JPH0957598A - 数値制御装置と、その加工軌跡制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流し台などのシンクと天板の溶接ビードを研
磨ベルトを使用して除去する加工機械の数値制御装置に
おいて、ワーク図面形状に比べ誤差の多い溶接ビードに
対して滑らかな除去仕上げを容易化する。 【解決手段】 直交２軸以上と旋回軸の制御ができ、直
線、円弧など軌跡制御ができる数値制御装置において実
行可能な加工軌跡制御方式である。ワークパターン形状
に合わせて座標計算してＮＣプログラムに展開し、前後
する補正量の異なる工具径補正ブロックの補正ベクトル
間を１つの直線ベクトルで結ぶ。これにより生成される
加工軌跡の外形プログラムから得られる必ずしも滑らか
でない形状に応じて数値制御装置の各軸にパルス分配
（補間動作）し、その後加減速演算を行なって工具を停
止させずに滑らかに動作可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨ベルトを用い
た流し台溶接ビード取り装置等の加工制御に用いるのに
適する数値制御装置と、この制御装置において実行可能
な加工軌跡制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】流し台等の天板とシンクの溶接にはシー
ム溶接やティグ（ＴＩＧ）溶接が用いられる。この種の
加工では、本来の加工形状は直線と複数の円弧によって
連続した滑らかに接続された図形であるが、溶接条件や
溶接方法により、溶接された部分の形状はワーク図面寸
法に対して誤差が大きいことがある。このような誤差を
生じさせる溶接ビードは、研磨ベルトを用いた溶接ビー
ド取り装置を用い、研磨ベルトヘッドによって除去して
いる。

【０００３】このような溶接ビード取り加工においては
数値制御装置（以下単にＮＣという。）を用いて研磨ベ
ルトヘッドの移動を制御しており、ベルトヘッドとワー
クの相対速度を一定にする方が仕上がり具合が良いとさ
れている。ところが、溶接ビードの形状誤差に加工軌跡
を追従させるために安易に終点座標などを変更すると、
移動ブロックの接続箇所で角度を生じ、その部分で送り
速度が変動して仕上がりが悪くなりやすい。そのため従
来では、移動ブロック間の接続角度を０度に近付けるよ
うに、円弧指令の終点や中心座標を求めるための計算を
しているが、このような作業は面倒なものであった。ま
たロボットなどに見られるティーチング作業も教示点が
多く、プログラム作成に多くの時間が費やされてしまう
などの問題があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
加工ワークのパターン形状に合わせて図面寸法を入力す
るだけでワーク形状のＮＣプログラムデータに展開し、
従来のように形状データそのものを変更するのではな
く、補正機能により軌跡形状を変更することによりプロ
グラムの作成を容易にし、従来に比べプログラム作成や
修正が簡単にでき、試加工や調整等の段取りにかかる時
間を短縮するとともに、必ずしも滑らかでない形状を速
度変動をできる限り抑えて移動できるようにすることに
よって仕上がり具合を向上させ得る数値制御装置と、そ
の加工軌跡制御方式を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１に
係る数値制御装置は、上記目的を達成するために、直交
２軸以上と旋回軸の制御ができ、直線、円弧など軌跡制
御ができる数値制御装置において、ワークパターン形状
に合わせて座標計算しＮＣプログラムに展開する手段
と、補正量が異なりかつ前後する工具径補正ブロック
の、前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと
後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの間を
１つの直線ブロックでつないで１工具径補正ブロック毎
に補正量を変更可能とする工具径補正手段と、これらＮ
Ｃプログラムへの展開手段と工具径補正手段とにより生
成される加工軌跡の外形プログラムから得られる必ずし
も滑らかでない形状に応じて停止せずに滑らかに動作す
るために上記各軸にパルス分配後加減速演算を行う軌跡
演算手段を有することを特徴とする。

