CN1214002A - 数字控制命令发生器及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于产生NC机床的定向操作命令的装置与方法,它根据机加工信息和表面的倾角对工件表面进行分组,为各组选定最佳定向角度,根据所选定的定向角度产生数字控制命令。

Description

数字控制命令发生器及其方法

本发明的背景

本发明的领域

本发明涉及用于产生NC机床定向操作执行命令的仪器及方法。

在本专利申请中，定向操作是指用于改变工件相对于刀具的走向或改变刀具相对于工件的走向的操作。

已有技术的说明

到目前为止，当用五轴机床来加工任意形状的面时，首先要用自动编程设备来编制NC程序和线性坐标轴插入命令，包括刀具夹持单元动力轴的插入命令和工件支承台的插入命令，然后通过将这个NC程序应用到五轴机床的NC控制设备上来加工自由形状面。

上述自动编程设备产生线性坐标轴插入命令，与此同时，根据所产生的插入命令计算每个机加工点，即刀具接触该面的点处的该面的最佳矢量，然后产生刀具夹持单元动力轴的插入命令和工件支承台动力轴的插入命令以便刀具总是被定位在机加工点的最佳矢量方向上。因而自动编程设备产生包括线性坐标轴插入命令和角转动轴插入命令的NC程序。

因此，当所得到的NC程序被应用到五轴机床的NC控制设备上时，在机加工过程中刀具与工件表面之间的几何关系将呈现为如图11的情况和图12的放大情况。为方便起见图11和图12示出了Y-Z平面中的情况。

本发明的概述

上述方法在机加工过程中总是要执行X、Y、Z线性坐标轴的插入操作和刀具夹持单元与工件支承台的角转动轴插入操作。所以降低了机床的稳定性。因而存在使机加工精度降低的问题，另外，这种方法不适合厚件切削。

此外，它需要计算每个机加工点上的最佳矢量，并且必须编制角转动轴的插入命令以便使刀具定位在最佳矢量方向上，因而需要执行大量重复的复杂计算，从而需要花大量时间来编制NC程序。当要求缩短计算时间时便需要高性能的，即昂贵的自动编程设备。

本发明的目的是产生包括角转动轴定向命令的数字控制命令以便在不降低机加工精度的极其严格的条件下进行厚件切削和五轴机加工，此外，本发明的目的是通过解决上述问题使得在不执行大量重复复杂的计算的情况便可编制上述定向命令。

本发明的目的可通过包括分组器、角度决定器和命令发生器的数字控制命令发生设备来实现，其中，分组器用于在机加工信息的基础上根据被加工工件表面的倾角对被加工工件的表面进行分组，角度决定器用于确定每一组的定向角度，命令发生器用于根据所选定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令，其中机加工信息是利用任何被加工的形状、NC程序和从数字控制设备内的NC程序解码得到的解码NC程序数据产生的。数字控制命令是通过NC程序或从数字控制设备内的NC程序解码得到的解码NC程序数据产生的，分组器包括用于划分工件表面的分割器、用于计算每个分割工件表面的倾角的倾角计算器和用于根据被分割工件表面倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类器。

另外，本发明的目的可以通过包括分组步骤、角度决定步骤和命令发生步骤的数字控制命令发生设备来实现，其中，分组步骤用于在机加工信息的基础上根据被加工工件表面的倾角对被加工工件的表面进行分组，角度决定步骤用于确定每一组的定向角度，命令发生步骤用于根据所选定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令，其中分组步骤包括用于划分工件表面的分割步骤、用于计算每个被分割工件表面的倾角的倾角计算步骤和用于根据被分割工件表面倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类步骤。

另外，用于实现上述目的的本发明包括用于记录使计算机执行分组过程、角度决定过程和命令发生过程的程序的存储媒体，其中，分组过程用于在机加工信息的基础上根据被加工工件表面的倾角对被加工工件的表面进行分组，角度决定过程用于确定每一组的定向角度，命令发生过程用于根据所选定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令，其中执行分组过程的程序包括用于执行对工件表面进行划分的分割过程执行程序、用于执行对每个被分割工件表面的倾角进行计算的倾角计算过程执行程序和用于根据被分割工件表面倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类过程执行程序。

