CN114730171A - 加工程序变换装置、数控装置及加工程序的变换方法 - Google Patents

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Abstract

加工程序变换装置(100)的特征在于，具有：数控仿真部(106)，其通过基于加工程序对由加工程序控制的数控工作机械的数控处理进行模拟而生成数控处理结果；修正部位检测部(107)，其基于对加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件和数控处理结果对修正部位进行检测；修正区间决定部(109)，其将包含修正部位在内的连续的多个程序块决定为修正区间；切削点计算部(108)，其基于加工程序、加工目标形状、刀具信息而求出加工程序的移动指令中的刀具相对于加工目标形状的切削点；以及加工程序修正部(111)，其基于加工程序、修正区间及切削点，以使得切削点不变化的方式对修正区间的移动指令进行修正。

Description

加工程序变换装置、数控装置及加工程序的变换方法
技术领域
本发明涉及对加工程序进行变换的加工程序变换装置、数控装置及加工程序的变换方法，该加工程序对将加工对象物切削加工的工作机械进行控制。
背景技术
对将加工对象物切削加工的工作机械进行控制的数控装置为了进行加工，需要使用记述有移动指令的数控加工程序，该移动指令用于使刀具或者加工对象物在预先设定的路径移动。以下，将数控加工程序简称为加工程序。加工程序例如由销售的CAD(ComputerAided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing)装置创建。另外，加工程序通过G码、宏文本等记述。在这里G码例如是在通过数控进行定位、直线插补、圆弧插补及平面指定时，在加工程序中记述的指令码。
以往，在进行具有自由曲面的形状或者难以通过3轴控制加工进行加工的形状的加工时，使用具有进行加工对象物或者刀具的平移运动和旋转运动的机构的5轴控制工作机械。CAD/CAM装置创建刀具路径数据。刀具路径数据是包含将以与加工对象物或者加工曲面相接的方式虚拟地使刀具移动的路径点列化而生成刀具前端的指令点，将指令位置通过直线连结而近似得到的路径，以及用于决定各指令位置处的刀具和加工对象物之间的相对姿态的旋转轴角度指令在内的数据。
从CAD/CAM装置输出的刀具路径数据作为能够由数控装置解释的G码的移动指令而记述于加工程序。加工程序输入至数控工作机械所具有的数控装置。数控工作机械按照该加工程序进行切削加工。数控装置通过读取并解释加工程序，从而使用移动指令而创建针对每个插补周期对刀具路径进行插补得到的插补数据。数控装置通过创建出的插补数据对数控工作机械的各轴进行控制。数控工作机械基于数控装置的控制使刀具移动至期望的位置，由此进行加工。
在使用通过上述的顺序生成的加工程序进行加工的情况下，通过加工程序的移动指令而将刀具的姿态确定的旋转轴的速度急剧地变化，有时由于产生大的加速度而加工品质降低。在如上所述的情况下，数控装置对移动指令之中的旋转轴指令进行校正，由此抑制产生大的加速度。
专利文献1公开下述方法，即，通过创建相对于以球头立铣刀的球头为中心的轨迹而使旋转轴指令变化后的校正轨迹数据，从而能够决定多个驱动轴的最大加速度之中的最大的加速度变得最低那样的轨迹。
专利文献1：日本特开2010－61297号公报
发明内容
但是，在专利文献1所记载的现有技术中，控制对象被限定为球头立铣刀的球头中心轨迹，通过除了球头立铣刀以外的其他刀具，有可能发生向加工对象物的切削进入或者切削残留。因此，存在下述问题，即，无法应用于作为球头立铣刀的球头中心轨迹而创建的加工程序以外。
本发明就是鉴于上述的课题而提出的，其目的在于得到即使对象为球头立铣刀的球头中心轨迹以外的加工程序，也能够抑制加工品质的劣化的加工程序变换装置。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明是一种加工程序变换装置，其特征在于，具有：加工程序存储部，其对记述有移动指令的加工程序进行存储，该移动指令是使刀具按照预先确定的路径移动的指令；加工目标形状存储部，其对通过刀具进行移动而加工的加工对象物的成品形状即加工目标形状进行存储；刀具信息存储部，其对与刀具的形状相关的刀具信息进行存储；数控仿真部，其通过基于加工程序对由加工程序控制的数控工作机械的数控处理进行模拟而生成数控处理结果；修正部位检测部，其基于对加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件和数控处理结果对修正部位进行检测；修正区间决定部，其将包含修正部位的连续的多个程序块决定为修正区间；切削点计算部，其基于加工程序、加工目标形状、刀具信息而求出加工程序的移动指令中的刀具相对于加工目标形状的切削点；以及加工程序修正部，其基于加工程序、修正区间及切削点对修正区间的移动指令进行修正以使得切削点不变化。
发明的效果
根据本发明，具有下述效果，即，能够得到即使对象为球头立铣刀的球头中心轨迹以外的刀具路径数据，也能够抑制加工品质的劣化的加工程序变换装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置的结构的图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的控制电路的结构例的图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置的动作的流程图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的刀具的前端位置及刀具轴向的一个例子的图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的加工目标形状的一个例子的图。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的加工目标形状的剖面的图。
