JP2005081434A - Numerical control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル姿勢を変化させることのできる機構を持った加工機、特にワーク切断面に傾斜をつける開先加工を行うレーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等を制御する数値制御装置に関する。 The present invention relates to a processing machine having a mechanism capable of changing the nozzle posture, in particular, a numerical control device for controlling a laser processing machine, a plasma processing machine, a gas cutting machine, etc., for performing groove processing for inclining a work cutting surface. About.
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等の加工機では、レーザ光やガス等の切断用エネルギーの焦点位置に照射して切断処理を行っている。例えば、レーザ加工機では、ノズルからレーザ光を鋼板に照射して母材を溶融、蒸発させ、酸素ガス等のアシストガスを噴射して母材を燃焼させ、溶融物をアシストガスにより母材から排除させながら、ノズルを移動させることにより切断処理を行う。
このような加工機では、レーザ光等のエネルギー照射の焦点位置を切断すべきワークの厚さに応じて最適な位置に設定するために、また、切断中に歪みの発生したワークにノズルが接触しないように、ノズル先端とワーク表面との距離を一定に保つならい制御が行われている。
In processing machines such as a laser processing machine, a plasma processing machine, and a gas cutting machine, a cutting process is performed by irradiating a focal position of cutting energy such as laser light or gas. For example, in a laser processing machine, a steel plate is irradiated with laser light from a nozzle to melt and evaporate the base material, an assist gas such as oxygen gas is injected to burn the base material, and the melt is removed from the base material by the assist gas. The cutting process is performed by moving the nozzle while removing the nozzle.
In such a processing machine, the nozzle is in contact with the work that is distorted during cutting in order to set the focal position of the energy irradiation such as laser light according to the thickness of the work to be cut. In order to prevent this, control is performed to keep the distance between the nozzle tip and the workpiece surface constant.
また、比較的厚い鋼板では切断後に溶接することが多く、鋼板を切断する際に開先を形成する場合がある。このような切断態様に適用するために、レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等の加工機では、ワークに対してノズルを垂直状態から傾斜させることにより、ワーク切断面に傾斜をつける開先加工を行うことができる。
上記開先加工において、ノズルが傾斜することによりならいセンサがノズル先端とワーク表面との距離、および、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離を正確に測定できないという問題がある。
Moreover, a relatively thick steel plate is often welded after cutting, and a groove may be formed when the steel plate is cut. In order to apply to such a cutting mode, in a processing machine such as a laser processing machine, a plasma processing machine, a gas cutting machine, etc., the nozzle is tilted from a vertical state with respect to the work so that the work cutting surface is inclined. Pre-processing can be performed.
In the above groove processing, there is a problem that due to the inclination of the nozzle, the follower sensor cannot accurately measure the distance between the nozzle tip and the workpiece surface and the distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction. There is.
ノズル先端とワーク表面との距離を検出するセンサとして、エアハイトセンサ、レーザーハイトセンサ、静電容量センサをノズルの周囲に配置するセンサが知られているが、検出部位とノズルとが離隔しているために、正確な距離を検出することが難しいという問題があるがため、ノズル自体を一方の極として鋼板との間の静電容量を検出するセンサが利用されている。
このようなノズルを一方の極とする静電容量センサでは、検出する静電容量の値は鋼板表面と対するノズルの先端面の面積に依存する。そのため、ノズルを傾斜させると傾斜角度に応じて鋼板表面と対するノズルの先端面の面積が変化して正確な距離を得ることが難しいという問題がある。
As sensors for detecting the distance between the tip of the nozzle and the workpiece surface, sensors are known in which an air height sensor, a laser height sensor, and a capacitance sensor are arranged around the nozzle, but the detection site and the nozzle are separated from each other. For this reason, there is a problem that it is difficult to detect an accurate distance. Therefore, a sensor that detects a capacitance between the nozzle and the steel plate is used.
In a capacitance sensor using such a nozzle as one pole, the value of the detected capacitance depends on the area of the tip surface of the nozzle with respect to the steel plate surface. Therefore, when the nozzle is inclined, there is a problem that it is difficult to obtain an accurate distance because the area of the tip surface of the nozzle with respect to the steel plate surface changes according to the inclination angle.
また、図１０に示すように、ノズル１０７を回転軸を中心に回転させ（図中の破線で示す１０７ａ）、加工プログラム経路１４０上の目標点１４１に向けて移動させると（図中の破線で示す１０７ｂ）、ノズル１０７ｂの焦点と目標点１４１との間にずれが生じる。
このような問題を解決するために、ノズル傾斜角度毎のならい制御パラメータを予め測定により準備しておき、切削時にノズルの傾斜角度に合わせて準備したならい制御パラメータを選択して使用することにより、ノズル先端とワーク表面との距離、または、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離を一定に保つようにならい制御を行う技術が提案されている。（例えば特許文献１参考）。
Further, as shown in FIG. 10, when the
In order to solve such a problem, a control parameter for each nozzle inclination angle is prepared in advance by measurement, and a control parameter to be prepared according to the inclination angle of the nozzle at the time of cutting is selected and used. There has been proposed a technique for performing control so as to keep the distance between the nozzle tip and the workpiece surface or the distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction constant. (For example, refer to Patent Document 1).
