JP2003308115A

JP2003308115A - 数値制御工作機械

Info

Publication number: JP2003308115A
Application number: JP2002115004A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Yamazaki; 恒彦山崎; Naotomi Miyagawa; 直臣宮川; Toshihiko Inoue; 利彦井上
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】適正な姿勢データを使用して加工を行うことが
できる。【解決手段】空間円弧補間を利用した加工プログラムＰ
ＲＯをティーチングにより作成しようとする場合、ジョ
グ送りによってトーチ２３を円弧の始点Ｐ１から中間点
Ｐ２を経由して終点Ｐ３にまで移動させ、各点の制御座
標値を加工プログラムＰＲＯに記憶させて行う。ワーク
Ｗの加工は、この加工プログラムＰＲＯに基づいて行う
が、プログラム中に所定のコードＴ＊＊が存在すれば、
ワークＷの形状情報等に基づいて、中間点Ｐ２における
姿勢データＡｐ２´，Ｂｐ２´を演算し、ティーチング
により求めた姿勢データＡｐ２，Ｂｐ２の替わりに用い
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、加工プログラムに
基づき３次元空間加工を行う数値制御工作機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工等の種々の加工を行う
場合には、ＮＣ（数値制御）が可能な数値制御工作機械
が一般的に用いられているが、３次元加工を行う場合に
は、そのプログラム作成の煩雑さから、ジョグ送りを利
用してのティーチングが一般的に行われていた。

【０００３】図６は、従来の数値制御工作機械の構造の
一例を示すブロック図であるが、このような工作機械
は、主制御部１００や、ジョグレバー等を有する操作ボ
ックス１０１を備えている。図６において、符号１０４
は、工具の位置データ等をメモリするための加工プログ
ラムメモリを示す。また、符号１０３Ｘ，１０３Ｙ，１
３，１７，１９は、工具（又はワーク）を移動・回転さ
せるための駆動手段を示し、符号１０２は、これらの駆
動手段１０３Ｘ，…を駆動するための軸制御部を示す。
なお、駆動手段１０３Ｘ，１０３Ｙ，１３は、工具（又
はワーク）をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ移動させるた
めのものであり、駆動手段１７、１９は、工具をＺ軸及
びＹ軸の回りに回転させるためのものである。

【０００４】以下、図７に沿ってティーチング作業並び
に加工プログラムの作成について説明する。ここで、図
７(a) は、ティーチング作業の様子を説明するための模
式図であり、(b) は加工プログラムの一例を示す図であ
る。

【０００５】いま、図７(a) に示すように、ワークＷの
点Ｐ１から点Ｐ３までの間を、ティーチングによる空間
円弧補間を利用して加工しようとした場合、まず図示し
ない加工開始点から点Ｐ１までは、数値制御工作機械の
直線補間であるＧ０１を利用して、工具を移動させるプ
ログラムを作成し、更に、点Ｐ１から点Ｐ３までは、テ
ィーチングにより空間円弧補間の加工プログラムを作成
し（詳細は次述）、更に、点Ｐ３から図示しない加工終
了点までは、数値制御工作機械の直線補間であるＧ０１
を利用して、工具を移動させるプログラムを作成し、当
該作成された加工プログラムＰＲＯに基づいて、数値制
御工作機械の軸制御部（図６の符号１０２参照）が工具
やワークを移動駆動して加工を実行する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、点Ｐ１から
点Ｐ３間の空間円弧補間のティーチングにおいては、途
中の通過点である点Ｐ２に、工具（レーザ加工機の場合
はトーチ）をオペレータがジョグ送りにより移動させ
て、当該中間点Ｐ２の各制御軸の座標（Ｘｐ２，Ｙｐ
２，Ｚｐ２，Ａｐ２，Ｂｐ２）を手動で設定する必要が
あるが、オペレータによるジョグ送りによる工具の位置
決めでは、中間点Ｐ２における工具先端（トーチ先端）
の位置（Ｘｐ２，Ｙｐ２，Ｚｐ２）は正確に設定できる
ものの、当該位置における工具（トーチ）の姿勢（Ａｐ
２，Ｂｐ２）を正確に指示する、例えば、ワーク表面に
対して、工具の軸線ＣＴ１を、法線方向に位置決めする
こと（図７の符号２３ｂ_１参照）は、オペレータが目視
により法線方向を判断しなければならず、困難を伴う。

