JP2014030864A

JP2014030864A - 回転テーブルを備えた工作機械

Info

Publication number: JP2014030864A
Application number: JP2012171277A
Authority: JP
Inventors: Zheng Tong; トウセイ
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: US20140035213A1; CN103567813B; US9254541B2; JP5607690B2; DE102013107940B4; DE102013107940A1; CN103567813A

Abstract

【課題】センサのフィードバック信号の処理時間と次の動作の処理時間を事前に考慮し、工作機械制御装置で実質動作の所要時間を算出することで、クランプおよびアンクランプ動作のサイクルタイムを短縮できる回転テーブルを備えた工作機械を提供すること。
【解決手段】工作機械２０を制御する数値制御装置１０がクランプ指令を出力した時点（ａ）から、クランプ機構がクランプを行い（ｂ）、クランプが完了し、センサ６により完了信号が数値制御装置１０に出力され（ｃ）、クランプ動作時間Ｔａを複数回測定し、その中で最大値Ｔａ＿ｍａｘを求め、クランプの動作時間Ｔａ＿ｍａｘと予め設定された処理時間Ｔｃから実クランプ動作時間Ｔｂを算出し、その後、数値制御装置１０よりクランプ信号が工作機械２０に出力された後、実クランプ動作時間Ｔｂが経過してから、次の動作信号を工作機械２０に出力する（ｅ）。アンクランプも同様である。
【選択図】図３

Description

本発明は回転テーブルを備えた工作機械に関する。

一部の工作機械に備わった回転テーブルにはクランプ機構が採用されている。クランプ機構とは、回転テーブルの位相割出し後にその位相を保持するために設けられた機構である。クランプ機構は、一般的には、回転テーブルと一体になったディスクを押し付け部材等で挟持することで、割り出した位相を保持（クランプ）し、また、クランプとは逆に、押し付け部材で挟持したディスクの挟持を開放（アンクランプ）し、回転テーブルを回転可能とする機構である（特許文献１参照）。従来のクランプ装置におけるクランプ動作後のクランプ確認については、位置偏差情報算出部から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行うことを特徴とする回転テーブルが公知である（特許文献２参照）。

特開２００９−８３０１３号公報特許第４４２２１８７号公報

従来のクランプ機構やアンクランプ機構では、センサを用いて、クランプ及びアンクランプ動作の完了を確認し、その後次の動作を行う技術がある。図４を用いて説明すると、
（１）工作機械の数値制御装置より指令信号出を出力
（２）メカ的なクランプまたはアンクランプ動作開始
（３）メカ的なクランプまたはアンクランプ動作完了をセンサで検出
（４）工作機械の数値制御装置より次の動作の指令信号を出力
図４に示されるクランプ（アンクランプ）の処理では、指令から次の動作を開始するまでの所要時間はクランプ機構動作時間Ｔａとなる。現在のクランプ機構のクランプ機構動作時間Ｔａは一定ではないため、Ｔａをセンサ及び工作機械の数値制御装置で測定する。実際のクランプ（アンクランプ）のための動作時間は実クランプ機構動作時間Ｔｂで表される。したがって、処理時間Ｔｃ（Ｔｃ＝Ｔａ−Ｔｂ）が余分にかかっている問題がある。処理時間Ｔｃは基本的に機械の処理能力（信号伝送に係る時間、信号処理にかかる時間）に依存することからほぼ一定の時間である。高速にクランプ（アンクランプ）を行う高速クランプ機構にとって、処理時間Ｔｃがクランプ機構動作時間Ｔａの中で占める割合は比較的大きく無視できない時間の長さである。

