JPH04283053A - ならい制御装置 - 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】本発明はトレーサヘッドにスタイ
ラスを使用してモデルをならうならい制御装置に関し、
特にトレーサヘッドが補助軸によりモデル形状を工具に
先行してならうならい制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のならい制御装置では、ならい工作
機械のカッタ軸がトレーサヘッドと機械的に一体に結合
されていることを前提にして、ならい制御を行っていた
。すなわち、ならい制御装置はスタイラスに加わる各軸
の変位量をトレーサヘッドにより検出し、この変位量を
用いてならい演算回路において各軸の速度指令を演算す
る。そして、この速度指令により各軸のモータを駆動し
てカッタをワークに対して相対的に移動させると共に、
同速度でトレーサヘッドをモデル面に沿って移動させる
。これらの動作を繰り返して、モデルの形状と同形の加
工をワークに施すならい制御が実行される。

【０００３】このように、従来のならい制御装置のなら
い速度指令値によりカッタ等の工具とワークとを相対移
動させる場合に、トレーサヘッドと工具とは形成された
主軸駆動指令で一体に同時駆動され、特に、カッタ軸に
対してトレーサヘッドを先行させるような機能を有して
いなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トレーサヘッ
ドの先端に設けたスタイラスでモデルをならう場合に、
スタイラスがモデルのコーナ部等に突き当たると、一時
的にトレーサヘッドがモデルに食い込んだ状態となる。 トレーサヘッドの駆動部を構成するサーボ系の遅れ、機
械の慣性等の影響等によりトレーサヘッドが行き過ぎる
からである。

【０００５】この結果、カッタもトレーサヘッドと同じ
量だけワークに食い込み、コーナ部での加工精度が低下
する。従って、従来のならい制御装置ではモデルの形状
急変部分を正確にならうことができないという問題があ
った。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、トレーサヘッドがカッタより先行して移動し
ながらモデル形状をならうようにしたならい制御装置を
提供することを目的としている。

【０００７】また、本発明の他の目的は、コーナ部等に
おいてカッタがワークに食い込むおそれがある時、トレ
ーサヘッドの先行量の範囲でカッタの移動を低減し、か
つトレーサヘッドと同一の経路でカッタをならわせるこ
とが出来る、精度の良いならい制御装置を提供すること
である。

【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、トレーサヘッドを工具とは相対的に独自
に駆動する補助軸を備え、前記トレーサヘッドでモデル
形状をならいながら、ワークに対して前記工具を相対的
に移動させてワークにならい加工を施すならい制御装置
において、前記トレーサヘッドの変位量に基づいて工具
速度を制御するならい制御手段と、前記工具速度に基づ
いて決定される工具の移動指令を一定時間遅延して出力
する記憶手段と、前記補助軸に与えられる前記トレーサ
ヘッドへの移動指令によって工具位置に対するトレーサ
ヘッドの先行量を演算する演算手段と、前記記憶手段か
ら出力される移動指令による工具の移動距離を前記演算
手段における先行量の範囲内に制限する制限手段と、を
有することを特徴とするならい制御装置が提供される。

【０００９】

【作用】最初は、ならい制御部のならい指令である各軸
工具速度に従ってトレーサヘッドを独自に駆動する補助
軸のみに移動指令を与える。この移動指令は、後に工具
の移動指令とすべく、トレーサヘッドの工具位置に対す
る先行量の範囲に制限された値として記憶手段に格納し
ておく。ならい制御部からのならい指令が、上記記憶手
段に所定の数だけ格納されると、一定時間だけ遅延した
工具の移動指令として出力され、工具を移動する軸が駆
動される。

【００１０】このようにして、トレーサヘッドは工具に
先行してモデルをならうので、サーボ系の遅れや機械の
慣性等の影響を排して、モデルのコーナ部でのトレーサ
ヘッドの食い込みをなくすことができる。また、上記補
助軸が工具の駆動軸に載っているため、上記各軸工具速
度から決まる工具の移動距離と、前記制限手段によって
制限された移動距離との差分を追加の先行量として補助
軸に指令することによって、トレーサヘッドを工具とは
相対的に独自に駆動することができる。更に、記憶手段
から移動指令が出力される毎に、工具移動指令に補助軸
への追加の先行量を加算することによって、記憶手段の
記憶内容が更新され、モデルをならうトレーサヘッドと
ほぼ同一の経路で、工具による加工が可能になる。

