JP2005352876A - Nc data formation device, control device of 5-axial nc machine tool, and cl data creation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＮＣデータ作成装置、５軸ＮＣ工作機械の制御装置及びＣＬデータ作成装置に関するものである。 The present invention relates to an NC data creation device, a control device for a 5-axis NC machine tool, and a CL data creation device.
従来、５軸ＮＣ工作機械において自由曲面を加工するために、点群データからなるＮＣデータの各点間を自由曲線により補間されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、ＮＣデータの各点間が、ベジェ曲線、スプライン曲線などにより補間されている。このようなＮＣデータの各点間の補間は、ＮＣデータのうちの直交３軸の位置指令データ及び回転２軸の角度指令データに適用できるとされている。
しかし、従来の補間方法をＮＣデータのうちの回転２軸の角度指令データに対して適用した場合であっても、以下の問題が生じる。従来の補間方法は、ＮＣデータのうちの回転２軸の角度指令データ間を曲線により結ぶ補間方法である。すなわち、ＮＣデータそのものは変更されずに、ＮＣデータ間を曲線により結んでいる。 However, the following problems arise even when the conventional interpolation method is applied to the angle command data of the rotating two axes in the NC data. The conventional interpolation method is an interpolation method that connects the angle command data of the two rotation axes in the NC data with a curve. That is, the NC data itself is not changed, and the NC data is connected by a curve.
そのため、ＮＣデータの角度指令データによっては、角速度が大きく変化する場合がある。角速度が大きく変化することにより、回転軸の送り速度が結果として減速してしまい、加工時間が長くなる問題が生じる。このことは、特に高速加工を行う際に顕著に現われる。さらに、角速度が大きく変化することにより、機械振動が発生してしまい、うねりや削り込みなどによる加工面品位が悪くなると問題も生じる。 Therefore, depending on the angle command data of the NC data, the angular velocity may change greatly. A large change in the angular velocity results in a reduction in the feed speed of the rotary shaft, resulting in a problem that the machining time becomes long. This is particularly noticeable when high speed machining is performed. Furthermore, when the angular velocity is greatly changed, mechanical vibration is generated, and a problem occurs when the quality of the processed surface is deteriorated due to waviness or cutting.
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、角速度変化を小さくすることができるＮＣデータ作成装置、５軸ＮＣ工作機械の制御装置及びＣＬデータ作成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an NC data creation device, a 5-axis NC machine tool control device, and a CL data creation device that can reduce changes in angular velocity. And
（１）ＮＣデータ作成装置
本発明のＮＣデータ作成装置は、直交３軸の位置指令データ及び回転２軸の角度指令データを有する５軸ＮＣ装置のＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、前記ＮＣデータの前記回転２軸のうち少なくとも何れか１軸の連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間する角度指令データ補間手段を備える。ここで、連続する複数の角度指令データを滑らかに補間するとは、角度指令データそのものを変更することにより連続する複数の角度指令データが滑らかに変化するように補間することを意味する。すなわち、角度指令データの角度変化が滑らかにされる。また、角度指令データ補間手段は、回転２軸のうちの何れか一方の１軸のみに適用してもよいし、回転２軸の何れもに適用してもよい。
(1) NC data creation device An NC data creation device according to the present invention is an NC data creation device for creating NC data of a 5-axis NC device having orthogonal 3-axis position command data and rotational 2-axis angle command data. Angle command data interpolation means for smoothly interpolating a plurality of continuous angle command data of at least one of the two rotation axes of NC data. Here, smoothly interpolating a plurality of continuous angle command data means that the angle command data itself is changed so that the plurality of continuous angle command data changes smoothly. That is, the angle change of the angle command data is smoothed. Further, the angle command data interpolation means may be applied to only one of the two rotation axes, or may be applied to any of the two rotation axes.
ここで、直交３軸の位置指令データを変更した場合には、変更前の工具先端位置と変更後の工具先端位置が異なることになり、同一形状の加工面を加工することはできない。従って、従来は、ＮＣデータそのものを変更すべきではないとされていた。ここで、角度指令データは、工具の姿勢に関するデータである。そして、工具の先端位置が所定の加工面に一致させるように直交３軸の位置指令データを調整することにより、工具の姿勢はどのようにしてもよいことになる。そこで、工具の姿勢に関するデータである回転２軸の角度指令データを変更した場合であっても、同一形状の加工面を加工することは可能となる。すなわち、本発明は、一般に変更すべきでないとされるＮＣデータそのものを変更することが特徴的な点である。 Here, when the position command data of the three orthogonal axes is changed, the tool tip position before the change and the tool tip position after the change are different, and it is impossible to machine the machining surface having the same shape. Therefore, conventionally, it was said that the NC data itself should not be changed. Here, the angle command data is data relating to the posture of the tool. Then, by adjusting the position command data of the three orthogonal axes so that the tip position of the tool coincides with a predetermined machining surface, the posture of the tool can be made any way. Therefore, even when the angle command data for the two rotation axes, which is data relating to the tool posture, is changed, it is possible to machine a machining surface having the same shape. That is, the present invention is characterized in that the NC data itself, which should generally not be changed, is changed.
（２）５軸ＮＣ工作機械の制御装置
本発明の５軸ＮＣ工作機械の制御装置は、直交３軸の位置指令データ及び回転２軸の角度指令データを有するＮＣデータに基づき５軸ＮＣ工作装置に装着された工具の位置及び姿勢を制御する５軸ＮＣ工作機械の制御装置において、前記ＮＣデータの前記回転２軸のうち少なくとも何れか１軸の連続する複数の前記角度指令データを読み込む角度指令データ読込手段と、読み込まれた連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間する角度指令データ補間手段と、補間された前記角度指令データに基づき前記工具の姿勢を制御する制御手段とを備える。ここで、連続する複数の角度指令データを滑らかに補間するとは、上述したＮＣデータ装置において説明したことと同様である。また、５軸ＮＣ工作機械の制御装置の角度指令データ補間手段も、ＮＣデータ作成装置の角度指令データ補間手段と同様に、回転２軸のうちの何れか一方の１軸のみに適用してもよいし、回転２軸の何れもに適用してもよい。
(2) 5-axis NC machine tool control device The 5-axis NC machine tool control device of the present invention is a 5-axis NC machine device based on NC data having orthogonal 3-axis position command data and rotational 2-axis angle command data. In a control device for a 5-axis NC machine tool that controls the position and orientation of a tool mounted on the machine, an angle command for reading a plurality of continuous angle command data of at least one of the two rotation axes of the NC data Data reading means, angle command data interpolation means for smoothly interpolating a plurality of read continuous angle command data, and control means for controlling the posture of the tool based on the interpolated angle command data. Here, smoothly interpolating a plurality of continuous angle command data is the same as that described in the NC data device described above. Further, the angle command data interpolation means of the control device of the 5-axis NC machine tool may be applied to only one of the two rotation axes, similarly to the angle command data interpolation means of the NC data creation device. It may be applied to any of the two rotation axes.
（３）ＣＬデータ作成装置
（３．１）本発明の第１のＣＬデータ作成装置
本発明の第１のＣＬデータ作成装置は、５軸ＮＣ装置のＮＣデータの基になる工具位置ベクトルデータ及び工具姿勢ベクトルデータを有する前記５軸ＮＣ装置のＣＬデータを作成するＣＬデータ作成装置において、加工面上における少なくとも２箇所の工具姿勢ベクトルを指定する工具姿勢ベクトル指定手段と、指定された複数の前記工具姿勢ベクトル間を連続的に結合して前記工具姿勢ベクトルデータを作成する工具姿勢ベクトルデータ作成手段と、作成された前記工具姿勢ベクトルデータを滑らかに補間するベクトルデータ補間手段とを備える。
(3) CL data creation device (3.1) First CL data creation device according to the present invention The first CL data creation device according to the present invention includes tool position vector data as a basis of NC data of a 5-axis NC device, and In the CL data creation device for creating CL data of the 5-axis NC device having tool posture vector data, a tool posture vector designating unit for designating at least two tool posture vectors on the machining surface, and the plurality of designated A tool posture vector data creating unit that continuously combines tool posture vectors to create the tool posture vector data, and a vector data interpolation unit that smoothly interpolates the created tool posture vector data.
ここで、ＣＬ（カッターロケーション）データとは、ＮＣデータに変換される前のワーク座標系におけるデータであって、工具位置ベクトルデータ及び工具姿勢ベクトルデータを有する。ＮＣデータは、５軸ＮＣ工作機械を制御するための機械座標系におけるデータであって、直交３軸の位置指令データ及び回転２軸の角度指令データからなる点群データを有する。そして、ワーク座標系における工具位置ベクトルデータが機械座標系に座標変換されるデータがＮＣデータの直交３軸の位置指令データとなり、ワーク座標系における工具姿勢ベクトルデータが機械座標系に座標変換されるデータがＮＣデータの回転２軸の角度指令データとなる。また、ＮＣデータは点群データからなるのに対して、ＣＬデータは連続的な線情報からなる。 Here, CL (cutter location) data is data in the workpiece coordinate system before being converted into NC data, and includes tool position vector data and tool posture vector data. The NC data is data in a machine coordinate system for controlling a 5-axis NC machine tool, and includes point group data including position command data for three orthogonal axes and angle command data for two rotating axes. Data in which the tool position vector data in the workpiece coordinate system is coordinate-converted into the machine coordinate system becomes position command data for three orthogonal axes of the NC data, and the tool posture vector data in the workpiece coordinate system is coordinate-converted into the machine coordinate system. The data is NC data rotation angle command data for two axes. NC data consists of point cloud data, whereas CL data consists of continuous line information.
