JP2006190048A - 複合加工機用の数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量を、作業者が簡単な定義指令を加工プログラムから指令することにより自動的に計算し決定することで、多面加工のプログラムが簡単に行える複合加工機用の数値制御装置を提供する。
【解決手段】 複数の加工面を1台の機械で加工する複合加工機用の数値制御装置１において、回転軸の機械的位置をあらかじめ入力しておく機械寸法定義データ９を有し、加工プログラムから入力された加工面の３次元形状を定義する加工面定義指令と、前記機械寸法定義データ９から加工面固有のワーク座標系のオフセット量を計算し設定する加工面固有ワーク座標系オフセット量設定手段８を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の加工面を同一の機械で加工することができる複合加工機用の数値制御装置に関する。

複合多面加工にはおのずと極めて複雑な加工プログラムが必要となるため、従来の複合加工機では一般的にＣＡＤ／ＣＡＭを併用している。これに対して、本発明が対象としているのは単純な３軸加工プログラムを延長させる方法である。
この種の従来の複数の加工面を同一の機械で加工することができる複合加工機は、機械の構成は様々であるが、一般的には通常のＸ、Ｙ、Ｚ軸に加え、工具または被加工材料の姿勢を変化させるための複数の回転軸（Ａ、Ｂ、Ｃ軸）を持っていて、回転軸により加工面を割り出して加工していく。
図１４は従来の複合加工機の機械上部から見た構成図である。
この例では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のほかに回転軸としてＢ軸、Ｃ軸があり、また、背面加工用にＵ、Ｗ、Ａ軸が装備されている。
図１５は従来の複合加工機の軸構成（正面加工時）を示す図である。
この例では、Ｂ軸の上にＣ軸が載った構成となっている。
図１６は従来の複合加工機における加工面を示す図である。
基準面を（１）とし、基準面（１）以外の（２）〜（６）の面を加工するときはＢ軸、Ｃ軸の回転軸を使用し、ワークを回転させて加工面を工具が装着されるＺ軸に垂直にして加工を行う。
例えば図１６の（２）面を加工するときはＢ軸を４５度回転させる。
基準面（１）の左上の座標を（０，０，０）とすると、回転前（２）面の左上の座標は（１０，０，０）で、回転後はＸ=１０×ＣＯＳ（４５°）、Ｚ＝１０×ＳＩＮ（４５°）であるから、（７．０７１，０，７．０７１）となる。この点を（２）面の加工基準点として、プログラム上はこの点を（０，０，０）とするとプログラムしやすい。
このため、数値制御装置に装備されているワーク座標系を使用し、（２）の面のワーク座標系を選択すると、前記の加工基準点が（０，０，０）となるようにする。

ここで、ワーク座標系とは、ワークを選択したときのプログラムが容易となるように、座標系の機械座標系からのオフセット量を数値制御装置内のデータエリアに入力しておくことで、機械座標系からそのオフセット分だけシフトしたワーク毎の座標系を設定する機能である。
例えば（２）面の左上をワーク座標系の原点とするためには、仮に機械座標系と基準面（１）の加工基準点が等しいとすれば、（７．０７１、０、７．０７１）をワーク座標系のオフセット量に入力し、（２）面用のワーク座標系指令をすれば良い。（たとえばＧ５４Ｐ２指令）
このように、複合加工機で任意の加工面を割り出し加工面毎に簡単な加工プログラムで加工するにはワーク座標系を使用すれば良いが、一般に任意の角度の加工面を割り出し、その加工面を工具に垂直とし、その左上をワーク座標系の原点とするには、ワーク座標系のオフセットの計算が複雑となる。（特許文献１参照）
このため、一般的には、あらかじめ外部のＣＡＤ/ＣＡＭシステムで加工プログラムを作成している。
特開２００２−１５４０３４号公報

