JP6013690B2 - 加工再開位置へのアプローチを行う数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に、加工再開時における加工再開位置へのアプローチをオペレータがより簡単かつ安全に行うことができる数値制御装置に関する。

数値制御装置によって制御される工作機械において、自動運転中に工具が破損した時、あるいは休み前に中断した加工を休み明けに再開する時に、中断したブロック、または、それより前の再開し易いブロックから加工を再開する場合がある。その場合、現在の工具の位置から目的の再開ブロックの位置まで移動（アプローチ）することが必要となる。アプローチ時にオペレータの利便性を向上させるための従来技術としては特許文献１に記載の技術が公知となっている。

特許文献１に記載の技術では、オペレータによるハンドル等の手動操作によるアプローチ後に１軸でも加工再開位置に復帰していない軸があった場合、移動指令による加工再開位置への直接位置決め（自動運転によるアプローチ）が行われる。この手順を逆にすることは想定されていないため、自動運転によるアプローチ中に再度手動操作によるアプローチを行う場合、リセットして再開動作を最初から再度行う必要があった。

特許第３９２２２５６号公報

現実には、自動運転によるアプローチ中にワークや機械要素と工具の干渉を回避するなどの理由で手動介入を行う場合も考えられる。この場合、特許文献１に記載の技術では一旦リセットして再開動作をやり直す必要があるが、最初から再開動作をやり直す場合は、再開するブロックを選択し、モーダル情報の復元、再開モードの開始を再度行う必要があるため、大規模なプログラムなどでは、やり直しに時間がかかる場合があり、オペレータの操作が煩雑となっていた（以下、問題点１）。

また、インペラなどの複雑な形状のワークを加工中のブロックから再開する場合、アプローチ中にワークと工具が干渉する可能性があるが、特許文献１に記載の技術では自動運転によるアプローチ中にワークとの干渉を回避することは考慮されていないため、複雑なワークを加工中のブロックから再開する場合、オペレータによる目視確認と手動操作が必須であった（以下、問題点２）。

さらに、特許文献１に記載の技術では自動運転によるアプローチを開始する際に、加工再開位置と現在位置がどの程度離れているかなど、詳細な位置関係を数値制御装置側でチェックしていないため、現在位置から自動運転によるアプローチを直接行うと干渉の危険があるような場合であっても、数値制御装置がオペレータに対して警告を発することができなかった（以下、問題点３）。

そこで本発明の目的は、加工再開時における加工再開位置へのアプローチをオペレータがより簡単かつ安全に行うことができ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、加工プログラムに基づいた加工動作の中断後、前記加工動作を再開する際に工具の位置を加工動作中断時の加工再開位置へとアプローチする機能を有する数値制御装置において、前記工具の前記加工再開位置へのアプローチ経路を演算するアプローチ経路演算手段と、オペレータによる手動操作アプローチの指示を受け付ける手動アプローチ指令手段と、自動運転によるアプローチと手動操作によるアプローチを切換えるアプローチ操作切換手段とを備え、前記アプローチ操作切換手段は、手動操作によるアプローチ中にオペレータによる切換え要求を受け付け、自動運転によるアプローチに切換える、または、自動運転によるアプローチ中にオペレータによる手動介入を受け付け、手動操作によるアプローチに切換える、ことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記アプローチ経路演算手段は、加工中断時の工具軸方向へ前記工具の工具軸を位置決めし、前記加工再開位置を通る工具軸方向の線上の前記工具の現在位置から直近の点へ前記工具を移動させ、前記加工再開位置へ加工中断時の工具軸方向に沿って移動させるアプローチ経路を演算する、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記加工再開位置へと自動運転により安全にアプローチできる前記工具の工具位置の範囲を定めたアプローチ範囲を定義するアプローチ範囲記憶手段を更に備え、前記アプローチ操作切換手段は、自動運転によるアプローチを指示された際に、前記工具の現在位置が前記アプローチ範囲にない場合に警告を出力する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置である。

本発明により、加工再開位置へのアプローチをオペレータがより簡単かつ安全に行うことができる。工具破損や停電などによる加工中断時に素早く復旧することができるため、生産性の向上が期待できる。

