JPH0944223A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度を滑らかに変化させながら、勾配角に応
じた送り速度補正を行うことができるようにする。 【解決手段】 分割手段３ａは、移動指令により指示さ
れた移動経路を、複数の線分に分割する。勾配算出手段
３ｂでは、得られた線分の、工具軸に垂直な平面に対す
る勾配を算出する。補正倍率算出手段３ｃは、予め設定
されている関数式の変数に、勾配算出手段３ｂで得られ
た勾配角度の値を代入し、補正倍率を算出する。移動制
御手段３ｄは、指令された移動速度に対し、補正倍率算
出手段３ｃで得られた補正倍率をかけることにより得ら
れる速度で、分割された線分の各軸の移動指令を補間パ
ルスとして出力する。このように、加工条件に応じた関
数式を定義することにより、加工中に勾配が変化する場
合でも、そのときの勾配角度に応じた送り速度で加工を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工プログラムに従
って工具を移動制御してワークを加工する数値制御装置
に関し、特に勾配を有する切削を行う数値制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械では、加工プログラム等に
より予め設定入力された工具の送り速度によってワーク
の加工を行っている。数値制御装置では、送り速度はす
べてＦコードによって指令される。数値制御装置の移動
指令には、主に直線補間、円弧補間、スプライン補間が
あり、これらの移動指令ごとに送り速度を指令すること
ができる。送り速度の設定は、加工プログラムの作成時
に行わなければならない。

【０００３】ところが、切削中の工具の中心軸に対して
垂直な平面を基準とし、工具がその平面と平行に移動し
ている間は工具にかかる負荷は一定であるが、工具の進
行方向が平面に対し勾配を有している場合には工具にか
かる負荷は変化する。例えば、先端が平らな工具で山型
の形状にワークを加工する場合には、頂点に向かって削
るときよりも底辺に向かって削るときの方が切削刃の無
い部分がワークに接触する割合が多いため、どうしても
負荷が大きくなる。これを無視して他の部分と同様に一
定の送り速度、一定の主軸回転速度で工具を移動制御す
ると、工具の破損を招いたり、加工形状が不均一になる
恐れがある。そのため、勾配の変化する加工を行うに
は、勾配に応じた速度で切削をする必要が生じる。

【０００４】ところが、１つの移動指令の中で、送り速
度を変化させることができないため、円弧補間やスプラ
イン補間のように、１つの命令の中で勾配が変化する場
合には、加工プログラム作成時に移動指令を分割し、分
割した指令それぞれに対して送り速度指令を行う。この
ような加工プログラムを作成することにより、勾配に応
じた移動速度を指令することができる。

【０００５】一方、加工形状の変化による工具への負荷
に応じて切削条件を変化させることのできる数値制御装
置も考えられていた。この数値制御装置では、勾配角度
の境界値を設定し、境界値により分割された各領域ごと
の補正量を設定しておく。そして、加工を行う際には、
移動指令から曲線の勾配角度を計算し、境界値を境に複
数の移動指令に分割する。この分割された各領域ごと
に、予め設定された補正量を加えた送り速度で切削を行
う。これにより、切削の際に勾配を有することにより工
具の負荷等が変化しても、その状況に適した条件で切削
をすることができる。このような数値制御装置として、
本出願人は特願平７−４９４９４号を出願している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、予め移動経路
を分割して速度を指令するのは、加工プログラムの作成
のためにかかる負担が膨大になるとともに、加工プログ
ラムが非常に長くなってしまう。加工プログラムが長く
なると、データを取り扱うために必要なメモリ容量が大
きくなるとともに、データの入力ミス等も発生しやすく
なる。従って、加工プログラムは短い方が望ましい。

