JPWO2011117915A1

JPWO2011117915A1 - 数値制御装置及び数値制御方法

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Publication number: JPWO2011117915A1
Application number: JP2012506660A
Authority: JP
Inventors: 幸弘井内; 中村　直樹; 直樹中村; 佐藤　智典; 智典佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-24
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Abstract

本発明における数値制御装置は、直線軸及び回転軸を備えてワークに対する工具の位置及び姿勢が制御される工作機械の数値制御装置において、指令回転軸、前記指令回転軸の指令回転方向、及び工具の位置に基づき、回転軸のみを動作させる回転割出方法、又は回転軸と直線軸を動作させてワークに対する工具先端の位置を保持させる工具先端位置保持割出方法のいずれかを、割出方法として決定する割出方法決定部と、前記指令回転軸、前記指令回転軸の指令回転方向、前記工具の位置、及び前記割出方法決定部が決定する割出方法に基づき、各軸の移動量を算出する移動量算出部と、前記移動量算出部が算出する前記移動量に基づき、サーボアンプに対して位置指令を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は回転軸が設けられた多軸工作機械を数値制御(NC：Numerical Control)する数値制御装置及び数値制御方法に関するものである。

回転軸が設けられた多軸工作機械を制御する従来の数値制御装置は、一般的に、工具が加工面に対して垂直でないとき、回転軸を回転させることにより工具が加工面に対して垂直となるように工具姿勢を制御（以降、「割出」と呼ぶ。）してから加工を行う（例えば、特許文献１）。

割出の方法としては、回転軸のみを動作させる割出方法（以降、「回転割出方法」と呼ぶ。）と、回転軸と直線軸を動作させつつワークに対する工具先端の相対位置を保持させる割出方法（以降、「工具先端位置保持割出方法」と呼ぶ。）の２種類が存在する。回転割出方法の例を、図２１に示す。図２１では、直線軸を動作させずに工具側の回転軸２２のみを動作させることにより、工具２１をワーク２７の加工面２７aに対して垂直となるように工具姿勢が制御される。このとき、工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置は保持されない。一方、工具先端位置保持割出方法の例を、図２２に示す。図２２では、直線軸と工具側の回転軸２２を動作させることにより、工具２１をワーク２７の加工面２７aに対して垂直としつつ、ワーク２７に対する工具先端２１aの相対位置を保持するよう、工具姿勢が制御される。

従来では、数値制御装置の操作者が、ワークの位置と工具の位置に基づき、回転割出方法と工具先端位置保持割出方法とのいずれの方法により割出を行うかの選択を行っていた。

特開平０７−３３４２２１号公報

しかしながら、数値制御装置により制御される多軸工作機械の動作は複雑であることから、操作者が正確にワークと工具との干渉の可能性を把握しながら割出方法の選択をすることは困難であるという問題があった。よって、操作者が割出方法の選択を誤って、干渉が発生するという問題があった。

本発明における数値制御方法は、直線軸及び回転軸を備えてワークに対する工具の位置及び姿勢が制御される工作機械の数値制御装置において、回転軸のみを動作させる回転割出方法により割出を行うとワーク又はテーブルと工具とが近づくか否かを判断する判断ステップと、前記判断ステップにてワーク又はテーブルと工具とが近づかないと判断した場合は、前記回転割出方法により割出を行い、前記判断ステップにてワーク又はテーブルと工具とが近づくと判断した場合は、回転軸と直線軸を動作させてワークに対する工具先端の位置を保持させる工具先端位置保持割出方法により割出を行う割出ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ワークと工具との干渉を回避するために適切な割出方法を選択する数値制御装置を得ることができる。これにより、ワークと工具との干渉を抑制することができる。また、数値制御装置の操作者が効率的に作業を行うことができる。

実施の形態１における数値制御装置の機械構成を示すブロック図である。実施の形態１における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図である。実施の形態１における工作機械の外観図である。実施の形態１における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートである。回転割出方法を用いるとワークと工具とが近づく場合を示す図である。回転割出方法を用いるとワークと工具とが遠ざかる場合を示す図である。実施の形態１の展開例における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図である。工具先端の移動方向に基づき、回転割出方法を用いるとワークと工具とが近づくか否かを判断する方法の説明図である。実施の形態２における工作機械の外観図である。実施の形態２における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートである。テーブルと工具とが近づくか否かを判断する方法を説明するための図である。実施の形態３における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図である。実施の形態３における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートである。実施の形態３における工具先端の軌跡を示す図である。実施の形態３の展開例における工具先端の軌跡を示す図である。実施の形態４における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図である。実施の形態４に係る数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートである。数値制御装置の割出に関連する処理を説明する。工具先端位置保持割出方法を用いると、ワークと工具とが干渉する場合を示す図である。図１９の例において、移動禁止軸及び移動禁止方向の移動量をクリアした場合を示す図である。回転割出方法を説明するための図である。工具先端位置保持割出方法を説明するための図である。

