JP4666936B2 - 割出しテーブルを有するｎｃ工作機械の制御方法及びｎｃ工作機械 - Google Patents

Description

本発明はワークの回転方向位置を割出して位置決めする割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法及びそのＮＣ工作機械に関し、特に、工具でワーク外周の複数の側面の内、一つの側面を加工完了してから新たな側面を加工開始するまでの期間である割出しサイクルタイムを短縮する割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法及びそのＮＣ工作機械に関する。

近年のＮＣ工作機械は、通常、ワークを固定したパレットを載置する又は直接ワークを載置する割出しテーブルを備え、割出しテーブルを割出しテーブル平面に垂直な軸（Ｂ軸）の回りに所定角度だけ回転させてはワークと主軸とを相対移動してワークを加工している。このような従来技術のＮＣ工作機械において、ワークの加工は、加工プログラムにしたがって、主軸の工具とマガジンに収納された工具とを交換しつつ行われる。また、同一工具を用いてワーク外周の側面を加工する場合は、割出しテーブルおよび主軸を加工終了毎に待機位置に戻し、割出しテーブル上のワークの割出しを行って、すなわち割出しテーブルをアンクランプして割出しテーブル上部を回転可能にし、その割出しテーブル上部を所定角度回転して新たなワークの加工側面を主軸に向け、次いで割出しテーブルをクランプして割出しテーブルの上部と下部とが結合、位置決めされたことを確認した後に、ワークと主軸とを相対移動してワークの新たな側面を加工している。

図３は従来技術による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の割出しサイクルタイムにおける動作を示すフローチャートである。この動作は、所定の工具でワーク外周の複数の側面の内、一つの第１側面を加工完了後に、ワーク割出しのため工具とワークが干渉しない待機位置に主軸とワークとを送り、ワーク割出しを行い、その完了後に主軸とワークとを待機位置から加工開始位置に送り、同一工具でワークの外周の新たな第２側面の加工を開始するまでの期間（割出しサイクルタイムと呼ぶ）における動作を言う。この期間における動作を図３を参照して以下に説明する。

まず、ステップＳ１で、ＮＣ装置は主軸及びワークを待機位置に退避させる。一例として、ＮＣ装置は主軸をＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って送り主軸待機位置（Ｘ0、Ｙ0）に移動し、ワークを送り軸であるＺ軸の方向に沿って送りワーク待機位置（Ｚ0）に移動する。ここで、ＮＣ装置とは主軸のＸ軸、Ｙ軸の方向の移動、ワークのＺ軸方向の移動およびワークのＢ軸回転等を制御する一般的な数値制御装置である。
ステップＳ２で、プログラマブル機械制御装置（ＰＭＣ装置）はＮＣ装置から割出しテーブルのアンクランプ指令を受け、割出しテーブルをアンクランプして割出しテーブル上部を回転可能にする。ここで、ＰＭＣ装置とは主として割出しテーブルのクランプ／アンクランプ及び回転駆動を制御するプログラマブル機械制御装置であり、ＮＣ工作機械の各部のセンサを監視し各種アクチュエータの動作を制御するものである。

ステップＳ３で、ＰＭＣ装置は割出しテーブルのアンクランプが完了したか否かを確認し、ＹＥＳのときはステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１に進む。
ステップＳ４で、ＮＣ装置はＢ軸回転用のサーボモータを駆動して、新たなワークの加工側面が主軸に向かうように割出しテーブル上部をＢ軸方向に所定角度、例えばワークが直方体であれば９０度だけ回転する。
ステップＳ２１で、ＰＭＣ装置は割出しテーブルのアンクランプ開始から所定時間経過したか否かを判定し、ＹＥＳのときはステップＳ２２進み、ＮＣ工作機械のオペレータにアラームで、例えば音声または表示により警報し、工作機械を停止する（ステップＳ２２）。次いでＮＣ工作機械のオペレータがアラームを解除し、ＮＣ工作機械の稼動を再開する（ステップＳ２３）。ＮＯのときはステップＳ３に戻る。
ステップＳ５で、ＰＭＣ装置は割出しテーブルをクランプする。

ステップＳ６で、ＰＭＣ装置は割出しテーブルのクランプが完了したか否かを、すなわち割出しテーブルの上部と下部とが結合されたか否かを確認し、ＹＥＳのときはステップＳ７に進み、ＮＯのときはステップＳ３１に進む。
ステップＳ７で、ＮＣ装置は主軸を加工開始位置（Ｘs、Ｙs）に移動し、ワークを主軸に向けてＺ軸の方向に沿って送り、加工開始位置（Ｚs）に移動する。
ステップＳ８で、ＮＣ装置はワークの新たな側面の加工を実行すべく主軸を加工プログラムにしたがって、例えばＸ軸の方向に沿って送るなど、ワークの加工を再開する。

