KR101560529B1 - 수치 제어 장치 - Google Patents

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KR101560529B1
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미츠오 와타나베
마사카즈 사가사키
유키 히라타
히토시 마츠모토
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
시티즌 홀딩스 가부시키가이샤
시티즌 마쉬나리 가부시키가이샤
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form

Abstract

수치 제어 장치(1)는 이동 경로가 진동을 수반하는 가공인 경우에, 진동의 진폭과 가공 대상에 대한 공구의 공급 속도의 비율인 진동 진폭 공급 비율로부터, 지령 블록에 기초하여 생성되는 시간에 대한 이동 경로인 진동 전진 위치와, 진동 전진 위치에 진동의 진폭을 공제한 진동 후퇴 위치의 차인 위상차를 산출하는 위상차 산출부(481)와, 위상차를 이용하여 진동 전진 위치와 진동 후퇴 위치를 이동 경로로서 구동축 마다 생성하는 이동 경로 생성부(482)와, 진동 조건을 이용하여, 이동 경로에 중첩시키는 기준 진동 파형을 구동축 마다 생성하는 진동 파형 생성부(483)와, 기준 진동 파형을 이용하여, 이동 경로에 있어서의 진동 이동량을 구동축 마다 산출하는 진동 이동량 생성부(484)와, 이동 경로에 진동 이동량을 가산한 합성 이동량을 구동축 마다 생성하는 이동량 합성부(485)를 구비한다.

Description

수치 제어 장치{NUMERICAL CONTROL DEVICE}
본 발명은 수치 제어 장치에 관한 것이다.
종래에는, 선삭(旋削) 가공에 있어서, 절삭(切削) 공구를 워크에 대해서 공급(feed) 동작시키는 절삭 공구 공급 기구와, 상기 절삭 공구를 저주파 진동시켜 절삭 공구 공급 구동 모터를 제어하는 제어 기구를 가지는 수치 제어 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1~3 참조). 이 수치 제어 장치에서는 제어 기구는, 각종 설정을 행하는 조작 수단과, 조작 수단에 의해서 설정된 워크의 회전수 또는 절삭 공구 1회전당 절삭 공구의 공급량에 대응하여, 절삭 공구를 동기시켜 공급 동작시키는 25Hz이상의 저주파에서 동작 가능한 데이터로서, 공급축의 관성 또는 모터 특성 등의 기계 특성에 따른 적어도 절삭 공구 공급 기구의 전진량, 후퇴량, 전진 속도, 후퇴 속도가 미리 표로 이루어져 격납되어 있는 진동 절삭 정보 격납 수단과, 진동 절삭 정보 격납 수단에 격납되어 있는 당해 데이터에 기초하여 절삭 공구 공급 구동 모터를 제어해서 이루어지는 모터 제어 수단을 가지고 있다. 이것에 의해서, 보간 경로를 따라서 전진, 후퇴 동작을 반복함으로써, 저주파 진동을 생성하고 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 제5033929호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특허 제5139591호 공보 특허 문헌 3: 일본국 특허 제5139592호 공보
상기 특허 문헌 1~3에서는, 진동 제어를 전진 이동과 후퇴 이동으로 분할하여, 전진 거리·속도, 후퇴 거리·속도를 각각 진동 조건으로 하여 개별로 진동 조건 테이블에 정의함으로써, 저주파 진동 절삭에 있어서의 절삭 공급 속도와 진폭을 관계짓고 있다. 그 때문에, 이 진동 조건 테이블에 정의된 진동 조건에 합치하는 절삭 공급 속도 이외의 속도로는, 저주파 진동을 행할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 저주파로 진동시키면서 절삭을 행하는 수치 제어 장치에 있어서, 임의의 절삭 공급 속도를 자유롭게 선택할 수 있는 수치 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 수치 제어 장치는 공구 또는 가공 대상에 마련된 구동축에 의해서, 상기 공구와 상기 가공 대상을 상대적으로 진동을 수반하면서 이동 경로를 따라서 이동시켜 상기 가공 대상의 가공을 행하는 수치 제어 장치로서, 상기 이동에 대해 지정되는 상기 진동의 진폭과 상기 가공 대상에 대한 상기 공구의 공급 속도의 비율로부터, 가공 프로그램 내의 지령 블록에 기초하여 생성되는 진동 전진 위치에 대한 진동 후퇴 위치의 시간적인 지연(time lag)을 위상차로서 산출하는 위상차 산출 수단과, 상기 위상차에 기초하여 상기 진동 전진 위치와 상기 진동 후퇴 위치를 상기 이동 경로로서 상기 구동축 마다 생성하는 이동 경로 생성 수단과, 상기 이동 경로에 중첩시키는 기준 진동 파형에 기초하여 상기 이동 경로에 있어서의 진동 이동량을 상기 구동축 마다 산출하는 진동 이동량 생성 수단과, 상기 이동 경로에 상기 진동 이동량을 가산한 합성 이동량을 상기 구동축 마다 생성하는 이동량 합성 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 진동 전진 위치에 대한 진동 후퇴 위치의 시간적인 지연인 위상차와 가공 프로그램을 이용하여 이동 경로를 생성하도록 했으므로, 저주파 진동 절삭에 있어서 유저가 임의의 절삭 공급 속도를 자유롭게 선택할 수 있다고 하는 효과를 가진다. 상기 위상차는, 진동의 진폭과 상기 가공 대상에 대한 상기 공구의 공급 속도의 비율로부터 산출할 수 있는 것 외, 파라미터나 상기 가공 프로그램에 의해서, 상기 공구와 상기 가공 대상의 진동을 수반하는 상대적 이동에 있어서 지정할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 의한 수치 제어 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 선삭 가공을 행하는 실시 형태 1에 의한 수치 제어 장치의 축의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 저주파 진동을 가하면서 가공하는 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 의한 보간 처리부에서의 이동량 산출 처리의 절차의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다(파트 1).
