JP3526070B2 - 数値制御装置および数値制御加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＮＣ工作機械で加工
するための工具経路をオンラインで自動修正すること
で、最適な加工経路をもつＮＣプログラムを自動作成す
る機能を有する、数値制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械でワークを加工する場合、
加工を開始する前に工具やワークの材質や最終形状等を
考慮して、工具の経路や送り速度、主軸回転数等の加工
条件を決定し、それらの情報を含んだＮＣプログラムを
作成する手順が必要である。上記ＮＣプログラム作成
は、作業者が単独で行なう場合と、ＮＣプログラム自動
作成ソフトウェアを用いて行なう場合がある。上記ＮＣ
プログラム自動作成ソフトウェアは、すでに数多く開発
されており、最終形状データが与えられると、上記工具
やワークの材質等のデータを基にした計算を行ない、上
記加工条件を自動決定するものが市販されている。しか
し、機械加工においては、工具の破損や、磨耗による切
削抵抗力の時間的増大、ワークの材質及び形状の不均
一、びびりの発生などの予測不能な要因が数多く、安定
した加工を行なわせるためには、オフラインで加工開始
前に決定する加工条件は、上記人間が単独で行なう場合
でも上記ＮＣプログラム自動作成ソフトウェアを用いる
場合でも、安全をみた低い条件にする必要があり、加工
能率から見ると低くなっている。この問題の解決を目的
とし、加工能率を高めながら工具の破損やびびり等の加
工異常の発生を防止しようとする手段が開示されてい
る。例えば、実開平１−６４３５７に開示されているよ
うに、データ設定手段で入力される工具の許容負荷値と
外部信号入力手段で入力される工具の負荷値とを解析手
段で比較し、上記負荷値が許容負荷値に達すると加工を
中断させる加工中断手段と、加工中断後に許容負荷値に
達しない負荷の範囲内で加工経路を自動的に生成する加
工経路算出手段を設けると共に、上記加工中断および加
工経路算出を機械制御手段から工作機械に指令し、加工
を行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、工具の負荷値が許容負荷値に達したあと、加工
経路を算出して加工経路を変更し、その加工経路を工作
機械に指令することにより加工を行うようになっている
が、同じ形状と材質の素材をくり返し加工する時は、前
回の加工条件を変更していないＮＣプログラムにより、
加工を始めるため、前回と同じように工具の負荷値が許
容負荷値荷達する加工を行うことになり、加工を中断
し、加工経路を算出して前回と同じ加工経路に変更する
というステップをくり返すことになる。したがって、加
工の中断や加工経路の変更、加工条件の設定などに無駄
なステップをくり返すことになって、加工能率が低下す
るという問題があった。本発明は、加工を開始する前段
階で作成されたＮＣプログラムに対して、オンラインで
工具経路の自動修正を可能とすることで、加工異常の発
生防止と加工能率向上を満たす最適なＮＣプログラムの
自動生成を可能とし、オフラインでのＮＣプログラム再
作成手順を不要とすることができる数値制御装置を提供
することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の各加工工程において加工条
件となっている切削条件とワーク材質、工具データ、要
求仕上面精度を記録する加工条件記録手段と、工作機械
における加工中の情報を入力する外部信号入力手段と、
入力された外部信号を解析して工具経路変更の要不要を
決定する外部信号解析部と、工具経路変更の必要がある
と決定された場合に加工を中断させる加工中断手段と、
中断後の新しい工具経路を自動生成する工具経路算出部
とを備えた数値制御装置において、実行中の工具経路を
識別する工具経路認識手段と、変更前後の工具経路と加
工条件を記録する加工条件履歴記録手段と、ＮＣプログ
ラムの加工条件を修正するＮＣプログラム修正部とを設
けたことを特徴としている。 また、その数値制御装置に
おいて、次の手順で処理することを特徴としている。す
なわち、（１）前記外部信号解析部が前記外部信号入力
手段に入力された加工に関する情報を解析する。（２）
工具経路変更の必要があると決定すると、前記加工中断
手段が加工を中断する。（３）前記工具経路算出部が新
たな工具経路を自動生成する。（４）その新たに生成さ
れた経路にしたがって加工を再開する。（５）前記加工
条件履歴記録手段が経路変更前・後の工具経路と加工条
件を記録する。（６）その後の加工工程において、前記
ＮＣプログラム修正部は、前記加工条件履歴記録手段に
記録された前記工具経路変更前の工具経路および加工条
件と、同一の工具経路および加工条件の加工工程の有無
を判別する。（７）前記工具経路変更前の工具経路およ
び加工条件と同一の工程が存在している場合には、前記
ＮＣプログラム修正部は前記加工条件記録手段に記録さ
れた情報を基にして当該工程を開始する以前に工具経路
を上記加工条件履歴記録手段に記録されている上記工具
経路変更後の工具経路に修正する。（８）当該工程を開
始する。そして、この修正動作を繰り返すことにより、
最適な加工条件を持つＮＣプログラムを自動生成してい
く。

