JPH0355144A - ワークの切削負荷管理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は数値制御装置のワークの切削負荷管理方式に関
し、特に単位時間当たりの工具の切削量から切削負荷を
算出するようにした切削負荷管理方式に関する。

〔従来の技術〕

数値制御装置による加工は、あらかじめパートプログラ
ムとして、メモリに登録された加工手順を、順次呼び出
して実行することによりなされる。

このような数値制御装置に求められて来たのは次のよう
な条件であった。

（ａ）高速、高精度な加工 （ｂ）カスタム・マクロ機能をはじめとする加工プログ
ラムをより効率的に作或するための豊富な機能 （Ｃ）対話形プログラミング機能に代表されるような、
加工プログラム作或のための操作性の向上これらは、人
間に代わって工作機械を動作させ、図面に指示された形
状にワークを加工するという数値制御装置の性能を向上
させたり、より使い易くする目的でなされてきた。

ところで、人間が工作機械を使う時には、単に図面どお
りの形状に加工するだけでなく、ワークの加工面や工具
の状態にも注意を払っている。従って、試切削を行い、
加工過程をオペレータが監視したり、試作品を検査して
、満足する加工が行われるよう、数値制御装置の指令を
修正する作業が必要である。もし、数値制御装置にこの
ような加工状況を管理する能力を持たせることができる
なら、これらの作業は低減され、より信頼性の高い加工
が可能となる。

このような課題を解決する手段として、一部に適応制御
としての取組がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、適応制御では数値制御装置に適応制御装置を付
加し、機械側に切削負荷を検出するためのセンサーを設
けるので、構或が複雉になり、コストも膨大となり、そ
の戊果も充分ではなかった。

また、実際に加工を実行しなければ切削負荷は判別でき
ないし、さらに、ワークの過負荷を検出した時には、す
でにワークが破損してしまったり、ワークの加工面が不
良になっている場合が多いという問題もあった。さらに
、ワークも単に金属のみでなく、セラミック、プラスチ
ック等が数値制御工作機械の加工対象となってきており
、ワークに対する過大な切削負荷は、ワークの加工面の
変質、加工面の損傷、ワークの割れ等の原因になる。

一方、現在では数値制御装置には対話型自動プログラミ
ング機能等によって、ワークの素材形状、加工形状、工
具の加工通路、加工速度等は内部にデータとして格納さ
れている。従って、このようなデータから、単位時間当
たりの切削量等は数値制御装置内で算出することが可能
である。

本発明はこのような点に鑑みて、単位時間当たりの切削
量から切削負荷を算出し、ワークの切削負荷管理を実行
するようにした切削負荷管理方式を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、数値制御装置で
のワークにかかる切削負荷を管理するワークの切削負荷
管理方式において、時々刻々変化する前記ワークの形状
を前記数値制御装置が形状モデルにて把握し、前記形状
モデルと、工具の通路から単位時間あたりの切削量を算
出し、予め登録しておいた工具によって定まる切削抵抗
係数を用いて前記ワークにかかる切削負荷を算出し、前
記切削負荷と、予め登録しておいた前記ワク毎の許容切
削負荷を比較し、前記切削負荷が、前記許容切削負荷を
越えたときは、加工プログラムの運転を中止し、前記数
値制御装置の画面にアラームメッセージを表示すること
を特徴とする切削負荷管理方式が、提供される。

〔作用〕

数値制御装置は内部に記憶しているワークの形状と工具
通路、加工速度から、単位時間当たりの切削量を計算す
ることができる。この切削量から、ワークにかかる切削
負荷を算出する。

この切削負荷をワークの許容切削負荷と比較し、切削負
荷が許容切削負荷を越えたときは、運転を中止し、アラ
ームメッセージを表示する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

（１）形状モデルと切削負荷の導出 第２図は単位時間当たりの切削量を求めるための説明図
である。ここでは、例えば、工具２はフライスの１個の
歯等に相当するものとする。第２図において、ｂはワー
ク１の切削の幅でｄは切削の深さで、この積は切削面積
Ｓ　（ｍｍ２）である。ワーク１にかかる切削抵抗ＦＷ
　（ｋｇ）は次のようｔ工式で求められる。

