WO1990010900A1 - Involute-interpolation speed control system - Google Patents

Description

明 細 ィ ンボ リ ュー ト補間速度制御方式

技 術 分 野

本発明はィ ンボリ ュー ト曲線補間での加工速度を制御する ィ ンボリ ユ ー ト補間速度制御方式に関し、 特にィ ンボリ ユ ー ト曲線の基礎円近傍での加工速度を低減するようにしたィ ン ボリ ユ ー ト補間速度制御方式に関する。 背 景 技 術

数値制御装置等の曲線補間でィ ンボリュー ト曲線の補間は 歯車、 ポ ンプの羽根等の加工のために必要性が高い。 このた めに、 一般にはィ ンボリ ュー ト曲線を数値制御装置と別の計 算機あるいは N Cプログラム作成装置等で補間して、 直線デ 一タに分解して、 このテープで数値制御加工を行うのが一般 的であつた。

これに对して、 本願出願人は特願昭 6 2— 1 5 7 3 0 2号 (特開昭 6 4— 2 1 0 6号公報） にて、 数値制御装置内で簡 単にィ ンボリ ュー ト曲線を補間し、 その接線方向の速度が角 度と無関係に一定となるように構成したィ ンボリ ユ ー ト補間 速度制御方式を出願している。

このイ ンボリ ユー ト補間速度制御方式では、 イ ンボリ ユ ー ト曲線上の点の座標を、

X = {cos(e + ei)+e_sin(e + ©l)} + X ₀ Y = R {sin(e + Θ 1) - Θ cos(0 + Θ 1)} +Y。 で与え、

Θを Θ = ( Θ 2 - © 1 ) から Θ = (Θ 3 - © 1 ) までの範 囲で、 その増分量を、

で増分させ、 これに対応した点 Χη+1 、 Υη+1 を上式より求 め前回の点との差分を求めて、 イ ンボリ ユー ト曲線を補間す るように構成している。

このように Θの増分を、 その角度が増加するのに反比例し てその増分が少なくなるような値、 即ち K/ (R - ©) とす ることによって、 接線方向の速度が一定になるように補間す ο

しかし、 基礎円近傍のィ ンボリ ュー ト曲線の曲率半径が比 較的小さいところではプログラムで指令された送り速度で切 削すると力ッタに負荷が多くかかり、 切削面が不良になるこ とがある。 発 明 の 開 示

本発明.はこのような点に鑑みてなされたものであり、 基礎 円近傍のィ ンボ リ ュー ト曲線の曲率半径の比較的小さい部分 で加工速度を低減し、 良好な切削面が得られるィ ンボリ ユ ー ト補間速度制御方式を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、

イ ンボリ ユ ー ト曲線を補間して数値制御加工を行う時の加 ェ速度を制御するィ ンボリ ユ ー ト補間速度制御方式において. 前記ィ ンボリ ュー ト曲線の方程式から曲率を求め、 前記曲率 が所定の値以下かどうかを判別し、 前記所定の値以下のとき は、 オーバライ ド値によって、 加工速度を低減することを特 徴とするイ ンポリ ュー ト補間速度制御方式が、 提供される。

イ ンボリ ユー ト曲線の基礎円の近傍では、 曲率半径が小さ くなり、 そのままの接線速度で、 良好な加工面が得られない ので、 加工速度をオーバライ ド値で低減する。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1図は本発明のィ ンボリ ュー ト補間速度制御方式の処理の フ ローチ ヤ一ト、

第 2図は本発明のィ ンボリ ュー ト曲線を示す図、

第 3図は曲率半径とオーバライ ド値との対応を示す図、 第 4図は本実施例の数値制御装置の概略図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第 2図は本発明のィ ンボリ ユー ト曲線を示す図である。 回 転方向が左回り （反時計回り） で基礎円 Cから離れる場合を 示し、 指令は G 0 3 . 1である。 その他に基礎円 Cに近づく 場合、 右回り （時計回り） 等があるが、 基本的には同じであ る。 図において、 基礎円 Cはィ ンボリ ュー ト曲線の基礎とな る円である。 基礎円 Cの中心 0の座標は （X。 ， Y。 ） であ り、 半径は Rである。 点 Ρ 0はィ ンボリ ユー ト曲線 I Cの曲 線開始点である。

