JP6549648B2 - 数値制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、数値制御装置に関し、特にプレス軸が障害物を回避するための待ち時間を低減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に、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移動させた後、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では、通常の加工時は極力小さなストローク(上昇端〜下死点)でプレスを行っている。ここで、図6に示すように、次のプレス位置までの移動中にパンチヘッドに取り付けられたパンチ工具がワークホルダ等のような予めパラメータに設定された障害物上を通過する場合、ブロック開始時に障害物上を通過することを機械側に通知し、パンチプレス加工機側でX/Y軸のインタロック(軸の移動を一時停止させる)を行い、プレス軸を退避位置に上昇させて、パンチ工具と障害物との干渉を回避させる干渉回避技術がある(特許文献1など)。
特開平08−318332号公報
しかしながら、上記した干渉回避技術を用いると、無駄なインタロック制御が行われることにより加工のサイクルタイムを低下させる場合がある。図7に示すように、障害物がブロック開始時にプレス位置の近くに有る場合、例えば障害物が位置Aにある場合には、X/Y軸を異動しながらプレス軸を退避位置に上昇させようとしてもパンチ工具と障害物との干渉は避けられないためX/Y軸のインタロックが必要となる。一方で、障害物がブロック開始時にプレス位置から離れていることがわかっている場合、例えば障害物が位置Bにある場合には、X/Y軸を移動させながらプレス軸を退避位置に上昇させたとしてもパンチヘッドと障害物が干渉することは無いためX/Y軸をインタロック状態にする必要は無い。従来技術による干渉加工技術を用いた場合、後者のような場合であってもX/Y軸がインタロックされるため加工のサイクルタイムが低下することとなる。
また、図7に示す例において、障害物が位置AにありX/Y軸がインタロックされる場合、パンチヘッドが一旦上昇端に達した(プレス動作が完了した)後に、別途退避位置に移動する動作を行うため、無駄な減速が掛かることでパンチ工具の退避位置への移動に掛かる時間が長くなり、やはり加工のサイクルタイムが低下するという問題がある。
そこで本発明の目的は、加工においてパンチ工具と障害物との干渉を回避する際に無駄な減速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。
本発明の数値制御装置では、図8の(1)に示すように、次ブロックで障害物上を通過し、パンチ工具が退避位置に達するまで障害物上に達しない場合、X/Y軸をインタロック状態にしないように制御することで上記課題を解決する。
また、本発明の数値制御装置では、図8の(2)に示すように、先読みした次ブロックの情報に基づいてパンチ工具が障害物のある位置を通過することが検出された場合、プレス動作の終点を上昇端から退避位置に切換えることで、上記課題を解決する。なお、加工機に障害物との距離や位置を取得するためのセンサを設置し、障害物の接近を数値制御装置に通知することで、プレス軸の終点を上昇端から退避位置に切換えることができるようにしても良い。
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読み出した指令ブロックを解析して指令データを生成し、生成した前記指令データを出力する指令解析部と、前記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、前記工具と前記ワーク上の障害物とが干渉する可能性を判定する干渉判定部と、前記干渉判定部による判定結果に基づいて、前記指令データによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまで、前記指令ブロックの次の指令ブロックによるX/Y軸の移動を停止するインタロック制御部と、を備え、前記干渉判定部は、前記指令ブロックによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまでの間に、前記加工機のX/Y軸上の前記障害物の位置へ前記工具が到達するか否かを判定し、前記指令ブロックによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまでの間に、前記加工機のX/Y軸上の前記障害物の位置へ前記工具が到達すると判定した場合に、前記インタロック制御部に対して前記指令データによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまで、前記指令ブロックの次の指令ブロックによるX/Y軸の移動を停止するように指令する、数値制御装置である。
