JP2020011327A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱変形を考慮して加工位置を決定する数値制御装置を提供する。【解決手段】加工位置及び加工形状が定められた複数の加工穴をワークに加工する数値制御装置１は、加工位置及び加工形状で加工穴を加工した場合のワークの熱分布の時間変化を、加工穴各々について求める熱影響計算部１０１と、前の加工穴を加工してから次の加工穴を加工するまでの経過時間と、前の加工穴及び次の加工穴を加工した場合の熱分布と、に基づいて、ワークが熱変形を生じない次の加工穴を決定する加工位置決定部１０２と、加工穴を加工する加工部１０３と、を有する。【選択図】図１６

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に熱変形を考慮して加工位置を決定する数値制御装置に関する。

ワークに穴あけ加工を行うパンチプレスやレーザ加工機等の加工機（以下、単に加工機又は機械という）が知られている。これらの加工機で穴あけ加工を行うとワークの温度が上昇する。特に、図１に示すように、位置的に近い範囲内で連続して穴あけ加工を行うと、ワークが熱変形を起こし加工精度が低下する可能性がある。従来、オペレータはこのような熱変形の可能性を考慮して手作業により加工順序を決定し（図２参照）、加工プログラム（以下、単にプログラムという）を作成していた。

また、熱変形の防止を考慮して穴あけ加工順序を自動的に決定するための手法が幾つか提案されている。特許文献１には、穴加工による摩擦熱が一つの領域に集中して熱変形させてしまう問題を防ぐため、直前に加工した位置から最も遠い未加工位置を穴加工することが記載されている。特許文献２には、熱が蓄積することを防止するため、加工領域を複数個の分割領域に分け、隣り合う分割領域が連続しないような加工順序で加工していくことが記載されている。特許文献３には、直前の加工穴の熱の影響で次の加工穴の加工精度が低下する距離を閾値ＬＭとして定め、加工穴間の距離が閾値ＬＭ以上になり、かつ加工経路が最短になるように２−ｏｐｔ法などの局所探索法を用いて加工順序を並べ替えることが記載されている。

特開平８−９９２５２号公報 特許第５１６２９７７号 特許第５８８９６０６号

従来のマニュアル操作による加工順序の決定手法には、オペレータが熱の影響を考慮したプログラムを作成するために多くの時間を奪われ、生産性が損なわれてしまうという問題があった。特に、異なる形状の加工穴が混在する場合、加工順序を決定するための計算等が複雑になり、容易に順序を決めることができなくなる。このような場合、従来は加工経験等に頼って加工順序を決定していたため、経験の浅いオペレータは加工プログラムの作成が困難であった。

また、特許文献１及び２記載の手法は従来の経験則の一部を自動したにとどまるものである。熱の影響を実測値又は予測値等の正確なデータに基づいて評価して加工位置を決定するものではないので、場合によっては熱変形が発生する可能性がある。特許文献３の手法は加工穴間の距離のみを考慮するものであるため、加工穴の形状が同一形状であるという前提条件が付される。すなわち任意形状の加工穴に対応できない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、熱変形を考慮して加工位置を決定する数値制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、加工位置及び加工形状が定められた複数の加工穴をワークに加工する数値制御装置であって、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの熱分布の時間変化を、前記加工穴各々について求める熱影響計算部と、前の前記加工穴を加工してから次の前記加工穴を加工するまでの経過時間と、前の前記加工穴及び次の前記加工穴を加工した場合の熱分布と、に基づいて、前記ワークが熱変形を生じない次の前記加工穴を決定する加工位置決定部と、前記加工穴を加工する加工部と、を有することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ前の前記加工穴から最も近い位置にある未加工の前記加工穴を次の前記加工穴として決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークを複数の領域に分割し、前の前記加工穴と同じ前記領域内において次の前記加工穴を決定し、前記領域内の全ての前記加工穴の加工が終了した場合は他の前記領域内において次の前記加工穴を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ複数の前記加工穴を巡る経路が最短となるように前記加工穴の加工順序を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合に前記ワークの温度がＴｔ／２となる範囲の時間変化を、前記加工穴各々について求め、前記加工位置決定部は、前の加工穴の加工で生じる前記範囲と、次の加工穴の加工で生じる前記範囲と、が重複する場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、前記温度Ｔｔはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの温度の時間変化を、前記ワーク上に複数設けられた測定点又は小区画において求め、前記加工位置決定部は、前記測定点又は小区画のいずれかにおいて、前の加工穴の加工で生じる熱と、次の加工穴の加工で生じる熱と、の合算値がＴｔを超える場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、前記温度Ｔｔはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により前記熱分布を求めることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、サンプル加工時の前記熱分布を測定したデータセットを用いて前記熱分布を求めることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工部は、前記加工位置決定部が決定した順序に従って前記加工穴を加工するための加工プログラムを生成することを特徴とする。

