JPH0474205A

JPH0474205A - 数値制御装置

Info

Publication number: JPH0474205A
Application number: JP18777290A
Authority: JP
Inventors: Takao Sasaki; 隆夫佐々木; Toshiaki Otsuki; 俊明大槻; Hideo Ogino; 秀雄荻野
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1992-03-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は数値制御工作機械での工具径補正方式に関し、
特に工具が傾斜してワークを加工する場合の工具径補正
方式に関する。

〔従来の技術〕

数値制御工作機械では、３次元加工を行ったとに、工具
がワークに対して傾斜しなければならない。これらの傾
斜は、工具を設けたロータリヘッドをワーク面に傾斜さ
せるものと、ワークテーブルを傾斜させるものがある。

一方、３次元加工では、工具を傾斜させ、かつ工具のエ
ツジで加工を行う場合がある。このためには、工具径補
正ベクトルを３次元上のベクトルとして求める必要があ
る。３次元上の工具径補正ベクトルを求める方法として
は以下のような方法がある。

第１の方法は自動プログラミング方法によるものである
。自動プログラミング方法によれば、加ニブログラムを
生成するときに、同時に工具径補正ベクトルも計算され
、工具径補正された工具通路が自動的に求められる。

第２の方法は、加ニブログラムを特定の平面、例えばＸ
Ｙ平面上で作成し、工具径補正もこの平面上で行って工
具通路を求め、これを実際の傾斜した平面に座標変換す
る方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、第１の自動プログラミングを使用する方法では
、常に自動プログラム作成装置を必要とし、システムが
高価なものとなる。また、工具径が変化すると、その度
に加ニブログラムを作成する必要がある。

また、第２の方法では、加工平面が固定されている場合
は比較的有用であるが、加工平面が変化する場合、すな
わち曲面を加工する場合は、ＸＹ平面上の工具の通路を
傾斜した平面、すなわち曲面に変換する変換マトリクス
が常に変化し、座標変換が複雑になる。従って、数値制
御装置の処理に極とて大きな負担がかかる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、工
具を傾斜させ、工具のエツジでワークを加工するときの
工具径補正を簡単に行うことのできる工具径補正方式を
提供することを目的とする。

〔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、工具が３次元空
間上に傾斜し、工具のエツジでワークを加工する数値制
御工作機械での工具径補正方式において、前記工具の傾
斜を制御する制御軸の現在位置から、工具方向ベクトル
を計算するベクトル計算手段と、前記工具方向ベクトル
から、前記工具方向ベクトルに垂直なオフセット平面を
演算する平面演算手段と、前処理演算手段からの指令に
より、工具の進行方向を計算する進行方向計算手段と、
前記工具方向ベクトルと前記工具の前記進行方向がなす
面と、前記平面とが交差してできる直線上に、工具半径
分の大きさを有する工具径補正ベクトルを生成する工具
径補正ベクトル演算手段と、プログラム通路に前記工具
径補正ベクトルを加え工具通路を求める加算器と、前記
工具通路を補間する補間手段と、を有することを特徴と
する工具径補正方式が、提供される。

〔作用〕

ベクトル計算手段は、工具の傾斜を制御する軸の位置情
報から、工具の傾斜、すなわち工具方向ベクトルを計算
する。例えば、工具の傾斜がロータリヘッドによって制
御され、ロータリヘッドの傾斜がＢ軸とＣ軸によって制
御されるときは、Ｂ軸とＣ軸の現在位置から、工具方向
ベクトルが求約られる。

次に、平面演算手段は工具方向ベクトルから、工具方向
ベクトルに垂直なオフセット平面を演算する。また、進
行方向計算手段は工具の進行方向を計算する。

工具径補正ベクトル演算手段は、工具方向ベクトルと工
具の進行方向がなす面と、平面とが交差してできる直線
上に、工具半径分の大きさを有する工具径補正ベクトル
を生成する。

