四軸加工機用數值控制裝置的製作方法

2023-12-04 23:43:21 3

專利名稱：四軸加工機用數值控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及四軸加工機用的數值控制裝置，特別涉及設定虛擬的一個軸，即使是 四軸加工機械也能進行以五軸控制加工為基準的加工的四軸加工機用的數值控制裝置。
背景技術：
使用具有三個直線軸和兩個旋轉軸的五軸加工機對於在工作檯上安裝的工件 (被加工物)同時進行五軸加工是公知的技術。圖1是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(B軸以及C軸)加 工在工作檯上安裝的工件的工作檯旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸以及Z軸 移動加工頭51以及刀具52。B軸圍繞Y軸轉動旋轉工作檯53使之傾斜，C軸圍繞Z軸旋 轉該旋轉工作檯53。即，旋轉工作檯53通過B軸以及C軸轉動傾斜。圖2是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加工 工件(未圖示)的加工頭旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸以及Z軸移動加工 頭61以及刀具62。A軸使刀具62圍繞X軸傾斜，C軸圍繞Z軸旋轉加工頭61和刀具62。 在圖2中，符號66是工作檯。圖3是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加 工在旋轉工作檯上安裝的工件(未圖示)的混合型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸 以及ζ軸移動加工頭71以及刀具72。A軸使刀具72圍繞X軸傾斜，C軸使旋轉工作檯73 圍繞Z軸旋轉。作為刀具尖端點控制，已知通過控制參照圖1、圖2以及圖3所說明的五軸加工機 的數值控制裝置，在工作檯上固定的直角坐標系(工作檯坐標系)上指示刀具的位置、速 度、以及刀具的方向，把這些指令值變換為機械的控制點的各軸的坐標值來進行控制的方 法(特開2003-195917號公報)。在該刀具尖端點控制中，控制刀具尖端點的位置以及速 度，通過插補各旋轉軸的位置決定刀具的方向。在一般的五軸加工機中，例如通過圖4所示 那樣的程序指令進行刀具尖端點控制中的加工。在圖4表示的程序指令中，「G43. 4」是開始刀具尖端點控制的G代碼，表示是通過 作為旋轉軸的B軸以及C軸的指令來指示刀具方向的刀具尖端點控制的指令方式。下面把 這樣的基於旋轉軸的指令的指令方法稱為「類型1」。「H」指示刀具長度修正量號碼。「X」、 「Y」、「Z」指示程序坐標系上的刀具尖端點位置。該「程序坐標系」是在工作檯上固定的直 角坐標系(由Xt、Yt、Zt軸組成的工作檯坐標系)，因此與工作檯的傾斜、旋轉一起傾斜、旋 轉。「B」以及「C」指示旋轉軸位置。「G49」是取消刀具尖端點控制的G代碼。另外，在刀具尖端點控制中，在如上所述通過旋轉軸的指令指示刀具方向的方法 (類型1)之外，還有使用刀具方向矢量指示刀具方向的方法。以下把這種使用刀具方向矢 量指示刀具方向的方法稱為「類型2」。在該類型2的情況下，將圖4中舉例表示的程序指令 改寫為圖5表示的程序指令(參照上述的特開2003-195917號公報、以及特開2005-182437 號公報)。
