数控装置制造方法
【专利摘要】本发明的数控装置是按照包含由直线轴的位置确定的刀具前端位置的指令和由旋转轴的旋转角度确定的刀具姿势的指令的加工程序进行数值控制的数控装置，其具有：前端位置曲线生成单元，其基于所生成的直线轴的指令位置序列，生成与刀具前端位置相关的刀具前端位置曲线；刀具姿势曲线生成单元，其基于所述生成的直线轴的指令位置序列和所生成的旋转轴的指令位置序列，生成与刀具前端位置的移动联动且与刀具姿势相关的刀具姿势曲线；插补运算单元，其对应于所述刀具前端位置的插补点和刀具姿势的插补点，运算出直线轴的机械位置的插补点；以及插补输出单元，其使直线轴移动到所述运算出的机械位置的插补点处，使旋转轴移动到所述运算出的刀具姿势的插补点处。
【专利说明】数控装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种数控装置。
【背景技术】
[0002] 在工作机械中，具有3轴的直线轴和2轴的旋转轴的工作机械称为5轴加工机，利 用直线轴的位置对刀具的前端位置进行指示，并且利用旋转轴对刀具的姿势进行指示，从 而能够对被加工物加工出复杂的形状。
[0003] 在对被加工物加工外观设计曲面的情况下，通常利用CAD/CAM装置等进行下述加 工，即，生成沿曲面分割为微小的块的刀具前端位置和刀具姿势的点序列，并利用数控装置 以直线对该点序列之间进行插补。为了使作为加工结果得到的被加工物的加工面平滑，优 选更精细地进行块的分割，但如果分割过分地精细，则加工程序的数据容量会变得过大，有 可能数控装置的程序读取解析的运算耗时较多而难以实现规定的加工速度。
[0004] 与此相对，提出有不使块的分割过分精细而生成加工点序列，并利用数控装置以 曲线而不是以直线对该点序列之间进行插补这样的方法。
[0005] 在专利文献1中，记载有下述内容，即，在数控装置中，进行针对加工点的曲线插 补而对曲面进行加工，并且使刀具相对于加工物的倾斜角度发生变化。具体而言，从加工程 序分别读入指令点序列和矢量序列。针对所读入的指令点序列，在各点之间求出2点的内 插点作为实际指令点，针对实际指令点序列，用最小2乘法生成加工点用近似曲线，使实际 指令点向加工点用近似曲线移动而求出加工点用曲线，然后针对加工点用曲线进行插补， 求出加工点。另一方面，针对所读入的矢量序列，求出2个内插矢量作为实际指令矢量，针 对实际指令矢量的前端点序列，用最小2乘法生成矢量最前端点用近似曲线，使实际指令 矢量朝向矢量最前端点用近似曲线移动而求出矢量前端点用曲线，然后针对矢量前端点用 曲线进行插补，求出插补矢量。然后，根据加工点和1个周期前的加工点的差，求出行进方 向矢量，根据插补矢量求出刀具前端中心矢量，根据插补矢量以及行进方向矢量，求出刀具 方向矢量。此外，对于加工点，将刀具前端中心矢量以及刀具方向矢量相加而求出直线移动 轴X、Y、Z的位置，根据刀具方向矢量，求出旋转轴A、C的位置。由此，根据专利文献1，由于 加工点被平滑地插补且刀具和加工物的相对关系也平滑地变化，因此能够得到平滑的加工 面。
[0006] 在专利文献2中记载有下述内容，S卩，在数控装置中，控制为使加工点在平滑的曲 线上移动，并且使基准刀具长度位置平滑地变化。具体而言，对加工程序进行解析，生成加 工点指令序列和刀具姿势指令序列。对所生成的加工点指令序列通过最小二乘法生成加工 点近似曲线，使加工点指令序列朝向加工点近似曲线移动而求出加工点曲线，对加工点曲 线进行插补，求出插补加工位置。另一方面，根据所生成的刀具姿势指令序列计算出刀具姿 势单位矢量序列，对基准刀具长度进行累计而求出基准刀具长度矢量，将基准刀具长度矢 量和加工点指令序列相加而生成基准刀具长度位置序列，针对基准刀具长度位置序列，通 过最小二乘法生成基准刀具长度位置近似曲线，使基准刀具长度位置序列朝向基准刀具长 度位置近似曲线移动而求出基准刀具长度位置曲线，对基准刀具长度位置曲线进行插补， 求出插补基准刀具长度位置。然后，根据插补加工位置和插补基准刀具长度位置，求出插补 刀具姿势。此外，根据插补加工位置、插补刀具姿势、以及实际刀具长度，求出直线移动轴 X、Y、Z的位置，根据插补刀具姿势，求出旋转轴B、C的位置。由此，根据专利文献2,通过将 直线轴和旋转轴控制为成为计算出的刀具姿势，而能够在使刀具姿势平滑地变化并进行加 工。
