JP2007122387A - 工作機械及び工作機械におけるプログラムデータ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機構部において加工等の動作が同時に行われる際に、それらの機構部で発生する機械振動を低減することができて、加工精度を向上させることができるようにすること。
【解決手段】複数の機構部をプログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械において、複数の機構部間で同時に行われる動作の停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側の機構部の余裕時間Ｔｓを算出する。動作が先に停止する側の機構部のプログラムにおいて、余裕時間Ｔｓを減少させたり無くしたりするように、指定された最高動作速度Ｖを変更することなく加速度αまたは加加速度を変更して、更新プログラムを作成する。更新プログラムを用いて機構部の制御を実行させる。
【選択図】図５

Description

この発明は、複数の機構部を備え、それらの機構部をＮＣ（numerical control）プログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械及び工作機械における電子カム等のプログラムデータ作成方法に関するものである。

ＮＣプログラムの制御による旋盤等の数値制御工作機械を使用して加工部品を製造する場合において、多品種少量の生産を次々に切り替えて実施することが要求される。このような要求に対して、従来のＮＣプログラムの作成方法や数値制御工作機械は、十分に対応できるものとはいえなかった。つまり、ＮＣプログラムを作成する上で補助ツールを使用することにより一定レベルのＮＣプログラムを作成することができたとしても、作成されたプログラムは補助ツールで決められた画一的な動作パターンによるものとなる。この結果、このようなＮＣプログラム作成方法を多品種少量の生産に適用した場合、被加工物の加工時間が長くなったり、加工部品の精度が低下したりするという問題があった。

このような問題点に対処するため、特に、加工精度の低下に対処するために、例えば特許文献１に開示されるような工作機械におけるＮＣプログラムのデータ更新方法も従来から提案されている。

すなわち、この従来方法においては、図９（ａ）に示すように、例えば複数の機構部（ここでは、チャンネル１及びチャンネル２と称する）の間で、ＮＣプログラムに基づいて直線的加減速動作が同時に行われる場合、それらの動作の待ち合わせ指令前における停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側のチャンネル１における余裕時間Ｔｓを算出している。そして、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、待ち合わせ指令前における動作が先に停止するように作成されたチャンネル１側のＮＣプログラムにおいて、余裕時間Ｔｓを無くして、動作時間をＴから余裕時間Ｔｓを含めたＴａに拡張するように、指定された最高動作速度をＶからＶ１に下げる。このようにして、更新プログラムが作成される。

この従来方法の場合、前述した図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、最高動作速度をＶからＶ１に下げることによって、等速動作時間をｔｂからｔｂ１に長くするように変更しているが、加速度（減速を含む）αを変更するものではない。この結果、加速動作時間はｔａからｔａ１に短くなるとともに、減速動作時間もｔｃからｔｃ１に短くなる。このように、待ち合わせ指令前における動作が先に停止するチャンネル１側において、余裕時間Ｔｓを利用して最高動作速度を下げた更新プログラムを作成し、その更新プログラムを用いてチャンネル１の制御を実行させることにより、動作速度を低下させるとともに、動作停止タイミングを一致させることにより、機械振動を低減して加工精度を向上させるようにしている。

また、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＮＣプログラムに基づいて加減速動作の開始及び終了が漸減的に行われる場合（以下、この動作をＳ字加減速動作という）にも、前記直線的加減速動作の場合と同様に、余裕時間Ｔｓを無くして、動作時間をＴから余裕時間Ｔｓを含めたＴａに拡張するように、最高動作速度をＶからＶ１に下げている。この場合、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、加速度αを変更することなく、最高動作速度をＶからＶ１に下げることによって、等速動作時間をｔｂからｔｂ１に長くするように変更している。この結果、加速動作時間はｔａからｔａ１に短くなるとともに、減速動作時間もｔｃからｔｃ１に短くなる。また、このＳ字加減速動作においては、加加速度Ｊを変更せず二次加速度時間ｔａｘ，ｔｃｘを一定に保って、一次加速動作時間をｔａｙ，ｔｃｙからｔａｙ１，ｔｃｙ１に短くするように変更している。
特開２００３−２５６００９号公報

