JP7401665B2

JP7401665B2 - 数値制御装置及び制御方法

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Publication number: JP7401665B2
Application number: JP2022524436A
Authority: JP
Inventors: 大輔上西; 賢治貝原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2041-05-14
Also published as: JPWO2021235346A1; US20230350375A1; WO2021235346A1; CN115666846A; DE112021002898T5

Description

本発明は、数値制御装置及び制御方法に関する。

従来、工作機械等を制御する数値制御装置は、加工プログラムによってワークの加工等を実行する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の加工プログラム処理装置は、加工プログラムによって指令される工具先端点の指令位置及び工具姿勢の指令角度と、工具の寸法とに基づいて、補正基準点を算出し、工具先端点の指令位置を補正基準点の位置に書き換える。

特開２０１９－７０９５３号公報

ところで、数値制御装置は、ワークを真円形状に加工する際にも加工（制御）プログラムによって行っている。しかし、真円形状に加工するには、加工開始位置と終了位置を考慮した座標値の計算が必要となり、単純なＳＩＮ／ＣＯＳの三角関数による計算であるものの、電卓を必要とし、プログラムが冗長になるため管理及び修正が難しくなっていた。これに対し、ＣＡＤ／ＣＡＭによる加工プログラム作成によって、座標値を自動計算させることで簡易に加工プログラムを作成する手段がとられている。

しかしながら、ＣＡＤ／ＣＡＭで加工プログラム作成を行うためには、操作に習熟した作業者が必要であり、加工開始位置の変更等、座標値の変更が伴う加工プログラムの修正には、都度ＣＡＤ／ＣＡＭでの操作が必要となる。

また、近年では、ねじ切り加工等において、従来の主軸と移動軸の同期加工とは異なり、切れ刃にねじ山形状を持つ切削工具を用いてヘリカル加工によるねじ切り加工が増加している。これらの加工では、ねじ山のピッチでヘリカル加工を行い、指定した位置まで連続指令する必要があり、切削工具メーカ等が連続指令させるプログラムを提供するツール等を用意している。しかし、ＣＡＤ／ＣＡＭと同様に、座標値の変更が伴う加工プログラムの修正には、都度ツールでの操作が必要となる。また、ＣＡＤ／ＣＡＭと同様に、プログラムの冗長さに変化はない。

そのため、機械上で簡易に真円加工をなすプログラムを自動的に作成及び実行するために、変数を用いたマクロプログラムを作成する手段が取られる。しかしながら、マクロプログラムの作成するためには、数値制御装置の指令ルールを熟知し、プログラミングに熟練した熟練者が必要となる。そのため、真円加工を簡易に行うことが求められていた。

本開示に係る数値制御装置は、工作機械に指令するために１行の加工プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として加工動作位置を演算する加工プログラム演算部と、前記動作可能な指令を用いて、開始点を中心として切削工具によってワークを真円加工させる真円加工部と、を備える。

本開示に係る数値制御装置の制御方法は、工作機械に指令するために１行の加工プログラムから工作機械が動作可能な指令として加工動作位置を演算するステップと、前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において、開始点を中心として切削工具によってワークを真円加工させるステップと、を備える。

本発明によれば、真円加工を簡易に行うことができる。

加工システムの構成を示す図である。工作機械による真円加工の概要を示す図である。加工プログラムの具体例を示す図である。数値制御装置の処理を示すフローチャートである。数値制御装置の処理を示すフローチャートである。

図１は、加工システム１の構成を示す図である。図１に示すように、加工システム１は、数値制御装置２と、工作機械３と、を備える。

数値制御装置２は、工作機械３を制御することにより、工作機械３に所定の機械加工等を行わせるための装置である。数値制御装置２は、制御部２１を備える。制御部２１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することによって、真円加工部２１１及び加工プログラム演算部２１２として機能する。

工作機械３は、数値制御装置２の制御に基づいて、切削加工等の所定の機械加工や、工具の測定等を行う装置である。

工作機械３は、ワーク３２を加工するために駆動するモータや、このモータに取り付けられた主軸や送り軸や、これら各軸に対応する治具や工具、ワーク３２を固定するテーブルＴ等を備える。そして、工作機械３は、数値制御装置２から出力される動作指令に基づいてモータを駆動させることにより所定の機械加工を行う。具体的には、工作機械３は、切削工具３１を備える。

