WO1982004336A1 - Procede de correction du diametre d'un outil pour un dispositif de commande numerique - Google Patents

Procede de correction du diametre d'un outil pour un dispositif de commande numerique Download PDF

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    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/303752—Process
    • Y10T409/303808—Process including infeeding

Definitions

  • the present invention relates to a tool diameter correction method for a numerical control device, and more particularly to a numerical control device suitable for application when performing machining while offsetting a tool in a normal direction of a three-dimensional processing surface.
  • the tool diameter compensation method is a tool diameter correction method for a numerical control device, and more particularly to a numerical control device suitable for application when performing machining while offsetting a tool in a normal direction of a three-dimensional processing surface.
  • NC Numerical control unit
  • This tool diameter compensation capability is shifted from the program path specified by the numerical control information to the left or right by the true diameter, and is based on the tool diameter by using the path as the tool center path. It corrects the cutting error.
  • corner cutting occurs unless cutting is performed at a corner formed by, for example, a straight line and a straight line or a straight line and an arc, resulting in a cutting error.
  • various techniques have been devised for the tool movement in the corner part in order to perform accurate tool diameter compensation.
  • FIG. 1 (a) to the Hare in profile grams passage two lines I'll show, Ri name than L 2, the angles Naka 9 0 ° over 1 8 0.
  • the tool diameter replanting is performed in the following order. In other words, leave pre-read the movement command of the next Proc-b 2 along with the movement command of the current blogs click ⁇ , the current professional Vu click straight line 3 ⁇ 4: the only tool diameter and off cell grayed door straight ⁇ L, next Block Linear L 2 clauses b 2 only E tool diameter seeking off cell grayed you encountered a linear I, calculates the coordinates of the intersection St of each straight line I and I.
  • the NC has a tool diameter compensation function in this way, it is not necessary to consider the tool diameter when creating an NC table, and programming becomes simple and non-provisional.
  • a tool diameter setting dial is provided on the NC panel to set the tool diameter on the dial. Or, by inputting the tool diameter using MDI (manual data input), accurate machining can be performed.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining such a problem.
  • Pi, Pc, Ri cutting point der on Bro g passage is commanded, respectively Re P 2 Waso, ⁇ ', the starting point Pi on each P s first ⁇ surface SFi, the end point P c off Se Tsu bets position of (PiJP ⁇ P cP s are off cell Tsu preparative downy click preparative Le), Pe, ⁇ 2 'is the starting point Pc on the second processing surface SF 2, off of the end point P2 Se grayed Doo position (PcPe, P 2 P is offsets click preparative downy click preparative Le) Ru der. Now, move the tool center of the tool shown in Fig.
  • An object of the present invention is to perform S-dimensional machining on a workpiece with a tool. It is an object of the present invention to provide a new method for compensating a tool diameter of a numerical control device which does not cause cutting or cutting at a corner where the first and second machining surfaces intersect.
  • the tool and the workpiece are relatively moved by the S-axis drive, and the workpiece is five-dimensionally machined by the tool.
  • a tool radius correction method of a teaching value control device for adding a tool center position coordinate offset by a radius of the tool in a direction, wherein a first and a second at a three-dimensional corner point are obtained from the position information.
  • Each axis component of the unit offset vector obtained in the first step is converted into a curve that is smoothly continuous with the trace of the tool center before and after the 3D corner point.
  • Fig. 1 shows two-dimensional: Tool diameter shaping method that does not cause cutting at the corner point in the case of ⁇
  • Fig. 2 shows the tool movement at the corner point in three-dimensional machining
  • Fig. 3 is an external view of the tool
  • Fig. 4 to Fig. 7 are explanatory diagrams of the tool diameter compensation method of the present invention
  • Fig. 8 is an illustration of the tool diameter compensation method of the present invention.
  • FIGS. 4 to 7 are explanatory views for explaining a tool diameter correcting method of the numerical control device according to the present invention. Hereinafter, description will be made assuming that the shape shown in FIG. 2 is machined.
  • P e P c + V-r ⁇ , I "is the radius of the tool, and P c is known from the command from the NC program.
