(57)【要約】【課題】工具とワークの干渉が発生してはならない動作状況時において、工具とワークの干渉を防止できる干渉防止機能を備えた数値制御装置を提供する。【解決手段】主軸回転停止中、切削送り速度がワーク材質に対する最大切削送り速度を超えているとき、指令移動軸がその工具の切削可能な軸方向以外のとき、を工具とワークの干渉が発生してはならない動作状況時として設定記憶しておく。数値制御装置で制御される工作機械の動作状況（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）が、この設定記憶されている干渉が発生してはならない動作状況と一致するとき（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６）には、工具とワークの干渉チェックを行わせる（Ｓ８）。他の状態では干渉チェックを無効にする（Ｓ７）。これによって、切削中には工具とワークは干渉チェックを行わず、切削中ではなく干渉が発生してはならない運転状況では、干渉チェックがなされて、工具とワークの接触を防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を制御し、工具とワークの干渉チェックを行う干渉チェック実行手段を有する数値制御装置であって、干渉チェックを実行する運転条件を記憶する運転状況記憶手段と、前記工作機械を制御する数値制御装置の運転状況が前記運転状況記憶手段に記憶する運転状況に一致する際に前記干渉チェックを実行し、前記運転状況が前記運転状況記憶手段に記憶する運転状況に一致しない際に前記干渉チェックを実行しない干渉チェック実行判別手段を具備することを特徴とする干渉チェック機能を備える数値制御装置。
【請求項２】
前記運転状況記憶手段に記憶する干渉チェックを実行する運転状況を、工作機械の主軸回転の停止中とした請求項１に記載の干渉チェック機能を備える数値制御装置。
【請求項３】
前記運転状況記憶手段に記憶する前記干渉チェックを実行する運転状況を、前記ワークの材質によって予め定められた最大切削送り速度を超える切削送り速度で工具が移動中とした請求項１又は請求項２に記載の干渉チェック機能を備える数値制御装置。
【請求項４】
前記運転状況記憶手段に記憶する前記干渉チェックを実行する運転状況を、予め設定した工具で切削するときの移動方向と異なる方向に工具が移動中とした請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の干渉チェック機能を備える数値制御装置。
【請求項５】
工具番号と該工具番号に対応する工具の少なくとも切削可能軸方向とワークの素材に対する最大切削送り速度の情報を記憶した工具データベースを記憶する記憶手段を数値制御装置内又は外部に設け、入力された工具番号とワーク材質に基づいて、前記工具データベースより切削可能軸方向とワークの素材に対する最大切削送り速度を読み出し、該読み出した切削可能軸方向と異なる方向に前記工具が移動中、及び最大切削送り速度を超える切削送り速度で前記工具が移動中を、干渉チェックを実行する運転状況として運転状況記憶手段に設定記憶させる手段を有する請求項１に記載の干渉チェック機能を備える数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関し、工具とワークの干渉をチェックできる数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械を制御する数値制御装置において、加工プログラムのミスや誤った操作によって、ワーク（被加工物）を取り付けた治具やテーブル等と工具が衝突することを未然に検出し防止するために干渉チェック機能を備えた数値制御装置はすでに公知公用である。  
又、同一軸上を移動可能な２つの主軸を備えた工作機械で、主軸から主軸へ直接ワークの受け渡しを行うような場合において、２つの主軸間の距離が干渉距離内にあるとき、２つの主軸を同じ方向に移動させる手動操作入力があると同期して移動させ、一方の主軸に対してのみ前進（他方の主軸へ近づく方向）の手動操作入力があると、この入力信号を記憶すると共に、フラグをオンとし、次に２つの主軸がそれぞれ前進する方向への手動操作入力が同時にあるときで、フラグがオンであれば、干渉距離内にあるにも拘わらず、干渉方向への移動を許可されたものとして、２つの主軸を前進方向に移動させるようにした発明も知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８１５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の干渉チェック機能を有する数値制御装置は、工具とテーブルや治具等が干渉するか否かを事前にチェックするものであって、工具とワークが干渉するかのチェックを行うものではない。そもそも、工具はワークを切削するものであり、この切削状態では工具とワークは干渉状態にあるものであるから、干渉チェックを行って干渉を回避させるとなると、切削加工ができなくなってしまうものである。そのため、工具とワークの干渉チェックは行われないものである。
【０００５】
しかし、切削時であるからといって、工具とワークの干渉チェックを行わず、無視すると、切削を行わない運転状況において、送り動作時などに工具とワークが干渉し工具やワークを損傷させる可能性がある。例えば、工具としてドリルを使用したドリル加工では、ドリルを該ドリルの切削可能軸方向のＺ軸と直交するＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて、穴加工位置へ移動させるときなどの運転状況においては、ドリルとワークが干渉してはならないにも拘わらず、ドリルとワークの干渉チェックは行われないことから、この干渉を未然に防止できず工具又はワークを破損させることになる。
