WO2022045292A1 - 数値制御装置 - Google Patents

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WO2022045292A1
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work
point
distance
fixed cycle
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大輔 上西
知弘 小山田
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ファナック株式会社
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    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50113—Short stroke, retract tool, safe distance from workpiece surface, hover height

Definitions

  • the present invention relates to a numerical control device.
  • Patent Document 1 a method for controlling a machine tool that speeds up drilling by optimizing the path of relative movement of a tool with respect to a work is known (for example, Patent Document 1).
  • a discontinuity such as a corner
  • the tool pauses with respect to the workpiece at the discontinuity.
  • the vertical movement of the tool and the horizontal movement of the work are temporally overlapped so that the movement path of the tool at the corner portion is an arcuate curved path and the continuous movement of the tool is performed. Is possible.
  • the tool pulled out of the hole rises to a return point of a predetermined height. If the radius of curvature of the arcuate curved path is fixed, interference with the tool workpiece may occur. For example, if the horizontal distance from one drilling position to the next drilling position is short, the tool begins descending towards the next drilling position before ascending to the return point. The height of the work may vary from place to place. If there is a high protrusion between one drilling position and the next drilling position, the tool will interfere with the protrusion.
  • One aspect of the present disclosure is a numerical control device for a machine tool in which a tool and a work are relatively moved in a first direction and a second direction to make a hole in the work by the tool, and the first direction is the length of the tool.
  • the direction along the axis, the second direction intersecting the longitudinal axis of the tool stores the machining program that executes the fixing cycle a plurality of times, and the fixing cycle is the first of the tool and the work.
  • the first operation of positioning the drilling position of the work with respect to the tool by the relative movement in two directions and the retracting of the tool from the work in the first direction by the relative movement of the tool and the work in the first direction.
  • the second operation of moving the tool from the return point to the hole bottom point and the third operation of moving the tool from the hole bottom point to the return point by the relative movement of the tool and the work in the first direction are included.
  • a storage unit and a control unit that controls the relative movement of the tool and the work based on the machining program, and along the first curved path by starting the second operation before the end of the first operation.
  • the bending amount calculation unit includes a distance calculation unit that calculates the evacuation distance in the first direction to a point, and a bending amount calculation unit that calculates the bending amount of the first curve path and the second curve path.
  • the positioning command of the drilling position in the next fixed cycle is read from the machining program, and the first curved path in the next fixed cycle is based on the read positioning command and the retracted distance. And the bending amount of the second curve path is calculated, and the control unit uses the first curve path and the second curve path of the bending amount calculated by the bending amount calculation unit in the next fixed cycle.
  • a numerical control device that moves the tool along the line.
  • the numerical control device 1 is a numerical control device of a machine tool 10 that processes a work 4 with a tool 2.
  • the machine tool 10 has a spindle 3 for holding the tool 2, a table 5 for holding the work 4, a spindle motor 6 for rotating the spindle 3 around the longitudinal axis of the spindle 3, and a spindle 3 with respect to the table 5.
  • the Z-axis feed motor 7 that moves in the direction (second direction)
  • the X-axis feed motor 8 that moves the table 5 in the X direction (first direction) and the Y direction (first direction) with respect to the spindle 3, respectively.
  • the Y-axis feed motor 9 and the numerical control device 1 for controlling the motors 6, 7, 8 and 9 are provided.
  • the Z direction is a direction along the longitudinal axis of the tool 2 held by the spindle 3.
  • the X direction and the Y direction are directions orthogonal to the longitudinal axis of the tool 2 held by the spindle 3, and are orthogonal to each other.
  • the Z direction is the vertical direction
  • the X direction and the Y direction are the horizontal directions.
  • the spindle 3 is arranged in the vertical direction and is movably supported in the vertical direction by a support mechanism (not shown).
  • the tool 2 is held coaxially with the spindle 3 at the lower end of the spindle 3, and rotates and moves integrally with the spindle 3.
  • the tool 2 is a drill for drilling a hole 4a in the work 4 in the depth direction (Z direction).
  • the tool 2 may be another type of tool for machining the work 4 in the depth direction, such as a milling cutter or an end mill.
  • the table 5 is arranged horizontally below the spindle 3.
  • the work 4 placed on the upper surface of the table 5 is fixed to the table 5 by a jig (not shown).
  • the spindle motor 6 is a spindle motor connected to the upper end of the spindle 3, and rotates the spindle 3 around the longitudinal axis of the spindle 3.
  • the feed motors 7, 8 and 9 are servo motors, respectively.
  • the numerical control device 1 includes a storage unit 11, a control unit 12, a distance calculation unit 13, and a bending amount calculation unit 14.
  • the storage unit 11 has, for example, a RAM, a ROM, and other storage devices, and stores a machining program 11a (see FIG. 2) for making a hole in the work 4 by the relative movement of the tool 2 and the work 4. .
  • the numerical control device 1 has a processor such as a central processing unit, and the control unit 12, the distance calculation unit 13, and the bending amount calculation unit 14 are realized by the processor.
  • the machining program 11a includes a fixed cycle program 11b for drilling.
  • the fixed cycle program 11b is a program that causes the machine tool 10 to execute a fixed cycle including four operations a plurality of times.
  • the dashed and solid arrows indicate the path of relative movement of the tool 2 with respect to the work 4.
  • the horizontal direction is the X direction
  • the direction perpendicular to the paper surface is the Y direction
  • the vertical direction is the Z direction.
  • the fast-forward speed is the maximum speed of each of the feed motors 7, 8 and 9.
  • the cutting feed rate is a speed suitable for drilling a work 4 by the tool 2, and is a command speed set in the machining program.
  • the machining program 11a includes a command for designating a W point (work height point), an R point (return point), and a Z point (hole bottom point).
  • the W point is the position of the work surface 4b in the Z direction.
  • the work surface 4b is the surface of the work 4 from which the tool 2 starts drilling (cutting) the work 4, and is the upper surface of the work 4 in the present embodiment.
  • the R point is a position in the Z direction retracted from the work surface 4b in the Z direction, and is, for example, a position separated from the work surface 4b by 1 mm to 5 mm.
