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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989001195A1
    申请号:PCT/JP1988/000761
    申请日:1988-07-28
    公开日:1989-02-09
    发明作者:Hideaki Kawamura；Kentaro Fujibayashi；Toshiaki Otsuki
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 数値制御装置
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明 は、 加工さ れる ワ ー ク の形状 に沿 っ て工具を補 間制御す る ための数値制御装置に関す る。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 通常の加工プロ グ ラ ム を作成す る と き に、 所定形状を し た ワーク を半径 r の工具で切削 し ょ う と すれば、 工具 中心の通るべ き通路は、' ワ ーク の輪郭か ら r だ け離れた 通路を設定 し な く て は な ら ない。 こ の よ う に 、 工具があ る距離だ け離れる こ と をオ フ セ ッ ト と い い、 通常の数値 制御装置は、 こ のオ フ セ ッ ト し た経路を形成す る 、 工具 径補正機能を有 し てい る 。
    [0007] と こ ろ で、 こ う し た工具径補正は、 工作機械 に よ り 歯 車や ポ ン プの羽根の加工を行な う ため に、 直線や円弧で の補間以外 に ィ ン ボ リ ユ ー ト 曲線 に よ る補間を行な う 場 合 に も 必要に な る 。 出願人は、 既 に数値制御装置内で簡 単に イ ン ボ リ ユー ト 曲線を補間で き る補間方式の発明 に つ レヽ て 出 願 し て レヽ る 。 そ れ に よ れ ば、 従来 の イ ン ポ リ ユ ー ト 補間が有す る工具速度 に関す る パ ルス分配上で の問題を解決 し、 円弧補間 に よ り 高速な補間演算が可能 に な る 。
    [0008] こ の よ う な工具径補正機能を有す る数値制御装置 に お いて、 イ ン ボ リ ユ ー ト 曲線を円弧で近似 し て オ フ セ ッ ト 演算 を 行 な い 、 工作機械 を 制御 し て ！ λ— ク を イ ン ポ リ ュー ト 曲線に沿う 形状で加工する に は、 工具の移動速 度 を 制約 し な い よ う な高速の 演算方式 が 必要 と さ れ る 。
    [0009] 発 明 の 開 示
    [0010] 本発明は、 こ う し た問題点を解決すべ く な さ れ た も の で、 指定さ れたイ ン ボ リ ユー ト 曲線を円弧で近似 して、 工具径に見合っ たオ フ セ ヅ ト 値を高速に演算して工具の 補間制御をす る数値制御装置を提供す る こ と を 目的 と し てい る 。
    [0011] 太発明 に よ れば、 ワーク を イ ン ボ リ ユー ト 曲線に沿 う 形状 に加工す る工具制御機能を有す る数値制御装置に お いて、 前記イ ン ボ リ ユー ト 曲線に沿 う 加工の開始を指令 する指令点での交角 に応じて該曲線を近似す る近似円を 設定す る設定手段 と 、 前記設定さ れた近似円 と 前記指令 点に至る工具軌跡のオ フ セ ッ ト べク ト ル と か ら該指令点 で の オ フ セ ッ ト ベ ク ト ルを演算する演算手段 と 、 前記ェ 具の オ フ セ ッ ト べ ク ト ル に基づい て工具径分 だ けオ フ セ ツ ト さ れたイ ン ボ リ ユー ト 曲線を補間す る補間手段と を具備し て な る こ と を特徴 と する数値制御装置が提供で き る 。
    [0012] 従っ て本発明の数値制御装置ほ、 イ ン ポ リ ュー ト 曲線 を指定す る点列データ か ら工具の経路を演算す る際に、 指令点での交角 に応じ て近似円を設定し、 こ の近似円 と 該指令点 に至る工具軌跡か ら オ フ セ ッ ト べク ト ルを演算 し てい る か ら、 工具径分のオ フ セ 、ジ ト 計算を高速に行な え る 。
    [0013] 図面の簡单な説明
