JP2002006913A

JP2002006913A - 工作機械の数値制御装置および溝加工方法

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Publication number: JP2002006913A
Application number: JP2000186522A
Authority: JP
Inventors: Masataka Tominaga; 昌登富永; Yutaka Kamata; 豊鎌田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP4398070B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溝加工用のプログラムの作成を容易で迅速に行
うことができ、かつ、プログラムサイズを縮小化できる
工作機械の数値制御装置および溝加工方法を提供する。【解決手段】解析実行部３は、ワークの表面に沿った所
定の断面形状の溝の加工を指令する溝加工用指令コード
Ｇ１８２を解析し、溝加工用指令コードＧ１８２に付加
された、ワークに加工する溝の基準経路を特定するため
の基準経路プログラム＄と、溝の断面形状を特定するた
めの断面形状データと、溝を加工するための加工条件デ
ータとに基づいて、溝の全加工に必要なワークと工具と
の相対運動を指令する制御指令を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の数値制
御装置および溝加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型の自由曲面の加工は、たとえば、マ
シニングセンタ等のＣＮＣ工作機械に装着したエンドミ
ル等の切削工具を用いて高速ミーリングにより行われて
いる。このような金型の自由曲面の加工においては、自
由曲面に沿って所定の断面形状をもつ、たとえば、リブ
用の溝を加工する場合も多々ある。金型の自由曲面に沿
って溝を加工するには、ワークに対して切削工具を溝の
両端部間で往復させて行うが、このワークに対する切削
工具の経路をすべて記述したプログラムを作成する必要
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、上記のよう
な溝加工用プログラムは、プログラムサイズが大きくな
るという不利益が存在した。すなわち、加工する溝の全
体を加工するための切削工具の全ての経路を直線補間し
たＮＣデータを作成する必要があるため、プログラムサ
イズが膨大となる。特に、溝を加工するワークの表面が
自由曲面となっている場合には、ＮＣデータの量が膨大
になる。プログラムサイズが大きいと、プログラムミス
も発生しやすく、切削工具の経路を間違ったり、切削工
具の速度を間違ったりして、溝の加工面精度が低下する
等の問題があった。

【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みて成されたも
のであって、溝加工用のプログラムの作成を容易で迅速
に行うことができ、かつ、プログラムサイズを縮小化で
きる工作機械の数値制御装置および溝加工方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の工作機械の数値
制御装置は、工具によるワークの加工手順を規定する加
工プログラムを解析実行し、工作機械を駆動する制御指
令を生成する解析実行部を備えた工作機械の数値制御装
置であって、前記解析実行部は、ワークの表面に沿った
所定の断面形状の溝の加工を指令する溝加工用指令コー
ドを解析し、当該溝加工用指令コードに付加された、ワ
ークに加工する溝の基準経路を特定するための基準経路
プログラムと、前記溝の断面形状を特定するための断面
形状データと、前記溝を加工するための加工条件データ
とに基づいて、前記溝の全加工に必要なワークと工具と
の相対運動を指令する制御指令を生成する。

【０００６】前記解析実行部は、前記基準経路プログラ
ムから前記溝の基準経路を逆上る逆経路を特定するため
の逆経路プログラムを作成し、当該基準経路プログラム
と逆経路プログラムとを用いて前記溝の全加工に必要な
制御指令を生成する。

【０００７】本発明の工作機械の数値制御装置は、前記
逆経路プログラムを記憶保持する記憶手段を有する。

【０００８】好適には、前記解析実行部は、前記逆経路
を移動する工具の送り速度が、前記基準経路を移動する
工具の送り速度と一致するように前記逆経路を移動する
工具の送り速度データを生成する。

【０００９】前記解析実行部は、前記基準経路プログラ
ムと前記逆経路プログラムとを交互に用いて、ワークに
対する工具の移動経路を前記基準経路または逆経路に対
して溝の幅方向にオフセットしつつ溝内の同一面を所定
の切り込み量で加工する制御指令を生成する。

【００１０】前記解析実行部は、前記断面形状データと
前記加工条件データとに基づいて、工具と溝の側面との
間に干渉が発生しないかをチェックする

【００１１】前記解析実行部は、前記断面形状データと
前記加工条件データとに基づいて、工具が溝の側面に接
するための溝の幅方向の工具のオフセット量を算出す
る。

【００１２】前記断面形状データは、溝の開口部の幅
と、溝の底部の幅と、溝の各側面の傾きと、溝の加工初
期位置とを含んでいる。

【００１３】前記加工条件データは、工具の溝の深さ方
向の切り込み量と、工具の溝の幅方向のオフセット量を
特定するためのオフセット情報と、工具の刃先の種別を
特定する刃先情報と、工具径情報とを含んでいる。

【００１４】前記ワークの表面は自由曲面となってい
る。

【００１５】本発明の工作機械による溝加工方法は、加
工プログラムにしたがって工作機械を駆動してワークの
加工を実行する数値制御装置を備えた工作機械による溝
加工方法であって、ワークの表面に沿った所定の断面形
状の溝の加工を指令する溝加工用指令コードに、ワーク
に加工する溝の基準経路を特定するための基準経路プロ
グラムと、前記溝の断面形状を特定するための断面形状
データと、前記溝を加工するための加工条件データとを
付加して溝加工用プログラム作成するプログラム作成ス
テップと、前記溝加工用プログラムを前記数値制御装置
にダウンロードし、この溝加工用プログラムを解析し、
前記溝の全加工に必要なワークと工具との相対運動を指
令する制御指令を生成し、当該溝加工を行う実行ステッ
プとを有する。

