JP2006506719A - 工作機械及び工作機械を操作する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産シーケンスにおける予定外の中断から生じたダウンタイムが顕著に減少されることを可能にする。
【解決手段】 本発明は、工作物（４０）に対して移動可能であって工具（１１０）を保持する工具キャリア（１２）を含み、工具（１１０）と工作物（４０）の相対移動を制御するための制御装置を含む工作機械と、そのような工作機械を操作する方法に関する。工具（１１０）の第１相対軌道（１１４）は、制御装置にロードされた制御プログラムを用いて制御される。もし予定外の事象が生じると、第１相対軌道（１１４）に沿った相対移動が停止され、開始位置（１１８）からの再開が後に実行される。開始位置（１１８）はこの場合規定された第２相対軌道（１１６）に沿って近づけられ、第２相対軌道（１１６）は、予定外の事象が生じた機械加工操作の関数として自動的に決定される。

Description

本発明は、工作物に対して移動可能な工具キャリアを含み、更に工作物に対する工具キャリアの相対操作移動を制御するための第１制御装置を含む工作機械を操作する方法に関する。この方法は、第１制御装置にロードされた第１制御プログラムを用いて工具キャリアの第１相対軌道を制御し、ここで制御プログラムは一連の連続する機械加工操作を定義しており、予定外の事象が生じた場合に工具キャリアの相対操作移動を停止し、工具キャリアの相対操作移動を開始位置から再開する工程を含む。

本発明は更に、工作物に対して移動可能な工具キャリアを含み、一連の連続する機械加工操作を規定する第１制御プログラムを用いて工具キャリアの第１相対軌道を制御するための第１制御装置を含む工作機械、とくに金属製の工作物の金属切削機械加工のための工作機械に関する。

このような方法及び工作機械は、それらの用途のため公知である。更に、同様な方法及び対応する工作機械が、例えばＷＯ ００／６６３２０により開示されているが、第１制御プログラムを含む第１制御装置はそこでは詳細に説明されていない。

現代の工作物の金属切削機械加工のための工作機械は、自動化された方式で多くの複雑な機械加工操作を実行することが可能である。機械加工操作は、例えば、ミリング、旋回、穴あけ、研削等を含むことが可能であり、そこでは多くの機械加工工具と工具の型が工具キャリアにクランプされている。工具キャリアは、操作スピンドルを典型的に含んでおり、これはクランプされた工具を（とりわけ穴あけ及びミリングの間）回転移動に持ち込む。多くの場合、操作スピンドルは多くの空間方向に更に移動されることが可能であり、様々な空間地点において機械加工されるべき工作物に作用し得るようになっている。もっとも、工具キャリアは、とくに旋回の場合、固定していておよそ移動された工作物ホルダと相互作用することも可能である。更に、工作物は移動可能に保持されることも可能である。結局重要なことは、ＮＣ軸として公知のものに沿って行われる、工具と機械加工されるべき工作物の間の相対移動である。

一般に、工作物の機械加工は、ＮＣ制御（数値制御）として公知のものにより制御される。ＮＣプログラムとして公知である（第１の）制御プログラムは、工作機械のオペレータによりＮＣ制御装置にロードされる。ＮＣプログラムは、連続的に実行されるべき多くの制御セットを含んでおり、工具と工作物の間の相対移動は、各機械ステップのための制御セットにより制御される。

ＮＣ制御装置の信頼性は、その本来の意味でＮＣ軸の移動に限定される。従って、工作機械に属する種々の補助ユニットは、通常はＰＬＣ（プログラマブル論理制御装置）として公知の第２制御装置により制御される。補助ユニットは、とくに、必要な工具（ミル、ドリル、旋回工具等）が蓄積された工具マガジン、マガジン及び工具ホルダから工具を挿入及び除去するための工具交換装置、工作物がクランプされるピボット可能な作業テーブル、クーラントの供給、圧縮エアの供給等のためのユニットを含む。言うまでもなく、ＮＣ制御装置の及びＰＬＣの制御工程は、互いに良く協調されなければならず、これは通常適当なインターフェースを介したデータ交換を用いてなされている。ＮＣ制御装置及びＰＬＣは、しばしば連結されていて現在の機械においては１つの構造ユニットとなっており、物理的にただ１つの制御ユニットであるがそれ自身の中に両方の機能性を連結するようになっている。

上記されたタイプの現代の工作機械は、速い機械速度及び一定の品質で工作物を製造することができる。工作機械が早く作動すればするほど、より多くのアイテムが生産され得る。しかしながら、もし、工作機械の操作の間、停電、自動で引き起こされた又は手による緊急停止、意図されない手動の介入又は例えば工具破損によって引き起こされる過負荷状態の形での間違った操作のような、予想外／予定外の中断が生じた場合、今日において既に非常に効率的に構成された生産シーケンスは、高感度で中断される。このような事象において、プログラムされた移動シーケンスは、多かれ少なかれ急に中断される。生産シーケンスを再開する目的で、工作機械は先ず第１に手で開始状態に再度持ち込まれなければならず、これから再開及び、とくに、ＮＣプログラムへの再情報入力が実行され得る。しかしながら、予定外の停止に応じて及び中断が生じた現在の操作状況に応じて、適当な開始状態に工作機械を置くのは困難である。これに関連した停止時間は、生産シーケンスにとって有害である。加えて、この状況での誤った操作のため“クラッシュ”のリスクがある。