    [0014] 第 1 図は、 本発明の一実施例を示す ブロ ッ ク 図、 第 2 図 は 、 計算ス テ ッ プ を示す流れ図、 第 3 図 は、 イ ン ポ リ ュー ト 曲線の一例を示す図、 第 4 図乃至第 6 図は、 そ れぞれ近似円の設定方法を説明す る 図で あ る 。 発明を実施す る た めの最良の形態
    [0015] 以下、 図面を用い て本発明の一実施例に つい て詳細 に 説明す る 。
    [0016] 第 3 図は、 イ ン ボ リ ユー ト 曲線の一例を示 し て い る 。 こ こ で イ ン ボ リ .ユ ー ト 曲 線 は 、 中 心座標 0 ( X 0 , Y 0 ) 、 半径 R の基礎円上での始点 P 0 か ら 円周上を左 周 り に移動 し た点 P に お け る 円の接線を引いて、 該接線 の長さ が弧 P Q P の長さ に等 し く な る 点の軌跡 と し て定 義さ れ る 。 ワ ー ク の加工形状 S の一部 に ィ ン ボ リ ユ ー ト 曲線が含 ま れ る と き 、 そ のイ ン ボ リ ユー ト 曲線 と し て定 義 さ れ る 指令点 P s ( X s . Y s ) の座標値 は そ れ ぞ れ、
    [0017] X s = X 0 + R ( c o s θ + Θ 0 s i n θ )
    [0018] Y s = Υ ο + R ( s i n θ + θ 0 c o s θ )
    [0019] 但 し、 0 = 0 1 + 0 o
    [0020] で与え ら れ る 。
    [0021] 図の破線 に よ り 示す工具の移動軌跡は、 加工面か ら垂 直方向 に工具径 に対応す-る距離 r だ け離れて お り 、 加工 軌跡 S が決ま る と その各点 に対応す る オ フ セ ッ ト べク ト ルか ら求め る こ と がで き る。 こ こ で問題と な る の は、 上 記指令点 P s でのオ フ セ ッ ト ベク ト ルを算出す る方法で あ り 、 こ のオ フ セ ッ ト ベク ト ルを演算す る ため に、 本発 明で はイ ン ボ リ ユー ト 曲線を近似する次の 3 つの近似円 を設定 し、 指令点 P s での交角 α の大き さ に応じ て選択 し て ヽる。
    [0022] ( 1 ) 交角 ct が 1 5 0 ' よ り 大き い と き。
    [0023] 第 4 図 に示す よ う に 、 指令点 P s と 基礎円 と の接点 P 1 ま での接線 β s の長さ を曲率半径 と す る 円 Ο ι を近 似円 と して、 直線補間か ら 円弧補間に移行す る際のオ フ セ ッ 卜 C の演算を行な う 。
    [0024] ( 2 ) 交角 α が 6 0 。 よ り 大ぎく 、 1 5 0 。 よ り 小さ い と き 。
    [0025] 第 5 図に示す よ う に、 指令点 P s と . イ ン ポ リ ュー ト 曲線上で P s か ら r Z 2 , r そ れ ぞれ離れ た点 C i , C 2 と に よ り 規定さ れる 円を近似円 と して、 直線補間か ら 円弧補間 に移行す る 際の オ フ セ ッ ト C の演算を行な ラ 。
    [0026] ( 3 ) 交角 α が 6 0 。 よ り 小さレヽ と き。
    [0027] 第 6 図に示す よ う に、 指令点 P s と ， イ ン ボ リ ユー ト 曲線上で P s か ら r , 2 r それぞれ離れた点 C 2 , C 5 と か ら規定さ れる 円を近似円 と し て、 直線補間か ら 円弧 補間 に移行す る 際のオ フ セ ッ ト C (工具径補正） の演算 を行な う 。 次 に、 オ フ セ ッ ト さ れた イ ン ボ リ ュ一 ト 曲線の補間を 行な う 数値制御装置 に つい て、 第 1 図の概略構成図 に よ り 説明す る。
    [0028] 図 に おいて、 1 は指令テープであ り 、 ：¾に述べ た指令 がパ ン チ さ れ て レヽ る 。 2 は テ ー プ リ ーダで あ り 、 こ の テー プ 1 か ら工具移動に つい てのデータ を読み取る 。 3 は前処理手段であ り 、 データ に イ ン ポ リ ュ ー 卜 補間指令 の G コ ー ド が含ま れて レヽ る と き に上記指令点 P s やそ こ での交角 α に基づいて ィ ン ボ リ ユ ー 卜 曲線を近似す る近 似円を設定 し て い る 。 4 は C P U であ り 、 設定さ れた近 似円 に基づいてオ フ セ ヅ 卜 べク ト ルを計算 し、 補間デー タ 作成の ための プロ グ ラ ム をメ モ リ 5 か ら 出力 し て、 ェ 具軌跡を演算 し ½い る 。 こ う し て作成された補間データ は、 パルス分配器 6 で工具の各軸毎の指令パルス と し て 分配さ れる 。 7 はサーボモータ 8 を駆動す る サーボ制御 回路で あ り 、 サーボモータ 8 に よ り ボールね じ等を介 し て工具を移動す る。
