数值控制装置的制作方法

本发明涉及一种数值控制装置，尤其涉及一种进行考虑了工具交换时间的工具交换的数值控制装置。

背景技术：

用作机床之一的加工中心通常具备自动交换安装在主轴上的工具的工具交换装置。例如如图8所示，工具交换装置之一的具备回转式的工具库的工具交换装置在工具库的圆周面上具备多个工具把持部(工具座)，在该各工具把持部中保持工具，将工具库回转并将成为交换对象的工具定位到工具交换位置，使工具能够于加工中心的主轴安装或从主轴拆卸。另外，图8中，对各工具座80赋予座号来进行管理，图8上方的图中，将座no.1的工具座导出到工具交换位置，由此顺时针方向赋予座no.2～no.10的座号。

在具备如此工具交换装置的加工中心中，安装在主轴的工具的交换通过加工程序中包含的工具选择指令(t代码)和工具交换指令(m06)进行。在图8所示的例中，若程序开始，则通过指令“t1m06”在主轴上安装工具t1并进行加工。之后，通过指令“t2”将工具库90定位，以使被保持于工具座的工具t2来到工具交换位置，通过指令“m06”，将安装在主轴的工具t1和位于工具交换位置的工具t2通过atc(autotoolchanger，自动换刀器)100进行交换。此时，由于从指令“t2”的执行时点起到工具库90旋转且工具t2定位在工具交换位置为止之间，存在时间延迟(工具库90开始旋转且工具t2移动到工具交换位置，直至工具库90停止为止的时间)，在图8中例示的加工程序中，为了不浪费该时间(为了缩短周期时间)，而在指令“t2”和指令“m06”之间包含若干个加工指令。

如上所述，在加工程序内包含工具选择指令和工具交换指令的情况下，倒算工具选择花费的时间(工具库90的旋转花费的时间等)，期待通过比开始使用工具的块靠前的块来指令工具选择指令。作为应用此种的工具交换方式的现有技术，例如在日本特开昭60-228049号公报中提出了一种工具交换方式，其在通过工具选择指令对使用工具进行选择的同时，通过另外的指令(e代码)来指令之后使用的预定的工具，使工具尽早地工具交换位置移动并将运行的等待设为最小。

在基于工具选择指令进行的工具选择的所花费的时间长于从工具选择指令到工具交换指令之间的加工指令的执行时间的情况下，最终到通过工具交换指令完成工具选择为止要等待加工程序的执行。为了避免上述问题，需要充分研究工具选择指令的位置以使在加工程序的执行前不产生等待时间，或者需要考虑工具库中的工具的位置，此种作业对于作业者而言成为较大负担。而且，所述日本特开昭60-228049号公报中公开的技术虽然有使加工中的工具交换动作的效率在一定程度提高的效果，但是例如在库中登记有多个同一种类的工具的情况下，则无法保障能够选择最合适的工具。

技术实现要素：

因此本发明的目的在于提供一种不研究加工程序内的工具选择指令的位置而能够有效地进行工具交换装置的工具交换的数值控制装置。

本发明中，通过在数值控制装置中设置在基于工具选择指令的工具选择时选择能够在工具交换指令之前进行工具交换的工具的机构，从而解决上述课题。本发明的数值控制装置具备在工具库中存在多个同一种类的工具时从来得及在工具交换指令前进行工具交换的工具中选择工具的功能。

并且，本发明的数值控制装置提供一种在基于加工程序进行的加工运行开始时事先检查在工具交换指令是否发生等待的机构。此外，在加工程序中包含在工具交换指令产生等待的工具选择指令的情况下，向作业者提示在工具交换指令不产生等待的工具选择指令的指令位置的候补。另一方面，在未发现在工具交换指令不产生等待的工具选择指令的指令位置的情况(即使工具选择指令向任何位置移动都会在工具交换指令产生等待的情况)下，提示在工具交换指令不产生等待的工具库上的工具的位置的候补。

本发明中的数值控制装置是，基于加工程序进行用于交换安装在主轴的第1工具和容纳在工具库的第2工具的控制的装置，该数值控制装置具备：指令解析部，其解析基于所述加工程序块的指令；加工时间预测部，其预测基于所述指令解析部解析出的指令进行的加工的所花费的时间；工具选择部，其根据所述加工时间预测部预测出的基于所述指令的加工的所花费的时间，将在工具选择时在到工具交换指令之前能够进行工具交换的工具选择为所述第2工具。

