JP5059360B2

JP5059360B2 - 工作機械の早送り制御方法

Info

Publication number: JP5059360B2
Application number: JP2006217214A
Authority: JP
Inventors: 智則荒井
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: JP2008036804A

Description

この発明は、複数の刃物台（工具ヘッドと呼ばれるものを含む。）や切削移動や早送り移動することのある主軸台（以下「刃物台等」と言う。）を備えた工作機械における当該刃物台等の早送り制御方法に関するものである。

工作機械は、ワークに対する工具の相対移動により、ワークの加工を行っている。従って、ワーク加工中は、工具を保持している刃物台や工具ヘッド又はワークを保持している主軸やテーブルが工作機械のフレーム上で移動する。これらの機械ユニットは、非常に大きな質量を有している。

ワーク加工中における工具の送り速度は、加工の種類、ワーク及び工具刃先の材質、要求される加工後の面精度などによって決定される。同じワークに対する加工であっても、加工面精度が要求されない粗加工では、工具の送り速度が速く、高い加工面精度が要求される仕上げ切削では、工具の送り速度が遅い。ＮＣ工作機械では、ＮＣプログラムに記述された工具送り速度が実現されるように、制御装置が刃物台等を移動させる送りモータの速度を制御している。

工作機械の刃物台等は、切削送りの前後に位置決めのための移動やホームポジションに復帰する移動を行う。この移動に要する時間は、ワークに対する加工が行われない損失時間となるので、これらの移動を高速で行って（一般に「早送り」と言われている。）、加工時間の短縮を図っている。早送り速度や早送り開始及び終了時の刃物台等の加速度を規定する時定数は、各刃物台等毎にＮＣ装置に登録されている。

複数の刃物台を備えた工作機械では、通常、各刃物台ごとに準備された加工プログラムに従ってそれぞれが個別に動作している（複数の刃物台等を同期動作させるときは、同期動作を指令するブロックの前にウエイト指令を置いて同期を取る。）。たとえば、図６に示す３個の刃物台４ａ、４ｂ、４ｃを備えた２主軸対向旋盤では、３個の刃物台４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれを制御するためのＮＣプログラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、移動側主軸台５ｂを制御するＮＣプログラム１１ｄとがＮＣ装置１に登録され、各刃物台４ａ、４ｂ、４ｃ及び移動側主軸台５ｂは、それぞれのプログラムに従って個別に動作する。従って、各刃物台等は、他の刃物台等がどのような動作を行っているかを認識することができない。

なお、図６において、５は固定側主軸台、５ｂは移動側主軸台、６ａ及び６ｂはそれぞれの主軸台５ａ、５ｂに軸支された主軸の対向端に装着されたチャック、７ａ、７ｂはそれぞれのチャックに把持されたワーク、３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは各刃物台４ａ、４ｂ、４ｃ及び移動側主軸台５ｂの送りモータで、刃物台４ａ、４ｂ、４ｃには複数の送りモータが設けられるが、図ではＺ軸方向（主軸軸線方向）の送りモータのみが示されている。

図の２主軸対向旋盤は、主軸軸線Ａの下に配置された左右の刃物台４ａ、４ｂが工具タレット８ａ、８ｂを備えたタレット刃物台で、左側の刃物台４ａが左側のワーク７ａを加工し、右側の刃物台４ｂが右側のワーク７ｂを加工する。主軸軸線の上方に配置された刃物台４ｃは、Ｙ軸（図の紙面直角方向の軸）回りに旋回可能な回転工具軸９を備えた刃物台で、必要に応じて左右のワーク７ａ、７ｂに対向する位置に移動して、回転工具軸９に装着したドリルやフライスカッタでワーク周面の穴開け加工や平面加工を行う。

図６に示したような工作機械では、同一機械上で２個のワーク７ａ、７ｂの加工が並行して行われる。そして、各刃物台等の動作が個別に制御されているため、たとえば右下の刃物台４ｂで右側のワーク７ｂの仕上げ切削を行っているときに、他の刃物台等４ａ、４ｃ、５ｂが早送り動作するということが起る。刃物台等は質量が大きいため、早送り速度を高くすると、刃物台等の早送り動作中、特にその加減速中に大きな慣性力が作用し、これが機械フレームを振動させる。そしてこの機械フレームの振動が、刃物台４ｂによる仕上げ切削の面精度の低下をもたらす。そのため、いずれかの刃物台等でワークの仕上げ切削が行われるときは、当該ワークを加工する際の刃物台等の早送り速度及びその加減速の時定数を、早送り中に生ずる機械フレームの振動によって仕上げ切削の精度に悪影響が生じない程度の値に設定する必要があった。

