WO2018003089A1

WO2018003089A1 - 数値制御装置

Info

Publication number: WO2018003089A1
Application number: PCT/JP2016/069525
Authority: WO
Inventors: 剛志津田; 賢治大熊
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-04
Also published as: JP6324616B1; JPWO2018003089A1

Abstract

各軸の性能を極力活用しつつ、移動時間を短縮した生産性の高い工作機械を実現する数値制御装置を得ることを目的とし、少なくとも一つの制御軸を含む工作機械に接続可能であり、この制御軸の許容送り速度を超えないように制御軸を制御する速度クランプ部２１を備え、速度クランプ部２１は、オービットボーリングによる加工を行う場合、移動モードに応じて速度クランプ処理を変更し、一例として、制御軸の送り速度を制限せずとも主軸回転数の制限によって制御軸の許容送り速度を超えないように制御可能な場合には制御軸の送り速度は制限しないように速度クランプ処理を行う。

Description

数値制御装置

　本発明は、工作機械を数値制御（ＮＣ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）する数値制御装置に関する。

　従来、数値制御装置によって制御される工作機械において、旋削工具を工具主軸に装着し、旋削工具が円弧半径方向に向くように工具主軸の回転を制御しつつ、工具主軸を円弧補間運動させる、オービットボーリングと呼ばれる加工方法が存在する。オービットボーリングでは、旋削加工における加工プログラムと同様の情報があれば工具の経路を生成することができ、工具の移動速度、主軸回転数及びＺＸ平面の移動経路を加工プログラムで指定することで、オービットボーリング用補間運動の経路を生成する。

　ただし、オービットボーリングでは、各軸の動作が決まった関係となるように同期させる必要があるため、オービットボーリングの動作に関与する全ての軸の移動速度が、各軸の許容速度を超過しないように、速度を制御する必要がある。

　従来技術の一例である特許文献１には、半径方向の移動速度を制限する速度クランプ処理により、各軸の速度が許容速度を超過しないように動作する数値制御装置が開示されている。

特開２００３－５８１５号公報

　しかしながら、上記の従来技術の数値制御装置では、旋回動作を継続することはできるものの、軸移動に時間がかかる。そのため、旋削工具のアプローチ及び退避動作時間が長くなる、という問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各軸の性能を極力活用しつつ、生産性の高い工作機械を実現する数値制御装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも一つの制御軸を含む工作機械に接続可能であり、制御軸の許容送り速度を超えないように制御軸を制御する速度クランプ部を備え、速度クランプ部は、オービットボーリングによる加工を行う場合、移動モードに応じて速度クランプ処理を変更することを特徴とする。

　本発明にかかる数値制御装置は、各軸の性能を極力活用しつつ、生産性の高い工作機械を実現する数値制御装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明に係る数値制御装置が適用される工作機械の一例を示す模式図実施の形態１に係る数値制御装置の一構成例を示すブロック図オービットボーリング動作を実現するための各軸の位置及び各軸の速度の計算方法を説明するためのＰ_ｒ，Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙの関係を示す図オービットボーリング動作を実現するための各軸の位置及び各軸の速度の計算方法を説明するためのＦ，Ｆ_ａ，Ｆ_ｒの関係を示す図速度クランプ部の動作を示すフローチャート実施の形態２に係る数値制御装置の一構成を示すブロック図実施の形態１において、連続して指令される各指令ブロックの移動距離の累積距離を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図一例として遷移区間を「２ｍｍ」と設定した場合において、各指令ブロックの移動距離の累積距離を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図一例として遷移区間を「２秒」と設定した場合において、各指令ブロックの移動時間を累積した時間を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図実施の形態３に係る数値制御装置の一構成例を示すブロック図設定画面表示部に表示される設定画面の一例を示す図設定画面表示部の動作の一例を示すフローチャート数値制御装置を実現するハードウェアの一般的な構成の一例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明に係る数値制御装置が適用される工作機械の一例を示す模式図である。図１に示す工作機械１は、回転可能な工具主軸２に装着された旋削工具３と、工具主軸２を回転させるための駆動軸であるＣ軸を駆動する図示しないＣ軸モータ８と、工具主軸２とワーク４との相対位置を制御するための駆動軸であるＸ軸を駆動するＸ軸モータ５，Ｙ軸を駆動するＹ軸モータ６，Ｚ軸を駆動するＺ軸モータ７とを備え、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｃ軸を同期させてオービットボーリングによる加工が可能である。なお、以下の説明において工具主軸２を主軸と記載することがあるものとする。

