JP4796936B2 - Processing control device - Google Patents
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Description
本発明は、加工物を加工する加工機を制御する加工制御装置およびそのプログラムに関するものである。 The present invention relates to a machining control device that controls a machining machine that machines a workpiece, and a program thereof.
従来、工作機械などの制御を行う数値制御装置は、予め作成されたNCプログラムのNCコードを解析して位置データや速度データを指令データとしてモータ制御装置に出力して、ワークを加工するように構成されている。このようなNCプログラムは、数値制御装置の操作パネルから直接入力されたり、CAMに加工する形状を入力して、CAMからNCプログラムを自動生成して数値制御装置に読み込ませていた。 Conventionally, a numerical control device that controls a machine tool or the like analyzes a NC code of a previously created NC program and outputs position data and speed data as command data to a motor control device to process a workpiece. It is configured. Such an NC program is directly input from the operation panel of the numerical control device, or a shape to be processed into the CAM is input, and the NC program is automatically generated from the CAM and read into the numerical control device.
近年、3次元CADの普及に伴い複雑な仕上げ形状の設計を3次元CADで行うようになり、3次元CADから、複雑な仕上げ形状がソリッドデータとして出力されるようになってきた。従来から用いられていたCAMではソリッドデータで定義されるような複雑な形状を入力するのは非常に手間のかかる作業であったため、複雑な形状を加工するNCデータを生成するのは困難であったが、三次元CADが出力したソリッドデータをCAMで受け取って工具軌跡を生成することにより、ソリッドデータで定義されるような複雑な形状を加工するNCプログラムを自動的に生成する方法が提案されている(例えば、特許文献1など)。
このように、CAMで三次元のソリッドデータから直接NCプログラムを出力できるようになったおかげで、複雑な加工形状であってもNCプログラムが自動的に生成されるようになり、作業者の負担が大幅に軽減された。 In this way, thanks to the ability to output NC programs directly from 3D solid data with CAM, NC programs can be automatically generated even for complex machining shapes, which is burdened by workers. Was greatly reduced.
しかしながら、ソリッドモデルデータに基づいてCAMから生成されるNCプログラムは、複雑な形状を加工する工具軌跡を小さい線分に分けて直線で近似するようなデータが出力されるため長大であることが多く、CAMがNCプログラムを生成するのに時間がかかる。また、数値制御装置がNCプログラムを解読して加工機の各軸の移動量などを指令する指令値を計算しているが、数値制御装置が長大なNCプログラムを解読するのにも時間がかかり、CAMで工具軌跡を生成してから加工するまでの作業効率を低下させている。 However, NC programs generated from CAM based on solid model data are often long because data that approximates a straight line by dividing a tool trajectory for machining a complex shape into small line segments is output. , It takes time for the CAM to generate the NC program. In addition, although the numerical control device decodes the NC program and calculates the command value for instructing the movement amount of each axis of the processing machine, it takes time for the numerical control device to decode the long NC program. The working efficiency from the generation of the tool trajectory by CAM to the machining is reduced.
さらに、CAMでは工具軌跡が曲線部分であるところを直線で近似して出力するため、仕上げ精度を維持するためにはかなり小さい線分に分ける必要があるが、数値制御装置の演算速度に制限されて、数値制御装置から加工機のサーボに対して出す指示が工具の移動に追いつかなくなることがある。そのため、あまり小さい線分に分けることができない。 Furthermore, in order to output the approximated by a straight line where the tool path in the CAM is a curve portion, it is necessary to divide the much smaller segments in order to maintain the finish precision, it is limited to the operation speed of the numerical controller As a result, an instruction issued from the numerical controller to the servo of the processing machine may not be able to keep up with the movement of the tool. Therefore, it cannot be divided into very small line segments.
そこで、本発明では、工具軌跡を生成してから加工するまでの時間を短縮させるとともに、加工精度を向上させる加工制御装置およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a machining control device and a program for reducing the time from generation of a tool locus to machining and improving machining accuracy.
