JP5350766B2 - Numerical control device for 5-axis machine - Google Patents
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Description
本発明は、テーブルに固定されて取り付けられたワーク（加工物）に対して直線軸３軸と回転軸２軸によって加工する５軸加工機を制御する数値制御装置に関する。 The present invention relates to a numerical control device for controlling a 5-axis processing machine that processes a workpiece (workpiece) fixed and attached to a table using three linear axes and two rotation axes.
テーブルに取り付けられたワーク（加工物）を直線軸３軸と回転軸２軸によって加工する５軸加工機を制御する数値制御装置において、各軸の座標値を制御する方法として、工具の位置、工具とワークの相対的な姿勢（以下「工具姿勢」という）、および速度をテーブルに固定された直交座標系（テーブル座標系）上で指令し、これを機械の制御点における各軸の座標値に座標変換して制御する方法である工具先端点制御が知られている（特許文献１参照）。 In a numerical control apparatus for controlling a 5-axis processing machine that processes a workpiece (workpiece) attached to a table with three linear axes and two rotary axes, as a method for controlling the coordinate value of each axis, the tool position, The relative posture of the tool and workpiece (hereinafter referred to as “tool posture”) and speed are commanded on an orthogonal coordinate system (table coordinate system) fixed to the table, and this is the coordinate value of each axis at the machine control point. Tool tip point control is known, which is a method of controlling by converting the coordinates to (see Patent Document 1).
工具先端点制御では、工具の位置と速度が制御され、工具姿勢は各回転軸の位置を補間することによって決定される。工具先端点制御では工具先端点の位置と速度が制御されるが、回転軸２軸は独立して制御されており、指令ブロック途中での工具姿勢は制御されない。 In the tool tip point control, the position and speed of the tool are controlled, and the tool posture is determined by interpolating the position of each rotation axis. In the tool tip point control, the position and speed of the tool tip point are controlled, but the two rotation axes are controlled independently, and the tool posture in the middle of the command block is not controlled.
これに対し、指令ブロック始点と指令ブロック終点の間における工具姿勢を、指令ブロック始点と指令ブロック終点における指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢を含む平面内に存在するようにサンプリング周期ごとに回転軸位置と直線軸位置を制御する方法である工具姿勢制御も知られている。 On the other hand, the tool posture between the command block start point and the command block end point is set at every sampling period so that it exists in a plane including the tool posture calculated based on the command rotation axis position at the command block start point and the command block end point. In addition, tool attitude control, which is a method for controlling the rotational axis position and the linear axis position, is also known.
工具姿勢制御では、図１に示されるように、指令ブロック途中の工具１の工具姿勢は、指令ブロック始点と終点の工具姿勢を含む平面内を移動し、工具先端点は直線上を移動する（工具先端点の軌跡）ことから、工具姿勢制御はこの直線を含む平面（加工平面）を工具の側面で加工する用途に使用される。また工具姿勢制御は工具姿勢の変化が予測しやすいため、機械構造物と工具との予期しない干渉や衝突を防ぐことができる。 In the tool posture control, as shown in FIG. 1, the tool posture of the tool 1 in the middle of the command block moves in a plane including the command block start point and end point tool posture, and the tool tip point moves on a straight line ( Therefore, the tool attitude control is used for the purpose of machining a plane including this straight line (machining plane) on the side surface of the tool. In addition, since the tool posture control can easily predict a change in the tool posture, unexpected interference and collision between the machine structure and the tool can be prevented.
一方、工具姿勢制御では、工具姿勢を指令ブロックの始点と終点の工具姿勢を含む平面内に保つために、回転軸２軸の動作が不安定になる場合がある。例えば、回転軸２軸のうち１軸の位置が任意となる特異点（特異点姿勢）が存在する機械において工具姿勢制御を行っているときに、指令ブロック途中の工具姿勢が特異点を通過する指令を行い、テーブル座標系で指令された速度で工具を動作させた場合、特異点において回転軸の速度や加速度が非常に大きくなる場合がある（後述する図６参照）。 On the other hand, in the tool posture control, the operation of the two rotation axes may become unstable in order to keep the tool posture within a plane including the tool posture at the start point and the end point of the command block. For example, when tool posture control is performed in a machine having a singular point (singular point posture) where the position of one of the two rotation axes is arbitrary, the tool posture in the middle of the command block passes the singular point. When a command is issued and the tool is operated at a speed commanded in the table coordinate system, the speed and acceleration of the rotating shaft may become very large at a singular point (see FIG. 6 described later).
特許文献２には、上記工具姿勢制御が有する問題点を解決するために、工具の姿勢誤差が姿勢誤差許容値以下となるように特異点近傍の範囲を決定し、その範囲では工具先端点制御を行い、それ以外の範囲では工具姿勢制御を行うことにより、工具姿勢誤差は要求精度を満たしながら、特異点における速度や加速度を抑え、かつ工具の移動時間を出来るだけ短縮しようとする技術が開示されている。 In Patent Document 2, in order to solve the problems of the tool posture control, a range near the singular point is determined so that the posture error of the tool is equal to or less than the posture error allowable value. The tool posture control is performed in other ranges, and the technology to reduce the speed and acceleration at the singular point and reduce the tool movement time as much as possible while the tool posture error satisfies the required accuracy is disclosed. Has been.
背景技術で説明した特許文献２に開示される工具姿勢制御が有する問題点を解決する技術では、工具先端点制御と工具姿勢制御の切り換え部分で工具姿勢が滑らかに変化しない。または特異点付近での工具姿勢誤差は許容値内ではあるが許容値そのものの誤差を持つといった問題がある。 In the technique for solving the problems of the tool posture control disclosed in Patent Document 2 described in the background art, the tool posture does not change smoothly at the switching portion between the tool tip point control and the tool posture control. Alternatively, there is a problem that the tool posture error near the singular point is within the allowable value but has the error of the allowable value itself.
実際の加工では加工物や加工場所により、多少の工具姿勢誤差は認めるが工具姿勢を滑らかに変化させたい、または許容値はあるものの工具姿勢誤差を出来るだけ小さくしたいといった要求がある。
そこで本発明の目的は、工具姿勢制御において特異点を通過すると判断した場合には、特異点における回転軸の速度や加速度の非常に大きな移動変動を回避可能な５軸加工機用数値制御装置を提供することである。
In actual machining, some tool posture errors are recognized depending on the work piece and the machining location, but there is a demand to change the tool posture smoothly or to make the tool posture error as small as possible although there is an allowable value.
Therefore, an object of the present invention is to provide a numerical control device for a 5-axis machine capable of avoiding a very large movement fluctuation of the rotational axis speed and acceleration at a singular point when it is determined that the singular point is passed in the tool posture control. Is to provide.
本願の請求項１に係る発明は、直線軸３軸と工具傾斜用回転軸と工具回転用回転軸の回転軸２軸を有する５軸加工機を工具姿勢制御してテーブルに固定されたワークを工具により加工するための指令解析部と補間処理部を有する５軸加工機用数値制御装置において、該工具姿勢制御は、指令ブロックの指令ブロック始点と指令ブロック終点の間における前記ワークに対する前記工具の姿勢が、該指令ブロック始点と該指令ブロック終点における指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢を含む平面内に存在するようにサンプリング周期毎に前記直線軸３軸と前記回転軸２軸を制御する制御であって、該指令解析部は特異点通過判断部を有し、該特異点通過判断部は、該指令ブロック始点での指令と該指令ブロック終点での指令に基づく計算によって、該指令ブロックにおいて該工具回転用回転軸が任意の位置となる特異点または工具姿勢が該特異点での工具姿勢に対して設定値より近くなる特異点近傍を通過するか否かを判断し、該指令解析部は特異点動作回避準備部を有し、該特異点動作回避準備部は、該特異点通過判断部において該特異点または該特異点近傍を通過すると判断された場合には、該指令ブロック全体に渡って前記工具回転用回転軸を移動させ、かつ前記工具傾斜用回転軸が本来特異点に到達すべき時刻にあらかじめ決められた角度になるように該指令ブロック始点から該指令ブロック終点に向かって前記工具傾斜用回転軸を移動させることにより工具姿勢を滑らかに変化させるように該指令ブロック全体の指令工具経路を変更した工具経路を作成し、該補間処理部は特異点動作回避部を有し、該特異点動作回避部は、該特異点動作回避準備部で変更された工具経路を実行することを特徴とする５軸加工機用数値制御装置である。 In the invention according to claim 1 of the present application, a workpiece fixed on a table is controlled by a tool orientation control of a 5-axis processing machine having three linear axes, a tool tilting rotary axis, and a tool rotating rotary axis. In a numerical control device for a 5-axis machine having a command analysis unit and an interpolation processing unit for machining with a tool, the tool posture control is performed by the tool with respect to the workpiece between a command block start point and a command block end point of a command block. The three linear axes and the two rotary axes are set for each sampling period so that the attitude exists in a plane including the tool attitude calculated based on the command rotation axis position at the command block start point and the command block end point. The command analysis unit includes a singular point passage determination unit, and the singular point passage determination unit is configured to perform a calculation based on a command at the command block start point and a command at the command block end point. To determine whether or not the singular point or the tool posture at which the rotation axis for tool rotation is at an arbitrary position in the command block passes near the singular point near the set value with respect to the tool posture at the singular point. The command analysis unit has a singular point motion avoidance preparation unit, and when the singular point motion avoidance preparation unit determines that the singular point passage determination unit passes the singular point or the vicinity of the singular point, The tool rotation axis is moved over the entire command block, and the tool block rotation axis is moved from the command block start point so as to have a predetermined angle at the time when the tool rotation axis should originally reach the singular point. towards the command end of the block to create a tool path changing command tool path of the entire finger old block to smoothly vary the tool attitude by moving the shaft rotating the tool inclination, between該補In the numerical control device for a 5-axis machine, the physics unit includes a singular point motion avoidance unit, and the singular point motion avoidance unit executes the tool path changed by the singular point motion avoidance preparation unit. is there.
