CN109475993B - 加工程序生成装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种加工程序生成装置及加工方法，该加工程序生成装置具备对基于多刃刀具的有效刃数量设定的刀具(41)的每个区域存储加工条件的存储部(27)；根据被加工物及刀具的刃部的形状和刀具路径运算在加工时与被加工物接触的刀具(41)的区域的接触区域运算部(25)；和基于和与被加工物接触的刀具的区域对应地存储在存储部(27)的加工条件及刀具路径生成加工程序的加工程序生成部(29)。

Description

加工程序生成装置及加工方法
技术领域
本发明涉及生成由NC机床加工被加工物的加工程序的加工程序生成装置及加工方法。
背景技术
NC机床由加工程序输入加工的指令，根据被输入的加工指令驱动进给轴、主轴进行加工。加工程序，由表示刀具移动的路径的各进给轴的坐标X、Y、Z、A、C、表示进给轴的进给速度的F代码、表示主轴的旋转速度的S代码等记述。即使在由相同的机床加工相同形状的被加工物的情况下，如果加工程序不被确定为相同，则可以考虑各种各样的加工程序。NC机床加工被加工物的时间、被加工物的精度因加工程序的好坏而变化。另外，如果不与在加工中使用的刀具一致地适当地记述加工程序，则刀具的性能不能充分发挥。
在专利文件1中，公开了一种数值控制装置，该数值控制装置为了由NC机床效率良好地加工被加工物，使每1刃的移动量成为一定，使刀具和被切削材料的接触点的相对速度成为一定。
在专利文件2中，公开了一种刀具，该刀具是刃数量为6片刃的多刃的球头立铣刀，有在刀尖部设置了底刃的2片切削刃和使与底刃的长度相当的部分欠缺的其它的4片切削刃。
在先技术文件
专利文件
专利文件1:日本特开2001－9672号公报
专利文件2:日本特开平10－151511号公报
发明内容
发明所要解决的课题
NC机床，由加工程序输入加工的指令。在加工程序中，需要预先将进给速度的指令由F代码、将刀具的旋转速度的指令由S代码记述在加工程序中。
在专利文件1中记载的发明，一边依次运算进给速度和刀具的旋转速度一边进行加工。此方式，其由NC机床进行的运算的负担增加，花费运算时间，加工变慢。另外，在专利文件1中，没有如专利文件2的多刃球头立铣刀的那样对刃数量变化的刀具进行考虑。因此，在专利文件1的数值控制装置中，在使用专利文件2的多刃球头立铣刀的情况下，也必须在刀具的各部位之中在加工负荷变得最小的进给速度慢的加工条件下进行加工。
本发明是鉴于上述情况而做出的发明，其目的在于提供一种加工程序生成装置及加工方法，其生成在使用多刃的立铣刀刀具时能缩短加工时间的加工程序。
为了解决课题的手段
为了达到上述的目的，提供一种加工程序生成装置，该加工程序生成装置生成使用具有多个切削刃的刀具来加工被加工物的加工程序，其中，具备存储部、接触区域运算部和加工程序生成部，该存储部对基于上述刀具的每个部位的有效刃数量设定的上述刀具的每个区域存储加工条件；该接触区域运算部，根据上述被加工物及上述刀具的刃部的形状和刀具路径，运算在加工时与上述被加工物接触的上述刀具的区域；该加工程序生成部，和由上述接触区域运算部运算的与上述被加工物接触的上述刀具的区域对应地基于存储在上述存储部的加工条件及上述刀具路径生成加工程序。
