WO2022138843A1 - 数値制御装置 - Google Patents

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大樹 村上
宏之 河村
次郎 藤山
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ファナック株式会社
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    • G05B2219/40449—Continuous, smooth robot motion

Definitions

  • the present invention relates to a numerical control device.
  • the CNC (Computerized Manufacturing Control) program 200 generated by the CAM (Computer Aided Manufacturing) device arranges the coordinate values (coordinate values of the command point 403) that the feed axis of the machine tool should pass through, as illustrated in FIG. It is a thing.
  • the numerical control device reads the CNC program 200, performs path generation and speed planning according to the commanded coordinate values, and based on the result, drives and controls the drive unit of the machine tool to be controlled along the axis to control the tool.
  • the work 401 is machined by moving the 402.
  • reference numeral 404 indicates a tool path
  • reference numeral 405 indicates a control point path.
  • the CAM device creates a tool path from a free curved surface created on a CAD (Computer Aided Design) device and replaces it with a CNC program.
  • CAD Computer Aided Design
  • the tool path is generally replaced with a set of coordinate values, information about the shape of the CAD model among the coordinate values is lost. Therefore, when controlling a machine tool based on the CNC program, linear interpolation is performed between the coordinate values listed in the CNC program, the original shape and tool path are predicted, and path generation and speed control are performed. (For example, Patent Document 1 etc.).
  • the error between the CAD model and the machining result (deterioration of machining accuracy), the deterioration of the machining surface quality due to the fluctuation of the machining speed, and the cycle due to unnecessary deceleration occur.
  • Problems such as increased time (occurring as a result of overestimating acceleration) may occur.
  • a method may be adopted to reduce the margin of error when generating a CNC program with a CAM device to less than 1 ⁇ m. If such a method is adopted, the CNC program may be adopted.
  • Other problems arise, such as increased size and increased calculation time.
  • the numerical control device adds additional information about the shape lost when the CAM device generates the CNC program to the CNC program. Additional information to be added may include curvature, radius of curvature, curve function, and the like. Further, the numerical control device according to the present invention uses additional information when executing the CNC program to perform correction processing of command coordinates, interpolation processing between command coordinates, or speed control processing. In these processes, additional information is used directly instead of changing the numerical control parameters. The additional information may be transferred to the numerical control device together with the CNC program (command coordinate value), or may be transferred to the numerical control device by a means different from the CNC program (command coordinate value). ..
  • one aspect of the present invention is a numerical control device that controls a machine equipped with the tool based on a CNC program including a plurality of command points for commanding the movement of the tool, the CNC program and additional information of the CNC program. It includes a reading analysis unit that reads the above, a path generation unit that determines the movement path of the tool, and a speed control unit that determines the speed at which the tool is moved according to the movement path of the tool. The additional information is used in the route generation unit to generate a route between command points including the command point.
  • the additional information includes the required surface roughness of the work, the dimensions of the drawing, the work shape expressed by the mathematical formula, the jerk of the tool path, the tool path expressed by the mathematical formula, the amount of change in the tool vector, and the tool tip point.
  • machining accuracy can be improved without increasing the program size (command coordinate point number) and calculation time.
  • FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing a main part of a numerical control device according to the first embodiment of the present invention.
  • the numerical control device 1 has a function of controlling an industrial machine 3 such as a machine tool or a 5-axis machine tool based on a CNC program.
  • the CPU 11 included in the numerical control device 1 is a processor that controls the numerical control device 1 as a whole.
  • the CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 22 and controls the entire numerical control device 1 according to the system program. Temporary calculation data, display data, various data input from the outside, and the like are temporarily stored in the RAM 13.
  • the non-volatile memory 14 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown), an SSD (Solid State Drive), or the like, and the storage state is maintained even when the power of the numerical control device 1 is turned off.
  • the non-volatile memory 14 contains control programs and data read from the external device 72 via the interface 15, control programs and data input from the input device 71 via the interface 18, and a fog computer via the network 5. Control programs, data, and the like acquired from other devices such as 6 and the cloud server 7 are stored.
  • the data stored in the non-volatile memory 14 relates to, for example, the position, speed, acceleration, load of each motor included in the industrial machine 3, and each physical quantity detected by a sensor (not shown) attached to the industrial machine 3. Data and the like may be included.
  • the control program or data stored in the non-volatile memory 14 may be expanded in the RAM 13 at the time of execution / use. Further, various system programs such as a known analysis program are written in the ROM 12 in advance.
  • the interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the numerical control device 1 and an external device 72 such as an external storage medium. From the external device 72 side, for example, a control program and setting data used for controlling the industrial machine 3 are read. Further, the control program, setting data, etc. edited in the numerical control device 1 can be stored in an external storage medium such as a CF card or a USB memory (not shown) via the external device 72.
