CN102650867B - 具有多轴加工机用速度控制功能的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

数值控制装置在执行指令刀具前端点相对于工件的路径，根据速度指令加工该指令的路径的刀具前端点控制后，把该速度指令作为针对工件和刀具前端点的相对移动距离、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的相对的变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度。然后，按照该合成速度，通过刀具前端点控制插补直线轴位置和旋转轴位置，驱动加工机的直线轴和旋转轴到通过插补生成的直线轴位置和旋转轴位置。

Description

具有多轴加工机用速度控制功能的数值控制装置

技术领域

本发明涉及控制多轴加工机的数值控制装置，所述多轴加工机通过至少三个直线轴和至少一个旋转轴使刀具方向相对于安装在工作台上的工件相对地变化，来加工上述工件。

背景技术

在日本特开2003-195917号公报(与美国专利第6,775,586号公报对应)中公开了下面的技术：(1)在具有旋转工作台的设备中，在与工作台一起旋转的坐标系(这里称为工作台坐标系)中指令直线轴的刀具前端点路径，(2)根据速度指令插补该指令的刀具前端点路径，得到“刀具前端点路径的插补位置信息”，同时插补旋转轴的移动指令，得到“旋转轴的插补位置信息”，由此(3)根据该得到的“旋转轴的插补位置信息”修正上述“直线轴的插补位置信息”，(4)根据该修正的“直线轴的插补位置信息”和上述“旋转轴的插补位置信息”驱动对应的各轴的伺服机构。

这里，图1表示用两个旋转轴(A轴以及B轴)旋转工作台、用三个直线轴(X轴、Y轴、Z轴)移动刀具头的设备的例子。

指令速度指令，另外在工作台坐标系中指示刀具前端点路径，进而指示相对于旋转轴的移动指令。在图1中，用X1、Y1表示刀具前端点路径始点处的工作台坐标系，用X2、Y2表示刀具前端点路径终点处的工作台坐标系。表示旋转轴中仅A轴移动的状态。设工作台坐标系原点为A轴的旋转中心和B轴的旋转中心的交叉的点。

图2是说明工作台坐标系中的刀具前端点路径的图。

在该图2中，用(Xs，Ys，Zs)表示刀具前端点路径始点位置，用(Xe，Ye，Ze)表示刀具前端点路径终点位置。在工作台坐标系上根据速度指令插补刀具前端点路径，得到“刀具前端点路径的插补位置信息”。其为工作台坐标系上的刀具前端点的位置。另外，关于旋转轴的移动指令，以与上述的刀具前端点路径的插补开始一起开始其插补并且与刀具前端点路径的插补结束一起结束其插补的方式进行插补，得到“旋转轴的插补位置信息”。

另外，上述“刀具前端点路径的插补位置信息”通过上述“旋转轴的插补位置信息”修正而成为刀具控制点位置。该刀具控制点位置从刀具前端点位置离开刀具长度修正矢量的距离。另外，根据刀具控制点位置(即根据直线轴的修正后的插补位置信息和旋转轴的插补位置信息)驱动各轴的伺服机构。该技术称为“工作台旋转型刀具前端点控制”。

另外，在日本特开平6-332524号公报(与美国专利第5,545,956号公报对应)中公开了下面的技术。(1)求出仅在直线移动轴上进行了直线插补的情况下的各直线移动轴的每一预定周期的分配移动量ΔU，进而(2)与上述插补次数对应，计算使刀具的角度变化的各旋转轴的每一预定周期的分配移动量，由此(3)在使刀具相对于工件的角度变化，通过该刀具进行加工时，以被赋予的指令移动速度使刀具的前端移动。这是这样的技术：(1)在具有旋转刀具头的设备中，在不旋转的坐标系(这里是设备坐标系)上指令直线轴的刀具前端点路径，(2)根据速度指令插补该指令的刀具前端点路径，得到“刀具前端点路径的插补位置信息”，同时插补旋转轴的移动指令，得到“旋转轴的插补位置信息”，由此(3)根据该得到的“旋转轴的插补位置信息”修正“直线轴的插补位置信息”，(4)根据该修正后的“直线轴的插补位置信息”和上述“旋转轴的插补位置信息”驱动对应的各轴的伺服机构。

图3是说明用两个旋转轴(A轴以及C轴)旋转刀具头的设备的一例的图。

在该图3中，与指令速度一起指示刀具前端点路径，另外指示相对于旋转轴的移动。另外用(Xs，Ys，Zs)表示刀具前端点路径始点位置，用(Xe，Ye，Ze)表示刀具前端点路径终点位置。

