特許 7667245 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】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(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 19/4063 20060101AFI20250415BHJP

【ＦＩ】

G05B19/4063 L

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023503822

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(86)【国際出願番号】 JP2022008286

(87)【国際公開番号】W WO2022186135

(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 2021032836

(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】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１１７４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４９０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９２４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９６２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０１６８９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０８７７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８８８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７１９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００４６２３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／２５－１９／４１８

Ｂ２３Ｑ １５／００－１５／１２

(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、
前記主軸に掛かる目標負荷を設定する目標負荷設定部と、
前記主軸に掛かる負荷が前記目標負荷となるように前記主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を、前記時系列データに基づいて予測する加工時間予測部と、
予測された前記加工時間のデータを出力する加工時間出力部と、
を備え、
前記加工時間予測部は、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目標負荷から前記送り速度を算出し、該算出した送り速度に基づいて前記加工時間を予測する数値制御装置。

【請求項2】

前記目標負荷設定部によって設定される前記目標負荷を示す値の入力を受け付ける目標負荷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】

前記加工時間出力部は、さらに、前記目標負荷と予測された前記加工時間との関係を示すデータを出力する請求項１または２に記載の数値制御装置。

【請求項4】

前記加工時間予測部は、さらに、前記主軸に掛かる負荷が前記目標負荷となるように前記送り速度が制御された場合の前記送り速度を予測する請求項１～３のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項5】

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１～４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１～５のいずれか１項に記載の数値制御装置。

【請求項7】

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、
前記主軸に掛かる目標負荷を設定することと、
前記主軸に掛かる負荷が前記目標負荷となるように前記主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を、前記時系列データに基づいて予測することと、
予測された前記加工時間の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であって、該記憶媒体はさらに、
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目標負荷から前記送り速度を算出し、該算出した送り速度に基づいて前記加工時間を予測することをコンピュータに実行させる命令を記憶する記憶媒体。

【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。

【0005】

本開示は、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において、加工時間を事前に予測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、主軸に掛かる目標負荷を設定する目標負荷設定部と、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を、時系列データに基づいて予測する加工時間予測部と、予測された加工時間のデータを出力する加工時間出力部と、を備え、加工時間予測部は、主軸に掛かる負荷と送り速度とが比例するものとして目標負荷から送り速度を算出し、算出した送り速度に基づいて加工時間を予測する。

【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、主軸に掛かる目標負荷を設定することと、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を、時系列データに基づいて予測することと、予測された加工時間の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し、とくに、主軸に掛かる負荷と送り速度とが比例するものとして目標負荷から送り速度を算出し、算出した送り速度に基づいて加工時間を予測するこ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になるように主軸の送り速度を制御する場合において、事前に加工時間を予測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】加工時間予測部が加工時間を予測する方法を説明する図である。

【図4B】加工時間予測部が加工時間を予測する方法を説明する図である。

【図4C】加工時間予測部が加工時間を予測する方法を説明する図である。

【図4D】加工時間予測部が加工時間を予測する方法を説明する図である。

【図5】加工時間予測部が加工時間を予測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】学習部を備える加工時間予測部の一例を示す図である。

【図8】入出力装置に表示される加工時間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、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、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、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データに基づいて、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるようにワークの加工が行われる場合の加工時間を予測する。

【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、目標負荷受付部２１５と、目標負荷設定部２１６と、加工時間予測部２１７と、加工時間出力部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、目標負荷受付部２１５、目標負荷設定部２１６、加工時間予測部２１７、および加工時間出力部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目標負荷設定部２１６で設定された負荷となるように、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】

目標負荷受付部２１５は、定負荷制御が行われるときの主軸に掛かる目標負荷を示す値の入力を受け付ける。目標負荷受付部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、定負荷制御でワークの加工が行われるときの主軸に掛かる目標負荷を、例えば、入出力装置３を用いて入力する。

【0047】

目標負荷設定部２１６は、目標負荷受付部２１５が受け付けた主軸に掛かる目標負荷を設定する。目標負荷設定部２１６は、例えば、あらかじめ定められたレジスタ（不図示）に目標負荷を示すデータを記憶させることによって、目標負荷を設定する。

【0048】

加工時間予測部２１７は、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御された場合の加工時間を、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予測する。つまり、加工時間予測部２１７が予測する加工時間は、主軸負荷記憶部２１４に記憶された時系列データが取得されたときに実行された加工プログラムが、定負荷制御のもとで実行された場合の加工時間である。言い換えれば、加工時間予測部２１７は、目標負荷設定部２１６によって設定された目標負荷が主軸に掛かるように加工プログラムが実行された場合の加工時間を、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。加工時間予測部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加工時間を予測する。

【0049】

図４Ａ－図４Ｄおよび図５は、加工時間予測部２１７が加工時間を予測する方法を説明する図である。加工時間予測部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、所定周期Ｔごとに検出されたデータである。