以上のようにして、データ更新が実行されるが、この従来のデータ更新方法においては、次のような問題があった。
すなわち、図９に示す直線的加減速動作におけるデータ更新は、加速度αを変更することなく、加減速動作時間ｔａ，ｔｃを短くして最高動作速度Ｖを下げている。また、図１０に示すＳ字加減速動作におけるデータ更新は、加加速度Ｊを変更することなく、一次加速動作時間ｔａｙ，ｔｃｙを短くすることにより、加減速動作時間ｔａ，ｔｃを短くして最高動作速度Ｖを下げている。しかしながら、以上のように、最高動作速度Ｖを下げたとしても、最高動作速度Ｖは定速であるため、機械振動原因としての比率はそれほど高くない。従って、最高動作速度Ｖを変化させたとしても、機械振動の低減効果を十分に発揮することができず、このため、被加工物の加工精度の向上や、機械寿命の延長に対する悪影響を排除することが困難であった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、複数の機構部において加工等の動作が同時に行われる際に、それらの機構部で発生する機械振動を効率的に低減することができて、被加工物の加工精度の向上や機械寿命の延長を達成することができる工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、工作機械に係る請求項１に記載の発明においては、複数の機構部を動作プログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械において、前記動作プログラムから、複数の機構部間で同時に行われる動作の待ち合わせ指令前における停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側の機構部の余裕時間を算出する算出手段と、動作が先に停止する側の機構部の動作プログラムにおいて、その動作プログラムで動作させた場合の等速動作速度が維持されるとともに、余裕時間が減少させたり無くされたりするように、加速度及び加加速度のうちの少なくとも一方を変更して、更新プログラムを作成するプログラム作成手段と、更新プログラムを用いて前記機構部の制御を実行させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明において、前記プログラム作成手段で作成された更新プログラムにおける加速度データ及び加加速度データの少なくとも一方が、予め設定された規定値を下回らないように余裕時間の減少度合を調整する調整手段を設けたことを特徴とする。

工作機械におけるプログラムデータ作成方法に係る請求項３に記載の発明においては、複数の機構部を動作プログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械において、前記動作プログラムから、複数の機構部間で同時に行われる動作の待ち合わせ指令前における停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側の機構部の余裕時間を算出し、待ち合わせ指令前における動作が先に停止する側の機構部の動作プログラムにおいて、その動作プログラムで動作させた場合の等速動作速度が維持されるとともに、余裕時間が減少させたり無くされたりするように、加速度及び加加速度のうちの少なくとも一方を変更して、更新プログラムを作成し、更新プログラムを用いて前記機構部の制御を実行することを特徴とした。

なお、この発明において、加加速度とは、いわゆる加加加速度等、一つの加速度内における１または複数の加速度変化を全て含むものとする。
従って、複数の機構部において被加工物の加工や工具の移動等の動作が同時に行われる際に、待ち合わせ指令前における動作が先に停止する機構部の余裕時間を利用して、その余裕時間を減少させたり無くしたりするように、加速度または加加速度を変更することにより、更新プログラムが作成される。よって、この更新プログラムを用いて機構部の動作を制御すれば、機構部で発生する機械振動を効率的に低減することができて、加工精度を向上させることができる。

さらに、前記の構成において、更新プログラムの作成時に、算出された加速度または加加速度を予め設定された規定値と比較して、規定値よりも小さいときに余裕時間の減少度合を調整するとよい。このように構成すると、加速度または加加速度が著しく低下して、機構部の制御が不能になったり、機構部の動作の確認が困難になったりするのを防止することができる。

以上のように、この発明によれば、複数の機構部において加工等の動作が同時に行われる際に、それらの機構部で発生する機械振動を有効に低減することができて、被加工物の加工精度を向上させることができるとともに、機械寿命を延長させることができるという効果を発揮する。

以下に、この発明の一実施形態を、図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態の工作機械２１は、制御ユニット部２７を備え、この制御ユニット部２７により、主軸回転用モータ２２、工具移動用モータ２３、被加工物移動用モータ２４、背面主軸台移動用モータ２５、背面主軸回転用モータ２６の駆動がそれぞれ制御される。

前記主軸回転用モータ２２は、駆動回路２８及び主軸回転制御回路２９を介して制御ユニット部２７に接続され、被加工物を着脱可能に保持する主軸（図２に示すＡ１）を回転駆動させる。また、主軸回転用モータ２２には、そのモータ２２の回転を検出するためのパルスエンコーダ３０が設けられている。このパルスエンコーダ３０は、主軸回転用モータ２２の回転に同期して回転検出信号を発生して、制御ユニット部２７及び速度信号生成回路３１に対して出力する。速度信号生成回路３１は、パルスエンコーダ３０から出力される回転検出信号を主軸回転用モータ２２の回転速度に相当する主軸回転速度信号に変換して、主軸回転制御回路２９に出力する。

前記主軸回転制御回路２９は、後述するクロック信号発生回路４７から出力されるクロック信号を基準にして、主軸上の被加工物の回転を所望の回転速度となるように制御するためのものである。すなわち、この主軸回転制御回路２９は、制御ユニット部２７から出力される主軸回転速度指令信号と、速度信号生成回路３１から出力される主軸回転速度信号とを比較して、その差に応じた制御信号を前記クロック信号に基づいて生成する。そして、主軸回転制御回路２９にて生成された制御信号は、駆動回路２８に出力される。

前記駆動回路２８は、主軸回転制御回路２９から出力された制御信号に基づいて、主軸回転用モータ２２の回転速度，すなわち主軸の回転速度が後述する主軸回転速度指令値と一致するように、主軸回転用モータ２２への供給電力を制御する。そして、これらの駆動回路２８、主軸回転制御回路２９、及び速度信号生成回路３１によって、主軸回転用モータ２２の回転速度に対するフィードバック制御系が構成されている。

