JP4838647B2

JP4838647B2 - 工作機械の制御装置

Info

Publication number: JP4838647B2
Application number: JP2006185412A
Authority: JP
Inventors: 哲男小川
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: US20080018287A1; JP2008015740A; US7847506B2; DE102007031352A1

Description

本発明は、移動体と、当該移動体を駆動して移動させる駆動機構部と、前記移動体の移動可能な領域内に配設される構造体とを備えた工作機械に設けられ、前記駆動機構部の作動を制御する工作機械の制御装置に関する。

移動体と、その移動領域内に配設された構造体とは、当該移動体の移動によって干渉する恐れがあるため、このような干渉を防止するものとして、従来、例えば、特開２００６−５９１８７号公報に開示された工作機械の数値制御装置が知られている。

前記数値制御装置は、移動体の手動操作時においてこの移動体と構造体との干渉を防止するように構成されており、操作盤などから入力される、手動操作に係る動作信号を受信して、移動体の移動制御を実行するための関数発生を行う関数発生手段と、移動体の形状データと、この移動体と干渉する可能性のある構造体の形状データとを記憶する３次元データ記憶手段と、前記関数発生手段によって、手動操作に係る動作信号の受信により関数発生が開始される前に、３次元データ記憶手段に格納された移動体及び構造体の形状データを基に、当該移動体を移動させて構造体と干渉するか否かを確認し、干渉すると判断した場合には、構造体から一定距離だけ離れた停止位置を算出する干渉チェック手段とを備え、前記関数発生手段は、前記干渉チェック手段によって干渉すると判断されると、前記移動体が前記停止位置に停止するように関数発生を終了する。

このように、この数値制御装置によれば、移動体及び構造体の形状データを用いて干渉の有無が確認された後、移動体を移動させるための関数発生が開始されるので、移動体と構造体との干渉が効果的に防止される。

特開２００６−５９１８７号公報

ところで、工作機械において、作業者が手動操作により移動体を所定の移動位置まで移動させる場合、干渉防止機能を備えていたとしても、当該移動体を当該所定の移動位置まで高速で一気に移動させるのではなく、通常、前記所定の移動位置付近までは高速で移動させた後、段階的に速度を低下させつつ当該所定の移動位置まで近づけていくといったことが行われている。即ち、作業者は、例えば、移動体の移動位置に応じて、送りオーバライドの調整により移動体の移動速度を調整しながら移動体を所定の移動位置まで移動させているのである。

しかしながら、このように、送りオーバライドを調整して移動速度を調整しながら移動体を移動させるようにしたのでは、作業が煩雑になるという問題があった。また、干渉防止機能により干渉しないと理解はしていても、誤操作により構造体の近くで移動体を高速で移動させた場合には、作業者にひやりとさせるという問題もある。

また、干渉防止機能には、上記の他に、例えば、制御装置から得られる移動体の現在位置と、移動体と構造体とが干渉する領域として予め適宜設定された干渉領域とを基に、移動体が干渉領域内に入ったか否かを確認して、干渉領域内に入ったと判断すると、移動体を停止させるといったものも提案されているが、この場合、干渉領域を狭く設定したときには、移動体が高速で移動していると、移動体を即座に停止させることができないことから構造体と干渉してしまうという問題を生じ、このような不都合を防止すべく干渉領域を広く設定したときには、移動体の移動範囲が狭くなって作業性が悪化するという問題を生じる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、作業者の作業性を損なうことなく、作業者が移動体を簡単に且つ安心して手動操作することができる工作機械の制御装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
１以上の移動体と、該移動体を駆動して移動させる駆動機構部と、前記移動体の移動可能な領域内に設けられる１以上の構造体とを備えた工作機械に設けられる制御装置であって、
手動操作によって外部から入力される、前記移動体の移動位置及び移動速度に係る動作信号を受信し、受信した動作信号を基に前記駆動機構部の作動を制御して、該動作信号に応じた移動位置及び移動速度となるように前記移動体の移動を制御する位置制御部と、
前記移動体及び構造体の２次元モデル又は３次元モデルに関するデータであり、該移動体及び構造体の形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータを記憶するモデルデータ記憶部と、
前記移動体及び／又は構造体の外形形状を外側にオフセットして得られる１以上の速度制御領域について該速度制御領域毎に設定された、該速度制御領域内における前記移動体の制限速度であって、この速度制御領域毎の制限速度は、該速度制御領域のオフセット方向外側における制限速度よりも遅い速度とされた制限速度を記憶する制限速度データ記憶部と、
前記位置制御部から前記移動体の現在位置及び現在速度を受信して、受信した現在位置及び現在速度を基に、予め設定された時間経過後における該移動体の移動位置を推定する移動位置推定部と、
前記移動体及び／又は構造体の２次元モデル又は３次元モデルに前記１以上の速度制御領域を設定するとともに、前記移動位置推定部から前記移動体の推定移動位置を受信し、前記設定した速度制御領域、前記受信した前記推定移動位置、及び前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記移動体を前記推定移動位置に移動させた状態のモデルデータを生成して、前記移動体と構造体とが前記速度制御領域内で相対移動するか否かを確認する処理と、前記速度制御領域内で移動すると判断した場合には、移動する速度制御領域を認識するとともに、前記制限速度データ記憶部に格納された、前記認識した速度制御領域に対応する制限速度を認識して、認識した制限速度を前記位置制御部に送信する処理とを実行する移動領域確認部とを備えてなり、
前記位置制御部は、前記動作信号に応じた移動速度が前記移動領域確認部から受信した制限速度を超える場合には、該受信した制限速度で前記移動体を移動させるように構成された工作機械の制御装置に係る。

