JPS6334054A - 倣い動作による高速ｎｃ加工装置 - 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、母型倣いに基づいて数値制御工作機械（以下
、ＮＣ工作機械と記載する。）によってワークの高速Ｎ
Ｃ加工を行う高速ＮＣ加工装置に関し、特にＮＣ工作機
械と機械的に分離された母型倣い装置によって行う母型
倣い動作に基づいて取り出した倣い検出信号からＮＣ加
工データを作成することによりそのＮＣ加工データでＮ
Ｃ工作機械を高速度で作動するようにした倣い動作によ
る高速ＮＣ加工装置に関する。

〔従来技術と解決すべき問題点〕

倣い工作機械が母型倣い用のトレーサヘッドと機械加工
用の主軸頭とを有し、トレーサヘッドに設けられたトレ
ーサによる母型倣いに基づいて主軸頭の先端に装着され
る工具による機械加工動作を抑制し、母型形状に等しい
ワークを倣い加工するようにしたものは公知であり、ト
レーサヘッドから得る倣いデータに従って主軸頭及びワ
ークテーブルの動作をサーボ制御してワーク上に母型と
同じ形状を得ている。然しなから、このような従来の倣
い工作機械では加工速度の高速性に制限があり、また母
型のコーナ部を倣い動作するときにトレーサがオーバシ
ュート動作すると、それに伴って主軸頭の工具による機
械加工動作にも母型形状に対する誤差が生ずるという不
都合がある。

また、特公昭５１−４６３１１号公報には母型にトレー
サを追従させて倣い動作の軌跡を常に検出し、その軌跡
上のある点と出発点とを結んだ線分と、上記軌跡との最
大距離がある一定のトレランス値に達したときの上記線
分を上記ある点までの軌跡の数値情報として得、上記あ
る点におけるトレーサの変位量を検出し、この変位量と
出発点における変位量とにより上記数値情報を補正し、
その補正された数値情報に従って数値制御加工を行うと
いう倣い動作からデジタイジングによるＮＣ指令データ
を作成する技術を開示している。然しなから、上述した
一定のトレランス値を設定して母型の形状に対する補間
直線を求めてＮＣ加工用のＮＣ指令データを作成する構
成ではトレランス値の設定に自ずから限界が有ってあま
り小さい値を設定できないから、補間直線の線分も比較
的長くなり、故にそのような補間線分から作成したＮＣ
指令データを用いて機械加工すると加工面の円滑さが欠
けることとなり、しかも加工速度の高速性も充分ではな
いという欠点がある。

また、特公昭５９−８８４１号公報には、主軸頭と倣い
装置とを固定して設けた倣い工作機械の各移動軸にデジ
タルスケール装置を取付け、倣い動作中の各軸の移動量
を測定するとともにトレーサヘッドのトレーサの変位量
を測定し、補正を加えることによって精度の良いＮＣ加
工データを作成する方法が開示されている。然しなから
、この方法は従来の倣い工作機械を使用しているので、
倣い動作とＮＣ加工動作を一緒に行えば加工時の振動が
倣い検出に悪影響を与えたり、また、倣い動作とＮＣ加
工動作を別々に行えば能率が悪い等の欠点がある。これ
らの方法はいずれも、倣い動作によって得た倣い検出信
号をＮＣ加工データに演算作成し、そのＮＣ加工データ
によってそのままＮＣ加工動作を行わせるものであり、
母型形状のコーナ部や曲面曲率の大きい部分ではＮＣ加
工データに誤差があり、また、ＮＣ加工動作のドルーズ
による追従誤差があり母型に対して正しい形状のＮＣ加
工ができなかった。

依って、本発明はかかる従来の技術による欠点に鑑みて
、母型倣い装置とＮＣ工作機械とを分離独立させて、高
精度の倣い検出信号を得て高速度で数値情報化し、その
数値情報、つまりＮＣ指令データに従ってＮＣによる高
速ＮＣ加工と加工面の円滑性とを確保することが可能な
倣い動作による高速ＮＣ加工装置を提供せんとするもの
である。

