JP2009116745A - 負荷情報表示機能を備えた数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷情報表示機能を備えた数値制御装置を提供すること。
【解決手段】実加工時の負荷情報を記録する手段を具備する数値制御装置において、実加工中の負荷情報を加工プログラムブロックに対応させて記憶する負荷情報記憶手段と、前記負荷情報記憶手段によって記憶された負荷情報と工具がワークを切削する様子を表示する加工シミュレーション表示部２７とともに加工シミュレーション実行ブロック２９に対応させて表示する手段とを有する負荷情報表示機能を備えた数値制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に、負荷情報表示機能を備えた数値制御装置に関する。

数値制御装置を用いて加工プログラムによる実加工を行った後に、１）加工面が不良（加工精度の不良、バリの発生、カッターマークの発生など）、２）工具の磨耗が早い、３）加工時間が長い、などの異常が発見された場合、従来、切削の切込量を前記加工プログラムとワーク形状から読取ってから、加工負荷に異常がなかったかどうか確認する作業や、切削条件（主軸回転数、送り速度、切削の切込量）を調整する作業が必要であった。

加工中に記憶した負荷情報をグラフに表示する技術が（加工プログラムと対応付けて確認する技術は）特許文献１に開示されている。また、加工負荷情報を計算で求め、加工前に負荷を予測して加工シミュレーション中に表示する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００４−１２６９５６号公報 特開平５−３２４０４３号公報

前記特許文献１で開示される技術では、工具がワークを切削する様子を表示する画像と対応付けて負荷情報を確認することができなかったため、オペレータが切削の切込量を加工プログラムとワーク形状とから読取って切削条件の調整を行う必要があり、切削条件を最適化するのに時間を要していた。

そこで本発明は、加工時の負荷情報に異常がなかったかどうか確認したい場合や、負荷情報に基づいて切削条件（主軸回転数、送り速度、切削の切込量）を調整して加工時間の短縮や工具寿命を向上したい時に、加工中に記憶した負荷情報を、加工シミュレーション（アニメーション描画）の実行と同期して表示することにより、工具がワークを切削する様子や切削の切込量と対応付けて負荷情報を確認可能として、従来必要とされた切削の切込量を加工プログラムから読取る作業を不要にし、切削条件（主軸回転数、送り速度、切削の切込量）の最適化を容易にすることを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、実加工時の負荷情報を記録する手段を具備する数値制御装置において、実加工中の負荷情報を加工プログラムブロックに対応させて記憶する負荷情報記憶手段と、前記負荷情報記憶手段によって記憶された負荷情報と工具がワークを切削する様子を表示するアニメーション描画とともに加工プログラムブロックに対応させて表示する手段とを有する負荷情報表示機能を備えた数値制御装置である。

請求項２に係る発明は、前記負荷情報記憶手段によって記憶される負荷情報は、以下の情報のうち少なくとも１つを含む請求項１に記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置である。
１）主軸の回転数
２）主軸モータへのトルク指令
３）主軸モータの電流値
４）主軸モータのロードデータ（モータの出し得る最大出力に対する負荷の割合）
５）送り軸の速度
６）サーボモータの回転数
７）サーボモータのトルク指令
８）サーボモータの電流値
請求項３に係る発明は、前記負荷情報記憶手段によって記憶されている負荷情報の大きさまたは前記負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさが、複数の分割した範囲においていずれかの範囲内にある場合と、前記分割した範囲より小さい場合と、大きい場合において、少なくとも１つの場合における警告を表示する手段を有する請求項１または２のいずれか１つに記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置である。

請求項４に係る発明は、前記負荷情報記憶手段によって記憶されている負荷情報または前記負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさが、複数に分割した範囲においていずれかの範囲内にある場合と、前記分割した範囲より小さい場合と、大きい場合において、少なくとも１つの場合におけるアニメーション描画表示速度を設定する手段を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置である。

本発明により、加工時の負荷情報に異常がなかったかどうか確認したい場合や、負荷情報に基づいて切削条件（主軸回転数、送り速度、切削の切込量）を調整して加工時間の短縮や工具寿命を向上したい時に、加工中に記憶した負荷情報を加工シミュレーション（アニメーション描画）の実行と同期して表示することが可能となる。

