具有基于转台旋转的切入控制功能的数值控制装置的制作方法

本发明涉及数值控制装置，特别是涉及具有基于转台旋转的切入控制功能的数值控制装置。

背景技术：

在普通车床中，具有使刀具向工件的径向移动的直线轴(一般被称为x轴)，通过基于x轴的直线移动进行切入量的控制。另一方面，为了降低成本、缩小尺寸，机床的轴数越少越好。如果能够不使用x轴的直线移动机构地控制切入量，能够去掉x轴的直线移动机构，则能够获得降低成本、缩小尺寸的效果。

作为通过x轴的直线移动机构以外来控制切入量的现有技术，有日本专利第5287986号以及日本特开2009-190157号公报所公开的技术。这些是对于不旋转的工件，通过把刀具控制为绕其周围旋转来进行切削加工的技术，除了设置有面对固定工件的卡盘并作为主轴进行旋转的主轴旋转部，还在第1旋转台上设置保持刀具的偏心旋转部，通过该偏心旋转部的旋转控制来控制切入量。

然而，在这些技术中，把刀具围绕固定的工件旋转的类型的机械作为对象，在像这样类型的机械中，由于不能安装多个刀具，因此存在根据需要进行刀具更换时花费时间的问题。另一方面，能够安装多个刀具的带有转台的机械是对旋转的工件按压接触安装在转台上的刀具来进行车削加工的类型，对于该类型的机械不能简单地利用上述日本专利第5287986号以及日本特开2009-190157号公报所公开的技术。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种在安装1个以上的刀具的带有转台的机械中，能够不使用x轴的直线移动机构地实现进行车削加工的控制的数值控制装置。

本发明的数值控制装置中，如图1以及图2所示，在对旋转的工件按压接触安装在转台上的刀具来进行加工的类型的机械中，不使用x轴的直线移动，利用从工件中心到刀具刀尖的直线距离(图2的x)与转台的旋转角度(图2的θ)以及从转台中心到刀具刀尖的距离(图2的r)之间的关系式，计算在执行关于x轴的移动指令时用于实现期望的x轴坐标值的转台的旋转角度θ，通过控制转台以使转台的旋转角度为θ，代替x轴的直线移动而进行车削加工。

本发明的数值控制装置被构成为：根据程序指令控制对旋转的工件按压接触安装在转台上的刀具来进行加工的机械，该数值控制装置具备：指令分析部，其分析所述程序指令来生成移动指令数据；轴移动量计算部，其在所述指令分析部所生成的移动指令数据是使所述刀具向垂直于所述工件的旋转轴的第1直线轴方向移动的移动指令数据的情况下，把基于所述程序指令的所述刀具向所述第1直线轴方向的移动的指令值转换为所述转台的旋转角度的指令值。并且，该数值控制装置通过基于所述轴移动量计算部所计算出的所述转台的旋转角度的指令值的所述转台的旋转指令，代替基于所述程序指令的向所述第1直线轴方向的移动的指令，来控制所述刀具的位置。

可以设为所述转台上安装有多个刀具，对于所述多个刀具内的各个刀具，预先设定了在所述加工中使用该刀具时限制所述转台的旋转角度的所述转台的可旋转角度以及适合刀具更换的所述转台的z轴方向的位置，当所述程序指令是更换在所述加工中使用的所述刀具的指令时，向适合刀具更换的所述转台的z轴方向的位置移动，并把所述转台的可旋转角度切换为对于更换后的所述刀具所设定的所述转台的可旋转角度。

可以设为所述机械具有第2直线轴，其能够在与所述工件的旋转轴垂直，并且与所述第1直线轴垂直的方向上相对移动所述工件的位置和所述转台的位置，所述轴移动量计算部计算所述第2直线轴的指令值，以使所述转台移动到在所述加工中使用的刀具仅通过所述转台的旋转能够切入到所述工件的旋转中心位置的位置，所述数值控制装置通过所述第2直线轴的指令值来控制所述工件与所述转台的相对位置。

