JP4327894B2 - 5軸加工機を制御する数値制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献2には、基準軸心に対する回転軸誤差と指令誤差に基づき加工原点を補正する技術が開示されている。この開示された技術では、回転軸依存並進補正が行われるのみであり、直線軸依存並進補正、直線軸依存回転補正、及び、回転軸依存回転補正を実行することはできない。
特許文献3には、回転軸のずれ量や主軸旋回中心のずれ量から、機械誤差がない場合の工具と加工物の相対関係が保持されるように補正する技術が開示されている。この開示された技術では、回転軸のずれ量や主軸旋回中心のずれ量を対象としているのみでは正確な補正が困難である。また、各軸座標系を分割した位置での補正量を格納しておき、その補正量から指令位置に依存した補正量を求める技術は開示されていない。
特許文献4には、回転軸位置(傾斜送り軸の割り出し角度)、工具長(工具主軸の前端面から使用の刃先までの距離)、前端面からテストバーの複数の基準点までの測定距離、基準点の測定位置に基づいて使用工具の刃先位置を演算する技術が開示されている。この技術では、直線軸3軸とヘッド回転用回転軸2軸による5軸加工機での回転軸依存回転補正が行われるのみであり、直線軸依存並進補正、直線軸依存回転補正、及び、回転軸依存並進補正を実行することは困難である。
請求項14に係る発明は、該分割点補正ベクトルは、長さが相違する複数のテストバーまたはボールエンドミルにおける測定ポイントの実測位置および理論位置によって求める請求項5〜請求項7のいずれか一つに記載の数値制御装置である。
図1は本発明の数値制御装置が制御する5軸加工機の一例である。図1に示される例は工具ヘッド11が回転する工具ヘッド回転型である。
−ΔXn、−ΔYn、−ΔZn(n=L、R)は、それらの座標系間のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の並進誤差を示している。これらの誤差はわずかの量であるが、図2では理解し易いように誇張して描いている。
指令直線軸位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)に基づく直線軸依存並進補正量(ΔXL、ΔYL、ΔZL)、直線軸依存回転補正量(ΔIL、ΔJL、ΔKL)、指令回転軸位置Pmr(Pmb、Pmc)に基づく回転軸依存並進補正量(ΔXR、ΔYR、ΔZR)、回転軸依存回転補正量(ΔIR、ΔJR、ΔKR)を求める一実施例について説明する。
まず、指令直線軸位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)に基づく直線軸依存並進補正量(ΔXL、ΔYL、ΔZL)、および、直線軸依存回転補正量(ΔIL、ΔJL、ΔKL)を求める方法について説明する。
ここでは、図3のように3次元座標系を格子状に分割して各格子点における格子点補正ベクトルから点Pmlの直線軸3軸位置における補正量ベクトルを求めたが、後述する2次元座標系と1次元座標系を組み合わせ、Pmlのうちの直線軸2軸位置における補正量ベクトルとPmlのうちの残りの直線軸1軸位置における補正量ベクトルとして求めることも可能である。また、1次元座標系を組み合わせ、Pmlのうちの直線軸1軸位置における補正量ベクトルと他の直線軸1軸位置における補正量ベクトルと残りの直線軸1軸位置における補正量ベクトルとして求めることも可能である。
該直線軸機械座標位置、および、指令された回転軸の回転位置に対して補間手段3で補間を行い各軸の機械座標位置を生成し、各軸(X、Y、Z、B(A)、C軸)の加減速処理部4x、4y、4z、4b(a)、4cでそれぞれ加減速を行った後、この各軸の加減速処理終了後の指令直線軸位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)に対して補正手段5において数1式〜数3式で求められる並進回転補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pml’(Pmx’、Pmy’、Pmz’)を求める。
この第2の実施形態の場合は、指令解析部1でプログラムのブロックを解析し、この解析結果の指令工具先端点位置に対して補間手段3で補間を行い、補間された工具先端点位置に対して工具長補正ベクトル加算要素2により工具長補正ベクトルT(Tx、Ty、Tz)を加算し、各軸の加減速処理部4x、4y、4z、4b(a)、4cでそれぞれ加減速を行った後の指令直線軸位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)に対して補正手段5において数1式〜数3式で求められる並進回転補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pml’(Pmx’、Pmy’、Pmz’)を求める。
そして、直線軸X軸、Y軸、Z軸はこの修正された修正直線軸位置Pml’(Pmx’、Pmy’、Pmz’)に、回転軸B(A)軸、C軸は加減速処理終了後の指令回転軸位置に各軸のサーボモータ6x、6y、6z、6b(a)、6cを駆動する。補正手段5において数1式〜数3式により並進回転補正量を算出する際に用いられる直線軸依存補正量、回転量依存補正量、および、工具長補正ベクトルの情報は、入力データ部7に予め格納されている。なお、この工具長補正ベクトルの情報は、工具長補正ベクトル加算要素2による情報を用いる。
