JPH0794104B2 - Ｎｃ切削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、NC切削装置に関し、特に、NC型彫機等に好
適に適用され、オーバライド機能を有する切削装置に関
する。

（従来の技術） 例えば、自動車のドアパネルやフェンダパネル等の外板
はプレス加工され、このプレス加工には、形状変化に富
んだプレス金型が必要となる。プレス金形は、NC型彫機
を使用して鋳物型を荒加工し、曲面形状が付与された
後、型用モデルを基準に細部の仕上げがなされる。

NC型彫機による荒加工は、予め記憶されているNCデータ
に従い、スピンドルに取り付けたボールエンドミルをワ
ークに対し相対的にX,Y,Z等の方向（多軸方向）に所要
の速度で所要量だけ順次移動させると共に、スピンドル
の回転速度が制御されて所要の形状に成形される。そし
て、X,Y,Z方向の工具送り速度や、スピンドルの回転速
度は、工具折損や切削時間の短縮等を考慮して最適値に
設定される。

（発明が解決すべき課題） 従来のNC型彫機による荒加工においては、鋳造時の製造
誤差に起因して、個々のワークの外形寸法を正確に把握
することが困難であり、ワークの外形寸法を正確に把握
できない場合に、数値制御データにより指定される切削
条件で切削すると、予め設定された最適切込み量や切込
み幅から大きく逸脱して工具に大きな負荷が掛かり、工
具の折損事故が生じる等の問題があった。そのため、荒
加工における切削開始時や荒加工初期段階においては、
作業者が工具の送り量や送り速度を手操作により調整す
る必要があり、作業者の負担が大きく、又、作業者の経
験や熟練が必要であった。更に、急激な形状変化による
工具負荷の急変を避けるために、工具の送り速度を大き
く設定することが出来ず、加工に時間が掛かるという問
題もあった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたも
ので、被削材の外形形状が充分に把握されていない場合
であっても、工具送り速度を最適値に常時調節して工具
折損事故を未然に防止し、加工時間の短縮を図ったNC切
削装置を提供することを目的とする。

（課題を解決する手段） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、外部デー
タ読込装置からNC演算装置に読み込まれた数値制御デー
タに基づき、切削工具を、被切削物に対して相対的に、
多軸方向の所要の位置に、所要の速度で順次移動させ、
被切削物を所要の形状に切削するNC切削装置において、
前記切削工具の切削負荷を検出する負荷センサと、該負
荷センサが検出した工具切削負荷に応じてオーバライド
量を演算するオーバライド演算装置とを備え、前記NC演
算装置は、オーバライド演算装置が演算するオーバライ
ド量に応じて前記数値制御データが指定する工具送り速
度を修正し、この修正した工具送り速度で前記切削工具
を相対移動させる一方、前記オーバライド量により工具
送り速度を連続的に減速させるとき、この減速回数を計
数し、計数した減速回数に応じた補正値を設定し、オー
バライド量をこの補正値により補正した後、このオーバ
ライド量により前記数値制御データが指定する工具送り
速度を修正することを特徴とするNC切削装置が提供され
る。

（作用） オーバライド演算装置は、工具切削負荷に応じて、工具
送り速度適正化のためのオーバライド量を常時演算して
おり、NC演算装置が、このオーバライド量に応じ、数値
制御データが指定する工具送り速度を自動的に修正す
る。そして、オーバライド量により工具送り速度を連続
的に減速させるとき、減速回数を計数して計数した減速
回数に応じた補正値が設定される。減速回数が増加する
ことは、将来の工具切削負荷がより一層増加することが
予測され、上述の補正値はこの予測される工具切削負荷
に対応している。オーバライド量をこの補正値で補正
し、補正したオーバライド量により、数値制御データが
指定する工具送り速度を修正すると、工具折損事故がよ
り確実に予防され、工具切削負荷の急変に自動的に対処
することが可能になる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。尚、本発明は種々のNC切削装置に適用可能である
が、この実施例では、ボールエンドミルによりプレス金
型を荒加工するNC型彫機に適用したものを例に説明す
る。

NC型彫機の構成 先ず、第１図を参照してNC型彫機１の概略構成を示す。
NC型彫機１のテーブル10は、ワークＷを載置固定し、Ｘ
軸モータ（サーボモータ）11によりＸ軸方向に移動可能
である。左右のコラム12には、クロスビーム14が架け渡
され、このクロスビーム14は、Ｚ軸モータ（サーボモー
タ）15により、Ｘ軸方向に直交する上下方向（Ｚ軸方
向）に移動可能である。クロスビーム14には主軸ヘッド
16が取り付けられ、この主軸ヘッド16は、Ｙ軸モータ
（サーボモータ）17によりクロスビーム14の長手方向、
即ち、Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向（Ｙ軸方向）に沿っ
て移動可能である。

主軸ヘッド16には、主軸モータ18によって回転駆動され
る主軸（図示せず）がＺ軸方向に回転自在に軸支され、
主軸にはカッタ（ボールエンドミル）20が取り付けられ
ている。そして、主軸ヘッド16の下端面のカッタ20近傍
には、カッタ20の切削時に発生する振動音を検出するAE
センサ40が取り付けられている。このAEセンサ40は入力
装置34を介して後述する速度制御装置32に電気的に接続
されて、検出信号をこの速度制御装置32に供給する。

制御装置の構成 型彫機１の作動制御は、NC制御装置30、前述した速度制
御装置32、入力装置34、NCデータ読取装置36、マニアル
操作盤39等によって行なわれる。入力装置34の入力側に
は前述のAEセンサ40の他に、前述した各モータの負荷
（電流値）を検出するＸ軸モータ負荷センサ41、Ｙ軸モ
ータ負荷センサ42、Ｚ軸モータ負荷センサ43、主軸モー
タ負荷センサ44がそれぞれ接続され、これらの負荷セン
サは各モータの負荷検出信号を入力装置34を介して速度
制御装置32に供給する。入力装置34は、増幅回路、フィ
ルタ回路、A/D変換回路等により構成されている。

