JPH06297296A - 数値制御装置および自動プログラミング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工プログラムに従って工具を移動制御して
ワークを加工する数値制御装置、および加工プログラム
を諸条件に基づいて自動的に作成する自動プログラミン
グ装置において、加工形状の変化による工具への負荷の
変化にフレキシブルに対応できるようにする。 【構成】 ワークを図（Ａ）に示すようなＸ−Ｚ面で山
型の形状に加工する場合、工具に先端部が平坦な形状の
ものを使用すると、一般に工具にかかる回転負荷の値
は、図（Ｂ）に示すように山型を登るときよりも下ると
きの方が大きくなる。このように、同じ加工条件であっ
てもワークの形状によって工具にかかる負荷が異なる。
このため、図（Ｃ）に示すように、負荷電流１０アンペ
アを目標設定値とし、その値が上限の１１アンペア（１
１０％）になったら工具の送り速度を低下させて負荷を
低減させ、逆に下限の９アンペア（９０％）になったら
工具の送り速度を上昇させるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工プログラムに従って
工具を移動制御してワークを加工する数値制御装置、お
よび加工プログラムを諸条件に基づいて自動的に作成す
る自動プログラミング装置に関し、特に工具の送り速度
を加工中の条件に応じて制御する数値制御装置および自
動プログラミング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＮＣ工作機械では、予め設定入力
された工具の送り速度によってワークの加工を行ってい
る。この工具の送り速度は、工具やワークの形状および
材質等の加工条件から決定されるものであり、加工条件
が変わらない限りは、この設定された送り速度を維持す
るように制御されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、同じ加工条件
であっても、加工形状によって工具にかかる負荷は異な
ったものとなる。例えば、先端が平らな工具で山型の形
状にワークを加工する場合には、山を登るときよりも下
るときの方が切削刃の無い部分がワークに接触する割合
が多いため、どうしても負荷が大きくなる。これを無視
して他の部分と同様に一定の送り速度で工具を移動制御
すると、工具の破損を招いたり、加工形状が不均一にな
る恐れがある。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、加工形状の変化による工具への負荷の変化に
フレキシブルに対応することのできる数値制御装置およ
び自動プログラミング装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【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、加工プログラムに従って工具を移動制御
してワークを加工する数値制御装置において、前記工具
の回転駆動を行う主軸の回転負荷を検出する回転負荷検
出手段と、前記検出された回転負荷に応じて前記工具の
送り速度を制御する送り速度制御手段と、を有すること
を特徴とする数値制御装置が提供される。

【０００６】また、数値制御装置の動作に必要な加工プ
ログラムを諸条件に基づいて自動的に作成する自動プロ
グラミング装置において、工具データやワーク材質デー
タ等の加工条件データを格納する加工条件データ格納手
段と、前記加工条件データに基づいて回転負荷の目標設
定値を演算する目標設定値演算手段と、前記演算された
目標設定値を維持するように前記工具の送り速度の制御
を指令するための送り速度制御指令コードを作成する送
り速度制御指令コード作成手段と、を有することを特徴
とする自動プログラミング装置が提供される。

【０００７】

【作用】本発明の数値制御装置では、工具の回転駆動を
行う主軸の回転負荷を回転負荷検出手段により検出し、
検出された回転負荷に応じて工具の送り速度を送り速度
制御手段により制御する。

【０００８】一方、本発明の自動プログラミング装置で
は、工具データやワーク材質データ等の加工条件データ
を加工条件データ格納手段に格納しておき、目標設定値
演算手段によって、加工条件データに基づいて回転負荷
の目標設定値を演算し、演算された目標設定値を維持す
るように工具の送り速度の制御を指令するための送り速
度制御指令コードを、送り速度制御指令コード作成手段
により作成する。

【０００９】

【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。図２は本実施例のＮＣ工作機械の概略構成を示
す図である。ＮＣ工作機械は、数値制御装置１０および
工作機械部２０から構成されている。工作機械部２０の
台２５には、Ｙ軸テーブル２７がスライド可能に取り付
けられている。Ｙ軸テーブル２７は、サーボモータ２２
によってＹ軸方向に移動制御される。このＹ軸テーブル
２７の上にはＸ軸テーブル２６がスライド可能に取り付
けられている。Ｘ軸テーブル２６は、サーボモータ２１
によってＸ軸方向に移動制御される。

