JP2013206330A - 工作機械及び工作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度を指定した主軸の回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる工作機械及び工作方法を提供する。
【解決手段】マシニングセンタは主軸の位置が位置決め指令（Ｚ軸方向）により指定された位置に達したと判定した場合、主軸センサにより検出した主軸の回転速度が回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値に達したか否かを判定する。マシニングセンタはＳ指令値に達していないと判定した場合、回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値、主軸センサにより検出した主軸の回転速度、及び切削送り指令「Ｇ８１」により指定されたＦ指令値に基づいて送り速度を決定する。マシニングセンタは決定した送り速度により切削送り指令「Ｇ８１」に係る主軸の移動を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、ユーザが作成した加工プログラムに従って種々の加工及び工具交換等を行う工作機械及び工作方法に関する。

一般にマシニングセンタ（工作機械）は、フライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。工作機械は、複数種の工具を収容しておくための収容部と、主軸に装着された工具を収容部に収容された工具に交換するための機構とを備えており、目的の加工に応じて工具を交換しながら、種々の加工を連続的に行っている。ワークに対する加工内容は予めユーザが作成した加工プログラムとして与えられる。工作機械は、加工プログラムに含まれる主軸の移動命令、主軸の回転命令、加工位置の指定及び工具交換命令等の種々の命令を順に読み出して実行することにより、ワークに対する一連の加工を実現する。

特許文献１においては、工具が装着された主軸ヘッドを加工領域及び交換領域の間でＺ軸方向に移動させて夫々ワークの加工及び工具交換を行う工作機械が記載されている。この工作機械は、主軸ヘッドが加工領域と交換領域との間の同時動作開始位置に到達した時点で、加工位置への移動を開始する。主軸ヘッドがＺ軸原点に達した時点で加工位置への移動を開始する従来の工作機械と比較して、特許文献１の工作機械は、早い時点で加工位置への移動を完了させることができる。特許文献１に記載の工作機械では、同時動作開始位置を加工プログラムにて指定することができる。

特開平１１−４８０７２号公報

従来、工作機械の加工プログラムでは、工具交換命令と共に（又は工具交換命令の後に）、主軸の回転速度（又は単位時間当たりの回転数）を指定して工具が交換された主軸を回転させる回転命令を記載することができる。工作機械は、工具交換命令に従って工具交換を行った後、回転命令に従って主軸の回転を開始する。このときに、従来の工作機械は、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したことを確認した後、加工プログラムの次の命令に係る処理を行っていた。主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでにはある程度の時間を要するので、この待ち時間が工作時間を長期化させるという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回転速度を指定した主軸の回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる工作機械及び工作方法を提供することにある。

本発明に係る工作機械は、工具が装着されて回転する主軸と、該主軸の回転速度を検出する検出手段と、工作に係る指令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した指令に係る処理を実行する処理手段とを備え、該処理手段により処理を実行して被加工物を前記工具により加工する工作機械において、前記主軸の回転速度を指定した回転指令及び前記主軸の位置を指定した位置決め指令を前記処理手段により実行している間に、前記取得手段が前記主軸の送り速度を指定した加工指令を取得した場合、前記主軸の位置が前記位置決め指令により指定された位置に達したか否かを判定する位置判定手段と、該位置判定手段が指定された位置に達したと判定した場合、前記検出手段により検出した回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達したか否かを判定する速度判定手段と、該速度判定手段が指定された回転速度に達していないと判定した場合、前記回転指令により指定された回転速度、前記検出手段により検出した回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて送り速度を決定する決定手段とを備え、前記処理手段は、前記決定手段により決定した送り速度により前記加工指令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記決定手段が、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、前記検出手段により検出した回転速度を乗じた値以下に送り速度を決定することを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記決定手段が、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、前記検出手段により検出した回転速度を乗じた値に送り速度を決定することを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、前記決定手段が、前記主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度となる時点に前記加工指令により指定された送り速度になるように、送り速度に係る加速度を決定することを特徴とする。

本発明に係る工作方法は、工具が装着されて回転する主軸を有する工作機械に対して、工作に係る指令を取得し、取得した指令に係る処理を実行して被加工物を加工する工作方法において、前記主軸の回転速度を指定した回転指令及び前記主軸の位置を指定した位置決め指令を処理している際に、前記主軸の送り速度を指定した加工指令を取得した場合、前記主軸の位置が前記位置決め指令により指定された位置に達したか否かを判定し、前記主軸の位置が指定された位置に達したと判定した場合、前記主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達したか否かを判定し、前記主軸の回転速度が指定された回転速度に達していないと判定した場合、前記回転指令により指定された回転速度、前記主軸の回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて送り速度を決定し、決定した送り速度により前記加工指令に係る前記主軸の移動を行うことを特徴とする。

