TW201348905A

TW201348905A - 數值控制裝置

Info

Publication number: TW201348905A
Application number: TW101143210A
Authority: TW
Inventors: Koji Terada; Masakazu Sagasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-12-01
Also published as: US20130317641A1; WO2013179366A1; US9304503B2; JPWO2013179366A1; JP5159997B1; DE112012000332T5; DE112012000332B4; CN103562808A; CN103562808B

Abstract

一種數值控制裝置，其係對於具有使可安裝上刀具之轉刀架移動之X軸、使前述轉刀架旋轉之H軸、及使工件旋轉之C軸，不具有與前述X軸正交的Y軸之工作機械進行控制之數值控制裝置，具備有：在將加工程式中的X-Y軸移動指令變換為在X-H-C座標系之指令，然後針對變換後的指令的解析結果進行內插而連動驅動X軸、H軸及C軸之假想Y軸控制模式中，進行假想Y軸的快速進給指令的解析之解析手段；按照前述解析後的假想Y軸的快速進給指令，而進行C軸角度之內插之C軸內插處理手段；以及根據前述內插得到的C軸角度，而進行X軸位置之內插之X軸內插處理手段。前述數值控制裝置係以讓C軸的速度維持等速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。

Description

數值控制裝置

本發明係關於數值控制裝置。

過去，有一種車床的型式，係具備有用來抓持工件(work)且控制旋轉角度之C軸、用來控制位置以使轉刀架(turret)與C軸相接或相分離之X軸、使工件在C軸的軸線方向移動之Z軸、及進行與X軸垂直的平面之加工所需之Y軸而構成者(第一型式的車床)。另外，還有一種車床的型式，係雖然不具有實際的Y軸但具有可相對於C軸而控制在任意的角度之轉刀架軸(H軸)，且具備有藉由控制H軸的旋轉角度及C軸與H軸的間隔之X軸位置的同步暨協調控制而進行Y軸方向的加工之假想Y軸控制機能者(第二型式的車床)。這樣的車床，除了通常的車削加工外，還可對於工件的圓周面正確地進行Y軸方向的平面加工。

在上述兩種構成之車床中的第一型式的車床中，若要使Y軸快速進給，則基本上只要將快速進給指令(G0)下給Y軸就會按照單獨下給Y軸之指令而以G0速度作動。

專利文獻1中記載一種在具有相互正交的三個直線軸(X軸、Y軸、Z軸)及兩個旋轉軸(C軸、A軸)的加工頭之數值控制裝置中，從NC程式中的X軸、Y軸、Z軸的移動量，亦即加工頭的前端移動量來算出X、Y、Z的實際的移動量，亦即根部的移動量，然後將算出的根部的移動量輸出至X、Y、Z的驅動馬達之技術。具體而言，係解析NC程式，抽出各單節(block)的前端移動量，根據此前端移動量計算出每單位時間的前端移動量，將每單位時間的前端移動量予以座標變換為每單位時間的根部的移動量，再將每單位時間的根部的移動量換算為實際速度後，進行實際速度與最大速度之比較，若超過最大速度就求出箝制(clamp)率，並將指令速度乘以箝制率來進行速度箝制，然後再計算出每單位時間的前端移動量。因此，根據專利文獻1，就會在因為加工頭的前端的速度與根部的速度的偏差而導致實際速度超過機械的最大速度之情況，使實際速度自動減速至最大速度，使實際速度不會超過最大速度。

[先前技術文獻] (專利文獻)

(專利文獻1)日本特開昭63-293609號公報

專利文獻1中記載之技術，係與具備有Y軸之第一型式的車床有關之技術，而專利文獻1中完全沒有與第二型式的車床有關之記載。

在第二型式的車床之情況，Y軸實際上並不存在，而是利用C軸、H軸、X軸動作之合成來實現，所以若要進行Y軸之快速進給(亦即，要沿著Y軸而直線地快速進給)，就必然要使C軸、H軸、X軸同時動作。因此，情況與第一型式的車床不一樣，即使在可忽視加工頭的前端的速度與根部的速度的偏差之情況，也會有C軸的速度超過箝制速度之情形。

舉例來說，在第二型式的車床之情況，按照假想Y軸的快速進給指令(G0)而進行D切(D cutting)加工後的返回動作等之假想的Y軸移動時，係使假想的Y軸移動以一定的速度進行。就第二型式的車床而言，因為使該假想的Y軸移動以一定的速度進行，所以必須使C軸以在旋轉角度範圍內呈凸狀增減之速度旋轉。此時，若在C軸的旋轉角度範圍的中央附近的角度，C軸的速度超過箝制速度，就會計算出用來在C軸的旋轉角度範圍內使C軸的速度在箝制速度以下之箝制率，並將Y軸移動指令乘以箝制率，藉此而自動地再計算假想的Y軸移動的速度使之向下方修正。結果，在執行的單節(block)中之C軸的速度就會整體變低，因此執行中的單節的執行時間會變長，加工的週期時間(cycle time)也容易變長，而有數值控制裝置所控制的加工的生產性會降低之可能性。