根据速度指令插补刀具前端点路径，得到刀具前端点路径的插补位置信息。其是刀具前端点的位置。关于旋转轴的移动指令，以与上述的刀具前端点路径的插补开始一起开始其插补，并且与刀具前端点路径的插补结束一起结束其插补的方式进行插补，得到“旋转轴的插补位置信息”。通过旋转轴的插补位置信息修正刀具前端点路径的插补位置信息而成为刀具控制点位置。这里，刀具控制点位置是A轴的旋转中心和C轴的旋转中心的交叉的点。刀具控制点位置从刀具前端点位置离开刀具长度修正矢量的距离。另外，根据刀具控制点位置即直线轴的修正后的插补位置信息和旋转轴的插补位置信息来驱动各轴的伺服机构。该技术称为“刀具头旋转型刀具前端点控制”。

将这些“工作台旋转型刀具前端点控制”、“刀具头旋转型刀具前端点控制”以及后面的“混合型加工机(一起旋转工作台、刀具头的加工机)中的刀具前端点控制”的技术统称为“刀具前端点控制”。

这里，说明了在具有A轴以及B轴两个旋转轴的设备中应用工作台旋转型刀具前端点控制的例子，但是也可以在具有A轴以及C轴两个旋转轴或者B轴以及C轴两个旋转轴的设备中应用，进而也可以在仅具有一个旋转轴的设备中应用。同样，说明了在具有A轴以及C轴两个旋转轴的设备中应用刀具头旋转型刀具前端点控制的例子，但是也可以在具有A轴以及B轴两个旋转轴或者B轴以及C轴两个旋转轴的设备中应用，进而也可以在仅具有一个旋转轴的设备中应用。混合型加工机的刀具前端点控制也和工作台旋转型刀具前端点控制或者刀具头旋转型刀具前端点控制的情况一样。本发明的数值控制装置也能够在那样的各种结构的设备的控制中应用。

这里说明在上述日本专利文献中公开的速度的控制的技术。

通过下述(1)式求出指令块中的现有的刀具前端点路径长度Dp。在工作台旋转型刀具前端点控制的情况下，刀具前端点路径长度Dp是工作台坐标系上的刀具前端点路径的长度。

$\mathrm{Dp}=\sqrt{{(\mathrm{Xe}-\mathrm{Xs})}^2+{(\mathrm{Ye}-\mathrm{Ys})}^2+{(\mathrm{Ze}-\mathrm{Zs})}^2}---\left(\text{1}\right)$

因为根据速度指令F插补刀具前端点路径长度Dp，所以通过下述(2)式求出该刀具前端点路径的插补花费的时间T。

$T=\frac{\mathrm{Dp}}{F}---\left(2\right)$

因为旋转轴也用该时间T插补，所以对应的旋转轴A轴的速度Fa、B轴的速度Fb或者C轴的速度Fc成为下式(3)那样。在该(3)式中，As、Bs、Cs分别是刀具前端点路径始点处的A轴、B轴、C轴的指令位置，Ae、Be、Ce分别是刀具前端点路径终点处的A轴、B轴、C轴的指令位置。

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{Fa}=\frac{|\mathrm{Ae}-\mathrm{As}|}{T}\\ \mathrm{Fb}=\frac{|\mathrm{Be}-\mathrm{Bs}|}{T}\\ \mathrm{Fc}=\frac{|\mathrm{Ce}-\mathrm{Cs}|}{T}\end{array}\right\}---\left(3\right)$

图1以及图3中表示的动作，例如根据在下述的程序例1中记述的指令指示进行。

<程序例1>

N001 G90 X100.0 Y100.0 Z0 A-60.0 B0(C0)；

N002 G43.4；

N003 X200.0 A60.0 F10000；

这里，上面的“G43.4”是刀具前端点控制开始的G代码。另外，上面的“BO(CO)”在图1的例中意味B轴0度的指令，在图3的例中意味C轴0度的指令(在后面的程序例2中也同样)。

在上面的N003的块中，指令坐标系(在工作台旋转型刀具前端点控制中是工作台坐标系，在刀具头旋转型刀具前端点控制中是设备坐标系)上的刀具前端点路径长度Dp是100.0mm，另外，因为所指令的速度指令F是10000mm/分，所以根据上述(2)式，通过代入该Dp以及F，刀具前端点路径的插补花费的时间T(＝100mm/(1000mm/60秒))＝0.6秒。即使用10000mm/分的速度指令插补长度100.0mm的刀具前端点路径时用0.6秒插补完N003的块。与此对应旋转轴的A轴从负60度位置旋转到正60度位置。因此，通过上面的(3)式的Fa的计算需要A轴以(|-60-60|度/(0.6/60)分＝)12,000度/分的高速旋转。

