(57)【要約】【課題】回転軸（被加工物又は工具の軸）の回転位置に対応させて工具位置を制御し、回転軸の速度変動や制御の時間遅れなくして加工を行う。【解決手段】被加工物（回転軸）の回転位置（θ１，θ２，…θ５）、該位置に対応する工具のＸ軸の位置（Ｘ０，Ｘ１，…Ｘ５），Ｚ軸の位置（Ｚ０，Ｚ１，…Ｚ５）、及び被加工物の回転速度（Ｖ０，Ｖ１，…Ｖ４）を設定する。被加工物の設定された速度で設定された次の位置まで達する時間を求める。該時間により、被加工物が次の設定回転位置に達するときにＸ軸，Ｚ軸も次の設定位置に達するように移動速度（Ｖｘ０，Ｖｘ１，…Ｖｘ４、Ｖｚ０，Ｖｚ１，…Ｖｚ４）を求める。主軸、Ｘ軸、Ｚ軸を設定又は求めた速度で駆動し、被加工物回転位置に対応して工具を相対的に移動させる。主軸の回転対応する工具の遅れはなく、主軸回転の回転速度が変動しても、工具はそれに追従し遅れは生じない。【選択図】　　　図３
2004114176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を回転させると共に、該被加工物に対して工具を相対的に移動させて該被加工物を所望の形状に加工する動作を制御する数値制御装置であって、
前記被加工物の回転速度、該被加工物の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、前記被加工物の回転速度、及び該被加工物の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御するための演算手段を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記被加工物の回転速度、該被加工物の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、被加工物に対する工具の相対移動速度を求め、該求められた工具の相対移動速度と前記指令されたデータに基づいて、前記被加工物の回転速度、及び該被加工物の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御する請求項１記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記被加工物の回転速度、該被加工物の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指示されたデータを入力する手段を備えた請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記被加工物の回転速度、該被加工物の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置の指示データを記憶する記憶手段を備えた請求項１、請求項２又は請求項３に記載の数値制御装置。
【請求項５】
被加工物を加工する工具を回転させると共に、前記被加工物に対して前記工具を相対的に移動させて前記被加工物を所望の形状に加工する動作を制御する数値制御装置であって、
前記工具の回転速度、該工具の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、前記工具の回転速度、及び該工具の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御するための演算手段を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記工具の回転速度、該工具の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、被加工物に対する工具の相対移動速度を求め、該求められた工具の相対移動速度と前記指令されたデータに基づいて、前記工具の回転速度、及び該工具の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御する請求項５記載の数値制御装置。
【請求項７】
前記工具の回転速度、該工具の回転角度、及び該回転角度に対応した前記被加工物に対する前記工具の相対移動位置が指示されたデータを入力する手段を備えた請求項５又は請求項６に記載の数値制御装置。
【請求項８】
前記工具の回転速度、該工具の回転角度、及び該回転角度に対応した前記被加工物に対する工具の相対移動位置の指示データを記憶する記憶手段を備えた請求項４、請求項５又は請求項６に記載の数値制御装置。
【請求項９】
前記記憶手段に記憶された指示データに基づき、ＮＣデータの作成及び出力を行う請求項４又は請求項８に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御装置に関し、特に、回転する被加工物又は工具に同期して工具と被加工物を相対的に移動させて加工動作をさせる数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メカカム式自動盤のようなカムの回転に同期して、他の軸をカム形状に合わせて動作させるようにした機械において、この機械的なカムを使用せずに同等な同期動作をさせる方法、装置が従来から種々提案されている。