【０００７】そして、点Ｐ２における工具の姿勢の指示
が適正に行われなかった場合（例えば、点Ｐ２における
トーチの姿勢を符号２３ｂ_１に示す法線方向としたいの
にもかかわらず符号２３ｂ_２に示すように法線方向から
傾いてしまったような状態で指示してしまった場合）に
は、その不適正な工具の姿勢の指示に基づいて３次元空
間円弧補間プログラムが作成され、実際の加工に使用さ
れてしまうこととなる。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、ティーチングにより始点、中間点及び終点を連絡
する形の３次元空間円弧補間加工を行う場合、ティーチ
ングにより指示すべき中間点における工具の姿勢を、実
際のティーチング内容に係わらず適切に保持した形で加
工を行うことの出来る、数値制御工作機械を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、中間
点（Ｐ２）をティーチングにより指示することで始点
（Ｐ１）及び終点（Ｐ３）を連絡する形の３次元空間円
弧補間の加工プログラム（ＰＲＯ）を生成し、該加工プ
ログラム（ＰＲＯ）に基づいて、４軸以上の制御軸を駆
動手段（１０３Ｘ，１０３Ｙ，１３，１７，１９）を介
して駆動制御することにより、工具（２３）を３次元空
間内で移動駆動させて、ワーク（Ｗ）に対して３次元空
間円弧補間加工を行うことの出来る数値制御工作機械
（１）において、前記ティーチングにより指示された中
間点（Ｐ２）における前記工具の制御座標値を格納する
中間点制御座標位置格納手段（１０４）、前記中間点制
御座標位置格納手段（１０４）により格納された前記中
間点（Ｐ２）の制御座標値から前記中間点（Ｐ２）にお
ける工具（２３）の姿勢が所定の姿勢となるように、前
記中間点（Ｐ２）における修正制御座標値を演算する工
具姿勢演算部（１０６）、及び、前記工具姿勢演算部
（１０６）により演算された前記修正制御座標値に基づ
いて前記駆動手段（１０３Ｘ，１０３Ｙ，１３，１７，
１９）を駆動して、前記３次元空間円弧補間加工におけ
る中間点（Ｐ２）の工具の姿勢が前記所定の姿勢となる
ように駆動制御する加工制御部（１００）を有する、こ
とを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の数値
制御工作機械（１）において、前記所定の姿勢は前記工
具（２３）の姿勢がワーク（Ｗ）に対して法線方向とな
る姿勢である、ことを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、前記工具（２３）がト
ーチであって、請求項１又は２に記載の数値制御工作機
械（１）は、ワーク（Ｗ）のレーザ切断を行うレーザ加
工機である、ことを特徴とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項３に記載の数値
制御工作機械（１）において、前記制御軸は互いに直交
するＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向及び、それら３軸の内のいず
れか２軸の回りの回転軸である、ことを特徴とする。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れか１項に記載の数値制御工作機械（１）において、前
記工具姿勢演算部（１０６）による修正制御座標値の演
算は、前記加工プログラム（ＰＲＯ）中に所定のコマン
ド（Ｔ＊＊）が存在する場合にのみ行われる、ことを特
徴とする。

【００１４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、数値制御にお
いて円弧補間をする場合、前記円弧の中間点（Ｐ２）に
おける工具の姿勢は、工具姿勢演算部（１０６）により
演算された修正制御座標値に基づいて制御されるように
なっている。したがって、ティーチング時の工具姿勢
が、多少ずれていたとしても（図１(a) の符号２３ｂ_２
参照）、加工に際しては工具は適正な姿勢に修正された
形（同図の符号２３ｂ_１参照）に駆動制御される。

【００１５】請求項２の発明によれば、トーチの姿勢が
ワーク対して法線方向となるように駆動制御されるの
で、適正なレーザ切断を行うことができる。

【００１６】請求項３の発明によれば、適正なレーザ切
断を行うことができる。

【００１７】請求項４の発明によれば、ティーチングが
用いられる機会の多い軸制御の数値制御工作機械に本発
明を適用することが出来る。

【００１８】請求項５の発明によれば、コマンドにより
修正制御座標値を用いた加工を行うか否かを選択するこ
とが出来、加工の幅を広げることが出来る。なお、括弧
内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的
なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘
束されるものではない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図５に基づき説明する。ここで、図１(a) は、数値
制御を行うためのティーチング作業の様子を説明するた
めの模式図であり、(b) は加工プログラムの一例を示す
図である。また、図２は、本実施の形態に用いるレーザ
加工機の外観を示す斜視図であり、図３は、該レーザ加
工機のサドル部分の内部構造を示す詳細図であり、図４
は、トーチ部分の構造を示す詳細図である。さらに、図
５は、本発明に係る数値制御工作機械（レーザ加工機）
の構造の一例を示すブロック図である。

