工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置
【課題】ワークの形状に合わせて工具が折損した場合に即座に折損が判断できる機械を制御する数値制御装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも素材形状情報および切り込み量を指定した加工プログラムに基づいて工具パスを生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置１０において、サーボモータ１９またはスピンドルモータ２２の負荷を検出する電流検出器２４，２６と、サーボモータ１９の位置を検出する位置・速度検出器２５と、電流検出器２４，２６により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否か判断し、負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、実行中の工具パス指令を読み込み、前記素材形状情報、前記工具パス指令、およびサーボモータ１９の位置情報に基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを求め、内側であると判別された場合に工具折損と判断する工具折損検出機能を有する工作機械の数値制御装置。
【解決手段】少なくとも素材形状情報および切り込み量を指定した加工プログラムに基づいて工具パスを生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置１０において、サーボモータ１９またはスピンドルモータ２２の負荷を検出する電流検出器２４，２６と、サーボモータ１９の位置を検出する位置・速度検出器２５と、電流検出器２４，２６により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否か判断し、負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、実行中の工具パス指令を読み込み、前記素材形状情報、前記工具パス指令、およびサーボモータ１９の位置情報に基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを求め、内側であると判別された場合に工具折損と判断する工具折損検出機能を有する工作機械の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリル、エンドミルなどの工具は切削作業中に折損するおそれがある。工具折損を検出する従来技術としては以下の文献に開示される技術がある。
特許文献１には、タップ加工サイクルにおける工具折損検出を行っているものがあるが、スピンドルの回転方向が変化した後の無負荷状態を捉えた場合を工具折損と判断する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、スピンドルの負荷電流値を検出して基準電流値と比較し、基準電流値よりも小さいと判別された加工単位の回数が複数回連続した場合に工具が折損したと判別する技術が開示されている。
特許文献３には、設定された測定区間でＺ軸モータの負荷を検出し、実加工値と無負荷時基準値との差から実負荷評価値を算出し、実負荷評価値と評価基準値とを比較し、工具の異常の有無を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平１−３２０２３号公報
【特許文献２】特開平７−３２８８９６号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワークを加工する加工方法として、同種の加工サイクルを繰り返し実行する加工方法がある。図１は加工サイクルの１つである平面加工サイクルを説明する図である。工具はワークの外部領域にある切削開始点から切削動作を開始し、工具パスに従って加工送りがなされワークの外部領域にある切削終了点まで移動する。図１に示されるように、切削開始点とワークと工具経路の交点ＬＣ、ワークと工具経路の交点ＲＣと切削終了点までの区間はエアカット領域と呼ばれる。エアカット領域では工具はワークを切削していないので無負荷状態にある。
【０００６】
背景技術で説明した工具折損検出方法を、図１に示されるような加工サイクル中の工具折損検出に適用しようとした場合以下のような問題がある。
特許文献１に開示される技術では、スピンドルの回転方向が変化した後の無負荷状態を捉えるため、タップ加工サイクル以外には適用できない。
特許文献２に開示される技術では、負荷電流値が基準電流値より小さいと複数回連続して判断された場合に工具折損と判断しているため、実際に工具が折損し、制御装置が折損と判断するまでに時間がかかる。また、エアカット部を工具が折損したと誤検出してしまう可能性がある。
【０００７】
特許文献３に開示される技術では、事前に負荷を測定する区間の設定が必要であり、手間がかかる。
そこで本発明は、上記従来技術の課題を解決し、ワークの加工領域内でワークを実際に加工しているときに工具が折損した場合に、即座に工具折損が判断できる工作機械を制御する数値制御装置、および工具折損を判断できるパーソナルコンピュータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置、または素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置のいずれか１つに接続するパーソナルコンピュータにおいて、該パーソナルコンピュータは、前記数値制御装置から、前記素材形状データ、前記工具パス指令、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値、および前記可動軸の位置データを受信する手段と、前記負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項６に係る発明は、加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項１、２、または４のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項７に係る発明は、加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項３または５のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項８に係る発明は、前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項１、２、４、または６のうちの何れか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項９に係る発明は、前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段またはパーソナルコンピュータに備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項３、５、または７の何れか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項１０に係る発明は、前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項１、２、４、６、または８のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項１１に係る発明は、前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項３、５、７、または９のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、ワークの加工領域内でワークを実際に加工しているときに工具が折損した場合に、即座に工具折損が判断できる工作機械を制御する数値制御装置、および工具折損を判断できるパーソナルコンピュータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】平面加工サイクルを説明する図である。
