JP4392533B2 - Numerically controlled curved surface processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、数値制御曲面加工装置に係り、特に、加工面粗さおよび加工面精度を良くするとともに、高速加工を可能にする数値制御曲面加工装置に関する。 The present invention relates to a numerically controlled curved surface machining apparatus, and more particularly to a numerically controlled curved surface machining apparatus that improves machining surface roughness and machining surface accuracy and enables high-speed machining.
従来の数値制御NC曲面加工は、折れ線近似で加工されており、加工面粗さが悪く、多くの手仕上げ工数を要する。また、図10(b)に示すように、位置決め時の加速/減速により、平均送り速度が低下し、加工時間が長く、しかも、加工面精度を上げるには、細かいピッチでの膨大なNCデータが必要であった。 Conventional numerically controlled NC curved surface machining is performed with polygonal line approximation, and the machining surface roughness is poor, requiring a large number of manual finishing steps. Further, as shown in FIG. 10 (b), the acceleration / deceleration at the time of positioning decreases the average feed speed, the processing time is long, and a large amount of NC data at a fine pitch is required to increase the processing surface accuracy. Was necessary.
その後、加工面精度の改善およびNCデータ量の削減を目的として、NC工作機械による種々の曲面加工方法が提案された。しかし、これらの従来の方法でも、折れ線近似による加工面粗さの低下と位置決め時の加速/減速による平均送り速度の低下という問題は、依然として残っていた。 Thereafter, various curved surface machining methods using NC machine tools were proposed for the purpose of improving machining surface accuracy and reducing the amount of NC data. However, even in these conventional methods, the problems of the decrease in the machined surface roughness due to the broken line approximation and the decrease in the average feed rate due to acceleration / deceleration during positioning still remain.
本出願人は、上位CAMシステムからCLデータを読み込み、工具移動軌跡のNURBS曲線NCデータを作成する方法を提案している(例えば、特許文献1参照)。他の出願において、上記NURBS曲線NCデータを作成する際に送り速度の変化量を曲線化して扱う方法を提案している。別の出願において、2つの工具経路から、高精度,高効率で素材を切削加工する方法を提案している。 The present applicant has proposed a method of reading CL data from a host CAM system and creating NURBS curve NC data of a tool movement locus (see, for example, Patent Document 1). In another application, a method has been proposed in which the amount of change in the feed rate is treated as a curve when the NURBS curve NC data is created. In another application, a method of cutting a material with high accuracy and high efficiency from two tool paths is proposed.
前記NURBS補間指令のフォーマットおよびそこに与えるべき制御点ベクトル,ウエイト,ノット値を導出し、数値制御曲面加工装置を制御する方法と、NURBS補間指令に与える送り速度の最適値を導出し、NCデータに変換する方法とにおいては、工具先端の挙動の折れを考慮し、2つのNURBS曲線を補間している。 A method of deriving the format of the NURBS interpolation command and the control point vector, weight, knot value to be given thereto, and controlling the numerically controlled curved surface processing apparatus, and deriving the optimum value of the feed speed given to the NURBS interpolation command, and NC data In the method of converting to, two NURBS curves are interpolated in consideration of a break in the behavior of the tool tip.
しかし、この工具先端の折れが、NCデータの直行座標軸における動作に起因するか回転座標軸における動作に起因するかの分析は無く、2つのNURBS曲線をより滑らかに変化させる手段はなかった。 However, there is no analysis of whether the breakage of the tool tip is caused by an operation on the orthogonal coordinate axis of NC data or an operation on the rotary coordinate axis, and there is no means for smoothly changing the two NURBS curves.
従来方式で作成された角度をそのまま加工機の制御装置に送付し、加工機で加工すると、各軸が急に高速回転したり、工具が想定しない位置に移動したりする現象が生じ、工具破損,加工機破損,削り込み,削り残しを生じる。 If the angle created by the conventional method is sent directly to the control device of the processing machine and processed by the processing machine, each axis suddenly rotates at a high speed or the tool moves to an unexpected position, resulting in tool breakage. , Processing machine breakage, cutting, and uncut material.
本発明の目的は、上位CAMシステムで生成されたCLデータの工具移動軌跡に基づきNURBS補間によりNCデータを作成する際に、回転軸の急激な角度変化を無くして角度変化を滑らかにする手段を備えた数値制御曲面加工装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a means for smoothing an angle change by eliminating a sudden angle change of a rotation axis when creating NC data by NURBS interpolation based on a tool movement locus of CL data generated by a host CAM system. A numerically controlled curved surface processing apparatus is provided.
本発明は、上記目的を達成するために、互いに直交する直線3軸と工具主軸方向を制御する2つの回転軸とを有し数値制御NURBS補間機能を持つNC装置により数値制御される同時多軸制御NC加工機を含む数値制御曲面加工装置において、上位計算機で曲面形状が定義されたワーク座標系で加工経路方向に計算された工具先端位置ベクトルデータと工具主軸方向ベクトルとからなるCLデータを、前記同時多軸制御NC加工機の第1回転軸、第2回転軸、工具軸及びマスタ軸からなる加工機構成に基づき前記NC加工機を動作させる標準座標系成分に変換する成分変換行列・角度加算値作成手段を備えなる。また、前記成分変換行列・角度加算値作成手段は、前記工具主軸方向ベクトルをワーク座標系から標準座標系に変換する成分変換手段と、変換された前記標準座標系の前記工具主軸方向ベクトルに基づいて、前記標準座標系で前記工具主軸方向ベクトルの第2回転軸回りの回転角度である第2角度を作成する第2角度作成手段と、該第2角度作成手段により前記加工経路方向の複数の制御点について作成された第2角度の分布から連続した角度分布を作成する第2角度補正手段と、前記第2角度補正手段により作成された第2回転軸回りに第2角度だけ回転した前記工具主軸方向ベクトルに基づいて、前記工具主軸方向ベクトルの第1回転軸回りの回転角度である第1角度を作成する第1角度作成手段と、該第1角度作成手段により前記加工経路方向の複数の制御点について作成された第1角度の分布から連続した角度分布を作成する第1角度補正手段と、前記第2角度補正手段により作成された前記第2角度と前記第1角度補正手段により作成された前記第1角度を用い、ワーク座標系での工具先端位置ベクトルを機械座標系に変換する行列を求める機械座標変換行列作成手段と、求められた機械座標変換行列を用いて工具先端位置ベクトルを機械座標系に変換する機械座標変換手段と、変換された機械座標系のデータをNCデータに変換する手段とを有してなる。さらに、前記第2角度補正手段は、第2角度作成手段により作成された第2角度を求めるために用いた前記工具主軸方向ベクトルの第2回転軸方向と前記工具軸方向の成分が両方とも0となる状態を検出して識別子を設定するものとし、全ての隣接制御点間の第2角度の差分値を求め、当該制御点が前記識別子により第2角度が求まらない場合には、当該制御点の隣接制御点の差分値を利用して別の差分値を作成し、作成した別の差分値の大きさがπ以上のときに、当該差分値,当該差分値+π,当該差分値−π,当該差分値+2π,当該差分値−2πの内から大きさ最小の値を検出して新しい差分値とし、隣接制御点の第2角度に差分値を加算して当該制御点の第2角度を求め、前記第1角度補正手段は、全ての隣接制御点間の第1角度の差分値を求め、該差分値の大きさがπ以上のときに、当該差分値,当該差分値+2π,当該差分値−2πの内から大きさ最小の値を検出して新しい差分値とし、当該制御点の隣接制御点の第1角度に差分値を加算して当該制御点の第1角度を求めることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a simultaneous multi-axis that is numerically controlled by an NC apparatus having a numerically controlled NURBS interpolation function and having three linear axes orthogonal to each other and two rotary axes that control the tool spindle direction. in numerically controlled curved surface machining unit including the control NC machine, the CL data consisting of the tool tip position vector data and tool spindle direction vector curved shape is calculated machining path direction in a defined work coordinate system in the host computer, Component conversion matrix and angle for converting into a standard coordinate system component for operating the NC processing machine based on the processing machine configuration including the first rotation axis, the second rotation axis, the tool axis and the master axis of the simultaneous multi-axis control NC processing machine Addition value creating means is provided. Further, the component conversion matrix / angle addition value creating means is based on component conversion means for converting the tool spindle direction vector from a workpiece coordinate system to a standard coordinate system, and the tool spindle direction vector of the converted standard coordinate system. A second angle creating means for creating a second angle that is a rotation angle around the second rotation axis of the tool spindle direction vector in the standard coordinate system, and a plurality of the machining path directions by the second angle creating means. Second angle correction means for creating a continuous angle distribution from the distribution of second angles created for control points, and the tool rotated by a