JP2010061297A

JP2010061297A - 工作機械のｎｃデータ作成装置

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Publication number: JP2010061297A
Application number: JP2008225084A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hamada; 賢治濱田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP5195181B2

Abstract

【課題】加工品質を向上させることのできる工作機械のＮＣデータ作成装置の提供。
【解決手段】ＮＣデータ作成装置３は、ボールエンドミルの基準のワーク座標系ＮＣデータと、これが補正された複数の補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成する。基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータは、機械座標系ＮＣデータに変換された後、各駆動軸の加速度が算出される。算出された駆動軸の加速度同士は、最優良ＮＣデータ決定部３６において比較され、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータの、それぞれに基づき算出される複数の駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が最も低いものを、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から最優良ＮＣデータとして抽出される。ＮＣデータ出力部３７は、抽出された最優良ＮＣデータをＮＣ工作装置５へと出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークとボールエンドミルとを相対的に移動可能な駆動軸として、少なくとも直進軸と回転軸とを有する工作機械のＮＣデータ作成装置に関する。

ワークとボールエンドミルとを相対的に移動可能な複数の駆動軸を有する工作機械における、ＮＣ制御装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは、ワーク座標系と機械座標系との間の非線形性に起因して、機械座標系における補間点のワーク座標系における補間点に対する位置ずれが起こり、工具の移動軌跡に誤差が発生することを防ぐため、ワーク座標系上でワーク座標系補間点を求め、これを機械軸位置へ変換するＮＣ制御装置に関するものであった。
特開２００２−３６６２０８号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、工作機械の工具の位置または姿勢を変化させる各駆動軸の能力については、十分には考慮されていなかった。具体的にいえば、工具の移動経路をワーク座標系から機械座標系へ変換する際に、変換前後における移動軌跡についての誤差を低減するあまり、駆動軸によっては急激な移動を要求される場合があった。

ここで、工作機械の各駆動軸には、それぞれ変化可能速度、剛性といった固有の能力があり、各々の能力に迫近するような駆動軸の急激な移動は、工具の追従の点において障害となり、加工品質を低下させる恐れがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工品質を向上させることのできる工作機械のＮＣデータ作成装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
（手段１）手段１に係る工作機械のＮＣデータ作成装置は、
ワークとボールエンドミルとを相対的に移動可能な駆動軸として、少なくとも直進軸と前記ボールエンドミルのボールを中心とした回転軸とを有し、それぞれの駆動軸を独立に駆動する工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記ボールエンドミルの前記ボール中心の軌跡と、該軌跡上の点における姿勢ベクトルに基づいて、ワーク座標系における前記ボール中心の直進軸座標および回転軸角度のデータを有する基準のワーク座標系ＮＣデータを作成する基準ＮＣデータ作成部と、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータ中の前記ボール中心の直進軸座標に対応する回転軸角度を変化させて、補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成する補正用ＮＣデータ作成部と、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの各々を、前記工作機械における機械座標系ＮＣデータに変換する座標系変換部と、
変換された前記機械座標系ＮＣデータに基づき、前記各駆動軸の加速度を算出する軸加速度算出部と、
算出された前記駆動軸の加速度同士を比較し、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの、それぞれに基づき算出される複数の前記駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が最も低いものを、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から抽出して最優良ＮＣデータとする最優良ＮＣデータ決定部と、
を備えている。

したがって、手段１に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、複数の駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が、最も低くなるような最優良ＮＣデータを抽出しているため、機械座標系に変換した場合のボールエンドミルの各駆動軸の最大加速度を低減して、駆動軸の能力に対して無理のない加速度にすることにより、ボールエンドミルによる加工品質を向上できる。

（手段２）手段１の工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、複数の前記駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が低い方にあるものを準優良ＮＣデータとして抽出して前記補正用ＮＣデータ作成部へフィードバックし、
前記補正用ＮＣデータ作成部は、
フィードバックされた前記準優良ＮＣデータ中の前記ボール中心の直進軸座標に対応する回転軸角度を変化させて、新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成し、
前記最優良ＮＣデータ決定部による前記準優良ＮＣデータの前記補正用ＮＣデータ作成部へのフィードバックと、前記補正用ＮＣデータ作成部による前記準優良ＮＣデータから新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータへの補正を繰り返すフィードバック繰返し手段を備え、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記フィードバック繰返し手段による繰り返しを所定の条件により終了させ、前記準優良ＮＣデータおよび新たに形成された補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、前記最優良ＮＣデータを抽出する。

