JPH1153019A

JPH1153019A - Ｎｃ装置の楕円補間方法

Info

Publication number: JPH1153019A
Application number: JP21165097A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Kobayashi; 靖典小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタリング加工を容易かつ高精度に行うこ
とを可能とする。【解決手段】まず、円弧の作動指令に基づきワークに
加工を行う(1) 。続いて、被加工部の形状を測定し(2)
、楕円に近似化する(4) 。さらに、該近似楕円の傾き
を求め、該近似楕円の傾きを補正する(5) 。そして、該
補正後の近似楕円に対して楕円補間を行うための作動指
令を作成する(6) 。よって、ＮＣデータを情報量が少な
い円弧データとして作成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ装置によるコ
ンタリング加工を容易かつ高精度に行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、切削加工による円柱形状や穴
形状を得る場合において、円柱形状は旋盤により、穴形
状は所望の穴径と同一径をなすドリル、リーマ等により
形成することが一般的であった。この手法によると、部
品単価を低く抑えつつ高い寸法精度を得ることが容易と
なるためである。しかしながら、異なる径の穴径を有す
る部品を製造する場合には、穴の種類と同数の加工機を
並べ、各加工機に各々異なる径のドリル等を装着して用
いる必要がある。このため、工具コスト、加工機の設置
コスト共に高くかつ汎用性に乏しいため、大量かつ長期
に渡って生産する部品には適するが、少量かつ短期間で
生産が終了する部品の場合には、設備の償却をすること
ができず、部品単価の上昇を招くこととなった。また、
ＮＣ工作機械を使用して加工を行う場合には、汎用性の
問題は解決することができるが、複数の種類の工具を装
備する必要があり、かつ、工具の交換に要する時間が稼
動効率を低下させることから、やはり部品単価の上昇を
招くことになった。

【０００３】近年では、少量かつ短期間で生産が終了す
る部品の要求が高まり、これに対応するため加工設備に
汎用性を持たせることが１つの課題となっている。そこ
で、ＮＣ装置によってエンドミルを駆動し、該エンドミ
ルで円弧等の移動軌跡を描くことにより所望の円柱形状
や穴形状を得る、いわゆるコンタリング加工法（輪郭加
工法）が用いられるようになった。この構成によれば、
工具の種類を増やすことなく、プログラムの変更のみで
さまざまな部品の製造に適応することが可能となる。

【０００４】ところで、コンタリング加工法による製品
の精度は、ＮＣ装置のテーブル（工作物を取付ける台）
若しくはコラム（主軸を内蔵し、上下に移動させる案内
面を持った柱）を、如何に指令された円弧指令Ｃ（図
６）の通りに作動させるかに係ってくる。ところが、テ
ーブル若しくはコラムの駆動軸の円弧動作は、互いに直
交するＸ軸駆動系と、Ｙ軸駆動系との動作の合成により
得ることが一般的であり、この構成上避けられない作動
精度上の問題がいくつかある。第１に、図５に示す象限
突起Ｅ₁ が挙げられる。この象限突起は、Ｘ，Ｙ軸駆動
系の駆動方向を転換する際に、駆動系のバックラッシが
影響して発生するものである。第２に、図６に示す移動
軌跡の楕円変形Ｅ₂ が挙げられる。この楕円変形は、ワ
ークの被加工面を鉛直方向に設定し、エンドミルを被加
工面に対し水平に離間接近させる構成を取った場合に、
鉛直方向の動作に係る駆動系（図６の例ではＹ軸駆動
系）が、重力の影響で反応後れを生じてなるものであ
る。

