JP2009282625A - 工作機械及び工作機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子カム制御において、動作時間が不定な補機動作の完了と同時に後続の作業を実行することができて、加工能率を向上させることができる工作機械を提供すること。
【解決手段】中央演算ユニット５２は、前記基準軸の動作量が所定値に達したことに応じて補機動作を開始させ、前記補機動作中において、補機動作終了時における前記基準軸の動作量の値をもとにシフト値を計算する。計算されたシフト値はシフトデータ記憶部５７，５８に記憶される。そして、記憶されたシフト値を前記基準軸の実際の動作量の値に加算して、補機動作終了時における前記移動体の移動位置に対応した動作量の値とする。電子カム制御部５９，６０は、前記補機動作終了にともない、保持された動作量の値に続くタイミングから前記電子カムデータテーブルに従って工作機械の電子カム動作を行わせる。
【選択図】図２

Description

この発明は、ＮＣ（numerical control）データから変換された電子カムデータにより各機構部の動作を電子カム制御するようにした工作機械及びその工作機械の制御方法に関するものである。特に、この発明は、流体駆動シリンダ等の動作時間が不定なアクチュエータを有する工作機械であって、そのアクチュエータの動作制御を含む工作機械及びその工作機械の制御方法に関するものである。なお、ここで、前記流体駆動シリンダ等の動作時間が不定なアクチュエータを補機として扱い、動作時間が不定な動作を補機動作とする。

前記電子カムデータは、基準軸の動作量に対応して工作機械の動作を定めた制御プログラムを指す。そして、この電子カムデータを用いる電子カム制御においては、テーブルデータに定義された基準軸の位置と、制御軸（制御される軸）の位置あるいはコマンドの指令タイミングとの関係を保つことにより、工作機械の動作が制御される。また、この電子カム制御においては、前記補機の動作を指令するＭコードの完了チェック等が行われることなく、工作機械の動作が所定の手順に従って自動的に進行される。ところで、流体駆動シリンダによって動作される工具折損検出装置等、動作時間が不定な補機が存在する場合、モータ等の動作時間が特定可能な機構部の動作と補機の動作とが問題なく進行されるように電子カムデータを作り込む必要がある。つまり、流体駆動シリンダ等を用いた補機は、個々の動作時間が不定である。このため、補機の動作が短時間で終了した場合は、次の動作までに余分な待ち時間が生じ、逆に、補機の動作が長時間に及んだ場合は、動作が終了する前に別の動作が開始されて、補機と別の機器や被加工物とが衝突したりするおそれが多分にある。

このため、電子カムデータの作成に関する特許文献１に記載の工作機械においては、あらかじめ補機の動作時間を複数回実測し、その実測時間の最大値が抽出される。そして、その最大値に余裕時間を加算することにより、動作時間を算出する。あるいは、動作時間と余裕時間との合計値から近似式が作成されて、その近似式に対して係数が演算されて動作時間を算出される。そして、これらの動作時間のデータを用いて、電子カム制御に用いられる補機の動作時間のデータを作成していた。
特開２００７−２０００１８号公報

ところが、前述した特許文献１に記載された工作機械においては、補機動作時間について、最大動作時間に余裕時間が加算された電子カムデータとなる。そして、その電子カムデータ内容が一連の動作として連続されて具現化される。このため、多くの場合、設定された補機動作時間が、実際の動作時間より長くなることは避けられない。従って、本来、運転の効率化を目指して電子カム制御が採用されるのであるが、逆に、電子カム特有の制御によって作業効率の向上に支障を来すおそれがあった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。そして、その目的は、電子カム制御において、動作時間が不定な補機動作指令が行われた場合、その補機動作の完了の認識と同時に、後続の作業を実行することができて、加工能率を向上させることができる工作機械及び工作機械の制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、工作機械に関するこの発明においては、基準軸の動作量に対応して補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルと、前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記動作量のシフト値を計算するシフト値計算手段と、前記シフト値計算手段によって計算されたシフト値を記憶する記憶手段と、前記基準軸の実際の動作量に前記記憶手段に記憶されたシフト値を加算した加算値を用いて前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作の実行及び移動体の移動を行う電子カム制御部とを備えたことを特徴とする。

従って、この発明においては、電子カム制御によりシリンダ等の動作時間が不定な補機動作指令を行った場合、その補機動作の完了を認識したと同時に、次の電子カム動作を実行することができる。よって、余分な待ち時間が発生したり、逆に衝突等の不都合が発生したりすることを防止することができて、運転能率の向上を図ることができる。

また、前記の構成において、前記シフト値計算手段は、前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量と前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作終了後の前記基準軸の動作量とをもとにシフト値を計算するように構成するとよい。このように構成した場合には、電子カムデータテーブルに補機動作終了後の基準軸の動作量を設定しておくことにより、補機動作の終了時に、その終了時における基準軸の実際の動作量と電子カムデータテーブルに定められた補機動作終了後の基準軸の動作量とをもとに、シフト値を計算することができる。

さらに、前記の構成において、前記電子カム制御部は、複数の系統の動作を別々に制御し、前記シフト値計算手段は系統ごとにシフト値を計算するように構成するとよい。このように構成した場合には、複数の系統ごとに被加工物または工具の移動位置を制御して、シフト処理を実行することができる。

さらに、前記の構成において、前記電子カム制御部は複数の系統の動作を別々に制御し、前記シフト値計算手段はさらに系統間の待ち合わせ完了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記シフト値を計算するように構成するとよい。このように構成した場合には、複数の系統間で待ち合わせを最短時間にすることが可能となり、工作機械全体としての加工能率の向上を図ることができる。

