JP2006068901A

JP2006068901A - 工作機械の制御装置

Info

Publication number: JP2006068901A
Application number: JP2005331691A
Authority: JP
Inventors: Jun Yoshida; 順吉田; Hiroshi Kawana; 啓川名; Shinichi Inoue; 真一井上; Tatsuya Kuki; 達也久木
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】加工すべき製品の形状データと未加工ワークに関するデータとを入力するのみで製品を自動的に加工できるようにする。
【解決手段】工作機械の制御装置１００が、加工形状データ１ａ、ワークデータ１ｂを入力する入力部１と、工作機械１１の機械データ、工具データのうち少なくとも１つを格納するデータベース３と、入力部１のデータ、データベース３のデータに基づき、少なくとも加工負荷、または工具とワークとの干渉を予測する予測演算部７と、入力部１のデータ、データベース３のデータ、及び予測演算部７の予測演算結果に基づき、工具経路を生成すると共に、加工条件を決定する工具経路決定部５と、決定された工具経路及び加工条件に対して変更操作があったとき、これを工具経路及び加工条件に反映させるオペレータ変更操作判断部５ｆとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、未加工ワークを投入し、最終的な製品の加工形状に関するデータ（以下、加工形状データと記載する）を入力することにより、未加工ワークが前記加工形状データに基づき加工され、目的とする加工製品を得ることができる工作機械の制御装置に関する。

従来、ＮＣ工作機械で製品を加工する場合、まず、目的とする加工製品の形状を表した図面が作成される。プログラマは、その図面から加工工程を決定し、手動または自動プログラミング装置でＮＣプログラムを作成する。オペレータは、そのＮＣプログラムをＮＣ工作機械に入力すると共に、加工すべき未加工ワークを手動またはワーク自動交換装置でＮＣ工作機械に装着する。そして使用工具のプリセットと工具オフセット量の設定を行い、ＮＣ工作機械の工具マガジンに使用工具を装着する。その後、ＮＣプログラムを実行することによりワークが加工され製品が製作される。これらの工程を可及的に自動化し、かつ、プログラマやオペレータが蓄積しているノウハウを加工に反映させるために種々の発明がなされてきた。

まず、第１の従来技術として、特許文献１に開示された自動プログラミング装置がある。これは、ワークの加工形状を表すデータから加工形状を抽出する形状認識手段と、加工されるワークの加工形状について、最適な加工条件が格納されている加工条件記憶手段と、前記形状認識手段からの出力に基づいて、前記加工条件記憶手段に格納されている最適な加工条件を自動的に設定する自動加工条件設定手段とを備えている。これにより、オペレータが加工条件を設定することなく自動的に設定可能となり、オペレータの人的過誤が排除され良好な加工が行え、さらに、オペレータの負荷が軽減され、かつ、作業時間も短縮されるものである。

第２の従来技術として、特許文献２に開示された加工システムがある。このシステムでは、素材、表面あらさ、寸法精度などのワークに関するデータを予め記憶し、第１のニューラルネットワークにより加工条件が決定される。この加工条件は、オペレータが修正することもできる。そして、実際に加工された後、加工結果に基づき加工条件を修正して修正加工条件を求めると共に、第１のニューラルネットワークの重みを修正する学習手段を備えている。さらに、加工中に発生する火花、音、力などを検出するセンサを有しており、このセンサからの入力データを時系列データとして第２のニューラルネットワークに入力し、ある時点での加工状況を所定の時間幅で平均化して把握し、加工条件を動的に修正する適応制御手段を具備している。こうして熟練作業者でなくとも最適な加工条件で加工を行うことを可能としたものである。

第３の従来技術として、特許文献３に開示された数値制御を用いた加工方法がある。これは、各種情報ファイルの登録、加工図形のデータの入力、仕上図形の処理、パターン認識及び加工プロセスの決定処理に基づいて、簡素化されたデータ入力により、加工プロセスや工作機械を最適に選択し、生産効率の高い加工領域、加工手順を設定し、入力図形に最適な工具や加工条件、工具経路を決定し、加工後の測定及び補正により、生産効率を高めると共に、加工精度を高めようとするものである。

特開平４−３１５５５０号公報特開平４−１３８５０４号公報特開平９−２６８１１号公報

加工すべき製品の形状データから工具経路を自動生成する技術は周知であり、これに種々の加工条件を付加することによりＮＣプログラムが自動的に作成可能となる。第１の従来技術による発明は、加工すべき製品の形状データに基づいて、この加工条件をデータベースから所定のアルゴリズムに従って選択するようにしたものである。これは、いわば静的な加工条件である。これに対して、第２の従来技術による発明は、刻々の加工状態をセンサで検出し、検出結果に基づいて設定した加工条件をニューラルネットワークの学習機能を用いて適応制御し、刻々の加工状態に応じた動的な加工条件を求めるようにしたものである。第１と第２の従来技術は、加工条件の自動決定に重点を置いている。

第３の従来技術は、オペレータがデータ入力することにより、第１と第２の従来技術と同様な技術を用いて加工条件を自動決定し、さらに、工具及び工具経路の自動決定、加工後の測定及び補正の技術を組合せ、目的とする製品を無人で加工する発明である。

然しながら、これらの従来技術は、加工状態をフィードバックして補正する方法にて高い精度と生産効率を確保するという技術思想であるが、加工状態を予測して、その予測結果に基づいて工具経路や加工条件を決定し、より高精度、高効率な加工を実現するものではない。

本発明の目的は、加工すべき製品の形状データと未加工ワークに関するデータとを入力するのみで要求精度に合致した加工が高効率を以て実行され、目的とする製品を自動的に加工できるようにした工作機械の制御装置を提供するものである。

また、本発明の他の目的は、加工状態を予測して、予測した加工状態に合致するように工具経路、加工条件を自動的に決定して、高精度な加工を高速にて実行可能な工作機械の制御装置を提供するものである。

更に本発明の他の目的は、オペレータによる工具経路、加工条件の変更操作およびオペレータによる手動操作を可能とした工作機械の制御装置を提供することである。

本発明は、加工形状データを入力してワークを加工する工作機械の制御装置であって、最終的なワークの形状に関する加工形状データ、加工前のワークの材質、形状に関するワークデータを入力する入力手段と、前記ワークを加工する前記工作機械の機械仕様を表す機械データ、前記工作機械が保有する工具の工具仕様を表す工具データのうち少なくとも１つを格納するデータ格納手段と、前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータに基づき、少なくとも加工負荷、または工具とワークとの干渉を予測する予測演算手段と、前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータ、及び前記予測演算手段による予測演算結果に基づき、前記ワークを加工する工具経路を生成すると共に、前記工作機械の主軸回転速度、送り速度等の前記ワークを加工する際の加工条件を決定する工具経路決定手段と、前記工具経路決定手段により生成、決定された工具経路及び加工条件に対するオペレータによる変更操作を認識、記憶し、前記変更操作が妥当か否かを判断し、前記変更操作を工具経路及び加工条件の生成、決定に反映させるオペレータ変更操作判断手段とを具備して構成される工作機械の制御装置を要旨とする。

前記工具経路決定手段は、工具及び加工パターンを選択すると共に、加工工程を決定する加工工程決定手段を含んで構成されていることが好ましい。
また、前記オペレータ変更操作判断手段は、前記入力手段により入力された加工形状データ及びワークデータ、前記加工工程決定手段により選択された工具を認識し、前記工具の手動による送り動作時または早送り動作時に、前記工具が前記ワークに干渉しない領域を前記工具の可動領域とし、前記可動領域を越えて動作させようとしたときには、前記ワークとの干渉が発生する前に前記工具の動作を停止させることが好ましい。

さらに本発明の一実施形態によれば、加工形状データを入力してワークを加工する工作機械の制御装置であって、最終的なワークの形状に関する加工形状データ、加工前のワークの材質、形状に関するワークデータを入力する入力手段と、前記ワークを加工する前記工作機械の機械仕様を表す機械データ、前記工作機械が保有する工具の工具仕様を表す工具データのうち少なくとも１つを格納するデータ格納手段と、前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータに基づき、前記ワークを加工する工具経路を生成すると共に、前記工作機械の主軸回転速度、送り速度等の前記ワークを加工する際の加工条件を決定する工具経路決定手段と、前記工具経路決定手段により生成、決定された工具経路及び加工条件に対するオペレータによる変更操作を認識、記憶し、前記変更操作が妥当か否かを判断し、前記変更操作を工具経路及び加工条件の生成、決定に反映させるオペレータ変更操作判断手段とを具備して構成される工作機械の制御装置が提供される。

