5軸加工機的數值控制方法

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專利名稱：5軸加工機的數值控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制具有2個旋轉軸以及3個直線軸的5軸加工機的數值控制方法，與有可能發(fā)生不穩(wěn)定動作的奇異點附近的動作控制有關。
背景技術：
已知如下一種5軸加工片幾，相對于工件^皮加工物)l吏刀具在直線的3 個軸方向上相對移動，同時圍繞旋轉的2個軸使刀具對于工件相對傾斜地進行加工。例如，在根據由CAD/CAM或仿形裝置生成的指令點列數據以及指示工件和刀具的傾斜角度的指令矢量列，進行曲線插補來加工曲面的5軸加工機的加工方法中，已知通過與希望的曲線相接近的平滑曲線進行插補來進行加工，得到平滑的加工表面的加工方法(參照特開2005-182437號公報)。
此外，在5軸加工機中，在對于作業(yè)對象固定的直角坐標系上指示刀具的位置以及姿勢，使刀具以某個速度移動時，當機床在其動作范圍內具有奇異點
(奇異姿勢)時，有時各關節(jié)的速度或加速度會超過該關節(jié)的允許值。因此，為使給予刀具的、在兩個時刻之間的刀具姿勢誤差在允許值以下，根據這兩個時刻的姿勢決定關節(jié)插補范圍，在該關節(jié)插補范圍中，通過關節(jié)插補(4艮據兩個時刻的位置矢量和姿勢矢量求出各軸的關節(jié)坐標值的插補)控制刀具的姿勢
(參照特開2004-220435號公報)。由此，在奇異點附近的各關節(jié)的速度或加速度變得過大時，在對于軌跡誤差滿足要求精度的同時，要盡可能減小移動速度。
通過刀具對工件進行加工的切削點，和控制相對于工件的刀具位置的控制點不同。
圖1說明在具有X、 Y、 Z三個直線軸、以及繞X軸旋轉的A軸和繞Z 軸旋轉的C軸兩個旋轉軸的5軸加工機中，作為刀具1使用球頭端銑刀(ball end mill)時所指示的切削點和所控制的刀具位置的關系。
作為切削點，指示與直線軸X、 Y、 Z對應的直角坐標系的X、 Y、 Z軸的位置(X, Y， Z)。用于響應這樣的切削點指令(X, Y， Z)來控制刀具l相對于工件的位置的控制點不是在刀具1的尖端與工件接觸的點(切削點指令點)，而是與該切削點指令點相分離的直線軸位置(Xc, Yc, Zc),所指示的切削點位置(X， Y， Z)和與其對應的直線軸位置(Xc， Yc， Zc)不一致。
進行刀具半徑補償以及刀具長度補償來求出直線軸位置(Xc， Yc， Zc)，控制該直線軸位置(Xc， Yc, Zc)以及旋轉軸位置(A， C)。根據與切削點位置(X, Y， Z) —同指示的切削面垂直方向指令(1， J, K)，和已設定的刀具半徑補償量TR,求出刀具半徑補償。根據從向A軸以及C軸各旋轉軸的指令中求出的刀具方向，和已設定的刀具半徑補償量TR以及刀具長度補償量 TL,求出刀具長度補償。
如上所述，所指示的切削點位置(X, Y， Z)和刀具l相對于工件的位置、即所控制的直線軸的位置(Xc, Yc， Zc)不一致。除了球頭端銑刀以外，在使用主軸旋轉時的斷面為長方形的方形端銑刀(square end mill)或者在其拐角具有R(圓角)的圓角端銑刀(radius end mill)時也相同，所指示的切削點位置和所控制的直線軸的位置不一致。
但是，一般希望指令切削點的間隔和控制點的動作相同。即，理想的是，若指令切削點的間隔小，則對應的控制點的動作也小，若指令切削點的間隔大，則對應的控制點的動作也大。
例如，在方形端銑刀中一般的指令切削點和控制點的關系為圖2那樣。如該圖2所示，希望由一個塊(block)的指令的起點和終點的切削點指令(XS, YS， ZS)、 (XE， YE， ZE)之間的距離、與在該塊的指令中驅動刀具1的直線軸控制點(Xc， Yc， Zc)的起點和終點之間的距離成為大致成比例的關系。但是，根據指令形狀或刀具的種類，指令切削點的間隔和控制點的動作有時相差很大。即，發(fā)生指令切削點的間隔小，但對應的控制點較大地進行動作的情況(后述圖9所示的情況)，或者指令切削點的間隔大，但對應的控制點的動作小的情況(后述圖IO所示的情況)等(以下，將這樣的情況稱為奇異點附近)。
在這樣的指令切削點的間隔和與其對應的控制點的動作相差較大的奇異點附近，產生不穩(wěn)定的動作或對于加工物的過大切削，這是不希望產生的情況。本發(fā)明解決這樣的問題。
首先，在說明該問題之前，對于控制5軸加工機的數值控制裝置等控制裝置目前所實施的基于切削點指令的加工控制的原理以及動作進行說明。
(球頭端銑刀)
圖3是作為刀具1使用球頭端銑刀，根據切削點指令求出X、 Y、 Z三個直線軸和A、 C兩個旋轉軸的位置來進行控制時的動作說明圖。此時，作為加工程序，使用圖4所示的程序。
在圖4中，左側記載的是加工程序，右側記載的是該加工程序的說明。
"G43.8"表示切削點指令的代碼,"HOI"表示刀具長度補償號碼為"Ol"(即, 使用由該刀具長度補償號碼表示的刀具長度補償量)，"D01"表示刀具半徑補償號碼為"01"(即，使用由該刀具半徑補償號碼表示的刀具半徑補償量)。此外，"X—Y_Z—A—C_I—J—K—"是切削點指令塊，"X—Y—Z_"是表示直角坐標系上的X、 Y、 Z軸上的切削點的位置的切削點指令，"A—C」，是刀具方向指令，
"I—J—K一"是表示在切削點的切削面垂直方向的指令。此外，"G49"是取消基于該切削點指令的加工控制，使其結束的指令。
