JP2015121879A - ワークに対する相対的工具方向の入力が可能な数値制御装置 - Google Patents
ワークに対する相対的工具方向の入力が可能な数値制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】手動送りにおいて、ワークに対する工具方向を回転軸構成に依存しないベクトルまたはロール・ピッチ・ヨー角またはオイラー角の指令が可能なワークに対する相対的工具方向の入力が可能な数値制御装置を提供する。
【解決手段】数値制御装置は、指令プログラム１０を解析手段１１で解析し補間手段１２で補間し各軸のサーボ（１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ，１３Ｂ，１３Ｃ）を駆動する。手動運転の場合、手動運転補間手段１５が補間周期ごとにハンドル送りやジョグ送りやインクレメンタル送りなどの手動運転入力手段１４からの指令を受け付けて各軸のサーボを起動する。相対工具方向入力部１６は手動運転入力手段１４に属し、回転軸位置変換部１７は手動運転補間手段１５に属する。回転軸位置変換部１７で変換された回転軸位置へ手動運転補間手段１５が補間を行って回転軸２軸（１３Ｂ，１３Ｃ）を駆動する。
【選択図】図９
【解決手段】数値制御装置は、指令プログラム１０を解析手段１１で解析し補間手段１２で補間し各軸のサーボ（１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ，１３Ｂ，１３Ｃ）を駆動する。手動運転の場合、手動運転補間手段１５が補間周期ごとにハンドル送りやジョグ送りやインクレメンタル送りなどの手動運転入力手段１４からの指令を受け付けて各軸のサーボを起動する。相対工具方向入力部１６は手動運転入力手段１４に属し、回転軸位置変換部１７は手動運転補間手段１５に属する。回転軸位置変換部１７で変換された回転軸位置へ手動運転補間手段１５が補間を行って回転軸２軸（１３Ｂ，１３Ｃ）を駆動する。
【選択図】図９
Description
本発明は、少なくとも直線軸３軸と回転軸２軸とを有する５軸加工機を制御する数値制御装置に関する。特に、回転軸位置に対して、手動（手動ハンドル送り、ジョグ送りなど）指令による直線軸移動量または回転軸移動量を加算することができる数値制御装置に関する。
特許文献１には、手動指令による回転軸２軸の動作に対して工具先端点とワークとの相対的位置関係を維持するようにＸ，Ｙ，Ｚ軸を動作させる技術が開示されている。特許文献１の技術は、５軸加工機においては一般に３次元手動送りと呼ばれている。３次元手動送りでは、実際の回転軸位置を手動で入力し、テーブル方向および工具軸方向は回転軸の終点位置で表される。
ワークに対する工具の方向について、操作者が期待する方向を実現するためには、回転軸の構成を元に回転軸終点を計算する必要がある。例えば、図１のようなテーブル回転形５軸加工機（マスタ軸：Ａ軸、スレーブ軸：Ｃ軸）を考える。ワークに対する工具の方向は、ワークと共に動く座標系から見た工具の方向と定義する。回転軸が共に０度の角度の場合、ワークに対する工具の方向はベクトルで（０，０，１）方向となる。
しかし、図２のようにワークに対する工具の方向をＸ軸方向すなわち（１，０，０）としたい場合、回転軸の構成からＡ軸＝９０度、Ｃ軸＝９０度を計算しなければならない。また、図３、図４、図５のように回転軸が傾斜した機械においてテーブル姿勢を計算する場合、回転軸の傾斜を考慮する必要がある。なお、図３，図４でバランサと記載した部材は本発明とは直接関係ないので、図５および後述の図６では図示していない。
そこで、本発明の目的は、手動送りにおいて、ワークに対する工具方向を回転軸構成に依存しないベクトルまたはロール・ピッチ・ヨー角またはオイラー角の指令が可能なワークに対する相対的工具方向の入力が可能な数値制御装置を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、テーブルに取付られたワーク（加工物）に対して少なくとも直線軸３軸および回転軸２軸によって加工する５軸加工機を制御する数値制御装置において、手動操作による回転軸移動後のワーク（加工物）に対する工具方向の相対位置を表す相対工具方向をベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、またはオイラー角として入力する相対工具方向入力部と、前記相対工具方向を前記回転軸２軸の回転軸位置に変換する回転軸位置変換部と、を備え、前記回転軸位置に基づいて前記回転軸２軸を駆動する数値制御装置である。
請求項２に係る発明は、前記回転軸２軸はテーブル回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機はテーブル回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記回転軸２軸は工具ヘッド回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機は工具ヘッド回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
請求項２に係る発明は、前記回転軸２軸はテーブル回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機はテーブル回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記回転軸２軸は工具ヘッド回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機は工具ヘッド回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
請求項４に係る発明は、前記回転軸２軸はテーブル回転用回転軸１軸および工具ヘッド回転用回転軸１軸であり、前記５軸加工機はテーブル回転用回転軸１軸および工具ヘッド回転用回転軸１軸を有する混合形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記回転軸２軸のうちの回転軸１軸は前記直線軸３軸と平行でない傾斜回転軸であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記回転軸２軸のうちの回転軸１軸は前記直線軸３軸と平行でない傾斜回転軸であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の数値制御装置である。
本発明により、手動送りにおいて、ワークに対する工具方向を回転軸構成に依存しないベクトルまたはロール・ピッチ・ヨー角またはオイラー角の指令が可能なワークに対する相対的工具方向の入力が可能な数値制御装置を提供できる。
本発明は、手動送りにおいて、ワークに対する工具方向を回転軸構成に依存しないベクトルまたはロール・ピッチ・ヨー角またはオイラー角の指令を可能にすることである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）傾斜回転軸がある場合のテーブル回転形５軸加工機における、手動運転でのベクトル指令、ロール・ピッチ・ヨー角指令，オイラー角指令
