JPS63105864A - Ｎｃ加工方法と装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＮＣ工作機械のＮＣ加工方法と装置に関し、
特にＮＣ加工プログラムにおける位置指令データを各送
り軸の移動指令データに変換した後にその各送り軸の移
動量をスケーリングしてＮｅ加工を行うＮＣ加工方法及
び装置に関する。

〔従来技術と解決すべき問題点〕

従来、ＮＣ工作機械のＮＣ加工プログラムに拡大、縮小
のスケーリングをする場合にはＮＣ装置でＮＣ指令デー
タを補間演算する前にＮＣ指令データに対してスケーリ
ング分の倍率を掛けるようにしていた。この場合に、Ｎ
Ｃ工作機械の各送り軸のＮＣ指令データに互いに異なる
スケールを掛けると、直線移動の指令に関しては問題な
かったが、円弧移動の指令に対して異なるスケールを掛
けると、移動軌跡が楕円に変化した。然るに＝車従来の
ＮＣ装置には楕円補間機能が実現されていないから、補
間演算の前段でスケーリングの倍率を乗算する方式を採
ると、各軸間相互に興なるスケーリングの倍率を乗算す
ることは不可能であった。故に、３次元自由曲面を持つ
立体形状の金型等をＮＣ加工する場合には、ＮＣ指令デ
ータの情報量が多いことはもとより、金型の材質によっ
ては縦横の伸び率が違うものが存在し、金型使用中の精
度維持に問題があった０例えば、アルミ材料で作製した
金型では、材料の方向性から縦と横では伸び又は収縮率
が違うことが判り、これが、製品金型に影響して上記の
問題が発生するものであることが、判って来た。そこで
、材料方向の縦と横で異なるスケーリングの倍率でＮＣ
加工を実施する必要性が生じてきたのである。従っで、
本発明は、かかる問題の解決を図らんとするものである
。

〔解決手段〕

所で、既定のＮＣ加工プログラムを型材の材質やその他
の条件に応じて変更作成することはプログラム作成上で
手間が掛かり、困難であるため、ＮＣ加工プログラムに
おける位置指令データを補間演算して各送り軸の移動指
令データに変換した後に、各送り軸毎に独立して所望の
スケーリングの倍率を掛けで、材料の縦、横又はＸ、Ｙ
、Ｚ軸に対して夫々異なるスケールの移動指令データを
作成しで、ＮＣ＠ｆｌｌのサーボ機構に伝送してＮＣ加
工を行うようにしたものである。

即ち、本発明によれば、ＮＣ工作機械のＮＣ加工方法に
おいで、ＮＣ加工プログラムに基づく位置指令データを
情報処理部で補間演算し、前記ＮＣ工作機械の各送り軸
の移動指令データを作成し、該各送り軸の移動量に各送
り軸毎に独立して所望のスケーリングの倍率を乗算し、
各送り軸毎に独立したスケールの移動指令データを作成
し、該移動指令データをＮＣ装置のサーボ機構に伝送し
て前記ＮＣ工作機械にＮＣ加工動作を行わせるようにし
たＮＣ加工方法を提供し、また、この方法を直接実施す
べ（、ＮＣ工作機械のＮＣ加工装置においで、ＮＣ加工
プログラムに基づく位置指令データを各送り軸の移動指
令データに演算変換する演算手段と、その移動指令デー
タにおける各送り軸の移動量に各送り軸ごとに独立して
所望のスケーリングの倍率を乗算し、各送り軸に独立し
たスケールの移動指令データを作成するスケーリング演
算手段と、前記移動指令データをＮＣ装置のサーボ機構
に伝送する接続手段とを備えたＮＣ加工装置を提供する
ものである。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるＮＣ加工方法と装置の実施例と
して構成された高速ＮＣ加工装置の概略構成を示す機構
図、第２図は第１図に示した高速ＮＣ加工装置における
高速ＮＣ加工データの演算変換処理を行う高速ＮＣデー
タ作成装置の構成を示したブロック図である。