  • the Z point is the position of the bottom of the hole 4a in the Z direction, and is located on the side opposite to the R point with respect to the work surface 4b.
  • the first operation is an operation in which the work 4 is moved in the XY direction with respect to the tool 2 by moving the table 5 in the XY direction, and the drilling position of the work 4 is positioned in the XY direction with respect to the tool 2.
  • the paths a, b, and e are the paths of the tool 2 in the first operation.
  • the second operation is an operation in which the tip 2a of the tool 2 is moved in the Z direction from the R point to the Z point by lowering the spindle 3 in the Z direction, and a hole is made at the drilling position of the work 4.
  • the paths b and c are the paths of the tool 2 in the second operation.
  • the third operation is an operation in which the tip 2a of the tool 2 is moved in the Z direction from the Z point to the R point by raising the spindle 3 in the Z direction, and the tool 2 is pulled out from the hole 4a.
  • the paths d and e are the paths of the tool 2 in the third operation.
  • FIG. 2 shows an example of a fixed cycle program 11b that repeats a fixed cycle three times.
  • "G81” is a code for instructing a fixed cycle for drilling
  • "G99” is a code for instructing R point return
  • "G80” is a code for instructing cancellation of the fixed cycle.
  • "X0 Y0” is the X-direction and Y-direction positioning command of the drilling position
  • "Z-10" is the Z-point command, "R5.” Is the R-point command, "W1.” Is the W-point command, and "F1000". Is a command for the cutting feed rate.
  • the commands Y, Z, R, W, and F whose command values are the same as those in the first line are omitted.
  • the control unit 12 controls the movement of the spindle 3 in the Z direction by controlling the feed motor 7, thereby controlling the movement of the tool 2 in the Z direction. Further, the control unit 12 controls the movement of the table 5 in the XY direction by controlling the feed motors 8 and 9, thereby controlling the movement of the work 4 in the XY direction. The control unit 12 causes the machine tool 10 to execute the first operation, the second operation, and the third operation by controlling the feed motors 7, 8 and 9 based on the machining program 11a.
  • control unit 12 starts the second operation before the end of the first operation, so that the movement of the work 4 in the first operation in the XY direction and the movement of the tool 2 in the second operation in the Z direction are timed. Overlap. As a result, the tip 2a of the tool 2 moves along the second curved path b from the R point to the W point. Further, the control unit 12 starts the first operation of the next fixed cycle before the third operation is completed, so that the tool 2 in the third operation moves in the Z direction and the work 4 in the first operation moves in the XY direction. Overlap with the movement of. As a result, the tip 2a of the tool 2 moves along the first curved path e from the point W to the point R.
  • the distance calculation unit 13 calculates the distance in the Z direction between the W point and the R point as the evacuation distance in the Z direction from the work 4 to the R point. Specifically, the distance calculation unit 13 reads the machining program 11a from the storage unit 11, acquires the command values of the R point and the W point from the fixed cycle program 11b, and calculates the difference
  • is the maximum radius of curvature r of the curved path b.
  • the bending amount calculation unit 14 calculates the radius of curvature rn based on the moving distance Ln and the evacuation distance
  • the control unit 12 moves the tip 2a of the tool 2 along the curved path b of the radius of curvature rn by controlling the timing of the start of descent of the tool 2 in the second operation based on the radius of curvature rn. Further, the control unit 12 moves the tip 2a of the tool 2 along the curved path e of the radius of curvature rn by controlling the timing of the start of movement of the work 4 in the first operation based on the radius of curvature rn.
  • the numerical control device 1 first processes modal information such as the R point, the Z point, the command speed, and the operation mode (step S1).
  • the distance calculation unit 13 acquires the command values of the R point and the W point from the drilling program 11a, and calculates the retreat distance
  • step S2 the distance calculation unit 13 acquires the command values of the R point and the W point from the drilling program 11a, and calculates the retreat distance
  • the control unit 12 lowers the spindle 3 by controlling the feed motor 7 and moves the tip 2a of the tool 2 to the R point (step S3).
  • control unit 12 causes the machine tool 10 to execute the first fixed cycle (steps S4 to S6). That is, the control unit 12 starts the first operation on the table 5 by controlling the feed motors 8 and 9 (step S4), and positions the first drilling position of the work 4 with respect to the tool 2.
  • the control unit 12 causes the spindle 3 to start the second operation by controlling the feed motor 7 (step S5), and drills a hole at the first drilling position by the tool 2.
  • the control unit 12 moves the tip 2a of the tool 2 along the curved path b by starting the second operation before the end of the first operation.
  • the control unit 12 causes the spindle 3 to start the third operation by controlling the feed motor 7 (step S6), passes the tip 2a of the tool 2 from the Z point to the W point, and R. Evacuate to the point.
  • the first fixing cycle ends when the tip 2a of the tool 2 retracts to the R point.
  • the bending amount calculation unit 14 calculates the radius of curvature r2 of the next fixed cycle (steps S7 to S11). Specifically, the bending amount calculation unit 14 reads out the positioning command of the next fixed cycle from the fixed cycle program 11b (step S7), and calculates the moving distance L2 of the tool 2 to the next drilling position (step S8). , The radius of curvature r2 is calculated based on the moving distance L2 and the retracting distance
  • the control unit 12 causes the machine tool 10 to execute the second fixed cycle (steps SS13, S4 to S6).
  • the control unit 12 starts the first operation of the second fixed cycle before the end of the third operation of the first fixed cycle (step S4).
  • the timing of starting the first operation is controlled based on the radius of curvature r2. That is, when the radius of curvature r2 is equal to or greater than the evacuation distance
  • the control unit 12 starts the second operation before the end of the first operation (step S5).
  • the timing of starting the second operation is controlled based on the radius of curvature r2. That is, when the radius of curvature r2 is equal to or greater than the retracted distance
  • the second operation starts at the same time as the end of the third operation, and the tip 2a of the tool 2 is a curved path from the R point to the position above the W point. It moves along b, and then moves along a straight path to point Z via point W.
  • control unit 12 executes the third operation of the second fixed cycle in the same manner as the first fixed cycle, and further executes the third fixed cycle.