【０００５】

【作用】この発明における数値制御装置は、加工を開始
する前の段階で作成されたＮＣプログラムに対して、オ
ンラインで工具経路の自動修正を可能とすることで、加
工異常の発生防止と加工能率向上を満たす最適なＮＣプ
ログラムの自動作成を可能とし、オフラインでのＮＣプ
ログラム再作成手順を不要とする。また、本発明の数値
制御装置で加工を行なった結果自動作成されたＮＣプロ
グラムをロードすることで、本発明の機能を持たない通
常のＮＣ工作機械においても、加工異常の発生防止と加
工能率向上を満たす最適な加工が可能となる。さらに、
前述したＮＣプログラム自動作成ソフトウェアのもつ、
最終形状データから加工条件を自動決定する機能を、本
発明の数値制御装置に組み込むことにより、オフライン
での加工開始前ＮＣプログラム作成手順も不要となり、
最終形状データを与えるだけで、次第に最適な加工条件
に近づいていくＮＣプログラムの自動生成機能をもった
数値制御装置が実現する。

【０００６】

【実施例】図１に本発明の装置の実施例を示す。１は当
該加工工程における加工条件を記録する加工条件記録手
段であり、２は加工実行中の工具経路を認識する工具経
路認識手段、３は工作機械における加工中の情報を入力
する外部信号入力手段、４は入力された外部信号を解析
して工具経路の変更が必要かどうかを識別する外部信号
解析部である。５は工具経路の変更が決定された場合に
加工を中断させる加工中断手段であり、６は新しい工具
経路を自動生成する工具経路算出部、７は工具経路変更
前／後の工具経路および加工条件を記録する加工条件履
歴記録手段、８はＮＣプログラムの加工条件を修正する
ＮＣプログラム修正部、９は指令にしたがった動作を工
作機械をに実行させる機械制御手段である。１０は数値
制御装置とオペレータが情報をやり取りするマンマシン
インタフェースであり、１１は工作機械、１２が工作機
械で実行される加工の情報を測定する測定装置である。
３０は最終形状のデータを含むＮＣプログラムを記録す
るＮＣプログラム記録部である。以下に、工作機械１１
において異なる４種類の加工が行なわれる場合の例を用
いて、この数値制御装置の動作を説明する。

【０００７】［例１：ドリルよる穴加工］ 加工種類が工作機械１１に取り付けたドリルによる穴加
工、測定する外部信号が工具負荷の場合の例について、
図２を基に説明する。図２（ａ）がＮＣプログラム変更
前における工具経路修正動作であり、図２（ｂ）がＮＣ
プログラム変更後の加工動作である。工作機械１１が、
加工開始前に作成されてＮＣプログラム記録部３０に記
録されたＮＣプログラムに従って、穴加工位置にドリル
１４を位置決めした後、矢印１６に示すように工具ホル
ダ１３を移動し、ワーク１５に対する穴加工を開始す
る。ドリル１４が切削を開始すると、ドリル１４に負荷
がかかる。この負荷の値が測定装置１２によって測定さ
れて外部信号入力手段３に入力された後、加工条件記録
手段１に記録されている当該加工工程における許容負荷
値と外部信号解析部４において比較される。上記負荷値
が上記許容負荷値に達すると、外部信号解析部４が加工
の中断を加工中断手段５に指令し、加工が中断される。
工具経路算出部６が作成した新工具経路に従って、機械
制御手段９が加工を再開すると共に、加工条件履歴記録
手段７が工具経路変更前／後の加工条件を記録する。以
下この穴加工において、新工具経路として一旦穴加工開
始位置に退避する経路と、その位置から穴加工を再開す
る経路が作成され、それに従い加工が続行され、上記工
具負荷が２度と上記許容負荷に達せず、目標深さ１７の
穴加工が終了した場合を例示する。ＮＣプログラム修正
部８が、先ずＮＣプログラム記録部３０と加工条件記録
手段１の記録を検索し、加工条件履歴記録手段７に記録
された工具経路変更前加工条件と同じ加工条件を持つ加
工工程の有無を判別する。その工程が存在した場合に
は、加工条件記録手段１に記録されたＮＣプログラムの
修正許可／禁止を調べる。その結果、上記加工工程のＮ
Ｃプログラム修正が許可されている場合に、ＮＣプログ
ラム修正部８は加工条件履歴記録手段７に記録された工
具経路変更後の加工条件をもつように、ＮＣプログラム
記録部３０に記録されているＮＣプログラムに修正を加
えると共に、その修正の結果変わることになる加工条件
について、加工条件記録手段１の当該記録部分を更新す
る。この例では１回目の加工穴深さ１８が上記穴加工中
断した深さ１９であり、２回目の加工穴深さ２０が目標
深さ１７であるところの、２回の穴加工を行なうＮＣプ
ログラムに修正される。この加工中断穴深さ１９は、Ｎ
Ｃプログラム変更前における加工中断時点において、工
具経路認識手段２で認識され、加工条件履歴記録手段７
に記録されている。上記ＮＣプログラムの修正許可／禁
止は、加工開始前のＮＣプログラム作成時に決定し、Ｎ
Ｃプログラムを数値制御装置にロードすると同時に加工
条件記録手段１に記録する場合と、マンマシンインタフ
ェース１０を用いてオペレータが任意の時点に記録する
場合がある。上記許容負荷値は、加工開始前のＮＣプロ
グラム作成時に決定し、ＮＣプログラムを数値制御装置
にロードすると同時に加工条件記録手段１に記録する場
合と、マンマシンインタフェース１０を用いてオペレー
タが任意の時点に記録する場合がある。この例ではドリ
ル加工の場合について説明したが、タップ加工の場合も
同様の手順の適用が可能である。

