專利名稱：數(shù)字控制命令發(fā)生器及其方法
技術領域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及用于產生NC機床定向操作執(zhí)行命令的儀器及方法。
在本專利申請中，定向操作是指用于改變工件相對于刀具的走向或改變刀具相對于工件的走向的操作。
已有技術的說明到目前為止，當用五軸機床來加工任意形狀的面時，首先要用自動編程設備來編制NC程序和線性坐標軸插入命令，包括刀具夾持單元動力軸的插入命令和工件支承臺的插入命令，然后通過將這個NC程序應用到五軸機床的NC控制設備上來加工自由形狀面。
上述自動編程設備產生線性坐標軸插入命令，與此同時，根據(jù)所產生的插入命令計算每個機加工點，即刀具接觸該面的點處的該面的最佳矢量，然后產生刀具夾持單元動力軸的插入命令和工件支承臺動力軸的插入命令以便刀具總是被定位在機加工點的最佳矢量方向上。因而自動編程設備產生包括線性坐標軸插入命令和角轉動軸插入命令的NC程序。
因此，當所得到的NC程序被應用到五軸機床的NC控制設備上時，在機加工過程中刀具與工件表面之間的幾何關系將呈現(xiàn)為如

圖11的情況和圖12的放大情況。為方便起見圖11和圖12示出了Y-Z平面中的情況。
本發(fā)明的概述上述方法在機加工過程中總是要執(zhí)行X、Y、Z線性坐標軸的插入操作和刀具夾持單元與工件支承臺的角轉動軸插入操作。所以降低了機床的穩(wěn)定性。因而存在使機加工精度降低的問題，另外，這種方法不適合厚件切削。
此外，它需要計算每個機加工點上的最佳矢量，并且必須編制角轉動軸的插入命令以便使刀具定位在最佳矢量方向上，因而需要執(zhí)行大量重復的復雜計算，從而需要花大量時間來編制NC程序。當要求縮短計算時間時便需要高性能的，即昂貴的自動編程設備。
本發(fā)明的目的是產生包括角轉動軸定向命令的數(shù)字控制命令以便在不降低機加工精度的極其嚴格的條件下進行厚件切削和五軸機加工，此外，本發(fā)明的目的是通過解決上述問題使得在不執(zhí)行大量重復復雜的計算的情況便可編制上述定向命令。
本發(fā)明的目的可通過包括分組器、角度決定器和命令發(fā)生器的數(shù)字控制命令發(fā)生設備來實現(xiàn)，其中，分組器用于在機加工信息的基礎上根據(jù)被加工工件表面的傾角對被加工工件的表面進行分組，角度決定器用于確定每一組的定向角度，命令發(fā)生器用于根據(jù)所選定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令，其中機加工信息是利用任何被加工的形狀、NC程序和從數(shù)字控制設備內的NC程序解碼得到的解碼NC程序數(shù)據(jù)產生的。數(shù)字控制命令是通過NC程序或從數(shù)字控制設備內的NC程序解碼得到的解碼NC程序數(shù)據(jù)產生的，分組器包括用于劃分工件表面的分割器、用于計算每個分割工件表面的傾角的傾角計算器和用于根據(jù)被分割工件表面傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類器。
另外，本發(fā)明的目的可以通過包括分組步驟、角度決定步驟和命令發(fā)生步驟的數(shù)字控制命令發(fā)生設備來實現(xiàn)，其中，分組步驟用于在機加工信息的基礎上根據(jù)被加工工件表面的傾角對被加工工件的表面進行分組，角度決定步驟用于確定每一組的定向角度，命令發(fā)生步驟用于根據(jù)所選定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令，其中分組步驟包括用于劃分工件表面的分割步驟、用于計算每個被分割工件表面的傾角的傾角計算步驟和用于根據(jù)被分割工件表面傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類步驟。
