JP5019001B2 - 数値制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械を数値制御する数値制御方法及びその装置に係り、特に回転軸が設けられ工具の位置と姿勢を制御することができる多軸工作機械の数値制御方法及びその装置に関するものである。

数値制御装置が搭載された工作機械では、工具が指令された位置にくるように各軸を制御することで可動部を移動させながら加工が行なわれるが、回転軸が設けられた工作機械では、回転軸を回転することにより加工ワークに対する工具の姿勢を変更することで、傾斜面上や加工ワークの側面上で加工が行なわれることがある。
回転軸が設けられた工作機械で回転軸を回転する場合、工具と回転テーブル、加工ワークの位置関係により、工具と回転テーブルあるいは工具と加工ワークとが干渉することがある。

図２は、回転テーブルに２つの回転軸が設けられた工作機械の一例を表す模式図である。図２において、制御対象となる工作機械の回転テーブルはＺ軸まわりのテーブル回転軸Ｃ軸とＸ軸まわりの傾斜回転軸Ａ軸を備えている。また、図６は回転軸Ａ軸を回転させた場合の工具と回転テーブルが干渉する一例を、図７は回転軸Ｃ軸を回転させた場合の工具と加工ワークが干渉する一例を表す図である。
従来の数値制御装置では、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉を回避するために、作業者が手動で工具を退避させたり、工作機械の部位を３次元形状で表した機械モデルを数値制御装置に格納することで干渉するか否かをチェックし、干渉する場合には干渉直前で軸動作を停止させたりしていた。（例えば、特許文献１参照）

特開２００５−１２８６８６号公報

上記のような従来の数値制御装置では、作業者が工具の退避を忘れると工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉が発生したり、機械モデルを用いた干渉チェックでは複雑な機械モデルを工作機械種別毎に作成したりしておかなければならないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、回転軸の回転時に、工具と回転テーブルおよび加工ワークとの干渉を、作業者が手動で操作することなく、また複雑な機械モデルを用いることなく回避することができる数値制御方法及びその装置を得ることを目的としている。

この発明の数値制御方法は、加工ワークが搭載される回転テーブルを回転または傾斜させる回転軸が設けられ、加工ワークに対する工具の姿勢を制御することが可能な多軸工作機械を制御する数値制御方法において、前記回転軸の移動指令開始をトリガとし、前記回転軸が停止している状態で、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、Ｚ軸方向に移動し前記回転テーブルに対して接近したり離れたりする工具と回転テーブルおよび加工ワークとが干渉しない工具の干渉回避高さを計算するステップと、現在の工具先端のＺ軸高さと前記ステップで求めた干渉回避高さとの比較により、工具と回転テーブルあるいは加工ワークが干渉するか否かを判定するステップと、このステップにて干渉すると判定された場合に、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告し、干渉回避高さまでの回避動作開始指令の入力待ちを行うステップと、前記回避動作開始指令が出力されたとき、干渉回避高さまでのＺ軸方向の移動指令を生成するステップとを備えたものである。

またこの発明の数値制御方法は、前記干渉回避高さを計算するステップが、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させる回転軸を回転させる指令の場合、回転軸の中心から回転テーブルの端までの距離と回転軸の中心から加工ワークの端までの距離のうち長い方の距離を半径とする円と、工具軸方向の直線との交点のZ軸座標値を干渉回避高さとするものである。

またこの発明の数値制御方法は、前記干渉回避高さを計算するステップが、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させることなく回転させる回転軸を回転させる指令の場合には、予め入力された加工ワークの最大高さ座標を干渉回避高さとするものである。

またこの発明の数値制御方法は、前記干渉するか否かを判定するステップの前に、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉判定を行なうか否かを選択するステップを備えるものである。

またこの発明の数値制御方法は、前記移動指令を生成するステップの前に、前記干渉回避高さを計算するステップにて求めた干渉回避高さまで干渉回避動作を行なうか否かを選択するステップを備えるものである。

