JP2009230552A - Numerical control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械を数値制御(Numerical Control:NC)する数値制御装置に関し、特に、直動軸の他に回転軸を有する工作機械を制御するための数値制御装置に関する。 The present invention relates to a numerical control device for numerically controlling a machine tool (Numerical Control: NC), and more particularly to a numerical control device for controlling a machine tool having a rotating shaft in addition to a linear motion shaft.
工作機械で加工ワークの加工を行う場合、加工プログラム作成時に想定された加工ワークの設置位置と異なった位置および姿勢に加工ワークが置かれた場合でも、正しい設置位置に置いて加工した場合と同一の形状に加工できるように、数値制御装置にて指令値の補正が行われる場合がある。
特に、X・Y・Zの直動軸のほかに回転軸を有する工作機械においては、加工ワークに対する工具の向きについても補正が行われる。この補正は、加工ワークから見た工具の向き(以下、工具方向と称す)を指令された回転軸角度から求め、この工具方向に対して加工ワークの設置誤差分の補正を行い、この設置誤差分の補正が行われた後の工具方向に工具が向くような回転軸角度を求めることにより実現される(例えば、特許文献1)。
When machining a workpiece with a machine tool, even if the workpiece is placed at a position and orientation different from the machining workpiece installation position assumed when creating the machining program, it is the same as when machining with the correct installation position. The command value may be corrected by the numerical control device so that it can be processed into a shape.
In particular, in a machine tool having a rotation axis in addition to the X, Y, and Z linear motion axes, the direction of the tool relative to the workpiece is also corrected. In this correction, the direction of the tool viewed from the workpiece (hereinafter referred to as the tool direction) is obtained from the commanded rotation axis angle, and the machining workpiece installation error is corrected for this tool direction. This is realized by obtaining a rotation axis angle such that the tool is directed in the tool direction after the minute correction is performed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の技術によれば、加工ワークに対する工具の向きを補正するために、工具方向から回転軸角度を求めることになるが、一般的には、回転軸角度を一意に求めることができない。すなわち、指定された工具方向に工具を向けることができる回転軸角度は、2通り以上存在する。
例えば、X軸まわりに回転する傾斜テーブルの上にZ軸まわりに回転する回転テーブルが接続されているような5軸加工機を考え、X軸まわりの回転軸をA軸、Z軸まわりの回転軸をC軸とする。この場合、A軸45°、C軸0°の場合の工具の方向と、A軸−45°、C軸180°の場合の工具の方向は、テーブルに取り付けられた加工ワークから見れば全く同一の方向となる。また、A軸が0°であれば、C軸がどの角度でも、加工ワークから見た工具の方向は全く同一となる。
従って、従来の数値制御装置では、移動する直前の角度(直前の補間点における角度)に最も近い角度が選ばれるが、工作機械の回転軸の可動範囲に制限がある場合は、回転軸が補正後の角度に到達できない場合があるという問題があった。
また、工具の方向が特異点(工具の方向と回転軸の軸方向が一致する点、前述の例ではA軸が0°または180°の場合)の近傍にある場合では、補正前の回転軸の角度の変化に比べて補正後の回転軸の角度の変化が極端に大きくなる場合があり、回転軸の角度の補正を行うことによって、工作機械の各軸の速度が過大になることがあるという問題があった。
However, according to the above conventional technique, in order to correct the orientation of the tool with respect to the workpiece, the rotation axis angle is obtained from the tool direction. However, in general, the rotation axis angle cannot be uniquely obtained. . That is, there are two or more rotation axis angles at which the tool can be directed in the designated tool direction.
For example, consider a 5-axis machine in which a rotary table that rotates around the Z axis is connected to a tilt table that rotates around the X axis, and the rotation axis around the X axis is the rotation around the A axis and the Z axis. Let the axis be the C-axis. In this case, the direction of the tool when the A-axis is 45 ° and the C-axis is 0 ° and the direction of the tool when the A-axis is −45 ° and the C-axis are 180 ° are exactly the same when viewed from the workpiece attached to the table. Direction. If the A axis is 0 °, the direction of the tool viewed from the workpiece is exactly the same regardless of the angle of the C axis.
Therefore, in the conventional numerical control device, the angle closest to the angle immediately before moving (the angle at the previous interpolation point) is selected, but if the movable range of the rotation axis of the machine tool is limited, the rotation axis is corrected. There was a problem that the later angle could not be reached.
