CN108717288B - 工具轨迹显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工具轨迹显示装置。工具轨迹显示装置包括：位置信息获取部，其从数值控制装置和设置于至少一个驱动轴的位置检测器获取至少一个驱动轴的位置信息；工具坐标计算部，其根据至少一个驱动轴的位置信息和机床的机械结构的信息计算工具的坐标值；显示属性变更部，其根据工具的前进方向变更工具的轨迹的显示属性；以及显示部，其基于由工具坐标计算部计算出的工具的坐标值和由显示属性变更部变更后的显示属性来显示工具的轨迹。

Description

工具轨迹显示装置

本申请是申请号为201510146267.6、申请日为2015年3月30日、发明创造名称为“工具轨迹显示装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种显示机床的工具的轨迹的工具轨迹显示装置，该机床使用数值控制装置来通过至少一个驱动轴使工具和被加工物一边相对地移动一边进行往复动作来对被加工物进行加工。

背景技术

以往存在一种为了查找实际的轨迹中产生的不良状况的原因而变更工具轨迹的显示属性来显示的轨迹显示装置。

在日本专利第3834268号公报中，将工具轨迹显示为微小线段的集合。然后，判定特定轴上的各微小线段的倾斜度，使用根据判定出的倾斜度所确定的显示属性来显示由微小线段的集合构成的工具轨迹。在该情况下，能够容易地辨别工具轨迹中产生的凹凸等。

另外，在控制多个伺服轴来进行加工的机床中，存在如下情况：使工具一边相对于工件相对地移动一边进行往复动作的同时对工件进行加工。在这样的加工中工具的指令曲线由曲率不同的多个曲线构成的情况下，在曲线与曲线之间的接合处法向加速度呈阶梯状变化。因此，根据前进方向的不同而加速度变化所产生的影响发生变化，其结果，指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差变大的位置、其量也发生变化。

因此，即使指令轨迹的形状相同，也产生轨迹误差在去路和来路中不同的情形。然而，在以往的轨迹显示装置中，不区分去路和来路而按原样显示了指令轨迹和实际轨迹。因此，无法将轨迹误差与前进方向相对应，从而难以区分轨迹误差的原因是在于伺服调整还是在于前进方向。

此外，在日本专利第3834268号公报中，基于利用CAD等制作的NC数据显示了工具轨迹。因此，无法显示NC的指令轨迹以及工具前端点的实际轨迹。因而，在日本专利第3834268号公报中，无法确认指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差，也无法进行用于消除轨迹误差的适当的伺服调整。

另外，在日本专利第3834268号公报中，虽然能够根据微小线段的倾斜度来变更显示属性，但是无法根据前进方向(去路或来路)来变更显示属性。因此，无法准确地区分轨迹误差的原因是在于伺服调整还是在于前进方向。

本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于提供一种能够将轨迹误差与前进方向相对应来有效地进行伺服调整的工具轨迹显示装置。

发明内容

为了达到前述的目的，根据第一方式，提供一种工具轨迹显示装置，该工具轨迹显示装置显示机床的工具的轨迹，该机床使用数值控制装置来通过至少一个驱动轴使上述工具和被加工物一边相对地移动一边进行往复动作来对上述被加工物进行加工，该工具轨迹显示装置的特征在于，具备：位置信息获取部，其从上述数值控制装置和设置于上述至少一个驱动轴的位置检测器获取上述至少一个驱动轴的位置信息，或者从上述位置检测器获取上述至少一个驱动轴的位置信息；工具坐标计算部，其根据上述至少一个驱动轴的上述位置信息和上述机床的机械结构的信息计算上述工具的坐标值；显示属性变更部，其根据上述工具的前进方向变更上述工具的轨迹的显示属性；以及显示部，其基于由上述工具坐标计算部计算出的上述工具的坐标值和由上述显示属性变更部变更后的上述显示属性来显示上述工具的轨迹。

根据第二方式，在第一方式中，还具备反转位置获取部，该反转位置获取部从上述数值控制装置或上述机床的加工程序获取上述工具的前进方向反转的反转位置，上述显示属性变更部还基于上述反转位置变更上述工具的轨迹的显示属性。

根据第三方式，在第一方式中，还具备反转位置输入部，该反转位置输入部从外部指定上述工具的前进方向反转的反转位置，上述显示属性变更部还基于上述反转位置变更上述工具的轨迹的显示属性。

