JP3810454B2 - Cncの工具径補正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は工具径補正を行うCNCの工具径補正方法に関し、特に補正ベクトルを使用して工具径補正を行うCNCの工具径補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械を制御するCNC(数値制御装置)では、工具径補正方式として、指令プログラムで指令された形状に対して、予め設定されている工具の半径分のオフセット量を補正した経路で工具を移動させるようにしたものがある。
【0003】
図5は補正ベクトルによる工具径補正方式の一例を示す図である。ここでは、例えば指令ブロックN11,N12,N13,N14,N15によって指令加工経路L11が指令されているとする。CNC側では、指令ブロックを読み込んだときに、各指令ブロックの終点での補正ベクトルV11,V12,V13,V14を、工具半径値D11に基づいて演算し、その補正ベクトルV11,V12,V13,V14を結んだ工具経路L11aに従って工具を移動させる。これにより、オペレータは、工具の半径値を意識することなく、CNCパートプログラムを作成することができる。
【0004】
しかし、工具半径よりも小さいポケット加工の指令がなされた場合には、工具半径分のオフセットを行うとワークと工具が干渉し、切り込み過ぎを生じる恐れがある。
【0005】
図6は工具半径よりも小さいポケット加工の指令がなされたときの指令形状と補正ベクトルとの関係の一例を示す図である。図6のように、指令ブロックN21,N22,N23,N24,N25によって指令加工経路L21が指令されると、図5と同様に補正ベクトルV21,V22,V23,V24が工具半径D21に基づいて演算され、工具経路L21aが生成される。このとき、工具半径値D21よりポケット形状が小さいと、補正ベクトルV22とV23が交差した形で算出される。この補正ベクトルV22とV23に従って工具を移動させると、ワークと工具が干渉して、図7に示すように、実際の加工形状L22は、指令加工経路L21よりも切り込み過ぎた形になってしまう。
【0006】
そこで、従来の工具径補正方式では、図6のように補正ベクトルが交差した形で演算されたときに、指令加工経路とオフセット処理後の工具経路の移動方向が90°以上270°以下の範囲で相違する場合には、工具がワークと干渉すると判断し、N21の終点、すなわちN22の移動を開始する直前でアラームとして加工を停止するようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の加工現場においては、荒加工段階において実際の工具半径よりも大きい値の工具補正量を選択して荒削りを行い、徐々に工具補正量を実際のものに近づけることにより仕上げていく方法がある。この方法では、荒加工での補正量に対して実際の工具半径は小さいため、工具干渉と判断されても実害のない場合がある。この場合に工具干渉と判断されて加工が停止されるのは、作業効率上問題があった。
【0008】
そこで、従来は、アラーム停止させる設定のほかに、パラメータ等によって加工をそのまま続行させるように設定できるようにしている。しかし、実際に工具が干渉するか否かをオペレータが判断するのは困難であり、最良の設定を行うことは難しかった。
【0009】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、干渉の判断がなされた場合でも加工を停止することなく切り込みを防止することのできるCNCの工具径補正方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、補正ベクトルを使用して工具径補正を行うCNCの工具径補正方法において、指令プログラムの指令ブロックを複数ブロックを先読みし、前記先読みされたすべての指令ブロックについて工具径の補正ベクトルを演算し、前記演算された補正ベクトル同士が交差するか否かによって工具がワークに対して干渉するか判断し、補正ベクトル同士が交差し干渉すると判断された場合に前記干渉している指令ブロック範囲の先頭ブロックを工具半径分シフトした経路と前記干渉している指令ブロック範囲の最後の指令ブロックを工具半径分シフトした経路との交点を求めて、前記干渉を回避するための新たな補正ベクトルとして前記干渉している指令ブロック範囲のうち最後の指令ブロックを除いて各指令ブロックの終点から前記演算された交点への干渉回避ベクトルを演算し、演算された干渉回避ベクトルに従って工具の移動制御を行う、ことを特徴とするCNCの工具径補正方法が提供される。
【0011】
また、アラーム停止または干渉回避制御の何れを実行するかを設定し、前記アラーム停止の設定時には、干渉が判断された場合に、前記干渉回避ベクトル演算および前記移動制御の実行を回避して、アラーム停止を行うようにする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一形態を図面に基づいて説明する。
