專利名稱：切削阻力解析裝置及包括該裝置的切削加工裝置、切削阻力解析程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用多刃刀具進(jìn)行機(jī)械加工的切削阻力解析裝置及包括該裝置的切削加工裝置以及切削阻力解析程序。
背景技術(shù)：
目前，為了將被加工部件按照所需形狀進(jìn)行切削加工，使用旋轉(zhuǎn)切削工具來進(jìn)行切削加工。例如，在專利文獻(xiàn)I中公開有一種切削方法:在切削阻力檢測工序中檢測被加工部件施加于旋轉(zhuǎn)切削工具的切削阻力，并通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)切削工具的移動速度來使切削阻力的大小大致一定，從而達(dá)到切削加工工序的效率化和旋轉(zhuǎn)切削工具壽命的延長化的效果。并且，在專利文獻(xiàn)2中公開了一種切削加工方法:在三維曲面中，通過在完工切削之前進(jìn)行預(yù)切削以使對應(yīng)于每規(guī)定切削轉(zhuǎn)速的切削體積大致一定或者逐漸減小，從而能夠在將工具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度保持一定的同時(shí)使切削阻力大致一定?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn):專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平8-25178號公報(bào)(平成8年I月30日公開)專利文獻(xiàn)2:(日本)特開平10-113846號公報(bào)(平成10年5月6日公開)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述現(xiàn)有的切削阻力解析裝置中，存在如下問題。即，在上述公報(bào)中公開的切削阻力解析裝置中，與切削機(jī)床等的單刃刀具或多刃刀具無關(guān)地考慮施加于旋轉(zhuǎn)切削工具整體的切削阻力大小來調(diào)整旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速
/又寸。因此，在利用多刃刀具的切削工序中，由于不能準(zhǔn)確地把握施加在每刃上的切削阻力，因此可能產(chǎn)生如下問題:例如，如果考慮刀刃的破損則無法充分地增加進(jìn)給速度，從而在切削工序中產(chǎn)生損耗，如果考慮切削效率則過度增加進(jìn)給速度而使每刃的切削阻力增大導(dǎo)致刀刃的破損等。本發(fā)明的課題在于提供一種切削阻力解析裝置及包括該裝置的切削加工裝置以切削阻力解析程序，從而能夠可靠地防止多刃刀具破損，并且能夠提高切削加工工序中的
加工效率。第一發(fā)明的切削阻力解析裝置為利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具對被加工物進(jìn)行切削加工時(shí)，算出多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的移動軌跡上的多個(gè)加工點(diǎn)的切削阻力的切削阻力解析裝置，包括數(shù)據(jù)存儲部、切削阻力計(jì)算部、接觸刃數(shù)計(jì)算部和每刃切削阻力計(jì)算部。數(shù)據(jù)存儲部存儲有關(guān)于多刃旋轉(zhuǎn)工具的形狀、刃數(shù)及被加物的形狀的數(shù)據(jù)。切削阻力計(jì)算部算出施加在多刃旋轉(zhuǎn)工具上的切削阻力的大小。接觸刃數(shù)計(jì)算部算出與被加工物的加工面同時(shí)接觸的多刃旋轉(zhuǎn)工具的刃數(shù)。每刃切削阻力計(jì)算部基于切削阻力的大小和接觸刃數(shù)計(jì)算部中的計(jì)算結(jié)果，算出多刃旋轉(zhuǎn)工具的每刃的切削阻力。在此，利用具有多個(gè)刀刃的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具對被加工物進(jìn)行切削加工時(shí)，根據(jù)接觸部分的切削阻力的大小及受到切削阻力的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)等算出每刃的切削阻力的大小。在此，每刃的切削阻力的大小根據(jù)被加工物的形狀等可在規(guī)定的加工點(diǎn)算出，也可以在多刃旋轉(zhuǎn)工具的移動軌跡上的多個(gè)加工點(diǎn)算出。即，在被加工物的形狀單純的情況下，由于切削阻力的大小幾乎不變，可以在一個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力，在被加工物的形狀復(fù)雜的情況下，可以在切削阻力大小變化的多個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力。由此，在利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的切削加工工序中，基于每刃的切削阻力大小提高或降低多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度，從而能夠可靠地防止多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刀刃受到破損，并且能夠提高切削加工工序中的加工效率。第二發(fā)明的切削阻力解析裝置在第一發(fā)明的切削阻力解析裝置的基礎(chǔ)上，還包括切削除去體積計(jì)算部，該切削除去體積計(jì)算部利用存儲于數(shù)據(jù)存儲部中的各種數(shù)據(jù)，算出多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的規(guī)定加工點(diǎn)的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的切削除去體積。