专利名称：刀具轨迹显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有刀具尖端点的加速度或者加加速度的显示部的刀具轨迹显示装置。
背景技术：
现在使用的控制机床的数值控制装置，有时具有显示位置指令轨迹的功能、显示刀具实际移动的轨迹的功能。具体说，从机床的驱动轴的指令位置的时间系列数据和/或实际位置的时间系列数据计算刀具的尖端点的坐标并显示。由此，用视觉分析刀具尖端点的指令轨迹和实际轨迹之间的形状误差。
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作为这样的现有技术的例子，在日本特许第4648471号中公开了根据机床的各驱动轴的各时刻的位置信息和机床的机械结构的信息计算刀具尖端部的三维坐标来求其轨迹的技术。进而在日本特许第4648471号中公开了使刀具尖端点的轨迹和机床的各驱动轴的加速度对应起来显示的技术。进而在日本特许第3517909号中公开了用图表显示从工件的形状数据算出的刀具进给轴的加速度、以及通过把成为加速度的阈值以上的特异点的加速度修正成为阈值以下，求修正工作物形状数据的技术。进而在日本特开2009 - 98982号公报中公开了在加工前准确地模拟刀具轨迹或者刀具移动速度，在模拟后的刀具轨迹上显示速度、加速度以及加加速度的技术。在用机床加工工件时，为在工件上得到希望的加工面，需要减小驱动轴或者刀具的实际位置对于指令位置的形状误差。另外，为分析形状误差产生的原因，不仅需要位置信息，还需要加速度等的 目息。特别是在工件包含大量曲面的情况下，与刀具沿曲面移动的速度对应，切线方向的加速度以及法线方向的加速度也变化。因此，从刀具在工件的加工面上作用的力也与这样的加速度的变化对应地变化。另外，在加工面上作用的力，对工件的外观(条纹或者痕迹等)给予影响。因此，为分析形状误差，需要驱动轴或者刀具的加速度、加加速度等的物理信
肩、O另外，在日本特许第4648471号的方法中，需要对于每一个驱动轴个别地确认加速度，难以用视觉掌握加速度和加工面的对应关系。另外，日本特许第3517909号中的加速度，因为为提取出阈值以上的特异点而被使用，所以在日本特许第3517909号中，并非为分析形状误差而计算加速度。进而在日本特开2009 — 98982号公报中，虽然公开了在模拟的刀具轨迹上显示加速度的技术，但是并非在实际的刀具轨迹上显示加速度等。因此，在日本特开2009 — 98982号公报中，无法与实际的加工面对应地分析形状误差。
发明内容
鉴于这样的情况而做出本发明，其目的是提供一种刀具轨迹显示装置，其能够容易地进行驱动轴或者刀具的实际位置对于指令位置的形状误差的分析，来减少工件的外观不良。为实现上述目的，根据第一方式，提供一种机床的刀具轨迹显示装置，用于显示机床的刀具的尖端点的轨迹，上述机床使用数值控制装置通过多个驱动轴控制上述刀具以及被加工物中至少一方的位置以及姿势，其中，具有指令制作部，用于制作针对上述多个驱动轴的每一预定的控制周期的位置指令；位置检测器，它们被安装在上述多个驱动轴的各个驱动轴上，用于在上述每一预定的控制周期检测上述多个驱动轴的各自的位置；位置数据取得部，用于取得通过上述指令制作部制作的上述每一预定控制周期的位置指令作为指令值时间系列数据，并且取得通过上述位置检测器在上述每一预定的控制周期检测出的位置检测值作为检测值时间系列数据；刀具坐标值计算部，用于根据上述指令值时间系列数据以及上述机床的结构，与上述指令值时间系列数据对应地计算上述刀具的尖端点的刀具指令坐标值，并且根据上述检测值时间系列数据以及上述机床的结构，与上述检测值时间系列数据对应地计算上述刀具的尖端点的刀具实际坐标值；加速度计算部，用于使用上述刀具指令坐标值中的至少三个数据计算上述刀具的尖端点的加速度或者加加速度，并且使用上述刀具实际坐标值中的至少三个数据计算上述刀具的尖端点的加速度或者加加速度；·和显示形式选择部，用于选择分别形成上述刀具的尖端点的轨迹的上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的上述加速度或者上述加加速度的显示形式，该显示形式选择部执行与上述加速度或者上述加加速度的方向和大小对应地用颜色区分上述刀具的尖端点的轨迹的彩色显示、把上述加速度或者上述加加速度作为加速度矢量或者加加速度矢量在上述刀具的尖端点的轨迹上显示的矢量显示、和显示将邻接的上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的终点互相连接的接线的接线显示中的至少一种，所述刀具轨迹显示装置还具有显示部，用于遵照通过上述显示形式选择部选择的显示形式，与上述刀具的尖端点的轨迹一起显示上述加速度或者上述加加速度。