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    公开号:WO1982001602A1
    申请号:PCT/JP1981/000295
    申请日:1981-10-23
    公开日:1982-05-13
    发明作者:Fanuc Ltd Fujitsu
    申请人:Nozawa Ryoichiro；Nagamine Tsuyoshi；Kawamura Hideaki；Fujibayashi Kentaro；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳 書 数 値 制 © 方 式 技術分野
    [0002] 本発明は数直制御方式に保 り 、 特に工具の ワ - クに対 する工具軸方向を一定に維持 したま 、 工具あるいはテ - ブ ルを手動に よ り 移動させる こ と がてき る 数直制御方 式に関する 。
    [0003] 背景技術
    [0004] 工作機械、 た とえばマ シユ ン グセ ン タ 等においてはェ 具あるいはテ ー ブ ルを Β 軸 （ 垂直回転方向 ） 及び C軸 ( 水平回転方向 ） 方向に回転 して ワ ー ク に対する工具の 軸方向 （ 工具軸方向 と い う ) を舗御する と 共に、 該工具 あるいはテ ー ブ ルを X, Υ, Ζ の 3 軸方向に移動 して ヮ ー ク に所望の加工を施す。
    [0005] この よ う ¾ 同時 5 軸制御に よ り 、 た とえば ワ ー ク に穴 を形成するには、 先ず工具支持部 ¾工具と一体に X, Y, Z 軸方向に移動 して位置決めする と共に、 工具を B 軸及 び C 軸方向に回転させ、 工具の工具軸方向 と 加工すべき 穴の方向 と を一致させ、 しかる後、 該工具軸方向を維持 したま ま 工具支持部を X, Y, Z の同時 3 軸制御に よ り ヮ
    [0006] - ク に 向けて移動させ、 穴の加工 ¾開始 し、 所定深さ ま て穴明け加工 ¾行 ¾ う 。 そ して最後に逆方向へ工具を引 抜いて穴明け加工を完了させる方式が従来か ら 提案され てい る 。 c:.: i と こ ろ て、 こ の よ う に工具支^部に対 して工具を傾斜 させて加工を行な う マ シ - ン グ セ ン タ 等の工作後械にお いては、 ①工具を傾斜させて加工 している最中に手動操 作で切込量を増滅 したい場合や、 ②傾斜面に手動操作て 穴明け したい場合、 が生ずる。 尙、 こ で手動操作と は 通常の手動バ ルス兗生器ゃ ジ ョ グ釦をマ - ユ ア ル で操作 して工具あるいはテ ー ブ ルを移動させる核能てある。 さて、 上記①， ③の場合には工具の工具軸方向を穴方 向に一致させたま 該工具を手動に よ り X， Y, z の同時 5 軸制御て移動せ しめ ぐ てはな ら い。
    [0007] しか し、 従来の手動操作にお ては手動パ ル ス 発生器 やジ ョ グ釦に よ り 工具 1 2 を 1 韜方向づっ動かす も のて あるため、 この よ う な①， ②の要求には答え られ かつ た。
    [0008] 発明の開示
    [0009] 本発明は工具の工具軸方向 と ヮ - ク に加工すべき穴の 方向 と ¾ー¾させたま 、 換言すればテ ー ブ ル （ 或いは ワ - ク ） に対する工具軸方向に該工具を手動操作で移動 させる こ とがで き る新規な ¾箧制御方式を提供する こ と を 目 的 とする も のであ り 、 そのために工具あ るいはテ ー ブ ルを垂 匿方向及び水平方向の う ち少 く と も 一方向に回 転 して ワ ー ク に対する工具 方向を制街する と共に、 該 工具あ る はテ ー ブ ルを X耘、 Υ ¾ 、 Ζ 軲方向に移動 し て ワ - ク に所望の加工を ¾す場合、 前記工具るる いは ヮ - ク の回転量に基づいて工具の ヮ - ク に対する 工具韜方
    [0010] C、： : 、 V I: 向を割出 し、 手動に よ り X軸、 Y 軸、 z 軸の う ちの少な く と も 同時 2 軸制街て工具ある いはテ ー ブ ル ¾前記割出 し方向に移動させる制御を数値制御に よ り 行な う も のて ある 。