在圖5表示的程序指令中，「G43. 5」是開始刀具尖端點控制的G代碼，表示是用刀 具方向矢量(I、J、K)指示刀具方向的刀具尖端點控制的指令方式。「H」指示刀具長度修正 量號碼。「X」、「Y」、「Z」指示程序坐標系上的刀具尖端點位置。該「程序坐標系」是在工作 臺上固定的直角坐標系(由Xt、Yt、Zt軸組成的工作檯坐標系)，因此與工作檯的傾斜、旋 轉一起傾斜、旋轉。「I」、「J」、「K」指示指示刀具方向的刀具方向矢量(I、J、K)的各分量。 「G49」是取消刀具尖端點控制的G代碼。本發明與該「類型2」的指令方法相關。另外，圖5中例示的程序指令的右側的「解A」以及「解B」中的「B」、以及「C」，表 示從刀具方向矢量(I、J、K)的各分量(I、J、K指令)導出的B軸位置以及C軸位置。關於 所述「解A」以及「解B」在後面進行描述。通過該圖5(以及圖4)表示的程序指令進行的圖1的五軸加工機的加工，從其Y 軸的負方向看去是圖6。在該圖6中表示的「刀具方向矢量(I、J、K)」由圖5的程序指令中 的I、J、K組成。即，數值控制裝置，使基於圖5的程序指令的刀具方向成為工作檯坐標系 上的矢量(I、J、K)那樣，從I、J、K指令生成B軸指令以及C軸指令，遵照所述生成的B軸 指令以及C軸指令旋轉B軸以及C軸。下面，通過圖1表示的工作檯旋轉型的五軸加工機 說明本發明的實施方式，但是該說明也可以應用於使刀具方向成為工作檯坐標系上的矢量 (I、J、K)那樣控制旋轉軸的圖2那樣的加工頭旋轉型的五軸加工機或者圖3那樣的混合型 的五軸加工機。在實現用刀具方向矢量(I、J、K)表示的刀具方向的B軸位置以及C軸位置，有「解 A」中的B軸位置以及C軸位置、和「解B」中的B軸位置以及C軸位置。在圖5中，「解A」 以及「解B」中的「B」是從I、J、K指令運算出的B軸位置，「解A」以及「解B」中的「C」表示 從I、J、K指令運算出的C軸位置。「解A」中的B軸位置⑶以及C軸位置(C)用以下的公式表示。B = arccos (K)
C = arctan γ + nl χ 360^ ...... ( j )「解B」中的B軸位置⑶以及C軸位置(C)用以下的公式表示。B = -arccos (K)
C = arctan等+ 180度+ η2χ360度 ......(2)這裡，在上面的(1)式以及(2)式中，假定在用於求B軸位置(B)的arccos的計 算中得到B = O度 90度的值。另外，假定在用於求C軸位置(C)的arctan的計算中，得 到以下那樣的值。在I彡0、J彡0的情況下；C = 0 90度，在I < 0、J彡0的情況下；C = 90度 180度，在I < 0、J < 0的情況下；C = 180度 270度，在I彡0、J < 0的情況下；C = 270度 360度。上述(1)式中的nl X 360度的「nl」以及上述(2)式中的n2X 360度的「n2」都是
任意的整數值。即表示C軸在正負方向上怎樣旋轉都可以動作。另一方面，B軸能夠在-90度 +90度內動作。這樣，在實現用所指示的刀具方向矢量(I、J、K)表示的刀具方向的B軸位置以及 C軸位置通常有兩個解，解A和解B。解B中的B軸位置是反轉解A中的B軸位置的符號後 得到的位置。另外，解B中的C軸位置是在解A中的C軸位置上加上180度+ηX360度後 得到的位置(η:任意的整數)。圖4中表示的程序指令(類型1)中的B軸指令以及C軸指令，與基於圖5中表示 的程序指令(類型2)中的I、J、K指令的「解B」中的Β(Β軸位置)以及C(C軸位置)相當。 因此，圖6表示基於圖4的程序指令的加工狀況，另外表示基於圖5的程序指令中的解B的 加工狀況。