JP6641543B1

JP6641543B1 - 数値制御装置

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Publication number: JP6641543B1
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Inventors: 崇末田
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

工具を備えた工作機械（２）を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置（１）であって、加工プログラム（５）の解析結果に基づいて、工作機械（２）の機械系が有する回転軸誤差による工具の位置指令の補正量を算出する補正部（１２）と、加工プログラム（５）の解析結果に基づいて、位置指令の補正の無効化を判断する補正動作制御部（１５）と、補正動作制御部（１５）が位置指令の補正を無効化すると判断した場合、回転軸を基準位置に移動させる移動量決定部（１６）と、を備える。

Description

本発明は、工作機械などの加工機を制御する数値制御装置に関する。

工作機械に代表される産業用途の加工機は、高精度、かつ複雑な加工を行うことが求められる。工作機械は一般的に数値制御装置によって制御され、工具およびテーブルが加工プログラムで規定された指令経路に追従するように駆動制御が行われる。制御対象の工作機械の機械系は複数の軸を持ち、それぞれの軸の位置が指令位置に追従するよう、数値制御装置によって制御される。

数値制御装置は、高精度な加工を実現するために、工作機械の機械系の取り付け誤差、温度変化による機械系の変形、部品固有のたわみなどを考慮してそれぞれの軸の移動位置を変化させ、誤差を補正する機能を具備している。この機能を用いると、工作機械の構成が直線軸だけの場合、工具が移動する位置によって決まる、その位置における誤差、を打ち消す方向へ工具を移動させて誤差を補正することができる。しかし、複雑な形状の加工を行うために、近年の工作機械の機械系は、直線軸に加え、テーブルを回転させる回転軸を備えた構成が増加している。この場合、工具を直線移動させるときの工具の位置における誤差に加え、テーブルが回転した場合に発生するワークの位置の誤差も発生して加工精度が悪化する。そのため、テーブルの回転軸に対する誤差を補正する機能として、回転中心の誤差を補正する機能が考案されている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１１／１０４７５７号

上述した回転中心の誤差を補正する機能では、工作機械が備えているテーブルを回転させる回転軸の位置偏差データおよび角度偏差データを用いて、テーブルの回転によるワークの位置の誤差、すなわち回転中心の誤差を計算し、誤差を打ち消すように工具を移動させることで補正を行う。この補正はテーブル上のワークに対する位置としては正しい位置に工具が移動する。しかし、例えば、工具を交換するために複数の工具を備えているタレットの工具交換位置に工具を移動させる場合、タレットはテーブルとは別の機械系となっているため、工具の交換位置では回転軸の回転による位置の誤差が発生しない。そのため、補正を無効にしてから工具を交換位置に移動させる必要がある。この時、補正量が有る状態、すなわち、テーブルの回転軸が０°以外の位置となっている状態で、この補正を即座に無効にすると、回転軸はそのままで補正量が無い位置に工具がステップ的に移動する。回転軸の角度偏差による補正は複数の直線軸に補正が掛かるため、このステップ的な移動も複数軸で発生することになる。その結果、機械振動が発生し、振動音の発生、機械の故障などにつながる可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転中心の誤差の補正を無効化する際に発生する機械振動を抑制することが可能な数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、工具を備えた工作機械を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置であって、工作機械の機械系が有する回転軸誤差による工具の位置指令の補正量を算出する補正部と、加工プログラムの解析結果に基づいて、位置指令の補正の無効化を判断する補正動作制御部と、補正動作制御部が位置指令の補正を無効化すると判断した場合、回転軸を基準位置に移動させる移動量決定部と、を備える。補正動作制御部は、位置指令の補正を無効化する場合、回転軸を基準位置まで移動させた後に位置指令の補正を無効化する。

本発明にかかる数値制御装置は、回転中心の誤差の補正を無効化する際に発生する機械振動を抑制することができるという効果を奏する。

数値制御装置が制御対象とする工作機械の構成例を示す図数値制御装置が制御対象とする工作機械が備えるテーブルの構成例を示す図工作機械の加工動作において発生する回転中心の誤差を補正する機能の一例を示す図本発明の実施の形態にかかる数値制御装置の構成例を示す図数値制御装置が備える移動量決定部の第１の動作例を説明するための図数値制御装置が備える移動量決定部の第２の動作例を説明するための図図６に示した第２の動作例に対応する時定数の一例を示す図数値制御装置の制御対象の工作機械が工具を交換する動作の一例を示す図図８に示した動作に対応する加工プログラムの一例を示す図数値制御装置が補正を無効化する動作の一例を示す図数値制御装置が補正を無効化する動作の他の例を示す図数値制御装置を実現するハードウェアの一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
まず、本発明にかかる数値制御装置が制御対象とする工作機械について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、数値制御装置が制御対象とする工作機械の構成例を示す図である。