另外，用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明包括用于記錄使計算機執(zhí)行分組過程、角度決定過程和命令發(fā)生過程的程序的存儲媒體，其中，分組過程用于在機加工信息的基礎上根據(jù)被加工工件表面的傾角對被加工工件的表面進行分組，角度決定過程用于確定每一組的定向角度，命令發(fā)生過程用于根據(jù)所選定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令，其中執(zhí)行分組過程的程序包括用于執(zhí)行對工件表面進行劃分的分割過程執(zhí)行程序、用于執(zhí)行對每個被分割工件表面的傾角進行計算的傾角計算過程執(zhí)行程序和用于根據(jù)被分割工件表面傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類過程執(zhí)行程序。
附圖的簡要說明圖1是本發(fā)明第一實施例的方框圖；圖2是本發(fā)明的工件表面分割部分1的操作示意圖；圖3示出了本發(fā)明中有關被分割工件表面的各種數(shù)據(jù)；圖4是本發(fā)明中被分割工件表面的傾角的角度的示意圖；圖5是本發(fā)明的刀具軌跡發(fā)生部分5的操作示意圖；圖6是表示本發(fā)明中刀具與待加工的工件表面之間的關系的示意圖；圖7是表示本發(fā)明中刀具與工件表面之間的關系的示意圖；圖8是本發(fā)明第二實施例的方框圖；圖9是本發(fā)明的工件表面分割器7的操作示意圖；圖10是本發(fā)明的第三實施例的方框圖；圖11是表示已有技術中刀具與工件表面之間的關系的示意圖；及圖12是表示已有技術中刀具與工件表面之間的關系的示意圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明本發(fā)明的數(shù)字控制命令發(fā)生設備在機加工信息的基礎上，即機加工形狀或NC程序或以對數(shù)字控制設備內的NC程序的解碼所得到的解碼NC程序數(shù)據(jù)的基礎上根據(jù)被加工工件表面的傾角對被加工工件表面或工件表面的相應機加工表面進行分組，并決定每一組的定向角度，以及根據(jù)所選定的定向角度，即NC程序或對數(shù)字控制設備內的NC程序解碼所得到的解碼NC程序數(shù)據(jù)產生包括定向命令的數(shù)字控制命令。
首先，圖1所示的實施例以機加工形狀作為輸入的機加工信息，以NC程序作為包括定向命令的輸出數(shù)字控制命令。
現(xiàn)在將參照圖1所示的方框圖說明本發(fā)明的工作原理。用于劃分被加工工件表面的工件表面分割器1先將與工件底面相對應的X-Y平面分割成具有所需間距的柵格，如圖2所示。然后，根據(jù)以工件底面到工件表面的高度產生被分割工件表面格點的Z數(shù)據(jù)。每個被分割工件表面的工件表面上的各個格點的Z數(shù)據(jù)都是以圖3(a)所示的方式產生的。
工件表面傾角計算部分2計算被分割工件表面的傾斜角度。也就是說，根據(jù)如圖4(a)和圖4(b)所示的被分割工件表面的四個格點的Z數(shù)據(jù)計算被分割工件表面A相對于該工件底面A的傾斜角度。這種傾斜角度是圖3中的(b)所示的每個被分割工件表面的被分割工件表面傾斜角度數(shù)據(jù)。
工件表面傾角分類部分3對被分割工件表面進行分組，按照相似的傾角進行分類。在本實施例中，被分割工作表面編組號碼是按照圖3(c)設定每個被分割工件表面的組號的方式產生的。
在這種情況下，比較好的辦法是初步設定傾斜角度的范圍。圖3(c)表示這樣一種情況傾斜角度數(shù)據(jù)a1、a2、a3、a4和a5被歸入組1，其傾斜角度a為fa，傾斜角度數(shù)據(jù)a6、a7和a8被歸入組2，其傾斜角度a為fa。
定向角度決定部分4為各組選定一個與傾斜角度相對應的定向角度。例如，由于被歸入組1的被分割工件表面具有fa這樣的傾斜角度a，因此可以確定刀具夾持單元與工件支承臺的角度轉動軸的定向角度，這樣，刀具便以最佳方向對準工件表面，其傾斜角度確定為(ff)/2。所確定的定向角度可以形成如圖3(d)所示的被分割工件表面定向角數(shù)據(jù)。