second angle around a second rotation axis created by the second angle correction means Based on the spindle direction vector, a first angle creating means for creating a first angle that is a rotation angle around the first rotation axis of the tool spindle direction vector, and the machining by the first angle creating means First angle correction means for creating a continuous angle distribution from the distribution of the first angle created for a plurality of control points in the road direction, and the second angle and the first angle created by the second angle correction means Using the first angle created by the correcting means, the machine coordinate transformation matrix creating means for obtaining a matrix for converting the tool tip position vector in the workpiece coordinate system into the machine coordinate system, and using the obtained machine coordinate transformation matrix It has a machine coordinate conversion means for converting the tool tip position vector into the machine coordinate system, and a means for converting the converted machine coordinate system data into NC data. Further, the second angle correction means has both components of the second rotation axis direction and the tool axis direction of the tool spindle direction vector used for obtaining the second angle created by the second angle creation means are zero. When an identifier is set by detecting the state to be obtained, the difference value of the second angle between all adjacent control points is obtained, and when the second angle cannot be obtained by the identifier, the relevant point When another difference value is created using the difference value of the control point adjacent to the control point, and the magnitude of the created other difference value is π or more, the difference value, the difference value + π, the difference value− The smallest value is detected from among π, the difference value + 2π, and the difference value −2π to obtain a new difference value, and the difference value is added to the second angle of the adjacent control point to obtain the second angle of the control point. The first angle correction means calculates the first angle difference between all adjacent control points. A value is obtained, and when the magnitude of the difference value is greater than or equal to π, the smallest difference value is detected from the difference value, the difference value + 2π, and the difference value −2π to obtain a new difference value, and the control A difference value is added to the first angle of the adjacent control point of the point to obtain the first angle of the control point.
本発明は、また、上位計算機で曲面形状が定義されたワーク座標系で加工方向に計算された工具先端位置ベクトルデータと工具主軸方向ベクトルおよびワーク座標系における送り速度とをCLデータとして読み込み、CLデータから同時多軸制御NC加工機の機械構成に基づきNC加工機を動作させるために機械座標系で直線3軸の位置ベクトルと回転角度と送り速度とに変換し、機械座標系における位置ベクトルと回転角度とがNURBS曲線により補間された複数のNCデータの接続点で回転角度が連続的に変化するようにNURBS曲線を修正しまたは追加し曲率が連続する少なくとも1本のNURBS曲線を作成し、機械座標系で計算された直線3軸の位置ベクトルと回転角度とに基づきNURBS曲線の最適な間隔のノットベクトルを計算し、ノットベクトルを用いて機械座標系の直線3軸および回転軸のNURBS曲線を各々計算し、NURBS曲線をNURBS補間用NCデータに変換し、ワーク座標系の加工速度を機械座標系の加工速度に変換し、機械座標系のデータをNCデータに変換する数値制御曲面加工装置を提案する。 The present invention also reads the tool tip position vector data calculated in the machining direction in the workpiece coordinate system whose curved surface shape is defined by the host computer, the tool spindle direction vector, and the feed speed in the workpiece coordinate system as CL data. In order to operate the NC machine based on the machine configuration of the simultaneous multi-axis control NC machine, the machine coordinate system converts the linear 3-axis position vector, rotation angle, and feed speed into the machine coordinate system. Modify or add the NURBS curve so that the rotation angle continuously changes at the connection points of a plurality of NC data interpolated by the NURBS curve with the rotation angle, and create at least one NURBS curve with continuous curvature, The knot vector of the optimal spacing of the NURBS curve based on the position vector of the three straight axes calculated in the machine coordinate system and the rotation angle The NURBS curve of the three axes of the machine coordinate system and the rotation axis is calculated using the knot vector, the NURBS curve is converted into NC data for NURBS interpolation, and the machining speed of the workpiece coordinate system is converted into the machine coordinate system. We propose a numerically controlled curved surface processing device that converts the data of the machine coordinate system into NC data by converting it into the processing speed.
本発明によれば、自由曲線を描く工具移動軌跡において最適な実加工速度および工具先端における急激な挙動の変化だけでなく、機械座標系における直行座標および回転座標上での急激な挙動変化を緩和できるので、切削工具寿命を延長させ、サーボ機構の急激な負荷の変化を回避し、数値制御曲面加工装置への負担を軽減し、加工面荒さを改善し、加工面精度が良い曲面加工が可能になる。その結果、後工程における手仕上げ作業の加工工数を大幅に削減できる。 According to the present invention, not only the optimum actual machining speed and abrupt behavior change at the tool tip in the tool movement trajectory that draws a free curve, but also abrupt behavior change on the orthogonal coordinates and rotating coordinates in the machine coordinate system is mitigated. As a result, it is possible to extend the cutting tool life, avoid a sudden load change of the servo mechanism, reduce the burden on the numerically controlled curved surface processing device, improve the surface roughness, and perform curved surface processing with good surface accuracy. become. As a result, it is possible to greatly reduce the man-hours for manual finishing work in the post-process.
次に、図1〜図17を参照して、本発明による数値制御曲面加工装置の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of a numerically controlled curved surface processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図10は、直線補間加工方法とNURBS補間加工方法とを比較して示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a comparison between the linear interpolation processing method and the NURBS interpolation processing method.
数値制御NC曲面加工おいては、図10(a)に示すように、折れ線近似で加工されており、加工面粗さが悪く、多くの手仕上げ工数を要する。また、図10(b)に示すように、位置決め時の加速/減速により、平均送り速度が低下し、加工時間が長く、しかも、加工面精度を上げるには、細かいピッチでの膨大なNCデータが必要であった。 In numerically controlled NC curved surface machining, as shown in FIG. 10 (a), machining is performed with polygonal line approximation, the machining surface roughness is poor, and a large number of manual finishing steps are required. Further, as shown in FIG. 10 (b), the acceleration / deceleration at the time of positioning decreases the average feed speed, the processing time is long, and a large amount of NC data at a fine pitch is required to increase the processing surface accuracy. Was necessary.
その後、加工面精度の改善およびNCデータ量の削減を目的として、NC工作機械による種々の曲面加工方法が提案された。しかし、これらの従来の方法でも、折れ線近似による加工面粗さの低下と位置決め時の加速/減速による平均送り速度の低下という問題は、依然として残っていた。 Thereafter, various curved surface machining methods using NC machine tools were proposed for the purpose of improving machining surface accuracy and reducing the amount of NC data. However, even in these conventional methods, the problems of the decrease in the machined surface roughness due to the broken line approximation and the decrease in the average feed rate due to acceleration / deceleration during positioning still remain.