請求項２に係る発明は、該特異点動作回避準備部は、工具姿勢誤差が工具姿勢誤差許容値以下となるように該工具傾斜用回転軸が２次曲線を描き、かつ該工具回転用回転軸が該指令ブロック全体で線形に移動するよう該工具傾斜用回転軸と該工具回転用回転軸の工具経路を変更した工具経路を作成することを特徴とする請求項１に記載の５軸加工機用数値制御装置である。 According to a second aspect of the invention, the singular point motion avoidance preparing section draws a quadratic curve for the tool tilt rotation axis so that the tool posture error is less than the tool posture error allowable value , and the rotation for tool rotation. 2. The 5-axis machining according to claim 1, wherein a tool path is created by changing the tool tilt rotation axis and the tool path of the tool rotation rotation axis so that the axis moves linearly throughout the command block. 3. It is a machine numerical control device.
請求項３に係る発明は、直線軸３軸と工具傾斜用回転軸と工具回転用回転軸の回転軸２軸を有する５軸加工機を工具姿勢制御してテーブルに固定されたワークを工具により加工するための指令解析部と補間処理部を有する５軸加工機用数値制御装置において、該工具姿勢制御は、指令ブロックの指令ブロック始点と指令ブロック終点の間における前記ワークに対する前記工具の姿勢が、該指令ブロック始点と該指令ブロック終点における指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢を含む平面内に存在するようにサンプリング周期毎に前記直線軸３軸と前記回転軸２軸を制御する制御であって、該指令解析部は特異点通過判断部を有し、該特異点通過判断部は、該指令ブロック始点での指令と該指令ブロック終点での指令に基づく計算によって、該指令ブロックにおいて該工具回転用回転軸が任意の位置となる特異点または工具姿勢が該特異点での工具姿勢に対して設定値より近くなる特異点近傍を通過するか否かを判断し、該指令解析部は特異点動作回避準備部を有し、該特異点動作回避準備部は、該特異点通過判断部において該特異点または該特異点近傍を通過すると判断された場合には、該工具回転用回転軸の移動がなくなるような該工具傾斜用回転軸のブロック終点を計算することによって指令ブロック終点における工具姿勢が指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢と同じ工具姿勢となるように該指令ブロック全体の工具経路を変更した工具経路を作成し、該補間処理部は特異点動作回避部を有し、該特異点動作回避部は、該特異点動作回避準備部で変更された工具経路を実行することを特徴とする５軸加工機用数値制御装置である。 According to a third aspect of the present invention, a workpiece fixed to a table is controlled by a tool by controlling a tool posture of a 5-axis machining tool having three rotation axes, ie, three linear axes, a tool tilting rotation axis, and a tool rotation rotation axis. In a numerical control device for a 5-axis machine having a command analysis unit and an interpolation processing unit for machining, the tool posture control is performed such that a posture of the tool with respect to the workpiece between a command block start point and a command block end point of a command block is determined. The three linear axes and the two rotary axes are controlled for each sampling period so that the axes exist in a plane including the tool posture calculated based on the command rotary axis positions at the command block start point and the command block end point. The command analysis unit includes a singular point passage determination unit, and the singular point passage determination unit performs calculation based on a command at the command block start point and a command at the command block end point. Then, in the command block, it is determined whether or not the singular point or the tool posture at which the rotation axis for tool rotation is at an arbitrary position passes near the singular point near the set value with respect to the tool posture at the singular point. The command analysis unit has a singular point motion avoidance preparation unit, and when the singular point motion avoidance preparation unit determines that the singular point passage determination unit passes the singular point or the vicinity of the singular point, The tool posture at which the tool posture at the command block end point is calculated based on the command rotation axis position by calculating the block end point of the tool tilting rotation shaft so that the movement of the tool rotation shaft is eliminated. The tool path is created by changing the tool path of the entire command block so that the interpolation processing unit has a singular point operation avoidance unit, and the singular point operation avoidance unit is the singular point operation avoidance preparation unit. changed It is a 5-axis machine for numerical control apparatus characterized by performing the immediately path.
本発明により、工具姿勢制御において特異点を通過すると判断した場合には、特異点における回転軸の速度や加速度の非常に大きな移動を回避可能な数値制御装置を提供することができる。 According to the present invention, when it is determined that a singular point is passed in the tool posture control, it is possible to provide a numerical control device capable of avoiding a very large movement of the rotational axis speed and acceleration at the singular point.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図２は、工具ヘッドが回転する形式の５軸加工機の説明図である。
５軸加工機は２つの回転軸Ａ軸とＣ軸を有する。Ａ軸はＸ軸方向を回転中心軸としワークに対して工具１の姿勢を傾斜させる軸である。Ｃ軸はＺ軸方向を回転中心軸としワークに対して工具１の姿勢を回転させる軸である。符号３は機械制御点を表している。工具先端点から機械制御点３までの距離を工具長とする。ワークＷはテーブル４上に固定して取り付けられている。図２では、２つの回転軸Ａ軸、Ｃ軸ともにその位置が０度のときの状態を表している。Ａ軸の位置が０度のときＣ軸の位置（角度）が何度であっても工具姿勢は変化しない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a five-axis machine with a tool head rotating.
The 5-axis machine has two rotation axes A and C. The A-axis is an axis that tilts the posture of the tool 1 with respect to the workpiece with the X-axis direction as the rotation center axis. The C-axis is an axis that rotates the posture of the tool 1 relative to the workpiece with the Z-axis direction as the rotation center axis. Reference numeral 3 represents a machine control point. The distance from the tool tip point to the machine control point 3 is defined as the tool length. The workpiece W is fixedly mounted on the table 4. FIG. 2 shows a state where the positions of the two rotation axes A and C are 0 degrees. When the position of the A axis is 0 degree, the tool posture does not change no matter how many times the position (angle) of the C axis is.
このように５軸加工機は、工具姿勢を制御する回転軸２軸を有する。このうち１軸は工具姿勢を傾斜させる働きがあり、他の１軸は工具姿勢を回転させる働きがある。以後、前者を回転軸１、後者を回転軸２と呼ぶ。回転軸１の位置を調節し、工具軸方向を回転軸２の回転中心軸と平行にするとき、回転軸２の位置は工具姿勢に影響を与えなくなる。このときの回転軸１の位置を特異点と呼ぶ。 As described above, the 5-axis processing machine has two rotation axes for controlling the tool posture. Of these, one axis has a function of tilting the tool posture, and the other one axis has a function of rotating the tool posture. Hereinafter, the former is referred to as a rotating shaft 1 and the latter is referred to as a rotating shaft 2. When the position of the rotary shaft 1 is adjusted and the tool axis direction is parallel to the rotation center axis of the rotary shaft 2, the position of the rotary shaft 2 does not affect the tool posture. The position of the rotating shaft 1 at this time is called a singular point.
図３は、本発明のアルゴリズムを実施する数値制御装置の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１はバス２３を介してＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなどで構成されるメモリ１２、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１３、ＣＲＴや液晶表示器で構成される表示器１４、キーボード等の各種指令やデータを入力するための入力機器１５、外部記憶媒体やホストコンピュータ等に接続されるインタフェース１６、工作機械の各軸制御回路１７（図では５軸分を備えた例を示している）、スピンドル制御回路２０に接続されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２を構成するＲＯＭ（図示省略）に格納されたシステムプログラムを、バス２３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。 FIG. 3 is a principal block diagram of a numerical controller that implements the algorithm of the present invention. The CPU 11 is a processor that controls the numerical controller 10 as a whole. The CPU 11 has various commands such as a memory 12 composed of ROM, RAM, non-volatile memory, a PMC (programmable machine controller) 13, a display 14 composed of a CRT or a liquid crystal display, a keyboard, etc. via a bus 23. And an input device 15 for inputting data, an interface 16 connected to an external storage medium or a host computer, each axis control circuit 17 of a machine tool (in the figure, an example having five axes is shown), a spindle It is connected to the control circuit 20. The CPU 11 reads out a system program stored in a ROM (not shown) constituting the memory 12 via the bus 23 and controls the entire numerical control device according to the system program.
ＰＭＣ１３は数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の加工機の補助装置に信号を出力し、または該補助装置からの信号を入力し制御する。また、数値制御装置で制御される加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。 The PMC 13 is a sequence program built in the numerical controller 10 and outputs a signal to an auxiliary device of a processing machine as an object to be controlled, or inputs and controls a signal from the auxiliary device. Further, it receives signals from various switches on the operation panel provided in the main body of the processing machine controlled by the numerical control device, performs necessary signal processing, and then passes them to the CPU 11.
各軸（５軸）の軸制御回路１７はＣＰＵ１１から各軸に補間分配された移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ１８に出力する。サーボアンプ１８はこの指令を受けて、工作機械の各軸のサーボモータ１９を駆動する。各軸のサーボモータ１９は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路１７にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図３では位置・速度のフィードバックについては記載を省略している。 The axis control circuit 17 for each axis (5 axes) receives a movement command amount interpolated and distributed to each axis from the CPU 11 and outputs a command for each axis to the servo amplifier 18. In response to this command, the servo amplifier 18 drives the servo motor 19 for each axis of the machine tool. The servo motor 19 for each axis has a built-in position / speed detector, and feeds back a position / speed feedback signal from the position / speed detector to the axis control circuit 17 to perform position / speed feedback control. In FIG. 3, the position / speed feedback is not shown.
スピンドル制御回路２０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ２１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ２１はスピンドル速度信号を受けて、スピンドルモータ２２を指令された回転速度で回転させる。又、ポジションコーダ（図示省略）で主軸の回転速度を検出しスピンドル制御回路２０にフィードバックし、速度制御を行う。
上述した数値制御装置１０の構成は、従来の５軸制御の数値制御装置と変わりはない。
The spindle control circuit 20 receives a spindle rotation command and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 21. The spindle amplifier 21 receives the spindle speed signal and rotates the spindle motor 22 at the commanded rotational speed. Further, the rotational speed of the spindle is detected by a position coder (not shown) and fed back to the spindle control circuit 20 for speed control.
