CN102163049A - 具有刀具轨迹显示功能的数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有刀具轨迹显示功能的数值控制装置。通过取得被数值控制装置驱动的各驱动轴在各时刻的坐标值来计算刀具中心点的坐标值。取得连接该计算出的各时刻的刀具中心点和实际加工点的刀具半径补偿矢量。然后，根据计算出的刀具中心点的坐标值和所取得的刀具半径补偿矢量，来计算实际加工点的坐标值并在显示装置上显示实际加工点的轨迹。

Description

具有刀具轨迹显示功能的数值控制装置
技术领域
本发明涉及具有刀具轨迹显示功能的数值控制装置。
背景技术
根据各轴的坐标值计算出刀具中心点的坐标值，根据该计算出的刀具中心点的轨迹判断加工面的形状。在日本特开平9-69003号公报中公开有用于避免因刀具半径补偿而导致的干扰的补偿矢量的计算方法的技术。此外，在日本特开昭63-257003号公报中公开有涉及刀具半径补偿矢量的计算方法的技术。
在5轴加工机中，能够根据各轴的坐标值计算刀具中心点的坐标值，根据该计算出的刀具中心点的坐标值计算刀具轨迹。但是，由于在实际的加工中存在刀具半径的影响，所以如图6所示，球头立铣刀这样的刀具22的刀具中心点220的轨迹的形状和实际加工点的轨迹的形状不一致，刀具中心点220的轨迹的形状和被加工物的加工面的形状未必一致。
在使用了数值控制装置的加工中，一般是进行考虑了刀具半径的影响的补偿，通过同时取得刀具半径补偿矢量和各轴的坐标值，能够计算出与加工面的形状更相近的轨迹。
在实际加工中，由于刀具半径的影响，刀具中心点的轨迹的形状与加工面的形状不一致。虽然能够根据各轴的坐标值计算出刀具中心点的轨迹，但是存在难于计算出加工面的形状的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是鉴于所述现有技术的问题，提供一种数值控制装置，该数值控制装置具有通过使用由数值控制装置管理的刀具半径补偿矢量来显示实际加工点的轨迹的功能。
本发明的数值控制装置，为了达成所述目的，具有显示通过多个驱动轴控制刀具以及被加工物的位置和姿态并且进行加工的机床的刀具轨迹的刀具轨迹显示功能。并且，该数值控制装置具备：指令部，其输出与所述各驱动轴对应的位置指令；驱动轴控制部，其按照从所述指令部输出的位置指令来控制驱动轴的运动；坐标值取得部，其取得所述各驱动轴在各时刻的坐标值；刀具中心坐标值计算部，其根据通过所述坐标值取得部所取得的各轴的坐标值来计算刀具中心点的坐标值；刀具半径补偿矢量取得部，其取得连接各时刻的刀具中心点和实际加工点的刀具半径补偿矢量；实际加工点计算部，其根据通过所述刀具中心坐标值计算部计算出的刀具中心点的坐标值、和通过所述刀具半径补偿矢量取得部所取得的刀具半径补偿矢量，来计算实际加工点的坐标值；以及实际加工点显示部，其显示通过所述实际加工点计算部计算出的实际加工点的轨迹。
本发明通过具备以上的结构，就能提供一种数值控制装置，该数值控制装置具有通过使用由数值控制装置管理的刀具半径补偿矢量来显示实际加工点的轨迹的功能。
附图说明
图1是说明本发明的数值控制装置的一个实施方式的功能框图。
图2是作为由图1的数值控制装置控制的机床的一个例子的、刀具头旋转型的5轴加工机的外观立体图。
图3是将图2的5轴加工机的刀具作为球头立铣刀，说明刀具半径补偿矢量的图。
图4是说明本发明的具备刀具轨迹显示功能的数值控制装置的一个实施方式的概要图。
图5是表示图4的数值控制装置执行的显示处理的算法的流程图。
图6是说明刀具中心点轨迹和实际加工点轨迹的图。
具体实施方式