可以设为所述机械具有第2直线轴，其能够在与所述工件的旋转轴垂直，并且与所述第1直线轴垂直的方向上相对移动所述工件的位置和所述转台的位置，由于刀具寿命或切削阻力的变化，通过所述第2直线轴的移动，能够变更使所述转台旋转来把在所述加工中使用的刀具按压接触所述工件时的、所述刀具相对于所述工件的径向所成的角度。

根据本发明，在带有能够安装1个以上的刀具的转台的机械中，能够去掉x轴的直线移动机构，从而能够有助于机械的降低成本、缩小尺寸。

附图说明

图1是表示由本发明的数值控制装置所控制的、对旋转的工件按压接触安装在转台上的刀具来进行加工的类型的机械的图。

图2是对于本发明的数值控制装置的基于转台的旋转角度的对工件的切入量的控制进行说明的图。

图3是本发明的第1实施方式的数值控制装置的功能框图。

图4是在图1的数值控制装置上执行的处理的流程图。

图5是表示在由图1的数值控制装置控制的具备转台的机械中的加工情况的图。

图6是表示具备多个刀具的转台的图。

图7是对于在具备多个刀具的转台中所产生的刀具和工件的干扰进行说明的图。

图8是对于在使用具备多个刀具的转台时的刀具更换进行说明的图。

图9a以及图9b是对于本发明的第2实施方式的数值控制装置的转台的旋转角度θ的值的自动变更控制进行说明的图。

图10是在本发明的第2实施方式的数值控制装置上执行的刀具更换时，转台向适合刀具更换的位置的移动、转台的可旋转角度的切换控制处理、转台的旋转角度θ的值的自动变更控制处理的流程图。

图11是表示具备转台在y轴方向上直线移动的机构的机械的图。

图12是对于安装在转台上的各刀具的刀具刀尖离转台中心的距离不同的情况进行说明的图。

图13是对于本发明的第3实施方式的数值控制装置的即使从转台中心到刀具刀尖的距离不同，也使刀尖通过工件中心的控制进行说明的图。

图14是表示从转台中心到第1刀具的刀尖的距离r1、从转台中心到第2刀具的刀尖的距离r2以及y轴的移动距离y之间的关系的图。

图15是对于使y轴移动时的转台的旋转角度θ的值进行说明的图。

图16是对于本发明的第3的实施方式的数值控制装置的变更与工件接触的刀具的倾斜的控制进行说明的图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

第1实施方式的数值控制装置，把与工件的旋转轴垂直的第1直线轴方向作为x轴方向，并控制转台的旋转以便实现所指示的x轴方向的直线切入量。

该数值控制装置如图1以及图2所示，把对于旋转的工件w按压接触安装在转台4上的刀具t来进行加工的类型的机械作为控制对象。转台4能够进行z轴方向的直线移动和旋转角度控制，且不具有z轴方向以外的直线移动机构。另外，工件w作为主轴进行旋转。一般的车床具备转台在z轴方向以外也能够进行直线移动的机构，但是在本实施方式的数值控制装置所控制的机械中不需要那样的机构。

如图2所示，θ是转台旋转角度，把刀具刀尖位于工件w的中心ow时的转台旋转角度定义为0。另外，x是从工件中心到刀具刀尖的直线距离，切削时的工件w的半径为该距离。通常，在加工程序中以“x10.0”这样的形式来指示切削时的工件的半径值或直径值。另外，r是从转台中心到刀具刀尖的距离，是根据机械构造所决定的固定值。

本实施方式的数值控制装置控制转台4的旋转角度θ，以使图2的x的值成为加工程序所指示的x轴直线移动的指令值。通过转台4的旋转角度θ的控制，为使刀具移动到x＝0的位置，如图2所示，工件w的中心需要位于伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上。

在这样的机械构造中，x与θ的关系为如下所示的式(1)。另外，如果对于θ解出式(1)，则为如下所示的式(2)。

在本实施方式的数值控制装置中，使用该式(2)把关于x轴的指令值转换为转台4的旋转角度的指令值θ。

图3是本实施方式的数值控制装置的功能框图。

本实施方式的数值控制装置1具备指令分析部10、轴移动量计算部11、插补部12、加减速控制部13以及伺服控制部14。

指令分析部10从未图示的存储器中所存储的程序20逐次读取并分析包含各轴移动量指令的程序块，根据该分析结果制作指示各轴移动的移动指令数据，并把该制作出来的移动指令数据输出到轴移动量计算部11。