最初に述べられたＷＯ ００／６６３２０から、工作機械の電力を順番にモニターすることが公知であり、停電が検知された場合、機械エネルギー貯蔵部を作動させ、これは所定時間間隔の電力供給を維持する。機械的に生産された“残余エネルギー”を使用して、操作スピンドルがパーク位置に移動される。このようにして、停電後の工作機械を再開させることが実質的により容易になされている。

しかしながら、このアプローチは、電力供給が予想外に停止した状況に限定される。さらにこれによれば他のアプローチがある。例えば緊急停止の場合、緊急停止コマンドが始動された後、制御された停止が最初の数秒又は１秒の何分の１かで実行される。しかしながら、このような個々の手段にも関わらず、工作機械の再開が複雑で非常に長い一連のシナリオのままであり、これは機械の長いダウンタイムにつながり得る。
ＷＯ ００／６６３２０

本発明の目的は、生産シーケンスにおける予定外の中断から生じたダウンタイムが顕著に減少されることを可能にする、最初に述べられた種類の方法及び工作機械を提供することである。

最初に述べられた種類の方法において、この目的は、再開のときに、工具キャリアが、規定された第２相対軌道に沿って開始位置に最初に移動され、予定外の事象が生じた機械加工操作の関数として第２相対軌道が自動で決定されることにより達成される。

発明の実施の形態

本発明によれば、最初に述べられた種類の工作機械は、機械加工操作の予定外の中断の後、工具キャリアが、規定された第２相対軌道に沿って開始位置に最初に移動され、中断が生じた機械加工操作の関数として第２相対軌道が自動的に決定されるように構成された開始論理回路を含む。

新規な方法及び新規な工作機械において、工具キャリアが（工作物に対する相対移動において）、再開の最初において、予定外の中断のタイプや理由に関わらず、停止に続くその現在位置から規定された開始位置に最初に移動する。この場合、これを実行するための第２相対軌道は、少なくとも中断された機械加工操作を表現するデータ（とくにプロセスデータ、とりわけ機械パラメータ）を使用することにより自動的に決定される。機械オペレータは、機械を開始位置に移動させる目的で、特定の知識を必ずしも必要としない。

工作機械は、一定の開始位置に好ましくは持ち込まれ、そこから、各中断のタイプ及び理由に関わらず生産工程の続行が一般に可能である。とくに好ましい場合において、開始位置は例えば、操作スピンドルが工具マガジンにおいて最後に保持された工具を置いて、その休止位置に移動することを含む。

新しい方法は、ＷＯ ００／６６３２０において追行されたアプローチとはとりわけ異なっていて、そこでは開始位置への移動が、工作機械の再開の間の最初に自動化されたステップを表現している。結果として、開始位置は、中断のときにおいて及び停止の間、工具キャリアの開始位置から独立している。中断のときにおいて現在の軸位置が再開のための好ましい開始位置からどれだけ離れているかにより、どの部分も動いていない。これは、開始位置は中断の後最後の数秒又は１秒の数分の１ではまだ移動されおらず、再開の開始のときのみ、例えば、電力供給が再度構築された後にのみにおいて移動されるからである。工具キャリアが停止の直後に置かれる相対位置は、この位置が自動で決定された第２軌道のための開始地点を形成する限りにおいてのみ重要である。

新しい方法は、それゆえＷＯ ００／６６３２０に記載されたタイプのアプローチを必ずしも置き替えないが、対照的に、それらを補完し得る。中断のとき又はこの周辺の非常に近い時間において、工具及び／又は工作物を出来るだけ速く安全な位置へ“非常ブレーキ”の方式で持ち込む試みが先ずなされる。もっとも、“非常ブレーキ”のための時間及び出力は、恐らく限られた程度までだけ利用可能であるため、そこで達成され得る停止位置は、特定の場合に依存し、制約にさらされる。加えて、関係する機械ユニットは、概して協調されておらず、いずれの場合も“軽率に”安全に持ち込まれる。この点において、新規な方法は、その後開始し、本発明によれば、規定された開始状態に単純かつ素早く持ち込まれる機械につながる。

従って、移動される開始位置は、原理上は自由に選択されることが可能であり、それゆえそれは単純に最適化されることが可能であり、とくに単純かつ速い再開が全ての考えられる組み合わせの場合のもとで可能であるようになっている。再開のための時間は、この最適化を用いて十分に短縮され得る。

加えて、新規な方法及び対応する工作機械は、再開のための開始位置が自動的に決定された第２軌道に沿って移動されるという利点を有する。停止に続く状況の恐らく非常に長い分析と、オペレータによる適当な“復帰戦略”の選択は、それゆえ省かれ得る。これは、ダウンタイムのかなりの短縮に寄与する。ダウンタイムのとくに顕著な減少は、そうでなければ、精通したオペレータが、熟練した方式で状況を分析する目的で、全ての場合において停止された機械に呼ばれなければならない結果となる。

