特許 7534526 数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/18 20060101AFI20240806BHJP

   G05B 19/4155 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

G05B19/18 W

G05B19/4155 V

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023503827

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(86)【国際出願番号】 JP2022008301

(87)【国際公開番号】W WO2022186140

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-10-10

(31)【優先権主張番号】P 2021032850

(32)【優先日】2021-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】宇野 宏祐

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１１７４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８４６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００４６２３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１２０３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０９４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８４００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０７７２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１９３４９６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ － １９／４６

Ｂ２３Ｑ １５／００ － １５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部と、
前記ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部と、
前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記主軸に掛かる負荷を、前記時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部と、
前記主軸負荷計算部によって計算された前記主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部と、
を備える数値制御装置。

【請求項2】

前記加工時間設定部によって設定される前記加工時間を示す値の入力を受け付ける加工時間受付部をさらに備える請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項3】

前記主軸負荷計算部は、前記主軸に掛かる負荷と前記送り速度とが比例するものとして前記主軸に掛かる負荷を計算する請求項１または２に記載の数値制御装置。

【請求項4】

前記主軸に掛かる負荷と前記送り速度との関係を学習する学習部をさらに備え、
前記主軸負荷計算部は、前記学習部によって学習された前記関係に基づいて、前記主軸に掛かる負荷を計算する請求項１または２に記載の数値制御装置。

【請求項5】

前記主軸負荷出力部は、さらに、前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間と前記主軸に掛かる負荷との関係を示すデータを出力する請求項１～４のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項6】

前記主軸負荷計算部は、さらに、前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記送り速度を計算する請求項１～５のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項7】

前記主軸負荷検出部によって検出された前記時系列データを記憶する主軸負荷記憶部をさらに備える請求項１～６のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項8】

前記主軸負荷検出部によって検出された前記時系列データに基づいて生成された度数分布のデータを記憶する度数分布記憶部をさらに備える請求項１～６のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項9】

ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出することと、
前記ワークを加工する際の加工時間を設定することと、
設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記主軸に掛かる負荷を、前記時系列データに基づいて計算することと、
計算された前記主軸に掛かる負荷を示すデータを出力することと、
をコンピュータに実行させる命令を記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械を制御する数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械において、主軸に掛かる負荷が一定になるように主軸の送り速度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この制御によって、工具の寿命を延ばすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１１７４５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、主軸に掛かる負荷が一定になるように主軸の送り速度を制御する場合、負荷に合わせて送り速度が変化するため、加工時間を事前に予測することが困難である。したがって、ワークの加工を所望の加工時間で完了させようとすると、主軸に掛かる負荷を調整して何度もテスト加工を行うことが必要になる。

【0005】

本開示は、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能な数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体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】

【0006】

数値制御装置が、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部と、ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部と、加工時間設定部によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部と、主軸負荷計算部によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部と、を備える。

【0007】

コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出することと、ワークを加工する際の加工時間を設定することと、設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算することと、計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力することと、をコンピュータに実行させる命令を記憶する。

【発明の効果】

【0008】

本開示により、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図2】数値制御装置の機能の一例を示すブロック図である。

【図3】主軸負荷記憶部に記憶される時系列データの一例を説明する図である。

【図4A】主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。

【図4B】主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。

【図5】主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。

【図6】数値制御装置が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図7】主軸負荷計算部の一例を示す図である。

【図8】入出力装置に表示される主軸に掛かる負荷の表示例を示す図である。

【図9】数値制御装置の機能の一例を示すブロック図である。

【図10】主軸に掛かる負荷の時系列データの一例を示す図である。

【図11】度数分布の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態で説明する特徴のすべての組み合わせが課題解決に必ずしも必要であるとは限らない。また、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。また、以下の実施形態の説明、および図面は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、請求の範囲を限定することを意図していない。

【0011】

図１は、工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。工作機械１は、例えば、旋盤、マシニングセンタ、または複合加工機である。

