工具機中的真圓切削加工裝置和方法
2023-05-09 00:10:46
專利名稱：工具機中的真圓切削加工裝置和方法
技術領域：
本發明涉及工具機中的真圓切削加工裝置和方法，更詳細地說，涉及如下所述的工具機中的真圓切削加工裝置和方法:在進行工具機的真圓加工時，減少在整個周期中重複的不必要的加工路徑而減少整個加工路徑並縮短加工時間。
背景技術：
在工具機中，真圓加工稱為圓弧加工，是指用於在加工原材料上形成圓的形狀的加工。作為真圓加工，能夠劃分為對內圓進行切削的加工(以下，稱為真內圓加工)和對外圓進行切削的加工(以下，真外圓加工)這兩種類。對於真內圓加工和真外圓加工而言，雖然其加工模式彼此不同，但是為了加工成期望大小的圓形狀，重複進行「進入到真圓」、「真圓加工」、「脫離真圓」的加工模式。此時，雖然「進入到真圓」、「脫離真圓」只起到加工的輔助作用，但是在整個加工路徑中佔據很大的比重，從而具有加工時間變長的問題。對此，參照圖1和圖2進行具體說明。圖1是說明在以往真圓加工中對內圓進行切削的加工路徑的圖。
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以往用於對內圓進行切削的真內圓加工，不僅要首先設定加工原材料的種類、力口工的種類(真內圓加工或真外圓加工)，而且還設定最初半徑R、最終半徑、徑向進給量K、徑向進給量次數。並且，在加工開始點(P)向對角線輸送R/2 (①)，在輸送的地點沿著相對於R/2的1/4圓弧軌跡進行輸送而接近真圓(②)。之後，一邊旋轉360度一邊對最初半徑為R的真圓進行切削(③)。在進行切削之後，沿著相對於R/2的1/4圓弧軌跡進行輸送而脫離(離開)真圓(④)，向對角線輸送R/2而返回到加工開始點P (⑤)。之後，將上述的①至⑤過程作為一周期而重複進給量次數，從而加工到最終半徑。在這種加工路徑中，在加工開始點P向對角線輸送後沿著1/4圓弧軌跡接近真圓的路徑(①、②)以及在真圓上向對角線輸送後沿著1/4圓弧軌跡脫離真圓的路徑(④、⑤)，是用於執行對真圓進行切削的路徑(③)的準備階段，可看作是不必要的路徑。因此，在整個周期路徑中的不必要的路徑可以是①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、@、⑩)、 等。圖2是說明以往在真圓加工中對外圓進行切削的加工路徑的圖。在對外圓進行切削的以往的真圓加工中，首先設定周期開始點CP，從周期開始點CP沿著R_2為半徑的1/2圓弧軌跡進行輸送而接近真圓(①)。並且，對將從接近的地點到真圓中心作為半徑的真圓進行切削(②)。在切削之後，沿著R_2為半徑的1/2圓弧軌跡再次輸送而脫離(離開)到周期開始點CP (③)。之後，將①至③路徑作為一周期來重複進給量次數。在這種加工路徑中，在周期開始點CP向真圓接近的路徑(①)以及在真圓向周期開始點CP脫離的路徑(③)，雖然是用於執行對真圓進行切削的路徑(②)的準備階段，但是可看作是不必要的路徑。由此，在真外圓加工的整個周期路徑中不必要的路徑可以是①、③、④、⑥、⑦、⑨、⑩、 等。如上所述，在包含內圓和外圓的真圓加工中，在整個周期路徑中不必要的路徑比主路徑佔據更多的比重，因此成為使加工時間變長的主要因素。
發明內容
本發明是為了解決上述的問題而完成的，其目的在於，提供如下所述的工具機中的真圓切削加工裝置和方法:在開始工具機的真圓加工時，僅執行一次向真圓接近的路徑，在結束加工時僅執行一次脫離真圓的路徑，從而減少在整個周期中重複的不必要的加工路徑，能夠減少整個加工路徑並縮短加工時間。為此，根據本發明的第一側面，本發明的工具機中的真圓切削加工裝置，其特徵在於包括:加工模式資料庫(DB) 130，其按照加工的種類定義了基本加工路徑，該基本加工路徑用於將加工原材料的內表面或外表面加工成圓形狀；加工模式周期形成部120，其利用在上述加工模式DB130中已定義的加工路徑和真圓加工所需的加工數據，形成對上述加工原材料進行加工的從最初真圓到最終真圓的基於進給量(K)的整個周期，計算在上述周期中進行加工的加工路徑；以及編碼處理部140，其將通過上述加工模式周期形成部120計算出的上述周期的加工路徑編碼為機械性動作指令。