JPH0561518A

JPH0561518A - 数値制御装置

Info

Publication number: JPH0561518A
Application number: JP3223062A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okazawa; 泰夫岡沢; Kenzo Sato; 賢蔵佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】工具に対する移動と信号の入出力の制御とを
行なう数値制御装置において、高精度で高速加工を行な
うことを目的とする。【構成】被加工物のパラメータデータとＮＣプログラ
ムから作成された工具軌跡データを、前記被加工物の加
工及び加工動作中の信号の入出力の制御とを指示する内
容を含む移動指令データに変換する移動指令作成手段を
設けた。また、前記移動指令データを位置座標データに
変換する位置座標作成手段と、前記位置座標データから
被加工物の加工制御をするサーボ制御部と、前記位置座
標データにより信号の入出力を制御する計測制御手段、
とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工機を数値制御する
数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来のＮＣ装置を示す概略ブ
ロック図である。ＮＣ装置３０は、被加工物（以下、ワ
ークという）を加工するためのＮＣプログラムをホスト
コンピュータ３１から通信回線４０を介してＮＣプログ
ラム入力部３２に入力し、これをＮＣプログラム格納部
３３に格納する。

【０００３】ＮＣ装置３０が実行を開始すると、ＮＣプ
ログラム解析部３４はＮＣプログラム格納部３３から前
記ＮＣプログラムを読み込み、移動指令データに変換し
てパルス分配部３５に出力する。また、ＮＣプログラム
解析部３４は、Ｉ／Ｏ制御が必要な場合はＩ／Ｏ制御部
３７に指令を出してＩ／Ｏコントロールを行う。一方、
パルス分配部３５は、前記移動指令データを指定された
加工速度に基づいてパルス分配して速度指令パルスを作
成し、該指令パルスをサーボ制御部３６に出力する。

【０００４】サーボ制御部３６は、前記指令パルスによ
り加工機３８を制御して前記ワーク（図示せず）に対し
ＮＣ加工を行なう。この時、加工機３８からの位置情報
３９は、サーボ制御部３６にフィードバックされてサー
ボ制御に使用される。なお、ＮＣプログラム格納部３３
に格納しきれない大容量のＮＣプログラムは、外部のホ
ストコンピュータ３１からＮＣプログラム入力部３２に
入力した後、直接プログラム解析部３４へ出力され、以
降は上記説明と同様に処理される。

【０００５】次に、上記ＮＣ装置によってワークを加工
する際に使用するＮＣプログラムの作成過程を曲面を加
工する場合を例に説明する。ホストコンピュータ３１で
は、図１５に示すように加工すべき曲面を理想曲面軌跡
１５１とし、この軌跡１５１を任意のピッチｐで分割す
る。そして、前記曲面を表す式と分割ピッチｐに基づい
て、分割点での各点列ｑの位置を算出する。その後、各
点列ｑを図１５に示す直線や円弧で近似された微小線分
ｔで結んでいき、図１７に示すような直線運動や円弧運
動を命令するＮＣプログラムを作成していく。この時、
理想曲面軌跡１６１と微小線分との軌跡誤差は、図１６
に示すように、ピッチを小さく（分割ピッチｐ₁）して
分割した時の軌跡誤差１６２の方が、ピッチを大きく
（分割ピッチｐ₂）して分割した時の軌跡誤差１６３よ
りも小さくなる。従って、ＮＣ装置において加工精度を
向上させるためには、理想曲面軌跡の分割ピッチをでき
るだけ小さくしてＮＣプログラムを作成することが要求
されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣ装置では、
ワークを加工中に加工機等の機械の特性や加工状態を測
定する場合、移動（ワークと工具との相対移動）を指示
する移動指令データとは別に、前記測定に係わる動作を
制御する測定信号に対する入出力指令データを必要とし
ていた。

【０００７】そのため、データ量が増えてデータ処理に
時間がかかるため、高速加工が困難であった。また、一
定区間の移動を指示する各移動指令データの間に、移動
動作には直接関係しない前記入出力指令データが割り込
んだ状態になるため、該入出力指令データの解析に時間
がかかると、移動指令データの処理が滞り、滑らかな移
動動作ができなかった。その結果、加工精度が悪化する
という問題も生じていた。

