CN105629881B - 五轴加工数值控制系统及其数值控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种五轴加工数值控制系统，是由数值控制装置及加工装置所组成，其中藉由数值控制装置的运算单元计算多个加工数据点，并形成三条曲线，最后以三条曲线进行插值计算，以修正加工程序中异常的命令，藉由本发明的设计，无须将整个加工程序大幅修改，也无须以人工的方式逐一检查加工程序中有问题的命令，可大幅降低加工时间并可提升加工品质。

Description

五轴加工数值控制系统及其数值控制方法

技术领域

本发明是有关于一种数值控制系统及其数值控制方法，特别是有关于一种五轴加工数值控制系统与其数值控制方法。

背景技术

近年来，随着制造技术的加工水平日渐升高，汽车业、半导体制造工业、电子工业，航天工业和各类模具制造业等，因应产品美观与功能需求的连续曲面造型日益普遍，产品外型也日趋复杂化与多样化，因此，在精度、效率、复杂曲面的加工需求下，具有高效率、高加工精度与高表面加工质量的五轴加工技术显得日益重要。

五轴加工切削方式可分为端铣与侧铣两种，端铣是利用刀具的刀尖进行材料移除，侧铣则是利用刀具的刀刃进行材料移除，而目前五轴加工技术为根据原始加工几何形状透过五轴加工路径规划方法所规划出来的刀具姿态与加工路径，故其加工质量取决于五轴加工路径的规划方法，当规划方法不恰当的时候，加工质量随之下降。

另一方面，根据加工产品的几何形状选择适当的路径规划方法难度相当高，通常以既有方式加工后的成品，其成品外观常呈锯齿状或是凹凸不平，即非平滑面，然五轴加工的加工程序数据量庞大，修正加工程序需耗费大量时间，并且修正加工程序的好坏取决于用戶的经验与技术，而使得五轴加工程序的使用门坎高，故如何将用户所规划的五轴加工路径的加工程序达到加工路径平滑化、降低用户修正加工程序所需耗费的时间及降低五轴加工程序的使用门坎以提升加工质量，为目前所需解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术所述的问题，本发明的主要目的在于提供一种五轴加工数值控制系统，藉由五轴加工数值控制系统的运算单元，可将用户所规划的五轴加工路径的加工程序达到加工路径平滑化，并且用户无须将加工程序大幅修改，也无须将加工程序中大量的数据逐一检查异常处，以达到降低用户修正加工程序所需耗费的时间、降低五轴加工程序的使用门坎及提升加工品质的目的。

根据上述目的，本发明主要目的在于提供一种五轴加工数值控制系统，包括数值控制装置及加工装置，数值控制装置电性连接于加工装置，加工装置具有刀具、三个几何轴及两个旋转轴，刀具电性连接于几何轴与旋转轴，刀具于几何轴上移动且于旋转轴上转动，其特征在于:数值控制装置包括:用户界面，其接收包含有多个加工数据点的加工程序，每一个加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴命令，加工数据点形成第一曲线，用户界面输出加工数据点与第一曲线；运算单元，电性连接于用户界面，且接收用户界面所输出的加工数据点与第一曲线，并依据每一个加工数据点的旋转轴命令决定刀具矢量，并计算垂直于所有相邻两个刀具矢量的法矢量，并判断法矢量之间的夹角是否大于默认值，再根据几何轴命令的移动量线性比例地调整旋转轴命令，并将加工数据点的几何轴命令嵌合为第二曲线，将位于第一曲线的加工数据点以垂直投影的方式找出位于第二曲线的多个对应点，计算对应点的起始点至每一个其他对应点的曲线长度、以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成多个新加工数据点，每一个新加工数据点位于第二曲线上，每一个新加工数据点包含曲线长度与第一及第二旋转轴命令，每一个新加工数据点的曲线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，每一个新加工数据点的曲线长度与第二旋转轴命令形成第二矢量点，第一矢量点形成第三曲线，第二矢量点形成第四曲线，利用第二曲线、第三曲线及第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令，运算单元输出新旋转轴命令与新几何轴命令；及控制模块，电性连接至运算单元，且接收运算单元输出的新旋转轴命令与新几何轴命令，用以控制旋转轴带动刀具的旋转及几何轴带动刀具的移动。