【０００８】［例２：フライス加工における形状削り出
し］ 加工種類がフライス加工における形状削り出しであり、
測定する外部信号がびびり振動等加工中に発生する異常
振動の場合の例を、図３に示す加工動作例を基に説明す
る。図３（ａ）に示す工作機械１１のテーブル２１に固
定された素材２２を最終形状２３に、ボールエンドミル
２４を用いて加工する場合において、工作機械１１が加
工開始前に作成され、ＮＣプログラム記録部３０に記録
されたＮＣプログラムに従って、加工を開始する。加工
中に発生する振動が測定装置１２によって測定され、外
部信号入力手段３に入力された後、加工条件記録手段１
に記録されている当該加工工程における振動許容値と外
部信号解析部４において比較される。図３（ｂ）に示
す、ボールエンドミル２４が加工開始前に作成されたＮ
Ｃプログラムで指定された初期工具経路２５に従って加
工を行なっている時点において、上記振動測定値が上記
振動許容値に達し、外部信号解析部が加工の中断を加工
中断手段５に指令し、加工が中断される。図３（ｃ）は
上記加工を中断した部分の拡大図である。工具経路算出
部６は新工具経路２６を算出すると共に、工具経路認識
手段２が認識しているボールエンドミル２４の経路の情
報を基にして、削り残し部分２７と干渉しない退避経路
２８を算出する。機械制御手段９によりボールエンドミ
ル２４が上記退避経路２８に従い加工再開点２９まで移
動し、上記加工再開点２９に達した後、新工具経路２６
に従って加工を再開すると共に、加工条件履歴記録手段
７が工具経路変更前／後の加工条件を記録する。その後
のＮＣプログラム修正動作は上記ドリル加工の例と同様
である。上記の削り残し部分２７と干渉しない退避経路
２８の作成方法は、加工開始前のＮＣプログラム作成時
に指定し、ＮＣプログラムを数値制御装置にロードする
と同時に加工条件記録手段１に記録する場合と、マンマ
シンインタフェース１０を用いてオペレータが任意の時
点に指定する場合がある。