NCデータ読取装置36は、NCテープ等により外部からNCデ
ータ（数値制御データ）を読み取り、これをNC制御装置
30のNC演算部30a及び速度制御装置32に供給する。速度
制御装置32の出力側は切換スイッチ38を介してNC制御装
置30の演算部30aに接続されている。速度制御装置32
は、後述するようにオーバライド量演算プログラムを有
しており、この演算プログラムにより、NCデータが指定
する位置・速度指令値、工具径、被削材の種類による工
具送り速度、及び各サーボモータの電流データと、前述
の負荷センサ41〜44が検出する各モータの負荷とから、
カッタ20の工具送り速度が、目標速度（この場合、X,Y,
Z軸方向の送り速度及び主軸の回転速度が含まれる）に
なるように、オーバライド量を演算してこれをNC演算部
30aに供給する。

切換スイッチ38の入力側にはマニアル操作盤39が接続さ
れ、マニアル操作盤39の盤面の操作キー（図示せず）を
操作することによりオーバライド量を設定し、これをマ
ニアル操作盤39側に切り換えられた切換スイッチ38を介
してNC演算部30aに供給する。切換スイッチ38の切り換
えは、通常マニアル操作盤39の特定のキー操作により切
り換えられると共に、速度制御装置32やNC演算部30aか
らの切換指令によっても切り換えられる。また、マニア
ル操作盤39の出力側は速度制御装置32にも接続され、マ
ニアル操作盤39から作業者によってイップットされる作
業指令信号を速度制御装置32にも供給できるようになっ
ている。

NC演算部30aは、詳細に後述するように、NCデータ読取
装置36からのNCデータにより指定される、カッタ20の移
動位置、工具送り速度、並びに速度制御装置32が出力す
るオーバライド量あるいはマニアル操作盤39が出力する
オーバライド量を基に、各軸モータ11,15,17,18の駆動
量を演算し、演算した駆動量に応じた制御信号をサーボ
モータ駆動制御部30bに供給する。サーボモータ駆動制
御部30bは、制御信号に応じて各軸モータ11,15,17,18を
駆動する。

速度制御装置によるオーバライド量の生成手順 次に、速度制御装置32によりオーバライド量を自動生成
する手順を、第2A図ないし第2G図を参照して説明する。

速度制御装置32は、先ず、ステップS10において、各種
の制御変数、定数、等の記憶値のイニシャライズ（初期
化）を行なう。これらの記憶値には、工具刃長、工具
径、被削材の種類、各軸モータの電流データ、種々の判
別値等が含まれる。又、レジスタのクリアもこのステッ
プで行なわれる。

次に、ステップS12に進み、運転条件入力ルーチンが実
行され、NCデータ読取装置36から型彫機１の運転条件を
入力する。そして、各負荷センサからの入力信号の有無
を判別し（ステップS14）、どのセンサからも入力信号
がなければ、ステップS15を実行してステップS12に戻
る。前述のステップS15では、オーバライド量ＫORを100
％に設定し、これをNC演算部30aに出力する。このオー
バライド量100％の信号は、NC演算部30aにおいて、NCデ
ータにより演算された工具送り速度ＶTLになんら修正を
加えずに、各モータを駆動することを意味する。尚、オ
ーバライド量ＫORが100％以下の値に設定されること
は、送り速度ＶTLを、送り速度ＶTLにオーバライド量Ｋ
ORを掛け合わせた値（ＶTL×ＫOR÷100）に修正して減
速させることを意味する。例えば、オーバライド量50％
は、NCデータで指定される送り速度の50％に減速し、オ
ーバライド量０％の場合には、送り速度を０％、即ち、
停止させることを意味する。逆に、オーバライド量が10
0％を超える値の場合には、送り速度をその値に修正し
て加速させることを意味する。

負荷センサからの入力がある場合には、ステップS16に
進み、AE信号入力ルーチンが実行され、AEセンサ40から
のAE信号を取り込む。AE信号入力ルーチンでは、AEセン
サ40から出力される信号を増幅、フィルタリング等が行
なわれる。そして、AE信号の有無を判別、即ち、カッタ
20による切削が開始されたか否かを判別する（ステップ
S18）。この判別は、ステップS16で読み込んだAE信号が
所定の閾値より大であるか否かにより行なわれる。

ステップS18において、AE信号が検出されなかった場
合、ステップS20に進み、切削フラグCFLが値１であるか
否かを判別する。この切削フラグCFLは、前回ループで
切削を行っていたことを記憶するためのプログラム制御
変数であり、この切削フラグCFLが値１である場合には
値０にリセットし（ステップS22）、レジスタをクリア
して（ステップS24）、前述のステップS15を経由してス
テップS12に戻る。一方、切削フラグCFLが値１でない場
合にはそのままステップS15を経由してステップS12に戻
る。

切削開始時の制御 前回ループで切削が行われておらず、今回ループでAE信
号を検出して切削が開始されたことを検出した場合、即
ち、ステップS18において、AE信号を検出した場合、ス
テップS26に進む。この切削開始が検出されるのは、加
工開始時の場合もあるし、断続的な切削が繰り返され、
ワークの非切削部から切削部に移行した時点の場合もあ
る。

ステップS26では、AE信号により工具異常が発生したか
否かを判別する。AEセンサ40は、工具に異常な負荷が掛
かった場合や工具が折損した場合に発生する異常振動信
号や異常音響信号を検出することができ、AE信号に異常
がなければ、第2B図のステップS30に進む。

ステップS30では、切削フラグCFLがセット（CFL＝１）
されているか否かを判別する。切削開始時（第４図のt0
時点）にはこの判別は否定であるから、ステップS32に
進み、切削開始減速処理ルーチンが実行される。

第３図は、切削開始減速処理ルーチンのフローチャート
を示し、速度制御装置32はオーバライド量ＫORを所定値
Ｘinに設定してこれをNC演算部30aに出力する（ステッ
プS321）。そして、ステップS322に進みで所定時間Ｔin
の経過を待ち（第４図（ｂ）参照）、当該ルーチンを終
了する。尚、オーバライド量ＫORを入力したNC演算部30
aは、NCデータの指令により設定した工具送り速度ＶTL
にオーバライド量ＫORを乗算し、修正した値（ＶTL×Ｋ
OR÷100）を制御信号として、これを所定期間Ｔinに亘
って駆動制御部30bに供給することになる（第４図
（ｂ）のt0時点からt1時点間の期間参照）。