本発明により、熱変形を考慮して加工位置を決定する数値制御装置を提供することができる。

穴あけ加工における課題を説明する図である。 穴あけ加工における課題を説明する図である。 加工穴と熱影響の最大範囲との一例を示す図である。 熱影響の最大範囲の時間変化を示す図である。 有限要素法による熱分布計算の一例を示す図である。 実施の形態１による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態１による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態１による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態１による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態１による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態１による数値制御装置１の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態２による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 実施の形態３による加工位置の決定手法の一例を示す図である。 数値制御装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。 数値制御装置１の機能構成の一例を示す図である。 穴あけ加工により生じるワークの熱分布の一例を示す図である。 穴あけ加工により生じるワークの熱分布の一例を示す図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施形態１による数値制御装置１は、ワークの熱伝導性を考慮して、熱の影響を受けない加工位置（加工穴の位置）を決定する。また、熱の影響を受けない加工順序を決定できる。さらに、熱の影響を受けない加工を行うための加工プログラムを自動生成できる。

図１５は、数値制御装置１の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。数値制御装置１は、加工機の制御を行う装置である。数値制御装置１は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、インタフェース１８、バス１０、軸制御回路１６、サーボアンプ１７を有する。数値制御装置１には、サーボモータ５０、入出力装置６０が接続される。

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１０を介して読み出し、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。

ＲＯＭ１２は、加工機の各種制御等を実行するためのシステム・プログラムを予め格納している。

ＲＡＭ１３は、一時的な計算データや表示データ、後述する入出力装置６０を介してオペレータが入力したデータやプログラム等を一時的に格納する。

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ており、数値制御装置１の電源が遮断されても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１４は、入出力装置６０から入力されるデータやプログラム等を格納する。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムやデータは、実行時及び利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。

軸制御回路１６は、加工機の動作軸を制御する。軸制御回路１６は、ＣＰＵ１１が出力する軸の移動指令量を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ１７に出力する。

サーボアンプ１７は、軸制御回路１６が出力する軸の移動指令を受けて、サーボモータ５０を駆動する。

サーボモータ５０は、サーボアンプ１７により駆動されて加工機の動作軸を動かす。サーボモータ５０は、典型的には位置・速度検出器を内蔵する。位置・速度検出器は位置・速度フィードバック信号を出力し、この信号が軸制御回路１６にフィードバックされることで、位置・速度のフィードバック制御が行われる。

なお、図１５では軸制御回路１６、サーボアンプ１７、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加工機に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、３軸を備えた加工機を制御する場合、それぞれの軸に対応する軸制御回路１６、サーボアンプ１７、サーボモータ５０が合計３セット用意される。

入出力装置６０は、ディスプレイやハードウェアキー等を備えたデータ入出力装置であり、典型的には操作盤である。入出力装置６０は、インタフェース１８を介してＣＰＵ１１から受けた情報をディスプレイに表示する。入出力装置６０は、ハードウェアキー等から入力された指令やデータ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。入出力装置６０によれば、例えば不揮発性メモリ１４に格納されたプログラムをディスプレイに表示させ、ハードウェアキーにより編集することができる。

図１６は、数値制御装置１の概略的な機能構成を示すブロック図である。数値制御装置１は、熱影響計算部１０１、加工位置決定部１０２、加工部１０３を有する。

熱影響計算部１０１は、加工プログラムに記述されている各加工穴について、加工を行った場合に発生する熱の分布を算出する。ここで各加工穴は、加工位置（例えば加工穴の中心等）及び加工形状（加工穴の形状）を有する。すなわち本実施の形態では各加工穴は形状が異なっていて良い。

