JP2002222008A - 数値制御曲面加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由曲線で表現される工具移動軌跡を持つＮ
Ｃデータの実加工速度と切削諸元とを決定し最適化する
手段を備えた数値制御曲面加工装置を提供する。 【解決手段】 上位ＣＡＭシステム１０のＣＬデータか
らＮＵＲＢＳ曲線補間された工具移動軌跡データを有す
るＮＣデータを作成する際、工具移動軌跡をＮＵＲＢＳ
曲線補間により導出した制御点位置ベクトル，ウエイト
値，ノット値を用いて機械座標系におけるＮＵＲＢＳ曲
線補間された工具送り速度を求める手段３０と、工具移
動軌跡における補間曲線がＮＵＲＢＳ曲線を含む自由曲
線で表現される場合に同じ定義の自由曲線により補間さ
れた機械座標系送り速度を導出する手段３１と、工具送
り速度に自由曲線補間を施す際に用いられる工具送り速
度を変更し工具送り速度制御点を追加・削除して最適化
する手段３２とを備えた。切削工具への負担が軽減さ
れ、平均的加工速度が短縮され、加工面荒さ，面精度が
良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数値制御曲面加工
装置に係り、特に、加工面粗さおよび加工面精度を良く
するとともに高速加工を可能にする数値制御曲面加工装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の数値制御(ＮＣ)曲面加工装置に曲
面加工させるための加工径路を加工プログラムで指令す
る際には、曲面を直線に近似した直線補間指令が用いら
れる。直線補間ＮＣデータにより加工された形状は、図
２(ａ)に示すように、元形状に対して直線分割で加工さ
れており、加工面粗さが悪く、多くの手仕上げ工数を要
する。また、工具位置決め時の加減速により、平均送り
速度が低下し、加工時間が長く、しかも、加工面精度を
上げるには、細かいピッチでの膨大なＮＣデータが必要
であるという問題があった。

【０００３】これらの問題を解決するため、特開平１０
−２２８３０６号公報は、自由曲線切削指令により数値
制御装置の各移動軸を制御し、自由曲線切削を実行する
方法を提案している。

【０００４】また、この自由曲線補間の１つとして、図
３に示すＮＵＲＢＳ曲線による工具軌跡の補間方法が提
案された。ＮＵＲＢＳ曲線とは、Non−Uniform Rationa
l B−spline曲線の略であって、不等間隔有理化Ｂスプ
ライン曲線である。ＮＵＲＢＳ曲線は、自由曲線の一種
であり、曲線を構成する節点の間隔が不均一な有理式を
用いて表現される自由曲線のことである。他の曲線が、
曲線の定義に多項式を用いているのに対して、ＮＵＲＢ
Ｓ曲線は、有理式を用いていることが特徴である。

【０００５】これらを制御すると、曲線を局所的に容易
に変形できる。また、他の曲線では正確に表現できなか
った円柱，円錐，球，双曲線，楕円，放物線を統一的に
取り扱うことが可能になる。

【０００６】図３において、ＮＵＲＢＳ曲線は、曲線を
制御点Ｐｉ，ウエイトｗｉ，ノットベクトルｘｉにより
定義する。ここで、ｋは階数、Ｐｉは制御点、ｗｉはウ
エイト、ｘｉはノット(ｘｉ≦ｘｉ+1)、［ｘ0,ｘ1,…,
ｘｍ］(ｍ＝ｎ＋ｋ)はノットベクトル、ｔはスプライン
パラメータとする。

【０００７】Ｂスプライン基底関数Ｎ(ｔ)をde Boor−C
oxの再帰式で表現すると、数式(１),(２)のようにな
る。補間するＮＵＲＢＳ曲線Ｐ(ｔ)は、数式(３)のよう
になる。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】

【数３】 ＮＵＲＢＳ補間指令は、例えば、特開平８−３０５４３
０号公報に記載されているように、以下のようなフォー
マット で出力される。それぞれのコードは、 という意味を持つ。

【００１１】ＮＵＲＢＳ補間加工においては、図２(ｃ)
に示すように、曲線を滑らかに加工できるため、手仕上
げ工数が少ない。また、図２(ｄ)に示すように、位置決
め時の加減速が滑らかになって、平均送り速度が上がる
ので、加工時間を短くでき、高速加工が可能である。さ
らに、ＮＵＲＢＳ補間の制御点を効率良く設定できるか
ら、ＮＣデータが少なくなる利点があるとされている。