さらに、工作機械に関するこの発明においては、基準軸の動作量に応じて補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルと、前記補機動作の終了時に、前記電子カムテーブルに定められた補機動作終了後の動作量に対応した動作から引き続いて工作機械の電子カム動作を行わせる電子カム制御部とを備えたことを特徴とする。

従って、この発明においては、前記と同様に、電子カム制御によりシリンダ等の動作時間が不定な補機動作指令を行った場合、その補機動作の完了を認識したと同時に、電子カム動作を実行することができる。

さらに、工作機械の制御方法に関するこの発明においては、基準軸の動作量に対応して補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルに基づいて補機動作を開始させ、前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記実際の動作量のシフト値を計算するとともに、計算されたシフト値を記憶手段に記憶し、前記基準軸の実際の動作量に前記記憶手段に記憶されたシフト値を加算し、その加算された加算値を用いて前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作の実行及び移動体の移動を行うことを特徴とする。

従って、この発明においても、電子カム制御によりシリンダ等の動作時間が不定な補機動作指令を行った場合、その補機動作の完了を認識したと同時に、次の電子カム動作を実行することができる。

以上のように、この発明によれば、電子カム制御において、シリンダ等の動作時間が不定な補機動作指令が行われた場合、その補機動作の完了の認識と同時に、電子カム動作を実行することができて、運転能率を向上させることができるという効果を発揮する。

以下に、この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態の工作機械２１は、系統１と系統２とを備え、系統１には、被加工物（ワーク）を把持する主軸Ｓ１，バイト等の工具ＴＳ１を有する刃物台６４及び工具折損検出装置６７が備えられている。前記主軸Ｓ１は主軸台６３上に支持されている。そして、主軸Ｓ１は、主軸台６３とともにその軸線方向に沿うＺ１軸方向に移動される。刃物台６４はＺ１軸方向と直交するＸ１軸方向に移動される。前記工具折損検出装置６７に設けられた補機としてのシリンダ６８により、検出子が主軸Ｓ１上の被加工物中心を通り過ぎた位置と、そこから後退する位置との間において移動される。すなわち、この工具折損検出装置６７は、主軸Ｓ１上の製品の加工終了と同時にピストンロッド先端の前記検出子をシリンダ６８により加工位置に向かって前進させる。そして、検出子が前進端に達したことをセンサ６９により検出して、そのセンサ６９が検出信号を出力する。この検出信号に基づいて、ただちにシリンダ６８が復動して、検出子は後退する。ここで、工具が折損している場合は、その工具による主軸Ｓ１上の製品の切り落としが実行されないため、検出子が主軸Ｓ１上の被加工物と衝突して前進が阻まれ、センサ６９からの検出信号は出力されない。そして、移動開始から一定時間経過しても検出信号が出力さない場合は、工作機械は工具折損状態を認識する。

前記系統２には、被加工物を把持する背面主軸Ｓ２及び回転ドリル等の工具ＴＳ２を有する固定刃物台６６が設けられている。背面主軸Ｓ２は背面主軸台６５上に支持されている。そして、背面主軸Ｓ２は背面主軸台６５とともに前記Ｚ１軸方向と平行なＺ２軸方向及びそれと直交するＸ２軸方向に移動される。

この実施形態においては、主軸Ｓ１及び背面主軸Ｓ２を移動体とする。
図２に示すように、この実施形態の工作機械２１は、制御ユニット部２２を備えている。そして、この制御ユニット部２２により、主軸回転用モータ２３、工具送り用モータ２４、主軸台送り用モータ２５、背面主軸台送り用モータ２６、背面主軸回転用モータ２７及びシリンダ切替用バルブ２８等の各種機器の動作がそれぞれ制御される。

前記主軸回転用モータ２３は、駆動回路３１及び主軸回転制御回路３２を介して制御ユニット部２２に接続され、前記被加工物が把持される主軸Ｓ１の回転を駆動する。パルスエンコーダ３３は、主軸回転用モータ２３の回転に同期された回転検出信号を発生して、主軸回転制御回路３２に対して出力する。前記主軸回転制御回路３２は、制御ユニット部２２から出力される主軸回転速度指令信号と、パルスエンコーダ３３から出力される主軸回転速度信号とを比較して、その差に応じた制御信号を生成する。そして、その制御信号は、駆動回路３１に対して出力される。この駆動回路３１は、この制御信号に基づいて、主軸Ｓ１の回転速度が主軸回転速度指令値と一致するように、主軸回転用モータ２３への供給電力を制御する。

前記工具送り用モータ２４は、駆動回路３５及び工具送り制御回路３６を介して制御ユニット部２２に接続され、前記刃物台６４，すなわち工具ＴＳ１を、主軸Ｓ１の回転中心軸に対して直交する方向（図２にＸ１で示すＸ軸方向）に移動させる。パルスエンコーダ３７は、工具送り用モータ２４の所定回転角度ごとに回転検出信号を発生して、工具送り制御回路３６に対して出力する。前記工具送り制御回路３６は、パルスエンコーダ３７から出力された回転検出信号に基づいて、実際の工具ＴＳ１の移動位置を認識するとともに、認識した実際の工具ＴＳ１の移動位置と制御ユニット部２２から出力される工具位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて工具移動のための駆動信号を生成する。そして、その駆動信号は、駆動回路３５に対して出力される。駆動回路３５は、この駆動信号に基づいて、工具ＴＳ１の実際の移動位置が指令位置と一致するように工具送り用モータ２４への供給電力を制御する。

