JP2009294868A - 数値制御装置及び工作機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具の移動にあわせて、振れ止め装置と工具の加工物の長さ方向の相対距離を一定に保つように制御することができる数値制御装置を得ること。
【解決手段】被加工物５２を旋削する工具３１を被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び被加工物５２の振れを止める振れ止め装置４１を被加工物５２の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械の制御する数値制御装置であり、第１の軸駆動系に対して、工具３１を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置４１を工具３１と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させる同期移動処理部１４を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、数値制御（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ；以下ＮＣという）装置に係り、振れ止め装置を有し、工具の移動に対し、振れ止め装置と工具の被加工物の長さ方向の相対距離が同じになるように、振れ止め装置を自動で移動させるＮＣ装置に関するものである。

例えば、旋盤において、長尺の被加工物を旋削する場合には、被加工物の撓みにより加工精度が悪くなるという問題点がある。被加工物の撓みを押さえるため、振れ止め装置を用いるが、振れ止め装置からの離れた場所では、撓みによる加工精度の悪化がみられる。そのため、従来、振れ止め装置を被加工物の長さ方向に複数個設け、撓みが発生しないようにする提案がされている。

しかし、振れ止め装置が被加工物を支えている場所を旋削することは出来ない。そのため、被加工物の長さ方向に複数個設けた振れ止め装置を工具の位置に応じて順次開閉させる制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、制御対象の工作機械が複数の移動軸を有しており、軸の移動範囲が相互に重なるものである場合、相互の軸間での干渉を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平３−３７５０号公報 特開平８−２６３１１４号公報

しかしながら、上記振れ止め装置を被加工物の長さ方向に複数個設ける方法においては、振れ止め装置の数が多いのでコストが増え、さらに、複数の振れ止め装置を開閉させる指令を加工プログラム中に挿入する作業は容易なものではなく改善が望まれていた。

また、上記軸間での干渉を防止する方法は、振れ止め装置に関するものではなく、振れ止め装置が可動範囲から逸脱することを防止できるものではない。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、加工プログラム中に挿入する振れ止め装置の移動指令の数を削減するとともに、例えば、工具の移動にあわせて、振れ止め装置と工具の加工物の長さ方向の相対距離を一定に保つように、振れ止め装置の位置を制御することができる数値制御装置を得ることを目的としている。また、振れ止め装置の可動範囲を設定し、振れ止め装置がこの可動範囲を超えないように、振れ止め装置の位置を制御することができる数値制御装置を得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の数値制御装置は、被加工物を旋削する工具を被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び被加工物の振れを止める振れ止め装置を被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する数値制御装置であり、第１の軸駆動系に対して、工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置を工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させる同期移動処理部を備えたことを特徴とする。

また、本発明の数値制御装置は、予め設定された振れ止め装置の可動範囲を記憶する可動範囲記憶部と、生成された第２の移動指令により移動したと仮定したときの振れ止め装置の移動先位置を仮想位置として記憶する仮想位置記憶部と、仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲外である場合、振れ止め装置の移動量を可動範囲の境界までとする移動制限処理部とをさらに備えたことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の工作機械の制御方法は、被加工物を旋削する工具を被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び被加工物の振れを止める振れ止め装置を被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する制御方法であり、第１の軸駆動系に対して、工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置を工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させることを特徴とする。

また、本発明の工作機械の制御方法は、予め設定された振れ止め装置の可動範囲を記憶しておき、生成された第２の移動指令により移動したと仮定したときの振れ止め装置の移動先位置を仮想位置として記憶し、仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲外である場合、振れ止め装置の移動量を可動範囲の境界までとすることを特徴とする。

この発明によれば、被加工物を旋削する工具を被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び被加工物の振れを止める振れ止め装置を被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する際、第１の軸駆動系に対して、工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置を工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させるので、工具に追従する振れ止め装置の移動指令を容易に生成することができ、加工プログラム中に挿入する振れ止め装置の移動指令の数を削減するとともに、例えば、振れ止め装置と工具の加工物の長さ方向の相対距離を一定に保つように、振れ止め装置の位置を容易に制御することができる、という効果を奏する。

また、予め設定された振れ止め装置の可動範囲を記憶しておき、生成された第２の移動指令により移動したと仮定したときの振れ止め装置の移動先位置を仮想位置として記憶し、仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲外である場合、振れ止め装置の移動量を可動範囲の境界までとするので、振れ止め装置が可動範囲を超えないように制御することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかる実施の形態１の数値制御装置及びこの数値制御装置によって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。図２は、本実施の形態の数値制御装置の構成と比較する目的で示す従来の数値制御装置の一例とこれによって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。図３は、本実施の形態の数値制御装置により、振れ止め装置と工具の被加工物の長さ方向の相対距離が同じになる様子を示す図である。