プログラム通路に、この工具径補正ベクトルを加えれば
、最終的な工具通路が求まり、補間手段はこの工具通路
を補間する。

これによって、傾斜した工具のエツジ加工を簡単に行う
ことができる。

〔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。

第２図は工具を傾斜させるロータリヘッドの概観図であ
る。ロークリヘッド１はＹ軸に平行な軸３を中心として
回転できるようになっている。この回転軸をＢ軸とする
。また、Ｚ軸に平行な軸４を中心として回転できるよう
にもなっており、この回転軸をＣ軸とする。軸４の先端
には工具５が設けられている。

従って、Ｂ軸及びＣ軸の回転に伴って、工具５を任意の
角度に傾けることができ、工具５を傾斜させて、工具５
のエツジで加工を行うことができる。このために、工具
５の傾きに応じた工具径補正ベクトルを計算して、与え
る必要がある。

一方、工具５が傾いているときは、工具径補正は傾いた
面で行う必要がある。従って、３次元上での工具径補正
が必要になる。

次にこのような工具５のエツジで加工を行うたｔの工具
径補正方式について述べる。第３図は本発明の工具径補
正方式の概略を説明するための図である。工具５がワー
ク７に対して傾いており、工具５のエツジ６でワーク７
の表面を加工する。

プログラム通路Ｌｐはワーク７の表面８上にある。

まず、数値制御装置はＢ軸とＣ軸の現在位置から、この
工具５の工具方向ベクトルＶｔを求めることができる。

また、この工具方向ベクトルＶｔに垂直な平面Ｓ（図で
は、平面Ｓは紙面に垂直のために直線で表されている）
を演算することができる。一方、工具進行方向Ｔｄはプ
ログラム通路Ｌｐと同じ方向である。

ここで、工具軸方向ベクトルＶｔと工具進行方向Ｔｄと
がなす面（図の紙面）と、平面Ｓとが交差する線上に工
具径補正ベクトル■を生成する。

工具径補正ベクトルＶの大きさは工具６の半径である。

プログラム通路Ｌｐに対して、工具径補正ベクトルＶに
よって工具径補正を行えば、工具６の中心通路である工
具通路Ｌｔが求められる。この工具通路Ｌｔを補間すれ
ば、工具５のエツジ６でワク７を加工することができる
。

第１図は本発明の工具のエツジで加工を行う場合の工具
径補正方式のブロック図である。これらの各ブロックの
処理は後述する数値制御装置のソフトウェアによって実
行される。

前処理演算手段１０２は加ニブログラム１０１を読み取
り、移動指令を加算器１０９へ送るとともに、工具径補
正指令があるときは後述の各ブロックに工具径補正指令
を送る。ベクトル計算手段１０５は、ロータリヘッド２
を制御するＢ軸の現在位置レジスタ１０３から、Ｃ軸の
現在位置をレジスタ１０４から読み、工具５の工具方向
ベクトルＶｔを求める。

次に、平面演算手段１０６は工具方向ベクトルＶｔから
、工具方向ベクトルＶｔに垂直な平面Ｓを演算する。ま
た、進行方向計算手段１０８は前処理演算手段１０２か
らの移動指令を読み、工具５の進行方向Ｔｄを計算する
。

工具径補正ベクトル演算手段１０７は、工具方向ベクト
ルＶｔと、工具進行方向Ｔｄのなす面を求める。この面
は第３図では紙面の面である。次に、この面と平面Ｓと
が交差する線を求める。方向がこの線上にあり、大きさ
を工具５の半径とする工具径補正ベクトルＶを求める。

加算器１０９は工具径補正ベクトルＶをプログラム通路
Ｌｐに加算し、工具通路Ｌｔが求まる。

補間手段１１０はこの工具通路Ｌｔから移動量を求め、
これを補間する。

補間された分配パルスは加減速制御手段１１１で加減速
され、軸制御回路４１に送られる。軸制御回路４１は分
配パルスを速度制御信号に変換し、サーボアンプ５１に
送る。サーボアンプ５１は速度制御信号を増幅し、サー
ボモータ６１を駆動する。サーボモータ６１には位置検
出用のパルスコーダが内蔵されており、軸制御回路４１
に位置帰還パルスを帰還する。

