JP4637197B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を数値制御（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＮＣ）する数値制御装置に関し、特に、直動軸の他に回転軸を有する工作機械を制御するための数値制御装置に関する。

工作機械で加工ワークの加工を行う場合、加工プログラム作成時に想定された加工ワークの設置位置と異なった位置および姿勢に加工ワークが置かれた場合でも、正しい設置位置に置いて加工した場合と同一の形状に加工できるように、数値制御装置にて指令値の補正が行われる場合がある。
特に、Ｘ・Ｙ・Ｚの直動軸のほかに回転軸を有する工作機械においては、加工ワークに対する工具の向きについても補正が行われる。この補正は、加工ワークから見た工具の向き（以下、工具方向と称す）を指令された回転軸角度から求め、この工具方向に対して加工ワークの設置誤差分の補正を行い、この設置誤差分の補正が行われた後の工具方向に工具が向くような回転軸角度を求めることにより実現される（例えば、特許文献１）。

特開平７−２９９６９７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、加工ワークに対する工具の向きを補正するために、工具方向から回転軸角度を求めることになるが、一般的には、回転軸角度を一意に求めることができない。すなわち、指定された工具方向に工具を向けることができる回転軸角度は、２通り以上存在する。
例えば、Ｘ軸まわりに回転する傾斜テーブルの上にＺ軸まわりに回転する回転テーブルが接続されているような５軸加工機を考え、Ｘ軸まわりの回転軸をＡ軸、Ｚ軸まわりの回転軸をＣ軸とする。この場合、Ａ軸４５°、Ｃ軸０°の場合の工具の方向と、Ａ軸−４５°、Ｃ軸１８０°の場合の工具の方向は、テーブルに取り付けられた加工ワークから見れば全く同一の方向となる。また、Ａ軸が０°であれば、Ｃ軸がどの角度でも、加工ワークから見た工具の方向は全く同一となる。
従って、従来の数値制御装置では、移動する直前の角度（直前の補間点における角度）に最も近い角度が選ばれるが、工作機械の回転軸の可動範囲に制限がある場合は、回転軸が補正後の角度に到達できない場合があるという問題があった。
また、工具の方向が特異点（工具の方向と回転軸の軸方向が一致する点、前述の例ではＡ軸が０°または１８０°の場合）の近傍にある場合では、補正前の回転軸の角度の変化に比べて補正後の回転軸の角度の変化が極端に大きくなる場合があり、回転軸の角度の補正を行うことによって、工作機械の各軸の速度が過大になることがあるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工ワークの設置誤差がある場合においても、可動軸の移動経路を工作機械の可動軸の可動範囲内に収めた上で、工作機械の可動軸の速度が過大となるのを抑制しつつ、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られる可動軸の経路を実現することが可能な数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工ワークの設置誤差を予め設定された補正パラメータに従って補正し、直動軸と回転軸を含む工作機械の各軸の位置および角度を制御する数値制御装置において、加工プログラムを解析し、その解析結果に基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正前の始点座標および終点座標を出力するプログラム解析部と、前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正パラメータに基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正後の座標の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定する特異点近傍通過判定部と、前記特異点近傍通過判定部による判定結果と前記補正パラメータに基づいて、前記補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部と、前記特異点近傍通過判定部による判定結果に基づいて、前記始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部と、前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正後の始点座標および終点座標と、前記補間方法と、前記補正パラメータに基づいて、前記始点座標と前記終点座標の間の補間を行うとともに、前記加工ワークの設置誤差の補正を補間点に行うことで、前記補間点における前記加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部を備えることを特徴とする。

この発明によれば、加工ワークの設置誤差がある場合においても、可動軸の移動経路を工作機械の可動軸の可動範囲内に収めた上で、工作機械の可動軸の速度が過大となるのを抑制しつつ、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られる可動軸の経路を実現することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る数値制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る数値制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
図１において、数値制御装置１０は、加工ワークの設置誤差の補正値を予め設定された補正パラメータ７に従って補正し、直動軸と回転軸を含む工作機械の各軸の位置および角度を制御することができる。なお、補正パラメータ７は、加工ワークの設置誤差（並進成分誤差、回転成分誤差）を特定することができる。
ここで、数値制御装置１０は、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られるように補正を行った場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が、特異点の近傍を通過するかどうかを判定することができる。なお、特異点とは、工具方向といずれか１つの回転軸の軸方向とが一致する点であり、工具方向と軸方向が一致した回転軸の角度がどのような角度であっても、加工ワークから見た工具方向が全く同一となる方向を指す。

