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(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】2025-07-03
(45)【発行日】2025-07-11
(54)【発明の名称】工作機械の制御装置
(51)【国際特許分類】
B23Q 15/00 20060101AFI20250704BHJP
G05B 19/4067 20060101ALI20250704BHJP
B23G 1/16 20060101ALI20250704BHJP
B23G 1/44 20060101ALI20250704BHJP
【ＦＩ】
B23Q15/00 D
G05B19/4067
B23G1/16 F
B23G1/44 C
B23G1/16 C
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021174886
(22)【出願日】2021-10-26
(65)【公開番号】P2023064544
(43)【公開日】2023-05-11
【審査請求日】2024-04-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】曽我部 英介
【審査官】荻野 豪治
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－０８６３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１６１８８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１８７７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２７７０７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０８８２９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第５１６５８２８（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ １５／００ － ２３／００
Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４１６
Ｇ０５Ｂ １９／４２ － １９／４６
Ｂ２３Ｇ １／００ － １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークに対して相対移動可能な主軸に工具としてタップを装着し、前記タップを用いて前記ワークにネジ加工を行う工作機械の制御装置であって、制御に関する所定のパラメータが予め記憶されるパラメータ準備手段と、
前記タップを前記ワークから退避動作させる退避手段と、
前記タップに切り粉の排出動作を行わせる切り粉排出手段と、を備え、
前記退避手段による前記タップの退避動作と、前記切り粉排出手段による切り粉の排出動作とが、それぞれ互いに異なる所定のタイミングで実行可能であり、
前記パラメータ準備手段は、前記タップの切り粉排出溝のピッチと、予め設定したタップ回転回数とを記憶しており、
前記切り粉排出手段は、前記切り粉排出溝のピッチと前記タップ回転回数とから切り粉の排出動作距離を計算し、前記タップに、加工方向と同方向に前記排出動作距離だけ送り動作及び回転動作を行わせることを特徴とする工作機械の制御装置。
【請求項2】
前記パラメータ準備手段は、切り粉が排出でき、前記タップと前記ワークとに損傷なく退避できる動作距離を予め同定し、当該同定結果と前記ピッチとに基づいて前記タップ回転回数を決定していることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項3】
前記ワークの加工が正常か否かを診断する加工診断手段を備え、前記退避手段を実行する前記所定のタイミングは、前記加工診断手段で加工が異常と診断された際であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。
【請求項4】
前記退避手段による退避動作が正常か否かを診断する退避診断手段を備え、前記切り粉排出手段を実行する前記所定のタイミングは、前記退避診断手段が前記退避動作を異常と診断して前記退避手段による退避動作を中止させた際であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに工作機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、工作機械において、加工異常等の発生時に工具を折損なく安全に自動で退避させる制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