前記工具移動用モータ２３は、駆動回路３２及び工具送り制御回路３３を介して制御ユニット部２７に接続され、被加工物を加工するための工具（旋削加工用バイト等であって、図２に示すＴＳ１等）を、例えば主軸回転用モータ２２，すなわち主軸の回転中心軸に対して直交する方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）、または主軸と平行な方向（Ｚ軸方向）等に移動させる。また、工具移動用モータ２３には、そのモータ２３の回転を検出するためのパルスエンコーダ３４が設けられている。このパルスエンコーダ３４は、工具移動用モータ２３の所定回転角度毎に回転検出信号を発生して、工具送り制御回路３３に出力する。

前記工具送り制御回路３３は、パルスエンコーダ３４から出力される回転検出信号に基づいて、実際の工具の移動位置を認識するとともに、認識した実際の工具の移動位置と後述する制御ユニット部２７から出力される工具位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて工具駆動信号を生成する。そして、工具送り制御回路３３にて生成された工具駆動信号は、駆動回路３２に出力される。駆動回路３２は、工具送り制御回路３３から出力された工具駆動信号に基づいて、工具移動用モータ２３への供給電力を制御する。そして、この駆動回路３２及び工具送り制御回路３３によって、工具の移動位置に対するフィードバック制御系が構成されている。

前記被加工物移動用モータ２４は、駆動回路３５及び被加工物送り制御回路３６を介して制御ユニット部２７に接続され、被加工物を、例えば主軸回転用モータ２２の回転中心軸，すなわち主軸の回転中心軸に対して平行な方向（図２にＺ１で示すＺ軸方向）に移動させる。また、被加工物移動用モータ２４には、そのモータ２４の回転を検出するためのパルスエンコーダ３７が設けられている。このパルスエンコーダ３７は、被加工物移動用モータ２４の所定回転角度毎に回転検出信号を発生して、被加工物送り制御回路３６に出力する。

前記被加工物送り制御回路３６は、パルスエンコーダ３７から出力される回転検出信号に基づいて、実際の被加工物の移動位置を認識するとともに、認識した実際の被加工物の移動位置と制御ユニット部２７から出力される被加工物位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて被加工物駆動信号を生成する。そして、被加工物送り制御回路３６にて生成された被加工物駆動信号は、駆動回路３５に出力される。駆動回路３５は、被加工物送り制御回路３６から出力された被加工物駆動信号に基づいて、被加工物移動用モータ２４への供給電力を制御する。そして、この駆動回路３５及び被加工物送り制御回路３６によって、被加工物の移動位置に対するフィードバック制御系が構成されている。

前記背面主軸台移動用モータ２５は、駆動回路３８及び背面主軸台送り制御回路３９を介して制御ユニット部２７に接続され、背面主軸（図２に示すＡ２）及び背面主軸回転用モータ２６等を支持する背面主軸台を、例えば主軸回転用モータ２２の回転中心軸，すなわち背面主軸の回転中心軸に対して平行な方向（Ｚ軸方向）または、これと直交する方向（Ｘ軸方向）に移動させる。また、背面主軸台移動用モータ２５には、そのモータ２５の回転を検出するためのパルスエンコーダ４０が設けられている。このパルスエンコーダ４０は、背面主軸台移動用モータ２５の所定回転角度毎に回転位置信号を発生して、背面主軸台送り制御回路３９に出力する。

前記背面主軸台送り制御回路３９は、パルスエンコーダ４０から出力される回転位置信号に基づいて、実際の背面主軸台の移動位置を認識するとともに、認識した実際の背面主軸台の移動位置と制御ユニット部２７から出力される背面主軸台位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいて背面主軸台駆動信号を生成する。そして、背面主軸台送り制御回路３９にて生成された背面主軸台駆動信号は、駆動回路３８に出力される。駆動回路３８は、背面主軸台送り制御回路３９から出力された駆動信号に基づいて、背面主軸台移動用モータ２５への供給電力を制御する。そして、この駆動回路３８及び背面主軸台送り制御回路３９によって、背面主軸台の移動位置のフィードバック制御系が構成されている。

前記背面主軸回転用モータ２６は、駆動回路４１及び背面主軸回転制御回路４２を介して制御ユニット部２７に接続され、被加工物を着脱可能に保持する前記背面主軸を回転駆動させる。また、背面主軸回転用モータ２６には、そのモータ２６の回転を検出するためのパルスエンコーダ４３が設けられている。このパルスエンコーダ４３は、背面主軸回転用モータ２６の回転，すなわち背面主軸の回転に同期して回転検出信号を発生して、制御ユニット部２７及び速度信号生成回路４４に出力する。速度信号生成回路４４は、パルスエンコーダ４３から出力される回転検出信号を背面主軸回転用モータ２６の回転速度に相当する背面主軸回転速度信号に変換して、背面主軸回転制御回路４２に出力する。

前記背面主軸回転制御回路４２は、後述するクロック信号発生回路４７から発生するクロック信号を基準にして、所望の回転速度となるように背面主軸回転用モータ２６の回転，すなわち被加工物を保持する背面主軸の回転を制御するためのものである。すなわち、この背面主軸回転制御回路４２は、制御ユニット部２７から出力される背面主軸回転速度指令信号と、速度信号生成回路４４から出力される背面主軸回転速度信号とを比較して、その差に応じた制御信号を前記クロック信号に基づいて生成する。そして、背面主軸回転制御回路４２にて生成された制御信号は、駆動回路４１に対して出力される。

