(57)【要約】【課題】数値制御装置において、姿勢の急激な変化に対して、速度をユーザが指定、決定することができモータの急激な変化を抑える。【解決手段】移動軌跡データ２０１と、速度データ２０２を指令として入力し、制御周期毎の機械各軸の位置あるいは速度として表されたサーボデータ２０３を出力する数値制御装置１００において、制御点の移動速度である送り速度２０４と、制御点回転成分の単位時間あたりの変化量を表した姿勢速度２０５の両方もしくは一方を速度指令として入力するものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動軌跡データ（２０１）と、速度データ（２０２）を指令として入力し、制御周期毎の機械各軸の位置あるいは速度として表されたサーボデータ（２０３）を出力する数値制御装置（１００）において、
制御点の移動速度である送り速度（２０４）と、制御点回転成分の単位時間あたりの変化量を表した姿勢速度（２０５）の両方もしくは一方を速度指令として入力することを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
速度比較部（１０１）を有し、前記送り速度（２０４）と前記姿勢速度（２０５）を比較し、遅いほうの速度を補間指令速度（２０６）として出力し、軌跡制御を行うことを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項３】
回転軸周りの角速度を姿勢速度とする請求項１又は２のいずれかに記載の数値制御装置。
【請求項４】
工具軸を回転軸とする角速度と、工具軸に直交する回転軸周りの角速度の２つの姿勢速度、もしくはその一方を指令することを特徴とする請求項１又は２のいずれか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、工作機械を制御する数値制御装置における速度指令入力方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作機械は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸という３軸が互いに直交した直動軸をもつ構成のものが主流であった。この直交３軸構成の工作機械を制御する場合の速度指令としては、送り速度と呼ばれる各軸成分を合成した速度、すなわち、
【０００３】
Ｆ  ＝  （Ｆｘ２＋Ｆｙ２＋Ｆｚ２）１／２                                          …  （１）
が利用される。数値制御装置への入力指令として通常使われているＧコードのＦ指令がこれに相当する。
【０００４】
図５は、従来型の数値制御装置のモジュール構成を示すブロック図である。数値制御装置３００は、補間・加減速処理を行う補間演算部３０２から構成される。数値制御装置３００には、移動軌跡データ４０１と（１）式で表される送り速度４０４である速度データ４０２が指令として入力され、制御周期毎の位置、速度をサーボデータ４０３として出力する。
また、従来の直交３軸構成に回転軸を追加した４軸以上の制御軸を有する多軸工作機械が最近普及しつつある。多軸工作機械を動作させると、図６に示すように、工具先端（制御点）の位置の移動だけでなく、工具の姿勢が変化することになる。この多軸工作機においても、速度指令としては一般的に送り速度Ｆが利用される。ただし、現状では、多軸工作機械への移動指令は３次元直交座標系ではなく、機械軸に変換された指令が入力されるのが一般的である。この際、速度指令としては、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直動３軸、及びＡ，Ｂ軸の回転２軸を有する５軸の工作機械の場合、
【０００５】
Ｆ  ＝  （Ｆｘ２＋Ｆｙ２＋Ｆｚ２＋Ｆａ２＋Ｆｂ２）１／２                          …  （２）
により求められる。
この場合の制御処理も、３軸構成の場合と同様に説明することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２１５２１１号公報
【特許文献２】
特許第３１７３８０８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、直動成分であるＸ，Ｙ，Ｚと回転成分であるＡ，Ｂを同じレベルで取り扱っており、物理的な意味を持たないばかりでなく、送り速度Ｆも本来の意味である刃先とワークの相対速度とは異なるという問題があった。
