JPS63108409A - Ｎｃ工作機械における動作制御機構およびその方法 - 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】 本発明はＮＣ工作機械における動作制御機構およびその
方法に関し、一層詳細には、接触検知手段によって被加
工物に対する工具の接触状態を検知し、その検知信号に
基づいて前記工具の動作パラメータを変更し加工動作を
行う構成とすることにより加工プログラムの作成効率を
向上させると共に、加工時間を短縮可能としたＮＣ工作
機械における動作制御機構およびその方法に関する。

数値情報に基づいて工具の動作を自動制御し、被加工物
に穴明け、面切削等の加工を行うものとしてＮＣ工作機
械がある。この場合、前記数値情報は、通常、作業内容
を示す制御コードと共に加工プログラムとして穿孔テー
プあるいは磁気テープ等によって当該ＮＣ工作機械に入
力される。

そこで、第１図および第２図に基づき、従来のＮＣ工作
機械による穴明は加工の一例を説明する。この場合、Ｎ
Ｃ工作機械はホルダ２によって保持されたドリル４をＺ
方向に変位させ被加工物６に穴部８を穿設する。すなわ
ち、ＮＣ工作機械は、第２図に示す加工プログラムに基
づき制御コードＧ４３に従ってホルダ２の位置をドリル
長ＨＯＩだけ補正した後、ドリル４の先端部をＺ５１０
まで速度Ｆ０で早送りする。次いで、制御コードＧＯＩ
に従ってドリル４を加工速度ｆで２４８０まで移動する
ことにより穴部８が穿設される。

とこ本で、この加工プログラムでは、加工時間を短縮す
るためにドリル４を２５１０の位置まで速度Ｆｏで早送
りした後、加工速度ｆ（ｆ＜ＦＯ）で被加工物６への穴
明は作業を行っている。この場合、ドリル４が早送りの
速度Ｆ０で被加工物６の加工面６ａに衝突し、その先端
部が損壊されるのを防止するため、前記加工面６ａより
所定距離だけ手前の位置からドリル４を低速の加工速度
ｆで走行させるように制御している。従って、ドリル４
を損壊することなく被加工物６を加工するには、実際の
加工面６ａから所定のクリアランス分だけ手前の位置の
２座標を算出して加工プログラムを作成しなければなら
ない、また、この２座標にはドリル４の長さも考慮して
おく必要がある。そのため、ＮＣ工作機械には工具が変
更される度にＨＯＩで規定される工具長データを入力し
なければならず、その作業が煩わしいという不都合が指
摘されている。さらに、前記２座標の設定あるいは工具
長データの設定を誤ると、トリ、ル４が被加工物６に衝
突しドリル４あるいはホルダ２が損壊してしまう危険性
がある。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、接触検知手段によって被加工物に対する工具の
接触状態を検知し、その検知信号に基づいて加工プログ
ラムにおける前記工具の動作パラメータを変更して前記
被加工物を加工することにより、前記加工プログラムの
作成効率を向上させると共に、被加工物の加工時間を短
縮し安全な加工作業を遂行することの出来るＮＣ工作機
械における動作制御機構およびその方法を提供すること
を目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は工具の動作を規
定した加工プログラムにより指定される動作パラメータ
から工具駆動信号を作成する処理手段と、前記工具駆動
信号に基づいて前記工具を駆動するサーボ駆動手段と、
被加工物に対する前記工具の接触状態を検知し検知信号
を出力する接触検知手段と、前記検知信号に基づいて前
記動作パラメータを変更する変更手段とを備えることを
特徴とする。

また、本発明は工具を加工プログラムの動作パラメータ
に基づいて駆動し被加工物を加工する際、接触検知手段
により工具が前記被加工物に接触したことを検知し、そ
の検知信号によって前記動作パラメータを変更し、次い
で、変更された動作パラメータに基づいて前記工具を駆
動することを特徴とする。

次に、本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機構
について好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しな
がら、以下、詳細に説明する。

