KR100710852B1 - 공작기계의 수치제어장치 및 제어방법 - Google Patents

공작기계의 수치제어장치 및 제어방법 Download PDF

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도시바 기카이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 공작물의 가공정밀도를 유지하면서 가공시간을 단축할 수 있는 공작기계의 수치제어장치를 제공한다.
본 발명은, 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 해석하고, 이 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보와, 상기 절삭이송지령 프로그램에 부가된 상기 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 추출하는 해석유니트와; 추출된 각 정보를 기초로 절삭/비절삭정보의 내용에 따른 절삭공구의 허용이송속도를 산출하여, 절삭공구의 이송속도를 허용이송속도로 수습하도록 최적화하는 이송속도 최적화 유니트 및; 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하는 분배유니트를 갖춘다.

Description

공작기계의 수치제어장치 및 제어방법{NUMERICAL CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD OF MACHINE TOOL}
도 1은 절삭공구의 피크피드동작의 일례를 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명의 수치제어장치에 의해 구동되는 공작기계로서의 머시닝센터의 일례를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 수치제어장치의 1실시형태에 따른 NC장치의 기본구성을 나타낸 설명도,
도 4는 도 3에 도시된 수치제어장치의 하드웨어구성의 일례를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 1실시형태에 따른 수치제어장치의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 해석부(5)에 다운로드되는 가공프로그램(PR1)의 일례를 나타낸 도면,
도 7은 가공프로그램(PR1)에 의해 규정되는 절삭공구의 이동궤적을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 1실시형태에 따른 NC장치를 이용한 머시닝센터의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트,
도 9는 본 발명의 제2실시형태에 따른 수치제어장치의 구성을 나타낸 도면,
도 10은 해석부에 다운로드되는 가공프로그램(PR2)의 일례를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제2실시형태에 따른 NC장치를 이용한 머시닝센터의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
1 --- NC장치
3 --- 프로그램해석처리ㆍ지령분배부
51 --- 해석부
52 --- 형상평가부
53 --- 목표이송속도 산출부
54 --- 절삭 이송시 허용오차량 설정부
55 --- 비절삭 이송시 허용오차량 설정부
56 --- 빠른 이송시 최대속도 설정부
57 --- 가감속 처리부
58 --- 비절삭시 가속도 설정부
59 --- 절삭 이송시 가속도 설정부
60 --- 분배부
61 --- 해석부
62 --- 형상평가부
63 --- 목표이송속도 산출부
64 --- 가감속 처리부
65 --- 분배부
PR1, PR2 --- 가공프로그램
본 발명은, 예컨대 머시닝센터등의 공작기계의 수치제어장치 및 공작기계의 제어방법에 관한 것이다.
예컨대, 머시닝센터등의 공작기계의 수치제어장치(NC장치)에서 이용하는 공작물을 가공하기 위해 작성하는 가공프로그램에서는, 공작물에 대한 절삭공구의 직선이동을 규정하는 지령에는 빠른 이송지령과 절삭이송지령이 있다.
빠른 이송지령은 통상 절삭공구에 의해 공작물을 절삭하지 않는 경우에 공작물과 절삭공구를 위치결정하는 지령이다. 따라서, 이동에 의해 발생하는 진동이나 절삭공구의 가공점의 궤적 정밀도가 공작물의 가공면에 미치는 영향을 고려할 필요가 없다. 빠른 이송지령을 이용하는 경우는 절삭공구를 높은 이송속도 및 가속도로 이동시키는 것이 가능하다.
한편, 절삭 이송지령은 실제로 절삭공구에 의해 공작물을 가공하는 것을 전제로 하여 사용되는 지령이다. 따라서, 직선이동에 의해 발생하는 진동이나 절삭공구의 가공점의 궤적 정밀도가 공작물의 가공면에 미치는 영향을 고려할 필요가 있다. 이 때문에, NC장치에서는 가공 정밀도를 유지하는 등의 관점으로부터 절삭 이송지령을 이용한 때의 공구의 이송속도를 빠른 이송지령에 비해 제한하고 있다.
그런데, 머시닝센터등의 공작기계에서는 공작물의 고속가공을 실현하여 가공시간을 단축하는 것에 대한 요구가 강하다.
예컨대, 금형등의 자유곡면의 절삭가공은 도 1에 나타낸 바와 같이 엔드밀(T; end mill)의 왕복운동에 의해 수행되고 있다. 구체적으로는 엔드밀(T)을 절삭 이송지령에 의해 X축 방향으로 직선이동시키고 목표위치에 도달하면 정지시킨다. 그리고, 빠른 이송지령에 의해 엔드밀(T)을 이송 피치(P)로 Y축 방향으로 직선이동시키는 피크피드동작을 수행한다. 더욱이, 절삭 이송지령에 의해 엔드밀(T)을 X축 방향의 반대 방향으로 이동시킨다.
그러나, 상기와 같은 수순으로 자유곡면의 절삭가공을 수행하면, 피크피드동작을 수행하기 위해 엔드밀(T)을 반복하여 정지시킬 필요가 있다. 이 때문에, 엔드밀(T)의 위치결정을 위해 급격한 가감속이 수행되어 충격이 발생하기 쉽고, 또한 피크피드동작에 요하는 시간이 걸려 결과적으로 가공시간이 길어지게 된다는 불이익이 존재하였다.
이를 개선하는 방법으로서 엔드밀(T)의 피크피드동작을 직선이동에 의해 수행하는 것이 아니라 도 1에 점선으로 나타낸 궤적과 같이 엔드밀(T)의 이동궤적을 곡선 또는 원호로 하는 방법이 제안되고 있다. 엔드밀(T)의 이동궤적을 원호등의 곡선으로 하는 것에 의해 X축 방향의 절삭이동동작으로부터 피크피드동작 및, 피크피드동작으로부터 역방향의 X축 방향의 절삭이송동작에서 연속적이면서 매끄러운 이동이 가능하여 충격을 완화할 수 있다.
종래의 NC장치에 있어서, 이 원호등의 곡선의 이동궤적에 의한 피크피드동작을 수행하기 위해서는 원호절삭 이송지령을 사용할 필요가 있다. JISB6314에 수치제어 공작기계의 준비기능(G기능)으로서 표준화되어 있는 원호, 곡선이송지령은 원호절삭지령밖에 존재하지 않는다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 피크피드동작 에 있어서 이송속도가 제한되어 가공시간을 단축하는 것이 곤란하다는 불이익이 존재하였다.
