JP5745710B1 - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

数値制御装置（１）は、移動経路が振動を伴う加工である場合に、振動の振幅と加工対象に対する工具の送り速度の比率である振動振幅送り比率から、指令ブロックに基づいて生成される時間に対する移動経路である振動前進位置と、振動前進位置に振動の振幅を差し引いた振動後退位置と、の差である位相差を算出する位相差算出部（４８１）と、位相差を用いて振動前進位置と振動後退位置とを移動経路として駆動軸ごとに生成する移動経路生成部（４８２）と、振動条件を用いて、移動経路に重畳させる基準振動波形を駆動軸ごとに生成する振動波形生成部（４８３）と、基準振動波形を用いて、移動経路における振動移動量を駆動軸ごとに算出する振動移動量生成部（４８４）と、移動経路に振動移動量を加算した合成移動量を駆動軸ごとに生成する移動量合成部（４８５）と、を備える。

Description

本発明は、数値制御装置に関するものである。

従来では、旋削加工において、切削工具をワークに対して送り動作させる切削工具送り機構と、上記切削工具を低周波振動させて切削工具送り駆動モータを制御する制御機構と、を有する数値制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１から３参照）。この数値制御装置では制御機構は、各種設定を行う操作手段と、操作手段によって設定されたワークの回転数または切削工具１回転当たりの切削工具の送り量に応じて、切削工具を同期させて送り動作させる２５Ｈｚ以上の低周波で動作可能なデータとして、送り軸のイナーシャまたはモータ特性等の機械特性に応じた少なくとも切削工具送り機構の前進量、後退量、前進速度、後退速度が予め表にされて格納されている振動切削情報格納手段と、振動切削情報格納手段に格納されている当該データに基づいて切削工具送り駆動モータを制御してなるモータ制御手段と、を有している。これによって、補間経路に沿って前進、後退動作を繰り返すことによって、低周波振動を生成している。

特許第５０３３９２９号公報 特許第５１３９５９１号公報 特許第５１３９５９２号公報

上記特許文献１から３では、振動制御を前進移動と後退移動とに分割し、前進距離および速度、後退距離および速度をそれぞれ振動条件として個別に振動条件テーブルに定義することで、低周波振動切削における切削送り速度と振幅とを関係付けている。そのため、この振動条件テーブルに定義された振動条件に合致する切削送り速度以外の速度では、低周波振動を行うことができないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、低周波で振動させながら切削を行う数値制御装置において、任意の切削送り速度を自由に選択することができる数値制御装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる数値制御装置は、工具または加工対象に設けられた駆動軸によって、前記工具と前記加工対象とを相対的に振動を伴いながら移動経路に沿って移動させて前記加工対象の加工を行う数値制御装置であって、前記移動に際して指定される前記振動の振幅と前記加工対象に対する前記工具の送り速度の比率から、加工プログラム中の指令ブロックに基づいて生成される振動前進位置に対する振動後退位置の時間的な遅れを位相差として算出する位相差算出手段と、前記位相差に基づき前記振動前進位置と前記振動後退位置とを前記移動経路として前記駆動軸ごとに生成する移動経路生成手段と、前記移動経路に重畳させる基準振動波形に基づき前記移動経路における振動移動量を前記駆動軸ごとに算出する振動移動量生成手段と、前記移動経路に前記振動移動量を加算した合成移動量を前記駆動軸ごとに生成する移動量合成手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、振動前進位置に対する振動後退位置の時間的な遅れである位相差と加工プログラムとを用いて移動経路を生成するようにしたので、低周波振動切削においてユーザが任意の切削送り速度を自由に選択することができるという効果を有する。前記位相差は、振動の振幅と前記加工対象に対する前記工具の送り速度の比率から算出することができる他、パラメータや前記加工プログラムによって、前記工具と前記加工対象との振動を伴う相対的移動に際して指定することができる。

