JP2008046913A

JP2008046913A - 工作機械の数値制御装置

Info

Publication number: JP2008046913A
Application number: JP2006222540A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukaya; 安司深谷
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: JP4945191B2

Abstract

【課題】加工中にオーバーラップ経路の開始位置を求め、プログラマの負担を軽くし、加工物と工具との干渉を確実に回避し、時間効率のよいオーバーラップ制御を行う。
【解決手段】数値制御装置１０の解釈部１２は、加工プログラムからオーバーラップ指令を識別し、加工物のコーナ部で連続する二つの早送りブロックの早送り情報をオーバーラップ開始位置算出部２３に送る。算出部２３は、二組の早送り情報と加工物形状と工具形状とに基づいてオーバーラップ経路の開始位置を算出する。オーバーラップタイミング制御部２４は、一方のブロックの早送り動作中に工具の刃先位置を監視し、刃先位置がオーバーラップ経路の開始位置に達したときに、他方のブロックの早送り動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械において、加工物と工具とを互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作させる数値制御装置に関する。

従来、加工物のコーナ部で連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせ、加工物と工具とを互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作させ、切削を伴わない早送り時間を短縮し、加工能率を改善する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ＮＣプログラムを作成するプログラマが、工具形状および加工物形状に基づいて、一方の早送りブロックの「バイパス量」（オーバーラップ量）を算出し、算出値をＮＣプログラム中の指定箇所に記述し、このプログラムを実行して加工物と工具とを「近回り経路」（オーバーラップ経路）上で相対移動させる制御方法および装置が開示されている。
特開平６−１８０６０５号公報

この従来技術を図２、図３に例示するＹ−Ｚ平面の加工モデルに従って説明する。図２に示すように、この加工モデルでは、加工物Ｗの一方のコーナ部で連続する早送りブロックＮ１と早送りブロックＮ２との間にオーバーラップ経路Ｒ１が設定されている。加工物Ｗの他方のコーナ部には、早送りブロックＮ５と早送りブロックＮ６との間にオーバーラップ経路Ｒ２が設定されている。これらのオーバーラップ経路Ｒ１，Ｒ２は、従来、プログラマがＮＣプログラム中にオーバーラップ量Ｑ１，Ｑ２を予め指定していた。

このＮＣプログラムを実行した場合、早送りブロックが連続すると判定されると、図３に示すように、早送りブロックＮ１において、Ｙ軸方向の目標位置までの残り移動量（斜線部分の面積）が算出され、残り移動量が予め指定されたオーバーラップ量Ｑ１に達した時点（タイミングＴ１）で、早送りブロックＮ２におけるＺ軸方向の移動が開始され、工具Ｔと加工物Ｗとがオーバーラップ経路Ｒ１上で相対送りされる。オーバーラップ経路Ｒ２に関しても同様の制御が行われ、早送りブロックＮ５において、Ｚ軸方向の目標位置までの残り移動量が予め指定されたオーバーラップ量Ｑ２に達した時点（タイミングＴ２）で、早送りブロックＮ６におけるＹ軸方向の移動が開始される。

従来の制御方法によれば、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせることで、コーナ部の早送り時間を短縮することができる。しかし、従来方法によると、加工物および工具の形状に適したオーバーラップ量Ｑ１，Ｑ２をプログラマが予め計算し、ＮＣプログラム中に指定する必要があった。このため、加工物の形状や工具の種類が変わるたびにオーバーラップ量を計算する面倒があり、プログラマの負担が増えるという問題点があった。また、コーナ部の形状が複雑な場合、工具と加工物との干渉を回避するために、オーバーラップ量を小さ目に指定して安全性を保証する必要があり、非切削時間の短縮効果が減少するという問題点もあった。

そこで、本発明の目的は、ＮＣプログラムの実行中にオーバーラップ動作の開始位置を求め、プログラマの負担を軽減できるとともに、安全かつ時間効率のよいオーバーラップ制御を実行できる数値制御装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の数値制御装置は、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせ、加工物と工具とが互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作するように工作機械を制御する装置であって、工具形状および加工物形状を記憶する手段と、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせるためのオーバーラップ指令を解釈する手段と、オーバーラップ指令に従いオーバーラップ経路の開始位置を工具形状および加工物形状の記憶情報に基づいて算出する手段と、一方の早送り動作中に加工物と工具との相対位置がオーバーラップ経路の開始位置に達したときに他方の早送り動作を開始する手段とを備えたことを特徴とする。

