CN109725602B - 数值控制装置及方法、cnc机床、计算机可读信息记录介质 - Google Patents

数值控制装置及方法、cnc机床、计算机可读信息记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及数值控制装置及方法、CNC机床、计算机可读信息记录介质。读取加工程序中包括的特征形状的信息，生成适合该特征形状的加工处理的控制指令。该数值控制装置(310)根据包括了特征形状的信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机，包括：特征形状读取部(311)，其从包括了特征形状的信息的加工程序读取要加工的特征形状的信息；区间设定部(312)，其根据特征形状的信息在工具路径上设定一个以上的设定区间；以及动作参数变更部(313)，其在设定区间外和设定区间内变更用于控制至少一个轴的至少一个参数。

Description

数值控制装置及方法、CNC机床、计算机可读信息记录介质
技术领域
本发明涉及数值控制装置、数值控制方法、CNC机床以及计算机可读信息记录介质。
背景技术
在机床加工中，特别是在金属模型加工中，正确地加工边缘或平滑面等特征形状变得重要。因此，希望以下一种加工系统，例如使刀具位置数据(CL数据)或数值控制数据(NC数据)中包括边缘或平滑面等特征形状的信息，由此执行与该特征形状对应的加工处理。但是，现有的加工程序的G代码难以根据工具路径判断是加工平滑的曲面还是加工边缘。
例如，专利文献1以及2中公开一种考虑加工物的形状而生成加工程序的加工程序生成装置。
专利文献1中记载一种NC数据生成装置，其能够生成用于容易进行附加在山脊部上的形状的加工的数值数据。具体地说，NC数据生成装置具备：提取单元，其从预先生成的表示被加工物的形状数据提取具有山脊部的图形要素，并且提取附加在该提取出的图形要素的山脊部上的注释数据；解释单元，其根据上述提取出的注释数据来解释附加在上述山脊部上的形状；以及数值数据生成单元，其根据上述解释单元的解释结果来生成用于规定针对上述山脊部的工具轨迹的数值数据。
专利文献2中记载以下的加工控制装置，即使是经验少的操作员也能够进行加工，并且消除重复类似的失败的情况。具体地说，加工控制装置根据进行加工的形状的特征来检索加工事例，并根据该加工事例来设定加工条件，从而能够进行适当的加工条件下的加工。
专利文献1：日本特开2001-125618号公报
专利文献2：日本特开2004-284002号公报
发明内容
但是，专利文献1记载的发明读取在附图上作为注释而记载的角R等，追加倒角加工等，而不是例如使CL数据或NC数据包括边缘或平滑面等特征形状，由此执行与该特征形状对应的加工处理。
另外，专利文献2记载的加工控制装置根据要加工的形状的特征来检索过去的加工事例，并根据该加工事例来设定加工条件，而不是例如使CL数据或NC数据包括边缘或平滑面等特征形状，由此执行与该特征形状对应的加工处理。
本发明的目的为提供数值控制装置、数值控制方法、CNC机床以及计算机可读信息记录介质，使加工程序中包括例如边缘或平滑面等特征形状的信息，从而读取该加工程序中包括的特征形状的信息，生成适合该特征形状的加工处理的控制指令。
(1)本发明的数值控制装置(例如后述的数值控制装置30)根据包括了特征形状的信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机，该数值控制装置具备：
特征形状读取部(例如后述的特征形状读取部311)，其从包括了特征形状的信息的加工程序读取要加工的特征形状的信息；
区间设定部(例如后述的区间设定部312)，其根据上述特征形状的信息在工具路径上设定一个以上的设定区间；以及
动作参数变更部(例如后述的动作参数变更部313)，其在上述设定区间外和上述设定区间内变更用于控制上述至少一个轴的至少一个参数。
(2)(1)记载的数值控制装置中，上述参数包括以下的参数组(A)、(B)以及(C)中的至少一个：
(A)进给轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度、与加减速控制相关的时间常数，
(B)主轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度、与加减速控制相关的时间常数，
(C)在指令路径和实际的路径之间被容许的误差量。
(3)(1)或(2)记载的数值控制装置中，上述特征形状的信息包括以下信息组(a)、(b)、(c)以及(d)中的至少一个：
(a)关于加工物轮廓上的边缘位置的信息，
(b)关于要在加工物轮廓上进行平滑的角的信息，
(c)关于工具在工具路径上，接触加工物的边缘的区间的信息，
(d)关于在工具路径上，使工具路径成为平滑的曲线的区间的信息。
(4)(1)～(3)中的任意一项记载的数值控制装置中，上述参数包括进给轴的进给速度和主轴的转速，上述动作参数变更部使上述主轴的转速与上述进给轴的进给速度的变化同步地变化。
(5)(1)～(4)中的任意一项记载的数值控制装置中，以将加工物的加工形状或工具路径的信息和加工内容信息作为依据分层结构的数据模型的形式来记述上述加工程序。
(6)本发明的CNC机床(例如后述的CNC机床30)包括(1)～(5)中的任意一个数值控制装置(例如后述的数值控制装置310)。