并且，切削阻力計(jì)算部基于被加工物的固有的比切削阻力和切削除去體積計(jì)算部中算出的切削除去體積，算出施加在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具上的切削阻力的大小。第三發(fā)明的切削阻力解析裝置在第一或者第二發(fā)明的切削阻力解析裝置的基礎(chǔ)上，接觸刃數(shù)計(jì)算部基于多刃旋轉(zhuǎn)切削工具和被加工物的接觸部分中的最外圓弧長度，算出與被加工物的加工面同時(shí)接觸的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)。第四發(fā)明的切削阻力解析裝置在第一至第三發(fā)明中的任一發(fā)明的切削阻力解析裝置的基礎(chǔ)上，每刃切削阻力計(jì)算部在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的大致等間隔地配置的多個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力。在此，在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的移動軌跡上大致等間隔地配置的多個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力的大小。由此，即使在對形狀復(fù)雜的被加工物進(jìn)行切削加工的情況下，通過在各個(gè)加工點(diǎn)算出切削阻力，在切削阻力變化大的情況下也能夠認(rèn)識各個(gè)加工點(diǎn)的切削阻力的大小。由此，例如在利用該切削阻力的解析結(jié)果進(jìn)行切削加工時(shí)，基于各個(gè)加工點(diǎn)的切削阻力的大小控制多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度使其提高或者降低。第五發(fā)明的切削阻力解析裝置在第一至第四發(fā)明中的任一發(fā)明的切削阻力解析裝置的基礎(chǔ)上，還包括切削阻力插補(bǔ)部，該切削阻力插補(bǔ)部基于每刃切削阻力計(jì)算部中算出的規(guī)定加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小和與該規(guī)定加工點(diǎn)鄰接的加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小，通過線性插補(bǔ)算出加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力。在此，基于多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的規(guī)定加工點(diǎn)的每刃的切削阻力和與該規(guī)定加工點(diǎn)相鄰的加工點(diǎn)的每刃的切削阻力，通過線性插補(bǔ)算出加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力大小。由此，通過只分別算出多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的移動軌跡上的多個(gè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力，能夠容易地算出多刃旋轉(zhuǎn)切削工具所有軌跡上的每刃的切削阻力大小。第六發(fā)明的切削阻力解析裝置在第五發(fā)明的切削阻力解析裝置的基礎(chǔ)上，在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的上游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力小于下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力時(shí)，切削阻力插補(bǔ)部將下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小設(shè)定為與該下游側(cè)加工點(diǎn)相鄰的加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力大小。在此，在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的加工軌跡上，將下游側(cè)的每刃的切削阻力大小設(shè)定為已知加工中每刃的切削阻力增大的相鄰加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力。由此，例如作為加工中每刃的切削阻力有可能激增的加工點(diǎn)之間的切削阻力的設(shè)定值，設(shè)下游側(cè)的較大的每刃的切削阻力為基準(zhǔn)，由此能夠可靠地防止施加在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的每刃上的負(fù)荷激增而破損等問題的發(fā)生。第七發(fā)明的切削加工解析裝置在第一至第六發(fā)明中的任一發(fā)明的切削加工解析裝置的基礎(chǔ)上，還包括進(jìn)給速度調(diào)整部，該進(jìn)給速度調(diào)整部根據(jù)每刃切削阻力計(jì)算部中的計(jì)算結(jié)果調(diào)整多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度。在此，根據(jù)上述切削阻力解析裝置中算出的每刃的切削阻力大小，設(shè)定多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度。具體而言，例如在某加工點(diǎn)切削阻力比目標(biāo)值小時(shí)，提高多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度以使每刃的切削阻力接近目標(biāo)值。