专利名称：三维线状加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可实现管类长材的三维加工的激光加工机、等离子体切断加工机、气体切断加工机等的三维线状加工装置。
为此，已知一种通过使用由CAD/CAM装置生成的加工程序进行的微小线段的插补指令，在上述的异型部件构成的工件中，可连续地加工通过角部的加工路径的方法。
可是，在如此加工中，由于要进行复杂的计算，不但要花费很多时间且必须很熟练。并且，必须要有另外的CAD/CAM装置，而且产生必须准备要生成的加工程序用的庞大的存储容量这样的不良情形。而且，因使用了微小线段的插补指令，这样的加工速度变慢，很难实现高速加工。
发明内容
因此，希望提供一种在维持加工的切断面无不匀的良好工件的情况下，通过异型部件类工件的连续加工可实现高速加工的、即不必有CAD/CAM装置或加工程序用的存储容量的情形下同时也无需很熟练就可简单地加工的三维线状加工装置。
即，本发明在具有设有可以第1轴为中心保持工件的同时、可以该第1轴为中心在第1旋转轴方向成角度转动驱动自由地保持着的旋转保持驱动机构，和相对于该旋转保持驱动机构保持着的工件、在上述第1和相互垂直的第2和第3轴方向自由移动驱动并且在以第2和第3轴为中心的第2和第3旋转轴方向成角度转动驱动自由地设置的加工部的三维线状加工装置中，其构成为设有在执行始点、中间点和终点以及进给速度在加工程序中指示出的同时6轴圆柱插补指令之际，以使上述加工部相对工件的进给速度成为上述加工程序中所指示的进给速度式地，计算上述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及上述第1、第2和第3轴方向的移动速度的轴速度计算机构；设有根据由该轴速度计算机构计算的上述第1、第2和第3旋转方向的角速度以及上述第1、第2和第3轴方向的移动速度，同时控制上述第1、第2和第3轴以及上述第1、第2和第3旋转轴，以对工件实施加工的加工执行机构。
由此，由于加工执行机构根据由轴速度计算机构计算的第1、第2和第3旋转方向的角速度以及第1、第2和第3轴方向的移动速度，同时控制第1、第2和第3轴以及第1、第2和第3旋转轴，以对工件实施加工，从而即使对于断面形状具有角部的异型形状构成的工件，也可沿着通过角部的路径连续地加工，不需要现有那样的对工件的各加工面逐个地加工，可实行高速加工。此外，由于为了使加工部相对工件的进给速度成为由加工程序中指示的进给速度，执行同时6轴圆柱插补指令，从而在实现高速加工的同时，可加工出切断面无不匀的工件。并且，由于同时6轴圆柱插补指令的执行是通过在加工程序中指示始点、中间点和终点以及进给速度进行的，从而不必另外有用于CAD/CAM装置或加工程序的存储容量，不必熟练就可方便地加工出。
另外，本发明设有上限速度判断机构，用于判断由上述轴速度计算机构计算的第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及上述第1、第2和第3轴方向的移动速度是否超过对各轴设定的规定的上限值；设有速度校正机构，以在由上述上限速度判断机构判断出上述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及上述第1、第2和第3轴方向的移动速度超过了对各轴设定的规定的上限值时，对判断出的超过上述上限值的速度加以校正；上述加工执行机构在由上述速度校正机构校正的速度下对上述工件实施加工。
由此，由于加工执行机构根据上限速度判定机构的判断就可在由速度校正机构校正的速度下对工件实施加工，从而即使在各旋转方向的角速度和轴方向的移动速度超过规定的上限值时，也可正确地实施沿着通过角部的加工路径的连续的加工。
此外，本发明所述的三维线状加工装置为激光加工机，可设有激光输出条件变更机构，用于在由上述速度校正机构校正上述各轴的速度时，将由上述激光加工机的上述加工部射出的激光光束的激光输出条件加以变更。
由此，激光输出条件变更机构在由速度校正机构校正各轴速度时，通过变更激光输出条件，可设定出与校正的各轴速度相应的激光输出条件，能够可靠地加工出切断面无不匀的良好的工件。
图5为示出使用激光加工机进行加工之际的处理流程的流程图，图6为示出进给速度控制程序的流程图，图7为通过本发明切断加工的矩形断面的长形材料的剖视图，图8为使编码参数输入画面图象化的视图，图9为本发明的矩形断面的长形材料的加工控制例，(a)为说明加工控制的矩形断面的长形材料的示意的透视图，(b)为说明(a)的加工控制的图2A方向的向视图，(c)为示出执行(a)的加工的加工程序一部分的视图，
图10为本发明的三角形断面的长形材料的加工控制例，(a)为说明加工控制的三角形断面的长形材料的示意地透视图，(b)为说明(a)的加工控制的图2A方向的向视图。
适用本发明的激光加工机1(三维线状加工机)如图1所示，例如为管件加工用NCN装置(NC切断机)，由工件设置装置1a，激光照射装置1b和控制装置1c构成，在工件设置装置1a的上方设有激光照射装置1b，同时，控制装置1c附设在工件设置装置1a和激光照射装置1b上。
