具有旋轉軸的工具機中的刀具矢量顯示裝置的製作方法
2023-04-24 02:10:16
專利名稱：具有旋轉軸的工具機中的刀具矢量顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對具有旋轉軸的工具機中的刀具進行矢量顯示的裝置，特別是涉及將連 接刀具前端點及在刀具中心軸上與該刀具前端點離開預定距離的點的線段作為刀具矢量， 顯示在刀具前端點的軌跡上的工具機中的刀具矢量顯示裝置。
背景技術：
在當前使用的控制工具機的數值控制裝置中，有的數值控制裝置具有顯示指令軌跡 的功能、或者顯示刀具實際所移動的路徑的顯示功能。例如在特開平7-72914號公報中公 開了一種技術，其作為CAD/CAM裝置的刀具路徑顯示裝置，顯示刀具前端點的三維軌跡，並 根據刀具的速度變更線的顏色或寬度。在如5軸加工機那樣包含旋轉軸的加工機中，在加工過程中刀具的方向發生各種 變化。有時不通過刀具前端部，而通過刀具側面對工件進行加工，僅通過刀具前端部的軌跡 無法充分驗證加工面與刀具的動作的關聯。圖IA及圖IB用於說明刀具的傾斜度的影響。即使刀具前端中心點相對於刀具23 的位置相同，通過對比圖IA與圖IB可知，實際的工件的切削麵根據刀具23的傾斜度而變 化。另外，圖2A以及圖2B用於說明當通過刀具23的刀具側面進行加工時，若刀具23傾斜 則對切削麵造成影響。如圖2A所示，當通過刀具23的刀具側面對工件進行加工時，若刀具 23傾斜則對切削麵造成影響。圖2B將刀具的傾斜度作為刀具矢量來表示，並沿著刀具前端 點軌跡顯示各刀具矢量，表示了刀具矢量的傾斜度對工件的切削麵造成影響。另一方面，例如在特開平7-72914號公報中公開了用由CAD等生成的數據對刀具 矢量進行顯示的技術，但是該技術不是使用了實際的反饋信息的技術，無法與工件的不良 加工點進行對比等，沒有起到調整5軸加工機或發現不良部位的作用。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種工具機中的刀具矢量顯示裝置，其作為驅動至少 包含一個旋轉軸的多個驅動軸，控制刀具以及加工物的位置、姿態並進行加工的工具機中的 刀具矢量顯示裝置，使用實際的反饋信息，在刀具前端點軌跡上的各點，能夠在視覺上容易 識別地顯示刀具相對於工件的朝向。為了達到上述目的，本發明提供一種工具機中的刀具矢量顯示裝置，所述工具機通過 包含至少一個旋轉軸的多個驅動軸來控制刀具以及加工物的位置、姿態，並進行加工，該機 床中的刀具矢量顯示裝置具有數據取得部，其同時取得所述各驅動軸在各時刻的實際位 置信息；刀具軌跡顯示部，其使用所述實際位置信息和所述工具機的機械結構的信息，計算所 述刀具前端部在固定於所述加工物上的坐標系中的三維坐標值，並使用所述三維坐標值顯 示所述刀具前端部的三維軌跡；以及刀具矢量顯示部，其把在所述刀具的中心軸上從所述 刀具前端部向所述刀具的根部方向離開預先設定的距離的點作為刀具矢量起點，使用所述 實際位置信息和所述工具機的機械結構的信息，計算所述刀具矢量起點在固定於所述加工物上的坐標系中的三維坐標，將連接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段作為刀具矢 量，顯示在所述刀具前端部的三維軌跡上。能夠按預先設定的時間間隔，對連接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段 進行顯示。能夠顯示以連接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段為中心、以刀具直徑 為半徑的圓柱。根據本發明，可以提供一種驅動至少包含一個旋轉軸的多個驅動軸來控制刀具以 及加工物的位置、姿態並進行加工的工具機中的刀具矢量顯示裝置，其使用實際的反饋信息， 在刀具前端點軌跡上的各點，能夠在視覺上容易識別地顯示刀具相對於工件的朝向。
參照附圖，根據下面的實施例的說明，本發明所述目的以及特徵變得明了。圖IA及圖IB用於說明刀具的傾斜度的影響。圖2A及圖2B用於說明當通過刀具的側面進行加工時，若該刀具發生傾斜，則對切 削麵造成影響的情況。圖3是刀具頭旋轉型5軸加工機的一個例子的外觀立體圖。圖4是表示本發明的刀具矢量顯示裝置的一個實施方式的結構的概略的框圖。圖5是本發明的刀具矢量顯示裝置的第一實施方式的要部框圖。圖6是表示本發明的刀具矢量的顯示處理的算法的流程圖。圖7表示在圖5的數值控制裝置的顯示部的刀具矢量顯示部中顯示的刀具矢量。圖8是本發明的刀具矢量顯示裝置的第二實施方式的要部框圖。圖9是工作檯旋轉型5軸加工機的一個例子的外觀立體圖。
