JP2005205517A

JP2005205517A - 工作機械の切削制御方法および切削制御装置

Info

Publication number: JP2005205517A
Application number: JP2004013077A
Authority: JP
Inventors: Kiyohide Akutsu; 清英阿久津; Yusuke Takahashi; 祐介高橋
Original assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Current assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】主軸負荷の変化に対応して送り速度と主軸回転速度を自動的に調節してワークを効率良く切削する。
【解決手段】切削制御装置１は、第２メモリ（記憶部）１３と、主軸７を回転作動させる主軸制御部１６と、ワーク３を移動させる送り軸制御部１７と、ワーク３の切削中に主軸負荷を検出して、主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視する主軸負荷監視部１８と、主軸負荷が目標負荷範囲内に入っていないとき、主軸負荷の目標負荷範囲との差異に応じて主軸７の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対するオーバライド値を求めるオーバライド判定部２０と、オーバライド判定部２０で求めたオーバライド値にもとづいた速度指令を主軸制御部１６と送り軸制御部１７に出力してそれらを動作させる主制御部１１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削負荷の変化に対応して主軸の回転速度と切削送り速度を自動的に調節する工作機械の切削制御方法および切削制御装置に関するものである。

従来、マシニングセンタ等の工作機械において、フライス、エンドミル等の回転工具を使ってワークを粗加工する場合に、切削表面の凹凸等によって切削途中の主軸負荷に変化が生じると、その変化に応じて、ＮＣ装置に付属されたオーバライド機構の調節つまみを操作して、主軸の回転速度と切削送り速度の両方に対するオーバライド値を同時に任意の同比率で、または個別に任意比率で調整して、回転工具の１刃当たりの切込量を一定に保つように、前記主軸の回転速度と切削送り速度を加減し、回転工具の刃先の擦り現象による摩耗や、過負荷による折損等による寿命の短縮を防止するようにした切削制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、同様な目的のために、使用工具の種類（刃数）と切削送り速度を設定したとき、回転工具の回転数を自動的に設定するように、ＮＣ装置にプログラムを登録をしておいて、主軸回転数を切削送り速度に対応して制御するようにした切削制御方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−３９３９６号公報特開平１０−６１８１号公報

しかし、上記従来の切削制御装置または切削制御方法のうちの前者においては、オペレータがワークの加工状況を監視し、切削点の前側付近のワークの形状変化、切粉の状況、切削音の変化等に注意し、それにより、切削負荷が大きいと判断したら、直ちに前記オーバライド調整つまみを回して、オーバライド値の比率を下げる操作を行うものであり、オペレータの感による切削負荷の判断と、オーバライド値の調節に手動操作が介在するので、切削負荷（主軸負荷）の変化やその大きさを的確に把握することができない上に、その切削負荷の変化に応じた適切なオーバライド値の調節を自動的に行うことができず、最適な切削条件で効率的にワークを切削加工することができないと共に、オペレータの作業上の労力負担がかなりかかる問題がある。また、後者においては、ＮＣ装置に登録されたプログラムによって、切削送り速度を設定したときに主軸回転数を自動設定するとしているが、その具体的な方法については提案されておらず、また、切削負荷に応じた切削送り速度と主軸回転数の制御を行っていないので、前者と同様に、切削負荷の変化に応じた最適な切削条件で効率的にワークを切削加工することができない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、主軸負荷の変化に対応して主軸の回転速度と切削送り速度を自動的に調節してワークを効率良く切削することができる工作機械の切削制御方法および切削制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に工作機械の切削制御方法は、加工プログラムに設定した主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸の回転速度と、該主軸に装着した回転工具によって切削されるワークの切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御方法であって、
前記ワークの切削中における主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視し、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を超えたとき、前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライト値を下げて出力される速度指令により、また、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を下まわったとき、前記各オーバライト値を上げて出力される速度指令により、それぞれ前記主軸の回転速度と切削送り速度を制御することを特徴としている。

請求項２に工作機械の切削制御方法は、請求項１に記載の切削制御方法において、前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を、前記加工プログラムに予め設定されたオーバライド変化率にもとづいて段階的に変更することを特徴としている。

請求項３に係る工作機械の切削制御装置は、加工プログラムに設定した主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸の回転速度と、該主軸に装着した回転工具によって切削されるワークの切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御装置であって、
前記加工プログラムを記憶する記憶部と、前記主軸を回転させる主軸駆動手段を作動させる主軸制御部と、前記ワークを主軸に対して相対移動させる送り軸駆動手段を作動させる送り軸制御部と、前記ワークの切削中における主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視する主軸負荷監視部と、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲内に入っていないとき、主軸負荷の目標負荷範囲との差異に応じて前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を求めるオーバライド判定部と、該オーバライド判定部で求めた各オーバライド値にもとづいた速度指令を前記主軸制御部と送り軸制御部に出力してそれらを動作させる主制御部とを備えていることを特徴としている。