【００１６】前記実行ステップは、前記基準経路プログ
ラムから前記溝の基準経路を逆上る逆経路を特定するた
めの逆経路プログラムを作成し、当該基準経路プログラ
ムと逆経路プログラムとを用いて前記溝の全加工に必要
な制御指令を生成する。

【００１７】本発明の工作機械による溝加工方法は、前
記生成した逆経路プログラムを前記数値制御装置の具備
する記憶手段に記憶保持する。

【００１８】好適には、前記実行ステップは、前記逆経
路を移動する工具の送り速度が、前記基準経路を移動す
る工具の送り速度と一致するように前記逆経路を移動す
る工具の送り速度データを生成する。

【００１９】前記実行ステップは、前記基準経路プログ
ラムと前記逆経路プログラムとを交互に用いて、ワーク
に対する工具の移動経路を前記基準経路または逆経路に
対して溝の幅方向にオフセットしつつ溝内の同一面を所
定の切り込み量で加工する制御指令を生成する。

【００２０】前記実行ステップは、前記断面形状データ
と前記加工条件データとに基づいて、工具と溝の側面と
の間に干渉が発生しないかをチェックする。

【００２１】前記実行ステップは、前記断面形状データ
と前記加工条件データとに基づいて、工具が溝の側面に
接するための溝の幅方向の工具のオフセット量を算出す
る。

【００２２】前記断面形状データは、溝の開口部の幅
と、溝の底部の幅と、溝の各側面の傾きと、溝の加工初
期位置とを含んでいる。

【００２３】前記加工条件データは、工具の溝の深さ方
向の切り込み量と、工具の溝の幅方向のオフセット量を
特定するためのオフセット情報と、工具の刃先の種別を
特定する刃先情報と、工具径情報とを含んでいる。

【００２４】本発明の溝加工方法は、自由曲面をもつワ
ークに溝を加工する。

【００２５】本発明では、ワークの表面に沿って溝を加
工する際に、溝加工用指令コードに、溝の基準経路を特
定する基準経路プログラムと、断面形状を特定するため
の断面形状データと、加工条件データとを付加して溝加
工用プログラムを作成する。この溝加工用プログラムを
数値制御装置にダウンロードして解析、実行すると、溝
の全加工に必要なワークと工具との相対運動を指令する
制御指令が生成され、溝の加工が行われる。このよう
に、本発明では、溝加工のためにワークと工具との相対
運動の全てを記述したプログラムを作成するのではな
く、溝加工用指令コードにおいて溝の基準経路、溝の断
面形状および加工条件を指定するのみで、溝の全加工が
行われる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の数値制御装
置によって駆動される工作機械としてのマシニングセン
タの一例を示す構成図である。図１に示すマシニングセ
ンタは、いわゆる門型のマシニングセンタであって、門
型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持
されたクロスレール３７を備え、このクロスレール３７
上に移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５
が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。

【００２７】サドル４４には、水平方向にクロスレール
３７内を通じて図示しないナット部を備え、このナット
部にボールねじ４１が螺合している。ボールねじ４１の
端部には、Ｘ軸サーボモータ１８が設けられており、ボ
ールねじ４１はＸ軸サーボモータ１８によって回転駆動
される。ボールねじ４１の回転駆動によって、サドル４
４はＸ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５
のＸ軸方向の移動が行われる。

【００２８】さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向
に図示しないナット部を備えており、このナット部にボ
ールねじ４２が螺合している。ボールねじ４２の端部に
は、Ｚ軸サーボモータ２０が設けられている。Ｚ軸サー
ボモータ２０によってボールねじ４２が回転駆動され、
これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５
のＺ軸方向の移動が行われる。

【００２９】ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵さ
れ、主軸モータ３１は、ラム４５の先端に設けられるエ
ンドミルなどの切削工具Ｔを回転駆動する。ラム４５の
下方には、Ｙ軸テーブル３５がＹ軸方向に移動可能に設
けられている。Ｙ軸テーブル３５は、図示しないナット
部を備えており、このナット部にＹ軸方向に沿って設け
られた図示しないボールねじが螺合しており、このボー
ルねじにＹ軸サーボモータ１９が接続されている。Ｙ軸
テーブル３５は、Ｙ軸サーボモータ１９の回転駆動によ
ってＹ軸方向の移動が行われる。

【００３０】なお、上記のＸ軸サーボモータ１８、Ｙ軸
サーボモータ１９およびＺ軸サーボモータ２０の駆動制
御は、ＮＣ装置１によって行われる。また、門型コラム
３８には、図示しない雌ねじ部がそれぞれ形成されてお
り、これに螺合するボールねじ３２ａをクロスレール昇
降用モータ３２によって回転駆動することによりクロス
レール３７は昇降する。さらに、切削工具Ｔは自動工具
交換装置（ＡＴＣ）３９によって種々のものに交換可能
になっており、各種アタッチメントの交換も自動交換装
置（ＡＡＣ）４０によって種々のものに交換可能になっ
ている。

