JP2008090463A - 工作機械における加工制御方法及び加工情報作成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく実施可能とする。
【解決手段】ワークに対し３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられてＺ軸方向へ移動可能な付加主軸とを有した工作機械において、主軸頭を、ワークの加工面Ｓに対して付加主軸の移動方向でその移動量以内に収まるように平滑化された平滑化曲面Ｒに沿って相対移動させながら、付加主軸を、加工面Ｓと平滑化曲面Ｒとの差分だけ移動させて工具Ｔによる加工面Ｓの加工を行わせる。
【選択図】図２
【解決手段】ワークに対し３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられてＺ軸方向へ移動可能な付加主軸とを有した工作機械において、主軸頭を、ワークの加工面Ｓに対して付加主軸の移動方向でその移動量以内に収まるように平滑化された平滑化曲面Ｒに沿って相対移動させながら、付加主軸を、加工面Ｓと平滑化曲面Ｒとの差分だけ移動させて工具Ｔによる加工面Ｓの加工を行わせる。
【選択図】図２
Description
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械によってワークに複雑な表面加工を行わせるための加工制御方法と、その加工制御方法を実施するために工作機械に与える加工情報を作成するための加工情報作成方法とに関するものである。
ワークの表面にシボ加工等の複雑な凹凸形状を付与する加工を行う場合、例えば特許文献１に示すようなＮＣ制御装置を用いた加工制御方法が考えられる。これは、表面装飾前の形状データが入力される第１入力部と、テクスチャデータが入力される第２入力部と、形状データとテクスチャデータとに基づいて、工作機械におけるワークの送り量を規定する送り量指令とワークの彫り込み量を規定する彫り込み量指令とを生成するデータ融合部と、送り量指令と彫り込み量指令とを工作機械に出力する出力部とを備えるもので、工作機械では、ワークが送り量指令に基づいて例えばＸ−Ｙ方向に送られる一方、工具が彫り込み量指令に基づいてＺ方向に送られて、形状データによる形状加工とテクスチャデータによる表面装飾加工とが組み合わさった一体的加工が行われることになる。
しかし、主軸頭に取り付けられた主軸に工具を取り付けて加工する場合、移動体の質量が大きく、形状急変部ではサーボ遅れによる誤差が生じて形状精度が低下するおそれがある。よって、形状急変部では送り速度を下げて加工を行う必要があり、加工効率の低下に繋がる。
そこで、特許文献２では、製品形状を加工するための工具経路の作成において、凸型形状の立ち上がり部分等の折れ部では、工具経路を、当該折れ部に円弧をかけた滑らかなものとして工具の送り速度の減速を小さくする対策が提供されている。
そこで、特許文献２では、製品形状を加工するための工具経路の作成において、凸型形状の立ち上がり部分等の折れ部では、工具経路を、当該折れ部に円弧をかけた滑らかなものとして工具の送り速度の減速を小さくする対策が提供されている。
しかし、特許文献２の経路作成方法では、折れ部に削り残し部が発生し、後で仕上げ加工が必要となって結局加工効率が低下することになる。また、質量の大きい主軸を制御して加工する点は変わらないため、形状急変部での送り速度の減速は依然として必要であり、加工効率の向上には限界がある。
そこで、本発明は、シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく行うことができる加工制御方法と、その加工制御方法を実施するための加工情報作成方法とを提供することを目的としたものである。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械における加工制御方法であって、前記主軸頭を、前記ワークの加工面に対して前記付加主軸の移動方向でその移動量以内に収まるように平滑化された近似面に沿って相対移動させながら、前記付加主軸を、前記加工面と近似面との差分だけ移動させて前記工具によるワークの加工を行わせることを特徴とするものである。
