JP5949434B2 - 工作機械制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、旋盤等の工作機械を制御する工作機械制御装置に関し、特にその主軸の回転時間の制御に関する。

旋盤等の工作機械に搭載されている主軸は切削するための機器であり、加工プログラムからの命令は、回転方向と回転速度である。また、定位置に固定したい場合にはオリエンテーション命令が用いられる。

特許第４２８１２１８号公報

ローダやロボット等のワークを搬送する装置と工作機械とが組合わさった場合、ワークの受け渡し時に、主軸は、切粉等の塵を払い落とすために回転させることが多い。このときに、従来の命令方法では、主軸の回転の停止は加工プログラムにおける回転の停止命令で行うため、この停止命令の実行によりモータの駆動電流を遮断してから実際に主軸の回転が停止するまでの惰性回転時間が生じる。ローダにより主軸に対してワークの受け渡しを行うには、主軸が完全に停止した状態で行う必要がある。このため、ローダプログラムを作成するときに、前記惰性回転時間を見込んだタイミングで受け渡しを行わせるようにする必要があり、前記惰性回転時間が待ち時間となる。要求される受け渡し時間が厳しい場合、この待ち時間が大きなロスになる。

加工プログラムにおいて、回転の停止命令を出すタイミングを早めることは考えられるが、切粉等の塵を払い落とすのに必要な時間を確保した上で、回転の停止命令を出すタイミングを早めようとすると、主軸の正確な惰性回転時間が不明なため、どの時点で停止命令を出すように定めるかをプログラム作成者が考慮することは難しい。また、ローダプログラムを作成する場合にも、惰性回転時間が不明なため、安全のために惰性回転時間を余分に見積もってローダの受け渡し動作を開始させるようにプログラムせざるを得ない。

この発明の目的は、主軸の回転が停止する時点が定まるように、工作機械を制御する命令の作成およびその命令の実行が行えて、工作機械と組み合わせる機器や工作機械自体の、主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる工作機械制御装置を提供することである。
この発明の他の目的は、加工プログラムによって上記回転時間を指定した指定時間回転命令が行えて、指定時間回転命令を容易に作成できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、前記主軸の回転が停止する時点が正確に定まるように制御可能とすることである。

この発明の工作機械制御装置（１）は、工作機械（２）の主軸（３）を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令（Ｒ１）を行う手段（２４）と、前記指定時間回転命令（Ｒ１）に従って前記主軸（３）の回転駆動機構（６）に対し主軸（３）の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令（Ｒ１）で指定された回転時間が経過した時点で主軸（３）の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段（３２）とを備える。前記主軸（３）の回転駆動機構（６）は、例えばモータである。

この構成によると、指定時間回転命令実行手段（３２）が指定時間回転命令（Ｒ１）を実行し、前記指定時間回転命令（Ｒ１）で指定された回転時間（ＴＡ）が経過した時点（ｔ２）で主軸（３）の回転が停止するように、前記主軸（３）の回転駆動機構（６）を制御する。このように、主軸（３）の回転が停止する時点（ｔ２）が定まるように、工作機械（２）を制御する命令の作成、およびその命令の実行が行える。そのため、工作機械（２）と組み合わせる機器や工作機械（２）自体の、主軸回転停止後の動作の開始命令の作成を行うにつき、主軸（３）の惰性回転時間や、この惰性回転時間を余分に見込むことによって生じる余分な待ち時間が軽減できる。

この発明の工作機械制御装置（１）において、加工プログラム（２４）を解読して実行する解読・実行手段（３１）を有し、前記指定時間回転命令（Ｒ１）を行う手段は、前記加工プログラム（２４）であっても良い。
この場合、加工プログラム（２４）によって上記回転時間（ＴＡ）を指定した指定時間回転命令（Ｒ１）が行えて、指定時間回転命令（Ｒ１）を容易に作成することができる。

