JP3506814B2 - 数値制御装置 - Google Patents
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Description
つ高精度に加工するのに好適な数値制御装置に関する。
値制御(NC)工作機械においては、工具の移動経路は
加工プログラムにより指令され、この経路に沿った工具
の移動速度も加工プログラム内にFコードを記入する事
により指令される。しかしながら、Fコードで指令され
た速度で移動を行うと、サーボ系の遅れ等の誤差要因に
より、加工精度が維持できない場合がある。
置にはこのような不具合を防ぐ為の機能として、指令さ
れた経路の形状を評価し、加工精度を許容誤差範囲内に
収めるための許容最大速度を形状に応じて求め、Fコー
ドで指定された速度にかかわらず、許容最大速度以下に
自動的に速度を抑えるものがある。
ードにより指令されるが、この主軸の回転数と軸の送り
速度には切削条件により最適な組み合わせがある。しか
し、前述した送り速度を形状に応じて自動的に制御する
機能がある場合、これらの値をプログラムのFコードお
よびSコードで指令すると、速度値が制限を受けて、主
軸の回転数は一定であるにもかかわらず速度がFコード
で指令された値とかけ離れたものになる場合があるとい
う欠点がある。
に述べる。一般に、良い切削条件とは、1刃当りの送り
量が一定で、かつ切削速度が一定であることであると言
われている。ここで、切削速度とは、工具と被削材の接
触点の相対接線速度を言う。
を行う場合を考える。図4に示すように、形状面の角度
によって工具1と被削材2との接触面が平面部、斜面
部、コーナー部と刻々と変化するため、工具1の回転数
と送り速度の決定は、被削材の材質と製作すべき金型の
形状から判断して経験値を入力することが、現状では最
適であると考えられている。
を小さくするためには、切削工具径を小さくするのが、
比較的良好な面を得ることができ、切削工具は正常磨耗
に近づくことから好ましいことが判っている。これに対
し、1刃当りの送り量が変化する場合には、各形状面に
対し適切な切削速度を工具に与えることができたとして
も、工具磨耗が進行する。以上をまとめた、切削速度と
1刃送りをそれぞれ変化させた場合の工具磨耗への一般
的影響を表1に示す。
中で工具の磨耗を減少させることは究極の課題であり、
工具メーカおよびそれらを使用する製造部門では工具材
料、刃形状の開発に凌ぎを削っているが、自由曲面の形
状加工の場合には、表1に示した最適条件を決めること
が困難であり、改善は図られていなかった。すなわち、
現状の加工では、工具側面に切削速度を合わせると工具
先端部ではムシレが発生し、先端に切削速度を合わせる
と側面がすぐに磨耗してしまうような二律背反的現象が
生じていた。
を実現させるためには、形状加工面と工具の接触位置に
より最適な送り速度と主軸回転数の指令を加工プログラ
ムに付加する様にすることが考えられるが、前述したよ
うに、NC側で形状に応じて送り速度を変化させてしま
うと加工プログラムに設定された最適な送り速度と主軸
回転数の関係が崩れてしまうという問題がある。また、
このような工具の移動方向により加工プログラムに付加
するS値を変更する場合には、各ブロックごとにSxx
xxxという文字を追加しなければならず、加工プログ
ラムの文字数が非常に多くなり、プログラムを保存する
メモリの容量を増大させる必要が生じ、リモートバッフ
ァ運転の場合には通信速度を高める必要が生じるという
問題がある。
なされたもので、自由曲面の加工において、切削条件に
よって決まる主軸の回転数と送り速度の組み合わせの最
適条件から現実の加工条件がかけ離れることを防止する
とともに、工具磨耗を抑え、高速高精度の加工が可能
で、かつプログラム容量の増加を抑えることのできる数
値制御装置を提供することを目的とする。
を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、
加工プログラムにより指令された工具移動形状に基づい
て送り速度を求める送り速度決定手段と、前記決定され
た送り速度に応じて主軸の回転数を変化させる主軸回転
数制御手段とを備え、前記主軸回転数制御手段は、Fx
=実送り速度/基準送り速度 として、主軸回転数指令値Sxについて 最小回転数≦Sx≦最大回転数 の条件下で Sx=指令回転数*Fx*主軸オーバーライド としてSxを決定するものであることを特徴とする。
を出力するタイミングを主軸の加減速時定数による主軸
側の応答の遅れに応じて遅らせる遅延手段をさらに備え
ると良い。
る工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プロ