また、位置や速度を直交座標系で指令する場合、送り速度Ｆとして（２）式を用いることはできず、（１）式を用いて速度計算をすることになる。この方式では、速度は直動（位置）成分のみで回転成分については指令されていないため、多軸工作機械に対して前者の方式により指令すると、刃先とワークとの相対位置関係はほとんど変化せず、姿勢のみが大きく変化する軌跡指令に対して速度制限が無いことになり、各軸性能限界まで速度が上昇するという問題が生じていた。
また、特開２００２−２１５２１１（特許文献１）は、多軸工作機械への制御指令について、従来工作機の各軸位置を指令していたのに対して、任意の座標系で位置を指令するものであり、特許３１７３８０８号（特許文献２）は、工具や工作機械とワークの干渉や工具刃先の磨耗により工具の姿勢を変化させるものである。しかし、両特許文献は、いずれも工作機への指令は、各軸の位置指令（特許文献１にあっては位置と姿勢）、及び送り速度のみであり、両者とも姿勢に対する速度は指令されていない。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、数値制御装置において、姿勢の急激な変化に対して、速度をユーザが指定、決定することができ、モータの急激な変化を抑え、切削加工時の工具にかかる力の変化を制限し工具破損などを防ぐことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の問題を解決するため、本発明では、移動軌跡データ２０１と、速度データ２０２を指令として入力し、制御周期毎の機械各軸の位置あるいは速度として表されたサーボデータ２０３を出力する数値制御装置１００において、制御点の移動速度である送り速度２０４と、制御点回転成分の単位時間あたりの変化量を表した姿勢速度２０５の両方もしくは一方を速度指令として入力することを特徴とする数値制御装置とする。
また、速度比較部１０１を有し、前記送り速度２０４と前記姿勢速度２０５を比較し、遅いほうの速度を補間指令速度２０６として出力し、軌跡制御を行うことを特徴とする数値制御装置とすることにより、上記問題点を解決するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を、図１、２、及び３を用いて説明する。図１は、本発明を実施するためモジュール構成を表す図である。この図を利用して、本発明による数値制御装置の処理を説明する。数値制御装置１００に、移動軌跡データ２０１、及び送り速度２０４と姿勢速度２０５から成る速度データ２０２が指令として入力される。数値制御装置１００は、速度比較部１０１と補間演算部１０２から構成されている。速度比較部１０１では、入力された送り速度２０４と姿勢速度２０５を比較し、遅いほうの速度を補間指令速度２０６として出力する。補間演算部１０２では、指令として入力された移動軌跡データ２０１と、速度比較部１０１から出力された補間指令速度２０６から補間・加減速処理を行い、制御周期毎の位置、速度を算出し、サーボデータ２０３として出力する。
【００１１】
図２は、位置と姿勢が変化する移動軌跡の一例として、工具先端がＰ１（４００．０，  ０．０，  ０．０）からＰ２（０．０，  ３００．０，  ０．０）に直線で移動する間に、工具姿勢がＺ軸周りに９０゜変化する移動軌跡指令を示している。このときの送り速度２０４をＦ＝１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］とし、また姿勢速度２０５は回転軸周りの角速度ωとして定義し、ω＝３６０［ｄｅｇｒｅｅ／ｍｉｎ］とする。Ｐ１−Ｐ２間の移動距離は５００ｍｍとなるため、工具先端が指令どおりＦ＝１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］で移動すると仮定すると、移動には０．５［ｍｉｎ］、すなわち３０秒を要する。また、工具先端がＰ１から２へ移動する間に９０゜姿勢が変化しているため、ω＝３６０［ｄｅｇｒｅｅ／ｍｉｎ］で移動する場合、０．２５［ｍｉｎ］、すなわち１５秒を要する。速度比較部１０１は、この必要時間を比較して、移動に時間を多く要するほうをより遅い速度と見なし、補間指令速度２０６をＦ＝１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］として出力する。
【００１２】