  • the control unit 12 moves the tip of the tool 2 from the Z point through the W point to the R point along the straight path, and ends the third fixing cycle.
  • the conventional fixed cycle program 11b does not include a command regarding the W point, and the radius of curvature rn of the curved path is determined by the set overlap amount. That is, as shown in FIG. 8, the tip 2a of the tool 2 moves along a curved path having a constant radius of curvature determined by the set overlap amount. Therefore, when the moving distance Ln to the next drilling position is short with the optimum overlap amount set for a certain R point height, the tip 2a of the tool 2 starts descending before rising to the R point. ..
  • the height of the upper surface of the work 4 is not always uniform, and the upper surface of the work 4 is higher than the other parts, such as a protrusion between the second drilling position and the third drilling position. May include. Therefore, the tool 2 may interfere with the work 4 before rising to the R point.
  • the command at point W is added to the fixed cycle program 11b, and the evacuation distance
  • the tip 2a of the tool 2 can be reliably retracted to the R point even when the moving distance Ln is short, and the tool 2 is being moved to the next drilling position. It is possible to prevent the tool 2 and the work 4 from interfering with each other. Further, since the information to be read ahead is only the positioning command of the next fixed cycle, the numerical control device 1 is not required to have a high reading processing ability. That is, it is possible to realize an appropriate calculation of the radius of curvature rn for each drilling position regardless of the reading processing capability of the numerical control device 1.
  • the bending amount calculation unit 14 executes the processes S7 to S11 for calculating the radius of curvature in the next fixed cycle after the start of the movement of the table 5 in the first operation, but the processes S7 to S11.
  • the timing of executing is not limited to this. That is, the processes S7 to S11 may be executed at any timing as long as the calculation of the radius of curvature is completed before the tip 2a of the tool 2 reaches the W point in the third operation.
  • the fixed cycle program 11b may be configured so that the operator can make changes.
  • a radius of curvature correction command is added to the fixed cycle program 11b.
  • an example of the correction command is a command of the magnification P of the radius of curvature.
  • the magnification P is set between 0% and 100%.
  • the magnification P may be set for each drilling position.
  • the bending amount calculation unit 14 corrects the radius of curvature by multiplying the magnification P
  • the control unit 12 corrects the radius of curvature of the tool 2 based on the corrected radius of curvature rn. Control the travel path. By adding such a correction command, the movement path of the tool 2 can be managed in more detail.
  • the return point is the R point (reference point), but instead of this, the initial point (I point) may be used. That is, as shown in FIGS. 5 and 6, instead of the R point return mode of G99, the initial point return mode of G98 that returns the tip 2a of the tool 2 to the initial point may be used.
  • the initial point return mode as shown in FIG. 6, in step S6'of the third operation, the tip 2a of the tool 2 moves to the initial point.
  • the evacuation distance may be the distance in the Z direction between the R point and the initial point, as shown in FIG. That is, in step S2', the evacuation distance
  • I is a command value of the initial point.
  • the bending amount calculation unit 14 calculates the radius of curvature rn of the second and subsequent fixed cycles based on the evacuation distance and the positioning command, but in addition to this, the radius of curvature of the first fixed cycle. r1 may also be calculated based on at least one of the retracted distance and the positioning command. The calculation of the radius of curvature r1 is performed, for example, between the positioning to the R point (step S3) and the positioning of the drilling position (step S4). The bending amount calculation unit 14 may calculate, for example, the retreat distance
  • the radius of curvature r1 may be calculated based on the moving distance L1 in the XY direction from the position of the tool 2 at the start of the above to the drilling position of the first fixed cycle.
  • the bending amount calculation unit 14 may calculate the distance in the Z direction between the initial point and the R point as the radius of curvature r1.
  • the control unit 12 decides to move the tool 2 and the work 4 relative to each other along the curved paths b and e at a fast-forwarding speed, but instead of this, the tool 2 and the work 4 are moved at a speed slower than the fast-forwarding speed.
  • the work 4 may be moved relative to each other.
  • the moving speed of the tool 2 in the curved paths b and e may be changeable between the cutting feed speed and the fast feed speed.
  • an argument L may be added to the fixed cycle program 11b that specifies the speed ratio of the cutting feed rate FC and the fast forward speed FR .
  • L is a value in the range of 0% to 100%.
  • the moving speed F of the tool 2 is defined by the following equation.
  • F FC ⁇ (1- (L / 100)) + FR ⁇ L / 100
  • the operator can specify the speed F as an arbitrary speed between the cutting feed speed and the fast feed speed by setting the value of L.
  • the curved paths b and e are arcuate and the bending amount is the radius of curvature, but the curved paths b and e may have a shape other than the arc and the bending amount is a curve. It may be a parameter according to the shape of the path.
  • the curved path may be part of an ellipse.
  • the tool 2 is movable in the Z direction and the work 4 is movable in the XY direction, but the relative movement of the tool 2 and the work 4 is one of the tool 2 and the work 4. Or it may be achieved by both movements.
  • the spindle 3 may be movable in the XY direction
  • the table 5 may be movable in the Z direction.
  • one of the spindle 3 and the table 5 may be movable in the three directions of X, Y, and Z.
  • the first direction is the horizontal direction (XY direction) and the second direction is the vertical direction (Z direction), but the specific directions of the first direction and the second direction are. It can be changed as appropriate according to the specifications of the machine tool.
  • the second direction may be the horizontal direction
  • the first direction may be any direction intersecting the second direction.
  • the tool 2 is movable in the Z direction and the work 4 is movable in the XY direction.
  • the posture of the tool 2 can be changed, the movement of the tool 2 and the work 4 is possible.
  • Diagonal or lateral For example, when an angle head is used in which the tool 2 is tilted with respect to the spindle 3, the tool 2 may be tilted in the horizontal direction to machine the work 4.

