JP7704866B2 - 工作機械の制御装置及び工作機械の制御システム - Google Patents

Description

本開示は、工作機械の制御装置及び工作機械の制御システムに関する。

従来、振動切削やクランクピン加工等のように、動作軸を振動させながら軸移動するように制御してワークを加工する工作機械の制御装置が知られている。このように動作軸を振動させると、該振動によって工作機械全体に過剰な振動が発生することで工作機械が破損し、加工精度に悪影響を及ぼす場合がある。

そこで、動作軸の振動による工作機械全体の過剰な振動を防ぐため、振動の加速度や加加速度等の制御パラメータの上限値を設定し、設定された上限値内で振動制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、良好な仕上げ面を確保できるとされている。

特開２００７－０４４８４９号公報

しかしながら、振動の加速度や加加速度等の制御パラメータの上限値は、工作機械の設計者が工作機械の強度、振動による負荷等、種々の観点から設定する必要がある。そのため、これら制御パラメータの上限値の設定は容易ではなく、手間がかかるため長時間を要する。

また、例えば作業者が、制御パラメータの上限値を仮の値に設定して振動制御の試運転（空加工）を行った後、該試運転の結果に基づいてより適切な制御パラメータの上限値を設定することが行われている。しかしながら、従来では、工作機械の試運転と制御パラメータの上限値の設定がシステムとして連携されていなかったため、やはり手間がかかるのが現状である。

従って、制御パラメータの範囲を簡単に設定できる工作機械の制御装置が望まれる。

本開示の一態様は、工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部と、前記制御パラメータに基づいて動作軸を動作させる軸動作制御部と、前記軸動作制御部による軸動作中にトリガを受け付けるトリガ受付部と、を備え、前記制御パラメータ設定部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けたことに応じて前記制御パラメータの指定可能範囲を設定する指定可能範囲設定部を有し、前記指定可能範囲に基づいて前記制御パラメータを設定する、工作機械の制御装置である。

本開示によれば、制御パラメータの範囲を簡単に設定できる工作機械の制御装置を提供できる。

本開示の実施形態に係る工作機械の制御装置を示す図である。 振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図であり、複数の振動周波数及び振動振幅の入力を示す図である。 振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図であり、振動周波数及び振動振幅に基づく振動加速度上限値の算出及び設定を示す図である。 振動制御動作において振動振幅上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図である。 振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの外部コンピュータの表示画面を示す図である。 振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図であり、所定の振動周波数に対して振動振幅を変動させる場合を示す図である。 位置決め動作において加速度上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図であり、送り速度及び加減速時定数の入力を示す図である。 位置決め動作において加速度上限値の設定をするときの数値制御装置の表示画面を示す図であり、送り速度及び加減速時定数に基づく加速度上限値の設定を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１を示す図である。本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、例えば、切削工具（以下、工具）とワークとを相対的に回転させる少なくとも一つの主軸と、工具をワークに対して相対移動させる少なくとも一つの送り軸と、を動作させることで、工具によりワークを切削加工するものである。なお図１では、便宜上、一つの送り軸を駆動するモータ３のみを示している。

本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、例えば、主軸及び送り軸を動作させることにより振動切削（揺動切削とも言う。）を実行する。即ち、工作機械の制御装置１は、例えば、工具とワークとを相対的に回転させるとともに、工具とワークとを相対的に振動（揺動とも言う。）させながら切削加工を実行する。工具の軌跡である工具経路は、前回経路に対して今回経路が部分的に重なるように設定され、前回経路で加工済の部分が今回経路に含まれる。そのため、工具の刃先がワークの表面から離れる空振り（エアカットとも言う。）が発生することにより、切削加工によって連続的に生じる切屑が確実に細断される。

なお本実施形態は、中心軸線まわりに回転するワークに対して工具を振動させながら送り方向に移動する構成だけでなく、工具Ｔがワークの中心軸線まわりに回転するとともに、ワークが工具に対して送り方向に移動する構成にも適用可能である。また本実施形態は、ワークの外径加工及び内径加工のいずれにも適用可能である。さらに本実施形態は、ワークが加工面にテーパ部や円弧状部を有することで複数の送り軸（Ｚ軸及びＸ軸）が必要となる場合だけでなく、ワークが円柱状や円筒状で送り軸が特定の１軸（Ｚ軸）で足りる場合であっても適用可能である。

