JP5812843B2 - 手動送り装置を有する数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械を操作する時、後どの程度操作するとストロークリミットを超えるかを把握しやすくする手動送り装置を有する数値制御装置に関する。

オペレータが工作機械を手動操作する場合、機械のストロークリミットに注意しながら操作する必要がある。しかし数値制御装置（ＣＮＣ）の表示装置に表示される座標値、機械のテーブルや工具の動きを目で確認しても、実際のストロークリミットがどこなのかは見ただけでは判断が難しい。また、加工中に手動操作で駆動軸を動かすような場合、クーラント等の影響により、機械のテーブルや工具の動きを目視することが難しいときもある。そのため機械の操作を行っている最中に機械のストロークリミットを越えてしまう場合があった。
特許文献１や特許文献２に、ストロークリミットを超えた場合、テーブルや工具が機械の壁に衝突しないよう、アラーム等を発生させて機械を停止させる技術が開示されている。また特許文献３には、工具の現在位置から指定形状までの距離を表示する技術が開示されている。

特開平６−１１９０２４号公報 特開２００８−２３４２９５号公報 特開平６−１１９０２５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示される技術では、ストロークリミットにより機械が停止すると、アラームの解除やストロークリミットの内側に機械を戻す作業のため、復旧に時間を取られることが多かった。また、機械の移動速度は機械操作盤の速度切り換えスイッチ等により０．０１倍〜１０００倍等大きく変化するため、特許文献３に開示される技術では、距離がわかったとしても後どの程度機械を操作した時にストロークリミットを超えるか判断が難しかった。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、現在の状態で後どの程度機械の手動送り装置を操作したらストロークリミットを超えるかを、その時の前記手動送り装置の１回の操作による移動量あるいは移動速度から判断して表示することが可能な手動送り装置を有する数値制御装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、テーブルまたは工具を移動させる複数の軸を有する工作機械の前記軸を手動操作で移動させる手動送り装置を有する数値制御装置において、前記手動送り装置の１回の操作における移動量を設定する移動量設定部と、前記テーブルまたは工具の現在位置からストロークリミットまでの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出された距離と、前記移動量設定部に設定された移動量から、現在位置からストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量を算出する操作量算出部と、該算出された前記手動送り装置の操作量を表示する表示装置と、を有することを特徴とする手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項２に係る発明は、前記手動送り装置は手動ハンドルを備え、前記操作量は手動ハンドルの目盛数あるいは回転させる回数であることを特徴とする請求項１に記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記手動送り装置はボタンまたはスイッチを備え、前記操作量は前記ボタンまたは前記スイッチをオンする回数であることを特徴とする請求項１に記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。

請求項４に係る発明は、テーブルまたは工具を移動させる複数の軸を有する工作機械の前記軸を手動操作で移動させる手動送り装置を有する数値制御装置において、前記手動送り装置による移動時の速度を設定する速度設定部と、前記テーブルまたは工具の現在位置からストロークリミットまでの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出された距離と、前記速度設定部に設定された速度から、現在位置からストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作時間を算出する操作時間算出部と、前記算出された前記手動送り装置の操作時間を表示する表示装置と、を有することを特徴とする手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記手動送り装置はボタンまたはスイッチを備え、前記操作時間は前記ボタンまたは前記スイッチをオンにしている時間であることを特徴とする請求項４に記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。

請求項６に係る発明は、前記表示装置は前記手動送り装置の操作量または操作時間に応じて、画面表示内容の一部の表示色を変更あるいはオペレータへのメッセージを表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項７に係る発明は、前記手動送り装置の操作量または操作時間に応じて信号を出力する信号出力部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項８に係る発明は、前記手動送り装置を操作した時の操作量あるいは操作時間に基づいて、ストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量あるいは操作時間を再計算し、表示することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項９に係る発明は、前記テーブルまたは前記工具の移動に伴い、ストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量あるいは操作時間を時々刻々計算し、表示を更新することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。
請求項１０に係る発明は、前記表示装置は現在のテーブルまたは工具の位置からストロークリミットまでの距離を表示することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置である。