当基于从指令分析部10接受的移动指令数据的指令为关于x轴的指令时，如上所述，轴移动量计算部11使用式(2)把基于该移动指令数据的关于x轴的指令值转换为转台4的旋转角度的指令值θ，并把转换后的移动指令数据输出到插补部12。例如，当指令值的半径值为5.0[mm]、r为20.0[mm]时，θ约为7.18[deg]。此外，例如当指令值的半径值为100.0时等式(2)无解时，执行发出报警等错误处理。

插补部12根据由轴移动量计算部11输出的移动指令数据所指示的移动指令，生成以插补周期对指令路径上的点进行插计算后的数据。

加减速控制部13根据插补部12所输出的插补数据，进行加减速处理来计算每个插补周期的各驱动轴的速度，把应用了该计算结果的插补数据输出到伺服控制部14。

然后，伺服控制部14根据加减速控制部13的输出，控制成为控制对象的机械的各轴的伺服电动机2。

图4是表示在本实施方式的数值控制装置1上执行的处理的流程的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sa01]指令分析部10从未图示的存储器中所存储的程序20逐次读取并分析包含各轴移动量指令的程序块，根据该分析结果制作指示各轴的移动的移动指令数据，并把该制作出的移动指令数据输出到轴移动量计算部11。

[步骤sa02]轴移动量计算部11判定关于x轴的指令值是指示工件的直径值还是指示工件的半径值的指令值。当关于x轴的指令值是指示工件的直径值的指令值时，将处理移至步骤sa03，当该指令值是指示工件的半径值的指令值时，将处理移至步骤sa04。

[步骤sa03]轴移动量计算部11把关于x轴的指令值设为1/2，从而转换为半径值。

[步骤sa04]轴移动量计算部11根据所指示的关于x轴的指令值进行使用式(2)的运算，并判定式(2)是否有解。当式(2)有解时，将处理移至步骤sa05，当式(2)无解时，将处理移至步骤sa07。

[步骤sa05]轴移动量计算部11根据所指示的关于x轴的指令值进行使用式(2)的运算，并计算转台4的旋转角度θ。

[步骤sa06]根据应用了在步骤sa05中轴移动量计算部11计算出的转台4的旋转角度θ的移动指令数据，在插补部12、加减速部13进行插补处理、加减速处理，根据处理结果，通过伺服控制部14进行各轴的伺服电动机2的控制，并结束本处理。

[步骤sa07]轴移动量计算部11把所指示的关于x轴的指令值无法转换为转台4的旋转角度θ的情况通知给操作者，并中断加工处理。

像这样，伺服控制部14控制对转台4进行旋转驱动的伺服电动机2，使转台4的旋转角度θ为按照该图4的流程图所示的处理所计算的θ，由此，从工件中心到刀具刀尖的直线距离成为期望的值。如果在从工件中心到刀具刀尖的直线距离为期望的值的状态下向z轴方向进给转台4，则如图5所示，能够实现期望的切入量的切削。

＜第2实施方式＞

第2实施方式的数值控制装置控制在转台上安装了多个刀具的机械。

通常，转台上安装有多个刀具，通过使转台旋转来进行刀具更换。在本实施方式的数值控制装置中，在刀具更换时进行转台的可旋转角度的切换控制、向适合刀具更换的位置的转台的移动、转台的旋转角度θ的值的自动变更控制。此外，本实施方式的数值控制装置的功能框图与图3示出的第1实施方式的数值控制装置的功能框图相同。

以下，对于上述本实施方式的数值控制装置所进行的控制的细节进行叙述。

刀具更换时的转台4的可旋转角度的切换控制是为了确保刀具切换时的安全性以及能够执行刀具更换动作而进行的。例如，从转台4的正面进行观察时的图如图6所示，假定转台4上安装有4个刀具(第1刀具t1、第2刀具t2、第3刀具t3、第4刀具t4)。