このように、切削開始減速処理ルーチンでは、AEせ40に
よりカッタ20がワークに接触して切削開始を検出すると
工具送り速度を一旦減速して所定期間Ｔinに亘りその値
に保持するのである。

次に、第2B図のステップS34に進み、速度制御装置32
は、減速させた工具送り速度を元の指令速度ＶTLに戻す
に必要な立上げ量ＨX（％）を次式（A1）により演算
し、これを記憶しておく。

ＨX＝100−ＫOR ……（A1） そして、ステップS36及びS38において、後述する減速フ
ラグDFL及び切削フラグCFLを値１にセットして、ステッ
プS12に戻る。

ワークＷの正常な切削が開始されると、前述のステップ
S12,S18,S26等が順次実行され、ステップS30における判
別結果が、今度は肯定となり、後続のステップS40〜S49
が順次実行され、工具切削負荷ＴAが検出される。この
工具切削負荷ＴAの検出方法についての詳細は後述す
る。そして、ステップS50において、工具切削負荷ＴAを
所定判別値ＸMAXと比較することにより過大な負荷がカ
ッタ20に掛かっていないことを確認した後、第2D図のス
テップS52に進む。

ステップS52では、工具切削負荷ＴAが所定の基準値Ｘst
より大であるか否かが判別され、判別結果が肯定の場合
には後述する減速演算処理が実行される。一方、ステッ
プS52の判別結果が否定の場合には、ステップS54に進
み、工具切削負荷ＴAが所定の基準値Ｘstより小である
か否かが判別される。そして、この判別結果が肯定の場
合には前述した減速フラグDFLが値１であるか否かを判
別する（ステップS56）。このフラグDFLは、前述した切
削開始減速処理ルーチンの実行により値１に設定されて
おり、切削開始減速処理が実行された直後ではこの判別
結果は肯定となり、後述のステップS84に進み、減速処
理後の復帰処理が実行される。尚、減速フラグDFLが値
１にセットされていなければ、ステップS56の判別結果
は否定となり、ステップS70に進んで、後述の加速演算
処理ルーチンが実施される。

一方、ステップS54の判別結果が否定の場合、即ち、工
具切削負荷ＴAが所定の基準値Ｘstと等しく、減速演算
処理でもなく加速演算処理でもない場合、ステップS58
に進み、このステップにおいても減速フラグDFLが値１
であるか否かが判別される。そして、減速フラグDFLが
値１に設定されている場合には、ステップS84に進んで
減速処理後の復帰処理が実行され、値１に設定されてい
なければ、ステップS80に進み、後述する速度維持処理
が実行される。

このように、切削開始減速処理ルーチンが実行された直
後では、工具切削負荷ＴAが所定の基準値Ｘstより大で
切削速度を減速すべき場合には、この減速処理が優先さ
れるが、工具切削負荷ＴAが所定の基準値Ｘstより小、
ないしは等しく、加速演算処理ないしは速度維持処理を
実行すべき場合であっても、減速フラグDFLのセットに
より、これらの処理が無視されて、後述するステップS8
4以降の復帰処理が優先して実行されることになる。

尚、減速フラグDFLが値１にセットされるのは、上述し
た切削開始減速処理ルーチンの他に、後述する減速演算
処理ルーチンの実行直後にもセットされ、このような場
合にも後述のステップS84に進んで、復帰処理が実行さ
れる。

復帰処理のステップS84では、立上げ量ＨXが０であるか
否か、即ち、前回ループにおいて設定されたオーバライ
ド量ＫORが100％に復帰しているか否かを判別する。切
削開始減速処理が実行された直後（第４図のt0時点直
後）では、この立上げ量ＨXは０でないから、ステップS
85が実行され、立上げ量ＨXが所定値ＸHX（例えば、40
％）より大であるか否かが判別される。切削開始減速処
理が実行された直後では、この判別結果は肯定の筈であ
り、ステップS86の立上げ処理が実行される。

第５図は、10％立上げ処理ルーチンのフローチャートを
示し、先ず、ダウンカウンタが計数するカウント値ＮUP
が０であるか否かを判別する（ステップS860）。このダ
ウンカウンタは、セットないしはリセットされると、カ
ウント値が初期値に戻され、所定時間毎にカウント値
を、その値が０になるまで減じていくものであり、所定
時間ＴUP（第４図（ｂ）参照）を計時するタイマであ
る。切削開始減速処理ルーチンが実行された直後、この
10％立上げ処理ルーチンが実行された場合には、ダウン
カウンタのカウント値ＮUPは０である筈であり、ステッ
プS860の判別結果は肯定となり、ステップS861に進む。

ステップS861では、前回設定したオーバライド量ＫORに
第１の所定値ΔK1（例えば、10％）が加算され、この加
算値を新たなオーバライド量ＫOR（＝ＫOR＋ΔK1）とし
て記憶する。そして、前述の式（A1）により立上げ量Ｈ
Xを演算し（ステップS862）、ダウンカウンタをセット
して当該ルーチンを終了する（ステップS863）。

このルーチンは、復帰処理が実行され、前述のステップ
S85の判別結果が肯定である限り繰り返し実行される。
そして、ステップS860の判別結果が肯定になるまで、即
ち、ダウンカウンタが初期値にセットされ、カウントダ
ウンし終え、所定時間ＴUPが経過する迄は、同じオーバ
ライド量ＫORが保持され、所定時間ＴUPが経過する毎に
オーバライド量ＫORはその値を所定値ΔK1宛増加させる
と共に、立上げ量ＨXを所定値ΔK1宛減少させていく
（第４図（ｂ）のt1時点からt2時点間）。

立上げ量ＨXが所定値ＸHX以下になると、ステップS85の
判別結果が否定となり、ステップS87に進み、今度は20
％立上げ処理ルーチンが実行される。

第６図は、20％立上げ処理ルーチンのフローチャートを
示し、先ず、ダウンカウンタが計数するカウント値ＮUP
が０であるか否かを判別する（ステップS870）。このダ
ウンカウンタは、前述の10％立上げ処理ルーチンで使用
したものと同じダウンカウンタを用いてもよいし、初期
値が異なる値に設定される、即ち、計時時間の異なる別
のダウンカウンタを使用してもよい。そして、カウント
値ＮUPが０でなければ、オーバライド量ＫORおよび立上
げ量ＨXに変更を加えずに当該ルーチンを終了するが、
所定時間にＴUPが経過してカウント値ＮUPが０になる
と、即ち、所定時間ＴUPの経過毎に次ステップS871以降
の各ステップが実行される。

