JP7529779B2

JP7529779B2 - 数値制御装置及び制御方法

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Publication number: JP7529779B2
Application number: JP2022535296A
Authority: JP
Inventors: 大輔上西; 知弘小山田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2024-08-06
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: WO2022009797A1; CN115812182A; US20230256554A1; DE112021003632T5; JPWO2022009797A1

Description

本発明は、数値制御装置及び制御方法に関する。

従来、工作機械等を制御する数値制御装置は、加工プログラムによってワークの加工等を実行する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の加工プログラム処理装置は、加工プログラムによって指令される工具先端点の指令位置及び工具姿勢の指令角度と、工具の寸法とに基づいて、補正基準点を算出し、工具先端点の指令位置を補正基準点の位置に書き換える。

特開２０１９－７０９５３号公報

ところで、数値制御装置は、ワークを穴あけ加工する際にも加工プログラムによって行っている。穴あけ加工のための加工プログラムにおいて、穴あけ固定サイクルを使用した加工方法が多く取られる。穴あけ固定サイクルは、例えば、Ｇ８１などのＧコードと穴深さＺ、送り速度Ｆ、位置決め退避高さＲ点などを予め指令することで、以降はＸＹ軸などの位置決め軸の指令だけで、指令された位置で穴あけ加工動作を繰り返すことが可能となる。しかしながら、固定サイクルは位置決めや穴底からの退避動作には早送り制御、穴あけ加工の切削には切削送り制御を使用する仕様になっている。早送り制御は工作機械によって決められた最大送り速度で動作し、指令位置への到達を監視し、決められた範囲内に位置決めされたことを確認したあと、次の動作を実行する機能である。

また、切削送り制御は指令された送り速度によって指令位置まで動作し、次の動作を考慮しながら加速減速を制御して実行する機能である。これらの機能を使った固定サイクルは穴あけ加工をより効率化するための仕様であるが、例えば、穴あけ間隔が狭く位置決めの移動距離が短い加工において、早送り制御の位置決めでは、移動距離が短いために誤差が少ない低速動作の位置決めにも関わらず、指令位置への到達の監視によって却って加工時間が伸びてしまい、加工効率が低下してしまうことがあった。

この問題に対して、早送り制御と切削送り制御をオーバーラップする手法を取ることがある。しかし、早送り制御と切削送り制御とでは、サーボモータのサーボ制御並びに加速減速の設定値に違いがあり、これらの設定を動作中に高速で切り替えるため、動作保障のための軸移動待機や指令位置への到達の監視によって、移動軸の動作が停止することで滑らかな動作にならずに振動が発生する。また、早送り制御と切削送り制御では、高効率化のため早送り制御の方が加速減速は大きく、特に移動軸の動作の停止によって位置決め時の振動が大きくなることから、工具進入時の刃先やテーブル、ワークの振れによる加工不良・工具寿命が短くなるなどの影響が出る。そのため、穴あけ加工を低振動で高速に行うことが求められていた。

本開示に係る数値制御装置は、工作機械においてワークに対して所定の間隔で連続して穴あけ加工を行うための数値制御装置であって、前記工作機械の穴加工ツールを前記ワークにおける穴あけ位置に移動させ、前記穴加工ツールを位置決めする位置決め部と、前記穴加工ツールによって前記ワークを切削させ、前記ワークに穴を形成する切削部と、前記穴加工ツールを前記ワークから退避させる退避部と、を備え、前記位置決め部、前記切削部及び前記退避部の処理について、移動軸制御を同一の制御方式で順番に実行し、前記工作機械に前記ワークを連続加工させるための加工プログラムを実行するプログラム実行部と、を備える。

本開示に係る数値制御装置の制御方法は、工作機械においてワークに対して所定の間隔で連続して穴あけ加工を行うための数値制御装置の制御方法であって、前記工作機械の穴加工ツールを穴あけ位置に移動させ、前記穴加工ツールを位置決めするステップと、前記穴加工ツールによって前記ワークを切削させ、前記ワークに穴を形成するステップと、前記穴加工ツールを前記ワークから退避させるステップと、を備え、前記位置決めするステップ、前記切削させるステップ及び前記退避させるステップの処理について、移動軸制御を同一の制御方式で順番に実行し、前記工作機械に前記ワークを連続加工させるための加工プログラムを実行するステップと、を備える。

