JP5881850B2 - 工作機械の制御装置および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の制御装置および工作機械に関する。

従来の技術では、ワークに対して工具を相対移動させて切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において工具の経路を所定の軸の座標等により指定し、ワークに対して工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御式の工作機械が知られている。数値制御式の工作機械は、加工プログラムに座標や移動速度を記載することにより、所望の工具径路および速度にて加工を行うことができる。

特許文献１においては、工具の角度を変化させながら加工を行う際に、与えられた指令移動速度で工具の先端を移動させる速度制御方法が開示されている。この公報においては、工具の角度変化を無視し、直線移動軸のみで直線補間を行った場合の所定の周期毎の分配移動量を算出し、この後に工具先端に生じる回転移動による位置偏差を分配移動量に加算することが開示されている。

特開平６−３３２５２４号公報

ところで、ワークに対する工具の相対的な移動速度である送り速度は、加工面の加工精度に影響を与えることが知られている。この送り速度を遅くすることにより、高精度の加工面を生成することができる。一方で、十分に余裕を含んで送り速度を遅くすると加工時間が長くなってしまう。このために、送り速度が所望の速度になるように正確に制御することが好ましい。

従来の技術においては、加工プログラムに工作機械の移動軸に関する送り速度を入力することが知られている。ところが、工作機械の移動軸に関する送り速度は、ワークの加工面に対する工具の加工部の速度と一致しない場合がある。たとえば、円筒カムの製造においては、円柱状のワークの表面に溝部を形成する。溝部は、ワークの周方向の表面に形成されるために、ワークに対して工具が回転移動する。このような、回転送り軸の移動を伴って曲線状にワークを加工する場合には、ワークを加工している工具の領域のうち一部の領域の速度が工作機械の移動軸の送り速度と異なる場合がある。このために、ワークの加工面が所望の加工精度よりも劣ってしまう場合がある。

本発明の工作機械の制御装置は、ワークに対して工具を相対移動させながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、工具にて加工を行うための工具経路およびワークの情報に基づいて、工具にてワークを加工する時の工具の最終的に加工面を生成する部分を推定する演算部を備える。制御装置は、最終的に加工面を生成する部分に含まれる複数の移動点のうち、ワークに対する工具の相対速度が最大になる最速移動点を推定し、最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定する送り速度設定部を備える。

上記発明においては、演算部に入力される入力数値データには、ワークに対する工具の複数の相対位置が指定されており、複数の相対位置は、第１の相対位置および第１の相対位置の直後の第２の相対位置を含み、送り速度設定部は、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの最速移動点を推定し、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動軸に関する送り速度を設定することができる。

上記発明においては、送り速度設定部は、ワークに対して工具が第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの時間を用いて移動軸に関する送り速度を設定することができる。

上記発明においては、演算部は、第１の相対位置と第２の相対位置との間に第３の相対位置を生成し、送り速度設定部は、連続する２つの相対位置の間を移動するときの最速移動点を推定し、連続する２つの相対位置の間を移動するときの移動軸に関する送り速度を設定することができる。

本発明の工作機械は、上述の工作機械の制御装置と、送り速度設定部で設定された送り速度に基づいて、ワークに対して工具を相対移動させる移動装置とを備える。

本発明によれば、加工面における加工精度の劣化を抑制する工作機械の制御装置および工作機械を提供することができる。

数値制御式の工作機械の概略図である。 代用工具を用いて溝加工を行う時のワークと溝部の概略図である。 指定工具を用いて溝加工を行う時のワークと溝部の概略図である。 指定工具を用いて溝加工を行う時の指定工具の中心軸の軌跡を説明する図である。 指定工具を用いて溝加工を行う時の仮想進行方向とワークを加工する部分とを説明する概略図である。 代用工具を用いて溝加工を行う時の概略断面図である。 溝加工の１回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 溝加工の２回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 溝加工の３回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 溝加工の１回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 溝加工の２回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 溝加工の３回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 代用工具を用いてワークを加工する加工システムの概略図である。 工作機械の制御装置の制御を説明するフローチャートである。 指定工具における仮想進行方向を説明する概略断面図である。 指定工具における仮想進行方向と代用工具を配置する範囲とを説明する概略図である。 指定工具の加工領域および最終的に加工面を生成する線を説明する概略斜視図である。 代用工具を配置する位置を説明する指定工具および代用工具の概略斜視図である。 ワークを加工した時のスキャロップ高さを説明する概略図である。 溝加工の１回目の往路の加工において、代用工具の最終的に加工面を生成する線の説明図である。 溝加工の２回目の往路の加工において、代用工具の最終的に加工面を生成する線の説明図である。 溝加工の３回目の往路の加工において、代用工具の最終的に加工面を生成する線の説明図である。 代用工具の工具経路のうち第１の相対位置と第２の相対位置に配置されている代用工具を説明する概略斜視図である。 出力数値データの概略図である。 指定工具の工具経路のうち第１の相対位置と第２の相対位置に配置されている指定工具を説明する概略斜視図である。 指定工具を用いてワークを加工する加工システムの概略図である。 端面カムの概略斜視図である。 正面カムの概略斜視図である。

図１から図２８を参照して、実施の形態における工作機械の制御装置および工作機械について説明する。工作機械としては、主軸が水平方向に延びている横形マシニングセンタを例示する。また、ワークに溝部を形成する溝加工を例に取り上げて説明する。本実施の形態では、使用者が指定する指定工具に代えて、指定工具よりも小型の代用工具を用いて溝加工を行う。

図１は、数値制御式の工作機械の概略図である。図１に示される工作機械１０では、加工を行う回転工具として代用工具２２が取り付けられている。工作機械１０は、代用工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置を備える。移動装置は、複数の移動軸を含む。複数の移動軸は、直線送り軸としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と、回転送り軸としてのＢ軸を含む。工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８が固定されている。Ｚ軸ガイドレール２８は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に延びるように配置されている。

Ｚ軸ガイドレール２８の上面には、テーブル１４が配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸ガイドレール２８に対して摺動可能に配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸に沿って移動する。テーブル１４の上面には、Ｂ軸の周りにワーク１を回転させるための数値制御式のロータリテーブル４２が配置されている。ロータリテーブル４２の上面には、ワーク用の保持部材４０を介してワーク１が固定される。

ベッド１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール３６が固定されている。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交し、更に水平方向（図１の紙面に垂直方向）に延びる。Ｘ軸ガイドレール３６は、Ｘ軸に沿って延びるように形成されている。Ｘ軸ガイドレール３６には、コラム１６が摺動可能に配置されている。コラム１６は、Ｘ軸に沿って移動する。