この発明によれば、まず、移動体及び構造体の２次元モデル又は３次元モデルに関するデータであって、当該移動体及び構造体の形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータが、予め適宜生成された後、モデルデータ記憶部に格納される。

尚、前記移動体及び構造体としては、例えば、工作機械が旋盤である場合には、ベッド、ベッド上に配設された主軸台、主軸台によって回転自在に支持された主軸、主軸に取り付けられ、ワークを保持するチャック、ワーク、ベッド上に移動可能に配設されたサドル、サドル上に配設され、工具を保持する刃物台、工具、ベッド上に移動可能に配設された心押台、心押台に保持された心押軸などが該当し、工作機械がマシニングセンタである場合には、ベッド、ベッド上に配設されたコラム、コラムに移動可能に支持された主軸頭、主軸頭によって回転自在に支持され、工具を保持する主軸、工具、ベッド上に移動可能に配設され、ワークを保持するテーブル、ワークなどが該当する。また、更に、工作機械には、一般的に、切りくずや切削液などの侵入を防止すべく、カバー体が適宜設けられるため、このようなカバー体を含めても良い。

また、工作機械を構成するすべての移動体及び構造体のモデルデータを格納する必要はなく、移動体や構造体の周辺領域において速度制御する必要のある移動体及び構造体のモデルデータを少なくとも格納すれば良い。具体的には、例えば、旋盤において、ワーク周辺領域における工具の移動速度を制御する場合には、工具及びワークのモデルデータを格納すれば良く、また、主軸台，主軸，チャック及びワークの周辺領域や、心押台及び心押軸の周辺領域における刃物台及び工具の移動速度を制御する場合には、刃物台，工具，主軸台，主軸，チャック，ワーク，心押台及び心押軸のモデルデータを格納すれば良い。また、例えば、マシニングセンタにおいて、ワーク周辺領域における工具の移動速度を制御する場合には、上記と同様に、工具及びワークのモデルデータを格納し、テーブル及びワークの周辺領域における主軸頭，主軸及び工具の移動速度を制御する場合には、主軸頭，主軸，工具，テーブル及びワークのモデルデータを格納すれば良い。

また、前記モデルデータは、移動体及び構造体の実際の大きさで生成されていても、移動体及び構造体の実際の大きさよりも少し大き目に生成されていても良い。

また、制限速度データ記憶部には、移動体及び／又は構造体の外形形状を外側にオフセットして得られる１以上の速度制御領域について速度制御領域毎に設定された、速度制御領域内における移動体の制限速度が、予め適宜設定されて格納される。この制限速度は、速度制御領域のオフセット方向外側における制限速度よりも遅くなるように設定されている。

そして、移動体の移動位置及び移動速度に係る動作信号が手動操作によって外部から入力されると、位置制御部により駆動機構部の作動が制御されて、移動体は動作信号に応じた速度で指令された位置に移動する。

一方、移動位置推定部は、前記位置制御部から移動体の現在位置及び現在速度を受信して、受信した現在位置及び現在速度を基に、予め設定された時間経過後における当該移動体の移動位置を推定する。

そして、移動領域確認部は、前記移動位置推定部から前記移動体の推定移動位置を受信し、当該移動体と構造体とが前記速度制御領域内で相対移動するか否かを確認し、移動を確認した場合には、制限速度データ記憶部に格納された制限速度を位置制御部に送信する。

具体的には、前記移動領域確認部は、まず、移動体及び／又は構造体の２次元モデル又は３次元モデルに前記１以上の速度制御領域を設定するとともに、前記移動位置推定部から前記移動体の推定移動位置を受信し、設定した速度制御領域、受信した推定移動位置、及びモデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、当該移動体を推定移動位置に移動させた状態のモデルデータを生成して、移動体と構造体とが前記速度制御領域内で相対移動するか否かを確認する。

移動体と構造体とが前記速度制御領域内で相対移動するか否かは、例えば、移動体のモデルデータが構造体の速度制御領域内にあるか、又は、移動体の速度制御領域内に構造体のモデルデータがあるか否かを基に判断する。

そして、移動体と構造体とが速度制御領域内で相対移動すると判断すると、移動する速度制御領域を認識するとともに、制限速度データ記憶部に格納された、前記認識した速度制御領域に対応する制限速度を認識して、認識した制限速度を位置制御部に送信する。当該制限速度を受信した位置制御部は、動作信号に応じた移動速度が受信した制限速度を超える場合には、当該受信した制限速度で移動体が移動するように駆動機構部の作動を制御する。

斯くして、本発明に係る工作機械の制御装置によれば、移動体及び／又は構造体の外部に１以上の速度制御領域を設定するとともに、速度制御領域内における移動体の制限速度をその外部における制限速度よりも低く設定し、速度制御領域内では、その外部よりも低速でしか移動体を移動させることができないようにしたので、従来のように、送りオーバライドなどを調整して移動体の移動速度を調整しなくても、移動速度を低下させながら移動体を構造体近傍の所定の移動位置に移動させることができる。これにより、作業者は簡単に移動体を移動させることができる。

