JP7748037B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

ワークを加工する工作機械と、工作機械を加工プログラムに従って制御する数値制御装置とを備える加工システムが広く利用されている。このような加工システムにおいて、実際にワークを加工する前に、加工プログラムが適切であるか否かを確認するために、工具をワークに作用（接触）させない位置で移動させるよう、試験的に工作機械を運転する場合がある。

一般的には、工具の長さの設定値（チャックと刃先との距離）を一時的に変更することで、工具が加工プログラムに従う位置から後退した位置を移動してワークに干渉しないようにすることができる。しかしながら、工具の種類によっては工具の切り込み方向がチャックと刃先とを結ぶ方向とは異なるため、工具の長さの設定値を変更しても工具のワークへの干渉を回避することができない場合がある。また、工具の長さの設定値を変更して試運転を行った後には工具の長さの設定値を適切な値に戻すことが必要であるが、この作業を忘れたり、工具の長さの設定値を誤った値に設定したりすることで、適切な加工ができなくなるおそれがある。

工作機械の試運転を容易に行うために、加工プログラムの切削指示によって行われる１または複数の切削動作の各々について、移動開始位置と移動終了位置との差である移動量を算出する移動量算出手段を備え、移動量算出手段によって算出された移動量のうち最も大きい移動量をオフセット量に決定するオフセット量決定手段を備える数値制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８６７８７６号公報

特許文献１に記載された方法では、Ｚ軸の移動量のうち、最も長い距離を工具のオフセット量（加工プログラムに従う位置からの後退量）としている。しかしながら、このような方法では、例えば５軸加工機のような複雑な動作をする工作機械においては、工具のワークへの干渉を適切に回避することができないおそれがある。このため、工具をワークに干渉させない試運転を容易且つ確実に行うことができる数値制御装置が望まれる。

本開示の一態様に係る数値制御装置は、工具によりワークを加工する工作機械を加工プログラムに従って制御する数値制御装置であって、前記工具毎に、前記工具の向きを基準とするオフセット方向及びオフセット量を定めるオフセット設定部と、前記加工プログラムにより指定される前記工具の加工用移動経路から前記オフセット方向に前記オフセット量だけオフセットした前記工具の試運転用移動経路を算出する試運転経路算出部と、前記加工用移動経路に沿って前記工具を移動させる加工運転モードと、前記試運転用移動経路に沿って前記工具を移動させる試運転モードと、のいずれか一方を選択する運転モード選択部と、を備える。

本開示に係る数値制御装置よれば、工具をワークに干渉させない試運転を容易且つ確実に行うことができる。

本開示の一実施形態の数値制御装置を備える加工システムの構成を示す模式図である。 図１の加工システムにおいて工具がボールエンドミルである場合のオフセットを示す模式図である。 図１の加工システムにおいて工具が側フライスである場合のオフセットを示す模式図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、工作機械１と、本開示の一実施形態の数値制御装置２と、を備える加工システム１００の構成を示す模式図である。

工作機械１は、主軸Ａｍによって回転させられる工具ＴをワークＷに作用させることによって、ワークＷを切削加工する装置である。工作機械１は、例えばテーブルＢ上に保持されるワークＷを、加工ヘッドＨに保持される工具Ｔによって切削加工する装置とすることができ、工具Ｔ（加工ヘッドＨ）をワークＷ（テーブルＢ）に対して相対移動可能な複数の駆動軸を有する。工作機械１の具体的な軸構成は特に限定されないが、例として、工作機械１は、複数の駆動軸として、直交するｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の直動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚと、直動軸Ａｙに平行な回転軸Ａｂと、直動軸Ａｚに平行な回転軸Ａｃと、を有する５軸加工機とすることができる。

数値制御装置２は、加工プログラムに従って、工作機械１の主軸Ａｍ及び駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃを制御する。この数値制御装置２は、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを実行させることによって実現することができる。数値制御装置２は、複数の加工システム１００を管理する管理サーバと通信するよう構成されてもよい。

数値制御装置２は、プログラム記憶部２１と、座標系記憶部２２と、工具データ記憶部２３と、加工経路算出部２４と、オフセット設定部２５と、試運転経路算出部２６と、運転モード選択部２７と、運転制御部２８と、を備える。なお、これらの構成要素は、機能的に区別されるものであって、物理的構成及びプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