驚くべきことに、プログラムされた機械加工操作及び機械パラメータゆえに、工作機械で既に利用可能なデータを単に使用することにより、多くの実際の場合において第２相対軌道の自動的な決定が可能であるということが分かった。もし生産工程が開始される前に追加のデータが工作機械に蓄積されるなら、比較的少数の特別な場合にとってのみ有利である。これは非常に複雑及び／又は非常に大きい工作物の機械加工に主として適用されるが、それは、これらの場合、第２相対軌道に沿った工具キャリアのパスは、工作物の幾何学的配列により妨げられ得るためである。

もし追加のデータの情報入力が省かれるなら、予定外の中断が生じる全ての可能な状況が単純かつ素早く対処され得るのではなく、少なくともかなりの数の状況が単純かつ素早く対処され得るかもしれない。現実的に起こり得るシナリオを実際上完全に処理することは、幾つかの典型的な態様に関して後でより詳細に説明されているように、比較的少ない追加の努力で可能である。しかしながら、全般に、本発明の“拡張のレベル”とは関係無く、ダウンタイムのかなりの減少とそれゆえ高い生産性が達成され得る。

先述の目的はそれゆえ十分に達成される。

本発明の改良において、スピンドルが、機械加工操作の間、可能な工具のセットからの工具を保持しており、予定外の事象が生じたときに第２相対軌道が工具キャリアに保持されていた工具の関数として決定される。対応する工作機械は、従って工具マガジンを含み、そこに種々の工具のセットが準備されて保持されることが可能であり、予定外の中断が生じるときに工具キャリアに保持されていた工具の関数として第２相対軌道が決定される方式で、開始論理回路が構成される。

もし中断の時に工具キャリアに保持されていた工具の性質が重要な要素として考慮されるなら、第２相対軌道が非常に有効に決定され得ることが分かった。例えば、もし当該工具が内側輪郭用ミリングヘッドなら、第２軌道のための単純かつ有効な戦略は、次にスピンドルを開始位置に移動させる目的で、内側のミルを（工作物に対して）ｚ方向に退去させることである。垂直旋回、外側機械加工用レース工具の場合、適当な戦略は、対照的に、まず第１にｙ方向における相対移動である。ネジタップの場合、恐らく個々の場合においても必要であるが、スピンドルを退去と同時に回転させるのが加えて有利である。

本発明のこの改良によれば、異なる工具及び工具タイプは、一般に個々の及び恐らく相互に異なる第２軌道という結果をもたらす。もっとも、この改良において、第２軌道を決定する目的で工作機械の制御において準備状態に保たれなければならない戦略の数は、鋭く減少されるかもしれない。それゆえ、本発明の方法の実行は、非常に効率よく効果的に可能である。

更なる改良において、第２相対軌道は、準備された第２相対軌道のセットから選択される。このセットは、好ましくは新規な工作機械の開始論理回路に蓄積される。

この手段は、単純で実践的な実行を構成し、そこでは、多くの考えられるシナリオのため、適当な戦略が工作機械に準備され及び蓄積される。従って、第２軌道は、比較的素早く決定され得る。加えてこの手段は、工作機械の制御装置において、熟達した機械オペレータ／開発者の分析能力が、非常に単純な方式で“イメージ”され得るという利点を有する。このようにして、使用される制御装置の操作システムにおける基本的な変更や介在無しで作用する実行が提供される。現代の工作機械の製造者は、概して制御装置を供給部品として生産し、それゆえ制御装置の内側操作シーケンスすなわち操作システムに直接アクセスしないため、これはとくに有利である。工作機械の製造者は、制御装置の製造者の対応する関与無しで、新規な方法を実行し得る。

更なる改良において、第２軌道が、機械加工操作の前に第１制御装置に、好ましくは第１制御プログラムに蓄積された第１パラメータの関数として決定される。

既に述べられたように、第２軌道は、市販の工作機械の操作シーケンスで既に利用可能なデータを単に使用することにより、多くの場合において決定され得ることが分かった。この例は、更に上で述べられたデータであり、これらは種々の工具タイプを互いに区別している。もっとも、幾つかのシナリオにおいて、第２軌道をできるだけ効率よく決定する目的で、追加のデータが助けになる。例えば、外側輪郭機械加工用ミリング工具の場合、ミルを機械加工された外側輪郭から横方向に持って離す目的で、どれだけのスペースが外側輪郭の周囲で利用可能かを知るのに助けになる。もっとも、この情報は、機械加工されるべき工作物といずれの場合も密にリンクされ、すなわちそれは一般に最初から工作機械の開発者により決定され得ない。もっとも、たとえ工作物に依存した情報がこれまで必要とされなかったとしても、先述の改良は、それを考慮に入れる可能性を、第２軌道を決定するとき比較的単純な方式で提供する。例えば、この情報は第２相対軌道の決定のための一種の参照点として使用され得る。

生産工程に関連する追加の情報は、ＮＣプログラムの作成に好ましくは一体化される。これは、これまで既に要求されていた工作物特有のデータ全てが蓄積されるためである。この改良によれば、僅かな追加の努力で、工作機械の再開のための実際上十分な自動化が達成され得る。