The configuration of the numerical control device 10 described above is the same as that of the conventional 5-axis control numerical control device.
図４は、本発明の実施形態を説明する機能ブロック図である。指令解析部３０は、加工プログラムを解析し実行形式に変換し、補間処理部３１で補間処理を行い各軸へ移動指令を出力する。各軸用加減速部３４ａ〜３４ｅでは移動指令に対して加減速処理を行い、処理後の各軸移動指令に基づきそれぞれサーボ制御３５ａ〜３５ｅを行い、位置、速度、電流のフィードバックを行って各軸サーボモータを駆動制御する。
本発明は、指令解析部３０が特異点通過判断部３６、特異点動作回避準備部３７を有し、補間処理部３１が特異点動作回避部３８を有する点で従来の数値制御装置と相違する。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating the embodiment of the present invention. The command analysis unit 30 analyzes the machining program, converts it into an execution format, performs interpolation processing in the interpolation processing unit 31, and outputs a movement command to each axis. Each of the axis acceleration / deceleration units 34a to 34e performs acceleration / deceleration processing on the movement command, performs servo control 35a to 35e based on each axis movement command after processing, and performs feedback of position, speed, and current. Drives and controls the axis servo motor.
The present invention is different from the conventional numerical control device in that the command analysis unit 30 includes a singular point passage determination unit 36 and a singular point operation avoidance preparation unit 37, and the interpolation processing unit 31 includes a singular point operation avoidance unit 38. .
次に、特異点通過判断部３６について説明する。まず、理解を助けるために図５に示される加工プログラムの一例を説明する。
ブロックＮ１０は、工具姿勢制御を指令するブロックである。「Ｇ４３．４ Ｐ１」は工具姿勢制御の開始を意味し、「Ｈ０１」は工具長補正番号指定を意味する。
ブロックＮ２０は、始点への位置決めを指令するブロックである。「Ｇ９０」はアブソリュート指令であり、「Ｇ０１」は直線補間、「Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｃ」は各軸を意味し、「Ｆ」はワークに対する工具先端点の移動速度を意味する。つまり、Ｘ軸は０．０ｍｍ、Ｙ軸は０．０ｍｍ、Ｚ軸は０．０ｍｍ、Ａ軸は−２０．０度、Ｃ軸は０．０度の位置へ、速度６００ｍｍ／分で直線補間で移動することを表している。
ブロックＮ３０は、Ｘ軸が４０．０ｍｍ、Ａ軸が−２０．０度、Ｃ軸が１８０．０度まで移動させる指令である。
Next, the singularity passage determination unit 36 will be described. First, in order to help understanding, an example of the machining program shown in FIG. 5 will be described.
The block N10 is a block for instructing tool posture control. “G43.4 P1” means the start of the tool posture control, and “H01” means the tool length correction number designation.
The block N20 is a block that commands positioning to the start point. “G90” is an absolute command, “G01” means linear interpolation, “X, Y, Z, A, C” means each axis, and “F” means the moving speed of the tool tip point relative to the workpiece. In other words, linear interpolation is performed at a speed of 600 mm / min to a position of 0.0 mm for the X axis, 0.0 mm for the Y axis, 0.0 mm for the Z axis, -20.0 degrees for the A axis, and 0.0 degrees for the C axis. It represents moving.
Block N30 is a command for moving the X axis to 40.0 mm, the A axis to -20.0 degrees, and the C axis to 180.0 degrees.
図６は本発明の機能を用いない従来技術である工具姿勢制御により、図５に示される加工プログラムを図２に示される５軸加工機で実行したときの、ブロックＮ３０の指令ブロック開始時刻からの経過時間に対するＡ軸、Ｃ軸の位置（角度）の変化をグラフにしたものである。また、図７は、機械の動作を工具１と工具取付部２だけ取り出し機械の上方から見た図である。加工プログラムで直線軸の移動が指令された場合には工具１は移動するが、ここでは工具１の工具姿勢のみに着目するために、工具先端点の位置をテーブル座標系原点に固定して考える。 FIG. 6 shows the command block start time of block N30 when the machining program shown in FIG. 5 is executed by the 5-axis machine shown in FIG. 2 by the tool attitude control which is a conventional technique not using the function of the present invention. The graph shows the change in the position (angle) of the A axis and the C axis with respect to the elapsed time. FIG. 7 is a view of the operation of the machine with only the tool 1 and the tool mounting portion 2 taken out and viewed from above the machine. When the movement of the linear axis is commanded by the machining program, the tool 1 moves. Here, however, in order to focus only on the tool posture of the tool 1, the position of the tool tip point is fixed at the origin of the table coordinate system. .
図８は、機械上方からみた機械制御点３の移動のみを表した図である。図８は図７をさらに簡略化した図である。ここで点Ｓは指令ブロック始点における機械制御点３の位置、点Ｅは指令ブロック終点における機械制御点３の位置、点Ｐは特異点における機械制御点３の位置を表している。点Ｓ、点Ｐおよび点Ｅを結ぶ線分は、機械制御点３の移動経路である。 FIG. 8 is a diagram showing only the movement of the machine control point 3 as viewed from above the machine. FIG. 8 is a further simplified view of FIG. Here, the point S represents the position of the machine control point 3 at the command block start point, the point E represents the position of the machine control point 3 at the command block end point, and the point P represents the position of the machine control point 3 at the singular point. A line segment connecting the point S, the point P, and the point E is a movement path of the machine control point 3.
図２に示される工具ヘッド回転形の５軸加工機で図５に示される加工プログラムを実行する。Ｎ３０ブロックの始点と終点の工具姿勢を含む平面はＹＺ平面（以後「平面Ｐ」という）となるので、指令ブロック途中の工具１の工具姿勢は常にこの平面Ｐ上にある必要がある。また、Ｎ３０ブロックの途中では特異点を通過する。 The machining program shown in FIG. 5 is executed by the five-axis machining tool of the tool head rotating type shown in FIG. Since the plane including the tool posture at the start point and end point of the N30 block is the YZ plane (hereinafter referred to as “plane P”), the tool posture of the tool 1 in the middle of the command block must always be on this plane P. In addition, a singular point is passed in the middle of the N30 block.
工具１の工具姿勢が平面Ｐ上にあるとき、特異点においてＣ軸は任意の値をとることができるが、特異点以外においてはＣ軸は０度または１８０度である必要がある。なぜなら、工具姿勢がワークに対して傾斜している場合、Ｃ軸が０度または１８０度でないと工具が平面Ｐから離れてしまうからである。 When the tool posture of the tool 1 is on the plane P, the C axis can take an arbitrary value at a singular point, but the C axis needs to be 0 degree or 180 degrees at other than the singular point. This is because, when the tool posture is inclined with respect to the workpiece, the tool is separated from the plane P unless the C axis is 0 degree or 180 degrees.
したがって、平面Ｐ上を指令ブロック始点の工具姿勢から指令ブロック終点の工具姿勢へ工具姿勢が変化するとき、５軸加工機はまずＣ軸が０度のまま（図６の線分ａ）Ａ軸が−２０度から０度まで移動し（図６の線分ｂ）、次にＡ軸が０度のままＣ軸が０度から１８０度まで移動し（図６の線分ｃ）、その後Ｃ軸が１８０度のまま（図６の線分ｅ）Ａ軸が０度から−２０度まで移動する（図６の線分ｄ）。工具姿勢制御を忠実に実行しようとすると、Ｃ軸は一瞬に移動する（図６の線分ｃ）必要があるが、実際には機械の最大移動速度で抑えられる。 Therefore, on the plane P, when the tool posture changes from the tool posture at the command block start point to the tool block at the command block end point, the 5-axis machine first keeps the C axis at 0 degrees (line segment a in FIG. 6) A axis. Moves from -20 degrees to 0 degrees (line segment b in FIG. 6), then the C axis moves from 0 degrees to 180 degrees with the A axis kept at 0 degrees (line segment c in FIG. 6), and then C The axis remains 180 degrees (line segment e in FIG. 6) and the A axis moves from 0 degrees to −20 degrees (line segment d in FIG. 6). If the tool posture control is to be executed faithfully, the C-axis needs to move instantaneously (line c in FIG. 6), but in practice it can be suppressed at the maximum moving speed of the machine.
また、図６と図７とを対応させて説明すると、図７（ａ）から図７（ｂ）のＡ軸２０度の移動は図６の線分ｂに相当する。図７（ｂ）から図７（ｃ）のＣ軸１８０度の移動は図６の線分ｃに相当する。図７（ｃ）から図７（ｄ）のＡ軸−２０度の移動は図６の線分ｄに相当する。 6 and FIG. 7 will be described in correspondence with each other. A movement of 20 degrees in the A axis in FIGS. 7A to 7B corresponds to a line segment b in FIG. The movement of the C-axis 180 degrees from FIG. 7B to FIG. 7C corresponds to the line segment c in FIG. The movement of the A-axis −20 degrees in FIG. 7C to FIG. 7D corresponds to the line segment d in FIG.
上述したように、工具姿勢制御の指令において、指令ブロック始点と指令ブロック終点における回転軸１に対する位置指令が特異点を挟まず、かつ指令ブロック始点と指令ブロック終点における回転軸２に対する位置指令の差が１８０度であるとき、この指令ブロックの途中で特異点を通過し、かつ特異点において回転軸２を一瞬で１８０度移動させる必要があると判断することが出来る。 As described above, in the tool attitude control command, the position command for the rotation axis 1 at the command block start point and the command block end point does not sandwich the singular point, and the difference between the position commands for the rotation axis 2 at the command block start point and the command block end point Is 180 degrees, it can be determined that it is necessary to pass the singular point in the middle of this command block and to move the rotary shaft 2 180 degrees instantaneously at the singular point.
