JP6487490B2

JP6487490B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP6487490B2
Application number: JP2017094997A
Authority: JP
Inventors: 孝文佐々木
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: JP2018190352A; US10520913B2; CN108873818A; US20180329391A1; CN108873818B; DE102018003638A1

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

テーブルに取付けられたワーク（加工物）が回転軸によって回転する機械を制御するプログラムを作成する際に、該プログラムに用いる座標系として、図５に示すような、ワークの回転と共に回転する座標系（以下、回転座標系とする）を用いる場合と、図６に示すような、ワークの回転と共に回転しない座標系（以下、非回転座標系とする）を用いる場合とがある。特に旋盤や、ＮＣ旋盤の持つ機能とマシニングセンタが持つ機能を併せ持つ複合加工機では、非回転座標系が使用されることがあり、その場合、プログラム指令点の間を補間する方法として以下に示す２つの方法がある。

●［方法Ａ：回転座標系上で補間を行う方法］
図７に示すように、非回転座標系（プログラム座標系）で指令される指令経路（図７（１））の出発点と指令点の座標を一度回転座標系上の点へと変換した上で変換した出発点と指令点の座標値に基づいて回転座標系上で指令速度に従って補間処理を実行し（図７（２））、補間した経路の各座標値を非回転座標系（プログラム座標系）上の座標値へ変換する（図７（３））。この方法は、例えば特許文献１などに開示されている。
●［方法Ｂ：非回転座標形上で指令速度に従って補間を行う方法］
図８に示すように、非回転座標系（プログラム座標系）で指令される指令経路（図８（１））の出発点と指令点の座標に基づいて、そのまま非回転座標系（プログラム座標系）上で指令速度に従って補間処理を実行する（図８（２））。

特開２００３−１９５９１７号公報

上記した方法Ａは、工具とワークの相対速度がプログラム指令で指令した指令速度Ｆとなるという長所があるが、プログラム座標系（非回転座標系）から見た補間経路が回転軸の影響を受けるため、指令経路に対して実際の経路がずれるという短所がある。例えば、直線補間指令時には非回転座標系（プログラム座標系）から見た実際の工具経路が直線にならない。
また、上記した方法Ｂは、非回転座標系（プログラム座標系）から見た補間経路が指令どおりとなるという長所があるが、一方で、非回転座標系（プログラム座標系）から見た工具の速度が指令速度となるため、工具とワークの相対速度がどのようになるかわからないという短所がある。

上記した両方法のそれぞれの短所は、プログラムのブロックにより指令される指令経路長が比較的長い場合に顕著となる。経路の影響を考えると方法Ｂが望ましいが、その場合、上記したように工具とワークの相対速度が指令速度にならないため、例えば、切削面の品質が落ちてしまうという問題が生じたり、レーザ加工においては、工具とワークの相対速度に応じてレーザの出力を制御する必要があるため、出力を一定にできないという問題が生じる。

そこで本発明の目的は、工具に対してワークを回転させながら加工を行う場合においても、指令経路に対して実際の経路がずれないようにしながら工具とワークとの相対速度を略一定に保つことを可能とする数値制御装置を提供することである。

本発明の数値制御装置では、補間処理を行う際に、最初に非回転座標系上で指令速度Ｆに従って仮補間を行い、その仮補間の始点と終点を回転座標系上に変換して回転座標系上での速度Ｆ’を求め、指令速度Ｆに対する速度Ｆ’の比率を求める。そして、求めた比率に基づいて指令速度Ｆを調整して非回転座標系上での本補間を行うことで、工具とワークとの相対速度を略一定に保つことを可能とする。