所述数值控制装置还可以具备工具座移动时间存储部，该工具座移动时间存储部预先存储用于使工具库的工具交换位置的工具座向预定的工具座移动的所花费的时间，此外，所述工具选择部当在基于所述加工程序的加工运行中指令了工具选择指令的情况下，可以参照工具座移动时间存储部，选择能够在所述加工时间预测部预测出的从该工具选择指令到下一个工具交换指令为止的加工时间内进行工具选择的工具。进而，在从工具选择指令到工具交换指令为止的加工时间内存在多个能够进行工具选择的工具的情况下，该工具选择部也可以按照预先设定的预定的优先顺位选择进行交换的工具。

所述工具选择部也可以以能够在所述工具选择指令之后指令的其他工具选择指令的下一个工具交换指令之前进行基于该其他工具选择指令的工具选择的方式，进行基于所述工具选择指令的工具选择。

所述数值控制装置还可以具备工具关联指令解析部，在程序运行的开始时，该工具关联指令解析部解析根据基于所述加工程序块发出的工具选择指令进行的工具的选择是否在所述工具选择指令的下一次工具交换指令的执行之前结束。

通过本发明，作业者即使不对加工程序内的工具选择指令的位置进行仔细研究，由于能够自动选择到工具交换指令为止之间能够进行工具选择的工具，因此能够使工具交换装置有效地进行工具交换。

附图说明

图1是表示第1实施方式的数值控制装置的主要部分的概略的硬件的结构图。

图2是第1实施方式的数值控制装置的概略的功能框图。

图3是说明第1实施方式的工具选择部的工具选择方法的图。

图4是说明第1实施方式的变形例的工具选择部的工具选择方法的图。

图5是第2实施方式的数值控制装置的概略的功能框图。

图6是说明工具关联指令解析部的加工程序的解析处理的图。

图7是说明对工具选择指令的移动目的地的块进行确定的处理的图。

图8是表示现有技术的工具交换装置的工具交换的例子的图。

具体实施方式

图1是表示本发明第1实施方式的具备数值控制装置和被该数值控制装置控制的工具交换装置的机床的主要部分的概略硬件结构图。

本实施方式的数值控制装置1所具备的cpu11是整体控制数值控制装置1的处理器。cpu11经由总线20读取存储于rom12的系统/程序，根据该系统/程序来控制数值控制装置1整体。ram13中存储有临时的计算数据或显示数据、及操作人员经由后述的显示器/mdi单元70输入的各种数据等。

非易失性存储器14例如通过未图示的电池进行备用等，其构成为即使数值控制装置1的电源关闭也可以保持存储状态的存储器。在非易失性存储器14中存储有电源切断后应保持的参数、加工程序、工具修正数据等。非易失性存储器14中还存储用于运行nc程序而使用的nc程序运行处理用程序等，但是这些程序在执行时在ram13中展开。而且，rom12中预先写入有用于执行nc程序的制成及编辑所需的编辑模式的处理等的各种系统/程序。

接口15是用于连接数值控制装置1和适配器等的外部设备72的接口。从外部设备72侧读入nc程序或各种参数等。而且，在数值控制装置1内编辑的nc程序能够经由外部设备72存储于外部存储机构。

可编程机器控制器(pmc)16从cpu11经由总线20接收m(补偿)功能信号、s(主轴速度控制)功能信号、t(工具选择)功能信号等，通过时序程序处理这些信号并经由i/o单元17将输出信号输出到机床的周边装置(例如工具交换装置等)。而且，pmc16接收配备在机床的主体的操作盘的各种开关等的信号，进行其必要的信号处理后传递到cpu11。

显示器/mdi单元70是具备显示器或键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/mdi单元70的键盘的指令或数据，并向cpu11传递。接口19连接在具备手动驱动各轴时使用的手动脉冲发生器等的操作盘71上。

用于控制机床具备的轴的轴控制电路30接收来自cpu11的轴的移动指令，将轴的指令输出到伺服放大器40。伺服放大器40接收该轴的指令，驱动使机床所具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈到轴控制电路30，进行位置/速度的反馈控制。本发明的实施方式中通过伺服放大器40驱动使工具交换装置的工具库回转驱动的库驱动马达。另外，虽然图1的硬件结构图中只显示了1个轴控制电路30、1个伺服放大器40、1个伺服电动机501，但实际上根据成为控制对象的轴的数量准备有多个。

主轴控制电路60接收向机床的主轴旋转指令，将主轴速度信号输出到主轴放大器61。主轴放大器61接收该主轴速度信号，根据被指令的旋转速度旋转机床的主主轴马达62，并驱动工具。在主轴马达62上结合定位编码器63，该定位编码器63与主轴的旋转同步输出返回脉冲，并通过cpu11读取该返回脉冲。