  • the PLC (programmable logic controller) 16 executes a ladder program and is attached to the industrial machine 3 and peripheral devices of the industrial machine 3 (for example, a tool changer, an actuator such as a robot, or an industrial machine 3). A signal is output and controlled via the I / O unit 19 to a sensor such as a temperature sensor or a humidity sensor. Further, the PLC 16 receives signals from various switches and peripheral devices of the operation panel installed in the main body of the industrial machine 3, performs necessary signal processing, and then passes the signals to the CPU 11.
  • the interface 20 is an interface for connecting the CPU 11 of the numerical control device 1 and the wired or wireless network 5.
  • the network 5 communicates using technologies such as serial communication such as RS-485, Ethernet (registered trademark) communication, optical communication, wireless LAN, Wi-Fi (registered trademark), and Bluetooth (registered trademark). It may be there.
  • Other devices such as CAD device 8 and CAM device 9 and higher-level management devices such as fog computer 6 and cloud server 7 are connected to the network 5, and data is exchanged with and from the numerical control device 1. Is going.
  • each data read on the memory, data obtained as a result of executing the program, etc. are output and displayed via the interface 17.
  • the input device 71 composed of a keyboard, a pointing device, and the like passes commands, data, and the like based on operations by the operator to the CPU 11 via the interface 18.
  • the axis control circuit 30 for driving the drive unit included in the industrial machine 3 along the axis receives a movement command amount related to the axis from the CPU 11 and outputs a command related to the axis to the servo amplifier 40, respectively.
  • the servo amplifier 40 drives the servomotors 50 that move the drive unit of the industrial machine 3 along the axis.
  • the shaft servomotor 50 has a built-in position / speed detector, and feeds back the position / speed feedback signal from the position / speed detector to the shaft control circuit 30, respectively, to perform position / speed feedback control.
  • Only one axis control circuit 30, servo amplifier 40, and servo motor 50 are shown in the hardware configuration diagram of FIG. 1, the axis provided in the industrial machine 3 to be controlled is actually used. As many as the number of are prepared.
  • the spindle control circuit 60 receives a spindle rotation command and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 61.
  • the spindle amplifier 61 receives this spindle speed signal and rotates the spindle motor 62 of the industrial machine 3 at the commanded rotation speed.
  • a position coder 63 is coupled to the spindle motor 62, the position coder 63 outputs a feedback pulse in synchronization with the rotation of the spindle, and the feedback pulse is read by the CPU 11.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of the functions included in the numerical control device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • Each function of the numerical control device 1 according to the present embodiment is realized by the CPU 11 included in the numerical control device 1 shown in FIG. 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the numerical control device 1. ..
  • the numerical control device 1 of the present embodiment includes a reading analysis unit 100, a route generation unit 110, a speed control unit 120, and a control unit 130. Further, in the RAM 13 to the non-volatile memory 14 of the numerical control device 1, the CNC program 200 used for controlling the industrial machine 3 and the additional information 210 related to the CNC program 200 are stored.
  • the read analysis unit 100 executes a system program read from the ROM 12 by the CPU 11 provided in the numerical control device 1 shown in FIG. 1, and performs arithmetic processing mainly by the CPU 11 using the RAM 13 and the non-volatile memory 14. It is realized by.
  • the reading analysis unit 100 reads and analyzes the CNC program 200 and the additional information related to the CNC program, and outputs each command included in the CNC program 200 in association with the additional information.
  • the additional information 210 associated with each command may include the shape of the work in the range machined by each command, the required quality, the required accuracy, the acceleration and jerk of the tool, and the like.
  • the additional information 210 is expressed by the curvature of the work in the range machined by each command, the dimensions of the drawing, the work shape expressed by the mathematical formula, the curvature of the tool path, the jerk of the tool path, and the mathematical formula.
  • Tool path change amount of tool vector, curvature of cutting point path, cutting point path expressed by mathematical formula, jerk of cutting point path, required surface roughness of workpiece, preset accuracy level, workpiece requirement It may include accuracy, acceleration of the tool tip point, acceleration of the cutting point path, jerk of the tool tip point, jerk of the cutting point path, and the like.
  • the additional information 210 may be created in any format as long as it can be associated with each command of the CNC program 200.
  • each position (number of lines, etc.) of the additional information 210 may be created so as to correspond to the position (number of lines, etc.) of each command in the CNC program 200, or the block number. It may be possible to grasp the correspondence by such means. Further, a code or the like may be separately assigned so that the correspondence relationship can be grasped. Further, the additional information 210 may be added in the vicinity of the corresponding command (after the command, etc.) in the CNC program 200. In the example of FIG.
  • each axial component of the radius of curvature of X, Y, and Z is shown by Rx, Ry, and Rz as additional information.
  • the additional information may indicate information at the command point position.
  • the curvature or the like can indicate the curvature at the command point.
  • the additional information may indicate information related to the processing of the curve from the previous command point to the command point. For example, when the tool path expressed by a mathematical formula is used as additional information, as illustrated in FIG. 4, the path showing the curve from the previous command point to the command point is set as a parameter with a predetermined parameter.
  • ⁇ may be expressed by a mathematical formula, or may be expressed in a range such as a general polynomial represented by x, y, z (including a linear expression), a NURBS curve, an arc function, or the like.