【００３１】図２は、本発明の数値制御装置の一実施形
態に係るＮＣ装置１の基本構成を示す説明図である。図
２において、ＮＣ装置１は、プログラム記憶部２と、プ
ログラム解析実行部３と、Ｘ軸サーボ制御部１２、Ｙ軸
サーボ制御部１３およびＺ軸サーボ制御部１４と、Ｘ軸
サーボドライバ１５、Ｙ軸サーボドライバ１６およびＺ
軸サーボドライバ１７とを有している。また、Ｘ軸サー
ボドライバ１５、Ｙ軸サーボドライバ１６およびＺ軸サ
ーボドライバ１７には、Ｘ軸サーボモータ１８、Ｙ軸サ
ーボモータ１９およびＺ軸サーボモータ２０が接続され
ている。Ｘ軸サーボモータ１８、Ｙ軸サーボモータ１９
およびＺ軸サーボモータ２０には、たとえば、光学式の
ロータリエンコーダなどの回転位置検出器１８ａ，１９
ａおよび２０ａがそれぞれ備わっている。

【００３２】プログラム記憶部２は、工具によるワーク
の加工手順を規定するＮＣプログラムを記憶保持する。
プログラム解析実行部３は、例えば、ワークを加工する
工具の加工手順を所定の言語でプログラミングした加工
プログラムを解析し、得られた工具の速度情報をもつ軌
跡データを各制御軸に対する速度指令（制御指令）に変
換し、これを各制御軸に分配する。なお、プログラム解
析実行部３の具体的構成については後述する。

【００３３】Ｘ軸サーボ制御部１２、Ｙ軸サーボ制御部
１３およびＺ軸サーボ制御部１４は、位置ループ、速度
ループおよび電流ループから構成される。位置ループ
は、たとえば、プログラム解析実行部３から入力された
各制御軸の位置指令（移動量）を受けて、これらの移動
量と各サーボモータ１８〜２０の回転位置を検出する回
転位置検出器１８ａ〜２０ａからの位置フィードバック
信号との偏差に比例動作を施して（位置ループゲインω
₀ をかける）、これを速度ループに対する速度指令とし
て出力する。速度ループは、たとえば、前記速度指令と
回転位置検出器１８ａ〜２０ａからの位置フィードバッ
ク信号のサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバ
ック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施して
トルク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ル
ープは、たとえば、各サーボモータ１８〜２０の駆動電
流から換算した各サーボモータ１８〜２０の出力トルク
信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流
指令とし、これをサーボドライバ１５〜１７に所定の電
気信号に変換して出力する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボ制御部
１２〜１４は、本実施形態ではソフトウエアによって実
現されるが、ハードウエアによっても実現可能である。

【００３４】Ｘ軸サーボドライバ１５、Ｙ軸サーボドラ
イバ１６およびＺ軸サーボドライバ１７は、Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸サーボ制御部１２〜１４からの電流指令を増幅した駆
動電流をＸ，Ｙ，Ｚサーボモータ１８〜２０に出力す
る。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ１８〜２０は駆動電流に
応じて駆動され、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ１８〜２０
に備わった回転位置検出器１８ａ〜２０ａは、Ｘ，Ｙ，
Ｚ軸サーボモータ１８〜２０の回転量に応じた検出パル
スをＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボ制御部１２〜１４に対して出力
する。回転位置検出器１８ａ〜２０ａとしては、例え
ば、インクリメンタル方式のロータリエンコーダまたは
アブソリュート方式のロータリエンコーダを用いること
ができる。インクリメンタル方式のロータリエンコーダ
を用いた場合には、当該ロータリエンコーダは１回転毎
の位置信号を回転パルス信号として出力することから、
回転パルス信号の数をＸ，Ｙ，Ｚ軸サーボ制御部１２〜
１４において管理することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボ
モータ１８〜２０の絶対位置が管理できる。

【００３５】なお、上記の各機能は、一般的なＮＣ装置
に本来的に備わった機能である。また、ＮＣ装置に使用
される加工プログラムは、一般的には、ＣＡＤシステム
や自動プログラミングシステム、ＣＡＭシステム等によ
って自動的に作成され、所定の記憶媒体を介して、また
は、通信手段によってＮＣ装置１にダウンロードされ
る。

【００３６】図３は、図２に示したＮＣ装置１のハード
ウエア構成の一例を示す図である。図２に示したＮＣ装
置１の各機能は、たとえば、図３に示すような構成のハ
ードウエアによって実現される。図３において、マイク
ロプロセッサ２１は、ＲＯＭ（Read Only Memory) ２
２、ＲＡＭ（Random Access Memory) ２３、インターフ
ェース回路２４、グラフィック制御回路２５、表示装置
２６、キーボード２８、ソフトウエアキー２７等とバス
を介して接続されている。マイクロプロセッサ２１は、
ＲＯＭ２２に格納されたシステムプログラムにしたがっ
て、ＮＣ装置１全体を制御する。

【００３７】ＲＯＭ２２には、上記したプログラム解析
実行部３、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボ制御部１２〜１４などを
実現するプログラムや、ＮＣ装置１全体を制御するため
のシステムプログラムが格納される。ＲＡＭ２３は、Ｒ
ＯＭ２２に格納されたプログラムがダウンロードされた
り、各種のＮＣプログラム、データなどが格納され、例
えば、後述する補正量データ等が格納される。