【0012】

工作機械１は、例えば、数値制御装置２と、入出力装置３と、サーボアンプ４およびサーボモータ５と、スピンドルアンプ６およびスピンドルモータ７と、補助機器８とを備えている。

【0013】

数値制御装置２は、工作機械１全体を制御する装置である。数値制御装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、バス２０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０４と、不揮発性メモリ２０５とを備えている。

【0014】

ＣＰＵ２０１は、システムプログラムに従って数値制御装置２全体を制御するプロセッサである。ＣＰＵ２０１は、バス２０２を介してＲＯＭ２０３に格納されたシステムプログラムなどを読み出す。また、ＣＰＵ２０１は、加工プログラムに従って、サーボモータ５およびスピンドルモータ７を制御する。

【0015】

ＣＰＵ２０１は、制御周期ごとに、例えば、加工プログラムの解析、およびサーボモータ５に対する制御指令の出力を行う。

【0016】

バス２０２は、数値制御装置２内の各ハードウェアを互いに接続する通信路である。数値制御装置２内の各ハードウェアはバス２０２を介してデータをやり取りする。

【0017】

ＲＯＭ２０３は、数値制御装置２全体を制御するためのシステムプログラムなどを記憶する記憶装置である。ＲＯＭ２０３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。

【0018】

ＲＡＭ２０４は、各種データを一時的に格納する記憶装置である。ＲＡＭ２０４は、ＣＰＵ２０１が各種データを処理するための作業領域として機能する。

【0019】

不揮発性メモリ２０５は、工作機械１の電源が切られ、数値制御装置２に電力が供給されていない状態でもデータを保持する記憶装置である。不揮発性メモリ２０５は、例えば、加工プログラム、および入出力装置３から入力される各種パラメータを記憶する。不揮発性メモリ２０５は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。不揮発性メモリ２０５は、例えば、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）で構成される。

【0020】

数値制御装置２は、さらに、インタフェース２０６と、軸制御回路２０７と、スピンドル制御回路２０８と、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２０９と、Ｉ／Ｏユニット２１０とを備えている。

【0021】

インタフェース２０６は、バス２０２と入出力装置３とを接続する。インタフェース２０６は、例えば、ＣＰＵ２０１が処理した各種データを入出力装置３に送る。

【0022】

入出力装置３は、インタフェース２０６を介して各種データを受け、各種データを表示する装置である。また、入出力装置３は、各種データの入力を受け付けてインタフェース２０６を介して各種データをＣＰＵ２０１に送る。入出力装置３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのディスプレイ、キーボード、およびマウスなどを含む。また、入出力装置３は、タッチパネルであってもよい。

【0023】

軸制御回路２０７は、サーボモータ５を制御する回路である。軸制御回路２０７は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてサーボモータ５を駆動させるための指令をサーボアンプ４に出力する。軸制御回路２０７は、例えば、サーボモータ５のトルクを制御するトルクコマンドをサーボアンプ４に送る。

【0024】

サーボアンプ４は、軸制御回路２０７からの指令を受けて、サーボモータ５に電流を供給する。

【0025】

サーボモータ５は、サーボアンプ４から電流の供給を受けて駆動する。サーボモータ５は、例えば、刃物台、主軸頭、テーブルを駆動させるボールねじに連結される。サーボモータ５が駆動することにより、刃物台、主軸頭、テーブルなどの工作機械１の構造物は、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、またはＺ軸方向に移動する。なお、サーボモータ５は、各軸の送り速度を検出する速度検出器（不図示）を内蔵していてもよい。

【0026】

スピンドル制御回路２０８は、スピンドルモータ７を制御するための回路である。スピンドル制御回路２０８は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてスピンドルモータ７を駆動させるための指令をスピンドルアンプ６に出力する。スピンドル制御回路２０８は、例えば、スピンドルモータ７のトルクを制御するトルクコマンドをスピンドルアンプ６に送る。

【0027】

スピンドルアンプ６は、スピンドル制御回路２０８からの指令を受けて、スピンドルモータ７に電流を供給する。スピンドルアンプ６はスピンドルモータ７に供給される電流の電流値を測定する電流計６１を内蔵している。