第３図は本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機
構を示し、この動作制御機構は支持テーブル１０に固定
された被加工物１２に対してドリル１４を用いて穴部１
６を穿設する際の動作制御を行うものである。この場合
、前記動作制御機構は加工プログラムに基づきドリル１
４を駆動するＮＣ装置１８と、前記ドリル１４の先端部
が被加工物１２に接触したことを検知し、前記ＮＣ装置
１８に対して加工動作を変更するための信号を出力する
接触検知装置２０とから基本的に構成される。

接触検知装置２０は被加工物１２の支持テーブル１０に
固着された振動検出センサ２２と、前記振動検出センサ
２２からの出力信号を増幅する増幅器２４と、増幅器２
４によって増幅された信号を整流する整流器２６と、前
記整流された信号を所定の基準信号と比較しＮＣ装置１
８に対して検知信号（ＲＥＳＰ）を出力する比較器２８
とを含む。ここで、振動検出センサ２２はドリル１４が
被加工物１２に接触した時に発生する特定の振動を検知
するものであり、この振動検出センサ２２にはＮＣ装置
１８から出力されるテスト信号（ＲＥ　Ｑ）に基づいて
振動するテスト用振動発生器３０が一体的に取着される
。なお、振動検出センサ２２およびテスト用振動発生器
３０は圧電素子より構成しておくと好適である。

一方、ＮＣ装置１８は、第４図に示すように、ＮＣテー
プに記録された加工プログラムを読み込むテープリーダ
３２と、前記加工プログラムを機械語に翻訳するデコー
ダ３４と、前記デコーダ３４によって翻訳された加工プ
ログラムの一行分を格納するバッファレジスタ３６と、
加工プログラムの指令値（動作パラメータ）に所定の演
算処理を施し当該指令値を単位時間毎の駆動信号として
出力する演算部３８と、前記駆動信号に基づきドリル１
４をｘ、ｙ、ｚ方向に夫々変位させるＸ軸モータ４０ｘ
、Ｙ軸モータ４０ｙおよびＺ軸モータ４０ｚを駆動する
サーボ駆動部４２とを含む。

ここで、ＮＣテープから入力される加工プロダラムには
、第２図に示す従来の制御コードの他に、例えば、第５
図に示す制御コードＧ４０１で示されるＧコードがある
。この場合、Ｇコードで示される加工プログラムの行番
号Ｎはデコーダ３４におけるＧコードレジスタ４４に記
録される。なお、このＧコードレジスタ４４は演算部３
８がＮ行目の加工プログラムの処理を行う際に接触検知
装置２０のテスト用振動発生器３０に対してテスト信号
（ＲＥ　Ｑ）を出力する。この場合、テスト信号（ＲＥ
Ｑ）は接触検知装置２０からの検知信号（ＲＥＳＰ）と
共にアンドゲート４６に人力し、前記アンドゲート４６
の出力はＧコードレジスタ４４の出力と共にデコーダ３
４のアンドゲート４８に入力する。また、前記検知信号
（ＲＥＳＰ）とアンドゲート４８の出力信号（ＥＮＢＬ
）は夫々ゲート回路５０に入力する。ここで、ゲート回
路５０は検知信号（ＲＥＳＰ）がＨレベルである時、切
換信号（ＣＮＴ）を出力する。

演算部３８は第１乃至第３のレジスタ５２ａ乃至５２ｃ
と、加工プログラムより指定された指令値（動作パラメ
ータ）を変更する指令値変更手段５４と、前記指令値を
駆動信号として出力するデジタル微分解析器（以下、Ｄ
ＤＡと称する）５６とを有する。第ルジスタ５２ａには
ドリル１４の目標座標とその移動速度の指令値が格納さ
れ、第２レジスタ５２ｂにはドリル１４によって穿設さ
れる穴部１６の深さデータおよび当該穿設時におけるド
リル１４の加工速度の指令値が格納さ軌る。