도 5는 실시 형태 1에 의한 보간 처리부에서의 이동량 산출 처리의 절차의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다(파트 2).
도 6은 진동 진폭 공급 비율을 파라미터로서 기억부에 기억했을 경우의 가공 프로그램과 파라미터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 진동 진폭 공급 비율을 지정한 가공 프로그램의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 X축 방향의 시간에 대한 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 2에 의한 수치 제어 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10은 위상차를 파라미터로서 기억부에 기억했을 경우의 가공 프로그램과 파라미터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 위상차를 지정한 가공 프로그램의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 X축 방향의 시간에 대한 이동 경로를 나타내는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 수치 제어 장치를 상세하게 설명한다. 또한, 이들 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 의한 수치 제어 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 수치 제어 장치(1)는 구동부(10)와, 입력 조작부(20)와, 표시부(30)와, 제어 연산부(40)를 가진다.
구동부(10)는 가공 대상 및 공구 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 적어도 2축 방향으로 구동하는 기구이다. 여기에서는, 수치 제어 장치(1)상에서 규정된 각 축방향으로 가공 대상 또는 공구를 이동시키는 서보 모터(11)와, 서보 모터(11)의 위치·속도를 검출하는 검출기(12)와, 검출기(12)에 의해서 검출되는 위치·속도에 기초하여, 가공 대상 또는 공구의 위치나 속도의 제어를 행하는 각 축방향의 서보 제어부(13)(X축 서보 제어부(13X), Z축 서보 제어부(13Z),… . 또한, 이하에서는, 구동축의 방향을 구별할 필요가 없는 경우에는, 간단하게 서보 제어부(13)로 표기함)를 가진다. 또, 가공 대상을 유지하는 주축을 회전시키는 주축 모터(14)와, 주축 모터(14)의 위치·회전수를 검출하는 검출기(15)와, 검출기(15)에 의해서 검출되는 위치·회전수에 기초하여, 상기 주축의 회전을 제어하는 주축 제어부(16)를 가진다.
입력 조작부(20)는 키보드, 버튼 또는 마우스 등의 입력 수단에 의해서 구성되며, 유저에 의한 수치 제어 장치(1)에 대한 커멘드 등의 입력, 또는 가공 프로그램 혹은 파라미터 등의 입력이 행해진다. 또, 입력 조작부(20)는 절삭 공급 속도를 변경할 수 있는 절삭 공급 속도 변경부(201)를 구비한다. 절삭 공급 속도 변경부(201)는, 예를 들어 다이얼에 의해서 구성되며, 다이얼을 회전시킴으로써 현재의 절삭 공급 속도를 변경할 수 있다. 절삭 공급 속도 변경부(201)에 의한 절삭 공급 속도의 변경은, 예를 들어 제어 연산부(40)가 가지는 파라미터(431)에 입력된다. 표시부(30)는 액정 표시 장치 등의 표시 수단에 의해서 구성되며, 제어 연산부(40)에 의해서 처리된 정보가 표시된다.
제어 연산부(40)는 입력 제어부(41)와, 데이터 설정부(42)와, 기억부(43)와, 화면 처리부(44)와, 해석 처리부(45)와, 기계 제어 신호 처리부(46)와, PLC(Programmable Logic Controller) 회로부(47)와, 보간 처리부(48)와, 가감속 처리부(49)와, 축데이터 출력부(50)를 가진다.
입력 제어부(41)는 입력 조작부(20)로부터 입력되는 정보를 접수한다. 데이터 설정부(42)는 입력 제어부(41)로 접수된 정보를 기억부(43)에 기억시킨다. 예를 들어 입력된 내용이 가공 프로그램(432)의 편집인 경우에는, 기억부(43)에 기억되어 있는 가공 프로그램(432)에 편집된 내용을 반영시키고, 파라미터가 입력되었을 경우에는 기억부(43)의 파라미터(431)의 기억 영역에 기억시킨다.
기억부(43)는 제어 연산부(40)의 처리에서 사용되는 파라미터(431), 실행되는 가공 프로그램(432), 표시부(30)에 표시시키는 화면 표시 데이터(433) 등의 정보를 기억한다. 또, 기억부(43)에는, 파라미터(431), 가공 프로그램(432) 이외의 일시적으로 사용되는 데이터를 기억하는 공유 에어리어(434)가 마련되어 있다. 파라미터(431)에는, 이동 경로를 작성할 때의 진동의 진폭과 공급 속도의 비율을 규정한 진동 진폭 공급 비율(4311)이 포함되어 있어도 좋다. 진동 진폭 공급 비율(4311)은, 가공 프로그램(432)이 아니라 파라미터(431)로 지정되는 경우에 기억된다. 또, 파라미터(431)에는 진동 조건이 기억되어 있어도 좋다. 화면 처리부(44)는, 기억부(43)의 화면 표시 데이터(433)를 표시부(30)에 표시시키는 제어를 행한다.