图2是将用于实现工具交换功能的系统/程序安装于图1所示的数值控制装置1时的第1实施方式的数值控制装置的概略的功能框图。

通过图1所示的数值控制装置1所具备的cpu11来执行工具交换功能的系统/程序，控制数值控制装置1的各部分的动作来实现图2所示的各功能块。本实施方式的数值控制装置1具备：指令解析部110、控制部120、加工时间预测部130、工具选择部140、工具交换控制部150，并且在非易失性存储器14上设置有：工具信息存储部210，其存储保持于工具交换装置3的工具库的各工具座的工具的信息；工具座移动时间存储部220，其存储用于将位于工具交换位置的预定的工具座向其他的工具座改变(移动)的所花费的时间。另外，存储于工具座移动时间存储部220的将位于工具交换位置的预定的工具座向其他的工具座改变的所花费的时间预先通过实验等测定。

指令解析部110依次读取并解析在非易失性存储器14中存储的成为执行对象的加工程序200的块，将基于该解析结果制成的控制指令输出到控制部120。而且，在从加工程序200读取出的块为对工具选择进行指令的工具选择指令的情况下，指令解析部110从加工程序200预读该工具选择指令和在该工具选择指令之后执行的工具交换指令之间的块，并将预读出的块输出到加工时间预测部130。并且，在通过加工程序200的块来指令工具选择的情况下，指令解析部110对工具交换控制部150进行指令，以使交换工具。

控制部120基于从指令解析部110接收的控制指令来控制机床2的各轴或主轴等的动作。

加工时间预测部130对从指令解析部110接收的工具选择指令和工具交换指令之间的块进行解析，预测基于这些块的加工所花费的加工时间即预测加工时间。加工时间预测部130例如在考虑了机床2的机械结构(时间常数等的参数设定或m，s，t，b补偿功能的所花费的时间)等的基础上，使用现有技术(日本特开2012-093975号公报、日本特开2005-301440号公报、日本特开2007-025945号公报)中的加工时间预测方法来预测将按照基于各指令的各轴的移动时间或周边装置的动作时间，并通过累积预测出的基于各指令的加工时间来对预测加工时间进行预测。另外，由于加工时间的预测方法为公知的，因此省略此处的详细的说明。

工具选择部140基于加工时间预测部130预测出的工具选择指令和工具交换指令之间的块涉及的加工的所花费的加工时间，选择被工具选择指令指定的工具，并向工具交换控制部150进行指令，以使保持有被选择出工具的工具座移动到工具交换位置。该工具选择部140在被工具选择指令指定的工具内，选择在比加工时间预测部130预测出的加工时间短的时间中能够进行选择的工具。特别是，当在短于加工时间预测部130预测出的加工时间的时间中存在多个能够选择的工具的情况下，工具选择部140按照事前设定的优先顺位(例如工具的剩余寿命较长的顺位等)来选择工具。

图3是说明本实施方式的工具选择部140的工具选择方法的图。另外，图3中为了便于说明，设为在移动到邻接的工具座的情况下花费1秒来进行说明。

工具选择部140通过检索工具信息存储部210中存储的保持在工具库90的各工具座80的工具的信息，确定被工具选择指令指定的选择对象的工具保持于哪个工具座80，并且通过工具交换控制部150来确定当前的工具库90的位置(即各工具座80的当前位置)。并且，工具选择部140通过参照工具座移动时间存储部220中存储的用于将工具座80从各位置移动到工具交换位置的所花费的时间，来确定分别用于将被工具选择指令指定的选择对象的工具移动到工具交换位置所花费的时间。此外，工具选择部140从满足“加工时间预测部预测出的预测加工时间＞工具选择时间”的选择对象工具中，按照事前设定的优先顺位来选择工具。

例如，在图3所示的例中，虽然选择对象工具t2被保持于工具库90的3个工具座80(no.3，no.6，no.8)中，但是由于保持于no.6的工具座80的工具t2在工具的选择中花费5秒(＞预测加工时间4秒)，因此不选择保持于no.6工具座80的工具t2，由于保持于no.3、no.8工具座80的工具t2能够在短于工时间预测部130预测出的预测加工时间4秒的时间中向工具交换位置移动，因此工具选择部140按照预定的优先顺位从保持于no.3、no.8工具座80的工具t2中选择工具。

若从指令解析部110指令进行工具交换，则工具交换控制部150控制工具交换装置3，以使进行卸下安装在主轴的工具且将导出到工具交换位置的工具安装在主轴的工具交换。而且，工具交换控制部150根据工具选择部14的指令来控制工具交换装置3，以使将保持有成为选择对象的工具的工具座80移动到工具交换位置。