本発明によれば、穴あけ加工を低振動で高速に行うことができる。

加工システムの構成を示す図である。穴あけ加工の動作例を示す図である。通常の穴あけ加工のＸ軸及びＺ軸の速度を示す図である。同一の制御方式による穴あけ加工のＸ軸及びＺ軸の速度を示す図である。パラメータテーブルの一例を示す図である。数値制御装置２によって加工プログラムが読み込まれたときの穴あけ動作における制御方式の切り替え処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、加工システム１の構成を示す図である。図１に示すように、加工システム１は、数値制御装置２と、工作機械３と、を備える。

数値制御装置２は、工作機械３を制御することにより、工作機械３に所定の機械加工等を行わせるための装置である。数値制御装置２は、制御部２１を備える。制御部２１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することによって、位置決め部２１１、切削部２１２、退避部２１３、プログラム実行部２１４及び制御切替部２１５として機能する。

工作機械３は、数値制御装置２の制御に基づいて、切削加工等の所定の機械加工や、工具の測定等を行う装置である。図２は、工作機械３の概要を示す図である。

工作機械３は、ワークＷを加工するために駆動するモータや、このモータに取り付けられた主軸や送り軸や、これら各軸に対応する治具や工具、ワークＷを固定するテーブルＴ等を備える。そして、工作機械３は、数値制御装置２から出力される動作指令に基づいてモータを駆動させることにより所定の機械加工を行う。
具体的には、工作機械３は、ワークに対して所定の間隔で連続して穴あけ加工を行う。工作機械３は、穴あけ加工を行うために穴加工ツール３１を備える。

次に、加工システム１の動作について説明する。
穴加工ツール３１は、加工目的に合わせて複数の種類が用意されている。各穴加工ツール３１は、それぞれ専用の工具ホルダに装着された状態で交換される。穴加工ツール３１には、それぞれ固有の工具番号が割り当てられている。

位置決め部２１１は、工作機械３の穴加工ツール３１をワークＷにおける穴あけ位置に移動させ、穴加工ツール３１を位置決めする。
切削部２１２は、穴加工ツール３１によってワークＷを切削させ、ワークＷに穴を形成する。
退避部２１３は、ワークＷに穴を形成した後、穴加工ツール３１をワークＷの穴から退避させる。

図２は、穴あけ加工の動作例を示す図である。図２に示すように、工作機械３は、穴加工ツール３１によるワークＷの位置決め、ワークＷの切削及びワークＷからの退避の動作を連続的に行うことによってワークＷを連続加工する。すなわち、数値制御装置２は、位置決め部２１１、切削部２１２及び退避部２１３の処理によって工作機械３にワークＷを連続加工させる。

図１に戻り、プログラム実行部２１４は、位置決め部２１１、切削部２１２及び退避部２１３の処理によって工作機械３にワークＷを連続加工させるための加工プログラムを実行する。

従来、数値制御装置２は、穴加工ツール３１によるワークＷの位置決め及びワークＷからの退避のために早送り制御を使用し、ワークＷの切削に切削送り制御を使用している。
しかし、従来の早送り及び切削送り制御を使用した繰り返し（例えば、固定サイクル）動作は、早送り制御の高い加減速と指令位置への到達の監視による移動軸の停止の影響から位置決め時の振動が大きくなりやすく、その結果、穴あけ加工の品質に影響を与えている。

また、工作機械３は、早送り制御と切削送り制御とでは用途の違いから最大送り速度のほか、指令位置への到達の監視の有無、速度制御方式やサーボモータの制御設定値が異なるため、速度制御方式やサーボモータの制御設定値を切り替える際に、時間を要したり、動作保障のため軸移動を待機させたりする必要があった。そのため、工作機械３は、穴あけ加工の加工時間が長くなってしまう場合があった。

また、数値制御装置２は、穴あけ加工時に繰り返し（例えば、固定サイクル）動作を使用せず、切削送り制御による位置決め、切削加工及び退避動作のマクロプログラムを作成することによって対応することもできる。しかし、マクロプログラムの作成するためには、プログラミングに熟練した熟練者が必要となり、切削送り制御における最大送り速度が低い場合は、最大送り速度が発揮されないほどの穴の間隔が短い加工用途に限定される。

本実施形態に係る数値制御装置２は、位置決め部２１１、切削部２１２及び退避部２１３、プログラム実行部２１４の処理によって工作機械３にワークＷを連続加工させ、上述したような従来の課題を解決することができる。

ここで、加工プログラムは、ワークＷの位置決め、ワークＷの切削及びワークＷからの退避を工作機械３における同一の制御方式によって制御する固定サイクルを含む。制御方式は、早送り制御及び切削送り制御における最大送り速度、加減速度制御方式と設定値、サーボモータの制御設定値などが含まれ、加工プログラムは、指令位置への到達の監視による移動軸の停止を行わない切削送り制御によって制御される。

