CN113874799B - Nc程序生成系统以及nc程序生成方法 - Google Patents
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Abstract
提供生成能够确保适合的加工精度的NC程序的技术。在包括CPU(11)并生成针对车床中的工件的车削加工用的NC程序的变换用计算机(10)中,将CPU(11)构成为计算在车削加工时的多个加工位置处的处理对象的工件中发生的变位,并根据在多个加工位置处的工件中发生的变位来决定在车削加工时使用的工具的移动路径,生成使工具按照所决定的移动路径进行移动的NC程序。
Description
技术领域
本发明涉及生成数值控制(NC)用的NC程序的技术。
背景技术
近年来,有时通过将NC程序输入到NC对应的车床而进行被加工物(以下有时称为工件)的车削加工。
例如,在专利文献1中公开了“提供一种工具变形量校正方式,校正工具的变形量而进行加工,其特征在于,具有:存储器,储存计算工具变形量的工具变形参数;前处理运算单元,读取加工程序,输出加工条件;工具变形量计算单元,根据所述工具变形参数和所述加工条件而求出工具变形量;工具校正单元,计算工具校正量;加法器,将所述工具变形量和工具校正量相加到移动指令,求出移动量;以及插值单元,对所述移动量进行插值”。
现有技术文献
专利文献1:日本特开平4-52908号公报
发明内容
在对工件进行加工而生产产品的领域中,要求提高产品的加工精度。
在专利文献1公开的技术中,通过校正工具变形量来提高加工精度。然而,在工具变形量的校正中,有时加工精度的提高效果小。
本发明是鉴于上述情形而完成的,其目的在于,提供一种生成能够确保适合的加工精度的NC程序的技术。
一个观点所涉及的NC程序生成系统例如是着眼于在如针对细长的工件的车削加工等那样的车削加工中产品的加工误差的主要原因是工件的变形而完成的。一个观点所涉及的NC程序生成系统是包括处理器并生成针对车床中的工件的车削加工用的NC程序的NC程序生成系统,其中,处理器计算在车削加工时的多个加工位置处的处理对象的工件中发生的变位,并根据在多个加工位置处的所述工件中发生的变位来决定在车削加工时使用的工具的移动路径,生成使工具按照所决定的移动路径进行移动的NC程序。
根据本发明,可生成能够确保适合的加工精度的NC程序。
附图说明
图1是实施例1所涉及的加工处理系统的整体结构图。
图2是实施例1所涉及的变换用计算机的结构图。
图3是实施例1所涉及的变换用计算机的功能结构图。
图4是实施例1所涉及的NC程序变换处理的流程图。
图5是示出比较例所涉及的车削加工的状态的图。
图6是示出实施例1所涉及的车削加工的状态的图。
图7是示出车床的旋转轴与工具台的移动轴的关系的一个例子的图。
图8是示出实施例1和比较例的由车削加工引起的直径误差的实验结果的图。
图9是说明与工件的车削有关的值的图。
图10是说明实施例4所涉及的粗加工和精加工的图。
(符号说明)
1:工件;2:车床;3:工具;5:网络;10:变换用计算机;11:CPU;12:网络接口;13:用户接口;14:存储资源;21:主轴;22:工具夹具;23:尾座;25:工具台;26:控制装置;100:加工处理系统。
具体实施方式
参照附图,说明实施例。此外,以下说明的实施例并非限定权利要求书所涉及的发明,另外在实施例中说明的诸多要素及其所有的组合在发明的解决手段中未必是必须的。
实施例1
<系统结构>
图1是实施例1所涉及的加工处理系统的整体结构图。
加工处理系统100具备作为NC程序生成系统的一个例子的变换用计算机10、车床2以及现场用计算机30。变换用计算机10、车床2以及现场用计算机30经由网络5连接。网络5既可以是有线网络也可以是无线网络。车床2和现场用计算机30例如也可以配置于相同的场所。
变换用计算机10例如执行如下处理:根据由CAM(Computer AidedManufacturing,计算机辅助制造)生成的NC程序(校正前NC程序),生成加工精度更高的车削加工用的NC程序(校正后NC程序)。关于变换用计算机10的详情,在后面叙述。
车床2包括主轴21、固定夹具22、尾座23、防振架24、作为工具固定部的一个例子的工具台25、以及控制装置26。
主轴21可旋转地支撑固定夹具22。固定夹具22是将工件1进行固定的夹具,典型地是卡盘。固定夹具22也可以是利用螺栓紧固、磁铁等的固定夹具,总之是能够针对主轴21而固定工件1的结构即可。通过这个结构,工件1经由固定夹具22以能够旋转的方式固定于车床2的主轴21。
尾座23配置于主轴21的旋转轴O上的与主轴21对置的位置。尾座23接触利用固定夹具22固定于主轴21的工件1的与主轴21侧的端面相反的一侧的端面,可旋转地固定工件1。防振架24通过支撑工件1的侧面,防止车削加工时的工件1的振动。根据该防振架24,能够恰当地加工刚度低的工件,并且能够提高车削加工的加工精度。
工具台25固定工具3。工具台25例如是转台,能够固定多个工具,通过使工具台25旋转而能够选择在加工中使用的工具。此外,工具台25也可以并非是转台,既可以是通过未图示的ATC(Automatic Tool Changer,自动换刀系统)装置而能够将收纳于工具库的工具和固定于工具台25的工具进行互换的结构,也可以是能够手动地安装工具的结构。另外,工具台25也可以是具备旋转主轴并能够安装钻孔机等旋转工具的结构。工具台25能够根据控制装置26的控制,通过未图示的驱动机构而例如在旋转轴O方向(严格来讲有时由于误差而该方向不一致)、旋转轴O的径向(严格来讲有时由于误差而该方向不一致)上移动。
