JPH0457656A - 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〕

第４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る０図に示
すように、切削機械の電力値は、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降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。

このような検出は、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層
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
（ｔＩ）を得る方法で行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、実際の加工サイクルにおいては、加工時間短
縮のため、第３図Ｎ）に示すように電動機の起動から加
工開始までの間に無負荷の安定期間をおかず、起動時の
電力上昇が低下しない間に加工を実施する場合がある。

このような加工サイクルでは、無負荷動力を検出するタ
イミングをとれないため、実負荷の動力を正確に検出す
ることができず、加工動力の変化を精度よくとらえるこ
とができない不具合がある。

そこで、この発明は、上記の問題を解決し、起動時の動
力上昇の間に加工が実行された場合でも、確実に加工動
力を検出することができ、正確な工具摩耗の判定が行な
える制御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、この発明の制御装置は、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、その動力検出器で検出した消費動力から切削に関与
する加工動力を抽出する加工動力抽出回路と、その加工
動力抽出回路の出力信号と設定可変の基準値とを比較し
、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、上記加工動力抽出回路を、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、上記クランプ回路の出力信号を可変の
抵抗を介して充電する充放電回路と、その充放電回路の
放電時間を設定する時間設定器と、上記動力検出器の出
力信号から充放電回路の出力信号を差引く演夏回路とか
ら構成したものである。

Ｃ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
上昇する動力を、起動から加工開始までの時間範囲で加
工時の消費動力より大きいレベルによりクランプし、そ
のクランプした出力信号を充放電回路で充電する。

次に、この充電した動力を、時間設定器で指定した加工
期間を含む時間の範囲で放電すると共に、その放電カー
ブを抵抗を変えることにより電動機の起動時の動力変化
カーブに合わせる。

このように放電カーブを動力カーブに合わせることによ
り、無負荷時の動力変化を求めることができるので、こ
の放電動力を消費動力がら差引くことにより、加工動力
を検出することができる。

〔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
消費電力がらノイズ成分を除去するノイズ除去回路３と
、消費電力がら加工動力を抽出する加工動力抽出回路部
４と、得られた加工動力から工具の摩耗状層を判定する
制御回路部５とを順に接続した基本回路に、異常過負荷
検出回路６とギヤツブエリミネータ回路７を接続して構
成される。

次に、先ず上記の各構成部分について、順次説明を行な
っていく。

駆動用電動Ｉｌｌは、切削に関与する電動機が対象とさ
れ、主軸回転用電動機や送り軸杵動用の電動機等が利用
される。

電力検出部２は、駆動用電動機１の消費電力を検出して
、ノイズ除去回路３に出力するものである。この電力検
出部２で検出される消費電力Ｐには、加工に関与する加
工電力ｆ　（ｔ）や、無負荷時の電力ｒ　（ｔｏ　）と
共に、ヘルド等の振動や電動機の特性から生じる周期的
雑音成分（ａｓｉｎω。

ｔ、、ｂｓｉｎ　２ω＋ｔ）が含まれており、Ｐ　＝　
ｆ　（ｔ）＋ｆ　（ｔ、　）　＋ａｓｉｎ　ω、ｔ＋ｂ
ｓｉｎ　２ω＋ｔで表わされる。

ノイズ除去回路３は、電動機のベルトやプーリ、又は機
械振動から生しる低周波数雑音（ａｓｉｎω。

ｔ）を取除く低周波数雑音除去フィルタ８と、交流モー
タの特性によって三相電流の不平衡により発生する雑音
（ｂｓｉｎ　２ω＋１）を取除（商用電源雑音除去フィ
ルタ９とから成っている。上記のフィルタ８は、例えば
、特公昭５７−５７２２３号公報で提案したごとく、帯
域ｒ波回路とレベル調整回路と位相反転回路と加算器と
を組み合せて構成することができる。このように、消費
電力から雑音を除去すると、切削工具と加工物との接触
を時間遅れなく正確に検出でき、加工動力の変化を精度
よく検出することができる。

上記ノイズ除去回路３に接続する加工動力抽出回路部４
は、タイマ１１を備えるクランプ回路１０と、そのクラ
ンプ回路１０に接続するゲート回路１２及び充放電回路
１３と、上記ゲート回路１２と充放電回路１３に信号を
出力する時間設定器１４と、ゲート回路１２と充放電回
路１３から信号が入力される演算回路１５、及び増幅回
路１６とから構成される。

第２図は、上記構成のうち、増幅回路１６を除いたもの
の具体的な回路構成を示したものである。

この第２図に示すように、クランプ回路１０は、ノイズ
除去回路３とクランプレベルａを設定する可変設定器１
７が接続するコンパレータ１８を備え、第３図の（ＩＩ
）に示すように、ノイズ除去回路３から出力される消費
動力ｆ（ｔ）の信号を、タイマ１１で設定した時間（Ｔ
、）の範囲でレベルａによりクランプする。上記のクラ
ンプレベルａは、通常、加工時における全ての消費動力
よりも大きな値で設定される。

