WO2016157456A1 - 工具経路生成方法、穴加工方法および工具経路生成装置 - Google Patents

工具経路生成方法、穴加工方法および工具経路生成装置 Download PDF

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康輔 井上
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Definitions

  • the present invention relates to tool path generation that connects two tool paths, and more particularly to a tool path generation method, a hole processing method, and a tool path generation device for drilling holes that form a hole on a surface of a workpiece using a rotary tool.
  • the tool T When a large number of holes are machined on the surface of the workpiece using a rotary tool such as a drill, the tool T is placed at the position of the hole H1 in order to machine one hole H1, as shown in FIG. Then, it is sent toward the workpiece W in the rotation axis direction (Z-axis direction) (path 1). Next, the tool T is moved away from the workpiece W in the Z-axis direction and removed from the hole H1 (path 2). When the tip of the tool T moves away from the workpiece W, the tool T is then fed toward the position where the next hole H2 is to be formed by the X-axis and Y-axis feeding devices (path 6).
  • the tool T is again sent toward the workpiece W in the Z-axis direction to form the hole H2 (path 4).
  • the direction of the tool feed is changed, in the example of FIG. Since the feeding operation must be temporarily stopped between the path 4 and the path 4, the time required for moving the tool becomes longer.
  • Patent Document 1 describes a machine tool that moves a moving body using two drive devices, for example, an X-axis drive device and a Y-axis drive device, so as to shorten the movement time.
  • the moving body when the moving body is moved by two-axis control, when the direction of change is required in at least one place in any of the axial directions, the moving body reaches the turning point.
  • the moving body is gently accelerated or decelerated below the maximum acceleration / deceleration in the direction of the axis to change direction, and the maximum driving speed is reduced in the other driving device.
  • the moving time of the moving body can be shortened, but the control is complicated, and the route and speed of the moving body are added to the normal machining program in the NC program input to the control device. There is a problem that the lower limit speed must be defined in advance.
  • the present invention has a technical problem to solve such problems of the prior art.
  • the 2 A tool path generation method and apparatus for connecting two tool paths which can easily and in real time generate a connection path with reduced time required for tool movement, and the tool path generation method It aims to provide a drilling method.
  • a tool path generation method for generating a tool path for moving a tool and a workpiece relative to each other and machining the workpiece
  • the movement directions are substantially opposite to each other.
  • One tool path is extracted, and a reversal position where the feed direction of the tool is reversed at a position separated from the workpiece between one end point of the two tool paths and the other start point of the two tool paths.
  • a tool path generation method is provided for generating a tool path comprising the other of two tool paths.
  • the first hole After completion of hole processing, along an elliptical connection path having a long or short axis as a line segment having both ends of the first hole processing end position and the second hole processing start position
  • the rotary tool is moved relatively from the processing end position of the first hole of the workpiece to the processing start position of the second hole, and the rotary tool is directed into the workpiece along the rotation axis.
  • a rotating tool mounted on the tip of the main shaft that rotates about the rotation axis, and a workpiece that is arranged facing the main shaft, the direction of the rotation axis of the main shaft being the Z axis Hole for machining the first and second holes extending in the Z-axis direction on the surface of the workpiece with a machine tool having X, Y, and Z feed axes that move relative to each other in the three orthogonal X, Y, and Z directions
  • the distance in the X-axis direction between the processing end position of the first hole and the processing start position of the second hole and the distance in the Y-axis direction are calculated, and the distance in the X-axis direction is calculated.
  • An X-axis reference value obtained by dividing by the maximum acceleration of the X-feed axis and a Y-axis reference value obtained by dividing the distance in the Y-axis direction by the maximum acceleration of the Y-feed axis are obtained, and the X-axis reference value and the Y-axis reference value are obtained.
  • the larger value is set as the maximum reference value, and the maximum reference value is multiplied by the maximum acceleration of the Z feed axis.
  • the retraction distance is obtained, and an elliptical shape extending in a plane perpendicular to the XY plane with a long segment or a short axis as a line segment having the machining end position of the first hole and the machining start position of the second hole as both ends
  • a drilling method for moving the rotary tool from the end position of the second hole to the start position of the second hole and driving the rotary tool into the workpiece along the rotation axis.
  • a tool path generation device that generates a tool path for machining a workpiece by relatively moving the tool and the workpiece
  • the two tool paths that are substantially opposite to each other are extracted.
  • a reverse position where the feed direction of the tool is reversed is calculated at a position separated from the workpiece between the path extraction unit, one end point of the two tool paths, and the other start point of the two tool paths.
  • a tool path generation device that generates a tool path that includes the other of the two tool paths.
  • connection path generation since the connection path is generated only by calculating the ellipse, the tool path generation can be performed in a very simple and short time. There is no need to specify it in the NC program.
  • a machine tool 100 constitutes a vertical machining center, and includes a bed 102 as a base fixed to the floor of a factory, a front portion of the bed 102 (in FIG. 1).
