JP4038185B2 - 数値制御方法 - Google Patents
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Description
2つの回転軸の位置決めごとに、それらの回転軸を所定角度ずつ旋回させて測定し、それらの回転軸の実際の方向ベクトルを求めている。従って、回転軸の位置決めごとに測定のための時間がかかるという問題と、回転軸の移動を含めた連続加工には使用できないという問題がある。又、2つある回転軸の回転中心はお互いに交叉していることを前提としており、2つの回転中心の間に乖離がある場合を考慮していない。さらに、主軸回転中心と回転軸の間の誤差を考慮していないという問題がある。
離または傾斜している場合においても、簡単で精度の高い加工、かつ回転軸の移動を含めた連続加工ができる数値制御方法を提供することにある。
主軸旋回中心の機械誤差のない基準位置と実際の主軸旋回中心のずれ量による変換行列によって工具長ベクトルが補正された実工具長ベクトルV3を求め、
前記第2回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第2回転軸への指令位置による変換行列によって前記実工具長ベクトルV3を前記第2回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第2回転軸のずれが補正された実工具長ベクトルV5を求め、
前記第1回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第1回転軸への指令位置による変換行列によって前記実工具長ベクトルV5を前記第1回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第1回転軸のずれが補正された実工具長ベクトルV7を求め、
前記実工具長ベクトルV7に指令位置ベクトルとワーク原点オフセットベクトルを加算し機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法である。
テーブル座標系上における指令位置に前記テーブル座標系原点のオフセットを加算して機械座標系上指令位置を求め、
前記第2回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第2回転軸への指令位置による変換行列によって前記機械座標系上指令位置を前記第2回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第2回転軸のずれが補正された第2回転軸回転位置を求め、
前記第1回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第1回転軸への指令位置による変換行列によって前記第2回転軸回転位置を前記第1回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第1回転軸のずれが補正された第1回転軸回転位置を求め、
前記第1回転軸回転位置に工具長ベクトルを加算して機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法である。
テーブル座標系上における指令位置に前記テーブル座標系原点のオフセットを加算して機械座標系上指令位置を求め、
前記テーブル回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記テーブル回転軸への指令位置による変換行列によって前記機械座標系上指令位置を前記テーブル回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記テーブル回転軸のずれが補正されたテーブル回転軸回転位置を求め、
前記工具ヘッド回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記工具ヘッド回転軸への指令位置による変換行列によって工具長ベクトルを前記工具ヘッド回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記工具ヘッド回転軸のずれが補正された工具長ベクトルを求め、
前記テーブル回転軸回転位置に工具長ベクトルを加算して機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法である。
1.本発明の第1の実施形態(工具ヘッド回転形の機械)
