JP3575093B2 - 加工制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、曲線に沿った加工を行う加工制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具軸が曲線の法線に一致する様に工具軸を保持する工具ヘッドの位置を決定する加工法がある（特願平４−７７０７）。
また、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工においてワークの加工経過時間に対応して精度調整係数でワークの加工精度とワークの相対移動量を調整し、高速加工を行う加工法がある（特開平５−１０８１２４）。
【０００３】
そして、単純インボリュート曲線を加工するためのＸ−Ｃ加工法がある（特公平６−２８８１２）。この加工法では図１０（ａ）に示すように単純インボリュート曲線５の基礎円５０の接線５１上を刃具Ｈが動くとき、単純インボリュート曲線５の法線５２と刃具Ｈの切削面５３が基礎円５０の接線５１上で直交するため、単純インボリュート曲線５は精度よく加工できる。
【０００４】
さらに、基礎円近傍の様にインボリュート曲線の曲率半径が比較的小さい所では、ＮＣ機械のサーボ応答遅れやワークの熱変形等の影響により削り残しや切り込みが発生することが知られている。この問題を解決するため、インボリュート曲線の終点における削り残しや切り込みの法線方向の誤差量を求め、削り残しや切り込みの開始点から終点までを新たなインボリュート曲線で加工を行う加工法（特開平３−３１９１１、特開平３−５４６１０）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特願平４−７７０７の加工法では、工具ヘッドの位置が決まっている場合に工具軸が法線に一致するように伸縮する工具軸の長さを決定することが解決できなかった。
特開平５−１０８１２４の加工法では、設計値点を補間することはデータ量を増加させ加工速度を遅くしていた。
【０００６】
特公平６−２８８１２の加工法では、特殊インボリュート曲線（特開平５−１０８１２４）に沿って加工する場合、特殊インボリュート基礎円の接線上では特殊インボリュート曲線の法線と刃具切削面は基礎円接線上で直交せず、特殊インボリュート曲線は精度良く加工できなかった。同様に、点群によって構成される自由曲線も法線と切削面が直交しないため精度良く加工できなかった。またスクロール部品の例では、スクロール中心部の基礎円近傍では単純インボリュート曲線から外れる形状が存在し、単純インボリュート曲線と中心部形状を一度に加工することができないために精度よい製品ができなかった。
【０００７】
特開平３−３１９１１、特開平３−５４６１０の加工法では、実際の加工においては加工誤差が存在するため、削り残しや切り込みの開始点を特定することは難しく、２つのインボリュート曲線のつなぎ目で加工精度が悪化するおそれがあった。また削り残しや切り込みの開始点や終点のみを問題としているので、その途中の形状で削り残しや切り込みが発生した場合には対処できなかった。
また、図１０（ｂ）に示すように指定された曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状５４を有する場合、形状遷移区間を通常の補間方式で補間すると、法線５４の方向にバラ付きが生じていた。このためＸ−Ｙ−ＣまたはＸ−ＣのＮＣプログラムを作成した場合、制御軸の移動量が極端にバラ付き、良好な加工ができなくなることがあった。
【０００８】
本発明の目的は、短時間で精度よく任意の目標曲線に沿って加工することができる加工制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指定された目標曲線上に設定された複数の設計値点を用いて前記目標曲線に沿って対象物を加工する加工制御方法において、前記対象物に加工を施す加工手段に前記目標曲線に沿った加工を行わせるための複数の前記設計値点のそれぞれにおける一連の動作位置を伝達する動作指示過程と、前記対象物の加工によって生じた加工曲線の形状を測定し、複数の前記設計値点のそれぞれについて複数の設計値点のそれぞれにおける前記目標曲線の法線上にあり前記加工曲線上にある制御点との法線方向誤差を計測する加工形状計測過程と、複数の前記設計値点のそれぞれで得られた複数の前記法線方向誤差に基づいて、以降の動作指示過程に複数の前記設計値点のそれぞれにおける前記動作位置の補正を指示する補正指示過程とを備える加工制御方法を技術的手段として採用する。
【００１２】
【作用】
〔請求項１の作用〕
加工手段が動作指示過程で一連の動作位置を指示されて１個目の対象物を加工する。そして、加工形状計測過程で各設計値点について加工された１個目の対象物の法線方向誤差が計測される。次に補正指示過程で各制御点についてそれぞれの法線方向誤差に基づき動作位置の補正量が算出され動作指示過程に伝達される。
加工手段が動作指示過程で一連の補正された動作位置を指示され２個目の対象物を加工し、加工形状計測過程で各設計値点について法線方向誤差が計測され、補正指示過程で各制御点について動作位置の補正量が算出され動作指示過程に伝達する。このようにして３個目以降の対象物に対する加工も制御する。
これにより各設計値点に対する法線方向誤差が最終的に０へと収束していく。
【００１３】
【発明の効果】
〔請求項１の効果〕
任意の目標曲線の全体を最初に一回指定することにより、精度良く目標曲線に沿って加工することができる。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明の加工制御方法を適用したＮＣ加工システムを、図１〜図８に示す第１実施例に基づき説明する。
本実施例では、本発明の加工制御方法によりＸ−Ｙ−Ｃ軸加工またはＸ−Ｃ軸加工を行うＮＣ加工機の加工を制御する。
【００１５】
〔実施例の構成〕
本実施例のＮＣ加工システム１は、図１に示す様にワークを加工し加工後の形状を測定する加工測定部１０と、加工測定部１０からの形状データを用いて加工測定部１０を指定された目標曲線に沿ってワークを加工するよう制御する制御部２とからなる。
加工測定部１０は、図２に示すようにＸ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｃ加工測定部１１と、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４とからなる。
【００１６】
Ｘ−Ｃ加工測定部１１は、図２（ａ）に示すようにＸ−Ｃ軸加工を行う第１ＮＣ加工機１２と、第１ＮＣ加工機１２で加工されたワークの形状を倣い計測により測定する第１形状測定機１３とからなる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４は、図２（ｂ）に示すようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う第２ＮＣ加工機１５と、第２ＮＣ加工機１５で加工されたワークの形状を測定する第２形状測定機１６とからなる。
第２形状測定機１６は、時間短縮を計りうる倣い計測と精度を重視するポイント・トウ・ポイント計測との何れによるものでも可能である。
【００１７】
制御部２は、第１ＮＣ加工機１２および第２ＮＣ加工機１５の加工動作を制御するための曲線データを生成する前処理部２０と、前処理部２０からの曲線データに基づき加工動作を制御する動作指示部２１とを有する。そして動作指示部２１に接続し動作指示部２１に第１ＮＣ加工機１２、第２ＮＣ加工機１５およびワークの材料の特性データを送る特性データベース部２６と、前記前処理部２０、前記動作指示部２１とが制御部２を構成する。
【００１８】
