JP2017004188A - 加減速設定自動切換機能を備えた数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工内容や加工状況に合わせて加減速設定を自動的に切換える機能を備えた数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置は、制御対象となる機械の軸の加減速設定と、少なくとも工具番号を含む適用条件とを関連付けた加速度設定データを記憶する加速度設定データ記憶部と、軸の制御を実行する際に用いられる加減速設定を記憶する実行時加減速設定記憶部と、実行時加減速設定記憶部に設定された加減速設定に基づいて、軸の加減速制御処理を行う加減速制御部と、加工プログラムから読み込まれたブロックによる工具選択指令で指令される工具番号が適用条件を満足する加速度設定データの加減速設定を実行時加減速設定記憶部に設定する加減速設定部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に加工内容や加工状況に合わせて加減速設定を自動的に切換える機能を備えた数値制御装置に関する。

工作機械による加工において、サイクルタイム短縮等のために各加工に適した加工条件を自動で設定する技術として特許文献１，２などの従来技術が公知となっている。

特許文献１に開示される技術は、加工プログラムを自動生成する装置に関するもので、加工プログラム生成の過程で、最適化したツールパスと、予め設定される工具毎のコストと寿命特性の情報を含む工具設計情報とに基づいて、「総切削時間×１回当りの工具消耗費用」が最小となる加工条件を求めている。この文献では加工条件として扱っているのは、主軸回転速度や送り速度であり、加減速については言及していないため、加減速の設定の変更によるサイクルタイム短縮は図られていない。

特許文献２に開示される技術では、自動プログラミング装置により出力される加工プログラムに対し、ワークの材質に応じた各工具の加工能力や、加工に用いる工作機械の能力による制限を考慮したうえで加工時間が短くなるような加工条件を求める。この加工条件は、工具の加工能力が記載されている加工データと、機械の加工能力が記載されている機械ファイルを参照して、コンピュータにより自動で計算される。この文献でも加工条件として扱っているのは、主軸回転速度や送り速度であり、加減速については言及していないため、加減速の設定の変更によるサイクルタイム短縮は図られていない。

特許第４１６５４０４号公報 特開平０６−１５５２３３号公報

加速度の大きさや加速度変化時間等の加減速の設定は、加工速度や加工精度を決定する重要な要因となる。例えば、ドリル系の加工では加速度が大きくても影響は少ないが、エンドミル底面加工の場合には加速度の増加による影響が大きいため加速度を小さくする必要がある。加速度の設定については、大きな加速度を設定しても影響が少ない加工ではサイクルタイム短縮のために大きな加速度を設定（速度優先設定）し、小さい加速度を設定しないと精度が良くならない場合には小さい加速度を設定（精度優先設定）とすることが望ましい。

しかしながら、特許文献１，２に開示される従来技術では、加工条件の設定方法として、加減速の設定の自動切換えが考慮されておらず、加工速度や加工精度を適切なものとして設定することができない点で不十分である。また、加減速の設定の切換えが自動で行われない場合、加速度の切換えを行う方法として、加工プログラムに加減速の設定を切換える指令を含める方法があるが、この方法ではオペレータの負担が大きい。

そこで本発明の目的は、加工内容や加工状況に合わせて加減速設定を自動的に切換える機能を備えた数値制御装置を提供することである。

本発明では、上記の問題の解決手段として、数値制御装置に対して加減速の設定を自動で切換える機能を設け、各加工に適した加減速の設定が適用されるようにする。

そして、本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令に基づいて、ワークの加工を行う工作機械が備えた軸を制御する数値制御装置において、前記軸の加減速設定と、少なくとも工具番号を含む適用条件とを関連付けた加速度設定データを記憶する加速度設定データ記憶部と、前記軸の制御を実行する際に用いられる加減速設定を記憶する実行時加減速設定記憶部と、前記実行時加減速設定記憶部に設定された加減速設定に基づいて、前記軸の加減速制御処理を行う加減速制御部と、前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる工具選択指令で指令される工具番号が適用条件を満足する加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する加減速設定部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記適用条件は、工具番号に加えて指令値の条件を含み、前記加減速設定部は、前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令が適用条件を満たす加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する、ことを特徴する請求項１に記載の数値制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記適用条件は、更に加工データの条件を含み、前記加減速設定部は、前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令と、前記加工プログラムに対するシミュレーションにより得られたブロック毎の加工データとが適用条件を満たす加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する、ことを特徴する請求項１または２に記載の数値制御装置である。

