专利名称：四轴加工机用数值控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及四轴加工机用的数值控制装置，特别涉及设定虚拟的一个轴、即使是 四轴加工机也能进行以五轴控制加工为基准的加工的四轴加工机用的数值控制装置。
背景技术：
使用具有三个直线轴和两个旋转轴的五轴加工机，对于在工作台上安装的工件 (被加工物)同时进行五轴加工是公知的技术。图1是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(B轴以及C轴)加 工在工作台上安装的工件的工作台旋转型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴以及Z轴 移动加工头51以及刀具52。B轴使旋转工作台53围绕Y轴转动倾斜，C轴使该旋转工作 台53围绕Z轴旋转。即，旋转工作台53通过B轴以及C轴转动倾斜。图2是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(A轴以及C轴)加工 工件(未图示)的加工头旋转型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴以及Z轴移动加工 头61以及刀具62。A轴使刀具62围绕X轴倾斜，C轴围绕Z轴旋转加工头61和刀具62。 在图2中，符号66是工作台。图3是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(A轴以及C轴)加 工在旋转工作台上安装的工件(未图示)的混合型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴 以及ζ轴移动加工头71以及刀具72。A轴使刀具72围绕X轴倾斜，C轴使旋转工作台73 围绕Z轴旋转。作为刀具尖端点控制，已知通过控制参照图1、图2以及图3说明的五轴加工机的 数值控制装置，在工作台上固定的直角坐标系(工作台坐标系)上指示刀具的位置、速度、 以及刀具的方向，把这些指令值变换为机械的控制点的各轴的坐标值来进行控制的方法 (特开2003-195917号公报)。在该刀具尖端点控制中，控制刀具尖端点的位置以及速度， 通过插补各旋转轴的位置来决定刀具的方向。在一般的五轴加工机中，例如通过图4所示 那样的程序指令进行刀具尖端点控制中的加工。在图4表示的程序指令中，“G43. 4”是开始刀具尖端点控制的G代码，表示是通过 作为旋转轴的B轴以及C轴的指令来指示刀具方向的刀具尖端点控制的指令方式。“H”指 示刀具长度修正量号码。“X”、“Y”、“Z”指示程序坐标系上的刀具尖端点位置。该“程序坐 标系”是在工作台上固定的直角坐标系(由Xt、Yt、Zt轴组成的工作台坐标系)，因此与工 作台的倾斜、旋转一起倾斜、旋转。“B”以及“C”指示旋转轴位置。“G49”是取消刀具尖端 点控制的G代码。图5是从Y轴的负方向观看来说明图1的五轴加工机的加工的图。在这以后，使 用从Y轴的负方向看到的图来说明五轴加工机的加工。另外，虽然作为通过本发明的控制 装置控制的五轴加工机，只参照图1的工作台旋转型五轴加工机进行说明，但是其说明也 适用于图2所示那样的加工头旋转型五轴加工机或者图3所示那样的混合型五轴加工机， 它们在具有三个直线轴和两个旋转轴、用两个旋转轴控制刀具方向(刀具对于工件的相对的方向)这点上与该工作台旋转型五轴加工机相同。但是，在基于刀具尖端点控制的加工中，刀具多使用球头立铣刀，在这种情况下， 使用球头立铣刀的尖端半球的中心或者尖端半球上的切削点指示刀具尖端点位置。此时， 刀具尖端点位置(程序指令中的X轴、Y轴以及Z轴的指令值)，因为准确地成为工作台坐 标系上的X轴、Y轴、以及Z轴上的位置，所以即使通过B轴位置以及C轴位置决定的刀具的 方向(刀具对于工件的姿势)与程序指令少许不同，在加工上也不会成为太大的问题。当 然，刀具方向与程序指令不能有大的不同而使刀具和工件或者机械部件干涉。图5表示刀具尖端点位置用X轴、Y轴以及Z轴的指令给出，而且刀具52对于工件 54的方向用B轴指令(例如-80. 0的指令)给出的状态。因此，当假定刀具尖端点位置的 指令(X轴、Y轴以及Z轴的指令)不变，但是把B轴的指令作为与图5的值大不相同的值 (例如-45. 