JP5602576B2 - 割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は工作機械を制御する数値制御装置に関し、特に、割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置である。

加工を中断して別の加工を行う割り込み加工を行う場合、加工の中断時に、数値制御装置の状態を記憶し、割り込み加工終了後、記憶していた数値制御装置の状態を復元して加工を再開する技術が知られている。
特許文献１には、主軸を制御する系統を切り換えるとき、そのときの主軸の制御状態情報である、位置制御モードか速度制御モードかを、さらに、位置制御モードのときはそのとき指令されている主軸の位置および速度情報、速度制御モードのときはそのとき指令されている主軸の回転数および回転方向の情報を次に制御する系統に引き渡す手段を備えた多系統制御機能を有する数値制御装置が開示されている。
特許文献２には、加工プログラムの実行中断後の再実行を容易にするため、再実行するために必要な復元処理を実現する復元プログラムが生成する機能を有する多系統制御機能を有する数値制御装置が開示されている。
特許文献３には、加工プログラム中の先頭の加工送り指令から中断の直前に実行された加工送り終了までをスキップするように加工プログラムを書き換えたテンポラリファイルを作成し、割り込み処理実行後は、前記テンポラリファイルに従って加工プログラムを再開する数値制御装置の割り込み制御方法の技術が開示されている。
特許文献４には、数値制御加工プログラムの再開位置と加工中断状態であることを示す中断フラグとを記憶して加工を中断し、スケジュール管理データにより加工中断状態のパレットの加工を再開位置から自動的に再開可能な数値制御装置が開示されている。

特許第４１１６６４０号公報 特許第２９９８４７３号公報 特開２０００−２９３２１２号公報 特開平１１−３３８７８号公報

従来、加工プログラムを再実行することにより加工を再開する際に、数値制御装置の状態として記憶するデータは、実行中の加工プログラムの情報、座標値、補正量、ＧコードやＭコードの指令値などを対象としている。しかし、それら以外に、最大速度や加速度などの数値制御装置の動作を調整・変更するための多数のパラメータや、加工プログラムの解析、移動指令作成などの過程で、数値制御装置内部で使用する計算用データも復元される必要がある。

数値制御装置が高性能化するほど、記憶・復元するデータも増加し、どのデータを記憶・復元すればよいのかの選別が難しくなり、使用する数値制御装置の機能を限定しないと割り込み加工ができない、という問題があった。この問題を解決するために、数値制御装置における加工プログラムの実行中のデータを全てメモリに記憶することも考えられるが、メモリに記憶されるデータの中には、加工時間や工具の使用時間など復元してはいけないデータがあり、依然、データの選別は必要なため、前記問題の解決には至らない。

そこで、本発明の目的は、上記、従来技術の問題点に鑑み、加工を中断して別の加工を行うことができる割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、被加工物の加工中に該加工を中断し、別の加工を行った後、中断前の加工を再開する割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械の１つの系統に対して複数の制御系統を有し、前記制御系統毎に工作機械への移動指令を作成する移動指令作成手段と、前記移動指令作成手段で作成された移動指令で座標を更新し記憶する座標更新記憶手段と、割り込み加工を行う際に加工中の制御系統から他の制御系統への切り換え、あるいは、割り込み加工が終了した際に割り込みを行った制御系統から割り込み前の制御系統への切り換えを行う制御系統切り換え手段と、制御系統切り換え時に、前記座標更新記憶手段で制御系統毎に記憶されている切り換え前の制御系統の座標と切り換え後の制御系統の座標の差分を工作機械への移動指令として作成する制御系統切り換え時移動指令作成手段と、を備えたことを特徴とする割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置である。

請求項２に係る発明は、被加工物の加工中に該加工を中断し、別の加工を行った後、中断前の加工を再開する割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械の１つの系統に対して複数の制御系統を有し、前記制御系統毎に工作機械への移動指令を作成する移動指令作成手段と、前記移動指令作成手段で作成された移動指令で座標を更新し記憶する座標更新記憶手段と、割り込み加工を行う際に加工中の制御系統から他の制御系統への切り換え、あるいは、割り込み加工が終了した際に割り込みを行った制御系統から割り込み前の制御系統への切り換えを行う制御系統切り換え手段と、制御系統切り換え時に、前記座標更新記憶手段で制御系統毎に記憶されている切り換え前の制御系統の座標を読み取り、切り換え後の制御系統の座標に設定する制御系統切り換え時座標更新記憶手段と、を備えたことを特徴とする割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置である。

