JPH04336942A - 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等価と
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
過ぎようとするからである。

【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、提出日平成３年２月５日）。

【０００６】上記提案によれば、工作機械の各軸上の送
り軸それぞれに重畳してトレーサヘッドを駆動する補助
軸を設け、この補助軸を補助軸制御手段によって制御し
、トレーサヘッドを工具に先行させて、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】上記提案のならい制御装置では、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ず、食い込みが発生した場合にカッ
タの移動を強制的に停止させなくてはならない。或いは
、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
り、いずれも加工精度を低下させる原因となっていた。 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ながら、常
にならい軸の変位に応じた補正指令を形成することによ
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、トレーサヘッドで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、送り軸に重畳して設けられた補助軸を制御して、
前記送り軸に平行して前記トレーサヘッドをモデルに対
して相対移動させる補助軸制御手段と、前記送り軸毎に
前記トレーサヘッドが受ける変位量に所定の補正ゲイン
を乗じて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
間だけ遅延して出力する遅延記憶手段と、前記遅延記憶
手段で遅延して出力された送り軸駆動指令の値を前記な
らい速度指令値から減算して、前記補助軸制御手段への
速度指令値を出力する減算手段と、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、送り軸
毎に前記トレーサヘッドが受ける変位量に所定の補正ゲ
インを乗じて前記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、遅延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、モデルに対するトレーサヘッドの通路とは異な
った、補正された通路指令によって工具を制御して、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。図では工具をならい制御する３軸の
内の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軸の制御要素も同様に構成され
る。

【００１１】Ｘ軸方向のならい速度指令値Ｖｘは、トレ
ーサヘッドで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を介して送り軸駆動指令としてＦＩＦＯメモ
リ１に入力されている。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遅延
記憶手段である。

【００１２】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ＦＩＦＯメモリ１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などにより自由に設
定される。

【００１３】上記ならい速度指令値Ｖｘは更に、減算回
路３に加算信号として入力されている。この減算回路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。この減算回路３の減算結果は、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。

【００１４】ところで合成回路２には、ならい速度指令
値Ｖｘの他に補正演算回路５より補正指令値ＶｘＣが入
力されている。補正演算回路５は、この補正指令値Ｖｘ
Ｃをトレーサヘッドがモデルに押し当てられることで生
じるＸ軸の変位量εｘｉから所定の演算周期（ｉ，ｉ＋
１，ｉ＋２，…）毎に決定している。ならい速度指令値
Ｖｘは合成回路２で補正演算回路５から指令される補正
指令値ＶｘＣと合成され、ＦＩＦＯメモリ１にＸ軸駆動
指令ＶｘＢとして入力される。

【００１５】上記補正演算回路５では、補正ゲインＧが
トレーサヘッドの食い込み量とワークを加工するための
工具の径に応じて決定され、外部から設定される。また
、トレーサヘッドが受ける変位量εｘｉが所定の演算時
間ｓ毎に入力され、補正指令値ＶｘＣｉは、次の式から
逐次に演算されている。 　　　　　　　　　　ＶｘＣｉ＝εｘｉ×Ｇ／ｓ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）

【００１６】トレーサヘッドが受ける変位量に応じて補
正指令値が所定の演算周期毎に決定されているから、工
具には常に補正された通路が指令される。したがって、
トレーサヘッドが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。なお、補正演算回路５は、所
定の演算周期毎にトレーサヘッドの各軸毎の変位ベクト
ルεｘ，εｙ，εｚと基準変位との差に応じて補正指令
値ＶｘＣｉを決定し、それを合成回路２でならい速度指
令値Ｖｘと合成するようにしても良い。

【００１７】更に、上記補正指令値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がカッタの移動軌跡
と異なってくる。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。

【００１８】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（理論先行量
）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Ｇ１　を乗じて
、上記補正用の演算回路４の減算信号とされる。

【００１９】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が必要な時間だけ遅延され
てメインモータ３６に出力される。そしてトレーサヘッ
ドとモデルとの相対移動は、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と等価に制御される。したがってトレーサヘ
ッドを工具軸に先行させて、モデルをならわせるととも
に、モデルに対するトレーサヘッドの通路とは異なった
、補正された通路指令によって工具を制御することがで
きる。

【００２０】また、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、カッ
タの移動軌跡は常にトレーサヘッドからその変位量を補
正した経路で制御される。

