JP5357082B2 - 工作機械の制御装置および運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の制御装置および運転制御方法に関し、特に、手動運転のための手動パルス発生器を備えた工作機械に用いて好適なものである。

従来、工作機械の数値制御方式の１つに、ＮＣプログラムを使用するＮＣ制御方式が存在する。ＮＣプログラムは、主軸や刃物台等の移動指令を表すＧコード、使用する工具の呼出指令を表すＴコード、補助機能指令を表すＭコードなどのコード体系を持つプログラムである。ＮＣ制御方式では、工作機械の数値制御装置（ＮＣ装置）がＮＣプログラムを１ブロック（行）ずつ読み込んでその指令（ＮＣコード）を解釈しながら、複数の指令を順次実行していく。

ＮＣ制御方式の工作機械には通常、数種類の運転モードが用意されている。例えば、ＮＣプログラムに基づいて自動運転を行う「自動運転モード」、ＮＣプログラムを１ブロックだけ実行してＮＣ装置の動作を停止させる「１ブロック停止モード」、オペレータが手動パルス発生器のハンドルを回すことによって、そのハンドルの回転に連動してＮＣプログラムを実行させる「手動パルスモード」などがある。一般的に、手動パルス発生器のハンドルは、工作機械の操作パネルに設けられている（例えば、特許文献１参照）。なお、ケーブルを介して操作パネルからハンドルを引き出して、オペレータが手元でハンドルを操作できるようにした工作機械も存在する。

１ブロック停止モードは、自動運転モードでＮＣ装置を自動運転する前の段取り時において、ＮＣプログラムの動作を１ブロックずつ確認したいときに使用される運転モードである。１ブロック停止モードを選択して運転すると、ＮＣプログラムが１ブロック実行されたところでＮＣ装置の動作が自動停止し、主軸や刃物台の動きが止まる。そのため、オペレータは、特定のブロックでＮＣプログラムを停止させて、被加工物（ワーク）の加工状態、工具の状態、切削油のかかり具合などを確認することができる。

手動パルスモードも、基本的にはＮＣ装置を自動運転する前の段取り時に使用される運転モードである。手動パルスモードを選択した場合は、まず、オペレータが操作パネルを操作することにより、移動対象とする主軸や刃物台を選択するとともに、ハンドルの単位回転量当たりの主軸等の移動量を表わす倍率を選択する。その後、オペレータが手動パルス発生器のハンドルを所望の速度で正転または逆転させると、ハンドルの回転方向および回転速度に応じてＮＣプログラムが順行または逆行して実行され、選択した主軸や刃物台がＮＣプログラムの動作に合わせて移動するようになっている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載の技術では、自動運転開始・休止モードが選択されている場合、手動パルス発生器のハンドルの回転開始を検知したときにＮＣ装置の自動運転を開始し、ハンドルの回転停止を検知したときにＮＣ装置の自動運転を停止するようになされている。

手動パルスモード（特許文献２の自動運転開始・休止モードも同様）は、詳細な確認が不要なときはハンドルを高速に回転させて主軸等を速く移動させる一方、ワークと工具との干渉などを詳細にチェックしたいときはハンドルをゆっくり回すことにより、主軸等をゆっくり移動させながら動きを確認することができる点で便利である。また、ハンドルの回転を停止すればＮＣプログラムの動作も停止し、主軸等の移動も停止させることができる。しかし、オペレータがハンドルを止めた位置は、ＮＣプログラムの１ブロックにおける途中の位置となることが多く、１ブロックをちょうど実行し終わったところで確実に停止させることは困難である。

そこで、多くの工作機械では、手動パルスモードと１ブロック停止モードとを組み合わせて選択することもできるようになっている。手動パルスモードと１ブロック停止モードとの両方を選択した場合、ＮＣプログラムは、手動パルス発生器のハンドルの回転に応じて順行または逆行し、ブロックの終了位置において自動的に停止する。そのため、オペレータは、段取り時においてＮＣプログラムのチェック作業を効率よく行うことができる。