해석 처리부(45)는 이동 지령 생성부(451)와, 진동 지령 해석부(452)와, 진동 진폭 공급 비율 해석부(453)를 가진다. 이동 지령 생성부(451)는 1 이상의 블록을 포함하는 가공 프로그램을 판독하고, 판독한 가공 프로그램을 1 블록마다 해석하여, 1 블록에서 이동하는 이동 지령을 생성한다. 진동 지령 해석부(452)는 가공 프로그램에 진동 지령이 포함되어 있는지를 해석하여, 진동 지령이 포함되어 있는 경우에, 진동 지령에 포함되는 주파수와 진폭 등의 진동 정보를 생성한다. 또한, 이 명세서에 있어서는, 가공 프로그램에 포함되는 진동 지령의 진폭은 1미크론 이상 300미크론 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 진폭이 1미크론보다 작으면 절삭 효율이 나빠지고, 또 서보 시스템이 응답할 수 없게 되기 때문이고, 진폭이 300미크론보다 크면 기계 진동으로 이어질 우려가 있기 때문이다. 또, 주파수는 10Hz이상 300Hz이하인 것이 바람직하다. 이것은, 주파수가 10Hz보다 작으면 진동 절삭의 효과가 얻어지지 않게 되기 때문이고, 300Hz 보다도 크면 서보 시스템이 응답할 수 없게 되기 때문이다. 진동 진폭 공급 비율 해석부(453)는 가공 프로그램 내에 진동 진폭 공급 비율이 포함되어 있는지를 해석하여, 포함되어 있는 경우에는 진동 진폭 공급 비율을 취득한다.
기계 제어 신호 처리부(46)는 해석 처리부(45)에 의해서, 수치 제어축(구동축)을 동작시키는 지령 이외의 기계를 동작시키는 지령으로서의 보조 지령을 판독한 경우에, 보조 지령이 지령된 것을 PLC 회로부(47)에 통지한다. PLC 회로부(47)는 기계 제어 신호 처리부(46)로부터 보조 지령이 지령된 것의 통지를 받으면, 그 보조 지령에 대응하는 처리를 실행한다.
보간 처리부(48)는 위상차 산출부(481)와, 이동 경로 생성부(482)와, 진동 파형 생성부(483)와, 진동 이동량 생성부(484)와, 이동량 합성부(485)를 가진다.
위상차 산출부(481)는 해석 처리부(45) 또는 기억부(43)로부터 취득한 진동 진폭 공급 비율로부터 위상차를 산출한다. 위상차는 지령에 기초하여 작성되는 진동 전진 위치에 대한 진동 후퇴 위치의 시간적 지연을 나타내고 있다.
이동 경로 생성부(482)는 위상차 산출부(481)로 산출된 위상차를 이용하여, 단위 시간(보간 주기)에서의 각 축방향의 시간에 대한 이동 경로를 생성한다. 여기에서는, 대상의 지령 블록에 기초한 시간에 대한 이동 경로를 진동 전진 위치로서, 진동 전진 위치를 위상차만큼 시간을 늦추는 방향으로 평행 이동시켜 얻어진 이동 경로를 진동 후퇴 위치로서 구한다.
진동 파형 생성부(483)는 해석 처리부(45) 또는 기억부(43)로부터 취득한 진동 지령으로부터, 공구 또는 가공 대상을 진동시키기 위한 기준이 되는 진동 파형(이하, 기준 진동 파형이라고 함)을 각 축에 대해서 생성한다. 기준 진동 파형은 시간에 대한 각 축방향의 위치를 나타내는 것이다. 기준 진동 파형으로서, 임의의 것을 이용할 수 있지만, 여기에서는 진동 파형은 삼각파로 한다. 이 삼각파는 진폭이 1.0이며, 주기는 진동 조건에서 지정되는 값을 가진다.
진동 이동량 생성부(484)는, 각 시간에 있어서의 진동 전진 위치와 진동 후퇴 위치의 차를 구하고, 이것에 진동 파형을 곱한 진동 이동량을 각 축에 대해서 산출한다.
이동량 합성부(485)는 이동 경로 생성부(482)로 생성된 진동 후퇴 위치와, 진동 이동량 생성부(484)로 생성된 진동 이동량을 가산하여, 단위 시간(보간 주기)에서의 각 축의 합성 이동량을 산출한다.
가감속 처리부(49)는 보간 처리부(48)로부터 출력된 각 구동축의 합성 이동량을, 미리 지정된 가감속 패턴에 따라서 가감속을 고려한 단위 시간당 이동 지령으로 변환한다. 축데이터 출력부(50)는 가감속 처리부(49)로 처리된 단위 시간당 이동 지령을, 각 구동축을 제어하는 서보 제어부(13X, 13Z, …)와 주축 제어부(16)에 출력한다.
공구 또는 가공 대상을 진동시키면서 가공을 행하기 위해서는, 상기한 것처럼, 가공을 행할 때에, 가공 대상과 공구를 상대적으로 이동시키면 좋다. 도 2는 선삭 가공을 행하는 실시 형태 1에 의한 수치 제어 장치의 축의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도면에서는, 지면 내에 직교하는 Z축과 X축을 마련하고 있다. 도 2 (a)는 가공 대상(61)을 고정하고, 예를 들어 선삭 가공을 행하는 선삭 가공용 공구인 공구(62)만을 Z축과 X축 방향으로 이동시키는 경우이고, 도 2 (b)는 가공 대상(61)을 Z축 방향으로 이동시키고, 공구(62)를 X축 방향으로 이동시키는 경우이다. 이들 어느 경우에서도, 이동시키는 대상(가공 대상(61) 또는 공구(62))에 서보 모터(11)를 마련함으로써, 이하에 설명하는 처리를 행하는 것이 가능해진다.
