JP2020204945A

JP2020204945A - 加工制御装置及び工作機械

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Publication number: JP2020204945A
Application number: JP2019112704A
Authority: JP
Inventors: 紀彦財間; Norihiko Zaima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: CN112099431A; DE102020003035A1; US20200401108A1; JP7294906B2

Abstract

【課題】加工精度の低下を抑制しながら加工時間を調節することができる加工制御装置を提供すること。【解決手段】本開示の一態様に係る加工制御装置は、加工プログラムを解析して、工具の送り速度を変更可能な複数の加工工程を抽出する加工工程抽出部と、前記加工工程抽出部が抽出した前記加工工程に優先順位を設定する優先順位設定部と、前記加工プログラムに基づいて、前記加工工程ごとに加工時間を算出する加工時間算出部と、前記加工時間算出部が算出した加工時間の合計値を目標値に近付けるよう、前記優先順位設定部が設定した優先順位が高いものから順に前記工具の送り速度の設定値を変更する設定値変更部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、加工制御装置及び工作機械に関する。

マシニングセンタ等の工作機械は、数値制御装置等の加工制御装置によって制御され、加工プログラムに従って、１又は複数のワークを加工する複数の加工工程を順番に、自動的に実行する。このような工作機械に多数の工程を含む加工プログラムを実行させる場合、加工が終了する時刻を容易に予測することができない。

例えば、夜間に工作機械に無人で加工を実行させる場合、朝、オペレータが出勤する時刻には新たな加工を行い得る状態となっていることが望ましい。朝までに余裕をもって終了できるような加工を選択して実行させると、朝に新たな加工を開始するまでに工作機械の各部の温度が低下してしまう。加工を開始してから工作機械の温度が上昇すると熱変位によって加工誤差が生じるため、工作機械の温度が低下している場合、加工を行う前に工作機械の温度を上昇させる暖機運転を行うことが望まれる。夜間の加工が終了する時刻をオペレータが出勤する時刻の直前に設定することができれば、暖機運転を省略して稼働率を向上することができる。このため、加工時間を容易に調整することができる工作機械が望まれる。

加工時間を調整する技術として、特許文献１には、「工具軌跡を作成し、決定された加工条件と作成された工具軌跡とから加工時間を算出する加工時間算出部と、算出された加工時間が目標値を満たすように、各決定部および加工時間算出部により決定された各加工情報の少なくとも一つを自動修正して該当決定部または加工時間算出部にフィードバックするフィードバック処理部とを備えたことを特徴とする加工情報自動作成評価装置」が記載されている。

特開平１１−１２９１４１号公報

特許文献１に記載される装置は、加工時間を算出し、算出した加工時間が目標加工時間を満たすよう、加工速度を推奨加工速度から最高加工速度までの範囲内で変更すると共に、工具の送り速度を推奨送り速度から最高送り速度までの範囲内で変更する。特許文献１には、加工速度及び工具の送り速度を大きくすることによって工具寿命が短くなることが記載されている。しかしながら、加工速度及び工具の送り速度を大きくすることで、加工精度も低下するおそれがある。複数の加工工程が存在する場合、加工速度及び工具の送り速度による加工精度の低下が問題となりやすい加工工程と、加工精度の低下が問題となりにくい加工工程とがある。特許文献１に記載されるように、そのような事情を考慮せずに加工条件を変更すると、得られる製品の精度が不十分となるおそれがある。そこで、加工精度の低下を抑制しながら加工時間を調節することができる加工制御装置が望まれる。

本開示の一態様に係る加工制御装置は、加工プログラムを解析して、工具の送り速度を変更可能な複数の加工工程を抽出する加工工程抽出部と、前記加工工程抽出部が抽出した前記加工工程に優先順位を設定する優先順位設定部と、前記加工プログラムに基づいて、前記加工工程ごとに加工時間を算出する加工時間算出部と、前記加工時間算出部が算出した加工時間の合計値を目標値に近付けるよう、前記優先順位設定部が設定した優先順位が高いものから順に前記工具の送り速度の設定値を変更する設定値変更部と、を備える。

