CN103728916B - 具备伺服轴的反转位置的显示功能的刀具轨迹显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够在刀具轨迹上显示伺服轴的速度的反转位置的刀具轨迹显示装置。该刀具轨迹显示装置具备：位置信息取得部和速度信息取得部，其从数值控制装置分别取得至少一个伺服轴的位置信息和速度信息；刀具坐标计算部，其根据所取得的伺服轴的位置信息和机床的机械结构的各部的尺寸等信息来计算机床的刀具的前端点的坐标值；反转位置计算部，其根据所取得的伺服轴的速度信息和刀具前端点的坐标值来计算刀具前端点的速度的极性进行反转的反转位置；显示部，其根据刀具前端点的坐标值显示刀具前端点的轨迹，并且在该轨迹上显示伺服轴的反转位置。

Description

具备伺服轴的反转位置的显示功能的刀具轨迹显示装置

技术领域

本发明涉及一种具备显示伺服轴的反转位置的功能的刀具轨迹显示装置。

背景技术

一般，在通过多个伺服轴的内插动作来进行加工的机床中，在各伺服轴的极性（符号）反转的反转位置，指令形状和加工形状之间的形状误差大的情况很多。作为其原因，可以列举机械的松动（例如滚珠螺杆的齿隙）、摩擦的方向变化造成的伺服的响应性延迟，但通过进行各轴的位置和加速度的修正、进而增益调整等的伺服调整，能够减小形状误差。

例如，在特开2004-021954号公报中，公开了以下的方法，即将按照X、Y、Z的3轴微小线段对加工物进行加工的NC数据的刀具轨迹显示为微小线段或微小线段的端点的集合，更具体地说，通过判定与特定轴对应的各微小线段的斜率（正负或0），根据其结果来变更微小线段的显示属性而显示刀具轨迹，能够容易地判别刀具轨迹的凹凸等。

另外，在特开2011-170584号公报中，记载了一种数值控制装置，其通过根据多个驱动轴分别在各时刻的坐标值来计算刀具中心点的坐标，求出将该刀具中心点和实际加工点连接起来的刀具直径修正矢量，从而计算出实际加工点的坐标并显示其轨迹。

以前，在只由直线轴构成的机床的情况下，容易进行各伺服轴的反转位置和加工形状的对应，但在包含旋转轴的5轴加工机等的情况下，各伺服轴的反转位置和加工形状的对应并不容易。因此，无法正确地区别形状误差是由于伺服轴的反转动作造成的、还是由于其他原因造成的，从而难以进行适当的伺服调整。

例如，在特开2004-021954号公报中，根据由CAD/CAM生成的NC数据而显示刀具轨迹，并不显示NC的指令轨迹和刀具前端点的实际轨迹，因此可以理解为无法进行适当的伺服调整。另外，在包含旋转轴的2轴以上的结构的情况下，为了通过X、Y、Z的直线3轴的坐标系表示刀具前端点的坐标，需要进行坐标变换。坐标变换后的X、Y、Z的成分分别与多个变量有关，因此无法根据与X、Y、Z的特定的轴对应的3轴微小线段的斜率来了解各轴的反转位置。

另外，在特开2011-170584号公报中，通过考虑刀具直径修正向量而能够显示实际加工点的轨迹，但并不在刀具轨迹上显示各轴的反转位置。因此，难以正确地区别形状误差是由于伺服轴的极性的变化造成的、还是由于其他原因造成的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种刀具轨迹显示装置，其能够在刀具轨迹上显示伺服轴的速度的反转位置。

为了达到上述目的，本申请发明提供一种刀具轨迹显示装置，其显示具备包含由数值控制装置控制的至少一个旋转轴的多个伺服轴的机床的刀具前端点的轨迹，还具备：位置信息取得部，其取得至少一个上述伺服轴的位置信息；速度信息取得部，其取得上述伺服轴的速度信息；刀具坐标计算部，其根据上述伺服轴的上述位置信息和上述机床的机械结构的信息来计算出刀具前端点的坐标值；反转位置计算部，其根据上述伺服轴的上述速度信息和上述刀具前端点的坐标值来计算出至少一个伺服轴的速度的极性进行变化的反转位置；显示部，其根据上述刀具前端点的坐标值显示刀具前端点的轨迹，并且在上述刀具前端点的轨迹上显示上述伺服轴的上述反转位置。

