(57)【要約】  多軸工作機械において、作業者が加工面に対して垂直となるように工具の姿勢を変更する操作を行なうだけで、法線ベクトルの異なる複数の加工面に対して加工を施すことができる数値制御装置を提供する。この目的を達成するため、本発明にかかる数値制御装置は、回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、加工プログラムを記録可能な第１の記憶装置と、座標系を記憶可能な第２の記憶装置と、加工プログラムを実行可能で、加工プログラムまたは外部入力で定まる工具の姿勢に基づき第２の記憶装置に記憶される座標系から加工に適した座標系を選択し、選択した座標系でワークを加工するためのデータを出力する中央処理装置と、を設けた。
2010109536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、
加工プログラムを記録可能な第１の記憶装置と、
座標系を記憶可能な第２の記憶装置と、
加工プログラムを実行可能で、加工プログラムまたは外部入力で定まる工具の姿勢に基づき第２の記憶装置に記憶される座標系から加工に適した座標系を選択し、選択した座標系でワークを加工するためのデータを出力する中央処理装置と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、
移動指令に基づいて制御周期毎の並進軸位置と回転軸角度とを生成する指令位置生成部と、
複数の座標系を記憶する座標系記憶部と、
前記複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を前記回転軸角度に基づき選択する座標系選択部と、
前記並進軸位置を前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置へ変更する座標値変更部と、
前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換する座標変換部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項３】
前記座標系選択部は、前記回転軸角度に基づき求められる工具姿勢ベクトルと、前記複数の座標系のＺ軸方向ベクトルとが平行である場合に工具の姿勢に適すると判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記座標系選択部は、前記回転軸角度と、前記複数の座標系のＸＹ平面に対して工具姿勢ベクトルが垂直となる回転軸角度とが一致する場合に工具の姿勢に適すると判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項５】
前記座標系選択部は、工具の姿勢に適する座標系が複数個記憶されている場合に、さらに工具の先端点の位置と前記工具の姿勢に適する座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項６】
前記座標系選択部は、工具の姿勢に適する座標系が複数個登録されている場合に、さらに工具の先端点の位置を前記工具の姿勢に適する座標系のＸＹ平面に投影した点と当該座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項７】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置の制御方法において、
移動指令に基づいて制御周期毎に並進軸位置と回転軸角度とを生成するステップと、
前記回転軸角度に基づき予め記憶された複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を選択するステップと、
前記並進軸位置を前記選択した座標系の並進軸位置へ変更するステップと、
前記選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換するステップと、
を備えたことを特徴とする数値制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を数値制御（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＮＣ）する数値制御装置に係り、特に、回転軸が設けられ、工具の位置と姿勢とを制御する多軸工作機械の数値制御装置および当該数値制御装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
数値制御装置が搭載された工作機械では、加工プログラム等により指令された位置に工具が来るように、可動部を移動させてワークが載置されるテーブルや工具等を動かしつつ加工を行なう。一方、回転軸を備える工作機械では、回転軸を回転することで加工ワークに対する工具の姿勢を制御することができる。このような工作機械では、たとえば加工ワーク上で法線ベクトルの異なる複数の加工面に対して加工を施し、または加工面自体を削り出す加工が行なわれることがある。そして、従来の数値制御装置では、法線ベクトルの異なる加工面に対して加工を施す場合、各々の加工面毎に、対応する座標系を指定していた。すなわち、加工プログラムや手動送り装置によって決められる工具先端の位置等である指令位置の基準となる原点（加工基準点）と座標軸とを、任意の基準座標系の平行移動及び回転によって表していた（例えば特許文献１）。【０００３】