そして、本発明の一態様は、加工プログラムに基づいて複数の直線移動軸及び少なくとも１軸のテーブルの回転移動軸を有し工具を備えた加工機を制御して、テーブル上に固定されたワークを工具により連続的に加工するための数値制御装置において、前記加工プログラムから指令ブロックを読み出して解析し、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動指令データを生成する指令解析部と、前記移動指令データに基づいて補間処理を実行し、補間周期毎の補間データを生成して出力する補間部と、を備え、前記補間部は、非回転座標系上で前記加工プログラムにより指令される指令速度Ｆに従って仮補間処理を行い、該仮補間処理による補間経路の始点と終点を回転座標系上に変換して回転座標系上での速度Ｆ’を求め、前記指令速度Ｆに対する前記速度Ｆ’の比率ｒを求め、指令速度Ｆに対して前記比率ｒの逆数を掛けた速度で非回転座標系上で本補間処理を行う拡張補間部を備える、数値制御装置である。

本発明により、ブロック長が長くても工具とワークの相対速度が一定（指令速度）になることで、切削面の品質を一定にすることができ、また、レーザ加工では、レーザの出力を一定にした加工が実現できる。

一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。拡張補間処理の概要を説明する図である。拡張補間処理の流れを示す概略的なフローチャートである。回転座標系について説明する図である。非回転座標系について説明する図である。回転座標系上で補間処理をする場合の動作を説明する図である。非回転座標系上で補間処理をする場合の動作を説明する図である。

以下に本発明を実現するための数値制御装置の構成例を示す。ただし、本発明の数値制御装置の構成は下記の例に限定されるものではく、本発明の目的を実現可能なものであれば、どのような構成を採用しても良い。

図１は一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１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１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後述する表示器／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等が格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラムなどが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、加工プログラムを運転するために用いられる加工プログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理などを実行するための各種のシステム・プログラム（補間処理用のシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、直線３軸、回転２軸を備えた５軸加工機の場合には、軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は、直線軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、回転軸であるＡ軸、Ｃ軸との５軸に対してそれぞれ用意される。

スピンドル制御回路６０は、加工機への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、加工機のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。

図２は、拡張補間機能を実現するためのシステム・プログラムを図１で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、拡張補間機能のシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１００、補間部１１０、サーボ制御部１２０、スピンドル制御部１３０を備える。

指令解析部１００は、不揮発性メモリ１４から加工プログラム２００に含まれる指令ブロックを逐次読み出して、読み出した指令ブロックを解析し、主軸の送り速度の指令値Ｆを含む移動指令データや主軸回転数の指令値Ｓを含む主軸回転指令データを算出する。

補間部１１０は、指令解析部１００により算出された主軸の送り速度の指令値Ｆに基づいて、移動指令データにより指令される指令経路上の点を補間周期（制御周期）で補間計算した補間データを生成する。補間部１１０による補間処理は、補間周期（制御周期）毎に実行される。

また、補間部１１０は、主軸に対してワークを回転させる回転軸が駆動している場合に、通常の補間処理に代えて拡張補間処理を実行する拡張補間部１１２を備える。拡張補間部１１２は、主軸に対してワークを回転させる回転軸が駆動している場合に、以下の手順で工具とワークとの相対速度を略一定に保つ拡張補間処理を実行する。なお、非回転座標系と、回転座標系との間の座標値の変換方法については、特許文献１などにより既に公知となっているので、本明細書での説明は省略する。
●手順１）上記した方法Ｂで、非回転座標系上で指令速度に従って仮補間を行う。
●手順２）仮補間処理で得られた補間経路の始点と終点を回転座標系上に変換し、回転座標系上の速度Ｆ’を求める。
●手順３）プログラムにより指令される指令速度Ｆに対する速度Ｆ’の比率ｒを求める。
●手順４）指令速度Ｆに比率ｒの逆数を掛けた速度で、非回転座標系上での本補間処理を行う。

図３は、拡張補間処理の概要を示す図である。図３に示すように、拡張補間処理では、非回転座標系上で補間処理を行うこと補間経路が指令経路どおりになるようにすると共に、回転座標系上での速度に基づいて速度を調整することで工具とワークとの相対速度を略一定に保てるようにする。

サーボ制御部１２０は、補間部１１０が生成した補間データに基づいて制御対象となる機械の各軸を駆動するサーボモータ５０を制御する。
また、スピンドル制御部１３０は、主軸回転指令データに基づいて制御対象となる機械の主軸を回転させるスピンドルモータ６２を制御する。