本発明の加工制御装置は、工具が加工物を加工する加工位置を複数の軸方向に移動させる加工機を制御する加工制御装置であって、
前記加工物を所定の形状に加工する工具軌跡を記憶する工具軌跡記憶手段と、
前記工具が前記加工物を加工する加工速度を記憶する加工速度記憶手段と、
前記工具軌跡を該工具軌跡の曲率が小さい部分は大きい間隔で分割し、該工具軌跡の曲率が大きくなるに従って小さい間隔で分割した分割軌跡を求める分割軌跡算出手段と、
前記工具を前記加工速度に従った速度で各分割軌跡上を移動させて前記加工物を加工するときの該分割軌跡上の各軸位置と各軸方向の速度の時間変化とを軸制御データとして求める軸制御データ算出手段と、
前記軸制御データに従って各軸方向の速度を変えながら前記加工位置を前記分割軌跡上で移動させる前記加工機の駆動部に、各分割軌跡の軸制御データを出力する出力手段とを備えたことを特徴とするものである。
The processing control device of the present invention is a processing control device that controls a processing machine that moves a processing position in which a tool processes a workpiece in a plurality of axial directions,
Tool path storage means for storing a tool path for processing the workpiece into a predetermined shape;
Processing speed storage means for storing a processing speed at which the tool processes the workpiece;
A division trajectory calculating means for dividing the tool trajectory at a portion where the curvature of the tool trajectory is small and dividing the tool trajectory at a small interval as the curvature of the tool trajectory increases;
As axis control data, each axis position on the division trajectory when the tool is moved on each division trajectory at a speed according to the machining speed and the time change of the speed in each axial direction is processed. Axis control data calculation means to be obtained;
An output means for outputting the axis control data of each divided locus is provided in the drive unit of the processing machine that moves the machining position on the divided locus while changing the speed in each axis direction according to the axis control data. It is a feature.
また、本発明のプログラムは、コンピュータを、
工具が加工物を加工する加工位置を複数の軸方向に移動させる加工機を用いて前記加工物を所定の形状に加工する工具軌跡を、該工具軌跡の曲率が小さい部分は大きい間隔で分割し、該工具軌跡の曲率が大きくなるに従って小さい間隔で分割した分割軌跡を求める分割軌跡算出手段と、
前記工具を予め記憶されている加工速度に従った速度で各分割軌跡上を移動させて前記加工物を加工するときの該分割軌跡上の各軸位置と各軸方向の速度の時間変化とを軸制御データとして求める軸制御データ算出手段と、
前記軸制御データに従って各軸方向の速度を変えながら前記加工位置を前記分割軌跡上で移動させる前記加工機の駆動部に、各分割軌跡の軸制御データを出力する出力手段として機能させることを特徴とするものである。
The program of the present invention is a computer,
A tool trajectory for processing the workpiece into a predetermined shape using a processing machine that moves a processing position where the tool processes the workpiece in a plurality of axial directions is divided at a large interval in a portion where the curvature of the tool trajectory is small. A divided trajectory calculating means for obtaining a divided trajectory divided at a small interval as the curvature of the tool trajectory increases;
Each axis position on the division trajectory when the tool is moved on each division trajectory at a speed according to the machining speed stored in advance and the workpiece is machined, and the time change of the speed in each axis direction Axis control data calculation means to be obtained as axis control data;
The drive unit of the processing machine that moves the machining position on the division trajectory while changing the speed in the direction of each axis according to the axis control data functions as an output unit that outputs the axis control data of each division trajectory. It is what.
「軸制御データ」とは、分割軌跡に従って工具の加工位置を移動させるときに各軸を制御するためのデータをいう。 “Axis control data” refers to data for controlling each axis when the machining position of the tool is moved according to the division trajectory.
「加工速度に従った速度」とは、加工速度に近くなるように分割軌跡上を工具を移動させる速度をいい、加工速度と同じ速度でない場合を含む。 The “speed according to the machining speed” refers to a speed at which the tool is moved on the divided trajectory so as to be close to the machining speed, and includes a case where the speed is not the same as the machining speed.
また、前記軸制御データ算出手段は、前記各軸方向の速度の時間変化を所定の時間間隔で求めるものでもよい。 Further, the axis control data calculation means may determine the time change of the speed in each axis direction at a predetermined time interval.
また、前記加工機の加工精度に関するパラメータを記憶するパラメータ記憶手段をさらに備え、
前記分割軌跡算出手段が、前記パラメータに応じて前記工具軌跡を分割する間隔を変えるものであってもよい。
The apparatus further comprises parameter storage means for storing parameters relating to the processing accuracy of the processing machine,
The division trajectory calculation means may change an interval for dividing the tool trajectory according to the parameter.
「加工機の加工精度に関するパラメータ」とは、慣性モーメントや剛性など加工機に依存する物理特性に応じて加工精度を調整するためのパラメータをいい、例えば、加速度や加加速度に関するパラメータがある。 “Parameters related to the processing accuracy of the processing machine” refers to parameters for adjusting the processing accuracy in accordance with physical characteristics that depend on the processing machine, such as moment of inertia and rigidity, for example, parameters related to acceleration and jerk.
さらに、前記軸制御データ算出手段が、前記パラメータに基づき、前記加工位置における前記分割軌跡の曲率が大きく、前記加工速度で加工を行ったときに該分割軌跡に沿って加工できないと予測される部分では、前記加工速度より小さくなるように前記各軸方向の速度を求めるものであってもよい。 Further, the axis control data calculating means is based on the parameter and is predicted to have a large curvature of the division locus at the machining position and cannot be machined along the division locus when machining is performed at the machining speed. Then, you may obtain | require the speed | rate of each said axial direction so that it may become smaller than the said processing speed.