本開示に係る加工装置によれば、加工精度の低下を抑制しながら加工時間を調節することができる。

本開示の一実施形態に係る工作機械の構成を示す模式図である。図１の加工制御装置の設定値変更部が表示する画面を例示する図である。図１の加工制御装置の設定値変更部による加工時間調節の手順を示すフローチャートである。図３のフローチャートの加工時間算出工程の詳細な手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る工作機械１００の構成を示す模式図である。工作機械１００は、加工装置１と、加工装置１を制御する加工制御装置２と、を備える。加工制御装置２は、本開示に係る加工制御装置の一実施形態である。

加工装置１は、例えばテーブルＢ上に保持されるワークＷを、加工ヘッドＨに保持される工具Ｔによって切削加工する装置とすることができる。加工装置は、テーブルＢと加工ヘッドＨとを相対移動させる複数の駆動軸と、加工ヘッドＨに保持される工具Ｔを交換する工具交換装置Ｃとを備える構成とすることができる。加工装置１における複数の駆動軸の具体的な軸構成としては、特に限定されないが、例として、加工ヘッドＨ（工具Ｔ）を回転する主軸と、加工ヘッドＨをテーブルＢに対して相対移動させる３つの直交軸と、主軸を傾斜させる複数の回転軸とを有する構成とすることができる。

加工制御装置２は、加工プログラムに従って、加工装置１の各駆動軸の動作を制御する。この加工制御装置２は、典型的には、加工装置１に付設される数値制御装置によって構成することができる。また、加工制御装置２は、その一部又は全部が加工制御装置２の数値制御装置から分離して設けられ、１又は複数の数値制御装置を管理する管理サーバ等によって構成されてもよい。さらに、加工制御装置２は、その一部又は全部が複数の工作機械に共用されてもよい。

加工制御装置２は、制御部３と、表示部４と、入力部５と、を備える構成とすることができる。制御部３は、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを導入することによって実現することができる。表示部４は、例えば液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等によって構成することができる。入力部５は、例えばキーボード、マウス、タッチセンサ等によって構成することができる。また、表示部４及び入力部５は、例えばタッチパネルのように一体に構成されてもよい。

制御部３は、加工プログラムを解析して、工具Ｔの送り速度を変更可能な複数の加工工程を抽出する加工工程抽出部３１と、工具Ｔごとに設定可能な送り速度の最小値及び最大値を記憶する工具情報記憶部３２と、加工プログラムに基づいて、加工工程ごとに加工時間を算出する加工時間算出部３３と、加工工程抽出部３１が抽出した加工工程に優先順位を設定する優先順位設定部３４と、加工時間算出部３３が算出した加工時間の合計値を目標値に近付けるよう、優先順位設定部３４が設定した優先順位が高いものから順に工具Ｔの送り速度の設定値を変更する設定値変更部３５と、設定値変更部３５により変更された送り速度で工具Ｔを移動させるよう加工装置１の駆動軸に指令を与える動作指令部３６と、を備える。加工工程抽出部３１、工具情報記憶部３２、加工時間算出部３３、優先順位設定部３４、設定値変更部３５及び動作指令部３６は、機能的に区別されるものであって、機械的構造及びプログラム構造において明確に区分できる必要はない。

加工工程抽出部３１は、加工プログラムを解析し、独立して工具の送り速度を変更することができる加工工程を抽出する。具体的には、加工工程抽出部３１は、加工プログラム中の工具交換命令をそれぞれ始点とするよう加工プログラムを複数の加工工程に分割してもよい。加工工程抽出部３１は、工具交換命令に加えて、Ｍコード等の補助命令、ブレイクポイント等の命令文も加工工程の始点として加工プログラムを分割して加工工程を抽出してもよい。また、加工プログラムがサブプログラムを含む場合、サブプログラムは１又は複数の加工工程からなるものとして取り扱われてもよい。

