特許 7538233 数値制御装置

(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】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】数値制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/416 20060101AFI20240814BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20240814BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20240814BHJP

   B23B 41/00 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

G05B19/416 E

B23Q15/00 303B

G05B19/4093 J

B23B41/00 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022545651

(86)(22)【出願日】2021-08-25

(86)【国際出願番号】 JP2021031074

(87)【国際公開番号】W WO2022045162

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-03-08

(31)【優先権主張番号】P 2020145552

(32)【優先日】2020-08-31

(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】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】上西 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小山田 知弘

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８７７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０２７８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／００１６８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３４３３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２４６４０８（ＪＰ，Ａ）

(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

Ｂ２３Ｂ ４１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の数値制御装置であって、
工具およびワークの前記工具の長手軸に沿う深さ方向の相対移動によって前記ワークに穴をあけるための加工プログラムを記憶する記憶部と、
前記加工プログラムに基づいて前記工具および前記ワークの相対移動を制御し、前記工具を前記ワークに対して復帰点から穴底点まで前記深さ方向に移動させる制御部とを備え、
前記復帰点は、前記工具によって穴あけが開始されるワーク面から前記深さ方向に退避した位置であり、
前記加工プログラムが、前記ワーク面の前記深さ方向の位置であるワーク高さ点の指令を含み、
前記制御部が、
前記復帰点から該復帰点と前記ワーク高さ点との間の途中位置まで切削送り速度よりも速い早送り速度で前記ワークに対して前記工具を前記深さ方向に移動させ、
前記ワークに対する前記工具の前記深さ方向の相対速度を前記途中位置において前記早送り速度から前記切削送り速度に変化させ、
前記途中位置は、前記工具が前記ワーク高さ点に到達するまでに該工具の位置決めがなされるように、前記工作機械の機械制御の応答性に応じて高さを調整可能である数値制御装置。

【請求項2】

前記ワーク高さ点は前記数値制御装置に記憶された数値である請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項3】

前記加工プログラムが、位置決め動作、穴あけ動作および引き抜き動作を含む固定サイクルを前記工作機械に複数回実行させ、
前記位置決め動作が、前記工具および前記ワークの前記深さ方向に交差する方向の相対移動によって前記ワークの穴あけ位置を前記工具に対して位置決めする動作であり、
前記穴あけ動作が、前記工具の前記復帰点から前記穴底点までの前記深さ方向の移動によって前記穴あけ位置に穴をあける動作であり、
前記引き抜き動作が、前記穴底点から前記復帰点までの前記工具の前記深さ方向の移動によって前記穴から前記工具を引き抜く動作であり、
前記制御部が、
前記位置決め動作の終了前に前記穴あけ動作を開始することによって、前記復帰点から前記ワーク高さ点までの間において前記工具を第１曲線経路に沿って相対移動させ、
前記引き抜き動作の終了前に次の固定サイクルの前記位置決め動作を開始することによって、前記ワーク高さ点から前記復帰点までの間において前記工具を第２曲線経路に沿って相対移動させる、請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。

【請求項4】

前記制御部が、前記深さ方向に前記工具を複数回往復させ所定量ずつ前記穴底点まで穴をあけるステップ加工において、前記ワーク高さ点までまたは前記復帰点と前記ワーク高さ点との間の高さまで前記工具を退避させる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の数値制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、数値制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ワークの穴あけ加工において、固定サイクルを繰り返す加工方法が用いられている（例えば、特許文献１および２参照。）。特許文献１および２では、高速な穴あけ加工を実現するため、ワークに対する工具の相対移動の経路および速度を最適化し非切削時間の短縮を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０９－１２０３１０号公報

【文献】特開２０１７－００４３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、工具は、ワーク面の上方の加工開始点まで早送りで移動し、加工開始点から穴底まで切削送りで移動するが、非切削時間のさらなる短縮のために、工具の動作のさらなる最適化の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、工作機械の数値制御装置であって、工具およびワークの前記工具の長手軸に沿う深さ方向の相対移動によって前記ワークに穴をあけるための加工プログラムを記憶する記憶部と、前記加工プログラムに基づいて前記工具および前記ワークの相対移動を制御し、前記工具を前記ワークに対して復帰点から穴底点まで前記深さ方向に移動させる制御部とを備え、前記復帰点は、前記工具によって穴あけが開始されるワーク面から前記深さ方向に退避した位置であり、前記加工プログラムが、前記ワーク面の前記深さ方向の位置であるワーク高さ点の指令を含み、前記制御部が、前記復帰点から該復帰点と前記ワーク高さ点との間の途中位置まで切削送り速度よりも速い早送り速度で前記ワークに対して前記工具を前記深さ方向に移動させ、前記ワークに対する前記工具の前記深さ方向の相対速度を前記途中位置において前記早送り速度から前記切削送り速度に変化させ、前記途中位置は、前記工具が前記ワーク高さ点に到達するまでに該工具の位置決めがなされるように、前記工作機械の機械制御の応答性に応じて高さを調整可能である数値制御装置である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態に係る工作機械の構成図である。

