JPS62203756A - 曲面加工装置 - Google Patents

曲面加工装置

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JPS62203756A
JPS62203756A JP61044165A JP4416586A JPS62203756A JP S62203756 A JPS62203756 A JP S62203756A JP 61044165 A JP61044165 A JP 61044165A JP 4416586 A JP4416586 A JP 4416586A JP S62203756 A JPS62203756 A JP S62203756A
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洋太郎 畑村
Kozo Ono
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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、ワークの表面を加工する金型仕上用研磨機、
セラミック加工用研磨機、三次元フライス盤等の曲面加
工装置に関する。
〔従来の技術〕
金型加工などのように、被加工物に自由曲面を形成する
加工を行なう場合には、ＮＣフライス盤やマシニングセ
ンタにボールエンドミルなどを装着して加工を行なうこ
とが多い。このような加工を行なった場合、仕上げられ
た金型には切削条痕が残るので、そのままの状態で金型
として使用することはできない。そこで、軸付砥石を持
ち、目視しながら切削条痕を取除く作業が必要であった
。
このような手作業は曲面加工作業における加工工程の一
貫した自動化を妨げ、製造上の大きなネックとなってい
た。
この問題を解決するため、本発明者等は特願昭５９−２
０１４８７号により、ワークの曲面を自動的に加工する
ことができる曲面加工装置を提案した。この曲面加工装
置の概要を第９図および第１０図により説明する。
第９図は加工具およびワークの側面図である。
図で、１は加工装置のテーブル、２はテーブル１上に固
定されたワーク、３はワーク２を研削加工する加工具で
ある。Ｔはワーク２上における加工具３０作用点（加工
点）、Ｆは加工具３に作用する加工反力を示す。
第１０図は曲面加工装置の系統図である。図で、５はテ
ーブル１および加工具３を含む加工具・ワ一り系、６は
加工具３に作用する各軸方間の力成分および各軸まわり
のモーメント成分を検出する荷重センサである。Ｆは荷
重センサ６により検出された力成分を示し、又、Ｍは荷
重センサ６により検出されたモーメント成分を示す。７
は制御演算部であり、加工具形状データ出力部７Ａ、加
工点・接平面算出部７Ｂ、および加工点・加工反力制御
演算部７Ｃで構成されている。加工具形状データ出力部
７Ａは加工具３の形状、例えば、半径何ミリの球、又は
半径何ミリ、長さ何ミリの円筒等のデータＳを信号とし
て出力する。加工点・接平面算出部７Ｂは、加工具形状
データ出力部７Ａから出力されるデータＳと、荷重セン
サ６で検出された力ＦおよびモーメントＭとに基づいて
加工点Ｔの位置と加工点Ｔにおける接平面ＰＬとを算出
する。加工点・加工反力制御演算部７Ｃは、荷重センサ
６で検出された加工反力Ｆと、加工点・接平面算出部７
Ｂで算出された加工点Ｔおよび接平面Ｐ、とに基づいて
、当該加工点Ｔおよび接平面Ｐｔに対してその加工反力
Ｆが適正か否かを判断し、適正でない場合、これを修正
するための位置信号Ｘ、姿勢信号心を出力する。
８は信号Ｘ、）の入力により作動する各軸駆動制御系を
示し、この各軸駆動制御系８は信号Ｘ、百に応じてテー
ブル１と加工具３との相対位置Ｘ、相対姿勢θを制御す
る。９はテーブル１と加工具３の現在位置および現在姿
勢を検出する変位センサであり、検出した位置信号Ｘ、
姿勢信号ｅを出力する。
このような構成においては、加工点・接平面算出部７Ｂ
により、常時、加工点Ｔおよび接平面ＰＬが算出され、
加工点Ｔが加工具３の加工可能な位置にあるか否かを判
断し、加工可能な位置であるときには、加工点・加工反
力制御演算部７Ｃにより、当該加工点Ｔ、接平面ＰＬに
対して現在の加工反力Ｆが適切であるか否かを判断し、