另一方面，在某加工點(diǎn)每刃的切削阻力比目標(biāo)值大時(shí)，降低多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度以使切削阻力接近目標(biāo)值。由此，能夠在考慮施加于多個(gè)旋轉(zhuǎn)切削工具每刃上的切削阻力大小的同時(shí)提高或降低多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的切削加工中的進(jìn)給速度，從而防止多刃切削工具的刀刃的破損，并且將切削加工工序中的加工效率提高至最大極限。第八發(fā)明的切削加工裝置包括:第一至第七發(fā)明中的任一發(fā)明的切削阻力解析裝置、定位控制部、速度控制部及機(jī)床部。定位控制部進(jìn)行多刃旋轉(zhuǎn)切削工具相對于被加工物的定位。速度控制部控制多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度。機(jī)床部對被加工物進(jìn)行切削加工。第九發(fā)明的切削阻力解析程序?yàn)槔枚嗳行D(zhuǎn)切削工具進(jìn)行切削加工時(shí)解析來自被加工物的切削阻力的切削阻力解析程序，其能夠使計(jì)算機(jī)運(yùn)行切削阻力解析方法，該切削阻力解析方法包括:利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的形狀、刃數(shù)及被加工物的形狀的有關(guān)數(shù)據(jù)算出施加在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具上的切削阻力大小的工序，算出與被加工物的加工面同時(shí)接觸的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)的工序，基于切削阻力的大小和多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)算出多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的每刃的切削阻力的工序。在此提供一種切削阻力解析程序，其在利用具有多刃的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具對被加工物進(jìn)行切削加工時(shí)，基于接觸部分中的切削阻力大小及接觸部分(圓弧部分)中的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)等，算出每刃的切削阻力大小。在這里，對于每刃的切削阻力大小，可以根據(jù)被加工物的形狀等在規(guī)定的加工點(diǎn)算出，也可以在多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的移動軌跡上的多個(gè)加工點(diǎn)算出。即，在被加工物的形狀單純的情況下，由于切削阻力的大小幾乎不變，因此可以在一個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力，在被加工的形狀復(fù)雜的情況下，可以在切削阻力大小變化的多個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力。由此，在利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的切削加工工序中，基于每刃的切削阻力大小提高或降低多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度，從而能夠可靠地防止多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刀刃受到破損，并且提高切削加工工序中的加工效率。


圖1為表示搭載有本發(fā)明一實(shí)施方式的切削阻力解析裝置的切削加工裝置構(gòu)成的立體圖。圖2為表示形成在圖1的切削加工裝置內(nèi)的控制塊構(gòu)成的框圖。圖3 Ca)為表示圖1的切削加工裝置中安裝的銑刀構(gòu)成的立體圖；圖3 (b)為表示圖1的切削加工裝置中安裝的銑刀構(gòu)成的側(cè)視圖。圖4為表示圖1的控制部制作的功能塊的框圖。圖5為表示利用搭載于圖1的切削加工裝置上的控制部在切削阻力解析模擬中算出每刃切削阻力大小的計(jì)算流程的流程圖。圖6為根據(jù)圖5的流程圖進(jìn)行切削加工時(shí)的概念圖。圖7 Ca)為安裝在圖1的切削加工裝置中的銑刀概念圖，圖7 (b)為安裝在圖1的切削加工裝置中的銑刀的底面圖，圖7 (c)為表示與工件接觸的部分的立體圖。圖8為表示安裝于圖1的切削加工裝置的銑刀與工件之間的位置關(guān)系的概念圖。圖9為表示被圖1的切削加工裝置切削加工的工件形狀與銑刀之間的位置關(guān)系的俯視圖。圖10為表示在圖1的切削加工裝置中利用根據(jù)圖5的流程算出的切削阻力值進(jìn)行切削加工程序更換的流程的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下參照圖1 圖10說明搭載有本發(fā)明一實(shí)施方式的切削阻力解析裝置的切削加工裝置10。[切削加工裝置10的構(gòu)成]本發(fā)明實(shí)施方式的切削加工裝置10為利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具(銑刀T)對由金屬材料形成的工件(被加工物)W進(jìn)行切削加工的裝置，如圖1所示，包括控制部(切削阻力解析裝置)11和機(jī)床部16等?？刂撇?1參照存儲部(數(shù)據(jù)存儲部)22a (參照圖2)中儲存的坯料設(shè)計(jì)圖3D-CAD數(shù)據(jù)、目標(biāo)NC程序、工具形狀信息等進(jìn)行所需的切削加工，并且在實(shí)施切削加工前通過模擬算出每刃的切削阻力。