JP4233559B2 - 数値制御工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具等が治具等の他の部材と干渉し構成部品が損傷することを防止する数値制御工作機械に関する。

数値制御装置で制御される数値制御工作機械において、加工プログラムのミスや工具オフセット量の設定ミス等によって、工具と治具等が衝突し、工具や主軸等の強度の弱い構成部品を損傷させる場合がある。
図３は、この衝突例を示すの図である。工具１は主軸に取り付けられ、Ｚ軸方向（図３において上下方向）に移動する。又、テーブル３には、治具２によってワークが取り付けられ、テーブル３は、Ｚ軸方向と直交し、かつ互いに直交するＸ，Ｙ軸方向に駆動され、ワークに対して工具２により加工がなされる。しかし、加工プログラムミスや工具オフセット量（工具長や工具径の補正量）の設定ミス等の何らかの理由によって、工具１と治具２が衝突し、工具や主軸等に損傷を与える場合がある。

異常負荷検出機能を備えた数値制御工作機械においては、この異常負荷検出機能によって検出した異常負荷により機械を停止させることができるが、高速移動中においては、この異常負荷検出機能で異常負荷を検出し機械を停止した状態では、既に、工具等の強度の弱い構成部品が損傷を受けた状態となっており、異常負荷検出機能で、高速移動時の工具と他の物との衝突、干渉の発生を検出する方法では機械の損傷を防止することが難しい。

そこで、特許文献１には、加工プログラムのミスや工具オフセット量の設定ミス等による機械損傷を防止するために、試し削り工程時の早送り速度を、機械部品の衝撃に弱い箇所を保護できる程度の低速度にして、試し加工を行い、その後、連続運転モードにして、工具とワーク等が干渉しても機械の部品にダメージが発生しない程度で、試し削り工程時の早送り速度よりも速い安全早送り速度で加工を行い、この連続運転モードの加工時に人が介在することなく、加工が終了すると、このときの加工条件（加工プログラム、補正量データ）に基づいて、まず最初の１個に対しては、前記安全早送り速度で加工を行い、その後、加工早送り速度で連続加工を行うようにした発明が提案されている。

又、特許文献２には、手動運転モードに変換されると、設定されている手動モードのモード１もしくはモード２のパラメータを読み出し、手動運転が行われ、この各手動モードにおける、駆動電流、加減速時の時定数、早送り速度は、通常の自動運転における５０％又は３０％に制限されることが記載されている。

さらに、特許文献３には、テスト運転時において、ＮＣプログラム全体が指定されているときには、送り軸の早送り速度、切削送り速度の各最高速度を各クランプ速度に書き換え、範囲指定の場合は、その指定された範囲において、送り軸の早送り速度、切削送り速度の各最高速度を各クランプ速度に書き換えて、プログラムを実行するようにした発明が記載されている。

特開平１１−３３８６７号公報 特開平４−８２６４５号公報 特開平１１−１６５２３８号公報

数値制御工作機械による高速加工にともない、加工プログラムのミス等により工具と治具等が衝突したとき、数値制御工作機械が備える異常負荷検出機能によって、この衝突を検出したときでは、既に機械に損傷が発生した状態となっている場合が多いことから、上述した特許文献１〜３に記載されているように、事前に手動運転等で、工具と治具等の他の物との干渉が発生しないか、検出し確認する方法がとられている。

通常、この干渉が発生しないか否かは、加工プログラムを１ブロック毎実行して干渉が発生しないか確認している。すなわち、シングルブロック運転とし、サイクルスタートボタンを操作し、１ブロックのみを実行させて停止し、干渉が発生しなければ、再びサイクルスタートボタンを操作し１ブロックを実行させる。
この場合、１ブロックを実行する場合でも高速の早送り速度で送り軸を移動させた場合、干渉が発生したとき、機械の損傷を招く恐れがある。そのため、特許文献１〜３に示したように、プログラムで指令された早送り速度を低速に切り替えて、シングルブロック運転を行い、衝突、干渉が発生していないかを確認することによって、機械の損傷を防止することができる。

しかし、早送り速度を低速に切り替えて１ブロックずつ実行し、干渉が発生するか否かを確認することから、この確認作業に時間を要し、効率的でないという問題がある。上述した特許文献１〜３に記載された発明においても、手動運転又はテスト運転等によって、プログラムの確認を行うとき、早送り速度を低速に切り替えて実行されることから、この確認作業に時間を要し、効率的ではない。
そこで、本発明の目的は、工具と治具等の他の物との衝突、干渉が発生するか否かのプログラム確認チェックを効率的に実行できる数値制御工作機械を提供することにある。

