WO2021193728A1 - 工作機械の制御装置、制御システム、及び制御方法 - Google Patents

工作機械の制御装置、制御システム、及び制御方法 Download PDF

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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a control device, a control system, and a control method for controlling polygon machining performed by a tool equipped with a plurality of cutting tools.
  • polygon processing in which the outer peripheral surface of the work is processed into a polygon (polygon) by rotating the tool and the work at a constant ratio.
  • the surface of the work is machined into a polygonal shape by adjusting the number of cutting tools and the rotation ratio between the tool shaft and the work shaft. For example, when the number of cutting tools attached to the tool shaft is two and the rotation ratio between the work shaft and the tool shaft is 1: 2, the tool shaft rotates twice while the work shaft makes one rotation, and the two cutting tools Cuts two places each, for a total of four places, and the outer peripheral surface of the work becomes a square. When the number of tools attached to the tool shaft is three and the rotation ratio between the work shaft and the tool shaft is 1: 2, the outer peripheral surface of the work is hexagonal.
  • the work axis and the tool axis may be phase-aligned in order to perform accurate cutting. For example, after roughing the work, finishing is performed by changing the rotation speed, processing is performed so that a polygonal apex is formed at a specific position on the side surface of the work, or the work and the tool are once separated and then set to another position.
  • processing is performed so that a polygonal apex is formed at a specific position on the side surface of the work, or the work and the tool are once separated and then set to another position.
  • rotate the work shaft and the tool shaft so that they have a constant phase (relative angle) for example, when the work shaft is 0 degrees, the tool shaft must also be 90 degrees. (Rotate to the degree) is necessary.
  • FIG. 11A when both ends of the work are machined into a hexagon, it is necessary to align the machined surface on one end side with the machined surface on the other end side. If the work axis and the tool axis are out of phase, the machined surface will be out of phase as shown in FIG. 11B.
  • phase matching is required, as shown in FIG. 11C, machining is started after the phase of the work shaft and the tool shaft are matched.
  • Patent Document 1 states, “By simply stopping the spindle at a predetermined fixed point position such as the origin of the spindle, it is easy to perform polygon processing in which it is necessary to align a predetermined positional relationship with the outer peripheral surface of the work W. Can be done in. "
  • Patent Document 1 synchronizes the phases of a plurality of times of machining by stopping the tool at a predetermined position.
  • phase matching When phase matching is performed while the work shaft and tool shaft are rotating, the phase is shifted by accelerating or decelerating the work shaft or tool shaft. At this time, when the phase difference before and after the phase matching is large, as shown in FIGS. 9A and 9B, the amount of phase shift becomes large, and the time required for the phase matching becomes long.
  • the control device of one aspect of the present disclosure has a first shaft for rotating a tool having a plurality of cutting tools and a second shaft for rotating a work, and has a first shaft and a second shaft.
  • a control device that controls a machine tool that rotates at the same time to perform polygon machining and has a machining setting storage unit that stores the number of cutting tools, and a rotating first axis and second axis before phase matching.
  • the phase when the angle of the first axis is shifted by the interval of a plurality of cutting tools from the current phase calculation unit that calculates the phase of, the phase specified by the machining program, and the phase specified by the machining program.
  • the optimum phase calculation unit that calculates the phase that takes the shortest time to match the phase from among the plurality of phases calculated by the processable phase calculation unit, and the optimum phase calculation unit. It is provided with a phase matching control unit that controls the rotation of the first axis and the second axis so as to match the phase.
  • the control system of one aspect of the present disclosure has a first axis for rotating a tool having a plurality of cutting tools and a second axis for rotating a work, and has a first axis and a second axis.
  • a control system that controls a machine tool that rotates at the same time to perform polygon machining, and has a machining setting storage unit that stores the number of cutting tools, and a rotating first axis and second axis before phase matching.
  • the phase when the angle of the first axis is shifted by the interval of a plurality of cutting tools from the current phase calculation unit that calculates the phase of, the phase specified by the machining program, and the phase specified by the machining program.
  • the optimum phase calculation unit that calculates the phase that takes the shortest time to match the phase from among the plurality of phases calculated by the processable phase calculation unit, and the optimum phase calculation unit. It is provided with a phase matching control unit that controls the rotation of the first axis and the second axis so as to match the phase.
  • the control method of one aspect of the present disclosure has a first shaft for rotating a tool provided with a plurality of cutting tools and a second shaft for rotating a work, and has a first shaft and a second shaft. It is a control method that controls a machine tool that performs polygon machining by rotating it at the same time. It stores the number of cutting tools, and is instructed by the current position of the first axis, the current position of the second axis, and the machining program. The phase before phase matching between the first axis and the second axis is calculated based on the rotation ratio, the rotation ratio specified by the machining program, the phase command value specified by the machining program, and the cutting tool.
  • the time required for phase matching can be shortened.
  • phase alignment of this disclosure It is a figure explaining the phase alignment of this disclosure. It is a figure explaining the phase alignment of this disclosure. It is a figure explaining the phase alignment of this disclosure. It is a figure explaining the phase alignment of this disclosure. It is a figure explaining the necessity of phase matching in polygon processing. It is a figure explaining the necessity of phase matching in polygon processing. It is a figure explaining the necessity of phase matching in polygon processing.