需要說明的是，關(guān)于通過模擬算出每刃的切削阻力的方法，將于后文進(jìn)行詳細(xì)敘述。NC程序在切削加工裝置10內(nèi)部由G代碼表示，該G代碼用于處理軸的移動、坐標(biāo)系的設(shè)定等。例如，G00X200.0Y150.0使工具移動到坐標(biāo)值(200，150)處。G01X300.0Y200.0F60使工具以進(jìn)給速度60直線移動到坐標(biāo)值(300，200)處。如圖1所示，機(jī)床部16包括主軸12、滑鞍13等，按照所需形狀對工件W進(jìn)行切削加工。如圖1所示，主軸12安裝于主軸頭12a上，安裝于其前端的銑刀(多刃旋轉(zhuǎn)切削工具)T接受主軸旋轉(zhuǎn)用的伺服電動機(jī)12b的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，對工件W進(jìn)行切削加工?；?3為安裝有工件W的平臺，接受伺服電動機(jī)25a，25b等的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力使?jié)L珠絲杠28 (參照圖2)等旋轉(zhuǎn)，從而使工件W在X方向上、在Y方向上移動。另外，在本實(shí)施方式中，通過伺服電動機(jī)25c使支柱進(jìn)行上下移動，從而使主軸12相對于工件W在如圖1所示的Z方向(工具的上下移動方向)上移動。工件W由未圖示的夾具被固定在工作臺上。由此，因?yàn)槟軌蛳鄬τ阢姷禩使工件W相對移動，從而能夠按照所需形狀對工件W進(jìn)行切削加工。另外，如圖2所示，切削加工裝置10包括靠控制部11側(cè)的輸入部21、運(yùn)算控制部
22、伺服控制部23以及靠機(jī)床部16側(cè)的測速發(fā)電機(jī)24、伺服電動機(jī)25a 25c、位置檢測器27。輸入部21讀取在Floppy (注冊商標(biāo))盤、快閃存儲器等眾所周知的存儲介質(zhì)上儲存的內(nèi)容，并將讀取的信息輸出到運(yùn)算控制部22，由操作員向該輸入部21輸入各種設(shè)定條件等信息。運(yùn)算控制部22基于輸入部21發(fā)來的信息進(jìn)行銑刀T相對于工件W的相對進(jìn)給速度、相對位置及插補(bǔ)(直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ))等運(yùn)算，由此對伺服電動機(jī)25a 25c等進(jìn)行驅(qū)動控制。另外，運(yùn)算控制部22包括存儲部22a和運(yùn)算部22b。如圖2所示，存儲部22a存儲有切削加工后的工件W的設(shè)計(jì)圖(3D-CAD圖)數(shù)據(jù)、目標(biāo)NC程序、銑刀T的工具形狀信息等，通過由控制部11讀取這些信息，在機(jī)床部16中能夠進(jìn)行所需的切削加工。運(yùn)算部22b基于輸入部21讀取的信息，按照存儲在存儲部22a中的各種程序進(jìn)行切削加工所需的運(yùn)算(進(jìn)給速度運(yùn)算、相對位置運(yùn)算、插補(bǔ)運(yùn)算)等，并將運(yùn)算結(jié)果變換成脈沖信號輸出到伺服控制部23。伺服控制部23包括定位控制部23a和速度控制部23b，基于從運(yùn)算控制部22發(fā)出的脈沖信號控制伺服電動機(jī)25a 25c的轉(zhuǎn)速等。另外，伺服控制部23從后述的測速發(fā)電機(jī)24接收與伺服電動機(jī)25a 25c的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的電壓值信號并對伺服電動機(jī)25a 25c的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。定位控制部23a基于從運(yùn)算控制部22接收到的脈沖信號一邊使銑刀T相對于工件W相對移動一邊進(jìn)行切削加工，并且比較從位置檢測器27輸出的當(dāng)前位置信息與目標(biāo)位置信息并進(jìn)行伺服電動機(jī)25a 25c的反饋控制。速度控制部23b比較從測速發(fā)電機(jī)24輸出的伺服電動機(jī)25a 25c的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并基于從運(yùn)算控制部22接收到的脈沖信號對銑刀T相對于工件W的相對移動速度進(jìn)行反饋控制。測速發(fā)電機(jī)24分別設(shè)置于伺服電動機(jī)25a 25c上，通過檢測因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，檢測各伺服電動機(jī)25a 25c的轉(zhuǎn)速。伺服電動機(jī)25a 25c是使搭載有工件W的滑鞍13在三維空間移動的驅(qū)動源，被伺服控制部23控制。位置檢測器27檢測利用伺服電動機(jī)25a 25c的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動在三維空間移動的滑鞍13的位置，并輸出至伺服控制部23。上述的Floppy (商標(biāo)注冊)盤或快閃存儲器中儲存有包含例如被切削部件的材料種類、工具、切削條件、加工工時(shí)等的切削加工指令信息。由此，在控制部11中讀取Floppy (商標(biāo)注冊)盤等所存儲的信息，并且通過機(jī)床部16進(jìn)行切削加工，從而工件W被制造成所需要的加工品Wl。
