JP2007018495A - Contour machining method by numerical control single cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非回転単一刃具により輪郭形状を切削加工する方法に関し、更に詳しくは定速回転するテーブル上に固定された被加工物の任意の位置に、曲線の輪郭をNC加工する方法に関する。 The present invention relates to a method of cutting a contour shape with a non-rotating single cutting tool, and more particularly to a method of NC processing a contour of a curve at an arbitrary position of a workpiece fixed on a table rotating at a constant speed. .
通常の輪郭加工には回転工具すなわちエンドミルを使用されることが多い。しかし、形状が小さくなるとエンドミルも小径のものが必要となり、回転数も高くなり精度、寿命の面で満足されない。 A rotating tool, that is, an end mill is often used for normal contour machining. However, when the shape is reduced, the end mill needs to have a small diameter, and the rotational speed increases, which is not satisfactory in terms of accuracy and life.
そこで、旋盤系またはシェーバ系(プレーナ系)の手法、即ち非回転単一刃具を用いた輪郭加工の手法が応用される。先行技術の多くは輪郭を線分に分割して点列を直線補間で接続する手法をとり、輪郭が円形のみである場合には点列を作らずに円弧補間が利用されている。 Therefore, a lathe system or a shaver system (planar system) technique, that is, a contour machining technique using a non-rotating single blade is applied. Many of the prior arts use a method in which the contour is divided into line segments and the point sequence is connected by linear interpolation. When the contour is only circular, circular interpolation is used without creating a point sequence.
数式又は点列で与えられる曲線により囲まれた輪郭に対しては微小線分セグメントを直線補間で接続することが通常であり、デジタイザーや計算機の性能向上に伴ない大きな負荷ではない。しかし、多数の輪郭を加工するとき、または形状が変化するときなどにパソコン(小型計算機)で簡単に計算して精度の良いプログラムを組む手法が求められている(特許文献1−3参照。)。 For a contour surrounded by a curve given by a mathematical expression or a point sequence, it is normal to connect minute line segments by linear interpolation, and this is not a large load accompanying the performance improvement of a digitizer or a computer. However, there is a demand for a technique for easily calculating with a personal computer (small computer) and building a high-accuracy program when processing a large number of contours or when the shape changes (see Patent Documents 1-3). .
切削加工による輪郭加工において、非回転単一刃具を使用する場合には次の三点の考慮が必要である。
1.適正な切削速度
2.刃具の方向
3.NCプログラム
The following three points need to be considered when using a non-rotating single cutting tool in contour processing by cutting.
1.
一般の切削加工の切削速度は近頃次第に上昇し、数100m/minが普通となった。小さい(数mm)寸法の輪郭加工を単一刃具で加工しようとするときに上記の程度の相対速度を作り出すのは容易でない。幸いにして近年のNC工作機械の進歩はめざましく、送り速度は数メートル毎分に達しており、被削材を適切に選べば送り運動を切削運動に利用することが可能となった。旋盤のヘール加工のように、むしろ低速度の方が良い仕上げ面が得られることも報告されている。小形状のばあいには単一刃具の高速加工は望めず、切削力は小さいから切削運動に送り運動を利用する手法が可能となる。 The cutting speed of general cutting has gradually increased recently, and has become normal at several hundreds m / min. It is not easy to create a relative speed of the above-mentioned degree when trying to process a contour with a small size (several mm) with a single cutting tool. Fortunately, the progress of NC machine tools in recent years has been remarkable, and the feed rate has reached several meters per minute, and it has become possible to use the feed motion for the cutting motion if the work material is selected appropriately. It has also been reported that a better finish can be obtained at lower speeds, such as lathe turning. In the case of a small shape, high-speed machining of a single cutting tool cannot be expected, and since the cutting force is small, a method of using a feed motion for the cutting motion becomes possible.
