JP6693927B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は制御装置に関し、特に揺動切削において非切削区間の揺動動作を停止する機能を有する制御装置に関する。

ワークを切削する際に生じる切屑を細分化するため、切削工具をワークに対して相対的に揺動させながら切削を行う技術を、揺動切削という（振動切削又は断続切削とも称される）。例えば特許文献１には、回転軸線回りにおける回転速度に対して非同期になるような揺動周波数と、工具によりワークを断続切削することが可能な揺動振幅と、を有する揺動指令を加工指令に加算してサーボモータを駆動することで揺動切削を実現する制御装置が記載されている。

特開２０１７−５６５１５号公報

揺動切削時に生じる高頻度の加速度の変化は、機械の駆動機構に負荷を与え、機械全体の振動の原因ともなりうる。その結果、騒音や機械のパーツの損傷等の問題を招く可能性もある。また、揺動切削によって生じるワークや工具の振動が、同時に行われている別の加工（例えば他の系統による穴あけ加工等）の加工精度に影響を及ぼす可能性もある。

このような問題を解決するためには、不必要な揺動を抑制することが必要である。揺動切削は切屑を細分化することが目的であるから、実際に切削が行われているときのみ揺動させるようにすれば影響を抑制できる。しかし、ユーザが自ら切削中か否かを判断し、揺動指令を細かく設定することは極めて困難である。また、仮にプログラム指令により揺動機能の有効無効を細かく設定することができるとしても、サイクルタイムが増加するという他の問題が生じうる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、揺動切削において非切削区間の揺動動作を停止する機能を有する制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、揺動切削を行う制御装置であって、揺動指令を出力する揺動指令作成部と、工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部と、切削が完了している切削済み経路を記憶する切削済み経路記憶部とを有し、前記揺動指令作成判定部は、工具経路と前記切削済み経路とが重複する場合においては前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする。
本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、揺動切削を行う制御装置であって、揺動指令を出力する揺動指令作成部と、工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部と、切削が完了している切削済み経路を記憶する切削済み経路記憶部と、逆行開始時点で実行中であった加工プログラムのブロック番号と、逆行開始点の座標値とを記憶する逆行開始位置記憶部とを有し、前記揺動指令作成判定部は、工具経路と、前記ブロック番号及び前記座標値により特定される切削済み経路とが重複する場合においては前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする。
本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、前記揺動指令作成判定部は、工具位置が前記切削済み経路に達したときに前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする。
本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、揺動切削を行う制御装置であって、揺動指令を出力する揺動指令作成部と、工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、前記揺動指令作成判定部は、送り軸又は主軸に取り付けられた切削負荷センサが示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする。
本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、揺動切削を行う制御装置であって、揺動指令を出力する揺動指令作成部と、工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、前記揺動指令作成判定部は、送り軸の指令位置と実位置との差である位置偏差量が示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする。
本発明の一実施の形態にかかる制御装置は、揺動切削を行う制御装置であって、揺動指令を出力する揺動指令作成部と、工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、前記揺動指令作成判定部は、主軸の指令速度と実速度との差が示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする。

本発明によれば、揺動切削において非切削区間の揺動動作を停止する機能を有する制御装置を提供することができる。

制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。 実施例１の制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。 実施例１の制御装置１００の動作を示す図である。 実施例２の制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。 実施例２の制御装置１００の動作を示す図である。 実施例２の制御装置１００の動作を示す図である。 実施例１及び２の制御装置１００の動作を示す図である。 実施例３の制御装置１００の動作を示す図である。

本発明の実施の形態にかかる制御装置１００について図面を用いて説明する。図１は、制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。

制御装置１００は、加工プログラムに従って位置指令を生成する位置指令作成部１１０、揺動切削のための揺動指令を作成する揺動指令作成部１２０、揺動指令作成の要否を判定する揺動指令作成判定部１３０を有する。典型的な制御装置１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置及び入出力装置等を有し、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、位置指令作成部１１０、揺動指令作成部１２０及び揺動指令作成判定部１３０を論理的に実現する。

