JP2009245164A - 数値制御装置および数値制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合や工具の姿勢変化量が不連続な指令がある場合においても、加工プログラムの指令点を変更することなく、工具の先端を滑らかに動作させながら加工を行わせること。
【解決手段】回転軸フィルタ処理部５は、工作機械のパラメータ等にて予め与えられたフィルタ時定数に従って、回転軸の回転角度の補間点１３間の角度変化量に対して移動平均フィルタをかけることで、補間点１３間の角度変化量を平滑化し、並進軸タイミング合わせ部６は、並進軸の工具先端位置の補間点１４間の移動量に対して移動平均フィルタをかけることで、平滑化処理された回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合致させ、座標変換部７は、並進軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６と回転軸のフィルタ後の回転角度１５から、工作機械の構成に応じて並進軸の機械位置１７へ座標変換する。
【選択図】 図１

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、工具の先端位置と工具の姿勢を制御する数値制御装置に関する。

数値制御装置が搭載された工作機械では、指令された位置にくるように各軸を制御することで可動部を移動させながら加工が行われるが、並進軸と回転軸が設けられた工作機械では、並進軸の位置により決定される工具の先端位置と回転軸の回転角度により決定される工具の姿勢を指令することで、より複雑な加工が行われることがある。工具の姿勢を決定するための回転軸の回転中心は、工具の根元や加工物が置かれるテーブルにあるのが一般的である。そのため、工具の姿勢を変更すると、加工物から見た工具の先端位置は変わるようになる。そこで、工具の姿勢を変更しながら並進軸が移動する場合、並進軸の可動部は、加工プログラムから指令された工具の先端位置の移動量に加えて、工具の姿勢変更に伴う加工物から見た工具の先端位置を補正するための移動量分も移動させる必要がある。

つまり、加工プログラムから指令された単位時間当たりの工具の先端位置の移動量が同じであっても、工具の姿勢変更がある場合とない場合では、並進軸の可動部の移動量は異なることとなる。そのため、工具の先端位置と工具の姿勢の指令からなる加工プログラム中に、断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、または単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合に、工具の先端位置を一定速度で動作させるには、並進軸の可動部を不連続な速度で移動させる必要がある。しかし、可動部を不連続な速度で移動させることは困難であり、数値制御装置で加減速処理が行われることから、工具の先端位置を一定の速度で移動させることはできず、加工面の精度が劣化していた。

そこで、従来の数値制御装置では、加工プログラム中に断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、または単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合に、工具の先端を滑らかに移動させるためには、数値制御装置の内部または外部に関わらず、加工プログラムの指令点を変更することが行われていた。例えば、数値制御装置の内部で加工プログラムの指令点列を変更する場合、加工プログラムの回転軸の回転角度の指令点列を滑らかな曲線（スプライン曲線またはＮＵＲＢＳ曲線）で近似し、その曲線に沿った指令点に修正することが行われていた（例えば、特許文献１）。

特開２００６−３０９６４５号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、加工プログラムの指令点が滑らかな近似曲線で修正される。そのため、曲線近似する際のトレランス幅の設定値によっては、特異点の位置が変わり、工作機械の動作が大きく変化するという問題点があった。

また、加工プログラムの指令点が修正されるため、加工プログラムを１ブロックずつ実行していく場合に、工作機械が元の指令位置で停止しないという問題点もあった。さらに、加工プログラムの指令点間の内挿点を求めて曲線近似するため、思ったとおりに曲線近似することができない場合があるという問題点もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合や工具の姿勢変化量が不連続な指令がある場合においても、加工プログラムの指令点を変更することなく、工具の先端を滑らかに動作させながら加工を行わせることが可能な数値制御装置および数値制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、並進軸の位置により決定される工具の先端位置と、回転軸の回転角度により決定される工具の姿勢の指令を含む加工プログラムに従って可動部の移動を数値制御する数値制御装置において、前記加工プログラムから指令された各ブロックの命令の解析結果に基づいて、軸毎の補間点を決定するために必要な解析データを生成する解析処理部と、前記解析データに基づいて補間を行うことで制御周期ごとの軸毎の補間点を求める補間処理部と、予め設定されたフィルタ時定数に従って回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理する回転軸フィルタ処理部と、前記平滑化処理された回転軸の回転と前記並進軸の移動のタイミングを合わせる並進軸タイミング合わせ部と、前記並進軸のタイミング合わせ後の工具の先端位置と前記平滑化処理された回転軸の回転角度から並進軸の機械位置へ座標変換する座標変換部と、前記座標変換された並進軸の機械位置と前記平滑化処理された回転軸の回転角度に対する加減速処理を行う加減速処理部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合や工具の姿勢変化量が不連続な指令がある場合においても、加工プログラムの指令点を変更することなく、工具の先端を滑らかに動作させながら加工を行わせることが可能という効果を奏する。