此外，針對每個補償號碼，對刀具半徑補償量TR、刀具長度補償量TL, 以及后述的拐角R補償量CR進行了參數設定。圖5表示該刀具補償量設定例。此外，當拐角R補償量CR被設定為"0.0"時，表示沒有拐角R,意味著刀具為方形端銑刀。此外，在對拐角R補償量CR設定了與刀具半徑補償量TR 相同的數值時，意味著該刀具為球頭端銑刀。在圖5所示的例子中，補償號碼
"01"意味著球頭端銑刀，補償號碼"02"意味著圓角端銑刀，補償號碼"03" 意味著方形端銑刀。
控制裝置從加工程序讀入一個塊的指令(X， Y, Z, A， C， I, J， K)。然后，將該讀入的塊切削點指令(X， Y, Z)作為本次塊的終點的切削點指令
(XE， YE, ZE)，將該塊的前一個塊中所讀入的塊切削點指令(X， Y, Z) 作為在本次塊的起點的切削點指令(XS, YS, ZS)。同樣地，把從加工程序讀入的切削面垂直方向指令(I, J， K)作為本次塊的終點的切削面垂直方向指令(IE， JE， KE)，將該塊的前一個塊中所讀入的切削面垂直方向指令(1， J， K)作為在本次塊的起點的切削面垂直方向指令(IS, JS, KS)。(1) 從在該塊起點的切削點指令(XS, YS, ZS)的位置到在塊終點的切削點指令(XE, YE, ZE)的位置，在每個插補周期進行插補處理，分別求出切削點插補位置(Xt， Yt， Zt)。
(2) 同樣地，從在塊起點的切削面垂直方向指令(IS， JS, KS)到在塊終點的切削面垂直方向指令(IE， JE, KE),在所述每個插補周期進行插補處理，分別求出(即，在切削點插補位置(Xt， Yt， Zt)的)切削面垂直方向插補矢量(It， Jt, Kt)。此外，該切削面垂直方向插補矢量(It， Jt, Kt)作為單位矢量被求出。
(3) 對切削面垂直方向插補矢量(It， Jt， Kt)乘以刀具半徑補償量TR (進行了參數設定)，來求出刀具半徑補償矢量(TCx, TCy, TCz)。
(4) 根據在讀入的塊的起點和終點的刀具方向指令A, C,求出在塊起點的刀具方向矢量(TSx, TSy, TSz)、在塊終點的刀具方向矢量(TEx, TEy, TEz)。當把在塊起點的刀具方向指令設為AS、 CS，把在塊終點的刀具方向指令設為AE、 CE時，求得
TSx= - cos ( CS ) sin ( AS ) TSy= - sin ( CS ) sin ( AS ) TSz=cos ( AS ) TEx= - cos ( CE) sin ( AE ) TEy= - sin ( CE) sin ( AE) TEz=cos (AE)
(5) 從在塊起點的刀具方向矢量(TSx, TSy， TSz)到在塊終點的刀具方向矢量(TEx, TEy， TEz)進行插補處理，來求出刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)。此外，該刀具方向插補矢量(Ttx， Tty， Ttz)還作為單位矢量被求出。
(6) 對刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)乘以從刀具長度補償量TL 中減去了刀具半徑補償量TR后的值(TL-TR)，來求出刀具長度補償矢量
(TLx, TLy， TLz)。
(7) 對切削點插補位置(Xt, Yt, Zt)加上刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)以及刀具長度補償矢量(TLx， TLy， TLz),來求出直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc)。該直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc)是每個插補周期的直線軸(X, Y， Z軸)的移動位置。
(8)將刀具方向矢量(Ttx， Tty, Ttz)轉換為旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)。該轉換后的旋轉軸控制點位置(Ac, Cc)是每個插補周期的旋轉軸(A, C軸)的移動位置。
Ac=arccos ( Ttz)
Cc=arctan (Tty/Ttx)
通過以上處理，求出每個插補周期的直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc) 以及旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)，對驅動各軸的驅動伺服電動機進行驅動控制來移動到該位置，由此來進行加工。 (方形端銑刀)
圖6是使用刀具1為方形端銑刀時，在每個插補周期求出基于切削點指令的直線軸控制點位置以及旋轉軸控制點位置的處理的說明圖。此時的加工程序與圖4所示的加工程序等同，指示刀具長度補償號碼("H03")以及刀具半徑補償號碼("D03"),在圖5所示的刀具補償量設定例中選擇補償號碼03,拐角R補償量CR為"0.0"所以指定了方形端銑刀。
(1) 控制裝置從加工程序讀入一個塊的指令(X， Y， Z, A， C, I, J, K)，從在該塊起點的切削點指令(XS， YS, ZS)的位置到在塊終點的切削點指令(XE， YE, ZE)的位置，在每個插補周期進行插補處理，分別求出切削點插補位置(Xt， Yt， Zt)。
