JP3614683B2 - 数値制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械やロボットなどの制御を行う数値制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自由曲面の金型加工を行う際には、従来より、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用してＮＣデータを作成した後、数値制御工作機械にそのデータをかけて切削加工することが行われていた。図１３はそのような自由曲面の金型加工のための従来の数値制御システムを示すブロック図である。図において、１は上記ＣＡＤ／ＣＡＭシステムであり、２はこのＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて作成されたＮＣデータ、３ａはこのＣＡＤ／ＣＡＭシステム１がＮＣデータ２の作成に用いる曲面データ、３ｂは同じく工具データ、３ｃは同じく加工条件データである。４はＣＡＤ／ＣＡＭシステム１の作成したＮＣデータ２によって数値制御工作機械を制御する数値制御装置である。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１は曲面データ３ａ、工具データ３ｂ、および加工条件データ３ｃを用いて、微小線分による曲面加工用の大量のＮＣデータ２を生成する。生成されたＮＣデータ２は数値制御装置４に入力され、数値制御装置４はそのＮＣデータ２に基づいて数値制御工作機械を制御する。ここで、一般に数値制御によって曲面加工を行う場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて作成される微小線分によるＮＣデータ２の量は膨大なものとなる。特に、最近の高速切削による加工では、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を実現し、その後の磨き作業を削減する方法が採られるようになっているため、そのような加工ではＣＡＤ／ＣＡＭシステム１によるＮＣデータ２の作成量はさらに莫大なものとなる。
【０００４】
また、現場では工具摩耗や工具交換によって工具径の補正を必要とすることがある。しかしながら、三次元曲面加工においては、ボールエンドミルで切削することが多く、オフセット量を修正することが難しいため、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１を使って莫大な量のＮＣデータ２を再度計算し直すことが必要であった。
【０００５】
なお、このような数値制御システムに関連する記載のある文献としては、例えば特開平５−２１６７２７号公報などがある。なお、この特開平５−２１６７２７号公報に示されたものは、スプライン曲線の始点および終点での加減速制御を考慮した速度制御が行え、スプライン曲線上で工具をなめらかに駆動することができるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の数値制御システムは以上のように構成されているので、曲面加工を行う場合に、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１の作成する微小線分によるＮＣデータ２の量は膨大なものとなり、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１でＮＣデータ２を作成する時間と、そのＮＣデータ２を用いて自由曲面の金型加工をする時間の両方に長時間を要することとなり、また、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を得るような加工では、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて生成されるＮＣデータ２のデータ量が莫大なものであるため、その作成には長時間を要し、金型の加工にもそれと同等の長い時間を必要とするなどの課題があった。
【０００７】
また、工具摩耗や工具交換により工具径補正が必要となった場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１を使って膨大なＮＣデータ２を再度計算し直すことが必要となるため、作業効率が大きく低下するという課題もあった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＮＣデータの作成と、そのＮＣデータを用いた加工という二つのプロセスにかかる時間を短縮して、金型などの作成のための全体時間を短縮することができる数値制御システムを得ることを目的とする。
【０００９】
また、この発明は、現場での工具変更などにも即座に対応できる数値制御システムを得ることを目的する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る数値制御システムは、加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、データ入力手段より入力されたデータに基づいて、軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、工具の進行方向に距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、現在の工具位置と工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明に係る数値制御システムは、工具移動速度指令生成部が、工具位置計算手段が算出した現在の工具位置と軌道データ上の目標位置に対する工具位置とを常に監視し、工具の現在位置が目標位置に近づいたときは減速した速度指令を生成するものである。
【００１２】
この発明に係る数値制御システムは、加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、データ入力手段より入力されたデータに基づいて、軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、工具の進行方向に距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、加工対象の三次元の曲面の形状を評価して、工具の速度を減速すべき領域をあらかじめ求めておく曲面評価手段と、曲面評価手段の求めた減速すべき領域と工具位置との距離に基づいて、減速すべき領域に工具位置が近づいたと判定したときは、工具移動速度指令生成部に減速した速度指令の生成を指示する速度指示手段と、現在の工具位置と工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による数値制御システムを示すブロック図である。図において、１０は曲面加工において必要な加工モードより、工具をどのように移動させるかを示す軌道データを生成する軌道データ生成部である。また、１１はこの軌道データ、および三次元の曲面データ、工具データ、加工条件データとしての送り速度データなどの数値制御加工に必要な入力データを入力する、データ入力手段としての指令データ入力部である。ここで、上記曲面データとしてはＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ；有理化Ｂスプライン）などの曲面である。ここで、このＮＵＲＢＳ曲面の場合には、曲面データとして、階数・ノットベクトル・制御点・重みを入力するが、この発明はこのＮＵＲＢＳ曲面にのみ限定したものではなく、他の任意の曲面を入力データとしてもよい。