0)给出时，如图6所示，工作台坐标系上的刀具方向(刀具52对于工件54的方 向)与图5所示的刀具方向不同，但是工作台坐标系上的刀具尖端点位置不变。S卩，在图5 和图6中B轴位置不同，但是工作台坐标系上的X、Y、Z位置不变。因此，如果X轴、Y轴、Z 轴的指令相同，则可以说即使少许变更B轴指令(以及C轴指令)，在加工上也没有问题。另一方面，在五轴加工机中存在下面那样的问题。(1)因为加工机的轴数多，所以成本上升。(2)当加工机的轴数增多时，轴间的机械装配误差累积。(3)当加工机的轴数增多时，难以提高机械刚性。(4)旋转轴与直线轴相比，特别是旋转力矩弱，成为发生大的误差的主要原因。由于上述⑵ (4)的原因，难以使用五轴加工机进行高精度的加工。因此，为缓 解这些问题，导入了图7、图8以及图9所示那样的四轴加工机。这样的四轴加工机如后所 述，通过作为虚拟轴而使用具有虚拟角度(倾斜角)的夹具或者附件，能够加工以往使用五 轴加工机进行的加工的相当部分。图7是工作台旋转型的四轴加工机的概略结构图。加工头51以及刀具52用X轴、 Y轴以及Z轴动作。旋转工作台53通过C轴旋转。该旋转工作台53在围绕Y轴有固定的 倾斜角的夹具55上固定。其结果，C轴的旋转中心围绕Y轴具有预定的倾斜角度(对于Z 轴倾斜的角度)。这里，图7的四轴加工机，设想有一个不具有围绕Y轴实际动作的轴(驱 动的伺服机)的“虚拟轴”。该虚拟轴与图1的一般的五轴加工机中的B轴相当。该虚拟轴 的(B轴)的倾斜角度称为“虚拟角度”。图8是加工头旋转型的四轴加工机的概略结构图。在图8的加工头旋转型的四轴 加工机中，加工头61以及刀具62用X轴、Y轴以及Z轴动作。另外，加工头61通过C轴旋 转。在该加工头61上，刀具62被固定在围绕X轴有固定的倾斜角的附件65上。其结果， 刀具62围绕X轴具有预定的倾斜角度(对于Z轴倾斜的角度)。虚拟轴与图2的一般的五 轴加工机中的A轴相当。图9是混合型的四轴加工机的概略结构图。在图9的混合型的四轴加工机中，加 工头71以及刀具72用X轴、Y轴以及Z轴动作。旋转工作台73通过C轴围绕Z轴旋转。 在该加工头71上，刀具72被固定在围绕X轴有固定的倾斜角的附件75上。其结果，刀具 72围绕X轴具有预定的倾斜角度(对于Z轴倾斜的角度)。虚拟轴与图3的一般的五轴加 工机中的A轴相当。 5
以下，作为用本发明的数值控制装置控制的四轴加工机，使用图7所示那样的工 作台旋转型四轴加工机为例说明，但是本发明也可以在控制图8或者图9所示那样的具有 一个虚拟轴的其他类型的(加工头旋转型或者混合型的)四轴加工机的数值控制装置中应用。图10表示的叶轮一般用五轴加工机加工，但是实际上是在图7表示的工作台旋转 型四轴加工机中通过把虚拟轴的角度(虚拟角度)设为-80度而加工出的。使用四轴加工机的加工能够得到下述(1)以及(2)的特征。(1)因为与五轴加工机相比轴数少了一个，所以能够相应地以低价格实现加工。(2)因为与五轴加工机相比轴数少了一个，所以能够相应地减小机械装配误差且 提高机械刚性，高精度地进行加工。但是，因为在四轴加工机中虚拟轴实际上不存在，所以在四轴加工机用的程序中 不执行对于虚拟轴的指示。因此，与图4中例示的五轴加工机用的程序对应的四轴加工机 用的程序成为没有B轴指令的程序。这里，如果虚拟轴的虚拟角度是-80. 0度，则作为虚拟 角度在数值控制装置中在参数中设定-80.0度，认为数值控制装置对于虚拟轴(B轴)指示 了-80.0。这样的技术已经公知。四轴加工机用的现有的加工程序，需要从CAM(Computer-AidedManufacturing) 生成图11所示那样的没有虚拟轴(B轴)指令的程序。这里，例如用图4的程序指令进行图5所示那样的加工时，如果把该程序指令中 的B轴指令认为是“B-80. 0”，则如图7所示，能够通过使用把“虚拟轴”的“虚拟角度”作 为-80. 0度的夹具55使C轴旋转中心倾斜的四轴加工机，使用五轴加工机用的刀具尖端点 控制程序进行加工。当然，把程序指令中的B轴指令认为是“B-80. 0”，需要程序指令中的 B轴指令在对于-80. 0度设定的允许值的范围内(刀具与工件或者机械部件不干涉的范围 内)。