JPH047707A - 工具軸補正方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は研削盤等の工具ヘッドの回転中心をオフセット
する工具軸補正方式に関し、特にクランク状に曲がった
工具ヘッドの回転中心をオフセットする工具軸補正方式
に関する。

〔従来の技術〕

研削盤のように工具ヘッドの先端に工具があり、工具ヘ
ッドが回転できるように構成された工具ヘッドがある。

これらの工具ヘッドはワークの法線方向に工具ヘッドの
軸を制御して、加工を行う。

ここで、工具ヘッドの軸を工具軸と称する。このような
制御は法線方向制御といわれ、工具軸が常にワークの法
線方向にあり、工具ヘッドの回転中心と工具のワークに
接する面までの距離を径とする法線方向補正ベクトルを
生成して工具ヘッドの回転中心の工具軸補正を行ってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、クランク状に曲がった工具ヘッドがある。この
ような工具ヘッドでは、従来の法線方向補正ベクトルだ
けでは、工具ヘッドの回転中心の工具軸補正を行うこと
ができなかった。また、塗装用のノズル等でもノズルの
形状が直線でなく、クランク軸状に曲がったものがあり
、これらのノズルのオフセットも同様に従来の工具軸補
正方式を適用することができない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ク
ランク状に曲がった工具ヘッドの回転中心の工具軸補正
方式を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的はクランク状に曲がったノズル
のオフセットを行うようにした工具軸の工具補正方式を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するた杓に、工具ヘッドの回
転中心をオフセットする工具軸補正方式において、前記
回転中心をワークの法線方向にオフセットする法線方向
補正ベクトルを求め、前記回転中心と、前記法線との距
離をオフセットする垂直方向補正ベクトルを求め、前記
法線方向補正ベクトルと、前記垂直方向補正ベクトルと
を合成して工具軸補正ベクトルを求と、前記工具ヘッド
の前記回転中心をオフセットすることを特徴とする工具
軸補正方式が、提供される。

〔作用〕

まず、工具ヘッドの回転中心を法線方向に補正する法線
方向補正ベクトルを求める。ついで、工具ヘッドの回転
中心をワークの法線に対して、垂直方向に補正する垂直
方向補正ベクトルを求約る。

この両者の合成ベクトルが、求める工具ヘッドの回転中
心の工具軸補正ベクトルとなる。この工具軸補正によっ
て、工具ヘッドの工具軸がワークの法線方向を向き、工
具の加工点が正しく、ワークの加工点に置かれる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の工具軸補正方式を説明するための図で
ある。工具ヘッド１はクランク状に曲がっており、点Ｐ
ｃは工具ヘッド１の回転中心である。また、工具へラド
１の先端に研削工具２があり、研削工具２は点Ｐｔを中
心にして回転する。

ワーク３の点Ｐｗでの法線４上に研削工具２の中心Ｐｔ
があり、点Ｐｗでのワーク３の接線方向５に研削工具２
が進めばよい。このた約、工具ヘッド１は点Ｐｃを中心
として回転できるように構成されており、法線４が、す
なわち工具ヘッド１の部分１ａの向きが法線４に一致す
るように制御される。

これを満足するた約に、工具ヘッド１の回転中心Ｐｃは
ワーク３の接線５から距離Ｒ離れ、また、法線４に対し
て、距離り離れた位置に有ればよい。

いい変えれば、工具ヘッドの回転中心ＰＣを、長さＲで
方向が法線４の方向を有する法線方向補正ベクトル６Ｒ
と、長さがＬで、方向が接線５の方向である垂直方向補
正ベクトル６Ｌとの合成ベクトルである工具軸補正ベク
トル６だけオフセットすればよい。従って、このような
工具軸補正ベクトル６を求めて、プログラム通路から工
具ヘッド１の回転中心Ｐｃをオフセットすれば、ワーク
３を加工することができる。勿論、このとき工具ヘッド
１は工具ヘッドの先端部１ａの向きが、法線４と一致す
るようにＣ軸により回転制御される。

第２図は本発明の工具軸補正方式を適用したプログラム
の例を示す図である。点Ｐｓはスタート点である。第２
図で、７はプログラム通路を、破線８は工具ヘッドの回
転中心Ｐｃの通路を示す。

最初のプログラム指令は以下の通りである。

Ｇ４１　　ＧＯＩ　　Ｘ１０．ＯＤＯＩ；Ｇ４２．１； ここでは、Ｇ４１は工具軸補正指令であり、Ｇｏｌは直
線補間、Ｘ１０．０はＸ軸の移動量、Ｄｏｌは法線方向
補正ベクトルの番号を指定する。このときの法線方向補
正ベクトルの大きさは１０゜０ｍｍである。この法線方
向補正ベクトルの大きさは数値制御装置内の不揮発性メ
モリに格納されている。