２割出方法決定部
３移動量算出部
４位置更新部
５移動量出力部
６ストロークオーバー判断部
７補間部
２０機械座標系
２１工具
２１a 工具先端点
２２工具回転軸
２４工具軸方向
２５テーブル
２６第１テーブル回転軸
２７ワーク
２７a 加工面
２９フィーチャ座標系
４０数値制御装置
５０サーボアンプ
６１可動範囲
１０３第２テーブル回転軸
１０４第２テーブル回転軸連動座標系
１０５境界面
１１０移動速度決定部

実施の形態１．
図１〜図８を参照して、実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１における数値制御装置の機械構成を示すブロック図である。数値制御装置４０は中央処理装置（CPU：Central Processing Unit）などの処理部４１と、リードオンリメモリ（ROM：Read-Only Memory）やランダムアクセスメモリ（RAM：Random-Access Memory）などの記憶部４２とを有し、これらはバス４６で接続される。記憶部４２には、システムプログラム、加工プログラムなどの様々なデータが記憶される。処理部４１は、記憶部４２に記憶されるシステムプログラムに従って加工プログラムを実行する。

さらに、数値制御装置４０は、バス４６に接続されるI/F部４３、I/F部４４a〜４４e、及びI/F部４５と、I/F部４３に接続される入力表示部４７とを有する。入力表示部４７は、ユーザが加工プログラムやパラメータなどを入力するための図示しないキーボードと、入力した加工プログラムやパラメータなどを表示する図示しない表示器とを有する。I/F部４４a〜４４eには、それぞれサーボアンプ５０a〜５０eが接続される。サーボアンプ５０a〜５０eには、それぞれの制御対象であるＸ軸モータ７０a、Ｙ軸モータ７０b、Ｚ軸モータ７０c、Ｂ軸モータ７０d、及びＣ軸モータ７０eが接続される。I/F部４５には、主軸アンプ５５が接続され、さらに、主軸アンプ５５にはその制御対象である主軸モータ７５が接続される。

Ｘ軸モータ７０a、Ｙ軸モータ７０b、Ｚ軸モータ７０c、Ｂ軸モータ７０d、Ｃ軸モータ７０e、及び主軸モータ７５は、それぞれ図３に示す工作機械のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、Ｃ軸、及び主軸を駆動する。なお、本実施の形態ではサーボアンプ５０a〜５０eを包括的にサーボアンプ５０と呼び、Ｘ軸モータ７０a、Ｙ軸モータ７０b、Ｚ軸モータ７０c、Ｂ軸モータ７０d、及びＣ軸モータ７０eを包括的にモータ７０と呼ぶものとする。

図２は、実施の形態１における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図である。数値制御装置は、割出方法決定部２、移動量算出部３、位置更新部４、及び移動量出力部５を有する。そして、これらの動作は図１の処理部４１が記憶部４２に記憶するシステムプログラムを実行することにより実現される。

図３は、実施の形態１における工作機械の外観図である。図３に示す工作機械は、３つの直線軸、１つのテーブル回転軸、及び１つの工具回転軸を有する、いわゆる混合型５軸加工機である。工具２１は、互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺの各軸により移動されるとともに、Ｙ軸周りに回転するＢ軸である工具回転軸２２により回転される。テーブル２５は、Ｚ軸周りに回転するＣ軸であるテーブル回転軸２６により回転される。なお、２０は予め工作機械に記憶された機械座標系、２１aは工具先端、２４は工具軸方向、２７はテーブル２５に固定されたワーク、２７aはＣ軸に対して傾斜したワーク２７の加工面、そして２９は加工面２７aに定義されたフィーチャ座標系をそれぞれ示している。工具軸方向２４は、工具先端２１aから工具２１の中心軸に沿って工具２１の内部へ向かう方向である。フィーチャ座標系２９は、互いに直交するＸｆ、Ｙｆ、及びＺｆの各軸からなり、原点が加工面２７aの所定位置に定義される。Ｘｆ軸とＹｆ軸は、加工面２７aと平行するように定義される。Ｚｆ軸は、加工面２７aと直交するとともに、プラス方向がワーク２７から外側へ向かう方向となるように定義される。

