JP2003295918A - 工作機械制御装置、工作機械制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各軸成分に分解した後の速度に段差が発生せ
ず、しかも、工具またはワークに予め演算された軌道を
通らせることのできる工作機械制御装置、工作機械制御
方法、及びプログラムの提供。 【解決手段】 ワークにコーナ部を有する屈曲した軌道
が与えられた場合、そのコーナ部に内接する円弧状の軌
道（破線）を演算し、その軌道に沿ってワークの移動量
を算出する。こうして算出された移動量（移動速度）に
は、Ｘ軸，Ｙ軸成分に分解した後にも段差が生じず、工
作機械にショックが加わるのも抑制することができる。
また、上記円弧状の軌道は予め演算されたものであるの
で、所望の加工精度を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具またはワーク
を２次元以上の方向に移動させる移動手段を備えた工作
機械の制御に関し、詳しくは、上記工具またはワークに
コーナ部を有する屈曲した軌道が与えられた場合の制御
に特徴を有する工作機械制御装置、工作機械制御方法、
及びプログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ワークに切削，穴あけ等の作
業を自動的に施す工作機械では、ワークを平面上に設定
されたＸ軸，Ｙ軸方向に移動させる移動手段を設け、プ
ログラムに従ってワークを移動させながら工具による加
工を施している。また、ワークは所定位置に固定してお
いて、工具を移動させる工作機械も考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記移動手
段によって移動される工具またはワークには、コーナ部
を有する屈曲した軌道が与えられる場合がある。例え
ば、図７（Ａ）に示す例では、連続する軌道としてのブ
ロックＢ１，Ｂ２は屈曲して接続されており、両者のつ
なぎ目はコーナ部となっている。工具またはワークを、
このような軌道に沿って図７（Ｂ）に示すように一定の
速度（接線速度）で移動させると、その接線速度をＸ軸
速度，Ｙ軸速度に分解したものには、図７（Ｃ），
（Ｄ）に示すように段差が発生する。

【０００４】これらの工作機械では、一般にＸ軸方向へ
工具またはワークを移動させる手段とＹ軸方向へ工具ま
たはワークを移動させる手段とが別個に設けられてお
り、Ｘ軸速度，Ｙ軸速度に上記のような段差が発生する
と、工作機械にショックが加わる。そこで、図８（Ａ）
に示すように、コーナ部で一旦減速し、コーナ部を過ぎ
てから元の速度まで加速することが考えられる。ところ
が、この場合も、減速率に応じて段差は小さくなるが依
然として段差をなくすことはできない。

【０００５】また、図８（Ｂ）に示すように、図７
（Ｃ），（Ｄ）のようにＸ軸速度，Ｙ軸速度に分解した
後から、段差をなくすように加減速を行うことも考えら
れる。この場合は、確実に速度の段差をなくすことがで
きる。しかしながら、この場合、修正後の速度に基づい
て工具またはワークを移動させたときに、どのような軌
道を通るのか予測できない。このため、所望の加工精度
を得ることができなくなる。

【０００６】そこで、本発明は、各軸成分に分解した後
の速度に段差が発生せず、しかも、工具またはワークに
予め演算された軌道を通らせることのできる工作機械制
御装置、工作機械制御方法、及びプログラムを提供する
ことを目的としてなされた。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達するためになされた請求項１記載の発明は、工具ま
たはワークを２次元以上の方向に移動させる移動手段を
備えた工作機械を制御する工作機械制御装置であって、
上記工具またはワークに、コーナ部を有する屈曲した軌
道が与えられた場合、上記コーナ部に内接する円弧状の
軌道を演算する円弧軌道演算手段と、該円弧軌道演算手
段により演算された軌道に沿って、上記移動手段による
上記工具またはワークの移動量を算出する移動量算出手
段と、を備えたことを特徴としている。