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Abstract

数値制御装置（１）は、ワーク（４）の穴あけ位置を工具（２）に対して位置決めする第１動作、工具（２）を復帰点から穴底点に移動させる第２動作、および工具（２）を穴底点から復帰点に移動させる第３動作を含む固定サイクルを複数回実行させる加工プログラムを記憶する記憶部（１１）と、加工プログラムに基づいて工具（２）およびワーク（４）の相対移動を制御し、第１動作の終了前に第２動作を開始するとともに第３動作の終了前に次の固定サイクルの第１動作を開始することによって工具（２）を曲線経路に沿って移動させる制御部（１２）と、ワーク（４）から復帰点までの退避距離を算出する距離算出部（１３）と、第３動作の開始前に次の固定サイクルにおける穴あけ位置の位置決め指令を加工プログラムから読み込み、位置決め指令および退避距離に基づいて次の固定サイクルにおける曲線経路の曲り量を算出する曲り量算出部（１４）とを備える。

Description

数値制御装置
　本発明は、数値制御装置に関するものである。
　従来、ワークに対する工具の相対移動の経路の最適化によって穴あけ加工を高速化する工作機械の制御方法が知られている（例えば、特許文献１。）。コーナ部のような不連続点が経路上に存在する場合、不連続点において工具がワークに対して一時停止する。特許文献１の穴あけ加工の場合、工具の鉛直移動とワークの水平方向の移動とを時間的にオーバラップさせることによって、コーナ部における工具の移動経路を円弧状の曲線経路とし、工具の連続移動を可能としている。
特開平０９－１２０３１０号公報
　穴あけ加工において、穴から引き抜かれた工具は所定の高さの復帰点まで上昇する。円弧状の曲線経路の曲率半径が固定である場合、工具のワークとの干渉が発生し得る。
　例えば、一の穴あけ位置から次の穴あけ位置までの水平方向の距離が短い場合、工具は、復帰点まで上昇する前に、次の穴あけ位置に向かって下降を開始する。ワークの高さは場所によって異なることがある。一の穴あけ位置と次の穴あけ位置との間に高い突出部が存在する場合、工具が突出部に干渉する。
　本開示の一態様は、工具およびワークを第１方向および第２方向に相対移動させ前記ワークに前記工具によって穴をあける工作機械の数値制御装置であって、前記第１方向が前記工具の長手軸に沿う方向であり、前記第２方向が前記工具の長手軸に交差する方向であり、固定サイクルを複数回実行させる加工プログラムを記憶し、前記固定サイクルが、前記工具および前記ワークの前記第２方向の相対移動によって前記ワークの穴あけ位置を前記工具に対して位置決めする第１動作と、前記工具および前記ワークの前記第１方向の相対移動によって前記工具を前記ワークから前記第１方向に退避した復帰点から穴底点に移動させる第２動作と、前記工具および前記ワークの前記第１方向の相対移動によって前記工具を前記穴底点から前記復帰点に移動させる第３動作とを含む、記憶部と、前記加工プログラムに基づいて前記工具および前記ワークの相対移動を制御する制御部であって、前記第１動作の終了前に前記第２動作を開始することによって第１曲線経路に沿って前記工具を移動させ、前記第３動作の終了前に次の固定サイクルの前記第１動作を開始することによって第２曲線経路に沿って前記工具を移動させる制御部と、前記ワークから前記復帰点までの前記第１方向の退避距離を算出する距離算出部と、前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲り量を算出する曲り量算出部と、を備え、該曲り量算出部が、前記第３動作の開始前に前記次の固定サイクルにおける穴あけ位置の位置決め指令を前記加工プログラムから読み込み、読み込んだ前記位置決め指令および前記退避距離に基づいて前記次の固定サイクルにおける前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲り量を算出し、前記制御部が、前記次の固定サイクルにおいて、前記曲り量算出部によって算出された前記曲り量の前記第１曲線経路および前記第２曲線経路に沿って前記工具を移動させる、数値制御装置である。
一実施形態に係る工作機械の構成図である。 穴あけ用の固定サイクルプログラムの一例を示す図である。 穴あけ用の固定サイクルによる穴あけ加工の一例を説明する図である。 工作機械の制御方法を示すフローチャートである。 穴あけ用の固定サイクルプログラムの変形例を示す図である。 工作機械の制御方法の変形例を示すフローチャートである。 従来の穴あけ用の固定サイクルプログラムの一例を示す図である。 従来の穴あけ用の固定サイクルによる穴あけ加工の一例を説明する図である。
　以下に、一実施形態に係る数値制御装置について図面を参照して説明する。
　図１に示されるように、数値制御装置１は、工具２によってワーク４を加工する工作機械１０の数値制御装置である。
　工作機械１０は、工具２を保持する主軸３と、ワーク４を保持するテーブル５と、主軸３を該主軸３の長手軸回りに回転させる主軸モータ６と、主軸３をテーブル５に対してＺ方向（第２方向）に移動させるＺ軸送りモータ７と、テーブル５を主軸３に対してＸ方向（第１方向）およびＹ方向（第１方向）にそれぞれに移動させるＸ軸送りモータ８およびＹ軸送りモータ９と、モータ６，７，８，９を制御する数値制御装置１と、を備える。
　Ｚ方向は、主軸３に保持された工具２の長手軸に沿う方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、主軸３に保持された工具２の長手軸に直交する方向であり、相互に直交する。図１の工作機械１０において、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向である。
