JP2019000969A

JP2019000969A - 数値制御装置

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Publication number: JP2019000969A
Application number: JP2017119941A
Authority: JP
Inventors: 次郎藤山; Jiro Fujiyama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: US20180364681A1; CN109143964B; US10564630B2; DE102018004678A1; CN109143964A; DE102018004678B4; JP6457588B2

Abstract

【課題】加工を中断する際にワークの加工面が傷つかないように工具を退避する工具退避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１は、加工を中断する指令を検出する停止指令検出部１４０と、停止指令検出部１４０が加工を中断する指令を検出した場合に、中断する加工における加工方法を特定する加工方法特定部１５０と、加工方法特定部１５０が特定した加工方法と、中断する加工における主軸の送り方向及び主軸の回転方向とに基づいて、工具の退避方向を決定し、決定した退避方向への工具の移動経路を作成する退避経路作成部１６０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に工具の退避機能を有する数値制御装置に関する。

ワークを加工する加工機においてワークを加工している最中に、停電や工具の交換などの理由により、加工を中断する場合がある。加工を中断する必要が生じた場合には、手動または自動により停止を要求する信号をＯＮにすると、該信号を（加工機を制御する）数値制御装置が感知して、サーボモータを停止させる。

加工中は工具とワークが接触しているため、単にモータの駆動を停止すると工具とワークが接触した状態で停止することになり、その後の作業に支障が出る場合がある。このため一般に加工の中断時には工具とワークを離すように主軸などを動作させる制御、すなわち工具を退避する制御を行う必要がある。

工具の退避制御に係る従来技術として、例えば特許文献１には、工具に破損が生じた際に、自動退避選択プログラムを作動してＺ軸動作退避、固定経路動作退避および逆経路動作退避を選択して処理する技術が開示されている。また、特許文献２には、加工の停止信号を感知すると、移動経路に沿って減速停止する経路と該移動経路から遠ざかるリトラクト経路とを合成した停止リトラクト経路に沿って工具をワークから退避させる技術が開示されている。更に、特許文献３には、工具のオフセットベクトル方向に工具を退避させる技術が開示されている。

特公平０４−０１６３０５号公報特開２０１６−０９９８２４号公報特開２００７−２４９４８４号公報

しかしながら、例えば特許文献１に開示された技術を用いて、工具をワークからＺ軸方向へ退避させたり、特許文献２に開示された技術を用いて、工具をワークから停止リトラクト経路にそって退避させたりしたとしても、ワークの工具との接触面に傷がつく可能性がある。例えば、図５に示すように、回転する工具の外周面に設けられた刃を利用して加工を行うフライス工具を利用してワークを加工している場合において、停止信号を受けた際に工具を図５中に示す退避方向（Ｚ軸方向）へと退避させると、工具とワークの接触面の一つである加工面Ａに縦方向（工具の退避方向）の傷が残る可能性がある。そして、特許文献１，２に開示される技術を単純に適用しただけでは、このような傷が残らないようにすることは困難である。
また、特許文献３の技術を用いることで、工具をワークから離れる方向に退避することは可能であるが、特許文献３の技術では工具オフセット機能を利用することを前提としているため、工具オフセット方向を指令するＧコード指令が加工プログラムに記載されていない場合（例えば、最初から工具径のオフセット量を加味した加工プログラムを作成している場合等）に対応することができないという課題がある。

一般に、図５に示すような回転する工具の外周面に設けられた刃を利用して加工を行う場合には、図６に示すように、加工を中断する際に工具の刃がワークから離れるように、工具径方向に退避してから軸方向へリトラクトを行いたい。しかしながら、加工プログラムには工具とワークとの位置関係を示す情報は含まれていないため、工具とワークとの位置関係に基づいて工具の退避方向を判定することは困難である。

そこで本発明の目的は、加工を中断する際にワークの加工面が傷つかないように工具を退避する工具退避機能を備えた数値制御装置を提供することである。

本発明の数値制御装置では、加工を中断する際にワークの加工方法がダウンカットであるのか、或いはアップカットであるのかを特定し、特定した加工方法と、切削送りの方向（工具の進行方向）及び主軸の回転方向とに基づいて工具の退避方向を判定することで、上記課題を解決する。

そして、本発明の一態様は、主軸と、前記主軸とワークとを相対的に移動する少なくとも２つの送り軸とを有し、前記主軸に装着された工具を回転させて前記ワークを加工する加工機を加工プログラムに従って制御する数値制御装置であって、前記ワークを加工している際に該加工を中断する指令に基づいて、現在行われている前記加工を中断して前記工具を前記ワークから退避させる機能を備えた数値制御装置において、前記加工を中断する指令を検出する停止指令検出部と、前記停止指令検出部が前記加工を中断する指令を検出した場合に、中断する前記加工における加工方法を特定する加工方法特定部と、前記加工方法特定部が特定した前記加工方法と、中断する前記加工における前記主軸の送り方向及び前記主軸の回転方向とに基づいて、前記工具の退避方向を決定し、決定した退避方向への前記工具の移動経路を作成する退避経路作成部と、を備える数値制御装置である。

