(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1の手法では、適応制御を実行するための制御装置(例えば、オーバーライド制御装置など)を工作機械制御装置に別途設ける必要がある。
【0006】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、簡便に適応制御を実行可能な工作機械制御装置、工作機械制御方法及び工作機械制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の態様に係る工作機械制御装置は、切削工具にかかる加工負荷を検出する加工負荷検出部と、NCプログラムに含まれる分割対象加工指令を、所定の時間幅で複数の分割加工指令に分割する加工指令分割部と、複数の分割加工指令に基づいて切削工具を制御する制御部とを備える。複数の分割加工指令は、目標座標、送り速度及び主軸回転数をそれぞれ含む第1分割加工指令及び第2分割加工指令を含む。加工指令分割部は、動作指令設定部と、切削指令設定部とを有する。動作指令設定部は、少なくとも第1分割加工指令による制御中の加工負荷に応じて、第2分割加工指令の送り速度及び主軸回転数を設定する。切削指令設定部は、動作指令設定部によって設定された第2分割加工指令の送り速度と所定の時間幅との乗算値に第1分割加工指令の目標座標を加えた値を、第2分割加工指令の目標座標に設定する。
【0008】
本発明の第1の態様に係る工作機械制御装置によれば、ある加工期間における切削工具の加工負荷に基づいて、次の加工期間における送り速度と主軸回転数を設定するとともに、設定された送り速度に基づいて、次の加工期間における目標座標を設定することができる。従って、加工負荷に基づいてNCプログラムを適切に変更することによって、加工条件を動的に変更する適応制御を簡便に実行することができる。
【0009】
本発明の第2の態様に係る工作機械制御装置は、第2の態様に係り、動作指令設定部は、第1分割加工指令による制御中の加工負荷が目標負荷より小さい場合、第2分割加工指令の送り速度を、第1分割加工指令の送り速度より大きくする。動作指令設定部は、第1分割加工指令による制御中の加工負荷が目標負荷より大きい場合、第2分割加工指令の送り速度を、第1分割加工指令の送り速度より小さくする。
【0010】
本発明の第2の態様に係る工作機械制御装置によれば、切削工具の加工負荷を目標負荷に効率的に近づけることができるため、適応制御の精度を向上させることができる。
【0011】
本発明の第3の態様に係る工作機械制御装置は、第1又は第2の態様に係り、動作指令設定部は、第1分割加工指令による制御中の加工負荷が目標負荷より大きな所定の閾値以上である場合、第2分割加工指令の送り方向を第1分割加工指令の送り方向と反対にする。
【0012】
本発明の第3の態様に係る工作機械制御装置によれば、削工具14を迅速に逆送りすることができるため、切削工具14にかかっている過剰な負荷を速やかに取り除くことができる。
【0013】
本発明の第4の態様に係る工作機械制御方法は、少なくとも第1分割加工指令による制御中の加工負荷に応じて、前記第1分割加工指令の次の第2分割加工指令の送り速度及び主軸回転数を設定する工程と、前記第2分割加工指令の送り速度と前記第2分割加工指令の時間幅との乗算値に前記第1分割加工指令の目標座標を加えた値を、前記第2分割加工指令の目標座標に設定する工程とを備える。
【0014】
本発明の第4の態様に係る工作機械制御方法によれば、ある加工期間における切削工具の加工負荷に基づいて、次の加工期間における送り速度と主軸回転数を設定するとともに、設定された送り速度に基づいて、次の加工期間における目標座標を設定することができる。従って、加工負荷に基づいてNCプログラムを適切に変更することによって、加工条件を動的に変更する適応制御を簡便に実行することができる。
【0015】