【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はならい制御装置の主要な制御要素を示す
ブロック図である。トレーサヘッドで検出した変位量ε
０　は、ならい制御部１に入力される。トレーサヘッド
は、補助軸によって工具とは相対的に独自に駆動され、
工具に対する先行量が制御できるようになっている。ま
た、ならい制御部１では、トレーサヘッドでモデル形状
をならいながら、ワークに対して工具を相対的に移動さ
せてワークにならい加工を施すならい制御が行われる。 図ではＸ軸に対応する工具速度Ｖｘの制御要素の構成の
みが示されているが、例えばＹ軸、あるいはＺ軸の制御
要素についても、同様に構成される。

【００１２】ならい速度指令である工具速度Ｖｘは、速
度指令を位置指令に変換する変換回路（ＶＦＣ）２で工
具へのＸ軸方向の指令距離Ｘに変換される。工具速度Ｖ
ｘに基づいて決定される工具の移動指令Ｘｃは、一定時
間後にメインモータへの速度指令に変換して工具を駆動
するため、インデックス指定されるバッファメモリ３に
順次に格納される。このバッファメモリ３では、上記な
らい制御部１の補間演算周期でインデックス値ＣＴが更
新され、その中に記憶された複数の工具位置を指定する
工具位置指令のデータＩＰＬＢ（ＣＴ）の読み出し、書
き込み位置を特定している。

【００１３】上記トレーサヘッドの補助軸へ与えられる
移動指令Ｘｔの総和は、先行量演算回路４においてトレ
ーサヘッドの先行量ＦＯＲＳとして演算されている。こ
の先行量ＦＯＲＳは、バッファメモリ３から出力される
移動指令Ｘｃ及び指令距離Ｘとともに制限回路５に入力
されている。この制限回路５では、移動指令Ｘｃによる
工具の移動距離を先行量ＦＯＲＳの範囲内に制限してい
る。

【００１４】演算回路６は、追加の先行量としてトレー
サヘッドの移動指令Ｘｔを出力するものであって、工具
速度Ｖｘから決まる工具の移動距離Ｘと、上記制限回路
５によって制限された移動距離との差分を演算している
。また、加算器７は制限回路５からの工具移動指令Ｘｃ
に追加の先行量であるトレーサヘッドの移動距離を加算
している。この加算器７の加算結果は、工具位置指令の
データＩＰＬＢ（ＣＴ）としてバッファメモリ３の記憶
内容を更新する。

【００１５】このトレーサヘッドの移動指令Ｘｔは先行
量演算回路４、加算器７の他、サブモータへの速度指令
Ｖｔを形成するための変換回路８に与えられる。サブモ
ータによって駆動される補助軸は、後に説明するように
工具の駆動軸に載っており、この移動指令Ｘｔに基づい
てトレーサヘッドが工具とは相対的に独自に駆動される
。また制限回路５からの移動指令Ｘｃは、メインモータ
への速度指令Ｖｘを形成するための変換回路９に与えら
れ、ワークに対して工具を相対的に移動させ、ワークに
ならい加工を施している。

【００１６】なお、上記バッファメモリ３での出力の遅
延時間は、ならい制御部１での補間時間の整数倍の範囲
で自由に設定でき、各モータ及び駆動系の遅れに応じて
、トレーサヘッドが工具に対して先行するべき距離を自
由に設定できる。

【００１７】このように、分配演算された各軸のならい
速度指令値Ｖｘ等をカッタ側に出力する際に、バッファ
メモリ３から工具の移動指令Ｘｃを必要な時間だけ遅延
させてメインモータに出力するとともに、トレーサヘッ
ドとモデルとの相対移動を、メインモータの動きに重畳
して制御するサブモータによって、ならい速度指令値と
等価に制御している。即ち、サブモータには、ならい速
度指令値から実際の駆動指令を差し引いた値が指令され
ているから、トレーサヘッドはカッタの動きに先行しつ
つ、その移動軌跡がならい速度指令値による移動軌跡に
正確に一致する。

【００１８】図２は本発明のならい制御装置及びならい
工作機械の全体の構成を示すブロック図である。図にお
いて、ならい制御装置２０はならい演算や上述した各種
の演算を実行するＣＰＵ１１、制御プログラムを記憶す
るＲＯＭ１２、上記バッファメモリ３、先行量演算回路
４、及び工具やトレーサヘッドの移動距離を記憶するワ
ークメモリに対応するＲＡＭ１３、及び不揮発性メモリ
１４を有している。不揮発性メモリ１４は図示されてい
ないバッテリでバックアップされており、操作パネル２
１より入力されたならい方向やならい速度等に関する各
種のパラメータが格納されている。