【０００８】本発明は、上記問題を解決することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、直線及び曲線を補間して加工制御を行なう数値制
御装置において、被加工物の加工条件を含むパラメータ
データとＮＣプログラムから工具軌跡データを作成する
工具軌跡作成手段と、前記工具軌跡データから、前記被
加工物に対する加工の指示および信号の入出力制御の指
示をするための微小線分長さ当たりの移動指令データを
作成する移動指令作成手段と、前記移動指令データから
微小単位時間当たりの位置座標データを作成する位置座
標作成手段と、前記位置座標データに基づいて前記被加
工物に対し加工制御を行なうサーボ制御部と、前記位置
座標データに基づいて前記信号の入出力制御を行なう信
号制御手段、とを有するようにした。

【００１０】

【作用】本発明によれば、工具軌跡データから微小線分
長さ当たりの移動指令データを作成する際に、１つの微
小線分に対する移動を指示する移動指令データが、移動
を指示する移動指令コードと、各種信号の入出力制御を
指示することが可能な信号の入出力制御の指令コードと
を含むようにしてあるので、データ量を少なくすること
が可能となる。

【００１１】また、位置座標作成部において微小単位時
間当たりの位置座標データに変換されるので、微小単位
時間ごとに位置座標の読み込みと前記信号の入出力制御
を行なうことができる。そのため、高速移動中の加工機
等の機械の特性を測定することもできる。この時、微小
線分ごとに各指令コードによる制御が行われるため、計
測座標の開始位置の指定が任意に、かつ容易に行なうこ
とが可能である。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す概略ブロック
図である。本実施例は、ワークの加工面の形状を表す
式、その式の係数、使用する工具の半径等の値からパラ
メータデータを作成するパラメータデータ作成手段（図
示せず）と、ＮＣ装置１と、ＮＣ装置１からの信号によ
ってワーク（図示せず）を加工する加工機２２、とで構
成される。

【００１３】以下、本実施例における加工過程を説明す
る。ＮＣ装置１は、ワークの加工前にあらかじめ対話形
式で前記パラメータデータをパラメータデータ入力部１
１から入力し、パラメータデータ記憶部１２に記憶して
おく。ＮＣプログラム作成部１３は、パラメータデータ
記憶部１２からパラメータデータを読み込み、該データ
をもとに曲面の部分を含めて図２に示すようなＮＣプロ
グラムを作成し、ＮＣプログラム記憶部１４に記憶す
る。

【００１４】該ＮＣプログラムの作成において、直線お
よび円弧以外の曲面部を加工するＮＣプログラム部は、
図に示すようにＧコードと同様なコードとしてＡＳコー
ドＴと、図３に示す加工条件を含むパラメータデータＷ
として作成され、ＮＣプログラム記憶部１４に記憶され
る。つまり、前記曲面部に関しては計算はせず、形状デ
ータとして前記コードＴとパラメータデータＷで記憶し
ておく。

【００１５】工具軌跡作成部１５は、ＮＣプログラム記
憶部１４に記憶されたＮＣプログラムと、パラメータデ
ータ記憶部１２に記憶されているパラメータデータから
工具軌跡データを形成し、工具軌跡データ記憶部１６に
記憶する。図４は、工具軌跡作成部１５での工具軌跡の
算出過程の一部を示す。図４において、ＮＣプログラム
に含まれているＮＣプログラム軌跡４１は、ワーク基準
の軌跡を示し、始点Ａから、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａの
順に軌跡を描く。Ｂ〜Ｅの区間が、ワークを加工してい
る部分の軌跡を示す。該軌跡は、Ａ〜Ｂ、Ｅ〜Ｆ〜Ａは
直線移動、Ｂ〜Ｃ、Ｄ〜Ｅは円弧移動、Ｃ〜Ｄは直線お
よび円弧以外の曲面移動を示す。

【００１６】工具軌跡作成部１５は、ＮＣプログラム軌
跡４１と前記パラメータデータから直線移動による加工
部分Ａ〜ＢおよびＥ〜Ｆと、円弧移動による加工部分Ｂ
〜ＣおよびＤ〜Ｅに対して、工具基準の移動軌跡（工具
半径オフセットを考慮した軌跡）である工具軌跡４２を
算出して工具軌跡データを作成する。なお、工具軌跡４
２の通過点Ｇ〜Ｊは、ＮＣプログラム軌跡４１のＢ〜Ｅ
にそれぞれ対応している。

