JP3842246B2

JP3842246B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP3842246B2
Application number: JP2003176618A
Authority: JP
Inventors: 徹水野
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005011203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等を制御するＣＮＣ（数値制御装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械において高速、高精度の加工を行うには、最適な切削条件で加工を行う必要がある。この最適な切削条件を得るには、主軸やワーク送り軸のモータにかかる負荷や振動等の加工状態情報を取得し、これらの情報に基づいて切削条件を選定することが重要になる。
そのため、外部からの要求に応答して主軸や送り軸等のモータ負荷を検出するようにした数値制御装置が開発されている。また、サンプリングしたモータ負荷情報を出力する機能を備える数値制御装置も公知である。
【０００３】
さらに、放電加工において、加工電圧や加工速度データ等の加工状態検出情報とシーケンス番号、ブロック番号、累積移動距離、加工開始穴番号、仕上げ加工回数等の加工位置情報とを関連付けて記憶し、この２種類の情報を関連付けてグラフ表示する発明も公知である（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ９９／５８２８１号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
主軸やワーク送り軸のモータにかかる負荷等の加工状態情報を、単に取得するだけでは、加工個所と加工状態情報の関連がなく、最適な加工条件を決定するには不十分である。また、上述した特許文献１に記載されているように、加工状態検出情報と加工位置情報とを関連付けて記憶し表示する方法では、金型加工や航空機の部品加工のような加工プログラムが長くなった場合、加工全域について情報を取得し記憶するには膨大な情報量となってしまう。この膨大な情報に基づいて分析、解析して最適の加工条件を得るには、分析、解析に時間と労力を要するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、必要とする加工個所に対応付けて加工状態情報を取得でき、この情報の分析を容易とする数値制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、工作機械を制御してワークの加工を行わせる数値制御装置において、加工中の加工状態情報を取得する加工状態情報取得手段と、該加工状態情報と該加工状態情報を取得した加工個所を表す加工個所情報とを記憶又は出力する手段と、前記加工状態情報を取得する個所を指定する手段とを設けることによって、前記目的を達成するようにした。
そして、前記加工状態情報を取得する個所を指定する手段は、ＮＣプログラム中にコメントで構成するか、若しくはＮＣプログラムの付属情報により指定する手段で構成した。また、前記付属情報により、加工状態情報を取得する領域の開始と終了のＮＣプログラムのブロック番号又はシーケンス番号を指定し、サンプリング周期を指定すると共に、指定領域における加工距離、経過時間又はイベント発生のいずれか１つによって、所定周期毎の加工状態情報の取得開始タイミングを指定するものとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の要部ブロック図である。数値制御装置１０は、通信ネットワーク２０を介して上位システム２１に接続されている。上位システム２１は、収集したデータを保存するデータベースシステムやデータ解析システムで構成されている。数値制御装置１０には、工作機械等の各送り軸を駆動するサーボモータやスピンドルモータ等のモータ２２が接続され、さらに、工具に係わる負荷や振動等の加工状態情報を検出するセンサ２３が接続されている。
