CN107077126A - 刀具路径的生成方法及机床 - Google Patents

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Abstract

一种刀具路径的生成方法及机床，该刀具路径的生成方法是相对于由机床(1)加工工件(91)的第一刀具路径进行平滑化处理生成第二刀具路径的刀具路径的生成方法，包括在第一刀具路径的多个移动点(Pn)算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出工序。刀具路径的生成方法包括在各个移动点(Pn)基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重算出工序；和在各个移动点(Pn)使用权重算出移动点(Pn)的移动平均的坐标值，将移动点(Pn)的移动平均的坐标值作为第二刀具路径的移动点来设定的工序。

Description

刀具路径的生成方法及机床
技术领域
本发明涉及一种刀具路径的生成方法及机床。
背景技术
在以往的技术中，已知使刀具相对于工件相对移动进行切削等加工的机床。另外，在这样的机床中，已知如下的数控式机床：由规定的进给轴的坐标等指定刀具的路径一面使刀具相对于工件移动一面进行加工。机床通过按控制装置的指令使工件及刀具中的至少一方移动，能够一面变更刀具的相对于工件的相对位置一面自动地进行加工。
机床通过加工规定的形状的工件来形成目标形状的工件。用于使机床动作的加工程序能够基于设计的工件的目标形状由CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)装置自动地生成。CAM装置基于工件的目标形状生成包括刀具的相对于工件的相对的移动信息在内的刀具路径。而且，输出包括刀具路径的信息在内的加工程序。
机床基于加工程序按每个规定的间隔设定移动点并进行控制以便刀具通过移动点。例如，在工件停止而刀具移动的情况下，刀具刀具以刀具前端点通过移动点的方式移动。在刀具路径上有多个移动点，在移动点彼此之间刀具呈直线性地移动。
顺便说一下，即使在目标形状的工件的表面是曲面的情况下，也成为沿着工件的表面的刀具路径。可是，由于刀具在移动点彼此之间呈直线性地移动，所以在工件的表面为曲面的部分，存在发现加工面不成为平滑的曲面而是组合了平面地尖锐的部分的情况。因此，在以往的技术中，已知对刀具路径进行修正使工件的加工面变得平滑的平滑化处理。在平滑化处理中，对刀具路径中的移动点的位置进行修正生成新的刀具路径，这已被公知。
在国际公开第2012/056554号小册子中公开了刀具路径的生成方法，所述刀具路径的生成方法包括算出将多个加工点依次以直线连结而得到的折曲线的折曲点中的折曲角度的步骤和将折曲角度越大则越接近折曲点的那样的近似曲线导出的近似曲线导出步骤。而且，在此刀具路径的生成方法中，公开了沿近似曲线生成刀具路径的情况。
在日本专利第3958112号说明书中公开了数控装置中的速度控制方法，所述速度控制方法使由线段近似的曲线形状的指令数据平稳，按规定的公差以比设定单位细的单位修正指令点。而且，在此速度控制方法中，公开了使用被修正的指令点对各移动成分的加速度收在规定值以内的那样的速度进行演算而进行速度控制的情况。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/056554号小册子
专利文献2：日本专利第3958112号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
在由机床进行加工的期间中，在刀具路径的行进方向变化的部分中向工件或刀具施加力。即，工件或刀具中的移动的部分的加速度变化。在行进方向急剧地变化了的情况下等，存在向移动的部分施加大的力并产生摆动、振动的情况。其结果，存在工件的加工精度降低的情况。例如，在加工曲面状的部分的情况下，因为向进给轴施加的力变化，所以存在表面粗糙度变糙的情况。因此，在刀具的相对于工件的相对移动的方向变化的情况下，能够使刀具的相对于工件的相对速度降低来进行加工。即使在进行了平滑化处理的刀具路径中，也能够在刀具路径为曲线状的部分中使移动速度降低来进行加工。通过降低移动速度能够抑制加工精度的降低。可是，产生加工工件的时间变长这样的问题。
通过进行平滑化处理能够使加工后的表面平滑，但刀具路径从原来的刀具路径偏离，这已被公知。进行了平滑化处理的刀具路径成为与进行平滑化处理前的刀具路径相比向内侧延伸的路径。在上述的日本专利第3958112号说明书记载的速度控制方法中，能够使平滑化处理后的刀具路径接近平滑化处理前的刀具路径。但是，没有考虑在刀具路径弯曲的部分中的移动速度，特别是，需要在刀具路径弯曲得大的部分中使移动速度减小来进行加工。