　図２は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態１の一構成例を示すブロック図である。図２に示す数値制御装置２０は、工作機械１を数値制御する装置であり、速度クランプ部２１と移動指令計算部２２とを備え、移動指令計算部２２が生成した移動指令２２０をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０は、Ｘ軸の制御を行うＸ軸モータ５に接続されたＸ軸アンプ４１と、Ｙ軸の制御を行うＹ軸モータ６に接続されたＹ軸アンプ４２と、Ｚ軸の制御を行うＺ軸モータ７に接続されたＺ軸アンプ４３と、Ｃ軸の制御を行うＣ軸モータ８に接続されたＣ軸アンプ４４とを含み、数値制御装置２０に入力される加工プログラム１０で指令した位置にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｃ軸の各々を移動させるように制御を行うことで、ワーク４の加工が行われる。

　図２に示す加工プログラム１０には、Ｇコードと呼ばれる指令コードを用いて工具の移動経路が記述されている。また、加工プログラム１０には、主軸の回転数を指定するＳコードと、主軸の正転、逆転及び停止を指令するＭコードとを用いて工作機械１の動作が記述されている。加工プログラム１０では、「Ｇ０」と記述される非切削指令である位置決め指令により、又は「Ｇ１」と記述される切削指令により指令が行われる。切削指令における送り速度は、加工プログラム１０においてＦアドレスを用いて記述される。非切削指令である位置決め指令における送り速度は、工作機械１の各軸の許容範囲で大きい速度とする。なお、以降では、加工プログラム１０に記述された移動指令の各々を指令ブロックと表現し、通常、加工プログラム１０の１行が１つの指令ブロックに相当する。

　ここで、旋削加工を行う場合の加工プログラムの一例を下記に示す。加工プログラム１０では、「Ｎ」に続く番号でシーケンス番号を指定することができる。
Ｎ１　Ｇ０　Ｘ６０．Ｚ０．
Ｎ２　Ｍ０３　Ｓ１０００
Ｎ３　Ｇ１８　Ｇ１　Ｚ－１０．　Ｆ１０００

　「Ｎ１」の指令ブロックでは、「Ｇ０」指令により非切削指令である位置決め指令モードが選択されており、現在位置から「Ｘ６０．Ｚ０．」の位置まで可能な範囲でなるべく大きい速度で移動するよう指令されている。「Ｎ１」の指令ブロックにより、旋削工具３が加工開始位置である「Ｘ６０．Ｚ０．」まで移動する。「Ｎ２」の指令ブロックでは、「Ｍ０３」指令及び「Ｓ１０００」指令により、工具主軸２が回転数１０００ｒｐｍで正転を開始するよう指令されている。「Ｎ２」の指令ブロックにより、工具主軸２の旋回を開始する。「Ｎ３」の指令ブロックでは、「Ｇ１８」指令によりＺＸ平面が選択され、「Ｇ１」指令により切削指令モードが選択され、現在位置からＺ座標「－１０．」の位置まで送り速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで移動するよう指令されている。「Ｎ２」の指令ブロックによりワーク４の加工が行われる。

　このように、旋削加工では、ワークを回転させる主軸回転数指令であるＳ指令と、ＺＸ平面における工具の移動経路と、ＺＸ平面における工具の移動経路上の送り速度であるＦ指令とが加工プログラムによって指令される。

　次に、オービットボーリングにより加工を行う場合の加工プログラムの一例を下記に示す。
Ｎ１０　Ｇ１２８
Ｎ１１　Ｇ０　Ｘ６０．Ｚ０．
Ｎ１２　Ｍ０３　Ｓ１０００
Ｎ１３　Ｇ１８　Ｇ１　Ｚ－１０．　Ｆ１０００
Ｎ２０　Ｇ１２９

　「Ｎ１０」の指令ブロックでは、「Ｇ１２８」指令によりオービットボーリングモードを有効とするよう指令され、「Ｎ２０」の指令ブロックにおいて「Ｇ１２９」指令によりオービットボーリングモードを無効とするまでオービットボーリングモードが継続される。「Ｎ１１」の指令ブロックは「Ｎ１」の指令ブロックと同じ指令内容であり、「Ｎ１２」の指令ブロックは「Ｎ２」の指令ブロックと同じ指令内容である。ここでは、「Ｎ１１」、「Ｎ１２」及び「Ｎ１３」の指令ブロックは、オービットボーリングモードが有効の状態で行われる。オービットボーリングモード中は、ＺＸ平面における工具の移動経路と、ＺＸ平面における移動経路の送り速度と、旋削工具の旋回速度である主軸回転数Ｓとの加工プログラムとして認識される。そして、「Ｎ２０」の指令ブロックでは、「Ｇ１２９」指令により、オービットボーリングモードを無効とするよう指令されている。