同じく上記目的を達成する請求項２に記載の発明は、ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械における加工制御方法であって、前記主軸頭を、前記ワークの加工面の基本形状面に沿って相対移動させながら、前記付加主軸を、前記加工面と基本形状面との差分だけ移動させて前記工具によるワークの加工を行わせることを特徴とするものである。
同じく上記目的を達成する請求項２に記載の発明は、ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械における加工制御方法であって、前記主軸頭を、前記ワークの加工面の基本形状面に沿って相対移動させながら、前記付加主軸を、前記加工面と基本形状面との差分だけ移動させて前記工具によるワークの加工を行わせることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の加工制御方法を実施させるための加工情報を作成する方法であって、前記ワークの形状を表す加工面のデータに基づいて、前記加工面を前記付加主軸の移動方向で前記付加主軸の移動量以内に収まるように平滑化した近似面のデータを求め、その近似面のデータから前記主軸頭の移動情報を、前記加工面のデータと近似面のデータとの前記付加主軸の移動方向での差から前記付加主軸の移動情報を夫々作成することを特徴とするものである。
同じく上記目的を達成する請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の加工制御方法を実施させるための加工情報を作成する方法であって、前記ワークの形状を表す加工面のデータに基づいて、前記加工面の基本形状面を指定し、その基本形状面のデータから前記主軸頭の移動情報を、前記加工面のデータと基本形状面のデータとの前記付加主軸の移動方向での差から前記付加主軸の移動情報を夫々作成することを特徴とするものである。
同じく上記目的を達成する請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の加工制御方法を実施させるための加工情報を作成する方法であって、前記ワークの形状を表す加工面のデータに基づいて、前記加工面の基本形状面を指定し、その基本形状面のデータから前記主軸頭の移動情報を、前記加工面のデータと基本形状面のデータとの前記付加主軸の移動方向での差から前記付加主軸の移動情報を夫々作成することを特徴とするものである。
なお、本発明における「ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭」は、主軸頭自体が３軸方向へ移動するものは勿論、ワークを載置するテーブルが例えばＸ−Ｙ方向へ移動し主軸頭がＺ方向へ移動することで、主軸頭を相対的に３軸方向へ移動させるようなものも含む。
請求項１及び２に記載の発明によれば、必要な移動量を主軸頭と付加主軸とに振り分けるようにしたことで、形状急変部でも送り速度を減速させることなく高速加工が可能となる。よって、シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく行うことができる。
請求項３及び４に記載の発明によれば、加工面のデータに基づいて主軸頭及び付加主軸の移動情報を簡単且つ正確に作成することができる。特に請求項４の発明では、加工面の基本形状面を利用することで、平滑化した近似面のデータを求める必要がなくなるため、加工情報の作成が請求項３の方法よりも簡単となる。