  • FIG. 1 is a hardware configuration diagram of a numerical control device 100 according to an embodiment.
  • the CPU 111 included in the numerical control device 100 is a processor that controls the numerical control device 100 as a whole.
  • the CPU 111 reads the system program stored in the ROM 112 via the bus 120, and controls the entire numerical control device 100 according to the system program.
  • Temporary calculation data, display data, various data input by the operator via the input unit 30, and the like are temporarily stored in the RAM 113.
  • the non-volatile memory 114 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown), an SSD (Solid State Drive), or the like.
  • the non-volatile memory 114 retains the storage state even when the power of the numerical control device 100 is turned off.
  • the non-volatile memory 114 stores a program read from the external device 72 via the interface 115 and a program input via the input unit 30. Further, the non-volatile memory 114 stores various data (for example, setting parameters acquired from the machine tool) acquired from each part of the numerical control device 100, the machine tool, or the like.
  • the programs and various data stored in the non-volatile memory 114 may be expanded in the RAM 113 at the time of execution / use. Further, various system programs such as a known analysis program are written in the ROM 112 in advance.
  • the interface 115 is an interface for connecting the numerical control device 100 and an external device 72 such as an adapter. Programs, various parameters, etc. are read from the external device 72 side. Further, the programs and various parameters edited in the numerical control device 100 can be stored in the external storage means via the external device 72.
  • the PLC (programmable logic controller) 116 is a sequence program built in the numerical control device 100 and communicates with a machine tool or a robot, or a device such as a sensor attached to the machine tool or the robot. Signals are input and output via the O unit 117 for control.
  • each data read into the memory, data obtained as a result of executing the program, etc. are output and displayed via the interface 118.
  • the input unit 30 composed of an MDI, an operation panel, a touch panel, etc. passes commands, data, and the like based on operations by the operator to the CPU 111 via the interface 119.
  • the axis control circuit 130 for controlling each axis of the machine tool receives the axis movement command from the CPU 111 and outputs the axis command to the servo amplifier 140. In response to this command, the servo amplifier 140 drives the servomotor 150 that moves the shaft included in the machine tool.
  • the shaft servomotor 150 has a built-in position / speed detector, feeds back the position / speed feedback signal from the position / speed detector to the shaft control circuit 130, and performs position / speed feedback control.
  • FIG. 1 only one axis control circuit 130, one servo amplifier 140, and one servo motor 150 are shown, but in reality, only the number of axes provided in the machine tool to be controlled Be prepared.
  • the functional block diagram (FIG. 2) described later shows an example in which at least two servomotors, one for the work shaft and the other for the tool shaft, exist.
  • the spindle control circuit 160 receives a spindle rotation command for rotating the spindle of the machine tool, and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 161.
  • the spindle amplifier 161 receives the spindle speed signal and rotates the spindle motor 162 of the spindle at the commanded rotation speed.
  • a position coder 163 is coupled to the spindle motor 162, and the position coder 163 outputs a feedback pulse in synchronization with the rotation of the spindle. The output feedback pulse is read by the CPU 111.
  • FIG. 2 is a block diagram of the numerical control device 100 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the numerical control device 100 includes a current phase calculation unit 11, a processable phase calculation unit 12, an optimum phase calculation unit 13, a program analysis unit 41, a phase matching control unit 20, an axis control unit 30, and a processing setting memory.
  • a unit 40, a processing data storage unit 50, and a processing program storage unit 42 are provided.
  • the numerical control device 100 is connected to a machine tool that performs polygon processing.
  • a machine tool that performs polygon processing has a tool shaft as a first shaft and a work shaft as a second shaft, a work is attached to the work shaft, and a tool is attached to the tool shaft.
  • a servomotor 150 is attached to the tool shaft and the work shaft, and the servo amplifier 140 performs phase matching of the servomotor 150 in accordance with a command from the phase matching control unit 20.
  • the machining setting storage unit 40 stores the number T of cutting tools attached to the tool shaft.
  • the program analysis unit 41 extracts the rotation ratio P: Q of the work and the tool and the phase command value R (angle) from the machining program.
  • the phase command value R is a command for designating the phase difference between the tool shaft and the work shaft.
  • the machining data storage unit 50 stores the machining positions (angles) of the work shaft and the tool shaft. The positions of the work shaft and the tool shaft are fed back from the servo amplifier 140.
  • the current phase calculation unit 11 determines the work shaft and the tool before phase matching from the current position X of the work shaft stored in the data storage unit 50 during machining, the current position Y of the tool shaft, and the rotation ratio output from the program analysis unit 41. Calculate the phase R CURRENT of the axis.
  • the machineable phase calculation unit 12 is a work shaft and a tool shaft that satisfy the conditions for machining from the number T of cutting tools stored in the machining setting storage unit 40, the rotation ratio output from the program analysis unit 41, and the phase command value. Calculate the phase difference of.
  • the number of phase differences satisfying this condition is the same as the number of cutting tools.