そして、ＣＬデータのうちの工具位置ベクトルデータは、加工面形状に基づき得られる複数の工具位置ベクトルを連続的に結合して線情報に変換したデータである。このＣＬデータのうちの工具位置ベクトルデータは、工具先端位置若しくはボールエンドミルの場合のボール中心位置が移動経路を示す線情報である。また、ＣＬデータのうちの工具姿勢ベクトルデータは、加工面上における複数箇所の工具姿勢ベクトル間を連続的に結合して線情報に変換したデータである。つまり、ＣＬデータが作成される基になる情報は、加工面形状及び工具姿勢ベクトルである。なお、工具姿勢ベクトルは、工具姿勢ベクトル指定手段により指定される。例えば、ユーザーが入力することによりベクトルを指定することもでき、加工面に対して所定角度などと設定することにより自動的に指定されることもできる。この工具姿勢ベクトルの数は、ＮＣデータの点群データの数に比べると非常に少ない。 The tool position vector data in the CL data is data obtained by continuously combining a plurality of tool position vectors obtained based on the machining surface shape and converting them into line information. The tool position vector data in the CL data is line information indicating the movement path from the tool tip position or the ball center position in the case of a ball end mill. Further, the tool posture vector data in the CL data is data obtained by continuously combining a plurality of tool posture vectors on the machining surface and converting them into line information. That is, the information on which the CL data is created is the machining surface shape and the tool posture vector. The tool posture vector is specified by the tool posture vector specifying means. For example, a vector can be specified by a user input, or can be automatically specified by setting a predetermined angle with respect to the processing surface. The number of tool posture vectors is very small compared to the number of point cloud data of NC data.
そして、工具姿勢ベクトルデータ作成手段により作成された工具姿勢ベクトルデータを滑らかに補間するとは、工具姿勢ベクトルデータを変更することにより連続する複数の工具姿勢ベクトルデータが滑らかに変化するように補間することを意味する。すなわち、工具姿勢ベクトルデータの角度変化が滑らかにされる。 Then, to smoothly interpolate the tool posture vector data created by the tool posture vector data creating means means to interpolate so that a plurality of continuous tool posture vector data changes smoothly by changing the tool posture vector data. Means. That is, the angle change of the tool posture vector data is smoothed.
（３．２）本発明の第２のＣＬデータ作成装置
本発明の第２のＣＬデータ作成装置は、５軸ＮＣ装置のＮＣデータの基になる工具位置指令ベクトルデータ及び工具姿勢ベクトルデータを有する前記５軸ＮＣ装置のＣＬデータを作成するＣＬデータ作成装置において、加工面上における少なくとも２箇所の工具姿勢ベクトルを指定する工具姿勢ベクトル指定手段と、指定された連続する複数の前記工具姿勢ベクトルを滑らかに補間するベクトル補間手段と、補間された複数の前記工具姿勢ベクトル間を連続的に結合して前記工具姿勢ベクトルデータを作成する工具姿勢ベクトルデータ作成手段とを備える。
(3.2) Second CL data creation device of the present invention The second CL data creation device of the present invention has tool position command vector data and tool posture vector data which are the basis of NC data of a 5-axis NC device. In the CL data creation device for creating CL data of the 5-axis NC device, a tool posture vector designating unit for designating at least two tool posture vectors on the machining surface, and a plurality of designated continuous tool posture vectors. Vector interpolation means for smoothly interpolating and tool posture vector data creation means for creating the tool posture vector data by continuously combining the interpolated tool posture vectors.
ここで、工具姿勢ベクトル指定手段により指定された連続する複数の工具姿勢ベクトルを滑らかに補間するとは、工具姿勢ベクトルそのものを変更することにより連続する複数の工具姿勢ベクトルが滑らかに変化するように補間することを意味する。すなわち、工具姿勢ベクトルの角度変化が滑らかにされる。 Here, smoothly interpolating a plurality of continuous tool posture vectors specified by the tool posture vector designating means means changing the tool posture vector itself so that a plurality of continuous tool posture vectors change smoothly. It means to do. That is, the angle change of the tool posture vector is made smooth.
（１）本発明のＮＣデータ作成装置の効果
本発明のＮＣデータ作成装置によれば、ＮＣデータのうちの角度指令データそのものを変更して、角度指令データが滑らかになるように変更している。これにより、角度指令データ間を曲線又は直線により結んだ場合に、角速度変化が非常に滑らかになる。従って、角速度が大きく変化することに起因する問題、例えば、送り速度の減速に伴う加工時間の延長、及び、機械振動に伴う加工面品位の悪化を防止することができる。
(1) Effects of the NC data creation device of the present invention According to the NC data creation device of the present invention, the angle command data itself in the NC data is changed so that the angle command data is smoothed. . Thereby, when the angle command data are connected by a curve or a straight line, the angular velocity change becomes very smooth. Therefore, problems caused by a large change in the angular velocity, for example, an extension of the machining time associated with a reduction in the feed rate and a deterioration of the machined surface quality associated with the mechanical vibration can be prevented.
また、角度指令データ間を直線により結んだ場合であっても、従来の角度指令データ間を曲線により結んだ場合に比べても、角速度変化を非常に滑らかにすることができる。つまり、ＮＣデータ間の補間として、演算処理などが複雑な曲線による補間を適用することなく、容易な直線による補間を適用することができる。従って、ＮＣデータ間の補間として容易な方法を採用することができると共に、ＮＣデータ間の補間の処理時間を軽減することができる。 In addition, even when the angle command data are connected by a straight line, the angular velocity change can be made very smooth as compared with the case where the angle command data is connected by a curve. That is, as interpolation between NC data, interpolation by a straight line can be applied without applying interpolation by a curve having a complicated calculation process. Therefore, an easy method can be adopted for interpolation between NC data, and the processing time for interpolation between NC data can be reduced.
（２）本発明の５軸ＮＣ工作機械の制御装置の効果
本発明の５軸ＮＣ工作機械の制御装置によれば、読み込まれた角度指令データそのものを変更して、角度指令データが滑らかになるように変更している。そして、変更された角度指令データに基づき工具の姿勢を制御している。これにより、角度指令データ間を曲線又は直線により結んだ場合に、角速度変化が非常に滑らかになる。従って、角速度が大きく変化することに起因する問題、例えば、送り速度の減速に伴う加工時間の延長、及び、機械振動に伴う加工面品位の悪化を防止することができる。また、ＮＣデータ間の補間として容易な方法を採用することができると共に、ＮＣデータ間の補間の処理時間を軽減することができる。
(2) Effect of the control device for the 5-axis NC machine tool of the present invention According to the control device for the 5-axis NC machine tool of the present invention, the read angle command data itself is changed to make the angle command data smooth. Has changed. Then, the posture of the tool is controlled based on the changed angle command data. Thereby, when the angle command data are connected by a curve or a straight line, the angular velocity change becomes very smooth. Therefore, problems caused by a large change in the angular velocity, for example, an extension of the machining time associated with a reduction in the feed rate and a deterioration of the machined surface quality associated with the mechanical vibration can be prevented. In addition, an easy method can be employed for interpolation between NC data, and the processing time for interpolation between NC data can be reduced.
（３）本発明のＣＬデータ作成装置の効果
本発明の第１のＣＬデータ作成装置及び第２のＣＬデータ作成装置によれば、ＣＬデータのうちの工具姿勢ベクトルデータ若しくはＣＬデータの基になる入力された工具姿勢ベクトルを変更して、工具姿勢ベクトルデータ若しくは工具姿勢ベクトルが滑らかになるように変更している。このようにして作成されたＣＬデータに基づきＮＣデータを作成するため、最終的にはＮＣデータの角度指令データが滑らかに変化するようにできる。つまり、ＣＬデータ作成段階において工具姿勢ベクトルデータ若しくは工具姿勢ベクトルを滑らかにすることにより、結果として回転軸の角速度が大きく変化することに起因する問題を防止することができる。
(3) Effects of the CL data creation device of the present invention According to the first CL data creation device and the second CL data creation device of the present invention, the tool posture vector data or the CL data is the basis of the CL data. The input tool posture vector is changed so that the tool posture vector data or the tool posture vector becomes smooth. Since NC data is created based on the CL data created in this way, the angle command data of the NC data can be changed smoothly finally. That is, by smoothing the tool posture vector data or the tool posture vector in the CL data creation stage, it is possible to prevent problems caused by a large change in the angular velocity of the rotating shaft as a result.
