CN105446270B - 机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的控制装置依照加工程序使安装在主轴上的工具旋转而控制切削工件的机床。控制装置在执行加工程序且工具切入工件时，确定该工具最初与工件接触的位置、该工具切入工件时的加工方向，向加工程序插入将工具最初与工件接触的位置设为终点的滚入路径指令。

Description

机床的控制装置

技术领域

本发明涉及一种使用了机床的切削加工中的加工路径的控制，特别涉及能够通过简单的操作自动地生成被称为滚入(roll in)的切入时的加工路径而置换为加工程序内的切入部分的加工路径的机床的控制装置。

背景技术

在使用机床进行铣刀加工、槽加工等在与主轴正交的方向进行切削加工(铣加工，参照图8)的情况下，存在切削开始后的振动大而降低工具寿命的问题。

如图8所示，铣加工用的切削工具2通常由多个刃3形成，但如果针对其中一个刃观察其切削动作，则由于主轴的旋转运动(主轴旋转方向M)和向与主轴的正交的轴的方向的移动Q，刃3对着工件4生成切屑。

切削工具2的刃3在对着工件4后，由于主轴的旋转运动而向工件4的外侧脱出，但同时也进行与主轴正交的轴的移动Q，因此铣加工成立。在切削工具2直线地切入工件4时，到切入到该切削工具2的半径量(工具直径D的一半)的距离为止，切削工具2从工件4脱出时的切屑的厚度变厚。切削工具2，在开始向工件4切入后从工件4脱出时的切削的厚度厚，因此从工件4脱出时的振动变大，存在工具寿命降低的问题。

为了解决该问题，一般已知使用图9所示那样被称为滚入的切入时的加工路径的方法。滚入是指以下的工具路径，即在铣加工时切削工具2切入工件4时，在到切入该切削工具2的半径量的距离(工具直径D的一半的距离)为止的期间，一边描绘圆弧8一边进入工件4，使得切屑排出位置7成为与工件4的端面6和加工槽宽度线5相交的地方接近的位置。根据该工具路径，切削工具2能够保持从工件4脱出时的切屑厚度薄地切入到工件4中，因此可以说是对赋予切削工具2的负荷少的机械有利的加工路径。

但是，在已经输入到控制机床的控制装置上的加工程序、或生成加工程序时，计算用于进行滚入的加工开始位置并将描绘圆弧的切入开始路径反映到上述生成时的加工程序非常麻烦，因此在市场上几乎没有普及使用被称为滚入的切入部分的加工路径的加工方法自身。

另一方面，例如在日本特开2004-252839号公报中公开了在机床中防止工具的破损的技术。该技术用于检测对使工具旋转的主轴、工具进给轴施加的负荷，根据该检测负荷的大小来防止工具的破损。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供一种机床的控制装置，其能够通过简单的操作自动地生成被称为滚入的切入时的加工路径，并置换为加工程序内的切入部分的加工路径。

本发明的机床的控制装置控制机床，该机床具备主轴、使工件在与上述主轴正交的方向上相对移动的至少2个进给轴，依照加工程序，使安装在上述主轴上的工具旋转并切削上述工件。

本发明的机床控制装置的第一形式具备：位置方向确定单元，其在执行上述加工程序，在上述工具切入上述工件时，确定上述工具最初与上述工件接触的位置、上述工具切入上述工件时的加工方向；移动路径修正单元，其向上述加工程序插入滚入路径指令，该滚入路径指令将通过上述位置方向确定单元确定的上述工具最初与上述工件接触的位置为终点。

本发明的机床的控制装置的第二形式具备：切削负荷值存储单元，其在执行上述加工程序的切削指令的过程中，在每个预定时间存储切削负荷值；加工信息存储单元，其在每个预定时间存储包含各轴的坐标值的切削中的加工信息。；切削结束位置存储单元，其除了存储预先确定的工具直径以外，还存储通过上述切削负荷值存储单元存储的切削负荷值超过预先确定的阈值时的各轴的坐标值作为切削结束位置；移动路径修正单元，其在上述加工程序的切削开始的切削指令程序块之前插入将上述切削结束位置设为终点的预先设定的曲率半径的圆弧插值指令，并且插入连接从该切削指令程序块的起点到上述圆弧插值指令的起点的线性插值指令。