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种控制四轴加工机的数值控制装置，在四轴加工机 上设定一个虚拟轴，即使是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工，目的是 提供一种四轴加工机用数值控制装置，通过直接认为对虚拟轴指示虚拟角度，能够用四轴 加工机执行通过现在的五轴加工机用的程序指令用五轴加工机进行的加工。为实现上述目的，本发明涉及一种数值控制装置，其控制四轴加工机，该四轴加工 机遵照用于通过三个直线轴和两个旋转轴对在工作台上安装的工件进行加工的五轴加工 机的加工程序，通过所述三个直线轴和一个旋转轴对该工件进行加工。并且，该数值控制装置的第一形态，具有虚拟角度设定单元，用于设想在所述四 轴加工机上还有一个虚拟轴，把该虚拟轴的角度设定为虚拟角度；虚拟角度判断单元，用于 在所述加工程序中对所述虚拟轴发出程序指令的情况下，判断该程序指令与所述虚拟角度 是否一致；和旋转轴指令认定单元，用于在用所述虚拟角度判断单元判断为所述虚拟轴的 程序指令与所述虚拟角度一致的情况下，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。在所述虚拟角度判断单元判断所述虚拟轴的程序指令与所述虚拟角度是否一致 时，如果所述虚拟轴的程序指令在针对所述虚拟角度而设定的允许值的范围内，则可以判断为一致，另外，如果所述虚拟轴的程序指令在针对反转所述虚拟角度的符号所得到的角 度而设定的允许值的范围内，则可以判断为一致。所述旋转轴的程序指令，可以认为是指令值+180度+ΠΧ360度(η 任意设定的整 数值)，或者可以认为是指令值+设定变更角度。另外，该数值控制装置的第二形态，具有虚拟角度设定单元，用于设想在所述四 轴加工机上还有一个虚拟轴，把该虚拟轴的角度设定为虚拟角度；虚拟角度判断单元，用于 在所述加工程序中对所述虚拟轴发出程序指令的情况下，判断该程序指令与反转所述虚拟 角度的符号所得到的角度是否一致；和旋转轴指令认定单元，用于在用所述虚拟角度判断 单元判断为所述虚拟轴的程序指令与反转所述虚拟角度的符号所得到的角度一致的情况 下，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。在所述数值控制装置的第一以及第二形态中，也可以假定所述旋转轴是使旋转工 作台旋转的轴，所述虚拟角度是使该旋转工作台倾斜的倾斜角，或者假定所述旋转轴是使 旋转加工头旋转的轴，所述虚拟角度是在该旋转加工头上安装的附件上使刀具倾斜的倾斜 角度，或者假定所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是在加工头上安装的 附件上使刀具倾斜的倾斜角度。根据本发明，能够提供一种控制四轴加工机的数值控制装置，设定一个虚拟轴，即 使是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工，能够提供一种四轴加工机用数 值控制装置，通过直接认为对虚拟轴指示虚拟角度，能够用四轴加工机执行通过现在的五 轴加工机用的程序指令用五轴加工机进行的加工。
图1是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(B轴以及C轴)加 工在工作台上安装的工件的工作台旋转型的五轴加工机的概略结构图。图2是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(Α轴以及C轴)加 工工件的加工头旋转型的五轴加工机的概略结构图。图3是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(Α轴以及C轴)加 工在旋转工作台上安装的工件的混合型的五轴加工机的概略结构图。图4是通过旋转轴指令进行五轴加工的程序指令的例子。图5是从Y轴的负方向看图1的加工机的图，是表示有X轴、Y轴以及Z轴指令和 B轴指令(Β-80.0)的指令的情况下的图。图6是从Y轴的负方向看图1的加工机的图，是表示有X轴、Y轴以及Z轴指令和 B轴指令(Β-45.0)的指令的情况下的图。图7是工作台旋转型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴、 以及Z轴动作，旋转工作台通过C轴旋转。图8是加工头旋转型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴、 以及Z轴动作，加工头通过C轴旋转。图9是混合型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴、以及Z 轴动作，旋转工作台通过C轴围绕Z轴旋转。图10是在图7表示的工作台旋转型的四轴加工机中通过把虚拟轴的虚拟角度设