图1是说明本发明的数值控制装置的一个实施方式的功能框图。
数值控制装置10按照加工程序(未图示)控制机床20，对被加工物(在图1中未表示)进行加工。指令部11读取该加工程序，对该读取的加工程序中记载的模块进行解析来生成移动指令，将生成的移动指令发送到驱动轴控制部12。当在加工程序中记载有刀具半径补偿指令时，在指令部11中计算刀具半径补偿矢量。然后，将补偿了刀具半径补偿矢量的量后的移动指令从指令部11发送到驱动轴控制部12。
驱动轴控制部12根据从指令部11发送来的移动指令、和来自机床20的机构部中具备的各轴(机床的X、Y、Z、A、B这5轴)的电动机21x、21y、21z、21A、21B的位置反馈信息(未图示)，沿着加工程序的加工路径移动机床的刀具。刀具半径补偿矢量取得部13取得在指令部11中计算出的刀具半径补偿矢量的数据，将该取得的刀具半径补偿矢量的数据发送到实际加工点计算部16。
驱动轴控制部12如前所述，根据移动指令和来自各轴的电动机21x、21y、21z、21A、21B的位置反馈信息(省略图示)，运算各轴的当前位置，存储在当前位置寄存器(未图示)中。
坐标值取得部14取得在驱动轴控制部12的当前位置寄存器中存储的各轴的当前位置的数据，将取得的各轴的当前位置的数据发送到刀具中心点坐标值计算部15。刀具中心点坐标值计算部15根据从坐标值取得部14发送来的各轴的当前位置的数据来计算刀具中心点坐标值，将计算出的刀具中心点坐标值的数据发送到实际加工点计算部16。
实际加工点计算部16根据从刀具半径补偿矢量取得部13发送来的刀具半径补偿矢量的数据和从刀具中心点坐标值计算部15发送来的刀具中心坐标值的数据，计算通过在机床20上安装的刀具22(参照图2、图3)实际加工被加工物的实际加工点的位置的数据，将该计算出的实际加工点的数据发送到实际加工点显示部17。实际加工点显示部17根据实际加工点的数据，在实际加工点显示部17中具备的液晶显示装置等显示装置中显示实际加工点轨迹。
然后，使用图2说明刀具中心点的坐标计算。图2是刀具头旋转型的5轴加工机的一例的外观立体图。
图2的5轴加工机具有直线轴X轴、Y轴以及Z轴，和旋转轴A轴以及B轴。将在时刻t的这5轴的坐标分别设为x(t)、y(t)、z(t)、a(t)、b(t)。将应该通过刀具22加工的被加工物安装在工作台23上。通过驱动直线轴X轴、Y轴以及Z轴、和旋转轴A轴以及B轴，刀具22的中心点220(参照图3)相对于在工作台23上载置的被加工物24(参照图3)相对地移动。
如果将具有刀具头旋转型机械结构的5轴加工机的2个旋转轴(A轴、B轴)的旋转中心的轴的交点设为M(参照图3)，考虑固定在被加工物24上的坐标系并适当地取原点，则能够以(x(t)、y(t)、z(t))来表示点M的坐标。并且，如果将从点M到刀具中心点220的长度设为L，将刀具22朝正下方的位置设为A轴以及B轴的基准位置(原点)，那么刀具中心点220的坐标值(PosX(t)、PosY(t)、PosZ(t))通过以下的式子来进行计算。
PosX(t)＝x(t)+L×cos(a(t))×sin(b(t))
PosY(t)＝y(t)+L×sin(a(t))
PosZ(t)＝z(t)-L×cos(a(t))×cos(b(t))
然后，使用图3说明刀具半径补偿矢量。图3表示将图2的5轴加工机的刀具22作为球头立铣刀的例子。
在刀具22和被加工物24的切削面的位置关系中，如图3所示，刀具中心点220和实际的切削点的实际加工点224仅离开刀具半径的量，连接这两点220、224的矢量成为刀具半径补偿矢量222。
