JP7175340B2 - 工作機械、情報処理装置および情報処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械、情報処理装置および情報処理プログラムに関する。

上記技術分野において、特許文献１には、干渉を検出した場合に送り速度を低下させる技術が開示されている。この技術では、干渉チェック後に、複数の送り速度でシミュレーションを行い、低速にすることで「ダレた軌跡」を回避し、結果として干渉を回避している。

特開２０１２－５８９７６号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術は、あくまでもシミュレーション上での速度制御であり、工作機械における干渉チェックを効果的に行うことはできなかった。

上記課題を解決するため、本発明に係る装置は、
工作機械で機械加工を行う前に実施される、加工プログラムに基づいた加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置を、第１分割点として判定する判定部と、
実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において前記工具を一時停止させるためのコード、または実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において前記工具の移動速度を低下させるためのコードを前記加工シミュレーションにおいて用いられた前記加工プログラムに追加して更新されたを含む加工プログラムを実際の工作機械で実行される前に生成する加工プログラム生成部と、
を備えた情報処理装置である。

上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、
工作機械で機械加工を行う前の加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置座標を、第１分割点として判定する判定ステップと、
実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において、前記工具を一時停止させる、または実際の工作機械での動作中に前記工具の移動速度を低下させるためのコードを前記加工シミュレーションにおいて用いられた前記加工プログラムに追加して更新された加工プログラムを実際の工作機械で実行される前に生成する加工プログラム生成ステップと、
をコンピュータに実行させる情報処理プログラムである。

本発明によれば、工作機械での干渉チェックを効果的に行うことができる。

第１実施形態に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る情報処理装置の処理について説明する図である。 第２実施形態に係る情報処理装置の処理について説明する図である。 第２実施形態に係る情報処理装置の処理について説明する図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての情報処理装置１００について、図１を用いて説明する。情報処理装置１００は、加工プログラムを生成する装置である。

図１に示すように、情報処理装置１００は、判定部１０１と加工プログラム生成部１０２とを含む。

判定部１０１は、工作機械１１０で機械加工を行う前のシミュレーションにおいて、工具１１１および工具取付部（工具主軸や刃物台など）１１２の少なくとも一方が、ワーク１１３、治具１１４および機械カバー（不図示）の少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置座標を、第１分割点として判定する。

加工プログラム生成部１０２は、第１分割点において、工具１１１を一時停止させる、または工具１１１の移動速度を低下させるように加工プログラム１２０を生成する。

本実施形態のように加工プログラム１２０を生成すれば、工作機械１１０での干渉チェックにおいて、干渉が起こりそうな領域で自動的に工具が一時停止したり、移動速度が低下したりするため、オペレータは、余計な操作を行うことなく、干渉を確実にチェックできる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る工作機械システムについて、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る情報処理装置２００を説明するための図である。

情報処理装置２００は、ＮＣシミュレータであり、ＣＡＭ２４０が生成した加工プログラムとしてのＮＣプログラム２３０に応じて加工シミュレーションを行い、数値制御装置２２０で用いられる加工プログラムとしてのＮＣプログラム２３０を更新する。情報処理装置２００は、ＮＣシミュレーション部２０１と、判定部２０２と、ＮＣプログラム更新部２０３とを含む。

ＣＡＭ２４０は、メインプロセッサ部２４１とポストプロセッサ部２４２とを有する。メインプロセッサ部２４１は、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）２６０から取得した形状データに基づいてＣＬデータ２４３を生成する。ポストプロセッサ部２４２は、ＣＬデータ２４３からＮＣプログラム２３０を生成する。ＮＣプログラム２３０は、ワーク情報や治具情報２７０とともに、情報処理装置２００に送られる。

ＮＣシミュレーション部２０１は、ＣＡＭ２４０において生成されたＮＣプログラム２３０に基づいて加工シミュレーションを行う。

判定部２０２は、加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置座標を、第１分割点として判定する。言い換えれば、シミュレーション中の位置決め動作でワーク/治具/工具/機械カバーがあらかじめ指定した距離よりも接近する分割点を認識する。

