JPH0436634A - 切削機械の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、切削機械の電動機の消費動力から工具の摩
耗状態を検出して、切削機械の動きを制御する制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、切削機械においては、工具の寿命のばらつきや折
損等に対処するため、駆動用電動機の消費動力を検出し
、その消費動力の変化から工具の摩耗状態を判定して、
機械の送り速度や交換時期等を制御する装置が用いられ
ている。

第３図は、切削機械の電動機の消費電力を時間をおって
とり出した場合の電力波形を示したものであり、その電
力値は、電動機の起動時に急激に上昇し、その後無負荷
時の動力値に安定した後、加工が行なわれるごとに上昇
と下條を繰り返すようになっている。

この消費電力の変化から切削工具の摩耗状態を正確に検
出するには、工具が実際に加工物に切込んでいる加工時
の動力のみを対象とする必要があり、このため、加工時
の全体の消費電力から無負荷の電力を差し引いて加工動
力が求められる。

この算出は、従来の制御装置では、起動時の電力上昇が
低下した後から最初の加工開始までの無負荷状態が安定
する時間（Ｔ）内に、無負荷時の動力値ｆ（ｔｏ＞を抽
出し、それを消費動力から差し引いて加工動力ｆ（ｔ１
）を得る方法で行なわれている。

また、消費電力には、非周期的雑音成分が含まれており
、この雑音の変動により無負荷電力や加工時の消費動力
が正確に検出できない場合があるが、この場合は、第３
図に破線で示すごとく、消費電力を平滑処理して雑音成
分を除去した後、電力値を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、実際の加工サイクルにおいては、加工時間短
縮のために、電動機の起動から加工開始までの間に長い
無負荷の安定期間をおかず、第４図に示すように短い時
間間隔で加工を実施する場合が多くある。

しかし、このような加工サイクルにおいては、無負荷時
の動力が安定している時間Ｔが極めて短いために、動力
値のサンプリングを安定して行なうことができず、無負
荷動力を正確に抽出できない問題がある。

特に、消費動力に非周期的な雑音成分が含まれている場
合は、信号に雑音の変動分が加わるために、無負荷動力
値のサンプリングが極めて困難になる。

一方、非周期的な雑音成分を除去するために、検出した
電力信号に平滑処理を施すと、平滑処理に伴なう充放電
作用のために、第４図に破線で示すように２．激に上昇
する起動時の電力信号が無負荷動力に安定するまでに大
きな時間的ずれが生し、このため、無負荷動力の安定期
間と最初の加工期間とが重なり合い、無負荷動力を抽出
するタイミングがとれない不具合がある。

また、起動時の電力上昇が大きいために、その電力値を
平滑した信号が無負荷電力に低下しないうちに最初の加
工による電力上昇が起こり、信号が重なり合う事態が生
じることがあり、正確な無負荷動力がサンプリングでき
ない欠点がある。

この発明は、上記の問題を解決し、起動から加工開始ま
での時間が短い加工サイクルにおいても確実に無負荷動
力値を検出でき、正確な切削状態の判定が行なえる制御
Ｂ装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、この発明は、切削機械の駆
動用電動機の消費動力を検出する動力検出器と；その動
力検出器の出力信号を所定時間−定レベルでクランプす
るクランプ回路と；このクランプ回路を通過した信号を
平滑する平滑回路と；その平滑回路の出力信号から無負
荷時の動力値を抽出する動力抽出回路と；上記動力検出
器の出力信号から無負荷動力抽出回路の出力信号を差引
く算出回路と；上記算出回路の出力信号と設定可変の基
準値とを比較して、その比較結果に基づいて切削機械に
ｆｆ１ＨＢ信号を出力する制御回路と；を具備した構成
としたものである。

〔作用〕

上記の構成においては、駆動用電動機の起動後、急激に
上昇する消費電力を、無負荷動力値より少し大きめのレ
ベルでクランプし、そのクランプした出力信号を平滑処
理する。

