JP7364396B2 - 工作機械の制御装置および制御システム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の制御装置および制御システムに関する。

従来、工具とワークとを一定の比率で回転させることにより、ワークを多角形（ポリゴン：ｐｏｌｙｇｏｎ）の形状に加工するポリゴン加工が存在する。ポリゴン加工では、ワークと工具の回転比およびポリゴン加工用工具の刃の取付本数を変更することにより、ワークを四角形や六角形などの多角形に加工できる。

ポリゴン加工を行う工作機械では、ポリゴン加工をした後、穴あけなどの追加工を行うことがある。この場合、ワークの加工面の中心を割り出し、ワークと穴あけ用などの工具との正確な位置決めを行わなければならない。

従来、ワークの周面の設定位置に多角形の角がくるような切削を行う技術が存在する。例えば、特許文献１参照。

特開平４－１６４５５７号公報

特許文献１には、『ワークの多角形の形状を加工するとき、２つの主軸に対する指令速度をそれぞれの位置ループゲインで除して得られる位置偏差の差だけワークの加工開始位置から工具位置をずらして上記２つの主軸を駆動開始し、２つの主軸が指令速度に達した後加工を開始することによってワークの設定位置から加工を開始することにより、ワークの周面設定位置に多角形の形状の角がくる』と記載されている。

特許文献１に記載の技術は、ポリゴン加工中に形成する多角形の角の位置を調整しているが、ポリゴン加工後の追加工における工具またはワークの位置決めについては対応していない。

従来、ポリゴン加工後の加工面を割り出すには、ポリゴン加工前に工具軸の位置（刃先位置）を予め取得しておく必要がある。刃先位置が分からない場合は、ポリゴン加工開始前に刃先位置をワークの加工面中心に合わせるなど段取り作業が必要である。

工作機械の分野においては、ポリゴン加工によってワークに形成された加工面の位置を検出する技術が望まれている。

本開示の一態様の制御装置は、工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、第１の軸と第２の軸とを回転し、ワークを多角形に加工する工作機械を制御する制御装置であって、ワークの加工に伴い変化する加工データを取得する加工データ取得部と、加工データの変化に基づきワークの加工面が加工された前記第２の軸の角度を検出する位置検出部と、を有する。

本開示の一態様の制御システムは、工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、第１の軸と第２の軸とを回転し、ワークを多角形に加工する工作機械を制御する制御システムであって、ワークの加工に伴い変化する加工データを取得する加工データ取得部と、加工データの変化に基づき前記ワークの加工面が加工された前記第２の軸の角度を検出する位置検出部と、を有する。

本発明の一態様によれば、段取りなどの事前準備を行うこと無くポリゴン加工後のワークの位置検出を行うことができる。

本実施形態における数値制御装置のハードウェア構成図である。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 負荷トルクの変化の一例を示すグラフである。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 加工面中心検出部の検出方法を示す図である。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 加工面中心検出部の検出方法を示す図である。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 複数回の加工面切削および負荷トルクの変化を示す図である。 変数を用いたプログラム例を示す図である。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 軸変換処理を示す図である。 本実施形態における数値制御装置のブロック図である。 誤検出の防止処理を示す図である。 数値制御装置の動作を示すフローチャートである。 代表値算出部の処理を示す図である。 本実施の形態のプログラム例である。

以下、本開示の制御装置を数値制御装置１００に実装した一実施形態を示す。
図１は一実施形態による数値制御装置１００の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１００が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２０を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１００の全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、図示しない入力部を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ１１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等で構成される。不揮発性メモリ１１４は、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１１４には、インタフェース１１５を介して外部機器７２から読み込まれたプログラムや入力部３０を介して入力されたプログラム、数値制御装置１００の各部や工作機械等から取得された各種データ（例えば、工作機械から取得した設定パラメータ等）が記憶される。不揮発性メモリ１１４に記憶されたプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１１２には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

インタフェース１１５は、数値制御装置１００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１００内で編集したプログラムや各種パラメータ等は、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）１１６は、数値制御装置１００に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械やロボット、該工作機械や該ロボットに取り付けられたセンサ等のような装置との間でＩ／Ｏユニット１１７を介して信号の入出力を行い制御する。