本発明により、干渉回避技術を用いてパンチ工具と障害物との干渉を回避する際に、不要なインタロックや無駄な減速が生じることが無いため、加工の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。 一実施形態パンチ工具の上昇動作の終点位置の切換制御の要否判定の例を示す図である。 一実施形態パンチ工具の上昇動作中のX/Y軸のインタロック制御の要否判定の例を示す図である。 一実施形態による数値制御装置上で実行される干渉回避機能の処理の流れの概要を示すフローチャートである。 従来技術による干渉回避技術の概要を説明する図である。 従来技術による干渉回避技術の課題について説明する図である。 本発明による干渉回避機能の概要を説明する図である。
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(干渉回避機能のためのシステム・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、本発明の干渉回避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、干渉回避機能のためのシステム・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、干渉判定部140、上昇終点位置切換部150、インタロック制御部160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の位置や下死点の位置、退避位置等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。パラメータ記憶部210は、必要に応じて障害物の座標位置等を示すパラメータを記憶する領域が確保されていても良い。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、及び障害物の座標位置等を示すパラメータは、予め作業者により表示器/MDIユニット70等を介して設定されていても良い。また、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指令データを作成する。指令解析部100は、NCプログラム200に含まれる指令ブロックを予め定められた所定数のブロックを先読みし、先読みしたブロックについて解析を行う。指令解析部100が先読みして解析して得られた情報は、干渉判定部140によって利用される。
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、上昇終点位置切換部150からの指令を受けて、現在実行しているブロックにおけるプレス軸の上昇動作の終点を上昇端位置から退避位置へと変更する。更に、補間部110は、インタロック制御部160からの指令を受けて、プレス軸によるプレス動作が完了するまで、現在実行中のブロックの次のブロックによるサーボ制御部130x,130yに対するX/Y軸の移動量(補間データ)の出力を停止する(X/Y軸をインタロック状態にする)。
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。
干渉判定部140は、指令解析部100が先読みして解析して得られた情報と、障害物の座標位置に関する情報とに基づいて、パンチ工具と障害物とが干渉する可能性を判定する。
より具体的には、干渉判定部140は、指令解析部100が先読みして解析して得られた情報と、障害物の座標位置に関する情報とに基づいて、パンチ工具が障害物のある位置を通過するか否かを判定する。そして、干渉判定部140は、パンチ工具が障害物のある位置を通過すると判定した場合には、パンチ工具と障害物とが干渉する可能性が有るとみなし、現在実行しているブロックにおけるプレス軸の上昇動作の終点を上昇端位置から退避位置へと切換えるように上昇終点位置切換部150へと指令する。干渉判定部140は、障害物の位置を、例えばパラメータ記憶部210に記憶された障害物の座標位置等を示すパラメータから取得するようにしても良い。また、干渉判定部140は、障害物の位置を、図示しないパンチプレス加工機に取り付けられたセンサ等から取得するようにしても良く、この場合、パンチプレス加工機に取り付けるセンサは超音波センサや光電センサなどのような所定の対象の位置を検出できるセンサを用いれば良く、また、障害物の位置は加工機上の座標系における絶対位置を取得できるようにしても良いし、パンチヘッドから見た相対位置を取得できるようにしても良い。
干渉判定部140は、例えば図3に示すように、指令解析部100が所定のブロック(ブロック1とする)を解析し、解析した結果に基づいて作成された指令データに基づいて各サーボモータが制御されている最中に、ブロック1の次のブロック(ブロック2)を指令解析部100が先読みして解析した結果に基づいて、ブロック2によるパンチ工具の移動範囲(例えば、ブロック2の始点のX/Y軸の座標位置(xs,ys)から終点のX/Y軸の座標位置(xe,ye)までの直線範囲、より安全には、ブロック2の始点のX/Y軸の座標位置(xs,ys)と終点のX/Y軸の座標位置(xe,ye)を対頂点とした各辺がX/Y軸に平行な矩形範囲)に障害物がある場合に、ブロック1のプレス軸の上昇動作の終点を退避位置に切換えるように上昇終点位置切換部150へと指令するようにしても良い。