　主軸３は、鉛直方向に配置され、図示しない支持機構によって鉛直方向に移動可能に支持されている。工具２は、主軸３の下端部に主軸３と同軸に保持され、主軸３と一体的に回転し移動する。工具２は、ワーク４に深さ方向（Ｚ方向）に穴４ａを開けるドリルである。工具２は、ワーク４を深さ方向に加工する他の種類の工具、例えば、フライスまたはエンドミル等であってもよい。
　テーブル５は、主軸３の下方に水平に配置されている。テーブル５の上面上に載置されたワーク４は、図示しない治具によってテーブル５に固定されている。
　主軸モータ６は、主軸３の上端に接続されたスピンドルモータであり、主軸３の長手軸回りに主軸３を回転させる。
　送りモータ７，８，９は、それぞれサーボモータである。
　数値制御装置１は、記憶部１１と、制御部１２と、距離算出部１３と、曲り量算出部１４とを備える。
　記憶部１１は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびその他の記憶装置を有し、工具２およびワーク４の相対移動によってワーク４に穴をあけるための加工プログラム１１ａ（図２参照。）を記憶している。
　数値制御装置１は、中央演算処理装置のようなプロセッサを有し、制御部１２、距離算出部１３および曲り量算出部１４は、プロセッサによって実現される。
　図２に示されるように、加工プログラム１１ａは、穴あけ用の固定サイクルプログラム１１ｂを含む。図３に示されるように、固定サイクルプログラム１１ｂは、４つの動作を含む固定サイクルを、工作機械１０に複数回実行させるプログラムである。図３において、破線および実線の矢印は、ワーク４に対する工具２の相対移動の経路を示している。図３において、横方向がＸ方向であり、紙面に垂直な方向がＹ方向であり、縦方向がＺ方向である。
　図３において、工具２がワーク４に対して早送り速度で移動する経路は破線で示され、工具２がワーク４に対して切削送り速度で移動する経路は実線で示されている。早送り速度は、各送りモータ７，８，９の最高速度である。切削送り速度は、工具２によるワーク４の穴あけ加工に適した速度であり、加工プログラムに設定された指令速度である。
　加工プログラム１１ａは、Ｗ点（ワーク高さ点）、Ｒ点（復帰点）およびＺ点（穴底点）を指定する指令を含む。Ｗ点は、ワーク面４ｂのＺ方向の位置である。ワーク面４ｂは、工具２によるワーク４の穴あけ（切削）が開始されるワーク４の表面であり、本実施形態においてはワーク４の上面である。Ｒ点は、ワーク面４ｂからＺ方向に退避したＺ方向の位置であり、例えば、ワーク面４ｂから１ｍｍ～５ｍｍだけ離間した位置である。Ｚ点は、穴４ａの底のＺ方向の位置であり、ワーク面４ｂに対してＲ点とは反対側に位置する。
　第１動作は、テーブル５のＸＹ方向の移動によってワーク４を工具２に対してＸＹ方向に移動させ、ワーク４の穴あけ位置を工具２に対してＸＹ方向に位置決めする動作である。経路ａ，ｂ，ｅが、第１動作における工具２の経路である。
　第２動作は、主軸３のＺ方向の下降によって工具２の先端２ａをＲ点からＺ点までＺ方向に移動させ、ワーク４の穴あけ位置に穴をあける動作である。経路ｂ，ｃが、第２動作における工具２の経路である。
　第３動作は、主軸３のＺ方向の上昇によって工具２の先端２ａをＺ点からＲ点までＺ方向に移動させ、工具２を穴４ａから引き抜く動作である。経路ｄ，ｅが、第３動作における工具２の経路である。
　図２は、固定サイクルを３回繰り返す固定サイクルプログラム１１ｂの例を示している。
　「Ｇ８１」は、穴あけ用の固定サイクルを命令するコードであり、「Ｇ９９」は、Ｒ点復帰を命令するコードであり、「Ｇ８０」は、固定サイクルのキャンセルを命令するコードである。「Ｘ０　Ｙ０」は穴あけ位置のＸ方向およびＹ方向の位置決め指令、「Ｚ－１０」はＺ点の指令、「Ｒ５．」はＲ点の指令、「Ｗ１．」はＷ点の指令、「Ｆ１０００」は切削送り速度の指令である。すなわち、Ｒ点はＺ＝５ｍｍに設定され、Ｚ点はＺ＝－１０ｍｍに設定され、Ｗ点はＺ＝１ｍｍに設定されている。２行目および３行目において、指令値が１行目と同一である指令Ｙ，Ｚ，Ｒ，Ｗ，Ｆは省略されている。
　制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３のＺ方向の移動を制御し、それにより工具２のＺ方向の移動を制御する。また、制御部１２は、送りモータ８，９を制御することによってテーブル５のＸＹ方向の移動を制御し、それによりワーク４のＸＹ方向の移動を制御する。
　制御部１２は、加工プログラム１１ａに基づいて送りモータ７，８，９を制御することによって、第１動作、第２動作および第３動作を工作機械１０に実行させる。
　ここで、制御部１２は、第１動作の終了前に第２動作を開始させることによって、第１動作のワーク４のＸＹ方向の移動と第２動作の工具２のＺ方向の移動とを時間的にオーバラップさせる。これにより、工具２の先端２ａは、Ｒ点からＷ点までの間において第２曲線経路ｂに沿って移動する。
　また、制御部１２は、第３動作が終了する前に次の固定サイクルの第１動作を開始させることによって、第３動作の工具２のＺ方向の移動と第１動作のワーク４のＸＹ方向の移動とを時間的にオーバラップさせる。これにより、工具２の先端２ａは、Ｗ点からＲ点までの間において第１曲線経路ｅに沿って移動する。
　距離算出部１３は、ワーク４からＲ点までのＺ方向の退避距離として、Ｗ点とＲ点との間のＺ方向の距離を算出する。具体的には、距離算出部１３は、記憶部１１から加工プログラム１１ａを読み出し、固定サイクルプログラム１１ｂからＲ点およびＷ点の指令値を取得し、指令値の差｜Ｒ－Ｗ｜を算出する。退避距離｜Ｒ－Ｗ｜は、曲線経路ｂの最大曲率半径ｒである。
　曲り量算出部１４は、第３動作の開始前に、次の固定サイクルの位置決め指令を固定サイクルプログラム１１ｂから読み出し、読み出した位置決め指令に基づいて次の固定サイクルにおける曲線経路ｂ，ｅの曲率半径ｒｎ（ｎ＝２，３）を算出する。
　具体的には、曲り量算出部１４は、現在の固定サイクルの位置決め指令の指令値Ｘｎ－１，Ｙｎ－１と、次の固定サイクルの位置決め指令の指令値Ｘｎ，Ｙｎとから、移動距離Ｌｎを算出する。移動距離Ｌｎは、現在の固定サイクルの穴あけ位置から次の固定サイクルの穴あけ位置までのＸＹ方向の工具２の移動距離であり、下式から算出される。