　パラメータ保持部３０は、数値制御装置２０の出力である移動指令２２０を生成するためのパラメータを保持する。このパラメータには、少なくともＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｃ軸の各々の許容速度３１及びＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｃ軸の各々の許容加速度３２が含まれる。ここで、Ｘ軸の許容速度はＶ_ｘｌｉｍと記載され、Ｙ軸の許容速度はＶ_ｙｌｉｍと記載され、Ｚ軸の許容速度はＶ_ｚｌｉｍと記載され、Ｃ軸の許容速度はＶ_ｃｌｉｍと記載される。そして、Ｘ軸の許容加速度はＡ_ｘｌｉｍと記載され、Ｙ軸の許容加速度はＡ_ｙｌｉｍと記載され、Ｚ軸の許容加速度はＡ_ｚｌｉｍと記載され、Ｃ軸の許容加速度はＡ_ｃｌｉｍと記載される。

　数値制御装置２０は、入力された加工プログラム１０を解析し、この解析結果に応じてサーボアンプ４０を介して、ワーク４に対する旋削工具３の相対位置を制御してワーク４の加工を行う。一例として、数値制御装置２０は、旋削工具３の位置が求める位置となるようにＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｃ軸の各々を制御することで、ワーク４の加工を行う。一例として、数値制御装置２０は、図２に示すように各軸への移動指令２２０をサーボアンプ４０に含まれるＸ軸アンプ４１、Ｙ軸アンプ４２、Ｚ軸アンプ４３及びＣ軸アンプ４４の各々に出力する。これにより、Ｘ軸アンプ４１はＸ軸モータ５に電圧指令を出力し、Ｙ軸アンプ４２はＹ軸モータ６に電圧指令を出力し、Ｚ軸アンプ４３はＺ軸モータ７に電圧指令を出力し、Ｃ軸アンプ４４はＣ軸モータ８に電圧指令を出力する。

　図３は、オービットボーリング動作を実現するための各軸の位置及び各軸の速度の計算方法を説明するためのＰ_ｒ，Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙの関係を示す図である。ここで、θは旋回角度である。また、図４は、オービットボーリング動作を実現するための各軸の位置及び各軸の速度の計算方法を説明するためのＦ，Ｆ_ａ，Ｆ_ｒの関係を示す図である。ここで、Ｆは送り速度である。

　図４においては、説明を簡単にするため、旋回平面に対して垂直な方向の送り速度をＦ_ａとし、旋回平面に対して平行な方向の送り速度である旋回半径方向速度をＦ_ｒとする。また、旋回平面に対して垂直な方向の位置をＰ_ａとし、旋回中心からの半径方向の位置をＰ_ｒとする。このとき、旋回平面に対して平行な方向、すなわちＦ_ｒの方向の成分は旋削加工におけるＸ軸方向成分に一致し、旋回平面に対して垂直な方向、すなわちＦ_ａの方向の成分は旋削加工におけるＺ軸方向成分に一致する。

　図４には、送り速度Ｆと、旋回平面に対して垂直な方向の送り速度であるＦ_ａと、旋回平面に対して平行な方向の送り速度である旋回半径方向速度Ｆ_ｒとの関係が示されており、一例として、送り速度Ｆで、位置（Ｐ_ａ，Ｐ_ｒ）＝（－２０，３０）から位置（Ｐ_ａ，Ｐ_ｒ）＝（－４０，５０）に移動する場合のＦ_ｒは下記の式（１）にて算出され、このときのＦ_ａは下記の式（２）にて算出される。なお、ここで「ｓｑｒｔ（）」は、平方根演算を表す。こうして、旋回平面に対して垂直な方向及び平行な方向の移動比率に応じてＦ指令が分配される。

　なお、Ｐ_ｒ＝０を旋回中心位置とすると、Ｐ_ｒは旋回半径に相当する。本実施の形態１では、簡単のためＰ_ｒ＝０を旋回中心位置として説明するが、旋回中心位置はＰ_ｒ＝０に限定されず、Ｐ_ｒ＝０でない場合の旋回半径はＰ_ｒから旋回中心までの間の距離を計算すればよい。

　また、図３に示す旋回角度θは、オービットボーリング開始時点の角度をθ＝０とし、主軸回転数に連動して変化する。旋回角度θは、旋回方向に応じて、単調増加又は単調減少する。本実施の形態１では、オービットボーリング開始時点の角度をθ＝０としているが、オービットボーリング開始時点の角度はこれに限定されるものではない。