工作機械の制御装置１は、例えば、バスを介して互いに接続された、ＲＯＭ（read only memory)やＲＡＭ（random access memory）等のメモリ、ＣＰＵ（control processing unit）、及び通信制御部を備えたコンピュータを用いて構成される。図１に示されるように、工作機械の制御装置１は、制御パラメータ設定部１１と、設定値記憶部１２と、指定可能範囲設定部１３と、動作状態可能範囲設定部１４と、軸動作制御部１５と、動作状態取得部１６と、制御パラメータ設定履歴記憶部１７と、トリガ受付部１８と、を備え、それら各部の機能及び動作は、上記コンピュータに搭載されたＣＰＵ、メモリ、及び該メモリに記憶された制御プログラムが協働することにより達成されうる。

工作機械の制御装置１には、数値制御装置（Computer Numerical Controller、以下、ＣＮＣとも言う。）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、外部コンピュータ等の図示しない上位コンピュータが接続されている。これらの上位コンピュータから、加工プログラムや、回転速度及び送り速度等のワークの加工条件が工作機械の制御装置１に入力される。

ワークの加工条件には、ワークの中心軸線まわりにおけるワーク及び工具の相対的な回転速度、工具及びワークの相対的な送り速度、加減速時定数、及び、送り軸の位置指令等が含まれる。本実施形態では、工作機械の制御装置１内のＣＰＵが、入力された加工プログラムから回転速度及び送り速度を加工条件として読み出して軸動作制御部１５に出力するように構成されてもよく、軸動作制御部１５内の位置指令作成部等が上記の上位コンピュータに設けられていてもよい。

また、図１に示されるように工作機械の制御装置１には、センサ４の検出信号が入力される。センサ４としては、モータ３の回転数、回転角度、回転位置等を検出するエンコーダ等のセンサの他、工作機械自体に設けられて工作機械全体の振動を検出する加速度センサ等が含まれる。センサ４の検出信号は、後述する動作状態取得部１６やトリガ受付部１８に送信される。

また、工作機械の制御装置１には、入力装置２が接続されている。入力装置２は、トリガ入力部２２と、制御パラメータ入力部２１と、を備える。入力装置２は、好ましくは、図示しない表示画面からなる表示部と、同じく図示しないキーボードやタッチパネル等の操作部を備える。作業者は、操作部を操作し、表示画面で入力値を確認しながら、制御パラメータを入力する。

入力装置２は、図示しない数値制御装置に設けられてもよく、同じく図示しない外部のコンピュータ等に設けられてもよい。本実施形態に係る工作機械の制御システム１０は、工作機械の制御装置１及び入力装置２により構成される。従来、工作機械の試運転（空加工）と制御パラメータの上限値設定がシステムとして連携されていなかったところ、本実施形態によれば、システムとして工作機械の試運転と制御パラメータの上限値の設定が連携されており、効率的な作業が可能となっている。

ここで、制御パラメータとしては、例えば、振動制御動作における振動周波数、振動振幅等が挙げられる。振動周波数としては、振動周波数自体の他、振動周波数倍率も含まれる。振動振幅としては、振動振幅自体の他、振動振幅倍率も含まれる。

振動周波数倍率は、振動周波数を主軸速度で除することにより得られる振動周波数パラメータである。振動振幅倍率は、振動振幅を主軸１回転あたりの送り軸の送り量の１／２で除することにより得られる振動振幅パラメータである。

また、制御パラメータとしては、例えば、位置決め動作（早送り動作とも言う。）における送り速度、加減速時定数等も挙げられる。制御パラメータ設定部１１は、これら振動制御動作や位置決め動作における各種制御パラメータを設定し、設定された制御パラメータは、後述の設定値記憶部１２に一時的に記憶される。また、設定された制御パラメータは、いずれも後述する軸動作制御部１５、動作状態取得部１６及び制御パラメータ設定履歴記憶部１７に送信される。

制御パラメータ設定部１１は、後述のトリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、制御パラメータの指定可能範囲を設定する指定可能範囲設定部１３を有する。制御パラメータの指定可能範囲は、例えば振動周波数や振動振幅等の下限値や上限値である。この場合、指定可能範囲設定部１３は、制御パラメータの指定可能範囲として、動作軸の振動周波数及び振動振幅のうち少なくとも一方の下限値や上限値を設定する。そして、制御パラメータ設定部１１は、この指定可能範囲設定部１３により設定された指定可能範囲に基づいて、制御パラメータを設定する。具体的に制御パラメータ設定部１１は、指定可能範囲内となるように制御パラメータを設定する。

