工作機械及び工作方法
【課題】回転速度を指定した主軸の回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる工作機械及び工作方法を提供する。
【解決手段】マシニングセンタは、加工プログラムから取得した命令が回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令である場合、主軸５Ａの回転を開始するが、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達するのを待つことなく、加工プログラムの次の命令の取得及び実行を行う。その後、マシニングセンタは、加工プログラムから切削移動命令を取得した場合、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定した後に、主軸５Ａをワークへ近接させる切削移動を開始する。またマシニングセンタは、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度を判定する場合に回転速度閾値との比較を行う。
【解決手段】マシニングセンタは、加工プログラムから取得した命令が回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令である場合、主軸５Ａの回転を開始するが、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達するのを待つことなく、加工プログラムの次の命令の取得及び実行を行う。その後、マシニングセンタは、加工プログラムから切削移動命令を取得した場合、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定した後に、主軸５Ａをワークへ近接させる切削移動を開始する。またマシニングセンタは、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度を判定する場合に回転速度閾値との比較を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが作成した加工プログラムに従って種々の加工及び工具交換等を行う工作機械及び工作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマシニングセンタ（工作機械）は、フライス加工、ねじ立てなど種々の加工を行う。工作機械は、複数種の工具を収容しておくための収容部と、主軸に装着された工具を収容部に収容された工具に交換するための機構とを備えており、目的の加工に応じて工具を交換しながら、種々の加工を連続的に行っている。ワークに対する加工内容は予めユーザが作成した加工プログラムとして与えられる。工作機械は、加工プログラムに含まれる主軸の移動命令、主軸の回転命令、加工位置の指定及び工具交換命令等の種々の命令を順に読み出して実行することにより、ワークに対する一連の加工を実現する。
【０００３】
特許文献１においては、工具が装着された主軸ヘッドを加工領域及び交換領域の間でＺ軸方向に移動させてそれぞれワークの加工及び工具交換を行う工作機械が記載されている。この工作機械は、主軸ヘッドが加工領域と交換領域との間の同時動作開始位置に到達した時点で、加工位置への移動を開始する。主軸ヘッドがＺ軸原点に達した時点で加工位置への移動を開始する従来の工作機械と比較して、特許文献１の工作機械は、早い時点で加工位置への移動を完了させることができる。特許文献１に記載の工作機械では、同時動作開始位置を加工プログラムにて指定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４８０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、工作機械の加工プログラムでは、工具交換命令と共に（又は工具交換命令の後に）、主軸の回転速度（又は単位時間当たりの回転数）を指定して工具が交換された主軸を回転させる回転命令を記載することができる。工作機械は、工具交換命令に従って工具交換を行った後、回転命令に従って主軸の回転を開始する。このときに、従来の工作機械は、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したことを確認した後、加工プログラムの次の命令に係る処理を行っていた。主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでにはある程度の時間を要するので、この待ち時間が工作時間を長期化させるという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回転速度を指定した主軸の回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる工作機械及び工作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る工作機械は、工具が装着されて回転する主軸と、該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段と、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された命令列から時系列的に命令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した命令に係る処理を実行する処理手段とを備え、命令列に含まれる命令に係る処理を時系列的に実行することによって、ワークに対する加工を行う工作機械において、前記取得手段が回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記処理手段は前記主軸の回転を開始し、前記取得手段は前記回転命令に続く命令の取得を継続し、前記取得手段が前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する判定手段を備え、前記処理手段は、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと前記判定手段が判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る工作機械は、前記判定手段が、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達した場合に、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定するようにしてあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る工作機械は、前記命令列には、前記所定割合を指定する割合指定命令を含むことができ、前記判定手段は、前記割合指定命令にて指定された所定割合に基づいて、回転数の判定を行うようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る工作機械は、前記主軸をワークに対して近接させる移動命令が、切削移動命令であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る工作方法は、工具が装着されて回転する主軸及び該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段を有する工作機械に対して、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列から時系列的に命令を取得し、取得した命令に係る処理を実行することによって、ワークに対する加工を行う工作方法において、回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記主軸の回転を開始すると共に、前記回転命令に続く命令の取得を継続して行い、前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定し、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、記憶部に記憶された命令列（加工プログラム）から命令を時系列的に取得し、取得した命令が回転速度を指定した主軸の回転命令である場合、工作機械は主軸の回転を開始するが、主軸の回転速度が指定された回転速度に達するのを待つことなく、次の命令の取得及び実行を継続する。その後、主軸をワークに近接させる移動命令（即ち、加工開始の命令）を取得した場合、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定した後に、主軸をワークに近接させる移動を行う（加工を開始する）。
回転速度を指定した主軸の回転命令を取得した場合であっても、主軸の回転速度が指定された回転速度に達したか否かの判定を、主軸の移動命令の実行前まで先送りする構成とすることによって、主軸の回転命令と移動命令との間に他の命令を実行することが可能となる。このため、主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでの時間を有効に活用することができ、工作時間を短縮することができる。
【００１３】
また、工具交換を行って加工のために主軸を移動させる場合、工具交換後の待機位置から主軸に装着された工具がワークに接触する加工位置へ移動するまでにはある程度の時間を要するため、加工のための主軸の移動開始時点において、必ずしも主軸の回転速度が指定された回転速度に達している必要はなく、工具がワークに接触する位置に主軸が移動するまでに、主軸の回転速度が指定された回転速度に達していればよい。
