JP4778675B2 - Shape processing method, numerical control device, and machine tool - Google Patents
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Description
この発明は、数値制御加工機による形状加工方法、数値制御装置、および工作機械に関し、特に、直交3軸の数値制御加工機を用いて金型等の形状加工を行う加工方法、その形状加工方法を実施する数値制御装置、および工作機械に関するものである。 The present invention, shaping methods by numerical control machines, numerical control device, and relates to machine tools, in particular, a processing method of performing shaping of the mold such as by using a numerically controlled machine of the three orthogonal axes, the shape numerical control device for implementing a processing method, and to a related to machine tools.
ボールエンドミル等の切削工具を用いて金型等の自由曲面を含む形状加工を行う数値制御装置、数値制御加工機(工作機械)がある(例えば、特許文献1、特許文献2)。 There are numerical control devices and numerical control processing machines (machine tools) that perform shape processing including a free-form surface such as a die using a cutting tool such as a ball end mill (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
X軸、Y軸、Z軸の直交3軸の工作機械によってボールエンドミル等を使用して形状加工を行う場合、工具軸線は垂直で不変にあるのに対し、加工面は曲面(傾斜面)であるため、工具軸線に対して90度以外の角度をもつ。 When shape machining is performed using a ball end mill or the like with a machine tool with three axes orthogonal to the X, Y, and Z axes, the tool axis is vertical and unchanged, while the machining surface is a curved surface (inclined surface). Therefore, it has an angle other than 90 degrees with respect to the tool axis.
このため、ボールエンドミル等の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルは、工具軸線とは一致せず、工具先端に径方向の切削荷重が作用する。このため、工具に径方向のたわみが生じ、形状加工精度が低下する。
この発明が解決しようとする課題は、直交3軸の工作機械によるボールエンドミル等を使用した形状加工において、工具の径方向たわみによる形状加工精度の低下を回避し、高精度な形状加工を行えるようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is that, in shape processing using a ball end mill or the like with an orthogonal three-axis machine tool, it is possible to avoid a decrease in shape processing accuracy due to radial deflection of the tool and perform high-precision shape processing. Is to do.
この発明による形状加工方法は、直交3軸の数値制御加工機を用いて形状加工を行う加工方法において、送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたNCプログラムを用い、前記NCプログラムを各ブロックデータ毎に解析し、解析した各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行ってベクトル合成される実速度とを算出し、解析した各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出し、算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正し、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量は、前記加工面の法線ベクトルと、1ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより決定する。 The shape machining method according to the present invention is a machining method in which shape machining is performed using an orthogonal three-axis numerically controlled machining machine. For each block data including feed axis position information and feed speed , a tool and a workpiece are processed. and machining direction vector of the processing surface at the contact point, using the NC program in which the normal vector information is described showing a normal vector, the NC program parses for each block data, for each block data analyzed a feed shaft position, wherein the relative feeding speed by performing to best match with acceleration correction processing direction vector is calculated and the actual rate at which the vector synthesis, for each block data analyzed, experimental measurements and heuristics value Based on the calculation formula identified by the above, the tool deflection correction amount according to the normal vector of the machining surface is calculated, the feed axis position is corrected according to the calculated tool deflection correction amount, The amount of tool deflection correction according to the normal vector of the machining surface includes the normal vector of the machining surface, the machining direction vector of one block, the actual speed, the depth of cut, the spindle speed, and the cutting method. The tool type, tool material, tool length, tool protrusion length, tool diameter, and workpiece material are determined.