前記主軸台送り用モータ２５は、駆動回路３８及び主軸台送り制御回路３９を介して制御ユニット部２２に接続され、被加工物が把持される主軸Ｓ１をその回転中心軸に対して平行なＺ１方向に移動させる。パルスエンコーダ４０は、主軸台送り用モータ２５の所定回転角度ごとに回転検出信号を発生して、主軸台送り制御回路３９に対して出力する。前記主軸台送り制御回路３９は、パルスエンコーダ４０から出力される回転検出信号に基づいて、主軸Ｓ１の実際の移動位置を認識するとともに、認識した実際の移動位置と制御ユニット部２２から出力される主軸台送り指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて主軸台送り駆動信号を生成する。そして、この主軸台送り駆動信号は、駆動回路３８に対して出力される。駆動回路３８は、主軸台送り駆動信号に基づいて、主軸台の実際の移動位置，すなわち被加工物の実際の移動位置が指令位置と一致するように主軸台送り用モータ２５への供給電力を制御する。

前記背面主軸台送り用モータ２６は、駆動回路４１及び背面主軸台送り制御回路４２を介して制御ユニット部２２に接続され、被加工物が把持される背面主軸Ｓ２を支持する背面主軸台を、背面主軸Ｓ２の回転中心軸に対して平行なＺ２軸方向及びそれと直交するＸ２方向に移動させる。パルスエンコーダ４３は、背面主軸台送り用モータ２６の所定回転角度ごとに回転位置信号を発生して、背面主軸台送り制御回路４２に対して出力する。前記背面主軸台送り制御回路４２は、パルスエンコーダ４３から出力される回転位置信号に基づいて、実際の背面主軸台の移動位置を認識するとともに、認識した実際の背面主軸台の移動位置と制御ユニット部２２から出力される背面主軸台送り指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて背面主軸台送り駆動信号を生成する。そして、この背面主軸台送り駆動信号は、駆動回路４１に対して出力される。駆動回路４１は、前記背面主軸台送り駆動信号に基づいて、背面主軸台、すなわち、被加工物の実際の移動位置が指令位置と一致するように背面主軸台送り用モータ２６への供給電力を制御する。なお、実際には、背面主軸台をＺ２軸方向とＸ２軸方向とのそれぞれに移動させるためのモータ及び回路を有するが、それぞれの説明は省略する。

前記背面主軸回転用モータ２７は、駆動回路４４及び背面主軸回転制御回路４５を介して制御ユニット部２２に接続され、前記背面主軸Ｓ２、すなわち被加工物を回転駆動させる。パルスエンコーダ４６は、背面主軸回転用モータ２７の回転に同期された回転検出信号を発生して、背面主軸回転制御回路４５に対して出力する。そして、この背面主軸回転制御回路４５は、制御ユニット部２２から出力される背面主軸回転速度指令信号と、パルスエンコーダ４６から出力される背面主軸回転速度信号とを比較して、その差に応じた制御信号を生成する。そして、その制御信号は、駆動回路４４に対して出力される。前記駆動回路４４は、前記制御信号に基づいて、背面主軸Ｓ２の実際の回転速度が指令値と一致するように、背面主軸回転用モータ２７への供給電力を制御する。

前記シリンダ切替用バルブ２８は、Ｉ／Ｏ（ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）ボード４８及びプログラマブルロジックコントローラ４９を介して制御ユニット部２２に接続されている。このシリンダ切替用バルブ２８は、補機としてのシリンダ等を動作させるものである。例えば図１に示すように、工具折損検出装置６７のシリンダ６８を工具折損検出のために切り替え駆動させる。

前記プログラマブルロジックコントローラ４９は、制御ユニット部２２から作動指令が出力されたとき、Ｉ／Ｏボード４８を介してシリンダ切替用バルブ２８に駆動信号を出力する。

前記制御ユニット部２２は、中央演算ユニット５２、クロック信号発生回路５３、分割タイミング信号発生回路５４、電子カムデータテーブル記憶部５５、基準軸位置カウンタ５６、系統１側のシフトデータ記憶部５７、系統２側のシフトデータ記憶部５８、系統１側の電子カム制御部５９及び系統２側の電子カム制御部６０を備えている。

前記中央演算ユニット５２は、制御ユニット部２２全体の信号処理等を司る演算部であって、周知のマルチプロセッシング処理を行う。
前記クロック信号発生回路５３は、所定の周期、例えば０．２５ミリ秒周期のクロック信号を生成し、分割タイミング信号発生回路５４に対して出力する。分割タイミング信号発生回路５４は、クロック信号発生回路５３から出力されたクロック信号をカウントし、そのカウントの結果に基づいて例えば１ミリ秒経過するごとに分割タイミング信号を生成して中央演算ユニット５２に対して出力する。この分割タイミング信号発生回路５４から出力される１ミリ秒周期の分割タイミング信号は後述するシフト処理のための走査信号として使用される。なお、クロック信号及び分割タイミング信号の周期は上述した数値に限られることなく、中央演算ユニット５２の処理能力等を考慮して適宜設定可能である。

図３に示すように、前記電子カムデータテーブル記憶部５５は、系統１，２にそれぞれ対応する電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂを有する。これらの電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂは、主軸Ｓ１、背面主軸Ｓ２、刃物台６４、背面主軸台６５の移動位置を基準軸の動作量に対応して定めた移動軸データテーブル５５ａ，５５ｂ、及び補機動作の指令等、各種の指令を行うタイミングを基準軸の動作量に対応して定めたコマンドテーブル５５ｃ，５５ｄをそれぞれ有している。図７には、系統１を単独で動作させるようにした電子カムデータテーブル５５Ａの移動軸データテーブル５５ａ内のＺ軸データテーブル及びコマンドテーブル５５ｃのそれぞれ一部が示されている。図１１には、系統１と系統２とを同時に動作させるようにした系統１及び系統２における電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂにおける移動軸データテーブル５５ａ，５５ｂ内のＺ軸データテーブル及びコマンドテーブル５５ｃ，５５ｄのそれぞれ一部が示されている。

