JP2006227894A - 切削再開方法、切削加工システム及び切削加工用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工再開にかかる時間を短くすること。
【解決手段】 切削加工システム（２０）は、ユーザプログラム実行器（２２）からのユーザプログラムポインタ、軌跡生成器（２３）からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、および補間指令位置を、補間周期毎に順次記憶するバッファ（３０）を備えている。切削加工中に中断した後に切削を再開する場合、切削加工システムは、中断した点から補間周期の倍数前の時点の記憶内容をバッファ（３０）から読み出して、切削を再開する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、切削再開方法に関し、特に、工作機械での加工中に、停電、非常停止その他の理由により加工が中断された場合の切削再開方法、切削加工システム及び切削加工用制御装置に関する。

この技術分野において周知のように、工作機械のユーザプログラムは、一般的にブロックという単位で実行される。固定サイクルは１つのブロックであるが、実行時には多くのブロックの集まりとして処理される。

加工が何らかの事由により中断した場合、中断箇所まで実際の加工を行うことなくドライラン（空運転）した後、加工プログラムに従った通常の加工を再開している（例えば、特許文献１参照）。すなわち、停止したブロックの最初から再度加工を実行している。

一方、中断した点から加工を再開すると、ワークに傷が残ったり、工具が破損するという恐れがある。

特開平１０−２７７８７９号公報

従来の切削再開方法では、停止したブロックの最初からドライランを行うため、時間がかかるという問題がある。

したがって、本発明の課題は、短時間で処理を再開できる切削再開方法、切削加工システム及び切削加工用制御装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、ワークに傷が残らない切削再開方法、切削加工システム及び切削加工用制御装置を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、工具の破損を防止できる切削再開方法、切削加工システム及び切削加工用制御装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、切削加工中に中断した後に切削を再開する方法であって、加工再開時に中断点より所定の期間前の状態より切削を再開することを特徴とする切削再開方法が得られる。

上記本発明の第１の態様による切削再開方法において、前記所定の期間が補間周期の倍数であって良い。また、前記切削加工中に、ユーザプログラム実行用の全変数を前記補間周期毎にバッファに順次記憶し、前記バッファから前記中断点より前記所定の期間前の前記全変数を読み出して、切削を再開することが望ましい。前記バッファは不揮発性メモリであって良い。前記切削加工は、例えば、円弧のような、曲率を持つ曲面の切削加工であっても良い。

本発明の第２の態様によれば、切削加工用のユーザプログラムを記憶する記憶手段と、該記憶手段から順次読み出された前記ユーザプログラムを実行する実行手段と、該実行手段の実行結果に基づいて軌跡を生成して、補間周期毎に補間指令位置を出力する軌跡生成手段と、前記補間指令位置に基づいて切削加工を行う切削加工手段と、前記実行手段からのユーザプログラムポインタ、前記軌跡生成手段からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、および前記補間指令位置を、前記補間周期毎に順次記憶するバッファとを備えた切削加工システムが得られる。

上記本発明の第２の態様による切削加工システムは、切削加工中に中断した後に切削を再開する場合に、前記中断した点から前記補間周期の倍数前の時点の記憶内容を前記バッファから読み出して、切削を再開する切削再開手段を更に含む。

本発明の第３の態様によれば、切削加工用のユーザプログラムを記憶する記憶手段と、該記憶手段から順次読み出された前記ユーザプログラムを実行する実行手段と、該実行手段の実行結果に基づいて軌跡を生成して、補間周期毎に補間指令位置を出力する軌跡生成手段と、前記実行手段からのユーザプログラムポインタ、前記軌跡生成手段からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、および前記補間指令位置を、前記補間周期毎に順次記憶するバッファとを備えた切削加工用制御装置が得られる。

上記本発明の第３の態様による切削加工用制御装置は、切削加工中に中断した後に切削を再開する場合に、前記中断した点から前記補間周期の倍数前の時点の記憶内容を前記バッファから読み出して、切削を再開する切削再開手段を更に含む。

