线切割放电加工机用数值控制装置的制作方法

本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及一种具备为了使线电极中产生的挠曲的影响变小而进行微小程序块的角控制的功能的数值控制装置。

背景技术：

在线切割放电加工机(wire electrical discharge machine，电火花线切割机)进行的加工中，如图9A以及图9B所示，在线电极2中由于放电的斥力和加工液的水流，在与加工进行方向3相反的方向上产生挠曲(线电极2’)。在图9B中，标记3a、3b是上线电极引导件和下线电极引导件，标记4是工件。

在不考虑由于这样的线电极2的挠曲造成的影响而进行了加工的情况下，在角部以及圆弧部，由于线电极2在工件厚度方向(图9B中为上下方向)的中央部的挠曲(线电极2’)而产生内旋，如图10A(角部)以及图11A(圆弧部)所示，相对于指令形状产生过度切削和残留。在图10A以及以后的图中标记2a表示线电极2的指令位置，标记2b表示由于挠曲而偏离的线电极2的工件厚度方向中央部的位置。

目前，在日本特开昭58-120428号公报、日本特开平05-228736号公报以及日本特开2014-148036号公报等中，已知为了应对这样的由于线电极的挠曲相对于指令形状产生过度切削和残留的问题，在角部以及圆弧部中，进行加工条件(放电条件)和加工速度的自动调整(加工条件控制)以及加工路径的自动修正(加工路径修正)。

通过使用这样的现有技术，例如如图10B(角部)和图11B(圆弧部)所示，在线电极2接近加工路径的角部或圆弧部时变更加工条件，控制放电电压、加工液压、液量来降低对线电极2施加的压力来减小挠曲量，由此能够使角部和圆弧部的过度切削和残留变小。

另外，如图10C(角部)和图11C(圆弧部)所示，为了使线电极2产生挠曲的部分按照指令路径移动而修正线电极的指令路径，由此能够使角部和圆 弧部的过度切削和残留变小。

这些加工条件控制以及加工路径修正根据数值控制装置计算的加工路径的形状数据(程序块长度、角的角度、圆弧半径、圆弧中心角等)来进行控制。

不过，在自由曲线状的加工中，一般通过微小线段或微小圆弧等微小程序块来近似形状指令。使用CAD/CAM装置等对该自由曲线形状进行分析，由此生成这样的形状指令。

在角部和圆弧部中进行加工条件控制和加工路径修正的上述现有技术被构成为以程序块为单位来计算角形状数据，因此当插入在这样的自由曲线形状的加工中所使用的微小线段或微小圆弧时，会产生以下所示的问题。

[问题1]：即使加工路径是曲率半径小的曲线形状也不进行圆弧控制

当通过微小线段或微小圆弧近似自由曲线形状时，通过包括多个微小线段的形状来近似曲线形状。当原样地插入这样的微小线段的集合(图12A的(a)部分)时，如图12B所示那样插补路径成为折线形状，因此存在不进行圆弧控制的问题。

[问题2]：无法确保角控制所需要的控制距离

为了按照上述的现有技术来进行角部(图12A的(b)部分)的角控制，需要一定的控制距离，但是在该现有技术中因为以程序块为单位计算角形状数据，因此会有以下问题，在微小程序块彼此的锐角角部中，如图12C所示那样无法确保角控制所需要的控制距离。

[问题3]：无法应对CAD/CAM装置的计算误差等

在通过CAD/CAM装置分析自由曲线形状来通过微小线段或微小圆弧进行近似时，在形状指令中产生由于计算误差而产生的非常微小的高低差(图12A的(c)部分)。在针对这样的形状指令直接应用现有技术的角控制的情况下，会产生以下问题，如图12D所示通过大致平滑的曲线形状来进行锐角角部的角控制。

另外，除了上述问题以外，在采用不直接插入微小线段或微小圆弧，而是插入使微小线段或微小圆弧平滑后得到的曲线(样条曲线、NURBS曲线、圆弧以外的2次曲线等)的方法的情况下，没有根据这些曲线的形状数据进行加工条件控制以及加工路径修正的现有技术，因此存在无法进行恰当的角控制以 及圆弧控制的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，能够高精度地进行通过微小线段或微小圆弧近似的自由曲线形状的线切割放电加工。

