WO1982004336A1 - Tool diameter correcting method for numerical control device - Google Patents

Description

明 数値制御装置の工具径襦正法 技 銜 分 野

本発明は数値制御装置の工具径補正法に係 り 、 特にェ 具を 3 次元加工面の法線方向にオフ セ -ノ ト しながら加工 を行な う 際に適用して好適な数値制御装置の工具径補正 法に関する。

背 景 技 街

遏常、 数値制御装置 （N C ) は工具径補正機能を有して いる。 こ の工具径補正接能は数値制御情報で指定された プロ グ ラ ム通路から左側或いは右镯にェ真径だけずらせ ^軌跡を工具中心通路とする こ と に よ り工具径に基づ く 切削誤差を補正する ものである。 しかし なが ら、 か る 工具径補正法においてはたとえば直線と直線、 或いは直 線と円弧のなすコ ーナ部において工夫しないと コ ーナ削 り込みを生じ、 切削誤差を生じる。 そこで、 従来、 正確 な工具径補正を行な う rこめ にコ - ナ部における工具移動 をいろいろと工夫している。

と えば、 第 1 図（a)に示すよ う に プ ロ グ ラ ム通路が ² つの直線 I ， L₂ より な り 、 その角 度 なが 9 0° 以上 1 8 0。 以下であ る も の とする と、 工具径植正は以下の順序で行 われる。 即ち、 現ブロ グ ク ^の移動指令と共に次のプロ ク b ₂の移動指令を先読みしておき、 現プロ ヴ ク の直 線 ¾：工具径 だけオ フ セ グ ト し 直籙 L と、 次ブ ロ ッ ク b₂の直線 L₂をェ具径 だけオ フ セ グ ト し た直線 I を 求め、 各直線 I と I の交点 Stの座標を演算する。 そし て、 前 ブロ プ ク の終点 S₀から Siへ、 ついで Siから S₂へパ ルス分配に よ り工具を移動させれば工具中心は正し く 指 令され rこ ブロ グラ ム通路から半径 r だけオ フ セ - ト し ^ 通路を どって ワ ー クに指令通り の加工を旎す。

又、 角度なが 9 0°以下の場合には同様に現ブ ロ プ ク ^ と次プ ロ づ ク b₂の移動指令を先読みしておき、 直線 ，

L₂をそれぞれ工具径だけオ フ セ ッ ト し rこ直線 L ， W を 求め、 直線 I 'と L₂ の交点 S 直線 Liと I の交点 を 演算する。 そして、 前ブ口 サ ク の終点 S₀から交点 Siへ、 ついで交点 S_tから交点 S へ、 最後に交点 からブ π づ ク b₂の終点 S₂へ工具を移動させれば指会通 り の加工が行な える。 尙、 第 1 図（c)は直線と 円弧が不連続につながる場 合の例であ る。

このよ う に N C に工具径補正機能を持 せておけば - N C テー ブの作成に際しては工具径を何等考慮する必要 がな く ブ ロ グ ラ ミ ン グが非営に籣単にな り、 しかも工具 径が摩耗或いは異なる工具を用い こ と によ り変化して も N C パ ネ ル上に工具径設定ダ イ ヤ ルを設けて該ダ イ ヤ ルに工具径を設定する こ と に よ り、 或いは MD I ( マ -ュ 了 ルデー タ イ ン ブッ ト ） に よ り工具径を入力する こ と に よ り 正確な加工を行な う こ とができる。

