作機械の主軸の異常負荷時にその主軸を
停止させる停止制御方式において、主軸における異常負
荷を検出し、主軸の異常負荷を検出した時、はじめに送
り軸を停止させ、次に主軸を停止させることによって前
記目的を達成するものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、主軸および送り軸を有する工
作機械において、主軸における異常負荷を検出し、主軸
に異常負荷を検出した時、その異常負荷検出によりはじ
めに送り軸を停止させ、次に主軸を停止させる。主軸の
異常負荷時において、まず送り軸を停止させ次に主軸を
停止させることにより、主軸が停止した状態で送り軸が
駆動されて、主軸停止状態の工具がワークを押すことが
なく、主軸に取り付けられた工具等の破損を防止するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。

【０００９】図１は、本発明を実施する工作機械のサー
ボモータ系およびスピンドルモータ系のブロック図であ
る。

【００１０】図１において、１はサーボモータ、サーボ
アンプ、デジタルサーボ回路、共有メモリ、速度位置検
出器等から構成されるサーボモータ系であり、ＣＮＣ
（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ）２により送り軸の制御を行なうもの
である。また、８はスピンドルモータ系であり、ＰＭＣ
（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌｌｅｒ）３からの指令により主軸の制御を行な
うものである。このスピンドルモータ系８（図１中で一
点鎖線により示している）は、モータ制御部４とパワー
増幅器５とスピンドルモータ６と速度検出器７とから構
成され、モータ制御部４はＰＭＣ３からの指令を受け、
パワー増幅器５を介してスピンドルモータ６に対して制
御を行う。また、モータ制御部４は速度検出器７により
検出したスピンドルモータ６の速度ｙを用いてスピンド
ルモータ６の負荷トルクを推定し、該負荷トルクが異常
負荷の場合にはＣＮＣ２に異常負荷信号を出力するもの
である。

【００１１】本発明の異常負荷時停止制御方式において
は、前記工作機械のサーボモータ系およびスピンドルモ
ータ系のブロック図において、主軸の異常負荷を前記ス
ピンドルモータ系８の部分で外乱推定オブザーバによっ
て負荷トルクを外乱トルクとして推定する。そして、そ
の推定した負荷トルクが異常負荷と判定された場合に、
はじめにサーボモータ系１を制御して送り軸を停止さ
せ、送り軸が停止した後にスピンドルモータ系８を制御
して主軸を停止させるものである。

【００１２】（主軸の異常負荷の検出）はじめに、主軸
の異常負荷検出について、図２の本発明の実施例の異常
負荷を検出するための外乱推定オブザーバのブロック図
を用いて説明する。

【００１３】図２において、外乱推定オブザーバ２０
は、速度検出器７により検出されたスピンドルモータ６
の速度ｙとスピンドルモータ６に出力されるトルク指令
ｕを入力として、負荷トルクの推定値Ｔｄ２を出力する
ものである。外乱推定オブザーバ２０の項２２，２３の
Ｋ１，Ｋ２は外乱推定オブザーバのパラメータであり、
項２１は実際にスピンドルモータに出力されるトルク指
令として電流値ｕからモータの推定加速度に変換する係
数で、（トルク定数／イナーシャ）の比率で表される推
定比率ｂ^* を用いる。２４は積分項である。項２３の出
力である成分値Ｔｄ１のパラメータＫ１，Ｋ２を極が安
定するように選択すると、Ｔｄ１＝Ｔｄ／Ｊと近似する
ことができる。この算出された積分値Ｔｄ１に推定比率
ｂ^* の逆数１／ｂ^* （＝Ｊ／Ｋｔ）を乗ずることによ
り、負荷トルクＴｄ（に比例する値の）の推定値Ｔｄ２
を求めることができる。なお、この外乱推定オブザーバ
２０については公知であり、詳細な説明は省略する。

【００１４】図１において、前記外乱推定オブザーバ２
０に対する入力は、図中の破線で示されるようにモータ
制御部４へのスピンドルモータ６の速度ｙと速度制御部
４で計算されるトルク指令ｕ（図示されない）であり、
その出力は推定負荷トルクＴｄ２である。

【００１５】図３はトルク指令ｕを算出する処理のブロ
ック図である。このトルク指令ｕは、ＣＮＣ２から出力
される速度指令ＶＣＭＤとスピンドルモータ６の速度ｙ
との偏差量をＰＩ制御（比例＋積分制御）することに算
出され、この算出処理は速度制御部４の内部において行
なわれる。

【００１６】ここで、負荷トルクＴｄが推定負荷トルク
Ｔｄ２によって求められるので、モータ制御部４はこの
推定負荷トルクＴｄ２とあらかじめ設定しておいた値と
を比較して、設定値を超えた場合を異常負荷と判定して
異常負荷検出信号を出力する。