刀具軌跡發(fā)生部分5產生根據(jù)與被歸入到同組中的各個被分割工件表面(即具有相似傾角的各個被分割工件表面)相對應的待加工形狀產生以線性坐標軸X、Y、Z表示的刀具軌跡。為便于理解，圖5示出了刀具軌跡發(fā)生部分5產生的Y-Z平面上的刀具軌跡。細箭頭和粗箭頭表示根據(jù)不同組的被分割工件表面產生的刀具軌跡。這些刀具軌跡是以前面在已有技術說明中所述的圖12為基礎的。
數(shù)字控制命令發(fā)生部分6根據(jù)刀具軌跡發(fā)生部分5產生的用X、Y、Z坐標表示的刀具軌跡和定向角度產生數(shù)字控制命令。
刀具軌跡是這樣實現(xiàn)的首先根據(jù)定向角度向NC程序提供刀具夾持單元與工件支承臺的角度轉動軸的定向命令，然后根據(jù)用X、Y、Z坐標表示的刀具軌跡向NC程序提供X、Y、Z軸的插入命令。對每個具有相似傾角的被分割工件表面都要提供這種輸出。
于是，在以這種處理過程得到的NC程序的基礎上，機加工操作首先通過對具有相似傾角的工件表面進行定向操作來確定刀具與工件的相對位置以便使之處于最佳位置，然后根據(jù)X、Y、Z軸的插入命令進行機加工。換句話說，為每個以相似傾角歸類的工件表面順序執(zhí)行定向操作和該定向角度位置上的機加工，具有相同定向角度的工件表面的機加工優(yōu)先于具有其它定向角度的工件表面的機加工。
以上對刀具軌跡發(fā)生部分5產生同一組的每個被分割工件表面的刀具軌跡這種情況作了解釋。當在不考慮組號的情況下產生刀具軌跡時，操作過程如下每當數(shù)字控制命令發(fā)生部分6根據(jù)刀具軌跡發(fā)生部分5產生的刀具軌跡向NC程序提供X、Y、Z軸插入命令時，數(shù)字控制命令發(fā)生部分6便先識別刀具經過的被分割工件表面，然后判明被識別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，則X、Y、Z軸的插入命令輸出到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，則首先向NC程序輸出一定向命令，再輸出X、Y、Z軸的插入命令。
在這種情況下，需要在機加工過程中適當執(zhí)行定向操作。
另外，由于需要在刀具不與工件接觸的狀態(tài)，即刀具與工件分開的狀態(tài)下執(zhí)行基于定向命令的定向操作，因此這樣做顯然更好數(shù)字控制命令發(fā)生部分6在輸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，然后在輸出定向命令之后向NC程序提供NC命令以便使刀具升到退刀之前的接觸位置上。
當給定圖5所示的刀具軌跡時，由上述工件表面分割部分1、工件表面傾角計算部分2、工件表面傾角分類部分3、定向角決定部分4、刀具軌跡發(fā)生部分5和數(shù)字控制命令發(fā)生部分6的操作所產生的NC程序便可完成圖6所示的工件情況。此外，當?shù)毒哕壽E以前面已有技術說明中所述的圖11為基礎時，該NC程序可產生圖7(a)所示的分組和完成圖7(b)所示的工作情況。
正如在本實施例說明的開頭所述的那樣，利用圖1所示的方框圖解釋了以被加工形狀作為機加工信息而輸入、以NC程序作為包含定向命令的數(shù)字控制命令而輸出的實施例。用這個方框圖解釋的實施例可以被裝在自動編程設備或數(shù)字控制設備中。
第二，將利用圖8所示的方框圖來對其輸入僅為五軸機加工NC程序或具有線性坐標軸X、Y、Z命令的NC程序、其輸出為包括作為數(shù)字控制命令的最佳定向命令的NC程序的實施例加以說明。圖1與圖8中的相同裝置用相同的數(shù)字表示。
正如圖1所示方框圖中所述的那樣，由于工件表面分割部分1從機加工形狀數(shù)據(jù)中產生被分割工件表面數(shù)據(jù)，因此機加工形狀發(fā)生部分7根據(jù)NC程序的X、Y、Z插入命令判明如圖9(a)所示的刀具軌跡并根據(jù)所判明的刀具軌跡產生理想機加工形狀數(shù)據(jù)，然后將理想機加工形狀數(shù)據(jù)輸出到工件表面分割部分中。
這種工作是通過執(zhí)行這樣的處理過程來完成的定義如圖9(b)所示的理想的工件表面格點，從X-Y平面和機加工基準面到理想工件表面格點的高度便作為理想工件表面格點的Z數(shù)據(jù)生成，然后將該理想工件表面格點的Z數(shù)據(jù)提供給到工件表面分割部分1。