指定可能範囲設定部１３は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けた時に制御パラメータ設定部１１により設定されていた制御パラメータに基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を設定してもよい。トリガ受付部１８がトリガを受け付けるのは、工作機械の試運転時等の軸動作中に、振動による不具合が許容範囲を超える時である。そのため、指定可能範囲設定部１３により、トリガ受付部１８がトリガを受け付けた時に制御パラメータ設定部１１により設定されて設定値記憶部１２に一時的に記憶されていた制御パラメータに基づいて指定可能範囲を設定する。これにより、制御パラメータの適切な指定可能範囲が簡単に設定される。

指定可能範囲設定部１３は、制御パラメータ設定履歴記憶部１７に記憶された制御パラメータに基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を設定してもよい。制御パラメータ設定履歴記憶部１７には、過去に制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータの履歴が記憶されている。そのため、指定可能範囲設定部１３により、例えば前回又は前々回等の試運転時に設定されていた制御パラメータに基づいて、制御パラメータの適切な指定可能範囲が簡単に設定される。

好ましくは、指定可能範囲設定部１３は、後述の動作状態取得部１６が取得した軸動作の状態情報に基づいて、後述の軸動作制御部１５により動作可能とする動作状態可能範囲を設定する動作状態可能範囲設定部１４を有する。軸動作の状態情報とは、例えば振動速度、振動加速度又は振動加加速度である。この場合、指定可能範囲設定部１３は、動作状態可能範囲設定部１４により設定された動作状態可能範囲に基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を設定する。これにより、より適切な制御パラメータの指定可能範囲が簡単に設定される。

動作状態可能範囲とは、例えば振動速度、振動加速度又は振動加加速度等の下限値や上限値である。これら振動速度、振動加速度又は振動加加速度等は、工作機械全体の振動に起因するパラメタータであるからである。従って、好ましくは、動作状態可能範囲設定部１４は、動作状態可能範囲として、動作軸の振動速度上限、振動加速度上限及び振動加加速度上限のうち少なくとも一つを設定する。

制御パラメータ設定部１１は、制御パラメータを連続的に変化させて設定してもよい。例えば、制御パラメータ設定部１１は、振動周波数又は振動振幅等を、徐々に又は段階的に、連続して変化するように設定してもよい。これにより、例えば工作機械の試運転等の軸動作が、制御パラメータを変化させながら連続して自動で行われるため、制御パラメータの範囲の設定が効率良く簡単に行われる。

制御パラメータ設定部１１は、後述のトリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、設定されていた制御パラメータを変更してもよい。トリガ受付部１８がトリガを受け付けるのは、工作機械の試運転時等の軸動作中に、振動による不具合が許容範囲を超える時である。そのため、制御パラメータ設定部１１は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、その時に設定されて設定値記憶部１２に記憶されていた制御パラメータを振動による不具合が解消される方向に変更し、これを制御パラメータの範囲として設定してもよい。例えば、振動の上限に相当すると判断された場合には、その時設定されて設定値記憶部１２に一時的に記憶されていた振動周波数や振動振幅等の制御パラメータを、若干小さい値に変更したものが制御パラメータの上限値として簡単に設定される。

設定値記憶部１２は、制御パラメータ設定部１１で設定された制御パラメータを、一時的に記憶する。設定値記憶部１２に一時的に記憶された制御パラメータは、上述したように、指定可能範囲を設定する時に用いられる他、その後に制御パラメータを変更する時等に用いられる。

制御パラメータ設定部１１は、入力装置２の制御パラメータ入力部２１から制御パラメータを取得し、制御パラメータを設定してもよい。この場合、作業者が制御パラメータ入力部２１を介して入力した制御パラメータが、制御パラメータ設定部１１により制御パラメータとして設定される。

軸動作制御部１５は、制御パラメータに基づいて動作軸を動作させる。具体的に、軸動作制御部１５は、制御パラメータに基づいて動作軸を振動制御動作させ、また、位置決め制御動作させる。軸動作制御部１５は、動作軸の振動制御動作や位置決め制御動作を実行するために、例えばいずれも図示しない、位置指令生成部、振動指令生成部、重畳指令生成部、学習制御部、及び位置速度制御部等の各種機能部を備える。

位置指令生成部は、工作機械の制御装置１に入力された加工プログラムや加工条件に基づいて、モータ３に対する移動指令としての位置指令を生成する。具体的に、位置指令作成部は、ワークの中心軸線まわりにおけるワーク及び工具の相対的な回転速度並びに工具及びワークの相対的な送り速度に基づいて、各送り軸の位置指令（移動指令）を生成する。

