JPH01205955A - 数値制御工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部から入力される加工プログラムに基づい
て加工動作の制御が行われる数値制御工作機械に関する
ものである。

（従来の技術〕 一般に、従来の数値制御工作機械においては、外部から
入力される加工プログラムが１ブロツク（指令情報単位
）毎に読取られ、これに基づいて、工具が取付【ノられ
ている主軸ヘッド等の加工装置の駆８あり御が行われ、
この加工装置が被加工物の外形に沿って相対移動するよ
うになっている。

ところで、このような工作機械を制御するためのプログ
ラムには、３軸制御プログラムのように上記加工装置の
並進移動のみの指令を含んだものと、４軸あるいは５軸
制御プログラムのように並進移動に加えて旋回移動の指
令も含んだものがある。並進移動のみのプログラムによ
る制御では、加工装置の駆動中、この装置に取付けられ
た工具は常に一定方向を向くことになり、旋回移動も含
めたプログラムによる制御では、加工装置の駆動中、被
加工物に対する工具の傾きも変化することとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば３軸制御プログラムに基づく制御が行われる場合
、上述のように工具は常に一定方向を向く。従って、第
８図に示されるような被加工物１０１を加工する場合、
例えばその頂面１０１ａを加工する時には工具１０２が
被加工物１０１の面に対してほぼ垂直となるが、側面１
０１ｂを加工する時には工具１０２が被加工物の１０１
の面に対して大きく傾斜することとなり、これによって
工具１０２のたわみが大きくなり、加工精度が悪くなる
問題点があった。

これに対し、４軸あるいは５軸制御プログラムを用いる
場合には、被加工物１０１に対して工具１０２が良好な
向きとなるように加工装置の旋回を制御することにより
上記問題点は解決される。

ところが、このように工具１０１の向きも含めた制御を
行おうとする場合にはプログラムの繁雑化が避けられず
、高価なプログラム作成装置が必要となるとともに、プ
ログラム作成工数も増大し、コストの上昇につながる問
題点がある。特に５＠制御の場合にはプログラムがさら
に繁雑となって実用化が困難である。

本発明はこのような事情に鑑み、簡単なプログラムに基
づいて、加工装置の被加工物に対する向きを適正に制御
することができる数値制御工作機械を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段〕 本発明は、被加工物を加工するための工具を有し、この
工具と被加工物の面との角度が可変となるように構成さ
れた加工装置と、この加工装置を被加工物に対して相対
的に移動させ、かつ上記角度を変化させる駆動手段とを
備えるとともに、外部入力機器を介して入力される加工
プログラムを読取る読取り手段と、この読取った加工プ
ログラム中における上記加工装置の移動指令ブロックに
基づいて上記駆動手段の制御を行う制御手段とを漏えた
数値制御工作機械において、上記各移動指令ブロックの
始点と終点において被加工物の面に対して垂直となる向
きを演算する演算手段を備え、この演算結果に基づき、
各移動指令ブロックの始点と終点において上記加工装置
の工具が被加工物°の而に対してほぼ垂直となるような
制御を行うように上記制御手段を構成したものである。

〔作　用〕

上記構成によれば、読取られた加工プログラムに基づき
、各移動指令ブロックの始点および終点において被加工
物の面に対してほぼ垂直となる向きが演算され、この演
算結果に基づいて、各移動指令ブロックの始点および終
点における工具の向きが制御される。従って、簡単なプ
ログラムに基づいて、被加工物に対する工具の向きが適
正に制御される。

（実施例） 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は、当実施例における数値制御工作機械の概略を
示した図である。同図において、１は被加工物６を加工
するための主軸ヘッド（加工賃＠）であり、この主軸ヘ
ッド１は、エンドミル等の工具２が着脱自在に取付けら
れるヂャック１ａを有するとともに、この工具２を回転
駆動するモータを内蔵している。

この主軸ヘッド１および被加工物６は、加工送り装置（
駆動手段＞３．４．５の駆動によって相対的に３方向に
移動するようになっている。すなわら、各加工送り装＠
３〜５はサーボモータ１９（後記第１図）を備え、加工
送り装置３は、上記主軸ヘッド１に対して被加工物６を
Ｘ＠力方向紙面に垂直な方向）に移動させ、加工送り装
置４゜５は、被加工物６に対して上記主軸ヘッド１をＹ
軸方向（図の左右方向）およびＺ軸方向（図の上下方向
）に移動させるように構成されている。これによって、
主軸ヘッド１は被加工物６に対して並進移動する。