この場合に、主軸（３）の加減速に必要な時間（Ｔ１，Ｔ２）を定められた規則に従って計算し、主軸（３）の回転の開始時刻（ｔ０）から前記指定された回転時間（ＴＡ）を経過した時点（ｔ２）で前記主軸（３）の回転が停止するように前記回転駆動機構（６）を停止させるべき時刻（ｔ１）を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部（２９ａ）と、この停止時刻演算部（２９ａ）により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構（６）を停止させる実行部（２５ｂ）とを前記解読・実行手段（３１）に備えるようにしても良い。
上記の「定められた規則」は、主軸（３）を回転させるモータ（６）や工作機械（２）の特性、あるいは試験運転の結果等に応じて適宜定められる規則である。この規則において、制御系の処理時間を見込むようにしても良い。

この構成の場合、前記停止時刻演算部（２９ａ）は、主軸（３）の加減速に必要な時間を計算して主軸（３）の回転の開始時刻（ｔ０）から前記指定された回転時間（ＴＡ）を経過した時点（ｔ２）で前記主軸（３）の回転が停止するように前記回転駆動機構（６）を停止させるべき時刻（ｔ１）を計算する。そのため、前記主軸（３）の回転が停止する時点（ｔ２）が正確に定まるように制御することができる。

この発明の工作機械制御装置は、工作機械の主軸を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令を行う手段と、前記指定時間回転命令に従って前記主軸の回転駆動機構に対し主軸の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令で指定された回転時間が経過した時点で主軸の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段とを備えるため、主軸の回転が停止する時点が定まるように、工作機械を制御する命令の作成およびその命令の実行が行えて、工作機械と組み合わせる機器や工作機械自体の、主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる。

加工プログラムを解読して実行する解読・実行手段を有し、前記指定時間回転命令を行う手段が前記加工プログラムである場合は、加工プログラムによって上記回転時間を指定した指定時間回転命令が行えて、指定時間回転命令が容易に作成できる。

この場合に、主軸の加減速に必要な時間を定められた規則に従って計算し、主軸の回転の開始時刻から前記指定された回転時間を経過した時点で前記主軸の回転が停止するように前記回転駆動機構を停止させるべき時刻を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部と、この停止時刻演算部により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構を停止させる実行部とを前記解読・実行手段に備える場合は、前記主軸の回転が停止する時点が正確に定まるように制御することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る工作機械制御装置の概念構成を示すブロック図である。 その制御対象となる工作機械およびこれに組み合わせたローダを示す正面図である。 主軸の回転動作例を示すグラフである。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この工作機械制御装置１は、工作機械２を制御する装置であり、制御対象となる工作機械２は回転する主軸３を有し、例えば旋盤からなる。工作機械２の具体例を図２に示す。この工作機械２は、タレット型の旋盤であり、ローダ４と組み合わせて使用される。

工作機械２は、ベッド５上に主軸台５ａを介して主軸３が設置され、主軸３の先端のチャック３ａによりワークＷを把持する。主軸３は、回転駆動機構であるモータ６〈図１〉により回転駆動される。図２において、ベッド５上の主軸台５ａの側方に、送り台７を介してタレット型の刃物台８が設置され、刃物台８の外周部に複数の工具９（一部のみ図示）が設置されている。刃物台８は中心部でタレットバー（図示せず）を介して送り台７に前後（Ｚ軸方向）移動、および回転が自在に設置され、回転により任意の工具９が主軸３に対して割り出される。送り台７は、モータ１０によりボールねじ機構１１を介して左右（Ｘ軸方向）に進退駆動され、前記タレットバーは他のモータ（図示せず）により進退駆動され、送り台７の左右移動、およびタレットバーの前後移動により、刃物台８が直交２軸方向（Ｘ，Ｚ方向）に移動させられる。工作機械２は、この他に、クーラント供給装置１９（図１）を有している。

図２に示すようにローダ４は、架設レール１２に沿って走行する走行体１３に、前後移動台１４を介して昇降軸１５を設置し、昇降軸１５の下端のローダヘッド１６に、ワークＷを把持する２個のチャック１７を設けたガントリ型である。２個のチャック１７は、下向き姿勢と正面向き姿勢とに互いに入れ替え自在である。走行体１３の走行、前後移動台１４の前後移動、および昇降軸１５の昇降により、ローダヘッド１６が直交３軸方向に移動する。