特開２００２−４９４１３号公報 特開平８−１４８２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、手動パルスモードと１ブロック停止モードとの両方を選択してＮＣ装置を運転した場合、ＮＣプログラムがブロックの終了位置で自動停止した後、運転を再開させるための操作が面倒であるという問題があった。すなわち、自動停止されたＮＣ装置を起動状態とするために操作パネルの起動ボタンを押し、その後で手動パルス発生器のハンドルを回すという２つの操作を行う必要があった。起動ボタンとハンドルとが離れた位置に設置されている場合や、ケーブルを介して操作パネルからハンドルを引き出して使用している場合などは特に、運転再開のための操作性が悪くなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、手動パルスモードと１ブロック停止モードとの両方を選択してＮＣ装置を運転する場合に、ＮＣプログラムの動作がブロック終了位置で自動停止した後における運転再開のための操作性を向上させ、段取りの作業効率を更に上げることができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードを選択してＮＣ装置を運転している際、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したことを検出した後に、手動パルス発生器のハンドルの回転停止および当該回転停止後の回転開始を検出したら、ＮＣプログラムの次のブロックの実行を開始するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、手動パルス発生器のハンドルの回転に応じて動作しているＮＣプログラムが１ブロック停止モードの機能によりブロック終了位置で自動的に停止した後、ハンドルの回転をいったん停止させてから再び回転させると、ハンドルの回転開始に連動してＮＣプログラムの動作が自動的に再開される。そのため、オペレータは、手動パルスモードと１ブロック停止モードとの両方を選択してＮＣ装置を運転する場合に、手動パルス発生器のハンドルを回転させるという１つの操作を行うだけで、ＮＣプログラムの動作を再開させることができる。これにより、運転再開のための操作性を向上させ、段取りの作業効率を上げることができる。

本実施形態による制御装置を含む工作機械の主要なハードウェア構成例を示す図である。 本実施形態によるＰＬＣ部の主要な機能構成例を示す図である。 本実施形態によるＰＬＣ部の動作例を示すフローチャートである。 本実施形態による工作機械の動作例をタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による制御装置を含む工作機械の主要なハードウェア構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態による工作機械１００は、操作パネル１０、手動パルス発生器２０、Ｉ／Ｏボード３０、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）部４０、ＣＮＣ（Computed Numeric Controller）部５０、駆動制御装置６０および可動部７０を備えている。ここで、ＣＮＣ部５０がＮＣ装置に相当する。

操作パネル１０は、オペレータが工作機械１００に対して各種操作を行うための操作子を備えている。操作子には、運転モードの選択を行うためのモード選択スイッチ１１、ＮＣ装置の運転（ＮＣプログラムの動作）を起動させるための起動スイッチ１２、ＮＣ装置の運転を停止させるための停止スイッチ１３、手動パルス発生器２０のハンドル１４、ハンドル１４の回転によって移動させる主軸や刃物台を選択するための対象選択スイッチ１５、ハンドル１４の単位回転量当たりの主軸等の移動量を表わす倍率を選択するための倍率選択スイッチ１６などがある。操作パネル１０は、上述の各種操作子からの操作信号を、Ｉ／Ｏボード３０を介してＰＬＣ部４０へ出力する。

手動パルス発生器２０は、ハンドル１４の回転操作に応じてパルス信号を発生する。手動パルス発生器２０により発生されたパルス信号は、Ｉ／Ｏボード３０を介してＰＬＣ部４０およびＣＮＣ部５０に出力される。なお、図１では手動パルス発生器２０のハンドル１４が操作パネル１０上に設けられている例を示しているが、ケーブルを介して操作パネル１０からハンドル１４を引き出してオペレータの手元で使用できるようにしてもよい。

ＰＬＣ部４０は、ＣＰＵ４１およびＲＡＭ４２を備えている。ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４２に格納されているシーケンス・ラダー・プログラムに従って所定の処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ４１は、操作パネル１０から出力された操作信号をＩ／Ｏボード３０を介して入力し、入力した操作信号に基づいてＣＮＣ部５０を制御する。

例えば、操作パネル１０の起動スイッチ１２が押されると、ＰＬＣ部４０は、操作パネル１０からＩ／Ｏボード３０を介して入力される操作信号に応じて、ＮＣ装置の運転を起動させるための起動指令をＣＮＣ部５０に出力する。また、停止スイッチ１３が押されると、ＰＬＣ部４０は、操作パネル１０からＩ／Ｏボード３０を介して入力される操作信号に応じて、ＮＣ装置の運転を停止させるための停止指令をＣＮＣ部５０に出力する。