[0007] 专利文献1 :日本特开2005-182437号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2010-146176号公报
【发明内容】
[0009] 在专利文献1记载的技术中，用于对刀具前端平滑地插补的曲线（加工点用曲线） 根据刀具前端位置的点序列而生成，用于对刀具姿势平滑地插补的曲线（矢量前端点用曲 线）根据刀具姿势的点序列而生成，如上述所述，该技术是以完全独立地生成刀具前端的 曲线和刀具姿势的曲线为前提的。因此，在专利文献1记载的技术中，在考虑刀具姿势矢量 的移动轨迹的情况下，有时刀具姿势矢量不能与刀具前端在加工点用曲线上平滑地移动同 步地平滑变化，加工得到的加工面有可能不平滑。
[0010] 在专利文献2记载的技术中，用于对刀具前端平滑地插补的曲线（加工点曲线） 根据刀具前端位置的点序列而生成，根据刀具前端点位置的点序列和刀具姿势位置序列， 生成用于对从刀具前端偏移基准刀具长度的基准刀具长度位置进行平滑地插补的曲线 (基准刀具长度位置曲线），根据将对加工点曲线进行插补的点和对基准刀具长度位置进 行插补的点连结的插补刀具姿势，求出该插补点处的旋转轴B、C的位置。因此，在专利文献 2记载的技术中，在考虑刀具姿势矢量的移动轨迹的情况下，例如，在刀具姿势只利用1个 旋转轴（例如B轴）的移动而变化，而其它旋转轴（例如C轴）不移动的程序的情况下，在 根据将对加工点曲线进行插补的点和对基准刀具长度位置进行插补的点连结的插补刀具 姿势而计算出的旋转轴的值中，可能原本不应该移动的C轴也会出现移动成分，尤其如果 处于特殊点附近，则成为较大的C轴移动，加工得到的加工面有可能不平滑。
[0011] 本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种能够使刀具姿势矢量的 移动轨迹平滑的数控装置。
[0012] 为了解决上述课题，实现目的，本发明的一个技术方案所涉及的数控装置按照下 述加工程序对具有刀具、直线轴、以及旋转轴的机械进行数值控制，其中，该加工程序包含 由直线轴的位置确定的刀具前端位置的指令和由旋转轴的旋转角度确定的刀具姿势的指 令，该数控装置的特征在于，具有：程序输入单元，其读取由所述加工程序中的连续的程序 块指示出的刀具前端位置以及刀具姿势，生成直线轴的指令位置序列和旋转轴的指令位置 序列；前端位置曲线生成单元，其基于生成的所述直线轴的指令位置序列，生成与刀具前 端位置相关的刀具前端位置曲线；刀具姿势曲线生成单元，其基于生成的所述直线轴的指 令位置序列和生成的所述旋转轴的指令位置序列，生成与刀具前端位置的移动联动且与刀 具姿势相关的刀具姿势曲线；插补运算单元，其在各插补周期中，根据所述刀具前端位置 曲线，运算出刀具前端位置的插补点，根据所述刀具姿势曲线，运算出刀具姿势的插补点， 对应于所述刀具前端位置的插补点和刀具姿势的插补点，运算出直线轴的机械位置的插补 点；以及插补输出单元，其使直线轴移动到所述运算出的机械位置的插补点处，使旋转轴移 动到所述运算出的刀具姿势的插补点处。
[0013] 发明的效果
[0014] 根据本发明，由于与刀具前端点的直线轴移动相关联地导出刀具姿势曲线，因此， 例如能够对基于直线轴生成的刀具前端位置曲线、和基于直线轴和旋转轴这两者生成的刀 具姿势曲线进行组合，而分别对直线轴以及旋转轴进行插补。其结果，能够随着刀具前端的 移动，使刀具姿势矢量平滑地移动。即，能够使刀具姿势矢量的移动轨迹平滑。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是表示实施方式1所涉及的数控装置的结构的图。
[0016] 图2是表示实施方式1所涉及的工作机械的结构的图。
[0017] 图3是表示实施方式1中的刀具前端点以及刀具姿势的图。
[0018] 图4是表示实施方式1中的1个区间的样条曲线的图。
[0019]图5是表示实施方式1中的合成直线轴和2个旋转轴而得到的曲线的图。
[0020] 图6是表示实施方式1中的加工程序的内容的图。
[0021] 图7是表示实施方式1中的数据表的结构的图。
[0022] 图8是表示实施方式1中的曲线上的插补点的图。
[0023] 图9是表示实施方式1中的合成直线轴和1个旋转轴而得到的曲线的图。
[0024] 图10是表示实施方式2中的数据表的结构的图。