図１７及び図１８は、穴あけ加工により生じるワークの熱分布の一例を示す図である。破線は加工形状を示す。実線の閉図形は温度の等しい地点を結んだ等温線であり、内側に位置するものほど温度が高い。図１７は、丸穴をパンチプレスにより加工した場合の熱分布を示す。丸穴の中心（加工位置）を中心に、同心円状に熱が分布している。図１８は、角穴をレーザ加工した場合の熱分布を示す。丸穴の場合とは異なり、コーナー部に熱が集中した歪な熱分布となる。

また熱影響計算部１０１は、各加工穴について、熱影響の最大範囲を算出することができる。熱影響の最大範囲とは、穴あけ加工を行った場合に発生する熱が、次の加工穴の加工精度に影響を及ぼしうる程度に伝播する範囲のことをいう。本実施の形態では、ワークが熱変形を起こしうる温度の下限（すなわち熱変形が生じ始める温度）をＴｔ度として、加工によりワーク温度がＴｔ／２度以上となる範囲を熱影響の最大範囲とする。図３に、加工穴と、熱影響の最大範囲と、の一例を示す。加工穴の形状が異なると、熱影響の最大範囲も異なることが示されている。

加工により発生した熱は、加工直後ほぼ一瞬にしてワーク内の一定範囲に伝播するが、時間経過とともに徐々に放熱するので、等温線が縮小する方向に熱分布が経時変化する。図５に示すように、加工後のワークの熱影響の最大範囲は、加工直後が最大となり、放熱により時間経過とともに縮小する。すなわち、加工後、次の加工位置に工具が早送りで移動するあいだ、移動時間の経過とともに熱影響の最大範囲は縮小する。換言すれば、加工後のワークの熱分布又は熱影響の最大範囲は時間の関数として表される。

熱影響計算部１０１による熱分布の計算手法を４例示す。
・熱分布の計算手法（１）
熱影響計算部１０１は、例えば、有限要素法をはじめとする、熱分布を計算可能な公知の計算手法を用いて、各加工穴の加工を行った場合の熱分布を逐次計算することができる。この場合、計算に必要な各種定数や固有値等は予め取得又は特定され、所定の記憶領域に格納されているものとする。

有限要素法は、解析的に解くことが難しい微分方程式や偏微分方程式で記述される現象を近似的に解くための離散化手法である。複雑な形状や性質を持つ物体を単純な小区画に分割し（図４参照）、各小区画について挙動を計算することで、全体の挙動を予測する。

熱影響計算部１０１は、例えば次の熱伝導方程式を有限要素法と組み合わせる。すなわち各小区画について熱伝導方程式を計算することで、ある時間における各小区画の温度と、ワーク全体の熱分布と、を特定する。

Ｃｖ：比熱と密度の積 （Ｊ／ｍ^３）
Ｔ：温度 （Ｋ）
ｔ：時間 （ｓｅｃ）
λ：熱伝導率 （Ｊ／（ｍ・ｓｅｃ・Ｋ））
ｑ（ｔ）：流入した単位時間・単位体積あたりの熱量（レーザ照射熱、パンチの摩擦熱など） （Ｊ／ ｓｅｃ・ ｍ^３）

ここでＣｖ，λはワーク素材によって異なる定数、ｑ（ｔ）はレーザ発振器等に固有の値である。熱影響計算部１０１は各小区画においてこの計算を行うことで、各小区画での、加工からの経過時間ｔにおけるワーク温度を求めることができる。

・熱分布の計算手法（２）
熱影響計算部１０１は、熱分布の計算手法（１）において経過時間ｔにおけるワーク温度がＴｔ／２以上となる小区画（又はその代表点）をまとめることにより、熱影響の最大範囲を求めることができる。この熱影響の最大範囲を用いることで、後述するように、少ない計算資源で高速に加工位置の適否を判定することが可能となる。

・熱分布の計算手法（３）
上述の熱分布の計算手法（１）によれば、任意のワーク形状、ワーク素材及び加工形状等の下での熱分布を計算できるが、相当の計算リソースも必要である。熱分布の計算手法（２）では、熱影響計算部１０１は、熱分布の計算手法（１）で得られた計算結果をデータベースに蓄積しておく。より具体的には、例えばワーク形状、加工形状及びＣｖ，λ，ｑ（ｔ）等の定数ごとに、各小区画での、加工からの経過時間ｔにおけるワーク温度をデータベースに蓄積する。

