(57)【要約】【課題】ずれ補正機能のない傾斜テーブル型ＣＮＣ装置に適用した場合でも組立値と設計値のずれを補正して加工精度の向上を図ることのできるコンピュータ数値制御装置を提供する。【解決手段】傾斜テーブルと回転機構を有する多軸工作機械を制御するコンピュータ数値制御装置（９）と、所望の加工形状の入力に応じて形状データを出力するＣＡＤ部（２）と、このＣＡＤ部（２）から得られた形状データと入力された加工に関する情報から中間データを得るとともに、この中間値および設計上のオフセット値および予め測定された機械固有のずれ値をもとにずれ補正を行ったＮＣデータを作成して前記コンピュータ数値制御装置（９）に送出するＣＡＭ部（５，７）とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜テーブルと回転機構を有する多軸工作機械を制御するコンピュータ数値制御装置と、
所望の加工形状の入力に応じて形状データを出力するＣＡＤ部と、
このＣＡＤ部から得られた形状データと入力された加工に関する情報から中間データを得るとともに、この中間データおよび設計上のオフセット値および予め測定された機械固有のずれ値をもとにずれ補正を行ったＮＣデータを作成して前記コンピュータ数値制御装置に提供するＣＡＭ部と、
を備えたことを特徴とするコンピュータ数値制御装置システム。
【請求項２】
前記ＣＡＭ部は、
前記ＣＡＤ部から得られた形状データと入力された加工に関する情報から中間データを得るＣＡＭメインプロセッサと、
この中間データおよび設計上のオフセット値および予め測定された機械固有のずれ値をもとにずれ補正を行ったＮＣデータを作成するＣＡＭポストプロセッサとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御装置システム。
【請求項３】
前記ＣＡＭポストプロセッサは、ＮＣデータの補正の選択的指定が可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のコンピュータ数値制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ数値制御装置システムに関するもので、特に、高い加工精度を有する多軸工作機械の制御に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置は、４軸以上の多軸工作機械の高精度な制御には不可欠なものとなっている。
【０００３】
回転機構を用いる多軸工作機械の加工プログラムはきわめて複雑なものとなるため、人力で作成するのは困難かつ信頼性に欠ける。このため、一般にＣＡＤ／ＣＡＭシステムを使用してＣＮＣ用の加工プログラム作成が行われる。
【０００４】
この加工プログラム作成の際には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム中のＣＡＭにより、個別の機械本体の設計上のオフセット値を考慮して対象の機械で使用する加工プログラムが作成される。そして、この加工プログラムをＣＮＣ装置にロードし、工作機械を制御してワークを加工し、所望の製品を得ている。
【０００５】
ところで、回転軸を有する多軸工作機械本体においては、実際に機械本体を組立てる上で困難が伴い、高い組み立て精度を維持することは容易ではなく、一般に組立値と設計値との間には、ある程度のずれを有しているものである。
【０００６】
例えば、回転（ロータリ）テーブルと傾斜（ティルト）テーブルを有する５軸の工作機械（ＢＭＣ）では、傾斜テーブルの回転中心と回転テーブルの回転中心との間に通常１／１００〜２／１００μｍ程度のオフセットが存在する。このオフセット量は回転中心からの距離に比例し、このオフセットにより位置決め精度が悪化する。
【０００７】
製品精度の許容範囲は近年ますます狭くなりつつあり、高い製品加工精度が要求されるようになった背景のもとでは、このような工作機械における位置決め精度の悪化は製品の加工精度に影響を与えることから無視できないものとなっている。
【０００８】
