(57)【要約】【課題】加工プログラムに記述された同期コードの位置で同期を取りながら同一機械上で複数の加工プログラムを並列に実行して加工を行う工作機械の運転制御装置に関し、加工時間や加工品質を犠牲にすることなく、ワーク加工時の工作機械の消費エネルギーを低減すると共に、加工プログラム作成時の作業負担を低減する。【解決手段】ワーク加工時における各加工系統、すなわち同期位置で間欠的に同期を取りながら各別の加工プログラムを実行している加工系統ごとの同期位置における待ち時間を自動計測し、その待ち時間が無くなるように各加工系統の早送り（位置決め）動作の加減速時間を自動更新する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加工系統と同期コードを含む各加工系統毎の加工プログラムとを備え、各加工系統は、加工プログラムの同期コードの位置で他の加工系統と同期を取りながらそれぞれの加工プログラムを実行する、複数の加工系統を備えた工作機械の運転制御装置において、
各加工系統毎に、加工プログラムの実行中に当該加工プログラムの同期コード間の早送り動作の回数をカウントする計数手段と、
同期時に他の加工系統の同期を待った待ち時間を計測する計時手段とを備え、
前記工作機械を制御するＮＣ装置は、前記待ち時間と前記早送り動作の回数に基づいて前記同期コード間に行われる早送り動作時の加減速の時定数を書き換える時定数更新手段とを備えている、
工作機械の運転制御装置。
【請求項２】
前記計数手段を前記ＮＣ装置のプログラマブルコントロール部に備えている、請求項１記載の工作機械の運転制御装置。
【請求項３】
前記待ち時間を前記早送り動作の回数の２倍で除した値に基づいて加工プログラムの前記同期コード間に記述された早送り指令の加減速の時定数を書き換える前記時定数更新手段を備えた、請求項１又は２記載の工作機械の運転制御装置。
【請求項４】
前記待ち時間を前記早送り動作の回数で除した値に基づいて加工プログラムの前記同期コード間に記述された主軸加減速指令の加減速の時定数を書き換える前記時定数更新手段を備えた、請求項１、２又は３記載の工作機械の運転制御装置。
【請求項５】
工作機械が複数の刃物台と同一軸線上で対向する２本の主軸を備えた２主軸対向旋盤である、請求項３又は４記載の工作機械の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加工プログラムに記述された同期コードの位置で同期を取りながら同一機械上で複数の加工プログラムを並列に実行して加工を行う工作機械、例えば多軸ボール盤、複数の刃物台を備えた旋盤、複数の工具主軸を備えたマシニングセンタなどの運転制御装置に関するもので、そのような工作機械の省エネ運転を可能にする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数系統の加工手段を備えた工作機械では、その加工系統ごとに加工プログラムが作成され、それぞれの加工プログラムに記述された同期コードの位置で他の加工系統の加工と同期を取りながら並行して加工が行われる。加工プログラムには、多数の加工動作と補助動作とが動作順に記述されている。
【０００３】
例えば複数の刃物台を備えた旋盤では、刃物台ごとに加工プログラムが作成される。ある刃物台の加工プログラムの途中に記述された一方の動作が他の刃物台の加工プログラムに記述された他方の動作が終了しなければ実行できない場合、その加工プログラムの前記一方の動作の前と、前記他の加工プログラムの前記他方の動作の後とに同期コードを記述し、この同期コードの位置に早く到達した方が他方の到達を待って両加工プログラムの同期を取るようにしている。
【０００４】
加工プログラムの作成に当たっては、対象とするワークの製造に必要な複数の加工動作を各系統の加工時間ができるだけ均等になるように配分することで、加工時間の短縮を図るけれども、各加工系統ごとに可能な加工と不可能な加工とがあるので、各系統の加工時間を同一にすることは不可能である。