Also, if the tool direction is in the vicinity of a singular point (the point where the tool direction coincides with the axis direction of the rotation axis, in the above example, the A axis is 0 ° or 180 °), the rotation axis before correction The change in the angle of the rotation axis after correction may become extremely large compared to the change in the angle of the machine, and by correcting the angle of the rotation axis, the speed of each axis of the machine tool may become excessive. There was a problem.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工ワークの設置誤差がある場合においても、可動軸の移動経路を工作機械の可動軸の可動範囲内に収めた上で、工作機械の可動軸の速度が過大となるのを抑制しつつ、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られる可動軸の経路を実現することが可能な数値制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above. Even when there is an installation error of a workpiece, the moving path of the movable shaft is within the movable range of the movable shaft of the machine tool, and An object of the present invention is to obtain a numerical control device capable of realizing a path of a movable axis that can obtain the same machining shape as when there is no installation error of a workpiece while suppressing an excessive speed of the movable axis. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工ワークの設置誤差を予め設定された補正パラメータに従って補正し、直動軸と回転軸を含む工作機械の各軸の位置および角度を制御する数値制御装置において、加工プログラムを解析し、その解析結果に基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正前の始点座標および終点座標を出力するプログラム解析部と、前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正パラメータに基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正後の座標の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定する特異点近傍通過判定部と、前記特異点近傍通過判定部による判定結果と前記補正パラメータに基づいて、前記補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部と、前記特異点近傍通過判定部による判定結果に基づいて、前記始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部と、前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正後の始点座標および終点座標と、前記補間方法と、前記補正パラメータに基づいて、前記始点座標と前記終点座標の間の補間を行うとともに、前記加工ワークの設置誤差の補正を補間点に行うことで、前記補間点における前記加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention corrects a workpiece installation error according to a preset correction parameter, and determines the position of each axis of a machine tool including a linear motion axis and a rotation axis, and In a numerical control device that controls the angle, a program analysis unit that analyzes a machining program and outputs a start point coordinate and an end point coordinate before correction of the machining workpiece installation error based on the analysis result, and a start point before the correction A singular point vicinity passage determination unit that determines whether or not a path of the coordinate after correcting the installation error of the workpiece passes through the vicinity of a singular point based on the coordinates and end point coordinates and the correction parameter, and the vicinity of the singular point Based on the determination result by the passage determination unit and the correction parameter, the corrected start / end point coordinate calculation unit that calculates the corrected start point coordinate and end point coordinate, and the singularity An interpolation method determining unit that determines an interpolation method between the start point coordinates and the end point coordinates based on a determination result by a proximity pass determination unit, the start point coordinates and end point coordinates before correction, and the start point coordinates after correction and Performing interpolation between the start point coordinates and the end point coordinates based on the end point coordinates, the interpolation method, and the correction parameter, and correcting the machining workpiece installation error at the interpolation points, thereby interpolating the points. And an interpolation calculation unit for outputting the linear motion axis position and the rotation axis angle after correction of the installation error of the workpiece.
この発明によれば、加工ワークの設置誤差がある場合においても、可動軸の移動経路を工作機械の可動軸の可動範囲内に収めた上で、工作機械の可動軸の速度が過大となるのを抑制しつつ、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られる可動軸の経路を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, even when there is an installation error of the workpiece, the speed of the movable shaft of the machine tool becomes excessive after the moving path of the movable shaft is within the movable range of the movable shaft of the machine tool. While suppressing the above, there is an effect that it is possible to realize the path of the movable shaft that can obtain the same machining shape as when there is no installation error of the workpiece.
以下に、本発明に係る数値制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a numerical controller according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
図1において、数値制御装置10は、加工ワークの設置誤差の補正値を予め設定された補正パラメータ7に従って補正し、直動軸と回転軸を含む工作機械の各軸の位置および角度を制御することができる。なお、補正パラメータ7は、加工ワークの設置誤差(並進成分誤差、回転成分誤差)を特定することができる。
ここで、数値制御装置10は、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られるように補正を行った場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が、特異点の近傍を通過するかどうかを判定することができる。なお、特異点とは、工具方向といずれか1つの回転軸の軸方向とが一致する点であり、工具方向と軸方向が一致した回転軸の角度がどのような角度であっても、加工ワークから見た工具方向が全く同一となる方向を指す。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a numerical control apparatus according to the present invention.
In FIG. 1, a
Here, the
そして、特異点の近傍を通過するかどうかの判定結果に基づいて、直動軸および回転軸の経路の候補の中から、直動軸および回転軸の経路を選択することができる。例えば、回転軸の経路が特異点の近傍を通過する場合、指令終点の回転軸の角度が可動範囲内にあり、特異点の近傍での回転軸の角度移動量が最も少なくなるように回転軸の経路を選択することができる。
具体的には、数値制御装置10には加工プログラムを解析するプログラム解析部1、加工ワークの設置誤差の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定する特異点近傍通過判定部2、特異点近傍通過判定結果に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部3、始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部4および始点座標と終点座標の間の補間点における加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部5が設けられている。
Then, based on the determination result as to whether or not it passes through the vicinity of the singular point, the path of the linear motion axis and the rotational axis can be selected from the candidates for the path of the linear motion axis and the rotational axis. For example, when the path of the rotation axis passes in the vicinity of the singular point, the angle of the rotation axis at the command end point is within the movable range, and the rotation axis so that the amount of angular movement of the rotation axis in the vicinity of the singular point is minimized. The route can be selected.