  • Formulas, torsions, jerks, etc. are suitable for showing information related to the processing of a curve from a previous command point to the command point.
  • the route generation unit 110 is realized by executing a system program read from the ROM 12 by the CPU 11 included in the numerical control device 1 shown in FIG. 1 and performing arithmetic processing mainly by the CPU 11 using the RAM 13 and the non-volatile memory 14. Will be done.
  • the route generation unit 110 generates a tool route between command points based on each command included in the CNC program 200 input from the reading analysis unit 100 and the additional information 210 associated with the command.
  • the path generation unit 110 is given the radius of curvature R xi , R yi , R zi at the command point P i by the additional information 210 to the cutting command to reach the command point P i , and reaches the command point P i + 1 .
  • the command points P i and P i + 1 are set as the start point and the end point, respectively, and the curvature is near the command point P i .
  • a curve with radii R xi , R yi , and R zi and curvature radii R xi + 1 , R yi + 1 , and R zi + 1 in the vicinity of the command point P i + 1 is calculated as the tool path.
  • the curve of the torsion ⁇ (s) with the plane including the axis direction vector of the tool and the movement direction vector of the tool as the reference plane is used as the tool path.
  • a curve having the command points P i and P i + 1 calculated by the mathematical formula as the start point and the end point, respectively, may be calculated as the tool path.
  • additional information 210 related to the work and additional information 210 related to the cutting point path are given, the tool path that becomes the specified work shape and cutting point path can be calculated in consideration of the tool length, tool width, etc. good.
  • the route generation unit 110 further adds or deletes command points and corrects the position of the command points when there is a disorder in the sequence of command points composed of a plurality of command points commanded by the CNC program 200 as needed.
  • a smoother machined surface may be obtained.
  • FIG. 5 it is assumed that there is a command path 406 in which the command point 403 is missing as compared with the adjacent command path 407.
  • a command point 408 is added so that the step between the command path 406 and the adjacent command path 407 becomes small.
  • an unnecessary command point 409 (although it is within tolerance as compared with a command path when there is no command point or an adjacent command path) as compared with the adjacent command path 407. It is assumed that a redundant point) was included. In such a case, it is possible to determine whether or not the point should be deleted by referring to the curvature, the path equation, etc. given as additional information associated with the command. For example, when the amount of deviation from the equation of the route is large only at the command point 409, or when the curvature of the additional information 210 does not change so much, but the curvature is small or large only in the vicinity of the command point 409 of the command path. By deleting the command point 409, a step between the command point and the adjacent command point is eliminated, and a clean machined surface can be obtained.
  • the route generation unit 110 may perform smoothing processing on a command point sequence composed of a plurality of command points. For example, as shown in FIG. 9, when an approximate curve is created from a command point sequence by the least squares method or the like, a deviation may occur between the command point and the approximate curve. When the fluctuation of the curvature in a certain section is small or the curvature changes slowly, it can be judged that the path in this section can be approximated by a low-order polynomial such as a second order or a third order. It is considered that the deviation of the approximate curve is due to some calculation error. Therefore, it can be determined that the tool movement does not need to follow this deviation.
  • the route generation unit 110 may perform a smoothing process for smoothing each command point and correcting it to a smooth command path. This smoothing may be performed on an approximate curve, or may be smoothed by applying some sort of filter such as a moving average filter.
  • the speed control unit 120 executes a system program read from the ROM 12 by the CPU 11 provided in the numerical control device 1 shown in FIG. 1, and performs arithmetic processing mainly by the CPU 11 using the RAM 13 and the non-volatile memory 14. It is realized by.
  • the speed control unit 120 calculates the moving speed of the tool according to the route.
  • the speed control unit 120 uses additional information for the cutting command to move the tool from the command point P i to the command point P i + 1 , for example, to provide additional information related to the machining quality of the work (work required surface roughness and work request). If accuracy etc.) is given, the moving speed of the tool is calculated so that the acceleration and jerk are the upper limit acceleration and jerk within the range that can satisfy the quality when moving the tool path to be machined. ..
  • the curvature, etc., acceleration, and jerk range of the tool path satisfying the predetermined quality may be obtained in advance by an experiment or the like and stored in the non-volatile memory 14.
  • the relationship between the surface roughness R and the velocity V can be shown by the following equation (1).
  • Const is a predetermined constant. Therefore, the speed V obtained as a result of solving the equation 1 may be set as the speed limit, and the acceleration and jerk may be controlled within a range not exceeding the speed on a curve or the like to control the speed.
  • Equation 2 Equation 3 Equation 4, s (> 0) is the path length parameter, ⁇ is the curvature, ⁇ is the torsion, T is the tangent vector, n is the normal vector, and b is the normal vector. , V is the absolute value of velocity.
  • the path generation unit 110 based on the additional information 210 may only generate the tool path, or the speed control unit 120 based on the additional information 210 may only control the moving speed of the tool. May be good.
  • These path generation and speed control may be appropriately and selectively performed according to the purpose of machining.