適切であればそのまま加工を継続し、適切でなければ、
この加工反力Ｆを適切な値にするためには加工具３とテ
ーブル１の相対位ＺＸ、相対姿勢ｅをどのように修正す
ればよいかを演算し、各軸駆動制御系８に指令Ｘ、否を
与える。この際、指令Ｘ、　ｅは一般的には相対位ｙｌ
ｘと相対姿勢ｅのあるべき値を入力するか、又は上記相
対位置、相対姿勢を現在の状態から修正すべき偏差量Δ
Ｘ、Δθの指令となる。
このように、上記曲面加工装置は、加工具３に作用する
加工反力を常に最適値に保持しながらワーク２の曲面形
状に倣う加工を行なうことができ、これにより曲面加工
作業を理想的な加工条件で自動的に行なうことができる
。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、−ａに、加工具３の座標系と荷重センサ６の
座標系とは異なるのが通常であり、上記従来の曲面加工
装置においても両座標系間に特定の関連は想定されてい
ない。したがって、荷重センサ６によって検出された各
荷重成分は荷重センサ６の座標系に基づくものであり、
加工具３に作用する加工反力を求めるには、荷重センサ
６の検出値を加工具３の座標系による値に変換する演算
が必要となる。そして、この演算は繁雑なため、その演
算部を設計、製作するのに手間がかかり、かつ、その演
算の実行には相応の時間を要する。
さらに、加工点Ｔおよび接平面Ｐ１を求める演算ステッ
プが存在するが、この演算は上記座標系の変換を行なう
演算よりさらに繁雑である。当該演算の一例が前記出願
の明細書第２１頁第２行乃至第２３頁第１４行に述べら
れているが、これによってその繁雑さが明瞭であり、し
かも、この例の場合、加工具３が球形である単純な場合
の例であって、加工具３が球形以外の種々の形状を有す
る場合、加工点Ｔおよび接平面Ｐ１の演算がさらに繁雑
になるのは明らかである。かくして、加工点Ｔおよび接
平面ＰＬの演算部の設計、製作の手間がさらに増大する
と同時に、その演算には可成りの時間が必要となる。
このように、上記従来の曲面加工装置は、その制御ルー
プに相当程度の演算時間を要する演算ステップが含まれ
ているので、その演算部のコストが増大するとともに、
力制御の場合に必要とされる応答性も低下するために、
大きな加工速度が得られないという欠点があった。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、加工速度
や応答性を向上せしめることができる曲面加工装置を提
供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、ワークを支持す
る支持部とワークを加工する加工部との相対変位を検出
する変位センサと、加工反力を検出する荷重センサと、
定められた適正な加工反力を前記荷重センサによる一定
な検出値として記憶する記憶部と、加工中の加工反力と
記憶された加工反力との差を演算する偏差演算部と、求
められた偏差と変位センサの検出値とに基づいて前記偏
差をＯとするのに必要な相対的変位を求める変位演算部
とを設け、前記適正な加工反力の方向に対して、前記荷
重センサの姿勢が一定の関係に保たれることを特徴とす
る。
〔作　用〕
加工条件に応じて、加工すべき曲面の加工点Ｔにおける
接平面Ｐ、に対して一定の大きさと方向をもつ適正な加
工反力（これを以後簡単に「加工曲面に関して一定な方
向と大きさをもつ加工反力」ということにする。）が存
在する。その加工反力を荷重センサに固定した座標系に
おける一定な荷重ベクトル値として記憶部に記憶してお
く。実際の加工において、加工中の加工反力を前記荷重
センサで検出し、その検出値と記憶部に記憶された値と
を比較し両者の差を求め、その差と、ワーク支持部およ
び加工部の現在の位置、姿勢とに基づいて、前記の差を
Ｏとするために必要なワーク支持部および加工部の変位
量を変位演算部で演算する。それに基づき前記駆動制御
機構を制御すると、前記加工反力の方向は前記荷重セン
サの姿勢に対して一定な関係に保たれる。その結果、本
システムの制御アルゴリズムの妥当性が保証され、同時
に、曲面の円滑な自動研磨が可能になる。
〔実施例〕
本発明の詳細な説明に入る前に、研削加工について本発
明の発明者の研究の結果見い出された事実について説明