【００１２】本出願人は、特願平１１−２６５０４２号
において、上位ＣＡＭシステムからＣＬデータを読み込
み、工具移動軌跡のＮＵＲＢＳ曲線ＮＣデータを作成す
る手法を出願している。また、ＮＵＲＢＳ曲線を作成す
る方法は、例えばLes Piegl,Wayne Tiller著「Ｔｈｅ
ＮＵＲＢＳ ＢＯＯＫ』などに記載されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ＮＵＲ
ＢＳ補間指令のフオーマットおよびそこに与えるべき制
御点ベクトル，ウエイト，ノット値を導出して数値制御
加工装置を制御する方法は提供されているが、ＮＵＲＢ
Ｓ補間指令に与える送り速度の最適値を導出し、ＮＣデ
ータに変換する方法について、詳しくは考慮されていな
かった。

【００１４】一般に、ワーク座標系送り速度から４軸以
上を有するＮＣ加工機械の機械座標系送り速度を導出す
る際には、ワーク座標系および機械座標系における加工
時間が等しい条件で計算される。

【００１５】ワーク座標系での工具先端ベクトルの始点
を(Ｘｗｓ，Ｙｗｓ，Ｚｗｓ)，終点を(Ｘｗｅ，Ｙｗ
ｅ，Ｚｗｅ)，弦長をＬｗ，ワーク座標系送り速度をＦ
ｗ，機械座標系での制御点ベクトルの始点を(Ｘｍｓ，
Ｙｍｓ，Ｚｍｓ，αｍｓ，βｍｓ)，終点を(Ｘme，Ｙｍ
ｅ，Ｚｍｅ，αｍｅ，βｍｅ)，弦長をＬｍとして、機
械座標系送り速度Ｆｍを数式(４)で導出する。

【００１６】

【数４】 数式(４)を用いて、ワーク座標系送り速度値５１および
ワーク座標系・機械座標系の弦長から導出された機械座
標系送り速度の分布は、各制御点間の平均送り速度計算
のために、図４の上段に示すように、段状分布５２にな
る。これは結果として、指定加工速度分布５１と誤差を
伴う実加工速度分布５３とをもたらしており、工具が被
削材に対して急激な加減速を伴って制御することにな
る。

【００１７】また、ＮＵＲＢＳ補間指令によるＮＣデー
タにおいて、その送り速度が完全には補間されていない
場合は、直線補間での実加工速度５３の加減速は緩和さ
れるが、ＮＵＲＢＳ指令による実加工速度５４の速度分
布により、ワーク座標系の指定加工速度５１との誤差を
生じ、加工表面粗さが悪化し、切削工具の寿命が短くな
り、数値制御加工装置に過剰な負担をかける。

【００１８】本発明の目的は、自由曲線で表現される工
具移動軌跡を持つＮＣデータの実加工速度と切削諸元と
を決定し最適化する手段を備えた数値制御曲面加工装置
を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、直線移動３軸と少なくとも１つの回転軸
とを有し数値制御自由曲線補間機能を持つ数値制御装置
(ＮＣ装置)により数値制御される同時多軸制御ＮＣ加工
機を含み主軸送り速度を制御するＮＣデータを導出する
手段を備えた数値制御曲面加工装置において、上位計算
機で曲面形状が定義されたワーク座標系で加工方向に計
算された工具先端位置ベクトルデータと工具主軸方向ベ
クトルおよびワーク座標系における送り速度とをＣＬデ
ータとして読み込み、ＣＬデータから同時多軸制御ＮＣ
加工機の機械構成に基づきＮＣ加工機を動作させるため
の工具移動軌跡として機械座標系で直線３軸の位置ベク
トルと回転角度と送り速度に変換する手段と、機械座標
系における位置ベクトルと回転角度とがＮＵＲＢＳ曲線
により補間されたＮＣデータを作成する際にＮＵＲＢＳ
曲線ノットベクトルを利用して機械座標系の送り速度を
ＮＵＲＢＳ曲線により補間して決定する送り速度決定手
段と、ワーク座標系の加工速度を機械座標系の毎分送り
の加工速度またはインバースタイム送りの加工速度に変
換する手段と、得られたＮＣデータを上記ＮＣ装置に伝
送する手段とを備えた数値制御曲面加工装置を提案す
る。