本発明により、現在の状態で後どの程度機械の手動送り装置を操作したらストロークリミットを超えるかを、その時の前記手動送り装置の１回の操作による移動量あるいは移動速度から判断して表示することが可能な手動送り装置を有する数値制御装置を提供できる。
これによりオペレータはどの程度の操作でストロークリミットを超えるかを簡単に把握できるようになり、ストロークリミットを超えない範囲で余裕を持った操作を行うことが可能になる。また、誤ってストロークリミットを越えてしまうことも少なくなり、作業の効率を上げることができる。

本発明の数値制御装置のハードウェアの構成を説明する図である。 機械操作盤の一例を説明する図である。 工作機械の概要を示す図である。 工作機械を制御する数値制御装置の画面例である。 本発明の処理手順を示すフローチャートである（操作量に基づく処理）。 本発明の処理手順を示すフローチャートである（速度に基づく処理）。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の数値制御装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。プロセッサであるＣＰＵ１１はＲＯＭ１２に格納された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。ＲＡＭ１３には入出力信号の一時的なデータが格納される。不揮発性メモリ１４には電源断も保持すべきパラメータ、加工プログラム等が格納される。
グラフィック制御回路１５はガイダンス情報や入力された指定形状等を表示可能な信号に変換し、表示装置１６に与える。表示装置１６には液晶表示装置が使用される。軸制御回路１８はプロセッサ１１から移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ１９に出力制御する。

サーボアンプ１９はこの移動指令を受けて、工作機械２０の図示されていないサーボモータを駆動する。サーボモータには位置を検出するための位置検出装置が取り付けられている。サーボモータに取り付けられた位置検出装置から出力される位置検出信号に基づいて、サーボモータによって駆動されるテーブル４４（図３参照）の現在位置を特定することができる。なお、工作機械２０はこのサーボモータの他に、手動送りモードにおいて、手動送り操作する手動パルス発生器４１を有する機械操作盤４０を備えている。これらの構成要素はバス３０を介してお互いに接続されている。
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）２２は加工プログラムの実行時に、バス３０を経由してＴ機能信号（工具選択指令）等を受け取る。そして、この信号をシーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械２０を制御する。また、対話型数値制御装置では工作機械２０から状態信号を受けて、シーケンス処理を行い、バス３０を経由してプロセッサ１１に必要な入力信号を転送する。
なお、バス３０には更に、システムプログラム等によって機能が変化するソフトウェアキー２３が接続されている。このソフトウェアキー２３は、表示装置１６、キーボード１７とともに、表示装置／ＭＤＩパネル２５に設けられる。

図２は機械操作盤の一例を示す図である。工作機械２０に備えられた機械操作盤４０には、手動パルス発生器４１、手動送りボタン４２が設けられている。手動ハンドル４１ａは回転する目盛数あるいは回転数によって操作量を指定できる。また、手動送りボタン４２は該ボタンをオンする回数によって操作量を指定できる。また、手動送りボタン４２をオンしている間一定速度にて軸を移動させる操作方法を選択した場合、手動送りボタン４２をオンする時間によって操作時間を指定できる。手動送りボタン４２をスイッチとして構成としてもよい。

手動パルス発生器４１は手動ハンドル４１ａを＋回転または−回転させると、その回転に応じてパルス信号を出力させる。このパルス信号は回転方向を判別するための二相のパルスであって、バス３０を介してプロセッサ１１に送られ、工具を移動させる。手動送りボタン４２には、「＋Ｘ」，「−Ｘ」，「＋Ｙ」，「―Ｙ」，「＋Ｚ」，「−Ｚ」の各軸についてプラス及びマイナス方向の送りボタンが設けられている。

設定スイッチ４３は手動ハンドル４１ａを１目盛り操作した時の移動量を設定するスイッチである。また、設定スイッチ４３は、手動送りボタン４２をオペレータが１回押した際に発生する移動量を設定するスイッチとしても用いることができる。設定された移動量のデータはＲＡＭ１３に記憶される。手動ハンドル４１ａを１目盛り操作した時の移動量あるいは手動送りボタン４２を１回押した時の移動量のデータは、キーボード１７を用いて設定してもよい。また、手動送り装置による移動時の速度の設定もキーボード１７や機械操作盤４０に設けられているオーバライド設定スイッチなど適宜の手段を用いることができる。設定された移動時の速度のデータはＲＡＭ１３に記憶される。

