CN105629884B - 进行退刀控制的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进行退刀控制的数值控制装置，对包含两个旋转轴的5轴加工机进行控制的控制装置当感知到请求加工的中断和退刀的停止信号时，生成沿着移动路径进行减速停止的速度数据，根据该速度数据，来生成将沿着移动路径进行减速停止的路径与远离移动路径的退刀路径进行合成而得的停止退刀路径指令数据。

Description

进行退刀控制的数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，特别是涉及一种进行退刀控制使得加工中断时在工件的加工面上不留痕迹的数值控制装置。

背景技术

在包括5轴加工机的一般机床中，由于停电、刀具更换等原因，有时使加工中断。在需要使加工停止的情况下，当以手动或者自动地接通用于请求停止的信号时，数值控制装置感知到该信号而使伺服电动机停止。将请求使该伺服电动机停止的信号称为“停止信号”。

但是，在加工过程中刀具与工件进行接触，因此当单纯地停止驱动电动机时会在刀具与工件相接触的状态下停止，从而有时在随后的作业中产生障碍。因此，通常在加工中断时需要进行如下控制：使主轴等进行动作使得刀具与工件分离。将这样的使刀具与工件分离的动作称为“退刀”(retract)。

在日本特开平08-054914号公报中公开了以下技术：在发生停电时对刀具轴进给用电动机进行控制来使刀具退避(退刀)至安全区域。在该专利文献所公开的技术中，通过以下过程来实现加工的中断和退刀。

<A1>感知在加工过程中停止信号被接通这一情况。

<A2>沿着被指令的加工路径使刀具进行减速停止，使加工中断。

<A3>向使加工中断的位置上的刀具方向退刀预先指定的距离。

在此，在过程<A2>中沿着被指令的加工路径进行减速停止的理由在于：工件的形状不会由于中断而改变。

在5轴加工机中，在加工过程中刀具的方向相对于工件发生变化，因此通常将要退刀的方向设为沿着刀具从刀具的前端朝向根部的方向(称为“刀具方向”)。当向刀具方向以外退刀时由工件的形状决定刀具与工件干涉会导致工件和刀具有可能损伤。

另外，在5轴加工机中，通过两个旋转轴来控制刀具方向，因此刀具方向在加工过程中时刻发生变更。因此，在5轴加工机中在进行退刀时使刀具或者工作台进行活动的方向依赖于两个旋转轴的位置，因此在对包含这两个旋转轴的5轴加工机进行控制的数值控制装置中，要计算与该两个旋转轴的位置相应的退刀方向来进行退刀。

在上述日本特开平08-054914号公报所公开的技术中，如上述过程<A2>和<A3>那样，暂时在加工过程中使刀具减速停止之后向刀具方向进行退刀。即，在刀具与工件相接触的状态下使加工停止。由于这种原因，如图6示出的以往技术中的退刀动作的示意图所示那样，在工件的加工面留下痕迹(刀痕)，从而产生表面质量下降这种问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种进行退刀控制使得加工中断时在工件的加工面不会留痕迹的数值控制装置。

本发明的数值控制装置根据加工程序对具有至少两个直线轴和至少一个旋转轴的加工机进行控制，对设置在工作台上的工件进行加工，其中，该数值控制装置具备：指令读取部，其读取上述加工程序并进行分析，生成表示上述直线轴和上述旋转轴的移动路径的指令数据；停止信号感知部，其感知用于请求上述加工的中断和退刀的停止信号；减速停止部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，生成沿着上述移动路径进行减速停止的速度数据；停止退刀路径生成部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，根据上述指令数据和上述速度数据，生成停止退刀路径指令数据，该停止退刀路径指令数据表示将沿着上述移动路径进行减速停止的路径与远离上述移动路径的退刀路径进行合成而得的停止退刀路径；以及插补部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，根据上述停止退刀路径指令数据按插补周期来求出各轴位置。

