JPH04259012A - 数値制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置に関し、特
に３次元のスプライン曲線で補間された加工経路に沿っ
て移動する工具を姿勢制御する数値制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、数値制御装置において与えら
れ点列を滑らかな曲線で補間する方法として、３次スプ
ライン曲線による補間方法が広く採用されている。

【０００３】一般にスプライン補間は次のような方法で
行っていた。 （ａ）指令された全点列を読み込む。 （ｂ）全点列データを含む連立方程式を作成し、それを
解くことによって、各点における１次微分ベクトルを求
める。これは後述のマトリックス式の逆マトリックスを
求めることによって行う。 （ｃ）上記によって計算された始点における１次微分ベ
クトルと第２点の１次微分ベクトルおよび与えられた始
点と第２点の位置を条件として始点と第２点を結ぶ次の
ような３次の一般式を求め、この式のパラメータｔを０
から１へ変化させながら計算を行い、位置を求め補間を
行う。

【０００４】 Ｐ（ｔ）＝Ｋ４　ｔ３　＋Ｋ３　ｔ２　＋Ｋ２　ｔ＋Ｋ
１　ここで、Ｐ（ｔ）は位置を表すベトクルであり、Ｋ
４　、Ｋ３　、Ｋ２　、Ｋ１　は係数ベクトルである。 （ｄ）同様に第２点と第３点を結ぶ３次式を求め、補間
を行う。

【０００５】このような手法によって第３点と第４点、
第４点と第５点というように次々と繰り返され、指令さ
れた全ての点列に対して上記３次式で補間を行うことに
より、指令された全点列を通るスプライン曲線の補間が
行われる。このスプライン補間機能を有する数値制御装
置では、指令された点列を通る滑らかな曲線を加工でき
、また多数の微小な直線または円弧で近似する方法に比
較すると、このスプライン補間を指令する加工テープ長
も短くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで金型加工など
では、工具を加工面に対して垂直に保つことによって、
加工の精度を高くする必要がある。その場合に、スプラ
イン曲線に対しても工具を垂直に保持するためには、加
工プログラムに前もってスプライン補間の指令とは別に
、工具姿勢の制御指令を入れておくことが必要になる。

【０００７】しかし一般に、３次元空間内で自由曲面に
対する垂直ベクトルを決定し、工具をその方向に回転制
御するためのプログラムは簡単には作成できないという
問題点があった。本発明はこのような点に鑑みてなされ
たものであり、簡単なプログラミングでスプライン曲線
によって補間される加工面に対して工具姿勢を制御でき
る数値制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、工具を加工面に垂直方向に向けて３次元
加工を行う工作機械に対して、前記工具の加工経路を複
数のプログラムブロックから指令する数値制御装置にお
いて、単位プログラムブロックの終点座標における前記
加工面に対する垂直ベクトルを演算する演算手段と、前
記単位プログラムブロックから指令された点列を含むス
プライン曲線に沿って３次元空間内で前記工具の先端位
置を決定するスプライン補間手段と、前記演算手段で演
算された垂直ベクトルに基づいて前記スプライン曲線上
の補間点における前記工具の各軸を制御する軸制御手段
と、を有することを特徴とする数値制御装置が、提供さ
れる。

【０００９】

【作用】複数のプログラムブロックの内でスプライン曲
線による補間が指令されたとき、前記演算手段は、単位
プログラムブロックの終点座標における加工面に対する
垂直ベクトルを演算する。スプライン補間手段は、単位
プログラムブロックから指令された点列を含むスプライ
ン曲線に沿って３次元空間内で工具の先端位置を決定し
、スプライン曲線上の補間点において工作機械の複数の
制御軸のうち、３軸にスプライン曲線で補間された加工
経路を指令する。更に、その他の２つの回転軸によって
工具を加工面に対して垂直に姿勢制御する。

【００１０】この時、３次元空間内で工具基準点は前記
垂直ベクトルの終端に一致させ、工具先端位置は前記垂
直ベクトルの方向に一致させるように、前記スプライン
補間手段は３つの直線軸と２つの回転軸を制御する５軸
のスプライン曲線を決定している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、５軸の工作機械を数値制御する数値制
御装置のブロック図である。ここには加工プログラムが
紙テープ１１、外部メモリ１２、あるいはフロッピディ
スク１３等から読み込まれる。加工プログラムには、ス
プライン補間モードを指令するＧコードが含まれ、例え
ばＧ０６．１；Ｘ−Ｙ−Ｚ−；Ｐｉのようなプログラム
ブロックによってブロック終点座標が指定される。