【図２】加工サイクルを説明する図である。
【図３】平面加工サイクルの加工プログラム例を説明する図である。
【図４】本発明を実施する数値制御装置の要部ブロック図である。
【図５】工具位置が素材形状の内側か外側のいずれにあるかを判定する方法の一例である。
【図６】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。
【図８】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、素材形状データを加工途中の素材形状データとして更新する実施形態のフローチャートである。
【図９】パーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する実施形態を説明する図である。
【図１０】本発明のパーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１１】本発明のパーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
まず、本発明の工具折損機検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置により実行される加工サイクルを説明する。
図２は、加工サイクルを説明する図である。図２に示されるような素材形状の上面を削り取る平面加工を例にとり、加工サイクルを説明する。通常は、平面加工を行うための工具の動き（工具パス）を、Ｇ２桁コード（Ｇ０１〜Ｇ０３、・・・）を用いて加工プログラムＡに示されるように１つ１つＮＣ指令としてプログラム（以下、「ＩＳＯプログラム」という。）し、そのプログラムを実行することにより平面加工を行う。
【００１５】
これに対し、加工サイクルは、加工プログラムＢに示されるように特殊なコード（例えば、Ｇ１０２０・・・）を使い、１つのサイクル動作としてプログラムし、そのプログラムを実行することにより平面加工を行う。Ｇ１０２０・・・の引数によりＡ切削方向、Ｅ送り速度等を指定し、Ｇ１２００・・・の引数により素材形状データを指定することにより、数値制御装置の内部でそれら引数データを元に、サイクル動作に含まれる個々の工具パス指令をＮＣ指令として計算し指令する。
【００１６】
素材形状データおよび工具パス指令は、後述するように数値制御装置を構成する記憶装置に格納される。本発明ではこの素材形状データおよび工具パス指令を活用し、工具折損検出を行う。
【００１７】
ここで、加工サイクルのプログラムとして、平面加工サイクルのプログラムの一例を説明する。（１）は加工種別ブロックであり平面加工（荒加工）を表す。（２）〜（７）は素材形状ブロックであり形状を指定している。
＜加工プログラム例＞
G1020T5.L5.F600.E300.I100.W1.C1.M2.A1.B4.Z2.; ・・・・（１）
G1200T1.H10.V100.B0.A1.; ・・・・（２）
G1201H100.V100.K1.C100.L0.M0.; ・・・・（３）
G1201H90.V0.K6.C90.D0.L0.M0.; ・・・・（４）
G1201H0.V0.K5.C0.L0.M0.; ・・・・（５）
G1201H10.V100.K2.C10.D100.L0.M0.; ・・・・（６）
G1206; ・・・・（７）
以下、（１）〜（７）の符号の概略を説明する。
上記（１）のそれぞれの符号を説明する。「１０２０」は荒切削のデータを入力することを意味する。「Ｌ」は工具径方向切り込み量で次回の切削パスとの工具径方向の切り込み量を意味する。「Ｆ」は工具径方向送り速度で工具径方向に切削する時の送り速度を意味する。「Ｅ」は工具軸方向送り速度で工具軸方向に切り込む時の送り速度を意味する。
【００１８】
上記（２）のそれぞれの符号を説明する。「１２００」は開始点のデータを入力することを意味する。「Ｈ」は開始点座標Ｘで任意形状の開始点のＸ軸座標値である。「Ｖ」は開始点座標Ｙで任意形状の開始点のＹ軸座標値である。
上記（３）〜（６）のそれぞれの符号を説明する。「１２０１」は直線のデータを入力することを意味する。「Ｈ」は終点座標（Ｘ軸）で直線終点のＸ軸座標値を意味する。「Ｖ」は終点座標（Ｙ軸）で直線終点のＹ軸座標値を意味する。（７）の「Ｇ１２０６」は任意形状の入力終了を意味する。
【００１９】
図３を上記加工プログラム例と対応して説明する。素材形状は上記加工プログラム例で指定された形状である。（２）で開始点Ｐ１、（３）で直線Ｐ１→Ｐ２、（４）で直線Ｐ２→Ｐ３、（５）で直線Ｐ３→Ｐ４、（６）で直線Ｐ４→Ｐ１が入力され、素材形状が設定される。
加工条件としては、切り込み量、クリアランス、工具直径、切削方法、切削方向、切り込み方向などを意味する。これらの加工条件はサイクル加工において通常設定されているものであり、本発明を実現するために新たな加工条件を設定するものではない。
なお、上述の加工プログラムにおいて、素材形状データや加工条件を加工プログラムに直接指定しているが、素材形状データや加工条件の指定を、数値制御装置の記憶装置に予め設定した加工条件データをパラメータとして設定するようにしてもよい。パラメータで設定することは従来から行われている設定方法である。あるいは、後述する入力機器１５（図４参照）を用いて入力した対話型プログラムデータにより指定することによってもよい。
また上記加工プログラムでは素材形状データや加工条件を指定されていたが、図２のプログラムＡに示されるように工具パスが既にプログラム中に指定されている加工プログラムに対しても本発明を適応できる。
ＩＳＯプログラムには素材形状のデータは通常必要ないが、素材形状をコメント文としてプログラム中に記載しておき、素材形状に関するコメント文を解釈することにより、加工条件データや加工条件を指定する加工プログラムと同様に本発明を適用できる。
【００２０】
次に、本発明の工具折損機検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置について説明する。
図４は、本発明の数値制御装置の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１はバス２３を介してＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなどで構成されるメモリ１２、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１３、液晶表示器で構成される表示器１４、キーボード等の各種指令やデータを入力するための入力機器１５、外部記憶媒体やホストコンピュータ等に接続されるインタフェース１６、工作機械の各軸制御回路１７（図では３軸分を備えた例を示している）、スピンドル制御回路２０に接続されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２を構成するＲＯＭ（図示省略）に格納されたシステムプログラムを、バス２３を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。メモリ１２を構成するＲＯＭには、本発明と関係して工具折損を検出する後述する処理プログラムが格納されている。
【００２１】
ＰＭＣ１３は数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の加工機の補助装置に信号を出力し、または該補助装置からの信号を入力し制御する。また、数値制御装置で制御される加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
【００２２】
Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸（３軸）の軸制御回路１７はＣＰＵ１１から各軸に補間分配された移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ１８に出力する。サーボアンプ１８はこの指令を受けて、工作機械の各軸のサーボモータ１９を駆動する。各軸のサーボモータ１９は位置・速度検出器２５を内蔵し、この位置・速度検出器２５からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路１７にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。
【００２３】
また、サーボアンプ１８からサーボモータ１９に出力される駆動電流も電流検出器２４により検出され、軸制御回路１７にフィードバックされ電流（トルク）制御がなされる。モータに流れる駆動電流とモータにかかる負荷トルクとは概略一致するので、この実施形態ではこのサーボモータ１９に流れる駆動電流を検出する電流検出器２４によって負荷検出手段を構成する。
【００２４】
スピンドル制御回路２０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ２１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ２１はスピンドル速度信号を受けて、スピンドルモータ２２を指令された回転速度で回転させる。又、ポジションコーダ２７で主軸の回転速度を検出しスピンドル制御回路２０にフィードバックし、速度制御を行う。
【００２５】
さらに、スピンドルモータ２２に流れる駆動電流を検出する電流検出器２６からの電流フィードバック信号を受けて、電流ループ制御を行い、スピンドルモータ２２の回転速度を制御する。このスピンドルモータ２２に加わる負荷と駆動電流とはほぼ比例するから、この実施形態では、電流検出器２６でスピンドルモータ２２に加わる負荷を検出する負荷検出手段を構成する。
【００２６】
この実施形態では、スピンドルモータ２２に工具が取り付けられ、該工具の折損を検出するものとする。ワークは可動軸のＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ１９で駆動されるテーブルに取り付けられる。また、Ｘ軸、Ｙ軸と直交するＺ軸方向に対して主軸を移動させるＺ軸のサーボモータ１９によって工具をワークに対して相対的に移動させることができる。
【００２７】
そして、数値制御装置１０は、加工サイクル指令による加工プログラムを解釈し実行する機能を備えている。この機能自体は周知の事項である。数値制御装置１０のプロセッサ（ＣＰＵ）１１は、加工サイクル指令による加工プログラムを解析し、加工プログラムで指定されているサイクル加工用の素材形状データをメモリ１２（ＲＡＭ）に格納し、該素材形状情報をサイクル加工するための加工経路を計算し工具パス指令に変換し、該変換した工具パス指令をメモリ１２を構成するＲＡＭに格納する処理を行う。また、メモリ１２を構成するＲＡＭは、現在実行中の加工サイクルの工具パス指令がどの指令であるかの指標を記憶し、さらに、サーボモータ１９からの位置のフィードバック信号に基づいて工具の現在位置を求める現在位置レジスタを備えている。
以上は加工サイクルによって工作機械を制御する数値制御装置の説明であって、従来技術と相違しない。
【００２８】
次に、数値制御装置１０において実行される工具折損検出機能を実現する工具折損の検出原理について図５を用いて説明する。図５は、工具位置が素材形状の内側か外側のいずれにあるかを判定する方法の一例である。
【００２９】
数値制御装置１０のメモリ１２（ＲＡＭ）には、サイクル加工プログラムを解析することによって、素材形状データおよび工具パス指令であるＮＣ指令が格納される。メモリ１２に格納されている形状データが図５に示される素材形状データであり、現在実行中の工具パス指令が図５に示されるものであるとする。工具パス指令と素材形状データとの重なる線分データ（以下「重畳線分データ」という）を求める。図５では、工具パス指令と線分Ｐ１，Ｐ４との交点ＬＣと工具パス指令と線分Ｐ２，Ｐ３との交点ＲＣまでの線分が、前記重畳線分データである。
【００３０】
一方、工具位置データは工具パス始点から移動を開始し、工具パス終点まで移動する。そうすると、工具位置データは素材形状データと前記重畳線分データの区間で重なる。この重畳線分データの区間では工具はワークを加工中であることから、各軸のサーボモータや主軸のスピンドルモータは無負荷状態とはならない。しかし、工具折損が発生すると、無負荷状態となる。本発明は、各軸のサーボモータや主軸のスピンドルモータの負荷情報とワークの素材形状データと工具位置データを利用して工具折損を検出するものである。
【００３１】
図６は、数値制御装置１０のメモリ１２を構成するＲＯＭに格納されている工具折損を検出するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。以下各ステップにしたがって説明する。
●［ステップＳＡ１］プロセッサ（ＣＰＵ１１）は加工サイクルが開始されたか否か判断し、加工が開始されるとステップＳＡ２へ移行する。
●［ステップＳＡ２］駆動装置の負荷データを読み込む。具体的には、各可動軸のサーボモータ１９、または主軸のスピンドルモータ２２の負荷データを読み込む。サーボモータ１９の負荷データは電流検出器２４により検出される電流値、スピンドルモータ２２の負荷データは電流検出器２６により検出される電流値を用いる。
●［ステップＳＡ３］ステップＳＡ２で読み込まれた負荷データをあらかじめ設定された基準値と比較して無負荷状態であるか否か判断し、無負荷状態である場合にはステップＳＡ４へ移行し、無負荷状態でない場合にはステップＳＡ１０へ移行する。
●［ステップＳＡ４］素材形状データを読み込む。より具体的には、加工プログラムを解析しメモリ１２を構成するＲＡＭに格納されている素材形状データを読み込む。
●［ステップＳＡ５］実行中の工具パス指令を読み込む。より具体的には、メモリ１２を構成するＲＡＭに各加工経路を示すＮＣ指令として格納されている現在実行中の工具パス指令を読み出す。
【００３２】
●［ステップＳＡ６］実行中の工具パス指令と素材形状データとが重なる重畳線分データを求める。
●［ステップＳＡ７］工具位置データを読み込む。より具体的には、工具の位置は各軸の位置を表す現在位置データであるので、メモリ１２を構成するＲＡＭの現在位置レジスタに格納されている現在位置データを読み込む。各サーボモータ１９に取り付けられている位置・速度検出器２５からの位置フィードバック信号によって各軸の位置を特定する現在位置データが得られる。
【００３３】
●［ステップＳＡ８］工具位置データはステップＳＡ６で求めた重畳線分データ上にあるか否か判断し、線分上にあればステップＳＡ９へ移行し、線分上になければステップＳＡ１０へ移行する。より具体的には、ステップＳＡ７で読み込まれた工具位置データは、ステップＳＡ６で算出された重畳線分データ上にあるか否か判断し、重畳線分データ上にあればステップＳＡ９へ移行し、線分データ上になければステップＳＡ１０へ移行する。
●［ステップＳＡ９］工具折損として異常発生処理を実行する。異常発生処理としては、表示器１４に表示したり、図示省略した警告灯に警告を出力したり、機械の動作を停止し、図示省略した工具交換装置に工具交換指令を出力し、工具交換を行うようにする。
●［ステップＳＡ１０］工具折損ではないとして正常信号を出力する。正常信号は表示器１４に工具は正常であることを表示するためなどに用いられる。
●［ステップＳＡ１１］加工サイクルは終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＡ２へ戻り処理を継続する。
【００３４】