本发明以在进行平滑化处理的刀具路径的生成方法及机床中使加工时间变短为目的。
为了解决课题的手段
本发明的刀具路径的生成方法，是相对于由机床加工工件的第一刀具路径进行平滑化处理而生成第二刀具路径的刀具路径的生成方法，其特征在于，包括：设定第一刀具路径中的多个移动点的工序；在各个移动点算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出工序；在各个移动点基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重算出工序；和在各个移动点使用前述权重算出移动点的移动平均的坐标值，将移动点的移动平均的坐标值作为第二刀具路径的移动点进行设定的工序。
在上述的发明中，前述变化率算出工序包括算出在第一刀具路径的各个移动点的曲率的移动平均值的工序；和基于被算出了的曲率的移动平均值算出曲率的变化率的工序。
在上述的发明中，前述权重算出工序包括基于曲率的变化率算出正态分布的标准偏差的工序；和基于具有被算出了的标准偏差的正态分布算出移动平均的前述权重的工序。
在上述的发明中，预先确定加工后的工件的尺寸误差的允许值，前述权重算出工序包括基于前述允许值设定用于算出移动平均的移动点的个数的工序。
本发明的机床，其特征在于，具备相对于由第一加工程序设定的第一刀具路径进行平滑化处理而作成第二刀具路径的控制装置，前述控制装置包括：基于第一刀具路径设定多个移动点的移动点设定部；在各个移动点算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出部；在各个移动点基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重设定部；在各个移动点使用前述权重算出移动点的移动平均的坐标值，将移动点的移动平均的坐标值作为第二刀具路径的移动点进行设定的移动点修正部；和基于第二刀具路径的移动点生成第二加工程序的程序作成部。
发明的效果
根据本发明，能够在进行平滑化处理的刀具路径的生成方法及机床中使加工时间变短。
附图说明
图1是切削加工工件时的工件及刀具的示意剖视图。
图2是由第一参考例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径的说明图。
图3是由第二参考例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径的说明图。
图4是用于在生成第二参考例的刀具路径时算出移动平均的坐标值的权重的坐标图。
图5是说明刀具路径的例子的示意图。
图6是说明在刀具路径的规定的位置的速度及加速度的图。
图7是实施方式中的程序修正装置的框图。
图8是从第一加工程序生成第二加工程序的控制的流程图。
图9是说明曲率半径的算出方法的图。
图10是说明其他的曲率半径的算出方法的图。
图11是说明中间曲率的坐标图。
图12是用于算出曲率的移动平均值的权重的坐标图。
图13是说明中间曲率的变化率的算出方法的图。
图14是用于在生成第二刀具路径时算出坐标值的移动平均的权重的坐标图。
图15是正态分布的相对于中间曲率的变化率的标准偏差的坐标图。
图16是由参考例的刀具路径进行加工时的工件的形状及刀具路径的说明图。
图17是由第一实施例的刀具路径的生成方法生成的第二刀具路径的说明图。
图18是由第二实施例的刀具路径的生成方法生成的第二刀具路径的说明图。
图19是实施方式中的机床的框图。
具体实施方式
为了实施发明的优选方式
参照图1到图19，对实施方式中的刀具路径的生成方法及机床进行说明。本发明中的刀具路径表示在刀具一面相对于工件相对地移动一面加工工件时的刀具的相对于工件的相对路径。
本实施方式的机床是基于加工程序一面自动地使刀具和工件相对地移动一面进行加工的数控式的机床。向机床输入加工程序。机床基于加工程序一面使工件及刀具的至少一方移动一面进行加工。
本实施方式的机床作为直线进给轴，具有X轴、Y轴及Z轴这3轴，能够使刀具和工件在各进给轴的方向相对移动，加工3维形状的工件。在本实施方式中，为了简单地进行说明，例示刀具在X轴及Y轴这2轴的方向移动来进行加工的情况进行说明，但本发明包括使刀具和工件在X轴、Y轴及Z轴这3轴的方向相对移动来进行加工的情况。
图1是刀具相对于工件移动时的工件及刀具的示意剖视图。刀具90一面沿工件91的表面移动一面进行切削加工。由刀具90的侧面加工工件91的包括弯曲部92在内的表面。在加工工件91时，基于加工程序设定多个移动点P。连结移动点P的路径是刀具路径。而且，移动刀具90以便刀具前端点等刀具90的基准点通过移动点P。
