WO1991000558A1 - Involute interpolation error correction system - Google Patents

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WO1991000558A1
WO1991000558A1 PCT/JP1990/000671 JP9000671W WO9100558A1 WO 1991000558 A1 WO1991000558 A1 WO 1991000558A1 JP 9000671 W JP9000671 W JP 9000671W WO 9100558 A1 WO9100558 A1 WO 9100558A1
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curve
point
involute
end point
involute curve
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PCT/JP1990/000671
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takao Sasaki
Toshiaki Otsuki
Kunihiko Murakami
Masafumi Sano
Original Assignee
Fanuc Ltd
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Classifications

    • 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
    • G05B19/41—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 characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • G05B19/4103—Digital interpolation
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34144—Involute, evolute

Definitions

  • the present invention relates to an symbol interpolation error correction method for correcting errors due to symbol interpolation of a numerical controller or the like, particularly when an end point of the symbol curve is located near a base circle.
  • the present invention relates to an interpolation interpolation correction method for correcting an error such as a notched portion or an uncut portion. Background technique
  • R is the radius of the base circle
  • X is the radius of the base circle
  • Y is the center coordinate of the base circle.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of machining by a conventional symbol interpolation.
  • the base circle C is the circle that is the basis of the involute curve.
  • the coordinates of the center 0 of the base circle C are ( ⁇ ⁇ ⁇ 0), and the radius is R.
  • Point P s1 is the start point of the curve of the integral curve I ⁇ 1, and point P e1 is its end point.
  • Point A s 1 is the curve of arc curve A 1 It is the start point of the line and the point A e 1 is its end point.
  • Point A s 2 is the starting point of arc curve A 2 and point A e 2 is its ending point.
  • Point P s 2 is the curve start point of the involute curve In 2, and point P e 2 is its end point. The position coordinates and the like of these points are previously instructed to the numerical controller by a tape or the like.
  • the tool W interpolates according to a series of programmed command paths including the symbol curve In1, the arc curve A1, the arc curve A2, and the symbol curve In2.
  • the tool W interpolated the path shown by the dotted line Re, and the workpiece was cut off the shaded portion from the commanded machining shape. It is processed into a shape, a so-called notched shape.
  • the notch starts at a point Ps3 away from the base circle C by a radius of curvature Rs, and the amount of the notch gradually increases toward the point Pe1.
  • a cut is made in the normal direction of the involution curve In 1 by the distance De.
  • the cutting amount gradually decreases, and then goes to the point Ae1.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an involute curve interpolation error correction method capable of performing the above-described involute curve interpolation without cutting and uncut.
  • the actual machining shape machined according to the command of the first symbolic curve is cut.
  • a cut or uncut portion occurs, a radius of curvature from a base circle to a start point of the cut or uncut portion on the first involute curve and the first involute curve
  • the numerical controller can control the first involute unit.
  • an interpolating error correction method characterized in that a point shifted by the error amount in the normal direction is divided into a third symbolic curve which is the end point and interpolated. Is done. If the actual machining shape machined according to the command of the first involute curve has a cut or uncut portion, a cut or a cut on the first involute curve is made based on the added shape.
  • the first symbolic curve is divided into a second symbolic curve that does not require correction and a corrected symbolic third curve.
  • the first involute curve is a second involute curve with the start point of the cut or uncut as the end point, the start point is the start point, and the end point of the first involute curve.
  • a point deviated by the amount of error in the normal direction from the second is divided into a third symbolic curve which is the end point.
  • FIG. 1 is a diagram showing the state of the symbol interpolation using the symbol interpolation error correction method of the present invention.
  • FIG. 2 shows the state of machining by conventional symbol interpolation.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a numerical control device of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the error amount De of the cut or uncut portion and the radius of curvature Rs of the point P s 3 where the cut is started are estimated, and the numerical control device is given a parameter.
  • the amount of error De estimates the distance in the normal direction of the cut or uncut with reference to the end point Pe1 of the involute curve In1.
  • the radius of curvature R s estimates the distance from the base circle to the starting point P s3 of the notch or uncut portion on the symbol curve I ⁇ 1 based on the base circle C.