表示部７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１１８を介して出力されて表示される。また、ＭＤＩや操作盤、タッチパネル等から構成される入力部３０は、インタフェース１１９を介して作業者による操作に基づく指令やデータ等をＣＰＵ１１１に渡す。

工作機械の各軸を制御するための軸制御回路１３０はＣＰＵ１１１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１４０に出力する。サーボアンプ１４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ１５０を駆動する。軸のサーボモータ１５０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１３０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１３０、サーボアンプ１４０、サーボモータ１５０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工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。後述する機能ブロック図（図２）では、本実施の形態の制御装置は、サーボモータで駆動される工具軸が示されている。

スピンドル制御回路１６０は、工作機械の主軸への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ１６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ１６１はこのスピンドル速度信号を受けて、主軸のスピンドルモータ１６２を指令された回転速度で回転させ、ワーク軸を駆動する。スピンドルモータ１６２にはポジションコーダ１６３が結合され、ポジションコーダ１６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１１によって読み取られる。

図２は、本開示の一実施形態である数値制御装置１００の要部ブロック図である。数値制御装置１００は、工作機械の座標系や加工指令、終了指令などを記述したプログラム１１、プログラム１１を解析して補間部１３の移動指令及びスピンドル制御部１４の軸回転指令を作成するプログラム解析部１２、プログラム解析部１２からの移動指令を基に工具の指令経路を補間計算した補間データを作成しサーボ制御部１５に出力する補間部１３、プログラム解析部１２からの軸回転指令に従いワークを回転させるスピンドル制御部１４と、補間データに従い工具を回転させるサーボ制御部１５と、ポリゴン加工中の加工データを取得する加工データ取得部１６と、加工データ取得部１６が取得した加工データを記憶する加工データ記憶部１７と、加工データ記憶部１７に記憶された加工データに基づいてワークの加工面の位置を検出する位置検出部１８と、を有する。なお、本実施の形態は、工具軸をサーボで駆動する構成であるがスピンドルであってもよい。

加工データ取得部１６は、ポリゴン加工中の加工データを取得する。加工データには、負荷トルク、加工音、振動、熱などがある。例えば、工具がワークに接触する際には負荷トルクが上昇する、特定の音が発生する、工具やワークが振動する、接触箇所が発熱するなどの現象が起こる。加工データ取得部１６は、このようなポリゴン加工により変化する加工データ取得する。

加工データ取得部１６は、工具の回転軸（第１軸）およびワークの回転軸（第２軸）の位置（角度）も取得する。加工データ取得部１６は、ポジションコーダ１６３からワークの回転軸の位置情報を取得し、サーボ制御部１５から工具の回転軸の位置情報を取得する。加工データ記憶部１７は、ポリゴン加工中に加工データ取得部１６が取得した加工データとそれぞれの回転軸の位置情報とを関連付けて記憶する。

加工データの１つである負荷トルクを例として、図３を参照しながら、ポリゴン加工中の加工データの変化について説明する。ポリゴン加工では、工具とワークが同時に回転している。このとき、工具は常にワークに接触し切削しているわけではなく、工具とワークが接触しない状態（非切削状態と呼ぶ）がある。非切削状態では、工具は空転しているので負荷トルクは低い値で推移する。工具がワークを切り始めるとき、すなわち、工具とワークとが接触したとき、負荷トルクは大きくなる（負荷トルクの立ち上がり）。そして、工具がワークを切削している間は負荷トルクが高く、工具とワークが解放されるとき、すなわち、ワークを切り終わるとき、負荷トルクが小さくなる（負荷トルクの立ち下り）。

位置検出部１８は、加工データの値の変化に基づき、ワークの加工面の位置を検出する。加工面の検出方法は、加工データによって異なる。加工音を利用する場合には、工具とワークが接触したときの音、工具がワークを切削するときの音、工具が空転するときの音などを基に加工面の位置を検出する。振動を利用する場合には、工具とワークが接触したときの振動、工具がワークを切削するときの振動、工具が空転するときの振動などを基に加工面の位置を検出する。熱を利用する場合には、工具がワークに接触したときの熱、工具がワークを切削するときの熱などを基に加工面の位置を検出する。