図１において、工作機械制御装置１は、上記構成の工作機械２を制御する装置であり、図２のローダ４は、工作機械制御装置１と互いに通信を行うローダ制御装置（図示せず）により制御される。このローダ制御装置にはコンピュータ式のプログラマブルコントローラ等が用いられる。

工作機械制御装置１は、この実施形態では、コンピュータ式の数値制御装置２１とプログラマブルコントローラ２２とで構成される。数値制御装置２１は、加工プログラム記憶部２３に記憶された加工プログラム２４を演算制御部２５により解読して実行し、演算制御部２５から出力された命令に従ってサーボモータ制御部２６により主軸３のモータ６を含む各軸のモータの制御を行う。加工プログラム２４はＮＣコード等で記述されている。演算制御部２５による実行時に、パラメータ記憶部２７に記憶された主軸回転速度等の各種のパラータを用いる。演算制御部２５は、解読部２５ａと実行部２５ｂとでなり、解読部２５ａは、加工プログラム２４の各命令を順に読み出し、加工プログラム２４の各命令の冒頭にあるアルファベット等で記述されるアドレスキャラクタ等から、命令の種類を解読する。解読部２５ａは、実行部２５ｂで実行すると定められた種類の命令、例えば、各軸の送り機能ワード（Ｆコード）、準備機能ワード（Ｇコード）等による命令は、実行部２５ｂへ送り、その他の命令、例えば補助機能ワード（Ｍコード）、主軸機能ワード（Ｓコード）、工具機能ワード（Ｔコード）等による命令は、プログラマブルコントローラ２２へ転送する。実行部２５ｂは、解読部２５ａから送られた命令を実行し、サーボモータ制御部２６へ位置命令等を出力する。

プログラマブルコントローラ２２は、数値制御装置２１と協同して、シーケンスプログラム（図示せず）により制御する装置であり、シーケンス制御手段２８と補助演算手段２９とを有する。シーケンス制御手段２８は、工作機械２における前記クーラント供給装置１９や刃物台８の回転割出等のシーケンス動作を行う機構部を制御するものであり、数値制御装置２１の解読部２５ａから送られてきた加工プログラム２４におけるシーケンス動作の命令を実行する。

補助演算手段２９は、数値制御装置２１に対して処理を行う手段であり、数値制御装置２１の解読部２５ａから送られてきた加工プログラム２４における定められた種類の命令に対して、その命令の要求する処理を行い、処理結果を数値制御装置２１の実行部２５ｂへ出力する。

前記数値制御装置２１の演算制御部２５およびサーボモータ制御部２６と、プログラマブルコントローラ２２におけるシーケンス制御手段２８および補助演算手段２９により、加工プログラム２４を解読して実行する解読・実行手段３１が構成される。

この構成の工作機械制御装置１において、工作機械２の主軸３を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令Ｒ１が加工プログラム２４に記述され、この指定時間回転命令Ｒ１を実行する指定時間回転命令実行手段３２が設けられる。この場合、加工プログラム２４が、指定時間回転命令を行う手段となる。加工プログラム２４における指定時間回転命令Ｒ１は、例えば、指定時間回転命令であることを示すアドレスキャラクタ（図示の例では「Ｂ」）と、これに続く主軸３を回転させる回転時間ＴＡ（図示の例では「０．２」（単位秒））とで、「Ｂ０．２」等のように記述される。

なお、指定時間回転命令Ｒ１は、加工プログラム２４において、主軸３で支持しているワークＷを加工しない間に主軸３を回転させる場合、例えば、ワークＷやチャック３ａに付着した切粉等の塵を払い落とすために回転させる場合等に対して設けられる。加工する間は、回転速度を維持して回転する時間が重要であるため、従来と同様に停止命令（図示せず）によって主軸３のモータ６を停止させるようにする。

