JPS6239158A - 数値制御工作機械における適応制御方法 - 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、数値制御工作機械において、被加工物の切削
状態を所望の作業効率に応じた拘束条件に基づいて制御
する適応制御方法に係り、特に拘束条件が自動的に算出
、設定される適応制御方法に関する。

「従来の技術」 近年、無人で被加工物を連続して自動的に加工する数値
制御工作機械が多く使用されている。このような数値制
御工作機械においては、同一種類α伴加工物が連続して
加工される場合が多いが、このような場合においても、
被加工物側々に素材の形状の違いあるいは材質のばらつ
きがあり、これらに起因する負荷変動から工作機械ある
いは工具を保護する目的や軽負荷時の作業効率を上げる
目的で、切削負荷を拘束条件として各被加工物の切削状
態（例えば切削速度）を制御する。いわゆる適応制御が
行なわれている。

ところで、上記従来の適応制御機能を備えた数値制御工
作機械にあっては、拘束条件が作業者の経験から設定さ
れていたが、このような拘束条件は、例えば、工具を駆
動する主軸電動機の負荷電流値、あるいは工具近傍にお
ける機械振動の振幅値というよ５Ｋ、現場の作業者にと
っては馴染みの薄いものであるため、作業者がこの拘束
条件を勢い安全側に設定してしまう傾向があり、このた
め、作業効率がかえって低下してしまうという問題があ
った。

そこで、上記問題を解消するために、あらかじめ被加工
物の切削負荷を検出して平均し、この平均切削負荷に所
望の作業効率に応じた倍率を掛けて得られる値を拘束条
件として自動的に設定する適応制御装置が提案されてい
る（特開昭５７−１ｆ１６１４９号公報参照）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記従来の適応制御装置にあっては、拘
束条件に応じて送り速度（切削速度）等の制御量を変更
しているため、この制御量の変更範囲に制限がある場合
（例えば、送り速度の変更範囲が１５０％〜３０％に制
限されている場合）には、加工工程での負荷変動によっ
ては、この制限のために所望の制御量が得られずに、作
業効率が低下したり、あるいは場合によっては動作不能
になるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、拘束条件に伴う制御量の変更に何らか
の制限があっても、最適な拘束条件が自動的に設定でき
、所望の作業効率を得ることができる数値制御工作機械
における適応制御方法を提供することにある。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明は、任意の被加工物
の切削時の切削負荷とその切削時間とを逐次検出して記
憶しておき、該被加工物の切削終了後、上記切削負荷及
び切削時間とあらかじめ設定された作業効率とに基づい
て、暫定基準切削負荷及び目標時間を算出した後、上記
切削負荷及び暫定基準切削負荷とあらかじめ設定された
切削速度の変更範囲とに基づいて、上記目標時間以内に
切削時間が収まる場合の切削負荷を算出して、この切削
負荷を拘束条件として設定し、次いでこの拘束条件に基
づいて切削速度を制御して、上記被加工物と同種類の被
加工物を切削するものである。

「作用」 本発明の数値制御工作機械の適応制御方法にあっては、
切削中の被加工物の切削負荷とその切削時間とを順次検
出し記憶しておき、切削終了後、上記切削時に得られた
負荷変動パターン（切削負荷及び切削時間）と、あらか
じめ設定された作業能率及び切削速度の変更範囲とに基
づいて、上記負荷変動パターンの下で上記作業効率にな
るような切削負荷を演算し、この切削負荷を拘束条件と
して被加工物の切削時の切削速度を制御し、作業効率の
向上を図る。

「実施例」 以下、第１図ないし第７図に基づいて本発明の一実施例
を説明する。本実施例は、切削負荷を、工具を回転駆動
させる主軸電動機の負荷電流（負荷電流は切削負荷に対
応する）に基づいて検出し、また切削速度を、ＮＣ装置
（数値制御装置）に供給するオーバーライド（あらかじ
め数値制御テープ上のプログラムに設定された切削速度
を修正する）信号を用舒て制御するようにしたものであ
る。