【００１９】サーボアンプ２２，２３はならい制御装置
２０からの速度指令Ｖｃを受け、Ｘ軸、Ｙ軸等のメイン
モータを駆動して、工作機械３０のテーブル３１を移動
制御する。このテーブル３１には、図示していないが、
モデルおよびワークが固定、載置される。また、サーボ
アンプ２４，２５はならい制御装置２０からの速度指令
Ｖｔを受け、Ｘ軸、Ｙ軸等のサブモータを駆動する。な
らい工作機械３０は、三次元ならい加工を可能とするた
めに、さらにＺ軸も含めた３軸それぞれについて、テー
ブルに対して平行に重畳された補助軸Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ
が設けられている。そして、ならい工作機械３０側のト
レーサヘッド３２は、その先端のスタイラス３３がモデ
ルに接触することにより生じるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向
の各変位量εｘ、εｙ及びεｚを検出し、ならい制御装
置２０に入力している。

【００２０】カッタ３４はコラム３５に取り付けられ、
コラム３５はメインモータによってＺ軸方向に移動され
る。また、コラム３５に対するテーブル３１の移動に重
畳してトレーサヘッド３２はさらにＸ軸方向及びＹ軸方
向に移動する。

【００２１】上記構成のならい工作機械３０は、ならい
制御装置２０によってトレーサヘッド３２が通過した経
路と同一の軌跡を、一定時間遅れてカッタ３４が通過す
る。即ち、カッタ３４に先行してトレーサヘッド３２が
モデルをならっており、そのために、例えば図３に示す
ようなモデル３６のコーナ部ＣＮでトレーサヘッド３２
が食い込み状態になったことが、スタイラス３３からの
各変位量εｘ、εｙ及びεｚに基づいて、カッタ３４に
よる切削に先立って検出できる。したがって、トレーサ
ヘッド３２側で食い込みが生じたときに、カッタ３４が
ワークに対して食い込んで切削しないように、カッタ３
４を確実に停止させることが容易である。

【００２２】図４は、本発明のならい制御装置による演
算処理のフローチャートである。図において、Ｓに続く
数値はステップ番号を示す。これらの処理は、図２のプ
ロセッサとＲＡＭを使用し、ＲＯＭ１２に格納された制
御プログラムに従って実行される。

【００２３】〔Ｓ１〕変位量εｘ、εｙ及びεｚからな
らい演算を行って、ならい方向及びならい速度を求め、
各軸のならい速度指令、例えば工具速度Ｖｘから工具の
Ｘ軸方向の指令距離Ｘを決定する。 〔Ｓ２〕バッファメモリ３から出力される位置指令デー
タＩＰＬＢ（ＣＴ）の符号を判別する。 〔Ｓ３〕位置指令データＩＰＬＢ（ＣＴ）が正又は零の
場合に、先行量ＦＯＲＳと比較して、先行量ＦＯＲＳの
大きさを越えない指令であれば、ステップＳ５に進む。 〔Ｓ４〕位置指令データＩＰＬＢ（ＣＴ）が負の場合に
は、同様に先行量ＦＯＲＳと比較して、負の位置指令デ
ータＩＰＬＢ（ＣＴ）の大きさが先行量ＦＯＲＳより大
きければ、ステップＳ５に進む。なお、これらステップ
Ｓ３，４では、工具への位置指令データＩＰＬＢ（ＣＴ
）によって工具３４がトレーサヘッド３２より先行しな
いか否かを判断している。 〔Ｓ５〕位置指令データＩＰＬＢ（ＣＴ）を工具移動指
令Ｘｃとする。 〔Ｓ６及びＳ７〕ステップＳ３，４によって、先行量Ｆ
ＯＲＳ以上であると判断された場合であって、先行量Ｆ
ＯＲＳを工具移動指令Ｘｃとする。これにより、トレー
サヘッドの先行している先行量ＦＯＲＳを越えて工具を
移動させないようにしている。

【００２４】〔Ｓ８〕トレーサヘッド３２への移動指令
Ｘｔとして、指令距離Ｘから工具移動指令Ｘｃを引いた
値を設定する。これにより、工具３４の移動分がトレー
サヘッド３２への移動量から差し引かれる。 〔Ｓ９〕先行量演算回路４あるいは加算器７によって、
それぞれバッファメモリ３の位置指令データＩＰＬＢ（
ＣＴ）と先行量ＦＯＲＳを更新する。即ち、インデック
ス値ＣＴが特定するバッファの位置に、トレーサヘッド
３２及び工具３４の移動指令ＸｔとＸｃの和が位置指令
データＩＰＬＢ（ＣＴ）として格納され、先行量ＦＯＲ
Ｓには、新たに決定されたトレーサヘッド３２への移動
指令Ｘｔが加算される。

