专利名称：机床中的真圆切削加工装置和方法
技术领域：
本发明涉及机床中的真圆切削加工装置和方法，更详细地说，涉及如下所述的机床中的真圆切削加工装置和方法:在进行机床的真圆加工时，减少在整个周期中重复的不必要的加工路径而减少整个加工路径并缩短加工时间。
背景技术：
在机床中，真圆加工称为圆弧加工，是指用于在加工原材料上形成圆的形状的加工。作为真圆加工，能够划分为对内圆进行切削的加工(以下，称为真内圆加工)和对外圆进行切削的加工(以下，真外圆加工)这两种类。对于真内圆加工和真外圆加工而言，虽然其加工模式彼此不同，但是为了加工成期望大小的圆形状，重复进行“进入到真圆”、“真圆加工”、“脱离真圆”的加工模式。此时，虽然“进入到真圆”、“脱离真圆”只起到加工的辅助作用，但是在整个加工路径中占据很大的比重，从而具有加工时间变长的问题。对此，参照图1和图2进行具体说明。图1是说明在以往真圆加工中对内圆进行切削的加工路径的图。
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以往用于对内圆进行切削的真内圆加工，不仅要首先设定加工原材料的种类、力口工的种类(真内圆加工或真外圆加工)，而且还设定最初半径R、最终半径、径向进给量K、径向进给量次数。并且，在加工开始点(P)向对角线输送R/2 (①)，在输送的地点沿着相对于R/2的1/4圆弧轨迹进行输送而接近真圆(②)。之后，一边旋转360度一边对最初半径为R的真圆进行切削(③)。在进行切削之后，沿着相对于R/2的1/4圆弧轨迹进行输送而脱离(离开)真圆(④)，向对角线输送R/2而返回到加工开始点P (⑤)。之后，将上述的①至⑤过程作为一周期而重复进给量次数，从而加工到最终半径。在这种加工路径中，在加工开始点P向对角线输送后沿着1/4圆弧轨迹接近真圆的路径(①、②)以及在真圆上向对角线输送后沿着1/4圆弧轨迹脱离真圆的路径(④、⑤)，是用于执行对真圆进行切削的路径(③)的准备阶段，可看作是不必要的路径。因此，在整个周期路径中的不必要的路径可以是①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、@、⑩)、 等。图2是说明以往在真圆加工中对外圆进行切削的加工路径的图。在对外圆进行切削的以往的真圆加工中，首先设定周期开始点CP，从周期开始点CP沿着R_2为半径的1/2圆弧轨迹进行输送而接近真圆(①)。并且，对将从接近的地点到真圆中心作为半径的真圆进行切削(②)。在切削之后，沿着R_2为半径的1/2圆弧轨迹再次输送而脱离(离开)到周期开始点CP (③)。之后，将①至③路径作为一周期来重复进给量次数。在这种加工路径中，在周期开始点CP向真圆接近的路径(①)以及在真圆向周期开始点CP脱离的路径(③)，虽然是用于执行对真圆进行切削的路径(②)的准备阶段，但是可看作是不必要的路径。由此，在真外圆加工的整个周期路径中不必要的路径可以是①、③、④、⑥、⑦、⑨、⑩、 等。如上所述，在包含内圆和外圆的真圆加工中，在整个周期路径中不必要的路径比主路径占据更多的比重，因此成为使加工时间变长的主要因素。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供如下所述的机床中的真圆切削加工装置和方法:在开始机床的真圆加工时，仅执行一次向真圆接近的路径，在结束加工时仅执行一次脱离真圆的路径，从而减少在整个周期中重复的不必要的加工路径，能够减少整个加工路径并缩短加工时间。为此，根据本发明的第一侧面，本发明的机床中的真圆切削加工装置，其特征在于包括:加工模式数据库(DB) 130，其按照加工的种类定义了基本加工路径，该基本加工路径用于将加工原材料的内表面或外表面加工成圆形状；加工模式周期形成部120，其利用在上述加工模式DB130中已定义的加工路径和真圆加工所需的加工数据，形成对上述加工原材料进行加工的从最初真圆到最终真圆的基于进给量(K)的整个周期，计算在上述周期中进行加工的加工路径；以及编码处理部140，其将通过上述加工模式周期形成部120计算出的上述周期的加工路径编码为机械性动作指令。