【００１６】
また、軌道データは工具をどのように移動させるかを示したデータで、ここでは、軌道データ生成部１０が曲面を加工するために設定された加工モードより生成している。この軌道データはＸＹ平面上でジグザクに定義したものや渦巻き状に定義したものなどの軌道データであり、工具はこの軌道データに沿って移動することになる。工具データとしては、ボールエンドミルやフラットエンドミルなどの工具の種類と、当該工具の工具径などのデータを入力する。送り速度データは工具の送り速度情報である。
【００１７】
１２は現在の指令位置から、指令データ入力部１１にて取り込まれた軌道データの終点位置までの距離を計算する終点距離計算部である。前述の軌道データは複数の移動指令として当該数値制御システムの中で扱われる。一般に、この軌道データが不連続の部分は終点として扱われる。１３は工具が上記終点距離計算部１２で求めた現在の指令位置から終点位置までの距離Ｌｅを移動して停止できるように、工具の送り速度Ｖｃｏｍを制御し、速度指令Ｖｏｕｔとして後述する加減速制御部に出力する速度指令出力部である。１４はこの速度指令出力部１３より受けた速度指令Ｖｏｕｔに対して、なめらかな加減速制御を実施するための上記加減速制御部である。
【００１８】
なお、この加減速制御部１４による加減速制御としては、例えば特開平１−２３７８０６号公報に記載された、加速度ΔＦを指定してその指令加速度ΔＦで加速・減速を行い、指令速度になるまで加減速制御を行う台形加減速制御方法、あるいは、従来から一般的に用いられている指数関数加減速制御方法などの公知の方法を使用することができる。
【００１９】
１５は上記加減速制御部１４で制御された速度指令Ｆを入力し、曲面上に工具を配置するように次の補間点を算出する補間点計算部であり、この場合、加減速制御部１４からの速度指令に基づく速度とサンプリングタイムによって決定される距離を算出する距離計算手段、および現在の工具位置と後述する工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られる、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に出力するデータ出力手段として機能している。ここで、サンプリングタイムをΔＴとすると、速度指令Ｆより移動すべき距離はＦΔＴであり、補間点計算部１５は次の工具位置を距離ＦΔＴだけ離れた点に求める。
【００２０】
１６は工具と与えられた曲面との干渉チェックを行い、工具の進行方向に、補間点計算部１５の算出した距離ＦΔＴ分だけ離れた次の工具位置を、曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段としての工具干渉計算部である。この工具干渉計算部１６では、指令データ入力部１１にて取り込まれた三次元の曲面データおよび工具データを受け取り、与えられたＸＹ座標値に対して工具が曲面と干渉せず、ちょうど曲面上に配置されるようにＺ座標値を計算する。このように計算されたＸ，Ｙ，Ｚの移動指令分は補間点計算部１５に渡され、補間点計算部１５より各軸の分配パルスデータとして、各軸を制御するサーボ制御系に送られる。
【００２１】
１７は上記終点距離計算部１２、速度指令出力部１３、および加減速制御部１４を備えて、指令データ入力部１１の取り込んだ曲面データ、軌道データ、工具データ、および送り速度データより速度指令Ｆを生成して補間点計算部１５に出力する速度パターン生成部（工具移動速度指令生成部）である。
【００２２】
次に動作について説明する。
ここで、図２はこの実施の形態１による数値制御システムにおける動作の手順を示すフローチャートである。処理がスタートすると、まずステップＳＴ１において、軌道データ生成部１０が入力された加工モードより軌道データを求めて指令データ入力部１１に送る。なお、曲面加工において曲面を加工するためには、この加工モードを設定しておく必要があり、ステップＳＴ１ではこの設定された加工モードより軌道データが生成される。
【００２３】
図３はそのような加工モードを示す説明図であり、同図（ａ）にはＸＹ平面上でジグザクに定義した軌道データによるジグザグ加工モードが、同図（ｂ）にはＸＹ平面上で渦巻き状に定義した軌道データによる渦巻き加工モードがそれぞれ示されている。いずれにしても、ピッチなどのデータを与えて加工モードを設定すれば工具を移動させるための軌道が決まり、所定速度で加工すべき軌道データが点ＯＰ１から点ＯＰ２、点ＯＰ２から点ＯＰ３、点ＯＰ３から点ＯＰ４、・・・・というように、ＸＹ平面上の軌道として求められる。このように、ステップＳＴ１では、与えられた加工モードに応じて分割された軌道データを軌道データ生成部１０にて計算し、算出されたそれぞれの軌道データを指令データ入力部１１より読み込む。
【００２４】
なお、上記図３の例では、軌道データが複数の直線によるものである場合についてに示したが、円弧やスプライン曲線を軌道データとしてもよいことはいうまでもない。
【００２５】
次に、ステップＳＴ２において、現在の工具位置指令点から終点位置までの距離を速度パターン生成部１７の終点距離計算部１２にて計算する。ここで、図４は現在指令位置から終点位置までの距離計算の概念を示す説明図である。この図４において、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの軌道データＴＲＪが求められているものとする。そのとき、この軌跡データＴＲＪを曲面Ｓ上に投影したものが曲線ＣＶであり、その始点をＳＰ、終点をＥＰとする。
【００２６】
ここで、ＸＹ座標値を与えて曲面ＣＶ上の点を求めることは容易である。工具Ｔは点ＯＰ１に対応する始点ＳＰから、点ＯＰ２に対応する終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上を走行することになる。したがって、この工具Ｔの工具中心位置ＴＰのＸＹ座標値は、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの軌道データＴＲＪ上、すなわち始点ＳＰから終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上にあり、曲面Ｓと接するように配置される点である。なお、工具Ｔを曲線ＣＶの終点ＥＰ上に配置した時の工具中心位置をＴＥＰとする。図２のステップＳＴ２では、これら工具中心位置ＴＰとＴＥＰとの間の距離Ｌｅを計算する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ３からＳＴ５において、速度指令出力部１３にて工具が終点に正確に停止できるように工具Ｔの送り速度Ｖｃｏｍを制御し、速度指令Ｖｏｕｔを出力するまでの処理を行う。ここでは、ステップＳＴ３において、まず減速すべきか否かを、現在の速度指令ＶｃｏｍとサンプリングタイムΔＴから、次の式（１）を用いて判定する。
Ｖｃｏｍ ＊ ΔＴ ＜ Ｌｅ （１）
【００２８】
判定の結果、上記式（１）を満たしていなければステップＳＴ４に分岐し、満たしていればステップＳＴ５に分岐する。ステップＳＴ４では、終点までの距離Ｌｅに応じて、次の式（２）を用いて速度指令Ｖｏｕｔを算出し、加減速制御部１４に出力した後、ステップＳＴ６に進む。