在通過刀具尖端點控制所進行的加工中，刀具多使用球頭立銑刀(ball endmill)，在這種情況下，使用球頭立銑刀的尖端半球的中心或者尖端半球上的切削點指 示刀具尖端點位置。此時，刀具尖端點位置(程序指令中的X軸、Y軸、以及Z軸的指令值)， 準確地成為工作檯坐標系上的X軸、Y軸以及Z軸上的位置，所以即使通過B軸位置以及C 軸位置決定的刀具的方向(刀具相對於工件的姿勢)與程序指令少許不同，在加工上也不 會成為太大的問題。當然，刀具方向與程序指令不能有大的不同，使刀具和工件或者機械部 件幹涉。例如，圖6表示用X軸、Y軸以及Z軸的指令給出刀具尖端點位置，用刀具方向矢量 (I、J、K)給出刀具方向的狀態。因此，當刀具尖端點位置的指令(X軸、Y軸以及Z軸的指 令)不變，但是用與I、J、K指令不同的I』、J』、K』指令給出刀具方向矢量時，如圖7所示， 工作檯坐標系上的刀具方向(刀具相對於工件的方向)與圖6所示的刀具方向不同，但是 工作檯坐標系上的刀具尖端點位置不變。即，在圖6和圖7中B軸位置以及C軸位置不同， 但是工作檯坐標系上的X、Y、Z位置不變。因此，可以說如果X、Y、Z軸指令相同，則即使I、 J、K指令以及從其運算的B軸位置以及C軸位置少許變更，在工件54的加工上也沒有問題。另一方面，在五軸加工機中存在下面那樣的問題。(1)因為加工機的軸數多，所以成本上升。(2)當加工機的軸數多時，軸間的機械裝配誤差累積。(3)當加工機的軸數多時，難以提高機械剛性。(4)旋轉軸與直線軸相比特別是旋轉力矩弱，成為發生大的誤差的重要原因。由於上述⑵ (4)的原因，難以使用五軸加工機進行高精度的加工。因此，為緩 解這些問題，導入了圖8、圖9以及圖10所示那樣的四軸加工機。這樣的四軸加工機如後所 述，通過作為虛擬軸使用具有虛擬角度(傾斜角)的夾具或者附件，能夠加工以往使用五軸 加工機進行的加工的相當部分。圖8是工作檯旋轉型的四軸加工機的概略結構圖。加工頭51以及刀具52用X軸、 Y軸以及Z軸動作。旋轉工作檯53通過C軸旋轉。該旋轉工作檯53在圍繞Y軸有固定的 傾斜角的夾具55上固定。其結果，C軸的旋轉中心圍繞Y軸具有預定的傾斜角度(相對於 Z軸傾斜的角度)。這裡，圖8的四軸加工機，設想有一個不具有圍繞Y軸進行實際動作的 軸(驅動的伺服機)的「虛擬軸」。該虛擬軸與圖1的一般的五軸加工機中的B軸相當。把 該虛擬軸的(B軸)的傾斜角度稱為「虛擬角度」。在圖8的四軸加工機中，如上所述把旋轉軸作為C軸、把虛擬軸設想為B軸，但是以下的說明不限於那樣的四軸加工機，也可以適用於把A軸以及C軸中的一方作為旋轉軸、 把另一方作為虛擬軸的四軸加工機，或者把A軸以及B軸中的一方作為旋轉軸、把另一方作 為虛擬軸的四軸加工機。圖9是加工頭旋轉型的四軸加工機的概略結構圖。在圖9的加工頭旋轉型的四軸 加工機中，加工頭61以及刀具62用X軸、Y軸以及Z軸動作。另外，加工頭61通過C軸旋 轉。在該加工頭61上，刀具62被固定在圍繞X軸有固定的傾斜角的附件65上。其結果， 刀具62圍繞X軸具有預定的傾斜角度(相對於Z軸傾斜的角度)。虛擬軸與圖2的一般的 五軸加工機中的A軸相當。圖10是混合型的四軸加工機的概略結構圖。在圖10的混合型的四軸加工機中， 加工頭71以及刀具72用X軸、Y軸以及Z軸動作。旋轉工作檯73通過C軸圍繞Z軸旋轉。 在該加工頭71上，刀具72被固定在圍繞X軸有固定的傾斜角的附件75上。其結果，刀具 72圍繞X軸具有預定的傾斜角度(相對於Z軸傾斜的角度)。虛擬軸與圖3的一般的五軸 加工機中的A軸相當。以下，使用圖8的工作檯旋轉型的四軸加工機說明本發明的實施方式，但是本發 明也可以應用於圖9以及圖10所示那樣的具有一個虛擬軸的其他類型的四軸加工機。