作为本实施方式的数值控制装置1的一变形例，指令解析部110在读入第1工具选择指令块时，不仅预读第1工具选择指令和该第1工具选择指令的下一个第1工具交换指令之间的块，而且还预读位于其之前的第2工具选择指令和该第2工具选择指令的下一个第2工具交换指令之间的块，加工时间预测部130分别预测第1工具选择指令与第1工具交换指令之间的第1预测加工时间、第2工具选择指令与第2工具交换指令之间的第2预测加工时间，当在工具库90中存在多个被第1工具选择指令指定的选择对象工具的情况下，工具选择部140考虑基于第1工具选择指令的工具的选择的所花费的时间及基于第2工具选择指令的工具的选择的所花费的时间、第1预测加工时间及第2预测加工时间，选择被第1工具选择指令指定的选择对象工具。

图4是说明本变形例的工具选择部140的工具选择方法的图。

图4中例示的加工程序中，工具t1被工具选择指令指定后，在加工时间10秒后指令工具交换，根据在其之后的工具选择指令指定工具t2后，经过加工时间3秒指令工具交换。而且，分别在no.5、no.10的工具座80保持工具t1，在no.6的工具座80保持工具t2。并且，为了便于说明，在图4的例中与图3所示的一样地设为向工具交换位置移动的邻接的工具座80的情况下花费1秒来进行说明。在此情况下，本变形例的工具选择部140通过工具选择指令指定工具t1时，从在预测加工时间10秒之间能够选择的no.5的工具t1和no.10的工具t1的任意一个中选择工具，这时考虑根据下一个工具选择指令选择工具t2的情况。更具体而言，通过指定工具t1的工具选择指令选择保持于no.5的工具座80的工具t1的情况下，在工具交换后将no.5的工具座80导出到工具交换位置。在此之后，在执行指定工具t2的工具选择指令时，由于保持工具t2的no.6的工具座80移动到工具交换位置移动要花费1秒，由于比从对工具t2进行指定的工具选择指令到下一个工具交换指令的预测加工时间短3秒，因此可以不产生等待时间而与工具t2交换。然而，通过对工具t1进行指定的工具选择指令来选择保持于no.10的工具座80的工具t1的情况下，在工具交换后，no.10的工具座80被导出到工具交换位置。在此之后，在执行指定工具t2的工具选择指令时，由于为了将保持工具t2的no.6的工具座80移动到工具交换位置要花费4秒，比从指定工具t2的工具选择指令到下一个工具交换指令的预测加工时间3秒长，因此此后的加工要等待到工具的选择和交换结束。因此，在如图4的例中，工具选择部140在执行指定工具t1的工具选择指令时，进行动作，以使选择保持于no.5的工具座80的工具t1。另外，虽然图4的例中表示进行考虑了第1、第2预测加工时间的工具选择动作的例子，但是还可以设为进行考虑了之前的工具选择中所花费的时间和预测加工时间的工具选择动作。

根据上述变形例，由于数值控制装置1进行的工具选择不仅进行考虑了最近的工具选择指令涉及的工具的选择的所花费的时间和预测加工时间，而且还进行考虑了将来的工具选择指令涉及的工具的选择的所花费的时间和预测加工时间，因此能够进行基于整个加工程序的有效的工具交换。

图5是表示在将用于实现工具交换功能的系统/程序安装于图1所示的数值控制装置1的硬件上的情况下的、第2实施方式的数值控制装置的概略的功能框图。与第1实施方式的数值控制装置1相同地，通过图1所示的数值控制装置1具备的cpu11执行工具交换功能的系统/程序，控制数值控制装置1的各部分的动作来实现图5中表示的各功能块。本实施方式的数值控制装置1在第1实施方式中说明的各功能块的基础上还具备工具关联指令解析部160及解析结果显示部170。

工具关联指令解析部160在开始加工程序200的加工前，从存储器内读取加工程序200的各个块，针对在加工程序200内指令的工具选择指令及工具交换指令，解析在工具交换指令执行时是否产生等待基于工具选择指令的工具的选择的等待时间。工具关联指令解析部160基于工具信息存储部210中存储的保持于工具库90的各工具座80的工具的信息和工具座移动时间存储部220中存储的为了将位于工具交换位置的预定的工具座80向其他的工具座80改变(移动)的所花费时间，来解析加工程序200内的各工具的选择的所花费的时间。