    [0011] 図面の簡単な 説明
    [0012] 第 1 図及び第 2 図はテ ー ブ ル及び ワ ー ク を固定 し、 ェ 具 X, Y, 2；及び B , C 軸方向に移動あるいは回転せ し める場合の 5 軸制御を説明する説明図、 第 3 図、 第 4 図 は本発明を実現するための実施例回路ブ ロ ッ ク 図、 第 5 図は同時 5 軸制御中において所定の ポ イ ン ト において手 動に よ り 切削量を滅少させた場合の説明図、 第 6 図は- ^ ~~ 時 5 軸制御中において手動パ ル ス を発生させた場合の本 発明の回路ブ α ヴ ク 図である 。
    [0013] 発明 を実施するための最良の形態
    [0014] 本発明を よ り 詳細に説述するために、 以下添付図面に 従つ て説明する 。
    [0015] 第 1 図、 第 2 図は テ ー ブ ル及び ワ ー ク を固定 し、 工具 を X, Υ, Ζの S 軸方向 （ 直交座標系 ） 並びに Β , Cの 2
    [0016] '軸方向 （ 球面座標系 ） に移動あ るいは回転せ しめる場合 の 5 軸制御を説明する説 図て ある 。 尙、 テ ー ブ ル即ち ヮ — ク ¾ 8 , C 軸方向に 回転させ、 或 は ワ ー ク ¾—軸 方向に且つ工具 ¾他の韜方向 に回転させる こ と も てき る が以後の説明では工具のみが Β , C ¾方向に回転丁る も の とする 。 第 1 図 に いて 、 1 1 は工具を叉持する工具 支持部で図示 しな い サ - ボモ ー タ に よ り X翱、 Y 軸、 Z .
    [0017] C:,:H _ ν,'ΙΓϋ一 ノ 軸の 5 軸方向へ 動される 。 1 2 は工具て、 その先端 p は回転中心 Qを支点に B軸、 C 軸の 2 軸方向へ回転せ し め られる 。 尙、 B軸、 C軸方向 と はそれぞれ垂直回転方 向、 水平回転方向てあ り （ 第 2 図 ） 、 B軸回転角 0 と 、 C軸回転角 φ と 工具長 Γ と て球座標系が形成されている。
    [0018] 1 3 は ワ ー ク、 1 4 は ワ ー ク 1 3 が載置されたテ ー ブ ル てある 。
    [0019] さて、 5 軸制御に よ り たと えば ワ ー ク 1 3 に穴 13 aを 形成する にはま ず、 工具支持部 1 1 を工具 1 2 と一体に X, Y, Z軸方向に移動 して位置决めする と共に、 工具 12 を B軸及び C軸方向に回転させ、 工具 1 2 の工具軸方向 ( 図中 1 点鎖線方向 ） と 加工すべき穴 13 aの方向 とを一 致させる （ 第 1 図 ） 。 しかる後、 該工具軸方向を維持 し たま ^ 工具支持部 1 1 を X， Y, Zrの 同時 3 軸制御に よ り ワ ー ク 1 3 に向けて移動させ穴 1 S aの加工を 開始 し、 所 定深さ迄穴明け加工 ¾行 ¾ う 。 そ して最後に逆方向へェ 具を引抜けぱ穴明加工が完了する。
    [0020] 第 3 図は本発明を実現する実逦 ^！の 回路ブ α ク図で ¾>る 。
    [0021] 図中、 1 CM は指令テ ー プ、 102は指令テ ― ブ 101から 入力された移動指令に基いてパ ル ス分配演算を実行する 阇知のイ ン タ ボ レ ー タ 、 10 sは手動パ ル ス発生器であ り、 図示 し いハ ン ド ルを所定角度回耘する と該ハ ン ド ル の 回耘速 に比例 した局波数 ¾:有 し、 しか も 該回転角度に 応 じたパ ル ス 数を有するパ ル ス列 H Pが発生する 。 1 Q 4 は手動パ ル ス分配回路で、 ワ ー ク 1 S或いはテ ー ブル 1 4 ( 第 1 図 ） に対する 工具 1 2 の工具軸方向 と 、 手動パ ル ス発生器 103力 ら のパ ル ス歹 H P のパ ル ス数 N と に基い て X, Υ, Z 軸方向の手動パ ル ス XHP, YHP, ZHP を発生 する 。 今、 第 2 図に示す よ う に工具 1 2 の回転中心 Qを 原点と する 直交座標系 と 球座標系を想定 し、 半径 Γ のェ 具 1 2 ¾ B軸方向 （ 垂直回転方向 ） へ 3 , C 軸方向 （ 水 平回転方向 ） へ 9»回転 した とする 。 この と き 工具先端位 置 Pの 直 35座標は次式て表わせる 。