本発明にあっては、工作機械は主軸に工具を装着して回転させ、検出手段により主軸の回転速度を検出する。工作機械は取得手段により工作に係る指令を取得し、処理手段により指令に係る処理を実行して被加工物を工具により加工する。工作機械は主軸の回転速度を指定した回転指令及び主軸の位置を指定した位置決め指令を処理手段により実行している間に、取得手段が主軸の送り速度を指定した加工指令を取得した場合、主軸の位置が前記位置決め指令により指定された位置に達したか否かを位置判定手段により判定する。位置判定手段が指定された位置に達したと判定した場合、検出手段により検出した回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達したか否かを速度判定手段により判定する。速度判定手段が指定された回転速度に達していないと判定した場合、前記回転指令により指定された回転速度、検出手段により検出した回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて決定手段により送り速度を決定する。処理手段は、決定手段により決定した送り速度により前記加工指令に係る主軸の移動を行う。これにより、主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達していない場合にも、前記加工指令に係る主軸の移動を行って被加工物を加工するので、回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減する。

また本発明にあっては、決定手段により、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、検出手段により検出した回転速度を乗じた値以下に送り速度を決定する。前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値は、切削条件としての工具の１回転あたりの送り量に相当し、この切削条件以下で工具を移動させることにより、工具にかかる負担を増大させることなく加工を行うことができる。

また本発明にあっては、決定手段により、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、検出手段により検出した回転速度を乗じた値に送り速度を決定する。前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値としての切削条件で工具を移動させることにより工作時間を短縮することができる。

また本発明にあっては、決定手段により、主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度となる時点に前記加工指令により指定された送り速度になるように、送り速度に係る加速度を決定する。決定した加速度によって、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値としての切削条件以下となる主軸の送り速度を簡便に決定できる。

本発明による場合は、主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達していない場合にも、前記回転指令により指定された回転速度、検出手段により検出した回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて決定手段により送り速度を決定し、決定した送り速度により前記加工指令に係る主軸の移動を行うので、回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる。

マシニングセンタの外観を示す斜視図である。 マシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。 マシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。 ＥＥＰＲＯＭに記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。 マシニングセンタの動作を説明するための模式図である。 マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。 マシニングセンタの動作を説明するためのタイミングチャートである。 変形例に係る加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。 変形例に係るマシニングセンタの動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１はマシニングセンタ（工作機械）の外観を示す斜視図であり、図２はマシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。本実施形態に係るマシニングセンタは、被加工物であるワーク（図示略）と工具とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、フライス削り、穴あけ、切削等）を施すことができる工作機械である。マシニングセンタは金属製の基台１を備え、基台１の下部の四隅夫々には脚部が設けられ、該脚部が床面等に設置されることによりマシニングセンタが設置される。基台１はマシニングセンタの前後方向に長い直方体状の鋳造品である。

基台１は後部上にコラム座部３が設けてある。コラム座部３には鉛直上方へ延びる柱状のコラム４が立設してある。コラム４は前面に沿って上下移動可能に主軸ヘッド５を支持する。主軸ヘッド５は加工用の工具６が装着される主軸５Ａと、主軸５Ａに装着された工具６を他の工具６に交換するための工具交換機構７とを備える。コラム４の上部にはＺ軸モータ４４（図３参照）が設けてあり、Ｚ軸モータ４４の駆動によって主軸ヘッド５を上下に移動させることができる。

主軸ヘッド５は加工軸に相当する主軸５Ａを回転可能に支持しており、主軸５Ａを回転駆動するための主軸モータ４１（図３参照）を上部に備える。主軸５Ａの下端には工具６が着脱可能に装着され、主軸５Ａが主軸モータ４１により回転駆動されることによって工具６が回転し、後述するテーブル８に固定したワークの加工が行われる。主軸５Ａは主軸ヘッド５の上下移動によって上方の交換位置と下方の加工位置との間を移動する。工具交換機構７は工具６を保持する工具ホルダを複数格納する工具マガジン１４と、主軸５Ａに装着された工具ホルダ及び工具マガジン１４に格納された他の工具ホルダを把持して搬送し、工具交換を行う工具交換アーム１５とを備えている。