  • a column 104 standing and fixed on the upper surface a saddle 106 movably provided in the left-right direction or the Y-axis direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1) on the front surface of the column 104, and the vertical direction on the front surface of the saddle 106
  • a Z slider 108 that is movably attached in the Z axis direction and a spindle head 110 that is attached to the Z slider 108 and rotatably supports the spindle 112 are provided.
  • the table 114 is provided so as to be able to reciprocate along a pair of X-axis guide rails 102 a extending in the horizontal X-axis direction on the upper surface of the bed 102.
  • the bed 102 is connected to a ball screw (not shown) extending in the X-axis direction and one end of the ball screw as an X-axis feeding device that reciprocates the table 114 along the X-axis guide rail 102a.
  • An X-axis servo motor is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw is attached to the table 114.
  • An X-axis scale (not shown) for measuring the coordinate position in the X-axis direction of the table 114 in the X-axis direction is also attached to the table 114.
  • the spindle head 110 supports the spindle 112 so as to be rotatable around a central axis O extending in a vertical direction parallel to the Z axis.
  • the spindle 112 has a tool mounting hole (not shown) for mounting the rotary tool T at the tip portion facing the table 114.
  • the spindle head 110 has a servo motor (not shown) that rotationally drives the spindle 112.
  • the saddle 106 is provided so as to reciprocate along a pair of Y-axis guide rails 104 a extending in the Y-axis direction on the front surface of the upper portion of the column 104.
  • the column 104 is connected to a ball screw (not shown) extending in the Y-axis direction and one end of the ball screw as a Y-axis feeding device that reciprocates the saddle 106 along the Y-axis guide rail.
  • a Y-axis servomotor is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw is attached to the saddle 106.
  • a Y-axis scale (not shown) for measuring the coordinate position of the saddle 106 in the Y-axis direction is also attached to the column 104.
  • the Z slider 108 is provided so as to reciprocate along a pair of Z axis guide rails 106 a extending in the Z axis direction on the front surface of the saddle 106.
  • the saddle 106 is connected to a ball screw (not shown) extending in the Z-axis direction and one end of the ball screw as a Z-axis feeding device that reciprocates the Z slider 108 along the Z-axis guide rail.
  • a Z-axis servomotor (not shown) is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw is attached to the spindle head 110.
  • the saddle 106 is also attached with a Z-axis scale (not shown) for measuring the coordinate position of the Z slider 108 in the Z-axis direction.
  • the rotary tool T is fed along its central axis by a Z-axis feeder.
  • the X-axis servo motor, Y-axis servo motor, Z-axis servo motor, X-axis scale, Y-axis scale, and Z-axis scale are connected to an NC device (not shown) that controls the machine tool 100.
  • the power (current value) supplied to the X-axis servo motor, Y-axis servo motor, and Z-axis servo motor is controlled.
  • the control device 10 is similar to a normal NC device in that it includes a reading interpretation unit 12 and a program execution control unit 14. , An interpolation unit 18 and a servo unit 20 are provided. That is, the control device 10 can be incorporated into an NC device for the machine tool 100.
  • the control device 10 further includes a tool path generation unit 30 of the present invention. As will be described later, the tool path generation unit 30 includes an opposite path extraction unit 32, a reverse position calculation unit 34, and a reverse path generation unit 36.
  • the reading / interpreting unit 12 reads and interprets the NC program and sequentially outputs executable program data to the program execution control unit 14.
  • the program execution control unit 14 outputs an operation command to the acceleration / deceleration control unit 16 based on the executable program data output from the reading interpretation unit 12. This movement command includes the feed amount and feed speed in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • the acceleration / deceleration control unit 16 passes the movement command from the program execution control unit 16 through the acceleration / deceleration filter and performs acceleration / deceleration processing of the feed rate of each axis.
  • the movement command subjected to acceleration / deceleration processing in the acceleration / deceleration control unit 16 is output to the interpolation unit 18.
  • the interpolation unit 18 performs an interpolation operation on the received X-axis, Y-axis, and Z-axis movement commands, and outputs a position command matching the interpolation function and the feed speed to the servo unit 20 of each axis.
  • the servo unit 20 outputs current values for driving the X-axis, Y-axis, and Z-axis feed axes of the machine tool 100 from the received X-axis, Y-axis, and Z-axis position commands. Is supplied to the servomotor 22 of each feed axis of the X axis, Y axis and Z axis of the machine tool 100.
  • the opposite path extraction unit 32 of the tool path generation unit 30 extracts the opposite path from the NC program read and interpreted by the reading interpretation unit 12.
  • the opposite paths are two adjacent tool paths (opposite paths) in which the movement direction of the tool T is substantially opposite.
  • the tool T is the first first. From the machining start point P1 of the hole H1 to the machining end point P2, it moves linearly in the axial direction while being pressed against the workpiece W (tool path 1), and then from the machining end point P2 to the machining start point P1.
  • the tool T moves through the connection path 3 to the machining start point P3 that is the machining start position of the second hole H2, and is pressed against the workpiece W from the machining start point P3 to the machining end point P4. Then, it moves linearly in the axial direction (tool path 4), and then moves away from the workpiece W in the opposite direction along the same straight line as the tool path 4 from the machining end point P4 to the machining start point P3. (Tool path 5).