工件设置装置1a如图1所示，具有基座2和工作台3。基座2将激光加工机1固定在地板上，并且在其上面设置工作台3。工作台3具有水平的工件设置面3a，并且被设置成相对基座2可在图1～图3所示的箭头G、H方向(X轴方向)自由移动。另外，在工件设置面3a上固定有卡盘装置9。
卡盘装置9如图2所示，具有卡盘10，卡盘10设置成以平行于上述X轴的C轴为中心、朝箭头R、S方向成角度转动驱动自由和自由定位。在卡盘10上设有以C轴为中心的、同心圆状且大致有等角度间隔的多个卡爪10a。即，多个卡爪10a设置成可自由地抓握例如由圆管或方管等的长形部件构成的工件70一端的外周，在转轴C(工件70的转轴)平行于X轴的状态下，可自由装脱地保持着工件70。也就是说，工件70被设置成与卡盘10一同以C轴为中心成角度转动驱动和定位自由。
而激光照射装置1b如图1所示，具有立柱5、鞍架6和加工头主体11。立柱5为了不干涉在X轴方向自由移动的上述工作台3，以跨过工作台3的形式固定在基座2上。另外，立柱5具有沿着垂直于X轴方向且为水平的箭头J、K方向(Y轴方向)的鞍架用轨道5a，5a，鞍架6设置成通过鞍架用轨道5a，5a可相对基座2在Y轴方向自由移动驱动。尽管例示出了上述的工作台3在X轴方向移动的结构，但并不限于鞍架6相对基座2可在X轴和Y轴方向相对移动驱动的结构，可以是例如鞍架6可在X轴和Y轴方向自由移动，而工作台3被固定等的结构。
此外，立柱5还具有输出激光光束的图中未示出的激光振荡器，激光振荡器和鞍架6如图1所示，通过随鞍架6在Y方向移动而可自由伸缩式移动的适当的激光光程管7来连接。此外，激光光程管7通过与激光光程管7同样形成的鞍架用光程管15，而与设置在鞍架6内部的加工头主体11连接。
此外，上述的激光振荡器只要是可以稳定地照射出可进行金属等工件70的切断、开孔等加工的有规定输出的激光光束的装置即可，本发明可使用例如CO2激光器、YAG激光器、受激准分子激光器等任一种。
加工头主体11如图2和图3所示，具有套筒部件12、前端部件20和喷嘴26，并且设置成相对鞍架6在垂直于X和Y轴方向也就是图1至图3所示的箭头L、M方向(Z轴方向)可自由移动驱动。即，加工头主体11设置成通过鞍架6和立柱5可相对基座2在Z轴方向自由移动驱动。
套筒部件12如图3所示，由外套筒12a和内套筒12b构成，圆柱形的内套筒12b以嵌套方式插入外套筒12a中。外套筒12a设置成如图3所示，以平行于Z轴方向的A轴为中心，相对加工头主体11在箭头N、O方向成角度转动驱动自由。
而内套筒12b也同样，设置成相对外套筒12a可在箭头N、O方向成角度转动驱动自由，同时，在内套筒12b下端(图3的纸面下侧)的外周上形成伞齿轮12c，该伞齿轮12c与后述的形成于前端部件20上的伞齿轮21a啮合，以将电机等构成图中未示出的驱动装置的动力向前端部件20侧输出。
另外，在外套筒12a下方(图3的纸面下侧)的内部设有第1镜13，如图3所示，为了将激光光路RK弯曲成直角，将进入加工头主体11的激光束RZ可在前端部件20侧反射，将镜13的反射面13a设置成规定的角度。
前端部件20如图3所示，由圆柱部21、喷嘴安装部22、镜安装部25以及夹头装着部30构成，在镜安装部25的侧部(图3的纸面左侧)通过夹头装着部30形成圆柱部21，还在镜安装部25的下部(图3的纸面下侧)以延伸方式形成喷嘴安装部22。
圆柱部21在其端部(图3的纸面左侧)形成伞齿轮21a，伞齿轮21a以插入在上述的外套筒12a侧部(图3的纸面右侧)形成的开口部17中的方式，通过球轴承16与外套筒12a可成角度自由旋转地连接。并且，伞齿轮21a以垂直于A轴旋转自由地方式与上述的内套筒12b的伞齿轮12c啮合。也就是说，前端部件20设置成如图2和图3所示，以平行于X轴的B轴为中心，相对外套筒12a在箭头P、Q方向成角度转动驱动自由。在喷嘴安装部22上设有喷嘴前端部26a向下(在图3的纸面下侧)的喷嘴26。也就是说，喷嘴26也设置成与前端部件20一同可以B轴为中心成角度转动驱动自由。另外，作为激光加工机1的结构，示出了上述的在X、Y、Z、A、B、C轴方向移动和转动驱动的一例，但只要使喷嘴26相对成角度转动驱动自由和定位自由的工件70能够进行三维移动和转动驱动，则不限于此，为任意一种结构均可。
另外，在镜安装部25的内部，第2镜23如图3所示，为了使激光光路RK弯曲成直角，为从外套筒12a侧进入的激光RZ可从喷嘴前端部26a照射出，将镜23的反射面23a设置成规定的角度。
在夹头装着部30上可自由装卸地设有透镜夹头31，透镜夹头31由聚焦透镜33和固定聚焦透镜33的透镜架32构成，透镜夹头31为了可将激光束RZ通过聚焦透镜33聚焦在规定位置上，设置于形成在夹头装着部30内的图3所示的激光光路RK上。