図11は、NURBS曲線と制御点との関係を示す図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a NURBS curve and control points.
これらの問題を解決するために、図11に示すNURBS曲線、すなわち、不等間隔有理化Bスプライン曲線による補間方法が提案された。NURBS曲線は、Bスプライン曲線の一種であり、曲線を構成する節点の間隔が不均一な有理式を用いて表現される曲線である。他の曲線が、曲線の定義に多項式を用いているのに対して、NURBS曲線は、有理式を用いていることが特徴である。 In order to solve these problems, an interpolation method using a NURBS curve shown in FIG. 11, that is, an irregularly spaced rationalized B-spline curve has been proposed. The NURBS curve is a type of B-spline curve, and is a curve expressed using a rational expression in which the intervals between nodes constituting the curve are not uniform. Other curves use polynomials to define curves, whereas NURBS curves are characterized by using rational expressions.
これらの有理式を制御すると、曲線を局所的に容易に変形できる。また、他の曲線では正確に表現できなかった円柱,円錐,球,双曲線,楕円,放物線を統一的に取り扱うことが可能になる。 By controlling these rational expressions, the curve can be easily deformed locally. In addition, it is possible to uniformly handle cylinders, cones, spheres, hyperbolas, ellipses, and parabolas that cannot be accurately expressed with other curves.
図11において、NURBS曲線は、曲線を制御点Pi,ウエイトwi,ノットベクトルxiにより定義する。ここで、kは階数、Piは制御点、wiはウエイト、xiはノット(xi≦xi+1)、[x0,x1,…,xm](m=n+k)はノットベクトル、tはスプラインパラメータとする。 In FIG. 11, the NURBS curve is defined by a control point Pi, a weight wi, and a knot vector xi. Here, k is a rank, Pi is a control point, wi is a weight, xi is a knot (xi ≦ xi + 1), [x0, x1,..., Xm] (m = n + k) is a knot vector, and t is a spline parameter. To do.
スプライン基底関数N(t)をde Boor-Coxの再帰式で表現すると、数式(1),(2)のようになる。補間するNURBS曲線P(t)は、数式(3)のようになる。 When the spline basis function N (t) is expressed by a de Boor-Cox recursive formula, the formulas (1) and (2) are obtained. The NURBS curve P (t) to be interpolated is as shown in Equation (3).
G05P10000;(高精度輪郭制御モードON)
…
G06.2
[P_]K_X_Y_Z_α_β_[R_][F_];
K_X_Y_Z_α_β_[R_];
K_X_Y_Z_α_β_[R_];
K_X_Y_Z_α_β_[R_];
…
K_X_Y_Z_α_β_[R_];
K_;
…
K_;
G01…
…
G05P0;(高精度輪郭制御モードOFF)
で出力される。それぞれのコードは、
G06.2:NURBS補間モードON
P:NURBS曲線の階数
K_X_Y_Z_α_β_:制御点
(α,β:回転軸指令)
R:ウエイト
K:ノット
F:速度
という意味を持つ。
...
G06.2
[P_] K_X_Y_Z_α_β_ [R _] [F_];
K_X_Y_Z_α_β_ [R_];
K_X_Y_Z_α_β_ [R_];
K_X_Y_Z_α_β_ [R_];
...
K_X_Y_Z_α_β_ [R_];
K_;
...
K_;
G01 ...
...
G05P0; (High-precision contour control mode OFF)
Is output. Each code is
G06.2: NURBS interpolation mode ON
P: NURBS curve rank K_X_Y_Z_α_β_: control point
(α, β: rotation axis command)
R: Weight K: Knot F: Means speed.
NURBS補間加工においては、図10(c)に示すように、曲線を滑らかに加工できるため、手仕上げ工数が少ない。また、図10(d)に示すように、位置決め時の加速/減速が滑らかになって、平均送り速度が上がるので、加工時間を短くでき、高速加工が可能である。さらに、NURBS補間の制御点を効率良く設定できるから、NCデータが少なくなる利点があるとされている。 In the NURBS interpolation process, as shown in FIG. 10C, the curve can be processed smoothly, so that the number of manual finishing steps is small. Further, as shown in FIG. 10 (d), acceleration / deceleration at the time of positioning becomes smooth and the average feed speed increases, so that the machining time can be shortened and high-speed machining is possible. Furthermore, since the control point of NURBS interpolation can be set efficiently, it is said that there is an advantage that NC data is reduced.
本出願人は、上位CAMシステムからCLデータを読み込み、工具移動軌跡のNURBS曲線NCデータを作成する方法を提案している(例えば、特許文献1参照)。他の出願において、上記NURBS曲線NCデータを作成する際に送り速度の変化量を曲線化して扱う方法を提案している。別の出願において、2つの工具経路から、高精度,高効率で素材を切削加工する方法を提案している。 The present applicant has proposed a method of reading CL data from a host CAM system and creating NURBS curve NC data of a tool movement locus (see, for example, Patent Document 1). In another application, a method has been proposed in which the amount of change in the feed rate is treated as a curve when the NURBS curve NC data is created. In another application, a method of cutting a material with high accuracy and high efficiency from two tool paths is proposed.
従来の同時多軸制御NC加工機に対応したNCポストプロセッサ装置は、CAMシステムにより定義されたワーク座標系において加工経路方向に計算された工具先端位置ベクトルと工具主軸方向ベクトルからなるCLデータと、同時多軸制御NC加工機の加工機構成とを読み取り、NC加工機を動作させるために機械座標系での直線3軸座標と回転角度とに変換する。 The NC post processor device corresponding to the conventional simultaneous multi-axis control NC machine has CL data consisting of a tool tip position vector and a tool spindle direction vector calculated in the machining path direction in the workpiece coordinate system defined by the CAM system, The processing machine configuration of the simultaneous multi-axis control NC machine is read and converted into linear three-axis coordinates and a rotation angle in the machine coordinate system in order to operate the NC machine.
この変換は、一般に、
ステップ1:工具長,工具先端位置ベクトル,工具主軸方向ベクトルからなるCLデータと、加工機の第1回転軸,第2回転軸,工具軸,マスタ軸からなる加工機構成とを読み取る
ステップ2:加工機構成に応じて、工具主軸方向ベクトルを回転角度に変換する
ステップ3:工具長,工具主軸方向ベクトルに応じて、工具先端位置ベクトルを加工機の直線3軸方向に変換する
という3つのステップで実行される。
This conversion is generally
Step 1: Read CL data consisting of a tool length, a tool tip position vector, and a tool spindle direction vector, and a processing machine configuration consisting of a first rotation axis, a second rotation axis, a tool axis, and a master axis of the processing machine. Convert tool spindle direction vector to rotation angle according to the machine configuration Step 3: Convert the tool tip position vector into the three linear axes of the machine according to the tool length and tool spindle direction vector Is executed.