本發明係鑑於上述的課題而完成者，其目的在獲得可減低沒有Y軸之工作機械所做加工的週期時間之數值控制裝置。

為了解決上述課題，達成上述目的，本發明的一個態樣之數值控制裝置，係對於具有使可安裝上刀具之轉刀架移動之X軸、使前述轉刀架旋轉之H軸、及使工件旋轉之C軸，不具有與前述X軸正交的Y軸之工作機械進行控制之數值控制裝置，具備有：在將加工程式中的X-Y軸移動指令變換為在X-H-C座標系之指令，然後針對變換後的指令的解析結果進行內插而連動驅動X 軸、H軸及C軸之假想Y軸控制模式中，進行假想Y軸的快速進給指令的解析之解析手段；按照前述解析後的假想Y軸的快速進給指令，而進行C軸角度之內插(interpolation)之C軸內插處理手段；以及根據前述內插得到的C軸角度，而進行X軸位置之內插之X軸內插處理手段，且前述數值控制裝置係以讓C軸的速度維持等速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。

根據本發明，就可使以快速進給進行假想的Y軸移動之單節中的C軸的速度整體維持在高速，可高速地進行假想Y軸的快速進給，因此可有效地縮短執行中之單節的執行時間。因而，可減低沒有Y軸之工作機械所做加工的週期時間。

1、1i‧‧‧數值控制裝置

2‧‧‧輸入操作部

3‧‧‧輸入控制部

4‧‧‧記憶體

5‧‧‧參數記憶區域

6‧‧‧加工程式記憶區域

7‧‧‧共有區域

8‧‧‧畫面顯示資料區域

9‧‧‧畫面處理部

10‧‧‧顯示部

11‧‧‧解析處理部

12‧‧‧假想Y軸指令處理手段

13‧‧‧D切指令處理手段

14‧‧‧內插處理部

15‧‧‧假想Y軸內插處理手段

16‧‧‧假想Y軸快速進給指令處理手段

17‧‧‧C軸G0內插處理手段

18‧‧‧C軸等速時X軸內插處理手段

20、20i‧‧‧假想Y軸控制處理部

21‧‧‧X/Y平面演算手段

22‧‧‧X/Y→X/C座標變換手段

23‧‧‧C軸分割數計算手段

24‧‧‧C軸分割位置對應X軸計算手段

25‧‧‧X軸移動量計算手段

26‧‧‧D切時Y軸快速進給控制手段

27‧‧‧軸資料輸出入部

28i‧‧‧選擇手段

31‧‧‧X軸伺服控制部

32‧‧‧H軸伺服控制部

33‧‧‧C軸伺服控制部

41、42、43‧‧‧伺服馬達

第1圖(a)及(b)係顯示實施形態1中之工作機械的構成之圖。

第2圖係顯示實施形態1之數值控制裝置的構成之圖。

第3圖(a)至(d)係顯示實施形態1之數值控制裝置之D切時的各軸的動作之圖。

第4圖(a)及(b)係實施形態1中之D切的各元素說明圖。

第5圖(a)至(c)係實施形態1中之D切時的C、H、X軸的關係圖。

第6圖係顯示實施形態1中之D切的加工步驟之流程圖。

第7圖(a)及(b)係顯示實施形態1中之D切的加工步驟之圖。

第8圖係顯示實施形態2之數值控制裝置的構成之圖。

第9圖(a)至(d)係顯示實施形態2之數值控制裝置之D切時的各軸的動作之圖。

第10圖(a)至(d)係顯示比較例1之圖。

第11圖(a)及(b)係顯示比較例2之圖。

以下，根據圖式來詳細說明本發明之數值控制裝置的實施形態。本發明並不受此等實施形態所限定。

實施形態1.

針對實施形態1之數值控制裝置1進行說明。

數值控制裝置1，係以數值控制(Numerical Control，以下簡稱為NC)方式控制工作機械MT之數值控制車床，係控制工作機械MT以進行工件WK之加工。數值控制裝置1，係對於例如圓柱形的工件WK進行沿著Y軸直線地將圓形斷面的一部分切掉使斷面看起來像文字D之所謂的D切加工。此時，因為本實施形態中之工作機械MT不具有Y軸，因此數值控制裝置1係利用X軸、C軸及H軸來代替實際上不存在之Y軸而假想地實現直線部的加工所需之Y軸控制。

