JP2016018388A - 穴あけ加工を制御する数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穴あけ加工を制御する数値制御装置において、穴あけ加工時の加工精度を維持しながら、切削加工時間の短縮を行うことが可能な数値制御装置を提供する。
【解決手段】穴あけ加工を制御する数値制御装置において、穴あけ加工における前記送り軸を定速度状態から停止状態まで減速するとき、前記定速度状態から一定の割合で減速を行う直線部分まではベル形加減速とし、前記直線部分から停止状態までは前記直線部分と同じ一定の割合で直線形加減速を行う。これにより、なめらかな減速を実行しつつ、穴底付近の速度０付近での動作を高速化することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は工作機械の数値制御装置に関し、特に穴あけ加工を行う工作機械の数値制御装置に関する。

被加工物に穴をあける穴あけ加工を行うために、被加工物と工具との間に相対的な回転運動及び送り運動を行わせて穴あけ加工を行う穴あけ加工装置が知られている。穴あけ加工における加減速の方式としては、一定速度から減速を行う際や、減速時から停止する際、また、停止時から加速時に移行する際や、加速時から一定速度に変更する際のすべてにおいて、比較的急な変化である直線形加減速方式で行ったり、減速時や加速時の最初と最後は曲線状に変化させ、その間を直線状に変化させて全体としてなめらかな変化となるようなベル形加減速方式で行うことが従来から行われており、直線形加減速方式で行うよりも、ベル形加減速方式で行う方が、機械に対する衝撃を軽減させることができるとされている。

特許文献１〜３には、いずれも機械に対するショックを低減するために、ベル形等のなめらかな加減速方式を行う技術が開示されている。

特許平６−２７４２２０号公報 特開２００１−３１２３０９号公報 特許第３７４９２２２号公報

従来技術及び特許文献１〜３に開示されている技術は、穴あけ加工は一定の速度で行っているものの、減速時などはベル形加減速方式で減速されるため、穴底付近において速度波形が直線状から曲線状に変更されて、緩やかな加速度となる。そのため機械への衝撃を少なくしながら穴底において速度を０付近まで減速させて停止させることは可能であるものの、停止後に次の加工を行うために穴底でインポジション待ちの動作を行って停止状態を保つために、加工に時間がかかるおそれがある。

そこで本発明は、穴あけ加工を制御する数値制御装置において、穴あけ加工時の加工精度を維持しながら、切削加工時間の短縮を行うことが可能な数値制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、回転工具を回転させる主軸と、前記回転工具を移動させる送り軸と、を制御して被加工物に穴あけを行う穴あけ加工を制御する数値制御装置において、穴あけ加工における前記送り軸を定速度状態から停止状態まで減速するとき、前記定速度状態から一定の割合で減速を行う直線部分まではベル形加減速とし、前記直線部分から停止状態までは前記直線部分と同じ一定の割合で直線形加減速を行う加減速度維持手段を備えることを特徴とする数値制御装置が提供される。

請求項１に係る発明では、送り軸の減速の際に、定速度状態から一定の割合で減速を行う直線部分まではベル形加減速とすることによって、なめらかな減速を実行しつつ、直線部分から停止状態までは直線部分と同じ一定の割合での直線形加減速を行うため、停止状態となる部分を取り除いた制御を行うことが可能となり、穴底付近の速度０付近での動作を高速化することが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、前記送り軸を前記直線部分から前記停止状態まで減速するとき、前記直線部分から前記停止状態までベル形加減速とした場合の移動量に対して、前記直線部分から前記停止状態まで直線形加減速を行った場合に不足する不足移動量を求める不足移動量算出手段と、前記定速度状態から減速する前に、前記不足移動量算出手段で求めた前記不足移動量を指令して加工精度の補正を行う精度補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置が提供される。

請求項２に係る発明では、送り軸を直線部分から停止状態まで減速するときに、ベル形加減速とした場合の移動量に対して、直線形加減速を行った場合に不足する不足移動量を算出して、本来加工を行う穴底までに足りない量を、定速度状態から減速する前にあらかじめ指令して補正を行うことで、穴底に正確に到達することが可能となる。

本発明により、穴あけ加工を制御する数値制御装置において、穴あけ加工時の加工精度を維持しながら、切削加工時間の短縮を行うことが可能な数値制御装置を提供することができる。