한편, 최근에는 상기한 바와 같은 절삭가공을 위한 가공프로그램은 CAD장치나 CAM장치에 의해 자동프로그래밍되어 있다. 이와 같은 가공프로그램을 다른 기계성능의 머시닝센터에서 실행하면, 기계성능에 의해 공작물의 가공면 정밀도가 달리되어 버린다. 사용하는 머시닝센터의 기계성능이 달라도 가공면 정밀도를 일정하게 유지하기 위해서는 각 머시닝센터의 NC장치측에서의 가공프로그램에 있어서 이송속도를 보정, 조정할 필요가 있어, 대단히 시간이 걸린다는 불이익도 존재하였다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 공작물의 가공정밀도를 유지하면서 가공시간을 단축할 수 있는 공작기계의 수치제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 동일한 가공프로그램을 이용하여 다른 특성의 공작기계에 의해 공작물의 가공을 수행하여도 공작물의 가공 정밀도를 유지할 수 있는 공작기계의 수치제어장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은, 상기 수치제어장치를 이용한 공작기계의 제어방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1관점에 따른 공작기계의 수치제어 장치는, 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 해석하고, 이 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보와, 상기 절삭이송지령 프로그램에 부가된 상기 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 추출하는 해석수단과; 추출된 상기 각 정보를 기초로 상기 절삭/비절삭정보의 내용에 따른 상기 절삭공구의 허용이송속도를 산출하고, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 수습하도록 최적화하는 이송속도 최적화수단 및; 상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하는 분배수단을 갖춘다.
본 발명의 제2관점에 따른 공작기계의 수치제어장치는, 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 해석하고, 이 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보와, 상기 절삭이송지령 프로그램에 부가된 상기 절삭공구의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량을 추출하는 해석수단과; 추출된 상기 각 정보를 기초로 상기 허용오차량에 따른 상기 절삭공구의 허용이송속도를 산출하고, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 수습하도록 최적화하는 이송속도 최적화수단 및; 상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하는 분배수단을 갖춘다.
본 발명의 제3관점에 따른 공작기계의 수치제어장치는, 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 해석하고, 이 가공프로그램에 포함되 는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보와, 상기 절삭이송지령 프로그램에 부가된 가공정보를 추출하는 해석수단과; 추출된 상기 각 정보를 기초로 상기 절삭공구의 이송속도를 최적화하는 이송속도 최적화수단 및; 최적화한 상기 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하는 분배수단을 갖춘다.
본 발명의 제1관점에 따른 공작기계의 제어방법은, 구동수단에 의해 복수의 제어축의 방향으로 이동가능한 절삭공구를 구비한 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 준비하고; 상기 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 부가하고; 상기 절삭/비절삭정보가 부가된 가공프로그램을 상기 수치제어장치에 다운로드하여 해당 가공프로그램을 실행하고; 상기 수치제어장치에 있어서 상기 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보 및 절삭/비절삭정보를 추출하고; 상기 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보를 기초로 상기 절삭/비절삭정보의 내용에 따른 상기 절삭공구의 허용이송속도를 산출하여, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 수습하도록 최적화하고; 상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하여, 각 제어축을 구동제어한다.
본 발명의 제2관점에 따른 공작기계의 제어방법은, 가공프로그램에 따라 공작기계를 구동하여 공작물의 절삭가공을 실행하는 수치제어장치를 구비한 공작기계의 제어방법에 있어서, 상기 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공 프로그램을 작성하고; 상기 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 절삭공구의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량의 정보를 부가하고; 상기 허용오차량의 정보가 부가된 가공프로그램을 상기 수치제어장치에 다운로드하여 해당 가공프로그램을 실행하고; 상기 수치제어장치에 있어서 상기 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보 및 상기 허용오차량의 정보를 추출하고; 상기 추출된 정보를 기초로 상기 허용오차량에 따른 상기 절삭공구의 허용이송속도를 산출하여, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 수습하도록 최적화하고; 상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하여, 상기 각 제어축을 구동제어한다.
본 발명의 제3관점에 따른 공작기계의 제어방법은, 가공프로그램에 따라 공작기계를 구동하여 공작물의 절삭가공을 실행하는 수치제어장치를 구비한 공작기계의 제어방법에 있어서, 상기 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 작성하고; 상기 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 소정의 가공정보를 부가하고; 상기 가공정보가 부가된 가공프로그램을 상기 수치제어장치에 다운로드하여 해당 가공프로그램을 실행하고; 상기 수치제어장치에 있어서 상기 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보 및 상기 가공정보를 추출하고; 상기 추출된 정보를 기초로 상기 절삭공구의 이송속도를 최적화하고; 상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하여, 상기 각 제어축을 구동제어한다.
본 발명에서는 가공프로그램을 작성하는 경우에 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 새로운 가공정보를 부가한다.
이 가공정보가 부가된 가공프로그램을 실행하면, 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보가 추출됨과 더불어 절삭이송지령 프로그램에 부가된 가공정보가 추출된다.
추출된 정보를 기초로 절삭공구의 이송속도가 최적화된다. 즉, 절삭이송지령 프로그램에 부가된 가공정보를 기초로 이송속도가 결정된다.
예컨대, 가공정보로서 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 부가하는 것에 의해, 실제로 절삭하는 경우에는 이송속도가 가공면의 정밀도를 유지하도록 제한된다. 절삭하지 않는 경우에는, 고속가공을 실현할 이송속도는 가능한 한 고속으로 설정된다.
또한, 가공정밀도로서 절삭공구의 이동궤적으로부터의 허용오차의 정보를 절삭이송지령 프로그램에 부가하는 것에 의해, 허용오차에서 규정하는 가공정밀도로 되도록 이송속도가 최적화된다.
즉, 공작기계의 성능, 예컨대 서보제어수단의 위치루프게인에 따라 이송속도를 최적화하기 때문에, 다른 성능의 공작기계에서 동일한 가공프로그램을 실행하여도 가공정밀도는 허용오차의 범위에서 유지된다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
제1실시형태
도 2는 본 발명의 수치제어장치에 의해 구동되는 공작기계로서의 머시닝센터의 일례를 나타낸 구성도이다.
도 2에 나타낸 머시닝센터는, 소위 문형(門型)의 머시닝센터로서, 문형의 컬럼(38)의 각 축에 의해 양단부가 이동가능하게 지지된 크로스레일(37)을 구비한다. 이 크로스레일(37)상에 이동가능하게 지지된 새들(44)을 매개로 램(45)이 연직방향(鉛直方向; Z축 방향)으로 이동가능하게 설치되어 있다.
새들(44)은 수평방향으로 크로스레일(37)내를 통해 도시되지 않은 너트부를 구비한다. 이 너트부에 볼나사(41)가 나사맞춤되어 있다. 볼나사(41)의 단부에는 X축 서보모터(18)가 설치되어 있다. 볼나사(41)는 X축 서보모터(18)에 의해 회전구동된다.
볼나사(41)의 회전구동에 의해 새들(44)은 X축 방향으로 이동한다. 이에 따라 램(45)의 X축 방향의 이동이 수행된다.
더욱이, 새들(44)에는 연직방향으로 방향을 도시하지 않은 너트부를 구비하고 있다. 이 너트부에 볼나사(42)가 나사맞춤되어 있다. 볼나사(42)의 단부에는 Z축 서보모터(20)가 설치되어 있다. Z축 서보모터(20)에 의해 볼나사(42)가 회전구동되면, 새들(44)에 이동가능하게 설치된 램(45)의 Z축 방향의 이동이 수행된다.
램(45)내에는 주축모터(31)가 내장되어 있다. 주축모터(31)는 램(45)의 선단에 설치되는 엔드밀등의 절삭공구(T)를 회전구동한다.