  • the optimum phase calculation unit 13 determines whether the work shaft and the tool shaft can accelerate or decelerate the amount of change when the phase of the work shaft and the tool shaft is changed until the phase difference satisfies the condition that machining is possible. Is calculated while taking into consideration. The optimum phase calculation unit 13 determines a new phase command value from the phase difference that minimizes the amount of change when the phase is changed.
  • the phase matching control unit 20 determines the work axis and the tool axis based on the current position X of the work axis, the current position Y of the tool axis, and the new phase command value calculated by the optimum phase calculation unit 13 stored in the data storage unit 50 during machining.
  • the movement amount of is output to the axis control unit 30.
  • the axis control unit 30 outputs an axis movement command to the tool axis and the work axis.
  • the servomotor 150 controls the tool shaft and the work shaft in accordance with the axis movement command.
  • the position information X and Y of the tool shaft and the work shaft are fed back to the numerical control device 100.
  • a new phase command value is calculated, and polygon processing is performed using this phase command value.
  • phase matching of the polygon processing of the present disclosure will be described while comparing with the phase matching of the conventional polygon processing.
  • FIGS. 3 and 4 show the time change of the tool axis when the phase is matched in the conventional polygon processing.
  • FIG. 3 is a diagram when the tool shaft is decelerated and phase-aligned.
  • FIG. 4 is a diagram when the work axis is accelerated and phase-aligned.
  • the solid line shows the actual tool axis angle.
  • the broken line indicates the angle of the tool shaft when the phases are matched, which is calculated from the rotation ratio, the phase command value, and the actual angle of the work shaft.
  • the phase of the work shaft and the tool shaft is adjusted to the phase determined by the phase command value.
  • FIG. 5 shows the phase alignment of the polygon processing of the present disclosure.
  • the phase difference between the work shaft and the tool shaft satisfying the conditions for machining is calculated.
  • the three types of broken lines in FIG. 5 show the angle of the tool shaft when it matches the phase of the phase command value commanded by the machining program, and the angle of the tool shaft when the angle is deviated from that angle by the distance between the cutting tools. Is shown.
  • the number of cutting tools is three. In the example of FIG.
  • the actual tool shaft is temporarily decelerated to match the phase when the tool shaft is shifted by 240 degrees from the angle of the tool shaft when it matches the phase of the phase command value commanded by the machining program. ing.
  • the time required for phase matching can be shortened.
  • phase matching in the present disclosure
  • the rotation ratio P: Q is defined that the tool shaft rotates Q while the work shaft rotates P.
  • the rotation ratio P: Q and the phase command value R are specified and the phases match, if the current position of the work axis is X and the current position of the tool axis is Y, X and Y are always as follows.
  • the work shaft and the tool shaft rotate at a specified rotation speed so as to satisfy the equation (1).
  • phase command value R of the equation 1 can be replaced with the phase command value R NEW (n) as shown in the following equation 4.
  • phase matching control unit 20 Of the processable phase command value R NEW (n) obtained by Equation 4, the amount of phase change when phase matching is performed from the phase R CURRENT of the work shaft and tool shaft before phase matching obtained by Equation 2.
  • the new phase command value R'NEW with the smallest value is calculated and used by the phase matching control unit 20.
  • the amount of phase change is the smallest when the difference between the phase command values before and after the phase matching is the smallest.
  • the phase R CURRENT can be changed only in the decreasing direction. Therefore, the phase command value closest to the above direction can minimize the amount of phase change.
  • FIG. 6 shows the relationship between the current position X of the work, the current position Y of the tools, and the number of tools T. As shown in FIG. 6, the current position X of the work is 90 ° counterclockwise from the origin of the work axis (the position pointed by the arrow at the top of the drawing). The current position Y of the tool is 330 ° counterclockwise from the origin of the tool axis.
  • phase R CURRENT of the work shaft and the tool shaft before phase matching can be calculated as follows by substituting the current position X of the work, the current position Y of the tool, and the rotation ratio 1: 2 into the equation 2.
  • phase command value R NEW (n) that can be machined can be calculated as follows.
  • the value of R NEW (n) exists as many as the number of cutting tools.
  • the amount of phase change is determined in consideration of restrictions such as the phase matching method and the maximum rotation speed of the work axis and tool axis. If there are no such restrictions, the R NEW (n) closest to R CURRENT The value becomes the new phase command value R'NEW .
  • the phase matching control unit 20 performs phase matching using the new phase command value R'NEW.
  • the shaft control unit 30 rotates the work shaft and the tool shaft in accordance with the command of the machining program.
  • step S5 When the workpiece axis and the tool axis reaches the specified speed of the polygon processing (step S5), and starts calculating a new phase command value R 'NEW (step S6).
  • the new phase command value R 'when NEW is determined, temporarily slowing or accelerating the tool axis or work axis, the new phase command value R' matching the phases in NEW (step S7).
  • the phase matching is completed, cutting by polygon processing is performed (step S8).
  • the new phase command value R 'NEW procedure of calculation of step S6 the new phase command value
  • the current position X of the work shaft and the current position Y of the tool shaft are acquired (step S11), and the phase R CURRENT of the work shaft and the tool shaft before phase matching is calculated (step S12).