ステップS871では、前回設定したオーバライド量ＫOR
に、前述の第１の所定値ΔK1（10％）より大きい値に設
定されている第２の所定値ΔK2（例えば、20％）が加算
され、この加算値を新たなオーバライド量ＫOR（＝ＫOR
＋ΔK2）として記憶する。そして、新たに設定したオー
バライド量ＫORが100％以下であるか否かを判別し、以
下であればそのままステップS874に進むが、100％より
大であれば、オーバライド量ＫORを100％に設定し直し
て（ステップS873）、ステップS874に進む。即ち、この
20％立上げ処理ルーチンにおいて、オーバライド量ＫOR
が100％より大きい値に設定されることはない。

次に、立上げ量ＨXを前述の式（Ａ）により演算し（ス
テップS874）、ステップS875に進む。

ステップS875ではダウンカウンタをセットしてカウント
値を初期値に戻し、当該ルーチンを終了する。

この20％立上げ処理ルーチンは、復帰処理が実行され、
前述のステップS84の判別結果が肯定である限り繰り返
し実行され、所定時間ＴUPが経過する毎にオーバライド
量ＫORはその値を所定値ΔK2宛増加させると共に、立上
げ量ＨXは所定値ΔK2宛減少させる（第４図（ｂ）のt2
時点からt3時点間）。

立上げ量ＨXが０に到達し、ステップS84において、判別
結果が肯定になると、ステップS88に進み、減速フラグD
FLを０にリセットして復帰処理が終了する。尚、上述の
ように設定さたオーバライド量ＫORは、後述するステッ
プS90およびS91において上限値及び下限値のチェックが
行われた後、NC演算部30aに出力されるが、この処理に
ついては、通常の工具切削負荷に応じたオーバライド量
制御と同じであるから、その詳細は後述する。

このように、切削開始時において工具送り速度を一旦減
速させた後、これを漸増させるようにしたので、切削開
始時に切削を滑らかに進行させることが出来、工具負荷
の急変による工具折損事故を未然に防止することが出来
る。しかも、従来、切削開始時に作業者がマニアル操作
によって行っていた工具送り速度の減速を自動的に行う
ことが出来る。

尚、第2E図に示す復帰処理において、立上げ量ＨXが所
定値ＸHXに到達した後、20％立上げ処理を実行してオー
バライド量ＫORを第２の所定値ΔK2宛漸増させるように
したが、本発明はこの実施例に限定されず、立上げ量Ｈ
Xが所定値ＸHXに到達したとき、オーバライド量ＫORを1
00％まで一気に立ち上げるようにしてもよい。

切削が開始され、AEセンサ40により切削異常が検出され
ない限り（ステップS26の判別結果により異常信号が検
出されない場合）、後述するように、工具切削負荷に応
じたオーバライド量ＫORが設定され、NCデータが設定す
る工具送り速度をオーバライド量ＫORで修正することに
より工具送り速度が制御される。ここで、工具切削負荷
の検出方法について説明する。

本発明に依れば、外乱や測定誤差等による制御ミスを最
小限に抑制するため、各軸モータに供給される電流値を
夫々所定サンプリング回数ＸN1だけ検出してこれらの総
和を求め、この総和から工具切削負荷の大きさが判定さ
れる。より具体的に説明すると、速度制御装置32は、第
2B図のステップS40ないしS43において、各軸モータ負荷
センサ41〜44が検出した電流値ＡS,AX,AZ,AYINをサンプ
リングして取り込む。

次いで、ステップS44ないしS46において、Ｙ軸モータ17
の電流値ＡYINに対して基準モータ換算処理を行う。こ
の換算処理を行うのは、下記の理由による。無負荷状態
において、各軸モータを駆動すると、無負荷であるにも
拘ず各軸モータに供給される電流値が異なる。第７図
は、無負荷状態（非切削状態）において、Ｘ軸モータ11
およびＹ軸モータ17に供給される各電流値Ａと、送り速
度ＶFとの関係を示し、図から明白なように、電流比率
（ＡX/AY）が略７倍から40倍程度もある。また、第８図
は、Ｘ軸モータ11およびＹ軸モータ17の送り速度ＶFを
それぞれ700mm/minに設定して被削材を切削したとき
の、切込み量と各モータの電流値Ａとの関係を示したも
ので、図から明白なように、この場合の電流比率（ＡX/
AY）も略1.2倍から1.4倍程度もある。これらの供給電流
値の相違は、テーブル10や主軸ヘッド16の摺動抵抗、重
量の相違、モータの容量の相違等によるものであり、こ
れらの相違を考慮に入れずに各軸方向の工具切削負荷を
求めることは出来ない。そこで、上述した摺動抵抗等の
影響が無視できない軸モータに対しては、基準となる軸
モータの電流値に換算することにより工具切削負荷を正
確に把握しようとするものである。

実施例では、Ｙ軸モータ17の実電流値ＡYINをＸ軸モー
タ11を基準モータとしてこの基準モータの電流値に換算
することにより、電流検出条件を揃えるようにしてい
る。そこで、Ｙ軸モータ17の実電流値ＡYINが所定判別
値ＸAYより小であるか否かを判別する（ステップS4
4）。この判別値ＸAYは、Ｙ軸モータ17が無負荷で駆動
されているか、即ち、空切削中であるか、或いは切削中
であるかを判別することが出来る値、例えば、20Aに設
定される。そして、実電流値ＡYINが所定判別値ＸAYよ
り小である場合には、空切削中と判定し、ステップS45
に進み、Ｙ軸モータ17の基準換算電流値ＡYを次式（B
1）により演算する。

ＡY＝ＡYIN＋ＸK1 ……（B1） ここに、ＸK1は補正定数であり、例えば、15Aに設定さ
れる。

ステップS44の判別結果が否定、即ち、実電流値ＡYINが
所定判別値ＸAYより大である場合には、切削中と判定
し、ステップS46に進み、Ｙ軸モータ17の基準換算電流
値ＡYを次式（B2）により演算する。