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。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態１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２は、工具の先端位置と工具の姿勢の指令１１を含む加工プログラムに従って可動部の移動を数値制御することができる。なお、工具の先端位置は、工作機械の並進軸の位置により決定することができ、工具の姿勢は、工作機械の回転軸の回転角度により決定することができる。

ここで、数値制御装置２は、単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかになるように、工作機械の回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理することができる。そして、指令経路との誤差が小さくなるように、平滑化処理後の回転軸の回転のタイミングと、並進軸の移動のタイミングとを調整してから、並進軸のタイミング合わせ後の工具の先端位置と、平滑化処理後の回転軸の回転角度から並進軸の機械位置を求めることができる。

具体的には、数値制御装置２には、加工プログラム１から指令された各ブロックの命令を解析する解析処理部３、制御周期ごとの軸毎移動量を求めるための補間を行う補間処理部４、回転軸の角度変化量を平滑化処理する回転軸フィルタ処理部５、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを調整する並進軸タイミング合わせ部６、並進軸の機械位置への座標変換を行う座標変換部７および並進軸の機械位置と回転軸の回転角度に対する加減速処理を行う加減速処理部８が設けられている。そして、数値制御装置２には、図示しない記憶手段または外部から、工具の先端位置と工具の姿勢の指令１１を含む加工プログラム１が入力され、解析処理部３に出力される。そして、解析処理部３は、加工プログラム１から指令されたブロックごとの命令の解析結果に基づいて解析データ１２を作成し、補間処理部４に出力する。

そして、補間処理部４は、解析処理部３にて作成された解析データ１２から制御周期ごとの軸毎移動量を求め、回転軸の回転角度の補間点１３と、並進軸の工具先端位置の補間点１４を生成し、回転軸の回転角度の補間点１３を回転軸フィルタ処理部５に出力するとともに、並進軸の工具先端位置の補間点１４を並進軸タイミング合わせ部６に出力する。そして、回転軸フィルタ処理部５は、工作機械のパラメータ等にて予め与えられたフィルタ時定数に従って、回転軸の回転角度の補間点１３間の角度変化量に対して移動平均フィルタをかけることで、補間点１３間の角度変化量を平滑化し、回転軸のフィルタ後の回転角度１５を座標変換部７および加減速処理部８に出力する。

一方、並進軸タイミング合わせ部６は、回転軸の回転角度の補間点１３間の角度変化量を平滑化するために用いられた回転軸のフィルタ時定数に従って、並進軸の工具先端位置の補間点１４間の移動量に対して移動平均フィルタをかけることで、平滑化処理後の回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合致させ、並進軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６を座標変換部７に出力する。そして、座標変換部７は、並進軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６と回転軸のフィルタ後の回転角度１５から、工作機械の構成に応じて並進軸の機械位置１７へ座標変換する。そして、加減速処理部８は、並進軸の機械位置１７と回転軸のフィルタ後の回転角度１５に対する加減速処理を行う。そして、加減速処理部８は、加減速処理後の各軸の位置や角度を図示しないサーボ制御部に出力することで、図示しない各軸の可動部を駆動させることができる。

このように、上述した実施の形態によれば、工作機械の回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理することにより、加工プログラム中に断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、または単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合でも、加工プログラムの指令点を変更することなく、フィルタ時定数の調整により工具先端を滑らかに移動させることができ、高品位な加工を実現することが可能となるとともに、製造歩留まりを向上させることができ、加工工程における環境負荷を低減することができる。