数値制御装置のブロック図である。 第１の実施形態における穴あけ加工時における加減速の制御方法の切り換えを示した図である。 第１の実施形態における送り軸の速度と時間とのグラフを示した図である。 第１の実施形態における送り軸の加速度と時間とのグラフを示した図である。 第１の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。 第２の実施形態における穴あけ加工時における加減速の制御方法の切り換えを示した図である。 第２の実施形態における送り軸の速度と時間とのグラフを示した図である。 第２の実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態において用いられる数値制御装置のブロック図である。プログラム解析部２において加工プログラム１を読み込んで解析する。その後、プログラム解析部２において解析された解析データに基づき、移動指令開始部４において送り軸の移動を開始し、補間処理部５において解析データによる補間を行い、補間データを作成する。次に、加減速処理部６において、補間データに基づく送り軸の加減速を行い、各軸のサーボモータを駆動する。

また、プログラム解析部２と補間処理部５との間に穴底不足移動量計算部３を設け、穴底不足移動量計算部３において、穴底への足りない量を算出し、補間処理部５において精度補正指令を行う。具体的な精度補正指令の補正量の算出方法については後述する。これらのプログラム解析部２、穴底不足移動量計算部３、移動指令開始部４、補間処理部５によって精度補正手段３０を構成する。
その後、加減速処理部６において処理された送り軸の加減速は、穴底加減速度維持手段４０内に設けられた加減速方式切換処理部７において、ベル形加減速方式又は直線形加減速方式のいずれかを選択して、加減速切り換えを実行して各軸のサーボモータを駆動する。

（第１の実施形態）
図２は、本実施形態における穴あけ加工時における加減速の制御方法の切り換えを示した図であり、図２（ａ）は穴あけ加工開始前の状態であり、図２（ｂ）は穴あけ加工中の状態である。また、図３は図２に示された穴あけ加工における送り軸の速度と時間とのグラフを示しており、図４は同じく図２に示された穴あけ加工における送り軸の加速度と時間とのグラフを示している。

図２において、Ｓは穴加工開始位置を示しており、送り軸１０と工具が回転しながら穴加工開始位置Ｓから穴あけ加工が行われる。穴加工開始位置Ｓの前から送り軸１０と工具の速度は一定速度を保って移動している。Ｐ１は定速度加工からベル形加減速に切り換え開始する点であり、Ｐ２はベル形加減速において、曲線状加減速から直線状加減速に切り換えられた後、従来なら再度曲線状加減速に切り換えられる点であって、本実施形態においては直線状加減速と同じ減速度で直線形加減速とする点である。また、その時点での速度はＦｃである。

図３において、送り軸の速度と時間とのグラフが示されているが、Ｐ２である時間ｔ１において従来においてはベル形加減速の曲線状の波形としていたため、速度０になる時間がｔ３となるところを、本実施形態においては、直線形加減速としているため、従来のｔ３よりも早いｔ２において速度０となり、穴底付近における動作を高速化することが可能となる。このことは、送り軸の加速度と時間とのグラフである図４にも示されており、従来のベル形加減速を行った場合の波形が点線のグラフであり、本実施形態の直線形の加減速を行った場合の波形が実線で示されている。

図５は、本実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。以下、ステップごとに説明する。
・（ステップＳＡ１）定速度加工からベル形加減速に切り換え実行する。
・（ステップＳＡ２）加減速方式切換速度であるＦｃに到達したかどうかを判定する。到達した場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ３に進み、到達していない場合（ＮＯ）はステップＳＡ２を繰り返して、Ｆｃに到達するのを待つ。
・（ステップＳＡ３）高速化指定が有効とされているかどうかを判定する。有効とされている場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ４に進み、有効とされていない場合（ＮＯ）はステップＳＡ５に進む。

・（ステップＳＡ４）ベル形加減速における、直線状加減速と同じ減速度の直線形加減速とした加減速を実行する。
・（ステップＳＡ５）本来のベル形加減速に基づき、直線状加減速から曲線状加減速に変更する。
・（ステップＳＡ６）穴底位置に到達したかどうかを判定する。穴底に到達した場合（ＹＥＳ）は終了し、穴底に到達していない場合（ＮＯ）はステップＳＡ６を繰り返して、穴底に到達するのを待つ。

（第２の実施形態）
ベル形加減速において、本来の波形は直線形加減速から、速度０付近において曲線形加減速に変化するものであるが、第１の実施形態のように、直線形加減速を維持して減速すると、直線形加減速から曲線形加減速に変化した場合と比較して、移動量が少なくなり穴底に行き足りない量が生じることがある。そこで、本実施形態においては、定速度加工からベル形加減速に移行する前に、あらかじめ行き足りない量を算出して補正指令を行うようにしている。