該指令直線軸位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)に対して補正手段5において数1式〜数3式で求められる並進回転補正量を加算し、修正された修正直線軸位置Pml’(Pmx’、Pmy’、 Pmz’)を求め、修正直線軸位置および指令回転軸位置に対して補間手段3で補間を行い、補間された各軸(X、Y、Z、B(A)、C軸)の位置に対して加減速処理部部4x、4y、4z、4b(a)、4cでそれぞれ加減速を行い、各軸の加減速処理終了後の位置に各軸のサーボモータ6x、6y、6z、6b(a)、6cを駆動する。
また、ここでは、工具ヘッド回転型5軸加工機の実施例に合わせて、「誤差と補正量の関係は正負の関係」としたが、テーブルの誤差については「誤差と補正量の関係は同じ」とすることも可能である。「補正量はテーブル位置の誤差をテーブル位置で補正する量である」とすれば「誤差と補正量の関係は正負の関係」であり、「補正量はテーブル位置の誤差を工具位置で補正する量である」とすれば「誤差と補正量の関係は同じである」となる。後者の場合は、上記の各誤差−ΔIn、−ΔJn、−ΔKn(n=L、R)および−ΔXn、−ΔYn、−ΔZn(n=L、R)の負号を削除し、数11式、数12−1式、および図11における対応する要素の符号を反転する。さらに、補正量の設定については、誤差と同じベクトルを格子点補正ベクトルとする。
工具10はB軸回転で回転する。工具ヘッド11はZ軸で上下直線運動する。テーブル12はC軸回転で回転する。
また、ここでは、工具ヘッド回転型5軸加工機の実施形態に合わせて、「誤差と補正量の関係は正負の関係」としたが、テーブルの誤差については「誤差と補正量の関係は同じ」とすることも可能である。「補正量はテーブル位置の誤差をテーブル位置で補正する量である」とすれば「誤差と補正量の関係は正負の関係であり」、「補正量はテーブル位置の誤差を工具位置で補正する量である」とすれば「誤差と補正量の関係は同じ」となる。後者の場合は、上記の各誤差−ΔXC、−ΔYC、−ΔZC、−ΔIC、−ΔJC、−ΔKCの負号を削除し、数14式および数13式における対応する要素の符号を反転することになる。さらに、C軸依存並進補正量とC軸依存回転補正量の補正量の設定については、誤差と同じベクトルを格子点補正ベクトルとする。
同様の方法で、図16のように設定されたC軸依存補正テーブルからC軸座標系上の任意の点PmcにおけるC軸依存並進補正量(ΔXC、ΔYC、ΔZC)、C軸依存回転補正量(ΔIC、ΔJC、ΔKC)が算出される。
さらに、直線軸3軸のそれぞれについて、図14のような1次元座標系における分割点補正ベクトルの組み合わせで補正することも可能である。また、それらのうち1軸または2軸のみの分割点補正ベクトルの組み合わせで補正することも可能である。
並進誤差−Vel(−VeX、−VeY、−VeZ)は数20式のように求められる。
これが既に述べた補正量の6次元ベクトルVn(VnX、VnY、VnZ、VnI、VnJ、VnK)の(VnX、VnY、VnZ)に負号を付けたものに相当する。
変換行列の各要素は数1式などと同様に、回転誤差−Ver(−VeI、−VeJ、−VeK)の値が十分に小さいことを前提として変換行列における三角関数を近似している。
近似せずに三角関数による変換行列としてもよい。
2 工具長補正ベクトル加算要素
3 補間手段
4x〜4c 加減速処理部
5 補正手段
6x〜6c サーボモータ
7 入力データ部
10 工具
11 工具ヘッド
12 テーブル
Claims (14)
- テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸と回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
指令回転軸位置に基づいて回転軸依存並進補正量および回転軸依存回転補正量を求める回転軸依存補正量計算手段と、
該回転軸依存並進補正量および該回転軸依存回転補正量によって並進回転補正量を求める並進回転補正量計算手段と、
該並進回転補正量を指令直線軸位置に加算する補正量加算手段と、
該直線軸3軸は該補正量加算手段によって求められた位置へ該回転軸2軸は指令された位置へ駆動する手段を有する数値制御装置。 - テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸と回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
指令直線軸位置に基づいて直線軸依存並進補正量および直線軸依存回転補正量を求める直線軸依存補正量計算手段と、
指令回転軸位置に基づいて回転軸依存並進補正量および回転軸依存回転補正量を求める回転軸依存補正量計算手段と、
該直線軸依存並進補正量、該直線軸依存回転補正量、該回転軸依存並進補正量、および該回転軸依存回転補正量によって並進回転補正量を求める並進回転補正量計算手段と、
該並進回転補正量を指令直線軸位置に加算する補正量加算手段と、