前処理部２０は、指定された目標曲線のデータを読み取る曲線データ読取り部１７と、目標曲線上から加工制御に用いる設計値点群を生成する点群生成部１８とを有する。そして、点群生成部１８で生成された設計値点群を補間し各設計値点における法線を算出する法線算出部１９と前記曲線データ読取り部１７、前記点群生成部１８とが前処理部２０を構成する。
【００１９】
動作指示部２１は、ワークから測定されると共に各設計値点にそれぞれ対応し各設計値点を一致目標に制御される制御点３を滑らかに繋ぎ得るよう補正する法線方向補正部２２と、法線方向補正部２２のデータから制御点３と同数のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成部２３とを有する。そして、前処理部２０からのデータにより加工測定部１０からのデータに処理を施し、法線方向加工誤差を算出する計測データ評価部２４と、前記法線方向補正部２２、前記ＮＣプログラム生成部２３とが動作指示部２１を構成する。ＮＣプログラム生成部２３には生成したＮＣプログラムを出力するデータ出力部２５が付設する。
【００２０】
特性データベース部２６は、法線方向補正部２２に情報を送るための刃具特性データベース２７、機械特性データベース２８、材料特性データベース２９などを有する。
刃具特性データベース２７は、寸法、磨耗等の情報を納めている。
機械特性データベース２８は、加工測定部１０の追従性能、加工の方向性、外気温特性、設備劣化等の情報を納めている。
材料特性データベース２９は、ワークの材料、取りしろ等の情報を納めている。
【００２１】
〔実施例の作動〕
１）Ｘ−Ｃ軸加工を行う場合
曲線データ読取り部１７に指定された曲線データを点群または設計式で入力する。そして曲線データ読取り部１７は、図１に示すように、曲線データを点群生成部１８に送る。
点群生成部１８は、曲線データから基準となるＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
【００２２】
法線算出部１９は設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）をスプライン補間などにより滑らかに補間し、各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値と法線ベクトルは、法線方向補正部２２および計測データ評価部２４に送られる。
法線方向補正部２２は、計測データ評価部２４からの各制御点３の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部２６からの刃具特性、機械特性、材料特性データなどから算出される誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するように法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する。
【００２３】
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋ｅ１ ・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋ｅＮ ・ｐＮ
ここで添字ｎｅｗは補正後、添字ｏｌｄは補正前を表し、ｈｅ１ （ｏｌｄ）、…ｈｅＮ （ｏｌｄ）は第１回目の加工時は０である。これにより各制御点３は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
【００２４】
補正方法の一例を図３に示す。各制御点３における法線方向加工誤差値は、正規分布曲線α、方形波曲線β、インパルス曲線γなどの補正フィルタにより分散され、周辺の制御点３に渡って補正量ｈｅｉ が決定される。これにより、図４に示すように各制御点３における法線方向に補正が行われる。
ＮＣプログラム生成部２３は、法線方向補正部２２で補正された各制御点３についての法線方向の補正量ｈｅｉ のデータから目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
【００２５】
Ｘｉ ＝［｛ｘｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｘｉ ｝２ ＋｛ｙｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｙｉ ｝２ ］１／２
Ｃｉ ＝ｔａｎ−１［｛ｙｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｙｉ ｝／｛ｘｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｘｉ ｝］
ここでＸｉ 、Ｃｉ は図５に示すようにそれぞれＸ軸、Ｃ軸座標を与える制御量であり添字ｉは１からＮの値をとる。またｒは刃具Ｍの半径である。
ＮＣプログラム生成部２３により生成されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｃ加工測定部１１の第１ＮＣ加工機１２に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００２６】
加工されたワークは、３次元測定機などの第１形状測定機１３に送られ形状測定され、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ が得られる。形状が倣いプローブ等で計測される場合、形状測定生データはＮ点になるとは限らない。
計測された形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ は計測データ評価部２４に送られる。
計測データ評価部２４は、前処理部２０からの各設計値と設計値での法線ベクトルとに基づいて、形状測定機からの形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ に対しそれぞれ制御点３に合わせるようベストフィット処理を行った後、各制御点３について法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
【００２７】
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部２２へ送られる。
このように設計値・Ｘ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム・法線方向加工誤差値が全て各制御点３の法線方向に対し一対一に対応する。
そして、１個目のワークを加工し計測、評価した結果を用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するようにＸ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラムを修正することで、２個目以降のワークの加工精度を向上する。即ち、法線方向補正部２２→ＮＣプログラム生成部２３→第１ＮＣ加工機１２→第１形状計測機→計測データ評価部２４→法線方向補正部２２というループを数回繰り返すことにより、計測データ評価部２４から出力される各制御点３の法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ が最終的に０へと収束していく。
【００２８】
２）Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う場合
前処理部２０はＸ−Ｃ軸加工を行う場合と同様入力された曲線データからＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９は各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値と法線ベクトルは、法線方向補正部２２および計測データ評価部２４に送られる。