图7是表示本发明的实施方式1所涉及的刀具的一个例子的图。
图8是表示按照本发明的实施方式1所涉及的加工程序的移动指令而配置有刀具时的刀具和加工目标形状之间的关系的图。
图9是表示本发明的实施方式1所涉及的数控工作机械的一个例子的图。
图10是表示本发明的实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第1图。
图11是表示本发明的实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第2图。
图12是表示本发明的实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第3图。
图13是表示本发明的实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第4图。
图14是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第1图。
图15是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第2图。
图16是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第3图。
图17是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。
图18是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。
图19是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。
图20是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。
图21是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。
图22是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。
图23是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。
图24是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。
图25是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。
图26是表示求出按照本发明的实施方式1所涉及的加工程序的移动指令而配置有刀具时的加工目标形状的加工曲面上的切削点的情形的图。
图27是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第1图。
图28是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第2图。
图29是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第3图。
图30是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第4图。
图31是表示对本发明的实施方式1所涉及的旋转轴指令进行修正的情形的第1图。
图32是表示对本发明的实施方式1所涉及的旋转轴指令进行修正的情形的第2图。
图33是表示按照本发明的实施方式1所涉及的修正后的刀具轴向和切削点而求出修正后的刀具前端位置的情形的图。
图34是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第1图。
图35是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第2图。
图36是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第3图。
图37是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第4图。
图38是表示本发明的实施方式2所涉及的数控装置的结构的图。
图39是表示本发明的实施方式3所涉及的加工程序变换装置的结构的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的加工程序变换装置、数控装置及加工程序的变换方法详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置100的结构的图。加工程序变换装置100具有工作机械信息存储部101、修正条件存储部102、加工程序存储部103、加工目标形状存储部104、刀具信息存储部105、数控仿真部106、修正部位检测部107、切削点计算部108、修正区间决定部109、干涉检查部110、加工程序修正部111和修正后加工程序存储部112。
从外部向工作机械信息存储部101输入与对加工对象物进行加工的数控工作机械相关的信息即数控工作机械信息。来自外部的输入可以举出例如由作业者对未图示的键盘等进行操作而实施的输入、由来自数控装置113的数据输出进行的输入等。此外，来自外部的输入未图示。数控工作机械信息例如由数控工作机械的构件及驱动轴的结构的信息、与坐标系及刀具安装长度相关的信息、与数控装置的参数相关的信息等构成。
修正条件存储部102存储对加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件。在加工程序包含有刀具和加工对象物之间的相对性的移动指令。加工程序存储部103对加工程序进行存储。加工目标形状存储部104对加工对象物的成品形状即加工目标形状进行存储。刀具信息存储部105对与刀具的形状相关的信息进行存储。数控仿真部106基于加工程序对数控工作机械的数控处理进行模拟而输出数控处理结果。
