JP2020086782A - プログラム作成支援装置およびプログラム作成支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の低下を抑制し得るプログラム作成支援装置およびプログラム作成支援方法を提供する。【解決手段】プログラム作成支援装置１０は、加工プログラムを作成するプログラム作成部２０と、プログラム作成部２０における加工プログラムの作成中に、工具の刃数と加工プログラムで指定されるモータの回転数とに基づいて、加工時に発生する工具の振動周波数を演算する演算部２２と、固有振動数を含む所定の範囲内に振動周波数があるか否かを判定する判定部２４と、当該範囲内に振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知部２６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工具を用いて加工対象物（ワーク）を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援装置およびプログラム作成支援方法に関する。

工作機械では、主軸の回転に連動して工具または加工対象物が回転する。このため、加工時には、主軸の回転に応じて工具の刃が加工対象物に断続的に接触することで工具が振動する。この工具の振動周波数が主軸を回転させるためのモータまたはそのモータの構成部品の固有振動数に近くなるほど共振が生じ易く、共振が生じた場合には加工対象物に対する加工精度が低下することで生産性が低下する傾向にある。

下記特許文献１には、共振周波数に近い周波数での加振を防止するため、工作機械に設けられた振動センサの検出値に応じて加工プログラムで指令される主軸の回転数を変更する加工方法が開示されている。

特開２０１５−２２６９４７号公報

しかし、上記特許文献１の加工方法では、主軸の回転数を下げると、加工対象物の加工時間が長くなって生産性が低下する傾向にある。一方、主軸の回転数を上げると、工作機械に生じる振動が大きくなって加工精度が低下し、生産性が低下する傾向にある。

そこで、本発明は、生産性の低下を抑制し得るプログラム作成支援装置およびプログラム作成支援方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援装置であって、前記工具の刃数を示す刃数情報と、主軸を回転させるためのモータおよび前記モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数とを示す振動情報が記憶される記憶部と、前記加工プログラムを作成するプログラム作成部と、前記プログラム作成部における前記加工プログラムの作成中に、前記刃数情報から得られる前記工具の刃数と前記加工プログラムで指定される前記モータの回転数とに基づいて、加工時に発生する前記工具の振動周波数を演算する演算部と、前記振動情報から得られる前記固有振動数を含む所定の範囲内に前記振動周波数があるか否かを判定する判定部と、前記範囲内に前記振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知部と、を備える。

本発明の第２の態様は、工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援方法であって、前記加工プログラムを作成する作成ステップと、前記加工プログラムの作成中に、前記工具の刃数と、主軸を回転させるためのモータに対し前記加工プログラムで指定される前記モータの回転数とに基づいて、加工時に発生する前記工具の振動周波数を演算する演算ステップと、前記モータおよび前記モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数を含む所定の範囲内に前記振動周波数があるか否かを判定する判定ステップと、前記範囲内に前記振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知ステップと、を含む。

本発明によれば、オペレータに対して、加工時に共振が生じる可能性があることを認識させることができる。したがって、オペレータに対して、加工条件を検討する段階で、共振を避けるように加工プログラムを作成させることができ、この結果、生産性の低下を抑制することができる。

プログラム作成支援装置を示す模式図である。 プログラム作成支援装置におけるプログラム作成支援処理の流れを示すフローチャートである。

本発明について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

〔実施の形態〕
図１は、プログラム作成支援装置１０を示す模式図である。プログラム作成支援装置１０は、工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するものであり、工具または加工対象物は、主軸の回転に連動して回転する。プログラム作成支援装置１０は、主軸を回転させるためのモータ（以下、主軸モータと称する）を制御する数値制御装置、あるいは、汎用のパーソナルコンピュータなどに設けられてもよい。

プログラム作成支援装置１０は、信号処理部１２と記憶部１４とを備える。信号処理部１２は、ＣＰＵなどのプロセッサと、レジスタなどのメモリとを少なくとも有するコンピュータである。メモリには、加工プログラムの作成を支援するための支援プログラムが記憶される。プロセッサは、メモリに記憶された支援プログラムを実行することで、プログラム作成部２０、演算部２２、判定部２４、報知部２６および設定部２８として機能する。