この発明による数値制御装置は、直交3軸加工機用の数値制御装置において、送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたNCプログラムを各ブロックデータ毎に解析する解析部と、前記解析部により解析された各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行って実速度とを算出する実速度演算部と、前記解析部により解析された各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出するたわみ補正量算出部と、前記たわみ補正量算出部によって算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正する送り軸位置補正部とを備えており、前記たわみ補正量算出部は、前記加工面の法線ベクトルと、1ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより、前記たわみ補正量を算出する。 Numerical control apparatus according to the present invention, the numerical controller for the orthogonal 3-axis machine, each block data including the speed feed and the feed axis position information, the processing of the processing surface at the contact point between the tool and the workpiece the direction vector, an analysis unit the NC program in which the normal vector information is described showing a normal vector to analysis for each block data, the feed shaft position of each block data analyzed by the analysis unit, wherein the actual speed calculating unit performs acceleration correction the working direction vector depending to the feed rate to calculate the actual speed, for each block data analyzed by the analysis unit, the experimental measurements and heuristics Based on a calculation formula identified by the value, a deflection correction amount calculation unit that calculates a tool deflection correction amount according to a normal vector of the machining surface and a deflection correction amount calculation unit are used. A feed axis position correction unit that corrects the feed axis position according to the tool deflection correction amount, and the deflection correction amount calculation unit includes a normal vector of the machining surface, a machining direction vector of one block, an actual vector The deflection correction is performed by the speed, depth of cut, spindle speed, cutting method, tool type, tool material, tool length, tool protrusion length, tool diameter, and workpiece material. Calculate the amount.
この発明による工作機械は、上述の発明による数値制御装置を有する。 The machine tool according to the present invention includes the numerical control device according to the above-described invention.
この発明によれば、加工面の法線ベクトルに応じた工具のたわみを補償して形状加工を行うことができ、工具の径方向たわみによる形状加工精度の低下をキャンセルして高精度な形状加工を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform shape machining by compensating for tool deflection in accordance with the normal vector of the machining surface, canceling reduction in shape machining accuracy due to radial deflection of the tool, and high-precision shape machining. It can be performed.
この発明による形状加工方法の実施に使用される直交3軸の数値制御加工機および数値制御装置の一つの実施形態を、図1、図2を参照して説明する。 One embodiment of an orthogonal three-axis numerically controlled processing machine and a numerical control device used to implement the shape processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
数値制御加工機は直交3軸の門形の工作機械10である。工作機械10は、ベッド11と、ベッド11上に設けられY軸方向(図1の紙面を直角に貫通する水平方向)に移動可能なワークテーブル12と、ベッド11の両側に設けられた左右一対のコラム13、14と、ベッド11を跨いでコラム13とコラム14との間に掛け渡されたクロスレール15と、クロスレール15に設けられX軸方向(図1の左右水平方向)に移動可能なサドル16と、サドル16に設けられZ軸方向(図1の上下垂直方向)に移動可能なラム17とを有する。
The numerically controlled processing machine is a
ラム17の下端には主軸18Aを含む主軸へッド18が取り付けられる。主軸へッド18の主軸18Aにはボールエンドミル等の工具19が交換可能に装着される。ラム17には主軸18Aを回転駆動する主軸モータ20が搭載されている。
A
サドル16は、X軸送りねじ21、X軸送りねじ21を駆動するX軸サーボモータ22によってX軸方向に軸送りされる。ワークテーブル12は、Y軸送りねじ(図示省略)、Y軸送りねじを駆動するY軸サーボモータ23によってY軸方向に軸送りされる。ラム17は、Z軸送りねじ24、Z軸送りねじ24を駆動するZ軸サーボモータ25によってZ軸方向に軸送りされる。
The
主軸モータ20による主軸回転、X軸サーボモータ22、Y軸サーボモータ23、Z軸サーボモータ25による各軸送りは、数値制御装置30によって制御される。
The rotation of the main shaft by the
数値制御装置30は、コンピュータ式のものであり、以下、CNC30と云う。CNC30は、解析部31と、分配部32と、送り軸指令算出部33と、実速度演算部34と、たわみ補正量算出部35と、データベース36と、送り軸指令補正部37と、各送り軸のサーボコントローラであるX軸制御部38と、Y軸制御部39と、Z軸制御部40と、主軸モータ20に主軸回転指令を出力する機械制御インタフェース部41とを有する。
The
解析部31は、CAM50よりNCプログラムを入力し、NCプログラムを解析する。NCプログラムは、先頭行に、たわみ補正を行うか否かを宣言するGコード記述による制御モード設定行を有する。たとえば、G300であれば、たわみ補正キャンセルで、たわみ補正を行わず、G301であれば、たわみ補正オンで、たわみ補正を行う。G301である場合には、この先頭行に、たわみ補正に必要な基本情報が記述される。この記述は、たとえば、
G301,H,L,Q
ただし、H:使用工具情報(工具管理番号)
L:加工情報{切削法(走査線加工or等高線加工),加工種類
(荒加工or仕上加工)}
Q:被削材情報(被加工物の材質)
である。
The
G301, H, L, Q
H: Tool information (tool management number)
L: Machining information {Cutting method (scan line machining or contour machining), machining type
(Roughing or finishing)}
Q: Work material information (work material)
It is.