【具体实施方式】
[0025] 以下，基于附图详细说明本发明所涉及的数控装置的实施方式。另外，本发明并不 限定于本实施方式。
[0026] 实施方式1
[0027] 使用图1说明实施方式1所涉及的数控装置10。图1是表示数控装置10的结构 的图。
[0028] 图1所示的数控装置10是经由伺服驱动部9例如对图2所示的工作机械100进 行数值控制的装置，例如是对刀具102的前端位置和刀具102的姿势进行控制的装置。图 2是表示工作机械100的结构的图。
[0029] 在搭载有数控装置10的工作机械100中，通过进行各轴的控制以使得可动部移动 到由加工程序（NC程序、运动程序）1指示出的位置，同时进行加工。工作机械100具有多 个直线轴和大于或等于1个的旋转轴。
[0030] 具体而言，工作机械100例如如图2所示，是具有3个直线轴（平移轴）即X轴、 Y轴、Z轴和2个旋转轴即B轴、C轴的5轴加工机。X轴是X轴伺服电动机109X用于使刀 具102直线移动的轴。Y轴是Y轴伺服电动机109Y用于使刀具102直线移动的轴。Z轴是 Z轴伺服电动机109Z用于使刀具102直线移动的轴。X轴、Y轴、以及Z轴例如彼此正交。 B轴是B轴伺服电动机109B用于使刀具102旋转移动的轴，例如使刀具102绕Y轴旋转移 动。C轴是C轴伺服电动机109C用于使刀具102旋转移动的轴，例如使刀具102绕Z轴旋 转移动。工作台101在其主表面IOla上载置工件WK。此外，B轴的中心轴线和C轴的中心 轴线的交点可视为表示工作机械100的中心的机械位置MP。
[0031] 另外，图2是例示性地示出在刀具侧具有2个旋转轴（B轴、C轴）的情况的5轴 加工机的结构的图，但工作机械100也可以是在刀具侧和工件侧各具有1个旋转轴的情况 的5轴加工机，也可以是在工件侧具有2个旋转轴的情况的5轴加工机。
[0032] 加工程序1 (参照图6)是使用被称为G代码的指令代码进行记录的程序，例如，是 作为同时控制5轴功能而使用刀具前端点控制（G43. 4/G43. 5)指令等进行记录的程序。
[0033] 数控装置10对加工程序1进行解析，根据解析结果经由伺服驱动部9对工作机械 1〇〇(例如，5轴加工机）进行控制（参照图2)，而控制相对于在工作台101上载置的工件 WK的相对刀具姿势，并进行工件WK的加工。例如，数控装置10通过分别适当地控制X、Y、 Z、B、C轴，以使得刀具102的位置或姿势成为期望的刀具位置、刀具姿势，而实现针对工件 WK的复杂的加工。例如，数控装置10向伺服驱动部9中的X轴驱动部9X、Y轴驱动部9Y、Z 轴驱动部9Ζ、Β轴驱动部9Β以及C轴驱动部9C分别输出规定的移动指令（参照图1)。由 此，X轴驱动部9Χ、Υ轴驱动部9Υ、Ζ轴驱动部9Ζ、Β轴驱动部9Β、以及C轴驱动部9C分别向 X轴伺服电动机1〇9Χ、Υ轴伺服电动机109Υ、Ζ轴伺服电动机109Ζ、Β轴伺服电动机109B、C 轴伺服电动机109C输出电压指令，并进行驱动。
[0034] 如上所述，在工作机械100中，能够利用直线轴的位置对刀具102的前端位置进行 指示，并且利用旋转轴对刀具102的姿势进行指示，而能够针对工件WK加工出更复杂的形 状。
[0035] 在针对工件WK加工外观设计曲面的情况下，通常利用CAD/CAM装置等生成下述程 序，该程序将工件WK沿曲面分割为微小的块，并在各块中，对刀具102的前端位置102a和 刀具102的姿势的点序列进行指示。而且，通常利用数控装置10进行下述加工，S卩，以直线 对由该加工程序指示出的点序列之间进行插补。在该情况下，为了使作为加工结果得到的 工件WK的加工面平滑，优选较精细地进行块的分割，但如果分割过分地精细，则加工程序 的数据容量会变得过大，有可能数控装置的程序读取解析的运算耗时较多而难以实现规定 的加工速度。
[0036] 与此相对，能够想到，不使块的分割过分精细而生成加工点序列，并利用数控装置 10以曲线而不是以直线对该点序列之间进行插补这样的方法。在对刀具102的前端位置 102a和刀具102的姿势的点序列进行指示的加工程序的情况下，需要平滑地对与刀具102 的前端位置l〇2a对应的直线轴的移动进行插补，同时使与刀具102的姿势对应的旋转轴的 移动（旋转）与直线轴的移动同步，并平滑地进行曲线插补，希望实现该过程的技术。