램(45)의 아래쪽에는 Y축 테이블(35)이 Y축 방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. Y축 테이블(35)은 도시되지 않은 너트부를 구비하고 있다. 이 너트부에 Y축 방향을 따라 설치된 도시되지 않은 볼나사가 나사맞춤되어 있다. 이 볼나사에 Y축 서보모터(19)가 접속되어 있다.
Y축 테이블(35)은 Y축 서보모터(19)의 회전구동에 의해 Y축 방향의 이동이 수행된다.
또한, 상기 X축 서보모터(18)와 Y축 서보모터(19) 및 Z축 서보모터(20)의 구동제어는 NC장치(1)에 의해 수행된다.
또한, 문형 컬럼(38)에는 도시되지 않은 암나사부가 각각 형성되어 있다. 이 암나사부에 나사맞춤되는 볼나사(32a)를 크로스레일 승강용 모터(32)에 의해 회전구동하는 것에 의해 크로스레일(37)이 승강된다.
더욱이, 절삭공구(T)는 자동공구교환장치(39; ATC)에 의해 다양한 것으로 교환가능하게 되어 있고, 각종 부착물의 교환도 자동교환장치(40; AAC)에 의해 다향한 것으로 교환가능하게 되어 있다.
도 3은 본 발명의 수치제어장치의 1실시형태에 따른 NC장치(1)의 기본구성을 나타낸 설명도이다.
도 3에 있어서, NC장치(1)는 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)와, X축 서보제어부(12)와 Y축 서보제어부(13) 및 Z축 서보제어부(14) 및, X축 서보드라이버(15)와 Y축 서보드라이버(16) 및 Z축 서보드라이버(17)를 갖추고 있다.
또한, X축 서보드라이버(15)와 Y축 서보드라이버(16) 및 Z축 서보드라이버(17)에는 X축 서보모터(18)와 Y축 서보모터(19) 및 Z축 서보모터(20)가 접속되어 있다. X축 서보모터(18)와 Y축 서보모터(19) 및 Z축 서보모터(20)에는, 예컨대 광학식의 로터리엔코더등의 회전위치검출기(18a,19a,20a)가 각각 구비되어 있다.
프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)는, 예컨대 피가공물을 가공하는 공구의 궤적데이터등을 소정의 언어로 프로그래밍한 가공프로그램을 해석처리한다. 그리고, 공구의 궤적데이터를 각 제어축에 대한 위치지령(제어지령), 즉 이동량으로 변환하고, 이를 각 제어축에 분배한다. 또한, 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다.
X축 서보제어부(12)와 Y축 서보제어부(13) 및 Z축 서보제어부(14)는 위치루프와 속도루프 및 전류루프로 구성된다.
위치루프는, 예컨대 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)로부터 입력된 각 제어축의 위치지령(이동량)을 받고, 이들의 이동량과 각 서보모터(18∼20)의 회전위치를 검출하는 회전위치검출기(18a∼20a)로부터의 위치피드백신호와의 편차에 위치루프게인(ω0)을 걸어 비례동작을 실시하여 이를 속도루프에 대한 속도지령으로서 출력한다.
속도루프는, 예컨대 상기 속도지령과 회전위치검출기(18a∼20a)로부터의 위치피드백신호의 샘플링시간 마다의 차분치(속도피드백신호)와의 편차에 비례동작 및 적분동작을 실시하여 토크지령으로하고, 이를 전류루프에 출력한다.
전류루프는, 예컨대 각 서보모터(18∼20)의 구동전류로부터 환산한 각 서보모터(18∼20)의 출력 토크신호와 상기 토크지령과의 편차에 비례동작을 실시하여 전류지령으로 하고, 이를 서보드라이버(15∼17)에 소정의 전기신호로 변환하여 출력한다.
X,Y,Z축 서보제어부(12∼14)는 본 실시형태에서는 소프트웨어에 의해 실현되지만, 하드웨어에 의해서도 실현가능하다,.
X축 서보드라이버(15)와 Y축 서보드라이버(16) 및 Z축 서보드라이버(17)는 X,Y,Z축 서보제어부(12∼14)로부터의 전류지령을 증폭한 구동전류를 X,Y,Z축 서보모터(18∼20)로 출력한다.
X,Y,Z축 서보모터(18∼20)는 구동전류에 따라 구동되고, X,Y,Z축 서보모터(18∼20)에 구비된 회전위치검출기(18a∼20a)는 X,Y,Z축 서보모터(18∼20)의 회전량에 따른 검출펄스를 X,Y,Z축 서보제어부(12∼14)에 대해 출력한다.
회전위치검출기(18a∼20a)로서는, 예컨대 인크리멘탈방식의 로터리엔코더 또는 앱솔루트방식의 로터리엔코더를 이용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 각 기능은 일반적인 NC장치에 본래적으로 구비된 기능이다. 또한, NC장치에 사용되는 가공프로그램은 일반적으로는 CAD 시스템이나 자동 프로그래밍 시스템, CAM 시스템등에 의해 자동적으로 작성된다. 작성된 가공프로그램은 소정의 기억매체를 매개로, 또는 통신수단에 의해 NC장치(1)에 다운로드된다.
도 4는 도 3에 도시된 NC장치(1)의 하드웨어구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 NC장치(1)의 각 기능은, 예컨대 도 4에 나타낸 바와 같은 구 성의 하드웨어에 의해 실현된다.
도 4에 있어서, 마이크로프로세서(21)는 ROM(22; Read Only Memory), RAM(23, Random Access Memory), 인터페이스회로(24), 그래픽제어회로(25), 표시장치, 키보드(28), 소프트웨어키(27)등과 버스를 매개로 접속되어 있다.
마이크로프로세서(21)는 ROM(22)에 격납된 시스템 프로그램에 따라 NC장치(1) 전체를 제어한다.
ROM(22)에는 상기한 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3), X,Y,Z축 서보제어부(12∼14)등을 실현하는 프로그램이나, NC장치(1) 전체를 제어하기 위한 시스템 프로그램이 격납된다.
RAM(23)은 ROM(22)에 격납된 프로그램이 다운로드되거나, 각종의 NC프로그램, 데이터등이 격납되고, 예컨대 후술하는 보정량 데이터등이 격납된다.
그래픽제어회로(25)는 디지탈신호를 표시용의 신호로 변환하여 표시장치(26)에 인가한다.
표시장치(26)에는, 예컨대 CRT표시장치나 액정표시장치가 사용된다. 표시장치(26)는 소프트웨어키(27) 또는 키보드(28)를 이용하여 오퍼레이터가 대화형식으로 매뉴얼 조작에 의해 가공프로그램을 작성하여 갈때, 형상, 가공조건 및 생성된 가공프로그램등을 표시한다.
오퍼레이터는 표시장치(26)에 표시되는 내용(대화형 데이터 입력화면)에 따라 데이터를 입력하는 것에 의해 가공프로그램을 작성하는 것이 가능하다.
표시장치(26)의 화면에는 그 화면에서 받아들이는 작업 또는 데이터가 메뉴 형식으로 표시된다. 메뉴중 어느 항목을 선택하는가는 메뉴 아래의 소프트웨어키(27)를 누르는 것에 의해 수행한다.
키보드(28)는 NC장치(1)에 필요한 데이터를 입력하는 것에 사용된다.