振動指令生成部は、振動指令を生成する。振動指令生成部は、制御パラメータ設定部１１で設定された制御パラメータに基づいて振動指令を生成する。

重畳指令生成部は、送り軸のモータ３のエンコーダ等のセンサ４による位置検出に基づいた位置フィードバックと位置指令との差分である位置偏差を算出し、算出された位置偏差に対して、振動指令生成部で生成された振動指令を重畳することにより、重畳指令を生成する。あるいは、位置偏差に代えて位置指令に振動指令を重畳してもよい。

学習制御部は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する。学習制御部は、メモリを有し、振動の１周期もしくは複数周期内において振動位相及び補正量を関係付けてメモリに記憶し、モータ３の応答性に応じた振動動作の位相遅れを補償できるタイミングにメモリに記憶された重畳指令を読み出して補正量として出力する。補正量を出力する振動位相がメモリに記憶された振動位相に存在しない場合、振動位相の近い補正量から出力する補正量を算出しても良い。一般的に、振動周波数が高くなるほど振動指令に対する位置偏差は大きくなるため、この学習制御部による補正を行うことで、周期的な振動指令に対する追従性を向上させることが可能である。

位置速度制御部は、補正量加算後の重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ３に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ３を制御する。これにより、工具とワークとを相対的に振動させながら加工が行われる。

軸動作制御部１５は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、軸動作を停止してもよい。トリガ受付部１８がトリガを受け付けるのは、工作機械の試運転時等の軸動作中に、振動による不具合が許容範囲を超える時である。そのため、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、軸動作制御部１５が軸動作を自動で停止することにより、振動による不具合の発生が回避される。

トリガ受付部１８は、軸動作制御部１５による軸動作中に、トリガを受け付ける。軸動作中には、工作機械の試運転中に加えて、加工プログラム運転中も含まれる。トリガ受付部１８がトリガを受け付けるのは、工作機械の試運転時等の軸動作中に、振動による不具合が許容範囲を超える時である。例えば、トリガ受付部１８は、工作機械全体の振動が上限に達するのを作業者が目視で確認して判断し、作業者が後述のトリガ入力部２２を操作することにより入力されたトリガを受け付ける。

トリガ受付部１８は、工作機械に設けられた加速度センサ等のセンサ４の検出信号に応じて、トリガを受け付けてもよい。この場合、例えば加速度センサ等のセンサ４により検出された工作機械全体の振動加速度が、予め設定された振動加速度等の閾値を超えたときに、トリガ受付部１８はトリガを自動で受け付ける。

動作状態取得部１６は、軸動作の状態情報を取得する。上述したように軸動作の状態情報としては、例えば動作軸の振動速度、振動加速度、振動加加速度等が挙げられる。動作状態取得部１６は、例えば、センサ４の検出信号に基づいて軸動作の状態情報を取得する。

動作状態取得部１６は、制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータから所定の演算を行うことで、軸動作の状態情報を取得してもよい。例えば、振動加速度は、振動振幅及び振動周波数を用いて、下記数式（１）により算出される。
［数１］

振動加速度＝α×（振動振幅）×（振動周波数）^２ ・・・数式（１）

制御パラメータ設定履歴記憶部１７は、制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータの設定履歴を記憶する。指定可能範囲設定部１３が過去の制御パラメータに基づいて指定可能範囲を設定する場合、過去に制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータは、この制御パラメータ設定履歴記憶部１７から取得される。

入力装置２の制御パラメータ入力部２１は、入力装置２から制御パラメータの設定値を入力する。具体的に、制御パラメータ入力部２１は、入力装置２に設けられたキーボードやタッチパネル等の入力手段を介して、作業者による操作に応じて制御パラメータを入力し、入力された制御パラメータを上述の制御パラメータ設定部１１に送信する。

入力装置２のトリガ入力部２２は、入力装置２からトリガを入力する。具体的に、トリガ入力部２２は、作業者による上記入力手段の操作に応じてトリガを入力し、上述のトリガ受付部１８に送信する。例えば、トリガ入力部２２は、上限設定ボタンやタッチパネル画面における上限設定表示部等により構成される。

次に、工作機械の制御装置１により実行される動作軸の振動制御動作及び位置決め制御動作における制御パラメータの範囲の設定手順について、図２～図８を参照して詳しく説明する。

図２は、振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図であり、複数の振動周波数及び振動振幅の入力を示す図である。また、図３は、振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図であり、振動周波数及び振動振幅に基づく振動加速度上限値の算出及び設定を示す図である。

