JP2010092405A - 数値制御工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】移動指令における指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを対応付けて同一画面に表示可能にした数値制御工作機械を提供する。
【解決手段】数値制御工作機械は、工作機械の送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、工具が取り付けられた主軸を回転駆動する主軸駆動手段と、加工プログラムに基づいて前記送り軸駆動手段と前記主軸駆動手段とを制御する制御手段と、表示手段とを備え、加工プログラムに基づきワークを加工中に、各移動指令で指令された移動における指令値、ＦＢ値、加工負荷の時系列データをリアルタイムで取得し、指令値とＦＢ値と加工負荷のタイムチャートと加工プログラムとをディスプレイの同一画面に対応付けて表示させる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、数値制御工作機械に関し、特に各移動指令による移動実行中（加工中も含む）に工作機械の状態を画面に表示できるものに関する。

従来、数値制御工作機械においてワークの切削加工に供する加工プログラムを作成する際に、切削速度等を設定する必要がある。この場合、切削工具メーカーのカタログや技術資料に基づいて、メーカー推奨の切削速度を採用することが多い。しかし、メーカー推奨の切削速度はマージンが大きいため、切削速度を高めるには限度がある。ここで、各切削加工における切削速度が適正か否かを判断する為には、加工負荷を正しく把握しておくことが必要である。

そこで、特許文献１には、各ＮＣ指令を空運転させて、加工負荷に関する基準値データ（外乱負荷トルク）を取得してメモリに格納し、実際の加工実行中には加工負荷検出手段により実加工負荷を検出し、実加工負荷が対応する基準値データよりも所定値以上大きくなった場合に、アラームを出力するようにした加工負荷監視方式が記載されている。
特開平８−８５０４４号公報

特許文献１の技術は、実加工負荷が基準データよりも大きいか否か監視する加工負荷監視技術であり、加工プログラム中のどのＮＣ指令のところの加工負荷が大きいかを知ることはできる。しかし、加工負荷が所定値以上大きくなった場合、どの程度負荷が大きいのかということは判断できなかった。

本発明の目的は、加工負荷がどの程度限界なのかを把握できる数値制御工作機械を提供することである。

請求項１の数値制御工作機械は、工作機械の送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、工具が取り付けられた主軸を回転駆動する主軸駆動手段と、加工プログラムに基づいて前記送り軸駆動手段と前記主軸駆動手段とを制御する制御手段と、この制御手段に接続された表示手段とを備えた数値制御式工作機械において、加工プログラムに基づきワークを加工中に、各移動指令に識別ラベルを付けると共に各移動指令で指令された移動における加工負荷の時系列データをリアルタイムで取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段で取得された加工負荷の時系列データから得られる加工負荷のタイムチャートと加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させる第１表示制御手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２の数値制御工作機械は、請求項１の発明において、前記データ取得手段は、各移動指令で指令された移動における指令値とフィードバック値の時系列データもリアルタイムで取得することを特徴としている。

請求項３の数値制御工作機械は、請求項２の発明において、前記第１表示制御手段は、各移動指令に基づく指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させることを特徴としている。

請求項４の数値制御工作機械は、請求項２の発明において、前記データ取得手段で取得した指令値とフィードバック値と加工負荷の時系列データを、前記移動指令及び識別ラベルと対応付けて記憶する情報記憶手段と、前記加工プログラムによる加工終了後、前記データ記憶手段に記憶した時系列データを読み出して、指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させる第２表示制御手段とを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、データ取得手段と、第１表示制御手段とを備え、各移動指令による加工を実行する際の加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを表示手段の同一画面に対応付けて表示させるため、加工負荷の大きい移動指令に対応する加工プログラムのブロックを修正する際に、加工負荷のタイムチャートから加工負荷の大きい箇所をピックアップし、それに対応する移動指令（加工プログラムの一部）を修正することができる。このように、加工プログラムの修正を簡単に能率的に行うことができる。