【０００８】
数値制御装置１０は、メモリ１４に格納された加工プログラム等に基づいてスピンドルモータや各送り軸のサーボモータを駆動制御するＣＮＣ制御部１１を備え、本発明と関係し、加工状態情報及び加工個所情報を取得してメモリ１４に記憶させる情報記憶・出力制御手段１２を備える。さらに、上位システム２１と通信するための通信インタフェース１３を備え、また、各種データや加工プログラム等を表示するＣＲＴや液晶で構成される表示手段及びキーボード等のデータや指令を入力する表示手段／入力手段１５を備える。
【０００９】
上述した数値制御装置１０の構成は従来の数値制御装置とほぼ同一であり、ＣＮＣ制御部にソフトウェアで構成された情報記憶・出力制御手段１２を備える点で従来の数値制御装置と相違するものである。
【００１０】
本発明の第１の実施形態においては、加工状態情報及び該加工状態情報に対応する加工個所情報（以下加工状態情報と加工個所情報を合わせて加工監視情報という）を得るためのサンプリング開始指令Ｇｍ、サンプリング終了指令Ｇｎ及びサンプリング方法Ａａ，Ｂｂ，Ｃｃを指定する指令コードが予め用意されている。
加工監視情報を得るためには、加工プログラムに次のような指令をプログラムしておく。
ＧｍＡａＢｂＣｃ
この指令ブロックにおける「Ｇｍ」は、サンプリング開始を指令するコードである。「Ａａ」は、サンプリング周期を指令するもので、ｍｓｅｃ単位で周期時間を指令するものである。ａ＝１００とすれば、１００ｍｓｅｃの周期で加工監視情報を取得する指令となる。また、「Ｂｂ」はサンプリング開始判別の種類（移動距離によるか経過時間によるか又はイベントによるか）を指定する指令で、ｂが「１」と設定されれば距離、「２」と設定されていれば時間、「３」と設定されていればイベントをサンプリング開始条件とする。「Ｃｃ」は、サンプリング開始条件（移動距離又は経過時間の値又はイベントの種類）を指令するものであり、指令Ｂｂのｂが「１」で距離が指定されているとき、Ｃｃのｃにはサンプリングを開始する移動距離がｍｍ単位で指令されるものであり、ｂ＝２であれば、サンプリングを開始する経過時間がｍｓｅｃ単位で指定される。またｂ＝３の場合には、このＣｃにはイベントの種類が指定される。
また、サンプリング終了指令として「Ｇｎ」が用意されている。
【００１１】
図２は、このサンプリング開始指令、終了指令をＮＣ加工プログラムに組み込んだ一例を示している。この図２に示したＮＣプログラムにおいて、例えば、ａ＝１００，ｂ＝１，ｃ＝０．２と設定されていたとすると、シーケンス番号（Ｎ番号）「Ｎ１００」のブロックの指令による移動開始から、０．２ｍｍ移動した時点からサンプリングが開始され、１００ｍｓｅｃ毎にセンサ２４で検出されるデータ及びスピンドルモータや送り軸を駆動するサーボモータ等の駆動電流を検出しこれらを加工状態情報としてメモリ１４に記憶するとともに、そのときの加工個所位置を示す加工個所情報をメモリに記憶する。以下、サンプリング終了指令Ｇｎが読み込まれるまで、図２ではシーケンス番号Ｎ２００のブロックの指令による移動が終了するまで加工監視情報が取得されるものである。
【００１２】
図３は、数値制御装置１０のプロセッサが実施するサンプリング開始処理のフローチャートであり、図４は、加工監視情報を取得する処理のフローチャートである。また、図５は、サンプリング開始処理におけるフラグと実行状態の遷移を説明する説明図である。
【００１３】
数値制御装置１０のプロセッサは、ＮＣプログラムから１ブロック毎読み取り、該ブロックを実行する処理の周期毎に本発明に関係する図３の処理を行う。まず、ＮＣプログラムから読み出したブロックからサンプリング終了指令Ｇｎが読み出されたか判断し（ステップＡ１）、サンプリング終了指令Ｇｎが読み出されてなければ、サンプリング開始フラグＦｓが「オン」か判断し（ステップＡ３）、最初はこのフラグＦｓはオフである。なお、このフラグＦｓをも含めて後述するフラグＦｔ，Ｆｃ，Ｆｒは数値制御装置に電源が投入されたときの初期設定により「オフ」に設定されている。
【００１４】
