JP5669993B1 - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

数値制御装置（１）は、ワークを回転させるＣ軸を有するワーク支持部（９０７）と、ワーク支持部（９０７）が取り付けられ、Ｃ軸に平行なＨ軸を中心に回転し、Ｈ軸と直交するＸ軸に沿って移動するタレット（９０６）と、ワークを加工する工具（９０８）とを有し、Ｘ軸に直交するＹ軸を有さない工作機械（９００）を制御する数値制御装置（１）であって、加工プログラム（５３）で規定される仮想座標での移動指令をＸ軸、Ｈ軸およびＣ軸の移動指令に変換し、変換した指令に従ってＸ軸、Ｈ軸およびＣ軸を連動駆動し、前記ワークの姿勢を維持しながら前記Ｙ軸方向の加工を行うことを特徴とする。

Description

本発明は、数値制御装置および工作機械に関する。

特許文献１には、Ｘ軸に沿って直線移動し、Ｈ軸を中心に回転するタレットと、タレットに設けられた工具と、を備え、タレットと離れた位置に設けられたワークをＨ軸と平行なＣ軸を中心に回転させる工作機械が開示されている。また、この工作機械では、Ｘ軸およびＨ軸に直交するＹ軸に沿ってタレットやワークを直線移動させる移動軸が設けられていない。また、この工作機械では、タレットの回転と移動、およびワークの回転を連動させて、ワークまたは工具をあたかもＹ軸に沿って直線移動させたかのように加工を行う。

特開平０１−３１６１０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された工作機械では、タレット側にワークを支持することは考慮されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タレット側にワークを支持しつつ、ワークまたは工具をあたかもＹ軸に沿って直線移動させたかのように加工を行うことができる数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワークを回転させるＣ軸を有するワーク支持部と、ワーク支持部が取り付けられ、Ｃ軸に平行なＨ軸を中心に回転し、Ｈ軸と直交するＸ軸に沿って移動するタレットと、ワークを加工する工具とを有し、Ｘ軸に直交するＹ軸を有さない工作機械を制御する数値制御装置であって、加工プログラムで規定される仮想座標での移動指令をＸ軸、Ｈ軸およびＣ軸の移動指令に変換し、変換した指令に従ってＸ軸、Ｈ軸およびＣ軸を連動駆動する仮想Ｙ軸制御モードを実行する仮想Ｙ軸処理部を備えることを特徴とする。

本発明にかかる数値制御装置は、タレット側にワークを支持しつつ、ワークまたは工具をあたかもＹ軸に沿って直線移動させたかのように加工を行うことができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の概略構成を示す正面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の概略構成を示す側面図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の外観構成を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる数値制御装置の概略構成（スタートアップモード時）を示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる数値制御装置の概略構成（ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード時）を示すブロック図である。 図６は、数値制御装置の動作を示すフローチャートである。 図７は、工作機械の動作を示す図である。 図８は、解析処理部に読み込まれる加工プログラムの一例を示す図である。 図９は、ステップＳ３におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。 図１０は、ステップＳ４におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。 図１１は、ステップＳ５におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。 図１２は、ステップＳ６におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。 図１３は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部に入力された仮想座標軸の加減速移動量が、機械動作軸の移動量に変換される過程を説明するための図である。 図１４は、Ｈ軸を中心としたタレットの回転によるワークの姿勢の変化を示す図である。 図１５は、Ｃ軸の連れ回りを説明するための図である。 図１６は、仮想座標系のＸｐ軸が機械動作軸のＸ軸に対して傾いている場合にワークを加工する際の工作機械の概略動作を示す図である。 図１７は、仮想座標系のＸｐ軸が機械動作軸のＸ軸に対して傾いている場合にワークを加工する加工プログラムの一例を示す図である。 図１８は、実座標系のＹ軸方向にワークを直線移動させてタップ加工を行う場合の工作機械の概略動作を示す図である。 図１９は、実座標系のＹ軸方向にワークを直線移動させてタップ加工を行う場合の加工プログラムの一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる数値制御装置および工作機械の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の概略構成を示す正面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の概略構成を示す側面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる工作機械の外観構成を示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる数値制御装置の概略構成（スタートアップモード時）を示すブロック図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる数値制御装置の概略構成（ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード時）を示すブロック図である。

実施の形態１にかかる工作機械９００は、タレット９０６、ワーク支持部９０７、工具９０８を有する。ワーク支持部９０７は、タレット９０６の側面に取り付けられる。ワーク支持部９０７には、ワークＷが取り付けられる。

工作機械９００は、Ｘ軸、Ｚ軸、Ｈ軸、Ｃ軸を有する。Ｘ軸は、タレット９０６を直線移動させる移動軸である。Ｈ軸は、Ｘ軸に垂直な回転軸であり、タレット９０６がＨ軸を中心に回転する。タレット９０６が、Ｈ軸を中心に回転することで、ワーク支持部９０７に取り付けられたワークＷも、Ｈ軸を中心に回転する。Ｚ軸は、Ｈ軸と平行な方向にタレット９０６を直線移動させる移動軸である。Ｃ軸は、Ｈ軸に平行な回転軸としてワーク支持部９０７に設けられており、ワークＷがＣ軸を中心に回転する。