NCプログラムは、上述の先頭行以下に、複数個のブロックデータを有する。ブロックデータは、「G01 X,Y,Z,U,F,S」のように、各々、送り軸位置(X,Y,Z)と、各ブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルを示す法線ベクトルUと、送り速度Fと、主軸回転数Sとが記述されている。 The NC program has a plurality of block data in the first row and below. The block data, such as “G01 X, Y, Z, U, F, S”, respectively, is the feed axis position (X, Y, Z) and the contact point between the tool and the workpiece for each block data. The normal vector U indicating the normal vector of the machined surface, feed speed F, and spindle speed S are described.
工具19と被加工物Wとの接触点Aにおける加工面の法線ベクトルUは、図3に示されているように、工具19と被加工物Wとの接触点Aから工具中心Tcに向かう方向を示すベクトルであり、CAMにおいて、CAD等の図面データの面データより算出される。法線ベクトルUは、面創成の数式より、機械三次元座標のX軸、Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義することができる。
The normal vector U of the machining surface at the contact point A between the
解析部31は、このNCプログラムを解析し、各ブロックデータ毎に、送り軸位置(X,Y,Z)を分配部32に渡し、送り軸位置(X,Y,Z)と、送り軸位置(X,Y,Z)より決まる1ブロックの加工方向ベクトルV(図4参照)と、送り速度Fを実速度演算部34に渡し、1ブロックの加工方向ベクトルVと、加工面の法線ベクトルUと、送り速度Fと、主軸回転数Sと、加工情報Lと、被削材情報Qと、使用工具情報Hをたわみ補正量算出部35に渡し、主軸回転数Sを機械制御インタフェース部41に渡す。
The
実速度演算部34は、送り軸位置(X,Y,Z)と1ブロックの加工方向ベクトルVに応じて送り速度Fに対して加減補正を行い、実速度Frを算出する。実速度演算部34は、実速度Frを、分配部32と、たわみ補正量算出部35に出力する。
The actual
分配部32は、解析部31よりの送り軸位置(X,Y,Z)と、実速度演算部34よりの実速度Frに応じて各送り軸の1ブロックの移動量(ΔX,ΔY,ΔZ)を算出し、算出した移動量(ΔX,ΔY,ΔZ)を送り軸指令演算出部33に出力する。
The
送り軸指令演算出部33は、移動量(ΔX,ΔY,ΔZ)に基づいて送り軸指令X*,Y*,Z*を生成する。 The feed axis command calculation output unit 33 generates feed axis commands X *, Y *, Z * based on the movement amounts (ΔX, ΔY, ΔZ).
たわみ補正量算出部35は、ブロックデータ毎に、工具19と被加工物Wとの接触点Aにおける加工面の法線ベクトルVに応じた工具のたわみ補正量を算出する。
The deflection correction
たわみ補正量算出部35は、より詳細には、工具19と被加工物Wとの接触点Aにおける加工面の法線ベクトルUと、1ブロックの加工方向ベクトルVと、実速度Frと、主軸回転数Sと、加工情報Lと、被削材情報Qと、使用工具情報Hを入力し、これら情報とデータベース36に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量aを算出する。
More specifically, the deflection correction
データベース36に格納される使用工具データは、使用工具情報Hが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Tk、工具材質Tz、工具長Tla、工具突き出し長Tlb、工具径Tdを予め定義している。
The used tool data stored in the
加工情報Lは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。 The processing information L indicates a cutting method, that is, scanning line processing or contour line processing, and a processing type, that is, rough processing or finishing processing. Here, the amount of cutting is specified depending on whether it is roughing or finishing.