次に、図４を参照して数値制御装置４０の割出に関連する処理を説明する。図４は、実施の形態１における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートである。なお、割出とは、図３に示すフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向と工具軸方向２４とを一致させることを意味する。ここで、工具先端２１aと加工面２７aとが対向する必要はない。

まず、割出方法決定部２は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、及び工具相対位置情報１３に基づき、回転割出方法を用いるとワーク２７と工具２１とが近づくか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、回転軸情報１１は、指令の対象となる回転軸を特定する情報であり、本実施の形態では工具回転軸２２を特定するものとする。よって、本実施の形態における回転割出方法とは、工具回転軸２２のみを回転させる割出方法を意味する。回転方向情報１２は、指令の対象となる回転軸の回転方向として、プラス方向又はマイナス方向を特定する情報である。回転軸情報１１と回転方向情報１２は、数値制御装置４０の操作者が入力表示部４７を操作することにより入力され、記憶部４２に記憶される。工具相対位置情報１３は、工具２１のワーク２７に対する相対位置を特定する情報であり、後述するように位置更新部４が算出する値である。

ここで、図５と図６を参照して、回転割出方法を用いる場合、ワーク２７と工具２１とが近づくか否かを判断する方法を説明する。図５は、回転割出方法を用いると、ワーク２７と工具２１とが近づく場合を示す図である。図６は、回転割出方法を用いると、ワーク２７と工具２１とが遠ざかる場合を示す図である。図５の場合、ワーク２７の加工面２７aが右下方向に傾斜しているため、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とを一致させるためには、工具回転軸２２をプラス方向（右回り）に回転させる必要がある。よって、図５の場合では、回転方向情報１２はプラス方向を特定している。一方、図６の場合、ワーク２７の加工面２７aが左下方向に傾斜しているため、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸方向とを一致させるためには、工具回転軸２２をマイナス方向（左回り）に回転させる必要がある。よって、図６の場合では、回転方向情報１２はマイナス方向を特定している。

まず、割出方法決定部２は、工具回転軸２２が回転する前でのワーク２７と工具先端２１aとの距離をＬ_１と、工具回転軸２２が角度θ回転した後でのワーク２７と工具先端２１aとの距離をＬ_２とを、それぞれ算出する。距離Ｌ１と距離Ｌ２は、それぞれ工具２１の回転前と回転後での工具先端２１aと工具先端２１aに最も近いワーク２７の面との距離を意味する。距離Ｌ１と距離Ｌ２は、例えば工具相対位置情報１３、回転方向情報１２、回転角度θ、ワーク２７の寸法、工具回転軸２２の中心位置、工具回転軸２２の中心と工具先端２１aとの距離Ｒなどに基づき算出することができる。回転角度θは、０＜θ＜１８０を満たす限り、任意の値をとることができる。回転角度θ、ワーク２７の寸法、工具回転軸２２の中心位置、工具回転軸２２の中心と工具先端２１aとの距離Ｒは、予め記憶部４２に記憶される。

なお、距離Ｌ１と距離Ｌ２を算出する際には、工具先端２１aとワーク２７の面上の点との機械座標系２０上の位置をそれぞれ算出してもよいし、工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を算出するようにしてもよい。

距離Ｌ１と距離Ｌ２を算出した後、割出方法決定部２は、Ｌ_１＞Ｌ_２を満たすか否かを判断する。Ｌ_１＞Ｌ_２を満たす場合、割出方法決定部２は、ワーク２７と工具２１とが近づくと判断する。Ｌ_１≦Ｌ_２を満たす場合、割出方法決定部２は、ワーク２７と工具２１とが近づかないと判断する。

Ｓ１にて、ワーク２７と工具２１とが近づくと判断した場合、つぎに割出方法決定部２は、工具先端位置保持割出方法に決定し、決定した割出方法を特定する割出方法情報１４を生成する（Ｓ２）。ここで、本実施の形態における工具先端位置保持割出方法とは、工具回転軸２２と直線軸を動作させ工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を保持させる割出方法を意味する。つぎに、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、工具回転軸２２と各直線軸の所定制御周期毎の移動量１５を算出する（Ｓ３）。このとき、移動量算出部３は、工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を固定しつつ工具回転軸２２と直線軸を動作させることによって、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とが一致するように、移動量１５を算出する。

つぎに、位置更新部４は、Ｓ３で算出された所定制御周期毎の移動量１５を累積して、直前回に更新した工具相対位置情報１３にこれを加算することにより、工具相対位置情報１３を更新する（Ｓ４）。一方、移動量出力部５は、Ｓ３で算出された移動量１３に基づき、各軸の位置指令１７をサーボアンプ５０に出力し（Ｓ５）、その後、数値制御装置４０は処理を終了する。