【０００５】
例えば２個の刃物台を備えた旋盤において、一方の刃物台が旋削専用のタレット刃物台で、他方の刃物台がドリルやフライスなどの回転工具と旋削工具とを備えている場合、回転工具による加工が多いワークでは、旋削専用の刃物台の待ち時間が多くなるのを避けることができない。
【０００６】
また、同一軸線上に２本の主軸を備えた２主軸対向旋盤であると、加工動作の配分はもっと複雑になる。２主軸対向旋盤では、一方の主軸が停止して回転工具による孔あけ加工や平面加工を行っている間に、他方の主軸に把持されたワークの旋削加工を行うことができる。そのため、２主軸間でのワークの受け渡しタイミングも考慮して、各刃物台の同期位置における待ち時間が最小になるように、どの加工動作をどの刃物台でどちら側の主軸で行うかを選択しながら加工プログラムを作成しなければならず、加工プログラム作成時の作業負担が非常に大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、複数の加工系統を備えた工作機械の加工プログラムを作成するときには、加工動作を各加工系統に適切に配分し、更に同期位置において予想される待ち時間が出来るだけ短くなるように加工速度や早送り速度を設定して、効率よくワークの加工が行われるようにする。
【０００８】
しかし、ワークは多種多様であり、複雑な形状のワークでは、各加工プログラム中に多数の同期位置が設定され、かつ前後の同期位置の間に多数の加工動作が行われるため、各同期位置で生ずる待ち時間を最少にしようとすると、加工プログラムの作成に多大な労力が必要となり、各同期位置である程度の待ち時間が生ずるのは、やむを得なかった。
【０００９】
更に、加工プログラムは、テスト加工の結果などによって、仕上げ面精度を上げるために仕上げ加工の速度を少し遅くするなどの加工プログラムの修正が行われることがある。このような修正が行われると、その後の同期位置における待ち時間も変化することとなり、加工プログラム作成時に待ち時間を最少にした努力が水泡に帰することになってしまう。
【００１０】
一方、工作機械におけるエネルギー消費を考慮すると、主軸や刃物台の加減速は、できるだけゆっくり行うことが望ましい。刃物台や主軸及びその駆動機構は、高い加工精度を実現するために頑丈に作られており、質量が大きい。そのため、加減速をゆっくり行うことにより、加減速時に主軸モータや刃物台の送りモータにかかる慣性負荷を低減できるからである。
【００１１】
この発明は、複数の加工系統を備えた工作機械において、加工時間や加工品質を犠牲にすることなく、ワーク加工時の工作機械の消費エネルギーを低減すると共に、加工プログラム作成時の作業負担を低減できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明では、ワーク加工時における各加工系統、すなわち同期位置で間欠的に同期を取りながら各別の加工プログラムを実行している加工系統ごとの同期位置における待ち時間を自動計測し、その待ち時間が無くなるように各加工系統の早送り（位置決め）動作の加減速時間を自動更新することにより、上記課題を解決している。
【００１３】
この発明の運転制御装置は、複数の加工系統、例えば複数の工具主軸や刃物台２１（２１ａ、２１ｂ）及びそれらを個別に動作させる駆動源２５（２５ａ、２５ｂ）、２６（２６ａ、２６ｂ）からなる加工系統と、同期コードを含む各加工系統毎の加工プログラムＰ（Ｐａ、Ｐｂ）とを備えている工作機械に設けられる運転制御装置である。各加工系統は、加工プログラムＰａ、Ｐｂの同期コードＭ１００、Ｍ２００、Ｍ３００・・・の位置で他の加工系統と同期を取りながらそれぞれの加工プログラムＰａ、Ｐｂを実行する。
【００１４】
この発明では、各加工系統毎に、加工プログラムＰａ、Ｐｂの実行中に当該加工プログラムの同期コード間の早送り動作の回数、すなわち加工プログラムに記述された前後の同期コードの間に行われた早送り動作の回数ｎをカウントする計数手段３３（３３ａ、３３ｂ）と、同期時に他の加工系統の同期を待った待ち時間ｔを計測する計時手段３２（３２ａ、３２ｂ）と、時定数更新手段Ｐｓとを備えている。