ＮＣプログラム更新部２０３は、第１分割点において、工具を一時停止させる、または工具の移動速度を低下させるように更新されたＮＣプログラム２５０を生成する。つまり、分割点に基づいて、ＮＣプログラムをアップデートし、一時停止または速度低下させるためのタグ（Ｍコード）を追加する。更新されたＮＣプログラム２５０は数値制御装置２２０に入力される。

数値制御装置２２０は、工作機械２１０における加工を数値制御する装置であり、ＮＣプログラム２３０を解釈するＮＣインタプリタ２２１と工作機械２１０に制御指令を出力する指令出力部２２２とを含む。

工作機械２１０としては、例えば、ワークに付加加工（Additive Manufacturing）を加える機械、ワークに除去加工（Subtractive Manufacturing）を加える機械、レーザなどの光を照射して加工する機械などが挙げられる。具体的には、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤、多軸加工機、レーザ加工機、積層加工機等のように、ＮＣプログラムに基づいて数値制御され、金属、木材、石材、樹脂等のワークに対して、旋削、切断、穿孔、研削、研磨、圧延、鍛造、折り曲げ、成形、微細加工、積層加工等の各種の加工を施す機械であればよい。さらに、工作機械は計測機能を有するものでもよく、タッチプローブやカメラ等の計測器を用いてワークの寸法等を計測可能に構成されたものでもよい。

工作機械２１０は、例えば３軸加工機であり、機械要素として、主軸モータ２１１および送り軸モータ２１２を含む。主軸モータ２１１は、工具を回転させ、送り軸モータ２１２は、ボールねじ等を介してテーブルをＸ，Ｙ軸方向に直線移動させたり、工具またはテーブルをＺ軸方向に直線移動させたりする。工作機械２１０はもちろん５軸加工機でもよい。

主軸モータサーボコントローラ２１３は、指令出力部２２２からの制御指令に基づいて主軸モータ２１１を制御する。送り軸モータサーボコントローラ２１４は指令出力部２２２からの制御指令に基づいて送り軸モータ２１２を制御する。

数値制御装置２２０は、更新されたＮＣプログラム２５０を解釈し、プログラム中に埋め込まれたタグ（Ｍコード）を認識して、工作機械２１０に特殊な制御指令を出力する。この制御指令は、各種コントローラ２１３，２１４に送られ、主軸モータ２１１や送り軸モータ２１２が所定の位置で、「一時停止」または「低速回転」する。

つまり、更新されたＮＣプログラム２５０によれば、工作機械２１０でのＮＣプログラムチェック中、位置決め(G0または一定速度以上のG1/G2/G3)動作で、ワーク、治具、工具、工具取付部、および機械カバーが互いに接近するタイミングでは、自動で「一時停止」または「速度低下」する。これにより、オペレータの見過ごしによる干渉事故の発生を防止することができる。なお、量産加工時はプログラムチェックが不要なため、工作機械２１０において「量産モード」ではなく「試作モード」のみ、上記の「一時停止」または「速度低下」を有効にしてもよい。「試作モード」と「量産モード」とは、工作機械でプログラムチェックを行う場合などに工作機械の操作盤上で、選択できるモードである。本実施形態では、「試作モード」と「量産モード」の２つのモードを例に説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、工作機械２１０は、他のモードを備えてもよい。

