JP4837115B2 - 5軸加工機を制御する数値制御装置 - Google Patents
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Description
工具先端点で加工する場合はこのような従来技術の補正でも問題ないが、工具側面で加工する場合や穴明け加工のように工具方向に向かって加工する場合は工具姿勢(方向)が重要であり、工具先端点位置を誤差のない位置に補正するだけでは不十分である。つまり、5軸加工機における工具側面での加工や穴明け加工において機械系に起因する誤差がある場合、従来技術では高精度な加工を行うことはできない。
請求項11に係る発明は、前記指令直線軸位置および前記指令回転軸位置はプログラム指令に基づいて補間された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置である。
請求項12に係る発明は、前記指令直線軸位置および前記指令回転軸位置はプログラム指令された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置である。
ただし、「テーブル回転型」、「混合型」の5軸加工機においては、加工物に対する相対的工具姿勢(方向)に誤差がある場合その誤差を補正するように回転軸を制御できるとは限らないため、本技術は特に「工具ヘッド回転型」の5軸加工機を想定している。
図1は本発明の数値制御装置が制御する5軸加工機の一例である。図1に示される例は工具ヘッド11が回転する工具ヘッド回転型である。
−ΔXn、−ΔYn、−ΔZn(n=L、R)は、それらの座標系間のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の並進誤差を示している。これらの誤差はわずかの量であるが、図2では理解し易いように誇張して描いている。
逆に、数11式のように、回転軸B軸,C軸の現在位置B,Cとその位置における回転軸B,Cの補正量ΔB,ΔCからなる変換行列Rr、回転誤差工具長補正ベクトルTe、工具長補正ベクトルTの関係式を求めることができて、それを解くことにより回転軸B軸,C軸の補正量ΔB,ΔCを求めることができれば、回転誤差工具長補正ベクトルTeを本来の工具長補正ベクトルTに変換できる。それらΔB,ΔCが回転誤差による誤差を持った工具姿勢(方向)を指令された工具姿勢(方向)に補正する回転軸B軸,C軸に対する回転補正量ΔCr(ΔB,ΔC)である。
このNb,Ncについては、Mrによる回転誤差がないと考えた場合はB軸の回転中心は図3のようにC=0の時のB軸の回転中心であるY軸方向をCだけ回転した方向(Nb0)であり、C軸の回転中心はZ軸方向であるNc0であること、それらの誤差のない回転中心(Nb0,Nc0)に対して実際はMrによる回転誤差があることから明らかである。つまり、Nbは数13式のように、Ncは数14式のように表される。
なお、ここで数19式、数20式の分母、分子には工具長補正ベクトルまたは回転誤差工具長補正ベクトル要素がある。そのため、分母、分子を工具長補正ベクトルの長さで割ることによりそれらの方向成分だけの方向ベクトルに対する計算とすることも可能である。つまり、Tの方向ベクトルを(it,jt,kt),Teの方向ベクトルを(ite,jte,kte)とすると、数19式、数20式のT,Teの要素をこれらの方向ベクトルの要素で置き換えることも可能である。
指令直線軸位置Pl(X,Y,Z)に基づく直線軸依存並進補正量(ΔXL、ΔYL、ΔZL)、直線軸依存回転補正量(ΔIL、ΔJL、ΔKL)、指令回転軸位置Pr(B,C)に基づく回転軸依存並進補正量(ΔXR、ΔYR、ΔZR)、回転軸依存回転補正量(ΔIR、ΔJR、ΔKR)を求める一実施例について説明する。
まず、指令直線軸位置Pl(X,Y,Z)に基づく直線軸依存並進補正量(ΔXL、ΔYL、ΔZL)、および、直線軸依存回転補正量(ΔIL、ΔJL、ΔKL)を求める方法について説明する。
ここでは、図4のように3次元座標系を格子状に分割して各格子点における格子点補正ベクトルから点Plの直線軸3軸位置における補正量ベクトルを求めたが、後述する2次元座標系と1次元座標系を組み合わせ、Plのうちの直線軸2軸位置における補正量ベクトルとPlのうちの残りの直線軸1軸位置における補正量ベクトルとして求めることも可能である。また、1次元座標系を組み合わせ、Plのうちの直線軸1軸位置における補正量ベクトルと他の直線軸1軸位置における補正量ベクトルと残りの直線軸1軸位置における補正量ベクトルとして求めることも可能である。
図6は格子状領域に分割された2次元座標系を示す図である。2次元座標系は一定間隔の格子状に分割されている。格子状に分割する境界線の交わる点が格子点Pr0〜Pr8である。なお、図6に図示されているのは座標系の1部分であり、実際には機械移動可能な領域全体を、このような格子状に分割する。なお、図4における説明と同様、格子間隔は一定間隔でなくてもよい。例えば、B軸上の格子位置Pr0,Pr1,Pr2のB軸位置、C軸上の格子位置Pr0,Pr3,Pr6のC軸位置などの各軸の格子位置を設定値として設定するようにしてもよい。
また、各格子点Pr0、Pr1、Pr3、Pr4には、それぞれ格子点補正ベクトルV0(V0X、V0Y、V0Z、V0I、V0J、V0K)〜V4(V4X、V4Y、V4Z、V4I、V4J、V4K)が設定されている。以後この領域を、格子点位置において各格子点に対応する格子点補正ベクトルが与えられた線形性を有するベクトル場と想定する。