本発明により、加工を中断して別の加工を行うことができる割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置を提供できる。

本発明の一実施形態の数値制御装置１の要部ブロック図である。 工作機械の一つの系統に対して第１制御系統と第２制御系統とにより制御を行うことができる数値制御装置の機能ブロック図である。 第１制御系統で運転中であることを説明する図である。 第１制御系統から第２制御系統への切り換えを説明する図である。 第２制御系統で運転中（割り込み加工中）を説明する図である。 第２制御系統から第１制御系統への切り換えを説明する図である。 第１制御系統で運転中（加工を再開）であることを説明する図である。 本発明に係る割り込みにより第１制御系統と第２制御系統とを切り換える処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 制御系統切り換え時座標更新記憶手段を備えた本発明の実施形態を説明する図である。 第１の数値制御装置を介して第２の数値制御装置により工作機械を制御することを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明の数値制御装置には、通常加工を行うための１つ以上の制御系統の他に、割り込み加工を行うための１つ以上の制御系統があり、各制御系統は、加工プログラム、数値制御装置の動作を調整・変更するパラメータ（最大加工速度や加速度、オフセット量など）、加工プログラムの解析処理、移動指令作成処理、および、計算用のデータを、それぞれ有している。そして、割り込み加工を行う場合には、まず、ある制御系統での加工を停止する。その後、割り込み加工を行う制御系統で管理している位置へ機械を移動し、制御系統を切り換えて加工開始する。加工終了後、割り込まれた制御系統が管理していた位置へ機械を移動、制御を元の制御系統に戻して、再スタートする。

図１は、本発明の一実施形態の数値制御装置１の要部ブロック図である。ＣＰＵ１０１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２に格納されたシステムプログラムをバス１０９を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１０３には、一時的な計算データや表示データ、および、液晶表示装置などで構成される表示器とキーボードなどで構成される手動入力手段とからなる表示器／手動入力ユニット１１１を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＳＲＡＭ１０４には図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＳＲＡＭ１０４中には、インタフェース１０５を介して読み込まれた、または、表示器／手動入力ユニット１１１を介して入力された第１制御系統、第２制御系統の加工プログラムや、表示器／手動入力ユニット１１１を介して入力された加工プログラムなどが記憶される。

インタフェース１０５は数値制御装置１と外部機器（図示せず）との接続を可能とするものである。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１０６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象の工作機械の補助装置（例えば、工具交換用のロボットハンドのようなアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１０７を介して信号を出力し制御する。また、数値制御装置１で制御される制御対象物である工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチの信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１０１に渡す。

各軸の制御回路１１０ｘ，１１０ｙ，１１０ｚはＣＰＵ１０１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ１２０ｘ，１２０ｙ，１２０ｚに出力する。サーボアンプ１２０ｘ，１２０ｙ，１２０ｚはこの指令を受けて、工作機械４（制御対象物）のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸のサーボモータ４０ｘ，４０ｙ，４０ｚを駆動する。

各軸のサーボモータ４０ｘ，４０ｙ，４０ｚは位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置、速度フィードバック信号を軸制御回路１１０ｘ，１１０ｙ，１１０ｚにフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１では位置・速度のフィードバックについては記載していない。

スピンドル制御回路１１０ＳはＣＰＵ１０１からの主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ１２０Ｓにスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ１２０Ｓはスピンドル速度信号を受けて、スピンドルモータ４０Ｓを指令された速度で回転させる。スピンドルモータ４０Ｓには図示しない速度検出器が取り付けられており、該速度検出器からの速度フィードバック信号をスピンドル制御回路１１０Ｓにフィードバックし、速度制御を行う。

