JPH0628838B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a)．産業上の利用分野 本発明は、マシニングセンタ等の工作機械における工具
の折損等の工具異常を検出し所定の動作を行う数値制御
装置に関する。

(b)．従来の技術 従来、この種の数値制御装置においては、工具の折損や
寿命等の工具異常を検出する機能は設けられていたが、
そうした装置は、工具異常を検出した場合には、機械を
停止させ、それ以上の加工の継続を停止するものであっ
た。

(c)．発明が解決しようとする問題点 しかし、最近のように、作業の無人化が工作機械による
加工作業の課題となって来ると、工具異常が検出された
時点で、単に機械が停止してしまうのでは、オペレータ
が当該異常を発見するまで機械は停止状態を維持し続け
ることとなり、その後の作業スケジュールに大きな狂い
が生じる危険性が有る。従って、そうした無人作業状態
にも十分に対応できる数値制御装置の開発が望まれてい
た。

本発明は、上記事情に鑑み、工具に異常が生じた時で
も、直ちに加工作業を中止することなく、出来るだけ加
工を継続し得る数値制御装置を提供することを目的とす
るものである。

(d)．問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、工具を駆動する際に駆動トルクの異常
変動を検出することで工具の折損を検知して第１の工具
異常信号を出力する検知部と、 使用される工具夫々の使用時間を積算して当該工具の積
算時間が所定の寿命時間に達すると、当該工具は使用に
不適当である旨の第２の工具異常信号を出力する工具寿
命監視部と、 使用される工具夫々の経歴書を格納し、少なくとも、前
記第１の工具異常信号又は第２の工具異常信号に基づい
て当該工具の経歴書中の該当データを更新及び蓄積する
工具経歴書更新手段と、 前記検知部から第１の工具異常信号又は前記工具寿命監
視部から第２の工具異常信号の出力を確認すると、当該
工具に対する予備工具が準備されているか否かを判定す
る予備工具判定手段と、 前記予備工具判定手段により予備工具が準備されている
と判定されると、当該使用工具をイニシャル点を経由し
て工具交換位置に移動させる工具移動指示手段と、 前記検知部からの第１の工具異常信号の出力が確認され
且つ前記予備工具判定手段によって予備工具が準備され
ていると判定されると、予備工具を使用して新たなワー
クに対する加工を継続し、前記工具寿命監視部からの第
２の工具異常信号の出力が確認され且つ前記予備工具判
定手段によって予備工具が準備されていると判定される
と、当該工具を使用して実行中の加工シーケンスを最後
まで実行した後に予備工具を使用して当該加工シーケン
スの先頭から加工を再開続行する加工実行指示手段とを
備えて構成される。

(e)．作用 上記した構成により、本発明は、検知部から第１の工具
異常信号が、又は工具寿命監視部から第２の工具異常信
号が出力を確認すると、工具経歴書更新手段が、当該工
具の経歴書中の該当データを更新及び蓄積し、予備工具
判定手段が、当該工具に対する予備工具が準備されてい
るか否かを判定する。予備工具が準備されていると判定
されると、工具移動指示手段が、当該工具をイニシャル
点を経由して工具交換位置に移動させる。

第１の工具異常信号の出力が確認され、且つ予備工具が
準備されていると、加工実行指示手段が、工具交換後に
新ワークに取り換えて加工を無条件に継続する。一方、
第２の工具異常信号の出力が確認され、且つ予備工具が
準備されていると、加工実行指示手段が、当該工具を使
用して実行中の加工シーケンスを最後まで実行した後に
予備工具を使用して同一ワークに対して当該加工シーケ
ンスの先頭から加工を再開続行させるように作用する。

(f)．実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明による数値制御装置の一例を示す制御ブ
ロック図、第２図は工具異常管理プログラムの一例を示
すフローチャート、第３図は工具寿命処理サブルーチン
を示すフローチャート、第４図は工具寿命検出時の工具
経路の一例を示す平面図、第５図は工具折損時の工具交
換位置への移動経路図、第６図は工具寿命時の工具移動
動作図、第７図は工具経歴書の内容を示す模式図、第８
図は工具異常の表示例を示す図である。