ＡY＝ＡYIN×K1 ……（B2） ここに、K1は補正係数であり、例えば、値1.4に設定さ
れる。第９図は、上述のように換算された基準換算電流
値ＡYと実電流値ＡYINとの関係を示す。

このように、基準電流値換算の必要な電流値の換算が終
わると、ステップS47に進み、前回ループで演算した電
流値の総和ＴAに、今回ループで得た各軸モータの電流
値を加算して今回値ＴAを次式（B3）により演算する。

ＴA＝ＴA＋ＡS＋ＡX＋ＡY＋ＡZ ……（B3） そして、第2C図のステップS48に進み、サンプリング回
数N1が所定値ＸN1に到達したか否かを判別する。到達し
ていなければ、サンプリング回数N1に値１に加算した後
（ステップS49）、ステップS12に戻り、各軸モータの電
流値の検出を繰り返す。そして、サンプリング回数N1が
所定値ＸN1に到達したら、上述のようにして加算した各
軸モータのＸN1回のサンプリング値の総和を工具切削負
荷ＴAとしてこれを記憶し、前述のステップS50に進む。

減速演算処理 次に、上述のようにして求めた工具切削負荷ＴAに応じ
て実行される減速演算処理について説明する。

速度制御装置32は、ステップS51において、後述する負
荷連続フラグクリアルーチンを実行した後、ステップS5
2に進み、上述のようにして求めた工具切削負荷ＴAが所
定基準値Ｘstより大であるか否かを判別する。

速度制御装置32は、ステップS52において、上述のよう
にして求めた工具切削負荷ＴAが所定基準値Ｘstより大
であるか否かを判別する。この工具切削負荷ＴAと基準
値Ｘstとの関係は、第10図に示される。工具切削負荷Ｔ
Aは、ＸN1回のサンプリングにより各軸モータの電流値
を総和した値であり、同図中斜線で示す部分の面積が工
具切削負荷ＴAに相当する。これに対して、基準値Ｘst
は、基準電流値ＡstをＸN1回加算した値であり、同図
中、点Ｏ−ＸN1−Ｄ−Ａst−Ｏで囲まれる面積に対応す
る。このように、工具切削負荷ＴAは、各サンプリング
毎の電流検出値を基準値と比較するのではなく、第10図
に示すような面積比較により工具切削負荷ＴAの大きさ
を基準値と比較するので、外乱の影響や検出誤差を最小
限に抑えることが出来る。

ステップS52の判別結果が肯定、即ち、工具切削負荷ＴA
が所定基準値Ｘstより大であれば、ステップS60に進
み、減速演算処理ルーチンが実行される。

第11A図及び第11B図は、この減速演算処理ルーチンのフ
ローチャートを示し、速度制御装置32は、先ず、工具切
削負荷ＴAに応じたオーバライド量ＫORを設定する（ス
テップS601）。第12図は工具切削負荷ＴAと、この工具
切削負荷ＴAに応じて設定されるオーバライド量ＫORと
の関係を示し、工具切削負荷ＴAが所定基準値Ｘstであ
る場合にはオーバライド量ＫORは値100％に設定され、
この基準値Ｘstより大の場合には、工具切削負荷ＴAの
増加に伴って減少する値に、工具切削負荷ＴAが切削最
大値ＸMAXに到達すると、０％に設定される。ここで、
基準値Ｘstはカッタ20による切込み量を所定値に設定
し、このときの切削負荷に対応する値である。又、切削
最大値ＸMAXは、切込み量が工具刃長に到達したときの
最大許容切込み量に対応する切削負荷電流値であり、工
具切削負荷ＴAの最大値をこの値に制限することで工具
折損を防止している。第12図に示す関係は工具１刃当り
の取り代を略一定にするように設定されており、切込み
量が増加するとこれに反比例して工具送り速度を遅く設
定している。このとき、工具送り速度に比例して主軸の
回転速度を遅くした方が工具寿命上好ましい。

次に、速度制御装置32は、減速フラグDFLが値１にセッ
トされているか否かを判別する。この減速演算処理ルー
チンが初めて実行された場合には、通常このフラグはセ
ットされていないから、後続のステップをスキップして
当該ルーチンを終了する。即ち、この場合、オーバライ
ド量ＫORは、工具切削負荷ＴAに対応した値にそのまま
設定されて当該ルーチンを終了することになる。

減速演算処理ルーチンが終了すると、ステップS62にお
いて、減速フラグDFLを値１にセットし、後述する負荷
連続判定処理ルーチン（ステップS63）を実行した後、
立上げ量ＨX（＝100−ＫOR）が前述の式（A1）により演
算される（ステップS64）。

次に、第2F図のステップS90に進み、オーバライド量ＫO
Rが上限値MAXより大であるか否かを判別し、大であれ
ば、この上限値MAXにオーバライド量ＫORを設定し直し
てステップS96に進む。一方、オーバライド量ＫORが上
限値MAX以下であれば、ステップS91に進み、今度は下限
値MINと比較し、下限値MINより小であれば、この下限値
MINに設定し直し、下限値MIN以上であれば、オーバライ
ド量ＫORに変更を加えずにステップS96に進む。

尚、この実施例では、下限値MINは０％に、上限値MAX
は、例えば120％に設定されており、許容範囲以外の値
で送り速度が制御されることを防止している。これらの
上下限値の設定は、型彫機の性能等により適宜値に設定
出来ることは勿論のことである。

ステップS96では、上述のようにして設定したオーバラ
イド量ＫORをNC演算部30aに出力して、NCデータにより
指定されるカッタ20の送り速度をこのオーバライド量Ｋ
ORで減速修正し、工具切削負荷ＴAの急変に対処され
る。

減速演算処理ルーチンのステップS602において、減速フ
ラグDFLが値１にセットされている場合、即ち、前回ル
ープにおいて減速演算処理が実行され、今回ループにお
いても引続き減速演算処理が実行されると、ステップS6
03に進み、今回ループのステップS601において設定され
たオーバライド量ＫORnと前回NC演算部30aに出力された
オーバライド量ＫORn-1の偏差Δｋを演算する。