    [0022] Χο = Γ · sin (9 · cos 9 ― (1)
    [0023] Y0 = Γ · sin 6 · sk 9 ·，·（2)
    [0024] Z0 = r - cos .·· (3)
    [0025] 尙、 こ の（1)〜 ）は球座標系か ら 直交座標系への変換式て ある。
    [0026] さて、 第 2 図の状態に いて X韜、 Υ、 Ζ 翱へ手動操 作に よ り 分配する パ ル ス数を Xp, ΔΥ^, Z p, とする と
    [0027] Xo ： Yo ： ο =^Χ ： Υρ ： JZp … (4)
    [0028] が満足されるな ら ば、 工具 1 2 は 0 , ψ を一定に維持 し たま 動て き る 。 従っ て、 手動パ ル ス分 回路 1 Q 4は )式 ¾満足する よ う に 」 Xp, A Yp, Z p を求め、 即ち、 J X p =N - sk θ · cos φ ― (1/
    [0029] A Yp =N - sia 0 - sin φ ··- (2/
    [0030] p =N - cos Θ ― (3 の演算を行な 、 X, Y, Ζ ¾方向の手動パ ル ス ΧΗΡ, β
    [0031] YHP, ZHP を発生する 。 1 05〜1 0 7は加算器或いは混合 器て、 それぞれィ ン タ ボ レ - タ 1 Q2から 発生 した分配パ ル ス Xp, Yp, Ζρ に手動パ ル ス分 S回路 104から 発生 し た手動パ ル ス XHP, YHP, ZHP ¾：重畳する。 1 08〜1 1 2 は各軸のサ ー ボ回路、 1 1 S〜 1 1 7は各軸駆動用のモー タ である 。
    [0032] 次に本発明の作用を説明する。
    [0033] 通常、 イ ン タ ボ レ ー タ 102は指令テ ー プ 101 からの移 動指令に基いてパ ル ス分配演箕を実行 し、 X軸、 Y軸、 Z軸、 B軸、 C軸の各分配パ ル ス Xp, Yp, Zp, Bp, Cp を発生 し、 それぞれを対； 5するサ ー ボ回路 1 08〜 1 1 2に 入力する 。 各サー ボ回路は分配パ ル ス が入力され ^ ば茼 知のサ - ボ制御に よ り 各軸モ ー タ 1 1 3〜1 1 7を駆動 して ワ ー ク に ブ α グ ラ ム通 り の加工を旛す。 街、 か る N C 制御中に発生 した Β軸及び C軸 ¾動 ¾の分配パ ル ス ； Bp, C p はサ ー ホ '回路 1 1 1, 1 1 2に入力される と共に手動パ ル ス分配回路 1 04の図示 し い可逆力 ゥ ン タ （ 現在位置 レ ジス タ に相当 ） に人力される 。 1 倔の分配パ ル ス Bp, C p はそれぞれ工具 1 2 の B翱方向 （ 垂匿回転方向 ） 及 び C軸方向 （ 水平回転方向 ） の所定回耘角に相当するか ら工具の回転方向に応 じて、 前記可逆カ ウ ン タ に よ り 分 配パ ル ス Bp, Cp ¾可逆計数すれぱ該可逆カ ウ ン タ にェ 具 1 2 の B , C軸方向の現在回転角位置 φ が記憶さ れる こ と にる る 。
    [0034] 次に、 第 1 図に示す状態に工具支^部 1 1 及び工具 1 2 を設定 し、 しかる後穴 1 3 aを手動に よ り 加工する制 御を説明する 。 この場合ま ず、 オ ペ レ - タ は手動パ ル ス 発生器 1 03 のハ ン ド ル を回転 して所定数のパ ル ス H p ¾■ 発生する 。 パ ル ス H p が発生すれば手動パ ル ス分配回路 1 Q 4に内蔵されている 図示 し い分配回路（ 〜 の演算 を実行する 。 尙、 こ の分配回路を後述する よ う に公知の DDA (Digital Differential Anal izer ) て構成する こ と がてき る 。 この分配演箅に よ り X, Y, z軸方向へそれぞ れ JXp, Yp, JZp 個の手動パ ル ス XHP, XHP, ZHPが 発生し、 これ ら各手動パ ル スは加算器 1 0 5〜1 0 7 を介 し てサ ー ボ回路 1 0 8〜 1 1 0 に与え られ、 モ—- 1 t 3〜 1 1 5 を駆動する 。 この結果、 前述の如 ぐ 工具 1 2 はその工具 軸方向を加工すべき穴 15 aの方向 と一 ¾させたま ヮ 一 ク 1 3 に向か って卷動 し穴明け加工が行われる 。 尙、 ェ 具 1 2 の引抜き は手動パ ル ス 発生器 1 O Sのハ ン ド ルを逆 方向に回転せ しめれぱ よ い。