〔解決手段と作用〕

すなわち、本発明によれば、母型とトレーサヘラドとが
、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に相対的に移動可能で、その各
軸の移動の位置信号を検出する位置検出手段と、母型に
トレーサを追従させてトレーサの変位信号を検出するト
レーサヘッドと、倣い動作を制御する倣い制御手段とを
備えた母型倣い装置を設け、ＮＣ加ニブログラム読取り
手段と情・報処理手段とサーボ機構とを有するＮＣ装置
で、かつ該ＮＣ装置の前段で予め作成したバイナリ−デ
ータの移動指令データを前記サーボ機構に受けてＮＣ加
工動作をすることができるＮＣ装置を備えたＮＣ工作機
械を設け、前記母型倣い装置の倣い動作による前記各軸
の移動の位置信号と前記トレーサヘッドのトレーサの変
位信号とを一定時間間隔毎に取り込んで、前記２種類の
検出信号から母型形状のデータを演算作成する演算処理
手段と、該母型形状のデータをバイナリ−データの移動
指令データに演算変換する演算変換手段とを備えた高速
デジタイジング装置を設け、該高速デジタイジング装置
で作成した前記移動指令データを必要に応じて一時記憶
し、前記ＮＣ装置のサーボ機構に伝送する接続手段を設
けて構成したことを特徴とする倣い動作による高速ＮＣ
加工装置を提供し、また、母型倣い装置と前記ＮＣ工作
機械とは機械的に分離独立して形成し、前記高速デジタ
イジング装置は、前記演算変換手段で作成した前記移動
指令データにおける前後２つのベクトルのなす角度を次
々に演算する角度演算手段と、前記２つのベクトルのな
す角度の大きさに応じて前記移動指令データに演算変換
する減速演算手段とを具備した倣い動作による高速ＮＣ
加工装置を提供するものである。

そして、数ミリ秒の短いサンプリング時間によって高速
度で得た倣い動作による検出信号から正しい母型形状の
データを演算作成し、更にその母型形状のデータをバイ
ナリ−データの移動指令データに変換し、その移動指令
データをＮＣ装置のサーボ機構に直送してＮＣ工作機械
を高速動作させて高速ＮＣ加工を実現するものである。

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図は本発明による倣い動作による高速ＮＣ加工装置
の構成を示した機構図であり、また第２図は母型倣い装
置の倣い検出信号からＮＣ工作機械に対する数値制御指
令データを作成する高速デジタイジング装置の構成を示
した機構図である。

第１図を参照すると、本発明の実施に用いる倣い動作に
よる高速ＮＧ加工装置においては、ＮＣ工作機械１０と
母型倣い装置１２は機械的に分離形成されており、従っ
て、従来の所謂倣い工作機械のように母型倣い部とワー
ク加工部とが倣いサーボ系を形成する一体機構部を形成
するような構造は設けられていない。さて、ＮＣ工作機
械１０は周知の構成を有し、即ちＮＣ指令データに従っ
てｘ、ｙ、ｚの直交３軸方向の機械加工動作を制御して
ワークテーブル１１上に固定した被加工ワークＷに機械
加工を施す構成のものであり、また、ＮＣ工作機械１０
のＮＣ装置１２は高速ＮＣ加工用の加工データ、すなわ
ち、バイナリ−データの移動指令データを受けてサーボ
機構を駆動することができる機能を有したものである。