  • the processable phase calculation unit 12 calculates the processable phase command value R NEW (n) using the number T of the cutting tools (step S13).
  • R NEW (n) has T number of cutting tools.
  • Optimum phase calculator 13 selected taking into account the restrictions such as the maximum rotational speed of the phasing methods and work axis and tool axis, a new phase command value R 'NEW amount change is minimized when changing the phase (Step S14).
  • FIGS. 10A to 10C show the phase alignment of the present disclosure.
  • 9A and 9B, and FIGS. 10A to 10C both show the amount of phase change when the work axis is 0 degrees and the tool axis is 195 degrees.
  • phase matching is performed based on the phase (phase command value R) commanded at the time of machining. Therefore, under the above conditions, the phase command value is 90 degrees, as shown in FIG. 10A. Since polygon machining has a plurality of cutting tools, there is no problem in performing phase matching with the angle of the tool axis shifted by the distance between the cutting tools. Therefore, there are as many appropriate phases as there are cutting tools.
  • FIG. 10A Since polygon machining has a plurality of cutting tools, there is no problem in performing phase matching with the angle of the tool axis shifted by the distance between the cutting tools. Therefore, there are as many appropriate phases as there are cutting tools.
  • FIG. 10A Since polygon machining has a plurality of cutting tools, there is no problem in performing phase
  • an appropriate phase is selected from a plurality of phases so that the time required for phase matching is the shortest (the amount of phase change is the smallest).
  • the amount of phase change is reduced by changing the phase command value from 90 degrees to 210 degrees.
  • the numerical control device 100 of the present disclosure calculates the phase R CURRENT of the work shaft and the tool shaft before the phase matching and the processable phase command value R NEW (n) in the phase matching of the polygon machining.
  • the new phase command value R'NEW is calculated while considering the restrictions such as the phase matching method and the maximum number of revolutions. The amount of change in the tool shaft or work shaft is shortened, and the time required for phase matching is shortened.

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Abstract

複数の刃具を有するポリゴン加工装置において、位相合わせにかかる時間を短縮する。　ポリゴン加工の位相合わせにおいて、位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴと、加工可能な位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）を算出し、位相合わせの方法や最大回転数などの制限を考慮しながら、新しい位相指令値Ｒ'ＮＥＷを算出する。新しい位相指令値Ｒ'ＮＥＷに位相を合わせることで、位相合わせにかかる時間を短縮することができる。

Description

工作機械の制御装置、制御システム、及び制御方法
　本発明は、複数の刃具を備えた工具によって行われるポリゴン加工を制御する制御装置、制御システム、及び制御方法に関する。
　従来、工具とワークとを一定の比率で回転させることにより、ワークの外周面を多角形（ポリゴン：ｐｏｌｙｇｏｎ）に加工するポリゴン加工が存在する。ポリゴン加工では、刃具の数や工具軸とワーク軸との回転比を調整してワークの表面を多角形状に加工する。例えば、工具軸に取り付けられた刃具の数が２本、ワーク軸と工具軸の回転比が１：２の場合、ワーク軸が１回転する間に、工具軸が２回転し、２本の刃具がそれぞれ２箇所、合計４箇所を切削して、ワークの外周面は４角形になる。工具軸に取り付けられた工具の数が３本、ワーク軸と工具軸の回転比が１：２の場合、ワークの外周面は６角形になる。