【００２０】本実施の形態に用いるレーザ加工機（数値
制御工作機械）１は、図２に示すように、ワークＷを±
Ｘ方向に移動できるように構成されたワーク載置部１Ａ
と、レーザ光照射のためのトーチ（工具）２３を有する
レーザ光照射部１Ｂと、からなる。

【００２１】まず、ワーク載置部１Ａの構造について説
明する。

【００２２】ワーク載置部１Ａはベッド２を有してお
り、そのベッド２の上面側には、不図示のレールが±Ｘ
方向に延設された状態に取り付けられている。このベッ
ド２の上側にはテーブル３が配置されているが、そのテ
ーブル３は、該レールに支持された状態で後述の駆動手
段（例えば、サーボモータで回転駆動されるボールねじ
等）１０３Ｘによって±Ｘ方向に移動されるようになっ
ている。したがって、テーブル３に載置されたワークＷ
は、±Ｘ方向に自在に移動されることとなる。

【００２３】次に、レーザ光照射部１Ｂの構造について
説明する。

【００２４】レーザ光照射部１Ｂは、２本のコラム５
１，５１とクロスアーム５２とからなる門型フレーム５
を有しているが、この門型フレーム５は、上述したテー
ブル３の移動を阻害しないようにその移動経路を跨ぐよ
うな状態で（２本のコラム５１，５１が上述したベッド
２に固定された状態で）配置されている。

【００２５】そして、クロスアーム５２は、下方が開口
された内部空間を有しており、その内壁（ＹＺ面に平行
な内壁）にはクロスレール５ａ，５ａが±Ｙ方向に延設
された状態に取り付けられている。この内部空間にはサ
ドル６が配置されているが、該サドル６は、クロスレー
ル５ａ，５ａに支持された状態で後述の駆動手段（例え
ば、サーボモータで回転駆動されるボールねじ等）１０
３Ｙによって±Ｙ方向に移動されるようになっている。
なお、このサドル６の上部には、図３に詳示するよう
に、符号２０で示す部品（以下、“レーザ受光部”とす
る）が取り付けられている（詳細は後述する）。

【００２６】一方、この門型フレーム５の近傍には不図
示のレーザ発振器が配置されており、そのレーザ発振器
のレーザ光出射部にはレーザ光路管が接続されている。
このレーザ光路管は、図２に符号７ａで示すように、ク
ロスアーム５２の内壁に配置されており、該光路管７ａ
と上述したレーザ受光部２０とはレーザ光路管７ｂを介
して接続されている。なお、レーザ受光部２０は、上述
したようにサドル６の側に取り付けられていることから
サドル６の移動に伴って±Ｙ方向に移動するが、レーザ
光路管７ｂは、伸縮自在かつレーザ受光部２０を中心に
水平面内で回動自在に構成されているために、サドル６
の移動を阻害したりレーザ受光部２０から外れたりする
ことは無い。このような構成に基づき、レーザ発振器に
より発振されたレーザ光は、レーザ光路管７ａ及び７ｂ
を経由してレーザ受光部２０に到達することとなる。

【００２７】さらに、このサドル６には、図３に示すよ
うに、レール１０，１０が±Ｚ方向に延設された状態に
取り付けられており、これらのレール１０，１０にはヘ
ッド枠体１２が移動自在に支持されている。そして、サ
ドル６とヘッド枠体１２との間には、符号１３に示すよ
うに駆動手段（サーボモータと、該モータにて回転駆動
されるボールねじとからなるもの）が介装されていて、
該駆動手段１３によってヘッド枠体１２が±Ｚ方向に駆
動されるように構成されている。なお、このヘッド枠体
１２には第１モータ（駆動手段）１７及び第２モータ
（駆動手段）１９が取り付けられており、それらの出力
軸にはそれぞれ第１駆動歯車１７ａ及び第２駆動歯車１
９ａが嵌め込まれていて、後述する外スリーブ部材１５
や内スリーブ部材１６を回転駆動するように構成されて
いる（詳細は次述）。

【００２８】上述したレーザ受光部２０の下方には、該
受光部２０に対向するように、略円筒状の部材（以下、
“内スリーブ部材”とする）１６がヘッド枠体１２の側
に取り付けられた状態で配置されている。そして、レー
ザ受光部２０の下部（符号２０ａで示す部分）と内スリ
ーブ部材１６の上部（符号１６ｂで示す部分）とは、±
Ｚ方向に伸縮自在な光路管２１によって接続されてい
る。なお、レーザ受光部２０の内部には反射鏡が配置さ
れていて、レーザ光路管７ｂからのレーザ光は、光路管
２１を介して内スリーブ部材１６の内部空間ＫＲ１に導
かれるようになっている（図４の符号ＲＺ参照）。