ステップ2の回転角度変換に関しては、同時多軸制御NC加工機の一種である5軸制御NC加工機の代表的な機械構成5パターン
(1)基本3軸=X,Y,Z軸
回転軸2軸=A,C軸
工具軸=Z軸
(2)基本3軸=X,Y,Z軸
回転軸2軸=B,C軸
工具軸=Z軸
(3)基本3軸=X,Y,Z軸
回転軸2軸=A,B軸
工具軸=X軸
(4)基本3軸=X,Y,Z軸
回転軸2軸=A,B軸
(B軸をマスタ軸とする)
工具軸=Z軸
(5)基本3軸=X,Y,Z軸
回転軸2軸=A,B軸
(A軸をマスタ軸とする)
工具軸=Z軸
と、方向ベクトルから角度への角度変換方式とが開示されている(例えば、特開平7−334223号(第3頁〜第5頁、図3〜図11)参照)。パターン(1)から(5)において、工具主軸方向ベクトルを(I,J,K)で表すと、次のようになる。
Regarding rotation angle conversion in
(1)
(2) Basic 3 axis = X, Y, Z
(3) Basic 3 axis = X, Y, Z
(4) 3 basic axes = X, Y, Z axes 2 rotary axes = A, B axes
(B axis is the master axis)
Tool axis = Z axis
(5) 3 basic axes = X, Y, Z axes 2 rotary axes = A, B axes
(A axis is the master axis)
A tool axis = Z axis and an angle conversion method from a direction vector to an angle are disclosed (for example, see JP-A-7-334223 (
しかし、この工具先端の折れが、NCデータの直行座標軸における動作に起因するか回転座標軸における動作に起因するかの分析は無く、2つのNURBS曲線をより滑らかに変化させる手段はなかった。 However, there is no analysis of whether the breakage of the tool tip is caused by an operation on the orthogonal coordinate axis of NC data or an operation on the rotary coordinate axis, and there is no means for smoothly changing the two NURBS curves.
図12は、2つのNURBS曲線の連結部の関係を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the connecting parts of two NURBS curves.
一般に、曲線間の連続性は、図12に示すように、NURBS曲線の連結部分での制御点情報より計算され評価される。連続性を評価しようとする2つのNURBS曲線は、曲線(CV1)41,曲線(CV2)42である。 In general, the continuity between curves is calculated and evaluated from control point information at a connected portion of a NURBS curve, as shown in FIG. Two NURBS curves to be evaluated for continuity are a curve (CV1) 41 and a curve (CV2) 42.
このNURBS曲線CV1の制御点情報は、CP1(1)〜CP1(n)43からなり、CV2の制御点情報は、CP2(1)〜CP2(m)44からなる。NURBS曲線CV1とCV2との連続性については、NURBS曲線CV1の最終制御点CP1(n)とNURBS曲線の最初の制御点CP2(1)とが同一座標であれば、曲線間に途切れが無いと判断される。 The control point information of this NURBS curve CV1 consists of CP1 (1) to CP1 (n) 43, and the control point information of CV2 consists of CP2 (1) to CP2 (m) 44. As for the continuity between the NURBS curves CV1 and CV2, if the final control point CP1 (n) of the NURBS curve CV1 and the first control point CP2 (1) of the NURBS curve have the same coordinates, there is no break between the curves. To be judged.
この条件を満たす場合、CP1(n−1)とCP2(2)とにより作成される直線上にCP1(n)とCP2(1)とが乗っていれば、接線の連続性を満たすと判断できる。 When this condition is satisfied, if CP1 (n) and CP2 (1) are on the straight line created by CP1 (n-1) and CP2 (2), it can be determined that the continuity of the tangent is satisfied. .
CP1(n−2)とCP1(n−1)とによって定義される直線上の点(EXP1)45と、CP2(2)とCP2(3)とによって定義される直線上の点(EXP2)46とが、数式10の関係を満たし点(EXP1)45と点(EXP2)46とが同一点であれば、曲率の連続性を保持している。
A point (EXP1) 45 on a straight line defined by CP1 (n-2) and CP1 (n-1), and a point (EXP2) 46 on a straight line defined by CP2 (2) and CP2 (3) If the point (EXP1) 45 and the point (EXP2) 46 satisfy the relationship of
軌跡51は、上記直行座標系と送り速度の連続性だけを考慮して導出したNURBS指令による実加工軌跡である。切れ目52は、NURBS曲線のセグメントの切れ目である。挙動53は、実加工軌跡51上の工具の挙動である。分布54は、実工具軌跡51に対応する送り速度の分布である。分布55は、実工具軌跡51に対応するA軸動作の分布である。分布56は、実工具軌跡51に対応するB軸動作の分布である。
The trajectory 51 is an actual machining trajectory derived from the NURBS command derived in consideration of only the continuity of the orthogonal coordinate system and the feed rate. The break 52 is a break of a NURBS curve segment. The behavior 53 is the behavior of the tool on the actual machining locus 51. The distribution 54 is a feed rate distribution corresponding to the actual tool path 51. A
この例では、切れ目52で、工具が被切削材に対して急激な回転軸の反転動作を伴って制御されることになる。 In this example, the tool is controlled with the reversing operation of the rotating shaft with respect to the workpiece at the cut 52.
図14は、回転角度が急激に変化する位置での削り込みを示す図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating cutting at a position where the rotation angle changes rapidly.
NURBS補間指令によるNCデータにおいて、回転軸が急激に反転する場合は、サーボ機構の急激な負荷の変化により、指定角度での停止精度が悪くなる。図14に示すように、機械座標系61においては、直線的な工具軌跡であっても、回転軸の動きに図13の分布55や56のように急激な回転軸の反転動作がある場合、工具先端は軌跡62のように動くことになってしまう。
In the NC data according to the NURBS interpolation command, when the rotation axis is suddenly reversed, the stop accuracy at the specified angle is deteriorated due to a sudden load change of the servo mechanism. As shown in FIG. 14, in the machine coordinate system 61, even if the tool path is linear, when the rotation axis has a sudden reversal operation such as the
この結果、回転軸の反転位置で目的とする工具姿勢63における工具先端点64は、実際には、サーボ機構の急激な負荷の変化により、工具姿勢65とその工具先端点66となり、被切削材への削り込み,加工表面粗さの悪化,切削工具寿命の短縮,数値制御曲面加工装置への過剰な負担への原因となる。 As a result, the tool tip point 64 in the target tool posture 63 at the reversal position of the rotating shaft actually becomes a tool posture 65 and its tool tip point 66 due to a sudden change in the load of the servo mechanism, and the workpiece is cut. This leads to excessive machining on the numerically controlled curved surface processing equipment, cutting into the surface, worsening of the machined surface roughness, shortening of the cutting tool life.
また、数式4から数式8のいずれかを用いる角度変換方式を計算機に実装する場合、計算機用言語C++等が用意している組込み関数の制限と、数式4から数式8の分子または分母の成分2乗和の平方根が正になることとにより、不連続の角度が作成されることがある。
When an angle conversion method using any one of
例えば、計算機用言語としてC++などを使用し、逆正接を求めるためにatan2関数を用いる場合は、次のような制限
(A)0/0の逆正接は0
(B)答えの範囲は−πラジアンからπラジアン
(C)分子と分母の正負符号により象限を決定
がある。
For example, when C ++ is used as the computer language and the atan2 function is used to obtain the arc tangent, the following restrictions apply:
(A) 0/0 arctangent is 0
(B) The answer ranges from -π radians to π radians
(C) The quadrant is determined by the sign of the numerator and denominator.
図15は、計算機実装上の0/0による不具合を示す図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating a problem caused by 0/0 on the computer implementation.
(A)の制限により、例えば図15aに示す球のZ座標最大の位置1501を通過し、球の法線ベクトルを工具主軸方向ベクトルとする工具経路が入力されると、図15bに示す位置1502で角度を求めるためのベクトル成分が両方とも0となり、角度が0と算出され、図15cに示す尖った点1503が作成されてしまい、不良角度分布1504となる。本来は、良好角度分布1505が望ましい結果である。
Due to the limitation of (A), for example, when a tool path that passes the Z-coordinate
図16は、計算機実装上の解の変域制限−πラジアンからπラジアンによる不具合を示す図である。 FIG. 16 is a diagram illustrating a problem caused by the domain limitation of the solution on the computer implementation from −π radians to π radians.