图6是说明工具关联指令解析部160的加工程序200的解析处理的说明。

图6表示在工具交换装置3中通过所谓的固定番地方式(使用后的工具回到原工具座的方式)管理工具的例子。而且，在图6中，在开始加工的时点，将工具t4(在工具库90内，保持于no.6的工具座80)安装在主轴，工具t1保持于no.8的工具座80，工具t2保持于no.5的工具座80，工具t3保持于no.3的工具座80。而且，为了便于说明，在图6中设为向邻接的工具座80移动的情况下花费1秒来进行说明。这种情况下，工具关联指令解析部160确定从加工程序200的执行时的工具选择指令到工具交换指令之间的工具座80的移动的所花费的时间(工具的选择时间)和从工具交换指令到工具选择指令之间的工具座80的移动的所花费的时间(工具的返还时间)。图6中例示的加工程序中，在从向工具t1的工具交换指令到指定工具t2的工具选择指令之间，虽然进行将工具t4返还到no.6的工具座80，但是由于刚刚进行了向工具t1的交换，因而工具交换位置的工具座80为no.8，因此，在此期间，工具交换位置的工具座80必须从no.8移动为no.6，这样所需时间为2秒。而且，在从指定工具t2的工具选择指令到下一个工具交换指令(工具t2的工具交换指令)之间，由于需要将工具t2移动到工具交换位置，因此必须将位于工具交换位置的工具座80从no.6的工具座改变为no.5的工具座80，这样所需时间为1秒。如此一来，工具关联指令解析部160确定各个工具选择指令及工具交换指令之间的工具交换位置的工具座80的改变的所花费的时间。另一方面，工具关联指令解析部160向加工时间预测部130发出指令，以使预测基于各个工具选择指令与工具交换指令之间的块的加工的所花费的加工时间。此外，这样一来将确定出的工具选择指令及工具交换指令之间的工具交换位置的工具座80的改变的所花费的时间和加工时间预测部130预测出的基于工具选择指令及工具交换指令之间的块的加工的所花费的时间的预测加工时间进行比较，判定工具交换指令执行时是否产生等待基于工具选择指令的工具的选择的等待时间。

工具关联指令解析部160判定为在工具交换指令执行时产生等待被工具选择指令指定的工具的选择的等待时间的情况下，基于加工时间预测部130预测的从该工具交换指令到以前的工具交换指令的各个块的指令的加工时间的预测，若将该工具选择指令移动到任意的块的位置，则确定等待被该工具选择指令指定的工具的选择的等待时间是否消除。在此，移动确定的工具选择指令的块(推荐块)优选为非切削块。例如，在图7例示的加工程序中，当基于工具选择指令t3的工具的选择未赶在下一个工具交换指令之前的情况下，将在下一个工具(t3)的选择的所花费的时间以前的、从之前的工具交换返还使用后的工具的所花费的时间后执行的非切削块即[g0y1.]和[m100]被确定为工具选择指令t3的移动目的地的块。

而且，当判定为在工具交换指令执行时产生等待被工具选择指令指定的工具的选择的等待时间的情况，且在不存在消除工具交换指令执行时的等待时间的工具选择指令的移动目的地的情况(例如，图7中，像在之前的工具交换后返还使用后的工具的时间和下一个工具的选择的所花费的时间重复的情况等)下，若在工具交换装置3的工具库90的任意的工具座80中保持任意的工具，则工具关联指令解析部160解析在工具交换指令执行时是否不产生等待被工具选择指令指定的工具的选择的等待时间。例如，工具关联指令解析部160可以设为若简单地将成为等待时间的原因的工具从当前的工具座80移动到任意的工具座80则寻求是否不产生等待时间，或者可以设为通过制成工具和工具座的组合，并算出各个情况中的工具交换指令执行时的等待时间，寻求根据任何组合而不产生工具交换指令执行时的等待时间。

在工具关联指令解析部160判定为在工具交换指令执行时产生等待工具选择指令涉及的工具的选择的等待时间的情况下，解析结果显示部170将该工具选择指令显示在显示器/mdi单元70。而且，也可以设为在工具关联指令解析部160判定为在工具交换指令执行时产生等待工具选择指令涉及的工具的选择的等待时间的情况下，解析结果显示部170将移动成为等待时间的原因的工具选择指令的推荐块显示在显示器/mdi单元70。并且，在工具关联指令解析部160判定为在工具交换指令执行时产生等待基于工具选择指令进行的工具的选择的等待时间的情况下，解析结果显示部170可以显示移动成为等待时间的原因的工具的前一个工具座80，或显示最合适的工具和工具座80的组合。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式的例子，可以通过增加适当的改变而以多种方式实施。