図７は、本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。このフローチャートでは、図６のフローチャートで工具折損ではないとして「正常信号を出力（ステップＳＡ１０）」を、さらに２つの状態に分けた。１つはステップＳＢ１０として切削中状態の信号を出力し、もう１つはエアカット状態の信号を出力（ステップＳＢ１１）である。
ステップＳＢ１〜ステップＳＢ９は、図６に示すフローチャートに示すステップＳＡ１〜ＳＡ９の各ステップに対応し、ステップＳＢ１２は図６に示すフローチャートのステップＳＡ１１に対応するので、説明を省略する。
【００３５】
図８は、本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、素材形状データを加工途中の素材形状データとして更新する実施形態のフローチャートである。素材形状の加工済みの領域内を経由して加工サイクルを実行する場合もある。この場合、素材形状データから加工済みの領域のデータを除外しておかないと、誤って工具折損と判断してしまう。図８に示す処理のフローチャートはこのような問題点を解決することができる。
ステップＳＡ’１〜ステップＳＡ’１１の各ステップの処理は、図６に示すフローチャートの各ステップに対応する。ステップＳＡ’１２の処理として、ステップＳＡ’５で読み込んだ実行中の工具パス指令は、ステップＳＡ’１２の段階では実行済みの工具パス指令であるから、ステップＳＡ’４で読み込んだ素材形状データから前記実行済みの工具パス指令に基づき削り取られた領域データを更新し加工途中の素材形状データを作成し、素材形状データとしてメモリに格納する。
なお、本フローチャートの最初の処理サイクルでは、加工プログラムなどにより指定された素材形状データを読み込み、２回目のからの処理サイクルではステップＳＡ’１２で更新した素材形状データを読み込む構成とすれば、加工プログラムなどにより指定された素材形状データに影響を及ぼすことはない。
本発明の実施形態により、加工サイクルでエアカット領域、加工領域、エアカット領域と連続する加工経路において、エアカット領域における無負荷状態を工具折損と誤って検出することを防止できる工具折損検出機能を有する数値制御装置を実現できる。
【００３６】
また、上記本発明の実施形態では、工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置として説明したが、パーソナルコンピュータ（図９参照）で工具折損の判別処理を実行することも可能である。その場合には、パーソナルコンピュータ３０は、数値制御装置１０のインタフェース１６を介して、素材形状データ、工具パス指令、主軸あるいは可動軸の負荷データ、工具位置データをパーソナルコンピュータ３０のインタフェース３３を介して受信する。受信したデータはメモリ３２に格納され、パーソナルコンピュータ３０のプロセッサ（ＣＰＵ３１）により工具折損の検出処理を実行する。検出処理の結果は表示器３４に表示するとともに、数値制御装置１０に送信される。数値制御装置１０はパーソナルコンピュータ３０から工具折損を検出した信号を受け取った場合には、加工作業の停止、工具交換などの処理を実行する。なお、パーソナルコンピュータ３０は入力手段３６を備えており素材形状や加工条件を対話型プログラムデータとして指定するために入力手段３６から入力するようにしてもよい。
図１０および図１１は、パーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１０のフローチャートは図６のフローチャートに対応し、図１１のフローチャートは図７のフローチャートに対応する。
図１０および図１１では、加工サイクル実行中であるか否かの情報、素材形状データ、負荷データ、工具パス指令、及び工具位置データを数値制御装置１０から読み込むことを意味する。また、ステップＳＣ９（図１０）およびステップＳＤ９（図１１）の工具折損として異常発生処理の内容として、数値制御装置１０への工具折損発生の情報を通知することを含む。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ＰＭＣ
１４ 表示器
１５ 入力機器
１６ インタフェース
１７ 軸制御回路
１８ サーボアンプ
１９ サーボモータ
２０ スピンドル制御回路
２１ スピンドルアンプ
２２ スピンドルモータ
２３ バス
２４ 電流検出器
２５ 位置・速度検出器
２６ 電流検出器
２７ ポジションコーダ
３０ パーソナルコンピュータ
ＬＣ 左交点
ＲＣ 右交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリル、エンドミルなどの工具は切削作業中に折損するおそれがある。工具折損を検出する従来技術としては以下の文献に開示される技術がある。
特許文献１には、タップ加工サイクルにおける工具折損検出を行っているものがあるが、スピンドルの回転方向が変化した後の無負荷状態を捉えた場合を工具折損と判断する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、スピンドルの負荷電流値を検出して基準電流値と比較し、基準電流値よりも小さいと判別された加工単位の回数が複数回連続した場合に工具が折損したと判別する技術が開示されている。
特許文献３には、設定された測定区間でＺ軸モータの負荷を検出し、実加工値と無負荷時基準値との差から実負荷評価値を算出し、実負荷評価値と評価基準値とを比較し、工具の異常の有無を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平１−３２０２３号公報
【特許文献２】特開平７−３２８８９６号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワークを加工する加工方法として、同種の加工サイクルを繰り返し実行する加工方法がある。図１は加工サイクルの１つである平面加工サイクルを説明する図である。工具はワークの外部領域にある切削開始点から切削動作を開始し、工具パスに従って加工送りがなされワークの外部領域にある切削終了点まで移動する。図１に示されるように、切削開始点とワークと工具経路の交点ＬＣ、ワークと工具経路の交点ＲＣと切削終了点までの区間はエアカット領域と呼ばれる。エアカット領域では工具はワークを切削していないので無負荷状態にある。
【０００６】
背景技術で説明した工具折損検出方法を、図１に示されるような加工サイクル中の工具折損検出に適用しようとした場合以下のような問題がある。
特許文献１に開示される技術では、スピンドルの回転方向が変化した後の無負荷状態を捉えるため、タップ加工サイクル以外には適用できない。
特許文献２に開示される技術では、負荷電流値が基準電流値より小さいと複数回連続して判断された場合に工具折損と判断しているため、実際に工具が折損し、制御装置が折損と判断するまでに時間がかかる。また、エアカット部を工具が折損したと誤検出してしまう可能性がある。
【０００７】
特許文献３に開示される技術では、事前に負荷を測定する区間の設定が必要であり、手間がかかる。