【０００５】そこで、今日のＮＣ装置には、象限突起の
補正機能と重力軸補正機能とが標準装備されるようにな
った。これらの補正機能によると、象限突起は方向転換
時にバックラッシを打ち消すべく、動作速度を瞬間的に
高めることにより解消することができる。また、楕円変
形は重力の影響を加味した楕円軌跡の作動指令Ｒ₂ に書
き換えることにより解消することができる。尚、従来の
楕円補間方法の一例として、特開平3-40004 号公報等に
その詳細が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記補
正機能を用いても解消されない作動精度上の課題が残っ
ている。それは、図７に示すように移動軌跡が楕円変形
Ｅ₂ と異なる場合、一例として傾きをもった楕円変形Ｅ
₃ を生ずる場合である。この移動軌跡を生ずる原因は、
工作機械の剛性のばらつき等、機械特性（治具特性）が
影響してなるものであり、各工作機械固有のものであ
る。従来は、この問題を解決するにあたり、ＮＣデータ
を情報量が少ない円弧データ（楕円データ）から、情報
量が膨大となる点群データに変更して対応する必要があ
った。そして、エンドミルの移動軌跡を真円に近付ける
ためには、点群データの量をより多くする必要があった
が、演算時間やＣＰＵの容量などの制限からデータ量の
増加にはおのずと限度があり、コンタリング加工法によ
る製品の精度を向上させる上での障害となっていた。し
かも、ＮＣデータはワークを変更する度に設定する必要
があることから、ＮＣデータ作成に係る工数は膨大なも
のとなった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ＮＣ装置によるコンタ
リング加工を容易かつ高精度に行うことを可能とし、コ
ンタリング加工法の適用範囲を広げることにより、低コ
ストの機械加工製品を広く提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る手段は、重力軸補正機能を備えるＮＣ装
置の楕円補間方法であって、円弧の作動指令に基づき加
工された被加工部の形状を楕円に近似化し、該近似楕円
の傾きを求めた後、該近似楕円の傾きを補正し、該補正
後の近似楕円に対して楕円補間を行うための作動指令を
作成する各ステップを有することを特徴とする。

【０００９】この構成によると、ＮＣ装置の円弧の作動
指令に対する実際の移動軌跡を楕円に近似し、かつ、該
楕円の傾きを求めてこれを補正する。よって、移動軌跡
を傾きのない楕円として認識する。その後に、楕円近似
された移動軌跡に重力軸補正と同様の楕円補間を行うこ
とにより、ＮＣデータを情報量が少ない円弧データとし
て作成する。

【００１０】また、本発明においては、前記作成された
楕円補間を行うための作動指令を、次のワークの加工時
の初期指令とすることが可能である。すなわち、現在の
ワークに加工を施す際になされた楕円補間データを次の
ワークの加工に生かし、次のワークの楕円補間データを
短時間で作成する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同一部分ま
たは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説
明は省略する。

【００１２】図１には、本発明の実施の形態に係るＮＣ
装置の楕円補間方法についてのフローチャートを示して
いる。また、図２および図４には、該楕円補間方法のス
テップを抽出して示している。本発明の実施の形態に係
る楕円補間方法は、既存の重力軸補正機能を備えるＮＣ
装置を用いるものである。以下に、ワークに対し工具の
円形動作を行う場合の、楕円補間方法の各ステップを説
明する。

【００１３】(1) まず、所望の径の円形動作を行うため
のＮＣデータ（円弧データ）を作成し、ワークにコンタ
リング加工を行う。 (2) ワークの被加工部の形状を測定し（図２参照）、真
円に対する加工精度を調べる。形状測定の方法について
は、ライン構成に応じて機内測定若しくは機外測定の選
択をする。以下、機内測定によって加工精度をＸ，Ｙ平
面上に図形Ｓとして表すことができた場合について説明
する。 (3) ステップ(2) において、ワークをチャックしたまま
３次元測定機等で被加工部を測定した結果、所望の真円
度が得られている場合には、楕円補間作業を終了する。
また、所望の真円度が得られていない場合には、ステッ
プ(4) に移行する。

【００１４】(4) ステップ(3) において、所望の真円度
が得られていないことが確認されると、図形Ｓを楕円に
近似化する。その方法の一例として、図形Ｓを包括する
円の中心点と、該円と図形Ｓの接点とから、近似楕円の
長軸および短軸を求める。 (5) ステップ(4) で近似化した楕円Ｅ_S の傾きを調べ
る。楕円Ｅ_S はＸ，Ｙ座標上で、ｘ＝ａcos （θ−φ） ……（ｉ）ｙ＝ｂsin （θ−φ） ……（ii）とパラメータ表示され、φが楕円Ｅ_S の傾きに相当す
る。よって、図３に示すように傾きを補正すると、補正
後の楕円Ｅ_S'の方程式は、ｘ＝ａcos θ ……（iii ）ｙ＝ｂsin θ ……（iv）と表され、傾きのない正楕円として認識される。 (6) ここで、ＮＣ装置が備える重力軸補正機能を用い、
正楕円Ｅ_S'に楕円補間を施すことにより、真円Ｃ_S （図
４）を得るための補間されたＮＣデータを作成する。