  • the control unit 130 executes a system program read from the ROM 12 by the CPU 11 included in the numerical control device 1 shown in FIG. 1, and mainly performs arithmetic processing using the RAM 13 and the non-volatile memory 14 by the CPU 11 and an axis control circuit 30. It is realized by performing the control processing of the industrial machine 3 used.
  • the control unit 130 controls the movement of the drive unit of the industrial machine 3 based on the tool path generated by the route generation unit 110 and the movement speed determined by the speed control unit 120.
  • the control unit 130 controls each axis control circuit 30 so that the movement path of the tool becomes the tool path generated by the path generation unit 110 and the movement speed of the tool becomes the movement speed determined by the speed control unit 120. By distributing the movement amount to, the tool path and the movement speed of the tool are controlled.
  • the numerical control device 1 having the above configuration can generate a tool path based on the additional information 210 by giving additional information 210 related to the shape of the work created by CAD to each command point. , The machining accuracy between command points can be improved. Since it is not necessary to increase the command points in the CAM, this process can be performed without increasing the size (number of command coordinate points) and the calculation time of the CNC program 200 more than necessary. In addition, by giving additional information related to speed at each command point, more appropriate acceleration / deceleration control is possible, cycle time improvement and machining accuracy improvement are expected, and it is expected that a smoother machining surface can be obtained. To.
  • the present invention is not limited to the examples of the above-described embodiments, and can be implemented in various embodiments by making appropriate changes.
  • the additional information 210 is stored in the RAM 13 to the non-volatile memory 14 of the numerical control device 1, but the CNC program 200 and the additional information 210 are, for example, a CAD device 8 or a CAM device. Processing may be performed while reading directly from 9 via the network 5, or similarly, processing may be performed while reading from the fog computer 6 or the cloud server 7 via the network 5.

Abstract

数値制御装置１は、ＣＮＣプログラム２００と付加情報２１０とを読取る読み取り解析部１００と、工具の移動経路を決定する経路生成部１１０と、工具の移動経路に従って工具を移動する速度を決定する速度制御部１２０と、を備え、ＣＮＣプログラムサイズや制御に伴う計算時間を必要以上に増加させずに、加工誤差、加工面質の悪化、又はサイクルタイムの増加を低減させる。

Description

数値制御装置
　本発明は、数値制御装置に関する。
　ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置が生成するＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラム２００は、図１０に例示されるように、工作機械の送り軸が通過すべき座標値（指令点４０３の座標値）を並べたものである。数値制御装置は、ＣＮＣプログラム２００を読み込み、指令された座標値に従って経路生成及び速度計画を行い、その結果に基づいて制御対象となる工作機械の駆動部を軸に沿って駆動制御することで工具４０２を移動し、ワーク４０１を加工する。図１０において、符号４０４は工具経路を、符号４０５は制御点経路を示している。