根据第二方式，在第一方式中，上述加速度计算部使用上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的连续的至少三个数据计算切线方向或者法线方向的加速度。根据第三方式，在第一方式中，上述加速度计算部使用上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的连续的至少四个数据计算切线方向或者法线方向的加加速度。根据第四方式，在第一方式中，上述显示形式选择部，根据上述加速度或者上述加加速度的方向或者大小，变更上述刀具尖端点的指令轨迹、上述刀具尖端点的实际轨迹、上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接线、以及上述加加速度矢量的接线中的至少一个的颜色，或者使该颜色的浓淡变化，在上述显示部上显示。根据第五方式，在第一方式中，上述显示形式选择部在上述显示部上显示上述法线方向的加速度矢量或者上述法线方向的加加速度矢量，上述加速度矢量或者上述加加速度矢量把连接上述刀具指令坐标值或者上述刀具实际坐标值的互相邻接的数据的直线或者曲线中的预定的多个点作为始点，并且把相对于该预定的多个点的各个点处的切线垂直地通过预定的点的直线与上述法线方向的加速度矢量的接线或者上述法线方向的加加速度矢量的接线的交点作为终点。根据第六方式，在第一方式中，上述显示形式选择部变更由上述加速度矢量或者上述加加速度矢量和上述接线和上述刀具尖端点的轨迹包围的面的颜色、或者使该颜色的浓淡变化，显示在上述显示部上。根据第七方式，在第一方式中，上述显示形式选择部把上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接线、以及上述加加速度矢量的接线中的至少一个在上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的方向上以任意的倍率放大或者缩小。根据在附图中表示的本发明的典型的实施方式的详细说明，能够更加明了本发明的这些目的、特征和优点以及其他目的、特征和优点。
图I是装载有基于本发明的刀具轨迹显示装置的机床的立体图。
图2是基于本发明的刀具轨迹显示装置的功能框图。图3是表示基于本发明的刀具轨迹显示装置的动作的第一流程图。图4是表示基于本发明的刀具轨迹显示装置的动作的第二流程图。图5是用于说明加速度的计算的图。图6是用于说明显示形式选择部中的彩色显示的图。图7是用于说明显示形式选择部中的矢量显示的图。图8是用于说明显示形式选择部中的接线显示的图。图9是用于说明显示形式选择部的其他功能的图。
具体实施例方式下面参照
本发明的实施方式。在以下的图中，对同样的部件赋予同样的参照符号。为容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。图I是装载有基于本发明的刀具轨迹显示装置的机床的立体图。图I中作为例子表不的机床I是5轴加工机。机床I包含载置工件(未图不)的工作台2、相对于工作台2在相互垂直的三个方向(X轴、Y轴、Z轴)上相对移动的支柱3。如图所示，加工头(head) 4从支柱3在横向上延伸，加工头4围绕相对于工作台2的表面平行的B轴旋转。进而，可围绕相对于B轴以及工作台2的表面的双方垂直的A轴旋转的刀具5被安装在加工头4上。因此，机床I通过三个直动轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(A轴以及B轴)控制刀具5的位置以及姿势，加工工作台2上的工件。但是，即使在刀具5被固定在工作台2上，工件(未图示)被安装在加工头4的尖端的情况下，也包含在本发明的范围内。另外，有时称X轴、Y轴、Z轴、A轴以及B轴为“驱动轴”。图2是基于本发明的刀具轨迹显示装置的功能框图。