なお現実的には、位置指令は位置指令生成時の計算誤差などの誤差を含んでいるため、位置指令の差を判断する場合は、ちょうど１８０度ではなく、ある程度の許容値を持っていることが望ましい。ある程度の許容値としては１８０度を基準としてプラス０．０１度、マイナス０．０１度といった程度である。また、回転軸２の速度は実際には機械の最大速度で抑えられるが、それでも非常に大きな速度で回転する。 In reality, the position command includes errors such as calculation errors when the position command is generated. Therefore, when determining the difference between the position commands, the position command has a certain allowable value, not just 180 degrees. Is desirable. The allowable value to some extent is about plus 0.01 degrees and minus 0.01 degrees with reference to 180 degrees. Further, the speed of the rotating shaft 2 is actually suppressed at the maximum speed of the machine, but still rotates at a very high speed.
図９は、特異点通過判断部３６の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ１］回避フラグＦを０にし初期化する。回避フラグＦは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなる場合に１とし、特異点を通過しない、または特異点で回転軸２の速度が大きくならない場合に０とする。
●［ステップＳＡ２］指令ブロック始点と指令ブロック終点の回転軸１に対する位置指令の間に特異点が存在するか否か判断し、特異点が存在する場合には終了し、特異点が存在しない場合にはステップＳＡ３へ移行する。
●［ステップＳＡ３］指令ブロック始点と指令ブロック終点の回転軸２に対する位置指令の差が１８０度であるか否か判断し、１８０度である場合にはステップＳＡ４へ移行し、１８０度ではない場合には終了する。なお、上述したように１８０度にある程度の許容値を考慮して判断してもよい。
●［ステップＳＡ４］回避フラグＦを１にし、終了する。回避フラグＦを１にすることは、上述したように、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
FIG. 9 is a flowchart showing an algorithm of processing of the singularity passage determination unit 36. Hereinafter, it demonstrates according to each step.
[Step SA1] The avoidance flag F is set to 0 and initialized. The avoidance flag F is set to 1 when the singular point passes and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point, and when the singular point does not pass or the speed of the rotating shaft 2 does not increase at the singular point. 0.
[Step SA2] It is determined whether or not a singular point exists between the command block start point and the position command for the rotation axis 1 at the command block end point. If a singular point exists, the process ends. If no singular point exists To step SA3.
[Step SA3] It is determined whether or not the difference between the command block start point and the command block end point relative to the rotation axis 2 is 180 degrees. If it is 180 degrees, the process proceeds to Step SA4, and if it is not 180 degrees It ends. As described above, the determination may be made in consideration of a certain allowable value at 180 degrees.
[Step SA4] Set the avoidance flag F to 1 and finish. Setting the avoidance flag F to 1 means that the speed passes through the singular point and the speed of the rotating shaft 2 becomes very large at the singular point as described above.
特異点通過判断部３６の処理の内容を、加工プログラム（図５参照）を例とし具体的な数値を使って説明する。前述したように図２では、２つの回転軸Ａ軸、Ｃ軸ともにその位置が０度のときの状態を表している。この５軸加工機では、Ａ軸が回転軸１、Ｃ軸が回転軸２に相当し、特異点は回転軸１であるＡ軸が０度のときである。すなわち、図２に示される状態ではＣ軸の位置（角度）が何度であっても工具姿勢は変化しない。 The contents of the processing of the singularity passage determination unit 36 will be described using specific numerical values by taking a machining program (see FIG. 5) as an example. As described above, FIG. 2 shows a state where the positions of the two rotation axes A and C are 0 degrees. In this 5-axis machine, the A-axis corresponds to the rotating shaft 1 and the C-axis corresponds to the rotating shaft 2, and the singular point is when the A-axis which is the rotating shaft 1 is 0 degree. That is, in the state shown in FIG. 2, the tool posture does not change no matter how many times the C-axis position (angle) is.
図９に示したフローチャートに従えば、指令ブロック始点と指令ブロック終点の回転軸１に対する位置指令は両者とも−２０度であるから、両者の間に特異点は存在せず（ステップＳＡ２）、また、指令ブロック始点と指令ブロック終点の回転軸２に対する位置指令は、前者が０度、後者が１８０度であるから、その差は１８０度であり（ステップＳＡ３）、特異点を通過し、かつ回転軸２の速度が大きくなると判断でき、回避フラグＦを１にする（ステップＳＡ４）。 According to the flowchart shown in FIG. 9, since the position command for the rotation axis 1 of the command block start point and the command block end point is both -20 degrees, there is no singular point between them (step SA2). Since the former is 0 degrees and the latter is 180 degrees, the difference between the command block start point and the command block end point with respect to the rotation axis 2 is 180 degrees (step SA3). It can be determined that the speed of the shaft 2 is increased, and the avoidance flag F is set to 1 (step SA4).
次に、特異点動作回避準備部３７と特異点動作回避部３８について説明する。
特異点通過判断部３６において特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなると判断した場合には、特異点動作回避準備部３７と特異点動作回避部３８にて、特異点における回転軸２の速度が非常に大きくなる現象を回避するための制御を行う。
Next, the singular point motion avoidance preparation unit 37 and the singular point motion avoidance unit 38 will be described.
When the singular point passage determination unit 36 determines that the singular point passes and the speed of the rotating shaft 2 is very high at the singular point, the singular point operation avoidance preparation unit 37 and the singular point operation avoidance unit 38 Control is performed to avoid a phenomenon in which the speed of the rotating shaft 2 at a singular point becomes very large.
図４に示されるように、特異点動作回避準備部３７は数値制御装置１０の指令解析部３０、また特異点動作回避部３８は数値制御装置の補間処理部３１に含まれる。以下では、特異点動作回避準備部３７と特異点動作回避部３８とを本発明の実施の形態１、２に基づいて説明する。なお、特異点通過判断部３６の処理は実施の形態１、２で共通する。
また、加工プログラムの工具姿勢制御のための処理は、本発明における特異点通過判断部３６、特異点動作回避準備部３７、および特異点動作回避部３８と並行して行われており、特異点動作回避を行わないときは、前記工具姿勢制御による各軸の移動指令により５軸加工機の回転軸２軸を制御する。
As shown in FIG. 4, the singular point motion avoidance preparation unit 37 is included in the command analysis unit 30 of the numerical controller 10, and the singular point motion avoidance unit 38 is included in the interpolation processing unit 31 of the numerical controller. Hereinafter, the singular point motion avoidance preparation unit 37 and the singular point motion avoidance unit 38 will be described based on Embodiments 1 and 2 of the present invention. The process of the singularity passage determination unit 36 is common to the first and second embodiments.
Further, the processing for the tool orientation control of the machining program is performed in parallel with the singular point passage determination unit 36, the singular point operation avoidance preparation unit 37, and the singular point operation avoidance unit 38 in the present invention. When the operation avoidance is not performed, the two rotation axes of the 5-axis machine are controlled by the movement command of each axis by the tool attitude control.
＜実施の形態１＞
指令ブロック全体に渡って回転軸２を移動させることにより工具姿勢を滑らかに変化させる実施の形態１を説明する。
図１０は、本発明の実施の形態１の指令ブロック開始時刻からの時間に対するＡ軸、Ｃ軸の位置の変化を表したグラフである。図１１は、図２に示す５軸加工機の上方から見た機械制御点３の移動を表した図である。点Ｓと点Ｅを結ぶ線分は、機械制御点３の移動経路である。ここで点Ｓは指令ブロック始点における機械制御点３の位置、点Ｅは指令ブロック終点における機械制御点３の位置、点Ｐは特異点における機械制御点３の位置を表している。実施の形態１では機械制御点３は特異点を通過しない。
<Embodiment 1>
A first embodiment in which the tool posture is smoothly changed by moving the rotary shaft 2 over the entire command block will be described.
FIG. 10 is a graph showing changes in the positions of the A axis and the C axis with respect to the time from the command block start time according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing the movement of the machine control point 3 as viewed from above the 5-axis machine shown in FIG. A line segment connecting the point S and the point E is a movement path of the machine control point 3. Here, the point S represents the position of the machine control point 3 at the command block start point, the point E represents the position of the machine control point 3 at the command block end point, and the point P represents the position of the machine control point 3 at the singular point. In the first embodiment, the machine control point 3 does not pass the singular point.
図１０に示されるように、回転軸１は指令ブロック始点から指令ブロック終点へ向かって滑らかに動作させる。ただし、工具姿勢誤差が大きくならないように、本来特異点に到達すべき時刻にあらかじめ決められた角度になるように制御する。図１０では本来特異点に到達すべき時刻である指令ブロック開始時刻から２秒後においてＡ軸は−１０度になるように指定されているとしている。本来特異点に到達すべき時刻の位置（角度）は、パラメータに設定するか、あるいは加工プログラムで指定する。 As shown in FIG. 10, the rotary shaft 1 is smoothly operated from the command block start point to the command block end point. However, in order to prevent the tool posture error from becoming large, control is performed so that the angle is determined in advance at the time when the singular point should be originally reached. In FIG. 10, it is assumed that the A axis is specified to be −10 degrees after 2 seconds from the command block start time, which is the time at which the singular point should be reached. The time position (angle) that should originally reach the singular point is set as a parameter or specified by a machining program.
例えば、指令ブロック開始時刻からの時間に対する位置のグラフを考えたときに、図１０のＡ軸経路に示されるように回転軸１が２次曲線を描くように位置を制御する方法が考えられる。２次曲線は一般に３つのパラメータにより表されるが、回転軸１の位置が時刻０で指令ブロック始点、本来特異点に到達すべき時刻にあらかじめ決められた位置（角度）、および指令ブロックの実行が終了すべき時刻に指令ブロック終点にあるべきという３つの条件から、前記３つのパラメータを求めることができる。 For example, when a graph of the position with respect to time from the command block start time is considered, a method of controlling the position so that the rotating shaft 1 draws a quadratic curve as shown in the A-axis path of FIG. 10 can be considered. A quadratic curve is generally represented by three parameters. The position of the rotation axis 1 is a command block start point at time 0, a position (angle) determined in advance at a time at which the singular point should be reached, and execution of the command block. The three parameters can be obtained from the three conditions that the command block end point should be at the time when the command should end.
