JPH04304955A - ならい制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はならい制御装置に関し、
特にトレーサヘッドがカッタによる加工に先行してモデ
ルをならう場合に、コーナ部でカッタ通路をトレーサヘ
ッドの通路に対して変更するようにしたならい制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のならい制御装置では、ならい工作
機械のカッタ（工具）軸がトレーサヘッドと機械的に一
体に結合されていることを前提にして、ならい制御を行
っていた。すなわち、ならい制御装置はスタイラスに加
わる各軸の変位量をトレーサヘッドにより検出し、この
変位量を用いてならい演算回路において各軸の速度指令
を演算する。そして、この速度指令により各軸のモータ
を駆動してカッタをワークに対して相対的に移動させる
と共に、同速度でトレーサヘッドをモデル面に沿って移
動させる。これらの動作を繰り返して、モデルの形状と
同形の加工をワークに施すならい制御が実行される。

【０００３】このように、従来のならい制御装置でなら
い速度指令値によりカッタ等の工具とワークとを相対移
動させる場合には、トレーサヘッドと工具とは形成され
た送り軸駆動指令で一体に同時駆動され、特に、カッタ
軸に対してトレーサヘッドを先行させるような機能を有
していなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トレーサヘッ
ドの先端に設けたスタイラスでモデルをならう場合に、
スタイラスがモデルのコーナ部等に突き当たると、一時
的にトレーサヘッドがモデルに食い込んだ状態となる。 トレーサヘッドの駆動部を構成するサーボ系の遅れ、機
械の慣性等の影響等によりトレーサヘッドが行き過ぎる
からである。

【０００５】この結果、カッタもトレーサヘッドと同じ
量だけワークに食い込み、コーナ部での加工精度が低下
する。そこで、発明者は先にトレーサヘッドに対して工
具を一定時間遅らせて同一の経路でならいを行えるなら
い制御装置を提案し、出願している（整理番号ＦＡＰ１
１２１、出願日平成３年２月５日）。

【０００６】その出願によれば、工作機械の各軸上の、
それぞれ送り軸に重畳する補助軸を設け、補助軸制御手
段によってトレーサヘッドを工具軸に先行させて、モデ
ルをならわせる。これによってモデルのコーナ部などの
形状急変部分におけるトレーサヘッドの食い込みを検出
して、工具によるならい加工におけるコーナ部での食い
込みを未然に防止することができる。

【０００７】上記提案によれば、形状急変部分の検出は
可能であるが、単にトレーサヘッドの通路を、ある量だ
け遅れてカッタが追従するだけであれば、食い込みは防
止できない。そこで、工具による連続したならい加工を
実行しようとすれば、工具通路をモデルの形状急変部分
で変更する必要があった。本発明はこのような点に鑑み
てなされたものであり、トレーサヘッドに対して工具を
一定時間遅らせて同一の経路でならわせておき、補助軸
に対する補正指令によってワークへの工具の食い込みを
確実に回避できるならい制御装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、トレーサヘッドにおいて検出された変位
量をならい演算して工具各軸のならい速度指令値を求め
、これらならい速度指令値により前記工具とワークとを
相対移動させる送り軸駆動指令を形成するならい制御装
置において、前記トレーサヘッドとモデルとを送り軸に
対して平行に相対移動させるように送り軸に重畳して設
けられた補助軸を制御する補助軸制御手段と、前記トレ
ーサヘッドが受ける変位量を監視し、設定されたしきい
値を越える変位量が検出された時点で前記送り軸駆動指
令に対する補正指令値を決定する補正演算手段と、前記
ならい速度指令値と前記補正指令値とに基づいて補正さ
れた送り軸駆動指令を一定時間記憶した後に出力する記
憶手段と、前記ならい速度指令値から前記記憶手段で遅
延して出力された送り軸駆動指令を減算し、前記補助軸
制御手段への速度指令値を演算する演算手段と、を有す
ることを特徴とするならい制御装置が提供される。