【００２０】前記送り速度決定手段は、工具移動軌跡が
補間される曲線の形態がＮＵＲＢＳ曲線を含む自由曲線
で定義される場合に、工具移動軌跡と同じ表現で表され
る自由曲線およびそのパラメータを用いて送り速度を補
間して導出する手段とすることができる。

【００２１】また、前記送り速度決定手段は、工具移動
軌跡が直線補間により表現されるＣＬデータおよびＮＣ
データを読み込み、送り速度をＮＵＲＢＳ曲線により補
間して決定する手段としてもよい。

【００２２】この場合、前記数値制御曲面加工装置は、
ＣＬデータから数値制御曲面加工装置の機械構成に従っ
て座標系変換により導出された工具送り速度を補間する
曲線の制御点として用いる際に、制御点の値を変更しま
たは制御点を追加しまたは制御点を削除する手段を備え
ることも可能である。た 本発明においては、上位ＣＡＭシステム１０から生成さ
れたＣＬデータ１１における工具移動軌跡をＮＵＲＢＳ
補間により規定のフォーマットで出力するＮＣデータを
作成する際に、図４の下段に示すように、その工具送り
速度の最適な値としてＮＵＲＢＳ補間処理を施した機械
座標系送り速度５５を導出して、ワーク座標系における
設定値との偏差のない実加工速度５６により理想的な切
削諸元を提供し、加工表面粗さおよび工具寿命の向上に
よるより滑らかな加工曲面を得、数値制御ＮＣ加工機の
負担を減らすことができる。

【００２３】また、補間の形態として、ＮＵＲＢＳ曲線
に限らず、一般的な自由曲線で補間定義を与える場合に
も適用できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図１３を参照して、
本発明による数値制御曲面加工装置の実施形態を説明す
る。

【００２５】図１は、本発明による数値制御曲面加工装
置の実施形態の系統構成を示すブロック図である。本発
明は、先に提案した特願平１１−２６５０４２号の数値
制御曲面加工装置に新たな機能を追加した発明である。
すなわち、本発明の新たな機能を手段３１および手段３
２として前記数値制御曲面加工装置に追加してある。

【００２６】上位ＣＡＭシステム１０で作成された曲面
データは、ワーク座標系で表示される工具移動径路に沿
って一定の許容値内で多数の直線として分割される。前
記方法により生成された個々の分割点における工具先端
位置ベクトル情報と工具主軸方向ベクトル情報、および
ワーク座標系送り速度情報を工具移動径路順に記述し、
ＣＬデータ１１を作成する。

【００２７】作成された前記ＣＬデータ１１は、数値制
御曲面加工装置５０の機械構成に基づき、ＮＣ加工装置
を動作させるためのＮＣデータに変換するため、本数値
制御曲面加工装置の計算機２０に取り込まれる。

【００２８】本数値制御曲面加工装置２０は、ステップ
２１の機能によりＣＬデータを読み込む。

【００２９】ステップ２２〜２９において、特願１１−
２６５０４２号に示す数値制御曲面加工装置の実施の形
態に従い、数値制御曲面加工装置５０の機械構成に基づ
いた直線３軸および回転角度の位置ベクトルおよびＮＵ
ＲＢＳ曲線，機械座標系送り速度，機械座標系制御点の
ノットベクトルが導出される。

【００３０】ＮＣデータ作成時に想定した工具長，工具
径と実物の工具長，工具径との間には、誤差が必ず存在
する。

【００３１】ステップ２２で、計算機２０は、前記誤差
を補正するために、工具補正Ｎｏを指示し、ＮＣ装置４
０に対して補正データの出力を要求する。ＮＣ装置４０
は、指示された補正Ｎｏに対応する補正データを補正デ
ータ記憶エリア４１から読み出し、計算機２０に出力す
る。計算機２０は、ＮＣ装置４０から出力された補正デ
ータを読み込む。

【００３２】ステップ２３で、計算機２０は、補正した
い方向に応じて、図５および数式(５)に示す方式で、Ｃ
Ｌデータを補正する。ここで、Ｃは工具先端位置ベクト
ル、Ｄは主軸方向ベクトル、ＰはＣにおける切削点位置
ベクトル、ＮはＰでの法線ベクトルである。Ｃ１は主軸
方向にｄ１だけ補正し、Ｃ２は法線方向にｄ２だけ補正
し、Ｃ３は工具径方向にｄ３だけ補正した工具先端位置
ベクトルである。