(2) 從在塊起點的切削面垂直方向指令(IS， JS, KS)到在塊終點的切削面垂直方向指令(IE, JE, KE),在每個插補周期進行插補處理，分別求出切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)。此外，該切削面垂直方向插補矢量(It， Jt， Kt)作為單位矢量被求出。
(3) 根據讀入的塊中的在起點和終點的刀具方向指令A、 C，求出在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz)、在塊終點的刀具方向矢量(TEx, TEy， TEz)。該求得方法與球頭端銑刀的(4)中記載的求得方法相同。
(4) 從在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy， TSz)到在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz)進行插補處理，來求出刀具方向插補矢量(Ttx,Tty, Ttz)。此外，該刀具方向插補矢量(Ttx， Tty， Ttz)還作為單位矢量被求出。
(5) 在刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)和切削面垂直方向插補矢量 (It, Jt， Kt)所形成的平面上，使刀具方向插補矢量(Ttx, Tty， Ttz)旋轉
90° ,然后對其乘以刀具半徑補償量TR來求出刀具半徑補償矢量(TCx，TCy, TCz)。以下，對使該刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)旋轉90。的方法進行說明。
首先，求出刀具方向插補矢量(Ttx, Tty， Ttz)和切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)的外積矢量(Vx, Vy, Vz)。
(Vx， Vy, Vz) = (Ttx, Tty, Ttz) x (it, jt, Kt)
該外積矢量(Vx， Vy， Vz)是與刀具方向插補矢量(Ttx, Tty， Ttz)和切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)所形成的平面垂直的矢量。然后，求出該外積矢量(Vx, Vy, Vz)的單位矢量(VNx， VNy, VNz),圍繞該單位矢量(VNx， VNy, VNz)使刀具方向插補矢量(Ttx， Tty， Ttz)旋轉90° , 得到旋轉了 90°之后的刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)。此外，一般使某個矢量圍繞某個單位矢量旋轉某個角度的方法已經在"Computer Graphics" (DAVID RROGERS, J.ALANADAMS )等中進行了記載。
(6) 對刀具方向插補矢量(Ttx, Tty， Ttz)乘以刀具長度補償量TL，來求出刀具長度補償矢量(TLx, TLy, TLz )。
(7) 對切削點插補位置(Xt, Yt， Zt)加上刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)以及刀具長度補償矢量(TLx, TLy， TLz),來求出直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc)。該直線軸控制點位置(Xc, Yc, Zc)是插補周期的直線軸(X， Y， Z軸)的移動位置。
(8) 將刀具方向矢量(Ttx， Tty， Ttz)轉換為旋轉軸控制點位置(Ac, Cc)。該轉換后的旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)是每個插補周期的旋轉軸(A, C軸)的移動位置。該轉換方法與上述球頭端^l先刀情況下的方法相同。
通過以上處理，求出每個插補周期的直線軸控制點位置(Xc, Yc, Zc) 以及旋轉軸控制點位置(Ac, Cc),對驅動各軸的驅動伺服電動機進行驅動控制來移動到該位置，由此來進行加工。(圓角端銑刀)
圖7是使用刀具1為圓角端銑刀時，在每個插補周期求出基于切削點指令的直線軸控制點位置以及旋轉軸控制點位置的處理的說明圖。圖8表示此時的加工程序的例子，該加工程序與圖4所示的加工程序等同，在此，指示刀具長度補償號碼"H02"以及刀具半徑補償號碼"D02"，在圖5所示的刀具補償量設定例子中選擇補償號碼02,拐角R補償量CR為"2.0"所以指定了圓角端銑刀。其他與圖4所示的例子相同。
(1) 控制裝置從加工程序讀入塊的指令(X， Y， Z， A, C, I， J, K)，從在該塊起點的切削點指令(XS， YS, ZS)的位置到在塊終點的切削點指令
(XE， YE, ZE)的位置，在每個插補周期進行插補處理，分別求出切削點插補位置(Xt, Yt, Zt)。
(2) 從在塊起點的切削面垂直方向指令(IS， JS, KS)到在塊終點的切削面垂直方向指令(正，JE， KE)進行插補處理，分別求出每個插補周期的切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)。此外，該切削面垂直方向插補矢量(It, Jt, Kt)作為單位矢量被求出。