【０００８】このように構成された本発明では、移動手
段は、工具またはワークを２次元以上の方向に移動させ
る。そして、工具またはワークにコーナ部を有する屈曲
した軌道が与えられた場合、円弧軌道演算手段は、上記
コーナ部に内接する円弧状の軌道を演算する。すると、
この円弧状の軌道に沿って、移動量算出手段が、上記移
動手段による上記工具またはワークの移動量を算出す
る。このように、本発明では、上記円弧状の軌道に沿っ
て移動手段による移動量が算出されるので、その移動量
（移動速度）には段差が生じず、工作機械にショックが
加わるのも抑制することができる。また、上記円弧状の
軌道は予め円弧軌道演算手段が演算したものであるの
で、所望の加工精度を得ることができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の構
成に加え、上記円弧軌道演算手段が、円弧の中心点と半
径とを演算することを特徴としている。本発明では、円
弧軌道演算手段が円弧の中心点と半径とを演算するの
で、その演算は極めて容易になり、しかも、演算された
軌道を利用する際の処理も容易になる。従って、本発明
では、請求項１記載の発明の効果に加えて、処理を一層
容易にすることができるといった効果が生じる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の構
成に加え、上記移動量算出手段が、上記工具またはワー
クの現在位置の上記中心点に対する回転角に基づき、次
の目標位置までの直線的な移動量を順次算出することを
特徴としている。本発明では、移動量算出手段が、上記
工具またはワークの現在位置の上記中心点に対する回転
角に基づき、次の目標位置までの直線的な移動量を順次
算出する。このような算出処理は、予め円弧状の軌道の
全体を２次元的に描いておいてから移動量を算出する場
合に比べ、極めて容易である。従って、本発明では、請
求項２記載の発明の効果に加えて、処理を一層容易にす
ることができるといった効果が生じる。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載の構成に加え、上記移動量算出手段が、上記工具ま
たはワークの現在位置の上記中心点に対する回転角に基
づいてその位置における速度を演算し、その速度に応じ
た移動量を算出することを特徴としている。

【００１２】本発明では、移動量算出手段が、上記工具
またはワークの現在位置の上記中心点に対する回転角に
基づいてその位置における速度を演算し、その速度に応
じた移動量を算出する。このため、工具またはワークの
速度（接線速度）を、回転角に応じて連続的に変化させ
ることも可能となる。従って、本発明では、請求項２ま
たは３記載の発明の効果に加え、工具またはワークの速
度に所望により適切な変化を与えることができるといっ
た効果が生じる。

【００１３】請求項５記載の発明は、工具またはワーク
を２次元以上の方向に移動させる移動手段を備えた工作
機械を制御する工作機械制御方法であって、上記工具ま
たはワークに、コーナ部を有する屈曲した軌道が与えら
れた場合、上記コーナ部に内接する円弧状の軌道を演算
する円弧軌道演算処理と、該円弧軌道演算処理により演
算された軌道に沿って、上記移動手段による上記工具ま
たはワークの移動量を算出する移動量算出処理と、を備
えたことを特徴としている。

【００１４】このように構成された本発明では、工具ま
たはワークにコーナ部を有する屈曲した軌道が与えられ
た場合、円弧軌道演算処理は、上記コーナ部に内接する
円弧状の軌道を演算する。すると、移動量算出処理で
は、この円弧状の軌道に沿って、移動手段による上記工
具またはワークの移動量を算出する。すなわち、本発明
の方法が適用される工作機械は、工具またはワークを２
次元以上の方向に移動させる移動手段を備えているが、
その移動手段による移動量が上記円弧状の軌道に沿って
算出されるのである。このため、その移動量（移動速
度）には段差が生じず、工作機械にショックが加わるの
も抑制することができる。また、上記円弧状の軌道は予
め円弧軌道演算処理にて演算されたものであるので、所
望の加工精度を得ることができる。

【００１５】請求項６記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載の円弧軌道演算手段及び移動量算出手段と
してコンピュータを機能させるためのプログラムを要旨
としている。このため、工具またはワークを２次元以上
の方向に移動させる移動手段を備えた工作機械を制御す
るコンピュータに本発明のプログラムを実行させれば、
請求項１〜４のいずれかに記載の円弧軌道演算手段及び
移動量算出手段として上記コンピュータを機能させるこ
とができる。よって、そのコンピュータを請求項１〜４
のいずれかに記載の工作機械制御装置として機能させる
ことができ、対応する請求項１〜４のいずれかに記載の
発明と同様の効果が生じる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面と共に説明する。図１は、本発明が適用された工作機
械１０の構成を表す説明図である。図１に示すように、
この工作機械１０は、切削屑の飛散を防止するためのス
プラッシュガード１２の内側にワーク（図示しない）を
載置して固定するためのテーブル１４、例えばドリルや
タップ等の工具交換のためのＡＴＣマガジン１６、工作
機械本体２０等が配置されている。またスプラッシュガ
ード１２には、操作パネル２２、ワークの入出やメンテ
ナンスのためのワーク交換口２４、主にメンテナンス用
の点検ハッチ２６等が設けられている。