いうまでもなく、刃具の方向と切削方向は一致していることが望ましい。図16の非回転単一刃具8と切削方向8aと切削軌跡CMの関係で示されるように、プレーナのごとく一致していることが理想であるが、旋盤では送り分だけ斜めになっており、従がって斜め切削といわれる。本発明の場合は曲線の種類と定点Aの選び方により斜め切削になることがあるが、低速、微小切込みの場合は問題にならない。図17に示すように軌跡CMに合わせて刃具8の方向を変えるように工具回軸Wを設ける方式は、刃具先端と旋回軸の一致が困難である。
Needless to say, it is desirable that the direction of the cutting tool and the cutting direction match. As shown by the relationship between the non-rotating
また、多数の点列から直線セグメントを作り、直線補間で接続してNCプログラムを作成する方法は準備負荷が重く、プログラム点検が難しく、精度を重視する場合には加速的にデータ量が増大し、NC装置の実行速度を遅くするため、適切な切削速度を得られなくなる欠点があった。 Also, the method of creating an NC program by creating straight line segments from a large number of point sequences and connecting them by linear interpolation is heavy in preparation load, difficult to check the program, and the data volume increases at an accelerated rate when accuracy is important. Since the execution speed of the NC device is slowed, there is a drawback that an appropriate cutting speed cannot be obtained.
前述の非回転単一刃具による輪郭の切削加工は、X、Y軸とC軸とを同時NC制御する制御装置と、X、Yの各運動軸座標系に従がって運動する非回転刃具8と、被加工体7を載せてC軸駆動により回転するテーブル6とを備えるNC工作機械において、被加工体7のXY平面に、原点Oから離れた距離に曲線(例えば楕円)、または直線を含む複合曲線の輪郭FAを加工しようとするとき、次のようにして実施する。これにより簡単な数値制御プログラムによって加工目的を達成することができる。曲線、または直線を含む複合曲線の輪郭形状の中心部に定点Aを定め線分OAを半径R(mm)とする第一のステップと、輪郭FAを任意に分割数i=0〜pに分割し、分割角(−θi)と分割点Niにおける線分ANiの長さqを計算する第二のステップと、テーブル回転(θi)により分割点Niが移動したときのXY座標Mi(Xi、Yi)を計算する第三のステップと、隣接する3個のM点を通る円Ei〜Epを計算する第四のステップとを逐次実行し、該円Eiのそれぞれについて、前記3個のM点の先頭点を始点座標値、中間点を終点座標値とする円弧補間命令とテーブル回転運動を同期させたNC指令を作り逐次連結するステップとによってNCプログラムを作成し、XY軸円弧・C軸直線の合成三軸同時補間加工により輪郭加工を実行するようにするものである。
The above-described contour cutting with the non-rotating single cutting tool includes a control device that simultaneously controls the X, Y and C axes, and a non-rotating cutting tool that moves according to the X and Y motion axis coordinate systems. 8 and a table 6 on which the
この発明により各種曲線のNC輪郭加工が高効率、高精度に実施できるようになる。従来、短線分セグメントを接続して輪郭加工を行なっていたものを後述する2 out of 3方式の円弧補間とすることで、NCプログラムが短縮され、パソコンで容易に扱えるようになり、またチェックも容易となり、更にNC輪郭加工時間が短縮される。 According to the present invention, NC contour machining of various curves can be performed with high efficiency and high accuracy. By using the 2 out of 3 circular interpolation method, which was previously used for contour processing by connecting short line segments, the NC program can be shortened and can be easily handled by a personal computer. The NC contour machining time is further shortened.
この発明に使用されるNC加工機は図1に示すもので、ベッド1上にコラム3を取り付けてY軸移動するコラムベース(Y軸)2とOを中心とする回転テーブル(C回転軸)6とを並設し、コラム3にZ軸移動のキャリッジ4を取り付け、このキャリッジ4に刃具台9を保持してX軸に移動するラム5を設けて構成し、非回転単一刃具8をXYZ軸に運動させ、被加工体7をC軸テーブル6に載せて回旋させる。C軸中心OはXY軸の原点にとる。被加工体7の表面に輪郭FAを加工するが、軸心Oとは離れた距離にあるので、テーブル回転に伴い対象輪郭FAは原点Oを軸にして振り回される。刃具8は刃具先端の座標点Mが図2に示すように輪郭FAから離れないようにXY合成運動により追いかける。もし、輪郭FAの運動とXY合成運動がまったく同じであるならば、刃具8は加工作用を行なわない。従って、輪郭FAが加工される条件とは前記C軸旋回運動とXY合成運動の間に運動差があるということである。この運動差が常に一定の値(mm)であるときには輪郭FAが円形となり、XY合成運動は原点Oから一定距離をオフセットした円弧補間となる。
The NC processing machine used in the present invention is as shown in FIG. 1. A column base (Y axis) 2 that moves a Y axis by attaching a
通常の機械工作ではC軸運動を切削運動にとり、XYZ軸運動を送り運動にとるからその動力と速度がそれぞれにふさわしく設計されている。即ち切削運動は高速・高馬力であり、送り系は低速・低馬力である。上述のようにこの明細書で説明する輪郭加工作用は切削運動と送り運動の区別がなく、各軸の運動の差を利用する技術であり、これを可能にしたものは送り系の高速化と切削現象の見直しが大きく貢献している。機械装置の外見が似ていても設計と利用の技術は異なるといえる。 In normal machining, the C-axis motion is taken as the cutting motion and the XYZ-axis motion is taken as the feed motion, so that the power and speed are designed appropriately. That is, the cutting motion is high speed and high horsepower, and the feed system is low speed and low horsepower. As described above, the contour machining operation described in this specification is a technique that uses the difference between the motions of the axes without distinguishing between the cutting motion and the feed motion. The review of the cutting phenomenon has contributed greatly. Even if the appearance of the mechanical device is similar, the design and utilization techniques are different.