(3) 根據在讀入的塊的起點和終點的刀具方向指令A, C,求出在塊起點的刀具方向矢量(TSx, TSy， TSz),以及在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz)。該求得方法與球頭端銑刀的(4)中記載的求得方法相同。
(4) 從在塊起點的刀具方向矢量(TSx, TSy， TSz)到在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz )進行插補處理，來分別求出刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)。此外，該刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)還作為單位矢量凈皮求出。
(5) 對切削面垂直方向插補矢量(It, Jt, Kt)乘以拐角R補償量CR, 來求出拐角R補償矢量(CCx, CCy， CCz)。
(6) ^使刀具方向插補矢量(Ttx， Tty， Ttz)和切削面垂直方向插補矢量 (It， Jt， Kt)所形成的平面上的刀具方向4輛卜矢量(Ttx, Tty， Ttz)旋轉90。(旋轉方法與方形端銑刀的情況相同)，然后對該(旋轉卯。以后的)矢量乘以從刀具半徑補償量TR減去了拐角R補償量CR后的值(TR-CR),來求出刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)。(7) 對刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)乘以從刀具長度補償量TL 中減去了拐角R補償量CR后的值(TL - CR )，來求出刀具長度補償矢量(TLx, TLy， TLz)。
(8) 對切削點插補位置(Xt， Yt， Zt)加上拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)、刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)以及刀具長度補償矢量(TLx, TLy, TLz),來求出直線軸控制點位置(Xc， Yc， Zc )。該直線軸控制點位置
(Xc, Yc， Zc)是插補周期的直線軸(X， Y， Z軸)的移動位置。
(9) 將刀具方向矢量(Ttx， Tty, Ttz)轉換為旋轉軸控制點位置(Ac, Cc)。該轉換后的旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)是每個插補周期的旋轉軸(A， C軸)移動的位置。該轉換方法與上述球頭端4^刀情況下的方法相同。
如此，為了移動到在每個插補周期求出的直線軸控制點位置(Xc, Yc, Zc)以及旋轉軸控制點位置(Ac, Cc),對驅動各軸的驅動伺服電動機進行驅動控制，由此來進4亍力口工。
如上那樣，對于指示切削點列來進行加工時的直線軸(X, Y， Z軸)以及旋轉軸(A, C軸)進行上述的插補處理，根據每個插補周期的移動指令執(zhí) 行加工。在該加工的過程中，有時在上述奇異點附近控制變得不穩(wěn)定，或者切削過大。圖9是控制變得不穩(wěn)定的奇異點附近的說明圖。該例子是在切削點指令的指令間隔小，但控制點的移動距離大時的奇異點發(fā)生的控制變得不穩(wěn)定的例子(以下將該奇異點稱為奇異點1 )。該奇異點1在以下條件下產生。
(a) 在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz)和切削面垂直方向指令(IS， JS, KS)的方向(朝向)接近。
(b) 在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy， TSz)和在塊終點的刀具方向矢量(TEx, TEy, TEz)的方向接近。
(c) 在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy, TEz)和切削面垂直方向指令(正，JE， KE)的方向接近，并且作為與這些矢量形成的面垂直的矢量的外積矢量(Vx, Vy, Vz)和作為與在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz) 和切削面垂直方向指令(IS, JS， KS)形成的面相垂直的矢量的外積矢量(Vx， Vy， Vz)相比，方向相差較大(例如180°左右)。在圖9所示的例子中，如果在塊起點和終點使各矢量處于同一平面上，則塊起點的外積矢量(Vx， Vy，Vz)和塊終點的外積矢量(Vx, Vy, Vz)符號相反，相差180° 。結果，對于圍繞該外積矢量(Vx， Vy， Vz)的單位矢量使刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)旋轉90。求出的矢量乘以刀具半徑補償量TR而得到的刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)，也會根據外積矢量的較大的變化而進行大的變化(例如180°左右)。在圖9中表示了刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)變化了 180°左右的例子。