図１に示した工作機械は、テーブル１０１を有する。テーブル１０１上には加工対象物であるワーク１０２が固定される。テーブル１０１はＺ軸に平行な回転軸を有する。また、工作機械はコラム１０３を備える。コラム１０３には主軸ヘッド１０４が取り付けられており、主軸ヘッド１０４には工具１０５が取り付けられている。また、主軸ヘッド１０４は工具１０５をチルトさせる機構を備えている。図示していない数値制御装置は、主軸ヘッド１０４に固定された工具１０５のワーク１０２に対する３次元空間の相対位置および角度を制御して工具１０５をワーク１０２に接触させる。この状態で、数値制御装置が図示していない主軸モータを回転させることで工具１０５を回転させ、ワーク１０２の切削加工が行われる。

工具１０５の回転軸は主軸ヘッド１０４が有する主軸と一致する。また、加工用途に合わせて工具１０５を交換する場合、数値制御装置は、ＡＴＣ（Automation Tool Changer）アーム１０６の位置に主軸ヘッド１０４を移動させる。この状態で、ＡＴＣアーム１０６がタレット１０７に取り付けられている交換用の工具１０８と主軸ヘッド１０４に取り付けられている工具１０５とを交換する。図１に示した工作機械においては、テーブル１０１がＹ軸方向に運動し、主軸ヘッド１０４がＸ軸方向およびＺ軸方向に運動する構造となっている。なお、各軸においてテーブル１０１が移動するか主軸ヘッド１０４が移動するかの選択は、機械設計の際に工作機械の用途等に応じて適宜決定される。

数値制御装置が制御対象とする工作機械は、図２に示した構成のテーブル２０１を備えていてもよい。図２は、数値制御装置が制御対象とする工作機械が備えるテーブルの構成例を示す図である。図２に示したテーブル２０１はチルト機構を有している。工作機械が図２に示したようなチルト機構を有するテーブル２０１を備える場合、図１に示した主軸ヘッド１０４は工具１０５をチルトさせる機構を備えなくてもよい。ここで、チルト機構が主軸ヘッド側にあるかテーブル側にあるかの選択は、上記のテーブル１０１と主軸ヘッド１０４のどちらが移動するかの選択と同様に、機械設計の際に工作機械の用途に応じて適宜決定される。

図３は、工作機械の加工動作において発生する回転中心の誤差を補正する機能の一例を示す図である。図３に示した補正機能が補正する誤差は、図１に示した工作機械の機械系が有する誤差である。図３に示した補正機能は、本発明にかかる数値制御装置が工作機械を制御することによって実現される。図３に示したテーブル１０１は位置偏差３０１および角度偏差３０２を有するものとする。位置偏差３０１は、テーブル１０１の本来の回転軸３０３Ａの位置と実際の回転軸３０３Ｂの位置との偏差である。角度偏差３０２は、テーブル１０１の本来の回転軸３０３Ａの角度と実際の回転軸３０３Ｂの角度との偏差である。

回転中心誤差補正量は、回転角度が０°の位置から回転した際に位置偏差や角度偏差によって発生する誤差を補正する。そのため回転中心誤差補正値が０となる基準位置を本実施の形態では０°とする。

テーブル１０１に位置偏差３０１および角度偏差３０２がある場合、数値制御装置は、テーブルの回転に伴い、主軸ヘッド１０４の位置補正３０４および角度補正３０５を行う。すなわち、数値制御装置は、テーブルの回転角度が０°の時のテーブル１０１に固定されたワーク（図示せず）と主軸ヘッド１０４が有する主軸との相対位置および相対角度が常に等しくなるよう、主軸ヘッド１０４を制御する。これにより、工作機械の回転機構が有する偏差の影響を除外することができ、加工精度が向上する。

つづいて、本実施の形態にかかる数値制御装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置の構成例を示す図である。図４では、工作機械およびプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）といった、数値制御装置に接続される装置も併せて記載している。