第１図中１は、図示せぬ工具の制御を行な５ＮＣ装置（
数値制御装置）、２は、工具の制御情報等が記録されて
いる数値制御テープ（ＮＣテープ）であり、ＮＣ装置１
は、ＮＣテープ２に記録されている制御情報を読み込み
、その読み込まれた情報に基づいて工具の送り速度（切
削速度）等を制御する。また、上記ＮＣ装置１は、後述
する適応制御装置３かも供給されるオーバーライド信号
ＯＲに応じて上記切削速度を増減させるようになってい
る。上記ＮＣテープ？は、第２図に示すように、上述し
た制御情報以外に各抜刀ロエ物に対応する切削工程（−
被加工物は一切削工程により加工されるものとする）を
各々分離するための命令コードＭ３８と、後述する主軸
電動機５の無負荷電流を読み込むための命令コードＭ３
７と、各切削工程の終了を示す命令コードＭ３９とがあ
らかじめ記録されている。さらに、第１図において、４
は上記ＮＣ装置１の指令信号に基づいて工具の送り、回
転制御等を行なう機械制御盤であり、この機械制御盤４
には、工具を回転駆動させる主軸電動機５の駆動部すな
わち主軸電動機駆動部６が設けられている。

上記適応制御装置３には、図示せぬ記憶装置に記憶され
ているプログラムに従い動作するマイクロプロセッサ等
の中央処理装置（ＣＰＵ）７が内蔵されており、このＣ
ＰＵ７には、工１０インターフェース８を介してＮＣ装
置」から各命令コードＭ３７．Ｍ３８．Ｍ３９が供給さ
れるようになっている。また、ＣＰＵ７は、上記オーバ
ーライド信号ＯＲと切削停止信号ＳＣとをＩ１０インタ
ーフェース８を介してＮＣ装置ｌに対して供給するよう
になっている。該切削停止信号ＳＣは、ＮＣ装置１を通
って機械制御盤４に供給され、工具の回転を停止させる
ものである。さらＫ、上記ＣＰＵ７には、上記主軸電動
機駆動部６から、電流電圧変換部９及びＡＤ変換部工０
を介して、主軸電動機５の負荷電流（駆動電流）がデジ
タル信号（電圧）に変換されて入力されている。

次に、上記のように構成された数値制御工作機械を用い
て、本発明の適応制御方法を説明する。

まず、複数の同一種類の被加工物のうちの最初の波力ｑ
工物が切削される工程を説明する。この最初の切削工程
は本実施例における拘束条件（基準切削負荷）を求める
と共に、この求められた拘束条件を自動設定する工程で
あり、この工程を特にテスト工程と呼ぶ（第３図におい
て区ｒｆｊｊ　Ｔ　ａ　）。

このテスト工程においては、ＮＣテープ２に記録されて
いる工具送り速度指令通りの切削速度において、すなわ
ち、第４図において実線Ｃで示すように常に１００％の
オーバーライド値によって切削が行なわれる。

今、ＮＣ装置ｌによりＮＣテープ２の読み取りが開始さ
れたとすると、第６図に示す時刻ｔ１において、命令コ
ードＭ３８が読み込まれ、このテスト工程Ｔ＆が開始さ
れる。そして、時刻ｔ２において主軸電動機５が始動さ
れると、その負荷電流は第３図の実線ａで示すように、
一旦上昇した後下降して無負荷電流値Ｉｏに落ち付く。

この無負荷電流値Ｉｏは、時刻ｔ３において命令コード
Ｍ３７が読み込まれた時にＣＰＵ７によりその記憶装置
に記憶される。そして、この時刻ｔ３以降、ＮＣテープ
２から読み込まれる工具送り指令通りの速度で工具送り
が開始され、時刻ｔ４から実際に切削が開始される。こ
のようにして、切削が開始されると、負荷電流は、第６
図に実線ａで示すように切削速度、素材の形状、材質等
に対応して上昇、下降を繰り返し、また時刻ｔ、に到っ
て切削が終了すると再び無負荷電流値ＩｏＫ復帰する。