このようにクランプによって起動時の動力を削減するこ
とにより、平滑する動力値が小さくなり、平滑の充放電
にかかる時間が短かくなる。このため、消費動力が無負
荷動力に安定するまでの時間が短くなり、加工開始の前
に雑音変動のない無負荷レベルが得られる。

したがって、その平滑した信号から無負荷動力値を抽出
し、その動力値を動力検出器からの消費動力より差し引
くことにより、正確な加工動力を求めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図に示すように、実施例の制御装置は、切削機械の
駆動用電動機１に接続する電力検出器２と、検出された
消費電力からノイズ成分を除去するノイズ除去回路３と
、消費電力から加工動力を抽出する加工動力抽出回路部
４と、加工動力を加工時間の範囲で積分する積分回路部
５と、得られた積分値に基づいて制御信号を出力する制
御回路部６と、異常過負荷検出回路７と、ギヤップユリ
ミ不−タ回路８とを接続して構成されている。

以下、上記の各構成部分について順次説明を行なってい
く。

上記の駆動用電動機１は、切削機械において切削に関与
する電動機が対象とされ、例えば主軸回転用電動機や送
り軸作動用の電動機などが利用される。

電力検出器２は、駆動用電動機１の稼動中の消費電力を
検出して出力する。この場合、検出される消費電力Ｐに
は、実際に加工に起因する消費電力ｆ　（ｔ）や、電動
機の駆動力を伝えるベルト、プーリ等から生じる低周波
雑音や、交流モータの特性によって発生する雑音などの
周期的なノイズ成分Δｆ　（ｔ）と、非周期的なノイズ
成分Ｃ（ｔ）を含んでおり、Ｐ＝ｆ（ｔ）＋４ｆ　（ｔ
）＋Ｃ（ｔ）で表わされる。

ノイズ除去回路３は、駆動系からくる低周波雑音成分や
、電動機の特性からくる雑音成分等を除去する複数のフ
ィルタ回路３ａ、３ｂを含んでおり、消費電力（Ｐ）か
ら周期的ノイズΔｒ　（ｔ）を除去する。このようにノ
イズ成分を除去することにより、切削工具と被削物との
当接時点を時間遅れなく正確に検出することができる。

一方、ノイズ成分Δｆ　（ｔ）が除去された消費ｔ、１
（ｔ）には、無負荷時のアイドリング状態において主軸
回転に伴なう摩擦などにより生じる動力増加分が加わっ
た状態になっているため、次に、上記の消費電力ｆ　（
ｔ）を、加工動力抽出回路部４に通して無負荷時の動力
増加分を取除き、加工動力ｒ（ｔｌ）を抽出する。

この加工動力抽出回路部４は、タイマ９を備えるクラン
プ回路１０と、平滑回路１１と、サンプルホールド回路
１２と、演算回路１３、及び増幅回路１４とから構成さ
れる。

クランプ回路１０は、第２図（ａ）Φ）に示すように、
タイマＳが作動している時間の範囲で、ノイズ除去回路
３から出力される消費電力ｆ　（ｔ）の信号を一定のレ
ベルａでクランプするものである。このクランプレベル
ａは、任意に設定可能であり、通常は無負荷動力よりわ
ずかに大きく設定される。

上記タイマ９は、電動機１が起動して所定時間経過する
と作動し、起動時の電力上昇が低下した時点で作動が切
れるように設定されている。

また、このタイマ９の作動信号は、タイマ２３に人力さ
れるようになっており、このタイマ２３は、外部信号が
入力されるＯＲ回路２４を介してサンプルホールド回路
１２に接続されている。上記タイマ２３は、タイマ９の
作動が切れると、定時間作動し、ＯＲ回路２４は、この
タイマ２３の作動信号か外部信号のいずれかを選択して
、サンプルホールド回路１２にホールドのタイミング信
号を出力する。