また、速度制御領域内（構造体の近く）では、その制限速度以下の移動速度でしか移動体を移動させることができないので、構造体の近くで作業者が操作を誤っても前記制限速度よりも速い速度で移動体が移動することはなく、移動体の移動速度が高速であることによって移動体と構造体が干渉するのではないかと作業者にひやりとさせることもない。

また、前記工作機械の制御装置は、画像データの表示を行う画面表示手段を更に備えた工作機械に設けられてなり、前記移動位置推定部から前記移動体の推定移動位置を受信して、受信した推定移動位置、及び前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記移動体を前記推定移動位置に移動させた状態のモデルデータを生成するとともに、生成したモデルデータに応じた２次元画像データ又は３次元画像データを生成して前記画面表示手段に画面表示させる画像データ生成部を更に備えて構成されていても良い。このようにすれば、作業者は、画面表示手段に画面表示される画像を通じて、移動体と構造体との位置関係を認識することができる。

また、前記移動領域確認部は、前記各処理に加えて、前記生成したモデルデータを基に、前記移動体と構造体とが干渉するか否かを確認し、干渉すると判断した場合には、停止信号を前記位置制御部に送信する処理を更に実行するように構成され、前記位置制御部は、前記移動領域確認部から前記停止信号を受信すると、前記移動体の移動を停止させるように構成されていても良い。

この場合、移動領域確認部は、前記生成したモデルデータを基に、前記移動体と構造体とが干渉するか否かを更に確認し、干渉すると判断すると、停止信号を位置制御部に送信する。当該停止信号を受信した位置制御部は、駆動機構部の作動を停止して移動体の移動を停止させる。

移動体と構造体とが干渉するか否かは、例えば、移動体のモデルデータと構造体のモデルデータとの間で接触又は重なり合う部分が存在するか否かを基に判断する。モデルデータ間で接触又は重なり合う部分が生じている場合には、移動体と構造体とが干渉すると判断される。また、移動体及び構造体が工具及びワークであり、これらのモデルデータが重なり合っている場合には、この重なり合いが、工具の刃部とワークとの間に生じたものでなければ、当該工具とワークとが干渉すると判断され、また、このように工具の刃部とワークとの間に生じた重なり合いであっても、移動速度（送り速度）が一定速度以上であるときには、当該工具とワークとが干渉すると判断される。

上記のように、速度制御領域内の制限速度が速度制御領域外よりも低く設定されていることから、移動体と構造体とが干渉する干渉領域を狭く設定したとしても、移動体が構造体と干渉する前に移動体を確実に停止させることができ、また、当該干渉領域を狭く設定することで、移動体の移動範囲を広くして作業者の作業性を良くすることができる。

以上のように、本発明に係る工作機械の制御装置によれば、移動体を構造体近傍の所定の移動位置まで移動させる際に、送りオーバライドなどの調整により移動体の移動速度を調整する必要がないので、作業者は移動体を簡単に移動させることができる。また、速度制御領域内では、低速でしか移動体を移動させることができないので、移動体と構造体とが干渉するのではないかと作業者にひやりとさせることもない。また、移動体の移動範囲を広くして作業者の作業性を良くするべく前記干渉領域を狭く設定しても、移動体が構造体と干渉する前に移動体を停止させることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置などの概略構成を示したブロック図である。

図１に示すように、本例の工作機械の制御装置（以下、単に制御装置という）１は、図２に示したＮＣ旋盤２０に設けられており、プログラマブルコントローラ１１，位置制御部１２，モデルデータ記憶部１３，干渉データ記憶部１４，制限速度データ記憶部１５，移動位置推定部１６，移動領域確認部１７，画像データ生成部１８及び表示制御部１９などから構成される。

まず、前記ＮＣ旋盤２０について説明する。図１及び図２に示すように、このＮＣ旋盤２０は、ベッド２１と、ベッド２１上に配設された主軸台（図示せず）と、主軸台（図示せず）によって水平な軸中心に（Ｚ軸回り（Ｃ軸方向）に）回転自在に支持された主軸２２と、主軸２２に取り付けられたチャック２３と、Ｚ軸方向に移動可能にベッド２１上に配設された第１サドル２４と、Ｚ軸と水平面内で直交するＹ軸方向に移動可能に第１サドル２４上に配設された第２サドル２５と、Ｙ軸及びＺ軸の双方と直交するＸ軸方向に移動可能に第２サドル２５上に配設された刃物台２６と、第１サドル２４をＺ軸方向に移動させる第１送り機構部２７と、第２サドル２５をＹ軸方向に移動させる第２送り機構部２８と、刃物台２６をＸ軸方向に移動させる第３送り機構部２９と、主軸２２を軸中心に回転させる主軸モータ３０と、刃物台２６に保持された工具Ｔを新たな工具Ｔと交換する工具交換装置３１と、前記制御装置１に各種信号を入力するための操作盤３２と、各送り機構部２７，２８，２９、主軸モータ３０及び工具交換装置３１の作動を制御する前記制御装置１などを備えて構成される。

前記チャック２３は、チャック本体２３ａと、チャック本体２３ａに取り付けられ、ワークＷを把持する複数の把持爪２３ｂとからなり、前記刃物台２６は、刃物台本体２６ａと、刃物台本体２６ａに配設され、工具Ｔを保持する工具主軸２６ｂとを備える。また、工具Ｔは、工具本体Ｔａと、工具本体Ｔａに取り付けられ、ワークＷを加工するためのチップ（刃部）Ｔｂとから構成される。