  • This division number ⁇ is determined by calculating the maximum number of divisions in which d shown in FIG. 5 is less than or equal to an allowable error, where s is the allowable difference and s is the difference. For example, in Fig. 5,
  • a unit offset vector Vi (FIG. 2) connecting the i-th point P i of W and n division and the corner point P c is obtained.
  • the rotation angle $ i from the starting point P s to the point P i is
  • V i cos i X U bu sis 6 i X V (9)
  • the unit offset vector (normal vector) ⁇ at the start point and the unit offset vector (normal vector) V at the end point are
  • V V (Vx, V y, V z)
  • the amount of change in the Z-axis direction is (Vz-Uz).
  • the curve ⁇ connecting the starting point P s and the ending point P e needs to be smoothly connected to the tool center trajectories P s and P e before and after the corner point. That is, in the vicinity of the start point P s and the end point P e, the amount of change in the Z-axis direction is small and large in the middle, and the Z-axis is changed to a curve as shown in FIG. 7 as a whole. It is necessary to control the direction increment.
  • the horizontal axis indicates the position of the i-eye in the division
  • the vertical axis indicates the position.
  • Vix ' Vix xD
  • Vi y ' Viy XD- And D is a correction coefficient, which is obtained from the following equation
  • the X, Y, Z axis incremental values (increments) x, Ay, Az are calculated from the coordinates of the tool center point Pi 'and the coordinates of the tool center point immediately before.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the practice of the present invention.
  • 1 01 NC profile blog ram path information command from gram-(position command) Pi, Pc, Ho ⁇ Be click that is input to P 2 calculates the normal base click preparative Le Y, the V Calculate the rotation angle by computing the expression (1) and the normal angle by computing the expression ( 4 ), ( 2 ).
  • the orthogonal vector calculation vector that calculates the vector V orthogonal to the vector U, 104 is), the number of divisions when the arc C straight line is approximated by performing the expression in the m expression II
