CN103576611A - 具有拐角多曲线插入部的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有拐角多曲线插入部的数值控制装置。根据由多个程序块构成的加工程序来对加工工件的机床进行控制的数值控制装置具有拐角多曲线插入部。该拐角多曲线插入部，在加工程序中连续的2个程序块之间的方向或者曲率不连续的情况下，在这些程序块之间插入位置、方向和曲率连续，并且与这些程序块之间的距离为指定的允许误差以内的3条3次多项式曲线。

Description

具有拐角多曲线插入部的数值控制装置

技术领域

本发明涉及能够设定在程序块之间形成的拐角的允许内旋（inwardrounding）量的数值控制装置。详细地说，涉及具有以下功能的数值控制装置，该功能为在形成该拐角部的2个程序块之间，插入作为位置、方向和曲率连续的多个3次以上的多项式曲线的在预先设定的允许内旋量以内的曲线。

背景技术

在对机床进行控制的数值控制中，在连续执行进行加工指令的程序块的情况下，由于移动方向发生变化，使加工路径中出现拐角部。由于在拐角部进行移动的轴、各轴的速度发生急剧的变化，因此，机械容易发生震动。

在一般的数值控制中，为了抑制这样的震动，进行加减速。作为加减速的方法，存在在插补处理之前沿着加工路径进行加减速的插补前加减速、以及在插补处理之后对于各轴进行加减速的插补后加减速。

在插补前加减速中，为了抑制在拐角部的各轴速度的急剧变化，计算各轴的速度变化量在预先设定的允许速度差以下的拐角部速度。并且，从拐角部前面使进给速度减速，以使在拐角部的速度成为该计算出的拐角部速度，并进行速度控制，以便在到达拐角部后使进给速度加速。

在插补后加减速中，为了进一步抑制机械中发生的震动，按照时间基准局部地使通过插补前加减速决定的各轴的速度平均化，即，进行控制以便抑制各轴的速度变化，但是，结果，在程序块之间重叠地进行加减速，因此，加工路径偏离所指令的加工路径，发生内旋误差。

内旋量由于拐角部中的方向转向角、在拐角部前和拐角部后移动的轴的不，或者由于表示插补后加减速的特性的时间常数而进行变化。因此，为了使内旋量成为某值以下，需要对每个使用的机械、加工程序调整各轴的允许速度差、插补后加减速的时间常数。

在日本特开平9-190211号公报中公开了一种技术，其中，在拐角部加速度不连续的情况下，在该拐角部插入曲线，在该插入的曲线的两端使速度、加速度连续。为了在曲线的两端使位置、速度、加速度连续，需要6个未知数，在该专利文献中，通过一条5次曲线实现了该目的。

此外，在日本特开平10-320026号公报中记载了在拐角部插入多个多项式曲线的例子。在插入的曲线是3次曲线的情况下，通过插入4条这样的曲线，能够使曲线两端的方向和曲率连续。

在上述日本特开平9-190211号公报公开的技术中，当在拐角部插入次数高的曲线时，存在使路径复杂的倾向，变得难以控制。复杂的曲线在拐角部的曲率也变大。该专利文献并没有针对为了使与原来的指令路径的误差为允许误差以内的曲线的求法进行具体的描述。

此外，为了使本来方向和曲率连续，如果有3条3次曲线则足够，但是，在上述日本特开平10-320026号公报中，因为追加了在插入的曲线的中间点为允许误差以内的制约，因此存在需要4条曲线的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种控制机床的数值控制装置，不取决于加工形状、指令速度，能够使拐角处的内旋量为预先设定的允许误差以下，由此，针对指令形状的加工精度得以保证，此外，在拐角处，方向、曲率变得连续，对于拐角处的机械的震动得以减轻，由此，可以进行不依赖于插补后加减速的控制，能够使拐角处的减速为最小限。