前記操作盤３２は、制御装置１に対して各種信号を入力するための操作キー３３と、制御装置１に対してパルス信号を入力するための手動パルス発生器３４と、制御装置１による制御状態などを画面表示するための画面表示装置３５などから構成される。

前記操作キー３３には、運転モードを自動運転や手動運転に切り換えるための運転モード選択スイッチ、送り軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）を選択するための送り軸切換スイッチ、送り軸切換スイッチによって選択された送り軸方向に第１サドル２４，第２サドル２５又は刃物台２６を移動させるための移動ボタン、送りオーバライドを調整するための調整ツマミなどが含まれており、これら運転モード選択スイッチ、送り軸切換スイッチ、移動ボタン、調整ツマミからの操作信号は制御装置１に送信されるようになっている。

前記手動パルス発生器３４は、送り軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）を選択するための送り軸切換スイッチや、１パルス当たりの移動量を切り換えるための倍率切換スイッチ、軸中心に回転自在に設けられ、当該軸中心に回転せしめられることによりその回転量に応じたパルス信号を生成するパルスハンドルなどを備えており、これら送り軸切換スイッチや、倍率切換スイッチ、パルスハンドルからの操作信号は制御装置１に送信されるようになっている。

次に、前記制御装置１について説明する。上記のように、当該制御装置１は、プログラマブルコントローラ１１，位置制御部１２，モデルデータ記憶部１３，干渉データ記憶部１４，制限速度データ記憶部１５，移動位置推定部１６，移動領域確認部１７，画像データ生成部１８及び表示制御部１９を備える。

前記プログラマブルコントローラ１１は、操作キー３３や手動パルス発生器３４からの操作信号を受信し、受信した操作信号に基づいて各送り機構部２７，２８，２９についての動作信号を位置制御部１２に送信する。

例えば、運転モード選択スイッチが手動運転であるときに、操作キー３３の移動ボタンが押されると、送り軸切換スイッチによる送り軸選択状況から、作動させるべき送り機構部２７，２８，２９を認識するとともに、調整ツマミによる調整状況から送りオーバライドの調整値を認識して、認識した送り機構部２７，２８，２９に関する情報及び認識した調整値に応じた移動速度に関する情報を含む動作信号を送信する。また、運転モード選択スイッチが手動運転であるときに、手動パルス発生器３４のパルスハンドルが操作されると、送り軸切換スイッチによる送り軸選択状況から、作動させるべき送り機構部２７，２８，２９を認識するとともに、倍率切換スイッチによる倍率選択状況から、１パルス当たりの移動量を認識して、認識した送り機構部２７，２８，２９に関する情報、認識した１パルス当たりの移動量に関する情報、及びパルスハンドルによって生成されたパルス信号を含む動作信号を送信する。

また、プログラマブルコントローラ１１は、操作キー３３などから受信した信号を基に主軸モータ３０や工具交換装置３１の作動を制御する。また、更に、刃物台２６に保持された工具Ｔに関する情報を移動領域確認部１７に送信したり、操作キー３３の運転モード選択スイッチによって運転モードが手動運転に切り換えられると、その旨の信号を移動領域確認部１７に送信する。

前記位置制御部１２は、プログラマブルコントローラ１１から受信した動作信号や、適宜記憶部内に格納されたＮＣプログラムに基づいて各送り機構部２７，２８，２９などの作動を制御する。例えば、運転モード選択スイッチが自動運転であるときには、前記ＮＣプログラムに基づいて、運転モード選択スイッチが手動運転であるときには、プログラマブルコントローラ１１から受信した動作信号に基づいて各送り機構部２７，２８，２９の作動を制御する。

また、位置制御部１２は、移動領域確認部１７からアラーム信号を受信すると、プログラマブルコントローラ１１から受信した動作信号に関係なく、送り機構部２７，２８，２９の作動を停止する。

また、移動領域確認部１７から制限速度を受信すると、送りオーバライドの調整値や倍率切換スイッチの倍率に応じた、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が、当該受信した制限速度を越える場合には、当該第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が当該受信した制限速度となるように送り機構部２７，２８，２９の作動を制御し、送りオーバライドの調整値や倍率切換スイッチの倍率に応じた、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が、当該受信した制限速度を越えない場合には、当該第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が、送りオーバライドの調整値や倍率切換スイッチの倍率に応じた速度となるように送り機構部２７，２８，２９の作動を制御する。

具体的には、例えば、プログラマブルコントローラ１１から受信した動作信号に含まれる指令速度が、前記受信した制限速度を越える場合には、この制限速度を基に制御信号を生成して送り機構部２７，２８，２９に送信し、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６をこの制限速度で移動させ、前記受信した制限速度を越えない場合には、前記指令速度を基に制御信号を生成して送り機構部２７，２８，２９に送信し、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を前記指令速度で移動させる。この他、プログラマブルコントローラ１１から受信した動作信号を基に生成し、送り機構部２７，２８，２９に送信する制御信号に対応した移動速度が、前記受信した制限速度を越える場合には、生成した制御信号を制限速度を越えないような制御信号に再調整して送り機構部２７，２８，２９に送信し、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６をこの制限速度で移動させ、前記受信した制限速度を越えない場合には、生成した制御信号をそのまま送り機構部２７，２８，２９に送信し、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を当該制御信号に対応した移動速度で移動させるようにしても良い。