図２は工作機械の一つの系統に対して第１制御系統と第２制御系統による制御を行うことができる数値制御装置の機能ブロック図である。本発明の数値制御装置には、通常加工を行うための１つ以上の制御系統の他に、割り込み加工を行うための１つ以上の制御系統があり、各制御系統は、加工プログラム、数値制御装置の動作を調整・変更するパラメータ（最大加工速度や加速度、オフセット量など）、加工プログラムの解析処理、移動指令作成処理、および、計算用のデータを、それぞれ有している。そして、割り込み加工を行う場合には、まず、ある制御系統での加工を停止する。その後、割り込み加工を行う制御系統で管理している位置へ機械を移動、制御系統を切り換えて加工開始する。加工終了後、割り込まれた制御系統が管理していた位置へ機械を移動、制御を元の制御系統に戻して、再スタートする。

図２に示される本発明の実施形態の数値制御装置１は、ある被加工物を加工する第１制御系統１０と、被加工物の加工中に該加工を中断し、別の加工を行う第２制御系統を有する。第２制御系統で行う別の加工とは、例えば、中断した加工の被加工物と別の被加工物に対する加工や、同じ被加工物の別の箇所に対する加工でもよい。通常加工を行う場合には第１制御系統からの移動指令を、割り込み加工を行う場合には第２制御系統からの移動指令を工作機械のモータに出力する。

図２に示される数値制御装置１は、第１制御系統１０、第２制御系統２０、および、機械位置３０を有する。第１制御系統１０は、加工プログラム１１、加工プログラム解析手段１２、移動指令作成手段１３、パラメータ１４、計算データ１５、機械位置１６を有する。パラメータ１４、計算データ１５、機械位置１６は記憶手段（ＲＡＭ１０３）に記憶される機械座標のデータである。同様に、第２制御系統２０は、加工プログラム２１、加工プログラム解析手段２２、移動指令作成手段２３、パラメータ２４、計算データ２５、機械位置２６を有する。パラメータ２４、計算データ２５、機械位置２６は記憶手段（ＲＡＭ１０３）に記憶されるデータである。加工プログラム１１，２１は、工作機械を制御するため、加工経路を指定するプログラムであって、各軸のアドレス、Ｇコード、Ｍコードなどで記述されている。加工プログラム解析手段１２，２２は、加工プログラム１１，２１に記述された各軸のアドレス、Ｇコード、Ｍコードなどを解析し、解析して求められた結果は、計算データ記憶手段１５に記憶される。

移動指令作成手段１３は、加工プログラム１１，２１の解析結果に基づいて各軸への移動指令を計算する。移動指令の計算過程では加工プログラムのブロック終点までの距離なども計算され、記憶手段に計算データ１５として記憶される。

パラメータ１４は、数値制御装置１の動作を調整、変更するために設定されているデータで、例えば、プログラム指令における単位や、オフセット量、最大加工速度、などである。これらのパラメータは、加工プログラム解析手段１２や移動指令作成手段１３で参照される。機械位置１６，２６，３０は各軸の機械座標での位置であって、座標が属する制御系統の移動指令によって更新される。なお、機械位置１６，２６，３０は具体的にはＲＡＭ１０３に記憶される。

次に、図３〜図７を用いて、割り込み加工の要求ありの場合の第１制御系統から第２制御系統切り換え、第２制御系統から第１制御系統への切り換えを説明する。
図３は第１制御系統で運転中であることを説明する図である。第１制御系統１０の加工プログラム１１を加工プログラム解析手段１２で解析し、パラメータ１４を参照しつつ加工プログラム解析手段１２の解析結果を用いて、移動指令作成手段１３で移動指令を作成し、工作機械４の各モータに供給される。また、移動指令作成手段１３から出力される移動指令に基づいて機械位置１６の機械座標（座標値）と機械位置３０の機械座標（座標値）が更新される。

図４は第１制御系統から第２制御系統への切り換えを説明する図である。割り込み指令によって、第１制御系統１０から第２制御系統２０への切り換えが行われる。制御系統切り換え時移動指令作成手段３２は、切り換えが行われる時の「第２制御系統の機械位置２６−第１制御系統の機械位置１６」により求められる移動指令を求める手段である。機械位置３０は、どの制御系統が選択されている場合でも更新され、モータ（工作機械４）の実際の機械位置を確認できる。これにより、第２制御系統の機械位置２６の座標位置へモータ（駆動装置）が移動する。続いて、数値制御装置１は第２制御系統の運転を開始する。