Δｋ＝ＫORn−ＫORn-1 ……（C1） 次いで、この偏差Δｋが負値であるか否か、即ち、今回
設定されたオーバライド量ＫORnは、前記NC演算部30aに
出力されたオーバライド量ＫORn-1より小であるか否か
を判別する。判別結果が肯定である場合、即ち、前回よ
り大きい工具切削負荷ＴAが検出された場合には、ステ
ップS601で設定されたオーバライド量ＫORに変更を加え
ずにこれをNC演算部30aに出力することになる。

一方、ステップS604の判別結果が否定の場合、第11B図
のステップS606に進み、ダウンカウンタが計数するカウ
ント値ＮUPが０であるか否かを判別する。このダウンカ
ウンタも、前述の10％立上げ処理ルーチンで使用したも
のと同じダウンカウンタを用いてもよいし、初期値が異
なる値に設定される別のダウンカウンタを使用してもよ
い。そして、カウント値ＮUPが０でなければ、オーバラ
イド量ＫORを前回NC演算部30aに出力した値と同じ値ＫO
Rn-1に設定し（ステップS607）、当該減速演算処理ルー
チンを終了する。そして、ステップS601で演算したオー
バライド量ＫORが前回NC演算部30aに出力した値以上で
ある限り、上述したダウンカウンタのカウント値ＮUPが
０になるまで、繰り返しステップS607が実行され、オー
バライド量ＫORが一定値に保持される。

ダウンカウンタのカウント値ＮUPが０に到達すると、ス
テップS606の判別結果が肯定となり、ステップS608に進
む。立上げ量ＨXが所定値ＸHX（40％）より大であるか
否かが判別される。この判別は前述した復帰処理の判別
と同じであり、この判別結果が肯定であれば、ステップ
S609に進み、前述の偏差Δｋが、前述の第１の所定値Δ
K1（10％）より大きいか否かを判別する。即ち、前回と
今回のオーバライド量ＫORの差が所定値ΔK1より大きい
か否かを判別し、大きければ、前記ステップS601で演算
したオーバライド量ＫORをそのまま用いずに、前回NC演
算部30aに出力したオーバライド量ＫORn-1に前記所定値
ΔK1を加算し、これを今回ループでのオーバライド量Ｋ
ORとする（ステップS610）。そして、後述のステップS6
16に進む。

一方、ステップS609において、判別結果が否定、即ち、
偏差Δｋが所定値ΔK1以下の場合、前記ステップS601で
演算したオーバライド量ＫORに変更を加えずにステップ
S616に進む。

即ち、第11A図のステップS601で演算したオーバライド
量ＫORに対して、工具送り速度を増速すべきとき、所定
時間の経過毎に所定値を加算して、工具送り速度を漸増
させるのである。

ステップS608において、判別結果が否定の場合、即ち、
立上げ量ＨXが所定値ＸHXより小である場合、ステップS
612に進み、前述の偏差Δｋが、前述の第２の所定値ΔK
2（20％）より大きいか否かを判別する。即ち、前回と
今回のオーバライド量ＫORの差が所定値ΔK2より大きい
か否かを判別し、大きければ、前記ステップS601で演算
したオーバライド量ＫORをそのまま用いずに、前回NC演
算部30aに出力したオーバライド量ＫORn-1に前記所定値
ΔK2を加算し、これを今回ループでのオーバライド量Ｋ
OR（＝ＫORn-1＋ΔK2）とする（ステップS614）。

一方、ステップS612において、判別結果が否定、即ち、
偏差Δｋが所定値ΔK2以下の場合、前記ステップS601で
演算したオーバライド量ＫORに変更を加えずにステップ
S616に進む。このように、立上げ量ＨXが所定値ＸHX以
下になると、基準切削負荷に到達するまで、工具送り速
度が加速され、切削時間の短縮が図られる。

尚、立上げ量ＨXが所定値ＸHXに到達したとき、オーバ
ライド量ＫORを100％まで一気に立ち上げるようにして
もよい。前述した通り、工具送り速度は工具の切込み量
に比例しており、減速演算処理の実施により、切削負荷
が工具の刃先近傍にだけ掛かっていたが、オーバライド
量ＫORの増加により、工具に掛かる負荷の位置が所定値
ＸXHに対応する位置まで上昇し、切込み量を一気に増加
させても工具折損の虞はない。

第13A図及び第13B図は、カッタ20の切込み量と、NC演算
部30aに出力されるオーバライド量ＫORの変化の例を示
す。第13A図では、t10,t11,t12の各時点で、切込み量の
急変に伴う工具切削負荷ＴAの増大が生じ、オーバライ
ド量ＫORは、工具切削負荷ＴAの変化を検出した時点
で、その工具切削負荷ＴAに応じた値に設定され、工具
送り速度を減速させるようにしている。そして、t13時
点で工具切削負荷ＴAの減少を検出すると、オーバライ
ド量ＫORをその工具切削負荷ＴAに対応する値にまで一
気に増加させず、所定時間ＴUP（例えば、1sec）が経過
する毎に所定値ΔK1宛漸増させている（t13時点からt14
時点間）。このように負荷の急増に対しては工具送り速
度を直ちに減速し、急減に対しては漸増させることによ
り工具の折損を未然に防止している。

第13B図において、t20時点で工具切込み量の急変により
工具切削負荷ＴAが増加した後、t21時点で工具切削負荷
ＴAの減少によりオーバライド量ＫORが漸増している。
そして、t22時点で再び工具切削負荷ＴAが急増し、その
負荷の大きさに応じたオーバライド量ＫORに急減させて
いる。t23時点でふたたび負荷が軽減し、オーバライド
量ＫORがその時点から漸増するが、t24時点で立上げ量
ＨXが所定値ＸHXに到達したため、オーバライド量ＫOR
の増加量をその時点から第２の所定量ΔK2で漸増させて
いる。

工具切削負荷ＴAが基準値Ｘstより大で減速演算処理が
実行され、その後、工具切削負荷ＴAが前述の基準値Ｘs
tより小となったとき、工具送り速度をNCデータで指定
される値より加速させるべきであるが、立上げ量ＨXが
未だ０％に戻っていない場合には、前述のステップS54
及びステップS56の判別結果が肯定となり、加速演算処
理が無視されて、前述した、第2E図の復帰処理が実行さ
れる。そして、立上げ量ＨXが一旦０に戻り、ステップS
88において減速フラグDFLが０にリセットされた後、加
速演算処理（ステップS70）が実行されることになる。