また、他の従来の数値制御装置では、複数の加工面を切り換えるたびに、作業者が加工に適した座標系を指定していた。すなわち作業者は、たとえば予め設定された複数の座標系の中から加工に適した座標系を選択して指定するという手間があった。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４４１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の数値制御装置では、ある時点で加工を施している加工面から、当該加工面とは法線ベクトルの異なる別の加工面へ移って加工を施す場合に、次のような課題があった。すなわち加工面を変える場合、作業者は、加工面に対して垂直となるように工具の姿勢を変更する第一の操作と、加工面に適した座標系を指定するか又は予め設定された複数の座標系の中から加工に適した座標系を選択するという第二の操作との２つを行なわなければならない、という問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る数値制御装置は、回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、加工プログラムを記録可能な第１の記憶装置と、座標系を記憶可能な第２の記憶装置と、加工プログラムを実行可能で、加工プログラムまたは外部入力で定まる工具の姿勢に基づき第２の記憶装置に記憶される座標系から加工に適した座標系を選択し、選択した座標系でワークを加工するためのデータを出力する中央処理装置と、を備えたものである。【０００７】
また、この発明に係る数値制御装置は、回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、移動指令に基づいて制御周期毎の並進軸位置と回転軸角度とを生成する指令位置生成部と、複数の座標系を記憶する座標系記憶部と、前記複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を前記回転軸角度に基づき選択する座標系選択部と、前記並進軸位置を前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置へ変更する座標値変更部と、前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換する座標変換部と、を備えたものである。【０００８】
また、この発明に係る数値制御装置の制御方法は、回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置の制御方法において、移動指令に基づいて制御周期毎に並進軸位置と回転軸角度とを生成するステップと、前記回転軸角度に基づき予め記憶された複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を選択するステップと、前記並進軸位置を前記選択した座標系の並進軸位置へ変更するステップと、前記選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換するステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、作業者が加工面に対して垂直となるように工具の姿勢を変更する操作を行なうと、予め登録された複数の座標系の中から現在の工具姿勢に適した座標系が自動的に選択されるため、法線ベクトルの異なる複数の加工面に対して加工を施すことができ、加工プログラムを容易にかつ低コストで作成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における多軸工作機械の概要を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１による数値制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１における工具姿勢ベクトルの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１における加工ワークの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における加工ワークと工具姿勢の関係を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における割り出し角度の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２による数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２における加工ワークの形状を表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における加工ワークと工具姿勢との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  数値制御装置