(7)本发明的数值控制方法是根据包括了特征形状的信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机的数值控制装置的数值控制方法，
从包括了特征形状的信息的加工程序来读取要加工的特征形状的信息；
根据上述特征形状的信息在工具路径上设定一个以上的设定区间；以及
在上述设定区间外和上述设定区间内变更用于控制上述至少一个轴的至少一个参数。
(8)本发明的计算机可读取信息记录介质存储数值控制用程序，该程序使计算机作为根据包括了特征形状的信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机的数值控制装置来进行以下处理：
从包括了特征形状的信息的加工程序来读取要加工的特征形状的信息的处理；
根据上述特征形状的信息在工具路径上设定一个以上的设定区间的处理；以及
在上述设定区间外和上述设定区间内变更用于控制上述至少一个轴的至少一个参数的处理。
根据本发明，能够提供数值控制装置、数值控制方法、CNC机床以及计算机可读信息记录介质，使加工程序中包括例如边缘或平滑面等特征形状的信息，从而读取该加工程序中包括的特征形状的信息，生成适合该特征形状的加工处理的控制指令。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的CNC机床的一个结构例的框图。
图2是表示数值控制装置的计算机的结构的框图。
图3是表示基于ISO 14649的数据模型的例子的结构图。
图4是表示作为特征区间信息而使用边缘位置的信息的例子的说明图。
图5是表示作为特征区间信息而使用边缘区间的信息的例子的说明图。
图6是表示作为特征区间信息而使用加工面的轮廓上要进行平滑的角的信息的说明图。
图7是表示作为特征区间信息而使用平滑化区间的信息的例子的说明图。
图8是表示变更了进给速度时的指令速度与实际速度之间的关系的特性图。
图9表示路径半径r与路径误差Δr。
图10表示进给速度和主轴速度为固定值时的刀痕的密度。
图11表示进给速度变慢，主轴速度为固定值时的刀痕的密度。
图12表示同时改变进给速度和主轴速度时的刀痕的密度。
图13是表示数值控制装置的动作的流程图。
附图标记说明
10 CAD装置；20 CAM装置；30 CNC机床；310数值控制装置；311特征形状读取部；312区间设定部；313动作参数变更部；314指令输出部；320伺服控制装置；330主轴电动机；340进给轴电动机。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明实施方式。
图1是表示本发明一个实施方式的CNC机床的一个结构例的框图。
如图1所示，CNC(computerized numerical control计算机数值控制)机床30具备数值控制装置310、伺服控制装置320、主轴电动机330以及进给轴电动机340。
CNC机床30例如在3轴加工机上，3轴加工机的加工部分在图1中仅表示主轴电动机330以及进给轴电动机340。主轴电动机330使球头铣刀等工具旋转。进给轴电动机340由X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向3个电动机组成。X轴方向以及Y轴方向的电动机使装载有用于制作加工物的基板的工作台经由滚珠丝杠分别在X轴方向以及Y轴方向直线移动。Z轴方向的电动机使工具或工作台在Z轴方向直线移动。另外，3轴加工机的结构不限于上述的结构，例如3轴加工机可以构成为，固定工具，使工作台在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向直线移动，或者固定工作台，使工具在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向直线移动。CNC机床30不限于3轴加工机，例如也可以是5轴加工机。
数值控制装置310具备特征形状读取部311、区间设定部312、动作参数变更部313以及指令输出部314。后面详细描述数值控制装置310的结构以及动作。
输入到数值控制装置310中的加工程序例如根据由CAD装置10生成的加工物的形状，在CAM装置20中由CAM软件来生成。CAM装置20根据CAD数据设定工具或机床的运动而得到加工形状，并且将该运动转换为刀具位置数据(CL数据)，并根据该CL数据来生成加工程序。CAD装置10、CAM装置20可以通过一个计算机一体化地构成。CAD装置10以及CAM装置20的结构对本领域技术人员来说是熟悉的，所以省略详细的说明。
主轴电动机伺服控制部321根据来自指令输出部314的控制指令来控制主轴电动机330。X轴、Y轴以及Z轴的3个进给轴电动机伺服控制部322根据来自指令输出部314的控制指令来控制X轴、Y轴以及Z轴的3个进给轴电动机340。
主轴电动机伺服控制部321和3个进给轴电动机340分别包括用于构成位置、速度反馈环的位置控制部、速度控制部、根据转矩指令值驱动主轴电动机或进给轴电动机的电动机驱动放大器以及用于受理用户操作的操作盘等。