具體而言，工作機械MT係具有如第1圖(a)、(b)所示的構成。第1圖(a)、(b)分別為顯示工作機械MT的重要部分及座標系之斜視圖及正面圖。工作機械MT具有轉刀架TR及工件WK。工作機械MT具有X軸、Z軸、H軸、及C軸。X軸係使轉刀架TR移動之移動軸，係以例如使H軸與C軸接近或分離之形態移動。Z軸係使例如圓柱狀的工件WK在中心軸方向移動之移動軸，與X軸正交。H軸係藉由旋轉而使刀具旋轉換位之旋轉軸。C軸係使例如圓柱狀的工件WK在圓周方向旋轉之旋轉軸。工作機械MT並不具有Y軸。亦即，Y軸並非實際存在的軸，只是在使用者所作成的加工程式中的假想Y軸內插模式內使用的假想的移動軸，分別與X軸及Z軸正交。假想Y軸內插模式，係將加工程式中的X-Y軸移動指令變換為在X-H-C座標系之指令，然後針對變換後的指令的解析結果進行內插而連動驅動X軸、H軸及C軸之控制模式。

在例如要控制沒有Y軸之工作機械MT在假想的Y軸方向進行D切加工之情況，係如第7圖所示，利用C軸、H軸、X軸動作的合成來實現Y軸移動。亦即，第7圖(a)顯示的是使用第1圖所示構成之工作機械MT，按照D切加工指令(G1)而進行工件WK之D切加工，然後在返回的路徑以快速進給指令(G0)使刀具返回之情況的加工步驟。在步驟(1)至(4)中進行D切加工，然後在步驟(5)至(8)中以快速進給指令使刀具動作而回到原來的位置。其中，D切加工的切削方向與返回方向可在相同的方向亦可在相反的方向，切削可從左右(或+-)之任一方開始。

使用者為了實現第7圖(a)所示的步驟(5)至(8)，而製作出例如第7圖(b)所示之加工程式。如第7圖(b)所示，在從假想Y軸內插模式開啟(on)到取消(cancel)為止之假想Y軸內插模式內，指定X軸、Y軸的座標位置而作成想要的加工程式。使用者係不考慮H軸、C軸之旋轉，而是假想為在例如第7圖之步驟(2)的狀態，亦即刀具方向與假想平面X軸一致之狀態然後指定X-Y座標等來作成加工程式。

此處，假設考慮的是：如第10圖(a)所示，數值控制裝置按照快速進給指令(G0)，進行D切加工後的返回動作等之假想的Y軸移動時，使假想的Y軸移動以一定的速度Vy1進行之情況(比較例1)。在此情況，為了使假想的Y軸移動以一定的速度Vy1進行，必須在第10圖(d)所示之C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5中，使C軸的速度Vc1如第10圖(b)所示呈例如常態分佈(normal distribution)曲線般之凸狀變化，使H軸的速度也與第10圖(b)一樣變化，使X軸的速度Vx1以在C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5的中央附近的角度θ 3為0之從負(minus)方向往正(plus)方向變化之三次函數曲線狀變化。亦即，將第10圖(a)所示之假想Y軸的速度Vy1變換至實際軸的速度，亦即變換至第10圖(b)、(c)所示之C軸的速度Vc1、H軸的速度、X軸的速度Vx1。

此時，如例如第10圖(b)所示，若C軸的速度Vc1超過C軸的容許速度範圍中之最高速度(箝制速度)Vcmax，則進行計算出用來讓C軸的速度Vc1的最大值變為在最高速度(箝制速度)Vcmax以下之箝制率，並將Y軸移動指令乘以箝制率之速度箝制。藉此，自動地再計算假想的Y軸移動的速度，而就C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5而言整體往下方修正到第10圖(a)中的虛線所示的速度Vy2。因此，使假想的Y軸移動的速度變換為如第10圖(a)所示之假想Y軸的速度Vy2後之C軸的速度Vc2、H軸的速度、X軸的速度Vx2也如第10圖(b)、(c)中的虛線所示，就C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5而言整體往下方修正。

結果，因為執行中的單節(block)的C軸的速度整體變低，所以執行中的單節的執行時間變長。例如，如第10圖(b)、(c)所示，到達C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5的終點的角度θ 5之時點(timing)變為在原先的t51之後之t52。亦即，因為控制成使得從時點t0到t52之C軸的速度Vc2的積分值(總旋轉量)、與從時點t0到t51之箝制前的C軸的速度Vc1的積分值(總旋轉量)相等，所以與進行速度箝制前相比，執行中的單節的執行時間就會變長△T2。如此一來，不具有Y軸之工作機械MT所做加工的週期時間就容易變長，而有數值控制裝置所控制的加工的生產性會降低之可能性。

或者，假設考慮的是：如第11圖(a)、(b)所示，數值控制裝置按照快速進給指令(G0)，進行D切加工後的返回動作等之假想的Y軸移動時，使假想的Y軸移動以一定的速度Vy1進行，同時選擇性地對於C軸的速度Vc1的最大值超過最高速度(箝制速度)Vcmax之區域PT2施加速度箝制，對於其他的區域PT1、PT3則不施加速度箝制之情況(比較例2)。在此情況，假想Y軸的速度Vy1會成為在區域PT2被選擇性地向下修正之速度Vy3，C軸的速度Vc1會成為區域PT2被選擇性箝制之速度Vc3。