由此，在使用专利文件2的那样的多刃球头立铣刀的情况下，在离开旋转中心的部位具有6片切削刃，当由6片刃的部位进行加工时，仅能与有效刃的数量多的量相应地增多每单位时间的切削量。换言之，通过增加有效刃数量，每1刃的切削量减少，仅可与减少的量相应地提高进给速度，增加每1刃的切削量。如果进给速度提高，则缩短加工时间。但是，因为在接近旋转中心侧的部位仅有2片切削刃，所以加在每1刃的刀尖上的负荷变大，如果在与6片的有效刃的部位相同的加工条件下进行加工，则容易卷刃。在用于加工之际，因为不知道2片刃的部位和6片刃的部位的哪一个被使用，所以进给速度等加工条件需要与2片刃能耐受的条件一致，以便即使由2片刃的部位进行加工，刀具也不损坏。在本发明中，因为对基于刀具的每个部位的有效刃数量设定的刀具的每个区域存储了加工条件，所以能设定最合适的加工条件。
另外，提供了一种加工方法，该加工方法使用具有多个切削刃的刀具来加工被加工物，其中，对基于上述刀具的每个部位的有效刃数量设定的上述刀具的每个区域确定加工条件，使用和上述刀具与上述被加工物接触的区域对应的加工条件加工上述被加工物。
发明的效果
根据本发明，由于设定与刀具的有效刃数量多的区域和刀具的有效刃数量少的区域对应的最合适的加工条件，所以不会使刀具损坏，能使加工时间缩短。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的加工程序生成装置的框图。
图2是使用由本发明的实施方式生成的加工程序的NC机床的侧视图。
图3是在由本发明的实施方式生成的加工程序中使用的多刃刀具的图。
图4是示意地表示不改变刀具的姿势地实施本发明的情况下的刀具的移动的图。
图5是示意地表示改变刀具的姿势地实施本发明的情况下的刀具的移动的图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
图1是本发明的加工程序生成装置11。作为加工程序生成装置11的代表的例子，CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)系统已被众所周知。
加工程序生成装置11具备输入部21。操作者从输入部21向加工程序生成装置11输入被加工物的信息、刀具的信息、加工条件等。所谓被加工物的信息，有加工结束后的被加工物的形状、加工前的被加工物的原材料的形状、被加工物的安装位置、被加工物的材质、安装件的尺寸。所谓刀具的信息，有刀具的直径、长度等形状尺寸、每个被加工物的材质的最合适的切削速度、在各部位的有效刃数量、刀具的区域的范围、刀具保持架的尺寸。加工条件，有刀具和被加工物的相对的进给速度、刀具的旋转速度、每1刃的进给量、切入量、周期进给量、刀具的相对于被加工物的扫描图案。另外，机床的信息，即X、Y、Z、A、C轴的行程、各进给轴的最大进给速度、主轴的最高旋转速度、主轴周围、工作台周围的形状尺寸，被预先存储在存储部27。
加工程序生成装置11具备刀具路径生成部23。刀具路径生成部23，基于从输入部21输入的信息，求出旋转的刀具创建被加工物的形状时的作为刀具的移动路径的刀具路径。
加工程序生成装置11具备接触区域运算部25。接触区域运算部25，基于刀具路径生成部23生成的刀具路径和从输入部21输入的信息，特别指定在刀具路径上的各位置与刀具的哪个区域接触而切削被加工物来创建加工面。
加工程序生成装置11具备存储部27。存储部27存储从输入部输入的加工条件。另外，加工条件与刀具的每个区域对应，在存储部27分别存储适合于刀具的每个区域的加工条件。进而，加工条件按照每个刀具或者每个粗加工、精加工等加工种类分别进行存储。
加工程序生成装置11具备加工程序生成部29。加工程序生成部29，将由刀具路径生成部23生成的刀具路径变换成由NC装置71能解释的X、Y、Z、A、C的坐标值记载的加工程序。进而，基于创建了由接触区域运算部25特别指定的加工面的刀具的接触区域，从按照刀具的每个接触区域存储在存储部27的加工条件提取适合的加工条件，由F代码(进给轴速度的指令)、S代码(主轴旋转速度的指令)等手段向加工程序输入加工条件。加工程序生成部27，在向加工程序输入了加工条件后输出加工程序。