そして、特異点の近傍を通過するかどうかの判定結果に基づいて、直動軸および回転軸の経路の候補の中から、直動軸および回転軸の経路を選択することができる。例えば、回転軸の経路が特異点の近傍を通過する場合、指令終点の回転軸の角度が可動範囲内にあり、特異点の近傍での回転軸の角度移動量が最も少なくなるように回転軸の経路を選択することができる。
具体的には、数値制御装置１０には加工プログラムを解析するプログラム解析部１、加工ワークの設置誤差の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定する特異点近傍通過判定部２、特異点近傍通過判定結果に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部３、始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部４および始点座標と終点座標の間の補間点における加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部５が設けられている。

なお、以下の説明では、補正パラメータ７に設定された加工ワークの設置誤差の補正を行う前の座標を補正前の座標（直動軸位置・回転軸角度）と呼び、加工ワークの設置誤差の補正を行った後の座標を補正後の座標（直動軸位置・回転軸角度）と呼ぶ。
そして、加工プログラム６はプログラム解析部１に入力されるとともに、補正パラメータ７は、特異点近傍通過判定部２、補正後始終点座標演算部３および補間演算部５に入力される。
そして、プログラム解析部１は、加工プログラム６を解析し、加工プログラム６で指令された経路の始点座標（直動軸位置・回転軸角度）と終点座標（直動軸位置・回転軸角度）を特異点近傍通過判定部２に出力する。そして、特異点近傍通過判定部２は、始点座標と終点座標の間の各座標の回転軸角度を補正パラメータ７に従って補正した場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通るかどうか判定し、その特異点近傍通過判定結果を補正後始終点座標演算部３に出力する。そして、補正後始終点座標演算部３は、特異点近傍通過判定結果と補正パラメータ７に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の終点座標（直動軸位置・回転軸角度）を演算し、補間演算部５に出力する。

一方、補間方法決定部４は特異点近傍通過判定部２の判定結果に基づいて、始点座標と終点座標との間の補間方法を決定し、補間演算部５に出力する。そして、補間演算部５は、プログラム解析部１から出力された補正前の始点座標および終点座標と、補正後始終点座標演算部３から出力された補正後の始点座標および終点座標から、補間方法決定部４で指定された補間方法と補正パラメータ７に従って、補間点における加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度の演算を行い、サーボ制御装置９に出力する。そして、サーボ制御装置９は、補間演算部５から出力された直動軸位置および回転軸角度に従って機械の各軸が駆動されるようにサーボ制御を行う。

これにより、特異点の近傍を通過するかどうかを考慮しながら、加工ワークの設置誤差の補正後の各軸の経路を設定することができる。このため、加工ワークの設置誤差がある場合でも、加工ワークの設置誤差がない場合と同一の形状に加工することを可能としつつ、可動軸の移動経路が可動範囲外とならないように各軸の終点の座標を設定することが可能となるとともに、特異点の付近でも各軸の移動速度が過大となって急激な軸移動が発生するのを抑えることが可能となる。

以下、本実施の形態の動作について詳細に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡潔にするため、制御対象となる機械はＸ軸まわりに回転する傾斜テーブルの上にＺ軸まわりに回転する回転テーブルが接続されているような５軸加工機であるものとし、Ｘ軸まわりの回転軸をＡ軸、Ｚ軸まわりの回転軸をＣ軸とする。このようなタイプの機械をＡＣテーブル回転型５軸加工機と呼ぶ。