この場合、前記電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂに記述された電子カムデータによる電子カム制御において、中央演算ユニット５２は、基準軸の動作量の値（Ａ０，Ａ１・・・・・）データと、基準軸の動作量ごとに対応してそれぞれ設定された移動体の位置データとから、移動体の移動指令データを生成する。この実施形態では、前記基準軸は、クロック信号発生回路５３から発生されるクロック信号の出力をディメンションとした仮想的な軸で構成されている。

また、前記コマンドテーブル５５ｃ，５５ｄによる補機動作の指令は、例えば基準軸の動作量（正確には動作量に後述のシフト値を加算した加算値）が所定値に達したことに応じて、前記シリンダ切替用バルブ２８を駆動させるためのものである。この指令により、中央演算ユニット５２は、シリンダ切替用バルブ２８を駆動させて、図１に示すシリンダ６８を動作（補機動作）させる。

さらに、前記中央演算ユニット５２は、補機動作の終了時における基準軸の実際の動作量と、コマンドテーブル５５ｃ，５５ｄに定められた補機動作終了後の基準軸の動作量（記述された動作量）とをもとに、後述のシフト値を系統ごとに計算する。この実施形態では、コマンドテーブル５５ｃ，５５ｄ、基準軸位置カウンタ５６及び中央演算ユニット５２によって、シフト値を計算するためのシフト値計算手段が構成されている。

前記基準軸位置カウンタ５６は、クロック信号発生回路５３から出力されたクロック信号の発生回数をカウントし、そのカウントの結果に基づいて基準軸の動作量のデータを生成する。そして、この基準軸の動作量のデータは中央演算ユニット５２に出力されて、前記の電子カム制御や後述のシフト処理等に用いられる。前記系統１側のシフトデータ記憶部５７及び系統２側のシフトデータ記憶部５８は、補機動作の終了時に中央演算ユニット５２により計算されたシフト値を、系統ごとに記憶する。この実施形態では、系統１側のシフトデータ記憶部５７及び系統２側のシフトデータ記憶部５８により、シフト値を記憶する記憶手段が構成されている。

そして、前記中央演算ユニット５２は、系統１側のシフトデータ記憶部５７及び系統２側のシフトデータ記憶部５８に記憶されたシフト値を、基準軸の実際の動作量に加算して、その加算された基準軸の動作量を示す前記加算値を電子カム制御のために出力する。

図４及び図５に示すように、前記系統１側の電子カム制御部５９は、Ｘ軸制御部５９ａ、Ｚ軸制御部５９ｂ及びコマンド処理部５９ｃを有している。また、前記系統２側の電子カム制御部６０は、Ｘ軸制御部６０ａ、Ｚ軸制御部６０ｂ及びコマンド処理部６０ｃを有している。そして、各系統の電子カム制御部５９，６０は、図８及び図１２に示す各種のプログラムを格納している。また、前記電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂ内のデータに基づいて、前記モータ２３〜２７や補機等を系統ごとに制御する。

そして、系統１に関する移動軸データテーブル５５ａに基づいて、系統１の機構部を駆動する工具送り用モータ２４及び主軸台送り用モータ２５等の動作が制御される。この制御によって、主軸台６３上の主軸Ｓ１は、図２に矢印で示すように、主軸台６３とともにＺ１軸方向に移動制御される。一方、刃物台６４上の工具ＴＳ１は、刃物台６４とともに同図に矢印で示すようにＸ１軸方向に移動制御される。

また、系統１に関するコマンドテーブル５５ｃに基づいて、シリンダ切替用バルブ２８、前記主軸回転用モータ２３の動作が制御される。この制御により、シリンダ６８が動作されて、つまり補機動作されて、工具の折損の有無が検出されるとともに、主軸Ｓ１が回転制御される。そして、センサ６９から検出信号が出力されたとき、工具折損検出動作が終了する。

さらに、系統２に関する移動軸データテーブル５５ｂに基づいて、系統２の機構部の前記背面主軸台送り用モータ２６及び背面主軸回転用モータの回転が制御される。この制御によって、背面主軸Ｓ２は、背面主軸台６５とともに図１に矢印で示すようにＸ２軸方向に移動制御されるとともに、回転制御される。

さらに、系統２に関するコマンドテーブル５５ｄに基づいて、前記背面主軸回転用モータ２７の動作が制御される。
次に、前記のように構成された工作機械２１において、電子カムの制御により、系統１の機構部を単独で動作させて被加工物の加工を行う場合の一例を、図６〜図９を中心に詳細に説明する。

この被加工物の加工時には、中央演算ユニット５２、基準軸位置カウンタ５６、電子カムデータテーブル記憶部５５の系統１の移動軸データテーブル５５ａ、同コマンドテーブル５５ｃ、系統１側のシフトデータ記憶部５７、系統１側の電子カム制御部５９のＸ軸制御部５９ａ、同Ｚ軸制御部５９ｂ、同コマンド処理部５９ｃを用いて、主軸回転用モータ２３の回転による主軸Ｓ１の回転、工具送り用モータ２４の回転による工具ＴＳ１のＸ軸方向の移動位置、及び主軸台送り用モータ２５の回転による被加工物（主軸Ｓ１）のＺ軸方向の移動位置、シリンダ切替用バルブ２８によるシリンダ６８の動作等が制御される。