本発明によれば、工具軌跡を曲率に応じて分割した分割軌跡単位で、加工機の各軸の速度と位置を制御する軸制御データを生成して加工機の駆動部に出力することにより、従来のように微小な線分で加工軌跡を近似することなく、加工機が加工軌跡に沿って加工位置を移動させることができるため、複雑な形状を精度良く加工することができる。また、従来のように微小な線分で近似したNCプログラムを出力することがないため、長大なNCプログラムの生成・解析を行う必要がないので時間を短縮することができる。 According to the present invention, by generating the axis control data for controlling the speed and position of each axis of the processing machine and outputting it to the drive unit of the processing machine, in divided trajectory units obtained by dividing the tool path according to the curvature, Since the processing machine can move the processing position along the processing trajectory without approximating the processing trajectory with a minute line segment as in the prior art, a complicated shape can be processed with high accuracy. In addition, since an NC program approximated by a minute line segment is not output as in the prior art, it is not necessary to generate and analyze a long NC program, so that time can be shortened.
加工精度に関するパラメータに応じて工具軌跡を分割する間隔を変えることによって、仕上げ精度が出るように工具軌跡上を正確に加工できるようにすることができる。 By changing the interval at which the tool path is divided according to the parameters relating to the processing accuracy, it is possible to accurately process the tool path so that the finishing accuracy can be obtained.
加工位置における前記分割軌跡の曲率が大きく、前記加工速度で加工を行ったときに該分割軌跡に沿って加工できないと予測される部分では、前記加工速度より小さくなるような軸制御データを生成することで、工具軌跡を外れることなく加工することができる。 In a portion where the curvature of the division trajectory at a machining position is large and machining is performed along the division trajectory when machining is performed at the machining speed, axis control data that is smaller than the machining speed is generated. Therefore, it can process without deviating from a tool locus.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は本発明の加工制御装置を含む加工システムの概略構成図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a machining system including a machining control device of the present invention.
本発明の加工システム1は、加工形状を作成するCAD装置2と、加工機を制御する加工制御装置3と、加工物(ワーク)をテーブルに設置して工具でワークを加工する加工機4とからなる。CAD装置2と加工制御装置3とはネットワーク5で接続される。
A
加工機4は、工具の取り付けられる主軸41と、ワークが設置されるテーブル42と、テーブルを移動させる送り軸(不図示)と、各軸(主軸、送り軸)を駆動させる駆動部45とを備える。通常、主軸は切削動力を伝える軸でありZ軸として表わし、テーブル42を移動させる送り軸をX軸とY軸として表す。
The processing machine 4 includes a
図2に示すように、駆動部45は、加工制御装置3から各軸を制御する軸制御データAを受取る軸制御データ受信部46と、軸制御データAに従って主軸41であるZ軸の移動信号とテーブル42の送り軸43,44であるX軸とY軸の移動信号を生成する信号生成部47と、主軸を駆動するモータ48aに生成した信号を伝達する主軸アンプ48と、送り軸を駆動するモータ49a,49bに生成した信号を伝達するサーボアンプ49とを備える。なお、図2では回転型のモータが示されているが、リニアモータの場合も同様である。また、サーボアンプ49は、X軸とY軸のそれぞれにあるが、便宜上、図2のブロック図では1つにして示している。
As shown in FIG. 2, the
加工制御装置3は、高性能のマイクロコンピュータとメモリが内蔵されており、メモリに記憶されているプログラムをマイクロコンピュータが実行して、X軸、Y軸、Z軸の各を駆動させる軸制御データAを生成する。プログラムは加工機4から発生するノイズなどの影響を受けて書き換えられることがないようにROMなどの書き換え不可能なメモリ上に記憶するのが望ましいが、加工機4が発生するノイズの影響を受けないような構成になっていれば、書き換え可能なメモリにプログラムをロードして実行するようにしてもよい。
The
CAD装置2は、汎用コンピュータ(例えばワークステーション等)の補助記憶装置に読み込まれたCADプログラムが実行されることにより実現される。本実施の形態のCAD装置2は、オペレータが入力したワークの加工形状を、三次元のソリッドモデルMのデータとして出力するものである。 The CAD device 2 is realized by executing a CAD program read into an auxiliary storage device of a general-purpose computer (for example, a workstation). The CAD apparatus 2 according to the present embodiment outputs a workpiece machining shape input by an operator as data of a three-dimensional solid model M.