請求項２の発明によれば、データ取得手段が、各移動指令における指令値とフィードバック値の時系列データも取得するため、これらのタイムチャートを作成することが可能になる。

請求項３の発明によれば、各移動指令における指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを表示手段の同一画面に対応つけて表示させるため、指令値とフィードバック値の差の大きい箇所、つまり加工負荷の大きい箇所を簡単に把握することができ、加工プログラムの修正に活用することができる。

請求項４の発明によれば、加工プログラムによってワークを加工する際に、指令値とフィードバック値と加工負荷の時系列データを取得して記憶しておき、加工終了後に、指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを表示手段の同一画面に対応付けて表示させるため、指令値とフィードバック値の差の大きい箇所、つまり加工負荷の大きい箇所を簡単に把握し、それに対応する移動指令（加工プログラムの一部）を修正することができる。このように、加工プログラムの修正を簡単に能率的に行うことができる。更に、加工負荷の小さい箇所も簡単に把握でき、その箇所の切削条件（
切削速度）を高くすることで、加工全体の切削時間（サイクルタイム）を短縮することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づいて説明する。

図１に示す工作機械１は、ワークと工具とを相対移動させることによって、ワークに所望の機械加工（例えば、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる数値制御方式のマシニングセンタである。この工作機械１は、基台となる鉄製のベース２と、このベース２の上部に固定した、ワークの切削加工を行う機械本体（図示略）と、ベース２に固定され、機械本体及びベース２の上部を覆う箱状のスプラッシュカバー４とを備えている。

図１、図２に示すように、ベース２はＹ軸方向（図１の紙面直交方向）に長い略直方体状に形成してある。ベース２の下部の四隅に高さ調節が可能な脚部２ａが夫々設け、これら４本の脚部２ａを工場等の床面に設置することにより、工作機械１を所定の設置場所に設置する。

図１に示す、スプラッシュカバー４は略直方体状のボックス型に形成し、その内側に機械本体とその加工領域を設けた。スプラッシュカバー４の前面に開口部（図示外）を設け、その開口部に１対のスライド式の開閉扉５，６を設けてある。

この開閉扉５，６の略中央に、矩形状のガラス窓部５ａ，６ａを夫々設け、開閉扉５の右端部に取手部５ｂを設け、開閉扉６の左端部に取手部６ｂを設けてある。これら取手部５ｂ，６ｂを互いに離れる方向に開くことにより開口部を開口し、作業者はベース２の上部に固定されたテーブル（図示略）に対してワークの着脱を行う。

正面開口部の右側に、工作機械１を操作する正面視長方形状の操作パネル８０を設けてある。この操作パネル８０は、テンキーと各種操作スイッチを備えたキーボード８１とディスプレイ８２を有する。ディスプレイ８２は、設定画面又は実行動作を表示するためのものであり、キーボード８１の上方に設けてある。

オペレータは、この操作パネル８０のディスプレイ８２を確認しながらキーボード８１を操作することによって、ワークの加工を実行するための加工プログラムや、工具情報、各種パラメータ等を夫々設定する。

次に、機械本体３について説明する。
図２に示すように、機械本体３は、コラム５と、主軸ヘッド７と、主軸９と、工具交換装置（ＡＴＣ）２０と、テーブル１０とを備えている。コラム５は、ベース２の後部上のコラム座部４の上面に固定され且つ鉛直上方に延びている。主軸ヘッド７は、コラム５の前面に沿って昇降可能に設けてある。主軸ヘッド７は、その内部に主軸９を回転可能に支持している。

工具交換装置２０は、主軸ヘッド７の右側に設けられ、主軸９の先端に工具付きの工具ホルダ（図示略）を取り付けて交換する。テーブル１０をベース２の上部に設け、このテーブル１０にワークを着脱可能に固定する。コラム５の背面側に、箱状の制御ボックス６を設けてある。この制御ボックス６の内側に、工作機械１の動作を制御する数値制御装置５０（図３参照）を設けてある。