そして、同期して表示することにより、工具がワークを切削する様子や切削の切込量と対応付けて負荷情報を確認可能として、従来必要とされた切削の切込量を加工プログラムから読取る作業を不要にし、切削条件（主軸回転数、送り速度、切削の切込量）の最適化を容易にできる。

負荷情報が正常値の範囲内にあるかを確認することや切削条件を調整すべき箇所を探索することが容易になる。また、負荷情報の単位時間あたりの変化量をチェックするため、負荷情報が境界を超えない場合においても、工具への負荷が急激に変化することで工具の磨耗を早める場合を探すことが可能になる。

以下、本発明の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置の実施形態について図面と共に説明する。
図１は、本発明の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置の実施形態を示す概略ブロック図である。数値制御装置内に記憶されているＮＣプログラムは、図示しないＮＣプログラム解釈手段により実行処理される。スピンドルモータ制御部１及びサーボモータ制御部５は、前記ＮＣプログラム解釈手段からＮＣプログラムに記述された主軸速度指令値ａ及びＮＣプログラムに記述された送り速度指令値ｅがそれぞれ入力される。
そして、スピンドルモータ制御部１はスピンドルモータ２にスピンドルモータのトルク指令値ｂを出力するとともに、一定周期Ｔ毎の負荷情報を記憶する一定周期負荷情報記憶部１１にも出力する。また、サーボモータ制御部５はサーボモータ６にサーボモータのトルク指令値ｆを出力するとともに、一定周期負荷情報記憶部１１にも出力する。

スピンドルセンサ３はスピンドルモータ２の回転数ｃを測定する。また、電流センサ４はスピンドルモータ２に流れる電流値ｄを検出する。パルスコーダ（エンコーダ）７はサーボモータ６の回転数ｇを測定する。電流センサ８はサーボモータ６に流れる電流値ｈを検出する。

スピンドルセンサ３は、測定したスピンドルモータ２の回転数ｃを一定周期負荷情報記憶部１１へ出力する。電流センサ４は、検出したスピンドルモータ２に流れる電流値ｄを、スピンドルモータの負荷電流値からロードデータへ変換するロードデータ変換部１０、及び、一定周期負荷情報記憶部１１へ出力する。パルスコーダ（エンコーダ）７は、測定したサーボモータ６の回転数ｇを、サーボモータ回転数から送り速度情報へ変換する送り速度情報変換部９、及び、一定周期負荷情報記憶部１１へ出力する。電流センサ８は、検出したサーボモータ６に流れる電流値ｈを一定周期負荷情報記憶部１１へ出力する。

したがって、工作機械の運転中の負荷情報としてに記憶する物理量は、ｂ）スピンドルモータのトルク指令値、ｃ）スピンドルモータの回転数、ｄ）スピンドルモータに流れる電流値、ｆ）サーボモータのトルク指令値、ｇ）サーボモータの回転数、ｈ）サーボモータに流れる電流値、ｉ）送り速度情報、ｊ）ロードデータであり、一定周期Ｔ毎にサンプリングして、一定周期負荷情報記憶部１１に格納することになる。なお、サンプリングは一定周期Ｔ（msec）毎に行われ、図２（ａ）に示されるように実行中の加工プログラム内のブロック番号とともに保存される。

負荷情報記憶部１２は、一定周期負荷情報記憶部１１から負荷情報を読み出し、ブロック毎に記憶する記憶部である。また、負荷情報変動記憶部１３は、一定周期負荷情報記憶部１１から負荷情報を読み出し、負荷情報変動を検出しブロック毎に記憶する記憶部である。

アニメーション描画をする加工シミュレーション実行部１４は、負荷情報記憶部１２から各加工ブロックにおける負荷情報の平均値、最大値、または最小値を求め、図３の表示画面の例を表示するように、表示装置１５に出力する。

図２（ａ）は加工実行中のブロック番号とともに保存される負荷情報として主軸の回転数としたときの一例である。２ブロック目で主軸回転指令８００ｒｐｍが与えられた場合における実際の主軸回転数の数値を負荷情報として表している。
また、図２（ｂ）は負荷情報の大きさ、あるいは負荷情報の単位時間あたりの大きさを境界１、境界２・・・境界ｎで適宜の大きさの範囲で区画することを示している。図２（ｂ）中、境界１以下の大きさの場合、境界１と境界２の間に収まった場合、境界２と境界３の間に収まった場合、・・・・、境界ｎ−１と境界ｎの間に収まった場合、境界ｎより大きい場合において、少なくとも１つの場合における警告を表示する（図３参照）。