図１１は、従来のならい制御を行う数値制御装置の構成例を説明するための概略図である。
図１１において、制御装置１０１は軸１０３の先端にノズル１０７を備え、軸１０３に設けたＸ，Ｙ軸駆動部１０４、Ｚ軸駆動部１０５、回転軸１０６等をＮＣ装置１０２や制御手段１３１で制御することによりならい制御を行う。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a configuration example of a numerical control device that performs conventional profile control.
In FIG. 11, the
ノズル１０７をワーク１１０に対して垂直に配置した状態で最適な高さに制御する場合には、基準値記憶手段１３２に記憶する基準値に基づいて制御を行い、ノズルを鋼板に対して傾斜させた状態で最適な高さに制御する場合には、基準値記憶手段１３３に記憶する補正値に基づいて、基準値あるいは検出手段１２１で検出した検出値を補正して制御を行う。
When controlling the
前記した、ノズル傾斜角度毎にならい制御パラメータを予め用意しておき、各ノズル傾斜角度に対応した制御パラメータを選択し、この制御パラメータに基づいてならい制御を行うという従来技術では、ノズルの傾斜角度毎に制御パラメータを測定し、それら全てを記憶メモリに保存しておく必要がある。ノズルの傾斜角度を細かく測定した場合、切削時にならい制御を精度よく行うことが可能であるが、測定の手間と記憶メモリが増大するという問題がある。
例えば、前記図１１に示す構成例では、補正値記憶手段１３３に傾斜角度に対応する補正値を記憶させておく必要があり、高精度にならい制御を行うには大容量の補正値記憶手段１３３を要することになる。
In the prior art in which control parameters corresponding to each nozzle inclination angle are prepared in advance, control parameters corresponding to the nozzle inclination angles are selected, and the control is performed based on the control parameters, the nozzle inclination angle It is necessary to measure the control parameters every time and store them all in the storage memory. When the inclination angle of the nozzle is measured finely, it is possible to accurately perform control at the time of cutting, but there is a problem that the measurement effort and the storage memory increase.
For example, in the configuration example shown in FIG. 11, it is necessary to store the correction value corresponding to the tilt angle in the correction value storage unit 133, and a large-capacity correction value storage unit 133 for performing control in accordance with high accuracy. Will be required.
この記憶メモリの容量の増大を抑えるために、ノズルの傾斜角度を大まかに測定することにより、測定の手間を減少させると共に記憶メモリの容量を低減させることができるが、切削時においてならい制御の精度が悪くなるという問題がある。
そこで、本発明は、上記した従来の課題を解決して、記憶メモリの容量を増大させることなく、ならい制御を精度よく行うことを目的とする。
In order to suppress this increase in the capacity of the storage memory, it is possible to reduce the labor of measurement and reduce the capacity of the storage memory by roughly measuring the tilt angle of the nozzle. There is a problem of getting worse.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-described conventional problems and to accurately perform control without increasing the capacity of a storage memory.
本発明は、ノズルをワーク表面に対して傾斜させる際に、ノズルが傾斜することにより変化するノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との間の距離変位（ノズル変位）を算出し、このノズル変位を打ち消すような制御パラメータを用いてならい制御を行うことにより、ノズルの傾斜角度と制御パラメータとの関係を予め求めて記憶することを不要とし、また、その関係を記憶するに要する大容量のメモリを不要とすることができる。 In the present invention, when the nozzle is tilted with respect to the workpiece surface, the distance displacement (nozzle displacement) between the tip of the nozzle that changes as the nozzle tilts and the point on the machining program path in the nozzle center line direction is calculated. Then, by performing control using a control parameter that cancels this nozzle displacement, it is not necessary to obtain and store the relationship between the nozzle tilt angle and the control parameter in advance, and to store that relationship. The required large-capacity memory can be eliminated.
図１は、本発明の数値制御装置によるならい制御を説明するためのフローチャートであり、図２，３は本発明の数値制御装置によるならい制御を説明するための概略図である。
数値制御装置は、加工プログラムに記述される加工プログラム経路に従って通常のならい制御を行う。このならい制御では、センサによりノズル先端とワーク表面との距離の変位を検出し、ならい変位量を更新しながらノズル位置を制御する（ステップＳ１）。
数値制御装置は、切削のアプローチ部におけるノズル傾斜時において、プログラムまたは外部信号によりモード指令を受けて、ならい制御パラメータの自動調整を開始する（ステップＳ２）。
FIG. 1 is a flowchart for explaining the profile control by the numerical control device of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the profile control by the numerical control device of the present invention.
The numerical control device performs normal profile control according to the machining program path described in the machining program. In this level control, the displacement of the distance between the nozzle tip and the workpiece surface is detected by a sensor, and the nozzle position is controlled while updating the level displacement (step S1).