工具９０８は、ワークＷを切削加工等するための工具である。工具９０８は、ワークＷの加工時に回転する。工具９０８は、タレット９０６の周囲に設けられる。より具体的には、工具９０８は、タレット９０６がＨ軸を中心とした回転移動およびＸ軸に沿った直線移動をすることでワークＷが移動可能な範囲内に設けられる。図１，２では、１つの工具９０８を示しているが、図３に示すように、加工の目的に合わせて複数の工具９０８が設けられる場合もある。

図１には、Ｘ軸、Ｈ軸に垂直なＹ軸を破線で図示している。工作機械９００は、タレット９０６やワークＷをＹ軸に沿って直線移動させる移動軸を有していない。ただし、ユーザが所要の加工プログラムを作成する際に、後述する仮想座標系の位置の指定等にＸ軸、Ｙ軸、Ｃ軸の座標が用いられる。

工作機械９００は、図４，５に示すように、Ｘ軸、Ｈ軸、Ｚ軸、Ｃ軸サーボモータ９０１、９０２、９０３、９０４及び主軸モータ９０５を有する。Ｘ軸サーボモータ９０１は、タレット９０６をＸ軸に沿って移動させる。Ｈ軸サーボモータ９０２は、Ｈ軸を中心にタレット９０６を回転させる。Ｚ軸サーボモータ９０３は、タレット９０６をＺ軸に沿って移動させる。Ｃ軸サーボモータ９０４は、ワーク支持部９０７に支持されたワークＷを、Ｃ軸を中心に回転させる。主軸モータ９０５は、ワークＷを加工するために工具９０８を回転させる。

数値制御装置１は、表示部１０、入力操作部２０、制御演算部３０、及び駆動部９０を備える。例えば、ユーザによる加工プログラム５３の自動起動ボタンの操作に応じて、加工プログラム５３の自動起動の信号が制御演算部３０へ供給される。これに応答して、制御演算部３０は、加工プログラム５３を起動して、加工プログラム５３に従い、Ｘ軸の移動量指令、Ｈ軸の回転量指令、Ｚ軸の移動量指令、Ｃ軸の回転量指令を生成して駆動部９０へ供給する。駆動部９０は、Ｘ軸サーボ制御部９１、Ｈ軸サーボ制御部９２、Ｚ軸サーボ制御部９３、Ｃ軸サーボ制御部９４、及び主軸制御部９５を有し、制御演算部３０から入力されたＸ軸の移動量指令、Ｈ軸の回転量指令、Ｚ軸の移動量指令、Ｃ軸の回転量指令に従い、Ｘ軸サーボモータ９０１、Ｈ軸サーボモータ９０２、Ｚ軸サーボモータ９０３、Ｃ軸サーボモータ９０４、及び主軸モータ９０５を駆動する。

制御演算部３０は、ＰＬＣ３６、機械制御信号処理部３４、記憶部５０、解析処理部４０、補間処理部７０、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部３８、スイッチ３５、加減速処理部３７、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０、軸データ出力部３９、入力制御部３２、画面処理部３１、及びパラメータ設定部３３を有する。

加工プログラム５３の自動起動の信号は、ＰＬＣ３６経由で機械制御信号処理部３４に入力される。機械制御信号処理部３４は、記憶部５０経由で解析処理部４０に指示して加工プログラム５３を起動させる。

記憶部５０は、パラメータ５１、工具補正データ５２、加工プログラム５３、画面表示データ５４を記憶するとともに、ワークスペースとしての共有エリア５５を有している。

解析処理部４０は、工具補正量を計算して記憶部５０に工具補正データ５２として記憶させる。解析処理部４０は、加工プログラム５３の起動指示に応答して、記憶部５０から加工プログラム５３を読み出し、加工プログラム５３の各ブロック（各行）について解析処理を行う。解析処理部４０は、解析したブロック（行）にワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード（仮想Ｙ軸制御モード）をＯＮとするＭコード（例えば、Ｍコード「Ｍ２２２」）が含まれていれば、その解析結果を記憶部５０、機械制御信号処理部３４経由でＰＬＣ３６へ渡す。解析処理部４０は、解析したブロックにＭコード以外のコード（例えば、Ｇコード「Ｇ０」、「Ｇ１」など）が含まれていれば、その解析結果に工具補正量を加味して補間処理部７０へ渡す。解析処理部４０は、加工プログラム５３において、後述する実座標系の座標軸と仮想座標系の座標軸とがなす角度が指定されている場合には、その角度で移動指令を座標回転させて、補間処理部７０へ渡す。

ＰＬＣ３６は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードＯＮの解析結果（例えば、Ｍコード「Ｍ２２２」）を受けた場合、機械制御信号処理部３４内のワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａが有するワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号をＯＮ状態にして記憶部５０の共有エリア５５に一時記憶させる。これにより、数値制御装置１では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードが開始され、各部が共有エリア５５のワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード信号（ＯＮ状態）を参照することによりワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード中であることを認識する。ＰＬＣ３６は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードＯＦＦの解析結果（例えば、Ｍコード「Ｍ２２３」）を受けた場合、機械制御信号処理部３４内のワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａが有するワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号をＯＦＦ状態にして共有エリア５５に一時記憶させる。これにより、数値制御装置１では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードがキャンセルされ、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード以外の制御モードになる。

補間処理部７０は、解析処理部４０から解析結果（位置指令）を受け取り、解析結果（位置指令）に対する補間処理を行い、補間処理の結果（移動量、回転量）を加減速処理部３７へ出力する。なお、以下の説明において、移動量、移動といった場合には、回転量、回転を意味する場合もある。