Specifically, the
なお、以下の説明では、補正パラメータ7に設定された加工ワークの設置誤差の補正を行う前の座標を補正前の座標(直動軸位置・回転軸角度)と呼び、加工ワークの設置誤差の補正を行った後の座標を補正後の座標(直動軸位置・回転軸角度)と呼ぶ。
そして、加工プログラム6はプログラム解析部1に入力されるとともに、補正パラメータ7は、特異点近傍通過判定部2、補正後始終点座標演算部3および補間演算部5に入力される。
そして、プログラム解析部1は、加工プログラム6を解析し、加工プログラム6で指令された経路の始点座標(直動軸位置・回転軸角度)と終点座標(直動軸位置・回転軸角度)を特異点近傍通過判定部2に出力する。そして、特異点近傍通過判定部2は、始点座標と終点座標の間の各座標の回転軸角度を補正パラメータ7に従って補正した場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通るかどうか判定し、その特異点近傍通過判定結果を補正後始終点座標演算部3に出力する。そして、補正後始終点座標演算部3は、特異点近傍通過判定結果と補正パラメータ7に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の終点座標(直動軸位置・回転軸角度)を演算し、補間演算部5に出力する。
In the following description, the coordinates before correction of the machining workpiece setting error set in the correction parameter 7 are referred to as coordinates before correction (linear motion axis position / rotation axis angle), and the machining workpiece installation error is corrected. The coordinates after correction is referred to as corrected coordinates (linear motion axis position / rotation axis angle).
The
Then, the program analysis unit 1 analyzes the
一方、補間方法決定部4は特異点近傍通過判定部2の判定結果に基づいて、始点座標と終点座標との間の補間方法を決定し、補間演算部5に出力する。そして、補間演算部5は、プログラム解析部1から出力された補正前の始点座標および終点座標と、補正後始終点座標演算部3から出力された補正後の始点座標および終点座標から、補間方法決定部4で指定された補間方法と補正パラメータ7に従って、補間点における加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度の演算を行い、サーボ制御装置9に出力する。そして、サーボ制御装置9は、補間演算部5から出力された直動軸位置および回転軸角度に従って機械の各軸が駆動されるようにサーボ制御を行う。
On the other hand, the interpolation
これにより、特異点の近傍を通過するかどうかを考慮しながら、加工ワークの設置誤差の補正後の各軸の経路を設定することができる。このため、加工ワークの設置誤差がある場合でも、加工ワークの設置誤差がない場合と同一の形状に加工することを可能としつつ、可動軸の移動経路が可動範囲外とならないように各軸の終点の座標を設定することが可能となるとともに、特異点の付近でも各軸の移動速度が過大となって急激な軸移動が発生するのを抑えることが可能となる。 Thereby, the path | route of each axis | shaft after the correction | amendment of the installation error of a workpiece can be set, considering whether it passes the vicinity of a singular point. For this reason, even if there is an installation error of the workpiece, it is possible to process into the same shape as when there is no installation error of the workpiece, while keeping the movement path of the movable axis out of the movable range. It becomes possible to set the coordinates of the end point, and it is possible to suppress the rapid movement of the axis due to the excessive movement speed of each axis even near the singular point.
以下、本実施の形態の動作について詳細に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡潔にするため、制御対象となる機械はX軸まわりに回転する傾斜テーブルの上にZ軸まわりに回転する回転テーブルが接続されているような5軸加工機であるものとし、X軸まわりの回転軸をA軸、Z軸まわりの回転軸をC軸とする。このようなタイプの機械をACテーブル回転型5軸加工機と呼ぶ。 Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described in detail. In the following description, for the sake of brevity, the machine to be controlled is a 5-axis processing machine in which a rotary table rotating around the Z axis is connected to an inclined table rotating around the X axis. The rotation axis around the X axis is the A axis, and the rotation axis around the Z axis is the C axis. This type of machine is called an AC table rotary type 5-axis machine.
図10は、図1の数値制御装置にて数値制御されるACテーブル回転型5軸加工機を模式的に示す図である。
図10において、ACテーブル回転型5軸加工機には、主軸21に対してA軸傾斜テーブル22およびC軸回転テーブル23が設けられ、A軸傾斜テーブル22はX軸まわりに回転することができ、C軸回転テーブル23はA軸傾斜テーブル22上でZ軸まわりに回転することができる。
そして、図1において、プログラム解析部1では、加工プログラム中の軸移動指令を読み取り、補正前の始点座標および終点座標を移動指令ごとに作成し、特異点近傍通過判定部2および補間演算部5に出力する。
FIG. 10 is a diagram schematically showing an AC table rotary type five-axis machine that is numerically controlled by the numerical controller of FIG.
In FIG. 10, the AC table rotary type 5-axis processing machine is provided with an A-axis tilt table 22 and a C-axis tilt table 23 with respect to the
In FIG. 1, the program analysis unit 1 reads an axis movement command in the machining program, creates a start point coordinate and an end point coordinate before correction for each movement command, a singular point neighboring
そして、特異点近傍通過判定部2は、始点座標と終点座標の間の各座標の回転軸角度を補正パラメータ7に従って補正した場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通るかどうか判定する。なお、図10のACテーブル回転型5軸加工機においては、A軸が0°または180°の状態が特異点となる。
以下、特異点近傍通過の判定方法について説明する。
まず、補正パラメータ7に従って加工ワークの設置誤差を補正すると、特異点となる補正前の角度を求める。この角度を、特異点補正前角度と呼ぶ。ACテーブル回転型5軸加工機では、以下のように求めることができる。特異点補正前角度をAsg、Csgとおくと、次の(1)式が成り立つ。
Then, the singular point vicinity
Hereinafter, a method for determining the passage around the singular point will be described.
First, when the machining workpiece installation error is corrected according to the correction parameter 7, an angle before correction, which becomes a singular point, is obtained. This angle is called an angle before singular point correction. In the AC table rotating type 5-axis machining apparatus, it can be obtained as follows. If the singular point pre-correction angles are A sg and C sg , the following equation (1) is established.
