JP4945191B2 - Numerical control device for machine tools - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械において、加工物と工具とを互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作させる数値制御装置に関する。 The present invention relates to a numerical control device that causes a workpiece and a tool to overlap each other on a path that does not interfere with each other in a machine tool.
従来、加工物のコーナ部で連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせ、加工物と工具とを互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作させ、切削を伴わない早送り時間を短縮し、加工能率を改善する技術が知られている。例えば、特許文献1には、NCプログラムを作成するプログラマが、工具形状および加工物形状に基づいて、一方の早送りブロックの「バイパス量」(オーバーラップ量)を算出し、算出値をNCプログラム中の指定箇所に記述し、このプログラムを実行して加工物と工具とを「近回り経路」(オーバーラップ経路)上で相対移動させる制御方法および装置が開示されている。
この従来技術を図2、図3に例示するY−Z平面の加工モデルに従って説明する。図2に示すように、この加工モデルでは、加工物Wの一方のコーナ部で連続する早送りブロックN1と早送りブロックN2との間にオーバーラップ経路R1が設定されている。加工物Wの他方のコーナ部には、早送りブロックN5と早送りブロックN6との間にオーバーラップ経路R2が設定されている。これらのオーバーラップ経路R1,R2は、従来、プログラマがNCプログラム中にオーバーラップ量Q1,Q2を予め指定していた。 This prior art will be described in accordance with a YZ plane machining model illustrated in FIGS. As shown in FIG. 2, in this machining model, an overlap route R1 is set between the fast-forward block N1 and the fast-forward block N2 that are continuous at one corner of the workpiece W. In the other corner portion of the workpiece W, an overlap path R2 is set between the fast-forward block N5 and the fast-forward block N6. For these overlap paths R1, R2, conventionally, the programmer has previously specified the overlap amounts Q1, Q2 in the NC program.
このNCプログラムを実行した場合、早送りブロックが連続すると判定されると、図3に示すように、早送りブロックN1において、Y軸方向の目標位置までの残り移動量(斜線部分の面積)が算出され、残り移動量が予め指定されたオーバーラップ量Q1に達した時点(タイミングT1)で、早送りブロックN2におけるZ軸方向の移動が開始され、工具Tと加工物Wとがオーバーラップ経路R1上で相対送りされる。オーバーラップ経路R2に関しても同様の制御が行われ、早送りブロックN5において、Z軸方向の目標位置までの残り移動量が予め指定されたオーバーラップ量Q2に達した時点(タイミングT2)で、早送りブロックN6におけるY軸方向の移動が開始される。 When this NC program is executed, if it is determined that the fast-forward block is continuous, as shown in FIG. 3, the remaining amount of movement to the target position in the Y-axis direction (area of the hatched portion) is calculated in the fast-forward block N1. When the remaining movement amount reaches the overlap amount Q1 designated in advance (timing T1), movement in the Z-axis direction in the fast-forward block N2 is started, and the tool T and the workpiece W are moved on the overlap route R1. Relative feed. The same control is performed with respect to the overlap route R2, and when the remaining movement amount to the target position in the Z-axis direction reaches a predetermined overlap amount Q2 (timing T2) in the fast-forward block N5, the fast-forward block The movement in the Y-axis direction at N6 is started.
従来の制御方法によれば、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせることで、コーナ部の早送り時間を短縮することができる。しかし、従来方法によると、加工物および工具の形状に適したオーバーラップ量Q1,Q2をプログラマが予め計算し、NCプログラム中に指定する必要があった。このため、加工物の形状や工具の種類が変わるたびにオーバーラップ量を計算する面倒があり、プログラマの負担が増えるという問題点があった。また、コーナ部の形状が複雑な場合、工具と加工物との干渉を回避するために、オーバーラップ量を小さ目に指定して安全性を保証する必要があり、非切削時間の短縮効果が減少するという問題点もあった。 According to the conventional control method, the fast-forwarding time of the corner portion can be shortened by overlapping two consecutive fast-forwarding operations. However, according to the conventional method, it has been necessary for the programmer to calculate overlap amounts Q1 and Q2 suitable for the shapes of the workpiece and the tool in advance and specify them in the NC program. For this reason, each time the shape of the workpiece or the type of tool changes, there is a trouble of calculating the overlap amount, which increases the burden on the programmer. In addition, when the shape of the corner is complex, in order to avoid interference between the tool and the workpiece, it is necessary to specify a small overlap amount to ensure safety, reducing the effect of reducing non-cutting time There was also the problem of doing.