この工作機械の切削制御方法および切削制御装置においては、加工プログラムにおける主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸の回転とワークの切削送りが与えられて、主軸に装着された回転工具によってワークの切削加工が行われると、その切削加工中、主軸負荷が監視され、該主軸負荷が目標負荷範囲を越えたとき、前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライト値を下げて速度指令が出力されるので、主軸の回転速度と切削送り速度が低下されて主軸負荷が過大になるのが防止される。また、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を下まわったとき、前記各オーバライド値を上げて前記各速度設定値を大きく変更して速度指令が出力されるので、主軸の回転速度と切削送り速度が上昇されて主軸に加わる負荷が過小になるのが防止される。これにより、主軸負荷が目標負荷範囲内に維持されるようになり、前記回転工具の一刃当たりの切込量が一定にされて回転工具の切削負荷が一定に保たれると共に、ワークの切削時間の短縮が図られて効率の良い切削加工が行われる。

本発明の請求項１，３に係る工作機械の切削制御方法および切削制御装置によれば、加工プログラムにおける主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対するオーバライド値が主軸負荷の変化に対応して自動的に適切に変更調節されて、主軸の回転速度と切削送り速度が同時に制御されるので、主軸負荷を常に一定の範囲内に維持することができ、回転工具の一刃当たりの切込量を一定にして回転工具の切削負荷を一定に保つことができると共に、ワークの切削時間の短縮を図って効率の良い切削加工を行うことができる。
また、主軸負荷の変化に対応して主軸の回転速度と切削送り速度を人手を介して調節する必要がないので、作業者にかかる労力の負担を軽減することができると共に、夜間に工作機械の無人運転を行うことができ、その場合においても、工具を破損することなく、効率的にワークの切削加工を行うことができる。

また、請求項２に係る工作機械の切削制御方法によれば、主軸負荷の変化に対応して主軸の回転速度と切削送り速度を変速するにあたり、それらの速度設定値に対する各オーバライド値をオーバライド変化率にもとづいて徐々に変更して速度指令が出力されるので、前記主軸の回転速度と切削送り速度が急激に変速されるのを防止することができ、主軸負荷が大きく変動することなく、円滑に所定の目標負荷範囲内に入るようにすることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る工作機械の切削制御装置について、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る工作機械の切削制御装置を示す。この工作機械の切削制御装置１は、マシニングセンタ等の工作機械２を制御するＮＣ装置の機能の一部として構成されている。前記工作機械２は、ワーク３が取り付けられ、Ｘ，Ｙ軸駆動用の電動サーボモータ（Ｘ，Ｙ軸モータ）４によって、互いに直角なＸ軸方向ｘとＹ軸方向（図１で紙面に垂直な方向）ｙに移動されるテーブル５と、主軸回転用の電動サーボモータ（主軸モータ）６によって回転される主軸７と、該主軸７を支持し、Ｘ，Ｙ軸方向ｘ，ｙに直角なＺ軸方向ｚにＺ軸駆動用の電動サーボモータ（Ｚ軸モータ）８によって移動される主軸ヘッド９等とを備えた従来周知のものである。前記主軸７にはフライス、エンドミル等の回転工具１０が装着されている。

前記切削制御装置１は、クロック１１ａを内蔵した主制御部１１を備えており、該主制御部１１には、前記工作機械２の動作を制御するシステムプログラムを記憶する第１メモリ（主記憶部）１２と、前記ワーク３と回転工具１０との間の相対的な切削送り速度、主軸７の回転速度等を含むワーク３の切削加工のための加工プログラム等を記憶する第２メモリ（記憶部）１３と、ディスプレイ１４と，各種の設定数値を入力するキーボード１５と，前記主軸７の回転動作を指令、制御する主軸制御部１６と、前記テーブル３と主軸ヘッド９のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の切削送り動作を指令、制御するＸ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部（送り軸制御部）１７と、主軸負荷監視部１８と、オーバライド判定部２０とがバス線２１を介して接続されている。

前記主制御部１１は、第２メモリ１３から加工プログラムを読み出し、該加工プログラムにもとづいて所定の加工を行うように、前記主軸制御部１６とＸ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７に対してそれぞれ指令を送るようになっている。そして、前記主軸制御部１６は、主制御部１１からの指令で加工プログラムに従って動作し、主軸サーボアンプ２２を介して前記主軸モータ６（主軸７）を所定の回転速度で回転駆動させると共に、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７は、前記主制御部１１からの指令で加工プログラムに従って動作し、前記Ｘ，Ｙ軸サーボアンプ２３とＺ軸サーボアンプ２４を介してＸ，Ｙ軸モータ４とＺ軸モータ８をそれぞれ所定の回転速度で回転駆動させて、前記ワーク３と所定の回転速度で回転される前記回転工具１０との間に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向ｘ，ｙ，ｚにおける相対的な移動速度を与えるようになっている。
前記Ｘ，Ｙ軸モータ４とＸ，Ｙ軸サーボアンプ２３およびＺ軸モータ８とＺ軸サーボモータ２４は、それぞれ前記ワーク３を主軸７に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向ｘ，ｙ，ｚに相対移動させるＸ，Ｙ，Ｚ軸用の送り軸駆動手段を構成し、前記主軸モータ６と主軸サーボアンプ２２は主軸７を回転させる主軸駆動手段を構成している。