圖11表示的葉輪一般用五軸加工機加工，但實際上是在圖8表示的工作檯旋轉型 的四軸加工機中通過把虛擬軸的角度(虛擬角度)設為-80度加工而得。使用四軸加工機的加工能夠得到下述(1)以及(2)的特徵。(1)因為與五軸加工機相比軸數少了一個，所以能夠相應地以低價格實現加工。(2)因為與五軸加工機相比軸數少了一個，所以能夠相應地減小機械裝配誤差而 且提高機械剛性，高精度地進行加工。但是，因為在四軸加工機中虛擬軸實際上不存在，所以在四軸加工機用的程序中 不執行對於虛擬軸的指示。因此，與圖4中例示的五軸加工機用的程序對應的四軸加工機 用的程序如圖12所示那樣，通過「類型1」的指令方法指示「沒有B軸指令的程序」。這裡，如 果虛擬軸的虛擬角度是-80. 0度，則作為虛擬角度在數值控制裝置中把參數設定為-80. 0 度，數值控制裝置認為對虛擬軸(B軸)指示了-80.0度。這樣的技術已經公知。但是，因為在四軸加工機中虛擬軸實際上不存在，所以在作為在數值控制裝置內 運算出的B軸位置，生成虛擬軸的指令的「類型2」的程序指令(用刀具方向矢量指示刀具 方向的類型的程序指令)中不能應用上述現有技術。另外，圖12所示的沒有虛擬軸(B軸) 指令的類型1的程序，需要從CAM重新生成。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種控制四軸加工機的數值控制裝置，使得在四軸加 工機上設定一個虛擬軸，即使是四軸加工機也能夠進行以五軸控制加工為基準的加工，另 外，目的是提供一種四軸加工機用數值控制裝置，其通過認為直接對虛擬軸指示虛擬角度， 能夠用四軸加工機進行通過現在的五軸加工機用的程序指令用五軸加工機進行的加工。為實現上述目的，本發明涉及一種數值控制裝置，用於控制四軸加工機，該四軸加 工機遵照用於通過三個直線軸和兩個旋轉軸對安裝在工作檯上的工件進行加工的五軸加 工機的加工程序，通過所述三個直線軸和一個旋轉軸對該工件進行加工。並且，該數值控制裝置具有虛擬角度設定單元，用於設想在所述四軸加工機上還有一個虛擬軸，把該虛擬軸 的角度設定為虛擬角度；虛擬角度判斷單元，用於在所述加工程序中使用刀具方向矢量指 令給出刀具方向的情況下，判斷在根據該刀具方向矢量指令來運算的運算旋轉軸位置和運 算虛擬軸位置的兩組解中是否存在一致解，所述一致解是所述運算虛擬軸位置與通過所述 虛擬角度設定單元設定的虛擬角度一致的解的組；和旋轉軸指令認定單元，用於在所述虛 擬角度判斷單元判斷為存在所述一致解的情況下，認定所述旋轉軸的程序指令是該一致解 中的所述運算旋轉軸位置，另外，認定所述虛擬軸的程序指令是所述虛擬角度。所述虛擬角度判斷單元，如果所述運算虛擬軸位置在針對所述虛擬角度設定的允 許範圍內，則可以判斷為存在一致解。可以假定所述旋轉軸是使旋轉工作檯旋轉的軸，所述虛擬角度是使該旋轉工作檯 傾斜的傾斜角。可以假定所述旋轉軸是使旋轉加工頭旋轉的軸，所述虛擬角度是在該旋轉加工頭 上安裝的附件上使刀具傾斜的傾斜角。可以假定所述旋轉軸是使旋轉工作檯旋轉的軸，所述虛擬角度是在加工頭上安裝 的附件上使刀具傾斜的傾斜角。根據本發明，能夠提供一種數值控制裝置，其用於控制四軸加工機，使得設定一個 虛擬軸、即使是四軸加工機也能夠進行以五軸控制加工為基準的加工，能夠提供一種四軸 加工機用數值控制裝置，通過認為直接對虛擬軸指示虛擬角度，能夠用四軸加工機進行通 過現在的五軸加工機用的程序指令用五軸加工機進行的加工。