記憶部１４には、刃数情報および振動情報が記憶される。刃数情報は、加工対象物の加工に用いられる工具の刃数を示す情報であり、振動情報は、主軸モータおよび主軸モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数を示す情報である。本実施の形態では、振動情報は、主軸モータの固有振動数を示す情報とする。刃数情報および振動情報は、プログラム作成支援装置１０に備えられたマウスやキーボードなどの操作入力部を用いてオペレータにより入力される。なお、固有振動数は、公知の測定手法を用いて予め測定される。

プログラム作成部２０は、加工プログラムを作成するものである。このプログラム作成部２０は、操作入力部などから加工プログラムの作成開始命令が与えられると、加工プログラムをブロックごとに作成する。プログラム作成部２０は、加工プログラムのブロック（以下、単位プログラムと称する。）を作成するごとに、作成した単位プログラムを演算部２２に出力する。

演算部２２は、加工時に発生する工具の振動周波数を演算するものである。この演算部２２は、プログラム作成部２０から出力される単位プログラムごとに、その単位プログラムの内容を認識する。ここで、単位プログラムが主軸モータの回転数を指定する内容を含む場合、演算部２２は、その回転数と、記憶部１４に記憶された刃数情報から得られる工具の刃数とに基づいて、加工時に発生する工具の振動周波数を演算する。

本実施の形態では、演算部２２は、単位プログラムで指定される主軸モータの回転数から回転速度を計算し、計算した回転速度に対して工具の刃数を乗算することで、加工時に発生する工具の振動周波数を演算する。演算部２２は、工具の振動周波数を演算すると、演算した工具の振動周波数を判定部２４に出力する。

判定部２４は、演算部２２で演算された工具の振動周波数が共振範囲内にあるか否かを判定するものである。この判定部２４は、演算部２２から出力される工具の振動周波数を受けると、その振動周波数が共振範囲内にあるか否かを判定する。共振範囲は、記憶部１４に記憶された振動情報から得られる固有振動数と共振する可能性がある範囲であり、設定部２８により設定される。

ここで、工具の振動周波数が共振範囲にある場合、判定部２４は、異常信号を生成し、生成した異常信号を報知部２６に出力する。一方、工具の振動周波数が共振範囲にない場合、判定部２４は、異常信号を生成しない。したがって、報知部２６には異常信号が出力されない。

報知部２６は、判定部２４の判定結果を報知するものである。この報知部２６は、判定部２４から異常信号が与えられると、加工時に共振が生じる可能性があることをオペレータに報知する。これにより、オペレータは、加工時に共振が生じる可能性があることを認識することができる。

なお、液晶ディスプレイなどの表示部がプログラム作成支援装置１０に備えられている場合、報知部２６は、加工時に共振が生じる可能性がある旨を表示部に表示することで、オペレータに報知してもよい。また、音を出力するスピーカ、および、光を発光する発光部の少なくとも１つがプログラム作成支援装置１０に備えられている場合、報知部２６は、音、光のうち少なくとも１つを用いて、加工時に共振が生じる可能性がある旨をオペレータに報知してもよい。また、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つを備えた外部装置がプログラム作成支援装置１０に接続される場合、報知部２６は、外部装置に作動信号を送信することで、その外部装置を介して、加工時に共振が生じる可能性がある旨をオペレータに報知してもよい。

設定部２８は、オペレータの操作に応じて、主軸の固有振動数を含む範囲を共振範囲として設定するものである。この設定部２８は、操作入力部を用いてオペレータにより共振範囲が指定された場合、その共振範囲に、記憶部１４に記憶された振動情報から得られる固有振動数が含まれているか否かを判定する。

本実施の形態では、振動情報が主軸モータの固有振動数を示すものであるため、主軸モータの固有振動数が共振範囲にあるか否かが判定される。なお、振動情報が主軸モータおよびその主軸モータの構成部品における複数の固有振動数を示すものである場合、複数の固有振動数がオペレータにより指定した共振範囲にあるか否かが判定される。

ここで、オペレータにより指定された共振範囲に主軸モータの固有振動数が含まれている場合、設定部２８は、その共振範囲を設定する。一方、オペレータにより指定された共振範囲に主軸モータの固有振動数が含まれていない場合、設定部２８は、その共振範囲を設定しない。この場合、設定部２８は、再設定すべき旨をオペレータに通知する。