修正部位检测部107基于修正条件和数控处理结果对加工程序中的修正部位进行检测。切削点计算部108基于加工程序、加工目标形状、刀具信息而求出加工程序的各移动指令中的刀具相对于加工目标形状的切削点。修正区间决定部109将加工程序中的包含修正部位的连续的多个程序块决定为修正区间。干涉检查部110对刀具、加工对象物及数控工作机械的构件之间的干涉进行检测。加工程序修正部111基于加工程序、修正区间及切削点对修正区间的移动指令进行修正，以使得切削点不变化。修正后加工程序存储部112对修正后的加工程序进行存储。
本发明的实施方式1所涉及的数控仿真部106、修正部位检测部107、切削点计算部108、修正区间决定部109、干涉检查部110及加工程序修正部111是通过进行各处理的电子电路即处理电路而实现的。
本发明的实施方式所涉及的处理电路可以是专用的硬件，也可以是具有存储器及执行在存储器中储存的程序的CPU(Central Processing Unit、中央运算装置)的控制电路。在这里存储器例如是RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存等非易失性或者易失性的半导体存储器等。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的控制电路500的结构例的图。在处理电路为专用的硬件的情况下，处理电路例如是ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)或者它们的组合。
如图2所示，控制电路500具有CPU即处理器500a和存储器500b。在通过图2所示的控制电路500实现数控仿真部106、修正部位检测部107、切削点计算部108、修正区间决定部109、干涉检查部110及加工程序修正部111的情况下，是通过由处理器500a将在存储器500b中存储的与各处理相对应的程序读出并执行而实现的。另外，存储器500b还作为由处理器500a实施的各处理中的暂时存储器而使用。工作机械信息存储部101、修正条件存储部102、加工程序存储部103、加工目标形状存储部104、刀具信息存储部105、修正后加工程序存储部112通过存储器500b实现。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置100的动作的流程图。加工程序变换装置100按照图3所示的流程图进行动作。
数控仿真部106按照在加工程序存储部103中存储的加工程序所记述的移动指令及在工作机械信息存储部101中存储的数控工作机械信息而执行数控仿真，对数控处理结果进行计算(步骤S1)。修正部位检测部107按照计算出的数控处理结果及在修正条件存储部102中存储的修正条件，对移动指令的应该修正的部位即修正部位进行检测(步骤S2)。
修正部位检测部107判定是否检测到修正部位(步骤S3)。在修正部位检测部107检测到修正部位的情况下(步骤S3，Yes)，切削点计算部108按照在加工程序存储部103中存储的加工程序的移动指令、在加工目标形状存储部104中存储的加工目标形状及在刀具信息存储部105中存储的刀具信息，求出加工目标形状的加工曲面上的刀具相对于加工曲面的切削点(步骤S4)。修正部位检测部107在没有检测到修正部位的情况下(步骤S3，No)，结束处理。加工程序修正部111基于加工程序的移动指令、决定出的修正区间及计算出的切削点对修正区间的移动指令进行修正，以使得切削点不变化(步骤S5)。
对加工程序的移动指令进行说明。向加工程序存储部103从外部输入记述有移动指令的加工程序，该移动指令用于使加工对象物或者刀具在预先设定的路径进行移动。外部输入例如举出使用CAD数据而变换后的数据的输入、由作业者对键盘等进行操作而实施的图形输入等。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的刀具的前端位置及刀具轴向的一个例子的图。在图4中，将横向表示为X轴，将纵向表示为Z轴。图4所示的移动指令TP1由多个位置指令和多个旋转轴指令构成，该多个位置指令对刀具的前端所经过的位置即刀具前端位置P0～P9分别进行指定，该多个旋转轴指令对刀具的前端与刀具前端位置P0～P9各自一致的时刻的旋转轴的方向即刀具轴向V0～V9分别进行指定。
向加工目标形状存储部104从外部输入加工目标形状，该加工目标形状是包含应该通过刀具加工的曲面即加工曲面的加工对象物的目标的形状。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的加工目标形状的一个例子的图。图5所示的加工目标形状D1具有加工曲面E0～E2。另外，图6是表示本发明的实施方式1所涉及的加工目标形状D1的剖面的图。图6所示的黑点是成为加工曲面E0～E2的边界的点。
向刀具信息存储部105外部输入刀具信息，该刀具信息是定义用于对加工对象物进行加工的刀具的形状的信息。刀具信息是能够生成刀具的形状的信息，例如是由刀具的种类、刀具直径、刀具长度等构成的信息。例如，在具有锥等的刀具形状的情况下，刀具信息可以被赋予刀具外径母线相对于刀具中心轴的倾斜度等，也可以是车削刀具等非对称形状的刀具的信息。
图7是表示本发明的实施方式1所涉及的刀具的一个例子的图。图7所示的刀具T1示出基于刀具信息的刀具为圆角端铣刀的情形。图7所示的经过刀具T1的中心的虚线为刀具T1的中心线。
图8是表示按照本发明的实施方式1所涉及的加工程序的移动指令而配置有刀具时的刀具和加工目标形状之间的关系的图。在图8中，多个黑圆点各自表示通过移动指令表示的刀具前端位置。将各黑圆点连结的粗线表示在进行加工时刀具的前端所经过的路径即刀具前端路径。另外，从各黑圆点延伸的箭头各自表示通过旋转轴指令指定的刀具轴向。刀具T1按照各刀具前端位置和各刀具轴向而配置于加工目标形状D1上。