圖1是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(B軸以及C軸)加 工在工作檯上安裝的工件的工作檯旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。圖2是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加 工工件的加工頭旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。圖3是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加 工在旋轉工作檯上安裝的工件的混合型的五軸加工機的概略結構圖。圖4是通過旋轉軸指令進行五軸加工的程序指令的例子。圖5是通過刀具方向矢量指令進行五軸加工的程序指令的例子。圖6是用X軸、Y軸、以及Z軸的指令給出刀具尖端點位置，用刀具方向矢量(I、J、 K)指示刀具方向的五軸加工機的例子。圖7是用X軸、Y軸、以及Z軸的指令給出刀具尖端點位置，用刀具方向矢量(I』、 J』、K』 )指示刀具方向的五軸加工機的例子。圖8是工作檯旋轉型的四軸加工機的概略結構圖，加工頭以及刀具通過X軸、Y軸 以及Z軸動作，旋轉工作檯通過C軸旋轉。圖9是加工頭旋轉型的四軸加工機的概略結構圖，加工頭以及刀具通過X軸、Y軸 以及Z軸動作，加工頭通過C軸旋轉。圖10是混合型的四軸加工機的概略結構圖，加工頭以及刀具通過X軸、Y軸、以及 Z軸動作，旋轉工作檯通過C軸圍繞Z軸旋轉。
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圖11是在圖8表示的工作檯旋轉型的四軸加工機中通過把虛擬軸的虛擬角度設 為-80度進行了加工的葉輪的一例。圖12是與圖4的五軸加工機用的程序對應的四軸加工機用的程序的例子，是沒有 虛擬軸(B軸)指令的程序。圖13是本發明的四軸加工機用數值控制裝置的概略的功能框圖。圖14是給予被指示了刀具方向矢量(I、J、K)的四軸加工機的程序指令的第一例。圖15是說明圖8的四軸加工機的加工狀況的概略圖，該加工機使用夾具使旋轉工 作臺圍繞Y軸傾斜-80. 0度進行加工。圖16是給予被指示了刀具方向矢量(I、J、K)的四軸加工機的程序指令的第二例 (塊N040的I、J、K指令與圖14的程序指令不同)。圖17是說明使用夾具使旋轉工作檯圍繞Y軸傾斜+80. 0度進行加工的四軸加工 機的加工狀況的概略圖(工作檯坐標系的Yt軸的方向與圖15中的Yt軸的方向相反)。圖18是表示圖13中表示的數值控制裝置中的指令解析部實施的處理的算法的流 程圖。圖19是本發明的四軸加工機用數值控制裝置的一個實施方式的框圖。
具體實施例方式圖13是本發明的四軸加工機用數值控制裝置的概略的功能框圖。該四軸加工機 用數值控制裝置100控制通過三個直線軸(X軸、Y軸、Z軸)和一個旋轉軸(C軸)對在工 作臺上安裝的工件(加工物)進行加工的四軸加工機。四軸加工機用數值控制裝置100用指令解析部10解析程序指令，生成插補用數 據，用插補部11通過插補用數據進行插補，驅動X軸、Y軸、Z軸以及C軸的伺服機12X、12Y、 12Z、12C。虛擬角度判斷單元15以及旋轉軸指令認定單元17分別與指令解析部10關聯。虛 擬角度判斷單元15，一邊參照允許值16和通過虛擬角度設定單元14設定的虛擬角度13， 一邊從根據刀具方向矢量指令運算的旋轉軸位置和虛擬軸位置的兩組解中判斷是否有運 算虛擬軸位置與虛擬角度一致的解的組(一致解)。