JP2004126956A

JP2004126956A - 数値制御装置

Info

Publication number: JP2004126956A
Application number: JP2002290400A
Authority: JP
Inventors: Motosumi Yura; 由良　元澄
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】ＮＣプログラムを用いて自動運転により加工を行う数値制御装置において、プログラムの異常箇所を修正する際の作業性を改善する。
【解決手段】操作画面上に主軸または送り軸の駆動力の時間的推移を表示する主軸負荷グラフ表示手段１３を備え、前記主軸負荷グラフ表示手段１３上の負荷が異常であるポイントをポインティング手段１７によって指定することによって、ＮＣプログラム表示手段２が指定された時間軸ポイントにおいて実行されるＮＣプログラム部分を自動的に表示し、かつ編集可能状態とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋盤やマシニングセンタなどの工作機械を制御する数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来技術による数値制御装置の一例を示すブロック図である。表示パネル１は機械操作部分に設けられたディスプレイであり、ＮＣプログラム表示手段２が出力したＮＣプログラム表示用の画面データや、主軸負荷表示手段３によって出力された負荷表示用の画面データを表示する。ここで表示パネル１は複数のウィンドウを同時表示するよう構成されることも可能であり、ＮＣプログラム表示ウィンドウと主軸負荷表示ウィンドウは一画面上に同時表示されることもある。また、図示していないが、主軸負荷検出手段１１に代えて送り軸負荷検出手段を設け、主軸負荷表示手段３に代えて送り軸負荷表示手段を設けて、送り軸制御手段１０の送り軸負荷を表示することもある。
【０００３】
ＮＣプログラム編集手段４は、数値制御装置内に記憶されているＮＣプログラム５の内容を編集するエディタであり、編集中のプログラムはＮＣプログラム表示手段２によって表示パネル１に表示され、編集操作は入力手段６を介して行われる。なお、入力手段６には一般的にキーボード等が使用される。
【０００４】
ＮＣプログラム解釈手段７は、例えば数値制御装置内に記憶されているＮＣプログラム５の実行処理を行うものであり、ＮＣプログラム５に記述された機械制御命令を解釈し、各送り軸の目標位置指令および送り速度指令を関数発生手段８に受け渡すとともに、主軸制御手段９に対して回転数の指令を出力する。なお、図示していないがＮＣプログラム解釈手段７では、例えばマシニングセンタにおける工具交換指令であるとか、油圧制御される様々な周辺機器の制御命令なども解釈され、それぞれの制御手段に対して動作指令として受け渡される。
【０００５】
関数発生手段８は、受け取った各送り軸の目標位置指令に対して、送り軸サーボモータが実際に動くべき動作指令の時間関数を算出する。すなわち、ＮＣプログラム解釈手段７の出力した目標位置指令と送り速度指令とを用いて、送り軸サーボモータが動作すべき位置指令値を、関数発生周期と呼ばれる制御周期ごとに算出して送り軸制御手段１０に出力する。
【０００６】
主軸負荷検出手段１１は、主軸制御手段９に接続され、主軸モータの所要電力または所要トルクに相当する負荷信号を検出する。具体的には主軸モータの動力線の電流もしくは電力を検出する場合もあるし、主軸制御手段９の内部信号で所要電力または所要トルクに相当する信号を利用する場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の数値制御装置においては、ＮＣプログラムを用いた自動運転による加工中に、機械オペレータは切削状態の良否を判断するために主軸負荷表示を監視することが多い。また、研削盤などにおいては、砥石を移動させる送り軸の負荷表示によって研削状態を監視することが多い。