JPH01234135A - 工作機械制御法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデータ処理装置によって工作機械を制御する方
法に関する。この方法では、作業者がこの処理装置に工
作物に関するデータを供給すると、この装置がこの種デ
ータから工作機械を操作する制御命令を自動的に引き出
す。

〔従来の技術〕

この種の方法は、概して欧州特許出願第４４．１９２号
に開示されている。この方法によれば、作業者が工作機
械を制御するデータ処理装置と相互に協力し合う。作業
者は工作物完成品（工作品）の形状に関する記号コード
化されたデータを人力する。

このデータはデータ処理装置によって評価されて、工作
機械操作の制御命令として変換処理される。

数値制御工作機械の操作は複数の変数によって決定され
る。工作機械を最適に操作するためには、工作物、切削
工具、工作機械それ自体、切削方法及び寿命、摩耗その
他の一般的な境界条件が考慮されなければならない。

技術の水準はこれらの変数の全てを考慮することを要求
している。その結果、作業者はこれら諸条件に関し、博
識でなければならず、且つ工作機械を制御すべきデータ
処理装置のプログラム化が出来なければならない。この
作業者は、それ故に、個々の変数の相互関係について多
大の知識を有していなければならず、しかもプログラム
用語に精通していなければならない。プログラミングの
手順は極めて複雑である。工作機械操作に最適なデータ
を決めるための公知のデータ処理装置は特別仕立ての機
械ではない。それ故に、成る所定の工作機械を制御する
ための複数組のデータが得られることになっているとす
ると、特別に関係する工作機械のデータを考慮し、それ
をデータ処理装置のプログラミングの最中に入力させな
ければならない。これに要する労働は無視出来ない程大
きなものとなる。

更に、最適な機械性能を発揮させる変数は互いに高度に
依存し合っている。即ち、工作機械の最適操作のために
は、個々の値は互いに相関させなければならない。１の
変数の変化は１個または複数個の他の変数に変化をきた
す可能性がある。

工作機械の制御データの決定は所謂工作データ決定を必
須的に含む。この決定は最適切刃外形（ビットの寸法、
半径、形式、偏向ショルダー等々）の選択と正しいビッ
ト形式（原ち、切刃の材質〉の選定を含んでいる。それ
に加えて、所要工作機械の駆動ギアを含む最適切削速度
と限界回転数を決めなければならない。更にスライドの
送り、切削深さ、切り数、最小のアトメジア−（仕上げ
や予備処理操作で切削される材料）、必要な工作スピン
ドル能力及び切刃接触時間を計算しなければならない。

〔発明め目的〕

本発明の目的は、データ処理装置によって工作機械を制
御する新規な方法であって、作業者がプログラム用語の
知識なしに、且つ変数の相互依存に格別の馴染みがなく
とも最適切削方法を実行することが出来るようにした、
データ処理装置によって工作機械を制御する新規な方法
を提供することにある。

〔発明の構成・作用・効果〕

本発明によれば、上記目的は種々の工作機械と工作操作
のデータベースをデータ処理装置に記憶させることによ
って達成される。各工作機械のデータベースは、回転数
範囲、駆動フィールド駆動特性（力、キャパシティ、ト
ルク）、駆動ギアステップ、軸端送り力、対応する速度
、最大切削力、工作物クランプ力、速度限度、チアツク
条件、摩擦係数、テールストック、ステディレスト及び
静的と動的安定性のような所定の工作機械に関するデー
タを含んでいる。また、材質、処理条件、合金成分等の
可能性ある工作物のデータ、機械強度特性、表面条件、
切削態様、工作能力、チップ形式、ストック寸法等の工
作物形式、工作物安定性、表面品質、精度要求度及び工
作条件（例えば連続／断続工作）を記憶させる。

データベースに記憶された追加情報は：所定の工作機械
に挿置可能な切削工具データ、即ち特定の工作物材料に
対する個々のタイプの切削工具、その安定性と寸法、切
刃形状寸法、負荷キャパシティ、工作レンジ、ビット材
料のグレード及び適合性を含む切削工具データ、及び特
定の処理方法に対する工作条件、安定性、可能な切削ス
ピード、チップ切断面及び適合性のデータを含んでいる
。