인터페이스회로(24)는 마이크로프로세서(21)로부터 출력된 위치지령등의 지령을 소정의 신호로 변환하여 X∼Z축 서보드라이버(15∼17)에 출력한다.
또한, 인터페이스회로(24)는 X∼Z축 서보모터(18∼20)에 구비된 위치검출기(18a∼20a)로부터의, 예컨대 검출펄스를 축차(逐次)카운트하고, 소정의 디지틸신호로 변환하여 마이크로프로세서(21)로 출력한다.
도 5는 본 발명의 1실시형태에 따른 수치제어장치의 구성을 나타낸 도면에 있어서, 상기 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)의 구성을 나타내고 있다.
프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)는 해석부(51)와, 형상평가부(52), 목표이송속도 산출부(53), 절삭 이송시 허용오차량 설정부(54), 비절삭 이송시 허용오차량 설정부(55), 빠른 이송시 최대 속도 설정부(56), 가감속 처리부(57), 비절삭시 가속도 설정부(58), 절삭 이송시 가속도 설정부(59) 및, 분배부(60)를 갖춘다.
여기서, 목표이송속도 산출부(53), 절삭 이송시 허용오차량 설정부(54), 비절삭 이송시 허용오차량 설정부(55), 가감속 처리부(57), 비절삭시 가속도 설정부(58), 절삭 이송시 가속도 설정부(59) 및, 분배부(60)는 각각 본 발명의 목표이송속도 산출수단, 절삭 이송시 허용오차량 설정수단, 비절삭 이송시 허용오차량 설정수단, 가감속 처리수단, 비절삭시 가속도 설정수단, 절삭 이송시 가속도 설정수단 및, 분배수단의 1구체예에 대응한다.
또한, 해석부(51) 및 형상평가부(52)는 본 발명의 해석수단을 구성하고 있고, 목표이송속도 산출부(53) 및 가감속 처리부(57)는 본 발명의 이송속도 최적화수단을 구성하고 있다.
해석부(51)는 해당 해석부(51)에 다운로드되는 미리 준비된 가공프로그램(PR1)을 해석하고, 가공프로그램(PR1)에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구(T)의 최종적인 이송속도를 특정하기 위한 정보를 추출한다.
구체적으로는 가공프로그램(PR1)에 있어서 규정된 각 제어축 방향의 단위 시간당 이동량 정보(51c)나 이송속도정보(51b)를 축차 출력한다.
또한, 해석부(51)는 상기 가공프로그램(PR1)에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 부가된 가공정보(51a)를 추출한다.
이 가공정보(51a)는 구체적으로는 절삭공구(T)에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보이다. 즉, 절삭이송지령에 의해 이송속도 및 이동량이 규정된 절삭공구(T)가 실제로 절삭가공을 수행하는가를 나타내는 정보이다.
여기서, 도 6은 해석부(51)에 다운로드되는 가공프로그램(PR1)을 나타낸 도면이다. 또한, 도 7은 가공프로그램(PR1)에 의해 규정되는 절삭공구(T)의 이동궤적을 나타낸 도면이다.
도 6에 있어서, 시퀀스(N00)의 프로그램 (1)의 G00은 빠른 이송지령으로, 프로그램 (1)은 절삭공구(T)를 X축 방향의 프로그램상의 원점위치에 빠른 이송을 한다는 코드이다.
시퀀스(N01)의 프로그램 (2)의 G01은 직선이동의 절삭이송지령으로, F는 절삭이송의 경우의 절삭이송속도를 규정하는 캐릭터이다.
더욱이, Q는 상기 절삭/비절삭정보(51b)를 규정하는 모델데이터이다. 예컨대, Q를 0으로 규정한 경우에는 실제로 절삭하는 경우를 규정하고, Q를 1로 규정한 경우에는 절삭하지 않는 경우를 규정한다.
따라서, 프로그램 (2)는 절삭공구(T)를 X축 방향의 원점으로부터 90mm의 위치까지 이송속도 10000mm/sec로 절삭이송하는 경우이다.
프로그램 (2)에 의해 규정되는 절삭공구(T)의 이동궤적은 도 7에 나타낸 바와 같이 원점위치 P0(0,0)으로부터 위치 P1(90,0)까지의 직선이다.
시퀀스(N02)의 프로그램 (3)에 있어서 G02는 절삭이송지령이지만, 직선이동은 아니고 원호절삭이송지령으로, 절삭공구(T)를 규정된 반경(R)의 원호상을 지정한 X,Y의 좌표까지 이동시키는 코드이다. 또한, 절삭이송속도는 프로그램 (2)로 지정된 값이다.
따라서, 프로그램 (3)에 의해 규정되는 절삭공구(T)의 이동궤적은 도 7에 나타낸 바와 같이 위치 P1(90,0)과 위치 P2(100,10)를 연결하는 원호이다.
프로그램 (3)은 절삭공구(T)를 이송속도 10000mm/sec로 위치 P1과 위치 P2를 연결하는 곡률반경(R)이 10mm인 원호를 절삭이송하는 지령이지만, Q의 값이 1이기 때문에 실제로는 절삭공구(T)에 의해 절삭을 수행하지 않는다.
시퀀스(N03)의 프로그램 (4)는 절삭공구(T)를 도 7에 나타낸 위치 P2(100,10)로부터 위치 P3(90,20)를 연결하는 곡률반경(R)이 10mm인 원호를 따라 절삭이송속도 10000mm/sec로 이동시키는 지령이다.
프로그램 (4)에서는 Q의 값이 0으로 지정되어 있기 때문에 실제로 절삭공구(T)에 의해 절삭을 수행한다.
해석부(51)는 상기 가공프로그램(PR1)을 해석하는 것에 의해 X축 및 Y축 방향의 단위시간당 이동량정보(51c)를 축차 출력하고, 또한 가공프로그램(PR1)의 절삭이송속도(F)의 값을 이송속도정보(51b)로서 출력하며, 더욱이 가공프로그램(PR1)의 모델데이터(Q)로 지정된 절삭/비절삭정보(51a)를 출력한다.
형상평가부(52)는 해석부(51)로부터 출력된 X축 및 Y축 방향의 단위시간당 이동정보량(51c)으로부터 절삭공구(T)의 이동하는 이동궤적을 산출하고, 이를 이동궤적정보(52a)로서 목표이송속도 산출부(53)로 출력한다. 이 이동궤적정보(52a)로부터 절삭공구(T)의 이동궤적의 곡률반경등의 정보가 얻어진다.
절삭 이송시 허용오차량 설정부(54)는 절삭 이송시의 절삭공구(T)의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량(dR1)을 유지하고 있다. 즉, 상기 프로그램 (2)나 (4)의 절삭이송지령(G01 또는 G02)과 같은 절삭이송지령에 의해 절삭공구(T)를 이동시키면서 실제로 절삭을 수행하는 경우(상기 모델데이터 Q가 0인 경우), 절삭공구(T)의 이동궤적으로부터의 위치어긋남(위치오차)의 허용범위를 규정하는 허용오차량(dR1)을 유지하고 있다.