Ｖｏｕｔ ＝ Ｌｅ／ΔＴ （２）
【００２９】
また、ステップＳＴ５においては、与えられた送り速度Ｖｃｏｍをそのまま速度指令Ｖｏｕｔとして加減速制御部１４に出力した後、ステップＳＴ６に進む。
【００３０】
ステップＳＴ６では、加減速制御部１４がこの速度指令出力部１３より受けた速度指令Ｖｏｕｔの加減速制御を行い、速度指令Ｖｓを計算して補間点計算部１５に出力する。なお、この加減速制御としては、例えば台形加減速方式が用いられる。この台形加減速方式は、始点より工具Ｔの速度を順次上げてゆき、所定の速度Ｆに達するとその速度Ｆを保持して、工具Ｔの位置が終点に近くなると順次速度を落としてゆく、図５に示すような速度変化を制御するものである。すなわち、加減速制御部１４は工具Ｔの位置と目標位置である終点の位置とを常に監視しておき、工具Ｔが終点に近付いたときには工具Ｔの移動速度を減速させる。
【００３１】
次に、ステップＳＴ７において、速度指令ＶｓとサンプリングタイムΔＴの積Ｖｓ＊ΔＴに相当する距離だけ離れた次の工具位置座標値を、補間点計算部１５にて算出する。図６はこの補間点計算部１５および工具干渉計算部１６による補間点算出処理の手順を示すフローチャートである。当該補間点算出処理が開始されると、補間点計算部１５が、まずステップＳＴ１０において、速度指令ＶｓとサンプリングタイムΔＴから距離ΔＬを計算する。次いでステップＳＴ１１において、ＸＹ平面上の軌道データＴＲＪの上で現在位置点よりその距離ΔＬだけ離れた点を求める。
【００３２】
ここで、図７はこの距離ΔＬだけ離れた点を求めるための処理の概念を示す説明図であり、同図（ａ）はＹＺ平面、同図（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。この図７において、現在、工具はＸＹ平面上で点ｔｐ０に配置されており、そのときの曲面Ｓ上における工具中心座標値をＴＰ０とする。したがって、このステップＳＴ１１にて求まる点は、点ｔｐ０より距離ΔＬだけ離れた点ｔｐ１である。
【００３３】
次にステップＳＴ１２に進み、曲面Ｓ上の上記ステップＳＴ１１で求めた点ｔｐ１のＸＹ座標値に、工具Ｔを上方より配置する。なお、そのとき工具干渉計算部１６によって、後述する方法による干渉チェックを行ってからこの工具Ｔの配置が行われる。このようにして工具Ｔを配置した時の工具中心座標値をＴＰ１とする。次にステップＳＴ１３において、現在の工具位置と次の工具侯補位置との距離ΔＬｔを求める。次にステップＳＴ１４において、このステップＳＴ１３で求めた距離ΔＬｔとステップＳＴ１０で求めた距離ΔＬとの差と、あらかじめ定められた所定の微小量εとの比較を行う。その結果、距離ΔＬｔとΔＬの差が微小量εよりも小さければステップＳＴ１５に進み、微小量ε以上であればステップＳＴ１６に進む。
【００３４】
ステップＳＴ１５では、次の工具侯補位置を次の補間点として出力し、この補間点算出処理を終了する。一方、ステップＳＴ１６では、ＸＹ平面の軌道データＴＲＪ上において次の候補点を再度計算する。このステップＳＴ１６が終了すると処理をステップＳＴ１２に戻し、それ以降の一連の処理を繰り返す。なお、ＸＹ平面の軌道データＴＲＪ上において次の候補点を求めるには、例えば二分法を用ればよい。この繰り返し計算によって、距離ΔＬにもっとも近い位置が次の工具侯補位置として得られる。
【００３５】
ここで、図８は図１に示した工具干渉計算部１６による、図６に示したステップＳＴ１２における工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。この図８では、ＸＹ平面上でｔｐ０ ≧ ｔｐ１ ≧ ｔｐ２ ≧ ・・・・ ≧ ｔｐｎとなり、工具中心座標値はＴＰ０ ≧ ＴＰ１ ≧ ＴＰ２ ≧ ・・・・ ≧ ＴＰｎとなるため、最終的な補間点としてはＴＰｎが採用される。この干渉回避の問題は、ＸＹ座標値を与えて工具ＴをそのＸＹ座標に曲面Ｓの上方に配置し、徐々に曲面Ｓに向かって工具を下ろしていったときに、最初に曲面Ｓに接触するＺ座標値を求める問題である。図８（ａ）は工具Ｔを対象曲面Ｓに投影して、干渉する曲面Ｓ上の多数のサンプル点と工具Ｔとの干渉をチェックし、工具Ｔが曲面Ｓと接する工具中心座標値ＴＰ０を求める方法である。また、同図（ｂ）は曲面Ｓのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔを求めておき、工具Ｔの工具中心座標値ＴＰ０をこのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔから得る方法である。この発明ではどちらの干渉回避方法を使用してもよい。
【００３６】
以上のようにして、図２に示したステップＳＴ７における補間点算出の処理が終了すると、次にステップＳＴ８に進んで、補間点計算部１５より出力された次の工具位置座標値と現在の工具位置座標値の差から、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸方向におけるパルス数ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを計算し、サーボ制御系にそのデータを渡す。次にステップＳＴ９において、終点まで到達したか否かの判断を行う。このステップＳＴ９における終点到達の判断は、上記ステップＳＴ２で求めた終点までの距離Ｌｅがゼロならば終点に到達したと判断して一連の処理を終了し、そうでなければステップＳＴ２に処理を戻す。
【００３７】
このようにして、この実施の形態１の数値制御システムによれば、図４に示すように、始点ＳＰから終点ＥＰまで、干渉回避された工具軌跡を生成することができる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、所定のサンプリングタイムΔＴ毎に実時間で、曲面Ｓとの干渉が回避された補間点が得られ、その変化量が直接サーボ制御系に、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸のパルスデータとして供給されるので、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭシステムでＮＣデータを作成する必要がなくなり、能率のよい曲面加工を実現することができるとともに、現場での工具変更などにも即座に対応することが可能になるという効果が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による数値制御システムを示すブロック図である。図において、１０は軌道データ生成部、１１はデータ入力手段としての指令データ入力部、１２は終点距離計算部、１３は速度指令出力部、１４は加減速制御部、１５は距離計算手段およびデータ出力手段としての補間点計算部、１６は工具位置計算手段としての工具干渉計算部、１７は速度パターン生成部で、図１に同一符号を付して示した各部に相当するものである。
【００４０】
また、１８は工具の現在位置と曲面データから設定すべき速度指令を計算して速度指令出力部１３を制御する周辺曲面状態監視部であり、曲面形状の評価を行って減速すべき領域をあらかじめ求めておく曲面評価手段、および工具位置がその減速すべき領域に近づいたときに、速度パターン生成部１７の速度指令出力部１３に対して減速した速度指令の生成を指示する速度指示手段として機能している。なお、この実施の形態２における上記速度指令出力部１３は、実施の形態１のそれと同様に、終点からの距離に応じて速度指令値を制御するが、周辺曲面状態監視部１８からの速度指令を優先して出力する。