在虛擬角度判斷單元15判斷出有所述 一致解時，旋轉軸指令認定單元17把該一致解中的運算旋轉軸位置和虛擬角度認定為對 旋轉軸和虛擬軸的程序指令。這裡，旋轉軸指令認定單元17把對虛擬軸的程序指令認定為虛擬角度，相當於生 成設想到對於虛擬軸有虛擬角度的程序指令的插補用數據並進行插補。但是，因為認為指 示每塊相同位置(虛擬角度)，所以不進行實際的插補。另外，因為虛擬軸不存在伺服機，所 以伺服機不驅動。首先，說明如圖15所示用通過夾具55使旋轉工作檯53圍繞Y軸傾斜-80. 0度的 四軸加工機進行加工的情況。圖14表示給予四軸加工機的程序指令，假定作為虛擬角度設定-80. 0度，另外，作 為允許值設定5.0度。在該情況下，從塊N010、塊N020、塊N030、塊N040的刀具方向矢量 (I、J、K)指令分別運算解A中的B(運算虛擬軸位置)以及C(運算旋轉軸位置)和解B中 的B(運算虛擬軸位置)以及C(運算旋轉軸位置)。該解A中的B以及C的運算由上述的⑴式運算，另外，解B中的B以及C的運算由上述的⑵式運算。在圖14中表示的程序指令中，各塊(塊N010、N011、N012.......)的解B中的
B(運算虛擬軸位置)，因為與虛擬角度(=-80.0度)的差的絕對值比允許值(=5.0度) 小，所以虛擬角度判斷單元15判斷為解B是一致解。其結果，旋轉軸指令認定單元17認為 C軸的程序指令是解B中的C(運算旋轉軸位置)，四軸加工機用數值控制裝置100控制四 軸加工機，進行工件14的加工。其結果，雖然對於虛擬軸存在允許值的範圍內的誤差，但是如上所述，因為刀具尖 端點被正確地加工，所以即使刀具方向與程序指令(在允許值的範圍內)少許不同在加工 上也沒有問題。因此，通過圖8表示的四軸加工機能夠如圖15那樣進行與用圖6的五軸加 工機的加工相當的加工。但是，在代替圖14表示的程序指令而有圖16那樣的指令的情況下(圖16的程序 指令，其塊N010、N020、N030與圖14的程序指令相同，但是其塊N040的I、J、K指令與圖14 的程序指令不同)，塊N040的解A中的B (運算虛擬軸位置)以及解B中的B (運算虛擬軸 位置)，因為與虛擬角度(=_80.0度)的差的絕對值比允許值(=5.0度)大，所以虛擬 角度判斷單元15判斷沒有一致解，四軸加工機發出警報並停止。在發出警報並停止的情況 下，例如可以通過把圖8表示的夾具55換成別的夾具來變更虛擬角度，進行工件的加工。或 者停止用四軸加工機的加工，切換到使用五軸加工機的加工等。後面出現的發出警報並停 止的情況下也同樣。接著，說明如圖17所示用通過夾具55使旋轉工作檯53圍繞Y軸傾斜+80. 0度的 四軸加工機進行加工的情況。圖14中表示給予四軸加工機的程序指令，假定作為虛擬角度設定+80. 0度，另外 作為允許值設定5. 0度。在該情況下，如上所述，分別從塊N010、塊N020、塊N030、塊N040 的刀具方向矢量(I、J、K)運算解A中的B(運算虛擬軸位置)以及C(運算旋轉軸位置)和 解B中的B (運算虛擬軸位置)以及C (運算旋轉軸位置)。在圖14表示的程序指令中，各塊(塊N010、N011、N012.......)的解A中的B(運