しておく。「精密機械」誌４５巻、第９号、１１１３頁
に記載の「単粒モデル実験による正面研削の研究（第１
報）」（竹中規雄、長尾高明はか３名）、およびｒ　Ｗ
ｅｒｋｓｔａｔｔ　ｕｎｄＢ　ｅｔｒｉｅｂＪ誌ｖｏ１
．１１２　（１９７９，）　、Ｎｏ、９、ｐｐ６５５に
記載のｒ　Ｅｒｆｏｒｓｃｈｕｎｇ　　ｄｅｓＭｅｃｈ
ａｎｉｓｍｕ＋　ｂｅｉｍ　５ｔｉｒｎｓｈｌｅｉｆｅ
ｎＪによると、被削材、加工具、送りやきりこみ世など
の研削加工条件が定まると、その加工反力の大きさと加
工面に対する方向はほぼ一定の値となることが示されて
いる。「加工面に対する方向が一定である」という表現
を曲面加工に適した形で厳密にいうと、「加工具とワー
クとの接点である加工点における加工曲面に対する接平
面に関して方向が一定である」ということになる０本発
明では、曲面加工を対象としているので、筒便のため前
者の表現を後者のかわりに用いることにする。上記の実
験的な事実をさらに補足すると、被削材、加工具、送り
や切り込み量などの研削加工条件が一定ならば、加工反
力の大きさのみを適正な値になるように制御することに
よって、その加工反力の方向も自動的にその適正値にな
ることも分かつている。すなわち加工反力の大きさのみ
を？ｌＩ　？Ｂすれば適正な加工条件を保つことができ
る。
ところで、従来技術において、荷重センサによって反力
の大きさが分かるにもかかわらず、加工するために、各
軸駆動制御系をいかに制御すべきかの判断をするために
それらの情報が不可欠であるからであった。ところが、
もしも加工反力の作用点である加工点の位置が、荷重セ
ンサに対する相対位置として分かつているならば、加工
反力の大きさのみが分かればよいことになる。これには
、加工具が通常はその断面が円形であり、加工面がその
加工点において加工具に接しているということが仮定さ
れているが、これは妥当な仮定である。
そこで、前述のような手段を備え、作用をなす本発明に
よって、刻々と変化する曲面に対して常に理想的な加工
条件を保ち、曲面研削を円滑に行う装置が実現するわけ
である。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の実施例に係る曲面加工装置の系統図で
ある。図で、第１０図に示す部分と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。１０は荷重ベクトル−足保
持制御演算部であり、記憶部１１、偏差演算部１２）お
よび変位演算部１３により構成されている。
第２図は第１図に示す加工具・ワーク系および荷重セン
サの斜視図である。図で、２はテーブル上に固定された
ワーク、３は加工具であり、これらは第９図に示すもの
と同じである。６は第１図に示す荷重センサであり、直
交する各軸の軸方向の力成分および軸まわりのモーメン
ト成分を検出する。１５は加工具３を支持するとともに
これを駆動する加工具支持機構、１６は荷重センサ６と
加工具支持機構１５とを連結する連結部材、１７は図示
しない加工装置本体と荷重センサ６とを連結する連結部
材である。
さて、本実施例と従来装置とが異なる点は、従来装置が
、座標系を変換する演算ステップ、および加工点Ｔと接
平面Ｐ１を演算する演算ステップを備えているのに対し
、本実施例はこれらの演算ステップを不要とする構成を
有する点にある。これを第１図および第２図により説明
する。
第２図において、ｘ、ｙ、ｚは加工具３の座標軸、ｘ　
／　、　　ｙ　ｆ　、　　ｚ　Ｉは荷重センサ６の座標
軸を示す。加工具３の形状、ワーク２の材質、その他種
々の加工条件を定めると加工中に加工点Ｔに作用する適
正な加工反力は前述のように加工曲面に対して一定の大
きさと方向をもった値として定まる。これをＦｏとする
。この加工反力Ｆ０が第２図にベクトルで示されている
。今、適正な加工状態にある加工具とワークとの間の加
工点Ｔに加工反力Ｆ０が作用しているとすると、荷重セ
ンサ６においては、Ｘ′軸、ｙ′軸および２′軸毎に加
工反力Ｆ０に応じた荷重が検出される。この荷重のうち
、Ｘ′軸、ｙ′軸、ｚ′軸方向の各力成分をそれぞれ　
Ｆ　Ｘ（１’　＊　　Ｆ　ＦＯ’　＋　Ｆ　８０′とし
、Ｘ′軸＋７’軸　、ｌ軸まわりの各モーメント成分を
それぞれＭ　１１０　’　ｌ　Ｍｙｏ　’　＋　Ｍｚ。