また、モード選択スイッチ１１の操作により自動運転モード、１ブロック停止モード、手動パルスモードの何れかが選択されると、ＰＬＣ部４０は、操作パネル１０からＩ／Ｏボード３０を介して入力される操作信号に応じて、選択された運転モードに設定するためのモード設定指令をＣＮＣ部５０に出力する。また、対象選択スイッチ１５が操作されると、ＰＬＣ部４０は、操作パネル１０からＩ／Ｏボード３０を介して入力される操作信号に応じて、移動対象とする主軸や刃物台を選択するための対象選択指令をＣＮＣ部５０に出力する。さらに、倍率選択スイッチ１６が操作されると、ＰＬＣ部４０は、操作パネル１０からＩ／Ｏボード３０を介して入力される操作信号に応じて、倍率を選択するための倍率選択指令をＣＮＣ部５０に出力する。

ＰＬＣ部４０は、本発明の制御装置に相当し、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードの両方が選択された場合の動作を制御する。具体的には、ＰＬＣ部４０は、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードの選択中に、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したことを検出した後に、手動パルス発生器２０のハンドル１４の回転停止および当該回転停止後の回転開始を検出したときに、ＣＮＣ部５０に再起動指令を出力することにより、ＮＣプログラムの次のブロックの実行を自動的に開始するように制御する。なお、この制御内容の詳細については、図２を用いて後述する。

ＣＮＣ部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３を備えている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３に格納されている各種プログラムに従って所定の処理を実行する。ＲＡＭ５３は、ＮＣプログラムを記憶している。ＮＣプログラムは、可動部７０の主軸や刃物台等の移動指令を表すＧコード、使用する工具の呼出指令を表すＴコード、補助機能指令を表すＭコードなどのコード体系を持つプログラムである。

ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５３からＮＣプログラムを１ブロック（行）ずつ読み込んでその指令（ＮＣコード）を解釈し、指令の実行に必要なデータを参照しながら、複数の指令を順次実行していくことにより、駆動制御装置６０を制御する。駆動制御装置６０は、ＣＮＣ部５０から与えられる動作指令に従って、可動部７０における主軸および刃物台の駆動を制御する。

具体的に、ＣＮＣ部５０は、ＰＬＣ部４０から入力されるモード設定指令によって自動運転モードが設定されている場合、ＰＬＣ部４０から入力される起動指令に応じてＮＣプログラムの実行を開始し、ＲＡＭ５３からＮＣプログラムのコードを１ブロックずつ読み込みながら、複数の指令を順次実行していく。このような自動運転中にＰＬＣ部４０から停止指令が入力されると、ＣＮＣ部５０は、ＮＣプログラムの実行を停止する。

また、ＣＮＣ部５０は、ＰＬＣ部４０から入力されるモード設定指令によって手動パルスモードが設定されている場合、手動パルス発生器２０からＩ／Ｏボード３０を介して入力されるパルス信号に従って、ＮＣプログラムを順行または逆行させながら複数の指令を順次実行していく。

また、ＣＮＣ部５０は、ＰＬＣ部４０から入力されるモード設定指令によって１ブロック停止モードが設定されている場合、ＰＬＣ部４０から入力される起動指令に応じてＮＣプログラムの実行を開始し、ＮＣプログラムを１ブロック実行したところで動作を自動停止する。ＣＮＣ部５０は、１ブロック停止モードの選択時にＮＣプログラムがブロック終了位置で停止すると、その旨を表すブロック停止信号をＰＬＣ部４０に出力する。

また、ＣＮＣ部５０は、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードの両方が設定されている場合、手動パルス発生器２０からＩ／Ｏボード３０を介して入力されるパルス信号に従って、ＮＣプログラムを順行または逆行させながら複数の指令を順次実行していく。そして、ＮＣプログラムがブロック終了位置に達したところで動作を自動停止する。このときＣＮＣ部５０は、ブロック停止信号をＰＬＣ部４０に出力する。また、ＣＮＣ部５０は、ブロック停止信号を出力した後にＰＬＣ部４０から再起動指令が入力されると、自動停止したブロックの次のブロックからＮＣプログラムの実行を自動再開する。