本发明通过使用多个低次的曲线，能够使速度和加速度连续，并能够使路径稳定。本发明中，在拐角位于连续的直线程序块之间的情况下，通过计算求出允许误差以内的曲线，此外，在圆弧程序块或其他的曲线程序块的情况下，通过试行，求出允许误差以内的曲线。此外，在本发明中，在使在拐角部插入的曲线为3次曲线的情况下，如果具有3条该曲线，则能够成为使方向和曲率连续的曲线。此外，在本发明中，在曲线的两端的位置保持自由度，求出路径的误差在允许误差以内的曲线，因此，无需增加未知数。

本发明的数值控制装置是根据由多个程序块构成的加工程序来对加工工件的机床进行控制的数值控制装置，所述数值控制装置具有拐角多曲线插入部，其在所述加工程序中连续的2个程序块之间的方向或者曲率不连续的情况下，在所述2个程序块之间插入位置、方向以及曲率连续的，并且与所述2个程序块之间的距离在指定的允许误差以内的3条3次多项式曲线。

关于所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的程序块为直线程序块，并且形成拐角部的直线程序块足够长的情况下，把从所述拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离都设为同一值d，此外，将在该曲线一端和另一端的一次微分矢量都设为同一值|v|，此外，将该拐角部的角度设为θ，将所述拐角部的允许误差设为l，根据预先求出的θ、d和l的关系求出d和|v|，由此求出所述3条3次多项式曲线，以便在所述3条3次多项式曲线中曲率和曲率变化变小。

关于所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的程序块为直线程序块，并且形成拐角部的直线程序块不是足够长的情况下，把从所述拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的能够确保的最大距离都设为同一值d_l，此外，将在该曲线一端和另一端的一次微分矢量都设为同一值|v|，并且将该拐角部的角度设为θ，根据预先求出的θ和d_l的关系求出|v|，由此求出所述3条3次多项式曲线，以便在所述3条3次多项式曲线中曲率和曲率变化变小。

所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的至少哪一个程序块不是直线程序块的情况下，通过试行求出从拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离和从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离、在曲线两端的一次微分矢量。

在具有3个直线轴和控制对于工件的刀具方向的2个旋转轴的5轴机床中，在所述工件上的刀具前端点的路径通过加工程序指令的情况下，对于所述刀具前端点的路径插入3条3次多项式曲线。

通过本发明，不取决于加工形状、指令速度，能够使拐角部的内旋量为预先设定的允许误差以下。结果，对于指令形状的加工精度得以保证。此外，在角部方向和曲率变得连续，在该拐角部的对于机械的震动得以减轻。由此，可以进行不依赖于插补后加减速的控制，并能够使拐角部的减速为最小限。这有助于循环周期的缩短和机械调整的简化。

附图说明

通过参照附图对以下实施例进行说明，本发明的上述以及其他的目的和特征会变得清楚。在这些图中，

图1是说明在由直线程序块形成的拐角插入k条多项式曲线的例子的图。

图2说明在图1中，设n=3、k=3，并且将从插入曲线的拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离相等地设为d的情况。

图3是说明在形成拐角部的程序块为圆弧程序块、曲线程序块等直线程序块以外时，在程序块之间插入3条多项式曲线的例子的图。

图4是说明在刀具头旋转型5轴机床中，进行插入了3条3次多项式曲线的加工的图。

图5是说明在2维平面上的直线程序块之间插入3条3次曲线的例子的图。

图6是说明在实施方式1中，在形成拐角部的2个直线程序块内，至少一个程序块长度短，无法插入在实施方式1中求出的曲线的情况下，插入曲线的例子的图。

图7是说明在2维平面上的直线程序块与圆弧程序块的连接部中插入3条3次曲线的例子的图。

图8是说明在2维平面上的2个3次曲线程序块之间插入3条3次曲线的例子的图。

图9是说明直线程序块与圆弧程序块在3维空间上连接的例子的图。

图10是说明本发明的实施方式的数值控制装置的功能框图。

图11是说明拐角多曲线插入部的处理的流程的图。

具体实施方式

[实施方式1]