主轴电动机伺服控制部321使用来自与主轴电动机330连接的编码器等位置检测器的位置反馈信号和从数值控制装置310输出的位置指令来计算间隙(バックラッシ)修正值，进行位置指令的修正。3个进给轴电动机伺服控制部322使用来自与3个进给轴电动机340分别连接的编码器等位置检测器的位置反馈信号和从数值控制装置310输出的位置指令来计算反弹修正值，进行位置指令的修正。另外，主轴电动机伺服控制部321和3个进给轴电动机伺服控制部322的内部结构对本领域技术人员来说是熟悉的，所以省略详细的说明。
以上说明的CNC机床可以包括CAD装置10、CAM装置20。另外，数值控制310可以包括伺服控制装置320。
<数值控制装置310>
接着说明数值控制装置310的结构例。
图2表示数值控制装置310的硬件结构。如图2所示，构成数值控制装置310的计算机300至少具备CPU301、输入输出部302、第一存储部303、第二存储部304以及显示部305。CPU301、输入输出部302、第一存储部303、第二存储部304以及显示部305通过总线连接。
CPU301例如由具有CPU、RAM、ROM、I/O等的微处理器构成。CPU301例如执行从硬盘装置或ROM等第一存储部303读出的各个程序，在该执行时，例如经由输入输出部302输入加工程序，例如，从第一存储部303、RAM等第二存储部304读出信息，对第一存储部303、第二存储部304写入进行了运算处理的信息。CPU301与显示部305以及输入输出部302进行信号的收发，例如将处理内容显示在显示部305中。
CPU301执行构成数值控制软件的各个程序(以下也总称为“数值控制应用程序”)，从而使计算机300作为数值控制装置300发挥作用。更具体地说，如图1所示，使计算机300作为具备特征形状读取部311、区间设定部312、动作参数变更部313以及指令输出部314的数值控制装置310发挥作用。
另外，CPU301执行各个程序，从而使计算机300执行预定的步骤(以下也总称为“数值控制步骤”)。
以下，从数值控制装置310的观点来说明CPU301所具有的功能。另外，通过将“部”置换为“步骤”能够进行基于数值控制装置310的数值控制步骤(方法)的观点的说明，因此将其省略。
在详细说明数值控制装置310的各个功能部之前，首先说明被输入给数值控制装置310的加工程序。
<加工程序>
输入到数值控制装置310的加工程序会有被赋予加工面的形状的情况和被赋予针对加工面的形状偏移了工具形状的工具路径的情况。在赋予加工面的形状的情况下，在数值控制装置310中通过工具形状修正来生成工具路径。
加工面的形状被赋予加工程序时的加工程序中包括的信息为以下的信息Inf1A～信息Inf5A。
(Inf1A)与加工面的形状相关的信息，
(Inf2A)与加工面上的特征形状相关的信息，
(Inf3A)与用于加工的工具相关的信息，
(Inf4A)与加工条件相关的信息，
(Inf5A)与进行加工的顺序相关的信息。
针对加工面的形状偏移了根据形状的根据路径被赋予加工程序时的加工程序中包括的信息为以下的信息Inf1B～信息Inf5B。
(Inf1B)与工具路径相关的信息，
(Inf2B)与工具路径上的特征形状相关的信息，
(Inf3B)与用于加工的工具相关的信息，
(Inf4B)与加工条件相关的信息，
(Inf5B)进行加工的顺序相关的信息。
这里，信息Inf1A(＝与加工面的形状相关的信息)例如包括与加工物的轮廓形状等相关的信息。
信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)包括关于加工面形状一点的特征而记述的特征点信息。特征点信息例如包括关于加工物轮廓上的边缘位置的信息或者关于在加工物轮廓上要进行平滑的角的信息。这里，要进行平滑的角的信息例如是加工物轮廓上的平滑化区间的起点、终点、角的位置、角度等。
信息Inf3A(＝与用于加工的工具相关的信息)例如包括与工具的类型、工具的尺寸等相关的信息。
信息Inf4A(＝与加工条件相关的信息)例如包括与在加工面上的进给速度、在加工面上的主轴转速、切削液的使用等相关的信息。
信息Inf5A(＝与进行加工的顺序相关的信息)包括与加工工序的顺序等相关的信息。
另外，信息Inf1B(＝与工具路径相关的信息)例如包括针对加工物的轮廓形状偏移了工具形状的工具路径等的信息。
信息Inf2B(＝与位于工具路径上的特征形状相关的信息)包括针对工具路径上的区间的特征所记述的特征区间信息。特征区间信息例如包括关于工具在工具路径上与加工物的边缘接触的边缘区间的信息或者关于在工具路径上使工具路径成为平滑的曲线的平滑化区间的信息等。
信息Inf3B(＝关于用于加工的工具的信息)例如包括与工具的类型、工具的尺寸等相关的信息等。
信息Inf4B(＝与加工条件相关的信息)例如包括与在工具路径上的进给速度、在工具路径上的主轴转速、切削液的使用等相关的信息。
信息Inf5B(＝与进行加工的顺序相关的信息)包括与加工工序的顺序等相关的信息。
另外，在数值控制装置310的处理中，特别是信息Inf2A和信息Inf4A、信息Inf2B和信息Inf4B变得重要。
作为具有上述信息的加工程序的数据模型的分层结构的参考例列举有例如ISO14649等。但是，如果是能够适当地记载必要信息的形式，则加工程序的数据模型的分层结构不限于ISO 14649等的例子。