更なる改良において、第２軌道が、第２パラメータの関数として決定され、これらが不揮発性メモリに蓄積されている。

もし制御セットの完了の後市販のＮＣ制御装置でもはや必要とされない情報の特有のアイテムが不揮発性メモリにセーブされるなら、第２軌道の決定は実質的により容易になされることが分かった。この一例は、ネジタップのピッチ角度である。不揮発性記憶装置を用いることで、完全な停電後でさえもこの種のデータが利用可能であり、これらのデータを考慮に入れることにより、第２軌道はより容易に決定され得る。他方、オペレータにより追加的に入力されるべき情報の量は、自動で対処されるべきシナリオの全てが毀損されることなく、減少され得る。オペレータにとっての利便性がこうして改善される。

更なる改良において、第２相対軌道が、第１制御プログラムで規定された第１相対軌道の関数として決定される。好ましくは、工作機械の開始論理回路は、それゆえ論理回路部分を含み、これは第１相対軌道が逆方向に走行するイメージ（“逆イメージ”）として第２相対軌道を決定する。

この手段は、これまで提供されていたＮＣ制御装置の操作システムに対する拡張を要求する。実際の実行は、それゆえこれまで記載された手段よりも最初はより複雑である（少なくともＮＣ制御装置の操作システムへのアクセスを一般に持たない工作機械の製造者自身の観点で）。他方、この手段は、第１軌道の十分な再構築と対応する“逆走行”を用いて、実際に全ての考えられるシナリオで第２軌道が最適に決定され得るという利点を有する。

もっとも、“スリムダウンされた”変形においては、基礎として“逆走行”無しで、第１軌道からのパラメータを使用して第２軌道を決定することも考えられる。制御装置の製造者によってなされた出費はこの場合低く、他方で、第２軌道の自動決定のための考えられる多くのシナリオが取り扱われ得る。

更なる改良において、再開において読み込まれた操作パラメータがあり、予定外の事象が生じた機械加工操作が、読み込まれたパラメータに応じて再び開始される。

この手段の結果として、工作機械のオペレータは、部分的に機械加工された工作物が終了されるべきか又は十分に新しい製造サイクルが開始されるべきかに関して、そうでなければ大幅に自動化された再開に容易に影響を与える位置にいる。後者は、工作機械の停止につながる予定外の事象がそのとき機械加工されていた工作物の損傷又は損害になるとき、とくに望ましい。とくに非常に高精度の要求にさらされる工作物の場合、十分に新しい機械加工サイクルを開始させると有利である。他方で、より低い製造公差が許容し得るときは、もし部分的に機械加工された工作物が十分に完成されると、全生産工程はより効率的に構成され得る。

更なる改良において、工作機械が、工具キャリアの第１相対軌道と協調して駆動される補助ユニットを更に含み、及び再開にのときに、予定外の事象が生じた機械加工操作の関数としていずれの場合も自動的に決定される開始位置に全ての補助ユニットが移動される。この場合の工作機械は、好ましくは補助ユニットを制御するための第２制御装置を有し、少なくとも予定外の中断に続く再開の間、第１及び第２制御装置と協調する開始論理回路を備える。

この改良において、本発明のアプローチは全般的、包括的な、一体化された全コンセプトを形成し、そこで好ましくは機械加工操作に伴う全ての主要及び補助ユニットが、自動的な再開に組み込まれる。結果として、中断後の複雑な工作機械を素早くかつ単純に再開するとくに便利な方法が提供される。補助ユニットの移動の組み込みの結果として、そうでなければ要求されるオペレータによる介在の数が更に一層減少される。誤った操作はより信頼性高く防がれる。この場合、もし補助ユニットの移動が、中断された機械加工操作の“履歴”すなわち中断された機械加工操作の関数から独立して決定されると、とくに有利である。

更なる改良において、工具キャリアが、第１相対軌道に沿うよりも遅い速度で、第２相対軌道に沿って移動される。

一見して、この手段は工作機械のダウンタイムが不必要に長くされていることにつながるかもしれず、これは本発明の目的とむしろ矛盾する。しかしながら、実際は、一般に新しいアプローチで可能なタイムゲインと比較して、タイムディレイは小さい。他方、本改良は、状況の望ましくない構成により予期しない問題が生じるなら、オペレータが、より良くモニターし、もし適当なら開始位置への自動化された移動に介在し得るという利点を有する。もし第２軌道を走行する時に使用される速度がオペレータにより変化され得るなら、この場合、実際の機械加工操作についての特有の専門家知識がなくても、オペレータは自動化されたシーケンスをより良くモニターでき、他方でディレイタイムが同時に最小化される。個々のシナリオにおいて、例えば、ダウンタイムが数時間減少されることが可能であり、他方で低速を使用することにより引き起こされるディレイは、わずか数秒又は数分の範囲にある。

言うまでもなく、上記された及び後で説明される構成は、それぞれに特定された組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせ又はそれら自身において、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得る。