前記駆動回路４１は、背面主軸回転制御回路４２から出力された制御信号に基づいて、背面主軸回転用モータ２６の回転速度が後述する背面主軸回転速度指令値となるように、背面主軸回転用モータ２６への供給電力を制御する。そして、これらの駆動回路４１、背面主軸回転制御回路４２、及び速度信号生成回路４４によって、背面主軸回転用モータ２６（背面主軸）の回転速度のフィードバック制御系が構成されている。

一方、前記制御ユニット部２７は、中央演算ユニット４５、パルス信号発生回路４６ａ、４６ｂ、クロック信号発生回路４７、分割タイミング信号発生回路４８、ＮＣ部用ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４９、最適化ボタン５０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）５１、及びＰＣ部用ＲＡＭ５２を備えている。

前記中央演算ユニット４５は、制御ユニット部２７全体の信号処理等を司る演算部であって、周知のマルチプロセッシング処理、すなわち多重処理を行う。ここで、多重処理とは、複数のプログラムを記憶しておき、これらのプログラムを短い時間で切り換えながら実行させて、見かけ上、複数のプログラムが同時処理されているようにするものを指す。この場合、時分割処理するものや、各々のプログラムに優先順位を付しておいて、その優先順位が高い順に処理を切り換えながらタスク処理が実行される。

前記各パルス信号発生回路４６ａ，４６ｂは、パルスエンコーダ３０，４３に接続されるとともに、中央演算ユニット４５にも接続されている。そして、各パルス信号発生回路４６ａ，４６ｂは、パルスエンコーダ３０，４３から出力された回転検出信号をインターフェース等を介して入力し、その回転検出信号に基づいて所定回転角度毎にパルス信号を発生して、中央演算ユニット４５に出力する。この実施形態において、パルス信号発生回路４６ａ，４６ｂは、主軸回転用モータ２２あるいは、背面主軸回転用モータ２６が一回転する間に、主軸回転用モータ２２、背面主軸回転用モータに同期して、等間隔で所定個数のパルス信号を出力するようになっている。

前記クロック信号発生回路４７は、中央演算ユニット４５から出力される所定の指令信号を受けて、所定の周期、例えば０．２５ミリ秒周期のクロック信号を生成し、分割タイミング信号発生回路４８に出力する。分割タイミング信号発生回路４８は、クロック信号発生回路４７から出力されたクロック信号の発生回数をカウントし、そのカウントの結果に基づいて例えば１ミリ秒経過する毎に分割タイミング信号を生成して中央演算ユニット４５に出力する。従って、分割タイミング信号発生回路４８は、１ミリ秒周期の分割タイミング信号を後述する割込みタイミング信号として中央演算ユニット４５に出力することになる。なお、クロック信号及び分割タイミング信号の周期は上述した数値に限られることなく、中央演算ユニット４５の処理能力、パルスエンコーダ３０，３４，３７，４０，４３の分解能、各モータ２２〜２６の性能等を考慮して適宜設定可能である。

前記ＮＣ部用ＲＡＭ４９は、中央演算ユニット４５における各種演算の結果を読み出し可能に一時的に記憶するように構成されている。このＮＣ部用ＲＡＭ４９は、工作機械２１に実際の加工動作を行わせるためのＮＣプログラム（機械稼動用の動作プログラム）を含む各種のデータを格納している。すなわち、ＮＣ部用ＲＡＭ４９の一部には、第１のチャンネル加工手順記憶部４９ａと、第２のチャンネル加工手順記憶部４９ｂと、第３のチャンネル加工手順記憶部４９ｃと、電子カムデータテーブル記憶部４９ｄとが設けられている。

なお、電子カムデータテーブル記憶部４９ｄに記憶されるデータテーブルは、いわゆる電子カム制御を行うためのものである。この電子カム制御とは、主軸等の基準軸に取りつけられたパルスエンコーダが出力するパルス信号による時々刻々の回転位置データと、基準軸の単位回転位置ごとに対応してそれぞれ設定された移動軸の指令位置データとから、時々刻々の移動軸の移動指令データを生成する。そして、この移動指令データと回転位置データとから回転物の回転速度に同期する移動軸の指令速度データを生成して、その指令速度データと前記移動指令データに基づいて、工具の位置を制御するようにしている。

次に、前記ＮＣ部用ＲＡＭ４９の第１のチャンネル加工手順記憶部４９ａ、第２のチャンネル加工手順記憶部４９ｂ、及び第３のチャンネル加工手順記憶部４９ｃに記憶されたＮＣプログラムにより、実際に作動される機構部を、図１及び図２に基づいて説明する。

まず、第１のチャンネル加工手順記憶部４９ａに記憶されたＮＣプログラムにより、チャンネル１の機構部における前記主軸回転用モータ２２、工具移動用モータ２３及び被加工物移動用モータ２４が制御される。これによって、主軸台６１上の主軸Ａ１は、図２に矢印で示すように主軸台６１とともにＺ１軸方向に移動制御されるとともに、Ｃ１回転方向に回転制御される。一方、刃物台６２上の工具ＴＳ１は、刃物台６２とともに同図に矢印で示すようにＸ１軸及びＹ１軸方向に移動制御される。