　また、旋削工具３とワーク４との接触角度を固定角度として保持する場合には、旋削工具３の回転角度は、旋回角度θに対して固定角度だけオフセットした角度とすればよい。

　Ｘ軸位置Ｐ_ｘ及びＹ軸位置Ｐ_ｙは、旋回角度θ及び旋回半径Ｐ_ｒを用いて、各々下記の式（３）で算出される。また、Ｚ軸位置Ｐ_ｚは、下記の式（４）で算出される。また、Ｃ軸位置Ｐ_ｃは、Ｐ_ｃ＝θとする。

　旋回平面に対して平行な方向への移動を伴う場合には、旋回半径Ｐ_ｒは時間変化するため、各移動指令の速度は下記の式（５）で算出される。

　Ｘ軸の移動速度ｄＰ_ｘ／ｄｔ及びＹ軸の移動速度ｄＰ_ｙ／ｄｔは、旋回角度に応じて変化する。最大速度が許容値以下であれば、各軸速度が許容値を超過することはない。Ｘ軸の最大速度ｍａｘ（ｄＰ_ｘ／ｄｔ）及びＹ軸の最大速度ｍａｘ（ｄＰ_ｙ／ｄｔ）は、送り速度Ｆ、旋回速度である主軸回転数Ｓ及び式（５）より、下記の式（６）で算出される。

　次に、上記の式（６）を用いて数値制御装置２０の処理について具体的に説明する。数値制御装置２０が備える速度クランプ部２１は、加工プログラム１０及びパラメータ保持部３０からの許容速度３１を入力とし、制限後送り速度及び制限後主軸回転数を出力とする。速度クランプ部２１は、加工プログラム１０で指令された移動経路、送り速度及び主軸回転数と、移動モードから計算した各軸の移動速度とにより、各軸の移動速度が各軸の許容速度を超過するか否か判定し、いずれかの軸の速度が許容速度を超過する場合には、加工プログラム１０に記述された送り速度及び主軸回転数のうち少なくとも１つを制限し、制限後送り速度及び制限後主軸回転数を移動指令計算部２２に出力する。

　ここで、移動モードは、切削指令であるか非切削指令であるかを判別するために使用する。一例として、「Ｇ０」指令に代表される位置決め指令は非切削指令であり、「Ｇ１」指令及び「Ｇ２」指令は切削指令である。

　また、速度クランプ部２１は、加工プログラム１０に記述された送り速度及び主軸回転数から計算した各軸の移動速度が各軸の許容速度を超過しないと判定した場合には、加工プログラム１０に記述された送り速度を制限後送り速度とし、加工プログラム１０に記述された主軸回転数を制限後主軸回転数として移動指令計算部２２に出力する。

　図５は、速度クランプ部２１の動作を示すフローチャートである。まず、速度クランプ部２１は、速度クランプ処理が必要か否かを判定する（ＳＴ１）。具体的には、式（６）で計算したＸ軸の最大速度がパラメータ保持部３０に保持されたＸ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ若しくはＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍよりも大きい場合、又は、式（６）で計算したＹ軸の最大速度がパラメータ保持部３０に保持されたＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍよりも大きい場合には、速度クランプ処理が必要である。また、Ｘ軸の最大速度及びＹ軸の最大速度の双方が、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ及びＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍの双方よりも小さい場合には速度クランプ処理が不要である。

　速度クランプ処理が必要でない場合（ＳＴ１：Ｎｏ）には、速度クランプ部２１は、加工プログラム１０に記述された送り速度をクランプ処理することなく制限後送り速度とし、加工プログラム１０に記述された主軸回転数をクランプ処理することなく制限後主軸回転数として移動指令計算部２２に出力して（ＳＴ３）処理を終了する。

　速度クランプ処理が必要である場合（ＳＴ１：Ｙｅｓ）には、速度クランプ部２１は、加工プログラム１０の指令モードが非切削指令モードであるか、すなわち「Ｇ０」であるか否かを判定する（ＳＴ２）。指令モードが「Ｇ０」である場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）には、オービットボーリング用位置決め指令における速度クランプ処理を行う（ＳＴ４）。指令モードが「Ｇ０」でない場合（ＳＴ２：Ｎｏ）には、オービットボーリング用切削指令における速度クランプ処理を行う（ＳＴ５）。

　ＳＴ４においては、移動モードが位置決め指令、すなわち非切削指令であるため、送り速度が制限されないように主軸回転数の制限を行う。まず、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ及びＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍと旋回半径方向速度Ｆ_ｒとが、下記の式（７）を満たす場合には下記の式（８）により、制限後の主軸回転数である主軸旋回方向速度Ｓ_２を計算し、制限後旋回速度として使用する。なお、ここで「ｓｉｇｎ（）」は、符号関数であり、カッコ内の数が、負の場合には－１の値を返し、正の場合には１を返し、０の場合には０を返す関数である。