工具情報記憶部３２は、工具Ｔごとに設定可能な送り速度の最小値及び最大値を記憶する。工具情報記憶部３２が記憶する工具Ｔの送り速度の最小値及び最大値は、工具Ｔのカタログ値とすることができる。

また、工具情報記憶部３２は、工具Ｔごとに設定される送り速度変更の優先順位を記憶する。工具Ｔの優先順位は、全ての工具Ｔに対して異なる順位を割り当ててもよいが、複数の工具Ｔを優先順位が異なる２以上のグループに分別することが現実的である。具体例として、工具情報記憶部３２は、複数の工具Ｔを、荒加工に用いられる優先順位が高いものと、中仕上げ加工に用いられる優先順位が次に高いものと、仕上げ加工に用いられる優先順位が低いものと、の３つに分別するよう構成されてもよい。このように、荒加工の優先順位を高くすることによって、送り速度の変更が最終的に得られる製品の加工精度に与える影響を抑制することができる。このため、工具情報記憶部３２は、それぞれの工具Ｔについて、優先順位を示す数値や、優先順位が異なる複数のグループのいずれかに割り当てるパラメータを記憶するよう構成され得る。

加工時間算出部３３は、それぞれの加工工程の加工時間を加工プログラムに基づいて個別に算出する。具体的には、加工時間算出部３３は、加工プログラムを分割した加工工程内の複数のブロックについて、工具Ｔの移動距離を算出し、移動距離を工具Ｔの送り速度で除することによって、それぞれの加工時間を算出する。

また、加工時間算出部３３は、それぞれの加工工程において工具Ｔの送り速度を工具情報記憶部３２に記憶される最小値とした場合及び最大値とした場合の加工時間を同様の手順で算出する。

優先順位設定部３４は、加工工程抽出部３１が抽出した加工工程に、それぞれ優先順位を設定する。この優先順位は、加工工程で使用される工具Ｔに応じて設定することができる。つまり、工具情報記憶部３２に記憶される工具Ｔの優先順位に従って、加工工程に優先順位を設定するよう構成され得る。

設定値変更部３５は、優先順位が高い加工工程から順に工具Ｔの送り速度を変更することにより、加工時間の合計値を目標値に近付ける。目標値は、加工プログラムに記述されてもよく、入力部５を用いてユーザが入力してもよい。また、目標値は、加工終了時刻として与えられてもよい。この場合、加工時間と、加工終了時刻とは、制御部３の内部時計を参照して相互に変換することができる。

設定値変更部３５は、工具Ｔの送り速度を工具情報記憶部３２に記憶される最小値及び最大値の範囲内で任意の値を選択してもよいが、工具Ｔの送り速度を最小値又は最大値に変更することで加工時間の合計値を目標値に近付けてもよい。このように設定値変更部３５を最小値又は最大値を選択するように構成することで、制御部３の演算負荷を軽減することができる。

設定値変更部３５は、自動的に、工具Ｔの送り速度を変更して加工時間の合計値を調節するよう構成されてもよいが、図２に例示するように、加工時間算出部３３が算出した加工工程ごとの加工時間及び加工時間の合計値を、表示部４を用いてユーザに対して提示するとともに、入力部５を用いたユーザの入力に従って工具Ｔの送り速度を変更する構成とされてもよい。ユーザが工具Ｔの送り速度を指定することで、ユーザの経験を反映して加工精度に対する影響がより小さい適切な送り速度の設定を行うことが可能となる。