ここで、図７は移動軸データテーブル５５ａのＺ軸データテーブル及びコマンドテーブル５５ｃの一部を示すものである。なお、電子カムデータテーブル５５ＡにはＸ軸データテーブルも存在するが、図７では省略する。図７において、「Ａ０」〜「Ａ３０００」は、基準軸の動作量の値を示す。「Ｚ０」〜「Ｚ９．９８」「Ｚ１０．０」は、主軸Ｓ１のＺ軸方向における移動位置を示し、例えば「Ｚ０」は、主軸Ｓ１のＺ軸方向における原位置を表し、「Ｚ１０．０」は、主軸Ｓ１が原位置からＺ軸方向に１０ｍｍ前進移動した位置を示す。また、「Ｐ１５００」は後述のシフト先を定めたコマンド（以下、Ｐコマンドとする）を示し、「Ｍ１０」は補機動作を指令するためのいわゆるＭコードと称されるコマンドを示し、「ＷＭ」は、シフト処理を実行するためのコマンド（以下、ＷＭコマンドとする）を示す。なお、Ｐコマンドの後に続く１５００の値は、補機動作の動作時間を考慮して余裕を持って電子カムデータテーブル作成時に設定された値である。

さて、本実施形態の電子カム制御のデータ及び信号の処理を示す図６において、基準軸の動作量を示す基準軸位置カウンタ５６の出力は、シフト値が加算されて電子カム制御部５９のＸ軸制御部５９ａ，Ｚ軸制御部５９ｂ及びコマンド処理部５９ｃに対して出力される。そして、Ｘ軸，Ｚ軸制御部５９ａ，５９ｂは系統１側の電子カムデータテーブル５５ＡのＸ軸データテーブル及びＺ軸データテーブルに記憶されているデータを参照して、制御される軸（制御軸：この場合はＸ１軸及びＺ１軸）の指令位置を求め、前回の処理周期における指令位置との差分を移動指令として主軸台送り用モータ２５及び工具送り用モータ２４に出力する。

そして、図７に示すＺ軸データテーブルの位置指令データに基づいて被加工物の加工が進行して、基準軸の動作量が「Ａ９９９」のタイミングとなったとき、コマンドテーブル５５ｃのＰコマンドにより、補機動作の完了後に開始する基準軸の動作量「１５００」がコマンド処理部５９ｃに記憶される。引き続き、「Ａ１０００」のタイミングで、主軸Ｓ１のＺ軸方向への動作が停止される。ここで、Ｚ軸方向への移動が停止するのは、「Ａ１０００」の次に移動軸データテーブル５５ａに記載された「Ａ１５００」のタイミングにおけるＺ位置を「Ａ１０００」と同一の「Ｚ１０．０」に設定しているからである。これは、移動軸データテーブル５５ａ作成時に、補機動作完了時の制御軸の位置を補機動作開始時と同一値に設定することで達成される。電子カムデータテーブル５５Ａ及び５５Ｂは図示しない作成プログラムにより作成される。このプログラム内に、Ｐコマンド及びＷＭコマンドの記述位置を補機動作の前後とすることと、Ｐコマンドで設定した補機動作終了時の動作量における制御軸位置を補機動作開始時と同一とするといった決まりが補機動作記述時のアルゴリズムとして記載されている。

Ｚ軸方向の移動停止と同時に、コマンドテーブル５５ｃのＭコードによる指令が実行され、シリンダ切替用バルブ２８の作動により、図１に示すシリンダ６８の補機動作が開始される。このため、主軸Ｓ１のＺ軸方向への移動停止中において、工具折損検出装置６７による工具折損検出動作が実行される。なお、工具折損検出動作中は、同一系統内の他の制御軸も全て移動動作を停止している。

さらに、基準軸の動作量が「Ａ１００１」のタイミングとなったとき、コマンドテーブル５５ｃのＷＭコマンドにより、前記シフト処理動作が実行される。このシフト処理動作は、図８に示すフローチャートの各ステップ（以下、単にＳという）に従って実行され、前記センサ６９から補機動作の完了信号が出力されるまで継続される。なお、このフローチャートの動作は、系統１側の電子カム制御部５９に格納された電子カム実行プログラムが中央演算ユニット５２の制御のもとに実行されるものである。

すなわち、図８のフローチャートのＳ１１においては、系統１の動作中において、Ｐコマンドで設定された基準軸の動作量「１５００」のデータがコマンド処理部５９ｃ内に存在するか否かが判別される。この判別において、基準軸の動作量「１５００」が存在する場合にはＳ１２に進む。基準軸の動作量「１５００」が存在しない場合には、このプログラムが終了する。次のＳ１２においては、基準軸の実際の動作量を示す基準軸位置カウンタ５６の値と、Ｐコマンドで設定された基準軸の動作量「１５００」との差によりシフト値が求められ、そのシフト値が系統１側のシフトデータ記憶部５７に記憶される。例えば、基準軸位置カウンタ５６の値が「１２００」の場合は、
１５００（設定値）−１２００（実際の動作量）＝３００
のシフト値「３００」のデータがシフトデータ記憶部５７に記憶される。

そして、このシフトデータ記憶部５７のシフト値は、図６から明らかなように、基準軸位置カウンタ５６の値に加算される。従って、中央演算ユニット５２からＸ軸制御部５９ａ及びＺ軸制御部５９ｂ及びコマンド処理部５９ｃに入力される基準軸の値は、このシフト処理の間は常時「１５００」となる。このため、Ｚ軸は、「Ｚ１０．０」で表される１０ｍｍ前進した停止位置を保持する。

続いて、Ｓ１３においては、Ｍコードの完了信号が出力されたか否か、すなわちシリンダ６８の補機動作が終了して、センサ６９から検出信号が出力されたか否かが判別される。この判別において、完了信号が出力された場合にはＳ１４に進行し、完了信号が出力されていない場合にはＳ１２の処理に戻る。このＳ１２及びＳ１３を巡る走査は図２に示す分割タイミング信号発生回路５４から出力される分割タイミング信号の発生周期ごとに実行される。前記完了信号が出力された場合は、Ｓ１４において、コマンド処理部５９ｃに設定されたＰコマンドの値「１５００」がクリアされ、シフト処理動作が終了する。