そこで、本発明の目的は、NCプログラムの実行中にオーバーラップ動作の開始位置を求め、プログラマの負担を軽減できるとともに、安全かつ時間効率のよいオーバーラップ制御を実行できる数値制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a numerical control device that can determine the start position of an overlap operation during the execution of an NC program, reduce the burden on the programmer, and can perform safe and time-efficient overlap control. It is in.
上記の課題を解決するために、本発明の数値制御装置は、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせ、加工物と工具とが互いに干渉しない経路上でオーバーラップ動作するように工作機械を制御する装置であって、工具形状および加工物形状を記憶する手段と、連続する二つの早送り動作をオーバーラップさせるためのオーバーラップ指令を解釈する手段と、オーバーラップ指令に従いオーバーラップ経路の開始位置を工具形状および加工物形状の記憶情報に基づいて算出する手段と、一方の早送り動作中に加工物と工具との相対位置がオーバーラップ経路の開始位置に達したときに他方の早送り動作を開始する手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the numerical control apparatus of the present invention controls two machine tools so that a workpiece and a tool overlap each other in a path where they do not interfere with each other by overlapping two rapid feed operations. A device for storing a tool shape and a workpiece shape, a means for interpreting an overlap command for overlapping two consecutive rapid traverse operations, and a start position of an overlap path according to the overlap command. The means for calculating based on the stored information of the tool shape and the workpiece shape, and when the relative position between the workpiece and the tool reaches the start position of the overlap path during one of the fast feed operations, the other rapid feed operation is started. Means.
ここで、オーバーラップ指令とは、早送り動作が連続する場合に、二つの早送り動作の間にオーバーラップ動作を設定する指令であって、好ましくは、オーバーラップ指令を切削送り指令と早送り指令とを含むNCプログラム中において、早送り指令に関連付けて指定しておくとよい。これとは別に、オーバーラップ指令をMDI(マニュアルデータインプット)方式により数値制御装置の操作パネル上でキー入力してもよく、数値制御装置の中に予めパラメータとして設定しておいてもよい。 Here, the overlap command is a command for setting the overlap operation between two rapid feed operations when the rapid feed operation is continuous. Preferably, the overlap command is a cutting feed command and a rapid feed command. In the NC program to be included, it may be specified in association with the fast-forward command. Apart from this, an overlap command may be key-inputted on the operation panel of the numerical controller by the MDI (manual data input) method, or may be set in advance in the numerical controller as a parameter.
オーバーラップ経路の開始位置とは、加工物と工具とが干渉を発生せずに相対移動可能な経路(図2に例示するオーバーラップ経路R1,R2)の開始位置(P1,P2)であって、連続する二つの早送り動作のうち、先行する早送り動作中に演算によって求められる。この開始位置を求めることで、開始位置と各送り軸の目標位置との間の距離(オーバーラップ量Q1,Q2)が決まり、開始位置と各送り軸の加減速度とに基づいてオーバーラップ経路も決まる。なお、オーバーラップ経路は、加工物のコーナ形状に応じ、直線または曲線とすることができる。 The start position of the overlap path is the start position (P1, P2) of the path (overlap path R1, R2 illustrated in FIG. 2) in which the workpiece and the tool can move relative to each other without causing interference. Of the two consecutive fast-forwarding operations, it is obtained by calculation during the preceding fast-forwarding operation. By determining the start position, the distance (overlap amount Q1, Q2) between the start position and the target position of each feed axis is determined, and the overlap path is also determined based on the start position and the acceleration / deceleration of each feed axis. Determined. The overlap path can be a straight line or a curved line depending on the corner shape of the workpiece.
また、本発明の数値制御装置は、加工物形状の変化を切削情報に基づいてシミュレーションし、シミュレーションの結果に従って加工物形状の記憶情報を更新する手段を備えたことを特徴とする。より具体的には、シミュレーション手段が、加工物形状および工具形状の記憶情報と直交3軸の切削情報とに基づき、加工物と工具とを仮想モデル上で模擬的に相対移動し、工具による加工物の切削量をリアルタイムに演算し、この演算結果により加工物形状の記憶情報を逐次更新する。 In addition, the numerical control apparatus of the present invention is characterized by comprising means for simulating a change in the workpiece shape based on the cutting information and updating the storage information of the workpiece shape according to the result of the simulation. More specifically, the simulation means relatively moves the workpiece and the tool on the virtual model on the basis of the workpiece shape and tool shape storage information and the orthogonal three-axis cutting information, and machining by the tool. The cutting amount of the workpiece is calculated in real time, and the storage information of the workpiece shape is sequentially updated based on the calculation result.