【０００９】

【作用】工具の各軸毎に、トレーサヘッドがそれぞれ送
り軸に重畳する補助軸を有し、補助軸制御手段によって
トレーサヘッドを制御しているから、トレーサヘッドは
工具軸と独立して駆動される。補正演算手段は、トレー
サヘッドが受ける変位量を監視し、設定されたしきい値
を越える変位量が検出された時点で、送り軸駆動指令に
対する補正指令値を決定する。ならい速度指令値は補正
指令値に基づいて補正されてから一旦記憶手段に格納さ
れ、工作機械の各軸に対して所定時間だけ遅延して出力
される。補助軸制御手段には、ならい速度指令値から送
り軸駆動指令を減算した速度指令値が与えられる。その
結果、トレーサヘッドを工具軸に先行させて、モデルを
ならわせるとともに、モデルのコーナ部でのトレーサヘ
ッドの食い込みを検出して、補正された通路指令を工具
に与え、コーナ部での食い込みを未然に防止することが
できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１はならい制御装置の主要な制御要素を示す
ブロック図である。図ではＸ軸に対応する部分の構成の
みが示されているが、例えばＹ軸、あるいはＺ軸の制御
要素についても、同様に構成される。

【００１１】ならい速度指令値Ｖｘは、トレーサヘッド
において検出された変位量をならい演算して、一定の演
算周期で求められる。このならい速度指令値Ｖｘは合成
回路２を介してＦＩＦＯメモリ１に送り軸駆動指令とし
て入力される。このＦＩＦＯメモリ１は、ディレイバッ
ファ機能を持つ、いわゆる先入れ先出しの記憶手段であ
る。ならい速度指令値Ｖｘは、このＦＩＦＯメモリ１に
入力された順に複数の送り軸駆動指令データとして記憶
され、その記憶容量があふれた時点で最初に入力された
データから順に出力する。したがって、ならい速度指令
値ＶｘはこのＦＩＦＯメモリ１において一定時間記憶さ
れることにより、必要時間だけ遅延されたＸ軸駆動指令
ＶｘＢとして、Ｘ軸メインモータ（Ｘｍ）３６に出力さ
れる。なお、この遅延時間はトレーサヘッドが工具に対
して先行するべき距離に応じて、外部からの遅延時間設
定信号ＳＴにより自由に設定される。

【００１２】上記ならい速度指令値Ｖｘは更に、演算回
路３に加算信号として入力されている。この演算回路３
では、ならい速度指令値Ｖｘから上記ＦＩＦＯメモリ１
で遅延して出力されたＸ軸駆動指令ＶｘＢを減算してい
る。この演算回路３の演算結果は、更に補正用の演算回
路４で補正され、Ｘ軸サブモータ（Ｘｓ）３７への速度
指令値として出力される。

【００１３】このように、分配演算された各軸のならい
速度指令値Ｖｘ等をカッタ側に出力する際に、ＦＩＦＯ
メモリ１から送り軸駆動指令を必要な時間だけ遅延させ
てメインモータ３６に出力するとともに、トレーサヘッ
ドとモデルとの相対移動を、メインモータ３６の動きに
重畳して制御するサブモータ３７によって、ならい速度
指令値Ｖｘと等価に制御している。即ちサブモータ３７
には、ならい速度指令値Ｖｘから実際のＸ軸駆動指令Ｖ
ｘＢを差し引いた値が指令されているから、トレーサヘ
ッドはカッタの動きに先行しつつ、その移動軌跡がなら
い速度指令値Ｖｘによる移動軌跡に正確に一致する。

【００１４】ところで、ならい速度指令値ＶｘをＦＩＦ
Ｏメモリ１にＸ軸駆動指令ＶｘＢとして入力する合成回
路２には、補正指令値ＶｘＣが補正演算回路５から指令
される。この補正演算回路５では、外部からしきい値ε
ｔが設定され、かつトレーサヘッドが受ける変位量εｉ
が所定の演算周期毎に入力され、トレーサヘッドが受け
る変位量εｉを監視している。この合成回路２には、補
正演算回路５で設定されたしきい値εｔを越える変位量
εｉが検出された時点で、Ｘ軸駆動指令ＶｘＢに対する
補正指令値ＶｘＣが入力される。その結果、ならい速度
指令値Ｖｘと補正指令値ＶｘＣとを合成した大きさのＸ
軸駆動指令ＶｘＢがＦＩＦＯメモリ１に入力される。