一方、母型倣い装置１３は水平面内でＸ、Ｙの直交２軸
方向に移動可能なテーブル１４上に載置した母型１６を
倣い動作するトレーサ１８を有したトレーサヘッド２０
が前記Ｘ、Ｙ２軸の平面に対して垂直なＺ軸方向に移動
可能に設けられ、また、上記トレーサヘッド２０と信号
線を介して接続された倣い制御装置２２、上記テーブル
１４のＸ、Ｙ２軸方向の移動量と上記トレーサヘッド２
０のＺ軸方向の移動量とをディジタル数値データとして
出力するスケール装置２４が各軸に設けられている。そ
して、このスケール装置２４からは母型１６をトレーサ
１８で倣い動作する際の母型倣い装置自体の移動軌跡値
がＸ、Ｙ、２３軸方向夫々のスケール装置の位置信号Ｓ
ｘ、Ｓｙ、Ｓｚとして出力され、高速デジタイジング装
置２６に入力されている。また、この高速デジタイジン
グ装置２６には母型１６を倣うトレーサ１８の変位信号
が夫々３軸方向のアナログ成分Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚとして
入力されている。高速デジタイジング装置２６は入力さ
れた上記スケール装置の位置信号Ｓｘ　＋　　ｓｙ　Ｉ
Ｓｚとトレーサの変位信号Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚとを一定の
時間毎に取り入れる所謂、時間サンプリングを行い、こ
れによって取り入れた上記両信号を演算して正しい母型
形状のデータを得、更にその正しい母型形状のデータを
バイナリ−データの移動指令データに演算変換してＮＣ
工作機械１０に対するＮＣ指令データとして出力する。

つまり、母型１６の真の形状に対して遅れを有した上記
のスケール装置の位置信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを上記トレ
ーサの変位信号Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚで補正を行うことによ
って正しい母型形状のデータを作成し、次いでそれを上
記移動指令データに変換して出力するものである。

高速デジタイジング装置２６から出力されたＮＣ指令デ
ータは適宜のインターフェース２８を介してＮＣ工作機
械１０に送出されるが、本実施例では第１図に示すよう
に、ＮＣ工作機械ｌＯのＮＣ装置１２の前段に設けたバ
ッファメモリ手段３０に入力される。このバッファメモ
リ手段３０に一時移動指令データを貯え、そこからＮＣ
工作機械１０に送出してＮＣ工作機械１０は指令された
加工速度でワークに対し、ＮＣ加工動作を実行するよう
にしている。

ここで第２図を参照すると、上述した高速デジタイジン
グ装置２６の内部構成が示されており、同装置２６はＣ
ＰＵ３２、所定の制御データが格納された適宜記憶容量
の読出し専用メモリ３４、同じく適宜記憶容量を有した
書き込み自在のＲＡＭメモリ３６、上述したスケール装
置の位置信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚが印加されるアップダウ
ンカウンタＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚを有したカウンタ装置３８
、また上述したアナログ信号によるトレーサの変位信号
Ｅｘ　＋　Ｅｙ　＋　Ｅｚが入力されるラッチ回路４０
、該ラッチ回路４０によって得たトレーサの変位信号Ｅ
ｘ　＋　Ｅｙ　＋　Ｅｚをディジタル化するＡ−Ｄ変換
器４２等を具備して構成され、カウンタ装置３８の出力
とＡ−Ｄ変換器４２の出力は夫々ＣＰＵ３２に入力され
ている。そしてＣＰＵ３２は、予め短時間に選定したサ
ンプリング時間、例えば１０ミリ秒毎にこれらカウンタ
装置３８の出力とＡ−Ｄ変換器４２の出力とを受は入れ
て倣い検出信号から所定の演算式に従って母型形状のデ
ータを演算作成する演算処理手段と、該母型形状のデー
タをバイナリ−データ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前後２つ
のベクトルのなす角度を次々に演算する角度演算手段と
、前記移動指令データを前記２つのベクトルのなす角度
の大きさに応じて減速した移動指令データに演算変換す
る減速演算手段とを有しているものて゛ある。なお、Ｃ
ＰＵ３２が行う、正しい母型形状を決定する演算自体は
スケール装置の位置信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをサンプリン
グ時間におけるＸ、Ｙ、２３軸方向の補間直線成分を表
す信号と考えて記述した特公昭５１−４６３１１号公報
に本出願人が開示した演算方法をＣＰＵ３２で実行すれ
ばよいものて゛あるから、ここでは詳述を省略する。然
しなから、本発明の場合にはサンプリング時間を予め数
ミリ秒という短い時間間隔にとることができるから、高
速度で正しい母型形状のデータを演算出力することが可
能であり、しかも母型１６に対するトレーサ１８の倣い
速度を高速化することによって益々究極的に作成する前
記移動指令データの高速出力が可能となるのである。そ
して、このようにして高速度で作成された移動指令デー
タを用いて、次に述べるようなＮＣ装置１２の高速切削
機能とあいまって高速度で高精度のＮＣ加工が実現でき
るのである。