所述的五轴加工数值控制系统，其中运算单元包括:计算模块，电性连接于用户界面，且接收用户界面所输出的加工数据点与第一曲线，并决定刀具矢量，以及计算垂直于所有相邻两个刀具矢量的法矢量，并输出加工数据点、法矢量及第一曲线，计算模块更计算对应点的起始点至每一个其他对应点的曲线长度，以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成位于第二曲线上的多个新加工数据点，以及将每一个新加工数据点的曲线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，将每一个新加工数据点的曲线长度与第二旋转轴命令形成第二矢量点，计算模块输出第二曲线、第一矢量点及第二矢量点；判断模块，电性连接于计算模块，且接收自计算模块输出的法矢量与加工数据点，并判断法矢量之间的夹角是否大于默认值，输出加工数据点；调整模块，电性连接于判断模块，且接收加工数据点，根据几何轴命令的移动量线性比例地调整加工数据点的旋转轴命令，并输出经调整后的加工数据点；嵌合模块，电性连接于调整模块与计算模块，且接收经调整后的加工数据点及自计算模块输出的第一曲线，将每一个加工数据点嵌合为第二曲线，将位于第一曲线的加工数据点以垂直投影的方式找出位于第二曲线的对应点，将对应点与第二曲线输出至计算模块，并接收自计算模块输出的第二曲线、第一矢量点及第二矢量点，并将第一矢量点与第二矢量点分别形成第三曲线与第四曲线，并输出第二曲线、第三曲线及第四曲线；及插值计算模块，电性连接至嵌合模块与控制模块，其接收自嵌合模块输出的第二曲线、第三曲线及第四曲线，并利用第二曲线、第三曲线及第四曲线插值计算出新旋转轴命令与新几何轴命令，输出新旋转轴命令与新几何轴命令至控制模块。

所述的五轴加工数值控制系统，其中将每一个加工数据点嵌合为第二曲线、第三曲线及第四曲线的方式为优化算法。

所述的五轴加工数值控制系统，其中优化算法为最小平方误差算法、最小曲率算法及最小误差算法其中之一。

根据上述目的，本发明主要目的在于提供一种五轴加工数值控制方法，用以控制加工装置的二旋转轴带动刀具的旋转及三几何轴带动刀具的移动，方法包括下列步骤:接收包含多个加工数据点的加工程序，每一个加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴命令，加工数据点形成第一曲线；依据每一个加工数据点的旋转轴命令决定刀具矢量，刀具矢量的数量等于加工数据点的数量；计算垂直于所有相邻两个加工数据点的刀具矢量的法矢量；判断法矢量之间的夹角是否大于默认值；根据几何轴命令的移动量线性比例地调整旋转轴命令；将每一个加工数据点嵌合为第二曲线；将位于第一曲线的加工数据点以垂直投影的方式找出位于第二曲线的多个对应点；计算对应点的起始点至每一个其他对应点的曲线长度，以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成多个新加工数据点，每一个新加工数据点位于第二曲线上，每一个新加工数据点包含曲线长度与第一转轴命令及第二旋转轴命令；将每一个新加工数据点的曲线长度与第一旋转轴命令形成第一矢量点，将每一个新加工数据点的曲线长度与第二旋转轴命令形成第二矢量点；将第一矢量点形成第三曲线；将第二矢量点形成第四曲线；及利用第二曲线、第三曲线及第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令。

所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，判断法矢量之间的夹角是否大于默认值的方法进一步包含:判断法矢量其中之二个法矢量的夹角是否大于一倍默认值；及判断是否有另一个法矢量；其中，当法矢量其中之二个法矢量的夹角大于一倍的默认值并且判断有另一个法矢量时，则判断多个法矢量的第一个法矢量与最后一个法矢量的夹角是否大于数倍的默认值；以及其中，当判断法矢量其中之二个法矢量的夹角小于一倍默认值并且判断有另一个法矢量时，则判断另外二个法矢量的夹角是否大于一倍的默认值。

所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，将每一个加工数据点嵌合为第二曲线的方式是利用优化算法达成。

所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，优化算法为最小平方误差算法、最小曲率算法及最小误差算法其中之一。

经上述可知藉由本发明的五轴加工数值控制系统，达到降低用户修正加工程序所需耗费的时间、降低五轴加工程序的使用门坎及提升加工质量的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的示意图。

图2为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第一曲线与第二曲线示意图。

图3为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第二曲线示意图。

图4A为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第三曲线示意图。

图4B为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第四曲线示意图。

图5为本发明一实施例的五轴加工数值控制方法的流程图。

图6为图5的判断法矢量夹角是否大于默认值步骤的流程图。

附图标记说明

1 五轴加工数值控制系统

11 数值控制装置

111 用户界面

112 运算单元

1121 计算模块

1122 判断模块

1123 调整模块

1124 嵌合模块

1125 插值计算模块

113 控制模块

12 加工装置

121 刀具

122、123 旋转轴

124、125、126 几何轴

A、B、C、D 加工数据点

A’、B’、C’、D’ 对应点

A”、B”、C”、D” 新加工数据点

A”’、B”’、C”’、D”’ 第一矢量点

A””、B””、C””、D”” 第二矢量点

L 曲线长度

C1 第一曲线

C2 第二曲线

C3 第三曲线

C4 第四曲线

α 第一旋转轴命令

β 第二旋转轴命令

S1～S11、S4A～S4F、S5A～S5B 步骤

具体实施例

本发明揭露一种五轴加工数值控制(Numerical Control；NC)系统，其中所利用的法矢量计算方式，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构及功能示意，并未依据实际尺寸完整绘制，合先叙明。

