TW201348907A - 數值控制裝置 - Google Patents

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Takeshi Tsuda
Keiichiro Suzuki
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Abstract

一種數值控制裝置，其係控制具有複數個直線軸及一個以上的旋轉軸之工作機械，而控制相對於承載台上載置的工件之相對的刀具姿勢之數值控制裝置，其具備有：程式讀取部，從加工程式依序讀取相對於工件之刀具姿勢；判定部，判定前述讀取的刀具姿勢是否落在預定的刀具姿勢範圍內；刀具姿勢控制部，依據前述判定部所做出的判定結果，來決定刀具姿勢的控制內容；以及內插暨加減速處理部，按照前述決定出的刀具姿勢的控制內容，來控制前述複數個直線軸及前述一個以上的旋轉軸；其中，前述預定的刀具姿勢範圍係包含刀具的中心軸與前述承載台的主面大致垂直相交之特異姿勢，前述刀具姿勢控制部在前述讀取的刀具姿勢落在前述預定的刀具姿勢範圍內之情況，係以限制刀具姿勢從前次的刀具姿勢變更之方式決定出前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度。

Description

數值控制裝置
本發明係關於數值控制裝置。
搭載了數值控制裝置之工作機械(有稱為工作母機之情形)，係以讓可動部移動到加工程式所指示的位置之方式進行各軸的控制而一邊使可動部移動一邊進行加工，但如五軸加工機之類的具有直線移動軸及旋轉移動軸之機械，則是以讓刀具位置、刀具姿勢成為期望的位置、姿勢之方式適切地控制各個軸，來實現更複雜的加工。
專利文獻1中記載一種：在對於可使承載台(table)在X軸、Y軸方向直線移動及在C軸方向旋轉，同時使刀具在Z軸方向直線移動及在A軸方向旋轉之五軸加工機進行控制之數值控制裝置中，根據NC(Numerical Control)程式所指示之在工件(work)座標系上的位置、速度，針對X軸、Y軸、Z軸從開始位置朝向指令位置進行內插(interpolation)後，針對A軸、C軸從開始位置朝向指令位置進行內插，然後根據A軸、C軸(旋轉軸)的內插位置來修正X軸、Y軸、Z軸(直線軸)的內插位置之技術。因此，根據專利文獻1，就可用簡單的NC程式以進行內插的方式對載置在旋 轉的承載台上的工件進行正確的加工。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
(專利文獻1)日本特開2003-195917號公報
專利文獻1中記載之刀具前端點控制，可以想成是：以讓加工程式所指示之在工件上的軌跡及速度、與刀具的刀尖位置(刀具前端點)在工件上的軌跡及速度一致之方式在針對各軸移動進行內插的同時也針對刀具姿勢進行內插，藉此而一邊使刀具姿勢變化一邊控制相對於工件之刀具前端點的軌跡之技術。亦即，專利文獻1中記載之技術的前提是必須能夠一直使刀具姿勢正確地變化。
然而，本發明的發明人進行探討後發現：在加工程式的製作上，有製作出刀具姿勢會小幅變動的加工程式之情形。
舉例來說，五軸加工機等之工作機械中使用的加工程式，大多為不僅指示刀具位置也指示刀具姿勢之複雜的程式。因此，通常是由CAM(Computer Aided Manufacturing：電腦輔助製造)裝置所作成，但CAM的輸出因為含有CAM中設定之相對於理想的刀具位置、刀具姿勢之容許誤差程度的量化誤差，所以所作成的加工程式有其中的刀具位置、刀具姿勢會小幅變動之情形。