なお、ここで、Ｉ　Ｍｌｌ撮大負荷電流を示す。そして
、時刻ｔｌｏにおいて命令コードＭ３９が読み込まれる
と、このテスト工程Ｔ＆における切削期間Ｔｂ、すなわ
ち時刻ｔ４〜ｔ９の間において、負荷電流値を逐次読み
込み記憶し、時刻上９において、その平均値（平均負荷
電流値）ＩＡＶを求め、さらに時刻ｔｉｌｙにおいてこ
の平均負荷電流値工Ａｖにあらかじめ設定された希望す
る作業効率に対する倍率（例えば希望する作業効率が１
２０％であれば倍率は１．２）を掛けた値を暫定基準負
荷電流ｉ（Ｂとする。

次に、得られた暫定基準負荷電流値を拘束条件として、
記憶されたテスト切削時の負荷変動に対して、装置内で
模擬的に適応制御を実行し、作業効率を求める。この作
業効率があらかじめ設定された希望する作業効率より小
さい場合には、上記暫定基準負荷電流を大きくし、再度
、模擬的に適応制御を実行し、作業効率を求める。そし
て作業効率が希望つ値になったときの暫定基準負荷電流
を基準負荷電流値Ｉｒとして拘束条件にする。この基準
負荷電流Ｉｒの算出方法について、第ＫＩＮと第６図に
基づいて説明する。

まず、上記テスト工程Ｔａにおいて、第５図の各部Ａ１
　ｅ　Ａ２　、・・・・・・ｇ　Ａｇの電流値がその電
流継稗Ｆ１ｇ４閂と共に、順次適応装置３の記憶装置に
記録されてい（から、これらの電流値と電流継続時間と
から、第６図に示すように、負荷電流１（ｎ）とその加
算時間ｔ（ｎ）とを上記記憶装置の負荷電流テーブルＩ
Ｔに格納する。すなわち、例えば、負荷電流（１）（１
）＝　Ｉ　Ａノ場合には、Ａ１部の９０秒が加算時間ｔ
（１）に格納され、また負荷電流１■＝２Ａの場合には
、Ａ２．Ａ９部が加算され、加算時間ｔ（２）に１０秒
＋１０秒＝２０秒が格納される。

そして、このテスト工程Ｔ［Ｌの終了を示す命令コード
Ｍ３９を実行すると、適応制御装置３が暫定基準負荷電
流値１０Ｅを次の手順で算出する。すなわち、 （＋）　　第５図において、各部Ａ１〜Ａ９の面積Ｘを
算出する。

Ｘ＝　１Ｘ９０＋２Ｘ２０＋３Ｘ　１０−１−・−＋　
１０Ｘ　１０＝５８０（ＡＸ秒） （１１）第６図において、負荷電流テーブルＩＴの加算
時間ｔ（旬の総和（工程中の切削中時間）Ｙを算出する
。

Ｙ＝９０＋２　［］＋　１０＋・・・・・・＋１０＝１
９０Ｃ秒） ＯｉＤ　　面積Ｘを加算時間の総和Ｙで除算して、七の
結果に作業効率（１，２）を乗算し、暫定基準負荷電流
値１ｂｎを求めると共に、加算時間の総和Ｙを作業効率
Ｃ１，２）で除算して目標時間を算出する。

１ｏＢ＝１．２Ｘ５８０／１９０ Ｑ４（４） 目標時間＝１９０／１．２ −１５８（秒） さらに、上記算出した暫定基準負荷電流値１０Ｂに基づ
き、基準負荷電流値Ｉｒを算出する方法を、第７図に示
す流れ図を参照して説明する。

この数値制御工作機械においては、切削負荷として主軸
電動機５の負荷電流を用い、ＮＣ装置１が有する送り速
度（切削速度）オーバーライド機能によって、送り速度
を制御するものとし、かつオーバーライド値は、 １５０％Ｃオーバーライ）’上限ｏＶＵ）　〜３０％（
オーバーライド下限０ＶＤ）まで１ｏ％単位で変更可能
とする。

