專利名稱：：數(shù)值控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制的數(shù)值控制裝置，所述工作機(jī)械使用旋轉(zhuǎn)工具來(lái)對(duì)工件(work)進(jìn)行切削加工。
背景技術(shù)：
：數(shù)字控制(NumericalControl,NC)工作機(jī)械按照NC程序(program)來(lái)進(jìn)行切削加工，所述NC程序是由計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)作成。近年來(lái)，借由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CAD)裝置來(lái)作成產(chǎn)品形狀的實(shí)體模型(solidmodel)，將該產(chǎn)品形狀的實(shí)體模型提供給CAM。一般而言，CAM基于產(chǎn)品形狀的實(shí)體模型來(lái)對(duì)工具軌跡進(jìn)行計(jì)算，且對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)工具軌跡包含非均有理B樣條(NURBS,Non-UniformRationalB-Spline)等中所記述的自由曲線時(shí)，CAM將該自由曲線分割成微小曲線或微小直線。專利文獻(xiàn)1已揭示了如下的方法，即，將工具軌跡分割成多個(gè)區(qū)間，針對(duì)各區(qū)間來(lái)對(duì)進(jìn)給速度F進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)F=VXSXEXL/X的計(jì)算式來(lái)求出進(jìn)給速度F。S為轉(zhuǎn)速(rpm)，E為工具的刃數(shù)，L為區(qū)間的長(zhǎng)度(mm)。X為一個(gè)區(qū)間所需的切削量(mm3)。V為一個(gè)刃每旋轉(zhuǎn)一周的切削量?；诠ぜ牧?、以及工具的L/D(突出長(zhǎng)度/工具直徑)來(lái)對(duì)每個(gè)刃的切削量V進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本專利特開2002-200540號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的技術(shù)課題例如像圓頭槽銑刀(ballendmill)之類的工具具有如下的直徑，越靠近前端，則該直徑變得越小。在以相同的轉(zhuǎn)速來(lái)使工具旋轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)工具的小直徑部分對(duì)工件進(jìn)行切削時(shí)，會(huì)導(dǎo)致每小時(shí)的切削量減少，所述小直徑部分的直徑較標(biāo)稱直徑更小。在此種情況下，進(jìn)給速度F會(huì)引起切削量的不足，該進(jìn)給速度F是基于標(biāo)稱的工具直徑而由之前的計(jì)算式求出。結(jié)果，會(huì)使加工精度下降，使工具產(chǎn)生異常的消耗或破損。另外，在對(duì)工件進(jìn)行切削期間，工具會(huì)從切削點(diǎn)退回，工具位置的實(shí)際值與目標(biāo)值產(chǎn)生偏差。進(jìn)給速度越大，則所述位置偏差變得越大。大位置偏差會(huì)使精加工面產(chǎn)生起伏或階差。本發(fā)明的目的在于提供如下的數(shù)值控制裝置，該數(shù)值控制裝置消除切削量的不足，且使位置偏差減少而不會(huì)使切削效率下降。解決課題的技術(shù)手段本發(fā)明的數(shù)值控制裝置是對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制的數(shù)值控制裝置，所述工作機(jī)械包括多個(gè)軸且使工具相對(duì)于工件而移動(dòng)，所述數(shù)值控制裝置包括工具軌跡產(chǎn)生單元，產(chǎn)生用以對(duì)工件進(jìn)行加工的工具軌跡；部分軌跡計(jì)算單元，將所述工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡(1)，所述多個(gè)部分軌跡(1)的曲率(k)越大，則長(zhǎng)度越短；修正進(jìn)給速度計(jì)算單元，針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，對(duì)切削點(diǎn)附近的切削面的法線與所述工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的切削面角度(Θ)進(jìn)行計(jì)算，且針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，基于所述切削面角度來(lái)對(duì)修正進(jìn)給速度F(θ)進(jìn)行計(jì)算，所述修正進(jìn)給速度F(θ)是對(duì)設(shè)定進(jìn)給速度(F)進(jìn)行修正而得的速度；軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，每隔固定時(shí)間間隔(At)求出各軸的速度數(shù)據(jù)(data)(Vx、Xy>Vz)，以使所述工具能夠以所述修正進(jìn)給速度而在所述部分軌跡上移動(dòng)；以及輸出單元，將所述速度數(shù)據(jù)輸出至驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元將所述工作機(jī)械予以驅(qū)動(dòng)。