尚、位置制御部１２は、各送り機構部２７，２８，２９から第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の現在位置及び現在速度を受信するようになっており、受信した現在位置及び現在速度を移動位置推定部１６に送信するようになっている。

前記モデルデータ記憶部１３には、例えば、３次元ＣＡＤシステムなどを用いて予め適宜生成された、少なくとも工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６に係る３次元モデルデータが格納される。この３次元モデルデータは、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される。

尚、これらの３次元モデルデータは、後述のように、干渉確認時に干渉領域として用いられるもので、実際の大きさで生成されていても、実際の大きさよりも少し大き目に生成されていても良い。

前記干渉データ記憶部１４には、予め設定された、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の相互間における干渉関係を定義した干渉データが格納される。

ＮＣ旋盤２０では、主軸２２，チャック２３及びワークＷが一体的となった状態で主軸２２が主軸台（図示せず）に支持され、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔが一体的となった状態で第１サドル２４がベッド２１上に配設される。したがって、主軸２２，チャック２３及びワークＷ間、並びに第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔ間においては、それぞれ干渉関係は生じず、主軸２２，チャック２３及びワークＷと、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔとの間においてのみ干渉関係が成立する。

また、工具ＴとワークＷとの間における干渉は、工具ＴによるワークＷの加工（即ち、干渉ではない）とみなすことができるが、工具ＴのチップＴｂとワークＷとの間に生じる干渉でなければ、これを加工とみなすことはできず、干渉である。

そこで、干渉データは、具体的には、図３に示すように、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の内、一体的となるもの同士を１つの同じグループにグループ分けするとともに、これらが干渉関係又は切削関係のいずれを構成するのかを示すためのデータとして設定されている。

そして、この干渉データにより、主軸２２，チャック２３及びワークＷが第１グループにグループ分けされ、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔが第２グループにグループ分けされる。尚、上述のように、第１グループの各構成物間及び第２グループの各構成物間では干渉を生じず、第１グループの各構成物と第２グループの各構成物との間でのみ干渉関係が生じ、また、異なるグループに属する構成物同士の干渉であっても、これらの構成物が互いに切削関係を構成する場合には、即ち、当該各干渉構成物が工具ＴのチップＴｂ及びワークＷである場合には、干渉ではない。

前記制限速度データ記憶部１５には、図４に示すように、速度制御領域毎に設定された、当該速度制御領域内における第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の制限速度が格納される。

前記速度制御領域は、図５に示すように、主軸２２，チャック２３及びワークＷの外形形状を外側にオフセットすることで得られるもので、本例では、オフセット量の異なる３つの速度制御領域（第１速度制御領域Ａ（オフセット量が例えば８０ｍｍ），第２速度制御領域Ｂ（オフセット量が例えば３０ｍｍ），第３速度制御領域Ｃ（オフセット量が例えば１ｍｍ））が設定されている。尚、図５において、主軸２２及び刃物台本体２６ａの図示は省略している。

前記制限速度は、例えば、第１速度制御領域Ａ内では１２５００ｍｍ／ｍｉｎ、第２速度制御領域Ｂ内では５０００ｍｍ／ｍｉｎ、第３速度制御領域Ｃ内では１０００ｍｍ／ｍｉｎと設定されており、第１速度制御領域Ａ内の制限速度は、そのオフセット方向外側の制限速度よりも低く、第２速度制御領域Ｂ内の制限速度は、そのオフセット方向外側の制限速度よりも低く、第３速度制御領域Ｃ内の制限速度は、そのオフセット方向外側の制限速度よりも低くなって、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃの領域が狭くなるに連れて制限速度が低くなっている。尚、第１速度制御領域Ａの外部における第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の制限速度は、１２５００ｍｍ／ｍｉｎよりも速く設定されている。

前記移動位置推定部１６は、位置制御部１２から第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の現在位置及び現在速度を受信して、受信した現在位置及び現在速度を基に、予め設定された時間経過後における第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動位置を推定し、推定した移動位置、及び位置制御部１２から受信した現在速度を移動領域確認部１７に送信する。

前記移動領域確認部１７は、移動位置推定部１６から送信される第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の推定移動位置を順次受信し、受信した推定移動位置、並びにモデルデータ記憶部１３及び干渉データ記憶部１４に格納された各データなどを基に、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が相互に干渉するか否かを確認するとともに、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具ＴがワークＷ，主軸２２及びチャック２３の各速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内で移動するか否かを確認する。

具体的には、図６乃至図９に示すような一連の処理を順次実行するように構成されており、まず、運転モードが手動運転に切り換えられた旨の信号をプログラマブルコントローラ１１から受信したか否かを確認し（ステップＳ１）、受信した場合に、ステップＳ２以降の処理を実行する。

ステップＳ２では、プログラマブルコントローラ１１から受信する、刃物台２６に保持された工具Ｔに関する情報を基に、刃物台２６に保持された工具Ｔを認識するとともに、モデルデータ記憶部１３に格納された工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の３次元モデルデータ、並びに干渉データ記憶部１４に格納された干渉データを読み込む。尚、工具Ｔの３次元モデルデータを読み込むに当たっては、前記認識した工具Ｔの３次元モデルデータを読み込む。