なお、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つがプログラム作成支援装置１０に備えられている場合、設定部２８は、その備えられた表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つを用いて、再設定すべき旨を通知してもよい。また、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも１つを備えた外部装置がプログラム作成支援装置１０に接続される場合、設定部２８は、外部装置に作動信号を送信することで、その外部装置を介して、再設定すべき旨をオペレータに通知してもよい。

次に、プログラム作成支援方法について説明する。図２は、プログラム作成支援装置１０におけるプログラム作成支援処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１において、記憶部１４は、刃数情報および振動情報を記憶する。刃数情報および振動情報は、操作入力部を用いてオペレータにより入力される。なお、刃数情報および振動情報を入力すべきことがプログラム作成部２０などによって通知されてもよい。記憶部１４は、刃数情報および振動情報を記憶すると、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、設定部２８は、オペレータの操作に応じて、主軸モータの固有振動数を含む範囲を共振範囲として設定する。なお、設定部２８は、加工プログラムの作成開始命令が与えられるまでにオペレータの操作がされない場合、記憶部１４に記憶された主軸モータの固有振動数を基準として、予めデフォルトとして決められた共振範囲を設定してもよい。設定部２８は、共振範囲を設定すると、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、プログラム作成部２０は、加工プログラムの作成開始命令が与えられると、加工プログラムの作成を開始し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、演算部２２は、プログラム作成部２０から出力される単位プログラムに基づいて、主軸モータの回転数を指定する内容を含む加工プログラム（単位プログラム）が作成されたか否かを判定する。

ここで、主軸モータの回転数を指定する内容を含む単位プログラムが作成されていない場合、演算部２２は、当該単位プログラムが作成されるまで演算を待機する。一方、主軸モータの回転数を指定する内容を含む単位プログラムが作成された場合、演算部２２は、ステップＳ５に進んで、その回転数と、記憶部１４に記憶された刃数情報から得られる工具の刃数とに基づいて、工具の振動周波数を演算し、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、判定部２４は、ステップＳ５で演算された工具の振動周波数がステップＳ２で設定された共振範囲内にあるか否かを判定する。ここで、工具の振動周波数が共振範囲内にない場合、判定部２４は、加工プログラムの作成が終了したか否かを判定し、加工プログラムの作成が終了していない場合にはステップＳ４に戻る。なお、加工プログラムの作成が終了した場合、プログラム作成支援処理は終了する。

一方、工具の振動周波数が共振範囲内にある場合、判定部２４は、異常信号を生成して報知部２６に出力し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、報知部２６は、異常信号を受けると、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する。これにより、プログラム作成支援処理は終了する。

〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

（変形例１）
設定部２８は、共振範囲内に工具の振動周波数があると判定部２４で判定された場合に、その判定時に設定された共振範囲を狭くしてもよい。これにより、加工時に共振が生じる可能性を抑制し得る加工プログラムを再作成し易くなる。なお、共振範囲を狭くする場合、工具の刃数が多いほどより狭い共振範囲が設定されてもよい。

（変形例２）
設定部２８では、共振範囲の下限値（共振範囲をこれ以上狭くできない限界値）、および、共振範囲の上限値（共振範囲をこれ以上広くできない限界値）が予め決められていてもよい。また、設定部２８は、オペレータの操作に応じて、共振範囲の下限値よりも狭い範囲が指定された場合、もしくは、共振範囲の上限値よりも広い範囲が指定された場合、再設定すべき旨をオペレータに通知してもよく、工具の交換を検討すべきことを通知してもよい。

（変形例３）
上記実施の形態および変形例１、２は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。

〔実施の形態から得られる発明〕
以上の実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

（第１の発明）
第１の発明は、工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援装置（１０）である。このプログラム作成支援装置（１０）は、工具の刃数を示す刃数情報と、主軸を回転させるためのモータおよび前記モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数とを示す振動情報が記憶される記憶部（１４）と、加工プログラムを作成するプログラム作成部（２０）と、プログラム作成部（２０）における加工プログラムの作成中に、刃数情報から得られる工具の刃数と加工プログラムで指定されるモータの回転数とに基づいて、加工時に発生する工具の振動周波数を演算する演算部（２２）と、振動情報から得られる固有振動数を含む所定の範囲内に振動周波数があるか否かを判定する判定部（２４）と、当該範囲内に振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知部（２６）と、を備える。