(銑刀Τ)如圖3 (a)和圖3 (b)所示，在本實(shí)施方式的切削加工裝置10中，利用安裝于主軸12前端的銑刀(多刃旋轉(zhuǎn)切削工具)T對工件W進(jìn)行切削加工。銑刀T為具有八個(gè)刀刃Tl (參照圖7 (b))的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具，通過相對工件W移動將其切削加工成所需形狀。(控制部11的控制塊)在本實(shí)施方式的切削加工裝置10中，如圖2所示的運(yùn)算部22b讀取存儲部22a內(nèi)所儲存的各種數(shù)據(jù)及程序，執(zhí)行如圖4所示的功能塊(切削除去體積計(jì)算部31、切削阻力計(jì)算部32、接觸刃數(shù)計(jì)算部33、每刃切削阻力計(jì)算部34、切削阻力插補(bǔ)部35，進(jìn)給速度調(diào)整部36)所表示的各種功能。在本實(shí)施方式中，通過這些功能塊，在實(shí)際實(shí)施切削加工之前實(shí)施模擬以便求出銑刀每刃的切削阻力大小。切削除去體積計(jì)算部31基于銑刀T相對于工件W的移動軌跡(工具路徑)上的各加工點(diǎn)的銑刀T的位置、姿勢等信息，算出各加工點(diǎn)的工件W和銑刀T的接觸部分C的切削除去體積。切削阻力計(jì)算部32基于切削除去體積計(jì)算部31中算出的各加工點(diǎn)的切削除去體積和工件W的比切削阻力，算出施加在工具T整體上的切削阻力大小。需要說明的是，“比切削阻力”是指每種材料固有的對應(yīng)于單位除去體積的切削阻力。在此，單位除去體積由工具的進(jìn)給量和切入量來確定，所以在除去體積中包含工具的進(jìn)給量、切入量之類的參數(shù)。切削阻力F=KrXV (其中，Kr:比切削阻力，V:除去體積)接觸刃數(shù)計(jì)算部33算出銑刀T所具有的八個(gè)刀刃Tl中在各加工點(diǎn)與工件W幾乎同時(shí)接觸的刃數(shù)。具體而言，基于圓弧部分的長度、銑刀T的前端部分的半徑及刃數(shù)，算出進(jìn)入由于銑刀T的旋轉(zhuǎn)而被切削加工的圓弧部分的刀刃Tl的個(gè)數(shù)。每刃切削阻力計(jì)算部34通過用接觸刃數(shù)計(jì)算部33中算出的接觸刃數(shù)除切削阻力計(jì)算部32中算出的切削阻力，算出在各加工點(diǎn)所施加于銑刀T的每刃上的切削阻力大小。切削阻力插補(bǔ)部35基于每刃切削阻力計(jì)算部34中算出的各加工點(diǎn)的切削阻力大小，通過線性插補(bǔ)算出各加工點(diǎn)之間的切削阻力大小。進(jìn)給速度調(diào)整部36基于每刃切削阻力計(jì)算部34中算出的各加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小，調(diào)整工具的進(jìn)給速度(以下，參照步驟S21 步驟S30)以使各加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小與每刃的目標(biāo)切削阻力大小大致相同。<每刃的切削阻力的計(jì)算模擬流程>在本實(shí)施方式的切削加工裝置10中，按照圖5的流程圖進(jìn)行模擬，算出銑刀T的每刃的切削阻力值。需要說明的是，作為切削加工的前提，輸入刀刃以不被破損的程度能夠正常加工的工具的進(jìn)給速度和切入量的值。在此，如圖7 (a)所示，在本實(shí)施方式的切削加工裝置10中，銑刀T沿著工具路徑移動，在與工具方向向量(X，y, Z)平行的面上進(jìn)行加工。另外，在本實(shí)施方式中，銑刀T的刀刃Tl個(gè)數(shù)如圖7 (b)所示為八個(gè)。并且，如圖7 (c)所示，工件W和銑刀的接觸部分C由銑刀T (工具)的傾斜度和行進(jìn)方向來確定。需要說明的是，圖7 (a)和圖7 (c)為示意圖，為了便于說明，將銑刀T的刀具省略表示。在步驟SI中，讀取銑刀T相對于工件W的移動軌跡(工具路徑)，設(shè)定工具路徑上的各加工點(diǎn)((X1, Z1)...(xn, yn, Zn))O需要說明的是,各加工點(diǎn)大致等間隔地設(shè)定在工件W的工具路徑上。在步驟S2中，輸入n=l，如圖8所示設(shè)定工具路徑上的初始位置。在步驟S3中，將在工件W上設(shè)定的工具路徑上的當(dāng)前值設(shè)為(xn，yn，zn)(參照圖8)。在步驟S4中，讀取工具路徑上的當(dāng)前值下的與工具及工具姿勢有關(guān)的信息。具體而言，分別輸入工具中心坐標(biāo)=工具路徑中的當(dāng)前位置、工具姿勢=工具方向向量(Xa，ya，za)、工具半徑r (參照圖7 (a))、工具刃數(shù)N=8。在步驟S5中，計(jì)算工具前進(jìn)方向單位向量并算出切削除去體積(圖6的斜線部)V。需要說明的是，工具前進(jìn)方向單位向量通過如下計(jì)算算出。
(Xn+1-Xn, yn+1-yn, zn+1-zn) /權(quán)十「χη)2 +(yn+i —yn)2 +(zn+1 -Zn)2另外，關(guān)于切削除去體積，如圖6的斜線部分所示，表示使工具相對于工件W從當(dāng)前值向前進(jìn)方向稍微相對移動時(shí)的切削體積。需要說明的是，為了便于說明，在使工具的軸相對于工件W的切削面垂直的狀態(tài)下進(jìn)行說明。在步驟S6中，算出在某加工點(diǎn)施加于銑刀T上的切削阻力大小。具體而言，將工件W材料的比切削阻力設(shè)為Kr時(shí)，切削阻力通過切削阻力force=KrXV來計(jì)算。在步驟S7中，算出上述某加工點(diǎn)的接觸部分C的銑刀T的最外圓弧長度L2。需要說明的是，“最外圓弧長度”是指連結(jié)刀具的刀刃前端彼此的圓弧的長度，不僅包括接觸部分C中工具與工件W實(shí)際接觸的圓弧部分的長度，還包括形成在其外側(cè)的假想圓弧的部分的長度。在步驟S8中，判斷上述某加工點(diǎn)的接觸部分C中接觸的圓弧部分是否有多個(gè)。在此，“在接觸部分C有多個(gè)圓弧部分”，如圖9所示，是指對在工件W的工具路徑上形成有槽Wa的部分進(jìn)行切削加工的狀態(tài)等。在此，當(dāng)判斷為有多個(gè)圓弧部分時(shí)進(jìn)入步驟S9，當(dāng)判斷為圓弧部分不是多個(gè)(是單個(gè))時(shí)進(jìn)入步驟SI I。