コラム１６において、ワーク１に対向する前面には、Ｙ軸ガイドレール３４が固定されている。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向に延びる。Ｙ軸ガイドレール３４は、Ｙ軸に沿って延びている。Ｙ軸ガイドレール３４上には、主軸ヘッド１８が配置されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸ガイドレール３４に摺動可能に形成されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸に沿って移動する。主軸ヘッド１８は、主軸２０を回転自在に支持するように形成されている。

移動装置は、ワーク１に対して代用工具２２をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。ベッド１２の内部において、テーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４が配置されている。Ｚ軸送りねじ２４は、Ｚ軸方向に延びている。テーブル１４の下面には、ナット２６が固定されている。ナット２６は、Ｚ軸送りねじ２４に螺合する。Ｚ軸送りねじ２４の一方の端部にはＺ軸サーボモータ２５が連結されている。Ｚ軸サーボモータ２５を駆動して、Ｚ軸送りねじ２４を回転させることにより、ナット２６がＺ軸方向に移動する。テーブル１４は、ナット２６の移動と共に、Ｚ軸ガイドレール２８に沿って移動する。この結果、ワーク１がＺ軸方向に移動する。

移動装置は、ワーク１に対して代用工具２２をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を備える。Ｘ軸移動装置は、Ｚ軸移動装置と同様に、ベッド１２の内部において、コラム１６の下側に配置されているＸ軸送りねじを含む。Ｘ軸送りねじは、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。コラム１６の下面にはＸ軸送りねじに螺合するナット３７が固定されている。Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸サーボモータ３８が連結されている。Ｘ軸サーボモータ３８を駆動し、Ｘ軸送りねじを回転させることにより、ナット３７がＸ軸方向に移動する。コラム１６は、ナット３７の移動とともに、Ｘ軸ガイドレール３６に沿って移動する。この結果、代用工具２２がＸ軸方向に移動する。

移動装置は、ワーク１に対して代用工具２２をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を備える。コラム１６の内部にはＹ軸送りねじ３２が配置されている。Ｙ軸送りねじ３２は、Ｙ軸方向に延びるように形成されている。主軸ヘッド１８の背面には、Ｙ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸サーボモータ３１が連結されている。Ｙ軸サーボモータ３１を駆動し、Ｙ軸送りねじ３２を回転させることにより、ナット３０がＹ軸方向に移動する。主軸ヘッド１８は、ナット３０の移動と共に、Ｙ軸ガイドレール３４に沿って移動する。この結果、代用工具２２がＹ軸方向に移動する。

移動装置は、ワーク１に対して代用工具２２をＢ軸の周りに回転移動させるＢ軸移動装置を備える。ロータリテーブル４２は、ワーク１を回転させるためのＢ軸サーボモータ４３を含む。Ｂ軸サーボモータ４３が駆動することにより、ワーク１がＢ軸の周りに回転する。

主軸２０の先端には代用工具２２が配置されている。代用工具２２として、回転工具であるフラットエンドミルが装着されている。主軸２０には、代用工具２２を回転させるためのモータ２３が接続されている。モータ２３が駆動することにより、代用工具２２は、主軸２０の中心軸を回転軸として自転する。

このように、工作機械１０は、直線送り軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と回転送り軸（Ｂ軸）を有するため、コラム１６、主軸ヘッド１８、テーブル１４をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワーク１に対して代用工具２２を相対的に移動させることができる。更に、ロータリテーブル４２を駆動することにより、ワーク１をＢ軸周りに回転させることができる。ワーク１に対して代用工具２２を相対的に回転移動させることができる。

図２に、ワーク１の概略平面図を示す。円柱状のワーク１の周方向の表面に溝部６６を形成する。溝部６６は、ワーク１の表面に螺旋状に延びる。ワーク１に、このような溝部６６を形成する溝加工を行うことにより、例えば円筒カムを製造することができる。

図１および図２を参照して、ワーク１に溝部６６を形成する場合には、ワーク１の中心軸１ａがＹ軸と平行になる様に、ワーク１をロータリテーブル４２に固定する。また、中心軸１ａがロータリテーブル４２の回転軸と一致するようにワーク１を固定する。ワーク１の加工においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の直線移動に加えてＢ軸の周りにワーク１を回転させる。

本実施の形態の溝加工では、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いて切削加工を行う。溝部６６は、断面形状がほぼ四角形であり、一方の側面６６ａおよび他方の側面６６ｂを有する。溝部６６は、深さおよび溝幅が一定になるように形成される。このような溝部６６を形成する場合には、切削の時の代用工具２２の深さ方向の相対位置（Ｚ軸の位置）を変化させずに、ワーク１の表面に沿って、Ｘ軸の位置、Ｙ軸の位置およびＢ軸の位置を変化させる制御を行う。

溝加工方法は、代用工具２２を溝部６６の形状に沿って往復移動させる往復移動工程を含む。往復移動工程の往路では、溝部６６の一方の側面６６ａを加工する。矢印９５に示すように、代用工具２２を溝部６６の延びる方向に相対移動させることにより溝部６６の一方の側面６６ａを加工する。工作機械１０においては、主軸２０をＹ軸方向に移動する。ワーク１は、矢印９２に示すように代用工具２２に対してＹ軸方向に相対的に移動する。更に、矢印９１に示すように中心軸１ａの周りにワーク１を回転させることにより、ワーク１と代用工具２２との相対移動を行う。代用工具２２が、予め定められた溝部６６の端部まで到達したときには、代用工具２２をＸ軸方向とＹ軸方向に移動して復路の位置に配置する。この後に、相対移動する向きを変えて復路の加工を行う。

往復移動工程の復路では、溝部６６の他方の側面６６ｂを加工する。代用工具２２を溝部６６の延びる方向に相対移動させることにより溝部６６を形成する。矢印９４に示すように、代用工具２２に対してワーク１を相対的に移動させながら、矢印９３に示すようにワーク１を回転させることにより、ワーク１と代用工具２２との相対移動を行う。

ところで、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２にて溝部６６の側面６６ａ，６６ｂの加工を１回行った状態では、所望の形状の溝部６６を形成することができずに、溝部６６の側面６６ａ，６６ｂにおいて深さ方向のいずれかの部分に削り残しが生じる。ここで、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２にて溝部６６の側面を加工した場合の削り残しについて説明する。

図３に、指定工具を用いて加工を行う時のワーク１の概略平面図を示す。指定工具８１は、溝部６６の溝幅と同一の直径を有する回転工具である。指定工具８１は、フラットエンドミルである。指定工具８１は、溝部６６を形成するために最適な回転工具である。指定工具８１を用いる場合には、矢印９５に示すように、溝部６６の延びる方向に沿って１回の相対移動を行うことにより、溝部６６を形成することができる。工作機械１０においては、主軸２０をＹ軸方向に移動させながら、ワーク１をＢ軸周りに回転移動させる。指定工具８１に対してワーク１を矢印９２に示すようにＹ軸方向に相対的に移動させながら、矢印９１に示すようにワーク１を中心軸１ａの周りに回転させることにより、溝部６６を形成することができる。