図３は、位置と姿勢が変化する移動軌跡の一例として、工具先端がＰ３（８０．０，  ０．０，  ０．０）からＰ４（０．０，  ６０．０，  ０．０）に直線で移動する間に、工具姿勢がＺ軸周りに９０゜変化する移動軌跡指令を示している。上述の例と同様に、送り速度Ｆ＝１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］、姿勢速度ω＝３６０［ｄｅｇｒｅｅ／ｍｉｎ］とすると、指令された送り速度での工具先端位置の移動に０．１［ｍｉｎ］、すなわち６秒、姿勢速度での姿勢変化に０．２５［ｍｉｎ］、すなわち１５秒を要する。これより、速度比較部は姿勢速度ω＝３６０［ｄｅｇｒｅｅ／ｍｉｎ］を指令速度として選択する。補間演算部１０２の処理を従来の数値制御装置と同様に実行可能とするため、速度比較部１０１からの補間指令速度２０６は、送り速度に換算して出力する。したがって速度比較部１０１は、Ｐ３からＰ４までの１００ｍｍを１５秒かかって移動する速度、すなわち、Ｆ＝４００［ｍｍ／ｍｉｎ］を補間指令速度２０６として出力する。
【００１３】
次に、本発明の第２の実施例を、図１及び４を用いて説明する。図４は、工具軸周りの角速度ωａ、及び工具に直交する回転軸周りの角速度ωｄについて説明した図である。またモジュール構成は、第１の実施例の場合と同様に、図１で表される。数値制御装置１００に、数値制御装置１００に、移動軌跡データ２０１、及び送り速度２０４と姿勢速度２０５から成る速度データ２０２が指令として入力される。姿勢速度２０５としては、工具軸周りの角速度ωａと、工具に直交する回転軸周りの角速度ωｄの２つが指令される。数値制御装置１００は、速度比較部１０１と補間演算部１０２から構成されている。速度比較部１０１では、指令として入力された送り速度Ｆ、及び上述の２つの姿勢速度ωａとωｄの３つの速度から最も遅い速度を選択し、補間指令速度２０６を出力する。補間指令速度計算方法は、第１の実施例と同様である。補間演算部１０２では、指令として入力された移動軌跡データ２０１と、速度比較部１０１から出力された補間指令速度２０６から補間・加減速処理を行い、制御周期毎の位置、速度を算出し、サーボデータ２０３として出力する。
【００１４】
姿勢の変化は、一般的に一つの軸周りの回転として表すことができる。請求項３では、この回転軸周りの角速度として姿勢速度を定義している。これに対して請求項４では、姿勢を工具軸方向と工具軸直交方向の２成分に分割し、それぞれについての角速度を姿勢速度として指令する。
通常、工具としては回転工具が用いられるため、工具軸周りの角速度は意味をなさない。工具に直交する軸を回転軸と見なすことができる。しかしながら、ヘール加工のように非回転工具を用いて切削を行う場合など、請求項４のような指令方法は、回転工具による切削の拡張として捉えることができ、有効である。
【００１５】
【発明の効果】
多軸制御を行う場合、速度指令として送り速度だけでは、姿勢変化に関する速度制限が各軸のモータ最大速度だけとなり、特に工具先端のワークに対する移動距離が小さく姿勢が大きく変化する移動軌跡指令の場合など、モータが最大速度で激しく動く可能性がある。本発明のように姿勢速度を指令することにより、姿勢の急激な変化に対して、速度をユーザが指定、決定することができ、モータの急激な変化を抑えることができる。これにより、切削加工時の工具にかかる力の変化を制限することができ、工具破損などを防ぐ効果がある。
また、直交座標系のようなワーク座標系の場合、工具先端の移動速度（送り速度）と工具姿勢の変化速度を指令することにより、物理的な意味をも持ち、ユーザに判りやすい表現となるというメリットも生まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのモジュール構成を示すブロック図
【図２】本発明による補間指令速度を生成する例を示す説明図
【図３】本発明による補間指令速度を生成する例を示す説明図
【図４】工具軸周りの角速度と工具軸と直交する軸周りの角速度の説明図
【図５】従来技術のモジュール構成を示すブロック図
【図６】多軸工作機械において工具が移動するときのイメージ図
【符号の説明】
１００    数値制御装置
１０１    速度比較部
１０２    補間演算部
２０１    移動軌跡データ
２０２    速度データ
２０３    サーボデータ
２０４    送り速度
２０５    姿勢速度
２０６    補間指令速度
３００    数値制御装置
３０２    補間演算部
４０１    移動軌跡データ
４０２    速度データ
４０３    サーボデータ
４０４    送り速度
【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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