　ここでは、制限後の半径方向の送り速度である旋回半径方向速度Ｆ_ｒ２は制限されないため、Ｆ_ｒ２はＦ_ｒに一致し、下記の式（９）により計算し、Ｆ指令に一致する。

　なお、Ｒ_ｒは、送り方向に対して旋回平面に平行な方向への移動比率であり、下記の式（１０）で算出される。

　このケースでは、加工プログラム１０に記述された送り速度と主軸回転数との組み合わせが、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ又はＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍを超過する範囲である状況において、主軸回転数を制限することでＦ指令をできるだけ制限しないようにしている。これにより、移動に要する時間を延ばすことなく各軸の許容速度を満たしつつ動作を継続することが可能である。

　次に、ＳＴ４では、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ及びＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍと旋回半径方向速度Ｆ_ｒとが下記の式（１１）を満たす場合には、送り速度及び主軸回転数の双方の制限を行う。

　ここでは、主軸旋回速度を制限するのみでは、Ｘ軸及びＹ軸の許容速度を満たすことができないため、送り速度も制限する必要がある。このため、制限後の主軸回転数Ｓ_２＝０とし、制限後の半径方向の送り速度である旋回半径方向速度Ｆ_ｒ２を下記の式（１２）とし、制限後の送り速度Ｆ_２を下記の式（１３）として計算する。

　このケースでは、加工プログラム１０に記述された送り速度と主軸回転数との組み合わせが、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ又はＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍを超過する範囲である状況において、主軸回転数及び送り速度の双方を制限しつつ、送り速度をできるだけ制限させないようにすることが可能となる。これにより、各軸が速度制限を受けない範囲で移動に要する時間を延ばすことなくオービットボーリング動作を継続することが可能となる。

　一方、ＳＴ５では、一例として、切削送り指令の場合には送り速度と主軸回転数とが一定の比率を保つように制限を行う。速度クランプ部２１は、Ｆ指令及びＳ指令により、下記の式（１４），（１５）に従って速度クランプ処理を行い、各軸移動を許容速度以下に制限する。

　このように、Ｘ軸速度及びＹ軸速度は、上記の式（１４），（１５）により、Ｆ指令及びＳ指令を制限することで各軸速度を制限することが可能となる。

　このケースでは、加工プログラム１０に記述された送り速度と主軸回転数との組み合わせが、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ又はＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍを超過する範囲である状況において、主軸回転数及び送り速度の双方を同じ比率で制限することで切削加工中の旋回あたりの送り量ｆを一定に保つことができる。これにより、工具にかかる力を一定に保ち、工具の振動、摩耗及び折損を回避することが可能である。

　なお、旋回あたりの送り量ｆは、工具の送り速度Ｆ及び主軸回転数Ｓから算出され、下記の式（１６）により計算することができる。

　そして、速度クランプ部２１は、制限後送り速度及び制限後主軸回転数を移動指令計算部２２に出力し（ＳＴ６）、処理を終了する。

　また、本実施の形態１では、主軸回転数及び送り速度の双方を同じ比率で制限する方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、主軸回転数及び送り速度の双方を同じ比率で制限しなくても、ｍｉｎ（Ｖ_ｘｌｉｍ，Ｖ_ｙｌｉｍ）≧ｓｑｒｔ（Ｆ_ｒ ^２＋（Ｐ_ｒ×Ｓ）^２）を満たすＳ指令とＦ指令との組み合わせとすればよい。

　移動指令計算部２２は、速度クランプ部２１の出力である、制限後送り速度と制限後主軸回転数と加工プログラム１０とから、オービットボーリングの動きを実現するための変換処理を行うことで、各軸の移動指令を生成する。

　なお、移動指令計算部２２では、各軸への移動指令を出力する際に、各軸の加速度の許容値以下となるよう、速度の高周波成分を除去するためのフィルタ処理を行って移動速度を滑らかに変化させてもよい。これにより、加速度が過大であることに起因する不具合の発生を防止することができる。

　従来の数値制御装置では、半径方向の移動速度が制限されるため、旋回動作を継続することはできるものの、軸移動に時間がかかるため、旋削工具のアプローチ及び退避動作時間が長くなる、という問題があった。

　また、旋回速度が高い場合には、半径方向速度を制限しても各軸許容速度を超過する場合があり、このような場合には各軸の同期がとれず、加工を継続することができない、という問題もあった。