更に、本発明の他の実施形態によれば、加工形状データを入力してワークを加工する工作機械の制御装置であって、最終的なワークの形状に関する加工形状データ、加工前のワークの材質、形状に関するワークデータを入力する入力手段と、前記ワークを加工する前記工作機械の機械仕様を表す機械データ、前記工作機械が保有する工具の工具仕様を表す工具データのうち少なくとも１つを格納するデータ格納手段と、前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータに基づき、前記ワークを加工する工具経路を生成すると共に、前記工作機械の主軸回転速度、送り速度等の前記ワークを加工する際の加工条件を決定する工具経路決定手段と、前記工具経路決定手段により生成、決定された工具経路及び加工条件に対するオペレータによる変更操作を認識、記憶し、前記変更操作が妥当か否かを判断し、前記変更操作を工具経路及び加工条件の生成、決定に反映させるオペレータ変更操作判断手段と、前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータ、前記工具経路決定手段又は前記オペレータ変更操作判断手段により決定した工具経路及び加工条件のデータに基づき、前記ワークの加工コストを演算するコスト演算手段とを具備して構成される工作機械の制御装置が提供される。

本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明実施形態による工作機械の制御装置１００のブロック図である。制御装置１００は、入力部１、データベース３、工具経路決定部５、予測演算部７を主要な構成要素として含んでいる。詳細には図示されていないが、制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース、データ記憶装置及びこれらを相互接続する双方向バスにより構成することができる。

入力部１は、制御装置１００に必要なデータや指令を入力するための装置構成であって、キーボードのみならず、フロッピディスクや光磁気ディスク等の情報媒体及びその駆動装置、さらには、後述する各種データを格納し指令を発するネットワークコンピュータおよびそのインタフェース装置等により構成することができる。

オペレータは、入力部１から加工形状データ１ａ、ワークデータ１ｂ、工具経路変更操作指令１ｃ、手動操作指令１ｄ、加工条件変更操作指令１ｅ等のデータや指令を入力することができる。加工形状データ１ａは、目的とする加工製品の形状に関するデータであり、例えばＣＡＤデータ等の電子化された図形情報とすることができる。また、加工形状データ１ａは、加工精度や表面あらさ等に関するデータを含んでいても良い。ワークデータ１ｂは、当該製品を加工する未加工ワークの形状、材質に関するデータである。ワークデータ１ｂは、未加工ワークを工作機械１１に装着、固定するための取付具やパレット等の治具の寸法、形状、工作機械１１上での取付位置、及び治具への未加工ワークの取付位置に関するデータをも含んでいてもよい。

工具経路変更操作指令１ｃは、制御装置１００が自動生成した工具経路をワークの加工が進捗する間にオペレータが変更するための指令である。手動操作指令１ｄは、ワークの加工が進捗する間にオペレータが手動操作にて加工を行うための指令である。加工条件変更操作指令１ｅは、制御装置１００が自動生成した加工条件をワークの加工が進捗する間にオペレータが変更するための指令である。工具経路変更操作指令１ｃ、手動操作指令１ｄ、加工条件変更操作指令１ｅについては詳細に後述する。

入力部１から入力されたデータは、データ格納手段としてのデータベース３に格納される。データベース３は、機械データベース３ａ、工具／ホルダデータベース３ｂ、加工条件データベース３ｃ、材料データベース３ｄ、ＮＣ／サーボデータベース３ｅ、入力データベース３ｆ、ユーザデータベース３ｇを含んでいる。データベース３は、例えばハードディスク装置や光ディスク装置等のデータ格納装置により構成することができる。また、データベース３内の機械データベース３ａ、工具／ホルダデータベース３ｂ、加工条件データベース３ｃ、材料データベース３ｄ、ＮＣ／サーボデータベース３ｅ、入力データベース３ｆ、ユーザデータベース３ｇの各々は、個別のデータ格納装置により構成しても或いは１つのデータ格納装置内を複数の領域に区切って、各データベース３ａ〜３ｇとしてもよい。

図２を参照すると、機械データベース３ａに格納されるデータには、工作機械１１の各送り軸のストローク、主軸最高回転速度、最大送り速度、温度に対する機械の変形特性に関するデータ、ワークの重量による機械の変形特性に関するデータ等が含まれる。工具／ホルダデータベース３ｂに格納されるデータには、工具の管理番号、工具及び工具ホルダの寸法、形状、工具の材質、工具寿命、工具の負荷に対する倒れ特性、及び振れ特性に関するデータ、主軸先端部の寸法、形状等が含まれる。加工条件データベース３ｃに格納されるデータには、１刃当たりの送り量、切込量、ピックフィード量、クーラント使用の有無、加工パターン、加工面を複数の加工領域に区分するための領域区分データ、ある加工面を加工する最適な工具を選択するための基礎データ等が含まれる。材料データベース３ｄに格納されるデータには、材料の種類、硬さ、引張強さ、弾性係数等が含まれる。ＮＣ／サーボデータベース３ｅに格納されるデータには、数値制御装置の諸元、設定パラメータ、サーボの時定数、ゲイン等が含まれる。入力データベース３ｆには、入力部１から入力された加工形状データ１ａ、ワークデータ１ｂ、及び工具経路変更操作指令１ｃ、手動操作指令１ｄ、加工条件変更操作指令１ｅに関するデータが格納される。ユーザデータベース３ｇには、後述するオペレータまたはユーザが過去に変更操作した加工条件に関するデータが蓄積、格納される。

ここで、データベース３に格納されるデータは、オペレータが任意に入力するデータ、工作機械１１に既に登録されているデータ、所定の記憶手段にあらかじめ記憶されたデータのうち少なくとも１つであればよい。

図３、４を参照して、工具経路決定部５を説明する。
工具経路決定部５は、以下に詳細に説明する加工工程決定部５ａ、工具経路生成部５ｂ、加工条件決定部５ｃ、及び補正部５ｄを主要な構成要素として含んで成る。

先ず、入力データベース３ｆに格納されている加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂが加工工程決定部５ａに送られる（ステップＳ１１）。このデータに基づいて、加工工程決定部５ａは、未加工ワークおよび最終的に製作されるワークの加工面の形状を認識する。次いで、加工工程決定部５ａは加工条件データベース３ｃ内に格納されている領域区分データと認識した加工面の形状に基づいて、加工表面の曲率、傾斜角度及び深さ等を表面パラメータとして、加工表面を複数の加工領域に区分する（ステップＳ１３）。次いで、加工工程決定部５ａは、前記加工領域の各々の表面パラメータに対応させて、当該加工領域を加工するために最適な工具及び加工パターンを、加工条件データベース３ｃ内に格納されている加工面を加工する最適な工具を選択するための基礎データ及び加工パターンから選択する（ステップＳ１５）。例えば、急傾斜面をスキャンパスで加工すると、工具に過負荷がかかったり、異常振動が発生したりする。これを防止するために、急傾斜面では等高線加工パスが選択される。また、このとき、加工条件データベース３ｃからクーラント供給の要否に関するデータも導入される。次いで、各々の加工領域を加工する加工順序が決定される（ステップＳ１７）。

図５から図１２に加工パターンの例を示す。図５はスキャン（走査）加工パスであり、図６は等高輪郭加工パスである。図７はワークが存在している部位のみを加工領域として切削効率の向上を図るスキャン（走査）加工パス、いわゆるキャラクタライン加工パス、図８は点Ｏを中心とする放射加工パスである。