（１）　　まず、上述した方法で算出した暫定基準電流
値１ｏＢ＝４Ａと、第６図に示す負荷電流テーブルＩＴ
から取出した負荷電流１（１）＝ＩＡとに基づいて、適
応制御を行なった場合のオーバーライド値を算出する（
ステップＳＰ１．ＳＰ２参照）。

オーバーライド値＝１０Ｂ／１（１）＝４／１＝４（２
）　　このオーバーライド値４は、オーバーライド上限
０ＶＵ（１，５）より大きいので、ステップＳＰ３．Ｓ
Ｐ４に示す判別処理によってステップＳＰ５に進む。

（３）そして、ステップＳＰ５において、負荷電流１（
１）＝ＩＡ時の切削時間を算出して、第６図に示すよう
に、第１図の適応制御装置３のＣＰＵ部内記憶装置のメ
モリ上に配置された積算時間エリアＣＡに加算する（た
だし、ＯＡは最初０にされている）。すなわち、 ｔ（１）１０ＶＵ＝９０／１．５＝６０（秒）が積算時
間エリアＣＡに格納される。

（４）　次いで、ステップＳＰ６に示すように、負荷電
流テーブルＩＴのインデックス（指標）ｎを＋１、すな
わちｎ＝１＋１＝２とした後、ステップＳＰ７に示すよ
５１Ｃ，負荷電流テーブルＩＴの全ての負荷電流１（ｎ
）を調べたか否かを判別する。この場合には、まだ調べ
る負荷電流１（ｎ）が残っているので、ステップＳＰ２
に戻る。

（５）　　また、ステップＳＰ３．ＳＰ４において、算
出されたオーバーライド値ｔ□Ｂ／　１（Ｊがオーバー
ライド下限ｏＶＤ（０，３）とオーバーライド上限０Ｖ
ＴＪ（１，５）との間にある場合には、ステップＳＰ８
に示すように、該負荷電流値１（旬に対応する加算時間
ｔ（→を第６図に示す負荷電流テーブルＩＴから取出し
て、該加算時間ｔ、　（ｎ）を上記オーバーライド値１
ｏＢ／４（ｎ）　　で除算した結果を積算時間エリアＣ
Ａに格納する。

（６）従って、第６図に示す負荷電流テーブルＩＴのデ
ータ全てについて、上記ステップＳＰ２〜ＳＰ４，５Ｐ
５（ＳＦ３）、ＳＰＹ、ＳＦ３が繰返し実行されるとと
くより、積算時間エリアＣＡは、 （７）　　この積算時間エリアＣＡの値１８６（秒）は
、上記目標時間１５８（秒）より大きい（ステップＳＰ
９参照）ため、暫定基準負荷電流値１０Ｂを変更する（
ステップ５ＰＩＯ参照）。すなわち、超過分１８Ｓ＝１
５８＝２８　（秒）を目標時間１５８（秒）から差し引
いた後（１５８−２胎１３０秒）、この結果（１３０秒
）に基づいて、暫定基準負荷電流１０Ｅを修正する（ス
テップＳＰ１参照）。

ｔｏ、ｎ　＝５８０／　１３０＃５（Ａ）（８）暫定基
準負荷電流１０Ｂを５囚として、ステップＳＰ２〜ＳＰ
８を実行すると、積算時間エリアＣＡは となり、上記目標時間１５８秒より大きいため、再度、
暫定基準負荷電流１０Ｂを増加させる（ステップＳＰ９
，５ＰＩＯ，ＳＰＩ参照） １６４−１３０＝３４（秒） １３０−　３４＝９６（秒） 従って、暫定基準負荷電流１０Ｂは、 １、）　Ｂ＝５８０　／９６’＝６（Ａ）（９）　　こ
の暫定基準負荷電流１０Ｂ　＝　６（３）に基づいて、
ステップＳＰ２〜ＳＰ８を実行すると、積算時間エリア
ＣＡは、 ＣＡ＝　９０　Ｘｇ　＋２０Ｘ−＠＋１０−Ｘ−Ｈ＋３
０Ｘ　−ＢＭｌ　５０　（秒） α・　この積算時間エリアＣＡの値１５０（秒）は、上
記目標時間１５８（秒）以内であるので、ステップ５Ｐ
１１に示すように、上記暫定基準電流１ｏＢ＝６囚を基
準負荷電流工ｒとする。

