JP6002431B2

JP6002431B2 - 加工機の制御装置及びその方法

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Publication number: JP6002431B2
Application number: JP2012107432A
Authority: JP
Inventors: 兼秀天野; 栄貴小林
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP2013235424A

Description

本発明は加工機の制御装置及びその方法に関し、特に指令部からの移動元指令を、本加工前処理時間中に実行部に先行出力することにより、本加工前処理とディレイタイムを相殺させて加工遅延を解消する加工機の制御装置及びその方法に関するものである。

図５に示すように、従来、矢印ＡＲＡで示す本加工前処理（ピアス加工、ガス切り換え、倣いオン等）の後の本加工処理（実際にパーツを切断加工する処理等）で矢印ＡＲＢ、ＡＲＣの遅延が発生して動作が開始されていた。

詳細には、指令部ＳＢは、移動元指令ＩＭＡと、ビーム元指令ＢＭＡを出力する。図５では前記移動元指令ＩＭＡは縦軸を速度とし横軸を時間の経過軸とし、前記ビーム元指令ＢＭＡは縦軸を出力とし横軸を時間の経過として示している。

一方、実行部ＪＢでは、移動実指令ＩＪＡと、ビーム実指令ＢＪＡを出力する。前記移動元指令ＩＪＡは縦軸を速度とし横軸を時間の経過軸とし、前記ビーム実指令ＢＪＡは縦軸を出力とし横軸を時間の経過として示している。

時間の経過に沿って説明する。初めに時間軸において、ラインＡで示される時間のタイミングで指令部５からビーム元指令（本加工前処理のピアス加工）ＢＭＡを所定時間ＴＡ（ラインＡとラインＢとで示された間の時間）出力する。この指令と同期し実行部６のビーム実指令ＢＪＡが所定時間ＴＡ（ラインＡとラインＢとで示された間の時間）だけ出力する。続いて、ラインＢのタイミングで、本加工前処理としてのガス切り換え、倣い（ワークＷの表面の高さに対して加工ヘッドを適正な位置に移動することをいう）等が「ＯＮ」される。

その後、時間軸において、ラインＣで示される時間のタイミングで指令部ＳＢから移動元指令ＩＭＡを出力すると共に同じタイミングでビーム元指令ＢＭＡを出力する。この指令に対し実行部６はディレイタイムＤＴ分（矢印ＡＲＢで示したラインＣからラインＤの間の時間）遅れて実行部６のラインＤで示されるタイミングで移動実指令ＩＪＡを出力する。また、ビーム実指令ＢＪＡもディレイタイムＤＴ分（矢印ＡＲＣで示したラインＣからラインＤの間の時間）遅れて出力する。この結果、ラインＥで示される時間で実際の加工（パーツ等の切断加工等）が遅れて行われることになる。

特許文献１には、軸指令とレーザ発振指令を１セットとして同一のタイミングとして指令する技術が開示されている。また、その指令タイミングの中でもレーザ発振器指令を独立してコントロールすることによって、軸移動とレーザ指令の同期を図る技術が開示されている。さらに、特許文献２を参照。

特許第４４３６８０９号特許第３４０５７９７号

従来の技術によるシステム構成を採用した場合、指令から軸移動開始までの遅延時間が必ず発生する。このため本加工の開始が遅れ加工機械の高速性が損なわれ、その結果、タクトタイムの低下を引き起こすという問題がある。本発明は、指令の遅延を改善することを目的とする。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、本発明の特徴は、加工機の指令を生成する制御装置において、加工プログラムを読み込み移動元指令、加工工具元指令を生成する指令部と、これらの元指令を受け取り移動実指令、加工工具実指令を出力する実行部とを備え、前記指令部は前記加工工具元指令の出力時間を短縮し、この短縮した時間の残りの時間に、前記指令部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを実行部に対し出力し、前記実行部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを受けて所定のタイミングで移動実指令および加工工具実指令を出力することである。

本発明の他の特徴は、前記加工工具元指令は、本加工前処理指令であり、この本加工前処理指令としての前記加工工具元指令の出力時間が短縮され、前記指令部は、前記加工工具元指令の出力時間からなる時間情報を付加した本加工前処理指令としての前記加工工具元指令を実行部に対し出力し、前記実行部は、前記付加された時間情報に基づいて加工工具実指令を出力することである。