如图2所示，刀具轨迹显示装置20经由数值控制装置16与机床I连接。机床I包含驱动各驱动轴的电动机Ml M5。在这些电动机Ml M5的各个中分别具有在每一预定的控制周期检测驱动轴的实际的位置的位置检测器11 15。另外，数值控制装置16包含用于制作对于各驱动轴的每一个预定的控制周期的位置指令的指令制作部17。此外，实际上假定指令制作部17读取机床I的动作程序后制作各驱动轴的位置指令。如图2所示，刀具轨迹显示装置20包含位置数据取得部21。位置数据取得部21取得通过指令制作部17制作的每一预定的控制周期的位置指令，作为指令值时间系列数据。进而，位置数据取得部21取得通过位置检测器11 15检出的各驱动轴的位置检测值，作为检测值时间系列数据。这些时间系列数据临时存储在刀具轨迹显示装置20内。进而，刀具轨迹显示装置20包含刀具坐标值计算部22。刀具坐标值计算部22根据指令值时间系列数据以及机床I的结构，与上述指令值时间系列数据对应地计算刀具5的尖端点的刀具指令坐标值。进而，刀具坐标值计算部22根据检测值时间系列数据以及机床I的结构，与检测值时间系列数据对应地计算刀具5的尖端点的刀具实际坐标值。这些刀具指令坐标值以及刀具实际坐标值分别表示刀具5的尖端点的指令轨迹以及实际轨迹。此外，机床I的结构主要指机床I的尺寸。进而，刀具轨迹显示装置20包含加速度计算部23。加速度计算部23使用刀具指令坐标值中的至少三个数据计算刀具5的尖端点的加速度和/或加加速度，同时使用刀具实际坐标值中的至少三个数据计算刀具5的尖端点的加速度和/或加加速度。 进而，刀具轨迹显示装置20包含显示形式选择部24。显示形式选择部24选择刀具指令坐标值以及刀具实际坐标值中的至少一方的加速度和/或加加速度的显示形式。具体说，显示形式选择部24，与加速度或者加加速度的方向和大小对应地进行用颜色区分刀具5的尖端点的轨迹的彩色显示、把加速度或者加加速度作为加速度矢量或者加加速度矢量在刀具5的尖端点的轨迹(指令轨迹或者实际轨迹)上显示的矢量显示、和显示互相连接邻接的上述加速度矢量或者上述加加速度的矢量的终点的接线的接线显示中的至少一种。优选由操作者选择显示形式选择部24的显示形式。或者也可以根据加速度或者加加速度的方向和大小来自动决定显示形式。遵照选择的显示形式，与刀具5的尖端点的轨迹对应地在显示部25上显示加速度或者加加速度。图3以及图4是表示基于本发明的刀具轨迹显示装置的动作的流程图。下面，参照图3以及图4说明基于本发明的刀具轨迹显示装置20的动作。首先，在步骤SI中设定t=0、n=l、N=0。这里，t是以预定的控制周期为单位的时间，η是表示坐标值的号码的值，N表示坐标值的总数。接着，在步骤S2中，位置数据取得部21从指令制作部17取得时刻t时的各驱动轴的指令位置Pc (t)。然后，在步骤S3中，取得由位置检测器11 15检出的时刻t时的各驱动轴的检测值Pf (t)。接着，在步骤S4中，刀具坐标值计算部22根据各驱动轴的指令位置Pc (t)和机床I的结构(机械结构信息)计算时刻t时的刀具指令坐标值Pen。同样，在步骤S5中，刀具坐标值计算部22根据各驱动轴的检测值Pf (t)和机床I的结构(机械结构信息)计算时刻t时的刀具实际坐标值Pfn。这些刀具指令坐标值Pcn以及刀具实际坐标值Pfn存储在刀具轨迹显示装置20的存储部(未图示)内(步骤S6、步骤S7)。这里说明刀具指令坐标值Pcn以及刀具实际坐标值Pfn的计算方法。再次参照图1，设五个驱动轴的坐标分别为X (t)、y (t)、z (t)、a (t)、b (t)。并且，当设A轴和B轴的交点为M时，交点M的坐标用(x (t)、y (t)、z (t))表示。当把从交点M到刀具5的尖端的长度作为L，把刀具5朝向正下方的位置作为A轴以及B轴的基准位置(原点)时，刀具5尖端的坐标如下表示。Px (t) =x (t) + LX cos (a (t)) X sin (b (t))