【００１５】こうして、形状急変部分を検出した場合に
は、メインモータ３６は単にトレーサヘッドの通路をあ
る量だけ遅れて工具が追従するように制御するだけでな
く、食い込みを防止すべく補正指令値ＶｘＣを決定して
、ワークへの工具の食い込みを回避しつつ連続したなら
い加工を可能にするものである。更に、上記ＦＩＦＯメ
モリ１において補正指令値ＶｘＣによってＸ軸駆動指令
ＶｘＢがならい速度指令値Ｖｘから変動する等の原因で
、一時的にトレーサヘッドとカッタの移動軌跡が一致し
なくなる。そこで、例えばトレーサヘッドが現実に工具
に対して先行している距離（実先行量Ｌａ）に基づいて
、Ｘ軸サブモータ３７への速度指令値を補正する信号を
形成し、補正用の演算回路４に入力するようにしている
。

【００１６】この点について、さらに図１における先行
量の補正に対応する構成について説明する。演算回路６
は、ならい速度指令値Ｖｘから上記ＦＩＦＯメモリ１で
遅延されたＸ軸駆動指令ＶｘＢを減算するものであって
、上記演算回路３に対応している。減算結果は速度指令
を位置指令に変換された後に、指令先行量Ｌとしてレジ
スタ回路７に入力される。このレジスタ回路７に格納さ
れるデータは、カッタの動きに先行すべきトレーサヘッ
ドに対してならい制御装置から指令される指令先行量Ｌ
の現在値を示すものである。他方、トレーサヘッドの実
先行量Ｌａは、各軸毎のサブモータからフィードバック
される帰還信号としてレジスタ回路８に格納される。 これら２つのレジスタ回路７，８の出力は、演算回路９
において比較される。即ち、演算回路９には減算信号と
して指令先行量Ｌが、加算信号として実先行量Ｌａが入
力され、ここでＸ軸サブモータの補正信号がこれらＬと
Ｌａの差分として演算される。演算回路９の出力は、定
数回路１０で所定のゲインＧを乗じて、上記補正用の演
算回路４の減算信号とされる。

【００１７】このように本発明のならい制御装置では、
実先行量Ｌａを常に指令先行量Ｌに合わせるように、各
軸毎の先行量に対してフィードバック制御が掛けられる
ため、モデル形状に基づく指令速度の変動があっても、
常にトレーサヘッドとカッタの移動軌跡が一致するよう
に制御される。

【００１８】図２は、上記補正演算回路５に入力される
トレーサヘッドの変位量εｉと、補正指令値ＶｘＣによ
って補正されたＸ軸駆動指令ＶｘＢ（或いはＺ軸駆動指
令ＶｚＢ）との関係を説明する図である。同図の（ａ）
は、Ｘ−Ｚ平面での内角の輪郭ならいの場合の、工具３
４に先行するトレーサヘッド３２の食い込みを説明する
図である。コーナ部でのトレーサヘッド３２の動作では
、まずＸ軸方向の変位が増大し、遅れてＺ軸方向の変位
が減少する。一般に変位の方向はＸ，Ｙ，Ｚの３軸につ
いて発生するので、トレーサヘッド３２の各軸毎の変位
ベクトルεｘ，εｙ，εｚから合成変位量εをε２　＝
εｘ２　＋εｙ２　＋εｚ２　となるように決定してい
る。そして、しきい値εｔからの差分（ε−εｔ）が誤
差変位Δεｉとして所定演算周期毎に補正演算回路５で
演算される。

【００１９】同図の（ｂ）には、時間軸に対してトレー
サヘッド３２の位置Ｘ２における合成変位量εｉの変化
が示されている。時刻ｔ１でしきい値εｔを越える変位
量εｉが入力されると、補正演算回路５では補正指令値
ＶｘＣｉ，ＶｚＣｉが次式に基づいて決定される。 　　ＶｘＣｉ＝ＶＣｉ×ｃｏｓθ−ＶＮ×ｃｏｓθ　　
　　　　　　　　　　．．．（１）　　ＶｚＣｉ＝ＶＣ
ｉ×ｓｉｎθ−ＶＮ×ｓｉｎθ　　　　　　　　　　　
　．．．（２）