ここで、オーバーラップ指令とは、早送り動作が連続する場合に、二つの早送り動作の間にオーバーラップ動作を設定する指令であって、好ましくは、オーバーラップ指令を切削送り指令と早送り指令とを含むＮＣプログラム中において、早送り指令に関連付けて指定しておくとよい。これとは別に、オーバーラップ指令をＭＤＩ（マニュアルデータインプット）方式により数値制御装置の操作パネル上でキー入力してもよく、数値制御装置の中に予めパラメータとして設定しておいてもよい。

オーバーラップ経路の開始位置とは、加工物と工具とが干渉を発生せずに相対移動可能な経路（図２に例示するオーバーラップ経路Ｒ１，Ｒ２）の開始位置（Ｐ１，Ｐ２）であって、連続する二つの早送り動作のうち、先行する早送り動作中に演算によって求められる。この開始位置を求めることで、開始位置と各送り軸の目標位置との間の距離（オーバーラップ量Ｑ１，Ｑ２）が決まり、開始位置と各送り軸の加減速度とに基づいてオーバーラップ経路も決まる。なお、オーバーラップ経路は、加工物のコーナ形状に応じ、直線または曲線とすることができる。

また、本発明の数値制御装置は、加工物形状の変化を切削情報に基づいてシミュレーションし、シミュレーションの結果に従って加工物形状の記憶情報を更新する手段を備えたことを特徴とする。より具体的には、シミュレーション手段が、加工物形状および工具形状の記憶情報と直交３軸の切削情報とに基づき、加工物と工具とを仮想モデル上で模擬的に相対移動し、工具による加工物の切削量をリアルタイムに演算し、この演算結果により加工物形状の記憶情報を逐次更新する。

本発明の数値制御装置によれば、オーバーラップ経路の開始位置を加工中に算出するので、ＮＣプログラムを作成する段階で予めオーバーラップ量を指定しておく必要がなくなり、プログラマの負担が軽くなるとともに、加工物と工具とが干渉しない範囲で最大限のオーバーラップ量を正確に算出して、時間効率のよい制御を実行できるという効果がある。

また、加工物形状の記憶情報をシミュレーションにより更新するので、加工物の同じ部位を複数回切削するような場合に、切削による形状変化に合わせて、オーバーラップ経路の開始位置を逐次変化させ、非切削の早送り時間をトータルに短縮できるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの実施形態の数値制御装置の構成を機能的に示すブロック図、図２は該数値制御装置によるオーバーラップ制御を例示するＹ−Ｚ平面の加工モデル図、図３は該加工モデルにおいてＹ軸およびＺ軸の早送り速度の制御例を示す速度制御図、図４はオーバーラップ経路の開始位置を算出する方法を示すフローチャート、図５〜図９は該算出方法を図２の加工モデルに即して説明する模式図である。

図１に示すように、この実施形態の数値制御装置１０は、加工プログラム記憶部１１と加工プログラム解釈部１２とを備えている。解釈部１２は、記憶部１１に記憶された加工プログラムを解釈し、切削送り指令の場合は切削送り指令をＸ−Ｙ−Ｚ軸切削送り関数発生部１３に送り、早送り指令の場合は早送り指令を対応するＸ軸早送り関数発生部１４、Ｙ軸早送り関数発生部１５またはＺ軸早送り関数発生部１６に送る。そして、各関数発生部１３，１４，１５，１６が一定周期ごとに移動位置指令を発生し、この指令に従ってＸ軸サーボ制御部１７、Ｙ軸サーボ制御部１８、Ｚ軸サーボ制御部１９が工作機械における直交３軸のサーボ制御を実行する。

また、数値制御装置１０には、加工物の形状を記憶する加工物形状記憶部２０と、加工に使用する工具の形状を記憶する工具形状記憶部２１と、切削による加工物の形状変化をシミュレーションする加工物切削シミュレーション部２２とが設けられている。シミュレーション部２２は、記憶部２０，２１から加工物形状および工具形状を読み出し、Ｘ−Ｙ−Ｚ切削送り関数発生部１３から移動位置指令（切削情報）を入力し、これらの情報に基づいて工具を仮想モデル上で模擬的に移動し、加工物の削り取り量をリアルタイムに演算し、この演算結果により加工物形状記憶部２０の記憶情報を逐次更新する。