算虛擬軸位置)，因為與虛擬角度(=+80. 0度)的差的絕對值比允許值(=5. 0度)小， 所以虛擬角度判斷單元15判斷解A是一致解。其結果，旋轉軸指令認定單元17認為C軸 的程序指令是解A中的C(運算旋轉軸位置)，四軸加工機用數值控制裝置100控制四軸加 工機，進行工件14的加工。關於虛擬軸，雖然有允許值的範圍內的誤差，但是因為如上所述刀具尖端點被正 確地加工，所以即使刀具方向與程序指令(在允許值的範圍內)有少許不同在加工上也沒 有問題。圖17表示的四軸加工機，相對於圖15表示的四軸加工機，虛擬角度的符號反轉， 而且C軸位置有相加180度+nX360度的關係。該圖17表示的四軸加工機和圖15表示的 四軸加工機的關係，與基於上述的(1)式的解A和基於(2)式的解B的關係對應。在圖15表示的四軸加工機中，其軸Yt (工作檯坐標系)的方向是與圖15的紙面垂 直而且從該紙面的前面向背面穿過的方向(使用黑圓「 」表示該方向)。與之相對，在圖 17表示的四軸加工機中，如上所述，因為C軸位置相對於圖15表示的四軸加工機相加180 度+nX360度，所以其軸Yt (工作檯坐標系)的方向是與圖17的紙面垂直而且從紙面的背面向前面穿過的方向(使用白圓「〇」表示該方向，由此表示與圖15表示的四軸加工機中 的軸Yt的方向相反)。但是，在代替圖14表示的程序指令而有圖16所示那樣的指令的情況下，塊N040 的解A中的B (運算虛擬軸位置)以及解B中的B (運算虛擬軸位置)，因為無論哪一個與虛 擬角度(=+80. 0度)的差的絕對值都比允許值(=5. 0度)大，所以虛擬角度判斷單元 15判斷為「無一致解」，四軸加工機發出警報並停止。圖18是表示圖13表示的控制裝置中的指令解析部10實施的處理的算法的流程 圖。下面遵照各步驟進行說明。步驟SA2以及SA3與虛擬角度判斷單元相當，步驟SA4以 及SA5與旋轉軸指令認定單元相當。在通過該控制裝置控制的四軸加工機中，設想在其四 軸外有一個虛擬軸。指令解析部10從程序指令讀取刀具方向矢量的指令(I、J、K)，運算關於旋轉軸位 置以及虛擬軸位置的兩組解(解A，解B)(步驟SA1)。然後，判斷解A中的運算虛擬軸位置 與虛擬角度的差的絕對值是否比預先設定的允許值小(步驟SA2)，在小的情況下，認為虛 擬軸的指令是虛擬角度，而且認為旋轉軸C的指令是解A中的運算旋轉軸位置(步驟SA5)， 結束該處理。另一方面，在解A中的運算虛擬軸位置與虛擬角度的差的絕對值不比所述允許值 小的情況下(步驟SA2判斷為否)，接著判斷解B中的運算虛擬軸位置與虛擬角度的差的絕 對值是否比預先設定的允許值小(步驟SA3)，在小的情況下，認為虛擬軸的指令是虛擬角 度，而且認為旋轉軸C的指令是解B中的運算旋轉軸位置(步驟SA4)，結束該處理。另一方面，在解B中的運算虛擬軸位置與虛擬角度的差的絕對值不比所述允許值 小的情況下(步驟SA3判斷為否)，四軸加工機發出警報並停止，結束該處理。圖19是本發明的四軸加工機用數值控制裝置的一個實施方式的框圖。CPU 21是 整體控制四軸加工機用數值控制裝置100的處理器。CPU 21通過總線38讀出在存儲器22 的ROM區域中存儲的系統程序，遵照該系統程序控制數值控制裝置全體。在存儲器22的 RAM區域內存儲臨時的計算數據或者顯示數據，以及通過顯示器/MDI單元50由操作員輸 入的各種數據。另外，在存儲器22的SRAM等構成的非易失性存儲器區域中，存儲通過接口 23讀入的加工程序或者通過顯示器/MDI單元50輸入的加工程序等。接口 23可以實現四軸加工機用數值控制裝置100和適配器等外部設備(未圖示) 的連接。從未圖示的外部設備讀入加工程序或者各種參數等。另外，在四軸加工機用數值 控制裝置100內編輯的加工程序，能夠通過外部設備(未圖示)在外部存儲單元中存儲。 PMC(可編程工具機控制器)24使用在四軸加工機用數值控制裝置100中內置的順序程序，通 過I/O單元25向工具機的輔助裝置輸出信號並進行控制。另外，在接受在工具機本體上配備的 操作盤的各種開關等的信號並進行必要的信號處理後，向CPU 21交付。