工作機械２１０において、サイクルスタートボタン２１５を押下すると、事前設定されている早送りオーバライドの値で各モータ２１１，２１２が再度動作する。

早送りオーバライドはハードウェアのダイアルのため、ソフトウェアで強制的に再開後の早送りオーバライドを設定した場合に、ハードウェアのダイアル値と実際のオーバライドの値にズレが発生する。その場合、ハードウェアのダイアル値を下げて、「ハードウェアのダイアル値」よりも、「再開後の早送りオーバライドの値」が大きくなったときにソフトウェアでの強制的な早送りオーバライドの値の設定を解除し、ハードウェアのダイアル値での設定を有効にする。
工作機械２１０は、工具または工具取付部が工作機械の他の部分から所定距離だけ離れた位置において工具の移動を停止させるための第１コードまたは、その位置において工具の移動速度を低下させるための第２コード（例えばＭ９９８）を含む加工プログラムを実行可能である。
また、工作機械２１０は、工具を取り付け可能な工具取付部と、加工プログラムを実行し、工具取付部を移動させる数値制御装置２２０と、第１または第２コードを実行する第１モードと前記第１または第２コードを実行しない第２モードとを選択する選択部（指令出力部２２２に内包される）と、を備える。
数値制御装置２２０は、選択部での選択に基づいて、加工プログラムを実行する。ユーザは実加工でモードを選択し、工作機械２１０は、選択されたモードに応じて加工プログラム中の干渉回避コード（Ｍ９９８）を実行させる。
また、工作機械２１０はシミュレーション部を有してもよく、シミュレーションにおいて、干渉回避モード（所定領域での工具の移動停止や移動速度低下）の選択を行ってもよい。

図３は、情報処理装置２００での処理を説明するための図である。加工シミュレーションにおいて、工具３０１および工具取付部３０２が点１から点２～４を経て点５まで軌道３０３上を動くように、ＣＡＭ２４０が生成したオリジナルのＮＣプログラム２５０が構成されているとする。ただし、点１から点２までの移動は位置決め（Ｇ０）指令によるものであり、点２から点３を経て点４までは、切削送り（Ｇ１）指令によるものである。さらに点４から点５までの移動は、位置決め（Ｇ０）指令によるものである。

判定部２０２は、まず、ワーク３０４の位置（範囲）からＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に指定された距離（ここでは例として５０mm）だけ離れた位置に境界線３０５，３０６を設定し、その境界線の内部を指定距離領域３０７とする。なお、ここでは、各軸に同じオフセット量（距離）を設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各軸に異なるオフセット量を設定してもよい。また、ワーク、治具、カバーごとに異なるオフセット量を設定してもよい。さらには、ここで指定距離領域３０７は、ワーク、治具、カバーなどからの「距離」によって定められているが、本発明はこれに限定されるものではない。ワーク、治具、カバーなどの位置に基づいて定められ、干渉防止を考慮した形状の所定領域であれば、どのような領域でもよい。

指定距離領域３０７は、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つから所定距離以内の領域である。あるいは、指定距離領域３０７は、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つから、Ｘ方向に第１距離以内かつ、Ｚ方向に第２距離以内の領域である。

図３では、指定距離領域３０７を矩形領域として描いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ワーク（材料）の形状に応じた領域となる。また、図３では、指定距離領域３０７は、平面形状のように見えるが、実際には、立体形状である。

そして、軌道３０３が、指定距離領域３０７の内部に入る点を分割点１とし、軌道３０３が指定距離領域３０７の内部から出る点を分割点２とする。分割点１、２の座標を用いて、オリジナルのＮＣプログラム２３０を修正し、更新されたＮＣプログラム２５０を生成する。つまりＮＣプログラム更新部２０３は、分割点１において、工具を一時停止させる、または工具の移動速度を低下させるようにＮＣプログラム２５０を生成する。

同時に、加工シミュレーションにおいても、分割点１から分割点２までの工具３０１の移動速度が低下するように制御する。なお、ここでは速度を低下させる例について述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。加工シミュレーションにおいても、工作機械２１０においても、分割点１で、工具３０１を停止させて、オペレータに手動での移動を促してもよい。

例えば、図４に示すように、点１から点２までの移動の前に、分割点１において、Ｍ９９８という、干渉チェックオンを表すＭコードのコマンド２５１を挿入する。さらに、点４から点５までの移動の前に、分割点２において、Ｍ９９９という、干渉チェックオフを表すＭコードのコマンド２５２を挿入する。Ｍ９９８は、干渉チェックオンを意味し、モータの低速回転開始指令であり、Ｍ９９９は、干渉チェックオフを意味し、モータの低速回転終了指令であると、数値制御装置２２０においてあらかじめ対応テーブルが用意されているものとする。

つまり、ＮＣプログラム更新部２０３は、分割点１において、工具の移動速度の低下を開始させ、分割点２において工具の移動速度の低下から復帰させるＮＣ工プログラムを生成する。