　Ｌｎ＝｛（Ｘｎ－１－Ｘｎ）２＋（Ｙｎ－１－Ｙｎ）２｝１／２
　次に、曲り量算出部１４は、移動距離Ｌｎおよび退避距離｜Ｒ－Ｗ｜に基づいて、曲率半径ｒｎを算出する。すなわち、Ｌｎの半分が｜Ｒ－Ｗ｜以上である場合、曲り量算出部１４は、最大曲率半径ｒを曲率半径ｒｎとして算出する。Ｌｎの半分が｜Ｒ－Ｗ｜未満である場合、曲り量算出部１４は、Ｌｎの半分を曲率半径ｒｎとして算出する。
　制御部１２は、曲率半径ｒｎに基づいて第２動作の工具２の下降の開始のタイミングを制御することによって、曲率半径ｒｎの曲線経路ｂに沿って工具２の先端２ａを移動させる。
　また、制御部１２は、曲率半径ｒｎに基づいて第１動作のワーク４の移動開始のタイミングを制御することによって、曲率半径ｒｎの曲線経路ｅに沿って工具２の先端２ａを移動させる。
　次に、数値制御装置１による工作機械１０の制御方法について図４を参照して説明する。
　固定サイクルプログラム１１ｂを開始すると、数値制御装置１は、まず、Ｒ点、Ｚ点、指令速度、動作モード等のモーダル情報を処理する（ステップＳ１）。
　次に、距離算出部１３は、穴あけ加工プログラム１１ａからＲ点およびＷ点の指令値を取得し、曲線経路ｂ，ｅの最大曲率半径ｒである退避距離｜Ｒ－Ｗ｜を算出する（ステップＳ２）。
　固定サイクルプログラム１１ｂの開始時、工具２の先端２ａは、Ｒ点よりもワーク４から退避したイニシャル点に位置する。したがって、制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３を下降させ、工具２の先端２ａをＲ点に移動させる（ステップＳ３）。
　次に、制御部１２は、１回目の固定サイクルを工作機械１０に実行させる（ステップＳ４～Ｓ６）。すなわち、制御部１２は、送りモータ８，９を制御することによってテーブル５に第１動作を開始させ（ステップＳ４）、ワーク４の１つ目の穴あけ位置を工具２に対して位置決めする。
　続いて、制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３に第２動作を開始させ（ステップＳ５）、１つ目の穴あけ位置に工具２によって穴をあける。ここで、制御部１２は、第１動作の終了前に第２動作を開始させることによって、工具２の先端２ａを曲線経路ｂに沿って移動させる。
　第２動作の終了後、制御部１２は、送りモータ７を制御することによって主軸３に第３動作を開始させ（ステップＳ６）、工具２の先端２ａをＺ点からＷ点を通過してＲ点まで退避させる。工具２の先端２ａがＲ点まで退避したときに１回目の固定サイクルが終了する。
　ここで、第１動作の開始後、曲り量算出部１４は、次の固定サイクルの曲率半径ｒ２を算出する（ステップＳ７～Ｓ１１）。具体的には、曲り量算出部１４は、次の固定サイクルの位置決め指令を固定サイクルプログラム１１ｂから読み出し（ステップＳ７）、次の穴あけ位置までの工具２の移動距離Ｌ２を算出し（ステップＳ８）、移動距離Ｌ２および退避距離｜Ｒ－Ｗ｜に基づいて曲率半径ｒ２を算出する（ステップＳ９～Ｓ１１）。曲率半径ｒ２の算出は、上昇する工具２の先端２ａがＷ点に到達する前に終了する。
　次に、制御部１２は、２回目の固定サイクルを工作機械１０に実行させる（ステップＳＳ１３，Ｓ４～Ｓ６）。ここで、制御部１２は、１回目の固定サイクルの第３動作の終了前に、２回目の固定サイクルの第１動作を開始する（ステップＳ４）。第１動作の開始のタイミングは、曲率半径ｒ２に基づいて制御される。すなわち、曲率半径ｒ２が退避距離｜Ｒ－Ｗ｜以上である場合、上昇する工具２の先端２ａがＷ点を通過すると同時に第１動作が開始し、工具２の先端２ａは、Ｗ点からＲ点まで曲線経路ｅに沿って移動する。曲率半径ｒ２が退避距離｜Ｒ－Ｗ｜未満である場合、上昇する工具２の先端２ａがＷ点を通過した後に先端２ａからＲ点までのＺ方向の距離が曲率半径ｒ２と等しくなったときに第１動作が開始する。すなわち、工具２の先端２ａは、Ｗ点から直線経路に沿って移動し、続いてＲ点まで曲線経路ｅに沿って移動する。
　次に、制御部１２は、第１動作の終了前に第２動作を開始する（ステップＳ５）。第２動作の開始のタイミングは、曲率半径ｒ２に基づいて制御される。すなわち、曲率半径ｒ２が退避距離｜Ｒ－Ｗ｜以上である場合、工具２から穴あけ位置までのＸＹ方向の距離が曲率半径ｒ２と等しくなったときに第２動作が開始し、工具２の先端２ａは、Ｒ点からＷ点まで曲線経路ｂに沿って移動する。曲率半径ｒ２が退避距離｜Ｒ－Ｗ｜未満である場合、第３動作の終了と同時に第２動作が開始し、工具２の先端２ａは、Ｒ点からＷ点よりも上方の位置まで曲線経路ｂに沿って移動し、続いてＷ点を経由してＺ点まで直線経路に沿って移動する。
　以下、制御部１２は、１回目の固定サイクルと同様に２回目の固定サイクルの第３動作を実行させ、さらに、３回目の固定サイクルを実行させる。３回目の固定サイクルの第３動作において、制御部１２は、工具２の先端をＺ点からＷ点を通過してＲ点まで直線経路に沿って移動させ、３回目の固定サイクルを終了する。
　図７および図８は、従来の穴あけ用の固定サイクルを説明している。図８に示されるように、従来の固定サイクルプログラム１１ｂは、Ｗ点に関する指令を含まず、曲線経路の曲率半径ｒｎは、設定されたオーバラップ量によって決まる。つまり、図８に示されるように、工具２の先端２ａは、設定されたオーバラップ量によって決まる一定の曲率半径の曲線経路に沿って移動する。したがって、あるＲ点高さに最適なオーバラップ量を設定した状態で、次の穴あけ位置までの移動距離Ｌｎが短い場合、Ｒ点まで上昇する前に、工具２の先端２ａは下降を開始する。ワーク４の上面の高さは均一とは限らず、２つ目の穴あけ位置と３つ目の穴あけ位置との間の突出部のように、ワーク４の上面は、他の部分よりも高い部分を含むことがある。したがって、Ｒ点まで上昇する前に工具２がワーク４に干渉してしまうことがある。