本実施の形態にかかる数値制御装置１は、加工プログラム５を読み込み、加工プログラム５に記述された指令の内容に従い工作機械２を制御する。工作機械２の構成は図１に示したものとする。なお、図４では、工作機械２の構成要素のうち、数値制御装置１による制御と直接関連するドライブコントロール部２１、サーボモータ２２および主軸モータ２３を記載し、図１に示したテーブル１０１、コラム１０３、主軸ヘッド１０４、工具１０５などの各種部品の記載については省略している。

図示を省略したテーブル１０１および主軸ヘッド１０４の各軸方向の駆動は、それぞれの軸に取り付けられたサーボモータ２２により行われる。サーボモータ２２の回転運動はボールねじなどの運動伝達要素にてテーブル１０１または主軸ヘッド１０４の直線運動に変換される。各軸のサーボモータ２２の駆動制御はドライブコントロール部２１が行う。

また、ドライブコントロール部２１は、テーブル１０１の回転軸に取り付けられたサーボモータ２２を駆動制御することでテーブル１０１を回転させる。

数値制御装置１には、工作機械２およびＰＬＣ４の他に表示部３が接続される。表示部３は、液晶モニタ、ディスプレイ等の表示装置で実現される。なお、数値制御装置１が表示部３を備える構成としてもよい。

図４に示したように、数値制御装置１は、プログラム解析部１１、補正部１２、補正動作制御部１５および移動量決定部１６を備える。また、補正部１２は、補正量計算部１３および回転軸偏差データ保持部１４を備える。

プログラム解析部１１は、数値制御装置１が読み込んだ加工プログラム５を解析し、実行する指令を判別する。なお、数値制御装置１は、加工プログラム５を予め取得して図示を省略した記憶部で保持しておいてもよい。

補正部１２は、図３に示した位置補正３０４および角度補正３０５を行うための補正量を算出する。補正部１２は、各サーボモータ２２が駆動する軸である回転軸ごとに補正量を算出する。補正部１２において、各軸の補正量の計算は補正量計算部１３が行う。回転軸偏差データ保持部１４は、補正量計算部１３が補正量を計算する際に使用するデータである回転軸の偏差データを保持する。回転軸の偏差データは、機械設計上の回転軸中心位置と実際の回転軸中心位置の偏差量（以下、位置偏差量と称する）と、機械設計上の回転軸角度と実際の回転軸角度の偏差量（以下、角度偏差量と称する）とを含む。

補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１による加工プログラム５の解析結果に基づいて、図３に示した位置補正３０４および角度補正３０５を行うか否かを判断する。補正動作制御部１５は、判断結果を示す切替指令を移動量決定部１６に出力する。補正動作制御部１５の詳細な動作については後述する。

移動量決定部１６は、プログラム解析部１１による加工プログラム５の解析結果と、補正部１２で算出された各軸の補正量と、補正動作制御部１５から入力される切替指令とに基づいて、工具１０５およびテーブル１０１の移動量を決定する。また、移動量決定部１６は、補正部１２で算出された各軸の補正量を表示部３に表示してユーザに知らせる。また、移動量決定部１６は、位置補正３０４および角度補正３０５を行わないことを示す切替指令が補正動作制御部１５から入力された場合、テーブル１０１の回転軸を０°の位置まで移動させるための移動量を決定する。

次に、数値制御装置１が工作機械２を制御する動作について説明する。数値制御装置１は加工プログラム５をプログラム解析部１１にて解析する。数値制御装置１の移動量決定部１６は、プログラム解析部１１が加工プログラム５に含まれる移動指令を解析すると、移動指令の解析結果に基づいて各軸のサーボモータ２２の移動量を決定し、決定した移動量をドライブコントロール部２１に伝達する。ここでの移動指令とは、工具１０５が取り付けられた主軸ヘッド１０４およびテーブル１０１の一方または双方を移動させるための指令であり、一般的な数値制御プログラムのＧ００コード、Ｇ０１コード、Ｇ０２コードなどが該当する。移動量決定部１６は、主軸ヘッド１０４の移動量を決定する場合、移動指令で示される主軸ヘッド１０４の移動先の位置と、主軸ヘッド１０４の現在の位置とを比較し、主軸ヘッド１０４の移動量を軸ごとに決定する。

