特許 7648754 工作機械の制御装置

(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】2025-03-10

(45)【発行日】2025-03-18

(54)【発明の名称】工作機械の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4093 20060101AFI20250311BHJP

   B23Q 15/013 20060101ALI20250311BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20250311BHJP

   B23B 25/00 20060101ALI20250311BHJP

【ＦＩ】

G05B19/4093 M

B23Q15/013

B23B1/00 D

B23B25/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023523791

(86)(22)【出願日】2021-05-26

(86)【国際出願番号】 JP2021019957

(87)【国際公開番号】W WO2022249317

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-12-08

(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】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】熊本 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】山本 健太

【審査官】岩▲崎▼ 優

(56)【参考文献】

【文献】特許第５６０６６５８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１４－０５４６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８０６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００３８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１０７３０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０８７８８１８２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／４０９３

Ｂ２３Ｑ １５／０１３

Ｂ２３Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械の制御装置であって、
前記ワーク及び前記工具を相対的に揺動するための揺動条件及び前記工具の送り速度に基づいて揺動振幅を算出する揺動振幅算出部と、
前記揺動振幅の最小値を設定する最小値設定部と、
前記揺動振幅算出部によって算出された前記揺動振幅の算出値と、前記最小値設定部によって設定される前記揺動振幅の最小値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果から得られる前記揺動振幅の値及び前記揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部と、
前記揺動指令を位置指令に重畳した重畳指令に基づいて、前記ワークと前記工具を相対的に揺動させる位置速度制御部と、
を備える制御装置。

【請求項2】

前記最小値設定部は、前記揺動振幅の最小値を、前記ワークを前記工具によって加工するための加工条件に応じて変更する、請求項１に記載制御装置。

【請求項3】

前記揺動振幅の最小値を前記加工条件と対応付けて複数記憶する記憶部を更に備え、
前記最小値設定部は、前記加工条件に応じて、前記記憶部に記憶された前記揺動振幅の最小値を選択する、請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記記憶部に記憶された前記加工条件に基づいて、新たに入力された入力加工条件に対応する前記揺動振幅の最小値を推定する推奨値算出部を更に備える、請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記揺動振幅の最小値及び前記加工条件を含む設定情報を表示部に表示させる表示制御部を更に備える、請求項２から４のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項6】

前記最小値設定部は、前記設定情報を用いて所望の設定値を選択及び設定する、請求項５に記載の制御装置。

【請求項7】

前記重畳指令に基づいて前記重畳指令の補正量を算出し、算出された前記補正量を前記重畳指令に加算することにより前記重畳指令を補正する学習制御部を更に備える請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、穴開け加工や旋削加工等の切屑対策として、揺動切削を適用することがある。従来の数値制御装置は、位置指令に対して揺動指令を重畳することによって揺動切削を実現している。

【0003】

揺動指令を印加した直後や送り速度が変化した直後等において、指令の変化に追従できない状態が一時的に存在する。その状態では、切り屑を細断するために必要な揺動振幅が工具の実位置において得られない場合がある。この場合、切り屑を適切に細断できないという課題がある。切屑の細断を継続するために、追従誤差が生じても工具経路の重複が生じるように周波数又は振幅を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－４０２５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、揺動振幅は、送り速度に応じて揺動振幅倍率を指令に乗算することによって決定される。そのため、指令への追従遅れを考慮して、予め揺動振幅倍率を大きくすると、定常状態では過剰な揺動振幅となり、工具への影響や加工面粗さ等にも影響がある。そこで、加工開始直後や終了直前等のような追従性が良くない状態において切り屑を適切に細断することが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る、工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械の制御装置は、前記ワーク及び前記工具を相対的に揺動するための揺動条件及び前記工具の送り速度に基づいて揺動振幅を算出する揺動振幅算出部と、前記揺動振幅の最小値を設定する最小値設定部と、前記揺動振幅算出部によって算出された前記揺動振幅の算出値と、前記最小値設定部によって設定される前記揺動振幅の最小値とを比較する比較部と、前記比較部による比較結果から得られる前記揺動振幅の値及び前記揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部と、前記揺動指令を位置指令に重畳した重畳指令に基づいて、前記ワークと前記工具を相対的に揺動させる位置速度制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、追従性が良くない状態において切り屑を適切に細断することができる工作機械の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本実施形態に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１の構成を示すブロック図である。
制御装置１は、工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械２を制御する。制御装置１は、切削加工によって生じる切り屑がワーク又は工具に絡まることを抑制するために、細分された切り屑が生じるように、ワークに対して工具を揺動させる。

