JP4972447B2

JP4972447B2 - 数値制御装置

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Publication number: JP4972447B2
Application number: JP2007100256A
Authority: JP
Inventors: 恒明市川
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008257550A; US8036770B2; CN101281401A; DE102008001011A1; DE102008001011B4; US20080249653A1; CN101281401B

Description

本発明は、加工プログラム中の連続するブロックを起動手段の押下げにより順次実行して、工作機械の駆動部を制御する数値制御装置に関する。

従来、起動ボタンの押下げにより加工プログラムを一ブロックずつ順次実行するシングルブロック機能を用いて、加工プログラムのチェックとワークの加工とを同時に行う数値制御装置が知られている。例えば、図７に示す従来の数値制御装置は、操作パネル５１上にシングルブロックスイッチ５２と起動ボタン５３とを備え、シングルブロックスイッチ５２がＯＮのときにシングルブロックモードを設定し、シングルブロックスイッチ５２がＯＦＦのときに連続加工モードを設定する。起動ボタン５３が押下げられたときに、加工プログラム実行制御部５４が加工プログラム解釈部５５と補間処理部５６とを機能させる。

加工プログラム解釈部５５は、加工プログラム記憶部５７に記憶されている加工プログラムＷＰ（図６参照）中のブロックデータを順に読み込み、このデータ中に記述された動作指令を解釈して補間処理部５６に送る。補間処理部５６は、工具の現在位置、動作指令中の加工終点位置、工具の送り速度などから制御単位時間ごとの移動距離を求め、制御単位時間ごとに現在位置を移動距離だけ変化させた位置指令を生成し、サーボドライバ５９にその位置指令を送る。サーボドライバ５９は工作機械の駆動部であるサーボモータ６０を制御し、工具を指令された位置まで移動させる。そして、補間処理部５６が動作指令中の加工終点位置まで位置指令を繰り返し生成することにより、工具が滑らかに移動してワークを所望の形状に加工する。

シングルブロックモードの場合、一つのブロックが終了すると、加工プログラム実行制御部５４は処理をいったん停止し、作業員により起動ボタン５３が押下げられるまで次のブロックを実行しない。この間に、作業員は表示入力装置６１に表示された今回と次回のブロックの加工内容、工具の現在位置、終点位置までの残り移動量、主軸回転数、工具番号、クーラントの供給状態等に基づいて、次のブロックを実行するか否かを判断する。このシングルブロック機能によれば、加工プログラムの適否をブロックごとにチェックできるので、特に初品加工をトラブルなく円滑に実施できる利点がある。なお、連続加工モードでは、起動ボタン５３の一回の押下げにより複数のブロックが連続的に実行される。

この種のシングルブロック機能を備えた数値制御装置において、従来、加工プログラムのチェック作業を効率化する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、次のブロックの加工内容を表示入力装置の画面に動画アニメーションで表示する技術が記載されている。特許文献２には、複数のブロックを一つずつ一定の時間間隔で自動的に実行する技術が記載されている。
特許２８１３０７９号公報特開平６−７５６１５号公報

ところが、従来の数値制御装置によると、起動ボタンの一回の押下げにつき一つのブロックを実行しているので、起動ボタンの操作回数がブロックの数に応じて増加する。また、曲面加工用のプログラムなど、微小ブロックが多数連続する加工プログラムの場合は、起動ボタン５３を押しても、工具がごく僅かしか移動しないので、プログラムの適否を判断するのがたいへん困難で、チェック効率が悪いという問題点もあった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、微小ブロックが連続するような加工プログラムの場合でも、プログラムチェックを簡単な操作で効率よく行うことができる数値制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、加工プログラム中の連続するブロックを起動手段の押下げにより順次実行し、工作機械の駆動部を制御する数値制御装置において、一度に実行する加工プログラムの実行量を設定する実行量設定部と、設定された実行量に含まれるブロックを起動手段の一回の押下げにより一括して実行する加工プログラム実行制御部とを備えたことを特徴とする。