【０００７】また、上記の特願平７−４９４９４号に示
すような数値制御装置では、分割された領域ごとに補正
量が定められるため、その領域の境界において送り速度
が不連続になる。送り速度の変化が滑らかでないと、工
具にかかる負荷が大きくなるとともに、加工面の品質も
悪化してしまう。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、速度の連続性を保ちながら、勾配角に応じた
送り速度補正を行うことができる数値制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、加工プログラムに従って工具を移動制御
してワークを加工する数値制御装置において、移動指令
による移動経路を複数の線分に分割する分割手段と、前
記線分ごとに勾配角度を算出する勾配算出手段と、予め
定義された関数式の変数に前記勾配角度を代入すること
により、補正倍率を算出する補正倍率算出手段と、前記
移動指令における指令速度に対し、前記補正倍率算出手
段で算出された前記補正倍率をかけた値を移動速度とし
て、各軸の移動を制御する移動制御手段と、を有するこ
とを特徴とする数値制御装置が提供される。

【００１０】上記の数値制御装置によれば、分割手段
は、移動指令を複数の線分に分割する。勾配算出手段
は、線分ごとに勾配角度を算出する。補正倍率算出手段
は、予め設定された関数式の変数に勾配角度を代入する
ことにより、補正倍率を算出する。移動制御手段は、線
分の移動指令における指令速度に対し、補正倍率算出手
段で算出された補正倍率をかけた値を移動速度として、
各軸の移動を制御をする。

【００１１】これにより、加工プログラムに手を加える
ことなく、勾配角度に応じた移動速度に、送り速度を補
正するとができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の概略構成を示すブ
ロック図である。前処理演算手段２は、加工プログラム
１を解読し、軸の移動指令を出力する。そして、補間手
段３が移動指令に応じて各軸の移動を制御する。

【００１３】補間手段３内は、分割手段３ａ、勾配算出
手段３ｂ、補正倍率算出手段３ｃ、及び移動制御手段３
ｄで構成されている。分割手段３ａは、移動指令により
指示された移動経路を、複数の線分に分割する。この際
の分割は、「トレランス」と呼ぶ許容誤差を定め、指令
された移動経路と、その移動経路を分割して得られる線
分の最大誤差が、トレランスの値を超えないように移動
経路を分割する。従って、移動経路の曲率の大きい部分
では線分は長くなり、移動経路の曲率の小さい部分では
線分の長さは短くなる。

【００１４】勾配算出手段３ｂでは、得られた線分の、
工具軸に垂直な平面に対する勾配を算出する。補正倍率
算出手段３ｃは、予め設定されている関数式の変数に、
勾配算出手段３ｂで得られた勾配角度の値を代入する。
このときの関数式の解が補正倍率となる。

【００１５】移動制御手段３ｄは、指令された移動速度
に対し、補正倍率算出手段３ｃで得られた補正倍率をか
けることにより得られる速度で、分割された線分の各軸
の移動指令を補間パルスとして出力する。

【００１６】軸制御回路４ａ〜４ｃは、補間パルスに応
じた移動指令をサーボアンプ５ａ〜５ｃに出力する。サ
ーボアンプ５ａ〜５ｃが、サーボモータ６ａ〜６ｃの回
転を制御する。

【００１７】これにより、様々な加工条件に応じて関数
式を定義することにより、加工中に勾配が変化する場合
でも、そのときの勾配角度に応じた送り速度で加工を行
うことができる。

【００１８】図２は数値制御装置（ＣＮＣ）内部のハー
ドウェアの構成を示すブロック図である。プロセッサ１
１はＣＮＣ１０全体の制御の中心となるプロセッサであ
る。プロセッサ１１は、バス１９を介してＲＯＭ１２に
格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステ
ムプログラムに従ってＣＮＣ１０全体の制御を実行す
る。ＲＡＭ１３には一時的な計算データ、表示データ等
が格納される。このＲＡＭ１３にはＤＲＡＭが使用され
る。ＣＭＯＳ１４には工具補正量、ピッチ誤差補正量、
加工プログラム及びパラメータ等が格納される。ＣＭＯ
Ｓ１４は、図示されていないバッテリでバックアップさ
れ、ＣＮＣ１０の電源がオフされても不揮発性メモリと
なっているので、それらのデータはそのまま保持され
る。

【００１９】インタフェース１５は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー、プリンタ等の外部機
器３４が接続される。紙テープリーダからは加工プログ
ラムが読み込まれ、また、ＣＮＣ１０内で編集された加
工プログラムを紙テープパンチャーに出力することがで
きる。