另外，激光加工机1的控制装置1c如图4所示，具有主控制部40，主控制部40通过总线44与键盘41、显示器42、系统程序存储器43、程序生成控制部45、图像控制部46、图像数据存储器47、工件数据存储器49、立体数据生成部50、立体数据存储器51、程序生成部52、加工程序存储器53、加工控制部55、驱动控制部56、加工数据计算控制部57、加工数据计算部59、加工数据存储器60、速度箝制判定部61、驱动条件存储器62、速度校正部63、激光条件设定部65、激光振荡控制部66等连接。另外，驱动控制部56与分别驱动作为控制轴的X、Y、Z、A、B、C轴的驱动电机76A、76B、76C、76D、76E、76F连接。
激光加工机1的构成如上，该激光加工机1中的加工控制由后述的加工程序PRO的生成和生成的加工程序PRO的执行所致的加工构成。该加工程序PRO如图5所示，以后述的工件数据WD的输入(步骤STP1)和立体数据RD的生成(步骤STP2)为基础制成(步骤STP3)。并且，根据如此生成的加工程序PRO，通过适当地驱动驱动电机76A、76B、76C、76D、76E、76F，使上述的工作台3、立柱5、鞍架6、外套筒12a、内套筒12b、卡盘10(下面简单地称作“移动部3、5、6、12a、12b、10”)分别在X、Y、Z、A、B、C轴方向移动和旋转，使喷嘴26相对工件70的相对位置变化的同时用激光照射由异型材构成的工件70，以将工件70加工成所希望的三维形状(步骤STP4)。下面，对在上述的加工控制中，以如图7所示的、由面S12、S23、S34、S41围住并且具有由角部半径Rc构成的角部C1、C2、C3、C4的矩形断面的方管(长形材料)作为异型材一例进行的切断加工控制加以说明。
操作者(作业者)在上述加工控制时，首先，通过在激光加工机1上设置工件70，以进行工件70的定位。具体如图2所示，用多个卡爪10a保持着工件70的一端来设置工件70之际，尽可能使工件70的旋转中心与C轴一致，同时，将开始切断加工的面平行推出。例如图7所示，使工件70的旋转中心CT(矩形断面的重心)相对C轴不错位，同时，开始切断加工的面(例如面S12)成为水平(也就是平行于Y轴)地方式进行工件70的定位。另外，上述的定位并不限于操作者进行，可以在加工程序PRO中预先设定自动设定上述的错位校正或平行推出的处理。例如，将该错位量由规定的传感器检测出，并且根据该检测结果，校正上述各移动部3、5、6、12a、12b、10移动等的处理可以在加工程序PRO中设定，还可通过规定的距离传感器检测出从XY平面到面S12上的多个点(连接点的连线不平行于C轴的2个以上的点)的距离，根据该检测结果，自动设定以规定角度转动卡盘10以进行平行推出。
接着，操作者通过控制装置1c所具备的图中未示出的起动开关输入起动指令，接受该指令的主控制部403从系统程序存储器43读取系统程序SYS。之后，主控制部40根据读取的该系统程序SYS，进行图5所示的步骤STP1至STP4的处理。
之后，操作者通过键盘41输入生成加工程序PRO的指令CM1。该指令CM1向主控制部40传送，接受该指令的主控制部40在程序生成控制部45中指令生成加工程序PRO。然后，程序生成控制部45随着加工程序PRO的生成，进行上述工件数据WD的输入和立体数据RD的生成。
在步骤STP1中，程序生成控制部45首先向图像控制部46指令以显示图中未示出的工件数据输入画面WDN。在此，工件数据WD为工件70的材质(例如低碳钢、不锈钢等)、形状(例如矩形、三角形、L字形、半圆形等断面形状)、尺寸(例如角部半径Rc、板厚Dp、管子纵向尺寸Hp、管子横向尺寸Wp)等，工件数据输入画面WDN由对操作者显示出提示该工件数据WD输入的内容的画面。接受上述指令的图像控制部46调出存储在图像数据存储器47中的工件数据输入画面WDN并由显示器42显示。显示工件数据输入画面WDN时，操作者通过键盘41根据工件数据输入画面WDN的上述工件数据WD，该输入的工件数据WD经程序生成控制部45存储在工件数据存储器49中。另外，角部半径Rc较小时，例如大致为0时(所谓角部的角为直角时)，程序生成控制部45将预先设定的角部半径Rc的下限值作为角部半径Rc存储在工件数据存储器49中。
在步骤STP2中，结束上述工件数据WD的输入时，程序生成控制部45向图像控制部46发出显示编码参数输入画面CPN的指令。在此，作为编码参数CP是指操作者所希望的加工形状必需的各尺寸，此外，编码参数输入画面CPN例如图8所示，由表示出对操作者提示输入该编码参数CP的内容的画面构成，该必需的各尺寸的名称表示为“管子纵向尺寸Hp”，“管子横向尺寸Wp”，“切断角度Q”，“切断长度Lc”等。接受上述指令的图像控制部46调出存储在图像数据存储器47中的编码参数输入画面CPN并在显示器42中显示。编码参数输入画面CPN一旦显示，操作者就通过键盘41输入与根据编码参数输入画面CPN的上述必需的各尺寸名称相应的数值，该输入的编码参数CP通过程序生成控制部45存储在立体数据存储器51中。另外，编码参数输入画面CPN中，也就是存储在工件数据存储器49中的与工件数据WD重复的内容例如与“管子纵向尺寸Hp”，“管子横向尺寸Wp”有关的内容，由程序生成控制部45从工件数据存储器49中调出并向图像控制部46传送，图像控制部46可以预先表示出与传送的“管子纵向尺寸Hp”，“管子横向尺寸Wp”(如图8所示)相对应的项目。