本発明の数値制御装置によれば、オーバーラップ経路の開始位置を加工中に算出するので、NCプログラムを作成する段階で予めオーバーラップ量を指定しておく必要がなくなり、プログラマの負担が軽くなるとともに、加工物と工具とが干渉しない範囲で最大限のオーバーラップ量を正確に算出して、時間効率のよい制御を実行できるという効果がある。 According to the numerical control device of the present invention, since the start position of the overlap path is calculated during machining, it is not necessary to specify the overlap amount in advance when creating the NC program, and the burden on the programmer is reduced. In addition, there is an effect that time-efficient control can be executed by accurately calculating the maximum overlap amount within a range in which the workpiece and the tool do not interfere with each other.
また、加工物形状の記憶情報をシミュレーションにより更新するので、加工物の同じ部位を複数回切削するような場合に、切削による形状変化に合わせて、オーバーラップ経路の開始位置を逐次変化させ、非切削の早送り時間をトータルに短縮できるという効果がある。 In addition, since the memory information of the workpiece shape is updated by simulation, when the same part of the workpiece is cut a plurality of times, the start position of the overlap path is sequentially changed according to the shape change due to cutting, There is an effect that the rapid feed time of cutting can be shortened in total.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図1はこの実施形態の数値制御装置の構成を機能的に示すブロック図、図2は該数値制御装置によるオーバーラップ制御を例示するY−Z平面の加工モデル図、図3は該加工モデルにおいてY軸およびZ軸の早送り速度の制御例を示す速度制御図、図4はオーバーラップ経路の開始位置を算出する方法を示すフローチャート、図5〜図9は該算出方法を図2の加工モデルに即して説明する模式図である。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram functionally showing the configuration of the numerical controller of this embodiment, FIG. 2 is a machining model diagram of the YZ plane illustrating the overlap control by the numerical controller, and FIG. 3 is a diagram of the machining model. FIG. 4 is a flow chart showing a method for calculating the start position of the overlap path, and FIGS. 5 to 9 show the calculation method in FIG. 2 as a machining model. It is a schematic diagram demonstrated according to it.
図1に示すように、この実施形態の数値制御装置10は、加工プログラム記憶部11と加工プログラム解釈部12とを備えている。解釈部12は、記憶部11に記憶された加工プログラムを解釈し、切削送り指令の場合は切削送り指令をX−Y−Z軸切削送り関数発生部13に送り、早送り指令の場合は早送り指令を対応するX軸早送り関数発生部14、Y軸早送り関数発生部15またはZ軸早送り関数発生部16に送る。そして、各関数発生部13,14,15,16が一定周期ごとに移動位置指令を発生し、この指令に従ってX軸サーボ制御部17、Y軸サーボ制御部18、Z軸サーボ制御部19が工作機械における直交3軸のサーボ制御を実行する。
As shown in FIG. 1, the
また、数値制御装置10には、加工物の形状を記憶する加工物形状記憶部20と、加工に使用する工具の形状を記憶する工具形状記憶部21と、切削による加工物の形状変化をシミュレーションする加工物切削シミュレーション部22とが設けられている。シミュレーション部22は、記憶部20,21から加工物形状および工具形状を読み出し、X−Y−Z切削送り関数発生部13から移動位置指令(切削情報)を入力し、これらの情報に基づいて工具を仮想モデル上で模擬的に移動し、加工物の削り取り量をリアルタイムに演算し、この演算結果により加工物形状記憶部20の記憶情報を逐次更新する。
The
さらに、数値制御装置10は、オーバーラップ開始位置算出部23とオーバーラップタイミング制御部24とを備えている。算出部23では、オーバーラップ指令に従いオーバーラップ経路の開始位置が算出される。オーバーラップ指令は、加工プログラム中の連続する二つの早送り指令のうち先行する指令に関連付けて指定され、加工プログラム解釈部12によって識別される。そして、解釈部12がオーバーラップ指令を含む早送りブロックの早送り情報と後続の早送りブロックの早送り情報とを算出部23に送り、算出部23が二組の早送り情報と加工物形状および工具形状の記憶情報とに基づいてオーバーラップ経路の開始位置を算出し、算出結果を二組の早送り情報と一緒にオーバーラップタイミング制御部24に出力する。なお、オーバーラップ指令がMDI入力またはパラメータ設定されている場合も、解釈部12はそれを判定し、早送りブロックの連続する場合、連続する二つの早送りブロックの早送り情報を算出部23に送り、同様の処理を行うようにすればよい。
Further, the
オーバーラップタイミング制御部24は、まず、先行する早送りブロックの早送り情報を対応する送り軸の早送り関数発生部14,15,16に送り、その送り情報に対応する関数を発生させる。更に、制御部24は早送り関数発生部14,15,16から移動位置指令を受け取り、現在の工具位置、好ましくは工具の刃先位置を監視し、刃先位置が算出部23にて求められたオーバーラップ経路の開始位置に達したときに、後続する早送りブロックの早送り情報を対応する早送り関数発生部14,15,16に送り、その送り情報に対応する関数を発生させる。
The overlap