工具3也可以还包括具有切刃的一体型的刀具、具有切刃的插件(insert)以及安装插件的刀具、用于将这些刀具固定到工具台25的保持架。
控制装置26读入在设置于内部的未图示的记录装置内保存的NC程序,根据在NC程序中记载的加工的各种因素(加工速度、进给速度)以及加工路径(移动路径),控制工件以及工具的动作,从而控制车削加工。此外,NC程序既可以是以G代码等的形式而记载有车床的动作的数据,也可以是CL(Cutter Location,刀具位置)数据等对车床的动作无法直接控制的形式的、记载有加工路径以及转速等加工的各种因素、车床的动作的数据。此外,控制装置26也可以具有根据加工形状、加工条件而生成加工路径(移动路径)的加工路径生成功能。
此外,也可以在车床2中,不具备尾座23,针对工件1的主轴21而不固定相反侧的端部,以所谓悬臂状态进行车削加工。另外,也可以在两侧具有主轴的车床中,不具备尾座23,针对另一方的主轴经由与该主轴连接的固定夹具而可旋转地固定工件1的相反侧的端部。另外,车床2也可以不具备防振架24。
接下来,详细说明变换用计算机10。
图2是实施例1所涉及的变换用计算机的结构图。
<<硬件>>
作为一个例子,变换用计算机10是个人计算机、通用计算机。变换用计算机10包括作为处理器的一个例子的CPU11、网络接口12(在图中简略为网络I/F)、用户接口13(在图中为用户I/F)、作为存储部的一个例子的存储资源14、以及连接这些构成部件的内部网络。
CPU11能够执行储存于存储资源14的程序。存储资源14储存在CPU11中成为执行对象的程序、在该程序中使用的各种信息、在车床2中使用的NC程序等。作为存储资源14,例如既可以是半导体存储器、闪存存储器、HDD(Hard Disk Drive,硬盘驱动器)、SSD(SolidState Drive,固态驱动器)等,也可以是易失类型的存储器,还可以是非易失类型的存储器。
网络接口12是用于经由网络5而与外部的装置(例如车床2的控制装置26、现场用计算机30等)进行通信的接口。
用户接口13例如是触摸面板、显示器、键盘、鼠标等,只要是能够受理来自作业人员(用户)的操作并显示信息的设备,则也可以是其它设备。用户接口13也可以由这些多个设备构成。
<<数据等>>
存储资源14储存变换程序1411、结构信息取得程序1412、车床结构信息1413、工具信息1414、工件信息1415、校正前NC程序1416以及校正后NC程序1417。此外,存储资源14也可以储存其以外的信息。从接下来的段落起详细说明各数据、程序。此外,也可以省略各信息或者各信息的一部分项目。
*车床结构信息1413。车床结构信息1413例如构成为储存与车床2有关的信息的表格。车床结构信息1413包括以下所示的各信息。
(a1)车床2的标识符(车床ID)。作为车床ID,也可以代用控制装置26的标识符、网络地址。
(a2)车床2的型号。
(a3)车床2的设置场所。
(a4)车床2的使用实际数据、例如使用时间等。
(a5)车床2的预定的部位的温度。作为预定的部位,也可以是车床20的主轴21。
(a6)与车床2的预定的部位的刚度有关的信息(例如部位的杨氏模量、弯曲量等)。作为预定的部位,也可以是车床2的主轴21、工具台25。
(a7)车床2的预定的部位的形状。作为预定的部位的形状,也可以是车床2的主轴21的长度、工具台25的形状。
(a8)与经年变化、设置环境匹配地设定的偏移值。该偏移值是为了对NC程序中的工具移动时的坐标进行细微修正而使用的值,例如是为了对由于经年劣化而载置台轻微倾斜等状况进行校正而使用的值。
(a9)控制装置26的厂商、型号等。控制装置26根据厂商、型号,有时NC程序的记述形式稍微不同,用于判断这样的状况。
(a10)主轴21、工具台25等组件的摇晃、移动精度(例如工具台的齿隙量等)、直线度、平面度、平行移动度、装置工作时的振动幅度、振动频率。
在本实施方式中,关于(a1)、(a2)、(a4)、(a5)、(a8)以及(a9)的信息,例如从车床2的控制装置26(或者现场用计算机30)取得,另一方面,关于(a3)、(a6)、(a7)以及(a10),从由用户输入的输入信息取得。此外,取得信息的方法不限于此,关于(a1)、(a2)、(a4)、(a5)、(a8)以及(a9)的至少一部分,也可以从由用户经由用户接口13输入的输入信息取得,另外关于(a3)、(a6)、(a7)以及(a10)中的可从控制装置26(或者现场用计算机30)取得的信息,也可以从控制装置26(或者现场用计算机30)取得。此外,关于从控制装置26(或者现场用计算机30)取得的信息,也可以从代替的设备(例如其它的计算机、传感器自身)取得。
*工具信息1414是与各工具3有关的信息。工具信息1414包括以下所示的各信息。
(b1)工具3的标识符(工具ID:例如序列号等)。作为工具3的标识符,也可以由执行结构信息取得程序1412的CPU11自动赋予。
(b2)工具3的型号。