加減速処理部３７は、補間処理部７０から出力された補間処理の結果に対して加減速処理を行う。加減速処理部３７は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｃ軸、Ｈ軸に関する加減速処理結果をスイッチ３５に出力し、Ｚ軸に関する加減速処理結果を軸データ出力部３９に直接出力する。

スイッチ３５は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部３８からの切り換え信号に基づき加減速処理結果をワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０及び軸データ出力部３９の何れかに出力する。ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部３８は、共有エリア５５のワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード信号がＯＮになってワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードが選択されている場合に、加減速処理部３７とワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０とを接続するようにスイッチ３５を切り換える。ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部３８は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード以外の制御モードにおいて、加減速処理部３７と軸データ出力部３９とを直接接続するようにスイッチ３５を切り換える。

ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード下において、加減速処理部３７から入力されたＸ−Ｙ−Ｃ軸の移動量指令をＸ−Ｈ−Ｃ座標系での指令に変換する。すなわち、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、加減速処理部３７から入力されたＸ−Ｙ−Ｃ軸の移動量指令を移動位置指令（Ｘ１，Ｙ１，Ｃ１）に変換し、変換した移動位置指令を、実座標系としての機械座標系の移動位置指令であるＸ軸の移動位置指令とＨ軸の回転位置指令とＣ軸の回転位置指令とに座標変換し、Ｘ軸、Ｈ軸、Ｃ軸の各移動位置（Ｘｒ，Ｈｒ,Ｃｒ）を求める。これにより、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、駆動部９０を介して、Ｘ軸、Ｈ軸およびＣ軸を連動駆動させる。

次に、上述した工作機械９００および数値制御装置１を用いてワークＷを加工する際の詳細な手順について説明する。図６は、数値制御装置１の動作を示すフローチャートである。図７は、工作機械９００の動作を示す図である。

まず、加工プログラム５３が解析処理部４０に読み込まれる（ステップＳ１）。図８は、解析処理部４０に読み込まれる加工プログラム５３の一例を示す図である。加工プログラム５３におけるブロック（１）では、「Ｔ１０１０」指令によって、ワークＷにフライス加工を行う工具が選択される（ステップＳ２）。ブロック（１）において、選択された工具に応じた工具補正量（ｔｘ，ｔｙ）が算出されて工具補正データ５２として記憶部５０に記憶される。工具補正量は、例えば記憶部５０に格納された機械構成パラメータ５６に基づいて算出される。機械構成パラメータ５６は、例えば工具長を示すパラメータである。また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク支持部９０７に支持されたワークＷが、選択された工具９０８の設置位置（初期位置）に移動される。

加工プログラム５３におけるブロック（２）では、「Ｍ２２２」指令によってワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード有効が指令される（ステップＳ３）。図９は、ステップＳ３におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。

解析処理部４０は、Ｍ指令を検出すると、機械制御信号処理部３４にＭ指令とその番号（２２２）を通知する（ステップＳ３０１）。ここで、機械制御信号処理部３４のワーク位置制御側仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａは、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＮとされるまで加工プログラム５３の運転を停止する。

次に、機械制御信号処理部３４によって、Ｍ指令とその番号（２２２）がＰＬＣ３６に通知される（ステップＳ３０２）。ＰＬＣ３６は、Ｍ指令がワーク位置制御型Ｙ軸モードを実行する指令であると判断して、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａが有するワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号をＯＮにする（ステップＳ３０３）。

ワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａは、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＮにされたことを確認して、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報と、「スタートアップモード」情報を記憶部５０の共有エリア５５に格納し（ステップＳ３０４）、工作機械９００の運転を再開する。ここで、数値制御装置１は図４に示すスタートアップモード時の状態となる。

図８に戻って、加工プログラム５３のブロック（３），（４）では、仮想座標原点が設定される（図６ ステップＳ４）。図１０は、ステップＳ４におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。解析処理部４０は、加工プログラム５３のＧ５２指令が記述されたブロック（３）の文字列を解析する。解析処理部４０は、ブロック（３）において軸名称で指令されたＸ，Ｙの値を「仮想座標原点」として、共有エリア５５に格納する（ステップＳ４０１）。

ブロック（３）では、仮想座標原点がＸ−２００、Ｙ−１００とされているので、図７（ｃ）に示すように、実座標において（Ｘ，Ｙ）＝（−２００，−１００）となる点が仮想座標（Ｘｐ，Ｙｐ）の原点とされる。図７（ｃ）に示すように、仮想座標原点は工具９０８の位置に基づいて設定される。なお、実座標系のＸ軸は機械動作軸のＸ軸と一致する。実座標系の原点は、機械動作軸のＸ軸上の任意の点とされ、実座標系のＹ軸は原点でＸ軸と交差し、Ｘ軸およびＨ軸に垂直な軸である（図１も参照）。

また、軸名称で指令されたＤの値を「仮想座標の回転角度Θ」として共有エリア５５に格納する（ステップＳ４０２）。ブロック（３）では、Ｄ０とされているので、図７（ｃ）に示すように、仮想座標（Ｘｐ，Ｙｐ）は回転されず、仮想座標系のＸｐ軸は、機械動作軸のＸ軸と平行に設定される。これは、機械動作軸のＸ軸に対して傾きを有さずに工具９０８が設けられていることを示している。