そして、前記のようにＰコマンドの値がクリアされると、以降はシフト値が一定となる。つまり、Ｚ軸制御部５９ｂにより、基準軸の動作量（「Ａ１５００」）以降のＺ軸方向の移動が再開（図７のＺ軸データテーブルにおいては、後退開始）される。従って、例えば基準軸位置カウンタ５６の実際の値が「Ａ１２００」のタイミングにおいて、シリンダ６８の補機動作が終了した場合には、実際の基準軸位置カウンタ５６の動作量の「Ａ１５００」の出力まで時間待ちすることなく、基準軸位置カウンタ５６の出力にシフト値「３００」が加算されて電子カム制御が実行される。

よって、図９に示すように、電子カムデータテーブル５５Ａに設定された加工時間配分と、実際の加工に要する時間配分とを比較すると、主軸Ｓ１がＺ軸方向に移動しない区間、すなわちＺ軸を停止させてシリンダ６８を補機動作させる区間において、シフト処理して、シフト値を求めることにより、基準軸のカウントアップ「Ａ１５００」を待つことなく補機動作終了と同時に「Ａ１５００」以降の動作を実施させることができる。その結果、被加工物から１つの製品を加工するのに要する時間を短縮することができて、工作機械の運転能率を向上させることができる。なお、基準軸位置カウンタ５６及び系統１シフトデータ記憶部の動作量及びシフト値は、１つの製品の加工毎にクリアされる。

次に、前記とは異なる工作機械の運転態様を、図１０〜図１３に基づいて説明する。この運転態様においては、電子カムの制御により工作機械２１の系統１及び系統２の機構部を同時に動作させて、待ち合わせ処理を行うようにしている。

さて、被加工物の加工時には、前記とほぼ同様に、中央演算ユニット５２、基準軸位置カウンタ５６、電子カムデータテーブル記憶部５５の系統１側の移動軸データテーブル５５ａ、同コマンドテーブル５５ｃ、系統２側の移動軸データテーブル５５ｂ、同コマンドテーブル５５ｄ、系統１側及び系統２側のシフトデータ記憶部５７，５８、系統１側及び系統２側の電子カム制御部５９，６０の各Ｘ軸制御部５９ａ，６０ａ、同Ｚ軸制御部５９ｂ，６０ｂ、同コマンド処理部５９ｃ，６０ｃを用いて、主軸回転用モータ２３の回転による主軸Ｓ１の回転、背面主軸回転用モータ２７による背面主軸Ｓ２の回転、工具送り用モータ２４の回転による工具ＴＳ１のＸ軸方向の移動位置、主軸台送り用モータ２５の回転による主軸Ｓ１のＺ軸方向の移動位置、背面主軸台送り用モータ２６の回転による背面主軸Ｓ２のＺ軸及びＸ軸方向の移動位置、シリンダ切替用バルブ２８によるシリンダ６８の動作等が制御される。

そして、この運転態様における電子カム制御のデータ及び信号の処理を示す図１０において、基準軸の動作量を示す基準軸位置カウンタ５６の出力には、系統１シフトデータ記憶部５７に記憶されたシフト値が加算されて図３に示す系統１の電子カムデータテーブル５５Ａに対応して設けられた電子カム制御部５９（図４参照）に対して出力される。また、同様に基準軸位置カウンタ５６の出力には、系統２シフトデータ記憶部５８に記憶されたシフト値が加算されて図３に示す系統２の電子カムデータテーブル５５Ｂに対応して設けられた電子カム制御部６０（図５参照）に対して出力される。そして、中央演算ユニット５２は系統１の電子カムデータテーブル５５ＡのＸ軸データテーブル（図示しない）及びＺ軸データテーブルを備えた移動軸データテーブル５５ａと、系統２の電子カムデータテーブル５５ＢのＸ軸データテーブル（図示しない）及びＺ軸データテーブルを備えた移動軸データテーブル５５ｂとに記憶されているデータを参照して、制御される軸（この場合はＸ１軸及びＸ２軸及びＹ１軸及びＹ２軸）の指令位置を求め、前回の処理周期における指令位置との差分を移動指令として主軸台送り用モータ２５，背面主軸台送り用モータ２６に対して出力する。

図１１に一部を例示するように、前記系統１の電子カムデータテーブル５５Ａにおける移動軸データテーブル５５ａのＺ軸データテーブルには、前記の場合と同様に、基準軸の動作量「Ａ０，Ａ５００…」にそれぞれ対応して、Ｚ１軸の位置指令データ「Ｚ０，Ｚ０…」が記述されている。また、系統１のコマンドテーブル５５ｃには、前記の場合と同様に、基準軸の動作量「Ａ９９９」に対応してシフト先を定めたＰコマンド、「Ａ１０００」に対応してＭコード、及び「Ａ１００１」に対応してＷＭコマンドが設定されている。さらに、この系統１側のコマンドテーブル５５ｃには、動作量「Ａ２９９９」に対応してシフト先を定めたＰコマンドが設定されるとともに、「Ａ３０００」に対応して、系統２との間で待ち合わせ機能を実行させるための「ＷＷ」で記述されたコマンド（以下ＷＷコマンドという）が設定されている。