但是，因为旋转轴不能以那样的高速旋转，所以旋转轴对于直线轴的动作无法追随，而产生加工误差，或者如果旋转轴要以不合理速度动作，则设备发生振动，成为伺服机构报警状态，加工停止。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种数值控制装置，其能够也包含旋转轴以稳定的速度进给刀具，具有合成速度控制部，用于使速度指令作为针对工件和刀具前端点的相对的移动距离、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的相对变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度。

本发明的数值控制装置是控制多轴加工机的装置，该多轴加工机通过至少三个直线轴和至少一个旋转轴使刀具方向相对于安装在工作台上的工件(加工物)相对地变化，来对上述工件进行加工，该数值控制装置执行指令作为刀具前端点相对于工件的路径的刀具前端点路径，根据速度指令，沿该指令的刀具前端点路径来加工上述工件的刀具前端点控制，还具有：合成速度控制部，其将上述速度指令作为针对上述工件和上述刀具前端点的相对移动距离、和由于通过上述旋转轴使上述刀具方向相对于上述工件的相对变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度；和插补部，其按照通过上述合成速度控制部得到的合成速度，通过上述刀具前端点控制插补上述直线轴位置和上述旋转轴位置。然后，把上述直线轴和上述旋转轴驱动到通过上述插补部生成的上述直线轴位置和上述旋转轴位置。

上述旋转轴，作为旋转工作台的旋转轴，也可以用后述的(5)式或者(6)式求出上述刀具方向变化距离。

上述旋转轴，作为旋转刀具头的旋转轴，也可以用后述的(9)式或者(10)式求出上述刀具方向变化距离。

上述旋转轴，作为旋转工作台的旋转轴以及旋转刀具头的旋转轴，也可以使用后述的(11)式或者(12)式求出上述刀具方向变化距离。

本发明通过以上的结构，能够提供这样的数值控制装置，其能够也包含旋转轴以稳定的速度进给刀具，具有合成速度控制部，用于使速度指令作为针对工件和刀具前端点的相对的移动距离、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的相对变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度。

通过本发明的数值控制装置，能够防止加工误差或设备的振动或者伺服机构警报发生等，能够在通过刀具前端点控制的刀具前端点进行高精度的加工。

附图说明

从参照附图的以下的实施例的说明中能够明了本发明的上述以及其他的目的和特征。附图中：

图1是说明用两个旋转轴(A轴以及B轴)旋转工作台、用三个直线轴(X轴、Y轴、Z轴)移动刀具头的设备的例子的图；

图2是说明工作台坐标系上的刀具前端点路径的图；

图3是说明用两个旋转轴(A轴以及C轴)旋转刀具头的设备的例子的图；

图4是说明在工作台旋转型刀具前端点控制中把从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离作为ra(从刀具前端点到A轴的旋转中心的距离)、把从B轴的旋转中心到刀具前端点的距离作为rb的图；

图5A表示把某块中的刀具前端点路径开始时的A轴位置As处的距离ra作为ras、把刀具前端点路径结束时的A轴位置Ae处的距离ra作为rae，在该块内距离ra变化的图像；

图5B表示把某块中的刀具前端点路径开始时的B轴位置Bs处的距离rb作为rbs、把刀具前端点路径结束时的B轴位置Be处的距离rb作为rbe，在该块内距离rb变化的图像；

图6是说明在刀具头旋转型刀具前端点控制中把从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离作为ra(从刀具前端点到A轴的旋转中心的距离)、把从C轴的旋转中心到刀具前端点的距离作为rc的图；

图7是说明具有两个旋转轴、一个旋转轴旋转工作台、另一个旋转轴旋转刀具头的混合型加工机的一例的图；

图8是本发明的具有合成速度控制部的数值控制装置的框图；

图9是表示本发明的数值控制装置在其实施方式2中具有的合成速度控制部的处理的流程图；

图10是表示本发明的数值控制装置的一个实施方式的硬件的框图。

具体实施方式

通过本发明的数值控制装置控制的加工机是通过至少三个直线轴和至少一个旋转轴使刀具方向相对于安装在工作台上的工件(加工物)相对地变化，来加工上述工件的多轴加工机。控制该多轴加工机的数值控制装置，在执行刀具前端点控制中，把速度指令作为针对工件和刀具前端点的相对移动距离、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度。

在上述的现有技术中，根据速度指令插补刀具前端点路径，与其匹配插补旋转轴。因此，存在当与旋转轴的移动量相比刀具前端点路径长度短时插补时间也缩短，其结果旋转轴的速度变得非常快的情况。这是因为在速度指令中未考虑旋转轴的移动量的缘故。