(b3)关于工具3的材质、形状、机械性材料特性(杨氏模量、泊松比、横弹性模量等)、使用历史、温度等。在此,刚度根据工具3的材质、形状而变化,所以这些信息也是与刚度有关的信息。此外,只要没有特别明确记载,则“形状”除了一般所讲的附图、CAD数据表示的立体形状、剖面形状以外,还包括工具3被安装到工具台25时的工具3从工具台25突出的长度(突出长度)、工具3的直线度这样的从形状得到的代表性的值。
此外,在本实施方式中,关于(b1)~(b3)的信息,例如从由用户经由用户接口13输入的输入信息取得,但关于可从控制装置26(或者现场用计算机30)取得的信息,也可以从控制装置26(或者现场用计算机30)取得。
*工件信息1415。工件信息1415例如是工件1的加工前的形状数据、材质、机械性材料特性刚度(杨氏模量、泊松比、横弹性模量等)、工件1的加工目标形状数据等信息。加工目标形状数据是指,表示作为通过NC程序进行加工时的目标的形状的数据。在将工件1加工为该目标形状的情况下意味着误差为零。工件信息1415既可以从控制装置26(或者现场用计算机30)取得,也可以从由用户经由用户接口13输入的输入信息取得。
*校正前NC程序1416是为了在车床中使用而通过CAM制作的NC程序。校正前NC程序1416由具备CAM的未图示的计算机生成并发送。
*校正后NC程序1417是以与针对车床2中的特定的工件的车削加工匹配的方式将校正前NC程序1416进行变换而得到的NC程序。此外,在针对任意的校正前NC程序1416都未进行变换处理的情况下,不存在校正后NC程序1417。
<在变换用计算机中动作的程序>
<<变换程序1411>>
变换程序1411通过被CPU11执行而执行以下的处理。
*变换程序1411执行根据校正前NC程序1416生成校正后NC程序1417的处理。此外,关于处理的详情,在后面叙述。
<<结构信息取得程序1412>>
结构信息取得程序1412通过被CPU11执行而执行以下的处理。
*结构信息取得程序1412从车床2的控制装置26,取得与车床2有关的各种信息。作为取得的信息,有上述的(a1)、(a2)、(a4)、(a5)、(a8)以及(a9)的信息。
*结构信息取得程序1412经由用户接口13,取得来自用户的各种信息(从用户取得的与车床2有关的信息((a3)、(a6)、(a7)以及(a10))以及工具信息1414的信息((b1)~(b3)的信息))。
接下来,说明变换用计算机10的功能结构。
图3是实施例1所涉及的变换用计算机的功能结构图。
变换用计算机10具备输入部41、弯曲运算部42以及加工路径决定部43。在本实施方式中,通过由CPU11执行结构信息取得程序1412而构成输入部41,通过由CPU11执行变换程序1411而构成弯曲运算部42以及加工路径决定部43。
输入部41输入工件的形状、工件的机械性材料特性以及在加工工件的车床2中将工件进行固定的部位(主轴21以及固定夹具22:是固定部的一个例子,将它们称为工件固定部)的刚度。另外,输入部41输入校正前NC程序1416。
在此,作为工件的形状,既可以是工件的加工前的形状(原材料形状),也可以是工件的加工后的目标形状。另外,工件的机械性材料特性至少包括工件的材料的杨氏模量。也可以在机械性材料特性中还包括泊松比或者横弹性模量。工件固定部的刚度包括工件固定部中的平移弹簧系数以及旋转弹簧系数。在此,平移弹簧系数是针对单位荷重的变位的倒数,旋转弹簧系数是针对单位力矩的弯曲角的倒数。关于平移弹簧系数、旋转弹簧系数,事先通过解析或者测定来确定,使用该确定的系数即可。
弯曲运算部42计算针对多个加工位置处的工件而发生的变位。在此,在针对工件而发生的变位中,包括工件的弯曲、以及安装工件的工件固定部的弯曲所引起的变位。此外,相对于工件的刚度,工件固定部的刚度更高,所以根据情况,也可以在针对工件而发生的变位中不包括后者的变位。车削的对象的工件一般是旋转对称,所以能够将工件设为阶梯梁而进行模型化,使用梁的有限要素来计算工件的弯曲。具体而言,弯曲运算部42分析校正前的加工路径、即未考虑工件的弯曲等的情况的加工路径,确定多个加工位置。在此,能够根据校正前NC程序1416的指令(模块),确定校正前的加工路径。此外,在控制装置26内,在根据工件的目标形状来生成加工路径的情况下,使用该生成的加工路径即可。
关于某个加工位置(对象加工位置)处的变位,如果在对象加工位置处将工件的阶梯梁模型进行分割并设置节点之后,将车削加工中的切削力作为剪切荷重提供,并将工件固定部的刚度作为边界条件来求解,则可计算变位。在此,用作阶梯梁模型的工件的形状优选设为基于原材料形状将与工具发生干扰的部分逐次去除而到达对象加工位置时的形状(中间形状),但也可以设为原材料形状,还可以设为加工后的目标形状。另外,关于切削力,优选为分析对象加工位置处的去除区域的体积、剖面面积、切入并进行计算,但也可以根据所设定的切入、进给等加工条件来求出,还可以使用在实际加工时所测定的切削力。