次回以降、同様の条件下で再び加工を行う場合には、熱影響計算部１０１はこのデータベースを参照することで、各小区画での、加工からの経過時間ｔにおけるワーク温度を求めることができる。また熱影響計算部１０１は、経過時間ｔにおけるワーク温度がＴｔ／２以上となる小区画（又はその代表点）をまとめることにより、熱影響の最大範囲を求めることができる。

・熱分布の計算手法（４）
熱影響計算部１０１は、実際にサンプル加工を行い、サーモグラフィ等の温度計測手段を使用してワークの温度を測定した結果を参照して、各加工穴の加工を行った場合の熱分布を特定することもできる。例えばあるワークに対し、ある加工形状で穴あけ加工を行った場合のワークの温度を、所定時間毎に複数の測定点で測定し、測定結果をデータベース化又は数式化するなどして蓄積する。より具体的には、例えばワーク形状、加工形状及びＣｖ，λ，ｑ（ｔ）等の定数ごとに、加工位置からの距離、加工からの経過時間、ワーク温度を対応付けてデータベースに蓄積する。

熱影響計算部１０１は、このデータベースを参照することで、各測定点での、加工からの経過時間ｔにおけるワーク温度を求めることができる。また熱影響計算部１０１は、経過時間ｔにおけるワーク温度がＴｔ／２となる測定点を接続することにより、熱影響の最大範囲（の外縁を示す閉図形）を求めることができる。

加工位置決定部１０２は、熱影響計算部１０１の計算した熱分布又は熱影響の最大範囲と、次の加工位置までの移動時間と、に基づいて、次の加工位置を決定する。ここで移動時間とは、前の加工位置で加工穴の加工を行ってから、次の加工位置で加工穴の加工を開始するまでの経過時間をいう。

・加工位置の決定手法（１）
加工位置決定部１０２は、上述の熱分布の計算手法（２）により求められる熱影響の最大範囲を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。本手法では、熱影響の最大範囲という幾何学的情報を使用して、加工位置の適否を判定する。この手法は後述の加工位置の決定手法（２）乃至（４）に比べて計算が簡易で済み、少ない計算資源で高速に加工位置を決定することができる。

ステップ１．前回の加工位置から未加工位置Ｐまでの移動時間ｔを算出する。すなわち前回の加工位置から移動時間ｔ経過後に未加工位置Ｐで加工が行われるものと仮定する。未加工位置Ｐの初期値は、前回の加工位置から最も近い未加工位置とする。
ステップ２．熱分布の計算手法（２）により、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、前回の加工による熱影響の最大範囲Ａ１（ｔ）を求める。
ステップ３．熱分布の計算手法（２）により、移動時間ｔ経過時点において未加工位置Ｐで加工を行ったことによる、加工直後の熱影響の最大範囲Ａ２（ｔ）を求める。
ステップ４．Ａ１（ｔ）とＡ２（ｔ）が干渉、すなわち少なくとも一部が重なり合っているか否か判定する。干渉している場合は、ステップ６に遷移する。この場合はワーク温度がＴｔ以上になる領域があるので、未加工位置Ｐは次の加工位置としてふさわしくない（熱変形が起こる可能性がある）ことになる。干渉していない場合は（図６参照）、ステップ５に遷移する。
ステップ５．未加工位置Ｐを、次の加工位置として決定する。
ステップ６．未加工位置Ｐを、未加工位置Ｐの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ１以降の計算を繰り返す。

・加工位置の決定手法（２）
加工位置決定部１０２は、上述の熱分布の計算手法（１）により算出した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。上述の加工位置の決定手法（１）に比べより精緻に未加工位置を探索できる。

