JP2005059102A - 数値制御装置及びncデータ作成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転軸を有する加工機の数値制御装置であって、NCデータを記憶するNCデータ記憶部101と、加工原点を記憶する加工原点記憶部108と、NCデータに基づき加工機の指令値を算出する指令値算出部102と、加工原点及び指令値に基づき加工機を制御する制御部103とを備え、さらに、回転軸の回転軸誤差を記憶する回転軸誤差記憶部106と、NCデータに基づき得られた回転軸の指令回転角度を記憶する回転角度記憶部105と、回転軸誤差及び指令回転角度に基づき加工原点を補正する加工原点補正部107とを備える。
【選択図】図9
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御装置及びNCデータ作成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
金型加工等の加工を行うための回転2軸を有する5軸加工機がある。この5軸加工機の構成としては、例えば、ベッドの上にA軸回転するチルトテーブルを搭載し、このチルトテーブル上にB軸回転する回転テーブルが搭載され、この回転テーブルの上の被加工物を載置するワークテーブルが配設されているものがある(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−179138号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、A軸中心及びB軸中心は、それぞれの回転角が0°のときのX軸及びY軸と一致すべきであるが、チルトテーブルや回転テーブル等の組付誤差及び加工誤差により、A軸中心及びB軸中心がそれぞれX軸及びY軸と一致せずに傾き誤差や位置誤差が生じている場合がある。ただし、これらの誤差は非常に微少であるために、従来は、これらの誤差による加工精度への影響は問題となることはなかった。しかし、近年では、より高い加工精度が求められることになり、これらの誤差による加工精度への影響を解消する必要が生じてきた。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、組付誤差及び加工誤差による回転軸の傾き誤差又は位置誤差を補正して加工精度を向上させることができる数値制御装置及びNCデータ作成装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
請求項1に係る数値制御装置は、NCデータ記憶手段と、加工原点記憶手段と、指令値算出手段と、制御手段とを備える。ここで、NCデータ記憶手段は、NCデータを記憶する手段である。加工原点記憶手段は、ワークの加工位置を定義するワーク座標系におけるワーク原点又は回転軸を有する加工機の絶対的位置を定義する機械座標系における機械原点である加工原点を記憶する手段である。指令値算出手段は、前記NCデータに基づき前記加工機の指令値を算出する手段である。制御手段は、前記加工原点及び前記指令値に基づき前記加工機を制御する手段である。
【0007】
そして、請求項1に係る数値制御装置の特徴的な構成は、さらに、回転軸誤差記憶手段と、指令回転角度記憶手段と、加工原点補正手段とを備えたことである。ここで、回転軸誤差記憶手段は、前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する手段である。指令回転角度記憶手段は、前記NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する手段である。加工原点補正手段は、前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点を補正する手段である。
【0008】
ここで、回転軸の回転指令がある場合に、従来は指令回転角度のみに基づき加工原点を移動させていた。そのため、回転軸の軸心が基準軸心に対して回転軸誤差を有する場合には、実際の加工原点の位置と数値制御装置が記憶している加工原点の位置とが異なる場合があった。その結果、従来は、回転軸の動作に伴い加工精度が悪化するおそれがあった。しかし、本発明によれば、回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を考慮して加工原点を移動(補正)するので、実際の加工原点と数値制御装置が記憶している加工原点とを一致させることができる。その結果、回転軸の動作を行った場合であっても加工精度を良好にすることができる。
【0009】
請求項2に係る数値制御装置は、さらに、前記NCデータに基づき前記指令回転角度を算出する指令回転角度算出手段とを備えたことを特徴とする。つまり、指令回転角度は、オペレータによる手入力により行うこともあるが、NCデータに基づき数値制御装置内で自動的に指令回転角度を算出することにより、オペレータの負担を軽減することができる。また、NCデータに基づき、数値制御装置内で演算することにより、より正確に指令回転角度を算出することができる。
【0010】
請求項3に係る数値制御装置は、前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準方向ベクトルに対する前記回転軸の実方向ベクトルの傾き誤差であり、前記加工原点補正手段は、前記傾き誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する回転変換後加工原点算出手段と、前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記回転変換後加工原点に変更する加工原点変更手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
ここで、傾き誤差について説明する。例えば、回転軸をA軸とした場合には、A軸軸心はX軸に一致するのが理想的である。しかし、組付誤差や加工誤差等により誤差を生じる場合がある。この誤差としては、傾き誤差と位置誤差とがある。ここで、傾き誤差とは、A軸の実際のベクトルであるA軸実方向ベクトルとX軸のベクトルであるX軸基準方向ベクトルとの傾きの誤差である。なお、傾き誤差は、例えば、直交三軸のうちの二軸を含むそれぞれの直交三平面とA軸実方向ベクトルとの傾き角度としてもよい。この場合、A軸の傾き誤差は、A軸とX−Y平面との傾き角度及びA軸とX−Z平面との傾き角度となる。また、傾き誤差とは、実方向ベクトルと基準方向ベクトルの内積としてもよい。
【0012】
つまり、本発明によれば、傾き誤差を考慮して加工原点を回転変換するため、傾き誤差を有する回転軸周りに加工原点を回転させることができる。すなわち、実際の加工原点と数値制御装置が記憶している加工原点とを一致させることができる。なお、従来は、数値制御装置内に記憶する加工原点は傾き誤差を考慮することなく回転変換させていたため、例えば、A軸周りに加工原点を回転させる場合には、数値制御装置内に記憶する加工原点は理想的なX軸周りに回転させていた。このため、A軸周りに回転した実際の加工原点と理想的なX軸周りに回転した数値制御装置が記憶している加工原点が一致していなかった。つまり、本発明によれば、従来のこのような問題を確実に解消することができる。
【0013】
請求項4に係る数値制御装置は、前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準方向ベクトルに対する前記回転軸の実方向ベクトルの傾き誤差及び前記回転軸の基準軸心上の基準位置に対する前記回転軸の実軸心上位置の位置誤差であり、前記加工原点補正手段は、位置変換後加工原点算出手段と、回転変換後加工原点算出手段と、位置戻し変換後加工原点算出手段と、加工原点変更手段とを備えたことを特徴とする。ここで、位置変換後加工原点算出手段は、前記位置誤差に基づき前記加工原点を位置変換した位置変換後加工原点を算出する手段である。回転変換後加工原点算出手段は、前記傾き誤差及び前記指令回転角度に基づき前記位置変換後加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する手段である。位置戻し変換後加工原点算出手段は、前記位置誤差に基づき前記回転変換後加工原点を位置戻し変換した位置戻し変換後加工原点を算出する手段である。加工原点変更手段は、前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記位置戻し変換後加工原点に変更する手段である。
【0014】