すなわち、チャンネル１では、主軸台６１の移動制御、主軸Ａ１の回転制御、工具ＴＳ１を支持する刃物台６２の各矢印方向の移動制御が行われる。一方、工具ＴＳ１は、刃物台６２に設置されていて、バイト等の非可動のもの、あるいはドリル等の回転可能なものを取りつけ可能としている。この場合、ドリル等の回転可能なものを使う場合には、第１のチャンネル加工手順記憶部４９ａに記憶されたＮＣプログラムにより、回転が制御される。

また、前記第２のチャンネル加工手順記憶部４９ｂに記憶されたＮＣプログラムにより、チャンネル２の機構部の前記背面主軸台移動用モータ２５、背面主軸回転用モータ２６及び工具ＴＳ２の回転が制御される。これによって、背面主軸Ａ２は、背面主軸台６３とともに図２に矢印で示すようにＸ２軸方向及びＺ２軸方向に移動制御されるとともに、Ｃ２回転方向に回転制御される。一方、工具ＴＳ２は、固定刃物台６４に設置されていて、前記工具ＴＳ１と同様に、バイト等の非可動のもの、あるいはドリル等の回転可能なものを取りつけ可能としている。この場合、ドリル等の回転可能なものを使う場合には、第２のチャンネル加工手順記憶部４９ｂに記憶されたＮＣプログラムにより、回転が制御される。

さらに、前記第３のチャンネル加工手順記憶部４９ｃに記憶されたＮＣプログラムにより、前記工具移動用モータ２３が制御される。これによって、チャンネル３の工具ＴＳ３は、刃物台６５とともに図２に矢印で示すようにＸ３，Ｙ３，Ｚ３軸方向に移動制御される。すなわち、チャンネル３の機構部では、この工具ＴＳ３を支持する刃物台６５が移動制御されるとともに、刃物台６５に保持される工具ＴＳ３がドリル等の回転工具の場合は、その工具の回転が制御される。

なお、この実施形態では、前記のように、工具ＴＳ１がチャンネル１に、工具ＴＳ２がチャンネル２に、工具ＴＳ３がチャンネル３に割り付けられているが、工具ＴＳ１あるいは工具ＴＳ３は、いずれのチャンネルで制御しても良く、この工具のチャンネル割り当ては必要に応じて適宜に変更することができる。同様に主軸及び背面主軸についても、チャンネル割り当ては、必要に応じて任意に変更することができる。

前記ＮＣ部用ＲＡＭ４９の電子カムデータテーブル記憶部４９ｄは、識別番号が付与された複数の電子カムデータテーブルを記憶している。各々の電子カムデータテーブルは、主軸回転用モータ２２（主軸）の所定の累積回転数毎に対応して設定された被加工物の位置データ、及び工具の位置データを記憶しておくためのものである。それぞれの電子カムデータテーブルは、前記第１〜第３チャンネル加工手順記憶部４９ａ〜４９ｃにより呼び出されて、各チャンネルの機構部の動作を制御する。なお、前述した所定の累積回転数は、大きな記憶容量を必要とするが、主軸回転用モータ２２の所定回転角度毎（累積回転角度毎）に対応して記憶させてもよい。

図１に示す前記最適化ボタン５０は、図示しない操作パネル等に設けられ、工作機械を動作させるための機械稼動用の更新プログラムファイルを作成する際に、起動用として操作される。

前記ＲＯＭ５１は、各種処理プログラムを記憶する記憶部である。そして、このＲＯＭ５１には、例えばねじ切り加工を行う際の、所定時間間隔毎（例えば１ミリ秒毎）における被加工物の移動位置及び工具の移動位置を確定するための演算プログラムや、孔加工や切削加工等を行う際の、主軸回転用モータ２２の所定回転角度毎における被加工物、工具、及び孔加工用工具の移動位置を確定するための演算プログラム等が記憶されている。

また、中央演算ユニット４５は、ＲＯＭ５１内に記憶されたプログラムに基づいて、パルス信号発生回路４６ａ，４６ｂから出力されたパルス信号の発生回数をカウントし、そのカウント結果に基づいて、主軸回転用モータ２２（主軸）の累積回転数あるいは累積回転角を算出する。

前記ＰＣ部用ＲＡＭ５２は、中央演算ユニット４５における各種演算の結果を読み出し可能に一時的に記憶するように構成されている。このＰＣ部用ＲＡＭ５２は、プログラム作成ツールあるいは人手により作成されたＮＣプログラムを変換若しくは変更するときに、参照するデータの全てを格納するようになっている。すなわち、ＰＣ部用ＲＡＭ５２の一部には、最適データ変換プログラム記憶部５２ａと、電子カムデータ記憶テーブル５２ｂと、機械固有情報記憶部５２ｃと、ＮＣプログラム記憶部５２ｄとが設けられている。なお、記憶部５２ｄに記憶されるＮＣプログラムファイルは、プログラム作成ツール、あるいは、人手により予め作成されたものである。このようにして作成されたＮＣプログラムファイルは、プログラム作成ツールに準備される数値制御装置との通信機能、あるいはフレキシブルディスク等の媒体を利用して数値制御装置に備えられるディスク読込装置を利用して、部品の加工に先立ちロードされる。