図９は鋳物等、仕上形状からほぼ一定量の取り代があるワークでその形状の法線方向に一定量ずつ追い込んでいく、例えばワークをオフセットしていくことで繰り狭めていくような等高輪郭加工パス、図１０は鋳物等、仕上形状からほぼ一定量の取り代があるワークでその形状の法線方向に一定量ずつ追い込んでいくスキャン（走査）加工パス、図１１はワークが存在している部位のみを加工領域として、例えばワークが存在している部位から加工を開始したり、ワークが加工すべき加工形状に近くなった場合にピックフィード量を小さくする等して、切削効率の向上を図る等高線加工パスである。

図１２は加工領域の境界部を隣の加工領域と自動的にオーバラップさせ、オーバラップ部分をスムーズに工具をリトラクトさせることで境界部の段差を防止する、例えば加工領域における所定距離離れている退避位置から前記加工領域に向かい、使用する工具径での工具経路より所定量だけ法線方向に離れた位置から工具の移動を開始し、前記加工領域では使用する工具径での工具経路に一致するよう前記工具を移動させ、前記加工領域の加工を行う加工パスである。これらの加工パターンは、蓄積されたノウハウを反映させて、加工領域の曲率、傾斜角度、深さ等の表面パラメータと対応させて加工パターンが選択できるようにデータベース３に格納されている。また、図示する加工パターンは、一例であって本発明を限定する趣旨ではない。

次に、図１３から図１５を参照して、加工工程決定部５ａにおける切削方向の自動決定方法を説明する。図１３（ａ）には、加工すべきワークの１つの曲面Ｒｃが図示されている。一例として、図１３に示すようなワークの曲面Ｒｃを図５のスキャン（走査）加工パスにて加工する際、ワーク曲面Ｒｃの長手方向を決定して、これに平行な方向を工具の送り方向とすることにより、ピックフィードの回数を可及的に少なくすることが可能となる。ピックフィードの回数を減らすことにより、ピックフィードに伴う工具の移動停止時間が短縮され、加工時間が短縮可能となる。

先ず、図１３（ｂ）のようなワーク曲面Ｒｃの最大投影面積を与える平面ＴＰを決定する（ステップＳ２１）。次いで、ワーク曲面Ｒｃを平面ＴＰに投影する（ステップＳ２３）。図１４に、ワーク曲面Ｒｃを平面ＴＰに投影した図形を示す。次いで、投影された図形Ｐrcの重心Ｇを求める（ステップ２５）。これは、図形Ｐrcが決定されれば、一義的に決定することができる。重心Ｇを通過する直線Ｌｉ（ｉ＝１〜ｎ）を発生させる（ステップ２７）。直線Ｌｉの発生の方法は、充分な大きさのｉに対して任意に発生させても、或いは、重心Ｇを中心として等角度間隔で発生させてもよい。

次いで、図形Ｐrcと直線Ｌｉの交点Ａｉ、Ｂｉを求め（ステップＳ２９）、交点Ａｉ、Ｂｉ間の距離｜Ａｉ、Ｂｉ｜を演算する（ステップＳ３１）。この距離が、最大値｜Ａｉ、Ｂｉ｜max となる直線Ｌｉの方向を長手方向と決定する（ステップＳ３３）。後述する工具経路生成部５ｂで工具経路を生成する際、このようにして決定された直線Ｌｉの方向を長手方向として、この方向に工具をワークに対して送ることにより、ピックフィードの回数を最小とすることができ、加工時間の短縮が可能となる。

次に、図１６〜図２０を参照してキャラクタラインを図７に示すようにスキャン（走査）加工パスにて高精度に加工する方法を説明する。図１６は、キャラクタラインＬｃを有する加工すべきワークの１つの曲面Ｒｃの斜視図である。なお、以下の説明では図１６〜図１９に示すように凸状のキャラクタラインを加工する場合に付いて説明するが、図７に示すように凹状のキャラクタラインをスキャン加工パスにて加工する場合も同様であることは言うまでもない。

キャラクタラインは、曲面に表情を付けるために設けられる曲線部または直線部分であって、他の曲面領域とは際立って目立つ部分であるので、他の加工領域よりも高い精度で加工することが要求される。そのために、このキャラクタラインを特定し、この部分だけを他の領域とは異なる加工条件にて加工することが必要となる。

ワーク曲面ＲｃからキャラクタラインＬｃを抽出するために、本実施形態では、先ず、図１７に示すように、ワーク曲面Ｒｃを複数の曲面要素Ｓ1 〜Ｓn （本実施形態ではｎ＝１４）に分割する（ステップＳ３５）。曲面要素Ｓ1 〜Ｓ14の各々の大きさは、当該曲面要素部分の曲率等を加味して適宜に決定する。次いで、隣接する曲面要素（本実施形態では図１８に示すように面要素Ｓ１と面要素Ｓ１３）の間の境界線L を確定する（ステップＳ３７）。

更に、この境界線L に接する接線Ｌt を求める（ステップＳ３９）。この場合、境界線L と接線Ｌt との接点Ｐt は、境界線L 上に任意に選択することができるが、例えば、境界線L の中点とすることができる。次に、接点Ｔt において接線Ｌt に対して垂直に交差する平面Ｔp を求める（ステップＳ４１）。そして、平面Ｔp と２つの面要素Ｓ１、Ｓ１３との交線L1、L12 を求め（ステップＳ４３）、この２つの交線L1、L13 の連続性を確認する( ステップＳ４５) 。その方法としては、接点Ｐt における交線L1、L13 の微分係数が一致することを確認する方法を採ることができる。交線L1、L13 が不連続である場合（ステップＳ４７においてYes の場合）には、境界線L をキャラクタラインと判断し（ステップＳ４９）、交線L1、L13 が連続である場合（ステップＳ４７においてNoの場合）には、境界線L をキャラクタラインではないと判断する（ステップＳ５１）。このようにして加工工程決定部５ａでキャラクタラインＬｃを抽出した後に、図２１に示すように、キャラクタラインＬｃに対して垂直な方向を加工方向として所定のピックフィード量Ｐで移動する工具経路を工具経路生成部５ｂで生成することにより、高精度に切削加工を行うことができる。このとき、隣接する２つのキャラクタラインの交点における接線の傾きから、当該２本のキャラクタラインが１本のキャラクタラインであるか否かを判断して、加工工程を決定することもできる。

また、キャラクタラインと同様に高精度に仕上げなければならない加工領域として、プレス用の金型の凸Ｒ部がある。凸Ｒ部の一例が、図２２（ａ）に示されている。図２２（ａ）においてＡで示す凸Ｒ部は、例えば金型等では、プレス加工したときに型の表面形状が非常によく転写され、また、見た目にも目立つ部分であるので、金型のなかでも高精度に仕上げなければならない領域である。

例えば、こうした加工領域を判断するために、加工工程決定部５ａは、加工形状データから加工面を一定の公差以下で近似する微小な三角形の面要素に分割し（図２２（ｂ）参照）、その大きさが所定の閾値よりも小さい面要素が集中している領域を抽出して形状急変領域とし、この急変領域が凸形か凹形かを判断して、凸形の場合に当該領域を凸Ｒ部とすることができる。こうして決定された凸Ｒ部のみを高精度に加工する工具経路を工具経路生成部５ｂで生成することにより、不必要にワーク全体を高精度に加工する無駄を省くことができる。

次に、図２３を参照して、加工パターンの一例としてコンタリングによる溝加工を説明する。図２３（ａ）で示すように、ワークＷに加工する溝３０の幅と同じ直径の工具Ｔを用いて溝加工を行うと、工具ＴがワークＷへの出入口において撓んだり、撓みが解放されたりして負荷変動が大きくなり、溝３０の底に疵が形成される。これに対して、図２３（ｂ）に示すように、溝３０の幅よりも小さな直径の工具Ｔを用いて長円コンタリング動作させる工具経路を工具経路生成部５ｂで生成して溝加工を行うと、工具Ｔに負荷される切削荷重が小さくなり、工具Ｔの撓みも小さくなるので、ワークへの出入口での工具Ｔの撓みや撓みが解放されることにより負荷変動が小さくなる。また、高速高精度送りかつ軽負荷高速送りにより安定した切削加工が得られる。