  • the division operation unit to be performed, 105 is used for each time the coordinates of the division point Pi 'are obtained.
  • a register indicating the number of the division point, 100 is the operation of equation (8). Performs to calculate the rotation angle 0 i from the start point P s to the division point P i of the i-th element.
  • the rotation angle calculation unit 107 is a unit offset calculation unit that calculates the unit offset vector Vi by calculating the equation ( 9 ). -Gut, 108 t (U) to ( ⁇ is calculated and the correction unit offset vector is calculated.
  • the curve ⁇ of the plan view formed by the normal vectors U and V of the first and second machined surfaces, and the tool center trajectory before and after the 3D corner point since the smooth Merakani differences ⁇ curve above the jar by the tool center is moved the force jitter Ma to have you in the 5-dimensional co-over na - not the child Kuyakezu included Ri occurs.
  • FIG. 8 shows a case in which it is constituted by a hardware having a single function, but it may be constituted by a computer. Further, the present invention can be applied to an NC tape producing apparatus.

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Description

明 数値制御装置の工具径襦正法 技 銜 分 野
本発明は数値制御装置の工具径補正法に係 り 、 特にェ 具を 3 次元加工面の法線方向にオフ セ -ノ ト しながら加工 を行な う 際に適用して好適な数値制御装置の工具径補正 法に関する。
背 景 技 街
遏常、 数値制御装置 （N C ) は工具径補正機能を有して いる。 こ の工具径補正接能は数値制御情報で指定された プロ グ ラ ム通路から左側或いは右镯にェ真径だけずらせ ^軌跡を工具中心通路とする こ と に よ り工具径に基づ く 切削誤差を補正する ものである。 しかし なが ら、 か る 工具径補正法においてはたとえば直線と直線、 或いは直 線と円弧のなすコ ーナ部において工夫しないと コ ーナ削 り込みを生じ、 切削誤差を生じる。 そこで、 従来、 正確 な工具径補正を行な う rこめ にコ - ナ部における工具移動 をいろいろと工夫している。
と えば、 第 1 図（a)に示すよ う に プ ロ グ ラ ム通路が 2 つの直線 I ， L2 より な り 、 その角 度 なが 9 0° 以上 1 8 0。 以下であ る も の とする と、 工具径植正は以下の順序で行 われる。 即ち、 現ブロ グ ク ^の移動指令と共に次のプロ ク b 2の移動指令を先読みしておき、 現プロ ヴ ク の直 線 ¾：工具径 だけオ フ セ グ ト し 直籙 L と、 次ブ ロ ッ ク b2の直線 L2をェ具径 だけオ フ セ グ ト し た直線 I を 求め、 各直線 I と I の交点 Stの座標を演算する。 そし て、 前 ブロ プ ク の終点 S0から Siへ、 ついで Siから S2へパ ルス分配に よ り工具を移動させれば工具中心は正し く 指 令され rこ ブロ グラ ム通路から半径 r だけオ フ セ - ト し ^ 通路を どって ワ ー クに指令通り の加工を旎す。
又、 角度なが 9 0°以下の場合には同様に現ブ ロ プ ク ^ と次プ ロ づ ク b2の移動指令を先読みしておき、 直線 ，