２  加工プログラム
３  手動送り装置
４  指令位置生成部
５  座標系選択部
６  座標系記憶部
７  座標値変更部
８  座標変換部
９  加減速処理部
１０  可動部
１１  移動指令
１２  並進軸位置
１３  回転軸角度
１４  選択座標系
１５  選択座標系における並進軸位置
１６  複数の座標系
１７  機械座標系上の並進軸位置
２０  工具
２１  主軸ヘッド
２２  回転テーブル
２３  工具姿勢ベクトル
３０  第１の加工ワーク
３１  第１の加工ワークにおける第１の加工面
３２  第１の加工ワークにおける第２の加工面
３３  第１の加工ワークにおける第１の座標系
３４  第１の加工ワークにおける第２の座標系
４０  第２の加工ワーク
４１  第２の加工ワークにおける第１の加工面
４２  第２の加工ワークにおける第２の加工面
４３  第２の加工ワークにおける第３の加工面
４４  第２の加工ワークにおける第１の座標系
４５  第２の加工ワークにおける第２の座標系
４６  第２の加工ワークにおける第３の座標系
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下この発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお実施の形態では、この発明に係る数値制御装置を、回転軸が設けられ、工具の位置と姿勢とを制御する多軸工作機械へ適用した場合を例にとり説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明に係る数値制御装置とその周辺の機器との構成を示すブロック図である。破線で示す数値制御装置１に、加工プログラム２又は外部入力手段である手動送り装置３等から移動指令１１が入力される。加工プログラムは通常ユーザが作成し、数値制御装置１の外部から数値制御装置１に入力されてもよく、数値制御装置１の内部の図示しない第１の記憶装置であるハードディスクに記憶することもできる。入力された移動指令１１は指令位置生成部４に送られる。指令位置生成部４は、並進軸位置１２と回転軸角度１３とを、数値制御装置１が工具の位置等を求める周期である制御周期毎に生成する。回転軸角度１３は座標系選択部５に送られる。座標系選択部５は、第２の記憶装置である座標系記憶部６に予め記憶された複数の座標系の中から、回転軸角度１３で決まる工具姿勢に基づき、加工に適した座標系を選択し、選択した座標系を選択座標系１４として座標値変更部７及び座標変換部８へ送る。【００１３】
選択された選択座標系１４と並進軸位置１２は、座標値変更部７へ送られる。座標値変更部７は、並進軸位置１２を選択座標系１４における並進軸位置１５に変更して座標変換部８へ送る。座標変換部８は、回転軸角度１３と選択座標系１４における並進軸位置１５とを機械座標系上の並進軸位置１７に座標変換し、加減速処理部９へ送る。加減速処理部９は、機械座標系上の並進軸位置１７に対して加減速処理を行い、数値制御装置１の出力であるデータとして可動部１０へ信号を送って可動部１０が駆動される。なお、図１における加工プログラム２の実行及び数値制御装置１での処理は、通常はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央処理装置）等により行われる。【００１４】
次に数値制御装置１の動作を説明する。図２は、本実施の形態１における数値制御装置１を適用した多軸工作機械の概要を示す模式図である。この多軸工作機械では、工具２０が設けられるとともにＢ軸を中心として回動する主軸ヘッド２１を備える。また、Ｃ軸を中心として回転するとともに被加工物である図示しない加工ワークが載置される回転テーブル２２とを備える。そして、回転テーブル２２は図２に示す所定の機械座標系の並進軸方向に移動する。これらの動作により、加工ワークが加工される。すなわち、多軸工作機械は、加工ワークに対する工具２０の姿勢を制御することができる工作機械である。なお、本実施の形態１において可動部とは、主軸ヘッド、回転テーブルなどを動かすための図示しないサーボアンプやサーボモータで構成される。また、本実施の形態１では、多軸工作機械の機械構成を図２に示したものとして説明するが、回転軸が設けられ加工ワークに対する工具２０の姿勢を制御できる工作機械であれば、どのような機械構成でもよい。【００１５】
図３は、本実施の形態１における数値制御装置１の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下、図３を用いて数値制御装置１の動作を説明する。まず、数値制御装置１に加工プログラム２又は手動送り装置３等から移動指令１１が入力されると、指令位置生成部４は、制御周期毎の並進軸位置１２と回転軸角度１３を生成する（ステップＳ１）。次に、回転軸角度１３が座標系選択部５に送られると、座標系選択部５は、回転軸角度１３に基づき加工ワークに対する工具姿勢を求める（ステップＳ２）。【００１６】