さて、ＮＣ加工においては、ＮＣ装置１２のサーボ機構
、ＮＣ工作機械の送り機構等の機械的作動部を有するこ
とによって、ＮＣ指令による指令速度が大きい程これら
機械部分の追従に遅れ、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。従って、上述した高速デジタイジング装置２６に
よって演算、変換された移動指令データ形式の高速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１２によって、特にコーナ部の経路に沿う高
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加工精度が低下す
るので、これを掻力防止する必要がある。

ここで、本発明においては、ＮＣ工作機械の加工動作経
路の進行方向の変化の程度に応じて、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
の発生を防止するようにするものである。すなわち、高
速デジタイジング装置２６のＣＰＵ３２において、上述
したコーナ部の経路、大きな曲率を有した経路及び変曲
点の前後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
就いて、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。

−ａ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４］（パルス分配
数）を大きくしたりあるいは小さくしたりすることによ
って行なわれる。例えば、１０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　ｍｍにすると、送り速度は３０００＋ｍｍ／ｗｉｎ
となり、該移動量を０．１１Ｉｌｌ＋にすると６００＋
＋ｎ　／ｓｉｎ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ヘクトル表示した第３図を
参照すると、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てｃｏｓθ＝Ａ−Ｂ／Ｉ
Ａ　Ｉ　−Ｉ　Ｂ　ｌの関係からθが求められる。この
θのＯから９０°までの角度の変化率に応じて例えば、
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が大きくなるにしたがって前記移動量を
分割して数回にわたっ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。

また、本発明によると、上述のように高速デジタイジン
グ装置２６を設けて倣い検出信号のＮＣ指令データ化が
行われるが、ここで該高速デジタイジング装置２６に接
続して外部から操作信号を入力する操作盤４２を設ける
ことによって、前記母型倣い装置と前記ＮＣ工作機械と
を適宜操作できるものである。上記操作盤４２には運転
モード選択手段があり、母型倣い動作とＮＣ加工動作と
を連動して同時に行う「連動運転モード」と、母型倣い
動作によって演算作成した移動指令データをバッファメ
モリ手段に一時記憶して、必要に応じてその移動指令デ
ータを出力してＮＣ加工動作を行う「メモリ運転モード
」と、母型倣い装置とＮＣ工作機械とを分離して、ＮＣ
工作機械単独で通常のＮＣ加ニブログラムによるＮＣ加
工データでＮＣ加工を行わせる「単独運転モード」とに
選択、切換えができるようになっている。