イ ンボ リ ユ ー ト補間の指令は、 G 1 7 G 0 3. 2 X - -Y -- I --

J—— R—— F—— ；

で与えられる。 ここで G 1 7は平面を指定する指令で、 G 1 7は X— Y平面を、 G 1 8は Z— X平面を、 G 1 9は Y— Z 平面である。

G 0 3. 2は左回り （反時計回り） のイ ンボリ ユー ト補間 の指令であり、 右回り （時計回り） のィ ンボリユー ト補間は G O 2. 2で指令される。 尚、 基礎円 Cへ近づくか、 離れる かはイ ンボリユ ー ト曲線 I Cの始点 Ps (X s , Y s ) と終 点 P e (X e， Y e ) の座標値によって決まる。

X—— Y——はイ ンボリ ユー ト曲線 I Cの終点の座標であ り、 図では P e (Xe ， Ye ) の値であり、 アブソ リ ュー ト 値で指令する。

I 一一 J—一は始点 P s (Xs ， Ys ) から見た、 基礎円 Cの中心 0の値であり、 ここではイ ンク リ メ ンタル値で指令 する。

R—一は基礎円 Cの半径 Rであり、 F—一は送り速度であ る o

ィ ンボリ ュート曲線の方程式は以上の指定された値から、 以下の式で表すことができ、 この方程式に基づいて補間を実 行する。

X = R {cos® + ( Θ - Θ 1 ) sine} + X ₀ ( 1 )

Y = R {sinB - ( Θ - Θ 1 ) cos®} + Y ₀ .... ( 2 ) 第 2図から分かるように、 イ ンボリユー ト曲線 I C上の点 Ρ 1、 Ρ 2、 Ρ 3等ではその曲率半径 R a 1、 R a 2、 R a 3が小さ く、 そのまま指令された速度 Fで加工を行うと、 力 ッタの負荷が大きく、 良好な加工面が得られない。 従って、 曲率半径が一定値 R in以下、 すなわちイ ンボリ ユー ト曲線 I

C上の点 P inより右側、 すなわち加工速度低減領域 I C aで は加工速度を減速して加工を行うものである。 勿論、 点 P 5 等の点 P mより右側では加工速度は指令された送り速度 Fで 加工を行う。

このような速度制御は、 イ ンボリ ユー ト曲線の補間時に曲 率半径を求め、 これを一定値 R mと比較して、 この値より曲 率半径 R aが小さいときは加工速度を減速することによって 行う。

第 1図は本発明のィ ンボリ ユ ー ト補間速度制御方式の処理 のフローチャー トである。 図において、 Sに続く数値はステ ップ番号を示す。

〔 S 1〕 ィ ンボリ ユ ー ト曲線を特定する回転方向、 送り速度、 基礎円の中心位置、 基礎円の半径、 終点の位置を指令する。 現在位置は制御装置のメモリにセッ トされている。

〔S 2〕 与えられた指令から始点と終点を結ぶィ ンボ リ ュー ト曲線の方程式を定める。

〔S 3〕 イ ンボリ ユ ー ト曲線上の現在位置 （イ ンボリ ユー ト 補間開始時は始点） における曲率半径 R aを求める。 パルス 分配ごとの曲率半径 R aの計算は以下の式から求められる。

R a = R * ( Θ - Θ 1 )

ただし、 イ ンボリ ユー ト曲線上の点の座標は上記に説明し たように、 X = R {cosO + ( Θ - Θ 1 ) sine} + X ₀

Y = R {sin© - ( θ - Θ 1 ) cosB} +Υ。

と表される。 ここで、 X、 Υは現在位置、 X。 、 Υ。 は基礎 円の中心の位置、 Rは基礎円 Cの半径、 Θはイ ンボリ ユー ト 曲線 I C上の点 Ρ (X, Υ) を通り、 この点 Ρからイ ンボリ ユ ート曲線 I Cに対して法線方向に基礎円と接する接線の接 点と点 0 (Χ。 ， Υ。 ） とを結ぶ線が X軸となす角度である。 角度 Θ 1はイ ンボリ ユー ト曲線の曲線開始点角度である。 〔S 4〕 イ ンボリ ユー ト曲線 I Cの曲率半径 R aを基準値 R mと比較する。 曲率半径 R aく Rmなら S 5へ、 そうでなけ れば V = 1として S 8へいく。