数値制御装置１は、第１図に示すように、主制御部２を
有しており、主制御部２にはバス線３を介して寿命監視
制御部５、システムプログラムメモリ４、異常信号受信
制御部６、実行制御部７、異常信号判定演算部９、工具
データファイル１０、寿命管理演算部１１、工具折損制
御部１２、経歴書作成制御部１３、工具折損演算部１
５、経歴書メモリ１６、工具寿命管理制御部１７、表示
部１９、キーボード等の入力装置２０等が接続してい
る。異常信号受信制御部６には工具の折損を検知する検
知部２１が接続しており、実行制御部７には工作機械に
おける各制御軸を駆動する駆動モータ２２が接続してい
る。

数値制御装置１は、以上のような構成を有するので、工
具によるワークの加工は、実行制御部７が加工プログラ
ムに基づいて各駆動モータ２２を駆動制御することによ
り実行されてゆくが、加工作業中、主制御部２はシステ
ムプログラムメモリ４から工具異常管理プログラムＴＭ
Ｐを読み出して、工具の折損や寿命等の工具異常の発生
に備える。即ち、工具異常管理プログラムＴＭＰは、第
２図に示すように、ステップＳ１で、検知部２１及び寿
命監視制御部５からの異常信号Ｇ１、Ｇ２の出力に備え
て、異常信号受信制御部６のスタンバイ状態を保持す
る。検知部２１は、工具の折損を、工具を駆動する際に
生じる異常なトルク変動を検出する等の公知の手法によ
り検出し、異常が検出された場合には、工具が折損した
ものと判定して異常信号Ｇ１を異常信号受信制御部６に
出力する。また、寿命監視制御部５は加工に使用する各
工具についての使用時間を各工具について積算し、当該
積算値ＴＴと、工具データファイル１０中に格納された
各工具についての工具寿命時間ＴＬを比較して、積算値
ＴＴが工具寿命時間ＴＬに達したところで、現在使用中
の工具が所定の工具寿命時間ＴＬに達し、加工に不適当
なものとなった旨を異常信号Ｇ２で異常信号受信制御部
６に告知する。

異常信号受信制御部６は、ステップＳ２で、異常信号Ｇ
１、Ｇ２の出力が有るか否かを判定しつつ、信号の出力
が無い場合には、ステップＳ１の待機状態に戻る動作を
繰り返しながら、異常事態の発生に備える。ところで、
ステップＳ２で異常信号Ｇ１、Ｇ２の信号が確認される
と、ステップＳ３に入り、主制御部２は経歴書作成制御
部１３に工具異常に関する経歴書ＭＴＬの作成を指示す
る。

経歴書ＭＴＬは、第７図に示すように、工具異常が生じ
た順番に、図中上方から、番号を付された形で作成され
ており、各番号の付された行、即ち、アドレスには、
異常発生日付Ｘ１、当該異常が生じた際に実行してい
た加工プログラムのプログラム番号Ｘ２、リピート回
数Ｘ３（当該加工プログラムにおける何回目の実行か、
即ち何個目のワークかを表示するもの。）、工具異常
の生じた加工プログラム中での加工ユニット番号Ｘ４
（ここで言う、加工ユニットとは、関連のある１個以上
の工具を用いた時間的に連続した一連の加工をさすもの
である。例えば、センタ穴加工−ドリル加工−タップ加
工はネジ加工ユニットと称する如きである。従って、加
工プログラムはこうした加工ユニットの１個以上の集合
体として存在し、各加工ユニットには互いを区別するた
めの加工ユニット番号が付されている。）、工具異常
が生じた際の使用工具名Ｘ５、当該工具を収納した工
具マガジンの工具ポケット番号Ｘ６、異常の種類Ｘ
７、即ち折損か寿命か、その後の処理Ｘ８について記
録されており、異常信号が出力されると、経歴書作成制
御部１３はステップＳ３で、直ちに経歴書メモリ１６か
ら経歴書ＭＴＬを読み出して、当該経歴書ＭＴＬの内容
を更新し、工作機械に生じた全ての工具異常の状態を記
録しておく。なお、経歴書ＭＴＬ中の項目のＸ１〜Ｘ５
までは実行制御部７から報告を受け、Ｘ６は実行制御部
７からの報告に基づいて工具データファイル１０を検索
することにより、当該工具の収納されたポケット位置を
求め（工具データファイル１０中には現在工作機械にお
いて使用中の工具の工具マガジン中での収納位置が工具
データの一部として格納されている。）、Ｘ７は異常信
号判定演算部９による信号Ｇ１、Ｇ２の判定結果に基づ
いて求め、Ｘ８はその後の工具異常管理プログラムＴＭ
Ｐの実行状態を監視して判定する。