また、第３レジスタ５２ｃにはＸ軸モータ４０Ｘ。

Ｙ軸モータ４０ｙ、およびＺ軸モータ４０２に装着され
た位置検出器５８ｘ乃至５８ｚからの位置データが格納
される。指令値変更手段５４はゲート回路からの切換信
号（ＣＮＴ）に基づいてＤＤＡ５６に対する経路を第ル
ジスタ５２ａから第２レジスク５２ｂに切り換えると共
に、前記第２レジスタ５２ｂに格納された穴部１６の深
さデータを必要に応じて第３レジスタ５２ｃに格納され
た位置データに基づいて補正しＤＤＡ５６に転送する。

一方、演算部３８から出力される駆動信号はゲート回路
６０を介してサーボ駆動部４２に出力される。この場合
、前記ゲート回路６０はゲート回路５０からの切換信号
（ＣＮＴ）によってクローズされる一方、指令値変更手
段５４からの解除信号によりオープンされるように構成
しておく。サーボ駆動部４２はゲート回路６０を介して
供給される前記駆動信号を格納するサーボレジスタ６２
と、前記駆動信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換
回路６４と、Ｘ他モータ４０ｘ、Ｙ他モータ４０ｙ、Ｚ
他モータ４０ｚを駆動するドライバ６６とで構成される
。

本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機構は基本
的には以上のように構成されるものであり、次にその作
用並びに効果について説明する。

先ず、テープリーダ３２によって加工プログラムの記録
されたＮＣテープを読み込み、前記加工プログラムをデ
コーダ３４で機械語に翻訳する。

この場合、デコーダ３４は前記加工プログラムの各行（
Ｎ−２）、（Ｎ−１）、Ｎ・・・を順次機械語に翻訳し
、Ｎ行目の加工プログラムにおいて第５図に示す制御コ
ードＧ４０１を検知した場合、その行番号ＮをＧコード
レジスタ４４に格納する。

次いで、デコーダ３４によって翻訳された加工プログラ
ムはバッファレジスタ３６を介して演算部３８に転送さ
れる。

ここで、（Ｎ−２）行目の前記加工プログラムの制御コ
ードが第２図に示す従来の制御コードである場合、その
加工プログラムにおいて設定された指令値が第ルジスタ
５２ａに格納される。そして、前記指令値はＤＤＡ５６
によって駆動信号に変換され、ゲート回路６０を介して
サーボ駆動部４２に転送される。そこで、前記駆動信号
はサーボレジスタ６２に一旦格納された後、Ｄ／Ａ変換
回路６４によりアナログ信号に変換され、ドライバ６６
によってＸ他モータ４０ｘ、Ｙ他モータ４０ｙあるいは
Ｚ他モータ４０ｚが所定量駆動されてドリル１４が所望
の動作を行うことになる。

次に、前記の動作が完了すると演算部３８はデコーダ３
４に完了信号を出力する。この場合、デコーダ３４は次
の（Ｎ−１）行目の加工プログラムにＧコードがあるか
否かをＧコードレジスタ４４によってチェックし、その
結果をアンドゲート４８の一方の入力端子に出力する。

ここで、（Ｎ−１）行目の加工プログラムに第５図に示
すＧコードが付されていない場合、Ｇコードレジスタ４
４からアンドゲート４８に出力される信号はＬレベルと
なり、前記アンドゲート４８の出力信号はＬレベルとし
てゲート回路５０に入力する。

従って、ゲート回路５０は演算部３８における指令値変
更手段５４に切換信号（ＣＮＴ）を出力せず、演算部３
８は、前述した場合と同様に、第ルジスタ５２ａに格納
された（Ｎ−１）行目の加工プログラムに係る指令値に
基づいて演算処理を行いドリル１４を駆動する。