加工程序生成装置11具备加工条件判定部31。加工条件判定部31，判定加工程序生成部29从存储部27提取的加工条件是存储在存储部27的刀具的每个区域的加工条件之中的加工时间变短的加工条件还是加工时间变长的加工条件。加工条件判定部31，在刀具路径中寻找加工时间变长的加工条件的部位。
加工程序生成装置11具备刀具姿势变更部33。刀具姿势变更部33，在加工条件判定部31找出的加工时间变长的加工条件的部位变更刀具姿势。刀具姿势变更部33，在设定加工时间变短的加工条件的刀具的区域中使A轴或者C轴动作以便成为进行加工的刀具姿势。同时，刀具姿势变更部33，以被加工物的被加工的部位不变的方式使X、Y、Z轴也移动。刀具路径生成部23，基于由刀具姿势变更部33进行的变更，再生成刀具路径。在此，刀具姿势是指刀具41的轴线和被加工物43的加工面所成的角度，既可以使刀具41的轴线倾斜，也可以使安装了被加工物43的工作台67倾斜。
加工程序生成装置11具备干涉运算部35。干涉运算部35从存储部27读取主轴周围的形状的信息。另外，干涉运算部35读取刀具姿势变更部33新确定的刀具姿势。进而，干涉运算部35从输入部21接受刀具的形状、被加工物的形状及原材料的形状的信息。基于这些信息，通过模拟，对机床的构造体是否与被加工物干涉进行运算。在进行刀具姿势的变更的刀具路径上的各个位置，对机床的构造体和被加工物是否干涉进行运算。在机床的构造体和被加工物干涉的情况下，中止在该位置的刀具姿势的变更。
图2是基于由本申请发明的程序生成装置生成的加工程序加工被加工物43的NC机床51。NC机床51，具有成为基部的底座53；直立设置在底座53上的立柱55；由未图示的Z轴直线运动进给轴相对于立柱55在Z方向移动的滑动座架57；由未图示的X轴直线运动进给轴相对于滑动座架57在X方向移动的X滑块59；由未图示的A轴旋转进给轴相对于X滑块59在A方向旋转的主轴头61；由内置于主轴头61的马达和轴承可旋转地支承的主轴63；由未图示的Y轴直线运动进给轴相对于底座53在Y方向移动的Y滑块65；和由未图示的C轴旋转进给轴Y相对于滑块65在C方向旋转的工作台67。刀具41可更换地被保持在主轴63上。被加工物43被载置在工作台67上。
操作者执行向NC装置71输入加工程序。NC装置71，通过如被输入的加工程序记载的那样控制NC机床51的各进给轴X、Y、Z、A、C，使刀具41和被加工物43相对地移动。另外，NC装置71通过如被输入的加工程序记载的那样控制主轴63的旋转，使被保持在主轴63上的刀具41以加工程序记载的旋转速度旋转。由此，刀具41对被加工物43进行切削加工。
图3是在本实施方式中使用的刀具41。刀具41是具有6片切削刃的多刃的球头立铣刀。刀具41，其3片切削刃41a延伸到刀具前端地形成。刀具41的其它的3片切削刃41b，被形成为不到达刀具前端，因此，在使刀具旋转时，产生作为有助于切削的刃的有效刃的数量成为3片的区域和成为6片的区域。划分区域的方法可以各种各样地考虑，但在球头立铣刀的情况下，能由通过刀具前端的刀尖描绘的轨迹成为球的部分的球的中心的直线和刀具的旋转轴线C所成的角度来表现。在刀具41的情况下，20°能称为有效刃的数量成为3片的区域和成为6片的区域的分界。在使刀具41旋转时，作为有助于切削的刃的有效刃的数量在刀具的相对于旋转轴线C的角度不到20°的区域中是3片。在刀具的相对于旋转轴线C的角度为20°以上的区域中有效刃是6片。