プログラム記憶部２１は、加工プログラムを記憶する。プログラム記憶部２１は、複数の加工プログラムを記憶し、記憶した複数の加工プログラムの中からユーザ又は管理サーバから指示される加工プログラムを選択するよう構成されてもよい。プログラム記憶部２１の構成は、従来の数値制御装置におけるものと同様の構成とすることができる。

座標系記憶部２２は、ワークＷの座標系を記憶する。これにより、数値制御装置２は、工作機械１の座標系と、ワークＷの座標系とを相互に変換することが可能となる。座標系記憶部２２の構成は、従来の数値制御装置おけるものと同様の構成とすることができる。

工具データ記憶部２３は、例えば工具Ｔの種類、刃長、適切な切削速度の範囲等、ワークＷの加工のために必要な工具Ｔの情報を記憶する。工具データ記憶部２３は、後述するオフセット設定部２５においてそのまま採用されるオフセット方向及びオフセット量の数値を記憶してもよい。具体的には、工具データ記憶部２３は、複数の工具Ｔの番号又はＩＤと、加工に必要な複数の情報と、を対応付けるテーブルを記憶する構成とすることができる。

加工経路算出部２４は、プログラム記憶部２１に記憶された加工プログラムに従う工具Ｔの移動経路を算出する。具体的には、加工経路算出部２４は、加工プログラムを解析し、加工プログラムによって指定される時間毎の工具Ｔの位置及び姿勢、ひいてはそれを実現するための、時間毎の駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃの位置を算出する。

オフセット設定部２５は、工具Ｔ毎に、工具Ｔの向き（本実施形態では主軸Ａｍに一致する回転軸の向き）を基準として試運転の際に加工用移動経路から工具Ｔを退避させる方向であるオフセット方向Ｄｄを定めるオフセット方向決定部２５１と、加工用移動経路から工具Ｔを退避させる距離であるオフセット量Ｄａを定めるオフセット量決定部２５２と、を有する。

オフセット方向決定部２５１は、現在使用している工具Ｔについて工具データ記憶部２３に記憶されているオフセット方向をその工具Ｔのオフセット方向とする。また、工具データ記憶部２３にオフセット方向が記憶されていない場合には、オフセット方向を工具Ｔの回転軸方向（主軸Ａｍの方向）とするよう構成されてもよい。多くの工具Ｔでは、回転軸方向にオフセットすることが適切であるため、オフセット方向が回転軸方向である場合には、その入力を省略可能とすることでユーザの利便性を向上できる。

オフセット方向決定部２５１は、工具Ｔのオフセット方向Ｄｄを、工具Ｔの種類に応じて定めてもよい。つまり、オフセット方向決定部２５１は、工具データ記憶部２３が記憶する工具Ｔの種類に応じて、工具Ｔのオフセット方向Ｄｄを決定するよう構成されてもよい。このため、オフセット方向決定部２５１は、工具Ｔの種類とオフセット方向Ｄｄとの関係を示すテーブルを記憶してもよい。

具体例として、オフセット方向決定部２５１は、図２に示すように工具Ｔがボールエンドミルである場合には、オフセット方向Ｄｄを工具Ｔの回転軸（つまり主軸Ａｍ）の方向とすることが好ましい。特に工作機械１が５軸加工機である場合、工具Ｔがボールエンドミルである場合、図中左側に示すように、鉛直な直動軸Ａｚに沿ってｚ方向に工具Ｔをオフセットしても工具ＴがワークＷに干渉するおそれがある。そこで、図中右側に示すように、工具Ｔの回転軸（Ａｍ）の方向に工具Ｔをオフセットすることによって、工具ＴのワークＷへの干渉を防止することができる。

また、オフセット方向決定部２５１は、図３に示すように工具Ｔがフェイスミルである場合には、オフセット方向Ｄｄを工具Ｔの回転軸（Ａｍ）に垂直な方向とすることが好ましい。工具Ｔがフェイスミルである場合、図中左側に示すように、工具Ｔを工具Ｔの回転軸（Ａｍ）の方向にオフセットしても工具Ｔがワークに干渉するおそれがある。そこで、図中右側に示すように、工具Ｔの回転軸（Ａｍ）に垂直な方向に工具Ｔをオフセットすることによって、工具ＴのワークＷへの干渉を防止することができる。