本願の請求項４に係る発明は、前記実行時加減速設定記憶部に設定される加減速設定は、前記加減速設定部によりあらかじめ前記加工プログラムのブロック毎に設定され、前記加減速制御部は、前記加減速制御処理を行う対象となるブロックに対応する加減速設定を用いて前記加減速制御処理を行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の数値制御装置である。

本発明によれば、各加工に適した加速度を適用することができる。大きな加速度を設定しても影響が少ない加工では加工時間短縮のために大きな加速度が設定され、小さい加速度を設定しないと精度が良くならない加工の場合には小さい加速度が設定されるため、必要な精度を確保したまま加工時間を短縮できる。また、加工プログラムに加減速の設定切換えの指令を含める必要がないのでオペレータの負担が少なくなる。

本発明の第１の実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における加速度設定データの例である。 本発明の第１の実施形態における加減速設定処理のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における加工プログラムの例である。 本発明の第２の実施形態における加速度設定データの例である。 本発明の第２の実施形態における数値制御装置上で実行される処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における加工プログラムの例である。 本発明の第３の実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態における加速度設定データの例である。 本発明の第３の実施形態におけるシミュレーション処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における加工プログラムの例である。 シミュレーションによって得られる切込み量について説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明では、上記の問題の解決手段として、以下のいずれかの方法によって加減速の設定を自動で切換え、各加工に適した加減速の設定が適用されるようにする。
手段１：工具の変更と同時に加減速の設定を自動で切換える。
手段２：加工プログラム実行中に読み込んだ各ブロックの情報（選択工具、送り速度、移動量等）に基づき、加減速の設定を自動で切換える。
手段３：加工プログラム実行前に、ワークの情報を含めて一度シミュレーションすることにより切込み量等を取得し、取得した切込み量等の情報と、各ブロックの情報に基づき加減速の設定を自動で切換える。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１０、補間部１１、加減速制御部１２、サーボ制御部１３、加減速設定部１４を備え、また、図示しないメモリ等の領域にあらかじめ加速度設定データが記憶された加速度設定データ記憶部２１、および実行時加減速設定記憶部２２が設けられている。

指令解析部１０は、図示しないメモリ等に記憶された加工プログラム２０のブロックを逐次読み出し、当該ブロックによる指令を解析して移動データを作成して出力する。
補間部１１は、指令解析部１０から出力された移動データに基づいて補間周期毎に移動量を分配する補間処理を行い、加減速制御部に対して補間データを出力する。

加減速制御部１２は、補間部１１から出力された補間データに対して、実行時加減速設定記憶部２２に記憶された加減速設定に基づいて加減速を施す加減速処理を行い、結果となるデータをサーボ制御部１３へ出力する。
サーボ制御部１３は、加減速制御部１２から出力されたデータに基づいて、サーボモータ等を制御することで機械の各駆動軸を駆動制御する。
なお、上記した指令解析部１０、補間部１１、加減速制御部１２、サーボ制御部１３が実行する処理は、一般的な数値制御装置の基本構成による処理と略同一のものである。

加減速設定部１４は、加工プログラムの実行時に伴い、加速度設定データ記憶部２１に記憶されている加速度設定データに基づいて、実行中の加工プログラムに基づく加工動作に適した加速度や加速度変化時間（一定加速度に達する時間）等の加減速設定を取得し、実行時加減速設定記憶部２２へと逐次設定する。本実施形態では、加減速設定部１４は加工に用いる工具に応じて加速度や加速度変化時間を設定する。

図２は、本実施形態における加速度設定データの例を示している。本実施形態の加速度設定データには、設定を適用する条件となる各工具の工具番号に関連付けて、当該工具で行う動作に適した加速度や加速度変化時間（一定加速度に達する時間）等の加減速設定が記憶されている。図２において、設定項目は「Ｘ軸加速度」「Ｘ軸加速度変化時間」となっているが、Ｘ軸以外の軸についても各軸の特性を考慮した加速度や加速度変化時間等を設定しておく。また、加速度や加速度変化時間以外にも、設定が必要な加減速関連の設定項目を追加してもよい。

本実施形態の加減速設定部１４は、指令解析部１０が加工プログラム２０から工具交換指令を読み込むと、交換先の工具の工具番号に基づいて加速度設定データ記憶部を参照することにより当該工具で行う動作に適した加速度や加速度変化時間などの加減速設定の値を特定する。そして、特定した加減速設定の値を実行時加減速設定記憶部２２へと設定する。