图9是表示本发明的实施方式1所涉及的数控工作机械的一个例子的图。图9所示的数控工作机械M1具有X轴、Y轴、Z轴这3个直线进给轴。另外，数控工作机械M1具有与使刀具旋转的Y轴平行的旋转轴、与使工作台旋转的Z轴平行的旋转轴。在图9中箭头B表示刀具的旋转，箭头C表示工作台的旋转。在下面的说明中，为了对使刀具旋转的旋转轴和使工作台旋转的旋转轴进行区分，有时将使刀具旋转的旋转轴称为轴B，将使工作台旋转的旋转轴称为轴C。
图10是表示实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第1图。图11是表示实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第2图。图12是表示实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第3图。图13是表示实施方式1所涉及的数控处理结果的一个例子的第4图。具体地说，图10～13示出了数控仿真部106基于移动指令TP1和数控工作机械M1的数控工作机械信息，通过步骤S1计算出的数控处理结果的一个例子。
图10作为计算出的数控处理结果而示出各时间的数控工作机械M1的直线进给轴之中的X轴及Z轴的位置。在图10中，将纵轴通过位置(mm)表示，将横轴通过时间(sec)表示。图11示出各时间的数控工作机械M1的旋转轴之中的B轴的位置。在图11中，将纵轴通过位置(deg)表示，将横轴通过时间(sec)表示。图12示出各时间的数控工作机械M1的直线进给轴之中的X轴及Z轴的加速度。在图12中，将纵轴通过加速度(mm/s2)表示，将横轴通过时间(sec)表示。另外，在图12中，示出直线进给轴的加速度上限即上限A1及直线进给轴的加速度下限即下限A2。图13示出各时间的数控工作机械M1的旋转轴之中的B轴的加速度。在图13中，将纵轴通过加速度表示，将横轴通过时间表示。另外，在图13中，示出旋转轴的加速度上限即上限A3及旋转轴的加速度下限即下限A4。
说明修正部位检测部107按照计算出的数控处理结果及在修正条件存储部102中存储的修正条件，对移动指令的应该修正的部位即修正部位进行检测的动作。向修正条件存储部102外部输入用于基于数控处理结果对修正部位进行检测的修正条件。用于检测的修正条件，例如可以设为数控工作机械的各驱动轴的位置、速度、加速度或者加速度变化的容许范围，也可以设为数控工作机械的各驱动轴的位置、速度、加速度或者超过加速度变化的范围的值。或者，用于检测的修正条件可以按照任意的计算式而求出容许范围。或者，用于检测的修正条件可以从预先准备的修正条件的一览中进行选择。
作为一个例子，关于作为修正条件而赋予了数控工作机械的各驱动轴的加速度的容许范围的情况，参照图12及图13进行说明。图12示出了对数控工作机械M1的直线进给轴之中的X轴及Z轴的加速度是否超过容许范围的上限A1和容许范围的下限A2进行调查的情形。同样地，图13示出了对数控工作机械M1的旋转轴之中的B轴的加速度是否超过容许范围的上限和容许范围的下限进行调查的情形。
在这里，如图13所示，可知存在B轴的加速度超过容许范围的部位。修正部位检测部107将B轴的加速度超过容许范围的部位检测为移动指令的应该修正的部位即修正部位。
图14是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第1图。图15是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第2图。图16是表示决定本发明的实施方式1所涉及的修正区间的情形的第3图。
图14示出了将B轴的加速度超过容许范围的部位各自检测为修正部位L0及修正部位L1的情形。如图3的步骤S2所示，修正区间决定部109决定按照检测出的修正部位对移动指令进行修正的区间即修正区间。例如，修正区间决定部109通过下述方法等决定修正区间，即，将修正区间决定为包含检测出的修正部位的预先确定的时间范围，将修正区间决定为包含检测出的修正部位的预先确定的指令个数的范围，将修正区间决定为包含检测出的修正部位、对同一加工曲面进行加工的指令点的范围。另外，在决定了多个修正区间的情况下，在大于或等于2个修正区间重叠的情况下，可以汇总为一个修正区间。
图15示出了针对检测出的修正部位L0及L1而决定修正区间R0及R1的情形。图16是示出了将重叠的修正区间R0及修正区间R1汇总为一个修正区间R2的情形。
对通过图3的步骤S4进行的由切削点计算部108求出切削点的动作的详细内容进行说明。刀具前端位置是刀具对加工对象物进行加工时的相对于加工对象物的相对性的位置。另外，刀具轴向是刀具对加工对象物进行加工时的相对于加工对象物的表面的相对性的方向。因此，如果按照刀具前端位置和刀具轴向而配置刀具，则在理想情况下，刀具和加工目标形状的加工曲面相接。此时，在加工目标形状的加工曲面上将刀具和加工曲面相接的点求出为切削点。但是，在被赋予的刀具前端位置及刀具轴向具有误差，刀具和加工目标形状的加工曲面不相接的情况下，能够通过下述方法求出切削点。
图17是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。在图17中，示出以前端成为刀具前端位置12且旋转轴成为刀具轴向11的方式配置的刀具10处于与加工曲面14背离的状态的情形。此时，切削点计算部108作为切削点13而求出刀具10和加工曲面14之间的距离变得最短的加工曲面上的一点。
图18是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。在图18中，示出以前端成为刀具前端位置12且旋转轴成为刀具轴向11的方式配置的刀具10处于与加工曲面14接触的状态的情形。此时，切削点13成为刀具10和加工曲面14的接触点。
图19是表示求出本发明的实施方式1所涉及的球头立铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。在图19中，示出以前端成为刀具前端位置12且旋转轴成为刀具轴向11的方式配置的刀具10处于与加工曲面14干涉的状态的情形。此时，作为切削点13，求出直至成为刀具10与加工曲面14接触的状态为止向内侧偏移而接触的状态时的偏移刀具15和加工曲面14接触的一点。