図１において、この発明の数値制御装置１０Ａは、制御対象の工作機械であるＮＣ旋盤８０を制御する。ＮＣ旋盤８０は、長尺の被加工物５２をくわえるチャック５１を有している。さらに、被加工物５２を旋削する工具（刃物）３１と、この工具３１を被加工物５２の長さ方向（一般にはＺ軸方向）に移動可能に支持するボールスクリュー３２と、このボールスクリュー３２を回転させるサーボモータ３５と、サーボモータ３５のドライブユニット３６とを有している。ボールスクリュー３２、サーボモータ３５及びドライブユニット３６は、工具３１を被加工物５２の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系を構成している。なお、ＮＣ旋盤８０は、工具３１を被加工物５２の長さ方向と直交する方向（一般にはＸ軸方向）に移動させる他の軸駆動系も有しているが図１では省略している。

また、ＮＣ旋盤８０は、旋削の際に被加工物５２に接触して被加工物５２の振れを抑制する振れ止め装置４１と、この振れ止め装置４１を被加工物５２の長さ方向に移動可能に支持するボールスクリュー４２と、このボールスクリュー４２を回転させるサーボモータ４５と、サーボモータ４５のドライブユニット４６とを有している。ボールスクリュー４２、サーボモータ４５及びドライブユニット４６は、振れ止め装置４１を被加工物５２の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系を構成している。なお、ＮＣ旋盤８０は、振れ止め装置４１を被加工物５２の長さ方向と直交する方向に移動させる他の軸駆動系も有しているが省略している。

一方、このＮＣ旋盤８０を制御する数値制御装置１０Ａは、以下の構成を有している。すなわち、加工プログラムを１ブロック毎に解析し、各軸の１ブロックでの移動量を解析するプログラム解析処理部１１と、プログラム解析処理部１１で解析した結果に基づいて、軸毎に補間周期で移動する移動量を計算する補間処理部１２と、補間処理部１２にて、第１の軸駆動系に対して、工具３１を被加工物の長さ方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令を発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置４１を工具３１と同じ方向に同じ移動量だけ移動させる第２の移動指令を発生させる同期移動処理部１４と、これら移動指令をそれぞれドライブユニット３６，４６に送信するサーボ通信処理部１３とを有している。

このように構成された数値制御装置１０Ａは以下のように動作する。
＜ステップ１−１＞
加工プログラム２０には、他動作軸の移動指令とともに、工具３１の移動指令が書き込まれている。振れ止め装置４１の移動指令は書き込まれていない。プログラム解析処理部１１は、加工プログラム２０を読み込み、読み込んだ加工プログラム２０を１ブロック毎に解析し、各駆動軸毎に１ブロックで移動する量を算出する。なお、図２に示す従来の数値制御装置１０Ｃの読み込む加工プログラム２０Ｃには、振れ止め装置４１の移動指令も書き込まれている。

＜ステップ１−２＞
一定周期毎（例えば１０ｍｓ毎；以下、補間周期とする）で起動される補間処理部１２は、ステップ１−１でプログラム解析処理部１１が解析した結果を用い、軸毎に補間周期で移動する移動量（以下、ＦΔＴとする）を計算する。

＜ステップ１−３＞
補間処理部１２に引き続いて起動される同期移動処理部１４では、ステップ１−２で工具３１に被加工物５２の長さ方向のＦΔＴが算出された場合、振れ止め装置４１の移動量として工具３１と同じ被加工物の長さ方向のＦΔＴを生成する。

＜ステップ１−４＞
一定周期毎（例えば５ｍｓ毎）で起動されるサーボ通信処理部１３では、ステップ１−２、ステップ１−３で算出されたＦΔＴに加減速を加え、ドライブユニット３６，４６に送信する。

以上のように、本実施の形態の数値制御装置１０Ａによれば、加工プログラム中に振れ止め装置４１の移動指令をプログラミングしなくとも、同期移動処理部１４が、工具３１と同じ被加工物５２の長さ方向のＦΔＴを作成する。これにより振れ止め装置４１は、図３に示すように、工具３１との被加工物５２の長さ方向の相対距離Ｄ１を一定に保つように移動する。

一方、図２に示す従来の数値制御装置１０Ｃによれば、同期移動処理部１４、及びステップ１−３の動作がないため、振れ止め装置４１が工具３１との被加工物５２の長さ方向の相対距離を一定に保つように、加工プログラム中に予め振れ止め装置４１の移動指令をプログラミングしなければならず、この作業は容易ではない。