請求項３及び４に記載の発明によれば、加工面のデータに基づいて主軸頭及び付加主軸の移動情報を簡単且つ正確に作成することができる。特に請求項４の発明では、加工面の基本形状面を利用することで、平滑化した近似面のデータを求める必要がなくなるため、加工情報の作成が請求項３の方法よりも簡単となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械１の一例を示す説明図で、工作機械１は、ベッド２と、該ベッド２に固定された一対のコラム３，３と、そのコラム３，３間に架設されたクロスレール６とによって剛性を有する門形構造を有し、クロスレール６の前面に、Ｙ軸方向（左右方向）へスライド可能で、Ｚ軸方向（上下方向）に沿って上下動可能な主軸頭４を備えてなる。主軸頭４には、ワーク表面に対する加工を行う工具Ｔが取り付けられた付加主軸１０が、Ｚ軸と平行なＷ軸方向（ここでは、上下方向）へスライド可能に備えられている。また、ベッド２には、ワークを載置可能なテーブル５がＸ軸方向（前後方向）に沿ってスライド可能に設置されている。なお、付加主軸１０は、主軸頭４よりも質量が小さいものである。
図１は、工作機械１の一例を示す説明図で、工作機械１は、ベッド２と、該ベッド２に固定された一対のコラム３，３と、そのコラム３，３間に架設されたクロスレール６とによって剛性を有する門形構造を有し、クロスレール６の前面に、Ｙ軸方向（左右方向）へスライド可能で、Ｚ軸方向（上下方向）に沿って上下動可能な主軸頭４を備えてなる。主軸頭４には、ワーク表面に対する加工を行う工具Ｔが取り付けられた付加主軸１０が、Ｚ軸と平行なＷ軸方向（ここでは、上下方向）へスライド可能に備えられている。また、ベッド２には、ワークを載置可能なテーブル５がＸ軸方向（前後方向）に沿ってスライド可能に設置されている。なお、付加主軸１０は、主軸頭４よりも質量が小さいものである。
以上のような工作機械１においては、テーブル５をＸ軸方向へ送るとともに、主軸頭４をＹ軸及びＺ軸方向へ送り、さらに、付加主軸１０をＷ軸方向へ送りながら、ワークに対する加工を行う。尚、主軸頭４、テーブル５、及び付加主軸１０の各方向への送り動作は、工作機械１に備えられたＮＣ装置によって制御される。
ここで、ワークに複雑な表面加工を施す際の主軸頭４、テーブル５、及び付加主軸１０の送り制御（加工制御方法）について、図２に示すようにワークに凸部を有する加工面Ｓを形成する場合を例にして説明する。
加工面Ｓを形成するにあたり、加工面Ｓと比較してＺ軸方向で滑らかな近似面となる平滑化曲面Ｒが用いられる。平滑化曲面Ｒとは、各加工点Ｐ１、Ｐ２・・、Ｐｎ・・における加工面Ｓとの付加主軸１０の移動方向（この場合Ｚ軸方向）での差分ｗ１・・、ｗｎ・・の最大値ｗｍａｘが、付加主軸１０の移動量以内となるような曲面である。そして、ＮＣ装置は、平滑化曲面Ｒを元に作成された加工情報に基づいて、付加主軸１０に取り付けられている工具Ｔの先端が平滑化曲面Ｒ上の加工点Ｐ１，Ｐ２・・、Ｐｎ・・に沿って送られるように主軸頭４及びテーブル５をＸ、Ｙ、及びＺ軸方向へ送る一方、各加工点Ｐ１、Ｐ２・・、Ｐｎ・・において、その差分ｗ１・・、ｗｎ・・だけ付加主軸１０をＷ軸方向へ送ることにより加工面Ｓの加工を行うものである。
加工面Ｓを形成するにあたり、加工面Ｓと比較してＺ軸方向で滑らかな近似面となる平滑化曲面Ｒが用いられる。平滑化曲面Ｒとは、各加工点Ｐ１、Ｐ２・・、Ｐｎ・・における加工面Ｓとの付加主軸１０の移動方向（この場合Ｚ軸方向）での差分ｗ１・・、ｗｎ・・の最大値ｗｍａｘが、付加主軸１０の移動量以内となるような曲面である。そして、ＮＣ装置は、平滑化曲面Ｒを元に作成された加工情報に基づいて、付加主軸１０に取り付けられている工具Ｔの先端が平滑化曲面Ｒ上の加工点Ｐ１，Ｐ２・・、Ｐｎ・・に沿って送られるように主軸頭４及びテーブル５をＸ、Ｙ、及びＺ軸方向へ送る一方、各加工点Ｐ１、Ｐ２・・、Ｐｎ・・において、その差分ｗ１・・、ｗｎ・・だけ付加主軸１０をＷ軸方向へ送ることにより加工面Ｓの加工を行うものである。
次に、加工面Ｓを加工するための主軸頭４及びテーブル５と付加主軸１０に移動指令を与える加工情報作成方法について、図３及び図４に基づいて説明する。
まず、平滑化曲面Ｒは、基本となる曲面Ｒ１を加工面Ｓの形状データを元に生成する（図３（Ａ）及び図４のＳ１）。なお、加工面Ｓの形状データは、キーボードやマウス、タブレット等の入力手段を介して、記憶手段としての例えば加工情報作成装置のデータ記憶部に保存されて、ＣＲＴやプリンタ等の出力手段へ任意に出力可能である。