前記主軸負荷監視部１８は、前記主軸サーボアンプ２２に接続されており、前記主制御部１１からの指令で動作し、前記主軸サーボアンプ２２から入力された主軸モータ６の負荷電流にもとづいて主軸負荷（主軸７に加わる回転トルク）を演算して求め、求めた主軸負荷値が、図８に示すように、予め設定された目標負荷値Ｌｏの上下に設定された目標負荷上限値Ｌ１と目標負荷下限値Ｌ２との間の許容範囲（目標負荷範囲）内に入っているか否かを監視するようになっている。
また、前記第２メモリ１３に記憶された加工プログラムには、それに設定されている前記主軸７（回転工具１０）の回転速度と、前記テーブル５（ワーク３）の前記回転工具１０に対するＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙの相対的な移動速度（以下、「切削送り速度」という）の各速度設定値を１００％とし、これらに対する割合を百分率（％）で表した数値である速度変指令更用のオーバライド値を変更設定する場合の所定のオーバライド変化率ΔＡ（例えば、切削送り速度のオーバライド変化率ΔＡｆ、主軸７の回転速度のオーバライト変化率ΔＡｎをそれぞれ５％）が、予め前記主軸７の回転速度と前記切削送り速度の両方に対して登録されていると共に、主軸７に対する前記目標負荷値Ｌｏと監視下限負荷値Ｌｕが予め登録されている。
そして、前記オーバライド判定部２０は、その内部のメモリに、前記各オーバライド値の上限値Ａｍａｘ（例えば、切削送り速度のオーバライド上限値Ａｆｍａｘ、主軸７の回転速度のオーバライト上限値Ａｎｍａｘをそれぞれ１４０％）、下限値Ａｍｉｎ（例えば、切削送り速度のオーバライド下限値Ａｆｍｉｎ、主軸７の回転速度のオーバライト下限値Ａｎｍｉｎをそれぞれ８０％）と、前記主軸７の目標負荷値Ｌｏに対する上方への許容値（許容幅）ｅ１、下方への許容値（許容幅）ｅ２とが設定されたオーバライド制御プログラムが記憶されており、前記主制御部１１の指令で動作し、前記主軸負荷監視部１８による監視結果と、前記加工プログラムに設定されている各オーバライド値の変化率ΔＡ（ΔＡｆ、ΔＡｎ）と、前記オーバライド制御プログラムに設定されている前記設定数値とから前記主軸制御部１６とＸ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７に指令すべき各オーバライド値を演算して変更設定するようになっている。

次に、前記構成に係る工作機械の切削制御装置１の作用と共に、本発明の一実施の形態に係る工作機械の切削制御方法について、図２〜図６も参照しながら説明する。
前記工作機械２が運転されると、前記主軸負荷に適応した切削送り速度（Ｆ）と主軸７の回転速度（Ｎ）の変速制御（以下「ＦＮアダプティブ制御」と称する）が開始され、先ず、図２に示すように、主制御部１１が、処理に必要な各種変数等の初期化を行う（ステップＳ１）。次いで、前記切削制御装置１が動作して、加工プログラムの実行が開始されると、実行内容が前記オーバライド判定部２０内のオーバライド制御プログラムに通知される（ステップＳ２）。そして、前記ＦＮアダプティブ制御関係の入力データ（前記目標負荷Ｌｏ、切削送り速度と回転速度の各速度設定値に対する各オーバライド値の変化率等）の設定指令で有るか否かを判断し（ステップＳ３）、前記設定指令があれば前記入力データを前記オーバライド判定部２０のメモリに記憶させて（ステップＳ４）から、後述のＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を実行する（ステップＳ５）。前記ステップＳ３において前記ＦＮアダプティブ制御関係の入力データの設定指令が無いときは、前記ＦＮアダプティブ制御の開始コードが加工プログラムに有るか否かを調べ（ステップＳ６）、開始コードが有ればＦＮアダプティブ制御の実行中を示すフラグを加工プログラム中のフラグ欄にＯＮ状態とした（ステップＳ７）後に、ステップＳ５によるＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を実行する。前記ステップＳ６で開始コードが無ければＦＮアダプティブ制御の終了コードの有無を確認し（ステップＳ８）、終了コードが有ればあればＮアダプティブ制御の実行中を示すフラグをＯＦＦ状態とした後に、終了コードが無ければそのまま前記ステップＳ５によるＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を実行し、前記ステップＳ２〜ステップＳ９までの処理が繰り返して行われる。