図４に、指定工具８１を用いたときの指定工具８１の中心軸８１ａの軌跡を説明する概略図を示す。図４に示す例では、指定工具８１の中心軸８１ａが、ワーク１の半径方向を向くように指定工具８１を配置する。すなわち、中心軸８１ａとワーク１の中心軸１ａが交わるように配置される。

指定工具８１は、矢印９８に示すように中心軸８１ａの周りに自転している。指定工具８１は、一方の端部がワーク１の内部に挿入される。展開図７１は、ワーク１の周方向の表面を、矢印９６に示すように展開した図である。ワーク１の周方向の表面において、中心軸８１ａが通る軌跡７１ａが示されている。また、指定工具８１は、先端における中心軸８１ａ上の点、すなわち工具先端点を有する。展開図７２は、工具先端点を通るワーク１の円周方向の領域を矢印９７に示すように展開した図である。展開図７２には、工具先端点の軌跡７２ａが示されている。

ワーク１の表面における工具中心軸８１ａ上の点の軌跡７１ａと、工具先端点の軌跡７２ａとを比較すると、軌跡の形状が互いに異なることが分かる。指定工具８１に対してワーク１が回転する時の回転半径が互いに異なるために、それぞれの点の軌跡が異なる。このために、ワーク１に対する指定工具８１の相対的な進行方向が溝部６６の深さ方向で異なる。

図５に、ワーク１に対して指定工具８１を相対移動させたときに、中心軸８１ａが移動する向きを説明する概略図を示す。矢印１０１は、指定工具８１の深さ方向において所定の点における仮想進行方向を示している。仮想進行方向とは、ワーク１を停止させて工具が移動すると仮定したときの工具の仮想的な進行方向である。中心軸８１ａの延びる方向において、仮想進行方向が変化することが分かる。すなわち、溝部６６の深さ方向において、仮想進行方向が変化することが分かる。

矢印１０２は、仮想進行方向を示す矢印１０１の方向に垂直な方向を示している。矢印１０２と指定工具８１の表面との交点が接触箇所８１ｂになる。接触箇所８１ｂは、溝部６６の側面６６ａ，６６ｂを形成する部分である。更に、後述するように、接触箇所８１ｂは、ワークを加工するときに最終的にワークの加工面を生成する線に相等する。図５に示す例では、接触箇所８１ｂの線は、指定工具８１の中心軸８１ａと平行にならない。なお、図５に示す例では、接触箇所８１ｂの線が曲線状であるが、接触箇所が直線状になる場合もある。

指定工具８１よりも小さな工具径を有する代用工具２２を使用する場合には、代用工具２２は、中心軸２２ａが指定工具８１の中心軸８１ａと平行になるように配置することができる。また代用工具２２の表面が、指定工具８１を用いた場合の指定工具８１の表面の位置に接触するように配置することができる。この時に、代用工具２２の中心軸２２ａは、指定工具８１の中心軸８１ａからずれた位置になる。ここで、中心軸２２ａの位置をどのように選んでも、１回の加工では代用工具２２の表面が接触箇所８１ｂの全てを通過することができない。このために、代用工具２２を配置して切削加工を行うと、溝部６６の深さ方向において一部の領域では削り残しが生じる。本実施の形態の溝加工では、代用工具２２を用いて、１回の加工で溝部６６の側面６６ａまたは側面６６ｂを形成しようとしても、所望の側面の形状を得ることができない特性を有する。そこで、溝部６６の一つの側面を形成するために、ワーク１に対する代用工具２２の相対位置を変更して複数回の加工を行う。

図６に、代用工具２２を用いた溝加工を説明する概略断面図を示す。この溝加工では、矢印９９に示す溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いる。すなわち、指定工具８１の代わりに代用工具２２を用いる。図６は、溝部６６の一方の側面６６ａの加工を例示している。

代用工具２２の傾きは、代用工具２２の中心軸２２ａが、溝部６６の深さ方向と平行になるように設定する。すなわち、代用工具２２を配置するための円８４の中心軸が、代用工具２２の回転軸と平行になる様に代用工具２２の傾きを設定している。

この溝加工方法では、溝部６６の一方の側面６６ａに対して、少しずつ代用工具２２の位置を変更しながら、複数回の加工を行っている。図６に示す例においては、１回目の側面６６ａの加工において、位置８５ａに代用工具２２を配置する。そして、矢印１０３に示すように、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させている。２回目の側面６６ａの加工においては、位置８５ｂに代用工具２２を配置して、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させる。さらに、３回目の側面６６ａの加工においては、位置８５ｃに代用工具２２を配置して、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させている。それぞれの位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、溝部６６の溝幅を直径とする円８４に内接するように設定されている。すなわち、指定工具８１を使用するときの指定工具８１の表面の位置に、代用工具２２の表面が接するように配置される。

復路の加工においても、往路の加工と同様に、溝部６６の他方の側面６６ｂを形成するために、代用工具２２の位置を変えて複数回の加工を行っている。本実施の形態では、往路および復路において、代用工具２２の位置を変えて３回の加工を行っている。一つの側面を形成するための加工の回数は、任意の回数を選択することができる。加工の回数を多くすることにより、後述するようにスキャロップ高さを小さくすることができる。すなわち、溝部の加工精度を向上させることができる。

図７に、１回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。矢印１００は、代用工具２２の自転する方向を示しており、往路および復路で同一の回転方向が採用されている。１回目の往路の加工においては、位置８５ａに代用工具２２を配置する。代用工具２２を、矢印１０３に示すように溝部６６の延びる形状に沿って移動させることにより、一方の側面６６ａの加工を行う。１回目の復路の加工においては、位置８６ａに代用工具２２を配置する。代用工具２２を、矢印１０４に示すように、溝部６６の延びる形状に沿って移動させることにより、他方の側面６６ｂの加工を行う。

図８に、２回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。２回目の加工では、往路において位置８５ｂに代用工具２２を配置して、矢印１０３に示す方向に移動させることにより、一方の側面６６ａを加工する。復路においては、位置８６ｂに代用工具２２を配置して、矢印１０４に示す方向に移動させることにより、他方の側面６６ｂを加工する。

図９に、３回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。３回目の加工においても、１回目の加工および２回目の加工と同様に、往路において位置８５ｃに代用工具２２を配置して一方の側面６６ａの加工を行い、復路において位置８６ｃに代用工具２２を配置して他方の側面６６ｂの加工を行っている。