図１は、実施の形態１による数値制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、旋削加工を行う実施の形態１による数値制御装置の軸の構成を模式的に示す図である。 図３は、低周波振動を加えながら加工する方法を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態１による補間処理部での移動量算出処理の手順の一例を模式的に示す図である（その１）。 図５は、実施の形態１による補間処理部での移動量算出処理の手順の一例を模式的に示す図である（その２）。 図６は、振動振幅送り比率をパラメータとして記憶部に記憶した場合の加工プログラムとパラメータの一例を示す図である。 図７は、振動振幅送り比率を指定した加工プログラムの一例を示す図である。 図８は、Ｘ軸方向の時間に対する移動経路を示す図である。 図９は、実施の形態２による数値制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、位相差をパラメータとして記憶部に記憶した場合の加工プログラムとパラメータの一例を示す図である。 図１１は、位相差を指定した加工プログラムの一例を示す図である。 図１２は、Ｘ軸方向の時間に対する移動経路を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による数値制御装置の構成の一例を示すブロック図である。数値制御装置１は、駆動部１０と、入力操作部２０と、表示部３０と、制御演算部４０と、を有する。

駆動部１０は、加工対象および工具のいずれか一方または両方を少なくとも２軸方向に駆動する機構である。ここでは、数値制御装置１上で規定された各軸方向に加工対象または工具を移動させるサーボモータ１１と、サーボモータ１１の位置および速度を検出する検出器１２と、検出器１２によって検出される位置および速度に基づいて、加工対象または工具の位置や速度の制御を行う各軸方向のサーボ制御部１３（Ｘ軸サーボ制御部１３Ｘ、Ｚ軸サーボ制御部１３Ｚ、・・・。なお、以下では、駆動軸の方向を区別する必要がない場合には、単にサーボ制御部１３と表記する）と、を有する。また、加工対象を保持する主軸を回転させる主軸モータ１４と、主軸モータ１４の位置および回転数を検出する検出器１５と、検出器１５によって検出される位置および回転数に基づいて、前記主軸の回転を制御する主軸制御部１６と、を有する。

入力操作部２０は、キーボード、ボタンまたはマウスなどの入力手段によって構成され、ユーザによる数値制御装置１に対するコマンドなどの入力、または加工プログラムもしくはパラメータなどの入力が行われる。また、入力操作部２０は、切削送り速度を変更することができる切削送り速度変更部２０１を備える。切削送り速度変更部２０１は、たとえばダイアルによって構成され、ダイアルを回転することによって現在の切削送り速度を変更することができる。切削送り速度変更部２０１による切削送り速度の変更は、たとえば制御演算部４０が有するパラメータ４３１に入力される。表示部３０は、液晶表示装置などの表示手段によって構成され、制御演算部４０によって処理された情報が表示される。

制御演算部４０は、入力制御部４１と、データ設定部４２と、記憶部４３と、画面処理部４４と、解析処理部４５と、機械制御信号処理部４６と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）回路部４７と、補間処理部４８と、加減速処理部４９と、軸データ出力部５０と、を有する。

入力制御部４１は、入力操作部２０から入力される情報を受け付ける。データ設定部４２は、入力制御部４１で受け付けられた情報を記憶部４３に記憶させる。たとえば入力された内容が加工プログラム４３２の編集の場合には、記憶部４３に記憶されている加工プログラム４３２に編集された内容を反映させ、パラメータが入力された場合には記憶部４３のパラメータ４３１の記憶領域に記憶させる。

記憶部４３は、制御演算部４０の処理で使用されるパラメータ４３１、実行される加工プログラム４３２、表示部３０に表示させる画面表示データ４３３などの情報を記憶する。また、記憶部４３には、パラメータ４３１、加工プログラム４３２以外の一時的に使用されるデータを記憶する共有エリア４３４が設けられている。パラメータ４３１には、移動経路を作成する際の振動の振幅と送り速度との比率を規定した振動振幅送り比率４３１１が含まれていてもよい。振動振幅送り比率４３１１は、加工プログラム４３２ではなくパラメータ４３１で指定される場合に記憶される。また、パラメータ４３１には、振動条件が記憶されていてもよい。画面処理部４４は、記憶部４３の画面表示データ４３３を表示部３０に表示させる制御を行う。

解析処理部４５は、移動指令生成部４５１と、振動指令解析部４５２と、振動振幅送り比率解析部４５３と、を有する。移動指令生成部４５１は、１以上のブロックを含む加工プログラムを読み込み、読み込んだ加工プログラムを１ブロック毎に解析し、１ブロックで移動する移動指令を生成する。振動指令解析部４５２は、加工プログラムに振動指令が含まれているかを解析し、振動指令が含まれている場合に、振動指令に含まれる周波数と振幅などの振動情報を生成する。なお、この明細書においては、加工プログラムに含まれる振動指令の振幅は１ミクロン以上３００ミクロン以下であることが望ましい。これは、振幅が１ミクロンより小さいと、切削効率が悪くなり、またサーボ系が応答できなくなるからであり、振幅が３００ミクロンより大きいと、機械振動につながる虞があるからである。また、周波数は１０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが望ましい。これは、周波数が１０Ｈｚより小さいと振動切削の効果が得られなくなるからであり、３００Ｈｚよりも大きいとサーボ系が応答できなくなるからである。振動振幅送り比率解析部４５３は、加工プログラム中に振動振幅送り比率が含まれているかを解析し、含まれている場合には振動振幅送り比率を取得する。