図３に示すテーブル４４は、工作機械２０の機械操作盤４０上の手動パルス発生器４１に備わった手動ハンドル４１ａあるいは手動送りボタン４２を手動操作することにより手動運転される。テーブル４４は工作機械に備わったサーボモータによってＸ軸方向とＹ軸方向の２次元平面内を移動する。なお、Ｚ軸方向を含めた３次元方向に移動する構成、回転軸を含めた複数軸を有する構成であってもよい。数値制御装置１は、テーブル４４の現在位置の座標値を常に監視しており、テーブル位置が予め設定されたストロークリミット４５の座標値を超えると、アラーム停止となって移動してきた方向と逆方向以外の操作は受け付けなくする。

テーブル４４とストロークリミット４５までの距離は、テーブル４４の座標値とストロークリミットの座標値の差から求めることができる。テーブル４４の現在の座標値は前述したようにテーブル４４を駆動するサーボモータに内蔵された位置検出装置から出力される信号を基として求められる。また、ストロークリミットの座標値は工作機械２０の構成に対応して数値制御装置１に予め設定しておく。

手動ハンドル４１ａを回転させることによりテーブル４４を動かす時、手動ハンドル１目盛り操作した時の移動量の設定とテーブル４４の現在の位置からストロークリミット４５までの距離を用いて、手動ハンドル４１ａを何目盛りあるいは何回転させるとストロークリミット４５を越えるかを計算し、画面上に表示させる。

また、テーブル４４とストロークリミット４５までの距離が手動ハンドル４１ａの２回転分の移動量より小さくなった場合、「ストロークリミットに注意して下さい」といったメッセージにより注意を促す表示を画面上に行う。同時にその軸の座標値の表示色を黄色で表示することにより画面表示内容の一部の表示色を変更して、対象の軸とストロークリミットにやや近いことを機械のオペレータに通知する。さらにテーブル４４とストロークリミット４５までの距離が手動ハンドル４１ａの１回転分の移動量より小さくなった場合、その軸の座標値を赤色で表示させ、よりストロークリミット４５に近いことを通知する。

手動送りボタン４２を１回押す毎にテーブル４４を一定量動かす時、１回の手動送りボタン４２の操作における移動量の設定から、手動送りボタン４２を何回押すとストロークリミット４５を超えるかを計算し、画面上に表示させる。また、テーブル４４とストロークリミット４５までの距離が手動送りボタン４２を２回押した時の移動量より小さくなった場合、「ストロークリミットに注意して下さい」といった注意を促す表示を画面上に行う。同時にその軸の座標値を黄色で表示することにより、対象の軸とストロークリミットにやや近いこと通知する。さらにテーブル４４とストロークリミット４５までの距離が手動送りボタンを１回押した時の移動量より小さくなった場合、その軸の座標値を赤色で表示させ、よりストロークリミットに近いことを通知する。

手動送りボタン４２を押している間テーブル４４を一定速度で動かす時、手動送りボタン４２による移動時の速度の設定から手動送りボタンを何秒間押すとストロークリミット４５を超えるかを計算し、画面上に表示させる。また、テーブルとストロークリミットまでの距離が手動送りボタンを２秒間押し続けた時の移動量より小さくなった場合、「ストロークリミットに注意して下さい」といった注意を促す表示を画面上に行う。同時にその軸の座標値を黄色で表示することにより、対象の軸とストロークリミットにやや近いこと通知する。さらにテーブルとストロークリミットまでの距離が手動送りボタンを１秒間押し続けた時の移動量より小さくなった場合、その軸の座標値を赤色で表示させ、よりストロークリミットに近いことを通知する。

手動ハンドル４１ａや手動送りボタン４２の１回の操作における移動量や、手動送りボタン４２を押し続けた時の速度は、その機械のパラメータ設定や機械操作盤の速度切り換えボタン、速度オーバライドスイッチ等により変化するが、その時操作中の機械の状態に従って判断する。