【００４１】
次に動作について説明する。
なお、基本的な動作は実施の形態１の場合と同様であるため、ここでは周辺曲面状態監視部１８による曲面状態監視処理を中心に説明する。図１０はその曲面状態監視処理の手順を示すフローチャートである。周辺曲面状態監視部１８は、まずステップＳＴ２０において、与えられた曲面データからあらかじめ減速すべき部分を特定しておく。次にステップＳＴ２１に進み、特定しておいた減速すべき部分において曲面の曲率を計算し、その計算結果を保持しておく。以上がこの周辺曲面状態監視部１８が初期状態において行う処理である。
【００４２】
ここで、図１１は上記ステップＳＴ２０にて特定された減速すべき部分を示す説明図であり、曲面Ｓ上で減速すべき部分を求めた結果、領域Ａ１から領域Ａ６が減速すべき領域と判断されて特定されたことを意味している。なお、図中のＴＲＪは渦巻き状に定義された軌道データである。また、図１２は上記特定された減速すべき部分の具体的な形状の例を示した説明図である。図中の部分Ａ１１〜Ａ１４がその減速すべき部分であり、図１２（ａ）に示した部分Ａ１１，Ａ１２は曲面Ｓ１の曲率が大きい部分、同図（ｂ）に示した部分Ａ１３は曲面Ｓ１が不連続な部分、同図（ｃ）に示した部分Ａ１４は立ち壁の部分である。このような部分Ａ１１〜Ａ１４では工具の移動を減速させるべきであり、周辺曲面状態監視部１８はステップＳＴ２０において、あらかじめこの部分Ａ１１〜Ａ１４を認識して、減速すべき部分として特定しておく。
【００４３】
周辺曲面状態監視部１８は上記初期状態において行う処理が終了すると、以下に説明するステップＳＴ２２からＳＴ２５までの処理を繰り返し実行する。すなわち、ステップＳＴ２２では現在の工具座標値を入力する。次にステップＳＴ２３にて減速すべき部分と工具位置との距離を求める。このとき、すべての減速領域との計算は行わず、工具に近い減速領域だけを対象として計算すれば計算に要する時間を短縮できる。次にステップＳＴ２４に進み、ステップＳＴ２３で求めた減速すべき部分と工具位置との距離より、工具が減速領域に近いか否かを判定する。判定の結果、近くなければそのままステップＳＴ２２に処理を戻す。一方、減速領域に近ければステップＳＴ２５に分岐して、ステップＳＴ２１で保持しておいた曲率データに応じた速度指令を速度指令出力部１３に送出した後、ステップＳＴ２２に処理を戻す。
【００４４】
このように、この実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に、能率のよい曲面加工を行うことができ、現場での工具変更などにも即座に対応することが可能になるとともに、曲面の減速すべき部分に応じて工具の移動速度を減速させることができるので、精度のよい曲面加工を行うことができるという効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、所定のサンプリングタイム毎に工具の現在位置から次に配置すべき位置までの補間点が、曲面との干渉が回避されて実時間で得られ、その変化量が直接サーボ制御系に、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸のパルスデータとして供給されるため、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭシステムでＮＣデータを作成しておく必要がなくなって、ＮＣデータの作成と、そのＮＣデータを用いた曲面の加工という二つのプロセスにかかる時間が短縮されて、全体として能率のよい曲面加工を行うことができる数値制御システムが得られるとともに、現場での工具変更などにも即座に対応できる効果がある。
【００４６】
また、この発明によれば、減速すべき領域を特定しておき、工具位置がその領域に近づくと、減速した速度指令を生成するようにしているので、曲面の減速すべき部分に応じて工具の移動速度を減速させることが可能となり、より精度の高い曲面加工を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による数値制御システムを示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における全体動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における加工モードを示す説明図である。
【図４】実施の形態１における現在指令位置から終点位置までの距離計算の概念を示す説明図である。
【図５】実施の形態１における加減速制御を説明するための説明図である。
【図６】実施の形態１における補間点算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１における、距離ΔＬだけ離れた点を求めるための処理の概念を示す説明図である。
【図８】実施の形態１における工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２による数値制御システムを示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２における曲面状態監視処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２における特定された減速すべき部分を示す説明図である。
【図１２】実施の形態２における特定された減速すべき部分の具体的な形状の例を示す説明図である。
【図１３】従来の数値制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ 指令データ入力部（データ入力手段）、１５ 補間点計算部（距離計算手段，データ出力手段）、１６ 工具干渉計算部（工具位置計算手段）、１７速度パターン生成部（工具移動速度指令生成部）、１８ 周辺曲面状態監視部（曲面評価手段，速度指示手段）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械やロボットなどの制御を行う数値制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自由曲面の金型加工を行う際には、従来より、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用してＮＣデータを作成した後、数値制御工作機械にそのデータをかけて切削加工することが行われていた。図１３はそのような自由曲面の金型加工のための従来の数値制御システムを示すブロック図である。図において、１は上記ＣＡＤ／ＣＡＭシステムであり、２はこのＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて作成されたＮＣデータ、３ａはこのＣＡＤ／ＣＡＭシステム１がＮＣデータ２の作成に用いる曲面データ、３ｂは同じく工具データ、３ｃは同じく加工条件データである。４はＣＡＤ／ＣＡＭシステム１の作成したＮＣデータ２によって数値制御工作機械を制御する数値制御装置である。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１は曲面データ３ａ、工具データ３ｂ、および加工条件データ３ｃを用いて、微小線分による曲面加工用の大量のＮＣデータ２を生成する。生成されたＮＣデータ２は数値制御装置４に入力され、数値制御装置４はそのＮＣデータ２に基づいて数値制御工作機械を制御する。ここで、一般に数値制御によって曲面加工を行う場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて作成される微小線分によるＮＣデータ２の量は膨大なものとなる。特に、最近の高速切削による加工では、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を実現し、その後の磨き作業を削減する方法が採られるようになっているため、そのような加工ではＣＡＤ／ＣＡＭシステム１によるＮＣデータ２の作成量はさらに莫大なものとなる。