附图的简要说明

图1是本发明第一实施例的方框图；

图2是本发明的工件表面分割部分1的操作示意图；

图3示出了本发明中有关被分割工件表面的各种数据；

图4是本发明中被分割工件表面的倾角的角度的示意图；

图5是本发明的刀具轨迹发生部分5的操作示意图；

图6是表示本发明中刀具与待加工的工件表面之间的关系的示意图；

图7是表示本发明中刀具与工件表面之间的关系的示意图；

图8是本发明第二实施例的方框图；

图9是本发明的工件表面分割器7的操作示意图；

图10是本发明的第三实施例的方框图；

图11是表示已有技术中刀具与工件表面之间的关系的示意图；及

图12是表示已有技术中刀具与工件表面之间的关系的示意图。

优选实施例的详细说明

本发明的数字控制命令发生设备在机加工信息的基础上，即机加工形状或NC程序或以对数字控制设备内的NC程序的解码所得到的解码NC程序数据的基础上根据被加工工件表面的倾角对被加工工件表面或工件表面的相应机加工表面进行分组，并决定每一组的定向角度，以及根据所选定的定向角度，即NC程序或对数字控制设备内的NC程序解码所得到的解码NC程序数据产生包括定向命令的数字控制命令。

首先，图1所示的实施例以机加工形状作为输入的机加工信息，以NC程序作为包括定向命令的输出数字控制命令。

现在将参照图1所示的方框图说明本发明的工作原理。用于划分被加工工件表面的工件表面分割器1先将与工件底面相对应的X-Y平面分割成具有所需间距的栅格，如图2所示。然后，根据以工件底面到工件表面的高度产生被分割工件表面格点的Z数据。每个被分割工件表面的工件表面上的各个格点的Z数据都是以图3(a)所示的方式产生的。

工件表面倾角计算部分2计算被分割工件表面的倾斜角度。也就是说，根据如图4(a)和图4(b)所示的被分割工件表面的四个格点的Z数据计算被分割工件表面A相对于该工件底面A的倾斜角度。这种倾斜角度是图3中的(b)所示的每个被分割工件表面的被分割工件表面倾斜角度数据。

工件表面倾角分类部分3对被分割工件表面进行分组，按照相似的倾角进行分类。在本实施例中，被分割工作表面编组号码是按照图3(c)设定每个被分割工件表面的组号的方式产生的。

在这种情况下，比较好的办法是初步设定倾斜角度的范围。图3(c)表示这样一种情况：倾斜角度数据a1、a2、a3、a4和a5被归入组1，其倾斜角度a为fa，倾斜角度数据a6、a7和a8被归入组2，其倾斜角度a为fa。

定向角度决定部分4为各组选定一个与倾斜角度相对应的定向角度。例如，由于被归入组1的被分割工件表面具有fa这样的倾斜角度a，因此可以确定刀具夹持单元与工件支承台的角度转动轴的定向角度，这样，刀具便以最佳方向对准工件表面，其倾斜角度确定为(ff)/2。所确定的定向角度可以形成如图3(d)所示的被分割工件表面定向角数据。

刀具轨迹发生部分5产生根据与被归入到同组中的各个被分割工件表面(即具有相似倾角的各个被分割工件表面)相对应的待加工形状产生以线性坐标轴X、Y、Z表示的刀具轨迹。为便于理解，图5示出了刀具轨迹发生部分5产生的Y-Z平面上的刀具轨迹。细箭头和粗箭头表示根据不同组的被分割工件表面产生的刀具轨迹。这些刀具轨迹是以前面在已有技术说明中所述的图12为基础的。

数字控制命令发生部分6根据刀具轨迹发生部分5产生的用X、Y、Z坐标表示的刀具轨迹和定向角度产生数字控制命令。

刀具轨迹是这样实现的：首先根据定向角度向NC程序提供刀具夹持单元与工件支承台的角度转动轴的定向命令，然后根据用X、Y、Z坐标表示的刀具轨迹向NC程序提供X、Y、Z轴的插入命令。对每个具有相似倾角的被分割工件表面都要提供这种输出。

于是，在以这种处理过程得到的NC程序的基础上，机加工操作首先通过对具有相似倾角的工件表面进行定向操作来确定刀具与工件的相对位置以便使之处于最佳位置，然后根据X、Y、Z轴的插入命令进行机加工。换句话说，为每个以相似倾角归类的工件表面顺序执行定向操作和该定向角度位置上的机加工，具有相同定向角度的工件表面的机加工优先于具有其它定向角度的工件表面的机加工。

以上对刀具轨迹发生部分5产生同一组的每个被分割工件表面的刀具轨迹这种情况作了解释。当在不考虑组号的情况下产生刀具轨迹时，操作过程如下：每当数字控制命令发生部分6根据刀具轨迹发生部分5产生的刀具轨迹向NC程序提供X、Y、Z轴插入命令时，数字控制命令发生部分6便先识别刀具经过的被分割工件表面，然后判明被识别的被分割工件表面的定向角度。如果被判明的定向角度等于前面的被分割的工件表面的定向角度，则X、Y、Z轴的插入命令输出到NC程序。如果判明的定向角度不等于前面的被分割的工件表面的定向角度，则首先向NC程序输出一定向命令，再输出X、Y、Z轴的插入命令。