（１）本発明のＮＣデータ作成装置の実施形態
本発明のＮＣデータ作成装置は、上述したように、角度指令データ補間手段を有している。このＮＣデータ作成装置は、ＮＣデータ作成装置そのものとして存在する装置とすることもでき、他の装置の一部として組み込まれた部分とすることもできる。ＮＣデータ作成装置とは、例えば自動プログラミング装置等を含む概念である。他の装置の一部として組み込まれる場合とは、例えば、ＣＡＭのポストプロセッサや５軸ＮＣ装置に組み込まれる場合等である。なお、ＮＣデータ作成装置が組み込まれた５軸ＮＣ装置とは、上述した本発明の５軸ＮＣ装置に相当する。
(1) Embodiment of NC Data Creation Device of the Present Invention As described above, the NC data creation device of the present invention has angle command data interpolation means. This NC data creation device may be a device that exists as the NC data creation device itself, or may be a part that is incorporated as a part of another device. The NC data creation device is a concept including, for example, an automatic programming device. The case of being incorporated as a part of another device is, for example, the case of being incorporated in a CAM post processor or a 5-axis NC device. The 5-axis NC device in which the NC data creation device is incorporated corresponds to the above-described 5-axis NC device of the present invention.
また、本発明の角度指令データ補間手段は、以下のようにしてもよい。前記角度指令データ補間手段は、連続する複数の前記角度指令データを最小二乗近似法により補間することが好ましい。つまり、複数の角度指令データに基づき最小二乗近似法を行うことにより、角度指令データを非常に容易に滑らかに補間することができる。なお、連続する複数の角度指令データの補間は、例えば、１つの加工パス毎に行うとよい。１つの加工パスとは、工具が加工物に当接した時点から工具が加工物から離れるまでの加工パスをいう。つまり、１つの加工パス毎に最小二乗近似法による補間が行われることになる。もちろん、全ての加工パスを一度に最小二乗近似法により補間してもよい。 Further, the angle command data interpolation means of the present invention may be as follows. The angle command data interpolating means preferably interpolates a plurality of continuous angle command data by a least square approximation method. That is, the angle command data can be interpolated very easily and smoothly by performing the least square approximation method based on a plurality of angle command data. Note that interpolation of a plurality of continuous angle command data may be performed, for example, for each machining pass. One machining pass refers to a machining pass from when the tool contacts the workpiece until the tool leaves the workpiece. That is, interpolation by the least square approximation method is performed for each processing pass. Of course, all the machining paths may be interpolated by the least square approximation method at a time.
また、前記角度指令データ補間手段は、少なくとも現在又は所定ブロック先の前記角度指令データを含む前記連続する複数の角度指令データを逐次読み込み、逐次読み込まれた前記連続する複数の角度指令データを移動平均により補間するようにしてもよい。角度指令データを少しずつ平均化処理することにより、結果として連続する複数の角度指令データを滑らかにすることができる。この場合には、１つの加工パスのＮＣデータ全体を一度に補間することなく、少しずつ補間することができる。つまり、メモリ容量等が小さい場合や演算処理速度が遅い場合であっても行うことができる。 Further, the angle command data interpolating means sequentially reads the plurality of continuous angle command data including at least the current or predetermined block ahead of the angle command data, and the moving average of the sequentially read plurality of angle command data May be interpolated by the following. By averaging the angle command data little by little, a plurality of continuous angle command data can be smoothed as a result. In this case, it is possible to interpolate little by little without interpolating the entire NC data of one machining pass at a time. In other words, it can be performed even when the memory capacity is small or the calculation processing speed is low.
また、前記角度指令データ補間手段は、補間後の前記角度指令データが補間前の前記角度指令データに対する所定のトレランス内に入るように補間することが好ましい。角度指令データは、上述したように工具の姿勢に関するデータである。ここで、工具の姿勢は、もともと工具が加工物や治具等と干渉回避等のために設定している。従って、工具と加工物等との干渉を回避することが可能な範囲として、所定のトレランスを設定しておくことで、確実に工具と加工物等との干渉を回避することができる。 Further, it is preferable that the angle command data interpolation means performs interpolation so that the angle command data after interpolation falls within a predetermined tolerance with respect to the angle command data before interpolation. The angle command data is data relating to the posture of the tool as described above. Here, the posture of the tool is originally set for avoiding interference between the tool and a workpiece, jig, or the like. Therefore, by setting a predetermined tolerance as a range in which interference between the tool and the workpiece can be avoided, interference between the tool and the workpiece can be surely avoided.
なお、前記所定のトレランスは、前記ＮＣデータ毎に異なるようにしてもよい。例えば、回転２軸のそれぞれの回転軸のＮＣデータ毎に異なるトレランスを設定してもよい。回転２軸のＮＣデータは、回転軸毎にＮＣデータが存在する。そこで、各回転軸のＮＣデータ毎にトレランスを設定することができる。例えば、溝を加工する場合等には、溝幅方向に回転する軸に対してはトレランスを小さく、溝進行方向に回転する軸に対してはトレランスを大きくすることができる。つまり、トレランスを小さく設定する回転軸の回転方向に対しては干渉を確実に回避することができ、トレランスを大きく設定する回転軸の回転方向に対しては角速度変化を滑らかにすることができる。 The predetermined tolerance may be different for each NC data. For example, a different tolerance may be set for each NC data of each rotation axis of the two rotation axes. NC data for two rotation axes has NC data for each rotation axis. Therefore, tolerance can be set for each NC data of each rotating shaft. For example, when machining a groove, the tolerance can be reduced for an axis rotating in the groove width direction, and the tolerance can be increased for an axis rotating in the groove traveling direction. That is, it is possible to reliably avoid interference with the rotation direction of the rotating shaft that sets the tolerance small, and to smoothly change the angular velocity with respect to the rotation direction of the rotating shaft that sets the tolerance large.
また、前記所定のトレランスが前記ＮＣデータ毎に異なる場合として、例えば、加工位置毎に異なるようにしてもよい。すなわち、複数のＮＣデータのうちの所定範囲に位置する複数のＮＣデータのトレランスは小さく設定し、その所定範囲外に位置する複数のＮＣデータのトレランスは大きく設定してもよい。もちろん、加工位置毎にトレランスを３種類以上に設定してもよい。通常、加工物や治具との干渉を回避することが可能な範囲は、加工位置によって異なる。従って、加工位置（または、加工範囲）によってトレランスの幅を変化させることにより、トレランスを小さくする加工位置では干渉を確実に回避することができ、トレランスを大きくする加工位置では角速度変化を滑らかにすることができる。 Further, as a case where the predetermined tolerance differs for each NC data, for example, it may be different for each machining position. That is, the tolerance of a plurality of NC data located within a predetermined range of the plurality of NC data may be set small, and the tolerance of a plurality of NC data located outside the predetermined range may be set large. Of course, the tolerance may be set to three or more for each processing position. Usually, the range in which interference with a workpiece or a jig can be avoided varies depending on the machining position. Therefore, by changing the tolerance width according to the machining position (or machining range), interference can be reliably avoided at the machining position where the tolerance is reduced, and the angular velocity change is smoothed at the machining position where the tolerance is increased. be able to.
また、前記角度指令データ補間手段は、前記ＮＣデータのうち前記直交３軸の位置指令データの進行方向である工具送り方向における連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間することが好ましい。５軸ＮＣ工作機械は、ＮＣデータの工具送り方向に順次制御される。従って、工具送り方向における連続する複数の角度指令データを滑らかに補間することにより、加工時間が延長すること及び加工面品位が悪化することを確実に防止することができる。 Further, it is preferable that the angle command data interpolation means smoothly interpolates a plurality of continuous angle command data in the tool feed direction which is the traveling direction of the position command data of the three orthogonal axes among the NC data. The 5-axis NC machine tool is sequentially controlled in the tool feed direction of NC data. Therefore, by smoothly interpolating a plurality of continuous angle command data in the tool feed direction, it is possible to reliably prevent the machining time from being extended and the machined surface quality from being deteriorated.
さらに、前記角度指令データ補間手段は、前記ＮＣデータのうち前記直交３軸の位置指令データの進行方向である工具送り方向に略直交する工具ピック方向における連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間するようにしてもよい。工具ピック方向における連続する複数の角度指令データを滑らかにすることにより、加工面品位をより向上することができる。これは、次の理由によるものである。ここで、説明上分かりやすくするために、走査線加工を行った場合を例に挙げて説明する。一般に、回転軸の角度が異なる場合には、工作機械の組付精度等の影響により工具の先端位置を完全に一致させることは困難である。そのため、回転軸の角度に応じて工具の先端位置を一致させるように補正している。それでもやはり、回転軸の角度が異なる場合には、工具の先端位置を完全に一致させることが困難な場合も生じる。従って、走査線加工における工具ピック方向において、前の加工パスと次の加工パスとの回転軸の角度が大きく異なる場合には、工具先端位置の位置決め精度の影響により、境界部分に段差が生じる場合がある。しかし、本発明においては、工具ピック方向において角度指令データを滑らかに補間しているので、回転軸の角度が大きく異なることがない。従って、加工面品位をより向上することができる。 Further, the angle command data interpolation means smoothly outputs a plurality of continuous angle command data in a tool pick direction substantially orthogonal to a tool feed direction which is a traveling direction of the orthogonal three-axis position command data in the NC data. You may make it interpolate. By smoothing a plurality of continuous angle command data in the tool pick direction, the machined surface quality can be further improved. This is due to the following reason. Here, for ease of explanation, a case where scanning line processing is performed will be described as an example. In general, when the angles of the rotating shafts are different, it is difficult to completely match the tool tip position due to the influence of the assembly accuracy of the machine tool. For this reason, correction is made so that the tip position of the tool is matched according to the angle of the rotation axis. Nevertheless, when the angles of the rotation axes are different, it may be difficult to completely match the tip positions of the tools. Therefore, in the tool pick direction in scanning line machining, if the angle of the rotation axis between the previous machining pass and the next machining pass is significantly different, there will be a step at the boundary due to the positioning accuracy of the tool tip position. There is. However, in the present invention, since the angle command data is smoothly interpolated in the tool pick direction, the angle of the rotation axis does not vary greatly. Therefore, the machined surface quality can be further improved.