上述的编码参数CP的输入一旦结束，程序生成控制部45就向立体数据生成部50发出生成立体数据RD的指令。在此，立体数据RD为根据工件数据WD和编码参数CP、使操作者所希望的加工形状具体化(也就是在三维空间中座标化)者。接受上述指令的立体数据生成部50从工件数据存储器49调出工件数据WD，进而从立体数据存储器51调出编码参数CP以生成立体数据RD。然后，将该生成的立体数据RD存储在立体数据存储器51中，同时，向图像控制部46传送该立体数据RD。接受该立体数据的图像控制部46在显示器42中显示出例如如图9(a)所示形式的、例如相对工件70的长度方向(C轴方向)成直角切断的加工形状(由直线L12，L23，L34，L41围住的切断面构成的加工形状)。操作者看见所显示的立体数据RD并确认为所希望的加工形状后，就完成了立体数据RD的制作。
在操作者判断出上述显示的立体数据RD不是所希望的加工形状时，通过操作者进行的规定的输入，程序生成控制部45就在显示器42中显示出图像控制部46中的工件数据输入画面WDN或编码参数输入画面CPN，操作者再次输入成为所希望的加工形状的工件数据WD或编码参数CP。虽然对于立体数据RD的制作示出了以上述的工件数据WD和编码参数CP的输入进行的一例，但只要是可生成立体数据RD，不限于此，任何一种方式均可，例如可将由CAD/CAM装置等制作的加工形状的数据向控制装置1c输入，并且，将纵向和横向尺寸Hp，Wp等规定尺寸，和喷嘴前端部26a在工件70上移动的路径(加工路径)由示教机向控制装置1c输入。
在步骤STP2中，一旦结束上述立体数据RD的制作，就移入步骤STP3，程序生成控制部45对程序生成部52发出根据操作者输入的数据(工件数据WD和立体数据RD)以制作(生成)加工程序PRO的指令，例如生成图9(c)所示的加工程序PRO。
该加工程序PRO，首先指示出在段N001中，由直线插补指令(G01)在位置P1的在各控制轴中的座标位置(以下简单地称作“各控制座标位置”)Xp1、Yp1、Zp1、Ap1、Bp1、Cp1为止进行加工，此时的进给速度Fr为5000mm/min。接着，在段N002和N003中，如图9(b)所示，将工件70沿箭头R方向的旋转角度(C轴旋转角度)只旋转θ2，同时，使喷嘴前端部26a与该工件70同步旋转并以旋转半径Rr沿箭头R方向移动，并指示出切断工件70的角部C2的同时6轴圆柱插补指令(G12)。
之后，加工程序PRO中，通过程序生成部52生成加工面S23的直线插补指令(G01)和加工角部C3的与前述同样的同时6轴圆柱插补指令(G12)，接着，全部生成加工面S34的直线插补指令(G01)和加工角部C4的与前述同样的同时6轴圆柱插补指令(G12)，但在此，在对作为本发明主要部分的角部的同时6轴圆柱插补进行详细说明的关系上，省略了对加工程序PRO的其他段有关的说明。然而，后面对于与同时6轴圆柱插补有关的说明，在其他角部C3，C4，C1也具有同样的效果。
即，在加工程序PRO的同时6轴圆柱插补指令中，指示出在段N002中进行圆柱插补之际的中间通过位置P2的各控制座标位置Xp1、Yp2、Zp2、Ap1、Bp1、Cp2，和在段N003中进行同时6轴圆柱插补的终点位置P3的各控制座标位置Xp1、Yp3、Zp3、Ap1、Bp1、Cp3。由此，在段N002中，发出从结束直线插补指令的C轴座标位置Cp1开始、将工件70随着C轴沿箭头R方向旋转到C轴座标位置Cp2为止的同时、将喷嘴26沿Y轴和Z轴方向移动到Yp2，Zp2为止以进行加工的指令。此外，在通过C轴座标位置Cp2后，在段N003中，发出从该位置Cp2开始、将工件70随着C轴沿箭头R方向旋转到C轴座标位置Cp3为止的同时、将喷嘴26沿Y轴和Z轴方向移动到Yp3，Zp3为止以进行加工的指令。
在步骤STP3中，包含上述的同时6轴圆柱插补指令的加工程序PRO由程序生成控制部45生成时，该加工程序PRO存储在加工程序存储器53中。
一旦生成加工程序PRO，就移入图5的步骤STP4中，操作者操作键盘41，对主控制部40输入根据加工程序PRO开始加工的指令CM2，加工控制部55根据该加工程序PRO，经驱动控制部56，驱动和控制各控制轴的驱动电机76A、76B、76C、76D、76E、76F，对工件70实施加工程序PRO中指示的加工。
此时，在加工程序PRO中，发出前述的同时6轴圆柱插补指令(G12)时，主控制部40向加工数据计算控制部57发出指令，以在对进入图5所示的步骤STP4中、执行该同时6轴圆柱插补指令之际，计算必要的加工数据KD。接受该加工数据的加工数据计算控制部57向加工数据计算部59发出计算加工数据KD的指令。在此，在执行同时6轴圆柱插补指令之际，作为加工数据KD，为驱动控制各移动部3、5、6、12a、12b、10的必要的数据，加工数据计算部59在执行例如图9(c)所示的加工程序PRO的段N002和N003的同时6轴圆柱插补指令之际，计算卡盘10以C轴为中心旋转的角速度(C轴角速度ωc)和移动并旋转喷嘴26的X、Y、Z、A、B轴的各控制轴的速度。在此，还根据图7和图9具体地说明执行上述同时6轴圆柱插补指令之际的、控制装置1c侧的处理。