次に、解析処理部４０は、加工プログラム５３のＧ９２指令がなされたブロック（４）の文字列を解析する。解析処理部４０は、ブロック（４）において軸名称で指令されたＣの値でプリセットし、このプリセット量をＣ軸の「仮想座標原点」として共有エリア５５に格納する（ステップＳ４０３）。ブロック（４）では、Ｃ０とされているので、現時点でのＣ軸の角度が、Ｃ軸の仮想座標原点とされる。

以降の処理では、加工プログラム５３のブロックごとに、そのブロックで記述されたＸ，Ｙ，Ｃの指令位置と、ステップＳ４（Ｓ４０１〜Ｓ４０３）で設定された仮想座標原点とに基づいて、仮想座標における終点位置（ｘｐ，ｙｐ，ｃｐ）が解析処理部４０によって算出される。

図８に戻って、加工プログラム５３のブロック（５）では、スタートアップ動作として、ワークＷが加工開始位置に位置決めされる（図６ ステップＳ５）。スタートアップ動作は、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報と、「スタートアップモード」情報とが共有エリア５５に格納された状態、かつ最初の移動指令ブロックの解析時に行われる。すなわち、加工プログラム５３のブロック（５）を解析した際、その指令が移動指令（Ｇ指令）であり、共有エリア５５には「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報と、「スタートアップモード」情報が格納されているので、スタートアップ動作が行われる。

図１１は、ステップＳ５におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。まず、解析処理部４０は、ステップＳ１において工具補正データ５２として記憶された工具補正量（ｔｘ，ｔｙ）を、ブロック（５）で指令された座標に加算して、仮想座標上の終点位置（加工開始位置）（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，ｃｐ）を算出する（ステップＳ５０１）。具体的には、（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，ｃｐ）＝（ｘｐ＋ｔｘ，ｙｐ＋ｔｙ，ｃｐ）によって算出する。

次に、解析処理部４０は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸座標系回転手段４０ａで、ステップＳ４０２で共有エリア５５に格納された仮想座標の回転角度Θから、ステップＳ５０１で算出された終点位置を座標回転して（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´）を算出する（ステップＳ５０２）。具体的には、（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´）＝Ｇ（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，Θ）で座標回転する。

次に、解析処理部４０は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸スタートアップ手段４０ｂで、ステップＳ５０２で座標回転した終点位置を逆極座標変換して、機械位置（Ｘｅ，Ｈｅ，Ｃｅ）を算出する（ステップＳ５０３）。具体的には、（Ｘｅ，Ｈｅ，Ｃｅ）＝ｆ^−１（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´，ｃｐ）で逆極座標変換する。このように、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸スタートアップ手段４０ｂは、ブロックに記述された移動指令に対して、機械動作軸（Ｘ，Ｈ，Ｃ）での終点位置を算出する。また、算出された終点位置は、補間処理部７０に出力される。

次に、補間処理部７０は、ステップＳ５０３で算出された機械動作軸（Ｘ，Ｈ，Ｃ）での終点位置および指令された送り速度から、制御周期あたりの各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）の移動量を算出する（ステップＳ５０４）。加工プログラム５３のブロック（５）に記述されたＧ０指令では、早送り速度で各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）の移動量が算出される。したがって、各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）間の協調は考慮せずに移動量が算出される。また、算出された移動量は、加減速処理部３７に出力される。

次に、加減速処理部３７は、補間処理部７０でステップとして算出された移動量に対して、フィルター処理を行って、サーボモータ９０１〜９０４が追従できるように、各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）の滑らかな加減速移動量に変換する（ステップＳ５０５）。

ここで、共有エリア５５に「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報と、「スタートアップモード」情報が格納されている場合、すなわちスタートアップモード動作中は、加減速処理部３７と軸データ出力部３９とを接続するようにスイッチ３５が切り換えられている。したがって、加減速処理部３７から出力された加減速移動量は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０を経ずに、軸データ出力部３９に入力される。

軸データ出力部３９は、入力された各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）の加減速移動量をサーボモータ９０１〜９０４に出力する（ステップＳ５０６）。これにより、図７（ｄ）に示すように、ワークＷが終点位置（加工開始位置）に移動される。

ワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段３４ａは、ワークＷの加工開始位置への移動完了後に、記憶部５０の共有エリア５５から「スタートアップモード」情報が削除される（ステップＳ５０７）。その結果、共有エリア５５には、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報および「スタートアップモード」情報のうち、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報のみが格納されている状態となる。この状態では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部３８によって、加減速処理部３７とワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０とが接続されるようにスイッチ３５が切り換えられ、数値制御装置１は図５に示すワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード時の状態となる。

図８に戻って、加工プログラム５３のブロック（６）では、ワークＷの加工が行われる（図６ ステップＳ６）。図１２は、ステップＳ６におけるさらに詳細な動作を示すフローチャートである。まず、解析処理部４０は、ステップＳ１において工具補正データ５２として記憶された工具補正量（ｔｘ，ｔｙ）を、ブロック（６）で指令された座標に加算して、仮想座標上の終点位置（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，ｃｐ）を算出する（ステップＳ６０１）。具体的には、（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，ｃｐ）＝（ｘｐ＋ｔｘ，ｙｐ＋ｔｙ，ｃｐ）によって算出される。