回転軸２は図１０のＣ軸経路に示されるように指令ブロック全体で線形に移動を行うように制御する。回転軸１の制御用２次曲線の決定と回転軸２の速度計算を特異点動作回避準備部３７で行い、特異点動作回避準備部３７で求められた回転軸１の制御用２次曲線と回転軸２の速度の情報に基づき、特異点動作回避部３８にて回転軸１および回転軸２の移動を制御する。 The rotary shaft 2 is controlled to move linearly over the entire command block as indicated by the C-axis path in FIG. The determination of the secondary curve for control of the rotating shaft 1 and the calculation of the speed of the rotating shaft 2 are performed by the singular point motion avoidance preparation unit 37, and the control secondary curve obtained by the singular point motion avoidance preparation unit 37 Based on the information on the speed of the rotating shaft 2, the singular point motion avoiding unit 38 controls the movement of the rotating shaft 1 and the rotating shaft 2.
図５に示した加工プログラムの例では、ブロックＮ３０では、工具先端点の移動量が４０．０ｍｍであり指令速度が６００ｍｍ／分であるので、ブロック実行時間は４秒である。Ａ軸が本来特異点に到達すべき時刻２秒に−１０度になるように指定されていたとすると、ブロック始点からの時刻ｔにおけるＡ軸の位置を表す二次曲線はＡ（ｔ）＝（−５／２）ｔ2＋１０ｔ−２０となる。また、回転軸２の速度は１８０度を４秒で除算することにより４５度／秒となる。上述した図１０のグラフで、Ａ軸経路は二次曲線Ａ（ｔ）＝（−５／２）ｔ2＋１０ｔ−２０であり、Ｃ軸経路は４５度／秒で移動する経路として示されている。 In the example of the machining program shown in FIG. 5, in block N30, the amount of movement of the tool tip is 40.0 mm and the command speed is 600 mm / min, so the block execution time is 4 seconds. Assuming that the A-axis is designated to be −10 degrees at the time 2 seconds at which the singular point should be originally reached, the quadratic curve representing the position of the A-axis at time t from the block start point is A (t) = ( −5/2) t 2 + 10t−20. Further, the speed of the rotary shaft 2 is 45 degrees / second by dividing 180 degrees by 4 seconds. In the graph of FIG. 10 described above, the A-axis path is a quadratic curve A (t) = (− 5/2) t 2 + 10t−20, and the C-axis path is shown as a path moving at 45 degrees / second. Yes.
上述した処理を図１２−１および図１２−２に示すアルゴリズムのフローチャートに従って説明する。図１２−１は、本発明の実施の形態１における特異点動作回避準備部３７が処理するアルゴリズムを示すフローチャートを説明する。
●［ステップＳＢ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＢ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＢ２］指令ブロック始点からの時刻ｔにおける回転軸１の位置を表す関数Ａ（ｔ）を計算し、ステップＳＢ３へ移行する。
●［ステップＳＢ３］回転軸２の速度Ｖ２を計算する。
The processing described above will be described with reference to the flowcharts of the algorithms shown in FIGS. 12-1 and 12-2. FIG. 12A is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoidance preparation unit 37 according to the first embodiment of the present invention.
[Step SB1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to Step SB2, and if it is not 1, the process is terminated. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SB2] A function A (t) representing the position of the rotary shaft 1 at the time t from the command block start point is calculated, and the process proceeds to Step SB3.
[Step SB3] The speed V2 of the rotating shaft 2 is calculated.
図１２−２は本発明の実施の形態１における特異点動作回避部３８が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＣ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＣ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＣ２］関数Ａ（ｔ）に基づき回転軸１の移動指令を生成し、ステップＳＣ３へ移行する。
●［ステップＳＣ３］速度Ｖ２に基づき回転軸２の移動指令を生成し、処理を終了する。
FIG. 12-2 is a flowchart showing an algorithm processed by the singular point motion avoiding unit 38 according to the first embodiment of the present invention.
[Step SC1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to Step SC2, and if it is not 1, the process is terminated. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SC2] A movement command for the rotary shaft 1 is generated based on the function A (t), and the process proceeds to Step SC3.
[Step SC3] A movement command for the rotating shaft 2 is generated based on the speed V2, and the process is terminated.
＜参考例１＞
指令ブロックの一部で工具姿勢を変更する参考例１を説明する。この参考例１は、特異点を通過する指令ブロックで、回転軸１の位置と特異点との差が設定値以下となる範囲で回転軸２の移動が行われるように制御する。
参考例１の対象とする移動指令では、図６に示したように、回転軸１は始点→特異点→終点と移動する。始点→特異点、特異点→終点の回転軸１の位置の変化は線形となるので、両移動中に回転軸１の位置と特異点との差があらかじめ決められた回転軸移動許可値以下となる時刻ｔ１および時刻ｔ２は容易に計算することができる。なお、指令ブロック開始時刻から終了時刻は求めることができる。
< Reference Example 1 >
Reference Example 1 in which the tool posture is changed in part of the command block will be described. The reference example 1 is a command block that passes through a singular point, and controls the movement of the rotary shaft 2 within a range in which the difference between the position of the rotary shaft 1 and the singular point is equal to or less than a set value.
In the movement command which is a target of the reference example 1 , as illustrated in FIG. 6, the rotating shaft 1 moves from the start point to the singular point to the end point. Since the change in the position of the rotation axis 1 from the start point to the singular point and from the singular point to the end point is linear, the difference between the position of the rotation axis 1 and the singular point during both movements is less than a predetermined rotation axis movement permission value. The time t1 and the time t2 can be easily calculated. The end time can be obtained from the command block start time.
また、この時刻（ｔ１，ｔ２）の間に回転軸２がブロック始点からブロック終点まで一定速度で移動するための速度Ｖ２も容易に計算することができる。以上の計算を特異点動作回避準備部３７で行い、この計算結果の情報に基づき、特異点動作回避部３８にて回転軸２の移動を制御する。なお、前記回転軸移動許可値はパラメータで設定するか、あるいは加工プログラムで指定する。 In addition, the speed V2 for moving the rotary shaft 2 at a constant speed from the block start point to the block end point during this time (t1, t2) can be easily calculated. The above calculation is performed by the singular point motion avoidance preparation unit 37, and the movement of the rotating shaft 2 is controlled by the singular point motion avoidance unit 38 based on the information of the calculation result. The rotation axis movement permission value is set by a parameter or by a machining program.
図５に示した加工プログラム例では、ブロックＮ３０の実行時間は４秒であり、この間に工具姿勢（Ａ軸）は４０．０度変化するので、工具姿勢の角速度は１０．０度／秒である。回転軸移動許可値として１０度が設定されていたとすると、Ｎ３０のブロック開始から１秒後（ｔ１）から３秒後（ｔ２）の２秒間でＣ軸の移動を行うことになり、Ｃ軸の速度は９０．０度／秒となる。 In the machining program example shown in FIG. 5, the execution time of the block N30 is 4 seconds, and the tool posture (A axis) changes by 40.0 degrees during this time, so the angular velocity of the tool posture is 10.0 degrees / second. is there. Assuming that 10 degrees is set as the rotation axis movement permission value, the movement of the C axis is performed in 2 seconds from 1 second (t1) to 3 seconds (t2) after the block start of N30. The speed is 90.0 degrees / second.
図１３は、参考例１の指令ブロック開始時刻からの時間に対するＡ軸、Ｃ軸の位置の変化を表したグラフである。Ａ軸はＡ軸経路として示されるように、時刻０の−２０度から２秒後に０度まで線形に移動し、そして４秒後までに再度−２０度の角度に戻る。Ｃ軸はＣ軸経路として示されるように、時刻０から１秒後までは角度０度を維持し、１秒後から３秒後にかけて移動速度９０．０度／秒で移動し、その後４秒後までは１８０度の角度を維持する。 FIG. 13 is a graph showing changes in the positions of the A-axis and the C-axis with respect to the time from the command block start time in Reference Example 1 . The A-axis moves linearly from −20 degrees at time 0 to 0 degrees after 2 seconds and returns to an angle of −20 degrees again by 4 seconds, as shown as the A-axis path. As shown as the C-axis path, the C-axis maintains an angle of 0 degrees from time 0 to 1 second, moves at a moving speed of 90.0 degrees / second from 1 second to 3 seconds, and then 4 seconds The angle of 180 degrees is maintained until later.
図１４は、参考例１の機械上方から見た機械制御点３の移動を表した図である。ここで点Ｓは指令ブロック始点における機械制御点３の位置、点Ｅは指令ブロック終点における機械制御点３の位置、点Ｐは特異点における機械制御点３の位置を表している。点Ｓ、点Ｐおよび点Ｅを結ぶ線分は、機械制御点３の移動経路である。参考例１では、機械制御点３は特異点Ｐを通過することになる。 FIG. 14 is a diagram illustrating the movement of the machine control point 3 as viewed from above the machine of Reference Example 1 . Here, the point S represents the position of the machine control point 3 at the command block start point, the point E represents the position of the machine control point 3 at the command block end point, and the point P represents the position of the machine control point 3 at the singular point. A line segment connecting the point S, the point P, and the point E is a movement path of the machine control point 3. In the reference example 1 , the machine control point 3 passes through the singular point P.
上述した処理を図１５−１および図１５−２に示すアルゴリズムのフローチャートに従って説明する。図１５−１は、本発明の参考例１における特異点動作回避準備部３７が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。 The processing described above will be described with reference to the algorithm flowcharts shown in FIGS. 15A and 15B. FIG. 15A is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoidance preparation unit 37 in Reference Example 1 of the present invention.
図１５−２は、本発明の参考例１における特異点動作回避部３８が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＥ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＥ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＥ２］時刻ｔ１と時刻ｔ２の間であるか否か判断し、間である場合にはステップＳＥ３に移行し、間でない場合には終了する。
●［ステップＳＥ３］速度Ｖ２に基づき回転軸２の移動指令を生成し、終了する。
FIG. 15-2 is a flowchart showing an algorithm processed by the singular point motion avoiding unit 38 in Reference Example 1 of the present invention.