第１図では加減速制御手段１１１、軸制御回路４１、サ
ーボアンプ５１、サーボモータ６１は１軸分のみしか表
していない。実際は５軸分必要であるが、他の軸の要素
も同じであるので省略しである。

第４図は工具径補正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。

〔Ｓ１〕前処理演算手段１０２は加ニブログラム１０１
を読み、工具径補正スタートの指令があるか判別し、あ
ればＳ２へ、なければＳ３へ進む。

〔Ｓ２〕スタートアツプ指令があるので、スタートアッ
プの処理を行う。すなわち、最初の工具径補正ベクトル
の生成等を行う。

〔Ｓ３〕工具径補正キヤンセルの指令があるか判別し、
あればＳ４へ進み、なければＳ５へ進む。

〔Ｓ４〕工具径補正キヤンセルの指令があるので、工具
径補正ベクトルをキャンセルする。

〔Ｓ５〕工具径補正モード中か判別し、工具径補正モー
ドならＳ６へ、そうでなければＳ１０へ進む。

〔Ｓ６〕ベクトル計算手段１０５はレジスタ１０３と１
０４から、Ｂ軸及びＣ軸の現在位置を読み取り、工具方
向ベクトルＶｔを計算する。

〔Ｓ７〕平面演算手段１０６は工具方向ベクトルＶｔか
ら、工具方向ベクトルＶｔを法線とする平面Ｓを求める
。

〔８８つ進行方向計算手段１０８は工具５の進行方向Ｔ
ｄを求める。

〔Ｓ９〕工具径補正ベクトル演算手段１０７は、工具方
向ベクトルＶｔと工具進行方向Ｔｄからなる面を求める
。この面と平面Ｓとが交差してできる線上にあり、大き
さが工具５の半径である工具径補正ベクトルＶを求める
。

［Ｓ１０］加算器１０９によって、プログラム通路Ｌｐ
に工具径補正ベクトルＶを加え、工具通路Ｌｔを求約る
。

〔Ｓ１１〕補聞手段１１０は工具通路Ｌｔから移動量を
求め、これを補間して、分配パルスを出力する。

第５図は本発明を実施するた約の数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。

図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）である。プ
ロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０全体の制御
の中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、Ｒ
ＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読み出し、
このシステムプログラムに従って、数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３には一時的
な計算データ、表示データ等が格納される。ＲＡＭ１３
にはＳＲＡＭが使用される。ＣＭＯ３１４には工具径補
正量、ピッチ誤差補正量、加ニブログラム及びパラメー
タ等が格納される。

ＣＭＯ５１４は、図示されていないバッテリでバックア
ップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオフさ
れても不揮発性メモリとなっているので、それらのデー
タはそのまま保持される。

インタフェース１５は外部機器用のインタフェースであ
り、紙テープリーダ、紙テープパンチャ、紙テープリー
ダ・パンチャー等の外部機器３１が接続される。紙テー
プリーダからは加ニブログラムが読み込まれ、また、数
値制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集された加ニブログラ
ムを紙テープパンチャーに出力することができる。

ＰＭＣ（７”ログラマブル・マシン・コントローラ）１
６はＣＮＣｌ０に内蔵され、ラダー形式で作成されたシ
ーケンスプログラムで機械を制御する。すなわち、加ニ
ブログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及びＴ機能に
従って、これらをシーケンスプログラムで機械側で必要
な信号に変換し、Ｉ１０ユニット１７から機械側に出力
する。この出力信号は機械側のマグネット等を駆動し、
油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエイタ等を作
動させる。また、機械側のリミットスイッチ及び機械操
作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処理をして、
プロセッサ１１に渡す。

各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等
の画像信号はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置に
送られ、表示装置に表示される。

インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内の
キーボードからのデータを受けて、プロセッサ１１に渡
す。

インタフェース２０は手動パルス発生器３２に接続され
、手動パルス発生器３２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器３２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働部を精密に位置決めするのに使用される。