ステップＳ３１で、ＰＭＣ装置は割出しテーブルのクランプ開始から所定時間経過したか否かを判定し、ＹＥＳのときはステップＳ３２進み、ＮＣ工作機械のオペレータにアラームで、例えば音声または表示により警報し、工作機械を停止する（ステップＳ３２）。次いでＮＣ工作機械のオペレータがアラームを解除し、ＮＣ工作機械の稼動を再開する（ステップＳ３３）。ＮＯのときはステップＳ６に戻る。

しかしながら、従来技術による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械は、所定の工具でワーク外周の複数の側面の内、一つの側面を加工完了してから新たな側面を加工開始するまでの期間である割出しサイクルタイムに時間がかかり、この時間が累積されて、ワークのトータルの加工時間が増大するという問題がある。時間がかかる理由は、主軸及びワークの待機位置への移動と割出しテーブルのアンクランプとを直列に行うため、更に割出しテーブルのクランプと主軸及びワークの加工開始位置への移動を直列に行うためである。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、上記割出しサイクルタイムを短縮する割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法及びＮＣ工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法は、ワークを載置するテーブルをアンクランプして回転割出しし、クランプしてワークの加工を行う割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法において、前記割出しテーブルの回転はアンクランプが完了しないと行うことができないようにインターロックをかけ、前記割出しテーブルのプリアンクランプ指令が発せられると、前記割出しテーブルのアンクランプ動作と、送り軸を駆動して主軸及び前記割出しテーブルを主軸の工具と前記ワークが干渉しない待機位置に相対移動させる動作とが並行して実行され、前記割出しテーブルのアンクランプ動作が完了した後に前記割出しテーブルを回転割出しし、前記割出しテーブルのクランプ動作と、送り軸を駆動して前記主軸及び前記割出しテーブルを前記待機位置から加工開始位置に相対移動させる動作とが並行して実行されることを特徴とする。
上記構成により、ワークの割出しサイクルタイムを短縮できる。

上記目的を達成する本発明による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械は、ワークを載置するテーブルをアンクランプして回転割出しし、クランプしてワークの加工を行う割出しテーブルを有するＮＣ工作機械において、前記割出しテーブルの回転はアンクランプが完了しないと行うことができないようにインターロックをかけ、ＮＣ装置からの前記割出しテーブルのプリアンクランプ指令を受け、前記割出しテーブルのアンクランプ動作と、送り軸を駆動して主軸及び前記割出しテーブルを主軸の工具と前記ワークが干渉しない待機位置に相対移動させる動作とを並行して実行し、前記割出しテーブルのアンクランプ動作完了後に前記割出しテーブルを回転割出しし、前記割出しテーブルのクランプ動作と、送り軸を駆動して前記主軸及び前記割出しテーブルを前記待機位置から加工開始位置に相対移動させる動作とを並行して実行させる機械制御装置を具備することを特徴とする。
上記構成により、ワークの割出しサイクルタイムを短縮できる。

本発明によれば、割出しテーブルがアンクランプ又はクランプする動作中に割出しテーブルの回転以外の他の送り動作を並行して実行するので、ワークの加工終了から次加工開始までの割出しサイクルタイムが短縮できる。これにより、１つのワークのトータル加工時間が短縮され、生産性が向上する。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の図面において、同一のものは同一参照番号を付して示す。
図１は本発明による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の概略構成図である。図１全体に示すＮＣ工作機械１は、プログラマブル機械制御装置（ＰＭＣ装置）１０および数値制御装置（ＮＣ装置）２０を有する。割出しテーブル３０は、図示しないが、ワークの送り軸に沿って移動するテーブル本体上に置かれ、割出しテーブル３０の上にはパレットが固定され、パレットの上にはワークが固定される。図１の右方に示すように、割出しテーブル３０は上部３１と下部３２とを有し、上部３１と下部３２とは、左側に示すクランプ状態では結合し、右側に示すアンクランプ状態では分離して上部３１が矢示のように回転する。

この回転は、ワーク外周の複数の側面の内、一つの側面を加工完了した後、割出しテーブル３０をアンクランプしてパレットを固定した割出しテーブル上部３１を回転可能にし、ＮＣ装置２０によりサーボモータ４０を駆動制御してＢ軸を、例えば１度刻みまたは５度刻に回転することにより行われる。この回転により、割出しテーブル上部３１が所定角度だけ回転し、ワークの回転角度を割出すこと、すなわち新たなワークの加工側面を主軸に向けることができる。なお、この回転は割出しテーブル３０のアンクランプが完了しないと行うことができないようにインターロックがかけられている。

