JPH02212046A - 工作機械の主軸負荷検出装置 - 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】 ゴ産業上の利用分野〕 この発明は、ＮＣ旋盤等の工作機械において、主軸スピ
ンドルにかかる負荷を検出する主軸負荷検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

工作機械゛の切削中においては、切削異常が起こり得る
。この切削異常は、工具の過度の磨耗、工具の一部破損
、プログラムミスやＮＣ装置の誤動作による過大な切り
込み等の原因によって起こる。

そこで、たとえばＮＣ旋盤においては、前記のような切
削異常を監視するために切削異常検出装置を備え°たも
のがある（特公昭６１−３７０５８号公報等参照）。

従来のこの種の装置は、工作機械の主軸駆動用モータま
たは工具移動用モータの電流値をモニタし、この電動モ
ータの駆動電流値があらかじめ設定された基準値を越え
る場合に、これを異常として検出するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、切削異常が起こると、主軸スピンドルに所定
の方向の荷重がかかり、主軸駆動用モータの電流値が大
きくなるとともに、主軸スピンドル自体に芯ズレが発生
する。したがって、この主軸スピンドルのズレを検出す
れば、前記のようなモータ電流値をモニタする装置に比
較して、より直接的に、また即座に切削異常を検出する
ことができると考えられる。また、主軸スピンドルのズ
レは、微小であっても加工精度を低下させることとなる
ので、このズレを検出することは加工精度の向上にもつ
ながる。

このように、切削異常の監視や加工精度の向上のために
は、主軸スピンドルのズレを測定することが有効である
が、工作機械の主軸スピンドルは高速で回転しており、
また主軸スピンドルに負荷を加えないようにして測定す
る必要があるため、非常に困難である。

本発明の目的は、主軸スピンドルの負荷によるズレを、
正確に、かつ主軸スピンドルに特別な負荷をかけること
なく測定することができる工作機械の主軸負荷検出装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明にかかる工作機械の主軸負荷検出装置は、主軸ス
ピンドル周囲の所定位置に主軸スピンドルと所定の隙間
を有して配置されたコイルと、このコイルに起電力を発
生させるための起電力発生手段と、主軸スピンドルにか
かる負荷を検出する検出手段とを有している。

そして、前記起電力発生手段は、前記主軸スピンドルに
設けられ、主軸スピンドルの回転に伴って前記コイルに
起電力を発生させるものである。

また前記検出手段は、起電力発生手段によって前記コイ
ルに流れる誘導電流値を検出し、その変化によって主軸
スピンドルにかかる負荷を検出するものである。

（作用〕 本発明は、電磁誘導作用を利用して主軸スピンドルのズ
レを検出し、主軸にかかる負荷を検出するものである。

すなわち、主軸スピンドル周囲にコイルを配置するとと
もに、主軸スピンドル側に、たとえば磁石等の起電力発
生手段を設けておけば、主軸スピンドルの回転に伴って
、前記コイルに起電力が発生する。

このような状態で、切削異常等により主軸スピンドルに
荷重がかかると、主軸スピンドルが所定の方向にずれる
。これにより、主軸スピンドルに設けられた磁石等の起
電力発生手段とコイルの間の隙間が変化し、コイルに生
じる起電力が変化する。この起電力の変化を誘導電流値
の変化として測定し、この誘導電流値の変化によってズ
レ、すなわち主軸スピンドルにかかる負荷を検出する。

したがって、非接触で、かつ精度良く主軸スピンドルに
かかる負荷を検出でき、この検出結果を利用すれば、切
削異常の監視や、加工精度の向上を容易に実現できる。

〔実施例〕

本実施例では、工作機械としてＮＣ旋盤を例にとって説
明する。第３図は、ＮＣ旋盤１５の概略構成を示したも
のである。主軸スピンドルｌＯの先端（図示右方）には
主軸チャック１が装着されており、この主軸チャック１
に被加工物であるワークが装着される。主軸スピンドル
ｌＯの後部は、ベルト１１を介して主軸駆動用サーボモ
ータ１２に連結されている。