工具たわみ補正量aの計算式は、下式により表される。 The calculation formula of the tool deflection correction amount a is expressed by the following formula.
a=f(U,V,Fr,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)
ただし、f:たわみ補正量算出関数である。
a = f (U, V, Fr, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L)
Where f is a deflection correction amount calculation function.
工具たわみ補正量aは、各送り軸のたわみ補正量Lx、Ly、Lzよりなり、(V,U,Fr,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。 The tool deflection correction amount a is made up of deflection correction amounts Lx, Ly, and Lz for each feed axis, and (V, U, Fr, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) are all executed as block data. This is a factor for determining the amount of deflection in the radial direction of the tool at the time of cutting by.
工具たわみ補正量a=f(V,U,Fr,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース36に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
Tool deflection compensation amount a = f (V, U, Fr, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) Tool deflection compensation amount by the calculated experimentally measured, arithmetic expressions identified by heuristics, etc. It is also possible to calculate with reference to various parameters for each radial deflection amount determination factor stored in the
送り軸指令補正部37は、送り軸位置補正部であり、送り軸指令算出部33より送り軸指令X*,Y*,Z*を、たわみ補正量算出部35より工具たわみ補正量a=(Lx、Ly、Lz)を入力し、各送り軸の送り軸指令X*,Y*,Z*を、各送り軸の工具たわみ補正量Lx、Ly、Lzに応じて補正する。送り軸指令補正部37は、補正された送り軸指令X*,Y*,Z*を、X軸制御部38、Y軸制御部39、Z軸制御部40の各々に出力する。
The feed axis
これにより、工具19の径方向のたわみ量に応じて補正された送り軸指令X*,Y*,Z*によって形状加工が行われ、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差がキャンセルされ、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける5軸制御を行うことなく、3軸制御で、高速度の高精度な形状加工が行われる。
Thereby, shape processing is performed by the feed axis commands X *, Y *, Z * corrected according to the radial deflection amount of the
つぎに、この発明によるNCプログラム作成装置の一つの実施形態を、図5を参照して説明する。 Next, one embodiment of an NC program creation device according to the present invention will be described with reference to FIG.
NCプログラム作成装置60は、CAMのような自動プログラミング装置であり、図1に示されているような直交3軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のNCプログラムを作成する。
The NC
NCプログラム作成装置60は、NCブロックデータ作成部61と、法線ベクトル算出部62と、加工方向ベクトル算出部63と、たわみ補正量算出部64と、データベース65と、出力用NCブロックデータ作成部66とを含む。
The NC
NCブロックデータ作成部61は、CADデータ等の図形データと、キーボード67等によるユーザ入力の送り速度F、主軸回転数S、加工情報L、被削材情報Q、使用工具情報Hなどから、Gコード、送り軸位置(X,Y,Z)を含むNCブロックデータを作成する。
The NC block
法線ベクトル算出部62は、CADデータ等の図形データとNCブロックデータから、各NCブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルUを算出する。
The normal
前述した図3に示されているように、工具19と被加工物Wとの接触点Aにおける加工面の法線ベクトルUは、工具19と被加工物Wとの接触点Aから工具中心Tcに向かう方向を示すベクトルであり、図面データの面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルUも、機械三次元座標のX軸、Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義する。
As shown in FIG. 3 described above, the normal vector U of the machining surface at the contact point A between the
加工方向ベクトル算出部63は、NCブロックデータ作成部61が作成したNCブロックデータの送り軸位置(X,Y,Z)より1ブロックの加工方向ベクトルVを算出する。
The machining direction
たわみ補正量算出部64は、法線ベクトル算出部62によって算出された法線ベクトルUに応じた工具たわみ補正量aを算出する。
Deflection correction
たわみ補正量算出部64は、より詳細には、法線ベクトル算出部62により算出された工具19と被加工物Wとの接触点Aにおける加工面の法線ベクトルUと、加工方向ベクトル算出部63により算出された1ブロックの加工方向ベクトルVと、キーボード67等によるユーザ入力の送り速度F、主軸回転数S、加工情報L、被削材情報Q、使用工具情報Hを取り込み、これら情報とデータベース65に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量aを算出する。
More specifically, the deflection correction
データベース65に格納される使用工具データは、使用工具情報Hが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Tk、工具材質Tz、工具長Tla、工具突き出し長Tlb、工具径Tdを予め定義している。
The used tool data stored in the
加工情報Lは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。 The processing information L indicates a cutting method, that is, scanning line processing or contour line processing, and a processing type, that is, rough processing or finishing processing. Here, the amount of cutting is specified depending on whether it is roughing or finishing.