本発明の他の特徴は、前記実移動指令に係るＸ、Ｙ方向を移動する軸の少なくとも一方の軸は第１の移動と第２の移動を可能とするように制御するである。

本発明の他の特徴は、加工機の指令を生成する制御方法において、指令部が加工プログラムを読み込み移動元指令、加工工具元指令を生成する工程と、実行部がこれらの元指令を受け取り移動実指令、加工工具実指令を出力する工程とを含み、前記指令部は前記加工工具元指令の出力時間を短縮し、この短縮した時間の残りの時間に、前記指令部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを実行部に対し出力し、前記実行部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを受けて所定のタイミングで移動実指令および加工工具実指令を出力することである。

本発明によれば、従来のシステムが持っている実行部の遅延時間を、本加工前処理（ピアス、ガス切り換え、倣いオン等）時間とラップさせることによって解消する。すなわち、指令部から実行部へ渡される本加工前処理情報を短縮し、軸の移動元指令と加工工具元指令とをセットで先に出力し、その後、本加工前処理の時間制御を実行部で行い、その間にディレイタイムＤＴ間の処理を実行するので、ディレイタイムＤＴ無しでの加工が可能になるという効果を奏する。

加工機における機械本体と制御装置との関係概略を示す概略図である。加工機における加工ヘッドと各軸との関係概略を示す概略図である。制御装置とアクチュエータとの連携を説明する説明図である。指令部と実行部との動作を説明する説明図である。従来の技術を説明する従来図である。

以下に本発明の実施の形態について図面により説明する。

図１を参照する。加工機（または工作機等）１は、機械本体２とアクチュエータ３と、制御装置４とを備えている。制御装置４は、コンピュータにより構成されるものであり、コンピュータ本体、表示装置、キーボード、マウス等を備えている。また、前記制御装置４は指令部５と実行部６とを有する。

本例で加工機１は、例えば、レーザ加工機またレーザ加工機と他の機械（例えばタレットパンチプレス）の複合機等を含むものである。前記機械本体２は、使用者が作成した加工プログラムなどから、制御装置４が指令値を生成し、複数のアクチュエータ３を動作させる。この動作により、工具、被加工部材を移動させて、所望の加工を行う。

前記アクチュエータ３は制御装置４からの指令に基づき、位置、速度、加速度等の制御が施され、接続された駆動機械に所望の動作の動力を発生するものをいう。加工機本体２に取り付けられ、駆動機構に接続される。

前記制御装置４は、加工プログラムなどから、アクチュエータ３を動作させる指令を生成し駆動を行うハードウェア全体をいう。加工機本体２に取り付けられてもよいし、別置きしてもよい。

前記指令部５は、制御装置４の内部に実装されるソフトウェアの一部である。そして、加工プログラムを解読し、各軸の移動指令の生成、加工工具（レーザ等）への指令を生成する。前記実行部６は、制御装置４の内部に実装されるソフトウェアの一部である。そして、制御ソフトウェア（指令部５）より指令を受け取り、その後、各軸の移動指令、加工工具指令を適正な加工条件になるように調整を行って指令出力する。

なお、本例で加工プログラムとはＮＣプログラム等の数値制御のデータを含むと共に、加工機１を制御するためのコマンド、データ等の全てを含む概念である。

図２を参照する。加工機（レーザ加工機等）１は、レーザ加工ヘッド２ＦをＸＹＺ軸方向の任意の位置に移動位置決めし、ワーク支持部材に支持されるワークＷ（図示省略）から多数のパーツを加工するもので、既によく知られているので概略のみを説明する。

加工機１の機械本体２は、四角形の環状の支持フレーム２Ａを備える。この支持フレーム２Ａは、加工すべき比較的大きな板状のワークＷを支持するワークテーブル（図示省略、ワークＷを支持するもの全てを意味する）の上方位置に配置してあり、この支持フレーム２Ａの上面にはＸ軸方向に延伸したガイドレール２Ｂが敷設してある。

上記ガイドレール２Ｂには第１Ｘ軸サーボモータ３Ａの駆動によりボールネジ等の伝達機構を介してＸ軸方向へ移動位置決めされるＸ軸移動キャリッジ２ＣがＸ軸方向へ移動自在に支承されている。このＸ軸移動キャリッジ２Ｃ上にはＹ軸方向に延伸したガイドレール２Ｄが敷設してあり、かつＹ軸キャリッジ２ＥがＹ軸方向へ移動自在に支承されている。

上記Ｙ軸キャリッジ２Ｅは、Ｘ軸移動キャリッジ２Ｃに装着したＹ軸サーボモータ３Ｂを駆動することにより、ボールネジ機構などのごとき伝達機構を介してＹ軸方向へ移動位置決めされるものである。このＹ軸キャリッジ２Ｅには、前記ワークＷのレーザ加工を行なうレーザ加工ヘッド２ＦをＺ軸方向へ調節可能に備えたＸ軸スライダ２ＧがＸ軸方向へ移動自在に支承されている。