これにより、オペレータに対して、加工時に共振が生じる可能性があることを認識させることができる。したがって、オペレータに対して、加工条件を検討する段階で、共振を避けるように加工プログラムを作成させることができ、この結果、生産性の低下を抑制することができる。

演算部（２２）は、工具の刃数とモータの回転速度とを乗算することで、振動周波数を演算してもよい。これにより、演算量を抑制しつつも演算結果として得られる振動周波数を真値に近づけ易くなる。

プログラム作成支援装置（１０）は、オペレータの操作に応じて、上記の範囲を設定する設定部（２８）を備えてもよい。これにより、主軸の固有振動数と共振する可能性がある範囲を調整することができる。

（第２の発明）
第２の発明は、工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援方法である。このプログラム作成支援方法は、加工プログラムを作成する作成ステップ（Ｓ３）と、加工プログラムの作成中に、工具の刃数と、主軸を回転させるためのモータに対し加工プログラムで指定されるモータの回転数とに基づいて、加工時に発生する工具の振動周波数を演算する演算ステップ（Ｓ５）と、モータおよびモータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数を含む所定の範囲内に振動周波数があるか否かを判定する判定ステップ（Ｓ６）と、当該範囲内に振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知ステップ（Ｓ８）と、を含む。

これにより、オペレータに対して、加工時に共振が生じる可能性があることを認識させることができる。したがって、オペレータに対して、加工条件を検討する段階で、共振を避けるように加工プログラムを作成させることができ、この結果、生産性の低下を抑制することができる。

演算ステップ（Ｓ５）は、工具の刃数とモータの回転速度とを乗算することで、振動周波数を演算してもよい。これにより、演算量を抑制しつつも演算結果として得られる振動周波数を真値に近づけ易くなる。

プログラム作成支援方法は、オペレータの操作に応じて、上記の範囲を設定する設定ステップ（Ｓ２）を含んでもよい。これにより、主軸の固有振動数と共振する可能性がある範囲を調整することができる。

１０…プログラム作成支援装置 １２…信号処理部
１４…記憶部 ２０…プログラム作成部
２２…演算部 ２４…判定部
２６…報知部 ２８…設定部

Claims (6)

1. 工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援装置であって、
   前記工具の刃数を示す刃数情報と、主軸を回転させるためのモータおよび前記モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数とを示す振動情報が記憶される記憶部と、
   前記加工プログラムを作成するプログラム作成部と、
   前記プログラム作成部における前記加工プログラムの作成中に、前記刃数情報から得られる前記工具の刃数と前記加工プログラムで指定される前記モータの回転数とに基づいて、加工時に発生する前記工具の振動周波数を演算する演算部と、
   前記振動情報から得られる前記固有振動数を含む所定の範囲内に前記振動周波数があるか否かを判定する判定部と、
   前記範囲内に前記振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知部と、
   を備える、プログラム作成支援装置。
2. 請求項１に記載のプログラム作成支援装置であって、
   前記演算部は、前記工具の刃数と前記モータの回転速度とを乗算することで、前記振動周波数を演算する、プログラム作成支援装置。
3. 請求項１または２に記載のプログラム作成支援装置であって、
   オペレータの操作に応じて、前記範囲を設定する設定部を備える、プログラム作成支援装置。
4. 工具を用いて加工対象物を加工させる加工プログラムの作成を支援するプログラム作成支援方法であって、
   前記加工プログラムを作成する作成ステップと、
   前記加工プログラムの作成中に、前記工具の刃数と、主軸を回転させるためのモータに対し前記加工プログラムで指定される前記モータの回転数とに基づいて、加工時に発生する前記工具の振動周波数を演算する演算ステップと、
   前記記憶部に記憶された振動情報から得られる前記モータおよび前記モータの構成部品の少なくとも一方の固有振動数を含む所定の範囲内に前記振動周波数があるか否かを判定する判定ステップと、
   前記範囲内に前記振動周波数がある場合には、加工時に共振が生じる可能性があることを報知する報知ステップと、
   を含む、プログラム作成支援方法。
5. 請求項４に記載のプログラム作成支援方法であって、
   前記演算ステップは、前記工具の刃数と前記モータの回転速度とを乗算することで、前記振動周波数を演算する、プログラム作成支援方法。
6. 請求項４または５に記載のプログラム作成支援方法であって、
   オペレータの操作に応じて、前記範囲を設定する設定ステップを含む、プログラム作成支援方法。

Images