次に、読み込んだ干渉データを参照して、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が属するグループをそれぞれ認識するとともに、これらが切削関係及び干渉関係のいずれを構成するのかを認識する（ステップＳ３）。

ついで、主軸２２，チャック２３及びワークＷの３次元モデルに前記３つの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃを設定するとともに、制限速度データ記憶部１５に格納された制限速度を読み込み（ステップＳ４）、移動位置推定部１６から刃物台２６の推定移動位置、及びプログラマブルコントローラ１１から移動速度に係る動作信号（速度指令信号）を受信し（ステップＳ５）、前記読み込んだ３次元モデルデータ、前記設定した３つの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ、及び前記受信した推定移動位置を基に、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を前記推定移動位置に移動させた状態の３次元モデルデータを生成する（ステップＳ６）。

この後、前記読み込んだ干渉データ、及び前記生成した３次元モデルデータを基に、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動により、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が相互に干渉するか否か、即ち、異なるグループに属する各構成物の３次元モデルデータ間で（第１グループに属する主軸２２，チャック２３及びワークＷの３次元モデルデータと、第２グループに属する第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータとの間で）接触又は重なり合う部分が存在するか否かを確認する（ステップＳ７）。

ステップＳ７で接触又は重なり合うと判断した場合には、その接触又は重なり合いが、互いに切削関係を構成する構成物同士間に生じたものであるのか、即ち、工具ＴのチップＴｂとワークＷとの間に生じたものであるのかを確認し（ステップＳ８）、そうであると判断した場合には、前記受信した指令速度が最大切削送り速度以内であるか否かを確認する（ステップＳ９）。

ステップＳ９で指令速度が最大切削送り速度以内であると判断した場合には、前記３次元モデルデータの接触又は重なり合いは、工具ＴによりワークＷが加工されることによって生じたものであると判断して、その重なり合う領域（干渉（切削）領域）を算出し（ステップＳ１０）、算出した切削領域をワークＷから削除すべく当該３次元モデルデータを更新するとともに、前記ワークの３次元モデルに前記３つの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃを再設定する（ステップＳ１１）。

一方、ステップＳ８で接触又は重なり合いが、互いに切削関係を構成する構成物同士間に生じたものでない（工具ＴのチップＴｂとワークＷとの間に生じたものでない）と判断した場合には、主軸２２，チャック２３及びワークＷと、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔとの間で干渉を生じると判断して、また、ステップＳ９で指令速度が最大切削送り速度よりも速いと判断した場合には、工具ＴによるワークＷの加工とみなすことはできず、干渉であると判断して、アラーム信号（停止信号）を位置制御部１２及び画像データ生成部１８に送信して（ステップＳ１２）、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ７で接触又は重なり合う部分は存在しない（干渉は生じない）と判断した場合には、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが第１速度制御領域Ａ内にあるか否かを確認し（ステップＳ１３）、あると判断すると、前記読み込んだ、第１速度制御領域Ａについて設定された制限速度（１２５００ｍｍ／ｍｉｎ）を位置制御部１２に送信して前記ステップＳ５以降の処理に戻る（ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ１３で第１速度制御領域Ａ内にないと判断した場合には、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが第２速度制御領域Ｂ内にあるか否かを確認する（ステップＳ１５）。

そして、あると判断した場合には、前記読み込んだ、第２速度制御領域Ｂについて設定された制限速度（５０００ｍｍ／ｍｉｎ）を位置制御部１２に送信して前記ステップＳ５以降の処理に戻る（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１５で第２速度制御領域Ｂ内にないと判断した場合には、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが第３速度制御領域Ｃ内にあるか否かを確認する（ステップＳ１７）。

そして、あると判断した場合には、前記読み込んだ、第３速度制御領域Ｃについて設定された制限速度（１０００ｍｍ／ｍｉｎ）を位置制御部１２に送信して前記ステップＳ５以降の処理に戻る（ステップＳ１８）。一方、ステップＳ１７で第３速度制御領域Ｃ内にないと判断した場合には、ステップＳ１９で処理終了か否かを確認して、処理終了でない場合には、前記ステップＳ５以降の処理を繰り返し、処理終了と判断した場合には、上記一連の処理を終了する。

尚、前記移動領域確認部１７は、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃにあることを確認すると、その旨の信号を画像データ生成部１８に送信するようになっている。

前記画像データ生成部１８は、移動領域確認部１７から第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の推定移動位置を順次受信して、受信した推定移動位置、並びにモデルデータ記憶部１３に格納された工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３及び刃物台２６の３次元モデルデータを基に、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を前記推定移動位置に移動させた状態の３次元モデルデータを生成するとともに、生成した３次元モデルデータに応じた３次元画像データ（図１０及び図１１参照）を生成し、生成した３次元画像データを表示制御部１９に送信する。尚、図１０は、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔが、どの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内にも位置していないときの状態を示したものであり、図１１は、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔが、第１速度制御領域Ａ内に位置しているときの状態を示したものである。

また、画像データ生成部１８は、移動領域確認部１７からアラーム信号を受信すると、アラーム画像を生成して表示制御部１９に送信し、移動領域確認部１７から、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃに入った旨の信号を受信すると、各速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃの内、どの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内に入ったのかを示す画像データを生成して表示制御部１９に送信する（図１１参照）。尚、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔがどの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内に位置しているかを示す表示は、例えば、点滅表示されるようになっている。

