(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工プログラムの指令に基づき工具と被加工物とを相対移動させて工作機械を制御し、かつ加工プログラムのテストモードを有する数値制御装置において、
前記工具または前記被加工物の移動禁止境界からの近傍距離を各軸毎に設定する近傍距離設定手段と、
前記テストモード中において、前記移動禁止境界と前記近傍距離設定手段により設定された近傍距離に基づいて決定される近傍領域の境界で軸移動を一旦停止させる近傍境界軸停止手段と、
前記テストモード中かつ前記近傍領域内での軸移動において、前記移動禁止境界に近づく方向に移動可能な距離を、前記移動禁止境界までの距離未満となるよう各軸毎に求める移動可能距離計算手段と、
前記テストモード中に移動する各軸の移動距離が、前記移動可能距離計算手段により求めた移動可能距離を超えるかどうか判定する移動距離判定手段と、
前記移動可能距離を超える軸が存在すると判定された場合は、移動可能距離を超えない範囲に移動距離を制限して軸移動を停止させる軸移動制限手段と、
を備えることを特長とする数値制御装置。
【請求項２】
前記移動可能距離計算手段により求められる移動可能距離は、前記移動禁止境界までの距離のｍ／ｎ（ｍ、ｎは整数かつ、ｍ＜ｎ）である、
ことを特長とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記移動可能距離計算手段は、移動可能距離にクランプをかけることにより、前記移動可能距離が一定距離未満にならないようにする、
ことを特長とする請求項１または２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記移動可能距離計算手段は、指令又は信号に基づくオーバーライドを移動可能距離にかけることにより移動可能距離を変更する、
ことを特長とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の数値制御装置。
【請求項５】
前記近傍境界軸停止手段により軸移動が停止した際にメッセージを表示する、
ことを特長とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械を駆動する数値制御装置に関し、特にストロークリミット近傍においてテスト運転を行う際、移動量を制限することにより加工プログラムおよび移動禁止境界の妥当性確認を安全に行うことができる数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械を駆動する数値制御装置の加工プログラムは、意図された正しい動作になるかどうか、実際に運転して工作機械を駆動する前に必ず確認する必要がある。加工プログラムの動作確認手段としては、指令されたブロック毎に運転を行い、１ブロックの単位で工具や加工ワークを移動・停止させ、意図された正しい動作になるかを確認するシングルブロック運転に代表される、テスト運転を行うモードが存在する。
【０００３】
一方、工作機械を運転する場合、工具や加工ワークが取り付けられたテーブルの移動に伴って、工作機械の構造物や加工ワークを固定する治具と工具との干渉が発生する可能性があり、それを避ける目的で、工具の移動禁止境界を設定できるストロークリミット機能が数値制御装置に存在する。前回とは異なるワークを加工する目的で、新たな加工プログラムにより工作機械を駆動する場合、一般に、その加工ワークを工作機械に固定する治具も変更されるため、前述のストロークリミット機能における工具の移動禁止境界も変更する必要がある。
【０００４】
前述のような前回とは異なるワークを加工する場合、加工プログラムや工具の移動禁止境界も変更されているため、プログラム指令ミスや領域設定ミスにより、構造物や治具と工具との干渉が生じないよう、移動禁止境界付近を移動する場合の加工プログラムのチェックにおいては、作業者がより注意深く操作して確認作業を進める必要がある。この時、作業者は前述のような干渉を回避するために、移動速度のオーバーライドを下げてゆっくりと工具を移動させるとともに、即座に機械を停止できるよう停止ボタンに手を掛けながら、構造物や治具との干渉が生じないよう慎重に操作を行うため、作業者への負担が大きく、かつ確認に多大な時間を要するという問題がある。
【０００５】