本发明是有关于一种五轴加工数值控制系统，特别是有关于包含数值控制装置与加工装置的五轴加工数值控制系统。

首先，请同时参阅图1、2、3、4A及4B，图1为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的示意图，图2为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第一曲线与第二曲线示意图，图3为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第二曲线示意图，图4A为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第三曲线示意图，及图4B为本发明一实施例的五轴加工数值控制系统的第四曲线示意图。

如图1所示，本发明一实施例的五轴加工数值控制系统1，是由数值控制装置11与加工装置12所组成，数值控制装置11电性连接至加工装置12，加工装置12用以切削加工工件(图中未显示)，加工装置12具有刀具121、三个几何轴124、125、126与两个旋转轴122、123，刀具121电性连接于三个几何轴124、125、126与两个旋转轴122、123，旋转轴122、123带动刀具121的旋转，几何轴124、125、126带动刀具121的移动，加工装置12例如是车床、铣床以及切割机等可结合五轴数值控制方式的加工装置。

请继续参考图1，数值控制装置11是由用户界面111、运算单元112及控制模块113所组成，运算单元112电性连接至用户界面111，控制模块113电性连接至运算单元112，其中运算单元112更包含计算模块1121、判断模块1122、调整模块1123、嵌合模块1124及插值计算模块1125，计算模块1121电性连接至用户界面111，判断模块1122电性连接于计算模块1121，调整模块1123电性连接于判断模块1122，嵌合模块1124电性连接于调整模块1123与计算模块1121，插值计算模块1125电性连接至嵌合模块1124与控制模块113。

请继续参考图1、2，用户利用用户界面111输入加工程序，用户界面111用以接收用户输入的加工程序，加工程序包含多个加工数据点A、B、C、D，每一个加工数据点包含二个旋转轴命令与三个几何轴命令，多个加工数据点形成第一曲线C1，用户界面111输出加工数据点A、B、C、D与第一曲线C1至计算模块1121；计算模块1121接收用户界面111所输出的加工数据点A、B、C、D与第一曲线C1，依据每个加工数据点A、B、C、D的两旋转轴命令计算出第一刀具矢量第二刀具矢量第三刀具矢量及第四刀具矢量计算模块1121进一步计算垂直于第一刀具矢量与第二刀具矢量的法矢量垂直于第二刀具矢量与第三刀具矢量的法矢量以及垂直于第三刀具矢量与第四刀具矢量的法矢量其中，相邻两个法矢量组成一组待判断的法矢量，并输出加工数据点A、B、C、D、法矢量及至判断模块1122，输出第一曲线C1至嵌合模块1124；判断模块1122判断相邻两个法矢量之间的夹角是否大于默认值，意即判断相邻两个法矢量之间的变化是否过大，同样也是判断两两刀具矢量所形成的平面之间变化是否过于激烈，并判断是否有另一个法矢量可用以判断相邻两个法矢量之间的变化，当判断模块1122判断完成后，将加工数据点A、B、C、D输出至调整模块1123，调整模块1123接收判断模块1122输出的加工数据点A、B、C、D后，根据判断模块1122的判断结果以线性方式调整加工数据点A、B、C、D的旋转轴命令，调整模块1123输出经调整后的加工数据点A、B、C、D至嵌合模块1124。

嵌合模块1124接收经调整模块1123调整后的加工数据点A、B、C、D及计算模块1121输出的第一曲线C1，利用优化算法将每一个加工数据点A、B、C、D的几何轴命令嵌合为第二曲线C2，将位于第一曲线C1的加工数据点A、B、C、D以垂直投影的方式找出位于第二曲线C2的对应点A’、B’、C’、D’。

