JP3119308B2 - Machining center - Google Patents

Machining center

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JP3119308B2
JP3119308B2 JP03070361A JP7036191A JP3119308B2 JP 3119308 B2 JP3119308 B2 JP 3119308B2 JP 03070361 A JP03070361 A JP 03070361A JP 7036191 A JP7036191 A JP 7036191A JP 3119308 B2 JP3119308 B2 JP 3119308B2
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acceleration
work
deceleration
jig
machining center
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芳治 高田
昭充 長江
守成 千代倉
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Yamazaki Mazak Corp
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Yamazaki Mazak Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ワークおよび治具を載
置するテーブルに分力センサを装備したマシニングセン
タに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machining center provided with a component force sensor on a table on which a work and a jig are placed.

【0002】[0002]

【従来の技術】マシニングセンタは、例えば、5軸の制
御軸を有するタイプのものがあるが、ミニマムX軸,Y
軸に沿って移動するテーブルと、Z軸に沿って移動する
主軸を備え、テーブル上にとりつけたワークを主軸にと
りつけたワークを主軸にとりつけたツールにより加工を
施す。ワークとツールの間の相対移動は、加工状態で送
られる場合と、非加工状態で早送りされる場合がある。
早送り状態は加工に関与しないので、できるだけ短時間
で目的位置に達することが望ましい。従って、その機械
に許容される最大の加速度と減速度で目的位置までテー
ブルや主軸を移動することが考えられる。しかしなが
ら、特にテーブルにあっては、載置されるワークの重量
は一定ではないので、最適な加減速の時定数を固定する
ことはできない。
2. Description of the Related Art There is a machining center of a type having five control axes, for example.
The table includes a table that moves along the axis and a main axis that moves along the Z axis. The workpiece mounted on the table is processed by a tool mounted on the main axis. The relative movement between the workpiece and the tool may be sent in a machining state or may be rapidly fed in a non-machining state.
Since the rapid traverse state is not involved in machining, it is desirable to reach the target position in as short a time as possible. Therefore, it is conceivable to move the table or the spindle to the target position at the maximum acceleration and deceleration allowed for the machine. However, especially on a table, since the weight of the work to be placed is not constant, it is not possible to fix the optimal acceleration / deceleration time constant.

【0003】そこで、テーブルを駆動する送り軸のサー
ボモータの負荷を検知し、その負荷に応じて加減速時定
数を設定する技術が提案されている。切削加工時にはワ
ークおよび治具の重量のほかに切削加工抵抗が負荷とし
て加えられるが、この際にも、各軸のサーボモータにか
かる負荷に対応して切削送りの加減速時定数を設定する
ことは可能である。切削加工時には主軸を駆動するモー
タにも回転トルクがかかる。この負荷は送り速度を含む
加工条件により変化するので、主軸の負荷に応じて送り
速度を制御する技術が提案されている。
Therefore, a technique has been proposed in which a load on a servomotor of a feed shaft for driving a table is detected, and an acceleration / deceleration time constant is set according to the load. During cutting, the cutting resistance is applied as a load in addition to the weight of the work and jig. In this case, the acceleration / deceleration time constant of the cutting feed must be set according to the load applied to the servo motor of each axis. Is possible. At the time of cutting, a rotational torque is also applied to the motor that drives the spindle. Since this load changes depending on machining conditions including the feed rate, a technique for controlling the feed rate according to the load on the spindle has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た技術にあっては、ワークおよび治具を載置したテーブ
ルを駆動してみて、はじめて負荷を検知することがで
き、それ以前にあっては最適な時定数を設定することは
できない。また、後述した技術にあっては、ツールの加
工能力を制御要素として使用していない。ツールは、使
用により加工能力が低下し、切削抵抗が増大する。本発
明はテーブルにかかる各方向の分力を検知することで、
加減速時定数の最適化と、ツール寿命の管理を達成する
ものである。
However, according to the above-described technique, it is possible to detect a load only by driving a table on which a work and a jig are placed. Time constant cannot be set. In the technology described below, the processing capability of the tool is not used as a control element. The tool has a reduced processing capability and increased cutting force due to use. The present invention detects the component force in each direction applied to the table,
This achieves optimization of acceleration / deceleration time constants and management of tool life.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のマシニングセン
タは、テーブルに分力センサを装備して、テーブルの移
動軸方向及びヘッドストックの移動軸方向にかかる荷重
と、各移動軸まわりのトルクを検知する。これらの分力
を検知することで、ワークおよび治具の重量と加工中に
ワークおよび治具にかかる加工抵抗をリアルタイムで演
算することができる。ワーク重量を知ることにより、早
送りの際に各移動軸のサーボ制御のための加減速時定数
と加減速距離を最適化することができる
SUMMARY OF THE INVENTION A machining center according to the present invention is provided with a component force sensor on a table to detect a load applied in a direction of a moving axis of a table and a moving direction of a headstock and a torque around each moving axis. I do. By detecting these component forces, the weight of the work and the jig and the processing resistance applied to the work and the jig during the processing can be calculated in real time. By knowing the work weight, it is possible to optimize the acceleration / deceleration time constant and the acceleration / deceleration distance for servo control of each moving axis at the time of rapid traverse .