（Ｎ−１）行目の加工プロクミラムによって指定された
動作が完了すると、演算部３８は再びデコーダ３４に完
了信号を出力する。

そこで、次のＮ行目の加工プログラムに第５図に示すＧ
コードが付された場合の処理工程について、第６図のフ
ローチャートに基づき説明する。

演算部３８から（Ｎ−１）行目の加工プログラムの完了
信号を受けると、デコーダ３４はＧコードレジスタ４４
においてＮ行目の加工プログラムにＧコードがあるか否
かを調べ、第５図に示すＧコードが付されている場合、
すなわち、制御コードが０４０１である場合、Ｈレベル
の信号をアンドゲート４８の一方の入力端子に出力する
。

また、デコーダ３４は接触検知装置２０に対してテスト
信号（ＲＥＱ）を出力する＜５ＴＰＩ）。

ここで、接触検知装置２０は前記テスト信号（ＲＥＱ）
を受けてテスト用振動発生器３０に振動を発生させる。

この振動は振動検出センサ２２に伝達し、次いで、振動
検出センサ２２が正常に動作した場合、前記振動が電気
信号に変換され増幅器２４、整流器２６および比較器２
８を介して検知信号（ＲＥＳＰ）としてアンドゲート４
６の一方の入力端子に出力される。なお、前記アンドゲ
ート４６の他方の入力端子にはＨレベルの前記テスト信
号（ＲＥ　Ｑ）が入力しており、アンドゲート４６の出
力端子からはアンドゲート４８の他方の入力端子に対し
てＨレベルの信号が出力されることになる。従って、ゲ
ート回路５０にはアンドゲート４８からのＨレベルの出
力信号（ＥＮＢＬ）が入力され、振動検出センサ２２が
正常に動作することが確認される（ＳｒＦ２）。

一方、デコーダ３４から接触検知装置２０に対してテス
ト信号（ＲＥ　Ｑ）が出力されてから所定時間（Ｔｏ）
経過しても検知信号（ＲＥＳＰ）が得られない場合には
（ＳｒＦ２）　、ＮＣ装置１８は警報を発して振動検出
センサ２２の動作不良を知らせる（ＳｒＦ２）。

次に、振動検出センサ２２が正常に動作している場合に
ついて説明する。この場合、ドリル１４が第５図に示す
加工プログラムに基づいて動作するものとすれば、第ル
ジスタ５２ａには第７図ａまたはｂに示す目標点のＺ座
標２と前記目標点までのドリル１４の移動速度Ｆ、（予
め設定されているものとする）とが格納され、また、第
２レジスタ５２ｂには被加工物１２に穿設される穴部１
６の深さｋと加工速度ｆとが格納される。

そこで、先ず、目標点のＺ座標２を第７図ａのように設
定した場合、ＤＤＡ５６は第ルジスタ５２ａの指令値２
に基づき所定の駆動信号をゲート回路６０を介してサー
ボ駆動部４２に出力する。

サーボ駆動部４２は前記駆動信号をサーボレジスタ６２
に格納した後、Ｄ／Ａ変換回路６４によってアナログ信
号に変換し、前記アナログ信号に基づいてドライバ６６
によりＺ軸モータ４０ｚを駆動する。この結果、ドリル
１４が被加工物１２に指向してＺ方向に早送り速度Ｆ。

で移動を開始する（ＳｒＦ５）。

ドリル１４がＺ方向に所定量移動し先端部が被加工物１
２に接触すると、その接触時に発生する振動が振動検出
センサ２２によって検知される。

振動検出センサ２２からの出力信号は増幅器２４によっ
て増幅された後、整流器２６により整流され比較器２８
において基準信号と比較され、当該信号が所定レベル以
上である場合には検知信号（ＲＥ　Ｓ　Ｐ）　　として
ＮＣ装置１８に出力される（ＳｒＦ２）。なお、振動検
出センサ２２から出力される信号は、例えば、第８図に
示す特性を有しており、比較器２８に所定の闇値を設定
しておけばドリル１４が被加工物１２に接触したことを
容易に検知することが可能である。

そこで、比較器２８から出力された検知信号（ＲＥ　Ｓ
　Ｐ）はゲート回路５０を駆動して前記ゲート回路５０
から切換信号（ＣＮ　Ｔ）が指令値変更手段５４および
ゲート回路６０に夫々出力される。