更具体而言，请继续参考图1、2，判断模块1122判断相邻两个法矢量夹角大于默认值的过程中，以相邻两个法矢量视为一组，首先，判断模块1122需先判断第一组相邻两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值，以本实施例而言，当判断模块1122判断相邻两个法矢量之间的夹角大于一倍默认值时，则判断模块1122判断是否有另一个法矢量，如判断有另一法矢量时，则判断模块1122判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数，在本实施例中，为判断法矢量之间的夹角是否大于两倍的默认值，如判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角大于默认值乘以法矢量的组数时，则判断模块1122再次判断是否仍有再另一个法矢量，如判断仍有另一个法矢量时，则判断模块1122再次判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数，判断模块1122重复进行判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数以及判断是否仍有再另一法矢量，直到判断并无另一个法矢量，接着，调整模块1123以线性内插法调整组成这些法矢量的加工数据点A、B、C、D，意即调整加工数据点A、B、C、D中的旋转轴命令，之后，调整模块1123线性比例地调整加工数据点A、B、C、D的旋转轴命令；如判断模块1122判断这些组法矢量的第一个法矢量与最后一个法矢量之间的夹角并未大于两倍默认值时，则调整模块1123将组成这些法矢量的第一个至倒数第二个加工数据点的旋转轴命令以线性内插法调整，意即将加工数据点A、B、C的旋转轴命令以线性内插法调整，之后，调整模块1123线性比例地调整加工数据点A、B、C的旋转轴命令，并且判断模块1122同时判断是否有另一个法矢量，如判断并未有另一个法矢量时，则调整模块1123将最后一个加工数据点的旋转轴命令直接以线性比例调整，而不经由线性内插法调整，意即加工数据点D的旋转轴命令直接以线性比例调整；但当判断有另一个法矢量时，则判断模块1122判断此组的两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值，此时，若判断此组的两个法矢量之间的夹角未大于一倍默认值时，则调整模块1123将此组的第一个加工数据点的旋转轴命令进行线性比例调整，并且判断模块1122同时判断是否有另一个法矢量，当判断没有另一个法矢量时，则调整模块1123直接将组成此相邻两个法矢量的另外二个加工数据点中的旋转轴命令以线性比例的方式调整，当判断仍有另一个法矢量，则判断模块1122再次判断此组的两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值；此时，若判断此组的两法矢量之间的夹角大于默认值时，则判断模块1122再次判断是否有另一个法矢量，并且调整模块1123再次依照判断结果进行线性比例调整旋转轴命令或是判断这些组的第一个法矢量与最后一个法矢量之间夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数，此部分的判断已于前述实施例中描述，在此不再赘述。

此外，当判断模块1122判断第一组相邻两个法矢量的夹角并未大于一倍默认值时，以本实施例而言，当判断相邻两个法矢量的夹角并未大于一倍默认值时，调整模块1123直接将组成此相邻两个法矢量的第一个加工数据点中的旋转轴命令以线性比例的方式调整，意即将加工数据点A的旋转轴命令以线性比例的方式调整，并判断模块1122同时判断是否有另一个法矢量，当判断没有另一个法矢量时，则调整模块1123直接将组成此相邻两个法矢量的另外二个加工数据点中的旋转轴命令以线性比例的方式调整，意即将加工数据点B、C的旋转轴命令以线性比例调整；当判断有另一个法矢量时，则判断模块1122接着判断相邻两个法矢量的夹角是否大于一倍默认值，意即判断相邻两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值，当判断此相邻两个法矢量的夹角没有大于一倍默认值时，则调整模块1123将组成此法矢量的第一个加工数据点的旋转轴命令以线性比例的方式调整，意即将加工数据点B的旋转轴命令以线性比例的方式调整，并判断模块1122再次判断是否有另一个法矢量，判断模块1122重复执行判断是否有另一个法矢量以及判断两组法矢量夹角是否大于默认值等两步骤，直到判断并无另一个法矢量。

此外，当判断模块1122在一开始判断相邻两个法矢量夹角大于一倍默认值并且判断没有另一个法矢量时，意即判断相邻两个法矢量的夹角大于一倍默认值时，则调整模块1123将组成此两个法矢量的加工数据点以线性比例的方式调整加工数据点的旋转轴命令。

接着，请同时参考图1、2、3，嵌合模块1124将多个对应点A’、B’、C’、D’与第二曲线C2输出至计算模块1121计算多个对应点A’、B’、C’、D’的起始点A’至每一个对应点的曲线长度L、以及第一旋转轴命令α与第二旋转轴命令β，并形成位于第二曲线C2上的多个新加工数据点A”、B”、C”、D”，每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”包含曲线长度L、第一旋转轴命令α及第二旋转轴命令β，例如:新加工数据点A”表示为(L₀，α₀，β₀)，新加工数据点B”表示为(L₁，α₁，β₁)，新加工数据点C”表示为(L₂，α₂，β₂)，新加工数据点D”表示为(L_n，α_n，β_n)，n为一正整数，在本实施例中，因加工数据点数量为四，故此处n等于4。