此時，如例如第11圖(b)所示，為了補充因為速度箝制而損失之總旋轉量Wc1，必須藉由選擇性地對於例如區域PT3中之C軸的速度Vc1施加平滑化(smoothing)等來增加總旋轉量Wc3之份量。因此，到達C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5的終點的角度θ 5之時點變為在原先的t51之後之t53，所以與進行速度箝制前相比，執行中的單節的執行時間就會變長△T3。如此一來，不具有Y軸之工作機械MT所做加工的週期時間就容易變長，而有數值控制裝置所控制的加工的生產性會降低之可能性。

因此，本實施形態在數值控制裝置1中進行並非以讓假想的Y軸移動以一定的速度Vy1進行為出發點，而是以讓C軸(實際的軸)的旋轉以一定的速度Vc進行為出發點之控制。

具體而言，數值控制裝置1係進行如例如第3圖(b)所示之控制。第3圖(a)~(c)顯示在例如假想Y軸內插模式中將快速進給指令下給假想Y軸之情況的各軸的動作例。在假想Y軸內插模式中，Y軸軌跡係由C軸之旋轉及H軸之旋轉及X軸的位置變位所決定，但因為係以等量的旋轉角度來控制H軸及C軸，所以此處以直接使工件加工面旋轉之C軸為中心進行說明。第3圖(a)至(c)中，為了比較而用虛線表示比較例1、2中之箝制前的各軸的動作。

數值控制裝置1係如第3圖(b)中之粗實線所示，使C軸在C軸旋轉角度的全域θ 1至θ 5都以一定的速度Vc，亦即最高速度Vcmax旋轉，且伴隨著C軸的旋轉也使X軸速度Vx升高。於是，C軸速度Vc與X軸速度Vx之合成，亦即假想Y軸速度Vy，會呈現如第3圖(a)中之實線所示之凹狀的曲線。因此，假想Y軸速度Vy在C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5的兩端側的速度會超過指令速度fy，但如第3圖(d)所示因為是不伴隨著實際加工之快速進給且並非實際上存在之軸，因此不易發生機械性的問題。

結果，就因為可使執行中的單節中的C軸的速度整體維持在最高速度Vcmax，可高速地進行假想Y軸之快速進給，所以可有效地縮短執行中之單節的執行時間。例如，如第3圖(b)、(c)所示，到達C軸的旋轉角度範圍θ 1至θ 5的終點的角度θ 5之時點變為在原先的t51之前之t5。亦即，因為控制成使得從時點t0到t5之C軸的速度Vc的積分值(總旋轉量)、與從時點t0到t51之比較例1、2中之箝制前的C軸的速度Vc1的積分值(總旋轉量)相等，所以與比較例1、2中之進行速度箝制前相比，執行中的單節的執行時間可縮短△T。如此一來，就可有效地減低不具有Y軸之工作機械MT所做加工的週期時間，而可提高數值控制裝置所控制的加工的生產性。

第4圖顯示Y軸、C軸、H軸及X軸的座標系及各元素等的詳細內容。第4圖(a)顯示D切加工開始時的位置關係，第4圖(b)顯示在D切加工的中間位置之詳細的位置關係。在第4圖中，R為從轉刀架軸的旋轉中心到刀具安裝座之距離，T為刀具長，u為加工面之距離工件中心的偏心量。若加工程式中指定了假想Y軸上的加工開始位置，就進行刀具長度補正及刀具直徑補正，求出加工開始時的刀具中心位置p1，然後計算出與該位置p1對應之C軸及H軸的旋轉角度(c=h)以及從C軸中心到H軸中心之距離，再使各個軸移動到加工開始位置。x1、x2為D切加工之加工開始時的X座標值及C=0°時(切入到最深處時)之X座標值。由於第4圖中的H軸的旋轉角度h係以0°為中心之單側的角度，因此刀具前端的切削移動量y必須用H軸的旋轉角度h的兩倍的角度來算出。

接著，若加工程式中指定了加工終點位置，就同樣地求出加工結束時的刀具中心位置p2，並在假想XY平面上進行連結刀具中心位置p1與刀具中心位置p2之線上的點的直線內插。然後，在最後將內插的資料變換為X軸及H軸(旋轉軸)的實際軸位置並輸出至各軸的伺服控制部，以驅動伺服馬達。藉此，而協調進行C軸旋轉、H軸旋轉、H軸之往C軸方向的位置控制(亦即X軸的移動)。結果，就可在與工件WK的中心相距指定距離之位置，對於與半徑方向垂直的面進行平面加工或開孔加工。

第5圖(a)至(c)係顯示以假想Y軸控制進行D切加工時之C軸、H軸、X軸的關係之圖，顯示第4圖中之R+T+u=200，工件WK的半徑=30，且從工件WK的45°移動到-45°的情況之位置與角度的詳細內容。而且，為了簡化而將刀具直徑設為“0”。