【0028】

電流計６１は、スピンドルモータ７に供給される電流の電流値を検出する。電流計６１は、検出した電流値を示すデータをＣＰＵ２０１に送る。

【0029】

スピンドルモータ７は、スピンドルアンプ６から電流の供給を受けて駆動する。スピンドルモータ７は、主軸に連結され、主軸を回転させる。

【0030】

ＰＬＣ２０９は、ラダープログラムを実行して補助機器８を制御する装置である。ＰＬＣ２０９は、Ｉ／Ｏユニット２１０を介して補助機器８に対して指令を送る。

【0031】

Ｉ／Ｏユニット２１０は、ＰＬＣ２０９と補助機器８とを接続するインタフェースである。Ｉ／Ｏユニット２１０は、ＰＬＣ２０９から受けた指令を補助機器８に送る。

【0032】

補助機器８は、工作機械１に設置され、工作機械１において補助的な動作を行う。補助機器８は、工作機械１の周辺に設置される装置であってもよい。補助機器８は、Ｉ／Ｏユニット２１０から受けた指令に基づいて動作する。補助機器８は、例えば、工具交換装置、切削液噴射装置、または開閉ドア駆動装置である。

【0033】

次に、数値制御装置２の機能の一例について説明する。数値制御装置２は、加工プログラムで指令された送り速度でワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する。さらに、数値制御装置２は、検出された主軸に掛かる負荷の時系列データに基づいて、加工時間が設定された加工時間となるようにワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を予測する。

【0034】

図２は、数値制御装置２の機能の一例を示すブロック図である。数値制御装置２は、プログラム記憶部２１１と、制御部２１２と、主軸負荷検出部２１３と、主軸負荷記憶部２１４と、加工時間受付部２１５と、加工時間設定部２１６と、主軸負荷計算部２１７と、主軸負荷出力部２１８とを備えている。

【0035】

プログラム記憶部２１１、および主軸負荷記憶部２１４は、入出力装置３などから入力された加工プログラム、ならびに、電流計６１および各種センサから入力されたデータが、ＲＡＭ２０４、または不揮発性メモリ２０５に記憶されることにより実現される。

【0036】

制御部２１２、主軸負荷検出部２１３、加工時間受付部２１５、加工時間設定部２１６、主軸負荷計算部２１７、および主軸負荷出力部２１８は、例えば、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０３に記憶されているシステムプログラムならびに不揮発性メモリ２０５に記憶されている加工プログラムおよび各種データを用いて演算処理することにより実現される。

【0037】

プログラム記憶部２１１は、加工プログラムを記憶する。加工プログラムは、工作機械１の各部を動作させてワークの加工を行うためのプログラムである。加工プログラムでは、工具の移動経路、工具の送り速度、および主軸の回転速度などがＧコード、およびＭコードなどを用いて指令される。

【0038】

制御部２１２は、加工プログラムに基づいて工作機械１の各部を制御する。制御部２１２は、例えば、サーボモータ５、およびスピンドルモータ７を制御する。

【0039】

制御部２１２は、加工プログラムに基づいて、定速制御を行う。定速制御とは、加工プログラムで指定された送り速度で主軸を移動させる制御である。

【0040】

また、制御部２１２は、加工プログラムに基づいて、定負荷制御を行う。定負荷制御とは、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように、加工プログラムで指定された主軸の送り速度を変化させる制御である。定負荷制御では、定速制御よりも主軸に掛かる負荷の変動を抑えることができる。

【0041】

主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する。また、主軸負荷検出部２１３は、主軸の送り速度を示す時系列データを検出する。つまり、主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われている間、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とを所定の周期ごとに検出する。

【0042】

主軸負荷検出部２１３は、例えば、スピンドルアンプ６に内蔵されている電流計６１が示す電流値に基づいて、主軸に掛かる負荷を検出する。また、主軸負荷検出部２１３は、サーボモータ５に内蔵された速度検出器によって検出されたデータに基づいて主軸の送り速度を検出する。なお、主軸に掛かる負荷とは、主軸の回転方向に対して逆向きに掛かる負荷トルクである。