そこで本発明においては、主軸の移動命令を実行する前に、回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達したか否かを判定し、所定割合を乗じた回転数に達していれば、主軸の移動を開始する。なお所定割合は、主軸の移動速度及び主軸の回転加速度等に基づいて、工作機械の設計段階などで予め決定しておくことができる。これにより、加工のための主軸の移動をより早いタイミングで開始することができるため、工作時間を更に短縮することができる。
【００１４】
また、本発明においては、上記の所定割合をユーザが加工プログラムにて指定することを可能とする。工作機械は、指定された所定割合を、回転命令にて指定された回転速度に乗じた値を判定の閾値として用いる。これにより、ユーザによる加工プログラムの作成の自由度が向上する。
【００１５】
また、本発明においては、主軸をワークに対して近接させる移動命令は、切削移動命令である。主軸をワークに対して近接させる移動命令が切削移動命令である場合、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に到達せずに切削移動命令を実行すると、ワークの加工中の主軸の回転速度の変化が大きくなる。ワーク加工中に主軸の回転速度の変化が大きくなると、ワークの加工表面に加工模様が目立ち、加工不良が発生するという問題がある。
本発明はワークの加工表面に加工模様が発生しないような主軸の回転速度になるまで、切削移動命令を実行しないので、加工不良が発生しない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による場合は、回転速度を指定した主軸の回転命令を取得した場合であっても、主軸の回転速度が指定された回転速度に達したか否かの判定を、主軸の移動命令の実行前まで先送りする構成とすることにより、主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでの間に他の命令を実行することができるため、工作時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】マシニングセンタ（工作機械）の外観を示す斜視図である。
【図２】マシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。
【図３】マシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＥＰＲＯＭに記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。
【図５】マシニングセンタの動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】変形例に係る加工プログラムの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、マシニングセンタ（工作機械）の外観を示す斜視図である。また図２は、マシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。本実施の形態に係るマシニングセンタは、加工対象であるワーク（図示は省略する）と工具とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、スライス削り、穴あけ又は切削等）を施すことができる工作機械である。マシニングセンタは金属製の基台１を備え、基台１の下部の四隅には脚部がそれぞれ設けられ、これら４つの脚部が床面などに設置されることにより、マシニングセンタが所定場所に設置される。基台１は、マシニングセンタの前後方向に長い直方体状の鋳造品である。
【００１９】
マシニングセンタの基台１の後部上にはコラム座部３が設けられ、コラム座部３には鉛直上方へ延びる柱状のコラム４が立設されている。コラム４には、その前面に沿って上下移動可能に主軸ヘッド５が設けられている。主軸ヘッド５には、加工用の工具６が装着される主軸５Ａと、主軸５Ａに装着された工具６を他の工具６に交換するための工具交換機構７とが設けられている。また図１において図示は省略するが、コラム４の上部にはＺ軸モータ４４（図３参照）が設けてあり、Ｚ軸モータ４４の回転によって主軸ヘッド５を上下に移動させることができる。
【００２０】
主軸ヘッド５には、加工軸に相当する主軸５Ａが回転可能に装着され、主軸５Ａを回転駆動するための主軸モータ４１（図３参照）が上部に備えられている。主軸５Ａの下端には工具６が着脱可能に装着され、主軸５Ａが主軸モータ４１により回転駆動されることによって工具６が回転し、テーブル８に固定したワークの加工が行われる。主軸５Ａは、主軸ヘッド５の上下移動によって上方の交換位置と下方の加工位置との間を移動する。工具交換機構７は、工具６を支持する工具ホルダを複数格納する工具マガジン１４と、主軸５Ａに装着された工具ホルダと工具マガジン１４に格納された他の工具ホルダとを把持して搬送し、工具交換を行う工具交換アーム１５とを備えている。
【００２１】
また基台１上には、主軸ヘッド５の下方に、ワークを着脱可能に固定することができるテーブル８が配置してある。テーブル８は、サーボモータであるＸ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３（図３参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）へ移動制御される。詳しくは、テーブル８の下側には直方体状の支持台１０が設けてあり、支持台１０にはＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドを設け、１対のＸ軸送りガイド上にテーブル８を移動可能に支持している。また基台１の上部には、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる１対のＹ軸送りガイドを設け、１対のＹ軸送りガイド上に支持台１０を移動可能に支持している。基台１上に設けたＹ軸モータ４３がＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に支持台１０を移動駆動すると共に、支持台１０上に設けたＸ軸モータ４２がＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向にテーブル８を移動駆動する。
【００２２】
Ｘ軸送りガイドには、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１１、１２がテーブル８の左右両側に設けてある。Ｙ軸送りガイドには、テレスコピックカバー１３とＹ軸後カバーとが、支持台１０の前後にそれぞれ設けてある。テーブル８及び支持台１０がそれぞれいずれの方向に移動した場合であっても、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドは常にテレスコピックカバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーによって覆われる。テレスコピックカバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーは、ワークの加工領域から飛散する切粉などがＸ軸送りガイド及びＹ軸送りガイド等へ落下することを防止するためのものである。
【００２３】
コラム４の背面側には、箱状の制御ボックス９が設けられており、制御ボックス９の内部にはマシニングセンタの動作を制御するための制御部２０（図３参照）が収容されている。図３は、マシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。マシニングセンタの制御部２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＥＥＰＲＯＭ２４、入力インタフェース２５及び出力インタフェース２６等を備えて構成されている。
【００２４】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に記憶された制御プログラムをＲＡＭ２３に読み出して実行することにより、ワークの加工処理及び工具交換処理等を行う。ＲＯＭ２２は、マスクＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリ素子であり、ＣＰＵ２１にて実行される制御プログラム及び処理に必要な各種のデータ等が予め記憶されている。ＲＡＭ２３は、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等のメモリ素子であり、ＲＯＭ２２から読み出した制御プログラム及び処理過程で発生した種々のデータ等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ２４は、データ書き換えが可能な不揮発性のメモリ素子であり、処理に必要な各種のデータが記憶される。特に本実施の形態においては、ワークに対する加工手順及び加工条件等が記載された加工プログラム（後述する）がＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。なおＥＥＰＲＯＭ２４に代えて、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ素子を使用してもよい。
【００２５】
マシニングセンタは、入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４等を備えており、これらが制御部２０の入力インタフェース２５に接続されている。入力装置３１は、キーボード又はタッチパネル等を用いたものであり、ユーザの操作を受け付ける。アームセンサ３２は、工具交換アーム１５が原点（最も上側の位置）まで上昇したか否かを検出する。Ｚ軸センサ３３は、主軸５Ａが工具６を交換する交換位置まで上昇したか否かを検出する。主軸センサ３４は、主軸５Ａの回転速度を検出する。入力インタフェース２５は、入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４から出力される情報をＣＰＵ２１へ与える。なお、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４の代わりに、Ｚ軸モータ４４及び主軸モータ４１のフィードバック情報を使用してもよい。