また、プログラム実行部２１４は、固定サイクルにおいて、ワークＷの位置決め及びワークＷからの退避のための送り速度を所定の設定値に設定する。設定値は固定値でも良いし、切削送り制御又は早送り制御の最大送り速度でも可能である。

また、位置決め移動距離が長く、送り制御方式のうち切削送り制御が早送り制御よりも最大送り速度が低い場合、制御切替部２１５は、ワークＷの位置決め移動距離に基づいて、ワークＷの位置決め及びワークＷからの退避のための制御方式を、早送り制御に切替可能である。

具体的には、ワークＷの位置決め移動距離が、切削送り制御と早送り制御の加減速変数、送り速度、サーボモータ制御方式などの切り替え時間と位置決め時間によって算出された位置決め時間の合計が早送り制御の方が短くなる所定の距離以上である場合には、制御切替部２１５は、ワークＷの位置決めのための送り制御を早送り制御に切り替える。そして、制御切替部２１５は、ワークＷの切削のための加減速変数と送り速度とサーボモータ制御方式などを切削送り制御に切り替える。また、最大送り速度や加減速設定などの一部分だけの切り替えも可能である。

また、プログラム実行部２１４は、ワークＷの位置決め移動距離が所定の距離未満である場合には、制御切替部２１５はワークＷの位置決めの送り制御を、切削送り制御に切り替える。

なお、所定の距離は、例えば、ワークＷの位置決めを、切削送り制御で行った場合よりも早送り制御で行った場合のほうが穴あけ加工全体の処理時間が短くなる程度の距離であってもよい。

制御切替部２１５は、加工プログラムにおける穴加工ツール３１の移動指令を監視し、穴加工ツール３１の位置決め移動距離が所定の距離を超える場合、切削送り制御を早送り制御に切り替える。また、制御切替部２１５は、穴加工ツール３１の位置決め移動距離が所定の距離を以下の場合、切削送り制御を維持する。

したがって、ワークＷの位置決め移動距離が所定の距離以上である場合には、ワークＷの位置決めのための最大送り速度と加減速変数を、工作機械３の最高加減速度である早送り制御の加減速度と同様の値に切り替えることによって、加工システム１は、加減速変数が切削送り制御の場合よりもワークＷの位置決めをより早く行うことができる。

また、穴あけ加工では輪郭制御を必要としないため、初期設定として切削送り制御に使用する加減速の設定値や最大送り速度などは、早送り制御と同値としてもよい。早送り制御とは異なり、切削送り制御には指令位置への到達の監視がないため、移動軸が停止することなく、工作機械３の最高加減速度にて連続で動作することが可能となる。

図３は、通常の穴あけ加工のＸ軸及びＺ軸の速度を示す図である。図４は、同一の制御方式による穴あけ加工のＸ軸及びＺ軸の速度を示す図である。図３に示す例は、Ｘ軸の移動に早送り制御を使用し、Ｚ軸の移動に切削送り制御を使用している。図４に示す例は、Ｘ軸及びＺ軸の移動に同一の制御方式として切削送り制御を使用している。図３に示す例では、Ｘ軸の位置決め後に制御方式の切り替えと指令位置への到達の監視のため、Ｚ軸の移動開始に遅れが生じている。一方、図４に示す切削送り制御では、Ｘ軸の位置決め後にすぐにＺ軸の移動が開始され、遅れが生じない。

また、数値制御装置２は、最大送り速度、加速度及びサーボ制御を予め設定した少なくとも１つの贈り制御方式をパラメータテーブルとして数値制御装置２の記憶部（図示せず）に記憶してもよい。そして、制御切替部２１５は、穴あけ加工前にパラメータテーブルを参照して、移動軸の制御を切り替えてもよい。すなわち、上述した同一の制御方式は、少なくとも１つの送り制御方式を記憶したパラメータテーブルを用いて切替可能である。

図５は、パラメータテーブルの一例を示す図である。図５に示すパラメータテーブルでは、送り制御方式は、早送り制御、切削送り制御、穴あけ加工制御及び低振動穴あけ送り制御を含む。また、パラメータテーブルは、各送り制御方式について、最大送り速度、加速度及びサーボ制御の設定を規定する。

図６は、数値制御装置２によって加工プログラムが読み込まれたときの穴あけ動作における制御方式の切り替え処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、数値制御装置２は、加工プログラムの読み込みを開始する。そして、数値制御装置２は、加工プログラムにおいて制御方式が指定されているか否かを判定する。制御方式が指定されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ２へ移る。制御方式が指定されていない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ３へ移る。

ステップＳ２において、数値制御装置２は、パラメータテーブルを参照して、加工プログラムにおいて指定された送り制御方式を選択し、制御方式を選択した送り制御方式に切り替える。