前記系統２の移動軸データテーブル５５ｂにおけるＺ軸データテーブルには、基準軸の動作量「Ａ０，Ａ５００…」それぞれに対応して、Ｚ２軸の位置指令データ「Ｚ０，Ｚ５００…」が記述されている。そして、Ｚ軸データテーブルには基準軸の動作量「Ａ１５００〜Ａ３０００」の範囲の値に対応して、Ｚ２軸が所定の移動位置における停止状態を維持することを指令する「Ｚ１０．０」が記述されている。また、系統２のコマンドテーブル５５ｄには、基準軸の動作量「Ａ１４９９」に対応して、シフト先を定めたＰコマンドが設定されるとともに、「Ａ１５００」に対応して系統１との間で待ち合わせ機能を発揮させるための「ＷＷ」で記述された待ち合わせ用のコマンド（以下ＷＷコマンドという）が設定されている。

そして、前記系統１及び系統２の電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂに基づいて、各電子カム制御部５９，６０により、系統１及び系統２がそれぞれ独自に制御される。この場合、系統１においては、前記図７の場合と同様に、シリンダ６８の補機動作の開始から完了まで、シフト処理により系統１の電子カム制御部５９に出力される基準軸の動作量が一定値となる。また、系統１及び系統２においては、系統間での待ち合わせ処理が実行される。この場合、図１１及び図１３に示すように、基準軸の動作量（正確にはシフト値を加算した加算値）「Ａ１５００」に対応して系統２においてコマンドテーブル５５ｄのＷＷコマンドに従って待ち合わせ処理が実行される。そしてその後に、基準軸の移動量「Ａ３０００」に対応して系統１においてコマンドテーブル５５ｃのＷＷコマンドに従って待ち合わせ処理が実行される。

すなわち、系統２においては、図１１に示す系統２の移動軸データテーブル５５ｂにおけるＺ軸データテーブルの位置指令データに基づいて被加工物の加工が進行して、基準軸の動作量の値が「Ｓ１４９９」となったとき、コマンドテーブル５５ｄのＰコマンドにより、待ち合わせ完了後の基準軸の動作量の設定値「３０００」が系統２側の電子カム制御部６０のコマンド処理部６０ｃに記憶される。引き続き、動作量「Ａ１５００」のタイミングで、コマンドテーブル５５ｄのＷＷコマンドにより、以下に示す待ち合わせ処理動作が実行される。

この待ち合わせ処理動作は、前述したシフト処理の機能を利用して実行されるものであって、図１２に示すフローチャートの各ステップに従って実行され、他系統との待ち合わせ完了まで繰り返し行われる。

すなわち、図１２のフローチャートのＳ２１においては、系統２の動作中において、コマンド処理部６０ｃにＰコマンドで設定された基準軸の動作量のデータが存在するか否かが判別される。この判別において、基準軸の動作量のデータが存在する場合にはＳ２２に進行し、基準軸の動作量のデータが存在しない場合には待ち合わせ処理動作が終了する。次のＳ２２においては、基準軸の実際の動作量と、Ｐコマンドで設定された基準軸の動作量との差によりシフト値が求められ、そのシフト値が系統２側のシフトデータ記憶部５８に記憶される。例えば、基準軸位置カウンタ５６の実際の動作量が「Ａ１５００」の場合は、
３０００−１５００＝１５００
のシフト値「１５００」が系統２側のシフトデータ記憶部５８に記憶される。

そして、このシフトデータ記憶部５８のシフト値は、図１０から明らかなように、基準軸位置カウンタ５６の値、すなわち基準軸の実際の動作量「Ａ１５００」に加算される。従って、系統２の電子カム制御部６０のＺ軸制御部６０ｂ及びコマンド処理部６０ｃに入力される基準軸の動作量を示す値は、「Ａ３０００」となり、その待ち合わせ処理の間、その値が保持される。

続いて、Ｓ２３においては、他系統（系統１）のＷＷコマンドの実行が確認されて他系統が待ち合わせ状態にあるか否かが判別される。この判別において、待ち合わせに達している場合にはＳ２４に進行し、待ち合わせに達していない場合にはＳ２２に戻り、分割タイミング信号発生回路５４から出力される分割タイミング信号毎にＳ２２及びＳ２３を巡る走査が実行される。そして、双方の系統がＷＷコマンドで指定される待ち合わせ状態になった場合は、次のＳ２４において、コマンド処理部６０ｃに設定されたＰコマンドの基準軸の設定値「３０００」がクリアされ、待ち合わせ処理動作が終了する。

従って、例えば基準軸位置カウンタ５６の実際の値が「Ａ２７００」のタイミングにおいて、両系統の待ち合わせ処理動作が終了した場合には、動作量の「Ａ３０００」の出力まで時間待ちすることなく、
基準軸位置カウンタの出力にシフト値「３００」が加算され、電子カム制御が実行される。この場合、系統１においては、Ｚ軸テーブルの基準軸の動作量の値「Ａ２９９９」，「Ａ３０００」にそれぞれ対応して、コマンドテーブル５５ｄにＰコマンドにより「３０００」の値が設定されるとともに、待ち合わせを示すＷＷコマンドが記述されている。このため、系統１電子カム制御部５９に入力されている基準軸の動作量が「Ａ３０００」のタイミングでＷＷコマンドに従って図１２で示した待ち合わせ動作に移行する。系統１の待ち合わせ処理では、Ｓ２１においてＰコマンドで設定された値「３０００」があるので、Ｓ２２に進み、設定された値と基準軸の実際の動作量との差を系統１のシフトデータ記憶部５７に格納する。例えば、系統１の補機動作において、シフト値「３００」が格納されていた場合、基準軸の実際の動作量が「２７００」のタイミングで電子カムデータテーブルに記憶された「Ａ３０００」に対応する動作が実行される。この場合、Ｓ２２では、シフト値として「３００」が格納されることになる。次に、Ｓ２３で他系統の待ち合わせ状態を確認し、既に系統２が待ち合わせ状態であるので、Ｓ２４に進んでコマンド処理部５９ｃに設定されたＰコマンドの設定値をクリアする。そして、この場合、前記にように、系統１においては、補機動作にともなって制御軸の停止時間が短縮され、加工時間全体が短縮されている。そして、その短縮された加工終了に対して系統１，２の待ち合わせ処理が実行される。