图3是表示基于ISO 14649的数据模型的例子的结构图。另外，信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)以及信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)没有被包括在基于ISO 14649的数据模型的分层结构中。因此，例如信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)可以设定为上述数据模型的分层结构的“加工形状”(或其下位结构数据)。另外，信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)假设可以设定为上述数据模型的分层结构的“工具路径”的下位结构数据“特征形状”。
另外，在参照图3所示的数据模型的分层结构时，例如信息Inf1A(＝与加工面的形状相关的信息)能够记载为“加工形状”，信息Inf1B(＝与工具路径相关的信息)能够记载为“工具路径”。信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)或Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)能够记载为“特征形状”，信息Inf3A或信息Inf3B(＝与用于加工的工具相关的信息)能够记载为“使用工具”，信息Inf4A或信息Inf4B(＝与加工条件相关的信息)能够记载为“加工条件”，信息Inf5A信息或Inf5B(＝与进行加工的顺序相关的信息)能够记载为“工序列表”。
这样，包括信息Inf1A～信息Inf5A或信息Inf1B～信息Inf5B的加工程序能够记载为根据数据模型被结构化的信息。
另外，信息Inf1A～信息Inf5A或信息Inf1B～信息Inf5B例如可以将(通过XML等)进行了标记的文本信息作为注释插入到加工程序。
以上，说明输入到数值控制装置310中的加工程序中包括的信息。
接着，说明数值控制装置310的各个功能部。
特征形状读取部311例如读入由CAM装置20生成的包括信息Inf1A～信息Inf5A或信息Inf1B～信息Inf5B的加工程序。接着，特征形状读取部311按照每个加工工序来检测加工程序中包括的所有信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)或Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)。
特征形状读取部311在检测出信息Inf2A例如是与加工形状上的边缘位置相关的信息时，取得该边缘位置，并且从信息Inf1A取得加工面的轮廓形状，从信息Inf4A取得切除加工面时的进给速度、切除加工面时的主轴转速等与加工条件相关的信息。
另外，特征形状读取部311在检测出信息Inf2A例如是关于加工形状上的要进行平滑的角的信息时，取得要进行平滑的角的信息，并且从信息Inf1A取得加工面的轮廓形状，从信息Inf4A取得切除加工面时的进给速度、切除加工面时的主轴转速等与加工条件相关的信息。
另外，特征形状读取部311在检测出信息Inf2B例如是关于工具路径上的边缘区间的信息时，取得该边缘区间的信息(边缘区间的起点以及边缘区间的终点等)，并且从信息Inf1B取得针对加工面形状偏移了工具形状的工具路径，从信息Inf4B取得包括该边缘区间的在工具路径上的进给速度、在工具路径上的主轴转速等与加工条件相关的信息。
另外，特征形状读取部311在检测出信息Inf2B例如是关于在工具路径上使工具路径成为平滑的曲线的平滑化区间的信息时，从信息Inf1B取得在该平滑化区间中通过连续的直线段被赋予的工具路径的信息以及从信息Inf2B取得在该工具路径上使形状成为平滑的平滑化区间的信息。这里，平滑化区间信息能够包括平滑化区间的起点、终点以及在平滑化区间内被容许的工具方向的变化率(在前进一定距离的期间，前进方向变化了多少)的信息等。另外，从信息Inf4B取得在包括该平滑化区间的工具路径上的进给速度、在工具路径上的主轴转速等与加工条件相关的信息。
区间设定部312根据通过特征形状读取部311检测出的各个信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)或Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)在工具路径上设定固定的区间。
更具体地说，区间设定部312在通过特征形状读取部311检测出的信息Inf2A是与加工形状上的边缘位置相关的信息时，根据信息Inf1A中包括的加工面形状以及信息Inf3A中包括的工具信息来生成进行工具偏移的工具路径，此时，将工具与边缘位置接触的区间设定为边缘区间。工具信息可以登记在数值控制装置310中。而且，区间设定部312在包括边缘区间的工具路径上自动设定低速区间。低速区间例如如图4所示那样被决定为比边缘区间更宽。后面详细描述低速区间设定的处理。
另外，区间设定部312在通过特征形状读取部311检测出的信息Inf2B是与工具路径上的工具接触加工物的边缘的边缘区间相关的信息时，在包括边缘区间的工具路径上自动设定低速区间。关于低速区间，例如如图5所示那样，决定低速区间的起点和终点使低速区间比边缘区间更宽。低速区间的范围可以被预先决定，也可以根据加工条件来计算。后面详细描述低速区间设定的处理。