因此，在本发明中，如以下的(4)式那样，把刀具前端点路径长度作为工件和刀具前端点的相对移动距离Dp(与用(1)式定义的刀具前端点路径长度Dp相同)、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的相对变化引起的刀具方向变化距离Dr的合成距离Dm来计算。

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{Dp}=\sqrt{{(\mathrm{Xe}-\mathrm{Xs})}^2+{(\mathrm{Ye}-\mathrm{Ys})}^2+{(\mathrm{Ze}-\mathrm{Zs})}^2}\\ \mathrm{Dm}1=\sqrt{{\mathrm{Dp}}^2+{\mathrm{Dr}}^2}\\ \mathrm{Dm}2=\mathrm{Dp}+\mathrm{Dr}\\ \mathrm{Dm}=\mathrm{Dm}1,\mathrm{or},\mathrm{Dm}2\\ \mathrm{Fm}=\frac{\mathrm{Dp}}{\mathrm{Dm}}*F\end{array}\right\}---\left(4\right)$

这里，把Dp和Dr的平方和的平方跟设为Dml，把Dp和Dr的和设为Dm2，把Dml或者Dm2的某一个设为Dm。或者也可以把它们的平均设为Dm。然后，对于速度指令F作为对于合成距离Dm的合成速度计算Fm，代替速度指令F，把Fm作为速度指令。由此，变成考虑了通过由旋转轴移动使得刀具方向相对于工件的相对变化引起的刀具的移动量的速度。关于Dr的计算后面进行说明。

把Fm作为速度指令，通过刀具前端点控制插补直线轴位置和旋转轴位置，驱动直线轴和旋转轴到通过插补生成的直线轴位置和旋转轴位置。因为该通过刀具前端点控制的插补和各轴的驱动是现有技术所以这里不再详述。

<实施方式1>

在如图4所示那样的、具有A轴以及B轴两个旋转轴的工作台旋转型刀具前端点控制中，把从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离设为ra，把从B轴的旋转中心到刀具前端点的距离设为rb。通常ra、rb在一个块内变化。

图5A表示把某块中的刀具前端点路径开始时的A轴位置As处的距离ra设为ras、把刀具前端点路径结束时的A轴位置Ae处的距离ra设为rae，在该块内距离ra变化的图像。图5B同样表示把刀具前端点路径开始时的B轴位置Bs处的距离rb设为rbs、把刀具前端点路径结束时的B轴位置Be处的距离rb设为rbe，在该块内距离rb变化的图像。

此时，计算下述(5)式内的Drt，把它作为Dr。

$\mathrm{Drt}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{\mathrm{ka}*\mathrm{\&Delta;r}{a}^2+\mathrm{kb}*\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{rb}}^2+{(\mathrm{ra}*\mathrm{\&Delta;A})}^2+{(\mathrm{rb}*\mathrm{\&Delta;B})}^2}---\left(5\right)$

在上式中，设

Drt为刀具方向变化距离；

ra为从A轴(一个旋转轴)的旋转中心到刀具前端点的距离；

rb为从B轴(另一个旋转轴)的旋转中心到刀具前端点的距离；

Δra为每一模拟周期的ra的变化量；

Δrb为每一模拟周期的rb的变化量；

ka为Δra的加权系数；

kb为Δrb的加权系数；

ΔA、ΔB为每一模拟周期的A轴、B轴的变化量。

上面的(5)式是在块的插补开始前进行的模拟计算的公式。在(5)式中，Δra、Δrb是模拟计算Drt的每一模拟周期的距离ra、rb的变化量。ka、kb是加权它们的加权系数，通常设ka＝kb＝1，但是也可以是1以外的常数值。另外，也可以设ka＝kb＝0而使后面的项有效，把Drt作为仅从旋转轴动作发生的刀具方向变化距离。另外，加权系数ka、kb也可以作为距离ra、rb的函数。关于加权系数ka、kb在此后要说明的实施方式2中也同样。ΔA、ΔB是每一模拟周期的A轴位置、B轴位置的变化量。∑表示该块内的合计。也可以设模拟周期与插补周期相同，但是对于每一插补周期进行模拟的计算要花费处理时间。因此，模拟周期也可以是去掉了插补周期得到的周期。例如如果插补周期是1msec，则(5)式的模拟计算中的模拟周期也可以设为每个是8msec。此外变化量ΔA、ΔB取弧度单位。在旋转轴仅有一个的情况下，仅该旋转轴成为计算的对象。这点在此后要说明的其它实施方式中也同样。

