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技術 工作機械制御装置

出願人 村田機械株式会社
発明者 河合秀貢
出願日 2012年10月23日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2012-233378
公開日 2014年5月12日 (6年7ヶ月経過) 公開番号 2014-085775
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の自動制御 数値制御
主要キーワード 位置命令 ガントリ型 タレット型 前後移動台 試験運転 下向き姿勢 モーダル情報 架設レール
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年5月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

主軸が停止する時点が定まるように、工作機械命令の作成が行えて、ローダ等の主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる工作機械制御装置を提供する。

解決手段

工作機械2の主軸3を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令R1を行う手段と、指定時間回転命令実行手段32とを備える。指定時間回転命令実行手段32は、前記指定時間回転命令R1に従って主軸3のモータ6に対し主軸3の回転を開始させかつ指定された回転時間が経過した時点で主軸3の回転が停止するように制御する。指定時間回転命令R1は、例えば加工プログラム24に設ける。指定時間回転命令実行手段32は、主軸3の加減速に必要な時間を計算し、主軸3の回転の開始時刻から指定された回転時間を経過した時点t2で主軸3の回転を停止させる時刻t1を計算する停止時刻演算部29aを有する。

概要

背景

旋盤等の工作機械に搭載されている主軸切削するための機器であり、加工プログラムからの命令は、回転方向と回転速度である。また、定位置に固定したい場合にはオリエンテーション命令が用いられる。

概要

主軸が停止する時点が定まるように、工作機械の命令の作成が行えて、ローダ等の主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる工作機械制御装置を提供する。 工作機械2の主軸3を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令R1を行う手段と、指定時間回転命令実行手段32とを備える。指定時間回転命令実行手段32は、前記指定時間回転命令R1に従って主軸3のモータ6に対し主軸3の回転を開始させかつ指定された回転時間が経過した時点で主軸3の回転が停止するように制御する。指定時間回転命令R1は、例えば加工プログラム24に設ける。指定時間回転命令実行手段32は、主軸3の加減速に必要な時間を計算し、主軸3の回転の開始時刻から指定された回転時間を経過した時点t2で主軸3の回転を停止させる時刻t1を計算する停止時刻演算部29aを有する。

目的

この発明の目的は、主軸の回転が停止する時点が定まるように、工作機械を制御する命令の作成およびその命令の実行が行えて、工作機械と組み合わせる機器や工作機械自体の、主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる工作機械制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

工作機械主軸を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令を行う手段と、前記指定時間回転命令に従って前記主軸の回転駆動機構に対し主軸の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令で指定された回転時間が経過した時点で主軸の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段とを備えた工作機械制御装置

請求項2

加工プログラム解読して実行する解読・実行手段を有し、前記指定時間回転命令を行う手段は、前記加工プログラムである請求項1記載の工作機械制御装置。

請求項3

主軸の加減速に必要な時間を定められた規則に従って計算し、主軸の回転の開始時刻から前記指定された回転時間を経過した時点で前記主軸の回転が停止するように前記回転駆動機構を停止させるべき時刻を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部と、この停止時刻演算部により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構を停止させる実行部とを前記解読・実行手段に備える請求項2記載の工作機械制御装置。

技術分野

0001

この発明は、旋盤等の工作機械を制御する工作機械制御装置に関し、特にその主軸の回転時間の制御に関する。

背景技術

0002

旋盤等の工作機械に搭載されている主軸は切削するための機器であり、加工プログラムからの命令は、回転方向と回転速度である。また、定位置に固定したい場合にはオリエンテーション命令が用いられる。

先行技術

0003

特許第4281218号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ローダロボット等のワークを搬送する装置と工作機械とが組合わさった場合、ワークの受け渡し時に、主軸は、切粉等の塵を払い落とすために回転させることが多い。このときに、従来の命令方法では、主軸の回転の停止は加工プログラムにおける回転の停止命令で行うため、この停止命令の実行によりモータ駆動電流遮断してから実際に主軸の回転が停止するまでの惰性回転時間が生じる。ローダにより主軸に対してワークの受け渡しを行うには、主軸が完全に停止した状態で行う必要がある。このため、ローダプログラムを作成するときに、前記惰性回転時間を見込んだタイミングで受け渡しを行わせるようにする必要があり、前記惰性回転時間が待ち時間となる。要求される受け渡し時間が厳しい場合、この待ち時間が大きなロスになる。