根據本發明的第二側面，本發明的工具機中的真圓切削加工方法，其特徵在於包括如下步驟:輸入加工數據而進行設定，該加工數據包括加工原材料和加工的種類、最初真圓、最終真圓、進給量(K);根據所輸入的加工的種類確定已定義的基本加工模式；利用確定的加工模式和上述加工數據，形成從最初真圓到最終真圓的基於進給量(K)的整個周期；計算在上述周期中進行加工的正確的加工路徑；將所計算出的加工路徑編碼為機械性動作指令；以及將所編碼的數據傳遞到工具機的驅動部。
根據本發明，在進行真圓加工時減少在整個周期中重複的不必要的加工路徑，從而具有縮短整個加工路徑的效果。而且，具有縮短加工時間而提高生產性的效果。
圖1是說明在以往的真圓加工中對內圓進行切削的加工路徑的圖。圖2是說明在以往的真圓加工中對外圓進行切削的加工路徑的圖。圖3是示出本發明的真圓切削加工裝置的結構圖。圖4是圖3的加工模式周期形成部的詳細結構圖。圖5是示出在本發明的真圓切削加工中對內圓進行切削的加工路徑的圖。圖6是說明用於本發明的內圓切削的加工方法的流程圖。圖7是示出按照圖6的加工方法而改善前後的加工路徑的圖。圖8是對改善前後的加工路徑的長度進行數值化得到的比較表。圖9是示出在本發明的真圓切削加工中對外圓進行切削的加工路徑的圖。圖10是說明用於本發明的外圓切削的加工方法的流程圖。圖11是示出根據圖10的加工方法而改善前後的加工路徑的圖。圖12是對改善前後的加工路徑的長度進行數值化得到的比較表。標號說明
100:真圓切削加工裝置200:輸入部300:伺服/主軸驅動部110:加工模式分析部120:加工模式周期形成部130:加工模式DB140:編碼處理部160:插值部150:內部數據塊緩存122:加工模式計算部124:按周期塊分割部
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施例。通過以下的詳細說明，能夠更明確地理解本發明的結構及其作用效果。在本發明的詳細說明中，對於相同的結構要素，即使表示在不同的附圖上也儘可能用相同的標號來表示，對於公知的結構，當判斷為有可能使本發明的要旨模糊時，省略具體的說明。另外，當某個部分包含某結構要素時，只要沒有特別相反的記載，則是指不排除其他的結構要素而還可以包含其他的結構要素。圖3是示出本發明的真圓切削加工裝置的結構圖，圖4是圖3的加工模式周期形成部的詳細結構圖。 參照圖3，本發明的工具機包含真圓切削加工裝置100、輸入部200以及伺服/主軸驅動部300等。因此，在本發明的工具機中，當通過輸入部200而輸入加工所需的數據(以下，稱為加工數據)時，將其傳遞到真圓切削加工裝置100，真圓切削加工裝置100計算最適合於加工數據的真圓加工模式而傳遞到伺服/主軸驅動部300。為此，真圓切削加工裝置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、編碼處理部140、內部數據塊緩存150、插值部160。這種真圓切削加工裝置100能夠通過數控(numerical control:NC)來構現。加工模式分析部110從輸入部200接收加工數據，根據加工模式DB130分析與加工數據相應的加工模式。加工數據包括加工原材料、加工的種類(真內圓加工或真外圓加工)、最初半徑R、最終半徑、徑向進給量K、徑向進給量次數等。加工模式是指為了真內圓加工或真外圓加工而確定的周期路徑。例如，包括進入到真圓、真圓加工、脫離真圓等。加工模式DB130劃分為對於真內圓加工的基本加工模式和對於真外圓加工的基本加工模式，定義用於構現各加工模式的數學算法。例如，如圖5所示涉及真內圓加工，包含在加工開始點向對角線輸送的加工模式①、沿著圓弧軌跡接近真圓的加工模式②、進行真圓切削輸送的加工模式③，定義有對於各加工模式的數學算法。