7为-80度而加工出的叶轮的一例。图11是与图4的五轴加工机用的程序对应的四轴加工机用的程序的例子，是没有 虚拟轴(B轴)指令的程序。图12是本发明的四轴加工机用数值控制装置的概略的功能框图。图13是控制五轴加工机的程序指令的第一例。图14是说明使用夹具使旋转工作台围绕Y轴倾斜-80. 0度进行加工的图7的四 轴加工机的加工状况的概略图。图15是控制五轴加工机的程序指令的第二例，包含允许值以上的B轴指令(块 N040的B轴指令与图13的程序指令不同)。图16是从Y轴的正方向看图1的加工机的图，是表示有X轴、Y轴以及Z轴指令 和B轴指令(B+80. 0)的指令的情况下的图，C轴相对于图5的位置旋转了 +180度。图17是说明使用夹具使旋转工作台围绕Y轴倾斜+80. 0度进行加工的四轴加工 机的加工状况的概略图(工作台坐标系的Yt轴的方向与图15中的Yt轴的方向相反)。图18是表示图12中表示的数值控制装置中的指令解析部实施的处理的算法的流 程图。图19是本发明的四轴加工机用数值控制装置的一个实施方式的框图。
具体实施例方式图12是本发明的四轴加工机用数值控制装置的概略的功能框图。该四轴加工机 用数值控制装置100控制对于在工作台上安装的工件(加工物)通过三个直线轴(X轴、Y 轴、Z轴)和一个旋转轴(C轴)进行加工的四轴加工机。四轴加工机用数值控制装置100，用指令解析部10解析程序指令，生成插补用数 据，用插补部11通过插补用数据进行插补，驱动X轴、Y轴、ζ轴、以及C轴的伺服机12X、 12Y、12Z、12C。虚拟角度判断单元15以及旋转轴指令认定单元17分别与指令解析部10关 联。虚拟角度判断单元15 —边参照允许值16和通过虚拟角度设定单元14设定的虚拟角 度13，一边判断B轴(虚拟轴)指令与虚拟角度13是否一致，在判断为一致的情况下，认为 虚拟轴的程序指令是虚拟角度13。这里，旋转轴指令认定单元17把针对虚拟轴的程序指令认为是虚拟角度13，相当 于生成设想到对于虚拟轴有虚拟角度13的程序指令的插补用数据并进行插补。但是，因为 认为指示每块相同位置(虚拟角度)，所以不进行实际的插补。另外，因为虚拟轴不存在伺 服机，所以伺服机不驱动。下面说明旋转轴指令认定单元17。首先，参照图14说明通过夹具55使旋转工作台53围绕Y轴倾斜-80. 0度的四轴 加工机。该四轴加工机如参照图7已说明的那样，把一个旋转轴作为C轴，把虚拟轴作为B 轴，但是本发明不限于那样的四轴加工机，也可以适用于把A轴以及C轴中的一方作为旋转 轴、把另一方作为虚拟轴的四轴加工机，或者把A轴以及B轴中的一方作为旋转轴、把另一 方作为虚拟轴的四轴加工机。这里，考虑控制五轴加工机的程序指令为图13所示的程序指令，另外作为虚拟角 度设定-80. 0度，作为允许值设定5. 0度的情况。
8
在该图13的程序指令中，因为块N010、块N020、块N030、块N040的B轴指令 (‘B-81. 0，、‘B-83. 0，、‘B-78. 0，、‘B-79. 0，)的任何一个相对于虚拟角度(-80. 0 度)差的 绝对值都比允许值(5.0度)小，所以虚拟角度判断单元15判断为B轴指令与虚拟角度“一 致”。然后，通过旋转轴指令认定单元认定虚拟轴的程序指令是-80.0而进行加工。虽然该 虚拟轴具有允许值的范围内的误差，但是如上所述，因为刀具尖端点被正确地指示，所以即 使刀具52的方向与程序指令少许不同，在加工上也不会发生问题。其结果，通过图7表示 的四轴加工机能够如图14所示那样进行与图5所示的五轴加工机的加工相当的加工。但是，在同样的条件(作为虚拟角度设定-80.0度，作为允许值设定5.0度)下程 序指令是图15表示的程序指令的情况下，因为其块N040的B轴指令是B-74. 0 (-74. 0度)， 所以其差的绝对值(=6.0)超过允许值5.0度。