このＸ軸スライダ２Ｇは、比較的小さく制限された領域においてＸ軸方向に移動自在なものであって、このＸ軸スライダ２ＧはＹ軸キャリッジ２Ｅに装着した第２Ｘ軸サーボモータ３Ｃを駆動することにより、ボールネジ等を介してＸ軸方向に移動位置決めされる構成である。すなわち、この実施例においては、Ｘ軸方向の移動を２重に行ない得る構成としてなるものである。

ここで、適宜のレーザ発振器から前記レーザ加工ヘッド２Ｆへレーザビームを導く構成や、レーザ加工ヘッド２Ｆにアシストガスを導く構成等は通常の構成と同様の構成で良いものであるから、この構成についての詳細な説明は省略する。

上記構成において、ワークテーブル上に支持された大きなワークＷのレーザ加工を行なう場合、第１Ｘ軸サーボモータ３Ａを制御してＸ軸移動キャリッジ２ＣをワークＷの所望位置に対応した位置へ移動位置決めした後、Ｙ軸キャリッジ２ＥをＹ軸方向へ移動すると共にＸ軸スライダ２ＧをＸ軸方向へ移動し、レーザ加工ヘッド２ＦからワークＷへレーザビームを照射することにより、ワークＷの所望位置のレーザ加工を行なうことができる。

この場合、Ｙ軸キャリッジ２Ｅは比較的小型で軽量であり、またＸ軸スライダ２Ｇ等も小型軽量であり、かつ両者とも移動範囲が比較的小さなものであるから、上記Ｙ軸キャリッジ２ＥおよびＸ軸スライダ２Ｇを高速で移動してもレーザ加工の高精度を維持することができ、高速，高精度の加工を行なうことができる。

なお、1軸分（Ｘ軸）を２軸で動作できる構造を示したが、2軸（ＸＹ軸）指令を夫々２軸（合計４軸）で動作させるものでもよい。また、Ｘ軸に対し１軸で、Ｙ軸に対し２軸で移動するレーザ加工機でもよいことは勿論である。

図３を参照する。制御装置４とアクチュエータ３との連携の際のディレイタイムＤＴについて説明する。上述のように制御装置４は加工プログラムを読み込み移動元指令ＩＭ、加工工具元指令（例えば、ビーム元指令等）ＢＭを生成する指令部５と、これらの元指令を受け取り所定の処理を行い移動実指令ＩＪ、加工工具実指令（ビーム実指令ＢＪ等）を出力する実行部６とを備えている。

ここで、指令部５での移動元指令ＩＭは軸（レーザ加工ヘッド２Ｆの軸等）を所定の位置へ移動させるための指令、ビーム元指令ＢＭはレーザ加工指令を出力する指令等である。一方、実行部６の移動実指令ＩＪは、軸指令分割処理を行うと共に、ディレイ処理等を行い、実際のアクチュエータ（第１Ｘ、第２Ｘ軸サーボモータ、その他のＹ軸サーボモータ等）を駆動するための指令である。ビーム実指令ＢＪは出力パワー、デューティ、ガス種等を適正化し実際にビームを照射するための指令等である。

一方、図３の矢印で示す区間（実行部６）でディレイタイムＤＴが発生する。このため、指令部５は移動元指令ＩＭを実行部５から先行出力することによりディレイタイムＤＴの発生を解消する。なお、ディレイタイムＤＴとは、指令部５から実行部６へ出力する際のこの間に発生する遅れの時間をいう。

図４を参照する。指令部５と実行部６との動作を説明する。指令部５からは、移動元指令ＩＭと、ビーム元指令ＢＭを出力する。図４では前記移動元指令ＩＭは縦軸を速度とし横軸を時間の経過軸とし、前記ビーム元指令ＢＭは縦軸を出力とし横軸を時間の経過として示している。

一方、実行部６では、移動実指令ＩＪと、ビーム実指令ＢＪを出力する。前記移動実指令ＩＪは縦軸を速度とし横軸を時間の経過軸とし、前記ビーム実指令ＢＪは縦軸を出力とし横軸を時間の経過として示している。

この場合に時間の経過に沿って説明する。初めに時間軸において、ラインＬ１で示される時間のタイミングで指令部５からビーム元指令ＢＭを出力する。この指令と同期し実行部６がビーム実指令ＢＪを出力する。

ここで、ビーム元指令（矢印ＡＲ２で示す本加工前処理に含まれるピアス加工指令）ＢＭの出力時間Ｔ１は実際の出力時間Ｔ２（すなわち、ラインＬ１からラインＬ３の間の実際のピアス加工時間）より短縮されて出力する。