図3に示すように、加工制御装置3は、各種パラメータ、加工速度F、加工形状をオフセットするオフセット値d、ワークを加工する工具を移動させる間隔であるピックフィードPickなどの入力を行う操作パネル31と、設定されたパラメータを記憶するパラメータ記憶手段311と、加工速度Fを記憶する加工速度記憶手段312と、オフセット値dを記憶するオフセット値記憶手段313と、ピックフィードPickを記憶するピックフィード記憶手段314と、CAD装置2で生成されたソリッドモデルMのデータを入力する入力手段32と、ソリッドモデルMのデータを記憶するモデルデータ記憶手段321と、ソリッドモデルMをオフセット値d分ほどオフセットした形状(曲面や曲線など)を生成するオフセット形状生成手段33と、オフセット形状からワークを加工する工具軌跡を求める工具軌跡生成手段34と、工具軌跡を記憶する工具軌跡記憶手段341と、工具軌跡の曲率に応じて工具軌跡を分割した分割軌跡を求める分割軌跡算出手段35と、工具を加工速度Fに従う速度で分割軌跡上を移動させるときの各軸の軸制御データAを求める軸制御データ算出手段36と、軸制御データAを駆動部に出力する出力手段37とを備える。
As shown in FIG. 3, the
パラメータには、最大加速度、加加速度など各加工機に依存する物理特性に関するパラメータがあり、パラメータに応じて各軸の制御が行われる。また、取り付けられている工具によって最大加速度や加加速度などは異なるため、工具に応じてパラメータを設定するようにしたものが好ましい。 The parameters include parameters related to physical characteristics such as maximum acceleration and jerk that depend on each processing machine, and control of each axis is performed according to the parameters. In addition, since the maximum acceleration, jerk, and the like vary depending on the attached tool, it is preferable to set parameters according to the tool.
オフセット形状生成手段33は、オフセット値記憶手段313に記憶されたオフセット値d分ほどソリッドモデルMの形状をオフセットした形状を生成する。CAD装置2には、通常、仕上げ形状が加工形状として入力され、CAD装置2からは仕上げ形状のソリッドモデルMのデータが出力される。しかし、加工機4に取り付けられた工具で加工を行う際、工具の中心が工具の位置となるように各軸を移動させるため、仕上げ形状の表面形状を工具の中心を移動させて加工を行うと、ワークは仕上げ形状より工具半径分余分に切削されることになる。そこで、工具半径分をオフセット値dとして入力して、ソリッドモデルMの表面形状をオフセットした形状を求める。例えば、図4に示すようなソリッドモデルMの表面形状S0を、ボールエンドミルを用いて加工する場合には、表面形状S0を法線方向tにオフセット値d分ほどオフセットした形状S1(以下、オフセット形状という)を求める。
The offset
工具軌跡生成手段34は、オフセット形状S1の上を工具を移動させる工具軌跡を生成する。ここでは、等高線加工でワークを加工する場合について説明する。ワークを加工する際には、図5に示すように、オフセット形状S1をXY平面に平行な等高平面Q上で切った交線Lに沿って工具を移動させながらワークを切削し、さらに、一定のピックフィードPickでZ軸方向(上→下)に等高平面Qを移動させながら彫り進めて行く。 The tool trajectory generating means 34 generates a tool trajectory for moving the tool on the offset shape S1. Here, the case where a workpiece is machined by contour machining will be described. When machining the workpiece, as shown in FIG. 5, the workpiece is cut while moving the tool along the intersection line L obtained by cutting the offset shape S1 on the contour plane Q parallel to the XY plane. Carving while moving the contour plane Q in the Z-axis direction (up → down) with a constant pick feed Pick.
ピックフィードPickは、工具径やワークの材質に応じて加工に適した値が操作パネル31から入力されてピックフィード記憶手段314に記憶され、XY平面と平行な等高平面Qを指定されたピックフィードPick分動かしながらオフセット形状S1との交線Lを算出して工具軌跡を求める。等高平面Qとオフセット形状S1との交線LはBスプラインなどのパラメトリック曲線で表し、パラメトリック曲線を工具軌跡としてメモリ(工具軌跡記憶手段341)に記憶する。
The pick feed Pick is a value that is suitable for machining according to the tool diameter and workpiece material, is input from the
あるいは、ZX平面、YZ平面に平行な平面とオフセット形状S1との交線を求めて、X軸方向あるいはY軸方向に一定のピックフィードで平面を移動させて彫り進めて行くようにしてもよい。その他、走査加工やスパイラル加工などの加工方法に応じて工具軌跡を生成するようにしてもよい。 Alternatively, an intersection line between the plane parallel to the ZX plane and the YZ plane and the offset shape S1 may be obtained, and the plane may be moved by a constant pick feed in the X-axis direction or the Y-axis direction and carved. . In addition, the tool path may be generated according to a processing method such as scanning processing or spiral processing.