したがって、手段２に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、最優良ＮＣデータ決定部において抽出された準優良ＮＣデータが、補正用ＮＣデータ作成部へフィードバックされ、フィードバックされた準優良ＮＣデータを補正して新たに補正用のワーク座標系ＮＣデータを形成することを繰り返した後、新たに形成された補正用のワーク座標系ＮＣデータおよび準優良ＮＣデータの中から最優良ＮＣデータを抽出するため、フィードバックによって抽出されるワーク座標系ＮＣデータが収束し、最優良ＮＣデータを容易に形成することができる。

（手段３）手段１または２の工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記軸加速度算出部により算出された前記駆動軸の加速度同士を比較する場合に、前記駆動軸ごとに重みづけをする。
したがって、手段３に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、駆動軸ごとに重みづけをして各駆動軸の加速度同士を比較するため、剛性といった各駆動軸の能力に応じて、駆動軸の加速度の低いワーク座標系ＮＣデータを抽出することができ、いっそう、適正なワーク座標系ＮＣデータの抽出を可能とする。

（手段４）手段１乃至３のいずれかの工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記補正用ＮＣデータ作成部は、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータのうち、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータに基づいて算出される前記ボールエンドミルによる前記軌跡上の占有空間が、前記ボールエンドミル以外の部材が存在する空間領域と重複するような前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータを前記座標系変換部へ送出しない。

したがって、手段４に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、ボールエンドミルによる軌跡上の占有空間が、ボールエンドミル以外の部材が存在する空間領域と重複しないようなワーク座標系ＮＣデータを抽出するため、加工中におけるボールエンドミルとワーク等の他部材との干渉を避けることができる。

（手段５）手段１乃至４のいずれかの工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記基準ＮＣデータ作成部は、
前記直進軸方向における前記ボールエンドミルの前記ワークに対する相対移動速度が一定である場合、前記軌跡上において一定間隔ごとに補間点を設定し、該補間点ごとに前記基準のワーク座標系ＮＣデータを形成し、
前記直進軸方向における前記ボールエンドミルの前記ワークに対する相対移動速度が一定でない場合、前記軌跡上において、前記ボールエンドミルが一定間隔の時間ごとに存在する位置に前記補間点を設定し、前記補間点ごとに前記基準のワーク座標系ＮＣデータを形成する。

したがって、手段５に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、ボールエンドミルのワークに対する相対移動速度が一定である場合、補間点は軌跡上において一定間隔ごとに設定され、相対移動速度が一定でない場合、補間点は軌跡上において、ボールエンドミルが一定間隔の時間ごとに存在する位置に設定されるため、ボールエンドミルのワークに対する相対移動速度が一定であるか否かにかかわらず、軌跡上の補間点同士の間における時間的間隔を一様にすることができる。
よって、軌跡上において、ボールエンドミルのワークに対する相対移動速度が大きい場合には、補間点が密に形成されるため、補間点上における基準のワーク座標系ＮＣデータの算出が正確に行え、各駆動軸の加速度の低減を容易に行うことができる。

（手段６）手段１乃至５のいずれかの工作機械のＮＣデータ作成装置において、
変換された前記機械座標系ＮＣデータに基づき、前記各駆動軸の加速度変化を算出する加速度変化算出手段を備え、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記最優良ＮＣデータを抽出する場合に、それぞれの前記駆動軸の加速度と加速度変化とを加えた評価数値を算出し、前記駆動軸の前記評価数値同士を比較する。
したがって、手段６に係る工作機械のＮＣデータ作成装置によれば、各駆動軸の加速度に加えて、それぞれの加速度変化も低減できるため、ボールエンドミルの加工品質をいっそう向上できる。

＜実施形態１＞
図１乃至図７に基づき、本発明の実施形態１による工作機械のＮＣデータ作成装置について説明する。図１は、本実施形態による多軸工作機械の工具としてのボールエンドミル１の移動方法を、ワーク座標系により概略的に表したものである。
本実施形態による多軸工作機械においては、ボールエンドミル１をワーク２に対して相対的に移動可能な駆動軸として、直進軸としてのＸ軸、Ｚ軸および回転軸としてのＢ軸を有しており、それぞれの駆動軸が独立に駆動される。