【0006】[0006]

【実施例】図1は本発明のマシニングセンタのスケルト
ンを示し、図2は分力センサの斜視図である。マシニン
グセンタのテーブル1は、ボールネジ11によりX軸に
沿って駆動され、ボールネジ11はサーボモータ8に連
結される。コラム2は、ボールネジ12によりY軸に沿
って駆動され、ボールネジ12はサーボモータ9に連結
される。コラム2に対して摺動自在に支持されるヘッド
ストック3は、ボールネジ13によりZ軸に沿って駆動
され、ボールネジ13はサーボモータ10に連結され
る。ヘッドストック3に装備された主軸4は、ツール5
によりワークおよび治具7に加工を施す。ワークおよび
治具7は、テーブル1上に装備された分力センサ30に
とりつけられる。
1 shows a skeleton of a machining center according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a component force sensor. The table 1 of the machining center is driven along the X axis by a ball screw 11, and the ball screw 11 is connected to a servomotor 8. The column 2 is driven along the Y axis by a ball screw 12, and the ball screw 12 is connected to the servomotor 9. The headstock 3 slidably supported on the column 2 is driven along a Z-axis by a ball screw 13, and the ball screw 13 is connected to a servomotor 10. The spindle 4 mounted on the headstock 3 is a tool 5
The work and the jig 7 are processed by the above. The work and the jig 7 are attached to a component force sensor 30 mounted on the table 1.

【0007】図2は分力センサ30の概要を示すもの
で、分力センサ30は、プラットフォーム32上にかか
るX軸,Y軸,Z軸方向の荷重Fx,Fy,Fzと、X
軸,Y軸,Z軸まわりのトルクMx,My,Mzの6分
力を検知することができる。センサとしては、通常のス
トレインゲージが使用され、検知された各分力に関する
信号は、コネクタ34から6本のチャンネルを通じてセ
ンサアンプ17に伝達される。マシニングセンタの主制
御装置18は、3個のサーボアンプ14,15,16に
連結され、各サーボアンプ14,15,16はそれぞれ
サーボモータ8,9,10を制御する。センサアンプ1
7の信号は主制御装置18へフィードバックされる。
FIG. 2 shows an outline of the component force sensor 30. The component force sensor 30 includes loads Fx, Fy, Fz on the platform 32 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
It is possible to detect the six component forces of the torques Mx, My, and Mz around the axis, Y axis, and Z axis. A normal strain gauge is used as a sensor, and a signal regarding each detected component force is transmitted from the connector 34 to the sensor amplifier 17 through six channels. The main controller 18 of the machining center is connected to three servo amplifiers 14, 15, and 16, which control the servo motors 8, 9, and 10, respectively. Sensor amplifier 1
The signal of 7 is fed back to the main controller 18.