도 3은 저주파 진동을 가하면서 가공하는 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다. 여기에서는, 지면 내에 직교하는 Z축과 X축이 마련되고, 이 ZX면 내의 이동 경로(101)를 따라서 공구(62)와 가공 대상을 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하는 경우가 도시되어 있다. 실시 형태 1에서는, 이동 경로(101)를 따라서 공구(62)를 가공 대상에 대해서 상대적으로 이동시킬 때에, 이동 경로(101)를 따르도록 공구(62)를 진동시키도록 하고 있다. 즉, 직선의 구간에서는 직선을 따라서 왕복하도록 공구(62)를 진동시키고, 곡선의 구간에서는 곡선을 따라서 왕복하도록 공구(62)를 진동시킨다. 또한, 공구(62)를 진동시킨다고 하는 기재는, 공구(62)의 가공 대상(61)에 대한 상대적인 운동이며, 실제로는 도 2에 도시한 것처럼, 공구(62)와 가공 대상(61) 중 어느 것을 움직여도 좋다. 이하의 설명도 마찬가지이다.
다음으로, 실시 형태 1의 수치 제어 장치(1)에 의한 이동 경로 산출 방법에 대해 설명한다. 도 4와 도 5는, 실시 형태 1에 의한 보간 처리부에서의 이동량 산출 처리의 절차의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
우선, 해석 처리부(45)의 이동 지령 생성부(451)에서, 가공 프로그램의 지령 블록으로부터 시점과 종점을 포함하는 이동 지령이 생성되어, 보간 처리부(48)에 대해서 출력된다. 또, 진동 지령 해석부(452)에 의해서, 가공 프로그램에 포함되거나 또는 파라미터로 설정되는 주파수와 진폭을 포함하는 진동 조건이 보간 처리부(48)에 대해서 출력되고, 진동 진폭 공급 비율 해석부(453)에 의해서, 가공 프로그램에 포함되는 진동 진폭 공급 비율 또는 파라미터로 설정되는 진동 진폭 공급 비율이 보간 처리부(48)에 대해서 출력된다.
그 후, 위상차 산출부(481)는, 해석 처리부(45) 또는 기억부(43)로부터 취득한 진동 진폭 공급 비율로부터 위상차 W를 구한다. 진동 진폭 공급 비율 Q는 시간에 대한 이동 경로에서의 진폭을 A라고 하고, 매회전 공급량(공급 속도)을 F라고 하면, 다음식 (1)으로 나타내진다.
Q=A/F … (1)
주축 1회전의 소요시간을 T라고 하고, T 동안의 공급량은 F이므로, 어느 시점 t1에서부터 진폭 A로 진동하면서, 매회전 공급량 F로 진행하는 경우의 이동 경로는, 도 4 (a) 중의 R3로 나타내진다. 이 이동 경로 R3의 산의 위치를 잇는 직선이 진동 전진 위치 R1이며, 골의 위치를 잇는 직선이 진동 후퇴 위치 R2이다. 또, 진동 전진 위치 R1은, 여기에서는 지령에 의해서 생성되는 이동 경로와 같은 것으로 한다. 진동 전진 위치 R1이 0이 되는 시각을 t0이라고 하면, 위상차 W는 다음식 (2)로 나타내진다.
W=t1－t0 … (2)
도 4 (a)에 도시되는 도면으로부터, 위상차 W, 진폭 A, 매회전 공급량 F 및 주축 1회전당 소요시간 T의 사이에는, 다음식 (3)의 관계가 있고, (3)식으로부터 위상차 W는 다음식 (4)가 된다.
A/W=F/T … (3)
W=AT/F=QT … (4)
위상차 산출부(481)는, 이와 같이 진동 진폭 공급 비율과 (4)식을 이용하여, 위상차 W를 산출한다.
그 다음으로, 이동 경로 생성부(482)는 대상이 되는 지령으로부터 각 축방향에서의 시간에 대한 이동 경로를 생성한다. 이때, 가공의 종류가 절삭 진동인 경우에는, 위상차 산출부(481)로 산출된 위상차를 이용하여, 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2의 2 종류의 경로를 작성한다.
구체적으로는, 진동 전진 위치 R1은 이동 지령 생성부(451)로부터 취득한 이동 지령에 기초하여 생성되는 경로이고, 이동 종점에 도달하면 진동 후퇴 위치 R2가 이동 종점에 도달할 때까지 같은 위치에 머물도록 생성된다. 진동 후퇴 위치 R2는 진동 전진 위치 R1의 이동 개시 후, 위상차 W만큼 기다리고 나서 이동 개시한다. 이러한 규칙에 따라서 작성된 축방향의 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2가, 도 4 (b)에 도시되어 있다.
그 후, 진동 파형 생성부(483)는 이동 경로에 중첩시키는 기준 진동 파형을, 진동 지령 해석부(452)로부터의 진동 조건을 이용하여 생성한다. 구체적으로는, 진동 조건 중의 주파수를 가지고, 진폭(골에서 산까지의 높이)이 1인 진동 파형을 생성한다. 이때, 진동 파형은 미리 정해진 파형(예를 들어 삼각파)이 이용된다. 이러한 규칙에 의해서 생성된 X축 방향과 Z축 방향의 기준 진동 파형이, 도 4 (c)에 도시되어 있다. 이 기준 진동 파형은 시간의 함수로 되어 있다.