根据第四方式，在第一至第三方式中的任一个方式中，上述显示部将根据从上述数值控制装置获取到的上述位置信息求出的上述工具的指令轨迹和根据从上述位置检测器获取到的上述位置信息求出的实际轨迹重叠显示。

根据第五方式，在第一至第四方式中的任一个方式中，上述显示属性变更部在上述往复动作的去路和来路之间变更上述工具的轨迹的显示属性。

根据第六方式，在第一至第五方式中的任一个方式中，上述显示属性变更部在上述显示部上追加显示与上述往复动作的去路和来路对应的符号或者字符或字符串。

基于附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征及优点以及其它目的、特征及优点会变得更明确。

附图说明

图1是搭载基于本发明的工具轨迹显示装置的机床的立体图。

图2是基于本发明的工具轨迹显示装置的功能框图。

图3是表示搭载本发明的工具轨迹显示装置的机床对工件进行加工的加工路径的一例的图。

图4A是图3所示的去路曲线的局部放大图。

图4B是图3所示的来路曲线的局部放大图。

图5是表示指令轨迹以及去路和来路的实际轨迹的一例的图。

图6是表示基于本发明的工具轨迹显示装置的动作的流程图。

图7A是表示第一显示属性的图。

图7B是表示第二显示属性的图。

图7C是表示第三显示属性的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。在下面的附图中，对同样的构件附加了同样的参照标记。为了容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。

图1是搭载基于本发明的工具轨迹显示装置的机床的立体图。图1中作为例子来示出的机床1是五轴加工机。机床1包括载置工件(未图示)的台2以及相对于台2沿彼此垂直的三个方向(X轴、Y轴、Z轴)相对地移动的支柱3。如图示那样，头4从支柱3起横向延伸，头4绕与台2的表面平行的B轴旋转(即，图1中箭头B所示的旋转)。并且，能够绕与B轴和台2的表面这两方都垂直的A轴旋转(即，图1中箭头A所示的旋转)的工具5被安装在头4上。

因而，机床1通过三个直动轴(X轴、Y轴以及Z轴)以及两个转动轴(A轴和B轴)控制工具5的位置和姿势来对台2上的工件进行加工。但是，设工具5被固定于台2而工件(未图示)被安装于头4的前端的情况也包含在本发明的范围内。另外，有时将X轴、Y轴、Z轴、A轴以及B轴称为“驱动轴”。

图2是基于本发明的工具轨迹显示装置的功能框图。如图2所示，工具轨迹显示装置20经由数值控制装置16而与机床1连接。机床1包括对各驱动轴进行驱动的电动机M1～M5。在这些电动机M1～M5的各个电动机上分别配备有按每个规定的控制周期检测驱动轴的实际位置的位置检测器11～15。另外，数值控制装置16基于机床1的动作程序，按每个规定的控制周期制作针对各驱动轴的位置指令。

如图2所示，工具轨迹显示装置20包括位置信息获取部21。位置信息获取部21获取在数值控制装置16中制作的每个规定的控制周期的位置指令来作为位置信息。并且，位置信息获取部21获取由位置检测器11～15检测出的各驱动轴的位置检测值来作为位置信息。设这样的位置信息按时间序列暂时存储到工具轨迹显示装置20中。

工具轨迹显示装置20还包括工具坐标计算部22。工具坐标计算部22基于位置指令的位置信息和机床1的结构，与位置指令的位置信息相对应地计算工具5的前端点的工具指令坐标值。并且，工具坐标计算部22基于位置检测值的位置信息和机床1的结构，与位置检测值的位置信息相对应地计算工具5的前端点的工具实际坐标值。设这些工具指令坐标值和工具实际坐标值分别表示工具5的前端点的指令轨迹和实际轨迹。此外，机床1的结构主要是指机床1的尺寸。

工具轨迹显示装置20还包括显示属性变更部23。显示属性变更部23根据工具5的前进方向来如后述那样变更工具的轨迹的显示属性。工具轨迹显示装置20还包括显示部24，该显示部24基于由工具坐标计算部22计算出的工具5的坐标值和由显示属性变更部23变更后的显示属性，来显示工具5的轨迹。

工具轨迹显示装置20还包括反转位置获取部25，该反转位置获取部25从数值控制装置16或机床1的加工程序获取工具5的前进方向反转的反转位置。另外，如图2所示，在工具轨迹显示装置20上连接有用于操作者从外部指定工具5的前进方向反转的反转位置的反转位置输入部26、例如键盘、鼠标、触摸面板等。