ここで、位置誤差について説明する。位置誤差とは、上述したように、回転軸の基準軸心上の基準位置に対する回転軸の実軸心上位置の誤差である。例えば、回転軸をA軸とした場合には、A軸軸心はX軸に一致するのが理想的である。従って、A軸の基準軸心とはX軸となる。そして、X軸上の基準位置は、例えば、X軸座標値が0の位置等とする。この場合、A軸の位置誤差とは、X軸座標値が0となるY−Z平面上とA軸との交差する位置となる。
【0015】
そして、本発明によれば、上述した傾き誤差及び位置誤差を考慮して加工原点を回転変換するため、実際の回転軸周りに加工原点を回転させることができる。すなわち、実際の加工原点と数値制御装置が記憶している加工原点とを確実に一致させることができる。なお、従来は、数値制御装置内に記憶する加工原点は位置誤差を考慮することなく回転変換されていたため、例えば、A軸周りに加工原点を回転させる場合には、数値制御装置内に記憶する加工原点は理想的なX軸周りに回転させていた。このため、A軸に位置誤差がある場合には、A軸周りに回転した実際の加工原点と理想的なX軸周りに回転した数値制御装置が記憶している加工原点が一致していなかった。つまり、本発明によれば、従来のこのような問題を確実に解消することができる。さらに、上述した傾き誤差を考慮して加工原点を回転させた場合に比べても、位置誤差をも考慮することにより、より正確に実際の加工原点と数値制御装置内に記憶している加工原点とを一致させることができる。
【0016】
請求項5に係る数値制御装置は、前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準軸心上の基準位置に対する前記回転軸の所定角度毎の前記回転軸の実軸心上位置の角度毎位置誤差であり、前記加工原点補正手段は、位置変換後加工原点算出手段と、回転変換後加工原点算出手段と、位置戻し変換後加工原点算出手段と、加工原点変更手段とを備えたことを特徴とする。ここで、位置変換後加工原点算出手段は、前記角度毎位置誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点を位置変換した位置変換後加工原点を算出する手段である。回転変換後加工原点算出手段は、前記指令回転角度に基づき前記位置変換後加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する手段である。位置戻し変換後加工原点算出手段は、前記角度毎位置誤差及び前記指令回転角度に基づき前記回転変換後加工原点を位置戻し変換した位置戻し変換後加工原点を算出する手段である。加工原点変更手段は、前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記位置戻し変換後加工原点に変更する手段である。
【0017】
ここで、角度毎位置誤差について説明する。一般に、回転軸の回転により回転する回転体は、回転軸周りにアンバランスとなる場合がある。そのため、回転体を回転させた場合には、回転角度に応じて異なるモーメントが作用することがある。このように、回転角度に応じて異なるモーメントが作用した場合には、回転角度毎に回転軸心がずれることになる。すなわち、回転軸の実軸心上位置誤差は、回転角度に応じて異なることになる。そこで、本発明によれば、所定角度毎の実軸心上位置である角度毎位置誤差を考慮して加工原点を回転変換するため、回転軸周りにアンバランスがある場合であっても、より正確に実際の回転軸周りに加工原点を回転させることができる。すなわち、回転軸周りにアンバランスがある場合であっても、実際の加工原点と数値制御装置が記憶している加工原点とを回転角度に関わりなく確実に一致させることができる。
【0018】
これまでは、加工原点を補正することにより、回転軸を有する加工機の回転軸誤差による加工精度への影響を解消したが、これに限られるものではない。例えば、数値制御装置において、NCデータを逐次補正するようにしてもよい。また、NCデータ作成装置において、加工機の回転軸誤差を考慮したNCデータを作成するようにしてもよい。
【0019】
すなわち、請求項6に係る数値制御装置は、NCデータを記憶するNCデータ記憶手段と、前記NCデータに基づき回転軸を有する加工機の指令値を算出する指令値算出手段と、前記指令値に基づき前記加工機を制御する制御手段と、を備えた回転軸を有する加工機の数値制御装置において、さらに、回転軸誤差記憶手段と、指令回転角度記憶手段と、指令値補正手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、回転軸誤差記憶手段は、前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する手段である。指令回転角度記憶手段は、前記NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する手段である。指令値補正手段は、前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記指令値を補正する手段である。
【0020】
これにより、上述した数値制御装置と同様の効果を奏することができる。すなわち、本発明によれば、回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を考慮して指令値を補正するので、工具による実際の加工位置と数値制御装置による工具の指令値とを一致させることができる。その結果、回転軸の動作を行った場合であっても加工精度を良好にすることができる。また、上述の数値制御装置における他の特徴的な構成は、本発明の数値制御装置に同様に適用することもできる。これにより、上述した数値制御装置における他の効果と同様の効果を奏することができる。
【0021】
また、請求項7に係るNCデータ作成装置は、ワーク形状データを記憶する形状データ記憶手段と、前記ワークの加工に使用する回転軸を有する加工機の機械構成データを記憶する機械構成データ記憶手段と、前記形状データ及び前記機械構成データに基づき前記加工機を数値制御するためのNCデータを作成するNCデータ作成手段と、を備えた回転軸を有する加工機のNCデータ作成装置において、前記NCデータ作成手段は、回転軸誤差記憶手段と、基本NCデータ作成手段と、指令回転角度記憶手段と、補正NCデータ作成手段とを備えたことを特徴とする。ここで、回転軸誤差記憶手段は、前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する手段である。基本NCデータ作成手段は、前記形状データ及び前記機械構成データに基づき前記NCデータの基本NCデータを作成する手段である。指令回転角度記憶手段は、前記基本NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する手段である。補正NCデータ作成手段は、前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記基本NCデータを補正した補正NCデータを作成する手段である。
【0022】
これにより、上述した数値制御装置と同様の効果を奏することができる。すなわち、本発明によれば、回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を考慮したNCデータ(補正NCデータ)を作成するので、このNCデータにより加工機を動作させた場合に、工具による実際の加工位置と数値制御装置による工具の指令値とを一致させることができる。その結果、回転軸の動作を行った場合であっても加工精度を良好にすることができる。また、上述の数値制御装置における他の特徴的な構成は、本発明のNCデータ作成装置に同様に適用することもできる。これにより、上述した数値制御装置における他の効果と同様の効果を奏することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態において、回転軸を有する加工機は、5軸横型マシニングセンタを例に取り説明する。
【0024】
(5軸横型マシニングセンタの構成)
5軸横型マシニングセンタ1の構成について、図1を参照して説明する。図1は、5軸横型マシニングセンタ1の外観を示す斜視図である。図1に示すように、5軸横型マシニングセンタ1は、ベッド2と、コラム3と、主軸頭4と、主軸5と、サドル6と、チルトテーブル7と、回転パレット8と、ワークテーブル9と、数値制御装置10(図9に示す)とから構成される。
【0025】