【0010】

制御装置１は、例えば、ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の上位コンピュータ（不図示）と接続されてもよい。

【0011】

図１に示すように、制御装置１は、位置指令生成部１１と、第１加算器１２と、積算器１３と、揺動指令生成部１４と、第２加算器１５と、学習制御器１６と、位置速度制御部１７と、揺動条件設定部１８と、揺動振幅算出部１９と、最小値設定部２０と、比較部２１と、加工条件入力部２２と、下限値入力部２３と、推奨値算出部２４と、記憶部２５と、表示制御部２６と、表示部２７と、を備える。

【0012】

位置指令生成部１１は、ワークを工具によって加工するための加工条件に基づいて、工作機械２のモータ２０１に対する位置指令を生成する。ここで、加工条件は、例えば、ＣＮＣ、ＰＬＣ等の上位コンピュータから位置指令生成部１１へ出力されてもよい。生成された位置指令は、図１に示されるように、第１加算器１２に入力される。

【0013】

第１加算器１２は、位置偏差を算出する。具体的には、第１加算器１２は、送り軸のモータ２０１のエンコーダによる位置検出に基づいた位置フィードバックと位置指令との差分である位置偏差を算出する。

【0014】

積算器１３は、位置偏差の積算値を算出する。具体的には、積算器１３は、第１加算器１２により算出された位置偏差を積算することにより、位置偏差の積算値を算出する。

【0015】

揺動指令生成部１４は、揺動指令を生成する。具体的には、揺動指令生成部１４は、比較部２１による比較結果から得られる揺動振幅の値及び揺動条件に基づいて揺動指令を生成する。なお、揺動指令生成部１４は、揺動振幅倍率及び揺動周波数倍率を含む揺動条件と加工条件から揺動指令を求めてもよく、揺動振幅及び揺動周波数を含む揺動条件から揺動指令を求めてもよい。

【0016】

学習制御器１６は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を加算器により重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する。この学習制御器１６は、メモリを有し、揺動の１周期もしくは複数周期内において揺動位相及び重畳指令を関係付けてメモリに記憶する。学習制御器１６は、モータ２０１の応答性に応じた揺動動作の位相遅れを補償できるタイミングにメモリに記憶された重畳指令を読み出して補正量として加算器に出力する。

【0017】

位置速度制御部１７は、補正量加算後の重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ２０１に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ２０１を制御する。これにより、工作機械２は、工具とワークとを相対的に揺動させながら加工を行うことができる。

【0018】

揺動条件設定部１８は、ワーク及び工具を相対的に揺動するための揺動条件を設定する。具体的には、揺動条件設定部１８は、揺動振幅又は揺動振幅倍率と、揺動周波数又は揺動周波数倍率を設定する。これら揺動振幅又は揺動振幅倍率と、揺動周波数又は揺動周波数倍率とを含む揺動条件は、揺動振幅算出部１９に入力される。

【0019】

揺動振幅算出部１９は、揺動条件設定部１８により設定された揺動条件及び工具の送り速度に基づいて、揺動振幅を算出する。

【0020】

最小値設定部２０は、揺動振幅の最小値を設定する。具体的には、最小値設定部２０は、ＣＮＣのパラメータ、加工プログラムでの指定等に基づいて、揺動振幅の最小値を設定する。

【0021】

また、最小値設定部２０は、揺動振幅の最小値を加工条件に応じて変更してもよい。ここで、加工条件は、ワークの回転速度、工具の送り速度、指令加速度、イナーシャ、切削負荷、機械剛性等を含むが、加工条件は、特に、指令加速度、イナーシャ、切削負荷又は機械剛性であることが好ましい。