と ころで、 以上は 2 次元平面における工具径補正檨能 による コ ー ナの削 り 込みを防止する場合であっ ^が、 同 時 5 軸駆.動に よ り 立体形状 切削する と き も 同様の問題 ( コ ー ナの削 り 込みの問題 ） を生じ る。 第 2 図はか る 問題点を説明する説明図である。 図中、 Pi， Pc, P₂はそ れぞれ指令され ブロ グ ラ ム通路上の切削点であ り、 Ρι' , P s はそれぞれ第 1 の如工面 SFi上の始点 Pi , 終点 P c の オ フ セ ッ ト位置 （PiJP ^ P cP s はオ フ セ ッ ト べ ク ト ルである ） 、 Pe, Ρ₂'は第 2の加工面 SF₂ 上の始点 Pc， 終点 P2のオ フ セ グ ト位置 （PcPe, P₂P はオフセ ク ト べク ト ル ） であ る。 さて、 第 3 図（a)或いは（b)に示す工具のェ 具中心を Pi'P s に 、つて動かして第 1 の加工面 SFt の_加 ェを行ない、 しかる後、 コ ーナにおいて何等工具位置を 補正せず工具中心を PsP に ¾つて移動させる ものとす れば該.コ ーナにおい 削 り 込み 生じ正確な切削ができ ない。 こ のため、 第 1 の加工面 SF_t の加工終了後にコ — ナで工具位置 補正する必要がある。 そこ で、 第 2 の加 工面 SF₂ の始点オ フ セ ッ ト べク ト ル PcPe ¾^ め、 つい で第 1 及び第 ² の加工面 SFi SF₂ のオ フ セ ッ ト ベク ト ル PcPs， P Peのなす平面上であって、 始点を P s 、 終点 を P e 、 半径を工具径 r とする円 ¾ PsPe に ¾つて、 ェ 具中心を点 P s から点 P e へ移動させ、 しかる後 PeP^ に 、つ て移動させる方法が考えられる。 こ の方法によれ ば、 コ ー ナにおける削 り 込みは防げるが、 コ ー ナ前後の 工具中心孰跡 P Ps, PeP₂' と 円弧 sPe が滑めらかに ¾ 結しない： Γこめコ 一ナにカ づ タ マ ー ク 生じ る。

本発明の 目的は、 ワ ー ク を工具によ っ て S 次元加工す る際に第 1 , 第 2 の加工面の交わるコ ーナにおいてカ ツ タマー ク、 削 り込みが生じる こ とがない新規な数値制御 装置の工具径補正法を提供する こ とにある。

発 明 の 開 示

即ち、 本発明では、 工具と ワ ー ク とを S 軸駆動によ つ て相対移動せしめて、 該ワ ー ク ¾該工具によって 5 次元 加工するため、 指令され 位置情報から加工面の法線方 向に該工具の半径分だけオフセ プ ト された工具中心位置 座標を漬算する教値满御装置の工具径補正法であって、 該位置情報から 3 次元コ — ナ点における第 1 及び第 2 の加工面の法線ベク ト ル ϋ ， Vのなす平面上の単位オ フ セ ッ ト ベ ク ト ルを求める第 1 の ス テ グ ブと、

該第 1 の ス テ ブで得た単位オ フ セ ジ 卜 べク ト ルの各 軸成分を、 該 3 次元コ ー ナ点前後の工具中心孰跡と滑ら かに連続する 曲線に ¾つて工具中心が移動する様に補正 する補正ス テ タ プと、

該補正され:^単位オ フ セ プ トべク ト ル と工具半径及び 該 5 次元コ -ナ点位置情報から工具中心位置座標を求め る第 2 のステ ブとを有する ものであ る。

図面の簡单な説明

第 1 図は 2次元: έπェの場合においてコ ーナ点で削 り 込 みを生じない工具径禧正法 ¾説¾する説明図、 第 2 図は 3 次元加工の コ ーナ点における工具移動の説钥図、 第 3 図は工具外観図、 苐 4 図乃至第 7 図は本発明工具径補正 法の説明図、 第 8 図は本癸明工具径補正法を実旌する めの ブ ロ ヅ ク 図であ る 。 発明 実施するための最良の形態

以下、 本発明 図面に従って詳細に説明する。 第 4 図乃至第 7 図は本発明に係る数値制御装置の工具 径補正法を説明する説钥図であ り 、 以後第 2 図に示す形 状を加工する もの と して説明する。

(Α)、 まず、 3 次元のコ ー ナ点 P c における第 1 、 第 2 の加工面 SFt , SF₂ の単位法鎳べク ト ル U， V ¾それぞれ 求め る。

(B)、 ついで工具中心 P s， P e を次式よ り 演算する。 P s = P c + U · r

P e = P c + V - r 尙、 I" は工具'半径であ り 、 P c は N C ¾エブ ロ グラ ムか ら指令されて既知である。

(Q、 法籙べク ト ル U , Vで作られる平面内 に.存在し、 点 P c 中心、 点 P s を始点、 P e を終点とする半径 r の円弧 C を想定する （ 第 4 図点線 ） 。

P)、 円弧 C上の点 P s と P e のなす角度 S 次式から 演算する。

— ►

J UxVi

6 =tea" C (3)

U · V 但し、 上式中 「·」はベ ク ト ル内積、 「X」はベ ク ト ル外 積を 「I ί」 はそれぞれ絶対值を意味する。

(Ε)、 円弧 Cが載る平面の法籙べク ト ル Ν を次式から滇 算する。 —— > →- -→·

N = U x V {4,)