因此，加工机发出警报并停止。在该发出 警报并停止的情况下，例如可以通过更换图7表示的夹具55来进行工件的加工。或者也可 以停止用四轴加工机的加工，切换到使用五轴加工机的加工。后面出现的发出警报并停止 的情况也同样。接着，参照图17说明使用夹具55使旋转工作台53围绕Y轴倾斜+80. 0度的四轴 加工机。代替通过五轴加工机例如在图5中以使B轴为-80. 0度的角度(用B_80. 0的指 令)加工工件54，同样可以如图16所示以使B轴为+80. 0度的角度(用B+80. 0的指令) 加工该工件54。图16表示将C轴位置从图5的C轴位置旋转180°后的状态。关于工作 台坐标系，其“Yt方向”在图16中是从图的纸面的背面侧向表面侧相对于该纸面垂直穿过 的方向(使用白圆“〇”表示该方向)，与之相对，在图5中与其相反，是从图的纸面的表面 侧向背面侧相对于该纸面垂直穿过的方向(使用黑圆“眷”表示该方向)。并且，在图5和 图16中，对于X轴、Y轴以及Z轴的程序指令，工件54上(工作台坐标系上)的刀具尖端 点的X轴、Y轴以及Z轴位置和刀具52对于工件54的方向，在图5和图16中相同。因此， 即使是通过B-80.0加/减α (α <允许范围)的程序指令进行的加工，也能够通过⑴反 转B轴指令的符号、而且(2)使C轴指令成为“指令值+180度+ηΧ360度”(η是任意的整 数值)，进行基于指令程序的加工。在数学上对其进行说明。通过程序指令的B轴指令以及C轴指令，如下表示工作 台坐标系上的刀具方向，即用矢量(I、J、K)表示的刀具52对于工件54的方向。这里，设B 取-90度 90度，C取0 360度的范围。I = CosCXsinBJ = sinCX sinBK = cosB ......(1)在表示该矢量(I、J、K)的B轴位置以及C轴位置，有下面的两个解，解A以及解 B0“解A”中的B轴位置⑶以及C轴位置(C)用以下的公式表示。B = arccos (K)
......(2)
“解B”中的B轴位置⑶以及C轴位置(C)用以下的公式表示。B = -arccos (K) 这里，在上面的(2)式以及(3)式中，假定在用于求B轴位置(B)的arccos的计 算中得到B = O度 90度的值。另外，假定在用于求C轴位置(C)的arctan的计算中得 到以下那样的值。在I≥0、J≥0的情况下；C = 0 90度，在I < 0、J≥0的情况下；C = 90度 180度，在I < 0、J < 0的情况下；C = 180度 270度，在I≥0、J < 0的情况下；C = 270度 360度。这样，在实现用B轴位置以及C轴位置指示的刀具方向矢量(I、J、K)的B轴位置 以及C轴位置有两个解，解A和解B。解B中的B轴位置是反转解A中的B轴位置的符号而 得到的。另外，解B中的C轴位置是在解A中的C轴位置上相加180度+ηX360度而得到 的(η 任意的整数)。因此，如上所述，如果判断为虚拟轴的程序指令与反转虚拟角度的符号后的角度 一致，则通过(1)认为虚拟轴的程序指令是虚拟角度，而且(2)认为旋转轴的程序指令是“指令值+180度+η X 360度”，可以执行刀具尖端点位置以及刀具方向遵照程序指令的加工。这里，在通过夹具55使旋转工作台53围绕Y轴倾斜+80. 0度的四轴加工机中，考 虑有图13的程序指令，而且作为虚拟角度设定+80. 0度，另外作为允许值设定5. 0度的情 况。在该图13的程序指令中，块Ν010、块Ν020、块Ν030、块Ν040的B轴指令，因为与反 转虚拟角度的符号所得到的角度(-80.0度)的差的绝对值都比上述允许值(5.0度)小， 所以通过虚拟角度判断单元15判断为B轴指令与虚拟角度一致。然后，通过旋转轴指令认定单元17认定虚拟轴的程序指令是+80.0度，另外认定C 轴的程序指令是“指令值+180度+ηΧ360度”来进行加工。这里，“η”的值通常是0或-1。 即，认为C轴指令是(指令值+180度)或者(指令值-180度)。该“η”的值是通过在参数 中设定而可选择的整数值。其结果，即使是把虚拟角度设定为(非-80. 0度)+80. 0度的情况下，也能够如图 17所示使用四轴加工机进行与图5中的五轴加工机中的加工相当的加工。