図1は本形態の機能の概念を示す図である。前処理手段2は、指令プログラム1内の移動指令のなされた指令ブロック1aを複数ブロック先読みする。補正ベクトル演算手段3は、先読みされたすべての指令ブロック1aについて工具8の工具径の補正ベクトルを演算する。干渉判断手段4は、演算された補正ベクトルに基づいて工具8のワーク9に対する干渉を判断する。干渉すると判断された場合、干渉回避ベクトル演算手段5は、干渉を回避するための新たな補正ベクトルとして干渉回避ベクトルを演算する。移動制御手段6は、演算された干渉回避ベクトルに従ってサーボモータ7を駆動し、工具8の移動制御を行う。
【0013】
図2は本形態のCNC(数値制御装置)のハードウェアの概略構成を示すブロック図である。CNCは、プロセッサ11を中心に構成されている。プロセッサ11は、ROM12に格納されたシステムプログラムに従ってCNC全体を制御する。このROM12には、EPROMあるいはEEPROMが使用される。
【0014】
RAM13には、SRAM等が使用され、一時的な計算データ、表示データ、入出力信号等が格納される。不揮発性メモリ14には、図示されていないバッテリによってバックアップされたCMOSが使用され、電源切断後も保持すべきパラメータ、指令プログラム、工具径補正データ、ピッチ誤差補正データ等が記憶される。
【0015】
CRT/MDIユニット20は、CNCの前面あるいは機械操作盤と同じ位置に配置され、データおよび図形の表示、データ入力、CNCの運転に使用される。グラフィック制御回路21は、数値データおよび図形データ等のディジタル信号を表示用のラスタ信号に変換し、表示装置22に送り、表示装置22はこれらの数値および図形を表示する。表示装置22には、CRTあるいは液晶表示装置が使用される。
【0016】
キーボード23は、数値キー、シンボリックキー、文字キーおよび機能キーから構成され、加工プログラムの作成、編集およびCNCの運転に使用される。ソフトウェアキー24は、表示装置22の下部に設けられ、その機能は表示装置に表示される。表示装置の画面が変化すれば、表示される機能に対応して、ソフトウェアキーの機能も変化する。
【0017】
軸制御回路15は、プロセッサ11からの軸の移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ16に出力する。サーボアンプ16は、この移動指令を増幅し、工作機械30に結合されたサーボモータを駆動し、工作機械30の工具とワークの相対運動を制御する。なお、軸制御回路15およびサーボアンプ16は、サーボモータの軸数に対応した数だけ設けられる。
【0018】
PMC(プログラマブル・マシン・コントローラ)18は、プロセッサ11からバス19経由でM(補助)機能信号、S(スピンドル速度制御)機能信号、T(工具選択)機能信号等を受け取る。そして、これらの信号をシーケンス・プログラムで処理して、出力信号を出力し、工作機械30内の空圧機器、油圧機器、電磁アクチュエイタ等を制御する。また、工作機械30内の機械操作盤のボタン信号、スイッチ信号およびリミットスイッチ等の信号を受けて、シーケンス処理を行い、バス19を経由してプロセッサ11に必要な入力信号を転送する。
【0019】
なお、図2ではスピンドルモータ制御回路およびスピンドルモータ用アンプ等は省略してある。
また、上記の例ではプロセッサ11は1個で説明したが、複数のプロセッサを使用してマルチプロセッサ構成にすることもできる。
【0020】
次に、本形態の工具径補正方法に具体的な処理について説明する。図3は本形態の工具径補正方法を説明するための加工形状および補正ベクトルの一例を示す図である。本形態では、図のように加工形状が指令プログラムにより与えられると、プロセッサ11の処理能力、メモリ容量に応じて可能な限り先の指令ブロックまで読み込んで解読する。ここでは指令ブロックN1の実行時に指令ブロックN8まで読み込んだ場合を示す。
【0021】
指令ブロックN1〜N8の指令形状を解読すると、各ブロック終点での補正ベクトルV1,V2a,V2b,V3,V4,V5,V6a,V6b,V7等をパラメータ設定された工具半径に基づいて演算する。ここで、指令ブロックN2およびN6の終点は、鋭角形状のため補正ベクトルはそれぞれ2個生成されている。
【0022】
こうして複数個先の指令ブロックの補正ベクトルが演算されると、全ての補正経路L1,L2a,L2b,L3,L4,L5,L6a,L6b,L7,L8の干渉をチェックする。このためには、例えば指令ブロックN1で言えば、その終点の補正ベクトルV1が、その他の指令ブロックの補正ベクトルV2a,V2b,V3,V4,V5,V6a,V6b,V7と交差するか否かを判断する。
【0023】
全てのパターンについて干渉チェックを行った結果、図の補正ベクトルV2a,V2b,V6a,V6bのように交差している補正ベクトルがあると、予めパラメータ設定により、アラーム停止設定か干渉回避制御設定かを判断し、アラーム停止設定になっていればアラーム停止する。一方、干渉回避制御設定になっていれば、以下の手順により、干渉回避ベクトルを演算して干渉回避経路を求める。