【００１５】
時定数更新手段Ｐｓは、待ち時間ｔと早送り動作の回数ｎに基づいて前記同期コード間に行われる早送り動作時の加減速時間を更新する時定数更新プログラムＰｓをＮＣ装置に登録し、各加工プログラムＰａ、Ｐｂから当該時定数更新プログラムＰｓを呼び出すことにより実現できる。
【００１６】
一般的なＮＣ装置を備えた工作機械では、早送り動作の回数をカウントする計数手段３３を当該ＮＣ装置のプログラマブルコントロール部３１に設け、計時手段３２と時定数更新手段Ｐｓを当該ＮＣ装置のＮＣ部３０に設けるのが実用上好ましい。
【００１７】
待ち時間ｔと早送り動作の回数ｎに基づく加減速時間の更新は、既に設定されている加減速時間に計測した待ち時間ｔを早送り動作の回数ｎの２倍で除した時間Δｔを加えた時間が更新後の加減速時間となるように設定するのが簡単かつ合理的で、演算時間を極めて短くでき、更新動作を瞬時に行うことができる。
【００１８】
加工プログラム中にワークの回転数を変更するときの加減速時間が設定されているときは、既に設定されている加減速時間に待ち時間ｔを早送り動作の回数ｎで除した時間Δｔを加えた時間が更新後の加減速時間となるように設定するのが良い。ワーク回転の加減速は、工具位置の早送り時に行われ、早送りでは加速と減速が行われるのに対し、ワーク回転の変更時に行われるのは加速又は減速のどちらかであるからである。
【００１９】
複数の刃物台２１ａ、２１ｂと同一軸線Ｌ上で対向する２本のワーク主軸１０ｆ、１０ｇを備えた２主軸対向旋盤では、特に２本の主軸間でワークｗを受け渡しながら加工を行うとき、各刃物台毎の加工プログラムＰａ、Ｐｂの作成時に、どの加工動作をどちら側のワーク主軸と協同して行うかという加工動作の分配が複雑になり、加工中の同期回数も多くなるので、この発明の制御装置を採用することによる加工プログラム作成時の作業負担の低減効果が顕著である。
【発明の効果】
【００２０】
刃物を次の加工動作の開始位置に位置決めする刃物台の早送り動作は、ワーク加工中に最も頻繁に行われる動作であり、かつワークを実際に加工するときに比べて移動速度が遙かに速いので、その加減速時に消費されるエネルギーも大きい。
【００２１】
この発明では、ワークを加工しながら各加工系統ごとの待ち時間を自動計測し、その待ち時間が最少となるように早送り動作の加減速時間を自動的に更新することができるので、早送り時の消費エネルギーを低減できる。この発明では、実際にワークの加工を行う加工動作には影響を与えないので、加工時間や加工品質を犠牲にすることなく、ワーク加工時の工作機械の消費エネルギーを低減できるという効果がある。
【００２２】
またこの発明では、加工プログラム作成時における加工時間の見積りが大まかであっても、またワークの加工を開始してから加工プログラムが修正された場合でも、最も消費エネルギーが少なくなるように加工プログラムが修正されるので、加工プログラム作成時における作業負担が軽減されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明が適用される工作機械の一例を示すブロック図
【図２】加工プログラムのコードの記述の例を示す図
【図３】加減速更新プログラムの一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、２個の刃物台を備えた２主軸対向旋盤を例にして、この発明の実施形態を説明する。図１は、２個のタレット刃物台を備えた２主軸対向旋盤の模式的なブロック図で、１０ｆ、１０ｇは同一主軸軸線Ｌ上の左右の主軸、１１ｆ及び１１ｇはそれぞれの主軸を軸支する左右の主軸台、１２ｆ及び１２ｇは、左右の主軸１０ｆ、１０ｇの対向端に装着された左右のワークチャックである。左主軸台１１ｆは、定位置に設けられており、右主軸台１１ｇは、主軸軸線Ｌと平行なＺ軸方向に移動位置決め可能である。