テーブル１０１の移動量を決定する場合も同様に、移動量決定部１６は、移動指令で示されるテーブル１０１の移動先の位置と、テーブル１０１の現在の位置とを比較し、テーブル１０１の移動量を軸ごとに決定する。また、このとき、移動量決定部１６は、補正動作制御部１５からの指示に従い、補正部１２から入力される各軸の補正量を考慮して移動量を決定する。

具体的には、補正動作制御部１５から補正が必要であることを示す切替指令が入力された場合、移動量決定部１６は、補正部１２から入力される各軸の補正量を考慮して移動量を決定する。すなわち、移動量決定部１６は、プログラム解析部１１による移動指令の解析結果から決まる移動量を、補正部１２から入力される各軸の補正量を用いて補正する。そして、移動量決定部１６は、補正後の移動量をドライブコントロール部２１に出力する。補正の対象は、工具１０５が取り付けられた主軸ヘッド１０４を移動させる各軸の移動量とする。

一方、補正動作制御部１５から補正が不要であることを示す切替指令が入力された場合、移動量決定部１６は、まず、テーブル１０１の回転軸を０°の位置に移動させる移動量を計算してドライブコントロール部２１に出力し、その後、プログラム解析部１１による移動指令の解析結果から決まる移動量のドライブコントロール部２１への出力を開始する。

補正部１２は、ＰＬＣ４から、補正機能が有効か否かを示す信号（有効無効信号）を受信する。受信した信号が補正機能有効を示す場合、補正部１２の補正量計算部１３は、補正量を計算する。具体的には、補正量計算部１３は、移動対象物の移動先の３次元空間の座標値と回転軸の回転角度とを取得し、さらに、回転軸偏差データ保持部１４が保持している回転軸の偏差データから、３次元空間の座標値および回転軸の回転角度にそれぞれに対応する位置偏差量および角度偏差量を取得し、取得した各情報を使用して各軸の補正量を計算する。補正量計算部１３は、計算した各軸の補正量を移動量決定部１６に出力する。なお、各軸の補正量は、位置の補正量および角度の補正量を含む。

また、補正部１２は、ＰＬＣ４から受信した信号が補正機能無効を示す場合、補正量の計算は行わない。この場合、補正量計算部１３は、各軸の補正量として「０」を移動量決定部１６に出力する。また、移動量決定部１６は、補正部１２から取得した各軸の補正量を表示部３に表示して、各軸の補正量をユーザに通知する。

次に、補正動作制御部１５および移動量決定部１６の動作について、詳しく説明する。上述したように、数値制御装置１は、補正部１２を備え、補正部１２が算出した各軸の補正量を用いて移動量決定部１６がドライブコントロール部２１に出力する移動量を補正する。そのため、工作機械２がワーク１０２を加工する際にはテーブル１０１の偏差量を補正して工具１０５を移動させることで高精度な加工が可能である。

しかし、工具１０５を交換するために主軸ヘッド１０４をＡＴＣアーム１０６（図１参照）の位置に移動させる際にテーブル１０１の偏差量の補正を行うと問題が発生する。すなわち、ＡＴＣアーム１０６はテーブル１０１とは別機構であるため、主軸ヘッド１０４をＡＴＣアーム１０６の位置に移動させる際にテーブル１０１の偏差量を補正する制御を行うと、主軸ヘッド１０４を正しい位置に移動させることができず、主軸ヘッド１０４または工具１０５とＡＴＣアーム１０６が衝突してしまう可能性がある。そのため工具１０５を交換する際の制御では、テーブル１０１の偏差量の補正を無効にする必要がある。

しかし、テーブル１０１の偏差量の補正を無効にする信号を出力させる指令をＰＬＣ４のラダープログラムに挿入することをユーザが忘れてしまう可能性がある。また、補正を無効にする信号をＰＬＣ４に出力させるタイミングの指定が適切ではなく、機械振動が発生してワーク１０２を損傷してしまう可能性がある。さらに、ユーザが補正を無効にするタイミングを検討する煩わしさ、補正を無効にする動作の挿入により加工時間が伸びるといった懸念もある。

そのため、本実施の形態にかかる数値制御装置１は、補正動作制御部１５を備え、補正動作制御部１５は、加工プログラム５の解析結果を確認することで、工具１０５の交換を行うための移動かワーク１０２を加工するための移動かを判断し、テーブル１０１の偏差量の補正が必要な状態か否かを判別する。