またこの発明の数値制御装置は、加工ワークが搭載される回転テーブルを回転または傾斜させる回転軸が設けられ、加工ワークに対する工具の姿勢を制御することが可能な多軸工作機械を制御する数値制御装置において、回転軸の移動指令開始をトリガとし、前記回転軸が停止している状態で、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、Ｚ軸方向に移動し前記回転テーブルに対して接近したり離れたりする工具と回転テーブルおよび加工ワークとが干渉しない工具の干渉回避高さを計算する回避高さ計算部と、現在の工具先端のＺ軸高さと前記回避高さ計算部で求めた干渉回避高さとの比較により、工具と回転テーブルあるいは加工ワークが干渉するか否かを判定する干渉判定部と、前記干渉判定部にて干渉すると判定された場合に、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告し、干渉回避高さまでの回避動作開始指令の入力待ちを行う警告部と、前記回避動作開始指令が出力されたとき、干渉回避高さまでのＺ軸方向の移動指令を生成する回避動作生成部とを備えたものである。

またこの発明の数値制御装置は、前記回避高さ計算部が、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させる回転軸を回転させる指令の場合、回転軸の中心から回転テーブルの端までの距離と回転軸の中心から加工ワークの端までの距離のうち長い方の距離を半径とする円と、工具軸方向の直線との交点のZ軸座標値を干渉回避高さとするものである。

またこの発明の数値制御装置は、前記回避高さ計算部が、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させることなく回転させる回転軸を回転させる指令の場合には、予め入力された加工ワークの最大高さ座標を干渉回避高さとするものである。

またこの発明の数値制御装置は、前記干渉判定部が、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉判定を行なうか否かを選択できるものである。

またこの発明の数値制御装置は、前記回避動作生成部が、前記回避高さ計算部にて求めた干渉回避高さまで干渉回避動作を行なうか否かを選択できるものである。

この発明によれば、作業者が干渉回避動作を手動で行なうことなく、また複雑な機械モデルを用いることなく、工具と回転テーブルおよび加工ワークとの干渉を回避することが可能という効果を奏する。

また、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとが干渉すると判断された場合に警告を行い、作業者からの干渉回避動作開始指令があるまで、干渉回避動作を行なわないようにすることができ、ひいては作業者が動かす予定のない軸が動作する干渉回避動作を行なわせないようにすることができる。

またこの発明によれば、少量の情報（加工ワークの寸法、設置位置、回転テーブルの中心座標など）で、干渉回避高さを計算することができる

またこの発明によれば、予め干渉しないことが分かっている場合には、干渉判定を行なわないようにすることができる。また、ハンドル送りモードやJOG送りモードなど干渉判定を行なわせたい運転モードのときだけ、干渉判定を行なわせることができる。

またこの発明によれば、干渉する可能性がある場合に警告メッセージだけ表示し、作業者が動かす予定のない軸が動作する干渉回避動作を行なわないようにすることができる。

この発明の実施の形態１による数値制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における工作機械の機械構成を表す模式図である。 この発明の実施の形態１による数値制御装置の干渉回避動作手順を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における傾斜回転軸回転時の干渉回避高さの説明図である。 この発明の実施の形態１におけるテーブル回転軸回転時の干渉回避高さの説明図である。 この発明の実施の形態１における傾斜回転軸回転時の干渉例を表す説明図である。 この発明の実施の形態１におけるテーブル回転軸回転時の干渉例を表す説明図である。

実施の形態１．
以下この発明の実施例１を、図を用いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る数値制御装置の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４内の回避高さ計算部６では、移動指令入力手段１から入力された移動指令軸２１が回転軸の場合に、設定手段２で予め数値制御装置４内のメモリ５に格納された機械情報２２を用いて、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、工具３０と回転テーブル３１および加工ワーク３２とが干渉しない工具の干渉回避高さ２３を生成する。なお、機械情報２２には、加工ワークの寸法や設置位置、回転テーブルの寸法や中心座標を含む。
干渉判定部７では、現在の工具先端高さ２４（数値制御装置４が制御のため常時把握しているＺ軸座標値）と前記回避高さ計算部６で求めた干渉回避高さ２３との比較により、工具３０と回転テーブル３１および加工ワーク３２とが干渉するか否かを判定し、判定結果２５を出力する。なお、この干渉判定部７は、操作画面（干渉判定を行なうか否かをパラメータ設定する操作画面）あるいは数値制御装置４が保有する図示しないＰＬＣ（プログラブルロジックコントローラ）から、干渉判定「否」の情報（データ）３６が入力されている場合には、干渉判定を行なわない。