ステップＳ３において、数値制御装置２は、制御方式を切削送り制御に切り替える。
ステップＳ４において、数値制御装置２は、加工プログラムから穴位置Ｐｎ（例えば、図２参照）を読み込む。

ステップＳ５において、数値制御装置２は、穴加工ツール３１の移動時間が、現在設定されている制御方式よりも早送り制御のほうが早いか否かを判定する。早送り制御のほうが早い場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ６へ移る。早送り制御のほうが遅い場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ７へ移る。

ステップＳ６において、数値制御装置２は、制御方式を早送り制御に切り替える。
ステップＳ７において、数値制御装置２は、ステップＳ４において読み込まれた穴位置Ｐｎに位置決めを行う。

ステップＳ８において、数値制御装置２は、ステップＳ６において制御方式が切り替えられたか否かを判定する。制御方式が切り替えられた場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ９へ移る。制御方式が切り替えられなかった場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０へ移る。

ステップＳ９において、数値制御装置２は、制御方式を、ステップＳ６において切り替える前の制御方式（元の制御方式）に切り替える。
ステップＳ１０において、数値制御装置２は、位置決め退避高さＲ点へ穴加工ツール３１を位置決めする。

ステップＳ１１において、数値制御装置２は、穴加工ツール３１により目標切削深さＺ点まで切削加工を行う。
ステップＳ１２において、数値制御装置２は、位置決め退避高さＲ点まで穴加工ツール３１を退避する。

ステップＳ１３において、数値制御装置２は、加工プログラムにおいてＧ８０（終了指令）が指定されているか否かを判定する。終了指令が指定されている場合（ＹＥＳ）、処理は、その後終了する。終了指令が指定されていない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１４へ移る。

ステップＳ１４において、数値制御装置２は、加工プログラムから穴位置Ｐｎ＋１（例えば、図２参照）を読み込み、その後処理は、ステップＳ５へ移る。

以上説明したように、本実施形態によれば、数値制御装置２は、工作機械３の穴加工ツール３１をＷワークにおける穴あけ位置に移動させ、穴加工ツール３１を位置決めする位置決め部２１１と、穴加工ツール３１によってワークＷを切削させ、ワークＷに穴を形成する切削部２１２と、穴加工ツール３１をワークＷから退避させる退避部２１３と、位置決め部２１１、切削部２１２及び退避部２１３の処理について、移動軸制御を同一の制御方式で順番に実行し、工作機械３にワークＷを連続加工させるための加工プログラムを実行するプログラム実行部２１４と、を備える。これにより、数値制御装置２は、ワークＷを連続加工させるための加工プログラムを用いることによって、穴あけ加工を低振動で高速に行うことができる。

また、加工プログラムは、ワークＷの位置決め、ワークＷの切削及びワークＷからの退避を工作機械３における切削送り制御によって制御する固定サイクルを含む。これにより、数値制御装置２は、ワークＷの位置決め、ワークＷの切削及びワークＷからの退避を工作機械３における切削送り制御によって制御する固定サイクルを用いることによって、高速かつ低振動な穴開けあけ加工を可能にすることができる。

また、同一の制御方式は、切削送り制御又は早送り制御を含む。これにより、数値制御装置２は、切削送り制御又は早送り制御によって穴あけ加工を低振動で高速に行うことができる。また、同一の制御方式は、少なくとも１つの送り制御方式を記憶したパラメータテーブルを用いて切替可能である。また、同一の制御方式は、工作機械３における工具交換に影響を与える動作とは異なる制御方式を含む。これにより、数値制御装置２は、制御方式を適切に切り替えることができる。

また、プログラム実行部２１４は、固定サイクルにおいて、ワークＷの位置決め及びワークＷからの退避のための切削送り制御を所定の設定値に設定する。これにより、数値制御装置２は、例えば、切削送り制御を早い速度の設定値に設定することによって穴あけ加工を更に高速化することが可能であり、また、遅い速度の設定値に設定することで穴あけ加工を更に低振動化することが可能である。

また、プログラム実行部２１４は、切削送り制御に使用する加減速変数を複数設定可能である。そして、制御切替部２１５は、ワークＷの加工距離に基づいて、ワークＷの位置決め及びワークＷの切削のための複数の加減速変数を切替可能である。これにより、数値制御装置２は、ワークＷの加工距離が所定の距離以上である場合には、ワークＷの位置決めのための加減速変数を、工作機械３の最高加減速度である早送りの加減速度と同様の値に切り替える。そのため、加工システム１は、加減速変数が切削送りの場合よりもワークＷの位置決めをより早く行うことができる。