　本実施形態によれば、Ｗ点の指令が固定サイクルプログラム１１ｂに追加され、退避距離｜Ｒ－Ｗ｜が算出される。また、各固定サイクルの第３動作の開始前に次の固定サイクルの位置決め指令が先読みされ、次の穴あけ位置までの移動距離Ｌｎと退避距離｜Ｒ－Ｗ｜とに基づいて、次の固定サイクルにおける曲線経路ｂ，ｅの適切な曲率半径ｒｎが自動的に算出される。
　このように、穴あけ位置毎に曲率半径ｒｎを算出することによって、移動距離Ｌｎが短い場合においても工具２の先端２ａをＲ点まで確実に退避させることができ、次の穴あけ位置までの移動中に工具２とワーク４とが干渉することを防止することができる。
　また、先読みする情報は次の固定サイクルの位置決め指令のみであるので、数値制御装置１には、高い読み込み処理の能力が要求されない。すなわち、数値制御装置１の読み込み処理の能力に関わらず、穴あけ位置毎の適切な曲率半径ｒｎの算出を実現することができる。
　本実施形態において、曲り量算出部１４が、第１動作のテーブル５の移動開始後に、次の固定サイクルにおける曲率半径を算出するための処理Ｓ７～Ｓ１１を実行しているが、処理Ｓ７～Ｓ１１を実行するタイミングはこれに限定されるものではない。すなわち、処理Ｓ７～Ｓ１１は、第３動作において工具２の先端２ａがＷ点に到達する前に曲率半径の算出が終了する限りにおいて、任意のタイミングに実行してもよい。
　本実施形態において、固定サイクルプログラム１１ｂに作業者が変更を加えることができるように構成されていてもよい。
　一例において、固定サイクルプログラム１１ｂに曲率半径の補正指令が追加される。図５に示されるように、補正指令の一例は、曲率半径の倍率Ｐの指令である。倍率Ｐは、０％～１００％の間で設定される。倍率Ｐは、穴あけ位置毎に設定可能であってもよい。図６のステップＳ１０’，Ｓ１１’に示されるように、曲り量算出部１４は、倍率Ｐの乗算によって曲率半径を補正し、制御部１２は、補正された曲率半径ｒｎに基づいて工具２の移動経路を制御する。このような補正指令の追加によって、工具２の移動経路をより細かく管理することができる。
　本実施形態において、復帰点がＲ点（基準点）であることとしたが、これに代えて、イニシャル点（Ｉ点）であってもよい。すなわち、図５および図６に示されるように、Ｇ９９のＲ点復帰モードではなく、工具２の先端２ａをイニシャル点まで復帰させるＧ９８のイニシャル点復帰モードを使用してもよい。イニシャル点は、固定サイクルプログラム１１ｂの開始時の先端２ａのＺ方向の位置であり、Ｒ点よりもワーク４からＺ方向に退避した位置である。例えば、Ｒ点がＺ＝５ｍｍである場合、イニシャル点はＺ＝１００ｍｍである。イニシャル点に位置する工具２とワーク４および治具との間には、十分な距離が確保される。イニシャル点復帰モードの場合、図６に示されるように、第３動作のステップＳ６’において、工具２の先端２ａはイニシャル点に移動する。
　イニシャル点復帰モードを使用する場合、図６に示されるように、退避距離が、Ｒ点とイニシャル点との間のＺ方向の距離であってもよい。すなわち、ステップＳ２’において、退避距離｜Ｉ－Ｒ｜を最大曲率半径ｒとして算出し、ステップＳ９’において、｜Ｉ－Ｒ｜を判断基準として使用してもよい。ここでのＩは、イニシャル点の指令値である。
　本実施形態において、曲り量算出部１４が、２回目以降の固定サイクルの曲率半径ｒｎを退避距離および位置決め指令に基づいて算出しているが、これに加えて、１回目の固定サイクルの曲率半径ｒ１も退避距離および位置決め指令の少なくとも一方に基づいて算出してもよい。
　曲率半径ｒ１の計算は、例えば、Ｒ点への位置決め（ステップＳ３）と穴あけ位置の位置決め（ステップＳ４）との間で実行される。曲り量算出部１４は、曲率半径ｒ１として、例えば、Ｒ点とＷ点との間のＺ方向の退避距離｜Ｒ－Ｗ｜を曲率半径ｒ１として算出してもよく、または、固定サイクルプログラム１１ｂの開始時の工具２の位置から１回目の固定サイクルの穴あけ位置までのＸＹ方向の移動距離Ｌ１に基づいて曲率半径ｒ１を算出してもよい。イニシャル点復帰モードの場合、曲り量算出部１４は、イニシャル点とＲ点との間のＺ方向の距離を曲率半径ｒ１として算出してもよい。
　本実施形態において、制御部１２が、工具２およびワーク４を早送り速度で曲線経路ｂ，ｅに沿って相対移動させることとしたが、これに代えて、早送り速度よりも遅い速度で工具２およびワーク４を相対移動させてもよい。また、曲線経路ｂ，ｅにおける工具２の移動速度が、切削送り速度と早送り速度との間で変更可能であってもよい。
　例えば、図５に示されるように、切削送り速度ＦＣおよび早送り速度ＦＲの速度比率を指定する引数Ｌが固定サイクルプログラム１１ｂに追加されてもよい。Ｌは、０％～１００％の範囲内の値である。工具２の移動速度Ｆは、下式によって定義される。
　Ｆ＝ＦＣ×（１－（Ｌ/１００））＋ＦＲ×Ｌ／１００
　作業者は、Ｌの値を設定することによって、速度Ｆを切削送り速度と早送り速度との間の任意の速度に指定することができる。
　本実施形態において、曲線経路ｂ，ｅが円弧状であり、曲り量が曲率半径であることとしたが、曲線経路ｂ，ｅは、円弧以外の形状であってもよく、曲り量は、曲線経路の形状に応じたパラメータであってよい。例えば、曲線経路は、楕円の一部であってもよい。
　本実施形態において、工具２がＺ方向に移動可能であり、ワーク４がＸＹ方向に移動可能であることとしたが、工具２およびワーク４の相対移動は、工具２およびワーク４のいずれか一方または両方の移動によって達成されればよい。例えば、主軸３がＸＹ方向に移動可能であり、テーブル５がＺ方向に移動可能であってもよい。または、主軸３およびテーブル５の一方がＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動可能であってもよい。