図１０は、図１の数値制御装置にて数値制御されるＡＣテーブル回転型５軸加工機を模式的に示す図である。
図１０において、ＡＣテーブル回転型５軸加工機には、主軸２１に対してＡ軸傾斜テーブル２２およびＣ軸回転テーブル２３が設けられ、Ａ軸傾斜テーブル２２はＸ軸まわりに回転することができ、Ｃ軸回転テーブル２３はＡ軸傾斜テーブル２２上でＺ軸まわりに回転することができる。
そして、図１において、プログラム解析部１では、加工プログラム中の軸移動指令を読み取り、補正前の始点座標および終点座標を移動指令ごとに作成し、特異点近傍通過判定部２および補間演算部５に出力する。

そして、特異点近傍通過判定部２は、始点座標と終点座標の間の各座標の回転軸角度を補正パラメータ７に従って補正した場合の補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通るかどうか判定する。なお、図１０のＡＣテーブル回転型５軸加工機においては、Ａ軸が０°または１８０°の状態が特異点となる。
以下、特異点近傍通過の判定方法について説明する。
まず、補正パラメータ７に従って加工ワークの設置誤差を補正すると、特異点となる補正前の角度を求める。この角度を、特異点補正前角度と呼ぶ。ＡＣテーブル回転型５軸加工機では、以下のように求めることができる。特異点補正前角度をＡ_ｓｇ、Ｃ_ｓｇとおくと、次の（１）式が成り立つ。

ここで、Ｒ_ｅｒｒは姿勢誤差行列であり、加工ワークの設置誤差のうち、回転成分誤差（姿勢に関する誤差）を定義するための３行３列の回転行列であり、補正パラメータ７から求めることができる。すなわち、補正パラメータ７の回転成分誤差がロール角θ_Ｒ、ピッチ角θ_Ｐ、ヨー角θ_Ｙで表される場合、姿勢誤差行列Ｒ_ｅｒｒは以下の式で求めることができる。

従って、特異点補正前角度Ａ_ｓｇ、Ｃ_ｓｇについて（１）式を解けば、特異点補正前角度Ａ_ｓｇ、Ｃ_ｓｇを求めることができる。なお、（１）式は一般に複数組の解を持つので、始点回転軸角度と終点回転軸角度の間にあるすべての解の組を求める。

次に、特異点近傍通過判定部２は、特異点補正前角度が求まると、始点回転軸角度と終点回転軸角度の間を補間した経路が、特異点補正前角度の近傍を通るかどうかを判定する。通常は、指令された始点回転軸角度と終点回転軸角度の間は直線補間を行うので、各座標軸が各回転軸の座標を表す２次元平面内の点として回転軸２軸の座標値を表現した場合、始点回転軸角度と終点回転軸角度を結ぶ直線と特異点補正前角度の点との間の距離を幾何学的に求めて、距離が予め設定した閾値よりも小さければ、補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過すると判定し、閾値よりも大きければ、特異点の近傍を通過しないと判定することができる。この判定は、始点座標と終点座標の補間演算や、補間点の座標に対する加工ワークの設置誤差の補間演算を行わずに判定することができる点が特徴である。
また、補正後の座標で特定される工具方向の経路が特異点の近傍を通過する場合は、特異点の近傍の境界を通過する点において、移動指令された元の区間を小区間に分割し、各小区間における補正前の始点座標と終点座標を求める。さらに、各小区間について特異点近傍であるか特異点近傍でないかの情報を設定する。
次に、補正後始終点座標演算部３は、特異点近傍通過判定部２による判定結果と補正パラメータ７に基づいて、加工ワークの設置誤差の補正後の各小区間の始点・終点座標（直動軸位置・回転軸角度）を算出する。

図２は、図１の補正後始終点座標演算部３の動作を示すフローチャートである。
図２において、ステップＳ１では、補正前の終点回転軸角度から補正後の終点回転軸角度の候補を求める。この計算は、図１０のＡＣテーブル回転型５軸加工機の場合、以下のように行うことができる。
すなわち、補正前の終点回転軸角度をＡ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆとし、補正後の終点回転軸角度をＡ_ｃｏｍｐ、Ｃ_ｃｏｍｐとすると、次の（３）式が成り立つ。