位置指令作成部１１０は、加工プログラム解析部（図示せず）による加工プログラムの解析結果に従って、工具経路を示す位置指令を作成及び出力する。位置指令の作成は公知技術であるためここでは詳細な説明を省略する。

揺動指令作成部１２０は、位置指令に加算するための揺動指令を作成及び出力する。揺動指令の作成は例えば特許文献１記載の手法により実現できる。揺動指令は、位置指令作成部１１０が出力した位置指令に加算され、加算された指令がサーボモータを駆動することで揺動切削が実現される。

揺動指令作成判定部１３０は、揺動切削の実行中に、工具が実際にワークを切削しているか否かを判定し、ワークを切削していないと判定された場合に揺動指令の作成を停止させる。すなわち揺動指令作成部１２０の動作を一時的に停止させる。これにより、揺動切削の実行中であっても、実際に切削を行っていない間（例えば逆行中など）は揺動指令が出力されず、工具の揺動が停止する。

揺動指令作成判定部１３０は、工具が実際にワークを切削しているか否かを判定する切削中判定部１３１を有する。切削中判定部１３１は、任意の手法で切削中か否かを判定することができるが、以下実施例として３つの判定手法を例示する。

＜実施例１＞
図２に示すように、実施例１にかかる制御装置１００は、加工プログラム解析部（図示せず）による加工プログラムの解析結果を参照し、切削が完了した経路（すなわち加工開始から現在までの間に切削送りで移動した経路）を記憶する切削済み経路記憶部１３２をさらに有する。切削中判定部１３１は、加工プログラムの解析結果と、切削済み経路記憶部１３２とを参照し、揺動切削指令に従って加工中の経路が、既に切削が完了した経路と重複する（すなわち少なくとも部分的に一致する）か否かを判定する。重複する場合、切削中判定部１３１は、非切削中であるとの判定結果を出力する。切削中判定部１３１は、一定周期で上記処理を繰り返し実施するので、既に切削が完了した経路と重複する経路を通過する間は「非切削中」、未切削の経路を加工する間は「切削中」である旨の判定結果が出力される。

これにより、揺動指令作成判定部１３０は、既に切削が完了した経路と重複する経路を通過する間は揺動指令作成部１２０による揺動指令の作成を停止させ、未切削の経路を加工する間は揺動指令作成部１２０による揺動指令の作成を許容する。したがって、制御装置１００は、既に切削が完了した経路と重複する経路を通過する間は揺動切削を停止し（通常の切削送りとなる）、未切削の経路を加工する間は揺動切削を実行する。

図３を用いて、従来の制御装置と、実施例１における制御装置１００との動作の違いについて説明する。図３の例では、制御装置は１番から５番までの経路を順にたどって切削加工を行うものとする。破線の円で囲まれた経路（Ｘ３０．０→Ｘ８０．０，Ｚ１００）は、４番の加工において切り上げ動作が完了した段階で切削が完了する部分である。

従来の制御装置は、揺動切削ブロックの実行中は、既に切削が完了した経路であったとしても工具を揺動させる。したがって、５番の加工を行う際、揺動切削指令がなされていれば、破線の円で囲まれた経路においても揺動動作を行っていた。

一方、実施例１では、４番の切り上げ動作が完了した段階で、破線の円で囲まれた経路（Ｘ３０．０→Ｘ８０．０，Ｚ１００）が切削済み経路記憶部１３２に記憶される。制御装置１００は、揺動切削ブロックの実行中、切削済み経路記憶部１３２に記憶された経路では工具の揺動を停止させる。したがって、５番の加工を行う際、揺動切削指令がなされていたとしても、破線の円で囲まれた経路においては揺動動作は行われない。

本実施例によれば、制御装置１００は、加工プログラムの解析結果に基づいて切削中か否かを判断する。センサ等を要せずに切削中か否かを判定できるため、低コストで不要な揺動を停止することが可能である。