次に、特異点近傍通過判定部2は、特異点補正前角度が求まると、始点回転軸角度と終点回転軸角度の間を補間した経路が、特異点補正前角度の近傍を通るかどうかを判定する。通常は、指令された始点回転軸角度と終点回転軸角度の間は直線補間を行うので、各座標軸が各回転軸の座標を表す2次元平面内の点として回転軸2軸の座標値を表現した場合、始点回転軸角度と終点回転軸角度を結ぶ直線と特異点補正前角度の点との間の距離を幾何学的に求めて、距離が予め設定した閾値よりも小さければ、補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過すると判定し、閾値よりも大きければ、特異点の近傍を通過しないと判定することができる。この判定は、始点座標と終点座標の補間演算や、補間点の座標に対する加工ワークの設置誤差の補間演算を行わずに判定することができる点が特徴である。
また、補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過する場合は、特異点の近傍の境界を通過する点において、移動指令された元の区間を小区間に分割し、各小区間における補正前の始点座標と終点座標を求める。さらに、各小区間について特異点近傍であるか特異点近傍でないかの情報を設定する。
次に、補正後始終点座標演算部3は、特異点近傍通過判定部2による判定結果と補正パラメータ7に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の各小区間の始点・終点座標(直動軸位置・回転軸角度)を算出する。
Next, when the singular point vicinity
In addition, when the tool direction path specified by the corrected coordinates passes near the singular point, the original section that is commanded to move is divided into small sections at the point that passes the boundary near the singular point. Then, start point coordinates and end point coordinates before correction in each small section are obtained. Further, information is set for each small section as to whether it is near a singular point or not near a singular point.
Next, the post-correction start / end point coordinate
図2は、図1の補正後始終点座標演算部3の動作を示すフローチャートである。
図2において、ステップS1では、補正前の終点回転軸角度から補正後の終点回転軸角度の候補を求める。この計算は、図10のACテーブル回転型5軸加工機の場合、以下のように行うことができる。
すなわち、補正前の終点回転軸角度をAref、Crefとし、補正後の終点回転軸角度をAcomp、Ccompとすると、次の(3)式が成り立つ。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the corrected start / end point coordinate
In FIG. 2, in step S1, candidates for the corrected end point rotation axis angle are obtained from the end point rotation axis angle before correction. This calculation can be performed as follows in the case of the AC table rotary type five-axis processing machine of FIG.
That is, if the end point rotation axis angles before correction are A ref and C ref and the end point rotation axis angles after correction are A comp and C comp , the following equation (3) is established.
次に、ステップS2にて、当該各小区間が特異点近傍通過判定部2において特異点の近傍であると設定されているかどうかを判定する。そして、補正後始終点座標演算部3は、特異点の近傍でないと判定された小区間は、ステップS5にて、複数の補正後の終点回転軸角度の候補から、その小区間の補正後の始点回転軸角度と同じ解領域にある候補を補正後の終点回転軸角度として選択する。なお、解領域とは、特異点を境界とする解の領域と定義する。例えば、図10のACテーブル回転型5軸加工機の場合は、A軸の角度が0°および180°を境界とする解の領域となる。
Next, in step S <b> 2, it is determined whether or not each small section is set to be in the vicinity of the singular point in the singular point vicinity
一方、特異点近傍通過判定部2において特異点の近傍と判定された小区間は、ステップS3において、複数の補正後の終点回転軸角度の候補から、指令終点の補正後の角度が可動範囲外となる候補を除外する。ここで、指令終点の補正後の角度が可動範囲外となる候補を除外することにより、特異点の近傍を通過する際に、補正後の終点の座標が加工機械の可動範囲外とならないような終点座標を設定することが可能となる。
その後、ステップS4にて、残った候補の中から特異点の近傍領域内での回転軸角度の移動量が最も少なくなるような終点回転軸角度の候補を選択する。
ここで、特異点近傍通過判定部2は、特異点の近傍通過時は指令された区間を特異点近傍部分と特異点近傍でない部分とに区分けした小区間に分割し、補正後始終点座標演算部3は、各小区間について補正後の終点座標を演算することにより、補間を行う前に、特異点の近傍通過時の終点回転軸角度の演算を行うことができ、工作機械の各軸の可動範囲を超えないかどうかの判定を事前に行うことができる。
On the other hand, in the small section determined to be close to the singular point by the singular point vicinity
Thereafter, in step S4, an end point rotation axis angle candidate is selected from the remaining candidates so that the amount of movement of the rotation axis angle in the region near the singular point is minimized.
Here, the singular point vicinity
次に、ステップS6において、補正後の終点直動軸位置を求める。すなわち、指令された位置を加工ワークから見た座標系に一旦変換し、変換後の座標値に加工ワークの設置誤差の姿勢誤差行列Rerrをかけ、設置誤差量の並進成分を加算し、さらに機械から見た座標系に座標変換することで、補正後の終点直動軸位置を求めることができる。また、各小区間の始点座標は、一つ前の小区間の終点座標を代入することにより得ることができる。 Next, in step S6, the corrected end point linear motion axis position is obtained. That is, the commanded position is once converted into a coordinate system viewed from the workpiece, the converted coordinate value is multiplied by the posture error matrix R err of the machining workpiece installation error, and the translation component of the installation error amount is added. By performing coordinate conversion to the coordinate system seen from the machine, the corrected end point linear motion axis position can be obtained. Further, the start point coordinates of each small section can be obtained by substituting the end point coordinates of the previous small section.