　ポリゴン加工を行う工作機械では、正確な切削を行うために、ワーク軸と工具軸との位相合わせを行うことがある。例えば、ワークを荒加工した後、回転数を変えて仕上げ加工を行ったり、ワーク側面の特定位置に多角形の頂点ができるように加工したり、ワークと工具とを一旦離したのち別の位置から再加工を行ったりする場合には、ワーク軸と工具軸とが一定の位相（相対的な角度）になるよう回転させる（例えば、ワーク軸が０度であるときに、工具軸も必ず９０度になるように回転させる）必要がある。
　一例をあげると、図１１Ａのように、ワークの両端を六角形に加工する場合、一端側の加工面と他端側の加工面の位置合わせを行う必要がある。ワーク軸と工具軸の位相がずれている場合、図１１Ｂに示すように、加工面がずれてしまう。位相合わせが必要な場合には、図１１Ｃに示すように、ワーク軸と工具軸の位相を合わせてから加工を開始する。
　特許文献１には『主軸を主軸原点等の予め定められた所定の定点の位置に停止させるだけで、ワークＷの外周面に対して、互いに所定の位置関係を合わせる必要があるポリゴン加工を簡単に行うことができる』と記載されている。
特開２０１４－１８８６６０号公報
　特許文献１に記載の技術は、工具を所定の位置で停止させることにより、複数回の加工の位相を同期させるものである。しかしながら、特許文献１の技術では、工具を一旦停止させる必要がある。
　ワーク軸と工具軸を回転させたまま位相合わせをする場合、ワーク軸または工具軸を加速または減速させることで位相をシフトさせる。このとき、位相合わせ前後の位相差が大きい場合には、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、位相をシフトする量が多くなり、位相合わせにかかる時間が長くなる。
　複数の刃具を有するポリゴン加工装置では、位相合わせにかかる時間を短縮する技術が望まれている。
　本開示の一態様の制御装置は、複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御装置であって、刃具の本数を記憶する加工設定記憶部と、位相合わせ前の回転している第１の軸と第２の軸との位相を算出する現在位相算出部と、加工プログラムで指定される位相、及び、加工プログラムで指定される位相から、複数の刃具の間隔だけ、第１の軸の角度をずらしたときの位相を算出する加工可能位相算出部と、加工可能位相算出部で算出した複数の位相の中から、位相を合わせるまでに掛かる時間が最も短くなる位相を求める最適位相算出部と、最適位相算出部で算出した位相に合うように第１の軸と第２の軸が回転するように制御する位相合わせ制御部と、を備える。
　本開示の一態様の制御システムは、複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御システムであって、刃具の本数を記憶する加工設定記憶部と、位相合わせ前の回転している第１の軸と第２の軸との位相を算出する現在位相算出部と、加工プログラムで指定される位相、及び、加工プログラムで指定される位相から、複数の刃具の間隔だけ、第１の軸の角度をずらしたときの位相を算出する加工可能位相算出部と、加工可能位相算出部で算出した複数の位相の中から、位相を合わせるまでに掛かる時間が最も短くなる位相を求める最適位相算出部と、最適位相算出部で算出した位相に合うように第１の軸と第２の軸が回転するように制御する位相合わせ制御部と、を備える。
　本開示の一態様の制御方法は、複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御方法であって、刃具の本数を記憶し、第１の軸の現在位置と、第２の軸の現在位置と、加工プログラムで指令される回転比とを基に、第１の軸と第２の軸との位相合わせ前の位相を算出し、加工プログラムで指定される回転比と、加工プログラムで指定される位相指令値と、刃具の本数とを基に、加工が可能な位相を複数算出し、位相合わせ前の位相と、加工が可能な位相の差から、第１の軸と第２の軸との位相を変化させるのに必要な時間が最も短い最適位相を算出し、最適位相を基準とし、第１の軸と第２の軸の位相合わせを行う。
　本発明の一態様によれば、複数の刃具を有するポリゴン加工装置において、位相合わせにかかる時間を短縮することができる。
本開示における数値制御装置のハードウェア構成図である。 本開示における数値制御装置のブロック図である。 工具軸を一時的に減速させて位相合わせをしたときの図である。 ワーク軸を一時的に加速させて位相合わせしたときの図である。 本開示のポリゴン加工の位相合わせを示す図である。 ワークの現在位置Ｘ、工具の現在位置Ｙ、工具本数Ｔの関係を示す図である。 本開示の位相合わせ方法について説明するフローチャートである。 新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷの算出手順を説明するフローチャートである。 従来の位相合わせを説明する図である。 従来の位相合わせを説明する図である。 本開示の位相合わせを説明する図である。 本開示の位相合わせを説明する図である。 本開示の位相合わせを説明する図である。 ポリゴン加工における位相合わせの必要性を説明する図である。 ポリゴン加工における位相合わせの必要性を説明する図である。 ポリゴン加工における位相合わせの必要性を説明する図である。
　以下、本開示の制御装置を数値制御装置１００に実装した一実施形態を示す。
　図１は一実施形態による数値制御装置１００のハードウェア構成図である。
　本実施形態による数値制御装置１００が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２０を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１００の全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、入力部３０を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。
　不揮発性メモリ１１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成される。不揮発性メモリ１１４は、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１１４には、インタフェース１１５を介して外部機器７２から読み込まれたプログラムや入力部３０を介して入力されたプログラムが記憶される。また、不揮発性メモリ１１４には、数値制御装置１００の各部や工作機械等から取得された各種データ（例えば、工作機械から取得した設定パラメータ等）が記憶される。不揮発性メモリ１１４に記憶されたプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１１２には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