次に、テーブル１０の移動機構について説明する。
図２に示すように、テーブル１０は、サーボモータからなるＸ軸モータ７１及びＹ軸モータ７２により、Ｘ軸方向（機械本体３の左右方向）及びＹ軸方向（機械本体３の奥行き方向）に移動駆動される。この移動機構は以下の構成からなる。テーブル１０の下側に直方体状の支持台１２を設けてある。その支持台１２の上面にＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドを設け、１対のＸ軸送りガイド上にテーブル１０を移動可能に支持してある。

支持台１２をベース２の上部に設け、そのベース２の長手方向に沿って延びる１対のＹ軸送りガイド上に移動可能に支持してある。テーブル１０は、ベース２上に設けたＹ軸モータ７２により前記Ｙ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動駆動される。テーブル１０は、支持台１２上に設けたＸ軸モータ７１により前記Ｘ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動駆動される。

前記Ｘ軸送りガイドに、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１３，１４がテーブル１０の左右両側に設けてある。前記Ｙ軸送りガイドには、テレスコピックカバー１５とＹ軸後ろカバーとが、支持台１２の前後に夫々設けてある。前記Ｘ軸送りガイドと前記Ｙ軸送りガイドは、テレスコピックカバー１３，１４，１５とＹ軸後ろカバーによって常に覆われている。そのため、加工領域から飛散する切粉や、クーラント液の飛沫等が各軸送りガイド上に落下するのを防止できる。

次に、主軸ヘッド７の昇降機構について説明する。
図２に示すように、主軸ヘッド７は、コラム５の前面側で上下方向に延びるガイドレールに対してリニアガイドを介して昇降自在に支持されている。主軸ヘッド７は、コラム５の前面側の上下方向に延びる送りネジに対してナットで連結されている。その送りネジをＺ軸モータ７３（図２参照）によって正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド７が上下方向に昇降駆動される。

次に、主軸９について説明する。
図２に示すように、主軸９は主軸ヘッド７の上部に設けた主軸モータ７４により回転駆動される。主軸９の先端側部分には、先端に向かって拡径するホルダ取付穴（図示略）が設けてある。図２に示すように、工具交換装置２０は、工具を支持する工具ホルダを複数格納する工具マガジン２１と、主軸９に取り付けられた工具ホルダと他の工具ホルダとを把持して搬送するための工具交換アーム２２等を備えている。工具マガジン２１は、工具ホルダを支持する複数の工具ポットと、それら工具ポットを工具マガジン２１内で搬送する搬送機構とを備えている。

次に、数値制御装置５０の電気的構成について説明する。
図３に示すように、数値制御装置５０は、ＣＰＵ５１とＲＯＭ５２とＲＡＭ５３からなるマイクロコンピュータと、入力インターフェース５４と、入出力インターフェース５５とを備えている。入力インターフェース５４には、操作パネル８０のキーボード８１と、主軸のＺ軸における原点（Ｚ軸原点）を検知するＺ軸原点センサ７７とが電気的に夫々接続されている。前記ＲＯＭ５２には、後述の加工負荷等表示制御の制御プログラムが格納されている。前記ＲＡＭ５３には、ワークの加工中に取得した種々の加工負荷等表示用データを格納するデータ記憶エリアと種々のワークメモリが設けられている。

入出力インターフェース５５には、Ｘ軸駆動回路６１と、Ｙ軸駆動回路６２と、Ｚ軸駆動回路６３と、主軸モータ８を駆動する主軸駆動回路６４と、操作パネル８０のディスプレイ８２を駆動するためのＣＲＴ駆動回路６５と、噴射ノズルや工具のセンター孔にクーラント液を供給するポンプ７５，７６を駆動するポンプ駆動回路６７，６８とが夫々電気的に接続されている。