ベッド2は、略T字型に形成された基台21と、2つのZ軸ガイド22と、Z軸駆動用ボールねじ(図示せず)と、Z軸駆動用モータ23と、X軸ガイド(図示せず)と、2本のX軸駆動用ボールねじ(図示せず)と、2つのX軸駆動用モータ24を有する。Z軸ガイド22及びX軸ガイドは、基台21上にZ軸方向及びX軸方向にそれぞれ平行に配設されている。Z軸駆動用ボールねじは、Z軸ガイド22のほぼ中央に、Z軸ガイド22に平行に配設されている。2本のX軸駆動用ボールねじは、X軸ガイドのほぼ中央に、X軸ガイドに平行に配設されている。これらのZ軸駆動用ボールねじ及びX軸駆動用ボールねじには、それぞれの軸方向に移動可能なボールねじナットが取り付けられている。Z軸駆動用モータ23及びX軸駆動用モータ24は、それぞれZ軸駆動用ボールねじの端側及びX軸駆動用ボールねじの端側に配設され、それぞれZ軸駆動用ボールねじ及びX軸駆動用ボールねじを回転駆動する。
【0026】
コラム3は、ベッド2上に立設されている。具体的には、コラム3の下方側が、Z軸ガイド22に摺動可能に嵌合されると共に、Z軸駆動用ボールねじのボールねじナットに連結されている。すなわち、コラム3は、Z軸駆動用ボールねじの回転駆動に伴い、Z軸ガイド22に沿ってZ軸方向に摺動する。そして、コラム3は、Y軸ガイド(図示せず)と、2本のY軸駆動用ボールねじ(図示せず)と、2つのY軸駆動用モータ31とを有する。Y軸ガイドは、コラム3のほぼ中央にY軸方向に平行に配設されている。Y軸駆動用ボールねじは、Y軸ガイドのほぼ中央に、Y軸ガイドに平行に配設されている。このY軸駆動用ボールねじには、軸方向に移動可能なボールねじナットが取り付けられている。そして、Y軸駆動用モータ31は、Y軸駆動用ボールねじの端側に配設され、Y軸駆動用ボールねじを回転駆動する。
【0027】
主軸頭4は、コラム3の中央に配設されている。具体的には、主軸頭4は、Y軸ガイドに摺動可能に嵌合されると共に、Y軸駆動用ボールねじのボールねじナットに連結されている。すなわち、主軸頭4は、Y軸駆動用ボールねじの回転駆動に伴い、Y軸ガイドに沿ってY軸方向に摺動する。主軸5は、主軸頭4に回動可能に枢支されている。すなわち、主軸5は、Z軸周り(C軸)に回動可能となる。そして、主軸5の先端側には、工具が装着可能となっている。
【0028】
サドル6は、ベッド2上に配設されている。このサドル6は、後述するチルトテーブル7を支持する一対の支持部61をX軸方向両端側に有する。さらに、この支持部61の一方側には、チルトテーブル7を回転可能とするA軸回転用モータ(図示せず)が配設されている。さらに、サドル6の下方側が、X軸ガイドに摺動可能に嵌合されると共に、X軸駆動用ボールねじのボールねじナットに連結されている。すなわち、サドル6は、X軸駆動用ボールねじの回転駆動に伴い、X軸ガイドに沿ってX軸方向に摺動する。
【0029】
チルトテーブル7は、略コの字型形状からなり、両端側がサドル6の一対の支持部61に回転可能に軸支されている。このチルトテーブル7の回転軸は、X軸に平行な軸(A軸)となる。なお、チルトテーブル7は、サドル6の支持部61に配設されているA軸回転用モータの駆動により、A軸回転を行う。さらに、チルトテーブル7の下面側には、回転パレット8を回転可能とするB軸回転用モータ(図示せず)が配設されている。
【0030】
回転パレット8は、チルトテーブル7上に載置され、チルトテーブル7の載置面に垂直な方向に回転可能に支持されている。すなわち、チルトテーブル7が図1に示す状態の場合には、回転パレット8の回転軸は、Y軸に平行な軸(B軸)となる。なお、回転パレット8は、チルトテーブル7の下面側に配設されているB軸回転用モータの駆動により、B軸回転を行う。
【0031】
ワークテーブル9は、回転パレット8の上に配設され、ワーク(被加工物)を載置可能である。従って、ワークテーブル9は、主軸5に対して、回転パレット8のB軸回転によりB軸回転が可能となり、チルトテーブル7のA軸回転によりA軸回転が可能となる。なお、図1に示す状態が、A軸及びB軸の回転角0°と定義される。
【0032】
数値制御装置10は、入力されるNCデータに基づき、X軸駆動用モータ24、Y軸駆動用モータ31、Z軸駆動用モータ23、A軸回転用モータ、及び、B軸回転用モータを制御する。
【0033】
(回転軸が有する誤差について)
次に、5軸横型マシニングセンタ1の回転軸が有する誤差について図2を参照して説明する。5軸横型マシニングセンタ1の回転軸のうちチルトテーブル7が回転するA軸は、X軸と一致することが理想的な状態である。また、5軸横型マシニングセンタ1の回転軸のうち回転パレット8が回転するB軸は、図1に示す状態においては、Y軸と一致することが理想的な状態である。さらに、A軸とB軸とは、X軸及びZ軸の交点において交差することが理想的な状態である。
【0034】
ところが、チルトテーブル7を軸支するためのサドル6の一対の支持部61に形成された貫通孔の加工誤差、サドル6及びチルトテーブル7の組付誤差等により、A軸軸心がX軸と一致しない場合が生じる。すなわち、図2に示すように、A軸軸心がX軸に対して、傾き誤差を有する場合がある。ここで、A軸の傾き誤差は、X−Y平面に対する傾き誤差角度(A軸X−Y平面傾き誤差角度)αと、X−Z平面に対する傾き誤差角度(A軸X−Z平面傾き誤差角度)βとにより表すことができる。
【0035】
また、回転パレット8を回転支持するためのチルトテーブル7に形成された貫通孔の加工誤差、回転パレット8の組付誤差等により、B軸軸心が図1の状態においてY軸と一致しない場合が生じる。すなわち、図2に示すように、B軸軸心がY軸に対して、傾き誤差を有する場合がある。ここで、B軸の傾き誤差は、X−Y平面に対する傾き誤差角度(B軸X−Y平面傾き誤差角度)γと、Y−Z平面に対する傾き誤差角度(B軸Y−Z平面傾き誤差角度)θとにより表すことができる。
【0036】
また、上述したように、A軸とB軸とは、X軸及びZ軸の交点において交差することが理想的な状態である。しかし、サドル6及びチルトテーブル7及び回転パレット8等の加工誤差や組付誤差等により、図2に示すように、A軸とB軸とがX軸及びZ軸の交点において交差しない場合が生じる。ここで、X軸及びZ軸の交点を基準中心位置(基準位置)O1とする。そして、A軸及びB軸のX軸座標値及びZ軸座標値が同一となるA軸及びB軸の位置をA軸中心位置(実軸心上位置)O2及びB軸中心位置(実軸心上位置)O3とする。ここで、A軸中心位置O2及びB軸中心位置O3のX軸心誤差をΔXとし、A軸中心位置O2のY軸心誤差をΔYとし、A軸中心位置O2のZ軸心誤差をΔZとし、A軸中心位置O2とB軸中心位置O3のY軸座標値の差であるAB軸心誤差をΔHとすると、A軸中心位置O2の座標は(ΔX,ΔY,ΔZ)となり、B軸中心位置O3の座標は(ΔX,ΔH’,ΔZ)となる。ここで、X軸心誤差ΔX、Y軸心誤差ΔY、Z軸心誤差ΔZ、AB軸心誤差ΔHを位置誤差といい、B軸中心位置O3のY軸座標値ΔH’は、ΔH−ΔYとなる。
【0037】
(誤差算出方法)
次に、上述したそれぞれの傾き誤差及び位置誤差を算出する方法について説明する。誤差算出に際して、予め、図3に示すように、ワークテーブル9の上に基準球(被測定治具)11a,11bを取り付け、さらに、主軸5には工具に換えてタッチセンサ(位置測定センサ)12を装着しておく。
【0038】
(B軸誤差算出方法)
そして、B軸に関する誤差の算出方法について図4及び図5を参照して説明する。図4は、B軸誤差算出方法を示すフローチャートである。図5は、基準球11a,11bの中心位置の測定方法を説明する図である。なお、図5(a)は機械構成図であって、図5(b)はB軸誤差説明用の模式図であって、図5(c)は後述するA軸誤差説明用の模式図である。
【0039】
まず、図5(a)に示すように、A軸を90°回転する(ステップS1)。すなわち、ワークテーブル9を主軸5に対向した向きにする。これは、本実施形態の5軸横型マシニングセンタ1の機械構成上、B軸の全回転角度における測定を行うことを可能とするためである。続いて、現在のワークテーブル9の位置において、タッチセンサ12を基準球11aの表面のうち異なる3箇所以上、好ましくは5箇所以上に当接させる(ステップS2)。そして、数値制御装置10内の演算部(図示せず)にて、基準球11aのそれぞれの当接位置に基づき、基準球11aの中心位置(図5(b)の位置a)を算出する(ステップS3)。
【0040】