換句話說，具有理想機加工形狀的工件表面被識別為在刀具軌跡基礎上定義的一族理想工件表面格點中的四個格點所限定的單個理想被分割工件表面的組合。因此，工件表面分割部分1將X-Y平面，機加工基準面分割成具有所需間距的柵格，然后根據(jù)機加工基準X-Y面到理想被分割工件表面的高度產生理想工件表面格點的Z數(shù)據(jù)。
還有，機加工形狀發(fā)生部分7向刀具軌跡發(fā)生部分5提供所產生的理想機加工形狀或者直接向數(shù)字控制命令發(fā)生部分6提供NC程序的X、Y、Z坐標命令作為刀具軌跡。
在前一種情況下，刀具軌跡發(fā)生部分5從與具有相同組號的每個被分割工件表面相對應的理想機加工形狀產生線性坐標X、Y、Z組成的刀具軌跡，數(shù)字控制命令發(fā)生部分6先根據(jù)所產生的刀具軌跡和定向角度將定向命令提供給NC程序，再將用于執(zhí)行定向角度處機加工的X、Y、Z軸的插入命令提供給NC程序。換句話說，在本實施例中，為具有類似傾角的每個工件表面提供定向命令和X、Y、Z軸的插入命令。
在后一種情況下，數(shù)字控制命令發(fā)生部分6根據(jù)機加工形狀發(fā)生部分7提供的刀具軌跡向NC程序提供X、Y、Z軸插入命令。在這種情況下，每當數(shù)字控制命令發(fā)生部分6輸出X、Y、Z插入命令，數(shù)字控制命令發(fā)生部分6便對刀具經過的被分割工件表面的傾斜角度進行辨別。如果被辨別的定向角度等于前面的被分割工件表面的定向角度，那么就象原來那樣向NC程序提供X、Y、Z軸插入命令。如果被辨別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軸插入命令。
在這種情況下，工件表面傾角計算部分2、工件表面傾角分類部分3和定向角決定部分4的作用與圖1所示的相同。因此可以產生這樣的NC程序其中刀具與被加工工件表面之間的關系如圖6和圖7所示。
如上所述，利用圖8所示的方框圖解釋了這樣一個實施例，其中NC程序是作為機加工信息輸入的，NC程序是作為包括定向命令的數(shù)字控制命令輸出。用這個方框圖解釋的實施例可以象圖1那樣裝入到自動編程設備或數(shù)字控制設備中。
第三，將利用圖10所示的方框圖來對以從數(shù)字控制設備內的NC程序的解碼得到的解碼NC程序數(shù)據(jù)作為輸入的機加工信息、以解碼NC程序數(shù)據(jù)作為輸出的數(shù)字控制命令的實施例加以說明。圖1與圖8中相同的裝置用相同的數(shù)字表示。
在一般的數(shù)字控制設備中，NC程序解碼部分8讀取NC程序并對其進行解碼，插入控制部分9將NC程序轉換成便于執(zhí)行插入處理的形式。插入控制部分9根據(jù)解碼NC程序的插入命令周期性在一常數(shù)周期內進行插入計算并將此結果作為定位命令提供給伺服控制部分10。伺服控制部分10根據(jù)定位命令執(zhí)行定位控制、速度控制和轉矩控制，并通過向伺服放大器提供用于驅動馬達的控制信號來驅動馬達。
在本實施例中，機加工形狀發(fā)生部分11從NC程序解碼部分11接收解碼形式的NC程序的X、Y、Z軸插入命令，并以與圖8所示機加工形狀發(fā)生部分7類似的方式產生理想機加工數(shù)據(jù)。
數(shù)字控制命令發(fā)生部分12以與圖8所示的數(shù)字控制命令發(fā)生部分6相同的方式產生包括定向命令和X、Y、Z軸插入命令的解碼NC程序數(shù)據(jù)，并將解碼NC程序數(shù)據(jù)提供給插入控制部分9。
在這種情況下，工件表面分割部分1、工件表面傾角計算部分2、工件表面傾角分類部分3和定向角決定部分4的作用與圖1和圖8所述的相同。
因此，插入控制部分9和伺服控制部分10根據(jù)數(shù)字控制命令發(fā)生部分12產生的解碼NC程序數(shù)據(jù)進行工作，刀具與被加工工件的相互工作情況如圖6和圖7所示。
如上所述，利用圖10所示的方框圖解釋了這樣的實施例，其中，解碼NC程序數(shù)據(jù)是作為機加工信息輸入，解碼NC程序數(shù)據(jù)是作為包括定向命令的NC命令輸出。
