(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置において、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
協動指令生成手段と
を具備し、
前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、工作機械の数値制御装置。
【請求項２】
第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置において、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
協動指令生成手段と
を具備し、
前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第２サーボ制御手段に出力して前記第２移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第２移動手段が前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第１移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第１サーボ制御手段を動作させる第１制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、工作機械の数値制御装置。
【請求項３】
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段は、
前記協働指令生成手段からの位置指令で示された移動量と、第１サーボモータの回転位置検出信号との偏差を求め、当該偏差に比例動作処理を行う、第１位置ループと、
前記第１位置ループから出力された比例動作処理結果を速度指令として、当該速度指令と前記第１サーボモータの回転位置検出信号をサンプリング時間毎の差分値との偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行う、第１速度ループと、
前記第１速度ループから出力された処理結果をトルク指令として、当該トルク指令と前記第１サーボモータの駆動電流から換算したトルクとの偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行い、その結果を電流指令として前記第１サーボモータを駆動する、第１電流ループと
を有し、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段は、
前記協働指令生成手段からの位置指令で示された移動量と、第２サーボモータの回転位置検出信号との偏差を求め、当該偏差に比例動作処理を行う、第２位置ループと、
前記第２位置ループから出力された比例動作処理結果を速度指令として、当該速度指令と前記第２サーボモータの回転位置検出信号をサンプリング時間毎の差分値との偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行う、第２速度ループと、
前記第２速度ループから出力された処理結果をトルク指令として、当該トルク指令と前記第２サーボモータの駆動電流から換算したトルクとの偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行い、その結果を電流指令として前記第２サーボモータを駆動する、第２電流ループと
を有する、
請求項１または２に記載の工作機械の数値制御装置。
【請求項４】
第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置であって、当該数値制御装置は、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
を有する数値制御装置における制御方法であって、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、制御方法。
【請求項５】
第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置であって、当該数値制御装置は、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
を有する数値制御装置における制御方法であって、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第２サーボ制御手段に出力して前記第２移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第２移動手段が前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第１移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第１サーボ制御手段を動作させる第１制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、制御方法。
【請求項６】
第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械本体と、
前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置と
を有し、
前記数値制御装置は、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
協動指令生成手段と
を具備し、