位置検出部１８が検出した加工面の位置は、検出位置１９として記憶される。検出位置１９として記憶された加工面の位置情報は、プログラム解析部１２の解析対象となる。本態様の数値制御装置１００は、位置検出部１８が加工面の位置を自動で検出するため、ポリゴン加工または追加工の前に工具位置をワーク中心に合わせるといった段取りが不要になる。

次いで、図４を参照して本開示の他の態様である数値制御装置１００ａについて説明する。この数値制御装置１００ａの位置検出部１８ａは、加工データから加工面の切り始めを検出する切り始め検出部２１と、切り始めを検出したときのワーク軸の位置に基づき、ワークの加工面の中心を求める加工面中心検出部２２とを有する。

切り始め検出部２１は、加工データの変化に基づき、ワークの切り始めを検出するが、切り始めの検出方法は加工データの種類（負荷トルク、加工音、振動、熱など）に依存する。切り始めの位置は、切り始めたときのワークの回転軸の位置（角度）Ａで表現する。

図５は、ワークを切り始めたときの工具の回転軸の位置Ａから加工面中心までの角度αを算出する方法を示す図である。工具の外形（工具補正量）をＲ、ワークの外形（ポリゴン加工前のワーク径）をＤ、工具の切込み量をＸとすると、ワークの回転軸の中心と工具の回転軸の中心と切り始めの点とを結ぶ三角形は、辺の長さがＲ、Ｄ、Ｒ＋Ｄ－Ｘの三角形となる。ワークの回転軸の中心と工具の回転軸の中心とを結ぶ辺はワークの加工面の中心を通過するので、この辺と長さＤの辺とのなす角αは、切り始めの位置から加工面中心までの差分となる。

この角度αは、余弦定理を用いて以下のように算出できる。
Ｒ²＝Ｄ²＋（Ｒ＋Ｄ－Ｘ）²－２Ｄ（Ｒ＋Ｄ－Ｘ）ｃｏｓα ※余弦定理
ｃｏｓα＝（（Ｒ＋Ｄ－Ｘ）²－Ｒ²＋Ｄ²）／（２Ｄ（Ｒ＋Ｄ－Ｘ））
α＝ａｒｃｃｏｓ（（（Ｒ＋Ｄ－Ｘ）²－Ｒ²＋Ｄ²）／（２Ｄ（Ｒ＋Ｄ－Ｘ）））
位置検出部１８ａは、切り始めを検出したときの角度Ａにαを加算し、加工面中心（Ａ＋α）を求める。

次いで、図６を参照して本開示の他の実施形態である数値制御装置１００ｂについて説明する。この数値制御装置１００ｂの位置検出部１８ｂは、工具とワークの接触を検出する切り始め検出部２１と、工具とワークの解放を検出する切り終わり検出部２３と、切り始め位置および切り終わり位置に基づいて加工面中心を検出する加工面中心検出部２２と、を有する。

図７は、位置検出部１８ｂが加工面中心を検出する方法を示す図である。ここでは加工データとして負荷トルクを使用し、ワークの回転軸（以下、ワーク軸という）の位置を基にワークの加工面を検出する。工具とワークが接触していない非切削状態では、ワークの回転軸にかかる負荷が低いため、負荷トルクは低い値で推移する。ワークと工具が接触したとき、負荷トルクが立ち上がるが、このときのワーク軸の位置Ａを切り始め位置という。ワークと工具が同時に回転し、ワークが工具から離れる（解放される）と、負荷トルクが立ち下がる。このときのワーク軸の位置Ｂを切り終わり位置という。加工面中心は切り始め位置と切り終わり位置の中間であるため、位置検出部１８ｂは以下の式を用いて加工面中心Ｐを求める。
Ｐ＝Ａ＋（Ｂ－Ａ）／２

図８の数値制御装置１００ｃでは、加工面中心を複数回求めて、その代表値（ここでは平均値）を求める。この数値制御装置１００ｃの位置検出部１８ｃは、ワークに形成された加工面の数を検出する加工面数検出部２４と、検出した複数の加工面中心の代表値を算出する代表値算出部２５と、を含む。なお、切り始め検出部２１、切り終わり検出部２３、加工面中心検出部２２は、既出の数値制御装置１００ｂと同様の機能を有する。そのため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９は、工具を複数回切削する様子を示している。図９（ａ）では、工具はワークの長軸（Ｚ軸）に沿って回転しながら移動し、ワークを多面体形状に加工する。図９（ｃ）は、ワークを多面体に切削したときの負荷トルクの変化を示している。加工面を形成するごとに、負荷トルクの立ち上がりと立ち下がりが生じる。多面体の面数は、ワーク軸が３６０°回転する（１回転する）間の負荷トルクの立ち上がり（または立ち下がり）の回数と一致する。ワーク軸が１回転する間に負荷トルクがｍ回立ち上がった場合、ワーク軸に形成される多面体の面数はｍである。