【００２０】グラフィック制御回路１６は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像データ等のディジタル
データを画像信号に変換して出力する。この画像信号は
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１の表示装置３２に送られ、
そこで表示される。インタフェース１７は、ＣＲＴ／Ｍ
ＤＩユニット３１内のキーボード３３からのデータを受
けて、プロセッサ１１に渡す。

【００２１】インタフェース１８は手動パルス発生器３
５に接続され、手動パルス発生器３５からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３５は機械操作盤に実装され、
手動で機械稼働部を精密に移動させるのに使用される。

【００２２】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）３６は、ＣＮＣ１０に内蔵され、ラダー形式で
作成されたシーケンス・プログラムで機械側を制御す
る。すなわち、加工プログラムで指令されたＭ機能、Ｓ
機能およびＴ機能をシーケンス・プログラムで機械側に
必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット３７を介して機械
側に出力する。この出力信号は、機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブおよび電気アクチュ
エイタ等を動作させる。また、機械側のリミットスイッ
チおよび機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要
な処理をしてプロセッサ１１に渡す。

【００２３】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ２１〜２３を
駆動する。サーボモータ２１〜２３には位置検出用のパ
ルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダから位
置信号がパルス列としてフィードバックされる。また、
このパルス列をＦ／Ｖ（周波数／速度）変換することに
より、速度信号を生成することができる。図ではこれら
の位置信号のフィードバックライン及び速度フィードバ
ックは省略してある。

【００２４】スピンドル制御回路６１は、スピンドル回
転指令およびスピンドルのオリエンテーション等の指令
を受けて、スピンドルアンプ６２にスピンドル速度信号
を出力する。スピンドルアンプ６２はこのスピンドル速
度信号を受けて、スピンドルモータ２４を指令された回
転速度で回転させる。また、オリエンテーション指令に
よって、所定の位置にスピンドルを位置決めする。

【００２５】スピンドルモータ２４には図示されていな
い歯車あるいはベルトでポジションコーダ７２が結合さ
れている。ポジションコーダ７２は、スピンドルモータ
２４に同期して回転し、帰還パルスを出力する。その帰
還パルスは、インタフェース７１を経由して、プロセッ
サ１１によって、読み取られる。この帰還パルスは他の
軸をスピンドルモータ２４に同期して移動させるために
使用される。

【００２６】また、インタフェース７１には、スピンド
ルモータ２４の負荷電流の値がスピンドルアンプ６２か
ら供給され、インタフェース７１はこれをプロセッサ１
１に渡す。

【００２７】上記のようなハードウェア構成の数値制御
装置を用いて、切削の勾配角度に応じて切削速度を制御
する場合について具体的に説明する。図３は勾配の変化
する加工例を示す図である。工具７は、ワーク８の上面
に凸型の切削を行う。

【００２８】先ず第１の区間「Ａ」は、上りの急勾配の
切削であり、勾配角度はｄ₁ （ｄ₁＞０）である。第２
の区間「Ｂ」は、なだらかな上り勾配の切削であり、勾
配角度はｄ₂ （ｄ₂ ＞０）である。第３の区間「Ｃ」
は、平行移動の切削であり、勾配角度はｄ₃ （ｄ₃ ＝
０）である。第４の区間「Ｄ」は、下り勾配の切削であ
り、勾配角度はｄ₄ （ｄ₄ ＜０）である。

【００２９】図４は勾配角度と補正倍率との関係を示す
図である。この図は、横軸が勾配角度であり、縦軸が補
正倍率である。なお、勾配角度は、正の値が上り勾配で
あり、負の値が下り勾配である。

【００３０】この例では、勾配が「０」のときに補正倍
率は「１」である。そして、上り勾配、下り勾配共に、
勾配が急になるほど補正倍率が小さくなる。つまり、平
坦な切削では速度を補正しないが、勾配がある場合には
その勾配角度の絶対値の大きさに従い速度を低下させ
る。

【００３１】このような切削をする際の補正倍率を算出
するための関数を、

【００３２】

【数１】ｃ＝ｆ（ｄ） ・・・・（１） とする。この式（１）は、定義域内の全ての点で連続な
連続関数である。ここで、「ｃ」が補正倍率であり、
「ｄ」が勾配角度である。そして、加工プログラムによ
る指令速度をｆ₀ とする。