テスト運転によって加工プログラムを確認する際、作業者の確認作業をより円滑に行う目的として、特許文献１に開示されているように、設定された時間間隔で加工プログラムを１ブロックずつ読み込んで自動的に実行する技術が提案されている。また、特許文献２、３に開示されているように、テスト運転において１度に移動させる実行量を、１ブロック単位のみならず、指定されたブロック数や距離および時間とする技術が提案されている。
【０００６】
一方で、特許文献４に開示されているように、特定のエリア内での移動は設定された単位移動量のみに制限する技術が提案されている。更に、作業者がストロークリミットを超えない範囲で余裕を持った操作を行えることを目的として、特許文献５に開示されているように、工作機械を手動操作で移動させる際、どの程度操作したらストロークリミットを超えるかを判断して表示する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−０７５６１５号公報
【特許文献２】特開平０６−２８２３１８号公報
【特許文献３】特許第４９７２４４７号公報
【特許文献４】特開平０３−１１９４０７号公報
【特許文献５】特開２０１３−１２５４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、工作機械の多軸化・多系統化や、数値制御装置の高機能化が進むにつれて加工プログラムにおいて指令される軸数や、使用される指令の種類は増大しており、これにともない作業者が加工プログラムの妥当性を確認する手間や作業時間も増加傾向にある。このため、確認に要する時間を短縮し、少しでも作業者への負担を軽減することが機械加工での課題となっている。
【０００９】
特許文献１に記載の数値制御装置の場合、一定時間間隔で自動的に運転の起動をかけられるので、作業者が起動スイッチを繰り返し押す手間の軽減につながるが、移動量自体は制限されないため、ストロークリミット近傍における運転では、工作機械の構造物や治具と、工具との干渉が生じないよう作業者がより注意深く操作して確認作業を進める必要がある。
【００１０】
特許文献２、３に記載の数値制御装置の場合、１度に移動させる実行量を、１ブロック単位のみならず、指定されたブロック数や距離および時間とすることができる。よって、金型加工用プログラムのように微小な移動指令のブロックが連続するような場合のテスト運転では、作業者が起動スイッチを繰り返し押す手間の軽減につながり、逆に微小でないブロック指令の加工プログラムでは移動距離を一定量に制限できる効果があるが、領域が指定されないため、ストロークリミット近傍以外の比較的安全な領域においても移動距離が制限される可能性がある。
【００１１】
特許文献４に記載の数値制御装置の場合、特定のエリア内での移動は設定された単位移動量のみに制限できるが、ストロークリミット近傍で一旦停止させたり、移動禁止境界までの近さに応じて移動可能な距離を変化させたり、さらには移動禁止境界に近づく方向への移動のみに制限をかけたりすることができないため、作業者が確認作業を注意深く行わなければならない対策としては不十分である。
【００１２】
特許文献５に記載の数値制御装置では、機械を手動運転する際に、機械の手動送り装置を後どの程度操作したらストロークリミットを超えるかを、手動送り装置の操作量から判断して表示することができるが、加工プログラムの指令に基づいて機械を自動運転する際の作業者の確認作業軽減にはならない。
【００１３】
そこで本発明の目的は、加工プログラムのテスト運転を行う際に、ストロークリミット近傍で一旦停止させ、さらに移動禁止境界に近づくにつれて移動可能な距離を徐々に少なくすることにより、作業者の動作確認作業における負担を軽減しつつ確認に必要な時間を削減し、さらには、加工プログラムおよび移動禁止境界の妥当性を安全に確認できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムの指令に基づき工具と被加工物とを相対移動させて工作機械を制御し、かつ加工プログラムのテストモードを有する数値制御装置において、前記工具または前記被加工物の移動禁止境界からの近傍距離を各軸毎に設定する近傍距離設定手段と、前記テストモード中において、前記移動禁止境界と前記近傍距離設定手段により設定された近傍距離に基づいて決定される近傍領域の境界で軸移動を一旦停止させる近傍境界軸停止手段と、前記テストモード中かつ前記近傍領域内での軸移動において、前記移動禁止境界に近づく方向に移動可能な距離を、前記移動禁止境界までの距離未満となるよう各軸毎に求める移動可能距離計算手段と、前記テストモード中に移動する各軸の移動距離が、前記移動可能距離計算手段により求めた移動可能距離を超えるかどうか判定する移動距離判定手段と、前記移動可能距離を超える軸が存在すると判定された場合は、移動可能距離を超えない範囲に移動距離を制限して軸移動を停止させる軸移動制限手段と、を備えることを特長とする数値制御装置である。