工作機械において、工具としてタップを用いたネジ加工では、加工中に異常が生じた場合、加工途中のタップをネジ穴から抜き取る作業が必要となる。抜き取り動作を機械によって自動で行った場合、刃先と創成したねじ面との間で切り粉が噛みこんだ場合、タップに大きな負荷がかかり、最悪の場合は折損が生じてワークが不良となる。そのため、現状は人が抜き取り動作時の負荷を調整しながら手作業で行っており、加工再開までに多くの工数がかかり、生産性が悪化してしまう。したがって、タップの情報とワークの情報とをもとに、退避時の退避速度を制御する方法が提案されている。
例えば特許文献１には、タップのピッチ情報とワークの材種情報とを入力として、抜き取り動作の主軸速度を計算し、計算した速度で工具を退避させることで、タップやワークに損傷を起こさずに抜き取り動作を自動化する発明が開示されている。
例えば特許文献１には、タップのピッチ情報とワークの材種情報とを入力として、抜き取り動作の主軸速度を計算し、計算した速度で工具を退避させることで、タップやワークに損傷を起こさずに抜き取り動作を自動化する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平６－５９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１の技術では、折損が生じない抜き取り動作の主軸速度を事前にワークの材種ごとに決定し、ワークの材種情報を入力として決定した主軸速度とタップのピッチ情報とをもとに計算した速度で工具を退避させる技術が提案されている。しかし、加工を中断した際の刃先と創成したネジ面間における切り粉の噛みこみ状態によっては、逆転動作を行うだけでは、タップに大きな負荷が生じてしまい、折損を防ぐことができない。図１に、タップ加工において、退避時の切り粉の噛みこみ状態が異なる場合の動作トルクを示す。上図は噛みこみが少ない場合、下図は噛みこみが多い場合を示す。噛みこみが少ない場合は折損なく退避できているが、噛みこみが多い場合は加工中断直前に動作トルクに振動が生じ、退避する逆転動作を行った後に工具折損が生じている。したがって、従来の発明では最悪の場合は折損が生じてワークが不良となる。または、人の手作業による抜き取りが発生し、生産性が悪化してしまう。
【0005】
そこで、本開示は、加工異常等の発生時に工具を折損なく自動で退避させることができ、生産性の悪化を抑制できる工作機械の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本開示は、ワークに対して相対移動可能な主軸に工具としてタップを装着し、前記タップを用いて前記ワークにネジ加工を行う工作機械の制御装置であって、
制御に関する所定のパラメータが予め記憶されるパラメータ準備手段と、
前記タップを前記ワークから退避動作させる退避手段と、
前記タップに切り粉の排出動作を行わせる切り粉排出手段と、を備え、
前記退避手段による前記タップの退避動作と、前記切り粉排出手段による切り粉の排出動作とが、それぞれ互いに異なる所定のタイミングで実行可能であり、
前記パラメータ準備手段は、前記タップの切り粉排出溝のピッチと、予め設定したタップ回転回数とを記憶しており、
前記切り粉排出手段は、前記切り粉排出溝のピッチと前記タップ回転回数とから切り粉の排出動作距離を計算し、前記タップに、加工方向と同方向に前記排出動作距離だけ送り動作及び回転動作を行わせることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記パラメータ準備手段は、切り粉が排出でき、前記タップと前記ワークとに損傷なく退避できる動作距離を予め同定し、当該同定結果と前記ピッチとに基づいて前記タップ回転回数を決定していることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記ワークの加工が正常か否かを診断する加工診断手段を備え、
前記退避手段を実行する前記所定のタイミングは、前記加工診断手段で加工が異常と診断された際であることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記退避手段による退避動作が正常か否かを診断する退避診断手段を備え、
前記切り粉排出手段を実行する前記所定のタイミングは、前記退避診断手段が前記退避動作を異常と診断して前記退避手段による退避動作を中止させた際であることを特徴とする。
制御に関する所定のパラメータが予め記憶されるパラメータ準備手段と、
前記タップを前記ワークから退避動作させる退避手段と、
前記タップに切り粉の排出動作を行わせる切り粉排出手段と、を備え、
前記退避手段による前記タップの退避動作と、前記切り粉排出手段による切り粉の排出動作とが、それぞれ互いに異なる所定のタイミングで実行可能であり、
前記パラメータ準備手段は、前記タップの切り粉排出溝のピッチと、予め設定したタップ回転回数とを記憶しており、