【００２９】
法線方向補正部２２は、計測データ評価部２４からの各制御点３の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部２６からの誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するように法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する。
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋ｅ１ ・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋ｅＮ ・ｐＮ
【００３０】
これにより各制御点３は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
ＮＣプログラム生成部２３は、法線方向補正部２２で補正された各制御点３についての法線方向の補正量ｈｅｉ のデータから目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
Θｉ ＝ｔａｎ−１（ｈｙｉ ／ｈｘｉ ）
Ｘｉ ＝ｘｉ ・ｃｏｓΘｉ −ｙｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｈｅｉ
Ｙｉ ＝ｘｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｙｉ ・ｃｏｓΘｉ
Ｃｉ ＝９０°−Θｉ
【００３１】
ここでＸｉ 、Ｙｉ 、Ｃｉ は図６に示すようにそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｃ軸座標の制御量であり添字ｉは１からＮの値をとる。
ここでＸｉ の取り方は次のようになる（図７参照）。
【００３２】
ａ）法線とＸ軸が一致する場合
制御点３を表すＸａ 、刃具中心を表すＸｂ 、Ｘａ を通る刃具Ｍの直径上で刃具の円周上のＸａ と反対側の点ＸＣ の何れかの点。
【００３３】
ｂ）法線とＸ軸が交差する場合
刃具中心Ｘｂ
【００３４】
ｃ）制御点３群を補間する仮想点を用いる場合
仮想点３２を制御点３とみなすことにより上記ａ）またはｂ）を適用する。
この仮想点３２は、例えば制御点３から出る法線から角度θだけずれた軸をＸ軸とすることにより求めることができる。
ＮＣプログラム生成部２３により生成されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４の第２ＮＣ加工機１５に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００３５】
加工されたワークは、３次元測定機などの第２形状測定機１６に送られて形状測定され、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ が得られる。形状が倣いプローブ等で計測される場合、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ はＮ点になるとは限らない。
計測された形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ は計測データ評価部２４に送られる。
計測データ評価部２４は、Ｘ−Ｃ軸加工の場合と同様に各制御点３について法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
【００３６】
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部２２へ送られる。
このようにＸ−Ｃ軸加工の場合と同様に各制御点３の法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ が最終的に０へと収束していく。
【００３７】
３）指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合点群生成部１８において設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）と共に法線方向の形状オフセット量ｑｉ を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９ではオフセット前の設計点点列を用いて法線を作成する。
法線方向補正部２２は、ｑｉ を用いて法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する（図８（ａ）参照、また図中のｈｅのダッシュはオフセットを考慮したものであることを示す）。
【００３８】
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋（ｅ１ −ｑ１ ）・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋（ｅＮ −ｑＮ ）・ｐＮ
そしてｑｉ をパラメータとして管理することで、図８（ｂ）に示すように真の加工誤差だけを正しくフィードバックすることができる。
【００３９】
〔実施例の効果〕
点群によって構成される自由曲線や特殊インボリュート曲線等の目標曲線に対し、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工法、またＸ−Ｃ軸加工法において精度良く加工することができる。指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、オフセットした形状を精度良く加工することができる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工またはＸ−Ｃ軸加工で目標曲線を一度に加工することができるため加工時間が短い。
【００４０】
〔変形例〕
曲線データ読取り部１７に、予め設計式より算出された設計値点群を読み取らせ、この設計値点群を法線算出部１９に送るようにしてもよい。また曲線データ読取り部１７に、予め設計式より算出された設計値点群および法線を読み取らせ、これを直接動作指示部２１に送るようにしてもよい。
法線方向補正部２２における補正には、エキスパートシステム等のＡＩ技術を用いてもよい。
制御部２の各処理は、自動的に行われるようにしてもよい。
【００４１】
〔第２実施例〕
つぎに本発明の加工制御方法を適用したＮＣ加工システムを、図９に示す第２実施例に基づいて説明する。
本実施例では、本発明の加工制御方法によりＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行うＮＣ加工機の加工を制御する。
【００４２】
〔実施例の構成〕
本実施例のＮＣ加工システム４は、図９に示すようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４と、Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４におけるワークの加工を制御する制御部４０とからなる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４は、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う第２ＮＣ加工機１５と、第２ＮＣ加工機１５で加工されたワークの形状を測定する第２形状測定機１６とからなる。
第２形状測定機１６は、倣い計測とポイント・トウ・ポイント計測との何れによるものでも可能である。