図３、図４、図５のように回転軸が傾斜したテーブル回転形５軸加工機の場合について計算する。具体的には第１回転軸であるＢ軸がＹ軸方向をＸ軸回りに−４５度回転した方向回りの回転軸、また第２回転軸であるＣ軸はＢ軸が０度の場合にＺ軸回りの回転軸であるとする。
図３、図４、図５のように回転軸が傾斜したテーブル回転形５軸加工機の場合について計算する。具体的には第１回転軸であるＢ軸がＹ軸方向をＸ軸回りに−４５度回転した方向回りの回転軸、また第２回転軸であるＣ軸はＢ軸が０度の場合にＺ軸回りの回転軸であるとする。
テーブルと共に動くテーブル上の座標系上から見た相対工具方向ベクトルをＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）と表す（図６参照）。工具方向の指定方法として、ベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、オイラー角のいずれかを選択して、それぞれ１−１）、１−２）、１−３）の処理を行う。
１−１）工具方向をベクトルで指定した場合の回転軸終点の演算方法
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｂ軸がＢ、回転軸Ｃ軸がＣの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数１式となる。
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｂ軸がＢ、回転軸Ｃ軸がＣの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数１式となる。
相対工具方向入力部で取得したベクトルを正規化し数１式の（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔに代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するベクトルとして（１．０、０、１．０）が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝６５．５３０度、Ｃ＝２４．４７０度となる。
１−２）工具方向をロール・ピッチ・ヨー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。
テーブルに対する工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対的工具方向入力部で行う（図９参照）。ロール・ピッチ・ヨー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数２式となる。
数２式で得られた工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数１式に代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角としてロール角Ｉ＝０度、ピッチ角Ｊ＝４５度、ヨー角Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝６５．５３０度、Ｃ＝２４．４７０度となる。
１−３）工具方向をオイラー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対的工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数３式となる。
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対的工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数３式となる。
数３式で得られた工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数１式に代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するオイラー角としてオイラー角Ｉ＝９０度、Ｊ＝４５度、Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝６５．５３０度、Ｃ＝２４．４７０度となる。なお、図１のように傾斜回転軸がない機械構成の場合は、数１式のマトリックスＲａ（±４５°）を省けばよい。
（第２実施形態）工具ヘッド回転形５軸加工機における、手動運転でのベクトル指令、ロール・ピッチ・ヨー角指令，オイラー角指令
工具ヘッド回転形５軸加工機について計算する。具体的には第１回転軸であるＣ軸がＺ軸回りの回転軸、また第２回転軸であるＡ軸はＣ軸が０度の場合にＸ軸回りの回転軸であるとする。テーブルと共に動くテーブル上の座標系上から見た相対工具方向ベクトルをＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）と表す（図７参照）。工具方向の指定方法として、ベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、オイラー角のいずれかを選択して、それぞれ２−１）、２−２）、２−３）の処理を行う。
工具ヘッド回転形５軸加工機について計算する。具体的には第１回転軸であるＣ軸がＺ軸回りの回転軸、また第２回転軸であるＡ軸はＣ軸が０度の場合にＸ軸回りの回転軸であるとする。テーブルと共に動くテーブル上の座標系上から見た相対工具方向ベクトルをＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）と表す（図７参照）。工具方向の指定方法として、ベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、オイラー角のいずれかを選択して、それぞれ２−１）、２−２）、２−３）の処理を行う。
２−１）工具方向をベクトルで指定した場合の回転軸終点の演算方法
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｃ軸がＣ、回転軸Ａ軸がＡの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数４式となる。
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｃ軸がＣ、回転軸Ａ軸がＡの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数４式となる。
相対工具方向入力部で取得したベクトルを正規化し数４式の（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔに代入しＣ、Ａについて解くことで、回転軸Ｃ、回転軸Ａの角度Ｃ、角度Ａを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するベクトルとして（１．０、０、１．０）が入力された場合、回転軸Ｃ、回転軸Ａの終点はそれぞれＣ＝９０．０００度、Ａ＝４５．０００度となる。