真円加工部２１１は、工作機械３において、開始点を中心としてワークを真円加工させる。
加工プログラム演算部２１２は、真円加工部２１１の動作を工作機械３に指令するために１行の加工プログラムから工作機械が動作可能な指令として加工動作位置を演算する。

図２は、工作機械３による真円加工の概要を示す図である。
工作機械３は、以下の（１）～（４）の工程を用いて切削工具３１によりワーク３２を真円加工する。
（１）切削工具３１をワーク３２へ移動（アプローチ）する。
（２）切削工具３１をワーク３２へ進入する。
（３）ワーク３２を切削工具３１によって切削する。
（４）切削工具３１をワーク３２から退避する。
（５）切削工具３１をワーク３２から移動（アプローチ）する。
ここで、図２において、符号Ｏは、開始点を示し、符号（引数）Ｉは、加工する真円の半径を示し、符号（引数）Ａは、切削工具３１のアプローチ角度を示し、符号（引数）Ｃは、基準線からの開始点の角度を示す。

また、図２の符号３３は、切削工具３１による加工軌跡を示す。符号（引数）Ｘ、Ｙ及びＺは、それぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ方向への切削工具３１のヘリカル移動を示し、指定された平面上の開始点を意味する。符号（引数）Ｑは、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の切削工具３１のピッチを示す。

図３は、加工プログラムの具体例を示す図である。
加工プログラムにおいて、Ｇ１０２は、時計回りの真円切削加工サイクルのＧコードを示し、Ｇ１０３は、反時計回りの真円切削加工サイクルのＧコードを示す。Ｇ４１は、切削工具３１の工具径を切削方向に対して左方向に補正することを示し、Ｇ４２は、工具径を切削方向に対して右方向に補正することを示す。

加工プログラムにおいて、Ｇ１７は、切削工具３１によって切削が行われる平面としてＸＹ平面を選択することを示し、Ｇ１８は、切削工具３１によって切削が行われる平面としてＺＸ平面を選択することを示し、Ｇ１９は、切削工具３１によって切削が行われる平面としてＹＺ平面を選択することを示す。

ここで、Ｇ１０２及びＧ１０３は、加工プログラムの作成時にいずれか一方が選択される。また、Ｇ４１及びＧ４２は、加工プログラムの作成時に選択されない、又はいずれか一方が選択される。また、Ｇ１７、Ｇ１８及びＧ１９は、加工プログラムの作成時にいずれか一つが選択される。

また、加工プログラムにおいて、引数Ｉは、切削工具３１によって加工される加工円の半径を示し、引数Ｆは、切削工具３１による切削加工用の送り速度を示す。ここで、引数Ｉは、必須のパラメータであり、引数Ｆが指令されない場合、直前に指令されている送り速度が引数Ｆとして使用される。

また、加工プログラムにおいて、引数Ｇ_１は、工具径補正を示し、引数Ｇ_２は、切削工具３１によって切削が行われる平面の選択を示す。引数Ｃは、開始位置を角度によって示す。引数Ｒは、切削工具３１がワーク３２へ進入及び退避する軌道の半径を示す。引数Ａは、切削工具３１のアプローチ角度を示し、引数Ｘ、Ｙ及びＺは、それぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺ方向への切削工具３１のヘリカル移動を示し、指定された平面上の開始点を意味する。引数Ｘ、Ｙ及びＺは、上述したＧ１７（ＸＹ平面を指定）、Ｇ１８（ＸＺ平面を指定）及びＧ１９（ＹＺ平面を指定）に応じて設定される。

また、引数Ｑは、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向の切削工具３１のピッチであり、指定された平面に垂直な軸方向へ、指令された軸方向の数値と指令が実行された位置の差をピッチで除算した回数分、連続したヘリカル加工を実行することを示す。引数Ｄは、切削工具３１の工具径補正（番号）を示し、引数Ｅは、切削工具３１のアプローチ速度であり、指令が無い場合は早送りとして実行することを示す。
なお、上述した引数Ｉ以外の引数は、任意に設定されるパラメータである。例えば、引数Ａは、指令が無い場合は９０°とし、引数Ｃは、指令が無い場合は０°とする。