如上所述，按照本發(fā)明，可以產生包括角轉動軸定向命令的NC命令以便在不降低機加工精度的極其嚴格的條件下進行厚件切削和五軸機加工。
另外，按照本發(fā)明，可以在不進行大量重復的復雜計算的情況下產生包括定向命令的NC命令。
另外，正如實施例的說明中所述的那樣，本發(fā)明可以應用到自動編程設備上，還可以應用到數(shù)字控制設備上。當本發(fā)明被應用到自動編程設備上時，可以編制出包括最佳定位命令的NC程序。因此，即使本發(fā)明被應用到現(xiàn)在這樣的普通數(shù)字控制設備時也能達到上述效果。當本發(fā)明被應用到數(shù)字控制設備上時，包括用于取得上述效果的最佳定向命令的NC命令在數(shù)字控制設備中產生。因此，可以采用現(xiàn)在這樣的普通自動編程設備。
另外，按照本發(fā)明，甚至在只有一個動力軸的四軸機床上也明顯能獲得同樣的效果。
權利要求
1.一種用于根據(jù)機加工信息產生包括定向命令的數(shù)字控制命令的數(shù)字控制命令發(fā)生器，它包括分組器，它在機加工信息的基礎上根據(jù)機加工工件表面的傾角對被該表面進行分組；角度決定器，它用于決定每一組的定向角度；和命令發(fā)生器，它根據(jù)所選定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制命令發(fā)生器，其中機加工信息包括被加工形狀；或NC程序；或從數(shù)字控制設備內的NC程序的解碼所得到解碼NC程序數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制命令發(fā)生器，其中數(shù)字控制命令包括NC程序；或從數(shù)字控制設備內的NC程序的解碼所得到解碼NC程序數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制命令發(fā)生器，其中分組器包括用于劃分工件表面的分割器；用于計算每個被分割工件表面的傾角的傾角計算器；和用于根據(jù)傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類器。
5.一種用于根據(jù)機加工信息產生包括定向命令的數(shù)字控制命令的數(shù)字控制命令產生方法，它包括以下步驟分組步驟，在機加工信息的基礎上根據(jù)待加工工件表面的傾角對該表面進行分組；角度決定步驟，用于決定每一組的定向角度；和命令發(fā)生步驟，根據(jù)所決定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令。
6.根據(jù)權利要求5所述的數(shù)字控制命令產生方法，其中分組步驟包括以下步驟用于劃分工作表面的分割步驟；用于計算每個被分割工作表面的傾角的傾角計算步驟；和用于根據(jù)傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類步驟。
7.用于記錄程序的存儲媒體，其中所述程序使計算機執(zhí)行以下過程分組過程，在機加工信息的基礎上根據(jù)被加工工件表面的傾角對該表面進行分組；角度決定過程，用于決定每一組的定向角度；和命令發(fā)生過程，它根據(jù)所選定的定向角度產生包括定向命令的數(shù)字控制命令。
8.根據(jù)權利要求7所述的存儲媒體，其中，用于執(zhí)行分組過程的程序包括用于執(zhí)行對工件表面進行分割的分割過程的程序；用于執(zhí)行對每個被分割工件表面的傾角進行計算的傾角計算過程的程序；和用于根據(jù)傾角的相似性對被分割工件表面進行分類的分類過程。
全文摘要
一種用于產生NC機床的定向操作命令的裝置與方法,它根據(jù)機加工信息和表面的傾角對工件表面進行分組,為各組選定最佳定向角度,根據(jù)所選定的定向角度產生數(shù)字控制命令。
文檔編號B23Q15/00GK1214002SQ96180194
公開日1999年4月14日 申請日期1996年11月7日 優(yōu)先權日1996年11月7日
發(fā)明者山崎和雄, 深谷安司, 森田尚起, 松宮貞行 申請人:大隈株式會社, 株式會社森精機制作所, 三豐株式會社, 山崎和雄