主軸チャック１に並列して、タレット装置２が設けられ
ている。タレット装置２は、主軸スピンドル１０と平行
なＺ軸方向及びこの方向と水平面内で直交するＸ軸方向
に出没自在となっており、図示していないがタレット装
置２をこれらの各方向に駆動するための２軸モータ、Ｘ
軸モータが設けられている。タレット装置２゛は、タレ
ット軸３と、このタレット軸３の先端部に設けられたタ
レット本体４とを有している。タレット本体４は多角形
状に形成され、その各面には工具が装着された工具台５
が装着されている。また、ＮＣ旋盤１５の側面には、制
御部６が設けられている。制御部６は、ＣＲＴ？、操作
キー８等を含む操作盤９と、数値制御部（ＮＣ部）とを
有している。

第１図は本実施例の主軸スピンドル負荷検出装置の制御
ブロック図を示したものである。主軸スピンドル１０の
外周部所定位置には、起電力発生手段としての磁石２０
が埋設されている。また、主軸スピンドル１０の周囲に
は、相互に直交する方向にコイル２１．２２が設けられ
ている。各コイル２１．２２は、それぞれ主軸スピンド
ル１０に対して同じ隙間Δｈを有して配置されている。

各コイル２１．２２には、それぞれ電流計２３゜２４が
接続されており、これらの電流計２３．２４の出力は増
幅器２５．２６に接続されている。

各増幅器２５．２６の出力は、比較器２７．２８の信号
入力に接続されている。

比較器２７．２８の基準値入力には、基準値作成回路３
０の出力が接続されており、各比較器２７．２８は、増
幅器２５．２６の出力が基準値を越えるときに「１」を
、それ以外のときにｒ□。

を出力するものである。また、基準値作成回路３０は、
回転数検出センサ２９からの回転数検出出力をもとに、
回転数ごとに基準電流値を作成するものである。前記比
較器２７．２８の出力は、ＯＲ回路３１を介してＮＣ装
置本体１５の制御部６に接続されている。

制御部６は、通常のＮＣ制御を行うためのＮＣ制御部の
他に、イネーブル信号出力部３２及びモータドライブ信
号発生部３３を有している。そして、これらの両回路３
２．３３の出力は、ＡＮＤ回路３４を介してモータ駆動
回路へ接続されている。前記ＯＲ回路３１の出力は、制
御部６のイネーブル信号出力部３２に接続されている。

次に動作について説明する。

まず、負荷（ズレ）検出動作について説明する。

切削加工中においては、主軸駆動用サーボモータ１２に
より主軸スピンドル１０が回転しており、これにともな
って磁石２０も回転している。この磁石２０の回転によ
り、コイル２１．２２と交わる磁束が変化し、周知の電
磁誘導作用によってコイル２１．２２に起電力が発生す
る。したがって、各コイル２１．２２には、それぞれ誘
導電流ｉｘ。

ｉｙが流れる。この各コイル２１．２２に流れる電流ｉ
ｘ、ｉｙは、電流計２３．２４によって検出され、増幅
器２５．２６で増幅されて電流ｌｘ及びＩｙとしてそれ
ぞれ比較器２７．２８の信号入力に入力される。

一方、比較器２７．２８の基準値入力には、基準電流（
［ＩＮが入力されている。この基準電流値１、は、回転
数検出センサ２９により主軸スピンドル１０の回転数を
検出し、この回転数に応じて基準値作成回路３０で作成
されるものである。すなわち、主軸スピンドル１０にズ
レがない状態での誘導電流値ｉｎを、回転数をパラメー
タとしてあらかじめ測定しておく、この電流値ｉｎに所
定の余裕率を見込んで基準電流値■８とする。これらの
各電流値の関係を示したものが第２図である。

正常切削時は、主軸スピンドル１０に異常な負荷がかか
ることはなく、ズレも発生しない、この場合には、各コ
イル２１．２２と主軸スピンドル１０の間の隙間Δｈは
変化しないので、各コイル２１．２２に発生する誘導電
流値ｉｘ、ｉｙは無負荷時の値とほぼ同様であり、各増
幅器２５，２６の出力は、第２図のＡ及びＢで示すよう
に、基準電流値ＩＮ以下である。

ところが、切削異常等により主軸スピンドルｌＯに大き
な負荷がかかると、主軸スピンドル１０にズレが生じる
。たとえば、主軸スピンドル１０がコイル２１の方向に
ずれた場合には、コイル２１と主軸スピンドルｌＯの間
の隙間Δｈが小さくなり、このコイル２１に発生する誘
導起電力が大きくなり、その電流値ｉｘも大きくなる。