【０００４】
また、現場では工具摩耗や工具交換によって工具径の補正を必要とすることがある。しかしながら、三次元曲面加工においては、ボールエンドミルで切削することが多く、オフセット量を修正することが難しいため、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１を使って莫大な量のＮＣデータ２を再度計算し直すことが必要であった。
【０００５】
なお、このような数値制御システムに関連する記載のある文献としては、例えば特開平５−２１６７２７号公報などがある。なお、この特開平５−２１６７２７号公報に示されたものは、スプライン曲線の始点および終点での加減速制御を考慮した速度制御が行え、スプライン曲線上で工具をなめらかに駆動することができるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の数値制御システムは以上のように構成されているので、曲面加工を行う場合に、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１の作成する微小線分によるＮＣデータ２の量は膨大なものとなり、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１でＮＣデータ２を作成する時間と、そのＮＣデータ２を用いて自由曲面の金型加工をする時間の両方に長時間を要することとなり、また、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を得るような加工では、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１にて生成されるＮＣデータ２のデータ量が莫大なものであるため、その作成には長時間を要し、金型の加工にもそれと同等の長い時間を必要とするなどの課題があった。
【０００７】
また、工具摩耗や工具交換により工具径補正が必要となった場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１を使って膨大なＮＣデータ２を再度計算し直すことが必要となるため、作業効率が大きく低下するという課題もあった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＮＣデータの作成と、そのＮＣデータを用いた加工という二つのプロセスにかかる時間を短縮して、金型などの作成のための全体時間を短縮することができる数値制御システムを得ることを目的とする。
【０００９】
また、この発明は、現場での工具変更などにも即座に対応できる数値制御システムを得ることを目的する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る数値制御システムは、加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、データ入力手段より入力されたデータに基づいて、軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、工具の進行方向に距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、現在の工具位置と工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明に係る数値制御システムは、工具移動速度指令生成部が、工具位置計算手段が算出した現在の工具位置と軌道データ上の目標位置に対する工具位置とを常に監視し、工具の現在位置が目標位置に近づいたときは減速した速度指令を生成するものである。
【００１２】
この発明に係る数値制御システムは、加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、データ入力手段より入力されたデータに基づいて、軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、工具の進行方向に距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、加工対象の三次元の曲面の形状を評価して、工具の速度を減速すべき領域をあらかじめ求めておく曲面評価手段と、曲面評価手段の求めた減速すべき領域と工具位置との距離に基づいて、減速すべき領域に工具位置が近づいたと判定したときは、工具移動速度指令生成部に減速した速度指令の生成を指示する速度指示手段と、現在の工具位置と工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による数値制御システムを示すブロック図である。図において、１０は曲面加工において必要な加工モードより、工具をどのように移動させるかを示す軌道データを生成する軌道データ生成部である。また、１１はこの軌道データ、および三次元の曲面データ、工具データ、加工条件データとしての送り速度データなどの数値制御加工に必要な入力データを入力する、データ入力手段としての指令データ入力部である。ここで、上記曲面データとしてはＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ；有理化Ｂスプライン）などの曲面である。ここで、このＮＵＲＢＳ曲面の場合には、曲面データとして、階数・ノットベクトル・制御点・重みを入力するが、この発明はこのＮＵＲＢＳ曲面にのみ限定したものではなく、他の任意の曲面を入力データとしてもよい。
【００１６】
また、軌道データは工具をどのように移動させるかを示したデータで、ここでは、軌道データ生成部１０が曲面を加工するために設定された加工モードより生成している。この軌道データはＸＹ平面上でジグザクに定義したものや渦巻き状に定義したものなどの軌道データであり、工具はこの軌道データに沿って移動することになる。工具データとしては、ボールエンドミルやフラットエンドミルなどの工具の種類と、当該工具の工具径などのデータを入力する。送り速度データは工具の送り速度情報である。
【００１７】
１２は現在の指令位置から、指令データ入力部１１にて取り込まれた軌道データの終点位置までの距離を計算する終点距離計算部である。前述の軌道データは複数の移動指令として当該数値制御システムの中で扱われる。一般に、この軌道データが不連続の部分は終点として扱われる。１３は工具が上記終点距離計算部１２で求めた現在の指令位置から終点位置までの距離Ｌｅを移動して停止できるように、工具の送り速度Ｖｃｏｍを制御し、速度指令Ｖｏｕｔとして後述する加減速制御部に出力する速度指令出力部である。１４はこの速度指令出力部１３より受けた速度指令Ｖｏｕｔに対して、なめらかな加減速制御を実施するための上記加減速制御部である。