例如，工件70如图9(a)、(b)所示，以面S12朝向Z轴L方向水平(图9(b)所示的初始状态71中)定位，从角部C1部分开始对工件70进行切断加工。并且，如图9(c)的段N001所示，通过操作者，向加工程序PRO输入和指示出喷嘴26相对工件70作为进给速度(相对速度)的送进速度Fr。
首先，在角部C1、C2之间，执行直线插补指令(G01)。也就是，喷嘴26以进给速度Fr从角部C1沿Y轴K方向在连接角部C1、C2的如图9(a)、(b)所示的直线L12上移动，通过从该喷嘴26射出的激光光线RZ，沿该直线L12切断工件70。
喷嘴26一旦到达角部C2(始点位置P1)，继续上述直线L12中的直线插补指令(G01)，执行同时6轴圆柱插补指令。同时6轴圆柱插补指令的执行具体为，当喷嘴前端部26a到达始点位置P1(控制座标位置Xp1、Yp1、Zp1、Ap1、Bp1、Cp1)时，也就是到达形成图7所示的角部C2的角部圆弧CA2(连接同图所示的直线L12与角部圆弧CA2的位置P10)时，加工控制部55通过驱动控制部56转动驱动C轴驱动电机76F，使工件70(也就是卡盘10)开始向R方向旋转。由此，工件70的角部C2在图9(b)所示的旋转半径Rr的旋转圆弧RA2(同图(b)所示的粗线箭头)上移动。此时，工件70在上述相对速度成为加工程序中指示的进给速度Fr下，以C轴角速度ωc转动。
如此，例如工件70如图9(b)所示，C轴只旋转旋转角θ1时(成为该图(b)所示的中间状态72时)，沿着上述旋转圆弧RA2移动的角部C2位于中间通过位置P2(控制座标位置Xp1、Yp2、Zp2、Ap1、Bp1、Cp2)处。此时，喷嘴前端部26a为了也以同步于该移动的方式移动并位于上述位置P2，加工控制部55如向加工程序PRO的段N002发出指令那样，通过驱动控制部56，移动并驱动Y轴驱动电机76B以及Z轴驱动电机76C，以控制喷嘴前端部26a使其位置成为中间通过位置P2(控制座标位置Xp1、Yp2、Zp2、Ap1、Bp1、Cp2)。
通过中间通过位置P2后，加工控制部55根据加工程序PRO的段N003中的同时6轴圆柱插补指令的终点指示，进而驱动C轴驱动电机76F，为了使工件70在箭头R方向的C轴旋转角为θ2(π/2)(成为图9(b)所示的最终状态73)，在转动工件的同时，移动并驱动Y轴驱动电机76B和Z轴驱动电机76C，直到喷嘴前端部26a的位置及角部C2到达终点位置P3(控制座标位置Xp1、Yp3、Zp3、Ap1、Bp1、Cp3)，才以规定的进给速度Fr进行驱动控制。这样，喷嘴前端部26a到达图7所示的角部圆弧CA2与直线L23连接的位置P11，工件70成为面S23朝向Z轴L方向的水平状态(也就是相对角部C2的同时6轴圆柱插补结束)。由此，角部C2(角部圆弧CA2)从位置PC10到P11被切断。
角部C2部分的切断结束后，再次在角部C2、C3之间执行指令(G01)。也就是激光光束RZ在与上述的直线L12同样的、在Y轴K方向以进给速度Fr在L23上移动，并且沿着该直线L23切断工件70。
然后，激光光束RZ到达角部C3时(也就是直线L23的切断结束时)，通过上述的同时6轴圆柱插补指令(G12)，在使工件70旋转的同时切断角部C3(角部圆弧CA3)，接下来同样地，交替地反复进行直线插补指令(G10)和同时6轴圆柱插补指令(G12)，同时，沿着直线L34、角部C4(角部圆弧CA4)、直线L41、角部C1(角部圆弧CA1)的加工路径，激光光束RZ不会中断地连续照射并切断工件70，从而完成上述的加工控制。
另外，上述说明的同时6轴圆柱插补指令为驱动控制Y、Z、C轴方向的简单加工方管的例子，但驱动控制的方向并不限于Y、Z、C轴，不用说，可以根据工件70的加工形状，将通过X轴驱动电机76A的工作台5进行的X轴方向的驱动控制、通过A轴驱动电机76D的外套筒12a进行的A轴方向的驱动控制和通过B轴驱动电机76E的内套筒12b进行的B轴方向的驱动控制加以并用，同时进行喷嘴26的5轴方向(X、Y、Z、A、B轴方向)的移动和转动驱动控制以及卡盘10的在C轴方向的转动控制。
在步骤STP4中计算的C轴角速度ωc，在喷嘴前端部26a以进给速度Fr在角部圆弧CA1、CA2、CA3、CA4上移动之际，成为必要的C轴角速度ωc，加工控制部55必须控制为，在发出同时6轴圆柱插补指令之际，喷嘴26在5轴方向(X、Y、Z、A、B轴方向)和卡盘10朝C轴方向转动控制的结果、喷嘴26相对工件70的进给速度(相对速度)成为由加工程序PRO指示的进给速度Fr(图9(c)时，Fr＝5000mm/min)。
在此，主控制部40执行同时6轴圆柱插补指令之际，在加工数据计算控制部57中执行图6所示的进给速度控制程序FCP，控制执行同时6轴圆柱插补指令之际的上述相对速度。