区间设定部312在通过特征形状读取部311检测出的信息Inf2A是关于加工面的轮廓上的要进行平滑的角的信息时，根据信息Inf1A中包括的加工面形状以及信息Inf3A中包括的工具信息来生成进行工具偏移的工具路径，此时，使用与角相关的信息(角的位置等)，如图6所示，将包括角的区间设定为平滑化区间。工具信息可以预先登记在数值控制装置310中。后面详细描述平滑化区间设定的处理。
另外，区间设定部312在识别出通过特征形状读取部311检测出的信息Inf2B是与平滑化区间相关的信息时，根据平滑化区间信息在工具路径上设定平滑化区间。
更具体地说，区间设定部312根据被赋予的平滑化区间信息在工具路径上设定平滑化区间。这里，通过区间设定部312设定的平滑化区间是根据上述平滑化信息在工具路径上设定的区间。例如，图7所示的起点和终点与平滑化区间信息所记载的点一致。另外，区间设定部312在平滑化区间内将工具方向的变化率设为容许值以下，新生成与通过折线被赋予的工具路径最接近的工具路径。另外，区间设定部312对前进方向变化的变化率也设定容许值(一般称为G2连续、G3连续)，由此可以生成具有高次连续性的工具路径。
以上，区间设定部312根据加工程序(NC数据)中包括的各个信息Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)或各个信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)中包括的特征形状信息来设定工具路径上的固定区间。
动作参数变更部313设定通过区间设定部312设定的控制工具路径上的固定区间内的动作的参数，生成控制数据的部分，置换为从加工程序(NC数据)输入的控制数据。后面详细描述控制区间内的动作的控制数据部分的生成的处理。
另外，动作参数变更部313设定控制数据中的控制设定区间外的动作的参数，生成包括参数的控制数据的部分，置换为从加工程序(NC数据)输入的控制数据。
例如，当设定区间为边缘区间时，动作参数变更部313在控制数据内生成在通过低速区间后，使进给速度返回到区间外的进给速度F1的速度指令。
另外，当设定区间为平滑化区间时，动作参数变更部313在通过平滑化区间后，例如在控制数据内生成切换为上述第一加工模式的速度指令。
这里，动作参数变更部313在固定区间内以及区间外生成的参数例如是以下参数组(1)、(2)、(3)中的一个或多个参数：
(1)进给轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
(2)主轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
(3)指令路径与实际路径间被容许的误差量。
这样生成的控制数据被输出给指令输出部314。
指令输出部314将基于由动作参数变更部313生成的控制数据的控制指令输出给伺服控制装置320的主轴电动机伺服控制部321和X轴、Y轴以及Z轴的3个进给轴电动机伺服控制部322。于是，伺服控制装置320能够执行例如边缘区间以及/或平滑化区间的加工处理。
[特征点信息的使用例1：边缘位置的信息]
接着，作为特征点信息的一例，参照图4详细说明区间设定部312的边缘位置的处理。
在该使用例中，加工程序包括记载了加工面的轮廓形状(加工形状)的信息Inf1A、记载了轮廓上的边缘位置的信息的信息Inf2A以及记载了切削加工面时在工具路径上的进给速度和在工具路径上的主轴转速等与加工条件相关的信息的信息Inf4A。
区间设定部312根据加工面的轮廓形状和工具信息进行工具偏移，生成工具路径。此时，区间设定部312将工具与边缘位置接触的区间设定为边缘区间。工具信息可以被预先登记在数值控制装置310中，也可以包括在加工程序中。
区间设定部312在包括边缘区间的工具路径上自动设定低速区间。如图4所示，区间设定部312决定低速区间使得低速区间比边缘区间要宽。另外，低速区间的设定处理以及动作参数变更部313的处理与以下所说明的使用例2相同，所以在使用例2中进行详细的说明。
[特征区间信息的使用例2：边缘区间的信息]
接着，作为特征区间信息的一例，参照图5详细说明区间设定部312以及动作参数变更部313的边缘区间的处理。
在该使用例中，加工程序包括记载了与边缘区间相关的信息的信息Inf2B以及记载了在包括该边缘区间的工具路径上的进给速度和在工具路径上的主轴转速等与加工条件相关的信息的信息Inf4B。
区间设定部312在包括边缘区间的工具路径上自动设定低速区间。如图5所示，区间设定部312决定低速区间的起点和终点使得低速区间比边缘区间要宽。另外，当加工程序包括记载了与边缘区间相关的信息的信息Inf2B时，可以预先决定低速区间的范围。
这里，将低速区间设置得比边缘区间要宽的理由为以下。机床通常在速度指令急剧变化时，对电动机施加负荷，会有嘎嘎声。因此，在机床中控制速度指令的变化，使得实际的进给速度的变化比加工程序的速度指令的变化更平滑(平缓)。因此，速度指令为了在进入边缘区间之前完成减速而稍微在边缘区间之前成为低速，过了边缘区间后开始加速，在边缘区间内为适合边缘加工的进给速度F2。
图8是表示变更了速度指令的指令速度时的加工程序所记载的指令速度的变化与在机床中被控制成比指令速度的变化更平滑(平缓)的实际速度变化之间的关系的特性图。这里，实线表示加工程序(NC数据)中记载的指令速度的变化，虚线表示在机床中被控制成比指令速度的变化更平滑(平稳)的实际速度的变化。