【００４３】
制御部４０は、第２ＮＣ加工機１５の加工動作を制御するための曲線データを生成する前処理部２０と、前処理部２０からの曲線データに基づき加工動作を制御する動作指示部４１とを有する。そして動作指示部４１に接続し動作指示部４１に第２ＮＣ加工機１５およびワークの材料の特性データを送る特性データベース部と、前記前処理部２０、前記動作指示部４１とが制御部４０を構成する。
前処理部２０は、指定された目標曲線から設計値点群を生成する点群生成部１８と、点群生成部１８で生成された設計値点群を補間し、各設計値点における法線を算出する法線算出部１９とからなる。
【００４４】
動作指示部４１は、前処理部２０からのデータによりＮＣプログラム（Ｎ点）を生成するＮＣプログラム生成部４２と、前処理部２０からのデータによりＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４からのデータに処理を施し法線方向加工誤差を算出する計測データ評価部４３とを有する。そして、計測データ評価部４３からのデータによりＮＣプログラム生成部４２からのプログラムに補正を施す法線方向補正部４４と、前記ＮＣプログラム生成部４２、前記計測データ評価部４３とが動作指示部４１を構成する。ＮＣプログラム生成部４２には生成したＮＣプログラムを出力するデータ出力部２５が付設する。
【００４５】
特性データベース部４５は、法線方向補正部４４に送る情報を納めた刃具特性データベース４６、機械特性データベース４７、材料特性データベース４８などを有する。
【００４６】
〔実施例の作動〕
前処理部２０は、点群生成部１８において入力された曲線データからＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９は各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）と法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）は、ＮＣプログラム生成部４２、第２形状測定機１６および計測データ評価部４３に送られる。
【００４７】
ＮＣプログラム生成部４２は、図１３に示すように、前処理部２０からのデータにより目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
Θｉ ＝ｔａｎ−１（ｈｙｉ ／ｈｘｉ ）
Ｘｉ ＝ｘｉ ・ｃｏｓΘｉ −ｙｉ ・ｓｉｎΘｉ
Ｙｉ ＝ｘｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｙｉ ・ｃｏｓΘｉ
Ｃｉ ＝９０°−Θｉ
ここで添字ｉは１からＮの値をとる。
【００４８】
法線方向補正部４４は、計測データ評価部４３からの各制御点の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部４５からの誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点における法線と切削面とが切削点で直交するようにＮＣプログラム生成部４２で得られたＸｉ を次のように補正する。
Ｘｉ （ｎｅｗ）＝Ｘｉ （ｏｌｄ）＋ｅｉ ・ｐ１
これにより各制御点は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
法線方向補正部４４で補正されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４の第２ＮＣ加工機１５に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００４９】
加工されたワークは、３次元測定機などの第２形状測定機１６に送られる。
第２形状測定機１６では前処理部２０からのデータより、法線方向計測誤差量ｋｅｉ が得られる。
計測された法線方向計測誤差量ｋｅｉ は計測データ評価部４３に送られる。
計測データ評価部４３は、各制御点について法線方向計測誤差量ｋｅｉ と前処理部２０からのデータとに基づき法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部４４へ送られる。
このように設計値・Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム・法線方向加工誤差値が全て各制御点の法線方向に対し一対一に対応する。
【００５０】
そして、１個目のワークを加工し計測、評価した結果を用いて制御点における法線と切削面とが切削点で直交するようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラムを修正することで、２個目以降のワークの加工精度を向上する。即ち、法線方向補正部４４→第２ＮＣ加工機１５→第２形状計測機→計測データ評価部４３→法線方向補正部４４というループを数回繰り返すことにより、計測データ評価部４３から出力される各制御点の法線方向加工誤差が最終的に０へと収束していく。
指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、第１実施例と同様、法線方向の形状オフセット量ｑｉ をパラメータとして管理することで真の加工誤差だけを正しくフィードバックすることができる。
【００５１】
〔実施例の効果〕
自由曲線や特殊インボリュート曲線等の目標曲線に沿ったワークのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を精度良く行うことができる。指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、オフセットした形状を精度良く加工することができる。
Ｘ−Ｃ軸加工で目標曲線を一度に加工することができるため加工時間が短い。
【００５２】
〔変形例〕
法線方向の補正量に対し、ＮＣプログラムはＸ軸のみが補正されるので、法線方向補正部４４とＮＣプログラム生成部４２は入れ替えてもシステムとして成立する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例にかかるＮＣ加工システムの構成図である。
【図２】加工測定部の斜視図である。
【図３】法線方向補正法の一例を示す図である。
【図４】法線方向補正結果の一例を示す図である。
【図５】Ｘ−Ｃ軸加工における座標関係を示す図である。
【図６】Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工における座標関係を示す図である。
【図７】Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工におけるＮＣプログラムの生成法にかかる図である。
【図８】形状オフセットの加工にかかる図である。
【図９】第２実施例にかかるＮＣ加工システムの構成図である。
【図１０】従来のＮＣ加工にかかる図である。
【符号の説明】
３ 制御点
１３ 第１形状測定機（加工形状計測過程）
１６ 第２形状測定機（加工形状計測過程）
２２、４４ 法線方向補正部（補正指示過程）
２３、４２ ＮＣプログラム生成部（動作指示過程）
２４、４３ 計測データ評価部（加工形状計測過程）
Ｍ 刃具（加工手段）
Ｘ Ｘ軸座標の制御量（動作位置）
Ｙ Ｙ軸座標の制御量（動作位置）
Ｃ Ｃ軸座標の制御量（動作位置）
ｅ 法線方向加工誤差
（ｘ、ｙ） 設計値点
（ｈｘ、ｈｙ） 法線ベクトル
【産業上の利用分野】
本発明は、曲線に沿った加工を行う加工制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具軸が曲線の法線に一致する様に工具軸を保持する工具ヘッドの位置を決定する加工法がある（特願平４−７７０７）。
