JPH0561519A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度で高速加工が可能な数値制御装置を提
供する。 【構成】 ＮＣプログラムとパラメータデータから工具
軌跡データを作成する工具軌跡作成手段と、前記工具軌
跡データから移動指令デ−タを作成する移動指令作成手
段と、前記移動指令デ−タを記憶する記憶手段と、前記
移動指令デ−タから微小単位時間ごとの位置座標デ−タ
を作成してサ−ボ制御部へ出力する位置座標作成手段、
からなる数値制御装置において、前記移動指令作成手段
が、前記位置座標デ−タ作成時に理想軌跡と前記工具軌
跡との間に生じる軌跡追従誤差を補正する補正指令を含
む移動指令データを作成するようにした。

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】上記のような従来のＮ
Ｃ装置では、高精度で曲面の加工を行う場合は前記理想
曲面軌跡を分割する際、ピッチを細かくする方法がとら
れていた。しかし、この方法を用いるとピッチが増える
ので、前記微小線分で連続補間したＮＣプログラムのデ
ータ量が大きくなってしまう。

【０００７】一方、一定時間に解析できるデータ量には
制限があるため、前述のようにピッチを細かくしてデー
タ量が大きくなるとＮＣプログラムの解析に要する時間
が増加してしまった。また、ホストコンピュータから入
力したＮＣプログラムによる加工速度は、前記通信回線
の通信速度により制限を受けるが、高速通信回線を用い
るとコストがかかるという問題もあった。

【０００８】以上の理由により、高精度で加工を行なう
と加工速度が低下して時間がかかるという問題があっ
た。本発明は、上記問題を考慮して高精度で高速加工を
可能にするＮＣ装置を提供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、被加工物の加工条件を含むＮＣプログラムおよび
パラメータデータ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微小線分長さ当
たりの移動指令デ−タを作成する移動指令作成手段と、
前記移動指令デ−タを記憶する記憶手段と、該記憶手段
から前記移動指令デ−タを読み出して微小単位時間ごと
の位置座標デ−タを作成するとともに、該位置座標デ−
タをサ−ボ制御部へ出力する位置座標作成手段、からな
る数値制御装置において、前記移動指令データが、前記
位置座標デ−タ作成時に理想軌跡と前記工具軌跡との間
に生じる軌跡追従誤差を補正する補正指令を含むように
した。

【００１０】

【作用】本発明では、位置座標作成手段が移動指令デー
タから位置座標データを作成する時に、あらかじめ計算
されている前記軌跡誤差の大きさに応じて前記移動指令
データ内の補正指令によって補正を行なう。従って、１
微小線分に対する移動指令データごとに、前記軌跡追従
誤差の補正を指示する必要がない。そのため、前記移動
指令データに含まれる前記補正指示に関するデータ量を
減らすことができる。

【００１１】その結果、ＮＣ装置におけるデータ処理の
時間は短縮される。

【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】また、前記移動指令データは、位置座標デ
−タ作成時に理想軌跡と前記工具軌跡との間に生じる軌
跡追従誤差を補正する補正指令を含めて作成される。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１７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。

【００２１】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。

【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、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。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。さらに、
前記位置座標デ−タ作成時に理想軌跡と前記工具軌跡と
の間に生じる軌跡追従誤差を補正する補正指令を含むよ
うにして、各線分ごとに補正を行なわずに済むようにし
ているため、前記移動指令データ量を減らすことができ
る。

【００２４】ここで、図１８を用いて移動指令作成部１
７が、前記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前記軌跡追従誤差を処理す
る過程を説明する。従来は工具軌跡１８３で示すよう
に、Ｓ₁ 〜Ｓ₃ の各線分データに対し移動指令データに
基いて各々移動距離を指示するデータ（Ｘ₁ 、Ｚ₁ ）、
（Ｘ₂ 、Ｚ₂ ）、（Ｘ₃ 、Ｚ₃ ）を形成するとともに、
各移動指示ごとに理想軌跡１８１との前記軌跡追従誤差
の確認と補正を行なっていた。

【００２５】一方、本発明では移動距離を指示するデー
タは不要になるため、位置座標作成部１９は工具軌跡１
８２で示すように位置座標に関するパラメータデータか
ら、直接位置座標を指示する（Ｘ_a 、Ｚ_a ）のような位
置座標データを作成する。そして、理想軌跡１８１との
軌跡追従誤差Ｅが所定の値以上になる位置座標データが
作成される場合は、前記補正移動指令データにより位置
座標の補正を行ない、正しい位置座標データ（Ｘ_b 、Ｚ
_b ）を作成する。従って、各線分ごとに移動距離を指示
し、その後で軌跡追従誤差を確認する場合に比較して、
移動指令データの量が少なくなる。

【００２６】一方、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。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、図１３のように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。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、前記移動指令作成手段
において形成される移動指令データの量が、少なくなる
ためデータ処理にかかる時間が短縮される。その結果、
高精度での高速加工が可能となる。

【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、本発明の他の実施例を示す概略ブロック
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。

【図１８】は、移動指令データを作成する際にＮＣプロ
グラム上の理論軌跡と実際に作成した工具軌跡との誤差
を処理する過程を説明する図である。

【符号の説明】

１ ＮＣ装置 ２２ 加工機 ３０ ＮＣ装置 ３８ 加工機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の加工条件を含むＮＣプログラ
   ムおよびパラメータデータ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微小線分長さ当たりの移動指令
   デ−タを作成する移動指令作成手段と、 前記移動指令デ−タを記憶する記憶手段と、 該記憶手段から前記移動指令デ−タを読み出して微小単
   位時間ごとの位置座標デ−タを作成するとともに、該位
   置座標デ−タをサ−ボ制御部へ出力する位置座標作成手
   段、からなる数値制御装置において、 前記移動指令データが、前記位置座標デ−タ作成時に理
   想軌跡と前記工具軌跡との間に生じる軌跡追従誤差を補
   正する補正指令を含むことを特徴とする数値制御装置。