′とする。
一般的に、曲面を加工する場合、加工点Ｔに作用する加
工反力が加工曲面に関して一定の大きさと方向をもつ上
記適正な加工反力Ｆ０に常に保たれるように制御するこ
とが必要にして充分な条件である。このため、まず上記
力成分ＦＸＯＺｐ’、０’、ｐ’、。′およびモーメン
ト成分Ｍ　ＸＯ’　＊Ｍ、。′９Ｍヨ。′は、第１図に
示す荷重ベクトル−足保持制御演算部１０の記憶部１１
に記憶される。
そして、加工中、荷重センサ６により検出された実際の
加工反力ＦのＸ′軸、ｙ′軸、ｚ′軸方向の各力成分Ｆ
、　Ｉ　、　　、　／　、　Ｆ　、　ｔおよびＸ′軸。
ｙ′軸　ｚ　ｌ軸まわりの各モーメント成分Ｍ８′。
Ｍｙ’ｒＭ＠’は、偏差演算部１２において記憶部１１
に記憶された前記力成分Ｆ８゜′、Ｆア。′。
Ｆ８゜′およびモーメント成分Ｍ　ｘｏ　’　＋　Ｍ　
ｔｏ　’　＋Ｍ３゜′と各々比較され、その偏差が算出
される。
偏差演算部１２で算出された各偏差は変位演算部１３に
入力され、変位演算部１３では入力された偏差と、変位
センサ９により）食出されたテープル１と加工具支持機
構１５の現在の相対位置、相対姿勢に基づき、偏差をＯ
にするためにはテーブル１と加工具支持機構１５を現在
の位置、姿勢からどれだけ動かせばよいかが演算される
。変位演算部１３で演算された値は各軸駆動制御系８に
出力され、この値に応じてテーブル１と加工具支持機構
１５の相対位置、相対姿勢が制御され、上記偏差を０と
する。
その結果、加工反力が、初期の値Ｆ０のまま、加工曲面
に関して一定の方向を保つと同時に、その加工反力の方
向と前記荷重センサ６の姿勢の関係も常に初期の関係の
まま一定に保たれる。このようにして、曲面加工が円滑
に行なわれる。
ここで、上記動作中、変位演算部１３の演算について簡
単に説明する。前述したように、変位演算部１３は加工
反力の偏差をＯにするには、テーブル１と加工具支持機
構１５との相対位置Ｘおよび相対姿勢ｅ（これら２つの
ベクトルを合せたベクトルをＤで示すことにする。）を
現在の位置、姿勢からどれだけ修正すればよいかを演算
するものである。今、その変位修正値をΔＤ、偏差演算
部１２で演算された偏差ΔＦ、ΔＭを合せたベクトルを
Δし、係数をＣとすると、修正値ΔＤは次の線形近似式
で表わすことができる。
ΔＤ−Ｃ・ΔＬ　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）この式において、ΔＤは各軸方向
の位置修正値ΔＸ、Δｙ、Δ２）および各軸まわりの姿
勢修正値Δθえ、Δθ７．Δθ８を表わし、又、ΔＬは
各軸方向の力成分の偏差ΔＦｌｌ＋＋　ΔＦ、ｌ　ΔＦ
１、および各軸まわりのモーメント成分ΔＭＫ、　ΔＭ
ｙ。
ΔＭ、を表わす６次元のベクトルであるので、（１）式
の意味を説明するために、（１）式の各要素で表わした
行列式を（２）式に示す。なお、第１図で、修正値ΔＸ
、Δｙ、Δ２が符号ΔＸで、又、修正値Δθ８．Δθ７
．Δθ２が符号Δθで代表して示されている。
・・・・・・・・・・・・・・・・−（２）この（２）
式の行列式において、Ｃ，、ＷＣ，、は、加工装置自体
の剛性、加工対象たるワーク２の剛性、加工装置の現在
位置、姿勢等の条件により変化する値であるが、これら
の条件が具体的に示されれは求め得る値である。
変位演算部１３では上記（２）式の演算が行なわれるも
のであり、偏差ΔＬさえ求めれば位置、姿勢の修正値Δ
Ｄを求めることができ、その結果、テーブル１と加工具
支持機構１５との相対位置、相対姿勢を常に所定の状態
に保持することが可能となる。
このように、本実施例では加工中の加工反力の検出値Ｆ
１′、　　ア’　ｒ　Ｆｘ’　＋　Ｍ％　ｒ　Ｍｙ’　
ｒＭ、′が一定値Ｆｘｏ’＋　Ｆｙｏ’＋　　Ｆｔｏ’
＋　Ｍｈｏ’＋Ｍ　ｙ６　’　、　　Ｍ１＋。′に常に
等しくなるように制御されるが、このことは、荷重セン
サ６の位置と姿勢が、定められた加工反力Ｆ０の方向お
よび加工点Ｔに対して一定に保持されていることを意味
し、さらにこのことは、加工具３を支持している加工具
支持機構１５と荷重センサ６の相対位置関係が一定であ
ることから、加工点Ｔは加工具支持機構１５と一定の位
置関係にある個所に常に維持されていることになる。し
たがって、上記のような制御を実施すれば、加工点Ｔを