图20是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。在图20中，示出以前端成为刀具前端位置22且旋转轴成为刀具轴向21的方式配置的刀具20处于与加工曲面24背离的状态的情形。此时，切削点计算部108作为切削点23而求出刀具20和加工曲面24之间的距离变得最短的加工曲面上的一点。
图21是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。图22是表示求出本发明的实施方式1所涉及的圆角端铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。图21、22关于图18、19中的刀具为圆角端铣刀的情况，示出了由切削点计算部108求出切削点23的情形。
图23是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第1图。在图23中，示出以前端成为刀具前端位置32且旋转轴成为刀具轴向31的方式配置的刀具30处于与加工曲面34背离的状态的情形。此时，切削点计算部108作为切削点33而求出刀具30和加工曲面34之间的距离变得最短的加工曲面上的一点。
图24是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第2图。图25是表示求出本发明的实施方式1所涉及的平端铣刀刀具中的切削点的情形的第3图。图24、25关于图18、19中的刀具为平端铣刀的情况，示出了由切削点计算部108求出切削点33的情形。
图26是表示求出按照本发明的实施方式1所涉及的加工程序的移动指令而配置有刀具时的加工目标形状的加工曲面上的切削点的情形的图。在图26中，示出求出基于由移动指令TP1指定的刀具前端位置P0～P9和刀具轴向V0～V9而配置有刀具T1的情况下的加工目标形状D1的加工曲面上的切削点的情形。关于刀具前端位置P0～P9各自作为刀具T1与加工曲面相接的点而分别求出切削点C0～C9。
下面，在图3的步骤S5中，详细地说明加工程序修正部111基于加工程序的移动指令及决定出的修正区间及计算出的切削点，对移动指令进行修正的处理。
首先，加工程序修正部111进行修正区间的旋转轴指令的修正。作为修正方法，例如举出使用以修正区间中的刀具的移动路径成为平滑的曲线的方式置换位置指令，在曲线上重新取得旋转轴指令的移动平均等进行旋转轴指令的平滑化处理等方法。在使用在曲线上重新取得旋转轴指令的方法的情况下，加工程序修正部111将位置指令置换为具有不超过作为前述修正条件而赋予的旋转轴的速度、加速度及加速度变化的容许范围那样的导函数的位置指令，由此能够关于修正后的旋转轴指令而满足修正条件并进行修正。
另外，加工程序修正部111可以对旋转轴指令进行修正以使得修正前的旋转轴指令所涉及的刀具轴向和切削点处的加工曲面的法线矢量之间所成的角度与修正后的旋转轴指令所涉及的刀具轴向和切削点处的加工曲面的法线矢量之间所成的角度的差分小于或等于规定值。另外，加工程序修正部111也可以在全部修正区间的移动指令中在同一加工曲面上对具有切削点的移动指令即第1信息进行提取，对旋转轴指令进行修正以使得与刀具的行进方向及相邻方向接近的移动指令的旋转轴指令同样地变得平滑。例如，存在下述方法，即，在同一加工曲面上具有切削点的移动指令中，进行修正以使得在从存在于最端部的移动指令所涉及的刀具轴向至存在于相反侧的端的移动指令所涉及的刀具轴向之间刀具轴向逐渐地变化。另外，存在下述方法，即，关于在同一加工曲面上具有切削点的移动指令对各个切削点处的加工曲面的法线矢量进行计算，进行修正以使得根据与刀具的行进方向及相邻方向接近的法线矢量的变化量而移动指令所涉及的刀具轴向发生变化。
图27是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第1图。在图27中，将纵轴通过位置表示，将横轴通过时间表示。在图27中，示出由加工程序修正部111对加工程序的移动指令TP1的旋转轴指令B0～B9之中的决定出的修正区间R2所包含的旋转轴指令B1～B8进行提取的情形。旋转轴指令B0～B9各自是为了确定移动指令TP1的刀具轴向V0～V9而使用的旋转轴指令。
图28是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第2图。在图28中，将纵轴通过位置表示，将横轴通过时间表示。另外，在图28中，示出由加工程序修正部111生成将提取出的旋转轴指令B1～B8置换后的平滑的曲线U0的情形。此时，曲线U0的两端点各自与B1及B8一致。
图29是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第3图。在图29中，将纵轴通过位置表示，将横轴通过时间表示。在图29中，示出了由加工程序修正部111求出在生成的曲线U0上将修正前的旋转轴指令B2～B7置换的新的旋转轴指令B2’～B7’的情形。此时，加工程序修正部111作为新的旋转轴指令B2’～B7’而求出与修正前的旋转轴指令B2～B7中的时间相对应的曲线U0上的点。
图30是表示求出本发明的实施方式1所涉及的修正后的旋转轴指令的情形的第4图。在图30中，将纵轴通过位置表示，将横轴通过时间表示。在图30中，示出了最终修正后的B轴的旋转轴指令B0、B1、B2’～B7’、B8、B9。接下来，按照修正后的旋转轴指令进行刀具前端位置的修正。此时，加工程序修正部111对刀具前端位置进行修正以使得预先计算出的切削点的位置不变化。依照由修正后的旋转轴指令确定的新的刀具轴向和切削点，刀具前端位置被唯一地确定。
图31是表示对本发明的实施方式1所涉及的旋转轴指令进行修正的情形的第1图。在图31中，示出了按照由修正前的刀具前端点位置和旋转轴指令确定的刀具轴向而配置的刀具的切削点。