　インタフェース１１５は、数値制御装置１００とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からはプログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１００内で編集したプログラムや各種パラメータ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１１６は、数値制御装置１００に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械やロボット、該工作機械や該ロボットに取り付けられたセンサ等のような装置との間でＩ／Ｏユニット１１７を介して信号の入出力を行い制御する。
　表示部７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１１８を介して出力されて表示される。また、ＭＤＩや操作盤、タッチパネル等から構成される入力部３０は、インタフェース１１９を介して作業者による操作に基づく指令やデータ等をＣＰＵ１１１に渡す。
　工作機械の各軸を制御するための軸制御回路１３０はＣＰＵ１１１からの軸の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１４０に出力する。サーボアンプ１４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ１５０を駆動する。軸のサーボモータ１５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路１３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路１３０、サーボアンプ１４０、サーボモータ１５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。後述する機能ブロック図（図２）では、ワーク軸用と工具軸用の少なくとも２つのサーボモータが存在する例を示す。
　スピンドル制御回路１６０は、工作機械の主軸を回転させる主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ１６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ１６１はこのスピンドル速度信号を受けて、主軸のスピンドルモータ１６２を指令された回転速度で回転させる。スピンドルモータ１６２にはポジションコーダ１６３が結合され、ポジションコーダ１６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力する。出力された帰還パルスはＣＰＵ１１１によって読み取られる。
　図２は、本開示の一実施形態である数値制御装置１００のブロック図である。数値制御装置１００は、現在位相算出部１１と、加工可能位相算出部１２と、最適位相算出部１３と、プログラム解析部４１と、位相合わせ制御部２０と、軸制御部３０と、加工設定記憶部４０と、加工中データ記憶部５０と、加工プログラム記憶部４２と、を備える。
　数値制御装置１００は、ポリゴン加工を行う工作機械に接続されている。ポリゴン加工を行う工作機械は、第１の軸としての工具軸と、第２の軸としてのワーク軸とを有し、ワーク軸にはワークが取り付けられており、工具軸には工具が取り付けられている。工具軸とワーク軸にはサーボモータ１５０が取り付けられており、サーボアンプ１４０は位相合わせ制御部２０からの指令に従いサーボモータ１５０の位相合わせを行う。
　加工設定記憶部４０は、工具軸に取り付けられた刃具の本数Ｔを記憶している。
　プログラム解析部４１は、ワークと工具の回転比Ｐ：Ｑ、位相指令値Ｒ（角度）を加工プログラムから抽出する。位相指令値Ｒとは、工具軸とワーク軸の位相差を指定するための指令である。
　加工中データ記憶部５０は、ワーク軸及び工具軸の加工中の位置（角度）を記憶している。ワーク軸と工具軸の位置は、サーボアンプ１４０からフィードバックされる。
　現在位相算出部１１は、加工中データ記憶部５０に記憶するワーク軸の現在位置Ｘ、工具軸の現在位置Ｙ、プログラム解析部４１から出力される回転比から、位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴを算出する。
　加工可能位相算出部１２は、加工設定記憶部４０に記憶する刃具の本数Ｔ、プログラム解析部４１から出力される回転比、及び位相指令値から、加工が可能な条件を満たすワーク軸と工具軸の位相差を算出する。この条件を満たす位相差は刃具の本数と同じ数だけある。
　最適位相算出部１３は、ワーク軸と工具軸の位相を、加工が可能な条件を満たす位相差になるまで変化させるときの変化量を、ワーク軸と工具軸がそれぞれ加速または減速が可能かどうかを考慮しながら算出する。最適位相算出部１３は、位相を変化させるときの変化量が最小になる位相差から新しい位相指令値を決定する。
　位相合わせ制御部２０は、加工中データ記憶部５０に記憶するワーク軸の現在位置X、工具軸の現在位置Y、最適位相算出部１３が算出した新しい位相指令値に基づき、ワーク軸と工具軸の移動量を軸制御部３０に出力する。
　軸制御部３０は、軸の移動指令を工具軸及びワーク軸に出力する。サーボモータ１５０は、軸の移動指令に従い工具軸及びワーク軸を制御する。工具軸及びワーク軸の位置情報X、Yは、数値制御装置１００にフィードバックされる。
　本開示のポリゴン加工では、新しい位相指令値を算出し、この位相指令値でポリゴン加工を行う。位相を変化させるときの変化量が最小になる位相指令値で位相合わせを行うことにより、位相合わせに要する時間を短縮できる。
　以下、従来のポリゴン加工の位相合わせと比較しながら本開示のポリゴン加工の位相合わせについて説明する。
［従来の位相合わせ］
　図３、４は、従来のポリゴン加工において位相合わせしたときの工具軸の時間変化を示している。図３は、工具軸を減速させて位相合わせしたときの図である。図４は、ワーク軸を加速させて位相合わせしたときの図である。これらの図において、実線は実際の工具軸の角度を示している。破線は、回転比と、位相指令値と、ワーク軸の実際の角度から算出した、位相が合っているときの工具軸の角度を示している。
　従来は、ワーク軸と工具軸の少なくとも一方を、指令されている回転速度から加速、又は減速させることで、ワーク軸と工具軸の位相を位相指令値によって決まる位相に合わせる。