【００１７】図２は、工作機械１０の制御系の構成を表
すブロック図である。図２に示すように、この制御系
は、テーブル１４のＸ軸位置を制御するためのＸ軸制御
系５０、テーブル１４のＹ軸位置を制御するためのＹ軸
制御系６０、この制御系の中枢となる本発明の工作機械
制御装置としてのマイコン部７０、操作パネル２２、及
び主軸２８の回転を制御するための主軸制御系（図示
略）や主軸２８のＺ軸位置を制御するためのＺ軸制御系
（図示略）等から構成されている。

【００１８】Ｘ軸制御系５０は、テーブル１４をＸ軸方
向へ移動させる移動手段としてのＸ軸モータ５１、Ｘ軸
モータ５１に電力を供給するためのＸ軸サーボアンプ５
２、及びＸ軸サーボアンプ５２の供給電力を制御するた
めの軸制御回路５４からなり、軸制御回路５４はマイコ
ン部７０のＣＰＵ７２からの指示に従ってＸ軸サーボア
ンプ５２の動作を制御する構成である。Ｙ軸制御系６０
は、テーブル１４をＹ軸方向へ移動させる移動手段とし
てのＹ軸モータ６１、Ｙ軸モータ６１に電力を供給する
ためのＹ軸サーボアンプ６２及びＹ軸サーボアンプ６２
の供給電力を制御するための軸制御回路６４からなり、
軸制御回路６４はマイコン部７０のＣＰＵ７２からの指
示に従ってＹ軸サーボアンプ６２の動作を制御する構成
である。また、図示を省略した主軸制御系及びＺ軸制御
系も、これらＸ軸制御系５０並びにＹ軸制御系６０とほ
ぼ同様の構成である。

【００１９】マイコン部７０は、制御プログラム等を格
納しているＲＯＭや入出力ポート等を内蔵するワンチッ
プ型のＣＰＵ７２、ＲＡＭ７４及び時計７６等からな
り、周知のマイクロコンピュータとして構成されてい
る。このマイコン部７０（厳密にはＣＰＵ７２）は、制
御プログラムに従ってＸ軸制御系５０、Ｙ軸制御系６０
等を制御して、ワークに所定の加工を施させるのであ
る。また、マイコン部７０は操作パネル２２に接続され
ており、マイコン部７０は、操作パネル２２からの入力
信号を取得したり、操作パネル２２に信号を送って操作
パネル２２の液晶ディスプレイの画像や文字の表示を制
御することやＬＥＤの点滅を制御すること等ができる。

【００２０】次に、図３は、加工プログラムに従ってマ
イコン部７０がテーブル１４を移動させるために実行す
るテーブル移動処理を表すフローチャートである。処理
を開始するとマイコン部７０は、先ず、Ｓ１（Ｓはステ
ップを表す：以下同様）にて、加工プログラムに規定さ
れているブロックデータを読み込む。すなわち、テーブ
ル１４を移動させるべき軌道は複数の直線状のブロック
をつなぎ合わせた形態で加工プログラムに書き込まれて
おり、このＳ１ではそのブロックを表すデータを読み込
むのである。

【００２１】続くＳ２では、円弧補間区間を決定する。
すなわち、本実施の形態では、以下に示すように、ブロ
ックのつなぎ目に形成されるコーナ部に対して、そのコ
ーナ部に内接する円弧状の軌道を演算（以下、円弧補間
ともいう）している。このＳ２では、その円弧補間を行
う区間Ｌ（ブロックのつなぎ目からの距離）を、次式に
よって算出する。なお、次式において「ｍｉｎ」は、小
さい方を選択する演算子である。また、Ｆmax は、工作
機械１０に設定された最高送り速度を表し、Ｌmax は、
その最高送り速度のときの円弧補間区間を表している。