工具姿勢について説明する。工具姿勢は一般に工具姿勢ベクトルまたは回転軸角度そのものとして表されるが、本実施の形態１では工具姿勢ベクトルとして表される場合について説明する。図４は、工具姿勢ベクトルを説明するための説明図である。図４（ａ）はＣ軸が０度の場合を示し、図４（ｂ）はＣ軸が１８０度の場合を示す。図４において、工具２０の先端から根元方向への工具の軸方向の単位ベクトルが工具姿勢ベクトル２３である。工具軸方向は工具の種類により異なり、例えば、回転工具の場合は回転軸方向であり、バイトの場合は刃先から工具軸に沿った方向である。【００１７】
工具姿勢ベクトル２３は加工ワークから見たベクトルとして表される。すなわち、例えば図４（ａ）の工具姿勢ベクトル２３と図４（ｂ）の工具姿勢ベクトル２３は、Ｂ軸の回転角度は同じであるものの、Ｃ軸の回転角度が１８０度異なるため、加工ワークから見ると異なる方向である。従って、図４（ａ）の工具姿勢ベクトル２３と図４（ｂ）の工具姿勢ベクトル２３とは異なるベクトルである。具体的には、本実施の形態１において工具姿勢ベクトル２３をｒ＝（ｉ，ｊ，ｋ）、Ｂ軸の回転角度をθＢ、Ｃ軸の回転角度をθＣとすると、工具姿勢ベクトル２３の各成分ｉ、ｊ、ｋは、以下の式（１）、式（２）及び式（３）により表される。【００１８】
ｉ＝ｓｉｎθＢ・ｃｏｓθＣ            （１）
ｊ＝ｓｉｎθＢ・ｓｉｎθＣ            （２）
ｋ＝ｃｏｓθＢ                        （３）【００１９】
工具姿勢ベクトル２３が求められると、座標系選択部５には座標系記憶部６から複数の座標系１６が送られる。複数の座標系１６は、ユーザにより座標系記憶部６に予め登録されている。座標系選択部５は、入力された複数の座標系１６の中から、工具姿勢ベクトル２３とＺ軸ベクトルが平行となる座標系があるか否かを判断する（ステップＳ３）。【００２０】
ステップＳ３にて現在の工具姿勢ベクトル２３とＺ軸ベクトルが平行な座標系があるか否かを判断する方法について具体的に説明する。座標系選択部５において、座標系記憶部６から送られた複数の座標系１６は、そのＺ軸ベクトルが工具姿勢ベクトル２３と平行であるか否かを、一つ一つの座標系毎に比較する。その結果、工具姿勢ベクトル２３と平行なＺ軸ベクトルがあった場合には、工具姿勢ベクトル２３とＺ軸ベクトルが平行な当該座標系を、選択座標系１４として出力する（ステップＳ４）。一方、送られた全ての座標系１６と比較しても、工具姿勢ベクトル２３と平行なＺ軸ベクトルを有する座標系がなかった場合には、現在の座標系を選択座標系１４として出力する（ステップＳ５）。【００２１】
具体的な加工ワークの加工面と選択座標系１４、及び工具姿勢との関係を、図を用いて説明する。図５は、本実施の形態１における第１の加工ワークの一例を表す図である。図５において、第１の加工ワーク３０には第１の加工面３１を加工する場合の第１の座標系３３、及び第２の加工面３２を加工する場合の第２の座標系３４が、それぞれ数値制御装置１に設定、すなわち座標系記憶部６に記憶されている。また図６は、本実施の形態１における加工ワークと工具姿勢との関係を示す図である。図６（ａ）は工具姿勢ベクトルがｒ１の場合を示し、一方、図６（ｂ）は工具姿勢ベクトルがｒ２の場合を示す。図６（ａ）において、工具姿勢ベクトルｒ１は第１の座標系３３のＺ軸ベクトルＺ１と平行である。このため、複数の座標系１６の中から、第１の座標系３３が選択座標系１４として選択される。一方、図６（ｂ）においては、工具姿勢ベクトルｒ２は第２の座標系３４のＺ軸ベクトルＺ２と平行である。このため、複数の座標系１６の中から、第２の座標系３４が選択座標系１４として選択される。【００２２】
選択座標系１４は、座標系選択部５から座標値変更部７へ送られる。座標値変更部７では、指令位置生成部４から送られた並進軸位置１２を、選択座標系１４における並進軸位置１５へ変更する（ステップＳ６）。なお、並進軸位置１２の座標系と選択座標系１４とが同じ座標系である場合、すなわちたとえば座標系選択部５において工具姿勢ベクトル２３と平行なＺ軸ベクトルを有する座標系がなかった場合には、並進軸位置１２がそのまま選択座標系１４上の並進軸位置１５となる。【００２３】
選択座標系１４上の並進軸位置１５は座標変換部８へ送られる。座標変換部８は、座標系選択部５から送られた選択座標系１４及び指令位置生成部４から送られた回転軸角度１３に基づき、座標値変更部７から送られた並進軸位置１５を、機械座標系における並進軸位置１７へ座標変換する（ステップＳ７）。変換された機械座標系における並進軸位置１７は加減速処理部９へ送られ、加減速処理された後、数値制御装置１の出力として駆動情報として可動部１０へ送られる。【００２４】
以上述べたように、本実施の形態１によれば、回転軸を回転して加工ワークに対する工具の姿勢を変更する操作を行うことで、予め設定された複数の座標系の中から、現在の工具姿勢に適した座標系を自動的に選択することができる。このため、作業者は加工面に対して概ね垂直となるように工具の姿勢を変更する操作を行なうだけで、法線ベクトルの異なる複数の加工面に対する加工を行なうことができる。【００２５】