［本開示の位相合わせの概要］
　図５は、本開示のポリゴン加工の位相合わせを示している。本開示のポリゴン加工では、加工が可能な条件を満たすワーク軸と工具軸の位相差を算出する。図５の３種類ある破線は、加工プログラムで指令される位相指令値の位相と一致しているときの工具軸の角度と、その角度から刃具の間隔だけ角度をずらしたときの工具軸の角度を示している。この図５では、刃具の本数を３本としている。
　図５の例では、実際の工具軸を一時的に減速させて、加工プログラムで指令される位相指令値の位相と一致しているときの工具軸の角度から２４０度ずらしたときの位相に合わせている。位相の変化量が少なくなる位相になる位相指令値を選択することにより、位相合わせに要する時間が短縮できる。
［本開示の位相合わせの説明］
　本開示の位相合わせについて具体的に説明する。前提として、回転比Ｐ：Ｑは、ワーク軸がＰ回転する間に工具軸がＱ回転する、と定義する。また、回転比Ｐ：Ｑ、位相指令値Ｒを指定し、位相が一致している状態では、ワーク軸の現在位置をＸ、工具軸の現在位置をＹとすると、ＸとＹが常に以下の数１式を満たすように、ワーク軸と工具軸が指定された回転速度で回転する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の式では、任意の角度Ａと、Ａに３６０の整数倍の数値を足した角度は等しいとする。
　位相合わせをする直前のワーク軸と工具軸は、回転比Ｐ：Ｑを満たしつつ、指令された回転速度で回転しているとする。
　以下の説明では、軸の原点（ゼロ点）は、図面最上部の矢印の指す位置とする。軸上の位置は１回転する（３６０°を超える）毎に丸められてゼロになる。
　本開示の位置合わせでは、最初に、位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴを算出する。
　ワーク軸の現在位置をＸと、工具軸の現在位置をＹとした場合、回転比Ｐ：Ｑから、上記の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴは数２２式より、以下のように計算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　刃具が複数本ある場合、工具を刃具の間隔だけ回転させると、刃具の順番が入れ替わるだけであり、刃具がある位置は変化しない。そのため、位相が一致している状態から工具軸が刃具の間隔だけずれる状態で加工しても、位相が一致している状態と同じ加工結果になる。刃具の本数をＴとした場合、位相指令値で指定した加工結果になる位相は、数１式より、以下のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　上記数３式より、数１式の位相指令値Ｒを、以下の数４式に示すように位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）に置き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数４式で求められる加工可能な位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）のうち、数２式で求められる位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴから位相合わせをするときの位相の変化量が最も少なくなる新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷを算出し、位相合わせ制御部２０で使用する。
　位相の変化量は、例えば、ワーク軸と工具軸を自由に制御できる場合は、位相合わせ前と後の位相指令値の差が最も少ないときが、最も少なくなる。また、工具軸を一時的に減速して位相を変化させることしかできない場合は、位相ＲＣＵＲＲＥＮＴを減少させていく方向にのみ変化させることができる。そのため、上記の方向で最も近い位相指令値が、位相の変化量を最も少なくすることができる。
［本開示の位相合わせの計算例］
　本開示の位相合わせを、実際の数値を用いて説明する。加工設定記憶部４０は、刃具の本数Ｔ＝３を記憶している。加工プログラムにおいて、回転比１：２、位相指令値Ｒ＝６０として指令する。位相合わせ開始前のワーク軸の現在位置Ｘ＝９０、工具軸の現在位置Ｙ＝３３０とする。図６は、ワークの現在位置Ｘ、工具の現在位置Ｙ、工具本数Ｔの関係を示している。
　図６に示すように、ワークの現在位置Ｘはワーク軸の原点（図面最上部の矢印の指す位置）から反時計回りに９０°の位置である。工具の現在位置Ｙは工具軸の原点から反時計回りに３３０°の位置である。
　位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴは、ワークの現在位置Ｘ、工具の現在位置Ｙ、回転比１：２を数２式に代入して以下のように算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ワークの現在位置Ｘ、工具の現在位置Ｙ、回転比１：２、位相指令値Ｒを数４式に代入すると加工可能な位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）は以下のように算出できる。ＲＮＥＷ（ｎ）の値は、刃具の本数だけ存在する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　位相の変化量は、位相合わせの方法やワーク軸と工具軸の最大回転数などの制限を考慮して求めるが、これらの制限がない場合には、ＲＣＵＲＲＥＮＴに最も近いＲＮＥＷ（ｎ）の値が新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷとなる。位相合わせ制御部２０は、新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷを用いて位相合わせを行う。
　次いで、図７を参照して、本開示の数値制御装置１００の位相合わせ方法について説明する。加工プログラムを開始する前に、刃具の本数を設定する。ここでは刃具の本数Ｔ＝３とする（ステップＳ１）。
　次いで、加工プログラムを開始する（ステップＳ２）。プログラム解析部４１は、加工プログラムを解析し、まず、ワーク回転軸の回転を開始する（ステップＳ３）。さらに、プログラム解析部４１は、ワークと工具の回転比Ｐ：Ｑ＝１：２、位相指令値Ｒ＝６０でポリゴン加工を開始する指令を解析する（ステップＳ４）。軸制御部３０は、加工プログラムの指令に従い、ワーク軸と工具軸を回転させる。
　ワーク軸と工具軸がポリゴン加工の指定速度に到達すると（ステップＳ５）、新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷの算出を開始する（ステップＳ６）。