所謂“軸”，是指像X軸、Y軸以及Z軸之類的控制軸。另外，本發(fā)明的數(shù)值控制裝置是對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制的數(shù)值控制裝置，所述工作機(jī)械包括多個(gè)軸且使工具相對(duì)于工件而移動(dòng)，所述數(shù)值控制裝置包括工具軌跡產(chǎn)生單元，產(chǎn)生用以對(duì)工件進(jìn)行加工的工具軌跡；部分軌跡計(jì)算單元，將所述工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡(1)，所述多個(gè)部分軌跡(1)的曲率(k)越大，則長(zhǎng)度越短；修正進(jìn)給速度計(jì)算單元，針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，對(duì)所述部分軌跡上的某個(gè)點(diǎn)的法線與所述工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的切削面角度(Θ)進(jìn)行計(jì)算，且針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，基于所述切削面角度來(lái)對(duì)修正進(jìn)給速度F(θ)進(jìn)行計(jì)算，所述修正進(jìn)給速度F(θ)是對(duì)設(shè)定進(jìn)給速度(F)進(jìn)行修正而得的速度；軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，每隔固定時(shí)間間(At)隔求出各軸的速度數(shù)據(jù)(Vx、Xy、Vz)，以使所述工具能夠以所述修正進(jìn)給速度而在所述部分軌跡上移動(dòng)；以及輸出單元，將所述速度數(shù)據(jù)輸出至驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元將所述工作機(jī)械予以驅(qū)動(dòng)。所述部分軌跡上的某個(gè)點(diǎn)只要是所述部分軌跡的起始點(diǎn)即可。將最低進(jìn)給速度(v0)輸入至數(shù)值控制裝置，所述修正進(jìn)給速度在不低于所述最低進(jìn)給速度的范圍內(nèi)，與所述切削面角度成比例即可。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)工具位置容易產(chǎn)生偏差時(shí)，進(jìn)給速度變小，因此，工具位置的偏差減少。另外，當(dāng)切削速度下降時(shí)，進(jìn)給速度變小，因此，可消除切削量的不足。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的加工系統(tǒng)的方塊圖。圖2是表示圖1中的驅(qū)動(dòng)部的方塊圖。圖3是表示圖1中的數(shù)值控制裝置的方塊圖。圖4是表示偏移形狀的一例的圖。圖5是表示工具軌跡的一例的圖。圖6是表示工具軌跡的分割的一例的圖。圖7是表示圖6中的部分軌跡的圖。圖8是表示各軸的速度數(shù)據(jù)的圖。圖9是表示切削面角度的圖。圖10是表示工件與工具軌跡的平面圖。圖11是沿著圖10的B-B'線所見的剖面圖。圖12是表示修正進(jìn)給速度的一例的曲線圖。圖13是表示數(shù)值控制裝置的動(dòng)作的流程圖。符號(hào)的說(shuō)明1加工系統(tǒng)2=CAD裝置3數(shù)值控制裝置4工作機(jī)械5:網(wǎng)絡(luò)31操作面板32輸入單元33偏移形狀產(chǎn)生單元34:工具軌跡產(chǎn)生單元35部分軌跡計(jì)算單元36修正進(jìn)給速度計(jì)算單元37輸出單元38軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元41主軸42平臺(tái)43、44進(jìn)給軸45驅(qū)動(dòng)部46軸控制數(shù)據(jù)接收部47:信號(hào)產(chǎn)生部48主軸放大器48a、49a、49b馬達(dá)49伺服放大器311存儲(chǔ)單元A軸控制數(shù)據(jù)M實(shí)體模型θ切削面角度F:設(shè)定進(jìn)給速度v0最低進(jìn)給速度F(e):修正進(jìn)給速度具體實(shí)施例方式以下，使用附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。如圖1中所示，本發(fā)明的加工系統(tǒng)(system)1包括CAD裝置2、數(shù)值控制裝置3、以及工作機(jī)械4。CAD裝置2產(chǎn)生產(chǎn)品形狀的實(shí)體模型。工作機(jī)械4包括安裝有工具的主軸41、與設(shè)置有工件的平臺(tái)(table)42。