JPH05108134A - 主軸の割出対応の座標変換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 主軸ヘッドを任意のワーク加工面に応じ主軸
割出を行って所定の向きに変換させ、右手直交座標系で
作成したＮＣ加工プログラムを水平主軸の任意角度割出
を行う機械座標系に変換させてＮＣ工作機械にも対応し
て使用できる座標変換方法を提供する。 【構成】 線形結合手段の切換部Ａｉ，Ｂｉ，倍率部ａ
ｉ，ｂｉにより線形結合を行い、各軸の座標値が次式 ｘ（ｙ、ｚ）＝Ａｉ＊ａｉ＋Ｂｉ＊ｂｉ （ｉ＝ｘ、
ｙ、ｚ） の関係を満足するとき、機械座標系における補間軸を
ｘ，ｙ，ｚ、主軸割出角度をα、右手直交座標系におけ
る座標軸をＸ，Ｙ，Ｚとする条件で設定し、次式 ｘ＝Ｘ＊ｃｏｓα＋Ｚ＊ｓｉｎα ｙ＝Ｘ＊ｓｉｎα−Ｚ＊ｃｏｓα ｚ＝Ｙ の座標変換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、５面加工用門形マシ
ニングセンタのように工具が装着された主軸ヘッドを複
数の加工面に応じて水平主軸割出を行って所定の向きに
旋回させ、主軸軸線と直交する平面内をワークと相対的
に移動させ、ワーク固有の座標系を機械座標系に変換し
て加工を行うＮＣ工作機械の水平主軸の割出対応の座標
変換方法に係り、特にワーク固有の座標系である右手直
交座標系（例えば、Ｚ−方向切込）に基づくＮＣ加工プ
ログラムを、水平主軸の任意角度割出に対応して、機械
座標系の補間軸ｘ，ｙ，ｚの３軸に座標変換するのに好
適な主軸の割出対応の座標変換方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来例】ＮＣ工作機械は数値制御装置（ＮＣ装置）に
より、予め作成されたＮＣ加工プログラムに基づいて、
被加工物（ワーク）Ｗと工具Ｔ_Ｌ（図５参照）を相対的
に移動させ、所定の加工を行うものである。

【０００３】また、ＮＣ加工プログラムＰはワークＷの
加工形状データやこの加工形状データに基づきＮＣ工作
機械を制御する指令により構成されているが、この加工
形状データはワーク固有のワーク座標系に基づき作成さ
れている。これに対し、ＮＣ工作機械の制御（移動）
は、ＮＣ工作機械固有の機械座標系に基づき行われるか
ら、ＮＣ加工プログラムＰを用いてＮＣ工作機械を制御
するためには、ワーク座標原点Ｗ_ＲＯと機械座標原点Ｚ
_ＲＯ間の距離を補正値とし、この補正値を用いてワーク
固有の座標系を機械座標系に変換して数値制御を行って
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機械座標系
（図５のｘ−ｙ−ｚ座標系）は、各機械の動作の方向に
対して各軸が決定される。一方、ＮＣ加工プログラムＰ
に用いられるワーク固有の座標系は、一般に用いられる
ＮＣ工作機械が旋盤やフライス盤であることからこの旋
盤やフライス盤等の工具の動作の方向に基づく、右手直
交座標系（図５のＸ−Ｙ−Ｚ座標系）を用いる事が多
い。そこで、ＮＣ工作機械によっては、単に座標間の原
点位置の違いだけでなく、機械座標系が右手直交座標系
と異なるという場合が生じてくる。

【０００５】例えば、５面加工用門形マシニングセンタ
のように工具が装着された主軸ヘッドのアタッチメント
Ａ_Ｔを任意の加工面に応じて主軸割出（水平主軸の任意
角度割出）を行って所定の向きに旋回させて加工するＮ
Ｃ工作機械の機械座標系は、その機械の動作の方向から
右手直交座標系と異なる座標系となるから、右手直交座
標系を用いたＮＣ加工プログラムＰをそのままＮＣ装置
にて実行することはできない。