The numerical control device receives a mode command by a program or an external signal when the nozzle is inclined in the cutting approach section, and starts automatic adjustment of the control parameter (step S2).
ノズル傾斜時には、ノズルに取り付けられたならいセンサも傾くためならいセンサの検出値に誤差が発生する。誤差を含んだならいセンサの検出値に応じてならい制御が行われると、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離に変位が生じる。図２において、ノズル７ａはワーク１０の表面に対して垂直状態にあり、ノズル先端とワーク１０の表面の目標位置Ｏとの距離はＬに設定されている。この状態からノズルを傾けると（図中の１で示す動作）ノズル７ｂの状態になる。ノズル７ｂの状態では、ノズル先端と目標位置Ｏとの距離は変化し、ならい変位量が変化する。本発明の数値制御装置は、このならい変位量の変化を観察し（ステップＳ３）、その変位が打消される方向にならい制御が行われるように、ならい制御パラメータを自動調整する。この自動調整により、ノズル７ｃは図２中の符号２で示す方向に調整され、ノズル先端と目標位置Ｏとの距離は設定距離Ｌに制御される（ステップＳ５）。
When the nozzle is tilted, the sensor that is attached to the nozzle also tilts, and an error occurs in the detection value of the sensor. When the control is performed according to the detection value of the sensor that does not include an error, a displacement occurs in the distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction. In FIG. 2, the
ならい制御パラメータの自動調整は、ノズル先端の変位が発振しないように小刻みに行う。ノズル傾斜指令終了後は、上記調整が安定するのを待って、自動調整モードを終了する。
また、ノズル先端の半径値を設定するパラメータを用意し、その値をもとにノズル傾斜時に、ノズルとワークが接触しない最小のノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離を計算する。ならい制御パラメータの自動調整時において、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離は、このノズルがワークと接触する距離よりも小さくならないように調整する。
The automatic adjustment of the control parameters is performed in small increments so that the displacement of the nozzle tip does not oscillate. After completion of the nozzle tilt command, the automatic adjustment mode is terminated after the adjustment is stabilized.
In addition, a parameter for setting the radius value of the nozzle tip is prepared, and when the nozzle is tilted based on this value, the distance between the minimum nozzle tip where the nozzle and workpiece do not contact and the point on the machining program path in the nozzle center line direction Calculate At the time of automatic adjustment of the profile control parameter, the distance between the nozzle tip and the point on the machining program path in the nozzle center line direction is adjusted so as not to be smaller than the distance at which the nozzle contacts the workpiece.
図３において、ワーク１０の表面に対して垂直な状態にあるノズル７ａを傾斜させると、傾斜したノズル７ｄの先端の縁部分はワーク１０の表面に接近する。ここで、ノズルの先端の半径Ｒ、ノズルとワーク１０の表面との余裕をα、傾斜角度をＱとすると、ノズル先端とワーク１０の表面の目標位置との距離Ｌｑは（Ｒ＋α）tanＱで表される。ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離がこの距離Ｌｑよりも小さくならないように調整することにより、ノズル先端とワーク表面との接触を防ぐことができる（ステップＳ４）。
In FIG. 3, when the
本発明の数値制御装置は、非接触式ならいセンサによって、ノズル先端とワーク表面との距離を一定に保つようにならい制御を行う数値制御装置において、ノズルから放出されるエネルギーの焦点の経路がプログラミングされた加工プログラムを記憶するプログラム記憶手段と、ノズルをワーク表面に対して傾斜させる際に、ノズル傾斜時の前後のノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離の差をノズル変位として算出するノズル変位算出手段と、ノズル変位を打消すようにならい制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段とを備えた構成とし、制御パラメータに基づいてならい制御を行う。 The numerical control device of the present invention is a numerical control device that performs a control to keep the distance between the nozzle tip and the workpiece surface constant by a non-contact type sensor, and a path of a focal point of energy emitted from the nozzle is programmed. Difference between the program storage means for storing the processed machining program and the point on the machining program path in the nozzle center line direction when the nozzle is inclined with respect to the workpiece surface. The nozzle displacement calculating means for calculating the nozzle displacement and the control parameter changing means for changing the control parameter so as to cancel the nozzle displacement are used, and the control is performed based on the control parameter.
制御パラメータ変更手段は、ノズル変位がなくなるまで制御パラメータを繰り返して変更する。この繰り返しにおいて、ノズル変位の調整量あるいは制御パラメータの変更量を制限し、小さなステップ量で調整を行うことにより、ノズル先端の変位の発振を防ぐことができる。
また、本発明の数値制御装置はノズル−ワーク間限界距離算出手段を備え、予め与えられたノズル形状により、ノズル傾斜時にノズルとワークが接触しない最小となるノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離を算出する。制御パラメータ変更手段は、ノズル変位算出手段で算出したノズル変位が、ノズル−ワーク間限界距離算出手段で算出された値よりも小さくならないように制御パラメータを変更する。これにより、ノズルとワークの表面との接触を防ぐ。
The control parameter changing means repeatedly changes the control parameter until the nozzle displacement disappears. In this repetition, the adjustment amount of the nozzle displacement or the change amount of the control parameter is limited, and the adjustment is performed with a small step amount, whereby the oscillation of the displacement of the nozzle tip can be prevented.