【００２６】
マシニングセンタは、主軸モータ４１、Ｘ軸モータ４２、Ｙ軸モータ４３、Ｚ軸モータ４４、工具交換モータ４５及び表示装置４６等を備えており、これらが制御部２０の出力インタフェース２６に接続されている。主軸モータ４１は、主軸５Ａを回転させるためのものであり、これにより主軸５Ａに装着された工具６を用いたワークの加工を行うことができる。Ｘ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３は、テーブル８をＸ方向及びＹ方向へ移動させるためのモータである。Ｚ軸モータ４４は、コラム４に対して主軸ヘッド５を鉛直方向へ上下移動させるためのモータである。工具交換モータ４５は、主軸５Ａに対する工具６の着脱、並びに、工具交換アーム１５の上下動、回転及び工具６の把持等の工具交換動作を行うためのモータである。表示装置４６は、液晶パネルなどであり、マシニングセンタの動作状態又はユーザに対するメッセージ等を表示する。
【００２７】
図４は、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。加工プログラムは、ワークに対する加工内容に応じてユーザが予め作成し、ＥＥＰＲＯＭ２４に予め記憶されるものである。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムを一行ずつ順に読みこみ、各行に記載された命令を順に処理していく。例えば図示の加工プログラムのＮ１行目に記載されたＧ１００は工具交換命令を示し、Ｔ１は次に主軸５Ａに装着する工具６の識別番号が１番であることを示し、Ｚ２００は工具交換後のＺ軸方向の待機位置が２００であることを示している。またＮ１行目には工具交換命令に続いて、主軸５Ａの回転命令Ｍ３が記載され、Ｓ１００００は主軸５Ａの回転速度として１００００回転／分を指定している。なお工具交換命令及び主軸の回転命令は、加工プログラムにおいて同一行に記載せず、別の行に記載してもよい。
【００２８】
またＮ２行目に記載されたＭ７７は、加工用の冶具をクランプ装置に固定させる命令である。Ｎ３行目に記載されたＭ４００、Ｎ４行目に記載されたＭ４９４、及び、Ｎ５行目に記載されたＭ８の各命令は、クーラント（切削液）を吐出することによって切粉の排除及び冷却等を行うためのものである。マシニングセンタにはクーラントを吐出するための機構が複数備えられており、Ｎ３行目〜Ｎ５行目の命令はクーラント吐出機構を順に動作させる。なおＭ４００はチップシャワーの吐出命令であり、Ｍ４９４はＣＴＳのクーラントの吐出命令であり、Ｍ８はその他のクーラントの吐出命令である。ＣＴＳは、主軸５Ａ内にクーラントを流通させる流路を設け、この流路と工具６に設けた流路とを接続することで、工具６の先端からクーラントを吐出するものである。チップシャワーは、マシニングセンタ内に配置したチップシャワー配管からクーラントを吐出することで、テーブル８周辺に切粉が堆積するのを防ぐものである。なお、これらのクーラント吐出機構についての詳細な説明は省略する。
【００２９】
Ｎ６行目に記載されたＧ１は主軸５Ａの切削移動命令であり、Ｚ１９８はＺ軸方向の加工位置が１９８であることを示している。この命令によって、Ｎ１行目の命令にてＺ軸方向の位置２００で待機していた主軸５ＡがＺ軸方向の位置１９８まで下降し、主軸５Ａに装着された工具６によるワークの加工が行われる。
【００３０】
なお、従来のマシニングセンタは、Ｎ１行目の主軸５Ａの回転命令を処理する際に、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始した後、指定された回転速度に達するまで待機し、その後にＮ２行目以降の命令を処理していた。これに対して本実施の形態に係るマシニングセンタは、主軸５Ａの回転命令に対して、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始した後、主軸５Ａの回転速度を判定することなく、次の命令（Ｎ２行目以降の命令）を読み込んで処理することができる。
【００３１】
図５は、マシニングセンタの動作の一例を説明するためのタイミングチャートであり、図４に示した加工プログラムに対応する動作を示してある。また図５の上段には主軸５ＡのＺ軸方向の座標（位置）が示してあり、下段には主軸５Ａの回転速度が示してある。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムのＮ１行目にて工具交換命令を読み込むことによって、Ｚ軸モータ４４を駆動して主軸５ＡをＺ軸方向の工具交換位置まで上昇させ（０〜ｔ１）、工具交換モータ４５を駆動して工具交換を行う（ｔ１〜ｔ２）。工具交換の終了後、ＣＰＵ２１は、工具交換命令にて指定されたＺ軸方向の待機位置２００へ、Ｚ軸モータ４４を駆動して主軸５Ａを下降させ始める（ｔ２）。
【００３２】
マシニングセンタにおいては、工具交換位置にて主軸５Ａを回転させることはできず、予め定められた回転可能位置より下方にて主軸５Ａを回転させることができる。工具交換終了後に主軸５Ａの下降を開始したＣＰＵ２１は、主軸５ＡのＺ軸方向の位置が回転可能位置に達した場合（ｔ３）、加工プログラムのＮ１行目に記載された回転命令に従い、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始する。これにより主軸５Ａの回転速度は、略一定の加速度で上昇する。
【００３３】
主軸５ＡはＺ軸方向へ下降を続け、加工プログラムのＮ１行目にて指定された待機位置に達した場合（ｔ４）、ＣＰＵ２１は、加工プログラムのＮ２行目〜Ｎ５行目の命令を順次的に処理する（ｔ４〜ｔ５）。加工プログラムのＮ５行目の処理を終了した後、ＣＰＵ２１は、Ｎ６行目の切削移動命令を読み込む。このときＣＰＵ２１は、主軸センサ３４にて検出された主軸５Ａの回転速度が、Ｎ１行目の回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａ（０＜Ａ≦１）を乗じた回転速度（以下、回転速度閾値という）に達しているか否かを判定する。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達していない場合、ＣＰＵ２１は、切削移動命令の実行を待機する。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達した場合（ｔ６）、ＣＰＵ２１は、Ｚ軸モータ４４を駆動して、切削移動命令にて指定されたＺ軸方向の位置へ主軸５Ａの下降を開始する。その後、主軸５Ａの回転速度がＮ１行目の回転命令にて指定された回転速度に達すると共に、主軸５ＡのＺ軸方向の位置がＮ６行目の切削移動命令にて指定された位置に達し、ワークに対する加工が開始される。
【００３４】
なお、回転速度閾値を決定する所定割合Ａは、主軸５Ａの回転加速度、主軸５ＡのＺ軸方向の移動速度、並びに、Ｎ１行目の工具交換命令にて指定された待機位置及びＮ６行目の切削移動命令にて指定された加工位置の間の距離に応じて算出することができる。即ち、主軸５ＡがＺ軸方向へ移動して加工位置に達した際に（又は達する前に）、目標の回転速度に達していると推定される回転速度を逆算して回転速度閾値とし、この回転速度閾値の目標回転速度に対する割合を所定割合Ａとすればよい。所定割合Ａは、予め定められた値を用いてもよく、ＣＰＵ２１が動的に算出してもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態に係るマシニングセンタは、加工プログラムのＮ１行目にて回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令を読みこんだ場合であっても、主軸５Ａの回転を開始のみ行い、主軸５Ａの回転速度が指定された回転速度に達したか否間判定は行わずに、加工プログラムの次の命令（Ｎ２行目〜Ｎ５行目）を実行する。その後、マシニングセンタは、加工プログラムのＮ６行目にて切削移動命令を読み込んだ場合に、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定し、回転速度閾値に達した場合に主軸５Ａの切削移動を開始する。これによりマシニングセンタは、指定された回転速度への主軸５Ａの回転（加速）と、その他の命令（Ｎ２行目〜Ｎ５行目の命令など）とを、切削移動命令を読み込むまでの間に平行して行うことができるため、工作時間を短縮することができる。
【００３６】
図６及び図７は、マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。まず、マシニングセンタのＣＰＵ２１は、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラムから１行分の命令を読み出す（ステップＳ１）。次いで、読み出した命令が工作を終了する命令であるか否かを判定し（ステップＳ２）、工作終了命令の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、ワークに対する工作処理を終了する。
【００３７】