Ｆ．＝Ｋｗ・α，　　・Ｓ　　　　　（１式）ただし、
α＋　　（ｋｇ／ｍｍ２）は工具ｌごとによって定まる
切削抵抗係数で経験的に定められる。ＫＷはその他の条
件によって変動する定数である。

（２）切削抵抗係数 第３図は各工具ごとの切削抵抗係数の例を示す図である
。このテーブル３には工具番号３ａと工具に対応する切
削抵抗係数３ｂが含まれている。

先の第１式から工具にかかる切削負荷を求めることがで
き、この切削負荷が同時にワークにかかる切削負荷であ
る。

（３）許容切削負荷 第４図はワークの材質による許容切削負荷の例を示す図
である。テーブル４では材質４ａ、その許容切削負荷４
ｂが含まれている。

第５図はワークの許容切削負荷の例を示す図である。テ
ーブル５ではワーク零号５ａ、各ワークの許容切削負荷
５ｂを含んでいる。許容切削負荷５ｂはワークに一時的
にかかる切削負荷の許容値である。

（４）描画機能と切削負荷管理方式 第６図は加工すべきワークの素材形状の例を示す図であ
る。すなわち、表示画面６に素材形状７が表示されてい
る。このような、素材の定義は対話型自動プログラミン
グ機能によって、簡単に指定することができる。すなわ
ち、オペレータは対話型画面に表示された素材形状を選
択すればよい。

第７図は加工形状の例を示す図である。表示画面８に加
工形状９が表示されている。オペレータは対話型自動プ
ログラミング機能からの問いかけに対して、必要な指定
をしていけば、加工プログラムが作或され、第７図のよ
うな形状モデルが得られる。このように対話型自動プロ
グラミング機能によって、加工プログラムを作戊すれば
、同時に加工通路、切削量、切削速度、素材等が数値制
御装置内に記憶されていく。

この数値制御装置内の加工形状、材質、工具の通路、加
工速度等に対して、切削抵抗係数、許容切削負荷等のデ
ータを入力すれば、加工プログラムを実行することによ
り、ワークの切削負荷を計算することができる。

（５）切削負荷の管理手順 第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明のワークの切削負荷管
浬方式の処理のフローチャートである。

図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔Ｓ１〕上記に説明したように、対話型自動プログラミ
ング機能を使用して、加工プログラムを作或する。

９ 〔Ｓ２〕第６図に示すよう１ζ、素材形状を定義する。

〔Ｓ３〕素材形状を定義し、同時に材質毎の許容切削負
荷、ワークの許容切削負荷を入力する。

〔Ｓ４〕工具を定義し、同時に工具の切削負荷抵抗値を
人力する。

なお、これらの３１からＳ４の工程は、必ずしもこの順
序で実行されるのでなく、実際は対話型自動プログラミ
ング機能によって、これらの工程が互いに関連して、加
工プログラムの作戊及び必要なデータが人力されていく
。