図２に示されるように、先ず振動制御動作を行う事前準備として、工作機械全体に生じる振動加速度の上限値を設定するために、作業者は、制御パラメータとして振動振幅及び振動周波数を入力する。具体的に作業者は、ＣＮＣ５に設けられた入力装置２の制御パラメータ入力部２１を操作して振動振幅及び振動周波数を入力する。すると、例えばＣＮＣ５のタッチパネル式表示画面を構成する振動上限値設定ツール画面上に入力値が表示され、入力された振動振幅及び振動周波数が制御パラメータ設定部１１により制御パラメータ設定値として設定される。

そして、設定された振動振幅及び振動周波数の条件下で、工作機械の試運転（空加工）を実行する。制御パラメータとしての振動振幅及び振動周波数は、図２に示されるように複数入力し、試運転は設定値ごとに実行する。

試運転の結果、工作機械全体の振動が上限に達し、振動による不具合が許容範囲を超えると作業者が判断した場合、図３中に矢印で示されるように、作業者は、トリガ入力部２２としてＣＮＣ５の振動上限値設定ツール画面上に表示されている加速度上限値設定をタッチする。すると、トリガ受付部１８がトリガ入力部２２からトリガを受け付け、その試運転時に設定されていた振動振幅及び振動周波数から上述の数式（１）により振動加速度が算出される。同時に、ＣＮＣ５の振動上限値設定ツール画面上に加速度上限として表示され、振動加速度上限値として設定される。このように、本実施形態では工作機械の試運転と制御パラメータの範囲の設定がシステムとして連携されているため、例えば振動加速度上限値の設定が簡単である。

なお、作業者が加速度上限値設定をタッチして制御パラメータの範囲を設定する際には、その時に設定されていた制御パラメータを、振動による不具合が抑制される方向に変更してもよい。また、その際に軸動作制御部１５は、試運転の軸動作を停止させてもよい。

図４は、振動制御動作において振動振幅上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図である。図４に示されるように、先ず振動制御動作を行う事前準備として振動振幅の上限値を設定するために、作業者は、制御パラメータとしての振動周波数を固定（図４に示す例では１５Ｈｚに固定）した状態で、振動振幅を変化させて複数設定する。これら制御パラメータの入力、設定の手順は、上述した通りである。

そして、設定された振動周波数（固定値）及び振動振幅（変動値）の条件下で、設定値ごとに工作機械の試運転（空加工）を実行する。試運転の結果、工作機械全体の振動が上限に達し、振動による不具合が許容範囲を超えると作業者が判断した場合、図４中に矢印で示されるように、作業者は、トリガ入力部２２としてＣＮＣ５の振動上限値設定ツール画面上に表示されている上限値設定をタッチする。すると、トリガ受付部１８がトリガ入力部２２からトリガを受け付け、その試運転時に設定されていた振動振幅が振動振幅上限値として設定される。このように、本実施形態では工作機械の試運転と制御パラメータの範囲の設定がシステムとして連携されているため、例えば振動振幅上限値の設定が簡単である。

なお、振動振幅上限値の代わりに、振動周波数上限値を設定する場合も同様の手順で行われ、この場合は振動振幅を固定値として設定する。あるいは、振動速度上限値や振動加加速度上限値の設定にも同様に適用可能である。また、これら制御パラメータの上限値の設定のみならず、下限値の設定にも同様に適用可能である。例えば、工作機械の微小振動に起因するフレッチング摩耗等の不具合を回避するために、制御パラメータの下限値を設定する場合に、同様の手順で適用してもよい。これについては後述の位置決め制御動作においても同様である。なおこの場合には、振動による不具合が許容範囲を超えるか否かを作業者が目視で判断するのは容易ではないため、センサ４の検出信号に基づいて判断するのがよい。

図５は、振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの外部コンピュータ６の表示画面を示す図である。図５では、入力装置２が数値制御装置５ではなく外部コンピュータ６に設けられた場合を示している。このように、入力装置２が外部コンピュータ６に設けられた場合であっても、上述した手順と同様の手順により、制御パラメータの範囲を簡単に設定可能である。

図６は、振動制御動作において振動加速度上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図であり、所定の振動周波数に対して振動振幅を変動させる場合を示す図である。図６に示されるように、振動周波数を固定値とし、段階的に又は徐々に、連続的に振動振幅を変化させて設定することも可能である。この場合には、工作機械の試運転が、制御パラメータを変化させながら連続して自動で行われるため、制御パラメータの範囲の設定がより簡単である。なお、振動振幅を固定値とし、振動周波数を段階的に又は徐々に、連続的に振動振幅を変化させて設定することも可能である。

図７は、位置決め制御動作において加速度上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図であり、送り速度及び加減速時定数の入力を示す図である。また、図８は、位置決め制御動作において加速度上限値の設定をするときの数値制御装置５の表示画面を示す図であり、送り速度及び加減速時定数に基づく加速度上限値の設定を示す図である。