(B)の制限により、例えば図16aに示す球の法線ベクトルを工具主軸方向ベクトルとして螺旋状に球を切削する工具経路1601が入力されると、図16bに示すように、工具主軸方向ベクトル1602が連続に変化しているのに拘わらず、図16cに示す−πからπの間で鋸歯状に変化する不良角度分布1604が作成されてしまい、不良角度分布1604となる。本来は、良好角度分布1605が望ましい結果である。
When the
図17は、ベクトル成分反転による不具合を示す図である。 FIG. 17 is a diagram illustrating a problem caused by vector component inversion.
(C)の制限により、例えば図17aに示す球の法線ベクトルを工具主軸方向ベクトルとして球のZ座標最大の位置を通過するように球を切削する工具経路1701が入力されると、図17bに示すように、球のZ最大位置を挟む工具主軸方向ベクトル1702と1703とが反転し、図17cに示すように途中でπだけ変化する不良角度分布1704が作成されてしまう。
When the
さらに、数式4から数式8の分母または分子のように、2成分の2乗和の平方根を作成すると、正の数にしかならないので、(C)の象限判別後に不良角度分布1705のように角度が減少してしまい、結果として、不良角度分布1704および1705となる。本来は、良好角度分布1706が望ましい結果である。
Furthermore, since the square root of the sum of the squares of the two components is created as in the denominator or numerator of
従来方式で作成された角度をそのまま加工機の制御装置に送付し、加工機で加工すると、各軸が急に高速回転したり、工具が想定しない位置に移動したりする現象が生じ、工具破損,加工機破損,削り込み,削り残しを生じる。 If the angle created by the conventional method is sent directly to the control device of the processing machine and processed by the processing machine, each axis suddenly rotates at a high speed or the tool moves to an unexpected position, resulting in tool breakage. , Processing machine breakage, cutting, and uncut material.
そこで、本発明は、上位CAMシステムで生成されたCLデータの工具移動軌跡に基づきNURBS補間によりNCデータを作成する際に、回転軸の急激な角度変化を無くして角度変化を滑らかにする手段を提案する。 Therefore, the present invention provides means for smoothing the angle change by eliminating the sudden angle change of the rotation axis when creating NC data by NURBS interpolation based on the tool movement trajectory of the CL data generated by the host CAM system. suggest.
図1は、本発明による数値制御曲面加工装置の実施形態1の系統構成を示すブロック図である。より具体的には、本発明のNCポストプロセッサ装置1130の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of
上位計算機で稼動するCAMシステム1110は、CADシステム等で定義した仕上り形状のCADデータを用い、多軸制御曲面加工機1150のためのCLデータを作成し、CLデータファイル1120に格納する。CAMシステム1110は、また、加工機1150の加工機構成をCLデータファイル1120に格納する。
The
CLデータは、工具先端位置ベクトル,工具主軸方向ベクトルからなりCAMシステムが定義したワーク座標系で作成される。加工機構成は、加工機1150の第1回転軸,第2回転軸,工具軸,マスタ軸を示す文字記号で表現される。
The CL data includes a tool tip position vector and a tool spindle direction vector, and is created in a work coordinate system defined by the CAM system. The processing machine configuration is expressed by character symbols indicating the first rotation axis, the second rotation axis, the tool axis, and the master axis of the
NCポストプロセッサ装置1130は、上位CAMシステム1110が作成したCLデータファイル1120からCLデータ,加工機構成を読み取る読み取り手段1160と、機械座標変換手段1170と、NCデータ変換手段1180と、NCデータ伝送手段1190とから構成される。
The NC post-processor 1130 includes a
さらに、機械座標変換手段1170は、成分変換行列・角度加算値作成手段1171と、成分変換手段1172と、第2角度作成手段1173と、第2角度補正手段1174と、第1角度作成手段1175と、第1角度補正手段1176と、機械座標変換行列作成手段1177と、機械座標変換手段1178とからなる。各手段1171〜1190は、NCポストプロセッサ装置1130を稼動させる計算機の処理装置が、ソフトウエアで実現してもよい。
Further, the machine coordinate
NC制御機構1140は、数値制御曲面加工機1150を数値制御する。加工機1150の工具位置を決定する座標系は、互いに直交するX,Y,Zの基本3軸を持ち、工具主軸方向を制御する軸は、回転軸A,B,Cの内の2軸である。
The
次に、NCポストプロセッサ装置1130の動作を説明する。
Next, the operation of the NC
CLデータ・加工機構成読み取り手段1160は、CLデータファイル1120から工具先端位置ベクトル(X,Y,Z)と工具主軸方向ベクトル(I,J,K)からなるCLデータと、第1回転軸,第2回転軸,工具軸,マスタ軸からなる加工機構成とを読み取る。
The CL data / machining machine configuration reading means 1160 includes CL data consisting of a tool tip position vector (X, Y, Z) and a tool spindle direction vector (I, J, K) from the
成分変換行列・角度加算値作成手段1171は、加工機構成に基づいて工具主軸方向ベクトル(I,J,K)を標準座標系(α1,α2,α3)に変換する成分変換行列Ma,標準座標系での工具軸を指定した工具軸へ変換する軸変換行列,マスタ軸により角度算出時の基準位置を変化させる角度加算値Δを作成する。
The component conversion matrix / angle addition
図2は、加工機構成と成分変換行列Ma,軸変換行列Mc,角度加算値Δとの対応関係を示す図表である。例えば、第1回転軸がA軸,第2回転軸がC軸,工具軸がZ軸,マスタ軸が指定無しの場合、成分変換行列Maを(α1,α2,α3)が(K,I,−J)となるように設定し、軸変換行列をZ軸が工具軸となるように設定し、角度加算値Δを0で設定する。 FIG. 2 is a chart showing a correspondence relationship between the processing machine configuration, the component conversion matrix Ma, the axis conversion matrix Mc, and the angle addition value Δ. For example, when the first rotation axis is the A axis, the second rotation axis is the C axis, the tool axis is the Z axis, and the master axis is not specified, the component conversion matrix Ma is (α1, α2, α3) is (K, I, −J), the axis conversion matrix is set so that the Z axis is the tool axis, and the angle addition value Δ is set to 0.
成分変換手段1172は、数式11のように、成分変換行列Maで工具主軸方向ベクトル(I,J,K)を変換し、標準座標系の工具主軸方向ベクトル(α1,α2,α3)に変換する。 The component conversion means 1172 converts the tool spindle direction vector (I, J, K) with the component conversion matrix Ma and converts it into the tool spindle direction vector (α1, α2, α3) of the standard coordinate system as shown in Equation 11. .
第2角度補正手段1174は、第2角度作成手段1173で求めた角度から、計算機実装上の制限事項を考慮して補正する。 The second angle correction means 1174 corrects the angle calculated by the second angle creation means 1173 in consideration of restrictions on computer implementation.