旋削工作、粗加工、仕上加工、外形旋削、タッピング、
ドリル工作、フライス工作、ネジ工作等の個々の処理方
法に関するデータは、工具寿命、摩耗その他の工作物工
作の一般的境界条件に関するデータと併せてデータベー
スに記憶させている。

上記の情報に加えて、所定工作機械に挿入可能なビット
形とビット材料グレードを含む可能な対応する工作デー
タを上記情報から決定することが出来るサブルーチン工
作データ（デイスプレィ上の）から工作機械の制御に適
用すべきデータを選択することが出来る。もう１つのモ
ードでは、作業者がデータベースとサブルーチンによっ
てテストされ、加重（重み付け）された工作データをデ
ータ処理装置に恣意的に人力する。

ところで、欧州特許出願第４４．１９２号に開示の方法
によれば、工作機械の制御データは複数の工作機械のた
めの中央配置のコントローラで、特定の工作機械のため
に入力され独立に決定される。

これに対し、本発明の制御方法の場合には、データ処理
装置は特定の所定工作機械と一体に集積されている。こ
の所定工作機械に関するデータの全ては、従ってデータ
処理装置に恒久的に記憶されているデータベースに含め
ておくことが出来るし、作業者が最適工作データの決定
と計算のために工作機械に関する如何なるデータも人力
することは不必要である。このデータはデータベースで
恒久的に人手可能である。

更に、本発明によれ−ば、−度仕上げたサブルーチンは
データベースに記憶され、これは将来の工作方法に利用
出来る。これらのサブルーチンは実際の工作方法のため
の上述の変数の全てについて、選択し、決定し、そして
計算することを可能にする。その結果、作業者が工作物
の材料、使用する工具のタイプ及び工作品の所望表面品
質に関するデータ等の計算に必要なデータのみを人力す
ることが必要である。この入力の際、データ処理装置は
、データベースに記憶されたサブルーチンによって、個
々の切削データの重み付け（加重）を含む工作方法を実
行するに適切な切削データを決定する。本発明によれば
、切削材料の可能なグレード（即ち、所定の工作機械で
使用出来る切削工具の異なる材料）及び可能なビット形
（シェイプ）（即ち、ビットの切刃形状寸法）は互いに
独立して重み付けられる。切削材料とビット形の可能な
全てのペア群が両者の組合せにより形設され、これらに
再び重み付けが為される。重み付け（加重）は、所要の
時間、品質、最適工作値からの偏差又は絶対境界値から
の外れ（これらはデータベースに記憶されている）等を
特に考慮して利益基準を維持しながら実行される。

下記ノ如き評価はスクリーン上で作業者に対して表示さ
れ得る。このスクリーンはキーボードと共に、作業者と
インターフェースを構成する。即ち、この評価は、従来
式の表記、例えば「非常に良い」、「良い」、「満足」
・・・「不満足」等で行われるが、これらの表記に続い
て時間及び／或いは品質その他に関して格別の利益と不
利益を任意にリストアツブさせることも可能である。

本発明によれば、工作データの最も好ましいデータセッ
トを評価されている種々のデータセットの中から選択し
、工作機械の制御装置に自動的に人力され得る。或いは
、作業者が切削工具材料／切削工具形状寸法のペア群か
ら最も好ましいと思われる１つのペアを選択し、これを
データ処理装置に入力することも可能である。

本発明の他の態様によれば、作業者は切削工具材料／切
削工具ペア群をデータ処理装置に恣意的に入力してもよ
い。これら入力データはデータベースと記憶されている
サブルーチンによって適性のテストと評価が実行される
。

データベースを構成するデータの全ては経験−実験法に
より予め確定されている。

本発明の好ましい具体例によれば、工作機械に利用出来
る切削手段の全ては図式で作業者に対し表示され、作業
者はこれを見て所定の工作方法に適した最良の切削手段
を選択する。