グラムにより指令された工具移動形状に基づいて送り速
度を求める送り速度決定手段と、前記決定された送り速
度に応じて主軸の回転数を変化させる主軸回転数制御手
段と、前記送り速度をサーボ系への軸移動指令を出力す
るタイミングを主軸の加減速時定数による主軸側の応答
の遅れに応じて遅らせる遅延手段とを備えたことを特徴
とする数値制御装置が提供される。
する工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プ
ログラムにより指令された軸移動方向に伴う工具と被削
材の接触位置の変化に基づいた主軸回転数を算出する主
軸回転数制御手段を備え、前記回転数制御部は、時間と
ともに変化する垂直軸方向の移動量と、この垂直軸に垂
直な平面上の移動量との比をもとに主軸回転数を算出す
ることを特徴とする数値制御装置が提供される。
ルエンドミルを用い、前記主軸回転数算出部はツール加
工点における希望接線速度V(mm/sec)を与え、
垂直軸方向の移動量をa(mm)、垂直軸に垂直な平面
上の移動量をb(mm)、主軸回転速度をS(rpm)
として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出すると良い。
する工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プ
ログラムにより指令された軸移動方向に伴う工具と被削
材の接触位置の変化に基づいた主軸回転数を算出する主
軸回転数制御手段を備え、前記回転数制御部は、時間と
ともに変化する工具軸方向の移動量と、この工具軸に垂
直な平面上の移動量との比をもとに主軸回転数を算出す
ることを特徴とする数値制御装置が提供される。
ルエンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速
度V(mm/sec)を与え、工具軸方向の移動量をa
(mm)、工具軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出すると良い。
る工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プロ
グラムにより指令された工具移動形状に基づいて送り速
度を求める送り速度決定手段と、この送り速度と前記加
工プログラムにより指令された軸移動方向に伴う工具と
被削材の接触位置の変化に基づいて主軸の回転数を変化
させる回転数制御部とを備え、前記回転数制御部は、時
間とともに変化する垂直軸方向の移動量と、この垂直軸
に垂直な平面上の移動量との比をもとに主軸回転数を算
出することを特徴とすることを特徴とする数値制御装置
が提供される。
ルエンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速
度V(mm/sec)を与え、垂直軸方向の移動量をa
(mm)、垂直軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出すると良い。
する工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プ
ログラムにより指令された工具移動形状に基づいて送り
速度を求める送り速度決定手段と、この送り速度と前記
加工プログラムにより指令された軸移動方向に伴う工具
と被削材の接触位置の変化に基づいて主軸の回転数を変
化させる回転数制御部とを備え、前記回転数制御部は、
時間とともに変化する工具軸方向の移動量と、この工具
軸に垂直な平面上の移動量との比をもとに主軸回転数を
算出することを特徴とする数値制御装置が提供される。
ルエンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速
度V(mm/sec)を与え、工具軸方向の移動量をa
(mm)、工具軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出すると良い。
つかを図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の
実施の形態にかかる数値制御装置10の概略構成を示す
ブロック図である。
解析部11により解析される。この解析部11では、加
工プログラム中の文字列からXコード、Sコード等の文
字列を抽出し、これから軸移動量、指令送り速度、主軸
指令回転数を求める。このうち、例えば、軸移動量は加
工の始点および終点の座標からX、Y、Zの各軸に沿っ
た移動量を求めることができる。なお、これらの各量は
ブロックごとに求められる。
れ、移動形状が求められる。この移動形状の判定は、複
数ブロックにわたる軸移動量を解析することにより、コ
ーナーであるか曲線であるかの判断がなされることによ