サンプリング開始フラグＦｓが「オフ」であることから、ステップＡ３からステップＡ４に移行し、サンプリング開始指令Ｇｍが読み込まれているか判断する（ステップＡ４）。サンプリング開始指令Ｇｍが読み込まれてなければ、サンプリング要求フラグＦｃが「オン」か判断し（ステップＡ６）、最初は「オフ」であるからステップＡ９に進み、サンプリング実行フラグＦｒが「オン」か判断し（ステップＡ９）、「オン」でなければ、この周期の処理を終了する。以下、サンプリング開始指令ＧｍがＮＣプログラムから読み込まれるまで、ステップＡ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ９の処理を各処理周期毎実施する（図５において、全てのフラグが「オフ」で「サンプリング指令がまた現れていない」状態を示す）。
【００１５】
次に、サンプリング開始指令Ｇｍが読み込まれると、ステップＡ４で読み込まれたことが検出され、該サンプリング開始指令Ｇｍと共に指令されているサンプリング方法の指令Ａａ，Ｂｂ，Ｃｃを読み込む。また、サンプリング要求フラグＦｃをオンにセットし（ステップＡ５）、当該周期の処理を終了する。図５において、Ｆｃ＝オン，Ｆｒ＝オフ，Ｆｓ＝オフの「サンプリング指令のブロックを処理した」状態に変わる。
【００１６】
次の周期では、ステップＡ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６と進み、ステップＡ６でサンプリング要求フラグＦｃがオンであることが判別されるから、ステップＡ７に移行し、当該ブロックが移動を指令する移動ブロックか判断する。移動ブロックでなければ、当該周期の処理を終了する。図２に示すように、サンプリング開始指令Ｇｍの次のブロックには、通常移動ブロックがくる。移動ブロックと判別されると、サンプリング実行フラグＦｒを「オン」、サンプリング要求フラグＦｃを「オフ」とする（ステップＡ８）。これにより、図５のＦｃ＝オフ，Ｆｒ＝オン，Ｆｓ＝オフの「サンプリングを行うブロックの実行に入った」状態となる。
【００１７】
ステップＡ８からステップＡ９に移行し、サンプリング実行フラグＦｒが「オン」か判断するが、ステップＡ８で「オン」にセットされているから、ステップＡ１０に進み、サンプリング開始条件が満足しているか判断する。この判断は、ステップ５で読み込んだサンプリング方法を指定するＢｂ，Ｃｃの条件を満たしているか判断するものである。ｂ＝１でサンプリング開始を移動距離で指定されている場合には、Ｃｃのｃで指定された移動距離だけ当該移動ブロックの開始から移動したかを判断する。これは、指令ブロックの移動開始から移動量を積算する移動距離カウンタの値がｃで指定された移動距離以上かによって判断する。
【００１８】
また、Ｂｂの指令で、ｂ＝２で移動開始からの時間でサンプリング開始を決めることが指定されている場合には、指令ブロックの移動開始から時間を計時する実行時間カウンタの値が、Ｃｃのｃで指定された移動時間以上になっているかによって判断する。また、ｂ＝３でサンプリング開始をイベントで指令されている場合には、Ｃｃで指定されるイベントの種類（特定の指令や外部から入力される信号等）が発生しているかによって判断される。
【００１９】
このサンプリング開始の条件（Ｂｂ，Ｃｃ）が満たされない場合は、この周期の処理は終了する。次の周期からは、ステップＡ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ９，Ａ１０の処理を各周期毎実行し、サンプリング開始条件が満たされるまで待つ。
【００２０】
そして、サンプリング開始条件が満たされると、ステップＡ１１に進み、サンプリング開始フラグＦｓを「オン」サンプリング実行フラグＦｒを「オフ」として、図５のＦｃ＝オフ，Ｆｒ＝オフ，Ｆｓ＝オンの「サンプリング開始条件が満足されサンプリングが始まった」状態となる。次の周期からは、加工プログラムよりサンプリング終了指令Ｇｎが読み込まれない限り、ステップＡ１，Ａ３の処理を行いサンプリング開始フラグＦｓが「オン」であるから、当該周期の処理を終了する。以下各周期毎にステップＡ１，Ａ３の処理を実行するが、加工プログラムよりサンプリング終了指令Ｇｎが読み込まれると、ステップＡ１からステップＡ２に移行し、サンプリング開始フラグＦｓを「オフ」及び後述するタイマカウント中フラグＦｔを「オフ」とし、この周期の処理を終了する。これにより、図５のＦｃ＝オフ，Ｆｒ＝オフ，Ｆｓ＝オフの「サンプリングを行う範囲を抜けてサンプリングを終了した」状態となる。