图3是表示搭载本发明的工具轨迹显示装置的机床对工件进行加工的加工路径的一例的图。在图3所示的例子中，机床1的工具5从加工起点X1开始沿着去路曲线P1进行加工。在去路曲线P1的末端使工具5沿X方向移动线段XA，接下来沿着来路曲线Q1再次进行加工。然后，在X方向上与加工起点X1分离线段XA的地方停止。

之后，在来路曲线Q1的末端使工具5沿X方向再移动线段XB，并沿着去路曲线P2进行加工。在去路曲线P2的末端使工具5沿X方向再移动线段XC，并沿着来路曲线Q2再次进行加工。然后，在加工终点X2处停止。这样，在本发明中，通过将去路曲线P1、P2设为去路并将来路曲线Q1、Q2设为来路的往复动作对工件进行加工。

从图3可知，去路曲线P1、P2以及来路曲线Q1、Q2分别是由多个曲线部分形成的彼此相同的形状。也就是说，在图3中，假定一边沿X轴方向相对地移动一边在同一路径上反复对工件进行加工的情况。此外，也存在线段XA、XB、XC的长度为零的情况。

图4A和图4B分别是图3所示的去路曲线和来路曲线的局部放大图。在这些附图中，示出了在切点C0处相互外切的两个圆弧C1、C2。而且，去路曲线P1、P2以及来路曲线Q1、Q2由这些圆弧C1、C2的一部分构成。另外，在这些附图中，示出了朝向各个圆弧C1、C2的中心延伸的法向加速度。

从图4A可知，在沿着去路P1、P2移动时经过切点C0时，法向加速度从左方向反转为右方向。同样地，如从图4B可知，在沿着来路Q1、Q2移动时经过切点C0时，法向加速度从右方向反转为左方向。在像这样去路和来路中法向加速度反转的方向不同的情况下，即使指令轨迹相同，在去路和来路中产生轨迹误差的位置、其误差量也不同。

图5是表示指令轨迹以及去路和来路的实际轨迹的一例的图。在图5中，在中央示出的光滑的实线曲线S是去路曲线P1、P2和来路曲线Q1、Q2所共用的指令轨迹。而且，虚线曲线P’表示去路曲线P1或P2的实际轨迹，并且实线曲线Q’表示来路曲线Q1或Q2的实际轨迹。

从图5可知，虚线曲线P’和实线曲线Q’各自具有突出部。该突出部出现在图4A和图4B所示的切点C0附近。该突出部相当于指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差大的位置。然而，突出部的突出方向在虚线曲线P’和实线曲线Q’中互不相同，进而突出部的出现位置也互不相同。

在现有技术的工具轨迹显示装置中，没有将去路的轨迹和来路的轨迹区分地显示。也就是说，在现有技术中没有将轨迹误差与前进方向对应起来。因此，即使产生了指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差的情况下，也无法判断该轨迹误差是在去路中产生的还是在来路中产生的。而且，无法判断轨迹误差的主要原因是由于前进方向引起的还是由于伺服调整引起的。本发明用于克服这样的现有技术的缺点。

图6是表示基于本发明的工具轨迹显示装置的动作的流程图。首先，在步骤S1中，位置信息获取部21获取在数值控制装置16中制作的每个规定的控制周期的位置指令来作为位置信息。并且，位置信息获取部21也可以获取由位置检测器11～15检测出的各驱动轴的位置检测值来作为位置信息。位置指令的位置信息是在计算指令轨迹时使用，并且位置检测值的位置信息是在计算实际轨迹时使用。此外，在想要只参照实际轨迹的情况下，仅使用位置检测值的位置信息即可。

接着，在步骤S2中，工具坐标计算部22基于位置指令的位置信息和机床1的结构，与位置指令的位置信息相对应地计算工具5的前端点的工具指令坐标值Pcn。并且，工具坐标计算部22基于位置检测值的位置信息和机床1的结构，与位置检测值的位置信息相对应地计算工具5的前端点的工具实际坐标值Pfn。

在此，关于工具指令坐标值Pcn和工具实际坐标值Pfn的计算方法进行说明。再次参照图1，将五个驱动轴的坐标分别设为x(t)、y(t)、z(t)、a(t)、b(t)。

而且，当将A轴与B轴的交点设为M时，交点M的坐标用(x(t)、y(t)、z(t))来表示。当将从交点M到工具5的前端的长度设为L、将工具5朝向正下方的位置设为A轴和B轴的基准位置(原点)时，工具5前端的坐标如下所示。