以上説明したように、本実施形態によれば、数値制御装置２は、工作機械３において、開始点を中心として切削工具３１によってワーク３２を真円加工させる真円加工部２１１と、真円加工部２１１の動作を工作機械３に指令するために１行の加工プログラムから工作機械３が動作可能な指令として加工動作位置を演算する加工プログラム演算部２１２と、を備える。

従来、作業者は、様々な加工仕様に合わせた分岐を有するマクロプログラムを作成する必要があり、プログラミングに熟練する必要があった。また、従来の真円加工のためのプログラムは、各点の座標値や、円弧の開始点及び終点等を計算する必要があり、プログラムが冗長になり、加工プログラムの作成にも時間が掛かっていた。本実施形態に係る数値制御装置２は、真円加工部２１１の動作を工作機械３に指令するために１行の加工プログラムから工作機械３が動作可能な指令として加工動作位置を演算する。これにより、数値制御装置２は、開始点を基準とした真円切削加工サイクルを簡易に作成することができ、加工プログラムが冗長になることを防ぎ、加工プログラムの作成時間を短縮することができる。

また、加工プログラムは、Ｇコードと、加工される真円の半径と、開始位置と、切削工具がワークへ進入及び退避する軌道の半径と、切削工具３１のアプローチ角度と、切削工具３１のヘリカル加工時の各直線軸のヘリカル移動量と、ヘリカル加工時の各直線軸のピッチと、切削工具の工具径補正番号と、切削工具３１の切削加工用の送り速度と、切削工具３１のアプローチ速度とを含む。これにより、数値制御装置２は、真円加工を行うための加工プログラムを適切に作成することができる。

また、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて、工具径補正、切削工具３１によって切削が行われる平面の選択、開始位置、切削工具３１がワーク３２へ進入及び退避する軌道の半径、ヘリカル移動量、ピッチ、工具径補正番号、送り速度及びアプローチ速度を変更可能である。これにより、数値制御装置２は、加工プログラムの各パラメータを適切な値に設定することが可能となる。

上記によれば、例えば真円加工を行う簡潔な１行の加工プログラムを作成する場合において、引数Ｉだけで作成した動作の場合、引数Ｆは直前までに指令さている送り速度、引数Ｒは、Ｉの半分値、引数Ａは９０°、引数Ｃは０°、引数Ｘ、Ｙ及びＺは、指令がないためヘリカル動作がなく、開始点は加工プログラム指令された場所で実行され、引数Ｑは指令がないため連続したヘリカル動作処理がなく、引数Ｅは早送り動作として、Ｘ軸方向を開始位置とした真円加工が実行される。

また、簡潔な１行の加工プログラムを作成する場合には、数値制御装置のパネル操作や対話、ＣＡＤ／ＣＡＭでのプログラム作成が用いられてもよい。

また、加工プログラムは、穴あけ固定サイクル動作のようにＧコード指令後にキャンセルコードを読み込むまで、指令されている平面上の任意の位置において指定された条件で加工しても良い。例えば、１行の加工プログラム指令以降でキャンセルコードが指令されていない場合、指令された平面上の任意の位置（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）を指令すると、指令された任意の位置を開始点とみなし、条件はそのままに開始点を中心として切削工具によってワークを真円加工させる。これにより、繰り返しの引数指令をせずに、複数の真円加工指令が可能となる。

図４及び５は、数値制御装置２の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムを記憶部（図示せず）から読み込む。
ステップＳ２において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおける引数Ｇ１７、Ｇ１８又はＧ１９のいずれかによって加工する平面を選択する。

ステップＳ３において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて開始点の位置決めが指令されているか否かを判定する。開始点の位置決めが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ５へ移る。開始点の位置決めが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ４へ移る。

ステップＳ４において、加工プログラム演算部２１２は、ステップＳ２において選択された平面上の任意の位置を開始点として位置決めする。
ステップＳ５において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて引数Ｅ（アプローチ速度）が指令されているか否かを判定する。引数Ｅが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ６へ移る。引数Ｅが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ７へ移る。

ステップＳ６において、真円加工部２１１は、引数Ｅの指令によって切削工具３１をワーク３２へアプローチさせる。
ステップＳ７において、真円加工部２１１は、早送りで切削工具３１をワーク３２へアプローチさせる。

ステップＳ８において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて引数Ａ（アプローチ角度）、Ｒ（進入半径）及びＣ（開始位置）が指令されているか否かを判定する。引数Ａ、Ｒ及びＣが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ９へ移る。引数Ａ、Ｒ及びＣが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０へ移る。