關於此情形，本發明的發明人進行探討後發現：刀具 姿勢之小幅變動，在刀具姿勢離特異姿勢較遠的情況沒有問題，但在刀具姿勢接近特異姿勢的情況就會有很小的姿勢變動會變成很大的旋轉軸的移動量之情形。此處，所謂的特異姿勢，係指在工作機械中之刀具的旋轉軸為0度(刀具的中心軸與垂直於承載台的主面之Z軸平行)之姿勢，此時之承載台的旋轉軸的角度並沒有限定，可選擇為任意的角度。
專利文獻1中記載之刀具前端點控制，在刀具姿勢接近特異姿勢的情況，會有因CAM中之量化誤差而產生之微小的刀具姿勢變化容易變成很大的旋轉軸的移動量，使得旋轉軸的移動時間增大之傾向。
而且，專利文獻1中記載之刀具前端點控制因為是根據旋轉軸的內插位置來修正直線軸的內插位置，所以在刀具姿勢接近特異姿勢的情況，隨著旋轉軸的移動量變大，直線軸的移動量也變大，所以易使背隙(backlash)、空動(lost motion)、摩擦的影響顯著發生，導致加工精度降低之可能性。
本發明係鑑於上述的課題而完成者，其目的在獲得可減低旋轉軸的旋轉移動的時間，可提高加工精度之數值控制裝置。
為了解決上述課題，達成上述目的，本發明的一個態樣之數值控制裝置，係控制具有複數個直線軸及一個以上的旋轉軸之工作機械，而控制相對於承載台(table)上載置 的工件(work)之相對的刀具姿勢之數值控制裝置，其具備有：程式讀取部，從加工程式依序讀取相對於工件之刀具姿勢；判定部，判定前述讀取的刀具姿勢是否落在預定的刀具姿勢範圍內；刀具姿勢控制部，依據前述判定部所做出的判定結果，來決定刀具姿勢的控制內容；以及內插暨加減速處理部，按照前述決定出的刀具姿勢的控制內容，來控制前述複數個直線軸及前述一個以上的旋轉軸；其中，前述預定的刀具姿勢範圍係包含刀具的中心軸與前述承載台的主面大致垂直相交之特異姿勢，當前述刀具姿勢控制部在前述讀取的刀具姿勢落在前述預定的刀具姿勢範圍內之情況，係以限制刀具姿勢從前次的刀具姿勢變更之方式決定出前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度。
根據本發明，就可在加工程式所指示的刀具姿勢在特異姿勢附近之情況抑制旋轉軸的旋轉移動量，而可減低旋轉軸的旋轉移動的時間。而且，即使進行根據旋轉軸的內插位置來修正直線軸的內插位置之控制，也因為可在刀具姿勢接近特異姿勢之情況抑制旋轉軸的旋轉移動量，所以也可抑制直線軸的移動量，可減低背隙、空動、摩擦的影響，而可提高加工精度。亦即，可減低旋轉軸的旋轉移動的時間，且可提高加工精度。
1‧‧‧加工程式
2‧‧‧數值控制裝置
3‧‧‧伺服放大器
3B‧‧‧B軸放大器
3C‧‧‧C軸放大器
3X‧‧‧X軸放大器
3Y‧‧‧Y軸放大器
3Z‧‧‧Z軸放大器
21‧‧‧程式讀取部
22‧‧‧刀具姿勢控制部
23‧‧‧內插暨加減速處理部
24‧‧‧判定部
25‧‧‧記憶部
100‧‧‧工作機械
101‧‧‧承載台
101a‧‧‧主面
102‧‧‧刀具
103B‧‧‧B軸伺服馬達
103C‧‧‧C軸伺服馬達
103X‧‧‧X軸伺服馬達
103Y‧‧‧Y軸伺服馬達
103Z‧‧‧Z軸伺服馬達
210‧‧‧移動資料
220‧‧‧更新後的移動資料
230‧‧‧移動指令
第1圖係顯示實施形態1中之工作機械的構成之圖。
第2圖係顯示實施形態1之數值控制裝置的構成之圖。
第3圖係顯示實施形態1之數值控制裝置的動作之流程圖。
第4圖係顯示實施形態2之數值控制裝置的動作之流程圖。
第5圖(a)至(c)係表示實施形態2之數值控制裝置的動作之圖。
以下，根據圖式來詳細說明本發明之數值控制裝置的實施形態。本發明並不受此實施形態所限定。
實施形態1.
