JP2005301440A - 加工時間算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送り速度や加減速を最適に調整する機能を持つ数値制御装置を使用した加工においても、正確な軸移動時間を迅速に算出することができる加工時間算出装置を提供する。
【解決手段】 数値制御装置がＮＣ工作機械を駆動制御する際に使用するパラメータを記憶するパラメータ記憶手段４と、加工プログラムを読み込みブロック単位の加工データを生成するプログラム解釈手段２と、パラメータ記憶手段に記憶するパラメータを参照し、ＮＣ工作機械の駆動制御用補間アルゴリズムと同じ補間アルゴリズムで軸移動指令において指令された移動軌跡を補間する補間手段６と、移動軌跡の補間回数をカウントする補間回数カウント手段７と、数値制御装置がＮＣ工作機械を駆動制御する際の補間周期とカウントした補間回数とを乗じて軸移動時間を算出する軸移動時間算出手段８を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＮＣ工作機械を使った加工において、その加工に要する時間を算出する装置、特に、最適な加工となるよう数値制御装置自体が送り速度などを調整する場合の軸移動時間を算出する装置に関する。

生産計画を立てる際、各生産工程の所要時間を基に、生産設備の稼動状況やオペレータの負担などを考慮に入れつつ、ムダ、ムリの最も少なくなるようにスケジューリングする。各生産工程の所要時間は、過去の実績の集計や経験則などから見積もられる。
ＮＣ工作機械を使った加工工程の所要時間は、加工プログラムに大きく依存する。ＣＡＭで作成した加工プログラムについては、ＣＡＭに加工時間を算出する手段があり、通常、加工プログラムと併せて加工時間も出力される。また、ＮＣ工作機械を駆動制御する数値制御装置に加工時間推定手段を設け、入力された加工プログラムに基づき加工時間を算出する装置も知られている。これらの加工時間算出装置は、工具と加工物との相対的な移動距離である軸移動距離を軸送り速度で除することにより軸移動時間を算出している。

図３は、加工時間を算出する手段を設けた数値制御装置の一例である。この数値制御装置は、補助機能に関する駆動機構部１０２の実動作時間を算出し、算出した実動作時間でデータベース１２２に格納されたデータを更新する実動作時間算出部１２１と、プログラム記憶部１１１に格納されたＮＣプログラムをブロック毎に解析し、解析結果を基に推定軸移動時間を算出するとともに、データベースを検索して該当する補助機能の実動作時間を取得し、得られた推定軸移動時間及び補助機能の実動作時間を基にブロック毎の動作時間を算出した後、それらを積算して推定加工時間を算出する動作時間推定部１２４とを設けたもので、推定軸移動時間は軸移動指令から求めた軸移動量と軸送り速度を基にパラメータ記憶部１１４に格納された軸移動の加減速速度を考慮して算出される。

更にこの数値制御装置の実動作時間算出部１２１は、プログラム解析部１１２から出力される制御信号と駆動機構部１０２からの動作完了信号に基づいて軸移動の実動作時間を算出し、得られた軸移動の実動作時間及び補助機能の実動作時間を基にブロック毎の動作時間を算出した後、それらを積算して実加工時間を算出することもできる。（特許文献１参照）
特開２００３−１７５４３９号

さてここで図４により、一般的なＮＣ工作機械を駆動制御する数値制御装置の構成について軸移動動作を中心に説明する。
加工プログラム１は、ブロックという単位で機械動作を指令するもので、工具と加工物とを相対的に移動させるための軸移動指令と、主軸の回転指令、工具交換指令など軸移動以外の補助機能指令から構成される。ＮＣパラメータ記憶手段４は、加工プログラムにもとづき数値制御装置がＮＣ工作機械を駆動制御する際に必要な機械の情報、例えば機械原点に対するワーク原点の値、工具補正のための工具長や工具径、機械の上限送り速度や許容加速度といったＮＣパラメータを記憶する。機械の上限送り速度や許容加速度などは、予め工作機械メーカにより設定されており、ワーク原点の値、工具長や工具径などは、プログラムを運転する前に、機械オペレータがＮＣパラメータ設定手段３により適切な値に設定しておく。