本発明の第5の態様に係る工作機械制御システムは、切削工具にかかる加工負荷を検出する加工負荷検出部と、NCプログラムに含まれる分割対象加工指令を、所定の時間幅で複数の分割加工指令に分割する加工指令分割部と、複数の分割加工指令に基づいて切削工具を制御する制御部とを備える。複数の分割加工指令は、目標座標、送り速度及び主軸回転数をそれぞれ含む第1分割加工指令及び第2分割加工指令を含む。加工指令分割部は、動作指令設定部と、切削指令設定部とを有する。動作指令設定部は、少なくとも第1分割加工指令による制御中の加工負荷に応じて、第2分割加工指令の送り速度及び主軸回転数を設定する。切削指令設定部は、動作指令設定部によって設定された第2分割加工指令の送り速度と所定の時間幅との乗算値に第1分割加工指令の目標座標を加えた値を、第2分割加工指令の目標座標に設定する。
【0016】
本発明の第5の態様に係る工作機械制御システムによれば、ある加工期間における切削工具の加工負荷に基づいて、次の加工期間における送り速度と主軸回転数を設定するとともに、設定された送り速度に基づいて、次の加工期間における目標座標を設定することができる。従って、加工負荷に基づいてNCプログラムを適切に変更することによって、加工条件を動的に変更する適応制御を簡便に実行することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、簡便に適応制御を実行可能な工作機械制御装置、工作機械制御方法及び工作機械制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(工作機械制御システム1の構成)
本実施形態に係る工作機械制御システム1の構成について図面を参照しながら説明する。
図1は、工作機械制御システム1の構成を示すブロック図である。
【0020】
工作機械制御システム1は、工作機械10及びCNC(Computer Numerical Control)工作機械制御装置20を備える。
【0021】
1.工作機械10
工作機械10は、モータアンプ11、主軸モータ12、送り軸モータ13及び切削工具14を備える。モータアンプ11は、CNC工作機械制御装置20から出力される加工指令に基づいて主軸モータ12及び送り軸モータ13を駆動させる。主軸モータ12は、切削工具14の主軸を回転駆動させる。送り軸モータ13は、切削工具14のテーブル送り軸を駆動させる。
【0022】
切削工具14は、例えばフライス、ドリル、ボーリング、及びタップなどであるが、これに限られるものではない。
【0023】
2.CNC工作機械制御装置20
CNC工作機械制御装置20は、加工負荷検出部21、判定部22、分割対象加工指令検出部23、加工指令分割部24及び制御部25を備える。
【0024】
(1)加工負荷検出部21
加工負荷検出部21は、切削工具14にかかる加工負荷を検出する。加工負荷検出部21は、主軸モータ12のロードメータ、電流値、電圧値及び電力値、送り軸モータ13のロードメータ、電流値、電圧値及び電力値、切削工具14の主軸負荷、並びに、切削工具14の切削トルクのうち少なくとも1つを検出する。
【0025】
(2)判定部22
判定部22は、加工負荷検出部21によって検出される加工負荷に基づいて、切削工具14が加工中であるか非加工中であるかを判定する。判定部22は、検出される加工負荷と目標負荷とを比較して、加工負荷が目標負荷以上であれば加工中と判定し、加工負荷が目標負荷未満であれば非加工中と判定する。判定部22は、加工中か非加工中かの判定結果を加工指令分割部24に出力する。
【0026】
判定部22は、加工負荷検出部21によって検出される加工負荷に基づいて、切削工具14に過剰な負荷がかかっているかどうかを判定する。判定部22は、検出される加工負荷と所定の閾値(>目標負荷)とを比較して、加工負荷が閾値以上であれば過剰な負荷がかかっていると判定し、加工負荷が閾値未満であれば過剰な負荷はかかっていないと判定する。判定部22は、過剰な負荷の有無についての判定結果を加工指令分割部24に出力する。
【0027】
(3)分割対象加工指令検出部23
分割対象加工指令検出部23は、NC(Numerical Control)プログラム30を1ブロックずつ解析する。NCプログラム30は、工作機械10における各軸の移動や座標の設定などを処理するための複数の加工指令(Gコード)を含む。各加工指令には、目標座標と、当該目標座標に向かって切削工具14を移動させる際の送り速度(Fコード)とが含まれている。
【0028】