そこで本発明は、上記従来技術の課題を解決し、ワークの加工領域内でワークを実際に加工しているときに工具が折損した場合に、即座に工具折損が判断できる工作機械を制御する数値制御装置、および工具折損を判断できるパーソナルコンピュータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置、または素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置のいずれか１つに接続するパーソナルコンピュータにおいて、該パーソナルコンピュータは、前記数値制御装置から、前記素材形状データ、前記工具パス指令、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値、および前記可動軸の位置データを受信する手段と、前記負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項６に係る発明は、加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項１、２、または４のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項７に係る発明は、加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項３または５のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項８に係る発明は、前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項１、２、４、または６のうちの何れか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項９に係る発明は、前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段またはパーソナルコンピュータに備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項３、５、または７の何れか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
請求項１０に係る発明は、前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項１、２、４、６、または８のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置である。
請求項１１に係る発明は、前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項３、５、７、または９のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、ワークの加工領域内でワークを実際に加工しているときに工具が折損した場合に、即座に工具折損が判断できる工作機械を制御する数値制御装置、および工具折損を判断できるパーソナルコンピュータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】平面加工サイクルを説明する図である。
【図２】加工サイクルを説明する図である。
【図３】平面加工サイクルの加工プログラム例を説明する図である。
【図４】本発明を実施する数値制御装置の要部ブロック図である。
【図５】工具位置が素材形状の内側か外側のいずれにあるかを判定する方法の一例である。
【図６】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。
【図８】本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、素材形状データを加工途中の素材形状データとして更新する実施形態のフローチャートである。
【図９】パーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する実施形態を説明する図である。
【図１０】本発明のパーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１１】本発明のパーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
まず、本発明の工具折損機検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置により実行される加工サイクルを説明する。
図２は、加工サイクルを説明する図である。図２に示されるような素材形状の上面を削り取る平面加工を例にとり、加工サイクルを説明する。通常は、平面加工を行うための工具の動き（工具パス）を、Ｇ２桁コード（Ｇ０１〜Ｇ０３、・・・）を用いて加工プログラムＡに示されるように１つ１つＮＣ指令としてプログラム（以下、「ＩＳＯプログラム」という。）し、そのプログラムを実行することにより平面加工を行う。
【００１５】
これに対し、加工サイクルは、加工プログラムＢに示されるように特殊なコード（例えば、Ｇ１０２０・・・）を使い、１つのサイクル動作としてプログラムし、そのプログラムを実行することにより平面加工を行う。Ｇ１０２０・・・の引数によりＡ切削方向、Ｅ送り速度等を指定し、Ｇ１２００・・・の引数により素材形状データを指定することにより、数値制御装置の内部でそれら引数データを元に、サイクル動作に含まれる個々の工具パス指令をＮＣ指令として計算し指令する。
【００１６】
素材形状データおよび工具パス指令は、後述するように数値制御装置を構成する記憶装置に格納される。本発明ではこの素材形状データおよび工具パス指令を活用し、工具折損検出を行う。
【００１７】
ここで、加工サイクルのプログラムとして、平面加工サイクルのプログラムの一例を説明する。（１）は加工種別ブロックであり平面加工（荒加工）を表す。（２）〜（７）は素材形状ブロックであり形状を指定している。
＜加工プログラム例＞
G1020T5.L5.F600.E300.I100.W1.C1.M2.A1.B4.Z2.; ・・・・（１）
G1200T1.H10.V100.B0.A1.; ・・・・（２）
G1201H100.V100.K1.C100.L0.M0.; ・・・・（３）
G1201H90.V0.K6.C90.D0.L0.M0.; ・・・・（４）
G1201H0.V0.K5.C0.L0.M0.; ・・・・（５）
G1201H10.V100.K2.C10.D100.L0.M0.; ・・・・（６）
G1206; ・・・・（７）
以下、（１）〜（７）の符号の概略を説明する。
上記（１）のそれぞれの符号を説明する。「１０２０」は荒切削のデータを入力することを意味する。「Ｌ」は工具径方向切り込み量で次回の切削パスとの工具径方向の切り込み量を意味する。「Ｆ」は工具径方向送り速度で工具径方向に切削する時の送り速度を意味する。「Ｅ」は工具軸方向送り速度で工具軸方向に切り込む時の送り速度を意味する。
【００１８】
上記（２）のそれぞれの符号を説明する。「１２００」は開始点のデータを入力することを意味する。「Ｈ」は開始点座標Ｘで任意形状の開始点のＸ軸座標値である。「Ｖ」は開始点座標Ｙで任意形状の開始点のＹ軸座標値である。
上記（３）〜（６）のそれぞれの符号を説明する。「１２０１」は直線のデータを入力することを意味する。「Ｈ」は終点座標（Ｘ軸）で直線終点のＸ軸座標値を意味する。「Ｖ」は終点座標（Ｙ軸）で直線終点のＹ軸座標値を意味する。（７）の「Ｇ１２０６」は任意形状の入力終了を意味する。
【００１９】
図３を上記加工プログラム例と対応して説明する。素材形状は上記加工プログラム例で指定された形状である。（２）で開始点Ｐ１、（３）で直線Ｐ１→Ｐ２、（４）で直線Ｐ２→Ｐ３、（５）で直線Ｐ３→Ｐ４、（６）で直線Ｐ４→Ｐ１が入力され、素材形状が設定される。
加工条件としては、切り込み量、クリアランス、工具直径、切削方法、切削方向、切り込み方向などを意味する。これらの加工条件はサイクル加工において通常設定されているものであり、本発明を実現するために新たな加工条件を設定するものではない。
なお、上述の加工プログラムにおいて、素材形状データや加工条件を加工プログラムに直接指定しているが、素材形状データや加工条件の指定を、数値制御装置の記憶装置に予め設定した加工条件データをパラメータとして設定するようにしてもよい。パラメータで設定することは従来から行われている設定方法である。あるいは、後述する入力機器１５（図４参照）を用いて入力した対話型プログラムデータにより指定することによってもよい。
また上記加工プログラムでは素材形状データや加工条件を指定されていたが、図２のプログラムＡに示されるように工具パスが既にプログラム中に指定されている加工プログラムに対しても本発明を適応できる。
