WO2022186140A1 - 数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 Download PDF

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宏祐 宇野
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ファナック株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a numerical controller for controlling machine tools and a computer-readable storage medium.
  • the present disclosure provides a numerical control device and a computer readable memory capable of setting a desired time for machining a workpiece when the feed rate of the spindle is controlled so that the load applied to the spindle is constant.
  • the purpose is to provide a medium.
  • the numerical controller comprises a spindle load detection unit for detecting time-series data of the load applied to the spindle when the workpiece is machined, a machining time setting unit for setting the machining time when machining the workpiece, and a machining time.
  • the load applied to the spindle when the workpiece is machined in the machining time set by the setting unit and the feed rate of the spindle is controlled so that the load applied to the spindle becomes a constant load is shown in time-series data.
  • a spindle load output section for outputting data indicating the load applied to the spindle calculated by the spindle load calculation section.
  • a computer-readable storage medium detects time-series data of the load applied to the spindle when the work is machined, setting the machining time when machining the work, and the set machining time Calculating the load applied to the spindle based on time-series data when the workpiece is machined at and the feed rate of the spindle is controlled so that the load applied to the spindle is a constant load; and outputting data indicating the load applied to the spindle that has been processed, and storing instructions for causing a computer to execute the above.
  • the spindle feed speed is controlled so that the load applied to the spindle is constant, it is possible to set the workpiece machining time to a desired time.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of calculating a load applied to a spindle by a spindle load calculator;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of calculating a load applied to a spindle by a spindle load calculator;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of calculating a load applied to a spindle by a spindle load calculator;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of calculating a load applied to a spindle by a spindle load calculator; 4 is a flow chart showing an example of the flow of processing executed by a numerical control device; It is a figure which shows an example of a spindle load calculation part.
  • FIG. 4 is a diagram showing a display example of a load applied to a spindle displayed on an input/output device; 3 is a block diagram showing an example of functions of a numerical control device;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of time-series data of a load applied to a spindle; It is a figure which shows an example of frequency distribution.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a machine tool.
  • Machine tool 1 is, for example, a lathe, a machining center, or a multitasking machine.
  • the machine tool 1 includes, for example, a numerical control device 2, an input/output device 3, a servo amplifier 4 and a servo motor 5, a spindle amplifier 6 and a spindle motor 7, and auxiliary equipment 8.
  • the numerical controller 2 is a device that controls the machine tool 1 as a whole.
  • the numerical controller 2 includes a CPU (Central Processing Unit) 201 , a bus 202 , a ROM (Read Only Memory) 203 , a RAM (Random Access Memory) 204 and a nonvolatile memory 205 .
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 201 is a processor that controls the entire numerical controller 2 according to the system program.
  • the CPU 201 reads a system program and the like stored in the ROM 203 via the bus 202 . Also, the CPU 201 controls the servo motor 5 and the spindle motor 7 according to the machining program.
  • the CPU 201 analyzes the machining program and outputs a control command to the servomotor 5 for each control cycle.
  • a bus 202 is a communication path that connects each piece of hardware in the numerical controller 2 to each other. Each piece of hardware within the numerical controller 2 exchanges data via the bus 202 .
  • the ROM 203 is a storage device that stores system programs and the like for controlling the numerical controller 2 as a whole. ROM 203 functions as a computer-readable storage medium.
  • the RAM 204 is a storage device that temporarily stores various data.
  • a RAM 204 functions as a work area for the CPU 201 to process various data.
  • the nonvolatile memory 205 is a storage device that retains data even when the machine tool 1 is powered off and power is not supplied to the numerical controller 2 .
  • the nonvolatile memory 205 stores, for example, machining programs and various parameters input from the input/output device 3 .
  • Non-volatile memory 205 functions as a computer-readable storage medium.
  • the nonvolatile memory 205 is composed of, for example, an SSD (Solid State Drive).
  • the numerical controller 2 further comprises an interface 206 , an axis control circuit 207 , a spindle control circuit 208 , a PLC (Programmable Logic Controller) 209 and an I/O unit 210 .
  • an interface 206 an interface 206 , an axis control circuit 207 , a spindle control circuit 208 , a PLC (Programmable Logic Controller) 209 and an I/O unit 210 .
  • the interface 206 connects the bus 202 and the input/output device 3 .
  • the interface 206 sends various data processed by the CPU 201 to the input/output device 3, for example.
  • the input/output device 3 is a device that receives various data via the interface 206 and displays various data.
  • the input/output device 3 also accepts input of various data and sends the various data to the CPU 201 via the interface 206 .
  • the input/output device 3 includes a display such as an LCD (Liquid Crystal Display), a keyboard, a mouse, and the like. Also, the input/output device 3 may be a touch panel.
  • the axis control circuit 207 is a circuit that controls the servo motor 5 .
  • the axis control circuit 207 receives a control command from the CPU 201 and outputs a command for driving the servo motor 5 to the servo amplifier 4 .
  • the axis control circuit 207 sends a torque command for controlling the torque of the servo motor 5 to the servo amplifier 4, for example.
  • the servo amplifier 4 receives a command from the axis control circuit 207 and supplies current to the servo motor 5 .
  • the servo motor 5 is driven by being supplied with current from the servo amplifier 4 .
  • the servomotor 5 is connected to, for example, a ball screw that drives a tool post, a spindle head, and a table.
  • structures of the machine tool 1 such as the tool post, the spindle head, and the table move, for example, in the X-axis direction, the Y-axis direction, or the Z-axis direction.
  • the servomotor 5 may incorporate a speed detector (not shown) for detecting the feed speed of each axis.
  • a spindle control circuit 208 is a circuit for controlling the spindle motor 7 .
  • a spindle control circuit 208 receives a control command from the CPU 201 and outputs a command for driving the spindle motor 7 to the spindle amplifier 6 .
  • the spindle control circuit 208 for example, sends a torque command for controlling the torque of the spindle motor 7 to the spindle amplifier 6 .
  • the spindle amplifier 6 receives a command from the spindle control circuit 208 and supplies current to the spindle motor 7 .
  • the spindle amplifier 6 incorporates an ammeter 61 for measuring the current value of the current supplied to the spindle motor 7 .
  • the ammeter 61 detects the current value of the current supplied to the spindle motor 7 .
  • the ammeter 61 sends data indicating the detected current value to the CPU 201 .
  • the spindle motor 7 is driven by being supplied with current from the spindle amplifier 6 .
  • a spindle motor 7 is connected to the main shaft and rotates the main shaft.
  • the PLC 209 is a device that executes the ladder program and controls the auxiliary equipment 8. PLC 209 sends commands to auxiliary equipment 8 via I/O unit 210 .
