JP6549647B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特にプレスストロークに応じてプレスのタイミングを自動的に調整する数値制御装置に関する。

パンチプレス加工機では、パンチヘッド内でタレット機構等により選択されたパンチ工具の位置へとプログラムで指令されたＸ／Ｙ軸の移動指令に基づいてワーク上のパンチ点を相対的に移動させた後に、プレス動作（パンチ動作）によりパンチプレス加工が行われる。

パンチプレス加工機によるパンチプレス加工を高速化する従来技術として、Ｘ／Ｙ軸の移動とプレス動作とをパラメータ等に設定したオーバラップ時間の分だけ重ねて実行し、加工時間を短縮させるプレスの早出しタイマという技術がある。このオーバラップ時間には、図８に示すように、プレスを開始してからのＸ／Ｙ軸の残移動時間（すなわち、上昇端からのプレス開始時点よりパンチヘッドがワークの上面に到達するまでの時間）を設定し、Ｘ／Ｙ軸が停止するタイミングでパンチヘッドに取り付けられたパンチ工具がワークに接触するように調整される。また、プレス動作のストロークは、極力小さく設定し（上昇端〜下死点）、それに合わせたオーバラップ時間を設定する（例えば、特許文献１など）。

特開平０９−０１０８５８号公報

上記の通り、オーバラップ時間は、上昇端からプレスを開始した場合に、パンチヘッドに取り付けられたパンチ工具がワークの上面に到達するまでの時間を設定するため、工具交換の直後や、障害物の回避後などのように、パンチヘッドが上昇端よりも高い位置まで上昇し、ストロークが大きくなった場合に同じタイミングでプレスを開始すると、図９に示すように、オーバラップ時間が経過した時点でＸ／Ｙ軸におけるパンチ工具の位置にパンチ点の移動が完了し、その後、パンチヘッドに取り付けられたパンチ工具がワークに接触するまでの時間が無駄時間になるという問題が発生する。

そこで本発明の目的は、プレスストロークに変化が有る場合であっても無駄時間が生じないようにすることが可能な数値制御装置を提供することである。

本発明では、図１０に示すように、パンチプレス加工機を制御する数値制御装置に、加工プログラムのブロックの実行を開始する時にプレス動作の開始位置と上昇端との間に差があるかどうかを判定して上昇端との差に応じて自動的にオーバラップ時間を無駄時間が生じないように調整する機能を設けることで、上記課題を解決する。図１１に示すように、オーバラップ時間ｔは、プレス軸の移動量（図１１においては、通常のオーバラップ量に対してプレス開始時のパンチヘッドの位置と上昇端との差を加えたもの）から求めることができる。図１１の縦軸をプレス軸速度、横軸を時間としたグラフに記載される領域（ａ）の面積は、上昇端からワーク上面までの移動量（通常のオーバラップ量）をあらわし、領域（ｂ）の面積は、プレス動作開始時におけるパンチヘッド位置と上昇端との差ａに対応している。また、本発明の数値制御装置は、Ｘ／Ｙ軸移動中にプレス軸が動作した場合、改良オーバラップ時間を再計算する機能を備える。

そして、本発明の一態様は、パンチヘッドに取り付けられた工具によりワークに対してパンチプレス加工を行う加工機をプログラムに基づいて制御する数値制御装置において、前記プログラムから指令ブロックを読み出して解析して移動指令データを生成し、生成した前記移動指令データを出力する指令解析部と、前記移動指令データに基づいて補間処理を行って補間データを生成し、生成した補間データを出力する補間部と、前記補間データに基づいて前記加工機の軸を駆動するモータを制御するサーボ制御部と、予め設定された上昇端と異なる位置から前記パンチプレス加工におけるプレス動作が開始される状態にある場合に、前記プレス動作が開始される時の前記パンチヘッドの位置に応じてオーバラップ時間を算出するオーバラップ時間算出部と、を備え、前記オーバラップ時間算出部は、前記プレス動作が開始される時の前記パンチヘッドの位置を前記サーボ制御部から取得し、前記補間部は、前記オーバラップ時間算出部が算出したオーバラップ時間に基づいて前記プレス動作を制御する軸に係る補間データの出力のタイミングを制御する、数値制御装置である。

本発明により、プレスストロークに変化が有る場合であっても無駄時間が生じないようにすることが可能となるため、パンチプレス加工において工具交換後や障害物の回避などを行った場合におけるサイクルタイムを短縮することができる。

一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。 一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。 本発明によるオーバラップ時間ｔの算出方法を説明する図である。 本発明によるオーバラップ時間ｔの算出方法を説明する図である。 本発明によるオーバラップ時間ｔの他の算出方法を説明する図である。 本発明によるオーバラップ時間ｔの他の算出方法を説明する図である。 本発明によるオーバラップ時間ｔの算出処理の概要を示すフローチャートである。 従来技術によるプレスの早出しタイマについて説明する図である。 従来技術によるプレスの早出しタイマの問題について説明する図である。 本発明によるプレスの早出しタイマの問題について説明する図である。 本発明によるプレスの早出しタイマの問題について説明する図である。