【００３８】グラフィック制御回路２５は、ディジタル
信号を表示用の信号に変換し、表示装置２６に与える。
表示装置２６には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示
装置が使用される。表示装置２６は、ソフトウエアキー
２７またはキーボード２８を用いてオペレータが対話形
式でマニュアル操作によって加工プログラムを作成して
いくときに、形状、加工条件および生成された加工プロ
グラム等を表示する。オペレータは、表示装置２６に表
示される内容（対話形データ入力画面）にしたがってデ
ータを入力することにより、加工プログラムを作成する
ことができる。表示装置２６の画面には、その画面で受
けられる作業またはデータがメニュー形式で表示され
る。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニュー
の下のソフトウエアキー２７を押すことにより行う。キ
ーボード２８は、ＮＣ装置１に必要なデータを入力する
のに使用される。

【００３９】インターフェース回路２４は、マイクロプ
ロセッサ２１から出力された位置指令等の指令を所定の
信号に変換してＸ〜Ｚ軸サーボドライバ１５〜１７に出
力する。また、インターフェース回路２４は、Ｘ〜Ｚ軸
サーボモータ１８〜２０に備わった位置検出器１８ａ〜
２０ａからの、たとえば検出パルスを逐次カウントし、
所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ２
１に出力する。

【００４０】次に、上記したプログラム解析実行部３の
具体的構成について説明する。プログラム解析実行部３
は、ワークの表面に沿った所定の断面形状の溝の加工を
指令する溝加工用指令コードを解読可能となっている。
ここで、溝加工用指令コードのフォーマットの一例を以
下に示す。

【００４１】Ｇ１８２ X Y Z R I J K₁ K₂ Q
P D E F $

【００４２】この溝加工用指令コードＧ１８２は、たと
えば、図４に示すように、自由曲面ＦＳをもつワークＷ
に、エンドミルを用いて溝ＴＲを加工するためのコード
である。

【００４３】溝加工用指令コードＧ１８２において、＄
は、図４に示す溝ＴＲの一端の点Ｐ１から他端の点Ｐ２
に向かう基準経路ＢＬを特定するための基準経路プログ
ラムである。具体的には、基準経路プログラム＄は、た
とえば、Ｘ、ＹおよびＺ軸方向の座標を特定した点列で
ある。

【００４４】ＸおよびＹは、Ｘ軸方向の加工初期位置で
ある。なお、Ｚ軸方向の加工初期位置は現在位置であ
る。

【００４５】Ｚは、図４に示すように、ワークＷの自由
曲面ＦＳに沿って溝ＴＲの開口の中心を通る基準経路Ｂ
Ｌの一端の点Ｐ１のＺ軸方向の座標である。Ｒは、図５
に示すように、溝ＴＲのＺ軸方向（深さ方向の）のＲ点
（加工開始点）の座標である。

【００４６】Ｉは、図５に示すように、溝ＴＲの開口の
幅である。なお、溝ＴＲは基準経路ＢＬに関して左右が
均等な溝であるとする。Ｊは、溝ＴＲの開口から底部ま
での深さである。すなわち、点Ｐ１から溝ＴＲの底部ま
での距離である。

【００４７】Ｋ₁ は、溝ＴＲの進行方向に関して左側面
ＴＲａの傾きであり、Ｋ₂ は溝ＴＲの進行方向に関して
右側面ＴＲｂの傾きである。なお、Ｋ₁ ，Ｋ₂ の一方の
みが指定されている場合には、Ｋ₁ ＝Ｋ₂ とみなし、Ｋ
₁ ，Ｋ₂ のいずれも指定されていない場合には、Ｋ₁ ＝
Ｋ₂ ＝０とみなす。

【００４８】Ｑは、工具ＴのＺ軸方向の一回あたりの切
り込み量である。切り込み量Ｑは、溝ＴＲの深さＪとの
間で、Ｑ≦Ｊの関係を満たすように設定する。また、｜
Ｒ−Ｚ｜≦Ｑを満たすように設定する。

【００４９】Ｐは、溝ＴＲの幅方向の工具のオフセット
率である。このオフセット率Ｐは、０＜Ｐ≦１００％の
範囲で設定される。Ｄは、工具径補正番号である。この
工具径補正番号は、工具の直径である。したがって、Ｄ
×Ｐ／１００が工具のオフセット量となる。

【００５０】Ｅは、工具の刃先を指定するパラメータで
あり、Ｅ＝０の場合は工具がボールエンドミルであり、
Ｅ＝１の場合はフラットエンドミルである。Ｆは、工具
を溝ＴＲの幅方向に移動させるとき、および、Ｚ軸方向
に移動させるときの送り速度である。

【００５１】ここで、上記の基準経路プログラム＄は本
発明の基準経路プログラム実施態様であり、溝ＴＲの開
口幅Ｉ，深さＪ，側面ＴＲａ，ＴＲｂの傾きＫ₁ ，Ｋ₂
は本発明の断面形状データを構成しており、初期位置
Ｘ，Ｙ、加工開始位置Ｒ、点Ｐ１のＺ軸方向の座標Ｚ，
切り込み量Ｑ、オフセット率Ｐ、工具補正番号Ｄ、工具
刃先指定パラメータＥ、送り速度Ｆは本発明の加工条件
データを構成している。

【００５２】プログラム解析実行部３は、溝加工用指令
コードＧ１８２に付加された、基準経路プログラム＄
と、溝ＴＲの開口幅Ｉ，深さＪ，側面ＴＲａ，ＴＲｂの
傾きＫ ₁ ，Ｋ₂ と、初期位置Ｘ，Ｙ、加工開始位置Ｒ、
点Ｐ１のＺ軸方向の座標Ｚ，切り込み量Ｑ、オフセット
率Ｐ、工具補正番号Ｄ、工具刃先指定パラメータＥ、送
り速度Ｆとに基づいて、溝ＴＲの全加工に必要なワーク
と工具との相対運動を指令する制御指令を生成する。