２−２）工具方向をロール・ピッチ・ヨー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。テーブルに対する工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。ロール・ピッチ・ヨー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数５式となる。
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。テーブルに対する工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。ロール・ピッチ・ヨー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数５式となる。
数５式で得られる工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数４式に代入しＣ、Ａについて解くことで、回転軸Ｃ、回転軸Ａの角度Ｃ、角度Ａを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角としてロール角Ｉ＝０度、ピッチ角Ｊ＝４５度、ヨー角Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｃ、回転軸Ａの終点はそれぞれＣ＝９０．０００度、Ａ＝４５．０００度となる。
２−３）工具方向をオイラー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数６式となる。
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ ）は数６式となる。
数６式で得られた工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数４式に代入しＣ、Ａについて解くことで、回転軸Ｃ、回転軸Ａの角度Ｃ、角度Ａを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するオイラー角としてオイラー角Ｉ＝９０度、Ｊ＝４５度、Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｃ、回転軸Ａの終点はそれぞれＣ＝９０．０００度、Ａ＝４５．０００度となる。
なお、第２実施形態においても、第１実施形態で述べたような回転軸が傾斜した工具ヘッド回転形５軸加工機であってもよい。その場合、第１実施形態の数１式で述べたようなＲａ（±α）、Ｒｂ（±β）またはＲｃ（±γ）の乗算を数４式に対して行えばよい。ここでＲａ（±α）は回転軸がＸ軸回りにαだけ傾斜したこと、Ｒｂ（±β）はＹ軸回りにβだけ傾斜したこと、Ｒｃ（±γ）はＺ軸回りにγだけ傾斜したことを示す。数１式はα＝４５°の例である。具体的な計算は省略する。さらに、その計算は後述の第３実施形態での数７式でも同様である。
（第３実施形態）混合形５軸加工機における、手動運転でのベクトル指令、ロール・ピッチ・ヨー角指令，オイラー角指令
混合形５軸加工機について計算する。具体的には工具回転軸であるＢ軸がＹ軸回りの回転軸、またテーブル回転軸であるＣ軸がＺ軸回りの回転軸であるとする。テーブルと共に動くテーブル上の座標系上から見た相対工具方向ベクトルをＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）と表す（図８）。なお、Ｃ軸のプラス方向は図８において、テーブルを上方から見下ろしたときに時計周りの方向である。工具方向の指定方法として、ベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、オイラー角のいずれかを選択して、それぞれ３−１）、３−２）、３−３）の処理を行う。
混合形５軸加工機について計算する。具体的には工具回転軸であるＢ軸がＹ軸回りの回転軸、またテーブル回転軸であるＣ軸がＺ軸回りの回転軸であるとする。テーブルと共に動くテーブル上の座標系上から見た相対工具方向ベクトルをＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）と表す（図８）。なお、Ｃ軸のプラス方向は図８において、テーブルを上方から見下ろしたときに時計周りの方向である。工具方向の指定方法として、ベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、オイラー角のいずれかを選択して、それぞれ３−１）、３−２）、３−３）の処理を行う。
３−１）工具方向をベクトルで指定した場合の回転軸終点の演算方法
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｂ軸がＢ、回転軸Ｃ軸がＣの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数７式となる。
テーブルに対する工具方向を指定するベクトルを取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。また、この機械構成において、回転軸Ｂ軸がＢ、回転軸Ｃ軸がＣの位置にあるとき、相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数７式となる。
相対工具方向入力部で取得したベクトルを正規化し数７式の（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔに代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するベクトルとして（１．０、０、１．０）が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝４５．０００度、Ｃ＝０．０００度となる。
３−２）工具方向をロール・ピッチ・ヨー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。テーブルに対する工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。ロール・ピッチ・ヨー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数８式となる。
ロール角Ｉ，ピッチ角Ｊ，ヨー角Ｋはそれぞれテーブルと共に動くテーブル上の座標系のＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転を表し、ここではＸ軸回り回転，Ｙ軸回り回転，Ｚ軸回り回転の順序で回転させるものとする。テーブルに対する工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。ロール・ピッチ・ヨー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数８式となる。