基台１は主軸ヘッド５の下方位置に当たる前部上に、ワークを着脱可能に固定することができるテーブル８を支持している。テーブル８はサーボモータであるＸ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３（図３参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）へ移動制御される。詳しくは、直方体状の支持台１０がテーブル８の下側に設けてあり、支持台１０上にＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドを設け、該Ｘ軸送りガイド上にテーブル８を移動可能に支持している。基台１は長手方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる１対のＹ軸送りガイドを支持し、該Ｙ軸送りガイド上に支持台１０を移動可能に支持している。基台１上に設けたＹ軸モータ４３はＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に支持台１０を移動させる。支持台１０上に設けたＸ軸モータ４２はＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向にテーブル８を移動させる。

Ｘ軸送りガイドには、移動方向に収縮可能なカバー１１、１２がテーブル８の左右両側に設けてある。Ｙ軸送りガイドには、カバー１３とＹ軸後カバーとが、支持台１０の前後に夫々設けてある。テーブル８及び支持台１０が夫々何れかの方向に移動した場合でも、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドは常にカバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーによって覆われる。カバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーは、ワークの加工領域から飛散する切粉等がＸ軸送りガイド及びＹ軸送りガイド等へ落下することを防止する。

制御ボックス９はコラム４の背面側に設けられており、内部にマシニングセンタの動作を制御するための制御部２０（図３参照）を収容している。図３はマシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。マシニングセンタの制御部２０はＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＥＥＰＲＯＭ２４、入力インタフェース２５及び出力インタフェース２６等により構成されている。

ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２に記憶された制御プログラムをＲＡＭ２３に読み出して実行することにより、ワークの加工処理及び工具交換処理等を行う。ＲＯＭ２２はマスクＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリ素子であり、ＣＰＵ２１にて実行される制御プログラム及び処理に必要な各種のデータ等が予め記憶されている。ＲＡＭ２３はＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等のメモリ素子であり、ＲＯＭ２２から読み出した制御プログラム及び処理過程で発生した種々のデータ等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ２４はデータ書き換えが可能な不揮発性のメモリ素子であり、処理に必要な各種のデータが記憶される。特に本実施形態においては、ワークに対する加工手順及び加工条件等が記載された加工プログラム（後述）がＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。尚ＥＥＰＲＯＭ２４に代えて、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ素子を使用してもよい。

マシニングセンタは入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４等を備えており、これらが制御部２０の入力インタフェース２５に接続されている。入力装置３１はキーボード又はタッチパネル等を用いたものであり、ユーザの操作を受け付ける。アームセンサ３２は工具交換アーム１５が原点（最も上側の位置）まで上昇したか否かを検出する。Ｚ軸センサ３３は主軸５ＡのＺ方向位置を検出する。主軸センサ３４は主軸５Ａの回転速度を検出する。入力インタフェース２５は入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４から出力される情報をＣＰＵ２１へ与える。尚、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４の代わりに、Ｚ軸モータ４４及び主軸モータ４１のフィードバック情報を使用してもよい。

マシニングセンタは主軸モータ４１、Ｘ軸モータ４２、Ｙ軸モータ４３、Ｚ軸モータ４４、工具交換モータ４５及び表示装置４６等を備えており、これらが制御部２０の出力インタフェース２６に接続されている。主軸モータ４１は主軸５Ａを回転させる。主軸モータ４１の駆動により主軸５Ａが回転し、主軸５Ａに装着された工具６によりワークを加工する。Ｘ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３はテーブル８をＸ方向及びＹ方向へ移動させる。Ｚ軸モータ４４はコラム４に対して主軸ヘッド５を鉛直方向へ上下移動させる。工具交換モータ４５は主軸５Ａに対する工具６の着脱、並びに、工具交換アーム１５の上下動、回転及び工具６の把持等の工具交換動作を行う。表示装置４６は液晶パネル等であり、マシニングセンタの動作状態及びユーザに対するメッセージ等を表示する。