また、本発明の前記ＮＣデータは、ボールエンドミルのボール中心のＮＣデータとするとよい。つまり、ボールエンドミルのボール中心のＮＣデータとすることにより、位置指令データを変更することなく角度指令データのみを変更することができる。さらに、ボールエンドミルのボール中心のＮＣデータとすることにより、回転２軸の何れか一方の１軸のみを変更した場合であっても、他の１軸及び直交３軸の指令データは変更することなく本発明を適用することができる。 Further, the NC data of the present invention may be NC data of the ball center of the ball end mill. That is, by using the NC data of the ball center of the ball end mill, only the angle command data can be changed without changing the position command data. Furthermore, by using NC data for the ball center of the ball end mill, even if only one of the two rotation axes is changed, the command data for the other one axis and three orthogonal axes must be changed. The present invention can be applied.
（２）本発明の５軸ＮＣ工作機械の制御装置の実施形態
本発明の５軸ＮＣ工作機械の制御装置は、上述したように、角度指令データ読込手段と、角度指令データ補間手段と、制御手段とを有している。ここで、角度指令データ補間手段は、上述したＮＣデータ作成装置における角度指令データ補間手段をそのまま適用してもよい。その場合、同様の効果を奏する。
(2) Embodiment of Control Device for 5-Axis NC Machine Tool According to the Present Invention As described above, the control device for the 5-axis NC machine tool according to the present invention includes an angle command data reading means, an angle command data interpolation means, and a control. Means. Here, as the angle command data interpolation means, the angle command data interpolation means in the NC data creation device described above may be applied as it is. In that case, the same effect is produced.
（３）本発明のＣＬデータ作成装置の実施形態
本発明の第１のＣＬデータ作成装置は、上述したように、工具姿勢ベクトル指定手段と、工具姿勢ベクトルデータ作成手段と、ベクトルデータ補間手段とを有している。また、本発明の第２のＣＬデータ作成装置は、上述したように、工具姿勢ベクトル指定手段と、ベクトル補間手段と、工具姿勢ベクトルデータ作成手段とを有している。ここで、第１のＣＬデータ作成手段のベクトルデータ補間手段及び第２のＣＬデータ作成手段のベクトル補間手段は、上述したＮＣデータ作成手段における角度指令データ補間手段をそのまま適用してもよい。その場合、ほぼ同様の効果を奏する。なお、ＣＬデータ作成装置は、ＣＬデータ作成装置そのものとして存在する装置とすることもでき、他の装置の一部として組み込まれた部分とすることもできる。他の装置の一部として組み込まれる場合とは、例えば、ＣＡＭのメインプロセッサ等である。
(3) Embodiment of CL Data Creation Device of the Present Invention As described above, the first CL data creation device of the present invention includes a tool posture vector designation means, a tool posture vector data creation means, a vector data interpolation means, have. In addition, as described above, the second CL data creation device of the present invention has the tool posture vector designation means, the vector interpolation means, and the tool posture vector data creation means. Here, as the vector data interpolating means of the first CL data creating means and the vector interpolating means of the second CL data creating means, the angle command data interpolating means in the NC data creating means described above may be applied as it is. In that case, there are almost the same effects. The CL data creation device may be a device that exists as the CL data creation device itself, or may be a part that is incorporated as a part of another device. The case of being incorporated as a part of another device is, for example, a CAM main processor.
次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。 Next, an Example is given and this invention is demonstrated more concretely.
（１）第１実施例
（１．１）第１実施例における全体構成
第１実施例においては、直交３軸及び回転２軸の駆動軸を有しボールエンドミルを主軸に取付けた５軸ＮＣ工作機械を適用対象とした場合であって、この５軸ＮＣ工作機械により加工するワークの形状設計から５軸ＮＣ工作機械を制御する５軸ＮＣ装置までを可能とする装置全体の構成について図１を参照して説明する。図１は、本実施例を適用した全体構成を示すブロック図である。なお、第１実施例においては、本発明の特徴的事項である補間をポストプロセッサ３にて行う場合とする。
(1) First embodiment (1.1) Overall configuration in the first embodiment In the first embodiment, a 5-axis NC machine having a drive shaft of three orthogonal axes and two rotating axes and a ball end mill attached to the main shaft. FIG. 1 shows the configuration of the entire apparatus that can be applied to a machine, from the shape design of a workpiece to be processed by the 5-axis NC machine tool to the 5-axis NC apparatus for controlling the 5-axis NC machine tool. The description will be given with reference. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration to which this embodiment is applied. In the first embodiment, it is assumed that the
図１に示すように、当該装置の全体構成としては、ＣＡＤ／ＣＡＭと５軸ＮＣ装置４とから構成される。ＣＡＤ／ＣＡＭは、さらに詳細には、ワーク（加工物）の形状及び素材の形状であるＣＡＤデータを作成するＣＡＤ１と、ＣＡＤデータに基づき工具位置ベクトルデータ及び工具姿勢ベクトルデータとからなるＣＬ（カッターロケーション）データを生成するメインプロセッサ２と、ＣＬデータに基づき５軸ＮＣ装置の制御データであるＮＣデータを生成するポストプロセッサ３とから構成される。そして、５軸ＮＣ装置４は、ＮＣデータに基づき５軸ＮＣ工作機械を制御する制御装置である。
As shown in FIG. 1, the overall configuration of the apparatus includes a CAD / CAM and a 5-axis NC apparatus 4. More specifically, the CAD / CAM is a CL (cutter) composed of CAD1 for creating CAD data which is the shape of a workpiece (workpiece) and the shape of a material, and tool position vector data and tool posture vector data based on the CAD data. The
ここで、ＣＬデータ及びＮＣデータについて簡単に説明する。ＣＬデータとは、上述したように、工具位置ベクトルデータ及び工具姿勢ベクトルデータとからなる。工具位置ベクトルとは、ワーク座標系における工具の先端位置、すなわちワークの加工面と工具とが接する位置のベクトルである。ただし、工具としてボールエンドミルを使用する場合には、工具位置ベクトルは工具先端のボール中心位置のベクトルとしてもよい。この工具位置ベクトルは、（ｘ、ｙ、ｚ）と示す。そして、ＣＬデータを構成する工具位置ベクトルデータは、工具位置ベクトルに基づき得られるデータである。すなわち、工具位置ベクトルデータは、複数の工具位置ベクトル間を連続的に結合した線情報に変換したデータである。つまり、工具位置ベクトルデータは、ワーク座標系における工具先端位置の移動経路（加工パス）を示すデータである。 Here, CL data and NC data will be briefly described. As described above, the CL data includes tool position vector data and tool posture vector data. The tool position vector is a vector of the tip position of the tool in the work coordinate system, that is, the position where the work surface of the work is in contact with the tool. However, when a ball end mill is used as a tool, the tool position vector may be a vector of the ball center position at the tool tip. This tool position vector is indicated as (x, y, z). The tool position vector data constituting the CL data is data obtained based on the tool position vector. That is, the tool position vector data is data converted into line information obtained by continuously connecting a plurality of tool position vectors. That is, the tool position vector data is data indicating the movement path (machining path) of the tool tip position in the workpiece coordinate system.
工具姿勢ベクトルは、ワーク座標系における工具の姿勢、すなわち工具の傾きを示すベクトルである。この工具姿勢ベクトルは、（ｉ、ｊ、ｋ）と示す。そして、ＣＬデータを構成する工具姿勢ベクトルデータは、工具姿勢ベクトルに基づき得られるデータである。すなわち、工具姿勢ベクトルデータは、複数の工具姿勢ベクトルを連続的に結合した線情報に変換したデータである。工具姿勢ベクトルデータは、例えば、工具姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）の各軸座標の変化を示す関係式などにより表される。なお、工具姿勢ベクトルデータは、上述した工具位置ベクトルデータに関連付けられている。 The tool posture vector is a vector indicating the posture of the tool in the workpiece coordinate system, that is, the inclination of the tool. This tool posture vector is indicated as (i, j, k). The tool posture vector data constituting the CL data is data obtained based on the tool posture vector. That is, the tool posture vector data is data obtained by converting a plurality of tool posture vectors into line information that is continuously combined. The tool posture vector data is represented by, for example, a relational expression indicating a change in each axis coordinate of the tool posture vector (i, j, k). The tool posture vector data is associated with the above-described tool position vector data.