【００２９】ところで、この内スリーブ部材１６は、軸
ＣＴ１（すなわち、Ａ軸）の回りに回転できるように支
持されており、その一部には内スリーブ歯車１６ａが形
成されている。そして、この内スリーブ歯車１６ａは上
述した第２駆動歯車１９ａに噛合されており、第２モー
タ１９を駆動することにより内スリーブ部材１６が回転
されるようになっている。なお、内スリーブ部材１６の
下端には傘歯車（図４の符号１６ｃ参照）が形成されて
いる（詳細は後述）。

【００３０】この内スリーブ部材１６の外側には、内ス
リーブ部材１６よりも大径の略円筒状部材（以下、“外
スリーブ部材”とする）１５が配置されている。この外
スリーブ部材１５は、軸ＣＴ１の回りに、しかも内スリ
ーブ部材１６の回転とは無関係に回転できるように支持
されている。この外スリーブ部材１５にも外スリーブ歯
車１５ａが形成されており、その外スリーブ歯車１５ａ
は上述した第１駆動歯車１７ａに噛合され、第１モータ
１７を駆動することにより外スリーブ部材１７が回転さ
れるようになっている。

【００３１】ところで、図４に詳示するように、上述し
た外スリーブ部材１５の下端部分の側壁には、符号２２
で示す部品を介してトーチ２３が取り付けられている。
これにより、トーチ２３は、軸ＣＴ１からオフセットし
た位置に配置されると共に、外スリーブ部材１５が回転
されることに基づき軸ＣＴ１（すなわち、Ａ軸）の回り
に回転されるようになっている。

【００３２】この部品２２は、トーチ２３を軸ＣＴ２
（すなわち、Ｂ軸）の回りに回転できるように支持して
いる。符号２２ａに示す傘歯車は、トーチ２３と一体的
に軸ＣＴ２の回りに回転するように構成されているもの
であって、内スリーブ部材側の傘歯車１６ｃに噛合され
ている。これにより、上述した第２モータ１９によって
内スリーブ部材１６が回転されると、傘歯車１６ｃ，２
２ａを介してトーチ２３が軸ＣＴ２の回りに回転される
こととなる。

【００３３】つまり、本実施の形態においては、第１モ
ータ１７によって外スリーブ部材１５を回転させるとト
ーチ２３を軸ＣＴ１（Ａ軸）の回りに回転でき、第２モ
ータ１９によって内スリーブ部材１６を回転させるとト
ーチ２３を軸ＣＴ２（Ｂ軸）の回りに回転できる。

【００３４】一方、上述した傘歯車１６ｃ，２２ａや部
品２２の内部は空洞であり（符号ＫＲ２参照）、スリー
ブ部材１５，１６の下方や部品２２の内部には反射鏡２
５，２６が配置され、傘歯車２２ａの内部には集光レン
ズ７０が配置されている。したがって、内スリーブ部材
１６の内部空間ＫＲ１に導かれたレーザ光ＲＺは、反射
鏡２５にて反射された上で集光レンズ７０を透過し、さ
らに反射鏡２６にて反射されて、トーチ２３の先端（射
出口２３ａ）から出射されることとなる。

【００３５】ところで、図４において、符号２７は、ト
ーチ先端とワークＷとの間の距離を測定するセンサを示
し、符号３０は、各種の演算を行う演算装置を示し、符
号２９は、センサ２７と演算装置３０とを接続するケー
ブルを示す。

【００３６】また、符号４０，４０は、ヘッド枠体１２
と外スリーブ部材１５との間に配置されたＯリングを示
す。これにより、ヘッド枠体１２と外スリーブ部材１５
との間には、これらのＯリング４０，４０にて仕切られ
た環状空間部３９が形成されることとなる。

【００３７】さらに、符号４１は、ヘッド枠体１２に形
成されて環状空間部３９に開口されたガス輸送路を示
す。なお、上述した門型フレーム５の近傍には不図示の
ガスボンベが設置されており、そのガスボンベとガス輸
送路４１とは不図示のガス管等にて接続されていて、ガ
スボンベから環状空間部３９にアシストガスが供給され
るようになっている。また、符号４２は、外スリーブ部
材１５に形成されたガス輸送路を示す。このガス輸送路
４２は、符号４２ｂに示すように環状空間部３９に開口
され、下方（すなわち、−Ｚ方向）に延設された後、外
スリーブ部材１５の円筒壁に沿うように円弧状に湾曲さ
れ、符号４２ａに示す部分で開口されている。さらに、
符号４３は、その開口部分４２ａと部品２２とを接続す
るガス管を示す。これにより、ガスボンベからのアシス
トガスは、ガス輸送路４１、環状空間部３９、ガス輸送
路４２、ガス管４３を通って部材２２に供給され、トー
チ射出口２３ａから放出されることとなる。