干渉判定部140は、更に、指令解析部100が先読みして解析して得られた情報と、障害物の座標位置に関する情報とに基づいて、プレス軸が退避位置に移動するまでの間にパンチ工具が障害物の位置へと到達するか否かを判定する。そして、干渉判定部140は、プレス軸が退避位置に移動するまでの間にパンチ工具が障害物の位置へと到達すると判定した場合、パンチ工具と障害物とが干渉する可能性が有るとみなし、プレス動作が完了するまでX/Y軸をインタロック状態とするようにインタロック制御部160へと指令する。干渉判定部140は、プレス軸が退避位置に移動するまでの時間に、安全のために予め定めた安全時間を加えた時間を退避時間として扱うようにしても良い。安全時間は、例えばパラメータとしてパラメータ記憶部210に設定しても良いし、NCプログラム200内で設定できるようにしても良い。
図4を用いて、干渉判定部140による退避時間t(プレス軸が退避位置に達し安全時間tsが経過するまでの時間)、及び退避時間tでX/Y軸が移動する移動量bの算出方法を説明する。図4では、退避時間をt、プレス軸が退避位置へ移動する時間をt0、安全時間をts、プレス軸の加減速時定数をτa、X/Y軸の加減速時定数をτb、プレス軸の指令速度をFa、X/Y軸の指令速度をFb、ブロックの開始時におけるプレス軸の残移動量をa、プレス軸が退避位置に達し安全時間tsが経過するまでのX/Y軸の移動量をbとしている。この時、以下の数1式に示される条件が成立する場合には、プレス軸の残移動量aは、以下の数2式により算出できるため、退避時間tは、以下の数3式により算出することができる。
Figure 0006549648
Figure 0006549648
Figure 0006549648
一方で、以下の数4式に示される条件が成立する場合には、プレス軸の残移動量aは、以下の数5式により算出できるため、退避時間tは、以下の数6式により算出することができる。
Figure 0006549648
Figure 0006549648
Figure 0006549648
そして、数3式乃至数6式により算出された退避時間tを用いて、以下の数7〜10式によりX/Y軸の退避時間t中の移動量bを算出することができる(X,Y軸それぞれ計算する)。即ち、以下の数7式に示される条件が成立する場合には、移動量bは、以下の数8式により算出し、以下の数9式に示される条件が成立する場合には、移動量bは、以下の数10式により算出する。
Figure 0006549648
Figure 0006549648
Figure 0006549648
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そして、干渉判定部140は、上記算出方法により算出されたX/Y軸の移動量bだけ移動する範囲に障害物がある場合に、プレス動作完了までX/Y軸をインタロック状態とするようにインタロック制御部160へと指令するようにすれば良い。例えば、X/Y軸のブロックの開始時のX/Y軸の座標位置(xs,ys)から、上記で求めたX/Y軸の退避時間t中の移動量bだけ移動した座標位置を(xb,yb)とすると、座標位置(xs,ys)から座標位置(xb,yb)まで範囲移動範囲(例えば、座標位置(xs,ys)から座標位置(xb,yb)までの直線範囲、より安全には、座標位置(xs,ys)と座標位置(xb,yb)を対頂点とした各辺がX/Y軸に平行な矩形範囲)に障害物がある場合、プレス軸の退避位置への移動が完了するまでX/Y軸の移動を停止する(インタロックする)ようにインタロック制御部160へと指令するようにすれば良い。
なお、干渉判定部140は、パンチプレス加工機に取り付けられたセンサ等から取得したパンチ工具と障害物との距離に基づいて、上記した退避動作を行うこともできる。
上昇終点位置切換部150は、干渉判定部140からの指令に基づいて、補間部110に対して現在実行中のブロックによるプレス軸の上昇動作の終点を上昇端位置から退避位置へと変更するように指令する。
インタロック制御部160は、干渉判定部140からの指令に基づいて、補間部110に対して、現在実行中のブロックによるプレス軸の退避位置への移動が完了するまで、現在実行中のブロックの次のブロックにおけるX/Y軸の移動を停止するように指令する。
図5は、数値制御装置1上で実行される干渉回避機能の処理の流れの概要を示すフローチャートである。図5のフローチャートに示される処理は、数値制御装置1の制御周期毎に実行される。
●[ステップSA01]干渉判定部140は、現在実行中のブロックの次のブロックにおいてパンチ工具が障害物の位置に到達乃至通過するか否かを判定する。パンチ工具が障害物の位置に到達乃至通過する場合にはステップSA02へと処理を移行し、そうでない場合にはステップSA07へ処理を移行する。
●[ステップSA02]干渉判定部140は、上昇終点位置切換部150に対して現在実行中のブロックの上昇位置を、上昇端位置から退避位置へと切換えるように指令する。上昇終点位置切換部150は、該指令を受けて、補間部110に対して現在実行中のブロックにおけるプレス軸の上昇動作の終点を退避位置に切換えるように指令する。そして、補間部110は、現在実行中のブロックのプレス軸の上昇動作の終点を退避位置へと変更した上で補間処理を再実行して、補間データを再作成する。