但是，在同样的条件(作为虚拟角度设定+80.0度，作为允许值设定5.0度)下 程序指令是图15中表示的程序指令的情况下，因为其块Ν040的B轴指令是Β-74. 0 (-74. 0 度)，所以与反转虚拟角度+80. 0度的符号而得到的-80. 0度的差的绝对值(=6. 0)超过 了允许值5.0度。因此，加工机发出警报并停止。C轴指令如上所述，通常认为是“指令值+180度”或者“指令值-180度”。但是， 有时根据加工机不能认为+/-180度那样大不相同的位置。例如，在加工头旋转型四轴加工机中，当认为+180度那样大不相同地动作时，因为位于加工头内的向主轴的电源电缆会在 允许值以上大幅度卷绕，所以有时对于指令不能认为是+180度，最大仅能认为是+150度。 在这种情况下，也可以把认定变更角度作为“设定变更值”设定为180度以下的值。即在这 种情况下，C轴指令认为是“指令值+设定变更值”。图18是表示图12表示的控制装置中的指令解析部10中的处理的算法的流程图。 下面遵照各步骤进行说明。在该流程图中，“b”表示对于B轴的程序指令，“C”表示对于C 轴的程序指令。另外，把认为旋转轴的程序指令是“指令值+180度+nX360度”的情况下 的“η”的值取为0。步骤SA2以及SA3与虚拟角度判断单元15相当，步骤SA4以及SA5与 旋转轴指令认定单元17相当。指令解析部10从程序指令中读取虚拟轴B的程序指令b以及C轴的程序指令 c (步骤SAl)。然后，判断所读取的程序指令b与预先设定的虚拟角度的差的绝对值是否比 预先设定的允许值小(步骤SA2)。在所述差的绝对值比允许值小的情况下，认为B轴的指 令是所述虚拟角度，结束该处理(步骤SA5)。另一方面，在所述差的绝对值不比允许值小的 情况下，进而判断在程序指令b上加上虚拟角度后的值的绝对值是否比所述允许值小(步 骤SA3)。然后，在程序指令b上加上虚拟角度后的值的绝对值比所述允许值小的情况下，认 为B轴的指令是虚拟角度，而且认为旋转轴的指令是“c+180度”，结束该处理(步骤SA4)。 另一方面，在程序指令b上加上虚拟角度后的值不比所述允许值小的情况下，发出警报并 停止，结束该处理。图19是本发明的四轴加工机用数值控制装置的一个实施方式的框图。CPU 21是 整体控制四轴加工机用数值控制装置100的处理器。CPU 21通过总线38读出在存储器22 的ROM区域中存储的系统程序，遵照该系统程序控制数值控制装置全体。在存储器22的 RAM区域内存储临时的计算数据或者显示数据、以及通过显示器/MDI单元50由操作员输入 的各种数据。另外，在存储器22的由SRAM等构成的非易失性存储器区域中，存储通过接口 23读入的加工程序或者通过显示器/MDI单元50输入的加工程序等。接口 23可以实现四轴加工机用数值控制装置100和适配器等外部设备(未图示) 的连接。从未图示的外部设备读入加工程序或者各种参数等。另外，在四轴加工机用数值 控制装置100内编辑的加工程序，能够通过外部设备(未图示)在外部存储单元中存储。 PMC(可编程机床控制器)24使用在四轴加工机用数值控制装置100中内置的顺序程序，通 过I/O单元25向机床的辅助装置输出信号并进行控制。另外，在接受在机床本体上配备的 操作盘的各种开关等的信号并进行必要的信号处理后，向CPU 21交付。显示器/MDI单元50是具有显示器或者键盘等的手动数据输入装置，接口 26接受 来自显示器/MDI单元50的键盘的指令、数据后向CPU 21交付。接口 27与具有手动脉冲 发生器等的操作盘51连接。各轴的轴控制电路28、30、32、34接受来自CPU 21的各轴的移动指令量，向伺服放 大器29、31、33、35输出各轴的指令。伺服放大器29、31、33、35接受该指令，驱动图8、图9 以及图10中表示的四轴加工机的X轴、Y轴、Z轴、C轴的伺服电动机39、40、41、42。各轴 进行位置/速度的反馈控制(在图19中省略该结构)。另外，主轴控制电路36接收主轴旋转指令，向主轴放大器37输出主轴速度信号。 主轴放大器37接受主轴速度信号，使主轴电动机43以所指示的旋转速度旋转。
在四轴加工机用数值控制装置100中，如上所述，通过(作为指令解析部10的) CPU 21执行图18中表示的处理，通过直接认为对虚拟轴指示虚拟角度，能够使用四轴加工 机执行通过现有的五轴加工机用的程序指令使用五轴加工机进行的加工。