【００１０】Ｘ軸テーブル２６上にはワーク６が固定さ
れる。ワーク６はＸ軸テーブル２６およびＹ軸テーブル
２７によってＸ−Ｙ平面上で移動制御されながら、工具
７によって切削加工または研削加工される。工具７は台
２５に取り付けられた支柱２８にスライド可能に取り付
けられており、サーボモータ２３によってＺ軸方向に移
動制御される。また、工具７は、スピンドルモータ２４
によって軸回転制御される。このスピンドルモータ２４
の負荷電流は、数値制御装置１０によって検知される。
また、各サーボモータ２１〜２３、およびスピンドルモ
ータ２４の位置信号は、図示されていないパルスコーダ
等により検出され、数値制御装置１０にフィードバック
される。

【００１１】数値制御装置１０の回転負荷検出手段１
は、スピンドルモータ２４の負荷電流を常時監視し、軸
の回転負荷を検出して送り速度制御手段２の送り速度演
算手段３に送る。送り速度演算手段３は、検出された軸
の回転負荷に応じて後述する手段により工具７の送り速
度を演算する。この演算された送り速度は、補間手段４
に送られる。補間手段４は、演算された送り速度と位置
データに応じて補間パルスを生成し、軸制御手段５に送
る。軸制御手段５は、この補間パルスに従って各サーボ
モータ２１〜２３を回転駆動させる。

【００１２】図３は数値制御装置（ＣＮＣ）内部のハー
ドウェアの構成を示すブロック図である。プロセッサ１
１はＣＮＣ１０全体の制御の中心となるプロセッサであ
る。プロセッサ１１は、バス１９を介してＲＯＭ１２に
格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステ
ムプログラムに従ってＣＮＣ１０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。このＲＡＭ１３にはＤＲＡＭが使用され
る。ＣＭＯＳ１４には工具補正量、ピッチ誤差補正量、
加工プログラム及びパラメータ等が格納される。ＣＭＯ
Ｓ１４は、図示されていないバッテリでバックアップさ
れ、ＣＮＣ１０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。

【００１３】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、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー、プリンタ等の外部機
器３４が接続される。紙テープリーダからは加工プログ
ラムが読み込まれ、また、ＣＮＣ１０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。

【００１４】グラフィック制御回路１６は各軸の現在位
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。この画像信号は
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１の表示装置３２に送られ、
そこで表示される。インタフェース１７は、ＣＲＴ／Ｍ
ＤＩユニット３１内のキーボード３３からのデータを受
けて、プロセッサ１１に渡す。

【００１５】インタフェース１８は手動パルス発生器３
５に接続され、手動パルス発生器３５からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３５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。

【００１６】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）３６は、ＣＮＣ１０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
機能およびＴ機能をシーケンス・プログラムで機械側に
必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット３７を介して機械
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、空圧バルブおよび電気アクチュ
エイタ等を動作させる。また、機械側のリミットスイッ
チおよ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。

【００１７】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ２１〜２３を
駆動する。サーボモータ２１〜２３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。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。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
ックは省略してある。

【００１８】スピンドル制御回路６１は、スピンドル回
転指令およ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６２にスピンドル速度信号
を出力する。スピンドルアンプ６２はこのスピンドル速
度信号を受けて、スピンドルモータ２４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。

【００１９】スピンドルモータ２４には歯車あるいはベ
ルトでポジションコーダ７２が結合されている。ポジシ
ョンコーダ７２は、スピンドルモータ２４に同期して回
転し、帰還パルスを出力する。その帰還パルスは、イン
タフェース７１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２４に同期して移動させるために使用される。

【００２０】また、インタフェース７１には、スピンド
ルモータ２４の負荷電流の値がスピンドルアンプ６２か
ら供給され、インタフェース７１はこれをプロセッサ１
１に渡す。