次に、補間方法決定部4は、各小区間について、特異点近傍通過判定部2における判定結果に基づいて、回転軸角度の補間方法の決定を行う。回転軸角度の補間方法の決定は以下のように行う。すなわち、工具方向が特異点の近傍にある小区間は、補正後の回転軸角度を直線補間する。一方、工具方向が特異点の近傍にない小区間は、補正前の回転軸角度を直線補間する。ここで、補間方法決定部4は、工具方向が特異点の近傍にある場合は、補正後の回転軸角度を補間することで、特異点の近傍で座標値が急激に変化して各軸の移動速度が過大となることを防ぐことができる。
次に、補間演算部5は、各小区間の始点座標と終点座標の間を補間し、各補間点について補正パラメータ7に基づいて、補正後の直動軸位置と回転軸角度を算出する。
Next, the interpolation
Next, the
図3は、図1の補間演算部5の動作を示すフローチャートである。
図3において、ステップS11では、回転軸角度の補間方法が補正前の補間か補正後の補間かを判断し、補正後の回転軸角度を直線補間するように図1の補間方法決定部4で設定されている区間では、ステップS14にて、補正後始終点座標演算部3において得られた補正後の始点回転軸角度と終点回転軸角度の間を直線補間することにより、補間点での補正後の回転軸角度を求める。ここで、特異点近傍の場合は補正後の座標を補間することで、特異点の近傍で座標値が急激に変化して各軸の移動速度が過大となることを防ぐことができる。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
3, in step S11, it is determined whether the interpolation method of the rotation axis angle is the interpolation before correction or the interpolation after correction, and the interpolation
一方、補正前の回転軸角度を直線補間するように補間方法決定部4で設定されている区間では、ステップS12において、補正前の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間を直線補間することで、補間点における補正前の回転軸角度を求める。
さらに、ステップS13にて、補間点における加工ワークの設置誤差の補正を行った後の角度、すなわち補間点における補正後の角度を求める。この演算は、終点回転軸角度の演算と同様の方法で行うことができる。
例えば、ACテーブル回転型5軸加工機の場合は、(3)式を用いることで求めることができる。ただし、この場合は、当該小区間の始点と同一解領域の候補を選択する。
以上のステップにより補間点における補正後の回転軸角度を求めた後、ステップS15およびステップS16において各補間点における補正後の直動軸位置を求める。
On the other hand, in the section set by the interpolation
Further, in step S13, an angle after correction of the machining workpiece installation error at the interpolation point, that is, an angle after correction at the interpolation point is obtained. This calculation can be performed by the same method as the calculation of the end point rotation axis angle.
For example, in the case of an AC table rotary type 5-axis processing machine, it can be obtained by using equation (3). However, in this case, a candidate of the same solution area as the starting point of the small section is selected.
After the corrected rotation axis angle at the interpolation point is obtained by the above steps, the corrected linear motion axis position at each interpolation point is obtained in steps S15 and S16.
すなわち、ステップS15にて、補正前の始点直動軸位置と終点直動軸位置の間を直線補間することにより、補間点での補正前の直動軸位置を求める。
次に、ステップS16にて、補間点の直動軸位置について補正後の直動軸位置を求める。この補間点の補正後の直動軸位置は、終点直動軸位置の演算と同様にして求めることができる。すなわち、補間点の直動軸位置を加工ワークから見た座標系に一旦変換し、変換後の座標値に加工ワークの設置誤差の姿勢誤差行列Rerrをかけ、設置誤差量の並進成分を加算し、さらに機械から見た座標系に座標変換することで求めることができる。
That is, in step S15, the linear motion axis position before correction at the interpolation point is obtained by performing linear interpolation between the start point linear motion axis position and the end point linear motion shaft position before correction.
Next, in step S16, a linear motion axis position after correction for the linear motion axis position of the interpolation point is obtained. The linear motion axis position after correction of this interpolation point can be obtained in the same manner as the calculation of the end linear motion axis position. In other words, the linear motion axis position of the interpolation point is once converted into a coordinate system viewed from the workpiece, the post-conversion coordinate value is multiplied by the posture error matrix R err of the workpiece installation error, and the translation component of the installation error amount is added. Further, it can be obtained by converting the coordinates into a coordinate system viewed from the machine.
次に、本実施の形態における具体的な動作例を示す。図10のACテーブル回転型5軸加工機において、以下のような角度指令を行う場合について考える。
始点:(A,C)=(30°,210°)
終点:(A,C)=(30°,60°)
速度:600°/分
また、この加工機械のC軸は可動範囲の制限なく回転させることができるが、A軸は可動範囲が−90°から40°までの間に制限されているものとする。
Next, a specific operation example in this embodiment will be described. Consider the case where the following angle command is issued in the AC table rotary type 5-axis machining apparatus of FIG.
Start point: (A, C) = (30 °, 210 °)
End point: (A, C) = (30 °, 60 °)
Speed: 600 ° / min In addition, the C-axis of this processing machine can be rotated without any limitation of the movable range, but the A-axis is limited to a range of −90 ° to 40 °. .