【0008】図3はワークおよび治具の重量に応じて加
減速の最適化を達成する制御系のブロック図である。主
制御部100は、ライン110を介して各手段に連結さ
れる。主制御部100は、軸移動指令を出力する前に分
力センサ30の信号を検出し、ワークおよび治具の重量
を計測する。ワーク重量判断部130は、分力センサ3
0から送られてくる信号に基いてワークおよび治具の重
量を演算する。初期値メモリ部140は、テーブル上に
ワークおよび治具がないときの時定数、加速度距離を予
め記憶している。演算部150は、ワークおよび治具の
重量に応じて、慣性、加減速時定数、加減速が完了する
までの移動距離を演算する。安全クリアランス判断部1
60は、演算部150で演算された加減速に必要な距離
が、機械的に安全な距離か否かを判断する。サーボ制御
部170は、サーボアンプを介して各サーボモータを制
御する。キー入力操作部180は、オペレータによる入
力や機械操作がなされ、データメモリ部190は、制御
に用いられる各データを記憶する。
FIG. 3 is a block diagram of a control system for optimizing acceleration / deceleration according to the weight of the work and the jig. The main control unit 100 is connected to each unit via a line 110. The main control unit 100 detects the signal of the component force sensor 30 before outputting the axis movement command, and measures the weight of the work and the jig. The work weight determination unit 130 is a component force sensor 3
The weight of the work and the jig is calculated based on the signal sent from 0. The initial value memory unit 140 previously stores a time constant and an acceleration distance when there is no work or jig on the table. The calculation unit 150 calculates the inertia, the acceleration / deceleration time constant, and the moving distance until the acceleration / deceleration is completed according to the weight of the work and the jig. Safety clearance judgment unit 1
60 determines whether the distance required for acceleration / deceleration calculated by the calculation unit 150 is a mechanically safe distance. The servo control unit 170 controls each servo motor via a servo amplifier. The key input operation unit 180 is operated by an operator for input or machine operation, and the data memory unit 190 stores data used for control.

【0009】図4は制御処理のフロー図である。ステッ
プ1000でスタートした処理は、ステップ1010で
ワークおよび治具の重量Wの計測を実行する。計測結果
はステップ1020で判断され、ワークおよび治具重量
Wがゼロのとき、すなわち、テーブル上にワークおよび
治具が乗せられていないときには、ステップ1030へ
進み、初期化が行なわれる。すなわち、慣性Iは、ワー
クおよび治具の重量がゼロのときの初期値I0が与えら
れる。加減速時定数Cは、慣性Iの関数であるが、慣性
Iの初期値I0のときの時定数C0が与えられる。加減速
距離Lは、加減速時定数Cと目標送り速度Fの関数であ
るが、加減速時定数の初期値C0のときの初期値L0が与
えられる。テーブル上にワークおよび治具がある場合に
は、ステップ1040へ進み、現在のワークおよび治具
重量Wに対応する慣性Iが算出され、その結果に応じ
て、加減速時定数Cと加減速距離Lが算出される。ステ
ップ1050では、ステップ1030又はステップ10
40で算出された加減速距離Lと安全クリアランス初期
値Lc0の値とが比較される。安全クリアランスLc
は、加減速に必要な最小限の距離を規定するもので、加
減速距離Lが安全クリアランスLc以下でなければ、ス
テップ1060でLcをLに置き換える。ステップ10
70では、サーボ制御部へ指令する加減速時定数C、加
減速距離Lが変更され、ステップ1080でサーボ処理
が実行される。これに応じて、ステップ1090でマシ
ニングセンタの動作が制御される。一連の処理が完了す
ると、ステップ1010へ戻り、処理をくり返す。加工
が進むにつれて、ワークおよび治具重量Wが減少する
が、以上の処理によって、現在のワークおよび治具重量
に応じて加減速制御の最適化を達成することができる。
次に、本発明のマシニングセンタによってツールの寿命
管理を実施する例を説明する。
FIG. 4 is a flowchart of the control process. The process started in step 1000 executes the measurement of the weight W of the workpiece and the jig in step 1010. The measurement result is determined in step 1020. When the work and the jig weight W are zero, that is, when the work and the jig are not placed on the table, the process proceeds to step 1030, and initialization is performed. That is, the inertia I is given an initial value I 0 when the weight of the work and the jig is zero. Although the acceleration / deceleration time constant C is a function of the inertia I, a time constant C 0 when the initial value I 0 of the inertia I is given. The acceleration / deceleration distance L is a function of the acceleration / deceleration time constant C and the target feed speed F, and is given an initial value L 0 when the acceleration / deceleration time constant is the initial value C 0 . If there is a work and a jig on the table, the process proceeds to step 1040, where the inertia I corresponding to the current work and the jig weight W is calculated. L is calculated. In Step 1050, Step 1030 or Step 10
The acceleration / deceleration distance L calculated in 40 is compared with the value of the safety clearance initial value Lc 0 . Safety clearance Lc
Defines the minimum distance required for acceleration / deceleration. If the acceleration / deceleration distance L is not less than the safety clearance Lc, Lc is replaced with L in step 1060. Step 10
At 70, the acceleration / deceleration time constant C and the acceleration / deceleration distance L commanded to the servo control unit are changed, and the servo processing is executed at step 1080. In response, the operation of the machining center is controlled in step 1090. Upon completion of the series of processes, the process returns to step 1010, and repeats the process. As the processing proceeds, the weight of the work and the jig decreases, but the above processing can achieve the optimization of the acceleration / deceleration control according to the current weight of the work and the jig.
Next, an example in which tool life management is performed by the machining center of the present invention will be described.