なお、ＣＮＣ部５０は、自動運転モードで自動運転しているとき、および手動パルスモードで手動運転しているとき（実際にハンドル１４を回しているかどうかは問わない）は、ＲＡＭ５３に保持している運転中フラグをオンにセットする。一方、自動運転モードでＮＣプログラムの実行を停止しているとき、および１ブロック停止モードでＮＣプログラムがブロック終了位置で停止しているときは、ＲＡＭ５３に保持している運転中フラグをオフにセットする。

図２は、本実施形態によるＰＬＣ部４０の主要な機能構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態のＰＬＣ部４０は、ＲＡＭ４２に格納されたシーケンス・ラダー・プログラムに従ってＣＰＵ４１により実現される機能構成として、ブロック停止検出部１０１、回転検出部１０２および制御部１０３を備えている。

ブロック停止検出部１０１は、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードの両方を選択中に、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したことを検出する。具体的には、ブロック停止検出部１０１は、ＣＮＣ部５０からブロック停止信号を入力したときに、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したと判断する。なお、ブロック停止信号の入力があったかどうかを監視する代わりに、１ブロック停止モードの選択中にＣＮＣ部５０のＲＡＭ５３に保持されている運転中フラグがオフになったか否かを監視することによって、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したことを検出するようにしてもよい。

回転検出部１０２は、ブロック停止検出部１０１によりＮＣプログラムのブロック終了位置での停止が検出された後、手動パルス発生器２０のハンドル１４の回転停止および当該回転停止後の回転開始を検出する。具体的には、回転検出部１０２は、手動パルス発生器２０からＩ／Ｏボード３０を介して入力されるパルス信号がなくなったとき（例えば、５００ｍｓｅｃの間に次のパルス信号が入力されないとき）に、ハンドル１４の回転が停止したと判断する。また、回転検出部１０２は、手動パルス発生器２０からＩ／Ｏボード３０を介してパルス信号の入力が再開されたときに、ハンドル１４の回転が再開したと判断する。

制御部１０３は、ブロック停止検出部１０１によりＮＣプログラムのブロック終了位置での停止が検出され、かつ、回転検出部１０２によりハンドル１４の回転停止およびその後の回転開始が検出された場合に、ＮＣプログラムの次のブロックの実行を開始するように制御する。具体的には、制御部１０３は、ＣＮＣ部５０に再起動指令を出力することにより、ＮＣプログラムの次のブロックの実行を自動的に開始するように制御する。

図３は、図２に示したＰＬＣ部４０の各機能ブロック１０１〜１０３による動作例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードの両方が選択されてＮＣ装置の運転が行われたときにスタートする。まず、ブロック停止検出部１０１は、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止していないと判断した場合、ブロック停止検出部１０１はステップＳ１の判定を継続して行う。

一方、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したとブロック停止検出部１０１にて判断した場合、次に回転検出部１０２は、手動パルス発生器２０のハンドル１４の回転が停止したか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、ハンドル１４の回転が停止していないと判断した場合、回転検出部１０２はステップＳ２の判定を継続して行う。

一方、ハンドル１４の回転が停止したと判断した場合、次に回転検出部１０２は、ハンドル１４の回転が開始されたか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、ハンドル１４の回転が開始されていないと判断した場合、回転検出部１０２はステップＳ３の判定を継続して行う。一方、ハンドル１４の回転が開始されたと回転検出部１０２にて判断した場合、次に制御部１０３は、再起動指令をＰＬＣ部４０に出力することにより、ＮＣプログラムの次のブロックの実行を開始するように制御する（ステップＳ４）。

図４は、本実施形態による工作機械１００の動作例をタイミングチャートである。図４において、（ａ）は手動パルス発生器２０から出力されるパルス信号を示し、ハンドル１４を回転させているときだけパルス信号が出力される様子が示されている。（ｂ）はＮＣプログラムの各ブロックを示し、ブロックＡとブロックＢは連続する２つのブロックであるものとする。（ｃ）は１ブロック停止モードの設定状態を示し、１ブロック停止モードが設定されているときはオン、設定されていないときはオフである。（ｄ）は運転中フラグを示し、ＮＣプログラムを実行中のときはオン、停止中のときはオフである。

図４に示す例は、手動パルスモードを選択して手動パルス発生器２０のハンドル１４を回転させることにより、ＮＣプログラムのブロックＡを実行している途中のタイミングＴ_１で、１ブロック停止モードを更に設定した状態を示している。このとき、運転中フラグはオンとなっている。ハンドル１４を更に回転し続けると、手動パルス発生器２０から出力されるパルス信号に応じてＮＣプログラムが継続して実行される。そして、ブロックＡの終了位置に達したタイミングＴ_２でＮＣプログラムが自動的に停止し、ＲＡＭ５３の運転中フラグがオフとなる。