図３は図１の表示装置１５に表示される表示内容の一例である。図３では表示画面１５が１５ａ〜１５ｄに画面分割されている。符号１５ａの区画は加工シミュレーション中の座標位置表示部２１である。符号１５ｂの区画は実行ブロックの送り速度の平均値２２、実行ブロックの主軸回転数の平均値２３及び実行ブロックのスピンドルモータやサーボモータへ流れる電流値の平均値２４，２５を表示する表示部である。符号１５ｃは加工シミュレーション表示部２７であり、その一部に負荷情報あるいは負荷情報の時間変動に従って表示される警告表示２６を行う。符号１５ｄは加工シミュレーション中の実行プログラム表示部２８であり、加工シミュレーション実行ブロック２９を他のブロックから明示するよう背景色を変えたりする。警告表示２６は、負荷情報記憶部１２または負荷情報変動記憶部１３に格納された工作機械の負荷情報を、後述する図５のアルゴリズムに従って演算して求める。

図４は加工シミュレーション（アニメーション描画）中、切込量を算出する方法について説明している。図４（ａ）は加工シミュレーション（アニメーション描画）画像である。Ｄ’は加工シミュレーション（アニメーション描画）中に表示する工具の直径を示し、Ｃ’は加工シミュレーション画面における切込量を示している。加工シミュレーション（アニメーション描画）画面上でＤ’に対するＣ’の長さの割合Ｅを、Ｅ＝Ｃ’／Ｄ’として計算する。数値制御装置のオペレータにとって、実際の工具の直径Ｄは既知であるため、実際の切込量Ｃは、Ｃ＝Ｅ・Ｄで求めることができる。図４（ｂ）及び（ｃ）は切込量を視覚的に表示する画面であり、（ｂ）と（ｃ）とを比べると工具が削り取る量の違いが容易にわかる。

図５は、本発明の警告情報を表示するためのアルゴリズムを示すフローチャートの一例である。負荷情報記憶部１２に格納されている負荷情報、または、負荷情報変動記憶部１３に格納されている負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさを図２（ｂ）に示すように複数に分割し、図中の境界１以下の大きさの場合、境界１と境界２の間に収まった場合、境界２と境界３の間に収まった場合、・・・、境界ｎ−１と境界ｎの間に収まった場合、境界ｎより大きい場合において、少なくとも一つの場合における警告を表示する。

フローチャートの各ステップにしたがって説明する。［ステップＳ１］シミュレーションを一時停止し、ステップＳ２に進む。［ステップＳ２］シミュレーション実行中のブロックの負荷情報を取得する。［ステップＳ３］負荷情報の時間的変動を求める。［ステップＳ４］負荷情報または負荷情報の時間的変動が境界１よりも小さいか否か判断する。ＹＥＳの場合ステップＳ５に進む。ＮＯの場合ステップＳ８に進む。［ステップＳ５］表示装置１５に警告表示“ＬＯＡＤ１”を表示する。［ステップＳ６］１ブロック分、シミュレーションを進める。［ステップＳ７］シミュレーションが終了か否かを判断する。ＹＥＳであれば終了し、ＮＯであればステップＳ１に戻る。［ステップＳ８］負荷情報または負荷情報の時間的変動が境界２より小さいか否かを判断する。ＹＥＳの場合ステップＳ９へ進み、ＮＯの場合ステップＳ１０に進む。［ステップＳ９］表示装置１５に警告表示“ＬＯＡＤ２”を表示し、ステップＳ６へ進む。ステップＳ１０以降は同様の判断と処理を実行する。
なお、ステップＳ２のシミュレーション実行中のブロックの負荷情報の取得は、負荷情報記憶部１２（図１参照）から行い、また、ステップＳ３の負荷情報の時間的変動を求めるは、負荷情報変動記憶部１３（図１参照）から行う。

このような処理を実行することにより、負荷情報が正常値の範囲内にあるのか確認することや、切削条件を調整すべき箇所を探すことが容易になる。また、負荷情報の単位時間あたりの変化量をチェックするため、負荷情報が境界を超えない場合においても、工具への負荷が急激に変化することで工具の磨耗を早める場合を探すことが可能となる。