プログラム解釈手段１２は、加工プログラム１を読み込み、ブロック毎に順次解釈し、ブロック単位の加工データを生成し、実行データバッファ１５に格納していく。その際、必要であればＮＣパラメータ記憶手段４に記憶したＮＣパラメータを参照する。
補間手段１６は、実行データバッファ１５に格納されたブロック単位の加工データを順次読み出し、読み出した加工データが軸移動指令か否かを判断する。読み出した加工データが軸移動指令の場合、そのブロックに指令されている形状即ち工具と加工物との相対的な移動軌跡を、指令されている送り速度で移動するように逐次補間し補間点を求めていく。補間点を求めるタイミングは同期化手段１９から一定周期（以下制御周期と称する）毎に出力される同期信号に合わせて行なわれる。補間点を求める際に必要となる制御周期は、ＮＣパラメータ記憶手段４に記憶したＮＣパラメータを参照する。補間手段１６は求めた補間点と前回の制御周期で求めた補間点との差分をとり、これを増分移動指令としてサーボ制御手段１７に出力する。サーボ制御手段１７は、同期化手段１９から出力される同期信号に合わせて増分移動指令に応じモータ１８をサーボ制御することにより、図示しない工作機械の送り軸を軸移動指令どおりに駆動する。

ところで、軸移動指令にて指令されている移動軌跡を制御周期毎に補間する補間アルゴリズムは、対象とするＮＣ工作機械及び数値制御装置により種々のものが実在し、その軸移動時間も補間アルゴリズムにより大幅に異なる。

例えば、図５（ｂ）に示す加工プログラムにより図５（ａ）に示す扇形形状の加工物をＰａ→Ｐｂ→Ｐｃ→Ｐａの移動軌跡により加工する場合を考察する。

基本的な補間アルゴリズムは、１ブロック毎に移動開始点から指定された送り速度まで設定された加速時定数で加速し、その後一定の送り速度で移動し、移動終了点手前から設定された減速時定数で減速する方法である。このような補間アルゴリズムの数値制御装置により図５（ａ）に示す扇形形状を加工する場合の送り速度は図６となる。このような数値制御装置の軸移動時間は、ブロック毎の移動距離と送り速度と加減速時定数から求めることができ、従来技術に示した加工時間算出装置でも正確な軸移動時間を算出することができる。

しかしながら、最近の高度な数値制御装置では、加工精度や品位の向上を狙って、数値制御装置自体が送り速度や加減速を最適に調整する機能を持つものがある。その様な補間アルゴリズムを有する数値制御装置により図５（ａ）に示す扇形形状を加工する場合の送り速度の一例を図７に示す。この数値制御装置は工具と加工物との相対移動方向が変化すると、その変化量に応じ送り速度を最適に調整するものである。この例では、図５（ａ）の移動方向が急変する加工点Ｐｂ、Ｐｃにおいては、前後の送り速度及び移動方向の変化量に応じ最適な送り速度v1までに送り速度が低減される。また、円弧部分は時々刻々移動方向が変化するため、その曲率に応じて送り速度が加工プログラムで指定された送り速度より低減される。

移動距離と送り速度と加減速時定数から軸移動時間を推定する従来の加工時間算出装置では、このような数値制御装置が送り速度や加減速を自動調整する加工における軸移動時間を正確に算出することができない。金型加工のように軸移動時間が補助機能動作時間に比べ極めて大きな加工においては、軸移動時間の算出誤差により見積加工時間は実際の加工時間と大きな開きが生じ、生産計画に支障が出てしまうため、そのまま生産計画に採用できないという問題があった。