また、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工においてワークの加工経過時間に対応して精度調整係数でワークの加工精度とワークの相対移動量を調整し、高速加工を行う加工法がある（特開平５−１０８１２４）。
【０００３】
そして、単純インボリュート曲線を加工するためのＸ−Ｃ加工法がある（特公平６−２８８１２）。この加工法では図１０（ａ）に示すように単純インボリュート曲線５の基礎円５０の接線５１上を刃具Ｈが動くとき、単純インボリュート曲線５の法線５２と刃具Ｈの切削面５３が基礎円５０の接線５１上で直交するため、単純インボリュート曲線５は精度よく加工できる。
【０００４】
さらに、基礎円近傍の様にインボリュート曲線の曲率半径が比較的小さい所では、ＮＣ機械のサーボ応答遅れやワークの熱変形等の影響により削り残しや切り込みが発生することが知られている。この問題を解決するため、インボリュート曲線の終点における削り残しや切り込みの法線方向の誤差量を求め、削り残しや切り込みの開始点から終点までを新たなインボリュート曲線で加工を行う加工法（特開平３−３１９１１、特開平３−５４６１０）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特願平４−７７０７の加工法では、工具ヘッドの位置が決まっている場合に工具軸が法線に一致するように伸縮する工具軸の長さを決定することが解決できなかった。
特開平５−１０８１２４の加工法では、設計値点を補間することはデータ量を増加させ加工速度を遅くしていた。
【０００６】
特公平６−２８８１２の加工法では、特殊インボリュート曲線（特開平５−１０８１２４）に沿って加工する場合、特殊インボリュート基礎円の接線上では特殊インボリュート曲線の法線と刃具切削面は基礎円接線上で直交せず、特殊インボリュート曲線は精度良く加工できなかった。同様に、点群によって構成される自由曲線も法線と切削面が直交しないため精度良く加工できなかった。またスクロール部品の例では、スクロール中心部の基礎円近傍では単純インボリュート曲線から外れる形状が存在し、単純インボリュート曲線と中心部形状を一度に加工することができないために精度よい製品ができなかった。
【０００７】
特開平３−３１９１１、特開平３−５４６１０の加工法では、実際の加工においては加工誤差が存在するため、削り残しや切り込みの開始点を特定することは難しく、２つのインボリュート曲線のつなぎ目で加工精度が悪化するおそれがあった。また削り残しや切り込みの開始点や終点のみを問題としているので、その途中の形状で削り残しや切り込みが発生した場合には対処できなかった。
また、図１０（ｂ）に示すように指定された曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状５４を有する場合、形状遷移区間を通常の補間方式で補間すると、法線５４の方向にバラ付きが生じていた。このためＸ−Ｙ−ＣまたはＸ−ＣのＮＣプログラムを作成した場合、制御軸の移動量が極端にバラ付き、良好な加工ができなくなることがあった。
【０００８】
本発明の目的は、短時間で精度よく任意の目標曲線に沿って加工することができる加工制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指定された目標曲線上に設定された複数の設計値点を用いて前記目標曲線に沿って対象物を加工する加工制御方法において、前記対象物に加工を施す加工手段に前記目標曲線に沿った加工を行わせるための複数の前記設計値点のそれぞれにおける一連の動作位置を伝達する動作指示過程と、前記対象物の加工によって生じた加工曲線の形状を測定し、複数の前記設計値点のそれぞれについて複数の設計値点のそれぞれにおける前記目標曲線の法線上にあり前記加工曲線上にある制御点との法線方向誤差を計測する加工形状計測過程と、複数の前記設計値点のそれぞれで得られた複数の前記法線方向誤差に基づいて、以降の動作指示過程に複数の前記設計値点のそれぞれにおける前記動作位置の補正を指示する補正指示過程とを備える加工制御方法を技術的手段として採用する。
【００１２】
【作用】
〔請求項１の作用〕
加工手段が動作指示過程で一連の動作位置を指示されて１個目の対象物を加工する。そして、加工形状計測過程で各設計値点について加工された１個目の対象物の法線方向誤差が計測される。次に補正指示過程で各制御点についてそれぞれの法線方向誤差に基づき動作位置の補正量が算出され動作指示過程に伝達される。
加工手段が動作指示過程で一連の補正された動作位置を指示され２個目の対象物を加工し、加工形状計測過程で各設計値点について法線方向誤差が計測され、補正指示過程で各制御点について動作位置の補正量が算出され動作指示過程に伝達する。このようにして３個目以降の対象物に対する加工も制御する。
これにより各設計値点に対する法線方向誤差が最終的に０へと収束していく。
【００１３】
【発明の効果】
〔請求項１の効果〕
任意の目標曲線の全体を最初に一回指定することにより、精度良く目標曲線に沿って加工することができる。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明の加工制御方法を適用したＮＣ加工システムを、図１〜図８に示す第１実施例に基づき説明する。
本実施例では、本発明の加工制御方法によりＸ−Ｙ−Ｃ軸加工またはＸ−Ｃ軸加工を行うＮＣ加工機の加工を制御する。
【００１５】
〔実施例の構成〕
本実施例のＮＣ加工システム１は、図１に示す様にワークを加工し加工後の形状を測定する加工測定部１０と、加工測定部１０からの形状データを用いて加工測定部１０を指定された目標曲線に沿ってワークを加工するよう制御する制御部２とからなる。
加工測定部１０は、図２に示すようにＸ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｃ加工測定部１１と、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４とからなる。
【００１６】
Ｘ−Ｃ加工測定部１１は、図２（ａ）に示すようにＸ−Ｃ軸加工を行う第１ＮＣ加工機１２と、第１ＮＣ加工機１２で加工されたワークの形状を倣い計測により測定する第１形状測定機１３とからなる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４は、図２（ｂ）に示すようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う第２ＮＣ加工機１５と、第２ＮＣ加工機１５で加工されたワークの形状を測定する第２形状測定機１６とからなる。
第２形状測定機１６は、時間短縮を計りうる倣い計測と精度を重視するポイント・トウ・ポイント計測との何れによるものでも可能である。
【００１７】
制御部２は、第１ＮＣ加工機１２および第２ＮＣ加工機１５の加工動作を制御するための曲線データを生成する前処理部２０と、前処理部２０からの曲線データに基づき加工動作を制御する動作指示部２１とを有する。そして動作指示部２１に接続し動作指示部２１に第１ＮＣ加工機１２、第２ＮＣ加工機１５およびワークの材料の特性データを送る特性データベース部２６と、前記前処理部２０、前記動作指示部２１とが制御部２を構成する。
【００１８】
前処理部２０は、指定された目標曲線のデータを読み取る曲線データ読取り部１７と、目標曲線上から加工制御に用いる設計値点群を生成する点群生成部１８とを有する。そして、点群生成部１８で生成された設計値点群を補間し各設計値点における法線を算出する法線算出部１９と前記曲線データ読取り部１７、前記点群生成部１８とが前処理部２０を構成する。
【００１９】