  • the I/O unit 210 is an interface that connects the PLC 209 and the auxiliary device 8.
  • the I/O unit 210 sends commands received from the PLC 209 to the auxiliary equipment 8 .
  • the auxiliary equipment 8 is installed in the machine tool 1 and performs auxiliary operations in the machine tool 1.
  • the auxiliary device 8 may be a device installed around the machine tool 1 .
  • the auxiliary equipment 8 operates based on commands received from the I/O unit 210 .
  • the auxiliary device 8 is, for example, a tool changer, a cutting fluid injection device, or an opening/closing door drive.
  • the numerical controller 2 detects time-series data of the load applied to the spindle when the work is machined at the feed rate commanded by the machining program. Furthermore, based on the detected time-series data of the load applied to the spindle, the numerical control device 2 performs machining of the workpiece so that the machining time is the set machining time, and the load applied to the spindle is constant. Predict the load on the spindle when the feed rate is controlled so that the load is .
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of functions of the numerical controller 2.
  • the numerical controller 2 includes a program storage unit 211, a control unit 212, a spindle load detection unit 213, a spindle load storage unit 214, a machining time reception unit 215, a machining time setting unit 216, and a spindle load calculation unit 217. and a spindle load output section 218 .
  • a program storage unit 211 and a spindle load storage unit 214 store a machining program input from the input/output device 3 or the like, and data input from the ammeter 61 and various sensors in the RAM 204 or the nonvolatile memory 205. It is realized by
  • the program storage unit 211 stores machining programs.
  • the machining program is a program for operating each part of the machine tool 1 to machine a workpiece.
  • the movement path of the tool, the feed speed of the tool, the rotation speed of the spindle, etc. are commanded using G code, M code, and the like.
  • the control unit 212 controls each part of the machine tool 1 based on the machining program.
  • the control unit 212 controls the servo motor 5 and the spindle motor 7, for example.
  • the control unit 212 performs constant speed control based on the machining program. Constant-speed control is control that moves the spindle at the feed rate specified by the machining program.
  • control unit 212 performs constant load control based on the machining program.
  • Constant load control is control that changes the feed rate of the spindle specified in the machining program so that the load applied to the spindle becomes a constant load. Constant load control can suppress fluctuations in the load applied to the spindle more than constant speed control.
  • the spindle load detection unit 213 detects time-series data of the load applied to the spindle when the workpiece is machined based on the machining program.
  • the spindle load detection unit 213 also detects time-series data indicating the feed speed of the spindle. That is, the spindle load detection unit 213 detects the load applied to the spindle and the feed speed of the spindle at predetermined intervals while the workpiece is being machined based on the machining program.
  • the spindle load detection unit 213 detects the load applied to the spindle based on the current value indicated by the ammeter 61 built in the spindle amplifier 6, for example.
  • the spindle load detector 213 also detects the feed speed of the spindle based on data detected by a speed detector built into the servo motor 5 .
  • the load applied to the main shaft is load torque applied in the opposite direction to the rotation direction of the main shaft.
  • the spindle load storage unit 214 stores time-series data of the load applied to the spindle detected by the spindle load detection unit 213 . That is, the spindle load storage unit 214 stores time-series data indicating the load applied to the spindle when the workpiece is machined. The spindle load storage unit 214 also stores time-series data indicating the feed speed of the spindle when the workpiece is machined. The time-series data stored in the spindle load storage unit 214 is time-series data detected when constant-speed control of the spindle is performed based on the machining program.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of time-series data stored in the spindle load storage unit 214.
  • the time-series data shown in FIG. 3 is data detected when machining is performed under constant-speed control.
  • FIG. 3 shows that the spindle load storage unit 214 sequentially stores time-series data L, 2L, 3L, 4L, 3L, 2L, and L indicating the load detected at each predetermined cycle T.
  • the machining time reception unit 215 receives input of the machining time required for machining when the machining program is executed under constant load control.
  • the processing time reception unit 215 receives a value input by the operator using the input/output device 3, for example.
  • the operator inputs a desired machining time for machining the workpiece based on the machining program.
  • the machining time setting unit 216 sets the machining time accepted by the machining time accepting unit 215 . That is, the machining time setting unit 216 sets the machining time for machining the workpiece.
  • the machining time setting unit 216 sets the machining time by, for example, storing data indicating the machining time in a predetermined register (not shown).
  • the spindle load calculation unit 217 is used when the workpiece is machined in the machining time set by the machining time setting unit 216 and the spindle feed rate is controlled so that the load applied to the spindle becomes a constant load.
  • the load applied to the spindle is calculated based on the time-series data stored in the spindle load storage unit 214 .
  • the spindle load calculation unit 217 calculates the load applied to the spindle when the machining program is executed under constant load control for the machining time set by the machining time setting unit 216. Make predictions based on the time series data that is detected when.
  • the spindle load calculator 217 calculates the load applied to the spindle assuming that the load applied to the spindle is proportional to the feed rate of the spindle.
  • the spindle load calculation unit 217 first reads the time-series data of the load applied to the spindle stored in the spindle load storage unit 214 .
  • the time-series data indicating the load applied to the spindle is data detected at every predetermined cycle T.
  • the spindle load calculation unit 217 multiplies the value T indicating the length of the predetermined cycle by the value indicating the load applied to the spindle. For example, when the load shown in FIG. 3 is detected during execution of the machining program, the load detected in the first period is L. Therefore, the value obtained by multiplying the value T indicating the length of the predetermined cycle by the value L indicating the load applied to the spindle is LT (see FIG. 4A). Also, the load applied to the spindle detected in the next cycle is 2L. Therefore, the value obtained by multiplying the value T indicating the predetermined cycle by the value 2L indicating the load applied to the spindle is 2LT (see FIG. 4B). Similarly, the values calculated for the third and subsequent cycles are 3LT, 4LT, 3LT, 2LT, and LT, respectively.
  • the spindle load calculation unit 217 sums the values calculated by multiplying the value T indicating the length of the predetermined period and the value indicating the load applied to the spindle.
  • the total value is 16LT.
  • the spindle load calculator 217 calculates the load applied to the spindle by dividing the total value calculated by summing the values by the value indicating the machining time set by the machining time setting part 216 . For example, when the total value is 16LT and the machining time set by the machining time setting unit 216 is 10T, the load applied to the spindle is 1.6L (see FIG. 5). As a result, the spindle load calculator 217 can calculate the load 1.6 L applied to the spindle when the load applied to the spindle is proportional to the feed rate of the spindle.