さで、第１図に示す高速ＮＣ加工装置は、ＮＣ装置ｆ１
０、このＮＣ装置１０と分離又は付属設備されるＮＣ加
工データの格納用バッファメモリ手段１２、ＮＣ加工プ
ログラムを供給するＮＣ加工プログラム供給装置１４、
ＭＮＣ加工プログラム供給装置１４から供給されるＮＣ
加工プログラムから高速加工指令に応じて所定のＮＣ加
工データを高速ＮＣ加工用の加工データに演算、変換す
る高速ＮＣ加工データ作成装置１６、上記ＮＣ装置１０
からのＮＣ加工指令データに従って作動制御される駆動
モータ群１８（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸モータ）等を具備して
構成されている。

上述したＮＣ加工プログラム供給装置１４は、例えば、
周知の自動プログラミング装置、ホストコンビエータ、
或いはフロッピー装置等によって構成すればよく、ＮＣ
工作機械（図示時）で加工されるワークに対して設計図
面に従って予めプログラムされたＮＣ加工プログラムを
供給、送出するものである。そしで、このＮＣ加工プロ
グラム供給装置１４と高速ＮＣ加工データ作成装置１６
とはインターフェース手段２０によって結合されており
、同様に高速ＮＣ加工データ作成装置１６と上述のパフ
ファメモリ手段１２との間も同様のインターフェース手
段２２によって結合されている。

ＮＣ加工プログラム供給装置１４から供給されるＮＣ加
工プログラムは、通常または標準の速度モードでＮＣ加
工を実行すべきＮＣ加工指令と高速モードでＮＣ加工を
実行すべきＮＣ加工指令との両者を含んでおり、周知の
ブロック単位で次々と供給されるようになっている。こ
のとき、本発明によれば、第３図のＮＣフォーマットに
示すように、標準ＮＣ加工から高速ＮＣ加工への移行に
際して該高速ＮＣ加工過程でスケーリングが行われると
きは、スケーリングの倍率の掛は算指令（以下、スケー
リング指令と記載する。）を予め含めておくのである。

そしで、高速ＮＣ加工の開始を例えば、準備機能００５
で予めＮＣプログラミングの段階で指令するのである。

勿論、外部から加工の進捗状況に応じて高速ＮＣ加工を
指令できるような外部操作手段を設けるようにしても良
い。

このようにスケーリング指令と高速ＮＣ加工指令ＧＯ５
とを含んだＮＣ加工プログラムが供給されると、高速Ｎ
Ｃデータ作成装置１６は第２図に示すデータ受信部２４
においで、そのＮＣ加工プログラムを受信する。データ
受信部２４は該ＮＣ加工プログラムの各ブロックのＮＣ
指令データ毎に高速加工指令ＧＯ５の有無に応じで、次
段のデータ処理部２６における高速ＮＣデータ処理部２
６ａを経由して又は該高速ＮＣデータ処理部２６ａをバ
イパスしてＮＧ指令データをデータ送信部２８に送信す
る。さで、高速モードのときはそのＮＧ指令データは高
速ＮＣデータ処理部２６ａにおいて補間演算等を行いＮ
Ｃ装置のサーボ機構１８に直接供給可能なバイナリ−デ
ータの移動指令（分配パルス数）に演算変換される。ま
た、本発明の特徴としで、スケーリング指令が含まれて
いると、スケーリング演算部２６ｂにおいで、各送り軸
毎に指定された所望のスケーリングの倍率を上述のバイ
ナリ−データの移動指令に乗算しで、各送り軸に独立し
たスケールの移動指令を形成する。即ち、例えば、第３
図に示したＮＣフォーマットのスケーリング指令では、
Ｘ軸方向には△印で示した数値、Ｙ軸方向には０印で示
した数値、Ｚ軸方向には○印て示した数値のように異な
る倍率数値を各軸毎にスケーリング演算部２６ｂで乗算
するのである。スケーリング指令がないときには、スケ
−りング演算部２６ｂを経由しない。