本発明の加工再開位置への工具アプローチ動作の概要を示す図である。 本発明の加工再開位置における工具軸方向に沿ったアプローチ動作の概要を示す図である。 本発明のアプローチ範囲の概念を説明する図である。 本発明の実施の形態における数値制御装置の要部ブロック図である。 本発明の実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態におけるアプローチ処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるアプローチ経路演算処理のフローチャートである。 アプローチ範囲を固定値Ｒにより設定する例を示す図である。 アプローチ範囲を手動操作開始位置と加工再開位置とに基づいて設定する例を示す図である。 アプローチ範囲を加工再開位置における工具軸方向に基づいて設定する例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。まず、本発明の概要について説明する。
本発明においては、上記した問題点１の解決方法として、加工再開位置へのアプローチにおいて、自動運転によるアプローチと手動操作によるアプローチを任意に切換えることを可能とする手段を設ける。
このような構成を設けることにより、再開動作を最初からやり直すことなくアプローチ中の手動介入を実現することができるため、例えば図１に示すように、工具が障害物の近くに位置し、工具と障害物とが干渉する危険がある場合には手動操作によるアプローチを行って干渉を回避し、障害物との干渉を回避したら自動運転に切換えてアプローチさせることができる。

また、本発明においては、上記した問題点２の解決方法として、安全な位置まで手動で移動した後の自動運転によるアプローチにおいて、加工再開位置における工具軸方向にアプローチすることを可能にする手段を設ける。
このような構成を設けることにより、図２に示すようにワークへ接近する前に先に工具の軸を位置決めし、加工再開位置の工具軸方向に沿って直線的にアプローチすることにより、複雑な形状のワークを加工中のブロックから再開する場合にも工具とワークの干渉を自動的に回避できるため、自動運転によるアプローチを実行することが可能となる。

更に、本発明においては、上記した問題点３の解決方法として、工具が安全な位置にあるかどうかを数値制御装置が判断する基準として、ある一定の範囲をアプローチ範囲として設定することを可能とする手段を設ける。
このような構成を設けることにより、自動運転によるアプローチの要求があった時、アプローチ範囲内に工具が位置しているか否かを判定し、アプローチ範囲内であればアプローチを実行し、アプローチ範囲外であれば、自動運転によるアプローチを直接行うのが危険であるとしてオペレータに対して警告を通知し、手動操作によるアプローチで加工再開位置に近づけることを促すことができる。

以下では、このような解決手段を実現する数値制御装置の構成について説明する。
図４は、本発明に係る実施の形態の数値制御装置（ＣＮＣ）１００の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１００を全体的に制御す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をバス２０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。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び表示器／ＭＤＩユニット７０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。

ＳＲＡＭ１４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１００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。ＳＲＡＭ１４中には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種システムプログラムがあらかじめ書き込まれている。
本発明を実行する加工プログラム等の各種加工プログラムはインタフェース１５や表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力し、ＳＲＡＭ１４に格納することができる。

インタフェース１５は、数値制御装置１００とアダプタ等の外部機器７２との接続を可能とするものである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１００内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１００に内蔵されたシーケンスプログラムで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といったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に転送する。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令やデータを受けてＣＰＵ１１に転送する。インタフェース１９は手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

各軸の軸制御回路３０〜３４はＣＰＵ１１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４０〜４４に出力する。サーボアンプ４０〜４４はこの指令を受けて、各軸のサーボモータ５０〜５４を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５４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３０〜３４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、本ブロック図では、位置・速度のフィードバックについては省略している。

スピンドル制御回路６０は、工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２には歯車あるいはベルト等でポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはバス２０を経由してＣＰＵ１１によって読み取られる。

図５は、本発明の一実施形態における数値制御装置１００の機能ブロック図である。
数値制御装置１００は、アプローチ経路演算手段１１０、手動アプローチ指令手段１２０、アプローチ操作切換手段１３０、各軸制御部１４０を備えており、また、ＳＲＡＭ１４内には、加工を中断した際に記録された加工再開位置に関する情報と、後述するアプローチ範囲に関する設定情報が記憶されている。