本形態では加工面Ｓのなだらかな形状に合わせて基本曲面Ｒ１としているが、平面（例えば加工形状をＸＹ平面に投影した形状を含む平面）でもよい。どの加工形状要素を基本曲面とするかオペレータが指定（表示された加工形状の面をヒットする、面の名前を入力する等して指定）してもよく、任意の複数点をオペレータが指定することによりその点を通る曲面を基本曲面としてもよい。
そして、基本曲面Ｒ１と加工面Ｓとを比較して、その間の付加主軸移動方向の距離ｗを求める（Ｓ２）。距離ｗを付加主軸の移動量ｌｍａｘと比較し（Ｓ３）、距離ｗが付加主軸の移動量ｌｍａｘ以内の場合は、その基本曲面Ｒ１が平滑化曲面Ｒとなる（図３（Ａ）及びＳ５）。距離ｗがｌｍａｘを超えている場合は、基本曲面Ｒ１を表す自由曲面の制御点のうち、ｌｍａｘを超える近傍の制御点を移動したり、曲面を分割し制御点を操作することにより基本曲面Ｒ１を変形し、距離ｗが移動量ｌｍａｘを超えない平滑化曲面Ｒを生成する（図３（Ｂ）及びＳ４）。
まず、平滑化曲面Ｒは、基本となる曲面Ｒ１を加工面Ｓの形状データを元に生成する（図３（Ａ）及び図４のＳ１）。なお、加工面Ｓの形状データは、キーボードやマウス、タブレット等の入力手段を介して、記憶手段としての例えば加工情報作成装置のデータ記憶部に保存されて、ＣＲＴやプリンタ等の出力手段へ任意に出力可能である。
本形態では加工面Ｓのなだらかな形状に合わせて基本曲面Ｒ１としているが、平面（例えば加工形状をＸＹ平面に投影した形状を含む平面）でもよい。どの加工形状要素を基本曲面とするかオペレータが指定（表示された加工形状の面をヒットする、面の名前を入力する等して指定）してもよく、任意の複数点をオペレータが指定することによりその点を通る曲面を基本曲面としてもよい。
そして、基本曲面Ｒ１と加工面Ｓとを比較して、その間の付加主軸移動方向の距離ｗを求める（Ｓ２）。距離ｗを付加主軸の移動量ｌｍａｘと比較し（Ｓ３）、距離ｗが付加主軸の移動量ｌｍａｘ以内の場合は、その基本曲面Ｒ１が平滑化曲面Ｒとなる（図３（Ａ）及びＳ５）。距離ｗがｌｍａｘを超えている場合は、基本曲面Ｒ１を表す自由曲面の制御点のうち、ｌｍａｘを超える近傍の制御点を移動したり、曲面を分割し制御点を操作することにより基本曲面Ｒ１を変形し、距離ｗが移動量ｌｍａｘを超えない平滑化曲面Ｒを生成する（図３（Ｂ）及びＳ４）。
なお、基本曲面Ｒ１と加工面Ｓとの距離ｗ１の判定値を±方向の２値（ｌｐ、ｌｍ）とした場合、同図（Ｃ）に示すように、ｗ１がｌｐ以内で、且つｗ２がｌｍ以内に収まる場合にその基本曲面Ｒ１が平滑化曲面Ｒとして生成されることになる。また、これらの判定値はワークを加工する場合の付加主軸の移動量を規定するもので、加工面の形状に応じて付加主軸の移動量以内の値を適宜設定すればよい。図３（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、判定値が大きければより滑らかな平滑化曲面Ｒが生成され、小さければ加工面Ｓの形状に近い平滑化曲面Ｒが生成される。
こうして平滑化曲面Ｒのデータが得られると、図４のＳ６以下の手順で加工情報を作成する。ここでは３軸制御の場合で説明する。
まずＳ６で、周知の方法によって平滑化曲面Ｒ上の加工点Ｐｎの座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を求める。次に、Ｓ７で、加工点Ｐｎを通り付加主軸１０の軸線方向に伸びる直線と、加工面Ｓとの交点を算出し、Ｓ８で、加工点Ｐｎと当該交点との距離Ｗを求める。そして、Ｓ９で、加工点Ｐｎの座標と距離Ｗとを対応させて加工情報として記憶する。
この処理を平滑化曲面Ｒにおける一本の加工曲線に対して繰り返して実施することで、加工曲線に関する加工情報を得ることができる。これを平滑化曲面Ｒ全体に対して行うことで、下記の表１に示すような加工情報を加工面Ｓ全体に亘って得ることができる。