そこで、５軸加工用のＣＡＭポストプロセッサでは、回転中心間のこのオフセット値を考慮して工具軌跡を計算する。このオフセット値は、機械組立誤差等の理由により、一般に次のように各機械固有の誤差を含んだ値をとる。すなわち、
トータルオフセット値＝（設計上のオフセット値）＋（固有誤差）
の関係となっている。
【０００９】
従って、同一機種の機械であっても、従来は各機械毎に固有誤差を測定し、この誤差を含めたトータルのオフセット値をポストプロセッサへ入カし、工具軌跡を算出することが一般に行われている。
【００１０】
ところが、この場合、同一機種の機械を複数台使用するときであっても機械が異なれば固有誤差が異なり、同じパートプログラムが使用できなくなるという問題が生じる。
【００１１】
このため、ポストプロセッサでは、設計上のオフセット値のみを考慮した工具軌跡を算出し、機械固有の異なる誤差についてはＮＣ側で補正することによって、同一機種の機械であれば同一のパートプログラムを使用できるようにしており、このような処理は機械定数補正と称される。
【００１２】
この場合、各機械固有のオフセット誤差量は、あらかじめＮＣのシステムパラメータに設定しておき、ＮＣ側では、この誤差量を用い、回転テーブルの回転角度に応じて自動的に補正を行うようにしている。
【００１３】
従来行われている機械定数補正の一例を簡単に述べると、Ｙ軸とＺ軸方向の誤差の補正は次のように行われる。
【００１４】
ポストプロセッサより出力された指令値ＹＭ、ＺＭに対して補正は
ＹＭ′＝ＹＭ＋α＊ｓｉｎＡ−β＊ｃｏｓＡ＋β
ＺＭ′＝ＺＭ＋α＊ｃｏｓＡ＋β＊ｓｉｎＡ−α
上式でＹＭ、ＺＭより後の部分が補正項であり、ＮＣによって計算され、ポストプロセッサから出力された指令値ＹＭ，ＺＭへ加算される。ここで、ＡはＡ軸の械械位置、α，βは、それぞれＺ、Ｙ軸方向の機械固有誤差であり、システムパラメータの形態で与えられる。
【００１５】
この機械定数補正演算は、ＮＣの内部で自動的に行なわれるものであり、パートプログラム上は機械定数補正を有効とするか無効とするかだけをＧコードで指定するようにしている。
【００１６】
しかしながら、市場に存在するＣＮＣ装置には、ずれ補正機能を搭載した機種と搭載しない機種が混在している。また、ずれ補正機能を追加するには、高価な専用のボードを追加する必要がある。
【００１７】
ずれ補正機能のないＣＮＣ装置の場合、ずれ補正機能付きのＣＮＣ装置用に個別機械本体の設計上のオフセット値のみを考慮したポストプロセッサで作成された加工プログラムを、ずれ補正機能のないＣＮＣ装置で実行させると、ずれを補正できず、加工精度の向上を図ることができない。
【００１８】
なお、より大型の、傾斜旋回式の主軸ヘッドを有する門型の５軸工作機械では、Ｂ’軸とＣ軸の間の製造誤差を補正する方法の一例が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００１−２６９８３９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法は門型の工作機械にのみ適用されるものであり、傾斜テーブルを有する一般的な多軸工作機械に適用されるものではない。
【００２１】
よって、本発明は、ずれ補正機能のない傾斜テーブル型ＣＮＣ装置に適用した場合でも組立値と設計値のずれを補正して加工精度の向上を図ることのできるコンピュータ数値制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転機構を有する多軸工作機械を制御するコンピュータ数値制御装置において、所望の加工形状の入力に応じて形状データを出力するＣＡＤ部と、このＣＡＤ部から得られた形状データと入力された加工に関する情報から中間データを得るとともに、この中間データおよび設計上のオフセット値および予め測定された機械固有のずれ値をもとにずれ補正を行ったＮＣデータを作成して前記多軸工作機械に提供するＣＡＭ部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明では、ずれをＣＡＤ／ＣＡＭの段階で補正しているため、ＣＮＣ装置がずれ補正機能を有していない場合であっても、ずれ補正がなされた高精度の加工を行うことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の基本的概念を示す説明図である。