アプローチ経路演算手段１１０は、アプローチ操作切換手段１３０により自動運転が指示されている場合、ＳＲＡＭ１４に記憶されている加工再開位置情報と、各軸のサーボモータ５０〜５４からフィードバックされた現在の工具位置に基づいて、後述するアプローチ経路演算処理を実行して工具の加工再開位置へのアプローチ経路を演算し、演算したアプローチ経路に基づいたアプローチ指令をアプローチ操作切換手段１３０へと出力する。

手動アプローチ指令手段１２０は、表示器／ＭＤＩユニット７０、操作盤７１からのオペレータの入力に基づいて、自動アプローチ／手動アプローチの切換え指示や、手動アプローチのための移動指令をアプローチ操作切換手段１３０へ出力する機能を有すると共に、アプローチ操作切換手段１３０から受けた警告情報などを表示器／ＭＤＩユニット７０へと出力する。

アプローチ操作切換手段１３０は、手動アプローチ指令手段１２０から受けたオペレータの指示などに基づいて、アプローチ運転モードを切換え、自動運転モードの時はアプローチ経路演算手段から入力されたアプローチ指令を、手動運転モードの時は手動アプローチ指令手段から入力されたアプローチ指令を、各軸制御部１４０へと出力する。

また、手動アプローチ指令手段１２０から、自動運転に切り換える指示を受けた際に、各軸のサーボモータ５０〜５４からフィードバックされた現在の工具位置が、ＳＲＡＭ１４に記憶されたアプローチ範囲情報で指示されるアプローチ範囲内にあるか否かを判定し、現在の工具位置がアプローチ範囲内にない場合に手動アプローチ指令手段１２０に対して警告情報を出力する。
各軸制御部１４０は、アプローチ操作切換手段１３０から入力された各軸サーボモータへの指令に基づいて、サーボモータ５０〜５４に対して移動指令を出力する。

図６は、本発明の実施の形態における、アプローチ処理のフローチャートである。
本フローチャートの開始時において、加工中断の要因は除去済みであるものとする。例えば、工具破損によりプログラムを中断した場合、中断位置から工具を逃がし、工具交換位置へ移動し、工具交換を終えた状態を開始時の状態とする。

●［ステップＳＡ０１］表示器／ＭＤＩユニット７０に対してプログラム再開画面を表示し、オペレータの操作による、加工を再開するブロックの指示を受け付ける。
●［ステップＳＡ０２］ステップＳＡ０１におけるオペレータによるブロック選択後、プログラム再開モードを開始する。この時にモーダル情報などは自動的に中断時の状態に復元される。
●［ステップＳＡ０３］ステップＳＡ０２にて復元されたモーダル情報を元に、表示器／ＭＤＩユニット７０に、オペレータが次に行うべき操作を示すと共に、プログラム再開に関する現在の状態を表示する。例えば、加工再開位置までの残移動量を表示することにより、アプローチで軸がどの方向に動作するかを明示することができる。また、座標変換により機械座標系と絶対座標系の移動量が異なる場合など、自動運転によるアプローチを行うのが危険な状態である場合に、手動操作によるアプローチを行うよう、オペレータに通知する。
●［ステップＳＡ０４］オペレータが手動操作によるアプローチを行うかどうか選択する。手動操作によるアプローチを行わない場合、自動運転によるアプローチ要求を行い、ステップＳＡ０６へ進む。
●［ステップＳＡ０５］オペレータに対して加工再開位置を目標に手動操作を行うよう指示し、操作盤７１からの入力にしたがって手動操作に基づくアプローチを実行する。