前記ステップＳ５において行うＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１は、図３、図４に示すように主制御部１１の指令で実行される。
すなわち、前記主制御部１１によって、前記ＦＮアダプティブ制御の実行中を示すフラグがフラグ欄にＯＮ状態となっている（ＦＮアダプティブ制御が実行中）か否か（ステップＳ１０）が判断されて、ＦＮアダプティブ制御が実行中である場合には、前記主軸負荷監視部１８が、主軸モータ５に作用する電流値を主軸サーボアンプ２２から入力して現在の主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）（図８参照）を演算して求め（ステップＳ１１）、該主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）を前記第２メモリ１３に記憶されている前記監視下限負荷値Ｌｕと比較し（ステップＳ１２）、その比較結果を受けて主制御部１１が、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が監視下限負荷値Ｌｕに満たないとき、オーバライド判定部２０に指令して切削送り速度と主軸７の回転速度の加工プログラムによる各速度設定値に対するオーバライド値（軸・主軸オーバライド）Ａを、それらが１００％以下であれば、それぞれ１００％に上げて設定した（ステップＳ１３）後、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

これにより、主制御部１１が、切削送り速度と主軸７の回転速度が加工プログラムで設定された各速度設定値（オーバライド値１００％）にもとづく速度を維持するように、主軸制御部１６とＸ，Ｙ，Ｚ軸制御部２３，２４に指令するので、工作機械２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボアンプ１７によって駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８と主軸アンプ２２によって駆動される主軸モータ６の回転で、切削送り速度と主軸７の回転速度が加工プログラムで設定指令された速度を維持するようにして、ワーク３の回転工具１０による切削加工を主軸負荷が過小にならないようにして効率的に継続することができる。
また、前記ステップＳ１２における比較結果で、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が監視下限負荷値Ｌｕより大きいとき、前記オーバライド値の上げ／下げの変更処理（アップ／ダウン処理）を実行中か否かを判断して（ステップＳ１４）、既に実行中であれば、後述のオーバライド値出力処理ＳＵＢ４を実行した（ステップＳ１５）後、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。
なお、前記各ステップＳ１０において、ＦＮアダプティブ制御が実行中でないときは、直ちに、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

前記ステップＳ１４において、前記オーバライド値のアップ／ダウン処理が未だ実行中でないと判断された場合は、主軸負荷監視部１９が、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標負荷値Ｌｏに主軸負荷の変動の対する上方への許容幅ｅ１（図８参照）を加えた目標上限負荷値Ｌ１より大きいか否かを判断（ステップＳ１６）し、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標上限負荷値Ｌ１よ大きいときは、主制御部１１が、内蔵されたクロック１１ａによって計時が実行されていることを確認して（ステップＳ１７）、それによる所定の主軸負荷監視時間の計時が終了する（ステップＳ１８）と、後述のＦＮアダプティブ制御処理においてオーバライド値を下げるオーバライドダウン処理ＳＵＢ２を実行した（ステップＳ１９）後に、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

また、前記ステップＳ１６において、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標上限負荷値Ｌ１より小さいときは、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標負荷値Ｌｏから主軸負荷の変動の対する下方への許容幅ｅ２を減じた目標下限負荷値Ｌ２より小さいか否かを判断する（ステップＳ２０）。その結果、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標下限負荷値Ｌ２より大きい場合は、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標負荷範囲内にあるとして各種フラグ欄を初期化した（ステップＳ２１）後、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。
この場合は、主制御部１１が、切削送り速度と主軸７の回転速度が現在設定されているオーバライド値にもとづく速度を維持するように、前記主軸制御部１６とＸ，Ｙ，Ｚ軸制御部１７に指令するので、工作機械２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボアンプ１７によって駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８と主軸サーボアンプ２２によって駆動される主軸モータ６の回転で、切削送り速度と主軸７の回転速度が現在の速度を維持し、ワーク３の回転工具１０による切削加工を主軸負荷が目標負荷範囲に保たれるようにして効率的に継続することができる。

前記ステップＳ２０において、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標下限負荷値Ｌ２より小さい場合は、主制御部１１が、内蔵されたクロック１１ａによる計時の実行を確認して（ステップＳ２２）、それによる所定の主軸負荷監視時間の計時が終了する（ステップＳ２３）と、後述のＦＮアダプティブ制御処理においてオーバライド値を上げるオーバライドアップ処理ＳＵＢ３を実行して（ステップＳ２４）から、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。
なお、前記ステップＳ１７，２２において前記クロック１１ａによる計時が実行されないときは、主制御部１１はクロック１１ａに対し監視タイマ処理を指令し、主軸負荷監視時間の計時を実行させて（ステップＳ２５）から、前記ステップＳ１８，２３において監視時間の計時が終了しないときと同様に、ＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