　本実施の形態１にて説明した数値制御装置は、少なくとも一つの制御軸を含む工作機械１に接続可能であり、この制御軸の許容送り速度を超えないように制御軸を制御する速度クランプ部２１を備え、速度クランプ部２１は、移動モードに応じて速度クランプ処理を変更し、一例として、制御軸の送り速度を制限せずとも主軸回転数の制限によって前記制御軸の許容送り速度を超えないように制御可能な場合には制御軸の送り速度は制限しないように速度クランプ処理を行う。そのため、切削指令における速度クランプ処理では、切削条件を考慮に入れた処理を行うことで切削負荷の変化を防ぎつつ、非切削指令における速度クランプ処理では、移動時間が短くなるように処理を行うことで、移動時間を短縮することが可能となる。したがって、オービットボーリング中に非切削指令を行った場合でも、移動時間が無駄に長くなることを防止することができる。また、切削指令において、工具にかかる負荷を一定とすることも可能である。これにより、各軸の同期関係を維持しつつ、許容速度の範囲内で高速な動作が可能である。

実施の形態２．
　実施の形態１では、加工プログラム１０に記述された移動モードに応じて、予め設定しておいた速度クランプ部２１における速度クランプ処理を切り替える方式について説明した。本実施の形態２では、非切削指令と切削指令との切り替えを遷移区間にて行う形態について説明する。なお、以下の説明において、遷移区間は、距離又は時間の変化に従って送り速度又は主軸回転数が変化していく区間である。

　図６は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態２の一構成例を示すブロック図である。図６に示す数値制御装置２０ａは、速度クランプ部２１に代えて速度クランプ部２１ａを備え、パラメータ保持部３０に代えてパラメータ保持部３０ａを備える点が図２に示す数値制御装置２０と異なる。図６に示すパラメータ保持部３０ａは、移動モード切り替え時の遷移区間３３も保持しており、遷移区間３３を速度クランプ部２１ａに出力する点が図２に示すパラメータ保持部３０とは異なる。図６に示す速度クランプ部２１ａは、遷移区間３３を用いて移動モードを切り替える点が図２に示す速度クランプ部２１とは異なる。

　図７は、上記した実施の形態１において、連続して指令される各指令ブロックの移動距離の累積距離を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図である。図７によれば、例えば、累積距離２０の位置において非切削指令である「Ｇ０」指令の速度クランプ処理から、切削指令である「Ｇ１」指令の速度クランプ処理に切り替わることで、送り速度及び主軸回転数が変化する。このように、移動モードが切り替わるタイミングで主軸回転数が０から変化する場合には、切削指令の実行中に目的の主軸回転数に到達するよう旋削工具の旋回速度を加速するため、切削指令に影響がある。これに対し、本実施の形態２においては、速度クランプ部２１ａはパラメータ保持部３０ａに保持された遷移区間３３を用いて、遷移区間３３の範囲で切り替えを遷移区間で行う。

　遷移区間３３は、移動モードが非切削指令から切削指令に変化する際に、非切削指令における速度クランプ処理を切削指令における速度クランプ処理に遷移区間で切り替えるための区間として設定されるパラメータである。

　なお、遷移区間３３は、移動モードが切削指令から非切削指令に変化する際にも用いることが可能であり、切削指令における速度クランプ処理を非切削指令における速度クランプ処理に切り替えるための区間の情報も含まれる。

　図８は、一例として遷移区間を「２ｍｍ」と設定した場合において、各指令ブロックの移動距離の累積距離を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図である。図８では、送り速度及び主軸回転数ともに、非切削指令「Ｇ０」と切削指令「Ｇ１」とが切り替わるタイミングで、非切削指令「Ｇ０」の移動中に遷移区間が設定されており、遷移区間の範囲で送り速度及び主軸回転数を切り替えている。

　なお、図７，８において遷移区間３３は、距離で設定されているが、本発明はこれに限定されず、遷移区間３３は時間幅で設定されていてもよい。図９は、一例として遷移区間を「２秒」と設定した場合において、各指令ブロックの移動時間を累積した時間を横軸とし、送り速度又は主軸回転数を縦軸として、移動モードに応じた変化を示す図である。図９では、図８と同様に、送り速度及び主軸回転数とも、非切削指令「Ｇ０」と切削指令「Ｇ１」とが切り替わるタイミングで、非切削指令「Ｇ０」の移動中に遷移区間が設定されており、送り速度及び主軸回転数を切り替えている。

　又は、遷移区間３３は、送り速度及び主軸回転数の変化率の上限で設定されていてもよい。この場合の変化率には、単位時間あたりの送り速度の変化率、単位時間あたりの主軸回転数の変化率、単位距離あたりの送り速度の変化率及び単位距離あたりの主軸回転数の変化率を例示することができる。

