JPH06143093A

JPH06143093A - 工具の摩耗補正方式

Info

Publication number: JPH06143093A
Application number: JP29846692A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Kochiya; 秀史古知屋
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】摩耗に伴う工具オフセット量の補正を常時行
うことができるようにする。【構成】計時手段１が工具の使用時間を計測し、摩耗
量推定手段４が、計測された時間に応じて工具の摩耗量
を常時推定して補正後の工具オフセット量ＯＦＳ _Gを求
めると共に、その工具オフセット量ＯＦＳ_Gに処理を行
って分配パルス毎の補正指令を作成する。この補正処理
は加工プログラムのブロック実行中であっても実施され
る。前処理演算手段６は、読み取ったプログラムデータ
を用いて移動指令を作成し、それを補間手段７に送り、
補間手段７は補間を行なって分配パルスを分配補正手段
９に出力する。分配補正手段９は、補間手段７からの分
配パルスに、上記補正指令を加算し、その補正した分配
パルスで工具の移動制御が行われる。このため、加工プ
ログラムのブロック内での加工時であっても、工具の摩
耗量を常時補正することができ、高精度な加工が可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置により制御
される工作機械で使用される工具の摩耗補正方式に関
し、特に工具の摩耗量を常時推定し、工具オフセット量
の適切な補正を行う工具の摩耗補正方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、加工プログラムで指令した加工
経路に対し、工具オフセット量分だけワークから離れた
工具基準点の経路が数値制御装置によって算出され、そ
の工具基準点の経路に沿って工具送り制御が行われる。
工具オフセット量は、切削工具等では工具基準点から工
具先端までの長さ（工具長）であり、フライス工具等で
は回転軸心から外周までの半径（工具径）である。

【０００３】一方、工具は加工に使用することにより摩
耗するが、この摩耗による工具オフセット量の減少を放
置しておくと、工具基準点の経路が不適切なものとな
り、指令通りの加工ができなくなる。すなわち、加工精
度が悪化する。

【０００４】そのため、従来、上記工具オフセット量を
加工前に実測し、その実測値を数値制御装置に設定する
ことが行われ、その実測値に基づき数値制御装置が工具
基準点の経路を算出していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、工具オフセッ
ト量を加工開始時毎に実測し、その実測値を数値制御装
置に設定することは、作業性を損なうという問題点があ
った。また、加工の種類によっては、一度加工を開始す
ると加工時間が数時間に及ぶものもあり、この場合に
は、工具オフセット量の次の実測までに工具が摩耗し過
ぎて、加工精度に悪影響がでる程になってしまう可能性
もあった。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、作業性を損なうことなく、常時、摩耗に伴う
工具オフセット量の補正ができる工具の摩耗補正方式を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、数値制御装置により制御される工作機械
で使用される工具の摩耗補正方式において、工具の使用
時間を計測する計時手段と、前記計時手段で計測された
時間に応じて前記工具の摩耗量を推定する摩耗量推定手
段と、前記摩耗量推定手段が推定した摩耗量を用いて前
記工具の移動に対する分配パルスを補正する補正手段
と、を有することを特徴とする工具の摩耗補正方式が、
提供される。

【０００８】

【作用】工具の使用時間を計測し、計測された時間に応
じて工具の摩耗量を常時、推定する。推定した摩耗量を
用いて工具の移動に対する分配パルスを補正する。

【０００９】このため、加工プログラムのブロック内で
の加工時であっても、工具の摩耗量を常時補正すること
ができる。したがって、工具の摩耗による加工不足を生
じることなく、高精度な加工が可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明が適用される数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）のハードウェアのブロック図である。図において、
１０は数値制御装置（ＣＮＣ）である。プロセッサ１１
はＣＮＣ１０全体の制御の中心となるプロセッサであ
り、バス２１を介して、ＲＯＭ１２に格納されたシステ
ムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従
って、ＣＮＣ１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３に
は一時的な計算データ、表示データ等が格納される。Ｒ
ＡＭ１３にはＳＲＡＭが使用される。不揮発性メモリ１
４はＣＭＯＳからなり、後述するテーブル３や、加工プ
ログラム、パラメータ等が格納される。不揮発性メモリ
１４は、図示されていないバッテリでバックアップさ
れ、ＣＮＣ１０の電源がオフされても、それらのデータ
はそのまま保持される。

【００１１】インタフェース１５は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー等の外部機器３１が接
続される。紙テープリーダからは加工プログラムが読み
込まれ、また、ＣＮＣ１０内で編集された加工プログラ
ムを紙テープパンチャーに出力することができる。