本発明の第1の実施形態として、工具ヘッド回転式の機械であって、直交するX,Y,Z軸の直線移動軸と、工具ヘッドに回転軸としてA軸(X軸周り)とC軸(Z軸周り)を備え、C軸がマスタ軸となり、C軸上でA軸が動作し、かつ、A軸、C軸の回転角が「0」のとき、工具方向はZ軸方向である工具ヘッド回転形の機械について説明する。
(1−1)ずれのない場合の機械位置の求め方
まず、回転軸中心や主軸旋回中心が位置ずれや傾きがなく本来の位置から乖離または傾斜がなく、ずれがない場合、すなわち、加工プログラム及び制御系が認識している回転軸中心や主軸旋回中心の位置及び方向と実際の位置と方向が一致している場合について説明する。
X,Y,Z軸の直線移動軸に対しては位置指令値P(x,y,z)及び回転軸のA軸、C軸に対しては位置指令R(a,c)が与えられたとき、機械位置Vm-H(X,Y,Z,1)Tは、次の1式によって求められる。
Vm-H=Mwo-H*Mp-H*Mc-H*Ma-H*Vt-H ……(1)
この1式において、Mwo-H,Mp-H,Mc-H,Ma-Hは変換マトリックスで、次の通りである。
この第1の実施形態において発生するずれは、(i)C軸回転中心のずれ、(ii)A軸回転中心のずれ、(iii)主軸旋回中心のずれである。これらずれを表すにあたって、関連する事項を次の記号で表す。また図2は、このずれを有する機械の位置の算出を説明する説明図である。
As-H:A=0,C=0の時の実際の主軸旋回中心
Cs-H:A=0,C=0の時の本来の主軸旋回中心(基準位置)
Ac-H:実際のC軸回転中心
Cc-H:本来のC軸回転中心(基準位置)
Aa-H:実際のA軸回転中心
Ca-H:本来のA回転中心(基準位置)
また、本来のC軸回転中心(基準位置)Cc-Hの軸とA軸回転中心(基準位置)Ca-Hの軸は直交するものとしている。
このずれを、実際のA軸回転中心Aa-Hから実際のC軸回転中心Ac-Hへの乖離距離のX,Y,Z軸各成分δac-H (δacx-H, δacy-H, δacz-H)と、C軸回転中心のこれらX,Y,Z軸の軸周りの回転ずれ(αc-H, βc-H, γc-H)で表す。
実際のA軸回転中心Aa-Hから実際のC軸回転中心Ac-Hへの乖離距離のX,Y,Z各成分は、実際のA軸回転中心から実際のC軸回転中心へのベクトルであり、これは、本来のC軸回転中心Cc-Hと本来のA軸回転中心Ca-Hの交点から実際のC軸回転中心Ac-Hへのベクトルをδc-H (δcx-H, δcy-H, δcz-H)とすると、δac-H=−δa-H+δc-H である。(なお、δa-Hは後述する。)
(αc-H, βc-H, γc-H):
実際のC軸回転中心Ac-Hが本来のC軸回転中心Cc-Hから、X軸周りにαc-H、Y軸周りにβc-H、Z軸周りにγc-H回転して傾斜したずれを表す。
このずれを、X,Y,Z軸の直線軸方向のずれδa-H (δax-H, δay-H, δaz-H)と、A軸回転中心のこれらの軸周りの回転ずれ(αa-H, βa-H, γa-H)で表す。
δa-H (δax-H, δay-H, δaz-H) :
本来のA軸回転中心Ca-Hから実際のA軸回転中心Aa-Hへの乖離距離のX,Y,Z各成分 (本来のC軸回転中心Cc-Hと本来のA軸回転中心Ca-Hの交点から実際のA軸回転中心へのベクトル)。
(αa-H, βa-H, γa-H) :
実際のA軸回転中心Aa-Hが本来のA軸回転中心Ca-Hから、X軸周りにαa-H、Y軸周りにβa-H、Z軸周りにγa-H回転して傾斜した誤差を表す。
このずれを、X,Y,Z軸の直線軸方向のずれδs-H (δsx-H, δsy-H, δsz-H)と、主軸旋回中心のこれらの軸周りの回転ずれεs-H(αs-H, βs-H, γs-H)で表す。
δs-H (δsx-H, δsy-H, δsz-H) :
実際の主軸旋回中心As-Hから本来の主軸旋回中心Cs-Hへの乖離距離のX,Y,Z各成分 (A,C=0の時の工具先端から実際の主軸旋回中心As-H上を工具長分(h)延ばした位置から本来のC軸回転中心Cc-Hと本来のA軸回転中心Ca-H との交点へのベクトル)。
εs-H(αs-H, βs-H, γs-H) :
実際の主軸旋回中心As-Hが本来の主軸旋回中心Cs-Hから、X軸周りにαs-H、Y軸周りにβs-H、Z軸周りにγs-H回転して傾斜した誤差を表す。なお、以降も含めて、回転角を表すα, β, γの単位はラジアンである。