Py (t) =y (t) + LX sin (a (t))Pz (t) =z (t) —LXcos (a (t)) Xcos (b (t))这样，通过五个驱动轴的位置信息和机械结构的条件能够计算刀具5的尖端的坐标。接着，在图3的步骤S8中判定时刻t是否超过预定的结束时间。然后，在判定为“否”的情况下，在步骤S9中进一步判定是否经过了采样时间At (与控制周期对应)。在未经过采样时间Λ t的情况下，在采样时间Λ t经过前待机，当采样时间Λ t经过时前进到步骤 S10。在步骤SlO中设定t — t + Δ t、n — η + I,返回步骤S2。然后,在时刻t超过预定的结束时间之前重复步骤S2到步骤S8的处理。由此，刀具坐标值计算部22能够根据指 令值时间系列数据和检测值时间系列数据分别制作刀具5的尖端点的指令轨迹以及实际轨迹。接着，在步骤Sll以及步骤S12中分别设定N=n — l、n=2。然后在步骤S13中，力口速度计算部23使用刀具指令坐标值Pcn — I、Pen、Pcn + I计算加速度Acn。同样在步骤S14中，加速度计算部23使用实际坐标值Pfn — I、PfruPfn + I计算加速度Afn。在这样从三个坐标值计算加速度的情况下，可知能够用短的处理时间算出加速度。此外，假定以下的运算也由加速度计算部23进行。接着，在步骤S15以及步骤S16中，在显示形式选择部24中分别选择加速度Acn、Afn的显示形式。然后在步骤S17以及步骤S18中，遵照选择的显示形式在显示部25上显示加速度Acn、Afn。接着，在图4的步骤S19中判定η是否在N以上。然后，在判定为“否”的情况下，在步骤S20中设定η — η + 1，返回步骤S13。然后，在η成为N以上之前，重复步骤S13 步骤S19的处理。接着在步骤S21中设定η=2、N — N — I。然后，在步骤S22中，从加速度Ac (η )、Ac (η + I)计算刀具指令坐标值Pcn中的加加速度Jen。同样在步骤S23中，从加速度Af(n)、Af (η + I)计算实际坐标值Pfn中的加加速度Jfn。在本发明中希望留意，因为使用两个加速度计算加加速度，所以使用至少四个刀具的坐标值。在从四个坐标值计算加加速度的情况下，可知能够用短的处理时间计算加加速度。接着，在步骤S24以及步骤S25中，在显示形式选择部24中分别选择加加速度JcruJfn的显示形式。然后，在步骤S26以及步骤S27中，遵照选择的显示形式在显示部25上显示加加速度Jen、Jfn。此外,优选加加速度Jen、Jfn在显示部25的别的场所显示，以便不与加速度Acn、Afn重叠。其后,在步骤S28中判定为η 3 N的情况下结束处理。在判定为不是η 3 N的情况下在步骤S29中设定η — η + 1，在成为η ^ N之前重复步骤S22 步骤S27的处理。这里，参照图5说明加速度的计算。设以下的计算由加速度计算部23进行。如图5所示,设时刻t时的点P(t)的位置矢量为广丨/丨、时刻Δ 后的点P(t+At)的位置矢量为
Ρ( + Δ^。在这种情况下，通过式(I)计算点P(t)处的速度矢量。然后，如式(2)所示当用其大小除速度矢量@时，求点P(t)处的切线方向的单位矢量^。
权利要求
1.一种机床的刀具轨迹显示装置(20)，用于显示机床(I)的刀具(5)的尖端点的轨迹，上述机床(I)使用数值控制装置(16)通过多个驱动轴控制上述刀具(5)以及被加工物中至少一方的位置以及姿势，所述刀具轨迹显示装置的特征在于，具有 指令制作部(17)，用于制作针对上述多个驱动轴的每一预定的控制周期的位置指令； 位置检测器(11 15)，它们被安装在上述多个驱动轴的各个驱动轴上，用于在上述每一预定的控制周期检测上述多个驱动轴的各自的位置； 位置数据取得部(21)，用于取得通过上述指令制作部(17)制作的上述每一预定的控制周期的位置指令作为指令值时间系列数据，并且取得通过上述位置检测器(11 15)在上述每一预定的控制周期检测出的位置检测值作为检测值时间系列数据； 刀具坐标值计算部(22)，用于根据上述指令值时间系列数据以及上述机床(I)的结 构，与上述指令值时间系列数据对应地计算上述刀具(5)的尖端点的刀具指令坐标值，并且根据上述检测值时间系列数据以及上述机床(I)的结构，与上述检测值时间系列数据对应地计算上述刀具(5)的尖端点的刀具实际坐标值； 加速度计算部(23)，用于使用上述刀具指令坐标值中的至少三个数据计算上述刀具(5)的尖端点的加速度或者加加速度，并且使用上述刀具实际坐标值中的至少三个数据计算上述刀具的尖端点的加速度或者加加速度；和 