【００５３】逆経路プログラム生成機能具体的には、プログラム解析実行部３は、図４に示すよ
うに、基準経路プログラム＄から溝ＴＲの基準経路ＢＬ
を逆上る逆経路ＩＮＬを特定するための逆経路プログラ
ムＩＰＲを作成する。すなわち、逆経路プログラムＩＰ
Ｒは、基準経路ＢＬの他端部Ｐ２から一端部Ｐ１に向か
う経路ＩＮＬを特定するプログラムである。

【００５４】また、プログラム解析実行部３は、逆経路
プログラムＩＰＲを生成する際には、逆経路ＩＮＬを移
動する工具の送り速度が、基準経路ＢＬを移動する工具
の送り速度と一致するように逆経路ＩＮＬを移動する工
具の送り速度データを生成する。基準経路ＢＬを移動す
る工具の送り速度は、その情報が基準経路プログラム＄
に含まれている場合もあり、あるいは、Ｆコードによっ
て加工プログラムで指定されている場合もある。プログ
ラム解析実行部３は、逆経路プログラムＩＰＲを生成す
ると、この逆経路プログラムＩＰＲを、図２に示したよ
うに、プログラム記憶部２に出力し、逆経路プログラム
ＩＰＲは一時的に記憶保持される。

【００５５】往復動作指令生成機能プログラム解析実行部３は、基準経路プログラム＄と逆
経路プログラムＩＰＲとを用いて溝ＴＲの全加工に必要
な制御指令を生成する。ここで、図６および図７を参照
してプログラム解析実行部３の制御指令の生成方法につ
いて説明する。図６に示すように、工具ＴをＲ点から切
り込み量Ｑで切り込み、の開始位置Ｐａまで移動す
る。プログラム解析実行部３は、この位置Ｐａから、図
７に示すように、経路Ｔ１に沿って工具Ｔを位置Ｐｂま
で移動させる制御指令を生成する。この経路Ｔ１は、基
準経路プログラム＄で特定される基準経路ＢＬを切り込
み方向（Ｚ軸方向）に所定のオフセット量で補正したも
のである。

【００５６】プログラム解析実行部３は、位置Ｐｂまで
移動する制御指令を生成したら、工具Ｔを溝ＴＲの幅方
向に移動させる指令、すなわち、位置Ｐｂから位置Ｐｃ
に移動させる指令を生成する。この位置Ｐｂから位置Ｐ
ｃへの移動指令は、上記したオフセット率Ｐおよび工具
補正番号Ｄから特定されるオフセット量と送り速度Ｆと
から生成される。

【００５７】プログラム解析実行部３は、位置Ｐｃまで
移動する制御指令を生成したら、経路Ｔ２に沿って工具
Ｔを位置Ｐｄまで移動させる制御指令を生成する。この
経路Ｔ２は、逆経路プログラムＩＰＲで特定される逆経
路ＩＮＬを切り込み方向（Ｚ軸方向）および溝ＴＲの幅
方向に所定のオフセット量で補正したものである。な
お、経路Ｔ２と上記の経路Ｔ１とは同一面内に存在す
る。

【００５８】プログラム解析実行部３は、位置Ｐｄまで
移動する制御指令を生成したら、工具Ｔを溝ＴＲの幅方
向に移動させる指令、すなわち、位置Ｐｄから位置Ｐｅ
に移動させる指令を生成する。この位置Ｐｄから位置Ｐ
ｅへの移動指令は、上記したオフセット率Ｐおよび工具
補正番号Ｄから特定されるオフセット量と送り速度Ｆと
から生成される。

【００５９】プログラム解析実行部３は、位置Ｐｅまで
移動する制御指令を生成したら、経路Ｔ３に沿って工具
Ｔを位置Ｐｆまで移動させる制御指令を生成する。この
経路Ｔ３は、基準経路プログラム＄で特定される基準経
路ＢＬを切り込み方向（Ｚ軸方向）および溝ＴＲの幅方
向に所定のオフセット量で補正したものである。なお、
経路Ｔ３と上記の経路Ｔ１およびＴ２とは同一面内に存
在する。

【００６０】プログラム解析実行部３は、位置Ｐｆまで
工具Ｔを移動させる指令を生成したら、工具Ｔをこの位
置Ｐｆから上記の位置Ｐｂに移動させる指令を生成す
る。さらに、プログラム解析実行部３は、切り込み量Ｑ
でＺ軸方向の位置Ｐｇに工具Ｔを移動させ、上記〜
の位置で溝ＴＲ内の同一面を所定の切り込み量Ｑで加工
する指令と同様の指令を生成する。すなわち、図６に示
すように、工具Ｔを、およびの位置にオフセット
しつつ溝ＴＲ内の同一面を所定の切り込み量Ｑで加工す
る指令を生成する。

【００６１】プログラム解析実行部３は、図６に示すよ
うに、工具Ｔを、およびの位置に移動させて、溝
ＴＲの底部まで加工したら工具Ｔを初期位置に移動させ
る指令を生成する。