また「座標値を黄色で表示する」「座標値を赤色で表示する」といった状態に応じた信号を同時に外部に出力する。この信号を受けることにより、工作機械上でランプを点灯させる、警告音を鳴らすといったことが可能になる。これにより数値制御装置の画面が作業者から見えない状況であっても、ストロークリミット４５に近いことが判断できる。

図４は工作機械を制御する数値制御装置の画面例である。表示装置１６の表示画面に図２に示される画面表示１６０が表示される。画面表示１６０の符号１６２の領域には、工作機械の対象となるテーブル４４や工具（図示せず）などの可動体の現在位置の値が表示される。各軸の座標の値は、ストロークリミット４５までの距離に応じて、通常時、やや注意、注意の３つの状態に色分けされる。符号１６４には手動ハンドル４１ａの何回転でストロークリミット４５に到達するかが表示されている。
図４に示される数値を用いて説明すると、符号１６４にはテーブル４４などの可動体の現在位置の座標はＸ４８０．３４６、Ｙ９．８３５、Ｚ１００．０００である。また、ストロークリミット４５までのハンドル回転数を表示する。Ｘ軸は１．９回転、Ｙ軸は０．９回転、Ｚ軸は１０．０回転で可動体であるテーブル４４がストロークリミット４５に到達する。
Ｘはリミットまでのハンドル回転が１．９回転であるので現在位置のＸの表示はやや注意を表す黄色で表される。Ｙは０．９回であるので現在位置のＹの表示は注意を表す赤色で表示される。Ｚは１０．０であるので現在位置のＺの表示は通常時を表す黒色で表示される。

図５は本発明の処理手順を示すフローチャートである（操作量に基づく処理）。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］手動送り装置の１回の操作における移動量の設定データを読み込む。前記１回の操作における移動量の設定データは適宜な手段により数値制御装置の記憶装置に記憶されたデータを読み込む。
●［ステップＳＡ０２］手動送り装置による各軸の移動を行う。つまり、機械操作盤４０を用いてオペレータが操作した操作量に応じて各軸の移動を行う。
●［ステップＳＡ０３］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの距離を算出する。
●［ステップＳＡ０４］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの操作量を算出する。
●［ステップＳＡ０５］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの操作量を表示する。
●［ステップＳＡ０６］算出した操作量に応じて警告表示を行う。なお、警告表示を行う必要がない場合には警告表示はされない。
●［ステップＳＡ０７］算出した操作量に応じて信号を出力する。例えば、機械に取り付けられた警告灯を点灯させるための信号を出力する。
●［ステップＳＡ０８］手動送り終了か否か判断し、処理が終了ではない場合にはステップＳＡ０１に戻り処理を継続し、処理が終了の場合には処理を終了する。つまり、手動送りモードであるか否かを判断し、手動送りモード状態である場合にはステップＳＡ０１に戻り処理を継続し、手動送りモードではない場合には処理を終了する。

上記フローチャートを補足して説明する。ステップＳＡ０１は請求項１の手動送り装置の１回の操作における移動量を設定する移動量設定部に対応する。ステップＳＡ０３は請求項１の距離算出部、ステップＳＡ０４は請求項１の操作量算出部に対応する。ステップＳＡ０７は請求項６の信号出力部に対応する。

ステップＳＡ０８において手動送りモードが終了していなければステップＳＡ０１に戻り操作量の再計算あるいは時々刻々更新がなされ、操作量の表示が更新される。

図６は本発明の処理手順を示すフローチャートである（速度に基づく処理）。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］手動送り装置の移動時の速度の設定データを読み込む。移動時の速度の設定データは適宜な手段により数値制御装置の記憶装置に記憶されたデータを読み込む。
●［ステップＳＢ０２］手動送り装置による各軸の移動を行う。つまり、機械操作盤４０を用いてオペレータが操作した操作量に応じて各軸の移動を行う。
●［ステップＳＢ０３］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの距離を算出する。
●［ステップＳＢ０４］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの操作時間を算出する。
●［ステップＳＢ０５］可動体の現在の位置からストロークリミットまでの操作時間を表示する。
●［ステップＳＢ０６］算出した操作時間に応じて警告表示を行う。なお、警告表示を行う必要がない場合には警告表示はされない。
●［ステップＳＢ０７］算出した操作時間に応じて信号を出力する。例えば、機械に取り付けられた警告灯を点灯させるための信号を出力する。
●［ステップＳＢ０８］手動送り終了か否か判断し、終了ではない場合にはステップＳＢ０１に戻り処理を継続し、終了の場合には処理を終了する。つまり、手動送りモードであるか否かを判断し、手動送りモード状態である場合にはステップＳＢ０１に戻り処理を継続し、手動送りモードではない場合には処理を終了する。