CS 5〕 加工速度を減速するためのオーバライ ド値 （V) を 求める。 オーバライ ド値は以下の式で求める。

V = R a /Rm

〔S 6〕 このオーバライ ド値が下限値 V nを下回るか調べ、 下回つたときは S 7、 そうでなければ S 8へいく。

〔S 7〕 オーバライ ド値が下限値 V n以下であるので、 ォー バラィ ド値を下限値 V nにクラ ンプする。

〔S 8〕 パルス分配ごとの角度 ©の増分△ Θの計算を以下の 式で実行する。

Δ Θ = V ♦ KZ {R · (θ - Θ 1 ) }

ただし、 Κ = r · (FZ 6 0 ) で、 てはパルス分配周期 [se c] 、 Fは送り速度 [mm/min] である。

〔S 9〕 パルス分配の計算を行う。

このサイ クルをイ ンボリユー ト曲線の終点 P e (Xe ， Y e ) に達するまで繰り返す。

第 3図は曲率半径とオーバライ ド値との対応を示す図であ る。 第 3図は第 2図のフローチャー トの S 4〜S 7でオーバ ライ ド値を求めるステップと対応する。 図では横軸は曲率半 径 R aであり、 縦軸はオーバライ ド値を表す。 曲率半径が一 定値 R m以上であるときは、 オーバライ ド値は 1 0 0 %であ り、 曲率半径 R aが R m以下になると、 直線的に低減し、 ォ —バライ ド値 Vが下限値 V nに達するとそこでクラ ンプされ これらの一定値 R m及び下限値 V nは実際に加工するヮ一 クの材質、 工具、 イ ンポリ ュー ト曲線の基礎円の大きさ等に よって、 判断して設定される。

このようにして基礎円近傍、 すなわち曲率半径が一定値以 下のときは加工速度が低減される。

第 4図は本実施例の数値制御装置の概略図である。 図にお いて、 テープ指令 1 は、 先に述べた指令をパンチしたテープ である。 テープリーダ 2は、 このテープ 1を読み取る。 前処 理手段 3は、 イ ンボリ ユー ト補間指令があるかを Gコ一ドか ら判断する。 イ ンボリユー ト補間データ作成手段 4は、 上記 に説明したィ ンポリ ユート補間に必要なデータを指令値から 作成する。 このとき、 同時に曲率半径を計算し、 一定値以下 のときはオーバライ ド値を求め、 このオーバライ ド値によつ て速度を低減させる。 パルス分配手段 5は、 イ ンボリ ユー ト 補間データ作成手段 4で作成されたデータから上記の式にも とずいて、 Θを増分させてイ ンボリ ユー ト曲線の各点を求め、 補間を行い、 パルスを分配する。 サーボ制御回路 6 は、 指令 によってサ一ボモ一タを駆動する。 サーボモータ 7は、 ボー - ルネジ等を介して機械 8を移動させる。

以上説明したように本発明では、 基礎円近傍のィ ンボリュ 一ト曲線の曲率半径の小さいところで加工速度を低減するよ うに構成したので、 カ ツタの負荷を軽減し、 良好な切削面を 得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. イ ンボリ ユー ト曲線を補間して数値制御加工を行う時 の加工速度を制御するィ ンボリ ュー ト補間速度制御方式にお いて、

前記ィ ンボリ ュー ト曲線の方程式から曲率を求め、 前記曲率が所定の値以下かどうかを判別し、

前記所定の値以下のときは、 オーバライ ド値によって、 加 ェ速度を低減することを特徴とするィ ンボリ ュー ト補間速度 制御方式。

2. 前記イ ンボ リ ユー ト曲線の方程式は、

前記イ ンボリ ユー ト曲線上の点を X、 Y、

前記ィ ンボリ ュー ト曲線上の点を通り、 前記ィ ンボリ ュ一 ト曲線に対して法線方向に前記ィ ンボリ ュー ト曲線の基礎円 と接する接線の接点と前記基礎円の中心とを結ぶ線と X軸と の角度を @、

前記ィ ンボリ ュー ト曲線の始点と前記基礎円の中心とを結 ぶ線が X軸となす角度を Θ 1、

前記基礎円の半径を Rとして、

X = R {cos® + ( Θ - Θ 1 ) sinB } + X ₀

Y = R {sine - (Θ - Θ 1 ) cosB} +γ ₀

で与えることによってイ ンボリ ユー ト曲線補間を行うことを 特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のィ ンボリ ユー ト補間 速度制御方式。

3. 前記送り速度オーバーライ ド値 Vは、 前記曲率半径が 一定値以下のときは直線的に減少し、 所定の下限値でクラ ン プされることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のィ ン ボリ ユー ト補間速度制御方式。