JP2018084901A

JP2018084901A - 数値制御装置

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Publication number: JP2018084901A
Application number: JP2016226716A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　敬; Takashi Sato; 敬佐藤; 武志持田; Takeshi Mochida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: JP6412087B2; DE102017010577B4; DE102017010577A1; CN108089546A; US10409266B2; CN108089546B; US20180143618A1

Abstract

【課題】テーブル軸の移動量が小さい場合にプレス軸の動作をオーバラップさせることにより、高速なプレス加工を実現する数値制御装置を提供する。
【解決手段】数値制御装置１００は、加工プログラムに従ってテーブル軸及びプレス軸の動作を制御する軸動作制御部１２０を有する。軸動作制御部１２０は、第１のブロックにかかるプレス軸の動作を第１の上死点から開始し、テーブル軸の状態が第２のブロックにかかるプレス軸の動作を開始できる条件を満たしており、かつ第１のブロックにかかるプレス軸の動作が完了していない場合には、第２のブロックにかかるプレス軸の動作を、第１の上死点よりも低い第２の上死点から開始することにより、第１のブロック及び第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作同士をオーバラップさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は数値制御装置に関し、特にテーブル軸の移動量が小さい場合にプレス軸の動作を高速化することが可能な数値制御装置に関する。

パンチプレス加工では、数値制御装置が、テーブル軸（Ｘ軸及びＹ軸）の動作完了とプレス軸の動作開始、及びプレス軸の動作完了とテーブル軸の動作開始を、それぞれ時間的に重複して動作させることで、全体の加工時間を短縮している。以下、このような動作制御手法をオーバラップという。

図１は、オーバラップ制御の一例を示す図である。図１の左図では、ブロック１において、Ｘ軸及びＹ軸の動作完了時点よりも指定時間先行した時刻（Ａ）で、パンチヘッドの動作が開始されている。また、ブロック１のパンチヘッドの動作完了を待たずに、パンチヘッドがワークから離れた時点（Ｂ）で、ブロック２のＸ軸及びＹ軸の動作が開始されている。

このようなオーバラップ制御を行うと、図１の右図のようにＸ軸及びＹ軸の移動量が小さい場合は、ブロック１のパンチヘッドの動作完了よりも、ブロック２のＸ軸及びＹ軸の動作完了のほうが早く到来してしまうことがある。この場合、次のパンチヘッドの動作は、ブロック１のパンチヘッドの動作完了（Ｃ）を待ってから開始することになる。

すなわち、テーブル軸の移動量が小さいと、テーブル軸の移動が完了していても、前ブロックのパンチヘッドの動作が完了しておらず、次のパンチヘッドの動作開始までの待ち時間、換言すれば無駄時間（Ｅ）が発生することがある（図２参照）。これにより、ヒットレートすなわち１分あたりのプレス回数が頭打ちになるという問題が生じる。

ここで、プレス軸の動作同士をオーバラップさせれば、加工時間を短縮できる可能性がある。しかし、テーブル軸との同期や、クリアランスを確保できないという問題が生ずる。クリアランスとは、プレス開始位置とワークの上面との間隔をいう。クリアランスは、ワークの板厚や材質、使用する工具等によって最適な値が定められる。クリアランスは、大きすぎても小さすぎても加工不良の要因となり、例えば、望ましくないバリを発生させることがある。

また、ワーク厚等の条件毎にクリアランスの設定値を切り替えることにより、加工時間を短縮できる可能性がある。しかしながら、当該条件毎にプレスの動作パターンを用意する必要があるため、運用上の負担が大きい。

特許文献１には、クランク機構を有するプレス機構が一定方向に回転する場合において、プレス間の加減速を調整することにより、無駄時間を削減する構成が記載されている。

特開２００１−１９８６３２号公報

しかしながら、特許文献１においても、プレス軸の動作をオーバラップさせる手法はなお開示されていない。また、特許文献１記載の構成は、プレス軸の機構によりプレスのストローク（上下動の幅）が制限を受けるという問題を有している。