0/0識別ステップ1310では、α2とα3がともに0となるかどうかを判別し、角度θ1に0/0を表す識別子を設定する。この識別子は、角度θ1の定義域である−π〜πの範囲以外の値、例えば99.0等の値を設定する。
In a 0/0
差分値作成ステップ1320では、隣接する角度θ1の差分値を求める。開始点が0/0を表す識別子の場合、次の角度から次の差分値を引き、開始点の角度を決定する。隣接角度の1つめが0/0識別子の場合、その前の差分値を設定する。隣接角度の2つめが0/0識別子の場合、その次の差分値を設定する。角度をこのように定めるので、組込み関数の制限により角度変化が大きくなることがない。
In a difference
差分値補正ステップ1330では、作成した差分値の大きさがπ以上になるかを判別し、π以上の場合に当該差分値,当該差分値+π,当該差分値−π,当該差分値+2π,当該差分値−2πの5つの差分値を作成し、5つの中から大きさ最小の値を差分値とする。
In the difference
差分値加算ステップ1340では、最後に、開始点の角度以外で、前の角度に差分値を加算して角度を求める。このように、角度の変化が最小となるように角度を設定するので、角度変化が大きくなることがない。
In the difference
第1角度作成手段1175は、数式13に従い、第2角度補正手段1174で補正した角度から求めた成分(α4)と、標準座標系の工具主軸方向ベクトルの(α1)から、数式14に従い、逆正接を求める。計算機に実装する場合は、計算機用言語としてC++などの言語を使用し、逆正接を求めるためにatan2関数を用いる。
The first
図4は、第1角度作成手段で求めた角度から計算機実装上の制限事項を考慮して補正する補正手順を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing a correction procedure for correcting from the angle obtained by the first angle creating means in consideration of restrictions on the computer implementation.
差分値作成ステップ1410では、隣接する角度θ2の差分値を求める。
In a difference
差分値補正ステップ1420では、差分値の大きさがπ以上になるかを判別し、π以上の場合にその差分値,その差分値+2π,その差分値−2πの3つの差分値を作成し、3つの中から大きさ最小の値を差分値とする。
In the difference
差分値加算ステップ1430では、開始点の第2角度に角度加算値Δを加算し、前の角度に差分値を加算して角度を求める。このようにして、角度の変化が最小となるように角度を設定するので、角度変化が大きくなることがない。
In the difference
機械座標変換行列作成手段1177は、第1角度および第2角度から数式15に示す機械座標変換行列Mb,M1,M2を作成する。
The machine coordinate transformation
数式15において、Mx,My,Mzは、加工機1150のX,Y,Z座標値であり、機械座標変換後の座標値を表す。X,Y,Zは、ワーク座標系での工具先端位置ベクトルである。
In Expression 15, Mx, My, and Mz are X, Y, and Z coordinate values of the
行列Mbは、数式16のように、成分変換行列Maを回転成分とし、加工機の第1軸回転中心線と第2軸回転中心線が直交した交点である機械座標系原点から見たワーク座標系原点の位置ベクトル(Xs,Ys,Zs)を移動成分とする行列Msからなる。 The matrix Mb is a work coordinate as viewed from the origin of the machine coordinate system, which is an intersection point where the first axis rotation center line and the second axis rotation center line of the processing machine are orthogonal, with the component conversion matrix Ma as a rotation component as in Expression 16. It consists of a matrix Ms whose moving component is the position vector (Xs, Ys, Zs) of the system origin.
行列M1は、数式17に示すように、第1回転軸で回転する際の回転行列,行列M2は、数式18に示すように、第2回転軸で回転する際の回転行列,行列Mcは標準座標系の工具軸を図12の加工機構成で指定した工具軸に合わせる際の軸変換行列である。 The matrix M1 is a rotation matrix when rotating around the first rotation axis as shown in Expression 17, the matrix M2 is the rotation matrix when rotating around the second rotation axis as shown in Expression 18, and the matrix Mc is a standard. 13 is an axis conversion matrix used when a tool axis in a coordinate system is aligned with a tool axis specified by the processing machine configuration in FIG.
NCデータ変換手段1180は、機械座標系での座標値および角度をNCデータ形式に変換する。 The NC data conversion means 1180 converts the coordinate value and angle in the machine coordinate system into the NC data format.
NCデータ伝送手段1190は、変換されたNCデータをNC制御装置1140に送付する。
The NC data transmission means 1190 sends the converted NC data to the
NC制御機構1140は、送付されたNCデータを解釈し、各軸の移動指令値を加工機1150に送付する。
The
このように、第2角度補正手段1174が、第2角度作成手段1173で作成された制限のある角度を補正し、第1角度補正手段1176が、第1角度作成手段1175で作成された制限のある角度を補正するので、上記図15,図16,図17に示す良好な角度分布1505,1605,1706を作成できる。
As described above, the second
その結果、加工機1150での加工時に、各軸が急に高速回転したり、工具が想定しない場所に移動したりする現象を防止できるので、工具破損,加工機破損,削り込み,削り残しがより少ない加工が可能になる。
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which each axis suddenly rotates at a high speed or the tool moves to an unexpected place when machining with the
図5は、本発明による数値制御曲面加工装置の実施形態2の系統構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a system configuration of
本実施形態2は、特許文献1に開示された数値制御曲面加工装置の機械座標変換手段を図1のポストプロセッサ装置1130内の座標変換手段1170により置換した実施形態である。
The second embodiment is an embodiment in which the machine coordinate conversion means of the numerically controlled curved surface processing apparatus disclosed in
座標変換手段1170は、計算機実装上の制限により角度が急激に変化することを回避できるので、本実施形態2においても、各軸が急に高速回転する現象や、工具が想定しない場所に移動する現象を防止し、工具破損,加工機破損,削り込み,削り残しがより少ない加工が可能になる。
Since the coordinate
本実施形態2の機械座標変換手段1170の各手段1171〜1190は、NCポストプロセッサ装置20を稼動させる計算機の処理装置が、ソフトウエアの処理ステップとして実現する。
The
上位計算機10は、曲面形状が定義された座標系(ワーク座標系)において加工経路方向に計算された工具先端位置ベクトルと主軸方向ベクトルとをCLデータとして外部ファイル11に格納する。上位計算機10で作成された曲面データは、ワーク座標系で表示される工具移動径路に沿って一定の許容値内で多数の直線として分割される。CLデータ11は、生成された個々の分割点における工具先端位置と工具主軸方向ベクトルおよびワーク座標系送り速度を工具移動径路順に記述して作成される。
The
ステップ21で、作成されたCLデータ11は、数値制御曲面加工装置30の機械構成に基づき、NC加工装置を動作させるNCデータに変換するために、NCポストプロセッサ装置20に取り込まれる。
In
ステップ22〜1170において、数値制御曲面加工装置30の機械構成に基づいた直線3軸および回転角度の位置ベクトルを求める。
In
ステップ22で、NCポストプロセッサ装置20は、NCデータ作成時に想定した工具長,工具径と実物の工具長,工具径との間に存在する誤差を補正するために、工具補正Noを指示し、NC装置33に対して補正データの出力を要求する。NC装置33は、指示された補正Noに対応する補正データを補正データ記憶エリア34から読み出し、NCポストプロセッサ装置20に出力する。NCポストプロセッサ装置20は、NC装置33から出力された補正データを読み込む。
In
ステップ23で、NCポストプロセッサ装置20は、補正したい方向に応じて、CLデータを補正する。
In
ステップ24で、加工精度を改善する一方、データ量を削減するために、CLデータの間引きまたは追加を実行する。
In
ステップ25で、ステップ24で計算されたNURBS曲線を分割する。工具先端位置ベクトルのNURBS曲線と折れ線工具経路とから、パス分割位置を求める。通過点の距離間隔が急に短くなったり、折れ線の角度が急変すると、NURBS曲線に乱れが生じる。そこで、間隔が短くなる箇所および折れ線の角度が大きく変化する箇所を見つけ出し、その点を曲線のパス分割点として、パス分割点で曲線を分割し、曲線の精度を改善する。
In
ステップ1170で、実施形態1で説明したように、CLデータを機械座標系に座標変換する。
In
ステップ27で、ノットベクトルを計算する。
In
ステップ28で、ワーク座標系のCLデータから機械座標系に変換された直線3軸と回転2軸の点列データとステップ27で計算したノットベクトルとから、数式(1),(2),(3)のNURBS曲線を作成する。
In
ステップ29で、ブレンディング係数を計算する。ステップ24で間引いた点92を含めてより精度を上げて、ワーク座標系の工具先端位置ベクトルの弦長を計算し、ワーク座標系のノットベクトルとする。
In
ステップ30で、機械座標系での加工速度を計算する。
In
ステップ31で、ステップ28,29,30で計算した機械座標系の直線3軸のNURBS曲線の制御点を、NURBS補間指令のフォーマットに従い、NCデータに変換する。
In
ステップ32で、最後に変換されたNCデータをNCポストプロセッサ装置20からのNCデータとして伝送し、NC制御装置33のNCデータ記憶エリア35に読み込み格納する。
In
NC制御装置33のNURBS補間機能を内蔵するNC制御機構36は、NCデータ記憶エリア35からNCデータを読み出し、解析しながら5軸または4軸制御NC加工機50を制御し、NC加工を実行する。
The
図6は、ノットベクトルの設定方法を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a knot vector setting method.