如圖9所示，作為真外圓加工，包含在周期開始點向真圓接近的加工模式①、為了進行真圓切削而輸送的加工模式②、向比最初半徑R小的內徑真圓接近的加工模式③、進行真圓切削輸送的加工模式④等，定義了對於各加工模式的數學算法。再次參照圖3，加工模式周期形成部120接收在加工模式分析部110中分析的真內圓加工的基本加工模式或真外圓加工的基本加工模式以及加工數據而根據從最初半逕到最終半徑的進給量來形成周期，利用所接收的加工數據來計算在各周期中加工的正確的加工路徑。這樣的加工模式周期形成部120，如圖4所示，由加工模式計算部122和按周期塊分割部124構成。如上所述，加工模式計算部122根據所接收的加工數據和加工模式來形成基於最初真圓半徑R、半徑方向進給量K、半徑方向進給次數N的加工模式的周期，計算出在各周期中加工的正確的路徑。加工模式的周期能夠與進給量的次數呈正比。例如，當從最初真圓半徑R起將進給量的次數設定為2次時，周期包含對於最初真圓半徑的加工，從而總共形成3次的周期。按周期塊分割部124以在加工模式計算部122中形成的周期單位來劃分塊而整理為有效數據。劃分為塊的理由是為了分割在加工時所需的有效數據來傳遞，從而減少工具機的處理負荷。因此，本發明的加工模式周期形成部120的特徵在於，各包含一個在開始加工時從加工開始點接近最初真圓半徑R為半徑的真圓的加工路徑以及在結束對於最終真圓半徑的加工而結束整個加工時脫離最終·真圓而返回到上述加工開始點的加工路徑。並且，其特徵在於，在從最初真圓到最終真圓進行切削的加工中，重複形成按照進給量K對真圓進行切削的加工路徑。
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圖3的編碼處理部140以在加工模式周期形成部120中分割的塊單位來接收有效數據而轉換為插值部160所需的用於機械輸送的信息。即，能夠轉換為用於機械輸送的指令、即G編碼。並且，編碼處理部140通過內部數據塊緩存150將所轉換的數據傳遞到插值部160。於是，內部數據塊緩存150對從編碼處理部140傳遞的數據進行緩衝處理而傳遞到插值部160。插值部160對於各周期設定伺服或主軸的動作而進行插值來提供到伺服/主軸驅動部300。如上所述構成的真圓切削加工裝置中的加工方法，包含如下步驟:設定真圓加工中所需的加工數據、即加工的種類(內圓或外圓)、最初真圓、最終真圓、進給量等；根據加工的種類而形成已定義的基本加工模式；利用加工模式和加工數據形成從最初真圓到最終真圓的按照進給量K來進行加工的整個周期；將對於各周期的加工路徑計算為數值；將計算出的加工路徑編碼為機械性動作指令；以及將進行了編碼的數據傳遞到工具機的驅動部。具體地講，對內圓或外圓進行加工的動作過程如下。真內圓加工動作過程圖6是說明用於本發明的內圓切削的加工方法的流程圖。首先，真圓加工裝置100不僅通過輸入部200來設定加工原材料的種類、加工的種類(真內圓加工)，而且還設定最初真圓半徑R、最終真圓半徑、徑向進給量K、徑向進給量次數(S100)。在本實施例中，將徑向進給量初始進給次數M設定為0，將最終進給次數設定為
N0之後，真圓加工裝置100根據已設定的加工數據來分析與真內圓加工相應的基本加工模式。
首先，如圖5的①加工模式，從加工開始點P向對角線輸送R/2量(S101)。從所輸送的地點，如②加工模式，沿著相對於半徑R/2的1/4圓弧軌跡來接近最初半徑R的真圓(S102)。之後，如③加工模式，對R+MK為半徑的真圓進行360度切削(S103)。此處，由於最初M為0，結果S103步驟成為對於最初半徑R的真圓。這樣①至③加工模式成為一周期。之後，為了下一個真圓加工來增加一次進給量次數，如④加工模式，沿著相對於半徑(R+MK)的1/4圓弧軌跡來接近下一個真圓(S104、S105)。下一個真圓的半徑成為(R+MK)。之後，如⑤加工模式，對半徑為(R+MK)的真圓進行切削(S106)。此時，切削輸送是對於半徑為(R+MK)執行3/4圓弧。因此，即使以周期單位來重複多次，也始終在相同的軸上實現向下一個真圓的接近。