警告表示部８では、前記干渉判定部７での判定結果２５により干渉すると判定された場合に、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告メッセージ２６を表示手段３に出力すると同時に、作業者から干渉回避高さ２３までの回避動作開始の入力待ちを行ない、回避動作開始の入力を受けると回避動作指令２７を出力する。なお、表示手段３は、図１に示すように、警告メッセージとともに、干渉回避動作を回避させるか否かの表示（「はい」、「いいえ」）を行い、作業者に「はい」、「いいえ」の何れかを選択させる操作画面を含む。また、この実施の形態では、警告表示部８とともに警告部を構成している。また警告部は音声のみで警告するものでもよい。
回避動作生成部９では、回避動作指令２７により干渉回避高さ２３までの工具軸方向の移動指令を生成し、可動部１０へ工具軸の指令位置２８を出力する。
なお、この数値制御装置のハードウエア構成は、ＣＰＵ、メモリなどからなる一般の数値制御装置の構成と同様であり、また回避高さ計算部６、干渉判定部７、警告表示部８、回避動作生成部９などはソフトウエアにより構成されている。

次に、この実施の形態１に係る数値制御装置の動作について説明する。
図２は、この実施の形態１において制御対象となる工作機械の一例を表す模式図である。図２において、制御対象となる工作機械の回転テーブル３１はＺ軸まわりのテーブル回転軸Ｃ軸とＸ軸まわりの傾斜回転軸Ａ軸を備えている。なお、以下の説明では、制御対象となる工作機械の機械構成を図２であるものとして説明するが、回転軸が設けられ加工ワークに対する工具の姿勢を制御できる工作機械であればどのような機械構成でもよい。

図３は、この実施の形態１に係る数値制御装置の処理手順の一例を表すフローチャートである。以下、図３に基づいて説明する。
先ず、ステップＳ１では、回避高さ計算部６にて、移動指令軸２１が回転軸か否かを判断し、回転軸の場合にはステップＳ２へ進む。
続いて、ステップＳ２では、回避高さ計算部６にて、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、工具３０と回転テーブル３１あるいは加工ワーク３２とが干渉しない工具の干渉回避高さ２３を求める。

ここで、干渉回避高さ２３の求め方について、図４及び図５を用いて説明する。
図４は、移動指令軸２１が傾斜回転軸Ａ軸の場合の干渉回避高さ２３の求め方の説明図である。なお、図４(a)は回転軸の中心３３から回転テーブル３１の端までの距離が、回転軸の中心３３から加工ワーク３２の端までの距離より長い場合を示し、図４(b)は回転軸の中心３３から加工ワーク３２の端までの距離が、回転軸の中心３３から回転テーブル３１の端までの距離より長い場合を示す。ここで、回転軸の中心３３から回転テーブル３１の端までの距離は、予めメモリ５に格納された回転テーブル寸法（直径もしくは半径）から求めることができ、回転軸の中心３３から加工ワーク３２の端までの距離は、予めメモリ５に格納された加工ワーク寸法と加工ワーク設置位置から求めることができる。

移動指令軸２１が傾斜回転軸Ａ軸の場合には、回転軸の中心３３を中心とし、回転軸の中心３３と、回転軸の中心３３から回転テーブル３１の端もしくは加工ワーク３２までの距離が最も長い点との距離を半径とする円３４を求め、円３４と工具軸方向の直線３５との交点のうちＺ軸座標値が大きい方を干渉回避高さ２３とする。
また、図５は、移動指令軸２１がテーブル回転軸Ｃ軸の場合の干渉回避高さ２３の求め方の説明図である。移動指令軸２１がテーブル回転軸Ｃ軸の場合には、予めメモリ５に格納された加工ワーク寸法と加工ワーク設置位置から求まる加工ワーク３２の最大Ｚ軸座標値を干渉回避高さ２３とする。

続いて、ステップＳ３では、干渉判定部７にて、工具３０と回転テーブル３１および加工ワーク３２との干渉判定を行なうか否かを判断し、干渉判定を行なう場合にはステップＳ４へ進み、干渉判定を行なわない場合には処理を終了する。なお、干渉判定を行なうか否かは、操作画面あるいはＰＬＣ信号から設定することができる。
続いて、ステップＳ４では、干渉判定部７にて、現在の工具３０の先端高さ（Ｚ軸座標値）と干渉回避高さ２３の比較を行ない、現在の工具３０の先端高さの方が干渉回避高さ２３より小さい場合には回転軸の可動範囲で干渉すると判断し、ステップＳ５へ進む。なお、現在の工具３０の先端高さと干渉回避高さ２３との比較では、現在の工具３０の先端高さと干渉回避高さに許容誤差を足したＺ軸座標値との比較を行なってもよい。こうすることで、干渉するかしないか、ぎりぎりの場合でも干渉すると判断することができる。