비절삭 이송시 허용오차량 설정부(55)는 비절삭 이송시의 절삭공구(T)의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량(dR2)을 유지하고 있다. 즉, 절삭공구(T)를 상기 프로그램 (3)의 G02와 같은 절삭이송지령으로 이동시키는 경우이면서 실제로는 절삭공구(T)에 의한 절삭을 수행하지 않는 경우(상기 모델데이터 Q가 1인 경우)의 허용오차량(dR2)을 유지하고 있다.
빠른 이송시 최대속도 설정부(56)는, 즉 절삭공구(T)를 상기 프로그램 (3)의 G02와 같은 절삭이송지령으로 이동시키는 경우이면서 실제로는 절삭공구(T)에 의한 절삭을 수행하지 않는 경우(상기 모델데이터 Q가 1인 경우)의 절삭공구(T)의 최대 이송속도(Fmax)를 유지하고 있다.
목표 이송속도 산출부(53)는 해석부(51)로부터 절삭/비절삭정보(51a)와 이송속도정보(51b) 및 이동궤적정보(52a)가 입력되고, 이들 정보를 기초로 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 최적화한다.
구체적으로는 목표이송속도 산출부(53)는 절삭공구(T)에 의한 가공면의 정밀도를 일정 범위로 하기 위해, 예컨대 다음 식(1)에 의해 절삭공구(T)의 허용이송속도(V)를 산출한다. 또한, 식(1)에 있어서 ω0는 상기한 각 서보제어부(12∼14)의 위치루프게인(ω0)이고, R은 형상평가부(52)에서 산출한 절삭공구(T)의 이동궤적의 곡률반경이며, dR은 절삭공구(T)의 이동궤적으로부터의 위치어긋남(위치오차)의 허용범위를 규정하는 허용오차량이다.
V = ω0 ×(2 ×R ×dR)1/2 ---------- (1)
목표이송속도 산출부(53)는 허용오차량(dR)으로서 입력된 절삭/비절삭정보 (51a), 즉 모델데이터(Q)의 값에 따라 절삭 이송시 허용오차량 설정부(54) 및 비절삭 이송시 허용오차량 설정부(55)에 각각 설정된 허용오차량(dR1 및 dR2)의 한쪽을 선택하여 사용한다.
또한, 목표이송속도 산출부(53)는 절삭공구(T)의 이동궤적의 곡률반경(R)을 형상평가부(52)로부터의 이동궤적정보(52a)로부터 특정한다. 더욱이, 위치루프게인(ω0)은 NC장치(1)내에서 미리 설정되어 있다.
목표이송속도 산출부(53)는, 예컨대 절삭공구(T)에 의해 실제로 절삭을 수행하는 경우(모델데이터 Q의 값이 0인 경우)에, 허용오차량(dR1)을 사용하여 산출한 허용이송속도(V)와 해석부(51)로부터 얻어진 프로그램(2)으로 지정된 이송속도(F)의 값을 비교하고, 이송속도(F)의 값이 허용이송속도(V)를 넘는 경우에는 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V) 이하로 제한한다. 가공시간의 단축화의 관점으로부터는 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V)와 동일하게 한다. 결정된 목표이송속도(Vr)는 가감속 처리부(57)로 출력된다.
한편, 목표이송속도 산출부(53)는, 예컨대 절삭공구(T)에 의해 실제로는 절삭을 수행하지 않는 경우(모델데이터 Q의 값이 1인 경우)에, 허용오차량(dR2)을 사용하여 산출한 허용이송속도(V) 이하로 수습하도록 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 최적화한다. 가공시간의 단축화의 관점으로부터는 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V)와 동일하게 한다.
이 경우에, 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)가 해석부(51)로부터 얻어진 프로그램 (2)로 지정된 이송속도(F)의 값을 넘는 경우에는 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 빠른 이송시 최대속도 설정부(56)에서 설정된 절삭공구(T)의 최대이송속 도(Fmax)를 넘지 않는 범위로 설정한다.
최적화된 목표이송속도(Vr)는 가감속 처리부(57)로 출력된다.
예컨대, 상기한 가공프로그램(PR1)의 프로그램 (3)은 원호절삭이송지령에 의한 절삭공구(T)의 이동을 규정하고 있지만, 실제로는 절삭가공을 수행하지 않기 때문에, 이 때의 절삭공구(T)의 절삭이송속도는 공작물의 가공정밀도에 영향을 미치지 않는다. 이 때문에, 비절삭 이송시 허용오차량 설정부(55)에 있어서 설정하는 허용오차량(dR2)의 값을 절삭 이송시 허용오차량 설정부(54)에서 설정되는 허용오차량(dR1) 보다도 큰 값으로 하는 것이 가능하다.
이 결과, 허용오차량(dR2)을 사용하여 산출된 허용이송속도(V)는 허용오차량(dR1)을 사용하여 산출된 허용이송속도(V) 보다도 큰 값으로 되고, 실제로는 절삭을 수행하지 않는 경우에 절삭이송지령을 사용하여도 고속 이동이 가능하게 된다.
즉, 가공프로그램(PR1)을 작성하는 경우에, 허용오차량(dR2)을 크게 설정하는 것에 의해 가공프로그램(PR1) 측에서 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 제어하는 것이 가능하다.
절삭 이송시 가속도 설정부(59)는 상기 각 서보모터(18,19,20)의 토크가 포화(飽和)하거나, 머시닝센터가 허용하고 있는 허용가속도를 넘는 것을 방지하기 위해 절삭공구(T)의 절삭이송지령에 의한 이송동작시에 실제로 절삭을 행하는 경우(모델데이터 Q의 값이 0인 경우)의 절삭공구(T)에 대한 허용가속도(A1)를 유지하고 있다.
비절삭시 가속도 설정부(58)는 상기 토크 포화나 허용가속도를 넘는 것을 회피하는 관점으로부터 절삭공구(T)의 절삭이송지령에 의한 이송동작시에 실제로는 절삭을 수행하지 않는 경우(모델데이터 Q의 값이 1인 경우)의 절삭공구(T)에 대한 허용가속도(A2)를 유지하고 있다. 허용가속도(A2)는 비절삭시의 빠른 이송시의 최대 가속도이기 때문에 허용가속도(A1)와 비교하여 큰 값을 설정하는 것이 가능하다.
가감속 처리부(57)에는 절삭/비절삭정보(51a) 및 이동궤적정보(52a)가 입력되고, 이들 정보에 따라 상기 각 서보모터(18,19,20)의 토크가 포화하거나, 머시닝센터가 허용하고 있는 허용가속도를 넘는 것을 방지하기 위해, 구동기구에 걸리는 가속도가 미리 설정된 허용가속도 이하로 제한되는 허용이송속도(Va)를 산출하여 목표이송속도 산출부(53)로부터 입력된 목표이송속도(Vr)를 더욱 최적화한다.
가감속 처리부(57)는 구체적으로는 다음 식(2)에 의해 허용이송속도(Va)를 산출한다. 또한, 식(2)에 있어서 A는 허용가속도이고, R은 (1)식과 같은 곡률반경이다
Va = (A ×R)1/2 ---- (2)
가감속 처리부(57)는 허용가속도(A)로서, 입력된 절삭/비절삭정보(51a), 즉 모델데이터(Q)의 값에 따라 절삭 이송시 가속도 설정부(59) 및 비절삭시 가속도 설정부(58)에 각각 설정된 허용가속도(A1 및A2)의 한쪽을 선택하여 사용한다.