ワーク加工中における工作機械の損失時間を短縮し、加工能率を上げるためには、刃物台等の早送り速度を速くし、加減速時の時定数を短くするのが好ましい。しかし、早送り速度を速くしたり加減速時間を短くすると、早送りに伴う機械フレームの振動が大きくなって、仕上げ切削の面精度を低下させるから、この点から早送り速度の高速化が制限される。

刃物台等の早送り速度やその加減速時の時定数などの設定値は変更可能であるから、精密な仕上げ切削が行われないワークを加工するときは、早送り速度の設定値を上げ、精密な仕上げ切削が行われるワークを加工するときは、早送り速度の設定値を下げるという操作も可能であるが、ワークに応じて早送り速度の設定値を一々変更するのは面倒であるし、仕上げ切削を行うワークの加工能率が低くなるという問題は解決されない。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、個別に移動を制御されている複数の刃物台等を備えた工作機械において、仕上げ切削を伴うワークを加工する際に、仕上げ切削の加工精度を低下させることなく、早送り速度を高速化して、ワークの加工能率を向上させる技術手段を提供することを課題としている。

この発明は、刃物台等の早送り速度及びその加減速時の時定数として、高速側と低速側との２組の設定値をＮＣ装置に設定し、いずれかの刃物台等が仕上げ切削中であるときは、他の刃物台等の早送りを低速側の設定値に基づいて実行し、いずれの刃物台等も仕上げ切削を行っていないときは、刃物台等の早送りを高速側の設定値に基づいて行うことにより、上記課題を解決したものである。

すなわち、この出願の請求項１の発明に係る複数の刃物台を備えた工作機械の早送り制御方法は、ＮＣプログラムで制御される複数の刃物台を備えた工作機械の刃物台の早送り制御方法において、ＮＣ装置に速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作用のパラメータと速度又は加減速時の加速度が小さい早送り動作用のパラメータとの２種類の早送り動作用のパラメータを登録し、一の刃物台又は主軸台に早送り動作を開始させるときに他の刃物台又は主軸台が仕上げ切削中であることが検出されたときは、当該一の刃物台又は主軸台に速度又は加速度が小さい早送り動作を実行させ、他のいずれの刃物台及び主軸台も仕上げ切削中でないときは、当該一の刃物台又は主軸台に速度又は加速度が大きい早送り動作を実行させ、一の刃物台又は主軸台に仕上げ切削動作を開始させるときに他の刃物台又は主軸台が速度又は加速度の大きい早送り動作中であることが検出されたときは、当該早送り動作が終了するまで待機したあと当該仕上げ切削動作を開始することを特徴とするものである。

また、本願の請求項２の発明に係る早送り制御方法は、上記請求項１記載の複数の刃物台を備えた工作機械の早送り制御方法において、仕上げ切削動作を開始するときに仕上げ切削中フラグをオンにして当該切削動作が終了したときに当該フラグをオフにし、速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作を開始するときに早送り中フラグをオンにして当該早送り動作が終了したときに当該早送り中フラグをオフにし、早送りが指令されたときに仕上げ切削中フラグがオフであることを条件として速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作を実行し、オンの仕上げ切削中フラグがあるときは速度又は加減速時の加速度の小さい早送り動作を実行し、仕上げ切削が指令されたときは早送り中フラグがオフであることを条件にして当該仕上げ切削を実行することを特徴とするものである。

刃物台等の早送り（位置決め）動作や仕上げ切削動作は、ＮＣプログラムのＧコードによって指令される。切削加工時の刃物台等の送り速度は、それを指定するＧコードのＦ機能によって指定される。また、加工に使われる工具は、Ｔ機能によって指定される。仕上げ切削は、それに適した工具を用いて粗加工より遅い送り速度で行われる。従って、使用される工具や送り速度の閾値を定めておくことによって、ＮＣ装置がＮＣプログラムのブロックを読み込んだときに、当該ブロックで指令された加工動作が工具の種類や送り速度の閾値で定められた仕上げ切削に該当するかどうかをＮＣ装置で自動判定させることができる。また、刃物台等の早送りによる位置決めは、特定のＧコード（通常はＧ００）に割り当てられているので、ＮＣ装置がＮＣプログラムのブロックを読み込んだときに、次の動作が早送りを伴う動作であるかどうかは、ＮＣ装置に自動判定させることができる。