그 다음으로, 진동 이동량 생성부(484)는 각 시간에 있어서의 진동 전진 위치와 진동 후퇴 위치의 차를 구한다. 축방향의 진동 전진 위치와 진동 후퇴 위치의 차가, 도 4 (d)에 도시되어 있다. 추가로, 진동 이동량 생성부(484)는 진동 전진 위치와 진동 후퇴 위치의 차에, 진동 파형 생성부(483)로 생성한 기준 진동 파형을 곱셈하여, 진동 이동량을 산출한다. 즉, 각 축방향에서, 도 4 (c)의 그래프와 도 4 (d)의 그래프를 곱셈하여, 진동 이동량을 산출한다. 이와 같이 하여 산출된 축방향의 진동 이동량이, 도 4 (e)에 도시되어 있다.
그리고 이동량 합성부(485)는 각 축에 대해서, 이동 경로 생성부(482)로 생성된 진동 후퇴 위치와, 진동 이동량 생성부(484)로 생성한 진동 이동량을 중첩(가산)함으로써, 시간에 대한 이동 경로를 생성한다. 이와 같이 하여 생성된 축방향의 이동 경로 R3가, 도 5에 도시되어 있다.
도 5에 도시되는 것처럼, 대상의 지령에 대응하는 이동 경로 R3가 목표 위치에 도달하더라도, 이동 경로 R3의 진동 후퇴 위치가 목표 위치에 도달할 때까지의 동안은, 이동 경로 R3가 목표 위치를 넘는 일은 없다. 그 후, 진폭을 서서히 감소시키면서 이동 경로 R3의 진동 후퇴 위치가 목표 위치에 도달한다. 그리고 이동 경로 R3의 진동 후퇴 위치가 목표 위치에 도달하여, 진동이 수렴하면, 설정된 진동 진폭 공급 비율을 가지도록 다음의 진동을 수반하는 지령이 실행되게 된다. 이상으로, 이동량 산출 처리가 종료된다.
또한, 상기한 설명에서는, 실시 형태의 내용을 알기 쉽게 설명하기 위해서, 가공 프로그램의 1 블록 단위로 파형을 계산하고 있지만, 실제로는 보간 처리부(48)에서 단위 시간(보간 주기)마다 계산을 하게 된다.
또한, 상기한 것처럼, 진동 진폭 공급 비율은 파라미터(431)로서 기억부(43)에 기억해도 좋고, 가공 프로그램 내에 설정해도 좋다. 도 6은 진동 진폭 공급 비율을 파라미터로 하여 기억부에 기억했을 경우의 가공 프로그램과 파라미터의 일례를 나타내는 도면이다. 가공 프로그램(432)은, 도 6 (a)에 도시되는 행(블록) 마다 판독되고, 실행되어 간다. 이 가공 프로그램(432) 내의 시퀀스 번호 「N01」로 나타내지는 지령 「G0 X0.0；」은 위치 결정 지령이다. 시퀀스 번호 「N02」로 나타내지는 지령 「G165 P1；」은 진동 절삭 제어 모드의 개시를 의미하는 것이다.
시퀀스 번호 「N03」로 나타내지는 지령 「G99 G1 X10.0 F0.05；」는, 직선 보간으로 X=0.0에서부터 X=10.0까지 이동하는 절삭 공급을 실행하는 것을 나타내는 것이다. 또, 「F」와 그것에 잇따르는 수치는, 주축이 1회전하는 동안의 절삭 공급량(예를 들어 mm)을 의미하는 것이다. 이 예에서는, 절삭 공급 지령은 0.05mm/r로 되어 있다. 또한, 절삭 공급 속도로서, 1분 동안당 절삭 공급량을 이용해도 좋다.
시퀀스 번호 「N04」로 나타내지는 지령 「X20.0 F0.10；」은, 직선 보간으로 X=10.0에서부터 X=20.0까지 이동하는 절삭 공급을 실행하는 것을 나타내는 것이다. 이 예에서는, 절삭 공급 지령이 0.10mm/r로 되어 있다. 시퀀스 번호 「N05」로 나타내지는 지령 「G165 P0；」는 진동 절삭 제어 모드의 종료를 의미하는 것이다. 또, 도 6 (b)에 도시되는 것처럼, 파라미터(431)에는 진동 진폭 공급 비율의 파라미터 설정치로서 「2.0」이 기억되어 있다.
도 7은 진동 진폭 공급 비율을 지정한 가공 프로그램의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도 7의 내용은 도 6 (a)의 것과 기본적으로 동일하다. 다만, 시퀀스 번호 「N02」의 진동 절삭 제어 모드의 개시의 지령에, 「Q」로 진동 진폭 공급 비율이 설정되는 점이 도 6 (a)의 것과는 다르다.
도 8은 X축 방향의 시간에 대한 이동 경로를 나타내는 도면이며, (a)는 도 6 또는 도 7을 따라서 생성된 시간에 대한 X축 방향의 이동 경로를 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 A의 부분을 확대한 도면이고, (c)는 (a)의 B의 부분을 확대한 도면이다.
도 8 (a)에 도시되는 것처럼, X=0.0 ~ 10.0에서의 가공과, X=10.0 ~ 20.0에서의 가공에서, 모두 진동 진폭 공급 비율은 2.0으로 되어 있다. 또, X=10.0 ~ 20.0에서의 절삭 공급 속도는 X=0.0~10.0에서의 절삭 공급 속도의 2배가 되어 있다.