[Step SE1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to Step SE2, and if it is not 1, the process is terminated. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SE2] It is determined whether or not it is between time t1 and time t2. If it is between, the process proceeds to step SE3, and if not, the process ends.
[Step SE3] A movement command for the rotary shaft 2 is generated based on the speed V2, and the process ends.
なお、この参考例１では、回転軸１の移動指令は、指令解析部３０，補間処理部３１でなされる工具姿勢制御の処理によって得られる移動指令を用いる。 In the first reference example , a movement command obtained by a tool posture control process performed by the command analysis unit 30 and the interpolation processing unit 31 is used as the movement command of the rotating shaft 1.
＜実施の形態２＞
工具姿勢が誤差を持たずに特異点における回転軸２の急激な動作を回避する実施の形態２を説明する。実施の形態１および参考例１では、許容値内ではあるが、指令に対して工具姿勢が誤差を持っていた。実施の形態２では工具姿勢が誤差を有しない。
一般に、ある工具姿勢を実現するための二回転軸角度の組み合わせは複数存在するが、回転軸の一回転の自由度を除けば二組存在し、その関係は、回転軸１の角度は特異点に対して対称となり、回転軸２の角度は１８０度の差がある。
< Embodiment 2 >
A second embodiment will be described in which the tool posture does not have an error and a sudden movement of the rotating shaft 2 at a singular point is avoided. In Embodiment 1 and Reference Example 1 , the tool posture has an error with respect to the command, although it is within the allowable value. In the second embodiment , the tool posture has no error.
In general, there are a plurality of combinations of two rotation axis angles for realizing a certain tool posture, but there are two combinations except for the degree of freedom of one rotation of the rotation axis, and the relationship is that the angle of the rotation axis 1 is a singular point. And the angle of the rotation axis 2 has a difference of 180 degrees.
工具姿勢制御で特異点を通過する指令ブロック終了の工具姿勢を実現するための角度の組み合わせのうち一組は、本願発明で取り上げているように特異点で回転軸２が非常に大きな速度で移動する組み合わせとなるが、もう一組の組み合わせでは、指令ブロック終点の工具姿勢は変わらずに回転軸２の移動はなくなり、特異点における回転軸の非常に大きな速度での移動は回避される。 One of the combinations of angles for realizing the tool posture at the end of the command block that passes the singular point in the tool posture control is a singular point and the rotary shaft 2 moves at a very high speed as described in the present invention. However, in the other combination, the tool posture at the end of the command block does not change and the movement of the rotation axis 2 is eliminated, and the movement of the rotation axis at a singular point at a very high speed is avoided.
従って、特異点動作回避準備部３７にて回転軸２の移動がなくなるような回転軸１のブロック終点を計算し、特異点動作回避部３８ではこの情報に基づいて回転軸の移動指令を生成する。ただしこの場合は、指令ブロック終点の工具姿勢の誤差はないが、回転軸座標は指令されたものと異なっている。 Therefore, the singular point motion avoidance preparation unit 37 calculates the block end point of the rotary shaft 1 such that the movement of the rotary shaft 2 is eliminated, and the singular point motion avoidance unit 38 generates a rotation axis movement command based on this information. . In this case, however, there is no error in the tool posture at the end of the command block, but the rotation axis coordinates are different from the commanded one.
例えば、図２に示した工具ヘッドが回転する５軸加工機では特異点は０度であるので、図５に示した加工プログラム例では、ブロックＮ３０の回転軸指令はＡ２０．０，Ｃ０．０であってもブロック終点の工具姿勢は変わらない。またこのときＮ３０ブロック実行中にＣ軸の移動は発生しないため、Ｃ軸の速度や加速度が大きくなることはない。 For example, since the singular point is 0 degree in the 5-axis machine in which the tool head shown in FIG. 2 rotates, in the example of the machining program shown in FIG. 5, the rotation axis command of the block N30 is A20.0, C0.0. Even so, the tool posture at the end of the block does not change. At this time, since the movement of the C axis does not occur during execution of the N30 block, the speed and acceleration of the C axis do not increase.
図１６は、本発明の実施の形態２の指令ブロック開始時刻からの時間に対するＡ軸、Ｃ軸の位置の変化を表したグラフである。図１７は、本発明の実施の形態２において機械上方から見た機械制御点３の移動を表した図である。ここで点Ｓは指令ブロック始点における機械制御点３の位置、点Ｅは指令ブロック終点における機械制御点３の位置、点Ｐは特異点における機械制御点３の位置を表している。点Ｓ、点Ｐおよび点Ｅを結ぶ線分は、機械制御点３の移動経路である。実施の形態２では機械制御点３は特異点Ｐを通過する。 FIG. 16 is a graph showing changes in the positions of the A-axis and the C-axis with respect to the time from the command block start time according to the second embodiment of the present invention. FIG. 17 is a diagram illustrating movement of the machine control point 3 as viewed from above the machine in the second embodiment of the present invention. Here, the point S represents the position of the machine control point 3 at the command block start point, the point E represents the position of the machine control point 3 at the command block end point, and the point P represents the position of the machine control point 3 at the singular point. A line segment connecting the point S, the point P, and the point E is a movement path of the machine control point 3. In the second embodiment , the machine control point 3 passes through the singular point P.
上述した処理を図１８−１および図１８−２に示すアルゴリズムのフローチャートに従って説明する。図１８−１は、本発明の実施の形態２における特異点動作回避準備部３７が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＦ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＦ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＦ２］回転軸１の指令ブロック終点角度Ａ１と速度Ｖ１とを計算する。
●［ステップＳＦ３］回転軸２の速度Ｖ２を０（ゼロ）とし、終了する。
The processing described above will be described with reference to the algorithm flowcharts shown in FIGS. 18A and 18B. FIG. 18A is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoidance preparing unit 37 in the second embodiment of the present invention.
[Step SF1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If 1, the process proceeds to step SF2, and if not, the process ends. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SF2] The command block end point angle A1 and the speed V1 of the rotary shaft 1 are calculated.
[Step SF3] The speed V2 of the rotary shaft 2 is set to 0 (zero), and the process ends.
図１８−２は、本発明の実施の形態２における特異点動作回避部３８が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＧ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＧ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＧ２］速度Ｖ１に基づき回転軸１の移動指令を生成する。
●［ステップＳＧ３］速度Ｖ２に基づき回転軸２の移動指令を生成し、終了する。なお、この場合速度Ｖ２＝０であるので、回転軸２は移動しない。
FIG. 18-2 is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoiding unit 38 according to the second embodiment of the present invention.
[Step SG1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to Step SG2. If it is not 1, the process is terminated. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SG2] A movement command for the rotary shaft 1 is generated based on the speed V1.
[Step SG3] A movement command for the rotary shaft 2 is generated based on the speed V2, and the process ends. In this case, since the speed V2 = 0, the rotating shaft 2 does not move.
＜参考例２＞
工具姿勢は指令ブロック始点と指令ブロック終点における工具姿勢を含む平面内にあり、かつ指令ブロック終点の回転軸座標が指令されたものとなる方法である。実施の形態２では、工具姿勢の誤差はないが、指令ブロック終点の回転軸座標が指令されたものと異なっており、その後の動作に影響を与える可能性がある。参考例２はこれを防止するものである。
< Reference Example 2 >
This is a method in which the tool posture is in a plane including the tool posture at the command block start point and the command block end point, and the rotation axis coordinates of the command block end point are commanded. In the second embodiment , there is no error in the tool posture, but the rotation axis coordinates of the command block end point are different from those instructed, which may affect the subsequent operation. Reference Example 2 prevents this.
特異点通過判断部３６にて特異点を通過すると判断した場合には、数値制御装置１０の内部で自動的に、指令ブロック始点から特異点までの動作である動作１、特異点における動作である動作２、特異点から指令ブロック終点までの動作である動作３の三つの動作に分割する。動作２では回転軸２の速度を機械最大速度とは別に設定した特異点回転軸速度となるように制御を行い、動作１と動作３とでは動作２を実行するために必要な時間を考慮してブロック全体の実行時間が変化しないように回転軸１の速度を調節した制御を行う。特異点回転軸速度はパラメータで設定するか、または加工プログラムで指定する。 When the singular point passage determining unit 36 determines that the singular point is passed, the operation is an operation 1 from the command block start point to the singular point, and an operation at the singular point, automatically inside the numerical controller 10. The operation is divided into three operations of operation 2 and operation 3 which is an operation from the singular point to the command block end point. In operation 2, the speed of the rotary shaft 2 is controlled to be a singular point rotary shaft speed set separately from the maximum machine speed, and in operation 1 and operation 3, the time required to execute operation 2 is taken into consideration. Thus, control is performed by adjusting the speed of the rotary shaft 1 so that the execution time of the entire block does not change. The singular point rotation axis speed is set by a parameter or specified by a machining program.
図５に示した加工プログラム例で、ブロックＮ３０に参考例２を適用する。動作１はＡ軸が−２０度から０度へ移動する動作、動作２はＣ軸が０度から１８０度へ移動する動作、動作３はＡ軸が０度から−２０度へ移動する動作である。動作２におけるＣ軸の速度である特異点回転軸速度が１８０度／秒であるとすると、動作２を実行するために必要な時間は１秒であり、ブロック実行時間は４秒であるから、動作１は指令ブロック開始時刻から１．５秒までの期間であり、動作２は１．５秒から２．５秒の期間であり、動作３は２．５秒から４秒までの期間である。また、動作１と動作３のＡ軸の速度は１３．３３３度／秒（２０度／１．５秒）、−１３．３３３度／秒（−２０度／１．５秒）となる。 In the example of the machining program shown in FIG. 5, the reference example 2 is applied to the block N30. Operation 1 is an operation in which the A axis is moved from -20 degrees to 0 degrees, Operation 2 is an operation in which the C axis is moved from 0 degrees to 180 degrees, and Operation 3 is an operation in which the A axis is moved from 0 degrees to -20 degrees. is there. If the singular point rotation axis speed, which is the speed of the C axis in the operation 2, is 180 degrees / second, the time required to execute the operation 2 is 1 second, and the block execution time is 4 seconds. Operation 1 is a period from the command block start time to 1.5 seconds, operation 2 is a period from 1.5 seconds to 2.5 seconds, and operation 3 is a period from 2.5 seconds to 4 seconds. . In addition, the speeds of the A-axis in operations 1 and 3 are 13.333 degrees / second (20 degrees / 1.5 seconds) and -13.333 degrees / second (-20 degrees / 1.5 seconds).