多面体の面数が分かれば、加工データと加工面とを対応づけることができる。例えば、多面体の面数がｍであれば、１面からｍ面の加工を繰り返す。本実施の形態では、切り始め位置Ａ_ｉｊ、切り終わり位置Ｂ_ｉｊ、および加工面中心Ｐ_ｉｊの添え字を用いて、回転数と面数とを表現している。例えば、Ａ_１１は１回転の１面目、Ａ_１２は１回転の２面目、…、Ａ_ｎｍはｎ回転のｍ面目の切り始め位置を示している。Ｂ_１１は１回転の１面目、Ｂ_１２は１回転の２面目、…、Ｂ_ｎｍはｎ回転のｍ面目の切り終わり位置を示している。そして、Ｐ_１１は１回転目の１面目の加工面中心の位置、Ｐ_１２は１回転目の２面目の加工面中心の位置、…、Ｐ_ｎｍはｎ回転目のｍ面目の加工面中心を示している。

代表値算出部２５は、加工面中心検出部が検出した加工面中心の値Ｐ_１１、…、Ｐ_ｎｍを用いて各加工面中心の代表値（ここでは平均値）を求める。平均値を求める式は以下の通りである。
加工面中心Ｐ１（１面の平均）＝（Ｐ_１１＋Ｐ_２１＋…＋Ｐ_ｎ１）／ｎ
加工面中心Ｐ２（２面の平均）＝（Ｐ_１２＋Ｐ_２２＋…＋Ｐ_ｎ２）／ｎ
・・・・
加工面中心Ｐｍ（ｍ面の平均）＝（Ｐ_１ｍ＋Ｐ_２ｍ＋…＋Ｐ_ｎｍ）／ｎ ※n：回転数
このようにワーク軸をｎ回回転させた場合（またはｎ回分の加工データを使用する場合）、各加工面の中心位置の総和を回転数ｎで割り平均値を求める。

代表値としては、平均値のほかに中央値や最頻値等の統計値を用いてもよい。また、切込みが深くなるほど精度が上がるので、最初に検出した加工データは使用せず、ある回数以降の加工データを使用するようにしてもよい。加工データに重みづけを行ってもよい。

また、図９（ｂ）に示すように、Ｚ軸を固定した状態で複数回切削してＸ軸方向の切込み深さを徐々に深くしていく加工も存在する。このような加工でも、加工面中心を複数回検出することが可能であり、検出した加工面中心の代表値を算出することができる。

図８の数値制御装置１００ｃは、加工面中心の値を検出位置として記録している。この例では、１面～６面の加工面中心Ｐ１～Ｐ６の値を＃３３０１～＃３３０６という変数に格納している。変数に格納された値は、プログラム１１で参照して、ポリゴン加工後の追加工で使用することができる。図１０は、変数を用いたプログラム１１の例である。プログラム例１において、「Ｇ００ Ｃ＃３３０１」は、Ｃ軸を＃３３０１（Ｐ１面の中心）へ移動させて、Ｐ１面の割り出しを行う。「Ｇ００ Ｃ＃３３０４」は、Ｃ軸を＃３３０４（Ｐ４面の中心）へ移動させて、Ｐ４面の割り出しを行う。「Ｇ００ Ｃ［＃３３０５＋３０．０］」は、Ｃ軸を＃３３０５（Ｐ５面の中心）に３０度を加算した位置に移動させて、Ｐ５面＋３０度の割り出しを行う。