【００３３】

【数５】 通常のＣＬデータは、工具先端位置ベクトルと主軸方向
ベクトルとを意味するので、Ｃ１のみの補正が可能であ
る。加えて、ＣＬデータを計算する時に使用した切削点
位置ベクトルと法線ベクトルとが分かっていれば、上記
Ｃ２，Ｃ３の補正やＣ１，Ｃ２，Ｃ３を組合せた補正が
可能である。この方法で、ＣＬデータを補正すると、補
正したＮＵＲＢＳ補間用ＮＣデータ作成が可能になる。

【００３４】なお、上記『機械と工具』の「ＮＵＲＢＳ
補間と滑らか補間による高速高精度加工」におけるＮＵ
ＲＢＳ補間機能では、補正が許されていなかった。

【００３５】ステップ２４で、図６に示す方式によっ
て、加工精度を向上させる一方、データ量を削減するた
めに、ＣＬデータの間引きまたは追加を実行する。ま
ず、工具先端位置ベクトルから最小２乗近似法により通
過曲線を計算し、ＮＵＲＢＳ曲線５１とし、ステップ５
２で、一定のトレランスの範囲外にあるＣＬデータを間
引く。

【００３６】ＮＵＲＢＳ曲線は、図３および数式(１),
(２),(３)のＮＵＲＢＳ曲線の定義で与えられる。点列
からＮＵＲＢＳ曲線を作成する方法は、例えば、Les Pi
egl, Wayne Tiller著『Ｔｈｅ ＮＵＲＢＳ ＢＯＯ
Ｋ』などに記載されている。

【００３７】次に、間引いたＣＬデータの主軸方向ベク
トルを基に、ＮＵＲＢＳ曲線５３を計算する。ステップ
５４で、工具先端位置ベクトルの通過点に対応するＮＵ
ＲＢＳ曲線５３上の主軸方向ベクトルを計算し、角度の
変化量を計算する。元のＣＬデータとの差が公差値より
も大きければ、通過点を追加し、精度を向上させる。間
引きまたは追加のための公差値は、０.０１ｍｍに設定
してある。

【００３８】ステップ２５で、ステップ２４で計算され
たＮＵＲＢＳ曲線５３を分割する。図７は、工具先端位
置ベクトルの軌跡を示している。工具先端位置ベクトル
のＮＵＲＢＳ曲線(すなわちＧ０６.２工具経路６４)と
折れ線工具経路(すなわちＧ０１工具経路６５)とから、
パス分割位置６３を求める。通過点の距離間隔が急に短
くなったり、折れ線の角度が急変すると、ＮＵＲＢＳ曲
線に乱れが生じる。そこで、間隔が短くなる箇所および
折れ線の角度が大きく変化する箇所を見つけ出し、その
点を曲線のパス分割点６３として、パス分割点６３で曲
線を分割し、曲線の精度を向上させる。

【００３９】ステップ２６で、ＣＬデータを機械座標系
に座標変換する。図１のテーブル２軸タイプの５軸加工
機５０でＣ軸テーブル回転中心とＢ軸回転中心とが直交
した交点を機械座標系原点Ｏｍとする。Ｃ軸テーブル上
にワークがセットされ、ワーク座標系原点がＯｗである
とする。このときに、機械座標系原点Ｏｍから見たワー
ク座標系Ｏｗの位置ベクトルをＳとすると、ワーク座標
系の工具先端位置ベクトル(Ｘ，Ｙ，Ｚ)，主軸方向ベク
トル(Ｉ，Ｊ，Ｋ)から、機械座標(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ，
Ｂ，Ｃ)への座標変換は、図８の座標系および数式(６),
(７),(８),(９),(１０)で表現できる。

【００４０】

【数６】

【００４１】

【数７】

【００４２】

【数８】

【００４３】

【数９】

【００４４】

【数１０】 ここで、(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ，Ｂ，Ｃ)は、Ｘ，Ｙ，Ｚ，
Ｂ，Ｃ各機械軸の座標値を表す。この座標変換式は、各
加工機に固有である。この変換方式は、テーブル１軸と
テーブル１軸タイプ、主軸２軸タイプの加工機について
も同様に設定できる。