なお、本実施の形態１では、工具姿勢が工具姿勢ベクトル２３で表されるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば工具姿勢を回転軸角度１３そのものとして表してもよい。工具姿勢を回転軸角度１３で表す場合、座標系選択部５は、指令位置生成部４から送られた回転軸角度１３と、座標系記憶部６から送られる複数の座標系１６のＺ軸ベクトルの角度が工具姿勢ベクトルとなるような回転軸角度（以下、割り出し角度）とが一致するか否かで判断してもよい。【００２６】
たとえば、Ｂ軸の回転角度をθＢ、Ｂ軸の割り出し角度をθＢ’とし、Ｃ軸の回転角度をθＣ、Ｃ軸の割り出し角度をθＣ’とすれば、θＢ＝θＢ’かつθＣ＝θＣ’が成立する場合に、現在の工具姿勢と一致したと判断する。なお、本実施の形態１の機械構成では、座標系記憶部６に記憶された座標系のＢ軸の割り出し角度をθＢ’、Ｃ軸の割り出し角度をθＣ’、Ｚ軸方向の単位ベクトルをｎ＝（ｎＸ，ｎＹ，ｎＺ）とすると、割り出し角度θＢ’、θＣ’は式（４）及び式（５）で表される。【００２７】
θＢ’＝ｃｏｓ−１ｎＺ              （４）
θＣ’＝ｔａｎ−１（ｎＹ／ｎＸ）    （５）【００２８】
なお割り出し角度は一般的に解が２通りあることが知られているが、いずれかの解と一致すれば、現在の工具姿勢と一致したと判断してよい。図７は、本実施の形態１における割り出し角度の解が２通りあることの一例を示す図である。図７（ａ）はＢ軸が４５度かつＣ軸が０度の場合を示し、一方、図７（ｂ）はＢ軸が−４５度かつＣ軸が１８０度の場合を示す。図７（ａ）、図７（ｂ）どちらも、加工ワークに対する工具の姿勢は同じである。【００２９】
なお、本実施の形態１では、複数の座標系１６のＺ軸ベクトルが工具姿勢ベクトル２３と平行となる場合に、当該座標系を選択座標系１４として選択されるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、複数の座標系１６のＺ軸ベクトルが工具姿勢ベクトル２３と完全に平行ではなくても、所定の許容誤差の角度範囲内であれば平行であると判断することもできる。この場合の許容誤差の角度とは、たとえば１度や５度といった角度であり、ユーザが加工ワークの形状や材質等に応じて自由に設定してもよい。【００３０】
このような構成とすることにより、割り出し角度を正確に求めるのが困難な加工面に対して加工を施す場合に、作業者は加工面に対しておおよそ垂直となるように工具の姿勢を変更することで、加工面に適した座標系で加工を行なわせることが可能となる。たとえば、必ずしも加工面に対して垂直でなくてもユーザが所望する加工が可能なワーク形状や材質に対しては、座標系を選択する許容範囲が広がるとともに、ユーザが行う設定を簡略化できる。【００３１】
なお、本実施の形態１では、座標系選択部５の処理を制御周期毎に行なうこととして説明したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、回転軸角度１３が１周期前と比較して変化していた場合のみ、座標系選択部５が複数の座標系１６から加工に適した座標系を選択する処理を行なう構成とすることもできる。このような構成により、回転軸角度１３が変化しなければ、座標系を選択する処理を省略することができるので、たとえば並進軸の移動だけで加工が行なわれる場合の数値制御装置１の処理負荷を軽減することができる。【００３２】
また、本実施の形態１では、座標系選択部５において、指令位置生成部４で生成した現在の工具姿勢における回転軸角度１３に基づき座標系を選択したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、加減速処理部９において加減速処理を行った後の図示しない回転軸角度や、または可動部１０からの図示しないフィードバック角度に基づき選択してもよい。このような構成とすることにより、現在の工具姿勢の回転軸角度１３に基づく場合と同等の効果を得ることができる。【００３３】
実施の形態２．
実施の形態１では、座標系記憶部６に予め記憶された複数の座標系１６の中に、加工に適した座標系が１つだけ存在し、座標系選択部５が当該加工に適した座標系を選択する場合について説明したが、加工に適した座標系が１つであるとは限らない。たとえば、加工に適した座標系が複数個、座標系記憶部６に記憶されていても良い。本実施の形態２では、加工に適した座標系が２個、座標系記憶部６に記憶されている場合を例にとり説明する。【００３４】
図８は、本実施の形態２に係る数値制御装置１とその周辺の機器との構成を示すブロック図である。図８において、図１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、座標系選択部５Ｂは回転軸角度１３に基づき加工ワークに対する工具姿勢ベクトル２３を求める。そして、求めた工具姿勢ベクトル２３と座標系記憶部６から送られる複数の座標系１６のＺ軸ベクトルとを比較し、現在の工具姿勢ベクトル２３と平行となるＺ軸ベクトルを有する座標系を、選択座標系１４として選択する。【００３５】
