JP6823016B2 - 数値制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ前の前記加工穴から最も近い位置にある未加工の前記加工穴を次の前記加工穴として決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークを複数の領域に分割し、前の前記加工穴と同じ前記領域内において次の前記加工穴を決定し、前記領域内の全ての前記加工穴の加工が終了した場合は他の前記領域内において次の前記加工穴を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ複数の前記加工穴を巡る経路が最短となるように前記加工穴の加工順序を決定することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合に前記ワークの温度がTt/2となる範囲の時間変化を、前記加工穴各々について求め、前記加工位置決定部は、前の加工穴の加工で生じる前記範囲と、次の加工穴の加工で生じる前記範囲と、が重複する場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、前記温度Ttはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの温度の時間変化を、前記ワーク上に複数設けられた測定点又は小区画において求め、前記加工位置決定部は、前記測定点又は小区画のいずれかにおいて、前の加工穴の加工で生じる熱と、次の加工穴の加工で生じる熱と、の合算値がTtを超える場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、前記温度Ttはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により前記熱分布を求めることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記熱影響計算部は、サンプル加工時の前記熱分布を測定したデータセットを用いて前記熱分布を求めることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記加工部は、前記加工位置決定部が決定した順序に従って前記加工穴を加工するための加工プログラムを生成することを特徴とする。
本発明の実施形態1による数値制御装置1は、ワークの熱伝導性を考慮して、熱の影響を受けない加工位置(加工穴の位置)を決定する。また、熱の影響を受けない加工順序を決定できる。さらに、熱の影響を受けない加工を行うための加工プログラムを自動生成できる。
・熱分布の計算手法(1)
熱影響計算部101は、例えば、有限要素法をはじめとする、熱分布を計算可能な公知の計算手法を用いて、各加工穴の加工を行った場合の熱分布を逐次計算することができる。この場合、計算に必要な各種定数や固有値等は予め取得又は特定され、所定の記憶領域に格納されているものとする。
Cv:比熱と密度の積 (J/m3)
T:温度 (K)
t:時間 (sec)
λ:熱伝導率 (J/(m・sec・K))
q(t):流入した単位時間・単位体積あたりの熱量(レーザ照射熱、パンチの摩擦熱など) (J/ sec・ m3)
熱影響計算部101は、熱分布の計算手法(1)において経過時間tにおけるワーク温度がTt/2以上となる小区画(又はその代表点)をまとめることにより、熱影響の最大範囲を求めることができる。この熱影響の最大範囲を用いることで、後述するように、少ない計算資源で高速に加工位置の適否を判定することが可能となる。
上述の熱分布の計算手法(1)によれば、任意のワーク形状、ワーク素材及び加工形状等の下での熱分布を計算できるが、相当の計算リソースも必要である。熱分布の計算手法(3)では、熱影響計算部101は、熱分布の計算手法(1)で得られた計算結果をデータベースに蓄積しておく。より具体的には、例えばワーク形状、加工形状及びCv,λ,q(t)等の定数ごとに、各小区画での、加工からの経過時間tにおけるワーク温度をデータベースに蓄積する。
熱影響計算部101は、実際にサンプル加工を行い、サーモグラフィ等の温度計測手段を使用してワークの温度を測定した結果を参照して、各加工穴の加工を行った場合の熱分布を特定することもできる。例えばあるワークに対し、ある加工形状で穴あけ加工を行った場合のワークの温度を、所定時間毎に複数の測定点で測定し、測定結果をデータベース化又は数式化するなどして蓄積する。より具体的には、例えばワーク形状、加工形状及びCv,λ,q(t)等の定数ごとに、加工位置からの距離、加工からの経過時間、ワーク温度を対応付けてデータベースに蓄積する。
加工位置決定部102は、上述の熱分布の計算手法(2)により求められる熱影響の最大範囲を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。本手法では、熱影響の最大範囲という幾何学的情報を使用して、加工位置の適否を判定する。この手法は後述の加工位置の決定手法(2)乃至(4)に比べて計算が簡易で済み、少ない計算資源で高速に加工位置を決定することができる。
ステップ2.熱分布の計算手法(2)により、前回の加工から移動時間t経過後の、前回の加工による熱影響の最大範囲A1(t)を求める。
ステップ3.熱分布の計算手法(2)により、移動時間t経過時点において未加工位置Pで加工を行ったことによる、加工直後の熱影響の最大範囲A2(t)を求める。