数８式で得られた工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数７式に代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するロール・ピッチ・ヨー角としてロール角Ｉ＝０度、ピッチ角Ｊ＝４５度、ヨー角Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝４５．０００度、Ｃ＝０．０００度となる。
３−３）工具方向をオイラー角で指定した場合の回転軸終点の演算方法
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数９式となる。
オイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）変換を、次のように定義する。ある座標系１をＺ軸回りにＩ回転させたものを座標系２とする。座標系２のＸ軸回りにＪ回転させたものを座標系３とする。座標系３のＺ軸回りにＫ回転させたものを座標系４とする。ある座標系１をこの定義に従って座標系４に変換することをオイラー角変換とする。テーブルに対する工具方向を指定するオイラー角（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を取得する。これらの入力は相対工具方向入力部で行う（図９参照）。オイラー角による相対工具方向ベクトルＴｖ（（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔ）は数９式となる。
数９式で得られた工具方向を表すベクトル（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）Ｔを数７式に代入しＢ、Ｃについて解くことで、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの角度Ｂ、角度Ｃを計算する。これらの計算は回転軸位置変換部で行う（図９参照）。例えば、工具方向を指定するオイラー角としてオイラー角Ｉ＝９０度、Ｊ＝４５度、Ｋ＝０度が入力された場合、回転軸Ｂ、回転軸Ｃの終点はそれぞれＢ＝４５．０００度、Ｃ＝０．０００度となる。
図９は本発明のワークに対する相対工具方向の入力を可能とする数値制御装置を説明するブロック図である。一般に数値制御装置は、指令プログラム１０を解析手段１１で解析し補間手段１２で補間し各軸のサーボを駆動する。手動運転の場合、手動運転補間手段１５が補間周期ごとにハンドル送りやジョグ送りやインクレメンタル送りなどの手動運転入力手段１４からの指令を受け付けて各軸のサーボを起動する。図９では各軸のサーボは、Ｘ軸サーボ１３Ｘ，Ｙ軸サーボ１３Ｙ，Ｚ軸サーボ１３Ｚ，Ｂ軸サーボ１３Ｂ，Ｃ軸サーボ１３Ｃである。本発明における相対工具方向入力部１６は手動運転入力手段１４に属し、回転軸位置変換部１７は手動運転補間手段１５に属する。回転軸位置変換部１７で変換された回転軸位置へ手動運転補間手段１５が補間を行って回転軸２軸を駆動するのは従来技術であるので詳述しない。
以下、各実施形態における相対工具方向入力部１６と回転軸位置変換部１７における処理のフローを図１０，図１１，図１２に示す。
（１）図１０は第１実施形態における相対工具方向入力部と回転軸位置変換部における処理のフローチャートを示す。
●［ステップＳＡ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＡ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＡ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＡ０３へ移行する。
●［ステップＳＡ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＡ０４へ移行する。
●［ステップＳＡ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＡ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＡ０４］数２式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＡ０６］数３式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０７］相対工具方向ベクトルを数１式に代入し、回転軸位置Ｂ、Ｃを計算する。
（２）図１１は第２実施形態における相対工具方向入力部と回転軸位置変換部における処理のフローチャートを示す。
●［ステップＳＢ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＢ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＢ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＢ０３へ移行する。
●［ステップＳＢ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＢ０４へ移行する。
●［ステップＳＢ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＢ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＢ０４］数５式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＢ０７へ移行する。
●［ステップＳＢ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＢ０６］数６式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＢ０７へ移行する。
●［ステップＳＢ０７］相対工具方向ベクトルを数４式に代入し、回転軸位置Ｃ、Ａを計算する。
（３）図１２は第３実施形態における相対工具方向入力部と回転軸位置変換部における処理のフローチャートを示す。
●［ステップＳＣ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＣ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＣ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＣ０３へ移行する。
●［ステップＳＣ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＣ０４へ移行する。