具體實施例方式圖3是刀具頭旋轉型5軸加工機的一個例子的外觀立體圖。X、Y、Z軸為直線軸， A、B軸為旋轉軸。將在時刻t的所述5軸的坐標分別設為x(t)、y(t)、z(t)、a(t)、b (t)。 作為加工對象的工件(沒有圖示)被載置於工作檯22上。通過直線軸X、Y、Z以及旋轉軸 A、B，刀具23的前端點相對於工件進行相對移動。當把作為機械結構為刀具頭旋轉型的5軸加工機的兩個旋轉軸(A軸、B軸)的 旋轉中心的軸的交點設為M時，如果考慮固定於加工物上的坐標系來適當地取原點，則點 M的坐標成為(X(t)、y(t)、z(t))。若設從點M到刀具前端點的長度為L，刀具朝向正下方 的位置為A、B軸的基準位置(原點)，則根據下面的公式(1)來計算刀具前端點Pe的坐標 (PosX (t)、PosY (t)、PosZ (t))。PosX = χ (t)+LX cos (a ⑴)Xsin(b(t))PosY = y(t)+LXsin(a(t))PosZ = z (t) -LXcos (a (t)) X cos (b (t)).........(1) 此時，把刀具中心軸上的點中，從刀具前端點Pe向點M的方向離開d的點設為刀 具矢量起點Ps。根據下面的公式(2)來計算刀具矢量起點Ps的坐標(PosX』 (t) ,PosY' (t)、PosZ，⑴)。PosX' = χ (t) + (L-d) X cos (a (t)) X sin (b (t))PosY' = y(t) + (L-d) X sin (a (t))PosZ' = ζ (t) - (L-d) X cos (a (t)) X cos (b (t))......(2)將從點M到刀具前端點Pe的刀具的長度L作為刀具長度，存儲在工具機的數值控制 裝置中。如此，根據5個軸的位置信息和工具機的機械結構的條件，能夠計算刀具前端點Pe 以及刀具矢量起點Ps的坐標。接下來，對顯示所述刀具矢量的、本發明的工具機中的刀具矢量顯示裝置的一個實 施方式進行說明。圖4是表示本發明的刀具矢量顯示裝置的一個實施方式的結構的概要的框圖。作為處理器的CPU111，根據在R0M112中存儲的系統程序對數值控制裝置10全體 進行控制。RAM113存儲各種數據或者輸入輸出信號。在非易失性存儲器114中存儲的各種 數據，即使在電源切斷後也按原樣被保存。圖形控制電路115將數位訊號變換為顯示用的信號，並提供給顯示裝置116。鍵盤 117是具有數值鍵、字符鍵等的、輸入各種設定數據的單元。軸控制電路118從CPUl 11接受各軸的移動指令，將軸的指令輸出到伺服放大器 119。該伺服放大器119接受該移動指令，驅動工具機20的伺服電動機(沒有圖示)。這些構 成要素通過總線121相互結合。PMC(Programmable 'Machine 'Controller) 122，在執行加工程序時，經由總線 121 取得T功能信號(刀具選擇指令)等。然後，通過順序程序對該信號進行處理，輸出信號作 為動作指令，對工具機20進行控制。另外，從工具機20接受狀態信號，並對CPUlll轉發必要的 輸入信號。另外，在總線121上接有根據系統程序等功能發生變化的軟體鍵 (SoftwareKey)123、還有向存儲裝置等外部設備發送NC數據的接口 124。該軟體鍵123與 顯示裝置116、鍵盤117 —起設置在顯示裝置/MDI面板125上。圖5是本發明的刀具矢量顯示裝置的第一實施方式的要部的框圖。在該實施方式 中，刀具矢量顯示裝置配備於工具機的數值控制裝置10中。數值控制裝置10具備驅動軸控 制部11、數據取得部12以及顯示部13。工具機20具備驅動進給軸的伺服電動機21x、21y、21z、21A以及21B。根據來自數 值控制裝置10的驅動軸控制部11的轉矩(torque)指令來控制伺服放大器(沒有圖示)， 通過伺服放大器驅動伺服電動機21x、21y、21z、21A以及21B。另外，在各伺服電動機21x、 21y.21z.21A以及21B中分別裝備了位置/速度檢測裝置(沒有圖示)，從該位置/速度檢 測裝置將各伺服電動機的位置信息以及速度信息發送到驅動軸控制部11。驅動軸控制部11將位置信息Sa、速度信息Sb、加速度信息Sc、位置偏差信息Sd以 及轉矩指令Se發送到數據取得部12。數據取得部12在各時刻同時取得來自驅動軸控制部 11的各信息。將所取得的信息存儲在存儲器(沒有圖示)中。顯示部13根據由數據取得 部12取得的信息，在刀具軌跡顯示部中顯示刀具的前端部的三維移動軌跡，並在刀具矢量 顯示部中按時間序列顯示刀具矢量。