가감속 처리부(57)는 산출한 허용속도(Va)와 목표이송속도 산출부(53)로부터 입력된 목표이송속도(Vr)를 비교하고, 목표이송속도(Vr)가 허용속도(Va)를 넘는 경우에는 목표이송속도(Vr)가 허용속도(Va) 이하로 수습되도록 최적화한다. 고속가공의 관점으로부터는 목표이송속도(Vr)를 허용속도(Va)와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
가감속 처리부(57)는 새롭게 최적화된 목표이송속도(Vr')를 분배부(60)로 출력한다.
가감속 처리부(57)에 있어서 모델데이터(Q)의 값에 따라 산출된 허용속도(Va)는 산출되는 허용가속도(A1) 보다도 허용가속도(A2)의 쪽이 값이 크기 때문에, 모델데이터(Q)의 값이 1인 경우, 즉 비절삭시의 쪽이 값이 크다.
이 결과, 가감속 처리부(57)에 있어서는 실제로는 절삭을 수행하지 않는 경우에 절삭이송지령을 사용하여도 불필요하게 절삭공구(T)의 이송속도가 제한되는 것이 아니고, 절삭공구(T)의 고속 이동이 가능하게 되어, 가공시간을 단축하는 것이 가능하다.
또한, 가공프로그램(PR1)의 프로그램 (3) 및 (4)에 의해 각각 규정되는 원호로 이루어진 이동궤적은 지정된 이송속도(F)도 원호의 길이도 마찬가지이지만, 모델데이터(Q)의 값을 1로 설정한 프로그램(3)의 경우의 쪽이 절삭공구(T)의 이동에 요하는 시간이 짧아지게 된다.
분배부(60)는 가감속 처리부(57)로부터 축차되는 최적화된 이송속도(Vr')를 기초로 각 제어축에 대한 위치지령(rx, ry, rz), 즉 각 제어축이 이동할 이동량을 산출하여 각 서보제어부(12,1,3,14)로 출력한다.
다음에, 상기 구성의 NC장치(1)를 이용한 머시닝센터의 제어방법에 대해 도 8에 나타낸 플로우차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 머시닝센터에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 상기한 바와 같은 가공프로그램(PR1)을 작성한다(단계 S1).
이 가공프로그램(PR1)은, 예컨대 CAD시스템이나 자동 프로그래밍 시스템, CAM시스템등에 의해 자동적으로 작성하는 것이 가능하다.
다음에, 작성한 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 나타내는 상기 모델데이터(Q)를 부가한다(단계 S2).
구체적으로는, 예컨대 금형등의 자유곡면의 절삭가공에 있어서, 실제로는 절삭을 수행하지 않는 빠른 이송 동작인 절삭공구(T)의 피크피드동작을 상기 G02에서 나타낸 바와 같은 원호절삭이송지령을 이용하여 수행시키는 프로그램에 절삭/비절삭정보를 부가한다.
다음에, 절삭/비절삭정보가 부가된 가공프로그램을 NC장치(1)에 다운로드하고, 해당 가공프로그램을 실행한다(단계 S3, S4).
다음에, NC장치(1)의 해석부(51) 및 형상평가부(52)에 있어서, 실행되는 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구(T)의 이송속도를 특정하기 위한 정보인 이송속도(F)나 이동궤적정보(51c)와 절삭/비절삭정보(51a)를 추출한다(단계 S5).
다음에, 추출한 이송속도(F)나 이동궤적정보(51c)와 절삭/비절삭정보(51a)를 기초로, 목표이송속도 산출부(63)에 있어서 모델데이터(Q)의 값에 따른 절삭공구(T)의 허용이송속도(V)를 산출하고, 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V) 이하로 수습하도록 최적화한다(단계 S6). 바람직하게는, 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V)로 한다.
이에 의해, 모델데이터(Q)의 값이 0인 경우(절삭시)에는 공작물의 가공정밀도가 일정한 범위로 수습되도록 목표이송속도(Vr)가 최적화되고, 모델데이터(Q)의 값이 1인 경우(비절삭시)에는 목표이송속도(Vr)가 가능한한 고속화된다.
다음에, 공작물이 가공정밀도가 일정한 범위로 수습되면서 불필요하게 속도가 저하하지 않도록 최적화된 목표이송속도(Vr)를 모터의 토크 포화 방지나 머시닝센터에 대한 충격 완화의 관점으로부터 더욱 최적화한다.
이 경우, 절삭공구(T)의 이송지령에서, 실제로 절삭을 수행하지 않는 것에 관계없이 절삭이송지령을 이용한 경우에 있어서도 목표이송속도(Vr)가 불필요하게 저하하지 않도록 최적화하고, 이 최적화한 목표이송속도(Vr')를 분배부(60)로 출력한다.
다음에, 분배부(60)에 있어서 이송속도(Vr')를 기초로 각 제어축에 대한 위치지령(rx,ry,rz), 즉 각 제어축이 이동할 이동량을 산출하고, 각 서보제어부(12,13,14)에서 출력하여 각 제어축의 구동제어를 수행한다(단계 S7, S8).
이 결과, 절삭공구(T)에 의한 공작물의 절삭가공이 수행된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 예컨대 비절삭 이송시에 절삭공구(T)의 이동궤적이 원호와 같은 곡선으로서 이송동작을 수행하는 것에서 절삭이송지령을 이용한 것과 같은 경우에, 절삭공구(T)의 이송속도가 불필요하게 제한되어, 결과적으로 가공시간이 장시간화되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
절삭/비절삭정보를 NC장치측에서 인식할 수 없는 구성의 경우에는 목표이송속도 산출부(53) 및 가감속 처리부(57)에 있어서 이송속도가 제한되기 때문에, 결과적으로 가공시간이 장시간화하여 버리지만, 본 실시형태에서는 이를 방지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 새로운 절삭/비절삭을 나타내는 가공정보를 부가하는 것으로, 가공프로그램측에서 절삭공구(T)의 이송속도를 최적화하는 것이 가능하다.
제2실시예
도 9는 본 발명의 수치제어장치의 제2실시형태에 따른 NC장치의 구성을 나타낸 도면으로, NC장치(1)의 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)의 다른 구성을 나타내고 있다.
본 실시형태에 따른 프로그램해석처리ㆍ지령분배부(3)는 해석부(61)와, 형상평가부(62), 목표이송속도 산출부(63), 가감속 처리부(64) 및, 분배부(65)를 갖춘다.
여기서, 목표이송속도 산출부(63) 및 가감속 처리부(64)는 본 발명의 제3관점에 따른 공작기계의 수치제어장치에 있어서 이송속도 최적화수단을 구성하고 있고, 분배부(65)는 분배수단을 구성하고 있다.
해석부(61)는 상기한 제1실시형태에 따른 해석부(51)와 마찬가지로, 미리 준비된 가공프로그램(PR2)을 해석하고, 가공프로그램(PR2)에 있어서 규정된 각 제어축 방향의 단위시간당 이동량정보(61c)나 이송속도정보(61b)를 축차 출력한다.