＜実施例２＞
図４に示すように、実施例２にかかる制御装置１００は、逆行（リトレース）が実行された場合に、その時点で実行中であった加工プログラムのブロック番号と、逆行開始点の機械座標値とを記憶する逆行開始位置記憶部１３３をさらに有する。例えば図５に示す加工プログラムのＮ２１ブロックを実行中に、機械座標Ｚ５５．０において逆行が実行されたとする。このとき逆行開始位置記憶部１３３は、ブロック番号Ｎ２１と、機械座標Ｚ５５．０とを記憶する。

切削中判定部１３１は、逆行開始位置記憶部１３３を参照し、実行中であった加工プログラムのブロック番号と、逆行開始点の機械座標値とに基づいて切削済み経路を算出する。例えば図５に示すように、逆行開始位置記憶部１３３に記憶されているブロック番号がＮ２１、機械座標がＺ５５．０であれば、切削済み経路は破線の円で囲まれた部分（Ｘ３０．０，Ｚ２０．０→Ｚ５５．０）であると特定できる。

以降は、実施例１と同様に処理できる。すなわち、切削中判定部１３１は、揺動切削指令に従って加工中の経路が、切削済み経路と重複する（すなわち少なくとも部分的に一致する）か否かを判定する。重複する場合、切削中判定部１３１は、非切削中であるとの判定結果を出力する。
図６を用いて、従来の制御装置と、実施例２における制御装置１００との動作の違いについて説明する。

従来の制御装置は、揺動切削ブロックの実行中は、既に切削が完了した経路であったとしても工具を揺動させる。したがって、逆行及び再順行中に切削済み経路を通過する際においても、揺動切削指令がなされていれば揺動動作を行っていた。

一方、実施例２では、逆行が実行された時点で、切削済み経路を特定するための情報が逆行開始位置記憶部１３３に記憶される。制御装置１００は、揺動切削ブロックの実行中、切削済み経路記憶部１３２に記憶された経路では工具の揺動を停止させる。したがって、逆行及び再順行中の切削済み経路においては揺動動作は行われない。

本実施例によれば、実施例１と比較して記憶すべき情報量を抑制できる。したがって、制御装置１００は、切削中判定を高速に実行できる。また、ワーク領域の消費を抑えることができる。

なお、実施例１及び実施例２において、揺動停止及び揺動再開のタイミングは、厳密には例えば以下のように特定できる。

図７に、揺動停止のタイミングの特定方法を示す。揺動中の工具が、ワークの周方向において一箇所でも切削済み経路に達した場合（図７下図参照）は、その時点で揺動を停止して良い。その時点で揺動を停止したとしても、ワークが１周する毎に必ず切屑が分断されるためである。したがって、望ましい揺動停止のタイミングは、工具位置が切削済み経路に達した時点ということとなる。

一方、工具の揺動が停止状態から揺動を再開するタイミングは、工具位置が未切削経路に到達したときとなる。

＜実施例３＞
実施例３にかかる切削中判定部１３１は、工具が実際にワークを切削しているか否かを、機械の状態を示す値に基づいて判定する。切削中判定部１３１は、機械の状態を示す値を随時（典型的には一定時間毎に）取得し、取得した値に基づき切削中か否かを判定する。

例えば切削中判定部１３１は、送り軸又は主軸に取り付けられた切削負荷センサからのフィードバックを一定時間毎に取得する。一般に、非切削中の切削負荷センサの出力値は、切削中の切削負荷センサの出力値よりも低いと想定されるので、切削中判定部１３１は、切削負荷センサの出力値が所定のしきい値以下となった場合に非切削状態であるとの判定を行う。

あるいは切削中判定部１３１は、送り軸又は主軸の電流値を一定時間毎に取得する。一般に、非切削中の電流値は、切削中の電流値よりも低いと想定されるので、切削中判定部１３１は、電流値が所定のしきい値以下となった場合に非切削状態であるとの判定を行う。