【００４５】従来技術では、ワーク座標系で計算したＮ
ＵＲＢＳ曲線の制御点を主軸方向ベクトルに応じて機械
座標系に座標変換した結果をそのまま５軸ＮＵＲＢＳ補
間の制御点に適用し、ワーク座標系のノットベクトルと
同じノットベクトルを５軸ＮＵＲＢＳ補間に適用してい
る。

【００４６】ところが、一般的には、座標変換後も同じ
ノットベクトルを使用して滑らかな曲線が得られるとい
う保証はない。そのため、加工面の一部にうねりや歪み
ができる可能性があった。

【００４７】これに対して、本発明では、図９(ｂ)に示
すように、各機械座標系間の弦長をノットベクトルとし
て使用し、(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ)の直線３軸と(Ｂ，Ｃ)の
回転２軸との機械座標系でのＮＵＲＢＳ曲線の制御点
を、それぞれが連続的に滑らかに変化するように再計算
させることにより、加工精度を向上させている。

【００４８】ステップ２７で、ノットベクトルを計算す
る。図９のステップ８１で、上記数式(６),(７),(８),
(９),(１０)を用いて、最初に全通過点の機械座標系(Ｍ
ｘ，Ｍｙ，Ｍｚ，Ｂ，Ｃ)を計算する。各機械座標間の
弦長(Ｌｉ)を計算し、図９(ｂ)のノットベクトルとす
る。(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ)と(Ｂ，Ｃ)のノットベクトルと
は、同じものを使用する。

【００４９】ステップ２８で、ワーク座標系のＣＬデー
タから機械座標系に変換された(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ)の直
線３軸と(Ｂ，Ｃ)の回転２軸の点列データとステップ２
７で計算したノットベクトルとから、上記『Ｔｈｅ Ｎ
ＵＲＢＳ ＢＯＯＫ』などに示されているＮＵＲＢＳ曲
線の作成方法により、数式(１),(２),(３)で表されるＮ
ＵＲＢＳ曲線を作成する。

【００５０】ステップ２８で、図９(ｂ)のノットベクト
ルと図３および数式(１),(２),(３)のＮＵＲＢＳ曲線の
定義を用いて、直線３軸(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ)および回転
角度２軸(Ｂ，Ｃ)のＮＵＲＢＳ曲線を計算する。

【００５１】ステップ２９で、ブレンディング係数を計
算する。図１０(ａ)に示すように、ステップ２８で計算
したＮＵＲＢＳ曲線を用いて加工した場合、曲線に膨ら
みが発生し、加工結果に凹凸９１が生じる可能性があ
る。これに対処するため、まず、図１０(ｂ)に示すよう
に、ステップ２４で間引いた点９２を含めてより精度を
上げて、ワーク座標系の工具先端位置ベクトルの弦長を
計算し、ワーク座標系のノットベクトルとする。次に、
機械座標系のノットベクトルとワーク座標系のノットベ
クトルとに、ブレンディング係数をそれぞれかけて加算
して得られたノットベクトルを機械座標系のノットベク
トルとして採用する。

【００５２】このようにすると、加工結果の凹凸９１に
対処できる。本実施形態では、ブレンディング係数を
３：１に設定したところ、スムーズに加工ができた。な
お、この係数は、加工物に対応して変更できる。

【００５３】ステップ３０で、機械座標系での加工速度
を計算する。ワーク座標系での始点を(Ｘｗｓ，Ｙｗ
ｓ，Ｚｗｓ)，終点を(Ｘｗｅ，Ｙｗｅ，Ｚｗｅ)，弦長
をＬｗ，加工速度をＦｗ，機械座標系での始点を(Ｘｍ
ｓ，Ｙｍｓ，Ｚｍｓ，Ｂｍｓ，Ｃｍｓ)，終点を(Ｘｍ
ｅ，Ｙｍｅ，Ｚｍｅ，Ｂｍｅ，Ｃｍｅ)，弦長をＬｍ，
加工速度をＦｍすると、機械座標系の加工速度Ｆｍは、
数式(１１)により与えられる。