  • the adjacent tool path 2 and tool path 4 are opposite paths.
  • the tool path 1 and the tool path 2 are opposite in the moving direction of the tool T, they are not the opposite paths because they are collinear paths and not adjacent paths.
  • the tool path 4 and the tool path 5 are not opposite paths.
  • the preceding tool path 2 is the first tool path and the subsequent tool path 4 is the second tool path.
  • P1 is an end position of the machining of the first hole H1, that is, an end point of the first tool path 2.
  • P3 is the machining start position of the second hole H2, and is the starting point of the second tool path 4.
  • the reverse position calculation unit 34 calculates the reverse position Pr where the moving direction of the tool T is reversed on the connection path 3 based on the program data related to the reverse path extracted by the reverse path extraction unit 32. To do.
  • the reverse path generation unit 36 generates a reverse path from the program data related to the reverse path extracted by the reverse path extraction unit 32 and the coordinates of the reverse position Pr calculated by the reverse position calculation unit 34.
  • the reversing path is a first tool path 2 that is a path for pulling back the tool T from the first hole H1, and a second tool path 4 that is a tool path for machining the second hole H2.
  • the connection path 3 passes through the reverse position Pr.
  • the position separated by a desired distance from the surface of the workpiece W is an arbitrary position set by the user, and an escape amount for avoiding the collision between the tool and the workpiece due to the shape error or dimensional error of the workpiece surface is set. This is the position away from the workpiece surface. This position corresponds to a position called R point in the fixed cycle of the G code of the machining program.
  • the reverse position calculation unit 34 calculates the coordinates of P1 (X1, Y1, 0) and the coordinates of P2 ( X2, Y2, 0) are read from the NC program read and interpreted by the reading interpretation unit 12 (step S10).
  • the following parameters can be stored in advance in the memory area of the tool path generation unit 30. Alternatively, the operator of the machine tool 100 may manually input appropriately.
  • Ax Maximum acceleration of feed axis in X direction
  • Ay Maximum acceleration of feed axis in Y direction
  • Az Maximum acceleration of feed axis in Z direction
  • step S12 Lx / Ax and Ly / Ay are compared (step S12). If Lx / Ax is larger than Ly / Ay (Yes in step S12), that is, the movement time of the tool T in the X-axis direction. Can be determined to be longer than the movement time in the Y-axis direction, the retreat distance Qz of the tool T in the Z-axis direction is calculated from the following equation (step S14).
  • Qz (Lx / Ax) ⁇ Az
  • connection path 3 of the present embodiment is connected to the first tool path 2 and the second tool path 4 in the tangential direction at the end point P1 of the first tool path 2 and the start point P3 of the second tool path 4. Therefore, the tool T can be moved relative to the workpiece W along the connection path 3 at a very high speed. That is, the tool T is separated from the workpiece W while accelerating in the tool path 2, and the speed in the Z-axis direction passes through P1 while maintaining the speed of the machining command. Next, the tool T is decelerated so that the speed in the Z-axis direction becomes zero at the reversal position Pr and the speed in the Z-axis direction is reversed, and is accelerated in the reverse direction toward P3.
  • the speed in the Z-axis direction reaches the speed of the machining command. In this way, since there is only one point on the connection path 3 where the speed in the Z-axis direction becomes zero, the time required for movement is reduced, and the tool T is moved relative to the workpiece W at a very high speed. Is possible. Since the position of the reverse position Pr in the Z-axis direction is also calculated based on the distance between the first and second holes H1 and H2 and the maximum speed of each feed shaft, the reverse position Pr of the reverse position Pr in the Z-axis direction is calculated. An efficient path whose position does not leave the workpiece W more than necessary is obtained.
  • the position farthest from the workpiece W is set as the reversal position Pr, and a path passing through the reversal position Pr is generated, determination of interference between the tool and peripheral equipment, and a position where the path exceeds the stroke range of the feed axis
  • the determination of whether or not to pass is only required to evaluate the coordinates of the reversal position Pr, and there is an advantage that it is possible to easily determine whether or not the generated connection path 3 is an available path.
  • the centers P1 and P3 of two adjacent holes H1 and H2 are read from the NC program, and Pr is calculated based on them, and an ellipse passing through the three points P1, Pr and P3 is obtained. Since the connection path 3 is generated only by calculation, it is very simple and can be calculated in a short time. Therefore, unlike the invention of Patent Document 1, it is not necessary to calculate in advance and define it in the NC program.
  • the retraction distance Qz of the tool T in the Z-axis direction is simply the distance between the axes of the first and second holes H1, H2 or the first and second holes H1, H2 of the workpiece W. Is calculated based on the center-to-center distance, that is, the pitch of the hole to be machined, and the maximum acceleration of the X or Y feed axis, but the present invention is not limited to this. If the hole to be machined is shallow, the accelerating distance is short, and the feed rate of the Z-axis is not high when the tool T moves away from the hole, so that the tool T is short without being moved away from the workpiece W.