針對實施形態1之數值控制裝置2進行說明。
數值控制裝置2係對於工作機械100進行數值控制(NC：Numerical Control)之裝置，係控制例如刀具102的前端位置及刀具102的姿勢之裝置。
搭載了數值控制裝置2之工作機械100，係以讓可動部移動到加工程式(NC程式、動作程式)所指示的位置之方式進行各軸的控制而一邊使可動部移動一邊進行加工。工作機械100具有複數個直線軸及一個以上的旋轉軸。具體而言，工作機械100係為例如第1圖所示之具有三個直線軸(平移軸)(分別為X軸、Y軸、Z軸)及兩個旋轉軸(分別為B軸、C軸)之五軸加工機。X軸係供以X軸伺服馬達103X使刀具102直線移動之軸。Y軸係供以Y軸伺服馬達103Y使刀具102直線移動所需之軸。Z軸係供以Z軸伺服馬達103Z使刀具102直線移動所需之軸。X軸、Y軸、及 Z軸係例如相互正交。B軸(第一旋轉軸)係供以B軸伺服馬達103B使刀具102旋轉移動之軸，使刀具102以例如Y軸為中心而旋轉移動。C軸(第二旋轉軸)係供以C軸伺服馬達103C使承載台101旋轉移動之軸，使承載台101以例如Z軸為中心而旋轉移動。承載台101係用來供工件WK載置於承載台101之主面101a上。
第1圖顯示的是旋轉軸(B軸、C軸)在刀具側及工件側各有一個的情況之工作機械100的構成的例子之圖，但工作機械100可為旋轉軸(B軸、C軸)都在工件側之五軸加工機，亦可為旋轉軸(B軸、C軸)都在刀具側之五軸加工機。
加工程式1(參照第2圖)，係用稱為G碼(G code)之指令碼寫成之程式，係除了用定位指令(G00)及切削指令(G01)等作為移動指令之外，也同時用具有五軸控制機能之刀具前端點控制(G43.4/G43.5)指令等寫成之程式。
數值控制裝置2，係對加工程式1進行解析，並依據解析結果而透過伺服放大器3來控制工作機械100(例如五軸加工機)(參照第1圖)，以一邊控制相對於承載台101上載置的工件WK之相對的刀具姿勢一邊進行工件WK之加工。例如，數值控制裝置2係以讓刀具102的位置、姿勢成為期望的刀具位置、刀具姿勢之方式適切地控制X、Y、Z、B、C軸的各個軸，藉此而實現對於工件WK之複雜的加工。舉例來說，數值控制裝置2係將預定的移動指令230輸出至伺服放大器中的X軸放大器3X、Y軸放大器3Y、Z軸放大器3Z、B軸放大器3B、及C軸放大器3C(參照第2 圖)。根據該移動指令230，X軸放大器3X、Y軸放大器3Y、Z軸放大器3Z、B軸放大器3B、及C軸放大器3C分別將電壓指令輸出至X軸伺服馬達103X、Y軸伺服馬達103Y、Z軸伺服馬達103Z、B軸伺服馬達103B、C軸伺服馬達103C以進行各伺服馬達之驅動。
關於該加工程式，本發明的發明人進行探討後發現：在加工程式的製作上，有製作出刀具姿勢會小幅變動的加工程式之情形。
舉例來說，五軸加工機等之工作機械中使用的加工程式，大多為不僅指示刀具位置也指示刀具姿勢之複雜的程式。因此，通常是由CAM(Computer Aided Manufacturing：電腦輔助製造)裝置所作成，但CAM的輸出因為含有CAM中設定之相對於理想的刀具位置、刀具姿勢之容許誤差程度的量化誤差，所以所作成的加工程式有其中的刀具位置、刀具姿勢會小幅變動之情形。
關於此情形，本發明的發明人進行探討後發現：刀具姿勢之小幅變動，在刀具姿勢離特異姿勢較遠的情況沒有問題，但在刀具姿勢接近特異姿勢的情況就會有很小的姿勢變動會變成很大的旋轉軸的移動量之情形。此處，所謂的特異姿勢，係指在工作機械100中之刀具102的旋轉軸(B軸)為0度(刀具的中心軸CA與垂直於承載台101的主面之Z軸平行)之姿勢，此時之承載台101的旋轉軸(C軸)的角度並沒有限定，可選擇為任意的角度。
具體針對刀具姿勢離特異姿勢較遠的情況，擧B軸角 度為並非0度的角度且刀具姿勢存在有小幅變動之情況為例。此時，假設CAM所作成的加工程式為例如以下之程式。
N1 G43.5 X0.Y0.I0.7071 J0.0000 K0.7071；N2 X10.Y0.I0.173648 J0.000303 K0.984808；N3 X0.1 Y0.I0.173820 J0.000000 K0.984777；…N10 G49；此加工程式係為利用序號「N1」之「G43.5」使前端點控制變有效，然後利用序號「N10」之「G49」使前端點控制變無效之程式，其中以X、Y來指示相對於與承載台101一起轉動的座標系(承載台座標系)之刀具軌跡，利用從承載台座標系所見之向量(vector)I、J、K來指示刀具姿勢。在此加工程式中，「N2」單節(block)、「N3」單節之刀具姿勢係有0.028度左右的微小角度差之刀具姿勢。