続いて、B軸回転角度ΔBが360°以上であるか否かを判断する(ステップS4)。ここでは、B軸回転角度ΔBは0°であるので、360°以上ではない。従って、この場合には(ステップS4:No)、B軸回転角度ΔBが90°となるまで、ワークテーブル9を回転させる(ステップS5)。続いて、B軸回転角度ΔBが90°の場合における基準球11aの表面のうち異なる3箇所以上にタッチセンサ12を当接させる(ステップS2)。そして、数値制御装置10内の演算部(図示せず)にて、基準球11aのそれぞれの当接位置に基づき、基準球11aの中心位置(図5(b)の位置b)を算出する(ステップS3)。このようにして、B軸回転角度ΔBが360°以上となるまで繰り返して、図5(b)の位置c,dについても同様に算出する。ここで、各B軸回転角度における基準球の中心位置a,b,c,dの座標を、それぞれ(Xa,Ya,Za),(Xb,Yb,Zb),(Xc,Yc,Zc),(Xd,Yd,Zd)とする。
【0041】
そして、B軸回転角度ΔBが360°以上となると(ステップS4:Yes)、B軸X−Y平面傾き誤差角度γを算出する(ステップS6)。ここで、B軸X−Y平面傾き誤差角度γの算出について図6を参照して説明する。ここで、図6(a)は、ワークテーブル9と基準球11aの中心位置を示すX−Y平面上の図である。図6(b)は、ワークテーブル9と基準球11aの中心位置を示すY−Z平面上の図である。図6(c)は、ワークテーブル9と基準球11aの中心位置を示すX−Z平面上の図である。
【0042】
まず、基準球11aの中心位置a,cに基づき、Y−Z平面上のB軸ベクトルB1(図6(b)に示す)を算出する。ここで、B軸ベクトルは、図5(b)に示すように、B軸軸心の方向を示すものである。すなわち、Y−Z平面上のB軸ベクトルB1とは、B軸軸心(B軸ベクトル)のY−Z成分となる。続いて、このY−Z平面上のB軸ベクトルB1に基づき、B軸X−Y平面傾き誤差角度γを算出する。すなわち、B軸X−Y平面傾き誤差角度γは、数1に示すように、測定値Ya,Yc,Za,Zcにより算出することができる。
【0043】
【数1】
【0044】
続いて、図4のフローチャートに戻り説明する。B軸X−Y平面傾き誤差角度γを算出した後は、B軸Y−Z平面傾き誤差角度θを算出する(ステップS7)。ここで、B軸Y−Z平面傾き誤差角度θの算出について図6を参照して説明する。まず、基準球11aの中心位置b,dに基づき、X−Z平面上のB軸ベクトルB2(図6(c)に示す)を算出する。ここで、B軸ベクトルは、上述したように、B軸軸心の方向を示すものである。すなわち、X−Z平面上のB軸ベクトルB2とは、B軸軸心(B軸ベクトル)のX−Z成分となる。続いて、このX−Z平面上のB軸ベクトルB2に基づき、B軸Y−Z平面傾き誤差角度θを算出する。すなわち、B軸Y−Z平面傾き誤差角度θは、数2に示すように、測定値Xb,Xd,Zb,Zdにより算出することができる。
【0045】
【数2】
【0046】
続いて、図4のフローチャートに戻り説明する。B軸傾き誤差角度γ,θを算出した後は、B軸に関する位置誤差ΔX,ΔH’を算出する(ステップS8)。
ここで、B軸中心位置O3は、便宜上ワークテーブル9の上面に位置するものとする。すなわち、B軸に関する位置誤差ΔX及びΔH’は、図6(b)(c)に示す誤差となる。この場合、B軸に関する位置誤差ΔX及びΔH’は、数3により算出することができる。なお、ワークテーブル9の上面から基準球11aまでの距離をhとする。ここで、B軸に関する位置誤差ΔX及びΔH’の算出は、数3によれば、実質的には基準球11aの中心位置a〜dに基づき円弧近似を行っているものである。
【0047】
【数3】
【0048】
(A軸誤差算出方法)
次に、A軸に関する誤差の算出方法について図5及び図7を参照して説明する。図7は、A軸誤差算出方法を示すフローチャートである。まず、図5(a)に示すように、A軸を90°に位置決めする(ステップS11)。すなわち、ワークテーブル9を主軸5に対向した向きにする。続いて、現在のワークテーブル9の位置において、タッチセンサ12を基準球11aの表面のうち異なる3箇所以上、好ましくは5箇所以上に当接させる(ステップS12)。さらに、現在のワークテーブル9の位置において、タッチセンサ12を基準球11bの表面のうち異なる3箇所以上、好ましくは5箇所以上に当接させる(ステップS13)。続いて、数値制御装置10内の演算部(図示せず)にて、基準球11a,11bのそれぞれの当接位置に基づき、基準球11aの中心位置a1(図5(c)に示す)と、基準球11bの中心位置a2(図5(c)に示す)を算出する(ステップS14)。
【0049】
続いて、A軸回転角度ΔAが90°以上であるか否かを判断する(ステップS15)。ここでは、A軸回転角度ΔAは0°であるので、90°以上ではない。従って、この場合には(ステップS15:No)、A軸回転角度ΔAが30°となるまで、ワークテーブル9を回転させる(ステップS16)。続いて、A軸回転角度ΔAが30°の場合における基準球11a,11bの表面のうち異なる3箇所以上にタッチセンサ12を当接させる(ステップS12,S13)。続いて、数値制御装置10内の演算部(図示せず)にて、基準球11a,11bのそれぞれの当接位置に基づき、基準球11a,11bの中心位置b1,b2(図5(c)に示す)を算出する(ステップS14)。このようにして、A軸回転角度ΔAが90°以上となるまで繰り返して、図5(c)の位置c1,c2,d1,d2についても同様に算出する。
【0050】
そして、A軸回転角度ΔAが90°以上となると(ステップS15:Yes)、A軸ベクトルを算出する(ステップS17)。ここで、A軸ベクトル(実方向ベクトル)とは、図5(c)に示すように、A軸軸心の方向を示すものである。A軸ベクトルの算出は、具体的には、基準球11aのA軸各回転角度における中心位置a1〜d1に基づき中心位置a1〜d1を含む平面を求め、その平面の法線ベクトルを算出することにより行う。なお、この法線ベクトルがA軸ベクトルとなる。また、ここでは、基準球11aの中心位置a1〜d1のみに基づきA軸ベクトルを算出したが、基準球11bの中心位置a2〜d2のみに基づきA軸ベクトルを算出しても良い。
【0051】
続いて、A軸X−Y平面傾き誤差角度α及びA軸X−Z平面傾き誤差角度βを算出する(ステップS18)。ここで、A軸X−Y平面傾き誤差角度α及びA軸X−Z平面傾き誤差角度βは、A軸ベクトルから容易に算出することができるので、詳細は省略する。
【0052】
続いて、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZを算出する(ステップS19)。ここで、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZの算出は、A軸回転角度に応じて異なるモーメントがかかることを考慮しない場合の簡易的算出方法と、モーメントを考慮する場合の詳細算出方法とがある。そこで、以下に、それぞれの場合について説明する。
【0053】
(A軸位置誤差のモーメントを考慮した詳細算出方法)
まず、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZの詳細算出方法について図8を参照して説明する。この算出方法は、チルトテーブル7がA軸回転することにより、チルトテーブル7にかかるモーメントがA軸回転角度に応じて異なることにより、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZがA軸回転角度に応じて異なることを考慮した算出方法である。
【0054】
ここで、図8は、図5(c)のX軸方向から見た図であって、基準球11a及び11bの中心位置を模式的に示した図である。なお、図8に示す符号は、図5(c)と同一符号を付している。すなわち、基準球11aの中心位置はa1〜d1であって、基準球11bの中心位置はa2〜d2である。ここで、基準球11aの中心位置a1〜d1の座標は、それぞれ(Xa1,Ya1,Za1),・・・,(Xd1,Yd1,Zd1)とし、基準球11bの中心位置a2〜d2の座標は、それぞれ(Xa2,Ya2,Za2),・・・,(Xd2,Yd2,Zd2)とする。
【0055】
そして、A軸回転角度ΔAの角度に応じてA軸に関する位置誤差ΔY及びΔZを算出する。まずは、A軸回転角度ΔAが0°〜30°間におけるA軸に関する位置誤差を算出する。ここでは、Y軸座標値及びZ軸座標値のみを用いてA軸に関するΔY及びΔZを算出する。具体的には、基準球11aの中心位置a1の座標(Ya1,Za1)及び中心位置b1の座標(Yb1,Zb1)と、基準球11bの中心位置a2の座標(Ya2,Za2)及び中心位置b2の座標(Yb2,Zb2)とに基づき、円弧近似を行うことにより、中心位置Oa(ΔYa,ΔZa)を算出する。そして、この中心位置OaのY軸座標値がY軸方向の位置誤差ΔYであって、Z軸座標値がZ軸方向の位置誤差ΔZとなる。