図4は、加工ワークの設置誤差がない場合の回転軸角度変化の一例を示す図である。
図4において、加工ワークを設置誤差なく設置した場合、A軸は始点と終点が同じであるため移動せず、C軸は210°から60°まで一定速度で移動する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in rotation axis angle when there is no installation error of the workpiece.
In FIG. 4, when the workpiece is set without installation error, the A axis does not move because the start point and the end point are the same, and the C axis moves from 210 ° to 60 ° at a constant speed.
図5は、加工ワークの設置誤差がない場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。
図5において、A軸が30°のままでC軸のみ210°から60°まで回転する。このため、加工ワークから見た工具方向は、始点P1と終点P2との間で半頂角30°の円錐の側面に沿うような経路を通る。
次に、加工ワークがX軸まわりに30.1°だけ傾いて置かれた場合に、この加工ワークの設置誤差を補正することを考える。この設置誤差は、ロール・ピッチ・ヨー角で表すと、ロール角θRは30.1°、ピッチ角θPとヨー角θYはともに0°の場合に相当する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a change in the tool direction as viewed from the machining workpiece when there is no installation error of the machining workpiece.
In FIG. 5, the A axis remains 30 ° and only the C axis rotates from 210 ° to 60 °. For this reason, the tool direction viewed from the workpiece passes through a path along the side surface of the cone having a half apex angle of 30 ° between the start point P1 and the end point P2.
Next, let us consider correcting the machining work installation error when the workpiece is placed at an angle of 30.1 ° around the X axis. The installation error, expressed in roll, pitch and yaw angle, the roll angle theta R is 30.1 °, corresponds to the case both the pitch angle theta P and the yaw angle theta Y of 0 °.
図6は、加工ワークの設置誤差がある場合に従来技術を用いて補正された補正後回転軸角度の変化の一例を示す図である。なお、指令開始前は、A軸は(0°<A<180°)の範囲にあるものとする。
図6において、加工ワークからみた工具方向が加工ワークの設置誤差がない場合と同じ経路を通るように、従来技術によって回転軸角度を補正した場合、補正後の角度は、始点が(A,C)=(14.9°,−76.6°)であり、終点が(A,C)=(51.4°,33.6°)となる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a change in the corrected rotation axis angle corrected using the conventional technique when there is an installation error of the workpiece. It is assumed that the A axis is in the range of (0 ° <A <180 °) before the start of the command.
In FIG. 6, when the rotation axis angle is corrected by the conventional technique so that the tool direction viewed from the machining workpiece passes through the same path as when there is no machining workpiece installation error, the corrected angle starts at (A, C ) = (14.9 °, −76.6 °), and the end point is (A, C) = (51.4 °, 33.6 °).
しかしながら、A軸の可動範囲は−90°から40°までの間に制限されているため、この場合ではA軸は終点まで到達することができない。また、仮にA軸の可動範囲の制限がない場合であったとしても、A軸が0°付近となるところで、C軸の角度が急激に変化し、サーボ制御装置9で実現可能な最大速度を超えてしまうことがある。
次に、本実施の形態を用いた場合の動作について説明する。
この場合には、特異点近傍通過判定を行うために、特異点補正前角度を求める。この特異点補正前角度は、式(1)を用いると、以下の4通りの組み合わせが得られる。すなわち、(A,C)=(30.1°,180°), (−30.1°,0°), (−149.9°,180°), (149.9°,0°)の4通りである。ここでは、例えば、特異点補正前角度との差がA軸、C軸ともに5°以下となる領域を特異点近傍領域と定義する。
However, since the movable range of the A axis is limited between −90 ° and 40 °, in this case, the A axis cannot reach the end point. Even if there is no limitation on the movable range of the A axis, the angle of the C axis changes abruptly when the A axis is near 0 °, and the maximum speed that can be realized by the
Next, the operation when this embodiment is used will be described.
In this case, an angle before singular point correction is obtained in order to perform a singular point vicinity passage determination. For the angle before singular point correction, the following four combinations can be obtained using equation (1). That is, (A, C) = (30.1 °, 180 °), (−30.1 °, 0 °), (−149.9 °, 180 °), (149.9 °, 0 °) There are four ways. Here, for example, a region where the difference from the angle before singular point correction is 5 ° or less for both the A axis and the C axis is defined as a singular point vicinity region.
図7は、図1の特異点近傍通過判定部2における特異点近傍通過判定方法を説明する図である。
図7において、(A,C)=(30.1°,180°), (−30.1°,0°), (−149.9°,180°), (149.9°,0°)の4通りの特異点補正前角度に対応して、4つの特異点近傍領域R2、R3、R1、R4がそれぞれ得られる。
そして、補正前の角度の経路は、(A,C)=(30.5°,180°)の近傍を通過し、補正前の始点P1と終点P2との間を直線補間した経路が特異点近傍領域R2を通過することがわかる。そこで、以下に示すように、特異点近傍領域R2の前後で指令区間を3つの小区間に分割する。
第1小区間:始点(A,C)=(30°,210°)
終点(A,C)=(30°,185°)
第2小区間:始点(A,C)=(30°,185°)
終点(A,C)=(30°,175°)
第3小区間:始点(A,C)=(30°,175°)
終点(A,C)=(30°,60°)
FIG. 7 is a diagram for explaining a singular point vicinity passage determination method in the singular point vicinity
In FIG. 7, (A, C) = (30.1 °, 180 °), (-30.1 °, 0 °), (-149.9 °, 180 °), (149.9 °, 0 ° ), Four singularity neighboring regions R2, R3, R1, and R4 are obtained respectively.