前述のように、この技術の原理はテーブル6の円運動とXY軸2、5の合成運動の差を利用したものであるから、両運動の連続性、刃具の方向の理由から加工可能な輪郭形状FAの制限が生ずる。変曲点を持つ曲線、ハート形、折れ直線のような特異点のあるもの、サインカーブのように曲率中心が進行方向左右に変化するものには適用されない。但しそのような不適点を除く一部分は加工可能である。無条件に可能と定義できる曲線は、連続した曲線であり、変曲点が存在せず、内部にその中心を持つもの、またはその条件を満たしている曲線部分である。
As described above, the principle of this technique is based on the difference between the circular motion of the table 6 and the combined motion of the
条件を満たす輪郭FA、例えば、図5ないし図6に示されるような楕円が与えられた場合には、第1ステップとしてまずその中心部に定点Aを定め、定点Aを原点とするUV座標で輪郭FAを定義する。また、線分OAの値を旋回半径Rとする。計算できる二次曲線の場合は線分ANiが計算しやすい点を定点Aに選ぶ。もし点列が計算機、デジタイザーなどから与えられる場合は中心領域の任意点に定点Aを選ぶ。閉じていない場合には内部領域の中心部分に定点Aを選ぶ。後述する線分qの算出を可能にするため定点Aは輪郭線FAから離れた位置に置かれることが望ましい。 When a contour FA satisfying the condition, for example, an ellipse as shown in FIGS. 5 to 6, is given, as a first step, a fixed point A is first defined at the center, and the UV coordinates with the fixed point A as the origin are used. A contour FA is defined. Further, the value of the line segment OA is set as the turning radius R. In the case of a quadratic curve that can be calculated, a point where the line segment ANi can be easily calculated is selected as the fixed point A. If the point sequence is given by a computer, digitizer, etc., a fixed point A is selected as an arbitrary point in the center area. If it is not closed, a fixed point A is selected at the center of the inner area. In order to enable calculation of the line segment q, which will be described later, the fixed point A is preferably placed at a position away from the contour line FA.
次に、第2のステップとして、前記UV軸系で定義された輪郭FAをC軸旋回と反対方向に分割して、それぞれの点にNiの番号をつける。分割は一定の角度ごとでも良いし任意の角度でも良い。曲率変化の大きい部分には細かく、小さい部分には大きく分割するのが合理的である。その上で各線分ANiの長さqを計算する。閉じた二次曲線の場合(例えば、数1で表わされる楕円)には、このステップは容易であり、θiを変数として数2で与えられる。もしqの計算式がない場合には計算機とかCADを利用してθiとqの関係を表にする。
Next, as a second step, the outline FA defined by the UV axis system is divided in the direction opposite to the C axis rotation, and Ni is assigned to each point. The division may be performed at a certain angle or an arbitrary angle. It is reasonable to divide the portion where the curvature change is large into fine parts and the small part into large parts. Then, the length q of each line segment ANi is calculated. In the case of a closed quadratic curve (for example, an ellipse represented by Equation 1), this step is easy and is given by
第3のステップはテーブル6がC軸の角度θiだけ回転したときの刃具点位置M(Xi、Yi)の計算である。すでにqが求められているから、Xi、Yiは、数3にqを代入して得られる。
第4のステップは前記刃具点位置のM点の点群から三点円Eiを逐次作ることである。三点は一つの円Eiを決定し、円弧中心Xei、Yeiと半径riが決まる。三点円の計算方式の一例を次に示す。 The fourth step is to sequentially create a three-point circle Ei from the point group of M points at the blade point position. The three points determine one circle Ei, and the arc centers Xei and Yei and the radius ri are determined. An example of a three-point circle calculation method is shown below.