【０００６】
そこで、本発明は、工具とワークの干渉が発生してはならない運転状況時には、干渉チェックして工具とワークの誤った干渉を防止できる干渉チェック機能を備えた数値制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関するもので、工具とワークの干渉チェックを行う干渉チェック実行手段を有する数値制御装置であって、干渉チェックを実行する運転条件を記憶する運転状況記憶手段と、前記工作機械を制御する数値制御装置の運転状況が前記運転状況記憶手段に記憶する運転状況に一致する際に前記干渉チェックを実行し、前記運転状況が前記運転状況記憶手段に記憶する運転状況に一致しない際に前記干渉チェックを実行しない干渉チェック実行判別手段を備え、工具とワークが干渉すべきでない運転状態での工具とワークの干渉をチェックして干渉発生を防止するようにしたものである。
この運転状況記憶手段に記憶する、干渉チェックを実行する運転状況としては、工作機械の主軸回転の停止中、加工するワークの材質によって予め定められた最大切削送り速度を超える切削送り速度で工具が移動中、工具で切削するときの移動方向と異なる方向に工具が移動中とした。
【０００８】
また、工具番号と該工具番号に対応する工具の少なくとも切削可能軸方向とワークの素材に対する最大切削送り速度の情報を記憶した工具データベースを記憶する記憶手段を数値制御装置内又は外部に設け、入力された工具番号とワーク材質に基づいて、前記工具データベースより切削可能軸方向とワークの素材に対する最大切削送り速度を読み出し、該読み出した切削可能軸方向と異なる方向に前記工具が移動中、及び最大切削送り速度を超える切削送り速度で前記工具が移動中を、干渉チェックを実行する運転状況として運転状況記憶手段に設定記憶させる手段を設けて、工具とワークが干渉すべきでない運転状態での工具とワークの干渉をチェックして干渉発生を防止するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
工具とワークが干渉してはならない運転状況時において、工具とワークの干渉チェックを行い、工具とワークの誤った干渉を未然に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。  
図１は、本発明の一実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。  
ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。該ＣＰＵ１１にはバス１８を介してメモリ１２、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１３、各送り軸のサーボモータＭを制御する軸制御回路１４、主軸モータＳＭを制御するスピンドル制御回路１６が接続されている。メモリ１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等で構成されており、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたシステムプログラムを、バス１８を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。又、メモリ１２には、ＣＲＴや液晶等で構成される表示器とキーボード等で構成される表示器／ＭＤＩユニット２０を介してオペレータが入力した設定値等の各種データが格納されていると共に、図示していないインターフェイスを介して読み込まれた加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット２０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。さらに、工具とワークをも含めた他のものとの干渉チェックを行う干渉チェックプログラムが格納されており、特に、本発明に関係して、この干渉チェックプログラムにより、干渉チェックを行うか否かを判別設定するソフトウェアが格納されている。
【００１１】
ＰＭＣ１３は、内蔵されたラダー等のシーケンスプログラムで制御対象物の工作機械の補助装置、周辺機器に信号を出力し制御する。また、数値制御装置１０で制御される制御対象物である工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。  
各軸の軸制御回路１４はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ１５に出力する。サーボアンプ１５はこの指令を受けて、機械（制御対象物）の各軸のサーボモータＭを駆動する。各軸のサーボモータＭは位置・速度検出器２１を内蔵し、この位置・速度検出器２１からの位置、速度フィードバック信号をそれぞれの軸制御回路１４にフィードバックし、各軸制御回路１４は、位置・速度のフィードバック制御を行う。
【００１２】