〔Ｓ５〕加工プログラムから工具の移動指令を含むブロ
ックを求める。

〔Ｓ６〕工具の移動指令を微小時間の移動量に分割する
。

〔Ｓ７〕微小時間の工具の移動により、工具がワークを
切削する祖を形状モデルから求める。

〔Ｓ８〕工具の移動により、ワークが削り取られた部分
につき形状モデルを更新する。

〔Ｓ９〕微小時間の切削量からワークにかかる切１０ 削負荷を（１式）から求める。

［Ｓ１０］ワークの切削負荷が許容値以下か調べ、そう
ならＳｌｌへ進み、許容値を越えているときはＳ１３へ
進む。

〔Ｓ１１〕このブロックの工具の移動が終了したか調べ
、終わっていれば３１２へ進み、終わっていなければＳ
７へ戻り、同様な工程を繰り返す。

〔Ｓ１２〕加工プログラムの運転が終了したか調べ、終
わっていなければＳ５へ戻り、次のブロックの処理を開
始する。

〔Ｓ１３〕算出したワークの切削負荷が許容値を越えて
いるので、加工プログラムの実行を中止し、表示画面に
アラームを表示する。

なお、これらの加工プログラムの実行は、実際に加工を
行わなくても、数値制御装置上の運転のみでも、切削負
荷のチェックはできる。勿論、実際に加工を行いながら
でも可能である。現実的には数値制御装置運転のみで、
加工プログラムの実行を確認し、さらに実際の加工時に
もチェックを行うことが望ましい。すなわち、数値制御
装置の■ １ みでの実行に対して、実際の加工時には送り速度のオー
バライド等の切削条件が異なってくる場合があるからで
ある。

また、上記の説明では数値制御装置での対話型自動プロ
グラミング機能で行うことで説明したが、別個の対話型
自動プログラミング装置を使用して、切削負荷管理を行
うこともできる。

（６）ハードウエアの構或 第８図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウエアのブロック図である。

図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）である。プ
ロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０全体の制御
の中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、Ｒ
ＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読み出し、
このシステムプログラムに従って、数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）全体のルリ御を実行する。Ｒ’ＡＭ１３には一時的
な計算データ、表示データ等が格納される。ＲＡＭ１３
にはＤＲＡＭ使用される。ＣＭＯＳ　ｌ　４には工具補
正量、■ ２ ピッチ誤差補正量、加工プログラム及びパラメータ等が
格納される。本発明の材質ごとの許容切削負荷、ワーク
ごとの許容切削負荷、工具の切削抵抗等もＣＭＯＳ１４
に格納される。ＣＭＯＳ　１　４は、図示されていない
バッテリでバックアップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）
１０の電源がオフされても不揮発性メモリとなっている
ので、それらのデータはそのまま保持される。

インタフェースｌ５は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーダ、紙テープパンチャ、紙テープリー
グ・パンチャー等の外部機器３１が接続される。紙テー
プリーグからは加工プログラムが読み込まれ、また、数
値制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集された加工プログラ
ムを紙テープパンチャーに出力することができる。

ＰＭＣ　（７’ログラマブル・マシン・コントローラ）
１６はＣＮＣＩＯに内蔵され、ラダー形式で作或された
シーケンスプログラムで機械側を制御する。すなわち、
加工プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及びＴ機
能に従って、これらをシ１３ 一ケンスプログラムで機械側で必要な信号に変換し、Ｉ
／Ｏユニット１７から機械側に出力する。

この出力信号は機械側のマグネット等を駆動し、油圧バ
ルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエイタ等を作動させ
る。また、機械側のリミットスイッチ及び機械操作盤の
スイッチ等の信号を受けて、必要な処理をして、プロセ
ッサ１ｌに渡す。

ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５へは各軸の現在位置、移動
量等のデータが送られて、表示される。

また、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット内のキーボードからのデ
ータ人力信号がインタフェース１９におくられ、バス２
１を経由してプロセッサ１１に渡される。

インタフェース２０は手動パルス発生器３２に接続され
、手動パルス発生器３２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器３２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働部を精密に移動させるのに使用される。

軸制御回路４ｌ〜４４はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受けて、各軸の指令をサーボアｌ４ ンプ５１〜５４に出力する。サーボアンプ５１〜５４は
この移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６４
を駆動する。ザーボモータ６１〜６４には位置検出用の
パルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダから
位置信号がパルス列としてフィードバックされる。場合
によっては、位置検出器として、リニアスケールが使用
される。

また、このパルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換す
ることにより、速度信号を／ｔ戊ずることができる。さ
らに、速度検出用にタコジェネレー夕が使用される場合
もある。図ではこれらの位置信号のフィードバックライ
ン及び速度フィードバックは省略してある。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、所定の位
置にス１５ ？ンドルを位置決めする。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ８２が粘合されている。従−って、ポジショ
ンコーダ８２はスピンドルモータ７３に同期して回転し
、帰還パルスを出力し、その帰還パルスはインタフェー
ス８１を経由して、プロセッサ１１によって、読み取ら
れる。この帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３
に同期して移動させてネジ切り■９・の加王を１１うた
めに使用される。