  • the spindle load calculator 217 further controls the feed of the spindle so that the workpiece is machined in the machining time set by the machining time setting part 216 and the load applied to the spindle becomes a constant load.
  • the feed rate of the spindle in the case may be calculated.
  • the spindle load output unit 218 outputs data indicating the load applied to the spindle calculated by the spindle load calculation unit 217 .
  • the spindle load output unit 218 outputs data indicating the calculated load applied to the spindle and data indicating the machining time set by the machining time setting unit 216 to the input/output device 3, for example. Display the load on the spindle and the machining time.
  • the spindle load output unit 218 may output the spindle feed rate calculated by the spindle load calculation unit 217 in the process of calculating the load applied to the spindle. In this case, the spindle load output unit 218 may output data indicating the spindle feed speed so that the spindle feed speed for each cycle is displayed in a graph.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of processing executed by the numerical controller 2.
  • the spindle load detection unit 213 detects time series data indicating the load applied to the spindle when the workpiece is machined under constant speed control based on the machining program (step S1).
  • the spindle load storage unit 214 stores time-series data indicating the load applied to the spindle detected by the spindle load detection unit 213 (step S2).
  • the machining time accepting unit 215 accepts input of a value indicating the machining time when machining the workpiece under constant load control based on the machining program (step S3).
  • the machining time setting unit 216 sets the value accepted by the machining time accepting unit 215 as the machining time (step S4).
  • the spindle load calculator 217 calculates the load applied to the spindle when the machining program is executed in the machining time set by the machining time setting part 216 (step S5).
  • the spindle load output unit 218 outputs data indicating the load applied to the spindle calculated by the spindle load calculation unit 217 (step S6), and ends the process.
  • the control unit 212 can process the workpiece in the processing time set by the processing time setting unit 216 .
  • the numerical controller 2 sets the spindle load detection unit 213 for detecting the time-series data of the load applied to the spindle when the workpiece is machined, and the machining time for machining the workpiece.
  • the machining time setting unit 216 and the machining time set by the machining time setting unit 216 are used to machine the workpiece, and the spindle feed rate is controlled so that the load applied to the spindle becomes a constant load.
  • a spindle load calculation unit 217 that calculates the load applied to the spindle based on time-series data, and a spindle load output unit 218 that outputs data indicating the load applied to the spindle calculated by the spindle load calculation unit 217.
  • the numerical controller 2 can set the workpiece machining time to a desired time when the spindle feed rate is controlled so that the load applied to the spindle is constant.
  • the numerical control device 2 further includes a machining time reception section 215 that receives input of a value indicating the machining time set by the machining time setting section 216 . Therefore, the numerical controller 2 can predict the machining time according to the input target load. Further, since the numerical controller 2 outputs a value indicating the load applied to the spindle, the operator can set the machining time in consideration of the balance between the load applied to the spindle and the machining time.
  • the spindle load calculation unit 217 calculates the load applied to the spindle assuming that the load applied to the spindle is proportional to the feed rate. Therefore, the spindle load calculator 217 can calculate the load applied to the spindle without performing complicated calculations.
  • the spindle load calculator 217 controls the spindle feed rate so that the workpiece is machined in the machining time set by the machining time setting part 216 and the load applied to the spindle becomes a constant load. Calculate the feedrate of the spindle when This allows the operator to determine whether the feed speed of the spindle is suitable for machining the workpiece and to set the machining time.
  • the numerical controller 2 further includes a spindle load storage section 214 that stores the time-series data detected by the spindle load detection section 213 .
  • the spindle load calculation unit 217 can calculate the load applied to the spindle for various machining times based on the time-series data stored in the spindle load storage unit 214 .
  • the spindle load calculator 217 calculates the load applied to the spindle assuming that the load applied to the spindle is proportional to the feed speed of the spindle.
  • the spindle load calculator 217 may predict the load applied to the spindle based on a correlation model showing the relationship between the load applied to the spindle and the feed speed of the spindle.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the spindle load calculator 217 that calculates the load applied to the spindle based on the correlation model.
  • the spindle load calculation unit 217 includes a learning unit 221 , a correlation model storage unit 222 and a prediction unit 223 .
  • the configuration other than the spindle load calculator 217 is the same as the configuration of the embodiment described above.
  • the learning unit 221 calculates the relationship between the load applied to the spindle and the feed speed of the spindle based on the time series data indicating the load applied to the spindle and the time series data indicating the feed speed of the spindle stored in the spindle load storage unit 214. Generate a correlation model showing The learning unit 221 generates a correlation model using, for example, a regression equation, an SVM (Support Vector Machine), and a neural network.
  • SVM Small Vector Machine
  • the correlation model storage unit 222 stores the correlation model generated by the learning unit 221.
  • the prediction unit 223 stores in the correlation model storage unit 222 the load applied to the spindle when machining is performed so that the machining performed based on the machining program is completed in the machining time set by the machining time setting unit 216. calculated using the modeled correlation model. Further, the feed rate of the spindle when machining is performed so that the machining performed based on the machining program is completed in the machining time set by the machining time setting unit 216 may be calculated.
  • the numerical control device 2 further includes a learning unit 221 that learns the relationship between the load applied to the spindle and the feed speed. Calculate the load on the spindle. Therefore, the spindle load calculator 217 can predict the load applied to the spindle with high accuracy.
  • the numerical controller 2 of the above-described embodiment includes the machining time reception unit 215
  • the numerical controller 2 does not necessarily have to include the machining time reception unit 215 .
  • the numerical controller 2 stores values indicating a plurality of machining times in advance, and calculates the load applied to the spindle when the feed rate of the spindle is controlled so that the execution of the machining program is completed at each machining time. Predict.
  • FIG. 8 is a diagram showing a display example of the load applied to the spindle displayed on the input/output device 3 when the numerical control device 2 stores values indicating a plurality of machining times.
  • the numerical controller 2 stores, for example, a preset machining time. In the example shown in FIG. 8, 11:00, 10:30, 10:00, 9:30, 9:00, 8:00, 7:00, and 6:00 are stored as machining times.
  • the spindle load calculation unit 217 calculates the load applied to the spindle when constant load control is performed so that the machining of the workpiece is completed within these machining times. Data indicating the load calculated by the spindle load calculation unit 217 is output by the spindle load output unit 218 and displayed on the display screen of the input/output device 3 .
  • a straight line with a scale extending left and right is displayed.
  • the set machining time is displayed below the straight line.
  • a value indicating the ratio of the target torque to the rated torque is displayed as the calculated load applied to the main shaft.