図3において、刃具軌跡CMは(M1、M2、M3、M4、…Mp)であり、隣接する三点を通る円をE1=(M1、M2、M3)及びE2=(M2、M3、M4)と記すと、それぞれの中心点はE10(Xe1、Ye1)及びE20(Xe2、Ye2)である。各M点の座標値(Xi、Yi)は既知であるから、E10についてXe1、Ye1は数4で求めることができる。
次に図4で本発明の円弧補間接続方式「2 out of 3方式」の特徴を説明する。図において、区間M2、M3には三角形領域M2、Mt、M3がある。Mtは線分M1M2と線分M4M3をそれぞれ延長した交点で、この領域内に非明示の適正点が存在する。点列M1〜M5内の2点M2、M3を接続するには、線分M2M3、円弧E2、円弧E3の3種類が選べるが、円弧E2とE3に囲まれた部分(斜線ハッチ)がもっとも確からしい領域であり、前方2点の外挿を考慮すると、近似誤差がもっとも小さいものとしてE3が決定される。 Next, the features of the circular interpolation connection method “2 out of 3 method” of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, there are triangular areas M2, Mt, and M3 in sections M2 and M3. Mt is an intersection obtained by extending the line segment M1M2 and the line segment M4M3, respectively, and there is an improper appropriate point in this region. To connect the two points M2 and M3 in the point sequence M1 to M5, three types of line segment M2M3, arc E2, and arc E3 can be selected, but the part surrounded by arcs E2 and E3 (shaded hatch) is the most certain If the extrapolation of the two front points is considered, E3 is determined as the one with the smallest approximation error.
NCプログラムは上記に得られた三点円データで円弧補間命令を作り、逐次接続して構成する。得られた三点円Eiには半径ri、中心座標Xei、Yeiと三M点の位置座標が含まれているが、NCプログラムの円弧補間指令には三点円中心座標Xei、Yeiまたは半径riの何れかと始点と中間点データを用いる。 The NC program is constructed by creating a circular interpolation command from the three-point circle data obtained above and connecting them sequentially. The obtained three-point circle Ei includes the radius ri, the center coordinates Xei, Yei, and the position coordinates of the 3M points, but the circular interpolation command of the NC program includes the three-point circle center coordinates Xei, Yei or the radius ri. The start point and intermediate point data are used.
プログラムを構成するNC命令(ブロック)には、準備の命令と、加工の命令がある。準備のために座標系としてGコード、刃具の加工開始点への移動命令X、Yなどがあり、更にモーダル命令としてC軸回転方向Gコード、円弧補間回転方向Gコードなどがある。加工命令は前記中間点位置M点Mi+1のXi+1、Yiと、半径riと、C軸旋回角θi+1とを終点として同ブロック内に与え、運動速度Fを付け加える。前記半径riは中心点座標Ii、Jiに替えてもよい。次のブロックには同様にして点Mi+2の情報を記載する。 NC commands (blocks) constituting the program include a preparation command and a processing command. For the preparation, there are a G code as a coordinate system, instructions X and Y for moving the cutting tool to the machining start point, and further there are a C-axis rotation direction G code and an arc interpolation rotation direction G code as modal instructions. The machining command gives Xi + 1 and Yi of the intermediate point position M point Mi + 1, the radius ri, and the C-axis turning angle θi + 1 as end points in the same block, and adds the motion speed F. The radius ri may be replaced with the center point coordinates Ii and Ji. In the same manner, information on the point Mi + 2 is written in the next block.
前記プログラムでは先頭点と中間点データが使われ第三点は捨てられている。そしてつぎの三点円で捨てられたデータが使われる。したがって、NC命令の接続点で前方の二点を外挿しているという特徴がある。 In the program, the first point and intermediate point data are used and the third point is discarded. The data discarded in the next three-point circle is used. Therefore, there is a feature that the two front points are extrapolated at the connection point of the NC command.