【００２５】〔Ｓ１０〕インデックス値ＣＴを＋１だけ
更新する。 〔Ｓ１１〕バッファメモリ３の記憶領域の個数ｎとイン
デックス値ＣＴとを比較する。インデックス値ＣＴがｎ
、あるいはそれを越えていればステップＳ１２に進む。 〔Ｓ１２〕インデックス値ＣＴを零にクリアする。 〔Ｓ１３〕移動指令Ｘｔ，Ｘｃからそれぞれサブモータ
とメインモータへの速度指令Ｖｔ，Ｖｃを決定して、そ
れぞれのサーボアンプに出力する。

【００２６】本発明では図１に示すバッファメモリ３に
工具への指令距離が一定時間蓄積された後、一定時間だ
け遅延した工具の移動指令として出力され、工具を移動
する軸が駆動される。一方、工具とは相対的に独自に駆
動される補助軸によってトレーサヘッド３２が工具３４
に先行してモデルをならうので、サーボ系の遅れや機械
の慣性等の影響を排して、モデルのコーナ部でのトレー
サヘッド３２の食い込みをなくすことができる。工具の
移動指令は、バッファメモリ３に格納される際に、トレ
ーサヘッド３２の工具位置に対する先行量ＦＯＲＳの範
囲に制限される。したがって、工具３４は停止すること
なく、先行量ＦＯＲＳの範囲内で移動させることができ
る。

【００２７】ここでトレーサヘッド３２で検出される食
い込み量に応じて、ならい速度指令を遅延させる時間を
設定しておけば、工作機械３０のサーボ系の遅れ、機械
の慣性等の影響を排除して、精度の良いならい加工が可
能になる。また、デジタイジングをしてから、改めてＮ
Ｃ加工を実行する場合と比較して、作業の工数が低減さ
れるという効果もある。

【００２８】なお、上記の説明では補助軸によってトレ
ーサヘッド３２を工具３４から相対的に独自に駆動する
構成であったが、テーブル３１上のモデルのみを補助軸
によってワークから相対的に独自に駆動する構成であっ
ても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、コーナ
部等においてカッタ（工具）がワークに食い込むおそれ
がある時、トレーサヘッドの先行量の範囲でカッタの移
動を低減し、かつトレーサヘッドと同一の経路でカッタ
をならわせることによって、トレーサヘッドがモデルに
食い込んでもならい加工の精度が低下しない。即ち、ト
レーサヘッドは結果的に工具に先行してモデルをならう
ため、モデルの形状急変部において、トレーサヘッドが
モデルに食い込んだ後、工具を停止させることなくモデ
ル形状と同一の軌跡をならうことが可能になる。したが
って、コーナ部においてカッタがワークに食い込むこと
がない、精度の良いならい制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のならい制御装置の主要な制御要素を示
すブロック図である。

【図２】本発明のならい制御装置及びならい工作機械の
全体の構成を示すブロック図である。

【図３】ならい加工のモデルのコーナ部を示す図である
。

【図４】本発明のならい制御装置による演算処理のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１　　ならい制御部 ３　　バッファメモリ ４　　先行量演算回路 ５　　制限回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トレーサヘッドを工具とは相対的に独
   自に駆動する補助軸を備え、前記トレーサヘッドでモデ
   ル形状をならいながら、ワークに対して前記工具を相対
   的に移動させてワークにならい加工を施すならい制御装
   置において、前記トレーサヘッドの変位量に基づいて工
   具速度を制御するならい制御手段と、前記工具速度に基
   づいて決定される工具の移動指令を一定時間遅延して出
   力する記憶手段と、前記補助軸に与えられる前記トレー
   サヘッドへの移動指令によって工具位置に対するトレー
   サヘッドの先行量を演算する演算手段と、前記記憶手段
   から出力される移動指令による工具の移動距離を前記演
   算手段における先行量の範囲内に制限する制限手段と、
   を有することを特徴とするならい制御装置。
2. 【請求項２】　　前記工具速度から決まる工具の移動距
   離と、前記制限手段によって制限された移動距離との差
   分を前記補助軸への追加の先行量として演算する演算手
   段を有し、前記トレーサヘッドを工具とは相対的に独自
   に駆動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   ならい制御装置。
3. 【請求項３】　　前記制限手段からの工具移動指令に前
   記補助軸への追加の先行量を加算する加算手段を有し、
   前記加算手段の加算結果によって前記記憶手段の記憶内
   容を更新することを特徴とする請求項２記載のならい制
   御装置。
4. 【請求項４】　　前記記憶手段は、複数の工具位置指令
   を記憶するバッファと、特定のバッファ位置を指令する
   カウンタにより構成され、前記ならい制御手段の演算周
   期毎に前記カウンタの値を更新することを特徴とする請
   求項１記載のならい制御装置。