其中，在「N1」單節終點，有B軸角度為45度、C軸角度為0度，以及B軸角度為-45度、C軸角度為180度這兩種解存在，但假設選擇的是前者之解，則定位在B軸角度為45度、C軸角度為0度之位置。亦即，B軸角度為與0度差很多之值，刀具姿勢離特異姿勢很遠。
然後，在「N2」單節、「N3」單節若選擇了會使得旋轉軸的移動量變小的解，則在「N2」單節終點，B軸角度會為10度、C軸角度會為0.1度，在「N3」單節終點，B軸角度會為10.02度、C軸角度會為0度。此時，在「N3」單節中的移動量係為B軸移動量0.02度、C軸移動量-0.1度，B軸、C軸的移動量都很小。另外，若在「N2」單節、 「N3」單節選擇另一個解，則在「N2」單節終點，B軸角度會為-10度、C軸角度會為180.1度，在「N3」單節終點，B軸角度會為-10.02度、C軸角度會為180度，此情況也一樣，在「N3」單節中的移動量係為B軸移動量-0.02度、C軸移動量-0.1度，B軸、C軸的移動量都很小。
相對於此，針對刀具姿勢接近特異姿勢的情況，擧B軸角度在0度附近且刀具姿勢存在有小幅變動之情況為例。此時，假設CAM所作成的加工程式為例如以下之程式。
N11 G43.5 X0.Y0.I0.7071 J0.0000 K0.7071；N12 X10.Y0.I0.000349 J0.000000 K1.000000：N13 X0.1 Y0.I0.000000 J0.000349 K1.000000；…N20 G49；就此加工程式而言，在「N12」單節及「N13」單節存在有微小的刀具姿勢的變動，其角度差為0.020度。假設在「N12」單節終點定位在B軸角度為0.02度、C軸角度為0度之位置。
此時，就「N13」單節終點而言，可選擇B軸角度為0.02度、C軸角度為90度，及B軸角度為-0.02度、C軸角度為270度這兩個解中的任一個解，在選擇的是前者的解之情況，在「N13」單節中的移動量係為B軸移動量0度、C軸移動量90度，在選擇的是旋轉軸移動量較少之後者的解之情況，在「N13」單節中的移動量係為B軸移動量0.04度、C軸移動量為-90度，兩種情況的C軸都做大幅度的轉動。
如上所述，若只是按照加工程式所指示的刀具姿勢而單純地進行刀具姿勢的控制，則在刀具姿勢接近特異姿勢之情況，會有因CAM中之量化誤差而產生之微小的刀具姿勢變化容易變成很大的C軸的移動量，使得C軸的旋轉移動的時間增大之傾向。
另外，假設進行的是根據B軸、C軸的內插位置來修正X軸、Y軸、Z軸的內插位置之控制的話，則在刀具姿勢接近特異姿勢之情況，因為隨著C軸的移動量變大，X軸、Y軸、Z軸的移動量也變大，所以易使背隙、空動、摩擦的影響顯著發生，導致加工精度降低之可能性。
因此，在本實施形態中，針對加工程式所指示的刀具姿勢是否接近特異姿勢而進行判定，且在刀具姿勢接近特異姿勢之情況以限制刀具姿勢變更之方式進行控制，希望藉此而抑制C軸的旋轉移動量。
具體而言，數值控制裝置2係如第2圖所示，具有程式讀取部21、判定部24、刀具姿勢控制部22、內插暨加減速處理部23、及記憶部25。
程式讀取部21，係將加工程式1讀入，解析讀入的加工程式1中記述的動作命令而產生每個指令單節(block)的移動資料210並將之供給至刀具姿勢控制部22。
所謂的移動資料210，係指解釋各單節的命令所得到之每單節的移動位置(單節起點位置、終點位置)、刀具姿勢、移動距離、移動速度、指令座標系(在承載台座標系之指令、在工件座標系之指令)、內插模式(直線內插、圓弧 內插、非內插等)、控制模式(刀具前端點控制之有效、無效之區別)等之與動作有關之資訊。所謂的承載台座標系，係指在具有用來使承載台轉動之旋轉軸(在第1圖的情況為C軸)之機械中，與承載台一起轉動之座標，所謂的工件座標系指令，係表示與承載台的轉動無關係之座標系，亦即固定在空間上的座標系。在刀具前端點控制中，係依據機械的構成、加工形狀的特徵，而以承載台座標系、工件座標系中的任一個座標來指示刀具軌跡。
亦即，程式讀取部21係從加工程式1依序就每個單節讀取相對於工件WK之刀具姿勢(例如表示刀具姿勢之向量的值)。程式讀取部21將讀取的刀具姿勢供給至判定部24。
判定部24判定讀取的刀具姿勢是否落在預定的刀具姿勢範圍內。預定的刀具姿勢範圍係包含特異姿勢之範圍。特異姿勢係由於B軸之轉動而使得刀具102呈現之刀具102的中心軸CA與承載台101的主面101a大致垂直相交之姿勢(參照第1圖)，係例如B軸角度為0度之刀具102的姿勢。預定的刀具姿勢範圍，係為例如以特異姿勢(例如B軸角度0度)為中央值而包含可視為在特異姿勢附近之範圍(例如B軸角度-1度~B軸角度+1度)。判定部24將判定結果供給至刀具姿勢控制部22。