動作指示部２１は、ワークから測定されると共に各設計値点にそれぞれ対応し各設計値点を一致目標に制御される制御点３を滑らかに繋ぎ得るよう補正する法線方向補正部２２と、法線方向補正部２２のデータから制御点３と同数のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成部２３とを有する。そして、前処理部２０からのデータにより加工測定部１０からのデータに処理を施し、法線方向加工誤差を算出する計測データ評価部２４と、前記法線方向補正部２２、前記ＮＣプログラム生成部２３とが動作指示部２１を構成する。ＮＣプログラム生成部２３には生成したＮＣプログラムを出力するデータ出力部２５が付設する。
【００２０】
特性データベース部２６は、法線方向補正部２２に情報を送るための刃具特性データベース２７、機械特性データベース２８、材料特性データベース２９などを有する。
刃具特性データベース２７は、寸法、磨耗等の情報を納めている。
機械特性データベース２８は、加工測定部１０の追従性能、加工の方向性、外気温特性、設備劣化等の情報を納めている。
材料特性データベース２９は、ワークの材料、取りしろ等の情報を納めている。
【００２１】
〔実施例の作動〕
１）Ｘ−Ｃ軸加工を行う場合
曲線データ読取り部１７に指定された曲線データを点群または設計式で入力する。そして曲線データ読取り部１７は、図１に示すように、曲線データを点群生成部１８に送る。
点群生成部１８は、曲線データから基準となるＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
【００２２】
法線算出部１９は設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）をスプライン補間などにより滑らかに補間し、各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値と法線ベクトルは、法線方向補正部２２および計測データ評価部２４に送られる。
法線方向補正部２２は、計測データ評価部２４からの各制御点３の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部２６からの刃具特性、機械特性、材料特性データなどから算出される誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するように法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する。
【００２３】
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋ｅ１ ・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋ｅＮ ・ｐＮ
ここで添字ｎｅｗは補正後、添字ｏｌｄは補正前を表し、ｈｅ１ （ｏｌｄ）、…ｈｅＮ （ｏｌｄ）は第１回目の加工時は０である。これにより各制御点３は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
【００２４】
補正方法の一例を図３に示す。各制御点３における法線方向加工誤差値は、正規分布曲線α、方形波曲線β、インパルス曲線γなどの補正フィルタにより分散され、周辺の制御点３に渡って補正量ｈｅｉ が決定される。これにより、図４に示すように各制御点３における法線方向に補正が行われる。
ＮＣプログラム生成部２３は、法線方向補正部２２で補正された各制御点３についての法線方向の補正量ｈｅｉ のデータから目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
【００２５】
Ｘｉ ＝［｛ｘｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｘｉ ｝２ ＋｛ｙｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｙｉ ｝２ ］１／２
Ｃｉ ＝ｔａｎ−１［｛ｙｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｙｉ ｝／｛ｘｉ −（ｒ＋ｈｅｉ ）・ｈｘｉ ｝］
ここでＸｉ 、Ｃｉ は図５に示すようにそれぞれＸ軸、Ｃ軸座標を与える制御量であり添字ｉは１からＮの値をとる。またｒは刃具Ｍの半径である。
ＮＣプログラム生成部２３により生成されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｃ加工測定部１１の第１ＮＣ加工機１２に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００２６】
加工されたワークは、３次元測定機などの第１形状測定機１３に送られ形状測定され、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ が得られる。形状が倣いプローブ等で計測される場合、形状測定生データはＮ点になるとは限らない。
計測された形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ は計測データ評価部２４に送られる。
計測データ評価部２４は、前処理部２０からの各設計値と設計値での法線ベクトルとに基づいて、形状測定機からの形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ に対しそれぞれ制御点３に合わせるようベストフィット処理を行った後、各制御点３について法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
【００２７】
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部２２へ送られる。
このように設計値・Ｘ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム・法線方向加工誤差値が全て各制御点３の法線方向に対し一対一に対応する。
そして、１個目のワークを加工し計測、評価した結果を用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するようにＸ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラムを修正することで、２個目以降のワークの加工精度を向上する。即ち、法線方向補正部２２→ＮＣプログラム生成部２３→第１ＮＣ加工機１２→第１形状計測機→計測データ評価部２４→法線方向補正部２２というループを数回繰り返すことにより、計測データ評価部２４から出力される各制御点３の法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ が最終的に０へと収束していく。
【００２８】
２）Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う場合
前処理部２０はＸ−Ｃ軸加工を行う場合と同様入力された曲線データからＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９は各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値と法線ベクトルは、法線方向補正部２２および計測データ評価部２４に送られる。
【００２９】
法線方向補正部２２は、計測データ評価部２４からの各制御点３の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部２６からの誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点３における法線と切削面３０とが切削点３１で直交するように法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する。