【００２６】
キーボード１等の入力手段から加工対象に関する形状情報がＣＡＤ２に入力されると、ＣＡＤ２は所定の処理を行って形状を正確かつ詳細に表現する形状データ３を出力する。
【００２７】
この形状データ３と、入力手段４により入力された加工対象および加工についての情報、例えば送り速度、アプローチ、逃げ等のデータ、などがＣＡＭのメインプロセッサ５に入力され、その処理により例えばＡＰＴ言語で記述された、カッタロケーションデータなどの中間データ６が得られる。
【００２８】
この中間データ６は、すでに加工情報の一部として入力されている設計上のオフセット値および予め測定された機械固有のずれ値とともにＣＡＭのポストプロセッサ７に入力され、ここで機械の種類に応じた座標に変換する補正処理が行われる。その結果、数値制御装置用のずれ補正がされた加工プログラムであるＮＣデータ８が作成され、ＣＮＣ装置９に送られて加工が行われる。
【００２９】
したがって、ＣＮＣ装置に送られるＮＣデータは組立値と設計値との間のずれが補正されたものであるので、ＣＮＣ装置にずれ補正機能がない場合でも、高精度の加工が行われる。
【００３０】
次に、本発明が適用される多軸工作機械の一例として、テーブル傾斜形５軸機であるマシニングセンタの一例を図２を参照して説明する。
【００３１】
ここに示されたマシニングセンタ１０はベース１１を有し、このベース１１の上面には鉛直方向にコラム１２が設けられている。コラム１２はＺ軸としてベース１１上を水平移動可能となっている。コラム１２にはＹ軸として移動可能にスピンドルヘッド１３が設けられている。スピンドルヘッド１３にはスピンドル１４が設けられている。ベース１１の一端に結合された第２のベース１５の上面にはＸ軸として移動可能にテーブル１６が設けられている。テーブル１６の上面にはテーブルサドルで両端が支持され、スピンドルに対し前後に回転可能にＡ軸としてのティルティングテーブル１７が設けられている。ティルティングテーブル１７の上面にはＢ軸としての回転可能な回転テーブル１８が設けられている。以上のように２つの回転軸とＸＹＺ軸の５軸が動作可能に構成されている。
【００３２】
次に、このような機械を対象とし、Ａ軸回転部の上にＢ軸（回転テーブル）が乗っている場合のずれ補正について、図３〜図５を参照して説明する。
【００３３】
図３はＸ軸、Ｚ軸、および前述した傾斜テーブル１７であるＡ軸回転部の上に回転テーブル１８であるＢ軸が載っている構成を模式的に示した説明図である。
【００３４】
以下の説明において、ＸＭ、ＹＭ、ＺＭはテーブル上面中心を軸とする座標系であるテーブル座標系での座標値、Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐはプログラム座標系での座標値、ＡＹｃｅｎｔおよびＡＺｃｅｎｔはＡ軸回転中心のＹ軸座標およびＺ軸座標でのずれ量、ＢＸｃｅｎｔおよびＢＺｃｅｎｔはＢ軸回転中心のＸ軸座標およびＺ軸座標でのずれ量、ＸｏｒｇはＸ軸におけるプログラム座標とテーブル座標の差分、ＺｏｒｇはＺ軸におけるプログラム座標とテーブル座標の差分を表わしている。
【００３５】
図４は、Ｘ軸およびＺ軸に対するＢ軸回転中心のずれ量、および補正された機械座標を機械座標系で表わした説明図である。ここで、ＺＭ’はずれ量が補正された機械座標系上のＺ軸の任意座標である。ＸＭは同様にずれ量が補正された機械座標系上のＸ軸の任意座標である。これらは、図４を参照して次のように表される。
【００３６】
ＺＭ′＝（Ｚｐ＋Ｚｏｒｇ−ＢＺｃｅｎｔ）・ｃｏｓＢ＋（Ｘｐ＋Ｘｏｒｇ−ＢＸｃｅｎｔ）・ｓｉｎＢ＋ＢＺｃｅｎｔ
ＸＭ＝（Ｘｐ＋Ｘｏｒｇ−ＢＸｃｅｎｔ）・ｃｏｓＢ−（Ｚｐ＋Ｚｏｒｇ−ＢＺｃｅｎｔ）・ｓｉｎＢ＋ＢＸｃｅｎｔ
ここでＢはＹ軸回りの回転を表し、Ｂ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ／ｋ）である。