また、上記主軸ヘッド１は、第３図に示されるように六
輪（Ｘ軸に平行な軸）およびＣ軸（Ｚ軸に平行な軸）回
りに回動自在とされており、工作様械本体側に駆動手段
として内蔵されたサーボモータ１９（後記第１図）によ
り、これらの軸回りに回動駆動されるようになっている
。これによって、主軸ヘッド１は被加工物６に対して旋
回移動し、被加工物６に対する工具の向きが変化する。

第１図は、この数値制御工作機械の機能構成を′示した
ブロック図である。同図における外部入力機器１１は、
例えば穿孔テープやフロッピディスク等からなるもので
、加工に必要な情報が含まれた加工プログラムが記録さ
れている。読取り部１２は、この外部入力機器１１に記
録されたプログラムの内容を読取るとともに、その指令
コマンドの解析およびチエツクを行う。

演詐部１３は、読取られたプログラム中の移動指令ブロ
ックに基づき、これらの移動指令ブロックの始点および
終点において被加工物６に対し垂直となる向きのベクト
ル（すなわち法線ベクトル）を演締するとともに、この
ベクトルに工具２の向きが合致するような主軸ヘッド１
の旋回軸角度の算出を行う。

制御部１５は、指令部１６、位置決めパルス分配回路１
７、およびサーボアンプ１８を備え、上記演算部１３の
＠算結果に基づき、各移動指令ブロックの始点および終
点において工具２が被加工物６の面に対して垂直となる
ように各サーボモータ１９の駆動を制御する。各サーボ
モータ１９の駆動による移動体（主軸ヘッド１または被
加工物６）の位置および速度情報は上記制御部１５にフ
ィードバックされ、これによって上記移動指令ブロック
に基づく適切な移動制御が行われる。

次に、この数値制御工作機械の作用を第４図のフローチ
ャートを参照しながら説明する。まず、読取り部１２に
より、外部入力機器１１に記録されている加工プログラ
ムが１ブロツク毎に順次読取られ、コマンド解析が行わ
れる（ステップＳ１）。読取られたブロックが、主軸ヘ
ッド１を移動させるための移動指令ブロックである場合
には（ステップＳ２でＹＥＳ）　、先読みされた２つの
移動指令ブロックから、その始点および終点における指
定平面上の法線ベクトル（被加工物６の面に対して垂直
なベクトル）が算出される（ステップＳ３）。この指定
平面とは、主軸ヘッド１が並進移動する面のことであり
、原則としてこの平面に垂直な軸回りに主軸ヘッド１の
旋回駆動が行われる。

例えば、指定平面がＸＹ平面である場合には主軸ヘッド
１がＣ軸回りに旋回し、指定平面がＹＺ平面である場合
には主軸ヘッド１がＡ軸回りに旋回する。

次に、上記のようにして算出された法線ベクトルに基づ
き、主軸ヘッド１の旋回角度が算出される（ステップ８
４）。例えば第５図（ａ）のように、移動指令ブロック
（Ａ−＋８）の終点としての点Ｂにおける法線ベクトル
Ｂ１と、移動指令ブロック（Ｂ−＋Ｃ）の始点としての
点Ｂにおける法線ベクトルＢ２の交角θが所定値よりも
小さい場合には、ブロック（Ａ→Ｂ）による並進移動と
並行して工具２の刃先が法線ベクトル八２から法線ベク
トルＢ２に直接移動するような旋回角度の割付が行われ
る。これに対し、同図（ｂ）のように、上記法線ベクト
ルＢ１．［Ｂ２の交角θが所定値よりも大きい場合には
、ブロック（Ａ−＋Ｂ）による並進移動と並行して工具
２の刃先がまず法線ベクトルＡ２から法線ベクトルＢ１
に移動するように旋回し、この８点において法線ベクｌ
〜ルｌＢ１がらＢ２に旋回するような旋回角度の割付が
行われる。

これに伴って、主軸ヘッド１の旋回による工具２の位置
補正量の演算が行われる（ステップ８５）。例えば、工
具２の刃先を第６図のように点Ａから点Ｂに移動させた
い場合、そのまま主軸ヘッド１を移動させると、上記旋
回により工具２の刃先が点Ｂから逸脱して点Ｂ′に位置
することになるので、このような誤差を補正するための
補正量を算出するのである。例えば点Ａを原点とし、点
Ｂの座標を（χ１．／ｙ１）とすると、工具刃先２が点
Ａから点Ｂまで移動するために主軸ヘッド１がＸ軸方向
およびＹ軸方向に移動しなければならないｉＸｌ、Ｙ＋
は、旋回角度をθＣ１旋回半径をＬとして次の式で表さ
れる。