【００１５】
本願の請求項２に係る発明は、前記移動可能距離計算手段により求められる移動可能距離は、前記移動禁止境界までの距離のｍ／ｎ（ｍ、ｎは整数かつ、ｍ＜ｎ）である、ことを特長とする請求項１に記載の数値制御装置である。
【００１６】
本願の請求項３に係る発明は、前記移動可能距離計算手段は、移動可能距離にクランプをかけることにより、前記移動可能距離が一定距離未満にならないようにする、ことを特長とする請求項１または２に記載の数値制御装置である。
【００１７】
本願の請求項４に係る発明は、前記移動可能距離計算手段は、指令又は信号に基づくオーバーライドを移動可能距離にかけることにより移動可能距離を変更する、ことを特長とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の数値制御装置である。
【００１８】
本願の請求項５に係る発明は、前記近傍境界軸停止手段により軸移動が停止した際にメッセージを表示する、ことを特長とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の数値制御装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、新たな加工プログラムを運転する場合や、工具の移動禁止境界を新たに設定し直した後で運転する場合でも、作業者の目視による動作確認作業における負担を軽減するとともに、確認に必要な時間を削減することが容易となる。
【００２０】
また、工具の移動禁止境界の近傍で運転する際は、移動禁止境界を超える前に自動的に停止し、近傍領域内で移動禁止境界に近づく軸移動の量は制限されるため、加工プログラムおよび移動禁止境界の妥当性を、作業者がより安全に確認できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における数値制御装置のハードウェアの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における数値制御装置が備える機能の概念を示すブロック図である。
【図３】本発明における停止点の決定方法を説明する図（１）である。
【図４】本発明における停止点の決定方法を説明する図（２）である。
【図５】本発明における停止点の決定方法を説明する図（３）である。
【図６】本発明の実施形態における近傍境界軸停止手段による処理のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における移動可能距離計算手段による処理のフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態における移動距離判定手段および軸移動制限手段による処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明のストロークリミット近傍のテスト運転で移動量の制限を実施する数値制御装置のハードウェアの概略構成を示すブロック図である。数値制御装置１はプロセッサ１０を中心に構成されている。プロセッサ１０はＲＯＭ１１に格納されたシステム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。このＲＯＭ１１にはＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される。
【００２３】
ＲＡＭ１２にはＤＲＡＭ等が使用され、一時的な計算データ、表示データ、入出力信号等が格納される。不揮発性メモリ１３には図示されていないバッテリによってバックアップされたＣＭＯＳやＳＲＡＭが使用され、電源切断後も保持すべきパラメータ、加工プログラム、工具補正データ、ピッチ誤差補正データ等が記憶される。また、不揮発性メモリ１３には、ストロークリミット機能における移動禁止境界の判断データや、本発明のストロークリミット近傍領域の判断データも格納されている。