図４は、図２で示した拡張補間部１１２上で実行される処理の概略的なフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］拡張補間部１１２は、非回転座標系上で仮補間処理を実行する。
●［ステップＳＡ０２］拡張補間部１１２は、ステップＳＡ０１の仮補間処理で得られた補間経路の始点と終点を回転座標系上の位置へと変換する。

●［ステップＳＡ０３］拡張補間部１１２は、ステップＳＡ０２で求めた回転座標系上での補間経路の始点と終点から回転座標系上での速度Ｆ’を算出する。
●［ステップＳＡ０４］拡張補間部１１２は、プログラムにより指令される指令速度Ｆに対する、仮補間処理の結果に基づいて算出された回転座標系上の速度Ｆ’の比率ｒを求める。

●［ステップＳＡ０５］拡張補間部１１２は、指令速度Ｆに比率ｒの逆数を掛けた速度を指令速度として、非回転座標系上での本補間処理を行う。
●［ステップＳＡ０６］拡張補間部１１２は、ステップＳＡ０５での本補間処理で得られた補間経路に基づいて、サーボ制御部１２０に対して補間データを出力する。
●［ステップＳＡ０７］拡張補間部１１２は、加工プログラム２００による軸の移動制御が継続しているか判定する。継続している場合にはステップＳＡ０１へ処理を移行し、移動制御が終了している場合には本処理を終了する。

以上の構成により、回転軸により工具に対してワークを回転させながら直線軸を制御してワークを加工する際に、加工プログラムのブロックにより指令される指令経路が長い場合であっても工具とワークの相対速度が一定（指令速度）に保たれるため、切削面の品質を一定にすることができるようになる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では主軸を備えた加工機を制御する場合の構成例を示しているが、例えば、レーザ加工機などのように、工具としてのレーザの出力を制御する機構を備えた加工機などにも本発明は適用可能である。本発明の数値制御装置によりレーザ加工機を制御する場合には、回転軸によりレーザ射出口に対してワークを相対的に回転させている場合においても、工具とワークとの相対速度を一定に保つことができるため、レーザの出力を一定にした加工が実現することができる。

また、上記した実施形態では、拡張補間部１１２を補間部１１０内に設けるように構成した例を示したが、拡張補間部１１２は補間部１１０の外部に設けるようにしても良い。

１数値制御装置
２切削工具
３刃
４ワーク
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５，１８，１９インタフェース
１６ＰＭＣ
１７Ｉ／Ｏユニット
２０バス
３０軸制御回路
４０サーボアンプ
５０サーボモータ
６０スピンドル制御回路
６１スピンドルアンプ
６２スピンドルモータ
６３ポジションコーダ
７０表示器／ＭＤＩユニット
７１操作盤
７２外部機器
１００指令解析部
１１０補間部
１１２拡張補間部
１２０サーボ制御部
１３０スピンドル制御部
２００加工プログラム

Claims

加工プログラムに基づいて複数の直線移動軸及び少なくとも１軸のテーブルの回転移動軸を有し工具を備えた加工機を制御して、テーブル上に固定されたワークを工具により連続的に加工するための数値制御装置において、
前記加工プログラムから指令ブロックを読み出して解析し、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動指令データを生成する指令解析部と、
前記移動指令データに基づいて補間処理を実行し、補間周期毎の補間データを生成して出力する補間部と、
を備え、
前記補間部は、非回転座標系上で前記加工プログラムにより指令される指令速度Ｆに従って仮補間処理を行い、該仮補間処理による補間経路の始点と終点を回転座標系上に変換して回転座標系上での速度Ｆ’を求め、前記指令速度Ｆに対する前記速度Ｆ’の比率ｒを求め、指令速度Ｆに対して前記比率ｒの逆数を掛けた速度で非回転座標系上で本補間処理を行う拡張補間部を備える、
数値制御装置。