또한, 해석부(61)는 해석부(51)와 마찬가지로 상기 가공프로그램(PR2)에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 부가된 가공정보(61a)를 추출하지만, 본 실시형태에 있어서 가공정보(61a)는 상기한 제1실시형태에 있어서 설명한 절삭공구(T)의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량(dR)이다.
여기서, 도 10은 해석부(61)에 다운로드되는 가공프로그램(PR2)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 가공프로그램(PR2)에 의해 규정되는 절삭공구(T)의 이동궤적 및 이송속도(F)는 도 6에 있어서 설명한 가공프로그램(PR1)과 전부 동일하다.
다른 점은 가공프로그램(PR2)의 프로그램 (3) 및 (4)에는 절삭/비절삭정보가 아니라 허용오차량(dR)의 값을 지정하는 모델데이터(E)가 부가되어 있는 점이다.
프로그램 (3)에는 허용오차량(dR)이 0.002mm로서 지정되어 있고, 프로그램 (4)에는 허용오차량(dR)이 0.05mm로서 지정되어 있다.
따라서, 프로그램 (3)은 도 7에 나타낸 위치 P1으로부터 위치 P2까지를 0.002mm의 가공정밀도로 원호이송절삭하고, 프로그램 (4)는 위치 P2로부터 위치 P3까지를 0.05mm의 가공정밀도로 원호이송절삭하는 지령이다.
형상평가부(62)는 제1실시형태에 따른 형상평가부(52)와 마찬가지로, 해석부(61)로부터 출력된 X축 및 Y축 방향의 단위 시간당 이동량정보(61c)로부터 절삭공구(T)의 이동하는 이동궤적을 산출하고, 이를 이동궤적정보(62a)로서 목표이송속도 산출부(63)로 출력한다. 이 이동궤적정보(62a)로부터 절삭공구(T)의 이동궤적의 곡률반경등의 정보가 얻어진다.
목표이송속도 산출부(63)는 제1실시형태에 따른 목표이송속도 산출부(53)와 마찬가지로, 해석부(61)로부터 허용오차량(dR)의 정보(61a)와 이송속도정보(61b) 및 이동궤적정보(62a)가 입력되고, 이들의 정보를 기초로 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 최적화한다.
구체적으로는, 목표이송속도 산출부(63)는 절삭공구(T)에 의한 가공면의 정밀도를 일정한 범위로 수습하기 위해, 상기한 식(1)에 의해 절삭공구(T)의 허용이송속도(V)를 산출한다.
목표이송속도 산출부(63)는 식(1)을 실행하는 경우에, 모델데이터(E)로 지정된 허용오차량(dR)의 값을 사용하여 허용이송속도(V)를 산출한다.
따라서, 목표이송속도 산출부(63)에 있어서 산출되는 허용이송속도(V)는 모델데이터(E)로 지정된 허용오차량(dR)의 값에 따른 값으로 되고, 허용오차량(dR)이 크면(가공정밀도가 낮음) 높아지게 되고, 허용오차량(dR)이 작으면(가공정밀도가 높음) 낮은 값으로 된다.
목표이송속도 산출부(63)는 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V) 이하로 제한하지만, 가공시간의 단축화의 관점으로부터 허용이송속도(V)를 목표이송속도(Vr)로 한다.
이에 의해, 높은 가공정밀도가 요구되지 않아 허용오차량(dR)이 큰 경우에는 목표이송속도(Vr)는 비교적 높은 값으로 설정되고, 높은 가공정밀도가 요구되어 허용오차량(dR)이 작은 경우에는 목표이송속도(Vr)는 비교적 낮은 값으로 설정되어, 목표이송속도(Vr)는 최적화된다.
가감속 처리부(64)는 절삭공구(T)의 이동궤적의 곡률반경(R)과, 절삭공구(T)에서 허용되는 미리 설정된 허용가속도(A)를 기초로 상기한 식(2)에 의해 허용이송속도(Va)를 산출한다.
가감속 처리부(64)는 목표이송속도 산출부(63)로부터 입력된 목표이송속도(Vr)가 산출한 허용이송속도(Va) 이하로 수습되도록 더욱 최적화한다. 바람직하게는 가공시간의 단축화의 관점으로부터 허용이송속도(Va)를 목표이송속도(Vr)로 하여, 목표이송속도(Vr')로서 분배부(65)로 출력한다.
분배부(65)는 제1실시형태에 따른 분배부(60)와 전부 마찬가지로 기능하고, 이송속도(Vr')를 기초로 각 제어축에 대한 위치지령(rx,ry,rz)을 산출하여 각 서보제어부(12,13,14)로 출력한다.
다음에, 본 실시형태에 따른 NC장치를 이용한 머시닝센터의 제어방법에 대해 도 11에 나타낸 플로우차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 머시닝센터에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 작성한다(단계 S11).
다음에, 작성한 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 절삭공구의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량(dR)의 정보를 모델데이터(E)를 이용하여 적절하게 부가한다(단계 S12).
이 허용오차량(dR)의 정보의 부가는 당연히 절삭공구(T)의 이동궤적이 원호등의 곡선으로 되는 절삭이송지령 프로그램에 대해 수행한다.
다음에, 허용오차량(dR)의 정보가 부가된 가공프로그램을 NC장치에 다운로드하고, 해당 가공프로그램을 실행한다(단계 S13, S14).
다음에, NC장치(1)의 해석부(61) 및 형상평가부(62)에 있어서, 다운로드된 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구(T)의 이송속도를 특정하기 위한 정보(61b,62a) 및 허용오차량(dR)의 정보를 추출한다(단계 S15).
다음에, 목표이송속도 산출부(63)에 있어서 추출된 각 정보를 기초로 모델데이터(E)로 지정된 허용오차량(dR)의 값에 따른 절삭공구(T)의 허용이송속도(V)를 산출하고, 절삭공구(T)의 목표이송속도(Vr)를 산출한 허용이송속도(V) 이하로 수습하도록 최적화한다(단계 S16). 바람직하게는, 목표이송속도(Vr)를 허용이송속도(V)로 한다.
이에 의해, 목표이송속도(Vr)는 가공프로그램으로 지정된 허용오차량(dR)에 따른 값, 즉 요구되는 가공정밀도에 따른 값으로 최적화된다.
상기 식(2)에 나타낸 바와 같이, 허용이송속도(V)는 위치루프게인(ω0), 이동궤적의 곡률반경(R) 및, 허용오차량(dR)을 기초로 산출된다.
예컨대, 위치루프게인(ω0)이 50(rad/sec), 모델데이터(E)로 지정한 허용오차량(dR)이 0.002mm 및 0.05mm인 경우에는 허용이송속도(V)는 각각 10(mm/sec), 50(mm/sec)로 된다.
따라서, 허용이송속도(V)는 요구되는 가공정밀도가 높으면 그에 따라 낮아지고, 요구되는 가공정밀도가 낮으면 그에 따라 높아지게 된다.