これにより、図2、図3に例示するように、加工物Wの一つ目のコーナ部において、工具Tが先行する早送りブロックN1のオーバーラップ経路の開始位置P1に到達した時点(タイミングT1)で、Y軸の減速と同時にZ軸の加速が開始され、Y−Z平面上のオーバーラップ制御により、工具Tがオーバーラップ経路R1(傾きaの直線)上で早送りされる。同様に、二つ目のコーナ部では、工具Tが先の早送りブロックN5のオーバーラップ経路の開始位置P2に到達した時点(タイミングT2)で、Z−Y平面上のオーバーラップ制御が開始され、工具Tがオーバーラップ経路R2上で早送りされる。なお、図2に工具Tを送る加工例を示したが、加工物Wを送る場合、または加工物Wと工具Tの両方を送る場合も同様の制御を適用できる。 Thereby, as illustrated in FIGS. 2 and 3, at the first corner portion of the workpiece W, when the tool T reaches the overlap path start position P1 of the preceding fast-forward block N1 (timing T1). Thus, the acceleration of the Z-axis is started simultaneously with the deceleration of the Y-axis, and the tool T is fast-forwarded on the overlap path R1 (straight line a) by the overlap control on the YZ plane. Similarly, in the second corner portion, the overlap control on the ZY plane is started when the tool T reaches the start position P2 of the overlap path of the rapid traverse block N5 (timing T2). The tool T is fast-forwarded on the overlap route R2. In addition, although the example of a process which sends the tool T was shown in FIG. 2, the same control is applicable also when sending the workpiece W or sending both the workpiece W and the tool T.
次に、オーバーラップ経路の開始位置を算出する方法を図4〜図9に従って説明する。まず、連続する二つの早送りブロックの早送り情報に基づいてオーバーラップ経路の傾きaを算出する(図4:S1)。図2、図3の加工モデルの場合、オーバーラップ動作はY軸の減速とZ軸の加速とから構成されるので、両方の送り軸に関連する早送り情報中の加減速度に基づいてオーバーラップ経路R1の傾きaを算出する。次に、図5(a)に示すように、先行する早送りブロックN1の終点(目標位置)を通る傾きaの直線LAを求める(図4:S2)。 Next, a method for calculating the start position of the overlap route will be described with reference to FIGS. First, the slope a of the overlap path is calculated based on the fast-forward information of two consecutive fast-forward blocks (FIG. 4: S1). In the case of the machining models of FIGS. 2 and 3, since the overlap operation is composed of Y-axis deceleration and Z-axis acceleration, the overlap path is based on the acceleration / deceleration in the fast-forward information related to both feed axes. The slope a of R1 is calculated. Next, as shown in FIG. 5A, a straight line LA having a slope a passing through the end point (target position) of the preceding fast-forward block N1 is obtained (FIG. 4: S2).
続いて、図5(b)に示すように、加工物Wのコーナ部に形成された複数の頂点と直線LAとの距離D1,D2,D3,D4を算出する(図4:S3)。そして、図6(c)に示すように、直線LAとの距離が最も短い頂点Sを選択する(図4:S4)。次いで、図6(d)に示すように、頂点Sを通り、直線LAと平行で、早送りブロックN1,N2との交点を両端とする線分LBを求める(図4:S5)。続いて、図7(e)に示すように、線分LBを予め設定された距離だけ加工物Wから離れる方向(早送りブロックN1の終点方向)へ平行移動した線分LCを算出する(図4:S6)。 Subsequently, as shown in FIG. 5B, distances D1, D2, D3, and D4 between the plurality of vertices formed in the corner portion of the workpiece W and the straight line LA are calculated (FIG. 4: S3). Then, as shown in FIG. 6C, the vertex S having the shortest distance from the straight line LA is selected (FIG. 4: S4). Next, as shown in FIG. 6 (d), a line segment LB passing through the vertex S, parallel to the straight line LA and having the intersections with the fast-forward blocks N1 and N2 as both ends is obtained (FIG. 4: S5). Subsequently, as shown in FIG. 7E, a line segment LC obtained by translating the line segment LB in a direction away from the workpiece W by a predetermined distance (end point direction of the fast-forward block N1) is calculated (FIG. 4). : S6).