    [0029] 第 2 図は、 上記 C P U 4 に お け る ォ フ セ ヅ 卜 C の計算 ス テ ツ ブを示す流れ図で、 テープ 1 か ら例え ば次の よ う なイ ン ボ リ ユー ト 補間の指令が入力 さ れ る と （ ス テ ッ プ a ) 、 交角 α に応 じ て近似円を決定 し ( ス テ ッ プ b ) 、 そ れ に基づレヽてオ フ セ ヅ 卜 べ ク ト ルを計算 し て い る （ ス テ ツ フ c ) 。
    [0030] イ ン ボ リ ユー ト 補間の指令は、
    [0031] G 1 7 G 0 3 . 1 X —— Υ I J R 一 F 一 で与え ら れ、 G 17に よ り X — Y平面を指定 し、 G 03.1に よ り 反時計周 り のイ ン ボ リ ユー ト 補間を指令し、 X - — Y 一 一 に よ り イ ン ボ リ ユ ー 卜 曲線の終点の座標値を指定 し、 I —— J —— に よ り 基礎円 C の中心か ら の距離でィ ン ボ リ ュー ト 曲線上での始点 と な る指令点 P s を指定す る 。 なお、 R— 一は基礎円の半径値、 F — — は工具の送 り 速度であ る。
    [0032] こ の よ う に 、 上記実施例の数値制御装置では、 イ ン ポ リ ユー ト 補間 に際 し て近似円を種々 に設定し、 オ フ セ ヅ ト ベク ト ルを規定す る要素 と な る 0 。 ， r , R等の う ち 指令点 P s にお け.る交角 α の影響が大き い こ と に着 目 し て、 最適な近似円を選択 し たの で、 単に演算速度が速く な る ばか り か、 誤差を最小 に する こ と がで き る。 なお、 α の分岐角度 6 0 ' , 1 5 0 ° は、 計算上の最適値であ り 、 実際に は、 加工工具や近似円の演算精度を規定する 他の要因 と の関係で、 別の値を選択す る こ と も あ る。
    [0033] つ ま り 、 上記 （ 2 ) , ( 3 ) での近似円の代 り に、 例 え ばイ ン ボ リ ユ ー ト 曲線上で の指令点 P s か ら の距離 を、
    [0034] r / 2 tan ( α /2) ， r / tan ( α /2)
    [0035] にそれぞれ設定す る こ と で近似円を規定す る よ う に し て も良い。
    [0036] 以上、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明 ほ こ れ に限定さ れる も ので な く 、 例え ばイ ン ポ リ ュー 卜 曲線が 時計周 り に設定された場合や、 基礎円 に接近し て設定さ れてい る場合に ついて も同様に適用す る こ と がで き 、 本 発明の要旨の範囲内で種々 の変形が可能であ っ て、 こ れ ら を本発明の範囲か ら排除す る も の で は ない。
    [0037] 産業上の利用可能性
    [0038] 本発明の数値制御装置は、 指定さ れた イ ン ボ リ ユー ト 曲線を円弧で近似 し て、 工具径 に見合っ たオ フ セ ッ ト べ ク ト ルを高速に演算 し て ワーク の形状 に沿 っ て工具を補 間制御す る こ と がで き る 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) ワーク をイ ン ポ リ ュー ト 曲線に沿う 形状に加工 する工具制御機能を有す る数値制御装置ほ、 次を含む ： 前記イ ン ボ リ ユ ー 卜 曲線に沿う 加工の開始を指令する 指令点での交角 に応 じ て該曲線を近似する近似円を設定 す る設定手段 ；
    前記設定さ れた近似円 と前記指令点 に至る工具軌跡の オ フ セ ヅ 卜 べク ト ル と か ら該指令点でのオ フ セ ッ ト べク ト ルを演算する演算手段 ；
    前記工具のオ フ セ 、ジ ト べク ト ルに基づいて工具径分だ けオ フ セ ヅ 卜 されたイ ン ボ リ ユー ト 曲線を補間す る補間 手段。