　ＣＡＭ装置は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）装置の上で作成された自由曲面から工具経路を作成し、ＣＮＣプログラムに置き換える。このとき、一般には工具経路は座標値の集合に置き換えられるため、座標値の間でＣＡＤモデルがどのような形状であったかに関する情報が失われる。そのため、ＣＮＣプログラムに基づいて工作機械を制御する際には、ＣＮＣプログラムに羅列される座標値の間を直線補間したり、元の形状、工具経路を予測して、経路生成や速度制御している（例えば、特許文献１など）。
特開２０１３－１７１３７６号公報
　しかしながら、失われた情報を予測に基づいて補間した場合、ＣＡＤモデルと加工結果との誤差（加工精度の悪化）、加工速度の変動による加工面質の悪化、不要な減速が発生する事によるサイクルタイムの増加（加速度を過大に評価した結果として発生する）等の問題が生じる可能性がある。ＣＡＤモデルと加工結果との誤差を減らすために、ＣＡＭ装置でＣＮＣプログラムを生成する際の許容誤差を１μｍ未満に小さくする手法を採る場合もあるが、このような手法を採った場合、ＣＮＣプログラムのサイズの増加や計算時間の増加等の他の問題が生じる。
　ＣＮＣプログラムサイズや制御に伴う計算時間を余り増加させずに、加工誤差、加工面質の悪化、又はサイクルタイムの増加、を低減させる技術が望まれている。
　本発明による数値制御装置は、ＣＡＭ装置がＣＮＣプログラムを生成する際に失われた形状に関する付加情報を、該ＣＮＣプログラムに追加する。追加する付加情報は、曲率、曲率半径、曲線関数などを含んでいてよい。また、本発明による数値制御装置は、ＣＮＣプログラムを実行する際に付加情報を利用して、指令座標の補正処理、指令座標間の補間処理、又は速度制御処理を行う。これらの処理では、数値制御パラメータを変更するのではなく、付加情報を直接利用する。なお、付加情報は、ＣＮＣプログラム（指令座標値）と併せて数値制御装置へ転送してもよいし、ＣＮＣプログラム（指令座標値）とは別の手段で数値制御装置へと転送してもよい。
　そして、本発明の一態様は、工具の移動を指令する複数の指令点を含むＣＮＣプログラムに基づいて前記工具を備えた機械を制御する数値制御装置において、前記ＣＮＣプログラムと該ＣＮＣプログラムの付加情報とを読み取る読み取り解析部と、前記工具の移動経路を決定する経路生成部と、前記工具の移動経路に従って前記工具を移動する速度を決定する速度制御部と、を含む。前記付加情報は、前記経路生成部において指令点を含む指令点間の経路生成に使用される。そして、前記付加情報は、ワークの要求面粗度、図面の寸法、数式で表現されたワーク形状、工具経路の捩率、数式で表現された工具経路、工具ベクトルの変化量、工具先端点の加加速度、切削点経路の捩率、数式で表現された切削点経路、切削点経路の加加速度、予め設定された精度レベル、ワークの曲率、工具経路の曲率、切削点経路の曲率、工具先端点の加速度、切削点経路の加速度、ワークの要求精度のうち少なくとも一つを含む。
　本発明の一態様により、プログラムのサイズ（指令座標点数）や計算時間を増やすことなく加工精度を向上できる。
第１実施形態による制御装置の概略的なハードウェア構成図である。 第１実施形態による制御装置の機能を示す概略的なブロック図である。 曲率半径により付加情報を与えた例を示す図である。 数式により付加情報を与えた例を示す図である。 指令点を追加する必要がある指令点列の例を示す図である。 指令点を追加した指令点列の例を示す図である。 削除する対象となる指令点の例を示す図である。 位置を補正する対象となる指令点の例を示す図である。 平滑化処理の例を示す図である。 従来技術によるＣＮＣプログラムと加工経路の例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
　図１は本発明の第１実施形態による数値制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。数値制御装置１は、例えば工作機械や５軸加工機などの産業用機械３をＣＮＣプログラムに基づいて制御する機能を備える。
　本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２２を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
　不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた制御用プログラムやデータ、インタフェース１８を介して入力装置７１から入力された制御用プログラムやデータ、ネットワーク５を介してフォグコンピュータ６やクラウドサーバ７等の他の装置から取得された制御用プログラムやデータ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶されるデータは、例えば産業用機械３が備える各モータの位置や速度、加速度、負荷、その他の産業用機械３に取り付けられた図示しないセンサで検出された各物理量に係るデータ等が含まれていてよい。不揮発性メモリ１４に記憶された制御用プログラムやデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されてもよい。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムが予め書き込まれている。
　インタフェース１５は、数値制御装置１のＣＰＵ１１と外部記憶媒体等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは、例えば産業用機械３の制御に用いられる制御用プログラムや設定データ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した制御用プログラムや設定データ等は、外部機器７２を介して図示しないＣＦカードやＵＳＢメモリ等の外部記憶媒体に記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、ラダープログラムを実行して産業用機械３及び該産業用機械３の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、産業用機械３に取付けられている温度センサや湿度センサ等のセンサ）に、Ｉ／Ｏユニット１９を介して信号を出力し制御する。また、ＰＬＣ１６は、産業用機械３の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