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Abstract

　工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する工具経路を生成する工具経路生成装置（１０）が、互いに移動方向が略反対の２つの工具経路を抽出する反対経路抽出部（３２）と、２つの工具経路の一方の終点と、２つの工具経路の他方の始点との間で、ワークから離反した位置に、工具の送り方向が反転する反転位置を演算する反転位置演算部（３４）と、２つの工具経路の一方の終点、反転位置、２つの工具経路の他方の始点を通過する接続経路を演算する反転経路生成部（３６）とを具備する。

Description

工具経路生成方法、穴加工方法および工具経路生成装置
　本発明は、２つの工具経路をつなぐ工具経路生成に関し、特に、ワークの表面に回転工具を用いて穴を形成する穴加工のための工具経路生成方法、穴加工方法および工具経路生成装置に関する。
　ワークの表面に回転工具、例えばドリル等を用いて多数の穴を加工する場合、図５に示すように、１つの穴Ｈ1を加工するために、工具Ｔが穴Ｈ1の位置に配置され、次いで、ワークＷへ向けてその回転軸線方向（Ｚ軸方向）に送られる（経路１）。次いで、工具Ｔは、Ｚ軸方向にワークＷから離反するように移動させられ穴Ｈ1から抜去される（経路２）。工具Ｔの先端がワークＷから離反すると、次いで、工具Ｔは、Ｘ軸、Ｙ軸の送り装置によって次の穴Ｈ2を形成すべき位置へ向けて送られる（経路６）。次の穴Ｈ2の位置に到達すると、工具Ｔは、再びワークＷへ向けてＺ軸方向に送られ、穴Ｈ2が形成される（経路４）。このように、１つの加工部位から次の加工部位へ工具をワークに対して移動する際に、工具の送り方向が方向転換する際、図５の例では経路２と経路６の間および経路６と経路４の間で送り動作を一旦停止しなければならないので、工具の移動に要する時間が長くなる。
　特許文献１には、移動時間を短縮するように、移動体を２つの駆動装置、例えばＸ軸駆動装置とＹ軸駆動装置とを用いて移動させる工作機械が記載されている。特許文献１の工作機械では、移動体を２軸制御で移動させるときに、何れかの軸方向に少なくとも１箇所での方向転換を要する場合において、移動体が、方向転換点に到達したときから、移動体を、方向転換する軸方向に最大加減速度以下で緩やかに加減速させ、他方の駆動装置では最大下限速度するようになっている。
特開２００６－０２４１７４号公報
　特許文献１の発明によれば、移動体の移動時間は短縮できるが、制御が複雑であり、制御装置に入力されるＮＣプログラム中に通常の加工用プログラムに加えて、移動体の経路、速度、下限速度を予め規定しておかなければならない問題がある。
　本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、工作機械においてワーク加工中に１つの工具経路から隣の工具経路へ工具をワークに対して移動させるときに、該２つの工具経路を接続する接続経路であって、工具の移動に要する時間を短縮した接続経路を容易かつ非常に短時間でリアルタイムに生成できる工具経路生成方法および装置並びに該工具経路生成方法を用いた穴加工方法を提供することを目的としている。
　上述の目的を達成するために、本発明によれば、工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する工具経路を生成する工具経路生成方法において、互いに移動方向が略反対の２つの工具経路を抽出し、前記２つの工具経路の一方の終点と、前記２つの工具経路の他方の始点との間で、前記ワークから離反した位置に、工具の送り方向が反転する反転位置を設定し、前記２つの工具経路の一方の終点、前記反転位置、前記２つの工具経路の他方の始点を通過する接続経路を演算し、前記２つの工具経路の一方、前記接続経路、および前記２つの工具経路の他方から成る工具経路を生成する工具経路生成方法が提供される。
　更に、本発明によれば、回転軸線を中心として回転する主軸の先端に装着した回転工具を用いてワークに連続して第１と第２の穴を加工する穴加工方法において、前記第１の穴の加工が終了した後に、前記第１の穴の加工の終了位置と前記第２の穴の加工の開始位置を両端とする線分を長軸または短軸とする楕円状の接続経路に沿って、前記回転工具を前記ワークの前記第１の穴の加工終了位置から前記第２の穴の加工開始位置へ相対的に移動させ、前記回転工具を前記回転軸線に沿って前記ワーク内へ向けて駆動するようにした穴加工方法が提供される。
　更に、本発明の他の特徴によれば、回転軸線を中心として回転する主軸の先端に装着された回転工具と、該主軸に対面配置されたワークとを、前記主軸の回転軸線方向をＺ軸としてＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動させるＸ、Ｙ、Ｚ送り軸を有した工作機械で、前記ワークの表面にＺ軸方向に延びる第１と第２の穴を加工する穴加工方法において、前記第１の穴の加工終了位置と前記第２の穴の加工開始位置との間のＸ軸方向の距離と、Ｙ軸方向の距離を演算し、前記Ｘ軸方向の距離をＸ送り軸の最大加速度で除算したＸ軸基準値と、前記Ｙ軸方向の距離をＹ送り軸の最大加速度で除したＹ軸基準値を求め、前記Ｘ軸基準値とＹ軸基準値との大きい方の値を最大基準値と設定し、前記最大基準値にＺ送り軸の最大加速度を乗じてＺ軸方向の退避距離を求め、前記第１の穴の加工終了位置と前記第２の穴の加工開始位置を両端とする線分を長軸または短軸とし、ＸＹ平面に垂直な平面内に延びる楕円状の接続経路であって、前記退避距離が前記楕円の短軸または長軸の１／２となる楕円状の接続経路を生成し、前記接続経路に沿って前記回転工具を前記ワークの前記第１の穴の加工の終了位置から前記第２の穴の加工の開始位置へ移動させ、前記回転工具を前記回転軸線に沿って前記ワーク内へ向けて駆動する穴加工方法が提供される。