本発明では、次の効果を有する。

１．加工再開時間を短縮できる。その理由は、加工中断点の直前より再開し、しかもドライラン不要のため短時間で再開できるからである。

２．加工再開時の再現性を向上できる。その理由は、全ての変数を保存することにより、従来方式では不可能であったオペレータの介入後の自動再開が可能となるからである。

３．再開時のワーク（被加工物）の傷がなくなる。従来の中断点より開始する方式では、再開時に作業を中断した点に移動した後に加工再開するために、中断時は移動しているが、再開は停止状態より始まる。サーボによる軸移動時にできる、指令位置と実位置との間の違いにより、「中断時の指令位置」「中断時の実位置」どちらかの再開でも傷を避けられない。本発明による方式では、再開時に前回に中断した点を「同じ位置」「同じ速度」で通過するために、中断がなったときと同じ軌跡をたどり、ワークに傷をつけることはない。

４．再開時の工具破損の恐れがない。従来の中断点より開始する方式では、再開時に作業を中断した点に移動した後に加工再開するために、ワークと工具が接触した状態からの加工開始となり、工具を破損することがあった。これに対して、本発明による方式では、再開時に前回に中断した点を「同じ位置」「同じ速度」で通過するために工具破損がなくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

最初に本発明の理解を容易にするために、本発明の作用について説明する。

先ず、補間指令位置を順次記憶することによる、停止／再開位置の傷防止について説明する。

図１を参照して、仕上がりが図１となる切削加工において、円弧部分（曲率を持つ凸状の曲面）を加工中に停止した場合を例に挙げて説明する。図１において、実線がワーク（被切削物）１１の切削面１１ａを示してある。

図２は、停止せずにツール（切削工具）１２によりワーク１１の切削が行われた場合を示す。一般の工作機械では、軸構成が直交座標系であるので、ここでも、軸構成が直交座標系であるとして説明する。ツール１２を用いて円弧部分を加工する場合、円弧補正などではサーボ遅れなどの影響により、実際の動き（実ツールパス）１３は補間指令位置１４より内側のコースをとる。

最近のＮＣ装置では、フィードフォワードその他の補償により、補間指令位置１４と実ツールパス１３との差は非常に小さくなっている。しかしながら、補間指令位置１４と実ツールパス１３との間のずれが完全になくなっているわけではない。

図３を参照して、円弧補間の途中で停止した場合について説明する。停止した時、ツール１２は実線で示した位置１２_ＳＰにある。加工を再開する時に、指令位置として前回停止した時の値を入れるとする。この場合、ツール１２は前回停止した時の位置１２_ＳＰではなく、指令位置１２_ＩＰへ行く。この理由は、補間指令位置１４と実ツールパス１３との間のずれはツール１２がある速度をもち移動することで発生し、再開時は速度ゼロより始まるからである。

図４に、円弧を描くときのサーボ遅れによるずれの様子を示す。図４において、小文字のａ，ｂ，ｃは、指令位置を示し、大文字のＡ，Ｂ，Ｃはツール位置を示し、矢印→は指令位置とツール位置との間のずれ量を示す。

図５に停止時の指令位置１２_ＩＰから切削加工を再開したときの軌跡と切削形状を示す。再開時の指令位置を停止時の指令位置１２_ＩＰにした場合は、ツール１２の位置が停止時の位置１２_ＳＰと違う位置１２_ＩＰより開始される。そのため、図５に示されるように、ワーク１１の切削形状が変形してしまう。

これに対して、再開時の指令位置を「停止時の指令位置」１２_ＩＰではなく「停止時のツール位置」１２_ＳＰにすることも考えられる。しかしながら、動作を再開するとき「本来の指令位置」に移行する軌跡計算が困難になる。

本発明では、停止時の位置より一回以上前の補間指令位置を再開時の指令位置初期値とする。例えば、図４の例において、Ｃが停止位置で、ｃが停止したときの指令位置とする。この場合、本発明では、再開時の指令位置をｃではなく直前の指令位置ａまたはｂにする。このようにすることにより、図６に示されるように、滑らかな処理再開が可能となる。

次に、補間計算について説明する。

ＮＣ装置において、曲線を描く場合、直線であっても速度制御する必要がある場合には、１つの動作指令を複数の直線に分割して実行を行う。ここでは、円弧の例での動作について説明する。