あるいは切削中判定部１３１は、送り軸の指令位置と実位置との差である位置偏差量を一定時間毎に取得する。一般に、非切削中の位置偏差量は、切削中の位置偏差量よりも小さいと想定される（切削中の負荷により実速度が低下すると位置偏差量が増大すると考えられる）ので、切削中判定部１３１は、位置偏差量が所定のしきい値以下となった場合に非切削状態であるとの判定を行う。

あるいは切削中判定部１３１は、主軸の指令速度と実速度との差を一定時間毎に取得する。一般に、非切削中の指令速度と実速度との差は、切削中の指令速度と実速度との差よりも小さいと想定される（切削中の負荷により実速度が低下すると考えられる）ので、切削中判定部１３１は、指令速度と実速度との差が所定のしきい値以下となった場合に非切削状態であるとの判定を行う。

なお切削中判定部１３１は、上述の機械の状態を示す値のいずれか１つを利用して切削中か否かを判定できるし、複数の値を利用して判定しても良い。また機械の状態を示す他の値を利用して同様の判定を行っても構わない。

ところで、図８に示すように、揺動切削中は必ず空振り区間（現在の工具経路と過去の工具経路とが交錯し、ワークの切削を行わないこととなる区間）がある。実施例３の手法では、この空振り区間についても非切削中と判定してしまい、揺動が予期せず停止してしまうことがありうる。したがって、空振り区間を切削中か否かの判定対象から除外することが好ましい。例えば、切削中判定部１３１は、空振り区間においては切削中か否かの判定処理を実行しないなどの制御を行うことができる。なお空振り区間の特定方法は公知技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

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又は実施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、上述の実施の形態においては、ワークが回転すると共に工具がワークに対して揺動することで揺動切削を行うことを前提として説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、工具が回転すると共にワークが工具に対して揺動する場合においても適用可能であることは勿論である。

１００ 制御装置
１１０ 位置指令作成部
１２０ 揺動指令作成部
１３０ 揺動指令作成判定部
１３１ 切削中判定部
１３２ 切削済み経路記憶部
１３３ 逆行開始位置記憶部

Claims (6)

1. 揺動切削を行う制御装置であって、
   揺動指令を出力する揺動指令作成部と、
   工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部と、
   切削が完了している切削済み経路を記憶する切削済み経路記憶部とを有し、
   前記揺動指令作成判定部は、工具経路と前記切削済み経路とが重複する場合においては前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする
   制御装置。
2. 揺動切削を行う制御装置であって、
   揺動指令を出力する揺動指令作成部と、
   工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部と、
   逆行開始時点で実行中であった加工プログラムのブロック番号と、逆行開始点の座標値とを記憶する逆行開始位置記憶部とを有し、
   前記揺動指令作成判定部は、工具経路と、前記ブロック番号及び前記座標値により特定される切削済み経路とが重複する場合においては前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする
   制御装置。
3. 前記揺動指令作成判定部は、工具位置が前記切削済み経路に達したときに前記揺動指令の出力を停止させることを特徴とする
   請求項１又は２記載の制御装置。
4. 揺動切削を行う制御装置であって、
   揺動指令を出力する揺動指令作成部と、
   工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、
   前記揺動指令作成判定部は、送り軸又は主軸に取り付けられた切削負荷センサが示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする
   制御装置。
5. 揺動切削を行う制御装置であって、
   揺動指令を出力する揺動指令作成部と、
   工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、
   前記揺動指令作成判定部は、送り軸の指令位置と実位置との差である位置偏差量が示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする
   制御装置。
6. 揺動切削を行う制御装置であって、
   揺動指令を出力する揺動指令作成部と、
   工具によるワークの切削が実際に行われているか否かを判定し、非切削中においては前記揺動指令の出力を停止させる揺動指令作成判定部とを有し、
   前記揺動指令作成判定部は、主軸の指令速度と実速度との差が示す値に基づいて切削が実際に行われているか否かを判定することを特徴とする
   制御装置。