本発明は、このような様々な問題点を解決するためになされたものであり、テーブル軸の移動量が小さい場合にプレス軸の動作をオーバラップさせることにより、高速なプレス加工を実現する数値制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態にかかる数値制御装置は、加工プログラムに従ってテーブル軸及びプレス軸の動作を制御する軸動作制御部を有する数値制御装置であって、前記軸動作制御部は、第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作を第１の上死点から開始し、前記テーブル軸の状態が第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作を開始できる条件を満たしており、かつ前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作が完了していない場合には、前記第２のブロックにかかるプレス軸の動作を、前記第１の上死点よりも低い第２の上死点から開始することにより、前記第１のブロック及び前記第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作同士をオーバラップさせることを特徴とする。

他の実施の形態にかかる数値制御装置では、前記テーブル軸の状態が前記第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作を開始できる条件を満たしている状態、及び、前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作が完了していない状態にあるときに、前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作の残り時間に基づいて、現時点において前記オーバラップを開始した場合の予測上死点を計算し、前記予測上死点の高さが、予め定められたしきい値以上である場合に、前記軸動作制御部に前記オーバラップを開始させる判定部をさらに有することを特徴とする。

他の実施の形態にかかる数値制御装置では、前記軸動作制御部は、高速加工モードがＯＮである場合に、前記オーバラップを実行することを特徴とする。

本発明によれば、テーブル軸の移動量が小さい場合にプレス軸の動作をオーバラップさせることにより、高速なプレス加工を実現する数値制御装置を提供することができる。

従来のオーバラップ制御の一例を示す図である。従来のオーバラップ制御の一例を示す図である。本発明の実施の形態にかかる数値制御装置１００の動作を示す図である。プレス軸同士をオーバラップさせる方法を示す図である。クリアランス（予測上死点）の計算方法を示す図である。クリアランス（予測上死点）の計算方法を示す図である。クリアランス（予測上死点）の計算方法を示す図である。クリアランス（予測上死点）の計算方法を示す図である。数値制御装置１００の動作を示すフローチャートである。プレス動作の一例を示す図である。プレス軸がクランクである場合の数値制御装置１００の動作を示す図である。数値制御装置１００の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１２は、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置１００の構成を示すブロック図である。数値制御装置１００は、判定部１１０、軸動作制御部１２０を有する。数値制御装置１００は、典型的には中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置及び入出力装置を備えた情報処理装置であり、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより判定部１１０及び軸動作制御部１２０を論理的に実現する。

判定部１１０は、テーブル軸（Ｘ軸及びＹ軸）及びプレス軸の動作を監視し、プレス軸の動作をオーバラップできるかどうかを判定する処理を行う。

軸動作制御部１２０は、加工プログラムに従ってテーブル軸（Ｘ軸及びＹ軸）及びプレス軸の動作を制御するとともに、判定部１１０からの指令に従って、プレス軸の動作をオーバラップさせる制御を行う。

図３を用いて、数値制御装置１００の動作の概要を説明する。まず、判定部１１０は、テーブル軸の状態がプレス動作を開始できる条件を満たしており、かつ前のブロックのプレス動作が完了していない状態を検出する。テーブル軸の状態がプレス動作を開始できる条件を満たしているとは、換言すれば、テーブル軸とプレス軸とのオーバラップを開始させることが可能な時間的条件が整っているということである。より具体的には、テーブル軸の動作完了予定時刻から、パンチヘッドが上死点から動作を開始してワーク上面に達するのに要する時間だけ過去に遡った時点を経過したことをいう。

軸動作制御部１２０は、判定部１１０が上述の状態を検出したとき、前ブロックのプレス動作にオーバラップさせて、次ブロックのプレス動作を開始させることができる。但し、この際、パンチヘッドの位置とワーク上面との距離（クリアランス）が小さすぎると加工不良が発生しやすい。そこで本実施の形態では、プレス動作同士のオーバラップを開始させるためのもうひとつの条件として、最低限確保すべきクリアランスの値（以下、最小クリアランス）を定義する。判定部１１０は、上述の状態を検出し、かつパンチヘッドの位置が最小クリアランスを満たしたときに、軸動作制御部１２０に対し、プレス動作同士のオーバラップ制御を開始するよう指令する。これにより、数値制御装置１００は、加工品質を保ちつつヒットレートを向上させることができる。図３の中図及び下図において、実線はプレス動作同士のオーバラップを行った場合のパンチヘッドの位置及び速度を、破線はオーバラップを行わない場合のパンチヘッドの位置及び速度を示している。プレス動作同士のオーバラップ制御により、（Ｆ）及び（Ｇ）の位置で動作が変化していることが分かる。