ＩＳＯプログラムには素材形状のデータは通常必要ないが、素材形状をコメント文としてプログラム中に記載しておき、素材形状に関するコメント文を解釈することにより、加工条件データや加工条件を指定する加工プログラムと同様に本発明を適用できる。
【００２０】
次に、本発明の工具折損機検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置について説明する。
図４は、本発明の数値制御装置の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１はバス２３を介してＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなどで構成されるメモリ１２、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１３、液晶表示器で構成される表示器１４、キーボード等の各種指令やデータを入力するための入力機器１５、外部記憶媒体やホストコンピュータ等に接続されるインタフェース１６、工作機械の各軸制御回路１７（図では３軸分を備えた例を示している）、スピンドル制御回路２０に接続されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２を構成するＲＯＭ（図示省略）に格納されたシステムプログラムを、バス２３を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。メモリ１２を構成するＲＯＭには、本発明と関係して工具折損を検出する後述する処理プログラムが格納されている。
【００２１】
ＰＭＣ１３は数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の加工機の補助装置に信号を出力し、または該補助装置からの信号を入力し制御する。また、数値制御装置で制御される加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
【００２２】
Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸（３軸）の軸制御回路１７はＣＰＵ１１から各軸に補間分配された移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ１８に出力する。サーボアンプ１８はこの指令を受けて、工作機械の各軸のサーボモータ１９を駆動する。各軸のサーボモータ１９は位置・速度検出器２５を内蔵し、この位置・速度検出器２５からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路１７にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。
【００２３】
また、サーボアンプ１８からサーボモータ１９に出力される駆動電流も電流検出器２４により検出され、軸制御回路１７にフィードバックされ電流（トルク）制御がなされる。モータに流れる駆動電流とモータにかかる負荷トルクとは概略一致するので、この実施形態ではこのサーボモータ１９に流れる駆動電流を検出する電流検出器２４によって負荷検出手段を構成する。
【００２４】
スピンドル制御回路２０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ２１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ２１はスピンドル速度信号を受けて、スピンドルモータ２２を指令された回転速度で回転させる。又、ポジションコーダ２７で主軸の回転速度を検出しスピンドル制御回路２０にフィードバックし、速度制御を行う。
【００２５】
さらに、スピンドルモータ２２に流れる駆動電流を検出する電流検出器２６からの電流フィードバック信号を受けて、電流ループ制御を行い、スピンドルモータ２２の回転速度を制御する。このスピンドルモータ２２に加わる負荷と駆動電流とはほぼ比例するから、この実施形態では、電流検出器２６でスピンドルモータ２２に加わる負荷を検出する負荷検出手段を構成する。
【００２６】
この実施形態では、スピンドルモータ２２に工具が取り付けられ、該工具の折損を検出するものとする。ワークは可動軸のＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ１９で駆動されるテーブルに取り付けられる。また、Ｘ軸、Ｙ軸と直交するＺ軸方向に対して主軸を移動させるＺ軸のサーボモータ１９によって工具をワークに対して相対的に移動させることができる。
【００２７】
そして、数値制御装置１０は、加工サイクル指令による加工プログラムを解釈し実行する機能を備えている。この機能自体は周知の事項である。数値制御装置１０のプロセッサ（ＣＰＵ）１１は、加工サイクル指令による加工プログラムを解析し、加工プログラムで指定されているサイクル加工用の素材形状データをメモリ１２（ＲＡＭ）に格納し、該素材形状情報をサイクル加工するための加工経路を計算し工具パス指令に変換し、該変換した工具パス指令をメモリ１２を構成するＲＡＭに格納する処理を行う。また、メモリ１２を構成するＲＡＭは、現在実行中の加工サイクルの工具パス指令がどの指令であるかの指標を記憶し、さらに、サーボモータ１９からの位置のフィードバック信号に基づいて工具の現在位置を求める現在位置レジスタを備えている。
以上は加工サイクルによって工作機械を制御する数値制御装置の説明であって、従来技術と相違しない。
【００２８】
次に、数値制御装置１０において実行される工具折損検出機能を実現する工具折損の検出原理について図５を用いて説明する。図５は、工具位置が素材形状の内側か外側のいずれにあるかを判定する方法の一例である。
【００２９】
数値制御装置１０のメモリ１２（ＲＡＭ）には、サイクル加工プログラムを解析することによって、素材形状データおよび工具パス指令であるＮＣ指令が格納される。メモリ１２に格納されている形状データが図５に示される素材形状データであり、現在実行中の工具パス指令が図５に示されるものであるとする。工具パス指令と素材形状データとの重なる線分データ（以下「重畳線分データ」という）を求める。図５では、工具パス指令と線分Ｐ１，Ｐ４との交点ＬＣと工具パス指令と線分Ｐ２，Ｐ３との交点ＲＣまでの線分が、前記重畳線分データである。
【００３０】
一方、工具位置データは工具パス始点から移動を開始し、工具パス終点まで移動する。そうすると、工具位置データは素材形状データと前記重畳線分データの区間で重なる。この重畳線分データの区間では工具はワークを加工中であることから、各軸のサーボモータや主軸のスピンドルモータは無負荷状態とはならない。しかし、工具折損が発生すると、無負荷状態となる。本発明は、各軸のサーボモータや主軸のスピンドルモータの負荷情報とワークの素材形状データと工具位置データを利用して工具折損を検出するものである。
【００３１】
図６は、数値制御装置１０のメモリ１２を構成するＲＯＭに格納されている工具折損を検出するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。以下各ステップにしたがって説明する。
●［ステップＳＡ１］プロセッサ（ＣＰＵ１１）は加工サイクルが開始されたか否か判断し、加工が開始されるとステップＳＡ２へ移行する。
●［ステップＳＡ２］駆動装置の負荷データを読み込む。具体的には、各可動軸のサーボモータ１９、または主軸のスピンドルモータ２２の負荷データを読み込む。サーボモータ１９の負荷データは電流検出器２４により検出される電流値、スピンドルモータ２２の負荷データは電流検出器２６により検出される電流値を用いる。
●［ステップＳＡ３］ステップＳＡ２で読み込まれた負荷データをあらかじめ設定された基準値と比較して無負荷状態であるか否か判断し、無負荷状態である場合にはステップＳＡ４へ移行し、無負荷状態でない場合にはステップＳＡ１０へ移行する。
●［ステップＳＡ４］素材形状データを読み込む。より具体的には、加工プログラムを解析しメモリ１２を構成するＲＡＭに格納されている素材形状データを読み込む。