一方、Ｓ１にて、ワーク２７と工具２１とが近づかないと判断した場合、つぎに割出方法決定部２は、回転割出方法に決定する（Ｓ６）。つぎに、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、工具回転軸２２の所定制御周期毎の移動量１５を算出する（Ｓ７）。このとき、移動量算出部３は、工具回転軸２２のみを動作させることによって工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とが一致するように、移動量１５を算出する。その後、数値制御装置４０は、Ｓ４に進む。

なお、実施の形態１では、割出の際に動作させる回転軸が工具回転軸２２である場合を説明したが、これに限られない。すなわち、テーブル回転軸２６を動作させてもよいし、工具回転軸２２とテーブル回転軸２６を共に動作させてもよい。

実施の形態１によれば、ワークと工具との干渉を回避するために適切な割出方法を選択する数値制御装置を得ることができる。これにより、ワークと工具との干渉を抑制することができる。また、数値制御装置の操作者が効率的に作業を行うことができる。

なお、図２に示す実施の形態１における数値制御装置４０は、加工プログラムの確認時などで行われる手動操作モードにて動作する場合のものであるが、これに限られない。数値制御装置４０は、記憶部４２に記憶される加工プログラムに基づく自動運転モードにて動作する場合、図７に示すような機能ブロック図により構成される。図７は、実施の形態１の展開例における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図であり、図２に相当する。図７において、数値制御装置４０は、加工プログラムを解析して回転軸情報１１と回転方向情報１２を生成する加工プログラム解析部６を有する。また、数値制御装置４０は、移動量算出部３の代わりに、補間処理により移動量１５を算出する補間部７を有する。図７に示す場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、図１及び図３に示す実施の形態１における工作機械は、テーブル回転軸２６と工具回転軸２２とを有するものとして説明したが、これに限られない。すなわち、工作機械は、回転軸によりワークに対する工具軸方向を制御できるものである限り、いかなる構成からなるものでもよい。

また、実施の形態１では、図４のＳ１にて、工具２１の回転前後でのワーク２７と工具先端２１aとの距離の変化に基づき、回転割出方法を用いるとワーク２７と工具２１とが近づくか否かを判断したが、これに限られない。図８を参照して、図４のＳ１の展開例を説明する。図８は、工具２１の回転前後での工具先端２１aの移動方向に基づき、回転割出方法を用いるとワーク２７と工具２１とが近づくか否かを判断する方法の説明図であり、図５に相当する。まず、割出方法決定部２は、工具回転軸２２が回転する前での工具先端２１aの位置と工具回転軸２２が回転した後での工具先端２１aの位置との差分を算出する。つぎに、割出方法決定部２は、求めた工具先端２１aの位置の差分と工具回転軸２２が回転する前での工具回転軸２２の位置とに基づき、工具先端２１aの移動方向１００を求める。つぎに、割出方法決定部２は、Ｘ、Ｙ、及びＺの各直線軸方向について、工具回転軸２２が回転する前でのワーク２７に対する工具先端２１aの相対位置方向１０１と移動方向１００とを比較し、両者が反対方向であるか否かを判断する。そして、少なくとも一つの直線軸方向において両者が反対方向である場合、割出方法決定部２は、ワーク２７と工具２１とが近づくと判断する。一方、全ての直線軸方向において両者が反対方向でない場合、ワーク２７と工具２１とが近づかないと判断する。

図８の例では、工具先端２１aの移動方向１００と相対位置方向１０１がＸ軸方向において反対方向であるため、ワーク２７と工具２１とが近づくと判断することができる。このように、工具先端の移動方向に基づいて、回転割出方法を用いるとワーク２７と工具２１とが近づくか否かを判断する場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図９〜図１１を参照して、実施の形態２を説明する。以降、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

図９は、実施の形態２における工作機械の外観図であり、図３に相当する。図９に示す工作機械は、工具２１側に回転軸を有さず、テーブル２５側にＣ軸である第１テーブル回転軸２６と、Ｘ軸周りに回転するＡ軸である第２テーブル回転軸１０３とを有する。１０４は、第２テーブル回転軸１０３のみに連動する第２テーブル回転軸連動座標系である。第２テーブル回転軸連動座標系１０４は、原点が第２テーブル回転軸１０３上の任意の点に固定され、互いに直交するＸa、Ｙa、及びＺaの各直線軸からなる。Ｘa軸は、その方向が機械座標系２０のＸ軸方向に等しい。Ｙa軸とＺa軸は、第２テーブル回転軸１０３の位置が初期位置にあるときの方向がそれぞれ機械座標系２０のＹ軸方向とＺ軸方向に等しく、第２テーブル回転軸１０３の回転に連動する。また、第１テーブル回転軸２６は、第２テーブル回転軸連動座標系１０４のＺa軸周りに回転する。