図１０に、１回目の往路の加工を行っているときの概略断面図を示す。図１１に、２回目の往路の加工を行っているときの概略断面図を示す。図１２に、３回目の往路の加工を行っているときの概略断面図を示す。それぞれの図においては、使用者の所望の形状の加工面６７が示されている。複数回の加工を行なうことにより、溝部６６の側面６６ａが加工面６７に一致する。

図１０を参照して、１回目の往路の加工においては、一方の側面６６ａの上部を、加工面６７とほぼ同一になるように切削することができる。ところが、一方の側面６６ａの中央部および下部においては、加工面６７までの加工を行なうことができずに削り残りが生じる。図１１を参照して、２回目の往路の加工においては、一方の側面６６ａの中央部を加工面６７に近づけるように加工することができる。図１２を参照して、３回目の往路の加工においては、一方の側面６６ａの下部の削り残りを切削することができる。この結果、溝部６６を所望の形状の加工面６７に一致させることができる。復路の加工においても、往路の加工と同様に、複数回の加工により溝部６６の他方の側面６６ｂを加工面６７に一致させることができる。

このように、溝加工方法は、溝部６６の延びる方向に沿った工具経路にて、代用工具２２を相対的に移動させてワーク１を加工する加工工程を含む。加工工程は、ワーク１に形成する溝部６６の溝幅を直径にした円８４に内接するように代用工具２２を配置する。そして、ワーク１に対する代用工具２２の相対位置を変更して複数回の加工を行っている。この方法を採用することにより、溝幅と同一の直径を有する回転工具を用いなくても、高い精度で溝部の加工を行うことができる。

次に、本実施の形態における溝加工方法を行う工作機械の制御装置について説明する。

図１３に、工作機械１０と、工作機械１０に入力する入力数値データ５４を生成する装置とを備える加工システムの概略図を示す。ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置５１にてワーク１の形状を設計する。ＣＡＤ装置５１は、ワーク１の形状データ５２をＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）装置５３に供給する。形状データ５２にはワーク１に形成する溝部６６の形状のデータが含まれている。ここで、使用者は、ＣＡＭ装置５３に対して指定工具８１を入力することができる。溝部６６の溝幅と同一の直径を有する指定工具８１を入力している。または、指定工具８１は、ＣＡＭ装置５３により自動的に指定されても構わない。

ＣＡＭ装置５３においては、形状データ５２に基づいて、工作機械１０の制御装置５５に入力するための入力情報としての入力数値データ５４が生成される。入力数値データ５４は、溝部６６の溝幅と同一の直径を有する指定工具８１を用いて溝部を形成するときの数値データである。

数値制御式の工作機械１０は、制御装置５５を備える。制御装置５５は、演算処理装置を含む。演算処理装置は、演算処理等を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、およびその他の周辺回路を有する。

制御装置５５は、入力数値データ５４を用いて、出力数値データ６２を生成する。出力数値データ６２は、指定工具８１よりも小さな工具径を有する代用工具２２を用いたときの機械に対する指令が含まれている。出力数値データ６２には、溝部６６を形成するために複数回の加工を行う工具経路の情報が含まれている。出力数値データ６２には、ワーク１に対して代用工具２２を相対移動させる数値データが含まれている。

制御装置５５は、入力情報読取部として機能する数値データ読取部５６と、演算部５７とを含む。数値データ読取部５６は、入力数値データ５４を読込む機能を有する。演算部５７は、仮想進行方向設定部５８と、範囲設定部５９と、位置設定部６０とを含む。演算部５７は、読み込んだ入力数値データ５４に基づいて、代用工具２２を配置する位置を設定する。すなわち、代用工具の工具経路を設定する。更に、演算部５７は、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線を推定する。送り速度設定部６１は、演算部５７にて演算した工具経路および最終的に加工面を生成する線に基づいて、ワーク１に対する代用工具２２の相対速度を演算する。すなわち、工作機械１０のそれぞれの移動軸に関する送り速度を設定する。送り速度設定部６１は、出力数値データ６２を生成する。出力数値データ６２は、数値制御部６３に入力される。数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて各軸サーボモータ６４を駆動する。各軸サーボモータ６４には、Ｘ軸サーボモータ３８、Ｙ軸サーボモータ３１、Ｚ軸サーボモータ２５およびＢ軸サーボモータ４３が含まれる。

図１４に、工作機械１０の制御装置５５における制御のフローチャートを示す。図１３および図１４を参照して、制御装置５５の数値データ読取部５６には、ＣＡＭ装置５３により生成された入力数値データ５４が入力される。入力数値データ５４は、指定工具８１を用いたときの工具先端点の経路を示すデータを含む。すなわち、指定工具８１の工具経路が含まれる。入力数値データ５４は、例えば、ＸＹＺ軸の座標値とＡＢＣ軸の回転角度とによって構成されている。制御装置５５に入力する入力情報としては、上記の数値データに限られず、指定工具の任意の部分の経路を示す入力情報を採用することができる。

制御装置５５においては、はじめにステップ１２１において、数値データ読取部５６により、入力数値データ５４を読み込む。ステップ１２２においては座標値列を出力する。ここでの座標値列は、ＸＹＺ軸の座標値およびＡＢＣ軸の回転角度によって構成されている。

次に、演算部５７において、指定工具８１よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いて加工を行なうための工具経路を設定する。ステップ１２３において、演算部５７の仮想進行方向設定部５８は、工作機械１０のデータを読み込む。工作機械１０のデータには、工作機械１０の軸構成および座標系などが含まれる。次に、ステップ１２４において、仮想進行方向設定部５８は、仮想進行方向を算出する。

図１５に、仮想進行方向を説明する概略断面図を示す。仮想進行方向は、ワーク１が停止していたと仮定したときのワーク１に対する指定工具８１の進行方向である。仮想進行方向としては、指定工具８１のそれぞれの高さにおける複数の点が進行する方向を採用することができる。図１５に示す例では、指定工具８１の位置を変更せずに、ワーク１を矢印９１に示す向きに回転している。すなわち、指定工具８１の中心軸８１ａは停止した状態であり、ワーク１を回転させている。このときに、ワーク１が停止していると仮定すると、指定工具８１の工具先端点８１ｃの仮想進行方向は、矢印１０１に示す方向になる。仮想進行方向は、例えば、ＸＹＺ軸における単位長さのベクトルにて設定する。

図１６に、溝加工を行っているときの概略平面図を示す。指定工具８１の所定の高さの点における仮想進行方向を矢印１０１にて示している。仮想進行方向は、円８４の直径と同一の直径を有する指定工具８１が、溝部６６の延びる方向に沿って進行する方向を示している。