上述のようにして加工工程決定部５ａにおいて決定された加工領域、工具、加工パターン、加工順序に関するデータは、加工工程決定部５ａの加工工程保存手段（図示せず）に一旦保存され、次いで、工具経路生成部５ｂに送られる。工具経路生成部５ｂは、この加工領域、工具、加工パターンに関するデータと、入力データベース３ｆに格納されているワークデータ１ｂ、特に未加工ワークの材料データと、材料データベース３ｄに格納されている材料の種類、引張強さ、弾性係数に関するデータとに対応させて、加工条件データベース３ｃに格納されている１刃当たりの送り量、切込み量、ピックフィード量のデータ群から当該ワークを加工するために最適な値を決定すると共に、工具経路及びピックフィード経路を生成する。工具経路及びピックフィード経路の生成は、加工条件データベース３ｃに格納されている演算式により行われる。

ピックフィード経路の方向の決定方法の一例を図２４、２５を参照して説明する。
図２４に示すように周方向に傾斜角が一定していない形状のワーク加工面を等高加工パターンで切削加工し、ピックフィード量を接線方向の量として設定する場合、急な斜面においてピックフィードを行うと、より緩かな部分で前回の工具経路との間隙が広くなりすぎ、削り残しが発生する。そこで、図２４において矢印で示すように、傾斜の緩やかな位置でピックフィードを行えば、このような削り残しを防止することができる。

先ず、加工工程決定部５ａでは、等高加工パターンの工具経路に沿って複数の接平面を定め（ステップＳ５３）、接平面の法線ベクトルを演算する（ステップＳ５５）。接平面は、例えば、等高加工パターンの工具経路に沿って周方向に等角度間隔で複数の接点を離散的に定め、該接点におけるワーク曲面に対する接平面を演算することにより求めることができる。次いで、上記法線ベクトルの各々の傾きを求め（ステップＳ５７）、最も急峻な角度の法線ベクトルを有する接平面の接点を求める（ステップＳ５９）。法線ベクトルの傾きが最も急峻な接平面が最も緩やかな面となっているので、この最も傾きの急峻な法線ベクトルを与える接点からピックフィードを行うように工具経路生成部５ｂではピックフィード経路を発生させる（ステップＳ６１）。つまり、当該接点で接線方向の移動量が設定したピックフィード量となるピックフィード経路を発生させる。なお、ピックフィードの方向は、上記接点において前記工具経路に接する直線に対して垂直な接線方向である。

ここで、加工工程決定部５ａで工具、加工パターン及び加工工程を選択、決定せずに、オペレータが、後述するように任意に工具、加工パターン及び加工工程を入力または変更するようにしてもよい。また、ある加工工程の処理中に別の加工工程の処理を行うことも可能である。

次いで、加工条件決定部５ｃが工具経路生成部５ｂからの演算結果に基づいて、１刃当たりの送り量、切込み量、ピックフィード量から工作機械１１の主軸回転速度、送り速度を決定すると共に、各加工工程毎の工具交換指令、後述するセンサ部１３による測定工程の挿入に関する指令を数値制御部９に発生する。

図２６、２７を参照して、加工条件決定部５ｃで決定される加工条件のうちピックフィード量Ｐと送り速度Ｆの決定方法の一例を説明する。図２６は、ボールエンドミルＴをワークＷに対して矢印Ｄｆの方向に送ることにより、スキャン（走査）パスにて切削加工する様子を示す斜視図である。

先ず、入力データベース３ｆ内の加工形状データに含まれる仕上精度からカスプ高さｈを決定する（ステップＳ６３）。次いで、加工形状データ、ワークデータから機械データベース３ａ及び工具／工具ホルダデータベース３ｂを参照して使用工具を決定する（ステップＳ６５）。使用工具を決定すると、工具半径ｒおよび刃数ｎが自動的に決定される。こうして決定されたカスプ高さｈおよび工具半径ｒから以下の式にてピックフィード量Ｐを演算する（ステップＳ６７）。
Ｐ＝√（８ｒｈ）

次いで、ワークデータに含まれるワークの材料から工具／工具ホルダデータベース３ｂおよび加工条件データベース３ｃを参照して、切削速度Ｖを決定し（ステップＳ６９）、ピックフィード量Ｐと切削速度Ｖから主軸回転速度Ｎ（ｒｐｍ）を求める（ステップＳ７１）。ここで、求められた主軸回転速度Ｎが実際の機械の最大主軸回転速度Ｎmax を越えているか否かを確認する（ステップＳ７３）。主軸回転速度Ｎが実際の工作機械の最大主軸回転速度Ｎmax を越えていない場合（ステップＳ７３でYes の場合）、ステップＳ７１で求められた主軸回転速度Ｎにて切削加工を行うようにし（ステップＳ７５）、主軸回転速度Ｎが実際の工作機械の最大主軸回転速度Ｎmax を越えている場合（ステップＳ７３でNoの場合）、当該工作機械の最大主軸回転速度Ｎmax を主軸回転速度Ｎとして切削を行うように設定する（ステップＳ７７）。次いで、こうして求められた刃数ｎ、さらにはピックフィード量Ｐと等しく設定された工具の１刃あたりの送り量ｆ、主軸回転速度Ｎから以下の式にて送り速度Ｆを求める（ステップＳ９７）。
Ｆ＝ｎｆＮ

これにより、図２６に示すように、ワークＷの加工面に形成される波形の条痕は、工具の１刃あたりの送り量ｆとピックフィード量Ｐが等しくなり加工面が均一に分布することとなる。これにより、特に金型を加工する場合に、後工程の磨き作業に特定の方向性がなく、形状に沿って磨き仕上をすることが可能となり、磨き仕上に要する時間が短縮される。

ここで、加工条件決定部５ｃで加工条件を決定せずに、後述するようにオペレータが任意に入力した加工条件を利用したり、或いは、所定の記憶手段にあらかじめ記憶された加工条件を利用してもよい。

補正部５ｄは、後述する予測演算部７からの予測演算結果に基づき、工具経路生成部５ｂまたは加工工程決定部５ａへ補正指令を発生する。

数値制御部９は、一般的に周知のＮＣ装置９ａと、サーボモータ、アンプを含むサーボシステム９ｂとを具備しており、工作機械１１の軸送り及び主軸の回転を制御する。つまり、ＮＣ装置９ａは周知の通り、工具経路データ及び加工条件データからＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の移動指令を生成すると共に、工作機械１１の主軸の起動、停止、クーラントのＯＮ／ＯＦＦ、自動工具交換、自動パレット交換等の動作指令を発する。サーボシステム９ｂはＮＣ装置９ａから移動指令を受け取り、送り軸のサーボモータを制御する。こうして、数値制御部９により工作機械１１が制御される。

工作機械１１は、例えば自動工具交換装置を備えたマシニングセンタなどの一般的に周知の工作機械である。工作機械１１には、工作機械１１のコラムやベッドなどの機体各部の温度、クーラントの温度、工作機械１１が設置されている環境温度を測定するためのサーミスタ等の温度センサおよび工作機械１１のモータに供給される電流値を測定する電流計等を含む機械センサ、工作機械１１に装着されている工具の工具長、工具径、工具先端形状等を測定するための工具センサ、及び、加工されているワークの形状を実際に測定するワークセンサを含むセンサ部１３が設けられている。センサ部１３で測定された値は後述する予測演算部７へ送られる。さらに、センサ部１３の工具センサで測定された工具径、工具長、回転中の工具の振れ、中心位置変動等はデータ補正部１５を介してデータベース３の工具／ホルダデータベース３ｂに送られ、データベース３の内容、特に、工具の摩耗特性、工具寿命、工具の振れ特性が補正、更新される。

また、センサ部１３の機械センサの温度センサで測定された機体各部の温度、クーラントの温度、環境温度等はデータ補正部１５を介してデータベース３の機械データベース３ａに送られ、機械データベース３ａの該当部が補正、更新される。さらに、センサ部１３のワークセンサで測定された加工誤差から工作機械１１の動作時の位置決め誤差を演算し、データ補正部１５を介してデータベース３の機械データベース３ａに送り、機械データベース３ａの該当部を補正、更新するようにしてもよい。センサ部１３のワークセンサで測定された加工誤差を工具経路決定部５の補正部５ｄへ送り、ここで加工誤差データから補正データを生成し、工具経路生成部５ｂで補正工具経路を生成して再加工することもできる。