被加工物43的加工面，只要分成由有效刃3片的区域A进行加工的部分和由有效刃6片的区域B进行加工的部分的2个即可。但是，如果由刀具的相对于旋转轴线C的角度为20°附近进行加工，则需要考虑将有效刃3片的区域A和有效刃6片的区域B的双方用于被加工物的加工。在本实施方式中加工条件特别是指进给速度，提高进给速度是目的。在作为加工条件设定进给速度之际，如果在以有效刃为6片时的快的进给速度进行加工时包含了有效刃3片的区域A，则在有效刃为3片的区域A中成为速度过快，刀具缺损的可能性增高。因此，在20°附近，需要与进给速度慢的有效刃为3片的进给速度一致。因此，鉴于留有余地，区域不是由20°划分而是由25°划分。
在接触区域运算部25中，求出刀具41的旋转轴线和被加工物的加工面的法线所成的角度，作为由此角度表示区域的信息，只要过渡到加工程序生成部29即可。加工程序生成部29，参照存储部27，在角度为25°以上的情况下，取得有效刃为6片的区域B用的加工条件，在不到25°的情况下，取得有效刃为3片的区域A的加工条件。
实施例中的被加工物43的材质是模具用钢。图3的球头立铣刀的相对于模具用钢的推荐进给速度，在有效刃为3片的区域A中是4800mm/min，在有效刃为6片的区域B中是9600mm/min。操作者从输入部21向刀具的每个区域输入进给速度并存储在存储部27。
图4是生成对具有各面的倾斜角度不同的倾斜面的被加工物43使用X、Y、Z的直线运动进给轴但不使用A、C的旋转进给轴地进行等高线加工的加工程序的情况下的3轴加工的实施例。在此情况下，操作者从输入部21输入具有倾斜面的被加工物43的信息、刀具41的信息、称为等高线加工的信息。所谓等高线加工是指由X轴进给轴和Y轴进给轴使刀具移动并在描绘等高线的那样的刀具路径中加工被加工物43。在相当于1周量的等高线的刀具路径中加工之后，沿斜面向下方仅移动周期进给量，再次由X、Y轴在不同的高度以描绘等高线的方式进行加工。将反复进行上述过程进行加工的顺序称为等高线加工。
刀具路径生成部23对被输入的信息生成刀具路径。图4是生成的刀具路径的一部分，是为了说明而图示由等高线加工的1周量的等高线构成的刀具路径101、102、103、104的图。实际上，刀具路径生成部23也生成在图4中未图示的刀具路径。
接着，接触区域运算部25运算与被加工物43接触的刀具41的区域。通过接触区域运算部25进行运算，求出在刀具路径101中由有效刃为3片的区域A进行加工的位置。同样，通过接触区域运算部25进行运算，求出在刀具路径102、103、104中由有效刃为6片的区域B进行加工的位置。
接着，加工程序生成部29从存储部27读出进给速度，对刀具路径附加进给速度的指令，生成加工程序。对刀具路径101附加使进给速度成为4800mm/min的指令。对刀具路径102、103、104附加使进给速度成为9600mm/min的指令。
通过操作者将生成的加工程序向NC装置71输入并执行，由NC机床51进行加工。因为由对加工程序生成装置11生成的每个刀具路径附加了适当的进给速度的加工程序进行加工，所以NC机床51不会损坏刀具，能在短时间内效率良好地进行加工。如果NC机床51使用将进给速度在全部的路径中设定成4800mm/min的加工程序进行加工，则加工时间变长了。另外，如果NC机床51使用将刀具41的进给速度在全部的路径中设定成9600mm/min的加工程序进行加工，则在加工刀具路径101之际刀具41的进给速度超过适当值，刀具41缺损或者刀具41的寿命变短。
图5是生成如下加工程序的情况下的5轴加工的实施例，该加工程序由X、Y、Z、A、C轴的5轴加工对具有各面的倾斜角度与图4相同的倾斜面的被加工物43进行等高线加工。刀具路径生成部23和接触区域运算部25的工序与图4同样。