这种情况下，例如，如图7所示，在使用第1刀具t1的加工中，为了使第1刀具t1从工件w离开而使转台4旋转时，如果旋转角度过大，则第2刀具t2可能干扰工件w。

因此，在进行切削动作时，限制转台4的旋转角度θ在安全范围内来控制转台4的旋转。转台4的旋转角度θ的安全范围是根据机械构造针对每个刀具来决定的，因此针对各个刀具预先用参数设定限制的范围。另外，如果超出所设定的范围则发出报警。

另一方面，如图8所示，通常刀具更换是使转台4从工件w离开后执行的，因此无论转台4的旋转角度如何，工件w和刀具t都没有干扰。如果限制转台4的旋转角度θ，则不能进行刀具更换动作，因此刀具更换动作时，不限制转台4的旋转角度地进行旋转。

另外，转台4向适于刀具更换的位置的移动是为了提高刀具更换动作时的安全性或减少操作者的负担而进行的。指示了刀具更换时，通过自动地如图8那样使工件w和刀具t1、t2在z轴方向上向远离的位置移动，即使操作者不进行向z轴方向的移动指示，也在安全位置执行刀具更换。这通过预先根据参数设定适合刀具更换的位置的z轴坐标，在指示刀具更换时向该位置自动移动而能够实现。

另外，为了减轻操作者的负担，进行转台4的旋转角度θ的值的自动变更控制。例如在选择第1刀具t1的过程中，如图9a所示，设定θ值为45°。另外设定第1刀具t1与第2刀具t2的刀尖位置的角度差为90°。为了在该状态下从第1刀具t1更换为第2刀具t2，若使转台4旋转-90°，则如图9b所示，当使θ维持第1刀具t1的角度时，旋转后的θ值为-45°。但是，由于在刀具更换后使用第2刀具t2进行切削，因此需要变更θ值以使θ为第2刀具t2的角度。为了把θ从第1刀具t1的角度变更到第2刀具t2的角度，从第1刀具t1的角度加上90°(第1刀具t1与第2刀具t2的角度差)。在图9a、图9b的例子中，变更前的第1刀具t1的角度是θ＝-45°，如果加上90°则变更后是θ＝45°，θ变为第2刀具t2的角度。通过参数预先设定各刀具的角度差。刀具更换时自动地从参数读取各刀具的角度差，通过把该读取出的值(差)设为θ值，操作者不需要亲自进行变更θ值的指示，从而减轻负担。

图10是表示在刀具更换时转台的可旋转角度的切换控制和转台的旋转角度θ值的自动变更控制中在数值控制装置1上执行的处理的流程的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sb01]指令分析部10如果从程序20读取刀具更换指令，则读取参数中设定的适于刀具更换的z轴方向的位置，并制作向该位置的移动指令数据。伺服控制部14控制向z轴方向驱动转台4的伺服电动机2，向适合刀具更换的位置移动。

[步骤sb02]指令分析部10如果从程序20读取刀具更换指令，则禁用限制以使此前仅以一定角度范围进行旋转运动的转台4能够自由地进行360°动作。由此能够实现刀具更换动作。

[步骤sb03]伺服控制部14根据指令分析部10所制作的刀具更换所涉及的移动指令数据，控制驱动转台4的伺服电动机2来执行刀具更换。

[步骤sb04]取得刀具更换前和刀具更换后的刀具编号。在每次刀具更换时把当前的选择刀具编号保存到存储器中，刀具更换前的刀具编号从该存储器取得。另外，通常的刀具选择指令为例如t0001那样包含刀具编号的形式，因此刀具更换后的刀具编号能够从指令值取得。

[步骤sb05]根据在步骤sb04取得的刀具更换前和刀具更换后的刀具编号，取得刀具变更前的刀具与刀具变更后的刀具的角度差。各刀具的角度差预先通过参数进行设定，使用在步骤sb04取得的更换前后的刀具编号，从参数设定值取得刀具更换前后的角度差。