こうして、主制御部２から経歴書作成制御部１３に経歴
書ＭＴＬの作成が指令されると、工具異常管理プログラ
ムＴＭＰはステップＳ４に入り、主制御部２は異常信号
判定演算部９に入力された異常信号が工具の折損に関す
るものか又は工具寿命に関するものかを判定させ、信号
がＧ１で、工具の破損が生じたものと判定された場合に
は、ステップＳ５で表示部１９上に工具破損を告知する
アラームメッセージの表示を行い、更にステップＳ６
で、折損工具がタップであるか否かを実行制御部７が実
行していた加工プログラムから工具折損演算部１５に判
定させる。折損工具がタップで無い場合は、ステップＳ
７に入り、工具折損制御部１２を介して実行制御部７
に、駆動モータ２２による工具の軸移動を停止させ、ス
テップＳ８でイニシャル点ＩＰ（加工時に、工具をそれ
までの早送り状態から切削送り状態に転換させる地
点。）まで工具を＋Ｚ方向、即ちワークから遠ざかる方
向に移動させる。また、ステップＳ６で折損工具がタッ
プの場合には、ステップＳ９に入り、工具折損制御部１
２は、実行制御部７を介して工具の装着された主軸の回
転及び軸移動を停止させ、ステップＳ１０で主軸を逆転
させると共に、それまでのタップ作業とは逆の方向及び
タイミングで軸移動を＋Ｚ方向に行い、工具をイニシャ
ル点ＩＰまで移動させ、ワークと螺合した形で係合して
いるタップをワークから抜き取る。こうして、ステップ
Ｓ８及びＳ１０までの過程で折損工具がワークから抜き
取られると、ステップＳ１１で折損した工具を工具交換
位置に移動させる。

第５図に工具折損時の工具交換位置への移動経路及びそ
の移動態様を、工具別に示す。図中、点加工工具とは、
タップ、ドリル、リーマ等の一点を加工する工具をい
い、線・面加工工具とは、線状・面状の加工を行うエン
ドミル、フェイスミル等の工具をいう。また、図中実線
で示す工具経路ＰＡＳは、切削送りでの工具移動を示
し、点線は早送りによる工具移動を示す。図中左の欄に
示す工具経路ＰＡＳは、加工プログラムにおいて指示さ
れた本来の工具経路ＰＡＳであり、右の欄は加工途中の
×印の位置で工具が折損した場合の、その後のイニシャ
ル点ＩＰを経由した工具交換位置までの移動態様であ
る。

こうして、折損工具が所定の工具交換位置にまで移動さ
れたところで、工具異常管理プログラムＴＭＰは、ステ
ップＳ１２に入り、工具折損演算部１５に予備工具が準
備されているか否かを工具データファイル１０を検索す
ることにより判定させ、予備工具が準備されていない場
合には、これ以上の加工の継続が困難なものと判定して
ステップＳ１３で、工具折損制御部１２に当該工具を使
用したワークの加工を中止する処理の実行を指令させ
る。また、ステップＳ１２で予備工具が準備されている
ものと判断された場合には、ステップＳ１４に入り、表
示部１９上でのアラームメッセージの表示を消去する。
次に、ステップＳ１５で、当該加工プログラムに関する
加工が有るか否かを判定させ、有る場合には、ステップ
Ｓ１６で新しいワークをローディングし、ステップＳ１
７で、制御部１２は当該ワークに対する加工を、実行制
御部７に当該加工プログラムの最初から実行するよう指
令する。なお、工具が折損した時点で加工していたワー
クについては、その時点で加工を中断し、後に継続する
ことは無い。また、ステップＳ１５で折損に係わる加工
プログラムに基づいて加工すべきワークが無い場合に
は、ステップＳ１８に入り、制御部１２は次の別の加工
プログラムに関する加工の実行を指令する。

ところで、ステップＳ４で異常信号判定演算部９が、信
号Ｇ２から、工具異常は工具寿命によるものと判断した
場合には、ステップＳ１９に入り、表示部１９上に工具
寿命を告知するアラームメッセージの表示を行い、更に
工具寿命処理サブルーチンＳＵＢ１に入る。工具寿命処
理サブルーチンＳＵＢ１では、第３図に示すように、ス
テップＳ２０で、寿命管理演算部１１に工具データファ
イル１０を検索させ、当該寿命に達した工具の予備工具
が準備されているか否かを判定し、予備工具が準備され
ていない場合には、ステップＳ２１に入り、工具データ
ファイル１０中の、次回の当該工具の呼び出し指令時に
加工の実行を中止するフラグをＯＮし、当該寿命に達し
た工具が再使用されることを防止する。しかし、現在加
工中のワークについては、ステップＳ２２で、工具寿命
管理制御部１７が実行制御部７にそのまま加工を続行し
て加工を完了させるように指令し、加工作業が中断され
ることを防止する。