【００１８】
なお、この加減速制御部１４による加減速制御としては、例えば特開平１−２３７８０６号公報に記載された、加速度ΔＦを指定してその指令加速度ΔＦで加速・減速を行い、指令速度になるまで加減速制御を行う台形加減速制御方法、あるいは、従来から一般的に用いられている指数関数加減速制御方法などの公知の方法を使用することができる。
【００１９】
１５は上記加減速制御部１４で制御された速度指令Ｆを入力し、曲面上に工具を配置するように次の補間点を算出する補間点計算部であり、この場合、加減速制御部１４からの速度指令に基づく速度とサンプリングタイムによって決定される距離を算出する距離計算手段、および現在の工具位置と後述する工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られる、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に出力するデータ出力手段として機能している。ここで、サンプリングタイムをΔＴとすると、速度指令Ｆより移動すべき距離はＦΔＴであり、補間点計算部１５は次の工具位置を距離ＦΔＴだけ離れた点に求める。
【００２０】
１６は工具と与えられた曲面との干渉チェックを行い、工具の進行方向に、補間点計算部１５の算出した距離ＦΔＴ分だけ離れた次の工具位置を、曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段としての工具干渉計算部である。この工具干渉計算部１６では、指令データ入力部１１にて取り込まれた三次元の曲面データおよび工具データを受け取り、与えられたＸＹ座標値に対して工具が曲面と干渉せず、ちょうど曲面上に配置されるようにＺ座標値を計算する。このように計算されたＸ，Ｙ，Ｚの移動指令分は補間点計算部１５に渡され、補間点計算部１５より各軸の分配パルスデータとして、各軸を制御するサーボ制御系に送られる。
【００２１】
１７は上記終点距離計算部１２、速度指令出力部１３、および加減速制御部１４を備えて、指令データ入力部１１の取り込んだ曲面データ、軌道データ、工具データ、および送り速度データより速度指令Ｆを生成して補間点計算部１５に出力する速度パターン生成部（工具移動速度指令生成部）である。
【００２２】
次に動作について説明する。
ここで、図２はこの実施の形態１による数値制御システムにおける動作の手順を示すフローチャートである。処理がスタートすると、まずステップＳＴ１において、軌道データ生成部１０が入力された加工モードより軌道データを求めて指令データ入力部１１に送る。なお、曲面加工において曲面を加工するためには、この加工モードを設定しておく必要があり、ステップＳＴ１ではこの設定された加工モードより軌道データが生成される。
【００２３】
図３はそのような加工モードを示す説明図であり、同図（ａ）にはＸＹ平面上でジグザクに定義した軌道データによるジグザグ加工モードが、同図（ｂ）にはＸＹ平面上で渦巻き状に定義した軌道データによる渦巻き加工モードがそれぞれ示されている。いずれにしても、ピッチなどのデータを与えて加工モードを設定すれば工具を移動させるための軌道が決まり、所定速度で加工すべき軌道データが点ＯＰ１から点ＯＰ２、点ＯＰ２から点ＯＰ３、点ＯＰ３から点ＯＰ４、・・・・というように、ＸＹ平面上の軌道として求められる。このように、ステップＳＴ１では、与えられた加工モードに応じて分割された軌道データを軌道データ生成部１０にて計算し、算出されたそれぞれの軌道データを指令データ入力部１１より読み込む。
【００２４】
なお、上記図３の例では、軌道データが複数の直線によるものである場合についてに示したが、円弧やスプライン曲線を軌道データとしてもよいことはいうまでもない。
【００２５】
次に、ステップＳＴ２において、現在の工具位置指令点から終点位置までの距離を速度パターン生成部１７の終点距離計算部１２にて計算する。ここで、図４は現在指令位置から終点位置までの距離計算の概念を示す説明図である。この図４において、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの軌道データＴＲＪが求められているものとする。そのとき、この軌跡データＴＲＪを曲面Ｓ上に投影したものが曲線ＣＶであり、その始点をＳＰ、終点をＥＰとする。
【００２６】
ここで、ＸＹ座標値を与えて曲面ＣＶ上の点を求めることは容易である。工具Ｔは点ＯＰ１に対応する始点ＳＰから、点ＯＰ２に対応する終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上を走行することになる。したがって、この工具Ｔの工具中心位置ＴＰのＸＹ座標値は、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの軌道データＴＲＪ上、すなわち始点ＳＰから終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上にあり、曲面Ｓと接するように配置される点である。なお、工具Ｔを曲線ＣＶの終点ＥＰ上に配置した時の工具中心位置をＴＥＰとする。図２のステップＳＴ２では、これら工具中心位置ＴＰとＴＥＰとの間の距離Ｌｅを計算する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ３からＳＴ５において、速度指令出力部１３にて工具が終点に正確に停止できるように工具Ｔの送り速度Ｖｃｏｍを制御し、速度指令Ｖｏｕｔを出力するまでの処理を行う。ここでは、ステップＳＴ３において、まず減速すべきか否かを、現在の速度指令ＶｃｏｍとサンプリングタイムΔＴから、次の式（１）を用いて判定する。
Ｖｃｏｍ ＊ ΔＴ ＜ Ｌｅ （１）
【００２８】
判定の結果、上記式（１）を満たしていなければステップＳＴ４に分岐し、満たしていればステップＳＴ５に分岐する。ステップＳＴ４では、終点までの距離Ｌｅに応じて、次の式（２）を用いて速度指令Ｖｏｕｔを算出し、加減速制御部１４に出力した後、ステップＳＴ６に進む。
Ｖｏｕｔ ＝ Ｌｅ／ΔＴ （２）
【００２９】
また、ステップＳＴ５においては、与えられた送り速度Ｖｃｏｍをそのまま速度指令Ｖｏｕｔとして加減速制御部１４に出力した後、ステップＳＴ６に進む。
【００３０】
ステップＳＴ６では、加減速制御部１４がこの速度指令出力部１３より受けた速度指令Ｖｏｕｔの加減速制御を行い、速度指令Ｖｓを計算して補間点計算部１５に出力する。なお、この加減速制御としては、例えば台形加減速方式が用いられる。この台形加減速方式は、始点より工具Ｔの速度を順次上げてゆき、所定の速度Ｆに達するとその速度Ｆを保持して、工具Ｔの位置が終点に近くなると順次速度を落としてゆく、図５に示すような速度変化を制御するものである。すなわち、加減速制御部１４は工具Ｔの位置と目標位置である終点の位置とを常に監視しておき、工具Ｔが終点に近付いたときには工具Ｔの移動速度を減速させる。
【００３１】