次に、図２８を参照して予測演算部７を説明する。
予測演算部７は、加工状態シミュレーション部７ａ、機械挙動シミュレーション部７ｂ、ワークシミュレーション部７ｃ、工具挙動シミュレーション部７ｄを主要な構成要素として具備している。

加工状態シミュレーション部７ａは、入力データベース３ｆから加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂを受け取り、工具／ホルダデータベース３ｂから、加工工程決定部５ａにて決定された工具及び工具ホルダの寸法、形状、主軸先端部の形状、寸法を受け取る。さらに、加工状態シミュレーション部７ａは、工具経路生成部５ｂで決定、演算された１刃当たりの送り量、切込み量、ピックフィード量、工具経路及びピックフィード経路を受け取り、かつ、加工条件決定部５ｃで決定された主軸回転速度、送り速度を受け取る。

加工状態シミュレーション部７ａは、加工に先立って、つまり、一番最初に工具経路決定部５が工具経路等を生成する際に、加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂと、工具、工具ホルダ及び主軸先端部の形状、寸法と、工具経路と、ピックフィード経路とから工具、工具ホルダ、主軸先端部とワークとが、加工中に干渉するか否かを予測する。ある加工領域での加工中に干渉が生じることが予測される場合には、加工状態シミュレーション部７ａは加工工程決定部５ａに対して、当該加工領域を加工不可領域とするように指令する。このとき、当該加工不可領域を他の工具により加工可能である場合または加工不可領域の加工パターンを変更できる場合には、加工工程決定部５ａは、工具または加工パターンを変更して加工領域、工具、加工パターン、加工順序を決定し直し、工具経路決定部５に送出する。そして、上記手順が繰り返される。工具や加工パターンが変更できない場合には、加工工程決定部５ａは、当該加工不可領域を加工工程から外した加工順序を工具経路決定部５に送出する。

図２９を参照して、予測演算結果を加味した加工領域の決定方法の一例を説明する。ある工具に対して干渉の発生しない領域２１ａが加工状態シミュレーション部７ａにより予測演算された場合に、当該工具で加工可能な領域、例えば面傾斜角度が６６度以下の領域が２１ｂの領域で示されるような場合（図２９（ａ））、両者の重なり合う部分が加工領域２１ｃとして決定される（図２９（ｂ））。

加工工程決定部５ａは、図２９に示す方法と同様に、工具とワークとの干渉チェックにより決定された加工領域、または入力部１から入力した加工形状データ１ａに対して任意に決定した工具とワークとの干渉チェックにより決定された加工領域と、入力部１から入力した加工形状データ１ａの面傾斜角度、面の曲率、深さに基づき決定された加工領域との重複領域を加工すべき範囲とすることもできる。

加工状態シミュレーション部７ａは、さらに、加工が開始された後にも同様の干渉チェックをリアルタイムで実行している。その結果、工具とワークの干渉が予測される場合には、その旨のデータを工具経路生成部５ｂに送出する。工具経路生成部５ｂは、この干渉を避ける工具経路、例えばＺ軸方向に逃げる干渉回避工具経路を演算、生成する。

また、加工状態シミュレーション部７ａは、実際に加工が行われている間、加工形状データ１ａ、ワークデータ１ｂ、加工パターン、工具経路に関するデータに基づき、加工が進捗するワークにおける入隅部（インコーナ部）を予測する。この予測結果は加工条件決定部５ｃへ送出され、加工条件決定部５ｃが、前記入隅部（インコーナ部）で工具の送り速度を減速させる加工条件を決定する。

さらに、加工状態シミュレーション部７ａは、ワークデータ１ｂと、工具経路生成部５ｂで決定、演算された工具の１刃当たりの送り量、切込み量、ピックフィード量、工具経路と、加工条件決定部５ｃで決定された主軸回転速度、送り速度から加工負荷を予測演算する。さらに、加工状態シミュレーション部７ａは、加工形状データ１ａと、ワークデータ１ｂと、加工工程決定部５ｃで決定された工具、工具ホルダ及び主軸先端部の形状、寸法と、工具経路生成部５ｂで決定、演算されたピックフィード量、工具経路から、加工中のワークの現時点の形状を予測すると共に、工具とワークとの接触点、ワークの重量を予測する。

また、加工状態シミュレーション部７ａは、予想されるワークの重量変化と加工条件決定部５ｃで決定された加工条件とに基づきワークの負荷イナーシャを予測する。この予測される負荷イナーシャは数値制御部９へ送られ、数値制御部９のサーボシステム９ｂのパラメータが補正される。

工具とワークとの接触点の予測に基づいて、例えば、工具がある工具経路を移動中にワークを切削していない、いわゆるエアカットが生じることが予測される場合、加工状態シミュレーション部７ａは、その旨のデータを加工条件決定部５ｃに送出する。これにより、加工条件決定部５ｃは、エアカットが予測される領域を通過する工具経路に沿って工具が移動する際、最大送り速度で移動するよう数値制御部９に指令を出すことが可能となる。

機械挙動シミュレーション部７ｂは、機械データベース３ａに格納されている温度に対する機械の熱変形特性に関するデータと、センサ部１３の温度センサからの温度データに基づき工作機械１１の熱変形を予測する。また、加工状態シミュレーション部７ａで予測演算されたワークの重量データ及び機械データベース３ａに格納されているワークの重量による機械の変形特性に関するデータに基づき、工作機械１１のワークの重量による変形を予測する。

ワークシミュレーション部７ｃは、入力データベース３ｆから加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂを受け取り、工具／ホルダデータベース３ｂから、加工工程決定部５ｃにて決定された工具及び工具ホルダの寸法、形状、主軸先端部の形状、寸法を受け取る。さらに、ワークシミュレーション部７ｃは、工具経路生成部５ｂで決定、演算された工具の１刃当たりの送り量、切込み量、ピックフィード量、工具経路及びピックフィード経路を受け取り、かつ、加工条件決定部５ｃで決定された主軸回転速度、送り速度を受け取る。そして、ワークシミュレーション部７ｃは、受け取ったデータに基づき加工が進捗する刻々のワークの中間形状を予測演算し、その予測演算結果を加工状態シミュレーション部７ａ、機械挙動シミュレーション部７ｂへ送る。

工具挙動シミュレーション部７ｄは、加工状態シミュレーション部７ａで予測される加工負荷、工具／ホルダデータベース３ｂに格納されている工具の負荷に対する倒れ及び振れ特性に関するデータから工具の倒れ量、振れ量を予測する。また、工具／ホルダデータベース３ｂに格納されている工具寿命に関するデータと、前記加工状態シミュレーション部７ａで予測された加工負荷、加工接点、切込み量、加工時間から工具の摩耗量、摩耗分布を予測演算する。摩耗分布とは、例えばボールエンドミルの場合、先端が摩耗するのか、或いは、先端からどの位置で摩耗するのか、ストレート部か等の工具の摩耗部位を予測するものである。この摩耗の予測演算により、工具寿命に達したか否かの判断が行われる。さらに、センサ部１３の工具センサによっても回転中の工具の形状（工具径、工具長、中心位置、姿勢など）の変化から予測値の修正が行われる。

また、工具挙動シミュレーション部７ｄにおいて予測演算された工具の倒れ量は工具経路決定部５の補正部５ｄに送られ、予測される工具の倒れ量が所定値よりも大きいときには、工具の倒れを考慮した工具経路を生成するよう工具経路生成部５ｂに送出する。例えばワークと工具とを水平方向に相対移動させるときに加工負荷が大きい場合には、工具は移動方向に対して前方に倒れるように変形するために主軸の座標位置よりも工具の先端位置が遅れて移動する。そのために、必要な加工を行うために工具の先端位置が所定の加工位置まで移動するように送り量を補正しなければならない。これにより、高精度な加工が可能となる。

次にオペレータ変更操作判断部５ｆを説明する。
工作機械１１が自動加工を実施している間に、オペレータが加工の進捗するワークの中間形状を見て、オペレータの経験に照らして工具経路の変更を望んだり、既述したように加工に際して制御装置１００が自動的に提示した加工条件に対してオペレータが変更を望むことがある。オペレータ変更操作判断部５ｆは、こうした制御装置１００が提示する加工条件や工具経路に対するオペレータの変更を可能とする。