図１０のプログラム例２では、割り出し専用の指令Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍを作成している。指令Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍは、加工面中心位置Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍに対応している。「Ｇ００ Ｃ００ Ｐ１」は、Ｃ軸をＰ１面の中心へ移動させて、Ｐ１面の割り出しを行う。「Ｇ００ Ｃ００ Ｐ４」は、Ｃ軸をＰ４面の中心へ移動させて、Ｐ４面の割り出しを行う。「Ｇ００ Ｃ００ Ｐ５ Ｑ３０．０」は、Ｃ軸をＰ５面の中心に３０度を加算した位置に移動させて、Ｐ５面＋３０度の割り出しを行う。

次いで、図１１を参照して本開示の他の実施形態である数値制御装置１００ｄについて説明する。この数値制御装置１００ｄの位置制御部１８ｄは、工具軸の位置をワーク軸の位置に変換する軸変換部２６を有する。この例において、軸変換部２６は、工具軸の切削面中心Ｐ´からワーク軸の加工面中心Ｐ″への軸変換処理を行う。工具軸の切削面中心とは、工具が切削を初めた位置（角度）と終わる位置（角度）との中心である。切削面中心検出部２７は、図６の加工面中心検出部と同じ方法を用いる。ここで、工具の切り始め位置Ａ´_ｌｋ、切り終わり位置Ｂ´_ｌｋ、切削面中心Ｐ″_ｌｋの添え字は、工具の回転数ｌと工具が加工する切削面ｋを示す。この例では、説明の便宜上、工具の２回転分（ワークの１回転分）の切削中心Ｐ´_１１～Ｐ´_２２を求める式を記載している。
Ｐ_１１´＝Ａ_１１´＋（Ｂ_１１´‐Ａ_１１´）／２
Ｐ_１２´＝Ａ_１２´＋（Ｂ_１２´‐Ａ_１２´）／２
Ｐ_１３´＝Ａ_１３´＋（Ｂ_１３´‐Ａ_１３´）／２
Ｐ_２１´＝Ａ_２１´＋（Ｂ_２１´‐Ａ_２１´）／２
Ｐ_２２´＝Ａ_２２´＋（Ｂ_２２´‐Ａ_２２´）／２
Ｐ_２３´＝Ａ_２３´＋（Ｂ_２３´‐Ａ_２３´）／２

軸変換部２６は、（１）回転数および切削面（加工面）の変換と、（２）位置（角度）の変換とを行う。（１）回転数および切削面（加工面）の変換では、工具軸の回転数ｌをワーク軸の回転数ｊに変換し、工具軸の切削面ｋをワーク軸の加工面ｉに変換する。ポリゴン加工では、工具軸とワーク軸との間に、例えば、（工具軸の回転数ｌ）×（１回転当たりの切削数ｈ）＋（工具軸の切削面ｋ）＝（加工面数ｍ）×（ワーク軸の回転数ｊ）＋（ワーク軸の加工面ｉ）という関係が成り立つ。さらに、工具軸とワーク軸の回転比率は一定、かつ工具軸１回転当たりの切削数ｈは工具の刃数と同一であるため、工具軸の回転数ｌと工具の切削面ｋが決まると、ワーク軸の回転数ｊとワークの加工面ｉへの変換ができる。

（２）位置（角度）の変換では、工具軸とワーク軸との回転比率を用いて、工具軸の位置に対するワーク軸の位置を用いる。例えば、工具軸とワーク軸の回転比率がＲ：Ｓである場合、工具軸の位置（角度）にＳ／Ｒを掛けると、ワーク軸の回転量が求まる。この値に工具軸とワーク軸との初期位相差θを加算すると、工具軸の位置からワーク軸の位置への変換ができる。

図１２の例では、工具軸とワーク軸との回転比は２：１であるため、Ｓ／Ｒは１／２となり、変換式は以下の通りである。このようにして工具軸２回転分の加工データをワーク軸１回転分の加工データに変換した。なお、この例では、工具軸の最初の２回転の加工中心位置をワーク軸用に変換したが、工具軸の切り始め位置Ａ´や切り終わり位置Ｂ´をワーク軸用に変換してもよい。
Ｐ_１１″＝θ＋Ｐ_１１´／２
Ｐ_１２″＝θ＋Ｐ_１２´／２
Ｐ_１３″＝θ＋Ｐ_１３´／２
Ｐ_１４″＝θ＋Ｐ_２１´／２
Ｐ_１５″＝θ＋Ｐ_２２´／２
Ｐ_１６″＝θ＋Ｐ_２３´／２