×１＝χ１−Δχ Ｙ１＝／ｙ１−Δγ ただし、Δχ＝１−３ｉｎθＣ ΔクーＬ（１−ｃｏｓθＣ） これらの式におけるΔχ、Δ９が上記補正量に該当する
。

次に、以上のようにして求められた主軸ヘッド１の並進
移動伍および旋回角度の指令割付が行われるとともに（
ステップＳ６）、これらの情報を含む形にプログラム情
報の編集が行われる（ステップＳ７）。その後、各ブロ
ックは実行指令の行える形に指令化され（ステップＳ８
）、位匠決めパルス分配回路１７によってパルス信号の
分配が行われるとともに（ステップＳ９）、この信号が
サーボアンプ１８によって主軸ヘッド１の送り速度に対
応する値まで増幅される（ステップ５１０）。

この信号が各サーボモータ１９に入力され、サーボモー
タ１９が駆動される（ステップ５１１）ことにより、主
軸ヘッド１は被加工物６に対して目的位置まで移動する
こととなる（ステップＳ１２でＹＥＳ）。しかも、この
移動の際には、第７図に示されるように工具２が被加工
物６の面に対して常にほぼ垂直となるように主軸ヘッド
１の向きが制御される。

従ってこの工作機械によれば、３軸制御用の比較的簡単
なプログラムを用いて、工具２の刃先が被加工物６の面
に対してほぼ垂直となる状態を自動的に保ちながら主軸
ヘッド１の適正な駆動制御を行うことができる。

なお、この実施例では、主軸ヘッド１が５軸に関して駆
動される工作機械を３＠制御用プログラムを用いて制御
する場合を示したが、本発明は、加工装置が少なくとも
指定平面上の２方向に並進移動可能で、その平面に垂直
な軸回りに旋回可能な工作機械であれば適用が可能であ
る。

（発明の効果〕 以上のように本発明は、読取った加工プログラム中にお
ける加工装置の移動指令ブロックの始点と終点において
被加工物の面に対して垂直となる向きを演算する演算手
段を備え、この演算結果に基づき、各移動指令ブロック
の始点と終点において上記加工装置の工具が被加工物の
面に対してほぼ垂直となるように駆動制御を行うように
したものであるので、加工装置の並進移動に関するのみ
の比較的簡単な低コストのプログラムに基づいて、加工
中における工具の向き、すなわち加工装置の向きを適正
に制御することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における数値制御工作機械の
機能構成を示すブロック図、第２図は同工作機械の概略
正面図、第３図は同工作機械における主軸ヘッド付近の
斜視図、第４図は同工作機械の作用を示すフローチャー
ト、第５図（ａ＞（ｂ）は同工作機械に与えられる移動
指令ブロックの始点および終点における法線ベクトルを
示す説明図、第６図は同工作機械により行われる演算の
位置補正要領を示す説明図、第７図は同工作機械におけ
る工具と被加工物との関係を示す説明図、第８図は従来
の数値制御工作機械における工具と被加工物との関係を
示す説明図である。 １・・・主軸ヘッド（加工装置）、３，４．５・・・加
工送り装置（駆動手段）、６・・・被加工物、１１・・
・外部入力機器、１２・・・読取り部、１３・・・演算
部、１５・・・制御部、１つ・・・サーボモータ。 特許出願人　　　　新日本工機株式会社代　理　人　　
　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理士　
　長１）　正量　　　　　　　弁理士　　板谷　康夫第
　　２　　図 第　　　４　　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被加工物を加工するための工具を有し、この工具と
   被加工物の面との角度が可変となるように構成された加
   工装置と、この加工装置を被加工物に対して相対的に移
   動させ、かつ上記角度を変化させる駆動手段とを備える
   とともに、外部入力機器を介して入力される加工プログ
   ラムを読取る読取り手段と、この読取つた加工プログラ
   ム中における上記加工装置の移動指令ブロックに基づい
   て上記駆動手段の制御を行う制御手段とを備えた数値制
   御工作機械において、上記各移動指令ブロックの始点と
   終点において被加工物の面に対して垂直となる向きを演
   算する演算手段を備え、この演算結果に基づき、各移動
   指令ブロックの始点と終点において上記加工装置の工具
   が被加工物の面に対してほぼ垂直となるような制御を行
   うように上記制御手段を構成したことを特徴とする数値
   制御工作機械。