上記構成により、加工プログラム実行時において工具が交換されるたびに実行時加減速設定記憶部２２に対して交換された工具に好適な加減速設定が記憶され、実行時加減速設定記憶部２２設定された加減速設定に基づいて加減速制御部１２が加減速処理を実行するようになり、これにより、工具交換後の加工プログラムは変更後の加速度や加速度変化時間に基づいて各軸の加減速制御がされる。

図３は、本実施形態の加減速設定部１４が実行する処理の概略フローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］加減速設定部１４は、加速度設定データ記憶部２１に記憶された加速度設定データから、交換された工具の工具番号に基づいて該工具に適用する加速度や加速度変化時間などの加減速設定を取得する。
●［ステップＳＡ０２］加減速設定部１４は、ステップＳＡ０１で取得した加減速設定を、加減速制御部１２が実際に加減速制御を実行する際に参照する実行時加減速設定記憶部２２へ書き込む。

図４は、本実施形態の数値制御装置において加工プログラム実行した場合における加減速設定切換えの具体例を示す図である。例えば、図２のようにそれぞれの加減速設定項目に対して値が設定されている加速度設定データをあらかじめ加速度設定データ記憶部２１に記憶しておき、図４に示す加工プログラムを実行する場合、ブロックＮ１〜Ｎ９では、工具１が選択されているので、実行時加減速設定記憶部２２には加速度１００００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間１００［ｍｓｅｃ］が設定される。また、ブロックＮ１１〜Ｎ１９では、工具２が選択されているので、５０００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間５０［ｍｓｅｃ］が設定される。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、選択中の工具番号にのみ依存して加減速の設定を切換えていたが、本実施形態では、加工プログラムの各ブロックで指令されている移動の種類や、移動量、送り速度等に基づいて加速度や加速度変化時間を切換える例を示す。

本実施形態における数値制御装置１の構成は第１の実施形態と同様である。
図５は、本実施形態における加速度設定データの例を示している。本実施形態の加速度設定データには、どのような適用条件を満たす時に、どのような加速度設定が適用されるのかを記憶する。適用条件としては、図に示すように、工具番号に加えて、移動種類、移動量、送り速度等の指令値の条件が設けられており、これと関連付けて加速度や加速度変化時間等の加速度設定が記憶される。図に示した例では、工具１を選択中であって、加工プログラムの指令により指令される移動の種類が直線、Ｘ軸方向のみ０〜１０ｍｍ移動する場合、送り速度Ｆが１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］以上の場合には、番号１の加減速設定が、また、送り速度Ｆが５００≦Ｆ＜１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］の場合には番号２の加減速設定が適用される。

なお、図５では適用条件として、選択工具と、移動の種類、移動量、送り速度などの指令値の条件が示されているが、この他にも加工プログラムを読み込んだときに得られる情報（例えば、選択平面、主軸回転速度、各種動作モード等）を指令値条件として適宜採用してもよい。
また、一般的に数値制御装置では加工プログラムの先読みが可能で、実行中のブロックだけでなく、今後実行予定のブロックも含めた複数のブロックの情報を読み込んでいるため、例えば複数ブロックの移動量をみて加速度を切換えるような適用条件の設定も可能である。

上記した加速度設定データに基づいて、加減速設定部１４が加工プログラム実行時において加工プログラムのブロック毎に実行時加減速設定記憶部２２に対して加工指令に好適な加減速設定を記憶することで、同じ工具でも指令に応じて加減速を切換えられることが可能になり、より細かい加減速の切換えが可能になる。

図６は、本実施形態の数値制御装置上で実行される処理の概略フローチャートである。
●［ステップＳＢ０１］指令解析部１０が、加工プログラムのブロックを読み込んで解析し、解析結果を補間部１１と加減速設定部１４へと出力する。
●［ステップＳＢ０２］加減速設定部１４は、ステップＳＢ０１で指令解析部１０が読み込んで解析したブロックによる指令の内容や現在選択されている工具などの情報に基づいて加速度設定データ記憶部２１に記憶された加速度設定データを参照し、適用条件に合致する加速度や加速度変化時間などの加減速設定を取得する。