機械制御信号処理部４６は、解析処理部４５によって、数値制御軸である駆動軸を動作させる指令以外の機械を動作させる指令としての補助指令を読み込んだ場合に、補助指令が指令されたことをＰＬＣ回路部４７に通知する。ＰＬＣ回路部４７は、機械制御信号処理部４６から補助指令が指令されたことの通知を受けると、この補助指令に対応する処理を実行する。

補間処理部４８は、位相差算出部４８１と、移動経路生成部４８２と、振動波形生成部４８３と、振動移動量生成部４８４と、移動量合成部４８５と、を有する。

位相差算出部４８１は、解析処理部４５または記憶部４３から取得した振動振幅送り比率から位相差を算出する。位相差は、指令に基づいて作成される振動前進位置に対する振動後退位置の時間的遅れを示している。

移動経路生成部４８２は、位相差算出部４８１で算出された位相差を用いて、単位時間である補間周期での各軸方向の時間に対する移動経路を生成する。ここでは、対象の指令ブロックに基づく時間に対する移動経路を振動前進位置とし、振動前進位置を位相差だけ時間を遅らせる方向に平行移動させて得られる移動経路を振動後退位置として求める。

振動波形生成部４８３は、解析処理部４５または記憶部４３から取得した振動指令から、工具または加工対象を振動させるための基準となる振動波形（以下、基準振動波形という）を各軸について生成する。基準振動波形は、時間に対する各軸方向の位置を示すものである。基準振動波形として、任意のものを用いることができるが、ここでは振動波形は三角波であるとする。この三角波は、振幅が１．０であり、周期は振動条件で指定される値を有する。

振動移動量生成部４８４は、各時間における振動前進位置と振動後退位置との差を求め、これに振動波形を掛け合わせた振動移動量を各軸について算出する。

移動量合成部４８５は、移動経路生成部４８２で生成された振動後退位置と、振動移動量生成部４８４で生成された振動移動量と、を加算して、単位時間である補間周期での各軸の合成移動量を算出する。

加減速処理部４９は、補間処理部４８から出力された各駆動軸の合成移動量を、予め指定された加減速パターンに従って加減速を考慮した単位時間当たりの移動指令に変換する。軸データ出力部５０は、加減速処理部４９で処理された単位時間当たりの移動指令を、各駆動軸を制御するサーボ制御部１３Ｘ，１３Ｚ，・・・と主軸制御部１６に出力する。

工具または加工対象を振動させながら加工を行うためには、上記したように、加工を行う際に、加工対象と工具とを相対的に移動させればよい。図２は、旋削加工を行う実施の形態１による数値制御装置の軸の構成を模式的に示す図である。この図では、紙面内に直交するＺ軸とＸ軸を設けている。図２（ａ）は、加工対象６１を固定し、たとえば旋削加工を行う旋削加工用工具である工具６２のみをＺ軸とＸ軸方向に移動させる場合であり、図２（ｂ）は、加工対象６１をＺ軸方向に移動させ、工具６２をＸ軸方向に移動させる場合である。これらのいずれの場合でも、移動させる対象である加工対象６１または工具６２にサーボモータ１１を設けることで、以下に説明する処理を行うことが可能となる。

図３は、低周波振動を加えながら加工する方法を模式的に示す図である。ここでは、紙面内に直交するＺ軸とＸ軸が設けられ、このＺＸ面内の移動経路１０１に沿って工具６２と加工対象とを相対的に移動させながら加工を行う場合が示されている。実施の形態１では、移動経路１０１に沿って工具６２を加工対象に対して相対的に移動させる際に、移動経路１０１をなぞるように工具６２を振動させるようにしている。すなわち、直線の区間では直線に沿って往復するように工具６２を振動させ、曲線の区間では曲線に沿って往復するように工具６２を振動させる。なお、工具６２を振動させるという記載は、工具６２の加工対象６１に対する相対的な運動であり、実際には図２に示したように、工具６２と加工対象６１のいずれを動かしてもよい。以下の説明も同様である。