切削工具のタイプ、工作物の材料及び所望の表面品質に
関して作業者が入力したデータの見地からデータベース
によって最適の切削工具材料／切削工具形状寸法ペアを
上述の通り決定する方法とは別に、作業者が、例えば切
削工具グレード及び／或いは所望のビット形状寸法に関
する提案をデータ処理装置に恣意的に入力し、このデー
タ処理装置に存在する変数を考慮して個々のケースに関
しビット材料とビット形状寸法の評価を実行させてもよ
い。

〔実施例〕

本発明に係わる自動制御工作機械システムの基本構成要
素が第１図に示されており、これは工作機械、データ処
理装置（ＤＶＡ）　、人力装置、デイスプレィ装置及び
プリンタを含む。これらシステム要素は所定の工作機械
システム内で集積されている。データ処理装置は工作機
械を直接制御し、作業者から入力装置を介して受信し、
そこから機械を駆動する処理プログラムが由来する。デ
ータ処理装置は作業者と相互に協働し、即ちこの装置が
デイスプレィ装置を介して作業者に問い合わせして、例
えばプリンタを通じて中間並びに最終の結果を出力する
。

データ処理装置は工作機械によって実行される工作方法
に関する経験又は計算により決定された情報の全てを含
むデータベースを有している。この情報は大ざっばには
次の変数（パラメータ）に分割される。

第１変数：工作機械 次の特徴が工作機械に関して記憶される。即ち、ｒｐｍ
範囲、駆動特性のフィールド（力、キャパシティ、トル
ク）、ギアステップ、アキシャル送り力、対応速度、最
大切削力、クランプ力、摩擦係数、チアツク条件、テー
ルストック、静的並びに動的安定性と共にステディレス
ト。

第２変数：工作物 対象となり得る工作物材料に関する次の情報をデータベ
ースに記憶する。即ち、処理条件、硬度、合金成分、機
械強度、表面条件、工作態様、工作能力、及びチップ形
状寸法。更に、対象とする工作物の形状寸法、特に粗寸
法と仕上寸法及び安定性、表面品質、精度明細及び切削
の断続に関するデータも記憶することが出来る。

第３変数：切削工具 所定の工作機械に使用され得る切削工具に関し、基本切
削工具タイプ、その寸法及び安定性に関する情報がデー
タベースに記憶される。このデータは第１には切刃に関
し、第２にはビット材料のグレードに関するものである
。切刃の形式に関して、次のデータが記憶される：即ち
、基本的形状寸法、ビット形状寸法、偏向ショルダー、
負荷能力、工作レンジ、異なる処理モード〔旋削工作、
フライス加工、掘削（ドリリング）等〕に対する安定性
。

ビット材料のグレードに関しては、異なる工作物材料へ
の適合性、切削条件、安定性、工作レンジ又は切削速度
、チップ切断面、及び個々の処理方法への適性に関する
情報が記憶される。

第４変数：処理方法 所定の工作機械で実施され得る異なる工作方法に関する
情報がデータベースに記憶される。その工作方法として
次の方法が含まれ得る：旋削（粗工作、仕上工作、外形
旋削、タッピング）、ドリル加工、フライス加工及びネ
ジ切削。

第５の変数として、−船釣境界条件と限界が考慮される
、特に切削工具の寿命、異なる部分の摩耗及びその他の
パラメータが考慮される。

上述の全ての変数が一体となって工作方法を決定する。

異なる変数は複雑な態様で互いに依存し合っている。所
定のブランクからある仕上品を製作するには、個々の変
数の明確な値を選択し、明細（スペック）の関数として
決定しなければならない。

工作方法がある品質要件を満たし、且つ最短期間で実施
させようとする場合には、１つの変数の変更は１つ又は
幾つかの他の変数の変更の必要をもたらす可能性がある
。

時間、品質、所定境界値の実測その他の加重値基準に関
して、異なる組の変数を個別に評価しなければならない
。即ち、異なる組の変数が工作機械を制御するのに品質
ランキングが存在する。これらの複雑な相互関係は技術
文献から知られたものもあるが、そうでないものについ
ては、実験的に決めなければならない。