刀具半径补偿矢量222一般是切削面的法线方向的矢量，在通过加工程序进行加工时，在计算各轴的位置指令时考虑刀具22的刀具半径来计算刀具半径补偿矢量222，以使切削点成为加工程序中的那样。另外，刀具半径补偿矢量的计算方法如所述的日本特开昭63-257003号公报中记载的一样，是现有的公知的技术事项，所以省略详细的说明。
图4是说明本发明的具备刀具轨迹显示功能的数值控制装置的一个实施方式的概要图。
处理器CPU111按照存储在ROM112中的系统程序来控制整个数值控制装置10。在RAM113中存储各种数据或输入输出信号。在非易失性存储器114中存储的各种数据即使在切断电源之后仍然原样保存。
图形控制电路115将数字信号变换为显示用的信号，提供给显示装置116。键盘117是具有数值键、字符键等的用于输入各种设定数据的单元。轴控制电路118从CPU111接收各轴的移动指令，分别输出到对应的轴的伺服放大器119。这些伺服放大器119接收该移动指令，驱动机床20中具备的对应的伺服电动机(未图示)。这些构成要素经由总线121相互连接。
PMC(可编程机床控制器：Programmable Machine Controller)122在执行加工程序时，经由总线121接收T功能信号(刀具选择指令)等。然后，用顺序程序处理该接收到的信号作为动作指令而输出，控制机床20。此外，从机床20接收状态信号，将必要的输入信号转发到CPU111。
进一步，在总线121上连接有功能根据系统程序等而变化的软件键123、将NC数据发送到存储装置等外部设备的接口124。该软件键123与显示装置116以及键盘117一起设在显示装置/MDI(手动数据输入：Manual Data Input)面板125上。该显示装置116相当于图1中说明的实际加工点显示部17，通过使用数值控制装置管理的刀具半径补偿矢量，来显示实际加工点的轨迹。
图5是表示通过图4所示的数值控制装置10执行的本发明的显示处理的算法的流程图。以下，按照各步骤进行说明。
【步骤S1】取得时刻信息t以及与该时刻信息t相对应的各轴的坐标值。
【步骤S2】计算时刻信息t时的刀具中心点的坐标值。
【步骤S3】取得时刻信息t时的刀具半径补偿矢量的数据。
【步骤S4】根据时刻信息t时的刀具中心点的坐标值的数据和刀具半径补偿矢量的数据，计算实际加工点的数据。
【步骤S5】显示实际加工点的轨迹。
【步骤S6】判断加工是否结束或显示是否结束，在判断为“是”时结束该显示处理，在判断为“否”时转移到步骤S7。
【步骤S7】等待取得实际加工点的轨迹的数据的采样时间经过后返回步骤S1，继续该显示处理。

Claims (1)

1.一种具有刀具轨迹显示功能的数值控制装置，所述刀具轨迹显示功能用于显示通过多个驱动轴控制刀具以及被加工物的位置和姿态并且进行加工的机床的刀具轨迹，所述数值控制装置的特征在于，具备：
指令部，其输出与所述各驱动轴对应的位置指令；
驱动轴控制部，其按照从所述指令部输出的位置指令来控制驱动轴的运动；
坐标值取得部，其取得所述各驱动轴在各时刻的坐标值；
刀具中心坐标值计算部，其根据通过所述坐标值取得部所取得的各轴的坐标值来计算刀具中心点的坐标值；
刀具半径补偿矢量取得部，其取得连接各时刻的刀具中心点和实际加工点的刀具半径补偿矢量；
实际加工点计算部，其根据通过所述刀具中心坐标值计算部计算出的刀具中心点的坐标值、和通过所述刀具半径补偿矢量取得部所取得的刀具半径补偿矢量，来计算实际加工点的坐标值；以及
实际加工点显示部，其显示通过所述实际加工点计算部计算出的实际加工点的轨迹。
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