次に、従来の数値制御装置のワーク座標系に関する構成を見てみる。
図１７は従来の複合加工機用の数値制御装置のブロック図である。
１は数値制御装置、２は加工プログラム、３は加工プログラムを解析し、座標系の処理等を行う加工プログラム解析処理部、４は加工プログラムが移動指令の場合に各軸に与える指令を作り出す軸移動指令作成部、５は加工プログラムから１ブロックのデータを持ってきて解析する１ブロックデータ解析処理部、６は、ワーク座標系指令の場合起動され、ワーク座標系オフセットデータ７を使用し座標系を設定する座標系設定部である。
加工プログラムはあらかじめ作業者がキーボード、通信等により数値制御装置内の加工プログラム２のエリアに格納しておく。
数値制御装置１は加工プログラム２を１ブロックずつ解析し、軸移動指令作成部４で各軸の移動指令を作成し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｕ、Ｗ、Ａ、Ｂ、Ｃ等の軸のモータに指令を送り機械を動作させる。
ワーク座標系指令（例えばＧ５４Ｐ＊Ｘ*Ｙ*Ｚ*Ｂ*Ｃ*）は１ブロックデータ解析処理部５で１ブロックの指令が解析され、座標系設定部６において、あらかじめ入力されたワーク座標系オフセットデータ７を参照し、座標系が設定される。
ワーク座標系のオフセット量は、作業者が計算し、キーボード等から入力する必要がある。

しかし、従来の複合加工機の数値制御装置では、多面加工で加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量の計算が複雑となり簡単に設定できない、という欠点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量を、作業者が簡単な定義指令を加工プログラムから指令することにより自動的に計算し決定することで、多面加工のプログラムが簡単に行える複合加工機用の数値制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数の加工面を1台の機械で加工する複合加工機用の数値制御装置において、回転軸の機械的位置をあらかじめ入力しておく機械寸法定義データを有し、加工プログラムから入力された加工面の３次元形状を定義する加工面定義指令と、前記機械寸法定義データから加工面固有のワーク座標系のオフセット量を計算し設定する加工面固有ワーク座標系オフセット量設定手段を備えることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、前記加工面固有ワーク座標系オフセット量決定手段は、正面加工時のＸ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ軸の加工面固有のワーク座標系オフセット量を次式、

により求めることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記加工面定義指令は、正面加工時に次式、

により作成することを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、前記加工面固有ワーク座標系オフセット量決定手段は、背面加工時のＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ軸の加工面固有のワーク座標系オフセット量を次式、

により求めることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記加工面定義指令は、背面加工時に次式、

により作成することを特徴としている。

以上のように、加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量を、作業者が簡単な定義指令を加工プログラムから指令することにより自動的に計算し決定することで、多面加工のプログラムが簡単に行える複合加工機用の数値制御装置を提供することができる。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の複合加工機用の数値制御装置のブロック図である。
本発明が従来の複合加工機用の数値制御装置と異なる点は、機械寸法定義データ９と、加工面固有ワーク座標系オフセット量設定部８を備えた点である。
加工面固有ワーク座標系オフセット量設定部８は、加工プログラム２中に指令された加工面定義指令を解釈し、機械寸法データと加工物形状定義データからワーク座標系オフセット量を算出し、ワーク座標系オフセットデータ７に格納する。
なお、その他の図１７に示す従来例と同一構成には同一符号を付けて重複する説明は省略する。

以下に、このワーク座標系オフセット量の算出方法に関し詳細を説明する。ワーク座標系オフセット量を算出するのに必要なデータは以下のとおりである。
まず、複合加工機の機械固有の機械原点から回転軸の回転中心までの距離を機械寸法定義データ９としてキーボード等から数値制御装置１にあらかじめ入力しておく。
図２は本発明の複合加工機用の数値制御装置の正面加工用の機械形状定義データを示す図である。
Ｂ軸の機械形状定義データとして、加工基準点からＢ軸の回転中心までの距離（Ｘ、Ｚ）をＢ軸機械寸法調整オフセット（ＢｏｆｓＸ、ＢｏｆｓＺ）として入力する。同様に加工基準点からＣ軸の回転中心までの距離（Ｘ、Ｙ）をＣ軸機械寸法調整オフセット（ＣｏｆｓＸ、ＣｏｆｓＹ）として入力する。なお、Ｂ軸の回転中心線はＹ軸と平行であり、Ｂ軸が原点に有るときＣ軸の回転中心線はＺ軸に平行であるものとする。これらのデータは作業者があらかじめキーボードから入力しておく。

