CN108628248A - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置，能够在向与主轴方向不同的方向进行切削的加工中计算最佳的进给速度。所述数值控制装置具有：工具数据存储部，其存储安装于主轴的工具涉及的工具数据；指令解析部，其从加工程序读出并解析指令程序块，生成使主轴相对于工件相对移动的移动指令数据、以及使主轴旋转的主轴旋转指令数据；切削速度控制部，其根据工具的工具数据来计算主轴的推荐切削进给速度，在移动指令数据所含的所述主轴的切削进给速度比所述推荐切削进给速度大时，使用推荐切削进给速度来钳位主轴的切削进给速度。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别是涉及根据切削工具的加工条件来控制进给速度的数值控制装置。
背景技术
在使用了机床的切削加工中，存在像槽加工、自由曲面加工、侧面加工、倾斜面加工等那样，像铣刀工具、立铣刀(end mill)工具等那样，使安装了在工具侧面等设置有一个或多个刀刃的工具的主轴向与该主轴的方向不同的方向进行切削这样的加工方法(日本特开2016-066201号公报)。例如，在使用了立铣刀工具2的侧面槽加工中，如图4所示，使安装于主轴而旋转的立铣刀工具2向与主轴的方向大致正交的方向使工具进行切削进给，或如图5所示，使安装于主轴并旋转的立铣刀工具2以切入到工件的状态平行于工件的表面来进行切削进给，由此进行槽的加工。此外，在使用了立铣刀工具2的斜面开槽(rampinggrooving)加工中，如图6所示，使安装于主轴并旋转的立铣刀工具2以倾斜地切入到工件表面的方式来进行切削进给，由此形成槽。
在使用了球头立铣刀工具4的自由曲面加工中，如图7所示，使安装于主轴并旋转的球头立铣刀工具4向与主轴的方向不同的方向(例如，沿着作为目标的自由曲面的方向)进行切削进给来进行曲面的加工。此外，在使用了立铣刀工具2的侧面加工中，如图8所示，通过使安装于主轴并旋转的立铣刀工具2以切入到工具的状态平行于侧面地进行切削进给来对工件的侧面进行加工。
如上所述，铣刀工具、立铣刀工具等切削工具基本上都是在工具侧面等设置有一个或多个刀刃，但是不论单一刀刃、多个刀刃，在上述所例示的加工方法中，若限定为一个刀刃来观察切削动作，则通过主轴的旋转运动(主轴旋转方向)和向与主轴方向不同的方向的移动，使刀刃与工件接触来进行工件的加工，特别是在设置有多个刀刃的工具的情况下，通过使各刀刃交替地与工件接触来进行工件加工。
并且，为了深入理解，以图9所示的铣刀加工为例进行说明。在图9的示例中，在铣刀工具5上设置有6个刀刃6，通过主轴的旋转运动刀刃6朝向主轴旋转方向M旋转。此外，通过控制主轴的移动轴，铣刀工具5向不同于主轴方向的移动方向Q移动。并且，当铣刀工具5具有的刀刃6与工件3接触时，通过主轴的旋转运动和向与主轴方向不同的移动方向Q的移动，刀刃6一边切削工件3一边向工件3的外侧退去。通过连续地进行这样的动作，使用了铣刀工具5具有的6个刀刃6的工件3的铣刀加工成立。在这样的加工方法中，表示铣刀工具5具有的每一个刀刃6一次的加工量的一刀进给量D，可以使用铣刀工具5具有的刀刃6的数量、相对主轴旋转方向M的每一单位时间的转速、相对移动方向Q的切削进给速度，通过以下的数学式1来计算。另外，一刀进给量既可以通过上述各加工方法也可以通过同样的方法来计算。
【数学式1】
对工具的一刀进给量提供了工具制造商针对每一工具而设定的推荐值，操作员一边考虑工具制造商的目录等所记载的一刀进给量的推荐值、工件的加工形状、加工精度、使用机械、工具的刚性等与切削相关的所有要素，一边设定包含切削进给速度和主轴转速在内的加工条件。这里，在操作员误设定加工条件，结果造成一刀进给量超过推荐值时，有时会导致工件的加工品质降低、工具寿命大幅减少、工具损坏。
这样，在决定进给速度和主轴转速等时，操作员需要注意工具切削条件的推荐值，但是在重新制作加工程序时，有可能设定并不妥当的(不满足切削条件推荐值的)加工条件。此外，在对已有的程序变更为相同形状的工具(不同的涂层、制造商)时，不确认新的工具切削条件的推荐值而是不变更加工条件就进行了加工，结果有可能造成进行不满足工具切削条件的推荐值的加工。并且，操作员通过在加工前变更主轴转速或在加工中操作倍率(override)等来变更主轴转速，有可能造成不满足工具切削条件的推荐值的加工。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，能够在向与主轴方向不同的方向进行切削的加工中计算最佳的进给速度。
在本发明中，通过对数值控制装置设定控制装置根据主轴转速、一刀进给、刀刃数量的信息自动计算进给速度的功能来解决上述课题。