  • a load of 50% is displayed in association with the set machining time of 11:00. Also, a load of 53% is displayed in association with the set machining time of 10:30. Also, a load of 56% is displayed in association with the set machining time of 10:00. Also, a load of 59% is displayed in association with the set machining time of 9:30. Also, a load of 62% is displayed in association with the set machining time of 9:00. Also, a load of 65% is displayed in association with the set machining time of 8:00. Also, a load of 68% is displayed in association with the set machining time of 7:00. Also, a load of 71% is displayed in association with the set machining time of 6:00.
  • the operator can easily grasp the load applied to the spindle when constant load control is performed so that the workpiece is machined at each machining time. can do.
  • the set machining time may be displayed as a percentage of the machining time when the workpiece is machined under constant speed control. For example, in the example shown in FIG. 8, the machining time is 10:00 when the constant speed control is performed, and each set machining time is displayed in parenthesis as a ratio to 10:00.
  • one of the machining times may be selected on the display screen.
  • the control unit 212 may execute the machining program under constant load control so that the workpiece is machined within the selected machining time.
  • the numerical control device 2 is provided with the spindle load storage section 214.
  • the numerical controller 2 does not necessarily have to include the spindle load storage section 214 .
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of functions of the numerical controller 2. As shown in FIG.
  • the numerical control device 2 includes a generation section 224 and a frequency distribution storage section 225 instead of the spindle load storage section 214 .
  • Other configurations are the same as those of the numerical controller 2 shown in FIG.
  • the generation unit 224 is realized, for example, by the CPU 201 performing arithmetic processing using the system program stored in the ROM 203 and the processing program and various data stored in the non-volatile memory 205 .
  • the frequency distribution storage unit 225 is realized, for example, by storing in the RAM 204 or the nonvolatile memory 205 data generated by arithmetic processing performed by the CPU 201 using the system program and various data.
  • the generation unit 224 generates frequency distribution data based on the time-series data detected by the spindle load detection unit 213 .
  • FIG. 10 is a diagram showing time-series data detected by the spindle load detection unit 213.
  • FIG. 10 is data detected when machining is performed under constant-speed control.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of frequency distribution.
  • the generator 224 classifies the load applied to the spindle detected by the spindle load detector 213 into a plurality of classes, and counts the frequency of each class.
  • the generator 224 sorts the detected load into one of four classes L, 2L, 3L and 4L, for example.
  • the generation unit 224 divides the load value detected by the spindle load detection unit 213 into one of L, 2L, 3L, and 4L classes by, for example, rounding off.
  • the generation unit 224 distributes the load having a size of 0.5 L or more and less than 1.5 L to class L, for example. Similarly, loads of 1.5 L or more and less than 2.5 L are sorted into class 2L. Also, a load of 2.5 L or more and less than 3.5 L is sorted into class 3L. Also, a load of 3.5 L or more and less than 4.5 L is sorted into class 4L. In the example shown in FIG. 11, four values are assigned to class L, five values to class 2L, two values to class 3L, and one value to class 4L.
  • the frequency distribution storage unit 225 stores the frequency distribution data generated by the generation unit 224 .
  • the spindle load calculation unit 217 calculates the load applied to the spindle when the workpiece is machined for the set machining time based on the frequency distribution data stored in the frequency distribution storage unit 225 .
  • the spindle load calculation unit 217 divides the calculated total value by the machining time set by the machining time setting unit 216 . For example, if the obtained total value is 24LT and the machining time set by the machining time setting unit 216 is 10T, the load applied to the spindle is calculated to be 2.4L.