ボールエンドミル１は下端がボール状の加工部１１とされており、適宜、姿勢を変化させて、加工部１１の外周面によりワーク２に対し切削を施す。図１において、ボールエンドミル１は、Ｘ軸およびＺ軸方向に移動可能に形成されている。Ｘ軸方向はワーク２に対するボールエンドミル１の進行方向を示し、Ｚ軸方向は鉛直方向を示している。
ボールエンドミル１はワーク２の一端部２ａから加工を開始し、ワーク２上をＸ軸方向に移動しながら切削を行い、他端部２ｂに到達するとワーク２上の切削部位を横方向（Ｙ軸方向）に移動させ、再び、ワーク２の他端部２ｂから一端部２ａに向けて移動しながら切削を行う。

また、ボールエンドミル１は、加工部１１のボール中心を通り、Ｙ軸に平行な軸（図１において一点鎖線にて示す）を回動中心として回転し、その姿勢を変化させて多様な加工部位に対応することが可能に形成されている（以下、この回転方向の移動軸をＢ軸という）。ボールエンドミル１は加工部１１がボール状であることにより、上述したように姿勢を変化させても、ワーク２に対する加工点が変化することはない。

ボールエンドミル１の従前の加工方法によれば、加工部１１がワーク２の一端部２ａから他端部２ｂまでＸ軸方向に移動する間に、Ｘ軸上の移動方向に向けてＢ軸上を回動し、図４に示したグラフの実線にて表したように、ボールエンドミル１の姿勢が鉛直方向に対して−４５°から＋４５°まで回転するのが基本的なボールエンドミル１の移動方法である。尚、図４において、Ｘ1およびＸ2は、それぞれワーク２の一端部２ａと他端部２ｂの位置と対応している。

次に、図２に基づいて、本実施形態によるＮＣデータ作成装置３の構成を説明する。ＮＣデータ作成装置３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置４からのＣＬデータに基づいて、ＮＣデータを作成し、ＮＣ工作装置５へと供給する。
ＣＬデータは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置４において加工完成品のＣＡＤ／ＣＡＭデータから形成され、ワーク座標系におけるボールエンドミル１の移動方法を特定するデータである。図３に示すように、ＣＬデータはボールエンドミル１の加工部１１のボール中心の移動軌跡Ｌと、移動軌跡Ｌ上のボールエンドミル１の姿勢ベクトルＶとにより形成されている。

ＮＣデータ作成装置３は、ＣＬデータから基準のワーク座標系ＮＣデータを形成する基準ＮＣデータ作成部３１（本発明の基準ＮＣデータ作成部に該当する）を備えている。基準ＮＣデータ作成部３１はＣＡＤ／ＣＡＭ装置４と接続され、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置４からＣＬデータの供給を受ける。

基準ＮＣデータ作成部３１は、供給されたＣＬデータに基づき、移動軌跡Ｌ上に複数の補間点を形成し、補間点ごとにボールエンドミル１の角度を特定することにより、各補間点における、加工部１１のＸ軸、Ｚ軸上の位置およびボールエンドミル１のＢ軸角度を含んだ基準のワーク座標系ＮＣデータを形成する。図４に示したグラフにおいて、Ｘ軸位置がＸ1とＸ2の間における基準のワーク座標系ＮＣデータによる線図を実線にて表している。

ここで、ボールエンドミル１のワーク２に対する、直進軸方向であるＸ軸方向の相対移動速度が一定である場合、補間点は上述した軌跡Ｌ上において一定間隔ごとに設定され、Ｘ軸方向におけるボールエンドミル１のワーク２に対する相対移動速度が一定でない場合、補間点は軌跡Ｌ上において、ボールエンドミル１が一定間隔の時間ごとに存在する位置に設定される。

補正用ＮＣデータ作成部３２（本発明の補正用ＮＣデータ作成部に該当する）は基準ＮＣデータ作成部３１と接続され、基準ＮＣデータ作成部３１において形成された基準のワーク座標系ＮＣデータの一部または全部を補正する。本実施形態によれば、補正用ＮＣデータ作成部３２において、基準のワーク座標系ＮＣデータは、Ｘ軸上の位置座標値は変えずに、Ｘ軸上の位置に対するＢ軸角度（ボールエンドミル１の姿勢）を補正することにより実行される。