本発明により、加工を中断する際に、工具オフセット等の設定が為されていない加工プログラムを使用している場合であってもワークの工具との接触面（加工面）に残らないように工具をワークから退避させることが可能となる。

一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。本発明による加工方法に基づく工具の退避方向の判定について説明する図である。工具退避処理の流れを示す概略的なフローチャートである。工具の外周面に設けられた刃を利用して加工を行う例を示す図である。工具のワークからの退避方向について説明する図である。

以下に本発明を実現するための数値制御装置の構成例を示す。ただし、本発明の数値制御装置の構成は下記の例に限定されるものでなく、本発明の目的を実現可能なものであれば、どのような構成を採用しても良い。

図１は一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラムなどが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、加工プログラムを運転するために用いられる加工プログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理などを実行するための各種のシステム・プログラム（工具退避機能のシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、直線３軸を備えたマシニングセンタの場合には、軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は、直線軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に対してそれぞれ用意される。

スピンドル制御回路６０は、加工機への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、加工機のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。

図２は、工具退避機能を実現するためのシステム・プログラムを図１で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、工具退避機能のシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１００、補間部１１０、サーボ制御部１２０、スピンドル制御部１３０、停止指令検出部１４０、加工方法特定部１５０、退避経路作成部１６０を備える。

指令解析部１００は、不揮発性メモリ１４から加工プログラム２００に含まれる指令ブロックを逐次読み出して、読み出した指令ブロックを解析し、主軸の送り速度の指令値Ｆを含む移動指令データや主軸回転数の指令値Ｓを含む主軸回転指令データを算出する。また、指令解析部１００は、停止指令検出部１４０からの指令を受けた場合、加工プログラム２００の解析を停止（加工を中断）する。

補間部１１０は、指令解析部１００により算出された主軸の送り速度の指令値Ｆに基づいて、移動指令データにより指令される指令経路上の点を補間周期（制御周期）で補間計算した補間データを生成する。補間部１１０による補間処理は、補間周期（制御周期）毎に実行される。

サーボ制御部１２０は、補間部１１０が生成した補間データに基づいて制御対象となる機械の各軸を駆動するサーボモータ５０を制御する。
また、スピンドル制御部１３０は、主軸回転指令データに基づいて制御対象となる機械の主軸を回転させるスピンドルモータ６２を制御する。

停止指令検出部１４０は、加工の中断および工具の退避動作を要求する指令（例えば、作業者が操作盤７１を操作したことにより出力された停止信号等）を検出し、指令解析部１００に対して現在行われている加工の中断指令を出力すると共に、加工方法特定部１５０、退避経路作成部１６０に対して工具退避制御を開始する指令を出力する。

加工方法特定部１５０は、停止指令検出部１４０からの指令を受けて、現在行われている、すなわち中断する加工がどのような加工方法で行われている加工であるのかを特定する。加工方法特定部１５０は、例えば数値制御装置の不揮発性メモリ１４等に設けられた制御に係る設定情報を記憶する設定領域を参照し、予め作業者の操作や工程管理上の上位装置（ホストコンピュータ、セルコンピュータなど）からの指令により設定された加工方法に係る設定を参照し、中断する加工がダウンカットで行われているのか、アップカットで行われているのかを特定する。このようにする場合、加工方法に係る設定は加工プログラム全体に対して統一された１つの加工方法が設定されていても良いし、加工プログラムのブロックの範囲毎やブロック毎に異なる加工方法に係る設定ができるようにしても良い。また、加工プログラム内に加工方法に係る設定を含めることができる場合は、加工方法特定部１５０は、加工プログラムから加工に係る設定を読み出すようにしても良い。

退避経路作成部１６０は、停止指令検出部１４０からの指令を受けて、加工方法特定部１５０が特定した中断する加工の加工方法（アップカット／ダウンカット）と、指令解析部１００が解析した中断する加工の移動指令における工具の送り方向及び主軸の回転方向とに基づいて、工具をワークから退避させる退避方向への移動指令を作成し、補間部１１０へと出力する。図３は、本発明による加工方法と工具の送り方向とに基づく工具の退避方向の判定方法について説明する図である。図３に示すように、退避経路作成部１６０は、加工方法がダウンカットである場合、工具を上から（主軸の根元方向から）見て工具が時計回りに回転している時は工具の送り方向に対して左方向を工具の退避方向とし、工具が反時計回りに回転している時は工具の送り方向に対して右方向を工具の退避方向とする。また、退避経路作成部１６０は、加工方法がアップカットである場合、工具を上から（主軸の根元方向から）見て工具が時計回りに回転している時は工具の送り方向に対して右方向を工具の退避方向とし、工具が反時計回りに回転している時は工具の送り方向に対して左方向を工具の退避方向とする。退避経路作成部１６０が作成する、工具をワークから退避方向へと退避させる移動指令の移動量は、予め数値制御装置１の不揮発性メモリ１４等に設けられた設定領域に対して作業者や上位装置が設定できるようにしても良い。また、退避経路作成部１６０は、工具をワークから退避させる移動指令に、例えば特許文献１や特許文献２などに開示される従来技術により作成される退避経路を適宜追加・合成できるようにしても良い。