【００１７】（異常負荷時停止制御）次に、前記主軸の
異常負荷の検出において異常負荷を検出すると、この異
常負荷検出信号により停止処理を行なう。以下、前記図
１、および図４に示す異常負荷時停止制御のフローチャ
ートを用いてステップＳの符号に従って説明する。な
お、図１中において、この停止処理の工程は実線の矢印
により示しており、また図４のフローチャートの工程に
対応してＳ１〜Ｓ５の符号を付している。

【００１８】ステップＳ１：はじめに、前記した主軸の
異常負荷の検出の項で説明したように、モータ制御部４
において異常負荷を検出し、外乱推定オブザーバで推定
した負荷トルクの値があらかじめ設定した設定値と比較
し、設定値を超えた場合には異常負荷と判定し、異常負
荷検出信号としてＣＮＣ２に出力する。

【００１９】ステップＳ２：ＣＮＣ２では常にモータ制
御部４からの異常負荷検出信号の有無を検知し、異常負
荷検出信号が入力されると、サーボモータ系１に対して
停止指令を出力する。停止指令を受けたサーボモータ系
１は、サーボモータの駆動を停止する。これにより、サ
ーボモータにより駆動される送り軸が停止する。

【００２０】ステップＳ３：ＣＮＣ２は、サーボモータ
系１に対して停止指令を出力した後の経過時間が一定時
間を超えたか否かの判定を行い、この判定において一定
時間を超えた時、送り軸が停止したものと判断する。こ
の一定時間は、前記工程で停止指令を受けたサーボモー
タ系１が停止動作を開始して、送り軸が停止するまでの
時間に対応して設定するものであり、少なくとも主軸が
停止する前に送り軸が停止するような時間を設定する。

【００２１】例えば、サーボモータ系１が停止動作を開
始して、送り軸が停止するまでの時間以上をこの一定時
間とすることもでき、また、サーボモータ系１が停止動
作を開始して送り軸が停止するまでの時間から、ＣＮＣ
２がスピンドルモータ停止指令を出力してから主軸が停
止するまでの主軸の停止動作に要する時間を逆算して設
定することも可能である。

【００２２】また、経過時間が一定時間を超えたか否か
の判定は、例えば、サーボモータ系１に対する停止指令
により計時を開始し、一定個数のクロック信号をカウン
トした時に信号を出力するカウンタにより構成し、その
出力により一定時間を超えたものとすることもできる。

【００２３】なお、この経過時間は、デフォルト値とし
てＣＮＣ２内の記憶装置等（図示しない）にあらかじめ
設定して記憶させることも、あるいは入力装置（図示し
ない）からの入力により設定、および変更可能とするこ
ともできる。

【００２４】ステップＳ４：前記工程により、送り軸が
停止したものと判断すると、ＣＮＣ２は次にＰＭＣ３に
対してスピンドルモータ停止指令を出力する。

【００２５】ステップＳ５：ＰＭＣ３は、例えばラダー
シーケンスにより制御の順序が設定されており、入力さ
れたスピンドルモータ停止指令によりモータ制御部４に
対してスピンドルモータの停止指令を出力する。この停
止指令を受けたモータ制御部４はスピンドルモータ６の
停止動作を行い、主軸の停止が行なわれる。

【００２６】（実施例特有の効果）本発明の実施例の主
軸の異常負荷の検出において、該主軸の負荷をオブザー
バによる負荷トルクの推定により行なうことによって、
検出器を設けることなく異常負荷検出を行なうことがで
きる。

【００２７】また、本発明の実施例において、送り軸の
停止指令の一定時間経過後に主軸の停止指令を出力する
ことにより、送り軸の停止時点の判断を検出器を設置す
ることなく行なうことができ、これにより送り軸と主軸
の停止の順序を検出器を設けることなく設定することが
できる。

【００２８】（変形例）ＣＮＣがサーボモータ系に停止
指令を出力した後に送り軸が停止したことの判定を、実
施例のサーボモータ系に対して停止指令を出力した後の
経過時間により行なう代わりに、ＣＮＣがサーボモータ
系に停止指令を出力した後において、速度フィードバッ
ク、トルク指令、あるいは位置偏差が零となったことを
検知することにより行なうことも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
工作機械の異常負荷時停止制御方式において、主軸に異
常負荷が発生した時、工具等を破損することなく工作機
械を停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する工作機械のサーボモータ系お
よびスピンドルモータ系のブロック図である。

【図２】本発明の実施例の異常負荷を検出するための外
乱推定オブザーバのブロック図である。

【図３】本発明のトルク指令ｕを算出する処理のブロッ
ク図である。

【図４】本発明の異常負荷時停止制御のフローチャート
である。

【符号の説明】 １ サーボモータ系 ２ ＣＮＣ ３ ＰＭＣ ４ モータ制御部 ５ パワー増幅器 ６ スピンドルモータ ７ 速度検出器 ８ スピンドルモータ系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸および送り軸を有する工作機械の主
   軸の異常負荷時に該主軸を停止する停止制御方式におい
   て、主軸における異常負荷を検出し、該異常負荷検出に
   よりはじめに送り軸を停止させ、次に主軸を停止させる
   ことを特徴とする主軸異常負荷時停止制御方式。