分割対象加工指令検出部23は、複数の加工指令のうち加工指令分割部24による分割対象となっている加工指令(以下、「分割対象加工指令Pa」という。)を記憶している。分割対象加工指令検出部23は、NCプログラム30から分割対象加工指令Paを検出すると、分割対象加工指令Paを加工指令分割部24に出力する。分割対象加工指令検出部23は、複数の加工指令のうち分割対象加工指令Pa以外の加工指令(以下、「通常加工指令Pb」という。)を制御部25に出力する。
【0029】
(4)加工指令分割部24
加工指令分割部24は、分割対象加工指令検出部23から分割対象加工指令Paを取得する。加工指令分割部24は、分割対象加工指令Paを所定の時間幅ごとに分割することによって、短期間の加工指令(以下、「分割加工指令Pc」という。)を複数生成する。
【0030】
加工指令分割部24は、動作指令設定部26、切削指令設定部27及び分割加工指令生成部28を有する。
図2(a)及び
図2(b)は、動作指令設定部26及び切削指令設定部27の機能を説明するための模式図である。
【0031】
(4−1)動作指令設定部26
動作指令設定部26は、分割対象加工指令検出部23から分割対象加工指令Paを取得すると、分割対象加工指令Paを解析する。
図2(a)に示すように、分割対象加工指令Paには1つの動作指令Qと1つの切削指令Rとが含まれている。動作指令Qは、切削工具14の送り速度(F▽▽)と主軸回転数(S▽▽)を示す。切削指令Rは、切削工具14を移動させる目標座標(G1X0.5)を示す。目標座標(G1X0.5)までの距離を送り速度(F▽▽)で除した値が、分割対象加工指令Paの加工に要する全時間Tである。
【0032】
動作指令設定部26は、判定部22によって、切削工具14が加工中であると判定された場合、
図2(b)に示すように、全時間Tを所定の時間幅ごとに分割する。
図2(b)において、動作指令設定部26は、全時間Tを第1乃至第5分割期間T1〜T5(各分割期間の時間幅は同じ)に分割しているが、各分割期間T1〜T5の長さと分割期間の数は特に制限されない。
【0033】
動作指令設定部26は、まず、第1分割期間T1における送り速度(F▽▽)と主軸回転数(S▽▽)を設定する。この第1分割期間T1では、分割対象加工指令Paの動作指令Qによって示される送り速度(F▽▽)と主軸回転数(S▽▽)を用いることができる。
【0034】
動作指令設定部26は、第1分割期間T1における送り速度(F▽▽)と主軸回転数(S▽▽)と送り方向(順送り)とを示す第1分割動作指令Q1を生成し、加工指令生成部28に出力する。
【0035】
加工指令生成部28は、動作指令設定部26によって生成される第1分割動作指令Q1と、後述する切削指令設定部27によって生成される第1分割切削指令R1とを合わせて第1分割加工指令P1を生成し、制御部25に出力する。制御部25は、第1分割加工指令P1に基づいて切削工具14を制御する。
【0036】
動作指令設定部26は、
図2(b)に示すように、第1分割加工指令P1に基づいて制御される切削工具14の加工負荷の経時データを、加工負荷検出部21から取得する。動作指令設定部26は、第1分割期間T1中の加工負荷に基づいて、第2分割期間T2における送り速度(F※※)と主軸回転数(S※※)を設定する。第1分割期間T1中の加工負荷が所望の目標負荷より小さい場合、動作指令設定部26は、第2分割期間T2における送り速度(F※※)を第1分割期間T1における送り速度(F▽▽)より大きくしてもよいし、第2分割期間T2における主軸回転数(S※※)を第1分割期間T1における主軸回転数(S▽▽)より大きくしてもよい。このような制御によって、切削工具14の加工負荷を目標負荷に近づけることができる。
【0037】
動作指令設定部26は、上述した第1分割動作指令Q1と同様にして、第2分割期間T2における送り速度(F※※)と主軸回転数(S※※)と送り方向(順送り)とを示す第2分割動作指令Q2を生成し、加工指令生成部28に出力する。その後、動作指令設定部26は、第2分割動作指令Q2と同様にして、第3分割動作指令Q3、第4分割動作指令Q4及び第5分割動作指令Q5を順次生成する。各分割動作指令によって示される送り速度と主軸回転数は、互いに異なる値であってもよい。
【0038】