【００２４】
ＬＣＤ／ＭＤＩユニット１８は、数値制御装置１の前面あるいは機械操作盤と同じ位置に配置され、データ及び図形の表示、データ入力、数値制御装置１の運転に使用される。グラフィック制御回路１９は数値データ及び図形データ等のディジタル信号を表示用のラスタ信号に変換し、表示装置２０に送り、表示装置２０はこれらの数値及び図形を表示する。表示装置２０には主に液晶表示装置が使用される。
【００２５】
キーボード２１は数値キー、シンボリックキー、文字キー及び機能キーから構成され、加工プログラムの作成、編集及び数値制御装置の運転に使用される。ソフトウェアキー２２は表示装置２０の下部等に設けられ、その機能は表示装置に表示される。表示装置の画面が変化すれば、表示される機能に対応して、ソフトウェアキー２２の機能も変化する。
【００２６】
軸制御回路１４はプロセッサ１０からの軸の移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ１５に出力する。サーボアンプ１５はこの移動指令を増幅し、工作機械２３に結合されたサーボモータを駆動し、工作機械２３の工具とワークの相対運動を制御する。なお、図では１軸分のみ示したが、軸制御回路１４及びサーボアンプ１５はサーボモータの軸数に対応した数だけ設けられる。
【００２７】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６はプロセッサ１０からバス１７経由でＭ（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信号、Ｔ（工具選択）機能信号等を受け取る。そして、これらの信号をシーケンス・プログラムで処理して、出力信号を出力し、工作機械２３内の空圧機器、油圧機器、電磁アクチュエイタ等を制御する。また、工作機械２３内の機械操作盤のボタン信号、スイッチ信号及びリミットスイッチ等の信号を受けて、シーケンス処理を行い、バス１７を経由してプロセッサ１０に必要な入力信号を転送する。
なお、図１ではスピンドルモータ制御回路及びスピンドルモータ用アンプ等は省略してある。
【００２８】
図２は、ストロークリミット近傍のテスト運転で移動量を制限するための、機能の概念を示す図である。解読手段３２は、加工プログラム３１で指令されたブロックの移動指令を解読し、指令終点を求める。解読手段３２は、指令終点を求める際には、工具径オフセット、工具長オフセットなどの各補正値を加味する。近傍距離設定手段３３は、ストロークリミット機能で使用されている工具または被加工物の移動禁止領域境界からの近傍距離を各軸毎に設定して記憶する。近傍境界軸停止手段３４は、近傍距離設定手段３３により記憶された設定値から決定されるストロークリミット近傍領域の境界で、軸移動を一旦減速停止するようパルス分配手段３５に対して指令する。なお、近傍境界軸停止手段３４により軸移動が停止した際には、その旨表示装置２０などにメッセージを表示するようにしてもよい。
【００２９】
一方、移動可能距離計算手段３６は、近傍距離設定手段３３により記憶された設定値から決定されるストロークリミット近傍領域内のテスト運転において、禁止領域に近づく方向に移動可能な距離を、移動禁止境界までの距離未満（例えば、移動禁止境界までの距離のｍ／ｎ、但しｍ、ｎは整数かつ、ｍ＜ｎ）となるよう各軸毎に求める。移動距離判定手段３７は、近傍領域内のテスト運転において、解読手段３２により求めた終点までの各軸の移動量が、移動可能距離計算手段３６により求めた移動可能距離を超えるかどうか判定し、移動可能距離を超える軸が存在すると判定された場合は、軸移動制限手段３８により、移動可能距離を超えない範囲に移動距離を制限して軸移動を減速停止させるよう、パルス分配手段３５に対して指令する。
パルス分配手段３５は、指令に応じた補間パルスを軸制御側に送ることで、工作機械に結合されたサーボモータを駆動する。
【００３０】
図３は、加工プログラムの指令がストロークリミット近傍領域に近づいたときの軸移動制御動作の一例を示す図である。ストロークリミット禁止領域からの近傍距離ｌxとｌyにより、ｘ−ｙ平面上のストロークリミット近傍領域が構成され、指令終点がその近傍領域内に指令された状態であることを示している。
【００３１】