第９図はＣＲＴ／ＭＤＩユニットの詳細図である。プロ
セッサ２５１はＲＯＭ２　５　２に格納されたグラフィ
ック制御プログラムに従って、各軸の現在位置、アラー
ム、パラメータ、画像データ等のディジタルデータを画
像信号に変換して出力する。プロセッザ２５１はインタ
フェース２５３を介して、ＣＮＣ２０から表示データを
受け、これをグラフィック制御回路２５４に送る。グラ
フィック制御回路２５４はディジタルデー夕をビジュア
ル信号に変換して、表示装置２５６に送る。本１ ６ 発明のワークの切削負荷が許容切削負荷を越えた時はア
ラームメッセージが表示装置２５６に表示される。表示
装置２５６は９インチあるいは１４インチ程度のモノク
ロ、あるいはカラーＣＲＴが使用される。また、液晶表
示装置等が使用されることもある。また、オペレータは
キーボード２５７を使用して、数値制御装置の対話型自
動プログラミング機能の表示装置２５４に表示される間
い掛けに応じて、データを人力し、加工プログラムを作
或し、必要なデータを人力する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、数値制御装置内の形状
モデルから切削負荷を算出し、ワークにかかる切削負荷
を監視するようにしたので、特別の適応制御装置あるい
はセンサー等を設けることなく、ワーク切削負荷の管理
を行うことができる。

また、実際に加工を行うことなく、切削負荷の管理がで
きるので、ワークや工具を破損することなく加工プログ
ラムのチェックをすることができ１７ る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明のワークの切削負荷管
理方式の処理のフローチャート、第２図は単位時間当た
りの切削量を求めるための説明図、 第３図は各工具ごとの切削抵抗係数の例を示す図、 第４図は各材質毎の許容切削負荷の例を示す図、第５図
はワークごとの許容切削負荷の例を示す図、 第６図は加工すべきワークの素材形状の例を示す図、 第７図は加工形状の例を示す図、 第８図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウエアのブロック図、第９図はＣＲＴ／ＭＤ
Ｉユニットの詳細図である。 １８ ワーク 工具 テーブル テーブル テーブル 表示画而 素材形状 表示画面 加工形状 プロセッサ ＲＯＭ ＲＡＭ ＣＭＯ　Ｓ インタフェース ＰＭＣ　（プログラマブル・マ シン・コントローラ） ■／○ユニット インタフェース インタフェース ノくス １ ９ ２　５　１ ２　５　２ ２５３ ２　５　４ ２　５　６ ２　５　７ プロセッザ ＲＯＭ　（グラフィック制御プ ログラｌ．） インタフェース グラフィック制御回路 表示父ｆｉ’７ キーボード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御装置でのワークにかかる切削負荷を管理
   するワークの切削負荷管理方式において、時々刻々変化
   する前記ワークの形状を前記数値制御装置が形状モデル
   にて把握し、 前記形状モデルと、工具の通路から単位時間あたりの切
   削量を算出し、 予め登録しておいた工具によって定まる切削抵抗係数を
   用いて前記ワークにかかる切削負荷を算出し、 前記切削負荷と、予め登録しておいた前記ワーク毎の許
   容切削負荷を比較し、 前記切削負荷が、前記許容切削負荷を越えたときは、加
   工プログラムの運転を中止し、 前記数値制御装置の画面にアラームメッセージを表示す
   ることを特徴とする切削負荷管理方式。
2. （２）実際に加工運転を行わずに、加工プログラムを実
   行して、前記切削負荷と前記許容切削負荷を比較するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワークの切
   削負荷管理方式。
3. （３）実際に加工運転を実行しながら、前記切削負荷と
   前記許容切削抵抗値を比較することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のワークの切削負荷管理方式。