Further, the numerical control device of the present invention includes a nozzle-workpiece limit distance calculation means, and a machining program in the nozzle tip and nozzle center line direction that minimizes the nozzle and the work from not contacting when the nozzle is tilted by a predetermined nozzle shape. Calculate the distance to a point on the route. The control parameter changing unit changes the control parameter so that the nozzle displacement calculated by the nozzle displacement calculating unit does not become smaller than the value calculated by the nozzle-workpiece limit distance calculating unit. This prevents contact between the nozzle and the workpiece surface.
本発明のノズル変位算出手段は、加工プログラムによる算出されるノズル位置からノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離を算出し、ノズル傾斜時における前後の算出距離の差をノズル変位として算出する。
数値制御装置は、プログラムに基づいてノズルを移動させており、ノズル先端に位置は数値制御装置自体の動作により定まる。したがって、ノズル変位は、数値制御装置による制御で定まる位置から算出することができる。ノズル変位算出手段は、数値制御装置自体が行う移動動作に基づいて、ノズルセンサの検出量を用いることなくノズル変位を算出することができる。
The nozzle displacement calculation means of the present invention calculates the distance between the nozzle tip calculated from the machining program and a point on the machining program path in the nozzle center line direction, and calculates the difference between the calculated distances before and after the nozzle tilts. Calculated as nozzle displacement.
The numerical control device moves the nozzle based on a program, and the position of the nozzle tip is determined by the operation of the numerical control device itself. Therefore, the nozzle displacement can be calculated from the position determined by the control by the numerical controller. The nozzle displacement calculation means can calculate the nozzle displacement without using the detection amount of the nozzle sensor based on the moving operation performed by the numerical control device itself.
本発明の数値制御装置は、ノズル変位が無くなったときの制御パラメータを記憶する制御パラメータ記憶手段を備える。制御パラメータ記憶手段に記憶される制御パラメータに基づいてならい制御を行う。
ここで、制御パラメータは、ノズル垂直時のワーク表面からノズル先端までの距離を基準距離とする他に、この基準距離を調整する基準変位量やゼロ点補正とすることもできる。
本発明の数値制御装置は、ノズル先端とワーク表面との垂直距離を検出する検出手段を備え、この検出手段で検出した距離に基づいて行うならい制御と、前記した制御パラメータに基づいて行うならい制御とを切り換え自在とする構成とすることもでき、ならい制御の切り換えはプログラム又は外部信号に基づいて行い、自動調整を行うことができる。
The numerical control apparatus of the present invention includes control parameter storage means for storing a control parameter when the nozzle displacement is eliminated. Follow-up control is performed based on the control parameters stored in the control parameter storage means.
Here, the control parameter can be a reference displacement amount or zero point correction for adjusting the reference distance in addition to the distance from the workpiece surface to the nozzle tip when the nozzle is vertical.
The numerical control device of the present invention includes detection means for detecting the vertical distance between the nozzle tip and the workpiece surface. The control is performed based on the distance detected by the detection means, and the control is performed based on the control parameter described above. The control can be switched based on a program or an external signal, and automatic adjustment can be performed.
レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等のならい制御機構を有する加工機では、ワークに対してノズルを垂直状態から傾けることにより、ワークの切削断面に傾斜をつける開先加工を行うことができる。
また、これらの加工機によれば、ノズル先端とワーク表面との距離を一定に保つようにならい制御を行うことにより、ワークのそりやひずみに対応することができ、開先加工において、ノズル傾斜時に発生するノズル先端とノズル中心方向の加工プログラム経路上の点との距離のずれを防止するならい制御を行うことができる。
これにより、レーザ加工等における開先加工において、予めノズル傾斜角度に応じたならい制御パラメータを用意しなくても、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離が切断エネルギーの焦点距離と一致するようにならい制御が行われるまた、その際、ノズルとワークが接触しないようにならい制御を行うことができる。
In a processing machine having a profile control mechanism such as a laser processing machine, a plasma processing machine, or a gas cutting machine, it is possible to perform groove processing that inclines the cutting cross section of the workpiece by tilting the nozzle from the vertical state with respect to the workpiece. it can.
In addition, according to these processing machines, it is possible to cope with warping and distortion of the workpiece by controlling the distance between the nozzle tip and the workpiece surface to be constant, and in the groove processing, the nozzle inclination It is possible to perform control that prevents the deviation of the distance between the nozzle tip and the point on the machining program path in the nozzle center direction that sometimes occurs.