【０００９】［例３：多段切削フライス加工における切
削幅変更］ 加工種類が多段切削フライス加工であり、測定する加工
情報が工具負荷の場合の例を、図４に示す加工動作例を
基に説明する。図４（ａ）に示す素材３１を最終形状３
２にエンドミル３３を用いて多段切削フライス加工する
場合において、工作機械１１が加工開始前に作成され、
ＮＣプログラム記録部３０に記録されたＮＣプログラム
に従って、図４（ｂ）に示す初期切削幅３４をもつ初期
工具経路３５に従った多段切削加工を開始する。エンド
ミル３３が素材３１に接触して切削を開始すると、エン
ドミル３３に負荷がかかる。この負荷の値が測定装置１
２によって測定され、外部信号入力手段３に入力された
後、加工条件記録手段１に記録されている当該加工工程
における許容負荷値と外部信号解析部４において比較さ
れる。図４（ｃ）において、上記負荷値が上記許容負荷
値に達すると、外部信号解析部が加工の中断を加工中断
手段５に指令し、加工が中断される。図４（ｄ）は上記
加工を中断した部分の拡大図である。工具経路算出部６
は、新切削幅３６を持つ新工具経路３７を算出すると共
に、工具経路認識手段２が認識しているエンドミル３３
の初期工具経路３５の情報を基にして、削り残し部分３
８と干渉しない退避経路３９を算出する。機械制御手段
９により、エンドミル３３が上記退避経路３９に従い加
工再開点４０まで移動し、上記加工再開点４０に達した
後、新切削幅３６をもつ新工具経路３７に従って加工を
再開すると共に、加工条件履歴記録手段７が工具経路変
更前／後の加工条件を記録する。その後のＮＣプログラ
ム修正動作は上記ドリル加工の例と同様である。上記削
り残し部分３８と干渉しない退避経路３９の作成方法
は、加工開始前のＮＣプログラム作成時に指定し、ＮＣ
プログラムを数値制御装置にロードすると同時に、加工
条件記録手段１に記録する場合と、マンマシンインター
フェース１０を用いて、オペレータが任意の時点に指定
する場合がある。

【００１０】［例４：工具軸方向に複数回数切り込む溝
加工における切込み幅変更］ 加工種類が工具軸方向に複数回数切り込む溝加工であ
り、測定する加工情報が工具の径方向負荷の場合の例
を、図５に示す加工動作例を基に説明する。図５（ａ）
に示す素材４１において最終形状４２を形成する様に、
エンドミル４３を用いて溝加工する場合において、工作
機械１１が加工開始前に作成され、ＮＣプログラム記録
部３０に記録されたＮＣプログラムに従って、図５
（ｂ）に示す初期切込み幅４４をもつ初期工具経路４５
に従った溝加工を開始する。先ずエンドミル４３が素材
４１に初期切込み幅４４だけ工具軸方向の切込みを行な
う。次いで工具径方向の切削を開始し、エンドミル４３
にかかる径方向負荷の値が測定装置１２によって測定さ
れ、外部信号入力手段３に入力された後、加工条件記録
手段１に記録されている当該加工工程における許容径方
向負荷値と外部信号解析部４において比較される。図５
（ｃ）において上記径方向負荷値が上記許容負荷値に達
すると、外部信号解析部が加工の中断を加工中断手段５
に指令し，加工が中断される。図５（ｄ）は上記加工を
中断した部分の拡大図である。工具経路算出部６は新切
込み幅４６をもつ新工具経路４７を算出すると共に、工
具経路認識手段２が認識しているエンドミル４３の初期
工具経路４５の情報を基にして、削り残し部分４８と干
渉しない退避経路４９を算出する。機械制御手段９によ
りエンドミル４３が上記退避経路４９に従い加工再開点
５０まで移動し、上記加工再開点５０に達した後、新切
込み幅４６をもつ新工具経路４７に従って加工を再開す
ると共に、加工条件履歴記録手段７が工具経路変更前／
後の加工条件を記録する。その後のＮＣプログラム修正
動作は例１のドリル加工の場合と同様である。上記の削
り残し部分４８と干渉しない退避経路４９の作成方法
は、加工開始前のＮＣプログラム作成時に指定し、ＮＣ
プログラムを数値制御装置にロードすると同時に加工条
件記録手段１に記録する場合と、マンマシンインタフェ
ース１０を用いてオペレータが任意の時点に指定する場
合がある。なお、例示は省くが、例３で示した「多段切
削フライス加工における切削幅変更」機能と、例４で示
した「工具軸方向に複数回数切り込む溝加工における切
込み幅変更」機能を組み合わせることにより、「工具軸
方向に複数回数切り込み、工具径方向に多段切削を行な
う、領域加工」においても「工具径方向切込み幅および
工具軸方向切込み幅の変更」を行なうことができ、本発
明の適用が可能となる。また、例示は省くが、ＮＣプロ
グラム自動作成ソフトウェアのもつ、最終形状データか
ら加工条件を自動決定する機能を、本発明の数値制御装
置に組み込むことにより、オフラインでの加工開始前Ｎ
Ｃプログラム作成手順も不要となり、最終形状データを
与えるだけで、次第に最適な加工条件に近づいていくＮ
Ｃプログラムの自動生成機能をもった数値制御装置が実
現する。上記実施例では、測定装置１２によって測定さ
れる外部信号を、工具負荷の場合と異常振動の場合につ
いて説明したが、本発明は上記外部信号がその他の加工
異常の場合においても適応可能である。また上記実施例
では、切削加工の場合について説明したが、本発明は研
削その他の加工についても数値制御を行なう場合には全
て適用可能である。