補正用ＮＣデータ作成部３２における基準のワーク座標系ＮＣデータの補正の方法は、数値解析により近似解を求めることにより実行される。近似解を求める手法については種々の方法があるが、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）法あるいは最急降下法等がある。
例えば、遺伝的アルゴリズム法によれば、図４に示したように、基準のワーク座標系ＮＣデータを示す実線上とは異なる座標位置に、複数の補正点（図４において・にて示す）を意図的に設定する。この場合、基準のワーク座標系ＮＣデータを中央値として、補正点の値が正規分布するようにサンプリングすることがよい。これらの補正点を接続することにより、基準のワーク座標系ＮＣデータに対する複数の補正用のワーク座標系ＮＣデータ（線図）が形成される。

また、必要があれば形成した複数の補正用のワーク座標系ＮＣデータを用いて、それらを平均化する、またはかけ合せる等して、さらに新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータを形成してもよい。尚、図４に示したグラフにおいて、補正用のワーク座標系ＮＣデータは破線および一点鎖線にて２つのみ表しているが、実際は、これ以上に多数の補正用のワーク座標系ＮＣデータを形成することが望ましい。

座標系変換部３３（本発明の座標系変換部に該当する）は補正用ＮＣデータ作成部３２と接続され、基準ＮＣデータ作成部３１および補正用ＮＣデータ作成部３２において形成された基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータを、工作機械における機械座標系ＮＣデータに変換する。本実施形態による多軸工作機械においては、実際はボールエンドミル１に対してワーク２も移動し、ボールエンドミル１およびワーク２のそれぞれの移動が重畳されて、双方の間における相対移動となる。
座標系変換部３３においては、機械情報記憶部３４からのボールエンドミル１およびワーク２の移動情報に基づき、ワーク２の移動を考慮して、多軸工作機械におけるボールエンドミル１の実際の移動を特定する機械座標系ＮＣデータが形成される。
軸加速度算出部３５（本発明の軸加速度算出部に該当する）は座標系変換部３３と接続され、座標系変換部３３において形成された機械座標系ＮＣデータに基づき、機械座標系に変換後のＸ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの加速度を演算する。

最優良ＮＣデータ決定部３６（本発明の最優良ＮＣデータ決定部に該当する）は上述した軸加速度算出部３５と接続され、軸加速度算出部３５において、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータに基づいて算出された、機械座標系に変換後のＸ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの加速度を互いに比較する。
最優良ＮＣデータ決定部３６は、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの最大加速度のうちで最大値を有する加速度が低い方にある複数のワーク座標系ＮＣデータを、準優良ＮＣデータとして抽出して補正用ＮＣデータ作成部３２へフィードバックする。

たとえば、あるワーク座標系ＮＣデータについて、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの最大加速度が、ｐ、ｑ、ｒ（ｐ＜ｑ＜ｒ）であった場合、ｐ、ｑ、ｒの中で最も大きい加速度であるｒが、各駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最大値を有する加速度となる。また、本実施例においては、補正用ＮＣデータ作成部３２へは、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、各駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最大値を有する加速度が低い方にある数％のワーク座標系ＮＣデータがフィードバックされる。

補正用ＮＣデータ作成部３２は、最優良ＮＣデータ決定部３６からフィードバックされた準優良ＮＣデータ中のＸ軸上の位置座標値は変えずに、Ｘ軸上の位置に対するＢ軸角度を補正して、新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成する。最優良ＮＣデータ決定部３６は、準優良ＮＣデータおよび新たに形成された補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、再びＸ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が、低い方にある複数のものを新たな準優良ＮＣデータとして抽出する。

最優良ＮＣデータ決定部３６は、上述した準優良ＮＣデータの補正用ＮＣデータ作成部３２へのフィードバックを所定回数（例えば数回）繰り返した後（本発明のフィードバック繰返し手段に該当する）、所定の条件によりフィードバックループを終了させ、最終的に残った複数の準優良ＮＣデータ中から、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が、最も低いワーク座標系ＮＣデータを最優良ＮＣデータとして抽出する。

ここで、フィードバックループを終了させる方法は、上述したようにフィードバックを予め設定した所定回数だけ繰り返した後に終了させる方法以外に、フィードバック時に抽出した準優良ＮＣデータについての各駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度を、前回抽出した準優良ＮＣデータのものと比較して、その変化率が所定値以下となった場合に終了させるようにしてもよい。