<实施方式2>

代替上面的(5)式，也可以如下述(6)式那样近似计算求出Drt。

$\mathrm{Drt}=\sqrt{\mathrm{ka}*{(\mathrm{rae}-\mathrm{ras})}^2+\mathrm{kb}*{(\mathrm{rbe}-\mathrm{rbs})}^2+{\mathrm{ran}}^2{*(\mathrm{Ae}-\mathrm{As})}^2+{\mathrm{rbn}}^2*{(\mathrm{Be}-\mathrm{Bs})}^2}---\left(6\right)$

在上式中，设

Drt为刀具方向变化距离；

As、Bs为刀具前端点路径开始时的A轴(一个旋转轴)位置、B轴(另一个旋转轴)位置；

Ae、Be为刀具前端点路径结束时的A轴、B轴位置；

ras为从刀具前端点路径开始时的A轴位置As处的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rae为从刀具前端点路径结束时的A轴位置Ae处的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

ran代表从当前块中的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

rbs为从刀具前端点路径开始时的B轴位置Bs处的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rbe为从刀具前端点路径结束时的B轴位置Be处的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rbn代表从现在块中的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

ka为(rae-ras)的加权系数；

kb为(rbe-rbs)的加权系数。

在上面的(6)式中，ka是(rae-ras)的加权系数，kb是(rbe-rbs)的加权系数。ran是代表该块中的距离ra的值，rbn是代表该块中的距离rb的值。为得到这些ran、rbn，有下述(7)式那样的各种各样的方法。(7)式中记载的第一～第四式，是若干求出ran、rbn的方法中的一部分，此外也可以考虑各种各样的求法。(7)式中的第四式意味选择通过第一、第二、第三式得到的ran以及rbn中的某一个。此外As，Ae、Bs、Be的单位是弧度。

$\left.\begin{array}{c}1)\mathrm{ran}=\mathrm{ras},\mathrm{rbn}=\mathrm{rbs}\\ 2)\mathrm{ran}=\mathrm{rae},\mathrm{rbn}=\mathrm{rbe}\\ 3)\mathrm{ran}=\frac{\mathrm{ras}+\mathrm{rae}}{2},\mathrm{rbn}=\frac{\mathrm{rbs}+\mathrm{rbe}}{2}\\ 4)\mathrm{ran}=\mathrm{ras},\mathrm{or},\mathrm{rae},\mathrm{or},\frac{\mathrm{ras}+\mathrm{rae}}{2},\mathrm{rbn}=\mathrm{rbs},\mathrm{or},\mathrm{rbe},\mathrm{or},\frac{\mathrm{rbs}+\mathrm{rbe}}{2}\end{array}\right\}---\left(7\right)$

<实施方式3>

下述(8)式表示对于上述的程序例1的指令，在上述的实施方式2中根据(4)式的第二式求出合成距离Dm，从(7)式的第三式求出代表距离ra、rb的值ran、rbn的情况的计算例。该(8)式的第五以及第六式意味把从B轴旋转中心到刀具前端点的距离作为对于工作台坐标系上的始点(100，100)以及终点(200，100)乘以表示A轴旋转的矩阵得到的值的Y坐标的绝对值。关于加权系数ka、kb，取ka＝kb＝1。

这样，在现有技术中，作为旋转轴的A轴的速度Fa是12,000度/分，但是在本发明的实施方式中减小为2972度/分，成为更稳定的速度。

<实施方式4>

在上述的实施方式1中，说明了进行图4所示那样的、具有A轴以及B轴的两个旋转轴的工作台旋转型刀具前端点控制的例子，但是在该实施方式4中，与实施方式1对应，说明进行图3所示那样的刀具头旋转型刀具前端点控制的例子。在该刀具头旋转型刀具前端点控制中，如图6所示，把从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离设为ra(从刀具前端点到A轴的旋转中心的距离)，把从C轴的旋转中心到刀具前端点的距离设为rc。通常，距离rc在一个块内变化，距离ra是刀具长度修正量(从刀具前端点到A轴和C轴的旋转中心的交点的距离)，为恒定。

在刀具头旋转型刀具前端点控制的情况下，计算下述(9)式的Drh，将其设为Dr。

$\mathrm{Drh}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{\mathrm{kc}*\mathrm{\&Delta;r}c+{(\mathrm{ra}*\mathrm{\&Delta;A})}^2+{(\mathrm{rc}*\mathrm{\&Delta;C})}^2}---\left(9\right)$