ステップ１．前回の加工位置から未加工位置Ｐまでの移動時間ｔを算出する。すなわち前回の加工位置から移動時間ｔ経過後に未加工位置Ｐで加工が行われるものと仮定する。未加工位置Ｐの初期値は、前回の加工位置から最も近い未加工位置とする。
ステップ２．熱分布の計算手法（１）により、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワーク上に設定された複数の小区画におけるワークの温度を求める。
ステップ３．熱分布の計算手法（１）により、移動時間ｔ経過時点において未加工位置Ｐで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Ｐでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の小区画におけるワークの温度を求める。
ステップ４．ワーク上の各測定点において、ステップ１で求めた温度（前回の加工によるもの）とステップ２で求めた温度（未加工位置Ｐでの加工によるもの）とを合算し、合算温度がＴｔ以上となる小区画が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ６に遷移する。この場合はワーク温度がＴｔ以上になる点があるので、未加工位置Ｐは次の加工位置としてふさわしくない（熱変形が起こる可能性がある）ことになる。存在しない場合は、ステップ５に遷移する。
ステップ５．未加工位置Ｐを、次の加工位置として決定する。
ステップ６．未加工位置Ｐを、未加工位置Ｐの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ１以降の計算を繰り返す。

・加工位置の決定手法（３）
加工位置決定部１０２は、上述の熱分布の計算手法（３）により予測及び蓄積した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。類似条件下で計算された温度分布をいわば再利用することで、上述の加工位置の決定手法（２）に近い精度を保ちつつ計算量を削減することができる。

ステップ１．前回の加工位置から未加工位置Ｐまでの移動時間ｔを算出する。すなわち前回の加工位置から移動時間ｔ経過後に未加工位置Ｐで加工が行われるものと仮定する。未加工位置Ｐの初期値は、前回の加工位置から最も近い未加工位置とする。
ステップ２．熱分布の計算手法（３）により、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ３．熱分布の計算手法（３）により、移動時間ｔ経過時点において未加工位置Ｐで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Ｐでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ４．ワーク上の各測定点において、ステップ１で求めた温度（前回の加工によるもの）とステップ２で求めた温度（未加工位置Ｐでの加工によるもの）とを合算し、合算温度がＴｔ以上となる測定点が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ６に遷移する。この場合はワーク温度がＴｔ以上になる点があるので、未加工位置Ｐは次の加工位置としてふさわしくない（熱変形が起こる可能性がある）ことになる。存在しない場合は、ステップ５に遷移する。
ステップ５．未加工位置Ｐを、次の加工位置として決定する。
ステップ６．未加工位置Ｐを、未加工位置Ｐの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ１以降の計算を繰り返す。

・加工位置の決定手法（４）
加工位置決定部１０２は、上述の熱分布の計算手法（４）により実測及び蓄積した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。類似条件下で実測された温度分布をいわば再利用することで、上述の加工位置の決定手法（２）や（３）に近い精度を保ちつつ、予測値算出にかかる計算量を不要とすることができる。

ステップ１．前回の加工位置から未加工位置Ｐまでの移動時間ｔを算出する。すなわち前回の加工位置から移動時間ｔ経過後に未加工位置Ｐで加工が行われるものと仮定する。未加工位置Ｐの初期値は、前回の加工位置から最も近い未加工位置とする。
ステップ２．熱分布の計算手法（４）により、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間ｔ経過後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ３．熱分布の計算手法（４）により、移動時間ｔ経過時点において未加工位置Ｐで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Ｐでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ４．ワーク上の各測定点において、ステップ１で求めた温度（前回の加工によるもの）とステップ２で求めた温度（未加工位置Ｐでの加工によるもの）とを合算し、合算温度がＴｔ以上となる測定点が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ６に遷移する。この場合はワーク温度がＴｔ以上になる点があるので、未加工位置Ｐは次の加工位置としてふさわしくない（熱変形が起こる可能性がある）ことになる。存在しない場合は、ステップ５に遷移する。
ステップ５．未加工位置Ｐを、次の加工位置として決定する。
ステップ６．未加工位置Ｐを、未加工位置Ｐの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ１以降の計算を繰り返す。

加工部１０３は、加工位置決定部１０２によって次の加工位置が決定されたなら、当該加工位置における穴あけ加工を実施する。

図１１のフローチャート、及び図７乃至図１０を用いて、数値制御装置１の動作例について説明する。以下の説明における処理番号は図１１のフローチャートと対応している。

Ｓ１：熱影響計算部１０１は、加工プログラムを読み込み、全ての加工穴の加工位置及び加工形状を取得する。全ての加工穴について、上述の熱分布の計算手法（１）又は（２）を用い、加工を行った場合の熱分布を計算又は取得する。また熱影響計算部１０１は、熱影響の最大範囲を算出しても良い。