上記のようにして、希望する作業効率が大きな誤差なく
得られる基準負荷電流ｉｒが拘束条件として自動設定さ
れる。なお、ステップＳＰ３において、オーバーライド
値１０　Ｅ　／　ｔ　（ｎ）がオーバーライド下限０Ｖ
Ｄ（０，３）より小さい場合には、ステップ５Ｐ１２，
５Ｐ１３に示すように、暫定基準負荷電流値１０Ｂを １０Ｅ＝ｉ（荀×オーバーライド下限＋２と変更し、か
つ負荷電流テーブルＩＴのインデックスｎをユ＝１にし
た後、ステップＳＰ２に戻る。

次に、上述したテスト工程に後続する同種類の被加工物
の切削工程（これらの工程を実行工程と呼ぶ）にあって
は、ＣＰＵ７は、その切削期間中において、負荷電流が
上記基準負荷電流Ｉｒに常に一致するようにオーバーラ
イド信号ＯＲを増減させて切削速度を制御する。すなわ
ち、第４図において鎖線ｄで示すように、時刻ｔ３から
予め設定されたオーバーライド上限ＯＶＵと同一のオー
バーライド値により高速で工具送りが開始されると、し
ばら（して切削が開始される（時刻１４　）。

そして、第６図において鎖線すで示すように、時刻ｔ５
において負荷電流が基準負荷電流Ｉｒより上昇すると、
オーバーライド値は減少され、これにより負荷電流が下
降し、また時刻ｔｏにおいて負荷電流が基準負荷電流工
ｒよりも下降すると、オーバーライド値は再び増加され
、以後全く同様にしてオーバーライド値は、負荷電流と
基準負荷電流とが常に一致するように増減制御される。

なお、この場合、オーバーラッド制御においては、負荷
電流と基準負荷電流との差に所定の不感帯が設げられて
いることにより、７１ンチング現象等を起こすことな（
、安定した制御が行なえる。このようにして切削が行な
われ、時刻ｔ７において切削が終了し、時刻ｔ８におい
て命令コードＭ３’７が読み込まれると（命令コードＭ
３９′は命令コードＭ３９と同一の符号であるが、適応
制御を行なったため、第３図に示すように、実行工程Ｔ
ｃの切削期間Ｔｄが短縮され、この命令コードＭ３９′
の読み込み時刻が早くなる）、この実行工程は完了され
る。この場合、ＣＰＵ７は、時刻ｔ３から時刻ｔ８まで
の間のオーバーライド値を逐次記憶しておき、時刻上８
において、その平均値（平均オーバーライド値）を算出
し、この平均オーバーライド値を作業効率として図示せ
ぬ表示装置に表示する。また、ＣＰＵ７は、この算出さ
れた作業効率があらかじめ設定されている作業効率下限
より低げれば、工具の摩耗等の異常が発生したと判断し
て図示せぬ警報装置を介して警報を発する。

さらに、ＣＰＵ７は、切削期間Ｔａ中（時刻ｔ４〜ｔｙ
）において、オーバーライド値があらかじめ設定されて
いるオーバーライド下限ＯＶＤより低下した場合には、
その時点で、工具の破損ある℃・は過大な切削取代があ
ったと判断して図示せぬ警報装置を介して警報を発する
と共に、Ｉ１０インターフェース８を介して切削停止信
号Ｓｃを送出し、ＮＣ装置１及び主軸電動機５を各々停
止させる。

このようにして、テスト行程で得られた被加工物の負荷
電流値とその負荷電流の継続時間及びあらかじめ設定さ
れた作業効率とオーバーライド上限、オーバーライド下
限に基づいて、該作業効率を達成するための基準負荷電
流値Ｉｒを算出し、拘束条件として自動的に設定した後
、この拘束条件忙負荷電流が一致するよ５に送り速度を
制御して、後続する上記被加工物と同種類の被加工物を
切削するから、実行工程における被加工物の切削が円滑
にかつ迅速に行なえ、従来の方法において、オーバーラ
イド値の制限によって、所望の送り速度が得られずに、
作業効率が低下していたのに比べて、あらかじめオーバ
ーライド値の制限を考慮して、拘束条件を設定している
ため、作業効率の向上が図れる。