　インタフェース２０は、数値制御装置１のＣＰＵ１１と有線乃至無線のネットワーク５とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク５は、例えばＲＳ－４８５等のシリアル通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信、光通信、無線ＬＡＮ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の技術を用いて通信をするものであってよい。ネットワーク５には、ＣＡＤ装置８やＣＡＭ装置９などの他の装置や、フォグコンピュータ６、クラウドサーバ７等の上位の管理装置が接続され、数値制御装置１との間で相互にデータのやり取りを行っている。
　表示装置７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１７を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置７１は、作業者による操作に基づく指令，データ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。
　産業用機械３が備える駆動部を軸に沿って駆動させるための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸に係る移動指令量を受けて、該軸に係る指令をサーボアンプ４０にそれぞれ出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、産業用機械３が備える駆動部を軸に沿って移動させるサーボモータ５０をそれぞれ駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にそれぞれフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０はそれぞれ１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業用機械３に備えられた軸の数だけ用意される。
　スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、産業用機械３のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させる。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
　図２は、本発明の第１実施形態による数値制御装置１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による数値制御装置１が備える各機能は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。
　本実施形態の数値制御装置１は、読み取り解析部１００、経路生成部１１０、速度制御部１２０、制御部１３０を備える。また、数値制御装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業用機械３を制御するために用いられるＣＮＣプログラム２００と、該ＣＮＣプログラム２００に係る付加情報２１０とが記憶される。
　読み取り解析部１００は、図１に示した数値制御装置１に備えられたＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。読み取り解析部１００は、ＣＮＣプログラム２００と、該ＣＮＣプログラムに係る付加情報とを読み取って解析し、該ＣＮＣプログラム２００に含まれる各指令と付加情報とを関連付けて出力する。各指令に関連付けられる付加情報２１０は、それぞれの指令により加工される範囲におけるワークの形状や、要求品質、要求精度、工具の加速度や加加速度などを含んでいてよい。より具体的には、付加情報２１０は、それぞれの指令により加工される範囲におけるワークの曲率、図面の寸法、数式で表現されたワーク形状、工具経路の曲率、工具経路の捩率、数式で表現された工具経路、工具ベクトルの変化量、切削点経路の曲率、数式で表現された切削点経路、切削点経路の捩率、ワークの要求面粗度、予め設定された精度レベル、ワークの要求精度、工具先端点の加速度、切削点経路の加速度、工具先端点の加加速度、切削点経路の加加速度などを含んでよい。
　付加情報２１０は、ＣＮＣプログラム２００の各指令と関連付けることができればどのような形式で作成されていても良い。例えば、図３に示されるように、付加情報２１０の各位置（行数など）がＣＮＣプログラム２００内の各指令の位置（行数など）と対応するように作成してもよいし、ブロック番号などで対応が把握できるようにしてもよい。また、対応関係が把握できるように、別途符号などを付与するようにしてもよい。更に、付加情報２１０は、ＣＮＣプログラム２００内に、対応する指令の近傍（指令の後ろなど）に付加するようにしてもよい。図３の例では、付加情報として曲率半径のＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向成分をＲｘ，Ｒｙ，Ｒｚで示している。付加情報は、指令点位置における情報を示すものであってもよい。例えば、曲率などは当該指令点における曲率を示すことができる。一方で、付加情報は、前の指令点から当該指令点に至る曲線の加工に係る情報を示すものであってもよい。例えば、数式で表現された工具経路を付加情報とする場合には、図４に例示されるように、前の指令点から当該指令点に至る曲線を示す経路を所定の媒介変数をパラメータとする数式で表現してもよいし、一般的なｘ，ｙ，ｚで示される多項式（直線式を含む）やＮＵＲＢＳ曲線、円弧関数などとその範囲で表現してもよい。数式や、捩率、加加速度などは、前の指令点から当該指令点に至る曲線の加工に係る情報を示すのに好適である。
　経路生成部１１０は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。経路生成部１１０は、読み取り解析部１００から入力されたＣＮＣプログラム２００に含まれる各指令と、該指令に関連付けられた付加情報２１０とに基づいて、指令点間の工具の経路を生成する。