　更に、本発明によれば、工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する工具経路を生成する工具経路生成装置において、互いに移動方向が略反対の２つの工具経路を抽出する反対経路抽出部と、前記２つの工具経路の一方の終点と、前記２つの工具経路の他方の始点との間で、前記ワークから離反した位置に、工具の送り方向が反転する反転位置を演算する反転位置演算部と、前記２つの工具経路の一方の終点、前記反転位置、前記２つの工具経路の他方の始点を通過する接続経路を演算し、前記２つの工具経路の一方、前記接続経路、および前記２つの工具経路の他方から成る工具経路を生成する工具経路生成部とを具備する工具経路生成装置が提供される。
　本発明によれば、楕円を演算するだけで接続経路が生成されるので、非常に簡単で短時間に工具経路生成の演算をすることができ、特許文献１の発明のように、予め演算しＮＣプログラム中に規定する必要がない。
本発明の好ましい実施形態による工具経路生成部を含んだ制御装置を示すブロック図である。 本発明を適用する工作機械の一例を示す側面図である。 本発明の工具経路生成方法による穴加工を説明するための略図である。 本発明の工具経路生成方法を説明するフローチャートである。 従来の工具経路生成方法による穴加工を説明するための略図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
　先ず、図２を参照すると、本発明を適用する工作機械の一例が示されている。図２において、本発明の好ましい実施の形態による工作機械１００は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の前方部分（図１では左側）の上面で前後方向またはＸ軸方向（図１では左右方向）に移動可能に設けられワークＷが固定されるテーブル１１４、ベッド１０２の後端側（図１では右側）で同ベッド１０２の上面に立設、固定されたコラム１０４、該コラム１０４の前面で左右方向またはＹ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたサドル１０６、サドル１０６の前面で上下方向またはＺ軸方向に移動可能に取り付けられたＺスライダ１０８、Ｚスライダ１０８に取付けられ主軸１１２を回転可能に支持する主軸頭１１０を具備している。
　テーブル１１４は、ベッド１０２の上面において水平なＸ軸方向に延設された一対のＸ軸案内レール１０２ａに沿って往復動可能に設けられている。ベッド１０２には、テーブル１１４をＸ軸案内レール１０２ａに沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータが設けられており、テーブル１１４には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。テーブル１１４には、また、Ｘ軸方向のテーブル１１４のＸ軸方向の座標位置を測定するＸ軸スケール（図示せず）が取り付けられている。
　主軸頭１１０は、Ｚ軸に平行な鉛直方向に延びる中心軸線Ｏ周りに回転可能に主軸１１２を支持している。主軸１１２は、テーブル１１４に対面する先端部に回転工具Ｔを装着するための工具装着穴（図示せず）が加工されている。主軸頭１１０は主軸１１２を回転駆動するサーボモータ（図示せず）を有している。
　サドル１０６は、コラム１０４の上方部分の前面においてＹ軸方向に延設された一対のＹ軸案内レール１０４ａに沿って往復動可能に設けられている。コラム１０４には、サドル１０６をＹ軸案内レールに沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータが設けられており、サドル１０６には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。コラム１０４には、また、サドル１０６のＹ軸方向の座標位置を測定するＹ軸スケール（図示せず）が取り付けられている。
　Ｚスライダ１０８は、サドル１０６の前面においてＺ軸方向に延設された一対のＺ軸案内レール１０６ａに沿って往復動可能に設けられている。サドル１０６には、Ｚスライダ１０８をＺ軸案内レールに沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＺ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、主軸頭１１０には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。サドル１０６には、また、Ｚスライダ１０８のＺ軸方向の座標位置を測定するＺ軸スケール（図示せず）取り付けられている。回転工具ＴはＺ軸送り装置によって、その中心軸線に沿って送られる。
　Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータおよびＸ軸スケール、Ｙ軸スケール、Ｚ軸スケールは、工作機械１００を制御するＮＣ装置（図示せず）に接続されており、該ＮＣ装置によって、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータへ供給される電力（電流値）が制御される。
　本発明の穴加工方法を実施するための制御装置の一例を示すブロック図である図１を参照すると、制御装置１０は、通常のＮＣ装置と同様に、読取解釈部１２、プログラム実行制御部１４、補間部１８およびサーボ部２０を具備している。つまり、制御装置１０は、工作機械１００のためのＮＣ装置に組込むことができる。制御装置１０は、更に、本発明の工具経路生成部３０を具備している。工具経路生成部３０は、後述するように、反対経路抽出部３２、反転位置演算部３４および反転経路生成部３６を具備している。
　読取解釈部１２は、ＮＣプログラムを読み取り解釈し、実行可能なプログラムデータをプログラム実行制御部１４へ逐次出力する。プログラム実行制御部１４は、読取解釈部１２から出力される実行可能なプログラムデータに基づいて動作指令を加減速制御部１６に出力する。この移動指令は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の送り量と送り速度を含んでいる。
　加減速制御部１６は、プログラム実行制御部１６からの移動指令を加減速フィルタに通して各軸の送り速度の加減速処理を行う。加減速制御部１６において加減速処理された移動指令は補間部１８に出力される。補間部１８は、受け取ったＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸移動指令を補間演算し、補間関数および送り速度に合った位置指令を各軸のサーボ部２０へ出力する。サーボ部２０は、受け取ったＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各位置指令から工作機械１００のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各送り軸を駆動するための電流値を出力し、この電流値が工作機械１００のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各送り軸のサーボモータ２２に供給される。
　工具経路生成部３０の反対経路抽出部３２は、読取解釈部１２が読み取り解釈したＮＣプログラムから反対経路を抽出する。反対経路は、工具Ｔの移動方向が略反対向きの隣接する２つの工具経路（反対経路）である。本実施形態では、図３に示すように、ワークＷに工具Ｔとしてドリルを用いて隣り合う第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2を加工するような場合、工具Ｔは、先ず、第１の穴Ｈ1の加工開始点Ｐ1から加工終点Ｐ2へ向けて、ワークＷに対して押し付けられつつ軸方向に直線的に移動し（工具経路１）、次いで、加工終点Ｐ2から加工開始点Ｐ1へ向けて工具経路１と同一経路に沿って反対向きにワークＷから離反するように移動する（工具経路２）。工具Ｔは、次いで、接続経路３を経て、第２の穴Ｈ2の加工の開始位置である加工開始点Ｐ3へ移動し、加工開始点Ｐ3から加工終点Ｐ4へ向けて、ワークＷに対して押し付けられつつ軸方向に直線的に移動し（工具経路４）、次いで、加工終点Ｐ4から加工開始点Ｐ3へ向けて工具経路４と同一直線に沿って反対向きにワークＷから離反するように移動する（工具経路５）。図３の例では、隣接する工具経路２と工具経路４が反対経路になる。工具経路１と工具経路２は、工具Ｔの移動方向が反対向きであるが、同一直線上の経路であり隣接する経路ではないので反対経路ではない。工具経路４と工具経路５も同様に反対経路ではない。
　なお、以下の説明では、互いに反対経路を構成する工具経路２、４のうち、先行する工具経路２を第１の工具経路、後続の工具経路４を第２の工具経路とする。また、Ｐ1は、第１の穴Ｈ1の加工の終了位置、つまり第１の工具経路２の終点である。Ｐ3は、第２の穴Ｈ2の加工開始位置であり第２の工具経路４の始点となる。
　反転位置演算部３４は、後述するように、反対経路抽出部３２によって抽出された反対経路に関連したプログラムデータに基づいて、接続経路３上において工具Ｔの移動方向が反転する反転位置Ｐrを演算する。反転経路生成部３６は、反対経路抽出部３２が抽出した反対経路に関するプログラムデータと、反転位置演算部３４が演算した反転位置Ｐrの座標から反転経路を生成する。図３の例では、反転経路は工具Ｔを第１の穴Ｈ1から引き戻す経路である第１の工具経路２、第２の穴Ｈ2を加工するための工具経路である第２の工具経路４の間で反転位置Ｐrを通過する接続経路３である。
　図４のフローチャートを参照しつつ、図３に示す例において反転経路を生成するための方法を説明する。なお、図３では、座標系を左右方向にＸ軸、紙面に垂直な方向にＹ軸、ワークＷの上面からＺ軸方向に所望距離を以って離間した位置をＺ＝０と定義する。このワークＷの表面から所望距離離間した位置とは、ユーザが設定した任意の位置であり、ワーク表面の形状誤差や寸法誤差により、工具とワークとが衝突することを回避するための逃がし量を加味してワーク表面から離れた位置である。この位置は、加工プログラムのＧコードの固定サイクルでＲ点と称される位置などに相当する。