As a result, in groove processing such as laser processing, the distance between the nozzle tip and a point on the processing program path in the nozzle center line direction is the cutting energy without preparing a control parameter according to the nozzle inclination angle in advance. Follow-up control is performed so as to coincide with the focal length. At that time, follow-up control can be performed so that the nozzle does not come into contact with the workpiece.
本発明によれば、レーザ加工機等における開先加工において、ノズル傾斜中のノズル位置の変位をもとにならい制御パラメータを調整することにより、切断中の切断用エネルギーの焦点が最適な位置となるようにならい制御を行うことができる。 According to the present invention, in the groove processing in a laser processing machine or the like, the focal point of the cutting energy during cutting is adjusted to the optimum position by adjusting the control parameter based on the displacement of the nozzle position during nozzle inclination. It is possible to perform control that follows.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図４は、本発明のならい制御を行う数値制御装置の概要を説明するための図である。
図４において、数値制御装置１は、軸３の先端にノズル７を備え、軸３に設けたＸ，Ｙ軸駆動部４、Ｚ軸駆動部５、回転軸６等を数値制御部２で制御することによりならい制御を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 4 is a diagram for explaining the outline of the numerical control apparatus that performs the profile control according to the present invention.
In FIG. 4, the numerical control device 1 includes a
数値制御部２には、入力手段１１から切断すべき図形情報、ワークの板厚等に基づく切断速度等の情報、ワークを切断する際の開先角度の情報等が入力されて記録される。また、プログラム記憶手段１３には、切断を行う際のならい制御のためのプログラムが記憶されている。
The
ノズル７をワーク１０に対して垂直に配置した状態で最適な高さに制御してならい制御を行う場合には、検出手段２１によりノズル７の先端とワーク１０の表面１０ａとの距離を検出し、数値制御部２によりこの検出距離が設定距離となるようにするＺ軸駆動部５を制御する。なお、検出手段２１は、ノズル７を一方の極とする静電容量センサにより構成することができる。
When the control is performed so that the
また、本発明の数値制御装置１は、ノズル７を傾斜した状態でならい制御する構成として、ノズル変位算出手段２２，制御パラメータ変更手段２３，制御パラメータ記憶手段２４を備え、さらに、ノズル７の先端とワーク１０の表面１０ａとの接触を防ぐために、ノズル−ワーク間限界距離算出手段２５を備える。
The numerical control apparatus 1 according to the present invention includes a nozzle
ノズル変位算出手段２２は、ノズル７の傾斜に伴うノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離Ｌ２を、数値制御部２からの位置情報に基づいて算出する。ノズル７は、プログラム記憶手段１３に記憶される加工プログラムに基づいて数値制御部２により制御される。したがって、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離Ｌ２は、数値制御部２が制御するノズルの位置情報や角度情報に基づいて算出することができる。この距離Ｌ２は、ならい制御において、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離として設定した距離Ｌ１にノズル変位分が加わった距離となっている。
The nozzle displacement calculation means 22 calculates the distance L2 between the nozzle tip accompanying the inclination of the
そこで、制御パラメータ変更手段２３は、このノズル変位分が零となるように制御パラメータＰを変更する。制御パラメータＰは、数値制御装置においてノズルを位置制御するための装置上のパラメータであり、例えば、ノズル垂直時のワーク表面からノズル先端までの距離を設定したならい基準距離、あるいはこのならい基準距離を調整する基準変位量や零点補正を用いることができる。
Therefore, the control
制御パラメータ記憶手段２４は、制御パラメータ変更手段２３で変更した制御パラメータＰを記憶する。数値制御部２は、制御パラメータ記憶手段２４に記憶される制御パラメータＰを読み込んでノズルの位置を制御する。ノズル変位算出手段２２は、数値制御部２によるノズル７の位置変化や角度変化に基づいて再度ノズル変位を算出し、制御パラメータ変更手段２３は、算出したノズル変位に基づいて制御パラメータＰを変更し、制御パラメータ記憶手段２４に記憶する。
The control parameter storage unit 24 stores the control parameter P changed by the control
このノズル変位の算出と制御パラメータの変更とノズルの位置制御とを繰り返すことによりノズル変位分を減少させ、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離Ｌ２を設定距離Ｌ１に近づける。
また、ノズル−ワーク間限界距離算出手段２５は、ならい制御において、ノズル先端とワークとの間の限界距離を算出し、ノズル変位算出手段２２で算出した距離Ｌ２と比較してノズル先端がワーク表面と接触しないかを監視する。なお、表示手段１２には、各種設定値や制御パラメータ等を表示することができる。
By repeating this nozzle displacement calculation, control parameter change, and nozzle position control, the nozzle displacement is reduced, and the distance L2 between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle centerline direction is set to the set distance L1. Move closer.