　新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷが決定すると、工具軸又はワーク軸を一時的に減速又は加速させて、新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷに位相を合わせる（ステップＳ７）。位相合わせが完了すると、ポリゴン加工による切削を行う（ステップＳ８）。
　図８を参照して、ステップＳ６の新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷの算出手順を説明する。新しい位相指令値の算出では、ワーク軸の現在位置Ｘと工具軸の現在位置Ｙを取得し（ステップＳ１１）、位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴを算出する（ステップＳ１２）。そして、加工可能位相算出部１２は、刃具の本数Ｔを用いて、加工可能な位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）を算出する（ステップＳ１３）。ＲＮＥＷ（ｎ）は刃具の本数Ｔ個ある。最適位相算出部１３は、位相合わせの方法やワーク軸と工具軸の最大回転速度などの制限を考慮しながら、位相を変化させるときの変化量が最小になる新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷを選択する（ステップＳ１４）。
　図９Ａ及び図９Ｂは従来の位相合わせ、図１０Ａ～図１０Ｃは本開示の位相合わせを示している。図９Ａ及び図９Ｂ、ならびに図１０Ａ～図１０Ｃは、共に、ワーク軸０度、工具軸１９５度のときの位相の変化量を示している。従来は加工時に指令された位相（位相指令値Ｒ）を基準に位相合わせを行っている。そのため、上記の条件では、図１０Ａに示すように、位相指令値は９０度となる。
　ポリゴン加工では複数の刃具を有するため、工具軸の角度を刃具の間隔だけずらした位相で位相合わせを行っても問題はないため、適切な位相は刃具の数だけある。
　本開示では、図１０Ｂに示すように、複数の位相から、適当な位相を選択し、位相合わせにかかる時間が最も短くなる（位相の変化量が最も少ない）ようにしている。図１０Ｃの例では位相指令値を９０度から２１０度に変更することで位相の変化量が少なくなる。
　以上説明したように本開示の数値制御装置１００は、ポリゴン加工の位相合わせにおいて、位相合わせ前のワーク軸と工具軸の位相ＲＣＵＲＲＥＮＴと、加工可能な位相指令値ＲＮＥＷ（ｎ）を算出し、位相合わせの方法や最大回転数などの制限を考慮しながら、新しい位相指令値Ｒ′ＮＥＷを算出する。工具軸又はワーク軸の変化量が短くなり、位相合わせに要する時間が短くなる。
　　１００　数値制御装置
　　１１１　ＣＰＵ
　　１１　　現在位相算出部
　　１２　　加工可能位相算出部
　　１３　　最適位相算出部
　　２０　　位相合わせ制御部
　　３０　　軸制御部
　　４０　　加工設定記憶部
　　４１　　プログラム解析部
　　４２　　加工プログラム記憶部
　　５０　　加工中データ記憶部

Claims (6)

  1. 　複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御装置であって、
    　前記刃具の本数を記憶する加工設定記憶部と、
    　位相合わせ前の回転している前記第１の軸と第２の軸との位相を算出する現在位相算出部と、
    　加工プログラムで指定される位相、及び、前記加工プログラムで指定される位相から、前記複数の刃具の間隔だけ、前記第１の軸の角度をずらしたときの位相を算出する加工可能位相算出部と、
    　前記加工可能位相算出部で算出した複数の位相の中から、位相を合わせるまでに掛かる時間が最も短くなる位相を求める最適位相算出部と、
    　前記最適位相算出部で算出した位相に合うように前記第１の軸と第２の軸が回転するように制御する位相合わせ制御部と、
    　を備える制御装置。
  2. 　前記現在位相算出部は、前記第１の軸の現在位置と、第２の軸の現在位置と、前記加工プログラムで指令される回転比とを基に、前記第１の軸と第２の軸との位相合わせ前の位相を算出する、請求項１記載の制御装置。
  3. 　前記加工可能位相算出部は、前記加工プログラムで指定される回転比と、前記加工プログラムで指定される位相指令値と、前記刃具の本数とを基に、加工が可能な位相を複数算出する、請求項１記載の制御装置。
  4. 　前記最適位相算出部は、前記位相合わせ前の位相と、前記加工が可能な位相の差から、前記第１の軸と第２の軸との位相を変化させるのに必要な時間が最も短い最適位相を算出する、請求項３記載の制御装置。
  5. 　複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御システムであって、
    　前記刃具の本数を記憶する加工設定記憶部と、
    　位相合わせ前の回転している前記第１の軸と第２の軸との位相を算出する現在位相算出部と、
    　加工プログラムで指定される位相、及び、前記加工プログラムで指定される位相から、前記複数の刃具の間隔だけ、前記第１の軸の角度をずらしたときの位相を算出する加工可能位相算出部と、
    　前記加工可能位相算出部で算出した複数の位相の中から、位相を合わせるまでに掛かる時間が最も短くなる位相を求める最適位相算出部と、
    　前記最適位相算出部で算出した位相に合うように前記第１の軸と第２の軸が回転するように制御する位相合わせ制御部と、
    　を備える、制御システム。
  6. 　複数の刃具を備えた工具を回転させる第１の軸と、ワークを回転させる第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とを同時に回転させて、ポリゴン加工を行う工作機械を制御する制御方法であって、
    　前記刃具の本数を記憶し、
    　前記第１の軸の現在位置と、第２の軸の現在位置と、前記加工プログラムで指令される回転比とを基に、前記第１の軸と第２の軸との位相合わせ前の位相を算出し、
    　前記加工プログラムで指定される回転比と、前記加工プログラムで指定される位相指令値と、前記刃具の本数とを基に、加工が可能な位相を複数算出し、
    　前記位相合わせ前の位相と、前記加工が可能な位相の差から、前記第１の軸と第２の軸との位相を変化させるのに必要な時間が最も短い最適位相を算出し、
    　前記最適位相を基準とし、前記第１の軸と前記第２の軸の位相合わせを行う、制御方法。
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