在该例子中若将时间常数设为T，则某个时间t的工具的实际速度例如如图8所示那样成为将时间(t-时间常数T)的指令速度与时间(t+时间常数T)的指令速度平均后的值。因此，如果就在边缘区间的起点之前指示使边缘区间内的进给速度成为F2，则工具实际保持速度不变地侵入边缘区间。关于边缘区间的终点，也是当指示从边缘区间终点开始加速时，工具实际在边缘区间结束之前开始加速。
为了防止这种状况，区间设定部312将从边缘区间起点在时间常数T期间前进的距离(大约F2×T)之前设为低速区间的起点，将从边缘区间的终点靠前F2×T设定为低速区间的终点。
另外，在每次计算边缘区间内的进给速度F2时，区间设定部312也每次计算F2×T的值。另外，在将边缘区间的进给速度F2设为预先决定的值时，F2×T例如能够预先赋予给信息Inf4A或Inf4B(＝与加工条件相关的信息)。
动作参数变更部313将在工具路径进行指令的进给速度F1与适合边缘加工的进给速度F2进行比较，当进给速度F1>进给速度F2时，以低速区间内的进给速度F3不超过F2的方式将速度指令记载在控制数据内。关于进给速度F2，可以预先决定值，也可以根据工具直径或边缘的角度来进行计算。
图9表示路径半径r与路径误差Δr。路径半径r与工具直径一致，并且路径误差(指令路径与实际路径之间的差)Δr是边缘所容许的角下垂的大小，机器的加减速时间常数T是依存于机器设定的值。
基本上，工具路径的曲线较急，所容许的误差越小则越要求降低进给速度。角下垂为容许值以下的进给速度F2例如计算公式1的关系式成立的值。
从公式1可知工具直径越小，所容许的角下垂越小，越要求减小进给速度F2。
另外，在预先登记进给速度F2时，根据设想使用的最小直径的工具和通过该机器进行的加工中角下垂的最小容许值，预先决定进给速度F2。
[公式1]
F2∝(Δr×r)0.5/T
r：路径半径，
Δr：路径误差，
T：机器的加减速时间常数。
另外，动作参数变更部313如上所述，在控制数据内记载在通过低速区间后，使进给速度返回进给速度F1的速度指令。
以上，在输入到数值控制装置310中的加工程序中，例如使Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)包括与加工形状上的边缘位置相关的信息或使信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)包括边缘区间等特征形状的信息，并且使Inf4A(＝与加工条件相关的信息)包括切除加工面时的进给速度、切除加工面时的主轴转速等与加工条件相关的信息或使Inf4B(＝与加工条件相关的信息)包括在包括该边缘区间的工具路径上的进给速度、在工具路径上的主轴转速等与加工条件相关的信息，从而数值控制装置310能够生成用于执行该边缘位置或该边缘区间的加工处理的控制数据，并能够通过基于该控制数据的控制指令来控制机床。由此，通过现有的G代码加工困难的形状变得容易加工。
[特征点信息的使用例3：平滑化的角的信息]
作为特征点信息的一例，参照图6详细说明区间设定部312的平滑化的角的处理。
在该使用例中，加工程序包括与加工形状相关的信息Inf1A、关于加工物轮廓上的平滑化区间的起点、终点、角的位置、角度等的角的信息Inf2A、记载了切削加工面时的进给速度以及切除加工面时的主轴转速等与加工条件相关信息的信息Inf4A。
区间设定部312根据与加工形状相关的信息Inf1A、信息Inf2A中包括的关于加工物轮廓上的平滑化区间的起点、终点、角的位置、角度等角的信息、信息Inf3A中包括的工具信息来生成进行工具偏移的工具路径，如图6所示，将包括角的区间设定为平滑化区间。工具信息可以被预先登记在数值控制装置310中。另外，设定工具路径的平滑化区间之后的动作参数变更部313的处理与以下所说明的使用例4相同，所以在使用例4中进行详细的说明。
[特征区间信息的使用例4：平滑化区间]
接着，作为特征区间信息的一例，参照图7详细说明区间设定部312以及动作参数变更部313的平滑化区间处理。
该使用例为加工程序包括记载了与平滑化区间相关的信息的信息Inf2B的例子。
区间设定部312根据被赋予的平滑化区间信息在工具路径上设定平滑化区间。
平滑化区间信息如上所述，是被记载在加工程序中的信息，包括平滑化区间的起点、终点、在平滑化区间内被容许的工具方向的变化率(在前进一定距离期间，前进方向发生了多少改变)的信息。
区间设定部312根据平滑化信息设定在工具路径上设定的区间即平滑化区间。图7所示的起点和终点与记载在平滑化区间信息中的点一致。区间设定部312在平滑化区间内将工具方向的变化率设为容许值以下，新生成与通过折线赋予的工具路径最接近的工具路径。另外，区间设定部312对前进方向变化的变化率也设定容许值(一般称为G2连续、G3连续)，由此可以生成具有高次连续性的工具路径。
动作参数变更部313将在平滑化区间内输入的工具路径置换为以通过区间设定部312设定的每个工具移动距离的前进方向变化的大小为容许值以下的方式将线段间平滑连接的工具路径。另外，可以预先设定容许值，例如也可以记载在平滑化信息中。
另外，动作参数变更部313在平滑区间内例如调整速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速的控制相关的时间常数等，由此能够提高曲线的平滑度。