この場合には、算出された加工時間を基に担当者が経験則などから修正することになるが、数値制御装置は、加工プログラムに指令された形状やその近似の度合い、軸移動に関する上限送り速度や許容加速度といった多くの要因を元に、送り速度や加減速を逐次最適に調整しているため、ある要因が僅かに変わっただけでも軸移動時間が大きく変わってしまうため、経験則が活かしにくく正確に加工時間を修正することが困難であった。

また、従来技術の実動作時間算出部として示した軸移動の実動作時間を求める方法もある。しかし、その方法は対象の加工プログラムによりＮＣ工作機械を実際に運転する必要があり、金型加工のように数時間から数十時間かかるような加工では加工時間見積りのためにそれだけの時間を要することになり、更にその間、実際の加工やその準備のためにＮＣ工作機械を使うことができず、現実的な方法とは言えない。また、ＮＣ工作機械と直結する必要があり、予め各生産工程の所要時間を算出し生産計画を立てるシステムには向いていない。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、送り速度や加減速を最適に調整する機能を持つ数値制御装置を使用した加工においても、正確な加工時間、特に軸移動時間を迅速に算出することができる加工時間算出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項1記載の加工時間算出装置は、加工プログラムにもとづきＮＣ工作機械を駆動制御し加工物を加工する場合の加工時間を算出する加工時間算出装置において、数値制御装置が前記ＮＣ工作機械を駆動制御する際に使用するパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、前記加工プログラムを読み込み解釈しブロック単位の加工データを生成するプログラム解釈手段と、前記ブロック単位の加工データが軸移動指令か判断し軸移動指令の場合、前記パラメータ記憶手段に記憶するパラメータを参照し、前記ＮＣ工作機械の駆動制御用補間アルゴリズムと同じ補間アルゴリズムで該軸移動指令において指令された移動軌跡を補間する補間手段と、前記軸移動指令において指令された移動軌跡の補間回数をカウントする補間回数カウント手段と、数値制御装置が前記ＮＣ工作機械を駆動制御する際の補間周期と前記カウントした補間回数とを乗じて前記軸移動指令の軸移動時間を算出する軸移動時間算出手段を有することを特徴とする。

請求項２記載の加工時間算出装置は、前記パラメータ記憶手段が、複数の前記数値制御装置に対応して記憶した複数種類のパラメータから所望のパラメータを選択できることを特徴とする。

請求項３記載の加工時間算出装置は、前記補間手段が、複数の数値制御装置に対応して記憶した複数種類の駆動制御用補間アルゴリズムから所望の駆動制御用補間アルゴリズムを選択できることを特徴とする。

請求項1の装置によれば、送り速度や加減速を最適に調整する機能を持つ数値制御装置を使用した加工においても、正確な軸移動時間を算出することができ、本装置にて算出した軸移動時間により生産計画を立てれば、ムダ、ムリ、ムラの少ない生産を行なうことができる。
特に、加工時間が数時間から数十時間もかかり軸移動時間の比率が極めて高いため、経験則を当てはめても加工時間見積り精度が上がりにくい金型加工では、極めて効果が高い。
又、ＮＣ工作機械を実際に運転する必要がなく、迅速に加工時間の見積が可能で、更に加工時間見積のために高価なＮＣ工作機械を占有することもなく、ＮＣ工作機械を本来の加工機として有効に使うことができる。

請求項２の装置によれば、数値制御装置がＮＣ工作機械を駆動制御する際に使用する機械の上限送り速度や許容加速度といったＮＣパラメータを数値制御装置毎に記憶しておき、所望のＮＣパラメータを選択することにより、数値制御装置が特性の異なる複数のＮＣ工作機械を制御する場合あるいは数値制御装置の種類が異なる場合においても、正確な軸移動時間を算出することができる。