【００１５】以下、ステップ(6) で作成されたＮＣデー
タに基づきワークにコンタリング加工を行い（ステップ
(1) ）、被加工部の形状を測定し（ステップ(2) ）、被
加工部の形状が所望の真円度を得られたか否かの判定を
行う（ステップ(3) ）。そして、ステップ(3) におい
て、所望の真円度が得られた旨の判定がなされるまで、
上記各ステップを繰り返す。また、所望の真円度が得ら
れたときのＮＣデータを記憶し、次のワークの加工時の
初期指令値とする。

【００１６】上記構成をなす本発明の実施の形態より得
られる作用効果は、以下の通りである。まず本実施の形
態では、正楕円以外の図形を傾きを持った楕円形に近似
し、かつ、その傾きを補正して正楕円とする。よって、
移動軌跡を正楕円として認識することが可能となる。そ
して、該正楕円にＮＣ装置が備える重力軸補正機能を用
いて楕円補間を施すことにより、従来は点群データとし
てしか補間処理をすることができなかった移動軌跡を、
楕円データを用いて補間処理することが可能となる。楕
円データは、前記数式（ｉ）〜（iv）のごとく、ＸＹ座
標でパラメータ表示することが可能であり、このための
ＮＣデータは、従来の点群データを用いたものに比べ格
段に少なくて済む。よって、コンタリング加工による製
品の精度を容易に高精度化することが可能となる。

【００１７】また、一度作成した楕円補間を行うための
作動指令を記憶しておき、次のワークの加工時の初期指
令とすることが可能である。そして、現在のワークに加
工を施す際に作成された楕円補間データを次のワークの
加工に生かすことにより、前記ステップ(1) 〜(6) のル
ープの回数を減らし、次のワークの楕円補間データを短
時間で作成することを可能とする。

【００１８】なお、本発明の実施の形態においては、平
面上に円形の移動軌跡を描かせる加工例について説明し
たが、ヘリカル加工（螺旋状加工）、スクロール加工
（旋回半径が変化する螺旋状加工）にも応用可能であ
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。本発明の請求項１に係るＮＣ装
置の楕円補間方法によると、ＮＣ装置の円弧の作動指令
に対する実際の移動軌跡が正楕円と異なるものであって
も、従来のように点群データとしてＮＣデータを作成す
るのではなく、情報量が少ない円弧データとしてＮＣデ
ータを作成することが可能となり、コンタリング加工を
容易かつ高精度に行うことを可能とする。よって、コン
タリング加工法の適用範囲を広げ、低コストの機械加工
製品をより幅広く提供することが可能となる。

【００２０】また、本発明の請求項２に係るＮＣ装置の
楕円補間方法によると、すでに作成された楕円補間を行
う作動指令を、次のワークの加工時の初期指令とするこ
とが可能であることから、次のワークの楕円補間データ
を短時間で作成することが可能となり、コンタリング加
工を容易かつ高精度に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＮＣ装置における、
楕円補間方法のフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態に係るＮＣ装置において、
ワークの被加工部の形状を測定し、Ｘ，Ｙ平面上に図示
し、さらに楕円近似するステップを示す図である。

【図３】図２の楕円の傾きを補正するステップを示す図
である。

【図４】図３に示す正楕円に楕円補間を行うステップを
示す図である。

【図５】象限突起の様子を示す図である。

【図６】移動軌跡の楕円変形の様子を示す図である。

【図７】移動軌跡が傾きを持った楕円変形を生じた様子
を示す図である。

【符号の説明】

(1) ワークにコンタリング加工を行うステップ (2) ワークの被加工部の形状を測定するステップ (3) 被加工部の形状の真円度をチェックするステップ (4) 被加工部の形状を楕円近似するステップ (5) 楕円の傾きを補正するステップ (6) 楕円補間を行うステップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重力軸補正機能を備えるＮＣ装置におい
て、円弧の作動指令に基づき加工された被加工部の形状
を楕円に近似化し、該近似楕円の傾きを求めた後、該近
似楕円の傾きを補正し、該補正後の近似楕円に対して楕
円補間を行うための作動指令を作成する各ステップを有
するＮＣ装置の楕円補間方法。
【請求項２】前記作成された楕円補間を行うための作
動指令を、次のワークの加工時の初期指令とすることを
特徴とする請求項１記載のＮＣ装置の楕円補間方法。