図７に示されるように、先ず位置決め制御動作を行う事前準備として、加速度上限値を設定するために、作業者は、制御パラメータとして送り速度及び加減速時定数を入力する。これら制御パラメータの入力、設定の手順は、上述した通りである。

そして、設定された送り速度及び加減速時定数の条件下で、工作機械の試運転（空加工）を実行する。制御パラメータとしての送り速度及び加減速時定数は、複数入力し、試運転は設定値ごとに実行する。

試運転の結果、工作機械全体の振動が上限に達し、振動による不具合が許容範囲を超えると作業者が判断した場合、図８に示されるように、作業者は、トリガ入力部２２としてＣＮＣ５の位置決め動作制御パラメータ設定ツール画面上に表示されている加速度上限値設定をタッチする。すると、トリガ受付部１８がトリガ入力部２２からトリガを受け付け、その試運転時に設定されていた送り速度及び加減速時定数から加速度が算出される。同時に、ＣＮＣ５の位置決め動作制御パラメータ設定ツール画面上に加速度上限として表示され、振動加速度上限値として設定される。

なお、振動による不具合が許容範囲を超えると作業者が判断した時に設定されている送り速度及び加減速時定数から、送り速度の上限値や加減速時定数の上限値を設定してもよい。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部１１と、制御パラメータに基づいて動作軸を動作させる軸動作制御部１５と、軸動作制御部１５による軸動作中にトリガを受け付けるトリガ受付部１８と、を備える。また、制御パラメータ設定部１１は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて制御パラメータの指定可能範囲を設定する指定可能範囲設定部１３を有し、該指定可能範囲に基づいて制御パラメータを設定する。

従来、工作機械の試運転と制御パラメータの範囲の設定がシステムとして連携されていなかったため、ある時の試運転動作が振動の上限又は下限に相当すると判断された場合、試運転が終了した後に、別途、制御パラメータの上限値や下限値を設定する必要があり、非常に手間であった。これに対して本実施形態によれば、工作機械の試運転中や加工プログラム運転中の軸動作中に受け付けたトリガに応じて、制御パラメータの指定可能範囲を簡単に設定することができる。そのため、該指定可能範囲に基づいて、工作機械の振動による不具合を抑制しつつ適切な制御パラメータを簡単に設定することができ、作業者の作業負担を軽減することができる。

また本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、軸動作の状態情報を取得する動作状態取得部１６をさらに備え、指定可能範囲設定部１３は、動作状態取得部１６が取得した軸動作の状態情報に基づいて、軸動作制御部１５により動作可能とする動作状態可能範囲を設定する動作状態可能範囲設定部１４を有し、動作状態可能範囲に基づいて制御パラメータの指定可能範囲を設定する。これにより、振動加速度等の軸動作の状態情報に基づいて設定された制御パラメータの動作状態可能範囲に基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を簡単に設定することができるため、該指定可能範囲に基づいて、工作機械の振動による不具合を抑制しつつ適切な制御パラメータを簡単に設定することができる。

また本実施形態では、指定可能範囲設定部１３は、動作軸の振動周波数及び振動振幅のうち少なくとも一方の指定可能範囲を設定する。これにより、振動周波数及び振動振幅のうち少なくとも一方の指定可能範囲を設定することで、該指定可能範囲に基づいて、工作機械の振動による不具合をより確実に抑制しつつ適切な振動周波数や振動振幅等の制御パラメータを簡単に設定することができる。

また本実施形態では、動作状態可能範囲設定部１４は、動作状態可能範囲として、動作軸の振動速度上限、振動加速度上限及び振動加加速度上限のうち少なくとも一つを設定する。これにより、動作状態可能範囲として、動作軸の振動速度上限、振動加速度上限及び振動加加速度上限のうち少なくとも一つを設定することで、工作機械の振動による不具合をより確実に抑制しつつ適切な制御パラメータを簡単に設定することができる。

また本実施形態では、動作状態取得部１６は、制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータから所定の演算を行うことで、軸動作の状態情報を取得する。また、動作状態取得部１６は、工作機械に設けられたセンサ４の検出信号から軸動作の状態情報を取得する。

従来では、例えば作業者が工作機械の試運転を行い、工作機械全体の振動を目視で確認し、ある時の試運転動作が振動の上限又は下限に相当すると判断された場合、その時の振動加速度等を、振動周波数や振動振幅から演算するか、エンコーダ等のセンサから取得することにより、振動加速度の上限や下限を設定していた。このような作業は非常に手間であったところ、本実施形態によれば、動作状態取得部１６により振動加速度の上限や下限等を取得できるため、取得された振動加速度の上限や下限等に基づいて、制御パラメータの動作状態可能範囲、指定可能範囲を簡単に設定することができる。