工具たわみ補正量aの計算式は、下式により表される。 The calculation formula of the tool deflection correction amount a is expressed by the following formula.
a=f(U,V,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)
ただし、f:たわみ補正量算出関数である。
a = f (U, V, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L)
Where f is a deflection correction amount calculation function.
工具たわみ補正量aは、各送り軸の工具たわみ補正量Lx、Ly、Lzよりなり、(V,U,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。 The tool deflection correction amount a is composed of tool deflection correction amounts Lx, Ly, and Lz of each feed axis, and (V, U, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) are all block data. This is a factor for determining the radial deflection amount of the tool at the time of cutting by execution.
工具たわみ補正量a=f(V,U,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース65に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
Tool deflection compensation amount a = f (V, U, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) Tool deflection compensation amount by the calculated experimentally measured, arithmetic expressions identified by heuristics, etc. It is also possible to calculate with reference to various parameters for each radial deflection amount determination factor stored in the
出力用NCブロックデータ作成部66は、NCブロックデータ作成部61が作成したNCブロックデータの送り軸位置(X,Y,Z)を、たわみ補正量算出部64により算出された各送り軸の工具たわみ補正量Lx、Ly、Lzによって補正し、出力用のNCブロックデータを作成する。
The output NC block
出力用のNCブロックデータによるNCプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交3軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける5軸制御を行うことなく、3軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。 By performing shape processing using an NC program based on NC block data for output, coordinate position errors due to deflection in the radial direction of the tool can be canceled in shape processing using a general-purpose orthogonal 3-axis numerically controlled processing machine. High-speed and high-precision shape processing can be performed by three-axis control without performing five-axis control directed in the normal direction of the processing surface.
上述したNCプログラム作成装置60は、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるNCプログラム作成のプログラムは、CAM用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データから送り軸位置情報を含むNCブロックデータを作成する手順と、図形データから各NCブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて前記NCブロックデータの送り軸位置情報を補正し、出力用のNCブロックデータを作成する手順を実行させる。
The NC
このNCプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記加工面の法線ベクトルと、1ブロックの加工方向ベクトル、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。 The procedure for calculating the deflection correction amount in this NC program creation program is as follows: the normal vector of the machining surface, the machining direction vector of one block, the feed speed, the cutting depth, the spindle rotation speed, the cutting method, the tool type, the tool The deflection correction amount is calculated from at least one combination of a material, a tool length, a tool protrusion length, a tool diameter, and a workpiece material, or a combination thereof.
つぎに、この発明によるNCプログラム作成装置の他の実施形態を、図6を参照して説明する。 Next, another embodiment of the NC program creating device according to the present invention will be described with reference to FIG.