图32是表示对本发明的实施方式1所涉及的旋转轴指令进行修正的情形的第2图。在图32中，示出了在刀具朝向由修正后的旋转轴指令确定的修正后的刀具轴向时，求出以切削点不变化的方式修正后的刀具前端位置的情形。在这里，为了不使切削点变化，只要将以旋转轴与修正后的刀具轴向26一致的方式，以切削点为旋转中心使通过原来的刀具前端点位置及刀具轴向配置的刀具旋转而确定的位置作为修正后的刀具前端位置27求出即可。
图33是表示按照本发明的实施方式1所涉及的修正后的刀具轴向和切削点而求出修正后的刀具前端位置的情形的图。图33示出由加工程序修正部111基于切削点及修正后的旋转轴指令而求出修正后的刀具前端位置的情形。首先，求出通过修正后的旋转轴指令B2’～B7’确定的修正后的刀具轴向W2～W7。此时，旋转轴指令B0、B1、B8、B9不变化，因此刀具轴向V0、V1、V8、V9也不变化。接下来，加工程序修正部111关于在刀具前端位置P2～P7的位置配置的刀具，分别以切削点C2～C7为旋转中心，以刀具的旋转轴一致的方式向修正后的刀具轴向W2～W7旋转。
旋转后的刀具前端位置能够各自作为修正后的刀具前端位置P2～P7而求出。在求出旋转后的刀具前端位置时，干涉检查部110基于在工作机械信息存储部101中存储的数控工作机械信息、刀具前端位置及刀具轴向，对刀具、加工对象物及数控工作机械的构件彼此有无干涉进行判定。由此，例如加工程序修正部111在基于修正后的刀具前端位置及刀具轴向而判断为发生干涉的情况下，能够设为不使用该修正后的刀具前端位置及刀具轴向。或者，加工程序修正部111在基于修正后的刀具前端位置及刀具轴向而判断为发生干涉的情况下，预先求出在对旋转轴指令进行修正时没有发生干涉的旋转轴指令的区域即可修正区域，能够在可修正区域内对旋转轴指令进行修正。另外，在没有发生干涉而无法对旋转轴指令进行修正的情况下，干涉检查部110可以将该主旨通知给作业者。
最后，加工程序修正部111基于修正后的刀具前端位置及旋转轴指令对移动指令进行修正，使修正后加工程序存储于修正后加工程序存储部112。此时，加工程序修正部111可以基于修正后加工程序的移动指令而执行数控仿真，对数控处理结果进行确认。另外，加工程序修正部111可以将该数控处理结果通知给作业者。
图34是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第1图。图34示出基于修正后的移动指令TP1和数控工作机械M1的数控工作机械信息而计算出的数控处理结果的一个例子。图34作为计算出的数控处理结果而示出了各时间的数控工作机械M1的直线进给轴之中的X轴及Z轴的位置。
图35是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第2图。图35示出各时间的数控工作机械M1的旋转轴之中的B轴的位置。图36是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第3图。图36示出各时间的数控工作机械M1的直线进给轴之中的X轴及Z轴的加速度。图37是表示本发明的实施方式1所涉及的修正后的加工程序中的数控处理结果的一个例子的第4图。图37示出各时间的数控工作机械M1的旋转轴之中的B轴的加速度。
根据图36及图37，可知直线进给轴及旋转轴的加速度收敛于容许范围内。以上，加工程序修正部111能够求出修正后的刀具前端位置和旋转轴指令，基于修正后的刀具前端点位置和旋转轴指令而对加工程序的移动指令进行修正，创建修正后加工程序。在修正后加工程序存储部112中存储的修正后加工程序输入至数控装置113而进行加工。以上是本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置的动作。
如以上说明所述，本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置100对移动指令进行修正以使得切削点不变化，因此具有能够对旋转轴指令进行修正，以使得在对球头立铣刀的球头中心轨迹以外进行指定的加工程序中，也不发生切削进入及切削残留的效果。另外，具有通过预先决定修正区间，从而缩短修正所花费的时间，提高作业效率这一效果。
另外，本发明的实施方式1所涉及的加工程序变换装置100通过对加速度或者加速度变化超过容许范围的部位进行检测并修正，从而具有抑制急剧的驱动轴的移动，加工品质提高这一效果。另外，加工程序变换装置100修正为不超过加速度的容许范围或者加速度变化的容许范围那样的旋转轴指令，由此具有抑制急剧的旋转轴的移动，加工品质提高这一效果。另外，具有能够抑制由对移动指令进行修正而引起的干涉发生，抑制对修正后的加工程序进行确认的工时，作业效率提高的效果。
另外，在同一加工面中同样平滑地使旋转轴指令变化，因此具有得到平滑的加工面，加工品质提高的效果。另外，在修正前后刀具轴矢量相对于加工面不大幅地变化，因此在加工前后加工面性状不会大幅地变化，能够抑制确认的工时，因此具有作业效率提高这一效果。
实施方式2.
以下基于附图对本发明的实施方式2所涉及的数控装置详细地进行说明。图38是表示本发明的实施方式2所涉及的数控装置200的结构的图。此外，具有与实施方式1相同的功能的结构要素标注与实施方式1相同的标号，省略重复的说明。数控装置200在加工程序变换装置100所具有的功能部的基础上，还具有插补加减速部201。
插补加减速部201基于在修正后加工程序存储部112中存储的修正后加工程序，按照移动指令而求出各驱动轴的插补周期即每单位时间的移动量而生成插补后的插补点，输出至电动机驱动部202。电动机驱动部202以数控工作机械的各轴按照插补点移动至期望的位置的方式使电动机驱动。关于其他动作，由于是与本发明的实施方式1所记载的加工程序变换装置100相同的动作，因此省略说明。以上是本发明的实施方式2所涉及的数控装置200的动作的一个例子。根据本发明的实施方式2所涉及的数控装置200，数控装置200具有加工程序变换装置100所具有的结构要素，因此能够按照修正后的移动指令进行数控。因此，无需同时将修正后加工程序输出至外部，能够使作业效率提高。
实施方式3.