【0043】

主軸負荷記憶部２１４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷の時系列データを記憶する。つまり、主軸負荷記憶部２１４は、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を示す時系列データを記憶する。また、主軸負荷記憶部２１４は、ワークの加工が行われたときの主軸の送り速度を示す時系列データを記憶する。主軸負荷記憶部２１４が記憶する時系列データは、加工プログラムに基づいて主軸の定速制御が行われたときに検出された時系列データである。

【0044】

図３は、主軸負荷記憶部２１４に記憶される時系列データの一例を説明する図である。つまり、図３に示す時系列データは、定速制御にて加工が行われたときに検出されたデータである。図３は、主軸負荷記憶部２１４が、所定の周期Ｔごとに検出された負荷を示す時系列データＬ、２Ｌ、３Ｌ、４Ｌ、３Ｌ、２Ｌ、およびＬを順に記憶していることを示している。

【0045】

ここで、図２の説明に戻る。

【0046】

加工時間受付部２１５は、定負荷制御のもとで加工プログラムが実行されるときに加工にかかる加工時間の入力を受け付ける。加工時間受付部２１５は、例えば、入出力装置３を利用して作業者が入力する値を受け付ける。作業者は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われるときの所望の加工時間を入力する。

【0047】

加工時間設定部２１６は、加工時間受付部２１５が受け付けた加工時間を設定する。つまり、加工時間設定部２１６は、ワークを加工する際の加工時間を設定する。加工時間設定部２１６は、例えば、あらかじめ定められたレジスタ（不図示）に加工時間を示すデータを記憶させることによって、加工時間を設定する。

【0048】

主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、主軸負荷記憶部２１４に記憶された時系列データに基づいて計算する。言い換えれば、主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で加工プログラムが定負荷制御のもとで実行された場合の主軸に掛かる負荷を、定速制御が行われたときに検出された時系列データに基づいて予測する。主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。

【0049】

図４Ａ、図４Ｂおよび図５は、主軸負荷計算部２１７が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。主軸負荷計算部２１７は、まず、主軸負荷記憶部２１４に記憶された主軸に掛かる負荷の時系列データを読み出す。主軸に掛かる負荷を示す時系列データは、所定の周期Ｔごとに検出されたデータである。

【0050】

次に、主軸負荷計算部２１７は、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値を乗算する。例えば、加工プログラムの実行中に図３に示す負荷が検出された場合、最初の周期で検出された負荷はＬである。したがって、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値Ｌとを乗算した値は、ＬＴとなる（図４Ａ参照）。また、次の周期に検出された主軸に掛かる負荷は２Ｌである。したがって、所定の周期を示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値２Ｌとを乗算した値は、２ＬＴとなる（図４Ｂ参照）。同様に、３番目の周期以降について算出される値は、それぞれ、３ＬＴ、４ＬＴ、３ＬＴ、２ＬＴ、およびＬＴとなる。

【0051】

次に、主軸負荷計算部２１７は、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値とを乗算して算出した各値を合算する。図３に示す例では、合算値は１６ＬＴとなる。

【0052】

次に、主軸負荷計算部２１７は、各値を合算して算出した合算値を加工時間設定部２１６が設定した加工時間を示す値で除算して主軸に掛かる負荷を計算する。例えば、合算値が１６ＬＴ、加工時間設定部２１６が設定した加工時間が１０Ｔである場合、主軸に掛かる負荷は、１．６Ｌとなる（図５参照）。これにより、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして計算した場合における主軸に掛かる負荷１．６Ｌを算出することができる。なお、主軸負荷計算部２１７は、さらに、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り制御される場合における主軸の送り速度を計算してもよい。