補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１による加工プログラム５の解析結果を確認し、工具１０５を交換する制御が行われる場合に、テーブル１０１の偏差量の補正が不要と判断する。補正動作制御部１５が判断に使用する情報については後述する。

移動量決定部１６は、補正が不要であることを示す切替指令を受けた場合、まず、テーブル１０１の回転軸を０°の位置まで移動させるための移動量をドライブコントロール部２１に出力し、その後、各軸の補正量を０とみなして各軸の移動量を決定してドライブコントロール部２１に出力する動作を開始する。補正が不要な場合にテーブル１０１の回転軸を０°の位置まで移動させてから補正を無効化した状態での動作、すなわち、各軸の補正量を０とみなして各軸の移動量を決定する動作を開始することで、補正を無効化する際に発生する機械振動を抑制できる。

本実施の形態において０°と定義する補正を無効化する際の角度を基準角度とする。なお、理想的には回転軸を０°の位置まで移動させることが好ましいが、本実施の形態では、実際の工作機械が駆動する際に発生する回転角度の誤差の範囲に入っていればよい。

移動量決定部１６は、補正が不要であることを示す切替指令を受けると、補正部１２から入力される各軸の補正量が０、すなわち補正が無効であるかを確認する。そして、補正が無効ではない場合、移動量決定部１６は、補正を無効にする必要がある旨を示す警告を表示部３に表示してもよい。

補正を無効化する際の軸の移動方法について、移動量決定部１６は、図５に示すように、プログラム解析部１１による次の移動指令の解析結果から決まる移動量（次移動指令が示す移動量）に、補正を無効にするための移動量を足す処理を行ってもよい。補正を無効にするための移動量は、図５に示した破線の矢印５０１および５０２である。工具１０５の交換後に加工を開始する前に補正を有効にする場合も同様である。つまり、図５のように、補正無効化以外の軸移動と同時に無効化しても良い。具体的にはプログラムをあらかじめ解析し、無効化と判断されるプログラムの一つ前の移動指令と無効化の移動の合成ベクトルで動作させる。これにより、無効化動作単独で移動するよりも加工時間短縮が期待できる。

また、補正を無効化する際の軸の移動方法について、移動量決定部１６は、図６および図７に示したように時定数を有して軸を移動させることで、機械振動を抑制してもよい。図６が工具１０５の移動を示す。図７は、図６に示した工具１０５の移動に対応する時定数を示す。図６および図７に示した例では、時定数の時間が経過すると補正が無効の時の位置に工具１０５が徐々に移動する。すなわち、移動量決定部１６は、時間の経過とともに補正が無効の時の位置まで工具１０５が徐々に移動するよう、移動量を決定する。この場合、移動量決定部１６は、図６に示す軸の移動を開始させる前にテーブル１０１の回転軸を０°の位置まで移動させるための移動量をドライブコントロール部２１に出力する必要は無い。

時定数は数値制御装置１に備わっているパラメータ設定機能を使用してユーザが決定できるようにしてもよい。

次に、補正動作制御部１５がテーブル１０１の偏差量の補正が必要か否かの判断、すなわち、工具１０５を交換する制御が行われるか否かの判断に使用する情報について説明する。

数値制御装置１のユーザは、ワーク１０２の加工中に工具１０５を交換する場合、工具１０５が図８に示したような移動を行うよう、加工プログラム５に工具交換指令を記述する。この場合の加工プログラムの一例を図９に示す。一般的に、工具交換指令は工作機械２を制御するために予め作成されているサブプログラムを呼び出して実行する構成である。

図９に示したように、工具交換指令は、工具の交換位置まで工具１０５を移動させる指令（工具交換位置移動指令）と、タレット１０７を回転させて交換用の工具１０８を選択する指令（タレット回転指令）と、ＡＴＣアーム１０６を稼働して工具を交換する指令（ＡＴＣアーム稼働指令）とを含む。そのため、補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１が工具交換指令を解析した場合、工具１０５を交換する制御が行われると判断する。この場合、補正動作制御部１５は、補正量を０にすることが必要と判断する。