【００３８】ところで、上述したレーザ加工機１は、図
５に示す構成であって、トーチ２３（又はワーク）を移
動・回転させるための５つの駆動手段１０３Ｘ、１０３
Ｙ，１３，１７，１９を備えている。このうちの駆動手
段１３は、既に述べているように、トーチ２３をヘッド
枠体１２と共に±Ｚ方向に移動するためのものであり、
駆動手段（すなわち、第１モータ）１７は、トーチ２３
を軸ＣＴ１（Ａ軸）の回りに回転させるためのものであ
り、駆動手段（すなわち、第２モータ）１９は、トーチ
２３を軸ＣＴ２（Ｂ軸）の回りに回転させるためのもの
である。また、駆動手段１０３Ｘは、上述したテーブル
３を±Ｘ方向に移動するためのものであり、駆動手段１
０３Ｙは、トーチ２３をサドル６と共に±Ｙ方向に移動
するためのものである。そして、これらの５つの駆動手
段１０３Ｘ，…は軸制御部１０２によって駆動制御され
るように構成されている。

【００３９】一方、符号１０１は、ティーチング等のた
めに用いられる操作ボックスを示すが、このボックス１
０１は、ジョグ送り用レバーや各種スイッチ類を有して
いる。符号１０４は、トーチ２３の位置データ等をメモ
リするための加工プログラムメモリ（中間点制御座標位
置格納手段）を示し、符号１０６は、加工プログラムメ
モリ１０４にメモリされているデータ等に基づき、補間
すべき点における最適な工具姿勢を演算する工具姿勢演
算部を示す。符号１０５は、工具姿勢演算部１０６の演
算結果に基づいて各駆動手段１０３Ｘ，…を駆動制御し
トーチ２３の姿勢を適正姿勢にするティーチング加工制
御部を示し、符号１０７はシステムメモリを示す。

【００４０】次に、本発明に係る数値制御方法について
図１に沿って説明する。

【００４１】いま、図１(a) に示す点Ｐ１まではトーチ
２３は直線経路に沿って移動し（矢印Ｇ０１参照）、ワ
ークＷの点Ｐ１から点Ｐ３までは円弧経路に沿って移動
し（矢印Ｇ１２参照）、点Ｐ３から加工終了点（不図
示）までは直線経路に沿って移動するようにプログラム
したいとする。そして、トーチ２３の移動姿勢は、常に
ワークＷに対して法線方向となるようにしたいとする
（符号２３ａ，２３ｂ_１，２３ｃ参照）。加工プログラ
ムを作成するに当たり、操作ボックス１０１よりワーク
Ｗの形状情報を入力する。因みに、本実施の形態におけ
るワークＷ（の少なくとも一部）は、直径Ｒの薄肉円筒
であって図１(a) の紙面と直交する方向に伸延された状
態で配置されているものとする。

【００４２】その場合、不図示の加工開始点から点Ｐ１
までは、数値制御工作機械の直線補間Ｇ０１を利用し
て、工具を移動させるプログラムを作成し、点Ｐ１から
点Ｐ３までは、ティーチングにより空間円弧補間の加工
プログラムを作成し（つまり、中間点Ｐ２をティーチン
グにより指示することで始点Ｐ１及び終点Ｐ３を連絡す
る形の３次元空間円弧補間の加工プログラムを生成する
が、詳細は次述）、更に、点Ｐ３から図示しない加工終
了点までは、数値制御工作機械の直線補間Ｇ０１を利用
して、工具を移動させるプログラムを作成する。

【００４３】加工プログラム作成に当たっては、オペレ
ータは操作ボックス１０１を操作してティーチング加工
制御部１０５に点Ｐ１のＸ、Ｙ，Ｚ軸についての制御座
標値を示す位置データＸｐ１（Ｘ軸），Ｙｐ１（Ｙ
軸），Ｚｐ１（Ｚ軸）及びＺ軸回りのＡ軸及びＹ軸回り
のＢ軸の制御座標値である姿勢データＡｐ１（Ａ軸），
Ｂｐ１（Ｂ軸）の制御座標値を、制御座標値として指示
して、図１(b) に示すように、加工プログラムＰＲＯの
ブロックＮ００１を直線補間Ｇ０１で作成し、ティーチ
ング加工制御部１０５に対して、当該点Ｐ１の位置まで
トーチ２３を移動させるように指令する。これを受けて
ティーチング加工制御部１０５は軸制御部１０２を介し
てトーチ２３を直線補間Ｇ０１により所定の加工開始点
から円弧補間の始点（円弧の始点）Ｐ１まで移動させる
（符号２３ａ参照）。

