(57)【要約】      （修正有）【課題】数値制御装置が管理している工具径補正ベクトルを用いることによって、実加工点の軌跡を表示する機能を備えた数値制御装置を提供すること。【解決手段】指令部１１は、加工プログラムのブロックを解析し、工具径補正ベクトルを計算し、駆動軸制御部１２に工具径補正ベクトル分を補正した移動指令および各軸モータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂからの位置フィードバック情報に基づいて、工作機械２０の工具を加工プログラムの加工経路に従って移動させる。工具径補正ベクトル取得部１３は、指令部１１において計算された工具径補正ベクトルのデータを取得し、実加工点算出部１６へ送る。実加工点算出部１６は、工具径補正ベクトルのデータ、および、工具中心座標値のデータを用いて、実加工点の位置のデータを算出し、実加工点表示部１７は、実加工点のデータを元に実加工点軌跡を表示する。【選択図】図１
2011170584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動軸にて工具および加工物の位置や姿勢を制御し、加工を行う工作機械の工具軌跡を表示する工具軌跡表示機能を有する数値制御装置において、
前記各駆動軸に対する位置指令を出力する指令部と、
前記指令部から出力された位置指令にしたがって、軸の動きを制御する駆動軸制御部と、
前記各駆動軸の各時刻における座標値を取得する座標値取得部と、
前記座標値取得部により取得した各軸の座標値から工具中心点の座標値を算出する工具中心座標値算出部と、
各時刻における工具中心点と実加工点とを結ぶ工具径補正ベクトルを取得する工具径補正ベクトル取得部と、
前記工具中心座標値算出部にて算出された工具中心座標値と前記工具径補正ベクトル取得部で取得した工具径補正ベクトルとに基づき、実加工点の座標値を算出する実加工点算出部と、
前記実加工点算出部にて算出された実加工点の軌跡を表示する実加工点表示部と、
を備えた工具軌跡表示機能を有する数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具軌跡表示機能を有する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各軸の座標値から工具中心点の座標値を算出し、工具中心点の軌跡から加工面の形状を判断していた。特許文献１には、工具径補正による干渉を回避するための補正ベクトルの計算方法の技術が開示されている。また、特許文献２には、工具径補正ベクトルの算出方法に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８１０４５４号公報
【特許文献２】特開昭６３−２５７００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
５軸加工機において、各軸の座標値から工具中心点の座標値を計算し、工具軌跡を算出することが可能である。しかし、実際の加工においては工具径の影響があるため、図６に示されるようにボールエンドミルのような工具２２の工具中心点２２０の工具中心点軌跡の軌跡形状と実加工点軌跡の軌跡形状とは異なり、工具中心点２２０の軌跡形状と被加工物の加工面の形状とは必ずしも一致しない。
【０００５】
数値制御装置を用いた加工においては、工具径の影響を考慮した補正が一般的に行われており、この工具径補正ベクトルを各軸の座標値と同時に取得することにより、より加工面の形状に近い軌跡を算出できる。
【０００６】
実加工においては、工具径の影響により、工具中心点の軌跡の形状と、加工面の形状とは一致しない。工具中心点の軌跡は各軸の座標値から算出可能であるが、加工面の形状を算出することは難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、数値制御装置が管理している工具径補正ベクトルを用いることによって、実加工点の軌跡を表示する機能を有する数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の請求項１に記載の発明は、複数の駆動軸にて工具および加工物の位置や姿勢を制御し、加工を行う工作機械の工具軌跡を表示する工具軌跡表示機能を有する数値制御装置において、前記各駆動軸に対する位置指令を出力する指令部と、前記指令部から出力された位置指令にしたがって、軸の動きを制御する駆動軸制御部と、前記各駆動軸の各時刻における座標値を取得する座標値取得部と、前記座標値取得部により取得した各軸の座標値から工具中心点の座標値を算出する工具中心座標値算出部と、各時刻における工具中心点と実加工点とを結ぶ工具径補正ベクトルを取得する工具径補正ベクトル取得部と、前記工具中心座標値算出部にて算出された工具中心座標値と前記工具径補正ベクトル取得部で取得した工具径補正ベクトルとに基づき、実加工点の座標値を算出する実加工点算出部と、前記実加工点算出部にて算出された実加工点の軌跡を表示する実加工点表示部と、を備えた工具軌跡表示機能を有する数値制御装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、数値制御装置が管理している工具径補正ベクトルを用いることによって、実加工点の軌跡を表示する機能を有する数値制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を説明する機能ブロック図である。