本発明は、加工プログラムに基づいて各軸の駆動モータを駆動する数値制御工作機械において、前記加工プログラムの動作を確認する加工プログラム確認モードを選択する選択手段と、加工プログラム確認モード中のシングルブロック運転により、加工プログラムを１ブロック毎実行させるサイクルスタート信号を監視する監視手段と、前記監視手段によりサイクルスタート信号を検出したとき、各軸の早送り指令に対しては早送り速度をあらかじめ設定された上限値より低い速度に変更し、当該ブロックの指令を実行する手段と、
前記加工プログラム確認モードにおけるシングルブロック運転中に、送り速度を変更するオーバライド指令手段等からなる送り速度変更指令手段とを備えることによって、工具と他の物との衝突、干渉を、効率良く、かつ安全、確実に検出することができるようにした。

加工プログラム確認モードにおいて、シングルブロック運転によって１ブロック毎、低速度の早送りでその指令を実行し、オペレータが確認して問題がなければ早送り速度を上げて実行させることができるので、効率的にプログラム確認作業を実行できる。又、早送り速度を上げて実行しても次のブロックの実行時には、低速の早送り速度にされることから、誤って高速のまま次のブロックの指令が実行されることはなく安全である。

図１は本発明の一実施形態の数値制御工作機械を制御する数値制御装置１０の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス１９を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＣＲＴや液晶等で構成される表示器とキーボート等で構成される手動入力手段とからなる表示器／手動入力手段ユニット２０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／手動入力手段ユニット２０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。また、ＲＯＭ１２には、本実施形態の特徴とするプログラム確認モードにおけるプログラムが予め格納されている。

インターフェイス１５は、数値制御装置１０と外部機器との接続を可能とするものである。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の工作機械の補助装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、数値制御装置で制御される制御対象物である工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
各送り軸の軸制御回路３０〜３２はＣＰＵ１１からの各送り軸の移動指令量を受けて、各送り軸の指令をサーボアンプ４０〜４２に出力する。サーボアンプ４０〜４２はこの指令を受けて、機械（制御対象物）の各送り軸のサーボモータ５０（Ｘ軸用）、５１（Ｙ軸用）、５２（Ｚ軸用）を駆動する。各送り軸のサーボモータ５０〜５２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３０〜３２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では、位置・速度のフィードバックについては省略している。

また、スピンドル制御回路６０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータ６２を指令された回転速度で回転させ、主軸を駆動する。ポジションコーダ６３は、主軸モータ６２の回転に同期して帰還パルスをスピンドル制御回路６０にフィードバックし、速度制御を行う。

上述した数値制御装置１０の構成は従来の数値制御装置とほぼ同一であり、相違する点は、加工プログラム確認モードの処理を実行するプログラムがＲＯＭ１２に格納されている点である。そして、通常の加工プログラム実行モードと加工プログラム確認モードを表示器／手動入力手段ユニット２０から選択できるように構成されている。

そこで、表示器／手動入力手段ユニット２０を用いて加工プログラムを作成し、又は、外部で作成した加工プログラムを、インターフェイス１５を介して読み込まれたＣＭＯＳメモリ１４に格納した後、該加工プログラムを最初に通常モードで実行する前に、加工プログラム確認モードにしてプログラムを実行させて、工具と他の物との干渉が発生しないかの確認を行う。

図２は、この加工プログラム確認モードにおける処理を示すフローチャートである。
数値制御装置１０を表示器／手動入力手段ユニット２０により加工プログラムを指定し、加工プログラム確認モードを選択すると、数値制御装置１０のＣＰＵ１１は、図２に示す処理を開始する。
まず、サイクルスタート信号があるか判断し、該サイクルスタート信号が入力されるまで待つ（ステップＳ１）。オペレータが表示器／手動入力手段ユニット２０に設けられたサイクルスタートボタンを操作して、サイクルスタート信号を入力すると、ＣＰＵ１１は、指定された加工プログラムの最初から１ブロックを読み取り（ステップＳ２）、該読み取ったブロックの指令がプログラム終了か判断し（ステップＳ３）、プログラム終了指令でなければ、送り軸の早送り指令か判断し（ステップＳ４）、早送り指令でなければ、読み取ったブロックの指令をそのまま実行開始する（ステップＳ５）。又、読み取った指令が早送り指令であると、該読み取ったブロックの早送り指令の早送り速度を、あらかじめ設定された上限値より低い所定の速度（通常の早送り速度よりも低速）に変更し、当該ブロックでの指令の実行を開始する（ステップＳ６）。