在通过加工程序的程序块形成的拐角中插入k条曲线的情况下，当设各曲线由f_i(t)（0≦t≦1）（i=1、2、3、......、k）表示时，通过下式赋予各曲线的方向、曲率连续地连接的条件。

$\begin{array}{cccc}{f}_i\left(1\right)=f_{i+1}\left(0\right),& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_i\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_{i+1}\left(t\right){|}_{t=0},& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_i\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_{i+1}\left(t\right){|}_{t=0}& (1\≤i\≤k-1)\end{array}$

........(1)

以P₀为前程序块的终点，以P_k为后程序块的始点。并且，以P_i-1、P_i（i=1、2、3、……、k）为在这些前后程序块之间插入的各曲线的两端。即，以P₀、P_k为前后程序块之间插入的曲线的开始点、结束点。并且，以p_s、p_e为这些点P₀、P_k的位置，以v_s、v_e为方向。此外，以a_s、a_e为这些前后程序块的曲率。于是，在这些前后的程序块与在这些程序块之间插入的曲线的接续点，方向、曲率变得连续的条件由下述（2）式给出。

$\begin{array}{ccc}{f}_1\left(0\right)=p_s,& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_1\left(t\right){|}_{t=0}=v_s,& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_1\left(t\right){|}_{t=0}=a_s\\ f_k\left(1\right)=p_e,& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_k\left(t\right){|}_{t=1}=v_e,& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_k\left(t\right){|}_{t=1}=a_e\end{array}...\left(2\right)$

图1表示在由终点为P₀的直线程序块和始点为P_k的直线程序块形成的拐角部插入k条多项式曲线的例子。在图1中，f₁(t)～f_k(t)表示插入的各曲线，P₀、P₁、…P_k-1、P_k表示各曲线的端点，p_s、v_s、a_s分别表示在点P₀（插入的第一曲线f₁(t)的直线程序块侧的一方的端点）的位置、方向、曲率，p_e、v_e、a_e分别表示在点P_k（插入的第k曲线f_k(t)的直线程序块侧的一方的端点）的位置、方向、曲率。

当设插入的曲线为k条，是n次的多项式时，制约条件为3(k+1)个，未知数为k(n+1)个。即，从表示3个制约条件的上述（1）式为3(k-1)个，从表示6个制约条件的上述（2）式为6个，总共为3(k+1)个制约条件，如图1所示，示出了表示3次多项式曲线的f₁(t)～f_k(t)的未知数的系数为（a_1,n、a_1,n-1、...、a_1,1、a_1,0）、（a_2,n、a_2,n-1、...、a_2,1、a_2,0）、...、（a_k,n、a_k,n-1、...、a_k,1、a_k,0）的k(n+1)个。

当未知数与制约条件相等或者比制约条件多时，至少存在一个满足上述条件的曲线。当求出制约条件的数目与未知数的数目为相等的n、k时，可得到两种情况，（1）k=1，n=5；（2）k=3，n=3。其中，在日本特开平9-190211号公报中揭示上述（1）的情况。在本发明中，采用了在n=3的情况下，若使k=3则制约条件的数目与未知数的数目变得相等的情况（即，上述（2）的情况）。由此，在本发明中，在拐角部插入了3条（k=3）3次（n=3）多项式曲线。在这种情况下，上述（1）式，成为下述（3）式，且上述（2）式成为下述（4）式。

$\begin{array}{ccc}{f}_1\left(1\right)=f_2\left(0\right),& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_1\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_2\left(t\right){|}_{t=0},& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_1\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_2\left(t\right){|}_{t=0}\\ f_2\left(1\right)=f_3\left(0\right),& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_2\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_3\left(t\right){|}_{t=0},& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_2\left(t\right){|}_{t=1}=\frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_3\left(t\right){|}_{t=0}\end{array}$

........(3)