●［ステップＳＡ０６］手動操作によるアプローチ中は工具の現在位置を常にチェックし、加工再開位置に到達した場合には、これ以降の処理ステップをスキップし、加工再開位置へのアプローチ完了とする。
●［ステップＳＡ０７］アプローチ操作切換手段１３０は、自動運転によるアプローチへの切換え要求が行われたかどうかをチェックし、要求があった場合にはステップＳＡ０８へ進む。要求が無い場合は手動操作によるアプローチを続行する。
●［ステップＳＡ０８］アプローチ操作切換手段１３０は、現在位置がアプローチ範囲内か否かを判断し、アプローチ範囲内にある場合にはステップＳＡ０９へ進み、アプローチ範囲内でない場合はステップＳＡ１２へ進む。
●［ステップＳＡ０９］現在位置がアプローチ範囲内の場合、アプローチ操作切換手段１３０は、工具を加工再開位置へとアプローチするアプローチ経路を算出するようにアプローチ経路演算手段１１０へ指示し、自動運転によるアプローチを開始する。自動運転によるアプローチでは、最初に工具の軸方向を加工開始位置における工具の軸方向へと位置決めし、その後加工再開位置へ工具軸方向に沿って移動することにより、工具とワークの干渉を回避することが可能である。自動運転によるアプローチの詳細については後述する。
●［ステップＳＡ１０］自動運転によるアプローチ中にオペレータにより手動操作指令が入力された場合、自動運転によるアプローチを中止し、手動操作によるアプローチを再度実行する。これにより、自動運転によるアプローチ起動後に干渉の可能性に気付いた場合に簡単に手動介入を行うことができる。
●［ステップＳＡ１１］自動運転によるアプローチ中は工具の現在位置を常にチェックし、加工再開位置に到達した場合には、加工再開位置へのアプローチ完了とする。加工再開位置に到達していない場合は自動運転によるアプローチを続行する。
●［ステップＳＡ１２］オペレータに対して、アプローチ範囲内に手動操作により移動するよう通知して、手動操作によるアプローチを実行する。

図７は、アプローチ経路演算手段１１０上で実行される、アプローチ経路演算処理のフローチャートである。
●［ステップＳＢ０１］工具軸方向のアプローチを行うか否かを判断する。工具軸方向のアプローチを行うか否かは、信号などによりオペレータが要求を出すことができる。さらに、モーダル情報などを元に数値制御装置が自動的に判断するようにしてもよい。工具軸方向のアプローチを行う場合にはステップＳＢ０２へ、行わない場合にはステップＳＢ０５へ進む。
●［ステップＳＢ０２］工具軸方向の最寄りの点を算出する。具体的には、図３に示すように、加工再開位置を通る工具軸方向の直線Ａに対して工具の現在位置から垂線Ｂを下した時の直線Ａと垂線Ｂとの交点が工具軸方向の最寄りの点となる。
●［ステップＳＢ０３］工具の軸方向を加工開始位置における工具の軸方向へと位置決めし、次いで、ステップＳＢ０２で求めた最寄りの点への位置決めを行う。この時の位置決めは１軸ずつ行うことも、垂線Ｂに沿って位置決めを行うことも可能である。
●［ステップＳＢ０４］工具軸方向の最寄りの点への位置決めが終了したら、加工再開位置に向かって工具軸方向の直線に沿ってアプローチを行う。
●［ステップＳＢ０５］加工再開位置に直接位置決めを行う。この時の位置決めは、１軸ずつ行うことも、直線補間により全軸同時に行うことも可能である。

次に、アプローチ範囲について説明する。アプローチ範囲は、工具の現在位置が、加工再開位置に対して自動運転アプローチを行っても安全な位置にあるかどうかを判断する基準である。本実施の形態の数値制御装置は、図６のフローチャートで説明した通り、自動運転によるアプローチを開始する際に、工具の現在位置が加工再開位置に対して設定されたアプローチ範囲に入っているか否かを判定し、アプローチ範囲に入っている場合には自動運転によるアプローチを開始し、アプローチ範囲内に入っていない場合には、自動運転によるアプローチを直接行うのが危険であるとしてオペレータに対して警告を通知し、手動操作によるアプローチで加工再開位置に近づけることを指示する。