【０００６】請求項２に係る数値制御装置は、上記補正
ベクトル間をつなぐ直線ブロックが、上記前側の工具径
補正ブロックの終端の補正ベクトルと後側の工具径補正
ブロックの始端の補正ベクトルとの間で接線角度が等し
いときは、上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正
ベクトルの終点と上記後側の工具径補正ブロックの始端
の補正ベクトルの終点を結んで両補正ベクトルと共線と
なる直線ベクトルからなり、上記前側の工具径補正ブロ
ックの終端の補正ベクトルと後側の工具径補正ブロック
の始端の補正ベクトルとの間で接線角度が等しくなく、
かつ両補正ベクトルが上記ワークパターン形状の外側へ
向くときは、上記前側の工具径補正ブロックの終端の補
正ベクトルの終点と上記後側の工具径補正ブロックの始
端の補正ベクトルの終点を結ぶ直線ベクトルからなるこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項３に係る数値制御装置は、上記工具
径補正手段が、上記前側の工具径補正ブロックの終端の
補正ベクトルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正
ベクトルとの間で接線角度が等しくなく、かつ両補正ベ
クトルが上記ワークパターン形状の内側へ向くときに、
上記両工具径補正ブロックが交点を持つ場合はその交点
で上記両工具径補正ブロックをつなぐことを特徴とす
る。

【０００８】また本発明のうち請求項４に係る数値制御
装置の加工軌跡制御方式は、上記目的を達成するため
に、直交２軸以上と旋回軸の制御ができ、直線、円弧な
ど軌跡制御ができる数値制御装置において実行可能な加
工軌跡制御方式であって、ワークパターン形状に合わせ
て座標計算してＮＣプログラムに展開し、補正量が異な
りかつ前後する工具径補正ブロックの、前側の工具径補
正ブロックの終端の補正ベクトルと後側の工具径補正ブ
ロックの始端の補正ベクトルの間を１つの直線ブロック
でつないで１工具径補正ブロック毎に補正量を変更し、
生成される加工軌跡の外形プログラムから得られる必ず
しも滑らかでない形状に応じて上記各軸にパルス分配
し、その後加減速演算を行なって停止せずに滑らかに動
作可能としてなることを特徴とする。

【０００９】請求項５に係る数値制御装置の加工軌跡制
御方式は、上記補正ベクトル間をつなぐ直線ブロック
が、上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクト
ルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルと
の間で接線角度が等しいときは、上記前側の工具径補正
ブロックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側の工具
径補正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結んで両
補正ベクトルと共線となる直線ベクトルからなり、上記
前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと後側
の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルとの間で接
線角度が等しくなく、かつ両補正ベクトルが上記ワーク
パターン形状の外側へ向くときは、上記前側の工具径補
正ブロックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側の工
具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結ぶ直
線ベクトルからなることを特徴とする。

【００１０】請求項６に係る数値制御装置の加工軌跡制
御方式は、上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正
ベクトルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベク
トルとの間で接線角度が等しくなく、かつ両補正ベクト
ルが上記ワークパターン形状の内側へ向くときに、補正
された軌跡が交点を持つ場合はその交点で上記両工具径
補正ブロックをつなぐことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。まず本実施形態のＮＣは、直交２軸
以上と旋回軸の制御ができ、直線、円弧など軌跡制御が
可能なものとするが、これらの機能については多軸制御
ＮＣとして周知であるので説明は省略する。

【００１２】また本実施形態のＮＣは、ワークパターン
形状に合わせて座標計算し、ＮＣプログラムに展開する
機能、即ちＣＡＭ機能を有する。具体的には、すべての
ワークには図面上の寸法（例えば図１に示すような幅
Ｗ、高さＨ、コーナー半径Ｒ１〜Ｒ３等）があり、図面
上の必要なデータから連立方程式を立てて計算すればワ
ーク形状を記述するためのＮＣプログラムデータに展開
できる機能を有する。

【００１３】上述のＣＡＭ機能によるデータの展開は、
具体的にはパターンマクロ機能等と称される機能によっ
てパターン形状と移動ブロックの関係の記述となる。即
ち、ワーク図面寸法を入力することによって複数の移動
ブロック（直線補間や円弧補間のＧコードの集合）に展
開される。例えば、図２に示すような左右、上下対称な
シンク図形については、形状の１／４部分の移動ブロッ
クのパターンを１つのパターン図形、即ち直線−円弧−
直線からなるパターン図形として捉え、幅Ｗ、高さＨ、
コーナー半径Ｒのワークに対して、ＮＣでパターンマク
ロ機能を用いることにより上述のパターン図形を選択
し、移動方向（時計方向ＣＷあるいは反時計方向ＣＣ
Ｗ）、幅Ｗ、高さＨ、コーナー半径Ｒというパラメータ
を入力することによって複数の移動ブロック（直線補間
や円弧補間のＧコード）に自動展開する。なお図２の例
では１／４図形が３つの移動ブロックからなるため１２
の移動ブロックに展開される。