前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、マシニングセンタ等の工作機械とその数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタにおいては、主軸に装着されたドリルやエンドミル等の工具によってワークの切削加工を行う。このマシニングセンタは、ワークと工具の相対位置を変更するために複数の制御軸を有する。
このように複数の制御軸を有するマシニングセンタは、通常、ワークを所望の立体形状に加工するために少なくとも互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の制御軸を備えているが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれかの制御軸に平行な制御軸をさらに備えたものも知られている。平行な制御軸を全て使用することにより、大きなストローク、すなわち、ワークと工具との相対移動量を大きくとることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、平行な制御軸を利用してワークと工具との相対移動量を大きくとるには、マシニングセンタを制御する数値制御装置に与える加工プログラムにおいて複数の平行な制御軸間の関係を規定する必要がある。すなわち、複数の平行な制御軸がそれぞれもつストロークを最大限活用するためには、一の制御軸を動作中に当該一の制御軸がストローク限界に達しないように、他の平行な制御軸の位置を予め適切な位置に移動させておく必要があるからである。一の制御軸を動作中に当該一の制御軸がストローク限界に達すると、加工が中断される。
しかしながら、上記のような加工プログラムを作成することは比較的難しく非常に手間のかかる作業である。
このように、従来においては、マシニングセンタが複数の平行な制御軸を備えている場合であっても、加工プログラムの作成が難しく、手間がかかるため、平行な制御軸が充分に活用されていなかった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の平行な軸を有する工作機械において、複雑な加工プログラムを作成することなしに複数の軸を協調動作させて各軸のもつ各ストロークを有効活用できる数値制御装置およびこの数値制御装置を備えた工作機械を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置において、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
協動指令生成手段と
を具備し、
前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、工作機械の数値制御装置が提供される。
【０００６】
また、前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第２サーボ制御手段に出力して前記第２移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、前記第２移動手段が前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第１移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第１サーボ制御手段を動作させる第１制御指令を出力することができる。
【０００７】
好ましくは、前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段は、前記協働指令生成手段からの位置指令で示された移動量と、第１サーボモータの回転位置検出信号との偏差を求め、当該偏差に比例動作処理を行う、第１位置ループと、前記第１位置ループから出力された比例動作処理結果を速度指令として、当該速度指令と前記第１サーボモータの回転位置検出信号をサンプリング時間毎の差分値との偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行う、第１速度ループと、前記第１速度ループから出力された処理結果をトルク指令として、当該トルク指令と前記第１サーボモータの駆動電流から換算したトルクとの偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行い、その結果を電流指令として前記第１サーボモータを駆動する、第１電流ループとを有し、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段は、前記協働指令生成手段からの位置指令で示された移動量と、第２サーボモータの回転位置検出信号との偏差を求め、当該偏差に比例動作処理を行う、第２位置ループと、前記第２位置ループから出力された比例動作処理結果を速度指令として、当該速度指令と前記第２サーボモータの回転位置検出信号をサンプリング時間毎の差分値との偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行う、第２速度ループと、前記第２速度ループから出力された処理結果をトルク指令として、当該トルク指令と前記第２サーボモータの駆動電流から換算したトルクとの偏差を求め、当該偏差に少なくとも比例動作の処理を行い、その結果を電流指令として前記第２サーボモータを駆動する、第２電流ループとを有する。
【０００８】
また本発明によれば、第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械における、前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置であって、当該数値制御装置は、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
を有する数値制御装置における制御方法であって、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、制御方法が提供される。