分割軌跡算出手段35は、工具軌跡Lの曲率に応じて工具軌跡Lを分割した分割軌跡を求める。加工機4は、指定された2点間を各軸の速度を制御しながら工具の加工位置を移動させてワークを加工するが、工具軌跡Lの曲率が大きい部分では、加工機4の慣性モーメントや剛性などに影響されて、工具軌跡Lに沿って工具の加工位置を移動させるのが難しい場合がある。そこで、加工機4に指定した2点間を結ぶ工具軌跡Lが、直線から大きく外れることがない方が好ましい。そこで、工具軌跡Lの曲率を求め、図6に示すように、工具軌跡Lを曲率が小さいところは大きい間隔で分割し、曲率が大きくなるに従って小さい間隔で分割し、工具軌跡L上の点P1,P2,P3,・・・,Pi,Pi+1、・・・で分割した複数の分割軌跡l1,l2,l3,・・・,li,・・・に分ける。 The division trajectory calculating means 35 obtains a divided trajectory obtained by dividing the tool trajectory L according to the curvature of the tool trajectory L. The processing machine 4 processes the workpiece by moving the processing position of the tool while controlling the speed of each axis between the two specified points. However, in the portion where the curvature of the tool locus L is large, the moment of inertia of the processing machine 4 is processed. In some cases, it is difficult to move the machining position of the tool along the tool path L due to the influence of rigidity and the like. Therefore, it is preferable that the tool locus L connecting the two points designated to the processing machine 4 does not deviate greatly from the straight line. Accordingly, the curvature of the tool locus L is obtained, and as shown in FIG. 6, the tool locus L is divided at a large interval when the curvature is small, and is divided at a small interval as the curvature increases, and a point P1 on the tool locus L is obtained. , P2, P3,..., Pi, Pi + 1,..., And divided into a plurality of divided trajectories l1, l2, l3,.
つまり、工具軌跡の曲率が小さく(曲率が0に近い)略直線になるところでは大きい分割軌跡lを加工するようなデータを加工機に指示し、曲率が大きいところは短い分割軌跡lを加工するようなデータを加工機に指示する。 That is, when the curvature of the tool locus is small (curvature is close to 0), the processing machine is instructed to process data having a large divided locus l, and when the curvature is large, the short divided locus l is machined. Such data is instructed to the processing machine.
軸制御データ算出手段36は、分割した各分割軌跡l1,l2,l3,・・・,li,・・・に沿って工具を指定された加工速度Fで移動させるときの分割軌跡l上の各軸位置と所定の時間間隔で求めた各軸方向の速度の時間変化とを軸制御データAとして求める。軸制御データAには、分割軌跡上の各軸位置として、分割軌跡上の少なくとも1点の各軸の位置を含むものであればよい。例えば、軸制御データAに分割軌跡l上の始点の位置と分割軌跡に沿って移動させるときの各軸の速度変化とが記録されている場合には、始点の位置から各軸を速度変化に従うように各軸を制御することによって、分割軌跡lに沿って工具の加工位置に移動させることができる。
The axis control data calculation means 36 calculates each of the divided trajectories l when the tool is moved at the specified machining speed F along the respective divided
例えば、図7に示すような分割軌跡lに沿って、指定された加工速度Fでワークを加工するには、工具の加工位置を分割軌跡lの接線方向に加工速度Fで移動させることになる。つまり、加工速度Fを分割軌跡lの接線ベクトルのX,Y,Zの各成分に分け、X軸をX方向の速度成分で移動させ、Y軸をY方向の速度成分で移動させ、Z軸をZ方向の速度成分で移動させる。図7では、分割軌跡l上の始点の位置P1での各軸の速度成分は(V1x、V1y、V1z)となり、終点の位置P2での各軸の速度成分は(V2x、V2y、V2z)となるので、各軸を位置P1からP2に移動する間に各軸の速度をV1x→V2x、V1y→V2y、V1z→V2zに変化させる。また、分割軌跡lに沿うように工具を移動させるには、工具の進行方向が分割軌跡の接線方向に向くように短い時間間隔で各軸の速度を変える必要がある。
For example, in order to machine a workpiece at a designated machining speed F along the division trajectory l as shown in FIG. 7, the machining position of the tool is moved in the tangential direction of the
そこで、図8に示すように、各分割軌跡l上を加工速度Fで工具を移動させるときの各軸を移動させる速度Vx,Vy,Vzの時間変化を表す速度曲線を求める。図8は、Z方向の移動がなくXY平面でのみの移動がある場合を示す。各軸の速度をこの速度曲線に従うように制御することにより、加工位置を分割軌跡lに沿って移動させることができる。そこで、軸制御データAに、例えば、各軸の速度曲線を短い一定の時間間隔Δtで分割した点における各軸の速さと、分割軌跡lの開始点を記録する。また、時間T0から時間Tnまでの速度曲線の積分値が時間T0から時間Tnまでに移動した距離となるので、時間Tnにおける各軸の位置は、分割軌跡lの開始点P0に速度曲線のT0〜Tn間の積分値を加えることにより各軸の位置が求められる。 Therefore, as shown in FIG. 8, a speed curve representing the time change of the speeds Vx, Vy, and Vz for moving the respective axes when the tool is moved at the machining speed F on each divided trajectory l is obtained. FIG. 8 shows a case where there is no movement in the Z direction and there is a movement only in the XY plane. By controlling the speed of each axis so as to follow this speed curve, the machining position can be moved along the division locus l. Therefore, for example, the speed of each axis at the point obtained by dividing the speed curve of each axis at a short constant time interval Δt and the starting point of the divided locus l are recorded in the axis control data A. Further, since the integral value of the velocity curve from time T0 to time Tn is the distance moved from time T0 to time Tn, the position of each axis at time Tn is at the start point P0 of the divided locus l at the velocity curve T0. The position of each axis is obtained by adding the integral value between ~ Tn.