第２テーブル回転軸１０３が回転すると、テーブル２５がＺ軸方向に動作することになるため、実施の形態１と比べてテーブル２５と工具２１とが干渉する可能性が高くなる。そこで、実施の形態２では、テーブル２５と工具２１とが近づくか否かにより割出方法に決定する。

図１０は、実施の形態２における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートであり、図４に相当する。また、図１１は、テーブル２５と工具２１とが近づくか否かを判断する方法を説明するための図である。図１１において、境界面１０５は、第２テーブル回転軸連動座標系１０４のＸa軸とＺa軸を含む面である。まず、割出方法決定部２は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、及び工具相対位置情報１３に基づき、回転割出方法を用いるとテーブル２５と工具２１とが近づくか否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、回転軸情報１１は、指令の対象となる回転軸として、第２テーブル回転軸１０３を特定するものとする。よって、本実施の形態における回転割出方法とは、第２テーブル回転軸１０３のみを動作させる割出方法を意味する。回転方向情報１２は、第２テーブル回転軸１０３の回転方向を特定する情報である。工具相対位置情報１３は、工具先端２１aが境界面１０５に対して右側にあるか否か、すなわち工具先端２１aの第２テーブル回転軸連動座標系１０４のＹa座標が正であるか否かを特定する情報であり、後述するように位置更新部４が算出する。

Ｓ１１において、割出方法決定部２は、工具先端２１aの第２テーブル回転軸連動座標系１０４のＹa座標が正であるか否か、及び第２テーブル回転軸１０３の回転方向がプラス方向（右周り）か否かを判断する。そして、工具先端２１aのＹa座標が正であり、かつ第２テーブル回転軸１０３の回転方向がマイナス方向である場合、又は、工具先端２１aのＹa座標が負であり、かつ第２テーブル回転軸１０３の回転方向がプラス方向である場合、割出方法決定部２は、テーブル２５と工具２１とが近づくと判断する。逆に、工具先端２１aのＹa座標が正であり、かつ第２テーブル回転軸１０３の回転方向がプラス方向である場合、又は、工具先端２１aのＹa座標が負であり、かつ第２テーブル回転軸１０３の回転方向がマイナス方向である場合、割出方法決定部２は、テーブル２５と工具２１とが近づかないと判断する。

図１０の例では、ワーク２７の加工面２７aが右下方向に傾斜しているため、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺf軸プラス方向とを一致させるためには、第２テーブル回転軸１０３をマイナス方向に回転させる必要がある。よって、回転方向情報１２はマイナス方向を特定している。したがって、図１０は、工具先端２１aのＹa座標が正であり、かつ第２テーブル回転軸１０３の回転方向がマイナス方向であるため、テーブル２５と工具２１とが近づく場合を示している。

Ｓ１１にて、テーブル２５と工具２１とが近づくと判断した場合、つぎに割出方法決定部２は、工具先端位置保持割出方法に決定し、決定した割出方法を特定する割出方法情報１４を生成する（Ｓ１２）。ここで、本実施の形態における工具先端位置保持割出方法は、第２テーブル回転軸１０３と直線軸を動作させて工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を保持させる割出方法を意味する。つぎに、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、第２テーブル回転軸１０３と各直線軸の所定制御周期毎の移動量１５を算出する（Ｓ１３）。このとき、移動量算出部３は、第２テーブル回転軸１０３と直線軸を動作させることによって、工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を保持しつつ工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とが一致するように、移動量１５を算出する。

つぎに、位置更新部４は、Ｓ３で算出された所定制御周期毎の移動量１５を累積して、直前回に更新した工具相対位置情報１３にこれを加算することにより、工具相対位置情報１３を更新する（Ｓ１４）。一方、移動量出力部５は、Ｓ３で算出された移動量１３に基づき、各軸の位置指令１７をサーボアンプ５０に出力し（Ｓ１５）、その後、数値制御装置４０は処理を終了する。