并且，本发明的一方式提供一种数值控制装置，其根据加工程序来控制具有主轴的机床，使该主轴相对于工件相对移动而在与该主轴的方向不同的方向进行切削加工，其中，所述数值控制装置具有：工具数据存储部，其存储安装于所述主轴的工具涉及的工具数据；指令解析部，其从所述加工程序读出并解析指令程序块，生成使所述主轴相对于工件相对移动的移动指令数据、以及使所述主轴旋转的主轴旋转指令数据；切削速度控制部，其根据所述工具的工具数据来计算所述主轴的推荐切削进给速度，在所述移动指令数据所含的所述主轴的切削进给速度比所述推荐切削进给速度大时，使用所述推荐切削进给速度来钳位所述主轴的切削进给速度。
通过本发明，即使不计算基于工具切削条件的推荐值的切削进给速度也能够以合适的切削进给速度来执行加工程序，此外，即使用制作加工程序时想到的工具以外的工具(不同的种类、制造商)也能够不变更切削进给速度地使用程序。并且，即使变更主轴转速，也可以不变更进给速度。因此，可以减轻操作员的工作量和错误。
附图说明
根据参照附图进行的以下的实施例的说明，可以明确本发明的上述以及其它目的以及特征。这些附图中：
图1是表示一实施方式涉及的数值控制装置和由该数值控制装置驱动控制的机床的主要部分的概略硬件结构图。
图2是一实施方式涉及的数值控制装置的概略功能框图。
图3是表示切削速度控制处理的流程的概略流程图。
图4是对侧面槽加工进行说明的图。
图5是对加工面倾斜的工件的侧面槽加工进行说明的图。
图6是对斜面开槽加工进行说明的图。
图7是对自由曲面加工进行说明的图。
图8是对侧面加工进行说明的图。
图9是对铣刀加工进行说明的图。
具体实施方式
以下表示用于实现本发明的数值控制装置的结构例。其中，本发明的数值控制装置的结构并非限定于下述示例，只要能够实现本发明的目的，可以采用任意结构。
图1是表示一实施方式涉及的数值控制装置和由该数值控制装置驱动控制的机床的主要部分的概略硬件结构图。本实施方式涉及的数值控制装置1具有的CPU11是整体控制数值控制装置1的处理器。CPU11经由总线20读出存储于ROM12的系统程序，按照该系统程序来控制数值控制装置1整体。在RAM13中存储临时的计算数据或显示数据及操作员经由后述的显示器/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14构成为如下存储器：例如通过未图示的电池等来作为备用电源，即使断开数值控制装置1的电源也可保持存储状态。在非易失性存储器14中除了经由接口15读入的加工程序或经由后述的显示器/MDI单元70输入的加工程序之外，还存储有包含用于加工的工具切削条件的推荐值在内的工具数据等。在非易失性存储器14中还存储有用于运转加工程序的加工程序运转处理用程序等，这些程序在执行时在RAM13中被展开。此外，在ROM12中预先写入用于执行为了进行加工程序的制作以及编辑所需的编辑模式的处理等各种系统程序(包含切削进给速度计算用的系统程序)。
接口15是用于连接数值控制装置1与适配器等外部设备72的接口。从外部设备72侧读入加工程序或各种参数等。此外，在数值控制装置1内编辑而得的加工程序可以经由外部设备72存储于外部存储单元。PMC(可编程机床控制器)16通过内置于数值控制装置1的序列程序经由I/O单元17将信号输出至机床的周边装置(例如，工具更换用的机器手这样的致动器)并进行控制。此外，接收配备于机床本体的操作盘的各种开关等的信号，在进行了必要的信号处理之后，转发给CPU11。
显示器/MDI单元70是具有显示器或键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并转发给CPU11。接口19与具有手动脉冲发生器等的操作盘71连接，该手动脉冲发生器在以手动方式驱动各轴时被使用。
用于控制机床具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU11的轴的移动指令量，将轴的指令输出给伺服放大器40。伺服放大器40接收该指令，驱动使机床具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置位置和速度检测器，将来自该位置和速度检测器的位置和速度反馈信号反馈给轴控制电路30，进行位置和速度的反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中只是逐个地示出了轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，而实际上准备作为控制对象的机床所具备的轴数量的数量。