この状態を示したのが第２図のＣの部分であり、ズレ量
が大きくなると、増幅器２５の出力ｌｘは、基準値ＩＮ
の値を越えてしまう。

これにより、比較器２７からは、異常を示す信号「１」
が出力され、この信号はＯＲ回路３１を介して制御部６
のイネーブル信号出力部３２に出力される。イネーブル
信号出力部３２からは、正常状態では「１」が出力され
ており、したがってモータドライブ信号発生部３３から
のモータドライブ信号は、ＡＮＤ回路３４を通過してモ
ータ駆動回路へ送出され、これにより主軸駆動用のサー
ボモータ１２が駆動されている。しかし、前記のように
切削異常等により比較器２７から異常信号「１」が出力
されると、これを受けたイネーブル信号出力部３２から
は、信号「０」が出力される。

これにより、モータドライブ信号発生部３３からのモー
タドライブ信号はＡＮＤ回路３４を通過しなくなり、し
たがって、主軸駆動用サーボモータ１２は停止し、主軸
スピンドル１０の回転は停止する。

なお、主軸スピンドル１０がコイル２２方向にずれた場
合も同様であり、比較器２８から異常信号「１」が出力
され、これにより主軸スピンドル１０の回転は停止する
。

また、主軸スピンドル１０の回転が高速になると、第２
図のｌｘ’で示すように、誘導電流値も大きくなる。こ
の場合は、基準値作成回路３０によって作成される基準
電流値も、回転数に応じて大きくなり、第２図のＩＨｌ
で示すようになる。

このように本実施例では、主軸スピンドル１０にズレが
生じ、このズレの量が所定の値を越えると、切削異常信
号が出力され、これによりモータが停止することとなる
。このズレの測定を、本実施例では主軸スピンドル１０
に対して非接触で行うので、主軸スピンドル１０には何
ら負荷が加わることはない。

また、基準電流値■８の値を変更することにより、すな
わち無負荷時の値に対する余裕率を小さくすることによ
り、主軸スピンドル１０の微小なズレも精度よく検出す
ることができ、加工精度を向上することができる。

〔他の実施例〕

（ａ）　　前記実施例では、各コイル２１．２２の誘導
電流値を増幅し、これを所定の基準電流値と比較して異
常を検出するようにしたが、第４図に示すように、各コ
イル２１．２２の電流値の変化を検出し、その変化分が
所定の基準値を越えたときに異常信号を出力するように
してもよい。

すなわち、第４図の実施例では、各増幅器２５゜２６の
出力にサンプリング回路３５．３６が接続されている。

このサンプリング回路３５．３６は、所定のサンプリン
グ周期で、増幅器２５．２６の出力１ｘ、Ｉｙをサンプ
リングし、ディジタル信号として出力するものである。

また、各サンプリング回路３５．３６には、サンプリン
グデータを１サンプリング周期遅延させるためのバッフ
ァ３７．３８が接続されている。さらに、各バッファ３
７．３８の出力には減算回路３９．４０が接続され、こ
の出力が比較器２７．２８の信号入力に接続されている
。この各比較器２７．２８以後の構成は前記第１図の実
施例と同様である。

次に動作について説明する。

各コイル２１．２２に生ずる誘導電流値１Ｘ９ｉｙを検
出し、増幅するまでの動作は、前記実施例と同様である
。各増幅器２５．２６の出力ｌｘ。

ｌｙは、それぞれサンプリング回路３５．３６によって
所定のサンプリング周期でサンプリングされる。このサ
ンプリングデータは、それぞれバッファ３７．３８で１
サンプリング周期の遅延を受け、減算回路３９．４０の
一方入力に入力される。

減算回路３９．４０の他方入力には、サンプリング回路
３５．３６からのサンプリングデータが直接入力されて
おり、この減算回路３９．４０にて、ｌサンプリング周
期における誘導電流値の変化分Δｌｘ、ΔＩｙが算出さ
れる。前記減算回路３９゜４０の出力ΔＩＸ、Δｒｙは
、それぞれ比較器２７．２８で基準値Δ■０と比較され
、Δｌｘ、Δ■ｙがΔＩｏを越える場合は、各比較器２
７．２８は「１」を、それ以外の場合は「０」を出力す
る。

