JPH0682293B2 - 高速nc加工のドル−プによる経路誤差の発生を防止するnc加工方法と装置 - Google Patents

高速nc加工のドル−プによる経路誤差の発生を防止するnc加工方法と装置

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JPH0682293B2
JPH0682293B2 JP61169936A JP16993686A JPH0682293B2 JP H0682293 B2 JPH0682293 B2 JP H0682293B2 JP 61169936 A JP61169936 A JP 61169936A JP 16993686 A JP16993686 A JP 16993686A JP H0682293 B2 JPH0682293 B2 JP H0682293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の詳細な説明〕 本発明は、数値制御工作機械による高速数値制御加工技
術(以下、数値制御をNCという。)に関し、特に高速送
りのNC加工において、NC指令に対するNC工作機械の追従
遅れ(ドループ)に伴って発生する指令経路に対する実
際の機械の動作経路の誤差を僅少にし得るようにしたNC
加工方法と装置とに関する。
〔従来技術〕
NC工作機械によるNC加工においては、NC加工プログラム
が自動プログラミング装置からNC装置に供給されると、
そのNC装置の情報処理回路で読取り処理され、パルス分
配回路でNC工作機械の各送り動作軸に対する位置指令パ
ルスを適宜発生させ、これを各軸の位置を制御するサー
ボ機構へ送り、この指令パルスに従って各送り軸の駆動
モータを作動させてNC加工を実行する構成が採られてい
る。
このようなNC装置によるNC工作機械の制御に当たって
は、特にNC工作機械の工具を所望の輪郭経路に完全に一
致した経路を経るようにすることは不可能であることか
ら、一般に直線補間、円弧補間等の技術が用いられ、可
及的に所望経路と一致した経路を通過させることによっ
て、ワーク上に所望の加工形状を実現させることにして
いることは従来から周知である。然しながら、NC装置に
よる指令とサーボ機構を経て実行される工作機械の動作
との間には動作遅れが不可避であり、従って指令による
加工速度を上げると、工作機械側の動作が追従し得ない
ために、特に加工経路のコーナ部では、指令経路より大
きく内側の経路を辿る加工結果となり、故に誤差が大き
く成るという欠陥がある。このような欠陥の解消策とし
て、コーナ部の加工に当たって、コーナ部の送り速度デ
ータを直線部の送り速度データとは別に読取り処理する
ようにした数値制御装置が、例えば実開昭60-116503公
報に開示されている。
然しながら、この公報に開示されたNC装置は、例えば1
分間当たりに数百ミリメートルの加工を進捗させるとい
う通常のNC装置内の演算処理手段によって実行されてい
るものであり、加工データ量が多い場合全体のNC加工速
度が低下してしまうという欠点があった。
〔解決すべき問題点〕
近時はNC加工技術を平面上の輪郭経路ばかりでなく、3
次元曲面形状の加工に適用し、例えば、金型加工等に使
用されつつある。
然るに、このような3次元曲面形状の加工にあたって
は、直線補間、円弧補間等の補間成分を微小なベクトル
にして曲面を円滑に実現し、然もかかる微小なベクトル
の連続で円滑な曲面の形成を達成するには、各微小な補
間成分を指令するNC加工プログラムの処理を高速化しな
ければ、折角のNC加工の能率が悪い。従来のNC装置で
は、上記微小な補間成分を指令するNC指令データを含ん
だ各データブロックの演算処理時間の高速性に制限があ
り、故に、全体のNC加工速度が遅く適正な高速NC加工を
実現することは困難である。また、高速NC加工に当たっ
ては、必然的に起こり得るサーボ機構のドループによる
経路誤差を小さくすることも必要とされる。よって、本
発明は高速NC加工を実現可能にすると同時に高速NC加工
において不可避なドループによる経路誤差の発生を僅少
にするようにしたNC加工方法及び装置を提供せんとする
ものである。
〔解決手段と作用〕
すなわち、本発明は、NC加工プログラム読取り部と情報
提供部とサーボ機構を備えたNC装置に外部からの命令に
よってNC加工プログラムにもとづく移動指令データを前
記サーボ機構に直送してNC加工動作をすることができる
NC工作機械のNC加工方法において、前記NC工作機械のNC
装置の情報処理部の前段で、高速加工命令に応じてNC加
工プログラムによる加工データを予め移動指令データに