【0050】

次に、加工時間予測部２１７は、各周期Ｔにおける主軸に掛かる負荷を目標負荷に変更して加工を行った場合の加工時間を算出する。

【0051】

例えば、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するとの前提のもとで負荷Ｌを目標負荷２Ｌに変更するには、主軸の送り速度を２倍の速度にする必要がある。この場合、負荷Ｌが検出された区間を加工するための加工時間はＴ／２となる（図４Ａ参照）。負荷２Ｌが検出された区間の負荷は目標負荷と同じであるため、主軸の送り速度は変更されない。つまり、加工時間Ｔは変化しない（図４Ｂ参照）。

【0052】

負荷３Ｌが検出された区間の負荷を２Ｌに変更した場合、この区間を加工するための加工時間は３Ｔ／２となる（図４Ｃ参照）。同様に、負荷４Ｌが検出された区間の負荷を２Ｌに変更した場合、この区間を加工するための加工時間は２Ｔとなる（図４Ｄ参照）。

【0053】

次に、加工時間予測部２１７は、各周期Ｔにおける主軸に掛かる負荷を目標負荷に変更した場合における加工時間を合算する（図５参照。）。これにより、加工時間予測部２１７は、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように定負荷制御が行われた場合の加工時間を予測することができる。なお、加工時間予測部２１７は、さらに、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように送り速度が制御された場合の各周期における送り速度を予測してもよい。

【0054】

加工時間出力部２１８は、加工時間予測部２１７によって予測された加工時間を示すデータを出力する。加工時間出力部２１８は、例えば、入出力装置３に加工時間を示すデータ、および目標負荷を示すデータを出力し、入出力装置３に加工時間および目標負荷を表示させる。加工時間出力部２１８は、加工時間予測部２１７が加工時間を予測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、加工時間出力部２１８は、各周期Ｔ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。

【0055】

なお、制御部２１２は、目標負荷受付部２１５が受け付けた目標負荷が主軸に掛かるように、定負荷制御のもとで加工プログラムを実行してワークの加工を行ってもよい。この場合、加工時間予測部２１７によって予測された加工時間で、あるいは、これに近似する加工時間でワークの加工を行うことができる。

【0056】

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。

【0057】

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）。

【0058】

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）。

【0059】

次に、目標負荷受付部２１５は、主軸に掛かる目標負荷を示す値の入力を受け付ける（ステップＳ３）。
次に、目標負荷設定部２１６は、目標負荷受付部２１５が受け付けた目標負荷を設定する（ステップＳ４）。

【0060】

次に、加工時間予測部２１７は、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を予測する（ステップＳ５）。

【0061】

最後に、加工時間出力部２１８は、加工時間予測部２１７によって予測された加工時間を示すデータを出力し（ステップＳ６）、処理を終了する。

【0062】

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、主軸に掛かる目標負荷を設定する目標負荷設定部２１６と、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御されたときの加工時間を、時系列データに基づいて予測する加工時間予測部２１７と、予測された加工時間のデータを出力する加工時間出力部２１８と、を備える。これにより、数値制御装置２は、目標負荷が主軸に掛かるように主軸の送り速度が制御された場合における加工時間を出力することができる。その結果、作業者は、出力された加工時間を考慮して、主軸に掛かる負荷を決定することができる。例えば、前工程の加工のサイクルタイムに合わせた加工時間となるように、主軸に掛かる負荷を作業者が決定することを可能にする。

【0063】

また、数値制御装置２は、目標負荷設定部２１６によって設定される目標負荷を示す値の入力を受け付ける目標負荷受付部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。

【0064】

また、加工時間予測部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加工時間を予測する。そのため、加工時間予測部２１７は、複雑な計算を行わずに加工時間を予測することができる。

【0065】

また、加工時間予測部２１７は、さらに、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸の送り速度が制御された場合の送り速度を予測する。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、目標負荷の設定をすることができる。

【0066】

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、加工時間予測部２１７は、目標負荷受付部２１５が受け付けた様々な目標負荷に基づいて、何度でも加工時間を予測することができる。

【0067】

上述した実施形態では、加工時間予測部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加工時間を予測する。しかし、加工時間予測部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加工時間を予測してもよい。

【0068】

図７は、加工時間予測部２１７の一例を説明する図である。加工時間予測部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、加工時間予測部２１７以外の構成は、上述した実施形態の構成と同じである。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

予測部２２３は、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸が制御されたときの加工時間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予測する。また、予測部２２３は、相関モデルを用いて、主軸に掛かる負荷が目標負荷となるように主軸が制御されたときの主軸の送り速度を予測してもよい。

【0072】

予測部２２３によって予測された加工時間を示すデータは、加工時間出力部２１８によって出力される。

【0073】

上述した実施形態では、加工時間予測部２１７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、加工時間予測部２１７は、学習部２２１によって学習された関係に基づいて、加工時間を予測する。したがって、加工時間予測部２１７は、高精度に加工時間を予測することができる。