さらに、数値制御装置１０は、オーバーラップ開始位置算出部２３とオーバーラップタイミング制御部２４とを備えている。算出部２３では、オーバーラップ指令に従いオーバーラップ経路の開始位置が算出される。オーバーラップ指令は、加工プログラム中の連続する二つの早送り指令のうち先行する指令に関連付けて指定され、加工プログラム解釈部１２によって識別される。そして、解釈部１２がオーバーラップ指令を含む早送りブロックの早送り情報と後続の早送りブロックの早送り情報とを算出部２３に送り、算出部２３が二組の早送り情報と加工物形状および工具形状の記憶情報とに基づいてオーバーラップ経路の開始位置を算出し、算出結果を二組の早送り情報と一緒にオーバーラップタイミング制御部２４に出力する。なお、オーバーラップ指令がＭＤＩ入力またはパラメータ設定されている場合も、解釈部１２はそれを判定し、早送りブロックの連続する場合、連続する二つの早送りブロックの早送り情報を算出部２３に送り、同様の処理を行うようにすればよい。

オーバーラップタイミング制御部２４は、まず、先行する早送りブロックの早送り情報を対応する送り軸の早送り関数発生部１４，１５，１６に送り、その送り情報に対応する関数を発生させる。更に、制御部２４は早送り関数発生部１４，１５，１６から移動位置指令を受け取り、現在の工具位置、好ましくは工具の刃先位置を監視し、刃先位置が算出部２３にて求められたオーバーラップ経路の開始位置に達したときに、後続する早送りブロックの早送り情報を対応する早送り関数発生部１４，１５，１６に送り、その送り情報に対応する関数を発生させる。

これにより、図２、図３に例示するように、加工物Ｗの一つ目のコーナ部において、工具Ｔが先行する早送りブロックＮ１のオーバーラップ経路の開始位置Ｐ１に到達した時点（タイミングＴ１）で、Ｙ軸の減速と同時にＺ軸の加速が開始され、Ｙ−Ｚ平面上のオーバーラップ制御により、工具Ｔがオーバーラップ経路Ｒ１（傾きａの直線）上で早送りされる。同様に、二つ目のコーナ部では、工具Ｔが先の早送りブロックＮ５のオーバーラップ経路の開始位置Ｐ２に到達した時点（タイミングＴ２）で、Ｚ−Ｙ平面上のオーバーラップ制御が開始され、工具Ｔがオーバーラップ経路Ｒ２上で早送りされる。なお、図２に工具Ｔを送る加工例を示したが、加工物Ｗを送る場合、または加工物Ｗと工具Ｔの両方を送る場合も同様の制御を適用できる。

次に、オーバーラップ経路の開始位置を算出する方法を図４〜図９に従って説明する。まず、連続する二つの早送りブロックの早送り情報に基づいてオーバーラップ経路の傾きａを算出する（図４：Ｓ１）。図２、図３の加工モデルの場合、オーバーラップ動作はＹ軸の減速とＺ軸の加速とから構成されるので、両方の送り軸に関連する早送り情報中の加減速度に基づいてオーバーラップ経路Ｒ１の傾きａを算出する。次に、図５（ａ）に示すように、先行する早送りブロックＮ１の終点（目標位置）を通る傾きａの直線ＬＡを求める（図４：Ｓ２）。

続いて、図５（ｂ）に示すように、加工物Ｗのコーナ部に形成された複数の頂点と直線ＬＡとの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を算出する（図４：Ｓ３）。そして、図６（ｃ）に示すように、直線ＬＡとの距離が最も短い頂点Ｓを選択する（図４：Ｓ４）。次いで、図６（ｄ）に示すように、頂点Ｓを通り、直線ＬＡと平行で、早送りブロックＮ１，Ｎ２との交点を両端とする線分ＬＢを求める（図４：Ｓ５）。続いて、図７（ｅ）に示すように、線分ＬＢを予め設定された距離だけ加工物Ｗから離れる方向（早送りブロックＮ１の終点方向）へ平行移動した線分ＬＣを算出する（図４：Ｓ６）。