演算変換し、該移動指令データを前記NC装置のサーボ機
構に情報処理部を介さずに伝送することによって前記NC
工作機械を高速NC加工動作させるとともに、前記移動指
令データにおける前後2つのベクトルのなす角度を次々
に演算し、該角度の大きさに応じて前記移動指令データ
を減速した移動指令データに演算変換して前記NC装置の
サーボ機構に伝送し、前記NC工作機械の加工動作経路を
指令経路に接近させるようにした高速NC加工のドループ
による経路誤差の発生を防止するNC加工方法と、このよ
うな方法を実施すべく、NC加工プログラム読取部と情報
処理部とサーボ機構を備えたNC装置に外部からの命令に
よってNC加工プログラムにもとづく移動指令データを前
記サーボ機構に直送してNC加工動作をすることができる
NC加工装置において、NC加工プログラム供給手段と前記
NC工作機械のNC装置の情報処理部との間に設けられ、高
速加工命令に応じてNC加工プログラムによる加工データ
を予め移動指令データに演算変換する演算処理手段と、
前記移動指令データにおける前後2つのベクトルのなす
角度を次々に演算する角度演算手段と、前記2つのベク
トルのなす角度の大きさに応じて前記移動指令データを
減速した移動指令データに演算変換する減速演算手段
と、前記移動指令データを前記NC装置のサーボ機構に前
記情報処理部を介さずに伝送する接続手段とを備えたこ
とを特徴とする高速NC加工のドループによる経路誤差の
発生を防止するNC加工装置とを提供し、2次元輪郭加工
のみならず、3次元曲面のNC加工の送りを高速でしかも
高精度に実現させるものである。
ここで前記移動指令データとは、例えばNC加工プログラ
ムの加工データによって指定された送り速度データを所
定の単位時間当りの移動量(一回で与える移動量)とし
てバイナリーデータに演算変換した指定データをいう。
前記NC装置は前記バイナリーデータの移動指令データを
受付け、その情報処理回路をバイパスしてサーボ機構に
直送する機能を有するものである。また、前記減速した
移動指令データとは、例えば前記移動指令データ(一回
で与える移動量)を複数回に分割して与え、前記単位時
間当りの移動量を小さくして前記NC装置のサーボ機構に
直送し、結果的に送り速度を減速するようにした移動指
令データのことである。
以下、本発明を添付図面に基づいて更に詳細に説明す
る。
〔実施例〕
第1図は、本発明に係る高速NC加工を実現する手段とそ
のドループによる誤差の発生を防止する手段を具備した
高速NC加工装置の概略構成を示した機構図、第2図は第
1図に示した高速NC加工装置における高速NC加工データ
の演算変換処理を行う高速NCデータ作成装置の構成を示
したブロック図である。
さて、第1図に示す高速NC加工装置は、NC装置10、この
NC装置10と分離又は付属設備されるNC加工データの格納
用バッファメモリ手段12、NC加工プログラムを供給する
NC加工プログラム供給装置14、該NC加工プログラム供給
装置14から供給されるNC加工プログラムから高速加工指
令に応じて所定のNC加工データを高速NC加工用の加工デ
ータに演算、変換する高速NC加工データ作成装置16、上
記NC装置10からのNC加工指令データに従って作動制御さ
れる駆動モータ群18等を具備して構成されている。
上述したNC加工プログラム供給装置14は、例えば、周知
の自動プログラミング装置、ホストコンピュータ、或い
はフロッピー装置等によって構成すればよく、NC工作機
械(図示略)で加工されるワークに対して設計図面に従
って予めプログラムされたNC加工プログラムを供給、送
出するものである。そして、このNC加工プログラム供給
装置14と高速NC加工データ作成装置16とはインターフェ
イス手段20によって結合されており、同様に高速NC加工
データ作成装置16と上述のバッファメモリ手段12との間
も同様のインターフェイス手段22によって結合されてい
る。
NC加工プログラム供給装置14から供給されるNC加工プロ
グラムは、通常または標準の速度モードでNC加工を実行
すべきNC加工指令と高速モードでNC加工を実行すべきNC
加工指令との両者を含んでおり、周知のブロック単位で
次々と供給されるようになっている。このとき、本発明
によれば、第3図のNCフォーマットに示すように、高速
NC加工の開始を例えば、準備機能G05で予めNCプログラ
ミングの段階で指令する。勿論、外部から加工の進捗状
況に応じて高速NC加工を指令できるような外部操作手段
を設けるようにしても良い。
このように高速NC加工指令G05を含んだNC加工プログラ