根据本发明的第二侧面，本发明的机床中的真圆切削加工方法，其特征在于包括如下步骤:输入加工数据而进行设定，该加工数据包括加工原材料和加工的种类、最初真圆、最终真圆、进给量(K);根据所输入的加工的种类确定已定义的基本加工模式；利用确定的加工模式和上述加工数据，形成从最初真圆到最终真圆的基于进给量(K)的整个周期；计算在上述周期中进行加工的正确的加工路径；将所计算出的加工路径编码为机械性动作指令；以及将所编码的数据传递到机床的驱动部。
根据本发明，在进行真圆加工时减少在整个周期中重复的不必要的加工路径，从而具有缩短整个加工路径的效果。而且，具有缩短加工时间而提高生产性的效果。
图1是说明在以往的真圆加工中对内圆进行切削的加工路径的图。图2是说明在以往的真圆加工中对外圆进行切削的加工路径的图。图3是示出本发明的真圆切削加工装置的结构图。图4是图3的加工模式周期形成部的详细结构图。图5是示出在本发明的真圆切削加工中对内圆进行切削的加工路径的图。图6是说明用于本发明的内圆切削的加工方法的流程图。图7是示出按照图6的加工方法而改善前后的加工路径的图。图8是对改善前后的加工路径的长度进行数值化得到的比较表。图9是示出在本发明的真圆切削加工中对外圆进行切削的加工路径的图。图10是说明用于本发明的外圆切削的加工方法的流程图。图11是示出根据图10的加工方法而改善前后的加工路径的图。图12是对改善前后的加工路径的长度进行数值化得到的比较表。标号说明
100:真圆切削加工装置200:输入部300:伺服/主轴驱动部110:加工模式分析部120:加工模式周期形成部130:加工模式DB140:编码处理部160:插值部150:内部数据块缓存122:加工模式计算部124:按周期块分割部
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施例。通过以下的详细说明，能够更明确地理解本发明的结构及其作用效果。在本发明的详细说明中，对于相同的结构要素，即使表示在不同的附图上也尽可能用相同的标号来表示，对于公知的结构，当判断为有可能使本发明的要旨模糊时，省略具体的说明。另外，当某个部分包含某结构要素时，只要没有特别相反的记载，则是指不排除其他的结构要素而还可以包含其他的结构要素。图3是示出本发明的真圆切削加工装置的结构图，图4是图3的加工模式周期形成部的详细结构图。 参照图3，本发明的机床包含真圆切削加工装置100、输入部200以及伺服/主轴驱动部300等。因此，在本发明的机床中，当通过输入部200而输入加工所需的数据(以下，称为加工数据)时，将其传递到真圆切削加工装置100，真圆切削加工装置100计算最适合于加工数据的真圆加工模式而传递到伺服/主轴驱动部300。为此，真圆切削加工装置100包括:加工模式分析部110、加工模式周期形成部120、加工模式DB130、编码处理部140、内部数据块缓存150、插值部160。这种真圆切削加工装置100能够通过数控(numerical control:NC)来构现。加工模式分析部110从输入部200接收加工数据，根据加工模式DB130分析与加工数据相应的加工模式。加工数据包括加工原材料、加工的种类(真内圆加工或真外圆加工)、最初半径R、最终半径、径向进给量K、径向进给量次数等。加工模式是指为了真内圆加工或真外圆加工而确定的周期路径。例如，包括进入到真圆、真圆加工、脱离真圆等。加工模式DB130划分为对于真内圆加工的基本加工模式和对于真外圆加工的基本加工模式，定义用于构现各加工模式的数学算法。例如，如图5所示涉及真内圆加工，包含在加工开始点向对角线输送的加工模式①、沿着圆弧轨迹接近真圆的加工模式②、进行真圆切削输送的加工模式③，定义有对于各加工模式的数学算法。