在本实施方式的刀具路径的生成方法中，对由第一加工程序确定的第一刀具路径进行平滑化处理，生成第二刀具路径。进行平滑化处理前的刀具路径如箭头101、102、103所示。若加工弯曲部92，则在移动点Pc，刀具90移动的方向变化得大。因此，在与移动点Pc对应的工件的部分中，表面不成为平滑的曲面，而是成为尖锐的形状。因此，修正移动点的位置，进行使刀具路径平滑的平滑化处理。
进行了平滑化处理的第二刀具路径如箭头101、104、103所示。通过由第二刀具路径进行加工，能够在弯曲部92使工件91的表面比由第一刀具路径加工的情况平滑。
首先，对参考例的刀具路径的生成方法进行说明。在这里，说明第一参考例及第二参考例。在刀具路径的生成方法中，进行对暂时设定了的移动点的位置进行修正的控制。在平滑化处理中，算出预先确定的移动点的移动平均的坐标值。然后，将移动平均的坐标值设定为修正后的移动点。通过修正后的移动点的路径成为第二刀具路径。
图2是表示第一参考例的刀具路径的生成方法的说明图。在由第一加工程序确定的第一刀具路径上设定多个移动点。在图2的例子中，记载了移动点Pn-4至移动点Pn+4。在第一刀具路径中，在与移动点Pn对应的工件的部分中发现角部等，成为尖锐的形状。
在第一参考例的刀具路径的生成方法中，在各个移动点检测坐标，算出移动平均的坐标值。若使移动点Pn的坐标值为(xn、yn)，则移动点Pn的移动平均的坐标值成为下面的算式(1)及算式(2)。
[算式1]
xn:修正前的x坐标值
yn:修正前的y坐标值
xn□:修正后的x坐标值
yn□:修正后的y坐标值
在移动平均的算出中，对X坐标及Y坐标，算出前后的预先确定的个数的移动点的坐标值的平均值。在此例中，相对于移动点Pn，算出前面的2个点和后面的2个点合计5个点的平均值。将这样的在算出平均值时选定的移动点的个数称为次数。次数能够采用任意的数。在此例中，算出5次移动平均。而且，将通过移动平均算出的坐标(xn’，yn’)的点设定为修正后的移动点Pn’。通过从各个移动点Pn-4到移动点Pn+4进行与此计算同样的计算，能够设定平滑化处理后的移动点Pn-4’至移动点Pn+4’。而且，能够基于将平滑化处理后的移动点连结的路径生成第二刀具路径。
在修正移动点Pn-2的情况下，移动点Pn-2的前后的2个移动点被配置成直线状。因此，修正后的移动点Pn-2’的位置与修正前的移动点Pn-2的位置相同。即，移动点Pn-2不动。另外，移动点Pn+2等移动点也不动。可是，在移动点Pn，包括前后的移动点在内的5个移动点没有被配置成直线状，修正后的移动点Pn’的坐标值受到前后的移动点Pn-2、Pn-1、Pn+1、Pn+2的坐标值的影响。
在此例中，弯曲部的顶点的近旁的移动点Pn-1、Pn、Pn+1受到前后的移动点的坐标的影响。修正后的移动点Pn-1’、Pn’、Pn+1’与修正前的移动点Pn-1、Pn、Pn+1相比被配置在内侧。这样，第二刀具路径与第一刀具路径相比被配置在内侧。在平滑化处理后的第二刀具路径中产生所谓的转内圈现象。
图3是表示第二参考例的刀具路径的生成方法的说明图。在第二参考例中，为了使刀具路径转内圈的现象变小，对各个坐标值赋予权重来计算移动平均。即，作为修正后的坐标值算出载荷平均值。考虑了权重的修正后的各个移动点的坐标(xn’，yn’)由下面的算式(3)及算式(4)计算。
[算式2]
wn:权重
至于与各个移动点的X坐标值及Y坐标值相乘的权重，例如，能够使进行修正的移动点的坐标值的权重变大、使从移动点离开得越远的移动点的坐标值权重变得越小地进行设定。
图4是表示与各个坐标值相乘的权重的坐标图。在横轴上表示刀具路径上的移动点。进行的设定：修正的移动点Pn的坐标值的权重成为最大，从移动点Pn离开得越远权重越呈直线状地变小。在第二参考例中，在进行移动点Pn-4～Pn+4的修正的情况下，相对于所有的移动点Pn-4～Pn+4使用了图4所示的权重。即，在所有的移动点的坐标值的修正中，采用了赋予相同的权重的图形。
参照图2及图3，若对各个移动点的坐标值乘以权重算出移动平均，则与不乘以权重算出移动平均的情况相比，能够抑制转内圈现象。在第二参考例中，与第一参考例相比，能够使修正后的移动点的转内圈现象变小。进行修正的移动点的坐标值的影响变强，能够使修正后的移动点接近修正前的移动点。
这样，能够对移动点算出使用了权重的移动平均值，使坐标值的移动平均成为修正后的坐标值。修正后的坐标值的算出式，若进行一般化，则能够表示为下面的算式(5)及算式(6)。变量i是次数，能够预先设定。
[算式3]
i：次数