[楕円の加工]
既に、図5ないし図6を参照して説明したように、半径R(mm)を求める楕円の中心に定点Aを取る第1のステップ、楕円の輪郭線を所望の任意数pに分割し、各分割点Niにおける線分ANiの長さqiを計算する第2ステップ、テーブル6の中心回転により分割点が移動したときのXY点座標Miを計算する第3ステップ、そして隣接する3つのM点座標を通る円Eiを逐次計算する第4ステップを経て求めた円Eiのそれぞれについて、3個のM点の先頭点を始点座標値、中間点を終点座標値とする円弧補間命令とテーブル6の回転運動と同期させたNCプログラムが作られ、これによりXY軸円弧・C軸直線の合成同時補間により非回転刃具によるプレーナ形の輪郭溝NC加工が実現する。図6は楕円の三点円の計算ステップと中心座標と半径の計算例を示したものである。
[Ellipse processing]
As already described with reference to FIGS. 5 to 6, the first step of taking a fixed point A at the center of the ellipse for obtaining the radius R (mm), dividing the outline of the ellipse into a desired arbitrary number p, A second step for calculating the length qi of the line segment ANi at each dividing point Ni, a third step for calculating the XY point coordinates Mi when the dividing point is moved by the center rotation of the table 6, and three adjacent M points For each of the circles Ei obtained through the fourth step of sequentially calculating the circle Ei passing through the coordinates, the circular interpolation command with the start point coordinate value of the three M points as the start point coordinate value and the intermediate point as the end point coordinate value and Table 6 An NC program synchronized with the rotational motion is created, thereby realizing planar contour NC machining with a non-rotating cutting tool by simultaneous simultaneous interpolation of an XY-axis arc and a C-axis straight line. FIG. 6 shows an example of calculating the elliptical three-point circle and calculating the center coordinates and radius.
[放物線、円、直線の複合図形の加工]
図7ないし図9は、輪郭FAが、放物線形状部分、円弧部分、及び直線部分の複合図形から成る一例を示すもので、図示のものは、さらに詳細には、放物線がY軸を主軸(x2=−4σy、焦点(0、σ))とするもので、これに接する半径Cの円λ1、λ2及び接線Lから成る輪郭軌跡CMであって、各軌跡における各距離qiを求める第2ステップの説明図である。
[Processing complex figures of parabolas, circles, and straight lines]
7 to 9 show an example in which the contour FA is composed of a composite figure of a parabola-shaped part, a circular arc part, and a straight line part. In the illustrated example, the parabola has a principal axis (x 2 = −4σy, focal point (0, σ)), and is a contour locus CM composed of circles λ1 and λ2 and a tangent line L having a radius C in contact therewith, and a second step for obtaining each distance qi in each locus It is explanatory drawing of.
定点Aを焦点Fに定め、UV軸の原点とする。左右の小円の中心座標をU1、V1;−U1、V1とする。図のように定点Aから軌跡CMに分割角θi(i=1、2、…p)で分割線q1、q2、…qpを引き各qを計算する。なお、計算式は、放物線部分が数5、円弧区間部分が数6、直線区間部分が数7の通りである。
上述の場合、UV座標系でθの角度はC軸の回転方向と逆にとってある。また、図7の場合、放物線は極座標に変換してCCWに角度をとってある。そして準線U’を作ると、図においてQ'N'=qであるから上記数5が得られる。放物線の場合θ→πでq=∞となるから、−V方向に角度の限界があるばかりでなく、刃先と進行方向が不一致になるため焦点Fを定点Aとする方式では範囲に制限を受ける。
In the above case, the angle θ in the UV coordinate system is opposite to the rotation direction of the C axis. In the case of FIG. 7, the parabola is converted into polar coordinates and angled with respect to the CCW. When the quasi-line U 'is formed, since Q'N' = q in the figure, the
図8は、定点Aからオフセットした円弧の加工例で、2辺と1角が既知であるから上記数6を容易に得ることができる。また、図9は、軌跡CMに2つの直線部分L1、L2がある場合を示したもので、何れも極座標に変換し、動径をqiとし、角度がθiにとってある。輪郭の接線とベクトルqiとは角度を90°とすることが望ましいが、形状と定点Aの位置によっては不適切になることがある。これを避けるためにも前述定点Aは中心部に設定されるべきである。
FIG. 8 is an example of machining an arc offset from the fixed point A, and since the two sides and one corner are known, the
[スパイラル加工]
与えられる輪郭図形がアルキメデススパイラルで、極座標r=b+aθ、a>0と表される場合は、図10においてUV軸原点を定点Aにとる。V軸からCCWにθをとり第2ステップのqの計算は即ちq=rとなる。したがって、第3ステップの数4のXi、Yiは、C軸の旋回角θiについて数8で表わされる。ただし、aは角度θに対するrの増分であり、旋盤加工の送りに相当する。
When the contour figure to be given is an Archimedes spiral and is expressed as polar coordinates r = b + aθ, a> 0, the origin of the UV axis is taken as a fixed point A in FIG. Taking q from the V-axis to CCW, the calculation of q in the second step is q = r. Accordingly, Xi and Yi in the third step of
[スパイラルと外円の組み合わせ]
前記アルキメデススパイラルの加工を利用し、外円Ewの内部を平坦に旋削加工(正面旋削)が可能である。旋盤ではバイトを回転中心に向けて送るだけであるが、この場合は、外円中心と回転中心がオフセットしているから、従来は多数の同心円をプログラムして加工していた。本発明の手法のスパイラル加工を利用して一筆書きで正面旋削を行なうことが可能である。そのNCプログラムは、図11のように外円のなかでスパイラルが中心に向って収縮するような図形である。
[Combination of spiral and outer circle]
Using the Archimedes spiral machining, the inside of the outer circle Ew can be turned flatly (front turning). The lathe only sends the tool toward the center of rotation, but in this case, since the center of the outer circle and the center of rotation are offset, conventionally, many concentric circles have been programmed and processed. It is possible to perform face turning with a single stroke using the spiral machining of the method of the present invention. The NC program is a figure in which the spiral contracts toward the center in the outer circle as shown in FIG.