【００２１】
図４は、加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）を取得する処理である。数値制御装置１０のプロセッサは、まず、サンプリング開始フラグＦｓが「オン」か判別し（ステップＢ１）、「オン」でなければ、この周期の処理を終了する。一方、図３で示した処理でサンプリング開始条件が満足したことが判断されて、ステップＡ１１でサンプリング開始フラグＦｓがオンにセットされると、ステップＢ１からステップＢ２に移行し、タイマカウント中フラグＦｔが「オン」か否か判断する。タイマカウント中フラグＦｔは、最初は「オフ」であるから、ステップＢ３に進み、センサ２３及びスピンドルモータや送り軸を駆動するサーボモータ等のモータ２２の駆動電流を検出し、そのデータを加工状態情報としてメモリ１４に記憶する。またこの加工状態情報と共に、この採取したデータ（加工状態情報）に対応する加工位置を示す識別情報を加工個所情報として、メモリ１４に記憶する。
【００２２】
図６は、この加工監視情報のメモリ１４への記憶状態を示す説明図である。ステップＢ３は、加工監視情報を得る最初のサンプリング時であることから、ステップＡ５で読み込んだサンプリング方法におけるＢｂによるサンプリング開始条件（距離、時間、イベント）と、サンプリングを開始したシーケンス番号（開始Ｎ番号）をヘッダとして書込み、次に、加工個所情報としての、シーケンス番号、ブロック番号、データ番号（データを取得する毎に更新される追番）と加工状態情報としてのセンサ２３からの検出データやモータ２２の駆動電流値等のデータを書き込む。
【００２３】
次に、プロセッサは、タイマカウント中フラグＦｔを「オン」とし、計時するタイマの現在時刻を初期値にセットし（ステップＢ４）、このタイマの現在時刻から初期値を減算した値がステップＡ５で読み出したＡａによって指定されているサンプリング周期以上か判断する（ステップＢ５）。最初は、サンプリング周期を越えていないから、このまま当該周期の処理を終了する。次の周期からは、サンプリング開始フラグＦｓ及びタイマカウント中フラグＦｔが共に「オン」となっているから、ステップＢ１，ステップＢ２をへてステップＢ５に移行し、現在時刻から初期値を減算した値がサンプリング周期以上かを判断する。この現在時刻から初期値を減算した値がサンプリング周期以上となるまで、各周期毎、ステップＢ１，Ｂ２，Ｂ５の処理を繰り返し実行する。
【００２４】
そして、現在時刻から初期値を減算した値がサンプリング周期以上となると、加工状態情報であるセンサ２３で検出したデータやモータ駆動電流のデータと、加工個所情報の識別情報をメモリ１４に格納する。このステップＢ６の処理は、２回目以降のデータ収集処理であることから、図６に示すヘッダの情報（開始条件、開始Ｎ番号）は書き込まれず、加工個所情報として、Ｎ番号（シーケンス番号）、ブロック番号、データ番号（データの追番）及び、加工状態情報としてのセンサ２３で検出したデータ、モータ２２の駆動電流値のデータ等が書き込まれ記憶されることになる。次にタイマの現在時刻を初期値にセットし（ステップＢ７）、当該周期の処理を終了する。
【００２５】
次の周期からは、各周期毎ステップＢ１，Ｂ２，Ｂ５の処理を繰り返し実行し、現在時刻から初期値を減算した値がサンプリング周期以上になったことが判別される毎にステップＢ６，Ｂ７の処理を実行し、サンプリング指令のＡａで指令したサンプリング周期で加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）を図６に示すようにメモリ１４に記憶されることになる。
【００２６】