次に、解析処理部４０は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸座標系回転手段４０ａで、ステップＳ４０２で共有エリア５５に格納された仮想座標の回転角度Θから、ステップＳ６０１で算出された終点位置を座標回転して仮想座標上の終点位置（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´）を算出する（ステップＳ６０２）。具体的には、（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´）＝Ｇ（Ｘｐｅ，Ｙｐｅ，Θ）で算出される。このように、解析処理部４０は、加工プログラム５３上の移動指令を座標回転させる座標回転手段として機能する。

ここで、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報および「スタートアップモード」情報のうち、「ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード」情報のみが共有エリア５５に格納されているワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードでは、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸スタートアップ手段４０ｂは実行されない。そのため、スタートアップモード動作時とは異なり、解析処理部４０で機械動作軸の終点位置は算出されずに、ステップＳ６０２で得られた仮想座標上の終点位置が補間処理部７０に出力される。

補間処理部７０は、ステップＳ６０２で得られた仮想座標上の終点位置（Ｘｐｅ´，Ｙｐｅ´，ｃｐ）および指令された送り速度（ブロック（６）はＧ１指令なのでＦ指令）から、制御周期あたりの各仮想座標軸（Ｘｐ軸，Ｙｐ軸，Ｃｐ軸）の移動量である（ｘｐ´_ｉＦｄｔ，Ｙｐ´_ｉＦｄｔ，ｃｐ´_ｉＦｄｔ)を算出する（ステップＳ６０３）。算出された移動量は、加減速処理部３７に出力される。

次に、加減速処理部３７は、補間処理部７０でステップとして算出された移動量に対して、フィルター処理を行って、各仮想座標軸（Ｘｐ軸，Ｙｐ軸，Ｃｐ軸）の滑らかな加減速移動量（Ｘｐ_ｉＦｄｔ，Ｙｐ_ｉＦｄｔ，Ｃｐ_ｉＦｄｔ)に変換する（ステップＳ６０４）。具体的には、（Ｘｐ_ｉＦｄｔ，Ｙｐ_ｉＦｄｔ，Ｃｐ_ｉＦｄｔ)＝h（ｘｐ´_ｉＦｄｔ，Ｙｐ´_ｉＦｄｔ，ｃｐ´_ｉＦｄｔ)によって算出される。

ここで、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードでは、図５に示すように、加減速処理部３７とワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０とが接続されるようにスイッチ３５が切り換えられているので、ステップＳ６０４で得られた仮想座標軸の加減速移動量は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０に出力される。

ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、仮想座標→機械位置座標変換手段６０ａ、ワーク位置制御手段６０ｂ、ワーク位置補正手段６０ｃを有する。ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、自身が有する各手段６０ａ〜６０ｃを用いて、入力された仮想座標軸の加減速移動量から座標変換を行って、機械動作軸の移動量を算出して、軸データ出力部３９に出力する。ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０の動作を以下に詳説する。

図１３は、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０に入力された仮想座標軸の加減速移動量が、機械動作軸の移動量に変換される過程を説明するための図である。まず、仮想座標→機械位置座標変換手段６０ａでは、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０に入力された仮想座標軸の加減速移動量（Ｘｐ_ｉＦｄｔ，Ｙｐ_ｉＦｄｔ，Ｃｐ_ｉＦｄｔ)のうち、Ｘｐ軸，Ｙｐ軸の加減速移動量（Ｘｐ_ｉＦｄｔ，Ｙｐ_ｉＦｄｔ）を累積して、今回の制御周期での仮想座標位置（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ）を算出する（ステップＳ６０５）（図１２も参照）。

そして、得られた仮想座標位置（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ）から、極座標変換によって機械位置（Ｘ_ｉ，Ｈ_ｉ）を算出する（ステップＳ６０６）。具体的には、（Ｘ_ｉ，Ｈ_ｉ）＝ｆ（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ）で極座標変換される。そして、算出された今回の機械位置（Ｘ_ｉ，Ｈ_ｉ）と前回の機械位置（Ｘ_ｉ−１，Ｈ_ｉ−１）とを用いて、今回の機械位置移動量（Ｘ_ｉＦｄｔ，Ｈ_ｉＦｄｔ）を算出する（ステップＳ６０７）。具体的には、（Ｘ_ｉＦｄｔ，Ｈ_ｉＦｄｔ）＝（Ｘ_ｉ，Ｈ_ｉ）−（Ｘ_ｉ−１，Ｈ_ｉ−１）によって算出される。

次に、ワーク位置制御手段６０ｂでは、図１３の加算点８０で示すように、ステップＳ６０４で得られたＣ軸の移動量Ｃｐ_ｉＦｄｔとステップＳ６０７で算出されたＨ軸の移動量Ｈ_ｉＦｄｔとを用いて、−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔが算出される（ステップＳ６０８）。

これは、Ｈ軸の回転によるワークＷの姿勢の変化を補正して、ワークＷの姿勢の維持を図るものである。図１４は、Ｈ軸を中心としたタレット９０６の回転によるワークＷの姿勢の変化を示す図である。例えば、図１４（ａ）から図１４（ｂ）に示すように、タレット９０６がＨ軸を中心にＣＣＷ方向に１２０度回転すると、ワークＷもＣＣＷ方向に１２０度回転させたように姿勢が変化してしまう（基準点Ｐが１２０度回転した位置に移動している）。

