五轴加工数值控制系统及其数值控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种数值控制系统及其数值控制方法，特别是有关于一种五轴加 工数值控制系统与其数值控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着制造技术的加工水平日渐升高，汽车业、半导体制造工业、电子工业， 航天工业和各类模具制造业等，因应产品美观与功能需求的连续曲面造型日益普遍，产品 外型也日趋复杂化与多样化，因此，在精度、效率、复杂曲面的加工需求下，具有高效率、高 加工精度与高表面加工质量的五轴加工技术显得日益重要。
[0003] 五轴加工切削方式可分为端就与侧就两种，端就是利用刀具的刀尖进行材料移 除，侧就则是利用刀具的刀刃进行材料移除，而目前五轴加工技术为根据原始加工几何形 状透过五轴加工路径规划方法所规划出来的刀具姿态与加工路径，故其加工质量取决于五 轴加工路径的规划方法，当规划方法不恰当的时候，加工质量随之下降。
[0004] 另一方面，根据加工产品的几何形状选择适当的路径规划方法难度相当高，通常 W既有方式加工后的成品，其成品外观常呈银齿状或是凹凸不平，即非平滑面，然五轴加工 的加工程序数据量庞大，修正加工程序需耗费大量时间，并且修正加工程序的好坏取决于 用戶的经验与技术，而使得五轴加工程序的使用口坎高，故如何将用户所规划的五轴加工 路径的加工程序达到加工路径平滑化、降低用户修正加工程序所需耗费的时间及降低五轴 加工程序的使用口坎W提升加工质量，为目前所需解决的问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决【背景技术】所述的问题，本发明的主要目的在于提供一种五轴加工数值控 制系统，藉由五轴加工数值控制系统的运算单元，可将用户所规划的五轴加工路径的加工 程序达到加工路径平滑化，并且用户无须将加工程序大幅修改，也无须将加工程序中大量 的数据逐一检查异常处，W达到降低用户修正加工程序所需耗费的时间、降低五轴加工程 序的使用口坎及提升加工品质的目的。
[0006] 根据上述目的，本发明主要目的在于提供一种五轴加工数值控制系统，包括数值 控制装置及加工装置，数值控制装置电性连接于加工装置，加工装置具有刀具、Η个几何轴 及两个旋转轴，刀具电性连接于几何轴与旋转轴，刀具于几何轴上移动且于旋转轴上转动， 其特征在于：数值控制装置包括：用户界面，其接收包含有多个加工数据点的加工程序，每 一个加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴命令，加工数据点形成第一曲线，用户 界面输出加工数据点与第一曲线；运算单元，电性连接于用户界面，且接收用户界面所输出 的加工数据点与第一曲线，并依据每一个加工数据点的旋转轴命令决定刀具矢量，并计算 垂直于所有二个相邻的刀具矢量的法矢量，并判断法矢量之间的夹角是否大于默认值，再 根据几何轴命令的移动量线性比例地调整旋转轴命令，并将加工数据点的几何轴命令嵌合 为第二曲线，将位于第一曲线的加工数据点W垂直投影的方式找出位于第二曲线的多个对 应点，计算对应点的起始点至每一个其他对应点的曲线长度，并形成多个新加工数据点，每 一个新加工数据点位于第二曲线上，每一个新加工数据点包含曲线长度与第一及第二旋转 轴命令，每一个新加工数据点的曲线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，每一个新加 工数据点的曲线长度与第二旋转轴命令形成第二矢量点，第一矢量点形成第Η曲线，第二 矢量点形成第四曲线，利用第二曲线、第Η曲线及第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令 与多个新几何轴命令，运算单元输出新旋转轴命令与新几何轴命令；及控制模块，电性连接 至运算单元，且接收运算单元输出的新旋转轴命令与新几何轴命令，用W控制旋转轴带动 刀具的旋转及几何轴带动刀具的移动。