つぎに、実施の形態１の数値制御装置１による移動経路算出方法について説明する。図４と図５は、実施の形態１による補間処理部での移動量算出処理の手順の一例を模式的に示す図である。

まず、解析処理部４５の移動指令生成部４５１で、加工プログラムの指令ブロックから始点と終点を含む移動指令が生成され、補間処理部４８に対して出力される。また、振動指令解析部４５２によって、加工プログラムに含まれるまたはパラメータで設定される周波数と振幅を含む振動条件が補間処理部４８に対して出力され、振動振幅送り比率解析部４５３によって、加工プログラムに含まれる振動振幅送り比率またはパラメータで設定される振動振幅送り比率が補間処理部４８に対して出力される。

その後、位相差算出部４８１は、解析処理部４５または記憶部４３から取得した振動振幅送り比率から位相差Ｗを求める。振動振幅送り比率Ｑは、時間に対する移動経路での振幅をＡとし、毎回転送り量である送り速度をＦとすると、次式（１）で示される。
Ｑ＝Ａ／Ｆ ・・・（１）

主軸１回転の所要時間をＴとし、Ｔの間の送り量はＦであるので、ある時点ｔ１から振幅Ａで振動しながら、毎回転送り量Ｆで進む場合の移動経路は、図４（ａ）中のＲ₃で示される。この移動経路Ｒ₃の山の位置を結んだ直線が振動前進位置Ｒ₁であり、谷の位置を結んだ直線が振動後退位置Ｒ₂である。また、振動前進位置Ｒ₁は、ここでは指令によって生成される移動経路と等しいものとする。振動前進位置Ｒ₁が０となる時刻をｔ０とすると、位相差Ｗは、次式（２）で示される。
Ｗ＝ｔ１−ｔ０ ・・・（２）

図４（ａ）に示される図から、位相差Ｗ、振幅Ａ、毎回転送り量Ｆおよび主軸１回転あたりの所要時間Ｔとの間には、次式（３）の関係があり、（３）式から位相差Ｗは、次式（４）となる。
Ａ／Ｗ＝Ｆ／Ｔ ・・・（３）
Ｗ＝ＡＴ／Ｆ＝ＱＴ ・・・（４）

位相差算出部４８１は、このように振動振幅送り比率と（４）式とを用いて、位相差Ｗを算出する。

ついで、移動経路生成部４８２は、対象となる指令から各軸方向での時間に対する移動経路を生成する。このとき、加工の種類が切削振動の場合には、位相差算出部４８１で算出された位相差を用いて、振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂の２種類の経路を作成する。

具体的には、振動前進位置Ｒ₁は、移動指令生成部４５１から取得した移動指令に基づいて生成される経路であり、移動終点に到達すると振動後退位置Ｒ₂が移動終点に到達するまで同じ位置に留まるように生成される。振動後退位置Ｒ₂は、振動前進位置Ｒ₁の移動開始後、位相差Ｗだけ待ってから移動開始する。このような規則に従って作成された軸方向の振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂とが、図４（ｂ）に示されている。

その後、振動波形生成部４８３は、移動経路に重畳させる基準振動波形を、振動指令解析部４５２からの振動条件を用いて生成する。具体的には、振動条件中の周波数を有し、振幅すなわち谷から山までの高さ、が１の振動波形を生成する。このとき、振動波形は、たとえば三角波などの予め定められた波形が用いられる。このような規則によって生成されたＸ軸方向とＺ軸方向の基準振動波形が、図４（ｃ）に示されている。この基準振動波形は、時間の関数となっている。

ついで、振動移動量生成部４８４は、各時間における振動前進位置と振動後退位置との差を求める。軸方向の振動前進位置と振動後退位置との差が、図４（ｄ）に示されている。さらに、振動移動量生成部４８４は、振動前進位置と振動後退位置との差に、振動波形生成部４８３で生成した基準振動波形を乗算し、振動移動量を算出する。すなわち、各軸方向で、図４（ｃ）のグラフと図４（ｄ）のグラフとを乗算して、振動移動量を算出する。このようにして算出された軸方向の振動移動量が、図４（ｅ）に示されている。