當以上的(a)、 (b)、 (c)的條件發(fā)生時，成為即使切削點(指令點)的間隔較小，對應的控制點(Xc, Yc, Zc)的動作也會較大的情況，發(fā)生圖9 舉例表示的狀態(tài)。在圖9表示的例子中，表示了在塊起點將刀具1的右側指示為切削點，但是在塊終點將刀具1的左側指示為切削點的情況，因此，在塊的中途產生刀具半徑補償量2倍左右的動作。因為刀具半徑補償矢量(TCx, TCy, TCz)如此較大地變化，所以控制點(Xc, Yc, Zc)變動，成為不穩(wěn)定的動作。
除了上述使用方形端銑刀進行加工之外，在使用圓角端銑刀進行加工時也會產生由于這樣的奇異點，控制動作變得不穩(wěn)定的情況。
然后，對于以下的情況進行說明切削點指令的位置間隔大，但加工該間隔時的控制點的移動小，在如同環(huán)狀移動的奇異點切削量變得過大(以下將該奇異點稱為奇異點2)。
圖10是在該奇異點2的動作說明圖。該奇異點產生的條件為以下條件。
(a) 在塊起點的直線軸控制點(Xc， Yc, Zc)的位置和在塊終點的直線軸控制點(Xc， Yc, Zc)的位置接近。(以下，用(XSc， YSc, ZSc)表示在塊起點的直線軸控制點，用(XEc， YEc, ZEc)表示在塊終點的直線軸控制點)。
(b) 在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy， TSz)和在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy, TEz)的方向接近。
(c) 在塊起點的切削點指令(XS， YS, ZS)和在塊終點的切削點指令 (XE, YE, ZE)的位置之間的距離大到某個程度，在塊起點的切削面垂直方
向指令(IS, JS, KS)和在塊終點的切削面垂直方向指令(IE， JE， KE)相比，其方向相差大。
在圖IO的例子中，在塊起點的切削面垂直方向指令(IS, JS, KS)和在塊終點的切削面垂直方向指令(IE, JE， KE)相比其方向相差大，并且在起點的刀具半徑補償矢量(TCSx， TCSy, TCSz)和在終點的刀具半徑補償矢量 (TCEx， TCEy, TCEz)的方向也相差較大。在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz)和在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz)的方向接近，在塊起點的刀具長度補償矢量(TLx, TLy， TLz)和在塊終點的刀具長度補償矢量(TLx， TLy, TLz)成為重合的狀態(tài)，對于切削點指令加上刀具半徑補償矢量、刀具長度補償矢量求得的直線軸的控制點位置成為小的環(huán)狀動作。在圖 IO所示的例子中，希望在指令塊中直線軸控制點不進行動作，但實際上成為由虛線箭頭記載的環(huán)狀動作。結果，存在以下問題發(fā)生向加工物的切削等。由于該切削點指令的指令間隔距離小、與此相對控制點的移動距離大的奇異點2而產生的過大切削的問題，在使用上述球頭端銑刀以外的方形端銑刀或圓角端銑刀時也會發(fā)生。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供可以防止所述奇異點附近的不穩(wěn)定動作或防止向加工物的切削的具有3個直線軸和2個旋轉軸的5軸加工機的控制方法。
在本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第一方式中，使用不具有拐角R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出各軸的控制點，將各軸驅動控制到該求出的控制點位置。該數值控制方法還包含以下步驟根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出切削點插補位置、切削面垂直方向插補矢量、刀具方向插補矢量、刀具半徑補償矢量以及刀具長度補償矢量；在切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得小于預先規(guī)定的第一設定值時，將本次插補周期的刀具半徑補償矢量作為在所述角變小的前一插補周期中計算出的刀具半徑補償矢量，將該刀具半徑補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，來求出直線軸控制點；以及在之后的每個插補周期的刀具半徑補償矢量的計算中，在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得大于所述第一設定值時，把所述角變大的后一插補周期中求出的所述刀具半徑補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，由此來求出直線軸控制點，使該求出的直線軸控制點按照預先指定的速度移動。根據這樣的數值控制方法，可以使動作不穩(wěn)定的奇異點附近的加工穩(wěn)定。