データ処理装置（ＤＶＡ）のデータベースには、個々の
変数とこれらの関係に関する情報がサブルーチンの形式
で更に記憶されている。これらサブルーチンは対応する
工作データ、特に可能な切削速度、進行、及び切削深さ
と選択された個々の値を相関付ける。

特には、工作データのこの決定は次の工程（ステップ）
を含んで実行される： ａ）最も好ましい工作物材料／ビット材料め組合せが決
定される。即ち、その材料切削のために、最も適したビ
ットグレード（材料）が確定される。

ｂ）所定の工作物とそれから製作される製品のために、
最も好ましいビット形状寸法（ビット寸法、半径、形状
、偏向ショルダーその他）の選定がなされる。

Ｃ）工作機械に関してデータベースに更に記憶されてい
るデータから、切削速度ＶＣｓ限界回転数ｎ　（ｒｐｍ
）及び所要のギアステップ（段階）が決定されなければ
ならない。

ｄ）所定の条件を基に、次の事項が計算されなければな
らない：即ち、スライドの送りｆ１切削深さａＰ１切り
数１、最小アドメジャ（仕上や予備操作で除去されるべ
き材料）、所要のワークスピンドルキャパシティＰ、及
び切刃接触時間ｔ、。

本発明によれば、作業者は処理すべき工作物材料、使用
する切削工具の一般形式、仕上品の形状、及び所望の表
面品質を入力しなければならない。

これらの情報から、データ処理装置は、ビット形（シェ
イブ）／ビット材料の可能な全ての組合せの可能な工作
値を決定する。これら工作値は記憶データを基に個々の
組合せの重み付け（加重）を含んでいる。データ処理装
置は、最良のビット形／ビット材料組合せを対応するデ
ータを含めて選定し、そしてその組合せで以て工作機械
を直接制御する。

最も好ましいビット形／ビット材料組合せを対応するデ
ータを含めて決定する方法は、第２図を参照して更に詳
しく説明される。

第２図のフローダイヤグラムに示す方法において、機能
ブロック１０．１２．１４．２２．２４．２６．２８゜
４０．４２．４４及び５２はインデキシャブル切削イン
サートのために、図上の指定ＷＳＰと適切なビット形態
の決定を記述している。データ処理装置では、異なるイ
ンサートとこれに対応した異なるビット形態を、データ
ベースに記憶されているものから利用できる。ビットデ
ータ１０、工作機械データ１２及び工作物データ１４が
第１図に示すデータベースに含まれている。ＷＳＰ加重
演算装置４４には、ビット形態（ビットデータ１０）に
関する全てのデータが、別個のメモリ装置４０からの加
重パラメータと同様に入力される。個々のインデキシャ
ブルインサー）ＷＳＰが評価され、所定の工作物材料と
工作機械データに適したインサートが１つの評価を含め
て機能ブロック５２によって提供される。

上記の動作に平行して、機能ブロック１６．１８゜２０
、３０．３２．３４．３６．４６．５０及び５４によっ
て、１組のビット材料グレードＳＳＳが決定され、出力
される。また個々のビット材料グレードが評価される。

第２図の方法によれば、材料グレードＳＳＳの選択と重
み付けが工作機械データ（ブロック１８）と工作すべき
工作物の材料（工作物材料ファイル２０）を考慮しなが
ら実行される。所謂処理ケース、即ち例えば旋削、ドリ
ル工作、又はフライス工作のいづれが係わっているのか
否かも考慮される。加重パラメータ（ブロック４８、メ
モリ装置４６）もデータベースに記憶されていて、その
中でどの切削ビット材料（ビット形態とは初めから関係
な（）が所望の工作方法に適しているかを決定すること
が可能である。

組合せ発生装置６０では、互いに独立に（無関係に）初
めに決定されているインデキシャブル切削インサートＷ
ＳＰとビット材料タイプ（グレード）ＳＳＳを互いに組
み合わせる。