読み出した命令が工作終了命令でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が工具交換命令であるか否かを判定する（ステップＳ３）。読み出した命令が工具交換命令の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａを工具交換位置まで上昇させて工具を交換し、その後に主軸５Ａを待機位置まで移動させる工具交換動作を行う（ステップＳ４）。工具交換動作の過程において、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａが回転可能位置に達したか否かを判定し（ステップＳ５）、回転可能位置に達していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、工具交換動作を継続する。主軸５Ａが回転可能位置に達した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、工具交換命令と同一行に主軸５Ａの回転命令が含まれているか否かを更に判定する（ステップＳ６）。ＣＰＵ２１は、回転命令が含まれていない場合には（Ｓ６：ＮＯ）、工具交換動作の終了後にステップＳ１へ処理を戻し、また、回転命令が含まれている場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始して（ステップＳ７）、工具交換動作の終了後にステップＳ１へ処理を戻す。
【００３８】
読み出した命令が工具交換命令でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が主軸５Ａの回転命令であるか否かを判定する（ステップＳ８）。読み出した命令が回転命令の場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始し（ステップＳ７）、ステップＳ１へ処理を戻す。
【００３９】
読み出した命令が回転命令でない場合（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が切削移動命令であるか否かを判定する（ステップＳ９）。読み出した命令が切削移動命令の場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸センサ３４が検出する主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値未満の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値以上になるまで待機する。主軸５Ａの回転速度が回転速度以上の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、Ｚ軸モータ４４を駆動して切削移動を開始し（ステップＳ１１）、ステップＳ１へ処理を戻す。
【００４０】
読み出した命令が切削移動命令でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令に応じたその他の動作を行い（ステップＳ１２）、ステップＳ１へ処理を戻す。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムの工作終了命令を読み込むまで、ステップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し行い、加工プログラムに記載された命令を１行ずつ処理することによって、ワークに対する種々の加工を行う。
【００４１】
以上の構成のマシニングセンタは、加工プログラムから取得した命令が回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令である場合、主軸５Ａの回転を開始するが、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達するのを待つことなく、加工プログラムの次の命令の取得及び実行を行う。その後、マシニングセンタは、加工プログラムから切削移動命令を取得した場合、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定した後に、主軸５Ａをワークへ近接させる切削移動を開始する。このように、主軸５Ａの回転命令を取得した場合であっても、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かの判定を、切削移動命令の実行前まで先送りする構成とすることにより、主軸５Ａの回転命令と切削移動命令との間に他の命令を実行することが可能となる。このため、主軸５Ａの回転開始から回転速度が回転速度閾値に達するまでの時間を有効に活用することができ、工作時間を短縮することができる。
【００４２】
またマシニングセンタは、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度を判定する場合に回転速度閾値との比較を行う構成とすることにより、指定された回転速度との比較を行う場合と比べて、切削移動命令をより早いタイミングで開始することができ、工作時間を更に短縮することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定する構成としたが、これに限るものではなく、主軸５Ａの回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する構成としてもよい（即ち、所定割合Ａ＝１であってよい）。また、図４に示した加工プログラムは一例であり、これに限るものではない。特に主軸５Ａの回転命令と切削移動命令との間に実行する命令は、図４のＮ２〜Ｎ５行目に示した命令に限らず、その他の種々の命令であってよい。
【００４４】
（変形例）
上述の実施の形態においては、回転速度閾値を算出するための所定割合Ａは、主軸５Ａの回転加速度及びＺ軸方向の移動速度等の情報に基づいて動的に算出した値又は予め定められた値を用いたが、これに限るものではない。変形例に係るマシニングセンタは、所定割合Ａの値をユーザが加工プログラム内で設定することができる構成である。
【００４５】
図８は、変形例に係る加工プログラムの一例を示す模式図である。図示の加工プログラムでは、Ｎ１行目の工具交換命令の前に、Ｎ０行目として所定割合Ａの値を設定する命令が記載されている（一例として、所定割合Ａ＝０．８に設定されている）。変形例に係るマシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムから所定割合Ａの設定命令を読みこんだ場合、以後の切削移動命令前の回転速度判定において、設定命令にて指定された所定割合Ａに基づく回転速度閾値を用いて判定を行う。
【００４６】
このように、主軸Ａの回転速度を判定するための回転速度閾値を決定する所定割合Ａをユーザが加工プログラムにて指定することを可能とすることによって、ユーザによる加工プログラムの作成の自由度を向上することができる。なお、加工プログラムにて所定割合Ａが設定されなかった場合には、マシニングセンタは予め定められたデフォルトの所定割合Ａを用いて回転速度の判定を行えばよい。また図８においては、所定割合Ａの設定命令を、回転命令が記載された行の直前に記載したが、これに限るものではなく、少なくとも切削移動命令の前に記載すればよい。
【００４７】
なお本実施の形態においては、工具交換方式として工具交換アーム１５を用いるマシニングセンタを例に説明を行ったが、これに限るものではなく、他の工具交換方式を採用したマシニングセンタに本発明を適用してもよい。例えば、主軸ヘッドが上昇することで主軸に装着した工具を工具マガジンに装着し、その後、工具マガジンを所定の位置に回転位置決めした後、主軸ヘッドが下降することで、主軸に工具マガジンが把持した工具を装着する工具交換方式であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
４ コラム
５ 主軸ヘッド（移動手段）
５Ａ 主軸
６ 工具
７ 工具交換機構
８ テーブル
９ 制御ボックス
１４ 工具マガジン
１５ 工具交換アーム
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ（取得手段、処理手段、判定手段）
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
３３ Ｚ軸センサ
３４ 主軸センサ
４１ 主軸モータ
４２ Ｘ軸モータ
４３ Ｙ軸モータ
４４ Ｚ軸モータ（移動手段）
４５ 工具交換モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが作成した加工プログラムに従って種々の加工及び工具交換等を行う工作機械及び工作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマシニングセンタ（工作機械）は、フライス加工、ねじ立てなど種々の加工を行う。工作機械は、複数種の工具を収容しておくための収容部と、主軸に装着された工具を収容部に収容された工具に交換するための機構とを備えており、目的の加工に応じて工具を交換しながら、種々の加工を連続的に行っている。ワークに対する加工内容は予めユーザが作成した加工プログラムとして与えられる。工作機械は、加工プログラムに含まれる主軸の移動命令、主軸の回転命令、加工位置の指定及び工具交換命令等の種々の命令を順に読み出して実行することにより、ワークに対する一連の加工を実現する。
【０００３】