上述退刀路径远离上述移动路径的距离即退刀量预先被设定于上述数值控制装置或者通过上述加工程序来被设定。

根据本发明，在进行退刀时，刀具一边减速一边从工件分离，因此能够不损坏加工表面质量地进行退刀，并且能够控制成在刀具方向时刻发生变化的同时5轴加工中也始终与刀具方向一致地使刀具从工件分离，因此能够不损坏加工表面质量地进行退刀。另外，在本发明中，同时进行减速停止动作和退刀动作，因此缩短了从停止信号的感知至退刀完成为止所需的时间。

附图说明

本发明的上述和其它目的以及特征根据参照附图的以下实施例的说明会变得更清楚。在这些图中：

图1是表示本发明的使用数值控制装置执行的退刀动作的示意图。

图2是本发明的数值控制装置的功能框图。

图3是以往技术中的分别描绘函数u(t)、v(t)的曲线图。

图4是本发明中的分别描绘函数u(t)、v(t)的曲线图。

图5是表示在图2示出的数值控制装置上执行的退刀控制处理的过程的流程图。

图6是表示以往技术中的退刀动作的示意图。

具体实施方式

本发明的使用数值控制装置执行的加工的中断和退刀通过以下过程来进行。

<B1>在加工过程中感知停止信号接通(ON)。

<B2>沿着使刀具方向的退刀与指令路径重叠而得的“停止退刀路径”，使刀具进行减速停止。

在上述过程中加工中断时进行退刀动作时，在5轴加工机中在上述过程<B2>的减速停止中刀具方向时刻发生变化，因此与此相应地使退刀方向也时刻发生变化。图1是表示本发明的使用数值控制装置执行的退刀动作的示意图。

本发明的数值控制装置为了实现图1所示那样的动作控制，如图2的功能框图所示，具备指令读取部11、停止信号感知部12、减速停止部13、停止退刀路径生成部14、插补部15以及各轴伺服控制部16～18，该各轴伺服控制部16～18对X轴、Y轴、Z轴的伺服电动机进行控制。

指令读取部11对在数值控制装置10所具备的存储器(未图示)中存储的加工程序进行分析来读取直线轴的移动路径指令、工件与刀具的相对移动速度指令、相对于工作台的刀具方向指令以及与刀具长度等加工控制有关的信息，根据读取的该信息来生成使用于各轴的控制的指令数据并进行输出。

停止信号感知部12感知用于请求加工的中断和退刀动作的停止信号，对后述的减速停止部13和停止退刀路径生成部14输出开始退刀控制的指令。

减速停止部13根据来自停止信号感知部12的指令来进行动作，计算出使各轴沿着加工路径进行减速停止的速度并进行输出。

停止退刀路径生成部14根据来自停止信号感知部12的指令来执行后述的退刀控制处理并生成指令数据，该指令数据用于对将沿着移动路径进行减速停止的路径与远离指令路径的退刀路径进行合成而得的路径(称为“停止退刀路径”)进行指令。在此，关于使刀具从工件的表面退刀至什么程度，在数值控制装置10所具备的存储器(未图示)中用参数预先设定、或者能够通过加工程序(NC程序)进行指定即可。

此外，停止退刀路径生成部14在没有来自停止信号感知部12的指令的情况下、即没有感知到停止信号的情况下，不执行退刀控制处理，将指令读取部11所生成的指令数据直接输出到插补部15。

插补部15根据停止退刀路径生成部14所输出的指令数据来执行插补处理，进行求出每个插补周期的各轴位置的插补处理。

然后，X轴、Y轴、Z轴的各轴伺服控制部16～18驱动各轴电动机使得向插补部15所求出的各轴位置进行移动。

说明在具备这种结构的数值控制装置10上执行的加工中断时的退刀控制处理。

在以下说明中，将没有停止信号加工就不会停止结束的情况下的刀具前端点的三个直线轴(X、Y、Z轴)的路径与两个旋转轴(B轴、C轴)的路径分别作为时间t的函数而标记为Px(t)、Py(t)、Pz(t)、Pb(t)、Pc(t)。这些各路径为使用指令读取部11从加工程序(NC程序)读取的路径(称为“指令路径”)。