分割軌跡算出手段35では分割軌跡が直線から大きく外れることがないように工具軌跡の分割を行うが、加工機4には最大加速度や加加速度に限界があるため指定された加工速度Fを維持したまま、分割軌跡lに沿って工具の加工位置を移動させることができないところがある。そこで、最大加速度や加加速度に関するパラメータに基づいて、加工位置における分割軌跡lの曲率が大きく、加工速度で加工を行ったときに分割軌跡lに沿って加工できないと予測される部分では、指定された加工速度Fより小さくなるように各軸方向の速度を求める。具体的には、指定された加工速度Fで各軸を移動させたときの加速度と加加速度を求めて、パラメータより加工機4の最大加速度や最大加加速度を超えている部分では、加工位置の移動速度を加工速度記憶手段312に記憶された加工速度Fよりも小さい速度にして最大加速度や最大加加速度を超えないように各軸方向の速度を求めて軸制御データAを生成する。
The division trajectory calculation means 35 divides the tool trajectory so that the division trajectory does not greatly deviate from the straight line. However, since the processing machine 4 has a limit on the maximum acceleration and jerk, the specified machining speed F is maintained. There is a place where the machining position of the tool cannot be moved along the division locus l. Therefore, based on the parameters related to the maximum acceleration and jerk, the curvature of the
加工機4の信号生成部47は、軸制御データの速度に従って各軸の移動信号を生成して主軸アンプ48,サーボアンプ49に出力する。例えば、図8に示すように、軸制御データにΔtの間隔で速度変化が記録され、時間TiのときX軸方向の移動速度がVxiで、時間Ti+1のときX軸方向の移動速度がVx(i+1)であるときには、移動信号は時間Ti〜時間Ti+1の間で、X軸方向の移動速度がVxiからVx(i+1)に変化するような移動信号をサーボアンプ49に出力する。同様に、時間TiのときY軸方向の移動速度がVyiで、時間Ti+1のときY軸方向の移動速度がVy(i+1)であるときには、移動信号は時間Ti〜時間Ti+1の間で、Y軸方向の移動速度がVyiからVy(i+1)に変化するような移動信号をサーボアンプ49に出力する。図8の例では、Z軸方向の移動速度はないので、主軸アンプ48に対する移動信号の出力はない。このように各軸の移動速度を変えることで、分割軌跡lに沿って加工位置を始点の位置P1から終点の位置P2まで移動させることができる。
The
ここで、本発明の加工システム1でワークを加工する流れについて、図9のフローチャートを用いて説明する。
Here, the flow of machining a workpiece by the
加工を行う際、加工機4や用いる工具によって、最大加速度、加加速度などに違いがあらわれる。加工を行う際にある程度の加工精度が出るようにするには、加工機4や用いられる工具に応じて制御方法を調整しなければならない。そこで、加工制御装置3の操作パネル31から、最大加速度、加加速度などに関する種々のパラメータを設定して、パラメータ記憶手段311に記憶する(S100)。
When processing, the maximum acceleration, jerk, and the like vary depending on the processing machine 4 and the tool used. In order to achieve a certain degree of processing accuracy when performing processing, the control method must be adjusted according to the processing machine 4 and the tool used. Therefore, the
オペレータは、CAD装置2を用いて仕上げ形状を加工形状として入力し(S200)、入力された形状に基づいてCAD装置2からソリッドモデルMを出力する(S201)。ソリッドモデルMはネットワーク5を介して加工制御装置3に送信され、加工制御装置3は、入力手段32でCAD装置2から送信されたソリッドモデルMを受信してモデルデータ記憶手段321に記憶する(S101)。さらに、オペレータは加工制御装置3の操作パネル31から、ワークを加工する加工速度F、加工に用いる工具に応じたオフセット値dやピックフィードPickを入力し、加工速度記憶手段312、パラメータ記憶手段311、ピックフィード記憶手段314、オフセット値記憶手段313にそれぞれ記憶する(S102)。
The operator inputs the finished shape as a machining shape using the CAD device 2 (S200), and outputs the solid model M from the CAD device 2 based on the input shape (S201). The solid model M is transmitted to the
加工制御装置3は、オフセット形状生成手段33でソリッドモデルMをオフセット値d分ほどオフセットしたオフセット形状S1を生成し(S103)、工具軌跡生成手段34でオフセット形状S1の上をピックフィードPick分ずつZ軸方向にXY平面に平行な加工面を移動させながらワークを加工するときの工具軌跡Lを生成する(S104)。生成した工具軌跡Lは工具軌跡記憶手段341に記憶される。
The
次に、分割軌跡算出手段35で、工具軌跡Lの曲率に応じて工具軌跡Lを分割した分割軌跡lを求める(S105)。さらに、軸制御データ算出手段36で、分割した各分割軌跡lに沿って加工位置を指定された加工速度Fに従った速度で移動させるときの軸制御データAを生成する(S106)。
Next, the divided locus calculation means 35 obtains a divided
出力手段37は、工具軌跡に沿った順番で分割軌跡l1,l2,l3,・・・,li,・・・の各軸制御データAを加工機4の駆動部45に出力する。駆動部45の軸制御データ受信部46で軸制御データAを受取り(S301)、信号生成部47で受け取った順に従って軸制御データAから各軸を駆動する信号を生成して主軸アンプ48、サーボアンプ49に出力する(S302)。この軸制御データAには分割軌跡の始点と一定の時間間隔Δtで各軸の速度変化が記録されており、各軸を各分割軌跡lの始点から一定の時間間隔Δtで各軸の速度を変えることで分割軌跡lに沿って加工位置を移動させることができる。駆動部45で各軸の速度を変化させるとともに、加工機4に各軸の位置を検出するエンコーダを設けて、加工位置が分割軌跡lからずれないように各軸の速度を調整するフィードバック機構を設けたものが望ましい。
The output means 37 outputs the axis control data A of the divided trajectories l1, l2, l3,..., Li,. The axis control