主軸41是傳遞切削動(dòng)力的軸，且通常表示為Z軸。如圖2中所示，工作機(jī)械4包括使平臺(tái)42移動(dòng)的正交的兩根進(jìn)給軸43、44、以及將主軸41與進(jìn)給軸43、44予以驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部45。進(jìn)給軸43、44分別表示為X軸與Y軸，且與Z軸正交。驅(qū)動(dòng)部45包括軸控制數(shù)據(jù)接收部46、信號(hào)產(chǎn)生部47、主軸放大器(amplifier)48、以及伺服放大器(servoamplifier)49。軸控制數(shù)據(jù)接收部46從數(shù)值控制裝置3接收軸控制數(shù)據(jù)A，該軸控制數(shù)據(jù)A對(duì)各軸進(jìn)行控制。信號(hào)產(chǎn)生部47根據(jù)軸控制數(shù)據(jù)A來(lái)產(chǎn)生Z軸、X軸以及Y軸的各移動(dòng)信號(hào)。主軸放大器48根據(jù)Z軸移動(dòng)信號(hào)，將電流信號(hào)供給至馬達(dá)(motor)48a，該馬達(dá)(motor)48a將主軸41予以驅(qū)動(dòng)。伺服放大器49根據(jù)X軸以及Y軸移動(dòng)信號(hào)，將電流信號(hào)分別供給至馬達(dá)49a、49b，該馬達(dá)49a、49b將進(jìn)給軸予以驅(qū)動(dòng)。圖2中僅表示了一個(gè)伺服放大器49，但伺服放大器49包含X軸與Y軸的各個(gè)伺服放大器。圖2中表示了旋轉(zhuǎn)型的馬達(dá)48a、49a以及49b，但也可使用線性馬達(dá)(linearmotor)來(lái)代替所述旋轉(zhuǎn)型的馬達(dá)48a、49a以及49b。數(shù)值控制裝置3內(nèi)置有高性能的微電腦(microcomputer)與存儲(chǔ)器(memory)。微電腦執(zhí)行存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的程序，從而產(chǎn)生使X軸、Y軸以及ζ軸驅(qū)動(dòng)的軸控制數(shù)據(jù)A。程序存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ReadOnlyMemory，ROM)等的無(wú)法覆寫的存儲(chǔ)器上，從而不會(huì)受工作機(jī)械4所產(chǎn)生的干擾(noise)等的影響而不會(huì)被覆寫。存儲(chǔ)器也作為存儲(chǔ)裝置而發(fā)揮功能，該存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)著切削加工所需的信息以及其他信息。數(shù)值控制裝置3包括R0M、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory，RAM)、以及硬盤(harddisk)等的至少一個(gè)適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)裝置或記錄媒體。執(zhí)行被通用電腦(例如工件站(workstation)等)的輔助存儲(chǔ)裝置讀入的CAD程序，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)CAD裝置2。操作者將產(chǎn)品形狀輸入至CAD裝置2，該CAD裝置2將產(chǎn)品形狀的實(shí)體模型M輸出至數(shù)值控制裝置3。如圖3中所示，數(shù)值控制裝置3包括操作面板(panel)31、存儲(chǔ)單元311、輸入單元32、偏移(offset)形狀產(chǎn)生單元33、工具軌跡產(chǎn)生單元34、部分軌跡計(jì)算單元35、修正進(jìn)給速度計(jì)算單元36、軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元38、以及輸出單元37。操作者使用操作面板31來(lái)將各種參數(shù)(parameter)、初始設(shè)定的進(jìn)給速度F、使加工形狀發(fā)生偏移的偏移值d、使工具移動(dòng)的間隔即周期進(jìn)給量(pickfeed)Pick、以及最低進(jìn)給速度v0予以輸入。參數(shù)包含最大加速度以及最大加加速度，根據(jù)參數(shù)來(lái)限制各軸的速度。根據(jù)使用的工具的不同，最大加速度或最大加加速度等有所不同，因此，優(yōu)選根據(jù)工具來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。存儲(chǔ)單元311存儲(chǔ)著加工所需的信息。輸入單元32將CAD裝置2所產(chǎn)生的實(shí)體模型M的數(shù)據(jù)予以輸入。偏移形狀產(chǎn)生單元33產(chǎn)生如下的形狀(以下稱為偏移形狀)，該形狀(以下稱為偏移形狀)是使實(shí)體模型M以偏移值d發(fā)生偏移所成的形狀。工件的加工過(guò)程(process)包括粗加工、以及精加工等的多個(gè)加工步驟，在各加工步驟中產(chǎn)生偏移形狀。偏移值d主要是基于工具半徑來(lái)確定。