【0022】

例えば、最小値設定部２０は、指令加速度、イナーシャ、切削負荷又は機械剛性が変化した場合、変化前の状態における揺動振幅の最小値に倍率（オーバーライド値）を掛けることによって、揺動振幅の最小値を変更する。また、最小値設定部２０は、揺動開始から加工点までの時間又は距離が変化した場合にも、同様に、変化前の状態における揺動振幅の最小値に倍率（オーバーライド値）を掛ける。これにより、制御装置１は、揺動開始から加工点までの時間が長くなるため、追従遅れを低減することができる。なお、切削負荷が変動する要因は、例えば、ワーク及び工具の諸元の変化等である。

【0023】

また、最小値設定部２０は、加工条件に応じて、記憶部２５に記憶された揺動振幅の最小値を選択してもよい。例えば、複数の加工条件が記憶部２５に記憶される場合、加工条件は、それぞれプリセット値が設けられていてもよい。また、例えば、加工条件が切削負荷であり、切削負荷の推定が困難な場合、加工条件は、記憶部２５に記憶される実加工やエアカットの結果であってもよい。

【0024】

比較部２１は、揺動振幅算出部１９によって算出された揺動振幅の算出値と、最小値設定部２０によって設定される揺動振幅の最小値とを比較する。具体的には、比較部２１は、揺動振幅算出部１９によって算出された揺動振幅の算出値が、最小値設定部２０によって設定される揺動振幅の最小値未満であるか否かを判定する。

【0025】

揺動振幅の算出値が、揺動振幅の最小値未満である場合、比較部２１は、揺動振幅の最小値を揺動振幅の値として決定する。揺動振幅の算出値が、揺動振幅の最小値以上である場合、比較部２１は、揺動振幅の算出値を揺動振幅の値として決定する。

【0026】

加工条件入力部２２は、例えば、ユーザによる入力操作によって加工条件の入力を受け付ける。加工条件入力部２２は、入力された加工条件を推奨値算出部２４及び記憶部２５へ出力する。

【0027】

下限値入力部２３は、例えば、ユーザによる入力操作によって揺動振幅の最小値の入力を受け付ける。下限値入力部２３は、入力された揺動振幅の推奨値算出部２４及び記憶部２５へ出力する。

【0028】

推奨値算出部２４は、記憶部２５に記憶された複数の加工条件に基づいて、加工条件入力部２２又は下限値入力部２３によって新たに入力された入力加工条件に対応する揺動振幅の最小値を推定する。この場合、記憶部２５は、揺動振幅の最小値を加工条件と対応付けて複数記憶する。これにより、推奨値算出部２４は、記憶部２５に記憶された複数のデータ（すなわち、揺動振幅の最小値及び加工条件）に基づいて、より精度の高い推定値を算出することができる。

【0029】

表示制御部２６は、揺動振幅の最小値及び加工条件を含む設定情報を表示部２７に表示させる。表示部２７は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等で構成され、表示制御部２６の制御に従い、各種の画像を表示する。

【0030】

また、表示部２７に設定情報が表示される場合、最小値設定部２０は、表示部２７に表示される設定情報を用いて所望の設定値を選択及び設定してもよい。例えば、最小値設定部２０は、表示部２７に表示される設定情報に対するユーザからの入力又は選択を受け付け、ユーザからの入力又は選択に応じて所望の設定値を設定してもよい。

【0031】

図２は、本実施形態に係る制御装置１の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、揺動振幅算出部１９は、ワーク及び工具を相対的に揺動するための揺動条件に基づいて揺動振幅を算出する。
ステップＳ２において、最小値設定部２０は、揺動振幅の最小値を設定する。

【0032】

ステップＳ３において、比較部２１は、揺動振幅算出部１９によって算出された揺動振幅の算出値と、最小値設定部２０によって設定される揺動振幅の最小値とを比較する。具体的には、比較部２１は、揺動振幅算出部１９によって算出された揺動振幅の算出値が、最小値設定部２０によって設定される揺動振幅の最小値未満であるか否かを判定する。
揺動振幅の算出値が、揺動振幅の最小値よりも未満である場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ４へ移る。揺動振幅の算出値が、揺動振幅の最小値以上である場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ５へ移る。