特許文献1に記載のように、図6に示す工具先端軸の挙動および機械座標系の挙動をブレンディングしてノットベクトルを求める手法により、機械座標系におけるNURBS曲線のノットベクトルが導出される。
As described in
ところが、特許文献1においては、工具先端点の急激な折れ変化に対応してセグメント分割することは考慮されていたが、機械座標側での折れ変化に関してのセグメント分割およびフィレットの挿入方法は考慮されていなかった。その結果、工具先端の挙動だけでは、発見できない機械座標軸での折れ動作による加工面のうねりや歪みが生ずるおそれがあった。
However, in
これに対して、本実施形態2では、図7および図8に示すように、機械座標軸上での挙動について考慮できるようして、加工精度を改善している。 On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the processing accuracy is improved so that the behavior on the machine coordinate axis can be considered.
図7は、機械座標系の直行座標軸の挙動を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the behavior of the orthogonal coordinate axes in the machine coordinate system.
この挙動における折れは、工具先端の挙動のときと同様に、XYZ空間上の曲線動作として理解できる。しかし、回転座標軸の動きは、通常は、このような曲線動作として理解することが非常に難しい。 The fold in this behavior can be understood as a curved motion in the XYZ space, similar to the behavior of the tool tip. However, the movement of the rotating coordinate axes is usually very difficult to understand as such a curved motion.
図8は、機械座標系における回転座標系を直行座標系に置き換える方法を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a method of replacing the rotating coordinate system in the machine coordinate system with an orthogonal coordinate system.
本実施形態2では、図8のようにマッピングし、回転座標軸の挙動を捕らえる。通常、回転軸の動作を回転動作だけに着目して表現した場合、図8(A)に示す地球儀のような表現法となる。このとき、例えば回転座標系であるA軸,B軸をそれぞれ経度,緯度として当てはめる。 In the second embodiment, mapping is performed as shown in FIG. 8 to capture the behavior of the rotational coordinate axis. Usually, when the operation of the rotating shaft is expressed by paying attention only to the rotating operation, the expression method is like a globe shown in FIG. At this time, for example, the A axis and the B axis, which are rotational coordinate systems, are applied as longitude and latitude, respectively.
この表現方式では、回転軸方向の軌跡であるP0,P1,P2の動きにおいて、折れがあるか無いかの判定は、非常に難しい。 In this expression method, it is very difficult to determine whether or not there is a fold in the movements of P0, P1, and P2 that are trajectories in the rotation axis direction.
そこで、図8(B)に示すような2次元平面上に回転軸方向の軌跡をマッピングして挙動を分析する。例えばA軸の回転角度を横方向の軸上に当てはめ、B軸の回転角度を縦方向の軸上に当てはめる。 Therefore, the behavior is analyzed by mapping the locus in the direction of the rotation axis on a two-dimensional plane as shown in FIG. For example, the rotation angle of the A axis is applied to the horizontal axis, and the rotation angle of the B axis is applied to the vertical axis.
そうすると、通常の2次元平面で表現した曲線と同様に、回転軸方向の軌跡であるP0,P1,P2の動きを捕捉し、直行座標系の挙動および工具先端の挙動から独立してP1の位置において折れが発生していることを把握できる。 Then, the movement of P0, P1, and P2, which are trajectories in the direction of the rotation axis, is captured similarly to the curve expressed by the normal two-dimensional plane, and the position of P1 is independent of the behavior of the orthogonal coordinate system and the behavior of the tool tip. It can be grasped that a crease occurs in
ステップ28では、直行3軸と回転角度軸それぞれの機械座標系でのNURBS曲線を計算する。図8(B)の手法を用いると、従来の工具先端の挙動および機械座標系直行軸の挙動に基づいたセグメント分割位置の判別だけでなく、回転座標系における挙動に基づいてセグメント分割位置を挿入できるようになる。
In
図8(B)の2次元マッピングされた回転角度は、−180.0から180.0というような範囲には限定されず、範囲をこえて表現できる。例えば170°の位置の次の位置が10°であった場合、範囲が−180.0から180.0に限定されていると、170°→0°→10°のように、190°分戻らなければならない。これに対して、次の位置10°を190°と表現すると、地球儀の表現方法と同様に、170°→190°の20°だけ進めばよく、移動方向を最短距離で表現できる。
The two-dimensionally mapped rotation angle in FIG. 8B is not limited to a range from −180.0 to 180.0, and can be expressed beyond the range. For example, if the next position after the position of 170 ° is 10 °, if the range is limited to −180.0 to 180.0, the angle is returned by 190 °, such as 170 ° → 0 ° → 10 °. There must be. On the other hand, if the
図9は、直行座標系に置き換えた回転座標角度のフィレット挿入の方法を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a method of inserting a fillet at a rotational coordinate angle replaced with an orthogonal coordinate system.
この2次元マッピングを用いれば、図9に示すように、通常の2次元曲線におけるフィレット挿入のように作成することも可能である。 If this two-dimensional mapping is used, as shown in FIG. 9, it is also possible to create it like a fillet insertion in a normal two-dimensional curve.
このときの接続条件についての連続性保障を数式10および図12において示した手法を適応することも可能となる。
It is also possible to apply the technique shown in
この後、ステップ29から32まで、機械座標におけるNURBS曲線によるNCデータ命令を作成し、NC装置21に伝達する。
Thereafter, from
NC制御装置21のNURBS補間機能を内蔵するNC制御機構223は、NCデータ記憶エリア222からNCデータを読み出し、解析しながら5軸または4軸制御NC加工機30を制御し、NC加工する。
The NC control mechanism 223 incorporating the NURBS interpolation function of the
本発明は、NCデータ出力フォーマットが一般的自由曲線によって提供されるとき、工具位置ベクトルおよび加工速度の補間方法として、同様な手順によって機械座標系の直線3軸自由曲線の制御点であるX,Y,Zの値,回転2軸の自由曲線の制御点であるα,βの値,ノットベクトルK,ウエイトR,機械座標系送り速度の自由曲線の制御点であるFの値を導出し、NCデータに変換しNC加工する場合にも適用できる。 When the NC data output format is provided by a general free curve, the present invention uses the same procedure to interpolate X, Deriving the values of Y and Z, the values of α and β which are the control points of the free curve of the two rotation axes, the knot vector K, the weight R, and the value of F which is the control point of the machine coordinate system feed rate free curve, It can also be applied when converting to NC data for NC machining.
工作機械の挙動制御方法として、機械中心位置でのコントロールだけでなく、工具先端位置でコントロールする場合にも適応できる。 As a machine tool behavior control method, it can be applied not only to control at the machine center position but also to control at the tool tip position.