在如第5圖(a)至(c)所示之使刀具對準半徑30 mm之工件WK的C=45°的位置之情況，若假設從H軸中心到通過C軸中心之傾斜的假想Y軸上的Y軸位置(30×sin45°=21.213)之垂線(R+T+u)的長度為200 mm，則C軸及H軸只要分別傾斜約6°即可。此角度係套用如以下之數式(1)而求出。

H軸傾斜度(h)=tan^-1{r×sin θ_t/(R+T+u)}...數式(1)

與C軸之從工件(半徑r=30 mm)WK的中心所見的指定位置(θ=45°)對應之座標會為：假想Y軸座標=30×sin45°=21.213，X座標=30×cos45°=21.213。此時在H軸中心的角度會為tan^-1(21.213/200)=6.054°。

X軸變位(x)係根據(R+T+u)/(cos(h))而求出，若H軸在+6°到-6°之間旋轉，則X軸變位(x)之曲線會如第5圖(b)所示。而且，此時X軸係進行往復運動，所以如第5圖(b)中的虛線所示，刀具的速度在朝向C軸中心時(前半)為負，在遠離C軸中心時(後半)為正。

因此，只要針對C軸及H軸在約6°到約-6°之間以指定速度進行內插，然後計算出與內插中的C軸的各角度對應之X位置而使刀具移動，就可實現大致呈直線且快速之Y軸的移動。

大略的步驟如下：

<C軸資料之輸出>

1.計算出C軸角度/C軸G0FdT=m(餘數進位)，且設定(set)控制計數器CTc。

2.累加C軸G0FdT(dx計算用)。

3.在控制計數器CTc=1之前在每個IT(控制單位時間)輸出G0FdT。

4.只要CTc=1就輸出剩餘距離(角度)。

<X軸資料之輸出>

1.計算出作為fx=dx/dt中的dx值之(R+T)×(cos θ_t-cos θ_t+1)，其中cos θ_t為前次值，cos θ_t+1為此次值。

2.在控制計數器CTc=0之前，以dx值作為X軸之FdT而予以輸出。

此時，每控制單位時間之各軸的位置，係套用以下之數式(2)至(4)來算出。速度係將每控制單位時間之與前次的位置之差除以控制單位時間所得到之值。

θ=Σ F△T...數式(2)

x=(R+T)×cos θ...數式(3)

y=(R+T)×tan θ...數式(4)

在數式(2)中，F△T為例如快速進給時之每控制單位時間之旋轉角度。

接著，使用方塊圖及流程圖來說明詳細的控制內容。第2圖係實施形態1之數值控制裝置1的一個構成例，第6圖係顯示利用此構成來控制各種處理所需的步驟之流程圖的一例。此處揭示的控制內容並非在每一控制單位時間執行者，而是就其機能而表示者。

數值控制裝置1係如第2圖所示具備有以下的構成元件。

輸入操作部2，係具有例如鍵盤等，透過鍵盤等而接受來自使用者之指示。輸入控制部3係用來將輸入訊號從輸入操作部2取入之介面(interface)。記憶體4係用來記憶各種資訊。舉例來說，記憶體4具有記憶各種控制所需的參數(parameter)之參數記憶區域5、用來儲存對工件進行加工所需的加工程式之加工程式記憶區域6、在數值控制裝置1的控制中由各控制手段適當地共有而使用之共有區域7、以及用來儲存將顯示於顯示部10之資訊之畫面顯示資料區域8。畫面處理部9係用來使畫面顯示資料顯示在顯示部10上之介面。

解析處理部11進行加工程式之解析。解析處理部11係具有例如假想Y軸指令處理手段12、D切指令處理手段13、以及假想Y軸快速進給指令處理手段(解析手段)16。

假想Y軸指令處理手段12係進行假想Y軸內插模式指令(例如第7圖(b)所示之「M111」及「M101」)之解析。D切指令處理手段13係進行D切加工指令(例如第7圖(b)所示之「G01 Y-50 F1000」)之解析。假想Y軸快速進給指令處理手段16係進行假想Y軸的快速進給指令(例如第7圖(b)所示之「G00 Y50」)之解析。

內插處理部14，係根據控制模式而計算出控制各軸之連續的各個控制單位時間的每控制單位時間的移動量。內插處理部14係具有例如假想Y軸內插處理手段15、C軸G0內插處理手段(C軸內插處理手段)17、以及C軸等速時X軸內插處理手段(X軸內插處理手段)18。

假想Y軸內插處理手段15係按照假想Y軸的移動指令而進行Y軸位置之內插。C軸G0內插處理手段17係按照解析後的假想Y軸的快速進給指令而進行C軸角度之內插。C軸等速時X軸內插處理手段18係根據C軸G0內插處理手段17所內插得到的C軸角度而進行X軸位置之內插。此時，C軸等速時X軸內插處理手段18係以例如讓C軸的速度維持等速度而使C軸旋轉，且插補X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。諸該內插處理之詳細容後陳述。