その方法として、通常のＮＣデータを使用して被加工物等の回転位置に対して工具等の軸の位置を同期制御する方法が一般的である。又は、時間を基準とし、各軸が基準単位量移動する時間を制御することによって被加工物や工具の各軸の位置を制御するもの（例えば、特許文献１参照。）、基準となるパルス数に基づいて、該パルス数の位置に対応して記憶された位置に被加工物や工具の各軸位置を制御するもの（例えば、特許文献２参照。）が公知である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１５５４７号公報
【特許文献２】
特開平７−２７１４２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＣデータを使用して、メカカム式自動盤と同様な動作をさせる方式では、主軸等の基準となるマスタ軸の回転位置に基づいて他のスレーブ軸を制御し、通常、マスタ軸の回転位置に対応する帰還信号を参照し、工具軸等の他のスレーブ軸の位置を制御するため、マスタ軸の回転速度の変動に対する遅れ、回転角度に対する遅れが発生することは避けられない。
【０００５】
又、上述した特開平６−１５５４７号公報や特開平７−２７１４２２号公報に記載された方式では、従来の数値制御装置で実行するには、困難な面を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、基準となる回転軸（被加工物又は工具の軸）に対して、この基準回転軸の回転速度変動及び回転角度に対する工具位置制御の時間遅れを発生させることなく制御する数値制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物又は工具を回転させると共に、該被加工物に対して工具を相対的に移動させて該被加工物を所望の形状に加工する動作を制御する数値制御装置であって、前記被加工物又は工具の回転速度、該被加工物又は工具の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、前記被加工物又は工具の回転速度、及び該被加工物又は工具の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御するための演算手段を備えることを特徴とするものである。特に、前記演算手段は、前記被加工物又は工具の回転速度、該被加工物又は工具の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指令されたデータに基づいて、被加工物に対する工具の相対移動速度を求め、該求められた工具の相対移動速度と前記指令されたデータに基づいて、前記被加工物又は工具の回転速度、及び該被加工物又は工具の回転角度及び被加工物に対する工具の相対位置を制御する。
【０００８】
又数値制御装置は、前記被加工物又は工具の回転速度、該被加工物又は工具の回転角度、及び該回転角度に対応した被加工物に対する工具の相対移動位置が指示されたデータを入力する手段、及び記憶する手段を備える。そして、数値制御装置はこの記憶手段に記憶された指示データに基づき、ＮＣデータを作成し出力するように構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態の数値制御装置１００のブロック図である。プロセッサ１１にはバス２０を介して、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ＣＭＯＳメモリ１４、インターフェイス１５，１８，１９、軸制御回路３０，４０、主軸制御回路５０が接続されている。プロセッサ１１はＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムをバス２０を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＣＲＴ／ＭＤＩユニット６０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムやＣＲＴ／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。特に本発明においては、後述する、被加工物の回転角度、回転速度に対して工具の位置を指定するデータが入力されこのＣＭＯＳメモリ１４に記憶される。
【００１０】
インターフェイス１５は、数値制御装置１００とアダプタ等の外部機器７２との接続を可能とするものである。外部機器７２側からは加工プログラム等が読み込まれる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１００に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。
【００１１】
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット６０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インターフェイス１８はＣＲＴ／ＭＤＩユニット６０のキーボードからの指令，データを受けてプロセッサ１１に渡す。インターフェイス１９は操作盤６１に接続され、各種指令が入力される。