【0010】図5は制御系のブロック図である。主制御
部100は、ライン110を介して各手段に連結され
る。主制御部100は、軸移動指令を出力する前に、分
力センサ30に連結されて加工抵抗を計測する。限界加
工抵抗演算部200は、与えられた数式に基いて限界加
工抵抗を演算する。しきい値演算部210は、限界加工
抵抗値からしきい値を演算し、しきい値判断部220は
演算されたしきい値と現在の加工抵抗とを比較して、予
備ツール交換の必要性を判断する。予備ツール交換処理
部240は、予備ツールへの交換作業を実行する。加工
条件メモリ250は加工条件を記憶する。キー入力操作
部180、データメモリ部190を備えることは、図3
のブロック図と同様である。
FIG. 5 is a block diagram of a control system. The main control unit 100 is connected to each unit via a line 110. The main controller 100 is connected to the component force sensor 30 to measure the machining resistance before outputting the axis movement command. The limit machining resistance calculation unit 200 calculates a limit machining resistance based on a given mathematical expression. The threshold value calculating unit 210 calculates a threshold value from the limit machining resistance value, and the threshold value determining unit 220 compares the calculated threshold value with the current machining resistance to determine whether a spare tool needs to be replaced. Judge. The spare tool exchange processing unit 240 performs an exchange operation for a spare tool. The processing condition memory 250 stores the processing conditions. The provision of the key input operation unit 180 and the data memory unit 190 is the same as that of FIG.
Is similar to the block diagram of FIG.