前記切り粉排出手段は、前記切り粉排出溝のピッチと前記タップ回転回数とから切り粉の排出動作距離を計算し、前記タップに、加工方向と同方向に前記排出動作距離だけ送り動作及び回転動作を行わせることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記パラメータ準備手段は、切り粉が排出でき、前記タップと前記ワークとに損傷なく退避できる動作距離を予め同定し、当該同定結果と前記ピッチとに基づいて前記タップ回転回数を決定していることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記ワークの加工が正常か否かを診断する加工診断手段を備え、
前記退避手段を実行する前記所定のタイミングは、前記加工診断手段で加工が異常と診断された際であることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記退避手段による退避動作が正常か否かを診断する退避診断手段を備え、
前記切り粉排出手段を実行する前記所定のタイミングは、前記退避診断手段が前記退避動作を異常と診断して前記退避手段による退避動作を中止させた際であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、切り粉排出手段による切り粉の排出動作によって工具の切り粉の噛みこみを抑制し、加工異常等が発生した際の工具を退避手段によって折損なく自動で退避させることができる。よって、生産性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】タップにおける退避時の主軸の動作トルクの変化を示す説明図である。
【図2】工作機械の制御装置のブロック構成図である。
【図3】制御装置による制御を示すフローチャートである。
【図4】制御適用時の主軸の動作トルクの変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本開示の制御装置の一例を示すブロック構成図である。工作機械１に対し、制御装置１０は併設されている。制御装置１０は、工作機械１の位置制御装置（図示しない）に内包されていても構わない。
まず、工作機械１は、ベッド２上で紙面左右方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に支持されたテーブル３と、ベッド２上に固定されたコラム４と、コラム４に紙面直交方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に支持された主軸頭５とを備えている。主軸頭５には、下向きの主軸６が回転可能に支持されて、工具７が装着可能となっている。
図２は、本開示の制御装置の一例を示すブロック構成図である。工作機械１に対し、制御装置１０は併設されている。制御装置１０は、工作機械１の位置制御装置（図示しない）に内包されていても構わない。
まず、工作機械１は、ベッド２上で紙面左右方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に支持されたテーブル３と、ベッド２上に固定されたコラム４と、コラム４に紙面直交方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に支持された主軸頭５とを備えている。主軸頭５には、下向きの主軸６が回転可能に支持されて、工具７が装着可能となっている。
【0010】
制御装置１０には、加工情報取得手段１１、加工診断手段１２、パラメータ準備手段１３、退避手段１４、退避診断手段１５、退避継続判定手段１６、切り粉排出手段１７、アラーム発報手段１８が設けられている。
加工情報取得手段１１は、工作機械１の制御情報や各種センサ（図示しない）の測定信号を加工情報として取得する。
加工診断手段１２は、加工情報取得手段１１で取得された加工情報をもとに加工が正常か異常かを診断する。
パラメータ準備手段１３には、本開示の制御に用いるパラメータが入力または計算されて、その値が記憶されている。
退避手段１４は、加工診断手段１２で異常が検知された際に工具７をワークＷから退避させる退避動作を工作機械１に指令して行う。
退避診断手段１５は、パラメータ準備手段１３の設定値をもとに計算した破断トルク閾値と加工情報とを比較し、退避動作が正常か異常かを診断し、診断結果を退避継続判定手段１６に出力する。
加工情報取得手段１１は、工作機械１の制御情報や各種センサ（図示しない）の測定信号を加工情報として取得する。
加工診断手段１２は、加工情報取得手段１１で取得された加工情報をもとに加工が正常か異常かを診断する。
パラメータ準備手段１３には、本開示の制御に用いるパラメータが入力または計算されて、その値が記憶されている。
退避手段１４は、加工診断手段１２で異常が検知された際に工具７をワークＷから退避させる退避動作を工作機械１に指令して行う。
退避診断手段１５は、パラメータ準備手段１３の設定値をもとに計算した破断トルク閾値と加工情報とを比較し、退避動作が正常か異常かを診断し、診断結果を退避継続判定手段１６に出力する。
【0011】
退避継続判定手段１６は、退避診断手段１５の診断結果が正常の場合は退避動作の継続を退避手段１４に指令し、異常の場合は退避動作の中止を退避手段１４に指令し、切り粉排出手段１７に切り粉を排出する切り粉排出動作の実施を指令する。