[步骤sb06]把在步骤sb05取得的刀具的角度差加到当前的转台4的旋转角度θ中，将该值设为新的转台4的旋转角度θ。由此，转台4的旋转角度θ从刀具更换前的刀具的角度值变更为刀具更换后的刀具的角度值。

[步骤sb07]从参数设定值取得更换后的刀具的可移动角度的范围。然后，通过在取得的角度范围内使转台4的旋转角度的限制有效，使转台4在安全范围内进行旋转。

＜第3实施方式＞

在上述所述第1、2实施方式中，转台4是以只能在z轴方向上进行直线运动的机械为对象，但是如果如图11那样，当转台4能够附加在与z轴方向垂直的y轴方向上直线移动的机构时，即使从转台中心到刀具刀尖的距离不同，该刀具刀尖也能够穿过工件中心ow，另外，能够变更与工件w接触的刀具的倾斜。此外，本实施方式的数值控制装置的功能框图与图3示出的第1实施方式的数值控制装置的功能框图相同。

以下，对上述本实施方式的数值控制装置所进行的控制的细节进行叙述。

即使从转台中心到刀具刀尖的距离不同，也使刀具刀尖通过工件中心的控制如图12所示，是为了应对各刀具(第1刀具t1、第2刀具t2)距转台中心的距离不同的情况而进行的控制。在图12中，第2刀具t2比第1刀具t1距转台中心的距离更长。在该状态中，伴随转台旋转的第1刀具t1的刀尖的移动路径穿过工件中心，但第2刀具t2的刀尖的移动路径不穿过工件中心。

但是，像在第1实施方式中所述的那样，为了能够切入到工件中心，工件中心需要位于伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上。因此，在更换为第2刀具t2时，使转台4向与z轴方向垂直的y轴方向移动，如图13所示，使工件中心位于伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上。

关于为了设为图13的位置关系要使转台4向y轴方向移动多少方可，由于从转台中心到第1刀具t1的刀尖的距离r1与从转台中心到第2刀具t2的刀尖的距离r2以及y轴的移动距离y的关系为图14所示的那样，因此通过下面的式(3)得到。

在从第1刀具t1更换到第2刀具t2时，如果使y轴移动通过该式计算出的移动量，则工件w的中心位于伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上。

另外，在使y轴移动时，在使用在第1实施方式中所示的式(1)以及式(2)时，需要变更θ值以使θ值与图15所示的角度一致。该变更能够通过接下来所示的式(4)来计算。

在这里，θorg是转台4向y轴方向移动前的θ值。在转台4向y轴方向移动时，通过按照该式(4)变更θ值，θ值与图15所示的角度一致。

另一方面，对于变更与工件w接触的刀具的倾斜的控制，通过如图16那样转台的y轴方向的移动，使工件中心从伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上离开。由此，工件的径向与刀具的方向所成的角度(图16的φa、φb)发生变化，其结果，刀具与工件的接触方式也能够改变。

工件的径向与刀具的方向所成的角度与刀具寿命、切削阻力有关，因此通过变更该角度有可能延长刀具寿命。

如图16那样，如果把转台向y轴方向移动后的从工件中心到刀具刀尖的距离定义为变量x，把y轴方向的转台的移动距离定义为y，把转台旋转角度定义为θ，则对于各变量以下式(5)所示的关系成立。

在这里，操作者通过加工程序指定y轴的移动量。在转台向y轴方向移动后的状态下，通过加工程序指示了x的值时，按照该式计算θ，如果把转台的旋转角度控制为θ，则从工件中心到刀具刀尖的距离与指令值相同。

应用该方法时，由于在伴随转台旋转的刀具刀尖的移动路径上没有工件中心，因此不能切入到工件的中心，能够加工的范围有限。如果指示了不可实现的x的值时，进行发出报警等的错误处理。

以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，能够通过增加适当的变更而以多种方式实施。例如，上述是以转台向z轴方向进行动作为例，但是在自动车床那样工件在z轴方向动作，转台不在z轴方向动作时也能够实施。