在优选的实施方式中，上述显示部在上述刀具前端点的轨迹上同时显示多个伺服轴的反转位置。

在优选的实施方式中，上述显示部用形状相互不同的标记显示伺服轴的速度的极性从正向负变化的反转位置、从负向正变化的反转位置。

在优选的实施方式中，上述显示部根据伺服轴的速度的极性来变更上述刀具前端点的轨迹的显示属性。

在优选的实施方式中，上述显示部显示指示上述反转位置的箭头、记号或文字。

附图说明

通过参照附图说明以下的优选的实施方式来进一步了解本发明的上述或其他目的、特征和优点。

图1是表示包含本发明的实施方式的刀具轨迹显示装置的系统结构例子的框图。

图2是本发明能够应用的机床的一个例子的5轴加工机的外观立体图。

图3是表示本发明的刀具轨迹显示装置的处理的一个例子的流程图。

图4是表示刀具前端点的轨迹和轴速度之间的关系的图。

图5是表示在轨迹上同时显示多个伺服轴的反转位置的例子的图。

图6是表示在伺服轴的速度的极性从正向负反转的反转位置、从负向正反转的反转位置来改变标记的形状的例子的图。

图7是表示根据伺服轴的速度的极性变更刀具前端点的轨迹的显示属性的例子的图。

图8是表示用标记、箭头和文字强调地显示伺服轴的速度的反转位置的例子的图。

具体实施方式

图1是表示包含本发明的实施方式的刀具轨迹显示装置的系统结构例子的图。机床（机构部）10具有包含至少一个旋转轴的多个（在图示例子中是5个）伺服轴（驱动轴）12，伺服轴12分别根据预先决定的位置指令被数值控制装置（CNC）14控制。刀具轨迹显示装置16具备：位置信息取得部18和速度信息取得部20，其分别从数值控制装置14取得至少一个伺服轴12的位置信息和速度信息；刀具坐标计算部22，其根据所取得的伺服轴12的位置信息和机床10的机械结构的各部的尺寸等信息来计算机床的刀具的前端点（刀具前端点）的坐标值；反转位置计算部24，其根据所取得的伺服轴12的速度信息和刀具前端点的坐标值来计算刀具前端点的速度的极性（符号）进行反转的反转位置；显示部26，其根据刀具前端点的坐标值显示刀具前端点的轨迹，并且在该轨迹上显示伺服轴12的反转位置。

此外，位置信息取得部18和速度信息取得部20可以分别从数值控制装置14取得位置信息和速度信息，但也可以测定各伺服轴12的位置和速度的编码器等位置检测器和速度检测器（未图示）来取得。另外，速度信息取得部20也可以使用位置信息取得部18所取得的位置信息来计算出的信息作为速度信息。

图2是作为本发明能够应用的机床的一个例子而概要图示5轴加工机30的图。5轴加工机30是具有相互垂直的3个直线轴（X轴、Y轴和Z轴）、相互垂直的2个旋转轴（A轴和B轴）的刀具头旋转型的加工机，其结构为通过刀具32对工作台34上的工件（未图示）进行加工。

接着，参照图3的流程图，说明使用了图2的5轴加工机30的情况下的刀具轨迹显示装置16的处理/作用。首先，在步骤S1中，位置信息取得部18从控制多个伺服轴12的数值控制装置14取得各伺服轴的位置信息。在该位置信息中，包含从数值控制装置14向各伺服轴12发送的位置指令、以及依照该位置指令驱动的各伺服轴12的实际位置。

接着，在步骤S2中，速度信息取得部从数值控制装置14取得各伺服轴12的速度信息。在该速度信息中，包含从数值控制装置14向各伺服轴12发送的速度指令、依照该速度指令驱动的各伺服轴12的实际速度、以及根据各伺服轴12的位置信息计算出的速度。

接着，在步骤S3中，刀具坐标计算部22根据位置信息和机床的机械结构的信息来计算出刀具前端点的坐标。例如，在图2所示的5轴加工机30的情况下，如果将时刻t的X、Y、Z、A和B的5轴的坐标分别设为x（t）、y（t）、z（t）、a（t）、b（t），将成为2个旋转轴（A、B）各自的旋转中心的2个轴线的交点设为M，则如果考虑到在被加工物上固定的坐标系而适当地设定原点，则点M的坐标为（x（t）、y（t）、z（t））。

在此，如果将从M到刀具前端点的长度设为L，将刀具朝向正下的位置设为A、B轴的基准位置（原点），则根据以下的公式计算刀具前端点的坐标（PosX、PosY、PosZ）。

PosX=x（t）+L×cos（a（t））×sin（b（t））

PosY=y（t）+L×sin（a（t））

PosZ=z（t）-L×cos（a（t））×cos（b（t））

接着，在步骤S4中，反转位置计算部24计算伺服轴12的极性（速度的符号）进行反转时的刀具前端点的位置。在此，极性反转的位置（反转位置）是指如图4所示例的轨迹36上的位置38那样，各轴的速度进行正（+）→0→负（-）的变化、或负（-）→0→正（+）的变化的位置。

最后，在步骤S5中，显示部26根据刀具前端点的坐标值显示刀具前端点的轨迹，并且在该轨迹上显示伺服轴的反转位置。在图4的例子中，在刀具前端点的轨迹36上，用大致圆形的标记显示A轴的速度从正反转到负的反转位置38。

以下，参照图5～图8说明显示部26所显示的轨迹和反转位置的各种形态。首先，图5是表示在刀具前端点的轨迹上同时显示多个伺服轴的反转位置的例子的图。在图5的例子中，在刀具前端点的轨迹40上显示X轴的速度的反转位置42和B轴的反转位置44，为了容易识别是哪一个轴的反转位置而对每个轴改变并显示表示反转位置的标记的形状。进而，在图5的例子中，考虑到在通常的加工中刀具由于往返运动等逐渐切入到被加工物的情况，也表示出刀具前端点的轨迹慢慢地偏移的状态。这样，在被加工物的最终加工形状产生误差的情况下，能够通过视觉容易地确认主要在哪一个伺服轴的反转时产生该误差。