The path of the angle before correction passes in the vicinity of (A, C) = (30.5 °, 180 °), and the path obtained by linear interpolation between the start point P1 and the end point P2 before correction is a singular point. It can be seen that it passes through the neighborhood region R2. Therefore, as shown below, the command section is divided into three small sections before and after the singular point vicinity region R2.
First small section: Start point (A, C) = (30 °, 210 °)
End point (A, C) = (30 °, 185 °)
Second small section: Start point (A, C) = (30 °, 185 °)
End point (A, C) = (30 °, 175 °)
Third small section: Start point (A, C) = (30 °, 175 °)
End point (A, C) = (30 °, 60 °)
次に、各小区間において、補正後の終点回転軸角度を演算する。それぞれ(1)式を用いて補正後終点回転軸角度の候補を求め、図2に示す手順で複数の候補の中から、選択する。
第1小区間は特異点近傍でないため、補正後終点角度は、始点と同じ解領域(0°<A<180°)の候補である(A,C)=(2.4°,−85.5°)を選択する。第2小区間は特異点近傍であるため、指令終点が各軸の可動範囲内となるような角度を選択する。その結果、(A,C)=(−2.8°,−94.5°)となる。第3小区間は、特異点近傍でないため、第3小区間の始点と同じ解領域(−180°<A<0°)となる角度である(A,C)=(−51°,−146°)を選択する。
補間方式は、第1小区間と第3小区間は特異点近傍でないため補正前の角度を補間し、第2小区間は特異点近傍であるため補正後の角度を補間する。
Next, in each subsection, the corrected end point rotation axis angle is calculated. Each candidate of the corrected end-point rotation axis angle is obtained using equation (1), and selected from a plurality of candidates by the procedure shown in FIG.
Since the first small section is not near the singular point, the corrected end point angle is a candidate for the same solution region (0 ° <A <180 °) as the start point (A, C) = (2.4 °, −85. 5 °). Since the second small section is near the singular point, an angle is selected so that the command end point is within the movable range of each axis. As a result, (A, C) = (− 2.8 °, −94.5 °). Since the third small section is not near the singular point, it is an angle (A, C) = (− 51 °, −146) that is the same solution region (−180 ° <A <0 °) as the start point of the third small section. °).
The interpolation method interpolates the angle before correction because the first small section and the third small section are not near the singular point, and the corrected angle is interpolated because the second small section is near the singular point.
図8は、加工ワークの設置誤差がある場合に本実施の形態を用いて補正された補正後回転軸角度変化の例である。
図8において、補正後の回転軸角度は可動範囲内での変化となっており、また回転軸角度の急激な変化も生じていないことがわかる。
FIG. 8 is an example of the corrected rotation axis angle change corrected using the present embodiment when there is an installation error of the workpiece.
In FIG. 8, it can be seen that the corrected rotation axis angle changes within the movable range, and there is no sudden change in the rotation axis angle.
図9は、加工ワークの設置誤差がある場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。
図9において、加工ワークの設置誤差がない場合の経路(図5)と同じ経路であり、加工ワークの設置誤差があっても、加工ワークの設置誤差がない場合の加工形状と同一の加工形状が得られることがわかる。
以上より、本発明に記載の数値制御装置を用いることで、加工ワークの設置誤差がある場合でも、加工ワークの設置誤差がない場合と同一の形状を加工することができ、製造歩留まりを向上させることが可能となるため、加工工程における環境負荷を低減することができる。さらに、各軸の可動範囲に制限がある場合でも可動範囲外とならないように終点の座標を設定でき、加えて特異点の付近でも軸の移動速度が過大となって急激な軸移動が発生することを防ぐことができ、工作機械の長寿命化を達成することができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a change in the tool direction viewed from the machining workpiece when there is an installation error of the machining workpiece.
In FIG. 9, the route is the same as the route when there is no machining workpiece installation error (FIG. 5), and the same machining shape as the machining shape when there is no machining workpiece installation error even if there is a machining workpiece installation error. It can be seen that
As described above, by using the numerical control device described in the present invention, even when there is a machining work installation error, the same shape as when there is no machining work installation error can be machined, and the manufacturing yield is improved. Therefore, it is possible to reduce the environmental load in the machining process. In addition, even if the movement range of each axis is limited, the coordinates of the end point can be set so as not to be outside the movement range, and in addition, the axis movement speed is excessive even near the singular point, causing rapid axis movement This can be prevented and a long life of the machine tool can be achieved.