ユーザによる送り速度の変更は、表示された最小値及び最大値の一方を選択することにより行われるようにしてもよい。これにより、ユーザが容易に送り速度を変更して加工時間を調節することができる。図２の例では、送り速度の設定に関する項目が、加工工程ごとに優先順位に従う順番でスクロール可能に表示されている。この表示例では、それぞれの加工工程について、加工工程の番号、当該加工工程で使用される工具の番号、工具情報記憶部３２に記憶された送り速度の最大値、及び工具情報記憶部３２に記憶された送り速度の最小値が表示されている。この表示において、送り速度の最大値及び最小値は、それぞれユーザが選択可能なボタンとして表示されている。

設定値変更部３５は、加工工程ごとに送り速度の最小値及び最大値に対応する加工時間の最大値及び最小値を表示してもよい。また、設定値変更部３５は、ユーザが入力する加工時間の最大値と最小値との間の任意の数値から対応する送り速度を算出するようにしてもよい。このように、送り速度を加工時間に換算して取り扱うことによって、ユーザがより容易に加工時間を調節することができる。

設定値変更部３５は、送り速度の変更に加えて、加工プログラムにより指定された工具と互換性を有する工具の情報を提示して、加工プログラムに指定された工具を他の工具に変更することができるよう構成されてもよい。これにより、加工時間の調整幅を広げることができる。

設定値変更部３５は、ユーザが工具Ｔの送り速度を変更した場合に、即座に変更を反映した加工時間の合計値を、表示部４を用いて表示することによりユーザが結果を確認できるようにすることが好ましい。なお、ユーザが工具Ｔの送り速度を変更する場合、設定値変更部３５は、ユーザに対して、優先順位が高い加工工程から順番に速度の変更を促すが、ユーザが提示された優先順位が高い加工工程の送り速度を変更せずに、次の優先順位の加工工程の送り速度を変更することを許容してもよい。この場合も、設定値変更部３５は、優先順位が高いものから順に工具Ｔの送り速度を変更する処理を行ったものと解釈される。つまり、送り速度を変更するとは、実際に数値が変更されることを要件とせず、変更に係る処理を行うこととを意味する。

動作指令部３６は、加工プログラムに設定値変更部３５が変更した工具Ｔの送り速度を反映した条件で加工装置１の各駆動軸を動作させる駆動指令を生成する。動作指令部３６の構成は、従来の数値制御装置において駆動指令を生成するための構成と同様とすることができる。

図３に、加工制御装置２における加工時間調節の手順を示す。加工制御装置２による加工時間の調節は、加工プログラムを解析して、工具Ｔの送り速度を変更可能な複数の加工工程を抽出する工程（ステップＳ１１：加工工程抽出工程）と、工具情報記憶部３２から工具Ｔの送り速度の最小値及び最大値を含む工具情報を取得する工程（ステップＳ１２：工具情報取得工程）と、加工プログラムに基づいて、加工工程ごとに加工時間を算出する工程（ステップＳ１３：加工時間算出工程）と、加工工程に優先順位を設定する工程（ステップＳ１４：優先順位設定工程）と、優先順位が高い加工工程から順に工具Ｔの送り速度を変更する工程（ステップＳ１５：設定値変更工程）と、を備える。

（加工工程抽出工程）
ステップＳ１１の加工工程抽出工程では、加工工程抽出部３１により、加工プログラムから複数の加工工程を抽出する。

（工具情報取得工程）
ステップＳ１２の工具情報取得工程では、加工時間算出部３３が、工具情報記憶部３２から、加工工程で使用される工具Ｔの送り速度の最小値及び最大値を取得する。

（加工時間算出工程）
ステップＳ１３の加工時間算出工程では、加工時間算出部３３が、加工プログラムに基づいて、工具Ｔの送り速度を加工プログラムに記述された速度とした場合、工具情報記憶部３２から取得した最小値とした場合、及び最大値とした場合の加工時間を算出する。