上述の実施の形態では、ボールエンドミルを用いて加工を行うときのオフセット方法について説明したが、フラットエンドミルなど他のタイプの工具を用いて加工を行うときには、それに応じたオフセット形状を求めるようにすればよい。 In the above-described embodiment, the offset method when machining using a ball end mill has been described. However, when machining using another type of tool such as a flat end mill, an offset shape corresponding to the offset method is obtained. That's fine.
上述の実施の形態では、一定の時間間隔で速度変化を記録した軸制御データを用いて制御する場合について説明したが、決められた時間間隔であれば、一定の時間間隔でなくてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the control is performed using the axis control data in which the speed change is recorded at a constant time interval has been described. However, as long as the time interval is determined, the time interval may not be constant.
また、軸制御データにはある時間間隔で各軸の速度を記録する場合について説明したが、速度の変化分を記録するようにしてもよい。 Moreover, although the case where the speed of each axis is recorded at a certain time interval has been described in the axis control data, the change in speed may be recorded.
上述の実施の形態では、一定の時間間隔で速度変化を記録した軸制御データを駆動部に出力する場合について説明したが、各軸方向の速度の時間変化を表す数式のデータを軸制御データとして駆動部に出力し、駆動部で受け取った数式に従って各軸の速度を変化させるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the axis control data in which the speed change is recorded at a constant time interval is output to the drive unit has been described. However, the mathematical formula data representing the time change of the speed in each axis direction is used as the axis control data. You may make it change the speed of each axis | shaft according to the numerical formula output to the drive part and received by the drive part.
以上、詳細に説明したように、工具軌跡を曲率に応じて分割した分割軌跡単位で、加工機の各軸の速度を制御する制御データを生成して加工機を駆動することにより、従来のように微小な線分で加工軌跡を近似することなく複雑な形状を加工することができるので、精度良く加工を行うことができる。また、従来は、一旦、NCデータに変換していたため、NCデータの解読に時間がかかっていたが、工具軌跡から直接制御データを生成するので、形状の入力から加工までの時間を短縮することができる。 As described above in detail, by generating control data for controlling the speed of each axis of the processing machine in units of divided trajectories obtained by dividing the tool trajectory according to the curvature, the processing machine is driven as before. Since a complicated shape can be machined without approximating the machining locus with very small line segments, machining can be performed with high accuracy. Conventionally, since it was once converted to NC data, it took time to decode the NC data. However, since control data is generated directly from the tool path, the time from shape input to machining can be shortened. Can do.
本実施の形態では、加工制御装置にソリッドモデルを入力して、軸制御データを生成する場合について説明したが、CAD装置から出力してソリッドモデルをCAM装置に出力して、CAM装置で軸制御データを生成して加工制御装置に出力するようにしてもよい。 In the present embodiment, the case where the solid model is input to the machining control device and the axis control data is generated has been described. However, the solid model is output from the CAD device to the CAM device, and the axis control is performed by the CAM device. Data may be generated and output to the machining control device.
CAM装置は、汎用コンピュータ(例えばワークステーション等)の補助記憶装置に軸制御データを生成する機能を備えたプログラムが読み込まれて実行されることにより実現される。上記機能を備えたプログラムは記録媒体やネットワークを介して配布されてコンピュータにインストールされる。 The CAM device is realized by reading and executing a program having a function of generating axis control data in an auxiliary storage device of a general-purpose computer (for example, a workstation). A program having the above functions is distributed via a recording medium or a network and installed in a computer.