【００５４】

【数１１】 ステップ３１で機械座標系送り速度のＮＵＲＢＳ曲線を
導出する。図１１に示すように、ワーク座標系位置ベク
トル，ワーク座標系送り速度，機械座標系位置ベクトル
から上記数式(４)によって導出された機械座標系送り速
度は、機械座標系の直線３軸制御点のノットベクトル(i
を用いて、前記『Ｔｈｅ ＮＵＲＢＳ ＢＯＯＫ』などに
示されているＮＵＲＢＳ曲線の作成方法により、数式
(１)，(２)，(３)で表されるＮＵＲＢＳ曲線を作成す
る。

【００５５】前記方法で作成された機械座標系送り速度
のＮＵＲＢＳ曲線の制御点は、図１２に示すように、Ｎ
ＵＲＢＳ曲線の形態によりゼロ以下になることもあり得
る。

【００５６】ステップ３２で、送り速度ＮＵＲＢＳ曲線
のブレンディング係数を計算する。図１３に示す通り、
ステップ３１で計算した機械座標系送り速度ＮＵＲＢＳ
曲線５７は、ワーク座標系における実送り速度５８で表
され、全体的にワーク座標系指定送り速度５９と比較し
て、送り速度の過不足６０を生じる。これに対処するた
め、ステップ２７で求められたノットベクトルにブレン
ディング係数を乗じて再度機械座標系送り速度ＮＵＲＢ
Ｓ曲線６１を計算し、指定送り速度５９まで最適化す
る。

【００５７】ステップ３３では、ステップ２８〜ステッ
プ３２で計算した機械座標系の直線３軸ＮＵＲＢＳ曲線
の制御点をＮＵＲＢＳ補間指令のＸ,Ｙ,Ｚに代入し,回
転角度２軸のＮＵＲＢＳ曲線の制御点をα,βに代入
し、ノットベクトルをＫに代入し、ウエイトをＲに代入
し、機械座標系送り速度ＮＵＲＢＳ曲線の制御点をＦに
代入し、ＮＵＲＢＳ補間指令のフオーマットに従い、Ｎ
Ｃデータに変換する。

【００５８】ステップ３４では、最後に変換されたＮＣ
データを計算機２０からのＮＣデータとして伝送し、Ｎ
Ｃ制御装置４０のＮＣデータ記憶エリア４２に読み込
み、格納する。

【００５９】ＮＣ制御装置４０のＮＵＲＢＳ補間機能を
内蔵するＮＣ制御機構４３は、ＮＣデータ記憶エリア４
２からＮＣデータを読み出し、解析しながら５軸または
４軸制御ＮＣ加工機５０を制御し、ＮＣ加工する。

【００６０】本発明は、ＮＣデータ出力フオーマットが
一般的な自由曲線によって提供されるとき、前記工具位
置ベクトルおよび加工速度の補間方法として、同様な手
順により機械座標系の直線３軸自由曲線の制御点である
Ｘ,Ｙ,Ｚの値、回転２軸の自由曲線の制御点であるα，
βの値，ノットベクトルＫ，ウエイトＲ，機械座標系送
り速度の自由曲線の制御点であるＦの値を導出し、ＮＣ
データに変換しＮＣ加工することも可能である。

【００６１】本実施形態によれば、由曲線を描く工具移
動軌跡において、最適な実加工速度および切削諸元を決
定する手段を備えたことから、切削工具寿命を延長でき
る。また、サーボ機構の制御による平均送り速度の低下
を回避できるので、数値制御曲面加工装置への負担を軽
減し、加工面荒さおよび加工面精度が良い曲面加工が可
能になる。これらの改善の結果として、後工程となる手
仕上げ作業を省略し、加工工数を大幅に低減できる。さ
らに、本発明では、速度変化量を考慮した微小な調整も
可能となる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の数値制御曲面加工装置によれ
ば、自由曲線を描く工具移動軌跡において最適な実加工
速度および切削諸元を決定することにより、切削工具寿
命を延長できる。また、サーボ機構の制御による平均送
り速度の低下を回避するので、数値制御曲面加工装置へ
の負担を軽減し、加工面荒さおよび加工面精度が良い曲
面加工が可能になる。その結果、後工程となる手仕上げ
作業を省略でき、加工工数を大幅に低減できる。さら
に、本発明では、速度変化量を考慮した微小な調整も可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による数値制御曲面加工装置の実施形態
の系統構成を示すブロック図である。