【００４４】こうして、トーチ２３が始点Ｐ１に位置決
めされたところで、オペレータは操作ボックス１０１を
操作して、これから３次元空間円弧補間のティーチング
を行う旨をティーチング加工制御部１０５に対して指令
し、オペレータはトーチをジョグ送りによって中間点
（円弧の中間点）Ｐ２まで移動し（符号２３ｂ_１参
照）、トーチ２３がワークＷに対して法線方向となるよ
うにその姿勢を目視によって調整し、操作ボックス１０
１を操作して、中間点Ｐ２における制御座標値を、位置
データＸｐ２，Ｙｐ２，Ｚｐ２や姿勢データＡｐ２，Ｂ
ｐ２としてティーチング加工制御部１０５に対して教示
し、これを受けてティーチング加工制御部１０５は、当
該中間点Ｐ２における位置データＸｐ２，Ｙｐ２，Ｚｐ
２や姿勢データＡｐ２，Ｂｐ２を適宜なメモリ（例え
ば、加工プログラムメモリ１０４）に記憶させる。

【００４５】オペレータは、さらに、トーチ２３をジョ
グ送りによって終点（円弧の終点）Ｐ３まで動かし、更
に、操作ボックス１０１を操作して、当該点Ｐ３の制御
座標値を、位置データＸｐ３，Ｙｐ３，Ｚｐ３や姿勢デ
ータＡｐ３，Ｂｐ３として教示し、ティーチング加工制
御部１０５は前述の適宜なメモリ（例えば、加工プログ
ラムメモリ１０４）に当該制御座標値を記憶させる。こ
うして、点Ｐ１からＰ２、Ｐ３の制御座標値が記憶され
たところで、ティーチング加工制御部１０５は、図１
(b) に示すように、３次元空間円弧補間のブロックＮ０
０２を、オペレータから教示された各点Ｐ１からＰ２、
Ｐ３の制御座標値に基づいて生成する。

【００４６】こうして、３次元空間円弧補間のブロック
Ｎ００２が、ティーチング加工制御部１０５により生成
されたところで、オペレータは操作ボックス１０１を操
作して、図示しない加工終了点の制御座標値、即ち位置
データＸｐ４，Ｙｐ４，Ｚｐ４や姿勢データＡｐ４，Ｂ
ｐ４を入力し、トーチ２３を直線補間Ｇ０１で加工終了
点まで移動させるブロックＮ００３を作成し、加工プロ
グラムＰＲＯを完成させる。こうして、作成された加工
プログラムＰＲＯは、加工プログラムメモリ１０４中に
格納される。

【００４７】次に、ワークＷを実際に加工する場合に
は、オペレータによる操作ボックス１０１からの加工開
始指令に基づいて、主制御部１００は加工プログラムメ
モリ１０４から図１(b) に示す加工プログラムＰＲＯを
読み出し、該読み出された加工プログラムＰＲＯに基づ
いてワークＷに対する加工を開始する。

【００４８】すなわち、主制御部１００は、まず加工プ
ログラムＰＲＯのブロックのＮ００１に基づいて、トー
チ２３を加工開始点から点Ｐ１まで直線補間Ｇ０１で移
動駆動させる。この際、軸制御部１０２は、各制御軸の
駆動手段１０３Ｘ、１０３Ｙ、１３，１７，１９を適宜
駆動して、各制御軸Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ軸の位置が点Ｐ
１で、加工プログラムＰＲＯのブロックのＮ００１で指
示された制御座標値である、位置データＸｐ１（Ｘ
軸），Ｙｐ１（Ｙ軸），Ｚｐ１（Ｚ軸）及びＡ軸及びＢ
軸についての姿勢データＡｐ１（Ａ軸），Ｂｐ１（Ｂ
軸）となるように制御する形で直線補間Ｇ０１を実行
し、ワークＷの加工を行う。

【００４９】次に、主制御部１００は、加工プログラム
ＰＲＯのブロックＮ００２の３次元空間円弧補間を実行
するが、この際当該ブロックＮ００２に、中間位置自動
補正コードＴ＊＊（Ｔ＊＊は、数値制御工作機械側で適
宜設定されたコマンド）が、オペレータにより指示され
ていた場合には、当該ブロックＮ００２を実行する際
に、トーチ２３の向き、即ちワークＷに照射されるレー
ザ光ＲＺが、ワークＷに対して法線方向に位置するよう
にＡ軸及びＢ軸についての姿勢データＡｐ２（Ａ軸），
Ｂｐ２（Ｂ軸）を修正しつつ加工を行う。