一方、通常速度モードのときは、ＮＣ指令データは、デ
ータ受信部２４からそのままデータ送信部２８へ送出さ
れる。ここで注目すべき点は、高速ＮＣ加工を行うＮＣ
指令データは、３次元曲面形状等のように微小補間距離
毎にＮＣ加工を遂行して滑らかな加工曲面を得ようとす
る場合であり、斯る微小補間距離毎のＮＣ加工を連続し
て３次元曲面を得るのに通常のごと（ＮＣ装置１Ｇにお
いて演算処理を遂行していては、演算処理に多大の時間
を要し、ＮＣ加工による自動加工の高能率化を達成しえ
ない場合である。即ち、高速ＮＣデータ作成装置１６は
、ＮＣ装置１０内のサーボ機構へ直送できるデータをＮ
ＣＭ置装０とは別の演算処理手段で予め高速度に作成し
てＮＣ装置１０によるオフセット処理、補間演算処理を
全て省略し得るようにする機能を外部に保有しているの
である。

高速ＮＣデータ作成装置１６のデータ送信部２８から送
信されるＮＣ指令データはそのままスケーリングされた
ものもスケーリングされていないものも全てインターフ
ェース２２を介してバッフ１装置１２に格納され、そこ
から更にＮＣ装置ｌＯに次々と送られる。上記バッファ
装置１２は高速度で作成されたＮＣ加工指令データを含
めた全てのＮＣ指令データを一時的に格納し、次々に後
段のＮＣ装−１０へ送出する機能を持つものである。

なお、高速ＮＣデータ作成装置１６には操作盤３０が接
続され、前述のように高速ＮＣ加工指令Ｇ０５とは別に
高速ＮＣ加工指令を人が印加することも可能てあり、ま
た、送り速度をＮＣプログラム中の指令による送り速度
の変更設定を行うことも可能になっている。

高速モードのときはＮＣ装置１０は、既に各軸の移動指
令データに変換された高速ＮＣ加工用データをバッツァ
メモリ手段１２から一定時間間隔で読み取り、既述のよ
うに直ちにサーボ機構１８に送り、これに従っで、高速
ＮＣ加工が実行される。また、通常速度モード（ＩＩ＊
ＮＣ加工モード）の場合には、ＮＣ加工データは、ＮＣ
装置１０内の演算処理部においで、オフセット処理、直
線補間処理、円弧補間処理等め必要な処理を受けてから
、サーボ機構１８に各軸の移動指令データとして送出さ
れ、通常のＮｃ＊Ｗｌの機能により、ＮＣ加工が実行さ
れるものである。その場合に、通常の標準ＮＣ加工モー
ドにもＮＣ装置１０内に上述した演算処理部の後段にス
ケーリング演算部を設けで、各送り軸の移動量にスケー
リングの倍率を乗算する構成にしておけば良い、また、
第１図、第２図に示した構成の実施例とは別の実施例と
しで、第４図に示すように、ＮＣｍ置装０内にデータ受
信部１０１．演算処理部１０２、高速ＮＣデータ処理部
１Ｇ３、スケーリング演算部１０４、データ送信部１０
５を設けた構成にすれば、ＮＧプログラム供給手段１４
からＮＣ加工プログラムに基づく位置指令データを上記
データ受信部１０１で受信して高速ＮＣ加工モードか標
準ＮＣ加工モードかを識別し、高速ＮＣ加工モードであ
れば、高速ＮＣデータ処理部１０３を経由し、しかも後
段てスケーリング指令に応じてスケーリングの倍率乗算
処理を行ってから、データ送信部１０５を介しで、各軸
毎に独立した所望のスケーリングを施した移動指令デー
タとしで、サーボ機構１８へ送出できる。また、標準Ｎ
Ｃ加工モードのときは、データ受信部１０１から演算処
理部１０２を経て前述の補間処理等を行って各軸の移動
指令データを作成し、次いで、スケーリング指令が含ま
れた標準ＮＣ加工てあれば、更に該演算処理部１０２か
ら後段のスケーリング演算部１０４を経由したデータ処
理経路を経ることにより、各送り軸ごとに独立して所望
のスケーリングの倍率乗算を施した移動指令データを作
成、送出することがてきるのである。つまり、本発明に
よるスケーリング指令は、高速ＮＣ加工と標準ＮＣ加工
との如何に係わりな（、実行することができるのである
。