刀具姿勢控制部22，係接收來自程式讀取部21之移動資料210，以及接收來自判定部24之判定結果。刀具姿勢控制部22依據判定部24所做出的判定結果，而使用移 動資料210來決定刀具姿勢的控制內容。
亦即，刀具姿勢控制部22在讀取的刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍內之情況(亦即，刀具姿勢接近特異姿勢之情況)，參照記憶部25的記憶內容而取得與前次的刀具姿勢有關之資料(例如表示刀具姿勢之向量的值)。然後，刀具姿勢控制部22以將刀具姿勢限制於前次的刀具姿勢不做變更之方式決定出包含C軸的旋轉軸角度在內之各軸的目標位置。
例如，刀具姿勢控制部22在讀取的刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍內之情況，就以保持前次的刀具姿勢不變之方式決定出包含C軸的旋轉軸角度在內之各軸的目標位置。
內插暨加減速處理部23，係從記憶部25接收與前次的刀具姿勢有關之資料(例如前次的內插暨加減速處理的結果)，且從刀具姿勢控制部22接收與此次的刀具姿勢有關之資料(亦即更新後的移動資料220)並以之作為刀具姿勢的控制內容。內插暨加減速處理部23按照刀具姿勢的控制內容而控制各軸(X軸、Y軸、Z軸、B軸、C軸)。內插暨加減速處理部23控制從現在的刀具姿勢變化到刀具姿勢控制部22所決定出的刀具姿勢之姿勢變化。
亦即，內插暨加減速處理部23，係依據與前次的刀具姿勢有關之資料及與此次的刀具姿勢有關之資料而進行內插暨加減速處理，產生出各軸(X軸、Y軸、Z軸、B軸、C軸)的移動指令230並將之輸出至伺服放大器3。另外，內 插暨加減速處理部23也將與此次的刀具姿勢有關之資料(例如表示刀具姿勢之向量的值、及內插暨加減速處理的結果)供給至記憶部25。
內插暨加減速處理的方法，並沒有特別的限制，可為使用到如例如專利文獻1之公知的技術之內插方法。例如，可進行根據B軸、C軸的內插位置來修正X軸、Y軸、Z軸的內插位置之控制。
記憶部25係從內插暨加減速處理部23接收與此次的刀具姿勢有關之資料並記憶起來。以此方式，記憶部25將內插暨加減速處理部23所控制得出的刀具姿勢記憶起來。
接著，參照第3圖來說明數值控制裝置2的動作。第3圖係用來說明數值控制裝置2的動作之流程圖。
在步驟S1中，程式讀取部21將加工程式1讀入，解析讀入的加工程式1中記述的動作命令而產生每個指令單節的移動資料210並將之供給至刀具姿勢控制部22。
另外，程式讀取部21從加工程式1依序就每個單節讀取相對於工件WK之刀具姿勢(例如表示刀具姿勢之向量的值)。程式讀取部21將讀取的刀具姿勢供給至判定部24。
判定部24判定加工程式1所指示的刀具姿勢(在讀入的單節的終點之刀具姿勢)是否落在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內。若判定部24的判定結果為在單節的終點之刀具姿勢落在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內(步驟S1的結果為「是」)，則處理進入到步驟S2，若在單 節的終點之刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍外(步驟S1的結果為「否」)，則處理前進到步驟S3。
此處，所謂的特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍，係指為了判定是否可視為特異點附近的姿勢而預先決定的範圍，若例如以特異姿勢(B軸角度0度)為基準而將特異姿勢附近之範圍設定為1度，則可將B軸角度在-1度以上，+1度以下之之範圍視為在特異姿勢附近。
在步驟S2中，判定部24進行在讀入的單節的起點之刀具姿勢是否落在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內之判定。若判定部24的判定結果為在單節的起點之刀具姿勢落在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內(步驟S2的結果為「是」)，則處理前進到步驟S4，若在單節的起點之刀具姿勢在預定的刀具姿勢範圍外(步驟S2的結果為「否」)，則處理進入到步驟S3。
在步驟S3中，刀具姿勢控制部22將表示加工程式1所指示的刀具姿勢之資料當作是刀具姿勢的控制內容而予以輸出。