これにより、工作機械２１０は、更新されたＮＣプログラム２５０を実行すると、埋め込まれたコマンド２５１，２５２を認識して、オペレータが何も操作しなくても、分割点１から分割点２まで、低速で工具３０１が移動する。これにより、オペレータは、工具と、加工対象や、加工対象をホールドする治具（例えば爪）が接近するタイミングでは、それらが本当にぶつからないか、じっくりと寸法チェックすることができる。

量産加工時は干渉チェックが不要なため、工作機械２１０に「試作モード」と「量産モード」を用意して「試作モード」の時のみ、コマンド２５１，２５２を有効にしてもよい。つまり、「量産モード」では、上述したＭ９９８やＭ９９９を読み飛ばす仕様にすればよい。

工作機械２１０は、接近する対象物によって、ワークを外して干渉チェックしてもよい。また、ワーク（材料）をつけて、ＮＣプログラムを走らせながら、工具を交換してから加工を開始するまでの、最初の工具のアプローチや、加工が終了してから工具が待機位置に退避するまでの動きを、低速状態でチェックしてもよい。

シミュレーションでのチェックに合わせて、実際の工作機械２１０でも低速でチェックすることにより、より一層確実に干渉事故を回避することができる。

図５は、情報処理装置２００での処理の流れを説明するフローチャートである。

情報処理装置２００は、ステップＳ５０１において、ＣＡＭ２４０から、機械情報、ワーク情報、治具情報および工具情報２７０を取得する。次に、ステップＳ５０２では、ワークおよび治具、機械カバーなど、干渉が懸念される部材の周囲に、指定距離領域を設定する。

さらにステップＳ５０３では、工具等の軌道が指定距離領域に入る第１分割点の座標、および指定距離領域から出る第２分割点の座標を算出する。

ステップＳ５０４では、加工シミュレーション中、第１分割点から第２分割点までの軌道における工具の移動速度を低速化する。

ステップＳ５０５では、ＣＡＭからのオリジナルＮＣプログラムに対して、第１分割点から第２分割点まで、工具等が低速で移動するように所定のコマンドを挿入し、更新されたＮＣプログラムを生成する。

その後、工作機械２１０では、更新されたＮＣプログラムにしたがって、試作モードの動作を行い、干渉のチェックを行った後、実加工に進む。

以上、本実施形態によれば、工作機械での干渉チェックにおいて、干渉が起こりそうな領域で自動的に工具が一時停止したり、移動速度が低下したりするため、オペレータは、余計な操作を行うことなく、干渉を確実にチェックでき干渉事故を防止できる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるサーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims (4)

1. 工作機械で機械加工を行う前に実施される、加工プログラムに基づいた加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置を、第１分割点として判定する判定部と、
   実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において前記工具を一時停止させるためのコード、または実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において前記工具の移動速度を低下させるためのコードを前記加工シミュレーションにおいて用いられた前記加工プログラムに追加して更新された加工プログラムを実際の工作機械で実行される前に生成する加工プログラム生成部と、
   を備えた情報処理装置。
2. 前記所定領域は、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つから、所定距離以内の領域である請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記判定部は、さらに、
   前記加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域から出る位置座標を、第２分割点として判定し、
   前記加工プログラム生成部は、前記第２分割点において、前記工具の移動速度の低下から復帰させるためのコードを前記加工シミュレーションにおいて用いられた前記加工プログラムに追加して、更新された加工プログラムを生成する請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 工作機械で機械加工を行う前に実施される、加工プログラムに基づいた加工シミュレーションにおいて、工具および工具取付部の少なくとも一方が、ワーク、治具および機械カバーの少なくとも一つの周囲の所定領域に入る位置座標を、第１分割点として判定する判定ステップと、
   実際の工作機械での動作中に前記第１分割点において、前記工具を一時停止させる、または実際の工作機械での動作中に前記工具の移動速度を低下させるためのコードを前記加工シミュレーションにおいて用いられた前記加工プログラムに追加して更新された加工プログラムを実際の工作機械で実行される前に生成する加工プログラム生成ステップと、
   をコンピュータに実行させる情報処理プログラム。

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