次に、前記ステップＳ１９において行うオーバライドダウン処理ＳＵＢ２は、図５に示すように、オーバライド判定部２０が、主制御部１１によって指令済みのオーバライド値（％）と、前記第２メモリの加工プログラムに設定登録されている前記オーバライド変化率ΔＡ（オーバライド値を引き下げる処理である場合、「ダウンレート値（％）」という）の差を、オーバライドダウン値として、オーバライド判定部２０内のメモリに設定されたオーバライド下限値Ａｍｉｎと比較し（ステップＳ１９−１）、前記差がオーバライド下限値Ａｍｉｎより小さいときは、指令済みオーバライド値とオーバライド下限値Ａｍｉｎとの差をオーバライドダウン値とし（ステップＳ１９−２）、前記差がオーバライド下限値Ａｍｉｎより大きいときは、前記ダウンレート値ΔＡをオーバライドダウン値として（ステップＳ１９−３）、それぞれ設定してオーバライド判定部２０内のメモリに記憶させてから、ＦＮアダプティブ制御処理におけるオーバライドダウン処理ＳＵＢ２を終了して呼出元に戻って処理を継続する。
なお、前記ステップＳ１９−２における処理はオーバライド下限値Ａｍｉｎを下まわるようなオーバライド値の変更設定を防ぐものである。

次に、前記ステップＳ２４において行うオーバライドアップ処理ＳＵＢ３は、図６に示すように、オーバライド判定部２０が、主制御部１１によって指令済みのオーバライド値（％）と、前記第２メモリの加工プログラムに設定登録されている前記オーバライド変化率ΔＡ（オーバライド値を引き上げる処理である場合、「アップレート値（％）」という）との和を、オーバライドアップ値として、オーバライド判定部２０内のメモリに設定されたオーバライド上限値Ａｍａｘと比較し（ステップＳ２４−１）、前記和がオーバライド上限値Ａｍａｘより大きいときは、オーバライド上限値Ａｍａｘと指令済みオーバライド値との差をオーバライドアップ値とし（ステップＳ２４−２）、前記和がオーバライド上限値Ａｍａｘより小さいときは、前記アップレート値ΔＡをオーバライドアップ値として（ステップＳ２４−３）、それぞれ設定してオーバライド判定部２０内のメモリに記憶させてから、ＦＮアダプティブ制御処理におけるオーバライドダウン処理ＳＵＢ３を終了して呼出元に戻って処理を継続する。
なお、前記ステップＳ２４−２における処理はオーバライド上限値Ａｍａｘを上まわるようなオーバライド値の変更設定を防ぐものである。

次に、前記ステップＳ１５（図３）において行うオーバライド出力処理ＳＵＢ４は、図７に示すように、主制御部１１が、前記ステップＳ１４で行うＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１におけるオーバライドアップ／ダウン処理のうちのアップ処理が実行中であるか否かを判断し（ステップＳ１５−１）、該アップ処理が実行中であれば、前記オーバライド判定部２０内のメモリに設定したオーバライドアップ値がゼロを超えているか否かを判断して（ステップＳ１５−２）、ゼロを超えていなければ、加工プログラム中のフラグ欄におけるアップ処理実行中フラグをＯＦＦとし（ステップＳ１５−３）、ゼロを超えていれば、現在出力されている出力オーバライド値に、オーバライド値を変化（変更）させる場合の最小の単位である数値１（％）を加算して、これを新たな出力オーバライド値として、切削送り速度と主軸７の回転速度のオーバライド値（軸・主軸オーバライド値）を更新させ（ステップＳ１５−４）、この更新した軸・主軸オーバライド値を前記主軸制御部１６と前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７に出力（指令）して（ステップＳ１５−９）、オーバライド値出力処理ＳＵＢ４を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

このようにして、オーバライド値が最小単位（１％）で増加更新を繰り返して、前記オーバライド判定部２０で演算したオーバライドアップ値まで引き上げられて、切削送り速度と主軸７の回転速度が上昇され、それに伴って主軸負荷監視部１８で監視している主軸負荷が増大するが、この主軸負荷が目標下限負荷値Ｌ２以上となるまで前記オーバライドアップ値の変更が繰り返して行われる。
これにより、工作機械２は、前記主軸７の過小負荷の度合に応じて、主軸７の回転速度に対するオーバライド値と切削送り速度に対するオーバライド値が適切に増加変更されて、前記主軸制御部１６の指令により主軸サーボアンプ２２を介して駆動される主軸モータ６の回転速度が上昇されると共に、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７の指令によりＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボアンプ２３，２４を介して駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８の回転速度が増加されるので、主軸７の回転速度とワーク３の切削送り速度が、主軸７の負荷が一定（回転工具１０の一刃当たりの切り込み量）に保たれるように調節され、ワーク３の切削加工を効率的に行うことができる。