【図2】穴あけ用の固定サイクルプログラムの一例を示す図である。

【図3】穴あけ用の固定サイクルによる穴あけ加工の一例を説明する図である。

【図4】穴あけ用の固定サイクルプログラムの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、一実施形態に係る数値制御装置について図面を参照して説明する。
図１に示されるように、数値制御装置１は、工具２によってワーク４を加工する工作機械１０の数値制御装置である。
工作機械１０は、工具２を保持する主軸３と、ワーク４を保持するテーブル５と、主軸３を回転させる主軸モータ６と、主軸３をテーブル５に対してＺ方向に移動させるＺ軸送りモータ７と、テーブル５を主軸３に対してＸ方向およびＹ方向にそれぞれに移動させるＸ軸送りモータ８およびＹ軸送りモータ９と、モータ６，７，８，９を制御する数値制御装置１と、を備える。

【0008】

Ｚ方向は、主軸３に保持された工具２の長手軸に沿う方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、主軸３に保持された工具２の長手軸に直交する方向であり、相互に直交する。図１の工作機械１０において、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向である。
主軸３は、鉛直方向に配置され、図示しない支持機構によって鉛直方向に移動可能に支持されている。工具２は、主軸３の下端部に主軸３と同軸に保持され、主軸３と一体的に回転し移動する。工具２は、ワーク４に深さ方向（Ｚ方向）に穴４ａを開けるドリルである。工具２は、ワーク４を深さ方向に加工する他の種類の工具、例えば、フライスまたはエンドミル等であってもよい。

【0009】

テーブル５は、主軸３の下方に水平に配置されている。テーブル５の上面上に載置されたワーク４は、図示しない治具によってテーブル５に固定されている。
主軸モータ６は、主軸３の上端に接続されたスピンドルモータであり、主軸３の長手軸回りに主軸３を回転させる。
送りモータ７，８，９は、それぞれサーボモータである。

【0010】

数値制御装置１は、記憶部１１と、制御部１２とを備える。
記憶部１１は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびその他の記憶装置を有し、工具２およびワーク４の相対移動によってワーク４に穴をあけるための加工プログラム１１ａ（図２参照。）を記憶している。
制御部１２は、中央演算処理装置のようなプロセッサを有する。制御部１２は、加工プログラム１１ａに基づいて送りモータ７，８，９を制御することによって主軸３およびテーブル５の相対移動を制御し、それにより工具２およびワーク４の相対移動を制御する。

【0011】

図２に示されるように、加工プログラム１１ａは、穴あけ用の固定サイクルプログラム１１ｂを含む。図３に示されるように、固定サイクルプログラム１１ｂは、位置決め動作、穴あけ動作および引き抜き動作を含む固定サイクルを、工作機械１０に複数回実行させるプログラムである。図３において、破線および実線の矢印は、ワーク４に対する工具２の相対移動の経路を示している。図３において、横方向がＸＹ方向であり、縦方向がＺ方向である。

【0012】

加工プログラム１１ａは、Ｗ点（ワーク高さ点）、Ｒ点（復帰点）およびＺ点（穴底点）を指定する指令を含む。Ｗ点は、ワーク面４ｂのＺ方向の位置である。ワーク面４ｂは、工具２によるワーク４の穴あけ（切削）が開始されるワーク４の表面であり、本実施形態においてはワーク４の上面である。Ｒ点は、ワーク面４ｂからＺ方向に退避したＺ方向の位置であり、例えば、ワーク面４ｂから１ｍｍ～５ｍｍだけ離間した位置である。Ｚ点は、穴４ａの底のＺ方向の位置であり、ワーク面４ｂに対してＲ点とは反対側に位置する。