本发明的数值控制装置控制线切割放电加工机，该线切割放电加工机按照加工程序使线电极和工件相对移动来进行加工。该数值控制装置具备：区间分割部，其生成将通过上述加工程序指令的加工路径分割为具有足够距离的区间后的区间数据；再近似部，其生成根据上述区间数据将各个区间再近似为直线或圆弧后的再近似区间数据；以及加工调整部，其根据上述再近似区间数据来调整上述线切割放电加工机在上述加工路径的角部以及圆弧部的动作。

上述加工程序可以由多个微小程序块构成。

上述数值控制装置还可具备平滑部，其使通过上述加工程序指令的加工路径平滑来生成平滑曲线数据。并且，可以将上述区间分割部构成为生成将通过上述平滑曲线数据指令的加工路径分割为具有足够距离的区间后的区间数据，此外，可以将上述加工调整部构成为根据上述再近似区间数据来调整上述线切割放电加工机在通过上述平滑曲线数据指令的加工路径的角部以及圆弧部的动作。

上述加工调整部可包含加工条件控制部，其根据上述再近似区间数据来控制上述加工路径的角部以及圆弧部的加工条件。

上述加工调整部控制的加工条件可以是从加工电源输出的放电能量、加工液的供给液压和供给液量中的任意一个。

上述加工调整部可包含加工路径修正部，其根据上述再近似区间数据来修正上述加工路径的角部以及圆弧部的加工路径。

根据本发明，在通过微小线段或微小圆弧进行近似的自由曲线形状的线切割放电加工中，将指令的点序列或将这些点序列平滑化后的曲线再近似为直线或圆弧来计算形状数据，并应用现有技术的角控制以及圆弧控制，由此能够进行高精度的线切割放电加工。

附图说明

通过参照附图说明以下的实施例，本发明的上述以及其他的目的、特征变 得明确。在这些附图中：

图1A-图1D是说明本发明的数值控制装置所执行的加工路径的区间分割和再近似的图。

图2是说明本发明的数值控制装置根据再近似后的圆弧的形状数据来进行加工条件控制的例子的图。

图3A以及图3B是表示只应用了现有技术时的曲线形状的线切割放电加工的状况的图。

图4A以及图4B是表示应用了本发明时的曲线形状的线切割放电加工的状况的图。

图5是本发明一个实施方式的数值控制装置的功能框图。

图6是表示在图5的数值控制装置上执行的处理的算法的流程图。

图7是表示在图5的数值控制装置上执行的区间分割处理的算法的流程图。

图8是表示在图5的数值控制装置上执行的再近似处理的算法的流程图。

图9A以及图9B是说明线切割放电加工的线电极的挠曲的图。

图10A-图10C是说明现有技术的加工路径的角部的角控制的图。

图11A-图11C是说明现有技术的加工路径的圆弧部的圆弧控制的图。

图12A-图12D说明对基于微小线段或微小圆弧的曲线形状的加工应用现有技术时的问题点。

具体实施方式

在本发明中，首先将方向或曲率半径发生很大变化的点作为分割点，将通过微小线段或微小圆弧近似的自由曲线形状分割为具有足够距离的多个区间。按照以下的规则来进行自由曲线形状的区间分割(分割点的设定)。

[规则D1]：关于预先设定的程序块长度L_d以上的长的程序块，将两端设为分割点，通过一个程序块将该程序块设为1个区间。

[规则D2]：对于预先设定的程序块长度L_min以下的短的程序块不进行方向变化的检查(规则D3、D4的适用检查)，将该程序块的中间点设定为再近似的控制点。

[规则D3]：当某个程序块的起点的切线方向和其之前的程序块的终点的 切线方向所成的角在预先设定的角度θ_d以上时，于是分割形状设为1个区间。

[规则D4]：当曲率半径的变化为预先设定的比例R_d以上时，或者圆弧的中心方向夹着加工路径而反转时，于是分割形状设为1个区间。

接着，按照以下规则将分割后的各个区间再近似为直线或圆弧，计算形状数据。

[规则F1]：对由1个程序块构成的区间不进行再近似。

[规则F2]：当分割后的曲率半径是预先设定的值R_t以上时，将该区间再近似为连接其起点和终点的直线。

[规则F3]：上述以外的区间使用最小平方法等再近似为圆弧。

并且，通过微小线段或微小圆弧的数据、或者平滑后的平滑曲线的数据来执行插补处理，根据再近似后的直线或圆弧的形状数据来进行角控制以及圆弧控制(加工条件控制以及加工路径修正)。