加工路径决定部43使用计算出的变位来决定适合的加工路径。在由于由弯曲引起的变形等而加工时的工件发生变位时,加工量变化,加工后的工件的直径偏离目标值。因此,在工件以远离工具3的方式变位的情况下,由于加工后的工件的直径变得大于目标值,所以加工路径决定部43以如下方式决定校正后的加工路径:使加工路径靠近工件侧来增大利用工具3进行的切入,在工件发生了变位的状态下成为目标的直径。另外,在工件以靠近工具3的方式变位的情况下,由于加工后的工件的直径变得小于目标值,所以加工路径决定部43以如下方式决定校正后的加工路径:使加工路径远离工件来减小利用工具3进行的切入,在工件发生了变位的状态下成为目标的直径。此外,关于校正后的加工路径,既可以将校正前NC程序1416的位置坐标编辑为校正后的新的位置坐标,也可以原样地使用校正前NC程序1416的位置坐标,根据校正前后的位置坐标的差来变更工具偏移的值。例如,在原样地使用校正前NC程序1416的位置坐标来变更工具偏移时,在校正后NC程序1417中也保存由校正前NC程序1416设定的位置坐标,所以由用户实施的确认作业变得容易,能够确保校正后NC程序1417的可读性。
此外,在工件中发生的变位(基本上是弯曲)一般相对于旋转轴方向而成为曲线,所以理想的加工路径也成为曲线状。因此,在NC程序的修正时,也可以用通过NURBS(Non-uniform rational B-spline,非均匀有理B样条)插值而得到的曲线来指定加工路径。另外,关于加工路径,既可以将在NC程序的模块中记述的加工路径分割为多个,设为利用直线插值得到的近似折线路径,也可以设为利用圆弧插值得到的近似多圆弧路径。例如,在通过工具偏移的变更来进行加工路径校正的情况下,优选设为利用直线插值得到的近似折线路径。另外,在控制装置26内根据工件形状生成加工路径的情况下,也可以不生成校正前的加工路径,而通过加工路径决定部43来直接生成考虑了工件的变位的校正后的加工路径。
返回到图1的说明,说明现场用计算机30。
作为一个例子,现场用计算机30是个人计算机、通用计算机。现场用计算机30包括作为处理器的一个例子的CPU、网络接口、用户接口、作为存储部的一个例子的存储资源、以及连接这些构成部件的内部网络。
现场用计算机30的存储资源存储客户端程序。另外,存储资源也可以存储校正前NC程序。
<<客户端程序>>
客户端程序通过被CPU执行而执行以下的处理。
*客户端程序对变换用计算机10指示NC程序的变换,从变换用计算机10接收校正后NC程序,将校正后NC程序储存到现场用计算机30的存储资源或者控制装置26的记录装置。
*客户端程序也可以从存储资源读出用户指示的校正前NC程序,并发送给变换用计算机10。
*关于针对变换用计算机10而从用户经由用户接口13输入的信息、由用户从控制装置26输入的信息等,客户端程序也可以取而代之而从现场用计算机30的用户受理并发送给变换用计算机10。
接下来,说明变换用计算机10的处理动作。
(处理1)结构信息取得程序1412(严格来讲是执行结构信息取得程序1412的CPU11)从经由网络5连接的车床2的控制装置26,取得可取得的与车床2有关的各种信息(例如(a1)、(a2)、(a4)、(a5)、(a8)以及(a9))。此外,无需每当进行以下说明的处理2以后的处理时都进行本处理。
(处理2)接下来,结构信息取得程序1412经由用户接口13,从作业人员受理作为变换对象的校正前NC程序1416的指定。另外,结构信息取得程序1412受理与车床2有关的各种信息((a3)、(a6)、(a7)以及(a10))、与在车床2中使用的工具有关的信息((b1)~(b3)的信息)、在车床2中使用的工件1的加工前的形状数据、材质、机械性材料特性刚度(杨氏模量、泊松比、横弹性模量等)、工件1的加工目标形状数据等信息的输入(直接输入或者选择输入)。
(处理3)接下来,在经由用户接口13而从用户受理了NC程序的变换指示时,结构信息取得程序1412向变换程序1411发送变换开始指示。在此,在变换开始指示中包括经由用户接口13输入(直接输入或者选择输入)的各种信息。
(处理4)变换程序1411在接受变换开始指示时,读入所指定的校正前NC程序1416,执行将校正前NC程序1416变换为校正后NC程序1417的变换处理,将通过变换而生成的校正后NC程序1417储存到存储资源14。
(处理5)接下来,变换程序1411将储存于存储资源14的校正后NC程序1417发送给车床2的控制装置26。
之后,车床2的控制装置26在对车床2固定了工件1之后,执行校正后NC程序1417,从而执行针对工件1的车削加工。
<利用变换程序实施的变换处理的具体例>
接下来,说明变换用计算机10的处理动作的具体例。
图4是一个实施方式所涉及的变换处理的流程图。
首先,变换程序1411针对存储资源14之中的存储器的工作区域,读出处理对象的校正前NC程序1416的全部模块(S11)。在此,模块表示包含有在由校正前NC程序1416执行的加工处理中针对车床2可1次地指示的命令(地址)的记述部分。在模块中包括可同时指示的1个以上的命令(地址)。作为地址,例如有包括表示命令的种类的代码以及与命令的内容有关的参数的地址。此外,如果校正前NC程序1416的容量大,无法将所有的模块调出到存储器的工作区域,则根据处理的进展而切换读出的模块即可。另外,也可以针对存储资源14的工作区域,并非一下子读出处理对象的校正前NC程序1416的全部模块,而是例如逐个模块地读出。
接下来,变换程序1411以在步骤S11中读出的各模块为对象,进行循环1的处理(步骤S12~S19)。在此,将循环1的处理对象的模块称为对象模块。
在循环1中,变换程序1411判定对象模块是否为主轴21的旋转轴O方向的移动指令(步骤S12)。其结果,在对象模块并非是旋转轴O方向的移动指令的情况下(步骤S12:“否”),变换程序1411使处理进入到循环1的最后(步骤S19之后)。