また、補正動作制御部１５は、工具１０５の交換を行う位置である工具交換位置の座標をあらかじめ記憶しておき、工具１０５を工具交換位置に移動させる指令をプログラム解析部１１が解析した場合、工具１０５を交換する制御が行われると判断してもよい。この場合、補正動作制御部１５は、工具交換位置から他の位置へ工具１０５を移動させる指令をプログラム解析部１１が解析した場合、補正量を０にすることが必要と判断する。

次に、工具交換時の補正量が必要か否かの判断とは別に補正量を０にするタイミングについて説明する。複合加工機の場合、加工する軸の組み合わせが変わる際にはテーブル１０１の偏差量の補正で使用する回転軸の偏差データを変更する必要があるが、偏差データを変更すると各直線軸の補正量が変わるため、振動が発生する可能性がある。そこで、補正動作制御部１５は、上述した工具１０５の交換時に加えて、加工する軸の組み合わせを変更する場合にも、補正量を０にすることが不要と判断する。

これらにより、回転軸を０°の位置に移動させるプログラムをユーザが作る必要がなくなり、加工プログラム作成が簡易になる。以下、加工する軸の組み合わせを変更する場合にテーブル１０１の偏差量の補正量を０にする方法について説明する。

図１０は、数値制御装置１が補正を無効化する動作の一例を示す図である。図１０で工具交換や軸の組み合わせの切替以外で回転軸を０°にする判断をするバターンについて述べる。補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１が加工を伴わない移動指令を解析した場合、補正が不要であることを示す切替指令を移動量決定部１６に伝達する。加工を伴わない移動指令には、位置決め指令であるＧ００コードが該当する。位置決め指令の実行時は工作機械２がワーク１０２を加工しないため、テーブル１０１の偏差量を補正する必要がない。また、補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１が切削指令を解析した場合、補正が必要であることを示す切替指令を移動量決定部１６に伝達する。

ここでの切削指令には、Ｇ０１コード、Ｇ０２コード、Ｇ０３コードが該当する。補正動作制御部１５がこのように動作することにより、非切削時、すなわち、加工を行わずに工具１０５を移動させる場合は常にテーブル１０１の偏差量の補正が無効になる。加工する軸の組み合わせを変えるタイミングは非切削時であるため回転軸の偏差データを変更しても機械の振動は発生しない。そのためユーザは補正機能の有効無効を意識せずに軸構成を変更できる。また、変更前に回転軸を０°の位置に移動する指令も不要になる。補正機能の有効無効を切り替える際の工具の移動方法は図５および図６に示した方法のどちらを使用してもよい。

図１１は、数値制御装置１が補正を無効化する動作の他の例、すなわち指令以外で非切削時と判断する方法について示す図である。図１１に示した例は、工作機械２に３次元空間の加工エリア６０１を設定して補正機能の有効無効を切り替える。加工エリア６０１は、工作機械２がワーク１０２の加工を行うエリアであり、ワーク１０２の位置を含む一定範囲とする。補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１で移動指令が解析され、移動指令の解析結果が示す工具の移動先が加工エリア６０１の外である場合、補正が不要であることを示す切替指令を移動量決定部１６に伝達する。

また、補正動作制御部１５は、プログラム解析部１１による移動指令の解析結果が示す工具の移動先が加工エリア６０１の中である場合、補正が必要であることを示す切替指令を移動量決定部１６に伝達する。補正動作制御部１５がこのように動作する場合も、図１０に示した動作を行う場合と同様の効果を得ることができる。数値制御装置１は、加工する軸の組み合わせを変えるタイミングでは加工に影響を与えないように工具をワーク１０２から退避させる制御を行う。そのため、図１１に示した動作を行う場合もユーザは補正機能の有効無効を意識せずに軸構成を変更できる。また、変更前に回転軸を０°の位置に移動する指令も不要になる。

次に、数値制御装置１を実現するハードウェアの構成について説明する。図１２は、数値制御装置１を実現するハードウェアの構成例を示す図である。

数値制御装置１は、例えば、図１２に示したプロセッサ９１、メモリ９２およびインタフェース回路９３で実現される。

プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。インタフェース回路９３は、他の装置との間で各種データを送受信するための回路である。

数値制御装置１のプログラム解析部１１、補正部１２、補正動作制御部１５および移動量決定部１６は、プロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。具体的には、プログラム解析部１１、補正部１２、補正動作制御部１５および移動量決定部１６として動作するためのプログラムをメモリ９２に格納しておき、メモリ９２に格納されているプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、数値制御装置１の上記の各部が実現される。