ＮＣデータは、機械座標系における直交３軸の位置指令データ及び回転２軸の角度指令データからなる点群データを有する。直交３軸の位置指令データは、ＣＬデータの工具先端位置ベクトルデータを機械座標系に変換した点群データである。つまり、位置指令データは、加工パスを示す点群データである。この位置指令データは、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と示す。回転２軸（本実施例ではＡ軸及びＢ軸）の角度指令データは、ＣＬデータの工具姿勢ベクトルデータを機械座標系に変換した点群データである。この角度指令データは、（Ａ、Ｂ）と示す。なお、ＮＣデータには、位置指令データ及び角度指令データの他、速度指令データなどが含まれている。 The NC data has point group data including position command data for three orthogonal axes and angle command data for two rotation axes in the machine coordinate system. The orthogonal three-axis position command data is point group data obtained by converting the tool tip position vector data of the CL data into the machine coordinate system. That is, the position command data is point cloud data indicating a machining path. This position command data is indicated as (X, Y, Z). The angle command data of the two rotation axes (A axis and B axis in this embodiment) is point group data obtained by converting the tool attitude vector data of the CL data into the machine coordinate system. This angle command data is indicated as (A, B). The NC data includes speed command data and the like in addition to position command data and angle command data.
（１．２）メインプロセッサ２の詳細構成
次に、メインプロセッサ２の詳細構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、第１実施例におけるメインプロセッサ２を示すブロック図である。図３は、加工方法について説明する図である。図２に示すように、メインプロセッサ２は、ＣＡＤデータ入力部２１と、加工方法入力部２２と、姿勢ベクトル指定部（工具姿勢ベクトル指定手段）２３と、ＣＬデータ作成部２４とから構成される。
(1.2) Detailed Configuration of
ＣＡＤデータ入力部２１は、ＣＡＤ１により作成されたＣＡＤデータを入力する。すなわち、ワークの加工形状及びワークの素材形状からなるＣＡＤデータを入力する。加工方法入力部２２は、走査線加工、往復加工、ポケット加工、等高線加工などの加工方法を入力する。本実施例においては走査線加工を入力した場合について説明する。走査線加工とは、図３に示すように、ワーク上面から見た場合にほぼ直線的に一方方向（図３の下側から上側方向）へ工具を移動しながら加工し、その直線的な加工を平行にずらしていく加工方法である。ここで、工具の移動方向のうち、加工しながら工具を送る方向（図３の下側から上側方向）、すなわちＮＣデータのうち直交３軸の位置指令データの進行方向を工具送り方向といい、平行にずらす方向を工具ピック方向という。すなわち、工具ピック方向とは、工具送り方向に略直交する方向である。なお、工具送り方向及び工具ピック方向は、他の加工方法においても上記と同様の意味を有する。
The CAD
姿勢ベクトル指定部２３は、ワーク座標系におけるワークの加工面に対する工具姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）を利用者に指定させると共に、指定された工具姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）を記憶する。ここで、工具としてボールエンドミルを使用するので、工具の姿勢は基本的にはどのような場合であってもワークの加工は可能である。しかし、ワーク形状、ワークの取付治具、及び機械構成などによっては、工具との干渉等を回避するために工具姿勢を制限する必要がある。そこで、工具姿勢ベクトルを利用者により指定させている。ただし、工具姿勢ベクトルは、利用者により直接的に指定する場合の他、例えば、ワークの加工面に対して直交するベクトルなどと設定することもできる。
The posture
ＣＬデータ作成部２４は、位置ベクトルデータ作成部２４１と、姿勢ベクトルデータ作成部（工具姿勢ベクトルデータ作成手段）２４２とから構成される。位置ベクトルデータ作成部２４１は、ＣＡＤデータ入力部２１に入力されたＣＡＤデータ及び加工方法入力部２２に入力された加工方法に基づき、工具位置ベクトルデータを作成する。工具位置ベクトルデータとは、上述したように、ワーク座標系における工具先端位置の移動経路（加工パス）を示すデータである。つまり、工具位置ベクトルデータは、図３に示すような加工パスを示す矢印経路である。
The CL data creation unit 24 includes a position vector
姿勢ベクトルデータ作成部２４２は、ＣＡＤデータ入力部２１に入力されたＣＡＤデータ、加工方法入力部２２に入力された加工方法、及び姿勢ベクトル指定部２３に記憶された工具姿勢ベクトルに基づき、工具姿勢ベクトルデータが作成される。工具姿勢ベクトルデータは、上述したように、ワーク座標系における複数の工具姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）の各軸座標の変化を示す関係式などにより表されるデータである。
The posture vector
（１．３）ポストプロセッサ３の詳細構成
次に、ポストプロセッサ３の詳細構成について図４〜図８を参照して説明する。図４は、第１実施例におけるポストプロセッサ３を示すブロック図である。図５は、補間前の角度指令データと補間後の角度指令データを示す図である。図６は、図５の一部分を拡大した図である。図７は、補間前の角度指令データと補間後の角度指令データについて説明する図である。図８は、補間前及び補間後の角度指令データの変化、すなわち角速度を示す図である。
(1.3) Detailed Configuration of
図４に示すように、ポストプロセッサ３は、ＣＬデータ入力部３１と、機械構成入力部３２と、ＮＣトレランス入力部３３と、ＮＣデータ作成部３４と、角度指令データ補間部（角度指令データ補間手段）３５とから構成される。
As shown in FIG. 4, the
ＣＬデータ入力部３１は、メインプロセッサ２により生成されたＣＬデータを入力する。具体的には、ＣＬデータ入力部３１は、位置ベクトルデータ作成部２４１により作成された工具位置ベクトルデータ及び姿勢ベクトルデータ作成部２４２により作成された工具姿勢ベクトルデータを入力する。機械構成入力部３２は、利用者により機械構成が入力される。ここで、機械構成とは、５軸ＮＣ工作機械の構成及びワークの取付治具などの構成を含む。
The CL
ＮＣトレランス入力部３３は、後述する角度指令データ補間部３５において補間する際に用いられるトレランス（以下、「ＮＣトレランス」という）を入力する。具体的には、角度が入力される。このＮＣトレランスは、補間前の角度指令データに対して補間後の角度指令データが許容される範囲である。このＮＣトレランスは、一律のトレランスを設定することもでき、Ａ軸とＢ軸の角度指令データに対してそれぞれトレランスを設定することもできる。さらには、ＮＣデータの各点毎にトレランスを設定することもでき、ＮＣデータの所定範囲毎にトレランスを設定することもできる。さらに、工具送り方向に対するトレランスと工具ピック方向に対するトレランスをそれぞれ設定することもできる。
The NC
ＮＣデータ作成部３４は、ＮＣデータを作成する。具体的には、ＮＣデータ作成部３４は、位置指令データ作成部３４１と角度指令データ作成部３４２とを有する。位置指令データ作成部３４１は、上述した位置指令データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の点群データを作成する。具体的には、ＣＬデータ入力部３１に入力されたＣＬデータのうちの工具位置ベクトルデータと機械構成入力部３２に入力された機械構成とに基づき位置指令データを作成する。この位置指令データは、機械座標系におけるデータである。角度指令データ作成部３４２は、上述した角度指令データ（Ａ、Ｂ）の点群データを作成する。具体的には、ＣＬデータ入力部３１に入力されたＣＬデータのうちの工具姿勢ベクトルデータと機械構成入力部３２に入力された機械構成とに基づき姿勢指令データを作成する。この姿勢指令データは、機械座標系におけるデータである。
The NC data creation unit 34 creates NC data. Specifically, the NC data creation unit 34 includes a position command
角度指令データ補間部３５は、ＮＣデータ作成部３４の角度指令データ作成部３４２により作成された角度指令データ（Ａ、Ｂ）に対して補間処理を行う。この補間処理は、ＮＣトレランス入力部３３に入力されたＮＣトレランスを考慮しながら、Ａ軸とＢ軸のそれぞれの角度指令データに対して最小二乗近似法により行い、Ａ軸及びＢ軸の角度指令データを滑らかに変化するように変更する。具体的には、補間後の角度指令データ（Ａ’、Ｂ’）が補間前の角度指令データ（Ａ、Ｂ）に対してＮＣトレランスの範囲内に入るように最小二乗近似法により補間される。なお、ここでは、Ａ軸とＢ軸のそれぞれの角度指令データのうちの工具送り方向において連続する複数の角度指令データが滑らかに変化するように変更している。ただし、工具送り方向において連続する複数の角度指令データが滑らかに変化するように変更するのみに限られることなく、工具ピック方向において連続する複数の角度指令データが滑らかに変化するように変更することもできる。
The angle command
ここで、補間前の角度指令データと最小二乗近似法により補間を行った後の角度指令データ（補間後の角度指令データ）とについて、図５及び図６を参照して比較する。図５は、横軸に加工パスの位置すなわちＮＣデータの位置指令データの工具送り方向における距離を示し、縦軸にＡ軸及びＢ軸の角度指令データの角度を示す。補間前の角度指令データは、図５における約２０ｍｍ間隔毎に直線的に結ばれている関係からなる。補間後の角度指令データは、滑らかな曲線的に結ばれている関係からなる。例えば、Ｂ軸の補間前の角度指令データは、横軸が約７０ｍｍ付近において下方側への突起部分があり、横軸が約９０ｍｍ付近において上方側への突起部分がある。一方、Ｂ軸の補間後の角度指令データは、補間前の角度指令データのような突起部分はなく、滑らかになっている。 Here, the angle command data before interpolation and the angle command data after interpolation by the least square approximation method (angle command data after interpolation) will be compared with reference to FIG. 5 and FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the machining path position, that is, the distance in the tool feed direction of the NC data position command data, and the vertical axis indicates the angles of the A-axis and B-axis angle command data. The angle command data before interpolation has a relationship that is linearly connected at intervals of about 20 mm in FIG. The angle command data after interpolation has a relationship that is connected in a smooth curve. For example, the angle command data before interpolation of the B-axis has a downward protruding portion when the horizontal axis is about 70 mm, and an upward protruding portion when the horizontal axis is about 90 mm. On the other hand, the angle command data after interpolation of the B-axis is smooth with no protrusions unlike the angle command data before interpolation.