図１２（ｃ）は、ワーク軸の加工データから検出した加工面中心Ｐ_ｉｊと、工具軸の切削面中心Ｐ´_ｉｊをワーク軸用に変更した加工面中心Ｐ″_ｉｊとの平均を計算して加工面中心Ｐｉを算出している。平均の計算式は以下の通りである（ｎはワーク軸の回転数）。ここではワーク軸と工具軸と総和から平均を算出するが、工具軸のみの平均を算出してもよい。
加工面中心Ｐ１（１面目）＝（Ｐ_１１＋…＋Ｐ_ｎ１＋Ｐ_１１″＋…＋Ｐ_ｎ１″）／２ｎ
加工面中心Ｐ２（２面目）＝（Ｐ_１２＋…＋Ｐ_ｎ２＋Ｐ_１２″＋…＋Ｐ_ｎ２″）／２ｎ
・・・・

次いで、図１３を参照して本開示の他の実施形態である数値制御装置１００ｅについて説明する。この数値制御装置１００ｅの切り始め検出部と切り終わり検出部は、誤検出を防止する処理を行う。図１４を参照して、誤検出の防止処理について説明する。この例では加工データとして負荷トルクを使用する。数値制御装置１００ｅは、切り始めと切り終わりを検出するための非接触状態レベル（Ｌ１）と、接触状態検出レベル（Ｌ２）の２つの値を設定している。

非接触状態レベル（Ｌ１）は、例えば、非接触状態の負荷トルクの平均値（指定した回転数に到達後から切削開始前までの平均負荷トルク）である。切削状態レベル（Ｌ２）は、工具が切削状態か否かを判定するための負荷トルクの閾値である。切削状態レベルとしては、例えば非切削状態レベル（Ｌ１）に所定の値ａを加算した値、非切削状態レベル（Ｌ１）のｂ％の負荷レベルがある。切削状態レベル（Ｌ２）は実際の加工データから求めた実験値でもよい。切削状態レベル（Ｌ２）は、誤検出を防止するために適切な値であればよい。

切り始め検出部２１ｅは、負荷トルクが切削状態レベル（Ｌ２）に達したときのワーク軸の角度Ａａと、Ａａより前に負荷トルクが非切削レベル（Ｌ１）に達したときのワーク軸の角度Ａｂとを検出する。切り始め検出部２１ｅは、ＡａとＡｂとの間の負荷トルクの変位をパターン１－１とパターン１－２の２つのパターンに分類する。パターン１－１では、角度ＡａとＡｂとの間で負荷トルクが増減する。この場合、負荷トルクがマイナスからプラスへ変化したときの角度を切り始め角度Ａとして選択する。パターン１－２では、角度ＡａとＡｂとの間で負荷トルクが単調増加する。この場合、負荷トルクが非切削レベル（Ｌ１）に達したときの角度Ａｂを切り始め角度Ａとして選択する。

切り終わり検出部２３ｅは、負荷トルクを監視し、負荷トルクが切削状態レベル（Ｌ２）に下がったときの角度Ｂａと、Ｂａより後に非切削レベル（Ｌ１）になったときの角度Ｂｂを検出する。切り終わり検出部２３ｅは、ＢａとＢｂとの間の負荷トルクの変位をパターン２－１とパターン２－２の２つのパターンに分類する。パターン２－１では、角度ＢａとＢｂとの間で負荷トルクが増減する。この場合、負荷トルクがプラスからマイナスへ変化したときの角度を切り終わり角度Ｂとして選択する。パターン２－２では、角度ＢａとＢｂとの間で負荷トルクが単調減少する。この場合、負荷トルクが非切削レベル（Ｌ１）に達したときの角度Ｂｂを切り終わり角度Ｂとして選択する。

工具とワークが接触するときや解放するときに生じるゆらぎは、誤検出を引き起こす原因になり得る。切り始め検出部２１ｅと切り終わり検出部２３ｅは、接触や解放の際に起こり得る加工データの変化のパターンを分類し、そのパターンごとの検出する値を選択するので、誤検出を防止できる。