請求項３の装置によれば、種々の補間アルゴリズムを数値制御装置に応じて記憶しておき、加工時間算出を実施する数値制御装置を選択することにより、異なる補間アルゴリズムの数値制御装置においても正確な軸移動時間を算出することができる。

本発明の請求項１に係る第1の実施例を図１により軸移動動作を中心に説明する。
加工プログラム１、ＮＣパラメータ設定手段３、ＮＣパラメータ記憶手段４は従来技術の数値制御装置において説明した構成と同じであるので説明を省略する。

プログラム解釈手段２は、加工時間を算出する対象である加工プログラム１を読み込み、ブロック毎に順次解釈し、ブロック単位の加工データを生成し、実行データ記憶部５に格納していく。その際、プログラム解釈手段２は、ＮＣパラメータ記憶手段４に記憶したプログラム指令単位、工具径などのＮＣパラメータを参照する。生成されるブロック単位の加工データは、従来技術の数値制御装置において説明したブロック単位の加工データと同等のデータである。
補間手段６は、実行データ記憶部５に格納されたブロック単位の加工データを順次読み出し、読み出した加工データが軸移動指令か否かを判断する。読み出した加工データが軸移動以外の補助機能指令の場合、公知の方法により補助機能動作時間を算出する。

読み出した加工データが軸移動指令の場合、そのブロックに指令されている形状即ち工具と加工物との相対的な移動軌跡を、最適な送り速度で移動するように、加工時間を算出する対象となる数値制御装置と同じ補間アルゴリズムにより制御周期当りの移動量を算出し、補間点を求める（図８）。
例えば、対象とする数値制御装置が、工具と加工物との相対移動方向が変化すると、その変化量に応じ送り速度を最適に調整するものである場合、補間手段６はその数値制御装置と同じ補間アルゴリズムにより、ブロック間における移動方向の変化量を算出し移動方向の変化量に応じて送り速度を最適な送り速度v1までに低減したり、逐次求めた前後の補間点から移動方向の変化に応じて送り速度を加工プログラムで指定された送り速度より低減したりする。補間手段６はこの処理において、移動方向の変化に応じどの程度送り速度を低減させるか等の判断を、ＮＣパラメータ記憶部４に記憶したＮＣパラメータを参照して行う。

補間手段６は、1つの補間点を求めると補間点算出信号を補間回数カウント手段７に出力し、続けて、制御周期当りの移動量を算出し次の補間点を求める。
補間手段６は、数値制御装置と同じ補間アルゴリズムにより逐次補間点を求めていき、ブロック単位の加工データに指令されている形状の最終点まで補間が完了すると補間点算出完了信号を補間回数カウント手段７に出力する。
補間回数カウント手段７は、補間手段６から送出される補間点算出信号をカウントし、補間点算出完了信号が送出されるとカウントした回数を１ブロックの補間回数として軸移動時間算出手段８に出力する。
軸移動時間算出手段８は、補間回数カウント手段７から送出された１ブロックの補間回数とＮＣパラメータ記憶手段４に記憶された制御周期とを乗じることにより１ブロックの軸移動時間を算出する。

このようにしてブロック毎の補助機能動作時間及び軸移動時間の算出を加工プログラムの最終ブロックまで繰り返し、その間の算出時間を累積することにより、加工プログラムによりＮＣ工作機械を駆動制御する場合の加工時間を算出する。算出された正確な加工時間はＣＲＴ、プリンタ等の出力装置９に出力され、生産計画の立案等に利用される。
実行データ記憶部５は加工プログラム１の全ブロックの加工データを記憶するようにしても、必要なブロック数の加工データを記憶するようにしても良い。
また、プログラム解釈手段２により解釈されたブロック単位の加工データを実行データ記憶部５に記憶することなく、補間手段６が読み込み加工時間を算出するようにしても良い。