ここでいう最小クリアランス（第２の上死点ともいう）は、従来より用いられてきたクリアランス（第１の上死点ともいう）と別個のパラメータであり、両者は併存可能である。従来のクリアランスは、ワーク厚等の条件毎に設定される値であり、プレスの動作パターンも当該条件毎に用意される。一方、本実施の形態で導入された最小クリアランスというパラメータは、動作パターンとは独立にユーザが任意に設定し得るものである。したがって、ユーザは動作パターンを変更することなく、最小クリアランスを設定及び変更することができる。なお、言うまでもなく、クリアランス＞最小クリアランスの関係が成立する。

また、従来のクリアランスは、ワークの反りやうねりなどを考慮して余裕を持って設定されることがある。しかし、テーブルの移動量が小さければ、ワークの反りやうねりの影響が少ないため、第１の上死点である従来のクリアランスよりも小さい、第２の上死点すなわち最小クリアランスを用いても、ワークと工具とが干渉することなく加工を実施できる。

判定部１１０又は軸動作制御部１２０は、Ｍコードや入力信号等に応じて、プレス動作同士のオーバラップの実施の有無を切り替えることとしても良い。これにより、高速加工が必要でない場合にはプレス動作同士のオーバラップを行わず、より良い加工品質を追求することができる。

図４を用いて、軸動作制御部１２０がプレス軸の動作をオーバラップさせる方法をより詳しく説明する。軸動作制御部１２０は、オーバラップ開始時点で、前ブロック（第１のブロックともいう）のプレス動作のパルスに、次ブロック（第２のブロックともいう）のプレス動作のパルスを加算する。これにより、パンチヘッド速度は図４の中図に示すように変化し、オーバラップされた速度で動作するようになる。また、パンチヘッド位置は図４の下図に示すように時間経過とともに変化する。

図５を用いて、判定部１１０が、最小クリアランスが確保できたことを検知する方法について説明する。ブロック開始（パンチヘッドがワークから抜けた時点）から現時点までのパンチヘッドの移動量の積算値をＡとする。また、現時点でオーバラップを開始させた場合に、パンチヘッドの速度が０になるはずの時点におけるパンチヘッドとワーク上面の距離をクリアランスＣとする。すなわち、クリアランスＣは、ブロック開始からパンチヘッドの速度が０になるまでのパンチヘッドの移動量である。判定部１１０は、一定時間毎に、その時点において予測されるクリアランスＣ（予測上死点ともいう）の値を計算し、クリアランスＣ≧最小クリアランスとなった時点でオーバラップを開始させる。

ここで、前ブロックのプレス動作の残移動時間Ｔを、以下のように定義する。
・分配パルスＰが残っている場合：Ｔ＝Ｐ／Ｆ＋τ
・分配パルスＰが残っていない場合：Ｔ＝τｆ／Ｆ
分配パルスＰが残っている場合とは、換言すれば、パンチヘッドが指令速度で動いている状態にある場合をいう。分配パルスＰが残っていない場合とは、換言すれば、パンチヘッドが減速中である場合をいう。τはプレスの時定数、すなわち指令速度に達するまでに要する時間を、Ｆはプレスの指令速度を示している。

クリアランスＣは、前ブロックのプレス動作の残移動時間Ｔに応じて、以下の式で求められる。
・２τ≧Ｔ＞τの場合（図６参照）
Ｃ＝Ａ＋（Ｔ−τ）（Ｆ＋Ｆτ／Ｔ）／２＋Ｆτ／Ｔ×（τ−Ｔ／２）／２
＝Ａ＋（２ＦＴ−Ｆτ）／４・・・（１）
・τ≧Ｔの場合（図７参照）
Ｃ＝Ａ＋（ＦＴ／τ×Ｔ／２）／２
＝Ａ＋ＦＴ^２／４τ ・・・（２）

なお、Ｔ≧２τの場合は、Ｔ＝２τとなるようにオーバラップして、プレスを開始するタイミングをクランプする（図８参照）。これは、図１０に示すように、ストローク及びクリアランスを大きくとってプレスを行っている状態である。例えばプレス軸の発熱が大きい場合等にこのようなプレスが行われる。通常、このような場合には高速加工は要求されることはない。クリアランスの計算式は（１）、（２）のいずれかとなる。