【００１７】一方、曲面移動による加工部分Ｃ〜Ｄに対
応する工具軌跡４２のＨ〜Ｉは、図５に示すような曲面
の工具軌跡コードＵとパラメータＶによって工具軌跡が
表される。この時、前記コードＵとパラメータＶは、Ｈ
〜Ｉの区間に関しては工具軌跡の計算を行わず、前記Ｎ
Ｃプログラム内のコードＴとパラメータデータＷを使用
する。このようにして、ＮＣプログラム軌跡４１に対応
する工具軌跡データ４２が作成される。

【００１８】なお、図６のように工具軌跡において隣接
する直線部Ｐ₁−Ｐ₂およびＰ₂−Ｐ₃が存在する場合
は、図７に示すように接続円弧Ｐ₄−Ｐ₅を形成して該
２つの直線部を接続させて工具軌跡データを作成する。
上記のようにして作成された工具軌跡データは、工具軌
跡データ記憶部１６によって記憶される。

【００１９】移動指令作成部１７は、工具軌跡データ記
憶部１６から工具軌跡データを読み出し、図９に示すよ
うに工具軌跡を微小線分長さｕで分割して該微小線分長
さ当たりの移動指令データを作成する。この時、前記工
具軌跡データの曲面部分については、図５のように曲面
コードとパラメータを含んだ工具軌跡データから工具半
径オフセットを考慮した工具軌跡を想定し、該工具軌跡
を微小線分長さで分割する。そして、この微小線分に対
する移動指令データを作成する。この場合、移動指令作
成部１７は、図１０に示すようにＮＣプログラム軌跡１
０１から垂線を下ろして工具半径ｒ分をオフセットした
点を求めていく。そして、これらの点を結んで工具軌跡
１０２を作成し、同時に該工具軌跡を前記微小線分長さ
で分割したＳ_n、Ｓ_n+1、Ｓ_n+2に対応する、図１１に
示すような移動指令データを作成していく。

【００２０】このように、曲面部分に対しては工具軌跡
の作成と微小線分長さでの分割を共に移動指令作成部１
７で行なうため、ＮＣプログラムおよび工具軌跡データ
の量を減らすことができる他、誤差も少なくなる。その
ため、精度良くデータが作成できる。なお、前記微小線
分長さは、図８に示すように前記接続円弧の中で最小の
半径よりも短い線分長さとし、移動速度のベクトル変化
が小さくなるようにする。さらに、図１２に示すように
工具軌跡１２１を所定のピッチで分割して微小線分Ｓ１
〜Ｓ６を作成した場合に、方向が所定範囲内にあって同
一方向と見なせるＳ１〜Ｓ４については、一括された１
つの線分Ｌ１に対応する圧縮移動指令データに変換して
データ量を減らすようにしている。このようにして得ら
れた移動指令データは、工具速度と単位時間との関係を
有する成分（パラメータ）を有している。

【００２１】さらに、移動指令作成部１７は、工具軌跡
データから微小線分長さ当たりの移動指令データを作成
する際に、１つの微小線分の移動指令データ中に移動を
指示する移動指令コードと、信号の入出力を制御する指
令コードとして例えば、座標位置の計測を指示する計測
指令コードとを含めて作成する。この場合、図１３に示
すようにＳ₁〜Ｓ₃の線分データにおいて、線分Ｓ₁の
移動指令データには、前記移動を指示する移動指令コー
ドおよび各計測点Ｍ₁〜Ｍ₅における座標位置の計測
と、計測結果の信号の入出力を指令する計測指令コード
とが含まれている。

【００２２】移動指令データ記憶部１８は、上述のよう
にして作成された移動指令データを記憶しておく。加工
時は位置座標作成部１９が、移動指令データ記憶部１８
から順次移動指令データを読み出し、微小単位時間ごと
の位置座標データを作成してサーボ制御部２０へ出力す
る。この時、位置座標作成部１９が前記圧縮移動指令デ
ータを読み出した時は、前記工具軌跡データの複数の微
小線分として展開し、位置座標データを作成する。な
お、前記位置座標データの作成は、前記工具速度と単位
時間との関係を有する成分を計算処理することで行われ
る。

【００２３】また、位置座標作成部１９は、信号制御部
２３に対して前記位置座標データを出力する。信号制御
部２３は、前記位置座標データに含まれる計測指令コー
ドに基づき、図１３のＳ₁以外の線分も含めて、各計測
点Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃、・・・、Ｍ_nにおける座標位置の
計測と計測結果を含む信号の入出力を行なう。