このとき、座標系記憶部６から送られた複数の座標系１６のうち、工具姿勢ベクトル２３と平行なＺ軸を有する座標系が一つしかない場合、または一つもない場合は、座標系選択部５Ｂは、実施の形態１における座標系選択部５と同様の動作をする。一方、工具姿勢ベクトル２３と平行なＺ軸を有する座標系が複数存在する場合、座標系選択部５Ｂは、当該Ｚ軸ベクトルが平行な座標系の原点位置と、並進軸位置１２から求める現在の工具の先端点位置とが最も近い座標系を、選択座標系１４として選択する。【００３６】
本実施の形態２における加工ワークの形状の一例を図９に示す。図９において、第２の加工ワーク４０には第１の加工面４１に対して加工を施すときの第１の座標系４４、第２の加工面４２に対して加工を施すときの第２の座標系４５、及び第３の加工面４３に対して加工を施すときの第３の座標系４６が、それぞれ数値制御装置１に設定すなわち座標系記憶部６に記憶されている。このとき、第２の座標系４５のＺ軸ベクトルＺ２と、第３の座標系４６のＺ軸ベクトルＺ３は平行である。【００３７】
図９に示す第２の加工ワークの第１の加工面４１および第２の加工面４２に対して加工を施す場合を例にとり、本実施の形態２における数値制御装置１の動作を説明する。図１０は、本実施の形態２における第２の加工ワークと工具姿勢との関係を示す図である。まず図１０（ａ）に示すように、工具姿勢ベクトルがｒ１１の状態で、第１の加工面４１に対して加工を施す場合を考える。この場合、工具姿勢ベクトルｒ１１は第１の座標系４４のＺ軸ベクトルＺ１と平行であることから、第１の座標系４４が選択座標系１４となる。【００３８】
続いて、第２の加工面４２に対して加工を施す場合を考える。この場合、図１０（ｂ）に示すように、工具姿勢ベクトルｒ１２は、第２の座標系４５のＺ軸ベクトルＺ２及び第３の座標系４６のＺ軸ベクトルＺ３の双方と平行となる。このため、工具姿勢だけを用いた判断では、選択座標系１４を一意に決めることができない。そこで、このような場合、工具の先端点位置と第２の座標系４５の原点との距離、及び工具の先端点位置と第３の座標系４６の原点との距離を比較する。そして、距離の短い方の原点を有する座標系を選択座標系１４とする。すなわち、図１０（ｂ）の場合には第２の座標系４５が選択座標系１４と選択される。【００３９】
以上述べたように、本実施の形態２によれば、現在の工具姿勢ベクトルに適した座標系が複数個、座標系記憶部６に記憶されている場合であっても、現在の工具の先端点位置と、当該座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することができる。そのため、Ｚ軸ベクトルが同じとなる座標系が複数個登録されている場合であっても、作業者は工具の位置と姿勢を変更する操作を行なうだけで、法線ベクトルの異なる複数の加工面に対して加工を行なわせることが可能となる。【００４０】
なお、本実施の形態２では、加工に適した２個の座標系が座標系記憶部６に記憶されたものとして説明したが、これは必ずしも２個である必要はない。たとえば、加工に適した座標系は３個でもよいし、４個以上でもよい。複数の座標系に対して、現在の工具先端位置と原点との距離が最も近い座標系を選択する構成であれば、加工に適した座標系はいくつあってもよい。このような構成により、常に工具先端位置に近い加工面に対して加工が行われるので、たとえば全体としての加工時間を短縮することができる。【００４１】
また、本実施の形態２では、工具姿勢ベクトルと平行なＺ軸ベクトルを有する複数の座標系から一つを選択する際に、原点位置と現在の工具の先端点位置とが最も近い座標系を選択するものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、現在の工具先端点の位置を、当該複数の座標系のＸＹ平面に投影した点と座標系の原点位置との距離が最も近い座標系を選択座標系１４として選択してもよい。このような構成とすることにより、作業者は工具の位置と姿勢を変更する操作を行なうだけで、法線ベクトルの異なる複数の加工面上で加工を行なわせることが可能となる。【００４２】
また、本実施の形態２では、座標系選択部５Ｂにおいて、指令位置生成部４で生成した現在の工具姿勢における回転軸角度１３に基づき座標系を選択したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、加減速処理部９において加減速処理を行った後の図示しない回転軸角度や、または可動部１０からの図示しないフィードバック角度に基づき選択してもよい。このような構成とすることにより、現在の工具姿勢の回転軸角度１３に基づく場合と同等の効果を得ることができる。【００４３】
また、本実施の形態２では、座標系選択部５Ｂで用いる現在の工具の先端点位置を、指令位置生成部４で生成した並進軸位置１２を用いて求めるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、加減速処理部９において加減速処理を行った後の図示しない並進軸位置や、または可動部１０からの図示しないフィードバック位置を用いて求めても、現在の並進軸位置１２に基づく場合と同等の効果を得ることができる。【００４４】