この（３）式を補正後の終点回転軸角度Ａ_ｃｏｍｐ、Ｃ_ｃｏｍｐについて解けば、補正後の終点回転軸角度Ａ_ｃｏｍｐ、Ｃ_ｃｏｍｐを求めることができる。ただし、（３）式は一般に複数の解を持つので、これらの解をすべて補正後の終点回転軸角度の候補とする。

次に、ステップＳ２にて、当該各小区間が特異点近傍通過判定部２において特異点の近傍であると設定されているかどうかを判定する。そして、補正後始終点座標演算部３は、特異点の近傍でないと判定された小区間は、ステップＳ５にて、複数の補正後の終点回転軸角度の候補から、その小区間の補正後の始点回転軸角度と同じ解領域にある候補を補正後の終点回転軸角度として選択する。なお、解領域とは、特異点を境界とする解の領域と定義する。例えば、図１０のＡＣテーブル回転型５軸加工機の場合は、Ａ軸の角度が０°および１８０°を境界とする解の領域となる。

一方、特異点近傍通過判定部２において特異点の近傍と判定された小区間は、ステップＳ３において、複数の補正後の終点回転軸角度の候補から、指令終点の補正後の角度が可動範囲外となる候補を除外する。ここで、指令終点の補正後の角度が可動範囲外となる候補を除外することにより、特異点の近傍を通過する際に、補正後の終点の座標が加工機械の可動範囲外とならないような終点座標を設定することが可能となる。
その後、ステップＳ４にて、残った候補の中から特異点の近傍領域内での回転軸角度の移動量が最も少なくなるような終点回転軸角度の候補を選択する。
ここで、特異点近傍通過判定部２は、特異点の近傍通過時は指令された区間を特異点近傍部分と特異点近傍でない部分とに区分けした小区間に分割し、補正後始終点座標演算部３は、各小区間について補正後の終点座標を演算することにより、補間を行う前に、特異点の近傍通過時の終点回転軸角度の演算を行うことができ、工作機械の各軸の可動範囲を超えないかどうかの判定を事前に行うことができる。

次に、ステップＳ６において、補正後の終点直動軸位置を求める。すなわち、指令された位置を加工ワークから見た座標系に一旦変換し、変換後の座標値に加工ワークの設置誤差の姿勢誤差行列Ｒ_ｅｒｒをかけ、設置誤差量の並進成分を加算し、さらに機械から見た座標系に座標変換することで、補正後の終点直動軸位置を求めることができる。また、各小区間の始点座標は、一つ前の小区間の終点座標を代入することにより得ることができる。

次に、補間方法決定部４は、各小区間について、特異点近傍通過判定部２における判定結果に基づいて、回転軸角度の補間方法の決定を行う。回転軸角度の補間方法の決定は以下のように行う。すなわち、工具方向が特異点の近傍にある小区間は、補正後の回転軸角度を直線補間する。一方、工具方向が特異点の近傍にない小区間は、補正前の回転軸角度を直線補間する。ここで、補間方法決定部４は、工具方向が特異点の近傍にある場合は、補正後の回転軸角度を補間することで、特異点の近傍で座標値が急激に変化して各軸の移動速度が過大となることを防ぐことができる。
次に、補間演算部５は、各小区間の始点座標と終点座標の間を補間し、各補間点について補正パラメータ７に基づいて、補正後の直動軸位置と回転軸角度を算出する。

図３は、図１の補間演算部５の動作を示すフローチャートである。
図３において、ステップＳ１１では、回転軸角度の補間方法が補正前の補間か補正後の補間かを判断し、補正後の回転軸角度を直線補間するように図１の補間方法決定部４で設定されている区間では、ステップＳ１４にて、補正後始終点座標演算部３において得られた補正後の始点回転軸角度と終点回転軸角度の間を直線補間することにより、補間点での補正後の回転軸角度を求める。ここで、特異点近傍の場合は補正後の座標を補間することで、特異点の近傍で座標値が急激に変化して各軸の移動速度が過大となることを防ぐことができる。