まずＳ６で、周知の方法によって平滑化曲面Ｒ上の加工点Ｐｎの座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を求める。次に、Ｓ７で、加工点Ｐｎを通り付加主軸１０の軸線方向に伸びる直線と、加工面Ｓとの交点を算出し、Ｓ８で、加工点Ｐｎと当該交点との距離Ｗを求める。そして、Ｓ９で、加工点Ｐｎの座標と距離Ｗとを対応させて加工情報として記憶する。
この処理を平滑化曲面Ｒにおける一本の加工曲線に対して繰り返して実施することで、加工曲線に関する加工情報を得ることができる。これを平滑化曲面Ｒ全体に対して行うことで、下記の表１に示すような加工情報を加工面Ｓ全体に亘って得ることができる。
［表１］
Ｇ０１ Ｘｘ１ Ｙｙ１ Ｚｚ１ Ｗｗ１ Ｆ＊＊
Ｘｘ２ Ｙｙ２ Ｚｚ２ Ｗｗ２
Ｘｘ３ Ｙｙ３ Ｚｚ３ Ｗｗ３
Ｘｘ４ Ｙｙ４ Ｚｚ４ Ｗｗ４
Ｘｘ５ Ｙｙ５ Ｚｚ５ Ｗｗ５
・・・
Ｘ，Ｙ，Ｚ：主軸頭、テーブルの移動指令（主軸頭、テーブルの移動情報）
Ｗ ：付加主軸の移動指令（付加主軸の移動情報）
Ｇ０１ Ｘｘ１ Ｙｙ１ Ｚｚ１ Ｗｗ１ Ｆ＊＊
Ｘｘ２ Ｙｙ２ Ｚｚ２ Ｗｗ２
Ｘｘ３ Ｙｙ３ Ｚｚ３ Ｗｗ３
Ｘｘ４ Ｙｙ４ Ｚｚ４ Ｗｗ４
Ｘｘ５ Ｙｙ５ Ｚｚ５ Ｗｗ５
・・・
Ｘ，Ｙ，Ｚ：主軸頭、テーブルの移動指令（主軸頭、テーブルの移動情報）
Ｗ ：付加主軸の移動指令（付加主軸の移動情報）
こうして得た加工情報に基づいた加工制御方法によれば、質量の大きな主軸頭４を、加工面Ｓと比較して滑らかな平滑化曲面Ｒに沿って送るとともに、比較的質量の小さな付加主軸１０を、平滑化曲面Ｒの各加工点Ｐ１、Ｐ２・・、Ｐｎ・・において、平滑化曲面Ｒと加工面Ｓとの差分ｗ１・・、ｗｎ・・だけＷ軸方向へ送りながら加工を行うことになる。すなわち、必要な移動量を主軸頭４と付加主軸１０とに振り分けるようにしたことで、形状急変部でも送り速度を減速させることなく高速加工が可能となる。よって、シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく行うことができる。
また、上記形態の加工情報作成方法によれば、加工面Ｓのデータに基づいて、加工面Ｓを付加主軸１０の移動方向で付加主軸１０の移動量以内に収まるように平滑化曲面Ｒのデータを求め、その平滑化曲面Ｒのデータから主軸頭４の移動情報を、加工面Ｓのデータと平滑化曲面Ｒのデータとの付加主軸１０の移動方向での差から付加主軸１０の移動情報を夫々作成するようにしたことで、上記加工制御方法に必要な加工情報を加工面Ｓと平滑化曲面Ｒとの形状データから簡単且つ正確に作成することができる。
なお、上記形態の加工情報作成方法は、平滑化曲面Ｒのデータを求め、その平滑化曲面Ｒのデータから主軸頭４の移動情報を、加工面Ｓのデータと平滑化曲面Ｒのデータとの付加主軸１０の移動方向での差から付加主軸１０の移動情報を夫々作成する方法であるが、平滑化曲面のデータを求めることなく、加工面における微小凹凸を除いた基本形状面から加工情報を作成することもできる。以下、この加工情報作成方法を説明する。
ここでは図５に示すように、基本形状面としての基本曲面ＰのＮＣデータと、微小凹凸を有する加工面Ｓの加工形状データとを使用する場合を説明する。基本曲面ＰのＮＣデータは、加工面Ｓにおける微小凹凸を除いた基本形状データから周知の方法により予め作成して保存しておく。また、加工面Ｓの加工形状データは微小間隔の座標値（Ｔｍ，Ｔｎ・・）として表されているものとする。
ここでは図５に示すように、基本形状面としての基本曲面ＰのＮＣデータと、微小凹凸を有する加工面Ｓの加工形状データとを使用する場合を説明する。基本曲面ＰのＮＣデータは、加工面Ｓにおける微小凹凸を除いた基本形状データから周知の方法により予め作成して保存しておく。また、加工面Ｓの加工形状データは微小間隔の座標値（Ｔｍ，Ｔｎ・・）として表されているものとする。