【0053】

主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する。主軸負荷出力部２１８は、計算された主軸に掛かる負荷を示すデータ、および加工時間設定部２１６で設定された加工時間を示すデータを、例えば、入出力装置３に出力し、入出力装置３に主軸に掛かる負荷および加工時間を表示させる。主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７が主軸に掛かる負荷を計算する過程で算出する主軸の送り速度を出力してもよい。この場合、主軸負荷出力部２１８は、各周期の主軸の送り速度がグラフで表示されるように主軸の送り速度を示すデータを出力してもよい。

【0054】

次に、数値制御装置２が実行する処理の流れについて説明する。

【0055】

図６は、数値制御装置２が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいて定速制御にてワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を示す時系列データを検出する（ステップＳ１）。

【0056】

次に、主軸負荷記憶部２１４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷を示す時系列データを記憶する（ステップＳ２）。

【0057】

次に、加工時間受付部２１５は、加工プログラムに基づいて定負荷制御にてワークの加工を行う場合の加工時間を示す値の入力を受け付ける（ステップＳ３）。

【0058】

次に、加工時間設定部２１６は、加工時間受付部２１５が受け付けた値を加工時間として設定する（ステップＳ４）。
次に、主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６が設定した加工時間で加工プログラムが実行される場合において主軸に掛かる負荷を計算する（ステップＳ５）。

【0059】

最後に、主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力し（ステップＳ６）、処理を終了する。

【0060】

数値制御装置２がこのような処理を行うことより、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークが加工されるように定負荷制御に基づいて加工プログラムが実行された場合に主軸に掛かる負荷を、例えば、入出力装置３に表示させることができる。また、制御部２１２は、加工時間設定部２１６が設定した加工時間でワークの加工を行うことができる。

【0061】

以上説明したように、数値制御装置２は、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部２１３と、ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部２１６と、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部２１７と、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部２１８と、を備える。これにより、数値制御装置２は、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能になる。

【0062】

また、数値制御装置２は、加工時間設定部２１６によって設定される加工時間を示す値の入力を受け付ける加工時間受付部２１５をさらに備える。そのため、数値制御装置２は、入力される目標負荷に応じて加工時間を予測することができる。また、数値制御装置２は、主軸に掛かる負荷を示す値を出力するため、作業者は、主軸に掛かる負荷と加工時間とのバランスを考慮して加工時間を設定することができる。

【0063】

また、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。そのため、主軸負荷計算部２１７は、複雑な計算を行わずに主軸に掛かる負荷を計算することができる

【0064】

また、主軸負荷計算部２１７は、さらに、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸の送り速度を計算する。これにより、作業者は、主軸の送り速度がワークの加工に適切な速度であるか否かを判断し、加工時間を設定することができる。

【0065】

また、数値制御装置２は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データを記憶する主軸負荷記憶部２１４をさらに備える。これにより、主軸負荷計算部２１７は、主軸負荷記憶部２１４に記憶された時系列データに基づいて、様々な加工時間に対する主軸に掛かる負荷を計算することができる。

【0066】

上述した実施形態では、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。しかし、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度との関係を示す相関モデルに基づいて主軸に掛かる負荷を予測してもよい。

【0067】

図７は、相関モデルに基づいて主軸に掛かる負荷を計算する主軸負荷計算部２１７の一例を示す図である。主軸負荷計算部２１７は、学習部２２１と、相関モデル記憶部２２２と、予測部２２３とを備える。なお、主軸負荷計算部２１７以外の構成は、上述した実施形態の構成と同じである。

【0068】

学習部２２１は、主軸負荷記憶部２１４に記憶された主軸に掛かる負荷を示す時系列データと主軸の送り速度を示す時系列データとに基づいて、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度との関係を示す相関モデルを生成する。学習部２２１は、例えば、回帰式、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、ニューラルネットワークを用いて相関モデルを生成する。

【0069】

相関モデル記憶部２２２は、学習部２２１によって生成された相関モデルを記憶する。

【0070】

予測部２２３は、加工プログラムに基づいて行われる加工が加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で完了するように加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を、相関モデル記憶部２２２に記憶された相関モデルを用いて計算する。また、加工プログラムに基づいて行われる加工が加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で完了するように加工が行われたときの主軸の送り速度を計算してもよい。