演算する必要はなくなり、その演算ステップは省略する
ことができる。又、加工具３の座標系における加工反力
の比較を行なう必要がないので、荷重センサ６の座標系
との変換の演算も必要なくなり、その演算ステップも省
略することができる。
これら演算ステップの省略の効果は、従来の加工装置に
おいてなされている実際の演算を説明すれば明確に把握
することができるが、この演算を一般例について説明す
るのは複雑にすぎて不可能であるので、後記する本実施
例の特殊例である第２の具体例において述べることにす
る。
以上、本実施例について説明したが、上記の説明は、荷
重センサ６と適正な加工反力Ｆ０とが任意の関係にある
一般的な例についての説明である。
ところが、両者の関係をある特定の関係に選定すると、
演算ステップを省略できる効果に加えて他の特徴も現れ
る。以下、両者の関係を特定の関係に選定した２つの具
体例について説明する。
第３図は本実施例の第１の具体例に係る加工具、ワーク
および荷重センサの斜視図である。図で、第２図に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図から明らかなように、本具体例における荷重センサ６
と適正加工反力Ｆ０の関係は、荷重センサ６の座標軸の
１つ（図示の場合２′軸）と加工反力Ｆ０の方向とが平
行になるように選定されている。
両者の関係をこのように定めた場合、加工点Ｔに加工反
力Ｆ０が作用したときに荷重センサ６で検出される力成
分（Ｆ、、’、Ｆ、。′、Ｆ！。′）およびモーメント
成分（Ｍ、、’、Ｍ、。′１Ｍ２゜′）は当然第３図に
示す座標軸ｘ′、ｙ′、ｚ′に従った値となり、これら
の値が荷重ベクトル一定保持制？Ｒ演算部１０の記憶部
１１に記憶される。そして、加工中、荷重センサ６によ
り検出された力成分（Ｆ、’、Ｆ、’、Ｆヨ′）および
モーメント成分（Ｍ、’、Ｍ、’、Ｍ、’）は記憶部１
１に記憶された値と各軸筋に偏差演算部１２において比
較され、その差が演算される。演算された偏差は変位演
算部１３に入力され、テーブル１と加工具支持機構１５
との修正すべき相対位置、相対姿勢が算出され、これに
より、各軸駆動制御系８を介して各軸が駆動される。こ
の結果、テーブル１と加工具駆動機構１５とは、荷重セ
ンサ６の２′軸が常に加工反力Ｆ０と一致するように制
御される。
ところで、本只体例では、荷重センサ６の２′軸と適正
な加工反力Ｆ０の方向とが平行であるので、当該加工反
力Ｆ０が作用したとき荷重センサ６で検出される力成分
Ｆ　ＸＯ’　＋　　Ｆ　１０′およびモーメント成分Ｍ
、。′１Ｍ、。′は０であり、これらの成分については
記憶部１１に記憶される値もＯである。したがって、加
工中、荷重センサ６により検出された力成分Ｆ、／、Ｆ
、Ｌ、モーメント成分Ｍ、′、Ｍ、’はその検出値自体
が偏差となるので、これらの成分についての偏差演算部
１２の演算は不要となり、演算を簡略化することができ
る。
さらに、上記制御態様が支障なく機能している場合、こ
れら成分の検出値は他の成分の検出値に比べて極めて小
さな値となる。したがって、荷重センサ６のこれら成分
に対する定格値を小さくすることができ、ひいては、こ
れら成分に対する感度を大きくすることができる。この
ため、全体の制御精度は著しく向上する。特に、モーメ
ント成分は、加工反力Ｆ０に、加工点Ｔから荷重センサ
６の座標中心に対応して定まる位置までの寸法を乗じた
値となるのでその定格値は抑制され、このため充分大き
な感度が得られないことがあるが、本実施例においては
、ｙ′軸および２′軸まわりのモーメントについて感度
を大きくすることができるので、制御精度に寄与すると
ころが大である。
このように、本具体例では、荷重センサの１つの軸と適
正な加工反力の方向とが平行になるように設定したので
、演算ステップを省略することができるばかりでなく、
荷重センサの所定の軸成分の感度を向上せしめることが
でき、ひいては全体の制御精度を向上せしめることがで
きる。
第４図および第５図はそれぞれ本実施例の第２の具体例
に係る加工具および荷重センサの正面図および側面図で
ある。各図で、第２図に示す部分と同一部分には同一符
号が付しである。１８゜１８’は加工具３の軸と連結部
材１６に結合されて荷重センサ６を支持する荷重センサ