指定時間回転命令実行手段３２は、プログラマブルコントローラ２２における前記補助演算手段２９の一部として設けられる停止時刻演算部２９ａと、数値制御装置２１における前記解読部２５ａおよび実行部２５ｂにより構成される。

停止時刻演算部２９ａは、この工作機械制御装置１が記憶している主軸３を回転させるべき回転速度Ｓ（図３）から、主軸３の加減速に必要な時間Ｔ１，Ｔ２を、定められた規則（図示せず）に従って計算し、主軸３の回転の開始時刻ｔ０から前記指定された回転時間ＴＡを経過した時点ｔ２で主軸３の回転が停止するように、前記回転駆動機構である主軸駆動用のモータ１０を停止させるべき時刻ｔ１を計算し、その時刻ｔ１になると停止命令を出力する。
この出力した停止命令は実行部２５ｂに送られ、実行部２５ｂはこの停止命令に従って主軸３のモータ６を停止させる命令を出力する。

なお、上記の「工作機械制御装置１が記憶している主軸３を回転させるべき回転速度」は、例えば先に主軸命令Ｒ２等で命令されてモーダル情報として記憶している主軸回転速度や、パラメータ記憶部２７にパラメータ等として記憶している主軸回転速度等である。上記「定められた規則」は、主軸３を回転させるモータ６や工作機械２の特性、あるいは試験運転の結果等に応じて適宜定められる規則である。この規則において、制御系の処理時間を見込むようにしても良い。

上記構成による制御動作を説明する。加工プログラム２４に記述された各命令は、数値制御装置２１の解読部２５ａで順次読み出され、実行部２５ｂで直接に実行すべき命令、例えば刃物台移動命令（図示せず）等は実行部２５ｂに送られ、実行部２５ｂで実行される。その実行によりサーボモータ制御部２６に出力された命令によりモータ駆動が行われる。
解読部２５ａで順次読み出された命令のうち、シーケンス制御の命令はプログラマブルコントローラ２２のシーケンス制御手段２８に転送され、シーケンス制御手段２８の制御によって工作機械２の該当部が駆動される。
解読部２５ａで順次読み出された命令のうち、他の定められた命令は、プログラマブルコントローラ２２の補助演算手段２９に送られ、補助演算手段２９により処理が成されて数値制御装置２１の実行部２５ｂへ命令または情報が与えられる。

加工プログラム２３の指定時間回転命令Ｒ１は、補助演算手段２９に送られる命令の一つであり、解読部２５ａから補助演算手段２９に送られる。補助演算手段２９の停止時刻演算部２９ａは、数値制御装置２１の実行部２５ｂに直ちに主軸３のモータ６を始動させる命令を与えると共に、主軸３の回転を停止させるべき時刻ｔ１を演算する。主軸３を回転させる速度は、工作機械制御装置１が記憶している主軸３を回転させるべき回転速度であり、例えば主軸命令Ｒ２等により定められた速度である。また、回転方向は、回転方向の命令Ｒ３等によって定められた方向である。

上記の主軸３の回転を停止させるべき時刻ｔ１の演算は、工作機械制御装置１が記憶している主軸３を回転させるべき回転速度から、主軸３の加減速に必要な時間Ｔ１，Ｔ２を定められた規則に従って計算し、主軸３の回転の開始時刻ｔ０から前記指定された回転時間ＴＡを経過した時点ｔ２で前記主軸２の回転が停止するようにモータ６を停止させるべき時刻ｔ１を計算する。この計算を行い、停止させるべき時刻ｔ１になると、数値制御装置２１の実行部２５ｂへ停止命令を出す。実行部２５ｂは、この停止命令に従ってモータ６を停止させる。

この指定時間回転命令Ｒ１の制御により、図３に曲線ａ，ｂ，ｃで示すように主軸３が回転する。このように、主軸２の回転が停止する時点ｔ２が定まるように、加工プログラム２４における命令の作成が行えるため、工作機械２と組み合わせるローダ４等の機器や、工作機械２自体の、主軸回転停止後の動作の開始命令を作成するにつき、主軸２の惰性回転時間Ｔ３や、この惰性回転時間Ｔ３を余分に見込むことによって生じる待ち時間が軽減できる。