Ａ軸の角度指令データについては、図５の横軸の０〜１００ｍｍの部分を拡大した図６を参照する。図６に示すように、Ａ軸の補間前の角度指令データは、横軸が約２５ｍｍ付近において上方側への突起部分がある。一方、Ａ軸の補間後の角度指令データは、補間前の角度指令データのような突起部分はなく、滑らかになっている。ここで、ＮＣトレランスについては上述したが、図６を参照してさらに詳細に説明する。ＮＣトレランスは、上述したように、補間前の角度指令データに対して補間後の角度指令データが許容される範囲を示す角度である。さらに詳細には、ＮＣトレランスは、補間前の角度指令データに対する正方向の許容角度と負方向の許容角度とにより表される。つまり、補間後の角度指令データと補間前の角度指令データに対とが、ＮＣトレランスの範囲内に位置する関係となる。 For the angle command data of the A axis, refer to FIG. 6 in which the 0 to 100 mm portion of the horizontal axis in FIG. 5 is enlarged. As shown in FIG. 6, the angle command data before interpolation of the A-axis has a protruding portion on the upper side when the horizontal axis is about 25 mm. On the other hand, the angle command data after interpolation of the A-axis is smooth with no protrusions unlike the angle command data before interpolation. Here, although NC tolerance was mentioned above, it demonstrates in detail with reference to FIG. As described above, the NC tolerance is an angle indicating a range in which the angle command data after interpolation is allowed with respect to the angle command data before interpolation. More specifically, the NC tolerance is expressed by an allowable angle in the positive direction and an allowable angle in the negative direction with respect to the angle command data before interpolation. That is, the relationship between the angle command data after interpolation and the angle command data before interpolation is within the NC tolerance range.
また、補間前の角度指令データと補間後の角度指令データとの関係について、ワークの加工面に対するベクトルとして表した図７を参照してさらに詳細に説明する。図７（ａ）は、連続する５つの補間前のＡ軸角度指令データを示す。図７（ｂ）は、連続する５つの補間後のＡ軸角度指令データを実線にて示し、補間前のＡ軸角度指令データを破線にて示す。つまり、上述した角度指令データ作成部３４２においては、図７（ａ）に示すようなＡ軸角度指令データが作成される。そして、角度指令データ補間部３５において、図７（ｂ）の実線にて示すＡ軸角度指令データに変更される。このように、Ａ軸角度指令データそのものが変更されて、連続する複数のＡ軸角度指令データが滑らかになるようにされている。
Further, the relationship between the angle command data before interpolation and the angle command data after interpolation will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 7A shows five consecutive A-axis angle command data before interpolation. FIG. 7B shows the continuous five A-axis angle command data after interpolation by a solid line, and shows the A-axis angle command data before interpolation by a broken line. That is, the angle command
そして、補間前の角度指令データの変化（角速度）と補間後の角度指令データの変化（角速度）の変化を図８を参照して説明する。図８に示すように、補間前の角度指令データの角速度変化は、横軸約２０ｍｍ毎のステップ状の段差となっている。これは、補間前の角度指令データが横軸約２０ｍｍ毎に直線的に結ばれているからである。これに対して、補間後の角度指令データの角速度変化は、非常に滑らかに変化している。 A change in angle command data before the interpolation (angular velocity) and a change in angle command data after the interpolation (angular velocity) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the change in the angular velocity of the angle command data before the interpolation is a stepped step about every 20 mm on the horizontal axis. This is because the angle command data before interpolation is linearly connected about every 20 mm on the horizontal axis. On the other hand, the angular velocity change of the angle command data after the interpolation changes very smoothly.
（１．４）５軸ＮＣ装置４の詳細構成
次に、５軸ＮＣ装置４の詳細構成について図９を参照して説明する。図９は、５軸ＮＣ装置４を示すブロック図である。５軸ＮＣ装置４は、図９に示すように、ポストプロセッサ３により作成されたＮＣデータを入力するＮＣデータ入力部４１と、入力されたＮＣデータに基づいて５軸ＮＣ工作機械の各軸モータを制御する制御部（制御手段）４２とから構成される。ここで、ＮＣデータ入力部４１が入力するＮＣデータは、具体的には、ポストプロセッサ３の位置指令データ作成部３４１により作成された位置指令データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と角度指令データ補間部３５により補間された角度指令データ（Ａ’、Ｂ’）を入力する。
(1.4) Detailed Configuration of 5-Axis NC Device 4 Next, a detailed configuration of the 5-axis NC device 4 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram showing the 5-axis NC device 4. As shown in FIG. 9, the 5-axis NC device 4 includes an NC
（１．５）第１実施例の効果
上述したように、本実施例においては、ポストプロセッサ３により角度指令データを最小二乗近似法により補間しているので、以下の効果を奏する。図８を参照して補間前と補間後の角度指令データの角速度変化について上述したように、補間後の角度指令データの角速度変化は非常に滑らかになる。従って、回転２軸の各軸のモータを制御する際に、回転軸の送り速度が減速することがない。つまり、加工時間が長くなることを防止できる。さらに、角速度変化が滑らかであることにより、角速度変化が大きいことに起因する機械振動を発生することなく、加工を行うことができる。つまり、加工面品位を良好にすることができる。さらに、ＮＣデータ間の補間として、演算処理が容易な直線補間を適用したとしても、既に連続する複数の角度指令データそのものが滑らかに変化しているので、良好な結果が得られる。つまり、ＮＣデータ間について演算処理の複雑な曲線補間を行わなくても良好な結果を得ることができる。
(1.5) Effects of the First Embodiment As described above, in the present embodiment, the angle processor data is interpolated by the least square approximation method by the
（２）第２実施例
次に、第２実施例について説明する。第２実施例においては、本発明の特徴的事項である補間を５軸ＮＣ装置４にて行う場合である。この第２実施例における全体構成は、上述した第１実施例における全体構成と同様である。詳細には、第２実施例におけるポストプロセッサ３及び５軸ＮＣ装置４が第１実施例と異なる。以下に、第１実施例と異なる点のみについて説明する。
(2) Second Example Next, a second example will be described. In the second embodiment, the interpolation which is a characteristic matter of the present invention is performed by the 5-axis NC device 4. The overall configuration in the second embodiment is the same as the overall configuration in the first embodiment described above. Specifically, the
（２．１）第２実施例のポストプロセッサ３の詳細構成
第２実施例のポストプロセッサ３の詳細構成について図１０を参照して説明する。図１０は、第２実施例におけるポストプロセッサ３を示すブロック図である。図１０に示すように、ポストプロセッサ３は、ＣＬデータ入力部３１と、機械構成入力部３２と、ＮＣデータ作成部３４とから構成される。ここで、第１実施例のポストプロセッサ３の詳細構成と同一構成については同一符号を付す。つまり、第２実施例のＣＬデータ入力部３１は、メインプロセッサ２により生成されたＣＬデータ（ｘ、ｙ、ｚ、ｉ、ｊ、ｋ）を入力する。第２実施例の機械構成入力部３２は、利用者により機械構成が入力される。第２実施例のＮＣデータ作成部３４は、位置指令データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と角度指令データ（Ａ、Ｂ）とを有するＮＣデータを作成する。そして、作成されたＮＣデータを５軸ＮＣ装置に出力している。
(2.1) Detailed Configuration of
（２．２）第２実施例の５軸ＮＣ装置４の詳細構成
第２実施例の５軸ＮＣ装置４の詳細構成について図１１を参照して説明する。図１１は、第２実施例の５軸ＮＣ装置４を示すブロック図である。図１１に示すように、ＮＣデータ入力部４１と、ＮＣトレランス入力部４３と、角度指令データ補間部４４と、制御部４２とから構成される。
(2.2) Detailed configuration of 5-axis NC device 4 of the second embodiment A detailed configuration of the 5-axis NC device 4 of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing the 5-axis NC device 4 of the second embodiment. As shown in FIG. 11, it includes an NC