【００２１】次に上記構成を有する数値制御装置の具体
的な送り速度制御の例を示す。図１は送り速度制御を説
明する図であり、（Ａ）は工具の軌跡を示す図、（Ｂ）
は送り速度の補正前の主軸の回転負荷の軌跡を示す図、
（Ｃ）は補正を行った送り速度の軌跡とそれに応じた主
軸の回転負荷の軌跡を示す図である。各図の横軸は工具
７の移動方向のＸ軸成分であり、縦軸については、図
（Ａ）がＺ軸、図（Ｂ）がスピンドルモータ２４の負荷
電流値（Ｉ）、図（Ｃ）がスピンドルモータ２４の負荷
電流値（Ｉ）および工具７の送り速度制御値（Ｆ）であ
る。

【００２２】本実施例は、ワーク６を図（Ａ）に示すよ
うなＸ−Ｚ面で山型の形状に加工する場合を考える。こ
のとき、工具７に先端部が平坦な形状のものを使用する
と、一般に工具７にかかる回転負荷の値は、山型を登る
ときよりも下るときの方が大きくなる。すなわち、この
場合のスピンドルモータ２４の負荷電流の特性は図
（Ｂ）に示すようになる。

【００２３】このような場合に送り速度を一定にしたま
ま工具７を移動させると、工具７の破損や加工形状の不
均一化等を招く恐れがある。そこで、本実施例では、以
下に示す加工プログラムによって工具７の送り速度の補
正を行う。

【００２４】 プログラム番号Ｎ１において、Ｇ０１．０は、スピンド
ルモータ２４の回転負荷に応じた工具７の送り速度補正
の開始を命令するコードである。すなわち、（Ｘ，Ｚ）
＝（１０．５）の位置から回転数１２００、送り速度５
００を基準として工具７の制御を開始する。また、Ｐは
スピンドルモータ２４の負荷電流の目標設定値を示し、
単位はアンペアである。ＱおよびＲは、それぞれ負荷電
流の上限率および下限率を示し、ともに単位はパーセン
ト（％）である。

【００２５】すなわち、コードＧ０１．０により指令が
あると、プロセッサ１１は、負荷電流１０アンペアを目
標設定値とし、その値が上限の１１アンペア（１１０
％）になったら工具７の送り速度を低下させて負荷を低
減させ、逆に下限の９アンペア（９０％）になったら工
具７の送り速度を上昇させるように制御する。ただし、
この場合、指令された送り速度Ｆ５００の値は越えない
ようにする。

【００２６】このような制御による負荷電流と送り速度
との関係を図１（Ｃ）に示す。ここでは、負荷電流特性
を示す線をＬ１、送り速度特性を示す線をＬ２としてい
る。図からも分かるように、ワーク６の山型の頂点（Ｘ
＝３０）付近を通過した頃から工具７にかかる負荷が大
きくなり、負荷電流値が上昇を始める。この負荷電流Ｉ
が１１アンペアになった時点（Ｘ＝４０付近）で送り速
度Ｆを基準の５００から所定量だけ低下させる。これに
より、負荷電流Ｉが下限の９アンペア以上の範囲で充分
低下すれば、その送り速度Ｆを保持する。

【００２７】ワーク６の傾斜はＸ軸を移動するほど急に
なるため、送り速度Ｆを一定にしていると再び負荷電流
Ｉは上昇を始める。この場合には、再び同様の手順を行
う。以後はこの手順を繰り返すことにより、負荷電流Ｉ
が目標値の１０アンペア付近を維持しながら、加工プロ
グラムに従って工具７を移動制御する。そして、プログ
ラム番号ＮｎにおいてコードＧ０１．１を読み取った時
点で、負荷電流に応じた送り速度制御が解除される。

【００２８】図４は上記送り速度制御を行うためのプロ
セッサ１１側での制御手順を示す図フローチャートであ
る。 〔Ｓ１〕コードＧ０１．０を読み取ることにより本実施
例の送り速度制御を開始する。 〔Ｓ２〕スピンドルモータ２４の負荷電流値が上限値以
上になったか否かを判断し、上限値以上であればステッ
プＳ３に進み、そうでなければステップＳ４に進む。