機能ブロック５２と５４に実行された予備評価に基づい
て、ある特定の組み合せペアＷＳＰ／ＳＳＳ　。

即ち最大数ｎ個のペア（ｎは所定数）が出力される。変
数ＷＳＰとＳＳＳの予備評価は電算機負荷（努力）を著
しく軽減する。

次いで、機能ブロック６８により、対応する工作値、即
ち、切削速度、送り速度及び切削深さが最良のＷＳＰ／
ＳＳＳのペア（組み合せ）に対して決定される。この手
順のためにデータベース（メモリ装置６４とパラメータ
ファイル６６）に記憶されているデータとサブルーチン
が使用される。ｎ個のＷＳＰ／ＳＳＳベアの全てに対し
て工作値を決定するには、実施すべき処理に関するデー
タ（旋削工作、フライス工作等々；処理ブロック７０、
工作データブロック７２）、安定性に関する値（ブロッ
ク７４）及び工作物形状寸法（ブロック７６）を必要と
する。この種データの全ては、ブロック６８で処理され
、それからＷＳＰ／ＳＳＳペアにとっての工作値が算出
される。

個々のＷＳＰ／ＳＳＳペアに対応する工作値の決定は全
ての変数における所定の個々の値を考慮して、下記の通
り行われる： ａ）チップ切断面範囲を決定。

ｂ）チップ切断面を所定の切削力との関係から規定する
。

Ｃ）チップ切断面を工作物の所定形状寸法に基づいて限
定する。

ｄ）切削力とチップ切断面を工作機械の最大許容キャパ
シティに適合させる。

ｅ）ステップａ）〜ｄ）を工作機械の可能な全ての駆動
ギアステップとＷＳＰ／ＳＳＳペアに関して実行し、接
触時間の全てを算出する。

ｆ）次いで最適駆動ギアステップを選定する。

１１３Ｐ／ＳＳＳペアは加重ブロック８４に人力され、
そこで所定の工作物形態と所望の処理（旋削工作フライ
ス工作、ドリル工作等）をデータベース（メモリ装置８
０、ブロック８２）に記憶されている加重パラメータと
共に考慮して加重演算が実行される。必須の加重パラメ
ータは接触時間と工作品の品質である。粗処理（加工）
での接触時間は必須の加重パラメータであるが、仕上加
工では仕上面の品質と寸法精度が重要である。更に加重
パラメータは最適工作値からの偏差値及び／或いは所定
限界値を外れた値（越えた或いは達しない値）である。

機能ブロック９２には、個々のｌｌｌ５Ｐ／ＳＳＳペア
が評価の結果と共にランク付けされている。即ち最も好
ましいペアを第１位に置き、第２位に第２に好ましいペ
アを第２位に置くというように順次ランク付けしている
。このランク付は結果はデイスプレィ装置上やプリンタ
によって作業者に表示される。このデータ処理装置は最
も好ましい組の工作データを選択し、工作機械を自動的
に制御することが出来る。或いは作業者がデイスプレィ
　（表示）されたセットデータの所望の１セットを選択
し、このセットデータに従って工作機械を制御するよう
にデータ処理装置に命令することも出来る。

以上から、本発明がその必須の特徴の精神から離脱する
ことなく他の特別の形態で具現され得ることは、当業者
にとっては明白である。ここに、開示の実施例はそれ故
に本発明を単に説明することに主旨があり、本発明をそ
れに限定する主旨のものではない。