また、制御方法は、前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第２サーボ制御手段に出力して前記第２移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、前記第２移動手段が前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第１移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第１サーボ制御手段を動作させる第１制御指令を出力することができる。
【０００９】
また本発明によれば、第１方向に移動可能な第１移動手段と、当該第１移動手段において前記第１方向に移動可能であり、端部に工具を保持する第２移動手段と、前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向および第３方向に移動可能な第３移動手段および第４移動手段を有する工作機械本体と、
前記第１〜第４移動手段の位置決め制御を加工プログラムにしたがって行い、ワークを加工する前記工具の位置決め制御を行う、数値制御装置と
を有し、
前記数値制御装置は、
前記第１移動手段をサーボ制御する第１サーボ制御手段と、
前記第２移動手段をサーボ制御する第２サーボ制御手段と、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とを協働制御させるか否かを指定する制御モード指定パラメータ、前記第１移動手段のストローク限界位置を規定する第１ストローク限界パラメータ、および、前記第２移動手段のストローク限界位置を規定する第２ストローク限界パラメータを記憶している、パラメータ記憶手段と、
前記ワークを加工する前記工具の軌跡データを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを入力し、当該入力した加工プログラムを解析処理して前記工具の軌跡データを、前記第１〜第３方向に対する移動量に変換して、前記第１〜第３方向に分配する、解析処理指令分配手段と、
協動指令生成手段と
を具備し、
前記協動指令生成手段は、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御でないことを指定している場合、
前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を目標位置として前記第１サーボ制御手段に出力して前記第１移動手段を開始点から前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動させ、
前記第１移動手段が前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置まで移動した後、前記第２移動手段を前記目標位置まで移動するまで前記第２サーボ制御手段を動作させる第２制御指令を出力し、
前記パラメータ記憶手段に記憶されている前記制御モード指定パラメータが協働制御させることを指定している場合、前記解析処理指令分配手段から出力された前記第１方向の移動量を示す目標位置に基づいて、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させて前記第１移動手段および前記第２移動手段を協動させて前記工具を第１方向の目標位置に移動させて位置決めする第１制御指令および第２制御指令を生成し、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段に同時に出力し、前記第１移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第１ストローク限界パラメータで規定される位置以内かつ前記第２移動手段が前記パラメータ記憶手段に記憶された前記第２ストローク限界パラメータで規定される位置以内で移動する範囲で、前記第１サーボ制御手段および前記第２サーボ制御手段を動作させる、
ことを特徴とする、工作機械が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
【００１１】
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。ラム４５は所定のストローク範囲でサドル４４上を移動可能となっている。
【００１２】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
【００１３】
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
【００１４】
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、フライス、ドリル、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
【００１５】
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
【００１６】
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７はＺ軸方向に昇降する。このクロスレール３７は、所定のストローク範囲で門型コラム３８上を移動可能となっている。
【００１７】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００１８】
数値制御装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