その後、任意のタイミングＴ_３でハンドル１４の回転を停止させ、その後の任意のタイミングＴ_４でハンドル１４の回転を再開すると、ＰＬＣ部４０からＣＮＣ部５０に出力される再起動信号に応じて、ブロックＡの次のブロックＢからＮＣプログラムが自動的に実行される。このとき、ＲＡＭ５３の運転中フラグは再びオンとなる。

なお、以上の動作は、ブロックＡの終了位置でＮＣプログラムが自動停止した後、ハンドル１４をそれまでと同じ方向に正転させる場合を想定している。この場合は、上述のようにブロックＢの先頭からＮＣプログラムが順方向に実行される。これとは逆に、ブロックＡの終了位置でＮＣプログラムが自動停止した後、ハンドル１４を逆転させると、ＮＣプログラムはブロックＡの終了位置から逆方向に実行される。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、手動パルスモードおよび１ブロック停止モードを選択してＮＣ装置を運転している際、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止した後に、手動パルス発生器２０のハンドル１４の回転が再開されたときに、そのハンドル１４の回転の再開に同期してＮＣプログラムの実行を自動的に開始するようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止した後でも、ハンドル１４の回転開始に連動してＮＣプログラムの動作を自動的に再開させることができる。そのため、オペレータは、手動パルスモードと１ブロック停止モードとの両方を選択してＮＣ装置を運転する場合に、手動パルス発生器２０のハンドル１４を回転させるという１つの操作を行うだけで、ＮＣ装置の動作を再開させることができる。これにより、運転再開のための操作性を向上させ、段取りの作業効率を上げることができる。

なお、上記実施形態では、ブロック停止検出部１０１、回転検出部１０２および制御部１０３の機能をＰＬＣ部４０が備える例について説明したが、これらをＣＮＣ部５０が備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、モード選択スイッチ１１により手動パルスモードを選択する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、自動運転の停止中に手動パルス発生器２０のハンドル１４を回転させたら、自動的に手動パルスモードとなるようにしてもよい。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０ 操作パネル
１４ ハンドル
２０ 手動パルス発生器
４０ ＰＬＣ部
５０ ＣＮＣ部
１０１ ブロック停止検出部
１０２ 回転検出部
１０３ 制御部

Claims (2)

1. ハンドル操作に応じて手動パルス発生器により発生されたパルス信号に基づいてＮＣプログラムを実行する手動パルスモードおよび上記ＮＣプログラムを１ブロック実行して停止する１ブロック停止モードにより動作を制御する機能を備えた工作機械の制御装置あって、
   上記手動パルスモードおよび上記１ブロック停止モードの選択中に、上記ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したことを検出するブロック停止検出部と、
   上記ブロック停止検出部により上記ＮＣプログラムの停止が検出された後、上記手動パルス発生器のハンドルの回転停止および当該回転停止後の回転開始を検出する回転検出部と、
   上記回転検出部により上記ハンドルの回転停止および回転開始が検出された場合に、上記手動パルスモードおよび上記１ブロック停止モードにより上記ＮＣプログラムの次のブロックの実行を開始するように制御する制御部とを備えたことを特徴とする工作機械の制御装置。
2. ハンドル操作に応じて手動パルス発生器により発生されたパルス信号に基づいてＮＣプログラムを実行する手動パルスモードおよび上記ＮＣプログラムを１ブロック実行して停止する１ブロック停止モードの選択中における工作機械の運転制御方法であって、
   上記ＮＣプログラムがブロック終了位置で停止したか否かを判定する第１のステップと、
   上記ＮＣプログラムが上記ブロック終了位置で停止したと判断した後、上記手動パルス発生器のハンドルの回転が停止されたか否かを判定する第２のステップと、
   上記ハンドルの回転が停止されたと判断した後、上記ハンドルの回転が開始されたか否かを判定する第３のステップと、
   上記ハンドルの回転が開始されたと判断した場合に、上記ＮＣプログラムの次のブロックの実行を開始するように制御する第４のステップとを有することを特徴とする工作機械の運転制御方法。