また、加工プログラムの指令点を変更しないため、フィルタ時定数の設定値に依存することなく、特異点の位置が変化するのを防止することが可能となるとともに、元の指令位置で工作機械を停止させることが可能となり、工作機械の動作が変化するのを防止することができる。

さらに、平滑化処理された回転軸の回転と並進軸の移動とのタイミング合わせを行うことにより、工作機械の回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理した場合においても、指令経路との誤差を小さくすることができ、加工精度の劣化を抑制することができる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る数値制御装置の処理手順の一例を表すフローチャートである。以下、図２に基づいて詳細に説明する。図２において、ステップＳ１では、解析処理部３は、工具の先端位置と工具の姿勢の指令１１からなる加工プログラム１を１ブロックずつ読み取り、指令ブロックごとの命令を解析し、軸毎の補間点を決定するために必要な解析データ１２を作成する。なお、この解析データ１２には、指令ブロックごとの工具の先端位置を決める並進軸各軸の始点や終点、工具の姿勢を決める回転軸各軸の始点や終点、これらの始点から終点までの経路情報、指令送り速度などの移動経路や移動速度など工作機械の動作に必要な情報を含むことができる。

次に、ステップＳ２において、補間処理部４は、解析処理部３にて作成された解析データ１２に基づいて補間処理を行うことで、制御周期ごとの軸毎移動量を求める。なお、補間処理については、従来技術と同様の処理を用いることができ、詳細な説明は省略する。続いて、ステップＳ３において、補間処理部４は、各軸が並進軸か回転軸かを判断し、各軸が回転軸の場合には、回転軸の回転角度の補間点１３を回転軸フィルタ処理部５に出力する。一方、各軸が並進軸の場合には、並進軸の工具先端位置の補間点１４を並進軸タイミング合わせ部６に出力する。そして、ステップＳ４において、回転軸フィルタ処理部５は、補間処理部４にて生成された回転軸の回転角度の補間点１３間の角度変化量に対して、工作機械のパラメータ等にて予め与えられたフィルタ時定数に従って移動平均フィルタをかけ、単位時間当たりの工具の姿勢変化量を平滑化する。

図３は、本発明の実施の形態１による断続的な工具の姿勢変更の指令が数値制御装置の加工プログラムにある場合の工具姿勢変化量（角度変化量）の波形を示す図である。図３において、加工プログラム１に断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、移動平均フィルタをかける前の回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ１は断続的な形状になる。そして、このような回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ１に対し、フィルタ時定数ｔに従って移動平均フィルタをかけることで、移動平均フィルタをかけた後の回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ１＿ｆを連続的に変化させることができる。

図４は、本発明の実施の形態１による単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令が数値制御装置の加工プログラムにある場合の工具姿勢変化量の波形を示す図である。図４において、加工プログラム１に単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合、移動平均フィルタをかける前の回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ２は不連続な形状になる。そして、このような回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ２に対し、フィルタ時定数ｔに従って移動平均フィルタをかけることで、移動平均フィルタをかけた後の回転軸の角度変化波形Ｖｒｏｔ２＿ｆを連続的に変化させることができる。

次に、ステップＳ５において、回転軸フィルタ処理部５は、移動平均フィルタをかけた回転軸各軸の角度変化量を累積し、回転軸各軸のフィルタ後の回転角度１５を求める。一方、ステップＳ６において、並進軸タイミング合わせ部６は、補間処理部４にて生成された並進軸各軸の移動量から並進軸の合成移動量を求め、この並進軸の合成移動量に対して、回転軸のフィルタ時定数と同等のフィルタ時定数に従って移動平均フィルタをかけることで、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合致させる。続いて、並進軸タイミング合わせ部６は、指令経路に沿うように並進軸のフィルタ後の合成移動量を並進軸各軸の移動量に再分配する。

次に、ステップＳ７において、並進軸タイミング合わせ部６は、再分配された並進軸各軸の移動量を累積し、並進軸各軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６を求める。続いて、ステップＳ８において、座標変換部７は、並進軸タイミング合わせ部６にて求められた並進軸各軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６と、回転軸フィルタ処理部５にて求められた回転軸各軸のフィルタ後の回転角度１５から、工作機械の構成に応じて並進軸各軸の機械位置１７へ座標変換する。