数値制御装置５１は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、工具Ｔとテーブル３５に固定されたワークとの間の位置および速度制御を行う。
また、数値制御装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸３１の回転数を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
さらに、数値制御装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係る数値制御装置５１の機能ブロック図である。
図２に示すように、数値制御装置５１は、解析処理指令分配部６０と、協動指令生成部６１と、昇降用モータサーボ制御部６２と、Ｚ軸サーボ制御部６３と、サーボドライバ１７，３３と、パラメータ記憶部６５とを有する。なお、図２に示す機能ブロック図は要部の機能のみ示しており、実際には、Ｘ，Ｙ軸のサーボ制御部、サーボドライバ、主軸モータ３１の制御部等を備えている。
【００２０】
サーボドライバ１７には、Ｚ軸サーボモータ２０が接続されている。Ｚ軸サーボモータ２０には、たとえば、光学式のロータリエンコーダなどの回転位置検出器２０ａが備わっている。
同様に、サーボドライバ３３には、昇降用モータ３２が接続されている。昇降用モータ３２には、たとえば、光学式のロータリエンコーダなどの回転位置検出器３２ｂが備わっている。
【００２１】
解析処理・指令分配部６０は、例えば、ワークを加工する工具Ｔの軌跡データなどを所定の言語でプログラミングした加工プログラムを解析処理して工具Ｔの軌跡データを各制御軸に対する位置指令（制御指令）、すなわち、移動量に変換し、これを各制御軸に分配する。なお、図２おいて、Ｚ軸方向の位置指令ｒｚのみを示しているが、解析処理・指令分配部６０は、実際には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置指令も生成し、図示しないＸ，Ｙ軸のサーボ制御部に出力する。
【００２２】
Ｚ軸サーボ制御部６３は、位置ループ、速度ループおよび電流ループから構成される。
位置ループは、協動指令生成部６１から入力される位置指令ｒｚ2 （移動量）を受けて、この移動量とＺ軸サーボモータ２０の回転位置を検出する回転位置検出器２０ａからの位置フィードバック信号との偏差に比例動作を施して（位置ループゲインω0 をかける）、これを速度ループに対する速度指令として出力する。
速度ループは、たとえば、前記速度指令と回転位置検出器２０ａからの位置フィードバック信号のサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。
電流ループは、たとえば、Ｚ軸サーボモータ２０の駆動電流から換算した各サーボモータ２０の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これをサーボドライバ１７に所定の電気信号に変換して出力する。
【００２３】
また、Ｚ軸サーボ制御部６３は、サーボドライバ１７を通じてＺ軸サーボモータ２０の検出回転位置が逐次フィードバックされる。
Ｚ軸サーボ制御部６３は、本実施形態ではソフトウエアによって実現されるが、ハードウエアによっても実現可能である。
【００２４】
サーボドライバ１７は、Ｚ軸サーボ制御部６３からの電流指令を増幅した駆動電流をＺ軸サーボモータ２０に出力する。
Ｚ軸サーボモータ２０は駆動電流に応じて駆動され、Ｚ軸サーボモータ２０に備わった回転位置検出器２０ａは、Ｚ軸サーボモータ２０の回転量に応じた検出パルスをＺ軸サーボ制御部６３に対して出力する。
回転位置検出器２０ａとしては、例えば、インクリメンタル方式のロータリエンコーダまたはアブソリュート方式のロータリエンコーダを用いることができる。インクリメンタル方式のロータリエンコーダを用いた場合には、当該ロータリエンコーダは１回転毎の位置信号を回転パルス信号として出力することから、回転パルス信号の数をＺ軸サーボ制御部６３において管理することにより、Ｚ軸サーボモータ２０の絶対位置が管理できる。
【００２５】
昇降用モータサーボ制御部６２は、Ｚ軸サーボ制御部６３と同様に、位置ループ、速度ループおよび電流ループから構成され、協動指令生成部６１から位置指令ｒｚ1 が入力され、Ｚ軸サーボ制御部６３と同様の処理を行い、サーボドライバ３３に電流指令を出力する。
また、昇降用モータサーボ制御部６２は、サーボドライバ３３を通じて昇降用モータ３２の検出回転位置が逐次フィードバックされる。
【００２６】
サーボドライバ３３は、サーボドライバ１７と同様の構成であり、昇降用モータサーボ制御部６２からの電流指令を増幅した駆動電流を昇降用モータ３２に出力する。
昇降用モータ３２は、は駆動電流に応じて駆動され、昇降用モータ３２に備わった回転位置検出器３２ｂは、昇降用モータ３２の回転量に応じた検出パルスを昇降用モータサーボ制御部６２に対して出力する。
回転位置検出器３２ｂとしては、例えば、インクリメンタル方式のロータリエンコーダまたはアブソリュート方式のロータリエンコーダを用いることができる。インクリメンタル方式のロータリエンコーダを用いた場合には、当該ロータリエンコーダは１回転毎の位置信号を回転パルス信号として出力することから、回転パルス信号の数を昇降用モータサーボ制御部６２において管理することにより、昇降用モータ３２の絶対位置が管理できる。
【００２７】
なお、上記の各機能は、一般的なＮＣ装置に本来的に備わった機能である。また、ＮＣ装置に使用される加工プログラムは、一般的には、ＣＡＤシステムや自動プログラミングシステム、ＣＡＭシステム等によって自動的に作成され、所定の記憶媒体を介して、または、通信手段によってＮＣ装置１にダウンロードされる。
【００２８】
協動指令生成部６１は、解析処理・指令分配部６０からＺ軸方向の位置指令ｒｚが入力される。この位置指令ｒｚは、工具ＴのＺ軸方向の移動量である。