圖4表示偏移形狀的一例。偏移形狀產(chǎn)生單元33求出形狀Si，該形狀Sl是使形狀SO沿著法線方向t，以偏移值d發(fā)生偏移所成的形狀。工具軌跡產(chǎn)生單元34根據(jù)偏移形狀，求出用以對(duì)工件進(jìn)行加工的工具軌跡。圖5表示工具軌跡的一例。工具軌跡是工具的位置相對(duì)于工件發(fā)生移動(dòng)時(shí)的軌跡，且是指工具的假想中心所描繪的軌跡。此處，對(duì)工件進(jìn)行等高線加工。圖中的周期進(jìn)給量Pick是根據(jù)工具直徑或工件材質(zhì)來(lái)決定，且該周期進(jìn)給量Pick存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元311中。工具軌跡產(chǎn)生單元34對(duì)平行于XY平面的等高平面Q與偏移形狀Sl的交線L進(jìn)行計(jì)算。而且，使等高平面Q以周期進(jìn)給量Pick，沿著Z軸方向朝下方移動(dòng)，對(duì)下一個(gè)交線進(jìn)行計(jì)算。所述交線是由B樣條(spline)等的參數(shù)曲線(parametriccurve)來(lái)表示，且作為工具軌跡而存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元311。或者，也可求出平行于ZX平面或TL平面的等高平面與偏移形狀Sl的交線，使等高平面以固定的周期進(jìn)給量，沿著Y軸方向或X軸方向移動(dòng)。部分軌跡計(jì)算單元35基于工具軌跡的曲率來(lái)將工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡。有時(shí)受到工作機(jī)械4的慣性力矩(inertiamoment)或剛性等的影響，難以一面對(duì)速度進(jìn)行控制，一面使工具沿著具有大曲率的軌跡移動(dòng)。因此，如圖6中所示，借由點(diǎn)P1、P2、P3.....Pi、Pi+l、...來(lái)將工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡11、12、13.....li、...，所述多個(gè)部分軌跡11、12、13.....li、...的曲率越大，則長(zhǎng)度越短。借由數(shù)式(1)來(lái)求出部分軌跡的曲率k。r是部分軌跡的曲率半徑。k=1/r...(1)輸入單元32將CAD裝置2所產(chǎn)生的實(shí)體模型M的數(shù)據(jù)予以輸入。修正進(jìn)給速度計(jì)算單元36求出各部分軌跡的切削面角度θθ<90°)，接著根據(jù)切削面角度θ與設(shè)定進(jìn)給速度F來(lái)對(duì)修正進(jìn)給速度F(θ)進(jìn)行計(jì)算。若切削面角度θ變小，則修正進(jìn)給速度F(9)也會(huì)變小，若切削面角度θ變大，則修正進(jìn)給速度F(θ)也會(huì)變大。參照?qǐng)D9來(lái)對(duì)切削面角度θ進(jìn)行說(shuō)明。切削點(diǎn)是工具的刃與工件發(fā)生接觸的點(diǎn)。工具以旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)工具的假想中心。切削面是切削點(diǎn)附近的微小的面。切削面角度θ是切削點(diǎn)處的切削面的法線與旋轉(zhuǎn)軸所成的角度。圖10以及圖11表示掃描線加工中的工具軌跡。圖12中的箭頭表示工具軌跡。在掃描線加工中，可使用部分軌跡上的特定點(diǎn)處的法線來(lái)求出切削面角度θ。例如，根據(jù)部分軌跡上的起始點(diǎn)與終點(diǎn)的座標(biāo)值，求出部分軌跡的起始點(diǎn)處的矢量(vector)。求出該矢量的法線與工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的角α。也可根據(jù)以下的式子來(lái)求出切削面角度Θ。θ=90°-α··.⑵如圖12中的實(shí)線所示，借由以下的式子來(lái)求出該修正進(jìn)給速度F(θ)。該修正進(jìn)給速度F(e)的一例表示在圖12中。[數(shù)1]>(#)=w(0<#<Λ)JQ(3)P{&)=Fx‘(β<θ<90°),yo-F表示設(shè)定進(jìn)給速度，νΟ表示最低進(jìn)給速度。0k為ν0Χ90°/F。另外，如圖12中的虛線所示，也可借由以下的式子來(lái)求出該修正進(jìn)給速度F(θ)。[數(shù)2]權(quán)利要求1.