そして、加工プログラムからサンプリング終了指令Ｇｎが読み込まれ、ステップＡ１でこれを検出すると、プロセッサはサンプリング開始フラグＦｓ及びタイマカウント中フラグＦｔを共に「オフ」とする（ステップＡ２）。その結果、加工監視情報の収集処理である図４では、ステップＢ１でサンプリング開始フラグＦｓがオンではないことが判別されるから、加工監視情報の収集処理は行わず、このままこの処理を終了する。
【００２７】
こうして収集された加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）は、通信インタフェース１３、ネットワーク２０を介して上位システム２１に出力され上位システム２１で分析、解析がなされ、最適の加工条件等が求められる。また、このメモリ１４に記憶された加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）を表示手段／入力手段１５の表示手段に表示させ、分析することもできる。
【００２８】
上述した第１の実施形態では、サンプリングの開始、終了及びサンプリング方法を指定する指令コードを設けてＮＣプログラム中に、これら指令を記述しプログラム化したものであったが、第２の実施形態では、サンプリングの開始、終了及びサンプリング方法を指定する指令をＮＣプログラム中に設けるのではなく、数値制御装置に予め設定して記憶させておくか、ＮＣプログラムの付属情報として外部より読み込みメモリに記憶させておき、この記憶されたサンプリングの開始、終了及びサンプリング方法に基づいて、加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）を取得するものである。
【００２９】
図７（ａ）は、数値制御装置１０に予め設定するデータ、又はＮＣプログラムの付属情報として記憶させるデータを示し、図７（ｂ）は記憶したデータの説明である。
「開始Ｎ番号」は、サンプリングを開始するＮ番号（シーケンス番号）、「終了Ｎ番号」はサンプリングを終了するＮ番号（シーケンス番号）である。また、「サンプリング周期」は加工監視情報をサンプリングして取得するサンプリングの周期である。「サンプリング開始条件の種類」は、サンプリング開始のタイミングを、移動開始からの移動距離又は経過時間で決めるのか、又はイベントによって決めるのかを指定するものである。「サンプリング開始条件」は、「サンプリング開始条件の種類」で指定されたものに対応して、移動距離又は経過時間の値又はイベントの種類を指定するものである。
【００３０】
この第２の実施形態の場合、図３に示すサンプリング開始処理のフローチャートにおいて、ステップＡ１の処理が、メモリに記憶されている「終了Ｎ番号のブロックか」の判断に代わる。またステップＡ４の処理が、メモリに記憶されている「開始Ｎ番号のブロックか」の判断に代わる。そして、ステップＡ５において、サンプリング方法に関する指令はすでにメモリ内に設定格納されているから、サンプリング方法は読み出す処理は必要なく、サンプリング要求フラグＦｃを「オン」にさせる処理だけとなる。他は図３に示す処理と同じである。
また、図４に示す加工監視情報を取得する処理のフローチャートは、この第２の実施形態においても、同じ処理でよいものである。
【００３１】
上述した第２の実施形態において、サンプリングを開始、終了する位置の指定をＮ番号（シーケンス番号）で行ったが、Ｎ番号に代えて、ＮＣプログラムのブロック番号でも、ＮＣプログラムに記述されているコメントに記述した特定文字列でも、さらにはサブプログラムの呼び出し及びメインプログラムへのリターンと対応させるようにしてもよい。
【００３２】
また、図３、図４で示したような機能をモジュール化し数値制御装置に組み込むようにしてもよい。このような場合、モジュールの動作設定・変更は、加工監視情報を記録する条件を変更する時などに用いる。例えば、１０種類のイベントを定義出来るようにしておき、イベント１は、主軸モータの電流がしきい値を超えること、イベント２は、ある時間間隔における切削負荷の積算値がしきい値を超えること、というようにイベントの内容をユーザが定義できるようにする。また、イベントが単純な信号のオン／オフや数値の比較ではなく、幾つかの計算の結果によって判断されるような場合で、しかもこのようなイベントが複数定義されている時には、それらすべての発生を検証するのは制御装置のプロセッサによって負荷が大きくなる。そこで、加工状態情報を記録する個所の指定において指定されたイベントだけを検証するようにして、負荷を小さくする。