次に、本発明の請求項２、３に係る第２の実施例を図２により説明する。
ＮＣパラメータは数値制御装置がＮＣ工作機械を駆動制御する際に使用するデータであり、その値は、制御対象のＮＣ工作機械の種類が異なれば異なり、数値制御装置の種類が異なれば異なる。種類の異なるＮＣ工作機械、数値制御装置の軸移動時間が算出できるよう、第２の実施例におけるＮＣパラメータ記憶手段４’は、複数種類のＮＣパラメータを記憶する。
更に、補間アルゴリズムが異なる複数の数値制御装置の軸移動時間が算出できるよう、補間手段６’は複数種類の補間アルゴリズムを記憶する。

制御装置選択手段１０は、ＮＣパラメータ記憶手段４’に記憶された複数のＮＣパラメータの中から加工時間を算出する対象となる数値制御装置に対応するＮＣパラメータを選択したり、補間手段６’に記憶された複数の補間アルゴリズムの中から加工時間を算出する対象となる数値制御装置に対応する補間アルゴリズムを選択したりする。
加工時間を算出するに当たり、オペレータは加工プログラム１に対応し加工時間算出の対象となる数値制御装置の名称を制御装置選択手段１０に入力することにより、所望のＮＣパラメータ及び補間アルゴリズムを選択する。その後、第1の実施例と同様に、プログラム解釈手段２が読み込んだ加工プログラム１を元に、制御装置選択手段１０により選択された補間アルゴリズム及びＮＣパラメータを使用して、補間手段６’が加工プログラムに指令された形状を補間し、軸移動時間算出手段８が軸移動時間を算出する。

本発明の第1の実施例の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図 従来技術の構成を示すブロック図 ＮＣ工作機械の構成を示すブロック図 （ａ）切削加工の形状例 （ｂ）切削加工の形状例に対する加工プログラム例 図５（ａ）の形状を加工する場合の送り速度の例 図５（ａ）の形状を加工する場合の送り速度の他の例 移動軌跡の補間方法を説明する図

符号の説明

１・・・加工プログラム
２・・・プログラム解釈手段
３・・・ＮＣパラメータ設定手段
４・・・ＮＣパラメータ記憶手段
５・・・実行データ記憶部
６・・・補間手段
７・・・補間回数カウント手段
８・・・軸移動時間算出手段
９・・・出力装置
１０・・・制御装置選択手段
１２・・・プログラム解釈手段
１５・・・実行データバッファ
１６・・・補間手段
１７・・・サーボ制御手段
１８・・・モータ
１９・・・同期化手段

Claims (3)

1. 加工プログラムにもとづきＮＣ工作機械を駆動制御し加工物を加工する場合の加工時間を算出する加工時間算出装置において、
   数値制御装置が前記ＮＣ工作機械を駆動制御する際に使用するパラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
   前記加工プログラムを読み込み解釈しブロック単位の加工データを生成するプログラム解釈手段と、
   前記ブロック単位の加工データが軸移動指令か判断し、軸移動指令の場合、前記パラメータ記憶手段に記憶するパラメータを参照し、前記ＮＣ工作機械の駆動制御用補間アルゴリズムと同じ補間アルゴリズムで該軸移動指令において指令された移動軌跡を補間する補間手段と、
   前記軸移動指令において指令された移動軌跡の補間回数をカウントする補間回数カウント手段と、
   数値制御装置が前記ＮＣ工作機械を駆動制御する際の補間周期と前記カウントした補間回数とを乗じて前記軸移動指令の軸移動時間を算出する軸移動時間算出手段を有することを特徴とする加工時間算出装置。
2. 前記パラメータ記憶手段は、複数の前記数値制御装置に対応して記憶した複数種類のパラメータから所望のパラメータを選択できることを特徴とする請求項１記載の加工時間算出装置。
3. 前記補間手段は、複数の数値制御装置に対応して記憶した複数種類の駆動制御用補間アルゴリズムから所望の駆動制御用補間アルゴリズムを選択できることを特徴とする請求項１又は２記載の加工時間算出装置。
   

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