また、前記ステップＳ１５−１において、アップ処理が実行中でないときは、前記ステップＳ１６で行うＦＮアダプティブ制御処理ＳＵＢ１におけるオーバライドアップ／ダウン処理のうちのダウン処理が実行中であるか否かを判断し（ステップＳ１５−５）、該ダウン処理が実行中であれば、前記オーバライド判定部２０内のメモリに設定したオーバライドダウン値がゼロを超えているか否かを判断して（ステップＳ１５−６）、ゼロを超えていなければ、加工プログラム中のフラグ欄におけるダウン処理実行中フラグをＯＦＦとし（ステップＳ１５−７）、ゼロを超えていれば、現在出力されている出力オーバライド値にオーバライド値を変化（変更）させる場合の最小の単位である数値１（％）を減算して、これを新たな出力オーバライド値として軸・主軸オーバライド値を更新させ（ステップＳ１５−８）、この更新した軸・主軸オーバライド値を前記主軸制御部１６と前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７に出力（指令）して（ステップＳ１５−９）、オーバライド値出力処理ＳＵＢ４を終了して呼出元に戻って処理を継続する。

このようにして、オーバライド値が最小単位（１％）で減少更新を繰り返して、前記オーバライド判定部２０で演算したオーバライドダウン値まで引き下げられて、切削送り速度と主軸７の回転速度が低下され、それに伴って主軸負荷監視部１８で監視している主軸負荷が減少するが、この主軸負荷が目標上限負荷値Ｌ１以下となるまで前記オーバライドダウン値の変更が繰り返して行われる。
これにより、工作機械２は、前記主軸７の過大負荷の度合に応じて、主軸７の回転速度に対するオーバライド値と切削送り速度に対するオーバライド値が適切に減少変更されて、前記主軸制御部１６の指令により主軸サーボアンプ２２を介して駆動される主軸モータ６の回転速度が低下されると共に、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７の指令によりＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボアンプ２３，２４を介して駆動されるＸ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８の回転速度が低下されるので、主軸７の回転速度とワーク３の切削送り速度が、主軸７の負荷が一定（回転工具１０の一刃当たりの切り込み量）に保たれるように調節され、ワーク３の切削加工を効率的に行うことができる。

なお、図８は、回転工具１０にＺ軸方向ｚの切込量を与えて、ワーク３をＸ軸モータ４によりＸ軸方向ｘに切削送りして切削加工を行う場合の、主軸負荷の変化に対応して主軸７の回転速度と切削送り速度の各オーバライド値Ａが同時に同量変更調節される状態の一例を示したものである。主軸７が設定回転速度で回転されると共にワーク３に設定切削送り速度で送られて、所定時間後に主軸負荷の監視が行われ、次いで切削が開始されると、その初期は主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が小さいので、オーバライド値Ａが１００％から上限値Ａｍａｘの下位の値まで上げられ、これにより主軸７の回転速度と切削送り速度が急激に増大される。このとき、主軸負荷（Ｌ＿ＮＥＷ）が目標上限負荷値Ｌ１を超えると、直ちにオーバライド値Ａが１００％以下の所定値に下げられ、主軸７の回転速度と切削送り速度が低下される。このようにして、主軸負荷Ａが、目標負荷値Ｌｏに対する上下の許容値ｅ１，ｅ２である目標上限負荷値Ｌ１と目標下限負荷値Ｌ２の間の目標負荷範囲内にあるときは、オーバライド値が１００％より高い値に維持される。なお、切削加工の終点近くでは負荷が低下するので、オーバライド値Ａが大きくなり、速やかに切削加工が終了すると共に主軸負荷の監視も終了し、次いで、主軸の回転と切削送りが停止されこととなる。
図８において、破線は負荷変動のなく、オーバライド値を変更調節することなく正常に切削加工が行われる状態を示す。

前記のように、実施の形態に係る工作機械の切削制御方法は、第２メモリ１３内の加工プログラムに設定した主軸７の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸７の回転速度と、該主軸７に装着した回転工具１０によって切削されるワーク３の切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御方法であって、前記ワーク３の切削中に主軸７に加わる主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視し、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を超えたとき、前記回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を下げて出力される速度指令により、また、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を下まわったとき、前記各オーバライド値を上げて出力される速度指令により、それぞれ前記主軸７の回転速度と切削送り速度を制御する構成とされている。

そして、実施の形態に係る工作機械の切削制御方法を実施する前記実施の形態に係る工作機械の切削制御装置１は、加工プログラムに設定した主軸７の回転速度Ｎと切削送り速度Ｆの各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸７の回転速度と、該主軸７に装着した回転工具１０によって切削されるワーク３の切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御装置であって、前記加工プログラムを記憶する第２メモリ（記憶部）１３と、前記主軸７を回転させる主軸モータ６と主軸サーボアンプ２２からなる主軸駆動手段を作動させる主軸制御部１６と、前記ワーク３を主軸７に対して相対移動させるＸ，Ｙ，Ｚ軸モータ４、８とＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボアンプ２３，２４とからなる送り軸駆動手段を作動させるＸ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部（送り軸制御部）１７と、前記ワーク３の切削中における主軸負荷を、主軸モータ６に流れる電流を主軸サーボアンプ２２で検出して、該主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視する主軸負荷監視部１８と、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲内に入っていないとき、主軸負荷の目標負荷範囲との差異に応じて前記回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対するオーバライド値を求めるオーバライド判定部２０と、該オーバライド判定部２０で求めた各オーバライド値にもとづいた速度指令を前記主軸制御部１６とＸ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部１７に出力してそれらを動作させる主制御部１１とを備えた構成とされている。