【００２２】

【数１】

【００２３】続くＳ３では、テーブル１４の現在位置が
Ｓ２で決定された円弧補間区間内であるか否かを判断す
る。円弧補間区間外の場合は（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ４へ移
行し、そのブロックにおける送り速度を通常の方法で各
軸成分に分解し、それに基づいてＸ軸制御系５０，Ｙ軸
制御系６０を制御する直線補間処理を行い、その後、Ｓ
３へ移行する。

【００２４】一方、Ｓ３にて円弧補間区間内であると判
断した場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ６へ移行して初期設
定を行う。この初期設定に基づいて、続くＳ７では円弧
補間処理を行い、Ｓ８にて円弧補間区間が終了したか否
かを判断する。そして、円弧補間区間が終了していない
場合は（Ｓ８：ＮＯ）、Ｓ７の処理を繰り返し、円弧補
間区間が終了すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、続くＳ５へ移行
する。Ｓ５では、全ブロックに対する処理が終了したか
否かを判断し、終了していない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、
Ｓ１へ移行して前述の処理を繰り返す。

【００２５】ここで、上記初期設定及び円弧補間処理に
ついて詳細に説明する。図４は、初期設定の処理を表す
フローチャートである。図４に示すように、この処理で
は、先ず、各ブロックの位置データに基づいて、そのブ
ロックの折れ方が時計回り（ＣＷ）か反時計回り（ＣＣ
Ｗ）かを決定する（Ｓ６１）。続くＳ６２では、そのブ
ロックに内接する円弧の半径ｒを決定する。図５に示す
ように、円弧補間区間はブロックのつなぎ目からそれぞ
れＬだけ取った区間であるので、その区間の始点及び終
点で各ブロックに接する円弧（破線で示す）の半径ｒ
は、次式によって求めることができる。なお、次式にお
いてθはブロック間のなす角（単位：ｄｅｇ）である。

【００２６】

【数２】

【００２７】続くＳ６３では、その円弧区間の始点及び
終点での速度を、各ブロックにおける加減速加速度に基
づいて決定し（各ブロックにおける送り速度をそのまま
使用してもよい）、更に、Ｓ６４にて、円弧の始点の座
標を決定する。なお、この座標は、ブロックの位置デー
タと円弧の半径ｒとに基づいて、円弧の中心を（０，
０）とした座標系で算出される。続くＳ６５では、円弧
の全移動角θａを、次式により決定して前述のＳ７へ移
行する。

【００２８】

【数３】

【００２９】Ｓ７の円弧補間処理では、上記初期設定に
より決定された各パラメータを用いて、次のように各軸
方向への移動速度を算出する。先ず、始点における移動
速度（始点速度）及び終点における移動速度（終点速
度）は、Ｓ６３で決定された大きさを有し、ブロックに
沿った方向であるので、これを各軸成分に分解すること
によって容易に算出することができる。中間点における
速度（現在速度）は次式によって算出され、各軸成分に
分解される。なお、図６には、この現在速度の算出方法
を模式的に示したので参照されたい。

【００３０】

【数４】

【００３１】このように、Ｓ７の円弧補間処理では、円
弧の中心点に対する移動済角に基づき、次の目標位置ま
での直線的な移動速度を順次算出する。そして、この処
理を繰り返しながらテーブル１４を順次円弧状に移動さ
せ、円弧補間区間が終了すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、前述
のように全ブロックが終了したか否かを判断する（Ｓ
５）。そして、Ｓ４またはＳ７にて算出された移動速度
に基づいてテーブル１４を順次移動させ、全ブロックが
終了すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、すなわち次のブロックデ
ータがなくなると（Ｓ１参照）、一旦処理を終了する。

【００３２】このように、本実施の形態では、コーナ部
に内接する円弧状の軌道を演算し、その円弧状の軌道に
沿ってテーブル１４を移動させている。このため、各軸
方向の移動速度には段差が生じず、工作機械１０にショ
ックが加わるのも抑制することができる。また、上記円
弧状の軌道は予めＳ６にて演算されたものであるので、
所望の加工精度を得ることができる。