また、スピンドル制御回路１６はＣＰＵ１１から、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ１７にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ１７はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータＳＭを指令された回転速度で回転させる。ポジションコーダ２２は、主軸モータＳＭ、又は主軸の回転に同期して帰還パルスをスピンドル制御回路１６にフィードバックし、スピンドル制御回路１６はＣＰＵ１１からの主軸回転指令とこのフィードバック信号に基づいて速度制御を行う。
【００１３】
上述した、数値制御装置１０の構成は、従来の数値制御装置の構成と同じであるが、メモリ１２に、干渉チェック機能を有効、無効にするソフトウェアが格納され、該ソフトウェアに基づいて、該数値制御装置１０で制御される工作機械が動作中、工具とワークの干渉チェックが必要なとき、自動的に干渉チェックが行われるようにした点に、本実施形態は特徴を有するものである。
【００１４】
工具とワークの干渉チェックが必要なときとは、工具とワークが干渉すべきではないときである。工具でワークを実際に切削しているときは、工具とワークは干渉状態にあり、この状態では干渉チェックを行ってはならない。しかし、工具とワークが干渉すべきではないときに干渉が発生するような動作があれば危険であることから、このような場合に、本実施形態では干渉チェックを行う。そのため、干渉チェックを行う条件を設定記憶しておき、その記憶した条件の運転状況時には、工具とワークの干渉チェックを行うようにした。
【００１５】
この実施形態では、工具とワークの干渉チェックを行う運転条件を、次の３つの条件としている。
（１）  主軸の回転が停止している場合（回転工具の回転が停止しているときや旋盤でのワークの回転が停止しているとき）
（２）  ワークに対する工具の相対送り速度である切削送り速度がワークの材質に応じた設定最大切削送り速度を超えた場合
（３）  工具の切削可能方向と異なる方向へ移動する場合
上記（１）の条件の「主軸の回転が停止している場合」は、主軸が回転していないことは、切削加工を実施していないときであり、主軸が回転せず、切削加工を行っていないにも拘わらず、工具とワークの干渉が発生することは、あってはならない動作であり、危険な動作である。そのため、このような場合にはワークと工具の干渉チェックを行う。
【００１６】
又、上記（２）の条件の「切削送り速度がワークの材質に応じた設定最大切削送り速度を超えた場合」は、ワークの材質に応じた設定最大切削送り速度を超えた切削送り速度で工具が移動しては、危険であり、切削加工をしてはならないものである。よって、このような場合にはワークと工具の干渉チェックを行う。
【００１７】
上記（３）の条件の「工具の切削可能方向と異なる方向へ移動する場合」は、穴明け加工に用いるドリルやねじ切り加工に用いるタップなどの工具では、その切削可能な送り方向が決まっており、この送り方向以外の方向に工具が移動しているとき、工具とワークが干渉することはあり得ない状態であり、干渉が生じるようであれば、工具を破損させる可能性があり危険である。このような場合にはワークと工具の干渉チェックを行うものである。
【００１８】
上述した条件の（３）の「工具の切削可能方向と異なる方向へ移動する場合」は、使用する工具によって切削可能方向が決まることから、この切削可能軸を表示器／ＭＤＩユニット２０より入力しメモリに設定記憶させるようにすればよい。例えば、ドリル加工の場合では、切削可能軸はドリルの軸方向の送り軸（例えばＺ軸）であり、この送り軸（Ｚ軸）を切削可能軸として設定記憶させておく。又、上記条件（２）については、ワークの材質、工具によって、最大切削送り速度が異なるから、この条件も加工を開始する際に、表示器／ＭＤＩユニット２０より最大切削送り速度を設定記憶させるようにする。
【００１９】
さらに、条件（１）の「主軸の回転が停止している場合」は各工作機械に共通する事項であるから、数値制御装置１０に最初から工具とワークの干渉チェックを行うときとして、この「主軸回転停止」を設定記憶させておいてもよく、又、加工前に他の条件（２）、（３）共にこの「主軸回転停止」を入力設定してもよい。
【００２０】
又、加工に使用する工具は、加工を制御するＮＣプログラム中に「Ｔコード」によって工具番号が指令される。又は、ＰＭＣ１３が実行するシーケンスプログラム（ラダープログラム）により、工具交換のタイミングで工具番号が指令されることから、この工具番号を用いて、上述した他の条件（２）、（３）の「最大切削送り速度」、「切削可能軸」を求めるようにしてもよい。そのためには、工具番号と工具情報の関係を記憶した工具データベースをメモリ１２内に予め登録しておくか、数値制御装置の外部に設けた記憶装置等に工具データベースを登録しておき、入力された工具番号とワークの材質に基づいて、通信回線を介して工具データベースから情報を読み出し、工具とワークの干渉チェックを行う条件として設定記憶させる手段、機能を数値制御装置１０に設けておく。
【００２１】
工具データベースとしては、少なくとも各工具番号に対して切削可能軸方向とワーク素材に対する最大切削送り速度を記憶しておく必要があり、例えば、工具番号毎に、工具の種類、工具寸法、工具素材、切削可能軸方向（切削可能軸）、ワーク素材に対する最大切削送り速度等の情報を記憶した工具データベースを設け、メモリ１２又は外部記憶装置等に格納しておく。
【００２２】
又、使用するワーク素材は、表示器／ＭＤＩユニット２０よりパラメータで設定するか、表示器にワーク素材を設定する設定画面を設けて該画面よりワーク素材を設定するようにする。
【００２３】