在步驟S9中，因?yàn)樵诓襟ES8中判斷為有多個(gè)圓弧部分，所以判斷為只與工具路徑上的前進(jìn)方向下游側(cè)的圓弧部分接觸，只選擇下游側(cè)的圓弧部分并算出接觸部分C。這是因?yàn)楸徽J(rèn)為工具路徑上的上游側(cè)圓弧部分已經(jīng)被切削加工，在實(shí)際加工時(shí)不會與銑刀T的刀刃Tl接觸。在步驟SlO中，基于銑刀T的刀刃Tl數(shù)量算出圓周方向上的銑刀T刀刃Tl的間隔LI。在本實(shí)施方式中，因?yàn)殂姷禩的刃數(shù)為八個(gè)，所以間隔LI為銑刀T的外周(2 π r)除以8所得到的值。在步驟Sll中，基于步驟S7中算出的最外圓弧長度L2和步驟SlO中算出的圓周方向上的刀刃Tl的間隔LI，算出在某加工點(diǎn)工件W的接觸部分C的銑刀T的接觸刃數(shù)Τη。具體而言，接觸刃數(shù)Tn為最外周圓弧長度L2除以刀刃Tl的間隔LI的值的整數(shù)部分的值。在步驟S12中，算出某加工點(diǎn)的每刃的切削阻力并將其儲存。具體而言，第η個(gè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力為步驟S6中算出的切削阻力force除以接觸刃數(shù)Tn所算出來的值。在步驟S13中，將η設(shè)為η=η+1，轉(zhuǎn)入到算出下一個(gè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力的計(jì)
算工序。在步驟S14中，判斷是否到達(dá)工具路徑的終點(diǎn)。具體而言，直到n=e為止，也就是說，在到達(dá)工具路徑的終點(diǎn)之前重復(fù)步驟S3 S13的處理。需要說明的是，關(guān)于各加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力，利用上述的切削阻力插補(bǔ)部35，通過對相鄰加工點(diǎn)的每刃的切削阻力值進(jìn)行線性插補(bǔ)來算出。在此，當(dāng)上述相鄰加工點(diǎn)的每刃的切削阻力值的差比規(guī)定的閾值大時(shí)，不是單純地通過線性插補(bǔ)求得加工點(diǎn)之間的切削阻力的大小，而是可以進(jìn)行如下控制。S卩，當(dāng)銑刀T的移動軌跡(工具路徑)上的上游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力比下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力小時(shí)，將下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小設(shè)定為與其相鄰的加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力大小。在本實(shí)施方式中，通過實(shí)施如上所述的模擬，能夠檢測作為多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的銑刀T的每刃的切削阻力大小?！辞邢骷庸こ绦虻闹谱髁鞒獭翟诒緦?shí)施方式中，基于上述模擬的結(jié)果、所算出的每刃的切削阻力大小，并根據(jù)如圖10所示的流程圖，實(shí)施如下所示的模擬以制作實(shí)際切削加工中所使用的NC程序。在步驟S21中,操作員通過手動輸入指定工具路徑的范圍(起點(diǎn)ns,終點(diǎn)ne),并且設(shè)定指定范圍內(nèi)的每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax。例如，作為每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax，設(shè)定之前求得的各加工點(diǎn)(X1, yp Z1)...(xn, yn, Zn)中每刃的切削阻力的最大值。在步驟S22中，提高銑刀T相對于工件W的相對移動速度。在步驟S23中，作為η輸入代表工具路徑上的起點(diǎn)的ns。在步驟S24中，讀取上述模擬的結(jié)果、所算出的加工點(diǎn)η的每刃的切削阻力Fnow值。在步驟S25中，判斷加工點(diǎn)η的每刃的切削阻力Fnow值是否比步驟S21中由操作員設(shè)定的每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax小。在此，當(dāng)判斷為每刃的切削阻力Fnow值比每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax小時(shí)進(jìn)入步驟S26，當(dāng)判斷為大時(shí)進(jìn)入步驟S28。S卩，在步驟S25中，確認(rèn)加工點(diǎn)η的每刃的切削阻力Fnow有沒有超過作為上限值設(shè)定的每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax值，當(dāng)超過時(shí)，降低銑刀T相對于工件W的進(jìn)給速度以使每刃的切削阻力Fnow大小與每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax大致相等。另一方面，當(dāng)每刃的切削阻力Fnow比每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax小時(shí)，提高銑刀T相對于工件W的進(jìn)給速度以使每刃的切削阻力Fnow大小與每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax大致相等。以下表示具體的設(shè)定內(nèi)容。在步驟S26中，因?yàn)樵诓襟ES25中判斷為每刃的切削阻力Fnow比每刃的目標(biāo)切削阻力Fmax小，所以算出與Fmax和Fnow的比(Fmax/Fnow)的大小對應(yīng)的切削阻力的增加比率(upf)。在步驟S27中，對于加工點(diǎn)的銑刀T相對于工件W的進(jìn)給速度fnow相乘上述的增加比率(upf)以算出進(jìn)給速度up值(fup)。在步驟S28中，將原NC程序中設(shè)定的進(jìn)給速度從fnow更換為fup。