  • the numerical control device 2 further includes the frequency distribution storage section 225 that stores data representing the frequency distribution generated based on the time-series data detected by the spindle load detection section 213. Therefore, the amount of data to be stored can be reduced compared to when the spindle load storage unit 214 stores time-series data. Therefore, the amount of data stored in the memory can be reduced.
  • machine tool 2 numerical controller 201 CPU 202 bus 203 ROM 204 RAMs 205 non-volatile memory 206 interface 207 axis control circuit 208 spindle control circuit 209 PLC 210 I/O unit 211 program storage unit 212 control unit 213 spindle load detection unit 214 spindle load storage unit 215 machining time reception unit 216 machining time setting unit 217 spindle load calculation unit 218 spindle load output unit 221 learning unit 222 correlation model storage unit 223 prediction unit 224 generation unit 225 frequency distribution storage unit 3 input/output device 4 servo amplifier 5 servo motor 6 spindle amplifier 61 ammeter 7 spindle motor 8 auxiliary device

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Abstract

数値制御装置が、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部と、ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部と、加工時間設定部によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部と、主軸負荷計算部によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部と、を備える。

Description

数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
　本開示は、工作機械を制御する数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
　工作機械において、主軸に掛かる負荷が一定になるように主軸の送り速度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この制御によって、工具の寿命を延ばすことができる。
特開２０１９－１１７４５８号公報
　しかし、主軸に掛かる負荷が一定になるように主軸の送り速度を制御する場合、負荷に合わせて送り速度が変化するため、加工時間を事前に予測することが困難である。したがって、ワークの加工を所望の加工時間で完了させようとすると、主軸に掛かる負荷を調整して何度もテスト加工を行うことが必要になる。
　本開示は、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能な数値制御装置、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。
　数値制御装置が、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部と、ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部と、加工時間設定部によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部と、主軸負荷計算部によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部と、を備える。
　コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出することと、ワークを加工する際の加工時間を設定することと、設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算することと、計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力することと、をコンピュータに実行させる命令を記憶する。
　本開示により、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能になる。
工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。 数値制御装置の機能の一例を示すブロック図である。 主軸負荷記憶部に記憶される時系列データの一例を説明する図である。 主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。 主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。 主軸負荷計算部が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。 数値制御装置が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 主軸負荷計算部の一例を示す図である。 入出力装置に表示される主軸に掛かる負荷の表示例を示す図である。 数値制御装置の機能の一例を示すブロック図である。 主軸に掛かる負荷の時系列データの一例を示す図である。 度数分布の一例を示す図である。
　以下、本開示の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態で説明する特徴のすべての組み合わせが課題解決に必ずしも必要であるとは限らない。また、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。また、以下の実施形態の説明、および図面は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、請求の範囲を限定することを意図していない。
　図１は、工作機械のハードウェア構成の一例を示す図である。工作機械１は、例えば、旋盤、マシニングセンタ、または複合加工機である。
　工作機械１は、例えば、数値制御装置２と、入出力装置３と、サーボアンプ４およびサーボモータ５と、スピンドルアンプ６およびスピンドルモータ７と、補助機器８とを備えている。
　数値制御装置２は、工作機械１全体を制御する装置である。数値制御装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２０１と、バス２０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）２０４と、不揮発性メモリ２０５とを備えている。
　ＣＰＵ２０１は、システムプログラムに従って数値制御装置２全体を制御するプロセッサである。ＣＰＵ２０１は、バス２０２を介してＲＯＭ２０３に格納されたシステムプログラムなどを読み出す。また、ＣＰＵ２０１は、加工プログラムに従って、サーボモータ５およびスピンドルモータ７を制御する。
　ＣＰＵ２０１は、制御周期ごとに、例えば、加工プログラムの解析、およびサーボモータ５に対する制御指令の出力を行う。
　バス２０２は、数値制御装置２内の各ハードウェアを互いに接続する通信路である。数値制御装置２内の各ハードウェアはバス２０２を介してデータをやり取りする。
　ＲＯＭ２０３は、数値制御装置２全体を制御するためのシステムプログラムなどを記憶する記憶装置である。ＲＯＭ２０３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。
　ＲＡＭ２０４は、各種データを一時的に格納する記憶装置である。ＲＡＭ２０４は、ＣＰＵ２０１が各種データを処理するための作業領域として機能する。
　不揮発性メモリ２０５は、工作機械１の電源が切られ、数値制御装置２に電力が供給されていない状態でもデータを保持する記憶装置である。不揮発性メモリ２０５は、例えば、加工プログラム、および入出力装置３から入力される各種パラメータを記憶する。不揮発性メモリ２０５は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として機能する。不揮発性メモリ２０５は、例えば、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）で構成される。