すなわち、従来では、主軸３の回転の停止を、いずれの場合も加工プログラムにおける停止命令で行っていたため、図３に破線で示す曲線ａ，ｂ，ｄ，ｅのように主軸が回転することになって、惰性回転時間Ｔ３だけ主軸３の回転の停止が遅れ、これに伴ってローダ４の主軸３に対する受け渡し等に待ち時間が必要で、開始時刻が遅れていたが、その待ち時間を無くすことができる。なお、加工プログラム２４において、回転の停止命令を出すタイミングを早めることは考えられるが、切粉等の塵を払い落とすのに必要な時間を確保した上で、回転の停止命令を出すタイミングを早めようとすると、主軸３の正確な惰性回転時間Ｔ３が不明なため、どの時点で停止命令を出すようにするかをプログラム作成者が考慮することは難しい。また、ローダ４のプログラムを作成する場合にも、惰性回転時間Ｔ３が不明なため、安全のために惰性回転時間を余分に見積もってローダ４の受け渡し動作を開始させるようにプログラムせざるを得ない。このような問題が、指定時間回転命令Ｒ１と指定時間回転命令実行手段３２とによって解消できる。

また、加工プログラム２４によって主軸３の回転時間を指定した命令が行えるため、指定時間回転命令Ｒ１の作成や実行が容易に行える。停止時刻演算部２９ａは、主軸３の加減速に必要な時間Ｔ１，Ｔ２を計算して主軸３の回転の開始時刻ｔ０から前記指定された回転時間ＴＡを経過した時点ｔ２で前記主軸３の回転が停止するように前記モータ６を停止させるべき時刻ｔ１を計算する。そのため、前記主軸３の回転が停止する時点ｔ２が正確に定まるように制御することができる。

なお、上記実施形態は、工作機械制御装置１が数値制御装置２１とプログラマブルコントローラ２２とで構成される場合につき説明したが、この発明は、数値制御装置２１とプログラマブルコントローラ２２とに分かれていない制御装置にも適用できる。
また、上記実施形態は、ワークＷを支持する主軸３の回転時間の制御について説明したが、工具を支持する主軸の回転時間の制御にもこの発明を適用することができる。また、この発明は、旋盤に限らず、工作機械一般に適用することができる。

１…工作機械制御装置
２…工作機械
３…主軸
４…ローダ
６…モータ（回転駆動機構）
８…刃物台
１９…クーラント供給装置
２１…数値制御装置
２２…プログラマブルコントローラ
２４…加工プログラム
２５…演算制御部
２５ａ…解読部
２５ｂ…実行部
２７…パラメータ記憶手段
２８…シーケンス制御手段
２９…補助演算手段
２９ａ…停止時刻演算部
３１…解読・実行手段
Ｒ１…指定時間回転命令
Ｒ２…主軸命令
Ｔ１、Ｔ２…時間
ＴＡ…回転時間
ｔ０…開始時刻
ｔ１…時刻
ｔ２…時点
Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 工作機械の主軸を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令を行う手段と、前記指定時間回転命令に従って前記主軸の回転駆動機構に対し主軸の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令で指定された回転時間が経過した時点で主軸の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段とを備えた工作機械制御装置。
2. 加工プログラムを解読して実行する解読・実行手段を有し、前記指定時間回転命令を行う手段は、前記加工プログラムである請求項１記載の工作機械制御装置。
3. 主軸の加減速に必要な時間を定められた規則に従って計算し、主軸の回転の開始時刻から前記指定された回転時間を経過した時点で前記主軸の回転が停止するように前記回転駆動機構を停止させるべき時刻を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部と、この停止時刻演算部により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構を停止させる実行部とを前記解読・実行手段に備える請求項２記載の工作機械制御装置。
   

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