特許文献１においては、工具が装着された主軸ヘッドを加工領域及び交換領域の間でＺ軸方向に移動させてそれぞれワークの加工及び工具交換を行う工作機械が記載されている。この工作機械は、主軸ヘッドが加工領域と交換領域との間の同時動作開始位置に到達した時点で、加工位置への移動を開始する。主軸ヘッドがＺ軸原点に達した時点で加工位置への移動を開始する従来の工作機械と比較して、特許文献１の工作機械は、早い時点で加工位置への移動を完了させることができる。特許文献１に記載の工作機械では、同時動作開始位置を加工プログラムにて指定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４８０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、工作機械の加工プログラムでは、工具交換命令と共に（又は工具交換命令の後に）、主軸の回転速度（又は単位時間当たりの回転数）を指定して工具が交換された主軸を回転させる回転命令を記載することができる。工作機械は、工具交換命令に従って工具交換を行った後、回転命令に従って主軸の回転を開始する。このときに、従来の工作機械は、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したことを確認した後、加工プログラムの次の命令に係る処理を行っていた。主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでにはある程度の時間を要するので、この待ち時間が工作時間を長期化させるという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回転速度を指定した主軸の回転指令を実行する場合に生じる待ち時間の影響を低減し、工作時間を短縮することができる工作機械及び工作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る工作機械は、工具が装着されて回転する主軸と、該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段と、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された命令列から時系列的に命令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した命令に係る処理を実行する処理手段とを備え、命令列に含まれる命令に係る処理を時系列的に実行することによって、ワークに対する加工を行う工作機械において、前記取得手段が回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記処理手段は前記主軸の回転を開始し、前記取得手段は前記回転命令に続く命令の取得を継続し、前記取得手段が前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する判定手段を備え、前記処理手段は、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと前記判定手段が判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る工作機械は、前記判定手段が、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達した場合に、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定するようにしてあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る工作機械は、前記命令列には、前記所定割合を指定する割合指定命令を含むことができ、前記判定手段は、前記割合指定命令にて指定された所定割合に基づいて、回転数の判定を行うようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る工作機械は、前記主軸をワークに対して近接させる移動命令が、切削移動命令であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る工作方法は、工具が装着されて回転する主軸及び該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段を有する工作機械に対して、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列から時系列的に命令を取得し、取得した命令に係る処理を実行することによって、ワークに対する加工を行う工作方法において、回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記主軸の回転を開始すると共に、前記回転命令に続く命令の取得を継続して行い、前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定し、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、記憶部に記憶された命令列（加工プログラム）から命令を時系列的に取得し、取得した命令が回転速度を指定した主軸の回転命令である場合、工作機械は主軸の回転を開始するが、主軸の回転速度が指定された回転速度に達するのを待つことなく、次の命令の取得及び実行を継続する。その後、主軸をワークに近接させる移動命令（即ち、加工開始の命令）を取得した場合、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定した後に、主軸をワークに近接させる移動を行う（加工を開始する）。
回転速度を指定した主軸の回転命令を取得した場合であっても、主軸の回転速度が指定された回転速度に達したか否かの判定を、主軸の移動命令の実行前まで先送りする構成とすることによって、主軸の回転命令と移動命令との間に他の命令を実行することが可能となる。このため、主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでの時間を有効に活用することができ、工作時間を短縮することができる。
【００１３】
また、工具交換を行って加工のために主軸を移動させる場合、工具交換後の待機位置から主軸に装着された工具がワークに接触する加工位置へ移動するまでにはある程度の時間を要するため、加工のための主軸の移動開始時点において、必ずしも主軸の回転速度が指定された回転速度に達している必要はなく、工具がワークに接触する位置に主軸が移動するまでに、主軸の回転速度が指定された回転速度に達していればよい。
そこで本発明においては、主軸の移動命令を実行する前に、回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達したか否かを判定し、所定割合を乗じた回転数に達していれば、主軸の移動を開始する。なお所定割合は、主軸の移動速度及び主軸の回転加速度等に基づいて、工作機械の設計段階などで予め決定しておくことができる。これにより、加工のための主軸の移動をより早いタイミングで開始することができるため、工作時間を更に短縮することができる。
【００１４】
また、本発明においては、上記の所定割合をユーザが加工プログラムにて指定することを可能とする。工作機械は、指定された所定割合を、回転命令にて指定された回転速度に乗じた値を判定の閾値として用いる。これにより、ユーザによる加工プログラムの作成の自由度が向上する。
【００１５】
また、本発明においては、主軸をワークに対して近接させる移動命令は、切削移動命令である。主軸をワークに対して近接させる移動命令が切削移動命令である場合、主軸の回転速度が回転命令にて指定された回転速度に到達せずに切削移動命令を実行すると、ワークの加工中の主軸の回転速度の変化が大きくなる。ワーク加工中に主軸の回転速度の変化が大きくなると、ワークの加工表面に加工模様が目立ち、加工不良が発生するという問題がある。
本発明はワークの加工表面に加工模様が発生しないような主軸の回転速度になるまで、切削移動命令を実行しないので、加工不良が発生しない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による場合は、回転速度を指定した主軸の回転命令を取得した場合であっても、主軸の回転速度が指定された回転速度に達したか否かの判定を、主軸の移動命令の実行前まで先送りする構成とすることにより、主軸の回転開始から指定された回転速度に達するまでの間に他の命令を実行することができるため、工作時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】マシニングセンタ（工作機械）の外観を示す斜視図である。
【図２】マシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。
【図３】マシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＥＰＲＯＭに記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。
【図５】マシニングセンタの動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】変形例に係る加工プログラムの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、マシニングセンタ（工作機械）の外観を示す斜視図である。また図２は、マシニングセンタの主要部分の構成を示す正面図である。本実施の形態に係るマシニングセンタは、加工対象であるワーク（図示は省略する）と工具とを相対移動させて、ワークに所望の機械加工（例えば、スライス削り、穴あけ又は切削等）を施すことができる工作機械である。マシニングセンタは金属製の基台１を備え、基台１の下部の四隅には脚部がそれぞれ設けられ、これら４つの脚部が床面などに設置されることにより、マシニングセンタが所定場所に設置される。基台１は、マシニングセンタの前後方向に長い直方体状の鋳造品である。
【００１９】
マシニングセンタの基台１の後部上にはコラム座部３が設けられ、コラム座部３には鉛直上方へ延びる柱状のコラム４が立設されている。コラム４には、その前面に沿って上下移動可能に主軸ヘッド５が設けられている。主軸ヘッド５には、加工用の工具６が装着される主軸５Ａと、主軸５Ａに装着された工具６を他の工具６に交換するための工具交換機構７とが設けられている。また図１において図示は省略するが、コラム４の上部にはＺ軸モータ４４（図３参照）が設けてあり、Ｚ軸モータ４４の回転によって主軸ヘッド５を上下に移動させることができる。
【００２０】
主軸ヘッド５には、加工軸に相当する主軸５Ａが回転可能に装着され、主軸５Ａを回転駆動するための主軸モータ４１（図３参照）が上部に備えられている。主軸５Ａの下端には工具６が着脱可能に装着され、主軸５Ａが主軸モータ４１により回転駆動されることによって工具６が回転し、テーブル８に固定したワークの加工が行われる。主軸５Ａは、主軸ヘッド５の上下移動によって上方の交換位置と下方の加工位置との間を移動する。工具交換機構７は、工具６を支持する工具ホルダを複数格納する工具マガジン１４と、主軸５Ａに装着された工具ホルダと工具マガジン１４に格納された他の工具ホルダとを把持して搬送し、工具交換を行う工具交換アーム１５とを備えている。