工具移動軌跡の補間方法として、NURBS曲線のみならず、自由曲線を用いた場合に、回転軸角度の補間方法として、同等な自由曲線およびそのパラメータを利用する機能も装備できる。 When not only a NURBS curve but also a free curve is used as the tool movement trajectory interpolation method, an equivalent free curve and its function can be used as the rotation axis angle interpolation method.
機械座標系に変換された回転軸角度を制御点として自由曲線補間を施す際に、制御点となりうる工具軸回転角度の変更や、工具軸回転角度制御点の追加・間引き操作を柔軟に実行できる。 When performing free curve interpolation using the rotation axis angle converted to the machine coordinate system as a control point, the tool axis rotation angle that can be a control point can be changed, and the tool axis rotation angle control point can be added or thinned out flexibly. .
10 上位CAMシステム
11 CLデータファイル
20 NCポストプロセッサ装置
21 CLデータ読み込み
22 補正データ取り込み
23 CLデータ補正
24 CLデータ間引き,追加
25 曲線分割
26 機械座標系変換
27 ノットベクトル変換
28 直線3軸,回転角度,NURBS曲線計算
29 軌跡ブレンディング係数設定
30 機械座標系送り速度計算
31 NCデータ変換
32 NCデータ伝送
33 数値制御装置
34 補正データ記憶エリア
35 NCデータ記憶エリア
36 NC制御機構(NURBS補間機能内蔵)
1110 上位CAMシステム
1120 CLデータファイル
1130 NCポストプロセッサ装置
1140 NC制御装置
1150 5軸または4軸制御NC加工機
1160 CLデータ,加工機構成読み取り手段
1170 機械座標変換手段
1180 NCデータ変換
1190 NCデータ伝送
10 Host CAM system 11 CL data file 20 NC
1110
Claims (1)
上位計算機で曲面形状が定義されたワーク座標系で加工経路方向に計算された工具先端位置ベクトルデータと工具主軸方向ベクトルとからなるCLデータを、前記同時多軸制御NC加工機の第1回転軸、第2回転軸、工具軸及びマスタ軸からなる加工機構成に基づき前記NC加工機を動作させる標準座標系成分に変換する成分変換行列・角度加算値作成手段を備え、
前記成分変換行列・角度加算値作成手段は、
前記工具主軸方向ベクトルをワーク座標系から標準座標系に変換する成分変換手段と、
変換された前記標準座標系の前記工具主軸方向ベクトルに基づいて、前記標準座標系で前記工具主軸方向ベクトルの第2回転軸回りの回転角度である第2角度を作成する第2角度作成手段と、
該第2角度作成手段により前記加工経路方向の複数の制御点について作成された第2角度の分布から連続した角度分布を作成する第2角度補正手段と、
前記第2角度補正手段により作成された第2回転軸回りに第2角度だけ回転した前記工具主軸方向ベクトルに基づいて、前記工具主軸方向ベクトルの第1回転軸回りの回転角度である第1角度を作成する第1角度作成手段と、
該第1角度作成手段により前記加工経路方向の複数の制御点について作成された第1角度の分布から連続した角度分布を作成する第1角度補正手段と、
前記第2角度補正手段により作成された前記第2角度と前記第1角度補正手段により作成された前記第1角度を用い、ワーク座標系での工具先端位置ベクトルを機械座標系に変換する行列を求める機械座標変換行列作成手段と、
求められた機械座標変換行列を用いて工具先端位置ベクトルを機械座標系に変換する機械座標変換手段と、
変換された機械座標系のデータをNCデータに変換する手段とを有してなり、
前記第2角度補正手段は、第2角度作成手段により作成された第2角度を求めるために用いた前記工具主軸方向ベクトルの第2回転軸方向と前記工具軸方向の成分が両方とも0となる状態を検出して識別子を設定するものとし、全ての隣接制御点間の第2角度の差分値を求め、当該制御点が前記識別子により第2角度が求まらない場合には、当該制御点の隣接制御点の差分値を利用して別の差分値を作成し、作成した別の差分値の大きさがπ以上のときに、当該差分値,当該差分値+π,当該差分値−π,当該差分値+2π,当該差分値−2πの内から大きさ最小の値を検出して新しい差分値とし、隣接制御点の第2角度に差分値を加算して当該制御点の第2角度を求め、
前記第1角度補正手段は、全ての隣接制御点間の第1角度の差分値を求め、該差分値の大きさがπ以上のときに、当該差分値,当該差分値+2π,当該差分値−2πの内から大きさ最小の値を検出して新しい差分値とし、当該制御点の隣接制御点の第1角度に差分値を加算して当該制御点の第1角度を求めることを特徴とする数値制御曲面加工装置。 In a numerically controlled curved surface machining apparatus including a simultaneous multi-axis controlled NC machine that is numerically controlled by an NC machine having three linear axes orthogonal to each other and two rotary axes for controlling the tool spindle direction and having a numerical control NURBS interpolation function ,
The CL data consisting of the calculated tool tip position vector data and tool spindle direction vector in the processing path direction the work coordinate system curved shape is defined by the host computer, the first axis of rotation of the simultaneous multi-axis control NC machine A component conversion matrix / angle addition value creating means for converting into a standard coordinate system component for operating the NC processing machine based on a processing machine configuration including a second rotation axis, a tool axis, and a master axis,
The component transformation matrix / angle addition value creating means includes:
Component conversion means for converting the tool spindle direction vector from a workpiece coordinate system to a standard coordinate system;
Second angle creation means for creating a second angle that is a rotation angle around the second rotation axis of the tool spindle direction vector in the standard coordinate system based on the converted tool spindle direction vector of the standard coordinate system; ,
Second angle correction means for creating a continuous angle distribution from a distribution of second angles created for a plurality of control points in the machining path direction by the second angle creation means;
A first angle that is a rotation angle around the first rotation axis of the tool spindle direction vector based on the tool spindle direction vector rotated by a second angle around the second rotation axis created by the second angle correction means First angle creating means for creating
First angle correction means for creating a continuous angle distribution from a distribution of first angles created for a plurality of control points in the machining path direction by the first angle creation means;
A matrix for converting a tool tip position vector in a workpiece coordinate system into a machine coordinate system using the second angle created by the second angle correction means and the first angle created by the first angle correction means. A machine coordinate transformation matrix creation means to be obtained;
Machine coordinate conversion means for converting a tool tip position vector into a machine coordinate system using the obtained machine coordinate conversion matrix;
Means for converting the converted data of the machine coordinate system into NC data,
In the second angle correction means, the components in the second rotation axis direction and the tool axis direction of the tool spindle direction vector used for obtaining the second angle created by the second angle creation means are both zero. It is assumed that the identifier is set by detecting the state, the difference value of the second angle between all adjacent control points is obtained, and if the second angle cannot be obtained by the identifier, the control point Another difference value is created by using the difference value of the adjacent control points of the second and when the magnitude of the created another difference value is π or more, the difference value, the difference value + π, the difference value −π, The smallest difference value is detected from the difference value + 2π and the difference value −2π to obtain a new difference value, and the difference value is added to the second angle of the adjacent control point to obtain the second angle of the control point. ,
The first angle correction means obtains a difference value of the first angle between all adjacent control points. When the magnitude of the difference value is π or more, the difference value, the difference value + 2π, the difference value− The smallest value is detected from 2π to obtain a new difference value, and the first angle of the control point is obtained by adding the difference value to the first angle of the control point adjacent to the control point. Numerically controlled curved surface processing equipment.
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