本発明の典型的な実施例は、図面に示されていて、後述の詳細な説明により詳細に説明されている。

図１において、本発明による工作機械は、全体として参照符号１０で示されている。

工作機械１０は、スピンドルボックス１１を有し、これは操作スピンドル１２を含んでおり、これは本発明の意味において工具キャリアを表している。スピンドルボックス１１は、ここでは第１案内往復台１４を介して機械部１８に配置されていて、それが矢印１６の方向に移動可能になっている。矢印１６の方向の移動は、通常ｚ方向の移動を意味する。

機械部１８は、第２案内往復台２０を介して更なる機械部２２に載置されていて、これにより矢印２４の方向、すなわちｙ方向に移動可能である。機械部２２はその結果案内レール２６に着座されていて、再びそれが移動し得るようになっていて、紙面に垂直な移動方向（ｘ方向）が通常の方式で符号２８により示されている。全体として、操作スピンドル１２を含むスピンドルボックス１１は、それゆえ３つの空間方向の全てにおいて移動され、実質的にどの望まれる軌道に沿っても、適当な制御が与えられ得る。

ここで示されている操作スピンドル１２の載置は、現在の工作機械の典型的な（及びここでは単純化された）例を示している。もっとも、本発明はこの種の機械構成に限定されず、他の移動コンセプト、例えば６脚の配置として公知のものの場合においても、又は固定の工具キャリアの機械コンセプトにおいても広く使用され得る。

操作スピンドル１２の下端に配置されるのは、工具受容器３０であり、そこに工具３２が収容される。工具は操作スピンドル１２を介してｚ軸３４の周りに回転されることが可能であり、これが種々の機械加工操作を可能にしている。

参照符号３６は、工作物テーブルを示しており、そこで工作物４０がクランピング装置３８にクランプされている。ここで示される典型的な態様における工作物テーブル３６は、軸４２の周りにピボットされることが可能であり、これは工具３２と工作物４０の相対位置の更に一層の自由度を示す。もっとも、良好な状態のために、本発明はピボット可能な工作物テーブル３６に限定されないことが指摘されるべきである。むしろそれは、例えばロッド状の工作物を機械加工するための、他の移動可能な工作物ホルダを備えた工作機械において、及び移動可能な工作物ホルダを持たない工作機械においても適用され得る。

参照符号４４は、工具マガジンを示し、そこに多数の工具ホルダ４６が貯蔵されている。各工具ホルダ４６は機械加工操作のために設けられた工具を保持しており、この工具は、工具ホルダ４６を用いてスピンドル１２の工具受容器３０にクランプされ得る。ここで示された典型的な態様において、工具ホルダ４６は、軸５０の周りで移動され得るチェーン４８に配置されている。それゆえ、各工具ホルダ４６は、工具交換に適した移送位置５２に持ち込まれ得る。ここで単に概略的に示されている工具交換器５４を用いて、操作スピンドル１２に保持されている工具ホルダは、マガジン４４からのもう１つのものと置き換えられ得る。

再度完全性のため、ここで示されたチェーンコンベアを備えた工具マガジンの替わりに、他のマガジンコンセプトもまた使用され得る。更に、ピボット可能な工作物テーブル３６及び工具交換器５４を備えた工具マガジン４４は、ここでは補助ユニットの典型例として示されており、これらは、工作機械１０の操作シーケンスにおいて、操作スピンドル１２の移動と協調されなければならない。更に補助ユニットは、例えばエアコンプレッサ、クーラントポンプ及び更なるロータリ又はピボット駆動部として構成される。

参照符号５６は制御ユニットを示し、そこにＮＣ制御装置の及びＰＬＣの制御機能性がここでは通常の方式で提供されている。参照符号５８は、制御ユニット５６に属する操作デスクを示す。

制御ユニット５６は、工作機械１０の様々なセンサからステータス信号６０をピックアップし、これらに基づいて、機械加工操作を制御する制御信号６２を生成する。

図２において、制御ユニット５６の２つの機能ユニットが図示され、概略的に構成されている。もっとも、言うまでもなく、この構造は可能な手段を単に示すものであり、示された機能グループは他の組み合わせでも実行され得る。原則として、制御ユニット５６の全制御機能性を市販のＰＣで実行することも可能である。ここで示された２部分機能構造もまた、１つのプロセッサ及び共通のメモリで実行され得る。

操作デスク５８は、とりわけ、データ情報入力のためのキーボード６６及びステータス情報を表示し他のデータを出力するためのここでは示されていないモニターを含む。更に、幾つかのインターフェース６８がここで概略的に示されており、これを介して例えばＮＣ制御プログラムが読み込まれ得る。

上で既に述べられたように、制御ユニット５６は、分割された機能性、すなわちスピンドルの操作移動を制御するためのそれ自体公知のＮＣ制御装置７０と、他の全ての操作移動及び操作を制御するためのＰＬＣを含む。両方の制御装置は、少なくとももしそれらが異なるハードウェアプラットフォームで実現されるなら、それぞれプロセッサ７４、７６、作業メモリ７８、８０及び読み出し専用メモリ８２、８４を有する。とりわけＮＣ制御装置７０の作業メモリ７８に格納されるのは、ＮＣプログラム８６であり、これは連続して実行されるべき多くの制御セット８７を使用することでスピンドル１２の操作移動を決定する。他方、ＮＣ制御装置７０の操作システム８８は、読み出し専用メモリ８２に蓄積される。工作機械のオペレータは、一般に後者に影響を有さないが、彼はＮＣプログラム８６を彼自身で作成し、それを作業メモリ７８にロードする。これは図２に矢印８９で示されている。