在本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第二方式中，使用具有拐角 R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據指示了切削點、切削面垂直方向以及刀具方向的加工程序，在每個插補周期求出各軸的控制點，將各軸驅動控制到該求出的控制點位置。該方法還包含以下步驟根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還才艮據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出切削點插補位置、切削面垂直方向插補矢量、刀具方向插補矢量、刀具半徑補償矢量、拐角R補償矢量以及刀具長度補償矢量；在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得小于預先規(guī)定的第一設定值時，將本次插補周期的所述刀具半徑補償矢量作為在所述角變小的前一插補周期中計算出的刀具半徑補償矢量，將該刀具半徑補償矢量、并且還將所述拐角R補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，來求出直線軸控制點；以及在之后的插補周期中，在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得大于所述第一設定值時，把該角變大的后一插補周期中求出的所述刀具半徑補償矢量、所述拐角R補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，由此來求出直線軸控制點，使該求出的直線軸控制點按照預先指定的速度移動。根據這樣的數值控制方法，可以使動作不穩(wěn)定的奇異點附近的加工穩(wěn)定。
在本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第三方式中，使用不具有拐角R部的銑刀或球頭端銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還才艮據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置。該方法還包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，視為在當前塊的終點的直線軸控制點等于在當前塊的起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作。根據這樣的數值控制方法，可以防止在直線軸環(huán)狀移動的奇異點附近產生過大的切削。
本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第四方式，取代所述第三方式的數值控制方法中的"視為在當前塊的終點的直線軸控制點等于在當前塊的起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作"，將其替換為"將當前塊的指令設為直線移動指令"。
在本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第五方式中，使用具有拐角 R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置。該方法還包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在
判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，視為在當前塊的終點的直線軸控制點等于在當前塊的起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作。根據這樣的數值控制方法，可以防止在直線軸環(huán)狀移動的奇異點附近產生過大的切削。
本發(fā)明的控制5軸加工機的數值控制方法的第六方式，取代所述第五方式的數值控制方法中的"視為在當前塊的終點的直線軸控制點等于在當前塊的起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作"，將其替換為"將當前塊的指令設為直線移動指令"。
本發(fā)明因為具有上述的結構，所以在具有3個直線軸和2個旋轉軸的5 軸加工機中，可以防止在切削點指令的指令間隔距離小、但直線軸的控制點的移動距離大這樣的奇異點產生的動作不穩(wěn)定。此外，可以防止在切削點指令的位置間隔大、但加工該間隔時的控制點的移動小這樣的奇異點產生的切削量過大。

通過參照附圖對以下的實施例進行說明，本發(fā)明的上述以及其他目的以及
特征將會變得明確。在這些附圖中
圖1說明在5軸加工機中，作為刀具使用球頭端銑刀時所指示的切削點和所控制的刀具位置的關系。
圖2以方形端銑刀為例，說明一般的切削點指令中的切削點和控制點的關系。
圖3說明作為刀具使用球頭端銑刀時，根據切削點指令求出X、 Y、 Z三個直線軸和A、 C兩個; 走轉軸的位置來進行控制時的動作。
圖4表示基于作為刀具而指定了球頭端銑刀的切削點指令的程序例。圖5表示刀具補償量的設定例子。
圖6說明在使用的刀具為方形端銑刀時，根據切削點指令求出X、 Y、 Z 三個直線軸和A、 C兩個旋轉軸的位置來進行控制時的動作。
圖7說明在使用的刀具為圓角端銑刀時，根據切削點指令求出X、 Y、 Z 三個直線軸和A、 C兩個旋轉軸的位置來進行控制時的動作。圖8表示基于作為使用的刀具而指定了圓角端銑刀的切削點指令的程序例。
圖9是動作變得不穩(wěn)定的奇異點附近的說明圖。圖IO是產生過大的切削的奇異點附近的說明圖。
圖11是作為實施本發(fā)明的數值控制方法的控制裝置的數值控制裝置的關鍵部位的方框圖。
圖12說明本發(fā)明的數值控制方法的第一實施方式中的、奇異點的檢測處理以及檢測到奇異點時的用于避免不穩(wěn)定動作的處理。