図４および図５は、図３で示された加工プログラムとストロークリミット近傍領域との関係から、次の停止点がどのように決まるかを示している。図４および図５は、移動可能距離計算手段３６が、禁止領域に近づく方向に移動可能な距離を、移動禁止境界までの距離の１／２としている場合における実施例である。
【００３２】
図４は、図３で示された加工プログラムにおいては、近傍境界軸停止手段３４により、近傍領域内に入ったときの第１停止点としてｘ軸近傍境界で停止し、第２停止点としてｙ軸近傍境界で停止することを示している。ストロークリミット近傍領域に入ると、まず各軸の近傍境界上で停止する。本実施例の加工プログラムでは、まずｘ軸近傍境界上を通過するため、まずｘ軸近傍境界上の通過点を第１停止点とする。次の移動＜２＞では、ｘ軸の禁止領域までの残り距離がｌxであるため、禁止領域に近づく方向に移動可能なｘ軸の距離は、最大でｌx／２となる。一方ｙ軸は、ｙ軸近傍境界上にまだ到達していないため、次の移動＜２＞における移動可能なｙ軸の点はｙ軸近傍境界上となる。加工プログラム指令上では、ｙ軸近傍境界上に先に到達するため、第２停止点はｙ軸近傍境界上の通過点となる。
【００３３】
図５は、図４で示された第２停止点から次の移動＜３＞を開始し、第３停止点がどのようにして決められるかを示している。次の移動＜３＞では、ｘ軸の禁止領域までの残り距離がｌx2であるため、禁止領域に近づく方向に移動可能なｘ軸の距離は、最大でｌx2／２となる。一方、ｙ軸の禁止領域までの残り距離はｌyであるため、禁止領域に近づく方向に移動可能なｙ軸の距離は、最大でｌy／２となる。加工プログラム指令上では、ｘ軸接近限界上に先に到達するため、第３停止点はｘ軸接近限界上の通過点となる。
第４停止点以降の図示は省略するが、同様に、各軸の接近限界は、禁止領域に近づく方向の各軸の残り移動量の１／２を最大として決定される。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態における、近傍境界軸停止手段により実行される処理のフローチャートである。本処理は、数値制御装置１の制御周期毎に実行される。
●［ステップＳＡ０１］現在の動作モードがテストモード中であるか否かを判定する。テストモード中である場合にはステップＳＡ０２へ進み、テストモード中でない場合には本処理を終了する。
●［ステップＳＡ０２］軸番号ｎを１に設定する。
【００３５】
●［ステップＳＡ０３］今制御周期における各軸への移動パルスの分配後における第ｎ軸の位置が、近傍距離設定手段３３により記憶された設定値から決定されるストロークリミット近傍領域の境界（近傍境界）を超えるか否かを判定する。近傍境界を超える場合にはステップＳＡ０４へ進み、近傍境界を超えない場合にはステップＳＡ０５へ進む。
●［ステップＳＡ０４］第ｎ軸の移動パルスの分配量を近傍境界まで移動するための移動パルス量へと変更する。
【００３６】
●［ステップＳＡ０５］軸番号ｎをｎ＋１に設定する。
●［ステップＳＡ０６］軸番号ｎが制御対象となる制御軸の数を超えたか判定する。制御軸の数を超えた場合には本処理を終了し、超えていない場合にはステップＳＡ０３に戻る。
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態における、移動可能距離計算手段により実行される処理のフローチャートである。本処理は、数値制御装置１の制御周期毎に実行される。
●［ステップＳＢ０１］現在の動作モードがテストモード中であり、かつ、現在の軸の位置が近傍距離設定手段３３により記憶された設定値から決定されるストロークリミット近傍領域内にあるか否かを判定する。テストモード中であり、かつ、近傍領域内にある場合にはステップＳＢ０２へ進み、そうでない場合には本処理を終了する。
●［ステップＳＢ０２］軸番号ｎを１に設定する。
【００３８】
●［ステップＳＢ０３］第ｎ軸の移動方向が禁止領域に近づく方向であるか否かを判定する。禁止領域に近づく方向である場合にはステップＳＢ０４へ進み、禁止領域に近づかない場合にはステップＳＢ０５へ進む。
●［ステップＳＡ０４］第ｎ軸の移動可能距離を移動禁止領域との境界までの距離未満の値（例えば、移動禁止領域までの距離の１／２）とする。
【００３９】
●［ステップＳＢ０５］軸番号ｎをｎ＋１に設定する。