ここで、一度に実行する加工プログラムの実行量としては、例えば、起動ボタンを一回押下げたときに実行されるブロックの数、加工距離（工具やワークの移動距離）、加工時間等の数値処理が容易な実行量を用いることができる。具体的には、これらの実行量を作業員が表示入力装置で入力し、表示入力装置から実行量設定部に転送するというシステムを採用できる。これとは別に、実行範囲の始端と終端を指示するコマンドを加工プログラム中に予め記述しておき、そのコマンドを加工プログラム実行制御部が読み取り、コマンドにより指示された範囲を実行量として実行量設定部に設定するというシステムも採用可能である。

また、本発明の数値制御装置は、加工プログラム実行制御部が加工プログラムから非切削指令を含むブロックを検出したときに、このブロック以降の加工プログラムの実行をいったん停止し、次の起動手段の押下げを待つことを特徴とする。

ここで、非切削指令としては、主軸の回転数を変更するＳ指令、主軸の回転方向を変更するＭ指令、工具を変更するＴ指令、早送りに際しての位置決め指令など、ワークの切削を伴わない指令を例示できる。具体的には、加工プログラム実行制御部がこれらの非切削指令を含むブロックを検出した場合に、そのブロックを含む残りブロックの処理をいったん停止して、次の起動ボタンの押下げを待つ。切削指令のみのブロックに関しては、設定された実行量に含まれるすべてのブロックを一括処理した後に、加工プログラムの実行をいったん停止して起動ボタンの押下げを待つ。

さらに、本発明の数値制御装置は、加工プログラム実行制御部が加工プログラムから工具経路急変指令を含むブロックを検出したときに、このブロック以降の加工プログラムの実行をいったん停止し、次の起動手段の押下げを待つことを特徴とする。

ここで、工具経路急変指令とは、工具経路を急変させてしまう位置指令であって、例えば、一連のブロックを実行することによって、工具経路の折れ角または曲率半径の変化量が許容値を超えてしまうような位置指令を意味する。具体的には、加工プログラム実行制御部は、一連のブロックに含まれる位置指令から工具経路の折れ角または曲率半径の変化量を求め、その値が予め定めた閾値を超える場合に、加工プログラム中に工具経路急変指令が含まれていると判断する。なお、閾値の設定にあたっては、ワークの材質や工具の種類等に適合する閾値を表示入力装置で入力し、実行量設定部に転送するシステム、あるいは、閾値を示すパラメータを加工プログラム中に予め記述し、加工プログラムから読み出して実行量設定部に設定するシステム等を採用できる。

本発明の数値制御装置によれば、設定された実行量に含まれるブロックを起動手段の一回の押下げにより一括して実行するので、起動手段の操作回数を削減できるとともに、一回の押下げ操作で工具等の制御対象要素を大きく移動することができ、特に、微小ブロックが連続するような加工プログラムの場合に、プログラムチェックを簡単な操作で効率よく実施できるという優れた効果を奏する。

また、本発明の数値制御装置は、非切削指令を含むブロックを検出したときに、それ以降の加工プログラムの実行をいったん停止するので、特に、加工条件が変化する直前、直後のブロックデータを精細にチェックでき、切削指令のみのブロックに関しては、設定された実行量に含まれる複数のブロックを効率よく一括処理できるという効果がある。

さらに、本発明の数値制御装置は、工具経路急変指令を含むブロックを検出したときに、それ以降の加工プログラムの実行をいったん停止するので、ブロック相互間の接続不良をワークを加工する前の段階で容易に発見できるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１〜図３は本発明の実施例１を示し、図１に数値制御装置の全体的な構成を示し、図２に数値制御装置の主要な動作を示し、図３に加工プログラムの実行量を設定する方法の一例を示した。図４、図５は本発明の実施例２を示し、図４に数値制御装置の主要な動作を示し、図５に工具経路急変指令を検出する方法の一例を示した。また、図６に数値制御装置が取り扱う加工プログラムを例示した。なお、各実施例に共通する構成または処理については、図面に同じ符号で示した。