ここで、Ｃ軸を中心としてワークＷをＣＷ方向に１２０度変化させれば、図１４（ｃ）に示すようにワークＷの姿勢が維持される（基準点Ｐが移動していない）。このように、ワーク位置制御手段６０ｂでは、Ｈ軸の回転量分だけ、Ｃ軸を逆方向に回転させ、ワークＷの姿勢の維持を図っている。

このように、ワーク位置制御手段６０ｂは、加工プログラム５３のブロック（６）から得られるＣ軸の移動指令に、第１のＣ軸補正指令として−Ｈ_ｉＦｄｔを合成し、第１の合成指令（−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔ）を算出する第１のＣ軸補正移動指令部として機能する。

さらに、タレット９０６およびワーク支持部９０７の機構によっては、Ｈ軸の回転に連動して、Ｈ軸の回転量よりは小さいもののＣ軸自体が回転してしまう（以下、連れ回りという）場合がある。図１５は、Ｃ軸の連れ回りを説明するための図である。図１５（ａ）では、Ｈ軸、Ｃ軸ともに回転量は０度とする。図１５（ｂ）では、Ｈ軸をＣＷ方向に９０度回転させている。このとき、Ｈ軸の回転に伴う連れ回りによって、Ｃ軸自体がＣＷ方向に１０度回転している。この例では、Ｈ軸は９０度しか回転していないにも関わらず、ワークＷがＣＷ方向に１００度回転してしまう（基準点Ｐが１００度回転した位置に移動している）。

ワーク位置補正手段６０ｃでは、連れ回りによるＣ軸の回転量を補正して、ワークＷの姿勢の維持が図られる。記憶部５０のパラメータ５１には、Ｈ軸が３６０度回転した場合の連れ回りの量が、ＣｍｐＲａｔｅとして予め格納されている。ワーク位置補正手段６０ｃは、記憶部５０のパラメータ５１を参照して、Ｃ軸の連れ回り量ＣｍＦｄｔを算出する。具体的には、ＣｍｐＦｄｔ＝−Ｈ_ｉＦｄｔ×ＣｍｐＲａｔｅ／３６０で算出される。そして、ワーク位置補正手段６０ｃは、図１３の加算点８１で示すように、算出されたＣｍＦｄｔを、ステップＳ６０８で算出された−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔに加えて、機械動作軸Ｃ軸の移動量Ｃ_ｉＦｄｔを算出する（ステップＳ６０９）。具体的には、Ｃ_ｉＦｄｔ＝−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔ＋ＣｍｐＦｄｔによって算出される。

このように、ワーク位置補正手段６０ｃは、第１の合成指令（−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔ）、第２のＣ軸補正指令としてＣｍｐＦｄｔを合成し、第２の合成指令（Ｃ_ｉＦｄｔ＝−Ｈ_ｉＦｄｔ＋Ｃｐ_ｉＦｄｔ＋ＣｍｐＦｄｔ）を算出する第２のＣ軸補正移動指令部として機能する。すなわち、Ｃ_ｉＦｄｔは、加工プログラム５３のブロック（６）から得られるＣ軸の移動量に、Ｈ軸の回転に伴うワークＷの回転量の補正量と、連れ回りに伴うワークＷの回転量の補正量を重畳させた値となっている。

そして、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０は、ステップＳ６０７で算出された機械動作軸Ｘ軸、Ｈ軸の移動量（Ｘ_ｉＦｄｔ，Ｈ_ｉＦｄｔ）と、ステップＳ６０９で算出された機械動作軸Ｃ軸の移動量（Ｃ_ｉＦｄｔ）を軸データ出力部３９に出力する。

軸データ出力部３９は、入力された各機械動作軸（Ｘ軸，Ｈ軸，Ｃ軸）の加減速移動量をサーボモータ９０１〜９０４に出力する（ステップＳ６１０）。これにより、図７（ｅ），（ｆ）に示すように、ワークＷがＹ軸（−）方向に切削加工される。ここで、工作機械９００は、ワークＷをＹ軸に沿って直線移動させる移動軸を有していないが、Ｘ軸に沿ったタレット９０６の直線移動と、Ｈ軸を中心とするタレット９０６の回転が協調して、加工開始位置から加工終了位置までワークＷがＹ軸に沿って直線移動され、フライス加工が行われる。また、ワークＷがＹ軸に沿って直線移動される間、フライス加工面の向きを保持するようにワークＷがＣ軸を中心に回転される。このワークＷの直線移動と回転とによって、ワークＷの片面がＤカットされる。

加工プログラム５３のブロック（７），（８）に対しても、ステップＳ６０１〜ステップＳ６１０に沿った手順で機械動作軸での移動量が算出されて、ワークＷが移動される。詳細な動作の説明は省略するが、ブロック（７）では、片面のＤカットがなされたワークＷが、図７（ｇ）に示すようにＣ軸を中心に１８０度回転（反転）される。これにより、ワークＷのＤカットされた面の反対側が工具９０８側に向けられる。

ブロック（８）では、図７（ｈ），（ｉ）に示すように、ワークＷのＤカットされた面の反対側が、Ｇ３指令によってＹ軸（＋）方向に円弧切削される。

図８に戻って、加工プログラム５３のブロック（９）では、「Ｍ２２３」指令によってワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード無効が指令される（図６ ステップＳ７）。これにより、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードによる動作が終了する。