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋ｅ１ ・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋ｅＮ ・ｐＮ
【００３０】
これにより各制御点３は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
ＮＣプログラム生成部２３は、法線方向補正部２２で補正された各制御点３についての法線方向の補正量ｈｅｉ のデータから目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
Θｉ ＝ｔａｎ−１（ｈｙｉ ／ｈｘｉ ）
Ｘｉ ＝ｘｉ ・ｃｏｓΘｉ −ｙｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｈｅｉ
Ｙｉ ＝ｘｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｙｉ ・ｃｏｓΘｉ
Ｃｉ ＝９０°−Θｉ
【００３１】
ここでＸｉ 、Ｙｉ 、Ｃｉ は図６に示すようにそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｃ軸座標の制御量であり添字ｉは１からＮの値をとる。
ここでＸｉ の取り方は次のようになる（図７参照）。
【００３２】
ａ）法線とＸ軸が一致する場合
制御点３を表すＸａ 、刃具中心を表すＸｂ 、Ｘａ を通る刃具Ｍの直径上で刃具の円周上のＸａ と反対側の点ＸＣ の何れかの点。
【００３３】
ｂ）法線とＸ軸が交差する場合
刃具中心Ｘｂ
【００３４】
ｃ）制御点３群を補間する仮想点を用いる場合
仮想点３２を制御点３とみなすことにより上記ａ）またはｂ）を適用する。
この仮想点３２は、例えば制御点３から出る法線から角度θだけずれた軸をＸ軸とすることにより求めることができる。
ＮＣプログラム生成部２３により生成されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４の第２ＮＣ加工機１５に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００３５】
加工されたワークは、３次元測定機などの第２形状測定機１６に送られて形状測定され、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ が得られる。形状が倣いプローブ等で計測される場合、形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ はＮ点になるとは限らない。
計測された形状測定生データｋｘＪ 、ｋｙＪ は計測データ評価部２４に送られる。
計測データ評価部２４は、Ｘ−Ｃ軸加工の場合と同様に各制御点３について法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
【００３６】
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部２２へ送られる。
このようにＸ−Ｃ軸加工の場合と同様に各制御点３の法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ が最終的に０へと収束していく。
【００３７】
３）指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合点群生成部１８において設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）と共に法線方向の形状オフセット量ｑｉ を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９ではオフセット前の設計点点列を用いて法線を作成する。
法線方向補正部２２は、ｑｉ を用いて法線方向の補正量ｈｅｉ を次のように更新する（図８（ａ）参照、また図中のｈｅのダッシュはオフセットを考慮したものであることを示す）。
【００３８】
ｈｅ１ （ｎｅｗ）＝ｈｅ１ （ｏｌｄ）＋（ｅ１ −ｑ１ ）・ｐ１
・
・
・
ｈｅＮ （ｎｅｗ）＝ｈｅＮ （ｏｌｄ）＋（ｅＮ −ｑＮ ）・ｐＮ
そしてｑｉ をパラメータとして管理することで、図８（ｂ）に示すように真の加工誤差だけを正しくフィードバックすることができる。
【００３９】
〔実施例の効果〕
点群によって構成される自由曲線や特殊インボリュート曲線等の目標曲線に対し、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工法、またＸ−Ｃ軸加工法において精度良く加工することができる。指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、オフセットした形状を精度良く加工することができる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工またはＸ−Ｃ軸加工で目標曲線を一度に加工することができるため加工時間が短い。
【００４０】
〔変形例〕
曲線データ読取り部１７に、予め設計式より算出された設計値点群を読み取らせ、この設計値点群を法線算出部１９に送るようにしてもよい。また曲線データ読取り部１７に、予め設計式より算出された設計値点群および法線を読み取らせ、これを直接動作指示部２１に送るようにしてもよい。
法線方向補正部２２における補正には、エキスパートシステム等のＡＩ技術を用いてもよい。
制御部２の各処理は、自動的に行われるようにしてもよい。
【００４１】
〔第２実施例〕
つぎに本発明の加工制御方法を適用したＮＣ加工システムを、図９に示す第２実施例に基づいて説明する。
本実施例では、本発明の加工制御方法によりＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行うＮＣ加工機の加工を制御する。
【００４２】
〔実施例の構成〕
本実施例のＮＣ加工システム４は、図９に示すようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を行いワークの形状を測定するＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４と、Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４におけるワークの加工を制御する制御部４０とからなる。
Ｘ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４は、Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工を行う第２ＮＣ加工機１５と、第２ＮＣ加工機１５で加工されたワークの形状を測定する第２形状測定機１６とからなる。
第２形状測定機１６は、倣い計測とポイント・トウ・ポイント計測との何れによるものでも可能である。
【００４３】
制御部４０は、第２ＮＣ加工機１５の加工動作を制御するための曲線データを生成する前処理部２０と、前処理部２０からの曲線データに基づき加工動作を制御する動作指示部４１とを有する。そして動作指示部４１に接続し動作指示部４１に第２ＮＣ加工機１５およびワークの材料の特性データを送る特性データベース部と、前記前処理部２０、前記動作指示部４１とが制御部４０を構成する。
前処理部２０は、指定された目標曲線から設計値点群を生成する点群生成部１８と、点群生成部１８で生成された設計値点群を補間し、各設計値点における法線を算出する法線算出部１９とからなる。