然而，在刀具的相对于工件的行进方向变化的部分中，若不降下刀具的相对于工件的相对移动速度地进行加工，则存在进给轴产生摆动、冲击的情况。其结果，表面粗糙度变糙或尺寸精度降低。即，加工精度恶化。因此，在刀具的相对于工件的行进方向变化的部分中，能够进行使移动速度降低的控制。
例如，参照图1，如箭头101所示，在将工件91的表面加工成平面状的情况下，能够使刀具90的移动速度恒定地进行加工。可是，如箭头104所示，在加工工件91的曲面状的部分的情况下，是降下速度地进行移动。而且，如箭头103所示，在再次加工平面状的部分的情况下，能够使速度返回到原来的速度。可是，若使移动速度降低，则加工时间变长。在这里，详细研究在刀具路径中移动时的刀具的移动速度及加速度。
图5是表示刀具路径的一例。在此例中，在从点A到点B为止的区间中，刀具路径成为曲线状，在与点A相比为前方的部分及与点B相比为后方的部分中，刀具路径成为直线状。例如，在从点S到点A为止的区间中，刀具呈直线状地移动。与此相对，从点A到点B为止的区间中，刀具呈曲线状地移动。
图6是表示与进给轴的速度及加速度有关的坐标图。图6表示在图5的刀具路径上移动了时的进给轴的速度及加速度。关于速度及加速度，分别记载了X轴方向及Y轴方向的速度及加速度。在进行平滑化处理前的第一刀具路径中，在点A，X轴方向的速度vx开始减小，在点B，速度vx成为零。在X轴方向的加速度ax中，在点A，产生加速度，加速度的绝对值逐渐变大。在点B的近旁，加速度急剧地成为零。在点B的近旁，产生大的加速度的变化。
至于Y轴方向的速度vy，在点A，产生从零到负的速度vy。此后，速度vy的绝对值逐渐变大。在点B，到达恒定的速度vy。因此，在Y轴方向的加速度ay中，在点A的近旁，产生大的加速度的变化。
在加工期间中进给轴摆动或产生冲击可以认为是因为加速度的变化大。而且，发现产生加速度的变化的原因在于刀具路径的曲率的变化率。即，若曲率的变化率变大，则刀具将急剧地变化行进方向。此时发现了产生大的加速度的变化。因此，在本发明的刀具路径的生成方法中，在产生大的加速度的变化的部分，生成使加速度的变化变小的刀具路径。
例如，参照图5及图6，在从点S到点A的区间，因为没有刀具路径的曲率的变化，所以加速度是零。在从点B到点E的区间中，加速度也是零。可是，在点A及点B，作为曲率产生大的变化，在此部分中，产生了大的加速度的变化。在本发明中，进行与刀具路径的曲率的变化率相应地变更与各个移动点的坐标相乘的权重的控制。
图7是表示本实施方式的程序修正装置的框图。程序修正装置21，例如具备经总线相互连接的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)及ROM(Read Only Memory，只读存贮器)等。
向程序修正装置21输入由CAM装置等预先生成的第一加工程序76。在第一加工程序76中包括第一刀具路径的信息。程序修正装置21进行第一刀具路径的移动点的修正，生成第二刀具路径。而且，基于第二刀具路径输出修正后的第二加工程序29。
程序修正装置21包括基于第一加工程序76设定移动点的移动点设定部22；和算出各个移动点的曲率进而算出修正了曲率的中间曲率的中间曲率算出部23。另外，程序修正装置21包括算出中间曲率的变化率的变化率算出部24。程序修正装置21包括基于算出的中间曲率的变化率设定算出移动平均的坐标值时的权重的权重设定部25。另外，程序修正装置21包括基于被设定的权重进行移动点的修正的移动点修正部26。在移动点修正部26，算出修正后的移动点。另外，程序修正装置21包括基于修正了的移动点生成新的第二加工程序的程序作成部27。
图8是表示本实施方式中的刀具路径的生成方法的流程图。此控制能够由程序修正装置21实施。参照图7及图8，在步骤41中，移动点设定部22读入预先作成的第一加工程序76。而且，在步骤42中，移动点设定部22基于第一加工程序76设定第一刀具路径中的多个移动点。更详细地说，移动点设定部22设定多个移动点的坐标值。
接着，控制装置70实施在各个移动点算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出工序。在步骤43中，中间曲率算出部23算出在移动点的曲率。曲率的算出按每个各个移动点实施。在本实施方式中，为了算出移动点的曲率，算出移动点的曲率半径。
图9是表示说明曲率半径的算出方法的图。在此例中，算出在移动点Pn的曲率半径。取得移动点Pn的坐标值。进而，取得移动点Pn的前后的移动点Pn-1及移动点Pn+1的坐标值。而且，能够基于移动点Pn、移动点Pn-1及移动点Pn+1的坐标值算出假想的圆61的方程式。若3点的坐标值确定，则能够算出圆61的方程式。而且，能够将假想的圆61的半径设定为曲率半径rn。