Ｘ軸駆動回路６１には、エンコーダ７１ａ付きのＸ軸モータ７１が接続されている。Ｙ軸駆動回路６２には、エンコーダ７２ａ付きのＸ軸モータ７２が接続されている。Ｚ軸駆動回路６３には、エンコーダ７３ａ付きのＺ軸モータ７３が接続されている。主軸駆動回路６４には、エンコーダ７４ａ付きのＺ軸モータ７４が接続されている。

数値制御装置５０のＣＰＵ５１からの制御信号に基づいて、Ｘ軸駆動回路６１とＹ軸駆動回路６２とＺ軸駆動回路６３がＸ軸モータ７１とＹ軸モータ７２とＺ軸モータ７３を夫々駆動することにより、テーブル１０を所望の位置に移動させ、主軸ヘッド７を高さ方向に所望の位置に移動させることができる。

次に、前記の加工負荷等表示制御について、図４、図７のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中符号Ｓｉ（ｉ＝１，２・・）は各ステップを示す。
制御の開始後、指定した加工プログラムがディスプレイ８２の画面に表示される（Ｓ１）。次にテスト的に加工するワーク素材をテーブル１０の上に固定してプログラム実行が開始される（Ｓ２）。次に加工プログラムの１ブロック（１行分）を読み込む（Ｓ３）。

次にプログラム終了か否か判定し（Ｓ４）、その判定がＮｏのときはＳ５へ移行し、その判定がＹｅｓのときはこの制御を終了する。Ｓ５では読み込んだブロックが「移動指令」か否か判定する。この「移動指令」は、早送り指令と、加工中の切削送り指令の両方を含む。Ｓ５の判定がＮｏのときは、Ｓ６においてその指令実行を開始し、その指令実行が終了すると（Ｓ７：Ｙｅｓ）、Ｓ３へ移行する。

Ｓ５の判定の結果、読み込んだ指令が移動指令である場合には、移動指令に識別ラベル（図５に示す、L1,L2,・・）を付ける（Ｓ８）。次に、Ｓ９において移動指令の実行を開始する。次のＳ１０においては、指定された移動軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の何れか）の移動の指令値、フィードバック値（以下、ＦＢ値という）、加工負荷のデータを取得する。この場合、指令値は加工プログラムから直接又は演算処理して知ることができる。フィードバック値は、指令された移動軸のエンコーダ７１ａ〜７３ａの検出データから判る。加工負荷が大きいときは、（指令値−ＦＢ値）の値が大きくなる。それ故、「加工負荷」を反映する物理量として、（指令値−ＦＢ値）である実誤差を採用している。尚、実誤差が小さいときは、加工負荷が小さいと判断できる。

次に、Ｓ１１においては、移動指令、識別ラベル、指令値、ＦＢ値、加工負荷、時刻のデータ（時系列データ）をＲＡＭ５３の前記データ記憶エリアに格納する。図５は、ＲＡＭ５３の前記データ記憶エリアに格納したデータの例を示す。尚、加工プログラム別に上記のデータが格納される。次に、Ｓ１２において、移動指令別に識別可能に、指令値とＦＢ値と加工負荷のタイムチャートをディスプレイ８２の同一画面に表示する。
例えば、図６に示すように、Ｘ軸の移動指令及びＦＢ値のタイムチャートと、指令値とＦＢ値との差である加工負荷（実誤差）のタイムチャートとが、ディスプレイ８２の画面の左側領域に表示され、この画面の右側領域には、加工プログラムが表示される。

しかも、加工プログラム及びそれに含まれる移動指令と、指令値及びＦＢ値と、加工負荷とが対応つくように、例えば、移動指令Ｇ０Ｘと、それに対応する指令値とＦＢ値と加工負荷が例えば緑色にて表示される。移動指令Ｇ１Ｘと、それに対応する指令値とＦＢ値と加工負荷が例えば赤色にて表示される。移動指令Ｇ６Ｘと、それに対応する指令値とＦＢ値と加工負荷が例えば黄色にて表示される。このように、移動指令と、それに対応する指令値とＦＢ値と加工負荷の対応関係が明瞭になるように、表示色を異ならせて表示するようになっている。尚、マーカーＭも画面に表示され、マーカーＭで移動指令を指示してから、移動指令の内容を修正し、その修正した加工プログラムを保存することもできる。