权利要求
一种四轴加工机用数值控制装置，用于控制四轴加工机，该四轴加工机遵照用于通过三个直线轴和两个旋转轴对安装在工作台上的工件进行加工的五轴加工机的加工程序，通过所述三个直线轴和一个旋转轴对该工件进行加工，所述四轴加工机用数值控制装置的特征在于，具有虚拟角度设定单元，用于设想在所述四轴加工机上还有一个虚拟轴，把该虚拟轴的角度设定为虚拟角度；虚拟角度判断单元，用于在所述加工程序中对所述虚拟轴发出程序指令的情况下，判断该程序指令与所述虚拟角度是否一致；和旋转轴指令认定单元，用于在用所述虚拟角度判断单元判断为所述虚拟轴的程序指令与所述虚拟角度一致的情况下，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。
2.一种四轴加工机用数值控制装置，用于控制四轴加工机，该四轴加工机遵照用于通 过三个直线轴和两个旋转轴对安装在工作台上的工件进行加工的五轴加工机的加工程序， 通过所述三个直线轴和一个旋转轴对该工件进行加工，所述四轴加工机用数值控制装置的 特征在于，具有虚拟角度设定单元，用于设想在所述四轴加工机上还有一个虚拟轴，把该虚拟轴的角 度设定为虚拟角度；虚拟角度判断单元，用于在所述加工程序中对所述虚拟轴发出程序指令的情况下，判 断该程序指令与反转所述虚拟角度的符号所得到的角度是否一致；和旋转轴指令认定单元，用于在用所述虚拟角度判断单元判断为所述虚拟轴的程序指令 与反转所述虚拟角度的符号所得到的角度一致的情况下，认定所述虚拟轴的程序指令是所 述虚拟角度。
3.根据权利要求1所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述虚拟角度判断单元，在判断所述虚拟轴的程序指令与所述虚拟角度是否一致时， 如果所述虚拟轴的程序指令在针对所述虚拟角度而设定的允许值的范围内，则判断为一致。
4.根据权利要求2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述虚拟角度判断单元，在判断所述虚拟轴的程序指令与所述虚拟角度是否一致时， 如果所述虚拟轴的程序指令在针对反转所述虚拟角度的符号所得到的角度而设定的允许 值的范围内，则判断为一致。
5.根据权利要求2或者4所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，认定所述旋转轴的程序指令是指令值+180度+ηX360度，其中，该η是任意设定的整 数值。
6.根据权利要求2或者4所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，认定所述旋转轴的程序指令是指令值+设定变更角度。
7.根据权利要求1或者2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是使该旋转工作台倾斜的倾斜
8.根据权利要求1或者2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于， 所述旋转轴是使旋转加工头旋转的轴，所述虚拟角度是在该旋转加工头上安装的附件上使刀具倾斜的倾斜角度。
9.根据权利要求1或者2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于， 所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是在加工头上安装的附件上使刀 具倾斜的倾斜角度。全文摘要
一种控制四轴加工机的数值控制装置，在该四轴加工机内设定一个虚拟轴，尽管是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工。并且，在通过五个轴加工工件的五轴加工机用的程序对该虚拟轴发出指令时，在该虚拟轴的程序指令值与已设定的虚拟轴的角度(虚拟角度)大体一致时，认为该虚拟轴的程序指令值是虚拟角度，通过该五轴加工机用的程序进行加工。
文档编号G05B19/18GK101893870SQ20101018534
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月21日
发明者井出聪一郎, 大槻俊明, 花冈修 申请人:发那科株式会社