●［ステップＳＢ０３］加減速設定部１４は、ステップＳＢ０２で取得した加減速設定を、加減速制御部１２が実際に加減速制御を実行する際に参照する実行時加減速設定記憶部２２へ書き込む。
●［ステップＳＢ０４］ブロックの実行を行う。この実行の際に、加減速制御部１２は、各ブロックの情報として保存されている加速度や加速度変化時間を用いて行う。
●［ステップＳＢ０５］加工プログラムの全ブロックが実行完了したか否かを判定する。完了している場合には加工プログラムの実行を終了し、完了していない場合にはステップＳＢ０１へ戻る。

図７は、本実施形態の数値制御装置において加工プログラム実行した場合における加減速設定切換えの具体例を示す図である。例えば、図５のようにそれぞれの加減速設定項目に対して値が設定されている加速度設定データをあらかじめ加速度設定データ記憶部２１に記憶しておき、図７に示す加工プログラムを実行する場合、ブロックＮ１〜Ｎ２では、工具１が選択され、Ｘ軸方向の直線移動かつ送り速度Ｆが１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］以上のため、番号１の加速度１００００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間１００［ｍｓｅｃ］が設定され、Ｎ３〜４では送り速度Ｆが５００≦Ｆ＜１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］のため、番号２の加速度５０００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間５０［ｍｓｅｃ］が設定される。

＜第３の実施形態＞
第１，２の実施形態では、加工プログラムを実行中に、適用する加速度の判定処理を実行していたが、第３の実施形態では、実際に加工プログラムを実行する前に、一度ワークの寸法や材質等の情報を用いたシミュレーションを行い切込み量や切削量、軸負荷等の加工データを作成しておき、これらデータを加減速設定の決定に用いることで、第１，２の実施形態より更に細かく加速度を切換えることができるようにする。

図８は、本実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。本実施形態の数値制御装置１は、第１の実施形態の数値制御装置１が備える各機能ブロックに加えて、シミュレーション部１５、および加工データ記憶部２３が設けられている。

シミュレーション部１５は、加工プログラム、およびワークの寸法や材質などの情報に基づいて加工シミュレーションを実行し、実行した結果として、加工プログラムの各ブロックの指令に基づいて実行される加工制御におけるワークへの切込み量や切削量、軸負荷等の加工データをブロック番号などと関連付けて加工データ記憶部２３へと記憶する。

また、本実施形態の加速度設定データ記憶部２１には、あらかじめ図９のような条件毎加速度設定データを用意する。本実施形態の加速度設定データでは第２の実施形態の条件毎加速度設定データの適用条件に、更に切込み量などの加工データの条件が追加される。

そして、本実施形態の加減速設定部１４は、加工プログラム実行時において加工プログラムのブロック毎に、当該ブロックによる指令と、加工データ記憶部２３に記憶された該ブロックに対応する加工データとに基づいて、加速度設定データ記憶部２１を参照することにより当該ブロックの指令に基づく加工動作に好適な加減速設定を記憶することで、指令および当該指令によるワークに対する切込み量等の情報に応じて加減速を切換えられることが可能になり、より細かい加減速の切換えが可能になる。

図１０は、本実施形態のシミュレーション部１５で実行される処理の概略フローチャートである。
●［ステップＳＣ０１］加工プログラムのブロックを読み込んで解析し、シミュレーションの実行を進める。
●［ステップＳＣ０２］各ブロックに対してシミュレーションを実行した結果として得られた切込み量等の加工データを取得する。

●［ステップＳＣ０３］ステップＳＣ０２で得られた加工データを、各ブロックと関連付けて加工データ記憶部２３に記憶する。
●［ステップＳＣ０４］加工プログラムの全ブロックが実行完了したか否かを判定する。完了している場合には加工プログラムの実行を終了し、完了していない場合にはステップＳＣ０１へ戻る。

図１１は、本実施形態の数値制御装置において加工プログラム実行した場合における加減速設定切換えの具体例を示す図である。図９のようにそれぞれの加減速設定項目に対して値が設定されている加速度設定データをあらかじめ加速度設定データ記憶部２１に記憶しておき、また、ワークの寸法を入力後にシミュレーションした結果、図１２に示すように、Ｎ１では３［ｍｍ］の切込み、Ｎ１０１では１［ｍｍ］の切込みだったとする。この場合、図１１に示す加工プログラムを実行する場合、ブロックＮ１では、工具１が選択され、直線移動かつ送り速度Ｆが１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］以上かつ切込み量は２［ｍｍ］以上の範囲内なので、番号１の加速度１００００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間１００［ｍｓｅｃ］が設定され、Ｎ１０１切込み量が２［ｍｍ］未満なので、番号２の加速度５０００［ｍｍ／ｓｅｃ²］、加速度変化時間５０［ｍｓｅｃ］が設定される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