【0056】
同様にして、A軸回転角度ΔAが30°〜60°間、60°〜90°間における中心位置Ob(ΔYb,ΔZb),Oc(ΔYc,ΔZc)を算出する。このようにして、A軸回転角度に応じた位置誤差ΔY及びΔZを算出する。
【0057】
(A軸位置誤差の簡易的算出方法)
次に、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZの簡易的算出方法について説明する。既に算出した基準球11aの中心位置a1〜d1に基づき円弧近似を行い、この円弧の中心位置を算出する。そして、算出した円弧の中心位置と、ステップS17にて算出したA軸ベクトルとに基づき、Y−Z平面上でかつA軸軸心上である位置座標(0,ΔY,ΔZ)を算出する。この位置座標(0,ΔY,ΔZ)のY軸座標値及びZ軸座標値が、A軸に関する位置誤差ΔY及びΔZとなる。なお、ここでは、基準球11aの中心位置のみに基づき円弧の中心位置を算出したが、基準球11bの中心位置のみに基づき円弧近似を行い、この円弧の中心位置を算出してもよい。また、A軸位置誤差の簡易的算出方法によりA軸位置誤差を算出する場合には、上述した基準球11bの表面位置の測定及びその中心位置の算出は行わなくてよい。
【0058】
(第1の数値制御装置)
次に、第1の数値制御装置10について図9及び図10を参照して説明する。
図9は、第1の数値制御装置の構成を示す図である。図10は、A軸回転を示す図である。図9に示すように、数値制御装置10は、NCデータ記憶部101と、指令値算出部102と、制御部103と、回転角度算出部104と、回転角度記憶部105と、誤差記憶部106と、加工原点補正部107と、加工原点記憶部108とから構成される。
【0059】
NCデータ記憶部(NCデータ記憶手段)101は、CAM等により作成されたNCデータを入力して記憶する。ここで、NCデータは、工具先端位置の点群データ及び回転軸の回転角度が含まれている。指令値算出部(指令値算出手段)102は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータに基づき、5軸横型マシニングセンタ1(図1に示す)の各駆動軸の位置及び回転角からなる指令値を算出する。そして、制御部(制御手段)103は、指令値算出部102により算出された指令値に基づき、各軸駆動用モータ23,24,31等を数値制御する。
【0060】
回転角度算出部(回転角度算出手段)104は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータに基づき、5軸横型マシニングセンタ1のA軸及びB軸のそれぞれの回転角度を算出する。なお、このA軸及びB軸のそれぞれの回転角度は、割り出し加工を行う場合にはオペレータが自ら行う場合もある。回転角度記憶部(回転角度記憶手段)105は、回転角度算出部104により算出されたA軸及びB軸のそれぞれの回転角度を記憶する。具体的には、A軸回転における始点角度ψa1及び終点角度ψa2と、B軸回転における始点角度ψb1及び終点角度ψb2とを記憶する。
【0061】
誤差記憶部(誤差記憶手段)106は、上述した回転軸誤差を記憶する。すなわち、A軸傾き誤差、A軸位置誤差、B軸傾き誤差、及び、B軸位置誤差を記憶する。ここで、A軸傾き誤差は、A軸X−Y平面傾き誤差角度α及びA軸X−Z平面傾き誤差角度βである。A軸位置誤差は、A軸回転角度毎のA軸に関する位置誤差ΔY及びΔZである。B軸傾き誤差は、B軸X−Y平面傾き誤差角度γ及びB軸Y−Z平面傾き誤差角度θである。B軸位置誤差は、B軸に関する位置誤差ΔX及びΔH’である。
【0062】
ここで、A軸位置誤差について詳述する。A軸位置誤差は、A軸の回転角度毎にそれぞれ存在する。ここでは、図10に示すように、A軸回転角度がω1(=0°)、ω2(=30°)、ω3(=60°)、及び、ω4(=90°)におけるA軸位置誤差ΔY1及びΔZ1、・・・、ΔY4及びΔZ4を記憶する。そして、A軸回転角度が、ω1〜ω2間の角度範囲をA(1)とし、ω2〜ω3間の角度範囲をA(2)とし、ω3〜ω4間の角度範囲をA(3)とする。これら角度範囲A1〜A3についても、誤差記憶部106に記憶する。この記憶方式としては、A軸の特定回転角度毎にA軸の位置誤差を記憶するテーブル方式や、A軸の回転角度とA軸の位置誤差との関係を直線あるいは曲線で近似する関数を定義してその関数を記憶する方式等がある。なお、テーブル方式の場合には、A軸の回転角度を分割する分割角度が小さい程補正精度が向上する。
【0063】
加工原点記憶部(加工原点記憶手段)108は、加工原点を記憶する。ここで、加工原点とは、ワークの加工位置を定義するワーク座標系におけるワーク原点、又は、5軸横型マシニングセンタ1の絶対的位置を定義する機械座標系における機械原点の何れかをいう。加工原点補正部(加工原点補正手段)107は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータ、回転角度記憶部105に記憶された回転角度、及び、誤差記憶部106に記憶された回転軸誤差に基づき、加工原点を補正する。
【0064】
(加工原点補正部の処理)
加工原点補正部107の処理について、図11〜図14を参照して説明する。図11〜図13は、A軸回転における加工原点補正部107の処理を示すフローチャートである。図14は、B軸回転における加工原点補正部107の処理を示すフローチャートである。以下、A軸回転とB軸回転とに分けて説明する。
【0065】
まず、A軸回転に基づく加工原点の補正について説明する。図11に示すように、回転角度記憶部105に記憶された始点角度ψa1及び終点角度ψa2を入力する(ステップS21)。続いて、始点角度ψa1の角度範囲A(m)を算出する(ステップS22)。例えば、始点角度ψa1が45°の場合には、図10から明らかなように、角度範囲はA(2)となり、この場合、mは2となる。続いて、終点角度ψa2の角度範囲A(n)と算出する(ステップS23)。例えば、終点角度ψa2が90°の場合には、図10から明らかなように、角度範囲はA(3)となり、この場合nは3となる。
【0066】
続いて、始点角度ψa1の角度範囲A(m)と終点角度ψa2の角度範囲A(n)とが一致するか否かを判定する(ステップS24)。ここで、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致する場合とは、例えば、始点角度ψa1及び終点角度ψa2が、0〜30°の範囲内にある場合等である。
【0067】
続いて、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致する場合には(ステップS24:Yes)、加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ補正する(ステップS25)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、現在の加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、ΔY(m)及びΔZ(m)をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。
【0068】
続いて、始点角度ψa1から終点角度ψa2までの回転角度(ψa2−ψa1)だけ、位置変換後加工原点を回転変換した加工原点(回転変換後加工原点)を算出する(ステップS26)(回転変換後加工原点算出手段)。この回転変換は、数4に示す回転変換行列式に基づき行われる。数4より明らかなように、A軸傾き誤差であるA軸X−Y平面傾き誤差角度α及びA軸X−Z平面傾き誤差角度βを考慮して、加工原点が回転変換されている。
【0069】
【数4】
【0070】
続いて、回転変換後加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS27)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、−ΔY(m)及び−ΔZ(m)をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。続いて、加工原点記憶部108に記憶されている加工原点を上述のように算出された位置戻し変換後加工原点に変更する(ステップS28)(加工原点変更手段)。そして、この加工原点補正部107の処理は終了する。
【0071】