同様の方法で、図10のように設定されたC軸依存補正テーブルからC軸座標系上の任意の点CにおけるC軸依存並進補正量(ΔXC、ΔYC、ΔZC)、C軸依存回転補正量(ΔIC、ΔJC、ΔKC)が算出される。
さらに、直線軸3軸のそれぞれについて、図8のような1次元座標系における分割点補正ベクトルの組み合わせで補正することも可能である。また、それらのうち1軸または2軸のみの分割点補正ベクトルの組み合わせで補正することも可能である。
該直線軸機械座標位置、および、指令された回転軸の回転位置に対して補間手段3で補間を行い各軸の機械座標位置を生成し、各軸(X、Y、Z、B(A)、C軸)の加減速処理部4x、4y、4z、4b(a)、4cでそれぞれ加減速を行った後、この各軸の加減速処理終了後の指令直線軸位置Pl(X,Y,Z)に対して補正手段5において数1式〜数6式および数8式で求められる並進補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pl’(X’、Y’、Z’)を求める。また、この各軸の加減速処理終了後の指令回転軸位置Pr(B,C)に対して補正手段5において数1式〜数6式、数9式および数13式〜数20式で求められる回転補正量を加算し、修正された修正回転軸位置Pr’(B’、C’)を求める。
この第2の実施形態の場合は、指令解析部1でプログラムのブロックを解析し、この解析結果の指令工具先端点位置に対して補間手段3で補間を行い、補間された工具先端点位置に対して工具長補正ベクトル加算要素2により工具長補正ベクトルT(Tx、Ty、Tz)を加算し、各軸の加減速処理部でそれぞれ加減速を行った後の指令直線軸位置Pl(X,Y,Z)に対して補正手段5において数1式〜数6式および数8式で求められる並進補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pl’(X’、Y’、Z’)を求める。また、この各軸の加減速処理終了後の指令回転軸位置Pr(B,C)に対して補正手段5において数1式〜数6式、数9式および数13式〜数20式で求められる回転補正量を加算し、修正された修正回転軸位置Pl’(B’、C’)を求める。
そして、直線軸X軸、Y軸、Z軸はこの修正された修正直線軸位置Pl’(X’、Y’、Z’)に、回転軸B(A)軸、C軸はこの修正された修正回転軸位置Pr’(B’、C’)に、各軸のサーボモータ6x、6y、6z、6b(a)、6cを駆動する。補正手段5において数1式〜数5式において用いられる直線軸依存補正量、回転量依存補正量、および、工具長補正ベクトルの情報は、入力データ部7に予め格納されている。なお、この工具長補正ベクトルの情報は、工具長補正ベクトル加算要素2による情報を用いる。
該指令直線軸位置Pl(X,Y,Z)に対して補正手段5において数1式〜数6式および数8式で求められる並進補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pl’(X’、Y’、Z’)を求める。また、該指令回転軸位置Pr(B,C)に対して補正手段5において数1式〜数6式、数9式および数13式〜数20式で求められる回転補正量を加算し、修正された修正回転軸位置Pr’(B’、C’)を求める。
[ステップS1]工具長補正ベクトル(Tx、Ty、Tz)を得る。
[ステップS2]指令位置Pl(X,Y,Z)およびPr(B,C)、直線軸依存補正量テーブル、回転軸依存補正量テーブルから、数21式〜数27式に基づいて軸依存並進補正量および軸依存回転補正量を得る。
[ステップS3]数1式〜数20式から並進補正量ΔCtおよび回転補正量ΔCrを算出する。
[ステップS4]直線軸位置Pl(X,Y,Z)にΔCtを加算し、直線軸の移動すべき機械座標位置(修正直線軸位置)とし、回転軸位置Pr(B,C)にΔCrを加算し、回転軸の移動すべき機械座標位置(修正回転軸位置)とする。
2 工具長補正ベクトル加算要素
3 補間手段
4x〜4c 加減速処理部
5 補正手段
6x〜6c サーボモータ
7 入力データ部
10 工具
11 工具ヘッド
12 テーブル
Claims (12)
- テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸と回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
指令軸位置に基づいて軸依存並進補正量および軸依存回転補正量を求める軸依存補正量計算手段と、
前記軸依存並進補正量によって並進補正量を求める並進補正量計算手段と、
前記軸依存回転補正量によって回転補正量を求める回転補正量計算手段と、
前記並進補正量を指令直線軸位置に加算し、前記回転補正量を指令回転軸位置に加算する補正量加算手段と、
前記直線軸3軸と前記回転軸2軸を前記補正量加算手段によって求められた位置へ駆動する手段を有する数値制御装置。 - 前記軸依存補正量計算手段は、前記軸依存並進補正量および前記軸依存回転補正量として指令回転軸位置に基づいて回転軸依存並進補正量および回転軸依存回転補正量を求め、
前記並進補正量計算手段は、前記回転軸依存並進補正量によって前記並進補正量を求め、
前記回転補正量計算手段は、前記回転軸依存回転補正量によって前記回転補正量を求める請求項1記載の数値制御装置。 - 前記軸依存補正量計算手段は、前記軸依存並進補正量および前記軸依存回転補正量として指令直線軸位置に基づいて直線軸依存並進補正量および直線軸依存回転補正量を求め、