大多数CNC机床通常具有选择忠实于指令的第一加工模式和优先平滑度的第二加工模式的任一个作为工具的运动方式的模式的功能。另外，也有根据工具路径的平滑化程度在哪个阶段都能够选择第一加工模式和第二加工模式的CNC机床。这里，第一加工模式为以下的加工模式，即如果加工程序的工具路径是折线，则完全成为折线地进行加工。第二加工模式为以下的加工模式，即，即使加工程序的工具路径是折线，也将其平滑化来进行平滑加工。
第一加工模式和第二加工模式所容许的电动机的最大加减速度的大小不同，所容许的加减速度越大则机器越忠于指令地进行动作。一般在加工前选择第一加工模式或第二加工模式。
这种情况下，当在信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)中记载与平滑化区间相关的信息时，关于平滑化区间的信息，能够指定为例如平滑化区间的外侧通过忠实于指令的第一加工模式进行加工，平滑化区间内通过平滑度优先的第二加工模式进行加工等在平滑化区间的内外自动切换模式。此时，加工程序的参数在平滑化区间的内外切换电动机容许的最大加减速度。另外，关于平滑化区间的信息，也能够指定为根据平滑化区间的平滑化的程度来选择第一加工模式和第二加工模式。
以上，在输入到数值控制装置310中的加工程序中，例如使Inf2A(＝与加工面上的特征形状相关的信息)包括关于要在加工物轮廓上进行平滑的角的信息或使信息Inf2B(＝与工具路径上的特征形状相关的信息)包括平滑化区间信息，从而数值控制装置310能够生成用于执行该平滑化区间的加工处理的控制数据，并能够通过基于该控制数据的控制指令来控制机床。由此，通过现有的G代码加工困难的形状变得容易加工。
[与进给速度同步的主轴速度的控制的使用例5]
接着说明与进给速度同步的主轴速度控制的使用例。该使用例也能够适用于上述的使用例1-使用例4。
当动作参数变更部313使进给速度发生变化时，最好使主轴的转速与进给速度一起发生变化。
例如，如图10所示，如果进给速度和主轴速度都是固定值，则刀痕的密度是固定的。这里，刀痕指加工表面上残留的工具的刀刃的轨迹。对此，如果进给速度变慢，主轴速度为固定值，则如图11所示，刀痕的密度改变，加工面的形状以及外观发生变化。因此，在指定了进给速度F1和主轴速度S1的工具路径中，例如在通过边缘区间的处理等使进给速度变化为F2(<F1)时，动作参数变更部313最好根据需要使主轴的转速变化为与速度S1不同的速度S2(<S1)。
此时，如图12所示，动作参数变更部313决定主轴速度S2使S2＝S1×(F2/F1)，从而将刀痕的密度保持为固定，能够得到均匀的加工面。
以上，说明了数值控制装置310的结构。接着，说明数值控制装置310的动作。图13是表示数值控制装置310的动作的流程图。
在步骤S101中，特征形状读取部311例如读入由CAM装置20生成的包括特征形状信息的加工程序(NC数据)。
在步骤S102中，特征形状读取部311检测加工程序中是否包括特征形状信息。例如参照图3所示的工序路径来检测是否包括特征形状信息。当加工程序中包括特征形状信息时，转到步骤S103。当加工程序中没有包括特征形状信息时，转到步骤S106。
在步骤S103中，特征形状读取部311识别加工程序中包括的特征形状信息。特征形状信息例如有关于加工物轮廓上的边缘位置的信息、关于要在加工物轮廓上进行平滑的角的信息、关于工具在工具路径上与加工物的边缘接触的边缘区间的信息以及在工具路径上使工具路径上成为平滑的曲线的平滑化区间的信息等，特征形状读取部311识别特征形状信息相当于这些信息中的哪个信息。
在步骤S104中，区间设定部312根据在步骤S103中由特征形状读取部311识别出的特征形状信息，在工具路径上设定固定的区间。
在步骤S105中，动作参数变更部313生成参数，生成控制设定区间内的动作的部分和控制设定区间外的动作的部分，之后，转到步骤S102。所生成的参数例如是以下的参数组(1)、(2)、(3)中的一个或多个参数：
(1)进给轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
(2)主轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
(3)指令路径与实际路径间容许的误差量。
之后，返回步骤S102。在步骤S102中，当特征形状读取部311检测出加工程序中没有包括特征形状信息的情况时，转到步骤S106。
在步骤S106中，指令输出部314将基于由动作参数变更部313生成的控制数据的控制指令输出给伺服控制装置320。
以上，说明了本发明的实施方式，但是数值控制装置310能够通过软件来实现其功能的全部或一部分。但是能够通过硬件、或者硬件和软件的组合来实现主处理器部22的功能。这里，通过软件实现是指通过计算机读入程序并执行来实现。在通过硬件构成时，例如能够通过LSI(Large Scale Integrated circuit：大规模集成电路)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、门阵列、FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等集成电路(IC)来构成数值控制装置310的特征形状读取部311、区间设定部312、动作参数变更部313以及指令输出部313的一部分或全部。