ステップ4.A1(t)とA2(t)が干渉、すなわち少なくとも一部が重なり合っているか否か判定する。干渉している場合は、ステップ6に遷移する。この場合はワーク温度がTt以上になる領域があるので、未加工位置Pは次の加工位置としてふさわしくない(熱変形が起こる可能性がある)ことになる。干渉していない場合は(図6参照)、ステップ5に遷移する。
ステップ5.未加工位置Pを、次の加工位置として決定する。
ステップ6.未加工位置Pを、未加工位置Pの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ1以降の計算を繰り返す。
加工位置決定部102は、上述の熱分布の計算手法(1)により算出した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。上述の加工位置の決定手法(1)に比べより精緻に未加工位置を探索できる。
ステップ2.熱分布の計算手法(1)により、前回の加工から移動時間t経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間t経過後の、ワーク上に設定された複数の小区画におけるワークの温度を求める。
ステップ3.熱分布の計算手法(1)により、移動時間t経過時点において未加工位置Pで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Pでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の小区画におけるワークの温度を求める。
ステップ4.ワーク上の各測定点において、ステップ2で求めた温度(前回の加工によるもの)とステップ3で求めた温度(未加工位置Pでの加工によるもの)とを合算し、合算温度がTt以上となる小区画が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ6に遷移する。この場合はワーク温度がTt以上になる点があるので、未加工位置Pは次の加工位置としてふさわしくない(熱変形が起こる可能性がある)ことになる。存在しない場合は、ステップ5に遷移する。
ステップ5.未加工位置Pを、次の加工位置として決定する。
ステップ6.未加工位置Pを、未加工位置Pの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ1以降の計算を繰り返す。
加工位置決定部102は、上述の熱分布の計算手法(3)により予測及び蓄積した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。類似条件下で計算された温度分布をいわば再利用することで、上述の加工位置の決定手法(2)に近い精度を保ちつつ計算量を削減することができる。
ステップ2.熱分布の計算手法(3)により、前回の加工から移動時間t経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間t経過後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ3.熱分布の計算手法(3)により、移動時間t経過時点において未加工位置Pで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Pでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ4.ワーク上の各測定点において、ステップ2で求めた温度(前回の加工によるもの)とステップ3で求めた温度(未加工位置Pでの加工によるもの)とを合算し、合算温度がTt以上となる測定点が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ6に遷移する。この場合はワーク温度がTt以上になる点があるので、未加工位置Pは次の加工位置としてふさわしくない(熱変形が起こる可能性がある)ことになる。存在しない場合は、ステップ5に遷移する。
ステップ5.未加工位置Pを、次の加工位置として決定する。
ステップ6.未加工位置Pを、未加工位置Pの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ1以降の計算を繰り返す。
加工位置決定部102は、上述の熱分布の計算手法(4)により実測及び蓄積した熱分布を使用して、前回の加工で発生した熱の影響を受けない最も近い未加工位置を探し出すことができる。類似条件下で実測された温度分布をいわば再利用することで、上述の加工位置の決定手法(2)や(3)に近い精度を保ちつつ、予測値算出にかかる計算量を不要とすることができる。
ステップ2.熱分布の計算手法(4)により、前回の加工から移動時間t経過後の、ワークの熱分布を求める。具体的には、前回の加工から移動時間t経過後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ3.熱分布の計算手法(4)により、移動時間t経過時点において未加工位置Pで加工を行ったことによる、加工直後の熱分布を求める。具体的には、未加工位置Pでの加工直後の、ワーク上に設定された複数の測定点におけるワークの温度を求める。
ステップ4.ワーク上の各測定点において、ステップ2で求めた温度(前回の加工によるもの)とステップ3で求めた温度(未加工位置Pでの加工によるもの)とを合算し、合算温度がTt以上となる測定点が存在するか否か判定する。存在する場合は、ステップ6に遷移する。この場合はワーク温度がTt以上になる点があるので、未加工位置Pは次の加工位置としてふさわしくない(熱変形が起こる可能性がある)ことになる。存在しない場合は、ステップ5に遷移する。