另一方面,在对象模块是旋转轴方向的移动指令的情况下(步骤S12:“是”),变换程序1411判定是否需要分割对象模块的移动指令的加工路径(步骤S13)。例如,也可以是如果加工路径的旋转轴O方向的长度是预定值以上,则判定为需要分割。
其结果,在判定为需要分割对象模块的移动指令的加工路径的情况下(步骤S13:“是”),变换程序1411将加工路径分割为多个单位路径(步骤S14)。在此,分割数是任意的,基本上在增加分割数时,能够更详细地确定适合的加工路径。
另一方面,在判定为无需分割对象模块的移动指令的加工路径的情况下(步骤S13:“否”),变换程序1411将对象模块的加工路径决定为单位路径(步骤S15)。
在步骤S14或者步骤S15中决定单位路径之后,变换程序1411以各单位路径为对象,进行循环2的处理(步骤S16、S17)。
在循环2中,变换程序1411计算单位路径的旋转轴方向的端点处的工件的旋转轴的径向的变位(步骤S16)。接下来,变换程序1411校正单位路径的端点的径向的坐标,决定校正后单位路径。具体而言,变换程序1411对单位路径的端点处的径向的坐标相加在步骤S16中计算出的变位(步骤S17)。
在对于在步骤S14中分割的多个单位路径的全部或者在步骤S15中决定的单位路径执行循环2的处理后,变换程序1211跳过循环2的处理,根据校正后单位路径来决定针对对象模块的加工路径的校正后加工路径(步骤S18)。作为校正后加工路径的决定方法,既可以用直线来连接所有的校正后单位路径的端点,也可以求出基于各端点的近似线(直线或者曲线)。另外,在将校正后加工路径设为近似线的情况下,也可以在旋转轴方向上分割校正后加工路径,以使分割的各点处的近似误差成为预定值以下的方式决定分割数。
接下来,变换程序1411生成在步骤S18中决定的成为校正后加工路径的模块(或者模块群)即校正模块(或者模块群),将工作区域的对象模块和所生成的校正模块(或者校正模块群)替换(步骤S19)。
变换程序1411在针对对象模块执行循环1的处理之后,将接下来的模块作为对象模块而进行循环1的处理,在已针对所有的模块进行了循环1的处理的情况下,跳过循环1的处理。
接下来,变换程序1411将工作区域的NC程序作为校正后NC程序1417而储存到存储资源14(步骤S20),结束处理。
根据上述变换处理,基于由工件的弯曲等引起的旋转轴的径向的变位来校正加工路径,生成与校正后的加工路径对应的模块,所以能够生成可适当地抑制由车削加工中的工件的弯曲等引起的变位的影响的校正后NC程序。由此,通过执行该校正后NC程序,能够适当地抑制工件的弯曲等的影响,能够提高加工品的加工精度。
接下来,具体地比较利用校正前NC程序1416实施的车削加工的例子(比较例)和利用校正后NC程序1417实施的车削加工的例子。此外,在此例举以使圆柱状的工件成为恒定的直径的方式进行车削的车削加工。
首先,说明利用校正前NC程序1416实施的车削加工。
图5是示出比较例所涉及的车削加工的状态的图。图5(A)示出切削前的状态,图5(B)示出对工件的前端侧进行切削的状态,图5(C)是示出对工件的固定夹具附近进行切削的状态,图5(D)示出切削完成后的状态。
在校正前NC程序1416中,如图5(A)所示,加工路径Pb成为与旋转轴O平行地朝向主轴21侧的路径。
在依照这样的加工路径Pb而开始工件1的前端侧的车削加工时,如图5(B)所示,由于工具3的切削力,工件1向附图下方变位。
之后,在使工具3沿着加工路径Pb向主轴21侧移动时,在固定夹具22的附近,如图5(C)所示,工件1也向附图下方变位。此外,工件1的变位量与前端侧的切削时相比变小。
之后,在使工具3移动至加工路径Pb的终点时,向工件1的车削加工结束,成为图5(D)所示的状态。
根据利用上述校正前NC程序1416实施的车削加工,越接近变位大的工件1的前端部则利用工具3进行的切入变得越少,所以切削完成后的工件1的形状如图5(D)所示,前端部的直径大,越接近固定夹具22则直径变得越小。这样,根据校正前NC程序1416,通过加工而得到的工件1的加工精度差。
接下来,说明利用校正后NC程序1417实施的车削加工。
图6是示出实施例1所涉及的车削加工的状态的图。图6(A)示出切削前的状态,图6(B)示出对工件的前端侧进行切削的状态,图6(C)示出对工件的固定夹具附近进行切削的状态,图6(D)示出切削完成后的状态。
在校正后NC程序1417中,如图6(A)所示,加工路径Pa被校正为越接近变位大的工件1的前端部则工具3的加工路径相对加工路径Pb而越靠附图下侧。
在依照这样的加工路径Pa而开始工件1的前端侧的车削加工时,如图6(B)所示,由于工具3的切削力,工件1向附图下方变位,但加工路径Pa比加工路径Pb靠附图下侧,所以相比于图5(B)所示的情况,切入变大。
之后,在使工具3沿着加工路径Pa向主轴21侧移动时,在固定夹具22的附近,如图6(C)所示,工件1也向附图下方变位。在此,工件1的变位量与前端侧的切削时相比变小,但加工路径Pa的位置比前端侧靠附图上方,所以作为结果,成为与图6(B)中的前端侧的切入大致相同的切入。
之后,在使工具3移动至加工路径Pa的终点时,向工件1的车削加工结束,成为图6(D)所示的状态。