以上のように本実施の形態の数値制御装置は、第１の軸駆動系に対して、工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置を工具と同じ方向に同じ移動量だけ移動させる第２の移動指令を発生させる同期移動処理部を備えているので、被加工物を旋削する工具を被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び被加工物の振れを止める振れ止め装置を被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する際、第１の軸駆動系に対して、工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、第２の軸駆動系に対して、振れ止め装置を工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させるので、工具に追従する振れ止め装置の移動指令を容易に生成することができ、加工プログラム中に挿入する振れ止め装置の移動指令の数を削減するとともに、例えば、振れ止め装置と工具の加工物の長さ方向の相対距離を一定に保つように、振れ止め装置の位置を容易に制御することができる。なお、本実施の形態の同期移動処理部は、振れ止め装置を工具と同じ方向に同じ移動量だけ移動させる第２の移動指令を発生させるが、この第２の移動指令は、必ずしも工具と同じ移動量でなくてよく、同じ方向の移動指令であれば所定の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明にかかる実施の形態２の数値制御装置及びこの数値制御装置によって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。図５は、仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲外である場合、振れ止め装置の移動量を可動範囲の境界までとする様子を示す図である。図６は、可動範囲外にある仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲内である場合、振れ止め装置の移動量が可動範囲の境界からの距離だけとなる様子を示す図である。図７は、本実施の形態の数値制御装置により、振れ止め装置が可動範囲を超えないように制御される様子を示す図である。

本実施の形態の数値制御装置１０Ｂにおいては、実施の形態１の構成にくわえて以下が追加されている。すなわち、予め設定された振れ止め装置４１の可動範囲を記憶する可動範囲記憶部１６と、同期移動処理部１４により生成された振れ止め装置４１の移動指令により、振れ止め装置４１が移動したと仮定したときの振れ止め装置４１の移動先位置を仮想位置として記憶する仮想位置記憶部１７と、この仮想位置に移動量を加算した振れ止め装置４１の移動先位置が、可動範囲記憶部１６に記憶した可動範囲外である場合、振れ止め装置４１の移動量を可動範囲の境界までとする移動制限処理部１５とが追加されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態の数値制御装置１０Ｂにおいては、以下のように動作する。
＜ステップ２−１＞
予め、振れ止め装置４１の可動範囲を可動範囲記憶部１６に設定する。

＜ステップ２−２＞
プログラム解析処理部１１で加工プログラムを１ブロック毎に解析し、軸毎に１ブロックで移動する量を算出する。

＜ステップ２−３＞
補間周期毎に起動される補間処理部１２は、ステップ２−２でプログラム解析処理部１１で解析した結果を使い、軸毎に補間周期で移動するＦΔＴを計算する。

＜ステップ２−４＞
補間処理部１２に引き続いて起動される同期移動処理部１４では、ステップ２−２で工具３１に被加工物５２の長さ方向のＦΔＴが算出された場合、振れ止め装置４１の移動量として工具３１と同じ被加工物の長さ方向のＦΔＴを生成する。

＜ステップ２−５＞
同期移動処理部１４に引き続いて実行される移動制限処理部１５では、ステップ２−４で算出した振れ止め装置４１の被加工物５２の長さ方向のＦΔＴ、仮想位置記憶部１７に記憶された振れ止め装置４１の被加工物５２の長さ方向のＦΔＴを累積して作成された仮想位置、可動範囲記憶部１６に設定された可動範囲の状態から、振れ止め装置４１が実際に補間周期で移動する移動量（以下、ＦΔＴｒとする）を算出する。

［状態１］
仮想位置、仮想位置にＦΔＴを加算した位置の双方が可動領域内の場合、ステップ２−４で作成された振れ止め装置の被加工物の長さ方向のＦΔＴをそのままＦΔＴｒとする。

［状態２］
仮想位置が可動範囲内で、仮想位置にＦΔＴを加算した位置が可動範囲外の場合（図５）、仮想位置から可動範囲の境界までの距離（図５のＦΔＴ２）を、ＦΔＴｒとする。

［状態３］
仮想位置が可動範囲外で、仮想位置にＦΔＴを加算した位置が可動範囲内の場合（図６）、可動範囲の境界から仮想位置にＦΔＴを加算した位置までの距離（図６のＦΔＴ２）を、ＦΔＴｒとする。

［状態４］
仮想位置、仮想位置にＦΔＴを加算した位置の双方が可動範囲外の場合、ＦΔＴｒはゼロとする。

＜ステップ２−６＞
移動制限処理部１５で、ステップ２−４で算出された振れ止め装置の被加工物の長さ方向ＦΔＴを、仮想位置記憶部１７に記憶されているもの加算する。これによりステップ２−５で使用される仮想位置が更新される。