参照符号９０及び９２は、２つのＩ／Ｏモジュールを示しており、これらを使用してプロセッサ７４、７６がデータを読み込み及び出力し得る。とりわけ、ＮＣ制御装置７０とＰＬＣ７２の間のデータ交換もまたこれらのインターフェースを介して実行される。

参照符号９４は、開始論理回路を示しており、これは工作機械１０の再開のための新規な方法を実行する。開始論理回路９４は、プログラムモジュール９６、９８を含み、これらはＮＣ制御装置７０の機能性とＰＬＣ７２の機能性の両方に依存する。更に、開始論理回路９４は、ここでは第２軌道の決定をより容易にするパラメータの蓄積のための不揮発性メモリ１００を含む。

本発明による方法を示す目的で、移動シーケンスの２つの例が図３及び４に示されている。これらはクランピング装置３８の概略平面図に関し、そこに工作物４０がクランプされている。図３において工作物４０は、内側輪郭１１２をミルする目的で、例としてミリングヘッド１１０で機械加工される。この場合、ミリングヘッド１１０は第１（相対）軌道１１４に沿って、詳細にはＮＣ制御装置７０に蓄積された制御セット８７を使用することにより、案内される。

もし、例えば緊急停止コマンド又は電力供給の中断の結果として、機械加工操作の予定外の中断が生じた場合、工作機械１０は未定義状態となる。工作機械１０は、好ましくは緊急ルーチンを含むが、これで、例えば最初に述べられたＷＯ ００／６６３２０から公知のように、もし予定外の事象が生じると、ミリングヘッド１１０が緊急ブレーキのタイプでストップされることが可能である。もっとも、これは新規な方法の実行に全く必要ではない。

新規な方法によれば、ミリングヘッド１１０は、それが制御された緊急ブレーキの間又は予期されない事象ゆえに制御されない方式で停止されたかどうかとは関係無く、今や自動的に決定された第２軌道１１６に沿って規定された開始位置１１８内に移動される。この例において、第２軌道はミリングヘッド１１０を（スピンドル１２を用いて）工作物４０から最初にｚ方向に移動させることを含む。ミリングヘッド１１０は、次に制御下で開始位置１１８に移動される。とくに好ましい態様において、規定された開始位置１１８は工作機械４４として構成されるが、これは工作機械１０がこのようにして有利な基本状態に置かれるためである。加えて、ミリングヘッド１１０を工具マガジン４４に置くことは、ミリングヘッド１１０の損傷の単純な調査を可能にする。もっとも、原理上は、開始位置１１８は他の方式でも規定され得る。

図４は、操作シーケンスについてのもう１つのシナリオを他の同じ仮定のもとで示す。もっとも、図３から明確なように、工作物４０はその外側においてミリングヘッド１１０で機械加工され、すなわち外側輪郭は第１軌道１２０に沿ってミルされる。このような場合のため、工作機械１０の再開の間、ミリングヘッド１１０を工作物４０から放射方向に持って離すことが有利な戦略であることが判明した。その次にのみミリングヘッド１１０のｚ方向への退出と、それに続いて開始位置１１８への移動が行われる。対応する第２軌道が、図４において参照符号１２２で示されている。

図３及び４から容易に理解できるように、２つの軌道１１６及び１２２は異なっているが、これは、図３の場合ミリングヘッド１１０がｚ方向にすぐに戻され、他方で図４によるシナリオでは、ミリングヘッド１１０は工作物４０から放射方向に最初に持って離されるためである。第２軌道１１６、１２２の決定は、それゆえ生産操作の予定外の中断が生じた機械加工操作に依存する。

図４の場合、もし、ミリングヘッド１１０が工作物４０の外側輪郭からどれだけ遠く持って離され得るかについての情報を開始論理回路９４が有するなら、適当な第２軌道１２２が有効に決定され得る。対応する距離は図４において参照符号１２４で示されている。それゆえ、図４に示されたタイプの場合にとって、有効なスペースは、詳細にはＮＣプログラム８７に、パラメータとして好ましく蓄積される。

有利な典型的な態様において、第２軌道１１６、１２２のための種々の制御セットが開始論理回路９４に蓄積される。予定外の中断が生じたシナリオの関数としてそれぞれに適当な制御セットが選択される。とくに好ましい選択は、各場合に使用される工具タイプを考慮に入れており、これらは結合されて適当なグループを形成する。１つの典型的な態様において、第２軌道の選択が次のような（要約された）方式で実行される：

ここで上記グループの指定は、独国シーメンスの工具マネジメントから、ＮＣ制御で使用される広範な分類にモデル化されている。もっとも、言うまでもなく、これと異なる他の分類システムもまた使用され得る。

とくに好ましい態様において、工具が開始位置として置かれている工具マガジン４４のような全ての補助ユニットの協調した駆動が、ＮＣ制御装置１７の機能性と並行して実行される。この場合、移動シーケンスを操作スピンドルの移動と協調させる目的で、水圧ピストンと他の駆動部を最初に規定された位置に移動する必要があるかもしれない。