読み込んだＮＣプログラムのブロックが早送り動作を伴うものであるとき、他の刃物台等が仕上げ切削中であるかどうかをＮＣ装置に自動判定（仕上げ切削中はＮＣ装置のメモリに仕上げ切削中であることを示すフラグを立てること、ＮＣ装置から各刃物台等の送りモータに与えられている速度指令を設定された閾値と比較すること、各刃物台等で実行されるＧコードのＦ機能やＴ機能で指定された値をＮＣ装置のメモリに記憶しておいてその値と設定された閾値とを比較することなどにより、自動判定できる。）させ、もし、いずれかの刃物台等が仕上げ切削中であれば、低速側の設定値を用いて早送り動作を実行する。これにより、刃物台等の早送り動作により他の刃物台等が行っている仕上げ切削の精度低下を防止できる。

また、読み込んだブロックが仕上げ切削動作を指令するものであるときは、他の刃物台等が早送り動作中であるかをＮＣ装置に自動判定（早送り動作中はＮＣ装置のメモリに早送り動作中であることを示すフラグを立てること、各刃物台等の送りモータに与えられている速度指令を参照することなどにより自動判定できる。）させて、いずれかの刃物台等が早送り動作中であるときは、その早送り動作が終了するまで待機した後、仕上げ切削動作を開始する。これにより、仕上げ切削と高速側での早送り動作とが並行して行われるのを避けることができる。

なお、一般的な工作機械では、主軸台を定位置に固定して刃物台のＺ及びＸ方向の送りによりワークを加工するが、主軸台がＺ方向に移動可能な工作機械では、刃物台のＸ方向送りと主軸台のＺ方向送りとによりワークを加工することもある。このような工作機械では、主軸台の移動により仕上げ切削が行われる場合が生ずる。

上記のこの発明の方法により、いずれかの刃物台等が仕上げ切削を行っているときの他の刃物台等の早送り動作は、常に低速側の設定値に基づいて行われることになる。従って、この低速側の早送り動作の設定値を機械フレームに仕上げ切削の精度を低下させるおそれがあるような振動を生じさせることのない値に設定しておけば、他の刃物台等の早送り動作によって仕上げ切削の加工精度が低下することを回避できる。

この発明の方法では、他の刃物台等の早送りが終了するまで仕上げ切削が開始されないので、この待機時間が加工能率を低下させると考えられるが、早送り動作は短時間で終了するので、この待ち時間による加工能率の低下は、ワーク加工中の総ての早送り速度を低速にする従来方法に比べれば、遥かに小さい。

なお、刃物台等の数が多く、１つの刃物台等の早送りが終了する前に次の刃物台等の早送りが開始して、仕上げ切削の待ち時間が長くなるおそれが生ずるような場合には、ある刃物台等に仕上げ切削が指令された時点で仕上げ切削中を示すフラグを立てて待機するようにすれば、それ以後に指令された早送りは総て低速側の早送りとなるので、現に実行中の早送りが終了した時点で仕上げ切削を開始することができる。

この発明の方法によれば、複数の刃物台を備えた工作機械において、ある刃物台等の早送り動作と仕上げ切削動作とが並行して行われたときの早送り動作に伴う機械振動に起因する仕上げ切削精度の低下を回避することができる。

また、刃物台等の送り速度が低速側で行われるのは、他の刃物台等が仕上げ切削を行っているときのみであり、その他の場合には、高速側の設定値に基づいて早送りが行われるので、低速で早送りすることによる加工能率の低下を最小限にできる。

更に、ワークの加工に仕上げ切削が含まれているかどうかによって、早送り速度の設定値を変更するという作業も不要になり、この変更作業を忘れて加工能率を低下させたり、仕上げ切削精度を低下させるおそれがない。

次に図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１及び２は、第１実施形態を示す制御ブロック図及び制御フローチャートで、ＮＣ装置から各刃物台等の送りモータへ出力されている指令値を参照して制御を行う例を示した図である。図１のブロック図において、１はＮＣ装置、２（２ａ、２ｂ、２ｃ）はサーボアンプ、３（３ａ、３ｂ、３ｃ）は送りモータであり、添え字のａ、ｂ、ｃは、例えば図６に示した３個の各刃物台４ａ、４ｂ、４ｃを制御するものであることを示している。なお、各刃物台４ａ、４ｂ、４ｃには、複数のサーボアンプ及び送りモータが設けられているが、ここでは図６と同様に、そのうちの１個のみを示している。