つまり、オペレータ変更制御部５ｆは、入力部１から入力された工具経路変更操作指令１ｃ、手動操作指令１ｄ、加工条件変更操作指令１ｅに応答して、加工中に数値制御部９に対して割込を掛けて、オペレータによる加工プロセスの変更を可能とするのである。

図３０を参照して、加工中の工具経路の変更操作について説明する。
先ずステップＳ８１において工具経路変更操作指令１ｃが入力されたか否かを判断する。工具経路変更操作指令１ｃが入力されていなければ（つまり、ステップＳ８１においてNoの場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは何らの処理も行わずに、進捗する従前の加工がそのまま継続される。工具経路変更操作指令１ｃが入力部１に入力されると（ステップＳ８１においてYes の場合）、ステップＳ８３において、オペレータ変更操作判断部５ｆは、工具経路の変更が現在の送り速度や主軸の回転速度といった加工条件に対して妥当であるか否かを判断する。

工具経路の変更が妥当であると判断されると（ステップＳ８３においてYes の場合）、ステップＳ８５においてワークの加工面に未切削部分、つまり削り残しが存在するか否かが判断される。この判断は、既述した予測演算部１５からのデータに基づいて行うことができる。ワークの加工面に未切削部分が残らないと判断されると（ステップＳ８３においてNoの場合）、ステップＳ８７において、工具経路の変更指令がオペレータ変更操作判断部５ｆから工具経路生成部５ｂに発せられる。

工具経路の変更が妥当ではないと判断されると（ステップＳ８３においてNoの場合）、ステップＳ８９において、加工条件を変更することにより工具経路の変更が可能になるか否かを判断する。加工条件を変更することにより妥当な工具経路が変更となると判断される場合（ステップＳ８９においてYes の場合）、ステップＳ９１において、オペレータ変更操作判断部５ｆから加工条件決定部５ｃに対して、妥当な工具経路の変更を与える加工条件に変更するよう指令が発せられ、上述したステップＳ８５へ進み未切削部分の存否が判断される。ステップＳ８９において、加工条件を変更しても妥当な工具経路が変更とならないと判断されると（ステップＳ８９においてNoの場合）、ステップＳ９７において、オペレータ変更操作判断部５ｆから後述する表示部１７へ変更の受入が不能である旨表示するように指令が発せられる。

ステップＳ８５において、未切削部分が存在すると予測される場合（ステップＳ８５においてYes の場合）には、ステップＳ９３において工具経路の変更を待機することにより、つまり、現在進捗する加工プロセスを一定時間継続した後に工具経路の変更を行うことにより、未切削部分が残らないと予測される場合（ステップＳ９３においてYes の場合）、ステップＳ９５において、工具経路の変更を一定時間待機した後に、ステップＳ８７において工具経路の変更が実行される。工具経路の変更を一定時間待機しても未切削部分が存在すると判断される場合（ステップＳ９３においてNoの場合）には、ステップＳ９７において変更受入不能が表示される。

次に、図３１を参照して、加工の開始に際して制御装置１００が自動的に提示した加工条件に対してオペレータが変更した加工条件への変更操作を説明する。既述のようにして、オペレータが、加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂを入力部１に入力すると、それに基づいて工具経路決定部５、特に加工条件決定部５ｃがオペレータに加工条件を提示する（ステップ９９）。この加工条件は、データベース３に格納されている過去の実績、経験則、公知技術に基づく加工条件に関するデータを参照することにより決定される。一方で、ユーザまたはオペレータは、これとは異なる独自の経験により蓄えられた加工条件を持っている場合が少なくない。また、製品の納期等の関係から制御装置１００が提示する加工条件よりも加工時間が短くなる加工条件を望む場合もある。

ステップＳ１０１において、加工条件変更操作指令１ｅが入力されているか否かを判断する。オペレータが入力部１から加工条件変更操作指令１ｅを入力してないければ（ステップＳ１０１においてNoの場合）、ステップＳ９９において提示した加工条件で加工を開始する（ステップＳ１０３）。

オペレータが入力部１から加工条件変更操作指令１ｅを入力すると（ステップＳ１０１においてYes の場合）、ステップＳ１０５において変更内容を解析し、その妥当性を判断する（ステップＳ１０７）。変更内容が妥当ではないと判断されると（ステップＳ１０７においてNoの場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、加工条件の変更が妥当ではない理由、及び加工条件の変更、修正を促す表示をするよう表示部１７に指令を発し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１に戻る。オペレータが再び加工条件の変更を入力すると、既述したようにその妥当性が判断される。ステップＳ１０７における変更の妥当性判断の際に妥当でないと判断された場合に、ステップＳ９９において提示した加工条件にリセットできるようにプログラムすることもできる。

ステップＳ１０７において、加工条件の変更が妥当であると判断された場合（ステップＳ１０７においてYes の場合）には、ステップＳ１１１においてオペレータによる当該加工条件の変更内容がユーザデータベース３ｇに保存される。このオペレータによる加工条件の変更内容は、過去の変更内容に照らし合わせて類型的に分析、分類され、同様の内容を有する加工条件の変更の頻度が演算される（ステップＳ１１３）。変更頻度が高い場合には、オペレータまたはユーザは、この頻度の高い類型に属する変更または同類の変更を望むことが多いと判断できる。そこで、ステップＳ１１５において、変更頻度が所定の閾値よりも高いか否かを判断する。変更頻度が高ければ（ステップＳ１１５においてYes の場合）、加工条件を提示する際に、こうしたオペレータまたはユーザの意図若しくは好みを反映して、変更頻度が高い類型に属する加工条件を優先的に提示できるようにユーザデータベース３ｇの内容を修正する共に、データベース３の内容を更新（ステップＳ１１７）。次いで、変更した加工条件で加工を行う（ステップＳ１１９）。

また、オペレータ変更操作判断部５ｆは、更に、オペレータによる手動操作を可能とする。
図３２、３３を参照すると、既述したように、オペレータが入力部１から加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂを入力すると、制御装置１００は、最終的なワークの形状である加工形状及び加工前のワーク形状を認識し（ステップＳ１２１）、加工形状データ１ａに基づき選択された工具Ｔおよび工具ホルダＴＨを認識する（ステップＳ１２３）。次に、ワークがワークテーブルに固定されているか、主軸ＳＰに工具Ｔが装着されているか、主軸ＳＰは回転しているかといった事項を確認して、加工の準備が整っているかを判断する（ステップＳ１２５）。準備が整っていない場合（ステップＳ１２５においてNoの場合）には、オペレータ変更操作判断部５ｆは何らの処理も行わない。

加工準備が整っている場合（ステップＳ１２５においてYes の場合）には、ステップＳ１２７において、手動操作指令１ｄが入力されているか否かを判断する。手動操作指令１ｄが入力されていない場合（ステップＳ１２７においてNoの場合）には、オペレータ変更操作判断部５ｆは何らの処理も行わない。手動操作指令１ｄが入力されると、当該手動操作指令１ｄが早送りであるか否かを判断する（ステップＳ１２９）。

早送りの場合（ステップＳ１２９においてYes の場合）、ステップＳ１３１において、予測演算部７による予測演算結果に基づいて、工具Ｔおよび工具ホルダＴＨがワーク、特に入力部１に入力されたワーク形状に干渉するか否かを判断する（図３３参照）。工具Ｔおよび工具ホルダＴＨがワークに干渉すると判断される場合（ステップＳ１３１においてYes の場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、数値制御部９に対して送り軸を停止するよう指令を発する（ステップＳ１３３）。工具Ｔおよび工具ホルダＴＨがワークに干渉しないと判断される場合（ステップＳ１３１においてNoの場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは特に処理を行わず、オペレータは、手動により早送りにて送り軸を操作可能となる。

手動操作指令１ｄが早送りではない場合（ステップＳ１２９においてNoの場合）、更にステップＳ１３５において、手動操作指令１ｄがジョグ（JOG ）送りまたはハンドル操作による送りであるかを判断する。手動操作指令１ｄが、その何れでもない場合（ステップＳ１３５においてNoの場合）には、軸送りは停止していると判断し（ステップＳ１３７）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、それ以上処理を行わない。