図１３および図１４を参照して、ステップ１２４までは、指定工具８１を用いた場合を想定して仮想進行方向を求めている。次に、指定工具８１の仮想進行方向に基づいて、代用工具２２の工具経路を設定する。制御装置５５の範囲設定部５９において、代用工具２２を配置する範囲を設定する。

範囲設定部５９は、ステップ１２５において加工設定データを読み込む。ここでの加工設定データには、溝部６６の溝幅、溝部６６の深さ等のワークの情報および代用工具２２の工具径等が含まれる。更に、加工設定データには、使用者が設定した加工面における工具の送り速度が含まれる。すなわち、ワークに対する工具の相対速度が指定されている。なお、ワークに対する工具の所望の相対速度は、使用者によりＣＡＭ装置５３に入力され、入力数値データ５４に含まれていても構わない。または、ＣＡＭ装置５３により、自動的に指定されていても構わない。

加工設定データには、ワークに対して工具が接触する位置の制限データが含まれていても構わない。例えば、代用工具２２による加工では、溝部６６の２つの側面のうち、１つの側面の加工が行われる。代用工具２２がワークに接触する位置を制限しない場合には、代用工具２２が溝部の両方の側面を一度に加工すると判断される場合がある。このような場合に、代用工具が１つの側面のみに接触することを指定することができる。

範囲設定部５９は、ステップ１２６において、加工設定データと仮想進行方向とを用いて、代用工具２２を配置する範囲を設定する。ここで、範囲設定部５９は、仮想進行方向に基づいて指定工具８１の最終的に加工面を生成する線を推定する。範囲設定部５９は、最終的に加工面を生成する線に基づいて、代用工具２２を配置する範囲を設定する。ここで、最終的に加工面を生成する線について説明する。

図１７に、指定工具の概略斜視図を示す。図１７は、指定工具８１の実際に加工を行う部分を示している。たとえば、図１７に示す指定工具８１の上端は、溝部の上端に相等する。前述の通り、指定工具８１の中心軸８１ａの高さ方向の位置に依存して、矢印１０１に示す仮想進行方向が徐々に変化している。

中心軸８１ａ上における点の仮想進行方向に対して垂直な方向と指定工具８１の表面の交点とが、ワーク１の加工を行ったときに最終的にワークに接触している点になる。この点を接続すると、指定工具８１の最終的に加工面を生成する線１３２が得られる。

ところで、指定工具８１の軸方向において、仮想進行方向が変化するために、最終的に加工面を生成する線１３２は、指定工具８１の中心軸８１ａとはほぼ平行にならずに中心軸８１ａに対して捩れている。更に、図１７に示す例では、最終的に加工面を生成する線１３２は、曲線状になっている。

指定工具８１が矢印１０１に示す仮想進行方向に移動する時には、指定工具８１の表面の一部の領域にてワークの切削を行うことができる。指定工具８１は、ワークの加工面を形成するための加工領域１３１を有する。実際にワークを加工する加工領域１３１は、線１３２よりも仮想進行方向の向かう側に設定される。加工領域１３１においてワーク１を切削して溝部６６を形成することができる。また、加工領域１３１の端部が最終的に加工面を生成する部分になる。この例では、最終的に加工する部分が、最終的に加工面を生成する線１３２になる。

最終的に加工面を生成する線１３２は、演算により推定することができる。矢印１１０，１１１に示すように、算出した仮想進行方向に対して垂直な線を設定する。この線と指定工具８１の表面との交点である移動点１８３，１８４を演算する。同様に、中心軸８１ａ上の複数の点について、それぞれの指定工具８１の表面上の点を演算することにより、最終的に加工面を生成する線１３２を推定することができる。

次に、最終的に加工面を生成する線１３２に基づいて、代用工具２２を配置する範囲を設定する。

図１８に、代用工具２２を配置する範囲を説明する概略斜視図を示す。図１６および図１８を参照して、代用工具２２は、代用工具２２の表面が指定工具８１を用いた場合の指定工具８１の表面に接触するように配置される。指定工具８１における最終的に加工面を生成する線１３２に対応するように、代用工具２２を配置する。最終的に加工面を生成する線１３２の上端の移動点１８３と、下端の移動点１８４との間の領域を代用工具２２を配置する範囲に設定することができる。代用工具２２を配置する範囲は、矢印１７６にて示されている。

図１３および図１４を参照して、次に、位置設定部６０は、代用工具２２を配置する範囲内において、代用工具２２を配置する位置の設定を行う。位置設定部６０は、ステップ１２７において、加工設定データを読み込む。ここで読み込む加工設定データとしては、スキャロップ高さおよび代用工具の工具径などが含まれる。

図１９に、スキャロップ高さを説明する概略図を示す。代用工具２２の位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、円８４に内接するように設定されている。このために、代用工具２２を配置する位置の数に応じて矢印１０６に示すスキャロップ高さが定まる。また、スキャロップ高さは、代用工具２２の直径にも依存する。例えば、代用工具２２を配置する範囲の内部において、代用工具２２を配置する位置の数を多くする。代用工具２２を配置する位置同士の間隔を小さくすることにより、スキャロップ高さを小さくすることができる。すなわち、溝部の側面を加工する回数を増加することにより、スキャロップ高さを小さくすることができる。

図１３および図１４を参照して、ステップ１２８においては、入力されたスキャロップ高さ等の加工設定データに基づいて、代用工具２２の位置を設定することができる。スキャロップ高さに基づいて、代用工具２２を配置する位置の数を計算により算出することができる。本実施の形態の加工では、３回の加工が設定されている。このように、スキャロップ高さの許容値を指定すると、代用工具２２を配置する範囲の内部に、代用工具２２の複数個の位置を設定することができる。代用工具２２の位置は、例えば、工具先端点におけるＸＹＺ軸の座標値および回転送り軸の角度、または、ステップ１２２において出力した座標値列との差を出力することができる。

次に、送り速度設定部６１は、ステップ１２９において、ワーク１に対する代用工具２２の相対速度を設定する。すなわち、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定する。本実施の形態では、Ｙ軸方向の移動速度およびＢ軸周りの回転速度を設定する。ステップ１２９では、最終的に加工面を生成する線に含まれる複数の移動点のうち、ワーク１に対する代用工具２２の相対速度が最大になる最速移動点を推定する。そして、最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定する。ここでの例では、入力数値データに記載されているブロックごとに相対速度を設定する。

図２０は、１回目の往路の加工を行うときの代用工具２２の概略斜視図である。図２１は、２回目の往路の加工を行うときの代用工具２２の概略斜視図である。図２２は、３回目の往路の加工を行うときの代用工具２２の概略斜視図である。代用工具２２を用いる場合にも、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線が生成される。図２０を参照して、代用工具２２による１回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ａは、溝部の上部の領域に形成される。図２１を参照して、代用工具２２による２回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ｂは、溝部の中央部の領域に形成される。図２２を参照して、代用工具２２による３回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ｃは、溝部の下部の領域に形成される。