【００１２】前処理手段１４ではこの加工プログラムが
解読され、上記スプライン補間指令Ｇ０６．１に続く指
令点から自動的に最初のスプライン曲線を作成する。垂
直ベクトル演算手段１５では、作成されたスプライン曲
線の終点座標に基づいて、その終点座標における垂直ベ
クトルを演算し、それをスプライン補間手段１６に入力
する。またスプライン補間手段１６には作成されたスプ
ライン曲線も入力される。

【００１３】ここで垂直ベクトルとは、スプライン補間
における工具補正の方向と一致する。すなわち、スプラ
イン曲線はｎ＋１個の点列を通るｎ個のパラメトリック
な３次曲線であって、先に示した一般式のパラメータｔ
を変化させることによって、スプライン補間が実現でき
る。このスプライン補間手段１６は、このようなスプラ
イン補間機能と同時に３次元工具補正ベクトルを自動的
に生成している。従って３次元工具補正モード中のスプ
ライン曲線は、一般に各指令点にこの３次元工具補正ベ
クトルを加えた点を通るように生成される。

【００１４】このスプライン補間手段１６は、上記補正
ベクトルに基づいて各軸のパルス分配指令ｘ，ｙ，ｚを
座標変換手段１７に出力すると同時に、上記終点座標に
おける垂直ベクトルに基づいて、補正ベクトルと一致す
る方向に回転軸の駆動する駆動指令Ａ，Ｂを決定してい
る。また、座標変換手段１７では垂直ベクトル演算手段
１５から終点座標の垂直ベクトルの各軸成分が入力され
、各補間点における垂直ベクトルの各軸成分が演算され
る。この各軸成分にしたがって、各軸のパルス分配指令
ｘ，ｙ，ｚは工具座標値Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１に変換される
。サーボモータ２１，２２，２３はそれぞれ直線軸の駆
動手段であり、またサーボモータ２４，２５は回転軸の
駆動手段である。

【００１５】図２は２つの回転軸を含む工具の姿勢制御
機構を説明する図である。この姿勢制御機構は、α軸の
回転を制御する部材３１、この部材３１と直交するβ軸
の回転を制御する部材３２、及び工具３３から構成され
る。これら部材３１，３２は上記サーボモータ２４，２
５に指令される駆動指令Ａ，Ｂによって、所定角度だけ
駆動制御される。そして、これらα、βの各軸を回転す
る駆動量に応じて、工具３３の先端部分がワークと接す
る接点における水平面内に想定された直交軸ｘ，ｙ方向
に対して、所定の角度だけ傾けられる。図２では、部材
３１のα軸と、それに直交するβ軸との交点を工具基準
点Ｐ、工具３３の先端部分をＱとし、この２点Ｐ，Ｑを
結ぶベクトルによって工具姿勢が決定されている。

【００１６】図３は、加工プログラムから指令された指
令スプライン曲線と工具基準点Ｐ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）
についての軌跡を示している。各補間点における垂直ベ
クトルに一致するようにスプライン補間手段１６で工具
３３の姿勢ベクトルＰＱを決定すると同時に、座標変換
手段１７で対応する各工具基準点Ｐが決定される。

【００１７】図４、図５に本発明の数値制御装置におけ
る２通りのスプライン補間処理のフローチャートを示す
。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ１〕加工プログラムが終了したか否かを判断する。 〔Ｓ２〕終了していない場合には、単位プログラムブロ
ックからプログラムデータを読み、そこにおける補間モ
ードを判断する。 〔Ｓ３〕スプライン補間モードが指令されているか否か
を判断する。 〔Ｓ４〕スプライン補間以外のモードが指令されれば、
そのモードに従ってパルス分配を行う。