[0037] 因此，在实施方式1中，基于直线轴的指令位置的点序列，生成与刀具102的前端 位置102a相关的刀具前端位置曲线，另一方面，不仅基于旋转轴的指令位置的点序列，还 基于直线轴的指令位置的点序列，生成与刀具102的姿势相关的刀具姿势曲线，从而实现 下述目的，即，使刀具前端l〇2a的移动轨迹平滑，同时使与该移动同步且表示出刀具102的 姿势的刀具姿势矢量的移动轨迹平滑。
[0038] 即，实施方式1所涉及的数控装置10例如具有：程序输入单元、前端位置曲线生成 单元、刀具姿势曲线生成单元、插补运算单元、以及插补输出单元。
[0039] 程序输入单元读取由加工程序中的连续的程序块指示出的前端位置和刀具的姿 势，而生成直线轴的指令位置序列和旋转轴的指令位置序列。刀具前端位置曲线生成单元 基于由程序输入单元生成的直线轴的指令位置序列，生成刀具前端位置曲线。刀具前端位 置曲线是与刀具102的前端位置102a相关的曲线，例如是平滑的曲线。刀具姿势曲线生成 单元基于由程序输入单元生成的直线轴的指令位置序列以及由程序输入单元生成的旋转 轴的指令位置序列，生成刀具姿势曲线。刀具姿势曲线是与刀具102的前端位置102a的移 动联动的曲线，是与刀具102的姿势相关的曲线，例如是平滑的曲线。插补运算单元在各插 补周期中，根据刀具前端位置曲线运算出刀具102的前端位置102a的插补点。插补运算单 元在各插补周期中，根据刀具姿势曲线运算出刀具102的姿势的插补点。插补运算单元在 各插补周期中，基于刀具102的前端位置102a的插补点和刀具102的姿势的插补点，运算 出直线轴的机械位置MP的插补点。插补输出单元使直线轴移动到由插补运算单元运算出 的机械位置MP的插补点处。插补输出单元使旋转轴移动（旋转）到由插补运算单元运算 出的刀具102的姿势的插补点处。
[0040] 在上述的结构单元中，实施方式1中的特征部分例如是刀具前端位置曲线生成单 元和刀具姿势曲线生成单元，对于此，首先说明实施方式1的思路。
[0041] 根据公知的曲线理论（例如，《形状処理工学（I)》山口富士夫著，"日刊工業新聞 社"刊发），平滑地通过如图3所示的n+1个指定点匕、PpP2、…、3次样条曲线上的 点例如在从指定点IVgIjL的图4所示的区间中，用下面的算式（1)表达。 L〇〇44」（j= 1，2,3, · · ·，η)
【权利要求】
1. 一种数控装置，其按照下述加工程序对具有刀具、直线轴以及旋转轴的机械进行数 值控制，其中，该加工程序包含由直线轴的位置确定的刀具前端位置的指令和由旋转轴的 旋转角度确定的刀具姿势的指令， 该数控装置的特征在于，具有： 程序输入单元，其读取由所述加工程序中的连续的程序块指示出的刀具前端位置以及 刀具姿势，生成直线轴的指令位置序列和旋转轴的指令位置序列； 前端位置曲线生成单元，其基于生成的所述直线轴的指令位置序列，生成与刀具前端 位置相关的刀具前端位置曲线； 刀具姿势曲线生成单元，其基于生成的所述直线轴的指令位置序列和生成的所述旋转 轴的指令位置序列，生成与刀具前端位置的移动联动且与刀具姿势相关的刀具姿势曲线； 插补运算单元，其在各插补周期中，根据所述刀具前端位置曲线，运算出刀具前端位置 的插补点，根据所述刀具姿势曲线，运算出刀具姿势的插补点，对应于所述刀具前端位置的 插补点和刀具姿势的插补点，运算出直线轴的机械位置的插补点；以及 插补输出单元，其使直线轴移动到所述运算出的机械位置的插补点处，使旋转轴移动 到所述运算出的刀具姿势的插补点处。
2. 根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于， 所述刀具姿势曲线生成单元使用直线轴和旋转轴的合成轴，生成所述刀具姿势曲线。
3. 根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于， 所述刀具姿势曲线生成单元对多个旋转轴的每一个进行下述处理，即，使用直线轴和1 个旋转轴的合成轴生成所述刀具姿势曲线，并提取出所述刀具姿势曲线的旋转轴成分。
【文档编号】G05B19/4103GK104508579SQ201280074883
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】藤野大助, 井内幸弘, 大熊贤治, 佐藤智典 申请人:三菱电机株式会社