一方、補正前の回転軸角度を直線補間するように補間方法決定部４で設定されている区間では、ステップＳ１２において、補正前の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間を直線補間することで、補間点における補正前の回転軸角度を求める。
さらに、ステップＳ１３にて、補間点における加工ワークの設置誤差の補正を行った後の角度、すなわち補間点における補正後の角度を求める。この演算は、終点回転軸角度の演算と同様の方法で行うことができる。
例えば、ＡＣテーブル回転型５軸加工機の場合は、（３）式を用いることで求めることができる。ただし、この場合は、当該小区間の始点と同一解領域の候補を選択する。
以上のステップにより補間点における補正後の回転軸角度を求めた後、ステップＳ１５およびステップＳ１６において各補間点における補正後の直動軸位置を求める。

すなわち、ステップＳ１５にて、補正前の始点直動軸位置と終点直動軸位置の間を直線補間することにより、補間点での補正前の直動軸位置を求める。
次に、ステップＳ１６にて、補間点の直動軸位置について補正後の直動軸位置を求める。この補間点の補正後の直動軸位置は、終点直動軸位置の演算と同様にして求めることができる。すなわち、補間点の直動軸位置を加工ワークから見た座標系に一旦変換し、変換後の座標値に加工ワークの設置誤差の姿勢誤差行列Ｒ_ｅｒｒをかけ、設置誤差量の並進成分を加算し、さらに機械から見た座標系に座標変換することで求めることができる。

次に、本実施の形態における具体的な動作例を示す。図１０のＡＣテーブル回転型５軸加工機において、以下のような角度指令を行う場合について考える。
始点：（Ａ，Ｃ）＝（３０°，２１０°）
終点：（Ａ，Ｃ）＝（３０°，６０°）
速度：６００°／分
また、この加工機械のＣ軸は可動範囲の制限なく回転させることができるが、Ａ軸は可動範囲が−９０°から４０°までの間に制限されているものとする。

図４は、加工ワークの設置誤差がない場合の回転軸角度変化の一例を示す図である。
図４において、加工ワークを設置誤差なく設置した場合、Ａ軸は始点と終点が同じであるため移動せず、Ｃ軸は２１０°から６０°まで一定速度で移動する。

図５は、加工ワークの設置誤差がない場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。
図５において、Ａ軸が３０°のままでＣ軸のみ２１０°から６０°まで回転する。このため、加工ワークから見た工具方向は、始点Ｐ１と終点Ｐ２との間で半頂角３０°の円錐の側面に沿うような経路を通る。
次に、加工ワークがＸ軸まわりに３０．１°だけ傾いて置かれた場合に、この加工ワークの設置誤差を補正することを考える。この設置誤差は、ロール・ピッチ・ヨー角で表すと、ロール角θ_Ｒは３０．１°、ピッチ角θ_Ｐとヨー角θ_Ｙはともに０°の場合に相当する。

図６は、加工ワークの設置誤差がある場合に従来技術を用いて補正された補正後回転軸角度の変化の一例を示す図である。なお、指令開始前は、Ａ軸は（０°＜Ａ＜１８０°）の範囲にあるものとする。
図６において、加工ワークからみた工具方向が加工ワークの設置誤差がない場合と同じ経路を通るように、従来技術によって回転軸角度を補正した場合、補正後の角度は、始点が（Ａ，Ｃ）＝（１４．９°，−７６．６°）であり、終点が（Ａ，Ｃ）＝（５１．４°，３３．６°）となる。

しかしながら、Ａ軸の可動範囲は−９０°から４０°までの間に制限されているため、この場合ではＡ軸は終点まで到達することができない。また、仮にＡ軸の可動範囲の制限がない場合であったとしても、Ａ軸が０°付近となるところで、Ｃ軸の角度が急激に変化し、サーボ制御装置９で実現可能な最大速度を超えてしまうことがある。
次に、本実施の形態を用いた場合の動作について説明する。
この場合には、特異点近傍通過判定を行うために、特異点補正前角度を求める。この特異点補正前角度は、式（１）を用いると、以下の４通りの組み合わせが得られる。すなわち、（Ａ，Ｃ）＝（３０．１°，１８０°）， （−３０．１°，０°）， （−１４９．９°，１８０°）， （１４９．９°，０°）の４通りである。ここでは、例えば、特異点補正前角度との差がＡ軸、Ｃ軸ともに５°以下となる領域を特異点近傍領域と定義する。