上述したC軸、A軸、主軸の3つのずれ(直線移動軸成分の乖離距離と回転量)の何れかが1つある場合、このずれを考慮して、機械位置を求める必要がある。図2はこれらずれを考慮して機械位置を求める説明図であり、図3は、ずれのみを表した説明図である。また、図4〜図6は、これらずれを考慮して機械位置を求める原理説明図である。
Vm-H'=Mwo-H*Mp-H*Mc-H'*δac-H*Ma-H'*δa-H*δs-H*εs-H*Vt-H ……(2)
上記2式において、変換マトリックスMwo-H,Mp-Hは前述した通りであり他の要素は、次の通りである。
そして図2に示すように、ワーク座標系原点から位置指令値P(x,y,z)のベクトルを加えるマトリックスMp-Hをかけ、さらに機械原点とワーク原点オフセットベクトルを加えるマトリックスMwo-H をかけることによって、ずれがある機械において、そのずれを補正した指令位置における機械位置Vm-H'が求められる。
本発明の第2の実施形態として、2軸の回転軸でワークを取り付けるテーブルが回転する機械の例を説明する。図7に示すように、直交するX,Y,Z軸の直線移動軸と、テーブル3の回転軸としてA軸(X軸周り)とC軸(Z軸周り)を備え、A軸がマスタ軸となり、A軸上でC軸が動作し、かつ、A軸の回転中心Ca-TとC軸の回転中心Cc-Tは直交するものとする。また、工具方向はZ軸方向とする。
テーブル座標系(ワーク座標系)上のX,Y,Z座標に対する位置指令値P(x,y,z)、及び回転軸A,Cに対する位置指令R(a,c)が与えられているとき、機械位置Vm-T (X.Y.Z,1)Tは、次の3式によって求められる。
Vm-T=Mvt-T*Mad-T*Mcd-T*Mwo-T*P-T …………(3)
この3式における要素の各変換マトリックスは次の通りである。
この第2の実施形態(テーブル回転形)においては、(i)C軸回転中心のずれ、(ii)A軸回転中心のずれがあるものとする。そこで、
Ac-T :実際のC軸回転中心
Cc-T :本来のC軸回転中心(基準位置)
Aa-T :実際のA軸回転中心
Ca-T :本来のA軸回転中心(基準位置)
とすると、
実際のC軸回転中心Ac-Tの本来のC軸回転中心(基準位置)Cc-Tに対するずれを直線移動軸X,Y,Z方向のずれδc-T(δcx-T, δcy-T, δcz-T)と、該各軸周りの回転ずれ(αc-T, βc-T, γc-T)で表す。
δc-T(δcx-T, δcy-T, δcz-T) :
実際のC軸回転中心Ac-Tから本来のC軸回転中心Cc-Tへの乖離距離のX,Y,Z各成分である。本来のC軸回転中心Cc-Tと本来のA軸回転中心Ca-Tの交点から実際のC軸回転中心へのベクトルとして表す。
(αc-T, βc-T, γc-T):
実際のC軸回転中心Ac-Tが本来のC軸回転中心Cc-Tから、X軸周りにαc-T、Y軸周りにβc-T、Z軸周りにγc-T回転して傾斜しているずれとして表す。
実際のA軸回転中心Aa-Tの本来のA軸回転中心(基準位置)Ca-Tに対するずれを、次のように表す。
δa-T (δax-T, δay-T, δaz-T) :
本来のA軸回転中心Ca-Tから実際のA軸回転中心Aa-Tへの乖離距離のX,Y,Z各成分で表す。本来のC軸回転中心Cc-Tと本来のA軸回転中心Ca-Tの交点から実際のA軸回転中心へのベクトルで表す。
(αa-T, βa-T, γa-T) :
実際のA軸回転中心Aa-Tが本来のA軸回転中心Ca-Tから、X軸周りにαa-T、Y軸周りにβa-T、Z軸周りにγa-T回転して傾斜いるずれとして表す。
なお、この第2の実施形態では、工具長ベクトルVt-Tに対するずれはないものとする。
この第2実施形態におけるずれのある機械の機械位置は、上述したずれのない場合の機械位置を求める3式に対応する計算式は次の4式となる。
Vm-T' =Mvt-T*Mad-T' *Mcd-T' *Mwo-T*P-T ………(4)
4式に示す要素の変換マトリックスは次の通りである。
本発明の第3の実施形態として、1軸の回転軸(C軸)でテーブル3を回転させ、他の1軸の回転軸(B軸)で工具ヘッド1を回転させる機械とし、C軸はZ軸周り、B軸はY軸周りの回転とする。また、回転軸位置がともに0(B,C=0)の場合の工具方向はZ方向とする。
この第3の実施形態においては、次のデータが初期条件として与えられている。
・工具長ベクトルVt-M(0,0,h,1) T
・ワーク原点オフセット量WO-M (WOx-M,WOy-M,WOz-M,1) T