本実施の形態におけるアプローチ範囲の設定例を図８〜１０を用いて説明する。
図８は、加工再開位置を基準として固定値Ｒによりアプローチ範囲を設定する例であり、図８の左は、加工再開位置を頂点とした１辺の長さが固定値Ｒの正方形によりアプローチ範囲を指定したもので、図８の右は、半径が固定値Ｒの円によりアプローチ範囲を指定したものである。この設定例は、工具が加工再開位置へ所定の距離まで近づけば、あとは自動運転によるアプローチをしても危険が無いという考え方に基づくものである。
なお、固定値Ｒは、あらかじめ数値制御装置の設定領域に設定しておいてもよいし、パラメータや信号、プログラム中に指令されたモーダル値などにより指定するようにしてもよい。

図９は、加工再開位置に向かって自動運転によるアプローチが行われている間に、オペレータが自動運転によるアプローチを一時停止し、手動操作によるアプローチを行った場合の、アプローチ範囲の設定例である。手動操作によるアプローチ開始時点の工具位置と、加工再開位置の２点を対角線とする直方体状の空間（図９左）、または、その２点を直径の両端とする球状の空間（図９右）を、アプローチ範囲として設定する。図中の直径の両端や対角線は、手動操作開始時の工具位置と加工再開位置の距離を示しており、手動操作によるアプローチによって、手動操作開始位置よりも加工再開位置に近づけば、あとは自動運転によるアプローチをしても危険が無いという考え方に基づくものである。

図１０は、加工再開位置から加工再開時点での工具軸方向に対して、一定距離以内の円筒状の空間をアプローチ範囲として設定する例である。この設定例は、工具軸方向に加工を行うという工作機械による加工の性質上、加工再開時点での工具軸方向に自動運転によるアプローチしても問題ない範囲が広がっているという考え方に基づくものである。
なお、円筒の長さと半径については、あらかじめ数値制御装置の設定領域に設定しておいてもよいし、パラメータや信号、プログラム中に指令されたモーダル値などにより指定するようにすればよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。例えば、アプローチ範囲の設定例を３つ示したが、アプローチ範囲の設定方法はこれに限られるものではなく、工作機械の特性や加工の方法に応じて、自動運転によるアプローチが安全であると考えられるアプローチ範囲を適宜設定できるようにしてもよい。

１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＳＲＡＭ
１５，１８，１９ インタフェース
１６ ＰＭＣ
１７ Ｉ／Ｏユニット
２０ バス
３０，３１，３２，３３，３４ 軸制御回路
４０，４１，４２，４３，４４ サーボアンプ
５０，５１，５２，５３，５４ 駆動軸モータ
７０ 表示器／ＭＤＩユニット
７１ 操作盤
７２ 外部機器
１００ 数値制御装置
１１０ アプローチ経路演算手段
１２０ 手動アプローチ指令手段
１３０ アプローチ操作切換手段
１４０ 各軸制御部

Claims (3)

1. 加工プログラムに基づいた加工動作の中断後、前記加工動作を再開する際に工具の位置を加工動作中断時の加工再開位置へとアプローチする機能を有する数値制御装置において、
   前記工具の前記加工再開位置へのアプローチ経路を演算するアプローチ経路演算手段と、
   オペレータによる手動操作アプローチの指示を受け付ける手動アプローチ指令手段と、
   自動運転によるアプローチと手動操作によるアプローチを切換えるアプローチ操作切換手段とを備え、
   前記アプローチ操作切換手段は、手動操作によるアプローチ中にオペレータによる切換え要求を受け付け、自動運転によるアプローチに切換える、または、自動運転によるアプローチ中にオペレータによる手動介入を受け付け、手動操作によるアプローチに切換える、
   ことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記アプローチ経路演算手段は、加工中断時の工具軸方向へ前記工具の工具軸を位置決めし、前記加工再開位置を通る工具軸方向の線上の前記工具の現在位置から直近の点へ前記工具を移動させ、前記加工再開位置へ加工中断時の工具軸方向に沿って移動させるアプローチ経路を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記加工再開位置へと自動運転により安全にアプローチできる前記工具の工具位置の範囲を定めたアプローチ範囲を定義するアプローチ範囲記憶手段を更に備え、
   前記アプローチ操作切換手段は、自動運転によるアプローチを指示された際に、前記工具の現在位置が前記アプローチ範囲にない場合に警告を出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。