上記のタイマ９の作動タイミングや、上昇した起動電力
の低下する時点、及びレベルａの基準となる無負荷動力
値は、加工物に対して予め試し加工を行ない、それによ
り得られる電力波形から簡単に割り出すことができる。

平滑回路１１は、充放電作用を伴なう一次遅れ回路が用
いられ、クランプ回路１０を通過したクランプ信号Ｓ１
を平滑処理する。この平滑処理により、第２図（Ｃ）に
示すようにクランプ信号ｓ１の波形がならされ、非周期
的なノイズ成分Ｃ（ｔ）が除去された平滑信号Ｓ２が得
られる。

サンプルホールド回路１２は、平滑回路１１で処理され
た消費電力ｆ　（ｔ）から、無負荷時の基準電力ｆ　（
ｔｏ　）を抽出して記憶するものであり、タイマ２３が
作動している時間又は外部信号により指定された時間だ
け基準電力をサンプリングする。

演算回路１３は、クランプ回路１０を通過した信号とサ
ンプルホールド回路１１の信号が入力すると、サンプル
ホールド回路１２で保持した基準電力ｒ（ｔｏ）を消費
電力ｆ、（ｔ）から差引く演算、ｆ　（ｔ、　）　＝ｆ
　（ｔ）　−ｆ　（ｔｏ　）を実行する。これにより、
電力値は下部部分が除去され、下側にシフトした状態に
なり、加工動力ｆ　（ｔｌ　）のみが抽出される。（第
２図（ロ）参・照）増幅回路１４は、抽出した加工動力
ｆ　（ｔｌ　）をに倍（但し１＜Ｋ）ｆ、、で、電力の
変化を大きく増幅して出力するものである。この出力値
ｆ（ｔｚ）−Ｋｘ　ｆ　（ｔ　＋　）が、次の制御用の
基本加工動力になる（第２図（ｅ）参照）。

一方、上記ノイズ除去回路３には、上記の加工動力抽出
回路部４と共に、異常負荷検出回路７が接続している。

この検出回路７は、被削物のコーディングの誤作動によ
り切削工具と被削物が異常衝突したり、切削工具が正常
に装着されていない状態で加工がされた場合などに、急
激に上昇する消費電力を検知するもので、消費電力ｆ　
（ｔ）が予め設定された値Ｃ（この値は、後述する制御
用の比較基準値より大きい）以上に達したとき、切削工
具の切込みや送り装置を停止させる出力信号を発生する
。

次に、積分回路部５は、制御範囲となる加工時間を設定
する加工時間設定回路１５と、積分回路１６とから成り
、加工時間設定回路１５は、比較回路１７と、ＯＲ回路
１８と、ゲート回路１９とから構成されている。

上記比較回路１７は、基準電力値ｆ（ｔｏ）より大きく
設定された基準値ｍが入力されており、第２図（ｅｌに
示すように、加工動力ｒ（ｔｚ）とその基準値ｍとを比
較して、動力ｆ（ｔｚ）が基準値ｍを通過したときＯＲ
回路１８に信号を出力する。

ＯＲ回路１８は、外部のタイミング信号発信源に接続す
る一方の端子よりパルス波などのタイミング信号が入力
され、そのタイミング信号と比較回路１７からの信号の
いずれかを選択し、ゲート回路１９にタイミングゲート
信号を出力する。

ゲート回路１９は、ＯＲ回路１８から信号が入′力され
ると、その入力している時間長だけ加工動力ｆ（ｔｚ）
の信号を積分回路１６に通過させる。

積分回路１６は、ゲート回路１９から入力される加工動
力の信号について積分計算を実行する。

この積分した値ｆ　（ｔｓ）＝ｆｆ　（ｔｔ）は、次に
制御回路部７に出力される。

また、加工動力抽出回路部４から出力された加工動力ｆ
（ｔｚ）は、ギャップエリミネータ回路８にも入力され
る。このギャップエリミネータ回路８は、加工動力と予
め設定された基準値ｄとを比較し、加工動力ｒ　（ｔ、
）が基準値ｄに達したとき、切削工具の切込み送り装置
に通常の送り量に切換える切換信号を出力する（第二次
出力信号）。