次に、図７（ｆ）に示すように、工具Ｔを線分ＬＣ上で移動したときの包絡図形Ｆを求める（図４：Ｓ７）。次いで、図８（ｇ）に示すように、包絡図形Ｆの輪郭線のうち加工物Ｗに最も近接する輪郭線Ｃを選択する（図４：Ｓ８）。図８（ｇ）に示す工具Ｔの場合は、輪郭線Ｃが刃先ポイントＡの移動軌跡と一致するが、図８（ｈ）に示す工具Ｔ´の場合は、輪郭線Ｃが肩ポイントＢの移動軌跡と一致する。その後、図９（ｉ）に示すように、輪郭線Ｃを線分ＬＣに重ねたときの刃先ポイントＡの移動軌跡と早送りブロックＮ１との交点Ｋをオーバーラップ経路の開始位置として算出する（図４：Ｓ９）。図８（ｈ）に示す工具Ｔ´の場合は、輪郭線Ｃと異なる刃先ポイントＡの移動軌跡と早送りブロックＮ１との交点Ｋ´をオーバーラップ経路の開始位置として算出する。

以上説明した実施形態の数値制御装置１０によれば、次のような作用効果が得られる。（１）オーバーラップ経路の開始位置Ｐ１，Ｐ２（図２参照）をＮＣプログラムの実行中に自動的に算出するので、ＮＣプログラムの作成工程ではオーバーラップ量Ｑ１，Ｑ２を計算する必要がなくなり、プログラマの負担が軽くなり、プログラム作成に要する時間も大幅に短縮できる。
（２）コーナ部の形状が複雑な場合でも、オーバーラップ経路の開始位置Ｐ１，Ｐ２を計算ミスなく正確に求めることができ、加工物Ｗと工具Ｔとの干渉を確実に回避して、工作機械の損傷を未然に防止できる。

（３）加工物Ｗと工具Ｔとが干渉しない範囲で最大限のオーバーラップ量を正確に算出できるため、無駄時間が少なく安全性の高いオーバーラップ制御を効率よく実行できる。
（４）工具切削シミュレーション部２２にて、加工物形状の記憶情報を切削情報に基づいてリアルタイムに更新するので、加工物Ｗの同じ部位を荒削りした後に仕上げ削りするような場合に、各工程の切削による形状変化に合わせ、オーバーラップ経路の開始位置Ｐ１，Ｐ２を逐次変化させ、全加工時間に占める非切削早送り時間の割合を大幅に減少させることができる。

本発明の一実施形態を示す数値制御装置の機能ブロック図である。オーバーラップ制御を例示する加工モデル図である。早送り速度の制御例を示す速度制御図である。オーバーラップ開始位置の算出方法を示すフローチャートである。図４のステップＳ１〜Ｓ３の処理を説明する模式図である。図４のステップＳ４，Ｓ５の処理を説明する模式図である。図４のステップＳ６，Ｓ７の処理を説明する模式図である。図４のステップＳ８の処理を説明する模式図である。図４のステップＳ９の処理を説明する模式図である。

符号の説明

１０数値制御装置
１２加工プログラム解釈部
２０加工物形状記憶部
２１工具形状記憶部
２２加工物切削シミュレーション部
２３オーバーラップ開始位置算出部
２４オーバーラップタイミング制御部
Ｗ加工物
Ｔ工具
Ｒ１，Ｒ２オーバーラップ経路
Ｐ１，Ｐ２オーバーラップ開始位置

Claims

連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせ、加工物と工具とが互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作するように工作機械を制御する数値制御装置において、工具形状および加工物形状を記憶する手段と、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせるためのオーバーラップ指令を解釈する手段と、オーバーラップ指令に従いオーバーラップ経路の開始位置を工具形状および加工物形状の記憶情報に基づいて算出する手段と、一方の早送り動作中に加工物と工具との相対位置が前記開始位置に達したときに他方の早送り動作を開始する手段とを備えたことを特徴とする数値制御装置。
前記オーバーラップ指令が、切削送り指令と早送り指令とを含むＮＣプログラム中において、早送り指令に関連付けて指定されていることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
前記加工物形状の変化を切削情報に基づいてシミュレーションし、シミュレーションの結果に従って加工物形状の記憶情報を更新する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の数値制御装置。