図４に、加工時間算出工程における加工時間の算出手順を詳細に示す。加工時間算出工程は、算出対象の加工工程を順番に設定し、複数の加工工程について繰り返し行う繰り返し処理の起点となる工程（ステップＳ２１）と、当該加工工程における送り速度の最小値及び最大値を取得する工程（ステップＳ２２）と、複数のブロックについて繰り返し行う繰り返し処理の起点となる工程であって、加工工程内の処理対象とするプログラムブロックを順番に設定する工程（ステップＳ２３）と、加工プログラムに記述された当該ブロックにおける送り速度の初期値を取得する工程（ステップＳ２２）と、当該ブロックにおける工具Ｔの移動距離を算出する工程（ステップＳ２５）と、当該ブロックにおける工具Ｔの移動時間を算出する工程（ステップＳ２６）と、算出した移動時間を積算する工程（ステップＳ２７）と、複数のブロック対する繰り返し処理の終点となる工程であって、最後のブロックの処理を完了するまでステップＳ２３に戻る判断を行う工程（ステップＳ２８）と、複数の加工工程に対する繰り返し処理の終点となる工程であって、最後の加工工程の処理を完了するまでステップＳ２１に戻る判断を行う工程（ステップＳ２９）と、を備える。

（優先順位設定工程）
ステップＳ１４の優先順位設定工程では、優先順位設定部３４により、各加工工程に優先順位を設定する。

（設定値変更工程）
ステップＳ１５の設定値変更工程では、設定値変更部３５により、優先順位が高い加工工程から順に工具Ｔの送り速度を変更する。

加工制御装置２は、設定値変更部３５により、優先順位が高い加工工程から順に工具Ｔの送り速度を変更することで、加工精度の低下を抑制しながら、加工プログラムに記述された全ての加工を完了するまでに要する数加工時間の合計値を目標値に近付けることができる。

特に、設定値変更部３５が、ユーザに加工時間の合計値を提示して、ユーザに優先順位が高い加工工程から順に工具の送り速度を変更させることで、ユーザの経験を加味して加工精度の低下をさらに抑制することができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係る加工制御装置は、加工時間の合計値を目標値に一致させるよう構成されてもよく、加工時間合計値を目標値を基準とする一定の範囲内（例えば目標値以下で目標値との差が所定の値以下となる範囲内）に調整するよう構成されてもよい。

本開示に係る加工制御装置の設定値変更部は、優先順位が同じ加工工程の送り速度を一括して最大値又は最小値に変更したり、最小値と最大値との間の等しい割合の値に変更するよう構成されてもよい。

１加工装置
２加工制御装置
３制御部
４表示部
５入力部
３１加工工程抽出部
３２工具情報記憶部
３３加工時間算出部
３４優先順位設定部
３５設定値変更部
１００工作機械

Claims

加工プログラムを解析して、工具の送り速度を変更可能な複数の加工工程を抽出する加工工程抽出部と、
前記加工工程抽出部が抽出した前記加工工程に優先順位を設定する優先順位設定部と、
前記加工プログラムに基づいて、前記加工工程ごとに加工時間を算出する加工時間算出部と、
前記加工時間算出部が算出した加工時間の合計値を目標値に近付けるよう、前記優先順位設定部が設定した優先順位が高いものから順に前記工具の送り速度の設定値を変更する設定値変更部と、
を備える加工制御装置。
前記設定値変更部は、前記加工時間算出部が算出した前記加工工程ごとの加工時間の合計値をユーザに対して提示するとともに、前記ユーザの入力に従って前記工具の送り速度を変更する請求項１に記載の加工制御装置。
前記工具ごとに設定可能な送り速度の最小値及び最大値を記憶する工具情報記憶部をさらに備え、
前記設定値変更部は、前記工具ごとに設定可能な送り速度の最小値及び最大値を表示する、請求項２に記載の加工制御装置。
前記設定値変更部は、前記ユーザが表示された前記最小値及び最大値の一方を選択することにより前記送り速度を変更できるよう構成される、請求項３に記載の加工制御装置。
請求項１から４のいずれかに記載の加工制御装置と、
前記加工制御装置により制御される加工装置と、
を備える工作機械。