図４はＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。図５は図４の加工プログラムによるマシニングセンタの動作を説明するための模式図である。加工プログラムは、ワークに対する加工内容に応じてユーザが予め作成し、ＥＥＰＲＯＭ２４に予め記憶されるものである。マシニングセンタのＣＰＵ２１は加工プログラムを一行ずつ順に読み込むことによって、各行に記載された指令を取得し、順に処理していく。例えば図示の加工プログラムのＮ１行目に記載された「Ｇ１００」は工具交換指令を示し、「Ｔ１」は次に主軸５Ａに装着する工具６の識別番号が１番であることを示し、「Ｘ−６２．０」は工具交換後のＸ軸方向の待機位置、「Ｙ−２２．０」は工具交換後のＹ軸方向の待機位置を示している。尚、各数値の単位はｍｍである。工具交換指令により、ＣＰＵ２１は識別番号が１番の工具６に工具交換を行い、Ｘ座標−６２．０、Ｙ座標−２２．０の位置に主軸５Ａを移動して待機する処理を実行する。

Ｎ１行目には、工具交換指令に続いて主軸５Ａの回転指令「Ｍ０３」が記載されている。「Ｓ２５０００」は主軸５Ａの回転速度を２５０００回転／分に指定している。「Ｚ２０．０」はＺ座標２０．０の位置に主軸５Ａを移動する位置決め指令である。尚、工具交換指令、主軸の回転指令及び位置決め指令は加工プログラム中で同一行に記載せず、別の行に記載してもよい。

またＮ２行目に記載された「Ｇ８１」は加工指令の一つである切削送り指令である。「Ｚ−３．０」は切削送りのＺ座標の目標点であり、「Ｒ２０．０」は切削送りのＺ座標の開始点を示している。工具６を回転指令「Ｍ０３」により回転させ、切削送り指令「Ｇ８１」によりＺ方向に工具を送ることにより、穴あけ等のドリル加工を行う。上述の位置決め指令によりＺ座標２０．０に工具６を位置決めしているので、位置決め後の工具の位置が「Ｒ２０．０」が示す切削送りの開始点（以下、Ｒ点と表記する。）となっている。「Ｆ２０００」は送り速度を２０００ｍｍ／分を指定している。尚、加工プログラムは上述の指令以外にもクーラント吐出指令等を含んでいるが簡潔のため図４では省略している。

従来のマシニングセンタは、Ｎ１行目の主軸５Ａの回転指令「Ｍ０３」及び位置決め指令「Ｚ２０．０」が完了した後、Ｎ２行目の切削送り指令「Ｇ８１」を実行する手順としていた。この従来の手順では、Ｒ点への位置決めが完了したときに、主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」で指定された２５０００回転／分に達していなければ、指定された回転速度になるまで切削送り指令を実行せず待機するため、待機時間の分だけ工作時間がかかってしまい加工効率が落ちる。これに対して、本実施の形態に係るマシニングセンタは、Ｒ点への位置決めが完了したときに、主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」で指定された２５０００回転／分に達していない場合でも、送り速度を適切な値に決定して切削送り指令を実行する手順としている。

主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」で指定された回転速度に達していない場合に、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａの送り速度を、回転指令「Ｍ０３」で指定された回転速度をＳ指令値、切削送り指令「Ｇ８１」で指定された送り速度をＦ指令値として、次の式によるＦ’値以下に決定する。
Ｆ’＝（Ｆ指令値）×（現在の主軸回転速度）／（Ｓ指令値） ・・・（１）

上記の（１）式によれば、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していれば、Ｆ’値はＦ指令値と等しくなるが、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していなければ、Ｆ’値はＦ指令値に（現在の主軸回転速度）／（Ｓ指令値）を乗じた値であるから、Ｆ指令値より小さい値となる。このように主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していない場合には、Ｓ指令値に対する現在の主軸回転速度の比の値をＦ指令値に乗じて得られるＦ’値を上限としている。

仮に、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していないにも関わらず、Ｆ指令値に等しい送り速度で切削送りを実行すると、切削抵抗が大きくなるために、加工面精度の低下、工具６刃先の損傷等が生じる可能性がある。これを回避するために本実施形態では、ＣＰＵ２１はＦ’値以下に送り速度を決定する。

また式（１）の右辺は、次の式のように書き表すことができる。
Ｆ’＝｛（Ｆ指令値）／（Ｓ指令値）｝×（現在の主軸回転速度） ・・・（２）
右辺の（Ｆ指令値）／（Ｓ指令値）は、各指令値に基づく切削条件として、主軸１回転あたりの送り量を表しており、ＣＰＵ２１がＦ’値以下の送り速度を決定するということは、切削条件以下で工具を使用することを意味している。