図７に示されるように、円弧の開始点Ｐ０、通過点Ｐ１、終了点Ｐ２の３点で円弧を指定する。

この場合、図８に示されるような、実行手順で行う。

１．開始点Ｐ０，通過点Ｐ１，終了点Ｐ２より円弧を求める。

２．開始点Ｐ０より終了点Ｐ２へ向かう円弧上を一定距離ずつ進めるためのステップ角度θ_ｄを求める。

３．円弧上でステップ角度θ_ｄずつ進め、補間点ａ→ｂ→ｃを指令位置として払い出す。

４．角度がθ_０２を越した時に、計算を打ち切り、最後の指令値を終了点Ｐ２とする。

次に、記憶されたユーザプログラム実行用変数を利用した加工再開方法について説明する。

ツールの位置は、同じユーザプログラムの同じブロックを実行していてもツール位置が同じとは限らない。従って、ブロックの途中で停止させられた場合、停止した時のブロック番号とツールの位置だけでは元の状態を再現できない。これは以下の理由による。

１．複数のユーザプログラムを任意の順番で、しかも任意の場所より開始できる。ユーザプログラムは、図９に示されるように、紙テープイメージで扱われる。オペレータは必要に応じてプログラムＧ１〜Ｇ３を選択し、必要な部分だけを実行できる。

２．位置決め動作の指令は、現在位置から終点への指定で行われる。同じ命令であっても、開始時のツール位置によって、図１０に示されるように、軌跡は変化する。図１０は円弧補間の例を示している。開始点が、Ｐ０とＰ０′とで異なると、円弧軌跡が変化してしまう。

３．位置決め動作にインクリメンタル指定を使える。

４．座標シフトが色々な手段で可能である。例えば、ユーザプログラムの実行や、ハンドル割り込みで行える。軸移動中であっても、パネル面より任意の量を座標シフトできる。

ＮＣ装置は以上述べたような特徴をもつ。そのため、停電や非常停止、アラームにより停止後に再開する場合、従来の方式では完全な復帰はできず、オペレータの手間が掛かる。

本発明では、ユーザプログラム実行処理部の全変数を保存することで、停電処理時の状態を再現し、前述した履歴機能により必要な量だけ過去に遡り、処理を再開する。

以下、図１１を参照して、本発明に係る切削再開方法が適用される切削加工システム２０の構成について説明する。

記憶装置２１には切削加工用のユーザプログラムが記憶されている。記憶装置２１から読み出されたユーザプログラムは、ユーザプログラム実行器２２によって実行され、軌跡生成器２３で軌跡が生成される。軌跡生成器２３は補間指令位置を表す指令位置信号を出力する。指令位置信号は減算器２４に供給される。減算器２４は、指令位置信号と後述する現在位置信号との間の偏差を求め、その偏差をサーボドライバ２５へ供給する。偏差に基づいて、サーボドライバ２５はモータ２６を駆動する。

モータ２６は、ツール１２をＸ軸方向に移動するためのＸ軸モータ、ツール１２をＹ軸方向に移動するためのＹ軸モータ、およびツール１２を回転するためのモータを有する。とにかく、モータ２６によりツール１２が駆動されて、ワーク１１の切削加工が行われる。

モータ２６には、位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７で検出された位置情報は、カウンタ２８でカウントされ、ここで現在位置が求められる。この現在位置を表す現在位置信号は前述した減算器２４へ供給される。

従って、減算器２４、サーボドライバ２５、モータ２６、位置検出器２７、カウンタ２８、およびツール１２の組み合わせは、補間指令位置に基づいて切削加工を行う切削加工手段として働く。

一方、図示の切削加工システム２０はバッファ３０を備えている。バッファ３０は、ユーザプログラム実行器２２からのユーザプログラムポインタ、軌跡生成器２３からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、及び補間指令位置を補間周期毎に順次記憶する。また、バッファ３０は、カウンタ２８で求められた現在位置をも記憶する。このように、バッファ３０は、ユーザプログラム実行用の全変数を補間周期毎に順次記憶している。尚、バッファ３０は不揮発性メモリで構成されていることにより、停電時にも対応可能である。さらに、バッファ３０は、中断時の情報として、モーダルデータ、ユーザプログラム先読みバッファデータ、及び主軸速度等を記憶する。
ここでは、下記のユーザプログラムを実行中に中断を検出した場合の動作について説明する。