図７は、図１の特異点近傍通過判定部２における特異点近傍通過判定方法を説明する図である。
図７において、（Ａ，Ｃ）＝（３０．１°，１８０°）， （−３０．１°，０°）， （−１４９．９°，１８０°）， （１４９．９°，０°）の４通りの特異点補正前角度に対応して、４つの特異点近傍領域Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１、Ｒ４がそれぞれ得られる。
そして、補正前の角度の経路は、（Ａ，Ｃ）＝（３０．５°，１８０°）の近傍を通過し、補正前の始点Ｐ１と終点Ｐ２との間を直線補間した経路が特異点近傍領域Ｒ２を通過することがわかる。そこで、以下に示すように、特異点近傍領域Ｒ２の前後で指令区間を３つの小区間に分割する。
第１小区間：始点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，２１０°）
終点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，１８５°）
第２小区間：始点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，１８５°）
終点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，１７５°）
第３小区間：始点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，１７５°）
終点（Ａ，Ｃ）＝（３０°，６０°）

次に、各小区間において、補正後の終点回転軸角度を演算する。それぞれ（１）式を用いて補正後終点回転軸角度の候補を求め、図２に示す手順で複数の候補の中から、選択する。
第１小区間は特異点近傍でないため、補正後終点角度は、始点と同じ解領域（０°＜Ａ＜１８０°）の候補である（Ａ，Ｃ）＝（２．４°，−８５．５°）を選択する。第２小区間は特異点近傍であるため、指令終点が各軸の可動範囲内となるような角度を選択する。その結果、（Ａ，Ｃ）＝（−２．８°，−９４．５°）となる。第３小区間は、特異点近傍でないため、第３小区間の始点と同じ解領域（−１８０°＜Ａ＜０°）となる角度である（Ａ，Ｃ）＝（−５１°，−１４６°）を選択する。
補間方式は、第１小区間と第３小区間は特異点近傍でないため補正前の角度を補間し、第２小区間は特異点近傍であるため補正後の角度を補間する。

図８は、加工ワークの設置誤差がある場合に本実施の形態を用いて補正された補正後回転軸角度変化の例である。
図８において、補正後の回転軸角度は可動範囲内での変化となっており、また回転軸角度の急激な変化も生じていないことがわかる。

図９は、加工ワークの設置誤差がある場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。
図９において、加工ワークの設置誤差がない場合の経路（図５）と同じ経路であり、加工ワークの設置誤差があっても、加工ワークの設置誤差がない場合の加工形状と同一の加工形状が得られることがわかる。
以上より、本発明に記載の数値制御装置を用いることで、加工ワークの設置誤差がある場合でも、加工ワークの設置誤差がない場合と同一の形状を加工することができ、製造歩留まりを向上させることが可能となるため、加工工程における環境負荷を低減することができる。さらに、各軸の可動範囲に制限がある場合でも可動範囲外とならないように終点の座標を設定でき、加えて特異点の付近でも軸の移動速度が過大となって急激な軸移動が発生することを防ぐことができ、工作機械の長寿命化を達成することができる。

なお、本実施の形態においては、ＡＣテーブル回転型５軸加工機について説明したが、回転軸の軸構成が異なる５軸加工機であってもよい。すなわち、工具側に２軸回転部分がある機械や、工具側とテーブル側に１軸ずつ回転部分がある機械であってもよい。
また、本実施の形態においては、特異点近傍の小区間では、補間演算部５において、始点・終点の座標のうち回転軸角度のみ補正後の角度を直線補間するようにしているが、回転軸角度および直動軸位置の両方について補正後の回転軸角度・直動軸位置を直線補間するようにしてもよい。このようにすることで、特異点近傍の小区間での直動軸位置についての加工ワーク設置誤差補正の演算を省略することができる。
さらに、本実施の形態においては、補正パラメータ７は加工プログラム６と独立して与えられるものとしたが、加工プログラム６上に予め記録されるものであってもよい。この場合は、加工プログラム６から補正パラメータ７に相当する部分を読み出して補正パラメータ７として使用すればよい。