【0033】

ステップＳ４において、比較部２１は、揺動振幅の最小値を揺動振幅の値として決定する。
ステップＳ５において、比較部２１は、揺動振幅の算出値を揺動振幅の値として決定する。

【0034】

ステップＳ６において、揺動指令生成部１４は、比較部２１による比較結果から得られる揺動振幅の値及び揺動条件に基づいて揺動指令を生成する。具体的には、揺動指令生成部１４は、ステップＳ４又はステップＳ５において決定された揺動振幅の値及び揺動条件に基づいて揺動指令を生成する。

【0035】

ステップＳ７において、学習制御器１６は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を加算器により重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する。その後、位置速度制御部１７は、補正量加算後の重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ２０１に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ２０１を制御する。

【0036】

本実施形態によれば、制御装置１は、ワーク及び工具を相対的に揺動するための揺動条件及び工具の送り速度に基づいて揺動振幅を算出する揺動振幅算出部１９と、揺動振幅の最小値を設定する最小値設定部２０と、揺動振幅算出部１９によって算出された揺動振幅の算出値と、最小値設定部２０によって設定される前記揺動振幅の最小値とを比較する比較部２１と、比較部２１による比較結果から得られる揺動振幅の値及び揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部１４と、揺動指令を位置指令に重畳した重畳指令に基づいて、ワークと工具を相対的に揺動させる位置速度制御部１７と、を備える。

【0037】

これにより、制御装置１は、揺動振幅の下限値を設けることができるため、加工開始直後や終了直前等のような追従性が良くない状態において切り屑を適切に細断することができる。

【0038】

また、最小値設定部２０は、揺動振幅の最小値を、ワークを工具によって加工するための加工条件に応じて変更する。これにより、制御装置１は、加工条件に応じた適切な動振幅の最小値を用いることができる。

【0039】

また、制御装置１は、揺動振幅の最小値を加工条件と対応付けて複数記憶する記憶部２５を更に備え、最小値設定部２０は、加工条件に応じて、記憶部２５に記憶された揺動振幅の最小値を選択する。これにより、制御装置１は、複数の加工条件に応じた適切な揺動振幅の最小値を選択することができる。

【0040】

また、制御装置１は、記憶部２５に記憶された加工条件に基づいて、新たに入力された入力加工条件に対応する揺動振幅の最小値を推定する推奨値算出部２４を更に備える。これにより、制御装置１は、記憶部２５に記憶された複数のデータ（すなわち、揺動振幅の最小値及び加工条件）に基づいて、より精度の高い推定値を算出することができる。

【0041】

また、制御装置１は、揺動振幅の最小値及び加工条件を含む設定情報を表示部２７に表示させる表示制御部２６を更に備える。これにより、例えば、制御装置１を操作するオペレータは、設定情報を閲覧及び確認することができる。

【0042】

また、最小値設定部２０は、表示部２７に表示される設定情報を用いて所望の設定値を選択及び設定する。これにより、例えば、制御装置１を操作するオペレータは、設定情報を閲覧及び確認することにより、適切な揺動振幅の最小値を設定することができる。

【0043】

また、制御装置１は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を重畳指令に加算することにより重畳指令を補正する学習制御器１６を更に備える。一般的に、揺動周波数が高くなるほど揺動指令に対する偏差（重畳指令）は大きくなるため、この学習制御器１６による補正により、周期的な揺動指令に対する追従性を向上させることができる。よって、制御装置１は、結果として、重畳指令への追従性が向上し、加工精度の悪化を抑制しつつ所望の切り屑の長さを実現しやすくすることができる。

【0044】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の制御装置１は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記の制御装置１により行なわれる制御方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

【0045】

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。

【0046】

また、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記各実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ 制御装置
２ 工作機械
１１ 位置指令生成部
１２ 第１加算器
１３ 積算器
１４ 揺動指令生成部
１５ 第２加算器
１６ 学習制御器
１７ 位置速度制御部
１８ 揺動条件設定部
１９ 揺動振幅算出部
２０ 最小値設定部
２１ 比較部
２２ 加工条件入力部
２３ 下限値入力部
２４ 推奨値算出部
２５ 記憶部
２６ 表示制御部
２７ 表示部

【図1】

【図2】