【００２９】〔Ｓ３〕工具７の送り速度を所定量低下さ
せ、ステップＳ２に戻る。 〔Ｓ４〕スピンドルモータ２４の負荷電流値が下限値以
下になったか否かを判断し、下限値以下であればステッ
プＳ５に進み、そうでなければステップＳ６に進む。 〔Ｓ５〕工具７の送り速度を所定量上昇させ、ステップ
Ｓ１に戻る。ただし、この場合、指令された送り速度値
を越えないように制御する。 〔Ｓ６〕送り速度終了のコードＧ０１．１を読み取った
か否かを判断し、読み取れば本フローチャートを終了
し、そうでなければステップＳ１に戻る。

【００３０】このように、本実施例では、プログラムで
指定された負荷電流の目標設定値を維持するように工具
７の送り速度を制御するようにしたので、加工形状によ
る負荷の変化にフレキシブルに対応することができる。

【００３１】次に本発明の第２の実施例を説明する。図
５は本実施例の自動プログラミング装置の機能の概略を
示すブロック図である。加工条件データ格納手段１０１
には、工具データ領域１０１ａ、ワークデータ領域１０
１ｂ、およびＮＣ機械データ領域１０１ｃが設けられて
いる。工具データ領域１０１ａには、工具番号、工具長
補正番号、工具材質等に加え、本実施例特有の許容負荷
率Ｔ、負荷の上限率Ｑおよび下限率Ｒ等が格納されてい
る。ワークデータ領域１０１ｂには、ワークの材質、送
り速度係数、材質に応じた負荷率Ｍ等が格納されてい
る。ＮＣ機械データ領域１０１ｃには、ＮＣ機械名、Ｎ
Ｃ機械形状、最大負荷許容値Ｓが格納されている。

【００３２】加工条件決定手段１０２は、オペレータの
指令等に応じてこれらの中から加工条件データを選択
し、ＮＣデータ作成に必要な加工条件を決定する。加工
条件決定手段１０２には、前述の実施例で示したスピン
ドルモータ２４の負荷電流の目標設定値Ｐを演算する目
標設定値演算手段１０２ａが設けられている。目標設定
値演算手段１０２ａは、加工条件データ格納手段１０１
の中から、工具７の許容負荷率Ｔ、ワーク６の負荷率
Ｍ、ＮＣ機械の最大負荷許容値Ｓを使用し、次式（１）
によって負荷電流の目標設定値Ｐを演算する。

【００３３】Ｐ＝Ｔ×Ｓ×Ｍ・・・・（１） ＮＣデータ作成手段１０３は、これらの加工条件に基づ
いてＮＣデータ１０４を作成する。また、ＮＣデータ作
成手段１０３は、目標設定値演算手段１０２ａで演算さ
れた目標設定値Ｐを含む送り速度制御指令コードＧ０
１．０の作成も行う。

【００３４】図６はこのような機能を有する自動プログ
ラミング装置のハードウェアのブロック図である。プロ
セッサ１１１は、ＲＯＭ１１２に格納されているシステ
ムプログラムに従って自動プログラミング装置全体を制
御する。ＲＯＭ１１２には自動プログラミング装置全体
を制御するシステムプログラムの他に、形状情報等のデ
ータが格納されている。ＲＡＭ１１３には、内部デー
タ、フロッピーディスク１１９ａからロードされたシス
テムプログラム、図面やＮＣデータを作成するための加
工形状データ等の各種データが格納される。

【００３５】グラフィック制御回路１１４はＲＡＭ１１
３に格納されたＮＣデータ、ワークの形状等のデータを
表示信号に変換し、表示装置１１５に送る。表示装置１
１５は、これらのＮＣデータあるいはワークの形状等を
表示する。この表示装置１１５にはＣＲＴ、液晶表示装
置等が使用される。

【００３６】キーボード１１６はデータ入力に使用され
る操作キーと、システムプログラム等によって、機能が
変化するソフトウェアキーを備えている。タブレット１
１７は形状情報等のデータ入力に使用される。

【００３７】ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）１
１８は、パラメータ等のシステム情報およびＮＣデータ
等のような、自動プログラミング装置の電源遮断後も保
存すべきデータが格納される。また、このＨＤＤ１１８
には、前述の加工条件データ格納手段１０１の大部分が
設けられている。ＦＤＤ（フロッピー・ディスク・ドラ
イブ）１１９は、フロッピー・ディスク１１９ａを駆動
させてＮＣデータを入力し、あるいは修正されたＮＣデ
ータをフロッピー・ディスク１１９ａに出力することが
できる。