上述机床的控制装置还可以具备：中断单元，其在通过上述切削结束位置存储单元存储了切削结束位置时，中断上述加工程序的执行。

根据本发明，能够提供一种机床的控制装置，其能够通过简单的操作自动地生成被称为滚入的切入时的加工路径，并置换为加工程序内的切入部分的加工路径。

附图说明

根据参照附图的以下实施例的说明能够了解本发明的上述和其他目的和特征。

图1是本发明的机床的控制装置的一个实施方式(数值控制装置)的主要部分框图。

图2是表示确定切削开始位置(工具与工件接触的位置)和加工方向的处理的步骤的流程图。

图3是表示置换切削开始部分的G代码的处理的步骤的流程图。

图4是表示变更前加工程序的切削开始部分的加工路径的图。

图5是表示本发明的方法的变换后的加工程序的切削开始部分的加工路径的图。

图6是表示在图5中XY平面的变更后的切削开始部分的加工路径的图。

图7是表示加工槽的宽度比切削工具的工具直径大的情况下的滚入加工的方法的图。

图8是说明铣加工的图。

图9是说明滚入的加工方法的图。

具体实施方式

使用图1说明本发明的机床的控制装置的一个实施方式(数值控制装置)。

CPU11是整体地控制数值控制装置10的处理器，经由总线19读出存储在ROM12中的系统程序，依照该读出的系统程序控制数值控制装置10的整体。在RAM13中存储暂时的计算数据、显示数据、操作者经由显示器/MDI单元70输入的各种数据。

SRAM存储器14构成为即使数值控制装置10的电源切断也保持存储状态的非易失性存储器。接口15用于与输入加工程序等、各种数据的外部设备(未图示)进行连接。在SRAM存储器14内存储经由接口15读入的加工程序、经由显示器/MDI单元70输入的加工程序等。另外，在ROM12中，预先写入有用于实施生成和编辑加工程序所需要的编辑模式的处理、用于自动运转的处理的各种系统程序。在ROM12中还存储有负荷监视程序。

PMC(可编程设备控制器)16根据内置于数值控制装置10中的时序程序，经由I/O单元17向机床的辅助装置(例如工具更换用的机器手这样的执行元件)输出信号，控制该辅助装置。另外，PMC16接收配备在机床的主体上的操作盘(未图示)的各种开关等的信号，在进行了必要的信号处理后，传送到CPU11。

各轴的轴控制电路30～32接收来自CPU11的各轴的移动指令，向伺服放大器40～42输出各轴的指令。伺服放大器40～42接收该指令，驱动各轴的伺服电动机50～52。各轴的伺服电动机50～52内置位置/速度检测器，向轴控制电路30～32反馈来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号，进行位置/速度的反馈控制。可以根据该位置/速度反馈信号时刻(每个预定周期)取得各进给轴的位置信息。此外，在图1中，省略了位置/速度的反馈。伺服电动机50、51、52驱动机床的X、Y、Z轴。

主轴控制电路60接收主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接收主轴速度信号，使主轴电动机(SM)62依照所指示的转速旋转。通过速度检测器63检测的主轴电动机62的转速被反馈到主轴控制电路60，用于主轴电动机62的速度控制。

在控制主轴电动机62的主轴控制电路60中设置干扰推定观察器，通过该观察器检测对主轴电动机施加的负荷转矩(负荷值)，但也可以不设置观察器，而简单地根据流过主轴电动机62的驱动电流测定对主轴电动机62施加的负荷转矩。进而，也可以特别地追加转矩传感器而测定负荷转矩。