通过按照上述规则进行区间的分割和再近似，如图1A的(a)部分所示，即使通过微小线段来近似曲率半径小的曲线形状，也会如图1B所示，将曲率半径相近的范围的微小线段作为一个区间进行处理从而再近似为圆弧(规则D2、D4、F3)，因此能够适当地进行圆弧控制(问题1的解决)。

另外，图1A的(b)部分所示的锐角前后的微小程序块如图1C所示那样将该锐角前后的程序块分别汇总为1个区间来再近似为直线或圆弧(规则D2、D3、F2、F3)，因此能够确保角控制所需要的控制距离(问题2的解决)。

并且，即使在形状指令中产生图1A的(c)部分所示的微小高低差，在形成该高低差的程序块中不进行方向变化的检查，而是如图1D所示那样将该程序块的前后再近似为平滑的直线或曲线(规则D2、F2、F3)，因此能够抑制该部位的角控制(问题3的解决)。

图2表示根据再近似后的圆弧的形状数据进行加工条件控制的例子。

在图2中，对于通过微小线段近似的点<1>到点<7>的自由曲线形状，将曲率半径发生很大变化的点(点<4>)设为分割点，分割为2个区间(区间<3>和区间<5>)，分别将其再近似为两个近似圆弧，即近似圆弧A和近似圆弧B。

如图2所示，数值控制装置根据近似圆弧A以及近似圆弧B各自的区间长、与前后区间的角部角度、圆弧半径以及圆弧中心角等，进行加工条件控制， 从而例如在曲率半径小时降低加工电源的电压和加工液的供给液压/液量等来抑制线电极的挠曲。通过调整线切割放电加工机所具备的加工电源和加工液供给部等来进行这样的加工条件控制。还能够进行加工路径修正来代替这样的加工条件控制。

另外，在上述日本特开昭58-120428号公报、日本特开平05-228736号公报以及日本特开2014-148036号公报等中公开了加工条件控制以及加工路径修正的详细情况，因此省略其说明。

图3A以及图3B表示只应用了现有技术时的曲线形状的线切割放电加工的状况。图4A以及图4B表示应用了本发明时的曲线形状的线切割放电加工的状况。

如图3A所示，当通过多个微小线段近似曲线形状来插入这些微小线段时，插补路径成为折线形状。另外，各个程序块是直线程序块，相邻的程序块间的方向变化也小，因此只应用现有技术无法进行加工条件控制，结果产生由于线电极挠曲而引起的过度切削或残留。

与此相对，当在图3A所示的折线形状的插补中应用了本发明时，在加工条件控制中，在将多个微小线段作为一个区间进行处理后再近似为圆弧形状数据，因此应用了基于该圆弧形状数据的加工条件控制，如图4A所示那样线电极的挠曲变小，因此过度切削和残留变小，可进行高精度的加工。

另一方面，如图3B所示，在对使微小线段平滑而得到的曲线(样条曲线、NURBS曲线、圆弧以外的2次曲线等)进行插补的情况下，即使只应用现有技术，也无法根据这些曲线的形状数据进行加工条件控制，结果产生由于线电极挠曲而引起的过度切削和残留。

与此相对，当在图3B所示的平滑化的曲线插补中应用了本发明的情况下，在分割为区间后将各个的区间再近似为圆弧形状数据，进行基于再近似后的圆弧形状数据的加工条件控制。因此，如图4B所示那样线电极的挠曲变小，因此最终过度切削和残留变小，能够进行高精度的加工。

图5是本发明一个实施方式的数值控制装置的功能框图。

数值控制装置1具备加工程序存储部10、加工程序分析部11、平滑部12、加工路径生成部13、加工路径控制部14、区间分割部15、再近似部16、加工 调整部17、加工条件控制部18、放电能量控制部19、加工液控制部20、加工条件存储部21以及加工路径修正部22。