  • the values of the error amount De and the radius of curvature R S vary depending on various factors such as the material of the work and the type of the tool, and thus need to be determined based on empirical values such as trial cutting.
  • FIG. 1 is a diagram showing the state of the integral interpolation by the integral interpolation error correction method of the present invention, and corresponds to FIG. Therefore, the same elements as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • an involute curve In 3 is an involute curve in which a portion where a cut has occurred is corrected.
  • the start point of this symbolic curve In 3 is the point P s 3 where the cut starts, and the end point is the point Pe 3 shifted from the point Pe 1 by the error amount De in the normal direction.
  • the arc curve A3 is started by the Inbrare curve In3.
  • the point is changed to the same point A s3 as the point P e 3, and the end point is the corrected arc curve which is the same point A e1 as the arc curve A 1.
  • the following processing is performed inside the numerical controller based on the error amount De and the radius of curvature Rs set in the numerical controller as described above.
  • the involute curve without cut can be interpolated.
  • the connection between the involute curve In1 and the arc curve A1 has been described.
  • the involute curve may be connected to another command path such as a straight line, a spline curve, or an involute curve.
  • both paths can be connected smoothly by changing the starting point of the command path.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the numerical controller of the present embodiment.
  • tape command 1 is a tape on which the above-mentioned command has been punched.
  • the tape reader 2 reads this tape 1.
  • the preprocessing means 3 determines from the G command whether or not there is an integral interpolation command.
  • the symbol interpolation data creation means 4 uses the data necessary for the symbol interpolation as described above on the basis of the radius of curvature R s and the error amount De set as command values and parameters.
  • Create The pulse distributing means 5 increments ⁇ based on the above formula from the data created by the involute interpolation data creating means 4 so that the tangential velocity of the involute curve becomes constant. Find each point on the curve, interpolate, and distribute the pulse.