ステップＳ９において、真円加工部２１１は、引数Ａ、Ｒ及びＣの指令によって切削工具３１をワーク３２へ進入させる。
ステップＳ１０において、真円加工部２１１は、例えば、引数Ａを９０°、引数Ｒを１／２Ｉ、及びＣを０°とみなす標準値によって、切削工具３１をワーク３２へ進入させる。

ステップＳ１１において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて引数Ｘ、Ｙ及びＺ（ヘリカル移動量）、並びに引数Ｑ（ピッチ）が指令されているか否かを判定する。引数Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＱが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１３へ移る。引数Ｘ、Ｙ、Ｚ及びＱが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１２へ移る。

ステップＳ１２において、真円加工部２１１は、加工プログラムに従って切削工具３１によってワーク３２を真円加工させる。
ステップＳ１３において、真円加工部２１１は、加工プログラムに従って切削工具３１によってワーク３２をヘリカル加工させる。

ステップＳ１４において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて引数Ａ（アプローチ角度）、Ｒ（進入半径）及びＣ（開始位置）が指令されているか否かを判定する。引数Ａ、Ｒ及びＣが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１５へ移る。引数Ａ、Ｒ及びＣが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１６へ移る。

ステップＳ１５において、真円加工部２１１は、引数Ａ、Ｒ及びＣの指令によって切削工具３１をワーク３２へ退避させる。
ステップＳ１６において、真円加工部２１１は、例えば、引数Ａを９０°、引数Ｒを１／２Ｉ、及びＣを０°とみなす標準値によって、切削工具３１をワーク３２へ退避させる。

ステップＳ１７において、加工プログラム演算部２１２は、加工プログラムにおいて引数Ｅ（アプローチ速度）が指令されているか否かを判定する。引数Ｅが指令されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１８へ移る。引数Ｅが指令されない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１９へ移る。

ステップＳ１８において、真円加工部２１１は、引数Ｅの指令によって切削工具３１をワーク３２からアプローチさせる。
ステップＳ１９において、真円加工部２１１は、早送りで切削工具３１をワーク３２からアプローチさせる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１加工システム
２数値制御装置
３工作機械
２１制御部
２１１真円加工部
２１２加工プログラム演算部

Claims

工作機械に指令するために１行の加工プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として加工動作位置を演算する加工プログラム演算部と、
前記動作可能な指令を用いて、開始点を中心として切削工具によってワークを真円加工させる真円加工部と、
を備え、
前記加工プログラムは、１行の加工プログラム指令以降でキャンセルコードが指令されていない場合、指令された平面上の任意の位置を指令すると、指令された任意の位置を開始点とみなし、前記工作機械において、前記開始点を中心として前記切削工具によって前記ワークを真円加工させる、
数値制御装置。
前記加工プログラムは、Ｇコードと、加工される真円の半径と、開始位置と、前記切削工具が前記ワークへ進入及び退避する軌道の半径と、前記切削工具のアプローチ角度と、前記切削工具のヘリカル加工時の各直線軸のヘリカル移動量と、前記ヘリカル加工時の各直線軸のピッチと、前記切削工具の工具径補正番号と、前記切削工具の切削加工用の送り速度と、前記切削工具のアプローチ速度とを含む、請求項１に記載の数値制御装置。
前記加工プログラム演算部は、前記加工プログラムにおいて、工具径補正、前記切削工具によって切削が行われる平面の選択、前記開始位置、前記切削工具が前記ワークへ進入及び退避する軌道の半径、前記ヘリカル移動量、前記ピッチ、前記工具径補正番号、前記送り速度及び前記アプローチ速度を変更可能である、請求項２に記載の数値制御装置。
工作機械に指令するために１行の加工プログラムから工作機械が動作可能な指令として加工動作位置を演算するステップと、
前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において、開始点を中心として切削工具によってワークを真円加工させるステップと、
を備え、
前記加工プログラムは、１行の加工プログラム指令以降でキャンセルコードが指令されていない場合、指令された平面上の任意の位置を指令すると、指令された任意の位置を開始点とみなし、前記工作機械において、前記開始点を中心として前記切削工具によって前記ワークを真円加工させる、
数値制御装置の制御方法。