図１２を参照して、ユーザプログラムの実行動作としては、次のようになる。切削開始点の座標は（Ｘ＝２００，Ｙ＝３００）である。この開始点の座標（Ｘ＝２００，Ｙ＝３００）より座標（Ｘ＝２００，Ｙ＝３５０）へ３０ｍｍ／分の速度で切削送り（Ｇ０１）で移動する。次に、半径５０の時計方向回り円弧補間（Ｇ０２）で、座標（Ｘ＝１００、Ｙ＝３５０）へ移動する。そして、終了点の座標（Ｘ＝１００，３００）へ切削送り（Ｇ０１）で移動する。

このユーザプログラムは、次のようになる。

（１） Ｇ００Ｘ２００Ｙ３００；
（２） Ｇ０１Ｘ２００Ｙ３５０Ｆ３０； 直線切削送り
（３） Ｇ０２Ｘ１００Ｙ３５０Ｒ５０； 円弧補間
（４） Ｇ０１Ｘ１００Ｙ３００； 直線切削送り
ここで、円弧補間実行中に加工が中断された場合について考える。図１３に示されるように、工作機械のユーザプログラム（Ｇコードプログラム）は、自由フォーマットで記述され、セミコロンがブロックの区切りとされる。

ユーザプログラムは記憶装置２１上よりポインタを使い順次読み出される。ポインタは、次の読み取る文字を指し示し、読み取った後すぐに次の文字へ移動する。

開始点の座標（Ｘ＝２００，Ｙ＝３００）への移動が終わった後、ポインタは（２）にある。（２）より次のセミコロンまで読み取り、次の処理を行う。

ポインタを（３）へ進める。読み取ったブロックＡの解釈を行う。ブロックＡの実行を行う（座標（Ｘ＝２００，Ｙ＝３５０）への速度３０ｍｍ／分での移動）。

ブロックＡの実行を終えると、ポインタ（３）で示される円弧補間（Ｇ０２）の解釈実行を行い、ポインタは（４）に移動する。

ここで、図１４に、ブロックＢのｂ３（図１２）まで進んだときの、補間データ記録用バッファ３０の内容を表で示す。図１４において、「Ｔ」が最新のデータ、「Ｔ−１」が１つ前のデータ、以下同様で、表の下欄が古いデータとなる。

バッファ３０に書き込まれる内容は、ポインタ値、実行命令、および指令位置である。実行命令としては、命令の種類および実行パラメータ（命令：Ｇ００、始点、終点、速度、他）がある。指令位置としては、補間回数およびサーボドライバ１５へ送り出した位置である。この指令位置は、補間周期で書換えられる。

次に、図１５乃至図１７を参照して、本発明における切削再開方法の再開動作について説明する。

図１５を参照して、最初に中断時の状態と記憶されている情報について説明する。中断はｃ点への移動指令が出された後に行われたとする。この場合、中断は円弧補間時であり、円弧補間計算のデータは全てバッファ３０に保持されている。保持されているデータとしては、Ｇコード、始点、終点、円弧中心、補間１回の角度（θ_ｄ）、最後に補間を行った点の補間回数（図１５の例では３）、速度（Ｆ：３０）、動作モード（イグザクトストップ／切削モード）がある。その他には、先に述べたポインタや補間指令位置、現在位置も記憶されている。

図１６を参照して、切削を再開する前にジョグ（手動）でツール（切削工具）１２をワーク（被切削物）１１より離す。何故なら、自動で計算した再開点に戻るとき、凸形状では、ワーク１１とツール１２が干渉を起こすからである。

図１７を参照して、再開点（位置）は中断点より決められた時間遡った補間指令位置を再開点とする。

図１７の例は、補間周期の２倍分の時間だけ前に戻った場合（図１５でのａ点）を示している。尚、図１７では、補間周期の２倍分の時間だけ前に戻っているが、少なくとも補間周期の１倍分の時間だけ前に戻れば良い。

尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を脱逸しない範囲内で種々の変更が可能なのはいうまでもない。例えば、上述した実施の形態では、切削面が円弧の場合を例に挙げて説明しているが、切削面は曲率を持つ凸状の曲面であって良いし、凹状の曲面であっても良い。