顯示器/MDI單元50是具有顯示器或者鍵盤等的手動數據輸入裝置，接口 26接受 來自顯示器/MDI單元50的鍵盤的指令、數據後向CPU 21交付。接口 27與具有手動脈衝 發生器的操作盤51連接。各軸的軸控制電路28、30、32、34接受來自CPU 21的各軸的移動指令量，向伺服放 大器29、31、33、35輸出各軸的指令。伺服放大器29、31、33、35接受該指令，驅動圖8、圖9 以及圖10表示的四軸加工機的X軸、Y軸、Z軸、C軸的伺服電動機39、40、41、42。各軸進行位置/速度的反饋控制(在圖19中省略該結構)。另外，主軸控制電路36接收主軸旋轉指令，向主軸放大器37輸出主軸速度信號。 主軸放大器37接受主軸速度信號，使主軸電動機43以被指示的旋轉速度旋轉。在四軸加工機用數值控制裝置100中，如上所述，通過(作為指令解析部10的) CPU 21執行圖18中表示的處理，由此，通過認為直接對虛擬軸指示虛擬角度，能夠使用四 軸加工機執行通過現有的五軸加工機用的程序指令使用五軸加工機所進行的加工。
1權利要求
一種四軸加工機用數值控制裝置，用於控制四軸加工機，該四軸加工機遵照用於通過三個直線軸和兩個旋轉軸對安裝在工作檯上的工件進行加工的五軸加工機的加工程序，通過所述三個直線軸和一個旋轉軸對該工件進行加工，所述四軸加工機用數值控制裝置的特徵在於，具有虛擬角度設定單元，用於設想在所述四軸加工機上還有一個虛擬軸，把該虛擬軸的角度設定為虛擬角度；虛擬角度判斷單元，用於在所述加工程序中使用刀具方向矢量指令給出刀具方向的情況下，判斷在根據該刀具方向矢量指令來運算的運算旋轉軸位置和運算虛擬軸位置的兩組解中是否存在一致解，所述一致解是所述運算虛擬軸位置與通過所述虛擬角度設定單元設定的虛擬角度一致的解的組；和旋轉軸指令認定單元，用於在所述虛擬角度判斷單元判斷為存在所述一致解的情況下，認定所述旋轉軸的程序指令是該一致解中的所述運算旋轉軸位置，另外，認定所述虛擬軸的程序指令是所述虛擬角度。
2.根據權利要求1所述的四軸加工機用數值控制裝置，其特徵在於，所述虛擬角度判斷單元，如果所述運算虛擬軸位置在針對所述虛擬角度設定的允許範 圍內，則判斷為存在一致解。
3.根據權利要求1或2所述的四軸加工機用數值控制裝置，其特徵在於，所述旋轉軸是使旋轉工作檯旋轉的軸，所述虛擬角度是使該旋轉工作檯傾斜的傾斜
4.根據權利要求1或2所述的四軸加工機用數值控制裝置，其特徵在於，所述旋轉軸是使旋轉加工頭旋轉的軸，所述虛擬角度是在該旋轉加工頭上安裝的附件 上使刀具傾斜的傾斜角。
5.根據權利要求1或2所述的四軸加工機用數值控制裝置，其特徵在於，所述旋轉軸是使旋轉工作檯旋轉的軸，所述虛擬角度是在加工頭上安裝的附件上使刀 具傾斜的傾斜角。
全文摘要
本發明提供一種四軸加工機用數值控制裝置。在用於五軸加工機的加工程序中使用矢量指令給出刀具方向的情況下，通過運算從該矢量指令求出旋轉軸位置和虛擬軸位置，得到兩組解(解A、解B)。然後，在這些解中，如果存在運算出的虛擬軸位置與設定的虛擬角度大體一致的解，則把該解(解A、解B)中的運算旋轉軸位置作為旋轉軸的程序指令，而且把虛擬軸的程序指令認為是虛擬角度。這樣，數值控制裝置控制通過三個直線軸和一個旋轉軸進行加工的四軸加工機。
文檔編號G05B19/416GK101893874SQ20101018536
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年5月21日
發明者井出聰一郎, 大槻俊明, 花岡修 申請人:發那科株式會社