ＰＭＣ装置１０は、ＮＣ工作機械１の各部のセンサ、特に割出しテーブル３０のクランプ／アンクランプ完了を検知するセンサを監視するとともにＮＣ工作機械１のソレノイドを含む各種アクチュエータの動作を制御するものであり、特に、割出しテーブル３０のクランプ／アンクランプ及び回転駆動を制御するプログラマブル機械制御装置である。ＰＭＣ装置１０は、割出しテーブル制御部１０１、補助機能処理部１０２、事前処理部１０３および完了処理部１０４を有する。

割出しテーブル制御部１０１は、ＮＣ装置２０との間で通信し、すなわち割出しテーブル３０のアンクランプ完了を確認し、ＮＣ装置２０にアンクランプ完了報告を送る。
補助機能処理部１０２は、ＮＣ装置２０との間で通信し、すなわちＮＣ装置２０から補助機能指令を受け、ＮＣ装置２０にクランプ完了指令を送る。
事前処理部１０３は、補助機能処理部１０２からプリアンクランプ指令を受け、割出しテーブル制御部１０１にアンクランプ指令を送る。
完了処理部１０４は、割出しテーブル制御部１０１からクランプ完了報告を受け、これらの完了指令を補助機能処理部１０２に送る。

ＮＣ装置２０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動、およびワークのＢ軸回転を制御する。ＮＣ装置２０はサーボモータ４０を駆動してワークをＢ軸回転させる。
本発明による制御手段（ＰＭＣ装置１０、ＮＣ装置２０）は、割出しテーブル３０がアンクランプまたはクランプする動作中に割出しテーブル３０の回転以外の他の動作、例えば主軸またはワークの移動、あるいは主軸の回転または工具交換を実行するよう制御する。
次に、所定の工具でワーク外周の複数の側面の内、一つの側面を加工完了してから新たな側面を加工開始するまでの時間である割出しサイクルタイムを短縮する動作を図１を参照しつつフローチャートを用いて説明する。

図２は図１に示すＮＣ工作機械の割出しサイクルタイムにおける動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１で、ＮＣ装置２０はＰＭＣ装置１０の補助機能処理部１０２に第１補助機能指令である割出しテーブル３０のプリアンクランプ指令を送る。
ステップＳ２で、ＮＣ装置２０は主軸及びワークを待機位置に退避させる。一例として、ＮＣ装置２０は主軸をＸ軸、Ｙ軸の方向に沿って送り主軸待機位置（Ｘ0、Ｙ0）に移動し、ワークを送り軸であるＺ軸の方向に沿って送りワーク待機位置（Ｚ0）に移動する。
ステップＳ１２で、ＰＭＣ装置１０の補助機能処理部１０２はＮＣ装置２０から第１補助機能指令である割出しテーブル３０のプリアンクランプ指令（例えばＭコードでＭ３７２とＮＣプログラムに入力）を受け、事前処理部１０３に送り、事前処理部１０３は割出しテーブル制御部１０１にアンクランプ指令を送り、テーブル制御部１０１は割出しテーブル３０をアンクランプして割出しテーブル上部３１を回転可能にする。

ステップＳ３で、ＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御部１０１は割出しテーブル３０のアンクランプが完了したか否かをセンサ信号を監視して確認し、ＹＥＳのときはステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１で、ＰＭＣ装置１０は割出しテーブル３０のアンクランプ開始から所定時間経過したか否かを判定し、ＹＥＳのときはステップＳ２２進み、ＮＣ工作機械のオペレータにアラームで、例えば音声または表示により警報し、工作機械を停止する（ステップＳ２２）。次いでＮＣ工作機械のオペレータがアラームを解除し、ＮＣ工作機械の稼動を再開する（ステップＳ２３）。ＮＯのときはステップＳ３に戻る。

ステップＳ４で、ＮＣ装置２０はＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御部１０１が割出しテーブル３０のアンクランプの完了を確認したので割出しテーブル制御部１０１から送信されたアンクランプ完了報告を受けてＢ軸回転用のサーボモータ４０を駆動して、新たなワークの加工側面が主軸に向かうように割出しテーブル上部３１をＢ軸方向に所定角度だけ回転する。
ステップＳ５で、ＮＣ装置２０は主軸及びワークを加工開始位置（Ｘs、Ｙs、Ｚs）に移動する。
ステップＳ２５で、ＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御部１０１は割出しテーブル３０をクランプする。