そこで、本発明は、センサのフィードバック信号の処理時間と次の動作までの時間を事前に考慮し、工作機械の数値制御装置でクランプ機構の実質的に必要な動作の所要時間を算出し、求められた実質的な動作の所要時間に基づいてクランプ機構を制御することで、クランプまたはアンクランプ動作のサイクルタイムを短縮できる回転テーブルを備えた工作機械を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、ワークを取り付ける回転テーブルと、該回転テーブルの回転をクランプするクランプ機構と、該クランプ機構によるクランプ動作あるいはアンクランプ動作の完了を検出し、完了信号を出力するセンサを有する回転テーブルを備えた工作機械において、加工プログラムを実行し、前記工作機械を制御する制御装置からクランプ指令あるいはアンクランプ指令が出力されたとき、該指令が出力されてから前記センサによるクランプ完了あるいはアンクランプ完了を検出して前記工作機械が次の動作を開始するまでのクランプ機構動作時間を計時するクランプ機構動作時間計時部と、前記計時したクランプ機構動作時間を記憶するクランプ機構動作時間記憶部と、前記記憶したクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた実クランプ機構動作時間を求める実クランプ機構動作時間算出部と、を備え、前記制御装置は、前記クランプ機構動作時間算出部で求めた実クランプ機構動作時間のサイクルタイムでクランプ指令またはアンクランプ指令を出力することを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械である。
請求項２に係る発明は、前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶されたクランプ機構動作時間の中から最も長いクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械である。
請求項３に係る発明は、前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶された前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作から所定回数前までのクランプ機構動作時間の中で最も長いクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械である。

請求項４に係る発明は、前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶された前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作のクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械である。
請求項５に係る発明は、前記工作機械の稼動開始後、前記回転テーブルのクランプ機構の１回目の前記クランプ機構動作時間を記憶しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の回転テーブルを備えた工作機械である。
請求項６に係る発明は、前記センサは、位置検出センサ、変位センサ、圧力センサ、流量センサの何れかを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の回転テーブルを備えた工作機械である。

本発明により、センサのフィードバック信号の処理時間と次の動作までの時間を事前に考慮し、工作機械の数値制御装置でクランプ機構の実質的に必要な動作の所要時間を算出し、求められた実質的な動作の所要時間に基づいてクランプ機構を制御することで、クランプまたはアンクランプ動作のサイクルタイムを短縮できる回転テーブルを備えた工作機械を提供できる。

回転テーブルを備えた工作機械を説明する図である。クランプ機構を説明する図である。本発明に係るクランプ機構の動作を説明するタイムチャートである。クランプ機構の動作を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は回転テーブルを備えた工作機械を説明する図である。回転テーブル２２を備えた工作機械２０を制御する数値制御装置１０は、数値制御部１１、サーボ制御部１２、クランプ制御部１３を備える。工作機械２０は回転テーブル２２が取り付けられたモータ２１を備えている。回転テーブル２２は図２に示されるクランプ機構によって割り出した位相が固定される。

数値制御装置１０の数値制御部１１は、高速演算処理が可能なマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を備え、ワークを加工するためのＮＣプログラムを解析し、解析されたＮＣプログラムを１ブロック毎に処理する。数値制御部１１で処理されたＮＣプログラムのブロックにクランプ指令があると、数値制御部１１はこのクランプ指令をクランプ制御部１３に送出する。クランプ制御部１３は、クランプ（アンクランプ）動作の指令を工作機械２０のクランプ機構に指令しクランプ機構のクランプ（アンクランプ）の制御を行う。なお、本発明の実施形態の数値制御装置１０は、タイマー機能と、各種データを記憶するメモリを備えている。

以下、本発明に係るクランプ機構のクランプまたはアンクランプの制御について説明する。図３はクランプ機構の動作を説明するタイムチャートである。図２はクランプ機構を説明する図である。
図２に示すように、モータ２１のシャフト１にクランプディスク２をディスクホルダ３で挟み込んでボルト４で固定する。シリンダ５にセンサ６を固定する。リアプレート８をボルト９でシリンダ５に固定する。