도 8 (b)에서, 가로축은 주축 1회전당 소요시간 T를 나타내고 있고, 세로축은 X축 위치를 나타내고 있다. 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2의 기울기는, 매회전 공급량 F와 같으며, 0.05mm이다. 또, 진폭 A는 (1) 식을 변형하여 0.10mm인 것이 얻어진다.
한편, 도 8 (c)에서, 가로축은 주축 1회전당 소요시간 T를 나타내고 있고, 세로축은 X축 위치를 나타내고 있다. 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2의 기울기는, 매회전 공급량 F와 같으며, 0.10mm이다. 또, 진폭 A는 (1)식을 변형하여, 0.20mm이다. 즉, X=10.0~20.0의 가공 처리에 있어서는, X=0.0~10.0의 가공 처리의 경우에 비하여, 절삭 공급 속도가 2배로 되어 있지만, 거기에 따라 진폭도 2배로 되어 있다.
또한, 입력 조작부(20)의 절삭 공급 속도 변경부(201)가 조작되어, 절삭 공급 속도가 변경되면, 상기에서 설명한 것처럼 진동 진폭 공급 비율은 설정된 값인 채로, 절삭 공급 속도가 동적으로 변경되게 된다. 예를 들어, 도 8에서, 진동 진폭 공급 비율은 그대로이고 이동 경로의 기울기가 바뀌게 된다. 또한, 이와 같이 절삭 공급 속도 변경부(201)로 절삭 공급 속도가 변경되었을 경우에도, 상기한 처리와 마찬가지의 처리가 행해진다.
실시 형태 1에서는, 파라미터에 진동 진폭 공급 비율을 설정하거나 혹은 가공 프로그램에 진동 진폭 공급 비율을 설정하고, 그것에 기초하여 진동을 수반하는 각 축방향의 이동 경로가 생성된다. 이것에 의해서, 저주파 진동 절삭에 있어서, 유저는 절삭 공급 속도를 자유롭게 선택할 수 있다고 하는 효과를 가진다.
또, 절삭 공급 속도 변경부(201)를 마련하여, 저주파 진동 절삭 중에 절삭 공급 속도를 변경할 수 있어, 진동 진폭 공급 비율을 유지한 상태에서, 즉 진폭이 변경된 절삭 공급 속도의 진동 진폭 공급 비율배가 되도록 이동 경로를 변경하도록 했다. 이것에 의해서 저주파 진동 절삭 중에 있어서도, 자유(리얼 타임, 연속적)롭게 절삭 공급 속도를 변경할 수 있다고 하는 효과를 가진다.
추가로, 주축이 어느 회전 위상으로 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제1축 위치와, 주축이 1회전 이상한 후에 상기 회전 위상이 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제2축 위치를 비교했을 때, 제1축 위치가 진행 방향에 대해서 제2축 위치에 비해서 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상과, 제2축 위치가 진행 방향에 대해서 제1 축 위치에 비해서 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상이 존재하도록 진동 진폭 공급 비율을 설정함으로써, 절삭 공구로의 절삭의 결과 생기는 절삭 지스러기(swarf)를 더 작은 조각으로 분단할 수 있다. 그 결과, 절삭 공구의 수명이 늘어남과 아울러, 절삭 지스러기의 처리가 용이하게 된다고 하는 효과를 가진다.
실시 형태 2.
실시 형태 1에서는, 저주파 진동을 수반하는 절삭 가공시에, 진동 진폭 공급 비율을 일정하게 하여 가공을 행하고 있었다. 실시 형태 2에서는, 진동 진폭 공급 비율 대신에 위상차를 일정하게 하여 가공을 행하는 경우에 대해 설명한다.
도 4 (a)와 식(4)에 있어서, 주축 1회전당 소요시간 T를 1로 하면, 위상차 W는 진동 진폭 공급 비율 Q와 같아진다. 즉, 진동 진폭 공급 비율 Q 대신에 위상차 W를 지정하더라도, 실시 형태 1과 마찬가지의 처리를 행하는 것이 가능하게 된다.
도 9는 실시 형태 2에 의한 수치 제어 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 이 수치 제어 장치(1)에서는 기억부(43), 해석 처리부(45) 및 보간 처리부(48)의 구성이 실시 형태 1과 다르다.
기억부(43)의 파라미터(431)에는, 진동 진폭 공급 비율(4311)에 대신하여 위상차(4312)가 포함되어 있어도 좋다. 위상차(4312)는 가공 프로그램(432)이 아니라 파라미터(431)로 지정되는 경우에 기억된다. 위상차(4312)는, 상기한 것처럼, 이동 지령으로 통과되는 어느 위치에서의 이동 지령에 기초하여 작성되는 경로로부터, 진동 조건의 진폭을 감산한 것(시간)이다.
해석 처리부(45)는 진동 진폭 공급 비율 해석부(453)를 대신하여, 위상차 해석부(454)를 가진다. 위상차 해석부(454)는 가공 프로그램(432) 내에 위상차가 포함되어 있는지를 해석하여, 포함되어 있는 경우에는 위상차를 취득한다.
보간 처리부(48)는 위상차 산출부(481)를 가지지 않는 구성으로 되어 있다. 또, 이동 경로 생성부(482)는, 위상차 산출부(481)로 산출된 위상차를 이용하는 것이 아니라, 해석 처리부(45) 또는 기억부(43)로부터 취득한 위상차를 이용하여 단위 시간(보간 주기)에서의 각 축방향의 시간에 대한 이동 경로를 생성한다. 또한, 실시 형태 1과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
또, 실시 형태 2의 수치 제어 장치(1)에 의한 가공 방법은, 도 4 (a)에서의 위상차를 산출하는 처리를 행하지 않는 점을 제외하고, 도 4과 동일하므로, 그 설명도 생략한다.