上記タイマ１１は、第３図（Ｅｌ）に示すように、ゼロ
点よりわずかに大きく設定されたスタートレベルＳの信
号と消費動力ｆ（Ｌ）の信号が入力されるコンパレータ
１９と、上記クランプレベルａの信号と消費動力ｆ（ｔ
）の信号が入力されるコンパレータ２０の２つのコンパ
レータを備えており、消費動力ｆ（ｔ）がスタートレベ
ルＳを越えたとき出力されるトリガ信号ｅによって作動
し、消費電力ｆ（ｔ）がクランプレベルａより下鋒した
とき出力されるトリガ信号ｇによって作動が切れるよう
に設定されている。

このタイマ１１は、クランプ回路１０と充放電回路１３
の間に介在するゲート２１を開き、その作動時間の期間
だけクランプ電力を充放電回路１３に通過させる。また
、このタイマ１１の信号は、時間設定器１４にも出力さ
れる。

時間設定器１４は、ワンシッットタイマから成り、第３
図（ＤＩ）に示すように、タイマ１１の作動終了信号で
あるトリガ信号ｇによって作動する。

この作動時間（Ｔ２）は、任意に設定可能であり、通常
は、その時間の間に全ての加工時間が含まれるように設
定する。

この時間設定器１４の信号は、充放電回路１４の放電作
動用スイッチ２２を作動させて時間（Ｔ２）の範囲で放
電作用を行なわせると共に、クランプ回路１０と演算回
路１５の間に介在するゲート回路１２を開き、上記時間
（Ｔ２）の範囲でクランプ回路１０を通った消費電力を
演算回路１５へ通過させる。

上記充放電回路１３は、クランプ回路１０と演算回路１
５に接続しており、その内部にコンデンサ２３や、可変
抵抗器２４、及び放電作動用スイッチ２２等を備えてい
る。この充放電回路１３においては、タイマ１１の作動
によりゲート２１が開いている時間（Ｔ１）の範囲で、
クランプ回路１０から出力されるクランプ電圧ｆ　（ｃ
）を充電し、タイマ１１が切れて時間設定器１４が作動
すると、内部回路が切り換わり、時間設定器１４の作動
時間（Ｔりの範囲で充電した電力を放電する。この場合
、抵抗器２４の抵抗値を変えると、放電カーブを変化さ
せることができるため（第３図（ＤＩ）の破線で示す範
囲）、この放電カーブを、予め試し加工を行なって得ら
れた電動機１の起動時における電力変化カーブに一致さ
せる。

このように得られた放ｔｔ力ｆ　（ｅ）は、バッファ２
５を介して演算回路１５に出力されるが、この演算回路
１５は、差動回路２６と全波回路２７から構成される。

差動回路２６は、上記充放電回路１３から出力する放電
電力ｆ　（ｅ）より、ゲート回路１２を通過するクラン
プ電力ｆ（ｃ）と消費電力ｆ（ｔ）を差引くものであり
、全波回路２７は、その差動回路２６の出力値からクラ
ンプ電力を除去すると共に、その信号を反転した状態で
出力する。

この演算回路１５の演算により、消費電力ｆ（ｔ）から
無負荷電力値が差引かれて、加工に関与する加工電力だ
けが求められ、この求められた加工電力は、次に第１図
に示すごとく増幅回路１６に送られる。

この増幅回路１６は、抽出した加工動力ｆ（ｔｌ）をに
倍（但し１＜Ｋ）して、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）−ＫＸｆ　（
ｔｌ　）が、次の制御用の基本加工動力になる（第３図
（ＶＴ）及び（■）参照）。

上記増幅回路１６から加工電力ｆ（ｔｘ）が入力される
制御回路部５は、加工動力を加工時間の範囲で積分する
積分回路部２８と、得られた積分値に基づいて制御信号
を出力する判定回路部２９とから成っている。

上記積分回路部２８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３０と、積分回路３１とから成り
、加工時間設定回路３０は、比較回路３２と、ＯＲ回路
３３と、ゲート回路３４とから構成されている。

上記比較回路３２は、基準電力４ｒＬｆ（ｔａ）より大
きく設定された基準値ｍが入力されており、加工動力ｒ
（ｔｚ）とその基準値ｍとを比較して、動力ｆＤｔ）が
基準値ｍを通過したときＯＲ回路３３に信号を出力する
。

ＯＲ回路３３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３２からの信号の
いずれかを選択し、ゲート回路３４にタイミングゲート
信号を出力する。

また、ゲート回路３４は、ＯＲ回路３３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（ｔ
ｚ）の信号を積分回路３１に通過させる。