ムが供給されると、高速NCデータ作成装置16は第2図に
示すデータ受信部24において、そのNC加工プログラムを
受信する。データ受信部24は該NC加工プログラムの各ブ
ロックのNC指令データ毎に高速加工指令G05の有無に応
じて、高速NCデータ処理部26を経由して或いは該高速NC
データ処理部26をバイパスしてNC指令データをデータ送
信部28に送信する。さて、高速モードのときはそのNC指
令データは高速NCデータ処理部26において補間演算等を
行いNC装置のサーボ機構に直接供給可能なバイナリーデ
ータの移動指令データ(分配パルス数)に演算変換され
る。一方通常速度モードのときはNC指令データは、デー
タ受信部24からそのままデータ送信部28に送出される。
ここで注目すべき点は、高速NC加工を行うNC指令データ
は、3次元曲面形状等のように微小補間距離毎にNC加工
を遂行して滑らかな加工曲面を得ようとする場合であ
り、斯る微小補間距離毎のNC加工を連続して3次元曲面
を得るのに通常のごとくNC装置10において演算処理を遂
行していては、演算処理に多大の時間を要し、NC加工に
よる自動加工の高能率化を達し得ない場合である。即
ち、高速NCデータ作成装置16は、NC装置10内のサーボ機
構へ直送できるデータをNC装置10とは別の演算処理手段
で予め高速度に作成してNC装置10によるオフセット処
理、補間演算処理を全て省略し得るようにする機能を外
部内に保有しているのである。
高速NCデータ作成装置16のデータ送信部28から送信され
るNC指令データはそのままインターフェース22を介して
バッファ装置12に格納され、そこから更にNC装置10に次
々と送られる。上記バッファ装置12は高速度で作成され
たNC加工指令データを含めた全てのNC指令データを一時
的に格納し、次々に後段のNC装置10へ送出する機能を持
ったものである。なお、高速NCデータ作成装置16には操
作盤30が接続され、前述のように高速NC加工指令G05と
は別に高速NC加工指令を人が印加することも可能であ
り、又、送り速度をNCプログラム中の指令による送り速
度の変更設定を行うことも可能になっている。
高速モードのときはNC装置10は、既に各軸の移動指令デ
ータに変換された高速NC加工用データをバッファメモリ
手段12から一定時間間隔で読み取り、既述のように直ち
にサーボ機構18に送られ、高速NC加工が実行される。ま
た、通常速度モードの場合には、NC装置10内の演算処理
部において、オフセット処理、直線補間処理、円弧補間
処理等の必要な処理を受けてから、サーボ機構18に送出
され、通常のNC装置の機能をそのまま保有するものであ
る。
さて、NC加工においては、サーボ機構18、NC工作機械の
送り機構等の機械的作動部を有することによって、NC指
令による指令速度が大きい程これら機構部分の追従に遅
れ、つまりドループが生じ、特にコーナ部において指令
された加工経路に対して誤差が発生する。従って、上述
した高速NCデータ作成装置16によって演算、変換された
移動指令データ形成の高速NC加工データによって実行さ
れる高速NC加工に当たってもNC装置10によって、特にコ
ーナ部の経路に沿う高速NC加工、変曲点における高速NC
加工、円弧等の大きな曲率を有した経路の高速NC加工等
を実行するときには、上記ドループによる誤差が発生し
加工精度が低下するので、これを極力防止する必要があ
る。
ここで、本発明においては、NC工作機械の加工動作経路
の進行方向の変化の程度に応じて、NC工作機械側におけ
る各軸(通常、工作機械の技術分野では互いに直交する
X軸、Y軸、Z軸の3軸が用いられる。)の送り速度を
減速させるように制御を行い、ドループによる誤差の発
生を防止するようにするものである。すなわち、高速NC
データ作成装置16において、上述したコーナ部の経路、
大きな曲率を有した経路及び変曲点の前後の経路におけ
る前記移動指令データの各ブロックによって指令される
微小な補間直線を示すベクトルに就いて、相隣る前後の
2ブロックのベクトル間における角度変位を次々と演算
し、これらの角度変化率の大きさに応じて上記送り速度
を低下させるような移動指令データを作成するものであ
る。
一般にNC加工における送り速度の制御は、一定時間間隔
で移動指令データをサーボ機構に与えるようにした制御
方式においては、一回で与える移動量(パルス分配数)
を大きくしたりあるいは小さくしたりすることによって
行なわれる。例えば、10ミリ秒間隔で移動指令データを
与えるものとすると、一回で与える移動量を0.5mmにす
ると、送り速度は3000mm/minとなり、該移動量を0.1mm