一方、Ｓ１にて、テーブル２５と工具２１とが近づかないと判断した場合、つぎに割出方法決定部２は、回転割出方法に決定する（Ｓ１６）。つぎに、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、第２テーブル回転軸１０３の所定制御周期毎の移動量１５を算出する（Ｓ１７）。このとき、移動量算出部３は、第２テーブル回転軸１０３のみを動作させることによって、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とが一致するように、移動量１５を算出する。その後、数値制御装置４０は、Ｓ１４に進む。

なお、実施の形態２では、割出の際に動作させる回転軸が第２テーブル回転軸１０３である場合を説明したが、これに限られない。すなわち、第１テーブル回転軸２６を動作させてもよいし、第２テーブル回転軸１０３と第１テーブル回転軸２６を共に動作させてもよい。

以上のように、実施の形態２によれば、境界面１０５に対する工具の相対位置に基づき、ワークと工具との干渉を回避するために適切な割出方法を選択する数値制御装置を得ることができる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１２〜１３を参照して、実施の形態３を説明する。以降、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

工具先端位置保持割出方法では、回転軸の動作だけでなく直線軸も動作することになる、そのため、ワークに対する工具の位置によっては、直線軸の動作が大きくなり、工具が可動範囲を逸脱する事態（以降、「ストロークオーバー」と呼ぶ。）が発生するという問題が考えられる。従来では、ストロークオーバーが発生した場合、いったん割出動作を中断して工具の位置を可動範囲の内部へ移動した後、割出動作を再開しなければならなかった。実施の形態３は、割出動作を中断することなくストロークオーバーを回避することを目的とする。

図１２は、実施の形態３における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図であり、図２に相当する。実施の形態３における数値制御装置４０は、実施の形態１の構成に加えて、ストロークオーバー判断部６を有する。また、図１に示す記憶部４２には、工具先端２１aが機械座標系２０の各直線軸方向に移動することが許容される範囲である可動範囲６１が記憶される。可動範囲６１は、各直線軸上の可動上限座標及び可動下限座標とが設定されることにより定義される。

次に、図１３と図１４を参照して、数値制御装置４０の割出に関連する処理を説明する。図１３は、実施の形態３における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートであり、図４に相当する。図１３のＳ２１〜Ｓ２３は、図４のＳ１〜Ｓ３と同様であり、説明を省略する。

Ｓ２３の後、ストロークオーバー判断部６は、Ｓ２３にて算出された所定制御周期毎の移動量１５に基づき、次の制御周期の工具先端２１aの位置が可動範囲６１内にあるか否か、すなわちストロークオーバーが発生するか否かを判断する（Ｓ２４）。Ｓ２４にて、いずれの直線軸においても工具先端２１aの位置が可動範囲６１内にある場合、すなわちストロークオーバーが発生しない場合、ストロークオーバー判断部６はストロークオーバー発生信号１６を無効にし、Ｓ２５に進む。Ｓ２５〜Ｓ２８は、図４のＳ４〜Ｓ７と同様であり、説明を省略する。

一方、Ｓ２４にて、いずれかの直線軸において次の制御周期の工具先端２１aの位置が可動範囲６１外にある場合、すなわちストロークオーバーが発生する場合、ストロークオーバー判断部６はストロークオーバー発生信号１６を有効にし、Ｓ２７に進む。すなわち、ストロークオーバー発生信号１６が有効である場合に、割出方法決定部２は、割出方法を工具先端位置保持割出方法から回転割出方法へ切り換える。

図１４は、実施の形態３における工具先端２１aの軌跡を示す図である。なお、図１４は、回転軸としてテーブル回転軸２６と工具回転軸２２を動作させた場合を示している。破線は、割出方法を切り換えることなく、工具先端位置保持割出方法を実行した場合における、工具先端２１aの軌跡を示している。この場合、工具先端２１aは、Ｐ０点からＰ１点まで移動する。実線は、工具先端位置保持割出方法から回転割出方法へ切り替えた場合における、工具先端２１aの軌跡を示している。この場合、工具先端２１aは、Ｐ０点から破線で示す軌跡に沿って移動し、Ｘ軸の可動範囲６１を逸脱する直前にあるＰ２点まで移動する。

ストロークオーバー判断部６は、工具先端２１aがＰ２点まで移動したときに、ストロークオーバー発生信号１６を有効とする。すると割出方法決定部２は、割出方法を工具先端位置保持割出方法から回転割出方法へ切り替える。これにより、Ｐ２点にて、工具２１の各直線軸方向の移動が停止される一方で、テーブル回転軸２６と工具回転軸２２との動作が継続されることになる。