軸制御回路４１〜４５はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受けて、各軸の指令をサーボアンプ５１〜５５
に出力する。サーボアンプ５１〜５５はこの移動指令を
受けて、各軸のサーボモータ６１〜６５を駆動する。サ
ーボモータ６１〜６５には位置検出用のパルスコーダが
内蔵されており、このパルスコーダから位置信号がパル
ス列としてフィードバックされる。場合によっては、位
置検出器として、リニアスケールが使用される。

また、このパルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換す
ることにより、速度信号を生成することができる。図で
はこれらの位置信号のフィードバックライン及び速度フ
ィードバックは省略しである。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、所定の位
置にスピンドルを位置決約する。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンコーダ８２が結合されている。従って、ポジション
コーダ８２はスピンドル７３に同期して回転し、帰還パ
ルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース８１を
経由して、プロセッサ１１によって、読み取られる。こ
の帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３に同期し
て移動させ、精密なタッピング加工等を可能にする。

上記の説明では、ロータリヘッドを制御して工具の傾斜
を制御することで説明したが、これ以外にテーブルを傾
斜させ、相対的に工具をワーク面に傾斜させることもで
きる。この場合はテーブルを制御する軸の現在位置から
工具径補正ベクトルを計算することになる。

また、工具の傾斜を制御する軸を２軸としたが、１軸に
よって工具の傾斜を制御する場合にも同じように適用で
きる。

するための図、第４図は工具径補正方式の処理のフローチャート、第５図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。

〔発明の効果コ以上説明したように本発明では、工具を傾斜させて、工
具のエツジで加工を行う場合に、数値制御装置内で工具
径補正ベクトルを求めるように構成したので、工具を傾
斜させて工具のエツジでの加工を行うことができる。こ
の結果、０勧プログラム作成装置等を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具のエツジで加工を行う場合の工具
径補正方式のブロック図、第２図は工ｌを傾斜させるロータリヘッドの概観図、第３図は本発明の工具径補正方式の概略を説明１　　　
　　ロータリヘッド５　　　　工具１１　　　　プロセッサ１２　　　　ＲＯＭ１３　　　　　ＲＡ　Ｍ１４　　　　０Ｍ　ＯＳ４１〜４５　　　　軸制御回路５１〜５５　　　　サーボアンプ６１〜６５　　　　サーボモータ１０１　　　　加ニブログラム１０２−°前処理演算手段１０３・・　　　°現在位置レジスタ１０４・−−−−−現在位置レジスタ１０５−−−−ベクトル計算手段 °平面演算手段工具径補正ベクトル演算手段進行方向計算手段゛・加算器゛補間手段加減速制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

（１）工具が３次元空間上に傾斜し、工具のエッジでワ
ークを加工する数値制御工作機械での工具径補正方式に
おいて、前記工具の傾斜を制御する制御軸の現在位置から、工具
方向ベクトルを計算するベクトル計算手段と、前記工具方向ベクトルから、前記工具方向ベクトルに垂
直なオフセット平面を演算する平面演算手段と、前処理演算手段からの指令により、工具の進行方向を計
算する進行方向計算手段と、前記工具方向ベクトルと前記工具の前記進行方向がなす
面と、前記平面とが交差してできる直線上に、工具半径
分の大きさを有する工具径補正ベクトルを生成する工具
径補正ベクトル演算手段と、プログラム通路に前記工具
径補正ベクトルを加え工具通路を求める加算器と、前記工具通路を補間する補間手段と、を有することを特徴とする工具径補正方式。
（２）前記工具の傾斜を制御する機構はロータリヘッド
であることを特徴とする請求項１記載の工具径補正方式
。
（３）前記ロータリヘッドを制御する軸はＢ軸及びＣ軸
であり、前記ベクトル計算手段は前記工具方向ベクトル
を、前記Ｂ軸及び前記Ｃ軸の現在位置より計算すること
を特徴とする請求項２記載の工具径補正方式。
（４）前記工具の傾斜を制御する機構はロータリテーブ
ルであることを特徴とする請求項１記載の工具径補正方
式。