　また、本実施形態において、第１方向が水平方向（ＸＹ方向）であり、第２方向が鉛直方向（Ｚ方向）であることとしたが、第１方向および第２方向の具体的な方向は工作機械の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、主軸３が水平に配置される工作機械の場合、第２方向が水平方向であり、第１方向が、第２方向に交差する任意の方向であってもよい。
　本実施形態において、工具２がＺ方向に移動可能であり、ワーク４がＸＹ方向に移動可能であることとしたが、工具２の姿勢を変更可能な場合において、工具２およびワーク４の移動は、斜め方向または横方向でもよい。例えば、主軸３に対して工具２を傾斜させて取り付けるアングルヘッドを使用する場合、工具２を水平方向に傾斜させてワーク４を加工させてもよい。
　１　数値制御装置
　１１　記憶部
　１１ａ　加工プログラム
　１１ｂ　固定サイクルプログラム
　１２　制御部
　１３　距離算出部
　１４　曲り量算出部
　２　工具
　４　ワーク
　４ａ　穴
　４ｂ　ワーク面
　１０　工作機械

Claims (9)

  1. 　工具およびワークを第１方向および第２方向に相対移動させ前記ワークに前記工具によって穴をあける工作機械の数値制御装置であって、前記第１方向が前記工具の長手軸に沿う方向であり、前記第２方向が前記工具の長手軸に交差する方向であり、
    　固定サイクルを複数回実行させる加工プログラムを記憶し、前記固定サイクルが、前記工具および前記ワークの前記第２方向の相対移動によって前記ワークの穴あけ位置を前記工具に対して位置決めする第１動作と、前記工具および前記ワークの前記第１方向の相対移動によって前記工具を前記ワークから前記第１方向に退避した復帰点から穴底点に移動させる第２動作と、前記工具および前記ワークの前記第１方向の相対移動によって前記工具を前記穴底点から前記復帰点に移動させる第３動作とを含む、記憶部と、
    　前記加工プログラムに基づいて前記工具および前記ワークの相対移動を制御する制御部であって、前記第１動作の終了前に前記第２動作を開始することによって第１曲線経路に沿って前記工具を移動させ、前記第３動作の終了前に次の固定サイクルの前記第１動作を開始することによって第２曲線経路に沿って前記工具を移動させる制御部と、
    　前記ワークから前記復帰点までの前記第１方向の退避距離を算出する距離算出部と、
    　前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲り量を算出する曲り量算出部と、を備え、
    　該曲り量算出部が、
    　前記第３動作の開始前に前記次の固定サイクルにおける穴あけ位置の位置決め指令を前記加工プログラムから読み込み、
    　読み込んだ前記位置決め指令および前記退避距離に基づいて前記次の固定サイクルにおける前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲り量を算出し、
    　前記制御部が、前記次の固定サイクルにおいて、前記曲り量算出部によって算出された前記曲り量の前記第１曲線経路および前記第２曲線経路に沿って前記工具を移動させる、数値制御装置。
  2. 　前記曲り量算出部が、
    　前記次の固定サイクルの前記位置決め指令に基づいて一の前記固定サイクルにおける穴あけ位置から前記次の固定サイクルにおける穴あけ位置までの前記第２方向の移動距離を算出し、
    　前記退避距離および前記移動距離に基づいて前記曲り量を算出する、請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 　前記曲り量が、前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲率半径であり、
    　前記曲り量算出部は、
    　前記移動距離の半分が前記退避距離未満である場合、前記移動距離の半分を前記曲率半径として算出し、
    　前記移動距離の半分が前記退避距離以上である場合、前記退避距離を前記曲率半径として算出する、請求項２に記載の数値制御装置。
  4. 　前記制御部が、前記工具を早送り速度で前記第１曲線経路および前記第２曲線経路に沿って移動させる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の数値制御装置。
  5. 　前記制御部が、前記工具を、早送り速度と切削送り速度との間の速度で前記第１曲線経路および前記第２曲線経路に沿って移動させる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の数値制御装置。
  6. 　前記第１曲線経路および前記第２曲線経路における前記工具の移動速度を、早送り速度と切削送り速度との間の任意の速度に変更可能である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の数値制御装置。
  7. 　前記加工プログラムに前記曲り量の補正指令を追加可能であり、
    　前記制御部が、前記補正指令によって補正された曲り量の前記第１曲線経路および前記第２曲線経路に沿って前記工具を移動させる、請求項１から請求項６のいずれかに記載の数値制御装置。
  8. 　前記退避距離が、ワーク面から基準点までの前記第１方向の距離であり、前記ワーク面が、前記工具によって穴あけが開始される前記ワークの表面であり、前記基準点が、前記ワーク面から前記第１方向に退避した位置であり、
    　前記復帰点が、前記基準点よりも前記ワーク面から前記第１方向に退避したイニシャル点である、請求項１から請求項７のいずれかに記載の数値制御装置。
  9. 　前記曲り量算出部が、１回目の固定サイクルにおける前記第１曲線経路および前記第２曲線経路の曲り量を、前記退避距離および前記１回目の固定サイクルにおける穴あけ位置の位置決め指令の少なくとも一方に基づいて算出する、請求項１から請求項８のいずれかに記載の数値制御装置。
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