即，在进给速度控制程序FCP中，在步骤STP101中，加工数据计算控制部57向加工数据计算部59发出计算出执行同时6轴圆柱插补指令之际、使工件70围绕C轴中心旋转之际的旋转半径Rr，接受该指令的加工数据计算部59在生成加工程序PRO之际，根据操作者输入的工件数据WD，计算旋转半径Rr。另外，本实施例中的工件70由于是上述的方管，旋转中心CT(C轴)成为该矩形断面的重心，也就是对角线的中心，并且任意一个的角部C1、C2、C3、C4的旋转半径Rr也成为相同数值，但在断面形状为L字形等异型材时，旋转半径Rr由于在各角部每一个中的数值不同，因此要计算每个角部的旋转半径Rr。
接下来，加工数据计算控制部57在步骤STP102中，将由加工程序PRO指定的进给速度Er作为要控制的进给速度加以设定，在步骤STP103中，加工数据计算控制部57向加工数据计算部59发出计算用于实现该进给速度Fr的C轴角速度ωc和C轴以外的各控制轴的速度(各轴速度)的指令。接受该指令的加工数据计算部59计算X、Y、Z、A、B、C轴各轴的速度，即移动速度Fx、Fy、Fz以及角速度ωa、ωb、ωc。此时，因C轴旋转所致工件70转动驱动时，通过C轴以外的控制轴同时移动和转动驱动，为了使喷嘴26相对工件70的进给速度(相对速度)成为步骤STP102中设定的进给速度Fr，要计算C轴角速度ωc以及C轴以外的各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb。然后，将计算的各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb、ωc存储在加工数据存储器60中。
加工数据计算部59在步骤STP103中，用于实现由加工程序PRO指定的进给速度Fr，并且还在步骤STP105和STP106中判断计算的C轴角速度ωc以及C轴以外的各控制轴的速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb是否超出各控制轴的控制界限速度(规定的上限值)。
即，在步骤STP105中，加工数据计算控制部57向速度箝制判定部61发出判断上述C轴角速度ωc是否比C轴最大角速度ωcmax小的指令。接受该指令的速度箝制判定部61从加工数据存储器60中调出C轴角速度ωc和从驱动条件存储器62调出C轴最大角速度ωcmax(例如，在维持加工精度的最大的C轴角速度ωc下，为缺省数值)，判断C轴角速度ωc是否小于C轴最大角速度ωcmax。C轴角速度ωc比C轴最大角速度ωcmax大时(步骤STP105中的No)，速度箝制判定部61将该判断结果传送给加工数据计算控制部57，接受该结果的加工数据计算控制部57向速度校正部63发出C轴角速度ωc的校正(箝制)的同时发出进给速度Fr的校正(箝制)的指令。另外，C轴角速度ωc比C轴最大角速度ωcmax大的场合，在例如操作者输入比较大的进给速度Fr时，或方管的角部半径Rc比较小时等情况下，为超过C轴最大角速度ωcmax的场合。
在步骤STP106中，接受上述校正的指令的速度校正部63，首先调出上述同样的C轴角速度ωc和C轴最大角速度ωcmax，将C轴最大角速度ωcmax以下的规定值(例如C轴最大角速度ωcmax)作为C轴校正角速度ωcmdf。另外，速度校正部63根据该C轴校正角速度ωcmdf将进给速度Fr校正为校正进给速度Frmdf。
上述校正结束后，速度校正部63向加工数据计算控制部57传送上述校正的C轴角速度ωcmdf以及与该校正的C轴角速度ωcmdf相对应的并且被校正的校正进给速度Frmdf。接受该其的加工数据计算控制部57向图像控制部46发出显示出对操作者示出的进给速度Fr已校正的画面的指令，图像控制部46通过显示器42显示该画面，并进入步骤STP107。
再有，在步骤STP105中，判断出C轴角速度ωc比C轴最大角速度ωcmax小时(步骤STP105的Yes)，速度箝制判定部61不进行C轴角速度ωc的校正，并将该判断结果传送给加工数据计算控制部57，同样，进入步骤STP107中。
在步骤STP107中，加工数据计算控制部57向速度箝制判定部61发出判断在步骤STP103中计算确定的C轴以外的控制轴的速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb是否比各轴最大角速度Fxmax、Fymax、Fzmax、ωamax、ωbmax(例如维持加工精度的最大的各控制轴的速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb)小的指令。速度箝制判定部61与上述同样，从数据存储器55、57中调出各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb和各轴最大速度Fxmax、Fymax、Fzmax、ωamax、ωbmax，判断X轴移动速度Fx是否小于X轴最大移动速度Fxmax，Y轴移动速度Fy是否小于Y轴最大移动速度Fymax，Z轴移动速度Fz是否小于Z轴最大移动速度Fzmax，A轴角速度ωa是否小于A轴最大角速度ωamax以及B轴角速度ωb是否小于B轴最大角速度ωbmax。各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb中至少一个大于各轴最大速度Fxmax、Fymax、Fzmax、ωamax、ωbmax时(步骤STP107的No)时，速度箝制判定部61就将该判断结果传送给加工数据计算控制部57，接受该结果的加工数据计算控制部57进入步骤STP104，在速度校正部63进行超过各轴最大速度的各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb的校正(箝制)的同时进行进给速度Fr(即也包含在步骤STP105中校正的场合)的校正(箝制)。