进而，在上述实施方式中，通过测定对主轴电动机(SM)施加的负荷转矩而求出切削负荷(主轴负荷值)，但也可以测定对工具进给轴的X、Y、Z轴的伺服电动机50、51、52施加的负荷转矩并测定切削负荷(进给轴负荷值)。在该情况下，在对工具进给轴的X、Y、Z轴的伺服电动机50、51、52进行驱动控制的轴控制电路30、31、32中组装干扰推定观察器，通过该干扰推定观察器测定对各电动机施加的负荷转矩。

另外，也可以简单地测定各伺服电动机的驱动电流，根据该驱动电流来推定负荷转矩。进而，也可以附加转矩传感器，来测定对各轴的伺服电动机施加的负荷转矩。另外，在测定到对工具进给轴的X、Y、Z轴的伺服电动机50、51、52施加的负荷转矩的情况下，也可以将对各伺服电动机施加的负荷转矩合成而求出合成负荷转矩，将其作为切削负荷转矩。

以上那样的数值控制装置10的结构与现有的数值控制装置的结构相比没有改变，通过该数值控制装置10驱动控制3轴加工机。另外，数值控制装置10的处理器(CPU)100执行以下的软件，即通过简单的操作自动地生成后述的本发明的被称为滚入的切入时的加工路径，并置换为加工程序内的切入部分的加工路径。此外，如果具备使主轴和工件在与主轴正交的方向上相对移动的2个进给轴(例如X轴和Y轴)，则能够进行滚入的加工。

<1>关于切削开始位置(工具与工件接触的位置)和加工方向等的信息取得单元

图2是表示确定切削开始位置(工具与工件接触的位置)和加工方向的处理的步骤的流程图。

在自动地将现有的加工程序的切入部分的加工路径置换为滚入的加工路径时，首先需要取得必要的信息。以下依照各步骤说明取得信息的方法。

[步骤SA01]启动加工程序(PR01)。

[步骤SA02]同时将第一各轴位置(X1、Y1、Z1)以及切削指令代码(G)、主轴负荷值(P)、程序行数(L)、主轴旋转方向(M)存储在控制装置的存储器内。

[步骤SA03]判断是否经过了预先确定的预定的时间(T)，在没有经过的情况下，到经过为止等待，在经过了的情况下前进到步骤SA03。

[步骤SA04]判断所存储的主轴负荷值(P)是否大于预先确定的阈值(P0)，在主轴负荷值(P)不大于阈值(P0)的情况下返回到步骤SA02，但在主轴负荷值(P)大于阈值(P0)的情况下，判断为切削工具与工件接触，前进到步骤SA05。

在此，也可以将主轴负荷值(P)置换为切削工具的前进方向轴的进给轴负荷值。

通过该步骤SA04中的处理，到切削工具与工件接触为止，在每个预先确定的预定的时间(T)，将第一各轴位置(X1、Y1、Z1)以及切削指令代码(G)、主轴负荷值(P)、程序的第L行(L)、主轴旋转方向(M)存储在控制装置的存储器内。

此外，通过向预先确定的阈值(P0)输入只在主轴旋转的无负荷状态下施加的主轴负荷值，能够防止错误检测。

[步骤SA05]将第二各轴位置(X2、Y2、Z2)(作为切削开始位置)存储在控制装置的存储器内。在经过了预先确定的预定的时间(T)后存储第二各轴位置(X2、Y2、Z2)，因此成为与第一各轴位置(X1、Y1、Z1)至少任意一个轴的位置不同的状态。

[步骤SA06]根据已经存储在存储器内的第一各轴位置(X1、Y1、Z1)和第二各轴位置(X2、Y2、Z2)来分配切削工具的前进方向向量(V1、V2、V3)，存储在控制装置的存储器内。

通过执行图2所示的流程图的处理，将生成切入时的滚入的加工路径所需要的信息(切削开始位置和加工方向)存储在机床的控制装置内的存储器中。

<2>关于将切入部分的加工路径置换为进行滚入的加工路径的单元

图3是表示置换切削开始部分的G代码的处理的步骤的流程图。

以下详细说明根据通过图2的流程图的处理取得的信息置换切入部分的加工路径的各个处理。

[步骤SB01]在已经存储在存储器内的切削指令代码(G)是线性插值的情况下前进到下一个步骤SB02，在进行圆弧插值的情况下前进到步骤SB06。

[步骤SB02]在切削指令代码(G)是线性插值的情况下，将加工程序(PR01)复制为变换目标的加工程序(PR02)。此外，为了原样地保持加工程序(PR01)而进行复制，但在也可以将加工程序(PR01)完全置换为加工程序(PR02)的情况(即，没有必要剩下原来的加工程序01的情况)下，不需要进行步骤SB02的处理。