図６は本例の加工情報作成方法のフローチャートで、同図において、最初にＳ１１で、基本曲面ＰのＮＣデータのファイルから次ブロックを読む。次のＳ１２で、読み込んだデータが座標値であるか否かを判別する。座標値でなければＳ１３でそのまま出力し、座標値であれば、Ｓ１４の判別で、ラインの先頭か否かを判別する。ラインの先頭であれば、Ｓ１５で、Ｐａに対応する加工形状データＴａを読み基本曲面Ｐとの差をＷａとし、Ｓ１６で（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ，Ｗａ）をＮＣ形式で出力して、Ｓ１７で次ブロック位置を現在位置に書き換える（Ｐａ←Ｐｂ）。Ｓ１８の判別でファイルの終わりでなければ、Ｓ１１に戻る。
一方、Ｓ１４の判別でラインの先頭でなければ、Ｓ１９で、現在位置Ｐａ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）と次ブロック位置Ｐｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）に対応する加工面Ｓ上の座標値Ｔａ，Ｔｂを前後の座標値、例えばＴＯ、Ｔ１から比例計算する。そして、Ｓ２０では、ＰａとＰｂとの間にある加工形状データを読み、Ｔ１〜Ｔｎとして記憶する。
一方、Ｓ１４の判別でラインの先頭でなければ、Ｓ１９で、現在位置Ｐａ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）と次ブロック位置Ｐｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）に対応する加工面Ｓ上の座標値Ｔａ，Ｔｂを前後の座標値、例えばＴＯ、Ｔ１から比例計算する。そして、Ｓ２０では、ＰａとＰｂとの間にある加工形状データを読み、Ｔ１〜Ｔｎとして記憶する。
次に、Ｓ２１でＰａから１番目の加工形状データであるとして、Ｓ２２でＴｉに対応する基本曲面Ｐ上の座標値（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）をＰａとＰｂから比例計算し、Ｓ２３でＴｉと基本曲面Ｐとの差Ｗｉを計算して、Ｓ２４で（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ，Ｗｉ）をＮＣ形式で出力する。
そして、Ｓ２５の判別で、加工形状データがｎ番目、すなわち最後でなければ、Ｓ２６で次の加工形状データとしてＳ２２からＳ２４までの処理を繰り返してＰａとＰｂ間にある加工形状データの全てをＮＣ形式で出力して、Ｓ２５の判別で最後の加工形状データを処理すると、Ｓ２７でＰｂに対応する加工形状データＴｂを読んで基本曲面Ｐとの差をＷｂとして、Ｓ２８で（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ，Ｗｂ）をＮＣ形式で出力する。
こうしてブロック間のＮＣデータ作成が終了すると、Ｓ１７で次ブロック位置を現在位置に書き換え、Ｓ１８でファイルが終わりであればＮＣデータ作成を終了する。
そして、Ｓ２５の判別で、加工形状データがｎ番目、すなわち最後でなければ、Ｓ２６で次の加工形状データとしてＳ２２からＳ２４までの処理を繰り返してＰａとＰｂ間にある加工形状データの全てをＮＣ形式で出力して、Ｓ２５の判別で最後の加工形状データを処理すると、Ｓ２７でＰｂに対応する加工形状データＴｂを読んで基本曲面Ｐとの差をＷｂとして、Ｓ２８で（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ，Ｗｂ）をＮＣ形式で出力する。
こうしてブロック間のＮＣデータ作成が終了すると、Ｓ１７で次ブロック位置を現在位置に書き換え、Ｓ１８でファイルが終わりであればＮＣデータ作成を終了する。
次に、微小凹凸を有する加工面ＳａのＮＣデータＰａと、微小凹凸を除いた基本曲面ＳｂのＮＣデータＰｂとを用いて主軸頭及び付加主軸の移動情報を得る方法を、図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、夫々のＮＣデータは周知の方法により予め作成して保存しておく。