接着，请同时参考图1、3、4A、4B，计算模块1121将每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”的曲线长度L与第一旋转轴α命令形成第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’，每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”的曲线长度L与第二旋转轴命令β形成一第二矢量点A””、B””、C””、D””，因此，多个新加工数据点A”、B”、C”、D”产生多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’与多个第二矢量点A””、B””、C””、D””，计算模块1121输出第二曲线C2、多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’及多个第二矢量点A””、B””、C””、D””至嵌合模块1124，嵌合模块1124利用优化算法将多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’与多个第二矢量点A””、B””、C””、D””分别形成第三曲线C3与第四曲线C4，并输出第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4至插值计算模块1125；插值计算模块1125接收嵌合模块1124输出的第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4，并利用第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令，插值计算模块1125输出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令至控制模块113，控制模块113接收插值计算模块1125输出的新旋转轴命令与新几何轴命令并控制加工装置12的两个旋转轴122、123及三个几何轴124、125、126，即控制旋转轴122、123带动刀具121的旋转及几何轴124、125、126带动刀具121的移动。

接着，请参阅图5，为本发明一实施例的五轴加工数值控制方法的流程图。

首先，执行步骤S1，如图1、2所示，用户利用用户界面111输入加工程序，用户界面111用以接收用户输入的加工程序，加工程序包含多个加工数据点A、B、C、D，每一个加工数据点包含二个旋转轴命令与三个几何轴命令，多个加工数据点形成第一曲线C1，用户界面111输出加工数据点A、B、C、D与第一曲线C1至计算模块1121。

接着，进行步骤S2，如图1、2所示，计算模块1121接收用户界面111所输出的加工数据点A、B、C、D与第一曲线C1，依据每个加工数据点的两旋转轴命令决定刀具矢量，故加工数据点A、B、C、D决定第一刀具矢量第二刀具矢量第三刀具矢量及第四刀具矢量再进行步骤S3，如图1、2所示，计算模块1121进一步计算垂直于第一刀具矢量与第二刀具矢量的法矢量垂直于第二刀具矢量与第三刀具矢量的法矢量以及垂直于第三刀具矢量与第四刀具矢量的法矢量并输出加工数据点A、B、C、D及法矢量至判断模块1122，输出第一曲线C1至嵌合模块1124。

接着，进行步骤S4，如图1、2所示，判断模块1122判断法矢量之间的夹角是否大于默认值，判断模块1122判断法矢量夹角是否大于默认值后，接着，执行步骤S5，意即将加工数据点A、B、C、D输出至调整模块1123，调整模块1123接收判断模块1122输出的加工数据点A、B、C、D后，调整旋转轴命令，调整模块1123输出经调整后的加工数据点A、B、C、D至嵌合模块1124。

其中，在执行步骤S4～S5时，以相邻两个法矢量视为一组，如图6所示，首先，执行步骤S4A，判断模块1122需先判断第一组相邻两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值，以本实施例而言，当判断模块1122判断相邻两个法矢量之间的夹角大于一倍默认值时，则执行步骤S4B，即判断模块1122判断是否有另一个法矢量，当判断有另一个法矢量时，则执行步骤S4C，即判断模块1122判断这些组的第一个与最后一个法矢量的夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数，在本实施例中，为判断之间的夹角是否大于两倍的默认值，如判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角大于默认值乘以法矢量的组数时，则执行步骤S4D，即判断模块1122再次判断是否仍有再另一个法矢量，如判断仍有另一个法矢量时，则执行步骤S4C，即判断模块1122再次判断这些组的第一个与最后一个法矢量之间的夹角是否大于默认值乘以法矢量的组数，重复执行步骤S4C～S4D，直到执行步骤S4D时，判断模块1122判断并无另一个法矢量后，接着，执行步骤S5A，即调整模块1123以线性内插法调整组成法矢量 的加工数据点A、B、C、D，意即调整加工数据点A、B、C、D中的旋转轴命令，之后，执行步骤S5B，即调整模块1123线性比例地调整加工数据点A、B、C、D的旋转轴命令。

当执行步骤S4B时，即判断模块1122判断并未有另一个法矢量时，则调整模块1123将组成第一组法矢量的加工数据点的旋转轴命令以线性比例调整，在本实施例中，即调整加工数据点A、B、C的旋转轴命令。