ただし、動作指令設定部26は、第1乃至第5分割期間T1〜T5の途中において、切削工具14に過剰な負荷がかかっていると判定部22が判定した場合、速やかに所定の送り速度と主軸回転数と送り方向(逆送り)とを示す逆送り動作指令を生成し、加工指令生成部28に出力する。加工指令生成部28は、動作指令設定部26によって生成される逆送り動作指令と、後述する切削指令設定部27によって生成される逆送り切削指令とを合わせて逆送り指令を生成し、制御部25に出力する。制御部25は、逆送り指令に基づいて切削工具14を反対方向に移動させることによって、切削工具14にかかっている過剰な負荷を取り除く。
【0039】
また、動作指令設定部26は、判定部22によって、切削工具14が非加工中であると判定された場合、分割対象加工指令Paの動作指令Qを分割することなく、そのまま加工指令生成部28に出力する。
【0040】
(4−2)切削指令設定部27
切削指令設定部27は、動作指令設定部26が第1分割動作指令Q1を生成したタイミングで、動作指令設定部26から第1分割動作指令Q1を取得する。切削指令設定部27は、第1分割動作指令Q1に含まれている送り速度(F▽▽)と所定の時間幅T1との乗算値を算出する。切削指令設定部27は、当該乗算値に切削工具14の初期座標を加えた値を、第1分割加工指令P1の目標座標(G1X0.1)に設定する。
【0041】
切削指令設定部27は、目標座標(G1X0.1)を示す第1分割切削指令R1を生成し、加工指令生成部28に出力する。上述のとおり、加工指令生成部28は、動作指令設定部26によって生成される第1分割動作指令Q1と、切削指令設定部27によって生成される第1分割切削指令R1とを合わせて第1分割加工指令P1を生成し、制御部25に出力する。制御部25は、第1分割加工指令P1に基づいて切削工具14を制御する。
【0042】
切削指令設定部27は、動作指令設定部26が第2分割動作指令Q2を生成したタイミングで、動作指令設定部26から第2分割動作指令Q2を取得する。切削指令設定部27は、第2分割動作指令Q2に含まれている送り速度(F※※)と所定の時間幅T2との乗算値を算出する。切削指令設定部27は、当該乗算値に第1分割加工指令P1の目標座標(G1X0.1)を加えた値を、第2分割加工指令P2の目標座標(G1X0.2)に設定する。
【0043】
切削指令設定部27は、目標座標(G1X0.2)を示す第2分割切削指令R2を生成し、加工指令生成部28に出力する。その後、切削指令設定部27は、第2分割切削指令R2と同様にして、第3分割切削指令R3、第4分割切削指令R4及び第5分割切削指令R5を順次生成する。
【0044】
ただし、切削指令設定部27は、第1乃至第5分割期間T1〜T5の途中において、切削工具14に過剰な負荷がかかっていると判定部22が判定した場合、速やかに所定の目標座標を示す逆送り切削指令を生成し、加工指令生成部28に出力する。上述のとおり、加工指令生成部28は、動作指令設定部26によって生成される逆送り動作指令と、切削指令設定部27によって生成される逆送り切削指令とを合わせて逆送り指令を生成し、制御部25に出力する。
【0045】
また、切削指令設定部27は、判定部22によって、切削工具14が非加工中であると判定された場合、分割対象加工指令Paの切削指令Rに示される目標座標(G1X0.5)をそのまま加工指令生成部28に出力する。
【0046】
(特徴)
(1)本実施形態において、CNC工作機械制御装置20の加工指令分割部24は、動作指令設定部26と切削指令設定部27とを有する。動作指令設定部26は、第1分割加工指令P1による制御中の加工負荷に応じて、第2分割加工指令P2の送り速度(F※※)と主軸回転数(S※※)とを設定する。切削指令設定部27は、動作指令設定部26によって設定された第2分割加工指令P2の送り速度(F※※)と所定の時間幅T2との乗算値に第1分割加工指令P1の目標座標(G1X0.1)を加えた値を、第2分割加工指令P2の目標座標(G1X0.2)に設定する。
【0047】
このように、ある加工期間における切削工具14の加工負荷に基づいて、次の加工期間における送り速度と主軸回転数を設定するとともに、設定された送り速度に基づいて、次の加工期間における目標座標を設定することができる。従って、加工負荷に基づいてNCプログラムを適切に変更(分割)することによって、加工条件を動的に変更する制御(いわゆる、適応制御)を、適応制御用の制御装置を別途設けることなく、簡便に実行することができる。
【0048】