加工プログラムの処理及びマシニングセンタの動作について、更に具体的に説明する。図６はマシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートであり、図７はマシニングセンタの動作を説明するためのタイミングチャートである。図７の上段には主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度が示してあり、下段には主軸５Ａの回転速度が示してある。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラム（図４参照）を順次読み込んで工作に係る指令を取得する。まずＣＰＵ２１は加工プログラムのＮ１行目にて工具交換指令「Ｇ１００」を取得し、工具交換処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、Ｚ軸モータ４４を駆動して主軸５ＡをＺ軸方向の工具交換位置まで上昇させ、工具交換モータ４５を駆動して工具交換を行う。ＣＰＵ２１は工具交換指令にて指定されたＸ座標−６２．０、Ｙ座標−２２．０の位置に主軸５Ａを移動して待機させる処理を実行する。

次にＣＰＵ２１は加工プログラムのＮ１行目に記述された主軸５Ａの回転指令「Ｍ０３」及びＺ軸位置決め指令「Ｚ２０．０」の処理を開始する（ステップＳ２）。ＣＰＵ２１は回転指令「Ｍ０３」に基づき主軸モータ４１の駆動を開始し（ｔs 時点：図７参照）、主軸５Ａの回転速度を略一定の加速度で上昇させる。主軸モータ４１の駆動開始後、ＣＰＵ２１はＺ軸位置決め指令「Ｚ２０．０」に基づきＺ軸モータ４４を駆動して主軸５ＡをＺ座標２０．０へ向けて移動させる。

ＣＰＵ２１はステップＳ２による回転指令「Ｍ０３」及びＺ軸位置決め指令「Ｚ２０．０」の処理を開始後、ステップＳ３により次に読み込む指令が切削送り指令「Ｇ８１」であるか否かを判定する。ＣＰＵ２１は加工プログラムのＮ２行目を読み込み、取得した指令が切削送り指令「Ｇ８１」ではない場合（Ｓ３：ＮＯ）、図６に示す後続する処理は行わずに終了し、読み込んだ指令を実行する処理に移る。尚、ＣＰＵ２１は加工プログラムのＮ２行目から取得した指令が例えばクーラント吐出指令等の加工前の準備指令であるような場合には、終了処理せずに更に加工プログラムの次の行を読み込んでステップＳ３による判定を行うようにしてもよい。

ＣＰＵ２１は加工プログラムのＮ２行目を読み込んで取得した指令が切削送り指令「Ｇ８１」であった場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４により主軸５ＡがＲ点（Ｚ座標２０．０）に到達したか否かを判定する。ステップＳ４による判定の結果、到達していない場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ４の判定を繰り返す。ステップＳ４により、到達したと判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は切削送り時の許容最大加速度αをＥＥＰＲＯＭ２４から取得する（ステップＳ５）。

次にＣＰＵ２１はステップＳ６で主軸センサ３４により検出される主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さいか否か判定する。図７に示すタイミングチャートの場合、主軸５ＡのＲ点への位置決めが完了したｔr 時点で主軸５Ａの回転速度は上昇途中であり、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していない。ステップＳ６による判定の結果、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さい場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１はステップＳ７により上述の式（１）に基づきＦ’値を算出する。ＣＰＵ２１はステップＳ８により、現在のＺ軸方向への主軸５Ａの送り速度に許容最大加速度αを加えた値がステップＳ７で算出したＦ’値より小さいか否かを判定する。ステップＳ８による判定の結果、現在のＺ軸方向への主軸５Ａの送り速度に許容最大加速度αを加えた値がＦ’値以上である場合（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１はステップＳ９により現在のＺ軸方向への主軸５Ａの送り速度がＦ’値となるように許容最大加速度αを再計算する。

ステップＳ８による判定の結果、現在のＺ軸方向への主軸５Ａの送り速度に許容最大加速度αを加えた値がＦ’値より小さい場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、及びステップＳ９の処理後、ＣＰＵ２１はステップＳ１０により現在のＺ軸方向への主軸５Ａの送り速度に再計算した許容最大加速度αを加えた値を新たな送り速度に決定し、切削送りに係る主軸５Ａの移動（切削移動）を実行し、ステップＳ６へ戻る。ステップＳ６の判定がＹＥＳとなってステップＳ７からステップＳ１０までの処理を繰り返すことによって、ｔr 時点から主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度を許容最大加速度αで上昇させる。主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度は、許容最大加速度αで上昇させるとＦ’値に急速に近づき図７に示すｔx 時点で等しくなる。ｔx 時点から後述するｔf 時点まで、ステップＳ７からステップＳ１０までの処理を繰り返すことによって、主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度はＦ’値で推移する。