なお、プログラム解析部１１は、インタフェース回路９３を介して加工プログラム５を取得する。また、工作機械２、表示部３およびＰＬＣ４は、インタフェース回路９３を介して数値制御装置１に接続される。

以上のように、本実施の形態にかかる数値制御装置は、加工プログラムの解析結果に基づいて、制御対象の工作機械の機械系が有する誤差の補正が必要か否かを判断し、補正が必要な場合に補正を行う。具体的には、数値制御装置は、回転軸誤差による補正が必要なワークを加工するための工具の移動では補正を行い、工具を交換する際等、回転軸誤差による補正を無効化する必要がある工具の移動では、ワークを固定するテーブル等の回転軸の位置を０°に移動させてから補正を無効化する。これにより、工具交換時の工具とＡＴＣアームの衝突を回避するための指令をユーザが加工プログラムに挿入するのを忘れた場合でも、自動的に補正機能を停止させて工具とＡＴＣアームの衝突を回避できる。

したがって、数値制御装置が工作機械の機械系が有する誤差を補正する動作の信頼性が向上する。また、工具交換時の工具とＡＴＣアームの衝突を回避するための指令を加工プログラムに挿入しておく必要が無くなるため、ユーザが加工プログラムを作成する際の作業負荷を軽減できる。

従来、補正量が有る状態で補正を即座に無効にすると、補正量が無い位置に工具がステップ的に移動するため、多軸で機械振動が発生し、振動音の発生、機械の故障などにつながる可能性があった。また、テーブル側にチルト機構が付いている機械構成の場合は、チルト回転軸の移動も発生するため、移動量の増加による振動の増加も懸念された。また、補正を無効にするタイミングについては工具交換の時以外にも、例えば、複合加工機でワークを回転させるテーブルが複数ある構成の場合、加工する軸の組み合わせが変わる際に回転軸の位置偏差データおよび角度偏差データを切り替える必要があり、その際にも振動を発生させないために補正を無効にする必要があった。

本実施の形態による数値制御装置によれば、加工プログラムやラダープログラムで複雑な指令を作成する必要なく、従来発生していたこれらの問題を解決し、工具交換時など誤差補正が不要である際の動作の信頼性を向上することが可能となる。

なお、数値制御装置１は、上述した補正動作制御部１５の機能を移動量決定部１６が有する構成としてもよい。この場合、移動量決定部１６は、加工プログラム５の解析結果に基づいて、補正部１２で算出された各軸の補正量を使用した補正が必要か否かを判断し、必要と判断した場合に補正を行う。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１数値制御装置、２工作機械、３表示部、４プログラマブルロジックコントローラ、５加工プログラム、１１プログラム解析部、１２補正部、１３補正量計算部、１４回転軸偏差データ保持部、１５補正動作制御部、１６移動量決定部、２１ドライブコントロール部、２２サーボモータ、２３主軸モータ、１０１，２０１テーブル、１０２ワーク、１０３コラム、１０４主軸ヘッド、１０５工具、１０６ＡＴＣアーム、１０７タレット、１０８交換用の工具。

Claims

工具を備えた工作機械を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置であって、
前記工作機械の機械系が有する回転軸誤差による前記工具の位置指令の補正量を算出する補正部と、
前記加工プログラムの解析結果に基づいて、前記位置指令の補正の無効化を判断する補正動作制御部と、
前記補正動作制御部が前記位置指令の補正を無効化すると判断した場合、回転軸を基準位置に移動させる移動量決定部と、
を備え、
前記補正動作制御部は、前記位置指令の補正を無効化する場合、前記回転軸を前記基準位置まで移動させた後に前記位置指令の補正を無効化する、
ことを特徴とする数値制御装置。
前記補正動作制御部は、前記工具を他の工具と交換するための前記工具の移動を前記解析結果が示す場合、前記補正を無効化すると判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記補正動作制御部は、ワークを加工する軸の組み合わせを変更するための前記工具の移動を前記解析結果が示す場合、前記補正を無効化すると判断する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。
前記補正動作制御部は、前記解析結果がワークの加工を伴わない移動指令の解析結果である場合、前記補正を無効化すると判断する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の数値制御装置。
前記補正動作制御部は、ワークの位置を含む一定範囲の外への前記工具の移動を前記解析結果が示す場合、前記補正を無効化すると判断する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の数値制御装置。