【００２１】図２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。い
ま、ならい演算により算出されるならい速度指令Ｖｘ，
Ｖｚによって、トレーサヘッドが速度ベクトルＶ１　，
Ｖ２，Ｖ３　に基づいて座標点Ｐｔから移動し、モデル
の形状急変部でその食い込み量が大きくなった場合を想
定している。上記の（１）式からならい軸に発生する変
位εｘと設定されているゲインＧにより補正速度ベクト
ルＶＣ１　，ＶＣ２　，ＶＣ３　のＸ軸成分が演算でき
、同様にして変位εｚによりそのＺ軸成分が演算できる
。

【００２２】そして、カッタヘッドの座標点Ｐｃから補
正されたカッタ通路を決定する指令速度ベクトルＶＢ１
　，ＶＢ２　，ＶＢ３　は、次のように決定される。 　　　　　　　　　　　　　　ＶｘＢｉ＝Ｖｘ（ｉ）＋
ＶｘＣ（ｉ）−ＶｘＣ（ｉ−１）　　　　　　　　　　
　　　　ＶｚＢｉ＝Ｖｚ（ｉ）＋ＶｚＣ（ｉ）−ＶｚＣ
（ｉ−１）ここで、ｉは今回の演算周期での値、ｉ−１
は前回の演算周期での値であることを示しており、なら
い演算で決定されるトレーサヘッドの速度成分Ｖｘ（ｉ
），Ｖｚ（ｉ）は、実際には遅延記憶手段であるＦＩＦ
Ｏメモリ１における遅延分だけ遅れた値が使用される。 即ち、トレーサヘッドが受ける各軸毎の変位量に所定の
補正ゲインＧを乗じた補正指令値の差分ＶｘＣ（ｉ）−
ＶｘＣ（ｉ−１），ＶｚＣ（ｉ）−ＶｚＣ（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ＶｘＢ（ｉ）
，ＶｚＢ（ｉ）としてＦＩＦＯメモリ１に格納される。

【００２３】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ＶｘＢ（ｉ），ＶｚＢ（ｉ）をメ
インモータ３６に出力するとすれば、カッタはその分だ
け遅れて座標点Ｐｃに到達する。したがって、モデルの
形状急変部でトレーサヘッドの速度ベクトルがＶ１　か
らＶ２　にかけてその食い込み量が大きくなった場合で
も、カッタヘッドはその後に補正された各軸駆動指令Ｖ
ｘＢ（ｉ），ＶｚＢ（ｉ）に応じて決定されるカッタ通
路をならうことになる。

【００２４】図３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。

【００２５】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、三次元の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
３１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。

【００２６】カッタ３４はコラム３５に取りつけられ、
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。

【００２７】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はならい速度指令値か
ら演算される速度指令値Ｖｘｓ及びＶｚｓに従って回転
して、カッタヘッドに対して先行してトレーサヘッドを
駆動する。

【００２８】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
路を補正しながら、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、トレーサヘッド３１の食い
込み状態に応じて、カッタ３４による切削の経路が補正
される。したがって、食い込みが発生した場合にカッタ
の移動を強制的に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し、連続した
ならい加工が実行できる。

【００２９】上記の説明では、補正演算回路５は、トレ
ーサヘッドが受ける変位量に所定の補正ゲインを乗じて
前記送り軸駆動指令に対する補正指令値を決定したが、
所定の演算周期毎に、トレーサヘッドの各軸毎の変位ベ
クトルの成分εｘ，εｙ，εｚと基準変位との差に応じ
て補正指令値を決定するようにしても良い。

【００３０】

【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、モデ
ルに対するトレーサヘッドの通路とは異なった、補正さ
れた通路指令によって工具を制御して、食い込みを未然
に防止しつつ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】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３】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　　減算回路 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】　　トレーサヘッドで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、送り軸に重畳して設けられた補助軸を制御して
   、前記送り軸に平行して前記トレーサヘッドをモデルに
   対して相対移動させる補助軸制御手段と、前記送り軸毎
   に前記トレーサヘッドが受ける変位量に所定の補正ゲイ
   ンを乗じて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
   時間だけ遅延して出力する遅延記憶手段と、前記遅延記
   憶手段で遅延して出力された送り軸駆動指令の値を前記
   ならい速度指令値から減算して、前記補助軸制御手段へ
   の速度指令値を出力する減算手段と、を有することを特
   徴とするならい制御装置。
2. 【請求項２】　　前記補正演算手段の補正ゲインは、前
   記トレーサヘッドの食い込み量とワークを加工するため
   の工具の径に応じて決定され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
   期毎に前記トレーサヘッドの各軸毎の変位ベクトルの成
   分εｘ，εｙ，εｚと基準変位との差に応じて補正指令
   値が決定されることを特徴とする請求項１記載のならい
   制御装置。