【００１４】図３は、この機能に基づいたプログラム作
成、修正のフローチャートである。まず図３に示すよう
に形状パターンを選択し、図面の寸法幅Ｗ、高さＨ、コ
ーナー半径Ｒ１、Ｒ２・・・を入力して、形状データを
自動生成し、プログラム化する（ステップ１）。図３中
には準備機能（Ｇ機能）によるＧコードＧ９１、Ｇ０
１、Ｇ０２・・・等を示す。その後、加工原点合わせを
行ない（ステップ２）、試し加工をし（ステップ３）、
仕上がりを判定して（ステップ４）、良ければ実加工に
入り（ステップ５）、悪ければ形状誤差の補正を行なう
（ステップ６）。

【００１５】本実施形態のＮＣでは、形状誤差の補正
を、前後する工具径補正ブロックの補正量の異なる補正
ベクトルの間を１つの直線ブロックで結び、加工１サイ
クル中の１工具径補正ブロック毎に補正量が変更可能な
工具径補正機能を用いて行なう。補正量の異なる工具径
補正ベクトル間を１つの直線ブロックでつなぐとは、前
後する２つの工具径補正ブロックＢ１、Ｂ２のそれぞれ
始点と終点の補正ベクトルを１つの直線ブロックで結合
することである。

【００１６】即ち、図４ａのように補正ベクトルＶ１、
Ｖ２のベクトル長が同じ場合には直線ブロックを挿入し
ないが、図４ｂに示すように補正ベクトルＶ１、Ｖ２の
ベクトル長が異なる場合は、段差の部分を補正ベクトル
Ｖ１、Ｖ２と共線の１つの直線ベクトルＶ３でつなぐ。

【００１７】また図４ｃに示すように補正ベクトルＶ
１、Ｖ２の方向が違う場合にも直線ブロックＶ３を挿入
する。なお図４ｃ、図４ｄに示すように、接線角度差が
０度以外のときで両補正ベクトルＶ１、Ｖ２がワークパ
ターン形状の外側へ向き、従って補正ベクトルＶ１、Ｖ
２の外側に補正する場合には、必ず１つの直線ブロック
を挿入する。また図４ｅのように補正ベクトルＶ１、Ｖ
２がワークパターン形状の内側へ向き、従って補正ベク
トルＶ１、Ｖ２の内側に補正する場合は、補正ベクトル
Ｖ１、Ｖ２によって補正された工具径補正ブロック（破
線）の交点Ｋでつなぐ。マニシングセンター等ではこの
方式では工具干渉や削り残し問題が出るが、流し台のビ
ード取り装置等のベルト研削装置では問題にならず、演
算が簡単に済むという利点がある。

【００１８】なお（工具径）補正ベクトルとは、周知の
ようにプログラムした図形に対して工具の中央でなく端
面が図形に沿って動作するようにオフセットをかけるた
めのものであり、図５ａのように補正ベクトルＶによっ
てオフセットをかけなければ工具Ｔの中央をプログラム
図形Ｐが通り、図５ｂのように工具径補正をかけ、これ
によって工具Ｔの端面がプログラム図形Ｐを通り、所望
の加工ができるようになる。

【００１９】このような補正を受けた図形Ｐａ、即ち工
具軌跡図形は、幅Ｗ、高さＨ、コーナー半径Ｒのワーク
のプログラム図形Ｐの外周に沿いあるいは内周に沿う、
例えば図６の破線で示すように、補正ベクトルの長さの
違いにより段差のある図形となる。

【００２０】段差の部分は、図７に拡大して示すように
なり、このままでは段差部分で送り速度が変動してしま
うので、本実施形態のＮＣは、上述の直線ブロックの挿
入後に、各軸にパルス分配を行ない、さらにその後に加
減速計算を行なうことにより、補正を受けた工具軌跡図
形Ｐａを滑らかな軌跡Ｐｂとする必要がある。