以上説明した数値制御装置によれば、タレット９０６にワークＷが支持され、Ｙ軸方向にワークＷを直線移動させる移動軸を有していない工作機械であっても、Ｘ軸、Ｈ軸、Ｃ軸を連動させて、ワークＷをＹ軸方向に直線移動させて加工を行うことができる。また、ワークＷの移動中に、Ｃ軸を回転させることで、ワークＷの姿勢を維持しながら加工を行うことができる。

また、Ｈ軸を中心とするタレット９０６の回転によって生じるワークＷの姿勢の変化を、ワーク位置制御手段６０ｂによってＣ軸の回転量を補正することができる（図１２のステップＳ６０８）。したがって、タレット９０６の回転に関わらず、ワークＷの姿勢を維持しながら加工を行うことができる。

また、Ｈ軸を中心とするタレット９０６の回転によって、ワークＷが連れ回りしてしまう場合であっても、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部６０が有するワーク位置補正手段６０ｃによって、連れ回りによるＣ軸の回転量が補正される（図１２のステップＳ６０９）。したがって、ワークＷが連れ回りしてしまう場合であっても、ワークＷの姿勢を維持しながら加工を行うことができる。

また、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードでの動作中に、軸データ出力部３９に出力されるＣ軸の移動量Ｃ_ｉＦｄｔは、加工プログラム５３から得られるＣ軸の移動量Ｃｐ_ｉＦｄｔに、第１の補正移動量と第２の補正移動量を重畳して算出されている。Ｃ軸の移動量Ｃ_ｉＦｄｔに、加工プログラム５３から得られるＣ軸の移動量Ｃｐ_ｉＦｄｔが含まれない場合には、第１の補正移動量と第２の補正移動量と無関係にＣ軸を回転させたい場合、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードを一旦無効にする必要がある。

一方、本実施の形態にかかる数値制御装置１では、Ｃ軸の移動量Ｃ_ｉＦｄｔに、加工プログラム５３から得られるＣ軸の移動量Ｃｐ_ｉＦｄｔが含まれるので、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード中の加工プログラム５３の１つのブロックに、Ｙ軸方向へのワークＷの移動指令と、Ｃ軸の移動指令とを含めることができる。これにより、Ｃ軸への移動指令を行うために、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モードを無効にする必要がなくなる。したがって、ワークＷの加工開始位置への移動と加工面の位置決めを同時に行ったり、Ｃ軸への移動指令のみ与えてワークＷを回転させて加工面の位置決めを行ったりすることができ、タクトタイムの削減を図ることができる。

次に、仮想座標系のＸｐ軸が機械動作軸のＸ軸に対して傾いている場合のワークＷの加工動作の概略手順を説明する。図１６は、仮想座標系のＸｐ軸が機械動作軸のＸ軸に対して傾いている場合にワークＷを加工する際の工作機械９００の概略動作を示す図である。図１７は、仮想座標系のＸｐ軸が機械動作軸のＸ軸に対して傾いている場合にワークＷを加工する加工プログラム５３の一例を示す図である。

加工プログラム５３のブロック（１）では、フライス加工用の工具９０８が選択される。また、Ｈ軸を中心にタレット９０６が回転されて、工具９０８の設置位置にワークＷが移動される。加工プログラム５３のブロック（２）では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード有効が指令される。ＰＬＣによってワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＮ状態にされる（図１６（ａ），（ｂ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（３）では、仮想座標系の原点が設定される。また、工具９０８の傾斜角度がＤ指令で指令されている。ここで、Ｄ＝４５と記述されているため、機械動作軸のＸ軸に対して仮想座標系はＸｐ軸を４５度回転させた座標系とされる。加工プログラム５３のブロック（４）では、Ｇ９２ Ｃ０の記述によって、現在のＣ軸の位置が０度にプリセットされる（図１６（ｃ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（５）では、指令された仮想座標の（Ｘ，Ｙ，Ｃ）位置（加工開始位置）にワークＷが位置決めされる（図１６（ｄ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（６）では、ワークＷの姿勢を維持するようにＣ軸の回転量を制御しながら、Ｙｐ軸（−）方向にワークＷを切削してＤカットが行われる（図１６（ｅ），（ｆ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（７）では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード無効が指令される。ＰＬＣによってワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＦＦ状態にされる。

このように、機械動作軸のＸ軸に対して傾きを設けて工具９０８が設置されている場合であっても、その傾き（Ｘ軸とＸｐ軸とがなす角度）をＤ指令として指令することで、仮想座標が回転されて、Ｘ軸、Ｈ軸、Ｃ軸を連動させたワークＷの加工が可能となる。これにより、ユーザは工具の傾きを考慮せずに加工プログラムを作成することが可能となり、加工プログラムの作成の容易化を図ることができる。

次に、実座標系のＹ軸方向にワークＷを直線移動させてタップ加工を行う場合の加工動作の概略手順を説明する。図１８は、実座標系のＹ軸方向にワークＷを直線移動させてタップ加工を行う場合の工作機械９００の概略動作を示す図である。図１９は、実座標系のＹ軸方向にワークＷを直線移動させてタップ加工を行う場合の加工プログラム５３の一例を示す図である。

加工プログラム５３のブロック（１）では、タップ加工用の工具９０８が選択される。また、Ｈ軸を中心にタレット９０６が回転されて、工具９０８の設置位置にワークＷが移動される。加工プログラム５３のブロック（２）では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード有効が指令される。ＰＬＣによってワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＮ状態にされる。