圖6是表示本發明的刀具矢量230的顯示處理的算法的流程圖。下面按照各步驟 進行說明。[步驟Si]取得時刻信息t、以及與該時刻信息t對應的各軸的位置信息Sa0[步驟S2]計算與在步驟Sl所取得的時刻信息t對應的刀具前端點Pe的三維坐 標。[步驟S3]根據在步驟S2求出的刀具前端點Pe的三維坐標來計算刀具前端點Pe 的軌跡，並將其顯示在顯示裝置中。[步驟S4]判斷是否經過了「預定時間」。當經過了預定時間時，轉移到步驟S5；當 沒有經過預定時間時，轉移到步驟S7。在此，由於刀具前端點Pe的軌跡，在顯示裝置的畫面上顯示為各刀具前端點連續 而成的線段，然而，在顯示裝置的畫面上以一定的時間間隔(參照圖2B以及圖7)顯示本發 明的刀具矢量230，因此判斷是否經過了 「預定時間」。能夠使用數值控制裝置所具備的計 時器功能來判斷是否經過了預定時間。每當顯示各刀具矢量的處理結束時，將計時器功能 復位。數值控制裝置具備計時器功能是眾所周知的。[步驟S5]計算與時刻信息t對應的刀具矢量起點Ps。計算式使用與加工機的機 械結構對應的計算式。[步驟S6]在顯示裝置中顯示連接刀具矢量起點Ps與作為刀具矢量終點的刀具前 端點Pe的線段。[步驟S7]判斷由工具機進行的工件加工是否結束，或者是否有顯示結束的信號。 在工件的加工已經結束或者有顯示結束的信號的某一種情況下(判斷為「是」)，結束該 顯示處理，另一方面，在工件的加工沒有結束並且沒有顯示結束的信號的情況下(判斷為 「否」)，轉移到步驟S8。[步驟S8]進行等待直到經過用於在顯示裝置中顯示刀具前端點Pe的軌跡的採樣 時間為止，返回步驟Si，繼續進行顯示處理。該採樣時間比在步驟S4的判斷中所使用的預 定時間短。另外，在該步驟中，也可以使用計時器功能來確認採樣時間經過。通過在圖5的數值控制裝置10(本發明的刀具矢量顯示裝置的第一實施方式)中 進行如圖6所示的流程圖的處理，能夠如圖2B、圖7所示那樣，在顯示部13的刀具矢量顯示 部中顯示刀具矢量230。在本發明中，能夠在顯示部13的刀具矢量顯示部中僅顯示在視覺上容易識別刀 具矢量的動作的長度。例如，通過將刀具矢量顯示得較長，能夠防止由於刀具方向進行各種 變化，刀具23的根部相互交叉而使得可視性惡化。如圖2B所示，也可以顯示由加工程序定 義的工件的形狀。圖7表示在圖5的數值控制裝置10的顯示部13的刀具矢量顯示部中顯示的刀具 矢量230。首先，在顯示部13的刀具矢量顯示部中顯示的刀具前端點軌跡上，按一定的預定 時間間隔取點。接下來，求出與該各點對應的刀具矢量起點Ps，並描繪連接該所求出的刀具 矢量起點PS與作為刀具矢量終點的對應的刀具前端點Pe的線段。結果，根據圖7所示的 刀具矢量230，能夠直觀容易地把握各個刀具前端點Pe的刀具的姿態、朝向，並且通過表示 各個刀具矢量的線段之間的間隔，在視覺上容易把握刀具的移動速度。另外，也可以適宜地選擇顯示的線段的粗細、顏色，例如也可以將作為刀具矢量而顯示的線段顯示為以刀具直 徑為半徑的圓柱。圖8是本發明的刀具矢量顯示裝置的第二實施方式的要部的框圖。在該實施方式 中，刀具矢量顯示裝置不配備在工具機的數值控制裝置10中，而配備備在外部設備30中。數 值控制裝置10具備驅動軸控制部11以及數據通信部14。外部設備30具備數據通信部31、 數據取得部32以及顯示部33。與所述的第一實施方式同樣，在顯示部33的刀具矢量顯示 部中按時間序列顯示刀具矢量。如圖3所示，應用了上述的第一以及第二實施方式的刀具矢量顯示裝置的工具機是 刀具頭旋轉型5軸加工機械。在5軸加工機中，也有如圖9所示的工作檯旋轉型的5軸加 工機。在圖9所示的工作檯旋轉型的5軸加工機中，X、Y、Z軸為直線軸，A、C軸為旋轉軸。 載置工件的工作檯22通過A軸以及C軸，角度發生變化。假定A軸的旋轉中心軸和C軸的 旋轉中心軸正交，設其交點為M。在此，考慮兩個坐標系。第一坐標系是以點M為原點，在空間上固定的坐標系。第 二坐標系是以點M為原點，固定於工作檯22上的坐標系。點M的位置不因A軸以及C軸的 旋轉而發生變化，因此，第一坐標系的原點與第二坐標系的原點始終一致。另外，若設時刻 t的A軸、C軸的坐標分別為a(t)、c(t)，則當a(t) = 0並且c (t) =0時，認為第一以及第