ステップＳ６で、ＮＣ装置２０はＰＭＣ装置１０の補助機能処理部１０２、事前処理部１０３を介して割出しテーブル制御制御部１０１に第２補助機能指令である割出しテーブルのクランプ完了確認指令（例えばＭ３７３とＮＣプログラムに入力する）を送る。
ステップＳ７で、ＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御制御部１０１は割出しテーブル３０のクランプが完了したか否かを、すなわち割出しテーブル３０の上部３１と下部３２とが結合されたか否かをセンサ信号を監視してクランプ完了確認を行いその結果をＰＭＣ装置１０の完了処理部１０４に報告する。この確認結果が、ＹＥＳのときはステップＳ８に進み、ＮＯのときはステップＳ３１に進む。
ステップＳ８で、ＮＣ装置２０はＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御部１０１が割出しテーブル３０のクランプの完了を確認したので割出しテーブル制御部１０１から完了処理部１０４、補助機能処理部１０２を介して送信されたクランプ完了指令を受けて、ワークの新たな側面の加工を実行すべく、主軸を加工プログラムにしたがって、例えばＸ軸の方向に沿って送るなど、ワークの加工を再開する。

ステップＳ３１で、ＰＭＣ装置１０の割出しテーブル制御制御部１０１は割出しテーブル３０のクランプ開始から所定時間経過したか否かを判定し、ＹＥＳのときはステップＳ３２に進み、ＮＣ工作機械のオペレータにアラームで、例えば音声または表示により警報し、工作機械を停止する（ステップＳ３２）。次いでＮＣ工作機械のオペレータがアラームを解除し、ＮＣ工作機械の稼動を再開する（ステップＳ３３）。ＮＯのときはステップＳ７に戻る。

以上説明したように、本発明によれば、割出しテーブルをアンクランプまたはクランプする動作中に割出しテーブルの回転以外の他の動作を実行するよう制御する制御手段を備えたので、割出しサイクルタイムを短縮できる。

また、本発明によれば、割出しテーブルのアンクランプ動作とＮＣ工作機械における送り軸を駆動して主軸およびワークを待機位置に移動させる動作とが並行して実行され、かつ割出しテーブルのクランプ動作とＮＣ工作機械における送り軸を駆動して主軸およびワークの次加工開始位置に移動させる動作とが並行して実行されるので、割出しサイクルタイムを短縮できる。

尚、本実施形態では、主軸がＸ軸、Ｙ軸に、ワークがＺ軸に移動する形態の工作機械を用いたが、他の軸構成、例えば主軸が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｘ軸に移動し、割出しテーブルは割出し回転のみ行う構成でも本発明は成り立つ。

本発明による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の概略構成図である。 図１に示すＮＣ工作機械の割出しサイクルタイムにおける動作を示すフローチャートである。 従来技術による割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の割出しサイクルタイムにおける動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ＮＣ工作機械
１０…プログラマブル機械制御装置（ＰＭＣ装置）
２０…数値制御装置（ＮＣ装置）
３０…割出しテーブル
３１…割出しテーブル上部
３２…割出しテーブル下部
４０…サーボモータ
１０１…割出しテーブル制御部
１０２…補助機能処理部
１０３…事前処理部
１０４…完了処理部

Claims (2)

1. ワークを載置するテーブルをアンクランプして回転割出しし、クランプしてワークの加工を行う割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法において、
   前記割出しテーブルの回転はアンクランプが完了しないと行うことができないようにインターロックをかけ、
   前記割出しテーブルのプリアンクランプ指令が発せられると、前記割出しテーブルのアンクランプ動作と、送り軸を駆動して主軸及び前記割出しテーブルを主軸の工具と前記ワークが干渉しない待機位置に相対移動させる動作とが並行して実行され、
   前記割出しテーブルのアンクランプ動作が完了した後に前記割出しテーブルを回転割出しし、
   前記割出しテーブルのクランプ動作と、送り軸を駆動して前記主軸及び前記割出しテーブルを前記待機位置から加工開始位置に相対移動させる動作とが並行して実行されることを特徴とした割出しテーブルを有するＮＣ工作機械の制御方法。
2. ワークを載置するテーブルをアンクランプして回転割出しし、クランプしてワークの加工を行う割出しテーブルを有するＮＣ工作機械において、
   前記割出しテーブルの回転はアンクランプが完了しないと行うことができないようにインターロックをかけ、ＮＣ装置からの前記割出しテーブルのプリアンクランプ指令を受け、前記割出しテーブルのアンクランプ動作と、送り軸を駆動して主軸及び前記割出しテーブルを主軸の工具と前記ワークが干渉しない待機位置に相対移動させる動作とを並行して実行し、前記割出しテーブルのアンクランプ動作完了後に前記割出しテーブルを回転割出しし、前記割出しテーブルのクランプ動作と、送り軸を駆動して前記主軸及び前記割出しテーブルを前記待機位置から加工開始位置に相対移動させる動作とを並行して実行させる機械制御装置を具備することを特徴とした割出しテーブルを有するＮＣ工作機械。

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