これにより、切削工具は被削物に当接する直前迄は早送
りで送られ、切削工具と被削物が当接すると自動的に通
常の切込み送りに切換ることになり、加工に関与しない
空白時間を短縮できる効果がある。

前記積分回路部５に接続する制御回路部６は、カウンタ
２０と、平均値演算回路２１と、比較回路２２とから構
成される。

上記カウンタ２０は、上述した積分回路部５の比較回路
１７からの信号を工具交換直後よりＮ回カウントし、そ
のＮ回カウントまでの信号を平均値演算回路２１に出力
する。

平均値演算回路２１は、記憶部と演算部を具備しており
、その記憶部は、上記カウンタ２０と積分回路部５から
入力される各出力を順に累積して、それぞれ加工回数Ｎ
と、積分値の総和Σｒ　（ｔｓ）として記憶する。そし
て、演算部は、Ｎ回の加工回数により積分値総和を割算
して積分値の平均値ｒ（ｔａ）＝Σｆ　（む、）／Ｎを
算出し、その求めた平均値「（ｔ４）を、比較回路２２
に出力する。

比較回路２２は、入力する平均値を増幅した後、積分回
路部５から出力される積分値ｆ（ｔ：１）と比較し、積
分値が平均値以上に達したとき、切削機械に制御信号を
出力する（第三次出力信号）。

この制御回路部６からの制御信号は、切削機械における
切込みや送り量を変化させる信号や、工具交換の指令信
号とすることができる。

この実施例の制御装置は上記のような構造であり、次に
その作用を説明する。

対象の駆動用電動機１から電力検出器２により採取され
た消費動力Ｐは、ノイズ除去回路３を通過すると、内部
から雑音成分が除去され、第２図（ａ）の波形に示すよ
うな消費電力ｆ（ｔ）が得られる。

この消費電力は、次に異常過負荷検出回路７に送られ、
その最大値が基準値Ｃを越えていると、検出回路７から
第一次出力信号が出力され、切削装置を全停止させる。

これにより、切削工具の破損や取付はミスによる重大事
故が防止される。

消費電力ｆ（ｔ）が基準値Ｃを越えない場合は、その消
費電力ｆ（ｔ）　　の信号は加工動力抽出回路部４で処
理される。

この抽出回路部４では、起動時に消費動力ｆ（１）が上
昇すると、タイマ９が作動し、タイマ９の作動している
時間長だけクランプ回路１０が消費電力をレベルａでク
ランプする（第２図（ｂ））。

このクランプされたクランプ信号Ｓｔ　は、次に平滑回
路１１により平滑処理され、非周期的な雑音成分が取除
かれる（第２図（Ｃ））。この場合、起動時の消費電力
ｆ　（ｔ）が、クランプにより上側部分がカットされて
小さくなっているので、平滑処理における充放電量が小
さくなり、このため、信号の時間遅れが小さくなると共
に、短い時間で平滑された無負荷の状態に安定する。こ
れにより起動時と最初の加工開始までの間に、明確な無
負荷動力ｆ（ｔｏ）を示す波形が現われる。

したがって、次のサンプルホールド回路１２において、
外部又は、内部タイマ２３からのタイミング信号を上記
の無負荷動力を示す時間に合わせることにより、平滑信
号Ｓ２から無負荷動力ｆ（ｔ。）を正確に抽出すること
ができる。

この無負荷動力ｆ（ｔｏ）は、ついで演算回路１３にお
いて消費電力ｒ（ｔ）から差し引かれて、加工電力ｆＤ
１）が算出される。このときの電力波形は第２図（ｄ）
の波形になる。

この信号を増幅して得られた加工電力ｆ（ｔｇ）は、ギ
ャップエリミネータ回路８と積分回路部５に送られ、ギ
ャップエリミネータ回路８において、加工動力ｒｃｔｔ
＞と予め設定した（Ｈｉｄとが比較され、加工動力が値
ｄより大となった瞬間に第二次出力信号が出力され、切
削工具の早送り速度をプログラムされた切削送りに切換
える。