前記最適データ変換プログラム記憶部５２ａには、最適データ変換プログラムが格納される。電子カムデータ記憶テーブル５２ｂには、最適データ変換プログラムを実行したことによりＮＣプログラムが電子カムデータ化された際に、そのデータを格納する。機械固有情報記憶部５２ｃには、ＮＣプログラムに記述されるコマンドの実行に必要な時間や動作条件等、最適データ変換プログラムが実行の時に参照されるデータを格納する。ＮＣプログラム記憶部５２ｄには、最適データ変換プログラムの処理対象となるＮＣプログラムを格納する。

そして、この実施形態においては、前記中央演算ユニット４５を含む制御ユニット部２７により、前記最適化ボタン５０の操作に基づくＮＣプログラムの変更時、すなわち動作プログラムを更新プログラムへの更新時に、複数の機構部間で同時に行われる待ち合わせ指令前における動作の停止タイミングを比較して、待ち合わせ指令前における動作が先に停止する側の機構部の余裕時間を算出する算出手段が構成されている。

また、同制御ユニット部２７により、動作が先に停止する側の機構部の動作プログラムとしての更新プログラムにおいて、余裕時間を減少させたり無くしたりするように、ＮＣプログラム記憶部５２ｄに記憶されたＮＣプログラムで動作させた場合の等速動作速度を変更することなく加速度または加加速度を変更して、更新プログラムを作成するプログラム作成手段が構成されている。

さらに、同前記制御ユニット部２７により、更新プログラムの作成に際して、その更新プログラムの加速度または加加速度を、予め設定された規定値と比較して、規定値よりも小さいときに余裕時間の減少度合を調整する調整手段が構成されている。

加えて、制御ユニット部２７により、更新プログラムを用いて前記機構部の制御を実行させる制御手段が構成されている。
次に、前記のように構成された工作機械において、更新プログラムの作成動作について説明する。

さて、この工作機械２１において、被加工物の加工に先立って、ＮＣプログラム（動作プログラム）を被加工物の加工仕様等に適合するように最適化する場合には、操作パネル上の最適化ボタン５０を操作すると、前記制御ユニット部２７の制御のもとで、図３のフローチャートに示す各ステップ（以下単にＳという）１００〜１１４の動作が順に実行される。

すなわち、Ｓ１００においては、ＰＣ部用ＲＡＭ５２のＮＣプログラム記憶部５２ｄから、ＮＣプログラムが読み出される。そして、それらのプログラムが解析されて、異なった機構部（チャンネル１〜３）間の待ち合わせ処理が検出される。そして、待ち合わせ前の被加工物の加工，工具の移動，工具の配置換え等の動作の停止タイミングが比較される。

そして、前記Ｓ１００における解析結果に基づき、Ｓ１０１において、図４に示すように、それらのチャンネル１〜３間（図４ではチャンネル１とチャンネル２とを図示）において、動作の停止タイミングに余裕時間Ｔｓが存在しないか否かが判別され、余裕時間Ｔｓが存在する場合には、その余裕時間Ｔｓの長さが算出される。また、余裕時間Ｔｓが存在しない場合には図３のプログラムが終了する。なお、ここで、余裕時間Ｔｓは、最長の動作時間に対するそれより短い動作時間の差を指すものとする。なお、図４においては、チャンネル１の動作時間がチャンネル２の動作時間に比して短い。

次に、Ｓ１０２では、図５（ａ）に示すように、Ｓ１００における解析結果に基づき、動作が先に停止する側の機構部（チャンネル１）のＮＣプログラムにおいて、動作時間Ｔに加えて余裕時間Ｔｓを含めて全動作時間Ｔａが計算される。続いて、Ｓ１０３においては、同じくＳ１００における解析結果に基づき、動作が先に停止する側の機構部であるチャンネル１における位置決め動作がＳ字加減速動作であるか否かが判別される。なお、前回の待ち合わせ指令または動作開始から今回の待ち合わせ指令の間に複数の位置決め動作が存在する場合、余裕時間Ｔｓを各位置決め動作に割り振って、Ｓ１０３以降の計算を各位置決め動作ごとに実施する。

このＳ１０３の判別において、動作がＳ字加減速動作でなくて、図５及び図６に示すように直線的加減速動作である場合には、次のＳ１０４において、チャンネル１の動作において等速動作部分が存在しないか否かが判別される。図５（ａ）に示すように、動作中に等速動作部分（ｔｂの部分）が存在する場合には、Ｓ１０５において、最高動作速度（＝等速動作速度）Ｖが固定パラメータとして設定される。