前記表示制御部１９は、画像データ生成部１８から画像データを受信してこれを画面表示装置３５に画面表示する。

以上のように構成された本例の制御装置１によれば、少なくとも工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６に係る３次元モデルデータがモデルデータ記憶部１３内に予め格納され、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の相互間における干渉関係を定義した干渉データが干渉データ記憶部１４内に予め格納され、各速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に設定された第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の制限速度が制限速度データ記憶部１５内に予め格納される。

操作キー３３や手動パルス発生器３４からの操作信号がプログラマブルコントローラ１１に入力され、これに応じた動作信号が位置制御部１２に送信されると、当該位置制御部１２による制御の下、送り機構部２７，２８，２９が駆動されて第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が移動せしめられるが、このとき、移動位置推定部１６によって推定された第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の推定移動位置、指令速度、並びにモデルデータ記憶部１３，干渉データ記憶部１４及び制限速度データ記憶部１５に格納された各データなどを基に、移動領域確認部１７により、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が相互に干渉するか否かが確認されるとともに、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具ＴがワークＷ，主軸２２及びチャック２３の各速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内で移動するか否かが確認される。

そして、干渉すると判断された場合には、アラーム信号が位置制御部１２及び画像データ生成部１８に送信されて、位置制御部１２により送り機構部２７，２８，２９が停止され、画像データ生成部１８によりアラーム画像が生成されて画面表示装置３５に画面表示される。

一方、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内で移動すると判断された場合には、移動する速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃについて設定された制限速度が位置制御部１２に送信され、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度がこの制限速度を超える場合には、位置制御部１２によって、当該制限速度で第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が移動するように送り機構部２７，２８，２９が制御される。即ち、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６は、第１速度制御領域Ａ内では１２５００ｍｍ／ｍｉｎ以下の速度で、第２速度制御領域Ｂ内では５０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の速度で、第３速度制御領域Ｃ内では１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の速度で移動するように制御される。また、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内に移動すると、画像データ生成部１８により、その旨の画像データが生成されて画面表示装置３５に画面表示される。

このように、本例の制御装置１によれば、ワークＷ，主軸２２及びチャック２３の外部に３つの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃを設定するとともに、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内における第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の制限速度をその外部における制限速度よりも低く設定し、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内では、その外部よりも低速でしか第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を移動させることができないようにしたので、従来のように、送りオーバライドなどを調整して第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度を調整しなくても、移動速度を順次低下させながら第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６をワークＷ，主軸２２及びチャック２３の近傍の所定の移動位置まで移動させることができる。これにより、作業者は簡単に第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を移動させることができる。

また、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内（ワークＷ，主軸２２及びチャック２３の近く）では、その制限速度以下の移動速度でしか第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を移動させることができないので、ワークＷ，主軸２２及びチャック２３の近くで作業者が操作を誤っても前記制限速度よりも速い速度で第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が移動することはなく、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が高速であることによって第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６とワークＷ，主軸２２及びチャック２３とが干渉するのではないかと作業者にひやりとさせることもない。

また、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内の制限速度が低く設定されていることから、前記干渉領域を狭く設定したとしても、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６がワークＷ，主軸２２及びチャック２３と干渉する前に第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６を停止させることができ、また、当該干渉領域を狭く設定することで、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動範囲を広くして作業者の作業性を良くすることができる。

また、移動位置推定部１６によって推定された、予め設定された時間経過後における第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動位置などを基に、工具Ｔ，ワークＷ，主軸２２，チャック２３，第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６が相互に干渉するか否か、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具ＴがワークＷ，主軸２２及びチャック２３の各速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内に移動するか否かを確認しているので、より最適な速度制御を行ったり、干渉が生じるのを確実に防止することができるとともに、前記干渉領域をより狭く設定することが可能となる。

また、画像データ生成部１８により、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの移動状況に係る画像データを生成して画面表示装置３５に画面表示させるようにしたので、作業者は、画面表示装置３５に画面表示される画像を通じて、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔと、ワークＷ，主軸２２及びチャック２３との位置関係がどのような関係にあるのかを認識したり、干渉が生じる個所を容易に特定することができ、好都合である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

上例では、工作機械としてＮＣ旋盤２０を一例に挙げて説明したが、本例の制御装置１は、マシニングセンタなど各種の工作機械に設けることが可能である。また、モデルデータ記憶部１３に格納される３次元モデルデータは、どのようにして生成されたものであっても良いが、干渉判定などを高精度に行うために、簡易的に生成されたものよりも、正確に作成されたものを用いることが好ましい。また、モデルデータ記憶部１３には、３次元モデルに代えて２次元モデルを格納しても良い。

また、上例では、速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃを主軸２２，チャック２３及びワークＷ側に設定したが、図１２に示すように、主軸２２，チャック２３及びワークＷ側及び第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔ側の両方に設定したり、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔ側のみに設定しても良い。また、設定する速度制御領域は、３つに限定されるものではない。尚、図示するように、工具Ｔは、バイトではなく、ドリルやエンドミルなどの回転工具であっても良い。また、符号Ｔａは工具本体を、符号Ｔｂは刃部を示している。