したがって、前記実施の形態に係る工作機械の切削制御方法および切削制御装置１によれば、加工プログラムにおける主軸７の回転速度と切削送り速度の速度設定値に対するオーバライド値が主軸負荷の変化に対応して自動的に適切に変更されて、主軸７の回転速度と切削送り速度が同時に制御されるので、主軸負荷を常に一定の範囲内に維持することができ、回転工具１０の一刃当たりの切込量を一定にして回転工具の切削負荷を一定に保つことができると共に、ワーク３の切削時間の短縮を図って効率の良い切削加工を行うことができる。
また、主軸負荷の変化に対応して主軸７の回転速度と切削送り速度を人手を介して調節する必要がないので、作業者にかかる労力の負担を軽減することができると共に、夜間に工作機械の無人運転を行うことができ、その場合においても、回転工具１０を破損することなく、効率的にワーク３の切削加工を行うことができる。
また、前記実施の形態に係る工作機械の切削制御方法によれば、前記主軸７の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値Ａを、前記第２メモリ１３の加工プログラムに予め設定されたオーバライド変化率ΔＡにもとづいて段階的に変更するようにしているので、主軸負荷の変化に対応して主軸７の回転速度と切削送り速度を変速するにあたり、それらの速度設定値に対する各オーバライド値Ａをオーバライド変化率ΔＡにもとづいて徐々に変更して速度指令が出力され、これにより、前記主軸７の回転速度と切削送り速度が急激に変速されるのを防止することができ、主軸負荷が大きく変動することなく、円滑に所定の目標負荷範囲内に入るようにすることができる。

因みに、図９は、回転工具１０としてフライスを使用し、矩形状で加工面が平面であるワーク３を、Ｚ軸方向の切込量４ｍｍ、主軸７の回転速度（回転数）２００ｍｉｎ^−１、Ｘ軸方向ｘの切削送り速度３２０ｍｍ／ｍｉｎに設定した切削条件で平面切削し、目標負荷値Ｌｏを通常切削時の最大負荷を数％上まわる規定負荷の４５％、主軸７の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値Ａの上限値Ａｍａｘをそれぞれ１４０％として切削制御装置１を動作させたときの主軸負荷Ｌａ（本発明によるＦＮアダプティブ制御処理を行った場合），Ｌｂ（ＦＮアダプティブ制御処理を行わない場合）、オーバライド値Ａ、主軸７の回転速度Ｎの変化の状態を示しものである。
また、図１０は、回転工具１０としてフライスを使用し、矩形状で加工面に図１に示すように深さ２ｍｍの溝３ａが設けられたワーク３を、Ｚ軸方向の切込量６ｍｍ、主軸７の回転速度（回転数）２００ｍｉｎ^−１、Ｘ軸方向ｘの切削送り速度３２０ｍｍ／ｍｉｎに設定した切削条件で平面切削し、目標負荷値Ｌｏを前記規定負荷の４１％、主軸７の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対するオーバライド値Ａの上限値Ａｍａｘをそれぞれ１４０％として切削制御装置１を動作させたときの主軸負荷Ｌａ（本発明によるＦＮアダプティブ制御処理を行った場合），Ｌｂ（ＦＮアダプティブ制御処理を行わない場合）、オーバライド値Ａ、主軸７の回転速度Ｎの変化の状態を示しものである。
なお、図９、図１０における横軸はワーク３の切削時間（切削通過点における時間のカウント数で示したもの）である。また、図９、図１０では切削送り速度については図示を省略している。

図９によれば、本発明によるＦＮアダプティブ制御処理で行う切削制御方法を適用した場合は、切削開始時に、加工プログラムに設定されたオーバライド値の変化率ΔＡにもとづいてオーバライド値が小刻みに段階的に変化され、ほぼ傾斜線Ａｓ１に沿って引き上げられて、オーバライド値Ａの上限値Ａｍａｘ１４０％に達し、それが切削加工の終了時まで維持され、これに伴って主軸７の回転速度と切削送り速度の両方が速度調整されることにより、主軸負荷Ｌａが本発明の切削制御方法を適用しない場合の主軸負荷Ｌｂより高い目標負荷４５％に確実に維持され、切削時間が２５．５％短縮されることが判明した。
また、図１０によれば、ワーク３の溝３ａ部の切削に差し掛かって切削負荷Ｌが低下すると、オーバライド値が１２０％であったものが上限値Ａｍａｘ１４０％まで上記と同様にして傾斜線状Ａｓ２に沿って引き上げられ、主軸７の回転速度Ｎが２３０ｍｉｎ^−１から２８０ｍｉｎ^−１に高められて、高速切削により前記溝３ａ部を通過し、通過後オーバライド値Ａが元の１２０％に下げられて切削加工が終了する。これにより、切削時間が１９．２％短縮されることが判明した。
これらの例からも明らかなように、本発明にかかる工作機械の切削制御方法および切削制御装置１によれば、主軸負荷に対応して主軸の回転速度と切削送り速度の設定値をオーバライド値を自動的に変更調節することにより、切削時間を大幅に短縮して効率的に切削加工を行うことができる。