さらに、Ｓ１０６においては、加速度、加減速動作時間及び等速動作時間が計算されて、図５（ｂ）の動作を表すデータが作成される。この場合、図５（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、前記余裕時間Ｔｓを含む全動作時間Ｔａ内で、指定された最高動作速度Ｖは変更されることなく、加速度がαからα１に小さくなるように変更されて、等速動作時間がｔｂからｔｂ２に短くなるように計算される。その結果、加速動作時間はｔａからｔａ２に長くなるとともに、減速動作時間もｔｃからｔｃ２に長くなる。

なお、ここで、チャンネル１〜３のすべてが同時に動作される場合は、停止タイミングが最も遅いチャンネルに合わせて、他の２つのチャンネルの加速度、加減速動作時間及び等速動作時間が計算されて、加減速の動作時間が延長される。これは、後述する各ケースの場合も同様である。

前記Ｓ１０４の判別において、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、動作中に等速動作部分が存在しない場合には、等速動作に関する固定パラメータが設定されることなく、Ｓ１０７に進行する。このＳ１０７においては、加速度及び加減速動作時間が計算されて、更新プログラムが作成される。この場合も図５（ａ）及び（ｂ）の場合と同様であって、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記余裕時間Ｔｓを含む全動作時間Ｔａ内で、加速度がαからα１に小さくなるように変更されて、加減速動作時間がｔａ，ｔｃからｔａ２，ｔｃ２に長くなるように計算される。

一方、前記Ｓ１０３の判別において、図７及び図８に示すように、余裕時間Ｔｓの存在する動作がＳ字加減速動作である場合には、次のＳ１０８において、等速動作部分が存在しないか否かが判別される。この判別において、図７に示すように、動作中に等速動作部分が存在する場合には、Ｓ１０９において、最高動作速度（＝等速動作速度）Ｖ及び加速度α及び逆方向の加速（減速）度−（マイナス）αが固定パラメータとして設定される。

続いて、Ｓ１１０においては、加加速度、二次加減速動作時間、一次加減速動作時間及び等速動作時間が計算されて、データが作成される。この場合、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、前記余裕時間Ｔｓを含む全動作時間Ｔａ内で、指定された最高動作速度Ｖ及び加速度αは変更されることなく、加加速度がＪからＪ１に小さくなるように変更されて、等速動作時間がｔｂからｔｂ２に短くなるように計算される。その結果、加速動作時間はｔａからｔａ２に長くなるとともに、一次減速動作時間もｔｃからｔｃ２に長くなる。また、この加減速動作時間ｔａ２，ｔｃ２中では、加加速度がＪからＪ１に小さくされることにより、二次加速動作時間がｔａｘ，ｔｃｘからｔａｘ２，ｔｃｘ２に長くなるとともに、一次加速動作時間がｔａｙ，ｔｃｙからｔａｙ２，ｔｃｙ２に短くなる。

さらに、前記Ｓ１０８の判別において、図８に示すように、等速動作部分が存在しない場合には、固定パラメータが設定されることなく、Ｓ１１１に進行する。このＳ１１１においては、加加速度及び二次加減速動作時間が計算されて、データが作成される。この場合、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、前記余裕時間Ｔｓを含む全動作時間Ｔａ内で、加加速度がＪからＪ１に小さくなるように変更される。その結果、加減速動作時間はｔａ，ｔｃからｔａ２，ｔｃ２に長くなるとともに、その加減速動作時間ｔａ２，ｔｃ２中で、二次加速動作時間がｔａｘ，ｔｃｘからｔａｘ２，ｔｃｘ２に長くなる。

その後、Ｓ１１２においては、前記Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１１０，Ｓ１１１で作成された更新プログラム中の加速度α、加加速度Ｊ１等が、予め設定された規定値と比較されて、それらの規定値よりも低いか否かが判別される。規定値よりも低くない場合には、次のＳ１１３において、作成動作データについてデータ作成時間間隔ごとに補間点が計算された後、最適動作プログラムとしてＰＣ部用ＲＡＭ５２に格納された後に、ＮＣ部用ＲＡＭ４９の所定記憶部にロードされて、プログラムの更新動作が終了する。

これに対して、ステップ１１２の判断において、加速度及び加加速度が規定値よりも低いとされた場合には、Ｓ１１４において、その加速度や加加速度等を示す規定値が固定パラメータとして設定される。そして、前記Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１１０あるいはＳ１１１で算出された加減速動作時間等がキャンセルされて、新たな固定パラメータをもとに、Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１１０あるいはＳ１１１と同様な計算がなされ、新たな加減速動作時間及び二次加減速動作時間が算出されて、Ｓ１１３に進行する。従って、過度に遅い速度を現出させる加速度データあるいは加加速度データ等が設定されることはない。

以上のように、この実施形態においては、複数の機構部（チャンネル）において被加工物の加工や工具の移動等の動作が同時に行われる際に、待ち合わせ指令前における動作が先に停止するチャンネルの余裕時間Ｔｓを減少させたり無くしたりするように、加速度αまたは加加速度Ｊを変更して、更新プログラムが作成される。