  • the servo control circuit 6 drives the servo motor according to the command.
  • the servomotor 7 moves the machine 8 via a ball screw or the like.
  • an involute curve is automatically generated based on an error amount of a notched or uncut portion set as a parameter in a numerical control device and a radius of curvature at which correction is started. Can be changed, and it is possible to obtain a high-precision involute curve cut surface with no cutting or uncut.

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Description

明 細 イ ンボリ ユー ト補間誤差補正方式 技 術 分 野
本発-明は数値制御装置等のィ ンボリ ュ — ト補間による誤差 を補正するィ ンボリ ュー ト補間誤差補正方式に関し、 特に基 礎円近傍にィ ンボリ ュ 一 ト曲線の終点が位置する場合に生じ る切り込み又は削り残し等の誤差を補正するィ ンボリ ユ ー ト 補間誤差補正方式に関する。 背 景 技 '術
数値制御装置等の曲線補間の中で特にィ 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、 直線データに分解して、 このテープで数値制御加工を行 うのが一般的であった。
これに対して、 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。
このィ ンボリ ュー 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 = R {cos(e + Θ 1) + Θ sin(e + Θ 1)} + X 0
Υ = R {sin(e + Θ 1)- Θαοε(Θ + Θ 1)} + Υ。 で与え、
Θを Θ = ( Θ 2 - β 1 ) から Θ = ( Θ 3 - θ 1 ) までの範 囲で、 その増分量を
Figure imgf000004_0001
で増分させ、 これに対応した点 X IHI Y n 11 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。
ここで、 Rは基礎円の半径、 X。 及び Y。 は基礎円の中心 座標である。
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 KZ (R - θ) 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 る。
しかし、 従来のィ ンボリ ュ一ト補間速度制御方式では、 基 礎円近傍のようにイ ンボリ ユー ト曲線の曲率半径が比較的小 さいところでは、 サーボ応答遅れやワークの熱変形等の影響 によって削り残し又は切り込みが生じるといつた問題があつ ο
第 2図は従来のィ ンボリ ュ一ト補間による加工の様子を示 す図である。 図において、 基礎円 Cはイ ンボリ ユー 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 （Χ ο Υ 0 ) であり、 半径は Rである。
点 P s 1 はイ ンボリ ユー ト曲線 I η 1の曲線開始点であり、 点 P e 1 はその終了点である。 点 A s 1 は円弧曲線 A 1の曲 線開始点であり、 点 A e 1 はその終了点である。 点 A s 2は 円弧曲線 A 2の曲線開始点であり、 点 A e 2はその終了点で ある。 点 P s 2はイ ンボリ ユー ト曲線 I n 2の曲線開始点で あり、 点 P e 2 はその終了点である。 これらの点の位置座標 等は予めテープ等によって数値制御装置に指令される。
工具 Wはィ ンボリ ユー ト曲線 I n 1 と、 円弧曲線 A 1 と、 円弧曲線 A 2 と、 イ ンボリ ユー ト曲線 I n 2 とからなる一連 のプログラム指令通路に従って補間移動する。 しかしながら、 このプログラムに基づいて実際に加工してみると、 工具 Wは 点線 R eに示すような通路を補間してしまい、 それに伴って 被加工物は指令された加工形状から斜線部分を削り取った形 状、 いわゆる切り込みの生じた形状に加工される。
この切り込み形状は、 基礎円 Cから曲率半径 R s離れた点 P s 3から切り込みが始まり、 点 P e 1 に向かうに従ってそ の切り込み量も徐々に大きくなる。 点 P e 1ではイ ンボ リ ュ ー ト曲線 I n 1の法線方向に距離 D eだけ切り込んだ状態に なる。 イ ンボリ ユー ト曲線 I n 1の補間終了後、 円弧曲線 A 1の補間においては、 切り込み量は徐々に減少しながら、 点 A e 1へ向かう。