オフセット量決定部２５２は、加工プログラムを解析して切り込み量を算出し、工具Ｔのオフセット量Ｄａを切り込み量以上の値としてもよいが、工具Ｔのオフセット量Ｄａを工具Ｔの刃長に応じて定めてもよい。具体的には、オフセット量決定部２５２は、オフセット量Ｄａを、工具Ｔの刃長又は刃長に所定の係数（安全率）を乗じた値とすることができる。仕上げ加工のように切込み回数が１回の加工では、工具Ｔの切り込み量は刃長以上にはできないため、加工プログラムにおいて工具Ｔの切り込み量は工具Ｔの刃長以下に設定される。このため、オフセット量を工具Ｔの刃長以上とすれば、工具ＴがワークＷに干渉しないようにすることができる。

試運転経路算出部２６は、加工経路算出部２４が算出した加工用移動経路から、オフセット設定部２５が定めたオフセット方向Ｄｄに、オフセット設定部２５が定めたオフセット量Ｄａだけオフセットした工具Ｔの試運転用移動経路を算出する。試運転経路算出部２６は、加工経路算出部２４が特定した時刻毎の工具Ｔの姿勢に基づいて、加工用移動経路の時刻毎のオフセット方向Ｄｄを決定する。これにより、工具Ｔの姿勢に応じて最適なオフセット方向Ｄｄが選択されるため、試運転時の工具ＴのワークＷへの干渉を確実に防止することができる。

運転モード選択部２７は、加工経路算出部２４が算出した加工用移動経路に沿って工具Ｔを移動させてワークＷを加工する加工運転モードと、試運転経路算出部２６が算出した試運転用移動経路に沿って工具ＴをワークＷに接触させないように移動させる試運転モードと、のいずれか一方を選択する。これにより、工具ＴをワークＷに接触させないようにオフセットして移動させる試運転と、工具ＴによってワークＷを切削する加工運転と、設定値の変更等の作業を行うことなく容易に切り替えることができる。

運転制御部２８は、加工経路算出部２４が算出した加工用移動経路に沿って工具Ｔを移動させてワークＷを加工、又は試運転経路算出部２６が算出した試運転用移動経路に沿って工具ＴをワークＷに接触させないように移動させる試運転を行うよう、工作機械１に対して入力する指令信号を生成する。運転制御部２８の構成は、従来の数値制御装置おけるものと同様の構成とすることができる。

数値制御装置２は、オフセット設定部２５が、工具Ｔ毎に工具Ｔの向きを基準とするオフセット方向Ｄｄを定めるので、工具ＴのワークＷとの干渉を適切に防止して試運転を行うことができる。また、オフセット設定部２５は、工具Ｔに応じてオフセット量Ｄａを定めるので、工具Ｔのオフセット量Ｄａを必要最小限の大きさとすることができるので、加工プログラムの適否をより容易に確認することができる。

以上、本開示に係る数値制御装置の実施形態について説明したが、本開示に係る数値制御装置は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本開示に係る数値制御装置から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係る数値制御装置による効果は、前述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係る数値制御装置は、加工経路算出部と試運転経路算出部とが直列に接続され、運転モード選択部が試運転経路算出部の機能を有効又は無効にすることにより、試運転経路算出部が加工経路算出部により算出された加工用移動経路をオフセットした試運転用移動経路を出力するか、試運転経路算出部が加工経路算出部により算出された加工用移動経路をそのまま出力するかを選択できるよう構成されてもよい。

本開示に係る数値制御装置は、例えば旋削等、ミリング以外の加工を行う工作機械を制御するために利用されてもよい。

１ 数値制御装置
２１ プログラム記憶部
２２ 座標系記憶部
２３ 工具データ記憶部
２４ 加工経路算出部
２５ オフセット設定部
２６ 試運転経路算出部
２７ 運転モード選択部
２８ 運転制御部
２５１ オフセット方向決定部
２５２ オフセット量決定部
１００ 加工システム
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 工具によりワークを加工する工作機械を加工プログラムに従って制御する数値制御装置であって、
   前記工具毎に、前記工具の向きを基準とするオフセット方向及びオフセット量を定めるオフセット設定部と、
   前記加工プログラムにより指定される前記工具の加工用移動経路から前記オフセット方向に前記オフセット量だけオフセットした前記工具の試運転用移動経路を算出する試運転経路算出部と、
   前記加工用移動経路に沿って前記工具を移動させる加工運転モードと、前記試運転用移動経路に沿って前記工具を移動させる試運転モードと、のいずれか一方を選択する運転モード選択部と、
   を備え、
   前記オフセット設定部は、前記工具の種類に応じて前記オフセット方向を定める数値制御装置。
2. 前記オフセット設定部は、前記工具の刃長に応じて前記オフセット量を定める、請求項１に記載の数値制御装置。