【００５０】即ち、ティーチングによりオペレータによ
り教示される中間点Ｐ２の制御座標位置は、トーチ２３
の先端の座標位置、即ちＸ、Ｙ、Ｚの位置データＸｐ
２，Ｙｐ２，Ｚｐ２は正確に指示できるものの、トーチ
２３のワークＷに対する姿勢、即ち傾きについては、ト
ーチ２３がワークＷに対して正確に法線方向に向いた形
で、Ａ軸及びＢ軸の姿勢データＡｐ２，Ｂｐ２を教示す
ることは極めて困難であり、教示された点Ｐ２の姿勢デ
ータＡｐ２，Ｂｐ２をそのまま用いたのでは、図１(a)
のトーチ２３ｂ_２のように、トーチ２３がワークＷに対
して正確に法線方向に向かない場合が生じる。

【００５１】そこで、主制御部１００は、３次元空間円
弧補間のブロックＮ００２に中間位置自動補正コードＴ
＊＊がオペレータにより指示されていた場合には、工具
姿勢演算部１０６に対して、中間点Ｐ２において、トー
チ２３の姿勢がワークＷに対して正確に法線方向に向く
ようなＡ軸及びＢ軸の制御座標値、即ち修正姿勢データ
Ａｐ２´，Ｂｐ２´を演算して求めるように指令する。

【００５２】これを受けて、工具姿勢演算部１０６は、
加工プログラムＰＲＯで指示されたワークＷの形状デー
タや中間点Ｐ２の位置データＸｐ２（Ｘ軸），Ｙｐ２
（Ｙ軸），Ｚｐ２（Ｚ軸）に基づいて、当該中間点Ｐ２
において、トーチ２３の姿勢がワークＷに対して法線方
向に位置するように、Ａ軸及びＢ軸の制御座標値、即ち
修正姿勢データＡｐ２’，Ｂｐ２’を演算して求める。
なお、ワークＷの形状が判明している状態で、当該ワー
クＷ上の任意の点に対する法線方向を演算することは公
知の手法を用いることで容易に行うことが出来るので、
ここでは具体的な演算手法について説明することは省略
する。更に、ワークＷに対して、トーチ２３の姿勢が法
線方向に位置するような制御座標値を演算する際には、
上述のようにＡ軸及びＢ軸についてのみその値を変更す
る演算を行う以外に、直交するＸ、Ｙ、Ｚの制御座標値
をも変更する形で演算するようにしてもよい。従って、
その演算手法としては、多様な方法を用いることが出来
るものである。

【００５３】こうして、中間点Ｐ２においてトーチ２３
がワークＷに対して法線方向に位置するような姿勢とな
る、Ａ軸及びＢ軸の修正制御座標値、即ち修正姿勢デー
タＡｐ２’，Ｂｐ２’が工具姿勢演算部１０６で演算さ
れたところで、主制御部１００は、軸制御部１０２を介
してＡ軸駆動手段１７及びＢ軸駆動手段１９を駆動し
て、中間点Ｐ２においてそれら駆動軸が演算された修正
姿勢データＡｐ２’，Ｂｐ２’となるように位置決めす
る。これにより、トーチ２３は、加工プログラムＰＲＯ
のブロックＮ００２で、ティーチングに基づく姿勢デー
タＡｐ２，Ｂｐ２が教示されているにも拘わらず、工具
姿勢演算部１０６で演算されたＡ軸及びＢ軸の修正制御
座標値、即ち修正姿勢データＡｐ２’，Ｂｐ２’に基づ
いて位置決め制御されることとなる。その結果、トーチ
２３は、ワークＷに対して法線方向に適正に位置決めさ
れることとなる。

【００５４】こうして、加工プログラムＰＲＯのブロッ
クＮ００２の３次元空間円弧補間は、その中間点Ｐ２に
おいて、トーチ２３のワークＷに対する姿勢が適正な状
態となるように修正された形で実行され、以後、終点Ｐ
３まで、円滑に行われる。

【００５５】主制御部１００は、加工プログラムＰＲＯ
のブロックＮ００２の実行を完了したところで、図１
(b) に示すブロックＮ００３に入り、点Ｐ３から加工終
了点まで、直線補間Ｇ０１で移動して、ワークＷに対す
る所定の切断加工を終了する。