なお、本実施の形態においては、ACテーブル回転型5軸加工機について説明したが、回転軸の軸構成が異なる5軸加工機であってもよい。すなわち、工具側に2軸回転部分がある機械や、工具側とテーブル側に1軸ずつ回転部分がある機械であってもよい。
また、本実施の形態においては、特異点近傍の小区間では、補間演算部5において、始点・終点の座標のうち回転軸角度のみ補正後の角度を直線補間するようにしているが、回転軸角度および直動軸位置の両方について補正後の回転軸角度・直動軸位置を直線補間するようにしてもよい。このようにすることで、特異点近傍の小区間での直動軸位置についての加工ワーク設置誤差補正の演算を省略することができる。
さらに、本実施の形態においては、補正パラメータ7は加工プログラム6と独立して与えられるものとしたが、加工プログラム6上に予め記録されるものであってもよい。この場合は、加工プログラム6から補正パラメータ7に相当する部分を読み出して補正パラメータ7として使用すればよい。
In the present embodiment, the AC table rotating type 5-axis processing machine has been described. However, a 5-axis processing machine having a different shaft configuration of the rotating shaft may be used. That is, it may be a machine having a biaxial rotating part on the tool side, or a machine having a rotating part on each of the tool side and the table side.
In the present embodiment, in the small section near the singular point, the
Further, in the present embodiment, the correction parameter 7 is given independently of the
以上のように本発明に係る数値制御装置は、加工ワークの設置誤差がある場合においても、工作機械に過度の負荷をかけることなく、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られるように工作機械を数値制御する方法に適している。 As described above, the numerical control device according to the present invention can obtain the same machining shape as when there is no machining work installation error without imposing an excessive load on the machine tool even when there is a machining work installation error. Thus, it is suitable for a method of numerically controlling a machine tool.
1 プログラム解析部
2 特異点近傍通過判定部
3 補正後始終点座標演算部
4 補間方法決定部
5 補間演算部
6 加工プログラム
7 補正パラメータ
9 サーボ制御装置
10 数値制御装置
21 主軸
22 A軸傾斜テーブル
23 C軸回転テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
加工プログラムを解析し、その解析結果に基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正前の始点座標および終点座標を出力するプログラム解析部と、
前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正パラメータに基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正後の座標の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定する特異点近傍通過判定部と、
前記特異点近傍通過判定部による判定結果と前記補正パラメータに基づいて、前記補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部と、
前記特異点近傍通過判定部による判定結果に基づいて、前記始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部と、
前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正後の始点座標および終点座標と、前記補間方法と、前記補正パラメータに基づいて、前記始点座標と前記終点座標の間の補間を行うとともに、前記加工ワークの設置誤差の補正を補間点に行うことで、前記補間点における前記加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部を備えることを特徴とする数値制御装置。 In a numerical control device that corrects an installation error of a workpiece according to a preset correction parameter and controls the position and angle of each axis of a machine tool including a linear motion axis and a rotation axis,
Analyzing a machining program, and based on the analysis result, a program analysis unit that outputs start point coordinates and end point coordinates before correction of the machining workpiece installation error;
A singular point vicinity passage determination unit that determines whether or not a path of coordinates after correction of the installation error of the workpiece passes through the vicinity of a singular point based on the start point coordinates and end point coordinates before correction and the correction parameter; ,
Based on a determination result by the singular point vicinity passage determination unit and the correction parameter, a corrected start / end coordinate calculation unit that calculates the corrected start point coordinate and end point coordinate,
An interpolation method determining unit that determines an interpolation method between the start point coordinates and the end point coordinates based on a determination result by the singular point vicinity passage determination unit;
Based on the start point coordinates and end point coordinates before correction, the corrected start point coordinates and end point coordinates, the interpolation method, and the correction parameters, interpolation is performed between the start point coordinates and the end point coordinates, and the processing A numerical value, comprising: an interpolation calculation unit that outputs a linear motion axis position and a rotation axis angle after correction of the installation error of the processed workpiece at the interpolation point by correcting the workpiece installation error at the interpolation point. Control device.
前記補正後始終点座標演算部は、各小区間について前記加工ワークの設置誤差の補正後の始点座標および終点座標を演算することを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。 The singular point vicinity passage determination unit, when it is determined that the route passes through the vicinity of the singular point, divides the commanded section into small sections divided into a singular point vicinity part and a non-singular point vicinity part,
The numerical control apparatus according to claim 1, wherein the corrected start / end point coordinate calculation unit calculates a start point coordinate and an end point coordinate after correction of an installation error of the workpiece for each small section.
前記補間演算部は、前記補正前の回転軸角度を補間する場合は、前記小区間の補正前の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間の補間により得られた補間点に対して加工ワーク設置誤差を補正して得られた回転軸角度を出力し、前記補正後の回転軸角度を補間する場合は、前記小区間の補正後の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間の補間により得られた補間点での補正後の回転軸角度を出力することを特徴とする請求項2または3に記載の数値制御装置。 The interpolation method determining unit interpolates the corrected rotation axis angle in a small section near a singular point, and interpolates the rotation axis angle before the correction in a small section not in the vicinity of a singular point. Decide
When interpolating the rotation axis angle before correction, the interpolation calculation unit processes the interpolation point obtained by interpolation between the start point rotation axis angle and the end point rotation axis angle before correction of the small section. When the rotation axis angle obtained by correcting the workpiece installation error is output and the corrected rotation axis angle is interpolated, the correction is made between the corrected start point rotation axis angle and end point rotation axis angle of the small section. 4. The numerical control apparatus according to claim 2, wherein the rotation axis angle after correction at the interpolation point obtained by the interpolation is output.
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