尚、上記のように表示色を介して、移動指令、指令値、ＦＢ値、加工負荷を対応つける方法の代わりに、識別ラベル（図５に示す、L1,L2 ・・・）を移動指令、指令値、ＦＢ値、加工負荷の近傍部位に表示することにより、対応付けてもよい。
尚、図６の表示例は、Ｘ軸を指定して表示させた場合の例であり、Ｙ軸を指定すると、Ｙ軸に関する指令値、ＦＢ値、実誤差、加工プログラムが画面の右側領域に表示され、Ｚ軸を指定すると、Ｚ軸に関する指令値、ＦＢ値、実誤差、加工プログラムが画面の左側領域に表示される。

次に、Ｓ１３において移動指令終了か否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ１０へ戻ってＳ１０以降を実行し、また、移動指令終了の場合はＳ３へ戻ってＳ３以降を実行する。Ｓ４において加工プログラムが終了したと判定されると、この制御は終了する。尚、この制御は、所定の微小時間の制御周期にて実行される。

次に、前記の加工負荷等表示制御のうち、図４に示す制御によりＲＡＭ５３のデータ記憶エリアに格納したデータを読み出して、ディスプレイ８２の画面に図６に示すように表示させる制御について説明する。制御の開始後、指定した加工プログラムがディスプレイ８２の画面の右側領域に表示される（Ｓ２０）。次にプログラムの解析が開始される（Ｓ２１）。次に加工プログラムの１ブロック（１行分）を読み込む（Ｓ２２）。

次にプログラム終了か否か判定し（Ｓ２３）、その判定がＮｏのときはＳ２４へ移行し、その判定がＹｅｓのときはこの制御を終了する。Ｓ２４では読み込んだブロックが「移動指令」か否か判定する。Ｓ２４の判定がＮｏのときはＳ２２へ戻り、Ｓ２２以降を繰り返す。

Ｓ２４の判定の結果、読み込んだ指令が移動指令である場合には、移動指令の識別ラベルを読み込む（Ｓ２５）。次に、Ｓ２６において、ＲＡＭ５３のデータ記憶エリアに格納した、移動指令と識別ラベルに対応する指令値、ＦＢ値、加工負荷、時刻のデータ（時系列データ）を読み込む。次に、Ｓ２７において、図５に示すように、移動指令別に識別可能に、指令値とＦＢ値と加工負荷のタイムチャートをディスプレイ８２の画面の左側領域に表示する。この場合も、前記Ｓ１２と同様に、移動指令毎に表示色を異ならせることで、移動指令別に、指令値とＦＢ値と加工負荷と加工プログラムの移動指令とを対応付けて表示される。

次に、Ｓ２８においては移動指令終了か否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ２６へ移行し、Ｓ２８の判定がＹｅｓのときはＳ２２へ戻り、Ｓ２２以降を繰り返し実行する。 尚、Ｓ２３の判定により加工プログラムが終了したと判定されると、この制御は終了する。上記の制御は、所定の微小時間の制御周期にて実行される。

以上説明した数値制御工作機械の作用、効果について説明する。
各移動指令による加工を実行する際の加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとをディスプレイ８２の同一画面に対応付けて表示させるため、加工負荷の大きい移動指令に対応する加工プログラムの部分を修正する際に、加工負荷のタイムチャートから加工負荷の大きい箇所を迅速にピックアップし、それに対応する移動指令（加工プログラムの一部）を迅速に修正することができる。このように、加工プログラムの修正を簡単に能率的に行うことができる。
また、加工負荷の小さい箇所（実誤差が小さい箇所）も間単に把握でき、その箇所の切削条件（切削速度）を高くすることで、加工全体の切削時間（サイクルタイム）を短縮することができる。