図５は第２制御系統で運転中（割り込み加工中）を説明する図である。割り込み加工を行う第２制御系統の運転が開始されると、第２制御系統のプログラム２１が解析され、移動指令が作成される。第２制御系統が最後まで実行されれば割り込み加工は終了となる。

図６は第２制御系統から第１制御系統への切り換えを説明する図である。割り込み加工を行う第２制御系統が終了すると、数値制御装置１は、現在の制御系統である第２制御系統の機械位置２６の座標値と今後加工を行う第１制御系統の機械位置１６の座標値の差分「第１制御系統の機械位置―第２制御系統の機械位置」だけ、機械位置３０の座標値を更新し、モータ（工作機械）に移動指令が出力される。これにより、第１制御系統の座標位置へ工作機械（モータ）が移動する。続いて、数値制御装置１は第１制御系統の運転を開始する（図７参照）。

図７は第１制御系統で運転中（加工を再開）であることを説明する図である。第１制御系統へモータ（工作機械４）が移動する。続いて、数値制御装置１は第１制御系統の運転を再開する。なお、第１系統の座標へのモータ（工作機械４）が移動する。また、第１制御系統の運転の再開は、それぞれ、オペレータが工作機械４の釦（ボタン）（図示せず）を押すことによって処理するようにしてもよい。

上述した本発明の実施形態では、通常加工を複数の系統で行う場合も適用可能である。例えば、通常加工を第１系統と第２系統で行う工作機械において、第３系統と第４系統を割り込み加工を行う系統とし、第１系統を第３系統と、第２系統を第４系統と切り換えて、割り込み加工を行うように適用することも可能である。また、通常加工を行う系統と、割り込み加工を行う系統の２つとしているが、３つ以上の系統の中から、加工を行う系統を選択できるようにしてもよい。なお、第１系統と第３系統とを合わせて第１制御系統、第２系統と第４系統とを合わせて第２制御系統に対応する。なお、ここでの第１系統〜第４系統は、従来技術でいうところの多系統制御を意味している。さらに、複数の系統の内、一部の系統のみを切り離す構成としてもよい。

なお、加工時間や工具の使用時間など、加工を行う制御系統に関係なく更新する必要があるデータは、機械位置３０と同様に、どの制御系統にも属さない部分を設け、加工を行う制御系統からの加工時間や工具の使用時間によって更新するとよい。

図８は、本発明に係る割り込みにより第１制御系統と第２制御系統とを切り換える処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。ここで、通常加工を第１制御系統、割り込み加工を第２制御系統で行う。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＴ１００］第１制御系統のプログラムのブロックを読み込み・解析する。解析結果に基づいて移動指令を作成し、第１制御系統の機械位置を更新し、工作機械のモータに移動指令を出力する。
●［ステップＳＴ１０１］第１制御系統の加工は終了か否か判断し、終了の場合（ＹＥＳ）には、処理を終了する。第１制御系統の加工が終了でない場合（ＮＯ）にはステップＳＴ１０２へ移行する。
●［ステップＳＴ１０２］割り込み加工の要求があるか否か判断し、割り込み要求がある場合にはステップＳＴ１０３に移行し、ない場合にはステップＳＴ１００へ戻る。割り込み加工の要求は、第１制御系統の通常加工が終了する前に、割り込み加工を行う場合、例えば、オペレータが工作機械に設けられた釦（ボタン）を押すことにより、割り込み加工制御の要求が数値制御装置１に伝えられる。
●［ステップＳＴ１０３］第１制御系統の運転を停止する。
●［ステップＳＴ１０４］「第２制御系統の機械位置―第１制御系統の機械位置」を求める。
●［ステップＳＴ１０５］ステップＳＴ１０４で求めた「第２系統の機械位置−第１系統の機械位置」に対応する移動指令を作成し、工作機械のモータに移動指令を出力すると共に機械位置を更新する。
●［ステップＳＴ１０６］第２制御系統のプログラムのブロックを読み込み・解析する。移動指令を作成し、第２制御系統の機械座標を更新し、工作機械のモータに移動指令を出力する。
●［ステップＳＴ１０７］第２制御系統の加工終了か否か判断し、加工終了の場合にはステップＳＴ１０８へ移行し、加工終了でない場合にはステップＳＴ１０６に戻る。
●［ステップＳＴ１０８］「第１制御系統の機械位置−第２制御系統の機械位置」を求める。
●［ステップＳＴ１０９］ステップＳＴ１０８で求めた「第１制御系統の機械位置−第２制御系統の機械位置」に対応する移動指令を作成し、機械位置を更新し、工作機械のモータに移動指令を出力し、ステップＳＴ１００に戻る。