次いで、図１５を参照して数値制御装置１００ｃの動作を説明する。最初に、数値制御装置１００ｃは、制御対象である工作機械の加工データを取得する。加工データ取得部１６はポリゴン加工中の加工データ（ここでは負荷トルク）と、そのときのワーク軸（または工具軸）の位置とを取得する。加工データはワーク軸の位置とを関連付けた状態で加工データ記憶部１７に記憶される（ステップＳ１）。

位置検出部１８ｃの切り始め検出部２１は、加工データ記憶部１７に記憶された加工データから切り始めの角度Ａｔを検出する。切り終わり検出部２３は、加工データ記憶部１７に記憶された加工データから切り終わりの角度Ｂｔを検出する（ステップＳ２）。ここで、ｔは角度Ａまたは角度Ｂの検出数である。

加工面中心検出部２２は、切り始めの角度Ａｔおよび切り終わりの角度Ｂｔをもとに加工面の中心角度Ｄｔを検出する。加工面中心を検出する式は、Ｄｔ＝Ａｔ＋（Ｂｔ－Ａｔ）／２である（ステップＳ３）。

加工面数検出部２４は、ワーク軸の最初の１回転（０～３６０度）の範囲内で検出された加工面中心Ｄｔの数を計数する。１回転で検出された加工面中心Ｄｔの数は、加工面の面数ｍに相当する（ステップＳ４）。

代表値算出部２５は、加工面中心Ｄｔの値をＰ_ｉｊに変換する。Ｐ_ｉｊの添え字ｉは回転数、添え字ｊは加工面を示す。図１６（ｂ）は、ＤｔをＰ_ｉｊに変換する様子を示す。Ｄ１～Ｄｍは１回転目なのでＰ_１１～Ｐ_１ｍ、Ｄｍ＋１～Ｄｍ＋ｍは２回転目なのでＰ_２１～Ｐ_２ｍ、Ｄ（ｎ－１）＊ｍ～Ｄｎ＊ｍはｎ回転目なのでＰ_ｎ１～Ｐ_ｎｍに変換する（ステップＳ５）。

代表値算出部２５は、加工面中心Ｄｔを回転数および加工面で分類した後、加工面中心の平均値を算出する。図１６（ｃ）は加工面中心の平均値を算出する計算式である。添え字ｊの等しいＰ_ｉｊの総和を求めて回転数ｎで割ると加工面中心の平均値Ｐ_ｊが求まる。算出した値Ｐ１、…、Ｐｍは検出位置として記憶する（ステップＳ６）。

図１７は、図１５のフローチャートに示す動作を工作機械に実施させるプログラム例である。このプログラムでは「Ｇ００Ｘ１００．０Ｚ２０．０Ｓ１０００Ｍ０３」で工具軸の位置決めをした後、「Ｇ５１．２ Ｐ１ Ｑ２」でポリゴン加工の開始を指示する。「Ｇ０１Ｘ８０．０Ｆ１０．０」でＸ軸を切込み、「Ｇ０４Ｘ２．０」で２秒待機、「Ｇ００Ｘ１００．０」でＸ軸を退避させ、「Ｇ５０．２」でポリゴン加工を終了したのち、「Ｓ０Ｍ０５」でワーク軸を停止させる。この処理はフローチャートのステップＳ１に対応する。数値制御装置１００は、ここで収集した加工データを基に加工面の位置を検出し、その検出結果を変数（ここでは＃３３０１～＃３３０ｍ）に記録する。

その後、このプログラムでは、ポリゴン加工の終了後の追加工を指示する。工作機械は「Ｔ２」で追加工用の工具（ドリル）を選択する。「Ｇ００Ｘ５０．０」で工具軸の位置決めを行う。「Ｇ８３Ｃ＃３３０１Ｘ‐４０．０Ｆ５．０」で変数“＃３３０１”すなわちＰ１面の加工面中心へＣ軸（ワーク軸）を割り出し、Ｘ軸により加工面中心への穴あけを行う。同様に、「Ｃ＃３３０２」で変数“＃３３０２”すなわちＰ２面の加工面中心への穴あけを行う。「Ｃ［＃３３０５＋３０．０］」で変数“＃３３０５”すなわちＰ５面の加工面中心から３０度傾けた面への穴あけを行う。「Ｇ８０Ｍ５」で固定のサイクルを停止し、主軸を停止する。最後に「Ｍ３０」でプログラムを終了する。このように加工面中心の位置を変数に格納すると、ポリゴン加工と追加工の処理を１つプログラムに記述できる。