또한, 상기한 것처럼, 위상차는 파라미터(431)로서 기억부(43)에 기억해도 좋고, 가공 프로그램(432) 내에 설정해도 좋다. 도 10은 위상차를 파라미터로서 기억부에 기억했을 경우의 가공 프로그램과 파라미터의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10 (a)에 도시되는 가공 프로그램(432)은, 실시 형태 1의 도 6 (a)에서 도시한 것과 같다. 또, 도 10 (b)에 도시되는 것처럼, 파라미터(431)에는, 위상차의 파라미터 설정치로서 「2.0」이 기억되어 있다. 위상차는 전진 진동 위치와 후퇴 진동 위치의 차이며, 주축 1회전당 소요시간을 1로 하는 경우의 배율이 설정되어 있다.
도 11은 위상차를 지정한 가공 프로그램의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도 11의 내용은, 실시 형태 1의 도 7에서 도시된 것과 기본적으로 동일하다. 다만, 시퀀스 번호 「N02」의 진동 절삭 제어 모드의 개시의 지령에, 「W」로 위상차가 설정되는 점이 도 7의 것과는 다르다. 「W」로 지정되는 위상차는, 여기에서는 주축 1회전당 소요시간을 1로 하는 배율이 설정된다.
도 12는 X축 방향의 시간에 대한 이동 경로를 나타내는 도면이며, (a)는 도 8의 A의 부분을 확대한 도면이고, (b)는 도 8의 B의 부분을 확대한 도면이다. 이들 도면에서, 가로축은 주축 1회전당 소요시간 T를 나타내고 있고, 세로축은 X축 위치를 나타내고 있다.
도 12 (a)에서, 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2의 기울기는, 매회전 공급량 F과 동일하며, 0.05mm이다. 또, 진폭 A는 (1)식을 변형하여, 0.10mm이다. 이로부터, 진동 진폭 공급 비율은 2.0이 된다. 추가로, 이 도면에서 알 수 있는 것처럼, 위상차 W는 진동 후퇴 위치 R2가 0이 되는 시각 t12와 진동 전진 위치 R1이 0이 되는 시각 t11의 차 t12－t11이다. 그리고 이 위상차 W는, 식 (4)로부터 2T가 된다.
한편, 도 12 (b)에서, 진동 전진 위치 R1과 진동 후퇴 위치 R2의 기울기는, 매회전 공급량(공급 속도) F와 동일하며, 0.10mm이다. 또, 진폭 A는 (1) 식을 변형하여, 0.20mm이다. 이로부터, 진동 진폭 공급 비율은 2.0이 된다. 또, 위상차 W는 진동 후퇴 위치 R2가 0이 되는 시각 t22와 진동 전진 위치 R1이 0이 되는 시각 t21의 차 t22－t21이다. 그리고 이 위상차 W는 식 (4)로부터 2T가 된다.
즉, X=10.0 ~ 20.0의 가공 처리에 있어서는, X=0.0 ~ 10.0의 가공 처리의 경우에 비하여, 절삭 공급 속도가 2배로 되고 있고, 그것에 따라 진폭도 2배로 되어 있다. 그러나 X=10.0 ~ 20.0의 가공 처리의 경우도, X=0.0 ~ 10.0의 가공 처리의 경우도, 위상차 W는 일정하다. 또, 위상차 W가 일정하다면 진동 진폭 공급 비율 Q도 일정하게 되는 것을 알 수 있다. 그 결과, 위상차 W를 진동 진폭 공급 비율 Q 대신에 지정해도, 실시 형태 1과 마찬가지의 처리를 행할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 2에서는, 진동 진폭 공급 비율 Q 대신에 위상차 W를 파라미터(431) 또는 가공 프로그램(432)으로 지정하여 가공을 행하도록 했다. 위상차 W가 일정하면 진동 진폭 공급 비율 Q도 일정하므로, 이러한 경우에도 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 가공 프로그램상의 이동 경로에 대해서 설명했지만, 가공 프로그램상의 이동 경로는 일반적으로 가공 프로그램의 명령에 의해서 가공된 후의 가공 대상의 윤곽의 궤적을 나타내는 것이다. 그러한 가공 대상의 윤곽을 얻기 위해서, 공구로 절삭하는 것이지만, 가공 대상에 대해서 공구를 이동시킬 때의 공구의 기준 위치(예를 들어 공구의 중심 위치)의 궤적은, 상기 이동 경로와는 다르다. 그것은, 공구의 기준 위치와 칼끝의 위치가 일치하고 있지 않기 때문이다. 이에, 상기의 가공 프로그램상의 이동 경로가 공구의 기준 위치가 되도록 보정을 행하여 보정 경로를 생성하고, 이 보정 경로에 대해서 진동을 가하도록 해도 좋다. 이러한 보정으로서, 공구 길이 보정, 마모 보정, 노즈 R 보정, 그 외 회전 방향의 보정, 혹은 3 차원적인 보정, 기계 오차의 보정 등을 예시할 수 있다.
또, 상기한 실시 형태 1, 2는 드릴 가공에 대해서도 적용할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 수치 제어 장치는, 가공 프로그램을 이용한 공작 기계의 수치 제어에 적합하다.