以下に本発明を実現するための数値制御装置の構成例を示す。ただし、本発明の数値制御装置の構成は下記の例に限定されるものではく、本発明の目的を実現可能なものであれば、どのような構成を採用しても良い。

図１は一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１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。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１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後述する表示器／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等が格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、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メモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれたＮＣプログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力されたＮＣプログラムに加えて、加工に使用する工具の切削条件の推奨値を含む工具データなどが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、ＮＣプログラムを運転するために用いられるＮＣプログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、ＮＣ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、その他の必要とされる処理を実行するための各種のシステム・プログラム（オーバラップ時間算出のためのシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からはＮＣ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１内で編集したＮＣ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１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（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、加工機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に渡す。

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，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる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。

加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０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のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる各系統の加工機に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、パンチプレス加工機ではパンチヘッドとワークとの水平方向の相対的な位置を変化させるＸ軸、Ｙ軸の制御、及びプレス動作を行う（パンチヘッドとワークとの垂直方向の相対的な位置を変化させる）ためのプレス軸の制御のために、それぞれ軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が設けられる。

図２は、本発明のオーバラップ時間算出に係る機能を実現するためのシステム・プログラムを図１で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の要部を示す概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、オーバラップ時間算出機能のシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１００、補間部１１０、サーボ制御部１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐ、オーバラップ時間算出部を備え、また、不揮発性メモリ１４上には各軸の加減速時定数や、パンチプレス動作制御に用いられる上昇端や下死点などのパラメータを記憶するパラメータ記憶部２１０が確保されている。なお、パラメータ記憶部２１０に記憶されるパンチプレス動作制御に用いられる各パラメータは予め作業者により表示器／ＭＤＩユニット７０などを介して設定されているものとする。なお、図２においては、サーボモータ５０ｘはＸ軸を、サーボモータ５０ｙはＹ軸を、サーボモータ５０ｐはプレス軸を、それぞれ駆動するサーボモータである。

指令解析部１００は、不揮発性メモリ１４に記憶されたＮＣプログラム２００に含まれる指令ブロックを逐次読み出して、読み出した指令ブロックを解析し、制御対象となる軸を駆動するための移動指令データを作成する。
補間部１１０は、指令解析部１００により作成された移動指令データにより指令される指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを作成し、サーボ制御部１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐへと出力する。また、補間部１１０は、移動指令データを作成する際に、オーバラップ時間算出部１４０が算出したオーバラップ時間ｔを受けて、プレス動作の開始のタイミング（サーボ制御部１３０ｐへの補間データの出力タイミング）を調整する。
サーボ制御部１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐは、補間部１１０から受けた補間データに基づいて制御対象となる軸を駆動するサーボモータ５０ｘ，５０ｙ，５０ｐをそれぞれ制御する。

オーバラップ時間算出部１４０は、ＮＣプログラム２００の実行中に、パンチプレス加工機が備えるパンチヘッドが上昇端以外の位置からプレスを開始するような状態にある場合、パラメータ記憶部２１０に記憶されているプレス動作に係る各パラメータの値、指令解析部１００により解析された各指令値、及びサーボ制御部１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐから取得した各軸の位置等に基づいて、後述するオーバラップ時間の算出方法によりオーバラップ時間ｔを算出する。オーバラップ時間算出部１４０が算出したオーバラップ時間ｔは指令解析部１００に対して出力される。また、オーバラップ時間算出部１４０は、１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐから取得した各軸の位置に基づいてＸ／Ｙ軸移動中にプレス軸が動作したことを検出した場合には、オーバラップ時間ｔの再計算を行なう。

以下では、図３〜６を用いてオーバラップ時間ｔの算出方法を説明する。図３〜６では、プレス軸の加減速時定数をτ、指令速度をＦとし、通常のオーバラップ時間をｔ₁、パンチヘッドの位置が上昇端よりも上にあることにより追加されるオーバラップ時間をｔ₂、上昇端とプレス開始時のパンチヘッドの位置との差をａとしている。

一般に、プレス軸はプレス動作を開始してから加減速時定数τの後に指令速度Ｆに達する。上昇端とプレス動作開始時のパンチヘッドの位置の差ａは、図３〜６のそれぞれに示される網掛け部分で示されるプレス軸の速度波形の面積と一致するが、この時、追加オーバラップ時間ｔ₂は、網掛け部分の面積に対応する動作時間となり、オーバラップ時間ｔ＝ｔ₁＋ｔ₂となる。これを前提として、通常のオーバラップ時間ｔ₁及び追加オーバラップ時間ｔ₂と、加減速時定数τとの関係により、いくつかのケースに分けてオーバラップ時間ｔの算出を考える。

まず、図３に示すように、通常のオーバラップ時間ｔ₁が加減速時定数τよりも大きい場合、追加オーバラップ時間ｔ₂が以下の数１式で表せることから、オーバラップ時間ｔは以下の数２式で算出することができる。