Further, the nozzle-workpiece limit distance calculating means 25 calculates the limit distance between the nozzle tip and the workpiece in the profile control, and the nozzle tip is compared with the distance L2 calculated by the nozzle displacement calculating means 22. Monitor for contact with The
次に、本発明のならい制御の動作について図５のフローチャートを用いて説明する。
ノズルを垂直状態としてならい制御を行う場合には、検出手段２１によりノズル先端とワーク表面１０ａとの距離を検出し、当該検出距離が設定距離となるようにＺ軸駆動部５を制御する。このとき、ならい制御パラメータを、例えばノズル垂直時のワーク表面からノズル先端までの距離を設定したならい基準距離としたとき、ならい制御はこの制御パラメータを一定として制御を行う。
Next, the operation of the profile control according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
When performing control in accordance with the nozzle being in a vertical state, the distance between the nozzle tip and the
図６は、ノズル垂直時に切断用エネルギーの焦点４１が加工プログラム経路上４０の点と一致するようにならい制御が行われている状態を表している。ノズル７の先端から切断用エネルギーの焦点４１までの距離はＬ１で、通常、この時ならいセンサから得られる検出値Ｖ１であり、この検出値Ｖ１に基づいてノズル７の垂直方向の位置（高さ位置）が制御される。また、ノズル７が安定するようにならい制御パラメータは設定されている。
FIG. 6 shows a state in which control is performed so that the cutting
ワーク切断面の傾斜をつける開先加工では、ノズルを傾斜させた状態でならい制御を行う。本発明では、このノズルを傾斜させた状態でのならい制御を自動調整モードにより行う。この自動調整モードは、制御パラメータをノズルの位置や角度に応じて自動調整することにより行うモード状態であり、入力手段１１からの指令あるいはプログラム記憶手段１３に記憶されるプログラムに設定された指令に基づいて、制御パラメータが一定のモードからモード変更される（ステップＳ１１）。
In groove processing for inclining the workpiece cutting surface, control is performed with the nozzle inclined. In the present invention, the control in the state where the nozzle is inclined is performed in the automatic adjustment mode. This automatic adjustment mode is a mode state in which the control parameter is automatically adjusted according to the position and angle of the nozzle, and is based on a command set in a command stored in the
図７は、ノズル傾斜時に切断用エネルギーの焦点４１が加工プログラム経路４０の上の点と一致するようにならい制御が行われている状態を表している。
FIG. 7 shows a state where control is performed so that the
ノズル傾斜角度がＱ度においても、切断用エネルギーの焦点４１が加工プログラム経路４０の上の点と一致するためには、ノズル７の先端とノズル中心線方向の加工プログラム上の点との距離がＬ１となる必要がある。この時のならいセンサから与えられる検出値Ｖ２であり、ノズルが垂直状態におけるならいセンサの検出値Ｖ１とは異なる値となる。したがって、ノズルを傾斜させた場合に、ならいセンサの検出値がＶ１となるようにノズルの位置を制御すると、切断用エネルギーの焦点４１は加工プログラム経路４０の上の点からずれることになり、良好な切断処理を行うことができない。
Even when the nozzle tilt angle is Q degrees, in order for the
図８は、ノズル垂直時に切断用エネルギーの焦点が加工プログラム経路上の点と一致するようにならい制御パラメータが設定された状態から、ノズルがＱ度傾斜した状態を表している。
ならいセンサから得られる検出値Ｖ１によりノズルが安定するようにならい制御が行われているため、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点４２との距離はＬ２（≠Ｌ１）となり、切断用エネルギーの焦点４１との間にずれが生じている（ステップＳ１２）。
ノズル垂直時とノズル傾斜時において、ノズル先端とワーク表面との距離、ノズル変位、センサ値、センサパラメータＰは、例えば、以下の表１で表される。
FIG. 8 shows a state in which the nozzle is inclined by Q degrees from a state in which control parameters are set so that the focal point of the cutting energy coincides with a point on the machining program path when the nozzle is vertical.
Since the control is performed so that the nozzle is stabilized by the detection value V1 obtained from the profile sensor, the distance between the nozzle tip and the
When the nozzle is vertical and the nozzle is inclined, the distance between the nozzle tip and the workpiece surface, the nozzle displacement, the sensor value, and the sensor parameter P are represented by, for example, Table 1 below.
本発明の数値制御装置は、図８において、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離Ｌ２がＬ１となるようにならい制御パラメータを調整する（ステップＳ１３）。
この距離Ｌ２は、［Ｌ１＋（ノズル変位）］として数値制御部２からの位置情報に基づいて求めることが可能である。Ｌ２＞Ｌ１（ステップＳ１５）であれば、ノズルがワークヘ近づくよう制御パラメータＰを調整し（ステップＳ１７）、また、Ｌ２＜Ｌ１であれば（ステップＳ１５）、ノズルがワークから遠ざかるようにならい制御パラメータＰを調整する（ステップＳ１８）。
In FIG. 8, the numerical control apparatus of the present invention adjusts the control parameter so that the distance L2 between the nozzle tip and the point on the machining program path in the nozzle center line direction becomes L1 (step S13).