次に、ステップＳＴ７において、速度指令ＶｓとサンプリングタイムΔＴの積Ｖｓ＊ΔＴに相当する距離だけ離れた次の工具位置座標値を、補間点計算部１５にて算出する。図６はこの補間点計算部１５および工具干渉計算部１６による補間点算出処理の手順を示すフローチャートである。当該補間点算出処理が開始されると、補間点計算部１５が、まずステップＳＴ１０において、速度指令ＶｓとサンプリングタイムΔＴから距離ΔＬを計算する。次いでステップＳＴ１１において、ＸＹ平面上の軌道データＴＲＪの上で現在位置点よりその距離ΔＬだけ離れた点を求める。
【００３２】
ここで、図７はこの距離ΔＬだけ離れた点を求めるための処理の概念を示す説明図であり、同図（ａ）はＹＺ平面、同図（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。この図７において、現在、工具はＸＹ平面上で点ｔｐ０に配置されており、そのときの曲面Ｓ上における工具中心座標値をＴＰ０とする。したがって、このステップＳＴ１１にて求まる点は、点ｔｐ０より距離ΔＬだけ離れた点ｔｐ１である。
【００３３】
次にステップＳＴ１２に進み、曲面Ｓ上の上記ステップＳＴ１１で求めた点ｔｐ１のＸＹ座標値に、工具Ｔを上方より配置する。なお、そのとき工具干渉計算部１６によって、後述する方法による干渉チェックを行ってからこの工具Ｔの配置が行われる。このようにして工具Ｔを配置した時の工具中心座標値をＴＰ１とする。次にステップＳＴ１３において、現在の工具位置と次の工具侯補位置との距離ΔＬｔを求める。次にステップＳＴ１４において、このステップＳＴ１３で求めた距離ΔＬｔとステップＳＴ１０で求めた距離ΔＬとの差と、あらかじめ定められた所定の微小量εとの比較を行う。その結果、距離ΔＬｔとΔＬの差が微小量εよりも小さければステップＳＴ１５に進み、微小量ε以上であればステップＳＴ１６に進む。
【００３４】
ステップＳＴ１５では、次の工具侯補位置を次の補間点として出力し、この補間点算出処理を終了する。一方、ステップＳＴ１６では、ＸＹ平面の軌道データＴＲＪ上において次の候補点を再度計算する。このステップＳＴ１６が終了すると処理をステップＳＴ１２に戻し、それ以降の一連の処理を繰り返す。なお、ＸＹ平面の軌道データＴＲＪ上において次の候補点を求めるには、例えば二分法を用ればよい。この繰り返し計算によって、距離ΔＬにもっとも近い位置が次の工具侯補位置として得られる。
【００３５】
ここで、図８は図１に示した工具干渉計算部１６による、図６に示したステップＳＴ１２における工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。この図８では、ＸＹ平面上でｔｐ０ ≧ ｔｐ１ ≧ ｔｐ２ ≧ ・・・・ ≧ ｔｐｎとなり、工具中心座標値はＴＰ０ ≧ ＴＰ１ ≧ ＴＰ２ ≧ ・・・・ ≧ ＴＰｎとなるため、最終的な補間点としてはＴＰｎが採用される。この干渉回避の問題は、ＸＹ座標値を与えて工具ＴをそのＸＹ座標に曲面Ｓの上方に配置し、徐々に曲面Ｓに向かって工具を下ろしていったときに、最初に曲面Ｓに接触するＺ座標値を求める問題である。図８（ａ）は工具Ｔを対象曲面Ｓに投影して、干渉する曲面Ｓ上の多数のサンプル点と工具Ｔとの干渉をチェックし、工具Ｔが曲面Ｓと接する工具中心座標値ＴＰ０を求める方法である。また、同図（ｂ）は曲面Ｓのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔを求めておき、工具Ｔの工具中心座標値ＴＰ０をこのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔから得る方法である。この発明ではどちらの干渉回避方法を使用してもよい。
【００３６】
以上のようにして、図２に示したステップＳＴ７における補間点算出の処理が終了すると、次にステップＳＴ８に進んで、補間点計算部１５より出力された次の工具位置座標値と現在の工具位置座標値の差から、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸方向におけるパルス数ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを計算し、サーボ制御系にそのデータを渡す。次にステップＳＴ９において、終点まで到達したか否かの判断を行う。このステップＳＴ９における終点到達の判断は、上記ステップＳＴ２で求めた終点までの距離Ｌｅがゼロならば終点に到達したと判断して一連の処理を終了し、そうでなければステップＳＴ２に処理を戻す。
【００３７】
このようにして、この実施の形態１の数値制御システムによれば、図４に示すように、始点ＳＰから終点ＥＰまで、干渉回避された工具軌跡を生成することができる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、所定のサンプリングタイムΔＴ毎に実時間で、曲面Ｓとの干渉が回避された補間点が得られ、その変化量が直接サーボ制御系に、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸のパルスデータとして供給されるので、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭシステムでＮＣデータを作成する必要がなくなり、能率のよい曲面加工を実現することができるとともに、現場での工具変更などにも即座に対応することが可能になるという効果が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による数値制御システムを示すブロック図である。図において、１０は軌道データ生成部、１１はデータ入力手段としての指令データ入力部、１２は終点距離計算部、１３は速度指令出力部、１４は加減速制御部、１５は距離計算手段およびデータ出力手段としての補間点計算部、１６は工具位置計算手段としての工具干渉計算部、１７は速度パターン生成部で、図１に同一符号を付して示した各部に相当するものである。
【００４０】
また、１８は工具の現在位置と曲面データから設定すべき速度指令を計算して速度指令出力部１３を制御する周辺曲面状態監視部であり、曲面形状の評価を行って減速すべき領域をあらかじめ求めておく曲面評価手段、および工具位置がその減速すべき領域に近づいたときに、速度パターン生成部１７の速度指令出力部１３に対して減速した速度指令の生成を指示する速度指示手段として機能している。なお、この実施の形態２における上記速度指令出力部１３は、実施の形態１のそれと同様に、終点からの距離に応じて速度指令値を制御するが、周辺曲面状態監視部１８からの速度指令を優先して出力する。
【００４１】
次に動作について説明する。
なお、基本的な動作は実施の形態１の場合と同様であるため、ここでは周辺曲面状態監視部１８による曲面状態監視処理を中心に説明する。図１０はその曲面状態監視処理の手順を示すフローチャートである。周辺曲面状態監視部１８は、まずステップＳＴ２０において、与えられた曲面データからあらかじめ減速すべき部分を特定しておく。次にステップＳＴ２１に進み、特定しておいた減速すべき部分において曲面の曲率を計算し、その計算結果を保持しておく。以上がこの周辺曲面状態監視部１８が初期状態において行う処理である。
【００４２】