例えば、上記した実施形態において、実行時加減速設定記憶部２２には１セットの加減速設定を記憶する領域を設けておき、加工プログラムのブロックの実行に同期して加減速設定部１４が実行時加減速設定記憶部２２に加減速設定を記憶するように説明しているが、実行時加減速設定記憶部２２に記憶する加減速設定を、各ブロックのブロック番号などに対応付けて記憶できるようにしておき、加減速制御部１２が現在加減速設定している対象となるブロック番号に応じて実行時加減速設定記憶部２２から当該ブロックに対応する加減速設定を読み出して該読み出した加減速設定に基づいて加減速処理を行うようにしてもよい。

本構成を採用した場合、加減速設定部１４による実行時加減速設定記憶部２２への加減速設定の記録を、加工プログラム中に各ブロックの実行に先行して複数のブロックの加減速設定をバッファリングしておくようにすることもできるし、加工プログラム２０の実行を開始する前にあらかじめ全てのブロックについて加減速設定を記録しておくようにすることもできる。また、第３の実施形態においては、シミュレーション部１５によるシミュレーションの実行時に、加減速設定部１４による実行時加減速設定記憶部２２への加減速設定の記録を同時に行っておくようにすることも可能である。

このようにすることで、実行時加減速設定記憶部２２に記憶するべきデータ量が増加することになるが、加工プログラムの実行中に加減速設定部１４による処理を行う必要が無くなるため、微小ブロックなどにより構成される加工プログラムを実行する時等のように細かく加減速設定が変化する場合に数値制御装置１全体の負荷が軽くなるという利点がある。
また、実行時加減速設定記憶部２２に加減速設定を記憶する代わりに、加速度パラメータを書き換える指令を含むように事前に加工プログラムを書き換えるようにすることも可能となる。

また、上記した第３の実施形態ではシミュレーション部１５を数値制御装置１内に設けた構成を示したが、シミュレーション部１５は数値制御装置１とは別のコンピュータなどの装置により実装するようにしてもよい。

更に、上記した第２，３の実施形態では加工プログラムにより指令された送り速度Ｆ等の指令値に基づいて加速度設定データの適用条件に合致するか否かを判定する説明したが、適用条件に合致するか否かの判定においては、オーバライドなどの各種信号や、数値制御装置に設定されているパラメータ等の、指令値に対して影響を与える各要素が考慮されるべきであることは当業者であれば容易に理解できるだろう。

１ 数値制御装置
１０ 指令解析部
１１ 補間部
１２ 加減速制御部
１３ サーボ制御部
１４ 加減速設定部
１５ シミュレーション部
２０ 加工プログラム
２１ 加速度設定データ記憶部
２２ 実行時加減速設定記憶部
２３ 加工データ記憶部

Claims (4)

1. 加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令に基づいて、ワークの加工を行う工作機械が備えた軸を制御する数値制御装置において、
   前記軸の加減速設定と、少なくとも工具番号を含む適用条件とを関連付けた加速度設定データを記憶する加速度設定データ記憶部と、
   前記軸の制御を実行する際に用いられる加減速設定を記憶する実行時加減速設定記憶部と、
   前記実行時加減速設定記憶部に設定された加減速設定に基づいて、前記軸の加減速制御処理を行う加減速制御部と、
   前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる工具選択指令で指令される工具番号が適用条件を満足する加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する加減速設定部と、
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記適用条件は、工具番号に加えて指令値の条件を含み、
   前記加減速設定部は、前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令が適用条件を満たす加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する、
   ことを特徴する請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記適用条件は、更に加工データの条件を含み、
   前記加減速設定部は、前記加工プログラムから読み込まれたブロックによる指令と、前記加工プログラムに対するシミュレーションにより得られたブロック毎の加工データとが適用条件を満たす加速度設定データの加減速設定を前記実行時加減速設定記憶部に設定する、
   ことを特徴する請求項１または２に記載の数値制御装置。
4. 前記実行時加減速設定記憶部に設定される加減速設定は、前記加減速設定部によりあらかじめ前記加工プログラムのブロック毎に設定され、
   前記加減速制御部は、前記加減速制御処理を行う対象となるブロックに対応する加減速設定を用いて前記加減速制御処理を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の数値制御装置。