一方、積分回路部５においては、第２図（６）に示すよ
うに加工電力ｒ（ｔｉが外部信号により設定されたレベ
ル値ｍを越えたとき比較回路１７が信号を出力し、ゲー
ト回路ＩＳが開いて積分回路１６に信号が人力され、積
分回路１６は、ゲート回路１９を通過した加工動力ｒ（
ｔｚ）のうち設定レベル値ｍを越える出力分を積分する
。この積分処理により、第２図（ｆ）のような電圧波形
が得られる。

一方、カウンタ２０においては、加工時間設定回路部１
５からの信号に基づいて、工具交換後の加工回数がＮ回
カウントされ、平均値演算回路２１に信号を出力する。

平均値演算回路２１は、カウンタ２０から入力されるカ
ウント数を累積して加工回数Ｎとして記憶すると共に、
積分回路１６から入力される積分値（（１，）を累積し
、それらが更新されるごとに積分値総和Σｆ（ｔｓ）を
加工回数Ｎにより割り算して積分値の平均値ｒ（ｔ４）
を算出し、比較回路２２に出力する。

比較回路２２においては、平均値が積分回路１６からの
積分値と比較され、切削工具の摩耗状態ごとに対応する
制御信号が出力される（第三次出力信号）。

なお、上記実施例では消費動力として電力量を用いたが
、電動機の！流量を対象動力とすることもできる。

また、制御回路部６では、積分値の平均値を出し、そ−
の平均値と積分値を比較するようにしたが、予め外部か
ら比較基準値を設定しておき、その基準値と積分値とを
比較するようにしてもよい。

さらに、得られた加工動力は、積分処理せずに、そのま
ま増幅して比較判定に用いることもできる。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明の制御装置は、クランプ回路と
平滑回路を備えたので、電動機起動時の上昇する消費動
力を低いレベルでクランプし、その低くカットした動力
を平滑処理することにより、平滑による信号の時間遅れ
を小さくでき、かつ動力を、短時間で無負荷レベルまで
安定させることができる。

したがって、起動と加工開始間の時間間隔が短い場合で
も、無負荷動力を加工用開始前に確実に抽出することが
でき、正確で安定した制御が行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のｆｌｉｔＪ　扉装置を示すブロック図
、第２図　（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ制御装置におい
て得られる電力波形を示す図、第２図（ｆ）は同上の電
圧波形を示す図、第３図及び第４図は電動機の消費電力
の変化を示す図である。 １・・・・・・駆動用電動機、２・・・・・・電力検出
器、３・・・・・・ノイズ除去回路、 ４・・・・・・加工動力抽出回路部、 ５・・・・・・積分回路部、６・・・・・・制御回路部
、７・・・・・・異常過負荷検出回路、 ８・・・・・・ギャップエリミネータ回路、９・・・・
・・タイマ、　　　１０・・・・・・クランプ回路、１
１・・・・・・平滑回路、 １２・・・・・・サンプルホールド回路、１３・・・・
・・演算回路、１６・・・・・・積分回路、２１・・・
・・・平均値算出回路、 ２２・・・・・・比較回路。 第３図 第４図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）切削機械の駆動用電動機の消費動力を検出する動
   力検出器と；その動力検出器の出力信号を所定時間一定
   レベルでクランプするクランプ回路と；このクランプ回
   路を通過した信号を平滑する平滑回路と；その平滑回路
   の出力信号から無負荷時の動力値を抽出する動力抽出回
   路と；上記動力検出器の出力信号から無負荷動力抽出回
   路の出力信号を差引く算出回路と；上記算出回路の出力
   信号と設定可変の基準値とを比較して、その比較結果に
   基づいて切削機械に制御信号を出力する制御回路と；を
   具備して成る切削機械の制御装置。