JPH033757A - 切削負荷管理方式 - 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〕 本発明は数値制御装置の切削負荷管理方式に関し、特に
単位時間当たりの切削量から切削負荷を算出するように
した切削負荷管理方式に関する。

〔従来の技術〕

数値制御装置による加工は、あらかじめパートプロクラ
ムとして、メモリに登録された加工手順を、順次呼び出
して実行することによりなされる。

このような数値制御装置に求められて来たのは次のよう
な条件であった。

（１）高速、高精度な加工 （２）カスタム・マクロ機能をはじめとする加工プログ
ラムをより効率的に作成するだめの豊富な機能 （３）対話形プログラミング機能に代表されるような、
加工プログラム作成のための操作性の向上これらは、人
間に代わって工作機械を動作させ、図面に指示された形
状にワークを加工するという数値制御装置の性能を向上
させたり、より使い易くする目的でなされてきた。

ところで、人間が工作機械を使う時には、単に図面どお
りの形状に加工するだけでなく、加工面や工具の状態に
も注意を払っている。従って、試切削を行い、加工過程
をオペレータが監視したり、試作品を検査して、満足す
る加工が行われるよう、数値制御装置の指令を修正する
作業が必要である。

もし、数値制御装置にこのような加工状況を管理する能
力を持たせることができるなら、これらの作業は低減さ
れ、より信頼性の高い加工が可能となる。

このような課題を解決する手段として、一部に適応制御
としての取組がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、適応制御では数値制御装置に適応制御装置を付
加し、機械側に切削負荷を検出するためのセンサーを設
けるので、構成が複雑になり、コストも膨大となり、そ
の成果も充分ではなかった。

また、実際に加工を実行しなければ切削負荷は判別でき
ないし、さらに、工具の過負荷を検出した時には、すで
に工具が破損してしまっている場合が多いという問題も
あった。

方、現在では数値制御装置には対話型自動プログラミン
グ機能等によって、加工すべき素材形状、加工形状、工
具の加工通路、加工速度等は内部にデータとして格納さ
れている。従って、このようなデータから、単位時間当
たりの切削量等は数値制御装置内で算出することが可能
である。

本発明はこのような点に鑑みて、単位時間当たりの切削
量から切削負荷を算出し、工具の切削負荷管理を実行す
るようにした切削負荷管理方式を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、数値制御装置で
の工具にかかる切削負荷を管理する切削負荷管理方式に
おいて、時々刻々変化するワークの形状を数値制御装置
が形状モデルにて把握し、前記形状モデルと、前記工具
の通路から単位時間あたりの切削量を算出し、予め登録
しておいた加工対象ごとによって定まる切削抵抗係数を
用いて前記工具にかかる切削負荷を算出し、前記切削負
荷と、予め登録しておいた前記工具ごとの許容切削抵抗
値を比較し、前記切削負荷が、前記許容切削抵抗値を越
えたときは、加工プログラムの運転を中止し、前記数値
制御装置の画面にアラームメツセージを表示することを
特徴とする切削負荷管理方式が、 提供される。

〔作用〕

数値制御装置は内部に記憶しているワークの形状と工具
通路、加工速度から、単位時間当たりの切削量を計算す
ることができる。この切削量から、切削負荷を算出する
。

この切削負荷を許容切削抵抗値値と比較し、切耐負荷が
許容値を越えたときは、運転を中止し、アラームメツセ
ージを表示する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

（１）形状モデルと切削負荷の導出 切削負荷を算出する基として考慮するデータには、切削
抵抗と切削仕事とがある。切削抵抗は瞬時的な工具の破
損を防止するためのものであり、切削仕事は工具の寿命
を管理するものである。この切削抵抗と切削仕事は以下
のように求める。

第２図は単位時間当たりの切削量を求めるための説明図
である。ここでは、例えば、工具２はフライスの１個の
歯等に相当するものとする。第２図において、ｂはワー
ク１の切削の幅でｄは切削の深さで、この積は切削面積
Ｓ（ｍｍ勺である。工具２にかかる切削抵抗Ｆ＋　　（
ｋｇ）は次のような式で求められる。