次に、ステップＳ９において、加減速処理部８は、座標変換部７にて求められた並進軸各軸の機械位置１７と、回転軸フィルタ処理部５にて求められた回転軸各軸のフィルタ後の回転角度１５を用いて加減速処理を行う。なお、座標変換処理と加減速処理については、従来技術と同様の方法を用いることができ、詳細な説明は省略する。

図５は、従来の数値制御装置において、加工プログラムに断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合の動作を表す説明図である。なお、図５−１は工具の模式図を示し、Ｐ０〜Ｐ７は工具の先端位置、Ｑ０〜Ｑ７は機械位置（工具の回転中心）を表す。図５−２は機械位置の合成速度波形、図５−３は工具の先端位置の合成速度波形を示す。図５−１において、従来の数値制御装置では、工具の先端位置Ｐ０〜Ｐ７における２点間の移動量は一定であり、機械位置Ｑ０−Ｑ１間では工具の姿勢が変更され、機械位置Ｑ１−Ｑ２間では工具の姿勢が変更されず、機械位置Ｑ２−Ｑ３間では工具の姿勢が変更されるというように断続的な工具の姿勢変更が行われていることが分かる。

このような場合、図５−２に示すように、機械位置の合成指令速度Ｖｍは工具の姿勢変更がある場合とない場合とで異なり、合成指令速度Ｖｍは不連続となる。このような場合に、工具の先端位置Ｐ０〜Ｐ７を一定な速度で動作させるためには、合成指令速度Ｖｍに沿って可動部を動作させればよいこととなる。しかし、合成指令速度Ｖｍに沿って可動部を動作させるためには、不連続な速度で可動部を動作させる必要があるが、不連続な速度で可動部を動作させると、工作機械が振動したり、指令に対して追従することができなくなったりするため、数値制御装置にて加減速処理が行われる。その結果、機械位置Ｑ０〜Ｑ７は、図５−２に示すように、加減速後の合成速度Ｖｍ＿ｓｍｚで動作し、工具の先端位置Ｐ０〜Ｐ７は、図５−３に示すように、加減速後の合成速度Ｖｃ＿ｓｍｚで動作することとなり、工具の先端位置の指令速度Ｖｃよりも低速で加速および減速を繰り返すこととなる。

図６は、この発明の実施の形態１に係る数値制御装置において、加工プログラムに断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合の動作を表す説明図である。なお、図６−１は工具の模式図を示し、Ｐ０〜Ｐ７は工具の先端位置、Ｑ０〜Ｑ７は機械位置（工具の回転中心）を表す。図６−２は機械位置の合成速度波形、図６−３は工具の先端位置の合成速度波形を示す。図６−１において、回転軸各軸の角度変化量に対して回転軸フィルタ処理部５にて移動平均フィルタをかけることにより、工具の姿勢変化が断続的ではなくなり、連続的となる。その結果、図６−２に示すように、フィルタ後の機械位置Ｑ０〜Ｑ７の合成指令速度Ｖｍｆは、フィルタ前の機械位置Ｑ０〜Ｑ７の合成指令速度Ｖｍより滑らかに変化することができ、機械位置Ｑ０〜Ｑ７の加減速処理を行っても、機械位置Ｑ０〜Ｑ７の加減速後の合成指令速度Ｖｍｆ＿ｓｍｚが合成指令速度Ｖｍｆにほとんど追従することができるようになることから、図６−３に示すように、加減速後の工具の先端位置Ｐ０〜Ｐ７の合成速度Ｖｃｆ＿ｓｍｚを合成指令速度Ｖｃに近づけることができる。

なお、図６−２および図６−３では、合成速度波形が多少ふらついているが、本実施の形態１に係るフィルタ時定数や加減速処理でのフィルタ時定数を調整することにより、合成速度波形のふらつきを調整することが可能である。