　反対経路抽出部３２が、読取解釈部１２が読み取り解釈したＮＣプログラムから反対経路２、４を抽出した後、反転位置演算部３４は、Ｐ1の座標（Ｘ1、Ｙ1、０）およびＰ2の座標（Ｘ2、Ｙ2、０）を読取解釈部１２が読み取り解釈したＮＣプログラムから読み込む（ステップＳ１０）。なお、以下のパラメータは、工具経路生成部３０のメモリ領域に予め格納しておくことができる。或いは、工作機械１００のオペレータが、手動で適宜入力するようにしてもよい。
Ａx＝Ｘ方向の送り軸の最高加速度
Ａy＝Ｙ方向の送り軸の最高加速度
Ａz＝Ｚ方向の送り軸の最高加速度
　次いで、
Ｌx＝反対経路間のＸ方向の距離＝Ｘ2－Ｘ1
Ｌy＝反対経路間のＹ方向の距離＝Ｙ2－Ｙ1
が演算される。
　次に、Ｌx／ＡxとＬy／Ａyとが比較され（ステップＳ１２）、Ｌx／ＡxがＬy／Ａyよりも大きい場合（ステップＳ１２でYesの場合）、つまり工具ＴのＸ軸方向への移動時間がＹ軸方向への移動時間よりも長くなると判断できる場合、工具ＴのＺ軸方向への退避距離Ｑzが以下の式から演算される（ステップＳ１４）。
Ｑz＝（Ｌx／Ａx）×Ａz
　Ｌx／ＡxがＰy／Ａyよりも小さい場合（ステップＳ１２でNoの場合）、工具ＴのＺ軸方向への退避距離Ｑzが以下の式から演算される（ステップＳ１６）。
Ｑz＝（Ｌy／Ａy）×Ａz
　Ｚ軸方向への退避距離Ｑzが演算されると、ステップＳ１８において、反転位置Ｐrの座標が以下の式から演算される。なお、第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2が、例えばＸ軸方向に整列するように、ワークＷをテーブル１１４に対して取り付ければ、Ｌy＝０となる。
Ｐr（Ｘ, Ｙ, Ｚ）＝（（Ｘ１＋Ｘ２）／２, （Ｙ1＋Ｙ2）／２, Ｑz）
　次いで、反転経路生成部３６が、Ｐ1、Ｐr、Ｐ3を通過し、反転位置Ｐrを頂点とする楕円形状の接続経路３を演算する。つまり、楕円の対称軸の一方がＰ1およびＰ3を通過し、対称軸の他方が反転位置Ｐrを通過する楕円の上側半分を接続経路３とする。より詳細には、接続経路３は、Ｐ1およびＰ3を両端とする線分を長軸または短軸として有し、反転位置Ｐrを通過する楕円であって、Ｚ＝０のＸ－Ｙ平面に対して垂直な平面内の楕円のＺ＝０のＸ－Ｙ平面から上側の半分によって規定される。反転経路生成部３６は、このように演算された接続経路３を第１と第２の工具経路２、４と共にプログラム実行制御部１４へ出力する。
　本実施形態の接続経路３は、は第１の工具経路２の終点Ｐ1および第２の工具経路４の始点Ｐ3で、接線方向に第１の工具経路２および第２の工具経路４に接続されるので、工具Ｔを非常に高速で接続経路３に沿ってワークＷに対して相対移動させることが可能となる。つまり、工具Ｔは工具経路２で加速しながらワークＷから離反し、Ｚ軸方向の速度が加工指令の速度のままＰ1を通過する。次いで、工具Ｔは反転位置ＰrでＺ軸方向の速度が零となりＺ軸方向の速度が反転するように減速し、Ｐ3へ向けて逆方向に加速する。そして、Ｐ3を通過するときには、Ｚ軸方向の速度は加工指令の速度にまで到達する。このように、接続経路３上でＺ軸方向の速度が零になる点が１ヶ所しかないため、移動に要する時間が短縮され、非常に高速に工具ＴをワークＷに対して相対移動させることが可能となる。反転位置ＰrのＺ軸方向の位置も、第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2の間の距離と、各送り軸の最高速度に基づいて算出しているため、反転位置ＰrのＺ軸方向の位置が必要以上にワークＷから離れることのない効率的な経路が得られる。
　更に、ワークＷから最も離れた位置を反転位置Ｐrとし、該反転位置Ｐrを通過する経路を生成するため、工具と周辺機器との干渉の判定や、経路が送り軸のストローク範囲を超えた位置を通過するかの判定は、反転位置Ｐrの座標だけを評価すればよく、生成した接続経路３が、利用可能な経路か否かの判定を容易に行うことができるとの利点もある。
　また、本実施形態によれば、２つの隣接する穴Ｈ1、Ｈ2の中心Ｐ1、Ｐ3をＮＣプログラムから読み取り、それに基づいてＰrを演算し、該３つの点Ｐ1、Ｐr、Ｐ3を通過する楕円を演算するだけで接続経路３が生成されるので、非常に簡単で短時間で演算することができるので、特許文献１の発明のように、予め演算しＮＣプログラム中に規定する必要がない。
　図４に示した方法では、工具ＴのＺ軸方向への退避距離Ｑzは、単に第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2の軸間距離またはワークＷの第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2の中心間距離、つまり加工される穴のピッチと、ＸまたはＹ送り軸の最大加速度に基づいて演算されているが、本発明は、これに限定されない。加工される穴が浅ければ、加速する距離が短く、工具Ｔが穴から離反したときにＺ軸の送り速度は高くなっていないので、工具ＴをワークＷから遠くに離反させなくとも、短い距離で減速することができ、工具Ｔを円滑かつ高速に移動させることが可能となる。そこで、上記（Ｌx／Ａx）×Ａzおよび（Ｌy／Ａy）×Ａzを、第１と第２の穴Ｈ1、Ｈ2のうち浅い方の穴の深さＬdに定数αを乗じたαＬdと比較し、αＬdが（Ｌx／Ａx）×Ａzおよび（Ｌy／Ａy）×Ａzよりも小さい場合に、Ｑz＝αＬdとするようにしてもよい。αは、工作機械の特性により異なるが、実験等により予め決定することができ、例えば、α＝１．２とすることができる。