L2をそれぞれ工具径だけオ フ セ ッ ト し rこ直線 L ， W を 求め、 直線 I 'と L2 の交点 S 直線 Liと I の交点 を 演算する。 そして、 前ブ口 サ ク の終点 S0から交点 Siへ、 ついで交点 Stから交点 S へ、 最後に交点 からブ π づ ク b2の終点 S2へ工具を移動させれば指会通 り の加工が行な える。 尙、 第 1 図（c)は直線と 円弧が不連続につながる場 合の例であ る。
このよ う に N C に工具径補正機能を持 せておけば - N C テー ブの作成に際しては工具径を何等考慮する必要 がな く ブ ロ グ ラ ミ ン グが非営に籣単にな り、 しかも工具 径が摩耗或いは異なる工具を用い こ と によ り変化して も N C パ ネ ル上に工具径設定ダ イ ヤ ルを設けて該ダ イ ヤ ルに工具径を設定する こ と に よ り、 或いは MD I ( マ -ュ 了 ルデー タ イ ン ブッ ト ） に よ り工具径を入力する こ と に よ り 正確な加工を行な う こ とができる。
と ころで、 以上は 2 次元平面における工具径補正檨能 による コ ー ナの削 り 込みを防止する場合であっ ^が、 同 時 5 軸駆.動に よ り 立体形状 切削する と き も 同様の問題 ( コ ー ナの削 り 込みの問題 ） を生じ る。 第 2 図はか る 問題点を説明する説明図である。 図中、 Pi， Pc, P2はそ れぞれ指令され ブロ グ ラ ム通路上の切削点であ り、 Ρι' , P s はそれぞれ第 1 の如工面 SFi上の始点 Pi , 終点 P c の オ フ セ ッ ト位置 （PiJP ^ P cP s はオ フ セ ッ ト べ ク ト ルである ） 、 Pe, Ρ2'は第 2の加工面 SF2 上の始点 Pc， 終点 P2のオ フ セ グ ト位置 （PcPe, P2P はオフセ ク ト べク ト ル ） であ る。 さて、 第 3 図（a)或いは（b)に示す工具のェ 具中心を Pi'P s に 、つて動かして第 1 の加工面 SFt の_加 ェを行ない、 しかる後、 コ ーナにおいて何等工具位置を 補正せず工具中心を PsP に ¾つて移動させる ものとす れば該.コ ーナにおい 削 り 込み 生じ正確な切削ができ ない。 こ のため、 第 1 の加工面 SFt の加工終了後にコ — ナで工具位置 補正する必要がある。 そこ で、 第 2 の加 工面 SF2 の始点オ フ セ ッ ト べク ト ル PcPe ¾^ め、 つい で第 1 及び第 2 の加工面 SFi SF2 のオ フ セ ッ ト ベク ト ル PcPs， P Peのなす平面上であって、 始点を P s 、 終点 を P e 、 半径を工具径 r とする円 ¾ PsPe に ¾つて、 ェ 具中心を点 P s から点 P e へ移動させ、 しかる後 PeP^ に 、つ て移動させる方法が考えられる。 こ の方法によれ ば、 コ ー ナにおける削 り 込みは防げるが、 コ ー ナ前後の 工具中心孰跡 P Ps, PeP2' と 円弧 sPe が滑めらかに ¾ 結しない： Γこめコ 一ナにカ づ タ マ ー ク 生じ る。
本発明の 目的は、 ワ ー ク を工具によ っ て S 次元加工す る際に第 1 , 第 2 の加工面の交わるコ ーナにおいてカ ツ タマー ク、 削 り込みが生じる こ とがない新規な数値制御 装置の工具径補正法を提供する こ とにある。
発 明 の 開 示
即ち、 本発明では、 工具と ワ ー ク とを S 軸駆動によ つ て相対移動せしめて、 該ワ ー ク ¾該工具によって 5 次元 加工するため、 指令され 位置情報から加工面の法線方 向に該工具の半径分だけオフセ プ ト された工具中心位置 座標を漬算する教値满御装置の工具径補正法であって、 該位置情報から 3 次元コ — ナ点における第 1 及び第 2 の加工面の法線ベク ト ル ϋ ， Vのなす平面上の単位オ フ セ ッ ト ベ ク ト ルを求める第 1 の ス テ グ ブと、
該第 1 の ス テ ブで得た単位オ フ セ ジ 卜 べク ト ルの各 軸成分を、 該 3 次元コ ー ナ点前後の工具中心孰跡と滑ら かに連続する 曲線に ¾つて工具中心が移動する様に補正 する補正ス テ タ プと、
該補正され:^単位オ フ セ プ トべク ト ル と工具半径及び 該 5 次元コ -ナ点位置情報から工具中心位置座標を求め る第 2 のステ ブとを有する ものであ る。
図面の簡单な説明
第 1 図は 2次元: έπェの場合においてコ ーナ点で削 り 込 みを生じない工具径禧正法 ¾説¾する説明図、 第 2 図は 3 次元加工の コ ーナ点における工具移動の説钥図、 第 3 図は工具外観図、 苐 4 図乃至第 7 図は本発明工具径補正 法の説明図、 第 8 図は本癸明工具径補正法を実旌する めの ブ ロ ヅ ク 図であ る 。 発明 実施するための最良の形態