根据利用上述校正后NC程序1416实施的车削加工,越接近变位大的工件1的前端部则加工路径的校正量变得越大,越接近变位小的固定夹具22则加工路径的校正量变得越小,能够在旋转轴O方向的全部范围中使利用工具3进行的切入大致相同。其结果,切削完成后的工件1的形状能够如图6(D)所示成为大致相同的直径。这样,根据校正后NC程序1417,能够提高通过加工而得到的工件1的加工精度。另外,在工件发生的变位中包含由工件固定部引起的变位的情况下,能够抑制由工件固定部引起的工件的变位所致的加工精度的恶化,所以能够进一步提高加工精度。
<实施例1的变形>
图7是示出车床的旋转轴与工具台的移动轴之间的关系的一个例子的图。
一般而言,在车床2的主轴21的旋转轴O与工具台25的旋转轴O方向的移动轴(Z轴)之间存在微小的倾斜误差,该倾斜误差成为车削加工中的误差的主要原因。例如,在用固定夹具22和尾座23固定的工件1的旋转轴O与Z轴之间,尾座23的位置上下移动,从而发生倾斜。另外,作为其它例子,在仅用固定夹具22固定工件1的情况下,由于工件1的重量,主轴21向下倾斜,在与Z轴之间发生倾斜。因此,在上述实施例中,事先测定主轴21的旋转轴O和工具台25的旋转轴方向的移动轴(Z轴)的倾斜(轴间倾斜),输入部41受理轴间倾斜(角度信息的一个例子),弯曲运算部42针对计算工件的变位的对象的加工位置处的工件的变位,相加基于该加工位置处的轴间倾斜的变位,并根据相加后的变位,与上述同样地决定校正后的加工路径。
由此,能够减轻切削加工中的轴间倾斜的影响,能够提高工件的加工精度。
接下来,示出利用校正前NC程序1416和校正后NC程序1417实施的车削加工中的工件1的直径误差的实验结果。
图8是示出实施例1和比较例的由车削加工引起的直径误差的实验结果的图。
在图8所示的实验中,作为工件1而使用S45C的圆棒(杨氏模量206GPa、泊松比0.3、直径50mm、长度800mm),用固定夹具22将工件1固定50mm,用尾座23固定工件1的与固定夹具22相反的一侧的端面,以转速650min-1、进给0.1mm/rev、切入0.1mm,进行了利用校正前NC程序1416和校正后NC程序1417分别实施的车削加工。此外,工件1的倾斜在尾座端面中是0.016mm。
在进行了利用校正前NC程序1416实施的车削加工的情况下,最大直径误差为0.030mm。另一方面,在进行了利用考虑工件1的弯曲等变位的校正后NC程序1417实施的车削加工的情况下,最大直径误差为0.010mm。由此可知,通过利用校正后NC程序1417进行车削加工,能够降低工件1中的最大直径误差。
<作用/效果>
根据上述实施例,将校正前NC程序变换成校正为根据包括加工时的工件的弯曲的变位来决定的加工路径的校正后NC程序,所以能够提高车床2中的车削加工的加工精度。
实施例2
接下来,说明实施例2所涉及的变换用计算机。此外,在实施例2中,为便于说明,使用与实施例1所涉及的变换用计算机同样的符号进行说明,以不同的点为中心进行说明。
在工具3的刚度低的情况下,工具3的弯曲也会对工件1的加工精度造成恶劣影响。例如,在针对工件进行内径加工的情况下,工具3从工具台25的突出变长,旋转轴O的径向的刚度变低。因此,实施例2所涉及的变换用计算机通过考虑工具3的弯曲等变位,提高加工精度。
具体而言,输入部41受理工具3的形状、工具3的机械性材料特性以及工具台25的刚度信息。弯曲运算部42还计算由工具3的弯曲等引起的变位。关于工具3的弯曲,与工件的弯曲的计算方法同样地,通过将切削力作为附加到切刃部分的剪切荷重来提供,将工具台25端面中的弹簧系数作为边界条件来求解刚度矩阵,从而能够将切刃的变位计算为工具弯曲。在此,从工具3观察的相对的加工误差成为将工件1的变位和工具3的变位进行相加得到的结果。因此,弯曲运算部42求出将工件1的变位和工具3的变位进行相加得到的变位。加工路径决定部43使用由弯曲运算部42求出的将工件1和工具3的变位进行相加得到的变位,进行与实施例1同样的处理,从而决定校正加工路径。
根据本实施例,能够设为考虑了工件1的变位和工具3的变位的校正加工路径,所以能够减轻切削加工中的这些变位的影响,能够提高工件的加工精度。
实施例3
接下来,说明实施例3所涉及的变换用计算机。此外,在实施例3中,为便于说明,使用与实施例1所涉及的变换用计算机同样的符号进行说明,以不同的点为中心进行说明。
例如,在工件1的刚度显著低的情况下,在想要仅通过变更加工路径而将由工件1的歪斜等引起的加工误差进行抵消时,由工具3引起的切入量过剩地变大,存在工件1塑性变形或者破损的可能性。
因此,在本实施例中,除了加工路径的校正以外,还校正工具3的进给速度。具体而言,变换程序1411(例如加工路径决定部43)根据在校正前NC程序1416中记述的校正前的进给速度,在加工路径的校正量大的情况下,为了成为目标的校正量而以降低工具3的进给速度的方式进行校正,将加工路径的校正量设为目标的校正量。由此,能够抑制向工件1的损伤。另外,也可以在工件1的刚度充分的情况下,变换程序1411以提高校正前的进给速度的方式进行校正,将加工路径的校正量设为与校正后的进给速度对应的校正量。例如,在仅用固定夹具22固定工件1来加工的情况下,在固定夹具22附近,刚度高,所以能够比工件1的前端侧的加工时的进给速度更快。
接下来,说明进给速度和加工路径的校正。