後述のフローチャートに関して、本発明による方法の好ましい典型的な態様が更に説明される。

図５は、工作機械１０の全体の操作シーケンスの概観を示す。第１ステップ１３０において、準備された第２軌道１１６、１２２のための制御セットが、ちょうど説明されたシナリオに合わせて読み込まれる。もっとも、好ましくは、これらの準備された第２軌道は、ＮＣ制御装置７０の読み出し専用メモリ８２に製造業者により蓄積される。ステップ１３２及び１３４において、参照点の情報入力、及び機械加工操作のために設けられたＮＣプログラム８６のローディングもまた行われる。ステップ１３２による参照点の情報入力は、上記表の最後に記載された“フォールバック戦略”を可能にする目的で、有利に実行される。もしステップ１３２による参照点の情報入力が省略されるなら、このフォールバック戦略を実行することは可能でない。しかしながら、予定外の中断のときに存在するシナリオに基づいて、他の戦略が実行され得る。新規な方法のこの減じられた実行においても、ダウンタイムの顕著な減少が十分に達成される。

ステップ１３２（参照点を読み込む）及び１３４（ＮＣプログラムを読み込む）は、ここで示される表現とは異なり、実行されるべきＮＣプログラム８６内に挿入されている参照点により、１つのステップに結合され得る。実行に依存して、分離しているが逆のオーダーもまた可能である。

ステップ１３６において、第１軌道１１４、１２０を制御するためのＮＣプログラム８６に存在していて第２軌道１１６、１２２の適当な決定のために要求される全てのデータは、不揮発性メモリ１００に蓄積される。そして、プログラムブロック１４０、１４２において、機械加工操作が開始される。プログラムブロック１４０は、個々の制御セットの実行を、ＮＣプログラム８６の文脈の範囲内で記号化し、他方、プログラムブロック１４２は、これと並行して動くＰＬＣにおける制御コマンドの実行を表現する。矢印は、相互座標のためのデータ交換が２つのプログラムブロックの間で実行され得ることを示している。参照符号１４４、１４６は、緊急ルーチンを概念的に示しており、これは、もし予定外の事象が生じた場合、これらの制御システムの文脈の範囲内で実行される。緊急ルーチンを使用することにより、もし予定外の事象が生じるとき、工作機械は停止される。

図６は、工作機械１０が緊急ルーチン１４４、１４６を用いて停止されたあとの操作シーケンスを示す。

ステップ１５０において、まず第１に開始コマンドが読み込まれるが、これは工作機械１０の再開を開始する目的で機械オペレータによって生成される。プログラムブロック１５２、１５４において、好ましくはここで（全てのＮＣ軸のために指定された）操作スピンドル１２のため及び工作機械１０に属する補助ユニットのための両方と並行に、第２軌道の決定が次に実行される。操作スピンドル１２及び補助ユニットは、次にそれらの規定された開始位置に持ち込まれ、これはプログラムブロック１５６、１５８で示されている。プログラムステップ１６０において、中断された機械加工操作が部分的に機械加工された工作物に継続されるべきかどうか又は新しい工作物への生産サイクルが開始されるべきかどうかについて、次に決定がなされる。この原則で、制御は次にＮＣ制御ステップに入り、そこで中断が行われ（ステップ１６２）、又は第１ＮＣ制御ステップ（ステップ１６４）で再開がなされる。

図７は、第２軌道を決定するための好ましい典型的な態様を示す。ステップ１７０によれば、先ず第１に、工具の種類（工具タイプ）と中断が生じたシナリオが決定される。場合の識別がなされ、これゆえに多数の準備された制御セットから適当な第２軌道のための制御セットが選択される。好ましい典型的な態様において、更に上に示された表に説明された戦略から選択がなされる。異なる戦略が図７において参照符号１７２、１７４、１７６、１７８、１８０及び１８２により示されている。適当な戦略の選択に続いて、そこに保持されている操作スピンドル１２及び工具３２は、予め規定された第２軌道に沿って開始位置１１８に持ち込まれる。

もう１つの好ましい態様が図８に示されている。この場合、ステップ１９０において、もう一度予想されない中断が生じたシナリオが決定される。次に、プログラムブロック１９２において、通過された機械ステップを使用することにより、第２軌道の決定が中断の時間まで実行される。換言すれば、第２軌道は、これまで逆に走行された通過された第１軌道により決定される。この場合の対応する制御データは、不揮発性方式でセーブされたＮＣプログラム８６から作成され得る。

本発明による工作機械を概観で示す。 図１の工作機械の制御ユニットの概略的な機能ブロック線図を示す。 内側機械加工用ミルの場合における第２軌道の概略図を示す。 外側機械加工用ミルの場合における第２軌道の概略図を示す。 新規な方法の全シーケンスを説明する概略的な機能線図を示す。 予定外の中断に続く図１の工作機械の再開を説明する概略的な機能線図を示す。 図６による方法における好ましい典型的な態様を説明する概略的な機能線図を示す。 図６による方法における代替的な典型的な態様を説明する概略的な機能線図を示す。