【００２１】
また基台１上には、主軸ヘッド５の下方に、ワークを着脱可能に固定することができるテーブル８が配置してある。テーブル８は、サーボモータであるＸ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３（図３参照）により、Ｘ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）へ移動制御される。詳しくは、テーブル８の下側には直方体状の支持台１０が設けてあり、支持台１０にはＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドを設け、１対のＸ軸送りガイド上にテーブル８を移動可能に支持している。また基台１の上部には、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる１対のＹ軸送りガイドを設け、１対のＹ軸送りガイド上に支持台１０を移動可能に支持している。基台１上に設けたＹ軸モータ４３がＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に支持台１０を移動駆動すると共に、支持台１０上に設けたＸ軸モータ４２がＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向にテーブル８を移動駆動する。
【００２２】
Ｘ軸送りガイドには、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー１１、１２がテーブル８の左右両側に設けてある。Ｙ軸送りガイドには、テレスコピックカバー１３とＹ軸後カバーとが、支持台１０の前後にそれぞれ設けてある。テーブル８及び支持台１０がそれぞれいずれの方向に移動した場合であっても、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドは常にテレスコピックカバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーによって覆われる。テレスコピックカバー１１、１２、１３及びＹ軸後カバーは、ワークの加工領域から飛散する切粉などがＸ軸送りガイド及びＹ軸送りガイド等へ落下することを防止するためのものである。
【００２３】
コラム４の背面側には、箱状の制御ボックス９が設けられており、制御ボックス９の内部にはマシニングセンタの動作を制御するための制御部２０（図３参照）が収容されている。図３は、マシニングセンタの電気的構成を示すブロック図である。マシニングセンタの制御部２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＥＥＰＲＯＭ２４、入力インタフェース２５及び出力インタフェース２６等を備えて構成されている。
【００２４】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に記憶された制御プログラムをＲＡＭ２３に読み出して実行することにより、ワークの加工処理及び工具交換処理等を行う。ＲＯＭ２２は、マスクＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリ素子であり、ＣＰＵ２１にて実行される制御プログラム及び処理に必要な各種のデータ等が予め記憶されている。ＲＡＭ２３は、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等のメモリ素子であり、ＲＯＭ２２から読み出した制御プログラム及び処理過程で発生した種々のデータ等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ２４は、データ書き換えが可能な不揮発性のメモリ素子であり、処理に必要な各種のデータが記憶される。特に本実施の形態においては、ワークに対する加工手順及び加工条件等が記載された加工プログラム（後述する）がＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。なおＥＥＰＲＯＭ２４に代えて、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ素子を使用してもよい。
【００２５】
マシニングセンタは、入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４等を備えており、これらが制御部２０の入力インタフェース２５に接続されている。入力装置３１は、キーボード又はタッチパネル等を用いたものであり、ユーザの操作を受け付ける。アームセンサ３２は、工具交換アーム１５が原点（最も上側の位置）まで上昇したか否かを検出する。Ｚ軸センサ３３は、主軸５Ａが工具６を交換する交換位置まで上昇したか否かを検出する。主軸センサ３４は、主軸５Ａの回転速度を検出する。入力インタフェース２５は、入力装置３１、アームセンサ３２、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４から出力される情報をＣＰＵ２１へ与える。なお、Ｚ軸センサ３３及び主軸センサ３４の代わりに、Ｚ軸モータ４４及び主軸モータ４１のフィードバック情報を使用してもよい。
【００２６】
マシニングセンタは、主軸モータ４１、Ｘ軸モータ４２、Ｙ軸モータ４３、Ｚ軸モータ４４、工具交換モータ４５及び表示装置４６等を備えており、これらが制御部２０の出力インタフェース２６に接続されている。主軸モータ４１は、主軸５Ａを回転させるためのものであり、これにより主軸５Ａに装着された工具６を用いたワークの加工を行うことができる。Ｘ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３は、テーブル８をＸ方向及びＹ方向へ移動させるためのモータである。Ｚ軸モータ４４は、コラム４に対して主軸ヘッド５を鉛直方向へ上下移動させるためのモータである。工具交換モータ４５は、主軸５Ａに対する工具６の着脱、並びに、工具交換アーム１５の上下動、回転及び工具６の把持等の工具交換動作を行うためのモータである。表示装置４６は、液晶パネルなどであり、マシニングセンタの動作状態又はユーザに対するメッセージ等を表示する。
【００２７】
図４は、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラムの一例を示す模式図である。加工プログラムは、ワークに対する加工内容に応じてユーザが予め作成し、ＥＥＰＲＯＭ２４に予め記憶されるものである。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムを一行ずつ順に読みこみ、各行に記載された命令を順に処理していく。例えば図示の加工プログラムのＮ１行目に記載されたＧ１００は工具交換命令を示し、Ｔ１は次に主軸５Ａに装着する工具６の識別番号が１番であることを示し、Ｚ２００は工具交換後のＺ軸方向の待機位置が２００であることを示している。またＮ１行目には工具交換命令に続いて、主軸５Ａの回転命令Ｍ３が記載され、Ｓ１００００は主軸５Ａの回転速度として１００００回転／分を指定している。なお工具交換命令及び主軸の回転命令は、加工プログラムにおいて同一行に記載せず、別の行に記載してもよい。
【００２８】
またＮ２行目に記載されたＭ７７は、加工用の冶具をクランプ装置に固定させる命令である。Ｎ３行目に記載されたＭ４００、Ｎ４行目に記載されたＭ４９４、及び、Ｎ５行目に記載されたＭ８の各命令は、クーラント（切削液）を吐出することによって切粉の排除及び冷却等を行うためのものである。マシニングセンタにはクーラントを吐出するための機構が複数備えられており、Ｎ３行目〜Ｎ５行目の命令はクーラント吐出機構を順に動作させる。なおＭ４００はチップシャワーの吐出命令であり、Ｍ４９４はＣＴＳのクーラントの吐出命令であり、Ｍ８はその他のクーラントの吐出命令である。ＣＴＳは、主軸５Ａ内にクーラントを流通させる流路を設け、この流路と工具６に設けた流路とを接続することで、工具６の先端からクーラントを吐出するものである。チップシャワーは、マシニングセンタ内に配置したチップシャワー配管からクーラントを吐出することで、テーブル８周辺に切粉が堆積するのを防ぐものである。なお、これらのクーラント吐出機構についての詳細な説明は省略する。
【００２９】
Ｎ６行目に記載されたＧ１は主軸５Ａの切削移動命令であり、Ｚ１９８はＺ軸方向の加工位置が１９８であることを示している。この命令によって、Ｎ１行目の命令にてＺ軸方向の位置２００で待機していた主軸５ＡがＺ軸方向の位置１９８まで下降し、主軸５Ａに装着された工具６によるワークの加工が行われる。
【００３０】
なお、従来のマシニングセンタは、Ｎ１行目の主軸５Ａの回転命令を処理する際に、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始した後、指定された回転速度に達するまで待機し、その後にＮ２行目以降の命令を処理していた。これに対して本実施の形態に係るマシニングセンタは、主軸５Ａの回転命令に対して、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始した後、主軸５Ａの回転速度を判定することなく、次の命令（Ｎ２行目以降の命令）を読み込んで処理することができる。
【００３１】