ステップＳ６による判定の結果、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さくなくなった場合（Ｓ６：ＮＯ）、即ち図７に示すｔf 時点でＣＰＵ２１は主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度をＦ指令値とし、切削送り処理を実行する（ステップＳ１１）。ＣＰＵ２１は目標とするＺ座標−３．０に近づくと送り速度の減速処理を実行する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ２１は主軸５ＡがＺ座標−３．０に達するとＺ軸方向への主軸５Ａの送りを停止する停止処理を実行し（ステップＳ１３）、ｔz1時点において主軸５Ａを停止し、処理を終了する。

比較のため、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値の９０％になった時点で切削送りを開始する場合のタイミングチャートを図７に一点鎖線で示す。主軸５Ａの回転速度がＳ指令値の９０％となるｔe 時点から主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度を許容最大加速度αで上昇させて切削送りを実行し、上述のｔz1時点よりも遅いｔz2時点において完了する。更に主軸５Ａの回転速度がＳ指令値と等しくなった時点から切削送りを開始する場合には完了時点ｔz2は更に遅い時点となる。

以上のとおり本実施形態によれば、マシニングセンタは主軸５Ａに工具６を装着して回転させ、主軸センサ３４により主軸５Ａの回転速度を検出する。マシニングセンタはＣＰＵ２１によりＥＥＰＲＯＭ２４から加工プログラムを読み込んで工作に係る指令を取得する。ＣＰＵ２１は工具交換指令「Ｇ１００」、主軸５Ａの回転指令「Ｍ０３」、Ｚ軸位置決め指令「Ｚ２０．０」、加工指令である切削送り指令「Ｇ８１」等の指令に係る処理を実行してワークを工具６により加工する。ＣＰＵ２１は、主軸５Ａの回転速度を指定した回転指令「Ｍ０３」及び主軸５Ａの位置を指定した位置決め指令「Ｚ２０．０」に係る処理を実行している間に、主軸５Ａの送り速度を指定した切削送り指令「Ｇ８１」を取得した場合、主軸５Ａの位置が位置決め指令「Ｚ２０．０」により指定された位置に達したか否かを判定する。ＣＰＵ２１は指定された位置に達したと判定した場合、主軸センサ３４により検出した主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」により指定された回転速度に達したか否かを判定する。ＣＰＵ２１は回転速度に達していないと判定した場合、回転指令「Ｍ０３」により指定された回転速度（Ｓ指令値）、検出手段により検出した回転速度、及び切削送り指令「Ｇ８１」により指定された送り速度（Ｆ指令値）に基づいて、送り速度を決定する。ＣＰＵ２１は、決定した送り速度により切削送り指令「Ｇ８１」に係る主軸５Ａの移動を行う。これにより、主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値に達していない場合にも、切削送り指令「Ｇ８１」に係る主軸５Ａの移動を行ってワークを加工するので、回転指令「Ｍ０３」を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる。

また本実施形態によれば、ＣＰＵ２１は、回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値に対する切削送り指令「Ｇ８１」により指定されたＦ指令値の比の値に、主軸センサ３４により検出した主軸５Ａの回転速度を乗じた値、即ち上述の式（１）及び式（２）に示すＦ’値以下に送り速度を決定する。図７に示すｔr 時点からｔf 時点まではＦ’値以下に送り速度が決定されている。Ｓ指令値に対するＦ指令値の比の値は、切削条件としての工具の１回転あたりの送り量に相当する。この切削条件以下で工具を移動させることにより、工具にかかる負担を増大させることなく加工を行うことができる。

また本実施形態によれば、ＣＰＵ２１は、回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値に対する切削送り指令「Ｇ８１」により指定されたＦ指令値の比の値に、主軸センサ３４により検出した主軸５Ａの回転速度を乗じた値、即ち上述の式（１）及び式（２）に示すＦ’値に送り速度を決定する。図７に示すｔx 時点からｔf 時点まではＦ’値に送り速度が決定されている。Ｆ’値で工具６を移動させることにより工作時間を短縮することができる。