如图9所示，作为真外圆加工，包含在周期开始点向真圆接近的加工模式①、为了进行真圆切削而输送的加工模式②、向比最初半径R小的内径真圆接近的加工模式③、进行真圆切削输送的加工模式④等，定义了对于各加工模式的数学算法。再次参照图3，加工模式周期形成部120接收在加工模式分析部110中分析的真内圆加工的基本加工模式或真外圆加工的基本加工模式以及加工数据而根据从最初半径到最终半径的进给量来形成周期，利用所接收的加工数据来计算在各周期中加工的正确的加工路径。这样的加工模式周期形成部120，如图4所示，由加工模式计算部122和按周期块分割部124构成。如上所述，加工模式计算部122根据所接收的加工数据和加工模式来形成基于最初真圆半径R、半径方向进给量K、半径方向进给次数N的加工模式的周期，计算出在各周期中加工的正确的路径。加工模式的周期能够与进给量的次数呈正比。例如，当从最初真圆半径R起将进给量的次数设定为2次时，周期包含对于最初真圆半径的加工，从而总共形成3次的周期。按周期块分割部124以在加工模式计算部122中形成的周期单位来划分块而整理为有效数据。划分为块的理由是为了分割在加工时所需的有效数据来传递，从而减少机床的处理负荷。因此，本发明的加工模式周期形成部120的特征在于，各包含一个在开始加工时从加工开始点接近最初真圆半径R为半径的真圆的加工路径以及在结束对于最终真圆半径的加工而结束整个加工时脱离最终·真圆而返回到上述加工开始点的加工路径。并且，其特征在于，在从最初真圆到最终真圆进行切削的加工中，重复形成按照进给量K对真圆进行切削的加工路径。
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图3的编码处理部140以在加工模式周期形成部120中分割的块单位来接收有效数据而转换为插值部160所需的用于机械输送的信息。即，能够转换为用于机械输送的指令、即G编码。并且，编码处理部140通过内部数据块缓存150将所转换的数据传递到插值部160。于是，内部数据块缓存150对从编码处理部140传递的数据进行缓冲处理而传递到插值部160。插值部160对于各周期设定伺服或主轴的动作而进行插值来提供到伺服/主轴驱动部300。如上所述构成的真圆切削加工装置中的加工方法，包含如下步骤:设定真圆加工中所需的加工数据、即加工的种类(内圆或外圆)、最初真圆、最终真圆、进给量等；根据加工的种类而形成已定义的基本加工模式；利用加工模式和加工数据形成从最初真圆到最终真圆的按照进给量K来进行加工的整个周期；将对于各周期的加工路径计算为数值；将计算出的加工路径编码为机械性动作指令；以及将进行了编码的数据传递到机床的驱动部。具体地讲，对内圆或外圆进行加工的动作过程如下。真内圆加工动作过程图6是说明用于本发明的内圆切削的加工方法的流程图。首先，真圆加工装置100不仅通过输入部200来设定加工原材料的种类、加工的种类(真内圆加工)，而且还设定最初真圆半径R、最终真圆半径、径向进给量K、径向进给量次数(S100)。在本实施例中，将径向进给量初始进给次数M设定为0，将最终进给次数设定为
N0之后，真圆加工装置100根据已设定的加工数据来分析与真内圆加工相应的基本加工模式。
首先，如图5的①加工模式，从加工开始点P向对角线输送R/2量(S101)。从所输送的地点，如②加工模式，沿着相对于半径R/2的1/4圆弧轨迹来接近最初半径R的真圆(S102)。之后，如③加工模式，对R+MK为半径的真圆进行360度切削(S103)。此处，由于最初M为0，结果S103步骤成为对于最初半径R的真圆。这样①至③加工模式成为一周期。之后，为了下一个真圆加工来增加一次进给量次数，如④加工模式，沿着相对于半径(R+MK)的1/4圆弧轨迹来接近下一个真圆(S104、S105)。下一个真圆的半径成为(R+MK)。之后，如⑤加工模式，对半径为(R+MK)的真圆进行切削(S106)。此时，切削输送是对于半径为(R+MK)执行3/4圆弧。因此，即使以周期单位来重复多次，也始终在相同的轴上实现向下一个真圆的接近。之后，对进给量次数进行计数(S107)。