また、最優良ＮＣデータ決定部３６において、駆動軸の加速度同士を比較する場合に、駆動軸ごとに重みづけが行われる。具体的には、最優良ＮＣデータ決定部３６は機械情報記憶部３４からの多軸工作機械の情報に基づき、剛性が高く、変化可能速度が大きい駆動軸については、算出された加速度に補正係数０．９を乗算し、剛性が低く、変化可能速度が小さい駆動軸については、算出された加速度に補正係数１．１を乗算した上で、これらを互いに比較する。
ＮＣデータ出力部３７は最優良ＮＣデータ決定部３６に接続され、最優良ＮＣデータ決定部３６により抽出された最優良ＮＣデータをＮＣ工作装置５へと供給し、ＮＣ工作装置５において、機械座標系ＮＣデータに変換される。

本実施形態のＮＣデータ作成装置３により形成されたＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合の、加工時間に対する実際のＸ軸、Ｚ軸およびＢ軸の位置を図５に示す。また、本実施形態のＮＣデータ作成装置３により形成されたＮＣデータに基づいて、多軸工作機械を作動させた場合の、加工時間に対する実際のＸ軸、Ｚ軸およびＢ軸についての加速度を図６に示す。尚、図６および図７における縦軸の目盛は、発明者によって行われた実験において、多軸工作機械の各駆動軸に発生した加速度を簡易的に示した比較数値であって、絶対的な物理量を表わしているものではない。

図６に示されているように、ＮＣデータ作成装置３により形成されたＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合、各駆動軸の加速度はどれも目盛６以下となっている。したがって、従来のように基準のワーク座標系ＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合（図７示）に比べ、Ｘ軸およびＢ軸の加速度の最大値がはるかに低下している。尚、図５乃至図７において、ｔ1およびｔ2は、それぞれボールエンドミル１の加工部１１が、ワーク２の一端部２ａおよび他端部２ｂに位置する時間と対応している。

本実施形態によれば、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸のそれぞれの最大加速度のうちの最大値を有する加速度が、最も低くなるような最優良ＮＣデータを抽出しているため、機械座標系に変換した場合のボールエンドミル１の各駆動軸の加速度を低減して、駆動軸の能力に対して無理のない加速度にすることにより、ボールエンドミル１による加工品質を向上できる。

また、最優良ＮＣデータ決定部３６において抽出された準優良ＮＣデータが、補正用ＮＣデータ作成部３２へフィードバックされ、フィードバックされた準優良ＮＣデータを補正して新たに補正用のワーク座標系ＮＣデータを形成することを繰り返した後、新たに形成された補正用のワーク座標系ＮＣデータおよび準優良ＮＣデータの中から最優良ＮＣデータを抽出するため、フィードバックによって抽出されるワーク座標系ＮＣデータが収束し、最優良ＮＣデータを容易に形成することができる。

また、最優良ＮＣデータ決定部３６は、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸ごとに重みづけをして各駆動軸の加速度同士を比較するため、剛性といった各駆動軸の能力に応じて、駆動軸の加速度の低いワーク座標系ＮＣデータを抽出することができ、いっそう、適正なワーク座標系ＮＣデータの抽出を可能とする。

また、基準ＮＣデータ作成部３１は、直進軸方向であるＸ軸方向におけるボールエンドミル１のワーク２に対する相対移動速度が一定である場合、補間点は軌跡Ｌ上において一定間隔ごとに設定し、Ｘ軸方向におけるボールエンドミル１のワーク２に対する相対移動速度が一定でない場合、補間点は軌跡Ｌ上において、ボールエンドミル１が一定間隔の時間ごとに存在する位置に設定し、設定した補間点ごとに基準のワーク座標系ＮＣデータを形成する。

したがって、ボールエンドミル１のワーク２に対する相対移動速度が一定であるか否かにかかわらず、軌跡Ｌ上の補間点同士の間における時間的間隔を一様にすることができる。
よって、軌跡Ｌ上において、ボールエンドミル１のワーク２に対する相対移動速度が大きい場合には、補間点が密に形成されるため、補間点上における基準のワーク座標系ＮＣデータの算出が正確に行え、各駆動軸の加速度の低減を容易に行うことができる。