【0013】

位置決め動作は、テーブル５のＸＹ方向の移動によってワーク４を工具２に対してＸＹ方向に移動させ、ワーク４の穴あけ位置を工具２に対してＸＹ方向に位置決めする動作である。経路ａ，ｂが、位置決め動作における工具２の経路である。
穴あけ動作は、主軸３の下降によって工具２の先端２ａをＲ点からＺ点までＺ方向に移動させ、ワーク４の穴あけ位置に穴をあける動作である。経路ｂ，ｃが、穴あけ動作における工具２の経路である。
引き抜き動作は、主軸３の上昇によって工具２の先端２ａをＺ点からＲ点までＺ方向に移動させ、工具２を穴４ａから引き抜く動作である。経路ｄ，ｅが、位置決め動作における工具２の経路である。

【0014】

図２は、固定サイクルを３回繰り返す固定サイクルプログラム１１ｂの例を示している。
「Ｇ８１」は、穴あけ用の固定サイクルを命令するコードであり、「Ｇ９９」は、Ｒ点復帰を命令するコードであり、「Ｇ８０」は、固定サイクルのキャンセルを命令するコードである。「Ｘ０ Ｙ０」は穴あけ位置のＸ方向およびＹ方向の位置決め指令、「Ｚ－１０．」はＺ点の指令、「Ｒ５．」はＲ点の指令、「Ｗ１．」はＷ点の指令、「Ｆ１０００」は切削送り速度の指令である。すなわち、Ｒ点はＺ＝５ｍｍに設定され、Ｚ点はＺ＝－１０ｍｍに設定され、Ｗ点はＺ＝１ｍｍに設定されている。２行目および３行目において、指令値が１行目と同一である指令Ｙ，Ｚ，Ｒ，Ｗ，Ｆは省略されている。

【0015】

制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３および工具２のＺ方向の移動を制御し、送りモータ８，９を制御することによってテーブル５およびワーク４のＸＹ方向の移動を制御する。
制御部１２は、主軸モータ６によって主軸３および工具２を回転させながら送りモータ７，８，９を制御することによって、位置決め動作、穴あけ動作および引き抜き動作を工作機械１０に実行させる。

【0016】

ここで、制御部１２は、位置決め動作の終了前に穴あけ動作を開始することによって、位置決め動作のワーク４のＸＹ方向の移動と穴あけ動作の工具２のＺ方向の移動とを時間的にオーバラップさせる。これにより、工具２の先端２ａは、Ｒ点からＷ点までの間において第１曲線経路ｂに沿って移動する。
また、制御部１２は、引き抜き動作の終了前に次の固定サイクルの位置決め動作を開始することによって、引き抜き動作の工具２のＺ方向の上昇と位置決め動作のワーク４のＸＹ方向の移動とを時間的にオーバラップさせる。これにより、工具２の先端２ａは、Ｗ点からＲ点までの間において第２曲線経路ｅに沿って移動する。

【0017】

制御部１２は、位置決め動作において、ワーク４を早送り速度で移動させ、引き抜き動作において、工具２を早送り速度で移動させる。また、制御部１２は、穴あけ動作において、工具２をＲ点からＷ点まで早送り速度で移動させ、続いて、工具２をＷ点からＺ点まで切削送り速度で移動させる。
早送り速度は、各送りモータ７，８，９の最高速度である。切削送り速度は、早送り速度よりも遅く、工具２によるワーク４の穴あけ加工に適した速度である。

【0018】

図３において、工具２がワーク４に対して早送り速度で移動する経路ａ，ｂ，ｄ，ｅは破線で示され、工具２がワーク４に対して切削送り速度で移動する経路ｃは実線で示されている。図３において、直線経路ｄの位置が直線経路ｃの位置からＸＹ方向にずれているが、実際には２つの直線経路ｃ，ｄは相互に重複する。

【0019】

次に、数値制御装置１による工作機械１０の制御方法について説明する。
固定サイクルプログラム１１ｂを開始すると、制御部１２は、１回目の固定サイクルを工作機械１０に実行させる。すなわち、制御部１２は、送りモータ８，９を制御することによってテーブル５に位置決め動作を開始させ、ワーク４の１つ目の穴あけ位置を工具２に対して位置決めする。