【００３３】更に、上記実施の形態では、上記円弧状の
軌道を中心点の座標や半径ｒ，全移動角θａによって規
定し、それらのパラメータを用いて移動速度を算出して
いるので、処理を極めて簡略化することができる。ま
た、その移動速度の算出に当たっても、移動済角に基づ
いて直線的な移動速度を順次算出しているので、処理が
簡単で、しかも速度を滑らかに変化させることもでき
る。従って、隣接するブロック間で送り速度が大きく異
なる場合にも、各軸方向の移動速度に段差が生じるのを
良好に防止して、工作機械１０にショックが加わるのも
極めて良好に抑制することができる。

【００３４】なお、上記実施の形態において、Ｓ６の処
理が円弧軌道演算処理に、Ｓ７の処理が移動量算出処理
に、それぞれ相当し、それらの処理に関るＣＰＵ７２の
構成が円弧軌道演算手段、移動量算出手段に、それぞれ
相当する。また、図３，図４に示したプログラムは請求
項６記載のプログラムに相当する。

【００３５】更に、本発明は上記実施の形態に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の形態で実施することができる。例えば、上記実施
の形態ではワーク（テーブル１４）を移動させている
が、工具を移動させる工作機械に対しても本発明は適用
することができる。また、工具またはワークを移動させ
る軸としても、上記Ｘ軸，Ｙ軸の他、種々の形態が考え
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用された工作機械の構成を表す説
明図である。

【図２】 その工作機械の制御系の構成を表すブロック
図である。

【図３】 その制御系におけるテーブル移動処理を表す
フローチャートである。

【図４】 そのテーブル移動処理の内の初期設定を表す
フローチャートである。

【図５】 その初期設定にて決定される各種パラメータ
を表す説明図である。

【図６】 上記テーブル移動処理の内の円弧補間処理を
表す説明図である。

【図７】 従来技術の課題を例示する説明図である。

【図８】 その課題を解決しようとする本発明以外の試
みを例示する説明図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １４…テーブル
２８…主軸 ５０…Ｘ軸制御系 ５１…Ｘ軸モータ
５２…Ｘ軸サーボアンプ ５４，６４…軸制御回路 ６０…Ｙ軸制御系
６１…Ｙ軸モータ ６２…Ｙ軸サーボアンプ ７０…マイコン部
７２…ＣＰＵ Ｂ１，Ｂ２…ブロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具またはワークを２次元以上の方向に
   移動させる移動手段を備えた工作機械を制御する工作機
   械制御装置であって、 上記工具またはワークに、コーナ部を有する屈曲した軌
   道が与えられた場合、上記コーナ部に内接する円弧状の
   軌道を演算する円弧軌道演算手段と、 該円弧軌道演算手段により演算された軌道に沿って、上
   記移動手段による上記工具またはワークの移動量を算出
   する移動量算出手段と、 を備えたことを特徴とする工作機械制御装置。
2. 【請求項２】 上記円弧軌道演算手段が、円弧の中心点
   と半径とを演算することを特徴とする請求項１記載の工
   作機械制御装置。
3. 【請求項３】 上記移動量算出手段が、上記工具または
   ワークの現在位置の上記中心点に対する回転角に基づ
   き、次の目標位置までの直線的な移動量を順次算出する
   ことを特徴とする請求項２記載の工作機械制御装置。
4. 【請求項４】 上記移動量算出手段が、上記工具または
   ワークの現在位置の上記中心点に対する回転角に基づい
   てその位置における速度を演算し、その速度に応じた移
   動量を算出することを特徴とする請求項２または３記載
   の工作機械制御装置。
5. 【請求項５】 工具またはワークを２次元以上の方向に
   移動させる移動手段を備えた工作機械を制御する工作機
   械制御方法であって、 上記工具またはワークに、コーナ部を有する屈曲した軌
   道が与えられた場合、上記コーナ部に内接する円弧状の
   軌道を演算する円弧軌道演算処理と、 該円弧軌道演算処理により演算された軌道に沿って、上
   記移動手段による上記工具またはワークの移動量を算出
   する移動量算出処理と、 を備えたことを特徴とする工作機械制御方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の円弧軌
   道演算手段及び移動量算出手段としてコンピュータを機
   能させるためのプログラム。