圖13是表示本發(fā)明的數值控制方法的第一實施方式中，以奇異點檢測處理和防止該奇異點附近的動作不穩(wěn)定的處理為中心的算法的、每個插補周期的處理流程圖。
圖14說明本發(fā)明的數值控制方法的第二實施方式中的、奇異點的檢測處理以及檢測到奇異點時的用于避免不穩(wěn)定動作的處理。
圖15是表示本發(fā)明的數值控制方法的第二實施方式中，以奇異點檢測處理和防止該奇異點附近的動作不穩(wěn)定的處理為中心的算法的、以塊為單位進行的處理的流程圖。
具體實施例方式
圖11是作為實施本發(fā)明的控制裝置的一個實施方式的數值控制裝置的關鍵部位的方框圖。
CPU11是整體控制數值控制裝置10的處理器。該處理器11經由總線20 分別與存儲器12、顯示裝置13、鍵盤等輸入單元14、接口 15、驅動控制各軸的伺服電動機的各軸的軸控制電路16、驅動控制主軸的主軸控制電路18等連接。存儲器12由ROM、 RAM、 FRAM等構成。處理器11經由總線20讀出在存儲器12中存儲的系統程序，根據該讀出的系統程序控制整個數值控制裝置。而且，在存儲器12中存儲經由接口 15讀入的由切削點指令構成的程序等加工程序、或經由顯示裝置13以及輸入單元14輸入的各種加工程序或各種設定數據等各種數據。此外，關于本發(fā)明，圖11所示的數值控制裝置與現有的控制裝置的不同點在于，在存儲器12中存儲有用于檢測上述奇異點1和奇異點2的附近來防止不穩(wěn)定的動作或防止過大切削的軟件。
各軸的軸控制電路16取得來自處理器11的各軸的移動指令量、以及來自分別內置于各軸的伺服電動機22中的位置/速度檢測器的位置以及速度的反饋信號，進行位置以及速度的反饋控制，將各軸的指令輸出給伺服放大器17。祠服放大器17取得該指令，驅動機床(控制對象)的各軸(X軸、Y軸、Z 軸、A軸、C軸)各自的伺服電動機22。此外，在圖11中，關于位置以及速度的反饋，省略了圖示。
此外，主軸控制電路18取得來自處理器11的主軸旋轉指令、來自對主軸的旋轉速度進行檢測的速度檢測器的速度反饋，進行速度的反饋控制，對主軸放大器19輸出主軸速度信號。主軸放大器19取得主軸速度信號，使主軸電動機23按照所指示的旋轉速度旋轉。
上述數值控制裝置的硬件結構與現有的相同，不同點在于在存儲器12內新追加存儲了用于4企測上述奇異點1以及奇異點2的附近來防止不穩(wěn)定的動作或過大切削的軟件。
首先，參照圖12以及圖13,對消除奇異點1附近的動作不穩(wěn)定的、本發(fā)
明的數值控制方法的第一實施方式進行說明。
圖12說明奇異點1的^企測處理、和檢測到奇異點1時的避免不穩(wěn)定動作的處理。
如上所述，當求出了切削面垂直方向插補矢量(It, Jt, Kt),并且求出刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)時，求出這兩個矢量所成的角度a,判斷該角度a是否小于預先參數設定的值(Prm( a))。該角度a小于設定值(Prm( a)) 意味著方形端銑刀或圓角端銑刀的尖端平面和加工平面為近似平行的狀態(tài)，滿足上述奇異點1產生的條件(a) (c)的可能性高，為奇異點1的附近的可能性高。因此，當檢測到所述角度a小于設定值(Prm (a))時，將刀具半徑補償矢量(TCx, TCy, TCz)作為上次插補周期中的(前一插補周期的)刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz)(以下，將該前一個插補周期的刀具半徑補償矢量表示為(TCOx, TC0y， TC0z))，求出直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc)以及旋轉軸控制點位置(Ac, Cc)來控制各軸。
如同上述關于圖9說明的那樣，當刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz) 較大地變化時，控制點(Xc， Yc, Zc)變化而成為不穩(wěn)定的動作。因此，通過如此將刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)作為上次插補周期中的(前一插補周期的)刀具半徑補償矢量(TCOx， TCOy， TCOz),使刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)不發(fā)生變化。結果，奇異點1消除，動作的不穩(wěn)定被消除。
此外，關于切削面垂直方向插補矢量(It， Jt, Kt)和刀具方向插補矢量 (Ttx, Tty， Ttz)所成的角度a是否小于設定值(Prm (a))，求出切削面垂直方向插補矢量(It, Jt, Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx， Tty， Ttz)的內積，根據該求出的內積進行判定。即，作為cos (a) = (Ttx, Tty， Ttz)'(It, Jt, Kt),如果cos (a) >cos (Prm (a))成立，則判斷為角度a小于設定值(Prm (a))。