●［ステップＳＢ０６］軸番号ｎが制御対象となる制御軸の数を超えたか判定する。制御軸の数を超えた場合には本処理を終了し、超えていない場合にはステップＳＢ０３に戻る。
【００４０】
図８は、本発明の実施の形態における、移動距離判定手段および軸移動制限手段により実行される処理のフローチャートである。本処理は、数値制御装置１の制御周期毎に実行される。
●［ステップＳＣ０１］現在の動作モードがテストモード中であり、かつ、現在の軸の位置が近傍距離設定手段３３により記憶された設定値から決定されるストロークリミット近傍領域内にあるか否かを判定する。テストモード中であり、かつ、近傍領域内にある場合にはステップＳＣ０２へ進み、そうでない場合には本処理を終了する。
●［ステップＳＣ０２］軸番号ｎを１に設定する。
【００４１】
●［ステップＳＣ０３］前回停止した停止点からの第ｎ軸に対して分配される移動パルスの分配量（今制御周期における分配量を含む）が第ｎ軸の移動可能距離を超えるか否かを判定する。移動可能距離を超える場合にはステップＳＣ０４へ進み、移動可能距離を超えない場合にはステップＳＣ０５へ進む。
●［ステップＳＣ０４］第ｎ軸の移動パルスの分配量を前回停止点に移動可能距離を加えた位置まで移動するための移動パルス量へと変更する。
【００４２】
●［ステップＳＣ０５］軸番号ｎをｎ＋１に設定する。
●［ステップＳＣ０６］軸番号ｎが制御対象となる制御軸の数を超えたか判定する。制御軸の数を超えた場合には本処理を終了し、超えていない場合にはステップＳＣ０３に戻る。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
【００４４】
例えば、実施の形態ではｘ−ｙの２軸平面に対してのみ適用した例としているが、任意の制御軸に対して空間的に移動量を制限させるように動作させてもよい。また、適用される加工プログラムも、直線的な移動のみならず、円弧などの曲線的な移動に対して適用してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では移動可能距離計算手段３６は移動可能距離を禁止領域に近づく方向の各軸の残り移動量の１／２を最大として決定する例を示したが、このようにした場合、禁止領域に至極近傍にまで軸を移動させるプログラム指令のテストを行う際に、プログラム指令による指令位置まで移動するために何度も軸移動制限手段３８により軸が停止し、テストに時間が掛かってしまうという問題が生じる。そこで、移動可能距離計算手段３６より求められる移動可能距離にクランプをかけ、移動距離が一定距離未満にならないようにすることで、上記問題を解決することができる。
【００４６】
更に、移動可能距離計算手段３６が、指令又は信号などで指定されるオーバーライド値に基づいて移動可能距離を決定する際にオーバーライドをかけることができるように構成してもよい。例えば、上記実施形態に示したように移動可能距離計算手段３６は移動可能距離を禁止領域に近づく方向の各軸の残り移動量の１／２を最大として決定するように設定されている場合において、テストしている加工プログラムや加工状況によって、より速く禁止領域に近づけたり、慎重にゆっくり禁止領域に近づけたりする必要が生じる場合がある。その場合に、移動可能距離計算手段３６が移動可能距離を決定する際に指定されたオーバーライドをかけるようにすることで、例えば作業者が操作盤上のオーバーライドスイッチを操作することにより状況にあわせてこまめに移動可能距離の変更を行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００４７】
１  数値制御装置
１０  プロセッサ
１１  ＲＯＭ
１２  ＲＡＭ
１３  不揮発性メモリ
１４  軸制御回路
１５  サーボアンプ
１６  ＰＭＣ
１７  バス
１８  ＬＣＤ／ＭＤＩユニット
１９  グラフィック制御回路
２０  表示装置
２１  キーボード
２２  ソフトウェアキー
２３  工作機械
３１  加工プログラム
３２  解読手段
３３  近傍距離設定手段
３４  近傍境界軸停止手段
３５  パルス分配手段
３６  移動可能距離計算手段
３７  移動距離判定手段
３８  軸移動制限手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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