在步驟S4中，刀具姿勢控制部22將表示與加工程式1所指示的刀具姿勢不同的刀具姿勢之資料當作是刀具姿勢的控制內容而予以輸出。例如，刀具姿勢控制部22係參照記憶部25的記憶內容而取得與前次的刀具姿勢有關之資料，然後，以讓實現刀具姿勢所需之機械的B軸及C軸角度的任一者、或兩軸的角度與前次的刀具姿勢一致之方式，決定出B軸及/或C軸的旋轉軸角度，再將表示與決 定結果對應的刀具姿勢之資料當作是刀具姿勢的控制內容而予以輸出。
又，在步驟S4中，若移動資料210之中的指令座標系為工件座標系指令，則進行以下之處理。首先，使用加工程式1所指示的旋轉軸角度進行座標變換，將加工程式1所指示的刀具前端位置(工件座標值)變換為承載台座標值。接著，使用上述的方法，進行刀具姿勢(旋轉軸角度)之變更。然後，進行使用變更後的旋轉軸角度進行座標變換，將承載台座標值變換為各軸的移動位置，藉此來計算出單節的終點位置，並以該單節終點位置作為移動資料210的終點座標值之處理。
在步驟S5中，進行是否有下一個移動資料之檢查(check)，若有下一個移動資料(步驟S5的結果為「是」)，則更新移動資料(步驟S6)，然後處理回到步驟S1。若沒有下一個移動資料(步驟S5的結果為「否」)，則處理結束。
如以上所述，在實施形態1之數值控制裝置2中，判定部24判定程式讀取部21所讀取的刀具姿勢是否落在包含特異姿勢之預定的刀具姿勢範圍內，刀具姿勢控制部22在刀具姿勢落在包含特異姿勢之預定的刀具姿勢範圍內之情況，就以將刀具姿勢限制於前次的刀具姿勢不做變更之方式決定出旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度。因此，可在加工程式所指示的刀具姿勢在特異姿勢附近之情況，抑制旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉移動量，而可減低旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉移動的時間。而且，即使進行根據B軸、C軸 的內插位置來修正X軸、Y軸、Z軸的內插位置之控制，也因為可在刀具姿勢接近特異姿勢之情況抑制旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉移動量，所以也可抑制X軸、Y軸、Z軸的移動量，可減低背隙、空動、摩擦的影響，而可提高加工精度。亦即，可減低旋轉軸的旋轉移動的時間，且可提高加工精度。
又，在實施形態1之數值控制裝置2中，記憶部25將內插暨加減速處理部23所控制得出的刀具姿勢記憶起來。因此，刀具姿勢控制部22可參照記憶部25的記憶內容而得知前次的刀具姿勢，且可在刀具姿勢落在包含特異姿勢之預定的刀具姿勢範圍內之情況，以將刀具姿勢限制於前次的刀具姿勢不做變更之方式決定出旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度。
又，在實施形態1之數值控制裝置2中，刀具姿勢控制部22在讀取的刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍內之情況，就以保持前次的刀具姿勢不變之方式決定出旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度。因此，刀具姿勢控制部22可用將刀具姿勢限制於前次的刀具姿勢不做變更之方式決定出旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度。
例如，刀具姿勢控制部22在讀取的刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍內之情況，進行使兩個旋轉軸(B軸、C軸)的至少一方的旋轉軸角度與前次的旋轉軸角度一致之處理。因此，可消除無用的軸移動，且可藉由消除無用的軸移動而防止在各軸的移動方向反轉之際發生之背隙及空動 之發生。
在例如刀具姿勢於特異姿勢附近有小幅變動之情況，亦可只使實現加工程式所指定的刀具姿勢所需之旋轉軸角度之中的B軸的角度為計算出的角度，C軸的角度則保持與前次相同的值(刀具姿勢進入特異姿勢附近之預定的範圍內之時的刀具姿勢)，以此方式來變更刀具姿勢，如此，就會具有可使B軸動作按指令而動作，同時使刀具姿勢更高速且以更接近指示的刀具姿勢之刀具姿勢變化之效果。
又，在實施形態1中，判定部24係例如在讀入的單節的起點及終點雙方都在預定的刀具姿勢範圍內之情況，判定為讀取的刀具姿勢落在預定的刀具姿勢範圍內，在讀入的單節的起點及終點的至少一方在預定的刀具姿勢範圍外之情況，判定為讀取的刀具姿勢並未落在預定的刀具姿勢範圍內。因此，可確實地判定讀取的刀具姿勢是否落在預定的刀具姿勢範圍內。
實施形態2.