0005

加工プログラムにおいて、回転の停止命令を出すタイミングを早めることは考えられるが、切粉等の塵を払い落とすのに必要な時間を確保した上で、回転の停止命令を出すタイミングを早めようとすると、主軸の正確な惰性回転時間が不明なため、どの時点で停止命令を出すように定めるかをプログラム作成者が考慮することは難しい。また、ローダプログラムを作成する場合にも、惰性回転時間が不明なため、安全のために惰性回転時間を余分に見積もってローダの受け渡し動作を開始させるようにプログラムせざるを得ない。

0006

この発明の目的は、主軸の回転が停止する時点が定まるように、工作機械を制御する命令の作成およびその命令の実行が行えて、工作機械と組み合わせる機器や工作機械自体の、主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる工作機械制御装置を提供することである。
この発明の他の目的は、加工プログラムによって上記回転時間を指定した指定時間回転命令が行えて、指定時間回転命令を容易に作成できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、前記主軸の回転が停止する時点が正確に定まるように制御可能とすることである。

課題を解決するための手段

0007

この発明の工作機械制御装置(1)は、工作機械(2)の主軸(3)を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令(R1)を行う手段(24)と、前記指定時間回転命令(R1)に従って前記主軸(3)の回転駆動機構(6)に対し主軸(3)の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令(R1)で指定された回転時間が経過した時点で主軸(3)の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段(32)とを備える。前記主軸(3)の回転駆動機構(6)は、例えばモータである。

0008

この構成によると、指定時間回転命令実行手段(32)が指定時間回転命令(R1)を実行し、前記指定時間回転命令(R1)で指定された回転時間(TA)が経過した時点(t2)で主軸(3)の回転が停止するように、前記主軸(3)の回転駆動機構(6)を制御する。このように、主軸(3)の回転が停止する時点(t2)が定まるように、工作機械(2)を制御する命令の作成、およびその命令の実行が行える。そのため、工作機械(2)と組み合わせる機器や工作機械(2)自体の、主軸回転停止後の動作の開始命令の作成を行うにつき、主軸(3)の惰性回転時間や、この惰性回転時間を余分に見込むことによって生じる余分な待ち時間が軽減できる。

0009

この発明の工作機械制御装置(1)において、加工プログラム(24)を解読して実行する解読・実行手段(31)を有し、前記指定時間回転命令(R1)を行う手段は、前記加工プログラム(24)であっても良い。
この場合、加工プログラム(24)によって上記回転時間(TA)を指定した指定時間回転命令(R1)が行えて、指定時間回転命令(R1)を容易に作成することができる。

0010

この場合に、主軸(3)の加減速に必要な時間(T1,T2)を定められた規則に従って計算し、主軸(3)の回転の開始時刻(t0)から前記指定された回転時間(TA)を経過した時点(t2)で前記主軸(3)の回転が停止するように前記回転駆動機構(6)を停止させるべき時刻(t1)を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部(29a)と、この停止時刻演算部(29a)により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構(6)を停止させる実行部(25b)とを前記解読・実行手段(31)に備えるようにしても良い。
上記の「定められた規則」は、主軸(3)を回転させるモータ(6)や工作機械(2)の特性、あるいは試験運転の結果等に応じて適宜定められる規則である。この規則において、制御系の処理時間を見込むようにしても良い。

0011

この構成の場合、前記停止時刻演算部(29a)は、主軸(3)の加減速に必要な時間を計算して主軸(3)の回転の開始時刻(t0)から前記指定された回転時間(TA)を経過した時点(t2)で前記主軸(3)の回転が停止するように前記回転駆動機構(6)を停止させるべき時刻(t1)を計算する。そのため、前記主軸(3)の回転が停止する時点(t2)が正確に定まるように制御することができる。

発明の効果

0012

この発明の工作機械制御装置は、工作機械の主軸を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令を行う手段と、前記指定時間回転命令に従って前記主軸の回転駆動機構に対し主軸の回転を開始させかつ前記指定時間回転命令で指定された回転時間が経過した時点で主軸の回転が停止するように制御する指定時間回転命令実行手段とを備えるため、主軸の回転が停止する時点が定まるように、工作機械を制御する命令の作成およびその命令の実行が行えて、工作機械と組み合わせる機器や工作機械自体の、主軸回転停止後の動作開始に余分な待ち時間が生じることが軽減できる。