【0074】

なお、目標負荷受付部２１５は、主軸に掛かる目標負荷を示す値として、例えば、定格トルクに対する目標トルクの割合を示す値を受け付けてもよい。例えば、５０％、５５％、６０％、または６５％などの数値の入力を受け付けることにより、目標負荷を設定することができる。

【0075】

また、上述した実施形態の数値制御装置２は目標負荷受付部２１５を備えているが、数値制御装置２は、必ずしも、目標負荷受付部２１５を備えていなくてもよい。この場合、数値制御装置２は、あらかじめ複数の目標負荷を示す値を記憶し、複数の目標負荷のそれぞれが主軸に掛かるように定負荷制御が行われた場合におけるそれぞれの加工時間を予測するようにすればよい。

【0076】

図８は、複数の目標負荷のそれぞれに対して加工時間が予測された場合における入出力装置３に表示される加工時間の表示例を示す図である。数値制御装置２には、例えば、あらかじめ定格トルクに対する目標トルクの割合を示す値が目標負荷として記憶される。図８に示す例では、５０％、５３％、５６％、５９％、６２％、６５％、６８％、および７１％が目標負荷として記憶される。

【0077】

加工時間予測部２１７は、これらの目標負荷のそれぞれが主軸に掛かるように定負荷制御が行なわれる場合におけるそれぞれの加工時間を予測する。加工時間予測部２１７によって予測された加工時間を示すデータは加工時間出力部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。

【0078】

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。この直線の上側には、目標負荷として、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。

【0079】

直線の下側には、目標負荷のそれぞれに対応して予測された加工時間が表示される。例えば、目標負荷５０％に対応させて加工時間１１：００が表示される。また、目標負荷５３％に対応させて加工時間１０：３０が表示される。また、目標負荷５６％に対応させて加工時間１０：００が表示される。また、目標負荷５９％に対応させて加工時間９：３０が表示される。また、目標負荷６２％に対応させて加工時間９：００が表示される。また、目標負荷６５％に対応させて加工時間８：００が表示される。また、目標負荷６８％に対応させて加工時間７：００が表示される。また、目標負荷７１％に対応させて加工時間６：００が表示される。

【0080】

このような態様で加工時間が表示されることにより、作業者は、各負荷が掛かるように主軸が制御された場合におけるそれぞれの加工時間を容易に把握することができる。

【0081】

なお、各加工時間が表示される領域の下側には、定速制御のもとで加工プログラムが実行されたときの加工時間に対する、それぞれの目標負荷で定負荷制御されたときの加工時間の割合が表示されてもよい。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、この加工時間に対する、それぞれの目標負荷で定負荷制御されたときの加工時間の割合が括弧内に表示される。

【0082】

また、図８に示すように、目標負荷と目標負荷に対応する加工時間とが並べて入出力装置３に表示される場合、いずれかの目標負荷が表示画面上で選択されるようにしてもよい。この場合、選択された目標負荷が主軸に掛かるように定負荷制御のもとでワークの加工が行われるようにしてもよい。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

図１０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。

【0088】

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、生成部２２４は、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。同様に、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。同様に、生成部２２４は、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個の負荷を示すデータが振り分けられている。

【0089】

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。

【0090】

加工時間予測部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加工時間を予測する。加工時間予測部２１７は、各階級が示す負荷を目標負荷に変更して加工を行った場合の加工時間を算出し、各階級の加工時間を合算することにより加工時間を算出する。各階級Ｌ、２Ｌ、３Ｌおよび４Ｌの加工時間Ｔ_Ｌ、Ｔ_２Ｌ、Ｔ_３ＬおよびＴ_４Ｌ、は、それぞれ（度数）×（階級の値）×（周期）／（目標負荷）によって求めることができる。

【0091】

例えば、図１１に示す階級Ｌについて算出される加工時間Ｔ_Ｌは、Ｔ_Ｌ＝４×Ｌ×Ｔ／２Ｌ＝２Ｔである。同様に、階級２Ｌについて算出される加工時間Ｔ_２Ｌは、Ｔ_２Ｌ＝５×２Ｌ×Ｔ／２Ｌ＝５Ｔである。同様に、階級３Ｌについて算出される加工時間Ｔ_３Ｌは、Ｔ_３Ｌ＝２×３Ｌ×Ｔ／２Ｌ＝３Ｔである。同様に、階級４Ｌについて算出される加工時間Ｔ_４Ｌは、Ｔ_４Ｌ＝１×４Ｌ×Ｔ／２Ｌ＝２Ｔである。これら各階級について算出される加工時間を合算することにより加工時間１２Ｔが求められる。

【0092】

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されるデータ量を少なくすることができる。

【0093】

なお、各階級について算出される加工時間は、上述した順序で計算されなくてもよい。例えば、各階級について算出される（度数）×（階級の値）の値を合算した後に、合算した値に対して（周期）／（目標負荷）を乗算して加工時間を求めてもよい。

【符号の説明】

【0094】

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 目標負荷受付部
２１６ 目標負荷設定部
２１７ 加工時間予測部
２１８ 加工時間出力部
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4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】