この切り込みはィ ンボリ ュー ト曲線 I n 1の曲率半径の小 さい部分と、 その継ぎ目に当たる円弧曲線 A 1の部分という 高精度の要求される部分で発生するため、 数値制御装置でィ ンボ リ ュー ト曲線を補間加工する場合の重要な間題となって いた。
以上はィ ンボリ ュー ト曲線の凸部を加工する場合に生じて いた切り込み現象について説明したが、 イ ンボリ ユー ト曲線 の M部では逆に削り残し現象が生じ、 同じ様に問題となって いた。 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、 上述 のような切り込み及び切り残しのないィ ンボリ ュー ト曲線補 間を行えるィ ンボリ ュー ト曲線補間誤差補正方式を提供する 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、
数値制御装置等のィ ンボリ ユ ー ト補間による誤差を補正す るィ ンボリ ユ ー ト補間誤差補正方式において、 第 1のィ ンボ リュー ト曲線の指令に応じて加工された実際の加工形状に切 り込み又は削り残しが生じた場合に、 前記第 1のィ ンボリ ュ 一ト曲線上における前記切り込み又は削り残しの開始点まで の基礎円からの曲率半径と、 前記第 1のイ ンボリ ユー ト曲線 の終点における前記切り込み又は削り残しの法線方向の誤差 量とを前記加工形状から求め、 パラメータとして前記数値制 御装置に設定することによって、 前記数値制御装置は、 前記 第 1のイ ンボリ ユー ト曲線を前記切り込み又は削り残しの開 始点が終点である第 2 のィ ンボ リ ュー ト曲線と、 前記開始点 が始点であり、 前記第 1のイ ンボリ ユー ト曲線の終点から法 線方向に前記誤差量だけずれた点が終点である第 3のィ ンボ リ ユ ー ト曲線とに分割して補間することを特徴とするィ ンボ リ ュ一ト補間誤差補正方式が提供される。 第 1 のィ ンボリ ュー ト曲線の指令に応じて加工された実際 の加工形状に切り込み又は削り残しが生じた場合に、 その加 ェ形状を基に第 1のイ ンボリ ユー ト曲線上における切り込み 又は削り残しの開始点までの基礎円からの曲率半径と、 第 1 のイ ンボリ ユー ト曲線の終点に対する切り込み又は削り残し の法線方向の誤差量とを見積もる。 見積もった値をパラメ一 タとして数値制御装置に設定する。 これらの値によって、 第 1のィ ンボリ ユー ト曲線を補正の必要ない第 2のイ ンボリ ュ 一ト曲線と、 補正された第 3のィ ンボリ ュ 一 ト曲線とに分割 する。 即ち、 第 1のイ ンボリ ユー ト曲線を切り込み又は削り 残しの開始点が終点である第 2のイ ンボリ ユー ト曲線とし、 その開始点が始点であり、 第 1のイ ンボリ ユー ト曲線の終点 から法線方向に誤差量だけずれた点が終点である第 3のィ ン ボリ ユー ト曲線とに分割する。
従って、 切り込み又は削り残しの生じた部分の第 1のイ ン ボリ ユ ー ト曲線は新たな第 3のィ ンボリ ユ ー ト曲線に変更さ れるので、 変更後のィ ンボリ ュー ト曲線に基づいて加工を行 うと工具は最初の指令通路を補間するようになり、 切り込み 又は削り残しのない加工形状を得ることが可能となる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明のィ ンボリ ユ ー ト補間誤差補正方式による イ ンボリ ユー ト補間の様子を示す図、
第 2図は従来のィ ンボリ ュー ト補間による加工の様子を示 す図、 第 3図は本発明の数値制御装置の概略を示す図である。 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。
本実施例では第 2図に示すような試切削を行った後、 切り 込み又は削り残しの誤差量 D eと、 切り込みが始まる点 P s 3の曲率半径 R sを見積もり、 数値制御装置にパラメ ータと して設定する。 誤差量 D eはイ ンボリ ユー ト曲線 I n 1の終 点 P e 1を基準に切り込み又は削り残しの法線方向の距離を 見積もる。 曲率半径 R sは基礎円 Cを基準にィ ンボリ ュー ト 曲線 I η 1上における切り込み又は削り残しの開始点 P s 3 までの基礎円からの距離を見積もる。 但し、 誤差量 D e及び 曲率半径 R Sの値は、 ワークの材質及び工具の種類等の各種 の要因によって変動する値なので、 試切削等の経験値に基づ いて決定する必要がある。
第 1図は本発明のィ ンボリ ュ一ト補間誤差補正方式による イ ンボリ ユ ー ト補間の様子を示す図であり、 第 2図と対応し ている。 従って、 第 2図と同一の要素には同一の符号が付し てあるので、 その説明は省略する。
第 1図において、 イ ンボリユー ト曲線 I n 3は切り込みが 生じた部分の補正されたイ ンボリ ユー ト曲線である。 このィ ンボリ ユー ト曲線 I n 3の始点は切り込みが始まる点 P s 3 であり、 終点は点 P e 1から法線方向に誤差量 D eだけずれ た点 P e 3である。
円弧曲線 A 3はイ ンボリ ユ ー ト曲線 I n 3によってその始 点が点 P e 3 と同じ点 A s 3に変更され、 終点は円弧曲線 A 1 と同じ点 A e 1である補正後の円弧曲線である。
以上のようにして数値制御装置にパラメ 一夕設定された誤 差量 D e及び曲率半径 R sに基づいて数値制御装置内部では 以下のような処理が行なわれる。