또한, 위치루프게인(ω0)이 40(rad/sec)인 경우, 즉 기계성능이 상기와 비교하여 낮은 경우에는 허용이송속도(V)는 허용오차량(dR)이 0.002mm인 경우에 8(mm/sec),0.05mm인 경우에 40(mm/sec)로 된다.
이로부터 기계성능에 따라 허용이송속도(V)는 조정되고, 그 결과 목표이송속도(Vr)는 최적화된다.
다음에, 가감속 처리부(64)에 있어서 절삭공구(T)의 가속도가 서보모터의 토크 포화나 머시닝센터의 허용속도를 넘지 않도록 목표이송속도 산출부(63)에 있어서 산출한 목표이송속도(Vr)를 더욱 최적화하여 목표이송속도(Vr')로 한다.
최적화한 목표이송속도(Vr')를 기초로 머시닝센터의 각 제어축에 분배할 위치지령(rx,ry,rz)를 산출하고, 각 제어축을 구동제어한다(단계 S17, S18). 이에 의해 공작물의 가공이 수행된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 가공프로그램에 가공정보로서 허용오차량(dR)을 부가하고, NC장치(1)측에서 이 허용오차량(dR)의 정보를 산출하여 절삭공구(T)의 절삭이송속도(F)를 최적화하여고, 비교적 높은 가공정밀도가 요구되는 경우에는 이에 따라 절삭공구(T)의 절삭이송속도는 늦어지게 되고, 비교적 낮은 가공정밀도 밖에 요구되지 않는 경우에는 이에 따라 절삭공구(T)의 절삭이송속도는 빨라지게 된다.
이 때문에, 허용오차량(dR)에 관계없이 절삭이송속도를 일률적으로 한 경우와 비교하여 가공시간을 대폭 단축할 수 있음과 더불어 가공물의 가공정밀도를 유지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 가공프로그램에서 가공정밀도를 규정하여도, 가공프로그램을 성능이 다른 머시닝센터등의 공작기계에 사용하여도 공작기계의 성능에 따라 절삭이송속도가 최적화된다. 이 때문에, 예컨대 CAM 시스템등을 이용하여 자동 작성된 가공프로그램을 다시 한번 수정할 필요가 없게 되어 가공의 생략화, 효율화등이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 제1실시형태에서는 절삭공구(T)의 이송속도의 최적화는 절삭/비절삭정보에 따라 목표이송속도 산출부(63)에서 수행하고, 가감속처리부(64)에서 더욱 최적화를 수행하는 구성으로 하였지만, 목표이송속도 산출부(63) 및 가감속 처리부(64)의 어느 한쪽에서만 절삭/비절삭정보에 따른 최적화를 수행하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는 가공정보로서 절삭/비절삭정보 또는 허용오차량의 경우에 대해 설명하였지만, 그 외의 가공정보를 절삭이송지령에 부가하는 구성으로 하는 것도 가능하고, 더욱이 절삭/비절삭정보 및 허용오차량 양쪽을 가공정보로서 절삭이송지령에 부가하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공작물의 가공정밀도를 유지하면 서 가공시간을 단축할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 동일한 가공프로그램을 이용하여 다른 특성의 공작기계에 의해 공작물의 가공을 수행하여도 공작물의 가공정밀도를 유지할 수 있다.

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  15. 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 해석해서, 이 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보와, 상기 절삭이송지령 프로그램에 부가된 상기 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 추출하는 해석수단과;
    비절삭 이송시의 상기 절삭공구의 이동궤적으로부터의 오차의 허용범위를 규정하는 허용오차량을 설정하는 비절삭 이송시 허용오차량 설정수단;
    절삭 이송시의 상기 허용오차량을 설정하는 절삭 이송시 허용오차량 설정수단;
    상기 절삭/비절삭정보의 내용에 따라 상기 비절삭 이송시 허용오차량 설정수단 및 절삭이송시 허용오차량 설정수단으로 설정되는 허용오차량의 한쪽을 선택하고, 선택한 허용오차량을 기초로 상기 절삭공구의 허용이송속도를 산출하며, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 제한하여 최적화하는 목표이송속도 산출수단 및;
    상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하는 분배수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 수치제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 절삭공구의 비절삭 이송시의 허용가속도를 설정하는 비절삭 이송시 가속도 설정수단과;
    상기 절삭공구의 절삭 이송시의 허용가속도를 설정하는 절삭 이송시 가속도 설정수단 및;
    상기 절삭/비절삭정보의 내용에 따라 상기 비절삭 이송시 가속도 설정수단 및 절삭 이송시 가속도 설정수단으로 설정되는 허용가속도의 한쪽을 선택하고, 상기 절삭공구의 가속도를 해당 허용가속도로 제한하는 해당 절삭공구의 허용이송속도를 산출하여 상기 이송속도를 최적화하는 가감속 처리수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 수치제어장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 절삭이송지령 프로그램은 상기 절삭공구의 가공점의 이동궤적을 곡선으로 규정하고 있는 것을 특징으로 하는 공작기계의 수치제어장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 목표이송속도 산출수단은 상기 허용오차량과, 상기 분배된 제어지령을 기초로 상기 각 제어축을 구동제어하는 서보제어수단의 위치루프게인 및, 상기 절삭공구의 가공점의 이동궤적의 곡률반경으로부터 상기 허용이송속도를 산출하도록 된 것을 특징으로 하는 공작기계의 수치제어장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 가감속 처리수단은 상기 절삭공구의 가공점의 이동궤적의 곡률반경과, 상기 허용가속도로부터 상기 허용이송속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 수치제어장치.
  20. 구동수단에 의해 복수의 제어축의 방향으로 이동가능한 절삭공구를 구비한 공작기계에 의한 공작물의 가공수순을 규정하는 가공프로그램을 준비하고;
    상기 가공프로그램에 포함되는 절삭이송지령 프로그램에 절삭공구에 의한 실제 절삭의 유무를 규정하는 절삭/비절삭정보를 부가하고;
    상기 절삭/비절삭정보가 부가된 가공프로그램을 상기 수치제어장치에 다운로드하여 해당 가공프로그램을 실행하고;
    상기 수치제어장치에 있어서 상기 절삭이송지령 프로그램으로부터 공작물에 대한 절삭공구의 이송속도를 특정하기 위한 정보 및 절삭/비절삭정보를 추출하고;
    추출된 상기 절삭/비절삭정보에 따라 미리 설정된 비절삭 이송시 및 절삭 이송시의 상기 허용오차량의 한쪽을 선택하고, 선택한 허용오차량을 기초로 허용이송속도를 산출하여, 상기 절삭공구의 이송속도를 상기 허용이송속도로 수습하도록 최적화하고;
    상기 최적화한 이송속도를 기초로 공작기계의 각 제어축에 분배할 제어지령을 산출하여, 각 제어축을 구동제어하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 제어방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 절삭/비절삭정보의 내용에 따라 미리 설정된 상기 절삭공구의 비절삭 이송시의 허용가속도 및 절삭 이송시의 허용가속도의 한쪽을 선택하고, 상기 절삭공구의 가속도를 해당 허용가속도로 제한하는 해당 절삭공구의 허용이송속도를 산출하는 단계를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 제어방법.
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