まず外円Ewの半径をw、Ewの中心AとC軸中心Oとの距離をRとして、数9により外円Ewを加工する。
[スパイラルと外円とZ軸函数の合成]
図10、図11では加工中にZ軸が運動しないから平面の加工である。円錐、球面のようなZ軸を主軸とする回転体の加工はZ=f(qi)の函数によりZ軸運動をNC制御することにより(qiはスパイラル極座標の動径の長さであり、角度θの函数である)、スパイラル運動とZ軸運動が合成されて種々の回転体を創成することが可能となる。ただし、スパイラルは円ではないので厳密には回転体とは言えず、近似回転体である。
[Synthesis of spiral, outer circle and Z-axis function]
In FIGS. 10 and 11, since the Z axis does not move during the machining, the machining is a flat surface. Machining of a rotating body whose main axis is a Z-axis such as a cone or a sphere is controlled by NC control of the Z-axis motion by a function of Z = f (qi) (qi is the length of the radial diameter of the spiral polar coordinate, It is possible to create various rotating bodies by combining spiral motion and Z-axis motion. However, since the spiral is not a circle, it is not strictly a rotating body and is an approximate rotating body.
[円錐体の加工]
前記数10はXY軸NC制御であるが、Z軸制御を加えてXYZ3軸制御して図12のZ軸断面の円錐体(キャビティ)、底面外径2w、低角αを加工する。円錐体底面を角度θiを函数として動くスパイラルの動径qiの先端点の投影深さZは数11であるが、数10を参照して数12で表わされる。
The
図11のスパイラルの定点AにZ軸を立て、数10に数12のZの式を加えれば次の数13のXYZ3軸制御の刃具の位置データ(ステップ3)を得る。
NC装置内部の演算方式、補間方式、出力方式の違いにより、命令ブロックの様式(コードフォーマット)が異なるが、前記4軸同期合成運動はXY軸運動が円弧補間のパルス分配が行なわれており、その時間内にC軸及びZ軸がそれぞれの指令値だけ、同期移動するということである。したがって、次のコードフォーマットが妥当である。
{ G(円弧補間コード)+ Xi+ Yi+ ri+ G(直線補間コード)+ Ci+ Zi+ F(運動速度コード)+ 速度値 } 或いは
{ G(円弧補間コード)+ Xi+ Yi+ Ii+ Ji+ G(直線補間コード)+ Ci+ Zi+ F(運動速度コード)+速度値 }
一般のNC装置では4軸補間では円弧補間を含むこと出来なかったり、同一ブロック内に複数の補間コードを含むことが出来ない場合があるが、本発明の4軸補間制御は、円弧補間2軸と直線補間複数軸が同期制御可能なことを前提としている。
The command block format (code format) is different depending on the calculation method, interpolation method, and output method inside the NC unit, but the XY axis motion is distributed by circular interpolation in the 4-axis synchronous synthetic motion, That is, the C-axis and the Z-axis move synchronously by their command values within that time. Therefore, the following code format is reasonable.
{G (circular interpolation code) + Xi + Yi + ri + G (linear interpolation code) + Ci + Zi + F (motion speed code) + speed value} or {G (circular interpolation code) + Xi + Yi + Ii + Ji + G (linear interpolation code) + Ci + Zi + F (motion speed code) + speed value}
In a general NC device, there are cases where 4-axis interpolation cannot include circular interpolation or a plurality of interpolation codes cannot be included in the same block. It is assumed that multiple linear interpolation axes can be controlled synchronously.