二坐標系一致。若設從在空間上固定的坐標系1來看的時刻t的刀具前端點的坐標為(x(t)、 y(t)、z(t))，則能夠根據下面的公式(3)來計算從固定於工作檯22上的坐標系2來看的刀 具前端點 Pe 的坐標(PosX (t)、PosY (t)、PosZ (t))。 PosX = χ (t) X cos (c (t)) -y (t) X cos (a (t)) X sin (c (t)) _z (t) X sin (a (t)) X si n(c(t))PosY = χ (t) X sin (c (t)) +y (t) X cos (a (t)) X cos (c (t)) +z (t) X sin (a (t)) X co s(c(t))PosZ = -y (t) X sin (a (t)) +z (t) X cos (a (t))
.........(3)此時，將刀具中心軸上的點中，從刀具前端點Pe向刀具的根部方向離開d的點作 為刀具矢量起點Ps。能夠根據下面的公式(4)來計算刀具矢量起點Ps的坐標(PosX』 (t)、 PosY，(t)、PosZ，⑴)。PosX' = x(t) Xcos(c(t))-y(t) X cos (a ⑴)X sin (c (t)) - (ζ (t)+d) X sin (a (t) )X sin(c (t))PosY' = x(t) Xsin(c(t))+y(t) X cos (a (t)) X cos (c (t)) + (z (t)+d) X sin (a (t) )X cos (c (t))PosZ' = -y (t) X sin (a (t)) +z (t) X cos (a (t))
.........(4)如上所述，根據本發明，與刀具頭旋轉型的5軸加工機同樣，能夠通過計算來求出 刀具矢量的起點與終點，由此在顯示裝置上顯示刀具矢量。
權利要求
1.一種工具機中的刀具矢量顯示裝置，所述工具機通過包含至少一個旋轉軸的多個驅動軸 來控制刀具以及加工物的位置、姿態，並進行加工，該工具機中的刀具矢量顯示裝置的特徵在 於，具有數據取得部，其同時取得所述各驅動軸在各時刻的實際位置信息； 刀具軌跡顯示部，其使用所述實際位置信息和所述工具機的機械結構的信息，計算所述 刀具前端部在固定於所述加工物上的坐標系中的三維坐標值，並使用所述三維坐標值顯示 所述刀具前端部的三維軌跡；以及刀具矢量顯示部，其把在所述刀具的中心軸上從所述刀具前端部向所述刀具的根部方 向離開預先設定的距離的點作為刀具矢量起點，使用所述實際位置信息和所述工具機的機械 結構的信息，計算所述刀具矢量起點在固定於所述加工物上的坐標系中的三維坐標，將連 接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段作為刀具矢量，顯示在所述刀具前端部的三 維軌跡上。
2.根據權利要求1所述的工具機中的刀具矢量顯示裝置，其特徵在於，按預先設定的時間間隔，對連接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段進行顯示。
3.根據權利要求1或者2所述的工具機中的刀具矢量顯示裝置，其特徵在於，顯示以連接所述刀具矢量起點與所述刀具前端部的線段為中心、以刀具直徑為半徑的 圓柱。
全文摘要
本發明提供一種具有旋轉軸的工具機中的刀具矢量顯示裝置。該刀具矢量顯示裝置取得時刻信息以及各軸的位置信息，計算時刻t的刀具前端點Pe的三維坐標，並顯示時刻t的刀具前端點Pe的軌跡。接下來，判斷是否經過了預定時間，當經過了預定時間時，計算時刻t的刀具矢量起點Ps，顯示連接刀具矢量起點Ps與作為刀具矢量終點的刀具前端點Pe的線段。通過該顯示，能夠直觀容易地把握各刀具前端點的刀具的姿態、朝向。
文檔編號B23Q17/09GK101995848SQ201010255610
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月16日 優先權日2009年8月19日
發明者巖下平輔, 手塚淳一, 杉山和之, 置田肇 申請人:發那科株式會社