【0020】

続いて、制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３に穴あけ動作を開始させ、１つ目の穴あけ位置に工具２によって穴をあける。ここで、制御部１２は、位置決め動作の終了前に穴あけ動作を開始させることによって、工具２の先端２ａを曲線経路ｂに沿って移動させる。穴あけ動作において、制御部１２は、Ｒ点からＷ点までは工具２を早送り速度で移動させ、Ｗ点からＺ点までは切削送り速度で工具２を移動させる。
穴あけ動作の終了後、制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３に引き抜き動作を開始させ、穴４ａから工具２を引き抜く。

【0021】

続いて、制御部１２は、２回目の固定サイクルを工作機械１０に実行させる。すなわち、制御部１２は、テーブル５に位置決め動作を開始させ、ワーク４の２つ目の穴あけ位置を工具２に対して位置決めする。ここで、制御部１２は、１回目の固定サイクルの引き抜き動作の終了前に２回目の固定サイクルの位置決め動作を開始させることによって、工具２の先端２ａを曲線経路ｅに沿って移動させる。
以下、制御部１２は、１回目の固定サイクルと同様に２回目の固定サイクルの穴あけ動作および引き抜き動作を実行させ、さらに、３回目の固定サイクルを実行させる。

【0022】

このように、本実施形態によれば、工具２の先端２ａがＲ点からＷ点に向かってＺ方向に移動する期間において、工具２のＺ方向の移動とワーク４のＸＹ方向の移動とが時間的にオーバラップし、工具２が曲線経路ｂに沿って移動する。また、工具２の先端２ａがＷ点からＲ点に向かってＺ方向に移動する期間において、工具２のＺ方向の移動とワーク４のＸＹ方向の移動とが時間的にオーバラップし、工具２が曲線経路ｅに沿って移動する。これにより、位置決め動作が全て終了した後に穴あけ動作を開始し、引き抜き動作が全て終了した後に次の位置決め動作を開始する場合と比較して、工具２がワーク４を切削していない非切削時間が短縮される。

【0023】

また、固定サイクルプログラム１１ｂは、Ｗ点の指令を含む点において、従来の穴あけ用の固定サイクルプログラムと異なる。従来の固定サイクルプログラムに従って工具２の移動を制御する従来の数値制御装置は、工具２の先端２ａをＲ点からＺ点まで切削送り速度で移動させていた。本実施形態によれば、Ｗ点の指令の追加によって、Ｒ点からＷ点までの速度を切削送り速度以外の速度に制御することが可能となり、Ｒ点からＷ点まで早送り速度で工具２を移動させることができる。これにより、非切削時間をさらに短縮することができる。

【0024】

本実施形態において、Ｒ点からＷ点まで工具２を早送り速度で移動させることとしたが、Ｒ点からＷ点までの工具２のＺ方向の移動速度は、切削送り速度よりも速く早送り速度よりも遅い任意の速度であってもよい。また、Ｒ点からＷ点までの工具２の移動速度が、切削送り速度と早送り速度との間で変更可能であってもよい。

【0025】

例えば、図４に示されるように、切削送り速度Ｆ_Ｃおよび早送り速度Ｆ_Ｒの速度比率を指定する引数Ｌが固定サイクルプログラム１１ｂに追加されてもよい。Ｌは、０％～１００％の範囲内の値である。工具２の移動速度Ｆは、下式によって定義される。
Ｆ＝Ｆ_Ｃ×（１－（Ｌ/１００））＋Ｆ_Ｒ×Ｌ／１００
作業者は、Ｌの値を設定することによって、速度Ｆを切削送り速度と早送り速度との間の任意の速度に指定することができる。

【0026】

本実施形態において、Ｒ点からＷ点まで工具２を早送り速度で移動させることとしたが、Ｒ点からＷ点までの工具２のＺ方向の移動速度は、工具２の先端２ａの位置によって早送りから切削送りに段階的に変化させてもよい。

【0027】

例えば、先端２ａの位置をＺ_ｎとすると、工具２のＺ方向の移動速度Ｆは、切削送り速度Ｆ_Ｃおよび早送り速度Ｆ_Ｒから下式によって定義される。
Ｆ＝（Ｆ_Ｃ×｜Ｒ－Ｚ_ｎ｜＋Ｆ_Ｒ×｜Ｚ_ｎ―Ｗ｜）／｜Ｒ－Ｗ｜
先端２ａの位置が変化することで、速度Ｆを早送り速度から切削送り速度へ段階的に変化させることができる。

【0028】

本実施形態において、Ｒ点からＷ点まで工具２を早送り速度で移動させることとしたが、Ｒ点からＷ点までの工具２のＺ方向の移動速度は、Ｒ点からＷ点の間の任意の位置で早送りから切削送りに変化させてもよい。