假想Y軸控制處理部20係具有X/Y平面演算手段21、X/Y→X/C座標變換手段22、以及D切時Y軸快速進給控制手段26。D切時Y軸快速進給控制手段26具有C軸分割數計算手段23、C軸分割位置對應X軸計算手段24、以及X軸移動量計算手段25。

軸資料輸出入部27，係將從內插處理部14經由假想Y軸控制處理部20而輸出的各控制軸的移動資料，予以輸出至X軸伺服控制部31、H軸伺服控制部32、C軸伺服控制部33，由各伺服控制部將之變換為馬達驅動電力以驅動X、H、C各軸的伺服馬達41,42,43。另外，經由軸資料輸出入部27及假想Y軸控制處理部20而從各軸伺服控制部31,32,33將各軸伺服馬達的編碼器(encoder)等的回授資料取入到記憶體4中。

接著，針對第2圖之構成的數值控制裝置1的動作進行說明，其中因為在D切控制中C軸旋轉角度及轉刀架軸(H軸)旋轉角度相等，所以只使用C軸進行說明。

操作者(operator)按照顯示部10中顯示的導引(guidance)等之資訊而操作輸入操作部2，以在加工之前將加工作業所需的資訊設定或選擇作為參數。另外，還從未圖示的輸入裝置將加工程式輸入至記憶體4的加工程式記憶區域6，或從複數個加工程式選擇出希望的加工程式並將之輸入至加工程式記憶區域6，而進行加工作業的準備。

加工作業的準備完成，就使數值控制裝置1起動而依序讀取加工程式，並解析及執行加工程式。解析處理部11解析從加工程式記憶區域6讀取的程式單節(program block)(亦即加工程式的各行)。舉例來說，在假想Y軸控制的D切模式中，若讀取到第7圖(b)所示的加工程式中的「N104 M111」(N為序號，假想Y軸內插模式指令為例如M111)，假想Y軸指令處理手段12就作動，然後在讀取到假想Y軸內插取消指令(例如M101)之前，每次讀取Y軸指令都使假想Y軸內插處理手段15作動。其中，當如N106至N109之D切程式輸進來，D切指令處理手段13就作動，利用X/Y平面演算手段21將程式指令值展開成為包含了刀具補正之X及Y軸座標值。

接著，由X/Y→X/C座標變換手段22將X及Y軸座標值變換至與X、Y指令值對應之C軸旋轉角度及X軸位置。變換得到之C軸旋轉角度及X軸位置再由假想Y軸內插處理手段15將之變換為每控制單位時間的移動量，然後經由軸資料輸出入部27而輸出至各伺服控制部，以控制各伺服馬達而使希望的加工進行。

假想Y軸快速進給指令處理手段16，係在假想Y軸內插模式中且在D切程式中，有快速進給指令下給Y軸之時作動，且與通常的D切一樣，使假想Y軸內插處理手段15、X/Y平面演算手段21、X/Y→X/C座標變換手段22作動而將指令值變換為X軸C軸座標值，且採用C軸優先控制模式而將X軸C軸座標資料(旋轉角度)輸入至C軸G0內插處理手段17。假想Y軸快速進給指令處理手段16，係使D切時Y軸快速進給控制手段26中的C軸分割數計算手段23作動，以與預定的一定速度(例如G0速度)對應之每控制單位時間的旋轉角度(假設為θ dT)來分割該變換得到的C軸旋轉角度資料，求出C軸分割數(餘數進位)並記憶起來。預定的一定速度係預先設定於例如C軸分割數計算手段23中。

進行D切之際，C軸G0內插處理手段17係每控制單位時間都將C軸現在位置(角度)加上θ dT(依序加分割數次)，且將θ dT輸出至軸資料輸出入部27。其中，最後一次係使用剩餘角度。

C軸等速時X軸內插處理手段18，係使C軸分割位置對應X軸計算手段24作動，以計算出與每時間dT變化之C軸的分割位置對應之X軸位置。此時，C軸等速時X軸內插處理手段18係以讓假想Y軸的軌跡為直線之方式利用預定的變換式計算出X軸位置。X軸移動量計算手段25，係從此次求出的X軸位置與前次求出的X軸位置之差來計算出每控制單位時間的移動量(假設為FdT)，並將之輸出至軸資料輸出入部27。

又，如本說明書之開頭所說明過的，H軸係以與C軸相同的指令值加以控制，因此以讓刀具底面一直與C軸所抓持的工件WK的Y軸面垂直之方式驅使H軸旋轉，來控制刀具使之相對於工件WK到達正確的位置。

第6圖係顯示在第2圖之構成的NC裝置中之假想Y軸控制中之D切加工時的假想Y軸的快速進給指令(G0)的處理內容之圖。其中，因為H軸係利用C軸的計算結果之軸故將H軸之說明予以省略。