切り粉排出手段１７は、パラメータ準備手段１３の設定値を用いて計算した排出動作距離だけ、工具７の送りおよび回転動作を行う切り粉排出動作を工作機械１に指令する。
アラーム発報手段１８は、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとしてカウントし、カウントしたセット数と、パラメータ準備手段１３の設定値であるセット数閾値とを比較し、動作を中止してアラームを発報するか、退避動作を継続するかを判定する。
切り粉排出手段１７は、パラメータ準備手段１３の設定値を用いて計算した排出動作距離だけ、工具７の送りおよび回転動作を行う切り粉排出動作を工作機械１に指令する。
アラーム発報手段１８は、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとしてカウントし、カウントしたセット数と、パラメータ準備手段１３の設定値であるセット数閾値とを比較し、動作を中止してアラームを発報するか、退避動作を継続するかを判定する。
【0012】
以下、制御装置１０による制御の詳細を、図３のフローチャートに基づいて説明する。
図３に示すステップ（以下単に「Ｓ」と表記する。）１はパラメータ準備手段１３が、Ｓ２～Ｓ３は加工診断手段１２が、Ｓ４およびＳ１５、Ｓ１７は退避手段１４が、Ｓ５～Ｓ６、Ｓ８は退避診断手段１５が、Ｓ７は加工情報取得手段１１が、Ｓ９は退避継続判定手段１６が、Ｓ１０～Ｓ１１は切り粉排出手段１７および退避手段１４が、Ｓ１２～Ｓ１４、Ｓ１６はアラーム発報手段１８が、それぞれ実行する。
まず、Ｓ１で、工具７となるタップの断面係数Ｚ、引張強さＨ、安全率Ｓ、切り粉排出溝のピッチＰ、セット数閾値Ｎｓを入力し、記憶する。タップ回転回数Ｎｒは、予め切り粉が排出でき、タップとワークＷに損傷なく退避できることを確認した動作距離を同定し、同定結果を切り粉排出溝のピッチＰで除算して求め、記憶する。
Ｓ２で加工診断を実施し、Ｓ３の判別で加工の異常を検知しなかった場合はＳ２で加工診断を継続し、加工の異常を検知した場合はＳ４で工具７をワークＷから離脱させる退避動作を行う。
Ｓ５で、制御を続行するか否かを判定し、続行しない場合はＳ１５で退避動作を継続し、Ｓ１７で退避動作が完了したか否かを判定し、完了した場合は終了し、完了していない場合はＳ５に戻る。Ｓ５で制御を続行する場合はＳ６に進む。
図３に示すステップ（以下単に「Ｓ」と表記する。）１はパラメータ準備手段１３が、Ｓ２～Ｓ３は加工診断手段１２が、Ｓ４およびＳ１５、Ｓ１７は退避手段１４が、Ｓ５～Ｓ６、Ｓ８は退避診断手段１５が、Ｓ７は加工情報取得手段１１が、Ｓ９は退避継続判定手段１６が、Ｓ１０～Ｓ１１は切り粉排出手段１７および退避手段１４が、Ｓ１２～Ｓ１４、Ｓ１６はアラーム発報手段１８が、それぞれ実行する。
まず、Ｓ１で、工具７となるタップの断面係数Ｚ、引張強さＨ、安全率Ｓ、切り粉排出溝のピッチＰ、セット数閾値Ｎｓを入力し、記憶する。タップ回転回数Ｎｒは、予め切り粉が排出でき、タップとワークＷに損傷なく退避できることを確認した動作距離を同定し、同定結果を切り粉排出溝のピッチＰで除算して求め、記憶する。
Ｓ２で加工診断を実施し、Ｓ３の判別で加工の異常を検知しなかった場合はＳ２で加工診断を継続し、加工の異常を検知した場合はＳ４で工具７をワークＷから離脱させる退避動作を行う。
Ｓ５で、制御を続行するか否かを判定し、続行しない場合はＳ１５で退避動作を継続し、Ｓ１７で退避動作が完了したか否かを判定し、完了した場合は終了し、完了していない場合はＳ５に戻る。Ｓ５で制御を続行する場合はＳ６に進む。
【0013】
Ｓ６では、タップの断面係数Ｚと引張強さＨ、安全率Ｓから破断トルク閾値Ｔｂを以下の式（１）により計算する。
Ｔｂ＝２ＺＨ／Ｓ ・・（１）
Ｓ７で、退避動作中の主軸６の動作トルクＴｃを測定し、Ｓ８で動作トルクＴｃと破断トルク閾値Ｔｂとを比較する。ここで動作トルクＴｃが破断トルク閾値Ｔｂより小さい場合は、退避動作が正常とし、大きい場合は異常としてＳ９に出力する。Ｓ９では、退避動作が正常の場合は退避動作を続行と判定し、Ｓ１５で退避動作を継続する。退避動作が異常の場合は退避の中止を判定し、Ｓ１０で退避動作を中止し、以下の式（２）により排出動作距離Ｌを計算する。
Ｌ＝ＰＮｒ ・・（２）
Ｔｂ＝２ＺＨ／Ｓ ・・（１）
Ｓ７で、退避動作中の主軸６の動作トルクＴｃを測定し、Ｓ８で動作トルクＴｃと破断トルク閾値Ｔｂとを比較する。ここで動作トルクＴｃが破断トルク閾値Ｔｂより小さい場合は、退避動作が正常とし、大きい場合は異常としてＳ９に出力する。Ｓ９では、退避動作が正常の場合は退避動作を続行と判定し、Ｓ１５で退避動作を継続する。退避動作が異常の場合は退避の中止を判定し、Ｓ１０で退避動作を中止し、以下の式（２）により排出動作距離Ｌを計算する。
Ｌ＝ＰＮｒ ・・（２）
【0014】
Ｓ１１で、排出動作距離Ｌだけタップの送りおよび回転動作を行う切り粉排出動作を行う。切り粉排出動作の主軸回転速度と送り速度とは何ら限定されるものではなく、本実施例においては加工動作と同様の条件とする。