クランプする際には、クランプディスク２に押し付ける押し付け部材７が上昇し、クランプディスク２に押し付ける押し付け部材７とリアプレート８とでクランプディスク２を挟む。クランプする際にクランプディスク２に押し付ける押し付け部材７が上昇したことを、センサ６で検出する。また、アンクランプする際にはクランプディスク２に押し付ける押し付け部材７が下降したことを、センサ６で検出する。押し付け部材７の上昇と下降は従来公知のクランプ機構と同様にエアなどの駆動力によって行われる。センサ６は、位置検出センサ、変位センサ、圧力センサ、流量センサの何れかを用いることができる。

次に、図３を参照しながらクランプ機構のクランプ動作を説明する。クランプまたはアンクランプの完了をセンサ６で検出する際に、予め実験でセンサ６のフィードバック信号の処理時間Ｔｃ１と次の動作までの処置時間Ｔｃ２の合計処理時間（以下、「処理時間Ｔｃ」という。）を測定する。この処理時間Ｔｃを固定タイマー（予め設定された処理時間）のデータとして数値制御装置１０のメモリ１５に記憶しておく。なお、図３において処理時間Ｔｃは、（ｂ）の機構的なクランプ（アンクランプ）動作の完了から（ｄ）の工作機械の数値制御装置から出力される次の動作の開始指令信号までの期間の時間を意味する。なお、実験は、（ｂ）のクランプ（アンクランプ）動作の完了の時点から（ｄ）の工作機械の数値制御装置より次の動作の開始指令信号が出力される時点までを時間遅れなく測定できる条件下で行う。

次に、実際に工作機械２０を用いてワークの加工を行いながら、工作機械２０を制御する数値制御装置１０がクランプまたはアンクランプ指令を出力した時点（図３の（ａ）を参照）から、クランプ機構がクランプ（クランプ指令がなされた場合）またはアンクランプ（アンクランプ指令がなされた場合）を行い（図３の（ｂ）を参照）、クランプまたはアンクランプが完了し、センサ６により完了信号が数値制御装置１０に出力され（図３の（ｃ）を参照）、次の動作の開始指令までの時間（図３の（ｄ）を参照）、すなわち、クランプ機構がクランプあるいはアンクランプにかかる時間であるクランプ動作時間Ｔａを測定し、メモリ１５に記憶する。なお、工作機械２０を制御する数値制御装置１０からの、次の動作指令の開始指令の出力とは、センサ６からのクランプ（アンクランプ）信号を受け、工作機械２０の数値制御装置１０から制御軸のインタロック解除信号等を出力した時点としても良い。

クランプ機構動作時間Ｔａを数回Ｔａ＿１，Ｔａ＿２，Ｔａ＿３，・・・Ｔａ＿ｎと測定し、メモリ１５に記憶し、その中で最大値である最大クランプ機構動作時間Ｔａ＿ｍａｘ（Ｔａ＿ｍａｘ＝ＭＡＸ（Ｔａ＿１，Ｔａ＿２，Ｔａ＿３，・・・Ｔａ＿ｎ））を求める（特許請求の範囲の「クランプ機構動作時間計時部」の一つの例である）。クランプ機構がクランプ（アンクランプ）動作の所要時間の安定性により、Ｔａ＿ｎの「ｎ」の値を決める。クランプ機構に安定性がある場合には「ｎ」は小さい数でよく、クランプ機構の安定性が悪い場合には「ｎ」を大きい数とする。

そして、クランプ（アンクランプ）の最大クランプ機構動作時間Ｔａ＿ｍａｘと処理時間Ｔｃからクランプ（アンクランプ）動作の実クランプ動作時間Ｔｂを算出する（特許請求の範囲の「実クランプ機構動作時間算出部」の一つの例である）。

その後、工作機械２０の数値制御装置１０よりクランプ（アンクランプ）信号が出した後、実クランプ動作時間Ｔｂ時間が経過してから、クランプ（アンクランプ）の動作信号を出力し、次の動作を開始する。これにより、クランプあるいはアンクランプが出力されてから次の動作を開始するまでの信号処理の時間Ｔｃ分だけ早く次の動作を開始することができ、サイクルタイムを短縮することが可能となる（図３の（ｅ）を参照）。