よって、図１３に示すように、系統１及び系統２において、電子カムデータテーブル５５Ａ，５５Ｂに設定された加工時間配分と、実際の加工に要する時間配分とを比較すると、シリンダ６８を補機動作させる区間に加えて系統２の待ち合わせ区間においても、所要時間を短縮することができる。その結果、系統１及び系統２において、被加工物から１つの製品を加工することに要する時間を短縮することができて、工作機械２１全体としての加工能率を向上させることができる。

以上に述べたこの発明の実施形態においては、以下の効果がある。
（１） 電子カム制御によりシリンダ等の動作時間が不定な補機動作指令を行った場合、その補機動作の完了を認識したと同時に、次の動作を実行することができる。よって、余分な待ち時間が発生したり、逆に衝突等の不都合が発生したりすることを防止することができて、運転能率の向上を図ることができる。

（２） 複数の系統間における待ち合わせを最短時間にすることが可能となり、工作機械全体としての加工能率の向上を図ることができる。
（３） 補機の複数の動作時間の抽出が不要となり、電子カムデータの作成が容易となる。

なお、この実施形態は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。
・３つ以上の複数系統の機構部を備える工作機械にこの発明を具体化すること。

・ 補機動作にともなうシフト処理の間、前記実施形態においては、基準軸の実際の動作量の値とＰコマンドにより設定された値との差を常時算出した。そして、電子カム制御部は、この差で表されるシフト値を実際の動作量の値に加算するようにした。これに代えて、シフト処理の間、実際の動作量の値を無効化して、図８及び図１２のＳ１４及びＳ２４においてＰコマンドにより設定された値がクリアされるまでは、Ｐコマンドで設定された値をシフト値として電子カム制御部に供給するように構成してもよい。このように構成すれば、基準軸の実際の動作量の値とＰコマンドで設定された値との差を常時算出する処理が不要となる。この場合、補機動作の完了に応じて完了時の実際の動作量と設定された動作量との差を算出してシフト値を決定すればよい。

実施形態の工作機械における各機構部としての系統構成を示す模式図。 実施形態の工作機械における電気回路の構成を示すブロック図。 同工作機械における電子カムデータテーブル記憶部の詳細を示す図。 同工作機械における系統１の電子カム制御部の詳細を示す図。 同工作機械における系統２の電子カム制御部の詳細を示す図。 同工作機械において基準軸位置のシフト処理を実行する機能部の概要図。 同じく基準軸位置のシフト処理を実行することに用いられるテーブルデータを例示する図。 同基準軸位置のシフト処理動作を示すフローチャート。 同基準軸位置のシフト処理の機能を示す図。 第２実施形態の工作機械において系統間の待ち合わせ処理を実行する機能部の概要図。 同じく系統間の待ち合わせ処理を実行することに用いられるテーブルデータを例示する図。 同系統間の待ち合わせ処理動作を示すフローチャート。 同系統間の待ち合わせ処理の機能を示す図。

符号の説明

２１…工作機械、２２…制御ユニット部、２３…主軸回転用モータ、２４…工具移動用モータ、２５…主軸台送り用モータ、２６…背面主軸台送り用モータ、２７…背面主軸回転用モータ、２８…シリンダ切替用バルブ、５２…中央演算ユニット、５３…クロック信号発生回路、５４…分割タイミング信号発生回路、５５Ａ，５５Ｂ…電子カムデータテーブル記憶部、５５ｃ，５５ｄ…コマンドテーブル、５６…基準軸位置カウンタ、５７…シフトデータ記憶部、５８…シフトデータ記憶部、５９…電子カム制御部、６０…電子カム制御部、６８…シリンダ、Ｓ１…主軸、Ｓ２…背面主軸、ＴＳ１，ＴＳ２…工具。

Claims (6)

1. 基準軸の動作量に対応して補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルと、
   前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記動作量のシフト値を計算するシフト値計算手段と、
   前記シフト値計算手段によって計算されたシフト値を記憶する記憶手段と、
   前記基準軸の実際の動作量に前記記憶手段に記憶されたシフト値を加算した加算値を用いて前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作の実行及び移動体の移動を行う電子カム制御部と
   を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記シフト値計算手段は、前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量と前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作終了後の前記基準軸の動作量とをもとにシフト値を計算することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記電子カム制御部は、複数の系統の動作を別々に制御し、前記シフト値計算手段は系統ごとにシフト値を計算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記電子カム制御部は複数の系統の動作を別々に制御し、前記シフト値計算手段はさらに系統間の待ち合わせ完了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記シフト値を計算することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の工作機械。
5. 基準軸の動作量に応じて補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルと、
   前記補機動作の終了時に、前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作終了後の動作量に対応した動作から引き続いて工作機械の電子カム動作を行わせる電子カム制御部と
   を備えたことを特徴とする工作機械。
6. 基準軸の動作量に対応して補機動作の実行及び移動体の移動位置を定めた電子カムデータテーブルに基づいて補機動作を開始させ、
   前記補機動作の終了時における前記基準軸の実際の動作量をもとに前記実際の動作量のシフト値を計算するとともに、計算されたシフト値を記憶手段に記憶し、
   前記基準軸の実際の動作量に前記記憶手段に記憶されたシフト値を加算し、その加算された加算値を用いて前記電子カムデータテーブルに定められた補機動作の実行及び移動体の移動を行うことを特徴とする工作機械の制御方法。

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