图6是表示以能够识别伺服轴的速度的极性从正向负反转的反转位置、从负向正反转的反转位置的方式使表示两个反转位置的标记的形状不同的例子的图。具体地说，在图6所示的刀具前端点的轨迹46中，用圆形的标记48表示伺服轴的速度的极性从正向负反转的反转位置，用矩形的标记50表示从负向正反转的反转位置。这样，例如在重力轴的情况下，能够容易地确认是从上升转到下降还是相反，因此能够评价对被加工物的形状误差造成的重力的影响。

图7表示根据伺服轴的速度的极性（即在反转位置的前后）变更了刀具前端点的轨迹的显示属性的例子，图7（a）表示变更了线种类的例子，图7（b）表示变更了线的粗细的例子。具体地说，在图7（a）中，用实线52表示某伺服轴的速度为负，用虚线54表示速度为正，在图7（b）中，用粗线56表示某伺服轴的速度为负，用细线58表示速度为正。这样，能够容易地识别轴速度的反转位置。

此外，虽然没有图示，但作为变更显示属性的其他例子，也能够根据伺服轴的速度的正负来变更轨迹的显示颜色。例如，当轴速度为负时用红色显示刀具前端点的轨迹，当轴速度为正时用蓝色显示刀具前端点的轨迹，从而能够容易地识别轴速度的反转位置。

图8表示强调地显示伺服轴的速度的反转位置的例子。具体地说，图8（a）表示用圆形和矩形的标记62显示轨迹60上的反转位置的例子，图8（b）表示用箭头64指示反转位置的例子，图8（c）表示代替箭头、或与箭头一起用记号和文字66显示反转位置的例子。任何一种形式都能够容易地识别轴速度的反转位置。

此外，也可以对图5～图8所示的实施方式进行适当组合。例如，也可以边用标记和箭头表示反转位置，边根据速度的极性来变更轨迹的显示属性（显示颜色、线种类等）。

根据本发明的刀具轨迹显示装置，例如在被加工物中当加工后的形状误差大的部位和某轴的反转位置之间有相关性的情况下，通过对该轴的齿隙（机械的松动）和反转延迟进行修正的调整等，能够改善加工精度。在只由直线轴构成的加工机的情况下，各伺服轴的反转位置和加工形状的对应比较容易，但在如本实施方式的5轴加工机那样的包含旋转轴并且轴数多的加工机中，难以进行各伺服轴的反转位置和加工形状的关联。根据本发明，在这样的情况下，也能够容易地确定需要调整的伺服轴。

根据本发明，根据各伺服轴的速度信息，在刀具轨迹上显示各伺服轴的速度波形的极性进行变化的反转位置，由此刀具轨迹上的位置和各伺服轴的反转位置的关联变得容易，能够有效地进行伺服调整。

通过在上述刀具前端点的轨迹上同时显示多个伺服轴的反转位置，能够通过视觉容易地把握刀具轨迹的误差的主要原因是由于哪一个伺服轴。

通过用形状相互不同的标记显示伺服轴的速度的极性从正向负变化的反转位置、从负向正变化的反转位置，能够更正确地把握伺服轴的动作。

通过适当地变更刀具轨迹的显示属性，或用箭头和文字指示反转位置，能够更容易地视觉确认反转位置。

Claims (4)

1.一种刀具轨迹显示装置，其将机床的刀具前端点的轨迹进行显示，该机床具备包含由数值控制装置控制的至少一个旋转轴的多个伺服轴，其特征在于，上述刀具轨迹显示装置具备：

位置信息取得部，其从测定上述伺服轴的位置的位置检测器取得至少一个上述伺服轴的位置信息；

速度信息取得部，其使用上述位置信息取得部取得到的位置信息来计算上述伺服轴的速度信息，或者从测定上述伺服轴的速度的速度检测器取得上述伺服轴的速度信息；

刀具坐标计算部，其根据上述伺服轴的上述位置信息和上述机床的机械结构的信息来计算刀具前端点的坐标值；

反转位置计算部，其根据上述伺服轴的上述速度信息和上述刀具前端点的坐标值来计算至少一个伺服轴的速度的极性变化的反转位置；以及

显示部，其根据上述刀具前端点的坐标值显示刀具前端点的轨迹，并且在上述刀具前端点的轨迹上显示上述伺服轴的上述反转位置，

上述多个伺服轴包含重力轴，上述显示部以相互不同的标记显示伺服轴的速度的极性从正向负变化的反转位置、以及从负向正变化的反转位置。

2.根据权利要求1所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示部在上述刀具前端点的轨迹上同时显示多个伺服轴的反转位置。

3.根据权利要求1或2所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示部根据伺服轴的速度的极性来变更上述刀具前端点的轨迹的显示属性。

4.根据权利要求1或2所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示部显示指示上述反转位置的箭头、记号或文字。