图10是表示说明其它的曲率半径的算出方法的图。作成连结移动点Pn-1和移动点Pn的线段的垂直平分线。另外，作成连结移动点Pn和移动点Pn+1的线段的垂直平分线。能够使2个垂直平分线相交的点作为假想的圆61的中心点62。若算出中心点62的坐标值，则能够算出假想的圆61的半径。而且，能够将圆61的半径设定为在移动点Pn的曲率半径rn。
在3维的坐标系中，也能够由与前述相同的方法基于多个移动点的坐标值设想假想的圆。而且，能够将假想的圆的半径设定为移动点的曲率半径。另外，作为曲率半径的算出方法不局限于此方式，能够采用任意的方法。
曲率是曲率半径的倒数。能够基于下面的算式(7)算出在规定的移动点的刀具路径的曲率。
[算式4]
αn＝1/rn…(7)
α:曲率
rn:曲率半径
参照图7及图8，接着，在步骤44中，中间曲率算出部23算出中间曲率。在本实施方式中，基于修正了的曲率算出刀具路径的曲率的变化率。在本实施方式中，将修正了的曲率称为中间曲率。在这里，列举图5所示的刀具路径的例子说明中间曲率。
图11是表示在移动点的修正前的曲率及中间曲率的坐标图。参照图5及图11，修正前的曲率用虚线表示。在修正前的曲率中，在从点S到点A为止的区间及从点B到点E为止的区间是零，为恒定。在从点A到点B为止的区间中，修正前的曲率恒定。可是，在点A，修正前的曲率急剧地上升。而且，在点B，修正前的曲率急剧地减小。
为了消除在这样的点A及点B的不连续性，在本实施方式中，对曲率进行平滑化处理的修正。在曲率的平滑化处理中，例如，能够算出规定的移动点的曲率的移动平均值，将算出了的移动平均值设定为中间曲率。进而，在算出移动平均值时，能够对各个移动点的曲率乘以权重。
图12是表示用于算出曲率的移动平均值的权重的坐标图。在这里的例子中，提取进行修正的移动点之前的10个移动点和之后的10个移动点。即，例示了21次的移动平均值的算出。第十一点相当于算出本次的移动平均值时的移动点。通过此坐标图，能够对各个移动点设定权重。
在算出曲率的移动平均值的情况下，设定成进行修正的移动点的权重变大，从此移动点离开得越远，权重变得越小。关于进行曲率的平滑化处理时的权重，不限定于此方式，能够采用任意的权重。例如，能够使用后述的正态分布设定权重。
在图11中，用实线表示这样由移动平均值进行了平滑化处理的中间曲率。能够对每个各个移动点算出中间曲率。在与点A相比稍靠前的位置，曲率开始上升，在与点A相比稍靠后的位置，曲率为恒定。另外，在与点B相比稍靠前的位置，曲率开始减少，在与点B相比稍靠后的位置，成为零。在点A及点B的近旁，曲率平滑地变化。
参照图7及图8，接着，在步骤45中，变化率算出部24算出中间曲率的变化率。图13是表示说明中间曲率的变化率的算出方法的示意图。在预先确定的移动点Pn的中间曲率的变化率的算出中，取得移动点Pn的中间曲率αn和之前的移动点Pn-1的中间曲率αn-1。而且，算出移动点Pn和移动点Pn-1之间的距离ln。移动点Pn的曲率的变化率能够由下面的算式(8)算出。
[算式5]
βn:点Pn的曲率的变化率
αn:点Pn的曲率
ln:点Pn-1和点Pn之间的距离
接着，控制装置70实施在各个移动点基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重算出工序。
参照图7及图8，在步骤46中，权重设定部25在各个移动点设定用于算出移动平均的坐标值的权重。在本实施方式的刀具路径的生成方法中，也与第二参考例同样，通过算出使用了权重的移动平均的坐标值，设定修正后的移动点的位置。
在刀具路径的曲率的变化率大的区域，可以认为加速度的变化大。因此，在本实施方式中，在曲率的变化率小的移动点，使平滑化的影响变小。即，使平滑化变弱，使原来的移动点的影响变大。另一方面，在曲率的变化率大的移动点，能够使平滑化变强。即，能够使平滑化变强，使原来的移动点的影响变小，并且使周围的移动点的影响变大。
图14是表示算出本实施方式的移动平均的坐标值时的权重的坐标图。在图14所示的坐标图中，例示了标准偏差为1的坐标图和标准偏差为0.1的坐标图。在本实施方式中，在作为移动平均的算出使用的权重设定中使用正态分布。横轴与刀具路径上的移动点对应。纵轴是用于算出移动平均的坐标值的权重wn。在本实施方式中，算出21次的移动平均值，算出修正后的移动点的坐标值。
这里，标准偏差越小，进行修正的移动点Pn的权重越大，从移动点Pn离开的移动点的权重越小。例如，可以知道若标准偏差小，则在移动点Pn的权重wn和在移动点Pn-10的权重wn-10的差大。即，可以知道标准偏差越小，权重越集中，标准偏差越大，权重越分散。