(F}、 円弧 cが載る平面内に存在し、 且つべク ト ル！!と 直交するべク ト ル V'を次式から求める。

V'= N X U (5) (3)、 円弧 C を点 P s から点 P e 迄直籙近似して補間す るため の分割数 II を決定する。 こ の分割数 ϋは、 許容譟 差を s と し と き、 第 5 図に示す d が許容誤差以下にな る最大分割数を演算する こ とによ り 求ま る。 ァことえば、 第 5 図において、

― ε

Θ = 2 os が^立するから分劊数 n は

' _n = ( 6 / Δ Q ) (7) よ り 求ま る。

W、 n分割の i 番目 ポ イ ン ト P i と コ ーナ点 P c を結 ぶ単位オ フ セ ッ ト ベ ク ト ル V i ( 第 ό 図 ） を求める。 始 点 P s から点 P i 迄の回転角 $ i は

Q i = Q X — (8) n

であ る 力 ら、 単位オ フ セ ク ト ベ ク ト ル V i は

V i = cos i X U屮 sis 6 i X V (9) となる。

(1)、 円 ¾ Cが載る平面上の曲籙であって、 ⁵ 次元コ ー ナ点前後の工具中心孰跡 Pi' Ps， PeP_t' とそれぞれ滑めら かに達結する曲線に ¾つて工具中心が移動する よ う に単 位オ フ セ グ ト べク ト V i を襦正する。 以下にこ の補正 方法を説明する。

始点における単位オ フ セ ッ ト べク ト ル （ 法線べク ト ル） ϋ 、 終点における単位オ フ セ グ ト べク ト ル （ 法線べク ト ル ） Vはそれぞれ、

U = U ( Ux， Uy, Uz )

V = V ( Vx, V y, V z )

で表現でき、 Z軸方向の変化量は （V z— Uz ) とな る。 さ て、 始点 P s と終点 P e を結ぶ曲籙はコ ー ナ点前後のェ 具中心軌跡 P P s , P e と滑めらかに （ 達锈的 ） につな がる必要がある。 即ち、 始点 P s 及び終点 P e の近傍で は Z軸方向の変化量を少な く 、 且つ中間で大き く し、 全 体と して第 7 図に示す-如き曲線となる よ う に Z軸方向の 増分を制御 Tる必要がある。 尙、' '第 7 図において横軸は 分割の う ち i 香目 の位置 ） を示し、 縦軸は

(V z-Uz ) * （ iZn ) を示す。 又、 第 7 図に示すよ う な 曲籙の例 と しては とえば

/ (t) = 3 t²- 2 t³ (19

0≤ ^ い = )

が適当であ る。

従って、 曲籙と して （Vz ϋ _Ζ ) · / ( )を用いれば単位 オ フ セ ッ ト べク ト ル V i (V i X , Viy, Viz) の補正後の各軸 成分 Vix'， Viy', Viz' は以下に示すよ う に禧正される。

Vi z' =U z + / ( π '） ( ' Vz-Uz ' )

Vix' =Vix xD

Vi y' =Viy XD - 伹し、 Dは補正係数であ り 次式から求ま る

D l -CVi z')² / V (Vi )².+ (Vi y)^:

(J)、 補正後の単位オ フ セ ッ トべク ト ル Vi'CVix', Viy', Vi ) 力 ら i 番目 の工具中心点 Ρ ί' の座標は

P i' =Pc + r -Vi' (Vix' , Viy⁷ , Vi z' ) 09 となる。

^)、 工具中心点 Pi' の座標と 1 つ手前の工具中心点の 座標とから X， Y, Z軸のイ ン ク リ メ ン タ ル値 （ 増分） x, A y, A z を求め、 該イ ン ク リ メ ン タ ル値 x， Δ y, Δ ζ に基いて工具中心 ¾移動させる。 以後 i=1から i==n 迄ス テ ヴ ブ^〜^)を操返えせばコ ーナの始点 P s から終 点 P e 迄滑 ら 力 に変化して工具中心が動 く こ と な り 該コ ーナにカ ヴ タ マー ク つけ り 、 コ ーナ点で削 り 込 みを生じるこ とはない。