Ｓ２：加工位置決定部１０２は、１回目の加工位置を任意に決定する（図７参照）。典型的には、１回目の加工位置はユーザにより指定される。加工部１０３は、決定した１回目の加工位置で穴あけ加工を行う。

Ｓ３：加工位置決定部１０２は、１回目の加工位置に最も近い未加工位置Ｐを選択する。

Ｓ４：加工位置決定部１０２は、上述の加工位置の決定手法（１）乃至（３）のいずれかのステップ２乃至４の手順に従って、未加工位置Ｐで加工を行ったときに熱変形が生じうるか否か判定する。熱変形が発生する場合はＳ７に遷移する。熱変形が発生しない場合はＳ５に遷移する。

図８及び図９は、加工位置決定部１０２が、１回目の加工の後、加工位置の決定手法（１）に従って熱変形の有無を判定する処理の一例を示す模式図である。加工位置決定部１０２は、１回目の加工による熱影響の最大範囲と、未加工位置Ｐで加工を行った時の熱影響の最大範囲と、が干渉する場合に熱変形が生じうると判定する。図８は、１回目の加工位置から最も近い未加工位置Ｐでは、熱影響の最大範囲の干渉が生じると判定される例を示している。図９は、１回目の加工位置から２番目に近い未加工位置Ｐでは、干渉が生じないと判定される例を示している。

図１０は、加工位置決定部１０２が、２回目の加工位置での加工後、加工位置の決定手法（１）に従って熱変形の有無を判定する処理の一例を示す模式図である。加工位置決定部１０２は、２回目の加工による熱影響の最大範囲と、未加工位置Ｐで加工を行った時の熱影響の最大範囲と、が干渉する場合に熱変形が生じうると判定する。図１０の例では、２回目の加工位置から最も近い未加工位置Ｐでは、熱影響の最大範囲の干渉が生じると判定されている。

Ｓ５：加工部１０３は、Ｓ４で決定した未加工位置Ｐで穴あけ加工を行う。

Ｓ６：他に未加工位置が残っていれば、Ｓ７に遷移する。未加工位置が残っていなければ、Ｓ８に遷移する。

Ｓ７：Ｓ４から遷移してきた場合は、現在の未加工位置Ｐの次に前回の加工位置に近い未加工位置を、新たな未加工位置Ｐとして選択し、再びＳ４に遷移する。

Ｓ６から遷移してきた場合は、現在の未加工位置Ｐ（すなわちＳ５での加工位置）に最も近い未加工位置を、新たな未加工位置Ｐとして選択し、Ｓ４に遷移する。

Ｓ８：加工を終了する。

本実施の形態によれば、数値制御装置１に加工プログラムを登録すれば、数値制御装置１が熱変形を考慮して、最適な加工順序で穴あけ加工を行うことができる。これにより、従来オペレータが熱変形を考慮して加工プログラムを作成するためにかけていた時間を大幅に削減できる。また、経験の浅いオペレータでも熱変形を考慮した穴あけ加工を実施できる。よって、作業の効率性や生産性を向上させることが可能である。

＜実施の形態２＞
実施の形態１の数値制御装置１を使用し、図１１のフローチャートに示す手順で熱変形の生じない加工位置を順次決定していくと、所定の加工順序が形成される（図１２参照）。この加工順序に従って加工を進めると、場合により、互いに距離の遠い複数の未加工位置が残されてしまい、加工効率に問題が生じることがある。実施の形態２では、このような問題を解決し加工効率を向上させる。

実施の形態２にかかる加工位置決定部１０２は、ワークを複数の領域に分割する。各領域には、複数の加工位置が含まれる。加工位置決定部１０２は、まず１回目の加工位置が含まれる領域内に存在する加工位置を対象に、図１１のフローチャートに示す手順で加工順序を決定する（図１３参照）。領域内の全ての加工位置で加工が終了したならば、加工位置決定部１０２は、未だ加工が行われていない他の任意の領域（好ましくは隣接する領域）において同様の処理を実施する。このとき、加工位置決定部１０２は、直前に加工を行った領域における最後の加工位置で発生する熱と、次に加工を行う領域における最初の加工位置で発生する熱と、により熱変形が生じることの無いよう、次に加工を行う領域における最初の加工位置を決定する。