なお、前記の「実クランプ機構動作時間算出部」の他の例としては、メモリ１５に記憶された「前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作から所定回数前までのクランプ機構動作時間」の中で最も長いクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間（Ｔｃ）を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めてもよい。

さらに、前記の「実クランプ機構動作時間算出部」の例としては、メモリ１５に記憶された前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作のクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間（Ｔｃ）を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めてもよい。

なお、シリンダのようなクランプ機構では、しばらく停止後の１回目の稼動では、通常より動作時間が長くなることがある。そのため、しばらく停止後のクランプ機構の１回目の稼動では、上記方式を使用せず、センサ６より完了信号を得られたあとで次の動作を開始する。また、しばらく停止後の１回目の稼働で実測したクランプ機構動作時間Ｔａの時間について、通常より長いため、実クランプ動作時間Ｔｂの計算ではカウントしない（計算に用いない）。
なお、クランプ機構動作が上手く行われないことを想定し、機械動作パターンを考慮した上、予め工作機械の制御装置がクランプ機構動作指令してからクランプ機構動作完了信号を得るまでの時間の最大許容時間Ｔｍを決める。但し、最大許容時間Ｔｍは実クランプ動作時間Ｔｂより長い。工作機械の制御装置がクランプ機構動作開始指令してから、最大許容時間Ｔｍが経過しても、クランプ機構動作完了信号を得られなければ、次の動作を行わない。

本発明の実施形態により、センサのフィードバック信号の処理時間と次の動作までの時間を事前に考慮し、工作機械の数値制御装置でクランプ機構の実質的に必要な動作の所要時間を算出し、求められた実質的な動作の所要時間に基づいてクランプ機構を制御することで、クランプまたはアンクランプ動作のサイクルタイムを短縮できる回転テーブルを備えた工作機械を提供できる。

１シャフト
２クランプディスク
３ディスクホルダ
４ボルト
５シリンダ
６センサ
７押し付け部材
８リアプレート
９ボルト
１０数値制御装置
１１数値制御部
１２サーボ制御部
１３クランプ制御部
１４タイマー
１５メモリ

２０工作機械
２１モータ
２２回転テーブル

Claims

ワークを取り付ける回転テーブルと、該回転テーブルの回転をクランプするクランプ機構と、該クランプ機構によるクランプ動作あるいはアンクランプ動作の完了を検出し、完了信号を出力するセンサを有する回転テーブルを備えた工作機械において、
加工プログラムを実行し、前記工作機械を制御する数値制御装置からクランプ指令あるいはアンクランプ指令が出力されたとき、該指令が出力されてから前記センサによるクランプ完了あるいはアンクランプ完了を検出して前記工作機械が次の動作を開始するまでのクランプ機構動作時間を計時するクランプ機構動作時間計時部と、
前記計時したクランプ機構動作時間を記憶するクランプ機構動作時間記憶部と、
前記記憶したクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた実クランプ機構動作時間を求める実クランプ機構動作時間算出部と、
を備え、
前記制御装置は、前記クランプ機構動作時間算出部で求めた実クランプ機構動作時間のサイクルタイムでクランプ指令またはアンクランプ指令を出力することを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械。
前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶されたクランプ機構動作時間の中から最も長いクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械。
前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶された前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作から所定回数前までのクランプ機構動作時間の中で最も長いクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械。
前記実クランプ機構動作時間算出部は、前記クランプ機構動作時間記憶部に記憶された前回のクランプ動作あるいはアンクランプ動作のクランプ機構動作時間から予め設定されたクランプ機構動作完了から工作機械が次の動作を開始するまでの時間を差し引いた時間を実クランプ機構動作時間として求めることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルを備えた工作機械。
前記工作機械の稼動開始後、前記回転テーブルのクランプ機構の１回目の前記クランプ機構動作時間を記憶しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の回転テーブルを備えた工作機械。
前記センサは、位置検出センサ、変位センサ、圧力センサ、流量センサの何れかを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の回転テーブルを備えた工作機械。