( a ) 曲率半径 R sを基にィ ンボリ ユー ト曲線 I n 1上の点 P s 3の座標を求める。
( b ) イ ンボリ ユー ト曲線 I n 1の終点 P e 1を点 P s 3に 変更する。 即ち、 イ ンボリ ユー ト曲線 I n 1を始点 P s 1、 終点 P s 3の新たなィ ンボリユート曲線とする。
( c ) 点 P s 3を始点とし、 点 P e 1から誤差量 D eだけ法 線方向にシフ ト した位置を終点 P e 3とするイ ンボリ ユー ト 曲線 I n 3を求める。
( d ) 円弧曲線 A 1の始点を点 P e 3と同じ位置の点 A s 3 とし、 その終点を円弧曲線 A 1の終点 A e 1 とする円弧曲線 A 3に変更する。
以上の一連の処理によって得られたィ ンボリ ュー ト曲線に 基づいて補間を行うことによつて切り込みのないイ ンボリ ュ 一ト曲線の補間ができる。
なお、 上記 （ c ) の処理は、 特開昭 6 4— 5 7 3 1 3号公 報に記載のィ ンボリ ュー ト補間方式によって行う。 即ち、 ィ ンボリ ュー ト曲線 I n 3のようにその始点 P s 3 と終点 P e 3とが同一のィ ンボリ ュー ト曲線上に存在しないので、 その イ ンボリ ユー ト ¾線の法線方向成分をィ ンボリ ュー ト曲線の 巻角度に比例して誤差量 D eだけ変化させる。 これにより、 イ ンボリ ユー ト曲線 I n 1 とイ ンボリ ユー ト曲線 I II 3とは 滑らかに接続される。
以上の実施例では、 イ ンボリ ユー ト曲線 I n 1 と円弧曲線 A 1 との間の接続に関して説明したが、 イ ンボリ ユー ト曲線 が他の指令通路、 例えば、 直線、 スプライ ン曲線、 イ ンボリ ユ ー ト曲線等に接続する場合にも、 同様に指令通路の始点を 変更することによって、 両通路を滑らかに接続することがで さ 。
第 3図に本実施例の数値制御装置の概略図を示す。 図にお いて、 テープ指令 1 は、 先に述べた指令がパンチされたテー 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どうかを G コ 一 ドから判断する。 ィ 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 ンボリ ユ ート補間に必要なデータを指 令値及びパラメ ータとして設定されている曲率半径 R s及び 誤差量 D eを基に作成する。 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 式に基づいて、 Θをイ ンボリ ユート曲線の接線速度が一定に なるように増分させてィ ンボリ ュー 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 よってサーボモータを駆動する。 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。
以上の実施例では、 切り込みの場合について説明したが、 削り残しの場合も削り残しの始まる点の曲率半径と、 削り残 した点の誤差量とをパラメ 一夕設定してやることによって同 様にィ ンボ リ ュ一ト補間誤差の補正された切削加工を行うこ とができる。
以上説明したように本発明によれば、 数値制御装置内でパ ラメ ータとして設定された切り込み又は削り残しの誤差量及 び補正を開始する曲率半径に基づいて自動的にィ ンボリ ュー ト曲線の指令通路を変更することができ、 切り込みや削り残 しのない高精度のィ ンボリ ユー ト曲線の切削面を得ることが 可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 数値制御装置等のィ ンボリ ュー ト補間による誤差を補 正するィ ンボリ ュ一ト補間誤差補正方式において、
第 1のイ ンボリ ユー ト曲線の指令に応じて加工された実際 の加工形状に切り込み又は削り残しが生じた場合に、 前記第
1のィ ンボリ ユ ー ト曲線上における前記切り込み又は削り残 しの開始点までの基礎円からの曲率半径と、 前記第 1のイ ン ボリ ユ ー ト曲線の終点における前記切り込み又は削り残しの 法線方向の誤差量とを前記加工形状から求め、 パラ メ ータ と して前記数値制御装置に設定することによって、
前記数値制御装置は、 前記第 1のイ ンボリ ユー ト曲線を前 記切り込み又は削り残しの開始点が終点である第 2のィ ンボ リ ュー ト曲線と、 前記開始点が始点であり、 前記第 1のイ ン ボリ ユ ー ト曲線の終点から法線方向に前記誤差量だけずれた 点が終点である第 3のィ ンボリ ユ ー ト曲線とに分割して補間 することを特徴とするィ ンボリ ユ ー ト補間誤差補正方式。
2 .. 前記第 1のイ ンボリ ユー ト曲線の終点を始点とする曲 線又は直線が前記第 1のィ ンボリ ュー ト曲線に接続されてい るとき、 前記曲線又は直線の始点を前記第 3のイ ンボリ ユ ー ト曲線の終点に変更することを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載のィ ンボリ ユ ー ト補間誤差補正方式。
3 . 前記曲線は円弧曲線、 スプラィ ン曲線又はィ ンボリ ュ 一 ト曲線であることを特徵とする特許請求の範囲第 2項記載 のイ ンボリ ユ ー ト補間誤差補正方式。
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