なお、前記各実施の形態に係る切削制御方法においては、切削送り速度と主軸７の回転速度を、主軸負荷の変化に対応させて調節し、主軸負荷が目標負荷値Ｌｏに対する上下の許容値（許容幅）ｅ１，ｅ２によって規定される目標負荷範囲に入るように制御するにあたり、加工プログラム上の切削送り速度と主軸７の回転速度の各速度設定値に対するオーバライド値を、同時に同一値のオーバライド変化率ΔＡをもって徐々に変更させるようにしたが、これに限らず、加工プログラム上の切削送り速度と主軸の回転速度の設定値に対し、それぞれ異なるオーバライド値をもって変更するようにしてもよい。また、主軸７に対するワーク３の切削送り速度を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８を同時に作動させて制御するものとして説明したが、これに限らず、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸モータ４，８のうちの２つを同時に、もしくはいずれか１つだけを作動させて制御するようにしてもよい。
また、加工プログラムに設定するオーバライド値の変化率ΔＡを５％とし、オーバライド判定部２０のメモリに設定するオーバライド値の上限値Ａｍａｘ、下限値Ａｍｉｎをそれぞれ１４０％、８０％とする例を示したが、これらの数値に限らず、他の任意の数値を採用してもよい。

本発明の一実施の形態に係る工作機械の切削制御装置を示す系統図である。本発明の一実施の形態に係る工作機械の切削制御方法を説明する全体のフロー図である。同じく詳細のフロー図である。同じく詳細（つづき）のフロー図である。同じく要部（オーバーライド値下げ処理）のフロー図である。同じく要部（オーバーライド値上げ処理）のフロー図である。同じく要部（オーバーライド値出力処理）のフロー図である。主軸負荷の変動に対するオーバーライド値の変更の状態を示す線図である。本発明に係る切削制御方法を行った場合と行わなかった場合の切削試験結果（その１）を示す線図。同じく切削試験結果（その２）を示す線図。

符号の説明

１切削制御装置
２工作機械
３ワーク
４電動サーボモータ（Ｘ，Ｙ軸モータ）
５テーブル
６電動サーボモータ（主軸モータ）
７主軸
８電動サーボモータ（Ｚ軸モータ）
１０回転工具
１１主制御部
１１ａクロック
１３第２メモリ（記憶部）
１６主軸制御部
１７Ｘ，Ｙ，Ｚ軸送り制御部（送り軸制御部）
１８主軸負荷監視部
２０オーバライド判定部
２２主軸サーボアンプ
２３Ｘ，Ｙ軸サーボアンプ
２４Ｚ軸サーボアンプ

Claims

加工プログラムに設定した主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸の回転速度と、該主軸に装着した回転工具によって切削されるワークの切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御方法であって、
前記ワークの切削中における主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視し、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を超えたとき、前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を下げて出力される速度指令により、また、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲を下まわったとき、前記各オーバライド値を上げて出力される速度指令により、それぞれ前記主軸の回転速度と切削送り速度を制御することを特徴とする工作機械の切削制御方法。
前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を、前記加工プログラムに予め設定されたオーバライド変化率にもとづいて段階的に変更することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の切削制御方法。
加工プログラムに設定した主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値にもとづく速度指令に従って、主軸の回転速度と、該主軸に装着した回転工具によって切削されるワークの切削送り速度とを制御する工作機械の切削制御装置であって、
前記加工プログラムを記憶する記憶部と、前記主軸を回転させる主軸駆動手段を作動させる主軸制御部と、前記ワークを主軸に対して相対移動させる送り軸駆動手段を作動させる送り軸制御部と、前記ワークの切削中における主軸負荷が予め設定した目標負荷範囲内にあるか否かを監視する主軸負荷監視部と、前記主軸負荷が前記目標負荷範囲内に入っていないとき、主軸負荷の目標負荷範囲との差異に応じて前記主軸の回転速度と切削送り速度の各速度設定値に対する各オーバライド値を求めるオーバライド判定部と、該オーバライド判定部で求めた各オーバライド値にもとづいた速度指令を前記主軸制御部と送り軸制御部に出力してそれらを動作させる主制御部とを備えていることを特徴とする工作機械の切削制御装置。