また、制御切替部２１５は、加工プログラムにおける穴加工ツール３１の移動指令を監視し、穴加工ツール３１の移動距離が所定の距離を超える場合、切削送り速度を早送り速度に切り替える。これにより、数値制御装置２は、穴加工ツール３１の移動距離に応じて切削送りと早送りとを好適に切り替えることができる。

また、穴あけ加工の場合、輪郭制御を必要としないため、切削送り速度の制御に使用する加減速変数は早送り動作と同値とすると、高速加工が可能となる。

また、タレット式工具交換装置が搭載されている工作機械は、工具交換における移動軸の動作がタレットへ影響を及ぼす移動範囲において、タレットへ装着する工具重量又は全工具の総重量によって加減速変数又は制御方式が変化する場合がある。この場合、タレット動作へ影響を及ぼさない移動範囲における穴あけ加工において、タレット動作とは異なる加減速変数又は制御方式で穴あけ加工を行うことで、工具重量が重い工具においても、高速加工が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１加工システム
２数値制御装置
３工作機械
２１制御部
２１１位置決め部
２１２切削部
２１３退避部
２１４プログラム実行部
２１５制御切替部

Claims

工作機械においてワークに対して所定の間隔で連続して穴あけ加工を行うための数値制御装置であって、
前記工作機械の穴加工ツールを前記ワークにおける穴あけ位置に移動させ、前記穴加工ツールを位置決めする位置決め部と、
前記穴加工ツールによって前記ワークを切削させ、前記ワークに穴を形成する切削部と、
前記穴加工ツールを前記ワークから退避させる退避部と、
前記位置決め部、前記切削部及び前記退避部の処理について、移動軸動作を同一の制御方式で順番に実行し、前記工作機械に前記ワークを加工させるための加工プログラムを実行するプログラム実行部と、
を備え、
前記加工プログラムは、前記工作機械の指令位置への到達の監視による移動軸の停止を行わず、
前記同一の制御方式は、早送り制御、切削送り制御、穴あけ加工制御及び低振動穴あけ送り制御を含む送り制御方式を記憶したパラメータテーブルを用いて切替可能であり、前記パラメータテーブルは、各送り制御方式について、最大送り速度、加速度及びサーボ制御の設定を規定する、
数値制御装置。
前記加工プログラムは、前記ワークの位置決め、前記ワークの切削及び前記ワークからの退避を前記工作機械における前記同一の制御方式によって制御する固定サイクルを含む、請求項１に記載の数値制御装置。
前記同一の制御方式は、前記工作機械における工具交換に影響を与える動作とは異なる制御方式を含む、請求項１に記載の数値制御装置。
前記プログラム実行部は、前記固定サイクルにおいて、前記ワークの位置決め及び前記ワークからの退避のための切削送り速度を所定の設定値に設定する、請求項２に記載の数値制御装置。
前記プログラム実行部は、前記同一の制御方式の制御に使用する加減速変数を複数設定可能であり、
前記プログラム実行部は、前記ワークの位置決め移動距離に基づいて、前記ワークの位置決めのための複数の前記加減速変数を含む送り制御を早送り制御へ切替可能である、請求項１から４のいずれかを一項に記載の数値制御装置。
前記加工プログラムにおける前記穴加工ツールの移動指令を監視し、前記穴加工ツールの位置決め移動距離が所定の距離を超える場合、切削送り制御を早送り制御に切り替える制御切替部を更に備える請求項１から５のいずれかを一項に記載の数値制御装置。
工作機械においてワークに対して所定の間隔で連続して穴あけ加工を行うための数値制御装置の制御方法であって、
前記工作機械の穴加工ツールを穴あけ位置に移動させ、前記穴加工ツールを位置決めするステップと、
前記穴加工ツールによって前記ワークを切削させ、前記ワークに穴を形成するステップと、
前記穴加工ツールを前記ワークから退避させるステップと、を備え、
前記位置決めするステップ、前記切削させるステップ及び前記退避させるステップの処理について、移動軸動作を同一の制御方式で順番に実行し、前記工作機械に前記ワークを加工させるための加工プログラムを実行するステップと、
を備え、
前記加工プログラムは、前記工作機械の指令位置への到達の監視による移動軸の停止を行わず、
前記同一の制御方式は、早送り制御、切削送り制御、穴あけ加工制御及び低振動穴あけ送り制御を含む送り制御方式を記憶したパラメータテーブルを用いて切替可能であり、前記パラメータテーブルは、各送り制御方式について、最大送り速度、加速度及びサーボ制御の設定を規定する、
数値制御装置の制御方法。