【００６２】干渉チェック機能プログラム解析実行部３は、溝ＴＲの断面形状データと
加工条件データとに基づいて、工具Ｔと溝ＴＲの側面Ｔ
Ｒａ，ＴＲｂとの間に干渉が発生しないかをチェックす
る。すなわち、プログラム解析実行部３は、工具Ｔを切
り込み量ＱでＺ軸方向に移動し、かつ、溝幅方向にオフ
セットさせたときに、工具Ｔが溝ＴＲの両側面ＴＲａ，
ＴＲｂに食い込まずに接する工具Ｔのオフセット量を算
出する。

【００６３】ここで、溝ＴＲの両側面ＴＲａ，ＴＲｂの
位置は、次の方程式（１）で表すことができる。なお、
ｍは両側面ＴＲａ，ＴＲｂの傾きであり上記のＫ₁ ，Ｋ
₂ から決定される。また、ｂは定数である。

【００６４】

【数１】ｙ＝ｍｘ＋ｂ …（１）

【００６５】工具Ｔの位置は、次の方程式（２）で表す
ことができる。なお、Ｐ₀ は工具Ｔの溝方向の位置であ
り、Ｒ₀ は所定の円の直径であり、Ｑ₀ は切り込み方向
（Ｚ軸方向）の工具Ｔの位置である。

【００６６】

【数２】Ｒ₀ ² ＝（ｘ−Ｐ₀ ）² ＋（ｙ−Ｑ₀ ）² …（２）

【００６７】（２）式のｙに（１）式を代入すると、次
の方程式（３）が得られる。

【００６８】

【数３】Ｒ₀ ² ＝（ｘ−Ｐ₀ ）² ＋（ｍｘ＋ｂ−Ｑ₀ ）² ＝ｘ² −２ｘＰ₀ ＋Ｐ₀ ² ＋ｍ² ｘ² ＋２ｍ（ｂ−Ｑ₀ ）＋（ｂ−Ｑ₀ ）² ＝（ｍ² ＋１）ｘ² ＋（２ｍ（ｂ−Ｑ₀ ）−２Ｐ₀ ）ｘ＋Ｐ₀ ² ＋（ｂ −Ｑ₀ ）² （ｍ² ＋１）ｘ² ＋（２ｍ（ｂ−Ｑ₀ ）−２Ｐ₀ ）ｘ＋Ｐ₀ ² ＋（ｂ−Ｑ₀ ）² −Ｒ₀ ² ＝０ …（３）

【００６９】工具Ｔと溝ＴＲの両側面ＴＲａ，ＴＲｂと
が接するためには、上記の（３）式の判別式Ｄ₀ が零と
なればよい。このことから次式（４）が得られる。

【００７０】

【数４】Ｄ₀ ＝ｍ² Ｐ₀ ² ＋２ｍ（ｂ−Ｑ₀ ）Ｐ₀ ＋ｂ² −２ｂＱ₀ ＋Ｑ₀ ² −ｍ² Ｒ₀ ² −Ｒ₀ ² ＝０ …（４）

【００７１】（４）式において、偶数解の公式でＰ₀ に
ついて解くと、次式（５）に示す解が得られる。

【００７２】

【数５】Ｐ₀ ＝｛−（ｂ−Ｑ₀ ）±Ｒ₀ （ｍ² ＋１）^1/2 ｝／２ …（５）

【００７３】ここで、Ｐ₀ の解は２つ存在する。これら
のうち、｛−（ｂ−Ｑ₀ ）−Ｒ₀ （ｍ² ＋１）^1/2 ｝／
２が工具Ｔと溝ＴＲの一方の側面とが接するときの溝幅
方向の交点位置であり、｛−（ｂ−Ｑ₀ ）＋Ｒ₀ （ｍ²
＋１）^1/2 ｝／２が工具Ｔと他方の側面とが接するとき
の溝幅方向の交点位置である。

【００７４】プログラム解析実行部３では、上述した手
順で工具Ｔと溝ＴＲの側面との接する位置を求めて、工
具Ｔが溝ＴＲの側面に干渉するのを防ぐ。

【００７５】次に、上記構成のマシニングセンタによる
溝加工方法の一例について図８に示すフローチャートを
参照して説明する。まず、上述した溝加工用指令コード
Ｇ１８２を用いて、溝加工用のＮＣプログラムを作成す
る（ステップＳ１）。すなわち、メイン加工プログラム
ＭＰＲ中に、溝加工用指令コードＧ１８２に基準経路プ
ログラム＄、溝ＴＲの断面形状データおよび溝ＴＲを加
工するための加工条件データを付加したプログラムを埋
め込む。

【００７６】次いで、作成したＮＣプログラムをＮＣ装
置１にダウンロードし、このＮＣプログラムをプログラ
ム記憶部２に記憶する（ステップＳ２）。次いで、ＮＣ
装置１のプログラム解析実行部３では、プログラム記憶
部２に記憶されたＮＣプログラムを読み出し、このＮＣ
プログラムに含まれる溝加工用指令コードＧ１８２およ
びこれに付加された情報を解析し、上記した逆経路プロ
グラムＩＰＲを生成する（ステップＳ３）。このとき、
逆経路ＩＮＬを移動する工具Ｔの送り速度が、基準経路
ＢＬを移動する工具の送り速度と一致するように逆経路
ＩＮＬを移動する工具Ｔの送り速度データを生成され
る。生成された逆経路プログラムＩＰＲは、プログラム
記憶部２に記憶される。