以上のように、本実施の形態１によれば、回転軸各軸の角度変化量に対して移動平均フィルタをかけ、単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかになるように平滑化することができる。そのため、加工プログラム１中に断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、または単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合でも、加工プログラム１の指令点列を変更することなく、フィルタ時定数の調整により工具の先端を滑らかに動作させることができ、高品位な加工を実現することが可能となる。また、本実施の形態１によれば、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合わせるために、並進軸に対しても回転軸と同等のフィルタ時定数で移動平均フィルタをかけることで、指令経路との誤差を小さくすることが可能となる。さらに、並進軸では、各軸移動量ではなく合成移動量に対して移動平均フィルタをかけ、指令経路に沿うように各軸移動量に分配することで、指令経路との誤差をさらに小さくすることも可能となる。

なお、本実施の形態１では、ローパスフィルタとして移動平均フィルタとしたが、高域遮断特性を有する平滑化フィルタであればよく、例えば、多段の移動平均フィルタや１次遅れフィルタ、２次遅れフィルタを使用しても良い。この場合も単位時間当たりの工具の姿勢変化量を滑らかにすることができるため、同等の効果を得ることが可能となる。また、本実施の形態１では、移動平均フィルタを移動量（速度）に対してかけたが、指令経路に沿った位置に対してかけても同等の効果を得ることができる。その場合、図２のステップＳ５、ステップＳ７の処理は省略することができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、並進軸のフィルタ時定数を回転軸のフィルタ時定数と同等としてローパスフィルタをかける方法について説明したが、並進軸と回転軸のフィルタ時定数はそれぞれ異なってもよい。また、回転軸を２軸以上有する場合には、回転軸各軸でそれぞれ異なるフィルタ時定数を用いてもよい。しかし、回転軸各軸と並進軸のフィルタ時定数がそれぞれ異なる場合、指令経路との誤差を小さくするには、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合わせる必要がある。

図７は、この発明の実施の形態２に係る数値制御装置の処理手順の一例を表すフローチャートである。なお、本実施の形態２に係る数値制御装置については、図１の数値制御装置と同様の構成を用いることができる。図７において、ステップＳ１１、ステップＳ１２およびステップＳ１３では、図２のステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ３と同等の処理をそれぞれ行う。そして、ステップＳ１４において、図１の回転軸フィルタ処理部５は、補間処理部４にて求められた回転軸各軸の角度変化量をバッファリングする。次に、ステップＳ１５において、回転軸フィルタ処理部５は、各軸の待ち時間だけ経過したかどうかの判断を行う。なお、この各軸の待ち時間は、回転軸各軸のフィルタ時定数と並進軸のフィルタ時定数の中で最も設定値の大きなフィルタ時定数を基準として、その最大時定数と自身の時定数の差の半分の時間とすることができる。

例えば、回転軸第１軸のフィルタ時定数をｔ１、回転軸第２軸のフィルタ時定数をｔ２、並進軸のフィルタ時定数をｔ３とし、その中でｔ１が最大値とする。この場合、回転軸第１軸は最大時定数であるため、回転軸第１軸の待ち時間は０、回転軸第２軸の待ち時間ｔ２１は以下の（１）式、並進軸の待ち時間ｔ３１は以下の（２）式で求めることができる。
ｔ２１＝（ｔ１−ｔ２）／２ ・・・（１）
ｔ３１＝（ｔ１−ｔ３）／２ ・・・（２）

そして、ステップＳ１５で各軸の待ち時間が経過してない場合には、ステップＳ１６に進み、現在の回転軸各軸の回転角度を取得する。一方、ステップＳ１５で各軸の待ち時間が経過した場合には、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１４でバッファリングした回転軸各軸の角度変化量に対してローパスフィルタをかけ、ステップＳ１８にて回転軸各軸の角度変化量を累積することで、回転軸各軸のフィルタ後の回転角度１５を求める。一方、ステップＳ１９において、並進軸タイミング合わせ部６は、補間処理部４にて求められた並進軸各軸の移動量から並進軸の合成移動量を求め、この合成移動量をバッファリングする。

次に、ステップＳ２０において、並進軸タイミング合わせ部６は、並進軸の待ち時間ｔ３１だけ経過したかどうかの判断を行う。そして、ステップＳ２０で並進軸の待ち時間ｔ３１が経過してない場合には、ステップＳ２１に進み、現在の並進軸各軸の工具の先端位置を取得する。一方、ステップＳ２０で並進軸の待ち時間ｔ３１が経過した場合には、ステップＳ２２に進み、ステップＳ１９でバッファリングした並進軸の合成移動量に対してローパスフィルタをかけ、ステップＳ２３にて並進軸各軸の移動量を累積することで、並進軸各軸のタイミング合わせ後の工具先端位置１６を求める。