主轴控制电路60接收对机床的主轴旋转指令，将主轴速度信号输出给主轴放大器61。主轴放大器61接收该主轴速度信号，以所指令的转速使机床的主轴电动机62旋转，来驱动工具。
主轴电动机62与位置编码器63结合，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲通过CPU11而被读取。
图2是将用于实现切削速度控制功能的系统程序安装于图1所示的数值控制装置1时的、本发明的一实施方式涉及的数值控制装置的概略功能框图。图1所示的数值控制装置1具有的CPU11执行切削进给速度计算用的系统程序，控制数值控制装置1的各部的动作，由此，实现图2所示的各功能块。本实施方式的数值控制装置1具有：指令解析部100、插补部110、伺服控制部120、倍率输入部140，此外，在非易失性存储器14上设置有存储设定给数值控制装置1的加工条件的加工条件存储部210、存储用于加工的工具涉及的工具数据的工具数据存储部220。
指令解析部100从非易失性存储器14中依次读出加工程序200所含的指令程序块，解析读出的指令程序块，对包含主轴的进给速度的指令值F在内的移动指令数据或包含主轴转速的指令值S在内的主轴转速指令数据进行计算。在加工程序200的指令程序块中不包含主轴转速的指令值S时，指令解析部100使用预先设定给加工条件存储部210等的主轴转速的值。此外，在从倍率输入部140输入针对主轴的进给速度的倍率值或针对主轴转速的倍率值时，指令解析部100对计算出的主轴的进给速度的指令值F或主轴转速的指令值S乘以各倍率值。
指令解析部100具有：切削速度控制部102，其对进行切削进给时的主轴的进给速度进行控制。切削速度控制部102参照存储于工具数据存储部220的当前加工所使用的工具的工具数据，根据所参照的工具数据来计算主轴的推荐切削进给速度Vc。切削速度控制部102计算的主轴的推荐切削进给速度Vc例如可以根据指令解析部100计算出的主轴转速S、工具数据所含的工具的一刀进给的推荐值Dr、工具的刀刃数量N，通过以下的数学式2来计算。
【数学式2】
推荐切削进给速度Vc[m/min]＝推荐一刀进给量Dr[m]×工具的刀刃数量N×主轴转速S[min-1]
然后，当加工时进行基于切削进给指令的控制时，在指令解析部100计算出的主轴的进给速度的指令值F超过推荐切削进给速度Vc的情况下，切削速度控制部102使用推荐切削进给速度Vc来钳位主轴的进给速度的指令值F。
插补部110根据指令解析部100计算出的(并且由切削速度控制部102钳位的)主轴的进给速度的指令值F，生成以插补周期对由移动指令数据指令的指令路径上的点进行了插补计算而得的插补数据。
伺服控制部120控制伺服电动机50，该伺服电动机50根据插补部110生成的插补数据来，驱动作为控制对象的机械的各轴。
此外，主轴控制部130根据主轴旋转指令数据来控制主轴电动机62，该主轴电动机62使作为控制对象的机械的主轴旋转。
倍率输入部140通过操作员操作设置于操作盘71等的倍率开关(未图示)而从该操作盘71等受理针对输入到数值控制装置1的主轴的进给轴速度的倍率值或针对主轴转速的倍率值，将接收到的倍率值输出给指令解析部100。
图3是在图2所示的数值控制装置1上执行的处理的概略流程图。图3所示的处理流程表示通过加工程序的指令程序块指令切削进给时的动作，省略基于其他指令(快进等)的动作的处理。
[步骤SA01]指令解析部100解析加工程序200的指令程序块来计算主轴转速的指令值S。
[步骤SA02]指令解析部100在从倍率输入部140输入了针对主轴转速的倍率值时，对通过步骤SA01计算出的主轴转速的指令值S乘以针对主轴转速的倍率值。
[步骤SA03]指令解析部100解析加工程序200的指令程序块来计算主轴的切削进给速度的指令值F。
[步骤SA04]指令解析部100在从倍率输入部140输入了针对主轴的进给速度的倍率值时，对通过步骤SA03计算出的主轴的切削进给速度的指令值F乘以针对主轴的进给速度的倍率值。
[步骤SA05]切削速度控制部102参照存储于工具数据存储部220的当前加工所使用的工具的工具数据，根据所参照的工具数据来计算主轴的推荐切削进给速度Vc。
[步骤SA06]切削速度控制部102比较指令解析部100计算出的主轴的切削进给速度的指令值F、通过步骤SA05计算出的主轴的推荐切削进给速度Vc。在主轴的切削进给速度的指令值F比主轴的推荐切削进给速度Vc大时向步骤SA07转移处理，在主轴的切削进给速度的指令值F比主轴的推荐切削进给速度Vc小时向步骤SA08转移处理。
[步骤SA07]切削速度控制部102使用主轴的推荐切削进给速度Vc来钳位主轴的切削进给速度的指令值F(使主轴的切削进给速度的指令值F为主轴的推荐切削进给速度Vc)。