そして、移動量合成部４８５は、各軸について、移動経路生成部４８２で生成された振動後退位置と、振動移動量生成部４８４で生成した振動移動量と、を重畳、すなわち加算することで、時間に対する移動経路を生成する。このようにして生成された軸方向の移動経路Ｒ₃が、図５に示されている。

図５に示されるように、対象の指令に対応する移動経路Ｒ₃が目標位置に到達しても、移動経路Ｒ₃の振動後退位置が目標位置に到達するまでの間は、移動経路Ｒ₃が目標位置を超えることがない。その後、振幅を徐々に減少させながら移動経路Ｒ₃の振動後退位置が目標位置に到達する。そして、移動経路Ｒ₃の振動後退位置が目標位置に到達し、振動が収束すると、設定された振動振幅送り比率を有するようにつぎの振動を伴う指令が実行されることになる。以上で、移動量算出処理が終了する。

なお、上記した説明では、実施の形態の内容を分かり易く説明するために、加工プログラムの１ブロック単位で波形を計算しているが、実際には補間処理部４８で単位時間である補間周期ごとに計算が行われることになる。

なお、上記したように、振動振幅送り比率は、パラメータ４３１として記憶部４３に記憶してもよいし、加工プログラム中に設定してもよい。図６は、振動振幅送り比率をパラメータとして記憶部に記憶した場合の加工プログラムとパラメータの一例を示す図である。加工プログラム４３２は、図６（ａ）に示される行、すなわちブロックごとに読み込まれ、実行されていく。この加工プログラム４３２中のシーケンス番号「Ｎ０１」で示される指令「Ｇ０ Ｘ０．０；」は位置決め指令である。シーケンス番号「Ｎ０２」で示される指令「Ｇ１６５ Ｐ１；」で、指令「Ｇ１６５ Ｐ１」は振動切削制御モードの開始を意味するものである。

シーケンス番号「Ｎ０３」で示される指令「Ｇ９９ Ｇ１ Ｘ１０．０ Ｆ０．０５；」は、直線補間でＸ＝０．０からＸ＝１０．０まで移動する切削送りを実行することを示すものである。また、「Ｆ」とそれに続く数値は、主軸が１回転する間の切削送り量（たとえばｍｍ）を意味するものである。この例では、切削送り指令は、０．０５ｍｍ／ｒとなっている。なお、切削送り速度として、１分間当たりの切削送り量を用いてもよい。

シーケンス番号「Ｎ０４」で示される指令「Ｘ２０．０ Ｆ０．１０；」は、直線補間でＸ＝１０．０からＸ＝２０．０まで移動する切削送りを実行することを示すものである。この例では、切削送り指令が、０．１０ｍｍ／ｒとなっている。シーケンス番号「Ｎ０５」で示される指令「Ｇ１６５ Ｐ０；」は、振動切削制御モードの終了を意味するものである。また、図６（ｂ）に示されるように、パラメータ４３１には、振動振幅送り比率のパラメータ設定値として「２．０」が記憶されている。

図７は、振動振幅送り比率を指定した加工プログラムの一例を示す図である。この図７の内容は、図６（ａ）のものと基本的に同一である。ただし、シーケンス番号「Ｎ０２」の振動切削制御モードの開始の指令に、「Ｑ」で振動振幅送り比率が設定される点が図６（ａ）のものとは異なる。

図８は、Ｘ軸方向の時間に対する移動経路を示す図であり、（ａ）は図６または図７にしたがって生成された時間に対するＸ軸方向の移動経路を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡの部分を拡大した図であり、（ｃ）は（ａ）のＢの部分を拡大した図である。

図８（ａ）に示されるように、Ｘ＝０．０〜１０．０での加工と、Ｘ＝１０．０〜２０．０での加工で、ともに振動振幅送り比率は２．０となっている。また、Ｘ＝１０．０〜２０．０での切削送り速度は、Ｘ＝０．０〜１０．０切削送り速度の２倍となっている。

図８（ｂ）で、横軸は主軸１回転あたりの所要時間Ｔを示しており、縦軸はＸ軸位置を示している。振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂の傾きは、毎回転送り量Ｆに等しく、０．０５ｍｍである。また、振幅Ａは（１）式を変形して０．１０ｍｍであることが得られる。