在步驟1中，將加工程式讀入，讀取假想Y軸內插指令(在此例中為M111)及假想Y軸內插取消指令(在此例中為M101)。

在步驟2中，進行按照假想Y軸內插指令而設定(set)假想Y軸內插模式旗標(flag)、或按照假想Y軸內插取消指令而重設(reset)假想Y軸內插模式旗標等之與假想Y軸控制相關聯之命令的處理。以及，計算出X軸及Y軸的指令位置。

在步驟3中，計算出對於X軸及Y軸的指令位置進行刀具補正而得到之X軸及Y軸的座標位置，再計算出與X軸及Y軸的座標位置對應之C軸角度及X軸位置。

在步驟4中，以與C軸的G0速度或另外設定的速度對應之每控制單位時間的移動量(旋轉角度)，例如θ dT，來分割與Y軸G0移動指令值對應之C軸角度而計算出C軸的分配次數(餘數進位)，並將之設定(set)至記憶體4中之C軸分配計數器CTc(與控制計數器CTc相同者)。

在步驟5中，檢查C軸分配計數器CTc的內容是否為“0”，以判斷是否為：是初次且沒有資料之情形、或者是C軸的分配已結束之情況。若內容為0(步驟5的結果為「是」)，則因為C軸的分配已結束故無需再處理而結束。若內容不為0(步驟5的結果為「否」)，則處理進入到步驟6。

在步驟6中，檢查C軸分配計數器CTc的內容是否為“1”。此係判定分配處理是否為：即將變為另一處理之最後一次。若內容不為“1”(步驟6的結果為「否」)，則因為並非最後一次，所以處理進入到下一步驟7。若內容為“1”(步驟6的結果為「是」)，則處理進入到進行剩餘距離處理之步驟10。

步驟7至步驟9，係針對Y軸G0指令而輸出以一定的速度先計算出之C軸的分配次數份的分配資料之處理。

在步驟7中，為了驅使C軸以例如G0速度旋轉，而將對應於G0速度之θ₀dT設定至輸出暫存器(register)。並且，將輸出的θ₀dT加到C軸現在位置(角度)，以更新位置資訊。再計算出與更新過的C軸角度對應之X軸位置，然後將與前次X軸位置之差當作是X軸的每控制單位時間的移動量FdT而將之設定至輸出暫存器。

在步驟8中，將在步驟7中設定至輸出暫存器之C軸與X軸的每控制單位時間的移動量θ₀dT與FdT輸出至軸資料輸出入部27。以及，將C軸分配計數器CTc予以遞減(decrement)。

在步驟9中，檢查C軸分配計數器CTc的內容是否變為“1”。若內容不為“1”(步驟9的結果為「否」)，則因為C軸分配控制尚有剩餘(不包含最後一次)，所以處理回到步驟7，在步驟7與步驟8進行下一個控制單位時間的分配處理。若內容為“1”(步驟9的結果為「是」)，則為了進行最後一次的處理，使處理進入到步驟10。

在步驟10中，與步驟7一樣處理分配角度，但此處因為已是最終處理，所以輸出相對於指令角度為小數之剩餘距離(角度)。X軸也一樣，計算出到達與C軸的指令角度對應之位置為止之FdT。

在步驟11中，將在步驟10中設定至輸出暫存器之C軸與X軸的每控制單位時間的移動量θ 1dT(為剩餘角度)與FdT輸出至軸資料輸出入部27。以及，將C軸分配計數器CTc予以遞減。

藉由以上之處理，就會因為使C軸以G0或與G0相當之一定的速度旋轉，而使假想Y軸控制之D切程式中的假想Y軸的快速進給指令(G0)能夠不受到速度箝制的影響而以最短時間執行。在上述說明中，因為H軸也是利用計算出來供C軸用之指令值加以控制，所要做的動作一樣，故將其說明予以省略。

如以上所述，在實施形態1中，數值控制裝置1中之假想Y軸快速進給指令處理手段16解析在假想Y軸控制之D切模式中下給Y軸之假想Y軸的快速進給指令，C軸G0內插處理手段17按照解析後的假想Y軸的快速進給指令而進行C軸角度之內插。例如，C軸G0內插處理手段17係以速度箝制不作動之一定的速度Vc(參照第3圖(b))進行內插。C軸等速時X軸內插處理手段18根據C軸G0內插處理手段17所內插得到之C軸角度來進行X軸位置之內插。例如，C軸等速時X軸內插處理手段18係以讓控制點位在Y軸路徑上之方式計算出與C軸的各內插位置(角度)對應之X座標值，藉此而插補出X軸位置。然後，數值控制裝置1藉由將上述各軸的移動量的計算結果輸出至X軸、C軸、H軸、Z軸各軸的伺服控制部31至33，而以讓C軸的速度維持等速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線(參照第3圖(b)至(d))。因此，可將以快速進給進行D切加工後的返回動作等之假想的Y軸移動之單節(block)中的C軸的速度整體維持在高速，可高速執行假想Y軸的快速進給，而可有效地縮短執行中之單節的執行時間。因此，可有效率地減低不具有Y軸之工作機械MT所做加工的週期時間，可提高數值控制裝置所控制的加工的生產性。