協動指令生成部６１は、後述する円弧切削指令や直線補間指令の場合には、入力される位置指令ｒｚに基づいて、昇降用モータ３２およびＺ軸サーボモータ２０を協動させて工具ＴをＺ軸方向の目標位置に移動位置決めする位置指令ｒｚ1あるいはｒｚ2 を生成し、昇降用モータサーボ制御部６２およびＺ軸サーボ制御部６３に出力する。
また、協動指令生成部６１は、昇降用モータ３２およびＺ軸サーボモータ２０を協動させない場合には、入力される位置指令ｒｚをＺ軸サーボ制御部６３にそのまま出力する。
なお、協動指令生成部６１の具体的な処理内容については後述する。
【００２９】
パラメータ記憶部６５は、協動指令生成部６１が所定の処理を行うのに必要な各種パラメータを記憶する。
図３は、パラメータ記憶部６５に記憶されているパラメータの一例である。パラメータＰｍ１は、協動制御を行うか否かを規定するパラメータである。協動制御無しの場合には、協動指令生成部６１は解析処理・指令分配部６０から入力される位置指令ｒｚをそのままＺ軸サーボ制御部６３に出力する。
協動制御有りの場合には、協動指令生成部６１は解析処理・指令分配部６０から入力される位置指令ｒｚに基づいて、位置指令ｒｚ1 あるいはｒｚ2 を生成する。
【００３０】
パラメータＰｍ２は、ラム４５のストローク限界位置を規定するパラメータである。
パラメータＰｍ３は、クロスレール３７のストローク限界位置を規定するパラメータである。
これらパラメータＰｍ２およびＰｍ３は、後述する協動指令生成部６１において、ラム４５およびクロスレール３７がストローク限界位置に達したかを判断する際に用いられる。
【００３１】
図４は、図２に示した数値制御装置５１のハードウエア構成の一例を示す図である。
図２に示した数値制御装置５１の各機能は、たとえば、図４に示すような構成のハードウエアによって実現される。
【００３２】
図４において、マイクロプロセッサ２１は、ＲＯＭ（Read Only Memory) ２２、ＲＡＭ（Random Access Memory) ２３、インターフェース回路２４，３４、グラフィック制御回路２５、表示装置２６、キーボード２８、ソフトウエアキー２７等とバスを介して接続されている。
マイクロプロセッサ２１は、ＲＯＭ２２に格納されたシステムプログラムにしたがって、数値制御装置５１全体を制御する。
【００３３】
ＲＯＭ２２には、解析・指令分配部６０、Ｚ軸サーボ制御部１４、昇降用モータサーボ制御部６２などを実現するプログラムや、数値制御装置５１全体を制御するためのシステムプログラムが格納される。
ＲＡＭ２３は、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムがダウンロードされたり、各種の加工プログラム、データなどが格納される。上記したパラメータ記憶部６５もＲＡＭ２３によって構成される。
【００３４】
グラフィック制御回路２５は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置２６に与える。
表示装置２６には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置２６は、ソフトウエアキー２７またはキーボード２８を用いてオペレータが対話形式でマニュアル操作によって加工プログラムを作成していくときに、形状、加工条件および生成された加工プログラム等を表示する。
オペレータは、表示装置２６に表示される内容（対話形データ入力画面）にしたがってデータを入力することにより、加工プログラムを作成することができる。
表示装置２６の画面には、その画面で受けられる作業またはデータがメニュー形式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエアキー２７を押すことにより行う。
キーボード２８は、数値制御装置５１に必要なデータを入力するのに使用される。
【００３５】
インターフェース回路２４は、マイクロプロセッサ２１から出力された位置指令等の指令を所定の信号に変換してＺ軸サーボドライバ１７に出力する。
また、インターフェース回路２４は、Ｚ軸サーボモータ２０に備わった位置検出器２０ａからの、たとえば検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ２１に出力する。
インターフェース回路３４は、マイクロプロセッサ２１から出力された位置指令等の指令を所定の信号に変換してサーボドライバ３３に出力する。
また、インターフェース回路３４は、昇降用モータ３２に備わった位置検出器３２ｂからの、たとえば検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ２１に出力する。
【００３６】
次に、上記構成のマシニングセンタ１において、数値制御装置５１によるワークの円弧切削の一例について、図５〜図７を参照して説明する。
まず、加工プログラムＰＲにおいて、Ｘ−Ｚ平面あるいはＹ−Ｚ平面内で工具Ｔをワークに対して円弧軌道に沿って相対移動させる円弧切削指令を規定するプログラムを作成しておく。
【００３７】
数値制御装置５１は、上記の加工プログラムＰＲを実行し、この加工プログラムＰＲに含まれる円弧切削指令を解読すると、図５（ａ）に示すように、工具Ｔを切削開始位置Ｐ１に移動させたのち、ワークＷをＸ軸またはＹ軸方向に移動させながら、工具ＴをＺ軸方向に移動させる。
このとき、工具ＴのＺ軸方向の移動は、ラム４５のＺ軸方向の移動によって行われる。
なお、図５において、ＳＬＲはラム４５のストロークの下限位置を示している。
【００３８】
ここで、図７は、円弧切削を開始したのちの協動指令生成部６１における処理の一例を示すフローチャートである。