一方、積分回路３１は、ゲート回路３４から人力される
加工動力の信号について積分計算を実行する（第３図（
■）参照）、この積分した値ｆ（ｔｓ）−５ｆ（ｔｚ）
は、次に判定回路部２９に出力される。

この判定回路部２９は、カウンタ３５と、平均値演算回
路３６と、比較回路３７とから構成される。

上記カウンタ３５は、上述した積分回路部２８の比較回
路３２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３６に出
力する。

平均値演算回路３６は、上記カウンタ３５と積分回路部
２８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、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（ｔｓ）／Ｎを算出し
、その求めた平均値ｆ（ｔｌ）を、比較回路３７に出力
する。

比較回路３７は、入力する平均値を増幅した後、積分回
路部２８から出力される積分値ｆ（ｔｉ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）。

この判定回路部２９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。

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６が接続している。

この検出回路６は、被削物のロ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、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（第一次
出力信号）。

また、加工動力抽出回路部４に接続されるギャップエリ
ミネータ回路７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ｆ（ｔ□）が基準［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。

この実施例の制御装夏は上記のような構造であリ、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３図（１）の波形に示すよ
うな消費電力ｆ（ｔ）が得られる。

加工動力抽出回路４では、起動時に消費電力ｆ＜１＞が
上昇すると、タイマ１１が作動し、タイマ１１の作動し
ている時間（Ｔ、）だけ、クランプ回路１０が消費電力
をクランプ回路ルａでクランプする（第３図（ＩＩ）参
照）、この時、同時にゲート２１が開いて、充放電回路
１３にクランプ電圧が充電される。

タイマ１１が切れ、時間設定器１４が作動すると、充放
電回路１３の回路が放電に切換り、時間（Ｔ２）の間充
電された電力が放電される。この場合、抵抗器１７の抵
抗を変化させて放電カーブを起動時の電力変化カーブに
一致させる。（第３図（■）） また、上記時間設定器　１４の作動と同時にゲート回路
１２が開き、消費電力ｆ　（ｔ）が演算回路１５に出力
される。

演算回路１５においては、放電カーブから得られる放を
電圧ｆ　（ｅ）より消費電力ｆ　（ｔ）を差引いて加工
電力ｆＮ＋）を算出する。このときの電力波形は第３図
（Ｖｌ）の波形になる。

この信号を増幅して得られる加工電力ｆ（ｔｚ）は、制
御回路部５の積分回路部２８に送られ、積分回路部２８
においては、加工電力ｆ（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３２が信号を出力
し、ゲート回路３４が開いて積分回路３１に信号が入力
される。そして、積分回路３１は、ゲート回路３４を通
過した加工動力ｆ（ｔりのうち設定レベル値ｍを越える
出力分を積分する。

平均値演算回路３６は、積分回路３１から入力される積
分値ｆ　（ｔｉ）を累積し、それらが更新されるごとに
積分値総和Σｆ（ｔｉ）を加工回数Ｎにより割り算して
積分値の平均値ｆ（ｔ４）を算出し、比較回路３７に出
力する。

比較回路３７においては、平均値が積分回路３１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。

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

また、放電時間を決定する時間設定器　１４の作動時間
をタイマで行なうようにしたが、外部信号により放電の
開始と終了のタイミングを直接指令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
充放電回路を備えたことにより、電動機の起動時の電力
変化を放電電圧として検出することができるので、起動
時の電力変化と加工動力が重なった場合でも、加工動力
を確実に抽出することができ、正確で安定した切削状態
の制御をｊテなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の制御装置を示すブロック図、第２図は
同上の加工動力抽出回路の具体例を示す回路図、第３図
の（１）乃至（■）はそれぞれ同上の制御装置において
得られる電力波形を示す図、第３図（■）は同上の電圧
波形を示す図、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・・・・・・制御回路部、 ６・・・・・・異常過負荷検出回路、 ７・・・・・・ギャップエリミネータ回路、１０・・・
・・・クランプ回路、　　１１・・・・・・タイマ、１
２・・・・・・ゲート回路、　　　１３・・・・・・充
放電回路、１４・・・・・・時間設定器、　　　１５・
・・・・・演算回路、１６・・・・・・増幅回路、　　
　２４・・・・・・可変抵抗器、３１・・・・・・積分
回路、　　　　３Ｓ・・・・・・カウンタ、３６・・・
・・・平均値演算回路、３７・・・・・・比較回路。 （Ｎ） （耐

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、その動力検出器で検出した消費動力から切
   削に関与する加工動力を抽出する加工動力抽出回路と、
   その加工動力抽出回路の出力信号と設定可変の基準値と
   を比較し、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、上記加工動力抽出回路
   を、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、上記クランプ回路の出力信号
   を可変の抵抗を介して充電する充放電回路と、その充放
   電回路の放電時間を設定する時間設定器と、上記動力検
   出器の出力信号から充放電回路の出力信号を差引く演算
   回路とから構成した切削機械の制御装置。