【0029】

例えば、機械制御の応答性に応じてＲ点とＷ点との間の中間位置で早送り速度から切削送り速度に変化させてもよい。これによって、機械制御の応答性が低い工作機械において、Ｗ点に到達する時点で先端２ａの位置決めが正確になされていない場合、Ｗ点よりも高い位置でＺ方向の移動速度を早送り速度から切削送りに変化させることで、到達タイミングを変化させ、非切削時間の短縮および正確な位置決めが可能である。

【0030】

本実施形態において、制御部１２は、工具２がＲ点とＷ点との間で曲線経路ｂ，ｅに沿って移動するように送りモータ７，８，９を制御することとしたが、これに代えて、工具２が直線経路のみに沿ってするように送りモータ７，８，９を制御してもよい。すなわち、制御部１２は、位置決め動作の終了後に穴あけ動作を開始させ、引き抜き動作の終了後に次の固定サイクルの位置決め動作を開始させてもよい。
このような制御においても、Ｒ点からＷ点までの工具２のＺ方向の移動速度を、切削送り速度よりも速い速度にすることによって、非切削時間を短縮することができる。

【0031】

本実施形態において、Ｗ点を固定サイクルプログラム１１ｂに含むこととしたが、記憶メモリに保存するデータテーブル形式としたパラメータによってＷ点を定義してもよい。また、Ｗ点は、所定の固定値であってもよい。

【0032】

例えば、数値制御装置１の記憶部１１に予めＷ点を１．０ｍｍと記憶させ、固定サイクルプログラム１１ｂが指令されたときにＷ点を呼び出してもよい。
また、Ｗ点は、固定サイクルプログラム１１ｂが指令されたときにＲ点よりも－４．０ｍｍだけワーク４に近い位置に設定される固定値であってもよい。穴あけ加工では、非切削時間短縮のためＲ点はワーク４の上面から０．５ｍｍ～１．０ｍｍだけ離間した位置に設定されることが多い。そのため、Ｗ点をＲ点よりも－４．０ｍｍだけワーク４に近い位置とすることで、Ｗ点の指令無しで非切削時間短縮が可能となる。

【0033】

本実施形態において、各穴４ａをノンステップ加工によってあけることとしたが、これに代えて、各穴４ａをステップ加工であけてもよい。ステップ加工は、工具２をＺ方向に複数回往復させ、Ｗ点からＺ点までの距離を複数回に分けて所定量ずつ切削する方法である。
従来のステップ加工において、工具２は、ワーク４を切削する毎にＲ点まで戻る。本実施形態において、工具２を、Ｒ点ではなく、Ｗ点までまたはＲ点とＷ点との間の任意の高さまで戻し、Ｗ点からまたはＲ点とＷ点との間の任意の高さから工具２の次の下降を開始してもよい。これにより、１つの穴４ａの加工に要する時間を短縮することができる。

【0034】

本実施形態において、固定サイクルの穴あけ加工について説明したが、固定サイクルを使用しない穴あけ加工に本開示を適用してもよい。すなわち、任意の穴あけ加工用の加工プログラムにＷ点の指令を追加し、任意の穴あけ加工における穴あけ動作において、工具およびワークを切削送り速度よりも速い速度でＲ点からＷ点まで深さ方向に相対移動させてもよい。

【0035】

本実施形態において、工具２がＺ方向に移動可能であり、ワーク４がＸＹ方向に移動可能であることとしたが、工具２およびワーク４の相対移動は、工具２およびワーク４のいずれか一方または両方の移動によって達成されればよい。例えば、主軸３がＸＹ方向に移動可能であり、テーブル５がＺ方向に移動可能であってもよい。または、主軸３およびテーブル５の一方がＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動可能であってもよい。
また、本実施形態において、工具２の移動方向が鉛直方向であり、ワーク４の移動方向が水平方向であることとしたが、工具２およびワーク４の移動方向は、工作機械の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、主軸３が水平に配置される工作機械の場合、工具２の移動方向が水平方向であり、ワーク４の移動方向が鉛直方向であってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１ 数値制御装置
２ 工具
４ ワーク
４ａ 穴
４ｂ ワーク面
１０ 工作機械
１１ 記憶部
１１ａ 加工プログラム
１１ｂ 固定サイクルプログラム
１２ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】