次に、図7(f)に示すように、工具Tを線分LC上で移動したときの包絡図形Fを求める(図4:S7)。次いで、図8(g)に示すように、包絡図形Fの輪郭線のうち加工物Wに最も近接する輪郭線Cを選択する(図4:S8)。図8(g)に示す工具Tの場合は、輪郭線Cが刃先ポイントAの移動軌跡と一致するが、図8(h)に示す工具T´の場合は、輪郭線Cが肩ポイントBの移動軌跡と一致する。その後、図9(i)に示すように、輪郭線Cを線分LCに重ねたときの刃先ポイントAの移動軌跡と早送りブロックN1との交点Kをオーバーラップ経路の開始位置として算出する(図4:S9)。図8(h)に示す工具T´の場合は、輪郭線Cと異なる刃先ポイントAの移動軌跡と早送りブロックN1との交点K´をオーバーラップ経路の開始位置として算出する。 Next, as shown in FIG. 7F, an envelope figure F when the tool T is moved on the line segment LC is obtained (FIG. 4: S7). Next, as shown in FIG. 8G, the contour C closest to the workpiece W is selected from the contours of the envelope figure F (FIG. 4: S8). In the case of the tool T shown in FIG. 8G, the contour line C coincides with the movement locus of the cutting edge point A. However, in the case of the tool T ′ shown in FIG. It matches the movement trajectory. Thereafter, as shown in FIG. 9 (i), the intersection K between the movement trajectory of the cutting edge point A when the contour C is superimposed on the line segment LC and the fast-forward block N1 is calculated as the start position of the overlap path (FIG. 9). 4: S9). In the case of the tool T ′ shown in FIG. 8 (h), the intersection point K ′ between the movement trajectory of the cutting edge point A different from the contour line C and the fast-forward block N1 is calculated as the start position of the overlap path.
以上説明した実施形態の数値制御装置10によれば、次のような作用効果が得られる。(1)オーバーラップ経路の開始位置P1,P2(図2参照)をNCプログラムの実行中に自動的に算出するので、NCプログラムの作成工程ではオーバーラップ量Q1,Q2を計算する必要がなくなり、プログラマの負担が軽くなり、プログラム作成に要する時間も大幅に短縮できる。
(2)コーナ部の形状が複雑な場合でも、オーバーラップ経路の開始位置P1,P2を計算ミスなく正確に求めることができ、加工物Wと工具Tとの干渉を確実に回避して、工作機械の損傷を未然に防止できる。
According to the
(2) Even when the shape of the corner portion is complicated, the overlap path start positions P1 and P2 can be accurately obtained without calculation errors, and it is possible to reliably avoid interference between the workpiece W and the tool T. Machine damage can be prevented in advance.
(3)加工物Wと工具Tとが干渉しない範囲で最大限のオーバーラップ量を正確に算出できるため、無駄時間が少なく安全性の高いオーバーラップ制御を効率よく実行できる。
(4)工具切削シミュレーション部22にて、加工物形状の記憶情報を切削情報に基づいてリアルタイムに更新するので、加工物Wの同じ部位を荒削りした後に仕上げ削りするような場合に、各工程の切削による形状変化に合わせ、オーバーラップ経路の開始位置P1,P2を逐次変化させ、全加工時間に占める非切削早送り時間の割合を大幅に減少させることができる。
(3) Since the maximum overlap amount can be accurately calculated within a range where the workpiece W and the tool T do not interfere with each other, it is possible to efficiently execute the overlap control with little dead time and high safety.
(4) The tool cutting
10 数値制御装置
12 加工プログラム解釈部
20 加工物形状記憶部
21 工具形状記憶部
22 加工物切削シミュレーション部
23 オーバーラップ開始位置算出部
24 オーバーラップタイミング制御部
W 加工物
T 工具
R1,R2 オーバーラップ経路
P1,P2 オーバーラップ開始位置
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