在步驟S29中,將η設(shè)為η=η + I,轉(zhuǎn)入到計(jì)算下一個(gè)加工點(diǎn)的進(jìn)給速度的計(jì)算工序。在步驟S30中，判斷是否到達(dá)工具路徑上的終點(diǎn)。具體而言，直到n=e，為止即，在到達(dá)工具路徑上的終點(diǎn)之前反復(fù)步驟S24 S29的處理。在本實(shí)施方式中，通過利用上述每刃的切削阻力解析模擬的結(jié)果制作實(shí)際進(jìn)行加工的切削加工程序，能夠調(diào)整銑刀T相對于工件W的相對移動速度，從而使各加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小大致一定。其結(jié)果，通過控制進(jìn)給速度以使施加在銑刀T刀刃Tl的每刃的負(fù)荷不超過目標(biāo)值，能夠防止銑刀T的刀刃Tl受到破損，并且通過控制進(jìn)給速度以使每刃的負(fù)荷大致成為目標(biāo)值，從而因?yàn)槟軌蜃畲笙薅鹊靥岣哌M(jìn)給速度，所以比現(xiàn)有的切削加工效率更加提高切削加工效率。[其他實(shí)施方式]以上說明了本發(fā)明的一實(shí)施方式，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更。(A)在上述實(shí)施方式中，列舉說明了將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為切削阻力解析裝置(控制部11)及切削加工裝置10的例子，但是本發(fā)明不限于此。例如，也可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為算出上述每刃的切削阻力的切削阻力解析程序及儲存有該程序的存儲介質(zhì)。(B)在上述實(shí)施方式中，說明了作為多刃旋轉(zhuǎn)切削工具使用銑刀T進(jìn)行切削加工的例子，但是本發(fā)明不限于此。例如，對于利用立銑刀等其他多刃旋轉(zhuǎn)切削工具進(jìn)行切削加工的情況，也能夠適用本發(fā)明。(C)在上述實(shí)施方式中，說明了使用刃數(shù)為八個(gè)的多刃旋轉(zhuǎn)切削工具(銑刀T)進(jìn)行切削加工的例子，但是本發(fā)明不限于此。例如，多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)只要在兩個(gè)以上，幾個(gè)刃數(shù)均可以。(D)在上述實(shí)施方式中，說明了基于切削除去體積計(jì)算部31中算出的切削除去體積V和比切削阻力Kr算出切削阻力大小的例子，但是本發(fā)明不限于此。例如，可以在存儲部中作為表格映射工具的切入量、進(jìn)給量和切削阻力的關(guān)系，從當(dāng)前值的切入量和進(jìn)給量求得切削阻力。也就是說，在算出切削阻力大小時(shí)，無需算出切削除去體積，可以基于工具的切入量和進(jìn)給量直接求出切削阻力。(E)在上述實(shí)施方式中，說明了切削加工裝置10的控制部11進(jìn)行每刃的切削阻力解析的例子，但是本發(fā)明不限于此。例如，預(yù)先在切削裝置10的外部計(jì)算機(jī)中儲存上述的算出每刃的切削阻力的切削阻力解析程序，利用3D-CAD設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)和工具形狀數(shù)據(jù)實(shí)施模擬，將根據(jù)結(jié)果所制成的NC程序發(fā)送到切削加工裝置10的輸入部，由此也可以實(shí)現(xiàn)。工業(yè)實(shí)用性通過本發(fā)明的切削阻力解析裝置，得到不僅能夠可靠地防止多刃刀具受到破損，并且能夠提高加工效率的效果，從而能夠廣泛適用于進(jìn)行各種切削加工的切削加工裝置。符號說明10切削加工裝置11控制部(切削阻力解析裝置)12主軸12a主軸頭12b主軸旋轉(zhuǎn)伺服電動機(jī)13滑鞍16機(jī)床部21輸入部

22運(yùn)算控制部22a存儲部(數(shù)據(jù)存儲部)22b運(yùn)算部23伺服控制部23a定位控制部23b速度控制部24測速發(fā)電機(jī)25a 25c伺服電動機(jī)27位置檢測器28滾珠絲杠31切削除去體積計(jì)算部32切削阻力計(jì)算部33接觸刃數(shù)計(jì)算部34每刃切削阻力計(jì)算部35切削阻力插補(bǔ)部36進(jìn)給速度調(diào)整部C接觸部分T銑刀(多刃旋轉(zhuǎn)切削工具)Tl刀刃W工件(被加工物)Wa槽Wl加工品
權(quán)利要求
1.一種切削阻力解析裝置，其特征在于，在利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具對被加工物進(jìn)行切削加工時(shí)，算出所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的移動軌跡上的多個(gè)加工點(diǎn)的切削阻力，包括: 數(shù)據(jù)存儲部，其儲存有與所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的形狀、刃數(shù)及所述被加工物的形狀有關(guān)的數(shù)據(jù)； 切削阻力計(jì)算部，其算出施加在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具上的切削阻力的大??； 接觸刃數(shù)計(jì)算部，其算出與所述被加工物的加工面同時(shí)接觸的所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)； 每刃切削阻力計(jì)算部，其基于所述切削阻力的大小和所述接觸刃數(shù)計(jì)算部中的計(jì)算結(jié)果，算出所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的每刃的切削阻力值。