一方、図８（ｃ）で、横軸は主軸１回転あたりの所要時間Ｔを示しており、縦軸はＸ軸位置を示している。振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂の傾きは、毎回転送り量Ｆに等しく、０．１０ｍｍである。また、振幅Ａは、（１）式を変形して、０．２０ｍｍである。すなわち、Ｘ＝１０．０〜２０．０の加工処理においては、Ｘ＝０．０〜１０．０の加工処理の場合に比して、切削送り速度が２倍になっているが、それに伴って振幅も２倍となっている。

なお、入力操作部２０の切削送り速度変更部２０１が操作され、切削送り速度が変更されると、上記で説明したように振動振幅送り比率は設定された値のままで、切削送り速度が動的に変更されることになる。たとえば、図８で、振動振幅送り比率はそのままで移動経路の傾きが変わることになる。なお、このように切削送り速度変更部２０１で切削送り速度が変更された場合にも、上記した処理と同様の処理が行われる。

実施の形態１では、パラメータに振動振幅送り比率を設定しあるいは加工プログラムに振動振幅送り比率を設定し、それに基づいて振動を伴う各軸方向の移動経路が生成される。これによって、低周波振動切削において、ユーザは切削送り速度を自由に選択することができるという効果を有する。

また、切削送り速度変更部２０１を設け、低周波振動切削中に切削送り速度を変更でき、振動振幅送り比率を維持した状態で、すなわち振幅が変更した切削送り速度の振動振幅送り比率倍となるように移動経路を変更するようにした。これによって低周波振動切削中においても、自由（リアルタイム、連続的）に切削送り速度を変更することができるという効果を有する。

さらに、主軸がある回転位相になった時間での移動経路上での第１軸位置と、主軸が１回転以上した後に上記回転位相になった時間での移動経路上での第２軸位置とを比較したときに、第１軸位置が進行方向に対して第２軸位置に比して移動始点に近い位置にある回転位相と、第２軸位置が進行方向に対して第１軸に比して移動始点に近い位置にある回転位相と、が存在するように振動振幅送り比率を設定することで、切削工具での切削の結果生じる切粉を細かく分断することができる。その結果、切削工具の寿命が延びるとともに、切粉の処理が容易になるという効果を有する。

実施の形態２．
実施の形態１では、低周波振動を伴う切削加工の際に、振動振幅送り比率を一定にして加工を行っていた。実施の形態２では、振動振幅送り比率の代わりに位相差を一定にして加工を行う場合について説明する。

図４（ａ）と式（４）において、主軸１回転あたりの所要時間Ｔを１とすると、位相差Ｗは振動振幅送り比率Ｑと等しくなる。すなわち、振動振幅送り比率Ｑの代わりに位相差Ｗを指定しても、実施の形態１と同様の処理を行うことが可能になる。

図９は、実施の形態２による数値制御装置の構成の一例を示すブロック図である。この数値制御装置１では、記憶部４３、解析処理部４５および補間処理部４８の構成が実施の形態１と異なる。

記憶部４３のパラメータ４３１には、振動振幅送り比率４３１１に代わって位相差４３１２が含まれていてもよい。位相差４３１２は、加工プログラム４３２ではなくパラメータ４３１で指定される場合に記憶される。位相差４３１２は、上記したように、移動指令で通るある位置での移動指令に基づいて作成される経路から、振動条件の振幅を減算したもの（時間）である。

解析処理部４５は、振動振幅送り比率解析部４５３に代わって、位相差解析部４５４を有する。位相差解析部４５４は、加工プログラム４３２中に位相差が含まれているかを解析し、含まれている場合には位相差を取得する。

補間処理部４８は、位相差算出部４８１を有しない構成となっている。また、移動経路生成部４８２は、位相差算出部４８１で算出された位相差を用いるのではなく、解析処理部４５または記憶部４３から取得した位相差を用いて単位時間である補間周期での各軸方向の時間に対する移動経路を生成する。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。

また、実施の形態２の数値制御装置１による加工方法は、図４（ａ）での位相差を算出する処理を行わない点を除いて、図４と同一であるので、その説明も省略する。

なお、上記したように、位相差は、パラメータ４３１として記憶部４３に記憶してもよいし、加工プログラム４３２中に設定してもよい。図１０は、位相差をパラメータとして記憶部に記憶した場合の加工プログラムとパラメータの一例を示す図である。図１０（ａ）に示される加工プログラム４３２は、実施の形態１の図６（ａ）で示したものと同様である。また、図１０（ｂ）に示されるように、パラメータ４３１には、位相差のパラメータ設定値として「２．０」が記憶されている。位相差は前進振動位置と後退振動位置との差であり、主軸１回転あたりの所要時間を１とする場合の倍率が設定されている。