【図２】工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。
【図３】工具径補正ベクトルを説明する図である。
【図４】本発明を適用した一実施形態の工具軌跡表示機能を備えた数値制御装置を説明する概略図である。
【図５】本発明の表示処理を実行するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６】工具中心点軌跡と実加工点軌跡を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明を説明する機能ブロック図である。数値制御装置１０は、加工プログラムに従って工作機械２０を制御しワークを加工する。指令部１１は、図示しない加工プログラムを読み取り加工プログラムに記述されているブロックを解析し、移動指令を駆動軸制御部１２に送る。加工プログラムに工具径補正指令が記述されている場合には、指令部１１において工具径補正ベクトルが計算される。そして、指令部１１から駆動軸制御部１２に、工具径補正ベクトル分を補正した移動指令が送られる。
【００１２】
駆動軸制御部１２は、指令部１１からの移動指令および工作機械２０の機構部に備わった各軸モータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂからの位置フィードバック情報（図示省略）に基づいて、工作機械の工具を加工プログラムの加工経路に従って移動させる。工具径補正ベクトル取得部１３は、指令部１１において計算された工具径補正ベクトルのデータを取得する。そして、工具径補正ベクトル取得部１３は、工具径補正ベクトルのデータを実加工点算出部１６へ送る。駆動軸制御部１２は、前述したように、移動指令および各軸モータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂからの位置フィードバック情報（図示省略）に基づいて各軸の現在位置が演算され、図示省略した現在位置レジスタに格納している。
【００１３】
座標値取得部１４は、駆動軸制御部１２の前記現在位置レジスタに格納されている各軸の現在位置のデータを取得する。そして、座標値取得部１４は、各軸の現在位置のデータを工具中心点座標値算出部１５に送る。工具中心点座標値算出部１５は、座標値取得部１４から送られた各軸の現在位置のデータを元に、工具中心点座標値を算出し、算出した工具中心点座標値のデータを実加工点算出部１６へ送る。実加工点算出部１６は、工具径補正ベクトル取得部１３から送られた工具径補正ベクトルのデータ、および、工具中心点座標値算出部１５から送られた工具中心座標値のデータを用いて、工作機械２０に取り付けられた工具２２（図２，図３を参照）によって被加工物を実際に加工する実加工点の位置のデータを算出する。実加工点算出部１６は、算出した実加工点のデータを実加工点表示部１７に送る。実加工点表示部１７は、実加工点のデータを元に実加工点表示部１７に備わった液晶表示装置などの表示装置に実加工点軌跡として表示する。
【００１４】
次に、図２を用いて工具中心点の座標計算を説明する。図２は、工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が直線軸、Ａ，Ｂ軸が回転軸である。時刻ｔにおけるこれら５軸の座標をそれぞれ、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ），ａ（ｔ），ｂ（ｔ）とする。テーブル２３上に加工される被加工物を搭載する。工具２２の中心点２２０は、Ｘ，Ｙ，Ｚの直線軸、および、Ａ，Ｂの回転軸を駆動することによってテーブル２３上に載置される被加工物２４（図３参照）に対して相対的に移動する。
【００１５】
機械構成が工具ヘッド回転型である５軸加工機の２つの回転軸（Ａ軸、Ｂ軸）の回転中心となる軸の交点をＭとすると、被加工物２４に固定された座標系を考えて、原点を適当にとれば、点Ｍの座標は（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））となる。点Ｍから工具中心点２２０までの長さをＬとし、工具２２が真下を向いた位置をＡ，Ｂ軸の基準位置（原点）とすると、工具中心点２２０の座標値（ＰｏｓＸ（ｔ），ＰｏｓＹ（ｔ），ＰｏｓＺ（ｔ））は、数１式により計算される。
【００１６】
（数１式）
ＰｏｓＸ＝ｘ（ｔ）＋Ｌ＊ｃｏｓ（ａ（ｔ））＊ｓｉｎ（ｂ（ｔ））