$\begin{array}{ccc}{f}_1\left(0\right)=p_s,& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_1\left(t\right){|}_{t=0}=v_s,& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_1\left(t\right){|}_{t=0}=a_s\\ f_3\left(1\right)=p_e,& \frac{d}{\mathrm{dt}}{f}_3\left(t\right){|}_{t=1}=v_e,& \frac{d^2}{{\mathrm{dt}}^2}{f}_3\left(t\right){|}_{t=1}=a_e\end{array}...\left(4\right)$

此时的f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)成为下（5）式。

f₁(t)=a_1.3t³+a_1.2t²+a_1.1t+a_1.0

f₂(t)=a_2.3t³+a_2.2t²+a_2.1t+a_2.0

f₃(t)=a_3.3t³+a_3.2t²+a_3.1t+a_3.0...(5)

这里，在形成插入曲线的拐角部的前后程序块都为直线程序块，且形成该拐角部的直线程序块足够长的情况下，考虑向该拐角部插入3条3次多项式曲线。

当使从插入曲线的拐角部的顶点（前后直线程序块交叉的位置）直到曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离均为同一值d时，通过调整该d值，以使曲线与指令路径的误差e为允许误差l以下。

图2中表示了在图1中设n=3、k=3，且从插入曲线的拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离均为同一值d的情况。

通过模拟可知，在前后的程序块之间插入的曲线的两端的一次微分矢量（图1中的v_s、v_e）的大小由下述（6）式给出。这里，使v_s的大小和v_e的大小均为同一值|v|。

$\left|v\right|=\frac{24}{23}(d-\frac{l}{\cos \frac{\mathrm{\θ}}{2}})\·\·\·\left(6\right)$

此外，通过模拟可知，使曲线的路径在允许误差以内，同时使拐角部的曲率、曲率变化尽量减小的曲线的拐角角度θ以及从拐角部的顶点直至曲线两端的距离d相对于允许误差l的比即d/l，存在下述表1所示的关系。

表1

θ	d/l
		15°	1.32322
30°	1.64481
		45°	1.98257
60°	2.35809
		75°	2.80097
90°	3.35671
		105°	4.10374
120°	5.19551
		135°	6.98659
150°	10.5364
		165°	21.1354

据此，当赋予拐角的角度θ和允许误差时l，根据上表1求出d，因此，将这些θ、l、d代入上述（6）式中，能够求出在拐角部插入的曲线的一端以及另一端的一次微分矢量的大小|v|。此外，根据从拐角部的顶点直至曲线的开始位置（以及结束位置）的距离d和指令路径，能够求出点P₀（拐角部之前耳朵直线程序块的终点）和P_k（拐角部之后的直线程序块的始点）的位置ps、pe。此外，根据|v|和指令路径，能够求出在点P₀、P_k的方向v_s、v_e。此外，由于拐角部的前后程序块为直线程序块（曲率为0），因此，a_s=a_e=0。根据上述内容，可确定上述（4）式。并且，如果将（3）式和（4）式作为制约条件求解，则能够求出在拐角部插入的3个曲线f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。

[实施方式2]

在插入曲线的拐角部的前后程序块为直线程序块，且形成该拐角部的直线程序块不是足够长的情况下，无法确保通过以上的表1赋予的距离d。在这种情况下，如果设能够确保的最大距离为d_l，则通过模拟可知，在前后程序块之间插入的曲线的两端的一次微分矢量v_s、v_e的大小|v|与d_l之间存在下述表2所示的比例关系。因此，如果赋予θ和d_l，则能求出|v|。以下省略了与实施方式1相同的说明。

表2

θ	|v|/dl
		15°	0.248086
30°	0.386692
		45°	0.473786
60°	0.532511
		75°	0.573899
90°	0.603851
		105°	0.625786
120°	0.641793
		135°	0.653196
150°	0.660836
		165°	0.665231

[实施方式3]