従って、この更新プログラムを用いて各チャンネルの動作を制御すれば、それらのチャンネルで発生する機械振動を低減することができて、加工精度や機械寿命を向上させることができる。つまり、加速状態における機械速度の変化率を低くすれば、機械振動を有効に低減でき、このため、加工精度や機械寿命に対して良好な影響を与えることができる。

さらに、前記更新プログラムの作成に際して、変更される加速度α１や加加速度Ｊ１を予め設定された規定値と比較して、規定値よりも小さいときには、余裕時間Ｔｓの減少度合を調整するようになっている。このため、被加工物の加速度または加加速度が小さくなりすぎて、その被加工物の移動制御が不能になったり、動作の確認が困難になったりするのを防止することができ、装置の動作を確認しながら確実に制御できるものとなる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態においては、数値制御工作機械における数値制御部に記憶されるプログラムファイルを一旦編集して、その後、ＮＣ部用ＲＡＭ４９に記憶させるようにしたが、ＮＣ部用ＲＡＭ４９からＣＰＵがＮＣプログラムを読み出す段階において、読み出しと同時に上述した処理を実行してもよい。この場合は、ＮＣプログラムを適宜先読みして解釈を行い、上述した処理を行った上で数値制御工作機械を動作させるように構成すると良い。

・ Ｓ字加減速の場合、前記実施形態のＳ１１０及びＳ１１１においては、加加速度のみを変更するようにしたが、加速度も低くなるように変更すること。

一実施形態の工作機械における電気回路の構成を示すブロック図。 図１の工作機械における各機構部としてのチャンネル構成を示す図。 図１の工作機械におけるプログラムの更新動作を示すフローチャート。 異なったチャンネルで同時に行われる動作における余裕時間を説明する線図。 （ａ）は等速動作部分を有する直線的加減速動作の速度を示す線図、（ｂ）はプログラムの更新後の直線的加減速動作の速度を示す線図。 （ａ）は等速動作部分を有しない直線的加減速動作の速度を示す線図、（ｂ）はプログラムの更新後の直線的加減速動作の動作を示す線図。 （ａ）は等速動作部分を有するＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｂ）は同じく速度を示す線図、（ｃ）は同じくプログラムの更新後の等速動作部分を有するＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｄ）は同じく速度を示す線図。 （ａ）は等速動作部分を有しないＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｂ）は同じく速度を示す線図、（ｃ）は同じくプログラムの更新後の等速動作部分を有しないＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｄ）は同じく速度を示す線図。 （ａ）は従来の工作機械において等速動作部分を有する直線的加減速動作の速度を示す線図、（ｂ）はプログラムの更新前の直線的加減速動作の動作を示す線図、（ｃ）はプログラムの更新後の直線的加減速動作の動作を示す線図。 （ａ）は従来の工作機械において等速動作部分を有するＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｂ）は同じく速度を示す線図、（ｃ）は同じくプログラムの更新後の等速動作部分を有するＳ字加減速動作における加減速度を示す線図、（ｄ）は同じく速度を示す線図。

符号の説明

２１…工作機械、２２…主軸回転用モータ、２３…工具移動用モータ、２４…被加工物移動用モータ、２５…背面主軸台移動用モータ、２６…背面主軸回転用モータ、２７…算出手段、プログラム作成手段、調整手段及び制御手段を構成する制御ユニット部、４５…中央演算ユニット、４９…ＮＣ部用ＲＡＭ、５０…最適化ボタン、５１…ＲＯＭ、５２…ＰＣ部用ＲＡＭ、Ｔ…動作時間、Ｔａ…全動作時間、Ｔｓ…余裕時間、Ｖ，Ｖ１…最高動作速度、α，α１…加速度、Ｊ，Ｊ１…加加速度。

Claims (3)

1. 複数の機構部を動作プログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械において、
   前記動作プログラムから、複数の機構部間で同時に行われる動作の待ち合わせ指令前における停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側の機構部の余裕時間を算出する算出手段と、
   動作が先に停止する側の機構部の動作プログラムにおいて、その動作プログラムで動作させた場合の等速動作速度が維持されるとともに、余裕時間が減少させたり無くされたりするように、加速度及び加加速度のうちの少なくとも一方を変更して、更新プログラムを作成するプログラム作成手段と、
   更新プログラムを用いて前記機構部の制御を実行させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記プログラム作成手段で作成された更新プログラムにおける加速度データ及び加加速度データの少なくとも一方が、予め設定された規定値を下回らないように余裕時間の減少度合を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 複数の機構部を動作プログラムに基づいて同時に作動制御するようにした工作機械において、
   前記動作プログラムから、複数の機構部間で同時に行われる動作の待ち合わせ指令前における停止タイミングを比較して、動作が先に停止する側の機構部の余裕時間を算出し、
   待ち合わせ指令前における動作が先に停止する側の機構部の動作プログラムにおいて、その動作プログラムで動作させた場合の等速動作速度が維持されるとともに、余裕時間が減少させたり無くされたりするように、加速度及び加加速度のうちの少なくとも一方を変更して、更新プログラムを作成し、
   更新プログラムを用いて前記機構部の制御を実行する
   ことを特徴とした工作機械におけるプログラムデータ作成方法。

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