支持部材である９図から明らかなように、本具体例では
、荷重センサ６と適正な加工反力Ｆ０の関係は、荷重セ
ンサ６の座標軸の１つ（ｚ　／軸）と加工具反力Ｆ０の
方向とが一致するような関係に選定しである。
ここで、本実施例が従来装置と比較して大きな効果を有
することを明瞭にするため、荷重センサ６と加工反力Ｆ
０とが上記の関係にあり、がっ、加工反力がｘ′−２′
平面内にある場合のように、ｘ　／−ｚ　ｒ軸平面内お
よびｙ軸まわりの３軸の自由度しかもたない場合の従来
装置の演算について、第６図および第７図を参照しなが
ら説明する。これら各図で、第２図に示す部分と同一部
分には同一符号が付しである。
第６図は従来装置の加工進行状態図であり、加工が位Ｉ
Ｐ＋　、Ｐｔ　、Ｐａｌと進行してゆく状態が示されて
いる。Ｔｔ　、Ｔｔ　、Ｔｓは位置Ｐ　Ｉ　＋Ｐｚ、Ｐ
ｚにおける加工点、Ｏ＋　、Ｏｘ　、Ｏｘは位置ＰＩ５
　Ｐ２＋Ｐ２における加工具３の中心点を示す。従来装
置における典型的な１加工態様としては、加工具３によ
ってワーク２を加工することが可能である間は荷重セン
サ６と加工具支持機構１５の姿勢をそのままとして加工
を継続する方式が挙げられる。即ち、図示されているよ
うに、荷重センサ６の姿勢は変化しないで適正加工反力
Ｆ０とその方向Φ。（加工点Ｔの法線と加工反力Ｆ０と
のなす角）を加工曲面２に関して一定に保持する制御が
なされる。しかし、加工が位置Ｐｌから位置Ｐｚ、Ｐｚ
と進行するにしたがって荷重センサ６の２′軸と加工点
Ｔの法線とのなす角度α（加工点ＴＬにおける接平面は
Ｏ，、Ｔ、に直交するので、角度αは接平面を代表する
パラメータと考えられる。）が変化し、これにより荷重
センサ６により検出される力成分ＦＸ’＋　　Ｆ、′、
モーメント成分Ｍ、′も図示のように変化する（Ｍ、′
の図示は省略しである。）。そこで、荷重センサ６の検
出値Ｆ　、ｘ’、Ｆ、’、Ｍ、Ｊと実際の加工反力Ｆ、
その方向Φ、角度αの関係を求めることにする。
第７図は第６図に示す方法で加工中のある加工位置にお
ける加工状態図である。今、 Ｌ：加工具３の中心０と荷重センサ６の座標軸の中心Ｏ
′との間の距離 ｒ：加工具３の半径 Ｓ：荷重センサ６の座標軸の中心０′と、加工反力Ｆの
延長線とこの延長線に中心Ｏ′かか下ろした垂線の交点
Ｈとの間の距離 とする。この場合、中心０から線０’−Ｈに下ろした垂
線と２′軸とのなす角は（Φ−α）となる。
さて、加工反力Ｆと検出された合成力Ｆ′とは平行であ
るから、 ＦＸ’　−−Ｆｓｉｎ（Φ−α）　・・・・・・・・・
・・・（３）Ｆｚ　’　＝　Ｆｃｏｓ（Φ−α）　　　
・・・・・・・・・・・・　（４）又、検出されるモー
メント成分Ｍ　ｙ　’はＭ、””Ｆｌ　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）こ
こで、距離Ｓは、 ｓ　寓Ｌｓｉｎ（Φ−ｃｒ）＋ｒｓｉｎΦ　−−−−−
−（６）したがって、 Ｍ、　’　＝　Ｆ　Ｌｓｉｎ（Φ−α）＋Ｆｒ５ｉｎΦ
　・　（７）上記（３）、　　（４）式より、加工反力
Ｆおよびその方向Φは、 Φ−５ｉｎ−’　（−ＦＸ’／Ｆ）　＋ｒｘ　　−＝　
（９）となる。
しかしながら、（９）式において角度αが求められてい
ないと加工反力Ｆの方向Φは不明となる。
換言すると加工点Ｔおよびそこでの接平面が不明である
と加工反力の方向Φも不明であるということなる。そこ
で、（７）式におけるモーメント情報Ｍ　ｙ　’を用い
て角度αを求めることが必要となる。即ち、（３）式か
ら、 ５ｉｎ（Φ−α）　−−Ｆ、’／Ｆ　　・・・・・・・
・・・・・（１０）（１０）式を（７）式に代入すると Ｍ、’　＝　−ＬＦ、’　＋Ｆｒ５ｉｎΦ　・・−・・
−（１１）Ｆ 以上のように、検出された荷重・情報ＦＸ’。
ＦＺ’、Ｍ！ｌ’のすべてを用いて加工点Ｔの位置、接
平面（角度α）を求めることによりはじめて加工反力Ｆ
とその方向Φを求めることができる。
次に、求められた加工反力Ｆ１方向Φと、適正な加工反
力Ｆｏ、方向Φ０とを比較し、その偏差を求める必要が
ある。即ち、加工反力の偏差ΔＦ、方向の偏差Δφは、 （３）式、（４）式および（１１）式からＦおよびΦが
それぞれΔＦ、ΔΦだけ変化するとき、値Ｆ　Ｘ　’　
ｌ　　Ｆ　ｊｌ　’　＋　Ｍ　ｙ′をそれぞれどれだけ