り行われる。なお、直線は曲率半径が無限大の曲線とし
て認識される。
部13において指令送り速度を勘案して送り速度が決定
される。この場合、移動形状に応じた送り速度が優先さ
れるが、仮に決定された送り速度で加工した場合に加工
精度が許容誤差記憶部14に記憶された許容誤差内に収
まるかがチェックされ、許容誤差内に収まる条件に修正
された上、目標送り速度が目標送り速度算出部13から
出力される。
れるが、ブロックの切り替わり点で大きな速度変化を伴
うことがあるので、ブロック間の速度変化を滑らかに繋
ぐための加減速処理を加減速処理部15で行い、実送り
速度が求められる。この実送り速度は分配部16で各軸
の移動指令に変換され、各軸のサーボ系6に送られる。
転数は主軸回転数算出部17に送られる。この主軸回転
数算出部17は、基準値としての基準送り速度、主軸最
大回転数、主軸最小回転数と、前述した実送り速度、お
よび主軸オーバーライド量が入力され、これらをもとに
主軸回転数指令値Sxを求めて出力する。主軸回転数の
算出は例えば次のように行われる。
主軸最大回転数、主軸最小回転数、演算により求められ
た実送り速度、および主軸送り速度間には図5のグラフ
に示すような関係がある。ここで、 Fx=実送り速度/基準送り速度 とすると Sx=指令回転数*Fx*主軸オーバーライド となる。しかし、この回転数は予め定められた最小回転
数と最大回転数の間にあるべきであるので、 最小回転数≦Sx≦最大回転数 の条件を満たすようにSxが決定される。このようにし
て求められた主軸回転数指令値は、主軸ドライバ7に送
られ、主軸の回転が制御される。
御された工具送り速度および軸移動方向に応じて主軸の
回転数も変化することになるため、工具送り速度と主軸
回転数の最適な組み合わせに近い状態で加工を行うこと
ができ、工具の磨耗が減少し、面段差が小さくなる。ま
た、1刃送りが一定となって加工面の面精度が向上す
る。
主軸の加減速時間は長くなる傾向にある。この影響を抑
えるために、軸移動指令の出力段に遅延バッファを設け
て主軸の応答とタイミングを合わせることもできる。図
2は本発明の第2の実施の形態にかかる数値制御装置2
0の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態
では、主軸の回転数指令値については加工プログラム中
で指令されていない。
こで解析される。この解析部21では、加工プログラム
中の文字列からXコード等の文字列を抽出し、これから
軸移動量が求められる。これは、例えば、軸移動量は加
工の始点および終点の座標からX、Y、Zの各軸に沿っ
た移動量を求めることができる。なお、これらの各量は
ブロックごとに求められる。この各軸の移動量は分配部
22で各軸の移動指令に変換され、各軸のサーボ系6に
送られる。
4にも与えられる。この主軸回転数算出部24には、希
望切削速度記憶部23に記憶された基準値としての希望
切削速度、主軸最大回転数、主軸最小回転数記憶部に記
憶された主軸最大回転数、主軸最小回転数と、前述した
各軸移動量、さらに主軸オーバーライド量が入力され、
これらをもとに主軸回転数指令値Sが求められる。この
指令値Sは主軸ドライバ7に対して出力される。
うなものである。ここではボールエンドミルの場合を例
にとって説明する。図6に示すように、工具が垂直軸方
向と平行に取り付けられているとし、加工面はボールエ
ンドミルの接線方向に一致しているとすれば、垂直軸に
垂直な平面上の移動の時が工具の最先端部で加工が行わ
れ、垂直軸方向に移動するときが工具の側面で加工が行
われることになる。
が一定の時、工具の先端部付近で加工する場合はワーク
との接触部の半径が最も小さくなるため切削速度が最小
になる。一方、図6(b)に示すように、工具の側面で
加工する場合は半径が最も大きくなり切削速度が最大に
なる。この関係から常に切削速度をV(mm/sec)
にするためには主軸回転速度Sを次の式により求めれば
良い。
望接線速度をV(mm/sec)、垂直軸方向の移動量
をa(mm)、垂直軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)とすれば、図7より θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) であるから、主軸回転数S(rpm)の時のr(θ)の
点の切削速度V(mm/sec)は V=S/60*2π*r(θ) (mm/sec) である。これを変形して S=(60/2π)*(V/r(θ)) このSが主軸最小回転数から主軸最大回転数までの範囲
内に収まるようにリミットする。すなわち、 最小回転数≦Sx≦最大回転数 となるようにする。
主軸の回転数算出に用いているが、これは結局移動方向