当执行步骤S4A时，即判断模块1122判断第一组法矢量之间的夹角并未大于一倍默认值时，则执行步骤S5B，即调整模块1123将组成第一组法矢量的第一个加工数据点的旋转轴命令以线性比例调整，在本实施例中，即线性比例调整加工数据点A的旋转轴命令，并同时执行步骤S4E，即判断模块1122判断是否有另一个法矢量，当判断没有另一个法矢量时，则执行步骤S5B，即调整模块1123直接将组成此相邻两个法矢量的另外二个加工数据点中的旋转轴命令以线性比例的方式调整；此时，当执行步骤S4E时，即判断模块1122判断有另一个法矢量时，则执行步骤S4F，即判断模块1122判断相邻两个法矢量的夹角是否大于一倍默认值，当判断此相邻两个法矢量的夹角没有大于一倍默认值时，则执行步骤S5B，即调整模块1123将组成此组法矢量的第一个加工数据点的旋转轴命令以线性比例的方式调整，并同时再次执行步骤S4E，即判断模块1122判断是否有另一个法矢量，重复执行步骤S4E～S4F，直到执行步骤S4E，即判断模块1122判断并无另一个法矢量；当执行步骤S4F时，即判断模块1122判断此相邻两个法矢量的夹角大于一倍默认值时，则执行步骤S4B。

当执行步骤S4B时，即判断模块1122判断并未有另一个法矢量时，则调整模块1123將組成此组法矢量的加工数据点的旋转轴命令以线性比例调整。

当执行步骤S4C时，判断模块1122判断法矢量之间的夹角并未大于两倍默认值时，则执行步骤S5A，即调整模块1123将组成这些法矢量的第一个至倒数第二个加工数据点的旋转轴命令以线性内插法调整，意即将加工数据点A、B、C的旋转轴命令以线性内插法调整，之后，接着执行步骤S5B，即调整模块1123线性比例地调整加工数据点A、B、C的旋转轴命令，并同时执行步骤S4E，即判断是否有另一个法矢量，如执行步骤S4E时，判断模块1122判断并未有另一个法矢量时，则执行步骤S5B，即调整模块1123将最后一个加工数据点的旋转轴命令以线性比例调整，在本实施例中，即将加工数据点D的旋转轴命令以线性比例调整，但当执行步骤S4E时，即判断模块1122判断有另一个法矢量时，则执行步骤S4F，即判断模块1122判断此组的两法矢量的夹角是否大于一倍默认值。

当执行步骤S4F时，即判断模块1122判断此组两法矢量之间的夹角大于一倍默认值时，则执行步骤S4B；当执行步骤S4F时，即判断模块1122判断此组两法矢量之间的夹角未大于一倍默认值时，则执行步骤S5B，即调整模块1123将此组的第一个加工数据点的旋转轴命令进行线性比例调整，并同时执行步骤S4E，意即判断模块1122同时判断是否有另一个法矢量，当判断没有另一个法矢量时，则执行步骤S5B，即调整模块1123直接将组成此相邻两个法矢量的另外二个加工数据点中的旋转轴命令以线性比例的方式调整，当执行步骤S4E时，即判断仍有另一个法矢量，则再次执行步骤S4F，即判断模块1122再次判断此组的两个法矢量之间的夹角是否大于一倍默认值。

当执行步骤S1～S5后，接着执行步骤S6，如图1、2所示，嵌合模块1124接收经调整模块1123调整后的加工数据点A、B、C、D及计算模块1121输出的第一曲线C1，利用优化算法将每一个加工数据点A、B、C、D嵌合为第二曲线C2；再执行步骤S7，如图1、2所示，嵌合模块1124将位于第一曲线C1的加工数据点A、B、C、D以垂直投影的方式找出位于第二曲线C2的对应点A’、B’、C’、D’。

接着，执行步骤S8，如图1、2、3所示，嵌合模块1124将多个对应点A’、B’、C’、D’与第二曲线C2输出至计算模块1121，计算多个对应点A’、B’、C’、D’的起始点A’至每一个对应点的曲线长度L，以及第一旋转轴命令α与第二旋转轴命令β，并形成位于第二曲线C2上的多个新加工数据点A”、B”、C”、D”，每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”包含曲线长度L、第一旋转轴命令α及第二旋转轴命令β，例如:新加工数据点A”表示为(L₀，α₀，β₀)，新加工数据点B”表示为(L₁，α₁，β₁)，新加工数据点C”表示为(L₂，α₂，β₂)，新加工数据点D”表示为(L_n，α_n，β_n)，n为正整数，在本实施例中，因加工数据点数量为四，故此处n等于4。

接着，执行步骤S9，如图1、3、4A、4B所示，计算模块1121将每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”的曲线长度L与第一旋转轴命令α形成第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’，每一个新加工数据点A”、B”、C”、D”的曲线长度L与第二旋转轴命令β形成第二矢量点A””、B””、C””、D””，因此，多个新加工数据点A”、B”、C”、D”产生多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’与多个第二矢量点A””、B””、C””、D””。