The distance L2 can be obtained as [L1 + (nozzle displacement)] based on the position information from the
ならい制御パラメータとしては、例えば、ならい基準距離（ノズル垂直時のワーク表面からノズル先端までの距離を設定）がある。ならい基準距離を制御パラメータとして２ｍｍに設定すると、ノズル垂直時にワーク表面からノズル先端までの距離が２ｍｍとなるようにならい制御される。また、ならい制御パラメータとしては、ならい基準距離の他に、ならい基準距離を調整する基準変位量やゼロ点補正といったパラメータを用いることもできる。 The profile control parameter includes, for example, profile reference distance (setting the distance from the workpiece surface to the nozzle tip when the nozzle is vertical). When the reference distance is set to 2 mm as a control parameter, the distance from the workpiece surface to the nozzle tip is controlled to be 2 mm when the nozzle is vertical. In addition to the profile reference distance, parameters such as a reference displacement amount for adjusting the profile reference distance and zero point correction can be used as the profile control parameter.
本発明において、例えば、切断用エネルギーの焦点距離が３ｍｍで加工プログラム経路がワーク表面よりｌｍｍ下にプログラミングされている場合は、ならい基準距離を２ｍｍに設定する。 In the present invention, for example, when the focal distance of the cutting energy is 3 mm and the machining program path is programmed 1 mm below the workpiece surface, the follow reference distance is set to 2 mm.
ノズル垂直時には、ワーク表面からノズル先端までの距離が２ｍｍとなるようにならい制御される。一方、ノズル傾斜時には、本発明のならい制御によって、ワーク表面からノズル先端までの距離が２．５ｍｍ、また、ノズル先端からノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点までの距離が３．８ｍｍの時に、ならいセンサは２ｍｍと判断してこの状態でノズルが安定するようにならい制御される。 When the nozzle is vertical, the distance from the workpiece surface to the nozzle tip is controlled to be 2 mm. On the other hand, when the nozzle is tilted, the distance from the workpiece surface to the nozzle tip is 2.5 mm and the distance from the nozzle tip to a point on the machining program path in the nozzle center line direction is 3.8 mm by the control according to the present invention. Occasionally, the profile sensor is determined to be 2 mm and is controlled to stabilize the nozzle in this state.
制御パラメータの調整は、Ｌ２とＬ１の差の大きさに応じてならい制御パラメータを調整するが、一度に大きな調整を行わず少しずつ変化させることによりノズルの振動を防ぐ。例えば、上記例では、ならい基準距離のパラメータを１．９ｍｍ、１．８ｍｍと徐々に変更し、ノズル先端からノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点までの距離が３ｍｍとなるように調整を行う。
傾斜の自動調整において、算出距離Ｌ、ノズル変位、センサ値、制御パラメータＰは、例えば、以下の表２で表される。
The control parameter is adjusted according to the difference between L2 and L1, but the nozzle is prevented from vibrating by changing little by little without making a large adjustment at a time. For example, in the above example, the parameter of the reference distance is gradually changed to 1.9 mm and 1.8 mm, and the distance from the nozzle tip to the point on the machining program path in the nozzle center line direction is adjusted to 3 mm. Do.
In the automatic adjustment of the inclination, the calculated distance L, the nozzle displacement, the sensor value, and the control parameter P are represented, for example, in Table 2 below.
上記自動調整は、プログラムに指示されるノズル傾斜指令と同時に行う他、ワークの歪みが無視できる切断アプローチ部において入力手段１１から指令を入力することにより行う。
上記自動調整は、ノズル傾斜指令終了した後、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離の変位が安定するのを待って終了する（ステップＳ１９）。
The automatic adjustment is performed at the same time as the nozzle tilt command instructed by the program, or by inputting a command from the input means 11 in the cutting approach section where the distortion of the workpiece can be ignored.
The automatic adjustment ends after the nozzle tilt command ends and waits for the displacement of the distance between the nozzle tip and the point on the machining program path in the nozzle center line direction to stabilize (step S19).
ステップＳ１６において、ノズルとワークの接触回避を行う。図９は、ノズルとワークの接触を回避するために、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との最小の距離を求める方法を説明するための図である。ノズル先端の半径として、ならい制御中にノズルとワークが接触しないように実際のノズルの半径値Ｒに少し余裕αを持たせた（Ｒ＋α）を予め測定により設定しておく。 In step S16, contact between the nozzle and the workpiece is avoided. FIG. 9 is a diagram for explaining a method of obtaining the minimum distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction in order to avoid contact between the nozzle and the workpiece. As the radius of the nozzle tip, (R + α) is set in advance by giving a slight margin α to the actual radius value R of the nozzle so that the nozzle does not come into contact with the workpiece during the follow-up control.
ノズル先端がワークと接触するときの、ノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離は、［（Ｌ１−Ｐ）／ｃｏｓＱ＋（Ｒ＋α）＊ｔａｎＱ］で表される。
なお、Ｌ１はノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離であり、Ｐはノズル先端とワーク表面との設定距離であり、Ｑはノズルの傾斜角度であり、Ｒはノズルの先端半径であり、αはノズル先端とワーク表面とが接触しないための余裕値である。
The distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction when the nozzle tip contacts the workpiece is represented by [(L1-P) / cosQ + (R + α) * tanQ].