0013

加工プログラムを解読して実行する解読・実行手段を有し、前記指定時間回転命令を行う手段が前記加工プログラムである場合は、加工プログラムによって上記回転時間を指定した指定時間回転命令が行えて、指定時間回転命令が容易に作成できる。

0014

この場合に、主軸の加減速に必要な時間を定められた規則に従って計算し、主軸の回転の開始時刻から前記指定された回転時間を経過した時点で前記主軸の回転が停止するように前記回転駆動機構を停止させるべき時刻を計算して停止命令を生成する停止時刻演算部と、この停止時刻演算部により生成された前記停止命令に従って前記回転駆動機構を停止させる実行部とを前記解読・実行手段に備える場合は、前記主軸の回転が停止する時点が正確に定まるように制御することが可能となる。

図面の簡単な説明

0015

この発明の一実施形態に係る工作機械制御装置の概念構成を示すブロック図である。
その制御対象となる工作機械およびこれに組み合わせたローダを示す正面図である。
主軸の回転動作例を示すグラフである。

実施例

0016

この発明の一実施形態を図1ないし図3と共に説明する。この工作機械制御装置1は、工作機械2を制御する装置であり、制御対象となる工作機械2は回転する主軸3を有し、例えば旋盤からなる。工作機械2の具体例を図2に示す。この工作機械2は、タレット型の旋盤であり、ローダ4と組み合わせて使用される。

0017

工作機械2は、ベッド5上に主軸台5aを介して主軸3が設置され、主軸3の先端のチャック3aによりワークWを把持する。主軸3は、回転駆動機構であるモータ6〈図1〉により回転駆動される。図2において、ベッド5上の主軸台5aの側方に、送り台7を介してタレット型の刃物台8が設置され、刃物台8の外周部に複数の工具9(一部のみ図示)が設置されている。刃物台8は中心部でタレットバー(図示せず)を介して送り台7に前後(Z軸方向)移動、および回転が自在に設置され、回転により任意の工具9が主軸3に対して割り出される。送り台7は、モータ10によりボールねじ機構11を介して左右(X軸方向)に進退駆動され、前記タレットバーは他のモータ(図示せず)により進退駆動され、送り台7の左右移動、およびタレットバーの前後移動により、刃物台8が直交2軸方向(X,Z方向)に移動させられる。工作機械2は、この他に、クーラント供給装置19(図1)を有している。

0018

図2に示すようにローダ4は、架設レール12に沿って走行する走行体13に、前後移動台14を介して昇降軸15を設置し、昇降軸15の下端ローダヘッド16に、ワークWを把持する2個のチャック17を設けたガントリ型である。2個のチャック17は、下向き姿勢正面向き姿勢とに互いに入れ替え自在である。走行体13の走行、前後移動台14の前後移動、および昇降軸15の昇降により、ローダヘッド16が直交3軸方向に移動する。

0019

図1において、工作機械制御装置1は、上記構成の工作機械2を制御する装置であり、図2のローダ4は、工作機械制御装置1と互いに通信を行うローダ制御装置(図示せず)により制御される。このローダ制御装置にはコンピュータ式のプログラマブルコントローラ等が用いられる。

0020

工作機械制御装置1は、この実施形態では、コンピュータ式の数値制御装置21とプログラマブルコントローラ22とで構成される。数値制御装置21は、加工プログラム記憶部23に記憶された加工プログラム24を演算制御部25により解読して実行し、演算制御部25から出力された命令に従ってサーボモータ制御部26により主軸3のモータ6を含む各軸のモータの制御を行う。加工プログラム24はNCコード等で記述されている。演算制御部25による実行時に、パラメータ記憶部27に記憶された主軸回転速度等の各種のパラータを用いる。演算制御部25は、解読部25aと実行部25bとでなり、解読部25aは、加工プログラム24の各命令を順に読み出し、加工プログラム24の各命令の冒頭にあるアルファベット等で記述されるアドレスキャラクタ等から、命令の種類を解読する。解読部25aは、実行部25bで実行すると定められた種類の命令、例えば、各軸の送り機能ワード(Fコード)、準備機能ワード(Gコード)等による命令は、実行部25bへ送り、その他の命令、例えば補助機能ワード(Mコード)、主軸機能ワード(Sコード)、工具機能ワード(Tコード)等による命令は、プログラマブルコントローラ22へ転送する。実行部25bは、解読部25aから送られた命令を実行し、サーボモータ制御部26へ位置命令等を出力する。