[0007] 所述的五轴加工数值控制系统，其中运算单元包括：计算模块，电性连接于用户 界面，且接收用户界面所输出的加工数据点与第一曲线，并决定刀具矢量，W及计算垂直于 所有二个相邻的刀具矢量的法矢量，并输出加工数据点、法矢量及第一曲线，计算模块更计 算对应点的起始点至每一个其他对应点的曲线长度，并形成位于第二曲线上的多个新加工 数据点，W及将每一个新加工数据点的曲线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，将每 一个新加工数据点的曲线长度与第二旋转轴命令形成第二矢量点，计算模块输出第二曲 线、第一矢量点及第二矢量点；判断模块，电性连接于计算模块，且接收自计算模块输出的 法矢量与加工数据点，并判断法矢量之间的夹角是否大于默认值，输出加工数据点；调整模 块，电性连接于判断模块，且接收加工数据点，根据几何轴命令的移动量线性比例地调整加 工数据点的旋转轴命令，并输出经调整后的加工数据点；嵌合模块，电性连接于调整模块与 计算模块，且接收经调整后的加工数据点及自计算模块输出的第一曲线，将每一个加工数 据点嵌合为第二曲线，将位于第一曲线的加工数据点W垂直投影的方式找出位于第二曲线 的对应点，将对应点与第二曲线输出至计算模块，并接收自计算模块输出的第二曲线、第一 矢量点及第二矢量点，并将第一矢量点与第二矢量点分别形成第Η曲线与第四曲线，并输 出第二曲线、第Η曲线及第四曲线；及插值计算模块，电性连接至嵌合模块与控制模块，其 接收自嵌合模块输出的第二曲线、第Η曲线及第四曲线，并利用第二曲线、第Η曲线及第四 曲线插值计算出新旋转轴命令与新几何轴命令，输出新旋转轴命令与新几何轴命令至控制 申吴块。
[0008] 所述的五轴加工数值控制系统，其中将每一个加工数据点嵌合为第二曲线、第Η 曲线及第四曲线的方式为优化算法。
[0009] 所述的五轴加工数值控制系统，其中优化算法为最小平方误差算法、最小曲率变 化算法及最小误差算法其中之一。
[0010] 根据上述目的，本发明主要目的在于提供一种五轴加工数值控制方法，用W控制 加工装置的二旋转轴带动刀具的旋转及Η几何轴带动刀具的移动，方法包括下列步骤：接 收包含多个加工数据点的加工程序，每一个加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴 命令，加工数据点形成第一曲线；依据每一个加工数据点的旋转轴命令决定刀具矢量，刀具 矢量的数量等于加工数据点的数量；计算垂直于所有二个相邻的加工数据点的刀具矢量的 法矢量；判断法矢量之间的夹角是否大于默认值；根据几何轴命令的移动量线性比例地调 整旋转轴命令；将每一个加工数据点嵌合为第二曲线；将位于第一曲线的加工数据点W垂 直投影的方式找出位于第二曲线的多个对应点；计算对应点的起始点至每一个其他对应点 的曲线长度，并形成多个新加工数据点，每一个新加工数据点位于第二曲线上，每一个新加 工数据点包含曲线长度与第一旋转轴命令及第二旋转轴命令；将每一个新加工数据点的曲 线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，将每一个新加工数据点的曲线长度与第二旋转 轴命令形成第二矢量点；将第一矢量点形成第Η曲线；将第二矢量点形成第四曲线；及利 用第二曲线、第Η曲线及第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令。
[0011] 所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，判断法矢量之间的夹角是否大于默 认值的方法进一步包含：判断法矢量其中之二个法矢量的夹角是否大于一倍默认值；及判 断是否有另一个法矢量；其中，当法矢量其中之二个法矢量的夹角大于一倍的默认值并且 判断有另一个法矢量时，则判断多个法矢量的第一个法矢量与最后一个法矢量的夹角是否 大于数倍的默认值；W及其中，当判断法矢量其中之二个法矢量的夹角小于一倍默认值并 且判断有另一个法矢量时，则判断另外二个法矢量的夹角是否大于一倍的默认值。
[0012] 所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，将每一个加工数据点嵌合为第二曲 线的方式是利用优化算法达成。
[0013] 所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，优化算法为最小平方误差算法、最小 曲率变化算法及最小误差算法其中之一。
[0014] 经上述可知藉由本发明的五轴加工数值控制系统，达到降低用户修正加工程序所 需耗费的时间、降低五轴加工程序的使用口坎及