【００２０】ここで、ＶＣｉは誤差変位
Δεｉを１演算周期ｓで除算した値であり、誤差変位を
１演算周期でキャンセルするために必要な補正速度に相
当する。ＶＮは、ならい演算におけるモデル法線方向の
補正速度成分に、θはならい方向角度にそれぞれ相当す
る値である。

【００２１】同図の（ｃ）は、トレーサヘッド３２が位
置Ｘ２にあるとき、工具３４の補正指令値ＶｘＣによっ
て補正されたＸ軸駆動指令ＶｘＢを示している。Ｘ軸駆
動指令ＶｘＢは、一旦ＦＩＦＯメモリ１に記憶され、一
定時間ΔＴだけ遅れて出力されるから、トレーサヘッド
３２の先行するべき距離Ｌを自由に設定しておけば、Ｘ
−Ｚ平面での工具３４のワークに対する食い込みを確実
に防止できる。

【００２２】図３には、Ｘ−Ｚ平面でのカッタ通路、ト
レーサヘッドの通路及び補正速度の関係の一例を示す。 座標点Ｐでしきい値εｔを越えるトレーサヘッドの変位
量εｉが検出されたとすると、トレーサヘッドはならい
演算で決定される速度成分Ｖｘｉ，Ｖｚｉの合成速度で
移動され、誤差変位Δεｉに応じて決定される補正指令
値の差分ＶｘＣｉ−ＶｘＣ（ｉ−１），ＶｚＣｉ−Ｖｚ
Ｃ（ｉ−１）をならい速度指令値Ｖｘ（ｉ−１），Ｖｚ
（ｉ−１）にそれぞれ加算した補正速度が、各軸駆動指
令ＶｘＢｉ，ＶｚＢｉとしてＦＩＦＯメモリ１に格納さ
れる。ＦＩＦＯメモリ１が例えば１０演算周期だけ遅れ
て各軸駆動指令ＶｘＢｉ，ＶｚＢｉをメインモータ３６
に出力するとすれば、カッタ通路はその分だけ遅れて座
標点Ｐに到達し、その後に補正された各軸駆動指令Ｖｘ
Ｂｉ，ＶｚＢｉに応じて決定されるカッタ通路をならう
ことになる。

【００２３】図４は本発明のならい制御装置及びならい
工作機械の全体の構成を示すブロック図である。図にお
いて、ならい制御装置２０はならい演算や上述した各種
の演算を実行するＣＰＵ１１、制御プログラムを記憶す
るＲＯＭ１２、上記レジスタ回路７，８等の記憶手段に
対応するＲＡＭ１３、及び不揮発性メモリ１４を有して
いる。不揮発性メモリ１４は図示されていないバッテリ
でバックアップされており、操作パネル２１より入力さ
れたならい方向やならい速度等に関する各種のパラメー
タが格納されている。

【００２４】サーボアンプ２２，２３はならい制御装置
２０から指令される送り軸駆動指令を受け、Ｘ軸、Ｚ軸
等のメインモータを駆動する。また、サーボアンプ２４
，２５はならい制御装置２０から指令される補助軸駆動
指令を受け、Ｘ軸、Ｚ軸等のサブモータを駆動する。 ならい工作機械３０は、三次元ならい加工を可能とする
ために、図示しないＹ軸も含めた３軸それぞれについて
、送り軸に対して平行に重畳して補助軸が設けられてい
る。そして、ならい工作機械３０側のトレーサヘッド３
１は、その先端のスタイラス３２がモデル３３に接触す
ることにより生じるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の各変位量
εｘ、εｙ及びεｚを検出し、ならい制御装置２０に入
力している。

【００２５】カッタ３４はコラム３５に取り付けられ、
コラム３５はメインモータ３６ｚｍによってＺ軸方向に
移動される。また、コラム３５にはサブモータ３７ｚｓ
及び３７ｘｓが装着されており、これらのサブモータ３
７ｚｓ及び３７ｘｓによって、コラム３５の移動に重畳
してトレーサヘッド３１はさらにＺ軸方向及びＸ軸方向
に移動する。ワーク３８はモデル３３とともにテーブル
３９上に固定されており、テーブル３９はメインモータ
３６ｘｍによってＸ軸方向に移動される。

