JPH067339Y2 - 主軸負荷検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は主軸負荷を百分率で検出する主軸負荷検出装置
に関する。

［従来の技術］ 従来の工作機械の主軸モータは、一定回転数（以下、こ
の一定回転数のことをしきい値回転数と称する。）以下
では定トルク制御、このしきい値回転数を超える回転数
では定出力制御となるように主軸モータ駆動回路により
制御されている。そして、主軸負荷の大きさを表示する
ための装置として、工作機械には主軸負荷検出装置が設
けられている。この主軸負荷検出装置はその時の回転数
における最大許容出力に対する現実の負荷を百分率表示
する。

［考案の解決しようとする問題点］ 従って、主軸負荷検出装置が負荷を例えば８０％と表示
した場合には、その時の回転数がしきい値回転数以下で
あれば実際の負荷Ｗは、ｋＯを定トルク比例定数、Ｐｏ
ｕｔを定格出力値としたとき、 Ｗ１＝０．８×ｋＯ×（Ｐｏｕｔ）であり、しきい値回
転数を超えるところでは、 Ｗ２＝０．８×（Ｐｏｕｔ）となる。つまり、負荷が８
０％と表示されている場合でも、主軸の回転数によって
実際の負荷はＷ１である場合とＷ２である場合がある。
従って、主軸負荷検出装置だけでは実負荷を一義的に決
定できず、実負荷を表示したり、実負荷に基づいた適応
制御を行なう場合に問題となっていた。

［問題点を解決するための手段］ 本考案の主軸負荷検出装置は、主軸モータ駆動回路によ
り一定回転数以下では定トルク制御され、該一定回転数
を越える回転数では定出力制御される主軸モータの負荷
を、該主軸モータ駆動回路から出力される百分率表示の
負荷信号に基づいて検出する主軸負荷検出装置であっ
て、該定トルク制御から該定出力制御に移行するしきい
値回転数を記憶するしきい値記憶手段と、数値制御装置
にて指令された主軸モータの指令回転数をリードする指
令回転数判定手段と、該指令回転数判定手段から指令回
転数信号、該しきい値記憶手段からしきい値回転数信号
を入力し、指令回転数がしきい値回転数を越えているか
否かを判定するしきい値超過判定手段と、指令回転数が
該しきい値回転数を越えている場合には該主軸モータ駆
動回路から出力される負荷信号が表わす負荷率に最大負
荷を乗算して実負荷を演算し、指令回転数がしきい値回
転数を越えていない場合には、前記負荷率と該指令回転
数を該しきい値回転数で除した値とに基づいて実負荷を
演算する実負荷演算手段とから構成されることを特徴と
する。

即ち、本考案の主軸負荷検出装置は従来の主軸負荷検出
装置に、しきい値記憶手段、指令回転数判定手段、しき
い値超過判定手段、実負荷演算手段とが新たに付加され
たものである。これらしきい値記憶手段としては例え
ば、従来のＲＡＭ、ＲＯＭ、磁気記憶装置が利用でき、
指令回転数判定手段、しきい値超過判定手段、実負荷演
算手段としては、例えば、マイクロコンピュータ等が利
用できる。

［作用］ 本考案の主軸負荷検出装置は従来の主軸負荷検出装置に
新たに、しきい値記憶手段、指令回転数判定手段、しき
い値超過判定手段、実負荷演算手段とが設けられたもの
である。そして、しきい値記憶手段は主軸モータが定ト
ルク制御から定出力制御に移行するしきい値回転数を記
憶する。本考案装置が起動されたときには、指令回転数
判定手段は数値制御装置にて指令された主軸モータの指
令回転数をリードする。しきい値超過判定手段は指令回
転数判定手段から指令回転数信号、しきい値記憶手段か
らしきい値回転数信号を入力し、指令回転数がしきい値
回転数を超えているか否かを判定する。実負荷演算手段
は指令回転数がしきい値回転数を超えている場合には主
軸モータ駆動回路から出力される負荷信号が表わす負荷
率に最大負荷を乗算して実負荷を演算し、前記負荷率と
指令回転数がしきい値回転数を超えていない場合には、
指令回転数をしきい値回転数で除した値とに基づいて実
負荷を演算する。

［実施例］ 以下、本考案の主軸負荷検出装置を具体的な実施例に基
づいて説明する。この実施例は数値制御工作機械の主軸
の負荷を求める装置として本考案装置を用いたものであ
る。

本考案装置が取りつけられる工作機械は、そのブロック
ダイアグラムを第１図で示すように、ドリル加工が可能
な工作機械本体１０と、対話形式で加工データが入力で
き、加工プログラム記憶手段とプログラム実行手段とを
もつ数値制御装置３０とから主として構成されている。