＜実施形態２＞
本実施形態におけるＮＣデータ作成装置３について、実施形態１と異なる構成のみについて説明する。本実施形態においては、補正用ＮＣデータ作成部３２が、ＮＣデータ作成装置３外の図示しない干渉情報記憶部と接続されている。補正用ＮＣデータ作成部３２には、干渉情報記憶部からワーク２等のボールエンドミル１以外の部材が存在する空間領域情報が供給される。

補正用ＮＣデータ作成部３２は、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータに基づいて算出されるボールエンドミル１による軌跡Ｌ上の占有空間が、干渉情報記憶部から供給されたワーク２等のボールエンドミル１以外の部材が存在する空間領域と重複する場合、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータを座標系変換部３３へ送出しない。

これにより最優良ＮＣデータ決定部３６が、ボールエンドミル１による軌跡Ｌ上の占有空間が、ボールエンドミル１以外の部材が存在する空間領域と重複しないようなワーク座標系ＮＣデータを抽出できるため、加工中におけるボールエンドミル１とワーク２等の他部材との干渉を避けることができる。

また、補正用ＮＣデータ作成部３２が、ボールエンドミル１による軌跡Ｌ上の占有空間と、ボールエンドミル１以外の部材が存在する空間領域とが重複するワーク座標系ＮＣデータを座標系変換部３３へ送出しないことにより、当該ワーク座標系ＮＣデータによる座標系変換部３３における機械座標系ＮＣデータの形成、および軸加速度算出部３５における駆動軸の加速度の算出が行われないため、ＮＣデータ作成装置３における演算速度の向上および記憶装置のメモリの低減を行うことができる。
尚、干渉情報記憶部を最優良ＮＣデータ決定部３６と接続し、最優良ＮＣデータ決定部３６において、ボールエンドミル１による軌跡Ｌ上の占有空間が、ボールエンドミル１以外の部材が存在する空間領域と重複するような基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータを抽出しないようにしてもよい。

＜実施形態３＞
本実施形態におけるＮＣデータ作成装置３について、実施形態１と異なる構成のみについて説明する。本実施形態においては、軸加速度算出部３５が、座標系変換部３３により変換された機械座標系ＮＣデータに基づき、各駆動軸の加速度を演算した後、さらに、算出した加速度から各駆動軸の加速度変化を算出する（本発明の加速度変化算出手段に該当する）。

最優良ＮＣデータ決定部３６は最優良ＮＣデータを抽出する場合に、Ｘ軸、Ｚ軸およびＢ軸の加速度と加速度変化とを加えた評価数値を算出し、駆動軸の評価数値同士を比較している。最優良ＮＣデータ決定部３６は、各駆動軸のそれぞれの最も大きい評価数値のうちの最大値を有する評価数値が、最も低くなるようなワーク座標系ＮＣデータを抽出する。
これにより、各駆動軸の加速度に加えて、それぞれの加速度変化も低減できるため、ボールエンドミル１の加工品質をいっそう向上できる。

上述した場合、各駆動軸の加速度に比べて、各駆動軸の加速度変化の重み付けを低くすることが望ましい。たとえば、各駆動軸の加速度の最大値をａn、各駆動軸の加速度変化の最大値をαn、重み付け係数をＰ（＜１）とすると、Ｒn＝ａn＋Ｐ・αnで表わされる評価数値Ｒnがより低くなるような最優良ＮＣデータを、基準のワーク座標系ＮＣデータおよび補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から抽出する。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明は、ボールエンドミル１の直進軸以外に、少なくとも１軸以上の回転軸を有する多軸工作機械であれば、いかなる工作機械に対しても適用可能である。例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの直進軸３軸と、Ａ、Ｂ軸の回転軸２軸とを有する５軸工作機械などにおいて適用可能である。

本発明の実施形態１による多軸工作機械のボールエンドミルの移動方法をワーク座標系により示した概略図実施形態１によるＮＣデータ作成装置の構成を示したブロック図ＣＡＤ／ＣＡＭ装置により形成されたＣＬデータを示した概略図基準のワーク座標系ＮＣデータの補正方法を説明するためのグラフを示す図実施形態１により形成されたＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合の、加工時間に対する各駆動軸の位置を示すグラフ実施形態１により形成されたＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合の、加工時間に対する各駆動軸の加速度を示すグラフ基準のワーク座標系ＮＣデータに基づいて多軸工作機械を作動させた場合の、加工時間に対する各駆動軸の加速度を示すグラフ