図６本発明のアニメーションの表示速度を決定するためのアルゴリズムを示すフローチャートの一例である。図６に示されるフローチャートの構造は図５に示されるフローチャートと同様である。ただし、判断の結果実行される内容が、図５のフローチャートの例では警告表示の設定であり、図６のフローチャートの例ではシミュレーション速度の設定である。

本発明の一実施形態である負荷情報表示機能を備えた数値制御装置を示すブロック図である。 （ａ）実行中のブロック番号と共に保存される負荷情報の一例である。（ｂ）負荷情報の大きさ、あるいは負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさの範囲を分けた一例である。 負荷情報として、スピンドルモータの回転数、スピンドルモータに流れる電流値、送り軸の速度、サーボモータへ流れる電流値を表示画面に表示した一例である。 加工シミュレーション（アニメーション描画）中、切込量を算出する例である。 本発明の警告情報を表示するためのアルゴリズムを示すフローチャートの一例である。 本発明のアニメーションの表示速度を決定するためのアルゴリズムを示すフローチャートの一例である。

符号の説明

１ スピンドルモータ制御部
２ スピンドルモータ
３ スピンドルセンサ
４ 電流センサ
５ サーボモータ制御部
６ サーボモータ
７ パルスコーダ（エンコーダ）
８ 電流センサ
９ 送り速度情報変換部
１０ ロードデータ変換部
１１ 一定周期負荷情報記憶部
１２ ブロック毎の負荷情報記憶部
１３ ブロック毎の負荷情報変動記憶部
１４ 加工シミュレーション実行部
１５ 表示装置
２１ 加工シミュレーション中の座標位置表示部
２２ 実行ブロックの送り速度の平均値
２３ 実行ブロックの主軸回転数の平均値
２４ 実行ブロックのスピンドルモータへ流れる電流値の平均値
２５ 実行ブロックのサーボモータへ流れる電流値の平均値
２６ 負荷情報あるいは負荷情報の時間的変動に従って表示される警告表示
２７ 加工シミュレーション表示部
２８ 加工シミュレーション中の実行プログラム表示部
２９ 加工シミュレーション実行ブロック
ａ ＮＣプログラムに記述された主軸速度指令値
ｂ スピンドルモータのトルク指令値
ｃ スピンドルモータの回転数
ｄ スピンドルモータに流れる電流値
ｅ ＮＣプログラムに記述された送り速度指令値
ｆ サーボモータのトルク指令値
ｇ サーボモータの回転数
ｈ サーボモータに流れる電流値
ｉ 送り速度情報
ｊ ロードデータ

Claims (4)

1. 実加工時の負荷情報を記録する手段を具備する数値制御装置において、
   実加工中の負荷情報を加工プログラムブロックに対応させて記憶する負荷情報記憶手段と、
   前記負荷情報記憶手段によって記憶された負荷情報と工具がワークを切削する様子を表示するアニメーション描画とともに加工プログラムブロックに対応させて表示する手段とを有する負荷情報表示機能を備えた数値制御装置。
2. 前記負荷情報記憶手段によって記憶される負荷情報は、
   １）主軸の回転数、
   ２）主軸モータへのトルク指令、
   ３）主軸モータの電流値、
   ４）主軸モータのロードデータ、
   ５）送り軸の速度、
   ６）サーボモータの回転数、
   ７）サーボモータのトルク指令、
   ８）サーボモータの電流値、
   以上の情報のうち少なくとも１つを含む請求項１に記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置。
3. 前記負荷情報記憶手段によって記憶されている負荷情報の大きさ、または、前記負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさが、複数の分割した範囲においていずれかの範囲内にある場合と、前記分割した範囲より小さい場合と、大きい場合において、少なくとも１つの場合における警告を表示する手段を有する請求項１または２のいずれか１つに記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置。
4. 前記負荷情報記憶手段によって記憶されている負荷情報または前記負荷情報の単位時間あたりの変化量の大きさが、複数に分割した範囲においていずれかの範囲内にある場合と、前記分割した範囲より小さい場合と、大きい場合において、少なくとも１つの場合におけるアニメーション描画表示速度を設定する手段を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の負荷情報表示機能を備えた数値制御装置。

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