図８のフローチャートでは、制御系統の切り換え時、制御系統切り換え時移動指令作成手段３２（図４，図６参照）により求められる機械位置１６の機械座標と機械位置２６の機械座標との差分値に基づいて移動指令を作成し、工作機械のモータに移動指令を出力すると共に機械位置を更新するとして説明した。制御系統切り換え時移動指令作成手段３２に換えて、図９に示されるように、制御系統切り換え時座標更新記憶手段３４を用いて、制御系統切り換え時に、切り換え前の制御系統の座標を読み取り、切り換え後の制御系統の座標を設定するようにしてもよい。この場合、オペレータが切り換え後の制御系統の座標を確認しながら、オペレータの操作により加工を再開する位置へ機械を移動させた後、加工を再開する。なお、図９は、第１制御系統から第２制御系統への切り換え時に、機械位置１６の機械座標を読み取り、機械位置２６へ設定することを示している。

上述した説明では、工作機械に直接接続される数値制御装置によって該工作機械が駆動制御されているが、これに限定されず、図１０に示されるように、第１の数値制御装置を介して第２の数値制御装置により工作機械を制御するようにし、工作機械を制御する数値制御装置を切り換えてもよい。

１ 数値制御装置
４ 工作機械
１０ 第１制御系統
１１ 加工プログラム
１２ 加工プログラム解析手段
１３ 移動指令作成手段
１４ パラメータ
１５ 計算データ
１６ 機械位置

２０ 第２制御系統
２１ 加工プログラム
２２ 加工プログラム解析手段
２４ パラメータ
２５ 計算データ
２６ 機械位置

３０ 機械位置

４０ｘ Ｘ軸モータ
４０ｙ Ｙ軸モータ
４０ｚ Ｚ軸モータ
４０Ｓ スピンドルモータ

Claims (2)

1. 被加工物の加工中に該加工を中断し、別の加工を行った後、中断前の加工を再開する割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置であって、
   前記工作機械の１つの系統に対して複数の制御系統を有し、
   前記制御系統毎に工作機械への移動指令を作成する移動指令作成手段と、
   前記移動指令作成手段で作成された移動指令で座標を更新し記憶する座標更新記憶手段と、
   割り込み加工を行う際に加工中の制御系統から他の制御系統への切り換え、あるいは、割り込み加工が終了した際に割り込みを行った制御系統から割り込み前の制御系統への切り換えを行う制御系統切り換え手段と、
   制御系統切り換え時に、前記座標更新記憶手段で制御系統毎に記憶されている切り換え前の制御系統の座標と切り換え後の制御系統の座標の差分を工作機械への移動指令として作成する制御系統切り換え時移動指令作成手段と、
   を備えたことを特徴とする割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置。
2. 被加工物の加工中に該加工を中断し、別の加工を行った後、中断前の加工を再開する割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置であって、
   前記工作機械の１つの系統に対して複数の制御系統を有し、
   前記制御系統毎に工作機械への移動指令を作成する移動指令作成手段と、
   前記移動指令作成手段で作成された移動指令で座標を更新し記憶する座標更新記憶手段と、
   割り込み加工を行う際に加工中の制御系統から他の制御系統への切り換え、あるいは、割り込み加工が終了した際に割り込みを行った制御系統から割り込み前の制御系統への切り換えを行う制御系統切り換え手段と、
   制御系統切り換え時に、前記座標更新記憶手段で制御系統毎に記憶されている切り換え前の制御系統の座標を読み取り、切り換え後の制御系統の座標に設定する制御系統切り換え時座標更新記憶手段と、
   を備えたことを特徴とする割り込み加工が可能な工作機械を制御する数値制御装置。

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