以下、 本発明 図面に従って詳細に説明する。 第 4 図乃至第 7 図は本発明に係る数値制御装置の工具 径補正法を説明する説钥図であ り 、 以後第 2 図に示す形 状を加工する もの と して説明する。
(Α)、 まず、 3 次元のコ ー ナ点 P c における第 1 、 第 2 の加工面 SFt , SF2 の単位法鎳べク ト ル U， V ¾それぞれ 求め る。
(B)、 ついで工具中心 P s， P e を次式よ り 演算する。 P s = P c + U · r
P e = P c + V - r 尙、 I" は工具'半径であ り 、 P c は N C ¾エブ ロ グラ ムか ら指令されて既知である。
(Q、 法籙べク ト ル U , Vで作られる平面内 に.存在し、 点 P c 中心、 点 P s を始点、 P e を終点とする半径 r の円弧 C を想定する （ 第 4 図点線 ） 。
P)、 円弧 C上の点 P s と P e のなす角度 S 次式から 演算する。
— ►
J UxVi
6 =tea" C (3)
U · V 但し、 上式中 「·」はベ ク ト ル内積、 「X」はベ ク ト ル外 積を 「I ί」 はそれぞれ絶対值を意味する。
(Ε)、 円弧 Cが載る平面の法籙べク ト ル Ν を次式から滇 算する。 —— > →- -→·
N = U x V {4,)
(F}、 円弧 cが載る平面内に存在し、 且つべク ト ル！!と 直交するべク ト ル V'を次式から求める。
V'= N X U (5) (3)、 円弧 C を点 P s から点 P e 迄直籙近似して補間す るため の分割数 II を決定する。 こ の分割数 ϋは、 許容譟 差を s と し と き、 第 5 図に示す d が許容誤差以下にな る最大分割数を演算する こ とによ り 求ま る。 ァことえば、 第 5 図において、
― ε
Θ = 2 os が^立するから分劊数 n は
' n = ( 6 / Δ Q ) (7) よ り 求ま る。
W、 n分割の i 番目 ポ イ ン ト P i と コ ーナ点 P c を結 ぶ単位オ フ セ ッ ト ベ ク ト ル V i ( 第 ό 図 ） を求める。 始 点 P s から点 P i 迄の回転角 $ i は
Q i = Q X — (8) n
であ る 力 ら、 単位オ フ セ ク ト ベ ク ト ル V i は
V i = cos i X U屮 sis 6 i X V (9) となる。
(1)、 円 ¾ Cが載る平面上の曲籙であって、 5 次元コ ー ナ点前後の工具中心孰跡 Pi' Ps， PePt' とそれぞれ滑めら かに達結する曲線に ¾つて工具中心が移動する よ う に単 位オ フ セ グ ト べク ト V i を襦正する。 以下にこ の補正 方法を説明する。
始点における単位オ フ セ ッ ト べク ト ル （ 法線べク ト ル） ϋ 、 終点における単位オ フ セ グ ト べク ト ル （ 法線べク ト ル ） Vはそれぞれ、
U = U ( Ux， Uy, Uz )
V = V ( Vx, V y, V z )
で表現でき、 Z軸方向の変化量は （V z— Uz ) とな る。 さ て、 始点 P s と終点 P e を結ぶ曲籙はコ ー ナ点前後のェ 具中心軌跡 P P s , P e と滑めらかに （ 達锈的 ） につな がる必要がある。 即ち、 始点 P s 及び終点 P e の近傍で は Z軸方向の変化量を少な く 、 且つ中間で大き く し、 全 体と して第 7 図に示す-如き曲線となる よ う に Z軸方向の 増分を制御 Tる必要がある。 尙、' '第 7 図において横軸は 分割の う ち i 香目 の位置 ） を示し、 縦軸は
(V z-Uz ) * （ iZn ) を示す。 又、 第 7 図に示すよ う な 曲籙の例 と しては とえば
/ (t) = 3 t2- 2 t3 (19
0≤ ^ い = )
が適当であ る。
従って、 曲籙と して （Vz ϋ Ζ ) · / ( )を用いれば単位 オ フ セ ッ ト べク ト ル V i (V i X , Viy, Viz) の補正後の各軸 成分 Vix'， Viy', Viz' は以下に示すよ う に禧正される。
Vi z' =U z + / ( π '） ( ' Vz-Uz ' )
Vix' =Vix xD
Vi y' =Viy XD - 伹し、 Dは補正係数であ り 次式から求ま る
D l -CVi z')2 / V (Vi )2.+ (Vi y):
(J)、 補正後の単位オ フ セ ッ トべク ト ル Vi'CVix', Viy', Vi ) 力 ら i 番目 の工具中心点 Ρ ί' の座標は
P i' =Pc + r -Vi' (Vix' , Viy7 , Vi z' ) 09 となる。