●［ステップＳＡ５］実行中の工具パス指令を読み込む。より具体的には、メモリ１２を構成するＲＡＭに各加工経路を示すＮＣ指令として格納されている現在実行中の工具パス指令を読み出す。
【００３２】
●［ステップＳＡ６］実行中の工具パス指令と素材形状データとが重なる重畳線分データを求める。
●［ステップＳＡ７］工具位置データを読み込む。より具体的には、工具の位置は各軸の位置を表す現在位置データであるので、メモリ１２を構成するＲＡＭの現在位置レジスタに格納されている現在位置データを読み込む。各サーボモータ１９に取り付けられている位置・速度検出器２５からの位置フィードバック信号によって各軸の位置を特定する現在位置データが得られる。
【００３３】
●［ステップＳＡ８］工具位置データはステップＳＡ６で求めた重畳線分データ上にあるか否か判断し、線分上にあればステップＳＡ９へ移行し、線分上になければステップＳＡ１０へ移行する。より具体的には、ステップＳＡ７で読み込まれた工具位置データは、ステップＳＡ６で算出された重畳線分データ上にあるか否か判断し、重畳線分データ上にあればステップＳＡ９へ移行し、線分データ上になければステップＳＡ１０へ移行する。
●［ステップＳＡ９］工具折損として異常発生処理を実行する。異常発生処理としては、表示器１４に表示したり、図示省略した警告灯に警告を出力したり、機械の動作を停止し、図示省略した工具交換装置に工具交換指令を出力し、工具交換を行うようにする。
●［ステップＳＡ１０］工具折損ではないとして正常信号を出力する。正常信号は表示器１４に工具は正常であることを表示するためなどに用いられる。
●［ステップＳＡ１１］加工サイクルは終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＡ２へ戻り処理を継続する。
【００３４】
図７は、本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、切削中状態とエアカット状態とを区別するフローチャートである。このフローチャートでは、図６のフローチャートで工具折損ではないとして「正常信号を出力（ステップＳＡ１０）」を、さらに２つの状態に分けた。１つはステップＳＢ１０として切削中状態の信号を出力し、もう１つはエアカット状態の信号を出力（ステップＳＢ１１）である。
ステップＳＢ１〜ステップＳＢ９は、図６に示すフローチャートに示すステップＳＡ１〜ＳＡ９の各ステップに対応し、ステップＳＢ１２は図６に示すフローチャートのステップＳＡ１１に対応するので、説明を省略する。
【００３５】
図８は、本発明の工具折損検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートで、素材形状データを加工途中の素材形状データとして更新する実施形態のフローチャートである。素材形状の加工済みの領域内を経由して加工サイクルを実行する場合もある。この場合、素材形状データから加工済みの領域のデータを除外しておかないと、誤って工具折損と判断してしまう。図８に示す処理のフローチャートはこのような問題点を解決することができる。
ステップＳＡ’１〜ステップＳＡ’１１の各ステップの処理は、図６に示すフローチャートの各ステップに対応する。ステップＳＡ’１２の処理として、ステップＳＡ’５で読み込んだ実行中の工具パス指令は、ステップＳＡ’１２の段階では実行済みの工具パス指令であるから、ステップＳＡ’４で読み込んだ素材形状データから前記実行済みの工具パス指令に基づき削り取られた領域データを更新し加工途中の素材形状データを作成し、素材形状データとしてメモリに格納する。
なお、本フローチャートの最初の処理サイクルでは、加工プログラムなどにより指定された素材形状データを読み込み、２回目のからの処理サイクルではステップＳＡ’１２で更新した素材形状データを読み込む構成とすれば、加工プログラムなどにより指定された素材形状データに影響を及ぼすことはない。
本発明の実施形態により、加工サイクルでエアカット領域、加工領域、エアカット領域と連続する加工経路において、エアカット領域における無負荷状態を工具折損と誤って検出することを防止できる工具折損検出機能を有する数値制御装置を実現できる。
【００３６】
また、上記本発明の実施形態では、工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置として説明したが、パーソナルコンピュータ（図９参照）で工具折損の判別処理を実行することも可能である。その場合には、パーソナルコンピュータ３０は、数値制御装置１０のインタフェース１６を介して、素材形状データ、工具パス指令、主軸あるいは可動軸の負荷データ、工具位置データをパーソナルコンピュータ３０のインタフェース３３を介して受信する。受信したデータはメモリ３２に格納され、パーソナルコンピュータ３０のプロセッサ（ＣＰＵ３１）により工具折損の検出処理を実行する。検出処理の結果は表示器３４に表示するとともに、数値制御装置１０に送信される。数値制御装置１０はパーソナルコンピュータ３０から工具折損を検出した信号を受け取った場合には、加工作業の停止、工具交換などの処理を実行する。なお、パーソナルコンピュータ３０は入力手段３６を備えており素材形状や加工条件を対話型プログラムデータとして指定するために入力手段３６から入力するようにしてもよい。
図１０および図１１は、パーソナルコンピュータを用いて工具折損を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１０のフローチャートは図６のフローチャートに対応し、図１１のフローチャートは図７のフローチャートに対応する。
図１０および図１１では、加工サイクル実行中であるか否かの情報、素材形状データ、負荷データ、工具パス指令、及び工具位置データを数値制御装置１０から読み込むことを意味する。また、ステップＳＣ９（図１０）およびステップＳＤ９（図１１）の工具折損として異常発生処理の内容として、数値制御装置１０への工具折損発生の情報を通知することを含む。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ＰＭＣ
１４ 表示器
１５ 入力機器
１６ インタフェース
１７ 軸制御回路
１８ サーボアンプ
１９ サーボモータ
２０ スピンドル制御回路
２１ スピンドルアンプ
２２ スピンドルモータ
２３ バス
２４ 電流検出器
２５ 位置・速度検出器
２６ 電流検出器
２７ ポジションコーダ
３０ パーソナルコンピュータ
ＬＣ 左交点
ＲＣ 右交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、
前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、
前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項２】
素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、
前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、
前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項３】
少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置、または素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置のいずれか１つに接続するパーソナルコンピュータにおいて、
該パーソナルコンピュータは、
前記数値制御装置から、前記素材形状データ、前記工具パス指令、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値、および前記可動軸の位置データを受信する手段と、