変化するかの式が次のように求められる。
Δｐ’　ｘ’　ｔｗ−ΔＦｓｉｎ（Φ−α）−Ｆｃｏｓ
（Φ−α）　・ΔΦ−・・−（１５）ΔＦｚ’＝ΔＦｃ
ｏｓ（Φ−α） −Ｆｓｉｎ（Φ−α）　・Δφ・・・・・・（１６）Δ
Ｍ、’ｍ−ΔＦＸ’Ｌ＋ｒ（ΔＦｓｉｎΦ＋ＦｃｏｓΦ
・ΔΦ）・・・・・・（１７）そして、これら（１５）
式、（１６）式および（１７）式の値ΔＦ１ΔΦに（１
３）式、（１４）式で求めた値を代入することによりは
じめて必要とする偏差、即ち、加工反力とその方向が値
Ｆ０、Φ。に一致するように制御するための偏差を得る
ことができる。
このように、従来装置にあっては、３軸のみの自由度を
有する最も簡単な場合においてさえも、所要の偏差を得
るためには上記のように手間のかかる演算を必要すとる
ものであり、自由度が１軸増加する毎にその複雑さが幾
何級数的に増大することは明らかである。そして、この
ような演算自体は当業者であればなし得るものであるが
、これを第１０図に示す従来装置の制御演算部７におい
て実施する場合、演算時間に長時間を要し、制御性能が
低下し、がっ、演算手段のコストも増大することとなる
。
これに対して、同じ３自由度を有する第２の具体例にお
いて、偏差信号は、従来装置におけるような複雑な演算
は全く行なわず以下に示すように極めて単純に求めるこ
とができる。即ち、第８図は第２の具体例のものの加工
進行状態図であり、第６図と同一部分、同一個所には同
一符号が付しである。この図から直ちに判るように、本
具体例では適正加工反力Ｆ０の方向Φ。と２′軸とが常
に一致するように制御すればよいので、荷重センサ６に
より検出される力成分Ｆｚ’が加工反力Ｆ０になるよう
に、がっ力成分Ｆ、’およびモーメント成分Ｆア′が０
になるように制御すればよいこととなる。したがって、
偏差ΔＦイは（ΔＦｚ’−Ｆ０）となり、又、偏差ΔＦ
　、、ΔＭ、は荷重センサ６の検出値Ｆ　Ｘ　’　ｌ　
Ｍ　ｙ′それ自体が偏差となる。結局、第２の具体例の
場合、第１図に示す荷重ベクトル−足保持制御演算部１
ｏの演算は単に（ΔＦｚ’−Ｆ、）の減算のみとなり、
従来装置に比較してその演算に要する時間が飛躍的に短
縮されることは明らかである。
なお、前述のように、従来装置においては自由度が増加
する毎に演算の複雑さは幾何級数的に増加するが、本実
施例においては、６自由度であっても６つの減算を行な
うのみであり、従来装置と比較して自由度が増加する毎
に演算はより一層単純化されることになる。
以上、従来装置の演算を述べ、これに比較し本具体例は
演算時間を飛躍的に短縮することができることを説明し
たが、さらに他の効果も有する。
即ち、本具体例は、第１の具体例の説明で述べたと同様
に、２′軸方向の力成分以外の成分の検出値は橿めて小
さな値となるのでそれらの成分に対する悪友を大きくす
ることができ、制御精度を著しく向上せしめることがで
きる。また、一般的に荷重センサは、そのカの定格値と
モーメントの定格値との間には一定の関係があり、一方
だけを他と無関係に大きくとることは出来ない。ところ
で、従来の方法によると、カの作用点が荷重センサと離
れているために大きなモーメントがかがるので、それに
ふされしいモーメント定格にするとカの定格値もそれに
応じて大きくせねばならず、その大きな測定範囲の中で
小さなカを計らねばならないので、制御精度が著しく低
下するといった弊害があった０本具体例ではすべてのモ
ーメント成分の検出値が小さいので、カの定格値を実際
に生じる力の大きさにあわせて決めることが出来、制御
精度が向上すると同時に、従来方法による場合に比べて
定格値の小さな荷重センサを使用することが出来、装置
を安価に構成することが出来る。また従来と同じ定格値
の荷重センサを使用する場合で考えると、モーメントが
大きくなるがゆえに大きな力をかけることが出来ず、そ
のために加工能力が著しく制限されていたのに対し、同
じ荷重センサを用いて大きな荷重の制御が可能になるこ
とにもなる。
このように、本具体例では、荷重センサの１つの軸と適
正加工反力の方向とが一致するように設定したので、第
２の具体例と同じ効果を奏するばかりでなく、同じ荷重
センサを用いた場合で比べると加工能力を増大すること
ができ、又は定格値の小さな荷重センサを使用すること