在这种情况下，需要在机加工过程中适当执行定向操作。

另外，由于需要在刀具不与工件接触的状态，即刀具与工件分开的状态下执行基于定向命令的定向操作，因此这样做显然更好：数字控制命令发生部分6在输出定向命令之前先向NC程序提供NC命令以便使刀具退回到可能的定向操作的位置，然后在输出定向命令之后向NC程序提供NC命令以便使刀具升到退刀之前的接触位置上。

当给定图5所示的刀具轨迹时，由上述工件表面分割部分1、工件表面倾角计算部分2、工件表面倾角分类部分3、定向角决定部分4、刀具轨迹发生部分5和数字控制命令发生部分6的操作所产生的NC程序便可完成图6所示的工件情况。此外，当刀具轨迹以前面已有技术说明中所述的图11为基础时，该NC程序可产生图7(a)所示的分组和完成图7(b)所示的工作情况。

正如在本实施例说明的开头所述的那样，利用图1所示的方框图解释了以被加工形状作为机加工信息而输入、以NC程序作为包含定向命令的数字控制命令而输出的实施例。用这个方框图解释的实施例可以被装在自动编程设备或数字控制设备中。

第二，将利用图8所示的方框图来对其输入仅为五轴机加工NC程序或具有线性坐标轴X、Y、Z命令的NC程序、其输出为包括作为数字控制命令的最佳定向命令的NC程序的实施例加以说明。图1与图8中的相同装置用相同的数字表示。

正如图1所示方框图中所述的那样，由于工件表面分割部分1从机加工形状数据中产生被分割工件表面数据，因此机加工形状发生部分7根据NC程序的X、Y、Z插入命令判明如图9(a)所示的刀具轨迹并根据所判明的刀具轨迹产生理想机加工形状数据，然后将理想机加工形状数据输出到工件表面分割部分中。

这种工作是通过执行这样的处理过程来完成的：定义如图9(b)所示的理想的工件表面格点，从X-Y平面和机加工基准面到理想工件表面格点的高度便作为理想工件表面格点的Z数据生成，然后将该理想工件表面格点的Z数据提供给到工件表面分割部分1。

换句话说，具有理想机加工形状的工件表面被识别为在刀具轨迹基础上定义的一族理想工件表面格点中的四个格点所限定的单个理想被分割工件表面的组合。因此，工件表面分割部分1将X-Y平面，机加工基准面分割成具有所需间距的栅格，然后根据机加工基准X-Y面到理想被分割工件表面的高度产生理想工件表面格点的Z数据。

还有，机加工形状发生部分7向刀具轨迹发生部分5提供所产生的理想机加工形状或者直接向数字控制命令发生部分6提供NC程序的X、Y、Z坐标命令作为刀具轨迹。

在前一种情况下，刀具轨迹发生部分5从与具有相同组号的每个被分割工件表面相对应的理想机加工形状产生线性坐标X、Y、Z组成的刀具轨迹，数字控制命令发生部分6先根据所产生的刀具轨迹和定向角度将定向命令提供给NC程序，再将用于执行定向角度处机加工的X、Y、Z轴的插入命令提供给NC程序。换句话说，在本实施例中，为具有类似倾角的每个工件表面提供定向命令和X、Y、Z轴的插入命令。

在后一种情况下，数字控制命令发生部分6根据机加工形状发生部分7提供的刀具轨迹向NC程序提供X、Y、Z轴插入命令。在这种情况下，每当数字控制命令发生部分6输出X、Y、Z插入命令，数字控制命令发生部分6便对刀具经过的被分割工件表面的倾斜角度进行辨别。如果被辨别的定向角度等于前面的被分割工件表面的定向角度，那么就象原来那样向NC程序提供X、Y、Z轴插入命令。如果被辨别的定向角度不等于前面的被分割工件表面的定向角度，那么先向NC程序提供定向命令，然后再向NC程序提供X、Y、Z轴插入命令。

在这种情况下，工件表面倾角计算部分2、工件表面倾角分类部分3和定向角决定部分4的作用与图1所示的相同。因此可以产生这样的NC程序：其中刀具与被加工工件表面之间的关系如图6和图7所示。

如上所述，利用图8所示的方框图解释了这样一个实施例，其中NC程序是作为机加工信息输入的，NC程序是作为包括定向命令的数字控制命令输出。用这个方框图解释的实施例可以象图1那样装入到自动编程设备或数字控制设备中。