加工プログラム５３のブロック（３）では、仮想座標系の原点が設定される。Ｄ指令が記述されていないのでＤ＝０と同値と判断され、仮想座標の回転もない。加工プログラム５３のブロック（４）では、Ｇ９２ Ｃ０の記述によって、現在のＣ軸の位置が０度にプリセットされる（図１８（ａ），（ｂ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（５）では、指令された仮想座標の（Ｘ，Ｙ，Ｃ）位置（加工開始位置）にワークＷが位置決めされる（図１８（ｃ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（６）では、ワークＷの姿勢を維持するようにＣ軸の回量を制御しながら、Ｙ軸（−）方向にワークＷを移動してタップ加工が行われる。工具９０８の先端が穴底位置に到達したら、ワークＷの姿勢を維持するようにＣ軸の回量を制御しながら、Ｙ軸（＋）方向にワークＷが移動される（図１８（ｄ），（ｅ）を参照）。

加工プログラム５３のブロック（７）では、ワーク位置制御型仮想Ｙ軸モード無効が指令される。ＰＬＣによってワーク位置制御型仮想Ｙ軸有効信号がＯＦＦ状態にされる。

このように、機械動作軸のＸ軸、Ｈ軸、Ｃ軸が連動して動作することで、ワークＷの姿勢を維持しながらＹ軸に沿って直線移動させてタップ加工を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる数値制御装置は、Ｙ軸を有しない工作機械に有用である。

１ 数値制御装置、１０ 表示部、２０ 入力操作部、３０ 制御演算部、３１ 画面処理部、３２ 入力制御部、３３ パラメータ設定部、３４ 機械制御信号処理部、３４ａ ワーク位置制御型仮想Ｙ軸信号処理手段、３５ スイッチ、３７ 加減速処理部、３８ ワーク位置制御型仮想Ｙ軸切換え処理部、３９ 軸データ出力部、４０ 解析処理部、４０ａ ワーク位置制御型仮想Ｙ軸座標系回転手段、４０ｂ ワーク位置制御型仮想Ｙ軸スタートアップ手段、５０ 記憶部、５１ パラメータ、５２ 工具補正データ、５３ 加工プログラム、５４ 画面表示データ、５５ 共有エリア、５６ 機械構成パラメータ、６０ ワーク位置制御型仮想Ｙ軸処理部、６０ａ 機械位置座標変換手段、６０ｂ ワーク位置制御手段、６０ｃ ワーク位置補正手段、７０ 補間処理部、８０，８１ 加算点、９０ 駆動部、９１ Ｘ軸サーボ制御部、９２ Ｈ軸サーボ制御部、９３ Ｚ軸サーボ制御部、９４ Ｃ軸サーボ制御部、９５ 主軸制御部、９００ 工作機械、９０１ Ｘ軸サーボモータ、９０２ Ｈ軸サーボモータ、９０３ Ｚ軸サーボモータ、９０４ Ｃ軸サーボモータ、９０５ 主軸モータ、９０６ タレット、９０７ ワーク支持部、９０８ 工具。

Claims (4)

1. ワークを回転させるＣ軸を有するワーク支持部と、
   前記ワーク支持部が取り付けられ、前記Ｃ軸に平行なＨ軸を中心に回転し、前記Ｈ軸と直交するＸ軸に沿って移動するタレットと、
   前記ワークを加工する工具と
   を有し、前記Ｘ軸に直交するＹ軸を有さない工作機械を制御する数値制御装置であって、
   加工プログラムで規定される仮想座標での移動指令を前記Ｘ軸、前記Ｈ軸および前記Ｃ軸の移動指令に変換し、
   変換した指令に従って前記Ｘ軸、前記Ｈ軸および前記Ｃ軸を連動駆動し、前記ワークの姿勢を維持しながら前記Ｙ軸方向の加工を行う仮想Ｙ軸制御モードを実行する
   ことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記仮想Ｙ軸制御モードにおいて、
   前記Ｈ軸の回転方向と逆方向で同じ回転量の移動指令を第１のＣ軸補正移動指令として生成し、
   生成した前記第１のＣ軸補正移動指令を前記Ｃ軸の移動指令と合成して第１の合成移動指令とし、
   前記第１の合成移動指令にしたがって前記Ｃ軸を駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記仮想Ｙ軸制御モードにおいて、
   前記Ｘ軸に対する前記工具の傾斜角度で前記仮想座標を座標回転し、座標回転後の移動指令を生成し、
   前記座標回転後の移動指令を、前記Ｘ軸および前記Ｈ軸の移動指令に変換し、変換した指令に従って前記Ｘ軸および前記Ｈ軸を連動駆動する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。
4. 前記仮想Ｙ軸制御モードにおいて、
   前記Ｈ軸の回転に連動して前記Ｃ軸が回転する場合に、前記Ｈ軸の回転に応じた前記Ｃ軸の回転方向と逆方向、かつ前記Ｈ軸の回転に応じた前記Ｃ軸の回転量と同じ回転量の移動指令を第２のＣ軸補正移動指令として生成し、
   生成した前記第２のＣ軸補正移動指令を前記第１の合成移動指令と合成して第２の合成移動指令とし、
   前記第２の合成移動指令にしたがって前記Ｃ軸を駆動する
   ことを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。

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