图9是说明与工件的车削有关的值的图。
施加到工件1的切削力F能够用以下的式(1)来模型化。
F=(Kc×Vf/S+Ke)×a…(1)
在此,a是图9所示的切入,Vf是图9所示的进给速度,S是图9所示的工件的转速,Kc是针对切削剖面面积的切削力系数,Ke是针对切入的切削力系数。
如果将工件1等的变形假设为是弹性变形,则变位与切削力F成比例。因此,在使用未改变进给速度的情况的校正后NC程序中的变位δ和作为目标的变位δt时,校正后的进给速度Vft用以下的式(2)表示。
Vft=(δt/δ)×Vf+(δt/δ-1)×(S×Ke/Kc)…(2)
因此,加工路径决定部43决定作为目标的变位δt,进行变更为通过式(2)计算出的进给速度的校正,依照变位δt来校正加工路径,输出与其对应的校正后NC程序。此外,也可以首先决定要校正的进给速度Vft,依照式(2)的关系来求出变位δt。
根据该校正后NC程序1417,能够降低过剩的切入量、缩短加工时间。
实施例4
接下来,说明实施例4所涉及的变换用计算机。此外,在实施例4中,为便于说明,使用与实施例1所涉及的变换用计算机同样的符号进行说明,以不同的点为中心进行说明。
图10是说明实施例4所涉及的粗加工和精加工的图。
例如,在工件1的加工中,有时首先进行将工件1加工为与目标形状接近的形状的粗加工,之后进行将工件加工为最终的目标形状的精加工。此时,在精加工中,要在加工中切换工具3的进给速度时,工件的加工面粗糙度会变化,在进给速度的切换部分处工件的外观变化,有可能成为外观上的问题。另外,在将加工路径设为折线近似等时,在加工路径的线段的切换部分中,工具3的移动方向矢量变化,条纹表现为工件1的加工面状,有可能成为外观上的问题。因此,有时不希望在精加工中在加工面上变更工具3的进给速度、加工路径。
因此,本实施例所涉及的变换程序1411关于粗加工用的NC程序,使以后进行的精加工中的工件1的变位在旋转轴方向上变得恒定。具体而言,变换程序1411如图10(A)所示决定为如下的加工路径Pr(粗加工用移动路径):在工件1的刚度低的部分中以使精加工量变少的方式增加粗加工中的切入,在工件的刚度高的部分中以使精加工量相对变多的方式减少粗加工中的切入。
在此,精加工中的切削力F能够模型化为与精加工量a(=精加工时的切入)成比例的模型。
在使用精加工中的刚度K时,用式(3)表示精加工中的变位δ。
δ=F/K…(3)
在此,由于F∝a,所以δ∝a/K,如果以使a/K成为恒定的方式在粗加工中留下精加工量a,则能够使精加工中的各加工位置处的工件的变位变得恒定。
因此,变换程序1411在粗加工用的NC程序中生成在各加工位置处留下使a/K成为恒定那样的精加工量a的、图10(B)所示的加工路径Pr。
这样,如果精加工时的变位变得恒定,则关于精加工的加工路径Pf,设定校正前NC程序1416中的从加工路径起的偏移即可,所以在加工面上不会残留条纹。由此,在精加工中,无需在加工途中变更进给速度、加工路径,而能够实现高精度的加工。
在本实施例中,也可以设为能够切换执行生成粗加工用NC程序的处理(粗加工用处理)和实施例1~3中的生成NC程序的处理(通常处理)之中的哪个处理。因此,变换程序1411判定是否进行粗加工用处理,根据其结果来执行粗加工用处理和通常处理中的某个处理。在是否进行粗加工用处理的判定中,例如也可以在校正前NC程序中包含表示是否为粗加工用处理的注释,根据该注释进行判定。另外,也可以针对工具编号或者工具偏移编号,定义是粗加工用工具、精加工用工具,根据校正前NC程序中的工具是否为粗加工用工具来判定是否进行粗加工用处理。另外,也可以根据NC程序的编号、文件名来管理校正前NC程序是否为粗加工用,根据对象的校正前NC程序的编号、文件名来判定是否进行粗加工用处理。另外,本实施例不限于粗加工和精加工的组合,也可以应用于作为执行精加工前的加工的前加工(例如半精加工、中等加工。还包括粗加工)。在该情况下,将说明为“粗加工”的内容改写为“前加工”即可。
<变形>
此外,本发明不限定于上述的实施例,能够在不脱离本发明的要旨的范围中适当地变形来实施。另外,以下说明的处理也可以组合使用。
例如,在上述实施例4中,在工件的旋转轴方向的加工范围全体中使工件的径向的变位成为恒定,但本发明不限于此,例如也可以在工件的旋转轴方向的加工范围的一部分中使工件的径向的变位成为恒定,由此,能够提高该加工范围的一部分中的加工精度。
另外,在上述各实施例中,也可以用硬件电路进行CPU11进行的处理的一部分或者全部。另外,上述实施方式中的程序也可以从程序源安装。程序源也可以是程序分发服务器或者非易失性的存储介质(例如可移动型的存储介质)。
另外,在上述各实施例中,示出用变换用计算机10构成NC程序生成系统的例子,但也可以用车床2的控制装置26构成NC程序生成系统。即,也可以使控制装置26具有变换用计算机10的功能。
另外,也可以由多个计算机构成NC程序生成系统,在该情况下,使多个计算机的处理器执行变换用计算机10的功能即可。
Claims (9)
1.一种NC程序生成系统,包括处理器,生成针对车床中的工件的车削加工用的NC程序,其中,
所述处理器计算在车削加工时的多个加工位置处的处理对象的工件中发生的变位,
所述处理器受理所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述车床的固定所述工件的固定部的刚度信息,所述固定部是所述车床的主轴和安装于所述主轴的固定夹具,