【0071】

予測部２２３によって予測された主軸に掛かる負荷を示すデータは、主軸負荷出力部２１８によって出力される。

【0072】

上述した実施形態では、数値制御装置２が主軸に掛かる負荷と送り速度との関係を学習する学習部２２１をさらに備え、主軸負荷計算部２１７は、学習部２２１によって学習された関係に基づいて、主軸に掛かる負荷を計算する。したがって、主軸負荷計算部２１７は、高精度に主軸に掛かる負荷を予測することができる。

【0073】

また、上述した実施形態の数値制御装置２は加工時間受付部２１５を備えているが、数値制御装置２は、必ずしも、加工時間受付部２１５を備えていなくてもよい。この場合、数値制御装置２は、あらかじめ複数の加工時間を示す値を記憶し、各々の加工時間で加工プログラムの実行が完了するように主軸の送り速度が制御された場合における主軸に掛かる負荷を予測する。

【0074】

図８は、数値制御装置２が複数の加工時間を示す値を記憶している場合に入出力装置３に表示される主軸に掛かる負荷の表示例を示す図である。数値制御装置２には、例えば、あらかじめ設定される加工時間が記憶される。図８に示す例では、１１：００、１０：３０、１０：００、９：３０、９：００、８：００、７：００、および６：００が加工時間として記憶される。

【0075】

主軸負荷計算部２１７は、これらの加工時間でワークの加工が完了するように定負荷制御が行なわれた場合における主軸に掛かる負荷を計算する。主軸負荷計算部２１７によって計算された負荷を示すデータは主軸負荷出力部２１８によって出力され、入出力装置３の表示画面に表示される。

【0076】

表示画面には、例えば、左右に延びる目盛り付きの直線が表示される。直線の下側には、設定された加工時間が表示される。直線の上側には、計算された主軸に掛かる負荷として、定格トルクに対する目標トルクの割合を示す値が表示される。

【0077】

図８に示す例では、設定された加工時間１１：００に対応付けて負荷５０％が表示されている。また、設定された加工時間１０：３０に対応付けて負荷５３％が表示されている。また、設定された加工時間１０：００に対応付けて負荷５６％が表示されている。また、設定された加工時間９：３０に対応付けて負荷５９％が表示されている。また、設定された加工時間９：００に対応付けて負荷６２％が表示されている。また、設定された加工時間８：００に対応付けて負荷６５％が表示されている。また、設定された加工時間７：００に対応付けて負荷６８％が表示されている。また、設定された加工時間６：００に対応付けて負荷７１％が表示されている。

【0078】

このような態様で加工時間と主軸に掛かる負荷が表示されることにより、作業者は、各加工時間でワークの加工が行われるように定負荷制御される場合における主軸に掛かる負荷を容易に把握することができる。

【0079】

なお、各加工時間が表示される領域の下側には、設定された加工時間が、定速制御でワークの加工が行われたときの加工時間に対する割合で表示されてもよい。例えば、図８に示す例では、定速制御が行われたときの加工時間は１０：００であり、設定されたそれぞれの加工時間が１０：００に対する割合で括弧内に表示されている。

【0080】

また、図８に示すように、設定された加工時間と主軸に掛かる負荷とが並べて入出力装置３に表示される場合、いずれかの加工時間が表示画面上で選択されるようにしてもよい。この場合、選択された加工時間でワークの加工が行われるように、制御部２１２は定負荷制御のもとで加工プログラムを実行してもよい。

【0081】

上述した実施形態では、数値制御装置２は主軸負荷記憶部２１４を備えている。しかし、数値制御装置２は、必ずしも主軸負荷記憶部２１４を備えていなくてもよい。

【0082】

図９は、数値制御装置２の機能の一例を示すブロック図である。数値制御装置２は、主軸負荷記憶部２１４に代えて、生成部２２４と、度数分布記憶部２２５とを備えている。その他の構成については、図２に示す数値制御装置２の構成と同じである。