図１９は、図５に示した加工プログラム例のブロックＮ３０を本発明の参考例２を適用したときの、指令ブロック開始時刻からの時間に対するＡ軸、Ｃ軸の位置の変化を表したグラフである。図に示されるように、０〜ｔ３（１．５秒）の期間は動作１、ｔ３（１．５秒）からｔ４（２．５秒）の期間は動作２、ｔ４（２．５秒）から指令ブロック終点（４秒）の期間は動作３として自動的に３つの動作に分割される。 FIG. 19 is a graph showing changes in the positions of the A axis and the C axis with respect to the time from the command block start time when the reference example 2 of the present invention is applied to the block N30 of the machining program example shown in FIG. is there. As shown in the figure, the period from 0 to t3 (1.5 seconds) is operation 1, the period from t3 (1.5 seconds) to t4 (2.5 seconds) is operation 2, and t4 (2.5 seconds). To the command block end point (4 seconds) is automatically divided into three operations as operation 3.
図２０は、本発明の参考例２において機械上方から見た機械制御点３の移動を表した図である。ここで点Ｓは指令ブロック始点における機械制御点３の位置、点Ｅは指令ブロック終点における機械制御点３の位置、点Ｐは特異点における機械制御点３の位置を表している。点Ｓ、点Ｐおよび点Ｅを結ぶ線分は、機械制御点３の移動経路である。参考例２では、機械制御点３は特異点を通過する。 FIG. 20 is a diagram illustrating movement of the machine control point 3 as viewed from above the machine in Reference Example 2 of the present invention. Here, the point S represents the position of the machine control point 3 at the command block start point, the point E represents the position of the machine control point 3 at the command block end point, and the point P represents the position of the machine control point 3 at the singular point. A line segment connecting the point S, the point P, and the point E is a movement path of the machine control point 3. In Reference Example 2 , the machine control point 3 passes through the singular point.
工具先端点の移動がない指令でこの方法を用いると、動作２中には回転軸１であるＡ軸の動作が発生しないため、特異点において工具の滞留が発生し工具１は回転軸２の特異点回転軸速度に基づいて回転することから、ワークにカッターマークがつくなどの面品質に悪影響を与える可能性がある。しかし、位置決めなど面品質に関係のない部分であれば、工具姿勢を崩すことなく、また指令ブロック終点の回転軸座標を変更することなく、工具の移動を制御することが可能である。 If this method is used with a command in which the tool tip point does not move, the movement of the A-axis, which is the rotating shaft 1, does not occur during the operation 2, so that the tool stays at a singular point and the tool 1 Since the rotation is based on the singular point rotation axis speed, there is a possibility of adversely affecting the surface quality such as a cutter mark on the workpiece. However, it is possible to control the movement of the tool without losing the tool posture and without changing the rotation axis coordinate of the command block end point as long as it is not related to surface quality such as positioning.
上述した処理を図２１−１および図２１−２に示すアルゴリズムのフローチャートに従って説明する。図２１−１は、本発明の参考例２における特異点動作回避準備部が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＨ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＨ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＨ２］指令ブロック始点から指令ブロック終点までの区間で、機械の動作を、特異点までの動作１、特異点における動作２、特異点以降の動作３に分割する。
●［ステップＳＨ３］回転軸１の動作１における速度Ｖ１１、動作２における速度Ｖ１２、動作３における速度Ｖ１３を計算し、終了する。ただし、速度Ｖ１２は０である。
The processing described above will be described with reference to the flowcharts of the algorithms shown in FIGS. 21-1 and 21-2. FIG. 21A is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoidance preparation unit in Reference Example 2 of the present invention.
[Step SH1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to step SH2. If it is not 1, the process ends. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SH2] In the section from the command block start point to the command block end point, the machine operation is divided into operation 1 up to the singular point, operation 2 at the singular point, and operation 3 after the singular point.
[Step SH3] The speed V11 in the operation 1 of the rotating shaft 1, the speed V12 in the operation 2, and the speed V13 in the operation 3 are calculated, and the process ends. However, the speed V12 is zero.
図２１−２は、本発明の参考例２における特異点動作回避部が処理するアルゴリズムを示すフローチャートである。
●［ステップＳＪ１］回避フラグＦが１であるか否か判断し、１である場合にはステップＳＪ２へ移行し、１でない場合には終了する。回避フラグＦが１であることは、特異点を通過し、かつ特異点で回転軸２の速度が非常に大きくなることを意味する。
●［ステップＳＪ２］動作１か否か判断し、動作１である場合にはステップＳＪ３へ移行し、動作１でない場合にはステップＳＪ４へ移行する。
●［ステップＳＪ３］図２１−１のステップＳＨ３で計算して求めた速度Ｖ１１に基づき回転軸１の移動指令を生成し、終了する。
●［ステップＳＪ４］動作２か否かを判断し、動作２である場合にはステップＳＪ５へ移行し、動作２でない場合にはステップＳＪ８へ移行する。
●［ステップＳＪ５］回転軸２の特異点回転軸速度を読み込む。回転軸２の特異点回転軸速度は機械の最大速度とは別にあらかじめ設定あるいは加工プログラムで指定され数値制御装置内に記憶された値である。参考例２を実行してもワークＷに悪影響を与えない程度の速度として設定される。
●［ステップＳＪ６］特異点回転軸速度に基づき回転軸２の移動指令を生成する。
●［ステップＳＪ７］速度Ｖ１２に基づき回転軸１の移動指令を生成し、終了する。この場合、速度Ｖ１２は０である。
●［ステップＳＪ８］動作３として、図２１−１のステップＳＨ３で計算して求めた速度Ｖ１３に基づき回転軸１の移動指令を生成し、終了する。
FIG. 21-2 is a flowchart illustrating an algorithm processed by the singular point motion avoiding unit in Reference Example 2 of the present invention.
[Step SJ1] It is determined whether or not the avoidance flag F is 1. If it is 1, the process proceeds to step SJ2. If it is not 1, the process ends. If the avoidance flag F is 1, it means that the singular point is passed and the speed of the rotating shaft 2 becomes very high at the singular point.
[Step SJ2] It is determined whether or not the operation 1 is performed. If the operation 1 is performed, the process proceeds to step SJ3. If the operation 1 is not performed, the process proceeds to step SJ4.
[Step SJ3] A movement command for the rotary shaft 1 is generated based on the speed V11 calculated in step SH3 of FIG.
[Step SJ4] It is determined whether or not the operation 2 is performed. If the operation 2 is performed, the process proceeds to step SJ5. If the operation 2 is not performed, the process proceeds to step SJ8.
[Step SJ5] The singular point rotation axis speed of the rotation axis 2 is read. The singular point rotation axis speed of the rotation axis 2 is a value set in advance or specified by a machining program and stored in the numerical control device separately from the maximum speed of the machine. The speed is set so as not to adversely affect the workpiece W even if the reference example 2 is executed.
[Step SJ6] A movement command for the rotating shaft 2 is generated based on the singular point rotating shaft speed.
[Step SJ7] A movement command for the rotary shaft 1 is generated based on the speed V12, and the process ends. In this case, the speed V12 is zero.
[Step SJ8] As operation 3, a movement command for the rotating shaft 1 is generated based on the speed V13 calculated in step SH3 of FIG.
なお、参考例２による移動を示す図１９について補足して説明すると、動作１ではＡ軸はステップＳＪ３の移動指令による移動、Ｃ軸は工具姿勢制御による指令による移動（ただし、工具姿勢制御による指令ではＣ軸はこの区間で移動しない。図６参照。）を行う。動作２ではＡ軸の移動指令は０としＣ軸はステップＳＪ６の移動指令による移動を行う。動作３ではＡ軸はステップＳＪ８の移動指令による移動、Ｃ軸は工具姿勢制御による指令による移動（ただし、工具姿勢制御による指令ではＣ軸はこの区間で移動しない。図６参照。）を行う。 In addition, FIG. 19 showing the movement according to the reference example 2 will be supplementarily described. In the operation 1, the A axis is moved by the movement command in step SJ3, and the C axis is moved by the command by the tool attitude control (however, the command by the tool attitude control is Then, the C axis does not move in this section (see FIG. 6). In operation 2, the A-axis movement command is set to 0, and the C-axis is moved by the movement command in step SJ6. In operation 3, the A-axis is moved by the movement command in step SJ8, and the C-axis is moved by the command by the tool posture control (however, the C-axis is not moved in this section by the command by the tool posture control, see FIG. 6).
以上説明したように、工具姿勢制御を維持しつつ、Ｃ軸が急激に回転することを防止できるようになり、５軸加工機への負荷を防止できるとともに、ワークＷ面にカッターマークが付くことを防止できる。 As described above, it is possible to prevent the C-axis from rotating rapidly while maintaining the tool posture control, to prevent a load on the 5-axis processing machine, and to attach a cutter mark to the workpiece W surface. Can be prevented.