図２０から図２２に示すそれぞれの最終的に加工面を生成する線１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃを組み合わせることにより、指定工具８１にて加工を行うときの最終的に加工面を生成する線１３２に対応する線を形成することができる。

図２３に、１回目の往路の加工において所定の位置に配置されている代用工具２２の概略斜視図を示す。演算部に入力される入力数値データには、ワークに対する工具の複数の相対位置が含まれている。図２３には、工具経路のうち第１の相対位置２０１に配置されている代用工具２２と、第２の相対位置２０２に配置されている代用工具２２が示されている。ここで、第１の相対位置２０１は、図１４のステップ１２２において出力される座標値列の特定のブロックに記載されている位置である。第２の相対位置２０２は、特定のブロックの直後のブロックに記載されている位置である。すなわち、代用工具２２の２つの位置は、連続する２つのブロックに記載されている位置に相等する。

図２３には、ワーク１が停止していると仮定したときのワーク１に対する代用工具２２の移動が示されている。代用工具２２が第１の相対位置２０１から第２の相対位置２０２に移動することにより、矢印１９５に示すように、代用工具２２の工具先端点２２ｃが移動する。代用工具２２の移動に伴って、最終的に加工面を生成する線１３２ａが移動する。このときに、線１３２ａの上には、複数の移動点を設定することができる。複数の移動点の移動速度は、線１３２ａ上の位置によって互いに異なる。

図２３に示す例では、最終的に加工面を生成する線１３２ａの両端の点を移動点１８３，１８５として設定している。移動点１８３は、矢印１９１に示すように移動する。移動点１８５は、矢印１９２に示すように移動する。なお、この溝加工では回転移動を含むために、移動点１８３，１８５は、曲線状の移動経路を有するが、矢印１９１，１９２は、移動前の位置と移動後の位置を直線で示している。

ワーク１に対する移動点１８３の相対速度と、ワーク１に対する移動点１８５の相対速度とは互いに異なる。移動点の相対速度は、Ｂ軸の回転中心からの距離が遠いほど大きくなる。この例では、移動点１８３の相対速度が移動点１８５の相対速度よりも大きくなる。したがって、最終的に加工面を生成する線１３２ａ上における複数の移動点のうち、ワーク１に対する工具の相対速度が最も速くなる最速移動点は、移動点１８３になる。このように、最速移動点を推定することができる。または、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動距離が最も長くなる移動点を最速移動点として推定することができる。

本実施の形態の溝加工では、２回目の往路の相対速度および３回目の往路の相対速度を１回目の往路の相対速度と同一にしている。図２１を参照して、２回目の往路の加工の最終的に加工面を生成する線１３２ｂにおいては、移動点１８６の相対速度が移動点１８７の相対速度よりも大きくなる。更に、図２２を参照して、３回目の往路の加工の最終的に加工面を生成する線１３２ｃにおいては、移動点１８８の相対速度が移動点１８４の相対速度よりも大きくなる。移動点１８６，１８８は、それぞれの加工における最速移動点になる。

ここで、前述のように、最終的に加工面を生成する線１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃにおける移動点の相対速度は、回転中心のＢ軸からの距離が遠いほど大きくなる。すなわち、移動点１８３，１８６，１８８の相対速度のうち、最もワーク１に対する相対速度が速くなるのは移動点１８３であると推定できる。このために、２回目の往路の加工および３回目の往路の加工においても、図６に示す対応する位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃにおいては、１回目の往路の加工の移動点１８３の相対速度を用いて工作機械の移動軸に関する送り速度を設定することができる。なお、２回目の加工および３回目の加工において、それぞれの加工の最速移動点である移動点１８６，１８８の相対速度に基づいて工作機械の移動軸に関する送り速度を設定しても構わない。

次に、移動点１８３の速度が予め指定された相対速度以下になるように、移動軸に関する送り速度を設定する。本実施の形態では、移動点１８３の相対速度が予め指定された相対速度と一致するように送り速度を設定する。また、代用工具２２が第１の相対位置２０１から第２の相対位置２０２に移動するときの時間を用いて送り速度を設定する。このときに、それぞれのブロックにおいて時間の逆数により送り速度を設定する。すなわち、出力数値データにおいてインバースタイム指令を記載する。

ところで、図１８を参照して、代用工具２２の移動点１８３は、指定工具８１の移動点１８３と同一になる。図１４、図１８および図２３を参照して、ステップ１２８において、代用工具２２の位置を設定するときに移動点１８３の座標値を算出することができる。第１の相対位置２０１における移動点１８３の座標値と、第２の相対位置２０２における移動点１８３の座標値とを算出する。次に、第１の相対位置２０１における移動点１８３と第２の相対位置２０２における移動点１８３との距離を算出する。この距離は、矢印１９１，１９２に示すように直線的な移動距離に近似して算出している。

次に、移動装置の移動軸に関する送り速度の算出方法について説明する。使用者が入力画面で入力した加工面における工具の速度、すなわち予め指定されたワークに対する工具の相対速度をＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］とする。第１の相対位置２０１における代用工具２２の機械座標値をｐ１とし、第２の相対位置２０２における代用工具２２の機械座標値をｐ２とする。この座標値には、３次元のＸＹＺ座標の他に、回転移動の座標も含まれている。すなわち、この座標値には、ワークに対する工具の角度の情報が含まれる。

代用工具２２が座標値ｐ１から座標値ｐ２に、例えば時間ｔ［ｍｉｎ］かけて移動する時の最速移動点の速度をｆ（ｔ）［ｍｍ/ｍｉｎ］とする。このときの、最速移動点が時間ｔ［ｍｉｎ］の期間中に移動する距離は、ｆ（ｔ）・ｔになる。従って、インバースタイム指令値Ｉ［１／ｍｉｎ］は、次の式（１）で求められる。

Ｉ＝Ｆ／（ｆ（ｔ）・ｔ） …（１）

変数の時間ｔは、任意の値を採用することができる。時間ｔに１［ｍｉｎ］を代入すると、インバースタイム指令値Ｉは次の式（２）に変形される。

Ｉ＝Ｆ／ｆ（１） …（２）

図２３を参照して、本実施の形態においては、ｆ（１）に、第１の相対位置２０１における移動点１８３と第２の相対位置２０２における移動点１８３との移動距離を代入する。ｆ（１）に最速移動点の移動距離を代入することにより、第１の相対位置から第２に位置に移動するときのインバースタイム指令値Ｉを算出することができる。

本実施の形態においては、第１の相対位置と第２の相対位置とは、連続する２つのブロックに相等するために、それぞれのブロックごとにインバースタイム指令を算出することができる。このように、工具経路とワークの情報とに基づいて、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動軸に関する送り速度を設定することができる。