    [0035] 又、 穴明け加工中に いて手勳で切削量を増滅する場 合に も 同様に手動パ ル ス発生器 1 03のハ ン ド ル を切削量 の増減に 5じて 正逆方向に 回転せ しめれば よ い。
    [0036] 第 4 図は第 3 図における手動パ ル ス分記回路 1 ( 4の一 実施例て あ り 、 図 中 2 0 2 0 2は Β ¾及び C軸方向の分 配パ ル ス Bp, Cpをそれぞれその符号に応 じて可逆計数 し、 B軸及 び C軸方向の 回転角位置 6 , ψ を記憶する 可 逆カ ウ ン タ 、 203は回転角位置 6 , に基いて
    [0037] sia d · cos ¾5 , sin ^ ■ ήα φ , cos 6 .·· (5) の演算を実行する演算回路、 2 0 4, 2 0 5, 2 0 6 は DDAで、 それぞれ レ ジス タ 2 0 4 a, 2 0 5 a, 2 0 6 と、 ア キ ユ ー ム レ ー タ 2 0 4 b, 2 0 5 b, 2 0 6 b と、 手動ノ ル ス発生器 1 0 3 か ら パ ル ス H p が発生する毎に レ ジス タ の内容と ア キ ュ - ム レ ー タ の内容を加算 しその加算結果をア キ ュ ー ム レ ー タ に格納する加算器 2 0 4 c, 2 0 5 c, 2 0 6 c と を有 して お り 、 レ ジス タ 2 0 4 a， 2 0 5 a, 2 0 0 a には前記演箕回路 20 Sの溟算結果 sia 0 - cos , sii & · sk >» ∞s Θ が記億されてい る。 今、 各ア キ ュ ー ム レ ー タ 2 Q 4 b, 2 0 5 b, 2 0 6 b を n ビ ク ト て構成すれば、 その容量は （ 2 n—1 )てある 。 従つ てバル ス H p カ 発生する毎に レ ジ ス タ と ア キ ユ ー ム レ ー タ の加算を行 い、 その ¾3算耪杲をア キ ュ ー ム レ ー タ に 格納する操作を操返えすとパ ル ス H p の N價の発生に よ り 、 各ア キ ュ ー ム レ ー タ 2 0 4 b, 2 0 5 b. 2 Q 0 b ;^ ら、
    [0038] N · · cos （ 2 n - 1 ) …（1》ガ
    [0039] N · sis 0 - sin 9 / ( 2 …（2
    [0040] Ν · cos 5 / ( 2 11 - 1 ) …（3
    [0041] 個の ォ ー フ α —パ ル ス 、 換言すれば手動パ ル ス ΧΗΡ, ΥΗΡ, ZiHPが発生する 。 従って演算回路 205において予 め（5)の演算結果に （ n
    [0042] 2 ) 倍して けば、
    [0043] N sia 5 - cosy, N ■ sk ^ · sis？ , Ν cos 6
    [0044] 個の手動パ ル ス が発生する。
    [0045] 第 5 図は同時 5 乾 ;. ^中 に て f 定のボイ ン ト か ら 手動に よ り 切込量を镔小させ 場合の IS §¾ てあ る。
    [0046] 図中、 1 2 は工具、 1 3 は ワ ー ク 、 1 4 はテ ー ブ ル て あ り 、 又 Pは工具先端、 Qは工具回耘中心で ある。
    [0047] さて、 指令テ - プには、 ワ ー ク 1 3 に対 し半径 の切 削を施す よ う に、 しか も 工具軸が常時円弧中心 0 を向 ぐ よ う に指令デ - タが穿孔されている 。
    [0048] こ のため、 工具 1 2 はブ σ グ ラ ム通 り 、 図中①—③—
