JPS612031A - 主軸トルク監視回路 - 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 本発明は、工作機械の切削工具を回転する主軸か負担す
るトルクを監視する回路に関する。

従来の技術 Ｔ作機械用の切削工具はチャック等をもって主軸モータ
に連結されることが一般であるが、チャックが保持しう
る最大トルクはチャックの軸径等によって決定され、チ
ャックの軸径が小さいときは大きくなしえない。一方、
モータの発生しうるトルクは定格トルクの　１７０％以
上であることが一般であり、さらに、定格トルク自体主
軸のブレーキングトルクよりいくらか大きく選択される
ことが一般であるから、モータの発生しうるトルクは主
軸のブレーキングトルクよりかなり大きいことが一般で
ある。そのため、設計上十分なマージンが考慮されてあ
っても、工具が摩耗して切れ味が悪くなって所定の送り
（切り込み）に対して負荷トルクが所定の値より大きく
なる場合等、何らかの理由により、チャックの伝達トル
クが過大になると、工具とモータ軸との連結が断たれて
加工の継続が不可能になり、特に、このモータ軸から抜
は落ちている工具が、次工程において他の機構部分と干
渉して工作機械に大きな損傷を与えるおそれがあるとい
う欠点がある。

この欠点を解消するためには、加工中に切削■Ｘ具のブ
レーキングトルクをモニタしておき、チャックが保持伝
達しうる最大トルク（以下チャック保持力という。）と
比較することが有効である。この考え方にもとづ〈従来
技術に係る主軸トルク監視装置は２種に大別される。

その第１の方式は、（イ）電動機電流等を原始情報とす
る負荷率検出装置と、（ロ）主軸のブレーキングトルク
がチャック保持力を超えない範囲で（すなわち、正常な
加工状態で）なされるモデル切削をもって決定される負
荷／時間関係（主軸のブレーキングトルクがチャック保
持力を超えない範囲でお−むね一定であっても、主軸の
回転速度の変更、チャックの変更、工具の摩耗等により
主軸の負荷すなわち主軸のトルクと回転速度との積は変
化する。）を記憶するメモリと、（ハ）負荷率検出装置
の出力と上記の記憶されている負荷／時間関係とを経時
的に比較する手段とよりなる。そして、負荷率検出装置
の出力は一般にはアナログ量であるから、Ａ／Ｄコンバ
ータをもって、これをディジタル信号に変換し、これと
負荷／時間関係とを経時的に比較する手段はディジタル
コンパレータとすることが一般である。

また、第２の方式は、（イ）電動機電流等を原始情報と
する負荷率検出装置と、（ロ）適当に選択された特定の
基準値と負荷率検出装置の出力とを比較する手段とより
なる。

発明が解決しようとする問題点 （イ）の方式にあっては、大容量のメモリが必要であり
、一般にＡ／Ｄコンバータとディジタルコンパレータと
を必要とするので、装置が複雑になるとともにコスト的
負担も大きいという欠点がある。また、（ロ）の方式に
あっては、負荷率検出装置の出力が比較される基準値が
特定の一定価であるため、フレキシピリティが欠け、工
具の摩耗や主軸の回転速度の変更等にともなう許容負荷
（に軸のブレーキングトルクがチャックの保持力を超え
ない範囲の負荷）の変化に対処できないという欠点があ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は、この欠点を解消し、ディジタルコンパレータ
等複雑な制御要素を使用せず簡易な回路構成でありなが
ら、工具の摩耗、主軸回転速度の変更、チャンクの変更
等にともなう許容負荷（主軸のブレーキングトルクがチ
ャックの保持力を超えない範囲の負荷）の変化にか−わ
らず、主軸のブレーキングトルクがチャックの保持力以
内であるか否かをモニタする主軸トルク監視回路を提供
することにあり、その手段は、第１図に示すように、負
荷率検出手段ｌと、経時的に変化する基準負荷信号を発
生する基準負荷信号発生手段２と、基準負萄信り発生手
段２の発生する基準負荷信号をアナログ量に変換するＤ
／Ａコン／ヘータ３と、該Ｄ／Ａコンバータ３の出力す
る基準負荷アナログ信号と前記負荷率検出手段ｌの検出
する負荷率信けとを比較する比較回路４と、該比較回路
４の出力を禁止する禁止回路５を動作する過負荷許可信
号を発生ずる過負荷許可信号発生手段６とよりなる主軸
トルク監視回路よりなる。

作用 本発明は、（イ）電動機電流等を原始情報とする負荷率
検出手段ｌをもって４：、軸のブレーキングパワーをモ
ニタしておき、（ロ）一方、モデル切削をなして取得さ
れた負荷／時間関係を原始情報として監視が必要と判断
される複数の時点において、その時点における許容負荷
（チャック保持力を超えない範囲における主軸のブレー
キングトルクとその時の回転速度との積）を代表する基
準負荷信号を経時的に発生する基準負荷信号発生手段２
を設けておき、（ハ）一般にこの基準負荷信号発生手段
２はマイクロコンピュータを利用するから基準負荷信号
はディジタル量であるに反し、負荷率信号はアナログ量
であるから、Ｄ／Ａコンバータ３を利用して基準負荷信
号をアナログ量に変換し、（ニ）経時的に検出される負
荷率信号と経時的に発生される基準負荷アナログ信号と
を、比較回路を使用して継続的に比較し、（ホ）一方、
基準負荷アナログ信号が変化した直後には過負荷となっ
てもさしつかえない場合がある（主軸の回転速度を変化
するための加減速期間、工具変更後の加速期間等におい
ては、モータの発生トルりは大きいが、そのエネルギー
は加速のために利用され、チャ・ンクを介して伝達され
ることはない）点に着目して、過負荷許可信号発生手段
６を使用してこの期間に過負荷許可信号を発生させて、
比較回路４の出力を禁止する禁止回路５を動作させるも
のである。