【００１２】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６はＣＮＣ１０に内蔵され、ラダー形式で作
成されたシーケンスプログラムにより工作機械を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、
Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログ
ラムで、機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット
１７から機械側に出力する。この出力信号は機械側のマ
グネット等を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気
アクチュエイタ等を作動させる。また、機械側のリミッ
トスイッチ及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受け、
必要な処理をしてプロセッサ１１に渡す。

【００１３】各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、
画像データ等の画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２６
の表示装置に送られ、表示装置に表示される。インタフ
ェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２６内のキーボー
ドからのデータを受けて、プロセッサ１１に渡す。

【００１４】インタフェース２０は手動パルス発生器３
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２は機械操作盤に実装され、
手動で機械稼働部を精密に位置決めするのに使用され
る。

【００１５】軸制御回路４１〜４５はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５５に出力する。サーボアンプ５１〜５５はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６５を
駆動する。サーボモータ６１〜６５には位置検出用のパ
ルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダから位
置信号がパルス列としてフィードバックされる。場合に
よっては、位置検出器として、リニアスケールが使用さ
れる。また、このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速度）変
換することにより、速度信号を生成することができる。
図ではこれらの位置信号のフィードバックライン及び速
度フィードバックは省略してある。

【００１６】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
指令及びスピンドルのオリエンテーション等の指令を受
けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出
力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信
号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回転速
度で回転させる。また、オリエンテーション指令によっ
て、所定の位置にスピンドルを位置決めする。

【００１７】スピンドルモータ７３には歯車あるいはベ
ルトでポジションコーダ８２が結合されている。従っ
て、ポジションコーダ８２はスピンドル７３に同期して
回転し、帰還パルスを出力し、その帰還パルスはインタ
フェース８１を経由して、プロセッサ１１によって、読
み取られる。この帰還パルスは他の軸をスピンドルモー
タ７３に同期して移動させ、精密なタッピング加工等を
可能にする。

【００１８】以上のように構成される数値制御装置によ
って行われる、本発明に係る工具摩耗補正の手順を、図
１を参照して次に説明する。図１はＣＮＣ１０で行われ
る工具摩耗補正の手順を示すブロック図である。計時手
段１は、工具オフセット量の最新実測値がセットされた
直後の加工開始時点から、経過時間の計測を開始し、そ
の経過時間を摩耗量推定手段４に出力する。加工条件読
込手段２は、ＣＮＣ１０に予め設定されているパラメー
タや加工プログラム５の中から、ワークの材質、スピン
ドル回転数、工具送り速度等の加工条件を読み出して摩
耗量推定手段４に出力する。テーブル３は、実験的に求
められた工具の摩耗量ＯＦＳ_Wのデータが予め不揮発性
メモリ１４に格納されたものであり、その例を図４に示
す。すなわち、図４に示すように、摩耗量ＯＦＳ_Wは上
記経過時間が増大するにつれて大きくなるとともに、ワ
ークの材質が硬くなるにつれて、またはスピンドル回転
数が大きくなるにつれて、さらには工具送り速度が大き
くなるにつれて、直線Ｌ１から直線Ｌ２、直線Ｌｎへと
移るように変化する。

【００１９】摩耗量推定手段４は、テーブル３の各直線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌｎの中から、ワークの材質、スピンドル
回転数、および工具送り速度に応じた直線を選び出し、
その選び出された直線に基づき経過時間に応じた工具摩
耗量ＯＦＳ_Wを読み出すと共に、その摩耗量ＯＦＳ_Wに
基づき、パラメータとして設定されていた実測値である
工具オフセット量ＯＦＳを補正し出力する。すなわち、
工具オフセット量ＯＦＳから摩耗量ＯＦＳ_Wを減算した
値（ＯＦＳ−ＯＦＳ_W）を補正後の工具オフセット量Ｏ
ＦＳ_Gとし、その補正後の工具オフセット量ＯＦＳ_Gに
処理を行なって分配パルス毎の補正指令を作成する。こ
の補正処理は加工プログラムのブロック実行中であって
も、常時実施される。

【００２０】前処理演算手段６は、加工プログラム５を
読み取り、その読み取ったデータを用いて前処理を行な
って移動指令を作成し、それを補間手段７に送る。補間
手段７は補間を行なって分配パルスを分配補正手段９に
出力する。