【0011】図6は制御処理のフロー図である。ステッ
プ2000でスタートした処理は、ステップ2010で
限界加工抵抗Ripの演算を実行する。限界加工抵抗R
ipは、基準限界加工抵抗rip、切込み量d、送り速
度F、ツール種類T、ツールパス種類P、加工幅H、チ
ップの種類Tiの関数として演算される。このときに、
iは分力センサ30が検出する6軸の分力に対応するも
ので、1から6の整数となる。ステップ2020では、
分力センサ30により6軸の加工抵抗Riを計測する。
ステップ2030では、計測された加工抵抗Riと、ス
テップ2010で演算した限界加工抵抗Ripにしきい
値uを掛けた値とを比較する。しきい値uは予備ツール
への交換準備指令を出力する限界値を規定するもので、
0から1の間の数値に設定される。ステップ2030の
条件が満足されるとステップ2040へ進み、予備ツー
ルへの交換準備指令が出力される。ステップ2050で
は、現在の加工抵抗Riと限界加工抵抗Ripが比較さ
れる。加工抵抗が限界加工抵抗を超えたら、ステップ2
060で即座に加工を中断し、ステップ2070で予備
ツールへの交換を実行する。ツール交換後ステップ20
80で加工を再開する。ステップ2030の条件が満た
されない場合や、条件が満たされても現在の加工抵抗が
限界値を超えなければステップ2090へ進み、加工を
続行する。ステップ2100で加工終了か否かを判断
し、終了していなければ、ステップ2020以下のステ
ップをくり返す。加工が完了すれば、ステップ2110
へ進み、予備ツ−ル交換指令の有無を判断する。予備ツ
−ル交換指令があれば、ステップ2120で予備ツ−ル
への交換を実行し、ステップ2130で処理を終了す
る。
FIG. 6 is a flowchart of the control process. The process started in step 2000 executes the calculation of the limit machining resistance Rip in step 2010. Limit machining resistance R
The ip is calculated as a function of the reference limit machining resistance rip, the cutting depth d, the feed speed F, the tool type T, the tool path type P, the processing width H, and the chip type Ti. At this time,
i corresponds to the six-axis component force detected by the component force sensor 30 and is an integer from 1 to 6. In step 2020,
The six-axis machining resistance Ri is measured by the component force sensor 30.
In step 2030, the measured machining resistance Ri is compared with a value obtained by multiplying the threshold machining resistance Rip calculated in step 2010 by the threshold u. The threshold value u defines a limit value at which the exchange preparation command to the spare tool is output.
It is set to a number between 0 and 1. When the condition of step 2030 is satisfied, the process proceeds to step 2040, and an exchange preparation command for a spare tool is output. In step 2050, the current machining resistance Ri is compared with the limit machining resistance Rip. If the processing resistance exceeds the limit processing resistance, step 2
In step 060, the machining is immediately interrupted, and in step 2070, replacement with a spare tool is executed. Step 20 after tool change
At 80, processing is resumed. If the condition of step 2030 is not satisfied, or if the current machining resistance does not exceed the limit value even if the condition is satisfied, the process proceeds to step 2090 to continue machining. In step 2100, it is determined whether or not the processing is completed. If not, the steps from step 2020 are repeated. If the processing is completed, step 2110
Then, it is determined whether or not there is a backup tool replacement command. If there is a backup tool replacement command, the replacement of the backup tool is performed in step 2120, and the process is terminated in step 2130.

【0012】この制御処理により、ツールの加工状態を
リアルタイムで検知しつつ交換時期を決定できるので、
ツール寿命管理の精度が向上し、稼動率の向上を図るこ
とができる。限界加工抵抗は各ツール毎に設定すること
ができるから、多数のツールを装備するマシニングセン
タにおけるツール管理の効率化を達成する。
According to this control processing, the replacement time can be determined while detecting the machining state of the tool in real time.
The accuracy of tool life management is improved, and the operation rate can be improved. Since the limit machining resistance can be set for each tool, the efficiency of tool management in a machining center equipped with a large number of tools is achieved.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明は以上のように、マシニングセン
タのテーブル上に6軸分力センサを装備して、ワークお
よび治具の重量と加工抵抗をリアルタイムで検知して、
早送りの際の加減速時定数の最適化を図るので、早送り
に要する時間を最短化して加工効率の向上を図ることが
できる等の効果を有する。
As described above, according to the present invention, a six-axis component force sensor is provided on a table of a machining center to detect the weight and processing resistance of a work and a jig in real time.
Since optimization of acceleration and deceleration time constant of the time of fast-forward, that by minimizing the time required for fast-forward to improve the working efficiency has an effect such as Ru can <br/>.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のマシニングセンタのスケルトン図。FIG. 1 is a skeleton diagram of a machining center according to the present invention.

【図2】分力センサの説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a component force sensor.

【図3】第1の実施例の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the first embodiment.

【図4】第1の実施例の制御処理フロー図。FIG. 4 is a control processing flowchart of the first embodiment.

【図5】第2の実施例の制御ブロック図。FIG. 5 is a control block diagram of a second embodiment.