したがって、主軸スピンドルｌＯにズレがない場合は、
減算回路３９．４０の出力Δｌｘ、ΔＩｙはほぼ０であ
り、比較器２７．２８からは「０」が出力される。これ
により、前記実施例同様にイネーブル信号出力部３２は
「１」を出力し、モータドライブ信号発生部３３からの
モータドライブ信号はＡＮＤ回路３３を通過し、主軸駆
動用サーボモータ１２が回転している。

一方、工具とチャックの衝突等により主軸スピンドル１
０が所定の方向にズした場合は、各コイル２１．２２に
発生する誘導電流値に変化が生ずる。たとえばコイル２
１側に主軸スピンドル１０がズした場合には、コイル２
１に発生する誘導電流値ｉｘが大きく増加する。これに
より、減算回路３９の出力Δｌｘが大きくなり、基準値
ΔＩ。

の値を越える。すると、比較器２７からは異常信号「１
」が出力され、イネーブル信号出力部３２の出力はｒ□
、となり、主軸駆動用サーボモータ１２は停止する。

このような実施例によっても前記実施例と同様に主軸ス
ピンドル１０のズレを正確に、かつ特別な負荷を加える
ことなく測定することができる。

なお、第４図の実施例において、サンプリング回路３５
．３６のサンプリング周期、またはバッファ３７．３８
における遅延量を変更することにより、主軸スピンドル
１０の急激なズレや、ゆるやかなズレを検出することが
できる。

（ロ）前記第１図及び第４図に示した実施例では、主軸
スピンドル１０の周囲２か所にコイルを設けた場合につ
いて説明したが、このコイルの設置する場所は２か所に
限定されるものではなく、たとえば１２０°間隔で３か
所に設置してもよい。

（Ｃ）　　前記実施例では、主軸スピンドル１０周囲の
コイルに起電力を発生させるための手段として、磁石２
０を設けたが、コイル２１．２２に起電力を発生させる
ための手段は、これに限定されるものではない、たとえ
ば、主軸スピンドル１０にコイルを設けるとともに、こ
のコイルを主軸スピンドル１０とともに回転させるよう
にしても、主軸スピンドル周囲のコイルに起電力を発生
させることができる。

（ロ）前記実施例では、工作機械としてＮＣ旋盤を例に
とったが、本実施例の主軸スピンドル負荷検出装置は、
他の工作機械にも適用できるのはもちろんである。

〔発明の効果〕

このような本発明によれば、主軸スピンドルの周囲にコ
イルを配設し、主軸スピンドルの回転によってコイルに
誘導電流を発生させ、この電流値の変化を利用して主軸
スピンドルのズレ、ひいては切削異常を検出するように
したので、主軸スピンドルのズレを正確に測定できる。

また、主軸スピンドルにはセンサ等を接触させる必要が
ないので、主軸スピンドルに特別な負荷が加わることが
なく、その点でもより微小なズレ量を感度よく検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による主軸負荷検出装置の制
御ブロック図、第２図はその動作を説明するための信号
波形図、第３図は本実施例の主軸負荷検出装置が適用さ
れるＮＣ旋盤の概略構成を示す図、第４図は本発明の他
の実施例による主軸負荷検出装置の制御ブロック図であ
る。 １０・・・主軸スピンドル、２０・・・磁石、２１．２
２・・・コイル、２７．２８・・・比較器。 特許出願人　　　村田機械株式会社 代理人　　弁理士　小　野　由己男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の主軸スピンドルにかかる負荷を検出す
   るための主軸負荷検出装置であって、 前記主軸スピンドル周囲の所定位置に、主軸スピンドル
   と所定の隙間を有して配置されたコイルと、 前記主軸スピンドルに設けられ、主軸スピンドルの回転
   に伴って前記コイルに起電力を発生させるための起電力
   発生手段と、 この起電力発生手段によって前記コイルに流れる誘導電
   流値を検出し、その変化によって前記主軸スピンドルに
   かかる負荷を検出する検出手段と、を備えた工作機械の
   主軸負荷検出装置。