^)、 工具中心点 Pi' の座標と 1 つ手前の工具中心点の 座標とから X， Y, Z軸のイ ン ク リ メ ン タ ル値 （ 増分） x, A y, A z を求め、 該イ ン ク リ メ ン タ ル値 x， Δ y, Δ ζ に基いて工具中心 ¾移動させる。 以後 i=1から i==n 迄ス テ ヴ ブ^〜^)を操返えせばコ ーナの始点 P s から終 点 P e 迄滑 ら 力 に変化して工具中心が動 く こ と な り 該コ ーナにカ ヴ タ マー ク つけ り 、 コ ーナ点で削 り 込 みを生じるこ とはない。
第 8 図は本癸明の実 ¾例 ¾示すブロ ヴ ク図である。 図中、 1 01は N C プ ロ グラ ムから指令されたブログ ラ ム通路情報 （ 位置指令 ） Pi ， Pc, P2を入力されて法線べ ク ト ル ϋ , V を演算する法籙ベ ク ト ル演算ュ - プ ト 、 1 02はは）式の演算を行なって回転角 を演算する 回転角 演算ュ二 -ノ ト 、 1 Q 5は（4) , ）式の演算を行なって法線べ ク ト ル U に直交するべク ト ル Vを演算する直交べク ト ル 演算ュ - ク ト、 1 04は ）， m式の滇箕を行なって円弧 C 直線 ¾似する際の分割数 II 演箕する分割演算ュ - ツ ト 、 1 05は分割点 Pi' の座標が求ま る毎にその内容を力 ゥ ン ト ァ -ノ ブ し分割点番号を示すレ ジ ス タ 、 1 00は（8)式 の演算 ¾行なっ て始点 P s から i 香目 の分割点 P i 迄の 回転角 0 i を演算する 回転角演算ユニ ッ ト、 1 07は（9)式 の滇算を行なって単位オ フ セ グ ト べク ト ル V i を演算す る単位オ フ セ " ト べ ク ト ル演箕ュ - グ ト 、 1 08 t (U) 〜 （^ の演算を行な って補正単位オ フ セ プ ト べク ト ル
(Vix Viy^ Vi ） を求める輔正才 フ セ プ ト べク ト ル滇 算ュ - ッ ト、 1 09は^式の演算を行なっ て工具中心点 P の座標を求める工具中心位置演算ュ二 -ノ ト 、 1 1 0は 工具中心点 P の位置座標 記億する メ モ リ 、 1 1 1は 1 つ手前の工具中心位置 P i— 1 と上記求め 工具中心位置 P i 間の各轴イ ン ク リ メ ン タ ル値 y, Δ χ を演算す る増分演算ュ - グ ト 、 · 1 1 2は x， Δ y, ή ζ に基いてパル ス分配演算を実行するパルス分記器である。
產業上の利用可能性
^上、 本発 ^に よれば第 1 及び第 2 の加工面の法線べ ク ト ル U , V のなす平面図の曲籙であって、 3 次元コ ー ナ点前後の工具中心軌跡 と滑めらかに違^する 曲線上を 工具中心が移動する よ う にし から、 5 次元コ ー ナにお いて力 ッ タ マ - クゃ削 り 込みが生ずる こ とはない。
尙、 本発明は実 ¾例に限る も のではな く種々変更が可 能である。 たとえば、 第 8 図 においては単一檨能を有す る ハ ー ド ウ ヱ ァで構成し 場合 示しているがコ ン ビ ュ ー タ で構成して も よい。 又、 本発明を N C テー プ作成装 置に適用する こ と も でき る。

Claims

請 求 の 範 囲
t 工具と ワ ー ク と ¾ 3 ¾駆動によ って相対移動せしめ て、 該ヮ — ク 該工具によ って 3 次元加工する 7"こめ、 指 令された位置情報から加工面の法籙方向に該工具の半径 分だけオ フ セ ヴ ト され 工具中心位置座標を演算する数 値制街装置の工具径祷正法であつて、
該位置情報から 3 次元コ ーナ点における第 1 及び第 2 の加工面の法線べク ト ル U ， Vのなす平面上の単位オ フ セ ザ ト べク ト ルを求める第 1 のス テ ッ プ と 、
該第 1 のス テ ッ プで得 単位オ フ セ ヴ ト べク ト ルの各 軸成分を、 該 5 次元コ ーナ点前後の工具中心軌跡と滑ら かに達続する 曲籙に ¾つて工具中心が移動する様に補正 する植正ス テ ジ ブと、 '
該補正された単位オ フ セ プ ト べク ト ルと工具半径及び 該 3 次元コ - ナ点位置情報から工具中心位置座標' ¾：求め る苐 2 の ス テ グ ブとを有する こ と を特钹とする数値制御 装置の工具径補正法。
2. 前記檁正ス テ ジ ブは前記単位オ フ セ ジ ト べク ト ルの Z軸成分を特定の関数で補正する と と も に前記単位ォフ セ プ トべク ト ルの X ¾成分及び Y軸成分を補正係数に よ つて檑正する ス テ ッ ブであ る こ と 特徵とする請求の範 囲第 1 項記載の数値铺御装置の工具径福正法。
5. 前記特定の関数は、 3 次元コ ー ナ点前の工具中心軌 跡の終点と 次元コ ーナ点後の工具中心孰路の始点の近 傍で Z ¾方向の変化量が少な く、 その中間では大き く な る様な関数であ る こ と を特铵とする請求の範囲第 2項記 載の数値制御装置の工具径補正法。
V.IIO
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