ＮＣ装置１には、刃物台等の数に対応する数のＮＣプログラムデータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）が登録されている。ＮＣ装置１は、ＮＣプログラムデータを１ブロックずつ読み取り、ＮＣ文解釈部１２で構文解釈を行い、その結果を対応する刃物台の指令処理部１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に出力する。各指令処理部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、受取ったデータに基づいて指令信号を対応するサーボアンプ２ａ、２ｂ、２ｃに送り、各刃物台などの送りモータ３ａ、３ｂ、３ｃを制御している。

たとえば刃物台４ａが早送り動作しているときは、その送りモータ３ａを制御している指令処理部１３ａから、その早送り速度に対応する速度指令が出力されている。また、刃物台４ｂが仕上げ切削を行っているときは、その送りモータ３ｂを制御している指令処理部１３ｂから仕上げ切削用の送り速度に対応する速度指令が出力されている。

ＮＣ装置１には、仕上げ切削の判定基準となる送り速度の閾値を登録する閾値設定部１４が設けられている。またＮＣ装置１には、パラメータ変更処理部１５と、低速側の早送り速度と加減速時の時定数とを登録する低速早送り用のパラメータ設定部１６が設けられている。高速側の早送りには、指令処理部１３ａ、１３ｂ、１３ｃに設定されている通常速度（高速）での早送り用のパラメータが用いられる。

パラメータ変更処理部１５は、ある刃物台を制御している指令処理部１３ａ、１３ｂ、１３ｃがＮＣ文解釈部１２から新たなデータを受けたときに、そのデータが早送り指令又は仕上げ切削指令のデータであるかどうかを調べる。そして早送り指令又は仕上げ切削指令のデータであるときは、他の刃物台の指令処理部から出力されている速度指令を参照する。受取ったデータが早送りデータであって、かつ参照した速度指令の中に閾値設定部１４に設定された値より低い速度指令値のものがあるときは、当該早送り動作のパラメータを低速早送り用のパラメータ設定部１６に登録されているパラメータに変更する。また、受取ったデータが仕上げ切削のデータであって、かつ参照した速度指令の中に低速早送りパラメータ設定部に設定された早送り速度より高い速度指令値のものがあるときは、当該速度指令値による動作が終了するまで仕上げ切削の実行を待機させる。

図１のブロック図に対応するＮＣ装置の制御手順は、図２に示されている。ＮＣプログラムから１ブロックのデータが読み込まれると、早送り指令であるかどうかが判断され、早送り指令であれば、パラメータ変更処理部１５が閾値設定部１４に設定された送り速度より遅い速度で送られている刃物台があるかどうかを調べ、もしあれば、早送り指令のパラメータを低速早送りパラメータ設定部１６に設定されている値に変更して、当該早送りを実行し、その早送りが終了したら、早送り指令のパラメータを元に戻す。また、読み込まれた１ブロックのデータが切削指令で、かつその送り速度が閾値設定部１４に設定された閾値より小さいときは、仕上げ切削指令であると判断し、低速早送りパラメータ設定部１６に設定されている早送り速度を越える速度で移動している刃物台などがあるかどうかを調べ、もしあれば、その終了を待ってから指令された処理を実行する。早送り指令でも仕上げ切削指令でもないときは、当該ブロックで指令されている他の動作を実行する。

図３及び図４は、この発明の第２実施形態を示す図で、図３は制御ブロック図、図４は制御フローチャートを示す図である。この実施形態は、ＮＣプログラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃから読み込んだ１ブロックのデータをＮＣ文解釈部１２で解釈し、Ｇコードのコード番号やＦ機能、Ｔ機能のデータをパラメータ変更処理部１５に渡し、パラメータ変更処理部１５は、そのデータが早送り指令又は仕上げ切削指令であるときは、必要なフラグを立てることにより、仕上げ送りや早送り状態を判定するものである。