[步骤SA08]指令解析部100生成包含主轴的切削进给速度的指令值F的移动指令数据、以及包含主轴转速的指令值S的主轴旋转指令数据并将其输出。
通过以上的结构，即使不计算基于工具切削条件的推荐值的切削进给速度的推荐值也能够以合适的切削进给速度来执行加工程序，即使是制作加工程序时想到的工具以外的工具(不同的种类、制造商)也能够不变更切削进给速度地使用程序。并且，即使在加工前改写加工程序或在加工中操作倍率开关来变更主轴转速，由于使用根据工具切削条件的推荐值计算出的推荐切削进给速度值来自动钳位切削进给速度，因此操作员可以不变更进给速度指令。
本发明是设置有一个或多个刀刃的工具，通过主轴的旋转、基于移动轴的(针对工件的)主轴移动，可以应用于各刀刃交替地(一个刀刃时为断续地)切削工件的加工整体。这样的加工方法除了侧面槽加工、斜面开槽加工、自由曲面加工、侧面加工、倾斜面加工，还存在正面铣刀加工、平铣刀加工、螺旋加工等各种加工方法，即使是任意的加工方法通过应用本发明也能够适当地控制一刀进给量。
作为本实施方式的数值控制装置的一变形例，当在加工程序内没有指令切削进给速度时，切削速度控制部102可以将切削进给速度F自动设定为推荐切削进给速度Vc。
根据上述变形例，即使操作员在加工程序中不指令切削进给速度，切削速度控制部102也会将根据当前使用的工具的工具数据而计算的推荐切削进给速度Vc设定为主轴的进给速度的指令值F，因此，可以减少操作员的工作量和错误。
作为本实施方式的数值控制装置的其他变形例，切削速度控制部102使用根据当前使用的工具的工具数据而计算的推荐切削进给速度Vc来钳位在加工程序内指令的(并且，根据倍率开关的操作而乘以倍率的)主轴的切削进给速度的指令值F时，通过显示器/MDI单元70的显示或操作盘71的指令灯、声音等通知操作员已钳位了速度的情况。
根据上述变形例，可以钳位在加工程序内指令的(并且，根据倍率开关的操作而乘以倍率的)主轴的切削进给速度的指令值F，或可以确认被钳位的速度(推荐切削进给速度Vc)。
作为本实施方式的数值控制装置的其他变形例，在加工程序内指令的切削进给速度的指令值F低于根据当前使用的工具的工具数据而计算的推荐切削进给速度Vc时，切削速度控制部102通过显示器/MDI单元70的显示或操作盘71的指令灯、声音等通知操作员该情况。
根据上述变形例，可以将加工程序内指令的主轴的切削进给速度的指令值F变更为更大的值，或可以确认主轴的切削进给速度的推荐上限(推荐切削进给速度Vc)。
作为本实施方式的数值控制装置的其他变形例，在加工程序内指令的切削进给速度低于根据当前使用的工具的工具数据而计算的推荐切削进给速度Vc时，切削速度控制部102可以将主轴的切削进给速度的指令值F自动设定为推荐切削进给速度Vc。
根据上述变形例，在将加工程序内指令的主轴的切削进给速度的指令值F变更为更大的值时，由于自动上升至推荐的上限速度，因此可以降低加工的周期时间。
以上，对本实施方式进行了说明，但是本发明不仅限定于上述实施方式的示例，可以通过增加适当的变更以各种方式来进行实施。

Claims (4)

1.一种数值控制装置，其根据加工程序来控制具有主轴的机床，使该主轴相对于工件相对移动而在与该主轴的方向不同的方向进行切削加工，其特征在于，所述数值控制装置具有：
工具数据存储部，其存储安装于所述主轴的工具涉及的工具数据；
指令解析部，其从所述加工程序读出并解析指令程序块，生成使所述主轴相对于工件相对移动的移动指令数据、以及使所述主轴旋转的主轴旋转指令数据；和
切削速度控制部，其根据所述工具的工具数据来计算所述主轴的推荐切削进给速度，在所述移动指令数据所含的所述主轴的切削进给速度比所述推荐切削进给速度大时，使用所述推荐切削进给速度来钳位所述主轴的切削进给速度。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
在没有通过所述加工程序的指令程序块指令切削进给速度时，所述切削速度控制部使所述主轴的切削进给速度为所述推荐切削进给速度。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
在通过所述加工程序的指令程序块指令的切削进给速度比所述推荐切削进给速度小时，所述切削速度控制部使所述主轴的切削进给速度为所述推荐切削进给速度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的数值控制装置，其特征在于，
在所述切削速度控制部变更了所述主轴的切削进给速度时，将变更了所述主轴的切削进给速度的情况通知给操作员。
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