【００４４】
動作指示部４１は、前処理部２０からのデータによりＮＣプログラム（Ｎ点）を生成するＮＣプログラム生成部４２と、前処理部２０からのデータによりＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４からのデータに処理を施し法線方向加工誤差を算出する計測データ評価部４３とを有する。そして、計測データ評価部４３からのデータによりＮＣプログラム生成部４２からのプログラムに補正を施す法線方向補正部４４と、前記ＮＣプログラム生成部４２、前記計測データ評価部４３とが動作指示部４１を構成する。ＮＣプログラム生成部４２には生成したＮＣプログラムを出力するデータ出力部２５が付設する。
【００４５】
特性データベース部４５は、法線方向補正部４４に送る情報を納めた刃具特性データベース４６、機械特性データベース４７、材料特性データベース４８などを有する。
【００４６】
〔実施例の作動〕
前処理部２０は、点群生成部１８において入力された曲線データからＮ点の設計値点群（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）を生成し法線算出部１９に送る。
法線算出部１９は各設計値点群における法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）を算出する。
法線算出部１９で作成された各設計値点での設計値（ｘ１ ，ｙ１ ）、…（ｘＮ ，ｙＮ ）と法線ベクトル（ｈｘ１ ，ｈｙ１ ）、…（ｈｘＮ ，ｈｙＮ ）は、ＮＣプログラム生成部４２、第２形状測定機１６および計測データ評価部４３に送られる。
【００４７】
ＮＣプログラム生成部４２は、図１３に示すように、前処理部２０からのデータにより目標曲線を一度に加工するためのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム（Ｎ点）を次式により生成する。
Θｉ ＝ｔａｎ−１（ｈｙｉ ／ｈｘｉ ）
Ｘｉ ＝ｘｉ ・ｃｏｓΘｉ −ｙｉ ・ｓｉｎΘｉ
Ｙｉ ＝ｘｉ ・ｓｉｎΘｉ ＋ｙｉ ・ｃｏｓΘｉ
Ｃｉ ＝９０°−Θｉ
ここで添字ｉは１からＮの値をとる。
【００４８】
法線方向補正部４４は、計測データ評価部４３からの各制御点の法線方向加工誤差値ｅ１ 、…ｅＮ と、特性データベース部４５からの誤差フィードバック定数ｐ１ 、…ｐＮ とを用いて制御点における法線と切削面とが切削点で直交するようにＮＣプログラム生成部４２で得られたＸｉ を次のように補正する。
Ｘｉ （ｎｅｗ）＝Ｘｉ （ｏｌｄ）＋ｅｉ ・ｐ１
これにより各制御点は法線方向に法線方向加工誤差が減少し収束するように補正される。
法線方向補正部４４で補正されたプログラムはデータ出力部２５を経てＸ−Ｙ−Ｃ加工測定部１４の第２ＮＣ加工機１５に送られ、実際のワークの加工に供される。
【００４９】
加工されたワークは、３次元測定機などの第２形状測定機１６に送られる。
第２形状測定機１６では前処理部２０からのデータより、法線方向計測誤差量ｋｅｉ が得られる。
計測された法線方向計測誤差量ｋｅｉ は計測データ評価部４３に送られる。
計測データ評価部４３は、各制御点について法線方向計測誤差量ｋｅｉ と前処理部２０からのデータとに基づき法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ を算出する。
法線方向加工誤差ｅ１ 、…ｅＮ は、法線方向補正部４４へ送られる。
このように設計値・Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラム・法線方向加工誤差値が全て各制御点の法線方向に対し一対一に対応する。
【００５０】
そして、１個目のワークを加工し計測、評価した結果を用いて制御点における法線と切削面とが切削点で直交するようにＸ−Ｙ−Ｃ軸加工用ＮＣプログラムを修正することで、２個目以降のワークの加工精度を向上する。即ち、法線方向補正部４４→第２ＮＣ加工機１５→第２形状計測機→計測データ評価部４３→法線方向補正部４４というループを数回繰り返すことにより、計測データ評価部４３から出力される各制御点の法線方向加工誤差が最終的に０へと収束していく。
指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、第１実施例と同様、法線方向の形状オフセット量ｑｉ をパラメータとして管理することで真の加工誤差だけを正しくフィードバックすることができる。
【００５１】
〔実施例の効果〕
自由曲線や特殊インボリュート曲線等の目標曲線に沿ったワークのＸ−Ｙ−Ｃ軸加工を精度良く行うことができる。指定された目標曲線が滑らかな曲線からオフセットした形状を有する場合も、オフセットした形状を精度良く加工することができる。
Ｘ−Ｃ軸加工で目標曲線を一度に加工することができるため加工時間が短い。
【００５２】
〔変形例〕
法線方向の補正量に対し、ＮＣプログラムはＸ軸のみが補正されるので、法線方向補正部４４とＮＣプログラム生成部４２は入れ替えてもシステムとして成立する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例にかかるＮＣ加工システムの構成図である。
【図２】加工測定部の斜視図である。
【図３】法線方向補正法の一例を示す図である。
【図４】法線方向補正結果の一例を示す図である。
【図５】Ｘ−Ｃ軸加工における座標関係を示す図である。
【図６】Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工における座標関係を示す図である。
【図７】Ｘ−Ｙ−Ｃ軸加工におけるＮＣプログラムの生成法にかかる図である。
【図８】形状オフセットの加工にかかる図である。
【図９】第２実施例にかかるＮＣ加工システムの構成図である。
【図１０】従来のＮＣ加工にかかる図である。
【符号の説明】
３ 制御点
１３ 第１形状測定機（加工形状計測過程）
１６ 第２形状測定機（加工形状計測過程）
２２、４４ 法線方向補正部（補正指示過程）
２３、４２ ＮＣプログラム生成部（動作指示過程）
２４、４３ 計測データ評価部（加工形状計測過程）
Ｍ 刃具（加工手段）
Ｘ Ｘ軸座標の制御量（動作位置）
Ｙ Ｙ軸座標の制御量（動作位置）
Ｃ Ｃ軸座標の制御量（動作位置）
ｅ 法線方向加工誤差
（ｘ、ｙ） 設計値点
（ｈｘ、ｈｙ） 法線ベクトル
Claims (1)
- 指定された目標曲線上に設定された複数の設計値点を用いて前記目標曲線に沿って対象物を加工する加工制御方法において、
前記対象物に加工を施す加工手段に前記目標曲線に沿った加工を行わせるための複数の前記設計値点のそれぞれにおける一連の動作位置を伝達する動作指示過程と、
前記対象物の加工によって生じた加工曲線の形状を測定し、複数の前記設計値点のそれぞれについて複数の設計値点のそれぞれにおける前記目標曲線の法線上にあり前記加工曲線上にある制御点との法線方向誤差を計測する加工形状計測過程と、
複数の前記設計値点のそれぞれで得られた複数の前記法線方向誤差に基づいて、以降の動作指示過程に複数の前記設計値点のそれぞれにおける前記動作位置の補正を指示する補正指示過程とを有する加工制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32909294A JP3575093B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 加工制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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