显示形式选择部(24)，用于选择分别形成上述刀具(5)的尖端点的轨迹的上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的上述加速度或者上述加加速度的显示形式，该显示形式选择部(24)执行与上述加速度或者上述加加速度的方向和大小对应地用颜色区分上述刀具的尖端点的轨迹的彩色显示、把上述加速度或者上述加加速度作为加速度矢量或者加加速度矢量在上述刀具的尖端点的轨迹上显示的矢量显示、和显示将邻接的上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的终点互相连接的接线的接线显示中的至少一种， 所述刀具轨迹显示装置还具有 显示部(25)，用于遵照通过上述显示形式选择部(24)选择的显示形式，与上述刀具的尖端点的轨迹一起显示上述加速度或者上述加加速度。
2.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述加速度计算部(23)使用上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的连续的至少三个数据计算切线方向或者法线方向的加速度。
3.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述加速度计算部(23)使用上述刀具指令坐标值以及上述刀具实际坐标值的连续的至少四个数据计算切线方向或者法线方向的加加速度。
4.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述显示形式选择部(24)，根据上述加速度或者上述加加速度的方向以及大小，变更上述刀具尖端点的轨迹、上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接线、以及上述加加速度矢量的接线中的至少一个的颜色，或者使该颜色的浓淡变化，显示在上述显示部上。
5.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述显示形式选择部(24)在上述显示部上显示上述法线方向的加速度矢量或者上述法线方向的加加速度矢量，上述法线方向的加速度矢量或者上述法线方向的加加速度矢量把连接上述刀具指令坐标值或者上述刀具实际坐标值的互相邻接的数据的直线或者曲线中的预定的多个点作为始点，并且把相对于该预定的多个点的各个点处的切线垂直地通过预定的点的直线与上述法线方向的加速度矢量的接线或者上述法线方向的加加速度矢量的接线的交点作为终点。
6.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述显示形式选择部(24)变更由上述加速度矢量或者上述加加速度矢量和上述接线和上述刀具尖端点的轨迹包围的面的颜色、或者使该颜色的浓淡变化，显示在上述显示部(25)上。
7.根据权利要求I所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于， 上述显示形式选择部(24)把上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的 接线、以及上述加加速度矢量的接线中的至少一个在上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的方向上以任意的倍率放大或者缩小。
全文摘要
一种刀具轨迹显示装置，具有根据多个驱动轴的位置指令的指令值时间系列数据、多个驱动轴的位置检测值的检测值时间系列数据和机床的结构计算刀具指令坐标值及刀具实际坐标值的刀具坐标值计算部；计算刀具指令坐标值及刀具实际坐标值中的刀具尖端点的加速度的加速度计算部；选择刀具指令坐标值及刀具实际坐标值的加速度的显示形式的显示形式选择部，显示形式选择部进行根据加速度的方向和大小用颜色区分刀具的尖端点的轨迹的彩色显示、把加速度作为加速度矢量在刀具的尖端点的轨迹上显示的矢量显示、显示将邻接的加速度矢量的终点互相连接的接线的接线显示中的至少一种。由此，能容易地进行驱动轴或者刀具的实际位置对于指令位置的形状误差的分析。
文档编号G05B19/406GK102955449SQ20121024174
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月12日 优先权日2011年8月25日
发明者手塚淳一, 小川肇 申请人:发那科株式会社