【００３７】
図５は、Ｙ軸およびＺ軸に対するＡ軸回転中心のずれ量、および補正された機械座標を機械座標系で表わした説明図である。ここで、ＺＭ’はずれ量が補正された機械座標系上のＺ軸の任意座標である。ＸＭは同様にずれ量が補正された機械座標系上のＸ軸の任意座標である。これらは、図５を参照して次のように表される。
【００３８】
ＺＭ＝（ＺＭ′−ＡＺｃｅｎｔ）・ｃｏｓＡ−（Ｙｐ＋Ｙｏｒｇ−ＡＹｃｅｎｔ）・ｓｉｎＡ＋ＡＺｃｅｎｔ
ＹＭ＝（Ｙｐ＋Ｙｏｒｇ−ＡＹｃｅｎｔ）・ｃｏｓＡ＋（ＺＭ′−ＡＺｃｅｎｔ）・ｓｉｎＡ＋ＡＹｃｅｎｔ
ここでＡ＝ａｒｃｔａｎ（ｊ／√（ｉ２＋ｋ２））である。
【００３９】
また、ｉ、ｊ、ｋはＣＡＤ／ＣＡＭが出力する工具の姿勢を表すものである。
【００４０】
以上のように、本願発明における処理は、Ｘｐ、Ｙｐ、ＺｐをＸＭ、ＹＭ、ＺＭとｉ、ｊ、ｋによりＣＡＭのポストプロセッサで求めることになる。
【００４１】
このようにしてｘｙｚｉｊｋデータからなるプログラム座標系からテーブル中心上面を原点とするテーブル座標系へ変換することができ、この変換されたテーブル座標系はすでに組み立て誤差が補正されたものである。したがって、ずれ補正機能のない傾斜テーブル型ＣＮＣ装置に適用した場合でも組立値と設計値のずれが適切に補正され、加工精度の向上を図ることのできる
なお、現実の工作機械の制御のためには、さらにこのテーブル座標系より機械座標系への変換を行う必要がある。
【００４２】
以下の説明では、Ｍを機械座標系、Ｐをプログラム座標系、Ｔをテーブル座標系を表すものとする。
【００４３】
【数１】
2004152248.tif 000003
この式をもとに回転中心のずれを考慮した回転軸の位置、Ａ軸のｙｚ値、Ｂ軸のｘｚ値を上式に代入すれば良い。
【００４４】
なお、ＣＡＭシステム上にシステム上に補正オン／オフ切り換え機能を設け、対象ＣＮＣ装置が補正機能付きのものであるか否かにより、ＣＡＤ／ＣＡＭの段階での補正または機械定数補正のいずれかを選択することもできる。この切り換え機能はＮＣ装置が対応している場合は加工プログラム中のシステムパラメータの特定のビットでＮＣ装置側で判断することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ポストプロセッサにより機械本体の固有のずれをＣＮＣ装置の前段階のＣＡＭのポストプロセッサで補正するようにしているので、回転テーブルと傾斜テーブルを有し、組み立て精度の維持が困難な工作機械に対し、適切な精度を維持した加工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンピュータ数値制御装置システムの概略構成と情報の流れを示す概念図。
【図２】本発明が適用される多軸工作機械の一例として、テーブルティルト形５軸機であるマシニングセンタの一例を示す斜視図。
【図３】Ｘ軸、Ｚ軸、および前述し傾斜テーブル１７であるＡ軸回転部の上に回転テーブル１８であるＢ軸が載っている構成を模式的に示した説明図である。
【図４】Ｘ軸およびＺ軸に対するＢ軸回転中心のずれ量、および補正された機械座標を機械座標系で表わした説明図である。
【図５】Ｙ軸およびＺ軸に対するＡ軸回転中心のずれ量および補正された機械座標を機械座標系で表わしたものである。
【符号の説明】
１  入力手段
２  ＣＡＤ
３  形状データ
４  入力手段
５  ＣＡＭメインプロセッサ
６  中間データ
７  ＣＡＭポストプロセッサ
８  ＮＣデータ
１０  ＣＮＣ
１１  ベース
１２  コラム
１３  スピンドルヘッド
１４  スピンドル
１５  第２のベース
１６  テーブル
１７  傾斜テーブル
１８  回転テーブル
【図１】
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【図２】
2004152248.tif 000005
【図３】
2004152248.tif 000006
【図４】
2004152248.tif 000007
【図５】
2004152248.tif 000008