一種數(shù)值控制裝置，對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制，所述工作機(jī)械包括多個(gè)軸且使工具相對(duì)于工件而移動(dòng)，所述數(shù)值控制裝置的特征在于包括工具軌跡產(chǎn)生單元，產(chǎn)生用以對(duì)工件進(jìn)行加工的工具軌跡；部分軌跡計(jì)算單元，將所述工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡(1)，所述多個(gè)部分軌跡(1)的曲率(k)越大，則長(zhǎng)度越短；修正進(jìn)給速度計(jì)算單元，針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，對(duì)切削點(diǎn)附近的切削面的法線與所述工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的切削面角度(Θ)進(jìn)行計(jì)算，且針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，基于所述切削面角度來(lái)對(duì)修正進(jìn)給速度F(θ)進(jìn)行計(jì)算，所述修正進(jìn)給速度F(θ)是對(duì)設(shè)定進(jìn)給速度(F)進(jìn)行修正而得的速度；軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，每隔固定時(shí)間間隔求出各軸的速度數(shù)據(jù)，以使所述工具能夠以所述修正進(jìn)給速度而在所述部分軌跡上移動(dòng)；以及輸出單元，將所述速度數(shù)據(jù)輸出至驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元將所述工作機(jī)械予以驅(qū)動(dòng)。2.一種數(shù)值控制裝置，對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制，所述工作機(jī)械包括多個(gè)軸且使工具相對(duì)于工件而移動(dòng)，所述數(shù)值控制裝置的特征在于包括工具軌跡產(chǎn)生單元，產(chǎn)生用以對(duì)工件進(jìn)行加工的工具軌跡；部分軌跡計(jì)算單元，將所述工具軌跡分割成多個(gè)部分軌跡(1)，所述多個(gè)部分軌跡(1)的曲率(k)越大，則長(zhǎng)度越短；修正進(jìn)給速度計(jì)算單元，針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，對(duì)所述部分軌跡上的某個(gè)點(diǎn)的法線與所述工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的切削面角度(Θ)進(jìn)行計(jì)算，且針對(duì)每個(gè)所述部分軌跡，基于所述切削面角度來(lái)對(duì)修正進(jìn)給速度F(θ)進(jìn)行計(jì)算，所述修正進(jìn)給速度F(θ)是對(duì)設(shè)定進(jìn)給速度(F)進(jìn)行修正而得的速度；軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，每隔固定時(shí)間間隔求出各軸的速度數(shù)據(jù)，以使所述工具能夠以所述修正進(jìn)給速度而在所述部分軌跡上移動(dòng)；以及輸出單元，將所述速度數(shù)據(jù)輸出至驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元將所述工作機(jī)械予以驅(qū)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值控制裝置，其中所述部分軌跡上的某個(gè)點(diǎn)為所述部分軌跡的起始點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的數(shù)值控制裝置，其中將最低進(jìn)給速度(νΟ)輸入至所述數(shù)值控制裝置，所述修正進(jìn)給速度在不低于所述最低進(jìn)給速度的范圍內(nèi)與所述切削面角度成比例。全文摘要一種對(duì)工作機(jī)械進(jìn)行控制的數(shù)值控制裝置，所述工作機(jī)械包括多個(gè)軸且使工具相對(duì)于工件而移動(dòng)，所述數(shù)值控制裝置包括工具軌跡產(chǎn)生單元，產(chǎn)生用以對(duì)工件加工的工具軌跡；部分軌跡計(jì)算單元，將工具軌跡分割成多個(gè)曲率(k)越大則長(zhǎng)度越短的部分軌跡(l)；修正進(jìn)給速度計(jì)算單元，針對(duì)每個(gè)部分軌跡，算出切削點(diǎn)附近的切削面的法線與工具的旋轉(zhuǎn)軸所成的切削面角度(θ)，且針對(duì)每個(gè)部分軌跡，基于切削面角度來(lái)算出對(duì)設(shè)定進(jìn)給速度(F)修正而得的修正進(jìn)給速度F(θ)；軸控制數(shù)據(jù)計(jì)算單元，每隔固定時(shí)間間隔(Δt)求出各軸的速度數(shù)據(jù)(Vx、Xy、Vz)，使工具能夠以修正進(jìn)給速度而在部分軌跡上移動(dòng)；及輸出單元，將速度數(shù)據(jù)輸出至將工作機(jī)械驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元。修正進(jìn)給速度在不低于最低進(jìn)給速度(v0)的范圍內(nèi)與切削面角度成比例。文檔編號(hào)G05B19/416GK102414633SQ201080018228公開日2012年4月11日申請(qǐng)日期2010年5月18日優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日發(fā)明者大戸裕申請(qǐng)人:株式會(huì)社沙迪克