本発明の範囲は上述の記述よりむしろ添附の特許請求の
範囲に示されており、本発明の等価の意味と範囲の中で
生じる全ての変更は本発明に包含されるべきものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用するハードウェアを示すブ
ロック図及び第２図は工作機械の制御のための最適工作
データを決定する本発明の方法を示すフローチャート図
である。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、データ処理装置を用いた工作機械の制御方法におい
   て、 （ａ）データ処理装置に下記のデータを含む所定の工作
   機械のためのデータベースを記憶させること； （ｉ）所定の工作機械の特定の特徴に関するデータ、 （ｉｉ）可能な工作物の特性に関するデータ、 （ｉｉｉ）所定の工作機械に用いる切削工具の特徴を表
   す切削ビット材料と切刃形状寸法を含むデータ、 （ｉｖ）個々の処理方法に関するデータ、 （ｖ）工作物の工作の一般的境界条件を表したデータ、 （ｖｉ）所定の工作機械において使用するに適したビッ
   ト材料グレードとビット形態のデータを含めた記憶デー
   タから可能な対応する工作データを決定するためのサブ
   ルーチン、 （ｂ）工作物の材料、切削工具のタイプ及び工作品の所
   望の表面品質の情報を人為的にデータ処理装置に入力す
   ること； （ｃ）下記の適性をデータ処理装置においてサブルーチ
   ンによって決定すること： （ｉ）工作物材料に対する複数の切削ビット材料の適性
   ； （ｉｉ）製作すべき工作品に対する複数の切刃形状寸法
   の適性； （ｉｉｉ）上記（ｉ）と（ｉｉ）で適性が決定されてい
   るビット材料と切刃形状寸法の組合せを各セットが含む
   複数セットの工作データの適性、 （ｄ）上記複数セットの工作データを出力表示すること
   、 （ｅ）表示データセット群の中の１セットに従って工作
   機械を制御すること、 の（ａ）〜（ｅ）の工程を特徴とする工作機械制御法。 ２、工作データセット群を所定工作操作に対する適性に
   関して個々のランキング付けで以って表示し、工作機械
   をその中の最適ランク付けのデータセットに従って自動
   的に制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の制御法。 ３、工作機械を制御するために使用すべき工作データの
   セットを人為的に選択することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の制御法。 ４、工程（ｂ）がデータ処理装置に恣意的な工作データ
   を人為的に入力することを含み、且つ工程（ｃ）が当該
   人為入力工作データを評価し、テストすることを含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の制御法。 ５、複数のビット材料グレードとビット形状寸法に対し
   て少なくとも下記の工作データ： １）可能な切削速度、 ２）可能な送り速度、 ３）及び可能な切削深さ、 を決定、表示、及びランク付けを実行することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の制御法。 ６、サブルーチンが切削速度とチップ切断面を工作機械
   の最大キャパシティに従って選択することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の制御法。 ７、サブルーチンが、工作機械の可能な全ての駆動ギア
   ステップに対する必要な接触時間と可能な全てのビット
   形状寸法／ビット材料のペアを決定し、そして最も好ま
   しい接触時間を選択することを特徴とする特許請求の範
   囲第６項に記載の制御法。 ８、ビット材料と所望のビット形状寸法に関する恣意的
   提案を、工程（ｂ）中にデータ処理装置に人為的に入力
   し、この情報から１セットの工作データを決定すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の制御法。 ９、データベースに記憶されている所定工作機械の特徴
   に関するデータ（ｉ）が回転数（ｒｐｍ）範囲、駆動特
   性力、キャパシティ、トルク、駆動ギアステップ、最大
   切削力、工作物クランプ力、限界回転数（ｒｐｍ）、チ
   アック条件、摩擦係数、テールストック、ステディレス
   ト及び静的並びに動的安定性のデータを含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の制御法。 １０、データベースに記憶された可能な工作物の特性に
   関するデータが工作物材料、処理条件、合金成分、機械
   強度特性、表面条件、工作挙動、工作能力、チップ形状
   、ブランク寸法等の工作物形態、工作物安定性、表面品
   質、精度スペック及び切削条件を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の制御法。 １１、データベースに記憶された切削工具の特徴を表す
   データ（ｉｉｉ）が個々のタイプの切削工具、その安定
   性と寸法を、切刃形状寸法、負荷能力、工作レンジ、特
   定の工作物材料に対するビット材料とその適性、切削条
   件、安定性、可能な切削速度、チップ切断面及び特定の
   処理方法に対する適性と併せて含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の制御法。 １２、データベースに記憶されたデータ（ｉｖ）が旋削
   工作、粗加工、仕上加工、外形旋削工作、タップ工作、
   ドリル工作、フライス工作及びネジ工作の方法に関する
   データであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の制御法。