により加工精度を向上させ、かつ、装置を安価に構成す
ることができる。
以上、本実施例の一般例およびその特定の具体例につい
て述べたが、結局、本実施例では、従来装置において必
要とされた演算ステップを省略することができるので、
演算に要する部分のコストを低減することができ、かつ
１．演算速度を大幅に短縮し、応答性を向上せしめるこ
とができる効果を有する。しかも、加工反力を常に適正
値に維持しつつ自動的に加工することができる特徴は、
何等の支障なく保持される。又、荷重センサの座標軸の
１軸と、設定された適正な加工反力の方向とを特定の関
係に定めると、加工能力の増大あるいは荷重センサの検
出感度を大にして制御精度を向上せしめることができ、
さらに、定格値の小さな荷重センサの使用が可能となる
効果も有する。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、適正な加工反力を定め
、その荷重センサにおける検出値を記憶し、加工中の加
工反力の荷重センサによる検出値と記憶された検出値と
を比較し、両者の偏差に基づいて、両者が等しくなるよ
うにテーブルと加工具支持機構の相対位置、相対姿勢を
制御するようにしたので、演算ステップを大幅に省略す
ることができ、演算に要する部分のコストを低減し、か
つ、加工速度や応答性を増大して加工能力を向上せしめ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に係る曲面加工装置の系統図、
第２図は第１図に示す加工具・ワーク系および荷重セン
サの斜視図、第３図は上記実施例の第１の具体例に係る
加工具・ワーク系および荷重センサの斜視図、第４図お
よび第５図はそれぞれ上記実施例の第２の具体例に係る
加工具・ワーク系および荷重センサの正面図および側面
図、第６図および第７図は従来装置の加工状態進行図お
よび加工状態図、第８図は上記実施例の第２の具体例の
加工状態進行図、第９図は加工具およびワークの側面図
、第１０図は従来の曲面加工装置の系統図である。 １・・・テーブル、２・・・ワーク、３・・・加工具、
５・・・加工具・ワーク系、６・・・荷重センサ、８・
・・各軸駆動制御系、９・・・変位センサ、１０・・・
荷重ベクトル一定保持制御演算部、１１・・・記憶部、
１２・・・偏差演算部、１３・・・変位演算部、１５・
・・加工具支持機構。 第２図 Ｚ′ ２・・ワーク １５−・−７０１−臭叉行穐揖 第３図 第４図 ２′ 第５図 第７図 Ｚ′

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ワークを支持する支持部と、前記ワークを加工す
    る加工部と、前記支持部および前記加工部の相対的変位
    を制御する駆動制御機構とを備え前記ワークを所望の曲
    面形状に加工する曲面加工装置において、前記相対的変
    位を検出する変位センサと、前記加工部に作用する加工
    反力を検出する荷重センサと、定められた適正な加工反
    力の前記荷重センサによる検出値を記憶する記憶部と、
    前記荷重センサで検出された加工中の加工反力と前記記
    憶部に記憶された値との差を演算する偏差演算部と、こ
    の偏差演算部で求められた偏差および前記変位センサの
    検出値に基づいて前記偏差を０とするような前記相対的
    変位を演算する変位演算部とを設け前記適正な加工反力
    の方向に対して前記荷重センサの姿勢が一定に保たれる
    ことを特徴とする曲面加工装置。
  2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記記憶部
    に記憶する値は、前記荷重センサの座標軸のうちの所定
    の１軸を前記適正な加工反力の方向と平行になるように
    位置せしめる値であることを特徴とする曲面加工装置。
  3. （３）特許請求の範囲第（１）項において、前記記憶部
    に記憶する値は、前記荷重センサの座標軸のうちの所定
    の１軸を前記適正な加工反力の方向と一致するように位
    置せしめる値であることを特徴とする曲面加工装置。
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