Ｓ１２では、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとしてセット数Ｎをカウントする。Ｓ１３で、セット数Ｎとセット数閾値Ｎｓとを比較する。セット数閾値Ｎｓは、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとし、機械の動作軸に損傷が発生しないセット数を予め確認し、その値を用いる。
Ｓ１３の判別でセット数Ｎがセット数閾値Ｎｓより小さい場合（Ｓ１３でＮｏ）は、Ｓ４で退避動作を続行し、大きい場合（Ｓ１３でＹｅｓ）はＳ１４で動作を中止し、アラームを発報し、Ｓ１６でセット数Ｎをリセットして終了する。
Ｓ１２では、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとしてセット数Ｎをカウントする。Ｓ１３で、セット数Ｎとセット数閾値Ｎｓとを比較する。セット数閾値Ｎｓは、退避動作と切り粉排出動作との両動作を１セットとし、機械の動作軸に損傷が発生しないセット数を予め確認し、その値を用いる。
Ｓ１３の判別でセット数Ｎがセット数閾値Ｎｓより小さい場合（Ｓ１３でＮｏ）は、Ｓ４で退避動作を続行し、大きい場合（Ｓ１３でＹｅｓ）はＳ１４で動作を中止し、アラームを発報し、Ｓ１６でセット数Ｎをリセットして終了する。
【0015】
図４に、本形態における制御適用時の主軸６の動作トルクの変化を示す。加工の異常を診断後に退避動作時の動作トルクを破断トルク閾値で監視し、破断トルク閾値を超える場合に切り粉排出動作を行い、動作トルクが破断トルク閾値を超えない場合に再び退避動作を行うことで折損なくタップをワークから退避できていることが分かる。
【0016】
このように、上記形態の工作機械１の制御装置１０は、制御に関するパラメータが予め記憶されるパラメータ準備手段１３と、工具７をワークＷから退避動作させる退避手段１４と、工具７に切り粉の排出動作を行わせる切り粉排出手段１７と、を備え、加工の異常を検知したタイミングで、退避手段１４による工具７の退避動作が、退避動作を中止したタイミングで切り粉排出手段１７による切り粉の排出動作がそれぞれ実行可能となっている。
この構成によれば、切り粉排出手段１７による切り粉の排出動作によって工具７の切り粉の噛みこみを抑制し、加工異常が発生した際の工具７を退避手段１４によって折損なく自動で退避させることができる。よって、生産性の悪化を抑制することができる。
この構成によれば、切り粉排出手段１７による切り粉の排出動作によって工具７の切り粉の噛みこみを抑制し、加工異常が発生した際の工具７を退避手段１４によって折損なく自動で退避させることができる。よって、生産性の悪化を抑制することができる。
【0017】
以下、本開示の変更例について説明する。
上記形態では、加工異常が発生した際に退避手段による退避動作を実施しているが、退避動作は加工異常の発生時に限らず、通常の加工時において衝突防止等のために退避動作を実施するような場合も本開示は適用できる。
切り粉排出手段も、退避動作を中止したタイミングに限らず、通常の加工が終了したタップをネジ穴から抜き取る際等に実行してもよい。
上記形態では、退避診断手段と共に、退避動作を継続するか否かを判定する退避継続判定手段を設けているが、退避継続判定手段を省略し、退避診断手段での退避動作の異常診断に基づいて退避動作を中止させるようにしてもよい。退避診断手段に退避継続判定の処理を含めてもよい。
上記形態では、加工異常が発生した際に退避手段による退避動作を実施しているが、退避動作は加工異常の発生時に限らず、通常の加工時において衝突防止等のために退避動作を実施するような場合も本開示は適用できる。
切り粉排出手段も、退避動作を中止したタイミングに限らず、通常の加工が終了したタップをネジ穴から抜き取る際等に実行してもよい。
上記形態では、退避診断手段と共に、退避動作を継続するか否かを判定する退避継続判定手段を設けているが、退避継続判定手段を省略し、退避診断手段での退避動作の異常診断に基づいて退避動作を中止させるようにしてもよい。退避診断手段に退避継続判定の処理を含めてもよい。
【0018】
加工診断手段は、加工情報を予め設定した閾値と比較し、正常か異常かを診断する方法、または機械学習を用いて加工情報を学習した数理モデルを用いて、正常か異常かを診断する方法を用いても何ら問題ない。
その他、工作機械は上記形態に限らない。工具もタップに限定しない。
その他、工作機械は上記形態に限らない。工具もタップに限定しない。
【符号の説明】
【0019】
１・・工作機械、２・・ベッド、３・・テーブル、４・・コラム、５・・主軸頭、６・・主軸、７・・工具、１０・・制御装置、１１・・加工情報取得手段、１２・・加工診断手段、１３・・パラメータ準備手段、１４・・退避手段、１５・・退避診断手段、１６・・退避継続判定手段、１７・・切り粉排出手段、１８・・アラーム発報手段、Ｗ・・ワーク。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】