図４は、図２で示した停止指令検出部１４０、加工方法特定部１５０、退避経路作成部１６０が実行する処理の概略的なフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］停止指令検出部１４０は、加工の中断および工具の退避動作を要求する停止信号を検出する。
●［ステップＳＡ０２］加工方法特定部１５０は、中断する加工の加工方法を特定する。

●［ステップＳＡ０３］退避経路作成部１６０は、ステップＳＡ０２で特定した加工方法について、その種別に基づく判定を行う。加工方法がダウンカットである場合にはステップＳＡ０４へと処理を移行し、加工方法がアップカットである場合にはステップＳＡ０５へと処理を移行する。
●［ステップＳＡ０４］退避経路作成部１６０は、工具を上から（主軸の根元方向から）見て工具がいずれの方向に回転しているのかを判定する。主軸が時計回りに回転している場合にはステップＳＡ０６へ処理を移行し、主軸が時計回りに回転していない（反時計回りに回転している）場合には、ステップＳＡ０７へと処理を移行する。
●［ステップＳＡ０５］退避経路作成部１６０は、工具を上から（主軸の根元方向から）見て工具がいずれの方向に回転しているのかを判定する。主軸が時計回りに回転している場合にはステップＳＡ０７へ処理を移行し、主軸が時計回りに回転していない（反時計回りに回転している）場合には、ステップＳＡ０６へと処理を移行する。

●［ステップＳＡ０６］退避経路作成部１６０は、工具の退避方向を、工具の送り方向に対して左側とし、工具をワークから退避させる退避経路を作成する。
●［ステップＳＡ０７］退避経路作成部１６０は、工具の退避方向を、工具の送り方向に対して右側とし、工具をワークから退避させる退避経路を作成する。

以上の構成により、加工を中断する際に、工具オフセット等の設定が為されていない加工プログラムを使用している場合であってもワークの工具との接触面（加工面）に残らないように工具をワークから退避させることが可能となる。特に、加工プログラムの作成者が工具オフセット方向を指令するＧコード指令を利用しない加工プログラムを作成した場合や、ＣＡＤ／ＣＡＭの設定や仕様により工具オフセット方向を指令するＧコード指令を利用しない加工プログラムを出力する場合、すなわち、工具径を加味した指令を用いて加工プログラムが作成されている場合においても、適切に工具の退避を行わせることができる。

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。

１数値制御装置
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５，１８，１９インタフェース
１６ＰＭＣ
１７Ｉ／Ｏユニット
２０バス
３０軸制御回路
４０サーボアンプ
５０サーボモータ
６０スピンドル制御回路
６１スピンドルアンプ
６２スピンドルモータ
６３ポジションコーダ
７０表示器／ＭＤＩユニット
７１操作盤
７２外部機器
１００指令解析部
１１０補間部
１２０サーボ制御部
１３０スピンドル制御部
１４０停止指令検出部
１５０加工方法特定部
１６０退避経路作成部
２００加工プログラム

Claims

主軸と、前記主軸とワークとを相対的に移動する少なくとも２つの送り軸とを有し、前記主軸に装着された工具を回転させて前記ワークを加工する加工機を加工プログラムに従って制御する数値制御装置であって、前記ワークを加工している際に該加工を中断する指令に基づいて、現在行われている前記加工を中断して前記工具を前記ワークから退避させる機能を備えた数値制御装置において、
前記加工を中断する指令を検出する停止指令検出部と、
前記停止指令検出部が前記加工を中断する指令を検出した場合に、中断する前記加工における加工方法を特定する加工方法特定部と、
前記加工方法特定部が特定した前記加工方法と、中断する前記加工における前記主軸の送り方向及び前記主軸の回転方向とに基づいて、前記工具の退避方向を決定し、決定した退避方向への前記工具の移動経路を作成する退避経路作成部と、
を備える数値制御装置。
前記加工方法は、ダウンカット及びアップカットのいずれかである、
請求項１に記載の数値制御装置。
前記退避経路作成部は、前記加工方法がダウンカットである場合であって、前記主軸の回転方向が前記主軸の根元から見て時計回りである場合には、前記工具の退避方向を前記主軸の送り方向に対して左方向とし、反時計回りである場合には、前記工具の退避方向を前記主軸の送り方向に対して右方向とし、前記加工方法がアップカットである場合であって、前記主軸の回転方向が前記主軸の根元から見て時計回りである場合には、前記工具の退避方向を前記主軸の送り方向に対して右方向とし、反時計回りである場合には、前記工具の退避方向を前記主軸の送り方向に対して左方向とする、
請求項２に記載の数値制御装置。