【0083】

生成部２２４は、例えば、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０３に記憶されているシステムプログラムならびに不揮発性メモリ２０５に記憶されている加工プログラムおよび各種データを用いて演算処理することにより実現される。度数分布記憶部２２５は、例えば、ＣＰＵ２０１がシステムプログラム、および各種データを用いて演算処理することによって生成されたデータが、ＲＡＭ２０４、または不揮発性メモリ２０５に記憶されることにより実現される。

【0084】

生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データに基づいて度数分布のデータを生成する。

【0085】

図１０は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データを示す図である。つまり、図１０に示す時系列データは、定速制御にて加工が行われたときに検出されたデータである。図１１は、度数分布の一例を示す図である。生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷を複数の階級に振り分けて、各階級の度数をカウントする。生成部２２４は、例えば、検出された負荷を４つの階級Ｌ、２Ｌ、３Ｌおよび４Ｌのいずれかに振り分ける。生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３が検出した負荷の値を、例えば、四捨五入することにより、Ｌ、２Ｌ、３Ｌ、および４Ｌのいずれかの階級に振り分ける。

【0086】

生成部２２４は、例えば、０．５Ｌ以上、１．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級Ｌに振り分ける。同様に、１．５Ｌ以上、２．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級２Ｌに振り分ける。また、２．５Ｌ以上、３．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級３Ｌに振り分ける。また、３．５Ｌ以上、４．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級４Ｌに振り分ける。図１１が示す例では、階級Ｌに４個、階級２Ｌに５個、階級３Ｌに２個、階級４Ｌに１個の値が振り分けられている。

【0087】

度数分布記憶部２２５は、生成部２２４によって生成された度数分布のデータを記憶する。

【0088】

主軸負荷計算部２１７は、度数分布記憶部２２５に記憶された度数分布のデータに基づいて設定された加工時間でワークの加工が行われた場合における主軸に掛かる負荷を計算する。主軸負荷計算部２１７は、まず、各階級の値と、各階級の度数と、主軸に掛かる負荷が検出される周期を乗算した値（階級の値）×（度数）×（周期）をそれぞれ合算する。例えば、図１１に示す例では、Ｌ×４×Ｔ＋２Ｌ×５×Ｔ＋３Ｌ×２×Ｔ＋４Ｌ×４×Ｔ＝２４ＬＴが求められる。

【0089】

次に、主軸負荷計算部２１７は、求めた合算値を加工時間設定部２１６が設定した加工時間で除算する。例えば、求めた合算値が２４ＬＴ、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間が１０Ｔである場合、主軸に掛かる負荷は２．４Ｌであると計算される。

【0090】

上述した実施形態では、数値制御装置２が、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データに基づいて生成された度数分布を示すデータを記憶する度数分布記憶部２２５をさらに備える。したがって、主軸負荷記憶部２１４が時系列データを記憶する場合よりも記憶するデータ量を少なくすることができる。そのため、メモリに記憶させるデータ量を削減することができる。

【符号の説明】

【0091】

１ 工作機械
２ 数値制御装置
２０１ ＣＰＵ
２０２ バス
２０３ ＲＯＭ
２０４ ＲＡＭ
２０５ 不揮発性メモリ
２０６ インタフェース
２０７ 軸制御回路
２０８ スピンドル制御回路
２０９ ＰＬＣ
２１０ Ｉ／Ｏユニット
２１１ プログラム記憶部
２１２ 制御部
２１３ 主軸負荷検出部
２１４ 主軸負荷記憶部
２１５ 加工時間受付部
２１６ 加工時間設定部
２１７ 主軸負荷計算部
２１８ 主軸負荷出力部
２２１ 学習部
２２２ 相関モデル記憶部
２２３ 予測部
２２４ 生成部
２２５ 度数分布記憶部
３ 入出力装置
４ サーボアンプ
５ サーボモータ
６ スピンドルアンプ
６１ 電流計
７ スピンドルモータ
８ 補助機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】