【００２５】
ワークｗは、左チャック１２ｆに把持されて左主軸１０ｆ側での加工が行われた後、右主軸台１１ｇの左主軸台１１ｆ側への接近及び離隔動作と、接近した位置での右チャック１２ｇのワーク把持動作と、左チャック１２ｆのワーク開放動作とにより、左チャック１２ｆから右チャック１２ｇへと持ち換えられ、そのあと左チャック１２ｆに次のワークが供給される。右主軸１０ｇ側での加工が終了したワークは、完成品として機外に排出される。
【００２６】
２１ａ及び２１ｂは、主軸軸線Ｌの両側に配置されたタレット刃物台で、そのタレット２２ａ、２２ｂには、それぞれ複数の工具Ｔが装着されている。刃物台２１ａ及び２１ｂは、左右のワークチャック１２ｆ、１２ｇに把持されたワークｗのいずれをも加工することが可能なＺ軸方向の長い移動ストロークを備えている。
【００２７】
タレット２２ａがドリルやフライスなどの回転工具を装着可能な回転工具タレットで、タレット２２ｂが旋削工具のみを装着するタレットであるとすれば、タレット２２ａには、ワークｗの加工に必要な回転工具が装着され、旋削工具は、タレット２２ａの残りの工具装着部とタレット２２ｂとに装着される。ワークｗの加工に必要な旋削工具のうち、どれをタレット２２ａに装着し、どれをタレット２２ｂに装着するかは、加工動作をタレット２２ａと２２ｂにどのように配分するかによって決定される。
【００２８】
左右の主軸台１１ｆ、１１ｇには、それぞれの主軸１０ｆ、１０ｇを回転駆動する主軸モータ１３ｆ、１３ｇが装着されている。刃物台２１ａ、２１ｂには、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の送りねじ２３ａ、２３ｂ及び２４ａ、２４ｂを介して、それぞれのＺ軸送りモータ２５ａ、２５ｂ及びＸ軸送りモータ２６ａ、２６ｂが設けられている。
【００２９】
主軸モータ１３ｆ、１３ｇの回転及び刃物台２１ａ、２１ｂのＺ軸及びＸ軸方向の移動位置を制御しているＮＣ装置３は、ＮＣ部（数値制御部）３０とＰＣ部（プログラマブルコントロール部）３１とを備えている。ＮＣ部３０には、刃物台２１ａについての加工プログラムＰａと、刃物台２１ｂについての加工プログラムＰｂとが登録されている。ＮＣ部３０は、各加工プログラムの同期位置における待ち時間を計測するタイマ３２ａ、３２ｂと、早送り時の加減速時間を書き換える時定数更新プログラムＰｓを備えている。ＰＣ部３１は、刃物台２１ａ、２１ｂのそれぞれについて早送り動作の回数をカウントするカウンタ３３ａ、３３ｂを備えている。ＮＣ装置３の操作盤３４には、省エネ運転モードの設定スイッチ３５が設けられている。
【００３０】
加工プログラムＰａ、Ｐｂは、それぞれ刃物台２１ａ、２１ｂについて、Ｚ軸及びＸ軸方向の位置と移動速度を制御している。ワーク加工時には、当該加工の際の主軸回転数も必要に応じて設定される。加工プログラム中には、刃物台の早送り動作の加減速の時定数や主軸回転を変更するときの加減速の時定数が設定するコードが含まれている。
【００３１】
補助機能コードのＭ１００、Ｍ２００、Ｍ３００・・・を１回目、２回目、３回目・・・の待ち合わせコードとし、刃物台の早送りの加減速時及び主軸の加減速時の時定数を設定するコードをＧ１０とし、時定数更新プログラムＰｓを呼び出すコードをＭ５０とし、待ち合わせコードの間に行われる複数の加工動作を一括してＯ１００、Ｏ２００、Ｏ３００・・・と表示すると、刃物台２１ａ、２１ｂの加工プログラムＰａ、Ｐｂは、図２のように記述される。Ｏ１００、Ｏ２００、Ｏ３００の中には、複数回の早送り指令（位置決めコード。通常はＧ００。）が含まれている。時定数更新プログラムＰｓを呼び出すＭ５０コードには、時定数更新プログラムに渡される引数として、直前のＧ１０コードの行番号（××、△△、にはある数字が記載される。）が指定されている。
【００３２】