【図6】第2の実施例の制御処理フロー図。FIG. 6 is a control processing flowchart of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 テーブル 2 コラム 3 ヘッドストック 4 主軸 5 ツール 7 ワークおよび治具 8,9,10 サーボモータ 11,12,13 ボールネジ 14,15,16 サーボアンプ 17 センサアンプ 18 主制御装置 30 分力センサ Reference Signs List 1 Table 2 Column 3 Headstock 4 Main shaft 5 Tool 7 Work and jig 8, 9, 10 Servo motor 11, 12, 13 Ball screw 14, 15, 16 Servo amplifier 17 Sensor amplifier 18 Main controller 30 minute force sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千代倉 守成 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船1番 地 ヤマザキマザック株式会社本社工場 内 (56)参考文献 特開 昭59−14444(JP,A) 特開 平2−12407(JP,A) 特開 昭61−98409(JP,A) 特開 平3−117514(JP,A) 特開 平3−178721(JP,A) 特開 平3−294149(JP,A) 特開 平4−100123(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 15/00 - 15/28 B23Q 3/155 - 3/157 B23Q 5/00 - 5/58 B23Q 17/00 - 23/00 G05B 19/18 - 19/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Morinari Chiyokura 1st station, Oguchi-machi, Oguchi-machi, Niwa-gun, Aichi Prefecture Yamazaki Mazak Co., Ltd. Headquarters factory (56) References JP-A-59-14444 (JP, A) JP-A-2-12407 (JP, A) JP-A-61-98409 (JP, A) JP-A-3-117514 (JP, A) JP-A-3-178721 (JP, A) JP-A-3-294149 (JP, A) JP-A-4-100123 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23Q 15/00-15/28 B23Q 3/155-3/157 B23Q 5 / 00-5/58 B23Q 17/00-23/00 G05B 19/18-19/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ワークおよび治具を載置するテーブル
と、ツールを装備するヘッドストックと、テーブル及び
ヘッドストックを駆動するサーボ装置と、サーボ装置を
制御する制御装置とを備えたマシニングセンタであっ
て、テーブルにテーブルの移動軸方向及びヘッドストッ
クの移動軸方向の荷重と、各移動軸まわりのトルクを検
知する分力センサを装備するとともに、制御装置は分力
センサの出力に応じてサーボ装置に指令する加減速時定
数と加減速距離を制御するマシニングセンタ。
1. A machining center comprising: a table on which a work and a jig are mounted; a headstock provided with a tool; a servo device for driving the table and the headstock; and a control device for controlling the servo device. The table is equipped with a component force sensor that detects the load in the direction of the movement axis of the table and the movement axis of the headstock, and the torque around each movement axis, and the control device controls the servo device according to the output of the force sensor. A machining center that controls the acceleration / deceleration time constant to be commanded and the acceleration / deceleration distance.
【請求項2】 制御装置は主制御部と、分力センサの出
力に基いてワーク重量を判断するワーク重量判断部と、
初期値メモリ部と、安全クリアランス判断部と、演算部
と、サーボ制御部とを備え、ワーク重量がゼロのときに
は、慣性、加減速時定数、加減速距離を初期値メモリか
ら与えられる初期値とし、ワーク重量があるときには、
演算部はワーク重量に応じた慣性、加減速時定数、加減
速距離を演算し、加減速距離が安全クリアランス以上の
ときにはその加減速距離と加減速時定数を、加減速距離
が安全クリアランス未満のときには安全クリアランスに
対応する加減速距離と加減速時定数を、サーボ制御部へ
指令する請求項1記載のマシニングセンタ。
A control unit configured to determine a work weight based on an output of the component force sensor;
An initial value memory unit, a safety clearance determination unit, a calculation unit, and a servo control unit. When there is a work weight,
The calculation unit calculates the inertia, acceleration / deceleration time constant, and acceleration / deceleration distance according to the weight of the work. 2. The machining center according to claim 1, wherein an acceleration / deceleration distance and an acceleration / deceleration time constant corresponding to the safety clearance are sometimes instructed to the servo control unit.
JP03070361A 1991-03-12 1991-03-12 Machining center Expired - Lifetime JP3119308B2 (en)

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