　２　　第１の工具経路
　３　　接続経路
　４　　第２の工具経路
　１０　　制御装置
　１２　　読取解釈部
　１４　　プログラム実行制御部
　３０　　工具経路生成部
　３２　　反対経路抽出部
　３４　　反転位置演算部
　３６　　反転経路生成部

Claims (8)

  1. 　工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する工具経路を生成する工具経路生成方法において、
    　互いに移動方向が略反対の２つの工具経路を抽出し、
    　前記２つの工具経路の一方の終点と、前記２つの工具経路の他方の始点との間で、前記ワークから離反した位置に、工具の送り方向が反転する反転位置を設定し、
    　前記２つの工具経路の一方の終点、前記反転位置、前記２つの工具経路の他方の始点を通過する接続経路を演算し、
    　前記２つの工具経路の一方、前記接続経路、および前記２つの工具経路の他方から成る工具経路を生成する工具経路生成方法。
  2. 　前記接続経路は楕円を長軸または短軸で切断した半楕円形状を呈し、前記反転位置が、前記楕円の短軸または長軸上にあるようにした請求項１に記載の工具経路生成方法。
  3. 　回転軸線を中心として回転する主軸の先端に装着した回転工具を用いてワークに連続して第１と第２の穴を加工する穴加工方法において、
    　前記第１の穴の加工が終了した後に、前記第１の穴の加工の終了位置と前記第２の穴の加工の開始位置を両端とする線分を長軸または短軸とする楕円状の接続経路に沿って、前記回転工具を前記ワークの前記第１の穴の加工終了位置から前記第２の穴の加工開始位置へ相対的に移動させ、
    　前記回転工具を前記回転軸線に沿って前記ワーク内へ向けて駆動するようにした穴加工方法。
  4. 　前記第１の穴の加工が終了した後に、前記回転工具の前記回転軸線方向に前記ワークから離反する直線移動と、前記第１の穴から第２の穴への接続経路沿いの動作と、前記第２の穴を加工するために前記回転軸線方向に前記ワーク内方へ送る直線移動が連続して実行される請求項３に記載の穴加工方法。
  5. 　前記穴加工は、ドリル加工、中ぐり加工、タップ加工、リーマ加工、ザグリ加工から選択され、前記第１と第２の穴は、前記ワークに形成すべき複数の穴のうち２つである請求項３または４に記載の穴加工方法。
  6. 　回転軸線を中心として回転する主軸の先端に装着された回転工具と、該主軸に対面配置されたワークとを、前記主軸の回転軸線方向をＺ軸としてＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動させるＸ、Ｙ、Ｚ送り軸を有した工作機械で、前記ワークの表面にＺ軸方向に延びる第１と第２の穴を加工する穴加工方法において、
    　前記第１の穴の加工終了位置と前記第２の穴の加工開始位置との間のＸ軸方向の距離と、Ｙ軸方向の距離を演算し、
    　前記Ｘ軸方向の距離をＸ送り軸の最大加速度で除算したＸ軸基準値と、前記Ｙ軸方向の距離をＹ送り軸の最大加速度で除したＹ軸基準値を求め、
    　前記Ｘ軸基準値とＹ軸基準値との大きい方の値を最大基準値と設定し、
    　前記最大基準値にＺ送り軸の最大加速度を乗じてＺ軸方向の退避距離を求め、
    　前記第１の穴の加工終了位置と前記第２の穴の加工開始位置を両端とする線分を長軸または短軸とし、ＸＹ平面に垂直な平面内に延びる楕円状の接続経路であって、前記退避距離が前記楕円の短軸または長軸の１／２となる楕円状の接続経路を生成し、
    　前記接続経路に沿って前記回転工具を前記ワークの前記第１の穴の加工の終了位置から前記第２の穴の加工の開始位置へ移動させ、
    　前記回転工具を前記回転軸線に沿って前記ワーク内へ向けて駆動することを特徴とした穴加工方法。
  7. 　工具とワークとを相対的に移動し、該ワークを加工する工具経路を生成する工具経路生成装置において、
    　互いに移動方向が略反対の２つの工具経路を抽出する反対経路抽出部と、
    　前記２つの工具経路の一方の終点と、前記２つの工具経路の他方の始点との間で、前記ワークから離反した位置に、工具の送り方向が反転する反転位置を演算する反転位置演算部と、
    　前記２つの工具経路の一方の終点、前記反転位置、前記２つの工具経路の他方の始点を通過する接続経路を演算し、前記２つの工具経路の一方、前記接続経路、および前記２つの工具経路の他方から成る工具経路を生成する工具経路生成部と、
    　を具備することを特徴とした工具経路生成装置。
  8. 　前記接続経路は楕円を長軸または短軸で切断した半楕円形状を呈し、前記反転位置が、前記楕円の短軸または長軸上にあるようにした請求項７に記載の工具経路生成装置。
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