そして、例えば主軸負荷表示の挙動に異常が見られた時には、その原因を解消するべくＮＣプログラムを検証、修正することが多いが、主軸負荷表示の挙動に異常が見られたタイミングがＮＣプログラム上のどこであるかを見つける手段がないため、修正すべき個所を探すためには、例えば再度、慎重に加工を行って異常個所で即座に一時停止させ、その瞬間におけるＮＣプログラムを見るなど多くの手間を要する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述したような従来の数値制御装置における課題は、操作画面上にＮＣプログラムを表示するＮＣプログラム表示手段と、前記ＮＣプログラムを実行して加工を行っている最中の主軸または送り軸の駆動力を検出する軸負荷検出手段と、前記主軸または送り軸の駆動力の時間的推移を操作画面上に表示する負荷グラフ表示手段と、前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントを指定するポインティング手段とを備え、前記ＮＣプログラム表示手段は、前記ポインティング手段によって指定された前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントにおいて実行されるＮＣプログラム部分を自動的に表示し、かつ編集可能状態とすることによって解決される。
【０００９】
また、別の数値制御装置の実施形態においては、操作画面上にＮＣプログラムを表示するＮＣプログラム表示手段と、前記ＮＣプログラムを実行して加工を行った場合の主軸または送り軸の駆動力を予測演算する軸負荷予測手段と、前記主軸または送り軸の駆動力の時間的推移を操作画面上に表示する負荷グラフ表示手段と、前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントを指定するポインティング手段とを備え、前記ＮＣプログラム表示手段は、前記ポインティング手段によって指定された前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントにおいて実行されるＮＣプログラム部分を自動的に表示し、かつ編集可能状態とすることによって解決される。
【００１０】
負荷グラフ表示手段によって、操作画面上に主軸負荷もしくは送り軸負荷の時間推移がグラフとして表示されており、機械オペレータは主軸負荷もしくは送り軸負荷の異常を見過ごすことなく発見することができる。そして、発見した負荷の異常個所について、グラフ上の異常ポイントを指定するだけで、そのタイミングにおいて実行されたＮＣプログラムの部分が自動的に表示されるので修正すべき個所を探すという手間が一切発生せず、効率良くＮＣプログラムの確認、修正作業を行うことができる。
【００１１】
また、負荷グラフ表示手段は実際に加工を行っているときの軸負荷の検出値のみならず、ＮＣプログラムをシミュレーション実行した場合の主軸負荷の予測値を算出し、また、主軸負荷の予測値に対する切削反力の予測演算によって送り軸負荷の予測値を表示することもできるので、実際に加工を行う前にＮＣプログラムの良否を評価し、不適切な場合には即座に修正を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による数値制御装置の一実施形態を示すブロック図である。図６と同一の構成要素には同一の番号を付けてあり、その説明は省略する。
【００１３】
負荷データ記憶手段１２は、主軸負荷検出手段１１が出力した主軸モータの所要電力または所要トルクを表す主軸負荷データを、図１に示すように時間軸ポイントデータとともにデータテーブルの形態で記憶する。ここで時間軸ポイントデータは一定時間毎のサンプリング回数を示すデータであり、例えば関数発生手段８が送り軸制御手段１０に対して定期的に位置指令を発生する周期と同一周期で主軸負荷をサンプリングし、その何回目であるかを示す時間軸ポイントデータと、そのときにおける主軸負荷データを対応させて記憶する。なお、図示していないが主軸負荷検出手段１１に代えて送り軸負荷検出手段を設けて送り軸制御手段１０の駆動する送り軸モータの負荷データを上記同様に処理することも可能である。
【００１４】
また負荷データ記憶手段１２は、関数発生手段８から実行中のＮＣプログラム５の行番号データを受け取って、前述の主軸負荷データとともに時間軸ポイントデータに対応させて記憶する。
【００１５】
主軸負荷グラフ表示手段１３は負荷データ記憶手段１２に記憶された時間軸ポイントデータと主軸負荷データを元に、主軸の駆動力、すなわち主軸モータ所要電力の時間的推移を表す主軸負荷グラフを生成し、表示パネル１に表示する。ここで主軸負荷グラフの表示形態の一例と負荷データ記憶手段１２のデータテーブルの関係を図２に示す。データテーブルはリングバッファの形態となっており、過去に記憶された主軸負荷データのみならず、現在まだＮＣプログラム運転を実行中の場合であっても主軸負荷グラフを表示する。図２において、例えば現在実行中の時間軸ポイントを１４の位置とし、リングバッファ全体の時間軸ポイント数をｎとするとき、グラフの左端部分にはポイント１４のデータを表示し、グラフ上の右方向へ順に古いデータをスクロール表示する。時間軸ポイント１のデータのさらに右隣りには時間軸ポイントｎのデータを表示する。