まず、Ｓ３１で、Ｓｂの第１ブロックの座標値Ｐｂ１（Ｘｂ１，Ｙｂ１，Ｚｂ１）を読む。次にＳ３２で、Ｓｂの第２ブロックの座標値Ｐｂ２（Ｘｂ２，Ｙｂ２，Ｚｂ２）を読む。Ｓ３３で１番目のＮＣデータであるとして、Ｓ３４で、Ｓａの第ｍブロックの座標値Ｐａｍ（Ｘａｍ，Ｙａｍ，Ｚａｍ）を読む。次に、Ｓ３５で、ＰａｍはＰｂ２より先か否かを判別する。ここで先であれば、Ｓ３６でＰｂ２の座標値をＰｂ１に移し、Ｓ３７で次のブロックの座標値をＰｂ２として（Ｘｂ２，Ｙｂ２，Ｚｂ２）に読み込む。
まず、Ｓ３１で、Ｓｂの第１ブロックの座標値Ｐｂ１（Ｘｂ１，Ｙｂ１，Ｚｂ１）を読む。次にＳ３２で、Ｓｂの第２ブロックの座標値Ｐｂ２（Ｘｂ２，Ｙｂ２，Ｚｂ２）を読む。Ｓ３３で１番目のＮＣデータであるとして、Ｓ３４で、Ｓａの第ｍブロックの座標値Ｐａｍ（Ｘａｍ，Ｙａｍ，Ｚａｍ）を読む。次に、Ｓ３５で、ＰａｍはＰｂ２より先か否かを判別する。ここで先であれば、Ｓ３６でＰｂ２の座標値をＰｂ１に移し、Ｓ３７で次のブロックの座標値をＰｂ２として（Ｘｂ２，Ｙｂ２，Ｚｂ２）に読み込む。
一方、Ｓ３５の判別でＰａｍがＰｂ２より先でなければ、Ｓ３８において、Ｓｂ上の座標値Ｚｂ１とＺｂ２との比例計算により、Ｐａｍ（Ｘａｍ，Ｙａｍ）に対応するＳａ上の点ＰのＺ座標値Ｚｂを求める。そして、Ｓ３９では、Ｘ＝Ｘａｍ，Ｙ＝Ｙａｍ，Ｚ＝Ｚｂ，Ｗ＝Ｚａｍ−Ｚｂの加工情報を作成して出力する。このＸ，Ｙ，Ｚが主軸頭４及びテーブル５の移動指令（主軸頭４の移動情報）、Ｗが付加主軸１０の移動指令（付加主軸１０の移動情報）となる。
その後、Ｓ４０でＰａｍがライン最終点であるか否かを判別し、最終点であれば１ライン処理が終了となる。最終点でなければ、Ｓ４１でｍ＝ｍ＋１番目としてＳ３４以降の処理を繰り返す。
その後、Ｓ４０でＰａｍがライン最終点であるか否かを判別し、最終点であれば１ライン処理が終了となる。最終点でなければ、Ｓ４１でｍ＝ｍ＋１番目としてＳ３４以降の処理を繰り返す。
こうして得られた加工情報に基づいて、ＮＣ装置は、基本曲面のＮＣデータ（図５の場合はＰａ，Ｐ・・Ｐｂ・・、図７の場合はＰｂ１，Ｐ・・Ｐｂ２・・）に基づいて、付加主軸１０に取り付けられている工具Ｔの先端が基本曲面Ｐ又はＳｂ上の加工点に沿って送られるように主軸頭４及びテーブル５をＸ、Ｙ、及びＺ軸方向へ送る一方、各加工点において付加主軸１０をＷ軸方向へ送ることにより、加工面Ｓ又はＳａの加工を行うことになる。
よって、この加工制御方法においても、必要な移動量を主軸頭４と付加主軸１０とに振り分けるようにしたことで、形状急変部でも送り速度を減速させることなく高速加工が可能となり、シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく行うことができる。
よって、この加工制御方法においても、必要な移動量を主軸頭４と付加主軸１０とに振り分けるようにしたことで、形状急変部でも送り速度を減速させることなく高速加工が可能となり、シボ加工等の複雑な表面加工を、加工精度や加工効率を低下させることなく行うことができる。
また、図５，６及び図７，８で説明した加工情報作成方法においては、基本曲面ＰのＮＣデータと微小凹凸を有する加工面Ｓの加工形状データとを作成するか、或いは加工面ＳａのＮＣデータＰａと基本曲面ＳｂのＮＣデータＰｂを作成するかして、基本曲面ＰのＮＣデータ或いは基本曲面ＳｂのＮＣデータＰｂから主軸頭４の移動情報を、加工面Ｓの加工形状データと基本曲面ＰのＮＣデータとの付加主軸１０の移動方向での差、或いは加工面ＳａのＮＣデータＰａと基本曲面ＳｂのＮＣデータＰｂとの付加主軸１０の移動方向での差から付加主軸１０の移動情報を夫々作成することで、加工情報を簡単且つ正確に作成することができる。
なお、移動情報を作成するための平滑化した近似面や基本形状面のデータは、上記形態に限らず、適宜変更して採用可能である。例えば図４のフローチャートでは、平滑化曲面の生成に代えて加工面における微小凹凸を除いた基本曲面を指定することにより、指定された基本曲面上の加工点を求め、その加工点と加工面との差分から付加主軸の移動情報を得るようにすることもできる。また、図５〜８で示す加工情報作成方法では、基本曲面のＮＣデータに代え、基本曲面の加工形状データと加工面のＮＣデータとを用いて付加主軸の移動情報を得るようにしても差し支えない。