接著，針對實施形態2之數值控制裝置2進行說明。以下，以與實施形態1不同的部份為中心進行說明。
實施形態1係在加工程式中指示的刀具姿勢在特異姿勢附近有小幅變動之情況，進行例如保持前次的刀具姿勢之控制，實施形態2則是進行使特異姿勢附近之姿勢變化慢慢進行之控制。
具體而言，數值控制裝置2係如第4圖所示，在以下 的點進行不同的動作。第4圖係顯示實施形態2之數值控制裝置的動作之流程圖。其中之步驟S3、S5、S6與實施形態1一樣故將其說明予以省略。
在步驟S1中，若判定部24的判定結果為在單節的終點之刀具姿勢在預定的刀具姿勢範圍外(步驟S1的結果為「否」)，則處理進入到步驟S11。
在步驟S2中，若判定部24的判定結果為在單節的起點之刀具姿勢在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內(步驟S2的結果為「是」)，則處理前進到步驟S41。若在單節的起點之刀具姿勢在預定的刀具姿勢範圍外(步驟S2的結果為「否」)，則處理前進到步驟S21。
步驟S11，係在讀入的單節的終點在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍外之情況進行之處理，係不實施刀具姿勢的變更之情況。因此，進行將前次的步驟S21中記憶起來的刀具姿勢的資訊從記憶部25中清除(clear)掉之處理。
步驟S21係進行從進入特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內開始到脫離該範圍為止之變更刀具姿勢的範圍之抽出。亦即，刀具姿勢控制部22使進入預定的刀具姿勢範圍內之時的刀具姿勢記憶至記憶部25，以及使快要從預定的刀具姿勢範圍內脫離到該預定的刀具姿勢範圍外之際的刀具姿勢記憶至記憶部25。
具體而言，步驟S21係在讀入的加工程式起點的刀具姿勢在特異姿勢的範圍外，終點的刀具姿勢在特異姿勢的 範圍內之情況實施之步驟，係將加工程式中記載的終點的刀具姿勢VS記憶起來，並且進行加工程式之預先讀取，取得快要脫離特異姿勢附近之預定的範圍之際的刀具姿勢VE並將之記憶起來。
步驟S41在輸出與加工程式中記載的刀具姿勢不同之刀具姿勢這一點係與實施形態1之步驟S4一樣，但在刀具姿勢的變更方法方面則進行與實施形態1不同之處理。
具體而言，步驟S41係進行使用步驟S21中記憶起來的刀具姿勢VS,VE來變更刀具姿勢之處理者，係進行如後述之使至少一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度以漸增、或漸減的方式變化之處理。
例如，假設CAM所作成的加工程式如例如以下所示。
N21 G43.5 X0.Y0.I0.7071 J0.0000 K0.7071；N22 X10.Y0.I0.003491 J0.000000 K0.999994；N23 X0.Y10.I0.003491 J0.006046 K0.999976；N24 X1.Y11.I0.000000 J0.000000 K1.000000；N25 X6.Y10.I0.003438 J0.000606 K0.999994；N26 X15.Y11.I0.000364 J0.002063 K0.999998；N27 X15.Y30.I0.353553 J0.353553 K0.866025；…N30 G49； 此加工程式係表示在特異姿勢附近之預定的範圍內B軸角度有小幅變動之情況，「N22」單節~「N26」單節為接近特異姿勢之刀具姿勢。
此時，若假設是按照加工程式使旋轉軸移動，且進行了會使旋轉軸角度的移動量變小之解的選擇，則旋轉軸角度會定位在第5圖(a)之表所示的角度，在「N22」單節~ 「N26」單節中C軸角度會在0度到80之間大幅往復，亦即會重複大幅增減。在此情況，在步驟S21中計算出的刀具姿勢VS會為在「N22」單節終點之刀具姿勢，VE會為在「N26」單節終點之刀具姿勢。
相對於此，實施形態2係將特異姿勢附近的範圍之從起點到終點的範圍予以等間隔分割，然後使旋轉軸的旋轉移動慢慢進行。亦即，在進入特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍之時點的刀具姿勢VS與快要脫離特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍之際的刀具姿勢VE之間，使至少一個以上的旋轉軸角度漸減或漸增。
在例如只變更C軸角度之情況，係使之如第5圖(b)之表所示般變化。在第5圖(b)之表所示的情況，在「N22」單節~「N26」單節中C軸角度會從0度慢慢增加到80度。例如，在「N22」單節~「N26」單節中C軸角度以每次20度之等間隔的單位量漸增。
或者，在例如不只使C軸漸增，也使B軸漸減之情況，係使之如第5圖(c)之表所示般變化。在第5圖(c)之表所示的情況，在「N22」單節~「N26」單節中，C軸角度從0度慢慢增加到80度，同時B軸角度從0.20度慢慢減少到0.12度。例如，在「N22」單節~「N26」單節中，C軸角度以每次20度之等間隔的單位量漸增，同時B軸角度以每次0.02度之等間隔的單位量漸減。