にすると600mm/minとなる。
他方、高速NC加工を直線補間によって遂行する際の各ブ
ロック毎の微小補間直線をベクトル表示した第4図を参
照すると、相隣る前後ブロック図のベクトルA,B間の角
度変位は内積の定理によって、cosθ=A・B/|A|・|B|
の関係からθが求められる。このθの0からの90°まで
の角度の変化に応じて例えば、0°付近のときは一回で
与える移動量は指令速度に対応する量とし、θが大きく
なるにしたがって前記移動量を分割して数回にわたって
与えるようにすれば送り速度は減速され、結果的に高速
NC加工の遂行時にドループによる誤差を僅少にすること
ができるのである。
なお、本発明装置の高速NCデータ作成装置16は、NC工作
機械のNC装置10の筐体内に同居して設けても、本発明の
作用効果に変わりはないことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、3次
元曲面のNC加工を高速NC加工によって遂行し得ると共に
その高速NC加工に際して不可避のドループによる指令経
路と機械の実際の加工動作経路との間の誤差を僅少にし
て高精度の高速NC加工を遂行できる改善されたNC加工方
法及び装置が得られるのである。従ってそのような高速
NC加工方法と装置とを例えば複雑な3次元曲面を有する
金型加工等に適用すれば、寸法精度が高く、かつ円滑な
削り曲面を有した金型の製造が可能になる等の顕著な効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による高速NC加工におけるドループによ
る誤差の発生を防止する処理を具備した高速NC加工装置
の構成図、第2図は高速NCデータ作成装置の構成を示し
たブロック図、第3図はNC加工プログラムに高速NC加工
指令を含んだNCプログラムの例を示した図、第4図は高
速NCデータにおける次々のブロックによって指令される
微小な補間直線を表すベクトルの角度変位を説明する
図。 10…NC装置、 12…バッファメモリ手段、 14…NCプログラム供給装置、 16…高速NCデータ作成装置、 18…サーボ機構、 20,22…インターフェース。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】NC加工プログラム読取り部と情報処理部と
    サーボ機構を備えたNC装置に外部からの命令によってNC
    加工プログラムにもとづく移動指令データを前記サーボ
    機構に直送してNC加工動作をすることができるNC工作機
    械のNC加工方法において、前記NC工作機械のNC装置の情
    報処理部の前段で、高速加工命令に応じてNC加工プログ
    ラムによる加工データを予め移動指令データに演算変換
    し、該移動指令データを前記NC装置のサーボ機構に情報
    処理部を介さずに伝送することによって前記NC工作機械
    を高速NC加工動作させるとともに、前記移動指令データ
    における前後2つのベクトルのなす角度を次々に演算
    し、該角度の大きさに応じて前記移動指令データを減速
    した移動指令データに演算変換して前記NC装置のサーボ
    機構に伝送し、前記NC工作機械の加工動作経路を指令経
    路に接近させるように高速NC加工のドループによる経路
    誤差の発生を防止するNC加工方法。
  2. 【請求項2】NC加工プログラム読取部と情報処理部とサ
    ーボ機構を備えたNC装置に外部からの命令によってNC加
    工プログラムにもとづく移動指令データを前記サーボ機
    構に直送してNC加工動作をすることができるNC加工装置
    において、NC加工プログラム供給手段と前記NC工作機械
    のNC装置の情報処理部との間に設けられ、高速加工命令
    に応じてNC加工プログラムによる加工データを予め移動
    指令データに演算変換する演算処理手段と、前記移動指
    令データにおける前後2つのベクトルのなす角度を次々
    に演算する角度演算手段と、前記2つのベクトルのなす
    角度の大きさに応じて前記移動指令データを減速した移
    動指令データに演算変換する減速演算手段と、前記移動
    指令データを前記NC装置のサーボ機構に前記情報処理部
    を介さずに伝送する接続手段とを備えたことを特徴とす
    る高速NC加工のドループによる経路誤差の発生を防止す
    るNC加工装置。
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