本発明による切削再開方法が適用される切削加工の仕上がりの一例を示す図である。 停止せずにツール（切削工具）によりワークの切削が行われた場合を説明するための図である。 円弧補間の途中で停止した場合を説明するための図である。 円弧を描くときのサーボ遅れによるずれの様子を示す図である。 停止時の指令位置から切削加工を再開したときの軌跡と切削形状を示す図である。 本発明による切削再開方法により、停止時の位置より一回以上前の補間計算位置を再開時の指令位置初期値とした場合の軌跡と切削形状を示す図である。 円弧の開始点、通過点、終了点の３点で円弧を指定した例を示す図である。 図７のように円弧が指定された場合の実行手順を説明するための図である。 ユーザプログラムを紙テープイメージで示した図である。 開始点が異なる場合に円弧軌跡が変化する例を説明するための図である。 本発明に係る切削再開方法が適用される切削加工システムの構成を示すブロック図である。 ユーザプログラムの実行動作を説明するための図である。 工作機械のユーザプログラム（Ｇコードプログラム）を記述した自由フォーマットの一例を示す図である。 図１３のブロックＢのｂ３まで進んだときの、補間データ記録用バッファの内容の一例を示す表である。 中断時の状態と記憶されている情報とを説明するための図である。 切削を再開する前にジョグ（手動）でツール（切削工具）をワーク（被切削物）より離した状態を示す図である。 本発明に係る切削再開方法に基づいて、開始点を中断点より決められた時間遡った指令点とする例を説明するための図である。

符号の説明

１１ ワーク（被切削物）
１１ａ 切削面
１２ ツール（切削工具）
１２_ＳＰ ツール停止位置
１２_ＩＰ 停止時の指令位置
１３ 実ツールパス
１４ 補間指令位置
２０ 切削システム
２１ 記憶装置
２２ ユーザプログラム実行器
２３ 軌跡生成器
２４ 減算器
２５ サーボドライバ
２６ モータ
２７ 位置検出器
２８ カウンタ
３０ バッファ

Claims (10)

1. 切削加工中に中断した後に切削を再開する方法であって、加工再開時に中断点より所定の期間前の状態より切削を再開することを特徴とする切削再開方法。
2. 前記所定の期間が補間周期の倍数である、請求項１に記載の切削再開方法。
3. 前記切削加工中に、ユーザプログラム実行用の全変数を前記補間周期毎にバッファに順次記憶し、
   前記バッファから前記中断点より前記所定の期間前の前記全変数を読み出して、切削を再開することを特徴とする、請求項２に記載の切削再開方法。
4. 前記バッファが不揮発性メモリである、請求項３に記載の切削再開方法。
5. 前記切削加工が曲率を持つ曲面の切削加工である、請求項１に記載の切削再開方法。
6. 前記曲率を持つ曲面が円弧である、請求項５に記載の切削再開方法。
7. 切削加工用のユーザプログラムを記憶する記憶手段と、
   該記憶手段から順次読み出された前記ユーザプログラムを実行する実行手段と、
   該実行手段の実行結果に基づいて軌跡を生成して、補間周期毎に補間指令位置を出力する軌跡生成手段と、
   前記補間指令位置に基づいて切削加工を行う切削加工手段と、
   前記実行手段からのユーザプログラムポインタ、前記軌跡生成手段からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、および前記補間指令位置を、前記補間周期毎に順次記憶するバッファと
   を備えた切削加工システム。
8. 切削加工中に中断した後に切削を再開する場合に、前記中断した点から前記補間周期の倍数前の時点の記憶内容を前記バッファから読み出して、切削を再開する切削再開手段を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の切削加工システム。
9. 切削加工用のユーザプログラムを記憶する記憶手段と、
   該記憶手段から順次読み出された前記ユーザプログラムを実行する実行手段と、
   該実行手段の実行結果に基づいて軌跡を生成して、補間周期毎に補間指令位置を出力する軌跡生成手段と、
   前記実行手段からのユーザプログラムポインタ、前記軌跡生成手段からのブロック内シーケンス、実行状態フラグ、および前記補間指令位置を、前記補間周期毎に順次記憶するバッファと
   を備えた切削加工用制御装置。
10. 切削加工中に中断した後に切削を再開する場合に、前記中断した点から前記補間周期の倍数前の時点の記憶内容を前記バッファから読み出して、切削を再開する切削再開手段を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の切削加工用制御装置。
    

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