また、ステップＳ２０で、予備工具が有る場合には、ス
テップＳ２３に入り、制御部１７は、現在実行中のシー
ケンスについては当該シーケンスの加工を完了させるよ
うに指令する。ここで言うシーケンスとは、Ｇコード等
の動作指令により指令される制御単位を言い、例えば第
４図に示すように、エンドミルによるミーリング加工を
行っていた場合で、図中×印の位置で使用工具が寿命に
達したものと判定された場合には、現在実行中のシーケ
ンスは、点Ｐ１から点Ｐ２を直線補間するシーケンスで
あり、従って、加工は寿命に達した工具により点Ｐ２ま
では行われる。寿命に達した時点で実行中のシーケンス
の加工が完了したところで、ステップＳ２４に入り、工
具寿命管理制御部１７は、工具をイニシャル点ＩＰまで
＋Ｚ方向に戻し、更に工具を所定の工具交換位置に移動
させる動作を実行制御部７に指令する。次に、ステップ
Ｓ２５で寿命に達した工具と予備工具を交換し、更にス
テップＳ２６で、先程ステップＳ２３で完了させた最終
シーケンスの先頭地点、即ち第４図における点Ｐ１まで
工具を移動させ、ステップＳ２７でアラームメッセージ
の表示を表示部１９から消去させる。こうして、ステッ
プＳ２８に入り、工具寿命管理制御部１７はステップＳ
２３で完了したシーケンスの先頭から再度当該シーケン
スを実行させ、工具異常管理プログラムＴＭＰの実行は
完了する。

第６図に工具寿命時の工具交換位置への移動経路及びそ
の移動態様を、工具別に示す。図中、点加工工具とは、
ドリル、リーマ等の一点を加工する工具をいい、線・面
加工工具とは、線状・面状の加工を行うエンドミル、フ
ェイスミル等の工具をいう。また、図中実線で示す工具
経路ＰＡＳは、切削送りでの工具移動を示し、点線は早
送りにより工具移動を示す。なお、図中左の欄に示す工
具経路ＰＡＳは、加工プログラムにおいて指示された本
来の工具経路ＰＡＳであり、中央の欄は加工途中の×印
の位置で工具が寿命に達した場合の、その後のイニシャ
ル点ＩＰを経由した工具交換位置までの移動態様であ
り、更に右の欄は工具交換を行った後の、加工再開工程
を示すものである。

こうして、工具異常管理プログラムＴＭＰに基づく処理
が行われると、経歴書作成制御部１３は、その処理内容
に応じて、経歴書ＭＴＬの項目のＸ８について工具を交
換したか又は加工作業を中止したか等を記入し、当該工
具異常に関する経歴書ＭＴＬを完成させる。なお、オペ
レータは当該経歴書ＭＴＬの内容を、表示部１９上に、
表示させることも出来、更に第８図に示すように、経歴
書ＭＴＬ中に、工具異常が発生した加工プログラムにお
けるシーケンス等も記録しておき、工具異常の発生した
状態を、模式的にグラフィツク表示させることも可能で
ある（図中Ｘ印が、工具異常の生じた位置を示し、点線
は工具経路ＰＡＳを表示する。）。

以上説明したように、本実施例では、工具折損が検知さ
れたときには、直ちに予備工具に交換し、新しいワーク
に取り換えて加工を継続し、一方、工具が所定の寿命時
間に達したときには、その工具を用いて実行中のシーケ
ンスを完了した後に、予備工具を用いて、同一ワークに
対して当該シーケンスを再度実行し、次のシーケンスへ
と加工を続行する。

即ち、工具異常の実態に応じて、最適な加工継続或いは
加工続行を行うので、数値制御装置１が直ちに停止する
ことなく最大限加工を継続ないし続行することができ、
最近の無人作業の趨勢にも十分対応することが可能とな
る。

さらに、寿命に達した工具を直ちに交換するので、チッ
ピングがもとで過大な負荷が加わったり、金属疲労によ
って工具が折損するのを未然に防ぐことができる。加え
て、単に寿命が達してから工具を交換して加工を続行す
るのではなく、加工完了したシーケンスを再度実行して
から加工を継続するので、加工精度が向上する。