图15表示坐标图，该坐标图表示中间曲率的变化率和用于设定权重的正态分布的标准偏差的关系。在本实施方式中，在中间曲率的变化率大的移动点，将权重分散。即，采用标准偏差大的正态分布。另一方面，在中间曲率的变化率小的移动点，采用标准偏差小的正态分布。这样，进行中间曲率的变化率越大使标准偏差越大的控制。
图15所示的标准偏差能够基于下面的算式(9)算出。能够基于中间曲率的变化率算出标准偏差。另外，算式(9)中的常数a、标准偏差的最小值σmin能够通过实验等预先确定。
[算式6]
σn＝σmin+aβn 2…(9)
σn：点Pn的标准偏差
σmin：标准偏差的最小值
a:常数
βn:点Pn的曲率的变化率
权重设定部25能够对各个移动点基于算式(9)的计算式设定算出移动平均值时的权重。或者，能够使图15所示的中间曲率的变化率和标准偏差的关系预先存储在存储部。而且，能够基于中间曲率的变化率设定正态分布的标准偏差。
参照图7及图8，接着，在步骤47中，移动点修正部26使用被设定了的移动平均的权重算出修正后的移动点的坐标值。各个移动点的修正后的坐标值能够基于前述算式(5)及算式(6)算出。即，能够设定第二刀具路径的移动点。接着，在步骤48中，程序作成部27能够基于被算出了的修正后的移动点的位置生成第二加工程序29。
这样，在本实施方式中，在每个移动点设定权重的分布。在每个移动点设定权重算出移动平均的坐标值，将算出了的坐标设定为修正后的移动点。
在图5所示的例子中，在点A及点B的近旁，使用标准偏差大的坐标图设定权重。通过此控制，在点A的近旁及点B的近旁，能够得到大的平滑化的效果。对此，如点C、点S及点E的那样，在中间曲率的变化率小的移动点，例如能够使用标准偏差小的坐标图设定权重，使平滑化的效果变小。
图6表示在第一刀具路径的基础上与由本实施方式的刀具路径的生成方法生成的第二刀具路径有关的速度及加速度。在本实施方式中，在曲率的变化率大的区域中，采用大的标准偏差将权重分散。通过将权重分散，能够得到强的平滑化的效果。若平滑化的效果变强，则在修正后的移动点的第二刀具路径的曲率的变化变得平缓。其结果，加速度的变化率变小。特别是，通过作为第一刀具路径的曲率采用中间曲率，就加速度ax及加速度ay而言，在点A的近旁及点B的近旁的加速度的变化变小。
因此，在本实施方式的刀具路径的生成方法中，能够抑制进给轴产生的摆动、冲击。或者，能够抑制在刀具路径的行进方向变化前进行的减速。能够以比以往的技术大的速度移动。例如，能够以比由第二参考例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径大的速度进行加工。其结果，能够缩短加工时间。
在本实施方式中，为了设定用于算出移动平均的坐标值的权重使用了正态分布。通过采用此方法，能够由标准偏差变更权重的分散的程度，能够容易地变更权重的分散。即，能够容易地调整平滑化的效果。另外，参照图14，在使将权重集中而进行修正的移动点的坐标的影响变大的情况下，使标准偏差变小。权重的最大值和最小值的差变大。在此情况下，也能够使在进行修正的移动点的近旁的权重的变化变小。另外，能够使从规定的移动点最离开了的移动点的近旁的权重的变化变小。因此，能够使加速度的变化变得平滑。
另外，为了设定用于算出移动平均的坐标值的权重，使用正态分布以外的分布也没有问题。例如，使用如图12所示的那样的权重呈直线状地变化的分布也没有问题。
接着，对由本实施方式中的刀具路径的生成方法作成的刀具路径的特征进行说明。
图16是表示说明由第二参考例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径的示意图。表示了第一刀具路径和由第二参考例的刀具路径的生成方法生成的第二刀具路径。在第二参考例的刀具路径中，发现了相对于被输入的刀具路径在弯曲部整体的区域中转内圈的现象。而且，在工件91的弯曲部92，成为比所希望的形状小的形状。
图17是表示由第一实施例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径的说明图。表示了被输入程序修正装置的第一刀具路径和由本实施方式的刀具路径的生成方法生成的第二刀具路径。在加速度的变化变大的点A的近旁及点B的近旁，因为使标准偏差变大，所以在第二刀具路径中发现转内圈现象。与此相对，在点C的近旁的区域RC中，因为使标准偏差变小，所以原来的移动点的坐标值的影响变大。特别是，在与工件91的弯曲部92的顶点对应的区域RC中，能够使第二刀具路径与第一刀具路径相同。这样，在本实施方式的刀具路径的生成方法中，在曲率的变化率小的区域中生成与原来的刀具路径接近的刀具路径，在曲率的变化大的区域中生成从原来的刀具路径离开了的刀具路径。