前記並進補正量計算手段は、前記直線軸依存並進補正量によって前記並進補正量を求め、
前記回転補正量計算手段は、前記直線軸依存回転補正量によって前記回転補正量を求める請求項1記載の数値制御装置。 - 前記軸依存補正量計算手段は、前記軸依存並進補正量および前記軸依存回転補正量として、指令直線軸位置に基づいて直線軸依存並進補正量および直線軸依存回転補正量、および指令回転軸位置に基づいて回転軸依存並進補正量および回転軸依存回転補正量を求め、
前記並進補正量計算手段は、前記直線軸依存並進補正量および前記回転軸依存並進補正量によって前記並進補正量を求め、
前記回転補正量計算手段は、前記直線軸依存回転補正量および前記回転軸依存回転補正量によって前記回転補正量を求める請求項1記載の数値制御装置。 - テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
前記回転補正量は工具長補正ベクトルに対して回転誤差を持った回転誤差工具長補正ベクトルを回転補正する回転軸補正量として求める請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載の数値制御装置。 - 前記直線軸依存補正量計算手段は、前記直線軸3軸による3次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し、該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し、直線軸3軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を前記格子点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記回転軸依存補正量計算手段は、前記回転軸2軸による2次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し、該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し、回転軸2軸の位置における回転軸依存回転補正量と回転軸依存並進補正量を前記格子点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記回転軸依存補正量計算手段は、前記回転軸2軸のうち一方の回転軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し、該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し、他方の回転軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し、該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し回転軸2軸のそれぞれの位置における回転軸依存回転補正量および回転軸依存並進補正量を前記分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記直線軸依存補正量計算手段は、前記直線軸3軸のうち直線軸2軸による2次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し、該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し、前記直線軸2軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を前記格子点補正ベクトルに基づいて計算するとともに、前記直線軸3軸のうち他の直線軸1軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し、該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し、前記直線軸1軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を前記分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記直線軸依存補正量計算手段は、前記直線軸3軸のそれぞれに対して1次元座標系空間を所定間隔に分割し、該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し、前記直線軸3軸のそれぞれの位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を前記分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記指令直線軸位置および前記指令回転軸位置はプログラム指令に基づいて補間された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 前記指令直線軸位置および前記指令回転軸位置はプログラム指令された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置。
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