【０００６】そこで、かかる右手直交座標系と異なるＮ
Ｃ工作機械で加工する場合、そこで用いるＮＣ加工プロ
グラムは、水平主軸の任意角度割出に対応して、ＮＣ加
工プログラムを前もって微分割し、すなわち水平主軸の
任意角度割出毎にその機械座標系に合わせて、右手直交
座標系と異なるＮＣ工作機械用のＮＣ加工プログラムを
新規に作成し直さねばならず、かかるＮＣ加工プログラ
ムの作成に多大な時間を要するという問題があった。

【０００７】以上から、この本発明の目的は、右手直交
座標系で作成したＮＣ加工プログラムを、水平主軸の任
意角度割出を行うＮＣ工作機械にも対応して使用でき、
ＮＣ加工プログラムの作成が容易となる水平主軸の割出
角度に対応して座標変換する方法を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この本発明の主軸割出対応の座標変換方法は、工具
が装着された主軸ヘッドを任意のワーク加工面に応じ主
軸割出を行って所定の向きに旋回させ、主軸軸線と直交
する平面内をワークと相対的に移動させ、ワーク固有の
座標系を通常の機械座標系に変換させて加工を行うＮＣ
工作機械の座標変換方法において、線形結合手段の第１
切換部Ａｉ，第２切換部Ｂｉ，第１倍率部ａｉ，第２倍
率部ｂｉにより線形結合を行い、前記線形結合手段の各
軸の座標値が次式

【０００９】ｘ（ｙ、ｚ）＝Ａｉ＊ａｉ＋Ｂｉ＊ｂｉ
（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）

【００１０】の関係を満足するとき、機械座標系におけ
る補間軸をｘ，ｙ，ｚ、主軸割出角度をα、ワーク座標
系における座標軸をＸ，Ｙ，Ｚとする条件で設定し、次
式

【００１１】ｘ＝Ｘ＊ｃｏｓα＋Ｚ＊ｓｉｎα

【００１２】ｙ＝Ｘ＊ｓｉｎα−Ｚ＊ｃｏｓα

【００１３】ｚ＝Ｙ

【００１４】の座標変換を行い、ワーク座標系における
座標値を機械座標系の補間軸ｘ，ｙ，ｚ各軸に対応させ
ることを特徴とする。

【００１５】

【作用】この発明は、前記構成を有することから、右手
直交座標系で作成したＮＣ加工プログラムをそのままワ
ーク座標系から機械座標系に変換し、水平主軸の任意角
度割り出しに対応して使用できるために、従来のように
ＮＣ加工プログラムを前もって微分割するなどのＮＣ加
工プログラム作成作業がなくなり、ＮＣ加工プログラム
作成が簡単になる。また、この発明によれば、補間後に
座標変換を行う線形結合手段を有することにより、数値
制御が高速で実行できる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳しく説明する。

【００１７】図１はこの発明を実施するＮＣ装置のブロ
ック図、図２はこの発明の水平主軸の割出角度に対応し
て座標変換する線形結合装置の説明図、図３はこの発明
の概略説明図、図４はこの発明の座標変換処理の流れ図
である。

【００１８】図１のブロック図において、１はプログラ
ム入力装置であり、外部に記憶された作成済のＮＣ加工
プログラムＰＭを読み取り、読み取ったＮＣ加工プログ
ラムＰＭをプログラム処理部２に送信する。プログラム
処理部２は送信されたＮＣデータを解釈し、右手直交座
標系に基づく座標値を求め、この座標値を各軸補間器３
ａ〜３ｃに送信する。各軸補間器３ａ〜３ｃはワーク座
標原点と機械座標原点間の距離を用いてＸ，Ｙ，Ｚ軸の
補正量（移動量）を前記座標値に加算し、得られた演算
値をこの発明の線形結合装置４に送信する。線形結合装
置４においてワーク座標系の座標値を機械座標系に変換
し、変換後の座標値を各ｘ，ｙ，ｚ軸のサーボ機構５ａ
〜５ｃに送信し、各軸を作動させる。

【００１９】線形結合装置４は図２に示すように、ワー
ク座標系の座標値を機械座標系に変換するものである。
すなわち、各軸補間器３ａ〜３ｃにて得られた演算値を
各軸毎の第１切換部Ａｉ，第２切換部Ｂｉ，第１倍率部
ａｉ，第２倍率部ｂｉ，および各軸合成部Ｃｉを用いて
線形結合を行う座標変換手段であり、この線形結合装置
４は、例えば機械座標系のｘ軸の合成パルスにおいて、