在加工程序生成部29输出加工程序前，加工条件判定部31判定在加工条件上有没有改善的余地。在3轴加工的实施例中，在刀具路径101中，因为由有效刃为3片的区域加工被加工物43，所以选择了进给速度慢的加工条件。因此，加工条件判定部31判定为在刀具路径101中有提高进给速度的余地。
接着，刀具姿势变更部33在加工条件判定部31判定的刀具路径101中变更刀具姿势，求出由有效刃为6片的区域B能加工的刀具姿势和位置。基于由刀具姿势变更部33求出的有效刃为6片的区域B能加工的刀具姿势和位置，刀具路径生成部23如图5所示由旋转进给轴A轴生成倾斜刀具姿势的刀具路径。读取了新生成的刀具路径的加工程序生成部29，因为在刀具路径101中也由有效刃为6片的区域B进行加工，所以输出使刀具姿势倾斜地设定成进给速度9600mm/min的加工程序。在此加工程序中，因为NC机床51在刀具路径101中也由有效刃为6片的区域B以快的进给速度进行加工，所以不会使刀具缺损，加工时间与图4的加工相比被缩短。
干涉运算部35，在刀具姿势变更部33向刀具路径生成部23送出刀具姿势和位置的变更前，由干涉运算部35对除了刀具的切削刃以外的部分、主轴和被加工物是否干涉进行运算。在图5的例子中，因为没有干涉，所以进行刀具姿势的变更。
在本实施例中，将区域分成有效刃3片的区域A和有效刃6片的区域B的两个区域，但除了有效刃的片数以外，也能分成包含与刀具的旋转中心一致、切削刃的旋转速度为零的点(null point，零点)的附近区域在内的3个区域。在此情况下，刀具姿势变更部33，在因干涉而不能选择有效刃6片的区域B的情况下，以由从零点离开的有效刃3片的区域A进行加工的方式变更刀具姿势。
符号的说明：
11：加工程序生成装置
21：输入部
23：刀具路径生成部
25：接触区域运算部
27：存储部
29：加工程序生成部
31：加工条件判定部
33：刀具姿势变更部
35：干涉运算部
41：刀具
43：被加工物。

Claims (6)

1.一种加工程序生成装置，该加工程序生成装置生成使用具有多个切削刃的刀具来加工被加工物的加工程序，其特征在于，具备存储部、接触区域运算部和加工程序生成部，
该存储部对上述刀具的每个部位存储在使上述刀具旋转时作为有助于切削的刃的有效刃的数量，并对基于上述刀具的每个部位的有效刃数量设定的上述刀具的每个区域存储加工条件；
该接触区域运算部，根据上述被加工物及上述刀具的刃部的形状和刀具路径，运算在加工时与上述被加工物接触的上述刀具的区域；
该加工程序生成部，和由上述接触区域运算部运算的与上述被加工物接触的上述刀具的区域对应地基于存储在上述存储部的加工条件及上述刀具路径生成加工程序。
2.如权利要求1记载的加工程序生成装置，其特征在于，
上述加工条件是上述刀具和上述被加工物的相对的进给速度。
3.如权利要求1记载的加工程序生成装置，其特征在于，
上述加工条件是上述刀具和上述被加工物的相对的进给速度及上述刀具的旋转速度的组合。
4.如权利要求2记载的加工程序生成装置，其特征在于，
具备改变上述刀具和上述被加工物的相对的姿势的刀具姿势变更部，以便在上述刀具和上述被加工物不干涉的范围内上述进给速度变快的上述刀具的区域与上述被加工物接触。
5.如权利要求1记载的加工程序生成装置，其特征在于，
上述存储部将上述刀具的区域作为相对于上述刀具的旋转轴线的角度的范围进行存储。
6.一种加工方法，该加工方法使用具有多个切削刃的刀具来加工被加工物，其特征在于，
对上述刀具的每个部位存储在使上述刀具旋转时作为有助于切削的刃的有效刃的数量，并对基于上述刀具的每个部位的有效刃数量设定的上述刀具的每个区域确定加工条件，
使用和上述刀具与上述被加工物接触的区域对应的加工条件加工上述被加工物。
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