一方、ステップS24において、始点角度ψa1の角度範囲A(m)と終点角度ψa2の角度範囲A(n)が一致しない場合には(ステップS24:No)、回転方向を算出する(ステップS31)(図12参照)。回転方向とは、A軸正方向又はA軸負方向であるか否かである。これは、始点角度ψa1及び終点角度ψa2から算出することができる。続いて、回転方向が正方向であるか否かを判定する(ステップS32)。
【0072】
続いて、回転方向が正方向である場合には(ステップS32:Yes)、初期値設定のために、角度ω(m)を始点角度ψa1とする(ステップS33)。なお、ここでは、始点角度ψa1が45°で、終点角度ψa2が90°である場合を例にあげて説明する。すなわち、始点角度ψa1が45°であるので、mは2となる。続いて、加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ補正する(ステップS34)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、現在の加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、ΔY(2)及びΔZ(2)をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。
【0073】
続いて、角度ω(m)から角度ω(m+1)までの回転角度(ω(m+1)−ω(m))だけ、位置変換後加工原点を正回転方向に回転変換した加工原点を算出する(ステップS35)(回転変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1である角度45°から角度60°(=ω(3))まで加工原点を回転変換することになる。なお、この回転変換は、上述した数4に示す回転変換行列式に基づき行われる。
【0074】
続いて、回転変換後加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS36)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、−ΔY(2)及び−ΔZ(2)をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。
【0075】
続いて、m+1の値をmとする(ステップS37)。続いて、角度範囲A(m)、A(n)が一致するか否か判定する(ステップS38)。例えば、始点角度ψa1が45°であって、終点角度ψa2が90°の場合には、最初の角度範囲A(m)は角度範囲A(2)であって、角度範囲A(n)は角度範囲A(3)である。そして、ステップS37にて、mの値が1加算されているので、角度範囲A(m)及びA(n)は、共にA(3)となり一致することになる。
【0076】
続いて、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致する場合には(ステップS38:Yes)、加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ補正する(ステップS39)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1が45°の場合には、ここではmは3となるので、現在の加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、ΔY(3)及びΔZ(3)をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。一方、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致しない場合には(ステップS38:No)、角度範囲A(m)、A(n)が一致するまで、ステップS34に戻り処理を繰り返す。
【0077】
続いて、角度ω(m)から終点角度ψa2までの回転角度(ψa2−ω(m))だけ、位置変換後加工原点を正回転方向に回転変換した加工原点を算出する(ステップS40)(回転変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1が45°の場合には、角度60°(=ω(3))から終点角度90°まで加工原点を回転変換することになる。なお、この回転変換は、上述した数4に示す回転変換行列式に基づき行われる。
【0078】
続いて、回転変換後加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS41)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、−ΔY(3)及び−ΔZ(3)をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。
【0079】
続いて、加工原点記憶部108に記憶されている加工原点を上述のように算出された位置戻し変換後加工原点に変更して(ステップS28)(加工原点変更手段)、加工原点補正部107の処理は終了する。
【0080】
一方、回転方向が負方向である場合には(ステップS32:No)、初期値設定のために、角度ω(m)を始点角度ψa1とする(ステップS51)。なお、ここでは、始点角度ψa1が45°で、終点角度ψa2が0°である場合を例にあげて説明する。すなわち、始点角度ψa1が45°であるので、mは2となる。続いて、加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ補正する(ステップS52)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、現在の加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、ΔY(2)及びΔZ(2)をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。
【0081】
続いて、角度ω(m)から角度ω(m−1)までの回転角度(ω(m)−ω(m−1))だけ、位置変換後加工原点を負回転方向に回転変換した加工原点を算出する(ステップS53)(回転変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1である角度45°から角度30°(=ω(2))まで加工原点を回転変換することになる。なお、この回転変換は、上述した数4に示す回転変換行列式に基づき行われる。
【0082】
続いて、回転変換後加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS54)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、−ΔY(2)及び−ΔZ(2)をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。
【0083】
続いて、m−1の値をmとする(ステップS55)。続いて、角度範囲A(m)、A(n)が一致するか否か判定する(ステップS56)。例えば、始点角度ψa1が45°であって、終点角度ψa2が0°の場合には、最初の角度範囲A(m)は角度範囲A(2)であって、角度範囲A(n)は角度範囲A(1)である。そして、ステップS55にて、mの値が1減算されているので、角度範囲A(m)及びA(n)は、共にA(1)となり一致することになる。
【0084】
続いて、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致する場合には(ステップS56:Yes)、加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ補正する(ステップS57)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1が45°の場合には、ここではmは1となるので、現在の加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、ΔY(1)及びΔZ(1)をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。一方、それぞれの角度範囲A(m)、A(n)が一致しない場合には(ステップS56:No)、角度範囲A(m)、A(n)が一致するまで、ステップS52に戻り処理を繰り返す。
【0085】