如以上所述，在實施形態2中，刀具姿勢控制部22在進入預定的刀具姿勢範圍內之時點的刀具姿勢與快要脫 離預定的刀具姿勢範圍之際的刀具姿勢之間，以讓旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度漸增或漸減之方式使旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度變化。因此，可在刀具姿勢接近特異姿勢之情況，抑制旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉移動量，而可使刀具姿勢滑順地變化。
又，在實施形態2中，刀具姿勢控制部22在進入預定的刀具姿勢範圍內之時點的刀具姿勢與快要脫離預定的刀具姿勢範圍之際的刀具姿勢之間，以在複數個單節的每一個都以等間隔的單位量使旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度漸增或漸減之方式使旋轉軸(B軸、C軸)的旋轉軸角度變化。因此，容易在複數個單節之間使刀具姿勢滑順地變化。
又，在實施形態2中，雖然使在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內的移動指令之B軸角度、C軸角度的變化在複數個單節的每一個都以等間隔的單位量漸減或漸增，但亦可使間隔與從工件所見之刀具前端位置的直線移動量，亦即X軸、Y軸、Z軸的直線移動量相關聯而變動。換言之，刀具姿勢控制部22可使旋轉軸角度的漸增或漸減的每次增減的單位量對應於直線軸的移動距離而改變。
例如，在第1圖所示之情況，C軸之旋轉係沿著X-Y平面而進行者，所以可隨著X軸的直線移動量或Y軸的直線移動量之變大，而將用來使C軸的旋轉移動量漸增或漸減之單位量控制成變小。此外，B軸之旋轉係沿著X-Z平面而進行者，所以可隨著X軸的直線移動量或Z軸的直線移動量之變大，而將用來使B軸的旋轉移動量漸增或漸減 之單位量控制成變小。
如以上所述，在刀具姿勢控制部22使旋轉軸角度的漸增或漸減的每次增減的單位量對應於直線軸的移動距離而改變之情況，可使在特異姿勢附近之預定的刀具姿勢範圍內之直線軸的移動量與刀具姿勢的變化連動，因此具有可得到更平滑的加工面之效果。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之數值控制裝置可利用於工作機械之控制。
1‧‧‧加工程式
2‧‧‧數值控制裝置
3‧‧‧伺服放大器
3B‧‧‧B軸放大器
3C‧‧‧C軸放大器
3X‧‧‧X軸放大器
3Y‧‧‧Y軸放大器
3Z‧‧‧Z軸放大器
21‧‧‧程式讀取部
22‧‧‧刀具姿勢控制部
23‧‧‧內插暨加減速處理部
24‧‧‧判定部
25‧‧‧記憶部
210‧‧‧移動資料
220‧‧‧更新後的移動資料
230‧‧‧移動指令

Claims (5)

  1. 一種數值控制裝置，係控制具有複數個直線軸及一個以上的旋轉軸之工作機械，而控制相對於承載台上載置的工件之相對的刀具姿勢之數值控制裝置，該數值控制裝置包含有：程式讀取部，從加工程式依序讀取相對於工件之刀具姿勢；判定部，判定前述讀取的刀具姿勢是否落在預定的刀具姿勢範圍內；刀具姿勢控制部，依據前述判定部所做出的判定結果，來決定刀具姿勢的控制內容；以及內插暨加減速處理部，按照前述決定出的刀具姿勢的控制內容，來控制前述複數個直線軸及前述一個以上的旋轉軸；其中，前述預定的刀具姿勢範圍係包含刀具的中心軸與前述承載台的主面大致垂直相交之特異姿勢，前述刀具姿勢控制部在前述讀取的刀具姿勢落在前述預定的刀具姿勢範圍內之情況，係以限制刀具姿勢從前次的刀具姿勢變更之方式決定出前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度。
  2. 如申請專利範圍第1項之數值控制裝置，其中，複包含有：記憶部，記憶前述內插暨加減速處理部所控制得出的刀具姿勢。
  3. 如申請專利範圍第1項之數值控制裝置，其中， 前述刀具姿勢控制部在前述讀取的刀具姿勢落在前述預定的刀具姿勢範圍內之情況，係以保持前次的刀具姿勢不變之方式決定出前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度。
  4. 如申請專利範圍第1項之數值控制裝置，其中，前述刀具姿勢控制部，係在進入前述預定的刀具姿勢範圍內之時點的刀具姿勢與快要脫離前述預定的刀具姿勢範圍之際的刀具姿勢之間，以使前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度漸增或漸減的方式，使前述一個以上的旋轉軸的旋轉軸角度變化。
  5. 如申請專利範圍第4項之數值控制裝置，其中，前述刀具姿勢控制部，係使旋轉軸角度的前述漸增或漸減的每次增減的單位量，對應於前述直線軸的移動距離而變化。
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