加工程序分析部11依次读出在加工程序存储部10中存储的加工程序，并将其存储于在存储器(未图示)上设置的缓冲区域中，进行该加工程序的分析。

平滑部12作为加工程序分析部11的副功能单元进行动作，在通过数值控制装置1的设定或加工程序的指令而使平滑成为有效的情况下，基于加工程序的程序块数据进行平滑曲线数据的生成处理(样条曲线、NURBS曲线、圆弧以外的2次曲线等)。

加工路径生成部13根据加工程序分析部11的分析结果生成插补数据，由此生成基于加工程序的程序块数据的加工路径。另外，加工路径控制部14根据加工路径生成部13生成的加工路径，控制线切割放电加工机所具备的轴，由此进行加工中的加工路径的控制。

区间分割部15针对加工程序分析部11分析出的分析结果，执行基于上述规则D1～D4的区间分割处理，生成区间数据。另外，再近似部16针对区间分割部15生成的区间数据，执行基于上述规则F1～F3的再近似处理，生成再近似区间数据。

加工调整部17包含作为副功能单元的加工条件控制部18和加工路径修正部22，调整线切割放电加工机在加工路径的角部以及圆弧部的加工动作。

加工条件控制部18根据再近似部16生成的再近似区间数据，执行基于加工程序的程序块数据的加工路径的角部以及圆弧部的加工条件控制。与加工路径控制部14基于加工路径生成部13生成的加工路径进行的加工路径的控制同步地执行该加工条件控制，并且根据加工条件存储部12中存储的针对每个加工状况设定的加工条件的数据，对用于控制从加工电源输出的放电能量的放电能量控制部19以及用于控制提供给加工区域的加工液的供给液压和供给液量的加工液控制部20进行指令，由此来进行该加工条件控制。

加工路径修正部22根据再近似部16生成的再近似区间数据，执行基于加工程序的程序块数据的加工路径的角部以及圆弧部的加工路径修正。与加工路径控制部14基于加工路径生成部13生成的加工路径所进行的加工路径的控制同步地执行该加工路径修正，与加工条件控制部18的加工条件的状况相符地 直接修正加工路径生成部13生成的加工路径，由此来进行该加工路径修正。

图6是表示在本发明一个实施方式的数值控制装置上执行的处理的算法的流程图。

[步骤SA01]从非易失性存储器或外部装置，将成为执行对象的加工程序的程序指令依次读入到设置在存储器上的缓冲区域中。

[步骤SA02]判定在存储器上设置的缓冲区域中是否缓冲了足够量的程序指令，如果足够量的程序指令的缓冲完成，则进入步骤SA03，如果没有完成则返回步骤SA01，继续读入。

[步骤SA03]判定是否通过数值控制装置1的设定或指令平滑成为有效。当平滑有效时进入步骤SA04，当为无效时进入步骤SA05。

[步骤SA04]根据数值控制装置1的设定来进行平滑曲线数据的生成处理(样条曲线、NURBS曲线、圆弧以外的2次曲线等)。

[步骤SA05]根据程序指令或在步骤SA04中生成的平滑曲线数据来进行插补处理，生成插补数据。

[步骤SA06]当读入的程序指令是通过CAD/CAM装置等生成的微小程序块时，或者通过步骤SA04生成了平滑曲线数据时，进入步骤SA07，如果不是则进入步骤SA09。关于程序指令是否是通过CAD/CAM装置等生成的微小程序块，例如分析读入到缓冲器中的程序指令，当包含了预先设定的预定数N个以上的由程序指令进行指令的加工距离的长度为预先设定的预定长度L_T以下的程序块时，判定该程序是通过CAD/CAM装置等生成的微小程序块即可。

[步骤SA07]针对微小程序块或者平滑曲线数据，从加工开始位置的数据开始按顺序执行后述的区间分割处理，并生成区间数据。

[步骤SA08]针对在步骤SA07生成的区间数据执行后述的再近似处理，并生成再近似区间数据。

[步骤SA09]根据缓冲的程序指令或者在步骤SA08生成的再近似区间数据，生成包括程序块长度(区间长度)、前后的程序块(区间)的角部角度、圆弧半径、圆弧中心角等信息的形状数据。