符号の説明

図面中、１はボールエンドミル、２はワーク、３はＮＣデータ作成装置、１１は加工部、３１は基準ＮＣデータ作成部、３２は補正用ＮＣデータ作成部、３３は座標系変換部、３５は軸加速度算出部、３６は最優良ＮＣデータ決定部を示している。

Claims

ワークとボールエンドミルとを相対的に移動可能な駆動軸として、少なくとも直進軸と前記ボールエンドミルのボールを中心とした回転軸とを有し、それぞれの駆動軸を独立に駆動する工作機械のＮＣデータ作成装置において、
前記ボールエンドミルの前記ボール中心の軌跡と、該軌跡上の点における姿勢ベクトルに基づいて、ワーク座標系における前記ボール中心の直進軸座標および回転軸角度のデータを有する基準のワーク座標系ＮＣデータを作成する基準ＮＣデータ作成部と、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータ中の前記ボール中心の直進軸座標に対応する回転軸角度を変化させて、補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成する補正用ＮＣデータ作成部と、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの各々を、前記工作機械における機械座標系ＮＣデータに変換する座標系変換部と、
変換された前記機械座標系ＮＣデータに基づき、前記各駆動軸の加速度を算出する軸加速度算出部と、
算出された前記駆動軸の加速度同士を比較し、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの、それぞれに基づき算出される複数の前記駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が最も低いものを、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から抽出して最優良ＮＣデータとする最優良ＮＣデータ決定部と、
を備えたことを特徴とする工作機械のＮＣデータ作成装置。
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、複数の前記駆動軸のそれぞれの最大加速度のうちで最も大きい加速度が低い方にあるものを準優良ＮＣデータとして抽出して前記補正用ＮＣデータ作成部へフィードバックし、
前記補正用ＮＣデータ作成部は、
フィードバックされた前記準優良ＮＣデータ中の前記ボール中心の直進軸座標に対応する回転軸角度を変化させて、新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータを作成し、
前記最優良ＮＣデータ決定部による前記準優良ＮＣデータの前記補正用ＮＣデータ作成部へのフィードバックと、前記補正用ＮＣデータ作成部による前記準優良ＮＣデータから新たな補正用のワーク座標系ＮＣデータへの補正を繰り返すフィードバック繰返し手段を備え、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記フィードバック繰返し手段による繰り返しを所定の条件により終了させ、前記準優良ＮＣデータおよび新たに形成された補正用のワーク座標系ＮＣデータの中から、前記最優良ＮＣデータを抽出することを特徴とする請求項１記載の工作機械のＮＣデータ作成装置。
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記軸加速度算出部により算出された前記駆動軸の加速度同士を比較する場合に、前記駆動軸ごとに重みづけをすることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械のＮＣデータ作成装置。
前記補正用ＮＣデータ作成部は、
前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータのうち、前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータに基づいて算出される前記ボールエンドミルによる前記軌跡上の占有空間が、前記ボールエンドミル以外の部材が存在する空間領域と重複するような前記基準のワーク座標系ＮＣデータおよび前記補正用のワーク座標系ＮＣデータを前記座標系変換部へ送出しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の工作機械のＮＣデータ作成装置。
前記基準ＮＣデータ作成部は、
前記直進軸方向における前記ボールエンドミルの前記ワークに対する相対移動速度が一定である場合、前記軌跡上において一定間隔ごとに補間点を設定し、該補間点ごとに前記基準のワーク座標系ＮＣデータを形成し、
前記直進軸方向における前記ボールエンドミルの前記ワークに対する相対移動速度が一定でない場合、前記軌跡上において、前記ボールエンドミルが一定間隔の時間ごとに存在する位置に前記補間点を設定し、前記補間点ごとに前記基準のワーク座標系ＮＣデータを形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工作機械のＮＣデータ作成装置。
変換された前記機械座標系ＮＣデータに基づき、前記各駆動軸の加速度変化を算出する加速度変化算出手段を備え、
前記最優良ＮＣデータ決定部は、
前記最優良ＮＣデータを抽出する場合に、それぞれの前記駆動軸の加速度と加速度変化とを加えた評価数値を算出し、前記駆動軸の前記評価数値同士を比較することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の工作機械のＮＣデータ作成装置。