又、工具切削負荷ＴAが基準値Ｘstより大で減速演算処
理が実行され、その後、工具切削負荷ＴAが基準値Ｘst
に等しくなったとき、工具送り速度をNCデータで指定さ
れる値に保持させるべきであるが、立上げ量ＨXが未だ
０％に戻っていない場合には、前述のステップS52及び
ステップS54の判別結果がいずれも否定となり、且つ、
ステップS58の判別結果が肯定となって速度維持処理が
無視され、前述した、第2E図の復帰処理が実行される。
そして、立上げ量ＨXが一旦０に戻り、ステップS88にお
いて減速フラグDFLが０にリセットされた後、速度維持
処理（ステップS80）が実行されることになる。

負荷連続判定処理 次に、工具切削負荷が逐次増加し、減速演算処理を連続
して実行すべき場合の処理について説明する。

速度制御装置32は、工具切削負荷ＴAを検出した後、第2
D図のステップS51の負荷連続フラグクリアルーチンを実
行する。このルーチンの詳細は、第2H図に示され、先
ず、ステップS510において、検出した工具切削負荷ＴA
が基準値Ｘstより大であるか否か、即ち、工具送り速度
を減速すべきか否かを判別する。この判別結果が否定で
あれば、負荷連続フラグCFLGを値０にリセットして当該
ルーチンを終了する。負荷連続フラグCFLGは、工具切削
負荷ＴAの増加が連続して何回続いたかを記憶するため
の変数を兼ねており、このフラグCFLGの値により連続し
た負荷増加回数を判別することが出来る。

ステップS510において、工具切削負荷ＴAが所定基準値
Ｘstより大であることを判別すると、ステップS512に進
み、工具切削負荷の今回値ＴAnが前回値ＴAn-1より大で
あるか否かを判別する。即ち、工具送り速度を減速すべ
き工具切削負荷が連続し、しかもその負荷が増加してい
るか否かを判別する。この判別が肯定であれば、ステッ
プS513に進み、フラグ値CFLGを１だけ大きい値にインク
リメントし、この値（減速回数）が所定値Xcに到達した
か否かを判別する（ステップS514）。工具切削負荷ＴA
が所定基準値Ｘstより大で、しかも所定回数Xcも前回ル
ープ値より増加したのであるから、このまま切削を継続
すると、工具切削負荷ＴAが前述の切削最大値ＸMAXを超
えて工具折損の虞があると予測し、未だ工具切削負荷Ｔ
Aが切削最大値ＸMAXを超えていなくても、後述する異常
処理を実行するのである。このようにして、工具折損が
より確実に防止される。

ステップS514において、減速回数が未だ所定値Ｘcに達
していなければ、当該ルーチンを終了する。

一方、前記ステップS512における判別結果が否定であれ
ば、工具切削負荷の前回値ＴAn-1が前々回値ＴAn-2より
大であるか否かを判別する。即ち、この判別ステップと
前のステップS512により、減速すべき工具切削負荷が２
回連続して増加したか否かを判別するのである。ステッ
プS516における判別結果が肯定であれば、負荷連続フラ
グCFLGの値を変更せずに当該ルーチンを終了するが、否
定の場合には、２回連続して工具切削負荷ＴAが増加し
なければ、工具切削負荷ＴAの急増の心配がないものと
判断し、ステップS518に進んで、負荷連続フラグCFLGの
値を０にリセットする。

このように、負荷連続フラグクリアルーチンでは、工具
切削負荷が連続して増加した回数が計数され、これが記
憶される。尚、第2H図で示されるルーチンの例では、減
速回数を計測中に１回だけステップS512が否定で、ステ
ップS516が肯定になり、その後再びステップS512が肯定
となるような、工具切削負荷ＴAが連続的に増加する場
合には、負荷連続フラグCFLGが０にリセットされない。
工具送り速度を減速させない回数が所定回数（実施例で
は２回）連続したときに初めてフラグCFLGを０にリセッ
トすることにより、外乱等による誤作動を防止し、信頼
性の向上が図られる。

次に、第2D図の減速演算処理ルーチンが実行された後、
ステップS63において実行される負荷連続判定処理ルー
チンについて説明する。

このルーチンでは、負荷連続フラグCFLGの値に応じて、
減速演算処理ルーチンで設定されたオーバライド量ＫOR
が補正される。より具体的には、ステップS630では、前
述の負荷連続フラグCFLGの値に応じた補正値ΔＫcが設
定される。第14図は、フラグ値CFLGと、これにより設定
される補正値ЕＫcとの関係を示し、フラグ値CFLGの値
が０の場合には、補正値ΔＫcは値０に、フラグ値CFLG
が値１から前述した所定値Ｘcに増加する間は、フラグ
値CFLGの増加に伴って増加する値に設定される。

次いで、ステップS632に進み、ステップS60で設定した
オーバライド量ＫORから上述の補正値ΔＫcを減算補正
し、これを新たなオーバライド量ＫORとして記憶する。
そして、補正されたオーバライド量ＫORが０より小であ
るか否かを判別し（ステップS634）、答えが否定であれ
ば当該ルーチンを終了する。一方、ステップS634の判別
結果が肯定であれば、工具切削負荷ＴAが近い将来前記
最大値ＸMAXを超えて工具折損の虞があるので、工具折
損の予防のために後述する異常処理ルーチンが実行さ
れ、工具の送りを止めて切削を停止させる。

このように、工具切削負荷が連続して増大した場合に、
将来の工具切削負荷を予測し、オーバライド量ＫORを負
荷するので、工具折損事故がより確実に予防される。

加速演算処理 加速演算処理が実行される場合は、工具切削負荷ＴAが
基準値Ｘstより小であり、切削時間の短縮のため、工具
送り速度を加速させる。この場合、速度制御装置32は、
ステップS70において、工具切削負荷ＴAに応じた目標オ
ーバライド量ＫORを、第12図に示すテーブルから演算す
る。この場合、テーブルから読み出した値をそのままNC
演算部30aに出力するようにしてもよいし、目標オーバ
ライド量に至るまで、実際に出力する値を漸増させるよ
うにしてもよい。尚、加速演算処理で設定されたオーバ
ライド量ＫORは、後述の上下限値チェックを受けた後
（ステップS90〜ステップS94）、NC演算部30aに出力さ
れる。