（変形例）
上述の実施の形態においては、Ｒ点への位置決めが完了したｔr 時点から主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を許容最大加速度αで上昇させたが、ｔr 時点から主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を上昇させる方法はこれに限るものではない。以下に示す変形例では、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値となる時点ｔf を推測し、一定加速度で主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を上昇させて、時点ｔf で送り速度がＦ指令値となるようにＣＰＵ２１が処理を実行する。

図８は変形例に係るマシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートであり、図９は変形例に係るマシニングセンタの動作を説明するためのタイミングチャートである。図９の上段には主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度が示してあり、下段には主軸５Ａの回転速度が示してある。まず、図９を参照して、ＣＰＵ２１がｔr 時点から主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を上昇させる際の送り速度の決定方法について説明する。

主軸５Ａの回転速度がリニアに上昇するとすれば、Ｒ点への位置決めが完了したｔr 時点において、次の式が成り立つ。
ｔf −ｔs ＝（ｔr −ｔs ）×（Ｓ指令値）／（ｔr 時点の主軸回転速度）・・（３）
また、計算のために次の関係式を用いる。
ｔf −ｔr ＝（ｔf −ｔs ）−（ｔr −ｔs ） ・・・（４）
ＣＰＵ２１はｔr 時点から主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を上昇させる際に、次の式により算出される加速度Ａf を用いて、送り速度を決定する。
Ａf ＝（Ｆ指令値）／（ｔf −ｔr ） ・・・（５）

まず、式（３）において、時点ｔs 、Ｓ指令値、ｔr 時点の主軸回転速度は既知となるので、左辺の（ｔf −ｔs ）は算出することができる。算出した（ｔf −ｔs ）、更にｔr 、ｔs の値を式（４）の右辺に代入すれば、左辺の（ｔf −ｔr ）が算出できる。算出した（ｔf −ｔr ）、及びＦ指令値を式（５）の右辺に代入すれば、加速度Ａf を算出できる。ＣＰＵ２１は算出した加速度Ａf に基づいてｔr 時点からｔf 時点までの期間において主軸５ＡのＺ軸方向への送り速度を決定するが、決定された送り速度は、式（１）及び式（２）に示すＦ’値以下となる。

具体的にマシニングセンタの動作を図８に示す処理手順に従って説明する。ステップＳ２１、からステップＳ２４までの処理は、図６に示すステップＳ１からステップＳ４までの処理と同様であるので、簡潔のため説明を省略する。

ＣＰＵ２１はステップＳ２５で主軸センサ３４により検出される主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さいか否か判定する。図９に示すタイミングチャートの場合、主軸５ＡのＲ点への位置決めが完了したｔr 時点で主軸５Ａの回転速度は上昇途中であり、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値に達していない。ステップＳ２５による判定の結果、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は上述の式（３）に基づき（ｔf −ｔs ）を算出する（ステップＳ２６）。ＣＰＵ２１は上述の式（４）に基づき（ｔf −ｔr ）を算出し（ステップＳ２７）、更に上述の式（５）に基づき加速度Ａf を算出する（ステップＳ２８）。ＣＰＵ２１は加速度Ａf を満たすようにＺ軸モータ４４を駆動し、主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度を上昇させる（ステップＳ２９）。ＣＰＵ２１はステップＳ３０によりｔf 時点に到達したか否かを判定し、到達していないと判定した場合には（Ｓ３０：ＮＯ）、ステップＳ２９に戻る。ステップＳ２９及びステップＳ３０を繰り返すことによって、一定の加速度Ａf で主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度が上昇する。

ステップＳ３０による判定の結果、ｔf 時点に到達したと判定した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、及びステップＳ２５で主軸５Ａの回転速度がＳ指令値よりも小さくないと判定した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度をＦ指令値とし、切削送り処理を実行する（ステップＳ３１）。ＣＰＵ２１は目標とするＺ座標−３．０に近づくと送り速度の減速処理を実行する（ステップＳ３２）。ＣＰＵ２１は主軸５ＡがＺ座標−３．０に達するとＺ軸方向への主軸５Ａの送りを停止する停止処理を実行し（ステップＳ３３）、ｔz1時点において主軸５Ａを停止し、処理を終了する。