また、加工物の形状として、加工プログラム上から加工面の３次元形状を定義し、加工面の位置、方向を定義する。
図３は本発明の複合加工機用数値制御装置の加工面の３次元形状定義と、通常の加工プログラムの例である。
加工物の形状は加工プログラムファイルで一括管理される。加工プログラムファイルの内部は以下の２つのパート、（１）加工面の向きを定義する加工面の３次元形状定義と、（２）各面ごとの加工プログラム、とに分かれている。
加工面の３次元形状定義を判りやすく定義することが大切である。ＮＣは、ここで定義された面形状と機械形状をもとに必要となるワーク座標系を自動計算する。ここで、ＭＣＨ１（・・・）という指令は加工面の３次元形状の定義命令を示している。
加工プログラムは通常の加工プログラムである。慣用されている３軸加工機と全く同じプログラムで記述すればよい。加工順に各面ごとのプログラムを記述するのがよい。ここで、Ｇ５４Ｐ３Ｘ０Ｙ０Ｚ０Ｂ０Ｃ０等の指令は、ある加工面のワーク座標系の選択と、その面の加工基準点への位置決めを指示する指令である。加工基準点に位置決め指令がなされているので、この指令で加工面が割り出されることになる。
図４は、本発明の複合加工機用数値制御装置の３次元形状の定義の方法の例を示す図である。図４に示すように、切削面垂直方向の定義を地球儀のイメージで"緯度"と"経度（東経反時計回り）"によって定義する。Ｂ軸とＣ軸を使用すると"北半球"の任意角度を割り出すことができる。ただし、通常の地球儀と違い、緯度は北極にあたるところを０で赤道が９０南極を１８０とする。また、経度は東経のみ０以上３６０未満を使用する。
図５は本発明の複合加工機用数値制御装置の３次元形状定義のフォーマット例を示す図である。
図５に示すように、この場合の３次元形状の加工面定義指令ＭＣＨ１は、次の（２）式（図５にも示す）により示される。

なお、この例ではワーク座標系はＧ５４Ｐ＊で指令する。Ｐ＊はワーク座標系の拡張番号である。図５に示すように、その加工面で使用するワーク座標系の番号とワーク座標系原点の空間位置と、加工面の角度を指令する。

次に、加工面の基準面以外の従属面のワーク座標系のオフセット量の計算について説明する。
Ｇ５４Ｐ３Ｘ０Ｙ０Ｚ０Ｂ０Ｃ０等のワーク座標系の選択の指令で、割り出した面を切削面としてＺ軸に垂直方向に割り出すには、Ｂ０Ｃ０の点が緯度、経度の指定に合うよう動作するようにＢ軸、Ｃ軸のワーク座標系オフセット量を計算し、Ｘ０Ｙ０Ｚ０の点が、加工基準点（ワーク座標系原点）となるようにＸ，Ｙ，Ｚのワーク座標系のオフセット量を計算すれば良い。具体的には以下のとおりに計算する。
（１） Ｂ軸、Ｃ軸ワーク座標系オフセットは、
Ｂｗｏｒｋｏｆｓｅｔ＝Ｌａｔｉｔｕｄｅ
Ｃｗｏｒｋｏｆｓｅｔ＝Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ
ここで、「ｗｏｒｋｏｆｓｅｔ」はワーク座標系オフセット
Ｌａｔｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（緯度）
Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（経度）
であり、加工面の基準点割り出し時の動作量を、それぞれＢｍ，Ｃｍとすれば
Ｂｍ＝−Ｂｗｏｒｋｏｆｓｅｔ
Ｃｍ＝−Ｃｗｏｒｋｏｆｓｅｔ
となる。
（２） Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ワーク座標系オフセットは、
加工機の構造にもよるが、図１４に示したようなＣ軸がＢ軸の上に載っているような構造では、Ｃ軸回転の影響を先に計算し、その後Ｂ軸回転の影響を計算する。具体的には、次の（１）式（図６にも示す）計算式で計算を行う。

図７は、本発明の複合加工機用の数値制御装置の加工面固有ワーク座標系オフセット設定部の処理のフローチャートである。
図７のフローチャートにこの場合の処理手順を示す。先ず、加工プログラムから加工面定義指令が指令されると、この（１）式による計算式で計算を行う。ステップＳＴ１でＢ、Ｃ軸のオフセットを決定し、ステップＳＴ２でＸ、Ｙ、Ｚ軸オフセットへのＣ軸の影響を計算する。ステップＳＴ３でＢ軸の影響を計算し、ステップＳＴ４でＸ、Ｙ、Ｚ軸のワーク座標系オフセットＸｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｙｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｚｗｏｒｋｏｆｓｅｔを決定する。