[球体の加工]
前記円推体の加工と同様の手法で図13の球体(キャビティ)を加工する。外径2dw、球の半径Rsとして、スパイラルの動径qiがθiの函数として運動したとき、qi(刃具の位置)が投影される球体面上の点の深さZiは、図13において数14の通りである。
The sphere (cavity) shown in FIG. 13 is processed by the same method as the circular thruster. The depth Zi of the point on the spherical surface on which qi (the position of the cutting tool) is projected when the spiral moving radius qi moves as a function of θi as the outer diameter 2dw and the radius Rs of the sphere is expressed by the following equation 14 in FIG. It is as follows.
[回転放物線体の加工]
定点Aに回転中心Z軸を立てる回転体の中心断面がx2=4σzの放物線で図14のように上面の半径がwである場合のZi=f(qi)を求める。
図11においてスパイラルの動径qiは、放物線焦点Fと頂点Oの距離がσであり、また、放物線上の点Pから準線y=−σに立てた垂線PQが動径qi(FP)に等しいことから、数16で表わされる。
なお、段落番号[0033]〜[0038]までの回転体(三次元)はキャビティをもって説明してきたが、当然凸形状も同様の手続きをもって加工される。すなわち定点Aに立つZ軸を主軸とした回転体の創成するのに、XY平衡上のスパイラル運動とZ軸函数Z=f(gi)を合成して達成され、Z軸断面は円となる立体形状が得られる。
[Processing of rotating paraboloid]
Zi = f (qi) is obtained when the center section of the rotating body having the rotation center Z-axis at the fixed point A is a parabola of x 2 = 4σz and the upper surface radius is w as shown in FIG.
In FIG. 11, the spiral radius vector qi is the distance between the parabola focal point F and the vertex O is σ, and the perpendicular PQ standing from the point P on the parabola to the quasi-line y = −σ is the radius vector qi (FP). Since it is equal, it is expressed by Equation 16.
In addition, although the rotary body (three-dimensional) from the paragraph numbers [0033] to [0038] has been described with the cavity, naturally the convex shape is processed with the same procedure. In other words, the creation of a rotating body with the Z axis as the main axis at the fixed point A is achieved by combining the XY equilibrium spiral motion and the Z axis function Z = f (gi), and the Z axis cross section is a circle. A shape is obtained.
この発明は、非回転単一刃具によるNC輪郭加工を短縮されたNCプログラムで実施することができる。 In the present invention, NC contour machining by a non-rotating single cutting tool can be implemented by a shortened NC program.
1 ベッド
2 コラムベース(Y軸)
3 コラム
4 キャリッジ(Z軸)
5 ラム(X軸)
6 回転テーブル(C回転軸)
7 被加工体
8 刃具
9 刃具台
O C軸中心点
A 輪郭の内部定点
C テーブルのNC制御軸
Ni 輪郭を分割した点
ANi 線分
q 線分の長さ
θi 分割角度
R 点AとOとの距離
Mi NC軸Cの値がθiのときの刃具の切削点の位置Mi(Xi、Yi)
CM Mの軌跡
Ei 3M点から作られた三点円
ri Eiの半径
1
3
5 Ram (X axis)
6 Rotary table (C rotary shaft)
7
CMM locus Ei Radius of three-point circle ri Ei made from 3M points
Claims (3)
曲線または直線を含む複合曲線の輪郭形状の中心部に定点Aを定め線分OAをR(mm)とする第1のステップと、
輪郭FAを任意の分割数i=0〜pに分割し、各分割角−θiと分割点Niにおける線分ANiの長さqを計算する第2のステップと、
前記原点Oを中心とするテーブル回転θiにより分割点が移動したときのXY点座標Miを計算する第3のステップと、
隣接する3個のXY点座標Mi、Mi+1、Mi+2を通る円Ei〜Epを計算する第4のステップと、
を逐次実行し、
該円Eiのそれぞれについて、前記3個のXY点座標Miの先頭点Miを始点座標値、中間点Mi+1を終点座標値とする円弧補間命令とテーブル回転運動とを同期させたNC指令を造り逐次連結するステップとによってNCプログラムを作成し、XY軸円弧・C軸直線の合成3軸同時補間加工により輪郭加工を実行することを特徴とする非回転単一刃具による輪郭の数値制御加工方法。 A control device that simultaneously NC-controls the X, Y, and C axes, a non-rotating cutting tool that moves in accordance with each of the X and Y motion axis coordinate systems, and a table on which a workpiece is placed and rotated by C axis driving In a method of machining a contour of a compound curve including a curve or a straight line at a distance away from an origin O on an XY plane of a workpiece by an NC machine tool comprising:
A first step in which a fixed point A is set at the center of the contour shape of a complex curve including a curve or a straight line, and the line segment OA is R (mm);
A second step of dividing the contour FA into an arbitrary number of divisions i = 0 to p and calculating the length q of each segment angle −θi and the segment ANi at the division point Ni;