Ｆ＋＝Ｋｔ　　・αユ・Ｓ　　　　（１式）ただし、α
ｗ　　（ｋｇ　／　ｍｍ　２）は加工対象Ｗごとによっ
て定まる切削抵抗係数で経験的に定められる。

Ｋ、はその他の条件によって変動する定数である。

工具１の切削仕事Ｗｌ（ｋｇ−ｍｍ）は次のような式方
式％ α８　・Ｋ１　・ｆｓ△Ｖｄｔ　　（２式）ｖ　（ｍｍ
／５ｅｃ）は工具の切削速度である。

（２）切削抵抗係数 切削抵抗係数は材質毎に異なる。第３図は各材質毎の切
削抵抗係数の例を示す図である。このようなテーブル３
には、材質３ａとその切削抵抗係数３ｂが含まれている
。

第４図は各ワークごとの切削抵抗係数の例を示す図であ
る。このテーブル４にはワーク番号４ａとワークに対応
する切削抵抗係数４ｂが含まれている。また、ワークご
との切削抵抗係数はワークの材質が対話型自動プログラ
ミング機能で指定されれば、テーブル３から自動的に作
成することもできる。

（３）許容切削負荷 第５図は許容切削負荷の例を示す図である。第５図にお
いて、テーブル５では工具番号５ａ、各工具の許容切削
抵抗５ｂ、許容切削仕事５Ｃ％累積切削仕事５ｄを含ん
でいる。許容切削抵抗５ｂは工具に一時的にかかる切削
抵抗の許容値である。

許容切削仕事５ｃは工具が実行できる仕事の許容値、す
なわち工具の寿命を間接的に示す。累積切削仕事とは、
工具を使用してからの現在までの切削仕事の合計を示す
。

従って、工具の切削負荷は短期的に許容切削抵抗５ｂの
値を越えてはならず、また、累積切削仕事が許容切削仕
事以内でなければならない。ここで、累積切削仕事は（
２式）のＷ、を加工時間で積分すればよい。

（４）描画機能と切削負荷管理方式 第６図は加工すべきワークの素材形状の例を示す図であ
る。すなわち、表示画面６に素材形状７が表示されてい
る。このような、素材の定義は対話型自動プログラミン
グ機能によって、簡単に指定することができる。すなわ
ち、オペレータは対話型画面に表示された素材形状を選
択すればよい。

第７図は加工形状の例を示す図である。表示画面８に加
工形状９が表示されている。オペレータは対話型自動プ
ログラミング機能からの問いかけに対して、必要な指定
をしていけば、加工プログラムが作成され、第７図のよ
うな形状モデルが得られる。このように対話型自動プロ
グラミング機能によって、加工プログラムを作成すれば
、同時に加工通路、切削量、切削速度、素材等が数値制
御装置内に記憶されていく。

この数値制御装置内の加工形状、材質、工具の通路、加
工速度等に対して、切削抵抗係数、許容切削抵抗、許容
切削仕事、等のデータを入力すれば、加工プログラムを
実行することにより、切削負荷を計算することができる
。

０ （５）切削負荷の管理手順 第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の切削負荷管理方式の
処理のフローチャートである。図において、Ｓに続く数
値はステップ番号を示す。

［Ｓｌ：］上記に説明したように、対話型自動プログラ
ミング機能を使用して、加工プログラムを作成する。

〔Ｓ２〕第６図に示すように、素材形状を定義する。

〔Ｓ３〕素材形状を定義し、同時に材質の切削抵抗係数
、ワークの切削抵抗係数を入力する。また、材質の切削
抵抗係数から、自動的にワークの切削抵抗係数を求める
こともできる。

〔Ｓ４〕工具を定義し、同時に工具の切削許容抵抗値、
許容切削仕事量を入力する。

なお、これらの８１から８４の工程は、必ずしもこの順
序で実行されるのでなく、実際は対話型自動プログラミ
ング機能によって、これらの工程が互いに関連して、加
工プログラムの作成及び必要なデータが入力されていく
。