    [0049] ®の実線位置をたどって ワ ー ク に切削加工を施す。 と こ ろが、 ⑧の位置に いて切削量を Wd だけ少 く したい 場合が生 じ、 オペ レ - タ が手動パ ル ス発生器或いはジ ョ グ釦を操作 して手動パ ル ス 発生せ しめた とすれば、 本 発明に いて工具は工具軸方向に沿っ て退避する 。 そ し て、 以後半径 （β+Wd )の切削が施される 。
    [0050] 第 ό 図は同時 5 軸制御中において手動パ ル ス を発生さ せた場合の工具軸方向 を一定に維持するための回路ブ α
    [0051] ク 図てあ り 、 第 5 図 と 同一部分には同一符号 付 し、 その詳細 説明は省略する 。 第 ό 図において第 3 図 と異 な る点は手動パ ル ス分配回路 1 04 ¾明 ら かに した点で あ る。 即ち、 手動パ ル ス分配回路 1 Q 4は Β 軸及び C 軸方向 の分配パ ル ス Bp, Cp ¾それぞれ移動方向に応 じて可逆 計玆 し、 B軸及び C軸の時刻 t n にお る分配パ ル ス の 積算直、 換言すれば現回転角位置 ( t n ), ( tn )を 記 億する レ ジ ス タ BB, ftC と 、 手動パ ル ス 発生器 1 05か ら 発生 Tる手動パ ル ス H p を手動パ ル ス 発生器のハ ン ド ル の回転方向に応 じて 可逆計数 し、 時刻 t n における手動 パ ル ス H p の積算値 Hp ( t n )を記憶する レ ジ ス タ flH と、 手動パ ル ス H p が発生 した際に後述する 所定の演算を一
    [0052] A
    [0053] V.-IPO . . 定時間間隔て実行 して、 X, Y. Z軸方向の補正パ ル ス XHP. YHP, ZHP を発生する溟冥回路 0PCを有 している。 尙、 演算回路 OPCには、 時刻 t n よ り一定時間前てある 時刻 t n— 1 における各韜方向の補正パ ル ス XHP, YHP, ZHPの稹箅直 ΗΡΧ( tn-i ) , HPY( t η ), HPZ ( t n - 1 ) を記億する レ ジ ス タ が内袞されている 。
    [0054] さて、 演算回路 0PCは一定時間毎に次式の演算を実行 して補正パ ル ス XHP, YHP, ZHP を発生する。 尙、 HPX ( t π ), HPY ( t n ). HPZ ( t n ) は補正パ ル ス XHP, YHP, ZHPの時刻 t n における積算値てあ る 。
    [0055] HPX ( t α ) -HP ( t n ) -sine ( t π ) -cos9 ( t n ) … ）
    [0056] HPY ( t n ) =HP ( t n ) -sin^ ( ί n ) · sii - ( t n ) … ）
    [0057] HP Z ( t n ) =KP ( t n ) -casi ( t n ) … ） —方、 上記（6)〜お）式の演算前 に時刻 tn-i における補正 パ ル ス XHP, YHP, ZHP の 算直 HPX( t n -! ),
    [0058] HPY ( tn-! ), XPZ( tn-i ) は滇算回路 OPC内蔵の レジ ス タ に記億されているから時刻 t n における各勃の補正 パ ル ス 数 JHPX ( t n ) , JHPY ( t n ) , J HP Z ( tn )は^式 演算する こ と に よ り 求ま る。
    [0059] JHPX ( t n ) =HPX ( ΐ n ) -HPX ( t n-i ) … ）
    [0060] HPY ( tn )=HPY ( t n )一 HPY ( t n -t ) -tt¾ HF ( t n ) =HPZ ( t n ) -HPZ ( tn-i ) 〜 ΐ) 従っ て 、 ）〜 ])式て求め られた数の禧正パ ル ス ΧΗΡ, YHP. ΖΗΡ ¾加算器 5〜"！ £3 7 を介 して、 それぞれサ — ボ回路 1 0 8〜1 1 Q に 入力す: TLば工具は工具軸方向に沿つ
    [0061] ^
    [0062] C I て前進或いは後退する こ と にな る 。