また、図４に示すように、オーバラップ時間ｔが加減速時定数τよりも小さい場合、即ち以下の数３式に示す条件が成り立つ場合、上昇端とプレス動作会指示のパンチヘッドの位置の差ａは以下の数４式で表せることから、オーバラップ時間ｔは以下の数５式で算出することができる。

更に、図３，４に示した以外のケースにおいても、数２式、数５式を用いることでオーバラップ時間ｔを求めることができる。例えば、図５に示すように、追加オーバラップ時間ｔ₂の消化中に加速度が切り替わる場合には、ａ＝ａ₁＋ａ₂としてａ₁とａ₂のそれぞれを個別に計算したオーバラップ時間の和がｔ₂となる。

また、例えば図６に示すように、パンチヘッドの下降速度が指令速度Ｆに到達しない場合には、パンチヘッドの加速度が切り換わるまでに移動する移動量をＡ、パンチヘッドの加速度が切り換るまでに到達する速度をＦ_A、パンチヘッドの加速度が切り換わるまでの時間をτ_Aとすると、Ｆ_A，τ_Aがそれぞれ以下の数６式及び数７式により表せるので、τ＝τ_A、Ｆ＝Ｆ_A、ａ＝ａ₁＋ａ₂としてａ₁，ａ₂のそれぞれについて個別に計算したオーバラップ時間の和が追加オーバラップ時間ｔ₂となる。

図７は、オーバラップ時間の算出に係る数値制御装置１上で実行される処理の流れの概要を示すフローチャートである。

●［ステップＳＡ０１］数値制御装置１は、指令解析部１００により作成された移動指令データに基づいてＸ／Ｙ軸の動作を開始する。
●［ステップＳＡ０２］オーバラップ時間算出部１４０は、プレス軸の状態を確認し、パンチヘッドが上昇端以外の位置からプレスを開始する状態であるか否かを判定する。パンチヘッドが上昇端以外からプレスを開始する状態である場合にはステップＳＡ０３へ処理を移行し、パンチヘッドが上昇端からプレスを開始する状態である場合にはステップＳＡ０４へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０３］オーバラップ時間算出部１４０は、上昇端とプレス開始位置の差ａに基づいて、図３〜６で説明した算出方法によりオーバラップ時間ｔを算出する。
●［ステップＳＡ０４］オーバラップ時間算出部１４０は、オーバラップ時間ｔをパラメータとして設定されている通常のオーバラップ時間とする。

●［ステップＳＡ０５］補間部１１０は、プレス軸が動作している状態であるか否かを判定する。プレス軸が動作している状態である場合にはステップＳＡ０２へ処理を移行し、そうでない場合にはステップＳＡ０６へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０６］補間部１１０は、Ｘ／Ｙ軸の残移動時間が、ステップＳＡ０３，ＳＡ０４で算出したオーバラップ時間ｔ以下になったか否かを判定する。Ｘ／Ｙ軸の残移動時間がオーバラップ時間ｔ以下になった場合にはステップＳＡ０７へ処理を移行し、そうでない場合にはステップＳＡ０５へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ０７］補間部１１０は、サーボ制御部１３０ｐへと保管データを出力し手プレス動作を開始する。

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のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５，１８，１９ インタフェース
１６ ＰＭＣ
１７ Ｉ／Ｏユニット
２０ バス
３０ 軸制御回路
４０ サーボアンプ
５０，５０ｘ，５０ｙ，５０ｐ サーボモータ
７０ 表示器／ＭＤＩユニット
７１ 操作盤
７２ 外部機器
１００ 指令解析部
１１０ 補間部
１３０ｘ，１３０ｙ，１３０ｐ サーボ制御部
２００ ＮＣプログラム
２１０ パラメータ記憶部

Claims (2)

1. パンチヘッドに取り付けられた工具によりワークに対してパンチプレス加工を行う加工機をプログラムに基づいて制御する数値制御装置において、
   前記プログラムから指令ブロックを読み出して解析して移動指令データを生成し、生成した前記移動指令データを出力する指令解析部と、
   前記移動指令データに基づいて補間処理を行って補間データを生成し、生成した補間データを出力する補間部と、
   前記補間データに基づいて前記加工機の軸を駆動するモータを制御するサーボ制御部と、
   予め設定された上昇端と異なる位置から前記パンチプレス加工におけるプレス動作が開始される状態にある場合に、前記プレス動作が開始される時の前記パンチヘッドの位置に応じてオーバラップ時間を算出するオーバラップ時間算出部と、
   を備え、
   前記オーバラップ時間算出部は、前記プレス動作が開始される時の前記パンチヘッドの位置を前記サーボ制御部から取得し、
   前記補間部は、前記オーバラップ時間算出部が算出したオーバラップ時間に基づいて前記プレス動作を制御する軸に係る補間データの出力のタイミングを制御する、
   数値制御装置。
2. 前記オーバラップ時間算出部は、前記工具の前記ワークのパンチ点へ移動するタイミングと前記プレス動作により前記工具が前記ワークの上面に接触するタイミングとの間に無駄時間が発生しないように前記オーバラップ時間を算出する、
   請求項１に記載の数値制御装置。

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