【００２１】分配補正手段９は、補間手段７からの分配
パルスに、上記摩耗量推定手段４からの補正指令を加算
し、その補正した分配パルスを加減速制御手段８に送
る。補正された分配パルスはさらに加減速制御手段８で
加減速され、軸制御回路４１に送られる。軸制御回路４
１は分配パルスを速度制御信号に変換し、サーボアンプ
５１に送る。サーボアンプ５１は速度制御信号を増幅
し、サーボモータ６１を駆動する。サーボモータ６１に
は前述のように位置検出用のパルスコーダが内蔵されて
おり、軸制御回路４１に位置帰還パルスを帰還する。

【００２２】図１では加減速制御手段８、軸制御回路４
１、サーボアンプ５１、サーボモータ６１は１軸分のみ
しか表していない。実際は５軸分必要であるが、他の軸
の要素も上記要素と同じであるので図示を省略する。

【００２３】図３は、実測値である工具オフセット量Ｏ
ＦＳ、工具摩耗量ＯＦＳ_W、補正後の工具オフセット量
ＯＦＳ_Gの関係を表す図であり、図３（Ａ）は切削加工
用工具を示し、図３（Ｂ）はフライス加工用工具を示
す。Ｒは工具基準点である。図は、実測値である工具オ
フセット量ＯＦＳから工具摩耗量ＯＦＳ_Wを減算した値
（ＯＦＳ−ＯＦＳ_W）が、補正後の工具オフセット量Ｏ
ＦＳ_Gであることを示している。なお、切削加工用工具
とフライス加工用工具とは、全く同様な手順で補正後の
工具オフセット量ＯＦＳ_Gが算出される。

【００２４】次に、実際の工具摩耗補正例を図５及び図
６を用いて説明する。図５は加工経路を示す図である。
図において、工具は、加工プログラムのブロックＮ１、
Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５に従って、始点ＯからＰ１点、
Ｐ２点、Ｐ３点及びＰ４点を経由してＰ１点に戻ってく
る。このときの加工プログラム例を下記に示す。

【００２５】Ｏ０００１；・・・・・・・・Ｎ１Ｇ９０Ｇ００Ｘ５００．Ｙ５００．；Ｎ２Ｇ４２．２Ｇ０１Ｘ１０００．Ｆ１００Ｌ
１；Ｎ３Ｙ１０００．Ｆ５００Ｌ２；Ｎ４Ｘ５００．Ｆ２００Ｌ３；Ｎ５Ｙ５００．Ｆ５００Ｌ４；・・・・・・・・上記加工プログラム「Ｏ０００１」において、Ｇ４２．２：本発明に係る工具摩耗補正コ
ードＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４：不揮発性メモリ１４内のテー
ブル３の各直線である。この加工プログラム「Ｏ０００１」では、加工
条件の変化に応じて、摩耗量を推定すべく、テーブル３
に格納された各直線をＬ１〜Ｌ４へと変化させて対応し
ている。すなわち、ブロックＮ２では直線Ｌ１に基づい
て、ブロックＮ３では直線Ｌ２に基づいて、ブロックＮ
４では直線Ｌ３に基づいて、ブロックＮ５では直線Ｌ４
に基づいて、工具の摩耗量補正が行われる。このときの
摩耗量補正例を図６に示す。

【００２６】図６は工具の摩耗量補正例を示す図であ
る。図において、横軸は加工時間Ｔを、縦軸はテーブル
３のデータに基づいて推定した工具摩耗量ＯＦＳ_Wであ
る。工具摩耗量ＯＦＳ_Wは、加工時間Ｔと共に積算さ
れ、ブロックＮ５の時点での工具摩耗量ＯＦＳ_Wは、ブ
ロックＮ２、Ｎ３、Ｎ４での摩耗量の合計にブロックＮ
５での摩耗量を加算したものとなる。その工具摩耗量Ｏ
ＦＳ_Wに基づいて補正したときの工具中心経路を図７に
示す。

【００２７】図７は１ブロックでの加工時での工具中心
経路を示す図である。図に示すように、１ブロックの加
工時に、工具１００が工具１００Ａの状態まで摩耗する
場合を想定する。工具１００の摩耗量補正を行わないと
きは、その経路は、工具中心経路１０１に沿った加工と
なり、そのときの加工表面１０２は、目標とする加工表
面１２０に対して未加工部分が生じ、その結果加工不足
δが生じる。これに対し、本実施例では、たとえ１ブロ
ック内での長時間連続加工であっても、分配パルス毎に
補正を行うため、常時摩耗量補正が行われる。したがっ
て、工具１００が摩耗しても、加工不足δが生じること
なく、目標とする加工表面１２０に沿った加工を行うこ
とができる。したがって、工具の摩耗による加工不足を
生じることなく、高精度な加工が可能になる。