従来は、予め分かっている寿命時間と個々の工具の寿命
時間との誤差や工具個々の間での差が、大きく幅があ
り、所定の寿命時間に近づいたとき工具の切削能力が落
ちている可能性があり、切削面が荒くなったりして加工
精度が落ちていることがあった。そこで本実施例では、
新しい工具でシーケンスを再度行ってから次のシーケン
スへと継続することで、加工精度を向上させることがで
きる。

さらに、工具交換時には、イニシャル点ＩＰを経由して
工具交換位置へ移動させるので、最短距離で工具が移動
し迅速な工具交換を行うことができる。

加えて、工具異常信号Ｇ１又はＧ２等が出力される度
に、それら信号Ｇ１又はＧ２等に基づいて経歴書ＭＴＬ
中の該当データＸ１〜Ｘ７が更新及び蓄積されるので、
ワーク材質と工具折損との相関関係など工具異常の分析
データが提供される。それ故、加工プログラムの改善や
工具選定に功を奏する。

(g)．発明の効果 以上、説明したように、本発明によれば、工具折損が検
知されたときには、予備工具に交換し、新ワークに取り
換えて加工を継続し、一方、工具が所定の寿命時間に達
したときには、当該工具を用いて実行中の加工シーケン
スを完了した後に、予備工具を用いて、同一ワークに対
して当該加工シーケンスを再度実行して加工を続行す
る。

したがって、工作機械が直ちに停止することなく最大限
加工を継続ないし続行することができ、最近の無人作業
の趨勢にも十分対応することが可能となる。更に、工具
が折損するのを未然に防ぐことができると共に、加工精
度の向上にも功を奏する。

さらに、工具交換時には、イニシャル点を経由して工具
を交換位置へ移動させるので、最短距離で工具が移動し
迅速な工具交換を行うことができる。

また、個々の工具について異常データが更新且つ蓄積さ
れるので、加工プログラムの改善や工具の選択に功を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による数値制御装置の一例を示す制御ブ
ロック図、第２図は工具異常管理プログラムの一例を示
すフローチャート、第３図は工具寿命処理サブルーチン
を示すフローチャート、第４図は工具寿命検出時の工具
経路の一例を示す平面図、第５図は工具折損時の工具交
換位置への移動経路図、第６図は工具寿命時の工具移動
動作図、第７図は工具経歴書の内容を示す模式図、第８
図は工具異常の表示例を示す図である。 １……数値制御装置 １２……移動指示手段、加工実行指示手段（工具折損制
御部） １５……工具判定手段、予備工具判定手段（工具折損演
算部） ２１……検知部 ＩＰ……イニシャル点 Ｇ１……信号 １１……工具寿命監視部（寿命管理演算部） １３，１６……工具経歴更新手段（経歴書作成制御部、
経歴書メモリ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 睦 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 株式会社山崎鉄工所本社工場内 (56)参考文献 特開 昭55−58950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−68003（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−11021（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具を駆動する際に駆動トルクの異常変動
   を検出することで工具の折損を検知して第１の工具異常
   信号を出力する検知部と、 使用される工具夫々の使用時間を積算して当該工具の積
   算時間が所定の寿命時間に達すると、当該工具は使用に
   不適当である旨の第２の工具異常信号を出力する工具寿
   命監視部と、 使用される工具夫々の経歴書を格納し、少なくとも、前
   記第１の工具異常信号又は第２の工具異常信号に基づい
   て当該工具の経歴書中の該当データを更新且つ蓄積する
   工具経歴書更新手段と、 前記検知部から第１の工具異常信号又は前記工具寿命監
   視部から第２の工具異常信号の出力を確認すると、当該
   工具に対する予備工具が準備されているか否かを判定す
   る予備工具判定手段と、 前記予備工具判定手段により予備工具が準備されている
   と判定されると、当該使用工具をイニシャル点を経由し
   て工具交換位置に移動させる工具移動指示手段と、 前記検知部からの第１の工具異常信号の出力が確認され
   且つ前記予備工具判定手段によって予備工具が準備され
   ていると判定されると、予備工具を使用して新たなワー
   クに対する加工を継続し、前記工具寿命監視部からの第
   ２の工具異常信号の出力が確認され且つ前記予備工具判
   定手段によって予備工具が準備されていると判定される
   と、当該工具を使用して実行中の加工シーケンスを最後
   まで実行した後に予備工具を使用して当該加工シーケン
   スの先頭から加工を再開続行する加工実行指示手段とを
   備えてなる数値制御装置。