Ｇ４２．１は法線方向工具補正指令であり、研削工具２
の進行方向に対して、右側に法線方向補正ベクトルを設
定することを指令する。この指令により、第１図の工具
中心ＰｃはＰｉｃａに移動する。点Ｐ１はプログラム上
の移動点である。すなわち、研削工具２とワークが接す
る点である。

ベクトルＶＩＰは法線方向補正ベクトルであり、第１図
の法線方向補正ベクトル６Ｒに相当する。

ただし、第２図では、法線方向補正ベクトルＶＩＲの向
きを第１図の法線方向補正ベクトル６Ｒと逆に表示して
いる。

次のプログラムを以下のように指令する。

Ｇ４１．２　　Ｌ５．Ｏ； ここで、Ｇ４１．２は垂直方向工具軸補正指令であり、
法線方向を向いて、左側に垂直方向補正ベクトルを生成
する。（右側に垂直方向補正ベクトルを生成する指令は
Ｇ４２．２である。）この垂直方向補正ベクトルの大き
さはして指定され、５゜０ｍｍである。この垂直方向補
正ベクトルＶＩＬは第１図の垂直方向補正ベクトル６Ｌ
に相当する。

この垂直方向工具軸補正指令によって、工具ヘッドの回
転中心Ｐｃは点ＰＩＣに進み、研削工具２は点Ｐ１でワ
ークと接する。

次に、プロクラム、 Ｇ９１　　ＧＯＩ　　Ｘ２０．０； により、プロクラム通路は点Ｐ１から、点Ｐ２へ進み、
工具へラド１の回転中心点Ｐｃは点Ｐ２Ｃに進む。ベク
トルＶ２Ｒは法線方向補正ベクトル、ベクトルＶ２Ｌは
垂直方向補正ベクトルである。

同様にプログラム指令、 ＧＯ２Ｘ２０．ＯＹ−２０，ＯＲ２０゜０； により、プログラム通路は点Ｐ２から、点Ｐ３へ進み、
工具ヘッド１の回転中心点Ｐｃは点Ｐ３Ｃに進む。ベク
トルＶ３Ｒは法線方向補正ベクトル、ベクトルＶ３Ｌは
垂直方向補正ベクトルである。

さらに、プログラム指令、 ＧＯＩ　　Ｙ−１０，０； により、プログラム通路は点Ｐ３から、点Ｐ４へ進み、
工具ヘッドの回転中心点Ｐｃは点Ｐ４Ｃに進む。ベクト
ルＶ４Ｒは法線補正方向ベクトル、ベクトルＶ４Ｌは垂
直方向補正ベクトルである。

次に、プログラム指令、 Ｇ４０．２； により、垂直方向補正ベクトルがキャンセルされ、工具
ヘッドの回転中心ＰｃはＰ４ＣからＰ５Ｃへ行き、点Ｐ
５Ｃ１へ進む。すなわち、垂直方向補正ベクトルＶ５Ｌ
がキャンセルされる。

さらに、プログラム指令、 Ｇ４０．１ によって、法線方向補正ベクトルＶ５Ｒがキ丁ンセルさ
れる。また、プロクラム指令、 Ｇ４０　　Ｘ−５０，Ｏ； によって、プロゲラｌ、通路、工具ヘッドの回転中心Ｐ
ｃともに、点Ｐｅに戻る。

第３図は本発明の工具軸補正方式の工具軸補正ベクトル
を生成するた約の機能を示すブロック図である。加ニブ
ログラム１０１は前処理手段１０２で解読され、法線方
向工具軸補正指令は法線方向補正ベクトル演算手段１０
４に、垂直方向工具軸補正指令は垂直方向補正ベクトル
演算手段１０５に送られる。

法線方向補正ベクトル演算手段１０４は法線方向補正ベ
クトルを演算し、垂直方向補正ベクトル１０５は垂直方
向補正ベクトルを演算し、それぞれのＸ軸、Ｙ軸成分は
加算器１０６ａ、１０６ｂで加算され、工具軸補正ベク
トルとして補間手段１０３に送られる。補間手段１０３
は前処理手段１０２からのＸ軸、Ｙ軸の移動量と工具軸
補正ベクトルとを加算して、工具ヘッド１の回転中心Ｐ
Ｃの移動点を求め、これを補間して、補間パルスＸＰ、
ＹＰを一定周期で出力する。なお、上記のブロック図で
はＣ軸の回転制御は省略されている。

第４図は本発明の工具軸補正方式のフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔Ｓ１〕法線方向工具軸補正指令があればＳ２へ進み、
なければＳ５へ進む。