に応じて加工面と工具の接触位置を推定し、主軸回転数
を算出することに帰着する。したがって、主軸の回転数
を各軸の移動量に応じて最適な切削条件に近い状態(切
削速度一定)で加工できるので加工時間が短くでき、工
具の磨耗が少なくなり面段差が小さくなるとともに工具
費を削減することができる。
値)をプログラム中に付加する必要がないため、最適な
S指令値を加工プログラムに付ける場合に比べて加工プ
ログラムが短くてすむので、プログラム保存用のメモリ
が少なくて済み、リモートバッファ運転時の通信速度を
上げる必要がない。
加減速時間が長くなる傾向を考慮して、この影響を抑え
るために、軸移動指令の出力段に遅延バッファ26を設
けて主軸の応答とタイミングを合わせることもできる。
数値制御装置30の構成を示すブロック図である。この
実施の形態においても主軸回転数に対する指令値は加工
プログラム中には記述されていないものとする。
析される。この解析部31では、加工プログラム中の文
字列からXコード等の文字列を抽出し、これから軸移動
量および指令送り速度を求める。軸移動量の求め方は第
1の実施の形態の場合と同様である。
れ、移動形状が求められる。この移動形状の判定も第1
の実施の形態の場合と同様である。
部33において指令送り速度を勘案して送り速度が決定
されるが、この送り速度で加工した場合に加工精度が許
容誤差内に収まるかが許容誤差および希望切削速度記憶
部に記憶された許容誤差に基づいてチェックされ、許容
誤差内に収まる条件に修正された上、第1の目標送り速
度Feが出力される。
向による評価を行い第2の目標速度Fcを求める。これ
は例えば以下のようにして求める。第2の実施の形態の
場合と同様に、ボールエンドミルの場合を考えると、主
軸回転速度Sは前述したように、 S=(60/2π)(V/r(θ)) (rpm) として求まるので、これに送り速度に変換する係数K
(mm/rev)を掛けると Fc=K*S (mm/min) として切削速度を一定にするための目標速度Fcが求め
られる。このFcとFeの小さい方をこの時点の目標速
度として用いる。
れるが、ブロックの切り替わり点で大きな速度変化を伴
うことがあるので、ブロック間の速度変化を滑らかに繋
ぐための加減速処理を加減速処理部35で行い、実送り
速度が求められる。この実送り速度は分配部36で各軸
の移動指令に変換され、各軸のサーボ系6に送られる。
えられる。この主軸回転数算出部37には、記憶部38
に記憶された基準値としての基準送り速度、主軸最大回
転数、主軸最小回転数と、主軸オーバーライド量が入力
されており、これらをもとに主軸回転数指令値Sxを求
めて出力する。主軸回転数を算出するには第1の実施の
形態で説明したのと同様な方法を用い、 Fx=実送り速度/基準速度 として Sx=指令回転数*Fx*主軸オーバーライド として求める。ただし、 最小回転数≦Sx≦最大回転数 の条件を満たすようにSxが決定される。
値は、主軸ドライバ7に送られ、主軸の回転が制御され
る。
御された工具送り速度および軸移動方向に応じて主軸の
回転数も変化することになるため、工具送り速度と主軸
回転数の最適な組み合わせに近い状態で加工を行うこと
ができ、工具の磨耗が減少し、面段差が小さくなる。ま
た、1刃送りが一定となって加工面の面精度が向上す
る。
加減速時間が長くなる傾向を考慮して、この影響を抑え
るために、軸移動指令の出力段に遅延バッファ39を設
けて主軸の応答とタイミングを合わせることもできる。
切削条件に近い状態(切削速度一定)で加工できるので
加工時間が短くでき、工具の磨耗が少なくなり面段差が
小さくなるとともに工具費を削減させることができる。
また、1刃の送り量が一定になり、面精度が向上する。
さらに、主軸回転速度指令値を基準としない場合には、
加工プログラムが短くて済むため、プログラム保存用の
メモリが少なくて済み、リモートバッファ運転の通信速
度を高める必要がない。
ある。
ある
ある
す説明図である。
数、演算により求められた実送り速度、および主軸送り
速度間の関係を示すグラフである。
速度の相違を示す説明図である。
ある。
Claims (11)
- 【請求項1】形状面を加工する工作機械を制御する数値
制御装置であって、 加工プログラムにより指令された工具移動形状に基づい
て送り速度を求める送り速度決定手段と、 前記決定された送り速度に応じて主軸の回転数を変化さ
せる主軸回転数制御手段とを備え、 前記主軸回転数制御手段は、 Fx=実送り速度/基準送り速度 として、主軸回転数指令値Sxについて 最小回転数≦Sx≦最大回転数 の条件下で Sx=指令回転数*Fx*主軸オーバーライド としてSxを決定するものであることを特徴とする数値
制御装置。 - 【請求項2】前記送り速度をサーボ系への軸移動指令を