図１４に示したような複合加工機では、バー材を加工するとき、正面加工を終えた後Ｕ、Ｗ、Ａ軸から成るハンドで被切削物をつかみ、バー材切断後背面加工を行う場合がある。以下に、この場合の背面のワーク座標系のオフセット設定について説明する。
図８は本発明の複合加工機用の数値制御装置の背面の加工面を示す図である。
背面加工はＡ軸で面を割り出し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸で加工を行う。このため、Ａ軸と、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のワーク座標系のオフセットを求めればよい。ただし、Ａ軸回転中心がＵ軸、Ｗ軸の位置によって移動するため、ワーク座標系オフセットの計算にはＵ軸、Ｗ軸の現在位置を加味する必要がある。
図９は本発明の複合加工機用の数値制御装置の背面加工時の加工面の３次元形状定義の方法の例を示す図である。背面の形状は地球儀の概念で南半球とし、南極を０とする"緯度"で表現できる。ただし、南極が０で、赤道上が９０、反対側の赤道が−９０とする。

図１０は本発明の複合加工機用の数値制御装置の背面加工に関する機械形状定義データを示す図である。
Ａ軸の機械形状定義データとして、加工基準点からＵ軸Ｗ軸機械原点時のＡ軸の回転中心までの距離（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をＡ軸機械寸法調整オフセット（ＡｏｆｓＸ、ＡｏｆｓＹ、ＡｏｆｓＺ）として入力する。
図１１は本発明の複合加工機用数値制御装置の背面加工時の３次元形状定義のフォーマット例である。この場合の３次元形状の加工面定義指令ＭＣＨ２は、次の（４）式（図１１にも示す）により得られる。

基本的には正面加工時と同一であるが、Ａ軸の面の緯度を指令する点が正面加工時と異なる。

次に、加工面の基準面以外の従属面のワーク座標系のオフセット量の計算について説明する。
Ｇ５５Ｐ１２Ｘ０Ｙ０Ｚ０Ａ０等のワーク座標系の選択の指令で、割り出した面を切削面としてＺ軸に垂直方向に割り出すには、Ａ０の点が緯度の指定に合うように動作するようにＡ軸のワーク座標系オフセット量を計算し、Ｘ０Ｙ０Ｚ０の点が、加工基準点（ワーク座標系原点）となるようにＸ，Ｙ，Ｚのワーク座標系のオフセット量を計算すれば良い。具体的には以下のとおりに計算する。
（３） Ａ軸ワーク座標系オフセットは、
Ａｗｏｒｋｏｆｓｅｔ＝Ｌａｔｉｔｕｄｅ
ここで、Ｌａｔｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（緯度）であり、加工面の基準点割り出し時の動作量をＡｍとすれば
Ａｍ＝−Ａｗｏｒｋｏｆｓｅｔ
となる。
（４） Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ワーク座標系オフセットＸｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｙｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｚｗｏｒｋｏｆｓｅｔを決定する。
Ｕ軸、Ｗ軸の位置を加味し、次の（３）式（図１２にも示す）により、

計算を行う。
この場合の複合加工機用の数値制御装置の背面加工時の加工面固有ワーク座標系オフセット設定部の処理のフローチャートを図１３に示す。
先ず、ＳＴ１１においてＡ軸のオフセットを決定して、ＳＴ１２でＸ、Ｙ、Ｚ軸オフセットへのＡ軸の影響を計算する。ＳＴ１３によりＸ、Ｙ、Ｚ軸のワーク座標系オフセットＸｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｙｗｏｒｋｏｆｓｅｔ、Ｚｗｏｒｋｏｆｓｅｔを決定する。
このように、加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量を、作業者が簡単な定義指令を加工プログラムから指令することにより自動的に計算し決定することで、多面加工のプログラムが簡単に行える。
以上、本発明によれば、
（１）加工物の３次元形状の定義は、できるだけ簡単にし、
（２）従属面のワーク座標系の自動演算は、ユーザ側で入力不要とし、
（３）加工面の自動割り出し機能は、機械が自動的に割り出す、
といった３つの機能をもたせるようにしたので、単純な３軸加工プログラムを用いて、ユーザに負担をかけることなく望みの加工物を得ることができるようになる。

加工面を割り出したときのプログラムの基準となるワーク座標系のオフセット量を、作業者が簡単な定義指令を加工プログラムから指令することにより自動的に計算し決定することで、多面加工のプログラムが簡単に行えるようになるので、複数の加工面を同一の機械で加工できる複合加工機用の数値制御装置に好適に適用できる。