又，在實施形態1中，數值控制裝置1係以讓C軸的速度維持在C軸的容許速度範圍中的最高速度Vcmax(G0速度)而旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。因此，可使假想Y軸之快速進給以相當高的速度執行。

又，在實施形態1中，C軸之內插雖然係依據與例如C軸的G0速度對應之一定值之FdT(θ₀dT)及C軸分配計數器CTc的內容，來進行以分配次數為基礎之控制，但亦可採用以下之方法來進行，亦即每次都從包含剩餘距離(角度)及G0之速度指令值來計算出每控制單位時間的移動量FdT並予以輸出之方法。

實施形態2.

接著，使用第8圖來說明實施形態2之數值控制裝置1i。第8圖係顯示實施形態2之數值控制裝置1i的構成之圖。以下，以與實施形態1不同的部分為中心進行說明。

實施形態1係預先在數值控制裝置1(例如C軸分割數計算手段23)中設定想要使C軸的速度維持之預定的一定的速度，實施形態2則是設計成可從C軸的容許速度範圍中選擇所想要使C軸的速度維持之預定的一定的速度。

具體而言，數值控制裝置1i的假想Y軸控制處理部20i係如第8圖所示還具有選擇手段28i。選擇手段28i從C軸的容許速度範圍中選擇一個速度。

可例如以表格(table)等的形式預先準備如第9圖(b)所示之離散的複數個速度Vc、Vc’、Vc”，然後由選擇手段28i從該複數個速度Vc、Vc’、Vc”中選擇一個速度。複數個速度Vc、Vc’、Vc”分別如例如第9圖(a)至(d)所示，係預先做實驗而取得之能夠以與比較例1、2中之以箝制前之C軸的速度Vc1執行之情況相比較較短的時間使C軸旋轉者。速度Vc係為例如與實施形態1 一樣之值，係為例如最高速度Vcmax(G0速度)。在例如重視速度之情況係選擇速度Vc，在例如重視精度之情況係選擇速度Vc”。

或者，可例如預先準備如第9圖(b)所示之連續的選擇範圍SR，然後由選擇手段28i從該選擇範圍SR中選擇一個速度。選擇範圍SR係例如預先做實驗而取得之能夠以與比較例1、2中之以箝制前之C軸的速度Vc1執行之情況相比較較短的時間使C軸旋轉者。選擇範圍SR的上限的速度Vc係為例如與實施形態1一樣之值，係為例如最高速度Vcmax(G0速度)。在例如重視速度之情況係選擇選擇範圍SR的上限附近的速度，在例如重視精度之情況係選擇選擇範圍SR的下限附近的速度。

然後，C軸分割數計算手段23以與選擇手段28i所選擇之速度對應之每控制單位時間的旋轉角度(假設為θ dT)來分割經X/Y→X/C座標變換手段22加以變換而得到之C軸旋轉角度資料，求出C軸分割數(餘數進位)。因此，數值控制裝置1i係以讓C軸的速度維持在選擇手段28i所選擇的一個速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。

如以上所述，在實施形態2中，數值控制裝置1i中之選擇手段28i從C軸的容許速度範圍中選擇一個速度。然後，數值控制裝置1i以讓C軸的速度維持在選擇手段28i所選擇的一個速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。因此，可實現在想要使C軸的速度維持之一定速度方面的自由度很高之控制，可擴大假想Y軸的快速進給的應用範圍。

(產業上之可利用性)

如以上所述，本發明之數值控制裝置可利用於工作機械之控制。

Claims

一種數值控制裝置，係對於具有使可安裝上刀具之轉刀架移動之X軸、使前述轉刀架旋轉之H軸、及使工件旋轉之C軸，不具有與前述X軸正交的Y軸之工作機械進行控制之數值控制裝置，具備有：解析手段，在將加工程式中的X-Y軸移動指令變換為在X-H-C座標系之指令，然後針對變換後的指令的解析結果進行內插而連動驅動X軸、H軸及C軸之假想Y軸內插模式中，進行假想Y軸的快速進給指令的解析；C軸內插處理手段，按照前述解析後的假想Y軸的快速進給指令，而進行C軸角度之內插；以及X軸內插處理手段，根據前述內插得到的C軸角度，而進行X軸位置之內插；前述數值控制裝置係以讓C軸的速度維持等速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。
如申請專利範圍第1項之數值控制裝置，其中，前述等速度係C軸的容許速度範圍中的最高速度，前述數值控制裝置係以讓C軸的速度維持在前述最高速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。
如申請專利範圍第1項之數值控制裝置，還具備有：從C軸的容許速度範圍中選出一個速度之選擇手段，前述數值控制裝置係以讓C軸的速度維持在前述選出的一個速度而使C軸旋轉，且控制X軸位置俾使假想Y軸之移動大致呈直線。