この場合においても、第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの３次元モデルデータが主軸２２，チャック２３及びワークＷの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内で移動するかや、主軸２２，チャック２３及びワークＷの３次元モデルデータが第１サドル２４，第２サドル２５，刃物台２６及び工具Ｔの速度制御領域Ａ，Ｂ，Ｃ内で相対移動するかなどを確認することで、第１サドル２４，第２サドル２５及び刃物台２６の移動速度が制限速度を超えないように制御することができる。

また、上例では、制御装置１にプログラマブルコントローラ１１を設けて構成したが、このプログラマブルコントローラ１１を省略して構成しても良い。この場合、操作キー３３や手動パルス発生器３４からの操作信号は、位置制御部１２に直接入力されて、当該位置制御部１２により、入力された操作信号を基に各送り機構部２７，２８，２９などが制御される。

本発明の一実施形態に係る工作機械の制御装置などの概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る制御装置が設けられるＮＣ旋盤の概略構成を示した正面図である。本実施形態に係る干渉データ記憶部に格納される干渉データのデータ構成を示した説明図である。本実施形態に係る制限速度データ記憶部に格納される制限速度のデータ構成を示した説明図である。本実施形態に係る速度制御領域を説明するための説明図である。本実施形態に係る移動領域確認部における一連の処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る移動領域確認部における一連の処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る移動領域確認部における一連の処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る移動領域確認部における一連の処理を示したフローチャートである。本実施形態に係る画像データ生成部によって生成され、画面表示装置上に表示される表示画面の一例を示した説明図である。本実施形態に係る画像データ生成部によって生成され、画面表示装置上に表示される表示画面の一例を示した説明図である。本発明の他の実施形態に係る速度制御領域を説明するための説明図である。

１工作機械の制御装置
１１プログラマブルコントローラ
１２位置制御部
１３モデルデータ記憶部
１４干渉データ記憶部
１５制限速度データ記憶部
１６移動位置推定部
１７移動領域確認部
１８画像データ生成部
１９表示制御部
２０ＮＣ旋盤
２２主軸
２３チャック
２４第１サドル
２５第２サドル
２６刃物台
２７第１送り機構部
２８第２送り機構部
２９第３送り機構部
３２操作盤
３３操作キー
３４手動パルス発生器
３５画面表示装置
Ｔ工具
Ｗワーク

Claims

１以上の移動体と、該移動体を駆動して移動させる駆動機構部と、前記移動体の移動可能な領域内に設けられる１以上の構造体とを備えた工作機械に設けられる制御装置であって、
手動操作によって外部から入力される、前記移動体の移動位置及び移動速度に係る動作信号を受信し、受信した動作信号を基に前記駆動機構部の作動を制御して、該動作信号に応じた移動位置及び移動速度となるように前記移動体の移動を制御する位置制御部と、
前記移動体及び構造体の２次元モデル又は３次元モデルに関するデータであり、該移動体及び構造体の形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータを記憶するモデルデータ記憶部と、
前記移動体及び／又は構造体の外形形状を外側にオフセットして得られる１以上の速度制御領域について該速度制御領域毎に設定された、該速度制御領域内における前記移動体の制限速度であって、この速度制御領域毎の制限速度は、該速度制御領域のオフセット方向外側における制限速度よりも遅い速度とされた制限速度を記憶する制限速度データ記憶部と、
前記位置制御部から前記移動体の現在位置及び現在速度を受信して、受信した現在位置及び現在速度を基に、予め設定された時間経過後における該移動体の移動位置を推定する移動位置推定部と、
前記移動体及び／又は構造体の２次元モデル又は３次元モデルに前記１以上の速度制御領域を設定するとともに、前記移動位置推定部から前記移動体の推定移動位置を受信し、前記設定した速度制御領域、前記受信した前記推定移動位置、及び前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記移動体を前記推定移動位置に移動させた状態のモデルデータを生成して、前記移動体と構造体とが前記速度制御領域内で相対移動するか否かを確認する処理と、前記速度制御領域内で移動すると判断した場合には、移動する速度制御領域を認識するとともに、前記制限速度データ記憶部に格納された、前記認識した速度制御領域に対応する制限速度を認識して、認識した制限速度を前記位置制御部に送信する処理とを実行する移動領域確認部とを備えてなり、
前記位置制御部は、前記動作信号に応じた移動速度が前記移動領域確認部から受信した制限速度を超える場合には、該受信した制限速度で前記移動体を移動させるように構成されてなることを特徴とする工作機械の制御装置。
前記工作機械の制御装置は、
画像データの表示を行う画面表示手段を更に備えた工作機械に設けられてなり、
前記移動位置推定部によって推定された移動位置、及び前記モデルデータ記憶部に格納されたモデルデータを基に、前記移動体を前記推定移動位置に移動させた状態のモデルデータを生成するとともに、生成したモデルデータに対応する２次元画像データ又は３次元画像データを生成して前記画面表示手段に画面表示させる画像データ生成部を更に備えてなることを特徴とする請求項１記載の工作機械の制御装置。
前記移動領域確認部は、前記各処理に加えて、前記生成したモデルデータを基に、前記移動体と構造体とが干渉するか否かを確認し、干渉すると判断した場合には、停止信号を前記位置制御部に送信する処理を更に実行するように構成され、
前記位置制御部は、前記移動領域確認部から前記停止信号を受信すると、前記移動体の移動を停止させるように構成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械の制御装置。