ＮＣデータ入力部４１は、ポストプロセッサ３により生成されたＮＣデータを入力する。具体的には、ＮＣデータ入力部４１は、ポストプロセッサ３の位置指令データ作成部３４１により作成された位置指令データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を入力する位置指令データ入力部４１１と、角度指令データ作成部３４２により作成された角度指令データ（Ａ、Ｂ）を入力する角度指令データ入力部４１２とから構成される。
The NC
ＮＣトレランス入力部４３は、後述する角度指令データ補間部４４において補間する際に用いられるトレランス（以下、「ＮＣトレランス」という）を入力する。具体的には、角度が入力される。このＮＣトレランスは、補間前の角度指令データに対して補間後の角度指令データが許容される範囲である。このＮＣトレランスは、一律のトレランスを設定することもでき、Ａ軸とＢ軸の角度指令データに対してそれぞれトレランスを設定することもできる。さらには、それぞれのＮＣデータ毎にトレランスを設定することもでき、ＮＣデータの所定範囲毎にトレランスを設定することもできる。さらに、工具送り方向に対するトレランスと工具ピック方向に対するトレランスをそれぞれ設定することもできる。なお、このＮＣトレランス入力部４３に入力されるＮＣトレランスは、第１実施例のポストプロセッサ３のＮＣトレランス入力部３３に入力されるＮＣトレランスと同一である。
The NC
角度指令データ補間部４４は、ＮＣデータ入力部４１の角度指令データ入力部４１２により入力された角度指令データ（Ａ、Ｂ）に対して補間処理を行う。この補間処理は、ＮＣトレランス入力部４３に入力されたＮＣトレランスを考慮しながら、Ａ軸とＢ軸のそれぞれの角度指令データに対して最小二乗近似法により行い、Ａ軸及びＢ軸の角度指令データを変更する。具体的には、補間後の角度指令データ（Ａ’、Ｂ’）が補間前の角度指令データ（Ａ、Ｂ）に対してＮＣトレランスの範囲内に入るように最小二乗近似法により補間される。なお、この補間処理については、第１実施例の角度指令データ補間部３５における補間処理と同一である。
The angle command
そして、制御部４２は、位置指令データ入力部４１１に入力された位置指令データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と角度指令データ補間部４４により補間された角度指令データ（Ａ’、Ｂ’）とに基づき、５軸ＮＣ工作機械の各軸モータを制御する。
Then, the
（２．３）第２実施例の効果
このように第２実施例においては、５軸ＮＣ装置内において角度指令データの補間を行っている。この場合であっても、第１実施例と同様の効果を奏する。
(2.3) Effect of Second Embodiment As described above, in the second embodiment, the angle command data is interpolated in the 5-axis NC device. Even in this case, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
（３）第３実施例
次に、第３実施例について説明する。第３実施例においては、本発明の特徴的事項である補間をメインプロセッサ２にてＣＬデータ作成後に行う場合である。この第３実施例における全体構成は、上述した第１実施例における全体構成と同様である。詳細には、第３実施例におけるメインプロセッサ２及びポストプロセッサ３が第１実施例と異なる。以下に、第１実施例と異なる点のみについて説明する。
(3) Third Example Next, a third example will be described. In the third embodiment, the interpolation which is a characteristic matter of the present invention is performed after the CL data is created by the
（３．１）第３実施例のメインプロセッサ２の詳細構成
第３実施例のメインプロセッサ２の詳細構成について図１２を参照して説明する。図１２は、第３実施例におけるメインプロセッサ２を示すブロック図である。図１２に示すように、メインプロセッサ２は、ＣＡＤデータ入力部２１と、加工方法入力部２２と、姿勢ベクトル指定部（工具姿勢ベクトル指定手段）２３と、ＣＬデータ作成部２４と、ＣＬトレランス入力部２５と、姿勢ベクトルデータ補間部（ベクトルデータ補間手段）２６とから構成される。
(3.1) Detailed Configuration of
ここで、第１実施例のメインプロセッサ２の詳細構成と同一構成については、同一符号を付す。つまり、第１実施例及び第３実施例におけるＣＡＤデータ入力部２１、加工方法入力部２２、姿勢ベクトル指定部２３、及びＣＬデータ作成部２４は同一である。
Here, the same reference numerals are given to the same components as the detailed components of the
ＣＬトレランス入力部２５は、後述する姿勢ベクトルデータ補間部２６において補間する際に用いられるトレランス（以下、「ＣＬトレランス」という）を入力する。具体的には、ベクトル間距離が入力される。このＣＬトレランスは、補間前の姿勢ベクトルデータに対して補間後の姿勢ベクトルデータが許容される範囲である。このＣＬトレランスは、一律のトレランスを設定することもでき、ＣＬデータの所定範囲毎にトレランスを設定することもできる。なお、ＣＬトレランスは、ベクトル間距離に限られることなく、例えばＣＬデータのワーク座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに対してトレランスを設定することもできる。さらに、工具送り方向に対するトレランスと工具ピック方向に対するトレランスをそれぞれ設定することもできる。
The CL
姿勢ベクトルデータ補間部２６は、ＣＬデータ作成部２４の姿勢ベクトルデータ作成部２４２により作成された姿勢ベクトルデータに対して補間処理を行う。この補間処理は、ＣＬトレランス入力部２５に入力されたＣＬトレランスを考慮しながら、姿勢ベクトルデータに対して最小二乗近似法により行い、姿勢ベクトルデータを変更する。例えば、姿勢ベクトルデータの各軸毎に最小二乗近似法により補間して、滑らかに変化する補間後の姿勢ベクトルデータを算出する。ここで、補間前の姿勢ベクトルデータと補間後の姿勢ベクトルデータとのベクトル間距離がＣＬトレランスの範囲内に入るように最小二乗近似法により補間される。
The posture vector
そして、位置ベクトルデータ作成部２４１により作成された位置ベクトルデータ及び姿勢ベクトルデータ補間部２６により補間された姿勢ベクトルデータからなるＣＬデータがポストプロセッサ３に出力される。
Then, CL data including the position vector data created by the position vector
（３．２）第３実施例のポストプロセッサ３の詳細構成
第３実施例のポストプロセッサ３の詳細構成については、図１０に示す第２実施例のポストプロセッサ３と同様である。すなわち、第３実施例のポストプロセッサ３は、ＣＬデータ入力部３１と、機械構成入力部３２と、ＮＣデータ作成部３４とから構成される。
(3.2) Detailed Configuration of
（３．３）第３実施例の効果
このように第３実施例においては、メインプロセッサ２において姿勢ベクトルデータの補間を行っている。つまり、滑らかに変化する姿勢ベクトルデータを得ることができる。従って、滑らかに変化する姿勢ベクトルデータに基づき作成されるＮＣデータは滑らかになり、結果として第１実施例及び第２実施例と同様の効果を奏することができる。
(3.3) Effects of Third Embodiment As described above, in the third embodiment, the
（４）第４実施例
次に、第４実施例について説明する。第４実施例においては、本発明の特徴的事項である補間をメインプロセッサ２にてＣＬデータ作成前に行う場合である。この第４実施例における全体構成は、上述した第１実施例における全体構成と同様である。詳細には、第４実施例におけるメインプロセッサ２及びポストプロセッサ３が第１実施例と異なる。ただし、第４実施例は、第３実施例に対してメインプロセッサ２のみが異なるため、以下に、メインプロセッサ２のみについて説明する。
(4) Fourth Example Next, a fourth example will be described. In the fourth embodiment, the interpolation which is a characteristic matter of the present invention is performed before the CL data is created by the
（４．１）第４実施例のメインプロセッサ２の詳細構成
第４実施例のメインプロセッサ２の詳細構成について図１３を参照して説明する。図１３は、第４実施例におけるメインプロセッサ２を示すブロック図である。図１３に示すように、メインプロセッサ２は、ＣＡＤデータ入力部２１と、加工方法入力部２２と、姿勢ベクトル指定部（工具姿勢ベクトル指定手段）２３と、ＣＬトレランス入力部２５と、姿勢ベクトル補間部（ベクトル補間手段）２７と、ＣＬデータ作成部２８とから構成される。
(4.1) Detailed Configuration of
ここで、第３実施例のメインプロセッサ２の詳細構成と同一構成については、同一符号を付す。つまり、第３実施例及び第４実施例におけるＣＡＤデータ入力部２１、加工方法入力部２２、姿勢ベクトル指定部２３、ＣＬトレランス入力部２５は同一である。
Here, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the
姿勢ベクトル補間部２７は、ＣＡＤデータ入力部２１に入力されたＣＡＤデータ、加工方法入力部２２に入力された加工方法、及びＣＬトレランス入力部２５に入力されたＣＬトレランスに基づき、姿勢ベクトル指定部２３に記憶された工具姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）に対して補間処理を行う。この補間処理は、ＣＬトレランスを考慮しながら、姿勢ベクトルデータに対して最小二乗近似法により行い、姿勢ベクトルを変更する。例えば、姿勢ベクトルの各軸毎に最小二乗近似法により補間して、滑らかに変化する補間後の姿勢ベクトルを算出する。ここで、補間前の姿勢ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）と補間後の姿勢ベクトル（ｉ’、ｊ’、ｋ’）とのベクトル間距離がＣＬトレランスの範囲内に入るように最小二乗近似法により補間される。
The posture
なお、姿勢ベクトルを補間する際に、ＣＡＤデータ及び加工方法を考慮することにより、ＣＬデータ作成部２８により作成されるＣＬデータの工具送り方向に連続する複数の姿勢ベクトルを滑らかに補間することができる。また、工具送り方向に連続する複数の姿勢ベクトルのみではなく、工具ピック方向に連続する複数の姿勢ベクトルに対しても滑らかに補間することができる。 In addition, when interpolating posture vectors, it is possible to smoothly interpolate a plurality of posture vectors continuous in the tool feed direction of the CL data created by the CL data creation unit 28 by considering CAD data and a machining method. it can. Further, not only a plurality of posture vectors continuous in the tool feed direction but also a plurality of posture vectors continuous in the tool pick direction can be smoothly interpolated.