A third step of calculating an XY point coordinate Mi when the dividing point is moved by the table rotation θi about the origin O;
A fourth step of calculating circles Ei-Ep passing through three adjacent XY point coordinates Mi, Mi + 1, Mi + 2,
Are executed sequentially,
For each of the circles Ei, an NC command is generated by synchronizing the circular interpolation command with the starting point Mi of the three XY point coordinates Mi as the starting point coordinate value and the intermediate point Mi + 1 as the ending point coordinate value and the table rotation motion. A numerically controlled contour processing method using a non-rotating single cutting tool, wherein an NC program is created by connecting steps, and contour processing is executed by combined three-axis simultaneous interpolation processing of an XY-axis arc and a C-axis straight line.
前記円の中心を定点Aとし、C軸中心Oとの距離を半径Rとする第1ステップと、XY座標系の円の方程式
となる半径RのXY座標の円弧補間運動プログラムを作る段階と、
XY座標系のアルキメデススパイラル方程式
(ただし、a>0)となるスパイラル曲線を順次に任意の分割数pに分割し、各分割点における線分ANiの長さqを計算する第2のステップを有することを特徴とする請求項1に記載の非回転単一刃具による輪郭面の数値制御加工方法。 The outline is composed of a circle Ew having a radius w and a spiral having the circle Ew as a circumscribed circle,
A first step in which the center of the circle is a fixed point A and the distance from the C-axis center O is a radius R; and a circle equation in the XY coordinate system
Creating a circular interpolation motion program of XY coordinates of radius R to be
Archimedes spiral equation in XY coordinate system
2. The method according to claim 1, further comprising: a second step of dividing a spiral curve satisfying (where a> 0) sequentially into an arbitrary number of divisions p and calculating a length q of a line segment ANi at each division point. A numerically controlled machining method for a contour surface by the non-rotating single blade according to claim 1.
前記円の中心を定点Aとし、C軸中心Oとの距離を半径Rとする第1ステップと、XY座標系の円の方程式
となる半径RのXY座標の円弧補間運動プログラムを作る段階と、
XY座標系のアルキメデススパイラル方程式
(ただし、a>0)となるスパイラル円弧を順次に任意の分割数pに分割し、各分割点における線分ANiの長さqを計算する第2のステップを有し、
さらに、前記三点円の計算をする第4のステップの後に、円弧補間命令とテーブル回転運動、及び円弧輪郭の各位置における刃具刃先のZ軸方向の位置(Zi=f(qi))とを同期させてNC指令を作り遂次連結するステップによってNCプログラムを作成し、XY軸円弧・Z・及びC軸の4軸同時合成補間によりZ軸を主軸とした回転体の加工を実行することを特徴とする請求項1に記載の非回転単一刃具による数値制御加工方法。 The contour is composed of a circle Ew having a radius w and a spiral curve having the circle Ew as a circumscribed circle,
A first step in which the center of the circle is a fixed point A and the distance from the C-axis center O is a radius R; and a circle equation in the XY coordinate system
Creating a circular interpolation motion program of XY coordinates of radius R to be
Archimedes spiral equation in XY coordinate system
A spiral arc that satisfies (where a> 0) is sequentially divided into an arbitrary number of divisions p, and has a second step of calculating the length q of the line segment ANi at each division point;
Further, after the fourth step of calculating the three-point circle, the circular interpolation command, the table rotational movement, and the position in the Z-axis direction of the blade edge at each position of the circular arc contour (Zi = f (qi)) An NC program is created by the step of synchronizing and creating NC commands in succession, and processing of a rotating body with the Z axis as the main axis by simultaneous synthesis interpolation of the XY axis arc, Z, and C axes. A numerically controlled machining method using a non-rotating single blade according to claim 1.
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