上式中，设

Drh为刀具方向变化距离；

ra为从A轴(一个旋转轴)的旋转中心到刀具前端点的距离；

rc为从C轴(另一个旋转轴)的旋转中心到刀具前端点的距离；

Δrc为每一模拟周期的rc的变化量；

kc为Δrc的加权系数；

ΔA、ΔC为每一模拟周期的A轴、C轴的变化量。

上面的(9)式，和(5)式一样，是在块的插补开始前进行的模拟计算的公式。Δrc是模拟计算Drh的每一模拟周期的距离rc的变化量。kc是加权变化量Δrc的加权系数。通常取kc＝0。可以把加权系数kc设为kc＝1等常数值，或者也可以作为距离ra、rc的函数。关于加权系数kc在此后要说明的实施方式5中也同样。ΔA、ΔC是每一模拟周期的A轴位置、C轴位置的变化量。∑表示该块内的合计。关于模拟周期等和上述的(5)式相同。

<实施方式5>

在上述的实施方式2中，说明了进行工作台旋转型刀具前端点控制的例子，但是在该实施方式5中，与实施方式2对应，说明进行图3所示那样的刀具头旋转型刀具前端点控制的例子。计算下述(10)式的Drh，将其作为Dr。某块中的刀具前端点路径开始时的A轴位置As和刀具前端点路径结束时的A轴位置Ae中的ra(从刀具前端点到A轴的旋转中心的距离)是刀具长度修正量，为恒定。把某块中的刀具前端点路径开始时的C轴位置Cs处的rc(从刀具前端点到C轴的旋转中心的距离)设为rcs，把刀具前端点路径结束时的C轴位置Ce处的rc设为rce。rcn的求法和(7)式相同。kc是(rce-rcs)的加权系数。

$\mathrm{Drh}=\sqrt{\mathrm{kc}*(\mathrm{rce}-\mathrm{rcs})+{\mathrm{ra}}^2{*(\mathrm{Ae}-\mathrm{As})}^2+{\mathrm{rcn}}^2*{(\mathrm{Ce}-\mathrm{Cs})}^2}---\left(10\right)$

上式中，设

Drh为刀具方向变化距离；

As、Cs为刀具前端点路径开始时的A轴(一个旋转轴)位置、C轴(另一个旋转轴)位置；

Ae、Ce为刀具前端点路径结束时的A轴、C轴位置；

ra为从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rcs为从刀具前端点路径开始时的C轴位置Cs处的C轴旋转中心到刀具前端点的距离；

rce为从刀具前端点路径结束时的C轴位置Ce处的C轴旋转中心到刀具前端点的距离；

rcn代表从当前块中的C轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

kc为(rce-rcs)的加权系数。

此外，在上述的实施方式1～实施方式5中，在刀具头旋转型刀具前端点控制或者工作台旋转型刀具前端点控制中，ra、ras、rae、ran、rb、rbs、rbe、rbn、rc、rcs、rce、或者rcn，可以是参数等的设定值，也可以是程序指令值。在下述程序例2中，在N003块中指令作为ran的RAN182.0。或者也可以将其作为0、1、10或者(180/π)等常数值。在ra、ras、rae、ran、rb、rbs、rbe、rbn、rc、rcs、rce、或者rcn为0的情况下表示不计算对应的项。因此，在实施方式1～实施方式5中，也可以通过把ra、ras、rae、ran、rb、rbs、rbe、rbn、rc、rcs、rce、或者rcn取为0省略计算重要度低的项。

<程序例2>

N001 G90 X100.0 Y100.0 Z0 A-60.0 B0(C0)；

N002 G43.4；

N003 X200. A600.0 F10000 RAN182.0

<实施方式6>

如图7所示，有具有两个旋转轴、一个旋转轴旋转工作台、另一个旋转轴旋转刀具头的称为混合型加工机的设备。这里，工作台旋转轴是C轴，刀具头旋转轴是A轴。在这样的设备的情况下，如下述(11)式计算Drm，将其作为Dr。即对如实施方式1或者实施方式2那样对于工作台旋转通过C轴计算的Drt、和如实施方式4或者实施方式5那样对于刀具头旋转通过A轴计算的Drh进行合成，作为Dr。或者如下述(12)式那样，也可以将Drm设为Drt与Drh的和。

$\mathrm{Drm}=\sqrt{{\mathrm{Drt}}^2+{\mathrm{Drh}}^2}---\left(11\right)$

Drm＝Drt+Drh    (12)

在上面的(11)式、(12)式中，设

Drt为对于工作台旋转通过C轴(工作台旋转轴)计算的刀具方向变化距离；

Drh为对于刀具头旋转通过A轴(刀具头旋转轴)计算的刀具方向变化距离。

如图8所示，本发明的数值控制装置通过程序指令解析部2读取并解析程序指令，根据其解析结果通过插补部6进行插补，按照插补的结果驱动各轴的伺服机构8X、8Y、8Z、8A、8B(C)。本发明的合成速度控制部4属于程序指令解析部2。