〔Ｓ５〕加工プログラムから工具の移動指令を含むブロ
ックを求める。

〔Ｓ６〕工具の移動指令を微小時間の移動量に分割する
。

〔Ｓ７〕微小時間の工具の移動により、工具がワークを
切削する量を形状モデルから求める。

〔Ｓ８〕工具の移動により、ワークが削り取られた部分
につき形状モデルを更新する。

〔Ｓ９〕微小時間の切削量から工具にかかる切削負荷を
（１式）から求める。

［：Ｓ１０］工具の切削負荷が許容値以下か調べ、そう
ならＳｌｌへ進み、許容値を越えているときは３１３へ
進む。

［５１１１このブロックの工具の移動が終了したか調べ
、終わっていればＳ１２へ進み、終わっていなければＳ
７へ戻り、同様な工程を繰り返す。

［：Ｓ　１２）加工プログラムの運転が終了したが調べ
、終わっていなければＳ５へ戻り、次のブロックの処理
を開始する。

１ ２ ［５１３）算出した工具負荷が許容値を越えているので
、加工プログラムの実行を中止し、表示画面にアラーム
を表示する。

なお、これらの加工プログラムの実行は、実際に加工を
行わなくても、数値制御装置上の運転のみでも、切削負
荷のチエツクはできる。勿論、実際に加工を行いながら
でも可能である。現実的には数値制御装置運転のみで、
加工プログラムの実行をｌ？ｔ１８１１し、さらに実際
の加工時にもチエツクを行うことが望ましい。すなわち
、数値制御装置のみでの実行に対して、実際の加工時に
は送り速度のオーバライド等の切削条件が異なってくる
場合があるからである。

また、上記のフローチャートでは工具の切削抵抗値の算
出について述べたが、（２式）から得られる工具の切削
仕事量を累積し、累積切削仕事量を求め、許容切削仕事
量と比較し、これを越えたときは同様に加工プログラム
の実行を中止し、アラーム表示を行うことができる。そ
のほかに、工具の累積仕事量が許容切削仕事量の一定割
合、例えば９０％に達したら、警告メツセージを表示す
るようにすることもできる。

また、上記の説明では数値制御装置での対話型自動プロ
グラミング機能で行うことで説明したが、別個の対話型
自動プログラミング装置を使用して、切削負荷管理を行
うこともできる。

（６）ハードウェアの構成 第８図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。

図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）である。プ
ロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０全体の制御
の中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、Ｒ
ＯＭ１２に格納されたシステムフログラムを読み出し、
このシステムプログラムに従って、数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３には一時的な計
算データ、表示データ等が格納される。ＲＡＭ１３には
ＤＲＡＭ使用される。ＣＭＯ３１４には工具補正量、ピ
ッチ誤差補正量、加工プログラム及びバラメー３ ４ 夕等が格納される。本発明の材質ごとに切削抵抗係数、
ワークごとの切削抵抗係数、許容切削抵抗、許容切削仕
事量、累積切削仕事量等もＣＭＯ３Ｉ４に格納される。

ＣＭＯ３１４は、図示されていないバッテリでバックア
ップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオフさ
れても不揮発性メモリとなっているので、それらのデー
タはそのまま保持される。

インタフェース１５は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーグ、紙テープパンチャ、紙テープリー
グ・パンチャー等の外部機器３１が接続される。紙テー
プリーグからは加工プログラムが読み込まれ、また、数
値制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集された加工プログラ
ムを紙テープパンチャーに出力することができる。

ＰＭＣＣｊログラマブル・マシン・コントローラ）１６
はＣＮＣｌ０に内蔵され、ラダー形式で作成されたシー
ケンスプログラムで機械側を制御する。すなわち、加工
プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及び１機能に
従って、これらをシケンスプログラムで機械側で必要な
信号に変換し、Ｉ１０ユニット１７から機械側に出力す
る。

この出力信号は機械側のマグネット等を駆動し、油圧バ
ルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエイタ等を作動させ
る。また、機械側のリミットスイッチ及び機械操作盤の
スイッチ等の信号を受けて、必要な処理をして、プロセ
ッサ１１に渡す。

ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５へは各軸の現在位置、移動
量等のデータが送られて、表示される。

また、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット内のキーボードからのデ
ータ人力信号がインタフェース１９におくられ、バス２
１を経由してプロセッサ１１に渡される。

インタフェース２０は手動パルス発生器３２に接続され
、手動パルス発生器３２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器３２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働部を精密に移動させるのに使用される。

軸制御回路４１〜４４はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受けて、各軸の指令をザーボア５ ６ ンプ５１〜５４に出力する。サーボアンプ５１〜５４は
この移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６４
を駆動する。サーボモータ６１〜６４には位置検出用の
パルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダから
位置信号がパルス列としてフィードバックされる。場合
によっては、位置検出器として、リニアスケールが使用
される。

また、このパルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換す
ることにより、速度信号を生成することができる。さら
に、速度検出用にタコジェネレータが使用される場合も
ある。図ではこれらの位置信号のフィードバックライン
及び速度フィードバックは省略しである。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、所定の位
置にスピンドルを位置決めする。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ８２が結合されている。従って、ポジション
コーダ８２はスピンドル７３に同期して回転し、帰還パ
ルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース８１を
経由して、プロセッサ１１によって、読み取られる。こ
の帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３に同期し
て移動させてネジ切り等の加工を行うために使用される
。