この実施形態のNCプログラム作成装置70も、CAMのような自動プログラミング装置であり、図1に示されているような直交3軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のNCプログラムを作成する。
The NC
NCプログラム作成装置70は、多面体近似モデル作成部71と、法線ベクトル算出部72と、たわみ補正量算出部73と、データベース74と、補正多面体近似モデル作成部75と、NCブロックデータ作成部76とを有する。
The NC
多面体近似モデル作成部71は、CADデータ等の図形データよりポリゴン等による多面体近似モデル(3次元モデル)を作成する。
The polyhedral approximate
法線ベクトル算出部72は、多面体近似モデル作成部71によって作成された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルUaを算出する。この法線ベクトルUaは、多面体近似モデルの各面の面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルUaも、機械三次元座標のX軸、Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義する。
The normal
たわみ補正量算出部73は、法線ベクトル算出部72により算出された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルUaに応じた工具たわみ補正量aを、前記多面体近似モデルの各面毎に算出する。
Deflection correction
たわみ補正量算出部73は、より詳細には、法線ベクトル算出部72により算出された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルUaと、キーボード77等によるユーザ入力の送り速度F、主軸回転数S、加工情報L、被削材情報Q、使用工具情報Hを取り込み、これら情報とデータベース74に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量aを算出する。
More specifically, the deflection correction
データベース74に格納される使用工具データは、使用工具情報Hが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Tk、工具材質Tz、工具長Tla、工具突き出し長Tlb、工具径Tdを予め定義している。
The used tool data stored in the
加工情報Lは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。 The processing information L indicates a cutting method, that is, scanning line processing or contour line processing, and a processing type, that is, rough processing or finishing processing. Here, the amount of cutting is specified depending on whether it is roughing or finishing.
工具たわみ補正量aの計算式は、下式により表される。 The calculation formula of the tool deflection correction amount a is expressed by the following formula.
a=f(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)
ただし、f:たわみ補正量算出関数である。
a = f (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L)
Where f is a deflection correction amount calculation function.
工具たわみ補正量aは、各送り軸の工具たわみ補正量Lx、Ly、Lzよりなり、(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。 The tool deflection correction amount a is composed of tool deflection correction amounts Lx, Ly, and Lz of each feed axis, and (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) are all due to execution of block data. This is a factor that determines the radial deflection amount of the tool during cutting.
工具たわみ補正量a=f(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)によるた工具わみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース74に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
Tool Wami correction amount by the tool deflection correction amount a = f (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) is calculated by experiment measurements, arithmetic expressions identified by heuristics, etc. It is also possible to calculate with reference to various parameters for each radial deflection amount determination factor stored in the
補正多面体近似モデル作成部75は、たわみ補正量算出部73により算出された工具たわみ補正量aに応じ、工具たわみをキャンセルする形状に補正した補正多面体近似モデルを作成する。この補正多面体近似モデルもポリゴン等による3次元モデルである。
The corrected polyhedron approximate
NCブロックデータ作成部76は、補正多面体近似モデル作成部75により作成された補正多面体近似モデルから送り軸位置情報を含む各NCブロックデータを作成する。
The NC block
これにより、NCブロックデータ作成部76が作成したNCブロックデータによるNCプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交3軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける5軸制御を行うことなく、3軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。
上述したNCプログラム作成装置70も、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるNCプログラム作成のプログラムも、CAM用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データより多面体近似モデルを作成する手順と、前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて補正した補正多面体近似モデルを作成する手順と、作成された補正多面体近似モデルから送り軸位置情報を含むNCブロックデータを作成する手順を実行させる。
As a result, by performing shape machining by the NC program based on the NC block data created by the NC block
The NC
このNCプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルと、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。 The procedure for calculating the deflection correction amount in this NC program creation program is as follows: the normal vector of each surface of the polyhedral approximation model, feed rate, depth of cut, spindle speed, cutting method, tool type, tool material, tool The deflection correction amount is calculated by a combination of at least one of the length, the tool protrusion length, the tool diameter, and the material of the workpiece, or a combination thereof.
つぎに、この発明によるNCプログラム作成装置の他の実施形態を、図7を参照して説明する。 Next, another embodiment of the NC program creation device according to the present invention will be described with reference to FIG.