協動指令生成部６１は、解析処理・指令分配部６０から入力される円弧切削指令におけるＺ軸方向の位置指令ｒｚに基づいて、移動終了点、すなわち、円弧切削指令におけるＺ軸方向の目標位置に到達したかを判断する（ステップＳ１）。Ｚ軸方向の目標位置に到達していると判断した場合には、処理を終了する。
【００３９】
目標位置に到達していないと判断した場合には、協動指令生成部６１は、ラム４５をＺ軸方向に移動させる位置指令ｒｚ2 をＺ軸サーボ制御部６３に出力する（ステップＳ２）。
これにより、図５（ｂ）に示すように、クロスレール３７はＺ軸方向の一定位置に停止した状態で、ラム４５のみがＺ軸方向に所定の速度パターンで移動する。このとき、Ｘ軸またはＹ軸方向にも工具ＴとワークＷとが所定の速度パターンで相対移動し、工具ＴのワークＷに対する切削点は円弧ＣＬに沿って移動する。
【００４０】
協動指令生成部６１は、位置指令ｒｚ2 を出力したのち、ラム４５がストローク下限位置ＳＬＲに到達したかを判断する（ステップＳ３）。ラム４５がストローク下限位置ＳＬＲに到達していない場合には、上記のステップＳ１およびＳ２の処理を繰り返す。
ラム４５が、図５（ｂ）に示すように、ストローク下限位置ＳＬＲに到達した場合には、協動指令生成部６１は、クロスレール３７をＺ軸方向に移動させる位置指令ｒｚ1 を昇降用モータサーボ制御部６２に出力する（ステップＳ４）。
これにより、図６に示すように、クロスレール３７、ラム４５および工具Ｔの全体がＺ軸方向に移動する。
【００４１】
協動指令生成部６１は、円弧切削指令におけるＺ軸方向の目標位置に到達したかを判断する（ステップＳ５）。
図６に示すように、Ｚ軸方向の目標位置Ｐ２に工具Ｔが到達した場合には、協動指令生成部６１は処理を終了する。
目標位置Ｐ２に工具Ｔが到達していない場合には、上記のステップＳ４およびＳ５の処理を繰り返す。
【００４２】
また、図６において、目標位置Ｐ２から目標位置Ｐ３への工具Ｔの移動は、新たな円弧切削指令によって上記と同様に行われる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、工具ＴをＺ軸方向に移動させつつ、ワークＷをＸ軸またはＹ軸方向に移動させて工具ＴのワークＷに対する加工点を円弧軌道に沿って移動させる際に、クロスレール３７およびラム４５の関係を考慮せずに、加工プログラムＰＲを作成することができる。
また、本実施形態によれば、クロスレール３７およびラム４５の双方を用いることができるため、マシニングセンタ１の本来もつ加工能力を最大限発揮させることが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、円弧切削を開始した際に、最初にラム４５をＺ軸方向に移動させ、ラム４５がストローク限界位置に到達したのちクロスレール３７をＺ軸方向に移動させる構成としたが、最初にクロスレール３７をＺ軸方向に移動させ、クロスレール３７がストローク限界位置に到達したのちラム４５をＺ軸方向に移動させる構成とすることも可能である。
【００４５】
上述した第１の実施形態における協動指令生成部６１では、円弧切削の際に、ラム４５がストローク限界位置に到達したのちクロスレール３７をＺ軸方向に移動させる構成としたが、たとえば、円弧切削指令の場合にラム４５およびクロスレール３７を同時にＺ軸方向に移動させる構成を採用することも可能である。
この場合には、協動指令生成部６１に入力される位置指令ｒｚを予め決められた割合で分配して位置指令ｒｚ1 およびｒｚ2 とし、同時に昇降用モータサーボ制御部６２およびＺ軸サーボ制御部６３にそれぞれ出力すればよい。
【００４６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、ラム４５およびクロスレール３７のように、平行な２軸の場合について説明したが、本発明は平行な軸を３軸以上備える工作機械にも適用可能である。
また、上述した実施形態では、円弧切削においてラム４５およびクロスレール３７の協調動作を行う構成としたが、たとえば、直線補間や、ＮＵＲＢＳ曲線等のような自由曲面の切削加工においても適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の平行な軸を有する工作機械において、各制御軸を移動させる加工プログラムを作成することなしに各軸のもつストロークを有効活用でき、工作機械の加工可能な範囲を最大限利用でき、工作機械のもつ能力を最大限発揮させることができる。
この結果、１軸だけでは加工が不可能であった形状の加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る数値制御装置５１の機能ブロック図である。
【図３】パラメータ記憶部６５に記憶されているパラメータの一例を説明するための図である。
【図４】図２に示す数値制御装置５１のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図５】円弧切削時におけるワークに対する工具の移動動作を説明するための図である。
【図６】図５に続く円弧切削時におけるワークに対する工具の動作を説明するための図である。
【図７】数値制御装置５１の協動指令生成部６１の処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
３７…クロスレール
４５…ラム
５１…数値制御装置
６０…解析処理・指令分配部
６１…協動指令生成部
６２…昇降用モータサーボ制御部
６３…Ｚ軸サーボ制御部
ＰＲ…加工プログラム
Ｔ…工具
【図１】
0004606658.tif 000002
【図２】
0004606658.tif 000003
【図３】
0004606658.tif 000004
【図４】
0004606658.tif 000005
【図５】
0004606658.tif 000006
【図６】
0004606658.tif 000007
【図７】
0004606658.tif 000008