【００７７】次いで、プログラム解析実行部３では、工
具Ｔを上記したＲ点へ移動させる制御指令を生成する
（ステップＳ４）。これにより、工具ＴはＲ点に移動す
る。

【００７８】次いで、Ｚ軸方向に切り込み量Ｑだけワー
クに対して工具Ｔを移動させ（ステップＳ５）、同一面
内で、工具Ｔと加工する溝ＴＲの各側面ＴＲａ，ＴＲｂ
とが接する溝幅方向の位置Ｐ₀ を、上記した式（１）〜
（５）に基づいて算出する（ステップＳ６）。

【００７９】次いで、プログラム解析実行部３では、基
準経路プログラム＄または逆経路プログラムＩＰＲで規
定される基準経路ＢＬまたは逆経路ＩＮＬを補正するた
めの溝幅方向のオフセット量を算出する（ステップＳ
７）。次いで、算出したオフセット量で基準経路ＢＬま
たは逆経路ＩＮＬをオフセットさせた補正した基準経路
プログラム＄または逆経路プログラムＩＰＲを実行する
（ステップＳ８）。これらのプログラムの実行により、
工具Ｔを所定の経路でワークに移動させる制御指令が生
成され、各軸のサーボ制御部に出力される。この結果、
工具Ｔはワークに対して往復動作し、同一面内での溝加
工が行われる。

【００８０】この往復動作中に、算出された位置Ｐ₀ を
用いて工具Ｔが溝ＴＲの各側面ＴＲａ，ＴＲｂに達した
かを判断する（ステップＳ９）。工具Ｔが溝ＴＲの各側
面ＴＲａ，ＴＲｂに達している場合には、この面内の加
工は完了しているので、プログラム解析実行部３は、基
準位置である溝中心に工具Ｔを移動させる指令を生成す
る（ステップＳ１０）。

【００８１】次いで、工具Ｔが加工した深さが溝ＴＲの
底部まで達しているかを判断する（ステップＳ１１）。
溝ＴＲの底部まで加工されていない場合には、工具Ｔを
さらに切り込み量ＱでＺ軸方向に切り込む指令を生成し
（ステップＳ１２）、上記した溝両側面と工具が接触す
る点を算出し、溝幅方向にオフセットしつつ往復動作に
よって溝ＴＲを加工するシーケンスを繰り返し行う。

【００８２】溝ＴＲの底部まで加工されている場合に
は、加工開始点に移動し（ステップＳ１３）、溝加工を
終了する。

【００８３】上述した各ステップにより、工具Ｔは、た
とえば、図６に示す〜の各位置に順次移動し、ワー
クの表面から深い位置まで段々に溝ＴＲが加工される。

【００８４】以上のように、本実施形態によれば、溝加
工用指令コードＧ１８２に、基準経路プログラム＄、加
工条件データおよび溝断面形状データを付加するだけ
で、溝ＴＲの加工が全て行われる。このため、溝加工用
のプログラムの作成が容易となり、また、工具経路をす
べて記述する場合に比べて、プログラムサイズも大幅に
縮小することができる。また、プログラミングミスを極
力防ぐことができ、工具の経路や速度の間違えの発生が
ほとんどなくなる。また、本実施形態では、基準経路プ
ログラム＄から逆経路プログラムＩＰＲを自動生成する
際に、送り速度が基準経路と逆経路とで同じになうよう
に送り速度情報を生成するので、速度の違いによる加工
面の乱れが発生することがない。さらに、本実施形態で
は、加工する溝の側面と工具との干渉をチェックするの
で、加工された溝の寸法が要求される溝の寸法と異なる
ことがない。

【００８５】なお、上述した実施形態では、ワークの自
由曲面ＦＳに溝を加工する場合について説明したが、本
発明はワークの平面に溝を加工する場合にも当然適用可
能である。また、工作機械としては、マシンニングセン
タ限らず、他の工作機械に適用可能である。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、溝加工用プログラムの
作成を迅速かつ容易に行うことができる。また、本発明
によれば、溝加工用プログラムのプログラムサイズを縮
小化することができ、プログラミングミスの発生を低減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される工作機械の一例を示す構成
図である。