1 加工システム
2 CAD装置
3 加工制御装置
4 加工機
5 ネットワーク
31 操作パネル
32 入力手段
33 オフセット形状生成手段
34 工具軌跡生成手段
35 分割軌跡算出手段
36 軸制御データ算出手段
37 出力手段
41 主軸
42 テーブル
43,44 送り軸
45 駆動部
46 軸制御データ受信部
47 信号生成部
48 主軸アンプ
48a,49a,49b モータ
49 サーボアンプ
311 パラメータ記憶手段
312 加工速度記憶手段
313 オフセット値記憶手段
314 ピックフィード記憶手段
321 モデルデータ記憶手段
341 工具軌跡記憶手段
DESCRIPTION OF
Claims (1)
最大加速度を前記加工機の加工精度に関するパラメータとして記憶するパラメータ記憶手段と、
加工形状のモデルから生成される曲線を前記加工物を所定の形状に加工する工具軌跡として前記工具軌跡を記憶する工具軌跡記憶手段と、
前記工具が前記加工物を加工する指定された加工速度を記憶する加工速度記憶手段と、
前記工具軌跡を該工具軌跡の曲率が小さい部分は大きい間隔で分割し該工具軌跡の曲率が大きくなるに従って小さい間隔で分割した分割軌跡を求める分割軌跡算出手段と、
前記工具を前記指定された加工速度に従った移動速度で各分割軌跡上を移動させて前記加工物を加工するときの、前記分割軌跡上における始点の各軸位置と、前記分割軌跡を所定の時間間隔Δtで分割した各点における前記分割軌跡の曲率に応じて前記各点毎に該各点における前記工具の加速度が前記最大加速度を超えないように求めた各軸方向の移動速度と、を軸制御データとして求める軸制御データ算出手段と、
前記軸制御データに従って、前記各分割軌跡上における始点の位置から各軸方向の移動速度を変えながら前記加工位置を前記分割軌跡に沿って該分割軌跡の終点である次の前記分割軌跡の始点の位置まで移動させるとともに、前記分割軌跡の終点における各軸方向の移動速度が次の前記分割軌跡の始点の位置の各軸方向の移動速度に一致するように各軸の移動速度を変化させるように前記加工機の駆動部に各分割軌跡の軸制御データを出力する出力手段と、を備え、
前記所定の時間間隔Δtで求めた各軸方向の移動速度が、前記分割軌跡上の接線方向に前記工具が移動するよう決められたものであり、前記駆動部が、前記軸制御データの前記所定の時間間隔Δtで求めた時間Tiにおける前記各軸方向の移動速度Viが次の時間Ti+1(=Ti+Δt)までに次の時間Ti+1(=Ti+Δt)における前記各軸方向の移動速度Vi+1になるように前記各軸方向の移動速度を変えるものであることを特徴とする加工制御装置。 A processing control device that controls a processing machine that moves a processing position in which a tool processes a workpiece in a plurality of axial directions,
Parameter storage means for storing the maximum acceleration as a parameter relating to the processing accuracy of the processing machine;
Tool trajectory storage means for storing the tool trajectory as a tool trajectory for machining the workpiece into a predetermined shape with a curve generated from a machining shape model;
Processing speed storage means for storing a specified processing speed at which the tool processes the workpiece;
A division trajectory calculating means for dividing the tool trajectory at a portion where the curvature of the tool trajectory is small and dividing the tool trajectory at a small interval as the curvature of the tool trajectory increases;
When machining the workpiece is moved on each divided path at the moving speed in accordance with the processing speed of the tool is the specified, and each axis position of the starting point on the dividing path, the divided trajectory a predetermined the moving speed of each axis direction acceleration of the tool in said each point the each point depending on the curvature of the divided track is determined so as not to exceed the maximum acceleration at each point divided by the time interval Delta] t, Axis control data calculation means for obtaining A as axis control data;
According to the axis control data , the machining position is changed along the division trajectory to the end point of the next division trajectory that is the end point of the division trajectory while changing the moving speed in the axial direction from the position of the start point on the division trajectory. The movement speed of each axis is changed so that the movement speed in the direction of each axis at the end point of the divided locus coincides with the movement speed in the direction of each axis at the position of the start point of the next divided locus. Output means for outputting the axis control data of each division trajectory to the drive unit of the processing machine,
The movement speed in each axial direction obtained at the predetermined time interval Δt is determined so that the tool moves in a tangential direction on the division trajectory, and the driving unit is configured to perform the predetermined control of the axis control data. The movement speed Vi in each axis direction at the time Ti obtained at the time interval Δt is the movement in each axis direction at the next time Ti + 1 (= Ti + Δt) until the next time Ti + 1 (= Ti + Δt). A machining control device characterized in that the moving speed in each of the axial directions is changed so as to be a speed Vi + 1.
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