1: 수치 제어 장치, 10: 구동부,
11: 서보 모터, 12: 검출기,
13: 서보 제어부, 13X: X축 서보 제어부,
13Z: Z축 서보 제어부, 14: 주축 모터,
15: 검출기, 16: 주축 제어부,
20: 입력 조작부, 30: 표시부,
40: 제어 연산부, 41: 입력 제어부,
42: 데이터 설정부, 43: 기억부,
44: 화면 처리부, 45: 해석 처리부,
46: 기계 제어 신호 처리부, 47: PLC 회로부,
48: 보간 처리부, 49: 가감속 처리부,
50: 축데이터 출력부, 61: 가공 대상,
62: 공구, 201: 절삭 공급 속도 변경부,
431: 파라미터, 432: 가공 프로그램,
433: 화면 표시 데이터, 434: 공유 에어리어,
451: 이동 지령 생성부, 452: 진동 지령 해석부,
453: 진동 진폭 공급 비율 해석부, 454: 위상차 해석부,
481: 위상차 산출부, 482: 이동 경로 생성부,
483: 진동 파형 생성부, 484: 진동 이동량 생성부,
485: 이동량 합성부, 4311: 진동 진폭 공급 비율,
4312: 위상차.

Claims (8)

  1. 공구 또는 가공 대상에 마련된 구동축에 의해서, 상기 공구와 상기 가공 대상을 상대적으로 진동을 수반하면서 이동 경로를 따라서 이동시켜 상기 가공 대상의 가공을 행하는 수치 제어 장치로서,
    상기 이동에 대해 지정되는 상기 진동의 진폭과 상기 가공 대상에 대한 상기 공구의 공급 속도의 비율로부터, 가공 프로그램 내의 지령 블록에 기초하여 생성되는 진동 전진 위치에 대한 진동 후퇴 위치의 시간적인 지연(time lag)을 위상차로서 산출하는 위상차 산출 수단과,
    상기 위상차에 기초하여 상기 진동 전진 위치와 상기 진동 후퇴 위치를 상기 이동 경로로서 상기 구동축 마다 생성하는 이동 경로 생성 수단과,
    상기 이동 경로에 중첩시키는 기준 진동 파형에 기초하여 상기 이동 경로에 있어서의 진동 이동량을 상기 구동축 마다 산출하는 진동 이동량 생성 수단과,
    상기 이동 경로에 상기 진동 이동량을 가산한 합성 이동량을 상기 구동축 마다 생성하는 이동량 합성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동 경로 생성 수단은, 가공 프로그램 내의 서로 다른 지령 블록의 이동 경로를 생성하는 경우에, 상기 비율을 이용하여 각각 상기 이동 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 속도를 변화시키는 공급 속도 변경 수단을 구비하고,
    상기 이동 경로 생성 수단은, 상기 공급 속도 변경 수단으로 변경된 상기 공급 속도와 상기 비율을 이용하여 상기 이동 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비율은, 상기 가공 대상을 회전시키는 주축이 소정의 회전 위상이 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제1축 위치와, 상기 주축이 1회전 이상 회전한 후에 상기 회전 위상이 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제2축 위치를 비교했을 때, 상기 제1축 위치가 진행 방향에 대해서 상기 제2축 위치에 비하여 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상과, 상기 제2축 위치가 진행 방향에 대해서 상기 제1축 위치에 비하여 상기 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상이 존재하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  5. 공구 또는 가공 대상에 마련된 구동축에 의해서, 상기 공구와 상기 가공 대상을 상대적으로 진동을 수반하면서 이동 경로를 따라서 이동시켜 상기 가공 대상의 가공을 행하는 수치 제어 장치로서,
    가공 프로그램 내의 지령 블록에 기초하여 생성되는 진동 전진 위치와, 상기 이동에 대해 지정되는 위상차를 상기 진동 전진 위치에 가산한 진동 후퇴 위치를 상기 이동 경로로서 상기 구동축 마다 생성하는 이동 경로 생성 수단과,
    상기 이동 경로에 중첩시키는 기준 진동 파형에 기초하여 상기 이동 경로에 있어서의 진동 이동량을 상기 구동축 마다 산출하는 진동 이동량 생성 수단과,
    상기 이동 경로에 상기 진동 이동량을 가산한 합성 이동량을 상기 구동축 마다 생성하는 이동량 합성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이동 경로 생성 수단은, 가공 프로그램 내의 서로 다른 지령 블록의 이동 경로를 생성하는 경우에, 상기 위상차를 이용하여 각각 상기 이동 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 가공 대상에 대한 상기 공구의 공급 속도를 변화시키는 공급 속도 변경 수단을 구비하고,
    상기 이동 경로 생성 수단은, 상기 공급 속도 변경 수단으로 변경된 상기 공급 속도와 상기 위상차를 이용하여 상기 이동 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상차는, 상기 가공 대상을 회전시키는 주축이 소정의 회전 위상이 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제1축 위치와, 상기 주축이 1회전 이상 회전한 후에 상기 회전 위상이 된 시간에서의 이동 경로상에서의 제2축 위치를 비교했을 때, 상기 제1축 위치가 진행 방향에 대해서 상기 제2축 위치에 비하여 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상과, 상기 제2축 위치가 진행 방향에 대해서 상기 제1축 위치에 비하여 상기 이동 시점에 가까운 위치에 있는 회전 위상이 존재하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 수치 제어 장치.
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