Px(t)＝x(t)+L×cos(a(t))×sin(b(t))

Py(t)＝y(t)+L×sin(a(t))

Pz(t)＝z(t)-L×cos(a(t))×cos(b(t))

通过这样，能够根据五个驱动轴的位置信息和机械结构的条件计算工具5的前端的坐标。

并且，在步骤S2中，反转位置获取部25从数值控制装置16或机床1的加工程序获取工具5的前进方向反转的反转位置。在此，反转位置是指工具5的前端点从去路变为来路、或者从来路变为去路的位置，相当于图3所示的线段XA、XB、XC的两端部。

具体地说，反转位置获取部25参照数值控制装置16中的位置指令或者机床1的加工程序来获取反转位置。例如获取加工程序上的从去路变为来路的程序的程序No、块编号、或者从数值控制装置16输出的表示反转位置的信号。这样，在使用反转位置获取部25的情况下，能够明确工具的轨迹的显示属性改变的位置。

此外，也可以由操作者使用反转位置输入部26从外部输入反转位置。在以数值的方式用坐标指定反转位置的情况、或者关于显示部24所显示的工具轨迹指定反转位置的情况等下使用反转位置输入部26。可知，在使用反转位置输入部26的情况下，能够容易地明确工具的轨迹的显示属性改变的位置。

之后，在步骤S4中，显示属性变更部23根据工具5的前进方向变更工具的轨迹的显示属性。此时，设适当地使用获取到的反转位置。显示属性能够包含轨迹的颜色、线型、粗细。设通过操作者的输入操作，显示属性变更部23选择后述的第一显示属性至第三显示属性中的某一个。或者，也可以选择未图示的其它显示属性。然后，在步骤S5中，基于工具的坐标值Pcn、Pfn以及所选择的显示属性，将工具的轨迹显示在显示部24上。

图7A至图7C是分别表示第一显示属性至第三显示属性的图。在这些附图中为了使其简洁，而省略图3中的来路曲线Q2以及X方向上的线段XC，仅示出了去路曲线P1、P2和来路曲线Q1。如这些附图所示的那样，去路曲线P1、P2和来路曲线Q1通常被重叠显示。

在图7A所示的第一显示属性中，对去路曲线P1、P2显示“去路”这样的字符，并用箭头符号表示，并且对来路曲线Q1显示“来路”这样的字符，并用箭头符号表示。并且，在图7A中，沿着去路曲线P1、P2以及来路曲线Q1显示表示前进方向的箭头符号。并且，在第一显示属性中，去路曲线P1、P2、来路曲线Q1以及线段XA、XB分别以不同的颜色或不同的浓淡被显示。例如可以以浅蓝色显示去路曲线P1、P2，并且以红色显示来路曲线Q1。

在图7B所示的第二显示属性中也同样，对去路曲线P1、P2显示“去路”这样的字符，并用箭头符号表示，并且对来路曲线Q1显示“来路”这样的字符，并用箭头符号表示。并且，在图7B中，沿着去路曲线P1、P2以及来路曲线Q1显示表示前进方向的箭头符号。并且，在第二显示属性中，去路曲线P1、P2、来路曲线Q1以及线段XA、XB分别以不同的线型被显示。在图7B中，用实线表示去路曲线P1、P2，用虚线表示来路曲线Q1，并且用点线表示线段XA、XB。

在图7C所示的第三显示属性中也同样，对去路曲线P1、P2显示“去路”这样的字符，并用箭头符号表示，并且对来路曲线Q1显示“来路”这样的字符，并用箭头符号表示。并且，在图7C中，沿着去路曲线P1、P2以及来路曲线Q1显示表示前进方向的箭头符号。并且，在第三显示属性中，去路曲线P1、P2、来路曲线Q1以及线段XA、XB分别以不同粗细的线被显示。在图7C中，用中等程度的粗细的线表示去路曲线P1、P2，用粗线表示来路曲线Q1，并且用细线表示线段XA、XB。

这样，在本发明中，将去路的轨迹和来路的轨迹通过变更其显示属性来显示。因此，在本发明中，基于显示属性，至少将去路和来路区分地显示。因而，在本发明中，轨迹误差与前进方向相对应。其结果，操作者能够容易地掌握工具5的前进方向，而且能够容易地掌握所显示的轨迹是去路还是来路。