ＣＰＵ１１は、当該ブロックの指令が主軸回転指令であれば、スピンドル制御回路６０に主軸速度指令を出力し、スピンドルアンプ６１を介して主軸モータ６２を駆動し、ポジションコーダ６３からのフィードバック信号に基づいて速度のフィードバック制御を行い工具１が取り付けられた主軸を速度制御する。
又、当該ブロックの指令がＸ、Ｙ、Ｚ軸の送り軸への移動指令であれば、各軸への分配移動指令を軸制御回路３０〜３２に出力し、この移動指令と位置、速度検出器からフィードバックされる位置、速度のフィードバック信号に基づいて位置、速度のフィードバック制御を行い、サーボアンプ４０〜４２を介してＸ、Ｙ、Ｚ軸の各送り軸を駆動するサーボモータ５０〜５２を駆動制御する。

又、ＣＰＵ１１は、一時停止指令が入力されたか（ステップＳ７）、速度変更指令が入力されたか（ステップＳ８）、当該ブロックでの指令の実行が完了したか（ステップＳ１０）を繰り返し判断する。オペレータは、工作機械の動作を監視し、工具１が治具２等の他の物に衝突するような場合でも、早送り指令がステップＳ６で低速の速度に切り替えられているので、機械は低速で動作していることから、工具１と治具２等の他の物との衝突を事前に容易に検出することができる。

早送り速度が、低速に切り替えられているから、機械の動作は遅くなり、プログラムで指令した早送り指令の移動量が大きいときなどは、当該ブロックの早送り指令の実行完了が遅くなり、時間を要することになる。そこで、オペレータは、機械の動作を監視して、速度を速くしても問題がないと判断されるときには、表示器／手動入力手段ユニット２０に設けられているオーバライドスイッチ等の速度変更指令手段を操作して速度変更指令を入力し（ステップＳ８）、速度を速くする（ステップＳ９）。

一方、オペレータは、機械動作を監視して、工具と他の物との衝突、干渉等が発生しそうな場合には、表示器／手動入力手段ユニット２０に設けられている一時停止指令ボタンを操作し（ステップＳ７）、機械の動作を一時停止させる（ステップＳ１１）。オペレータは、衝突、干渉が発生する原因究明を行い、プログラムミスならば、そのミスを修正し、工具のオフセット量の設定ミスならば、最適なオフセット量に変更、又は工具の変更等の、衝突、干渉が発生する原因を解消する処理を行って、再開指令を表示器／手動入力手段ユニット２０から入力する（ステップＳ１２）。この再開指令が入力されると、ＣＰＵ１１は、一時停止していた処理を開始し、前述した当該ブロックの実行終了か（ステップＳ１０）、一時停止指令が入力されたか（ステップＳ７）、速度変更指令が入力されたか（ステップＳ９）を繰り返し判断する。

当該ブロックでの指令の実行が終了すると、ステップＳ１に戻り、サイクルスタート信号が入力されるまで待機する。オペレータがサイクルスタート信号を入力すれば、次の１ブロックを読み出し（ステップＳ２）、前述したステップＳ３以降の処理を実行する。
以下、サイクルスタート信号が入力される毎にプログラムを順次１ブロック実行し、そのとき、早送り指令であれば、早送り速度よりも低速な所定速度に切り替えて機械を駆動し、ステップＳ３でプログラム終了の指令が読み込まれるまでこの動作処理を繰り返し実行する。その結果、前述したように、早送り速度が遅くなることから、工具１と他の物との衝突、干渉を事前に検出することが容易となる。又、オペレータは衝突、干渉が発生しないと判断できるような場合は、速度を速くして動作を早め、処理促進を図る。又、速度を速くしたとしても、当該ブロックによる指令の処理に限定されるもので、次のブロック以降で、早送りが指令された場合でも、前述同様に低速に切り替えられることから、誤って高速で駆動されることはない。これによってプログラム確認動作を効率良く、安全で確実に実行できる。

本発明の一実施形態の数値制御工作機械における数値制御装置の要部ブロック図である。 同実施形態におけるプログラム確認モードにおける処理のフローチャートである。 工作機械における工具と治具等の他の物との衝突、干渉発生の説明図である。

符号の説明

１ 工具
２ 治具
３ テーブル
１０ 数値制御装置

Claims (2)

1. 加工プログラムに基づいて各軸の駆動モータを駆動する数値制御工作機械において、
   前記加工プログラムの動作を確認する加工プログラム確認モードを選択する選択手段と、
   加工プログラム確認モード中のシングルブロック運転により、加工プログラムを１ブロック毎実行させるサイクルスタート信号を監視する監視手段と、
   前記監視手段によりサイクルスタート信号を検出したとき、各軸の早送り指令に対しては早送り速度をあらかじめ設定された上限値より低い速度に変更し、当該ブロックの指令を実行する手段と、
   前記加工プログラム確認モードにおけるシングルブロック運転中に、送り速度を変更する送り速度変更指令手段と、
   を有することを特徴とする数値制御工作機械。
2. 前記送り速度変更指令手段は、送り速度を変更させるオーバライド指令手段で構成されている請求項１に記載の数値制御工作機械。
   

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