図５は、マシニングセンタの動作の一例を説明するためのタイミングチャートであり、図４に示した加工プログラムに対応する動作を示してある。また図５の上段には主軸５ＡのＺ軸方向の座標（位置）が示してあり、下段には主軸５Ａの回転速度が示してある。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムのＮ１行目にて工具交換命令を読み込むことによって、Ｚ軸モータ４４を駆動して主軸５ＡをＺ軸方向の工具交換位置まで上昇させ（０〜ｔ１）、工具交換モータ４５を駆動して工具交換を行う（ｔ１〜ｔ２）。工具交換の終了後、ＣＰＵ２１は、工具交換命令にて指定されたＺ軸方向の待機位置２００へ、Ｚ軸モータ４４を駆動して主軸５Ａを下降させ始める（ｔ２）。
【００３２】
マシニングセンタにおいては、工具交換位置にて主軸５Ａを回転させることはできず、予め定められた回転可能位置より下方にて主軸５Ａを回転させることができる。工具交換終了後に主軸５Ａの下降を開始したＣＰＵ２１は、主軸５ＡのＺ軸方向の位置が回転可能位置に達した場合（ｔ３）、加工プログラムのＮ１行目に記載された回転命令に従い、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始する。これにより主軸５Ａの回転速度は、略一定の加速度で上昇する。
【００３３】
主軸５ＡはＺ軸方向へ下降を続け、加工プログラムのＮ１行目にて指定された待機位置に達した場合（ｔ４）、ＣＰＵ２１は、加工プログラムのＮ２行目〜Ｎ５行目の命令を順次的に処理する（ｔ４〜ｔ５）。加工プログラムのＮ５行目の処理を終了した後、ＣＰＵ２１は、Ｎ６行目の切削移動命令を読み込む。このときＣＰＵ２１は、主軸センサ３４にて検出された主軸５Ａの回転速度が、Ｎ１行目の回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａ（０＜Ａ≦１）を乗じた回転速度（以下、回転速度閾値という）に達しているか否かを判定する。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達していない場合、ＣＰＵ２１は、切削移動命令の実行を待機する。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達した場合（ｔ６）、ＣＰＵ２１は、Ｚ軸モータ４４を駆動して、切削移動命令にて指定されたＺ軸方向の位置へ主軸５Ａの下降を開始する。その後、主軸５Ａの回転速度がＮ１行目の回転命令にて指定された回転速度に達すると共に、主軸５ＡのＺ軸方向の位置がＮ６行目の切削移動命令にて指定された位置に達し、ワークに対する加工が開始される。
【００３４】
なお、回転速度閾値を決定する所定割合Ａは、主軸５Ａの回転加速度、主軸５ＡのＺ軸方向の移動速度、並びに、Ｎ１行目の工具交換命令にて指定された待機位置及びＮ６行目の切削移動命令にて指定された加工位置の間の距離に応じて算出することができる。即ち、主軸５ＡがＺ軸方向へ移動して加工位置に達した際に（又は達する前に）、目標の回転速度に達していると推定される回転速度を逆算して回転速度閾値とし、この回転速度閾値の目標回転速度に対する割合を所定割合Ａとすればよい。所定割合Ａは、予め定められた値を用いてもよく、ＣＰＵ２１が動的に算出してもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態に係るマシニングセンタは、加工プログラムのＮ１行目にて回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令を読みこんだ場合であっても、主軸５Ａの回転を開始のみ行い、主軸５Ａの回転速度が指定された回転速度に達したか否間判定は行わずに、加工プログラムの次の命令（Ｎ２行目〜Ｎ５行目）を実行する。その後、マシニングセンタは、加工プログラムのＮ６行目にて切削移動命令を読み込んだ場合に、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定し、回転速度閾値に達した場合に主軸５Ａの切削移動を開始する。これによりマシニングセンタは、指定された回転速度への主軸５Ａの回転（加速）と、その他の命令（Ｎ２行目〜Ｎ５行目の命令など）とを、切削移動命令を読み込むまでの間に平行して行うことができるため、工作時間を短縮することができる。
【００３６】
図６及び図７は、マシニングセンタによる加工プログラムの処理手順を示すフローチャートである。まず、マシニングセンタのＣＰＵ２１は、ＥＥＰＲＯＭ２４に記憶された加工プログラムから１行分の命令を読み出す（ステップＳ１）。次いで、読み出した命令が工作を終了する命令であるか否かを判定し（ステップＳ２）、工作終了命令の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、ワークに対する工作処理を終了する。
【００３７】
読み出した命令が工作終了命令でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が工具交換命令であるか否かを判定する（ステップＳ３）。読み出した命令が工具交換命令の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａを工具交換位置まで上昇させて工具を交換し、その後に主軸５Ａを待機位置まで移動させる工具交換動作を行う（ステップＳ４）。工具交換動作の過程において、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａが回転可能位置に達したか否かを判定し（ステップＳ５）、回転可能位置に達していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、工具交換動作を継続する。主軸５Ａが回転可能位置に達した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、工具交換命令と同一行に主軸５Ａの回転命令が含まれているか否かを更に判定する（ステップＳ６）。ＣＰＵ２１は、回転命令が含まれていない場合には（Ｓ６：ＮＯ）、工具交換動作の終了後にステップＳ１へ処理を戻し、また、回転命令が含まれている場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始して（ステップＳ７）、工具交換動作の終了後にステップＳ１へ処理を戻す。
【００３８】
読み出した命令が工具交換命令でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が主軸５Ａの回転命令であるか否かを判定する（ステップＳ８）。読み出した命令が回転命令の場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸モータ４１を駆動して主軸５Ａの回転を開始し（ステップＳ７）、ステップＳ１へ処理を戻す。
【００３９】
読み出した命令が回転命令でない場合（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令が切削移動命令であるか否かを判定する（ステップＳ９）。読み出した命令が切削移動命令の場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、主軸センサ３４が検出する主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値未満の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値以上になるまで待機する。主軸５Ａの回転速度が回転速度以上の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、Ｚ軸モータ４４を駆動して切削移動を開始し（ステップＳ１１）、ステップＳ１へ処理を戻す。
【００４０】
読み出した命令が切削移動命令でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、読み出した命令に応じたその他の動作を行い（ステップＳ１２）、ステップＳ１へ処理を戻す。マシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムの工作終了命令を読み込むまで、ステップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し行い、加工プログラムに記載された命令を１行ずつ処理することによって、ワークに対する種々の加工を行う。
【００４１】
以上の構成のマシニングセンタは、加工プログラムから取得した命令が回転速度を指定した主軸５Ａの回転命令である場合、主軸５Ａの回転を開始するが、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達するのを待つことなく、加工プログラムの次の命令の取得及び実行を行う。その後、マシニングセンタは、加工プログラムから切削移動命令を取得した場合、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定した後に、主軸５Ａをワークへ近接させる切削移動を開始する。このように、主軸５Ａの回転命令を取得した場合であっても、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かの判定を、切削移動命令の実行前まで先送りする構成とすることにより、主軸５Ａの回転命令と切削移動命令との間に他の命令を実行することが可能となる。このため、主軸５Ａの回転開始から回転速度が回転速度閾値に達するまでの時間を有効に活用することができ、工作時間を短縮することができる。
【００４２】
またマシニングセンタは、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度を判定する場合に回転速度閾値との比較を行う構成とすることにより、指定された回転速度との比較を行う場合と比べて、切削移動命令をより早いタイミングで開始することができ、工作時間を更に短縮することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、回転命令にて指定された回転速度に所定割合Ａを乗じた値を回転速度閾値とし、主軸５Ａの回転速度が回転速度閾値に達したか否かを判定する構成としたが、これに限るものではなく、主軸５Ａの回転速度が回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する構成としてもよい（即ち、所定割合Ａ＝１であってよい）。また、図４に示した加工プログラムは一例であり、これに限るものではない。特に主軸５Ａの回転命令と切削移動命令との間に実行する命令は、図４のＮ２〜Ｎ５行目に示した命令に限らず、その他の種々の命令であってよい。