他方、ＮＣ加工においては、サーボ機構１８、ＮＣ工作
機械の送り機構等の機械的作動部を有することによっで
、ＮＣ指令による指令速度が大きい程これら機構部分の
追従に遅れ、つまりドループが生じ、特にコーナ部にお
いて指令された加工経路に対して誤差が発生する。従っ
で、上述した高速ＮＧデータ作成装置１６によって演算
、変換された移動指令データ形成の高速ＮＣ加工データ
によって実行される高速ＮＣ加工に当たってもＮＣ装置
１１０によっで、特にコーナ部り経路に沿う高速ＮＣ加
工、変曲点における高速ＮＣ加工、円弧等の大きな曲率
を有した経路の高速ＮＣ加工等を実行するときは、上記
ドループによる誤差が発生して加工精度が低下するので
、これを極力防止する必要がある。そこで、本出願人は
既に特願昭６１−１６９９３６号においで、ドループに
よろ誤差の発生を防止する発明を開示しており、それは
、ＮＣ工作機械の加工動作経路１進行方向の変化の程度
に応じで、ＮＣ工作機械側における各軸（通常、工作機
械の技術分野では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
３軸が用いられる。）の送り速度を減速させるように制
御を行い、ドループによる誤差の発生を防止するもので
ある。即ち、高速ＮＣデータ作成装置１６においで、上
述したコーナ部の経路における前記移動指令データの各
ブロックによって指令される微小な補間直線を示すベク
トルに就いで、相隣る前後の２ブロツクのベクトル間に
おける角度変位を次々と演算し、これらの角度変化率の
大きさに応じて上記送り速度を低下させるような移動指
令データを作成するものである。

−ｍにＮＣ加工における送り速度の制御は、一定時間間
隔で移動指令データをサーボ機構に与えるようにした制
御方式においては、−回で与える移動量（パルス分配数
）を太き（したりあるいは小さくしたりすることによっ
て行われる０例えばｌＯミリ秒間隔で移動指令データを
与えるものとすると、−回で与える移動量を０．５−一
にすると、送り速度は３０００＋ｎ／ｓｉｎとなり、該
移動量をＯ，’１ｍｓにすると６００−一／ｗｉｎとな
る。

他方、高速ＮＣ加工を直線補間によって遂行する際の各
ブロック毎の微小補間直線をベクトル表示した第５図を
参照すると、同図の相隣る前後ブロックのベクトルＡ、
Ｂ間の角度変位は内積の定理によっで、ｃｏｓθ−Ａ−
Ｂ／ＩＡＩ−ＩＢ＋の関係からθが求められる。このθ
の０から９０′″までの角度の変化に応じて例えば、Ｏ
０付近のときは一回で与える移動量は指令速度に対応す
る量とし、θが大きくなるに従って前記移動量を分割し
て数回にねたうて与えるようにすれば、送り速度は減速
され、結果的に高速ＮＣ加工の遂行時にドループによる
誤差を僅少にすることができるのである。

さで、ここで第６図を参照すると、本発明によるＮＣ加
工方法を適用しで、ＮＣ工作機械の送り軸におけるＸ軸
とＹ軸とにスケーリングを施してＮＣ加工を行った場合
の工具軌跡（カッター経路）と、ワークの形状との関係
の１例を示しである。

第６図においで、工具の径はカッター径りのものを用い
て略正方形の直線形状加工をＮＣ加工でワ一りに施す場
合であり、カッター経路Ｔ１はスケーリングの倍率が１
で拡張、縮尺が行われない通常のＮＣ加工を示し、その
とき、ワークにはワーク形状Ｗｌで示した形状が形成さ
れる。これに対しで、カッター軌跡Ｔ２は、Ｘ軸、Ｙ軸
弁に例えば、１．５倍のスケーリング倍率を指令してＮ
Ｃ加工を行う場合であり、それによっで、ワークにはワ
ーク形状Ｗ２で示す拡大された形状が加工された様子を
示している。