[步骤SB03]使用预先确定的工具直径(D)和安全距离(D0)、存储在存储器内的前进方向向量(V1、V2、V3)、第一各轴位置(X1、Y1、Z1)以及主轴旋转方向(M)，计算切削开始位置(X3、Y3、Z3)、进行滚入的圆弧曲率半径(R)、进行滚入的圆弧方向(r)、圆弧插值结束位置(X4、Y4、Z4)。

作为在与前进方向向量(V1、V2、V3)相反方向的位置从第一各轴位置(X1、Y1、Z1)离开预先确定的安全距离(D0)来计算切削开始位置(X3、Y3、Z3)。

由此，能够求出从工具与工件接触的位置(第一各轴位置)离开预先确定的安全距离(D0)的位置。

通过将进行滚入的圆弧曲率半径(R)设为将预先确定的工具半径(D)的一半的值加上预先确定的安全距离(D0)后得到的值(R＝D/2+D0)，能够描绘以工件端面和切削槽宽度线的交点附近为中心的圆弧(参照图7)。

在此，越是将预先确定的安全距离(D0)设为接近零，则越是能够使工具脱出时的切屑厚度变薄。

进行滚入的方向(r)为与主轴旋转方向(M)相同的方向。如果将进行滚入的方向(r)设为与主轴旋转方向(M)相反的方向，则工具脱出时的切屑厚度反而变厚，因此需要注意。

切削结束位置(X4、Y4、Z4)为从由第一各轴位置(X1、Y1、Z1)离开预先确定的安全距离(D0)的位置向前进方向向量(V1、V2、V3)的方向前进了预先确定的工具直径(D)的一半的值的位置。

由此，能够求出圆弧插值的开始点、结束点、圆弧半径、圆弧插值方向。

[步骤SB04]在变换目标的加工程序(PR02)内，在所存储的程序的第L行(L)的一行之前追加向切削开始位置(X3、Y3、Z3)的轴移动指令。

[步骤SB05]在变换目标的加工程序(PR02)内，在所存储的程序的第L行(L)追加圆弧插值指令，作为圆弧插值参数插入进行滚入的圆弧曲率半径(R)和进行滚入的方向(r)、切削结束位置(X4、Y4、Z4)。在所存储的程序的第L行(L)中剩余原来的线性插值指令，在圆弧插值的下一个进行线性插值直到最初的终点为止。

经过以上的步骤，在变换目标的加工程序(PR02)内生成置换了切入时的加工路径的程序。

[步骤SB06]在切削指令代码(G1)是圆弧插值的情况下，在控制装置上的监视器等中显示“已经对滚入进行了编程”，中断置换处理并结束。

<3>关于变更前和变更后的切削开始部分的加工路径

图4是表示变更前加工程序的切削开始部分的加工路径的图。图5是表示本发明的方法的变换后的加工程序的切削开始部分的加工路径的图。图6是表示在图5中XY平面的变更后的切削开始部分的加工路径的图。

对于在图3的流程图所示的处理中说明的切入部分的加工路径，以下详细说明加工程序变更前(图4)的情况和本发明的加工程序变更后(图5)的情况。

作为例子，将工具直径(D)设为10.0mm，将安全距离(D0)设为0.1mm，将主轴旋转方向(M)设为顺时针方向。

变更前的程序(PR01)如图4所示，将切入部分的加工路径定位为Z方向(1)，成为只是在Y方向上进行切削(2)的单纯的程序，到切削工具与工件接触(在步骤SA04中判别)为止的加工路径成为(2)。