以下，基于附图对本发明的实施方式3所涉及的加工程序变换装置300详细地进行说明。图39是表示本发明的实施方式3所涉及的加工程序变换装置300的结构的图。加工程序变换装置300在加工程序变换装置100的结构的基础上，还具有状态观测部301和学习部302。
状态观测部301将加工程序的移动指令、通过切削点计算部108计算出的切削点等的观测结果作为状态变量进行观测。
学习部302基于根据由状态观测部301观测的状态变量而创建的数据集，对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行学习。
学习部302所使用的学习算法可以使用任意的学习算法。在本发明的实施方式中，作为一个例子，对应用强化学习(Reinforcement Learning)的情况进行说明。强化学习是某环境内的智能体即行动主体对当前的状态进行观测，决定应该采取的行动。智能体对通过选择行动而从环境取得回报，经过一系列的行动得到最多回报那样的对策进行学习。作为强化学习的代表性的方法，已知Q学习(Q-learning)或者TD学习(TD-learning)。例如，在Q学习的情况下，行动价值函数Q(s，a)的通常的更新式通过式(1)表示。行动价值函数Q(s，a)也被称为行动价值表。
【式1】
Figure BDA0003631751580000191
在式(1)中，st表示时刻t的环境，at表示时刻t的行动。通过行动at，环境变为st+1。rt+1表示通过该环境的变化而带来的回报。Γ表示折扣率。Α表示学习系数。此外，γ设为0＜γ≤1的范围，α设为0＜α≤1的范围。加工程序修正部111中的移动指令的修正方法成为行动at。
通过式(1)表示的更新式是如果时刻t+1的最好的行动a的行动价值比在时刻t执行的行动a的行动价值函数Q大，则增大行动价值函数Q，在相反的情况下，减小行动价值函数Q。换言之，以将时刻t的行动a的行动价值函数Q接近时刻t+1的最好的行动价值的方式对行动价值函数Q(s，a)进行更新。由此，某环境中的最好的行动价值依次不断传播为其以前的环境中的行动价值。
学习部302具有回报计算部303和函数更新部304。回报计算部303基于数控处理结果和修正条件之间的关系对回报r进行计算。例如，回报计算部303在数控处理结果处于修正条件的容许范围内的情况下，使回报r增大。例如，回报计算部303赋予“1”的回报。另一方面，在数控处理结果超过修正条件的容许范围的情况下，回报计算部303使回报r减少。例如，回报计算部303赋予“－1”的回报。数控处理结果和修正条件之间的关系按照公知的方法提取。
函数更新部304按照由回报计算部303计算的回报，对用于决定加工程序修正部111中的移动指令的修正方法的函数进行更新。例如在Q学习的情况下，将通过式(1)表示的行动价值函数Q(st，at)作为用于决定加工程序修正部111中的移动指令的修正方法的函数使用。加工程序修正部111中的移动指令的修正方法可以从预先准备的多个方法进行选择。
加工程序修正部111基于加工程序的移动指令、决定出的修正区间、计算出的切削点及决定出的移动指令的修正方法对加工程序的移动指令进行修正。关于其他动作，由于与本发明的实施方式1中的加工程序变换装置的动作相同，因此省略说明。
此外，在本实施方式中，对在学习部302所使用的学习算法中应用强化学习的情况进行了说明，但并不限定于此。关于学习算法，除了强化学习以外，也能够应用有教师学习、无教师学习、半教师学习等。另外，作为上述的学习算法，也能够使用对特征量本身的提取进行学习的深层学习(Deep Learning)，也可以按照其他公知的方法例如神经网络、遗传编程、功能逻辑编程、支持向量机等执行机器学习。
此外，机器学习装置为了对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行学习而被使用，但机器学习装置例如也可以是经由网络与加工程序变换装置连接的与该加工程序变换装置300分体的装置。另外，机器学习装置也可以内置于加工程序变换装置300。并且，机器学习装置也可以存在于云服务器上。
另外，学习部302可以基于针对多个加工程序变换装置而创建的数据集，对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行学习。此外，学习部302也可以从在同一现场使用的多个加工程序变换装置取得数据集，或者也可以利用从在不同的现场独立地运转的多个工作机械收集的数据集而对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行学习。
并且，也能够将对数据集进行收集的加工程序变换装置在中途追加于对象，或者从对象去除。并且，也可以将关于某加工程序变换装置对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行学习的机器学习装置安装于与某加工程序变换装置不同的其他加工程序变换装置，关于该其他的加工程序变换装置对加工程序修正部111中的移动指令的修正方法进行再学习而更新。
以上是本发明的实施方式3所涉及的加工程序变换装置300的动作。根据本发明的实施方式3所涉及的加工程序变换装置，能够一边对加工程序的移动指令的修正方法进行学习一边对加工程序进行修正，因此能够通过最佳的移动指令的修正方法对移动指令进行修正，由此具有驱动轴的运动变得平滑，加工品质提高这一效果。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
100、300加工程序变换装置，101工作机械信息存储部，102修正条件存储部，103加工程序存储部，104加工目标形状存储部，105刀具信息存储部，106数控仿真部，107修正部位检测部，108切削点计算部，109修正区间决定部，110干涉检查部，111加工程序修正部，112修正后加工程序存储部，113数控装置，200数控装置，201插补加减速部，202电动机驱动部，301状态观测部，302学习部，303回报计算部，304函数更新部，500控制电路，500a处理器，500b存储器。