これまでは工具ヘッド回転形５軸加工機（図２参照）によって説明したが、５軸加工機にはテーブル回転形（図２２参照）やテーブルと工具ヘッドが回転する混合形（図２３参照）がある。テーブル回転形は２つの回転軸によってテーブルが旋回する５軸加工機であり、混合形は工具ヘッドとテーブルに回転軸が１つずつ備わった５軸加工機である。
本発明は、これらテーブル回転形および混合形の５軸加工機においても適用できる。図２２のテーブル回転形５軸加工機においてＡ軸は回転軸１、Ｃ軸は回転軸２に相当する。また、図２３の混合形５軸加工機においてＡ軸は回転軸１、Ｃ軸は回転軸２に相当する。また、図２、図２２、図２３では機械の持つ回転軸がＡ軸とＣ軸の２軸であるとしたが、機械によってはＡ軸とＢ軸、またはＢ軸とＣ軸の２軸を持つ場合もある。本発明はこのような機械に対しても適用できる。
Up to now, the tool head rotating type 5-axis processing machine (see FIG. 2) has been described, but the 5-axis processing machine has a table rotating type (see FIG. 22) and a mixed type in which the table and the tool head rotate (see FIG. 23). There is. The table rotation type is a 5-axis machining machine in which the table is rotated by two rotation axes, and the mixed type is a 5-axis machining machine in which one rotation axis is provided for each of the tool head and the table.
The present invention can also be applied to these table rotary type and mixed type 5-axis machines. In the table rotary type 5-axis machine in FIG. 22, the A axis corresponds to the rotary shaft 1 and the C axis corresponds to the rotary shaft 2. 23, the A axis corresponds to the rotary shaft 1 and the C axis corresponds to the rotary shaft 2. In FIGS. 2, 22, and 23, the rotation axes of the machine are the two axes of the A axis and the C axis. However, depending on the machine, the two axes of the A axis and the B axis, or the B axis and the C axis may be used. Sometimes it has. The present invention can also be applied to such machines.
テーブル回転形および混合形の５軸加工機も工具ヘッド回転形の５軸加工機と同様に、工具姿勢を制御する回転軸２軸を有する。このうち１軸はワークに対して工具姿勢を傾斜させる働きがあり、他の１軸はワークに対して工具姿勢を回転させる働きがある。前者を回転軸１、後者を回転軸２と呼ぶ。回転軸１の位置を調節し、工具軸方向を回転軸２の回転中心軸と平行にするとき、回転軸２の位置は工具姿勢に影響を与えなくなる。このときの回転軸１の位置を特異点と呼ぶ。 The table rotating type and the mixed type 5-axis processing machines also have two rotating axes for controlling the tool posture, like the tool head rotating type 5-axis processing machine. Of these, one axis functions to tilt the tool posture relative to the workpiece, and the other one axis functions to rotate the tool posture relative to the workpiece. The former is called a rotating shaft 1 and the latter is called a rotating shaft 2. When the position of the rotary shaft 1 is adjusted and the tool axis direction is parallel to the rotation center axis of the rotary shaft 2, the position of the rotary shaft 2 does not affect the tool posture. The position of the rotating shaft 1 at this time is called a singular point.
１ 工具
２ 工具取付部
３ 機械制御点
４ テーブル
Ｗ ワーク
１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ＰＭＣ
１４ 表示器
１５ 入力機器
１６ インタフェース
１７ 軸制御回路
１８ サーボアンプ
１９ サーボモータ
２０ スピンドル制御回路
２１ スピンドルアンプ
２２ スピンドルモータ
３０ 指令解析部
３１ 補間処理部
３４ 各軸用加減速部
３５ サーボ制御
３６ 特異点通過判断部
３７ 特異点動作回避準備部
３８ 特異点動作回避部
Ｓ 指令ブロック始点における機械制御点の位置
Ｅ 指令ブロック終点における機械制御点の位置
Ｐ 特異点における機械制御点の位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tool 2 Tool mounting part 3 Machine control point 4 Table W Work 10 Numerical control apparatus 11 CPU
12 memory 13 PMC
14 Display 15 Input Device 16 Interface 17 Axis Control Circuit 18 Servo Amplifier 19 Servo Motor 20 Spindle Control Circuit 21 Spindle Amplifier 22 Spindle Motor 30 Command Analysis Unit 31 Interpolation Processing Unit 34 Acceleration / Deceleration Unit for Each Axis 35 Servo Control 36 Singular Point Passing Judgment unit 37 Singular point motion avoidance preparation unit 38 Singular point motion avoidance unit S Position of machine control point at command block start point E Position of machine control point at command block end point P Position of machine control point at singular point
Claims (3)
該工具姿勢制御は、指令ブロックの指令ブロック始点と指令ブロック終点の間における前記ワークに対する前記工具の姿勢が、該指令ブロック始点と該指令ブロック終点における指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢を含む平面内に存在するようにサンプリング周期毎に前記直線軸３軸と前記回転軸２軸を制御する制御であって、
該指令解析部は特異点通過判断部を有し、該特異点通過判断部は、該指令ブロック始点での指令と該指令ブロック終点での指令に基づく計算によって、該指令ブロックにおいて該工具回転用回転軸が任意の位置となる特異点または工具姿勢が該特異点での工具姿勢に対して設定値より近くなる特異点近傍を通過するか否かを判断し、
該指令解析部は特異点動作回避準備部を有し、該特異点動作回避準備部は、該特異点通過判断部において該特異点または該特異点近傍を通過すると判断された場合には、該指令ブロック全体に渡って前記工具回転用回転軸を移動させ、かつ前記工具傾斜用回転軸が本来特異点に到達すべき時刻にあらかじめ決められた角度になるように該指令ブロック始点から該指令ブロック終点に向かって前記工具傾斜用回転軸を移動させることにより工具姿勢を滑らかに変化させるように該指令ブロック全体の指令工具経路を変更した工具経路を作成し、
該補間処理部は特異点動作回避部を有し、該特異点動作回避部は、該特異点動作回避準備部で変更された工具経路を実行することを特徴とする５軸加工機用数値制御装置。 A command analysis unit for machining a workpiece fixed on a table with a tool by controlling a tool orientation of a 5-axis machining machine having three linear axes, a tool tilting rotary axis, and a tool rotating rotary axis. In a numerical control device for a 5-axis machine having an interpolation processing unit,
The tool posture control is a tool posture in which the posture of the tool with respect to the workpiece between the command block start point and the command block end point of the command block is calculated based on the command rotation axis positions at the command block start point and the command block end point. Control for controlling the three linear axes and the two rotational axes for each sampling period so as to exist in a plane including
The command analysis unit includes a singular point passage determination unit, and the singular point passage determination unit performs the tool rotation in the command block by calculation based on a command at the command block start point and a command at the command block end point. Determine whether the singular point or tool posture at which the rotation axis is at an arbitrary position passes near the singular point near the set value with respect to the tool posture at the singular point,
Finger Ordinance analysis unit has a singularity operation avoiding preparation unit, said specific point operation avoiding preparation unit, when it is determined that passes near該特Iten or said specific point in該特Iten passage determination unit, the The command block is moved from the command block starting point so that the tool rotation axis is moved over the entire command block, and the tool tilt rotation axis is at a predetermined angle at a time when the tool rotation axis should originally reach the singular point. Creating a tool path in which the command tool path of the entire command block is changed so as to smoothly change the tool posture by moving the rotation axis for tool tilt toward the end point ;
The interpolation processing unit includes a singular point operation avoiding unit, and the singular point operation avoiding unit executes the tool path changed by the singular point operation avoiding preparation unit. apparatus.
該工具姿勢制御は、指令ブロックの指令ブロック始点と指令ブロック終点の間における前記ワークに対する前記工具の姿勢が、該指令ブロック始点と該指令ブロック終点における指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢を含む平面内に存在するようにサンプリング周期毎に前記直線軸３軸と前記回転軸２軸を制御する制御であって、
該指令解析部は特異点通過判断部を有し、該特異点通過判断部は、該指令ブロック始点での指令と該指令ブロック終点での指令に基づく計算によって、該指令ブロックにおいて該工具回転用回転軸が任意の位置となる特異点または工具姿勢が該特異点での工具姿勢に対して設定値より近くなる特異点近傍を通過するか否かを判断し、
該指令解析部は特異点動作回避準備部を有し、該特異点動作回避準備部は、該特異点通過判断部において該特異点または該特異点近傍を通過すると判断された場合には、該工具回転用回転軸の移動がなくなるような該工具傾斜用回転軸のブロック終点を計算することによって指令ブロック終点における工具姿勢が指令回転軸位置に基づいて計算される工具姿勢と同じ工具姿勢となるように該指令ブロック全体の工具経路を変更した工具経路を作成し、
該補間処理部は特異点動作回避部を有し、該特異点動作回避部は、該特異点動作回避準備部で変更された工具経路を実行することを特徴とする５軸加工機用数値制御装置。 A command analysis unit for machining a workpiece fixed on a table with a tool by controlling a tool orientation of a 5-axis machining machine having three linear axes, a tool tilting rotary axis, and a tool rotating rotary axis. In a numerical control device for a 5-axis machine having an interpolation processing unit,
The tool posture control is a tool posture in which the posture of the tool with respect to the workpiece between the command block start point and the command block end point of the command block is calculated based on the command rotation axis positions at the command block start point and the command block end point. Control for controlling the three linear axes and the two rotational axes for each sampling period so as to exist in a plane including
The command analysis unit includes a singular point passage determination unit, and the singular point passage determination unit performs the tool rotation in the command block by calculation based on a command at the command block start point and a command at the command block end point. Determine whether the singular point or tool posture at which the rotation axis is at an arbitrary position passes near the singular point near the set value with respect to the tool posture at the singular point,
The command analysis unit includes a singular point motion avoidance preparation unit, and when the singular point motion avoidance preparation unit determines that the singular point passage determination unit passes the singular point or the vicinity of the singular point, By calculating the block end point of the tool tilting rotation axis so that the movement of the tool rotating shaft is eliminated, the tool posture at the command block end point becomes the same as the tool posture calculated based on the command rotating shaft position. And create a tool path in which the tool path of the entire command block is changed,
The interpolation processing unit includes a singular point operation avoiding unit, and the singular point operation avoiding unit executes the tool path changed by the singular point operation avoiding preparation unit. apparatus.
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