图9是表示通过工作台旋转型刀具前端点控制的实施方式2中的合成速度控制部的处理的流程图。下面按照各步骤进行说明。

[步骤SA01]通过(7)式计算ran、rbn。

[步骤SA02]使用在步骤SA01算出的ran、rbn通过(6)式计算Drt作为Dr。

[步骤SA03]通过(4)式计算Dp，并且使用在步骤SA02中算出的Dr，通过(4)式计算Dm、Fm，把Fm作为速度指令，结束该处理。

图10是表示本发明的数值控制装置10的一个实施方式的硬件的框图。

处理器(CPU)11是整体控制数值控制装置10的处理器，经由总线20读出在ROM12中存储的系统程序，按照该系统程序整体控制数值控制装置10。在RAM13中存储临时的计算数据或显示数据以及经由显示器/MDI单元70由操作员输入的各种数据等。SRAM14作为非易失存储器构成，存储经由接口15读入的加工程序或者经由显示器/MDI单元70输入的加工程序等。另外，在ROM12中，预先写入用于实施为加工程序的生成以及编辑而必需的编辑方式的处理或者用于自动运转的再生方式的处理的各种系统程序。

接口15是用于可在数值控制装置10上连接的外部设备(未图示)的接口，例如连接外部存储装置等外部设备。PMC(可编程计算机控制器：programmable machine controller)16，通过在数值控制装置10内内置的序列程序控制机床的辅助装置，例如刀具更换用的机械手(robot hand)等这样的驱动器。即，PMC按照通过加工程序指令的M功能、S功能以及T功能，把这些序列程序在辅助装置侧变换为需要的信号，把变换后的信号从I/O单元17向辅助装置侧输出。根据该输出信号PMC使各种驱动器等辅助装置动作。另外，PMC接受机床本体或者辅助装置侧的限位开关以及在机床本体上配备的操作盘的各种开关等的信号，进行必要的处理，向处理器11交付处理结果。

将机床的当前位置、警报、参数、图像数据等信号向显示器/MDI单元70发送，在其显示器上显示。显示器/MDI单元70是具有显示器或者键盘等的手动数据输入装置，接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的数据，向处理器11交付。

接口19与在操作盘71上设置的手动脉冲发生器(未图示)连接。手动脉冲发生器用于在通过基于手动操作的分配脉冲各轴的控制中精密地定位机床的可动部。

轴控制电路30～34接受来自处理器11的各轴的移动指令，向伺服放大器40～44输出各轴的指令。伺服放大器40～44接受该指令，驱动机床各轴的伺服电动机50～54。在这种情况下，伺服电动机50、51、52被用于直线轴X、Y、Z的驱动，伺服电动机53、54被用于旋转轴B(A)轴、C轴的驱动。

在各轴的伺服电动机50～54中内置位置检测用的检测装置。来自该位置检测装置的位置检测信号作为脉冲列被反馈给各轴的轴控制电路30～34。根据情况作为位置检测装置使用线性标度(Linear scale)。另外，通过对该脉冲列进行频率/速度变换，可以生成速度信号。在图10中省略位置信号的反馈以及速度反馈的说明。

主轴控制电路60接受对机床的主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62以所指令的切削旋转速度旋转。在主轴电动机62上连接位置检测器63，该位置检测器63与主轴的旋转同步输出反馈脉冲，该输出的反馈脉冲被反馈给主轴控制电路60。

在上述本发明的实施方式中，将刀具前端点控制中的刀具前端点路径的指令作为直线插补指令。但是本发明，和上述的各实施方式一样，通过计算针对工件和刀具前端点的相对移动距离、和由于通过旋转轴使刀具方向相对于工件的相对的变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度，即使对于直线插补以外的曲线插补(圆弧插补或其它的曲线插补)也可以适用。

如上所述，本发明涉及控制通过至少三个直线轴和至少一个旋转轴对安装的工件(被加工物)进行加工的多轴加工机的数值控制装置，该数值控制装置的特征在于，执行指令刀具前端点路径，根据速度指令，沿该刀具前端点路径加工工件的刀具前端点控制，具有把速度指令作为针对工件和刀具前端点的相对移动距离、和由于通过上述旋转轴使刀具方向相对于上述工件的相对变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度的合成速度控制部。

由此，能够用也包含旋转轴的各轴以稳定的速度进给刀具，其结果，能够防止加工误差或设备的振动或者伺服机构警报发生等，能够通过刀具前端点控制进行精度优良的在刀具前端点处的加工。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，用于控制多轴加工机，该多轴加工机通过至少3个直线轴和至少1个旋转轴使刀具方向相对于安装在工作台上的工件相对地变化，来加工上述工件，该数值控制装置的特征在于，