【００２４】このように、各微小線分ごとに移動と計測
の指令コードを１つのデータに含めて制御するので、デ
ータ量が減りその分データ処理時間が短くなる。また、
信号制御部２３は、前記位置座標作成部の指示によりＭ
₁〜Ｍ_nの中から任意の座標位置を開始位置として、各
種の計測指令と計測結果の信号の入出力および計測結果
の記憶等の制御を行なうことが可能である。

【００２５】さらに、１つの移動指令データの容量を可
変として前記計測指令コードを複数設けることも可能で
ある。この場合、始めの微小線分に対する指令データ中
にあらかじめ所望の指令コードを設けておけば、以下の
線分に対する指令データでは前記指令コードを省略する
ことができる。また、位置座標作成部１９は、必要があ
ればＩ／Ｏ制御部２１に対して入出力の指令を行ない、
加工機２２を制御する。

【００２６】以上のように、前記移動指令データは、位
置座標作成手段によって計算処理されることを前提とし
ているのでデータ量は少なくて済む。また、位置座標デ
ータは微小単位時間に応じて作成されるので加工速度を
制御する成分を含む。従って、指定された加工速度に基
づいて速度指令パルスを作成する過程が不要になり、デ
ータ処理にかかる時間を短くすることができる。

【００２７】ところで、本実施例では計測の対象を座標
位置として説明してきたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、各種の信号の入出力が可能である。例え
ば、ワークの加工形状の計測や、加工中の機械の特性
（加工機の振動やワークのステージの挙動等）及び加工
中の環境変化等を計測することができる。この場合、こ
れらの信号はアナログ信号でもデジタル信号でも構わな
い。

【００２８】なお、本実施例のシステムとしては、図１
に示す如く全機能ブロックを含むＮＣ装置として構成し
ているが、本発明はこれに限るものではなく、ＮＣ装置
とホストコンピュータとに機能を分けて構成しても良
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、微小線分ごとに移動を
指示する信号および座標位置の測定を指示する信号を同
時に制御することができる。そのため、処理すべきデー
タ量が少なくなり高速加工が可能になる。また、任意の
座標位置を開始位置として、微小単位時間ごとの座標位
置の読み込みと測定信号の入出力ができるため移動中の
機械の特性を測定することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例を示す概略ブロック図で
ある。

【図２】は、ＮＣプログラムの一例を示す図である。

【図３】は、実施例で用いたパラメータデータの一例を
示す図である。

【図４】は、工具軌跡の算出過程の一部を示す図であ
る。

【図５】は、工具軌跡作成手段で作成される工具軌跡コ
ードとパラメータを示す図である。

【図６】は、工具軌跡において隣接する２つの直線を示
す図である。

【図７】は、工具軌跡の２つの直線同士を接続円弧を介
して接続した状態を示す図である。

【図８】は、工具軌跡を接続円弧の中の最小半径よりも
短い線分長さで分割した状態を示す図である。

【図９】は、工具軌跡を微小線分長さで分割した状態を
示す図である。

【図１０】は、移動指令作成部が曲面加工を指示する際
に行なう工具半径オフセットの方法を示す図である。

【図１１】は、移動指令データの一例を示す図である。

【図１２】は、工具軌跡を微小線分で分割した状態を示
す図である。

【図１３】は、微小線分当たりの移動指令データに含ま
れる計測点を示す図である。

【図１４】は、従来のＮＣ装置を示す概略ブロック図で
ある。

【図１５】は、理想曲面軌跡と微小線分との関係を示す
図である。

【図１６】は、理想曲面軌跡と微小線分との間に生じる
軌跡誤差と、分割ピッチとの関係を示す図である。

【図１７】は、曲面部の加工を指示する従来のＮＣプロ
グラムの一例を示す図である。

【符号の説明】１ＮＣ装置２２加工機２３測定制御部３０ＮＣ装置３８加工機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線及び曲線を補間して加工制御を行な
う数値制御装置において、被加工物の加工条件を含むパラメータデータとＮＣプロ
グラムから工具軌跡データを作成する工具軌跡作成手段
と、前記工具軌跡データから、前記被加工物に対する加工の
指示および信号の入出力制御の指示をするための微小線
分長さ当たりの移動指令データを作成する移動指令作成
手段と、前記移動指令データから微小単位時間当たりの位置座標
データを作成する位置座標作成手段と、前記位置座標データに基づいて前記被加工物に対し加工
制御を行なうサーボ制御部と、前記位置座標データに基づいて前記信号の入出力制御を
行なう信号制御手段、とを有することを特徴とする数値
制御装置。