各移動指令における指令値とフィードバック値の時系列データも取得するため、これらのタイムチャートを作成して表示することが可能になる。各移動指令における指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとをディスプレイ８２の同一画面に対応つけて表示させるため、指令値とフィードバック値の差の大きい箇所、つまり加工負荷の大きい箇所を簡単に把握することができ、加工プログラムの修正に活用することができる。

加工プログラムによってワークを加工する際に、指令値とフィードバック値と加工負荷の時系列データを取得して記憶しておき、加工終了後に、指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとをディスプレイ８２の同一画面に対応付けて表示させるため、指令値とフィードバック値の差の大きい箇所、つまり加工負荷の大きい箇所を簡単に把握し、それに対応する移動指令（加工プログラムの一部）を修正することができる。このように、加工プログラムの修正を簡単に能率的に行うことができる。

上記の指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとをディスプレイの同一画面に表示する場合に、指定した軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の何れか）別に上記のタイムチャートを表示するため、画面の表示情報が煩雑化せず、見易くなり、使い勝手に優れる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１］前記実施例では、（指令値−ＦＢ値）を加工負荷として採用したが、各軸モータ７１〜７３の駆動電流を加工負荷としてもよい。各軸モータの駆動電流は、各軸駆動回路６１〜６３において電流検出器により検出されているため、その検出電流値を取得することにより各軸の加工負荷を確実に知ることができる。

２］加工プログラムの多数のブロックに連続的なブロック番号を付与する場合には、
前記識別ラベルとして、そのブロック番号を採用してもよい。

本発明の実施例に係るマシニングセンタの正面図である。 マシニングセンタの機械本体の斜視図である。 数値制御装置のブロック図である。 加工負荷等表示制御のフローチャートの一部である。 識別ラベル、移動指令、指令値とＦＢ値と加工負荷の時系列データの説明図である。 ディスプレイの画面への表示例を示す図である。 加工負荷等表示制御のフローチャートの残部である。

符号の説明

１ マシニングセンタ（数値制御工作機械）
５０ 数値制御装置
６１ Ｘ軸駆動回路
６２ Ｙ軸駆動回路
６３ Ｚ軸駆動回路
６４ 主軸駆動回路
７１ Ｘ軸モータ
７２ Ｙ軸モータ
７３ Ｚ軸モータ
７４ 主軸モータ
８２ ディスプレイ

Claims (4)

1. 工作機械の送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、工具が取り付けられた主軸を回転駆動する主軸駆動手段と、加工プログラムに基づいて前記送り軸駆動手段と前記主軸駆動手段とを制御する制御手段と、この制御手段に接続された表示手段とを備えた数値制御式工作機械において、
   加工プログラムに基づきワークを加工中に、各移動指令に識別ラベルを付けると共に各移動指令で指令された移動における加工負荷の時系列データをリアルタイムで取得するデータ取得手段と、
   前記データ取得手段で取得された加工負荷の時系列データから得られる加工負荷のタイムチャートと加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させる第１表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とする数値制御工作機械。
2. 前記データ取得手段は、各移動指令で指令された移動における指令値とフィードバック値の時系列データもリアルタイムで取得することを特徴とする請求項１に記載の数値制御工作機械。
3. 前記表示制御手段は、各移動指令に基づく指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させることを特徴とする請求項２に記載の数値制御工作機械。
4. 前記データ取得手段で取得した指令値とフィードバック値と加工負荷の時系列データを、前記移動指令及び識別ラベルと対応付けて記憶する情報記憶手段と、
   前記加工プログラムによる加工終了後、前記データ記憶手段に記憶した時系列データを読み出して、指令値とフィードバック値と加工負荷のタイムチャートと、加工プログラムとを前記表示手段の同一画面に対応付けて表示させる第２表示制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の数値制御工作機械。