ＰｏｓＹ＝ｙ（ｔ）＋Ｌ＊ｓｉｎ（ａ（ｔ））
ＰｏｓＺ＝ｚ（ｔ）−Ｌ＊ｃｏｓ（ａ（ｔ））＊ｃｏｓ（ｂ（ｂ））
次に、図３を用いて工具径補正ベクトルを説明する。工具２２として図３に示されるボールエンドミルについて考える。工具２２と被加工物の切削面との位置関係は図３に示されるように、工具中心点２２０と実際の切削点の実加工点２２４とは工具径分だけ離れており、この２点を結ぶベクトルが工具径補正ベクトル２２２となる。
【００１７】
工具径補正ベクトル２２２は、一般に切削面の法線方向のベクトルであり、加工プログラムにより加工を行う際、切削点が加工プログラムどおりになるように各軸の位置指令を算出するときに工具２２の工具径を考慮して算出される。なお、工具径補正ベクトルの算出方法は、例えば、特許文献２に記載されているように、従来、周知の技術事項であることから、詳細な説明を省略する。
【００１８】
図４は、本発明を適用した一実施形態の工具軌跡表示機能を備えた数値制御装置を説明する概略図である。  
プロセッサであるＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置１０全体を制御する。ＲＡＭ１１３は、各種のデータあるいは入出力信号が格納される。不揮発性メモリ１１４に格納された各種のデータは電源切断後もそのまま保存される。
【００１９】
グラフィック制御回路１１５は、デジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置１１６に与える。キーボード１１７は、数値キー、文字キーなどを有する各種設定データを入力する手段である。  
軸制御回路１１８は、ＣＰＵ１１１から各軸の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１１９に出力する。このサーボアンプ１１９は、この移動指令を受けて、工作機械２０に備わったサーボモータ（図示せず）を駆動する。これらの構成要素はバス１２１で互いに結合されている。
【００２０】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１２２は、加工プログラムの実行時に、バス１２１経由でＴ機能信号（工具選択指令）などを受け取る。そして、この信号を、シーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械２０を制御する。また、工作機械２０から状態信号を受けて、ＣＰＵ１１１に必要な入力信号を転送する。
【００２１】
更に、バス１２１には、システムプログラム等によって機能が変化するソフトウェアキー１２３、ＮＣデータを記憶装置などの外部機器に送るインタフェース１２４が接続されている。このソフトウェアキー１２３は、表示装置１１６、キーボード１１７と共に、表示装置／ＭＤＩパネル１２５に設けられている。表示装置１１６は図１で説明した実加工点表示部１７に相当し、数値制御装置が管理している工具径補正ベクトルを用いることによって、実加工点の軌跡を表示する。
【００２２】
図５は、図４に示される数値制御装置１０で実行される本発明の表示処理を実行するアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳ１］時刻情報ｔ、この時刻情報ｔに対応する各軸の座標値を取得する。
●［ステップＳ２］時刻情報ｔにおける工具中心点の座標値を計算する。
●［ステップＳ３］時刻情報ｔにおける工具径補正ベクトルのデータを取得する。
●［ステップＳ４］時刻情報ｔにおける工具中心点の座標値のデータと工具径補正ベクトルのデータとに基づき、実加工点のデータを算出する。
●［ステップＳ５］実加工点の軌跡の表示処理。
●［ステップＳ６］加工終了、または、表示終了であるか否か判断し、ＹＥＳの場合には処理を終了し、ＮＯの場合にはステップＳ７へ移行する。
●［ステップＳ７］実加工点の軌跡のデータを取得するサンプリング時間が経過するのを待ってステップＳ１に戻り、処理を継続する。
【符号の説明】
【００２３】
１０  数値制御装置
１１  指令部
１２  駆動軸制御部
１３  工具径補正ベクトル取得部
１４  座標値取得部
１５  工具中心点座標値算出部
１６  実加工点算出部
１７  実加工点表示部
２０  工作機械
２１ｘ  ｘ軸モータ
２１ｙ  ｙ軸モータ
２１ｚ  ｚ軸モータ
２１Ａ  Ａ軸モータ
２１Ｂ  Ｂ軸モータ
２２  工具
２２０  工具中心点
２２２  工具径補正ベクトル
２２４  実加工点
２３  テーブル
２４  被加工物
【図１】
2011170584.tif 000003
【図２】
2011170584.tif 000004
【図３】
2011170584.tif 000005
【図４】
2011170584.tif 000006
【図５】
2011170584.tif 000007
【図６】
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