【００１８】〔Ｓ５〕スプライン補間モードが指令され
ていれば、ブロック終点における垂直ベクトルを計算す
る。 〔Ｓ６〕実行中の単位プログラムブロックの終了を判断
する。終了していれば、ステップＳ１に戻るが、そうで
ない時には、以下のステップを、補間周期を決定するＩ
ＴＰ周期で繰り返し実行する。 〔Ｓ７〕ＩＴＰ周期で５軸の工作機械の制御軸の移動量
を決定する。即ち、スプライン曲線上の各補間点に、工
具先端を移動し、かつその時の工具姿勢を対応する垂直
ベクトルに一致させるための駆動量を求める。 〔Ｓ８〕ＩＴＰ周期で各軸のサーボモータに駆動量を出
力する。

【００１９】上述した図４のスプライン補間処理では、
回転軸３１，３２を含む５軸全てに対して、スプライン
補間手段１６で補間された駆動指令を生成し、補間パル
スを出力している。

【００２０】ところで次の図５に示すスプライン補間処
理においては、回転軸３１，３２の姿勢は各補間点毎に
スプライン補間せず、ブロック終点での垂直ベクトルに
一致させるための全移動量に基づいて、スプライン曲線
のパラメータに比例する補間が行われる。したがって、
図５に示すスプライン補間処理でも、単位プログラムブ
ロックから指令された点列を含むスプライン曲線に沿っ
て、スプライン補間手段１６により３次元空間内での工
具の先端位置が決定される。ここでは、図４のフローチ
ャートと異なる箇所についてのみ説明し、対応するステ
ップには同一のステップ番号を付けておく。

【００２１】〔Ｓ５１〕ステップＳ５により、ブロック
終点における垂直ベクトルを計算した後、その値に基づ
いて工具姿勢を最終的にこの垂直ベクトルと一致させる
ための回転軸駆動量を求める。 〔Ｓ７１〕ＩＴＰ周期で、スプライン曲線上の補間点に
工具先端を移動する分配パルスを決定する。ここでは直
線軸についてのみ、即ち工作機械の３軸の駆動量のみを
決定している。 〔Ｓ７２〕回転軸３１，３２の駆動量は、スプライン曲
線のパラメータに比例して決定される。

【００２２】上記の説明では、軸制御手段として、工具
の３つの直線軸と２つの回転軸とを同時に制御するよう
にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、工
作機械が異なる制御軸を有していても、それに対応する
軸制御手段で同様のスプライン補間が実行できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、スプラ
イン曲線によって補間される加工面に対して垂直に工具
姿勢を制御でき、曲面加工の精度を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値制御装置を示すブロック図である
。

【図２】２つの回転軸を含む工具の姿勢制御機構を説明
する図である。

【図３】指令スプライン曲線に対して制御される工具の
姿勢及び基準点の軌跡を示す図である。

【図４】本発明の数値制御装置におけるスプライン補間
処理のフローチャートを示す図である。

【図５】本発明の数値制御装置における別のスプライン
補間処理のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１５　　垂直ベクトル演算手段 １６　　スプライン補間手段 １７　　座標変換手段 ２１〜２５　　サーボモータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　工具を加工面に垂直方向に向けて３次
   元加工を行う工作機械に対して、前記工具の加工経路を
   複数のプログラムブロックから指令する数値制御装置に
   おいて、単位プログラムブロックの終点座標における前
   記加工面に対する垂直ベクトルを演算する演算手段と、
   前記単位プログラムブロックから指令された点列を含む
   スプライン曲線に沿って３次元空間内で前記工具の先端
   位置を決定するスプライン補間手段と、前記演算手段で
   演算された垂直ベクトルに基づいて前記スプライン曲線
   上の補間点における前記工具の各軸を制御する軸制御手
   段と、を有することを特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】　　前記スプライン補間手段は、前記垂直
   ベクトルの終端と前記垂直ベクトルの方向を基準にして
   、前記プログラムブロックから指令された点列を含むス
   プライン曲線に沿って３次元空間内で前記工具の基準点
   及び前記工具の姿勢ベクトルとを決定することを特徴と
   する請求項１記載の数値制御装置。
3. 【請求項３】　　前記軸制御手段によって、少なくとも
   前記工具の３つの直線軸と２つの回転軸とを同時に制御
   することを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
4. 【請求項４】　　前記軸制御手段によって、前記工具の
   ２つの回転軸を前記垂直ベクトルと前記スプライン曲線
   のパラメータとに基づいて比例制御することを特徴とす
   る請求項１記載の数値制御装置。