因此，在变更后的程序(PR02)中，在变更前的程序(PR01)中的(2)的一行之前，如图5所示，追加向切削开始位置(X3、Y3、Z3)的轴移动指令(2’)(步骤SB04)。

接着，在变更后的程序(PR02)中，向变更前的程序(PR01)中的(2)的行(参照图4)追加圆弧插值指令，作为圆弧插值参数(3’)插入进行滚入的圆弧曲率半径(R)和进行滚入的圆弧方向(r)、切削结束位置(X4、Y4、Z4)(步骤SB05)。

在变更后的程序(PR02)中原样地剩下变更前的程序(PR01)中的(2)的行(4’)。

图7是表示加工槽的宽度(一个加工槽宽度线5和另一个加工槽宽度线5之间的间隔)比切削工具的工具直径D大的情况下的滚入加工的方法的图。

如图7所示，本发明的滚入的加工方法也能够应用于切削工具2的工具直径D比对工件4加工的加工槽宽度小的情况。在该情况下，首先沿着任意一方的加工槽线5进行加工。在沿着该一个加工槽线5的加工中，能够应用上述滚入的加工路径。

在此，补足说明图2的流程图所示的处理。

在执行加工时，与加工工件并行地执行图2的流程图所示的处理。因此，最初对工件执行的加工为依照变换前的加工程序的加工路径的加工。为了也能够根据变换为包含滚入的加工路径的加工程序来执行该最初执行的加工，也可以在图2的流程图中具备中断单元，使得在通过图2的流程图的处理判断为切削工具与工件接触时(步骤SA04中的判断结果为是的时刻)中断工件的加工。

根据上述的本发明，在进行铣刀加工、槽加工等在与主轴正交的方向进行切削加工的铣加工中，能够使编程自动化，该编程用于将被称为滚入的切入时的加工路径设为圆弧插值，且能够期待在工具寿命的延长中有效。

另外，本发明的控制装置使用现有的加工程序自动地计算滚入的加工路径，因此不需要由机械的操作者特别计算切削开始位置、圆弧曲率半径等，能够消除滚入的加工方法难以普及到市场中的因素的编程的繁琐。

Claims (3)

1.一种控制机床的控制装置，该机床具备主轴、使工件在与上述主轴正交的方向上相对移动的至少2个进给轴，依照加工程序，使安装在上述主轴上的工具旋转并切削上述工件，其特征在于，

该控制机床的控制装置具备：

确定单元，其执行上述加工程序，在上述工具切入上述工件时，检测主轴的切削负荷值，当该切削负荷值大于预先确定的阈值时判断为上述工具与上述工件接触，将此时的各轴的位置确定为上述工具最初与上述工件接触的位置，进而确定上述工具切入上述工件时的加工方向；和

移动路径修正单元，其向上述加工程序插入滚入路径指令，该滚入路径指令将通过上述确定单元确定的上述工具最初与上述工件接触的位置设为终点。

2.根据权利要求1所述的控制机床的控制装置，其特征在于，

上述确定单元具备：

切削负荷值存储单元，其在执行上述加工程序的切削指令的过程中，在每个预定时间存储切削负荷值；

加工信息存储单元，其在每个预定时间存储包含各轴的坐标值的切削中的加工信息；以及

切削结束位置计算单元，其使用通过上述切削负荷值存储单元存储的切削负荷值超过预先决定的阈值时的各轴的坐标值、预先决定的工具直径、以及所述确定的加工方向，来计算切削结束位置，作为上述工具最初与上述工件接触的位置，

上述移动路径修正单元，其在上述加工程序的切削开始的切削指令程序块之前插入将上述切削结束位置设为终点的预先设定的曲率半径的圆弧插值指令作为上述滚入路径指令，并且插入从该切削指令程序块的起点连接上述圆弧插值指令的起点的线性插值指令。

3.根据权利要求2所述的控制机床的控制装置，其特征在于，

该控制机床的控制装置还具备：中断单元，其在通过上述切削结束位置计算单元计算了上述切削结束位置时，中断上述加工程序的执行。