图18是表示由第二实施例的刀具路径的生成方法生成的刀具路径的说明图。在第二实施例的刀具路径的生成方法中，在点C的近旁的区域RC中，第二刀具路径与第一刀具路径重叠，但第二实施例的区域RC与第一实施例的区域RC相比变得非常小。由第二实施例的第二刀具路径生成的工件的弯曲部成为比由第一实施例的第二刀具路径加工的工件的弯曲部尖锐的形状。
参照图17及图18，这样的弯曲部的形状能够通过变更在移动平均的算出中使用的次数或作为移动点彼此的间隔的间距来变化。首先，对移动点彼此之间的多个间距相同的情况进行说明。
若使算出移动平均的坐标值时的次数变大，则受到被配置在远处的移动点的坐标值的影响。而且，转内圈量变大。与此相反，若使次数变小，则难以受到被配置在远处的移动点的坐标值的影响。因此，若使次数变小，则如第一实施例的刀具路径的那样能够生成使原来的移动点的影响变大了的刀具路径。与此相对，通过使次数变大，能够生成使原来的移动点的影响小的第二实施例的刀具路径。
在次数恒定变更所有的间距的长度的情况下，通过使间距变小，原来的坐标值的影响变大，能够生成第一实施例的刀具路径。与此相对，通过使间距变大，远处的坐标值的影响变大，能够生成第二实施例的刀具路径。
另外，通过对所有的移动点使设定权重的正态分布的标准偏差或变大或变小，也能够变更刀具路径。通过变更标准偏差的相对于中间变化率的算出方法，能够变更刀具路径。例如，通过变更图15的坐标图的形状，能够变更刀具路径。通过对所有的移动点使标准偏差变小，能够生成第一实施例的刀具路径。另外，通过对所有的移动点使标准偏差变大，能够生成第二实施例的刀具路径。
再有，能够使多个移动点彼此之间的间距成为可变。例如，在第一刀具路径中，能够在曲率的变化率越小的区域中使间距越长。通过在曲率的变化率小的区域中使间距变长，受到远处的移动点的位置的影响。因此，能够从曲率的变化率变大前变更刀具路径，使加速度的变化变得平滑。
在这里，在修正后的第二刀具路径中，至少一部分区域从第一刀具路径离开。即，在加工了工件时，在工件的形状上产生尺寸误差。第二实施例的刀具路径与第一实施例的刀具路径相比，工件的尺寸误差变大。因此，加工后的工件的尺寸误差能够通过变更算出移动平均时的次数、间距及标准偏差的至少一个来调整。
例如，若使次数变大，则虽然能够使曲面变得平滑，但是转内圈量变大。因此，偏离于设计值的尺寸误差变大。加工后的工件的尺寸误差的允许值被预先确定。在算出移动平均的权重的权重算出工序中，能够基于尺寸误差的允许值设定在移动平均的算出中使用的移动点的个数。例如，能够选定尺寸误差在允许值内的最大的次数。
或者，能够基于尺寸误差的允许值设定用于设定权重的正态分布的标准偏差。例如，当在各个移动点尺寸误差超过允许值的情况下，能够以尺寸误差在允许值内的方式设定标准偏差。
进而，在设定移动点的工序中，能够基于尺寸误差的允许值设定间距。例如，能够选定尺寸误差在允许值内的最大的间距。在使间距成为可变的情况下，能够基于尺寸误差的允许值设定各个移动点彼此的间隔。
顺便说一下，通过将工件加工成弯曲部的顶部在规定的方向延伸，能够在工件上形成被称为特征线的能够看成线状的部分。特征线成为制品的外观设计的一部分。或者，为了在制品上形成特征线，能够在模具上形成与特征线对应的部分。在参考例的刀具路径的生成方法的平滑化处理中，工件、模具的表面变得平滑，另一方面，特征线模糊。
在本实施方式的刀具路径的生成方法中，能够抑制特征线模糊。在形成特征线的情况下，特别采用图18所示的第二实施例。通过进行此控制，能够使弯曲部的顶部接近尖锐的形状，能够留下特征线。
在形成特征线的情况下，能够进行在特征线的近旁将平滑化处理中止的控制。但是，若中止平滑化处理，则存在特征线的近旁的表面不变得平滑的可能性。或者，在等高线加工中，若存在中止了平滑化处理的刀具路径，则存在在相邻的刀具路径彼此之间产生阶梯差的情况。与此相对，在本实施方式的刀具路径的生成方法中，能够进行平滑化处理并且形成特征线。或者，在等高线加工中，能够一面避免阶梯差的产生一面形成特征线。
本实施方式的程序修正装置21能够配备在CAM装置、机床上。接着，对具备本实施方式的程序修正装置的机床进行说明。
图19是表示本实施方式中的机床的框图。机床1具备控制装置70。控制装置70例如具备经总线相互连接的CPU、RAM及ROM等。控制装置70包括输入部71、读取解释部72、插补演算部73及伺服控制部74。在由机床1加工的情况下，预先准备第一加工程序76。第一加工程序76能够由CAM装置77基于工件的目标形状作成。工件的目标形状例如能够由CAD(Computer Aided Design)装置作成。