図１１は、位相差を指定した加工プログラムの一例を示す図である。この図１１の内容は、実施の形態１の図７で示したものと基本的に同一である。ただし、シーケンス番号「Ｎ０２」の振動切削制御モードの開始の指令に、「Ｗ」で位相差が設定される点が図７のものとは異なる。「Ｗ」で指定される位相差は、ここでは主軸１回転あたりの所要時間を１とする倍率が設定される。

図１２は、Ｘ軸方向の時間に対する移動経路を示す図であり、（ａ）は図８のＡの部分を拡大した図であり、（ｂ）は図８のＢの部分を拡大した図である。これらの図で、横軸は主軸１回転あたりの所要時間Ｔを示しており、縦軸はＸ軸位置を示している。

図１２（ａ）で、振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂の傾きは、毎回転送り量Ｆに等しく、０．０５ｍｍである。また、振幅Ａは、（１）式を変形して、０．１０ｍｍである。これより、振動振幅送り比率は２．０となる。さらに、この図からわかるように、位相差Ｗは、振動後退位置Ｒ₂が０になる時刻ｔ１２と振動前進位置Ｒ₁が０になる時刻ｔ１１との差ｔ１２−ｔ１１である。そして、この位相差Ｗは、式（４）から２Ｔとなる。

一方、図１２（ｂ）で、振動前進位置Ｒ₁と振動後退位置Ｒ₂の傾きは、毎回転送り量である送り速度Ｆに等しく、０．１０ｍｍである。また、振幅Ａは、（１）式を変形して、０．２０ｍｍである。これより、振動振幅送り比率は２．０となる。さらに、位相差Ｗは、振動後退位置Ｒ₂が０になる時刻ｔ２２と振動前進位置Ｒ₁が０になる時刻ｔ２１との差ｔ２２−ｔ２１である。そして、この位相差Ｗは、式（４）から２Ｔとなる。

すなわち、Ｘ＝１０．０〜２０．０の加工処理においては、Ｘ＝０．０〜１０．０の加工処理の場合に比して、切削送り速度が２倍になっており、これに伴って振幅も２倍となっている。しかし、Ｘ＝１０．０〜２０．０の加工処理の場合も、Ｘ＝０．０〜１０．０の加工処理の場合も、位相差Ｗは一定である。また、位相差Ｗが一定ならば振動振幅送り比率Ｑも一定となることがわかる。その結果、位相差Ｗを振動振幅送り比率Ｑの代わりに指定しても、実施の形態１と同様の処理を行えることがわかる。

以上のように、実施の形態２では、振動振幅送り比率Ｑの代わりに位相差Ｗをパラメータ４３１または加工プログラム４３２で指定して加工を行うようにした。位相差Ｗが一定であれば振動振幅送り比率Ｑも一定であるので、このような場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、上記した説明では、加工プログラム上の移動経路について説明したが、加工プログラム上の移動経路は、一般的に加工プログラムの命令によって加工された後の加工対象の輪郭の軌跡を示すものである。そのような加工対象の輪郭を得るために、工具で切削するのであるが、加工対象に対して工具を移動させる際の工具の基準位置（たとえば工具の中心位置）の軌跡は、上記移動経路とは異なる。これは、工具の基準位置と刃先の位置とが一致していないためである。そこで、上記の加工プログラム上の移動経路が工具の基準位置となるように補正を行って補正経路を生成し、この補正経路に対して振動を加えるようにしてもよい。このような補正として、工具長補正、摩耗補正、ノーズＲ補正、その他回転方向の補正、あるいは３次元的な補正、機械誤差の補正などを例示することができる。