在插入曲线的拐角部的前后的至少某一方的程序块不是直线程序块的情况下，即，形成拐角部的程序块是圆弧程序块、曲线程序块等直线程序块以外的情况下，按照以下来进行。

（1）选择任意的点作为曲线的开始点（P₀）、结束点（P_k=P₃）。

（2）求出以开始点P₀和结束点P₃的距离的α倍（=α|P₀-P₃|）为长度的方向v_s、v_e，并求出曲率a_s、a_e。此外，该v_s、v_e具有通过（4）式求出的v_s、v_e的方向，虽然是设长度为α|P₀-P₃|的矢量，但是为了方便，使用同样的标记v_s、v_e。

（3）求出3条3次多项式曲线f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。（由于是与实施方式1同样的方法，所以省略了说明）

（4）将上述α的值进行几次变更来重复上述（2）、（3），求出这些中使曲率的最大值为最小的f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。

[实施方式4]

机床中存在具有2个直线轴以及控制对于工件（被加工物）的刀具方向的2个旋转轴的5轴机床。在该5轴机床中，存在刀具头通过2个旋转轴旋转的刀具头旋转型5轴机床、工作台通过2个旋转轴旋转的工作台旋转型5轴机床、刀具头通过1个旋转轴旋转，工作台通过1个旋转轴旋转的混合型5轴机床。在5轴机床中工件上的刀具前端点的路径通过加工程序指令的情况下，对于刀具前端点的路径插入3条3次多项式曲线，以使曲线与指令路径的误差e成为允许误差l以下。图4表示在刀具头旋转型5轴机床中插入3条3次多项式曲线进行加工的样子。

数值例1

图5表示在2维平面上的直线程序块之间插入3条3次曲线的例子。

在该数值例中，使2个直线程序块所成的角度θ为120°，使在拐角的允许误差l为1.0mm。此外，使上述2个直线程序块足够长。

根据表1，从拐角部的顶点O直至插入的曲线的开始点的距离d为5.19551mm。此外，以拐角部的顶点为原点时，插入的3条曲线式表示为与参数t对应的曲线上的X、Y坐标时，成为下述（7）式。

f₁(t)=(-0.0905t³+3.33t-5.2，0.269t³)

f₂(t)=(-0.0969t³-0.271t²+3.06t-1.95，-0.0560t³+0.806t²+0.806t+0.269)

f₃(t)=(0.187t³-0.562t²+2.23t+0.743，-0.213t³+0.638t²+2.25t+1.82)

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。              ……（7）

这时，曲线与指令路径的误差e为1.0（mm）。

数值例2

图6表示在实施方式1中在形成拐角部的2个直线程序块内，至少一个的程序块长度短，无法插入在实施方式1中求出的曲线时，插入曲线的例子。在该例中，使2个直线程序块所成的角度为120°，使在拐角的允许误差l为1.0（mm）。此外，使2个直线程序块内距离短的程序块的程序块长度（d_l）为3.0（mm）。从拐角部的顶点O直至插入的曲线的开始点的距离为3.0（mm）。这时，根据上表2在曲线两端的方向矢量的大小为3.0×0.641793=1.925379。此外，在以拐角部的顶点为原点时，插入的3条曲线式为下述（8）式。

f₁(t)=(-0.0522t³+1.93t-3，0.155t³)

f₂(t)=(-0.0560t³-0.157t²+1.77t-1.13，-0.0323t³+0.465t²+0.465t+0.155)

f₃(t)=(0.108t³-0.325t²+1.29t+0.429，-0.123t³+0.368t²+1.30t+1.05)

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。                   ……（8）

这时，曲线与指令路径的误差e为0.577（mm）。与上述数值例1的情况相比误差e足够小，这是因为d_l（=3.0）与实施方式1的d（=5.19551）相比足够小。

数值例3

图7表示在2维平面上的直线程序块与圆弧程序块的连接部插入3条3次曲线的例子。在该例中，使直线程序块与圆弧程序块在其方向上为连续地连接。直线程序块、圆弧程序块的程序块长度足够长，圆弧程序块的半径为50.0（mm），在拐角的允许误差l为1.0（mm）。