・C軸の回転中心Cc-M (Ccx-M,Ccy-M,Ccz-M,1)T
この第3の実施形態においては、X,Y,Zに対するテーブル座標系上の位置指令値P(x,y,z)、および回転軸B,C軸に対する位置指令値R(b,c)が与えられたとき、次の演算を行って工具長補正をした機械位置Vm-M(x,y,z,1)Tを求める。
Vp-M=Mcd-M*Mwo-M*P-M …………(5)
Vv-M=Mb-M*Vt-M …………(6)
とすると、
Vm-M=Vp-M+Vv-M …………(7)
上記5〜7式における各要素は以下の通りである。
また、工具長ベクトルVt-MにB軸を指令bだけ回転させる回転変換マトリックスMb-MをかけてB軸をbだけ回転させた工具長ベクトルVv-M を求める(6式)。
そして、上記7式に示すように、C軸を指令cだけ回転させた後の指令位置Vp-MにB軸をbだけ回転させた工具長ベクトルVv-Mを加算することによって、機械位置Vm-Mが求まる。
この第3の実施形態(工具ヘッド及びテーブル回転形)において発生するずれを、(i)C軸回転中心のずれ、(ii)B軸回転中心のずれとする。そこで、
Ac-M :実際のC軸回転中心
Cc-M :本来のC軸回転中心(基準位置)
Ab-M :実際のB軸回転中心
Cb-M :本来のB軸回転中心(基準位置)
とすると、
実際のC軸回転中心Ac-Mの本来のC軸回転中心(基準位置)Cc-Mに対するずれを直線移動軸X,Y,Z方向のずれδc-M(δcx-M, δcy-M, δcz-M)と、該各軸周りの回転ずれ(αc-M, βc-M, γc-M)で表す。
δc-M(δcx-M, δcy-M, δcz-M):
実際のC軸回転中心Ac-Mから本来のC軸回転中心Cc-Mへの乖離距離のX,Y,Z各成分である。
(αc-M, βc-M, γc-M):
実際のC軸回転中心Ac-Mが本来のC軸回転中心Cc-Mから、X軸周りにαc-M、Y軸周りにβc-M、Z軸周りにγc-M回転して傾斜しているずれを表す。
実際のB軸回転中心Ab-Mの本来のB軸回転中心(基準位置)Cb-Mに対するずれを、次のように表す。
δb-M(δbx-M, δby-M, δbz-M) :
本来のB軸回転中心Cb- Mから実際のB軸回転中心Ab- Mへの乖離距離のX,Y,Z各成分で表す。
(αb-M, βb-M, γb-M) :
実際のB軸回転中心Ab-Mが本来のB軸回転中心Cb-Mから、X軸周りにαb-M、Y軸周りにβb-M、Z軸周りにγb-M回転して傾斜していることを表す。
また、工具長ベクトルVt-Mに対するずれはないものとする。
この第3実施形態におけるずれのある機械の機械位置は、上述したずれのない場合の機械位置を求める5〜7式に対応する計算式は次の8〜10式となる。
Vp-M'=Mcd-M'*Mwo-M*P-M …………(8)
Vv-M'=Mb-M'*δb-M*Vt-M …………(9)
Vm-M'=Vp-M'+Vv-M' …………(10)
上記8〜10式における各要素は以下の通りである。
そして、上記10式に示すように、C軸を指令cだけ回転させた後の指令位置Vp-M'にB軸をbだけ回転させた工具長ベクトルVv-M'を加算することによって、機械位置Vm-M'が求まる。
主軸旋回中心が基準位置からずれている場合については、工具ヘッド回転形の機械の場合にのみ説明したが、同様にテーブル回転形機械、および、工具ヘッドおよびテーブルが回転する機械に対しても適用することができるものである。
又、回転軸の構成について、上述した各実施形態では、工具ヘッド回転形の機械の場合はC,A軸、テーブル回転形機械の場合はA,C軸、および、工具ヘッドおよびテーブルが回転する機械の場合はC,B軸、としたが、他の軸構成の機械の場合にも適用できるものであり、又、当然、1つの回転軸しか備えないものにも適用できるものである。
さらに、回転軸位置=0の時、工具方向はZ軸方向としたが、他の軸方向の場合にも当然適用できるものである。
CPU11は数値制御装置100を全体的に制御するプロセッサである。CPU11は、ROM12に格納されたシステムプログラムを、バス20を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。RAM13には一時的な計算データや表示データ及び表示器/MDIユニット70を介してオペレータが入力した各種データが格納される。CMOSメモリ14は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置100の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。CMOSメモリ14中には、インターフェイス15を介して読み込まれた加工プログラムや表示器/MDIユニット70を介して入力された加工プログラム等が記憶される。また、ROM12には、本発明のずれ補正を実施するための上述した1〜10式の演算処理を行うソフトウェアも格納されている。