この場合、ゲート回路６０は前記切換信号（ＣＮＴ）に
よってクローズされ、サーボ駆動部４２への駆動信号の
送出を停止する。一方、指令値変更手段５４は前記切換
信号（ＣＮＴ）に基づいて第２レジスタ５２ｂに格納さ
れた指令値を必要に応じて補正してＤＤＡ５６に転送す
る。ＤＤＡ５６は前記指令値に基づいて駆動信号をゲー
ト回路６０に出力する。この時゛、指令値変更手段５４
は解除信号を出力して前記ゲート回路６０をオープンし
、前記駆動信号がサーボ駆動部４２に転送され、この結
果、Ｚ軸モータ４０ｚが駆動される。この場合、Ｚ軸モ
ータ４０ｚはドリル１４を加工速度ｒでＺ方向に指令値
にだけ移動させ穴部１６を穿設する（ＳｒＦ７）。

ここで、ドリル１４の先端部が被加工物１２に接触し、
その速度が早送り速度Ｆ０から加工速度ｆに変換される
際、当該先端部が慣性力によって被加工物１２に所定量
食い込んでいる場合が考えられる。、このような場合、
指令値変更手段５４はＺ軸モータ４０ｚの位置検出器５
８ｚにより検出され第３レジスタ５２ｃに格納される位
置データを用いて第２レジスタ５２ｂの指令値にの値を
補正しＤＤＡ５６に転送すれば、ドリル１４の早送り速
度Ｆ０による食込み量を補正して正確な深さの穴部１６
を穿設することが可能である。なお、補正の仕方は種々
あるが、例えば、切換信号（ＣＮＴ）の発生時点でのサ
ーボ誤差αを算出し、「ｋ−α」をＤＤＡ５６へ与える
ことも可能である。

一方、第７図すに示すように、目標点のＺ座標を被加工
物１２の加工面よりもやや手前に設定した場合、ドリル
１４は次のように動作する。すなわち、ドリル１４が早
送り速度Ｆ０でＺ方向に２だけ移動すると（ＳＴＰ８）
、指令値変更手段５４はＤＤＡ５６に第２レジスタ５２
ｂに格納された指令値ｆを転送し、前記ドリル１４を加
工速度ｆで予め設定された許容値ｚ、の範囲内でＺ方向
に移動する（ＳＴＰ９）。ドリル１４の先端部が被加工
物１２に接触すると振動検出センサ２２がその接触状態
を検知し、接触検知装置２０によって検知信号（ＲＥ　
Ｓ　Ｐ）がゲート回路５０に出力される（ＳＴＰＩＯ）
。この場合、ゲート回路５０は切換信号（ＣＮＴ）を指
令値変更手段５４およびゲート回路６０に出力する。そ
こで、指令値変更手段５４は第２レジスタ５２ｂに格納
された指令値をＤＤＡ５６に出力すると共にゲート回路
６０をオープンする。従って、ＤＤＡ５６はゲート回路
６０を介してサーボ駆動部４２に所定の駆動信号を出力
し、前記サーボ駆動部４２がＺ軸モータ４０ｚを駆動し
てドリル１４を加工速度ｆでＺ方向にｋだけ移動させ穴
部１６を穿設する（ＳＴＰ７）。

なお、所定時間経過しても接触検知装置２０から検知信
号（ＲＥ　Ｓ　Ｐ）が出力されず、しかも、ドリル１４
のＺ方向の移動量が許容値ｚ１を超過した場合（ＳＴＰ
ＩＩ）　、ＮＣ装置１８は警報信号を発して装置の動作
異常を知らせる（ＳＴＰ１２）。