●［ステップＳＣ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＣ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＣ０４］数８式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＣ０７へ移行する。
●［ステップＳＣ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＣ０６］数９式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＣ０７へ移行する。
●［ステップＳＣ０７］相対工具方向ベクトルを数７式に代入し、回転軸位置Ｂ、Ｃを計算する。
●［ステップＳＡ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＡ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＡ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＡ０３へ移行する。
●［ステップＳＡ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＡ０４へ移行する。
●［ステップＳＡ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＡ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＡ０４］数２式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＡ０６］数３式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０７］相対工具方向ベクトルを数１式に代入し、回転軸位置Ｂ、Ｃを計算する。
（２）図１１は第２実施形態における相対工具方向入力部と回転軸位置変換部における処理のフローチャートを示す。
●［ステップＳＢ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＢ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＢ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＢ０３へ移行する。
●［ステップＳＢ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＢ０４へ移行する。
●［ステップＳＢ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＢ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＢ０４］数５式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＢ０７へ移行する。
●［ステップＳＢ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＢ０６］数６式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＢ０７へ移行する。
●［ステップＳＢ０７］相対工具方向ベクトルを数４式に代入し、回転軸位置Ｃ、Ａを計算する。
（３）図１２は第３実施形態における相対工具方向入力部と回転軸位置変換部における処理のフローチャートを示す。
●［ステップＳＣ００］相対工具方向の指定方法を判別し、ロール・ピッチ・ヨー角の場合はステップＳＣ０１に移行し、ベクトルの場合はステップＳＣ０２に移行し、オイラー角の場合はステップＳＣ０３へ移行する。
●［ステップＳＣ０１］ロール・ピッチ・ヨー角を取得し、ステップＳＣ０４へ移行する。
●［ステップＳＣ０２］相対工具方向ベクトルを取得する。
●［ステップＳＣ０３］オイラー角を取得する。
●［ステップＳＣ０４］数８式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＣ０７へ移行する。
●［ステップＳＣ０５］相対工具方向ベクトルを正規化する。
●［ステップＳＣ０６］数９式により、相対工具方向ベクトルを計算し、ステップＳＣ０７へ移行する。
●［ステップＳＣ０７］相対工具方向ベクトルを数７式に代入し、回転軸位置Ｂ、Ｃを計算する。
１０ 指令プログラム
１１ 解析手段
１２ 補間手段
１３Ｘ Ｘ軸サーボ
１３Ｙ Ｙ軸サーボ
１３Ｚ Ｚ軸サーボ
１３Ｂ Ｂ軸サーボ
１３Ｃ Ｃ軸サーボ
１４ 手動運転入力手段
１５ 手動運転補間手段
１６ 相対工具方向入力部
１７ 回転軸位置変換部
１１ 解析手段
１２ 補間手段
１３Ｘ Ｘ軸サーボ
１３Ｙ Ｙ軸サーボ
１３Ｚ Ｚ軸サーボ
１３Ｂ Ｂ軸サーボ
１３Ｃ Ｃ軸サーボ
１４ 手動運転入力手段
１５ 手動運転補間手段
１６ 相対工具方向入力部
１７ 回転軸位置変換部
Claims (5)
- テーブルに取付られたワーク（加工物）に対して少なくとも直線軸３軸および回転軸２軸によって加工する５軸加工機を制御する数値制御装置において、
手動操作による回転軸移動後のワーク（加工物）に対する工具方向の相対位置を表す相対工具方向をベクトル、ロール・ピッチ・ヨー角、またはオイラー角として入力する相対工具方向入力部と、
前記相対工具方向を前記回転軸２軸の回転軸位置に変換する回転軸位置変換部と、
を備え、
前記回転軸位置に基づいて前記回転軸２軸を駆動する数値制御装置。 - 前記回転軸２軸はテーブル回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機はテーブル回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
- 前記回転軸２軸は工具ヘッド回転用回転軸２軸であり、前記５軸加工機は工具ヘッド回転形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
- 前記回転軸２軸はテーブル回転用回転軸１軸および工具ヘッド回転用回転軸１軸であり、前記５軸加工機はテーブル回転用回転軸１軸および工具ヘッド回転用回転軸１軸を有する混合形５軸加工機であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
- 前記回転軸２軸のうちの回転軸１軸は前記直線軸３軸と平行でない傾斜回転軸であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の数値制御装置。
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- 2014-12-19 CN CN201410799786.8A patent/CN104731011B/zh active Active
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