勿論基本形状面としては曲面に限らず、平面や、平面と曲面との組み合わせも考えられる。
勿論基本形状面としては曲面に限らず、平面や、平面と曲面との組み合わせも考えられる。
一方、工作機械の形態は上記の形態に限らず、テーブルがＸＹの一方向のみ移動して主軸頭が２軸で移動するものや、テーブルが固定で主軸頭が３軸で移動するものであっても差し支えない。また、主軸頭の移動はＸ，Ｙ，Ｚの３軸に限定するものではなく、回転軸を含めた４軸、５軸制御のマシニングセンタや、エンドエフェクタを複数のアクチュエータで支持して任意の姿勢で動作させるパラレルリンクを用いたマシニングセンタ等であっても差し支えない。これは付加主軸でも同様で、Ｚ軸に限らず他の方向でも本発明は採用可能で、付加主軸が主軸頭にアタッチメントとして付加される場合も含む。
よって、加工情報を作成する場合、回転軸を含めた４軸、５軸制御の場合は、例えば平滑化曲面の加工点における法線方向を算出し、その法線方向の角度を回転軸の指令角度とすることができる。また、法線方向に対し一定角度傾斜させ、その角度を回転軸の指令角度とすることもできる。
よって、加工情報を作成する場合、回転軸を含めた４軸、５軸制御の場合は、例えば平滑化曲面の加工点における法線方向を算出し、その法線方向の角度を回転軸の指令角度とすることができる。また、法線方向に対し一定角度傾斜させ、その角度を回転軸の指令角度とすることもできる。
さらに、上記形態の加工情報作成では、曲面上の加工点を加工情報として生成しているが、平滑化曲面及び加工面を夫々工具半径分オフセットし、工具中心座標を求めることにより加工情報を生成することも可能である。
１・・工作機械、２・・ベッド、３・・コラム、４・・主軸頭、５・・テーブル、６・・クロスレール、１０・・付加主軸、Ｔ・・工具。
Claims (4)
- ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械における加工制御方法であって、
前記主軸頭を、前記ワークの加工面に対して前記付加主軸の移動方向でその移動量以内に収まるように平滑化された近似面に沿って相対移動させながら、前記付加主軸を、前記加工面と近似面との差分だけ移動させて前記工具によるワークの加工を行わせることを特徴とする工作機械における加工制御方法。 - ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械における加工制御方法であって、
前記主軸頭を、前記ワークの加工面の基本形状面に沿って相対移動させながら、前記付加主軸を、前記加工面と基本形状面との差分だけ移動させて前記工具によるワークの加工を行わせることを特徴とする工作機械における加工制御方法。 - ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械に、請求項１に記載の加工制御方法を実施させるための加工情報を作成する方法であって、
前記ワークの形状を表す加工面のデータに基づいて、前記加工面を前記付加主軸の移動方向で前記付加主軸の移動量以内に収まるように平滑化した近似面のデータを求め、その近似面のデータから前記主軸頭の移動情報を、前記加工面のデータと近似面のデータとの前記付加主軸の移動方向での差から前記付加主軸の移動情報を夫々作成することを特徴とする工作機械における加工情報作成方法。 - ワークに対し直交する３軸方向へ相対移動可能な主軸頭と、その主軸頭に設けられて所定方向へ移動可能な付加主軸とを有し、前記付加主軸に設けた工具によってワークの加工を行う工作機械に、請求項２に記載の加工制御方法を実施させるための加工情報を作成する方法であって、
前記ワークの形状を表す加工面のデータに基づいて、前記加工面の基本形状面を指定し、その基本形状面のデータから前記主軸頭の移動情報を、前記加工面のデータと基本形状面のデータとの前記付加主軸の移動方向での差から前記付加主軸の移動情報を夫々作成することを特徴とする工作機械における加工情報作成方法。
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