另外，定义使用X、Y、Z轴坐标来定义的三维矢量(Px(t)、Py(t)、Pz(t))＝Pl(t)、使用两个旋转轴(B轴、C轴)的坐标来定义的二维矢量(Pb(t)、Pc(t))＝Pr(t)、使用5轴的坐标来定义的五维矢量(Px(t)、Py(t)、Pz(t)、Pb(t)、Pc(t))＝P(t)。在此，矢量P(t)的直线轴成分为Pl(t)，旋转轴成分为Pr(t)。

在这种定义下，考虑在时刻ts中感知到停止信号接通(ON)的情况。接收该停止信号在数值控制装置10中沿着指令路径P(t)进行减速并退刀。将此时的路径设为P’(t)，将该路径称为“停止路径”。作为沿着指令路径进行的减速部分D(t)与退刀部R(t)之和，能够使用以下式(1)来表示停止路径P’(t)。

P’(t)＝D(t)+R(t) ······(1)

以下，将减速部分D(t)的旋转轴成分标记为Dr(t)。另外，将退刀部R(t)的直线轴成分标记为Rl(t)，将旋转轴成分标记为Rr(t)。

<以往技术的情况下>

首先，为了与本发明进行比较，说明以往技术的退刀控制。

在以往技术中，当感知到停止信号时，在沿着指令路径进行减速停止之后，开始进行退刀。将减速停止完成的时刻设为te，将退刀开始时刻设为trs，将退刀完成时刻设为tre。能够使用以下式(2)表示沿着指令路径进行的减速部分D(t)。

D(t)＝P(u(t)) ······(2)

在上述式(2)中，u(t)为成为以下情况的函数：

·在t≤ts中u(t)＝t(注：ts为感知到停止信号接通的时刻)，

·在ts<t<te中满足u(t)<te并且单调增加，

·在te≤t中u(t)＝u(te)

由此，停止信号感知前后的刀具的路径在t≤ts中与指令路径P(t)相同，在ts<t<te中沿着指令路径进行减速，在te≤t中停止。

另外，能够使用以下式(3)表示退刀部R(t)的直线轴成分Rl(t)。

Rl(t)＝Tool(Pr’(trs))×v(t) ·····(3)

在上述式(3)中，函数Tool()为根据两个旋转轴的位置来计算刀具方向的单位矢量的函数，Tool(Pr’(trs))表示退刀开始时间点上的刀具方向的单位矢量。该单位矢量Tool(Pr’(trs))表示刀具方向，因此仅具有直线轴的成分，旋转轴成分为零。在以往技术中，在旋转轴停止之后开始进行退刀，因此在退刀过程中刀具方向的单位矢量不会发生变化。此外，也如日本特开2014-010566号公报等中所公开那样，根据两个旋转轴的位置来计算刀具方向的单位矢量的方法是公知技术，因此省略函数Tool()的详细说明。

另外，v(t)为成为以下情况的函数：

·在t≤trs中v(t)＝0，

·在trs<t<tre中单调增加，

·在tre≤t中v(t)＝R。

R为退刀量，预先通过参数或者加工程序(NC程序)来指定。由此，

·在t≤trs中R(t)为0，

·在trs<t<tre的区间内逐渐退刀(R(t)增加)，

·在tre≤t中R(t)为与退刀量R相同的值，成为刀具退刀R的状态。

另外，旋转轴(B轴、C轴)不会由于退刀动作而工作，因此退刀部R(t)的旋转轴成分Rr(t)为零。

因此，成为Pr’(trs)＝Dr(trs)＝Pr(u(trs))。

图3是以往技术中的分别描绘上述函数u(t)、v(t)的曲线图。

根据上述情况，在以往技术中能够使用以下式(4)来表示停止路径。

P’(t)＝D(t)+R(t)

＝P(u(t))+Tool(Pr(u(trs)))×v(t)

······(4)

<本发明的情况>

与此相对，在本发明的加工中断时的退刀动作控制处理中，当感知到停止信号时一边沿着指令路径进行减速停止一边进行退刀。将完成减速停止的时刻设为te，将退刀完成时刻设为tre。退刀开始时刻trs与减速停止开始时刻ts相同。此外，在本发明中，也可以先完成沿着路径进行的减速停止和退刀中的任一个。即，可以是te<tre，也可以te＝tre或者te>tre，关于任一个值，可以由厂商在数值控制装置10所具备的存储器(未图示)内的设定区域内预先进行定义，也可以由用户能够与作为控制对象的加工机的特性相符地进行设定。