在通过软件实现时，在硬盘装置、ROM等第一存储部403中存储使作为图2所示的数值控制装置310的计算机进行动作的记述了图13所示的动作的数值控制用程序。将CPU根据该数值控制用程序进行运算所需要的信息存储在RAM等第二存储部404中，执行处理，由此能够通过程序执行数值控制装置310的动作。能够将数值控制用程序从记录了程序的计算机可读取信息记录介质读入到硬盘等第一存储部403中。计算机可读取信息记录介质包括各种类型的有形的记录介质(tangible storage medium：有形存储介质)。计算机可读信息记录介质的例子包括磁记录介质(例如软盘、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如光磁盘)、CD-ROM(Read Only Memory：只读存储器)，CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(Programmable ROM：可编程的ROM))、EPROM(Erasable PROM：可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)。

Claims (8)

1.一种数值控制装置，根据包括了作为与加工面上的特征形状相关的信息或与工具路径上的特征形状相关的信息的第一信息、作为与加工面的形状相关的信息或与工具路径相关的信息的第二信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机，其特征在于，
该数值控制装置具备：
特征形状读取部，其从包括了上述第一信息的加工程序读取上述第一信息；
区间设定部，其根据上述第一信息，在根据上述加工程序中包括的与上述工具路径相关的信息生成的工具路径或根据上述加工程序中包括的与上述加工面的形状相关的信息生成的工具路径上设定一个以上的设定区间；以及
动作参数变更部，其变更用于在上述设定区间外和上述设定区间内控制上述至少一个轴的至少一个参数，
上述工具路径由上述设定区间和上述设定区间以外的区间形成。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述参数包括以下的参数组中的至少一个：
进给轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
主轴的指令速度、容许加速度、容许加加速度以及与加减速控制相关的时间常数，
在指令路径和实际的路径之间允许的误差量。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述第一信息包括以下信息组中的至少一个：
关于加工物轮廓上的边缘位置的信息，
关于要在加工物轮廓上进行平滑的角的信息，
关于工具在工具路径上接触加工物的边缘的区间的信息，
关于在工具路径上，使工具路径成为平滑的曲线的区间的信息。
4.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述参数包括进给轴的进给速度和主轴的转速，上述动作参数变更部使上述主轴的转速与上述进给轴的进给速度的变化同步地变化。
5.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述加工程序以依据分层结构的数据模型的形式记述了成为上述第二信息的加工物的加工形状或工具路径相关的信息和加工内容信息。
6.一种CNC机床，其特征在于，
该CNC机床包括权利要求1～5中的任意一项所述的数值控制装置。
7.一种数值控制装置的数值控制方法，根据包括了作为与加工面上的特征形状相关的信息或与工具路径上的特征形状相关的信息的第一信息、作为与加工面的形状相关的信息或与工具路径相关的信息的第二信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机，其特征在于，
该数值控制方法进行如下处理：
从包括了上述第一信息的加工程序读取上述第一信息；
根据上述第一信息，在根据上述加工程序中包括的与上述工具路径相关的信息生成的工具路径或根据上述加工程序中包括的与上述加工面相关的信息生成的工具路径上设定一个以上的设定区间；以及
变更用于在上述设定区间外和上述设定区间内控制上述至少一个轴的至少一个参数，
上述工具路径由上述设定区间和上述设定区间以外的区间形成。
8.一种存储有数值控制用程序的计算机可读信息记录介质，其特征在于，
该数值控制用程序使所述计算机作为根据包括了作为与加工面上的特征形状相关的信息或与工具路径上的特征形状相关的信息的第一信息、作为与加工面的形状相关的信息或与工具路径相关的信息的第二信息的加工程序来控制用于驱动至少一个轴的电动机的数值控制装置进行以下处理：
从包括了上述第一信息的加工程序读取上述第一信息的处理；
根据上述特征形状的第一信息，在根据上述加工程序中包括的与上述工具路径相关的信息生成的工具路径或根据上述加工程序中包括的与上述加工面的形状相关的信息生成的工具路径上设定一个以上的设定区间的处理；以及
变更用于在上述设定区间外和上述设定区间内控制上述至少一个轴的至少一个参数的处理，
上述工具路径由上述设定区间和上述设定区间以外的区间形成。
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