手動操作指令１ｄがジョグ（JOG ）送りまたはハンドル操作による送りである場合（ステップ１３５においてYes の場合）には、オペレータ変更操作判断部５ｆは、予測演算部７による予測演算結果に基づいて、工具ホルダＴＨがワーク、特にワーク形状と干渉するか否かを判断する（ステップＳ１３９）。工具ホルダＴＨがワークと干渉すると判断される場合（ステップＳ１３９においてYes の場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、数値制御部９に対して送り軸を停止するよう指令を発する（ステップＳ１３３）。

工具ホルダＴＨがワークと干渉しないと判断される場合（ステップＳ１３９においてNoの場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、予測演算部７による予測演算結果に基づいて、工具Ｔが加工形状と干渉するか否かを判断する（ステップＳ１４１）。工具Ｔが加工形状と干渉すると判断される場合（ステップＳ１４１においてYes の場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは、数値制御部９に対して送り軸を停止するよう指令を発する（ステップＳ１３３）。工具Ｔが加工形状と干渉しないと判断される場合（ステップＳ１４１においてNoの場合）、オペレータ変更操作判断部５ｆは特に処理を行わず、オペレータは、手動によりジョグ（JOG ）送りまたはハンドル操作による送りにて送り軸を操作可能となる。

次に、コスト演算部５ｅを説明する。
既述したオペレータによる加工条件の変更は、製品の納期や加工コストとの関連で行われることも予想される。つまり、制御装置１００が提示する加工条件が、過去の実績、経験則、公知技術から最適であると考えられても、製品の納期が差し迫っているために、最適値よりも若干高い主軸回転速度や送り速度を選択することは従来から行われているのである。そこで、コスト演算部５ｅが、提示された加工条件または変更された加工条件のコストまたは利益を演算し、オペレータがコストや納期を考慮した加工条件を選択できるよう支援する。

図３５を参照すると、加工時間に対するコスト曲線が示されている。一般的に加工時間が長くなると、工作機械の使用電力、消費される切削油等の工作機械のランニングコスト曲線 Iは高くなり、主として工具摩耗のために必要となる工具交換に基づく工具コスト曲線 IIは低くなる。加工のトータルコストは曲線 IIIにて示すことができ、最小コストを与える加工時間Ａが存在する。本実施形態では、コスト演算部５ｅが、こうしたコスト曲線を用いて上述したようにオペレータがコストや納期を考慮した加工条件を選択できるよう支援する。

先ず、図３５において曲線III で示すようなコスト曲線を求める（ステップＳ１４３）。基本的にはコスト曲線は工作機械のランニングコストと工具コストから求められるが、更に、人件費や光熱費その他の費用を考慮しても良い。次いで、図３５においてＡで示すような最小コストと、そのときの加工条件を求め、それを例えば表示部１７を介してオペレータに提示する（ステップＳ１４５）。このとき、単に数値のみを示すのではなく、図３５に示すようなコスト曲線にて示しても良い。

オペレータは、既述したように提示された加工条件およびコスト、納期等を勘案して加工条件を変更することもある。コスト演算部５ｅは、ステップＳ１４７において、加工条件が変更されたか否かを監視している。加工条件が変更されなければ（ステップＳ１４７においてNoの場合）、そのまま加工が開始される（ステップＳ１４９）。オペレータが、加工条件を変更すると（ステップＳ１４７においてYes の場合）、変更された加工条件でのコストを演算するとともに（ステップＳ１５１）、そのコストを提示し（ステップＳ１５３）再びステップＳ１４７に帰還する。オペレータが、そのコスト、加工条件を選択すれば加工が開始され（ステップＳ１４９）、再び変更を望めば、その変更が演算、提示される（ステップＳ１５１、Ｓ１５３）。加工条件の変更方法として、既述した加工条件変更操作指令１ｅを入力することもできるが、例えば、加工時間を入力パラメータとして、制御装置１００が入力された加工時間に合致するように加工条件を選択するようにしてもよい。例えば、図３５において最小コストを与える加工時間ＡからＢへ変更するようにしても良い。

図３４、３５では、単にトータルコストをオペレータに提示することにより、オペレータの加工条件の選択を支援することを説明したが、当該製品加工により得られる売上が分かっている場合には、オペレータに利益または利益率を提示することもできる。図３７（ａ）を参照すると、曲線Ｖは、図３５の曲線III に相当するトータルコスト曲線であり、直線IVは売上を表し、曲線VIは売上からトータルコストを減じた利益を示している。コストが売上より大きくなれば、利益がマイナスになることは言うまでもない。また、利益曲線VIを時間で除することにより図３７（ｂ）に示す単位時間当たりの利益曲線VII となる。図３７（ｂ）において、単位時間当たりの利益が最大となる条件がＣで示されている。

先ず、利益曲線VIを求め（ステップＳ１５５）、次いで、利益曲線VIを時間で除して単位時間当たりの利益曲線VII を求める（ステップＳ１５７）。次いで、表示部１７を介して最大の単位時間当たりの利益と、そのときの加工条件を提示する。オペレータは、既述したように提示された加工条件および単位時間当たりの利益、納期等を勘案して加工条件を変更することがある。コスト演算部５ｅは、ステップＳ１６１において、加工条件が変更されたか否かを監視している。加工条件が変更されなければ（ステップＳ１６１においてNoの場合）、そのまま加工が開始される（ステップＳ１６７）。オペレータが、加工条件を変更すると（ステップＳ１６１においてYes の場合）、変更された加工条件での単位時間当たりの利益を演算するとともに（ステップＳ１６３）、そのコストを提示し（ステップＳ１６５）再びステップＳ１６１に帰還する。オペレータが、その単位時間当たりの利益、加工条件を選択すれば加工が開始され（ステップＳ１６７）、再び変更を望めば、その変更が演算、提示される（ステップＳ１６３、Ｓ１６５）。加工条件の変更方法として、既述した加工条件変更操作指令１ｅを入力することもできるが、例えば、加工時間を入力パラメータとして、制御装置１００が入力された加工時間に合致するように加工条件を選択するようにしてもよい。例えば、図３７（ｂ）において最大の単位時間当たりの利益を与える加工時間ＣからＤへ変更するようにしても良い。

次に、表示部１７を説明する。表示部１７は画像処理部１７ａと、ＣＲＴ等のモニタ１７ｂとを具備している。表示部１７は工具経路決定部５の加工工程決定部５ａにおいて決定された加工領域、加工パターン、工具の形状及び管理番号等を表示することができる。画像処理部１７ａは、加工工程決定部５ａからの前記加工領域の曲率、傾斜角度、深さに関するデータを受け取り、各々の領域を色分けして三次元表示するためのデータを生成することができる。

また、詳細には図１に示されていないが、データベース３、予測演算部７、数値制御部９、センサ部１３と接続されており、各々からの情報をグラフィック表示またはテキスト表示することができる。例えば表示部１７は予測演算部７からのデータに基づき工具とワークとの干渉チェックの結果をグラフィック表示することができる。さらに、入力データベース３ｆに入力されている加工形状データ１ａにおける加工精度のデータと、センサ部１３において測定されたワークの形状測定データを比較して表示させてもよい。また、既述したように、ワークと工具との干渉を回避するための干渉回避工具経路により、ワークの削り残された部分をグラフィック表示することもできる。更に、図３８に示すように、テキスト表示画面で「工具経路生成中」、「工具経路生成済」、「加工中」、「加工済」といった処理の進行状況や、「エリア１：等高加工」「エリア２：スキャン加工」といった加工領域をその進行状況に合わせて色分け表示したり、グラフィック画面において、その対応した領域をハイライト点滅表示や色分け表示により示しても良い。

本発明の実施形態の作用について説明する。
まず、オペレータは入力部１から加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂをデータベース３に入力すると、入力した加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂと、データベース３に格納されている各データとに基づき、工具経路決定部５の加工工程決定部５ａで加工領域、工具、加工パターン、及び加工工程が選択、決定される。次いで、工具経路決定部５の工具経路生成部５ｂで工具経路が、加工条件決定部５ｃで加工条件が決定される。このように生成、決定された工具経路、加工条件等の機械駆動データにより数値制御部９を介して工作機械１１が駆動制御され、ワークの加工が行われ加工製品が完成する。