以七要するに、モデル切削の情報を編集して監視が必要
な最小限の複数の時点に対応して許容負荷を経時的に発
生する基準負荷信号発生手段２を設けることにより、チ
ータ処理量を減少し、プログラムコントローラ等の負担
を軽減させ、簡易な回路構成をもって十分信頼しうる程
度に主軸トルクを監視することを可能にするものである
。

実施例 以下、１４面を参照しつ＼、本発明に係る主軸トルク監
視回路についてさらに詳細に説明する。

第１図参照 １は電動機電流等を原始情報とする負荷率検出装置であ
り、主軸モータの発生しているブレーキングトルクとそ
の時の回転速度との積を検出し、特定の値（例えば定格
出力）との比の形態でアナログ量をもって出力する。

２は基準負荷信号発生装置であり、モデル切削の情報を
編集して監視が必要と認られた複数の時点において、そ
の時点における許容負荷（チャック保持力を超えない範
囲における主軸のブレーキングトルクとその時の回転速
度との積）を代表する基準負荷信号を経時的に発生する
。この手段としては、極めて簡易なマイクロコンピュー
タを使用することが便利であり、基準負荷信号は連続的
であっても断続的であってもよｌ、％。

り（、この手段にマイクロコンピユータラ使用する場合
は、この手段の出力はディジタル量となることが一般で
あるから、一般にアナログ量である負荷率信号との比較
を容易にするため。

Ｄ／Ａコンバータ３をもってアナログ量に変換する。

４はアナログコンパレータよりなる比較回路であり、主
軸の負荷率と許容負荷とを経時的に比較し、主軸のブレ
ーキングトルクがチャック保持力を超過したどき論理「
１」のディジタル信号を出力する。アナログコンパレー
タはディジタルコンパレータに比して構成が簡易であり
コスト的にも有利であることは周知である。

−１−軸の回転速度を増加した場合や工具を変更するた
めに・１ユ停止し再起動する場合等においては′！つ然
加速トルクを必要としモータのブレーキングトルクは増
加するが、そのトルクは加速のために利用され、チャン
クを介して伝達されることはなく、しかも、これらの期
間においては切削加工はなされておらずチャンクの連結
が解除されるおそれはないから、これらの期間はモータ
が超過トルクを発生しても本発明の目的とする監視対象
とはならない。そこで、これらの期間には、過負荷許可
信号発生装置６を動作させて過負荷許可信号を発生する
。

５は禁止回路であり、比較回路４から超過トルク状態を
示す信壮か出力されていても過負荷許可信号が同時に出
力されているときは、超過トルク信号をブロンクするこ
ととしている。

第２図参照 上記せる過負荷許可信号発生装置６の動作のうち、−・
例として、主軸回転速度が変更される場合について、タ
イムチャートを参照して、再度略述する。

主軸回転速度が増加されると許容負荷すなわち基準負荷
信号も増加する。一方、負荷率は、通常主軸回転速度の
変更に先立って（さきの加工の完了とともに）一旦零と
なり、主軸回転速度の増加にともなう増速期間加速トル
クを供給するため急増する。増速が完了して一旦負荷率
は零にもどった後、次の加りの開始とともに再び増加す
る。

このとき、加速期間には、上記せるとおり監視を必要と
しないので、過負荷許可信号を出力しておく（本例にお
いては論理「Ｏ」を出力する）。

その結果、加速期間においては、負荷率が基準負荷を超
過していても過トルク信号は出力されない。そして、主
軸回転速度の増加後の加工期間（監視を必要とする期間
）に工具の摩耗等の原因で過トルクとなったとき、過ト
ルク信号が発生する。

発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、（イ）ディジタル
コンパレータ等複雑な制御要素を使用せず回路構成が簡
易であり、（ロ）大容量のメモリを必要とせず、（ハ）
必要最小限の時点のみにおいて、監視がなされるのでデ
ータ処理量が少なく、プログラムコントローラ等の負担
も少なく、（ニ）加減速時に不可避的にしかも無害的に
発生する過トルクを配慮して監視基準トルクを高目に設
定する等の必要もなく極めてクリティカルなモニタが可
能であ・る等多くの利益を有する主軸トルク監視回路を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る主軸トルク監視回路の概念的構
成図である。第２図はその動作を説明するだめのタイム
チャートである。 １・・・負荷率検出装置、　　２　・　・　・基準負荷
信号発生装置、　３・・・Ｄ／Ａコンバータ、４・・・
比較回路、　５　・　・　・　禁止回路、６・・・過負
荷許可信号発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷率検出手段１と、経時的に変化する基準負荷信号を
   発生する基準負荷信号発生手段２と、該基準負荷信号発
   生手段２の発生する基準負荷信号をアナログ量に変換す
   るＤ／Ａコンバータ３と、該Ｄ／Ａコンバータ３の出力
   する基準負荷アナログ信号と前記負荷率検出手段１の検
   出する負荷率信号とを比較する比較回路４と、該比較回
   路４の出力を禁止する禁止回路５を動作する過負荷許可
   信号を発生する過負荷許可信号発生手段６とよりなる主
   軸トルク監視回路。