なお、本実施例においては、切削負荷として、主軸電動
機５の負荷電流を用いて検出しているが、これを工具近
傍の機械振動の振幅値等を用いて検出するようにしても
よい。また、ドリル加工のように、推力の方が大きい場
合はＺ軸層駆動電動機からの負荷電流を用いてもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明は、任意の被加工物の切削
時の切削負荷とその切削時間とを逐次検出して記憶して
おき、該被加工物の切削終了後、上記切削負荷及び切削
時間とあらかじめ設定された作業効率とに基づいて、暫
定基準切削負荷及び目標時間を算出した後、上記切削負
荷及び暫定基準切削負荷とあらかじめ設定された切削速
度の変更範囲とに基づいて、上記目標時間以内に切削時
間が収まる場合の切削負荷を算出して、この切削負荷を
拘束条件として設定し、次いでこの拘束条件に基づいて
切削速度を制御して、上記被加工物と同種類の被加工物
を切削するものであるから、切削中の被加工物の切削負
荷とその切削時間とを順次検出し記憶しておき、切削終
了後、上記切削時に得られた負荷変動パターン（切削負
荷及び切削時間）と、あらかじめ設定された作業能率及
び切削速度の変更範囲とに基づいて、上記負荷変動パタ
ーンの下で上記作業効率になるような切削負荷を演算し
、この切削負荷を拘束条件として自動的に設定すること
により、作業者は拘束条件の設定に煩わされることがな
（、かつ自動設定される拘束条件はテスト打電において
得られたデータから算出されるので、極めて適切な値で
あり、この結果、被加工物を極めて安全にかつ迅速に切
削加工できる上に、作業効率が著しく向上する等優れた
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は本発明の適応制御方法を実施する数値制御工作
機械の概略構成図、第２図はＮＣテープを示す説明図、
第６図は負荷電流の波形図、第４図はオーバーライド値
の波形図、第５図は負荷電流とその継続時間とを説明す
る波形図、第６図は負荷電流テーブルと積算時間エリア
とを示す説明図、第７図は適応制御装置の処理内容を示
す流れ図である。 １・・・・・・ＮＣ装置（数値制御装置）、２・・・・
・・数値制御テープ（ＮＣテープ）、３・・・・・・適
応制御装置、４・・・・・・機械制御盤、５・・・・・
・主軸電動機、６・・・・・・主軸電動機駆動部、７・
・・・・・中央処理装置（ＣＰＵ）、８・・・・・・Ｉ
１０インターフェース、９・・・・・・電流電圧変換器
、１０・・・・・・ＡＤ変換器、Ｍ３７．Ｍ３８゜Ｍ３
９・・・・・・命令コード、ＯＲ・・・・・・オーバー
ライド信号、Ｓｃ・・・・・・切削停止信号。 代理人　升埋士　志　買　止　城１ｊ４ｊ−−Ｂ、’ｉ
：知’、、−一’、＋ｐ′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加工物の切削状態を、設定された拘束条件に基づいて
   制御する数値制御工作機械における適応制御方法におい
   て、あらかじめ任意の被加工物の切削を行ない、該被加
   工物の切削時の各切削負荷とその切削時間とを逐次検出
   して記憶しておき、上記被加工物の切削終了後、上記各
   切削負荷及び切削時間とあらかじめ設定された作業効率
   とに基づいて、暫定基準切削負荷及び目標時間を算出し
   た後、上記各切削負荷及び暫定基準切削負荷とあらかじ
   め設定された切削速度の変更範囲とに基づいて、上記目
   標時間以内に切削時間が収まる場合の切削負荷を算出し
   て、この切削負荷を拘束条件として設定し、次いでこの
   拘束条件に基づいて切削速度を制御して、上記任意の被
   加工物と同種類の被加工物を切削することを特徴とする
   数値制御工作機械における適応制御方法。