続いて、角度ω(m)から終点角度ψa2までの回転角度(ω(m−1)−ψa2)だけ、位置変換後加工原点を負回転方向に回転変換した加工原点を算出する(ステップS58)(回転変換後加工原点算出手段)。すなわち、始点角度ψa1が45°の場合には、角度30°(=ω(2))から終点角度0°まで加工原点を回転変換することになる。なお、この回転変換は、上述した数4に示す回転変換行列式に基づき行われる。
【0086】
続いて、回転変換後加工原点をA(m)の位置誤差ΔY(m)及びΔZ(m)だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS59)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のY軸座標値及びZ軸座標値から、−ΔY(1)及び−ΔZ(1)をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。
【0087】
続いて、加工原点記憶部108に記憶されている加工原点を上述のように算出された位置戻し変換後加工原点に変更して(ステップS28)(加工原点変更手段)、加工原点補正部107の処理は終了する。
【0088】
次に、B軸回転に基づく加工原点の補正について説明する。図14に示すように、回転角度記憶部105に記憶されたB軸の始点角度ψb1及び終点角度ψb2を入力する(ステップS61)。続いて、加工原点をB軸の位置誤差ΔX及びΔH’だけ補正する(ステップS62)(位置変換後加工原点算出手段)。すなわち、現在の加工原点のX軸座標値及びY軸座標値から、ΔX及びΔH’をそれぞれ減算した加工原点(位置変換後加工原点)を算出する。
【0089】
続いて、始点角度ψb1から終点角度ψb2までの回転角度(ψb2−ψb1)だけ、位置変換後加工原点を回転変換した加工原点(回転変換後加工原点)を算出する(ステップS63)(回転変換後加工原点算出手段)。この回転変換は、数5に示す回転変換行列式に基づき行われる。数5より明らかなように、B軸傾き誤差であるB軸X−Y平面傾き誤差角度γ及びB軸Y−Z平面傾き誤差角度θを考慮して、加工原点が回転変換されている。
【0090】
【数5】
【0091】
続いて、回転変換後加工原点をB軸の位置誤差ΔX及びΔH’だけ戻し補正した加工原点を算出する(ステップS64)(位置戻し変換後加工原点算出手段)。すなわち、回転変換後加工原点のX軸座標値及びY軸座標値から、−ΔX及び−ΔH’をそれぞれ減算した加工原点(位置戻し変換後加工原点)を算出する。続いて、加工原点記憶部108に記憶されている加工原点を上述のように算出された位置戻し変換後加工原点に変更する(ステップS65)(加工原点変更手段)。そして、この加工原点補正部107の処理は終了する。
【0092】
(第1の数値制御装置の変形態様)
上述した第1の数値制御装置10においては、回転軸誤差のうちのA軸位置誤差は、A軸の回転角度毎に一定の位置誤差としたが、これに限られるものではない。ここで、A軸位置誤差をA軸の回転角度毎に記憶しているのは、A軸が回転するにつれて、A軸に作用するモーメントが異なるからである。そして、このA軸に作用するモーメントは、テーブル上に載置されるワークの質量や取付位置によっても異なる。
【0093】
そこで、数値制御装置10の誤差記憶部106が記憶するA軸位置誤差は、ワーク質量及びワークの重心位置に応じて、A軸の回転角度毎のA軸位置誤差を複数記憶させておく。さらに、数値制御装置10は、ワーク質量及びワーク重心位置の入力部を設けておく。
【0094】
そして、加工原点補正部107は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータと、回転角度記憶部105に記憶された回転角度と、誤差記憶部106に記憶された回転軸誤差と、ワーク質量及びワーク重心位置入力部に入力されたワーク質量及びワーク重心位置とに基づき、加工原点を補正するようにしてもよい。
【0095】
なお、ワーク質量及びワーク重心位置は、オペレータが直接入力するようにしてもよいし、数値制御装置10により算出するようにしてもよい。後者の場合は、例えば、A軸駆動用モータの駆動トルクを検出することにより、実質的にワーク質量及びワーク重心位置を検出することができる。
【0096】
(第2の数値制御装置)
次に、第2の数値制御装置10について図15を参照して説明する。図15は、第2の数値制御装置の構成を示す図である。図15に示すように、数値制御装置10は、NCデータ記憶部101と、指令値算出部112と、制御部113と、回転角度算出部104と、回転角度記憶部105と、誤差記憶部106と、指令値補正部117と、加工原点記憶部108とから構成される。なお、上述した第1の数値制御装置10と同一構成は、同一符号を付して説明を省略する。
【0097】
指令値算出部(指令値算出手段)112は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータ及び後述する指令値補正部117の補正指令値に基づき、5軸横型マシニングセンタ1(図1に示す)の各駆動軸の位置及び回転角からなる指令値を算出する。そして、制御部(制御手段)113は、指令値算出部112により算出された指令値に基づき、各軸駆動用モータ23,24,31等を数値制御する。
【0098】
指令値補正部(指令値補正手段)117は、NCデータ記憶部101に記憶されたNCデータ、回転角度記憶部105に記憶された回転角度、及び、誤差記憶部106に記憶された回転軸誤差に基づき、5軸横型マシニングセンタ1の指令値を補正する補正指令値を算出する。この補正指令値は、各駆動軸の位置及び回転角からなる。
【0099】
ここで、補正指令値は、上述した第1の数値制御装置10における加工原点補正部107における補正処理と実質的に同一である。すなわち、第1の数値制御装置10の加工原点補正部107では加工原点を補正したが、第2の数値制御装置10における指令値補正部117では制御部113の指令値を補正している。
つまり、加工原点は、一定としておき、指令値を変更することで、上述した第1の数値制御装置10と同様に、実際の加工位置と数値制御装置による工具の指令値とを一致させることができる。
【0100】
(NCデータ作成装置)
次に、NCデータ作成装置について図16を参照して説明する。図16は、NCデータ作成装置の構成を示す図である。図16に示すように、NCデータ作成装置は、形状データ記憶部121と、機械構成データ記憶部122と、NCデータ作成部123とから構成される。
【0101】
形状データ記憶部(形状データ記憶手段)121は、例えばCAD等により作成されたワーク形状データを記憶する。機械構成データ記憶部(機械構成データ記憶手段)122は、ワークの加工に使用する回転軸を有する加工機、ここでは、5軸横型マシニングセンタ1(図1に示す)の機械構成データを記憶する。例えば、テーブル9(図1に示す)がA軸及びB軸に回転する構成であること等を示すデータである。
【0102】
NCデータ作成部(NCデータ作成手段)123は、形状データ記憶部121に記憶されたワーク形状データ及び機械構成データ記憶部122に記憶された機械構成データに基づき、5軸横型マシニングセンタ1のNCデータを作成する。このNCデータ作成部123は、基本NCデータ作成部124と、回転角度算出部125と、回転角度記憶部126と、誤差記憶部127と、補正NCデータ作成部128とから構成される。
【0103】
基本NCデータ作成部(基本NCデータ作成手段)124は、形状データ記憶部121に記憶されたワーク形状データ及び機械構成データ記憶部122に記憶された機械構成データに基づき、5軸横型マシニングセンタ1のNCデータ(基本NCデータ)を作成する。この基本NCデータは、5軸横型マシニングセンタ1の回転軸が有する回転軸誤差を考慮しないNCデータである。
【0104】
回転角度算出部(指令回転角度算出手段)125は、基本NCデータ作成部124により作成された基本NCデータに基づき、5軸横型マシニングセンタ1のA軸及びB軸のそれぞれの回転角度を算出する。なお、このA軸及びB軸のそれぞれの回転角度は、割り出し加工を行う場合にはオペレータが自ら行う場合もある。回転角度記憶部(指令回転角度記憶手段)126は、回転角度算出部125により算出されたA軸及びB軸のそれぞれの回転角度を記憶する。具体的には、A軸回転における始点角度ψa1及び終点角度ψa2と、B軸回転における始点角度ψb1及び終点角度ψb2とを記憶する。
【0105】