【００２０】ｘ＝Ａｘ＊ａｘ＋Ｂｘ＊ｂｘ

【００２１】の関係が成立する時、主軸割出角度を
「α」、第１切換部を「Ｘ」、第２切換部を「Ｚ」、第
１倍率部を「ｃｏｓα」、第２倍率部を「ｓｉｎα」と
すると、

【００２２】ｘ＝Ｘ＊ｃｏｓα＋Ｚ＊ｓｉｎα

【００２３】により座標変換を行い、右手直交座標系で
作成したＮＣ加工プログラムの座標値を機械座標系の各
軸に対応させて実行することができる。

【００２４】同様に、ｙ軸について考えると、

【００２５】ｙ＝Ａｙ＊ａｙ＋Ｂｙ＊ｂｙ

【００２６】の関係が成立し、第１切換部を「Ｘ」、第
２切換部を「Ｚ」、第１倍率部を「ｓｉｎα」、第２倍
率部を「−ｃｏｓ」とすると、

【００２７】ｙ＝Ｘ＊ｓｉｎα−Ｚ＊ｃｏｓα

【００２８】により座標変換処理を行う。

【００２９】更に、ｚ軸について考えると、

【００３０】ｚ＝Ａｚ＊ａｚ＋Ｂｚ＊ｂｚ

【００３１】の関係が成立し、第１切換部を「Ｙ」、第
２切換部を「０」、第１倍率部を「１」、第２倍率部を
「０」とすると、

【００３２】ｚ＝Ｙ

【００３３】により座標変換処理を行う。

【００３４】つぎに、図３の概略図に基づいてこの発明
の座標変換を詳しく説明する。

【００３５】この概略図においてＸ−Ｙ−Ｚ座標系と機
械座標系（ｘ−ｙ−ｚ座標系）の関係は、Ｘ−Ｙ平面と
ｘ−ｙ平面の交線がＸ軸に設定される。従って、Ｘ軸は
ｘ−ｙ平面上になる。また、Ｙ軸とｚ軸が平行となるよ
うに設定される。

【００３６】ところで、各軸補間器３ａ〜３ｃにて得ら
れた演算値は、右手直交座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）の
ものであるから、例えば、右手座標系の点Ｐｉ（Ｘ_１，
Ｙ_１，Ｚ_１）を機械座標系（ｘ−ｙ−ｚ座標系）に座標
変換する処理は、次式により行われる。すなわち、主軸
割出角度αとすると、

【００３７】ｘ_１＝Ｘ_１＊ｃｏｓα＋Ｚ_１＊ｓｉｎα

【００３８】ｙ_１＝Ｘ_１＊ｓｉｎα−Ｚ_１＊ｃｏｓα

【００３９】ｚ_１＝Ｙ_１

【００４０】で座標変換する。

【００４１】なお、この式を線形結合装置４で実現させ
るためには、主軸割出角度を「α」および「ｉ＝ｘ、
ｙ、ｚ」とするとき、第１切換部Ａｉ，第２切換部Ｂ
ｉ，第１倍率部ａｉ，第２倍率部ｂｉのそれぞれを、

【００４２】第１切換Ａｘ＝Ｘ，第１倍率ａｘ＝ｃｏｓ
α

【００４３】第２切換Ｂｘ＝Ｚ，第２倍率ｂｘ＝ｓｉｎ
α

【００４４】第１切換Ａｙ＝Ｘ，第１倍率ａｙ＝ｓｉｎ
α

【００４５】第２切換Ｂｙ＝Ｚ，第２倍率ｂｙ＝−ｃｏ
ｓα

【００４６】第１切換Ａｚ＝Ｙ，第１倍率ａｚ＝ １

【００４７】第２切換Ｂｚ＝０，第２倍率ｂｚ＝ ０

【００４８】の通り設定すればよい。

【００４９】つぎに、図４の流れ図に基づいてこの発明
の座標変換処理を説明する。なお、この変換処理に用い
るＮＣ加工プログラム内には、任意角度の割出による加
工平面選択のＧ指令（例えば、Ｇ２４５）や、この発明
の座標変換処理を指令する座標変換のＧ指令（例えば、
Ｇ２４８またはＧ２４９）が予め挿入されているものと
する。