并且，由于将指令轨迹和实际轨迹重叠显示，因此操作者能够容易地掌握指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差。而且，在轨迹误差大的情况下，能够判断该轨迹误差是在去路中产生的还是在来路中产生的。并且，还能够判断轨迹误差的主要原因是由于前进方向引起的还是由于伺服调整引起的。因此可知，在本发明中能够有效地进行伺服调整。

发明的效果

在第一方式中，由于根据工具的前进方向变更工具的轨迹的显示属性，因此能够将轨迹误差与前进方向相对应，因而，能够有效地进行伺服调整。

在第二方式中，通过反转位置获取部，能够明确工具的轨迹的显示属性改变的位置。

在第三方式中，通过反转位置输入部，能够容易地明确工具的轨迹的显示属性改变的位置。

在第四方式中，能够容易地掌握指令轨迹与实际轨迹之间的轨迹误差。

在第五方式中，能够容易地区分去路和来路。

在第六方式中，能够容易地掌握工具的前进方向。

使用典型的实施方式说明了本发明，但是如果是本领域技术人员，则能够理解能够不脱离本发明的范围地进行前述的变更以及各种其它的变更、省略、追加。

Claims (6)

1.一种工具轨迹显示装置，显示机床的工具的轨迹，该机床使用数值控制装置来通过至少一个驱动轴使上述工具和被加工物一边相对地移动一边进行往复动作来对上述被加工物进行加工，该工具轨迹显示装置的特征在于，具备：

位置信息获取部，其获取在上述数值控制装置中制作的每个规定的控制周期的位置信息，或者从位置检测器获取上述至少一个驱动轴的位置信息；

工具坐标计算部，其根据上述至少一个驱动轴的上述位置信息和上述机床的机械结构的信息计算上述工具的坐标值；

显示属性变更部，其根据上述工具的前进方向变更上述工具的轨迹的显示属性以区分上述轨迹的去路和来路；以及

显示部，其基于由上述工具坐标计算部计算出的上述工具的坐标值和由上述显示属性变更部变更后的上述显示属性来显示上述工具的轨迹，以将所述前进方向与上述工具的轨迹误差相对应，

上述显示部将根据从上述数值控制装置获取到的上述位置信息求出的上述工具的指令轨迹和根据从上述位置检测器获取到的上述位置信息求出的实际轨迹重叠显示，

该工具轨迹显示装置还具备反转位置获取部，该反转位置获取部从上述数值控制装置或上述机床的加工程序获取上述工具的前进方向反转的反转位置，

上述显示属性变更部还基于上述反转位置变更上述工具的轨迹的显示属性。

2.根据权利要求1所述的工具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示属性变更部在上述往复动作的去路和来路之间变更上述工具的轨迹的显示属性。

3.根据权利要求1所述的工具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示属性变更部在上述显示部上追加显示与上述往复动作的去路和来路对应的符号或者字符或字符串。

4.一种工具轨迹显示装置，显示机床的工具的轨迹，该机床使用数值控制装置来通过至少一个驱动轴使上述工具和被加工物一边相对地移动一边进行往复动作来对上述被加工物进行加工，该工具轨迹显示装置的特征在于，具备：

位置信息获取部，其获取在上述数值控制装置中制作的每个规定的控制周期的位置信息，或者从位置检测器获取上述至少一个驱动轴的位置信息；

工具坐标计算部，其根据上述至少一个驱动轴的上述位置信息和上述机床的机械结构的信息计算上述工具的坐标值；

显示属性变更部，其根据上述工具的前进方向变更上述工具的轨迹的显示属性以区分上述轨迹的去路和来路；以及

显示部，其基于由上述工具坐标计算部计算出的上述工具的坐标值和由上述显示属性变更部变更后的上述显示属性来显示上述工具的轨迹，以将所述前进方向与上述工具的轨迹误差相对应，

上述显示部将根据从上述数值控制装置获取到的上述位置信息求出的上述工具的指令轨迹和根据从上述位置检测器获取到的上述位置信息求出的实际轨迹重叠显示，

该工具轨迹显示装置还具备反转位置输入部，该反转位置输入部从外部指定上述工具的前进方向反转的反转位置，

上述显示属性变更部还基于上述反转位置变更上述工具的轨迹的显示属性。

5.根据权利要求4所述的工具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示属性变更部在上述往复动作的去路和来路之间变更上述工具的轨迹的显示属性。

6.根据权利要求4所述的工具轨迹显示装置，其特征在于，

上述显示属性变更部在上述显示部上追加显示与上述往复动作的去路和来路对应的符号或者字符或字符串。