Claims (9)

1.一种加工程序变换装置，其特征在于，具有：
加工程序存储部，其对记述有移动指令的加工程序进行存储，该移动指令是使刀具按照预先确定的路径移动的指令；
加工目标形状存储部，其对通过所述刀具进行移动而加工的加工对象物的成品形状即加工目标形状进行存储；
刀具信息存储部，其对与所述刀具的形状相关的刀具信息进行存储；
数控仿真部，其通过基于所述加工程序对由所述加工程序控制的数控工作机械的数控处理进行模拟而生成数控处理结果；
修正部位检测部，其基于对所述加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件和所述数控处理结果对所述修正部位进行检测；
修正区间决定部，其将包含所述修正部位在内的连续的多个程序块决定为修正区间；
切削点计算部，其基于所述加工程序、所述加工目标形状、所述刀具信息而求出所述加工程序的移动指令中的所述刀具相对于所述加工目标形状的切削点；以及
加工程序修正部，其基于所述加工程序、所述修正区间及所述切削点，以使得所述切削点不变化的方式对所述修正区间的移动指令进行修正。
2.根据权利要求1所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述加工程序变换装置具有对所述修正条件进行存储的修正条件存储部，
所述修正条件存储部对所述数控工作机械的各驱动轴的加速度的容许范围或者加速度变化的容许范围之中的至少一者进行存储，
所述修正部位检测部基于所述修正条件对数控工作机械的各驱动轴超过所述加速度的容许范围或者所述加速度变化的容许范围的部位进行检测。
3.根据权利要求2所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述加工程序修正部关于所述修正区间中的旋转轴指令而置换为具有不超过所述加速度的容许范围或者所述加速度变化的容许范围的导函数的曲线，在置换后的曲线上生成新的旋转轴指令而进行修正。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述加工程序变换装置具有干涉检查部，该干涉检查部对所述刀具、所述加工对象物及所述数控工作机械的构件彼此之间的干涉进行检测，
所述加工程序修正部在所述修正区间中求出不发生所述干涉的旋转轴指令的区域即可修正区域，对所述修正区间的旋转轴指令进行修正以使得所述修正区间中的旋转轴指令经过所述可修正区域内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述切削点计算部对第1信息进行计算，该第1信息对多个所述切削点存在于所述加工目标形状的加工曲面上的何处进行识别，
所述加工程序修正部使用所述第1信息对识别为存在于同一加工曲面上的所述切削点进行提取，将旋转轴指令修正为提取出的所述切削点所对应的多个所述移动指令以使得修正后的旋转轴指令在所述加工曲面上平滑地变化。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述切削点计算部对多个所述切削点所存在的所述加工目标形状的加工曲面的所述切削点处的法线矢量进行计算，
所述加工程序修正部针对多个所述移动指令而求出修正前的旋转轴指令所涉及的刀具轴矢量和所述法线矢量之间所成的角度，对旋转轴指令进行修正以使得在所述旋转轴指令的修正后形成的角度的变化量小于或等于预先确定的值。
7.根据权利要求1所述的加工程序变换装置，其特征在于，
所述加工程序变换装置具有：
状态观测部，其将所述加工程序的移动指令、所述切削点、所述数控处理结果及所述移动指令的修正方法作为状态变量进行观测；以及
学习部，其按照基于所述状态变量创建的数据集，对所述加工程序的移动指令的修正方法进行学习，
所述加工程序修正部按照学习后的加工程序的移动指令的修正方法对所述加工程序进行修正。
8.一种数控装置，其特征在于，具有：
加工程序存储部，其对记述有移动指令的加工程序进行存储，该移动指令是使刀具按照预先确定的路径移动的指令；
加工目标形状存储部，其对通过所述刀具进行移动而加工的加工对象物的成品形状即加工目标形状进行存储；
刀具信息存储部，其对与所述刀具的形状相关的刀具信息进行存储；
数控仿真部，其通过基于所述加工程序对由所述加工程序控制的数控工作机械的数控处理进行模拟而生成数控处理结果；
修正部位检测部，其基于对所述加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件和所述数控处理结果对所述修正部位进行检测；
修正区间决定部，其将包含所述修正部位在内的连续的多个程序块决定为修正区间；
切削点计算部，其基于所述加工程序、所述加工目标形状、所述刀具信息而求出所述加工程序的移动指令中的所述刀具相对于所述加工目标形状的切削点；以及
加工程序修正部，其基于所述加工程序、所述修正区间及所述切削点，以使得所述切削点不变化的方式对所述修正区间的移动指令进行修正。
9.一种加工程序的变换方法，其特征在于，具有：
第1步骤，对记述有移动指令的加工程序进行存储，该移动指令是使刀具按照预先确定的路径移动的指令；
第2步骤，对通过所述刀具进行移动而加工的加工对象物的成品形状即加工目标形状进行存储；
第3步骤，对与所述刀具的形状相关的刀具信息进行存储；
第4步骤，通过基于所述加工程序对由所述加工程序控制的数控工作机械的数控处理进行模拟而生成数控处理结果；
第5步骤，基于对所述加工程序中的修正部位的有无进行判定的条件即修正条件和所述数控处理结果对所述修正部位进行检测；
第6步骤，将包含所述修正部位在内的连续的多个程序块决定为修正区间；
第7步骤，基于所述加工程序、所述加工目标形状、所述刀具信息而求出所述加工程序的移动指令中的所述刀具相对于所述加工目标形状的切削点；以及
第8步骤，基于所述加工程序、所述修正区间及所述切削点，以使得所述切削点不变化的方式对所述修正区间的移动指令进行修正。
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