ここで、図１１は上記ステップＳＴ２０にて特定された減速すべき部分を示す説明図であり、曲面Ｓ上で減速すべき部分を求めた結果、領域Ａ１から領域Ａ６が減速すべき領域と判断されて特定されたことを意味している。なお、図中のＴＲＪは渦巻き状に定義された軌道データである。また、図１２は上記特定された減速すべき部分の具体的な形状の例を示した説明図である。図中の部分Ａ１１〜Ａ１４がその減速すべき部分であり、図１２（ａ）に示した部分Ａ１１，Ａ１２は曲面Ｓ１の曲率が大きい部分、同図（ｂ）に示した部分Ａ１３は曲面Ｓ１が不連続な部分、同図（ｃ）に示した部分Ａ１４は立ち壁の部分である。このような部分Ａ１１〜Ａ１４では工具の移動を減速させるべきであり、周辺曲面状態監視部１８はステップＳＴ２０において、あらかじめこの部分Ａ１１〜Ａ１４を認識して、減速すべき部分として特定しておく。
【００４３】
周辺曲面状態監視部１８は上記初期状態において行う処理が終了すると、以下に説明するステップＳＴ２２からＳＴ２５までの処理を繰り返し実行する。すなわち、ステップＳＴ２２では現在の工具座標値を入力する。次にステップＳＴ２３にて減速すべき部分と工具位置との距離を求める。このとき、すべての減速領域との計算は行わず、工具に近い減速領域だけを対象として計算すれば計算に要する時間を短縮できる。次にステップＳＴ２４に進み、ステップＳＴ２３で求めた減速すべき部分と工具位置との距離より、工具が減速領域に近いか否かを判定する。判定の結果、近くなければそのままステップＳＴ２２に処理を戻す。一方、減速領域に近ければステップＳＴ２５に分岐して、ステップＳＴ２１で保持しておいた曲率データに応じた速度指令を速度指令出力部１３に送出した後、ステップＳＴ２２に処理を戻す。
【００４４】
このように、この実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に、能率のよい曲面加工を行うことができ、現場での工具変更などにも即座に対応することが可能になるとともに、曲面の減速すべき部分に応じて工具の移動速度を減速させることができるので、精度のよい曲面加工を行うことができるという効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、所定のサンプリングタイム毎に工具の現在位置から次に配置すべき位置までの補間点が、曲面との干渉が回避されて実時間で得られ、その変化量が直接サーボ制御系に、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸のパルスデータとして供給されるため、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭシステムでＮＣデータを作成しておく必要がなくなって、ＮＣデータの作成と、そのＮＣデータを用いた曲面の加工という二つのプロセスにかかる時間が短縮されて、全体として能率のよい曲面加工を行うことができる数値制御システムが得られるとともに、現場での工具変更などにも即座に対応できる効果がある。
【００４６】
また、この発明によれば、減速すべき領域を特定しておき、工具位置がその領域に近づくと、減速した速度指令を生成するようにしているので、曲面の減速すべき部分に応じて工具の移動速度を減速させることが可能となり、より精度の高い曲面加工を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による数値制御システムを示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における全体動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における加工モードを示す説明図である。
【図４】実施の形態１における現在指令位置から終点位置までの距離計算の概念を示す説明図である。
【図５】実施の形態１における加減速制御を説明するための説明図である。
【図６】実施の形態１における補間点算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１における、距離ΔＬだけ離れた点を求めるための処理の概念を示す説明図である。
【図８】実施の形態１における工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２による数値制御システムを示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２における曲面状態監視処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２における特定された減速すべき部分を示す説明図である。
【図１２】実施の形態２における特定された減速すべき部分の具体的な形状の例を示す説明図である。
【図１３】従来の数値制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ 指令データ入力部（データ入力手段）、１５ 補間点計算部（距離計算手段，データ出力手段）、１６ 工具干渉計算部（工具位置計算手段）、１７速度パターン生成部（工具移動速度指令生成部）、１８ 周辺曲面状態監視部（曲面評価手段，速度指示手段）。
Claims (3)
- 加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、
前記データ入力手段より入力されたデータに基づいて、前記軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、
前記工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、前記工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、
前記工具の進行方向に前記距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、
現在の工具位置と前記工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えた数値制御システム。 - 工具移動速度指令生成部は、工具位置計算手段が算出した現在の工具位置と軌道データ上の目標位置に対する工具位置とを常に監視し、工具の現在位置が目標位置に近づいたときは減速した速度指令を生成することを特徴とする請求項１記載の数値制御システム。
- 加工対象の三次元の曲面データ、工具データ、工具を移動させるための軌道データを含む数値制御加工に必要なデータの入力を受けるデータ入力手段と、
前記データ入力手段より入力されたデータに基づいて、前記軌道データ上の工具の速度指令を生成する工具移動速度指令生成部と、
前記工具移動速度指令生成部の生成した速度指令に基づく速度とサンプリングタイムから、前記工具の次の位置までの距離を算出する距離計算手段と、
前記工具の進行方向に前記距離計算手段の算出した距離分だけ離れた次の工具位置を、加工対象の三次元の曲面と工具の干渉を回避して算出する工具位置計算手段と、
前記加工対象の三次元の曲面の形状を評価して、前記工具の速度を減速すべき領域をあらかじめ求めておく曲面評価手段と、
前記曲面評価手段の求めた減速すべき領域と工具位置との距離に基づいて、減速すべき領域に工具位置が近づいたと判定したときは、前記工具移動速度指令生成部に減速した速度指令の生成を指示する速度指示手段と、
現在の工具位置と前記工具位置計算手段の算出した次の工具位置から得られるＸ，Ｙ，Ｚ軸変化量をサーボ制御系に渡すデータ出力手段とを備えた数値制御システム。
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