図１３および図１４を参照して、送り速度設定部６１は、ステップ１２９において、それぞれの移動軸に関する送り速度を算出した後に、ステップ１３０において、出力数値データ６２を生成する。出力数値データ６２は、例えば、ＸＹＺ軸の座標と、ＡＢＣ軸における代用工具２２とワーク１との相対的な角度により設定することができる。

図２４に、送り速度設定部６１により生成された出力数値データ６２の例を示す。１つの行の座標値が１つのブロックに対応する。移動軸に関する送り速度は、それぞれのブロック毎に指定されている。送り速度はインバースタイム指令により指定されている。Ｘ軸の座標、Ｙ軸の座標およびＺ軸の座標は、代用工具２２の工具先端点２２ｃの位置を示している。Ｂ軸の角度は、ワーク１の回転角度を示している。

出力数値データ６２の記号「Ｇ９３」は、これ以降の速度の指令がインバースタイム指令により行われることを示している。Ｙ軸方向の直線送り移動とＢ軸周りの回転移動とが、所定の時間内に行われるように送り速度が定められている。たとえば、インバースタイムの指令が「Ｆ１０」であれば、１／１０［ｍｉｎ］の時間で、所定のＹ座標およびＢ軸の回転角度の位置まで移動することが示されている。

図１３を参照して、数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて各軸サーボモータ６４を駆動する。これにより、ワーク１と代用工具２２との相対位置を調整することができる。

このように、制御装置の演算部は、ワークを加工する時の代用工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する線を推定している。更に、送り速度設定部は、最終的に加工面を生成する線に含まれる最速移動点を推定し、最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定している。この構成により、加工面の任意の点における加工速度を所望の速度以下にすることができる。加工面全体の領域において、加工精度を所望の精度以上にすることができる。加工面の一部においてワークに対する工具の相対速度が所望の相対速度を超えてしまって、加工面の一部の加工精度が劣化してしまうことを抑制できる。

本実施の形態においては、最終的に加工面を生成する線における最速移動点の相対速度が、予め指定された相対速度と等しくなるように制御しているが、この形態に限られず、最速移動点の相対速度が、予め指定された相対速度以下になるように設定すれば構わない。

また、送り速度設定部は、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの最速移動点を推定し、第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動軸に関する送り速度を設定している。この構成により、出力数値データのブロックごとに、それぞれの移動軸に関する送り速度を設定することができる。

更に、送り速度設定部は、ワークに対して工具が第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの時間を用いて移動軸に関する送り速度を設定している。この構成により、回転移動を含む相対移動においても、容易に送り速度を所望の速度にすることができる。移動装置を制御する数値データにおいて、直線移動は、ＸＹＺ座標にて指定することができるが、回転移動は回転角度を指定する必要がある。直線移動と回転移動とは単位が異なるために、移動軸ごとの送り速度の算出が複雑になる。これに対して、ブロックごとに、それぞれの移動軸に関する送り速度を時間を用いて設定することにより、回転移動を含む相対移動を含んでいても容易に送り速度の制御を行うことができる。

ところで、上記の実施の形態では、指定工具８１の工具経路を代用工具２２の工具経路に変換し、溝加工を行っている。溝部６６を形成する場合に溝幅と同一の工具径を有する指定工具８１が準備できれば、図３に示すように、指定工具８１を用いて加工を行うことができる。この場合にも、指定工具８１の最終的に加工面を生成する線における最速移動点を推定し、最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように制御を行うことができる。

図２５に、第１の相対位置２０１と第２の相対位置２０２とに配置されている指定工具８１の概略斜視図を示す。指定工具８１が、第１の相対位置２０１から第２の相対位置２０２に移動することにより、工具先端点８１ｃは、矢印１９６に示すように移動する。ここで、第１の相対位置２０１および第２の相対位置２０２のそれぞれの位置において、最終的に加工面を生成する線１３２を推定し、指定工具８１の最終的に加工面を生成する線１３２に含まれる移動点のうち、ワークに対する移動点の相対速度が最大になる最速移動点を推定する。

図２５に示す例では、最終的に加工面を生成する線１３２に含まれる移動点として、移動点１８３と移動点１８４とを指定する。移動点１８３および移動点１８４は、最終的に加工面を生成する線１３２の両端の点である。指定工具８１が第１の相対位置２０１から第２の相対位置２０２に移動することにより、移動点１８３は矢印１９３に示すように移動し、移動点１８４は矢印１９４に示すように移動する。最終的に加工面を生成する線１３２の上端における移動点１８３のワーク１に対する相対速度と、最終的に加工面を生成する線１３２の下端における移動点１８４のワーク１に対する相対速度とを比較する。

移動点１８３の相対速度と移動点１８４の相対速度とを比較したときに、回転軸から遠い点、すなわちＢ軸からの距離が大きな移動点１８３の相対速度が速くなる。移動点１８３が最速移動点であると推定できる。このために、移動点１８３の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、移動軸に関する送り速度を設定する。たとえば、矢印１９３に示す移動点１８３の移動距離を算出し、算出した移動距離に基づいて、ブロック毎にインバースタイム指令を設定することができる。

図２６は、指定工具８１を用いてワークを加工する加工システムの概略図である。図１３および図２６を参照して、溝幅と同一の工具径を有する指定工具８１を用いて加工を行う場合には、指定工具８１の工具経路を代用工具２２の工具経路に変換する必要がない。このために、演算部５７においては、仮想進行方向設定部５８にて指定工具８１の仮想進行方向を求めた後に、加工線設定部６８にて指定工具８１の最終的に加工面を生成する線１３２を推定することができる。送り速度設定部６１は、最終的に加工面を生成する線１３２に含まれる最速移動点の相対速度に基づいて、それぞれの移動軸に関する送り速度を設定することができる。出力数値データ６２には、指定工具８１の工具経路およびワーク１に対する指定工具８１の相対速度の情報が含まれている。

上記の実施の形態では、最終的に加工面を生成する線の両端の点を移動点として設定しているが、この形態に限られず、最終的に加工面を生成する線に含まれる任意の点を移動点として設定することができる。但し、多くの種類の加工において、最終的に加工面を生成する線の両端の移動点のうち一方の移動点が最大の速度で移動するために、両端の移動点を含むことが好ましい。