2 工具
3 テーブル
Claims (3)
- 直線移動軸と工具ヘッド回転用の第1回転軸と前記第1回転軸の上に第2回転軸を有する機械の数値制御装置による数値制御方法であって、
主軸旋回中心の機械誤差のない基準位置と実際の主軸旋回中心のずれ量による変換行列によって工具長ベクトルが補正された実工具長ベクトルV3を求め、
前記第2回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第2回転軸への指令位置による変換行列によって前記実工具長ベクトルV3を前記第2回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第2回転軸のずれが補正された実工具長ベクトルV5を求め、
前記第1回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第1回転軸への指令位置による変換行列によって前記実工具長ベクトルV5を前記第1回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第1回転軸のずれが補正された実工具長ベクトルV7を求め、
前記実工具長ベクトルV7に指令位置ベクトルとワーク原点オフセットベクトルを加算し機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法。 - 直線移動軸とテーブル回転用の第1回転軸と前記第1回転軸の上に第2回転軸を有する機械の数値制御装置による数値制御方法であって、
テーブル座標系上における指令位置に前記テーブル座標系原点のオフセットを加算して機械座標系上指令位置を求め、
前記第2回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第2回転軸への指令位置による変換行列によって前記機械座標系上指令位置を前記第2回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第2回転軸のずれが補正された第2回転軸回転位置を求め、
前記第1回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記第1回転軸への指令位置による変換行列によって前記第2回転軸回転位置を前記第1回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記第1回転軸のずれが補正された第1回転軸回転位置を求め、
前記第1回転軸回転位置に工具長ベクトルを加算して機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法。 - 直線移動軸と工具ヘッド回転用の1つの回転軸とテーブル回転用の1つの回転軸を有する機械の数値制御装置による数値制御方法であって、
テーブル座標系上における指令位置に前記テーブル座標系原点のオフセットを加算して機械座標系上指令位置を求め、
前記テーブル回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記テーブル回転軸への指令位置による変換行列によって前記機械座標系上指令位置を前記テーブル回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記テーブル回転軸のずれが補正されたテーブル回転軸回転位置を求め、
前記工具ヘッド回転軸の機械誤差がない基準位置と実際の回転軸のずれ量と前記工具ヘッド回転軸への指令位置による変換行列によって工具長ベクトルを前記工具ヘッド回転軸に対する指令だけ回転させ、そのことによって前記工具ヘッド回転軸のずれが補正された工具長ベクトルを求め、
前記テーブル回転軸回転位置に工具長ベクトルを加算して機械位置を求め、
前記求められた機械位置へ前記直線移動軸及び前記回転軸を移動させることを特徴とする数値制御方法。
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