Claims (18)

1. 工作物（４０）に対して移動可能な工具キャリア（１２）を含み、工作物（４０）に対する工具キャリア（１２）の相対操作移動を制御するための第１制御装置（５６、７０）を含む工作機械（１０）を操作する方法であって：
   第１制御装置（５６、７０）にロードされた第１制御プログラム（８６）を用いて工具キャリア（１２）の第１相対軌道（１１４、１２０）を制御し、ここで制御プログラムは一連の連続する機械加工操作を規定しており、
   予定外の事象が生じた場合に工具キャリア（１２）の相対操作移動を停止し（１４４、１４６）、
   工具キャリア（１２）の相対操作移動を開始位置（１１８）から再開する工程を含み、
   再開のときに、工具キャリア（１２）が、規定された第２相対軌道（１１６、１２２）に沿って開始位置（１１８）に最初に移動され、予定外の事象が生じた機械加工操作の関数として第２相対軌道（１１６、１２２）が自動的に決定されることを特徴とする工作機械を操作する方法。
2. 工具キャリア（１２）が、機械加工操作の間、選択可能な工具（４６）のセット（４４）からの工具（３２）を保持しており、予定外の事象が生じたときに工具キャリア（１２）に保持されていたこの工具（３２）の関数として第２相対軌道（１１６、１２２）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第２相対軌道（１１６、１２２）が、準備された第２相対軌道（１１６、１２２）のセット（１７２−１８２）から選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 第２相対軌道（１１６、１２２）が、機械加工操作の前に第１制御装置（５６、７０）に、好ましくは第１制御プログラム（８６）に蓄積された第１パラメータの関数として決定される（１３２）ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 第２相対軌道（１１６、１２２）が、第２パラメータの関数として決定され（１３６）、これらが不揮発性メモリ（１００）に蓄積されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 第２相対軌道（１１６、１２２）が、第１制御プログラム（８６）で規定された第１相対軌道（１１４、１２０）の関数として決定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 第２相対軌道（１１６、１２２）が、第１相対軌道（１１４、１２０）の逆イメージとして決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 操作パラメータが、再開において読み込まれ（１１７）、予定外の事象が生じた機械加工操作が、読み込まれた操作パラメータの関数として再び開始される（１６０）ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 工作機械（１０）が、工具キャリア（１２）の第１相対軌道（１１４、１２０）と協調して駆動される補助ユニット（３６、４４）を更に含むこと、及び再開のときに、予定外の事象が生じた機械加工操作の関数としていずれの場合も自動的に決定されるそれぞれの開始位置に全ての補助ユニット（３６、４４）が持ち込まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 補助ユニット（３６、４４）の軌道が、第２制御装置（７２）を用いて制御されること、及び第１及び第２制御装置（７０、７２）が、開始論理回路（９４）を用いて調整されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 工具キャリア（１２）が、第１相対軌道に沿うよりも遅い速度で、第２相対軌道（１１６、１２２）に沿って移動されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 工作物（４０）に対して移動可能な工具キャリア（１２）を含み、一連の連続する機械加工操作を規定する第１制御プログラム（８６）を用いて工具キャリア（１２）の第１相対軌道（１１４、１２０）を制御するための第１制御装置（５６、７０）を含む工作機械、とくに金属製の工作物（４０）の金属切削機械加工のための工作機械であって、機械加工操作の予定外の中断の後、工具キャリア（１２）が、規定された第２相対軌道（１１６、１２２）に沿って開始位置（１１８）に最初に移動され、中断が生じた機械加工操作の関数として第２相対軌道（１１６、１２２）が自動的に決定されるように構成された開始論理回路（９４）により特徴付けられる工作機械。
13. 工具キャリア（１２）のための種々の工具（４６）のセットを提供するための工具マガジン（４４）により特徴付けられていて、開始論理回路（９４）が、予定外の中断が生じたときに工具キャリア（１２）に保持されているこの工具（３２）の関数として第２相対軌道（１１６、１２２）を決定するために構成されている請求項１２に記載の方法。
14. 開始論理回路（９４）が、選択されるべき制御モジュール（１７２−１８２）のセットを準備された第２相対軌道（１１６、１２２）のために含んでいることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の工作機械。
15. 開始論理回路（９４）が、第１相対軌道（１１４、１２０）の逆イメージとしての逆軌道（１１６、１２２）として第２相対軌道（１１６、１２２）を決定するための論理回路部分（１９２）を含んでいることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の工作機械。
16. 少なくとも予定外の中断に続く再開の間、第１及び第２制御装置（７０、７２）と協調する開始論理回路（９４）で補助ユニット（３６、４４）を制御するための第２制御装置（７２）によって特徴付けられる請求項１２〜１５のいずれかに記載の工作機械。
17. プログラムが工作機械制御装置で実行される際に請求項１〜１１のいずれかに記載の方法の全ての工程を実行するためのプログラムコード手段を含む、工作機械のための操作プログラムモジュール。
18. 請求項１７に記載の操作プログラムモジュールが蓄積されたデータ蓄積媒体を含む、コンピュータプログラムプロダクト。
    
    

Images