L1 is the distance between the nozzle tip and a point on the machining program path in the nozzle center line direction, P is the set distance between the nozzle tip and the workpiece surface, Q is the nozzle tilt angle, and R is the nozzle Is a margin value for preventing the nozzle tip from contacting the work surface.
ノズル傾斜角度Ｑ度の時、ノズル先端とノズル中心方向の加工プログラム経路上の点との距離Ｌ２が［（Ｌ１−Ｐ１）／ｃｏｓＱ＋（Ｒ＋α）＊ｔａｎＱ］以下とならないように、上記自動調整を行う。これによって、ノズル先端とワーク表面との接触を防ぐことができる。 When the nozzle inclination angle is Q degrees, the above automatic adjustment is performed so that the distance L2 between the nozzle tip and the point on the machining program path in the nozzle center direction is not less than [(L1-P1) / cosQ + (R + α) * tanQ]. Do. As a result, contact between the nozzle tip and the workpiece surface can be prevented.
本発明の技術は、レーザ加工機、プラズマ加工機、ガス切断機等の加工機に適用することができる。 The technology of the present invention can be applied to a processing machine such as a laser processing machine, a plasma processing machine, or a gas cutting machine.
１ 数値制御装置
２ 数値制御部
３ 軸
４ Ｘ，Ｙ軸駆動部
５ Ｚ軸駆動部
６ 回転軸
７ ノズル
１０ ワーク
１０ａ ワーク表面
１１ 入力手段
１２ 表示手段
１３ プログラム記憶手段
２１ 検出手段
２２ ノズル変位算出手段
２３ 制御パラメータ変更手段
２４ 制御パラメータ記憶手段
２５ ノズル−ワーク間限界距離算出手段
４０ 加工プログラム経路
４１ 切断用エネルギーの焦点
１０１ 制御装置
１０２ ＮＣ装置
１０３ 軸
１０４ Ｘ，Ｙ軸駆動部
１０５ Ｚ軸駆動部
１０６ 回転軸
１０７ ノズル
１１０ ワーク
１１１ 入力手段
１１２ 表示手段
１３２ 基準値記憶手段
１３３ 補正値記憶手段
１４０ 加工プログラム経路
１４１ 目標点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
ノズルから放出されるエネルギーの焦点の経路がプログラミングされた加工プログラムを記憶するプログラム記憶手段と、
前記ノズルをワーク表面に対して傾斜させる際に、ノズル傾斜時の前後のノズル先端とノズル中心線方向の加工プログラム経路上の点との距離の差をノズル変位として算出するノズル変位算出手段と、
前記ノズル変位を打消すようにならい制御パラメータを変更する制御パラメータ変更手段とを備え、
前記制御パラメータに基づいてならい制御を行うことを特徴とする数値制御装置。 In the numerical control device that performs the follow-up control so as to keep the distance between the nozzle tip and the workpiece surface constant by the non-contact type follow-up sensor,
Program storage means for storing a machining program programmed with a path of focus of energy emitted from the nozzle;
When the nozzle is inclined with respect to the workpiece surface, nozzle displacement calculation means for calculating a difference in distance between the nozzle tip before and after the nozzle inclination and a point on the machining program path in the nozzle center line direction as a nozzle displacement;
Control parameter changing means for changing the control parameter so as to cancel the nozzle displacement,
A numerical control apparatus that performs profile control based on the control parameter.
前記制御パラメータ変更手段は、前記ノズル変化算出手段で算出したノズル変位が、前記ノズル−ワーク間限界距離算出手段により算出された値よりも小さくならないように前記制御パラメータを変更することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の数値制御装置。 A nozzle-workpiece limit distance calculation means for calculating the distance between the nozzle tip that minimizes contact between the nozzle and the workpiece when the nozzle is tilted and a point on the machining program path in the nozzle centerline direction according to the nozzle shape given in advance. ,
The control parameter changing means changes the control parameter so that the nozzle displacement calculated by the nozzle change calculating means does not become smaller than the value calculated by the nozzle-workpiece limit distance calculating means. The numerical control apparatus according to claim 1 or 2.
当該制御パラメータ記憶手段に記憶される制御パラメータに基づいてならい制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の数値制御装置。 Comprising control parameter storage means for storing control parameters when the nozzle displacement is lost;
5. The numerical control apparatus according to claim 1, wherein the control is performed based on a control parameter stored in the control parameter storage unit.
当該検出手段で検出した距離に基づいて行うならい制御と、
前記制御パラメータに基づいて行うならい制御とを切り換え自在とすることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の数値制御装置。 Equipped with detection means for detecting the vertical distance between the nozzle tip and the workpiece surface;
A profile control based on the distance detected by the detection means;
The numerical control device according to claim 1, wherein the numerical control can be switched freely according to the control parameter.
The numerical control device according to claim 7, wherein the switching of the control is performed based on a program or an external signal.
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