本発明の複合加工機用の数値制御装置のブロック図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の機械形状定義データを示す図である。 図１に示す合加工機用数値制御装置の加工面の３次元形状定義と、通常の加工プログラムの例を示す図である。 図１に示す複合加工機用数値制御装置の３次元形状の定義の方法の例を示す図である。 図１に示す複合加工機用数値制御装置の３次元形状定義のフォーマット例を示す図である。 図１に示す複合加工機用数値制御装置のＸ、Ｙ、Ｚ軸のワーク座標系オフセット量の算出を示す図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の加工面固有ワーク座標系オフセット設定部の処理のフローチャートである。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の背面の加工面を示す図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の背面加工時の加工面の３次元形状定義の方法の例を示す図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の背面加工に関する機械形状定義データを示す図である。 図１に示す複合加工機用数値制御装置の背面加工時の３次元形状定義のフォーマット例を示す図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の背面加工時のＸ、Ｙ、Ｚ軸のワーク座標系オフセット量の算出を示す図である。 図１に示す複合加工機用の数値制御装置の背面加工時の加工面固有ワーク座標系オフセット設定部の処理のフローチャートである。 従来の複合加工機の機械上部から見た構成図である。 従来の複合加工機の軸構成（正面加工時）を示す図である。 従来の複合加工機における加工面を示す図である。 従来の複合加工機用の数値制御装置のブロック図である。

符号の説明

１ 数値制御装置
２ 加工プログラム
３ 加工プログラム解析処理部
４ 軸移動指令作成部
５ １ブロックデータ解析処理部
６ 座標系設定部
７ ワーク座標系オフセットデータ
８ 加工面固有ワーク座標系オフセット量設定部
９ 機械寸法定義データ

Claims (5)

1. 複数の加工面を1台の機械で加工する複合加工機用の数値制御装置において、
   回転軸の機械的位置をあらかじめ入力しておく機械寸法定義データを有し、
   加工プログラムから入力された加工面の３次元形状を定義する加工面定義指令と、前記機械寸法定義データから加工面固有のワーク座標系のオフセット量を計算し設定する加工面固有ワーク座標系オフセット量設定手段を備えることを特徴とする複合加工機用の数値制御装置。
2. 前記加工面固有ワーク座標系オフセット量決定手段は、正面加工時のＸ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ軸の加工面固有のワーク座標系オフセット量を次式（１）
   

   

   なお、「Ｂ」はＢ軸、「Ｃ」はＣ軸、
   「ｗｏｒｋｏｆｓｅｔ」は各軸のワーク座標系オフセット量、
   Ｌａｔｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（緯度）
   Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（経度）
   「ｄｉｓｔ」は機械原点から割り出し後の座標へのベクトル、
   「ｏｆｓ」は機械原点から軸回転中心へのベクトル（オフセット）
   「Ｂａｓｅ」は機械原点から基準面原点へのベクトル、
   「Ｒｅｆ」は基準面原点から割り出し前の座標へのベクトル
   「ｓｒｃ」は機械原点から割り出し前の座標へのベクトル
   により求めることを特徴とする請求項１記載の複合加工機用の数値制御装置。
3. 前記加工面定義指令は、正面加工時に次式（２）
   

   

   により作成することを特徴とする請求項１記載の複合加工機用の数値制御装置。
4. 前記加工面固有ワーク座標系オフセット量決定手段は、背面加工時のＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ軸の加工面固有のワーク座標系オフセット量を次式（３）
   

   

   なお、「Ａ」はＡ軸、
   「ｗｏｒｋｏｆｓｅｔ」は各軸のワーク座標系オフセット量、
   Ｌａｔｉｔｕｄｅは加工面の角度指定（緯度）
   「ｄｉｓｔ」は機械原点から割り出し後の座標へのベクトル
   「ｏｆｓ」は機械原点からＵ軸Ｗ軸現在位置へのベクトル
   「Ｂａｓｅ」は機械原点から基準面原点へのベクトル、
   「Ｒｅｆ」は基準面原点から割り出し前の座標へのベクトル
   「ｓｒｃ」は機械原点から割り出し前の座標へのベクトル
   「ＭｐｏｓはＵ軸Ｗ軸現在位置から軸回転中心へのベクトル
   により求めることを特徴とする請求項１記載の複合加工機用の数値制御装置。
5. 前記加工面定義指令は、背面加工時に次式（４）
   

   

   により求めることを特徴とする請求項１記載の複合加工機用の数値制御装置。

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