向输入部71输入第一加工程序76。在第一加工程序76中包括刀具相对于工件相对移动的信息。在第一加工程序76中，例如由G代码、M代码等指令代码记载了相对于机床的动作指令。另外，第一加工程序是作业者从操作部81输入文字等重新作成也没有问题。另外，在第一加工程序中记载移动点的坐标值也没有问题。
读取解释部72从输入部71读入加工程序。读取解释部72将移动指令向插补演算部73送出。插补演算部73演算每个插补周期的位置指令值。例如，插补演算部73基于移动指令算出被设定的每个时间间隔的移动量。插补演算部73将位置指令值向伺服控制部74送出。伺服控制部74基于位置指令值算出X轴、Y轴、Z轴及A轴等各进给轴的移动量，驱动各轴伺服马达75。
控制装置70包括控制与工件的加工有关的加工信息的演算处理部78。演算处理部78具有基于加工信息演算或判别规定的变量的功能。控制装置70包括作业者输入加工信息等的操作部81和显示加工信息的显示部82。操作部81包括键盘等，能够由作业者的手动操作输入加工信息。控制装置70包括存储加工信息的存储部80。存储部80除前述的ROM、RAM以外，是经通信接口连接的存储卡、硬盘等存储装置也没有问题。
演算处理部78包括程序修正部79。程序修正部79具有前述的程序修正装置21的功能。即，程序修正部79从输入部71取得第一加工程序76。程序修正部79相对于第一刀具路径进行本实施方式的平滑化处理生成第二刀具路径。程序修正部79基于第二刀具路径生成第二加工程序。而且，程序修正部79将第二加工程序向输入部71送出。机床1基于第二程序驱动各轴伺服马达75。
这样，在机床中，也能够通过本实施方式中的刀具路径的生成方法修正刀具路径进行加工。
在本实施方式中，举出工件停止另一方面刀具一面移动一面进行加工的例子进行了说明，但不局限于此方式，能够将本发明适用于工件及刀具中的至少一方移动的刀具路径的生成方法及机床。
上述的实施方式能够适宜地组合。另外，在上述的各个控制中，能够在没有变更功能及作用的范围内适宜地变更步骤的顺序。
在各个图中，对相同或相等的部分标注了相同的符号。另外，上述的实施方式是例示，不是限定发明的实施方式。另外，在实施方式中，包括权利要求书所示的实施方式的变更。
符号的说明
1：机床；21：程序修正装置；22：移动点设定部；23：中间曲率算出部；24：变化率算出部；25：权重设定部；26：移动点修正部；27：程序作成部；29：第二加工程序；70：控制装置；72：读取解释部；75：各轴伺服马达；76：第一加工程序；79：程序修正部；90：刀具；91：工件。

Claims (5)

1.一种刀具路径的生成方法，是相对于由机床加工工件的第一刀具路径进行平滑化处理而生成第二刀具路径的刀具路径的生成方法，其特征在于，包括：
设定第一刀具路径中的多个移动点的工序；
在各个移动点算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出工序；
在各个移动点基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重算出工序；和
在各个移动点使用前述权重算出移动点的移动平均的坐标值，将移动点的移动平均的坐标值作为第二刀具路径的移动点进行设定的工序。
2.如权利要求1所述的刀具路径的生成方法，其特征在于，
前述变化率算出工序包括算出在第一刀具路径的各个移动点的曲率的移动平均值的工序；和基于被算出了的曲率的移动平均值算出曲率的变化率的工序。
3.如权利要求1所述的刀具路径的生成方法，其特征在于，
前述权重算出工序包括基于曲率的变化率算出正态分布的标准偏差的工序；和基于具有被算出了的标准偏差的正态分布算出移动平均的前述权重的工序。
4.如权利要求1所述的刀具路径的生成方法，其特征在于，
预先确定加工后的工件的尺寸误差的允许值，
前述权重算出工序包括基于前述允许值设定用于算出移动平均的移动点的个数的工序。
5.一种机床，其特征在于，
具备相对于由第一加工程序设定的第一刀具路径进行平滑化处理而作成第二刀具路径的控制装置，前述控制装置包括：
基于第一刀具路径设定多个移动点的移动点设定部；
在各个移动点算出第一刀具路径的曲率的变化率的变化率算出部；
在各个移动点基于第一刀具路径的曲率的变化率算出移动平均的权重的权重设定部；
在各个移动点使用前述权重算出移动点的移动平均的坐标值，将移动点的移动平均的坐标值作为第二刀具路径的移动点进行设定的移动点修正部；和
基于第二刀具路径的移动点生成第二加工程序的程序作成部。
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