また本実施形態では、指定可能範囲設定部１３は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けた時に制御パラメータ設定部１１により設定されていた制御パラメータに基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を設定する。また、指定可能範囲設定部１３は、過去に制御パラメータ設定部１１により設定された制御パラメータを記憶する制御パラメータ設定履歴記憶部１７に記憶された制御パラメータに基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を設定する。

従来では、例えば作業者が工作機械の試運転を行い、工作機械全体の振動を目視で確認し、ある時の試運転動作が振動の上限や下限等に相当すると判断された場合、その時の振動加速度等を改めて振動加速度の上限や下限等として入力、設定する必要があった。また、前回又は前々回の試運転動作が振動の上限や下限等に相当すると判断された場合、前回又は前々回の時の振動加速度等を作業者が記憶し、改めて振動加速度の上限や下限等として入力、設定する必要があった。これらの作業は非常に手間であったところ、本実施形態によれば、トリガ受付部１８がトリガを受け付けた時に制御パラメータ設定部１１により設定されていた制御パラメータや、制御パラメータ設定履歴記憶部１７に記憶されていた制御パラメータに基づいて、制御パラメータの指定可能範囲を簡単に設定することができる。

また本実施形態では、制御パラメータ設定部１１は、制御パラメータを連続的に変化させて設定する。従来では、工作機械の振動による不具合を抑制しつつ適切な制御パラメータを設定するに際して、工作機械の試運転時に制御パラメータを何パターンも設定し直して試行する必要があった。このような作業は非常に手間であったところ、本実施形態によれば、制御パラメータを連続的に変化させて設定することができるため、工作機械の試運転を、制御パラメータを変化させながら連続して自動で行うことができるため、制御パラメータの範囲を簡単に設定することができる。

また本実施形態では、軸動作制御部１５は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて軸動作を停止する。また、制御パラメータ設定部１１は、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、設定されていた制御パラメータを変更する。

従来では、例えば工作機械の試運転時に、仮に振動による不具合が許容範囲を超える場合、停止操作や制御パラメータの変更操作が行われる。この時の動作は振動の上限や下限に相当すると判断すべきであるが、工作機械の試運転と制御パラメータの範囲の設定がシステムとして連携されていなかったため、別途、制御パラメータの範囲を設定する必要があった。このような作業は非常に手間であったところ、本実施形態によれば、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、軸動作を自動で停止することができる。また、本実施形態によれば、トリガ受付部１８がトリガを受け付けたことに応じて、その時設定されていた制御パラメータよりも、より振動による不具合を解消できる制御パラメータに自動で変更することができる。

また本実施形態では、トリガ受付部１８は、工作機械に設けられたセンサ４の検出信号に応じて、トリガを受け付ける。これにより、工作機械全体の振動を作業者が目視で確認していた従来と比べて、作業者の熟練度等によらず、振動の上限や下限をより正確に把握することができる。特に作業者による目視では振動の下限を検出するのは容易ではないところ、本実施形態によればセンサ４により正確且つ簡単に振動の下限を検出することができる。従って、本実施形態によれば、より正確且つ簡単に制御パラメータの範囲を設定することができる。

また本実施形態に係る工作機械の制御システム１０は、工作機械の制御装置１と、制御パラメータの設定値を入力する制御パラメータ入力部２１及びトリガを入力するトリガ入力部２２を有する入力装置２と、を備える。これにより、工作機械の試運転中や加工プログラム運転中の軸動作中にトリガ入力部２２から受け付けたトリガに応じて、作業者により制御パラメータ入力部２１に入力された制御パラメータを簡単に設定することができる。

なお、本開示は上記態様に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。

例えば上記実施形態では、本開示を振動切削に適用したが、これに限定されない。クランクピン加工等のように動作軸を振動させながら軸移動するように制御してワークを加工する工作機械の制御装置に適用することもでき、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ 工作機械の制御装置
２ 入力装置
３ モータ
４ センサ
５ 数値制御装置
６ 外部コンピュータ
１０ 工作機械の制御システム
１１ 制御パラメータ設定部
１２ 設定値記憶部
１３ 指定可能範囲設定部
１４ 動作状態可能範囲設定部
１５ 軸動作制御部
１６ 動作状態取得部
１７ 制御パラメータ設定履歴記憶部
１８ トリガ受付部
２１ 制御パラメータ入力部
２２ トリガ入力部