本実施の形態によれば、ワーク全体に比べ狭い領域内で加工順序が決定され、次の加工位置までの移動距離を一定以下に抑制できる。これにより、未加工位置同士の距離が大きくなることがなく、加工効率を向上させることができる。

なお、ワークを複数の領域に分割することは特許文献２にも記載されている。しかしながら、特許文献２では、領域内における加工順序はオペレータ自身が作成する必要があった。また特許文献２では、ある領域を加工後、隣接する領域以外の、離れた領域に移動して加工を行うことで熱変形を回避する。一方、実施の形態２にかかる数値制御装置１は、領域内においても他の領域に移動する場合においても、加工位置単位で熱の影響を考慮して次の加工位置を決定する。よって、ある領域を加工後、隣接する領域に移動して加工を行うことが可能である。これにより、特許文献２記載の手法に比べ高い加工効率で加工を行うことができる。

＜実施の形態３＞
実施の形態１の数値制御装置１において、加工位置決定部１０２は、前回の加工位置から最も移動距離が近く、かつ熱変形が生じない未加工位置を次回の加工位置として決定した。このような手法で加工位置を順次決定していくと（図１１のフローチャート参照）、一定の加工順序を自動的に形成しうることは上述した。しかしながら、このように形成された加工順序は、熱変形の回避という観点では適切であるが、加工効率という観点では必ずしも最適化されたものとはいえない。上述の実施の形態２もこの問題を解決するための一手法であったが、実施の形態３では、移動経路を最小化するため巡回セールスマン問題を適用することによってこの問題を解決する。

巡回セールスマン問題とは、都市の集合と各２都市間の移動コスト（例えば距離。本実施の形態では加工位置間の移動時間）が与えられたとき、全ての都市をちょうど一度ずつ巡り出発地に戻る巡回路の総移動コストが最小のものを求める組合せ最適化問題である。すなわち、セールスマンが所定の複数の都市を１回だけ巡回する場合の最短経路を求める。巡回セールスマン問題を解くための代表的なアルゴリズムとして、２−ｏｐｔ法やニアリストネイバー法が知られている。

実施の形態３では、本発明を巡回セールスマン問題を適用可能な形とするため、加工位置決定部１０２が、各加工位置（以下、移動元）と、当該加工位置の次に加工した場合に熱変形が生じない他の加工位置（以下、移動先）と、の組み合わせを全て抽出する。これにより図１４に示すようなグラフを作成できる。

実施の形態１の加工位置決定部１０２は、加工位置の決定手法（１）乃至（３）において、移動元から最も近い未加工位置から順次、加工による熱変形が生じるか否かの判定を行うことで、移動先を探索していた。この手法を応用し、実施の形態３の加工位置決定部１０２は、移動先となりうる加工位置を網羅的に抽出する。すなわち移動元以外の全ての加工位置について、加工による熱変形が生じるか否かの判定を行い、熱変形が生じないと判定された加工位置のみを移動先候補として抽出する。そして加工位置決定部１０２は、移動元の加工位置、移動先候補の加工位置、及び移動元から移動先候補への移動時間をセットにして記憶する。

あるいは加工位置決定部１０２は、熱変形が生じると判定された加工位置を移動先候補から除外する代わりに、移動時間として非常に大きな数値（例えば９９９９等）を与えることとしても良い。

図１４に、加工位置決定部１０２が記憶した情報をグラフ化したものの一例を示す。ノードＡ乃至Ｆは加工位置、ノード間を接続するリンクに付された数値は加工位置間の移動時間を表している。移動時間は、ノード間の移動コストに相当する。加工位置決定部１０２は、このグラフに対して２−ｏｐｔ法やニアリストネイバー法を適用することにより、最小コストすなわち最短時間で加工を行うための加工順序を得ることが可能である。