この第２実施形態のものにおいては、図５に示すように、早送り動作を指令するＧ００コードが読込まれたとき、ＮＣ装置の内部機能でその前後にＭ＊１及びＭ＊２と表示したコードを付加する処理を行っている。ここでＭ＊１は、他の刃物台の仕上げ切削中フラグが立っている（オンになっている）ときは、早送り指令のパラメータを低速早送りパラメータ設定部１６に設定されたパラメータに変更し、そうでないときは、早送り中フラグを立てることを処理内容とするＭコードであり、Ｍ＊２は、Ｍ＊１で処理を元に戻すことを内容とするＭコードである。また、Ｇ０１で指令される切削送り指令が読込まれたときには、Ｍ＊３と表示したＭ機能を付加する。Ｍ＊３は、Ｆ機能で指令されている送り速度が閾値設定部１４に設定された送り速度以下のときに、仕上げ切削中フラグを立てて、早送り中フラグが立っているかどうかを調べ、当該フラグが立っているときは、そのフラグが戻るまで指令された切削加工の実行を待機させるＭコードである。またＭ＊４は、Ｍ＊３で立てたフラグを元に戻すＭコードである。

図４は第２実施形態の制御フローチャートを示した図で、ＮＣプログラムから読み込んだ１ブロックがＭ＊１であるときは、他の刃物台の仕上げ切削中フラグを調べ、仕上げ切削中フラグが立っていれば、早送り速度及び時定数のパラメータを低速早送りパラメータ設定部１６の設定値に変更し、どの刃物台にも仕上げ切削中フラグが立っていなければ、早送り中フラグをたてる。読み込んだブロックがＭ＊２であるときは、早送り中フラグをオフにし、早送りの速度及び時定数のパラメータを元に戻す。また、読み込んだブロックがＭ＊３であるときは、仕上げ切削中フラグをオンにし、他の刃物台の早送り中フラグを調べ、早送り中フラグオンの刃物台等があれば、そのフラグがオフになるまで待機する。またＭ＊４であれば、仕上げ切削中フラグをオフに戻す。読み込んだ１ブロックがＭ＊１、Ｍ＊２、Ｍ＊３及びＭ＊４以外のブロックであれば、指令された処理を実行し、次のブロックを読み込む。プログラムの終了であれば、加工動作を終了する。

この第２形態のものでは、早送りパラメータの変更処理や仕上げ切削の待機処理が、各刃物台の状態を示すフラグを参照して行われるので、どのような条件でフラグを立てるかを自由に選択することができ、より柔軟でかつ正確な制御が可能である。

第１実施形態の制御ブロック図第１実施形態の制御フローチャート第２実施形態の制御ブロック図第２実施形態の制御フローチャート第２実施形態のプログラムリストの要部を示す図この発明の方法が実施される工作機械の一例を示す模式図

符号の説明

１ＮＣ装置
3a,3b,3c 送りモータ
4a,4b,4c 刃物台
7a,7b ワーク
14 閾値設定器
16 低速早送りパラメータ設定部

Claims

ＮＣプログラムで制御される複数の刃物台を備えた工作機械の刃物台の早送り制御方法において、ＮＣ装置に速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作用のパラメータと小さい早送り動作用のパラメータとの２種類の早送り動作用のパラメータを登録し、一の刃物台又は主軸台に早送り動作を開始させるときに他の刃物台又は主軸台が仕上げ切削中であることが検出されたときは、当該一の刃物台又は主軸台に速度又は加速度が小さい早送り動作を実行させ、他のいずれの刃物台及び主軸台も仕上げ切削中でないときは、当該一の刃物台又は主軸台に速度又は加速度が大きい早送り動作を実行させ、一の刃物台又は主軸台に仕上げ切削動作を開始させるときに他の刃物台又は主軸台が速度又は加速度の大きい早送り動作中であることが検出されたときは、当該早送り動作が終了するまで待機したあと当該仕上げ切削動作を開始することを特徴とする、複数の刃物台を備えた工作機械の早送り制御方法。
仕上げ切削動作を開始するときに仕上げ切削中フラグをオンにして当該切削動作が終了したときに当該フラグをオフにし、速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作を開始するときに早送り中フラグをオンにして当該早送り動作が終了したときに当該早送り中フラグをオフにし、早送りが指令されたときに仕上げ切削中フラグがオフであることを条件として速度又は加減速時の加速度が大きい早送り動作を実行し、オンの仕上げ切削中フラグがあるときは速度又は加減速時の加速度の小さい早送り動作を実行し、仕上げ切削が指令されたときは早送り中フラグがオフであることを条件にして当該仕上げ切削を実行することを特徴とする、請求項１記載の早送り制御方法。