接着，执行步骤S10，如图1、3、4A、4B所示，计算模块1121输出第二曲线C2、多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’及多个第二矢量点A””、B””、C””、D””至嵌合模块1124，嵌合模块1124利用优化算法将多个第一矢量点A”’、B”’、C”’、D”’与多个第二矢量点A””、B””、C””、D””分别形成第三曲线C3与第四曲线C4，并输出第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4至插值计算模块1125。

最后，执行步骤S11，如图1、3、4A、4B所示，插值计算模块1125接收嵌合模块1124输出的第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4，并利用第二曲线C2、第三曲线C3及第四曲线C4插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令，插值计算模块1125输出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令至控制模块113，控制模块113接收插值计算模块1125输出的新旋转轴命令与新几何轴命令并控制加工装置12的两个旋转轴122、123及三个几何轴124、125、126。

在上述本发明实施例中，优化算法例如是最小平方误差算法、最小曲率算法或最小误差算法，在此本发明并不设限；而本实施例举出四个加工数据点，然其加工数据点、对应点、新加工数据点、第一矢量点及第二矢量点数量并不限定于四个，加工数据点数量可视实际加工而定，在此本发明并不设限。

在上述本发明实施例中，刀具姿态是指刀具的方向，例如是刀具尖端的方向或刀具相位方向，藉由调整模块1123根据几何轴命令的移动量线性比例地调整旋转轴命令的方式，可将两个旋转轴及三个几何轴的速度互相匹配，而调整模块1123以线性内插法调整旋转轴命令，意即调整刀具姿态，以避免相邻两个刀具矢量所形成的平面间变化过于激烈，并藉由计算模块1121计算垂直于两刀具矢量的法矢量、判断模块1122判断法矢量之间的夹角是否大于默认值及调整模块1123根据几何轴命令的移动量线性比例地调整旋转轴命令的方式，可减少用戶输入不恰当的加工程序而造成加工质量不佳的机会，不恰当的加工程序意即不恰当的加工路径规划。

再者，在上述本发明实施例中，藉由所嵌合出的第三曲线与第四曲线，可增加加工装置12的加工路径平滑度，以提升五轴加工的加工平整度与加工精度。

更具体而言，在上述本发明实施例中，藉由本实施例的运算单元112，可将用户所规划的五轴加工路径的加工程序达到加工路径平滑化，并且用户无须将加工程序大幅修改，也无须将加工程序中大量的数据逐一检查异常处，以达到降低用户修正加工程序所需耗费的时间、降低五轴加工程序的使用门坎及提升加工质量的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权力要求范围中。

Claims (8)

1.一种五轴加工数值控制系统，包括数值控制装置及加工装置，所述数值控制装置电性连接于所述加工装置，所述加工装置具有刀具、三个几何轴及两个旋转轴，所述刀具电性连接于所述几何轴与所述旋转轴，所述几何轴带动所述刀具的移动且所述旋转轴带动所述刀具的转动，其特征在于:所述数值控制装置包括:

用户界面，其接收包含有多个加工数据点的加工程序，每一个所述加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴命令，所述加工数据点形成第一曲线，所述用户界面输出所述加工数据点与所述第一曲线；

运算单元，其电性连接于所述用户界面，且接收所述用户界面所输出的所述加工数据点与所述第一曲线，并依据每一个所述加工数据点的所述旋转轴命令决定刀具矢量，并计算垂直于所有相邻两个的所述刀具矢量的法矢量，并判断所述法矢量之间的夹角是否大于默认值，再根据所述几何轴命令的移动量线性比例地调整所述旋转轴命令，并将所述加工数据点的所述几何轴命令嵌合为第二曲线，将位于所述第一曲线的所述加工数据点以垂直投影的方式找出位于所述第二曲线的多个对应点，计算所述对应点的起始点至每一个其他所述对应点的曲线长度，以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成多个新加工数据点，每一个所述新加工数据点位于所述第二曲线上，每一个所述新加工数据点包含所述曲线长度与所述第一旋转轴命令及所述第二旋转轴命令，每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第一旋转轴命令形成第一矢量点，每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第二旋转轴命令形成第二矢量点，所述第一矢量点形成第三曲线，所述第二矢量点形成第四曲线，利用所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令，所述运算单元输出所述新旋转轴命令与所述新几何轴命令；及

控制模块，电性连接至所述运算单元，且接收所述运算单元输出的所述新旋转轴命令与所述新几何轴命令，所述控制模块用以控制所述旋转轴带动所述刀具的旋转及所述几何轴带动所述刀具的移动。

2.如权利要求1所述的五轴加工数值控制系统，其特征在于，所述运算单元包括:

计算模块，电性连接于所述用户界面，且接收所述用户界面所输出的所述加工数据点与所述第一曲线，并决定所述刀具矢量，以及计算垂直于所有相邻两个所述刀具矢量的所述法矢量，并输出所述加工数据点、所述法矢量及所述第一曲线，所述计算模块更计算所述对应点的所述起始点至每一个其他所述对应点的所述曲线长度，以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成位于所述第二曲线上的多个新加工数据点，以及将每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第一旋转轴命令形成所述第一矢量点，将每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第二旋转轴命令形成所述第二矢量点，所述计算模块输出所述第二曲线、所述第一矢量点及所述第二矢量点；

判断模块，电性连接于所述计算模块，且接收自所述计算模块输出的所述法矢量与所述加工数据点，并判断所述法矢量之间的夹角是否大于所述默认值，输出所述加工数据点；

调整模块，电性连接于所述判断模块，且接收所述加工数据点，根据所述几何轴命令的所述移动量线性比例地调整所述加工数据点的所述旋转轴命令，并输出经调整后的所述加工数据点；

嵌合模块，电性连接于所述调整模块与所述计算模块，且接收经调整后的所述加工数据点及自所述计算模块输出的所述第一曲线，将每一个所述加工数据点嵌合为所述第二曲线，将位于所述第一曲线的所述加工数据点以垂直投影的方式找出位于所述第二曲线的所述对应点，将所述对应点与所述第二曲线输出至所述计算模块，并接收自所述计算模块输出的所述第二曲线、所述第一矢量点及所述第二矢量点，并将所述第一矢量点与所述第二矢量点分别形成所述第三曲线与所述第四曲线，并输出所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线；及

插值计算模块，电性连接至所述嵌合模块与所述控制模块，接收自所述嵌合模块输出的所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线，并利用所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线插值计算出所述新旋转轴命令与所述新几何轴命令，输出所述新旋转轴命令与所述新几何轴命令至所述控制模块。

3.如权利要求1或2所述的五轴加工数值控制系统，其特征在于，将每一个所述加工数据点嵌合为所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线的方式为优化算法。

4.如权利要求3所述的五轴加工数值控制系统，其特征在于，所述优化算法为最小平方误差算法、最小曲率算法及最小误差算法其中之一。

5.一种五轴加工数值控制方法，用以控制加工装置的二旋转轴带动刀具的旋转及三几何轴带动所述刀具的移动，其特征在于，所述方法包括下列步骤:

接收包含多个加工数据点的加工程序，每一个所述加工数据点包含多个旋转轴命令与多个几何轴命令，所述加工数据点形成第一曲线；

依据每一个所述加工数据点的所述旋转轴命令决定刀具矢量，所述刀具矢量的数量等于所述加工数据点的数量；

计算垂直于所有相邻两个的所述加工数据点的所述刀具矢量的法矢量；

判断所述法矢量之间的夹角是否大于默认值；

根据所述几何轴命令的移动量线性比例地调整所述旋转轴命令；

将每一个所述加工数据点嵌合为第二曲线；

将位于所述第一曲线的所述加工数据点以垂直投影的方式找出位于所述第二曲线的多个对应点；

计算所述对应点的起始点至每一个其他所述对应点的曲线长度，以及第一旋转轴命令与第二旋转轴命令，并形成多个新加工数据点，每一个所述新加工数据点位于所述第二曲线上，每一个所述新加工数据点包含所述曲线长度、所述第一旋转轴命令及所述第二旋转轴命令；

将每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第一旋转轴命令形成第一矢量点，将每一个所述新加工数据点的所述曲线长度与所述第二旋转轴命令形成第二矢量点；

将所述第一矢量点形成第三曲线；

将所述第二矢量点形成第四曲线；及

利用所述第二曲线、所述第三曲线及所述第四曲线插值计算出多个新旋转轴命令与多个新几何轴命令。

6.如权利要求5所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，判断所述法矢量之间的所述夹角是否大于所述默认值的方法进一步包含:

判断所述法矢量其中之二个法矢量之间的夹角是否大于一倍所述默认值；及

判断是否有另一个法矢量；

其中，当所述法矢量其中之二个法矢量的所述夹角大于一倍的所述默认值并且判断有另一个法矢量时，则判断所述法矢量的第一个法矢量与最后一个法矢量之间的夹角是否大于数倍的所述默认值；以及

其中，当判断所述法矢量其中之二个法矢量的所述夹角小于一倍所述默认值并且判断有另一个法矢量时，则判断另外二个法矢量的夹角是否大于一倍的所述默认值。

7.如权利要求5所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，将每一个所述加工数据点嵌合为所述第二曲线的方式是利用优化算法达成。

8.如权利要求7项所述的五轴加工数值控制方法，其特征在于，所述优化算法为最小平方误差算法、最小曲率算法及最小误差算法其中之一。