第９［ｔＣＲＴ／ＭＤＩユニットの詳細図である。プロ
セッサ２５１はＲＯＭ２５２に格納されたグラフィック
制御プログラムに従って、各軸の現在位置、アラーム、
パラメータ、画像データ等のディジタルデータを画像信
号に変換して出力する。プロセッサ２５１はインタフェ
ース２５３を介して、ＣＮＣ２０から表示データを受け
、これをグラフィック制御回路２５４に送る。グラフィ
ック制御回路２５４はディジタルデータをビジュアル信
号に変換して、表示装置２５６に送る。本発明の工具の
切削負荷が、許容切削負荷を越えた７ ８ 時、累積切削仕事量が許容切削抵抗を越えた時はアラー
ムメツセージが表示装置２５６に表示される。表示装置
２５６は９インチあるいは１４インチ程度のモノクロ、
あるいはカラーＣＲＴが使用される。また、液晶表示装
置等が使用されることもある。また、オペレータはキー
ボード２５７を使用して、数値制御装置の対話型自動プ
ログラミング機能の表示装置２５４に表示される問い掛
けに応じて、データを人力し、加工プログラムを作成し
、必要なデータを人力する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、数値制御装置内の形状
モデルから切削負荷を算出し、工具にかかる切削負荷を
監視するようにしたので、特別の適応制御装置あるいは
センサー等を設けることなく、切削負荷の管理を行うこ
とができる。

また、実際に加工を行うことなく、切削負荷の管理がで
きるので、ワークや工具を破損することなく加工プログ
ラムのチエツクをすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の切削負荷管理方式の
処理のフローチャート、 第２図は単位時間当たりの切削量を求めるための説明図
、 第３図は各材質毎の切削抵抗係数の例を示す図、第４図
は各ワークごとの切削抵抗係数の例を示す図、 第５図は許容切削抵抗の例を示す図、 第６図は加工すべきワークの素材形状の例を示す図、 第７図は加工形状の例を示す図、 第８図は本発明を実施するだめの数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図、第９図はＣＲＴ／ＭＤ
Ｉユニ７）の詳細図である。 １　　　　　ワーク ９ ０ 工具 テーブル テーブル テーブル 表示画面 素材形状 表示画面 加工形状 プロセッサ ＲＯＭ ＡＭ ＭＯＳ インタフェース ＰＭＣ（プログラマブル・マ シン・コントローラ） Ｉ１０ユニット インタフェース インタフェース ノくス プロセッサ 　５２ ５３ ５４ ５６ ５７ ＲＯＭ　（グラフィック制御プ ログラム） インタフェース グラフィック制御回路 表示装置 キーボード

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）数値制御装置での工具にかかる切削負荷を管理す
   る切削負荷管理方式において、 時々刻々変化するワークの形状を数値制御装置が形状モ
   デルにて把握し、 前記形状モデルと、前記工具の通路から単位時間あたり
   の切削量を算出し、 予め登録しておいた加工対象ごとによって定まる切削抵
   抗係数を用いて前記工具にかかる切削負荷を算出し、 前記切削負荷と、予め登録しておいた前記工具ごとの許
   容切削抵抗値を比較し、 前記切削負荷が、前記許容切削抵抗値を越えたときは、
   加工プログラムの運転を中止し、前記数値制御装置の画
   面にアラームメッセージを表示することを特徴とする切
   削負荷管理方式。 （２）実際に加工運転を行わずに、加工プログラムを実
   行して、前記切削負荷と前記許容切削抵抗値を比較する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の切削負荷
   管理方式。（３）実際に加工運転を実行しながら、前記
   切削負荷と前記許容切削抵抗値を比較することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の切削負荷管理方式。 （４）工具の切削仕事から累積切削仕事量を求め、予め
   設定された許容切削仕事量と比較し、前記累積切削仕事
   量が前記許容切削仕事量を越えたとき加工プログラムの
   実行を中止、アラームメッセージを表示することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の切削負荷管理方式。 （５）工具の切削仕事から累積切削仕事量を求め、予め
   設定された許容切削仕事量と比較し、前記累積切削仕事
   量が前記許容切削仕事量の一定割合に到達したときに、
   警告メッセージを表示することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の切削負荷管理方式。