図６は、本実施形態における穴あけ加工時における加減速の制御方法の切り換えを示した図であり、図６（ａ）は穴あけ加工開始前の状態であり、図６（ｂ）は穴あけ加工中の状態である。また、図７は図６に示された穴あけ加工における送り軸の速度と時間とのグラフを示している。

図６において、Ｓは穴加工開始位置を示しており、送り軸１０と工具が回転しながら穴加工開始位置Ｓから穴あけ加工が行われる。穴加工開始位置Ｓの前から送り軸１０と工具の速度は一定速度を保って移動している。ＰＡは送り軸の速度の補正を開始する点、Ｐ１は定速度加工からベル形加減速に切り換え開始する点であり、Ｐ２はベル形加減速において、曲線状加減速から直線状加減速に切り換えられた後、従来なら再度曲線状加減速に切り換えられる点であって、本実施形態においては直線状加減速と同じ減速度で直線形加減速とする点である。また、その時点での速度はＦｃである。ＰＡ点における補正の開始から、補正が完了してベル形加減速を開始するまでの過程をＡとする。

図７において、送り軸の速度と時間とのグラフが示されているが、Ｐ２である時間ｔ１において従来においてはベル形加減速の曲線状の波形としていたため、速度０になる時間がｔ３となるところを、本実施形態においては、直線形加減速としているため、従来のｔ３よりも早いｔ２において速度０となり、穴底付近における動作を高速化することが可能となる。ここで、加減速切り換え開始部Ｐ２においてベル形加減速の曲線形に変化する場合の波形はＤとなり、加減速切り換え開始部Ｐ２から速度０までに移動する距離はＸｄ＋Ｘｃであるのに対し、ベル形の直線形加減速の減速度を維持したままの場合の波形はＣとなり、加減速切り換え開始部Ｐ２から速度０までに移動する距離はＸｃとなる。このため、Ｘｄの分だけ穴底に行き足りないこととなる。そのため、本実施形態においては、定速度加工からベル形加減速に切り換える前に、穴底に行き足りない量のＸｄ分をあらかじめ算出し、その分だけ定速度加工からベル形加減速に切り換えるタイミングを遅らせることによって補正を行う。

図８は、本実施形態における動作の流れを示したフローチャートである。以下、ステップごとに説明する。
・（ステップＳＢ１）加工プログラムの読み込み解析を行う。
・（ステップＳＢ２）リジッドタイプの加減速はベル形加減速かどうかを判定する。ベル形加減速の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ４に進み、ベル形加減速でない場合（ＮＯ）はステップＳＢ３に進む。
・（ステップＳＢ３）通常のリジッドタップの処理を実行して終了する。

・（ステップＳＢ４）減速開始位置に到達したかどうかを判定する。減速開始位置に到達した場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ５に進み、到達していない場合（ＮＯ）はステップＳＢ４を繰り返して減速開始位置に到達するのを待つ。
・（ステップＳＢ５）高速化指定が有効とされているかどうかを判定する。有効とされている場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ６に進み、有効とされていない場合（ＮＯ）はステップＳＢ９に進む。

・（ステップＳＢ６）穴底に行き足りない領域の算出を行う。
・（ステップＳＢ７）穴底に行き足りない量の指令を行う。具体的には、定速度加工からベル形加減速に切り換えるタイミングを遅らせることによって補正を行う。
・（ステップＳＢ８）ベル形加減速における直線形加減速から、曲線系加減速に切り換えることなく、直線形加減速のままで加減速を実行する。

・（ステップＳＢ９）ベル形加減速において、本来のベル形加減速に基づき、直線形加減速から曲線形加減速に変更する。
・（ステップＳＢ１０）穴底位置に到達したかどうかを判定する。穴底に到達した場合（ＹＥＳ）は終了し、穴底に到達していない場合（ＮＯ）はステップＳＢ１０を繰り返して、穴底に到達するのを待つ。

次に、本実施形態における、穴底加工中の速度波形がベル形加減速の直線状加減速から曲線状加減速に変化した場合のＤ部分と、ベル形加減速における直線状加減速と同じ減速度で直線形加減速とした場合のＣ部分とで、指令差分により生じた穴底に行き足りない量を算出する方法について説明する。

まず、加減速制御をベル形加減速における直線状加減速から曲線状加減速になる場合（Ｄ部分）のベル形加減速の曲線部分の領域（Ｘｄ+Ｘｃ）は以下のとおり計算できる。
ｔ０：ベル形加減速の開始部分の時間
ｔ１：ベル形加減速における直線状加減速から曲線状加減速に変化するときの時間
ｔ２：ｔ１において曲線状加減速に変更することなく、直線状加減速と同じ減速度で直線形加減速とした時に穴底に到達したときの時間
ｔ３：ベル形加減速において直線状加減速から曲線状加減速に変化させた場合に穴底に到達する時間
Ｆｃ：ベル形加減速において、直線状加減速から曲線状加減速に変化するときの速度
Ｆａ：指令速度（定速度加工における速度）
Ａａ：ベル形加減速での加速度