　数値制御装置２は、さらに、インタフェース２０６と、軸制御回路２０７と、スピンドル制御回路２０８と、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２０９と、Ｉ／Ｏユニット２１０とを備えている。
　インタフェース２０６は、バス２０２と入出力装置３とを接続する。インタフェース２０６は、例えば、ＣＰＵ２０１が処理した各種データを入出力装置３に送る。
　入出力装置３は、インタフェース２０６を介して各種データを受け、各種データを表示する装置である。また、入出力装置３は、各種データの入力を受け付けてインタフェース２０６を介して各種データをＣＰＵ２０１に送る。入出力装置３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）などのディスプレイ、キーボード、およびマウスなどを含む。また、入出力装置３は、タッチパネルであってもよい。
　軸制御回路２０７は、サーボモータ５を制御する回路である。軸制御回路２０７は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてサーボモータ５を駆動させるための指令をサーボアンプ４に出力する。軸制御回路２０７は、例えば、サーボモータ５のトルクを制御するトルクコマンドをサーボアンプ４に送る。
　サーボアンプ４は、軸制御回路２０７からの指令を受けて、サーボモータ５に電流を供給する。
　サーボモータ５は、サーボアンプ４から電流の供給を受けて駆動する。サーボモータ５は、例えば、刃物台、主軸頭、テーブルを駆動させるボールねじに連結される。サーボモータ５が駆動することにより、刃物台、主軸頭、テーブルなどの工作機械１の構造物は、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、またはＺ軸方向に移動する。なお、サーボモータ５は、各軸の送り速度を検出する速度検出器（不図示）を内蔵していてもよい。
　スピンドル制御回路２０８は、スピンドルモータ７を制御するための回路である。スピンドル制御回路２０８は、ＣＰＵ２０１からの制御指令を受けてスピンドルモータ７を駆動させるための指令をスピンドルアンプ６に出力する。スピンドル制御回路２０８は、例えば、スピンドルモータ７のトルクを制御するトルクコマンドをスピンドルアンプ６に送る。
　スピンドルアンプ６は、スピンドル制御回路２０８からの指令を受けて、スピンドルモータ７に電流を供給する。スピンドルアンプ６はスピンドルモータ７に供給される電流の電流値を測定する電流計６１を内蔵している。
　電流計６１は、スピンドルモータ７に供給される電流の電流値を検出する。電流計６１は、検出した電流値を示すデータをＣＰＵ２０１に送る。
　スピンドルモータ７は、スピンドルアンプ６から電流の供給を受けて駆動する。スピンドルモータ７は、主軸に連結され、主軸を回転させる。
　ＰＬＣ２０９は、ラダープログラムを実行して補助機器８を制御する装置である。ＰＬＣ２０９は、Ｉ／Ｏユニット２１０を介して補助機器８に対して指令を送る。
　Ｉ／Ｏユニット２１０は、ＰＬＣ２０９と補助機器８とを接続するインタフェースである。Ｉ／Ｏユニット２１０は、ＰＬＣ２０９から受けた指令を補助機器８に送る。
　補助機器８は、工作機械１に設置され、工作機械１において補助的な動作を行う。補助機器８は、工作機械１の周辺に設置される装置であってもよい。補助機器８は、Ｉ／Ｏユニット２１０から受けた指令に基づいて動作する。補助機器８は、例えば、工具交換装置、切削液噴射装置、または開閉ドア駆動装置である。
　次に、数値制御装置２の機能の一例について説明する。数値制御装置２は、加工プログラムで指令された送り速度でワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する。さらに、数値制御装置２は、検出された主軸に掛かる負荷の時系列データに基づいて、加工時間が設定された加工時間となるようにワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を予測する。
　図２は、数値制御装置２の機能の一例を示すブロック図である。数値制御装置２は、プログラム記憶部２１１と、制御部２１２と、主軸負荷検出部２１３と、主軸負荷記憶部２１４と、加工時間受付部２１５と、加工時間設定部２１６と、主軸負荷計算部２１７と、主軸負荷出力部２１８とを備えている。
　プログラム記憶部２１１、および主軸負荷記憶部２１４は、入出力装置３などから入力された加工プログラム、ならびに、電流計６１および各種センサから入力されたデータが、ＲＡＭ２０４、または不揮発性メモリ２０５に記憶されることにより実現される。
　制御部２１２、主軸負荷検出部２１３、加工時間受付部２１５、加工時間設定部２１６、主軸負荷計算部２１７、および主軸負荷出力部２１８は、例えば、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０３に記憶されているシステムプログラムならびに不揮発性メモリ２０５に記憶されている加工プログラムおよび各種データを用いて演算処理することにより実現される。
　プログラム記憶部２１１は、加工プログラムを記憶する。加工プログラムは、工作機械１の各部を動作させてワークの加工を行うためのプログラムである。加工プログラムでは、工具の移動経路、工具の送り速度、および主軸の回転速度などがＧコード、およびＭコードなどを用いて指令される。
　制御部２１２は、加工プログラムに基づいて工作機械１の各部を制御する。制御部２１２は、例えば、サーボモータ５、およびスピンドルモータ７を制御する。
　制御部２１２は、加工プログラムに基づいて、定速制御を行う。定速制御とは、加工プログラムで指定された送り速度で主軸を移動させる制御である。
　また、制御部２１２は、加工プログラムに基づいて、定負荷制御を行う。定負荷制御とは、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように、加工プログラムで指定された主軸の送り速度を変化させる制御である。定負荷制御では、定速制御よりも主軸に掛かる負荷の変動を抑えることができる。
　主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する。また、主軸負荷検出部２１３は、主軸の送り速度を示す時系列データを検出する。つまり、主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われている間、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とを所定の周期ごとに検出する。
　主軸負荷検出部２１３は、例えば、スピンドルアンプ６に内蔵されている電流計６１が示す電流値に基づいて、主軸に掛かる負荷を検出する。また、主軸負荷検出部２１３は、サーボモータ５に内蔵された速度検出器によって検出されたデータに基づいて主軸の送り速度を検出する。なお、主軸に掛かる負荷とは、主軸の回転方向に対して逆向きに掛かる負荷トルクである。
　主軸負荷記憶部２１４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷の時系列データを記憶する。つまり、主軸負荷記憶部２１４は、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を示す時系列データを記憶する。また、主軸負荷記憶部２１４は、ワークの加工が行われたときの主軸の送り速度を示す時系列データを記憶する。主軸負荷記憶部２１４が記憶する時系列データは、加工プログラムに基づいて主軸の定速制御が行われたときに検出された時系列データである。
　図３は、主軸負荷記憶部２１４に記憶される時系列データの一例を説明する図である。つまり、図３に示す時系列データは、定速制御にて加工が行われたときに検出されたデータである。図３は、主軸負荷記憶部２１４が、所定の周期Ｔごとに検出された負荷を示す時系列データＬ、２Ｌ、３Ｌ、４Ｌ、３Ｌ、２Ｌ、およびＬを順に記憶していることを示している。
　ここで、図２の説明に戻る。
　加工時間受付部２１５は、定負荷制御のもとで加工プログラムが実行されるときに加工にかかる加工時間の入力を受け付ける。加工時間受付部２１５は、例えば、入出力装置３を利用して作業者が入力する値を受け付ける。作業者は、加工プログラムに基づいてワークの加工が行われるときの所望の加工時間を入力する。
　加工時間設定部２１６は、加工時間受付部２１５が受け付けた加工時間を設定する。つまり、加工時間設定部２１６は、ワークを加工する際の加工時間を設定する。加工時間設定部２１６は、例えば、あらかじめ定められたレジスタ（不図示）に加工時間を示すデータを記憶させることによって、加工時間を設定する。
　主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、主軸負荷記憶部２１４に記憶された時系列データに基づいて計算する。言い換えれば、主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で加工プログラムが定負荷制御のもとで実行された場合の主軸に掛かる負荷を、定速制御が行われたときに検出された時系列データに基づいて予測する。主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。
　図４Ａ、図４Ｂおよび図５は、主軸負荷計算部２１７が主軸に掛かる負荷を計算する方法を説明する図である。主軸負荷計算部２１７は、まず、主軸負荷記憶部２１４に記憶された主軸に掛かる負荷の時系列データを読み出す。主軸に掛かる負荷を示す時系列データは、所定の周期Ｔごとに検出されたデータである。