将通过本发明的退刀控制处理而生成的路径设为P”(t)，将该路径称为“停止退刀路径”。与以往技术一样，作为沿着指令路径进行的减速部分D(t)与退刀部R(t)之和，能够使用以下式(5)来表示停止退刀路径P”(t)。

P”(t)＝D(t)+R(t) ······(5)

在上述式(5)中，与以往技术一样，能够使用上述式(2)来表示减速停止部D(t)，并且，能够使用以下式(6)来表示退刀部R(t)的直线轴成分Rl(t)。

Rl(t)＝Tool(Pr”(t))×v(t) ······(6)

在此，Tool(P”(t))为时间t中的刀具方向的单位矢量，与以往技术不同，要注意时刻发生变化这一点。此外，关于退刀动作，与以往技术一样是仅三个直线(X、Y、Z轴)的移动，而不伴随旋转轴的移动。因此，退刀部R(t)的旋转轴成分Rr(t)为零。

因此，成为Pr”(t)＝Dr(t)＝Pr(u(t))。

图4是本发明中的分别描绘上述函数u(t)、v(t)的曲线图。

此外，在本发明中，关于函数u(t)、v(t)，可以由厂商在数值控制装置10所具备的存储器(未图示)内的设定区域内预先进行定义，也可以由用户能够与作为控制对象的加工机的特性相符地设定函数的单调增加部分。

根据上述情况，在以往技术中，能够使用以下式(7)来表示停止路径。

P”(t)＝D(t)+R(t)

＝P(u(t))+Tool(Pr(u(t)))×v(t) ······(7)

这样，在本发明中，一边进行减速停止一边实现与时刻发生变化的刀具方向相应的退刀动作。由此，能够不损坏加工面地向刀具方向进行退刀。

使用图5的流程图来说明在图2示出的数值控制装置10上执行的退刀控制处理的过程。在加工控制的每个控制周期内执行该处理。

·[步骤SA01]判断停止信号感知部12是否感知到用于请求加工的中断和退刀动作的停止信号。在感知到停止信号的情况下，进入到步骤SA02，在没有感知到停止信号的情况下，将使用指令读取部11进行分析而输出的指令数据直接输出到插补部15，结束该处理。

·[步骤SA02]减速停止部13计算出刀具一边沿着移动路径进行移动一边进行减速停止的速度数据并进行输出。

·[步骤SA03]停止退刀路径生成部14根据指令读取部11进行分析而输出的指令数据以及减速停止部13输出的速度数据，来生成停止退刀路径P”(t)并输出到插补部15。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不局限于上述实施方式的示例，通过施加适当的变更，还能够使用其它方式来实施。

Claims (2)

1.一种数值控制装置，根据加工程序对具有至少两个直线轴和用于变更相对于工件的相对的刀具方向的两个旋转轴的加工机进行控制，对设置在工作台上的工件进行加工，其特征在于，

该数值控制装置具备：

指令读取部，其读取上述加工程序并进行分析，生成表示上述直线轴和上述旋转轴的移动路径的指令数据；

停止信号感知部，其感知用于请求上述加工的中断和退刀的停止信号；

减速停止部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，生成沿着上述移动路径进行减速停止的速度数据；

停止退刀路径生成部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，根据上述指令数据和上述速度数据，生成停止退刀路径指令数据，该停止退刀路径指令数据表示将沿着上述移动路径进行减速停止的路径和与上述减速停止中时刻变化的刀具方向相对应而远离上述移动路径的退刀路径进行合成而得的停止退刀路径；以及

插补部，其在上述停止信号感知部感知到上述停止信号时，根据上述停止退刀路径指令数据按插补周期来求出各轴位置。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述退刀路径远离上述移动路径的距离即退刀量预先被设定于上述数值控制装置或者通过上述加工程序来被设定。