【００２６】そして、メインモータ３６ｘｍ及び３６ｚ
ｍは送り軸駆動指令Ｖｘｍ及びＶｚｍに従って回転し、
サブモータ３７ｘｓ及び３７ｚｓは後述するならい速度
指令値から演算される、送り軸駆動指令Ｖｘｍ，Ｖｚｍ
とは異なる速度指令値Ｖｘｓ及びＶｚｓに従って回転す
る。

【００２７】上記構成のならい工作機械３０は、ならい
制御装置１０によってトレーサヘッド３１が通過した経
路と同一の軌跡を、一定時間遅れてカッタ３４が通過す
る。即ち、カッタ３４に先行してトレーサヘッド３１が
モデル３３をならっており、そのために、前述した図２
に示すようなコーナ部ＣＮでトレーサヘッド３１が食い
込み状態になったとき、カッタ３４による切削の経路が
補正される。したがって、トレーサヘッド３１側で食い
込みが生じたときも、カッタ３４を停止させることなく
、ワーク３８に対して食い込んで切削しないように経路
補正できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、補助軸
を設けてトレーサヘッドを工具軸と独立して駆動し、制
御上で工具の移動を遅らせることにより、見掛け上トレ
ーサヘッドを工具に先行してならい速度指令値で移動さ
せ、工具の食い込みを確実に回避できる。しかも、工具
通路をモデルの形状急変部分で変更することで、ワーク
に対する連続したならい加工を実行できる。したがって
、コーナ部においてカッタがワークに食い込むことがな
い、精度の良いならい制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のならい制御装置の主要な制御要素を示
すブロック図である。

【図２】トレーサヘッドの変位量εｉと補正されたＸ軸
駆動指令ＶｘＢとの関係を説明する図である。

【図３】カッタ通路、トレーサヘッドの通路及び補正速
度の関係の一例を示すＸ−Ｚ平面図である。

【図４】本発明のならい制御装置及びならい工作機械の
全体の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１　　ＦＩＦＯメモリ ２　　合成回路 ３　　演算回路 ４　　補正用の演算回路 ５　　補正演算回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トレーサヘッドにおいて検出された変
   位量をならい演算して工具各軸のならい速度指令値を求
   め、これらならい速度指令値により前記工具とワークと
   を相対移動させる送り軸駆動指令を形成するならい制御
   装置において、前記トレーサヘッドとモデルとを送り軸
   に対して平行に相対移動させるように送り軸に重畳して
   設けられた補助軸を制御する補助軸制御手段と、前記ト
   レーサヘッドが受ける変位量を監視し、設定されたしき
   い値を越える変位量が検出された時点で前記送り軸駆動
   指令に対する補正指令値を決定する補正演算手段と、前
   記ならい速度指令値と前記補正指令値とに基づいて補正
   された送り軸駆動指令を一定時間記憶した後に出力する
   記憶手段と、前記ならい速度指令値から前記記憶手段で
   遅延して出力された送り軸駆動指令を減算し、前記補助
   軸制御手段への速度指令値を演算する演算手段と、を有
   することを特徴とするならい制御装置。
2. 【請求項２】　　前記補正演算手段で監視される変位量
   は、前記トレーサヘッドの各軸毎の変位ベクトル（εｘ
   ，εｙ，εｚ）およびこれら変位ベクトルより決定され
   る合成変位量ε（ε２　＝εｘ２　＋εｙ２　＋εｚ２
   　）であることを特徴とする請求項１記載のならい制御
   装置。
3. 【請求項３】　　前記補正演算手段では、所定の演算周
   期毎に決定される合成変位量εに対するしきい値εｔと
   の差分（ε−εｔ）に比例する変位量と、前記トレーサ
   ヘッドの各軸毎の変位ベクトルεｘ，εｙ，εｚによっ
   て決定されるならい方向角度とに応じて補正指令値が決
   定されることを特徴とする請求項２記載のならい制御装
   置。