工作機械本体１０は、マシニングセンタ形のものであ
り、基台１１と、この基台１１に上下方向に摺動可能に
保持される主軸ヘッド１３と、主軸ヘッド１３に軸架さ
れる主軸１５と、主軸モータ２９と、基台１１に保持さ
れ加工工具を収納する工具マガジン１７と、図略の割り
出し装置とでこの工具マガジン１７の加工工具を選択的
に主軸に相互に装着または着脱する工具交換装置１９
と、基台１１に前後方向に摺動可能に保持されその上面
で工作物９０を支持する工作物テーブル２１と、主軸ヘ
ッド１３を上下方向に駆動するサーボモータ２３と、工
作物テーブルをそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向に駆動するサー
ボモータ２５、２７とで主として構成されている。

数値制御装置３０は、中央処理装置３９と、中央処理装
置３９からの指令に応じてサーボモータ駆動回路３５
１、３５３、３５５に指令パルスを供給する駆動パルス
発生回路３５、インターフェース１６を中央処理装置３
９に接続され、主軸モータ２９を駆動する主軸駆動装置
３５７と、シーケンス回路３７とで主として構成されて
いる。

中央処理装置３９は、ランダムアクセスメモリ３９５か
らの情報に基づいて加工プログラムを実行するマイクロ
プロセッサ３９１（以下、ＭＰＵ３９１と略記する）、
各種固定サイクルの加工プログラム等を記憶する読出専
用メモリ３９３、加工プログラム等を記憶しバッテリバ
ックアップされた不揮発化されたランダムアクセスメモ
リ３９５、バッファ用ランダムアクセスメモリ３９７と
で構成されている。

前記主軸駆動装置３５７は、第４図に示すように、主軸
モータ２９の回転速度がＳＴ以上である場合には、定出
力となるように主軸モータ２９を制御し、回転速度がＳ
Ｔ未満である場合には、定トルク出力となるように主軸
モータを制御する。従って主軸モータ２９の最大出力
は、回転速度ＳＴまでは回転速度に比例して増大し、回
転速度ＳＴ以上では一定の値となる。そして、この主軸
駆動装置３５７内には、主軸モータ２９に供給する電流
で負荷を検出する検出回路が内蔵され、最大負荷に対す
る負荷の大きさを０から１０Ｖの間で変化する負荷信号
として出力する。

本考案の特徴とする主軸負荷検出装置４０は、この主軸
駆動装置３５７から負荷信号を入力する中央処理装置４
３（以下ＣＰＵ４３と略記する）と、表示装置としての
ＣＲＴディスプレイ４５とで構成されている。このＣＰ
Ｕ４３は、しきい値記憶手段としてのＲＡＭと、指令回
転数判定手段およびしきい値超過判定手段および実負荷
演算手段の機能を備えている。また、検出した負荷に応
じて数値制御装置３０にオーバライド変更指令を与え、
送り速度を変更する適応制御の機能を備えている。

このように構成された実施例装置において、本考案装置
の作用をＣＰＵ４３が実行するプログラムを示す第２図
のフローチャートに従って説明する。

ＣＰＵ４３は適応制御の開始を指令する特定のＭコード
が数値制御装置３０にて読出され、これが数値制御装置
３０から出力されるまでステップ１００で待機状態にな
っている。

ステップ１００でＮＣプログラムに含まれる適応制御開
始指令のＭコードを入力すると各種初期条件を設定し、
次ステップ１０２に移行する。ステップ１０２でＣＰＵ
４３はＳコード即ち主軸の回転数を表わすデータを数値
制御装置３０から読込み次ステップ１０４に移行する。
そして次ステップ１０４でＭコード完了信号ＭＦＩＮを
数値制御装置３０に出力し、この後、次ステップ１０６
に移行する。ステップ１０６乃至ステップ１１６は主軸
負荷の検出、表示をするルーチンである。まず、ステッ
プ１０６で主軸駆動装置３５７から現時点における主軸
負荷の値が示されるデータを電圧信号Ｖとして入力す
る。その後、ステップ１０８でこの電圧信号Ｖ、指令回
転数ＳＯ、しきい値回転数ＳＴから主軸負荷を百分率で
求める。このようすは、第３図の負荷演算を示すフロー
チャートにしてがって従って求められる。即ち、負荷演
算はステップ１３０で指令回転数ＳＯ、しきい値回転数
ＳＴの大小が判定され、その結果に応じてステップ１３
２又はステップ１４０が実行され実負荷の値が求められ
る。この時の計算式はＰｏｕｔを主軸定格出力値、主軸
駆動装置３５７から入力した電圧値をＶとしたとき、Ｓ
Ｔ＜ＳＯの時は、 Ｌ＝（Ｐｏｕｔ）×１．２×（Ｖ／１０）×（ＳＯ／ＳＴ）…（１） により負荷の値が求められる。この条件以外の場合には
次の、 Ｌ＝（Ｐｏｕｔ）×１．２×（Ｖ／１０）…（２） により求め、百分率計算を行う。