続いて、ステップＳ５では、警告表示部８にて、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告メッセージ２６を表示手段３へ出力し、ステップＳ６へ進む。
続いて、ステップＳ６では、警告表示部８にて、作業者が干渉回避高さ２３までの工具３０の干渉回避動作を行なうか否かを判断し、干渉回避動作を行なう場合にはステップＳ７へ進み、干渉回避動作を行なわない場合には処理を終了する。なお、干渉回避動作を行なうか否かを、この実施の形態では操作画面から設定しているが、ＰＬＣからの信号で設定することもできる。

続いて、ステップＳ７では、警告表示部８にて、作業者から干渉回避高さ２３までの工具３０の干渉回避動作開始の入力待ちを行ない、回避動作開始の入力があった場合にはステップＳ８へ進む。
そして、ステップＳ８では、回避動作生成部９にて、工具軸方向への移動指令を生成し、干渉回避高さ２３まで可動部１０を動作させる。なお、工具軸方向の移動量は工具３０の先端高さが干渉回避高さ２３に到達するまでとしてもよいし、干渉回避高さ２３に許容誤差を足したＺ軸座標値までとしてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、回転軸の移動指令が入力された場合に、回転軸が移動する前に回転軸の全可動範囲にわたって工具と回転テーブルおよび加工ワークとが干渉しない干渉回避高さまで工具を工具軸方向へ自動退避することができる。そのため、作業者が干渉回避動作を手動で行なうことなく、工具と回転テーブルおよび加工ワークとの干渉を回避することが可能となる。
また、この実施の形態１によれば、移動指令の入力された回転軸の可動範囲内で工具と回転テーブルあるいは加工ワークとが干渉すると判断された場合に、作業者からの干渉回避動作開始指令があるまで、警告メッセージを表示し、干渉回避動作を行なわないようにすることができる。そのため、作業者が動かす予定のない軸が干渉回避動作で動作することを予め作業者に通知することができ、作業者が安心して干渉回避動作を行なうことが可能となる。
また、この実施の形態１によれば、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって干渉しない干渉回避高さを回転テーブルの寸法と回転中心座標、加工ワークの寸法と設置位置から求めることができる。そのため、複雑な機械モデルを工作機械種別毎に作成することなく、工具と回転テーブルおよび加工ワークとの干渉を判定することが可能となる。
さらに、この実施の形態１によれば、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉判定を行なうか否かを操作画面あるいはPLC信号から設定することができる。そのため、干渉判定を行なう運転モードを手動送りモード（ハンドル送りモードやＪＯＧ送りモードなど）だけとし、自動運転モード中には干渉判定を行なわないようにすることが可能となる。

なお、この実施の形態１においては、干渉判定部７に、操作画面（干渉判定を行なうか否かをパラメータ設定する操作画面）あるいは数値制御装置４が保有する図示しないＰＬＣから、干渉判定「否」の情報（データ）３６が入力されている場合には、干渉判定部７が干渉判定を行なわないものについて説明したが、回避動作のための指令を生成させない情報（データ）３７を、操作画面あるいはＰＬＣから回避動作生成部９に入力するようにしてもよい。このように構成すれば、干渉判定部７が干渉判定を行い、干渉する場合、表示手段３に干渉警告メッセージを表示し、（作業者が表示手段８の操作画面から、干渉回避動作をさせる情報を入力したとしても）回避動作生成部９は、回避動作のための指令を生成しなくなり、このため干渉する可能性がある場合に警告メッセージだけ表示し、作業者が動かす予定のない軸が動作する干渉回避動作を行なわないようにすることができる。

この発明に係る数値制御方法及びその装置は、回転軸が設けられ工具の位置と姿勢を制御することができる多軸工作機械における工具と回転テーブルおよび加工ワークとの干渉をチェックするための数値制御方法及びその装置として用いられるのに適している。