続いて、ステップＳ２４において、座標変換部７は、ステップＳ２１またはステップＳ２３において求められた並進軸各軸の工具先端位置と、ステップＳ１６またはステップＳ１８において求められた回転軸各軸の回転角度から、工作機械の構成に応じて並進軸各軸の機械位置１７へ座標変換する。次に、ステップＳ２５において、加減速処理部８は、座標変換部７にて求められた並進軸各軸の機械位置１７と、回転軸フィルタ処理部５にて求められた回転軸各軸のフィルタ後の回転角度を用いて加減速処理を行う。なお、図７のステップＳ２４、ステップＳ２５の処理は、図２のステップＳ８、ステップＳ９の処理と同等である。

図８は、この発明の実施の形態２に係る数値制御装置において、回転軸各軸と並進軸のフィルタ時定数がそれぞれ異なる場合の回転軸の回転と並進軸の移動のタイミング合わせ方法を説明する図である。なお、図８−１は回転軸第１軸の速度波形、図８−２は回転軸第２軸の速度波形、図８−３は並進軸の合成速度波形を示す。ここでは、回転軸第１軸のフィルタ時定数をｔ１、回転軸第２軸のフィルタ時定数をｔ２、並進軸のフィルタ時定数をｔ３とし、その中でｔ１が最大値としている。

図８−１において、回転軸第１軸の指令速度波形Ｖｍ１が与えられると、回転軸第１軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ１が得られる。そして、回転軸第１軸の待ち時間は０であるため、回転軸第１軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ１と同じタイミングで回転軸第１軸のタイミンング合わせ後のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ_ｔｍｇ１が生成され、回転軸第１軸は待ち時間なしで移動を開始する。

また、図８−２において、回転軸第２軸の指令速度波形Ｖｍ２が与えられると、回転軸第２軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ２が得られる。そして、回転軸第２軸の待ち時間はｔ２１であるため、回転軸第２軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ２から待ち時間ｔ２１だけ遅れて回転軸第２軸のタイミンング合わせ後のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ_ｔｍｇ２が生成され、回転軸第２軸は待ち時間ｔ２１だけ待ってから移動を開始する。

また、図８−３において、並進軸の指令速度波形Ｖｍ３が与えられると、並進軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ３が得られる。そして、並進軸の待ち時間はｔ３１であるため、並進軸のタイミンング合わせ前のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ３から待ち時間ｔ３１だけ遅れて並進軸のタイミンング合わせ後のフィルタ後の速度波形Ｖｍｆ_ｔｍｇ３が生成され、並進軸は待ち時間ｔ３１だけ待ってから移動を開始する。

以上のように、本実施の形態２によれば、回転軸の各軸のフィルタ時定数と並進軸のフィルタ時定数がそれぞれ異なる場合には、全てのフィルタ時定数の中で最も設定値の大きな時定数を基準として、その最大時定数と自身の時定数の差の半分の時間だけ待ってから移動を開始させることで、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合わせることができる。このため、回転軸と並進軸のフィルタ時定数がそれぞれ異なる場合でも、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミング合わせを行うことにより、指令経路との誤差を小さくすることが可能となる。

また、本実施の形態２によれば、回転軸を２軸以上有する場合には、各軸に独立したフィルタ時定数でローパスフィルタをかけ平滑化することができる。このため、特性や加工プログラムからの指令方法の異なる複数の回転軸を有する場合でも、高品位な加工を実現することが可能となるとともに、製造歩留まりを向上させることができ、加工工程における環境負荷を低減することができる。

以上のように本発明に係る数値制御装置は、加工プログラム中に断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合、または単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令がある場合でも、加工プログラムの指令点を変更することなく、高品位な加工を実現する方法に適している。