【００１２】
本実施形態では、直交するＸ軸とＺ軸及び被加工物が取り付けられる主軸を備えるものであり、Ｘ軸、Ｚ軸の軸制御回路３０，４０には、それぞれインバータ等で構成されたサーボアンプ３１，４１が接続され、該サーボアンプ３１，４１にはそれぞれＸ，Ｙ軸のサーボモータ３２，４２が接続されている。又、各サーボモータ３２，４２には該モータの位置、速度を検出するパルスエンコーダ等の位置・速度検出器３３，４３がそれぞれ取り付けられ、これら位置・速度検出器３３，４３の出力はそれぞれ対応する軸制御回路３０，４０にフィードバックされている。
【００１３】
各軸の軸制御回路３０，４０はプロセッサ１１からの各軸の移動指令量と位置・速度検出器３３，３４からの位置、速度フィードバック信号さらには、電流検出器からの電流フィードバック信号を受けて、位置、速度、電流のループ処理を行い各軸のＰＷＭ信号を作成しサーボアンプ３１，４１に出力する。サーボアンプ３１，４１はこの指令を受けて、各軸のサーボモータ３２、４２を駆動する。また、主軸制御回路５０はプロセッサ１１からの主軸回転指令及びポジションコーダ５３からのフィードバック信号を受け、位置、速度のループ制御を行い、主軸アンプ５１を介して主軸モータ５２を駆動制御する。
上述した、数値制御装置の構成は主軸の位置の制御も可能にした従来の数値制御装置の構成と同一である。
【００１４】
本発明は、このような構成で、被加工物の回転位置と回転速度及びこの回転位置、速度に対応する工具の位置を指令することにより、工具を被加工物の回転位置、速度に合わせて移動させ加工するようにしたものである。
【００１５】
そこで、この実施形態では、主軸に被加工を取り付け、工具を主軸軸線方向のＺ軸及び該Ｚ軸に直交するＸ軸方向に、被加工物に対して相対的に移動させて加工する例を説明する。工具をＸ軸方向に、主軸（被加工物）をＺ軸方向に移動させ工具を被加工物に対して相対的に移動させる場合と、工具をＸ，Ｚ軸方向に移動させる場合があるが、この実施形態では、説明を簡単にするために工具をＸ，Ｚ軸方向に移動させる場合で説明する。
【００１６】
本発明は、被加工物１の回転角度θと回転速度Ｖ、工具の位置（ｘ，ｚ）を設定するのみで、基準となる回転軸の被加工物１の回転位置に対して工具位置を同期制御するものである。
図２は、本実施形態による加工の一例を示す図で、被加工物１を加工するとき、被加工物１を所定速度で回転させ、工具をアプローチ点（ｘ１，ｚ１）に移動させた後、Ａ点（ｘ２，ｚ２）に移動させ、続いてＢ点（ｘ３，ｚ３）、Ｃ点（ｘ４，ｚ４）、Ｄ点（ｘ５，ｚ５）に移動させて加工を行う例である。
【００１７】
このような加工を行う場合、被加工物１（主軸）の回転速度を変える回転角度θ、そのときの工具位置（ｘ，ｚ）、及びこの回転角度θから次の回転速度変更点までの回転速度Ｖを設定する。図３は１つの設定例を示す図である。なお、この図３において符号２はこの設定データを示す。符号３は算出データであり設定値ではなく、説明を分かりやすくするために算出するＸ軸速度Ｖｘ，Ｚ軸速度Ｖｚを記載しているものである。
【００１８】
まず、表示器／ＭＤＩユニット６０を設定画面にして、被加工物１（主軸）の回転角度θ、回転速度Ｖ、工具位置（ｘ，ｚ）を設定し、ＣＭＯＳメモリ１４に記憶させる。図２に示す加工を行うものとして、例えば図３のように設定する。
【００１９】
被加工物１の回転角度θ０（例えばθ０＝０）の位置で工具のＸ軸位置ｘ０，Ｚ軸位置ｚ０及び該位置からの被加工物１（主軸）の回転速度Ｖ０を設定し、次にアプローチ点（ｘ１，ｚ１）に対応する被加工物１（主軸）の回転位置θ１（例えば２１６００＝６０回転×３６０度）、工具位置ｘ１，ｚ１及び該位置からの被加工物１（主軸）からの回転速度Ｖ１を設定する。同様に、Ａ点に対応する被加工物１（主軸）の回転位置θ２（例えば７２０００＝２００回転×３６０度）、工具位置ｘ２，ｚ２及び該位置からの被加工物１（主軸）の回転速度Ｖ２、Ｂ点に対応する被加工物１（主軸）の回転位置θ３（例えば１０８０００＝３００回転×３６０度）、工具位置ｘ３，ｚ３及び該位置からの被加工物１（主軸）の回転速度Ｖ３、Ｃ点に対応する被加工物１（主軸）の回転位置θ４（例えば２１６０００＝６００回転×３６０度）、工具位置ｘ４，ｚ４及び該位置からの被加工物１（主軸）の回転速度Ｖ４、を設定し、さらに、Ｄ点に対応する被加工物１（主軸）の回転位置θ５（例えば２８８０００＝８００回転×３６０度）と工具位置ｘ５，ｚ５を設定する。
こうして、被加工物１（主軸）の回転位置θ、回転速度Ｖ，工具位置（ｘ，ｚ）を設定した後、実行指令を入力し数値制御装置１００を運転して、加工を開始する。図４は数値制御装置１００の実行処理の動作フローチャートであり、図４のステップＳ１，Ｓ２は数値制御装置のプロセッサ１１が各軸への移動指令を指令する前の前処理の段階で実行する処理であり、プロセッサは設定されたデータを順に読み出し、工具を被加工物１に対して相対的に移動させる移動速度を求める処理である。
【００２０】