●[ステップSA03]数値制御装置1は、プレス軸を含む各軸の動作を制御する。
●[ステップSA04]干渉判定部140は、上記で説明した算出方法により退避時間tを算出する。
●[ステップSA05]干渉判定部140は、上記で説明した判定方法により退避時間t中にパンチ工具が障害物の位置に到達乃至通過するか否かを判定する。パンチ工具が退避時間t中に障害物の位置に到達乃至通過する場合にはステップSA06へと処理を移行し、そうでない場合には現在の制御周期における本処理を終了する。
●[ステップSA06]干渉判定部140は、インタロック制御部160に対して、現在実行中のブロックによるプレス軸の動作が完了するまで、現在実行中のブロックの次のブロックによるX/Y軸の移動を停止するように指令する。インタロック制御部160は、該指令を受けて、補間部110に対して現在実行中のブロックによるプレス軸の動作が完了するまで、現在実行中のブロックの次のブロックによるX/Y軸の移動を停止するように指令する。そして、補間部110は、現在実行中のブロックのプレス軸の動作が完了するまで、現在実行中のブロックの次のブロックによるX/Y軸の移動量の出力(補間データの出力)を停止する。
●[ステップSA07]数値制御装置1は、プレス軸を含む各軸の動作を制御する。
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。
例えば、上記した実施形態ではX/Y軸上の障害物の位置に基づいて、パンチ工具と障害物との干渉を回避する制御を行う実施例を示したが、障害物の位置をX/Y軸上の位置に加えてプレス軸方向の位置まで検出できるようにすることで、干渉判定部140によるパンチ工具と障害物との干渉の判定をプレス軸方向(高さ方向)についても行った上で、障害物の高さに安全距離を加えた位置を退避位置として算出し、算出した退避位置へとプレス軸の上昇動作の終点の位置を切り換えるように制御したり、X/Y軸のインタロック制御の要否をより精密に行うことも可能となる。
また、上記した実施形態では上昇終点位置切換部150、インタロック制御部160の双方を備えた数値制御装置の例を示しているが、これら機能手段の少なくともいずれか一方を備えたものであれば本願発明の効果を充分に享受することができる。
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
140 干渉判定部
150 上昇終点位置切換部
160 インタロック制御部
200 NCプログラム
210 パラメータ記憶部

Claims (4)

  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読み出した指令ブロックを解析して指令データを生成し、生成した前記指令データを出力する指令解析部と、
    前記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、
    前記工具と前記ワーク上の障害物とが干渉する可能性を判定する干渉判定部と
    前記干渉判定部による判定結果に基づいて、前記指令データによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまで、前記指令ブロックの次の指令ブロックによるX/Y軸の移動を停止するインタロック制御部と、
    を備え、
    前記干渉判定部は、前記指令ブロックによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまでの間に、前記加工機のX/Y軸上の前記障害物の位置へ前記工具が到達するか否かを判定し、前記指令ブロックによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまでの間に、前記加工機のX/Y軸上の前記障害物の位置へ前記工具が到達すると判定した場合に、前記インタロック制御部に対して前記指令データによる前記加工機のプレス軸の上昇動作が完了するまで、前記指令ブロックの次の指令ブロックによるX/Y軸の移動を停止するように指令する、
    数値制御装置。
  2. 前記干渉判定部による判定結果に基づいて、前記指令データにおける前記工具の上昇動作の終点位置を上昇端から退避位置へと切り換える上昇終点位置切換部を更に備える、
    請求項1に記載の数値制御装置。
  3. 前記障害物の位置をパラメータとして記憶するパラメータ記憶部を更に備え、
    前記干渉判定部は、前記パラメータ記憶部に記憶された前記障害物の位置に基づいて、前記工具と前記ワーク上の障害物とが干渉するかを判定する、
    請求項1又は2に記載の数値制御装置。
  4. 前記加工機には、前記ワーク上の障害物の位置を検出するセンサを備え、
    前記干渉判定部は、前記センサにより検出された前記障害物の位置に基づいて、前記工具と前記ワーク上の障害物とが干渉するかを判定する、
    請求項1又は2に記載の数値制御装置。
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