実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加え、割出動作中にいずれかの直線軸においてストロークオーバーが発生するような場合に、割出方法を切り換えることにより、割出動作を中断することなくストロークオーバーを回避することができる。これにより、数値制御装置の操作者の作業効率を向上することができる。

なお、実施の形態３では、割出方法を切り換えることによりストロークオーバーを回避したが、これに限られない。図１５は、実施の形態３の展開例における工具先端２１aの軌跡を示す図である。図１５の実線で示すように、割出方法決定部２がストロークオーバーが発生すると判断された直線軸の動作を停止する一方、他の直線軸と各回転軸の動作を継続する場合も、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１６〜図１７を参照して、実施の形態４を説明する。以降、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

図１６は、実施の形態４における数値制御装置の機能を示す機能ブロック図であり、図２に相当する。実施の形態４における数値制御装置４０は、実施の形態１の構成に加えて、移動速度決定部１１０を有する。

次に、図１７を参照して、数値制御装置４０の割出に関連する処理を説明する。図１７は、実施の形態４における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートであり、図４に相当する。図１７のＳ３１〜Ｓ３２は、図４のＳ１〜Ｓ２と同様であり、説明を省略する。

Ｓ３２の後、移動速度決定部１１０は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、予め設定された指令速度より遅い移動速度１１１を決定する（Ｓ３３）。その後、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、割出方法情報１４、及び移動速度１１１に基づき、各回転軸と各直線軸の所定制御周期毎の移動量１５を算出し（Ｓ３４）、Ｓ３５に進む。

Ｓ３５〜Ｓ３７は、図４のＳ４〜Ｓ６と同様であり、説明を省略する。

Ｓ３７の後、移動速度決定部１１０は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、予め設定された指令速度と同じ移動速度１１１を決定する（Ｓ３８）。その後、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、割出方法情報１４、及び移動速度１１１に基づき、各回転軸の所定制御周期毎の移動量１５を算出し（Ｓ３９）、Ｓ３５に進む。

実施の形態４によれば、実施の形態１の効果に加え、割出動作中にワークと工具とが近づく場合には、工具の移動速度を遅くすることができる。これにより、数値制御装置の操作者が余裕をもって装置を停止するなどしてワークと工具との干渉を回避することができる。

なお、実施の形態４では、ワーク２７と工具２１とが近づく場合に、移動速度を遅くするが、これに限られない。たとえば、ワーク２７と工具２１との距離が所定距離より小さくなった場合に、移動速度を遅くするようにしてもよい。これにより実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１８〜図２０を参照して、実施の形態５を説明する。以降、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

まず、実施の形態４における数値制御装置４０の機能ブロック図は、実施の形態１の図２に示すものと同様である。

次に、図１８を参照して、数値制御装置４０の割出に関連する処理を説明する。図１８は、実施の形態４における数値制御装置の割出に関連する処理を示すフローチャートであり、図４に相当する。図１８のＳ４１〜Ｓ４３は、図４のＳ１〜Ｓ３と同様であり、説明を省略する。

Ｓ４３の後、移動量算出部３は、回転軸情報１１、回転方向情報１２、工具相対位置情報１３、及び割出方法情報１４に基づき、予め設定された移動禁止軸及び移動禁止方向の移動量をクリア（ゼロに設定）する（Ｓ４４）。

ここで、移動禁止軸及び移動禁止方向について、図１９と図２０に示す具体例に従い説明する。図１９は、工具先端位置保持割出方法を用いるとワーク２５と工具２１とが干渉する場合を示す図である。図２０は、図１９の例において、移動禁止軸及び移動禁止方向の移動量をクリアした場合を示す図である。図１９の場合、テーブル２５側に設けられＸ軸周りに回転するＡ軸である第２テーブル回転軸１０３をマイナス方向（左周り）に回転させるとともに、工具２１をＹ軸マイナス方向かつＺ軸マイナス方向に移動させている。これによって、工具先端２１aのワーク２７に対する相対位置を保持させつつ、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とを一致させることができるが、工具２１とワーク２７とが干渉してしまう。

一方、図２０に示すように、工具２１をＺ軸マイナス方向に移動させずに、Ｙ軸マイナス方向にのみ移動させることにより、工具軸方向２４とフィーチャ座標系２９のＺｆ軸プラス方向とを一致させることができるとともに、工具２１とワーク２９との干渉を回避することができる。そこで、移動禁止軸はＺ軸と設定され、移動禁止方向はマイナス方向と設定される。

なお、移動禁止軸としては、機械座標系２０のＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸のいずれかが設定される。移動禁止軸及び移動禁止方向は、予めプログラム解析時などで設定されてもよいし、図示しない手段により割出方法情報１４に基づき設定されてもよい。