上記の時間情報の付加された本加工前処理指令の展開を詳細に説明する。実際に出力する時間情報（すなわち、指令部５で時間情報Ｔ１で示される出力時間より長いピアス時間Ｔ２の情報）は上記指令（ビーム元指令ＢＭ）に付加し実行部６へ送信される。そして、実行部６のビーム実指令ＢＪでは付加された時間情報Ｔ２を取得し付加した時間分出力を行う。この結果、実行部６のビーム実指令ＢＪでは出力時間Ｔ１に対して長い時間Ｔ２分出力することになる。このため、実行部６のビーム実指令ＢＪの時間（Ｔ２で示される時間）を変えずに、指令部５の出力時間をＴ１に短縮することができる。そして、この短縮した時間の残りの時間（すなわち、Ｔ２−Ｔ１）を利用してディレイタイムＤＴを解消する。

なお、時間の情報に加えて、出力の大きさ、周波数、デューティ、ガス種、ガス圧を含ませることが可能である。

続いて、本加工前処理のピアス加工指令が終わったタイミングで、本加工前処理としてのガス切り換え、倣い等が「ＯＮ」される。

続いて、時間軸においてラインＬ２で示される時間のタイミング（矢印ＡＲ１で示すようにラインＬ４からラインＬ２へ時間を先行したタイミング）で指令部５から移動元司令ＩＭ（アプローチ指令）を出力すると共に同じタイミングでビーム元指令ＢＭを出力する。すなわち、「移動元指令」と「加工工具元指令（ビーム元指令）」とをセットで出力するものである。

この指令に対し実行部６ではディレイタイムＤＴ分の遅れて実行部６のラインＬ４で示されるタイミング（矢印ＡＲ３で示すようにラインＬ２からラインＬ４へ時間が遅延したタイミング）で移動実指令ＩＭが出力する。また、ビーム実指令ＢＪも同じ時間遅れたタイミングで出力する。この結果、先行時間と遅延時間が相殺されてラインＬ４またはラインＬ５以降で示される時間での実際の加工（アプローチ、パーツ切断等）が遅れることなく実行される。

これにより、指令部から実行部へ渡される本加工前処理情報を短縮し、軸の移動元指令を先に出力し、その後、本加工前処理の時間制御を実行部で行い、その間にディレイタイム間の処理を実行するので、ディレイタイム無しでの加工が可能になるという効果を奏する。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

１加工機械
２加工機械本体
２Ａ支持フレーム
２Ｂガイドレール
２ＣＸ軸移動キャリッジ
２Ｄガイドレール
２ＥＹ軸キャリッジ
２Ｆレーザ加工ヘッド
３アクチュエータ
３Ａ第１Ｘ軸サーボモータ
３ＢＹ軸サーボモータ
３Ｃ第２Ｘ軸サーボモータ
４制御装置
５指令部
６実行部
Ｗワーク

Claims

加工機の指令を生成する制御装置において、
加工プログラムを読み込み移動元指令、加工工具元指令を生成する指令部と、これらの元指令を受け取り移動実指令、加工工具実指令を出力する実行部とを備え、
前記指令部は前記加工工具元指令の出力時間を短縮し、この短縮した時間の残りの時間に、前記指令部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを実行部に対し出力し、前記実行部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを受けて所定のタイミングで移動実指令および加工工具実指令を出力することを特徴とする加工機の制御装置。
前記加工工具元指令は、本加工前処理指令であり、この本加工前処理指令としての前記加工工具元指令の出力時間が短縮され、前記指令部は、前記加工工具元指令の出力時間からなる時間情報を付加した本加工前処理指令としての前記加工工具元指令を実行部に対し出力し、前記実行部は、前記付加された時間情報に基づいて加工工具実指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の加工機の制御装置。
前記実移動指令に係るＸ、Ｙ方向を移動する軸の少なくとも一方の軸は第１の移動と第２の移動を可能とするように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の加工機の制御装置。
加工機の指令を生成する制御方法において、
指令部が加工プログラムを読み込み移動元指令、加工工具元指令を生成する工程と、実行部がこれらの元指令を受け取り移動実指令、加工工具実指令を出力する工程とを含み、
前記指令部は前記加工工具元指令の出力時間を短縮し、この短縮した時間の残りの時間に、前記指令部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを実行部に対し出力し、前記実行部は、前記移動元指令と前記加工工具元指令とを受けて所定のタイミングで移動実指令および加工工具実指令を出力することを特徴とする加工機の制御方法。