【００３８】また、作成された加工形状やＮＣデータ
は、プロッタ１２０、プリンタ／ＰＴＰ（紙テープパン
チャー）１２１に出力することもできる。なお、これら
の構成要素はバス１１０により互いに結合されている。

【００３９】さらに、この自動プログラミング装置を数
値制御装置と通信回線等を介して接続することにより、
作成された加工形状やＮＣデータを直接数値制御装置に
送ることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、数値制
御装置として、工具の回転駆動を行う主軸の回転負荷を
検出し、検出された回転負荷に応じて工具の送り速度を
制御するようにしたので、加工形状によって工具にかか
る負荷の大きさが変化しても、常に最適な送り速度で工
具を移動させることができる。

【００４１】一方、自動プログラミング装置として、工
具データやワーク材質データ等の加工条件データに基づ
いて回転負荷の目標設定値を演算し、演算された目標設
定値を維持するように工具の送り速度の制御を指令する
ための送り速度制御指令コードを、送り速度制御指令コ
ード作成手段により作成するようにしたので、この送り
速度制御指令コードの含まれたＮＣデータを数値制御装
置で実行させることにより、上述と同様の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】送り速度制御を説明する図であり、（Ａ）は工
具の軌跡を示す図、（Ｂ）は送り速度の補正前の主軸の
回転負荷の軌跡を示す図、（Ｃ）は補正を行った送り速
度の軌跡とそれに応じた主軸の回転負荷の軌跡を示す図
である。

【図２】ＮＣ工作機械の概略構成を示す図である。

【図３】数値制御装置内部のハードウェアの構成を示す
ブロック図である。

【図４】送り速度制御を行うためのプロセッサ側での制
御手順を示す図フローチャートである。

【図５】自動プログラミング装置の機能の概略を示すブ
ロック図である。

【図６】自動プログラミング装置のハードウェアのブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 回転負荷検出手段 ２ 送り速度制御手段 ３ 送り速度演算手段 ４ 補間手段 ５ 軸制御手段 ６ ワーク ７ 工具 １０ 数値制御装置 ２０ 工作機械部 １０１ 加工条件データ格納手段 １０１ａ 工具データ領域 １０１ｂ ワークデータ領域 １０１ｃ ＮＣ機械データ領域 １０２ 加工条件決定手段 １０２ａ 目標設定値演算手段 １０３ ＮＣデータ作成手段 １０４ ＮＣデータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工プログラムに従って工具を移動制御
   してワークを加工する数値制御装置において、 前記工具の回転駆動を行う主軸の回転負荷を検出する回
   転負荷検出手段と、 前記検出された回転負荷に応じて前記工具の送り速度を
   制御する送り速度制御手段と、 を有することを特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】 前記送り速度制御手段は、前記検出した
   回転負荷が目標設定値となるように前記送り速度を制御
   するように構成されていることを特徴とする請求項１記
   載の数値制御装置。
3. 【請求項３】 前記目標設定値は、前記加工プログラム
   上でコード指令されるように構成されることを特徴とす
   る請求項２記載の数値制御装置。
4. 【請求項４】 数値制御装置の動作に必要な加工プログ
   ラムを諸条件に基づいて自動的に作成する自動プログラ
   ミング装置において、 工具データやワーク材質データ等の加工条件データを格
   納する加工条件データ格納手段と、 前記加工条件データに基づいて回転負荷の目標設定値を
   演算する目標設定値演算手段と、 前記演算された目標設定値を維持するように前記工具の
   送り速度の制御を指令するための送り速度制御指令コー
   ドを作成する送り速度制御指令コード作成手段と、 を有することを特徴とする自動プログラミング装置。
5. 【請求項５】 前記数値制御装置と前記自動プログラミ
   ング装置とをデータ回線で接続し、前記自動プログラミ
   ング装置によって作成したＮＣデータを前記データ回線
   を介して前記数値制御装置に送るように構成したことを
   特徴とする数値制御装置システム。