なお、２−ｏｐｔ法を用いて加工順序を最適化することは特許文献３にも記載されている。しかしながら、特許文献３では、熱変形が生じるか否かを加工穴間の距離に基づいて判定している。これは加工穴が丸穴のように熱分布が距離に応じて一律に変化する場合であって（図１７参照）、かつ複数の加工穴が同一形状である場合に限定的に適用可能な手法である。一方、実施の形態３にかかる数値制御装置１では、熱影響計算部１０１が熱分布を２次元の領域として算出し、加工位置決定部１０２が２次元の熱分布に基づいて熱変形が生じるか否かを判定する。したがって、実施の形態３にかかる数値制御装置１は、任意の加工形状や、様々な加工形状が混在した複雑な加工プログラム等、広汎な穴あけ加工に適用可能である。また、加工による熱の影響を精緻に評価できるため、きめ細かな加工効率の向上（移動経路の短縮、加工時間の短縮）が可能である。

＜その他の実施の形態＞
以上、本発明の主要な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、上述の実施の形態では、熱変形が生じるか否かの判定を、２つの加工穴から生じる熱を考慮して行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば３以上のｎ個の加工穴から生じる熱を考慮して、熱変形の発生有無を判定しても良い。具体的には、加工位置の決定手法（２）又は（３）において、ある時刻において未加工位置Ｐの加工により生じる熱と、２以上の過去の加工穴から発生し当該時刻において残存している熱と、をワーク上の各小区画又は測定点において全て累計し、累計値がＴｔ以上である場合は熱変形が発生すると判断することができる。

また、上述の実施の形態では、加工部１０３は、加工位置決定部１０２により求められる加工順序に従って実際に加工を行った。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、加工部１０３は実際に加工を行うことなく、加工位置決定部１０２により求められる加工順序に従って加工を行うための加工プログラムを生成し、出力するよう構成しても良い。

１ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１８ インタフェース
１０ バス
１６ 軸制御回路
１７ サーボアンプ
５０ サーボモータ
６０ 入出力装置
１０１ 熱影響計算部
１０２ 加工位置決定部
１０３ 加工部

Claims (10)

1. 加工位置及び加工形状が定められた複数の加工穴をワークに加工する数値制御装置であって、
   前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの熱分布の時間変化を、前記加工穴各々について求める熱影響計算部と、
   前の前記加工穴を加工してから次の前記加工穴を加工するまでの経過時間と、前の前記加工穴及び次の前記加工穴を加工した場合の熱分布と、に基づいて、前記ワークが熱変形を生じない次の前記加工穴を決定する加工位置決定部と、
   前記加工穴を加工する加工部と、を有することを特徴とする
   数値制御装置。
2. 前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ前の前記加工穴から最も近い位置にある未加工の前記加工穴を次の前記加工穴として決定することを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
3. 前記加工位置決定部は、前記ワークを複数の領域に分割し、前の前記加工穴と同じ前記領域内において次の前記加工穴を決定し、前記領域内の全ての前記加工穴の加工が終了した場合は他の前記領域内において次の前記加工穴を決定することを特徴とする
   請求項２記載の数値制御装置。
4. 前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ複数の前記加工穴を巡る経路が最短となるように前記加工穴の加工順序を決定することを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
5. 前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合に前記ワークの温度がＴｔ／２となる範囲の時間変化を、前記加工穴各々について求め、
   前記加工位置決定部は、前の加工穴の加工で生じる前記範囲と、次の加工穴の加工で生じる前記範囲と、が重複する場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、
   前記温度Ｔｔはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
6. 前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの温度の時間変化を、前記ワーク上に複数設けられた測定点又は小区画において求め、
   前記加工位置決定部は、前記測定点又は小区画のいずれかにおいて、前の加工穴の加工で生じる熱と、次の加工穴の加工で生じる熱と、の合算値がＴｔを超える場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、
   前記温度Ｔｔはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
7. 前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により前記熱分布を逐次求めることを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
8. 前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により求めた前記熱分布の予測値を含むデータセットを参照して前記熱分布を求めることを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
9. 前記熱影響計算部は、サンプル加工時の前記熱分布の実測値を含むデータセットを参照して前記熱分布を求めることを特徴とする
   請求項１記載の数値制御装置。
10. 前記加工部は、前記加工位置決定部が決定した順序に従って前記加工穴を加工するための加工プログラムを生成することを特徴とする
    請求項１記載の数値制御装置。