そして、手動又は自動でこの数値制御装置１０で制御される工作機械を運転する際に、上述したように、工具とワークの干渉チェックを行う条件（主軸の回転停止、最大切削送り速度、工具の切削可能方向）を設定する場合は、表示器／ＭＤＩユニット２０よりこれらの条件を入力設定する。又、上述した工具データベースを用いて、最大切削送り速度、工具の切削可能方向を設定する場合には、手動運転の場合には、工具番号とワークの材質を指定することにより、ＣＰＵ１１が工具データベースより最大切削送り速度、工具の切削可能方向である切削可能軸を読み出し、最大切削送り速度以上を、又、切削可能方向の送り軸以外を干渉チェックを行う条件として設定する。自動運転の場合には、数値制御装置１０のＣＰＵ１１がＮＣプログラムを読み出し、該ＮＣプログラムで指令された工具番号又はシーケンスプログラムで指令された工具番号と、設定されているワーク素材に基づいて、数値制御装置１０内又は外部の記憶装置に格納されている工具データベースより、最大切削送り速度、工具の切削可能方向である切削可能軸を読み出し、工具とワークの干渉チェックの条件として設定記憶させる。なお、主軸の回転停止の条件は自動的に干渉チェックの条件として設定記憶されている。
【００２４】
その後、数値制御装置１０のＣＰＵ１１は図２に示す工具とワークの干渉チェックを有効にするか否かの設定処理を所定周期毎実行する。図２は工具とワークの干渉チェックを有効にするか否かの設定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。数値制御装置１０のＣＰＵ１１はＮＣプログラムを実行し、工作機械を制御して加工を実施すると共に、リアルタイムでこの図２の処理を所定周期毎実行するものである。
【００２５】
又、数値制御装置のＣＰＵ１１は、ＮＣプログラムを実行し、該ＮＣプログラムより、主軸回転指令、切削送り速度（オーバライドの指令で変更された切削送り速度）、駆動する送り軸の指令が読み込まれると、現在の動作状況を示すレジスタに、現在指令されている主軸回転の状態、切削送り速度、指令送り軸を記憶更新する。
【００２６】
図２に示す工具とワークの干渉チェックを有効、無効の設定処理を開始したＣＰＵ１１は、まず現在記憶されている主軸の回転状態を読み出し（ステップ１）、主軸は停止しているか否か判断する（ステップ２）。主軸が停止していれば工具とワークの干渉チェックを有効にセットする（ステップ８）。
又、主軸が回転している場合には、記憶している切削送り速度、及び最大切削送り速度を読み出し（ステップ３）、この切削送り速度がこの最大切削送り速度を超えているか判断する（ステップ４）。切削送り速度がこの最大切削送り速度を超えているときは、ステップ８に移行し、工具とワークの干渉チェックを有効にセットする。
【００２７】
切削送り速度がこの最大切削送り速度を超えていないときは、記憶している指令送り軸と切削可能軸を読み出し（ステップ５）、指令移動軸（指令送り軸）がこの切削可能軸と一致するか判断し（ステップ６）、一致すれば工具とワークの干渉チェックを無効にセットし（ステップ７）、一致しないときは、工具とワークの干渉チェックを有効にセットする（ステップ８）。例えば、ドリル加工の場合、切削可能の送り軸はドリルの軸方向の軸であり、例えばＺ軸である。よって、Ｚ軸が切削可能軸として工具データベースに登録されているから、Ｚ軸が指令移動軸の場合には、該工具でワークを切削加工する状態であるから、工具とワークの干渉チェックを無効にセットするものである。又、指令移動軸がドリルの軸方向へ工具を送る軸ではなく、該Ｚ軸と直交するＸ軸、Ｙ軸などであれば、切削加工を行わず、位置決め等の送り動作であることから、工具とワークの干渉チェックを有効にして、工具とワークの干渉チェックを有効とする。
【００２８】
すなわち、主軸が回転停止しているとき、切削送り速度が最大切削送り速度を超えているとき、指令された移動軸が切削可能軸でないときには工具とワークの干渉チェックを有効とし、該チェックが実行されるようにする。
一方、主軸が回転し、切削送り速度が最大切削送り速度を超えておらず、指令された移動軸が切削可能軸であれば、工具でワークを加工する状態であり、工具とワークは当然干渉状態であるが、これは正常な状態であるから、この場合には、工具とワークの干渉チェックを無効にして干渉チェックを行わないようにする。
干渉チェックが有効にセットされている状態では、従来と同じように干渉チェックが行われる。ただし、工具とワークとの干渉チェックも行われるものである。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、主軸の回転停止、移動軸（移動する送り軸）をＮＣプログラムで指令された状態で検出したが、主軸の回転停止は、ポジションコーダ２２からのフィードバック信号に基づいて主軸が回転しているか否かを判別してもよい。又、移動軸も各送り軸に設けられた位置・速度検出器２１からフィードバックされる信号に基づいて移動中の送り軸を判別してもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。
【図２】同実施形態における工具とワークの干渉チェックの有効／無効の設定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  数値制御装置
２１  位置・速度検出器
２２  ポジションコーダ
【図１】
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【図２】
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