　なお、上記の説明において、遷移区間３３は、パラメータ保持部３０ａに格納されているが、本発明はこれに限定されず、加工プログラム１０に遷移区間が記述されていてもよい。これにより、移動距離に応じた遷移区間の設定を行うことが可能であり、さらに柔軟な指令が可能となる。

　本実施の形態２にて説明した数値制御装置は、速度クランプ処理の変更が、距離又は時間の変化に従って送り速度又は主軸回転数が変化していく区間である遷移区間に行われ、移動モードが切削指令による移動モード及び非切削指令による移動モードを含み、速度クランプ部は、非切削指令による移動モードから切削指令による移動モードに切り替わる際には、非切削指令の実行中であって切削指令の実行前に、切削指令における速度クランプ処理に切り替え、切削指令による移動モードから非切削指令による移動モードに切り替わる際には、非切削指令の実行中であって切削指令の実行開始後に、非切削指令における速度クランプ処理に切り替える。また、速度クランプ処理を切り替える区間である遷移区間は、距離又は時間で指定される。そのため、切り替えによる切削指令への影響を防止することができる。

実施の形態３．
　実施の形態１では、非切削指令における速度クランプ処理について、送り速度を極力下げないようにすることで移動に要する時間を短くする形態について説明した。また、実施の形態１では、切削指令における速度クランプ処理は、Ｓ指令及びＦ指令を一定の比率で制限している。また、実施の形態２では、移動モードの切り替え時に、非切削指令の移動中に切削指令における速度クランプ処理から遷移区間で切り替わる形態について説明した。本実施の形態３では、ユーザが、切削指令及び非切削指令における速度クランプ処理の結果を認識することが可能であり、さらには、速度クランプ処理の方法を容易に設定可能な形態について説明する。

　図１０は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態３の一構成例を示すブロック図である。図１０に示す数値制御装置２０ｂは、設定画面表示部６０を備える点が図２に示す数値制御装置２０と異なる。

　設定画面表示部６０は、加工プログラム１０と、パラメータ保持部３０の出力である許容速度と、速度クランプ部２１の出力である制限後送り速度及び制限後主軸回転数を入力とし、オービットボーリングにおける速度クランプ処理に関連する情報を表示する。

　図１１は、設定画面表示部６０に表示される設定画面の一例を示す図である。図１１では、オービットボーリングにおける速度クランプ処理に関連する情報として旋回方向速度Ｐ_ｒ×Ｓの絶対値を横軸に、旋回半径方向速度Ｆ_ｒの絶対値を縦軸に示している。旋回半径方向速度Ｆ_ｒは、送り速度Ｆを旋回半径と平行な方向の速度に分配した速度であり、実施の形態１における式（１）のように計算される速度である。これに対し、旋回方向速度Ｐ_ｒ×Ｓは、旋回平面に平行で旋回半径方向に直交する方向の速度であり、旋回半径Ｐ_ｒと主軸回転数Ｓとの積として計算される。

　図１２は、設定画面表示部６０の動作の一例を示すフローチャートである。まず、設定画面表示部６０は、加工プログラム１０に記述された指令条件を表示する（ＳＴ１１）。すなわち、設定画面表示部６０は、加工プログラム１０における主軸回転数Ｓ及び送り速度Ｆから、旋回半径方向速度Ｆ_ｒを計算し、旋回半径Ｐ_ｒを用いて下記の式（１７）の計算を行い、Ｐ１：指令条件として示す。

　次に、設定画面表示部６０は、パラメータに設定された各軸の許容速度の表示を行う（ＳＴ１２）。ここで、少なくともＸ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ及びＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍを用いて、下記の式（１８）で計算される曲線であるＰ２：Ｘ，Ｙ軸許容速度を示す。ただし、φは、０°≦φ≦９０°とする。

　なお、式（１８）において、上記のＰ２は、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍ及びＹ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍのうち、小さい方の値を使って計算するものとしたが、Ｘ軸の許容速度Ｖ_ｘｌｉｍを用いて計算される下記の式（１９）と、Ｙ軸の許容速度Ｖ_ｙｌｉｍを用いて計算される下記の式（２０）との双方を示してもよい。

　そして、設定画面表示部６０は、移動モードに応じた速度クランプ処理の結果を表示する（ＳＴ１３）。すなわち、非切削指令における制限後の送り速度である旋回半径方向速度Ｆ_ｒ２及び制限後の主軸回転数である主軸旋回方向速度Ｓ_２をＰ３１：非切削指令における制限後条件として示し、切削指令における制限後の送り速度である旋回半径方向速度Ｆ_ｒ２及び制限後の主軸回転数である主軸旋回方向速度Ｓ_２をＰ３２：切削指令における制限後条件として示す。