以上のように本発明に係る数値制御装置は、加工ワークの設置誤差がある場合においても、工作機械に過度の負荷をかけることなく、加工ワークの設置誤差がない時と同じ加工形状が得られるように工作機械を数値制御する方法に適している。

本発明に係る数値制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の補正後始終点座標演算部３の動作を示すフローチャートである。 図１の補間演算部５の動作を示すフローチャートである。 加工ワークの設置誤差がない場合の回転軸角度変化の一例を示す図である。 加工ワークの設置誤差がない場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。 加工ワークの設置誤差がある場合に従来技術を用いて補正された補正後回転軸角度の変化の一例を示す図である。 図１の特異点近傍通過判定部２における特異点近傍通過判定方法を説明する図である。 加工ワークの設置誤差がある場合に本実施の形態を用いて補正された補正後回転軸角度変化の例を示す図である。 加工ワークの設置誤差がある場合の加工ワークから見た工具方向の変化の一例を示す図である。 図１の数値制御装置にて数値制御されるＡＣテーブル回転型５軸加工機を模式的に示す図である。

符号の説明

１ プログラム解析部
２ 特異点近傍通過判定部
３ 補正後始終点座標演算部
４ 補間方法決定部
５ 補間演算部
６ 加工プログラム
７ 補正パラメータ
９ サーボ制御装置
１０ 数値制御装置
２１ 主軸
２２ Ａ軸傾斜テーブル
２３ Ｃ軸回転テーブル

Claims (2)

1. 加工ワークの設置誤差を予め設定された補正パラメータに従って補正し、直動軸と回転軸を含む工作機械の各軸の位置および角度を制御する数値制御装置において、
   加工プログラムを解析し、その解析結果に基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正前の始点座標および終点座標を出力するプログラム解析部と、
   前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正パラメータに基づいて、前記加工ワークの設置誤差の補正後の座標の経路が特異点の近傍を通過するかどうかを判定し、前記経路が特異点の近傍を通過すると判定した場合、指令された区間を特異点近傍部分と特異点近傍でない部分とに区分けした小区間に分割する特異点近傍通過判定部と、
   前記特異点近傍通過判定部による判定結果と前記補正パラメータに基づいて、各小区間について前記補正後の始点座標および終点座標を演算する補正後始終点座標演算部と、
   前記特異点近傍通過判定部による判定結果に基づいて、前記始点座標と前記終点座標との間の補間方法を決定する補間方法決定部と、
   前記補正前の始点座標および終点座標ならびに前記補正後の始点座標および終点座標と、前記補間方法と、前記補正パラメータに基づいて、前記始点座標と前記終点座標の間の補間を行うとともに、前記加工ワークの設置誤差の補正を補間点に行うことで、前記補間点における前記加工ワークの設置誤差の補正後の直動軸位置および回転軸角度を出力する補間演算部を備え、
   前記補正後始終点座標演算部は、前記小区間が特異点の近傍にあれば、複数の補正後の終点座標の候補から、前記指令された区間の終点における座標が前記工作機械の可動範囲内に収まるように終点座標を選択し、前記小区間が特異点の近傍でなければ、複数の補正後の終点座標の候補から、前記小区間の始点回転軸角度と同じ解領域にある候補を選択するとともに、
   前記補間方法決定部は、特異点の近傍の小区間では、前記補正後の回転軸角度を補間し、特異点の近傍でない小区間では、前記補正前の回転軸角度を補間するように補間方法を決定することを特徴とする数値制御装置。
2. 前記補間演算部は、前記補正前の回転軸角度を補間する場合は、前記小区間の補正前の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間の補間により得られた補間点に対して加工ワーク設置誤差を補正して得られた回転軸角度を出力し、前記補正後の回転軸角度を補間する場合は、前記小区間の補正後の始点回転軸角度と終点回転軸角度との間の補間により得られた補間点での補正後の回転軸角度を出力することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。

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