また、本実施の形態２では、現在の工具の先端点位置と、座標系記憶部６に記憶された座標系の原点との距離が最も近い座標系、あるいは現在の工具の先端点位置を記憶された座標系のＸＹ平面に投影した点と当該座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することとしたが、これは必ずしも必要ではない。たとえば、現在の工具の先端点位置と記憶された座標系の原点との距離が許容値の範囲内にある座標系を選択してもよい。または、現在の工具の先端点位置を記憶された座標系のＸＹ平面に投影した点と記憶された座標系の原点との距離が許容値の範囲内にある座標系を選択してもよい。このような構成とすることで、工具姿勢に適した複数の座標系の原点同士の距離が短い場合でも、所望の座標系を選択させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は工作機械などの分野において、回転軸が設けられ工具の位置と姿勢とを制御する多軸工作機械を制御する機器に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月1日(2009.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、
加工プログラムを記録可能な第１の記憶装置と、
座標系を記憶可能な第２の記憶装置と、
加工プログラムを実行可能で、加工プログラムまたは手動送り装置から与えられる移動指令に基づいて制御周期毎の並進軸位置と回転軸角度を生成し、当該回転軸角度に基づき第２の記憶装置に記憶される座標系から工具の姿勢に適した座標系を選択し、前記並進軸位置を前記選択した座標系の並進軸位置へ変更し、前記変更した並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換し、変換した並進軸位置を選択した座標系でワークを加工するためのデータとして出力する中央処理装置と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置において、
加工プログラムまたは手動送り装置から与えられる移動指令に基づいて制御周期毎の並進軸位置と回転軸角度とを生成する指令位置生成部と、
複数の座標系を記憶する座標系記憶部と、
前記複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を前記回転軸角度に基づき選択する座標系選択部と、
前記並進軸位置を前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置へ変更する座標値変更部と、
前記座標系選択部で選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換する座標変換部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項３】
前記座標系選択部は、前記回転軸角度に基づき求められる工具姿勢ベクトルと、前記複数の座標系のＺ軸方向ベクトルとが平行である場合に工具の姿勢に適すると判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記座標系選択部は、前記回転軸角度と、前記複数の座標系のＸＹ平面に対して工具姿勢ベクトルが垂直となる回転軸角度とが一致する場合に工具の姿勢に適すると判断することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項５】
前記座標系選択部は、工具の姿勢に適する座標系が複数個記憶されている場合に、さらに工具の先端点の位置と前記工具の姿勢に適する座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項６】
前記座標系選択部は、工具の姿勢に適する座標系が複数個登録されている場合に、さらに工具の先端点の位置を前記工具の姿勢に適する座標系のＸＹ平面に投影した点と当該座標系の原点との距離が最も近い座標系を選択することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項７】
回転軸を備え加工ワークに対する工具の姿勢を制御する多軸工作機械の数値制御装置の制御方法において、
加工プログラムまたは手動送り装置から与えられる移動指令に基づいて制御周期毎に並進軸位置と回転軸角度とを生成するステップと、
前記回転軸角度に基づき予め記憶された複数の座標系から工具の姿勢に適した座標系を選択するステップと、
前記並進軸位置を前記選択した座標系の並進軸位置へ変更するステップと、
前記選択した座標系の並進軸位置と前記回転軸角度から機械座標系の並進軸位置へ座標変換するステップと、
を備えたことを特徴とする数値制御装置の制御方法。
【国際調査報告】
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