    ( 2 ) 前記請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の数値制御装置 の設定手段は、 次を含む ：
    前記工具のオ フ セ ッ ト 量 r に対 して、 前記指令点 に お い て ィ ン ボ リ ユー ト 曲線の基礎円の接線に よ り 規定され る 曲率半径を有す る第 1 近似円を決定する手段 ；
    前記指令点 と そ こ か ら r ノ 2 , Γ それぞれ離れたイ ン ボ リ ユー ト 曲線上の 2 点 と に よ り 規定され る第 2 近似円 を決定する手段 ；
    前記指令点 と そ こ か ら r , 2 r それぞれ離れたイ ン ポ リ ユー ト 曲線上の 2 点 と に よ り 規定さ れる第 3 近似円を 決定す る手段 ；
    指令点での交角を演算する手段 ； 演算さ れた交角 に よ り 誤差を最小 に す る近似円を選択 す る手段。
    ( 3 ) 前記請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の数値制御装置 の設定手段は、 次を含む ：
    前記工具のオ フ セ ッ ト 量 r に対 し て、 前記指令点 に お いて ィ ン ボ リ ユ ー ト 曲線の基礎円の接線に よ り 規定さ れ る 曲率半径を有す る第 1 近似円を決定す る手段 ；
    前 記 指 令 点 と そ こ か ら r ノ 2 t a η ( α / 2 ) , r / tan ( α /2) それぞれ'離れ イ ン ボ リ ユー ト 曲線上の 2 点 と に よ り 規定さ れ る第 2 近似円を決定す る手段 ；
    前 記 指 令 点 と そ こ か ら r ノ t a η ( α / 2 ) , 2 r tan ( α /2) それぞれ離れた ィ ン ボ リ ユ ー 卜 '曲線上の 2 点 と に よ り 規定さ れる第 3 近似円を決定す る手段 ；
    指令点での交角を演算す る手段 ；
    演算さ れた交角 に よ り 誤差を最小 に す る近似円を選択 す る手段。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    EP1720085A1|2006-11-08|Curve interpolating method
    US4484413A|1984-11-27|Control apparatus for a grinding machine
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US4959597A|1990-09-25|
    EP0328674A4|1990-12-27|
    EP0328674A1|1989-08-23|
    JPS6435605A|1989-02-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-02-09| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1989-02-09| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1989-02-24| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988906876 Country of ref document: EP |
    1989-08-23| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988906876 Country of ref document: EP |
    1994-08-15| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1988906876 Country of ref document: EP |
    1994-11-14| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988906876 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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