0021

プログラマブルコントローラ22は、数値制御装置21と協同して、シーケンスプログラム(図示せず)により制御する装置であり、シーケンス制御手段28と補助演算手段29とを有する。シーケンス制御手段28は、工作機械2における前記クーラント供給装置19や刃物台8の回転割出等のシーケンス動作を行う機構部を制御するものであり、数値制御装置21の解読部25aから送られてきた加工プログラム24におけるシーケンス動作の命令を実行する。

0022

補助演算手段29は、数値制御装置21に対して処理を行う手段であり、数値制御装置21の解読部25aから送られてきた加工プログラム24における定められた種類の命令に対して、その命令の要求する処理を行い、処理結果を数値制御装置21の実行部25bへ出力する。

0023

前記数値制御装置21の演算制御部25およびサーボモータ制御部26と、プログラマブルコントローラ22におけるシーケンス制御手段28および補助演算手段29により、加工プログラム24を解読して実行する解読・実行手段31が構成される。

0024

この構成の工作機械制御装置1において、工作機械2の主軸3を指定した時間だけ回転させる命令である指定時間回転命令R1が加工プログラム24に記述され、この指定時間回転命令R1を実行する指定時間回転命令実行手段32が設けられる。この場合、加工プログラム24が、指定時間回転命令を行う手段となる。加工プログラム24における指定時間回転命令R1は、例えば、指定時間回転命令であることを示すアドレスキャラクタ(図示の例では「B」)と、これに続く主軸3を回転させる回転時間TA(図示の例では「0.2」(単位秒))とで、「B0.2」等のように記述される。

0025

なお、指定時間回転命令R1は、加工プログラム24において、主軸3で支持しているワークWを加工しない間に主軸3を回転させる場合、例えば、ワークWやチャック3aに付着した切粉等の塵を払い落とすために回転させる場合等に対して設けられる。加工する間は、回転速度を維持して回転する時間が重要であるため、従来と同様に停止命令(図示せず)によって主軸3のモータ6を停止させるようにする。

0026

指定時間回転命令実行手段32は、プログラマブルコントローラ22における前記補助演算手段29の一部として設けられる停止時刻演算部29aと、数値制御装置21における前記解読部25aおよび実行部25bにより構成される。

0027

停止時刻演算部29aは、この工作機械制御装置1が記憶している主軸3を回転させるべき回転速度S(図3)から、主軸3の加減速に必要な時間T1,T2を、定められた規則(図示せず)に従って計算し、主軸3の回転の開始時刻t0から前記指定された回転時間TAを経過した時点t2で主軸3の回転が停止するように、前記回転駆動機構である主軸駆動用のモータ10を停止させるべき時刻t1を計算し、その時刻t1になると停止命令を出力する。
この出力した停止命令は実行部25bに送られ、実行部25bはこの停止命令に従って主軸3のモータ6を停止させる命令を出力する。

0028

なお、上記の「工作機械制御装置1が記憶している主軸3を回転させるべき回転速度」は、例えば先に主軸命令R2等で命令されてモーダル情報として記憶している主軸回転速度や、パラメータ記憶部27にパラメータ等として記憶している主軸回転速度等である。上記「定められた規則」は、主軸3を回転させるモータ6や工作機械2の特性、あるいは試験運転の結果等に応じて適宜定められる規則である。この規則において、制御系の処理時間を見込むようにしても良い。

0029

上記構成による制御動作を説明する。加工プログラム24に記述された各命令は、数値制御装置21の解読部25aで順次読み出され、実行部25bで直接に実行すべき命令、例えば刃物台移動命令(図示せず)等は実行部25bに送られ、実行部25bで実行される。その実行によりサーボモータ制御部26に出力された命令によりモータ駆動が行われる。
解読部25aで順次読み出された命令のうち、シーケンス制御の命令はプログラマブルコントローラ22のシーケンス制御手段28に転送され、シーケンス制御手段28の制御によって工作機械2の該当部が駆動される。
解読部25aで順次読み出された命令のうち、他の定められた命令は、プログラマブルコントローラ22の補助演算手段29に送られ、補助演算手段29により処理が成されて数値制御装置21の実行部25bへ命令または情報が与えられる。