在步骤STP104中，接受上述校正指令的速度校正部63进行将超过最大速度的要校正的必要的各轴速度(判断为超过规定的上限值的速度)，例如Y轴移动速度Fy进行设定为Y轴最大移动速度Fymax以下的规定值(例如Y轴最大移动速度Fymax)的Y轴校正移动速度Fymdf的处理。或者，速度校正部63根据上述Y轴校正移动速度Fymdf，来校正进给速度Fr。
如此，上述的校正结束后，速度校正部63就向加工数据计算控制部57传送上述C轴校正角速度ωcmdf、校正进给速度Frmdf。接受其的加工数据计算控制部57与上述同样，在图像控制部46中通过显示器42显示出对操作者表示的进给速度Fr已校正的画面，并进入步骤STP108中。
另外，各轴速度Fx、Fy、Fz、ωa、ωb比任意一个的各轴最大速度Fxmax、Fymax、Fzmax、ωamax、ωbmax小时(步骤STP107中的Yes)，速度箝制判定部61不进行各轴速度的校正，并将该判断结果向加工数据计算控制部57传送，同样，进入步骤STP108中。
在步骤STP108中，主控制部40向激光条件设定部65发出设定激光条件的指令。接受该指令的激光条件设定部65根据已变更校正的各轴的进给速度，计算激光输出条件，并向激光振荡控制部66输出。激光振荡控制部66将执行同时6轴圆柱插补指令之际的激光输出条件直接变更为由激光条件设定部65设定的条件，来执行同时6轴圆柱插补指令。由此，执行同时6轴圆柱插补指令之际，由喷嘴26供给的激光束RZ，由于与通过进给速度控制程序FCP修正的进给速度Fr相适合的方式被校正，能以良好的状态对工件70的角部C2进行切断。另外，各轴速度Fx、Fy、Fz、 ωa、ωb、ωc没有被校正时，不进行步骤STP108的激光输出条件的变更，激光振荡控制部66以基于加工程序PRO设定的加工条件的激光输出条件，继续运行。
如此，执行同时6轴圆柱插补指令之际，主控制部40执行进给速度控制程序FCP，喷嘴26相对工件70的进给速度(相对速度)以成为加工程序PRO中指定的进给速度Fr式地，要计算并确定各控制轴的速度，并根据该计算确定的速度同时控制各控制轴。同时，该计算确定的速度在超过对各控制轴设定的规定的上限速度时，执行适当的校正，并且同时6轴圆柱插补指令被恰当地执行。
另外，上述的实施例是对断面为矩形的工件70、通过同时6轴圆柱插补指令加工其角部的场合进行了说明，但工件70的断面形状并不限于矩形，不用说可以是图10所示的三角形，多角形。另外，在图10中，与图9说明的部分相同的部分标以相同的序号，为此在图10中省略有关的说明。
在上述的本实施例的激光加工机1中，喷嘴26在5轴方向(X、Y、Z、A、B轴方向)的移动和转动驱动控制以及卡盘10在C轴方向的转动控制是同步的，并且被同时控制，从而即使对于断面形状由具有角部的异型形状构成的工件70，也可沿着通过角部的加工路径连续地加工，无需以往的加工工件70的各加工面每一个的加工，可实现高速加工。此外，喷嘴26相对工件70的进给速度(相对速度)以成为加工程序PRO中指示的进给速度Fr式地，执行同时6轴圆柱插补指令，从而可实现高速加工，同时，可进行切断面无不匀的良好的加工。此外，上述同时6轴圆柱插补指令由于是通过加工程序中的指示来执行始点P1、中间点P2和终点P3以及进给速度的，从而也不必另外有CAD/CAM装置或CAD/CAM装置的加工程序用的存储容量，不必熟练就可方便地加工。此外，由于是由校正的各轴速度ωamdf、ωbmdf、ωcmdf、Fxmdf、Fymdf、Fzmdf对工件70实行加工的，从而即使在各旋转方向的角速度ωa、ωb、ωc以及轴方向的移动速度Fx、Fy、Fz超过规定的上限值时，也可正确地执行沿着通过上述角部的加工路径的连续的加工。
另外，在上述的本实施例的激光加工机1中，示出了对矩形断面或三角形断面的管子进行简单的切断加工的例子，但本发明也适用于任意一种切断面具有角部的工件70，不仅是例如五角形、六角形等的多角形断面或半圆形断面等的直线和曲线组合的形状，即使对于L字形断面等切断面的角部的内角为钝角时同样适用。另外，工件70并不限于管子等长尺寸材料，如为切断面具有角部者，即使轴心方向的长度不长，也可适用。
在上述本实施例中，作为三维线状加工机的一例示出了激光加工机，但只要是可进行三维加工工件的任意机器均可，本发明也适用于例如三维等离子体切断加工机、三维气体切断加工机等加工机。