上記の実施の形態では、入力数値データに含まれるブロック毎に移動速度を算出しているが、この形態に限られず、送り速度設定部は、第１の相対位置から第２の相対位置に移動する期間中における移動点の相対速度の変化を演算しても構わない。工具が第１の相対位置から第２の相対位置に移動する期間中に、所定の移動点の相対速度が変化する場合がある。たとえば、回転軸に向かって工具が移動し、その後に回転軸から工具が離れる加工を行う場合には、移動点が回転軸に近づくほどワークに対する工具の相対速度が遅くなる。このような場合には、工具が第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動点の移動速度の変化を関数等により算出することができる。これらの関数を用いて、所定の移動点が第１の相対位置から第２の相対位置に移動するときの最大の相対速度を算出しても構わない。

または、演算部は、第１の相対位置から第２の相対位置までの間に、第３の位置を加えても構わない。この場合には、演算部は、第３の位置における工具の最終的に加工面を生成する線を推定する。送り速度設定部は、第１の相対位置から第３の相対位置に移動するときの最速移動点を推定し、第１の相対位置から第３の相対位置に移動するときの移動軸に関する送り速度を設定する。また、第３の相対位置から前記第２の相対位置に移動するときの最速移動点を推定し、第３の相対位置から第２の相対位置に移動するときの移動軸に関する送り速度を設定する。

このように、送り速度設定部は、連続する２つの相対位置の間を移動するときの最速移動点を推定し、連続する２つの相対位置の間を移動するときの移動軸に関する送り速度を設定することができる。この結果、入力数値データにおけるブロックの数よりも多くのブロックを出力数値データに出力することができる。この構成により、最終的に加工面を生成する線における移動点の最大速度をより正確に算出することができて、加工精度を向上させることができる。

更には、第１の相対位置から第２の相対位置までの間に、複数の位置を設定しても構わない。すなわち、第１の相対位置から第２の相対位置までの間に、第３の位置および第４の位置等の複数の位置を加えても構わない。このように、第１の相対位置から第２の相対位置までの区間を、任意の微小区間に分割することができるために、加工精度を向上させることができる。

上記の実施の形態における数値制御式の工作機械は、１つの回転軸と複数の直線送り軸とを用いて加工を行っているが、この形態に限られず、曲線状に加工を行う工作機械の制御装置に本発明を適用することができる。たとえば、回転移動を伴う加工や複数の直線移動を組み合わせて曲線状に移動する加工を行う工作機械に本発明を適用することができる。

図２７に、端面カムの概略斜視図を示す。端面カム１３６は、端面１３６ａを有する。端面１３６ａには、カムフォロア１３５が接触する。カムフォロア１３５は円柱状に形成されており、回転可能に支持されている。端面カム１３６が中心軸１３７を中心に回転することにより、カムフォロア１３５の上下方向の位置を変化させることができる。

端面カム１３６の端面１３６ａの加工においては、カムフォロア１３５の直径と同じ工具径を有する回転工具を用いることが好ましい。カムフォロア１３５が回転する時の回転軸と、回転工具の回転軸とが一致するようにして加工を行うことが好ましい。例えば、カムフォロア１３５の直径と同じ径を有するエンドミルを用いて、中心軸１３７の周りにワークを回転させながら切削加工を行うことにより、端面１３６ａを形成することができる。一方で、端面１３６ａの加工に用いる回転工具として、カムフォロア１３５の直径よりも小さな工具径を有する回転工具を用いる場合には、上記の溝部の側面の加工と同様の加工方法により、端面カム１３６の端面１３６ａを形成することができる。この場合には、カムフォロア１３５の直径と同じ工具径を有する回転工具を指定工具に指定することができる。また、代用工具として、カムフォロア１３５の直径よりも小さな工具径を有する回転工具を指定することができる。この加工においても、最終的に加工面を生成する線を推定し、最終的に加工面を生成する線に含まれる最速移動点に基づいて、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定することができる。

図２８に、正面カムの概略斜視図を示す。正面カムの製造においては、板状の部材の表面に溝部６６を形成する。正面カムの溝部６６は、直線状の部分６６ｃと曲線状の部分６６ｄを含む場合がある。このような曲線状の部分６６ｄを含む加工を行う場合に、本発明を好適に適用することができる。溝部６６の溝幅と同一の工具径を有する回転工具を用いる場合には、一方の側面６６ａを加工する加工領域に最終的に加工面を生成する線が生成され、他方の側面６６ｂを加工する加工領域にも最終的に加工面を生成する線が生成される。両方の最終的に加工面を生成する線に含まれる移動点に関して、ワークに対する工具の相対速度が最大になる最速移動点を推定する。最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定することができる。

本実施の形態における工具は、工具が自転する回転工具であるが、この形態に限られず、任意の工具について本発明を適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される変更が含まれている。

１ ワーク
１０ 工作機械
２２ 代用工具
５４ 入力数値データ
５５ 制御装置
５７ 演算部
５８ 仮想進行方向設定部
６１ 送り速度設定部
６２ 出力数値データ
６８ 加工線設定部
１３１ 加工領域
１３２，１３２ａ 最終的に加工面を生成する線
１８３〜１８８ 移動点
２０１ 第１の相対位置
２０２ 第２の相対位置

Claims (5)

1. ワークに対して工具を相対移動させながら前記ワークを加工する工作機械の制御装置であって、
   前記工具にて加工を行うための工具経路および前記ワークの情報に基づいて、前記工具にて前記ワークを加工する時の前記工具の最終的に加工面を生成する部分を推定する演算部と、
   最終的に加工面を生成する部分に含まれる複数の移動点のうち、前記ワークに対する前記工具の相対速度が最大になる最速移動点を推定し、前記最速移動点の相対速度が予め指定された相対速度以下になるように、工作機械の移動軸に関する送り速度を設定する送り速度設定部とを備えることを特徴とした、工作機械の制御装置。
2. 前記演算部に入力される入力数値データには、前記ワークに対する前記工具の複数の相対位置が指定されており、
   前記複数の相対位置は、第１の相対位置および前記第１の相対位置の直後の第２の相対位置を含み、
   前記送り速度設定部は、前記第１の相対位置から前記第２の相対位置に移動するときの前記最速移動点を推定し、前記第１の相対位置から前記第２の相対位置に移動するときの前記移動軸に関する送り速度を設定する、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
3. 前記送り速度設定部は、前記ワークに対して前記工具が前記第１の相対位置から前記第２の相対位置に移動するときの時間を用いて前記移動軸に関する送り速度を設定する、請求項２に記載の工作機械の制御装置。
4. 前記演算部は、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間に第３の相対位置を生成し、
   前記送り速度設定部は、連続する２つの相対位置の間を移動するときの前記最速移動点を推定し、連続する２つの相対位置の間を移動するときの前記移動軸に関する送り速度を設定する、請求項２に記載の工作機械の制御装置。
5. 請求項１に記載の工作機械の制御装置と、
   前記送り速度設定部で設定された送り速度に基づいて、ワークに対して工具を相対移動させる移動装置とを備える、工作機械。

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