　経路生成部１１０は、例えば指令点Ｐiに至る切削指令に対して、付加情報２１０により指令点Ｐiにおける曲率半径Ｒｘi，Ｒyi，Ｒziが与えられ、指令点Ｐi+1に至る切削指令に対して曲率半径Ｒｘi+1，Ｒyi+1，Ｒzi+1が与えられた場合、指令点Ｐi及びＰi+1をそれぞれ始点及び終点とし、指令点Ｐi近傍において曲率半径Ｒｘi，Ｒyi，Ｒziとなり、指令点Ｐi+1近傍において曲率半径Ｒｘi+1，Ｒyi+1，Ｒzi+1となるような曲線を工具の経路として算出する。また、曲率と共に捩率τ（ｓ）が与えられた場合には、工具の軸線方向ベクトルと工具の移動方向ベクトルとを含む平面を基準平面とした捩率τ（ｓ）の曲線を工具経路として算出することができる。数式で表現された工具経路が与えられた場合には、当該数式で算出される指令点Ｐi及びＰi+1をそれぞれ始点及び終点とする曲線を工具経路として算出すればよい。ワークに係る付加情報２１０や切削点経路に係る付加情報２１０が与えられた場合は、工具長や工具幅等を考慮して指定したワーク形状、切削点経路となるような工具経路を算出すればよい。
　経路生成部１１０は、更に、必要に応じてＣＮＣプログラム２００により指令される複数の指令点からなる指令点列の並びに乱れがある場合などに、指令点の追加や削除、指令点の位置の補正などを行うことでより滑らかな加工面が得られるようにしてもよい。
　例えば、図５に例示されるように、隣接する指令経路４０７と比較して、指令点４０３が欠落しているような指令経路４０６があったとする。このような場合、図６に例示されるように、指令経路４０６と隣接する指令経路４０７との間の段差が小さくなるように、指令点４０８を追加する。このような処理を行う際に、指令に関連付けられた付加情報として与えられる曲率や経路の式などを参照することで、追加の指令点４０８の位置を精度よく決めることが可能となる。
　また、図７に例示されるように、隣接する指令経路４０７と比較して、不要な指令点４０９（該指令点が無い場合の指令経路や隣接する指令経路と比較してトレランス以内ではあるが冗長な点）が含まれていたとする。このような場合、指令に関連付けられた付加情報として与えられる曲率や経路の式等を参照して、その点が削除すべき点かどうかを判断することができる。例えば、指令点４０９だけ経路の式からの乖離量が大きい場合や、付加情報２１０の曲率にはあまり変化がないのに、指令経路の指令点４０９の付近だけは突出して曲率が小さいまたは大きい場合などに、指令点４０９を削除することで、隣接する指令点と間の段差が生じなくなり、きれいな加工面が得られる。
　同様に、図８で例示されるように、隣接する指令経路４０７と比較して、指令点４１０が付加情報に含まれる経路の式からの乖離量が大きい場合や、付加情報の曲率はあまり変化がないのに、指令点４０９の付近だけは突出して曲率が小さいまたは大きい場合などに、指令点４０９の位置を付加情報を参照しながら補正することで、やはり隣接する指令点と間の段差が生じなくなり、きれいな加工面が得られる。
　更に経路生成部１１０は、複数の指令点からなる指令点列に対して平滑化処理を施してもよい。例えば、図９に示すように、指令点列から最小自乗法などで近似曲線を作成した場合、指令点と近似曲線にズレが生じることがある。ある区間内の曲率の変動が小さい場合や、曲率が緩やかに変化している場合は、この区間内は２次や３次などの低次の多項式で近似できる経路と判断できるため、前記指令点と近似曲線のズレは、何らかの計算誤差によるものと考えられる。したがって、工具移動はこのズレに対して追従する必要はない、と判断できる。このような判断を行う際に、指令に関連付けられた付加情報として与えられる曲率や経路の式などを参照することで、工具移動が追従すべきズレかどうかを精度よく判断することができる。追従の必要性が無いと判断した場合に、経路生成部１１０は、各指令点を平滑化し、滑らかな指令経路へと補正する平滑化処理を施すようにしてよい。
　この平滑化は、近似曲線に乗るようにしてもよいし、移動平均フィルタなどの何らかのフィルタをかけることで平滑化してもよい。
　速度制御部１２０は、図１に示した数値制御装置１に備えられたＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理が行われることで実現される。速度制御部１２０は、経路に従って工具の移動速度を算出する。
　速度制御部１２０は、例えば指令点Ｐiから指令点Ｐi+1に工具を移動させる切削指令に対して付加情報によりワークの加工品質に係る付加情報（ワークの要求面粗度やワークの要求精度など）が与えられた場合、加工する工具経路を移動する際に当該品質を満足できるような範囲で加速度、加加速度を上限の加速度、加加速度となるように、工具の移動速度を算出する。所定の品質を満足する工具経路の曲率等及び加速度、加加速度の範囲については、予め実験などにより求めておき、不揮発性メモリ１４に記憶しておけばよい。例えば、面粗度のもっとも単純なモデルでは、以下の数１式により、面粗度Ｒと速度Ｖとの関係を示すことができる。なお、Ｃｏｎｓｔは所定の定数である。そこで、数１式を解いた結果として得られた速度Ｖを制限速度とし、カーブ等で当該速度を超えない範囲で加速度、加加速度を制御して速度制御を行うようにすればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、工具の加速度や加加速度に係る付加情報が与えられた場合には、加工する工具経路を移動する際に与えられた加速度、最大の加速度、加加速度で工具が移動するように工具の移動速度を算出する。また、付加情報として曲率や工具経路を示す数式ｆ（ｓ）と捩率τ（ｓ）とが与えられている場合には、以下に示す数２式（フレネーセレの式）に基づいて、数３式、数４式を用いて加速度Ａ、加加速度Ｊを求めればよい。なお、数２式、数３式、数４式において、ｓ（＞０）は経路長パラメータ、κは曲率、τは捩率、Ｔは接ベクトル、ｎは法線ベクトル、ｂは法線ベクトル、Ｖは速度の絶対値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 但し
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、付加情報２１０に基づいた経路生成部１１０による工具経路の生成、及び付加情報２１０に基づいた速度制御部１２０による工具の移動速度の制御は、必ずしも同時に行う必要は無い。例えば、付加情報２１０に基づいた経路生成部１１０による工具経路の生成のみを行うようにしてもよいし、付加情報２１０に基づいた速度制御部１２０による工具の移動速度の制御のみを行うようにしてもよい。これらの経路生成及び速度制御は、加工の目的に合わせて適宜選択的に行うようにしてよい。