出力するタイミングを主軸の加減速時定数による主軸側
の応答の遅れに応じて遅らせる遅延手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。 - 【請求項3】形状面を加工する工作機械を制御する数値
制御装置であって、加工プログラムにより指令された工
具移動形状に基づいて送り速度を求める送り速度決定手
段と、 前記決定された送り速度に応じて主軸の回転数を変化さ
せる主軸回転制御手段と、 前記送り速度をサーボ系への軸移動指令として出力する
タイミングを、主軸の加減速時定数による主軸側の応答
の遅れに応じて遅らせる遅延手段とを備えたことを特徴
とする数値制御装置。 - 【請求項4】形状面を加工する工作機械を制御する数値
制御装置であって、加工プログラムにより指令された軸
移動方向に伴う工具と被削材の接触位置の変化に基づい
た主軸回転数を算出する主軸回転数制御手段を備え、 前記回転数制御部は、時間とともに変化する垂直軸方向
の移動量と、この垂直軸に垂直な平面上の移動量との比
をもとに主軸回転数を算出することを特徴とする数値制
御装置。 - 【請求項5】加工ツールとして半径R(mm)のボール
エンドミルを用い、前記主軸回転数算出部はツール加工
点における希望接線速度V(mm/sec)を与え、垂
直軸方向の移動量をa(mm)、垂直軸に垂直な平面上
の移動量をb(mm)、主軸回転速度をS(rpm)と
して θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出するようにしたことを特徴とす
る請求項4に記載の数値制御装置。 - 【請求項6】形状面を加工する工作機械を制御する数値
制御装置であって、加工プログラムにより指令された軸
移動方向に伴う工具と被削材の接触位置の変化に基づい
た主軸回転数を算出する主軸回転数制御手段を備え、 前記回転数制御部は、時間とともに変化する工具軸方向
の移動量と、この工具軸に垂直な平面上の移動量との比
をもとに主軸回転数を算出することを特徴とする数値制
御装置。 - 【請求項7】加工ツールとして半径R(mm)のボール
エンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速度
V(mm/sec)を与え、工具軸方向の移動量をa
(mm)、工具軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出するようにしたことを特徴とす
る請求項6に記載の数値制御装置。 - 【請求項8】形状面を加工する工作機械を制御する数値
制御装置であって、 加工プログラムにより指令された工具移動形状に基づい
て送り速度を求める送り速度決定手段と、 この送り速度と前記加工プログラムにより指令された軸
移動方向に伴う工具と被削材の接触位置の変化に基づい
て主軸の回転数を変化させる回転数制御部とを備え、 前記回転数制御部は、時間とともに変化する垂直軸方向
の移動量と、この垂直軸に垂直な平面上の移動量との比
をもとに主軸回転数を算出することを特徴とすることを
特徴とする数値制御装置。 - 【請求項9】加工ツールとして半径R(mm)のボール
エンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速度
V(mm/sec)を与え、垂直軸方向の移動量をa
(mm)、垂直軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出するようにしたことを特徴とす
る請求項15に記載の数値制御装置。 - 【請求項10】形状面を加工する工作機械を制御する数
値制御装置であって、 加工プログラムにより指令された工具移動形状に基づい
て送り速度を求める送り速度決定手段と、 この送り速度と前記加工プログラムにより指令された軸
移動方向に伴う工具と被削材の接触位置の変化に基づい
て主軸の回転数を変化させる回転数制御部とを備え、 前記回転数制御部は、時間とともに変化する工具軸方向
の移動量と、この工具軸に垂直な平面上の移動量との比
をもとに主軸回転数を算出することを特徴とする数値制
御装置。 - 【請求項11】加工ツールとして半径R(mm)のボー
ルエンドミルを用い、ツール加工点における希望接線速
度V(mm/sec)を与え、工具軸方向の移動量をa
(mm)、工具軸に垂直な平面上の移動量をb(m
m)、主軸回転速度をS(rpm)として θ=tan-1(a/b) r(θ)=R*sin(θ) S=(60/2π)*(V/r(θ)) により主軸回転数を算出するようにしたことを特徴とす
る請求項10に記載の数値制御装置。
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