【００１６】
図１の表示パネル１には前述の主軸負荷グラフと同時に、ＮＣプログラム表示手段２によって運転実行中のＮＣプログラムを表示する。すなわち、ＮＣプログラム表示手段は、ＮＣプログラム編集手段４からＮＣプログラム５のリストを読み出し、関数発生手段８から現在実行中の行番号を読み出して、その実行部分の行を中心にＮＣプログラムのリストを表示する。図３に表示パネル１に表示する画面の一例を示す。
【００１７】
図３において、グラフ表示ウィンドウ１５は図２で示した主軸負荷グラフを表示しており、またプログラム表示ウィンドウ１６はＮＣプログラムのリストを表示している。なお、図１のＮＣプログラム表示手段２は、関数発生手段８から現在実行中の行番号を読み出しており、画面上のプログラム表示ウィンドウ１６に現在実行中のプログラム部分を常に表示する。そして表示画面上には、図１で示したポインティング手段１７の機能であるカーソル移動キー１８ａ，１８ｂがファンクションキーとして設けられている。これらカーソル移動キーによってグラフ表示ウィンドウ上のカーソル１９を左右に移動し、例えば主軸負荷が予想外に大きいポイントにカーソル１９を合わせておいてポイント指定キー２０を押すことにより、その時間軸ポイントを指定する。
【００１８】
図１において前述したようにポインティング手段１７によって時間軸ポイントが指定されると、負荷データ記憶手段１２では指定されたポイントにおける行番号データをＮＣプログラム編集手段４に対して出力する。これを受けてＮＣプログラム編集手段４では、その行番号の部分を中心にＮＣプログラム５を編集可能状態としてＮＣプログラム表示手段２に転送する。これらの結果、図３においてポイント指定キー２０が押されると、プログラム表示ウィンドウ１６は実行中のプログラム表示からプログラム編集画面へ自動的に切り替わると同時に、カーソル１９の位置に対応した行が表示されるので、オペレータは即座に主軸負荷が大きいことの原因となっているＮＣプログラム部分の修正作業を行うことができる。
【００１９】
図４は本発明のもう一つの実施形態である数値制御装置を示すブロック図である。図１に対して同一の構成要素には同一番号を付してあり、その説明は省略する。加工シミュレーション部２１はＮＣプログラム５が実行された場合の主軸負荷を予測する主軸負荷予測手段２２を含んでおり、ＮＣプログラムに記載されている工具の軌跡情報に加えて、工具・素材データ２３から主軸負荷を予測演算する。そして、予測された主軸負荷は図１の実施例と同様に負荷データ記憶手段１２に記憶され、主軸負荷グラフ表示手段１３によって表示パネル１にグラフ表示される。
【００２０】
主軸負荷予測手段２２の演算原理は、概ね以下のような原理に基づくものである。すなわち、図５に示すように加工対象である素材２４を工具２５で切削する場合、工具軌跡と素材形状データによって決まる切り込み幅をＷ（ｍｍ）、切り込み深さをＤ（ｍｍ）、ＮＣプログラムに指定された工具の単位時間あたりの移動速度をＦ（ｍｍ／ｍｉｎ）とすると、工具によって単位時間あたりに切削除去される素材体積Ｖ（ｍｍ^３／ｍｉｎ）は次式のように表される。
Ｖ＝Ｗ×Ｄ×Ｆ　　・・・式１
【００２１】
そして、切削に必要な主軸の所要電力Ｐ（ｗ）は単位時間あたりに切削除去される素材体積Ｖ（ｍｍ^３／ｍｉｎ）を元に次式のように予測演算を行う。
Ｐ＝Ｋ１×Ｋ２×Ｖ　　・・・式２
【００２２】
ここで、Ｋ１は素材の材質によって決まる係数であり、Ｋ２は工具の特性によって決まる係数であり、どちらも経験に基づく実測値が使用される。また、主軸の所要電力Ｐ（ｗ）に対する切削反力を以下に基づいて算出し、送り軸の負荷Ｔ（Ｎ）を算出する。
Ｔ＝Ｐ／ｎ×Ｋ３　　・・・式３
【００２３】
ただし、ｎ（ｒａｄ／ｓｅｃ）は主軸回転数、Ｋ３は工具によって決まる係数であり、経験に基づく実測値が使用される。
【００２４】