実施例１の数値制御装置は、図１に示すように、従来と同様、操作パネル１上にシングルブロックスイッチ２と起動ボタン３とを備え、シングルブロックモードで起動ボタン３が押下げられたときに、加工プログラム実行制御部４が加工プログラム解釈部５と補間処理部６とを機能させる。そして、解釈部５が加工プログラム記憶部７に記憶されている加工プログラムＷＰ（図６参照）中のブロックデータを順次読み込み、補間処理部６が所要の位置指令を生成し、サーボドライバ９が工作機械の駆動部である複数軸のサーボモータ１０を制御し、工具が指令された位置へ滑らかに移動してワークを所望の形状に加工する。

加工プログラム実行制御部４には実行量設定部１３が接続されている。実行量設定部１３には、起動ボタン３を一回押下げたときに実行されるブロック数、加工距離、加工時間、またはこれらを組み合わせた数値処理可能な実行量データが設定されている。また、実行量設定部１３には、加工プログラム中から非切削指令を検出するためのパラメータと、加工プログラム中から工具経路急変指令を検出するための閾値データとが設定されている。これらのデータは作業員により表示入力装置１１にて入力され、表示入力装置１１から実行量設定部１３に転送され、書き換え可能に記憶される。なお、非切削指令と工具経路急変指令については実施例２で詳しく説明する。

次に、数値制御装置の動作について説明する。加工プログラムの実加工検査にあたり、加工プログラム実行制御部４は図２に概要を示すシステムプログラムを開始し、まず、起動ボタン３の操作を確認する（Ｓ１）。作業員が起動ボタン３を押下げると、続いて、シングルブロックスイッチ２の操作を確認し（Ｓ２）、このスイッチ２がＯＦＦである場合に連続加工モードを設定し、ＯＮである場合にシングルブロックモードを設定する。連続加工モードでは、従来と同様、加工プログラム解釈部５が記憶部７から読み出したブロックデータ中の動作指令を解釈し（Ｓ３）、補間処理部６が工具の現在位置や動作指令中の加工終点位置等に基づいて位置指令を生成する（Ｓ４）。そして、加工プログラムの継続または終了を判断し（Ｓ５）、加工プログラム中の終了コードを検出するまで、一連のブロックを連続的に実行してワークを所望の形状に加工する（Ｓ２〜Ｓ５）。

一方、シングルブロックモードにおいては、従来と異なり、起動ボタン３の一回の押下げにより加工プログラム実行制御部４が実行量設定部１３に設定された実行量に相当するブロックデータを一括処理する。一括処理にあたり、まず、起動ボタン３の押下げ操作を確認し（Ｓ６）、起動ボタン３が押下げられるまで待機する。起動ボタン３が押下げられると、次に積算カウンタを初期化する（Ｓ７）。積算カウンタは、起動ボタン３が押された後の実行量データ（ブロック数、加工距離、加工時間等）を累計する手段であって、加工プログラム実行制御部４の演算機能によって実現される。次いで、加工プログラム解釈部５および補間処理部６が連続加工モードと同様の処理を実行し（Ｓ８，Ｓ９）、工具が一ブロックデータに基づいてワークを加工する。続いて、加工プログラム実行制御部４は、今回実行した動作指令から当該ブロックの実行量を積算カウンタの計数値に加算したのち（Ｓ１０）、現在の積算実行量が実行量設定部１３の設定値を超えたか否かを判断する（Ｓ１１）。

そして、積算実行量が設定値を超えていない場合は、残りのブロックデータを順次実行する（Ｓ８〜Ｓ１１）。一方、積算実行量が設定値を超えた場合は、加工プログラム中に処理すべきブロックデータが残っているかどうかを確認し（Ｓ５）、残っている場合はシングルブロックモードの継続を判断したのち（Ｓ２）、起動ボタン３の押下げ操作を待つ（Ｓ６）。このとき、工具は設定値を超えたブロックに含まれる動作指令中の加工終点位置に停止している。作業員は工具の停止状態で表示入力装置１１にて実行済みの加工内容、次ブロックの動作指令をチェックし、引き続き加工プログラムを実行する場合に起動ボタン３を押下げる。起動ボタン３が押下げられると、加工プログラム実行制御部４はＳ７以降の処理により設定された実行量に相当するブロック毎の一括処理を繰り返し、加工プログラムを構成するすべてのブロックを実行し、加工プログラムの終了を確認し（Ｓ５：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。なお、次ブロックを実行すると積算実行量が設定値を超えるかどうかを事前に判断し、超える場合に次ブロックを実行しないで、工具を一つ手前のブロックに含まれる動作指令中の加工終点位置に停止させてもよい。