【００３３】
ユーザは、表示手段／入力手段１５を用いてイベントの定義を入力する。これは、信号名とオン／オフの指定、モータ電流を用いた計算式などである。入力情報を用いてイベントの処理が構築される。これは、イベントの定義からその処理を自動的に構築する機能によって行う。ここまでは、数値制御装置の初期設定として、ＮＣプログラムを実行する前に行う。
ＮＣプログラムの実行中は、イベントの処理が周期的に実行され、イベントが発生すればフラグをセットする。サンプリングの開始処理は、ＮＣプログラムで指定された番号のイベントのフラグをチェックする。また、ＮＣプログラムで指定されないイベントの処理を実行しないようにする。これはイベントの処理の先頭で実行するかどうかのフラグをチェックするようにしておき、そのフラグをオフすればよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、加工状態情報を取得する個所を指定して、加工状態情報を取得するから、所望する特定の加工個所のみを指定して加工状態情報と対応加工個所情報を得ることができ、分析対象となるデータを抽出する作業が不要となり、分析に要する時間を短縮することができる。また、収集したデータを記憶するメモリの容量は小さいものでもよく、従来のようにメモリ容量の制限から十分な数の加工状態情報が得られなくなるという問題はなくなる。
さらに、加工状態情報を取得するサンプリング周期も指定するものであるから、加工個所によってこのサンプリング周期を変えて加工状態情報を取得できるので、効率よく採取できるものである。
また、加工状態情報と共に、該加工状態情報に対応する加工個所も加工個所情報も記憶し出力されるものであるから、加工個所とその個所における加工状態情報が対応し、データの分析が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の要部ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるＮＣプログラムの例である。
【図３】同第１の実施形態におけるサンプリング開始処理のフローチャートである。
【図４】同第１の実施形態における加工監視情報を取得する処理のフローチャートである。
【図５】同第１の実施形態のサンプリング開始処理において、フラグと実行状態の遷移を説明する説明図である。
【図６】同第１の実施形態における加工監視情報（加工状態情報と加工個所情報）の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における設定データの説明図である。
【符号の説明】
１０数値制御装置
２０通信ネットワーク
２２モータ

Claims

工作機械を制御してワークの加工を行わせる数値制御装置において、
加工中の加工状態情報を取得する加工状態情報取得手段と、
該加工状態情報と該加工状態情報を取得した加工個所を表す加工個所情報とを記憶又は出力する手段とを備え、
前記加工状態情報を取得する個所を指定する手段としてＮＣプログラムのコメントが用いられていることを特徴とする数値制御装置。
工作機械を制御してワークの加工を行わせる数値制御装置において、
加工中の加工状態情報を取得する加工状態情報取得手段と、
該加工状態情報と該加工状態情報を取得した加工個所を表す加工個所情報とを記憶又は出力する手段とを備え、
前記加工状態情報を取得する個所を指定する手段としてＮＣプログラムの付属情報が用いられていることを特徴とする数値制御装置。
前記付属情報による指定は、加工状態情報を取得する領域の開始と終了のＮＣプログラムのブロック番号又はシーケンス番号を指定し、サンプリング周期を指定すると共に、指定領域における加工距離、経過時間又はイベント発生のいずれか１つによって、加工状態情報の取得のサンプリング開始タイミングを指定するものである請求項２に記載の数値制御装置。