　制御部１３０は、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１がＲＯＭ１２から読み出したシステム・プログラムを実行し、主としてＣＰＵ１１によるＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４を用いた演算処理と、軸制御回路３０を用いた産業用機械３の制御処理とが行われることで実現される。制御部１３０は、経路生成部１１０が生成した工具経路、及び速度制御部１２０が決定した移動速度に基づいて、産業用機械３の駆動部の移動を制御する。制御部１３０は、工具の移動経路が経路生成部１１０が生成した工具経路となるように、また、工具の移動速度が速度制御部１２０が決定した移動速度となるように、各軸制御回路３０に対して移動量を分配することで、工具経路及び工具の移動速度を制御する。
　上記構成を備えた数値制御装置１は、各指令点に対してＣＡＤで作成されたワークの形状に係る付加情報２１０を与えることで、該付加情報２１０に基づく工具経路を生成することが可能となり、指令点間の加工精度を向上させることができる。この処理には、特にＣＡＭにおいて指令点を増加させる必要が無いため、ＣＮＣプログラム２００のサイズ（指令座標点数）や計算時間を必要以上に増やすことなく実施できる。また、指令点毎に速度に係る付加情報を与えることで、より適切な加減速制御が可能となり、サイクルタイム向上や加工精度向上が見込め、更に、より滑らかな加工面が得られることが期待される。このような効果は、曲率や曲率半径のみで付加情報を与えるのではなく、特に他の形式で付加情報を与えることで指令点間の工具経路をＣＡＤにより作成されたワークの形状に近づけることができ、顕著な効果が期待できる。また、適切に表現された工具経路に合わせて速度の制御が可能となるため、細やかに指定した品質を維持することも期待できる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
　例えば、上記の実施形態では付加情報２１０を数値制御装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４上に記憶している形態を示したが、ＣＮＣプログラム２００及び付加情報２１０は、例えばＣＡＤ装置８やＣＡＭ装置９からネットワーク５を介して直接読み込みながら加工をしてもよいし、同様にフォグコンピュータ６やクラウドサーバ７からネットワーク５を介して読み込みながら加工をしてもよい。
　　１　数値制御装置
　　３　産業用機械
　　５　ネットワーク
　　６　フォグコンピュータ
　　７　クラウドサーバ
　　８　ＣＡＤ装置
　　９　ＣＡＭ装置
　　１１　ＣＰＵ
　　１２　ＲＯＭ
　　１３　ＲＡＭ
　　１４　不揮発性メモリ
　　１５，１７，１８，２０　インタフェース
　　１６　ＰＬＣ
　　１９　Ｉ／Ｏユニット
　　２２　バス
　　３０　軸制御回路
　　４０　サーボアンプ
　　５０　サーボモータ
　　７０　表示装置
　　７１　入力装置
　　７２　外部機器
　　１００　読み取り解析部
　　１１０　経路生成部
　　１２０　速度制御部
　　１３０　制御部
　　２００　ＣＮＣプログラム
　　２１０　付加情報

Claims (9)

  1. 　工具の移動を指令する複数の指令点を含むＣＮＣプログラムに基づいて前記工具を備えた機械を制御する数値制御装置において、
    　前記ＣＮＣプログラムと該ＣＮＣプログラムの付加情報とを読み取る読み取り解析部と、
    　前記工具の移動経路を決定する経路生成部と、
    　前記工具の移動経路に従って前記工具を移動する速度を決定する速度制御部と、
    を含み、
    　前記付加情報は前記経路生成部において指令点を含む指令点間の経路生成に使用され、
    　前記付加情報は、ワークの要求面粗度、図面の寸法、数式で表現されたワーク形状、工具経路の捩率、数式で表現された工具経路、工具ベクトルの変化量、工具先端点の加加速度、切削点経路の捩率、数式で表現された切削点経路、切削点経路の加加速度、予め設定された精度レベル、ワークの曲率、工具経路の曲率、切削点経路の曲率、工具先端点の加速度、切削点経路の加速度、ワークの要求精度のうち少なくともいずれか１つを含む、
    数値制御装置。
  2. 　工具の移動を指令する複数の指令点を含むＣＮＣプログラムに基づいて前記工具を備えた機械を制御する数値制御装置において、
    　前記ＣＮＣプログラムと前記ＣＮＣプログラムの付加情報とを読み取る読み取り解析部と、
    　前記工具の移動経路を決定する経路生成部と、
    　前記工具の移動経路に従って前記工具を移動する速度を決定する速度制御部と、
    を含み、
    　前記付加情報は前記速度制御部において前記移動する速度の決定に利用され、
    　前記付加情報は、ワークの要求面粗度、図面の寸法、数式で表現されたワーク形状、工具経路の捩率、数式で表現された工具経路、工具ベクトルの変化量、工具先端点の加加速度、切削点経路の捩率、数式で表現された切削点経路、工具ベクトルの変化量、切削点経路の加加速度、予め設定された精度レベルのうち少なくともいずれか１つを含む、
    数値制御装置。
  3. 　前記速度制御部は、前記付加情報に基づいて前記経路生成部よって決定された前記工具の移動経路の情報を使用する、
    請求項１又は２に記載の数値制御装置。
  4. 　前記速度制御部は、更に付加情報として、ワークの曲率、工具経路の曲率、切削点経路の曲率、工具先端点の加速度、切削点経路の加速度、ワークの要求精度のうち少なくとも１つを用いる、
    請求項２に記載の数値制御装置。
  5. 　前記付加情報は、前記ＣＮＣプログラム内に付加されている、
    請求項１又は２に記載の数値制御装置。
  6. 　前記付加情報は、前記ＣＮＣプログラムとは別に記載されている、
    請求項１又は２に記載の数値制御装置。
  7. 　前記経路生成部は、工具経路の曲率とワークの要求精度を前記付加情報として使用する、
    請求項１に記載の数値制御装置。
  8. 　前記経路生成部は、前記ＣＮＣプログラムにより指令される指令点の追加又は削除を行う、
    請求項１に記載の数値制御装置。
  9. 　前記経路生成部は、前記ＣＮＣプログラムにより指令される複数の指令点からなる指令点列を平滑化することで前記工具の移動経路を決定する、
    請求項１に記載の数値制御装置。
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