(2)第1分割期間T1中の加工負荷が所望の目標負荷より小さい場合、動作指令設定部26は、第2分割期間T2における送り速度(F※※)を第1分割期間T1における送り速度(F▽▽)より大きくし、第2分割期間T2における主軸回転数(S※※)を第1分割期間T1における主軸回転数(S▽▽)より大きくする。
【0049】
これによって、切削工具14の加工負荷を目標負荷に効率的に近づけることができるため、適応制御の精度を向上させることができる。
【0050】
(3)動作指令設定部26は、第1分割加工指令P1による制御中の加工負荷が目標負荷より大きな所定の閾値以上である場合、第2分割加工指令P2の送り方向を第1分割加工指令P1の送り方向と反対にする。
【0051】
これによって、切削工具14を迅速に逆送りすることができるため、切削工具14にかかっている過剰な負荷を速やかに取り除くことができる。
【0052】
(他の実施形態)
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【0053】
上記実施形態において、動作指令設定部26は、1つ前の分割期間における加工負荷だけを用いて、次の分割期間における送り速度と主軸回転数を設定することとしたが、これに限られるものではない。動作指令設定部26は、1つ前の分割期間における加工負荷だけでなく、2つ以上前の分割期間における加工負荷をも用いることによって、次の分割期間における送り速度と主軸回転数を設定してもよい。
【0054】
上記実施形態において、動作指令設定部26は、全ての分割期間において、1つ前の分割期間における加工負荷を用いて送り速度と主軸回転数を設定することとしたが、これに限られるものではない。動作指令設定部26は、ある分割期間のみにおいて、1つ前の分割期間における加工負荷を用いて送り速度と主軸回転数を設定してもよい。この場合、他の分割期間における送り速度と主軸回転数には、分割対象加工指令Paの動作指令Qによって示される送り速度(F▽▽)と主軸回転数(S▽▽)を用いることができる。
【0055】
上記実施形態に係る工作機械制御システム1では、CNC工作機械制御装置20が、加工負荷検出部21、判定部22、分割対象加工指令検出部23及び加工指令分割部24を備えることとしたが、これに限られるものではない。加工負荷検出部21、判定部22、分割対象加工指令検出部23及び加工指令分割部24は、CNC工作機械制御装置20の外部に配置されていてもよい。
【0056】
例えば、
図3に示される工作機械制御システム1aのように、CNC工作機械制御装置20から物理的に離れた場所に位置するNCプログラム解析部40が、加工負荷検出部21、判定部22、分割対象加工指令検出部23及び加工指令分割部24を備えていてもよい。
【0057】
工作機械制御システム1aは、工作機械10、CNC工作機械制御装置20、NCプログラム解析部40、データ取得部50及びサーバ60を備えている。
データ取得部50は、ネットワーク通信を介して、工作機械10、CNC工作機械制御装置20及びサーバ60に接続されている。データ取得部50は、切削工具14にかかる加工負荷を工作機械10から取得し、NCプログラム30をCNC工作機械制御装置20から取得する。データ取得部50は、これらの情報をサーバ60に送信する。なお、データ取得部50としては、例えばタブレット型コンピュータなどを用いることができる。
【0058】
サーバ60は、ネットワーク通信を介して、NCプログラム解析部40とデータ取得部50とに接続されている。サーバ60は、携帯高速通信技術(LTE)回線を介して、データ取得部50に接続されていてもよい。サーバ60は、データ取得部50から取得した情報を記憶し、NCプログラム解析部40からの要求に応じて、データ取得部50から取得した情報をNCプログラム解析部40に送信する。
【0059】
NCプログラム解析部40では、上記実施形態で説明したように、分割対象加工指令検出部23が通常加工指令Pbを生成し、加工指令分割部24が第1乃至第5分割加工指令P1〜P5を生成する。NCプログラム解析部40において生成された通常加工指令Pbと第1乃至第5分割加工指令P1〜P5は、記憶媒体(例えば、USBメモリなど)を介して、或いは、ネットワーク通信を介して、CNC工作機械制御装置20の制御部25に入力される。
【0060】
このような工作機械制御システム1aにおいても、加工負荷に基づいてNCプログラムを適切に分割することによって、適応制御を簡便に実行することができる。