所述处理器根据所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述固定部的刚度信息,计算在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位,
所述处理器受理在所述车削加工时使用的工具的形状信息、所述工具的机械性材料特性信息以及将所述工具固定到所述车床的工具固定部的刚度信息,并根据所述工具的形状信息、所述工具的机械性材料特性信息以及所述工具固定部的刚度信息来计算在所述多个加工位置处的所述工具中发生的变位,
所述处理器根据在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位以及在所述工具中发生的变位来决定所述车削加工时的所述工具的移动路径,生成使所述工具按照所决定的所述移动路径进行移动的NC程序。
2.根据权利要求1所述的NC程序生成系统,其中,
所述处理器受理未考虑在针对所述工件的车削加工用的所述车削加工时在所述工件中发生的变位的校正前NC程序,通过根据所决定的所述移动路径来校正所述校正前NC程序中的所述车削加工时的所述工具的移动路径,生成所述NC程序。
3.根据权利要求1所述的NC程序生成系统,其中,
所述处理器根据在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位以及在所述工具中发生的变位来决定所述车削加工时的所述工具的进给速度,生成使所述工具以所决定的所述进给速度移动的NC程序。
4.根据权利要求1所述的NC程序生成系统,其中,
在针对所述工件的所述车削加工是作为执行精加工前的加工的前加工的情况下,所述处理器根据所述工件的形状信息以及所述工件的机械性材料特性信息来决定在包括所述多个加工位置的移动范围中的所述精加工中的所述工件中发生的变位为共同的所述工具的前加工用移动路径,生成使所述工具按照所述前加工用移动路径进行移动的NC程序。
5.根据权利要求1所述的NC程序生成系统,其中,
所述处理器受理将所述工件固定到所述车床的固定部的旋转轴与所述工具的移动方向之间的角度信息,并根据在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位以及所述角度信息来决定在所述车削加工时使用的工具的移动路径。
6.根据权利要求2所述的NC程序生成系统,其中,
所述处理器从所述校正前NC程序取得使所述工具向固定所述工件的固定部的旋转轴的轴方向进行移动的模块即轴方向移动模块,并根据所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述固定部的刚度信息来计算在所述轴方向移动模块的移动范围内的所述工件中发生的变位,根据计算出的所述变位来决定所述轴方向移动模块中的对所述旋转轴的径向的移动位置进行了变更的移动路径即校正移动路径,生成使所述工具按照所述校正移动路径进行移动的NC程序的模块。
7.根据权利要求6所述的NC程序生成系统,其中,
所述处理器将所述轴方向移动模块中的移动范围分割为多个部分范围,并根据所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述固定部的刚度信息来计算在各个所述部分范围中的所述工件中发生的变位,根据多个所述部分范围中的所述变位来决定所述轴方向移动模块的所述移动范围中的对所述旋转轴的径向的移动位置进行了变更的移动路径即校正移动路径,生成使所述工具按照所述校正移动路径进行移动的NC程序的1个以上的模块。
8.一种NC程序生成方法,是由包括处理器并生成针对车床中的工件的车削加工用的NC程序的NC程序生成系统实施的NC程序生成方法,其中,
计算在车削加工时的多个加工位置处的处理对象的工件中发生的变位,
受理所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述车床的固定所述工件的固定部的刚度信息,所述固定部是所述车床的主轴和安装于所述主轴的固定夹具,
根据所述工件的形状信息、所述工件的机械性材料特性信息以及所述固定部的刚度信息,计算在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位,
受理在所述车削加工时使用的工具的形状信息、所述工具的机械性材料特性信息以及将所述工具固定到所述车床的工具固定部的刚度信息,
根据所述工具的形状信息、所述工具的机械性材料特性信息以及所述工具固定部的刚度信息来计算在所述多个加工位置处的所述工具中发生的变位,
根据在所述多个加工位置处的所述工件中发生的变位以及在所述工具中发生的变位来决定所述车削加工时的所述工具的移动路径,
生成使所述工具按照所决定的所述移动路径进行移动的NC程序。
9.根据权利要求8所述的NC程序生成方法,其中,
受理未考虑在针对所述工件的车削加工用的所述车削加工时在所述工件中发生的变位的校正前NC程序,
通过根据所决定的所述移动路径来校正所述校正前NC程序中的所述车削加工时的所述工具的移动路径,生成所述NC程序。
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