具有：

在指示作为刀具前端点相对于工件的路径的刀具前端点路径，根据速度指令，沿该刀具前端点路径移动并进行加工的刀具前端点控制中，

将上述速度指令作为针对上述工件和上述刀具前端点的相对移动距离、和由于通过上述旋转轴使上述刀具方向相对于上述工件的相对变化引起的刀具方向变化距离的合成距离的合成速度的合成速度控制部，

插补部，其通过基于按照上述合成速度的速度指令的上述刀具前端点控制插补上述直线轴位置和上述旋转轴位置，

把上述直线轴和上述旋转轴驱动到通过上述插补部生成的上述直线轴位置和上述旋转轴位置。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述旋转轴是旋转工作台的旋转轴，通过公式（5）

$\mathrm{Drt}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{\mathrm{ka}*{\mathrm{\&Delta;ra}}^2+\mathrm{kb}*{\mathrm{\&Delta;rb}}^2+{(\mathrm{ra}*\mathrm{\&Delta;A})}^2+{(\mathrm{rb}*\mathrm{\&Delta;B})}^2}$

求出上述刀具方向变化距离，

上式中，

Drt为刀具方向变化距离；

ra为从A轴即一个旋转轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rb为从B轴即另一个旋转轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

Δra为每一模拟周期的ra的变化量；

Δrb为每一模拟周期的rb的变化量；

ka为Δra的加权系数；

kb为Δrb的加权系数；

ΔA、ΔB为每一模拟周期的A轴、B轴的变化量。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述旋转轴是旋转工作台的旋转轴，通过公式（6）

$\mathrm{Drt}=\sqrt{\mathrm{ka}*{(\mathrm{rae}-\mathrm{ras})}^2+\mathrm{kb}*{(\mathrm{rbe}-\mathrm{rbs})}^2+{\mathrm{ran}}^2*{(\mathrm{Ae}-\mathrm{As})}^2+{\mathrm{rbn}}^2*{(\mathrm{Be}-\mathrm{Bs})}^2}$

求出上述刀具方向变化距离，

上式中，

Drt为刀具方向变化距离；

As、Bs为刀具前端点路径开始时的A轴即一个旋转轴位置、B轴即另一个旋转轴位置；

Ae、Be为刀具前端点路径结束时的A轴、B轴位置；

ras为从刀具前端点路径开始时的A轴位置As处的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rae为从刀具前端点路径结束时的A轴位置Ae处的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

ran为代表从当前程序块中的A轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

rbs为从刀具前端点路径开始时的B轴位置Bs处的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rbe为从刀具前端点路径结束时的B轴位置Be处的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rbn为代表从当前程序块中的B轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

ka为（rae－ras）的加权系数；

kb为（rbe－rbs）的加权系数。

4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述旋转轴是旋转刀具头的旋转轴，通过公式（9）

$\mathrm{Drh}=\mathrm{\&Sigma;}\sqrt{kc*\mathrm{\&Delta;rc}+{(\mathrm{ra}*\mathrm{\&Delta;A})}^2+{(\mathrm{rc}*\mathrm{\&Delta;C})}^2}$

求出上述刀具方向变化距离，

上式中，

Drh为刀具方向变化距离；

ra为从A轴即一个旋转轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rc为从C轴即另一个旋转轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

Δrc为每一模拟周期的rc的变化量；

kc为Δrc的加权系数；

ΔA、ΔC为每一模拟周期的A轴、C轴的变化量。

5.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述旋转轴是旋转刀具头的旋转轴，通过公式（10）

$\mathrm{Drh}=\sqrt{\mathrm{kc}*{(\mathrm{rce}-\mathrm{rcs})+\mathrm{ra}}^2*{(\mathrm{Ae}-\mathrm{As})}^2+{\mathrm{rcn}}^2*{(\mathrm{Ce}-\mathrm{Cs})}^2}$

求出上述刀具方向变化距离，

上式中，

Drh为刀具方向变化距离；

As、Cs为刀具前端点路径开始时的A轴即一个旋转轴位置、C轴即另一个旋转轴位置；

Ae、Ce为刀具前端点路径结束时的A轴、C轴位置；

ra为从A轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rcs为从刀具前端点路径开始时的C轴位置Cs处的C轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rce为从刀具前端点路径结束时的C轴位置Ce处的C轴的旋转中心到刀具前端点的距离；

rcn为代表从当前程序块中的C轴的旋转中心到刀具前端点的距离的值；

kc为（rce－rcs）的加权系数。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的数值控制装置，其特征在于，

上述ra、ras、rae、ran、rb、rbs、rbe、rbn、rc、rcs、rce或者rcn是设定值、程序指令值、或者常数值。

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