    [0063] 以上、 本発明を実施例に従っ て詳細に説明 したが、 本 発明は実施例に限る も のではな い。 た と えば、 テ - ブ ル を回転 して も よ い し、 又テ - ブ ル と 工具をそれぞれ回転 して も よ 。 更に、 B , C 軸の 2 軸方向へ回転させる場 合について説明 したが、 2 軸に限 らす 1 軸のみの回転て あって も よ ぐ 、 又 B , C 軸に限 らず他の軸を回動させて も よい。
    [0064] 産業上の利用可能性
    [0065] 本発明に よれば手動操作て工具の同時 5 軸移動制御が でき 、 しか も 工具轤方- ! ^と ヮ ー ^"に加工すべさ穴-の方向 と を一致させたま 、 、 換言すれば ヮ - ク に対する工具の 傾き を一定に維持 したま ^ 工具 手動操作に よ り 工具軸 方向に移動させる こ と ができ る 。 この結果工具を傾斜さ せて加工 している最中て あ って も手動で切込量の増減制 御がで き 、 更には ワ - ク の傾斜面に手動て穴明け加工 ¾ する こ と がで き 、 操作性の 良い、 幅広い制御が可能な 数 値制御装置を提供でき る 。
    [0066] c: : ι ' Λ——» or
    [0067] 、、 -
    权利要求:
    Claims
    請求の範囲
    1 工具あ るいはテー ブ ルを垂直方向及び水平方向の う ち少 く と も一方向に回転 して ヮ ー クに対する工具軸方向 を制御する と共に、 該工具あるいはテ - ブ ル ¾ X軸、 Υ 軸、 Ζ軸方向に移動 して ワ - ク に所望の加工を施す数直 制御方式において、 前記工具あ るいは ヮ - ク の回転量に 基いて工具の ワ ーク に対する工具軸方向を割出 し、 手動 に よ り X軸、 Υ軸、 Ζ軸の う ちの少 く と も 同時 2 軸制御 で工具あるいはテー ブ ル を前 記割出方向に移動せ しめる こ と を特漦とする数直制御方式。
    2. 手動パ ル ス発生装置か ら 発生するパ ル ス数を Ν、 垂 直及び水平方向の工具の 回転量をそれぞれ 8 及び ψ とす る と き、 X軸、 Υ軲及び Ζ 軸方向へ分記するパ ル ス数
    ΔΧρ, 4Yp, JZp ¾
    X p =N . sia - cos φ
    A Y p =N - sia Q · sis ψ
    A Z p =N · cos Θ
    に よ り 求める こ と を特锾と する特許請求の範囲第 1 項記 載の数直制御方式。
    J
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    EP0063606A4|1984-06-13|
    引用文献:
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    法律状态:
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    1982-05-13| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1982-06-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1981902860 Country of ref document: EP |
    1982-11-03| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1981902860 Country of ref document: EP |
    1988-02-10| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1981902860 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP55148758A|JPS6246002B2|1980-10-23|1980-10-23||
    JP80/148758801023||1980-10-23||DE8181902860T| DE3176647D1|1980-10-23|1981-10-23|Numerical control system|
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