なお、本発明装置の高速デジタイジング装置２６は母型
倣い装置１３の倣い制御装置２２の筺体内に同居して設
けても、また、ＮＣ工作機械１０のＮＣ装置１２の筺体
内に同居して設けても、本発明の作用効果に変わりはな
いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は、ＮＣ工作機
械と機械的に分離した母型倣い装置を設け、その倣い動
作から得るスケール信号を時間サンプリングすることに
よって補間データを得、その補間データをトレーサの変
位信号で補正して正しい母型形状のデータを演算作成し
、更に、この母型形状のデータをバイナリ−データの移
動指令データに演算変換して、その移動指令データをＮ
Ｃ装置の演算処理部を介さずにサーボ機構に直送してＮ
Ｃ工作機械にＮＣ加工動作を行わせるので、ＮＣ装置の
もつ演算処理能力をはるかに越えた速い速度で処理でき
る装置であるから、通常のＮＣ工作機械に比べて高速の
ＮＣ加工が遂行できたのである。また、ＮＣ工作機械を
高速でＮＣ加工動作させると、ＮＣ指令に対する機械の
追従遅れ、即ちドループによる経路誤差が発生し加工精
度が悪くなる。それを未然に防止するために前述のよう
にその防止手段をも保有しているので高精度の高速ＮＣ
加工が実現できたのである。また、前記サンプリング時
間を微小時間に選定することができるから、倣い母型の
形状に対する補間形状は微細な直線の連続合成になり、
故にそのような補間直線に基づいて作成された正しい母
型形状のデータによって実行されるＮＣ加工から得られ
る加工面は、極めて円滑な表面で母型形状を再現してい
るという効果を奏するのである。加えて本発明のように
、母型倣い装置側で倣い検出信号をＮＣ工作機械と独立
分離した装置で検出する方式であるため、母型倣い装置
側のトレーサが母型倣いを行っているとき、ＮＣ工作機
械の加工振動を拾うことなく安定した倣い検出信号を検
出でき、精度の良い加工が行えるのである。更に、運転
モード選択手段が設けられているので、作業内容によっ
て適宜選択ができ装置の有効な利用が図られるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による倣い動作による高速ＮＣ加工装置
の構成を示した機構図、第２図は同システムに用いられ
る高速デジタイジング装置の内部構成を示した機構図、
第３図は移動指令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
を説明する図である。 １０・・・ＮＣ工作機械、１２・・・ＮＣ装置、１３・
・・母型倣い装置、１６・・・母型、１８・・・トレー
サ、　　　２０・・・トレーサヘッド、２２・・・倣い
制御装置、２４・・・スケール装置、２６・・・高速デ
ジタイジング装置、 ３０・・・バッファメモリ手段、４２・・・操作盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、母型とトレーサヘッドとが、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向
   に相対的に移動可能で、その各軸の移動の位置信号を検
   出する位置検出手段と、母型にトレーサを追従させてト
   レーサの変位信号を検出するトレーサヘッドと、倣い動
   作を制御する倣い制御手段とを備えた母型倣い装置を設
   け、ＮＣ加工プログラム読取り手段と情報処理手段とサ
   ーボ機構とを有するＮＣ装置で、かつ該ＮＣ装置の前段
   で予め作成したバイナリーデータの移動指令データを前
   記サーボ機構に受けてＮＣ加工動作をすることができる
   ＮＣ装置を備えたＮＣ工作機械を設け、前記母型倣い装
   置の倣い動作による前記各軸の移動の位置信号と前記ト
   レーサヘッドのトレーサの変位信号とを一定時間間隔毎
   に取り込んで、前記２種類の検出信号から母型形状のデ
   ータを演算作成する演算処理手段と、該母型形状のデー
   タをバイナリーデータの移動指令データに演算変換する
   演算変換手段とを備えた高速デジタイジング装置を設け
   、該高速デジタイジング装置で作成した前記移動指令デ
   ータを必要に応じて一時記憶し、前記ＮＣ装置のサーボ
   機構に伝送する接続手段を設けて構成したことを特徴と
   する倣い動作による高速ＮＣ加工装置。 ２、前記母型倣い装置と前記ＮＣ工作機械とは機械的に
   分離独立して形成した特許請求の範囲第１項に記載の倣
   い動作による高速ＮＣ加工装置。 ３、前記高速デジタイジング装置は、前記演算変換手段
   で作成した前記移動指令データにおける前後２つのベク
   トルのなす角度を次々に演算する角度演算手段と、前記
   ２つのベクトルのなす角度の大きさに応じて前記移動指
   令データを減速した移動指令データに演算変換する減速
   演算手段とを具備した特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の倣い動作による高速ＮＣ加工装置。 ４、前記高速デジタイジング装置は、前記母型倣い装置
   と前記ＮＣ工作機械とを操作可能な操作盤を有し、該操
   作盤には運転モードを選択できる運転モード選択手段を
   具備した特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１
   項に記載の倣い動作による高速ＮＣ加工装置。