【００５０】システムが起動すると、プログラム処理部
２においてＮＣ加工プログラムを１ブロックずつ読み込
み、この読み込んだＮＣ加工プログラムの１ブロック内
に座標変換のＧ指令（Ｇ２４８またはＧ２４９）が存在
しているかどうかを判断し（ステップ１０１）、存在し
なければこの発明の処理を終了する。

【００５１】一方、座標変換のＧ指令が存在していれ
ば、次に工具が装着された主軸ヘッドを複数の加工面に
応じて水平主軸割出を行って任意角度の向きに旋回させ
て主軸を割出し、主軸軸線と直交する加工平面を選択す
るＧ指令（例えば、Ｇ２４５）が存在しているかどうか
を判断し（ステップ１０２）、存在しなければこの発明
の処理を終了する。

【００５２】一方、任意角度割出加工平面選択のＧ指令
が存在していれば、前記説明した線形結合装置４の変換
式に、各軸の第１切換部Ａｉ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）を設定
する（ステップ１０３）。

【００５３】ついで、同様に、前記変換式に各軸の第２
切換部Ｂｉを設定し（ステップ１０４）、各軸の第１倍
率部ａｉを設定し（ステップ１０５）、各軸の第２倍率
部ｂｉを設定し（ステップ１０６）、各軸の合成手段Ｃ
ｉにより、右手直交座標系で作成したＮＣ加工プログラ
ムの座標値を機械座標系の各軸ｘ，ｙ，ｚに対応させて
変換して（ステップ１０７）処理を終了する。

【００５４】

【発明の効果】以上の構成により、右手直交座標系で作
成したＮＣ加工プログラムをそのままワーク座標系から
機械座標系に変換し、水平主軸の任意角度割り出しに対
応して使用できるために、従来のようにＮＣ加工プログ
ラムを前もって微分割するなどのＮＣ加工プログラム作
成作業がなくなり、ＮＣ加工プログラム作成が簡単にな
る。また、この発明によれば、補間後に座標変換を行う
線形結合手段を有することにより、数値制御が高速で実
行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するＮＣ装置のブロック図であ
る。

【図２】この発明の水平主軸の割出に対応して座標変換
する線形結合装置の説明図である。

【図３】この発明の概略説明図である。

【図４】この発明の座標変換処理の流れ図である。

【図５】ワーク座標系と機械座標系を説明する説明図で
ある。

【符号の説明】

１ プログラム入力装置 ＰＭ ＮＣ加工プログラム ２ プログラム処理部 ３ａ，３ｂ，３ｃ ｘ，ｙ，ｚ軸の軸補間器 ４ 線形結合装置 ５ａ，５ｂ，５ｃ 各軸を駆動するサーボ機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具が装着された主軸ヘッドを任意のワ
   ーク加工面に応じ主軸割出を行って所定の向きに旋回さ
   せ、主軸軸線と直交する平面内をワークと相対的に移動
   させ、ワーク固有の座標系を通常の機械座標系に変換さ
   せて加工を行うＮＣ工作機械の座標変換方法において、 線形結合手段の第１切換部Ａｉ，第２切換部Ｂｉ，第１
   倍率部ａｉ，第２倍率部ｂｉにより線形結合を行い、前
   記線形結合手段の各軸の座標値が次式 ｘ（ｙ、ｚ）＝Ａｉ＊ａｉ＋Ｂｉ＊ｂｉ （ｉ＝ｘ、
   ｙ、ｚ） の関係を満足するとき、 機械座標系における補間軸をｘ，ｙ，ｚ、主軸割出角度
   をα、ワーク座標系における座標軸をＸ，Ｙ，Ｚとする
   条件で設定し、次式 ｘ＝Ｘ＊ｃｏｓα＋Ｚ＊ｓｉｎα ｙ＝Ｘ＊ｓｉｎα−Ｚ＊ｃｏｓα ｚ＝Ｙ の座標変換を行い、ワーク座標系における座標値を機械
   座標系の補間軸ｘ，ｙ，ｚ各軸に対応させることを特徴
   とする主軸の割出対応の座標変換方法。