なお、上述した実施例ではドリル１４によって被加工物
１２に穴部１６を穿設する場合について説明したが、例
えば、フライスカッターによって任意形状の被加工物の
面切削作業を行うことも出来る。すなわち、第９図ａお
よびｂに示ずように、不定形曲面からなるボス６８を有
する被加工物７０をフライスカンクー７２によって面切
削する場合、フライスカフターフ２の周縁部がボス６８
に接触した時の振動を振動検出センサ２２によって検知
しその動作パラメータを指令値変更手段５４によって変
更すれば、フライスカッター７２とボス６８との接触点
Ａの座標を何ら算出することなく極めて簡単な加工プロ
グラムに基づき一点鎖線で示す経路に沿って面切削作業
を行うことが出来る。

以上のように本発明によれば、被加工物に対する工具の
接触状態を接触検知手段によって検知し、その検知信号
に基づいて前記工具の動作パラメータを変更して加工作
業を遂行するように構成している。そのため、従来のよ
うに工具の先端部が被加工物に接触する直前の座標デー
タや工具形状等のデータを考慮して加工プログラムを作
成する必要性がなく、従って、当該加工プログラムの作
成時間が著しく短縮されるという利点が得られる。また
、従来のように、当該データの設定ミスによって工具等
を損壊する虞もない。さらに、工具を被加工物に接触す
るまで早送り速度で移動させることが出来るため被加工
物の加工に要する時間を短縮することが可能となる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る被加工物の加工方法の説明図、 第２図は従来技術に係る加工プログラムの説明図、 第３図は本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機
構の構成説明図、　、 第４図は本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機
構の構成ブロック図、 第５図は本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御機
構に適用される加工プログラムの説明図、 第６図は本発明に係るＮＣ工作機械における動作制御方
法を示すフローチャート、 第７図ａおよびｂは本発明に係るＮＣ工作機械における
動作制御方法の説明図、 第８図は第３図に示す振動検出センサの出力特性図、 第９図ａおよびｂは本発明に係るＮＣ工作機械における
動作制御方法の他の適用例を示す平面説明図および断面
説明図である。 １０・・・支持テーブル　　　　１２・・・被加工物１
４・・・ドリル　　　　　　　１８・・・ＮＣ装置２０
・・・接触検知装置　　　　２２・・・振動検出センサ
３０・・・テスト用振動発生器　３２・・・テープリー
ダ３４・・・デコーダ ３６・・・バッファレジスタ　　３８・・・演算部４０
ｘ・・・Ｘ軸モータ　　　　４０ｙ・・・Ｙ軸モータ４
０ｚ・・・Ｚ軸モータ　　　　４２・・・サーボ駆動部
４４・・・Ｇコードレジスタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具の動作を規定した加工プログラムにより指定
   される動作パラメータから工具駆動信号を作成する処理
   手段と、前記工具駆動信号に基づいて前記工具を駆動す
   るサーボ駆動手段と、被加工物に対する前記工具の接触
   状態を検知し検知信号を出力する接触検知手段と、前記
   検知信号に基づいて前記動作パラメータを変更する変更
   手段とを備えることを特徴とするＮＣ工作機械における
   動作制御機構。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の機構において、接触
   検知手段は被加工物の支持テーブルに固着され前記被加
   工物に対する工具の接触時に発生する振動を検知する振
   動検知センサより構成してなるＮＣ工作機械における動
   作制御機構。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の機構において、振動
   検知センサには処理手段から出力されるテスト信号に基
   づいて擬似振動を発生し前記振動検知センサの動作テス
   トを行う振動発生器が取着されてなるＮＣ工作機械にお
   ける動作制御機構。
4. （４）工具を加工プログラムの動作パラメータに基づい
   て駆動し被加工物を加工する際、接触検知手段により工
   具が前記被加工物に接触したことを検知し、その検知信
   号によって前記動作パラメータを変更し、次いで、変更
   された動作パラメータに基づいて前記工具を駆動するこ
   とを特徴とするＮＣ工作機械における動作制御方法。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載の方法において、加工
   プログラムは動作パラメータを変更する制御コードを有
   し、前記制御コードに基づいて接触検知手段を動作可能
   とするＮＣ工作機械における動作制御方法。