【００２１】各軸へのパルス分配と、その後の加減速演
算について説明する。まずパルス分配について説明す
る。通常、連続軌跡制御するときの各軸の各制御周期毎
の目標位置を計算するためには、幾何学図形の情報を時
間や距離によるパラメトリック表現で数式により表わ
す。例えば、直線補間で

【数１】ｙ＝０．５ｘ＋１、 ｘ＝０→４ を例にとると、加工プログラムでは、始点（０、１）、
終点（４、３）のように指令し、図８のような軌跡とな
る。移動距離Ｌをパラメータとして表現すると、軌跡部
分の直線の長さδは、

【数２】δ＝√（（４−０）２＋（３−１）２） と表わされ、従って距離Ｌだけ移動した点のｘ、ｙ座標
は、

【数３】ｘ＝０＋（４−１）Ｌ／√２０ ｙ＝１＋（３−１）Ｌ／√２０ と表される。Ｌを移動距離パルスとすれば、ｘ、ｙは各
軸に分配されたパルスに相当する。このような演算その
ものを補間動作といい、従って各軸にパルス分配すると
は、補間動作を行なうということと同義である。

【００２２】パルス分配後の加減速演算は、さらに、上
述のパルス分配データに所定の時定数を掛け、図９に示
すように各軸における移動速度を加減速させ（図９の破
線はパルス分配直後の軌跡図形、実線は加減速後の軌跡
図形）、工具軌跡図形Ｐａを図９に示すように滑らかな
軌跡Ｐｂとすることである。この部分での線速度は若干
小さくなるが、ほぼ指定速度である。またこの方法で
は、工具の送り速度が大きくなると形状誤差が大きくな
ってしまうが、ビード取り装置等では加工途中での軌跡
精度は±１ｍｍ程度あれば良く、実用上問題にならな
い。なお図８、図９では直交する２軸（ｘ軸、ｙ軸）に
ついてのみ述べているが、本発明はこれに限定されず、
旋回軸に対しても同様に実行できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の数値制御装置とその加工軌跡制
御方式は、直交２軸以上と旋回軸の制御ができる数値制
御装置において、ワークパターン形状に合わせて座標計
算し展開したＮＣプログラムに対して、補正量が異なり
かつ前後する工具径補正ブロックの、前側の工具径補正
ブロックの終端の補正ベクトルと後側の工具径補正ブロ
ックの始端の補正ベクトルの間を１つの直線ブロックで
つないで１工具径補正ブロック毎に補正し、生成された
加工軌跡の外形プログラムから得られる必ずしも滑らか
でない形状を各軸へのパルス分配と、その後の加減速演
算により滑らかに修正するようにしたので、従来の数値
制御装置に比べてプログラム作成や修正が容易になり、
試加工や調整等の段取りにかかる時間を短縮でき、必ず
しも滑らかでない加工プログラム軌跡に対して速度変動
をできる限り抑えて工具を移動させることによって仕上
がり具合を向上させ得るようになるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワークの図面上の必要なデータからワーク形状
を記述するためのＮＣプログラムデータに展開する機能
を説明するための図である。

【図２】左右、上下対称なシンク図形の１／４部分の移
動ブロックによるパターン化を示す図である。

【図３】ＮＣプログラムの作成、修正のフローチャート
である。

【図４】工具径補正ベクトルの非挿入、挿入形態を示す
図である。

【図５】工具径補正ベクトルを説明するための図であ
る。

【図６】工具径補正ベクトルの長さの違いにより段差の
ある図形を示す図である。

【図７】図６の図形の段差部分を拡大して示す図であ
る。

【図８】直線補間の加工プログラムでの軌跡を示す図で
ある。

【図９】パルス分配直後の軌跡図形と、加減速後の軌跡
図形を示す図である。

【符号の説明】

Ｂ１、Ｂ２ 工具径補正ブロック Ｖ、Ｖ１、Ｖ２ 補正ベクトル Ｖ３ 直線ブロックをなす直線ベクトル Ｋ 工具径補正ブロックの交点 Ｐ プログラム図形 Ｐａ 補正を受けた工具軌跡図形 Ｐｂ 加減速演算後の滑らかな軌跡 Ｔ 工具