0030

加工プログラム23の指定時間回転命令R1は、補助演算手段29に送られる命令の一つであり、解読部25aから補助演算手段29に送られる。補助演算手段29の停止時刻演算部29aは、数値制御装置21の実行部25bに直ちに主軸3のモータ6を始動させる命令を与えると共に、主軸3の回転を停止させるべき時刻t1を演算する。主軸3を回転させる速度は、工作機械制御装置1が記憶している主軸3を回転させるべき回転速度であり、例えば主軸命令R2等により定められた速度である。また、回転方向は、回転方向の命令R3等によって定められた方向である。

0031

上記の主軸3の回転を停止させるべき時刻t1の演算は、工作機械制御装置1が記憶している主軸3を回転させるべき回転速度から、主軸3の加減速に必要な時間T1,T2を定められた規則に従って計算し、主軸3の回転の開始時刻t0から前記指定された回転時間TAを経過した時点t2で前記主軸2の回転が停止するようにモータ6を停止させるべき時刻t1を計算する。この計算を行い、停止させるべき時刻t1になると、数値制御装置21の実行部25bへ停止命令を出す。実行部25bは、この停止命令に従ってモータ6を停止させる。

0032

この指定時間回転命令R1の制御により、図3曲線a,b,cで示すように主軸3が回転する。このように、主軸2の回転が停止する時点t2が定まるように、加工プログラム24における命令の作成が行えるため、工作機械2と組み合わせるローダ4等の機器や、工作機械2自体の、主軸回転停止後の動作の開始命令を作成するにつき、主軸2の惰性回転時間T3や、この惰性回転時間T3を余分に見込むことによって生じる待ち時間が軽減できる。

0033

すなわち、従来では、主軸3の回転の停止を、いずれの場合も加工プログラムにおける停止命令で行っていたため、図3破線で示す曲線a,b,d,eのように主軸が回転することになって、惰性回転時間T3だけ主軸3の回転の停止が遅れ、これに伴ってローダ4の主軸3に対する受け渡し等に待ち時間が必要で、開始時刻が遅れていたが、その待ち時間を無くすことができる。なお、加工プログラム24において、回転の停止命令を出すタイミングを早めることは考えられるが、切粉等の塵を払い落とすのに必要な時間を確保した上で、回転の停止命令を出すタイミングを早めようとすると、主軸3の正確な惰性回転時間T3が不明なため、どの時点で停止命令を出すようにするかをプログラム作成者が考慮することは難しい。また、ローダ4のプログラムを作成する場合にも、惰性回転時間T3が不明なため、安全のために惰性回転時間を余分に見積もってローダ4の受け渡し動作を開始させるようにプログラムせざるを得ない。このような問題が、指定時間回転命令R1と指定時間回転命令実行手段32とによって解消できる。

0034

また、加工プログラム24によって主軸3の回転時間を指定した命令が行えるため、指定時間回転命令R1の作成や実行が容易に行える。停止時刻演算部29aは、主軸3の加減速に必要な時間T1,T2を計算して主軸3の回転の開始時刻t0から前記指定された回転時間TAを経過した時点t2で前記主軸3の回転が停止するように前記モータ6を停止させるべき時刻t1を計算する。そのため、前記主軸3の回転が停止する時点t2が正確に定まるように制御することができる。

0035

なお、上記実施形態は、工作機械制御装置1が数値制御装置21とプログラマブルコントローラ22とで構成される場合につき説明したが、この発明は、数値制御装置21とプログラマブルコントローラ22とに分かれていない制御装置にも適用できる。
また、上記実施形態は、ワークWを支持する主軸3の回転時間の制御について説明したが、工具を支持する主軸の回転時間の制御にもこの発明を適用することができる。また、この発明は、旋盤に限らず、工作機械一般に適用することができる。

0036

1…工作機械制御装置
2…工作機械
3…主軸
4…ローダ
6…モータ(回転駆動機構)
8…刃物台
19…クーラント供給装置
21…数値制御装置
22…プログラマブルコントローラ
24…加工プログラム
25…演算制御部
25a…解読部
25b…実行部
27…パラメータ記憶手段
28…シーケンス制御手段
29…補助演算手段
29a…停止時刻演算部
31…解読・実行手段
R1…指定時間回転命令
R2…主軸命令
T1、T2…時間
TA…回転時間
t0…開始時刻
t1…時刻
t2…時点
W…ワーク

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