　次に、主軸負荷計算部２１７は、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値を乗算する。例えば、加工プログラムの実行中に図３に示す負荷が検出された場合、最初の周期で検出された負荷はＬである。したがって、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値Ｌとを乗算した値は、ＬＴとなる（図４Ａ参照）。また、次の周期に検出された主軸に掛かる負荷は２Ｌである。したがって、所定の周期を示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値２Ｌとを乗算した値は、２ＬＴとなる（図４Ｂ参照）。同様に、３番目の周期以降について算出される値は、それぞれ、３ＬＴ、４ＬＴ、３ＬＴ、２ＬＴ、およびＬＴとなる。
　次に、主軸負荷計算部２１７は、所定の周期の長さを示す値Ｔと主軸に掛かる負荷を示す値とを乗算して算出した各値を合算する。図３に示す例では、合算値は１６ＬＴとなる。
　次に、主軸負荷計算部２１７は、各値を合算して算出した合算値を加工時間設定部２１６が設定した加工時間を示す値で除算して主軸に掛かる負荷を計算する。例えば、合算値が１６ＬＴ、加工時間設定部２１６が設定した加工時間が１０Ｔである場合、主軸に掛かる負荷は、１．６Ｌとなる（図５参照）。これにより、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして計算した場合における主軸に掛かる負荷１．６Ｌを算出することができる。なお、主軸負荷計算部２１７は、さらに、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り制御される場合における主軸の送り速度を計算してもよい。
　主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する。主軸負荷出力部２１８は、計算された主軸に掛かる負荷を示すデータ、および加工時間設定部２１６で設定された加工時間を示すデータを、例えば、入出力装置３に出力し、入出力装置３に主軸に掛かる負荷および加工時間を表示させる。主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７が主軸に掛かる負荷を計算する過程で算出する主軸の送り速度を出力してもよい。この場合、主軸負荷出力部２１８は、各周期の主軸の送り速度がグラフで表示されるように主軸の送り速度を示すデータを出力してもよい。
　次に、数値制御装置２が実行する処理の流れについて説明する。
　図６は、数値制御装置２が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、主軸負荷検出部２１３は、加工プログラムに基づいて定速制御にてワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を示す時系列データを検出する（ステップＳ１）。
　次に、主軸負荷記憶部２１４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷を示す時系列データを記憶する（ステップＳ２）。
　次に、加工時間受付部２１５は、加工プログラムに基づいて定負荷制御にてワークの加工を行う場合の加工時間を示す値の入力を受け付ける（ステップＳ３）。
　次に、加工時間設定部２１６は、加工時間受付部２１５が受け付けた値を加工時間として設定する（ステップＳ４）。
　次に、主軸負荷計算部２１７は、加工時間設定部２１６が設定した加工時間で加工プログラムが実行される場合において主軸に掛かる負荷を計算する（ステップＳ５）。
　最後に、主軸負荷出力部２１８は、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力し（ステップＳ６）、処理を終了する。
　数値制御装置２がこのような処理を行うことより、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークが加工されるように定負荷制御に基づいて加工プログラムが実行された場合に主軸に掛かる負荷を、例えば、入出力装置３に表示させることができる。また、制御部２１２は、加工時間設定部２１６が設定した加工時間でワークの加工を行うことができる。
　以上説明したように、数値制御装置２は、ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部２１３と、ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部２１６と、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸に掛かる負荷を、時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部２１７と、主軸負荷計算部２１７によって計算された主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部２１８と、を備える。これにより、数値制御装置２は、主軸に掛かる負荷が一定となるように主軸の送り速度が制御される場合において、ワークの加工時間を所望の時間に設定することが可能になる。
　また、数値制御装置２は、加工時間設定部２１６によって設定される加工時間を示す値の入力を受け付ける加工時間受付部２１５をさらに備える。そのため、数値制御装置２は、入力される目標負荷に応じて加工時間を予測することができる。また、数値制御装置２は、主軸に掛かる負荷を示す値を出力するため、作業者は、主軸に掛かる負荷と加工時間とのバランスを考慮して加工時間を設定することができる。
　また、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。そのため、主軸負荷計算部２１７は、複雑な計算を行わずに主軸に掛かる負荷を計算することができる
　また、主軸負荷計算部２１７は、さらに、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間でワークの加工が行われ、かつ、主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように主軸の送り速度が制御される場合における主軸の送り速度を計算する。これにより、作業者は、主軸の送り速度がワークの加工に適切な速度であるか否かを判断し、加工時間を設定することができる。
　また、数値制御装置２は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データを記憶する主軸負荷記憶部２１４をさらに備える。これにより、主軸負荷計算部２１７は、主軸負荷記憶部２１４に記憶された時系列データに基づいて、様々な加工時間に対する主軸に掛かる負荷を計算することができる。
　上述した実施形態では、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度とが比例するものとして主軸に掛かる負荷を計算する。しかし、主軸負荷計算部２１７は、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度との関係を示す相関モデルに基づいて主軸に掛かる負荷を予測してもよい。
　図７は、相関モデルに基づいて主軸に掛かる負荷を計算する主軸負荷計算部２１７の一例を示す図である。主軸負荷計算部２１７は、学習部２２１と、相関モデル記憶部２２２と、予測部２２３とを備える。なお、主軸負荷計算部２１７以外の構成は、上述した実施形態の構成と同じである。
　学習部２２１は、主軸負荷記憶部２１４に記憶された主軸に掛かる負荷を示す時系列データと主軸の送り速度を示す時系列データとに基づいて、主軸に掛かる負荷と主軸の送り速度との関係を示す相関モデルを生成する。学習部２２１は、例えば、回帰式、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ）、ニューラルネットワークを用いて相関モデルを生成する。
　相関モデル記憶部２２２は、学習部２２１によって生成された相関モデルを記憶する。
　予測部２２３は、加工プログラムに基づいて行われる加工が加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で完了するように加工が行われたときの主軸に掛かる負荷を、相関モデル記憶部２２２に記憶された相関モデルを用いて計算する。また、加工プログラムに基づいて行われる加工が加工時間設定部２１６によって設定された加工時間で完了するように加工が行われたときの主軸の送り速度を計算してもよい。
　予測部２２３によって予測された主軸に掛かる負荷を示すデータは、主軸負荷出力部２１８によって出力される。
　上述した実施形態では、数値制御装置２が主軸に掛かる負荷と送り速度との関係を学習する学習部２２１をさらに備え、主軸負荷計算部２１７は、学習部２２１によって学習された関係に基づいて、主軸に掛かる負荷を計算する。したがって、主軸負荷計算部２１７は、高精度に主軸に掛かる負荷を予測することができる。
　また、上述した実施形態の数値制御装置２は加工時間受付部２１５を備えているが、数値制御装置２は、必ずしも、加工時間受付部２１５を備えていなくてもよい。この場合、数値制御装置２は、あらかじめ複数の加工時間を示す値を記憶し、各々の加工時間で加工プログラムの実行が完了するように主軸の送り速度が制御された場合における主軸に掛かる負荷を予測する。
　図８は、数値制御装置２が複数の加工時間を示す値を記憶している場合に入出力装置３に表示される主軸に掛かる負荷の表示例を示す図である。数値制御装置２には、例えば、あらかじめ設定される加工時間が記憶される。図８に示す例では、１１：００、１０：３０、１０：００、９：３０、９：００、８：００、７：００、および６：００が加工時間として記憶される。
　主軸負荷計算部２１７は、これらの加工時間でワークの加工が完了するように定負荷制御が行なわれた場合における主軸に掛かる負荷を計算する。主軸負荷計算部２１７によって計算された負荷を示すデータは主軸負荷出力部２１８によって出力され、入出力装置３の表示画面に表示される。