Claims (15)

1. 工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、
   制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部と、
   前記制御パラメータに基づいて動作軸を動作させる軸動作制御部と、
   前記軸動作制御部による軸動作中にトリガを受け付けるトリガ受付部と、を備え、
   前記制御パラメータ設定部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けたことに応じて、前記トリガを受け付ける以前に前記制御パラメータ設定部により設定された制御パラメータに基づいて、前記制御パラメータの指定可能範囲を設定する指定可能範囲設定部を有し、前記指定可能範囲に基づいて前記制御パラメータを設定する、工作機械の制御装置。
2. 前記指定可能範囲設定部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けた時に前記制御パラメータ設定部により設定されていた制御パラメータに基づいて、前記制御パラメータの指定可能範囲を設定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 過去に前記制御パラメータ設定部により設定された制御パラメータを記憶する制御パラメータ設定履歴記憶部をさらに備え、
   前記指定可能範囲設定部は、前記制御パラメータ設定履歴記憶部に記憶された制御パラメータに基づいて、前記制御パラメータの指定可能範囲を設定する、請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。
4. 工作機械を制御する工作機械の制御装置であって、
   制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部と、
   前記制御パラメータに基づいて動作軸を動作させる軸動作制御部と、
   前記軸動作制御部による軸動作中にトリガを受け付けるトリガ受付部と、
   軸動作の状態情報を取得する動作状態取得部と、を備え、
   前記制御パラメータ設定部は、前記制御パラメータの指定可能範囲を設定する指定可能範囲設定部を有し、前記指定可能範囲に基づいて前記制御パラメータを設定し、
   前記指定可能範囲設定部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けたことに応じて、前記動作状態取得部が取得した軸動作の状態情報に基づいて、前記軸動作制御部により動作可能とする動作状態可能範囲を設定する動作状態可能範囲設定部を有し、前記動作状態可能範囲に基づいて前記制御パラメータの指定可能範囲を設定し、
   前記トリガ受付部は、前記動作状態取得部が取得した軸動作の状態情報とは異なる軸動作の状態情報、又は操作者の入力情報からトリガを受け付ける、工作機械の制御装置。
5. 前記動作状態可能範囲設定部は、前記動作状態可能範囲として、前記動作軸の振動速度上限、振動加速度上限及び振動加加速度上限のうち少なくとも一つを設定する、請求項４に記載の工作機械の制御装置。
6. 前記動作状態取得部は、前記制御パラメータ設定部により設定された制御パラメータから所定の演算を行うことで前記軸動作の状態情報を取得する、請求項４又は５に記載の工作機械の制御装置。
7. 前記動作状態取得部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けた時に前記制御パラメータ設定部により設定されていた制御パラメータから所定の演算を行うことで前記軸動作の状態情報を取得する、請求項６に記載の工作機械の制御装置。
8. 前記制御パラメータ設定部により設定された制御パラメータを記憶する制御パラメータ設定履歴記憶部をさらに備え、
   前記動作状態取得部は、前記制御パラメータ設定履歴記憶部に記憶された制御パラメータから所定の演算を行うことで前記軸動作の状態情報を取得する、請求項６に記載の工作機械の制御装置。
9. 前記動作状態取得部は、前記工作機械に設けられたセンサの検出信号から前記軸動作の状態情報を取得する、請求項４又は５に記載の工作機械の制御装置。
10. 前記指定可能範囲設定部は、前記動作軸の振動周波数及び振動振幅のうち少なくとも一方の指定可能範囲を設定する、請求項１から９いずれかに記載の工作機械の制御装置。
11. 前記制御パラメータ設定部は、前記制御パラメータを連続的に変化させて設定する、請求項１から１０いずれかに記載の工作機械の制御装置。
12. 前記軸動作制御部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けたことに応じて前記軸動作を停止する、請求項１から１１いずれかに記載の工作機械の制御装置。
13. 前記制御パラメータ設定部は、前記トリガ受付部が前記トリガを受け付けたことに応じて、設定されていた制御パラメータを変更する、請求項１から１２いずれかに記載の工作機械の制御装置。
14. 前記トリガ受付部は、前記工作機械に設けられたセンサの検出信号に応じて前記トリガを受け付ける、請求項１から１３いずれかに記載の工作機械の制御装置。
15. 請求項１から１４いずれかに記載の工作機械の制御装置と、
    前記制御パラメータの設定値を入力する制御パラメータ入力部及び前記トリガを入力するトリガ入力部を有する入力装置と、を備える、工作機械の制御システム。

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