１ 移動指令入力手段、２ 設定手段、３ 表示手段、４ 数値制御装置、５ メモリ、６ 回避高さ計算部、７ 干渉判定部、８ 警告表示部、９ 回避動作生成部、１０ 可動部、２１ 移動指令軸、２２ 機械情報、２３ 干渉回避高さ、２４ 工具先端高さ、２５ 判定結果、２６ 警告メッセージ、２７ 回避動作指令、２８ 指令位置、３０ 工具、３１ 回転テーブル、３２ 加工ワーク、３３ 回転軸中心、３４ 回避高さ計算用の円、３５ 工具軸方向の直線。

Claims (10)

1. 加工ワークが搭載される回転テーブルを回転または傾斜させる回転軸が設けられ、加工ワークに対する工具の姿勢を制御することが可能な多軸工作機械を制御する数値制御方法において、前記回転軸の移動指令開始をトリガとし、前記回転軸が停止している状態で、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、Ｚ軸方向に移動し前記回転テーブルに対して接近したり離れたりする工具と回転テーブルおよび加工ワークとが干渉しない工具の干渉回避高さを計算するステップと、現在の工具先端のＺ軸高さと前記ステップで求めた干渉回避高さとの比較により、工具と回転テーブルあるいは加工ワークが干渉するか否かを判定するステップと、このステップにて干渉すると判定された場合に、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告し、干渉回避高さまでの回避動作開始指令の入力待ちを行うステップと、前記回避動作開始指令が出力されたとき、干渉回避高さまでのＺ軸方向の移動指令を生成するステップとを備えたことを特徴とする数値制御方法。
2. 前記干渉回避高さを計算するステップは、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させる回転軸を回転させる指令の場合、回転軸の中心から回転テーブルの端までの距離と回転軸の中心から加工ワークの端までの距離のうち長い方の距離を半径とする円と、工具軸方向の直線との交点のZ軸座標値を干渉回避高さとするものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御方法。
3. 前記干渉回避高さを計算するステップは、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させることなく回転させる回転軸を回転させる指令の場合には、予め入力された加工ワークの最大高さ座標を干渉回避高さとするものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御方法。
4. 前記干渉するか否かを判定するステップの前に、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉判定を行なうか否かを選択するステップを備えるものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の数値制御方法。
5. 前記移動指令を生成するステップの前に、前記干渉回避高さを計算するステップにて求めた干渉回避高さまで干渉回避動作を行なうか否かを選択するステップを備えるものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の数値制御方法。
6. 加工ワークが搭載される回転テーブルを回転または傾斜させる回転軸が設けられ、加工ワークに対する工具の姿勢を制御することが可能な多軸工作機械を制御する数値制御装置において、回転軸の移動指令開始をトリガとし、前記回転軸が停止している状態で、移動指令の入力された回転軸の全可動範囲にわたって、Ｚ軸方向に移動し前記回転テーブルに対して接近したり離れたりする工具と回転テーブルおよび加工ワークとが干渉しない工具の干渉回避高さを計算する回避高さ計算部と、現在の工具先端のＺ軸高さと前記回避高さ計算部で求めた干渉回避高さとの比較により、工具と回転テーブルあるいは加工ワークが干渉するか否かを判定する干渉判定部と、前記干渉判定部にて干渉すると判定された場合に、移動指令の入力された回転軸の移動は行なわずに警告し、干渉回避高さまでの回避動作開始指令の入力待ちを行う警告部と、前記回避動作開始指令が出力されたとき、干渉回避高さまでのＺ軸方向の移動指令を生成する回避動作生成部とを備えたことを特徴とする数値制御装置。
7. 前記回避高さ計算部は、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させる回転軸を回転させる指令の場合、回転軸の中心から回転テーブルの端までの距離と回転軸の中心から加工ワークの端までの距離のうち長い方の距離を半径とする円と、工具軸方向の直線との交点のZ軸座標値を干渉回避高さとするものであることを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
8. 前記回避高さ計算部は、前記回転軸の移動指令が回転テーブルを傾斜させることなく回転させる回転軸を回転させる指令の場合には、予め入力された加工ワークの最大高さ座標を干渉回避高さとするものであることを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
9. 前記干渉判定部は、工具と回転テーブルあるいは加工ワークとの干渉判定を行なうか否かを選択できるものであることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の数値制御装置。
10. 前記回避動作生成部は、前記回避高さ計算部にて求めた干渉回避高さまで干渉回避動作を行なうか否かを選択できるものであることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の数値制御装置。

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