　表示画面には、例えば、左右に延びる目盛り付きの直線が表示される。直線の下側には、設定された加工時間が表示される。直線の上側には、計算された主軸に掛かる負荷として、定格トルクに対する目標トルクの割合を示す値が表示される。
　図８に示す例では、設定された加工時間１１：００に対応付けて負荷５０％が表示されている。また、設定された加工時間１０：３０に対応付けて負荷５３％が表示されている。また、設定された加工時間１０：００に対応付けて負荷５６％が表示されている。また、設定された加工時間９：３０に対応付けて負荷５９％が表示されている。また、設定された加工時間９：００に対応付けて負荷６２％が表示されている。また、設定された加工時間８：００に対応付けて負荷６５％が表示されている。また、設定された加工時間７：００に対応付けて負荷６８％が表示されている。また、設定された加工時間６：００に対応付けて負荷７１％が表示されている。
　このような態様で加工時間と主軸に掛かる負荷が表示されることにより、作業者は、各加工時間でワークの加工が行われるように定負荷制御される場合における主軸に掛かる負荷を容易に把握することができる。
　なお、各加工時間が表示される領域の下側には、設定された加工時間が、定速制御でワークの加工が行われたときの加工時間に対する割合で表示されてもよい。例えば、図８に示す例では、定速制御が行われたときの加工時間は１０：００であり、設定されたそれぞれの加工時間が１０：００に対する割合で括弧内に表示されている。
　また、図８に示すように、設定された加工時間と主軸に掛かる負荷とが並べて入出力装置３に表示される場合、いずれかの加工時間が表示画面上で選択されるようにしてもよい。この場合、選択された加工時間でワークの加工が行われるように、制御部２１２は定負荷制御のもとで加工プログラムを実行してもよい。
　上述した実施形態では、数値制御装置２は主軸負荷記憶部２１４を備えている。しかし、数値制御装置２は、必ずしも主軸負荷記憶部２１４を備えていなくてもよい。
　図９は、数値制御装置２の機能の一例を示すブロック図である。数値制御装置２は、主軸負荷記憶部２１４に代えて、生成部２２４と、度数分布記憶部２２５とを備えている。その他の構成については、図２に示す数値制御装置２の構成と同じである。
　生成部２２４は、例えば、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０３に記憶されているシステムプログラムならびに不揮発性メモリ２０５に記憶されている加工プログラムおよび各種データを用いて演算処理することにより実現される。度数分布記憶部２２５は、例えば、ＣＰＵ２０１がシステムプログラム、および各種データを用いて演算処理することによって生成されたデータが、ＲＡＭ２０４、または不揮発性メモリ２０５に記憶されることにより実現される。
　生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データに基づいて度数分布のデータを生成する。
　図１０は、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データを示す図である。つまり、図１０に示す時系列データは、定速制御にて加工が行われたときに検出されたデータである。図１１は、度数分布の一例を示す図である。生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３によって検出された主軸に掛かる負荷を複数の階級に振り分けて、各階級の度数をカウントする。生成部２２４は、例えば、検出された負荷を４つの階級Ｌ、２Ｌ、３Ｌおよび４Ｌのいずれかに振り分ける。生成部２２４は、主軸負荷検出部２１３が検出した負荷の値を、例えば、四捨五入することにより、Ｌ、２Ｌ、３Ｌ、および４Ｌのいずれかの階級に振り分ける。
　生成部２２４は、例えば、０．５Ｌ以上、１．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級Ｌに振り分ける。同様に、１．５Ｌ以上、２．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級２Ｌに振り分ける。また、２．５Ｌ以上、３．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級３Ｌに振り分ける。また、３．５Ｌ以上、４．５Ｌ未満の大きさの負荷を階級４Ｌに振り分ける。図１１が示す例では、階級Ｌに４個、階級２Ｌに５個、階級３Ｌに２個、階級４Ｌに１個の値が振り分けられている。
　度数分布記憶部２２５は、生成部２２４によって生成された度数分布のデータを記憶する。
　主軸負荷計算部２１７は、度数分布記憶部２２５に記憶された度数分布のデータに基づいて設定された加工時間でワークの加工が行われた場合における主軸に掛かる負荷を計算する。主軸負荷計算部２１７は、まず、各階級の値と、各階級の度数と、主軸に掛かる負荷が検出される周期を乗算した値（階級の値）×（度数）×（周期）をそれぞれ合算する。例えば、図１１に示す例では、Ｌ×４×Ｔ＋２Ｌ×５×Ｔ＋３Ｌ×２×Ｔ＋４Ｌ×４×Ｔ＝２４ＬＴが求められる。
　次に、主軸負荷計算部２１７は、求めた合算値を加工時間設定部２１６が設定した加工時間で除算する。例えば、求めた合算値が２４ＬＴ、加工時間設定部２１６によって設定された加工時間が１０Ｔである場合、主軸に掛かる負荷は２．４Ｌであると計算される。
　上述した実施形態では、数値制御装置２が、主軸負荷検出部２１３によって検出された時系列データに基づいて生成された度数分布を示すデータを記憶する度数分布記憶部２２５をさらに備える。したがって、主軸負荷記憶部２１４が時系列データを記憶する場合よりも記憶するデータ量を少なくすることができる。そのため、メモリに記憶させるデータ量を削減することができる。
　　１　　　　　工作機械
　　２　　　　　数値制御装置
　　２０１　　　ＣＰＵ
　　２０２　　　バス
　　２０３　　　ＲＯＭ
　　２０４　　　ＲＡＭ
　　２０５　　　不揮発性メモリ
　　２０６　　　インタフェース
　　２０７　　　軸制御回路
　　２０８　　　スピンドル制御回路
　　２０９　　　ＰＬＣ
　　２１０　　　Ｉ／Ｏユニット
　　２１１　　　プログラム記憶部
　　２１２　　　制御部
　　２１３　　　主軸負荷検出部
　　２１４　　　主軸負荷記憶部
　　２１５　　　加工時間受付部
　　２１６　　　加工時間設定部
　　２１７　　　主軸負荷計算部
　　２１８　　　主軸負荷出力部
　　２２１　　　学習部
　　２２２　　　相関モデル記憶部
　　２２３　　　予測部
　　２２４　　　生成部
　　２２５　　　度数分布記憶部
　　３　　　　　入出力装置
　　４　　　　　サーボアンプ
　　５　　　　　サーボモータ
　　６　　　　　スピンドルアンプ
　　６１　　　　電流計
　　７　　　　　スピンドルモータ
　　８　　　　　補助機器

Claims (9)

  1. 　ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出する主軸負荷検出部と、
    　前記ワークを加工する際の加工時間を設定する加工時間設定部と、
    　前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記主軸に掛かる負荷を、前記時系列データに基づいて計算する主軸負荷計算部と、
    　前記主軸負荷計算部によって計算された前記主軸に掛かる負荷を示すデータを出力する主軸負荷出力部と、
    を備える数値制御装置。
  2. 　前記加工時間設定部によって設定される前記加工時間を示す値の入力を受け付ける加工時間受付部をさらに備える請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 　前記主軸負荷計算部は、前記主軸に掛かる負荷と前記送り速度とが比例するものとして前記主軸に掛かる負荷を計算する請求項１または２に記載の数値制御装置。
  4. 　前記主軸に掛かる負荷と前記送り速度との関係を学習する学習部をさらに備え、
    　前記主軸負荷計算部は、前記学習部によって学習された前記関係に基づいて、前記主軸に掛かる負荷を計算する請求項１または２に記載の数値制御装置。
  5. 　前記主軸負荷出力部は、さらに、前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間と前記主軸に掛かる負荷との関係を示すデータを出力する請求項１～４のいずれか１項に記載の数値制御装置。
  6. 　前記主軸負荷計算部は、さらに、前記加工時間設定部によって設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記送り速度を計算する請求項１～５のいずれか１項に記載の数値制御装置。
  7. 　前記主軸負荷検出部によって検出された前記時系列データを記憶する主軸負荷記憶部をさらに備える請求項１～６のいずれか１項に記載の数値制御装置。
  8. 　前記主軸負荷検出部によって検出された前記時系列データに基づいて生成された度数分布のデータを記憶する度数分布記憶部をさらに備える請求項１～６のいずれか１項に記載の数値制御装置。
  9. 　ワークの加工が行われたときの主軸に掛かる負荷の時系列データを検出することと、
    　前記ワークを加工する際の加工時間を設定することと、
    　設定された前記加工時間で前記ワークの加工が行われ、かつ、前記主軸に掛かる負荷が一定の負荷となるように前記主軸の送り速度が制御される場合における前記主軸に掛かる負荷を、前記時系列データに基づいて計算することと、
    　計算された前記主軸に掛かる負荷を示すデータを出力することと、
    をコンピュータに実行させる命令を記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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