この実施形態のNCプログラム作成装置80も、CAMのような自動プログラミング装置であり、図1に示されているような直交3軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のNCプログラムを作成する。
The NC
NCプログラム作成装置80は、面モデル作成部81と、法線ベクトル算出部82と、たわみ補正量算出部83と、データベース84と、補正面モデル作成部85と、NCブロックデータ作成部86とを有する。
The NC
面モデル作成部81は、CADデータ等の図形データより面モデルを作成する。
The surface
法線ベクトル算出部82は、面モデル作成部81によって作成された面モデルの各面の法線ベクトルUaを算出する。この法線ベクトルUaは、面モデルの各面の面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルUaも、機械三次元座標のX軸、Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義する。
The normal
たわみ補正量算出部83は、法線ベクトル算出部82により算出された面モデルの各面の法線ベクトルUaに応じた工具たわみ補正量aを、前記面モデルの各面毎に算出する。
Deflection correction
たわみ補正量算出部83は、より詳細には、法線ベクトル算出部82により算出された面モデルの各面の法線ベクトルUaと、キーボード87等によるユーザ入力の送り速度F、主軸回転数S、加工情報L、被削材情報Q、使用工具情報Hを取り込み、これら情報とデータベース74に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量aを算出する。
More specifically, the deflection correction
データベース84に格納される使用工具データは、使用工具情報Hが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Tk、工具材質Tz、工具長Tla、工具突き出し長Tlb、工具径Tdを予め定義している。
The used tool data stored in the
加工情報Lは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。 The processing information L indicates a cutting method, that is, scanning line processing or contour line processing, and a processing type, that is, rough processing or finishing processing. Here, the amount of cutting is specified depending on whether it is roughing or finishing.
工具たわみ補正量aの計算式は、下式により表される。 The calculation formula of the tool deflection correction amount a is expressed by the following formula.
a=f(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)
ただし、f:たわみ補正量算出関数である。
a = f (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L)
Where f is a deflection correction amount calculation function.
工具たわみ補正量aは、各送り軸の工具たわみ補正量Lx、Ly、Lzよりなり、(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。 The tool deflection correction amount a is composed of tool deflection correction amounts Lx, Ly, and Lz of each feed axis, and (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) are all due to execution of block data. This is a factor that determines the radial deflection amount of the tool during cutting.
工具たわみ補正量a=f(Ua,F,S、Tk,Tz,Tla、Tlb,Td,L)による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース84に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
Tool deflection correction amount a = f (Ua, F, S, Tk, Tz, Tla, Tlb, Td, L) The tool deflection correction amount may be calculated by an arithmetic expression identified by experimental measurement, empirical rule, or the like. It can also be calculated with reference to various parameters for each radial deflection amount determination factor stored in the
補正面モデル作成部85は、たわみ補正量算出部83により算出された工具たわみ補正量aに応じ、工具たわみをキャンセルする形状に補正した補正面モデルを作成する。
The correction surface
NCブロックデータ作成部86は、補正面モデル作成部85により作成された補正面モデルから送り軸位置情報を含む各NCブロックデータを作成する。
The NC block
これにより、NCブロックデータ作成部86が作成したNCブロックデータによるNCプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交3軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける5軸制御を行うことなく、3軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。
上述したNCプログラム作成装置80も、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるNCプログラム作成のプログラムも、CAM用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データより面モデルを作成する手順と、前記面モデルの各面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記面モデルの各面の法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて補正した補正面モデルを作成する手順と、作成された補正面モデルから送り軸位置情報を含むNCブロックデータを作成する手順を実行させる。
Thus, by performing shape processing by the NC program based on the NC block data created by the NC block
The NC
このNCプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記面モデルの各面の法線ベクトルと、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。 The procedure for calculating the deflection correction amount in this NC program creation program is as follows: normal vector of each surface of the surface model, feed rate, depth of cut, spindle speed, cutting method, tool type, tool material, tool length The deflection correction amount is calculated from at least one combination of the tool protrusion length, the tool diameter, and the material of the workpiece, or a combination thereof.
なお、この発明によるNCプログラム作成のプログラムは、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、CD−ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行され、またこのプログラムは、上述のような記録媒体を介してインターネット等のネットワークを介して配布することもできる。 The NC program creation program according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a floppy (registered trademark) disk, a CD-ROM, an MO, and a DVD, and is read from the recording medium by the computer. The program is executed and can also be distributed via a network such as the Internet via the recording medium as described above.