之後，對進給量次數進行計數(S107)。如果當前進給量次數M比已設定的最終進給量次數N小，則重複執行上述的S104步驟至S106步驟，直至達到最終進給量次數N為止，如果當前進給量次數M比最終進給量次數N大，則執行結束最後加工的步驟。即，作為加工結束步驟，如⑩加工模式，沿著半徑為[(R+ (M-1)K)]的1/4圓弧軌跡脫離真圓(S108 )，從脫離的地點，如加工模式，返回到加工開始點P (S109 )。根據這樣的過程，用於實際對真圓進行切削的加工路徑(以下，必要路徑)構成主要路徑，作為對此進行輔助的準備過程的路徑(以下，不必要的路徑)，能夠認為是在開始真圓加工時向真圓接近的加工路徑①、②、和在結束真圓加工時脫離真圓的加工路徑⑩、 。圖7是示出根據圖6的加工方法而改善前後的加工路徑的圖，圖8是對改善前後的加工路徑的長度進行數值化得到的比較表。參照圖7，如(a)所示，可知在改善前的真內圓加工中不必要的路徑在整個加工路徑中所佔的比重多，相反在(b )的改善之後，在真內圓加工中不必要的路徑被最小化。將這種不必要的路徑計算為數值的結果如圖8所示。本發明的不必要的路徑是將①、②、⑩、的加工路徑相加的路徑，能夠通過以下的數學式來計算。數學式I
權利要求
1.一種工具機中的真圓切削加工裝置，其特徵在於包括: 加工模式資料庫(130)，其按照加工種類定義了基本加工路徑,該基本加工路徑用於將加工原材料的內表面或外表面加工成圓形狀； 加工模式周期形成部(120)，其利用在上述加工模式資料庫(130)中已定義的加工路徑和真圓加工所需的加工數據，形成對上述加工原材料進行加工的從最初真圓到最終真圓的基於進給量(K)的整個周期，計算在上述周期中進行加工的加工路徑；以及 編碼處理部(140)，其對通過上述加工模式周期形成部(120)計算出的上述周期的加工路徑進行編碼，作為機械性動作指令。
2.根據權利要求1所述的工具機中的真圓切削加工裝置，其特徵在於， 上述加工模式周期形成部 各包含一次在開始加工時從加工開始點接近最初真圓的加工路徑和從最終真圓脫離而返回到上述加工開始點的加工路徑， 在從上述最初真圓到半徑不同的最終真圓的加工過程中，重複形成按照進給量(K)對真圓進行切削的加工路徑。
3.根據權利要求1所述的工具機中的真圓切削加工裝置，其特徵在於， 該真圓切削加工裝置還包括加工模式分析部(110)，該加工模式分析部(110)按照要加工的加工種類，根據上述加工模式資料庫(130)分析加工路徑。
4.一種工具機中的真圓切削加工方法，其特徵在於包括如下步驟: 輸入加工數據而進行設定，該加工數據包括加工原材料和加工種類、最初真圓、最終真圓以及進給量(K); 根據所輸入的加工種類確定已定義的基本加工模式； 利用上述加工模式和上述加工數據，形成從最初真圓到最終真圓的基於進給量(K)的整個周期； 計算在上述周期中進行加工的正確的加工路徑； 對所計算出的加工路徑進行編碼，作為機械性動作指令；以及 將所編碼的數據傳遞到工具機的驅動部。
5.根據權利要求4所述的工具機中的真圓切削加工方法，其特徵在於， 上述形成整個周期的步驟 各包括一次在開始加工時接近最初真圓的加工路徑和從最終真圓脫離而返回到上述加工開始點的加工路徑， 在從上述最初真圓到最終真圓的切削加工過程中，重複形成按照上述進給量(K)對真圓進行切削的加工路徑。
6.一種計算機可讀取的記錄介質，其記錄有用於執行權利要求4或5所述的步驟的程序。
全文摘要
本發明提供工具機中的真圓切削加工裝置和方法，僅執行一次開始工具機的真圓加工時向真圓接近的路徑，僅執行一次在結束加工時脫離真圓的路徑，從而減少在整個周期中重複的不必要的加工路徑，從而減少整個加工路徑並縮短加工時間。
文檔編號G05B19/19GK103226343SQ20131003127
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優先權日2012年1月26日
發明者金德沅, 張泰城, 柳鐸, 黃聖敏, 許暻和 申請人:鬥山英維高株式會社