ステップ5.未加工位置Pを、次の加工位置として決定する。
ステップ6.未加工位置Pを、未加工位置Pの次に前回の加工位置に近い未加工位置で更新し、ステップ1以降の計算を繰り返す。
実施の形態1の数値制御装置1を使用し、図11のフローチャートに示す手順で熱変形の生じない加工位置を順次決定していくと、所定の加工順序が形成される(図12参照)。この加工順序に従って加工を進めると、場合により、互いに距離の遠い複数の未加工位置が残されてしまい、加工効率に問題が生じることがある。実施の形態2では、このような問題を解決し加工効率を向上させる。
実施の形態1の数値制御装置1において、加工位置決定部102は、前回の加工位置から最も移動距離が近く、かつ熱変形が生じない未加工位置を次回の加工位置として決定した。このような手法で加工位置を順次決定していくと(図11のフローチャート参照)、一定の加工順序を自動的に形成しうることは上述した。しかしながら、このように形成された加工順序は、熱変形の回避という観点では適切であるが、加工効率という観点では必ずしも最適化されたものとはいえない。上述の実施の形態2もこの問題を解決するための一手法であったが、実施の形態3では、移動経路を最小化するため巡回セールスマン問題を適用することによってこの問題を解決する。
以上、本発明の主要な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。
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 不揮発性メモリ
18 インタフェース
10 バス
16 軸制御回路
17 サーボアンプ
50 サーボモータ
60 入出力装置
101 熱影響計算部
102 加工位置決定部
103 加工部
Claims (10)
- 加工位置及び加工形状が定められた複数の加工穴をワークに加工する数値制御装置であって、
前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの熱分布の時間変化を、前記加工穴各々について求める熱影響計算部と、
前の前記加工穴を加工してから次の前記加工穴を加工するまでの経過時間と、前の前記加工穴及び次の前記加工穴を加工した場合の熱分布と、に基づいて、前記ワークが熱変形を生じない次の前記加工穴を決定する加工位置決定部と、
前記加工穴を加工する加工部と、を有することを特徴とする
数値制御装置。 - 前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ前の前記加工穴から最も近い位置にある未加工の前記加工穴を次の前記加工穴として決定することを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記加工位置決定部は、前記ワークを複数の領域に分割し、前の前記加工穴と同じ前記領域内において次の前記加工穴を決定し、前記領域内の全ての前記加工穴の加工が終了した場合は他の前記領域内において次の前記加工穴を決定することを特徴とする
請求項2記載の数値制御装置。 - 前記加工位置決定部は、前記ワークが熱変形を生じず、かつ複数の前記加工穴を巡る経路が最短となるように前記加工穴の加工順序を決定することを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合に前記ワークの温度がTt/2となる範囲の時間変化を、前記加工穴各々について求め、
前記加工位置決定部は、前の加工穴の加工で生じる前記範囲と、次の加工穴の加工で生じる前記範囲と、が重複する場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、
前記温度Ttはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記熱影響計算部は、前記加工位置及び前記加工形状で前記加工穴を加工した場合の前記ワークの温度の時間変化を、前記ワーク上に複数設けられた測定点又は小区画において求め、
前記加工位置決定部は、前記測定点又は小区画のいずれかにおいて、前の加工穴の加工で生じる熱と、次の加工穴の加工で生じる熱と、に基づいて算出される合算温度がTt以上である場合に前記ワークが熱変形を生じるものと判定し、
前記温度Ttはワークが熱変形を生じうる温度であることを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。
- 前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により前記熱分布を逐次求めることを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記熱影響計算部は、有限要素法を含む近似的計算手法により求めた前記熱分布の予測値を含むデータセットを参照して前記熱分布を求めることを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記熱影響計算部は、サンプル加工時の前記熱分布の実測値を含むデータセットを参照して前記熱分布を求めることを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。 - 前記加工部は、前記加工位置決定部が決定した順序に従って前記加工穴を加工するための加工プログラムを生成することを特徴とする
請求項1記載の数値制御装置。
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