時定数更新プログラムの手順を図３に示す。プログラムが呼び出されると、省エネ運転モードであるかどうかが判定され、省エネ運転モードでなければなにもしないで終了する。省エネ運転モードは、操作盤の設定スイッチ３５で設定される。省エネ運転モードであれば、時定数更新プログラムを呼び出した加工プログラムがどの刃物台の加工プログラムであるかに応じて、タイマ３２ａ又は３２ｂで計時した待ち時間を取得する。待ち時間がしきい値以下であれば、待ち時間なしとして、何もしないで終了する。
【００３３】
省エネ運転モードで、待ち時間がしきい値より大きければ、時定数更新プログラムを呼び出した加工プログラムがどの刃物台の加工プログラムであるかに応じて、カウンタ３３ａ又は３３ｂのカウント数ｎを取得する。そして、待ち時間ｔを早送り回数ｎの２倍（１回の早送りに加速と減速がある。）で除して、１回の増減速の余裕時間Δｔを算出し、早送りの加減速時間が、引数で渡された行番号のＧ１０コードに設定されている加減速時間に算出した１回当りの余裕時間を加算した時間になるように、当該Ｇ１０コードの時定数の設定値を書き換える。
【００３４】
Ｇ１０コードに主軸回転の加減速時における時定数が設定されている場合には、その時定数については、タイマの計時時間ｔをカウンタのカウント値ｎで除した時間であるΔｔの２倍だけ加減速時間が延長されるように、その時定数を書き換える。通常、主軸の加減速は刃物台の早送り動作の間に行われ、かつ刃物台の増速と減速を伴う１回の早送り動作の間に主軸の増速又は減速が行われるからである。
【００３５】
そして、カウント数及び待ち時間を取得したカウンタ３３ａ又は３３ｂ及びタイマ３２ａ又は３２ｂをリセットして終了し、加工プログラムに戻る。
【００３６】
以上の手順でワークの加工毎にＧ１０コードの設定値を更新すれば、その更新後の加工では、更新された時定数で各待ち合わせコード間の早送り及び主軸回転の加減速が行われることとなる。この更新は、待ち時間が無くなるように、従って加減速がゆっくりと行われる方向の更新となるので、常に加減即時の消費エネルギーを低減するように更新されることとなる。
【００３７】
以上の実施例は、２個の刃物台を備えた旋盤についてのものであるが、３個以上の刃物台を備えた旋盤においても、この発明を実施することができる。３個以上の刃物台を備えた旋盤では、２個の刃物台間で同期を取る場合や、３個以上の刃物台で同期を取る場合があるが、いずれにしても各刃物台ごとに、その刃物台の早送り回数と待ち時間が計測されるので、各刃物台ごとに上記手順で加減速の設定値の更新を行ってやればよい。
【００３８】
また、上記の実施例では、同期位置における待ち合わせが終了した直後に、時定数更新プログラムを実行している。時定数更新プログラムの実行時間は、極めて短いので、このプログラムの実行によって、加工時間が遅くなるおそれは一般的にはないが、時定数の書き換えは次回の加工が行われる前に行ってやればよいので、各同期位置ごとにカウンタとタイマを用意して、１加工サイクルの間、記憶するようにしてやれば、時定数更新プログラムを一括してワークのロードアンロード時に行ってやるようにすることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ｆ、１０ｇ  ワーク主軸
２１（２１ａ、２１ｂ）  刃物台
２５（２５ａ、２５ｂ）  Ｚ軸送りモータ
２６（２６ａ、２６ｂ）  Ｘ軸送りモータ
３０  ＮＣ部
３１  プログラマブルコントロール部
３２（３２ａ、３２ｂ）  タイマ
３３（３３ａ、３３ｂ）  カウンタ
Ｌ  主軸軸線
Ｍ１００、Ｍ２００、Ｍ３００  同期コード
ｎ  早送り加減速のカウント数
Ｐ（Ｐａ、Ｐｂ）  加工プログラム
ｔ  待ち時間
ｗ  ワーク
Ｐｓ  時定数更新プログラム
Δｔ  加減速を延長する時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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