該直線軸3軸は該補正量加算手段によって求められた位置へ該回転軸2軸は指令された位置へ駆動する手段を有する数値制御装置。 - 該直線軸依存補正量計算手段は、該直線軸3軸による3次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し直線軸3軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を該格子点補正ベクトルに基づいて計算する請求項2に記載の数値制御装置。
- 該回転軸依存補正量計算手段は、該回転軸2軸による2次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し回転軸2軸の位置における回転軸依存回転補正量と回転軸依存並進補正量を該格子点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1または請求項2のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 該回転軸依存補正量計算手段は、該回転軸2軸のうち一方の回転軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し他方の回転軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し回転軸2軸のそれぞれの位置における回転軸依存補正量を該分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項1または請求項2のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 該直線軸依存補正量計算手段は、該直線軸3軸のうち直線軸2軸による2次元座標系空間を各軸方向に所定間隔の格子状領域に分割し該格子状領域の各格子点における回転補正量と並進補正量の格子点補正ベクトルを格納し該直線軸2軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を該格子点補正ベクトルに基づいて計算するとともに、該直線軸3軸のうち他の直線軸1軸による1次元座標系空間を所定間隔に分割し該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し該直線軸1軸の位置における直線軸依存回転補正量と直線軸依存並進補正量を該分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項2に記載の数値制御装置。
- 該直線軸依存補正量計算手段は、該直線軸3軸のそれぞれに対して1次元座標系空間を所定間隔に分割し該所定間隔毎の分割点における回転補正量と並進補正量の分割点補正ベクトルを格納し該直線軸3軸のそれぞれの位置における直線軸依存補正量を該分割点補正ベクトルに基づいて計算する請求項2に記載の数値制御装置。
- テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
該並進回転補正量は、工具長補正ベクトルを並進回転補正して実工具長補正ベクトルを求め該実工具長補正ベクトルと工具長補正ベクトルとの差分として求める請求項1〜請求項7のいずれか一つに記載の数値制御装置。 - テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸とテーブル回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
該並進回転補正量は、テーブル回転中心から工具先端点位置へのベクトルである工具先端点ベクトルを並進回転補正して実工具先端点ベクトルを求め該実工具先端点ベクトルと工具先端点ベクトルとの差分として求める請求項1〜請求項7のいずれか一つに記載の数値制御装置。 - テーブルに取付けられた加工物に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸1軸とテーブル回転用回転軸1軸によって加工する5軸加工機を制御する数値制御装置において、
該並進回転補正量は、工具長補正ベクトルを並進回転補正し実工具長補正ベクトルを求め、かつテーブル回転中心から工具先端点位置へのベクトルである工具先端点ベクトルを並進回転補正して実工具先端点ベクトルを求め、該実工具先端点ベクトルと該工具先端点ベクトルとの差分と該実工具長補正ベクトルと該工具長補正ベクトルとの差分の和として求める請求項1〜請求項7のいずれか一つに記載の数値制御装置。 - 該指令直線軸位置および該指令回転軸位置はプログラム指令に基づいて補間された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 該指令直線軸位置および該指令回転軸位置はプログラム指令された直線軸3軸および回転軸2軸への位置である請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 該格子点補正ベクトルは、長さが相違する複数のテストバーまたはボールエンドミルにおける測定ポイントの実測位置および理論位置によって求める請求項3、請求項4、または請求項6のいずれか一つに記載の数値制御装置。
- 該分割点補正ベクトルは、長さが相違する複数のテストバーまたはボールエンドミルにおける測定ポイントの実測位置および理論位置によって求める請求項5〜請求項7のいずれか一つに記載の数値制御装置。
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