10 工作機械
11 ベッド
12 ワークテーブル
15 クロスレール
16 サドル
17 ラム
18 主軸へッド
19 工具
20 主軸モータ
22 X軸サーボモータ
23 Y軸サーボモータ
25 Z軸サーボモータ
30 数値制御装置(CNC)
31 解析部
32 分配部
33 送り軸指令算出部
34 実速度演算部
35 たわみ補正量算出部
36 データベース
37 送り軸指令補正部
38 X軸制御部
39 Y軸制御部
40 Z軸制御部
41 機械制御インタフェース部
50 CAM
60 NCプログラム作成装置
61 NCブロックデータ作成部
62 法線ベクトル算出部
63 加工方向ベクトル算出部
64 たわみ補正量算出部
65 データベース
66 出力用NCブロックデータ作成部
67 キーボード
70 NCプログラム作成装置
71 多面体近似モデル作成部
72 法線ベクトル算出部
73 たわみ補正量算出部
74 データベース
75 補正多面体近似モデル作成部
76 NCブロックデータ作成部
77 キーボード
80 NCプログラム作成装置
81 面モデル作成部
82 法線ベクトル算出部
83 たわみ補正量算出部
84 データベース
85 補正面モデル作成部
86 NCブロックデータ作成部
87 キーボード
10
15
31
60 NC
Claims (3)
送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたNCプログラムを用い、
前記NCプログラムを各ブロックデータ毎に解析し、
解析した各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行ってベクトル合成される実速度とを算出し、
解析した各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出し、
算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正し、
前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量は、前記加工面の法線ベクトルと、1ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより決定する形状加工方法。 In a processing method for performing shape processing using an orthogonal three-axis numerically controlled processing machine,
NC program in which for each block data including feed axis position information and feed speed, the machining direction vector of the machining surface at the contact point between the tool and the workpiece and normal vector information indicating the normal vector are described. Use
Parses the NC program for each block data,
A feed shaft position of each block data analyzed by performing acceleration correction depending on the working direction vector with respect to the feed rate to calculate the actual speed is the vector synthesis,
For each analyzed block data, based on the calculation formula identified by the experimental measurement value and the empirical value, calculate the tool deflection correction amount according to the normal vector of the machining surface,
Correct the feed axis position according to the calculated tool deflection correction amount,
The amount of tool deflection correction according to the normal vector of the machining surface includes the normal vector of the machining surface, the machining direction vector of one block, the actual speed, the cutting depth, the spindle speed, and the cutting method. Shape processing method determined by the type of tool, tool material, tool length, tool protrusion length, tool diameter, and workpiece material.
送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたNCプログラムを各ブロックデータ毎に解析する解析部と、
前記解析部により解析された各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行って実速度とを算出する実速度演算部と、
前記解析部により解析された各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出するたわみ補正量算出部と、
前記たわみ補正量算出部によって算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正する送り軸位置補正部と、
を備えており、
前記たわみ補正量算出部は、前記加工面の法線ベクトルと、1ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより、前記たわみ補正量を算出する数値制御装置。 In a numerical controller for an orthogonal three-axis machine,
NC program in which for each block data including feed axis position information and feed speed, the machining direction vector of the machining surface at the contact point between the tool and the workpiece and normal vector information indicating the normal vector are described. and an analysis unit for analysis for each block data,
A feed shaft position of each block data analyzed by the analysis unit, and the actual speed calculation unit for calculating and said performing to best match with acceleration correction processing direction vector actual speed relative to the feed rate,
Deflection correction calculation for calculating the tool deflection correction amount according to the normal vector of the machining surface based on the calculation formula identified by the experimental measurement value and the empirical rule value for each block data analyzed by the analysis unit And
A feed axis position correction unit that corrects the feed axis position according to the tool deflection correction amount calculated by the deflection correction amount calculation unit;
With
The deflection correction amount calculation unit includes a normal vector of the machining surface, a machining direction vector of one block, an actual speed, a cutting amount, a spindle rotation speed, a cutting method, a tool type, and a tool material. And a numerical control device that calculates the deflection correction amount based on the tool length, the tool protrusion length, the tool diameter, and the material of the workpiece.
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