第三，将利用图10所示的方框图来对以从数字控制设备内的NC程序的解码得到的解码NC程序数据作为输入的机加工信息、以解码NC程序数据作为输出的数字控制命令的实施例加以说明。图1与图8中相同的装置用相同的数字表示。

在一般的数字控制设备中，NC程序解码部分8读取NC程序并对其进行解码，插入控制部分9将NC程序转换成便于执行插入处理的形式。插入控制部分9根据解码NC程序的插入命令周期性在一常数周期内进行插入计算并将此结果作为定位命令提供给伺服控制部分10。伺服控制部分10根据定位命令执行定位控制、速度控制和转矩控制，并通过向伺服放大器提供用于驱动马达的控制信号来驱动马达。

在本实施例中，机加工形状发生部分11从NC程序解码部分11接收解码形式的NC程序的X、Y、Z轴插入命令，并以与图8所示机加工形状发生部分7类似的方式产生理想机加工数据。

数字控制命令发生部分12以与图8所示的数字控制命令发生部分6相同的方式产生包括定向命令和X、Y、Z轴插入命令的解码NC程序数据，并将解码NC程序数据提供给插入控制部分9。

在这种情况下，工件表面分割部分1、工件表面倾角计算部分2、工件表面倾角分类部分3和定向角决定部分4的作用与图1和图8所述的相同。

因此，插入控制部分9和伺服控制部分10根据数字控制命令发生部分12产生的解码NC程序数据进行工作，刀具与被加工工件的相互工作情况如图6和图7所示。

如上所述，利用图10所示的方框图解释了这样的实施例，其中，解码NC程序数据是作为机加工信息输入，解码NC程序数据是作为包括定向命令的NC命令输出。

如上所述，按照本发明，可以产生包括角转动轴定向命令的NC命令以便在不降低机加工精度的极其严格的条件下进行厚件切削和五轴机加工。

另外，按照本发明，可以在不进行大量重复的复杂计算的情况下产生包括定向命令的NC命令。

另外，正如实施例的说明中所述的那样，本发明可以应用到自动编程设备上，还可以应用到数字控制设备上。当本发明被应用到自动编程设备上时，可以编制出包括最佳定位命令的NC程序。因此，即使本发明被应用到现在这样的普通数字控制设备时也能达到上述效果。当本发明被应用到数字控制设备上时，包括用于取得上述效果的最佳定向命令的NC命令在数字控制设备中产生。因此，可以采用现在这样的普通自动编程设备。

另外，按照本发明，甚至在只有一个动力轴的四轴机床上也明显能获得同样的效果。

Claims (8)

1、一种用于根据机加工信息产生包括定向命令的数字控制命令的数字控制命令发生器，它包括：

分组器，它在机加工信息的基础上根据机加工工件表面的倾角对被该表面进行分组；

角度决定器，它用于决定每一组的定向角度；和

命令发生器，它根据所选定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令。

2、根据权利要求1所述的数字控制命令发生器，其中机加工信息包括：

被加工形状；

或NC程序；

或从数字控制设备内的NC程序的解码所得到解码NC程序数据。

3、根据权利要求1所述的数字控制命令发生器，其中数字控制命令包括：

NC程序；

或从数字控制设备内的NC程序的解码所得到解码NC程序数据。

4、根据权利要求1所述的数字控制命令发生器，其中分组器包括：

用于划分工件表面的分割器；

用于计算每个被分割工件表面的倾角的倾角计算器；和

用于根据倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类器。

5、一种用于根据机加工信息产生包括定向命令的数字控制命令的数字控制命令产生方法，它包括以下步骤：

分组步骤，在机加工信息的基础上根据待加工工件表面的倾角对该表面进行分组；

角度决定步骤，用于决定每一组的定向角度；和

命令发生步骤，根据所决定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令。

6、根据权利要求5所述的数字控制命令产生方法，其中分组步骤包括以下步骤：

用于划分工作表面的分割步骤；

用于计算每个被分割工作表面的倾角的倾角计算步骤；和

用于根据倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类步骤。

7、用于记录程序的存储媒体，其中所述程序使计算机执行以下过程：

分组过程，在机加工信息的基础上根据被加工工件表面的倾角对该表面进行分组；

角度决定过程，用于决定每一组的定向角度；和

命令发生过程，它根据所选定的定向角度产生包括定向命令的数字控制命令。

8、根据权利要求7所述的存储媒体，其中，用于执行分组过程的程序包括：

用于执行对工件表面进行分割的分割过程的程序；

用于执行对每个被分割工件表面的倾角进行计算的倾角计算过程的程序；和

用于根据倾角的相似性对被分割工件表面进行分类的分类过程。

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