第７図は、本発明によるＮＣ加工方法を適用しで、円を
ＮＣ加工するＮＧプログラムに対してＮＣ工作機械の送
り軸におけるＸ軸にだけ拡大スケーリングを施しで、実
行した場合のの工具軌跡（カッター経路）と、ワークの
形状との関係を示している。この場合に、ＮＣフォーマ
ットは、円弧補間モードを示す００２指令と共にスケー
リング指令を示す（５ＣＡＬＥ　Ｘ　傘傘傘傘Ｙ　１０
２４　　Ｚ　１０２４　）がプログラムされている。そ
しで、Ｘ軸のスケールの倍率はｋとなるような数値（＊
＊＊傘）が記入されている。なお、スケーリングは、単
位時間（例えば、ｌ□ｗｓｅｃ）の各軸の移動量に掛け
る倍率で、＊＊＊＊／１０２４がｋとなるように与えら
れ、１０２４で割うた余りは、スケーリング演算部のメ
モリに格納され、商をＮＧ装置１０のサーボ機構１０に
送出する。そしで、次の移動量も同様に計算をして商と
余りを求め、この余りに前回メモリに格納した余りを加
算して最小移動量に相当する桁上がりが出たら、商に１
を加えると言う演算手法が用いられ、余りを切り捨てる
ことによる移動量の集積誤差から所望の形状に対して大
きな誤差を発生するのを防止している。

さで、第７図は、半径ｒのカッタを用いで、円弧補間で
円弧形状をＮＣ加工するプログラムにＸ軸方向だけに倍
のスケーリング倍率を乗算することにより、楕円のＮＣ
加工が達成された場合のカッター経路とワーク形状との
関係を示している。

この場合に、カッター経路Ｔ３とワーク形状Ｗ３とはス
ケーリングが各軸弁に１．０倍である通常の円弧形状の
ＮＣ加工の場合で、一方、カッター経路Ｔ４とワーク形
状Ｗ４とは、Ｘ軸方向のみ常にスケーリングの倍率ｋが
乗算されていることによっで、楕円が形成されることを
示している。つまり、半径ｒのカッターが半径すのカッ
ター経路Ｔ３を経由して円弧をＮＣ加工するときには、
Ｘ冨＋　Ｙ！冒　ｂ冨・・・（１） ここで、 Ｘ軸はその移動量Ｘ゛がスケーリング倍率ｋを乗算され
ている場合を考察すると、その移動量に１／ｋを掛けた
値としたとき、即ち、ｌ　／ｋ　−Ｘ’を（１）式のＸ
に代えて代入すると、（１）式は、（Ｘ’　／ｋ）”　
＋　　Ｙ”　−ｂ”　　・・・　（２）即ち、 （１／ｋｂ）”　Ｘ”　”　＋Ｙ”　／ｂ”　＝１　・
・　（３）故にａｍｋｂとすれば、 ｘｌ　ｇ　／　ａ雪＋Ｙ！　／ｂ”　−１となり、実質
的には楕円形状が得られることがわかる。

第７図のカッター経路Ｔ４とワーク形状Ｗ４とは、こう
してＮＣ加工された楕円形状を示している。勿論、ワー
ク形状Ｗ４は半径ｒのカッターのときには、カッター経
路Ｔ４の内側にｒだけ入り込んだ形状となっていること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の実施例の説明に基づいで、本発明によれば、各送
り軸に異なる倍率のスケーリングを施してＮＣ加工を行
うことが可能となったので、１つのＮＣ加工プログラム
を利用しで、種々の異なるしかも所望のスケーリング倍
率によるＮＣ加工を実行できることとなったのである。