＜ステップ２−７＞
一定周期毎（例えば５ｍｓ毎）で起動されるサーボ通信処理部では、ステップ２−３で算出された工具のＦΔＴ、ステップ２−５で算出されたＦΔＴｒに加減速を加え、ドライブユニット３６，４６に送信する。

ステップ２−５で作成される振れ止め装置４１の仮想位置は、振れ止め装置４１の工具３１との被加工物５２の長さ方向の相対距離を一定に保つ位置となる。本実施の形態によれば、移動制限処理部１５において、実際の振れ止め装置４１の移動を可動範囲内に制限する。これにより、図７に示すように、あらかじめ設定された可動範囲内に限り、振れ止め装置４１は工具３１との相対距離Ｄ１を一定に保つように移動する。振れ止め装置４１は可動範囲から出ることはないので、結果として工具３１との相対距離Ｄ２は広がる。

この発明にかかる数値制御装置及び工作機械の制御方法は、振れ止め装置を有し、長尺の被加工物を加工できるＮＣ旋盤に用いる数値制御装置及び工作機械の制御方法として用いられるのに適している。

この発明にかかる実施の形態１の数値制御装置及びこの数値制御装置によって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。 実施の形態１の数値制御装置の構成と比較する目的で示す従来の数値制御装置の一例とこれによって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。 実施の形態１の数値制御装置により、振れ止め装置と工具の被加工物の長さ方向の相対距離が同じになる様子を示す図である。 この発明にかかる実施の形態２の数値制御装置及びこの数値制御装置によって制御されるＮＣ旋盤の要部構成図である。 仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲外である場合、振れ止め装置の移動量を可動範囲の境界までとする様子を示す図である。 可動範囲外にある仮想位置に第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、可動範囲内である場合、振れ止め装置の移動量が可動範囲の境界からの距離だけとなる様子を示す図である。 実施の形態２の数値制御装置により、振れ止め装置が可動範囲を超えないように制御される様子を示す図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 数値制御装置
１１ プログラム解析処理部
１２ 補間処理部
１３ サーボ通信処理部
１４ 同期移動処理部
１５ 移動制限処理部
１６ 可動範囲記憶部
１７ 仮想位置記憶部
３１ 工具
３２，４２ ボールスクリュー
３５，４５ サーボモータ
３６，４６ ドライブユニット
４１ 振れ止め装置
５１ チャック
５２ 被加工物
８０ ＮＣ旋盤

Claims (5)

1. 被加工物を旋削する工具を該被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び前記被加工物の振れを止める振れ止め装置を前記被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する数値制御装置であり、
   前記第１の軸駆動系に対して、前記工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、前記第２の軸駆動系に対して、前記振れ止め装置を前記工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させる同期移動処理部を
   備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 予め設定された前記振れ止め装置の可動範囲を記憶する可動範囲記憶部と、
   生成された前記第２の移動指令により移動したと仮定したときの前記振れ止め装置の移動先位置を仮想位置として記憶する仮想位置記憶部と、
   前記仮想位置に前記第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、前記可動範囲外である場合、該振れ止め装置の移動量を前記可動範囲の境界までとする移動制限処理部と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 加工プログラムを読み込んで１ブロック毎に解析し、各軸の１ブロックでの移動量を解析するプログラム解析処理部と、
   前記プログラム解析処理部で解析した結果に基づいて、軸毎に補間周期で移動する移動量を計算する補完処理部とをさらに備え、
   前記同期移動処理部は、前記補完処理部にて、前記第１の移動指令が発生したとき、前記第２の移動指令を発生させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。
4. 被加工物を旋削する工具を該被加工物の長さ方向に移動させる第１の軸駆動系、及び前記被加工物の振れを止める振れ止め装置を前記被加工物の長さ方向に移動させる第２の軸駆動系とを有する工作機械を制御する制御方法であり、
   前記第１の軸駆動系に対して、前記工具を所定の方向に所定の移動量だけ移動させる第１の移動指令が発生したとき、前記第２の軸駆動系に対して、前記振れ止め装置を前記工具と同じ方向に移動させる第２の移動指令を発生させる
   ことを特徴とする工作機械の制御方法。
5. 予め設定された前記振れ止め装置の可動範囲を記憶しておき、
   生成された前記第２の移動指令により移動したと仮定したときの前記振れ止め装置の移動先位置を仮想位置として記憶し、
   前記仮想位置に前記第２の移動指令を加算した振れ止め装置の移動先位置が、前記可動範囲外である場合、該振れ止め装置の移動量を前記可動範囲の境界までとする
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械の制御方法。

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