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交２軸以上と旋回軸の制御ができ、直
   線、円弧など軌跡制御ができる数値制御装置において、 ワークパターン形状に合わせて座標計算しＮＣプログラ
   ムに展開する手段と、補正量が異なりかつ前後する工具
   径補正ブロックの、前側の工具径補正ブロックの終端の
   補正ベクトルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正
   ベクトルの間を１つの直線ブロックでつないで１工具径
   補正ブロック毎に補正量を変更可能とする工具径補正手
   段と、これらＮＣプログラムへの展開手段と工具径補正
   手段とにより生成される加工軌跡の外形プログラムから
   得られる必ずしも滑らかでない形状に応じて停止せずに
   滑らかに動作するために上記各軸にパルス分配後加減速
   演算を行う軌跡演算手段を有することを特徴とする数値
   制御装置。
2. 【請求項２】 上記補正ベクトル間をつなぐ直線ブロッ
   クが、上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベク
   トルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトル
   との間で接線角度が等しいときは、上記前側の工具径補
   正ブロックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側の工
   具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結んで
   両補正ベクトルと共線となる直線ベクトルからなり、 上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと
   後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルとの間
   で接線角度が等しくなく、かつ両補正ベクトルが上記ワ
   ークパターン形状の外側へ向くときは、上記前側の工具
   径補正ブロックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側
   の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結
   ぶ直線ベクトルからなることを特徴とする請求項１の数
   値制御装置。
3. 【請求項３】 上記工具径補正手段が、上記前側の工具
   径補正ブロックの終端の補正ベクトルと後側の工具径補
   正ブロックの始端の補正ベクトルとの間で接線角度が等
   しくなく、かつ両補正ベクトルが上記ワークパターン形
   状の内側へ向くときに、上記両工具径補正ブロックが交
   点を持つ場合はその交点で上記両工具径補正ブロックを
   つなぐことを特徴とする請求項１の数値制御装置。
4. 【請求項４】 直交２軸以上と旋回軸の制御ができ、直
   線、円弧など軌跡制御ができる数値制御装置において実
   行可能な加工軌跡制御方式であって、ワークパターン形
   状に合わせて座標計算してＮＣプログラムに展開し、補
   正量が異なりかつ前後する工具径補正ブロックの、前側
   の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと後側の工
   具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの間を１つの直
   線ブロックでつないで１工具径補正ブロック毎に補正量
   を変更し、生成される加工軌跡の外形プログラムから得
   られる必ずしも滑らかでない形状に応じて上記各軸にパ
   ルス分配し、その後加減速演算を行なって停止せずに滑
   らかに動作可能としてなることを特徴とする数値制御装
   置の加工軌跡制御方式。
5. 【請求項５】 上記補正ベクトル間をつなぐ直線ブロッ
   クが、 上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと
   後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルとの間
   で接線角度が等しいときは、上記前側の工具径補正ブロ
   ックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側の工具径補
   正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結んで両補正
   ベクトルと共線となる直線ベクトルからなり、 上記前側の工具径補正ブロックの終端の補正ベクトルと
   後側の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルとの間
   で接線角度が等しくなく、かつ両補正ベクトルが上記ワ
   ークパターン形状の外側へ向くときは、上記前側の工具
   径補正ブロックの終端の補正ベクトルの終点と上記後側
   の工具径補正ブロックの始端の補正ベクトルの終点を結
   ぶ直線ベクトルからなることを特徴とする請求項４の数
   値制御装置の加工軌跡制御方式。
6. 【請求項６】 上記前側の工具径補正ブロックの終端の
   補正ベクトルと後側の工具径補正ブロックの始端の補正
   ベクトルとの間で接線角度が等しくなく、かつ両補正ベ
   クトルが上記ワークパターン形状の内側へ向くときに、
   補正された軌跡が交点を持つ場合はその交点で上記両工
   具径補正ブロックをつなぐことを特徴とする請求項４の
   数値制御装置の加工軌跡制御方式。