比較のため、主軸５Ａの回転速度がＳ指令値の９０％になった時点で切削送りを開始する場合のタイミングチャートを図９に一点鎖線で示す。主軸５Ａの回転速度がＳ指令値の９０％となるｔe 時点から主軸５ＡのＺ軸方向の送り速度を許容最大加速度αで上昇させて切削送りを実行し、上記のｔz1時点よりも遅いｔz2時点において完了する。更に主軸５Ａの回転速度がＳ指令値と等しくなった時点から切削送りを開始する場合には完了時点ｔz2は更に遅い時点となる。

以上のとおり本変形例によれば、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａの回転速度が回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値となる時点ｔf に切削送り指令「Ｇ８１」により指定されたＦ指令値になるように、送り速度に係る加速度Ａf を決定する。ＣＰＵ２１は、決定した加速度Ａf によって、回転指令「Ｍ０３」により指定されたＳ指令値に対する切削送り指令「Ｇ８１」により指定されたＦ指令値の比の値としての切削条件以下となる主軸５Ａの送り速度を簡便に決定できる。

尚本実施の形態においては、工具交換方式として工具交換アーム１５を用いるマシニングセンタを例に説明を行ったが、これに限るものではなく、他の工具交換方式を採用したマシニングセンタに本発明を適用してもよい。例えば、主軸ヘッドが上昇することで主軸に装着した工具を工具マガジンに装着し、その後、工具マガジンを所定の位置に回転位置決めした後、主軸ヘッドが下降することで、主軸に工具マガジンが把持した工具を装着する工具交換方式であってもよい。
加工指令として「Ｇ８１」を示したが、他の指令でもよい。例えば、「Ｇ１」の直線補間指令、「Ｇ２」の円弧補間指令、「Ｇ８３」の深穴ドリルサイクル指令等、切削送りの指令であればよい。

５Ａ 主軸
６ 工具
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ（取得手段、処理手段、位置判定手段、速度判定手段、決定手段）
３３ Ｚ軸センサ
３４ 主軸センサ（検出手段）
４１ 主軸モータ
４４ Ｚ軸モータ

Claims (5)

1. 工具が装着されて回転する主軸と、該主軸の回転速度を検出する検出手段と、工作に係る指令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した指令に係る処理を実行する処理手段とを備え、該処理手段により処理を実行して被加工物を前記工具により加工する工作機械において、
   前記主軸の回転速度を指定した回転指令及び前記主軸の位置を指定した位置決め指令を前記処理手段により実行している間に、前記取得手段が前記主軸の送り速度を指定した加工指令を取得した場合、前記主軸の位置が前記位置決め指令により指定された位置に達したか否かを判定する位置判定手段と、
   該位置判定手段が指定された位置に達したと判定した場合、前記検出手段により検出した回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達したか否かを判定する速度判定手段と、
   該速度判定手段が指定された回転速度に達していないと判定した場合、前記回転指令により指定された回転速度、前記検出手段により検出した回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて送り速度を決定する決定手段と
   を備え、
   前記処理手段は、前記決定手段により決定した送り速度により前記加工指令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあることを特徴とする工作機械。
2. 前記決定手段は、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、前記検出手段により検出した回転速度を乗じた値以下に送り速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記決定手段は、前記回転指令により指定された回転速度に対する前記加工指令により指定された送り速度の比の値に、前記検出手段により検出した回転速度を乗じた値に送り速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
4. 前記決定手段は、前記主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度となる時点に前記加工指令により指定された送り速度になるように、送り速度に係る加速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
5. 工具が装着されて回転する主軸を有する工作機械に対して、工作に係る指令を取得し、取得した指令に係る処理を実行して被加工物を加工する工作方法において、
   前記主軸の回転速度を指定した回転指令及び前記主軸の位置を指定した位置決め指令を処理している際に、前記主軸の送り速度を指定した加工指令を取得した場合、前記主軸の位置が前記位置決め指令により指定された位置に達したか否かを判定し、
   前記主軸の位置が指定された位置に達したと判定した場合、前記主軸の回転速度が前記回転指令により指定された回転速度に達したか否かを判定し、
   前記主軸の回転速度が指定された回転速度に達していないと判定した場合、前記回転指令により指定された回転速度、前記主軸の回転速度、及び前記加工指令により指定された送り速度に基づいて送り速度を決定し、
   決定した送り速度により前記加工指令に係る前記主軸の移動を行うこと
   を特徴とする工作方法。

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