〔Ｓ２〕法線方向補正ベクトル演算手段１０４は法線方
向補正ベクトルを演算する。

〔Ｓ３〕垂直方向工具軸補正指令があるか調べ、あれば
Ｓ４へ進み、なければＳ５へ進む。

〔Ｓ４〕垂直方向補正ベクトル演算手段１０５は垂直方
向補正ベクトルを演算する。

〔Ｓ５〕法線方向補正ベクトルと垂直方向補正ベクトル
を合成して工具軸補正ベクトルを求め、補間手段１０３
に送る。

〔Ｓ６〕補間手段１０３は送られた工具軸補正ベクトル
と移動指令から工具ヘッドの回転中心Ｐｃの移動点を求
め、この点への補間を一定周期で行い、補間パルスＸＰ
、ＹＰを出力する。

第５図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。

図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）である。プ
ロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０全体の制御
の中心となるプロセッサであり、バス２１を介して、Ｒ
ＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読み出し、
このシステムプログラムに従って、数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３には一時的
な計算データ、表示データ等が格納される。ＲＡＭ１３
にはＳＲＡＭが使用される。ＣＭＯ５１４には法線方向
補正ベクトル量、ピッチ誤差補正量、加工プロクラム１
０１、及びパラメータ等が格納される。

ＣＭＯ５１４は、図示されていないバッテリテハックア
ップされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオフさ
れても不揮発性メモリとなっているので、それらのデー
タはそのまま保持される。

インタフェース１５は外部機器用のインフッニスであり
、紙テープリーダ、紙テープパンチャ、紙テープリーダ
・パンチャー等の外部機器３１が接続される。紙テープ
リーダからは加ニブログラムが読み込まれ、また、数値
制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集された加ニブログラム
を紙テープパンチャーに出力することができる。

ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６
はＣＮＣｌ０に内蔵され、ラダー形式で作成されたシー
ケンスプログラムで機械を制御する。すなわち、加ニブ
ログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及びＴ機能に従
って、これらをシーケンスプログラムで機械側で必要な
信号に変換し、Ｉ１０ユニット１７から機械側に出力す
る。この出力信号は機械側のマグネット等を駆動し、油
圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエイタ等を作動
させる。また、機械側のリミットスイッチ及び機械操作
盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処理をして、プ
ロセッサ１１に渡す。

タラフィック制御回路１８は各軸の現在位置、アラーム
、パラメータ、画像データ等のディジタルデータを画像
信号に変換して出力する。この画像信号はＣＲＴ／ＭＤ
Ｉユニット２５の表示装置２６に送られ、表示装置２Ｇ
に表示される。インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユ
ニット２５内のキーボード２７からのデータを受けて、
プロセッサ１１に渡す。

インタフェース２０は手動パルス発生器３２に接続され
、手動パルス発生器３２からのパルスを受ける。手動パ
ルス発生器３２は機械操作盤に実装され、手動で機械稼
働邪を精密に位置決約するのに使用される。

軸制御回路４１〜４４はプロセッサ１１からの各軸の移
動指令を受けて、各軸の指令をサーボ了ンプ５１〜５４
に出力する。サーボアンプ５１−５４はこの移動指令を
受けて、各軸のサーボモータ６１〜６４を駆動する。サ
ーボモータ６１〜６４には位置検出用のパルスワークが
内蔵されており、このパルスワークから位置信号がパル
ス列としてフィードバックされる。場合によっては、位
置検出器として、リニアスケールが使用される。

また、このパルス列をＦ／Ｖ　（周波数／速度）変換す
ることにより、速度信号を生成することができる。図で
はこれらの位置信号のフィードバックライン及び速度フ
ィードバックは省略しである。

ここで、サーボモータ６１．６２．６３及び６４は、そ
れぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びＣ軸周のサーボモータで
ある。

スピンドル制御回路７１はスピンドル回転指令及びスピ
ンドルのオリエンテーション等の指令を受けて、スピン
ドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出力する。スピ
ンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信号を受けて、
スピンドルモータ７３を指令された回転速度で回転させ
る。また、オリエンテーション指令によって、所定の位
置にスピンドルを位置決めする。

スピンドルモータ７３には歯車あるいはベルトでポジシ
ョンワーク８２が結合されている。従って、ポジション
ワーク８２はスピンドル７３に同期して回転し、帰還パ
ルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース８１を
経由して、プロセッサ１１によって、読み取られる。こ
の帰還パルスは他の軸をスピンドルモータ７３に同期し
て移動させるために使用される。