なお、Ｐｏｕｔ×１．２は、主軸回転速度がＳＴ以上の
時の最大負荷を表わす。ＣＰＵ４３はこの計算の終了後
主プログラムに復帰して実行を継続する。この結果はス
テップ１１０でＣＲＴディスプレイ４５に表示される。
その後ステップ１１２に移行し、今求めた負荷の値が許
容値内であるかどうかを判定する。許容値内であると判
定した時にはステップ１１４に移行するが、許容値を超
えていると判定した時にはステップ１２０にジャンプす
る。ステップ１２０では過負荷運転を解消するために数
値制御装置３０に出力しているオーバーライド値を変更
する。その後ステップ１１４に移行する。その後、ステ
ップ１１４でＣＰＵ４３は負荷の状態を判定し、無負荷
であると判定したときいはプログラムは終了するが、負
荷があると判定したときにはステップ１０６にジャンプ
し前述したステップ１０６乃至ステップ１１４の繰返し
ルーチンを実行する。

本実施例によれば従来の主軸負荷検出装置に、ＣＰＵ４
３によるしきい値記憶手段、指令回転数判定手段、しき
い値超過判定手段、実負荷演算手段を設けたことで、そ
の時の主軸回転数のいかんにかかわらず一義的に主軸負
荷を検出できる。従って主軸の出力容量を的確に把握で
き効率よく工作機械を運転できる。

［考案の効果］ 本考案によれば、従来の主軸負荷検出装置に、定トルク
制御から定出力制御に移行するしきい値回転数を記憶す
るしきい値記憶手段と、数値制御装置にて指令された主
軸モータの指令回転数をリードする指令回転数判定手段
と、指令回転数判定手段から指令回転数信号、しきい値
記憶手段からしきい値回転数信号を入力し、指令回転数
がしきい値回転数を超えているか否かを判定するしきい
値超過判定手段と、指令回転数がしきい値回転数を超え
ている場合には主軸モータ駆動回路から出力される負荷
信号が表わす負荷率に最大負荷を乗算して実負荷を演算
し、指令回転数がしきい値回転数を超えていない場合に
は、負荷率と指令回転数をしきい値回転数で除した値と
に基づいて実負荷を演算する実負荷演算手段とを設けた
ことで、その時の主軸回転数のいかんにかかわらず一義
的に主軸負荷を決定できる。従って主軸の出力容量を的
確に把握でき効率よく工作機械を運転できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案具体的な実施例に係る主軸負荷検出装置
を用いた工作機械のブロックダイアグラムである。第２
図、第３図はそれぞれは同実施例において用いたＣＰＵ
４３の実行するプログラムを示すフローチャートであ
る。第４図は主軸駆動装置の制御特性を示す図である。 ２９…主軸モータ ３５７…主軸駆動装置 ４３…ＣＰＵ（しきい値記憶手段 指令回転数判定手段 しきい値超過判定手段 実負荷演算手段）

フロントページの続き (72)考案者 橋本 哲治 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−41783（ＪＰ，Ａ) 実公 昭49−16153（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭43−29614（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸モータ駆動回路により一定回転数以下
   では定トルク制御され、該一定回転数を越える回転数で
   は定出力制御される主軸モータの負荷を、該主軸モータ
   駆動回路から出力される百分率表示の負荷信号に基づい
   て検出する主軸負荷検出装置であって、 該定トルク制御から該定出力制御に移行するしきい値回
   転数を記憶するしきい値記憶手段と、 数値制御装置にて指令された主軸モータの指令回転数を
   リードする指令回転数判定手段と、 該指令回転数判定手段から指令回転数信号、該しきい値
   記憶手段からしきい値回転数信号を入力し、指令回転数
   がしきい値回転数を越えているか否かを判定するしきい
   値超過判定手段と、 指令回転数が該しきい値回転数を越えている場合には該
   主軸モータ駆動回路から出力される負荷信号が表わす負
   荷率に最大負荷を乗算して実負荷を演算し、指令回転数
   がしきい値回転数を越えていない場合には、前記負荷率
   と該指令回転数を該しきい値回転数で除した値とに基づ
   いて実負荷を演算する実負荷演算手段とから構成される
   ことを特徴とする主軸負荷検出装置。