ＣＬデータ作成部２８は、位置ベクトルデータ作成部２８１と、姿勢ベクトルデータ作成部２８２（工具姿勢ベクトルデータ作成手段）とから構成される。位置ベクトルデータ作成部２８１は、ワーク座標系ＣＡＤデータ入力部２１に入力されたＣＡＤデータ及び加工方法入力部２２に入力された加工方法に基づき、工具位置ベクトルデータを作成する。工具位置ベクトルデータとは、上述したように、ワーク座標系における工具先端位置の移動経路（加工パス）を示すデータである。つまり、工具位置ベクトルデータは、図３に示すような加工パスを示す矢印経路である。
The CL data creation unit 28 includes a position vector
姿勢ベクトルデータ作成部２８２は、ＣＡＤデータ入力部２１に入力されたＣＡＤデータ、加工方法入力部２２に入力された加工方法、及び姿勢ベクトル補間部２７により補間された工具姿勢ベクトルに基づき、工具姿勢ベクトルデータが作成される。工具姿勢ベクトルデータは、上述したように、ワーク座標系における工具姿勢ベクトル（ｉ’、ｊ’、ｋ’）のそれぞれの座標の変化を示す関係式などにより表されるデータである。
The posture vector
そして、位置ベクトルデータ作成部２８１により作成された位置ベクトルデータ及び姿勢ベクトルデータ作成部２８２により作成された姿勢ベクトルデータからなるＣＬデータがポストプロセッサ３に出力される。
Then, CL data including the position vector data created by the position vector
（４．２）第４実施例の効果
このように第４実施例においては、メインプロセッサ２において姿勢ベクトルの補間を行っている。つまり、滑らかに変化する姿勢ベクトルを得ることができる。従って、滑らかに変化する姿勢ベクトルに基づき作成されるＣＬデータ、及びこのＣＬデータに基づき作成されるＮＣデータは滑らかになり、結果として第１実施例、第２実施例及び第３実施例と同様の効果を奏することができる。
(4.2) Effect of Fourth Embodiment As described above, in the fourth embodiment, the posture vector is interpolated in the
（５）その他
上記実施例においては、ＮＣデータの角度指令データの補間は、最小二乗近似法により行っている。しかし、補間方法としては、最小二乗近似法に限られるものではない。例えば、現在又は所定ブロック先の前記角度指令データを含む連続する複数の角度指令データを逐次読み込み、逐次読み込まれた連続する複数の角度指令データを移動平均により補間することもできる。
(5) Others In the above embodiment, the angle command data of the NC data is interpolated by the least square approximation method. However, the interpolation method is not limited to the least square approximation method. For example, it is also possible to sequentially read a plurality of continuous angle command data including the angle command data at the current or predetermined block destination, and interpolate the plurality of sequentially read continuous angle command data by a moving average.
１：ＣＡＤ、 ２：メインプロセッサ、 ３：ポストプロセッサ、 ４：５軸ＮＣ装置、 ２１：ＣＡＤデータ入力部、 ２２：加工方法入力部、 ２３：姿勢ベクトル指定部（工具姿勢ベクトル指定手段）、 ２４、２８：ＣＬデータ作成部、 ２４１、２８１：位置ベクトルデータ作成部、 ２４２、２８２：姿勢ベクトルデータ作成部（工具姿勢ベクトルデータ作成手段）、 ２５：ＣＬトレランス入力部、 ２６：姿勢ベクトルデータ補間部、 ２７：姿勢ベクトル補間部、 ３１：ＣＬデータ入力部、 ３２：機械構成入力部、 ３３：ＮＣトレランス入力部、 ３４：ＮＣデータ作成部、 ３４１：位置指令データ作成部、 ３４２：角度指令データ作成部、 ３５：角度指令データ補間部（角度指令データ補間手段）、 ４１：ＮＣデータ入力部、 ４１１：位置指令データ入力部、 ４１２：角度指令データ入力部、 ４２：制御部（制御手段）、 ４３：ＮＣトレランス入力部、 ４４：角度指令データ補間部 1: CAD, 2: Main processor, 3: Post processor, 4: 5-axis NC device, 21: CAD data input unit, 22: Machining method input unit, 23: Posture vector specifying unit (tool posture vector specifying means), 24 , 28: CL data creation unit, 241, 281: Position vector data creation unit, 242, 282: Posture vector data creation unit (tool posture vector data creation means), 25: CL tolerance input unit, 26: Posture vector data interpolation unit 27: Attitude vector interpolation unit 31: CL data input unit 32: Machine configuration input unit 33: NC tolerance input unit 34: NC data creation unit 341: Position command data creation unit 342: Angle command data creation 35: Angle command data interpolation unit (angle command data interpolation means) 41: NC data input Force section, 411: position command data input section, 412: angle command data input section, 42: control section (control means), 43: NC tolerance input section, 44: angle command data interpolation section
Claims (11)
前記ＮＣデータの前記回転２軸のうち少なくとも何れか１軸の連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間する角度指令データ補間手段を備えたことを特徴とするＮＣデータ作成装置。 In an NC data creation device for creating NC data of a 5-axis NC device having orthogonal 3-axis position command data and rotational 2-axis angle command data,
An NC data creation device comprising angle command data interpolation means for smoothly interpolating a plurality of continuous angle command data of at least one of the two rotation axes of the NC data.
前記ＮＣデータの前記回転２軸のうち少なくとも何れか１軸の連続する複数の前記角度指令データを読み込む角度指令データ読込手段と、
読み込まれた連続する複数の前記角度指令データを滑らかに補間する角度指令データ補間手段と、
補間された前記角度指令データに基づき前記工具の姿勢を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする５軸ＮＣ工作機械の制御装置。 In a control apparatus for a 5-axis NC machine tool that controls the position and orientation of a tool mounted on a 5-axis NC machine tool based on NC data having orthogonal 3-axis position command data and rotational 2-axis angle command data.
Angle command data reading means for reading a plurality of continuous angle command data of at least one of the two rotation axes of the NC data;
Angle command data interpolating means for smoothly interpolating a plurality of read angle command data that have been read;
Control means for controlling the posture of the tool based on the interpolated angle command data;
A control apparatus for a 5-axis NC machine tool, comprising:
加工面上における少なくとも２箇所の工具姿勢ベクトルを指定する工具姿勢ベクトル指定手段と、
指定された複数の前記工具姿勢ベクトル間を連続的に結合して前記工具姿勢ベクトルデータを作成する工具姿勢ベクトルデータ作成手段と、
作成された前記工具姿勢ベクトルデータを滑らかに補間するベクトルデータ補間手段と、
を備えたことを特徴とするＣＬデータ作成装置。 In the CL data creation device for creating the CL data of the 5-axis NC device having the tool position vector data and the tool attitude vector data that are the basis of the NC data of the 5-axis NC device,
Tool posture vector designating means for designating at least two tool posture vectors on the machining surface;
Tool posture vector data creation means for creating the tool posture vector data by continuously combining the plurality of specified tool posture vectors;
Vector data interpolation means for smoothly interpolating the created tool posture vector data;
A CL data creation device comprising:
加工面上における少なくとも２箇所の工具姿勢ベクトルを指定する工具姿勢ベクトル指定手段と、
指定された連続する複数の前記工具姿勢ベクトルを滑らかに補間するベクトル補間手段と、
補間された複数の前記工具姿勢ベクトル間を連続的に結合して前記工具姿勢ベクトルデータを作成する工具姿勢ベクトルデータ作成手段と、
を備えたことを特徴とするＣＬデータ作成装置。 In the CL data creation device for creating the CL data of the 5-axis NC device having the tool position command vector data and the tool posture vector data that are the basis of the NC data of the 5-axis NC device,
Tool posture vector designating means for designating at least two tool posture vectors on the machining surface;
Vector interpolation means for smoothly interpolating a plurality of the specified consecutive tool posture vectors;
Tool posture vector data creating means for creating the tool posture vector data by continuously combining a plurality of interpolated tool posture vectors;
A CL data creation device comprising:
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