ステップＳＢ０１は請求項４の移動時の速度を設定する速度設定部に対応する。ステップＳＢ０３は請求項４の距離算出部、ステップＳＢ０４は請求項４の操作時間算出部に対応する。ステップＳＢ０７は請求項６の信号出力部に対応する。
ステップＳＢ０８において手動送りモードが終了していなければステップＳＢ０１に戻り操作時間の再計算あるいは時々刻々更新がなされ、操作時間の表示が更新されるようにしてもよい。

１ 数値制御装置

１１ ＣＰＵ（プロセッサ）
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５ グラフィック制御回路
１６ 表示装置
１７ キーボード
１８ 軸制御回路
１９ サーボアンプ
２０ 工作機械
２２ ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）
２３ ソフトウェアキー
２５ 表示装置／ＭＤＩパネル

４０ 機械操作盤
４１ 手動パルス発生器
４１ａ 手動ハンドル
４２ 手動送りボタン
４３ 設定スイッチ
４４ テーブル
４５ ストロークリミット

Claims (10)

1. テーブルまたは工具を移動させる複数の軸を有する工作機械の前記軸を手動操作で移動させる手動送り装置を有する数値制御装置において、
   前記手動送り装置の１回の操作における移動量を設定する移動量設定部と、
   前記テーブルまたは工具の現在位置からストロークリミットまでの距離を算出する距離算出部と、
   前記距離算出部により算出された距離と、前記移動量設定部に設定された移動量から、現在位置からストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量を算出する操作量算出部と、
   該算出された前記手動送り装置の操作量を表示する表示装置と、
   を有することを特徴とする手動送り装置を有する数値制御装置。
2. 前記手動送り装置は手動ハンドルを備え、前記操作量は手動ハンドルの目盛数あるいは回転させる回数であることを特徴とする請求項１に記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
3. 前記手動送り装置はボタンまたはスイッチを備え、前記操作量は前記ボタンまたは前記スイッチをオンする回数であることを特徴とする請求項１に記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
4. テーブルまたは工具を移動させる複数の軸を有する工作機械の前記軸を手動操作で移動させる手動送り装置を有する数値制御装置において、
   前記手動送り装置による移動時の速度を設定する速度設定部と、
   前記テーブルまたは工具の現在位置からストロークリミットまでの距離を算出する距離算出部と、
   前記距離算出部により算出された距離と、前記速度設定部に設定された速度から、現在位置からストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作時間を算出する操作時間算出部と、
   前記算出された前記手動送り装置の操作時間を表示する表示装置と、
   を有することを特徴とする手動送り装置を有する数値制御装置。
5. 前記手動送り装置はボタンまたはスイッチを備え、前記操作時間は前記ボタンまたは前記スイッチをオンにしている時間であることを特徴とする請求項４に記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
6. 前記表示装置は前記手動送り装置の操作量または操作時間に応じて、画面表示内容の一部の表示色を変更あるいはオペレータへのメッセージを表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
7. 前記手動送り装置の操作量または操作時間に応じて信号を出力する信号出力部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
8. 前記手動送り装置を操作した時の操作量あるいは操作時間に基づいて、ストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量あるいは操作時間を再計算し、表示することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
9. 前記テーブルまたは前記工具の移動に伴い、ストロークリミットまでの前記手動送り装置の操作量あるいは操作時間を時々刻々計算し、表示を更新することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置。
10. 前記表示装置は現在のテーブルまたは工具の位置からストロークリミットまでの距離を表示することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の手動送り装置を有する数値制御装置。

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