根据以上条件，当在保持误差的基础上，求出曲率的最大值变小的3次曲线时，得到由下述（9）式表示的结果。

f₁(t)=(-2.99t³+43.0t-22.0，4.23t³)

f₂(t)=(-0.167t³-8.97t²+34.0t+18.0，-4.36t³+12.7t²+12.7t+4.23)

f₃(t)=(1.14³-9.47t²+15.5t+42.8，0.126t³-0.377t²+25.0t+25.3)

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。               ……（9）

这时，从拐角部的顶点O直至插入的曲线的始点、终点的距离分别为22.0mm、70.7mm，此外，曲线与指令路径的误差e为0.961mm。

数值例4

图8表示在2维平面上的2个3次曲线程序块之间插入3条3次曲线的例子。在该例中，考虑在下述（10）式表示的2个3次曲线S₁、S₂形成的拐角部插入曲线。

S₁:(10t³-30t²+70t-50，5t³+5t²-5t-5)

$S_2:(-{5t}^3-{20t}^2+5t,-\frac{20}{3}{t}^3+\frac{10}{3}{t}^2-10t)$

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。              ……（10）

此外，使在拐角的允许误差l为1.0（mm）。根据以上条件，当在保持误差的基础上，求出曲率的最大值变小的3次曲线时，得到由下述（11）式表示的结果。

f₁(t)=(-0.0748t³-0.00340t²+1.74t-2.40，-0.402t³+0.0361t²+0.768t-1.13)

f₂(t)=(-0.504t³+0.228t²+1.51t-0.737，0.258t³-1.17t²-0.368t-0.728)

f₃(t)=(0.0558t³-1.74t²-0.456t+0.0435，0.0250t³-0.398t²-1.94t-2.01)

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。                 ……（11）

这时，从拐角部的顶点O直至插入的曲线的始点、终点的距离分别为2.65（mm）、4.80（mm），此外，曲线与指令路径的误差e为0.957（mm）。

数值例5

图9表示直线程序块与圆弧程序块在3维空间上连接的例子。在该例中，使直线程序块在Z轴方向移动，圆弧程序块在XY平面上移动。使直线程序块、圆弧程序块的程序块长度足够长，圆弧程序块的半径为50.0（mm），在拐角的允许误差l为1.0（mm）。

根据以上条件，当在保持误差的基础上，求出曲率的最大值变小的3次曲线时，得到由下述（12）式表示的结果。

$f_1\left(t\right)=\left(\begin{array}{c}0.195t^3\\ 0.000127t^3\\ -0.00204t^3-1.29t+2.6\end{array}\right)$

$f_2\left(t\right)=\left(\begin{array}{c}{-0.0621t}^3+{0.586t}^2+0.586t+0.195\\ {0.0139t}^3+{0.000380t}^2+0.000380t+0.000127\\ {0.220t}^3-{0.00613t}^2-1.30t+1.30\end{array}\right)$

$f_3\left(t\right)=\left(\begin{array}{c}{-0.134t}^3+{0.399t}^2+1.570t+1.30\\ -{0.00112t}^3+{0.0421t}^2+0.0429t+0.0148\\ -{0.218t}^3-{0.653t}^2-0.653t+0.218\end{array}\right)$

其中，各曲线在0≤t≤1的范围内进行定义。             ……（12）

这时，从拐角部的顶点O直至插入的曲线的始点、终点的距离分别为2.60（mm）、3.14（mm），此外，曲线与指令路径的误差e为0.924（mm）。

[功能框图]

图10是说明本发明的实施方式的数值控制装置的功能框图。

指令解析部1对加工程序进行解析，并转换为执行形式。插补前加减速部2进行对于加工路径的切线方向速度的速度控制。插补处理部3进行插补处理，向各轴输出移动指令。各轴用插补后加减速部4X、4Y、4Z对移动指令进行插补后加减速处理，并根据处理后的各轴移动指令来对各轴伺服器5X、5Y、5Z进行驱动控制。这里，以3轴为例进行说明。本发明具有属于指令解析部1的拐角多曲线插入部6，插入曲线程序块，以使加工程序的指令路径的方向、曲率变得连续。