【００５６】なお、上述した実施の形態では、本発明を
レーザ加工機に適用した例について述べたが、もちろん
これに限られるものではなく、レーザ加工機以外の数値
制御工作機械に適用し、トーチ以外の工具に適用しても
良い。

【００５７】また、上述した実施の形態では、工具の姿
勢をワークＷに対して法線方向となるようにしたが、も
ちろんこれに限られるものではない。

【００５８】さらに、上述した実施の形態では、工具２
３又はワークＷは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動され、
かつ、Ｙ軸及びＺ軸の回りに回転されるように構成され
ていたが、１軸の回りにだけ回転されるようにしても良
い。

【００５９】またさらに、上述の実施例では、前記加工
プログラムを作成する際にコマンド（上述の主制御部１
００、工具姿勢演算部１０６などによる工具の姿勢制御
の可否を指示するための制御コードＴ＊＊）を挿入する
ようにしておき、前記主制御部１００、工具姿勢演算部
１０６などによる工具の姿勢制御は、該コマンドが存在
する場合にのみ行う（すなわち、該コマンドが存在しな
い場合には、ティーチングにより指示された姿勢データ
Ａｐ２，Ｂｐ２を用いる）ようにしたが、当該コマンド
を使用せず、３次元空間円弧補間の場合に、必ず、トー
チ２３の修正制御座標を演算して、当該修正制御座標に
基づいて制御するようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(a) は、数値制御を行うためのティーチン
グ作業の様子を説明するための模式図であり、(b) は加
工プログラムの一例を示す図である。

【図２】図２は、本発明が適用されるレーザ加工機の外
観を示す斜視図である。

【図３】図３は、該レーザ加工機のサドル部分の内部構
造を示す詳細図である。

【図４】図４は、トーチ部分の構造を示す詳細図であ
る。

【図５】図５は、本発明に係る数値制御工作機械の構造
の一例を示すブロック図である。

【図６】図６は、従来の数値制御工作機械の構造の一例
を示すブロック図である。

【図７】図７(a) は、従来におけるティーチング作業の
様子を説明するための模式図であり、(b) は加工プログ
ラムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１…………レーザ加工機（数値制御工作機械）２３………トーチ（工具）１００……主制御部（加工制御部）１０２……軸制御部１０３Ｘ…駆動手段１０３Ｙ…駆動手段１０４……加工プログラムメモリ（中間点制御座標位置
格納手段）１０５……ティーチング加工制御部１０６……工具姿勢演算部Ｐ１………始点Ｐ２………中間点Ｐ３………終点ＰＲＯ……加工プログラムＷ…………ワーク

フロントページの続き (72)発明者井上利彦愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地ヤマザキマザック株式会社本社工場内Ｆターム(参考） 4E068 CB04 CE05 5H269 AB11 BB09 CC01 CC05 QA05 QC01 QC10 QD03 RB04 SA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中間点をティーチングにより指示すること
で始点及び終点を連絡する形の３次元空間円弧補間の加
工プログラムを生成し、該加工プログラムに基づいて、
４軸以上の制御軸を駆動手段を介して駆動制御すること
により、工具を３次元空間内で移動駆動させて、ワーク
に対して３次元空間円弧補間加工を行うことの出来る数
値制御工作機械において、前記ティーチングにより指示された中間点における前記
工具の制御座標値を格納する中間点制御座標位置格納手
段、前記中間点制御座標位置格納手段により格納された前記
中間点の制御座標値から前記中間点における工具の姿勢
が所定の姿勢となるように、前記中間点における修正制
御座標値を演算する工具姿勢演算部、及び、前記工具姿勢演算部により演算された前記修正制御座標
値に基づいて前記駆動手段を駆動して、前記３次元空間
円弧補間加工における中間点の工具の姿勢が前記所定の
姿勢となるように駆動制御する加工制御部を有する、ことを特徴とする数値制御工作機械。
【請求項２】前記所定の姿勢は前記工具の姿勢がワーク
に対して法線方向となる姿勢である、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御工作機械。
【請求項３】前記工具がトーチであって、前記数値制御
工作機械は、ワークのレーザ切断を行うレーザ加工機で
ある、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御工作
機械。
【請求項４】前記制御軸は互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの
３軸方向及び、それら３軸の内のいずれか２軸の回りの
回転軸である、ことを特徴とする請求項３に記載の数値制御工作機械。
【請求項５】前記工具姿勢演算部による修正制御座標値
の演算は、前記加工プログラム中に所定のコマンドが存
在する場合にのみ行われる、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載
の数値制御工作機械。