【００１１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加工を開
始する前の段階で作成されたＮＣプログラムに対して、
オンラインで工具経路の自動修正を可能とすることで、
最適な工具経路をもつＮＣプログラムの自動作成を可能
する。その結果、加工異常回避と加工能率向上を可能と
し、オフラインでのＮＣプログラム再作成手順を不要と
する。そして、作成された最適な加工条件の工具経路を
もつＮＣプログラムをロードすることで、本機能を持た
ない通常のＮＣ工作機械における加工においても加工異
常回避と加工能率向上を可能とし、生産性を大きく高め
る。さらに、前述したＮＣプログラム自動作成ソフトウ
ェアのもつ、最終形状データから加工条件を自動決定す
る機能を、本発明の数値制御装置に組み込むことによ
り、オフラインでの加工開始前ＮＣプログラム作成手順
も不要となり、最終形状データを与えるだけで、次第に
最適な加工条件に近づいていくＮＣプログラムの自動生
成機能をもった数値制御装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の動作を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例の動作を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示す横断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例の動作を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 加工条件記録手段、２ 工具経路認識手段、３ 外部
信号入力手段、４外部信号解析部、５ 加工中断手段、
６ 工具経路算出部、７ 加工条件履歴記録手段、８ Ｎ
Ｃプログラム修正部、９ 機械制御手段、１０マンマシ
ンインタフェース、１１ 工作機械、１２ 測定装置、１
３ 工具ホルダ、１４ ドリル、１５ ワーク、１６ 工具
移動を示す矢印、１７ 目標穴深さ、１８ １回目の加工
穴深さ、１９ 加工中断穴深さ、２０２回目の加工穴深
さ、２１ テーブル、２２ 素材、２３ 最終形状、２４
ボールエンドミル、２５ 初期工具経路、２６ 新工具経
路、２７ 削り残し部分、２８ 退避経路、２９ 加工再
開点、３０ ＮＣプログラム記録部、３１ 素材、３２
最終形状、３３ エンドミル、３４ 初期切削幅、３５初
期工具経路、３６新切削幅、３７ 新工具経路、３８ 削
り残し部分、３９ 退避経路、４０ 加工再開点、４１
素材、４２最終形状、４３ エンドミル、４４初期切込
み幅、４５ 初期工具経路、４６ 新切込み幅、４７ 新
工具経路、４８削り残し部分、４９ 退避経路、５０ 加
工再開点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の各加工工程において加工条件と
   なっている切削条件とワーク材質、工具データ、要求仕
   上面精度を記録する加工条件記録手段と、 工作機械における加工中の情報を入力する外部信号入力
   手段と、 入力された外部信号を解析して工具経路変更の要不要を
   決定する外部信号解析部と、 工具経路変更の必要があると決定された場合に加工を中
   断させる加工中断手段と、 中断後の新しい工具経路を自動生成する工具経路算出部
   とを備えた数値制御装置において、実行中の工具経路を識別する工具経路認識手段と、 変更前後の工具経路と 加工条件を記録する加工条件履歴
   記録手段と、 ＮＣプログラムの加工条件を修正するＮＣプログラム修
   正部とを設けたことを特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の数値制御装置において、
   次の手順で処理することを特徴とする数値制御加工方
   法。 （１）前記外部信号解析部が前記外部信号入力手段に入
   力された加工に関する情報を解析する。 （２） 工具経路変更の必要があると決定すると、前記加
   工中断手段が加工を中断する。 （３） 前記工具経路算出部が新たな工具経路を自動生成
   する。 （４） その新たに生成された経路にしたがって加工を再
   開する。 （５） 前記加工条件履歴記録手段が経路変更前・後の工
   具経路と加工条件を記録する。 （６） その後の加工工程において、前記ＮＣプログラム
   修正部は、前記加工条件履歴記録手段に記録された前記
   工具経路変更前の工具経路および加工条件と、同一の工
   具経路および加工条件の加工工程の有無を判別する。 （７） 前記工具経路変更前の工具経路および加工条件と
   同一の工程が存在している場合には、前記ＮＣプログラ
   ム修正部は前記加工条件記録手段に記録された情報を基
   にして当該工程を開始する以前に工具経路を上記加工条
   件履歴記録手段に記録されている上記工具経路変更後の
   工具経路に修正する。 （８） 当該工程を開始する。
3. 【請求項３】前記工具経路変更後の工具経路の修正動作
   を繰り返すことにより、最適な加工条件を持つＮＣプロ
   グラムを自動生成する請求項２記載の数値制御加工方
   法。