2.如權(quán)利要求1所述的切削阻力解析裝置，其特征在于，還包括切削除去體積計(jì)算部，該切削除去體積計(jì)算部能夠利用存儲在所述數(shù)據(jù)存儲部中的各種數(shù)據(jù)，算出所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的規(guī)定加工點(diǎn)的切削除去體積； 所述切削阻力計(jì)算部基于所述被加工物的固有的比切削阻力和所述切削除去體積計(jì)算部中算出的所述切削除去體積，算出施加在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具上的切削阻力的大小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的切削阻力解析裝置，其特征在于，所述接觸刃數(shù)計(jì)算部基于所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具和所述被加工物的接觸部分中的最外圓弧長度，算出與所述被加工物的加工面同時(shí)接觸的所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的切削阻力解析裝置，其特征在于，所述每刃切削阻力計(jì)算部在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的以大致等間隔配置的多個(gè)加工點(diǎn)算出每刃的切削阻力。
5.如權(quán)利要求1 或2所述的切削阻力解析裝置，其特征在于，還包括切削阻力插補(bǔ)部，該切削阻力插補(bǔ)部基于所述每刃切削阻力計(jì)算部中算出的規(guī)定加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小和與該規(guī)定加工點(diǎn)相鄰的加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小，通過線性插補(bǔ)算出加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力。
6.如權(quán)利要求5所述的切削阻力解析裝置，其特征在于，在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具軌跡上的上游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力小于下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力時(shí)，所述切削阻力插補(bǔ)部將下游側(cè)加工點(diǎn)的每刃的切削阻力大小設(shè)定為與該下游側(cè)加工點(diǎn)相鄰的加工點(diǎn)之間的每刃的切削阻力大小。
7.如權(quán)利要求1或2所述的切削加工解析裝置，其特征在于，還包括進(jìn)給速度調(diào)整部，該進(jìn)給速度調(diào)整部基于所述每刃切削阻力計(jì)算部的計(jì)算結(jié)果調(diào)整所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度。
8.一種切削加工裝置，其特征在于，包括: 權(quán)利要求1或2所述的切削阻力解析裝置、 進(jìn)行所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具相對于所述被加工物的定位的定位控制部、 控制所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的進(jìn)給速度的速度控制部、 對所述被加工物進(jìn)行切削加工的機(jī)床部。
9.一種切削阻力解析程序，其特征在于，在利用多刃旋轉(zhuǎn)切削工具進(jìn)行切削加工時(shí)解析來自被加工物的切削阻力，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行切削阻力解析方法，該方法包括: 利用與所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的形狀、刃數(shù)及所述被加工物的形狀有關(guān)的數(shù)據(jù)算出施加在所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具上的切削阻力大小的工序； 算出與所述被加工物的加工面同時(shí)接觸的所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)的工序； 基于所述切削阻力的大小和所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的刃數(shù)算出所述多刃旋轉(zhuǎn)切削工具的每刃的切削阻力 的工序。
全文摘要
切削加工裝置(10)的控制部(11)包括算出施加在銑刀(T)上的切削阻力大小的切削阻力計(jì)算部(32)、算出與工件(W)的加工面同時(shí)接觸的銑刀(T)的刀刃(T1)個(gè)數(shù)的接觸刃數(shù)計(jì)算部(33)及基于切削阻力大小和接觸刃數(shù)計(jì)算部(33)中的計(jì)算結(jié)果算出銑刀(T)的每刃的切削阻力值的每刃切削阻力計(jì)算部(34)。
文檔編號B23Q15/013GK103201069SQ201280003369
公開日2013年7月10日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者片岡隆之, 山口亮, 小島律昭 申請人:株式會社小松制作所