設定データの設定順を示す指標をｉ（＝０，１，２…）とすると、指標ｉの回転位置、回転速度，工具位置をθｉ，Ｖｉ，（ｘｉ，ｚｉ）、次に設定されている指標ｉ＋１のデータの回転位置をθｉ＋１，工具位置を（ｘｉ＋１，ｚｉ＋１）とすると、被加工物１が回転速度Ｖｉで回転位置θｉから回転位置θｉ＋１まで移動する時間ｔｉを次の１式の演算を行って求める（ステップＳ１）。
ｔｉ＝（θｉ＋１−θｉ）／Ｖｉ　　　…（１）
この時間ｔｉで工具のＸ軸、Ｚ軸位置はｘｉからｘｉ＋１に、ｚｉからｚｉ＋１移動するものであるから、Ｘ軸、Ｚ軸のそれぞれの速度Ｖｘｉ、Ｖｚｉは次の２式，３式より求められる（ステップＳ２）。
Ｖｘｉ＝（ｘｉ＋１−ｘｉ）／ｔｉ　　　　…（２）
Ｖｚｉ＝（ｚｉ＋１−ｚｉ）／ｔｉ　　　　…（３）
こうして被加工物１（主軸）、Ｘ軸、Ｚ軸の当該位置θｉ，ｘｉ，ｚｉから被加工物１（主軸）が回転速度Ｖｉで駆動され次の目標回転位置θｉ＋１まで達したときに、Ｘ軸、Ｚ軸は位置ｘｉ＋１，ｚｉ＋１に達するよう、それぞれの移動速度Ｖｘｉ，Ｖｚｉが求められる。数値制御装置１００のプロセッサ１１は、先読みして上記１〜３式の処理を行い（ステップＳ１，Ｓ２）、得られたデータθｉ＋１，Ｖｉ、ｘｉ＋１，ｚｉ＋１，Ｖｘｉ，Ｖｚｉに基づいて、従来と同様に各軸へ移動指令を出力する。すなわち、主軸制御回路（主軸＝被加工物）５０に対しては、回転速度Ｖｉで目標回転位置θｉ＋１に達するように移動指令の分配を行い、Ｘ軸の軸制御回路３０に対しては、移動速度Ｖｘｉで目標位置ｘｉ＋１に達するように、移動指令の分配を行い、Ｚ軸の軸制御回路４０に対しては、移動速度Ｖｚｉで目標位置ｚｉ＋１に達するように移動指令の分配を行う。そして、主軸制御回路５０、Ｘ軸、Ｚ軸の軸制御回路３０、４０は、それぞれこの移動指令を受けて、ポジションコーダ５３、位置・速度検出器３３，４３からの位置、速度フィードバック信号に基づいて、位置、速度のフィードバック制御及び電流のフィードバック制御を行い、主軸アンプ５１、サーボアンプ３１，４１を介して主軸モータ５２，サーボモータ３２，４２をそれぞれ駆動制御する（ステップＳ３）。
これによって、被加工物の回転に合わせて、工具は被加工物に対して相対的に移動し加工を行うことになる。
【００２１】
上述した実施形態では、データを先読みして前処理の段階で、上記１，２，３式の演算を行いＸ軸，Ｚ軸の移動速度Ｖｘｉ，Ｖｚｉを求めるようにしたが、被加工物１（主軸）の回転位置θ、回転速度Ｖ，工具位置（ｘ，ｚ）を設定し、その設定完了指令が入力されたとき、自動的に上記１，２，３式の演算を行いＸ軸，Ｚ軸の移動速度Ｖｘｉ，Ｖｚｉを求め、図３に示すように設定データと共に記憶するようにしてもよい。この場合、加工を実行する際には、数値制御装置１００のプロセッサはステップＳ３の処理のみでよく、設定記憶データのθｉ，Ｖｉ、ｘｉ，ｚＩ、算出データのＶｘｉ，Ｖｚｉに基づいて、上述した各軸への移動指令を分配すればよい。
【００２２】
図５は、設定データに基づいてＮＣデータを作成するときの処理フローチャートである。
被加工物１（主軸）の回転位置θ、回転速度Ｖ，工具位置（ｘ，ｚ）が設定され、ＮＣデータ作成指令が入力されると、プロセッサ１１は、図４のステップＳ１，Ｓ２と同一の処理を行い、上記１，２，３式の演算を行って、Ｘ軸，Ｚ軸の移動速度Ｖｘｉ，Ｖｚｉを求める（ステップＴ１，Ｔ２）。そして、得られた主軸、Ｘ軸，Ｚ軸の速度Ｖｉ，Ｖｘｉ，Ｖｚｉに基づいて合成速度を求め（ステップＴ３）、主軸、Ｘ軸，Ｚ軸の移動距離とこの合成速度によりＮＣデータを作成する（ステップＴ４）。
【００２３】
上述した実施形態では、回転する被加工物の回転位置に対応して、工具の被加工物に対する相対位置を設定して、被加工物の回転位置に対応して工具が相対移動するようにした実施形態を示したが、工具を回転させ、この工具の回転位置に合わせて、被加工物に対する工具の相対位置を制御するようにしてもよい。例えば、工具がドリルで、該ドリルの回転位置に合わせて、被加工物に対する工具軸方向の位置（Ｚ軸位置）、該軸に直交する位置（Ｘ軸位置）を制御するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、主軸の回転速度の変動、及び回転角度に対する工具位置の制御の時間遅れを発生させることなく制御できる。しかも、従来の数値制御装置を利用し、簡単なソフトウェアの追加のみで実行できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の要部ブロック図である。
【図２】同実施形態での加工の一例を示す図である。
【図３】同加工の一例における設定データの説明図である。
【図４】同実施形態における加工実行処理のフロチャートである。
【図５】同実施形態におけるＮＣデータ作成処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１　被加工物
２　設定データ
３　算出データ
１００　数値制御装置
【図１】
2004114176.tif 000003
【図２】
2004114176.tif 000004
【図３】
2004114176.tif 000005
【図４】
2004114176.tif 000006
【図５】
2004114176.tif 000007