図９のフローチャートを用いて、数値制御装置１００の動作を整理しつつ説明する。
Ｓ１：軸動作制御部１２０は、プレス軸の移動指令を作成する。判定部１１０は、ブロック開始（パンチヘッドがワークから抜けた）後より、一定時間毎に、プレス軸の移動量積算値Ａの計算を行う。
Ｓ２：判定部１１０は、テーブル軸が次ブロックのプレス動作を実施可能な位置に到達したか否かを判定する。到達していればＳ３に遷移する。到達していなければＳ１に遷移する。
Ｓ３：判定部１１０は、前ブロックのプレス動作が完了しているか否かを判定する。完了していなければＳ４に遷移する。完了していればＳ９に遷移する。
Ｓ４：判定部１１０は、高速加工モードがＯＮであるか否かを判定する。ＯＮであればＳ５に遷移する。その他の場合はＳ１に遷移する。
Ｓ５：判定部１１０は、前ブロックのプレスの残移動時間Ｔを計算する。
Ｓ６：判定部１１０は、Ｔ＞２τであるか否かを判定する。ＮＯであればＳ７に遷移する。ＹＥＳであればＳ１に遷移する。
Ｓ７：判定部１１０は、ＴとＡを用いて、式（１）、（２）によりクリアランスＣを計算する。
Ｓ８：判定部１１０は、Ｃ≧最小クリアランスであるか否かを判定する。ＹＥＳであればＳ９に遷移する。ＹＥＳであればＳ１に遷移する。
Ｓ９：判定部１１０は、軸動作制御部１２０にプレス軸同士のオーバラップ制御の開始を指示する。軸動作制御部１２０は、前ブロックのプレス動作にオーバラップする形で、次ブロックのプレス動作を開始させる。

本実施の形態によれば、数値制御装置１００は、従来のクリアランスよりも小さい最小クリアランスの設定を受け付ける。そして、パンチヘッドが最小クリアランスに達した時点でパンチヘッドの速度が０となるよう、ブロック間でプレス動作同士をオーバラップさせる。これにより、テーブル軸の移動量が小さい場合にも、高速なプレス加工を実現することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

例えば、上述の実施の形態はプレス軸が直線軸上を動く場合を前提としているが、図１１に示すようにプレス軸がクランクになっている場合にも本発明は適用可能である。この構成では、クランク軸が回転を開始し、プレス動作が完了した後に、パンチヘッドが上死点に達し、クランク軸の回転速度が０となる。その後、クランク軸の回転方向が切り替わり、次のプレス動作が開始される。数値制御装置１００は、このような複数のプレス動作間でクランク軸の回転動作をオーバラップさせることで、パンチヘッドの上死点を変化させることができる。すなわち、上述の実施の形態と同様に、パンチヘッドが最小クリアランスに達した時点でパンチヘッドの速度が０となるよう、ブロック間でプレス動作同士をオーバラップさせることができる。

また、上述の実施の形態では、判定部１１０は、高速加工モードがＯＮである場合にのみプレス動作のオーバラップを実施したが（ステップＳ４）、必ずしもこの判定ステップを備える必要はなく、適宜省略して良い。

１００数値制御装置
１１０判定部
１２０軸動作制御部

Claims

加工プログラムに従ってテーブル軸及びプレス軸の動作を制御する軸動作制御部を有する数値制御装置であって、
前記軸動作制御部は、
第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作を第１の上死点から開始し、
前記テーブル軸の状態が第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作を開始できる条件を満たしており、かつ前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作が完了していない場合には、前記第２のブロックにかかるプレス軸の動作を、前記第１の上死点よりも低い第２の上死点から開始することにより、
前記第１のブロック及び前記第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作同士をオーバラップさせることを特徴とする
数値制御装置。
前記テーブル軸の状態が前記第２のブロックにかかる前記プレス軸の動作を開始できる条件を満たしている状態、及び、前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作が完了していない状態にあるときに、
前記第１のブロックにかかる前記プレス軸の動作の残り時間に基づいて、現時点において前記オーバラップを開始した場合の予測上死点を計算し、
前記予測上死点の高さが、予め定められたしきい値以上である場合に、前記軸動作制御部に前記オーバラップを開始させる判定部をさらに有することを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記軸動作制御部は、高速加工モードがＯＮである場合に、前記オーバラップを実行することを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。