前記負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項４】
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項５】
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項６】
加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、
前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項１、２、または４のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項７】
加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、
前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項３または５のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項８】
前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項１、２、４、または６のうちの何れか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項９】
前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段またはパーソナルコンピュータに備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項３、５、または７の何れか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項１０】
前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項１、２、４、６、または８のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項１１】
前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項３、５、７、または９のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項１】
少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、
前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、
前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項２】
素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置において、
前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値を検出する負荷検出手段と、
前記可動軸の位置を検出する位置検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置検出手段により検出された可動軸の位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項３】
少なくとも素材形状データおよび加工条件を指定した加工プログラムに基づいて工具パス指令を生成し主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置、または素材形状データをコメント情報として含み工具パス指令を記述したＩＳＯ形式の加工プログラムに基づいて主軸および可動軸を有する工作機械を制御する数値制御装置のいずれか１つに接続するパーソナルコンピュータにおいて、
該パーソナルコンピュータは、
前記数値制御装置から、前記素材形状データ、前記工具パス指令、前記主軸および前記可動軸の駆動装置の少なくとも一方の負荷電流値、および前記可動軸の位置データを受信する手段と、
前記負荷電流値が無負荷状態であるか否かを判断する無負荷状態判別手段と、
前記無負荷状態判別手段により前記負荷電流値が無負荷状態と判断されたとき、
前記素材形状データ、前記工具パス指令、および前記位置データに基づき、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別する内外判別手段と、
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の内側であると判別された場合に工具折損として処理する工具折損処理手段と、
を備えたことを特徴とする工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項４】
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項５】
前記内外判別手段により工具位置が素材形状の外側であると判別された場合にエアカットであるとして出力するエアカット状態出力手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項６】
加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、
前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項１、２、または４のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項７】
加工途中の素材形状データを作成する作成手段と、
前記作成手段により作成された加工途中の素材形状データを格納する格納手段と、
前記内外判別手段は、元の素材形状データに替えて前記格納手段に格納された加工途中の素材形状データを用いて、工具位置が素材形状の内側か外側かを判別することを特徴とする請求項３または５のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項８】
前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項１、２、４、または６のうちの何れか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項９】
前記素材形状および前記加工条件の指定は数値制御装置に備わった入力手段またはパーソナルコンピュータに備わった入力手段から対話型プログラムデータとして指定することを特徴とする請求項３、５、または７の何れか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【請求項１０】
前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項１、２、４、６、または８のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有する工作機械を制御する数値制御装置。
【請求項１１】
前記加工条件は、パラメータで指定することを特徴とする請求項３、５、７、または９のいずれか１つに記載の工具折損検出機能を有するパーソナルコンピュータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１８６３７４（Ｐ２０１０−１８６３７４Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３０８６９（Ｐ２００９−３０８６９）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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