【0024】
干渉回避ベクトルを演算するためには、まず、補正経路が干渉している指令ブロック範囲(指令ブロックN2〜N7)の先頭の指令ブロックN2と最後の指令ブロックN7の補正経路L2aとL7との交点Paを求める。交点Paが求められると、補正ベクトルV2a〜V6b間の全ての補正ベクトルをキャンセルして、図4に示すように、指令ブロックN2〜N6の各補正ベクトルとして、交点Paに向く干渉回避ベクトルVC2,VC3,VC4,VC5,VC6を生成する。これを干渉回避ベクトルと呼ぶ。
【0025】
このように新たに生成した干渉回避ベクトルに従って指令ブロックN1〜N8までの加工を実行すると、指令ブロックN3〜N6では移動なしのブロックと判断されるので、実際の工具は、経路L1,LC2,LC7,L8に従って移動する。
【0026】
このように、本形態では、補正経路が干渉する場合には、干渉する範囲の経路を回避する干渉回避ベクトルを演算して、その干渉回避ベクトルを新たな補正ベクトルとするようにしたので、アラーム停止して作業が中断されたり、反対に干渉に気づかずにワークを切り込み過ぎてしまうことがない。特に荒加工時には有効である。
【0027】
また、本形態では、干渉回避ベクトルの目標点として、補正経路が干渉している指令ブロック範囲の先頭の指令ブロックN2と最後の指令ブロックN7の補正経路L2aとL7との交点Paとするようにしたので、干渉を回避しながらも指令形状により近い経路上で工具移動を行うことができる。
【0028】
また、本形態では、CNCの能力の許す範囲で実行中の指令ブロックよりもできるだけ先の指令ブロックまで読み込んで干渉判断を行うようにしたので、より正確な干渉判断を行うことができる。
【0029】
さらに、本形態では、干渉と判断された場合に、アラーム停止にするか干渉回避制御を行うかをパラメータ等で設定できるようにしたので、加工状況に応じたフレキシブルな対応が可能となる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、指令プログラムの指令ブロックを複数ブロック先読みし、先読みされたすべての指令ブロックについて工具径の補正ベクトルを演算し、演算された補正ベクトルに基づいて工具のワークに対する干渉を判断し、干渉すると判断された場合、干渉を回避するための新たな補正ベクトルとして干渉回避ベクトルを演算し、演算された干渉回避ベクトルに従って工具の移動制御を行うようにしたので、干渉の判断がなされた場合でも加工を停止することなく切り込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本形態の機能の概念を示す図である。
【図2】本形態のCNC(数値制御装置)のハードウェアの概略構成を示すブロック図である。
【図3】本形態の工具径補正方法を説明するための加工形状及び補正ベクトルの一例を示す図である。
【図4】干渉回避経路演算後の一例を示す図である。
【図5】補正ベクトルによる工具径補正方法の一例を示す図である。
【図6】工具半径よりも小さいポケット加工の指令がなされたときの指令形状と補正ベクトルとの関係の一例を示す図である。
【図7】切り込み過ぎた状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 指令プログラム
1a 指令ブロック
2 前処理手段
3 補正ベクトル演算手段
4 干渉判断手段
5 干渉回避ベクトル演算手段
6 移動制御手段
7 サーボモータ
8 工具
9 ワーク
11 プロセッサ
12 ROM
13 RAM
15 軸制御回路
16 サーボアンプ
30 工作機械
Claims (2)
- 補正ベクトルを使用して工具径補正を行うCNC工具径補正方法において、指令プログラムの指令ブロックを複数ブロック先読みし、
前記先読みされたすべての指令ブロックについて工具径の補正ベクトルを演算し、
前記演算された補正ベクトル同士が交差するか否かによって工具がワークに対して干渉するか判断し、
補正ベクトル同士が交差し干渉すると判断された場合に前記干渉している指令ブロック範囲の先頭ブロックを工具半径分シフトした経路と前記干渉している指令ブロック範囲の最後の指令ブロックを工具半径分シフトした経路との交点を求めて、前記干渉を回避するための新たな補正ベクトルとして前記干渉している指令ブロック範囲のうち最後の指令ブロックを除いて各指令ブロックの終点から前記演算された交点への干渉回避ベクトルを演算し、
演算された干渉回避ベクトルに従って工具の移動制御を行う、
ことを特徴とするCNCの工具径補正方法。 - アラーム停止または干渉回避制御の何れを実行するかを設定し、前記アラーム停止の設定時には、干渉が判断された場合に、前記干渉回避ベクトル演算および前記移動制御の実行を回避して、アラーム停止を行うことを特徴とする請求項1記載のCNCの工具径補正方法。
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