従って、この実施例の数値制御装置によれば、設定された実行量に含まれる複数のブロックを起動ボタン３の一回の押下げ操作により一括して実行することができる。このため、従来と比較し、起動ボタン３の操作回数を削減できるとともに、一回のボタン操作で工具を大きく移動することができる。例えば、図３に示すように、多数の微小ブロックによって構成される曲面加工用のプログラムの場合に、従来のシングルブロック動作によると、工具を加工曲線３０上の各指令位置３１，３２，３１＋ｎ・・・で停止させ、その都度スイッチを押す必要があったが、この実施例のシングルブロック機能によれば、一回の実行量を１０ブロックに設定した場合、工具が指令位置３１，４１，５１，３１＋１０×ｍで停止するので、起動ボタン３を押す回数が大幅に減り、かつ一回押すごとに工具が大きく動く。この結果、作業員は曲面加工用プログラムの適否を簡単な操作で効率よくチェックすることができる。

次に、本発明の実施例２を図４、図５に基づいて説明する。この実施例の数値制御装置は、実施例１とほぼ同様のシステム（図１参照）を用い、シングルブロックモードにおいて、非切削指令または工具経路急変指令を含むブロックを検出したときに、このブロック以降の加工プログラムの実行をいったん停止し、次に起動ボタン３が押下げられるまで工具の移動を停止させる。すなわち、図４に示すフローチャートにおいて、加工プログラム実行制御部４は、加工プログラム解釈部５が解析した動作指令中に、主軸回転数を変更するＳ指令、主軸の回転方向を変更するＭ指令、工具を変更するＴ指令、早送り時の位置決め指令等の非切削指令があるかどうかを判断する（Ｓ１２）。そして、これらの非切削指令を検出した場合、起動ボタン３が押下されるまで待っている状態とし（Ｓ１３）、工具を一つ手前のブロックに含まれる動作指令中の加工終点位置に停止させる。作業員により起動ボタン３が押下げられると、加工プログラム実行制御部４は、必要であればＳ指令、Ｍ指令、Ｔ指令、位置決め指令等の非切削指令を実行する（Ｓ１４）。非切削指令を検出しなかった場合は、続いて、工具経路急変指令の有無を判断する（Ｓ１５）。

工具経路急変指令の判断にあたり、加工プログラム実行制御部４は、例えば図５に示すように、工具が加工曲線１００上の指令位置１０８に到達したときに、現ブロックの指令位置１０８と前ブロックの指令位置１０７と次ブロックの指令位置１０９の３点に接する円２０１の半径を求め、さらに指令位置１０８とその前二つの指令位置１０６，１０７の３点に接する円２００の半径を求め、両者の変化量（差分値）が実行量設定部１３に設定された閾値を超える場合に、次ブロック中に工具経路急変指令が含まれていると判断する。この場合、二つの円２００，２０１の中心点の距離が閾値を超える場合に工具経路急変指令ありと判断してもよい。あるいは、現ブロックの指令位置１０８と前ブロックの指令位置１０７とで定義される直線と、現ブロックの指令位置１０８と次ブロックの指令位置１０９とで定義される直線とがなす折れ角を求め、この角度が実行量設定部１３に設定された閾値を超える場合に、次ブロック中に工具経路急変指令ありと判断してもよい。