[拐角多曲线插入部的处理的流程]

使用图11来说明在图10所示的数值控制装置中执行的拐角多曲线插入部的处理的流程。以下，按照各步骤来说明。

[步骤SA01]判断是否是由2个直线程序块形成的拐角部，在是拐角部（是）的情况下，向步骤SA02转移；在不是拐角部（否）的情况下，向步骤SA06转移。

[步骤SA02]求出程序块间形成的角θ。

[步骤SA03]插入允许误差以内的3次多项式曲线。根据θ、l和表1求出d，根据（6）式求出|v|，将（3）式和（4）式作为制约条件求出d、f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。

[步骤SA04]判断d是否比拐角前后的程序块长度大，在大（是）时，向步骤SA05转移，在不大（否）时，结束处理。

[步骤SA05]插入限定了从拐角顶点直至曲线两端的距离的3次多项式曲线。根据θ、d_l和表2求出|v|，将（3）式和（4）式作为制约条件求出f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)，结束该处理。

[步骤SA06]选择曲线的开始点（P₀）、结束点（P₃）。

[步骤SA07]插入使方向和曲率连续的3次多项式曲线。详细来说，

（1）求出以P₀和P₃的距离的α倍（=α|P₀-P₃|）为长度的方向v_s、v_e，并且，求取与此对应的a_s、a_e。

（2）求出3条3次多项式曲线f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。

（3）将α进行几次变更来重复上述（2）、（3），并求出这些中使曲率的最大值为最小的f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)。

并且，向步骤SA08转移。

[步骤SA08]判断插入的曲线是否是允许误差以内，在允许误差以内（是）的情况下，结束该处理；在不是允许误差以内（否）的情况下，向步骤SA09转移。

[步骤SA09]使曲线的开始点（P₀）和结束点（P₃）靠近拐角部的顶点，返回步骤SA07，继续该处理。

Claims (5)

1.一种数值控制装置，其根据由多个程序块构成的加工程序来对加工工件的机床进行控制，所述数值控制装置的特征在于，

具有拐角多曲线插入部，其在所述加工程序中连续的2个程序块之间的方向或者曲率不连续的情况下，在所述2个程序块之间插入位置、方向以及曲率连续的，并且与所述2个程序块之间的距离在指定的允许误差以内的3条3次多项式曲线。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

关于所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的程序块为直线程序块，并且形成拐角部的直线程序块足够长的情况下，

把从所述拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离都设为同一值d，此外，将在该曲线一端和另一端的一次微分矢量都设为同一值|v|，此外，将该拐角部的角度设为θ，将所述拐角部的允许误差设为l，

根据预先求出的θ、d和l的关系求出d和|v|，由此求出所述3条3次多项式曲线，以便在所述3条3次多项式曲线中曲率和曲率变化变小。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

关于所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的程序块为直线程序块，并且形成拐角部的直线程序块不是足够长的情况下，

把从所述拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离以及从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的能够确保的最大距离都设为同一值d_l，此外，将在该曲线一端和另一端的一次微分矢量都设为同一值|v|，并且将该拐角部的角度设为θ，

根据预先求出的θ和d_l的关系求出|v|，由此求出所述3条3次多项式曲线，以便在所述3条3次多项式曲线中曲率和曲率变化变小。

4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述3条3次多项式曲线，在插入曲线的拐角部的前后的至少哪一个程序块不是直线程序块的情况下，通过试行求出从拐角部的顶点直至曲线的开始位置的距离和从拐角部的顶点直至曲线的结束位置的距离、在曲线两端的一次微分矢量。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，

在具有3个直线轴和控制对于工件的刀具方向的2个旋转轴的5轴机床中，在所述工件上的刀具前端点的路径通过加工程序指令的情况下，对于所述刀具前端点的路径插入3条3次多项式曲线。

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