【図２】従来の直線補間加工方法と従来のＮＵＲＢＳ補
間加工方法とを比較して示す図である。

【図３】ＮＵＲＢＳ曲線と制御点との関係を示す図であ
る。

【図４】送り速度のＮＵＲＢＳ曲線補間によって変化す
るワーク座標系送り速度と機械座標系送り速度とを比較
して示す図である。

【図５】ＣＬデータの補正方法の一例を示す図である。

【図６】本発明によるＣＬデータの間引きまたは追加の
方法を示す図である。

【図７】本発明によるＮＵＲＢＳ曲線の分割の方法を示
す図である。

【図８】本発明によるワーク座標系から機械座標系への
変換における座標系相互の関係を示す図である。

【図９】本発明によるノットベクトル計算および機械座
標系のＮＵＲＢＳ曲線計算の方式を示す図である。

【図１０】本発明によるブレンディング係数設定による
ＮＵＲＢＳ曲線のスムーズ化の方式を示す図である。

【図１１】送り速度をＮＵＲＢＳ曲線補間する際のノッ
トベクトルの設定方法を示す図である。

【図１２】機械座標系送り速度のＮＵＲＢＳ曲線とその
制御点の関係を示す図である。

【図１３】ブレンディング係数による機械座標系送り速
度の最適化を示す図である。

【符号の説明】

１０ 上位ＣＡＭシステム １１ ＣＬデータ格納用外部ファイル ２０ 本方式を装備し実行する計算機 ４０ 数値制御装置 ４１ 補正データ記憶エリア ４２ ＮＣデータ記憶エリア ４３ ＮＣ制御機構 ５０ ５軸または４軸制御ＮＣ加工機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 純一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 荒井 宏 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 針原 保 神奈川県横浜市中区尾上町六丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 千葉 修 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 Ｆターム(参考） 5H269 AB05 AB19 BB03 CC02 DD01 RB11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線移動３軸と少なくとも１つの回転軸
   とを有し数値制御自由曲線補間機能を持つ数値制御装置
   (ＮＣ装置)により数値制御される同時多軸制御ＮＣ加工
   機を含み主軸送り速度を制御するＮＣデータを導出する
   手段を備えた数値制御曲面加工装置において、 上位計算機で曲面形状が定義されたワーク座標系で加工
   方向に計算された工具先端位置ベクトルデータと工具主
   軸方向ベクトルおよびワーク座標系における送り速度と
   をＣＬデータとして読み込み、前記ＣＬデータから前記
   同時多軸制御ＮＣ加工機の機械構成に基づき前記ＮＣ加
   工機を動作させるための工具移動軌跡として機械座標系
   で直線３軸の位置ベクトルと回転角度と送り速度に変換
   する手段と、 機械座標系における位置ベクトルと回転角度とがＮＵＲ
   ＢＳ曲線により補間されたＮＣデータを作成する際に前
   記ＮＵＲＢＳ曲線ノットベクトルを利用して機械座標系
   の送り速度をＮＵＲＢＳ曲線により補間して決定する送
   り速度決定手段と、 前記ワーク座標系の加工速度を前記機械座標系の毎分送
   りの加工速度またはインバースタイム送りの加工速度に
   変換する手段と、 得られたＮＣデータを上記ＮＣ装置に伝送する手段とを
   備えたことを特徴とする数値制御曲面加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の数値制御曲面加工装置
   において、 前記送り速度決定手段は、工具移動軌跡が補間される曲
   線の形態がＮＵＲＢＳ曲線を含む自由曲線で定義される
   場合に、工具移動軌跡と同じ表現で表される自由曲線お
   よびそのパラメータを用いて送り速度を補間して導出す
   る手段であることを特徴とする数値制御曲面加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の数値制御曲面
   加工装置において、 前記送り速度決定手段は、工具移動軌跡が直線補間によ
   り表現されるＣＬデータおよびＮＣデータを読み込み、
   前記送り速度をＮＵＲＢＳ曲線により補間して決定する
   手段であることを特徴とする数値制御曲面加工装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の数値制御曲面加工装置
   において、 ＣＬデータから前記数値制御曲面加工装置の機械構成に
   従って座標系変換により導出された工具送り速度を補間
   する曲線の制御点として用いる際に、前記制御点の値を
   変更しまたは制御点を追加しまたは制御点を削除する手
   段を備えたことを特徴とする数値制御曲面加工装置。