本発明に係る数値制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による数値制御装置のフィルタ処理手順を表すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による断続的な工具の姿勢変更の指令が数値制御装置の加工プログラムにある場合の工具姿勢変化量の波形を示す図である。 本発明の実施の形態１による単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかでなく不連続な指令が数値制御装置の加工プログラムにある場合の工具姿勢変化量の波形を示す図である。 従来の数値制御装置の加工プログラムに断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合の工具の動作を模式的に示す図である。 図５−１の機械位置Ｑ０〜Ｑ７の合成速度波形を示す図である。 図５−１の工具先端位置Ｐ０〜Ｐ７の合成速度波形を示す図である。 本発明の実施の形態１による数値制御装置の加工プログラムに断続的な工具の姿勢変更の指令がある場合の工具の動作を模式的に示す図である。 図６−１の機械位置Ｑ０〜Ｑ７の合成速度波形を示す図である。 図６−１の工具先端位置Ｐ０〜Ｐ７の合成速度波形を示す図である。 本発明の実施の形態２による数値制御装置のタイミング合わせ処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による数値制御装置の並進軸と回転軸のタイミング合わせ処理における回転軸第１軸の速度を示す図である。 本発明の実施の形態２による数値制御装置の並進軸と回転軸のタイミング合わせ処理における回転軸第２軸の速度を示す図である。 本発明の実施の形態２による数値制御装置の並進軸と回転軸のタイミング合わせ処理における並進軸の合成速度波形を示す図である。

符号の説明

１ 加工プログラム
２ 数値制御装置
３ 解析処理部
４ 補間処理部
５ 回転軸フィルタ処理部
６ 並進軸タイミング合わせ部
７ 座標変換部
８ 加減速処理部
１１ 工具の先端位置と工具の姿勢の指令
１２ 解析データ
１３ 回転軸の回転角度の補間点
１４ 並進軸の工具先端位置の補間点
１５ 回転軸のフィルタ後の回転角度
１６ 並進軸のタイミング合わせ後の工具先端位置
１７ 並進軸の機械位置

Claims (5)

1. 並進軸の位置により決定される工具の先端位置と、回転軸の回転角度により決定される工具の姿勢の指令を含む加工プログラムに従って可動部の移動を数値制御する数値制御装置において、
   前記加工プログラムから指令された各ブロックの命令の解析結果に基づいて、軸毎の補間点を決定するために必要な解析データを生成する解析処理部と、
   前記解析データに基づいて補間を行うことで制御周期ごとの軸毎の補間点を求める補間処理部と、
   予め設定されたフィルタ時定数に従って回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理する回転軸フィルタ処理部と、
   前記平滑化処理された回転軸の回転と前記並進軸の移動のタイミングを合わせる並進軸タイミング合わせ部と、
   前記並進軸のタイミング合わせ後の工具の先端位置と前記平滑化処理された回転軸の回転角度から並進軸の機械位置へ座標変換する座標変換部と、
   前記座標変換された並進軸の機械位置と前記平滑化処理された回転軸の回転角度に対する加減速処理を行う加減速処理部とを備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記回転軸フィルタ処理部は、回転軸を２軸以上有する場合には各軸に独立したフィルタ時定数でローパスフィルタをかけ、各回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記並進軸タイミング合わせ部は、並進軸各軸の移動量から求めた合成移動量に対して、回転軸のフィルタ時定数と同等のフィルタ時定数に従ってローパスフィルタをかけ、指令経路に沿って各軸の移動量に分配することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 前記並進軸タイミング合わせ部は、回転軸の各軸のフィルタ時定数と並進軸のフィルタ時定数がそれぞれ異なる場合、全てのフィルタ時定数のなかで最も設定値の大きなフィルタ時定数を基準として、その最大時定数と自身の時定数の差の半分の時間だけ遅らせてから並進軸の移動を開始させることで、回転軸の回転と並進軸の移動のタイミングを合わせることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の数値制御装置。
5. 単位時間当たりの工具の姿勢変化量が滑らかになるように、工作機械の回転軸の回転角度の補間点間の角度変化量を平滑化処理するステップと、
   指令経路との誤差が小さくなるように、前記平滑化処理後の回転軸の回転のタイミングと前記工作機械の並進軸の移動のタイミングとを調整するステップと、
   前記並進軸のタイミング合わせ後の工具の先端位置と、前記平滑化処理後の回転軸の回転角度から、前記並進軸の機械位置へ変換するステップとを備えることを特徴とする数値制御方法。

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