また、上記した実施の形態１，２は、ドリル加工に対しても適用することができる。

以上のように、本発明にかかる数値制御装置は、加工プログラムを用いた工作機械の数値制御に適している。

１ 数値制御装置、１０ 駆動部、１１ サーボモータ、１２ 検出器、１３ サーボ制御部、１３Ｘ Ｘ軸サーボ制御部、１３Ｚ Ｚ軸サーボ制御部、１４ 主軸モータ、１５ 検出器、１６ 主軸制御部、２０ 入力操作部、３０ 表示部、４０ 制御演算部、４１ 入力制御部、４２ データ設定部、４３ 記憶部、４４ 画面処理部、４５ 解析処理部、４６ 機械制御信号処理部、４７ ＰＬＣ回路部、４８ 補間処理部、４９ 加減速処理部、５０ 軸データ出力部、６１ 加工対象、６２ 工具、２０１ 切削送り速度変更部、４３１ パラメータ、４３２ 加工プログラム、４３３ 画面表示データ、４３４ 共有エリア、４５１ 移動指令生成部、４５２ 振動指令解析部、４５３ 振動振幅送り比率解析部、４５４ 位相差解析部、４８１ 位相差算出部、４８２ 移動経路生成部、４８３ 振動波形生成部、４８４ 振動移動量生成部、４８５ 移動量合成部、４３１１ 振動振幅送り比率、４３１２ 位相差。

Claims (8)

1. 工具または加工対象に設けられた駆動軸によって、前記工具と前記加工対象とを相対的に振動を伴いながら移動経路に沿って移動させて前記加工対象の加工を行う数値制御装置であって、
   前記移動に際して指定される前記振動の振幅と前記加工対象に対する前記工具の送り速度の比率から、加工プログラム中の指令ブロックに基づいて生成される振動前進位置に対する振動後退位置の時間的な遅れを位相差として算出する位相差算出手段と、
   前記位相差に基づき前記振動前進位置と前記振動後退位置とを前記移動経路として前記駆動軸ごとに生成する移動経路生成手段と、
   前記移動経路に重畳させる基準振動波形に基づき前記移動経路における振動移動量を前記駆動軸ごとに算出する振動移動量生成手段と、
   前記移動経路に前記振動移動量を加算した合成移動量を前記駆動軸ごとに生成する移動量合成手段と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記移動経路生成手段は、加工プログラム中の互いに異なる指令ブロックの移動経路を生成する場合に、前記比率を用いて各々前記移動経路を生成することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記送り速度を変化させる送り速度変更手段を備え、
   前記移動経路生成手段は、前記送り速度変更手段で変更された前記送り速度と前記比率とを用いて前記移動経路を生成することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 前記比率は、前記加工対象を回転させる主軸が所定の回転位相になった時間での移動経路上での第１軸位置と、前記主軸が１回転以上回転した後に前記回転位相になった時間での移動経路上での第２軸位置と、を比較したときに、前記第１軸位置が進行方向に対して前記第２軸位置に比して移動始点に近い位置にある回転位相と、前記第２軸位置が進行方向に対して前記第１軸位置に比して前記移動始点に近い位置にある回転位相と、が存在するように設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の数値制御装置。
5. 工具または加工対象に設けられた駆動軸によって、前記工具と前記加工対象とを相対的に振動を伴いながら移動経路に沿って移動させて前記加工対象の加工を行う数値制御装置であって、
   加工プログラム中の指令ブロックに基づいて生成される振動前進位置と、前記移動に際して指定される位相差を前記振動前進位置に加算した振動後退位置とを前記移動経路として前記駆動軸ごとに生成する移動経路生成手段と、
   前記移動経路に重畳させる基準振動波形に基づき前記移動経路における振動移動量を前記駆動軸ごとに算出する振動移動量生成手段と、
   前記移動経路に前記振動移動量を加算した合成移動量を前記駆動軸ごとに生成する移動量合成手段と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
6. 前記移動経路生成手段は、加工プログラム中の互いに異なる指令ブロックの移動経路を生成する場合に、前記位相差を用いて各々前記移動経路を生成することを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
7. 前記加工対象に対する前記工具の送り速度を変化させる送り速度変更手段を備え、
   前記移動経路生成手段は、前記送り速度変更手段で変更された前記送り速度と前記位相差とを用いて前記移動経路を生成することを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
8. 前記位相差は、前記加工対象を回転させる主軸が所定の回転位相になった時間での移動経路上での第１軸位置と、前記主軸が１回転以上回転した後に前記回転位相になった時間での移動経路上での第２軸位置と、を比較したときに、前記第１軸位置が進行方向に対して前記第２軸位置に比して移動始点に近い位置にある回転位相と、前記第２軸位置が進行方向に対して前記第１軸位置に比して前記移動始点に近い位置にある回転位相と、が存在するように設定されることを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の数値制御装置。

Images