このとき、予測演算部７では、オペレータが入力部１から加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂと、データベース３に格納されている各データとに基づき、加工負荷、工具とワークとの干渉等の各種の予測演算が行われ、その予測演算結果が工具経路決定部５の加工工程決定部５ａへ送られ、予測演算部７での予測演算結果に基づき工具、加工パターン、及び加工工程が決定される。同様に、予測演算部７での予測演算結果に基づき工具経路決定部５の工具経路生成部５ｂで工具経路が、加工条件決定部５ｃで加工条件が決定され、それに対応したコストや利益がコスト演算部５ｅで演算される。オペレータが工具経路や加工条件を変更したり、手動操作したりする場合には、オペレータ変更操作判断部５ｆがそうした操作を監視する。

このように本発明は、入力部１から入力した加工形状データ１ａ及びワークデータ１ｂと、データベース３に格納されている各データとに基づき、予測演算部７で加工負荷、工具とワークとの干渉等の各種の予測演算が事前に行われるのである。つまり、従来はまず加工を行い、そのときの加工状態を検出してフィードバックして最適な制御を試みていたのに対して、本発明ではまず予測演算をして、その予測演算結果でフィードフォワード制御して加工を行う。また、検出した加工状態をフィードバックしてフィードフォワード制御の精度を更に向上させるようにしている。よって、最適化される速度が従来より速くなり、高精度な加工をより速く遂行できる。

従来技術と本発明の比較例を図３９に示す。
図３９（ａ）に示すような図面形状に対して、実際には図３９（ｂ）のような削り残し部があった場合に、従来技術では、工具の送り速度を高速のまま、例えば１６ｍ／ｍｉｎで加工すると、その削り残し部で工具に過大な負荷が作用し、加工精度が著しく低下したり、極端な場合には工具が切損してしまうことがある。従来技術でも工具の送りを低速にする、例えば２００mm/minで加工すれば、そのような不都合は生じないが、加工時間の大幅な長期化を招いてしまう。これに対して本発明では、工具の送り速度を高速に保ったまま加工してもこうしたことが生じない。これは、予測演算部９において、加工負荷の予測値の算出や、工具とワークとの干渉回避チェックが事前に行われ、かつ予めデータベース３に格納されている各種データベースを利用することにより初めて達成される。

以上説明したように、本発明によれば、オペレータは加工すべき製品の形状データと、投入する未加工ワークの形状および材料に関するデータのみを入力することにより、要求精度に合致した加工が適切な工具、工具経路、加工条件で自動的に実行され、短時間で製品の加工が可能となる。

本発明実施形態による工作機械の制御装置のブロック図である。データベースのブロック図である。工具経路決定部のブロック図である。加工工程決定部のフローチャートである。加工パターンの一例としてスキャン（走査）加工パスを示す略図である。加工パターンの一例として等高輪郭加工パスを示す略図である。加工パターンの一例としてキャラクタライン加工パスを示す略図である。加工パターンの一例として放射加工パスを示す略図である。加工パターンの一例として等高輪郭加工パスによる荒削りを示す略図である。加工パターンの一例として図５とは別のスキャン（走査）加工パスを示す略図である。加工パターンの一例として等高線加工パスを示す略図である。加工パターンの一例として加工領域の境界部を隣の加工領域と自動的にオーバラップさせ、オーバラップ部分をスムーズに工具をリトラクトさせることで境界部の段差を防止する加工パスを示す略図である。ワークの加工曲面の長手方向決定方法を説明するための模式図である。ワークの加工曲面の長手方向決定方法を説明するための説明図である。ワークの加工曲面の長手方向決定方法のフローチャートである。キャラクタラインの決定方法を説明するための模式図である。キャラクタラインの決定方法を説明するための別の模式図である。キャラクタラインの決定方法を説明するための説明図である。キャラクタラインの決定方法を説明するための別の説明図である。キャラクタラインの決定方法のフローチャートである。キャラクタラインを加工するための加工パスを示す略図である。凸Ｒ部決定方法を説明するための模式図であり、（ａ）はワークの全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。溝加工の説明図であり、（ａ）は従来技術による溝加工を示す図、（ｂ）は本発明のコンタリングによる溝加工を示す図である。等高加工パスにおけるピックフィードを行う位置の決定方法を説明する模式図である。等高加工パスにおけるピックフィードを行う位置の決定方法のフローチャートである。面加工におけるピックフィード量及び送り速度の決定方法を説明するための模式図である。面加工におけるピックフィード量及び送り速度の決定方法のフローチャートである。予測演算部のブロック図である。加工領域の決定方法を説明するための模式図である。オペレータによる工具経路変更操作方法のフローチャートである。オペレータによる加工条件変更操作方法のフローチャートである。オペレータによる手動操作方法のフローチャートである。オペレータによる手動操作方法を説明するための模式図である。コストを考慮した加工条件の変更操作方法のフローチャートである。コストを考慮した加工条件の変更操作方法を説明するための図である。単位時間当たりの利益を考慮した加工条件の変更操作方法のフローチャートである。単位時間当たりの利益を考慮した加工条件の変更操作方法を説明するための図であり、（ａ）は利益曲線、（ｂ）は単位時間当たりの利益曲線である。加工進行状況の表示を説明するための模式図である。本発明の効果を説明するための略図であり、（ａ）は加工形状データに基づく図面形状、（ｂ）は本発明の制御装置を用いて加工した場合と、従来技術とを比較する図である。

符号の説明

１入力部
３データベース
３ａ機械データベース
３ｂ工具／ホルダデータベース
３ｃ加工条件データベース
３ｄ材料データベース
３ｅＮＣ／サーボデータベース
３ｆ入力データベース
３ｇユーザデータベース
５工具経路決定部
５ａ加工工程決定部
５ｂ工具経路生成部
５ｃ加工条件決定部
５ｄ補正部
５ｅコスト演算部
５ｆオペレータ変更操作判断部
７予測演算部
７ａ加工状態シミュレーション部
７ｂ機械挙動シミュレーション部
７ｃワークシミュレーション部
７ｄ工具挙動シミュレーション部
９数値制御部
１１工作機械
１３センサ部
１５データ補正部
１７表示部
１００制御装置

Claims

加工形状データを入力してワークを加工する工作機械の制御装置であって、
最終的なワークの形状に関する加工形状データ、加工前のワークの材質、形状に関するワークデータを入力する入力手段と、
前記ワークを加工する前記工作機械の機械仕様を表す機械データ、前記工作機械が保有する工具の工具仕様を表す工具データのうち少なくとも１つを格納するデータ格納手段と、
前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータに基づき、少なくとも加工負荷、または工具とワークとの干渉を予測する予測演算手段と、
前記入力手段により入力されたデータ、前記データ格納手段に格納されたデータ、及び前記予測演算手段による予測演算結果に基づき、前記ワークを加工する工具経路を生成すると共に、前記工作機械の主軸回転速度、送り速度等の前記ワークを加工する際の加工条件を決定する工具経路決定手段と、
前記工具経路決定手段により生成、決定された工具経路及び加工条件に対するオペレータによる変更操作を認識、記憶し、前記変更操作が妥当か否かを判断し、前記変更操作を工具経路及び加工条件の生成、決定に反映させるオペレータ変更操作判断手段と、
を具備して構成されることを特徴とした工作機械の制御装置。
前記工具経路決定手段は、工具及び加工パターンを選択すると共に、加工工程を決定する加工工程決定手段を含んで構成される請求項１に記載の工作機械の制御装置。
前記オペレータ変更操作判断手段は、前記入力手段により入力された加工形状データ及びワークデータ、前記加工工程決定手段により選択された工具を認識し、前記工具の手動による送り動作時または早送り動作時に、前記工具が前記ワークに干渉しない領域を前記工具の可動領域とし、前記可動領域を越えて動作させようとしたときには、前記ワークとの干渉が発生する前に前記工具の動作を停止させる請求項２に記載の工作機械の制御装置。