このことは、従来、ＮＣ加工プログラム上からは、楕円
補間の機能は無いにも係わらず、本発明を通用して円弧
補間における縦、横のスケーリングを変えることにより
、ワークに対して楕円形状をＮＣ加工できる。ことと成
ったのである。従っで、金型加工等の複雑な形状を求め
られる加工に対するＮＣ加工の応用範囲が拡張される効
果が究極的に得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＮＣ加工方法を実施するために適
したＮＣ加工装置の１実施例の構成図、第２図は第１図
の高速ＮＣデータ作成装置の構成を示したブロック図、
第３図はスケーリング指令を含んだＮＣプログラムのフ
タ−マットの例を示した図、第４図は本発明によるＮＣ
加工方法を実施するために適したＮＣ加工装置の１実施
例の構成図、第５図は高速ＮＣ加工データにおける次々
のブロックによって指令される微小な補間直線を表すベ
クトルの角度変位を説明する図、第６図はＸ軸、Ｙ軸の
２軸方向に同じスケーリングの倍率を掛けて直線形状の
ＮＣ加工をワークに行った例を説明する図、第７図は円
を加工するＮＣ加工プログラムにおいて一方のＸ軸方向
にスケーリング倍率ｋを掛けて楕円加工を行った例を説
明するための図。 ｌＯ・・・ＮＧ装置、 １４・・・ＮＣプログラム供給手段、 １６・・・高速ＮＣデータ作成装置、 １８・・・サーボ機構、 ２６ａ、１０３・・・高速ＮＣデータ処理部、２６ｂ、
１０４・・・スケーリング演算部。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＮＣ工作機械のＮＣ加工方法において、ＮＣ加工プ
   ログラムに基づく位置指令データを情報処理部で補間演
   算し、前記ＮＣ工作機械の各送り軸の移動指令データを
   作成し、該各送り軸の移動量に各送り軸毎に独立して所
   望のスケーリングの倍率を乗算し、各送り軸毎に独立し
   たスケールの移動指令データを作成し、該移動指令デー
   タをＮＣ装置のサーボ機構に伝送して前記ＮＣ工作機械
   にＮＣ加工動作を行わせるようにしたＮＣ加工方法。 ２、ＮＣ加工プログラム読取り部と情報処理部とサーボ
   機構を備えたＮＣ装置に外部からの命令によってＮＣ加
   工プログラムに基づく移動指令データを前記サーボ機構
   に直送してＮＣ加工動作をすることができるＮＣ工作機
   械のＮＣ加工方法において、前記ＮＣ工作機械のＮＣ装
   置の情報処理部の前段で、高速加工命令に応じてＮＣ加
   工プログラムによる位置指令データを予め各送り軸の移
   動指令データに演算変換し、該移動指令データを前記Ｎ
   Ｃ装置のサーボ機構に情報処理部を介さずに伝送するこ
   とによって前記ＮＣ工作機械を高速ＮＣ加工動作させる
   とともに、前記移動指令データにおける各送り軸の移動
   量に各送り軸毎に独立して所望のスケーリングの倍率を
   乗算し、各送り軸毎に独立したスケールの移動指令デー
   タを作成し、該移動指令データを前記ＮＣ装置のサーボ
   機構に伝送して前記ＮＣ工作機械にＮＣ加工動作を行わ
   せるようにしたＮＣ加工方法。 ３、ＮＣ工作機械のＮＣ加工装置において、ＮＣ加工プ
   ログラムに基づく位置指令データを各送り軸の移動指令
   データに演算変換する演算手段と、 前記移動指令データにおける各送り軸の移動量に各送り
   軸毎に独立して所望のスケーリングの倍率を乗算し、各
   送り軸に独立したスケールの移動指令データを作成する
   スケーリング演算手段と、前記移動指令データをＮＣ装
   置のサーボ機構に伝送する接続手段とを備えたことを特
   徴とするＮＣ加工装置。 ４、ＮＣ加工プログラム読取部と情報処理部とサーボ機
   構を備えたＮＣ装置に外部からの命令によってＮＣ加工
   プログラムに基づく移動指令データを前記サーボ機構に
   直送してＮＣ加工動作をすることができるＮＣ加工装置
   において、高速加工命令に応じてＮＣ加工プログラムに
   よる位置指令データを予め各送り軸の移動指令データに
   演算変換する演算処理手段と、前記移動指令データにお
   ける各送り軸の移動量に各送り軸毎に独立して所望のス
   ケーリングの倍率を乗算し、各送り軸に独立したスケー
   ルの移動指令データを作成するスケーリング演算手段と
   、前記移動指令データを前記ＮＣ装置のサーボ機構に前
   記情報処理部を介さずに伝送する接続手段とを備えたこ
   とを特徴とするＮＣ加工装置。