第 8 図は本癸明の実 ¾例 ¾示すブロ ヴ ク図である。 図中、 1 01は N C プ ロ グラ ムから指令されたブログ ラ ム通路情報 （ 位置指令 ） Pi ， Pc, P₂を入力されて法線べ ク ト ル ϋ , V を演算する法籙ベ ク ト ル演算ュ - プ ト 、 1 02はは）式の演算を行なって回転角 を演算する 回転角 演算ュ二 -ノ ト 、 1 Q 5は（⁴) , ）式の演算を行なって法線べ ク ト ル U に直交するべク ト ル Vを演算する直交べク ト ル 演算ュ - ク ト、 1 04は ）， m式の滇箕を行なって円弧 C 直線 ¾似する際の分割数 II 演箕する分割演算ュ - ツ ト 、 1 05は分割点 Pi' の座標が求ま る毎にその内容を力 ゥ ン ト ァ -ノ ブ し分割点番号を示すレ ジ ス タ 、 1 00は（8)式 の演算 ¾行なっ て始点 P s から i 香目 の分割点 P i 迄の 回転角 0 i を演算する 回転角演算ユニ ッ ト、 1 07は（⁹)式 の滇算を行なって単位オ フ セ グ ト べク ト ル V i を演算す る単位オ フ セ " ト べ ク ト ル演箕ュ - グ ト 、 1 08 t (U) 〜 （^ の演算を行な って補正単位オ フ セ プ ト べク ト ル

(Vix Viy^ Vi ） を求める輔正才 フ セ プ ト べク ト ル滇 算ュ - ッ ト、 1 09は^式の演算を行なっ て工具中心点 P の座標を求める工具中心位置演算ュ二 -ノ ト 、 1 1 0は 工具中心点 P の位置座標 記億する メ モ リ 、 1 1 1は ¹ つ手前の工具中心位置 P i— 1 と上記求め 工具中心位置 P i 間の各轴イ ン ク リ メ ン タ ル値 y, Δ χ を演算す る増分演算ュ - グ ト 、 · 1 1 2は x， Δ y, ή ζ に基いてパル ス分配演算を実行するパルス分記器である。

產業上の利用可能性

^上、 本発 ^に よれば第 1 及び第 2 の加工面の法線べ ク ト ル U , V のなす平面図の曲籙であって、 3 次元コ ー ナ点前後の工具中心軌跡 と滑めらかに違^する 曲線上を 工具中心が移動する よ う にし から、 ⁵ 次元コ ー ナにお いて力 ッ タ マ - クゃ削 り 込みが生ずる こ とはない。

尙、 本発明は実 ¾例に限る も のではな く種々変更が可 能である。 たとえば、 第 8 図 においては単一檨能を有す る ハ ー ド ウ ヱ ァで構成し 場合 示しているがコ ン ビ ュ ー タ で構成して も よい。 又、 本発明を N C テー プ作成装 置に適用する こ と も でき る。

Claims

請 求 の 範 囲

t 工具と ワ ー ク と ¾ 3 ¾駆動によ って相対移動せしめ て、 該ヮ — ク 該工具によ って 3 次元加工する 7"こめ、 指 令された位置情報から加工面の法籙方向に該工具の半径 分だけオ フ セ ヴ ト され 工具中心位置座標を演算する数 値制街装置の工具径祷正法であつて、

該位置情報から 3 次元コ ーナ点における第 1 及び第 2 の加工面の法線べク ト ル U ， Vのなす平面上の単位オ フ セ ザ ト べク ト ルを求める第 1 のス テ ッ プ と 、

該第 1 のス テ ッ プで得 単位オ フ セ ヴ ト べク ト ルの各 軸成分を、 該 5 次元コ ーナ点前後の工具中心軌跡と滑ら かに達続する 曲籙に ¾つて工具中心が移動する様に補正 する植正ス テ ジ ブと、 '

該補正された単位オ フ セ プ ト べク ト ルと工具半径及び 該 3 次元コ - ナ点位置情報から工具中心位置座標' ¾：求め る苐 2 の ス テ グ ブとを有する こ と を特钹とする数値制御 装置の工具径補正法。

2. 前記檁正ス テ ジ ブは前記単位オ フ セ ジ ト べク ト ルの Z軸成分を特定の関数で補正する と と も に前記単位ォフ セ プ トべク ト ルの X ¾成分及び Y軸成分を補正係数に よ つて檑正する ス テ ッ ブであ る こ と 特徵とする請求の範 囲第 1 項記載の数値铺御装置の工具径福正法。

5. 前記特定の関数は、 3 次元コ ー ナ点前の工具中心軌 跡の終点と 次元コ ーナ点後の工具中心孰路の始点の近 傍で Z ¾方向の変化量が少な く、 その中間では大き く な る様な関数であ る こ と を特铵とする請求の範囲第 ²項記 載の数値制御装置の工具径補正法。

V.IIO