Ｓ４５〜Ｓ４８は、図４のＳ４〜Ｓ７と同様であり、説明を省略する。

実施の形態５によれば、実施の形態１の効果に加え、所定の軸方向への移動を防止することができるため、ワークと工具との干渉を回避することができる。

Claims

直線軸及び回転軸を備えてワークに対する工具の位置及び姿勢が制御される工作機械の数値制御装置において、
指令回転軸、前記指令回転軸の指令回転方向、及び工具の位置に基づき、回転軸のみを動作させる回転割出方法、又は回転軸と直線軸を動作させてワークに対する工具先端の位置を保持させる工具先端位置保持割出方法のいずれかを、割出方法として決定する割出方法決定部と、
前記指令回転軸、前記指令回転軸の指令回転方向、前記工具の位置、及び前記割出方法決定部が決定する割出方法に基づき、各軸の移動量を算出する移動量算出部と、
前記移動量算出部が算出する前記移動量に基づき、サーボアンプに対して位置指令を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
前記割出方法決定部は、前記回転割出方法により割出を行うとワーク又はテーブルと工具とが近づくか否かを判断し、ワーク又はテーブルと工具とが近づかないと判断した場合は前記回転割出方法を割出方法として決定し、ワーク又はテーブルと工具とが近づくと判断した場合は前記工具先端位置保持割出方法を割出方法として決定することを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
前記割出方法決定部は、回転軸の回転前後におけるワークと工具先端との距離の変化に基づき、前記回転割出方法により割出を行うとワークと工具が近づくか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
前記割出方法決定部は、前記指令回転軸がテーブルの上面と平行するテーブル回転軸である場合、前記テーブル回転軸の指令回転方向と前記テーブル回転軸を含みテーブルの上面と直交する境界面に対する工具の位置とに基づき、前記回転割出方法により割出を行うとテーブルと工具が近づくか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
前記移動量算出部が算出する前記移動量と各直線軸の移動が許容される範囲を予め定義される可動範囲とに基づき、各直線軸が前記移動量を移動すると前記可動範囲外となるか否かを判断するストロークリミット判断部を備え、
前記割出方法決定部は、前記工具先端位置保持割出方法を割出方法として決定した後に前記ストロークリミット判断部がいずれかの直線軸が前記移動量を移動すると前記可動範囲外となると判断した場合、割出方法を前記回転割出方法へ切り替えることを特徴とする請求項１〜４に記載の数値制御装置。
前記割出方法決定部が前記工具先端位置保持割出方法を割出方法として決定した場合、指令速度より遅い移動速度を決定する移動速度決定部を備え、
前記移動量算出部は、前記指令回転軸、前記指令回転軸の指令回転方向、前記工具の位置、、前記割出方法決定部が決定する割出方法、及び前記移動速度決定部が決定する移動速度に基づき、各軸の移動量を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
前記移動量算出部は、前記割出方法決定部が前記工具先端位置保持割出方法を割出方法として決定した場合、前記移動量を算出後に所定直線軸および所定直線軸方向の移動量をクリアすることにより第２の移動量を算出し、
前記出力部は、前記移動量算出部が算出する前記第２の移動量に基づき、サーボアンプに対して位置指令を出力することを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
直線軸及び回転軸を備えてワークに対する工具の位置及び姿勢が制御される工作機械の数値制御装置において、
回転軸のみを動作させる回転割出方法により割出を行うとワーク又はテーブルと工具とが近づくか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにてワーク又はテーブルと工具とが近づかないと判断した場合は、前記回転割出方法により割出を行い、前記判断ステップにてワーク又はテーブルと工具とが近づくと判断した場合は、回転軸と直線軸を動作させてワークに対する工具先端の位置を保持させる工具先端位置保持割出方法により割出を行う割出ステップと、
を備えたことを特徴とする数値制御方法。
各直線軸が各直線軸の移動が許容される範囲を予め定義される可動範囲外となるか否かを判断するストロークリミット判断ステップと、
前記工具先端位置保持割出方法により割出を行うときに、前記ストロークリミット判断ステップにていずれかの直線軸が前記移動量を移動すると前記可動範囲外となると判断した場合、割出方法を前記回転割出方法へ切り替える切替ステップと、
を備えたことを特徴とする請求項８記載の数値制御方法。
前記工具先端位置保持割出方法により割出を行うときに、工具のワークに対する速度を指令速度より遅くすることを特徴とする請求項８記載の数値制御方法。