[步骤SA10]将在步骤SA09生成的形状数据输出给加工条件控制部以及加工路径修正部。在加工条件控制部以及加工路径修正部中，根据该形状数据， 与加工的进展状况同步地进行角控制、圆弧控制等加工条件控制以及加工路径修正。

[步骤SA11]将在步骤SA05生成的插补数据输出给插补任务。在插补任务中，根据插补数据来进行线切割放电加工的加工路径控制。

[步骤SA12]判定程序是否已结束。当程序指令没有结束时，返回步骤SA01，当程序指令已结束时，结束加工处理。

图7是表示在本发明一实施方式的数值控制装置上执行的区间分割处理的算法的流程图。在区间分割处理中，针对微小程序块或平滑曲线数据，从加工开始位置的数据开始按顺序应用上述的规则D1～D4来生成区间数据。

[步骤SB01]依次读入在缓冲区域中存储的程序块数据。

[步骤SB02]判定在步骤SB01读入的程序块数据的程序块长度是否在预先设定的程序块长度L_d以上。当在程序块长度L_d以上时，进入步骤SB03，当不在程序块长度L_d以上时，进入步骤SB04。

[步骤SB03]将当前读入的程序块的两端(起点以及终点)设为分割点，将该程序块以一个块设为1个区间(规则D1)，然后进入步骤SB08。

[步骤SB04]判定在步骤SB01读入的程序块数据的程序块长度是否在预先设定的程序块长度L_min以下。如果是在程序块长度L_min以下，则在将该程序块的中点设为控制点(前面程序块的终点以及后面程序块的起点)后返回步骤SB01，如果不是在程序块长度L_min以下，则进入步骤SB05。

[步骤SB05]判定在步骤SB01读入的程序块起点的切线方向和前面程序块终点的切线方向所成的角度(角部的角度)是否在预先设定的角度θ_d以上。如果在设定的角度θ_d以上时，进入步骤SB07，当不是在所设定的角度θ_d以上或者没有设定前面程序块的情况下，进入步骤SB06(规则D3)。

[步骤SB06]判定将在步骤SB01读入的程序块位置的路径暂且近似为圆弧时的曲率半径相对于将前面程序块位置的路径暂且近似为圆弧时的曲率半径的变化是否为预先设定的比例R_d以上，或者判定圆弧的中心方向是否夹着加工路径而反转。在任意一个条件成立时进入步骤SB07，如果不是这样，则进入步骤SB08(规则D4)。

[步骤SB07]将在步骤SB01读入的程序块的起点设为分割点。

[步骤SB08]将在步骤SB01读入的程序块设定为前面程序块。

[步骤SB09]判定在缓冲区域中存储的程序块数据是否已结束。如果程序块数据没有结束则返回步骤SB01，如果程序块数据结束，则结束区间分割处理。

图8是表示在本发明一实施方式的数值控制装置上执行的再近似处理的算法的流程图。在再近似处理中，针对通过区间分割处理生成的区间数据，从加工开始位置的数据开始按顺序应用上述的规则F1～F3来生成再近似区间数据。

[步骤SC01]依次读入通过区间分割处理生成的区间数据。

[步骤SC02]判定通过在步骤SC01读入的区间数据定义的区间是否由1个程序块构成。在该区间由1个程序块构成时，进入步骤SC06，在不是这样时进入步骤SC03(规则F1)。

[步骤SC03]判定将通过步骤SC01中读入的区间数据定义的区间的路径暂且近似为圆弧时的曲率半径是否在预先设定的值R_t以上。在设定的值R_t以上时，进入步骤SC04，在不是这样时进入步骤SC05。

[步骤SB04]将在步骤SC01读入的区间数据再近似为直线，并进入步骤SC06(规则F2)。

[步骤SC05]将在步骤SC01读入的区间数据再近似为圆弧，并进入步骤SC06(规则F3)。

[步骤SC06]判定区间数据是否已结束。在区间数据没有结束时，返回步骤SC01，在区间数据已结束时，结束再近似处理。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不仅限于上述实施方式的例子，通过增加适当的变更能够通过各种方式来实施。

例如，在上述实施方式中，说明了进行加工条件控制和加工路径修正两方面的数值控制装置，但是也可以根据系统的规模和要求的精度，只执行加工条件控制和加工路径修正中的某一个。