それぞれの値は以下のとおり指定する。
曲線状部分の時定数ｔ３-ｔ１：パラメータによって指定
曲線状部分＋直線状部分の時定数ｔ１-ｔ０：パラメータによって指定
指令速度Ｆａ：プログラムによって指令
総移動量Ｘ：プログラムによって指令

ベル形加減速のｔ１（ベル形加減速における、直線状部分から曲線状部分への切り換え部分で加速度０）からｔ３−ｔ１の間の加速度の関数をＡ（Ｔ）とすると、Ａ（Ｔ）は以下の通りとなる。

ベル形加減速が直線状部分から曲線状部分に変化する時の速度Ｆｃは以下の通りとなる。

ベル形加減速のｔ１（ベル形加減速における、直線状部分から曲線状部分への切り換え部分で加速度０）からｔ３−ｔ１の間の関数をＦ（ｔ）とすると、Ｆ（ｔ）は以下の通りとなる。

よって、加減速を直線状部分から曲線状部分へと切り換えた場合のベル形加減速の曲線状部分の領域Ｘｃ＋Ｘｄは以下の通りとなる。

次に、加速度制御を直線形加速度のままとした場合（Ｃ部分）の直線形加減速の切換開始部分からの領域（Ｘｃ）は以下のとおり計算できる。

よって、数４と数５により、図３における行き足りない領域であるＸｄは以下のとおり計算できる。

加速度Ａａは指令速度Ｆａを用いて以下のとおり計算できる。

Ｆｃは時間ｔ２を用いて以下のとおり計算できる。

よって、数２より、ｔ２は以下のとおり計算できる。

次に、これらの実施形態によって短縮される時間について説明する。
加工プログラムとして、
Ｍ２９ Ｓ１０００ ;
Ｇ８４ ｚ−１００. ｒ−２０. Ｆ４０００. ;
Ｇ８０ ;
を指令し、
時定数ｔ１−ｔ０＝２００ｍｓ
曲線時定数ｔ３−ｔ１＝３２ｍｓ
が設定されているものとする。

数９から、ｔ０＝０とすると、ｔ１＝２００, ｔ３＝２３２, ｔ２＝２１６となる。また、加速度Ａａは数７から、Ａａ＝Ｆａ／ｔ１＝４０００/（６０＊１０００＊２００）＝０．０００１６６ｍｍ／ｍｓ^２となる。
そして、数６より、行き足りない領域Ｘｄは以下のとおりとなる。

また、精度補正手段によって補正を行うことによって加味される時間（ｔｄ）は以下のとおりとなる。

また、穴底加減速度維持手段によって短縮される時間（ｔｃ）は以下のとおりとなる。
ｔｃ＝ｔ３−ｔ２＝２３２−２１６＝１６（ｍｓ）

よって、全体的に短縮される時間（ｔａ）は以下のとおりとなる。
ｔａ＝ｔｃ−ｔｄ＝１６．０−０．１０６＝１５．９（ｍｓ）

１ 加工プログラム
２ プログラム解析部
３ 穴底不足移動量計算部
４ 移動指令開始部
５ 補間処理部
６ 加減速処理部
７ 加減速方式切換処理部
１０ 送り軸
３０ 精度補正手段
４０ 穴底加減速度維持手段

Claims (2)

1. 回転工具を回転させる主軸と、前記回転工具を移動させる送り軸と、を制御して被加工物に穴あけを行う穴あけ加工を制御する数値制御装置において、
   穴あけ加工における前記送り軸を定速度状態から停止状態まで減速するとき、前記定速度状態から一定の割合で減速を行う直線部分まではベル形加減速とし、前記直線部分から停止状態までは前記直線部分と同じ一定の割合で直線形加減速を行う加減速度維持手段を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記送り軸を前記直線部分から前記停止状態まで減速するとき、前記直線部分から前記停止状態までベル形加減速とした場合の移動量に対して、前記直線部分から前記停止状態まで直線形加減速を行った場合に不足する不足移動量を求める不足移動量算出手段と、
   前記定速度状態から減速する前に、前記不足移動量算出手段で求めた前記不足移動量を指令して加工精度の補正を行う精度補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。