いずれの判断による場合も、加工プログラム実行制御部４は、次ブロック中から工具経路急変指令を検出したときに、起動ボタン３が押下げられるまで待っている状態とし（Ｓ１６）、工具を指令位置１０８に停止させる。作業員により起動ボタン３が押下げられると、加工プログラム実行制御部４は、積算カウンタを初期化したのち（Ｓ１７）、補間処理部６により工具経路急変指令を含むブロックの補間処理を実行する（Ｓ９）。一方、非切削指令、工具経路急変指令のどちらも検出しなかったときには、実施例１と同様にして複数ブロックの一括処理を継続する。従って、実施例２の数値制御装置によれば、非切削指令を含むブロックで加工プログラムの実行をいったん停止し、主軸の回転方向を反転したり工具交換を実施したりする場合のブロックデータを精細にチェックすることができるうえ、切削指令のみのブロックに関しては、設定された実行量に含まれるすべてのブロックを効率よく一括処理することができる。また、工具経路急変指令を含むブロックでも加工プログラムの実行をいったん停止し、従来はワークを加工して初めて見つかるようなブロック相互間の接続不良（例えば、ワークのエッジ部や折り返し部等の特異形状部における断絶や、ＣＡＭの精度不良による不連続）をワークを加工する前の段階で容易に発見できる利点もある。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成や手順を適宜変更して実施することも可能である。
（１）一度に実行する範囲の始端と終端を加工プログラム中にコマンドで指示し、そのコマンドを加工プログラム実行制御部４が加工プログラムから読み取り、コマンドで指示された範囲を実行量として実行量設定部１３に設定すること。
（２）工具経路の折れ角または曲率半径の変化量を判断するときの閾値を加工プログラム中に記述し、加工プログラム実行制御部４がその閾値を加工プログラムから読み取って実行量設定部１３に設定すること。
（３）上記実施形態では工具が移動するタイプの工作機械を例示したが、ワークを保持するテーブルが移動するタイプの工作機械、あるいは、工具を保持する主軸ヘッドとワークテーブルの両方が移動するタイプの工作機械において、実施例１または実施例２の制御を適用すること。

本発明の実施例１を示す数値制御装置のシステム構成図である。該装置の動作を示すフローチャートである。加工プログラムの実行量を設定する方法を例示する模式図である。実施例２の数値制御装置の動作を示すフローチャートである。該装置による工具経路急変指令の検出方法を例示する模式図である。加工プログラムの一例を示すデータ構成図である。従来の数値制御装置を示すシステム構成図である。

符号の説明

１操作パネル
２シングルブロックスイッチ
３起動ボタン
４加工プログラム実行制御部
５加工プログラム解釈部
６補間処理部
７加工プログラム記憶部
１０サーボモータ
１１表示入力装置
１３実行量設定部

Claims

加工プログラム中の連続するブロックを起動手段の押下げにより順次実行し、工作機械の駆動部を制御する数値制御装置において、
起動手段の一回の押下げにより一度に実行する加工プログラムの実行量をブロック数、加工距離、加工時間の少なくとも１つを含む数値処理可能な実行量データとして設定する実行量設定部と、
起動手段の一回の押下げにより、加工プログラム中の１つのブロックデータの解釈および解釈したブロックデータ中の動作指令に基づく工作機械駆動部の制御を実行し、実行した加工プログラムの実行量を積算し、積算実行量が前記設定された実行量を超えていない場合は残りの加工プログラムを順次実行し、積算実行量が前記設定された実行量を超えた場合は加工プログラムの実行をいったん停止し、次の起動手段の押下げを待つ加工プログラム実行制御部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
加工プログラム中の連続するブロックを起動手段の押下げにより順次実行し、工作機械の駆動部を制御する数値制御装置において、
一度に実行する加工プログラムの実行量を設定する実行量設定部と、設定された実行量に含まれるブロックを起動手段の一回の押下げにより一括して実行する加工プログラム実行制御部とを備え、
前記加工プログラム実行制御部が、加工プログラムから非切削指令を含むブロックを検出したときに、該ブロック以降の加工プログラムの実行をいったん停止し、次の起動手段の押下げを待つことを特徴とする数値制御装置。
加工プログラム中の連続するブロックを起動手段の押下げにより順次実行し、工作機械の駆動部を制御する数値制御装置において、
一度に実行する加工プログラムの実行量を設定する実行量設定部と、設定された実行量に含まれるブロックを起動手段の一回の押下げにより一括して実行する加工プログラム実行制御部とを備え、
前記加工プログラム実行制御部が、加工プログラムから工具経路急変指令を含むブロックを検出したときに、該ブロック以降の加工プログラムの実行をいったん停止し、次の起動手段の押下げを待つことを特徴とする数値制御装置。