このように、本実施の形態における数値制御装置１００～１００ｅは、ポリゴン加工の加工中のデータを取得し、この加工データを基にワークに形成された加工面の位置を検出するため、検出した位置情報を用いてワークの位置決めができる。そのため、工具の刃先位置をワーク中心に合わせるなどの段取り作業が不要になる。

１００，１００ａ～１００ｅ 数値制御装置
１１ プログラム
１２ プログラム解析部
１４ スピンドル制御部
１５ サーボ制御部
１６ 加工データ取得部
１７ 加工データ記憶部
１８ 位置検出部
２１、２１ｅ 切り始め検出部
２２ 加工面中心検出部
２３、２３ｅ 切り終わり検出部
２４ 加工面数検出部
２５ 代表値算出部
２６ 軸変換部
２７ 切削中心検出部

Claims (11)

1. 工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とを回転し、前記ワークを多角形に加工する工作機械を制御する制御装置であって、
   前記ワークの加工に伴い変化する加工データを取得する加工データ取得部と、
   前記加工データの変化に基づき前記ワークの加工面が加工された前記第２の軸の角度を検出する位置検出部と、
   を有する制御装置。
2. 前記位置検出部は、前記ワークの加工面が加工された前記第２の軸の切削開始角度と切削終了角度の中間角度を検出する請求項１記載の制御装置。
3. 前記位置検出部は、前記加工データの変化により前記ワークと前記工具の接触を検出し、前記接触を検出したときの前記第１の軸の位置と前記第２の軸の位置との少なくともいずれか一方を基に前記ワークの加工面が加工された前記第２の軸の角度を検出する請求項１記載の制御装置。
4. 前記位置検出部は、前記加工データの変化により前記ワークと前記工具の解放を検出し、前記ワークと前記工具が接触したときの前記第１の軸の位置と前記第２の軸の位置との少なくともいずれか一方と、前記工具と前記ワークを解放したときの前記第１の軸の位置と前記第２の軸の位置との少なくともいずれか一方と、を基に前記ワークの加工面の位置を検出する請求項３記載の制御装置。
5. 前記位置検出部は、前記ワークと前記工具が接触したときの前記第２の軸の位置と前記ワークと前記工具が解放したときの前記第２の軸の位置との中心を加工面が加工された前記第２の軸の切削開始角度と切削終了角度の中間角度として検出する請求項３記載の制御装置。
6. 前記位置検出部は、前記ワークと前記工具の接触を検出したときの前記第１の軸の位置と第２の軸の位置との少なくともいずれか一方と、前記工具の前記ワークに対する切込み量と、をもとに加工面が加工された前記第２の軸の切削開始角度と切削終了角度の中間角度を検出する請求項２記載の制御装置。
7. 前記加工データ取得部は、前記ワークと前記工具とが複数回接触するデータを取得し、前記位置検出部は、前記複数回接触したときの、前記第１の軸の位置と前記第２の軸の位置の少なくともいずれか一方の全部または一部を用いて前記ワークの位置を検出する請求項１記載の制御装置。
8. 前記加工データ取得部は、前記ワークと前記工具とが複数回解放するデータを検出し、前記位置検出部は、前記複数回解放を検出したときの前記第１の軸および前記第２の軸の少なくともいずれか一方の位置の全部または一部を用いて前記ワークの位置を検出する請求項１記載の制御装置。
9. 前記第２の軸が１回転する間に前記加工データが変化した回数を計数し、前記ワークに形成される加工面の面数を検出する加工面数検出部を有する請求項１記載の制御装置。
10. 前記第１の軸の前記第２の軸との回転比に基づき前記第１の軸の位置を前記第２の軸の位置に、または、前記第２の軸の位置を前記第１の軸の位置に変換する軸位置変換部を有する請求項１記載の制御装置。
11. 工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とを回転し、前記ワークを多角形に加工する工作機械を制御する制御システムであって、
    前記ワークの加工に伴い変化する加工データを取得する加工データ取得部と、
    前記加工データの変化に基づき前記ワークの加工面が加工された前記第２の軸の角度を検出する位置検出部と、
    を有する制御システム。

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