如果当前进给量次数M比已设定的最终进给量次数N小，则重复执行上述的S104步骤至S106步骤，直至达到最终进给量次数N为止，如果当前进给量次数M比最终进给量次数N大，则执行结束最后加工的步骤。即，作为加工结束步骤，如⑩加工模式，沿着半径为[(R+ (M-1)K)]的1/4圆弧轨迹脱离真圆(S108 )，从脱离的地点，如加工模式，返回到加工开始点P (S109 )。根据这样的过程，用于实际对真圆进行切削的加工路径(以下，必要路径)构成主要路径，作为对此进行辅助的准备过程的路径(以下，不必要的路径)，能够认为是在开始真圆加工时向真圆接近的加工路径①、②、和在结束真圆加工时脱离真圆的加工路径⑩、 。图7是示出根据图6的加工方法而改善前后的加工路径的图，图8是对改善前后的加工路径的长度进行数值化得到的比较表。参照图7，如(a)所示，可知在改善前的真内圆加工中不必要的路径在整个加工路径中所占的比重多，相反在(b )的改善之后，在真内圆加工中不必要的路径被最小化。将这种不必要的路径计算为数值的结果如图8所示。本发明的不必要的路径是将①、②、⑩、的加工路径相加的路径，能够通过以下的数学式来计算。数学式I
权利要求
1.一种机床中的真圆切削加工装置，其特征在于包括: 加工模式数据库(130)，其按照加工种类定义了基本加工路径,该基本加工路径用于将加工原材料的内表面或外表面加工成圆形状； 加工模式周期形成部(120)，其利用在上述加工模式数据库(130)中已定义的加工路径和真圆加工所需的加工数据，形成对上述加工原材料进行加工的从最初真圆到最终真圆的基于进给量(K)的整个周期，计算在上述周期中进行加工的加工路径；以及 编码处理部(140)，其对通过上述加工模式周期形成部(120)计算出的上述周期的加工路径进行编码，作为机械性动作指令。
2.根据权利要求1所述的机床中的真圆切削加工装置，其特征在于， 上述加工模式周期形成部 各包含一次在开始加工时从加工开始点接近最初真圆的加工路径和从最终真圆脱离而返回到上述加工开始点的加工路径， 在从上述最初真圆到半径不同的最终真圆的加工过程中，重复形成按照进给量(K)对真圆进行切削的加工路径。
3.根据权利要求1所述的机床中的真圆切削加工装置，其特征在于， 该真圆切削加工装置还包括加工模式分析部(110)，该加工模式分析部(110)按照要加工的加工种类，根据上述加工模式数据库(130)分析加工路径。
4.一种机床中的真圆切削加工方法，其特征在于包括如下步骤: 输入加工数据而进行设定，该加工数据包括加工原材料和加工种类、最初真圆、最终真圆以及进给量(K); 根据所输入的加工种类确定已定义的基本加工模式； 利用上述加工模式和上述加工数据，形成从最初真圆到最终真圆的基于进给量(K)的整个周期； 计算在上述周期中进行加工的正确的加工路径； 对所计算出的加工路径进行编码，作为机械性动作指令；以及 将所编码的数据传递到机床的驱动部。
5.根据权利要求4所述的机床中的真圆切削加工方法，其特征在于， 上述形成整个周期的步骤 各包括一次在开始加工时接近最初真圆的加工路径和从最终真圆脱离而返回到上述加工开始点的加工路径， 在从上述最初真圆到最终真圆的切削加工过程中，重复形成按照上述进给量(K)对真圆进行切削的加工路径。
6.一种计算机可读取的记录介质，其记录有用于执行权利要求4或5所述的步骤的程序。
全文摘要
本发明提供机床中的真圆切削加工装置和方法，仅执行一次开始机床的真圆加工时向真圆接近的路径，仅执行一次在结束加工时脱离真圆的路径，从而减少在整个周期中重复的不必要的加工路径，从而减少整个加工路径并缩短加工时间。
文档编号G05B19/19GK103226343SQ20131003127
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月28日 优先权日2012年1月26日
发明者金德沅, 张泰城, 柳铎, 黄圣敏, 许暻和 申请人:斗山英维高株式会社