【００２８】上記の実施例では、プログラム指令で摩耗
量補正を行うようにしたが、外部信号、例えばＰＭＣか
らの指令信号や、操作盤スイッチのオン信号に応じて摩
耗量補正を行うように構成することもできる。

【００２９】また、上記の実施例では、テーブル３を備
え、摩耗量推定手段４が、加工条件および工具の使用経
過時間に応じてテーブル３から工具摩耗量ＯＦＳ_Wを読
み出しているが、他の実施例として、テーブルを使用し
ないようにしてもよい。すなわち、摩耗量推定手段４
が、加工条件および工具の使用経過時間に応じて決定さ
れる工具摩耗量ＯＦＳ_Wの関数を有し、その関数を使用
して工具摩耗量ＯＦＳ_Wを算出する。上記関数は工具の
使用経過時間を変数とするリニア関数であり、その係数
は複数用意され、加工条件に応じて係数が選択されるよ
うにするものである。

【００３０】さらに、上記２つの実施例では、工具摩耗
量ＯＦＳ_Wを決定するに際し、テーブル３の各直線Ｌ
１，Ｌ２，Ｌｎの中から加工条件に応じたものを選択す
るか、または複数の係数の中から加工条件に応じたもの
を選択するようにしているが、他の実施例として、そう
した選択を行わない方法もある。すなわち、一般に工具
は、加工条件に応じて選択されるものであるから、ある
一つの工具が使用され得る加工条件の範囲は狭く、その
工具の加工条件は既にある程度決っている。したがっ
て、ある一つの工具摩耗量ＯＦＳ_Wにとって、テーブル
の直線、または関数の係数は既に殆ど決っているとも言
える。こうした理由から、工具摩耗量ＯＦＳ _Wを、この
段階では加工条件を考慮せずに、単に工具の使用経過時
間だけで決定しても、比較的誤差の少ない工具摩耗量Ｏ
ＦＳ_Wを推定できる。そうした点に鑑み、工具摩耗量Ｏ
ＦＳ_Wを工具の使用経過時間だけに基づいて決定して、
数値制御装置を簡単な構成にしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、工具の
使用時間を計測し、計測した時間に応じて工具の摩耗量
を常時推定し、推定した摩耗量を用いて工具の移動に対
する分配パルスを補正するように構成した。

【００３２】このため、たとえ加工プログラムのブロッ
ク内での長時間連続加工時であっても、工具の摩耗量を
常時補正することができる。したがって、工具の摩耗に
よる加工不足を生じることなく、高精度な加工が可能に
なる。

【００３３】また、常時補正するので、工具交換や工具
測定の手間を省くことができ、その分、加工サイクルタ
イムを短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＮＣで行われる工具摩耗補正の手順を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明が適用される数値制御装置（ＣＮＣ）の
ハードウェアのブロック図である。

【図３】実測値である工具オフセット量ＯＦＳ、工具摩
耗量ＯＦＳ_W、補正後の工具オフセット量ＯＦＳ_Gの関
係を表す図であり、（Ａ）は切削加工用工具を示し、
（Ｂ）はフライス加工用工具を示す。

【図４】工具摩耗量ＯＦＳ_Wのテーブルを示す図であ
る。

【図５】加工経路を示す図である。

【図６】工具の摩耗量補正例を示す図である。

【図７】１ブロックでの加工時での工具中心経路を示す
図である。

【符号の説明】

１計時手段２加工条件読込手段３テーブル４摩耗量推定手段５加工プログラム７補間手段９分配補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】数値制御装置により制御される工作機械
で使用される工具の摩耗補正方式において、工具の使用時間を計測する計時手段と、前記計時手段で計測された時間に応じて前記工具の摩耗
量を推定する摩耗量推定手段と、前記摩耗量推定手段が推定した摩耗量を用いて前記工具
の移動に対する分配パルスを補正する補正手段と、を有することを特徴とする工具の摩耗補正方式。
【請求項２】予め各種加工条件における前記工具の使
用時間と前記工具の摩耗量を測定し前記摩耗量を推測す
るためのデータとして前記数値制御装置に登録し、前記
摩耗量推定手段は、前記計時手段で計測された前記工具
の使用時間に基づき前記登録したデータを参照して前記
工具の摩耗量を推定することを特徴とする請求項１記載
の工具の摩耗補正方式。