このように加工シミュレーション部２１が構成されることによって、図４に示す数値制御装置ではＮＣプログラム５によって実際に加工を行った際の主軸負荷もしくは送り軸負荷をあらかじめシミュレーションによってチェックすることができる。この結果、オペレータは新規に作成したＮＣプログラムにおいてＮＣプログラムに入力ミス等があった場合でも、実際のワークを加工することなく切削条件に異常がないかを事前にチェックすることができ、初品加工時においても工具やワークが破損するなどの事故を未然に防ぐことが可能となる。また、図１の実施例と同様に、表示パネル１に表示された主軸負荷（予測値）の異常個所をポインティング手段１７によって指定することによって、図３に示すプログラム表示ウィンドウ１６はシミュレーション実行中のプログラム表示からプログラム編集画面へ自動的に切り替わり、同時に指定された異常個所のＮＣプログラム部分を即座に修正することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による数値制御装置によれば、加工実行中もしくは加工シミュレーション実行中の主軸負荷もしくは送り軸負荷をグラフ表示によって容易に目視確認ができ、かつ負荷表示の挙動に異常が見られた場合においては、グラフ上の異常ポイントを指定するだけで、そのタイミングにおいて実行されたＮＣプログラムの部分が自動的に表示されて編集可能となるため、効率良くＮＣプログラムの確認、修正作業を行うことができる。この結果、ＮＣプログラムの編集操作およびＮＣプログラムの動作確認における作業性が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による数値制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の構成要素である負荷データ記憶手段と主軸負荷グラフの表示例との関係を示す図である。
【図３】本発明による数値制御装置における表示画面の一例を示す図である。
【図４】本発明のもう一つの実施形態である数値制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の構成要素である主軸負荷予測手段の動作原理を説明するための図である。
【図６】従来技術による数値制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　表示パネル、２　ＮＣプログラム表示手段、３　主軸負荷表示手段、４　ＮＣプログラム編集手段、５　ＮＣプログラム、６　入力手段（キーボード）、７　ＮＣプログラム解釈手段、８　関数発生手段、９　主軸制御手段、１０　送り軸制御手段、１１　主軸負荷検出手段、１２　負荷データ記憶手段、１３　主軸負荷グラフ表示手段、１５　グラフ表示ウィンドウ、１６　プログラム表示ウィンドウ、１７　ポインティング手段、１８　カーソル移動キー、１９　カーソル、２０　時間軸ポイント指定キー、２１　加工シミュレーション部、２２　主軸負荷予測手段、２３　工具・素材データ、２４　素材、２５　工具。

Claims

操作画面上にＮＣプログラムを表示するＮＣプログラム表示手段と、
前記ＮＣプログラムを実行して加工を行っている最中の主軸または送り軸の駆動力を検出する軸負荷検出手段と、
前記主軸または送り軸の駆動力の時間的推移を操作画面上に表示する負荷グラフ表示手段と、
前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントを指定するポインティング手段とを備え、
前記ＮＣプログラム表示手段は、前記ポインティング手段によって指定された前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントにおいて実行されるＮＣプログラム部分を自動的に表示し、かつ編集可能状態とすることを特徴とする数値制御装置。
操作画面上にＮＣプログラムを表示するＮＣプログラム表示手段と、
前記ＮＣプログラムを実行して加工を行った場合の主軸または送り軸の駆動力を予測演算する軸負荷予測手段と、
前記主軸または送り軸の駆動力の時間的推移を操作画面上に表示する負荷グラフ表示手段と、
前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントを指定するポインティング手段とを備え、
前記ＮＣプログラム表示手段は、前記ポインティング手段によって指定された前記負荷グラフ表示手段上の任意の時間軸ポイントにおいて実行されるＮＣプログラム部分を自動的に表示し、かつ編集可能状態とすることを特徴とする数値制御装置。
前記軸負荷予測手段は、加工対象の形状データと前記ＮＣプログラムに記載された工具軌跡情報とから、前記工具が前記加工対象を単位時間あたりに切削除去する体積を演算し、当該体積と前記加工対象の材質とを基にして前記主軸の駆動力を予測演算することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。