誤差記憶部(誤差記憶手段)127は、上述した回転軸誤差を記憶する。すなわち、A軸傾き誤差、A軸位置誤差、B軸傾き誤差、及び、B軸位置誤差を記憶する。ここで、A軸傾き誤差は、A軸X−Y平面傾き誤差角度α及びA軸X−Z平面傾き誤差角度βである。A軸位置誤差は、A軸回転角度毎のA軸に関する位置誤差ΔY及びΔZである。B軸傾き誤差は、B軸X−Y平面傾き誤差角度γ及びB軸Y−Z平面傾き誤差角度θである。B軸位置誤差は、B軸に関する位置誤差ΔX及びΔH’である。
【0106】
補正NCデータ作成部(補正NCデータ作成手段)128は、回転角度記憶部126に記憶された回転角度と、誤差記憶部127に記憶された回転軸誤差とに基づき、基本NCデータ作成部124により作成された基本NCデータを補正した補正NCデータを作成する。ここで、補正NCデータ作成部128におけるNCデータの補正処理は、実質的に上述した第1の数値制御装置10における加工原点補正部107(図9に示す)と同一の処理である。すなわち、第1の数値制御装置10の加工原点補正部107では加工原点を補正したが、NCデータ作成装置における補正NCデータ作成部128では数値制御装置10に入力されるNCデータを補正している。つまり、加工原点は一定とし、NCデータを補正しておき、その補正されたNCデータに基づき数値制御装置を制御して加工を行うことにより、実際の加工位置と数値制御装置による工具の指令値とを一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】5軸横型マシニングセンタの全体構成を示す図である。
【図2】回転軸が有する誤差を説明する図である。
【図3】誤差測定を説明する図である。
【図4】B軸誤差の算出方法を示すフローチャートである。
【図5】基準球の中心位置の測定方法を説明する図である。
【図6】B軸傾き誤差を説明する図である。
【図7】A軸誤差の算出方法を示すフローチャートである。
【図8】A軸位置誤差の算出方法を説明する図である。
【図9】第1の数値制御装置の構成を示す図である。
【図10】A軸回転を示す図である。
【図11】A軸回転における加工原点補正部の処理を示すフローチャートである。
【図12】A軸回転における加工原点補正部の処理を示すフローチャートである。
【図13】A軸回転における加工原点補正部の処理を示すフローチャートである。
【図14】B軸回転における加工原点補正部の処理を示すフローチャートである。
【図15】第2の数値制御装置の構成を示す図である。
【図16】NCデータ作成装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 ・・・ 5軸横型マシニングセンタ
2 ・・・ ベッド
3 ・・・ コラム
4 ・・・ 主軸頭
5 ・・・ 主軸
6 ・・・ サドル
7 ・・・ チルトテーブル
8 ・・・ 回転パレット
9 ・・・ ワークテーブル
10 ・・・ 数値制御装置
11 ・・・ 基準球
12 ・・・ タッチセンサ
Claims (7)
- NCデータを記憶するNCデータ記憶手段と、
ワークの加工位置を定義するワーク座標系におけるワーク原点又は回転軸を有する加工機の絶対的位置を定義する機械座標系における機械原点である加工原点を記憶する加工原点記憶手段と、
前記NCデータに基づき前記加工機の指令値を算出する指令値算出手段と、
前記加工原点及び前記指令値に基づき前記加工機を制御する制御手段と、を備えた回転軸を有する加工機の数値制御装置において、
前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する回転軸誤差記憶手段と、前記NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する指令回転角度記憶手段と、
前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点を補正する加工原点補正手段と、を備えたことを特徴とする数値制御装置。 - 前記NCデータに基づき前記指令回転角度を算出する指令回転角度算出手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。
- 前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準方向ベクトルに対する前記回転軸の実方向ベクトルの傾き誤差であり、
前記加工原点補正手段は、
前記傾き誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する回転変換後加工原点算出手段と、
前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記回転変換後加工原点に変更する加工原点変更手段と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。 - 前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準方向ベクトルに対する前記回転軸の実方向ベクトルの傾き誤差及び前記回転軸の基準軸心上の基準位置に対する前記回転軸の実軸心上位置の位置誤差であり、
前記加工原点補正手段は、
前記位置誤差に基づき前記加工原点を位置変換した位置変換後加工原点を算出する位置変換後加工原点算出手段と、
前記傾き誤差及び前記指令回転角度に基づき前記位置変換後加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する回転変換後加工原点算出手段と、
前記位置誤差に基づき前記回転変換後加工原点を位置戻し変換した位置戻し変換後加工原点を算出する位置戻し変換後加工原点算出手段と、
前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記位置戻し変換後加工原点に変更する加工原点変更手段と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。 - 前記回転軸誤差は、前記回転軸の基準軸心上の基準位置に対する前記回転軸の所定角度毎の前記回転軸の実軸心上位置の角度毎位置誤差であり、
前記加工原点補正手段は、
前記角度毎位置誤差及び前記指令回転角度に基づき前記加工原点を位置変換した位置変換後加工原点を算出する位置変換後加工原点算出手段と、
前記指令回転角度に基づき前記位置変換後加工原点を回転変換した回転変換後加工原点を算出する回転変換後加工原点算出手段と、
前記角度毎位置誤差及び前記指令回転角度に基づき前記回転変換後加工原点を位置戻し変換した位置戻し変換後加工原点を算出する位置戻し変換後加工原点算出手段と、
前記加工原点記憶手段に記憶された前記加工原点を前記位置戻し変換後加工原点に変更する加工原点変更手段と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。 - NCデータを記憶するNCデータ記憶手段と、
前記NCデータに基づき回転軸を有する加工機の指令値を算出する指令値算出手段と、
前記指令値に基づき前記加工機を制御する制御手段と、を備えた回転軸を有する加工機の数値制御装置において、
前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する回転軸誤差記憶手段と、前記NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する指令回転角度記憶手段と、
前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記指令値を補正する指令値補正手段と、を備えたことを特徴とする数値制御装置。 - ワーク形状データを記憶する形状データ記憶手段と、
前記ワークの加工に使用する回転軸を有する加工機の機械構成データを記憶する機械構成データ記憶手段と、
前記形状データ及び前記機械構成データに基づき前記加工機を数値制御するためのNCデータを作成するNCデータ作成手段と、を備えた回転軸を有する加工機のNCデータ作成装置において、
前記NCデータ作成手段は、
前記回転軸の基準軸心に対する回転軸誤差を記憶する回転軸誤差記憶手段と、前記形状データ及び前記機械構成データに基づき前記NCデータの基本NCデータを作成する基本NCデータ作成手段と、
前記基本NCデータに基づき得られた前記回転軸の指令回転角度を記憶する指令回転角度記憶手段と、
前記回転軸誤差及び前記指令回転角度に基づき前記基本NCデータを補正した補正NCデータを作成する補正NCデータ作成手段と、を備えたことを特徴とするNCデータ作成装置。
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