第６図は塗装用ノズルに本発明を適用する場合の例を示
す図である。ノズル１１１はクランク状に曲がっている
。また、ノズル１１１は紙面上でＢ軸方向に回転でき、
さらに、線１１２を中心にＣ軸方向に回転でき、また線
１１８を中心にＡ軸方向に回転できる。従って、ノズル
１１１の回転中心はワーク１１３の点ｐｐより、法線方
向にＲａ１接線方向にＬａオフセットすればよい。この
オフセットは、線１１４と指令ブロック１１５の方向で
決まる平面上で行う。つまり、線１１４と指令ブロック
１１５の方向で決まる平面上１１６において指令ブロッ
クの進行方向が右になるようにノズル回転中心Ｐｍから
ノズル１１１の先端に向かって見た場合において、左方
向に補正する場合をＧ４１．２、右方向に補正する場合
を０４２゜２とする。このようなオフセット制御は３次
元上のオフセットであるが、上記のようにオフセットを
行う平面よ補正する左、右の方向を決約れば、上記に説
明した２次元平面上における工具軸補正と同じであり、
同様に補正を行うことができる。

また、ノズル１１１のクランク状に曲がった方向、つま
り線１１７が上記オフセットを行う平面上にのるように
回転軸のＡ軸も制御する。

なお、第３図の説明では２次元のオフセットであったた
ｔＸｐ、Ｙｐの２軸の制御しか説明しなかったが、上記
３次元上のオフセットを行う場合は、それがＸｐＳＹｐ
と同様にｚｐが加わることは勿論のことである。

上記の説明では、法線方向工具軸補正と垂直方向工具軸
補正を別個に指令して行ったが１ブロツクの指令で両者
を同時に指令できるように構成することもできる。

また、２次元の例として研削盤で、３次元の例として塗
装用ノズルで説明したが、同様の形式の工具ヘッド、あ
るいはノズル、アーム等にも適用できることはいうまで
もない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、工具ヘッドの回転中心
を工具軸方向と垂直方向に補正するように構成したので
、クランク状に曲がった工具ヘッドの工具軸補正を可能
にする。

また、クランク状に曲がった塗装用ノズル等にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具軸補正方式を説明するための図、 第２図は本発明の工具軸補正方式を適用したプログラム
の例を示す図、 第３図は本発明の工具軸補正方式の工具軸補正ベクトル
を生成するだめの機能を示すブロック図、第４図は本発
明の工具軸補正方式のフローチャート、 第５図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図、第６図は塗装用ノズル
に本発明を適用する場合の例を示す図である。 工具ヘッド 研削工具 ワーク 工具軸補正ベクトル 垂直方向補正ベクトル 法線方向補正ベクトル プロセッサ ＯＭ ＡＭ ＭＯＳ インタフェース ４　１〜４４ ５　１〜５４ ６　１〜６４ ＰＭＣ　（プログラマブル・マ シン・コントローラ） Ｉ１０ユニット タラフィック制御回路 インタフェース インタフェース ノ＼ス 軸制御回路 サーボアンプ サーボモータ スピンドル制御回路 スピンドルアンプ スピンドルモータ インタフェース ポジションワーク 加ニブログラム 前処理手段 補間手段 法線方向補正ベクトル演算子 段 垂直方向補正ベクトル演算子 段 ノズル ワーク

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具ヘッドの回転中心をオフセットする工具軸補
   正方式において、 前記回転中心をワークの法線方向にオフセットする法線
   方向補正ベクトルを求め、 前記回転中心と、前記法線との距離をオフセットする垂
   直方向補正ベクトルを求め、 前記法線方向補正ベクトルと、前記垂直方向補正ベクト
   ルとを合成して工具軸補正ベクトルを求め、 前記工具ヘッドの前記回転中心をオフセットすることを
   特徴とする工具軸補正方式。
2. （２）前記法線方向補正ベクトルと、前記垂直方向補正
   ベクトルは別個の指令でプログラムすることを特徴とす
   る請求項１記載の工具軸補正方式。
3. （３）前記工具軸補正ベクトルを平面上で求めることを
   特徴とする請求項１記載の工具軸補正方式。
4. （４）前記工具軸補正ベクトルを３次元の空間上のベク
   トルとして求めることを特徴とする請求項１記載の工具
   軸補正方式。
5. （５）前記３次元の空間上のベクトルは、前記法線方向
   ベクトルと指令ブロックの方向を含む平面内において生
   成することを特徴とする請求項４記載の工具軸補正方式
   。
6. （６）前記垂直方向補正ベクトルの方向に工具軸の垂直
   オフセット方向を向けるために回転軸を回転させること
   を特徴とする請求項４記載の工具軸補正方式。
7. （７）前記工具軸補正ベクトルをノズルの補正ベクトル
   として求めることを特徴とする請求項４記載の工具軸補
   正方式。