【図２】ＮＣ装置１の基本構成を示す図である。

【図３】ＮＣ装置１のハードウエア構成を示す図であ
る。

【図４】溝加工するワークの一例の外観を示す斜視図で
ある。

【図５】溝の断面形状および加工条件を説明するための
図である。

【図６】溝加工する工具の移動経路を示す断面図であ
る。

【図７】溝加工する工具の移動経路を示す斜視図であ
る。

【図８】本発明の工作機械による溝加工方法の手順の一
例を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…ＮＣ装置２…プログラム記憶部３…プログラム解析実行部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具によるワークの加工手順を規定する加
工プログラムを解析実行し、工作機械を駆動する制御指
令を生成する解析実行部を備えた工作機械の数値制御装
置であって、前記解析実行部は、ワークの表面に沿った所定の断面形
状の溝の加工を指令する溝加工用指令コードを解析し、
当該溝加工用指令コードに付加された、ワークに加工す
る溝の基準経路を特定するための基準経路プログラム
と、前記溝の断面形状を特定するための断面形状データ
と、前記溝を加工するための加工条件データとに基づい
て、前記溝の全加工に必要なワークと工具との相対運動
を指令する制御指令を生成する工作機械の数値制御装
置。
【請求項２】前記解析実行部は、前記基準経路プログラ
ムから前記溝の基準経路を逆上る逆経路を特定するため
の逆経路プログラムを作成し、当該基準経路プログラム
と逆経路プログラムとを用いて前記溝の全加工に必要な
制御指令を生成する請求項１に記載の工作機械の数値制
御装置。
【請求項３】前記逆経路プログラムを記憶保持する記憶
手段を有する請求項２に記載の工作機械の数値制御装
置。
【請求項４】前記解析実行部は、前記逆経路を移動する
工具の送り速度が、前記基準経路を移動する工具の送り
速度と一致するように前記逆経路を移動する工具の送り
速度データを生成する請求項２または３に記載の工作機
械の数値制御装置。
【請求項５】前記解析実行部は、前記基準経路プログラ
ムと前記逆経路プログラムとを交互に用いて、ワークに
対する工具の移動経路を前記基準経路または逆経路に対
して溝の幅方向にオフセットしつつ溝内の同一面を所定
の切り込み量で加工する制御指令を生成する請求項２〜
４のいずれかに記載の工作機械の数値制御装置。
【請求項６】前記解析実行部は、前記断面形状データと
前記加工条件データとに基づいて、工具と溝の側面との
間に干渉が発生しないかをチェックする請求項１〜５の
いずれかに記載の工作機械の数値制御装置。
【請求項７】前記解析実行部は、前記断面形状データと
前記加工条件データとに基づいて、工具が溝の側面に接
するための溝の幅方向の工具のオフセット量を算出する
請求項６に記載の工作機械の数値制御装置。
【請求項８】前記断面形状データは、溝の開口部の幅
と、溝の底部の幅と、溝の各側面の傾きと、溝の加工初
期位置とを含んでいる請求項１〜７のいずれかに記載の
工作機械の数値制御装置。
【請求項９】前記加工条件データは、工具の溝の深さ方
向の切り込み量と、工具の溝の幅方向のオフセット量を
特定するためのオフセット情報と、工具の刃先の種別を
特定する刃先情報と、工具径情報とを含んでいる請求項
１〜８のいずれかに記載の工作機械の数値制御装置。
【請求項１０】前記ワークの表面は自由曲面となってい
る請求項１〜９のいずれかに記載の工作機械の数値制御
装置。
【請求項１１】加工プログラムにしたがって工作機械を
駆動してワークの加工を実行する数値制御装置を備えた
工作機械による溝加工方法であって、ワークの表面に沿った所定の断面形状の溝の加工を指令
する溝加工用指令コードに、ワークに加工する溝の基準
経路を特定するための基準経路プログラムと、前記溝の
断面形状を特定するための断面形状データと、前記溝を
加工するための加工条件データとを付加して溝加工用プ
ログラムを作成するプログラム作成ステップと、前記溝加工用プログラムを前記数値制御装置にダウンロ
ードし、この溝加工用プログラムを解析し、前記溝の全
加工に必要なワークと工具との相対運動を指令する制御
指令を生成し、当該溝加工を行う実行ステップとを有す
る工作機械による溝加工方法。
【請求項１２】前記実行ステップは、前記基準経路プロ
グラムから前記溝の基準経路を逆上る逆経路を特定する
ための逆経路プログラムを作成し、当該基準経路プログ
ラムと逆経路プログラムとを用いて前記溝の全加工に必
要な制御指令を生成する請求項１１に記載の工作機械に
よる溝加工方法。
【請求項１３】前記生成した逆経路プログラムを前記数
値制御装置の具備する記憶手段に記憶保持する請求項１
２に記載の工作機械による溝加工方法。
【請求項１４】前記実行ステップは、前記逆経路を移動
する工具の送り速度が、前記基準経路を移動する工具の
送り速度と一致するように前記逆経路を移動する工具の
送り速度データを生成する請求項１２または１３に記載
の工作機械による溝加工方法。
【請求項１５】前記実行ステップは、前記基準経路プロ
グラムと前記逆経路プログラムとを交互に用いて、ワー
クに対する工具の移動経路を前記基準経路または逆経路
に対して溝の幅方向にオフセットしつつ溝内の同一面を
所定の切り込み量で加工する制御指令を生成する請求項
１２〜１４のいずれかに記載の工作機械による溝加工方
法。
【請求項１６】前記実行ステップは、前記断面形状デー
タと前記加工条件データとに基づいて、工具と溝の側面
との間に干渉が発生しないかをチェックする請求項１１
〜１５のいずれかに記載の工作機械による溝加工方法。
【請求項１７】前記実行ステップは、前記断面形状デー
タと前記加工条件データとに基づいて、工具が溝の側面
に接するための溝の幅方向の工具のオフセット量を算出
する請求項１６に記載の工作機械による溝加工方法。
【請求項１８】前記断面形状データは、溝の開口部の幅
と、溝の底部の幅と、溝の各側面の傾きと、溝の加工初
期位置とを含んでいる請求項１１〜１７のいずれかに記
載の工作機械による溝加工方法。
【請求項１９】前記加工条件データは、工具の溝の深さ
方向の切り込み量と、工具の溝の幅方向のオフセット量
を特定するためのオフセット情報と、工具の刃先の種別
を特定する刃先情報と、工具径情報とを含んでいる請求
項１１〜１８のいずれかに記載の工作機械による溝加工
方法。
【請求項２０】自由曲面をもつワークに溝を加工する請
求項１１〜１９のいずれかに記載の工作機械による溝加
工方法。