以上根据实施例说明了本发明，但本发明并不限于上述例示的实施例。并且，本发明的范围由附加的技术方案所示，并不限于实施例的描述。因此，在技术方案的范围内作出的变形或变更均包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种三维线状加工装置，在具有设有可以第1轴为中心保持工件的同时、可以该第1轴为中心在第1旋转轴方向成角度转动驱动自由地保持着的旋转保持驱动机构，和设置成相对于该旋转保持驱动机构保持着的所述工件、在所述第1和相互垂直的第2和第3轴方向自由移动驱动并且在以所述第2和第3轴为中心的第2和第3旋转轴方向成角度转动驱动自由的加工部的三维线状加工装置中，其构成为，设有在执行始点、中间点和终点以及进给速度由加工程序中指示出的同时6轴圆柱插补指令之际，以使所述加工部相对工件的进给速度成为所述加工程序中所指示的进给速度式地，计算所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度的轴速度计算机构；设有根据由该轴速度计算机构计算的所述第1、第2和第3旋转方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度，同时控制所述第1、第2和第3轴以及所述第1、第2和第3旋转轴，以对工件实施加工的加工执行机构。
2.按照权利要求1所述的三维线状加工装置，其特征在于，设有上限速度判断机构，用于判断由所述轴速度计算机构计算的所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度是否超过对各轴设定的规定的上限值；设有速度校正机构，以在由所述上限速度判断机构判断出所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度超过了对各轴设定的上限值时，对判断出的超过所述上限值的速度加以校正；所述加工执行机构在由所述速度校正机构校正的速度下对所述工件实施加工。
3.按照权利要求2所述的三维线状加工装置，其中所述三维线状加工装置为激光加工机，其构成为设有激光输出条件变更机构，用于在由所述速度校正机构校正所述各轴的速度时，将由所述激光加工机的所述加工部射出的激光光束的激光输出条件加以变更。
4.一种三维线状加工装置，在具有设有可以第1轴为中心保持工件的同时、可以该第1轴为中心在第1旋转轴方向成角度转动驱动自由地保持着的旋转保持驱动机构，和设置成相对于该旋转保持驱动机构保持着的所述工件、在所述第1和相互垂直的第2和第3轴方向自由移动驱动并且在以所述第2和第3轴为中心的第2和第3旋转轴方向成角度转动驱动自由的加工部的三维线状加工装置中，其构成为，设有在执行始点、中间点和终点以及进给速度在加工程序中指示出的同时6轴圆柱插补指令之际，以使所述加工部相对工件的进给速度成为所述加工程序中所指示的进给速度式地，计算所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度的轴速度计算装置；设有根据由该轴速度计算机构计算的所述第1、第2和第3旋转方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度，同时控制所述第1、第2和第3轴以及所述第1、第2和第3旋转轴，以对工件实施加工的加工执行装置。
5.按照权利要求4所述的三维线状加工装置，其特征在于，设有上限速度判断装置，用于判断由所述轴速度计算装置计算的所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度是否超过对各轴设定的规定的上限值；设有速度校正装置，以在由所述上限速度判断装置判断出所述第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度超过了对各轴设定的规定上限值时，对判断出的超过所述上限值的速度加以校正；所述加工执行装置在由所述速度校正装置校正的速度下对所述工件实施加工。
6.按照权利要求5所述的三维线状加工装置，其中所述三维线状加工装置为激光加工机，其构成为设有激光输出条件变更装置，在由所述速度校正装置校正了所述各轴的速度时，将由所述激光加工机的所述加工部射出的激光光束的激光输出条件加以变更。
全文摘要
本发明涉及一种三维线状加工装置，其中，在执行由加工程序PRO中指示出始点、中间点和终点以及进给速度的同时6轴圆柱插补指令之际，加工数据计算部59为了使喷嘴相对工件的进给速度成为加工程序PRO中指示的进给速度，计算第1、第2和第3旋转轴方向的角速度以及所述第1、第2和第3轴方向的移动速度，加工控制部55根据该计算出的角速度以及移动速度，同时控制第1、第2和第3轴以及第1、第2和第3旋转轴，通过在使保持工件的卡盘旋转的同时，移动喷嘴，以对工件实施加工。
文档编号G05B19/416GK1452036SQ0312181
公开日2003年10月29日 申请日期2003年4月10日 优先权日2002年4月16日
发明者山崎恒彦, 宫川直臣, 井上利彦 申请人:山崎马扎克株式会社