　本実施の形態３にて説明した数値制御装置は設定画面表示部を備え、設定画面表示部は、工作機械における制御軸の送り速度、主軸回転数、制御軸の許容速度、速度クランプ部の出力である制限後送り速度及び制限後主軸回転数のうち少なくとも１つを旋回方向速度及び旋回半径方向速度に基づいて表示する。このように、オービットボーリングにおける速度クランプ処理に関連する複数の情報を表示可能であるため、どのように速度クランプ処理が行われたかを認識することが容易である。また、オービットボーリングを可能とする工作機械において、設定画面表示部６０を用いることで、加工条件である送り速度及び主軸回転数の検討が容易であるとの効果を奏する。

　ここで、本実施の形態３に係る数値制御装置２０ｂを実現するためのハードウェア構成について説明する。図１３は、図１０に示す数値制御装置２０ｂを実現するハードウェアの一般的な構成の一例を示す図である。図１３には、入力部７１、プロセッサ７２、記憶回路７３及び出力部７４が示されている。プロセッサ７２は、プログラムの実行及び演算を行うことで、速度クランプ部２１及び移動指令計算部２２を実現する。プロセッサ７２は、代表的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。記憶回路７３は、加工プログラム１０をはじめとするプロセッサ７２が実行するプログラムを記憶し、且つプロセッサ７２がプログラムの実行及び演算を行うに際して必要なデータの記憶を行う。また、記憶回路７３は、パラメータ保持部３０を実現する。入力部７１は、数値制御装置２０への外部入力を実現する構成であり、一例として、加工プログラム１０が入力される。出力部７４は、数値制御装置２０から外部への出力を実現する構成であり、サーボアンプ４０との接続部を実現する。また、出力部７４は、設定画面表示部６０を実現する。なお、入力部７１、プロセッサ７２、記憶回路７３及び出力部７４は、各々複数設けられていてもよい。なお、実施の形態１，２に示す数値制御装置２０，２０ａも図１３に示すハードウェア構成によって実現することができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　工作機械、２　工具主軸、３　旋削工具、４　ワーク、５　Ｘ軸モータ、６　Ｙ軸モータ、７　Ｚ軸モータ、８　Ｃ軸モータ、１０　加工プログラム、２０，２０ａ，２０ｂ　数値制御装置、２１，２１ａ　速度クランプ部、２２　移動指令計算部、３０，３０ａ　パラメータ保持部、３１　許容速度、３２　許容加速度、４０　サーボアンプ、４１　Ｘ軸アンプ、４２　Ｙ軸アンプ、４３　Ｚ軸アンプ、４４　Ｃ軸アンプ、６０　設定画面表示部、７１　入力部、７２　プロセッサ、７３　記憶回路、７４　出力部、２２０　移動指令。

Claims

　少なくとも一つの制御軸を含む工作機械に接続可能であり、前記制御軸の許容送り速度を超えないように前記制御軸を制御する速度クランプ部を備え、
　前記速度クランプ部は、オービットボーリングによる加工を行う場合、移動モードに応じて速度クランプ処理を変更することを特徴とする数値制御装置。
　前記制御軸の送り速度を制限せずとも主軸回転数の制限によって前記制御軸の許容送り速度を超えないように制御可能な場合には前記制御軸の送り速度は制限しないように速度クランプ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
　前記速度クランプ処理の変更が、距離又は時間の変化に従って送り速度又は主軸回転数が変化していく区間である遷移区間に行われ、
　前記移動モードは、切削指令による移動モード及び非切削指令による移動モードを含み、
　前記速度クランプ部は、
　前記非切削指令による移動モードから前記切削指令による移動モードに切り替わる際には、前記非切削指令の実行中であって前記切削指令の実行前に、前記切削指令における速度クランプ処理に切り替え、
　前記切削指令による移動モードから前記非切削指令による移動モードに切り替わる際には、前記非切削指令の実行中であって前記切削指令の実行開始後に、前記非切削指令における速度クランプ処理に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
　前記遷移区間は、距離又は時間で指定されることを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
　前記工作機械における前記制御軸の送り速度、主軸回転数、前記制御軸の許容速度、前記速度クランプ部の出力である制限後送り速度及び制限後主軸回転数のうち少なくとも１つを旋回方向速度及び旋回半径方向速度に基づいて表示する設定画面表示部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の数値制御装置。