【００４４】
（変形例）
上述の実施の形態においては、回転速度閾値を算出するための所定割合Ａは、主軸５Ａの回転加速度及びＺ軸方向の移動速度等の情報に基づいて動的に算出した値又は予め定められた値を用いたが、これに限るものではない。変形例に係るマシニングセンタは、所定割合Ａの値をユーザが加工プログラム内で設定することができる構成である。
【００４５】
図８は、変形例に係る加工プログラムの一例を示す模式図である。図示の加工プログラムでは、Ｎ１行目の工具交換命令の前に、Ｎ０行目として所定割合Ａの値を設定する命令が記載されている（一例として、所定割合Ａ＝０．８に設定されている）。変形例に係るマシニングセンタのＣＰＵ２１は、加工プログラムから所定割合Ａの設定命令を読みこんだ場合、以後の切削移動命令前の回転速度判定において、設定命令にて指定された所定割合Ａに基づく回転速度閾値を用いて判定を行う。
【００４６】
このように、主軸Ａの回転速度を判定するための回転速度閾値を決定する所定割合Ａをユーザが加工プログラムにて指定することを可能とすることによって、ユーザによる加工プログラムの作成の自由度を向上することができる。なお、加工プログラムにて所定割合Ａが設定されなかった場合には、マシニングセンタは予め定められたデフォルトの所定割合Ａを用いて回転速度の判定を行えばよい。また図８においては、所定割合Ａの設定命令を、回転命令が記載された行の直前に記載したが、これに限るものではなく、少なくとも切削移動命令の前に記載すればよい。
【００４７】
なお本実施の形態においては、工具交換方式として工具交換アーム１５を用いるマシニングセンタを例に説明を行ったが、これに限るものではなく、他の工具交換方式を採用したマシニングセンタに本発明を適用してもよい。例えば、主軸ヘッドが上昇することで主軸に装着した工具を工具マガジンに装着し、その後、工具マガジンを所定の位置に回転位置決めした後、主軸ヘッドが下降することで、主軸に工具マガジンが把持した工具を装着する工具交換方式であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
４ コラム
５ 主軸ヘッド（移動手段）
５Ａ 主軸
６ 工具
７ 工具交換機構
８ テーブル
９ 制御ボックス
１４ 工具マガジン
１５ 工具交換アーム
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ（取得手段、処理手段、判定手段）
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
３３ Ｚ軸センサ
３４ 主軸センサ
４１ 主軸モータ
４２ Ｘ軸モータ
４３ Ｙ軸モータ
４４ Ｚ軸モータ（移動手段）
４５ 工具交換モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が装着されて回転する主軸と、該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段と、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された命令列から時系列的に命令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した命令に係る処理を実行する処理手段とを備え、命令列に含まれる命令に係る処理を時系列的に実行することによって、ワークに対する加工を行う工作機械において、
前記取得手段が回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記処理手段は前記主軸の回転を開始し、前記取得手段は前記回転命令に続く命令の取得を継続し、
前記取得手段が前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する判定手段を備え、
前記処理手段は、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと前記判定手段が判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあること
を特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記判定手段は、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達した場合に、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記命令列には、前記所定割合を指定する割合指定命令を含むことができ、
前記判定手段は、前記割合指定命令にて指定された所定割合に基づいて、回転数の判定を行うようにしてあること
を特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記主軸をワークに対して近接させる移動命令は、切削移動命令であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項５】
工具が装着されて回転する主軸及び該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段を有する工作機械に対して、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列から時系列的に命令を取得し、取得した命令に係る処理を実行することによって、ワークに対する加工を行う工作方法において、
回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記主軸の回転を開始すると共に、前記回転命令に続く命令の取得を継続して行い、
前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定し、
前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うこと
を特徴とする工作方法。
【請求項１】
工具が装着されて回転する主軸と、該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段と、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された命令列から時系列的に命令を取得する取得手段と、該取得手段が取得した命令に係る処理を実行する処理手段とを備え、命令列に含まれる命令に係る処理を時系列的に実行することによって、ワークに対する加工を行う工作機械において、
前記取得手段が回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記処理手段は前記主軸の回転を開始し、前記取得手段は前記回転命令に続く命令の取得を継続し、
前記取得手段が前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定する判定手段を備え、
前記処理手段は、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと前記判定手段が判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うようにしてあること
を特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記判定手段は、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に所定割合を乗じた回転数に達した場合に、前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記命令列には、前記所定割合を指定する割合指定命令を含むことができ、
前記判定手段は、前記割合指定命令にて指定された所定割合に基づいて、回転数の判定を行うようにしてあること
を特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記主軸をワークに対して近接させる移動命令は、切削移動命令であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項５】
工具が装着されて回転する主軸及び該主軸をワークに対して近接／離隔させる移動手段を有する工作機械に対して、工作に係る命令が時系列的に並べられた命令列から時系列的に命令を取得し、取得した命令に係る処理を実行することによって、ワークに対する加工を行う工作方法において、
回転速度を指定した前記主軸の回転命令を取得した場合、前記主軸の回転を開始すると共に、前記回転命令に続く命令の取得を継続して行い、
前記主軸をワークに対して近接させる移動命令を取得した場合、前記主軸の回転速度が前記回転命令にて指定された回転速度に達したか否かを判定し、
前記回転命令にて指定された回転速度に達したと判定した後に、前記移動命令に係る前記主軸の移動を行うこと
を特徴とする工作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５０９３４（Ｐ２０１３−５０９３４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９９４１（Ｐ２０１１−１８９９４１）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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