【００３３】図５は各区間での送り速度を示す図であ
る。第１の区間（Ａ）での送り速度は、

【００３４】

【数２】ｆ₁ ＝ｆ₀ ×ｆ（ｄ₁ ） ・・・・（２） 第２の区間（Ｂ）での送り速度は、

【００３５】

【数３】ｆ₂ ＝ｆ₀ ×ｆ（ｄ₂ ） ・・・・（３） 第３の区間（Ｃ）での送り速度は、

【００３６】

【数４】ｆ₃ ＝ｆ₀ ×ｆ（ｄ₃ ） ・・・・（４） 第４の区間（Ｄ）での送り速度は、

【００３７】

【数５】ｆ₄ ＝ｆ₀ ×ｆ（ｄ₄ ） ・・・・（５） である。

【００３８】このように、移動経路における勾配角度を
関数式に代入することにより、補正倍率を求め速度を補
正することができる。しかも、関数式が連続であること
により、勾配角度が滑らかに変化する限り、移動速度も
滑らかに変化する。従って、速度の急激な変化が発生せ
ず、工具に必要以上の負担がかかる心配がない。

【００３９】また、本発明を実施するための加工プログ
ラムは、特に従来のものと変わらない。つまり、加工プ
ログラムを作成する際に、加工の勾配を考慮する必要が
なく、加工経路のみを考えてプログラミングすれば良
い。そのため、容易にプログラミングをすることがで
き、プログラム自体も短くてすむ。

【００４０】なお、上記の説明では勾配が上りでも、下
りでも、移動速度を遅くするような場合の例を示した
が、これは、工具の種類やワークの材質等で異なる。従
って、場合によっては、上り勾配においては移動速度を
速くする方が、その加工に適していることもある。この
ように、補正倍率を算出するための関数式は、実行する
加工の条件に応じた式を定義する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、補正倍
率を算出するための関数式を予め定めておき、移動経路
を分割して得られる線分の勾配角度を、その関数式に代
入することにより補正倍率を求め、その区間での指令速
度に補正倍率をかけた速度で各軸の移動を制御するよう
にしたため、そのときの勾配に応じた速度で工具を移動
させることができる。

【００４２】また、補正倍率を関数式から導きだすよう
にしたため、関数式として、定義域内の全ての点で連続
な曲線式を定義することにより、勾配に応じた送り速度
の変化を滑らかにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略構成を示すブロック図である。

【図２】数値制御装置内部のハードウェアの構成を示す
ブロック図である。

【図３】勾配の変化する加工例を示す図である。

【図４】勾配角度と補正倍率との関係を示す図である。

【図５】各区間での送り速度を示す図である。

【符号の説明】

１ 加工プログラム ２ 前処理演算手段 ３ 補間手段 ３ａ 分割手段 ３ｂ 勾配算出手段 ３ｃ 補正倍率算出手段 ３ｄ 移動制御手段 ４ａ〜４ｃ 軸制御回路 ５ａ〜５ｃ サーボアンプ ６ａ〜６ｃ サーボモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工プログラムに従って工具を移動制御
   してワークを加工する数値制御装置において、 移動指令による移動経路を複数の線分に分割する分割手
   段と、 前記線分ごとに勾配角度を算出する勾配算出手段と、 予め定義された関数式の変数に前記勾配角度を代入する
   ことにより、補正倍率を算出する補正倍率算出手段と、 前記移動指令における指令速度に対し、前記補正倍率算
   出手段で算出された前記補正倍率をかけた値を移動速度
   として、各軸の移動を制御する移動制御手段と、 を有することを特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】 前記分割手段は、移動指令による移動経
   路と、分割することにより得られる線分との最大誤差
   が、予め設定されている許容限界値の範囲内であるよう
   な条件で、前記移動経路を分割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】 前記補正倍率算出手段は、前記関数式と
   して、勾配角度が０の場合に値が１であり、定義域内の
   全ての点で連続な曲線式が定義されていることを特徴と
   する請求項１記載の数値制御装置。