速度維持処理 速度維持処理が実行される場合は、工具切削負荷ＴAが
基準値Ｘstと等しい場合であり、この場合にはオーバラ
イド量ＫORは100％に設定され、工具送り速度がNCデー
タで指示された値に保持されることになる。

異常処理 ステップS26において、切削中にAEセンサ40により異常
振動や異常音響を検出した場合、あるいは、ステップS5
0において、工具切削負荷ＴAが切削最大値ＸMAX以上で
あることが検出された場合、第2G図のステップS27に進
み、異常処理ルーチンが実行される。この異常処理ルー
チンで実行される異常処理としては、種々の処理方法が
考えられ、例えば、NC演算装置の自動運転を休止させ、
主軸の回転を停止させ、オーバライド量ＫORを０％に設
定し、ショップエアや切削油の供給を停止し、作業者に
警報を発する、等の処理が実行される。

上述の異常時の処理が終わると、速度制御装置32は、マ
ニアル操作盤39の特定のキーの信号レベルを入力し（ス
テップS28）、この特定のキーから復帰信号が出力され
ているか否かを判別する（ステップS29）。そして、こ
の復帰信号が入力するまで、ステップS28及びS29を繰り
返し実行する。即ち、速度制御装置32は、上述の異常発
生後に、作業者による異常処理が完了するまで待機する
のである。

作業者による、カッタの取り替え等の異常処理が完了
し、復帰信号が入力されると、速度制御装置32は、第2A
図のステップS10に戻り、記憶値のイニシャライズを再
度実行して前述した工具送り速度の制御等を再開させ
る。

尚、上述の実施例では、NC型彫機のテーブル10は切削工
具（カッタ）20に対してＸ軸方向に移動したが、このテ
ーブル10を固定して、切削工具20がテーブル10に対して
移動するものであってもよい。即ち、本発明は、切削工
具とワークとの間の相対移動速度をオーバライド量で修
正するものであり、切削工具及びワークのいずれが移動
してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明のNC切削装置に依れ
ば、切削工具の切削負荷を検出する負荷センサと、負荷
センサが検出した工具切削負荷に応じてオーバライド量
を演算するオーバライド演算装置とを備え、NC演算装置
は、オーバライド演算装置が演算するオーバライド量に
応じて数値制御データが指定する工具送り速度を修正
し、この修正した工具送り速度で切削工具を相対移動さ
せる一方、オーバライド量により工具送り速度を連続的
に減速させるとき、この減速回数を計数し、計数した減
速回数に応じた補正値を設定し、オーバライド量をこの
補正値により補正した後、このオーバライド量により数
値制御データが指定する工具送り速度を修正するように
したので、工具切削負荷の急変に対応して工具送り速度
を自動的に調整することができ、作業者のマニアル操作
の負担が軽減され、工具折損事故が確実に防止出来ると
共に、数値制御データにおいて工具送り速度指令値を高
めに設定することができ、切削加工時間を大幅に短縮さ
せることが出来る等の種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るNC型彫機の全体構成を示すブロ
ック図、第2A図ないし第2I図は、オーバライド量ＫORが
生成される手順を説明するためのフローチャート、第３
図は、切削開始減速処理ルーチンのフローチャート、第
４図は、ワーク外形形状と工具送り速度との関係を示す
タイミングチャート、第５図は、10％立上げ処理ルーチ
ンのフローチャート、第６図は、20％立上げ処理ルーチ
ンのフローチャート、第７図は、工具送り速度ＶFと軸
モータの負荷（電流値Ａ）との関係を示すグラフ、第８
図は、切込み量と軸モータの負荷（電流値Ａ）との関係
を示すグラフ、第９図は、Ｙ軸モータの実電流値と基準
変換電流値との関係を示すグラフ、第10図は、所定回数
サンプリングされた各軸モータの電流値の総和ＴAと、
基準値Ｘstとの関係を示すためのグラフ、第11A図及び
第11B図は、減速演算処理ルーチンのフローチャート、
第12図は、工具切削負荷ＴAと、それによって設定され
るオーバライド量ＫORとの関係を示すグラフ、第13A図
及び第13B図は、それぞれ工具切込み量とオーバライド
量ＫORとの関係の一例を示すタイミングチャート、第14
図は、工具切削負荷の増大が連続した場合の、連続回数
と、これにより設定される補正値ΔＫcの関係を示すグ
ラフである。 １……NC型彫機、10……テーブル、11……Ｘ軸モータ、
12……コラム、14……クロスビーム、15……Ｚ軸モー
タ、16……主軸ヘッド、17……Ｙ軸モータ、18……主軸
モータ、20……カッタ（切削工具）、30……NC演算装
置、30a……NC演算部、30b……サーボモータ駆動制御
部、32……速度制御装置（オーバライド演算装置）、36
……NCデータ読取装置、38……切換スイッチ、39……マ
ニアル操作盤、40……AEセンサ、41〜44……軸モータ負
荷センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部データ読込装置からNC演算装置に読み
   込まれた数値制御データに基づき、切削工具を、被切削
   物に対して相対的に、多軸方向の所要の位置に、所要の
   速度で順次移動させ、被切削物を所要の形状に切削する
   NC切削装置において、前記切削工具の切削負荷を検出す
   る負荷センサと、該負荷センサが検出した工具切削負荷
   に応じてオーバライド量を演算するオーバライド演算装
   置とを備え、前記NC演算装置は、オーバライド演算装置
   が演算するオーバライド量に応じて前記数値制御データ
   が指定する工具送り速度を修正し、この修正した工具送
   り速度で前記切削工具を相対移動させる一方、前記オー
   バライド量により工具送り速度を連続的に減速させると
   き、この減速回数を計数し、計数した減速回数に応じた
   補正値を設定し、オーバライド量をこの補正値により補
   正した後、このオーバライド量により前記数値制御デー
   タが指定する工具送り速度を修正することを特徴とする
   NC切削装置。