而且，在本實施方式中，在一旦視為奇異點1的附近，使用了前一個插補周期的刀具半徑補償矢量(TC0x， TCOy， TCOz)之后，在判斷為所述角度a變?yōu)榇笥谠O定值(Prai (a))、消除了奇異點1時，恢復為使用通常的刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz)來求出控制點的位置的處理。在該恢復時，可以選擇將控制點的移動速度作為指示的速度(方式1 )或作為最大速度(方式2)的兩個方式中的某一方式。
圖13是表示該第一實施方式中的以奇異點1的檢測處理以及防止該奇異點附近的動作不穩(wěn)定的處理為中心的算法的、每個插補周期的處理流程圖。
首先，與現有技術相同，數值控制裝置的處理器11從加工程序中讀入1 個塊的指令(X， Y， Z， A， C, I， J， K)，并且與現有技術相同地進行插補處理，求出
切削點插補位置(Xt, Yt, Zt)、
切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)、
刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)、
刀具半徑補償矢量(TCx, TCy, TCz)以及
刀具長度補償矢量(TLx, TLy, TLz)。
而且，在指定了圓角端銑刀時，除了上述的位置以及矢量之外，還求出拐角R補償矢量(CCx, CCy， CCz)(步驟al)。
在每個周期求出上述位置、矢量這一點上與現有技術相同。
然后，判斷由程序指定的刀具是否為球頭端銑刀(步驟a2)。在指定了球頭端銑刀時，因為不會發(fā)生該奇異點1的現象，所以移至步驟a7，與現有技術相同地求出直線軸控制點位置以及旋轉軸控制點位置，對各軸控制電路16 輸出向該求出的各軸位置的移動指令，對各軸的伺服電動機22進行驅動控制。
另一方面，在步驟a2中指示的刀具為(不是球頭端銑刀)方形端銑刀或圓角端銑刀時，移至步驟a3,判斷切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)的內積值是否大于通過參數設定的值(Prm (a))的余弦值cos (Prm (a)),由此來判斷切削面垂直方向插補矢量(It， Jt， Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)所成的角度a是否小于設定值 (Prm ( a))。
即，作為cos (a) = (Ttx， Tty, Ttz) '(It, Jt, Kt)，如果cos (a) >cos (Prm(a))成立，則判斷為a < (Prm ( a)),另一方面，如果cos(a)〈cos(Prm(a))成立，則判斷為a > Prm ( a )。
當判斷為所述角度a不小于設定值Prm (a)(即，a 2 Prm (a))時，然后判斷標志FA是否已^f皮設置為"1"(步驟a8)。此外，標志FA在初始設定中被設定為"0"。
如果標志FA不是"l",將切削點的速度設為由程序指示的速度(步驟a12 )。然后，在存儲前一插補周期的刀具半徑補償矢量(TC0x， TC0y, TC0z)的寄存器中(在指定了圓角端銑刀時，還在存儲前一插補周期的拐角R補償矢量 (CCOx, CC0y， CC0z)的寄存器中)存儲本次處理周期的在步驟al中求出的刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz)以及拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)。
然后，求出直線軸控制點位置以及旋轉軸控制點位置。
即，在指定刀具為方形端銑刀時，對切削點插補位置(Xt， Yt， Zt)加上刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)以及刀具長度補償矢量(TLx, TLy, TLz)來求出直線軸控制點位置(Xc, Yc, Zc)，此外，根據刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)求出旋轉軸控制點位置(Ac， Cc )。
另一方面，在指定刀具為圓角端銑刀時，對切削點插補位置(Xt, Yt， Zt)加上拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)、刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)以及刀具長度補償矢量(TLx， TLy, TLz)來求出直線軸控制點位置(Xc， Yc, Zc)，此外，根據刀具方向插補矢量(Ttx, Tty， Ttz)求出旋轉軸控制點位置(Ac, Cc)(步驟a7)。
對各軸控制電路16輸出向如此求出的各軸位置的移動指令，對各軸的伺服電動機22進行驅動控制。
另一方面，在步驟a3中判斷為切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)所成的角度a小于設定值(Prm (a)) (a <Prm(a))時，將標志FA設置為"1"(步驟a4),將寄存器中存儲的前一插補周期的刀具半徑補償矢量(TCOx, TCOy, TCOz)作為本次插補周期的刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz)，將前一插補周期的拐角R補償矢量(CCOx， CCOy, CCOz)作為本次插補周期的拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)(步驟a5 )。然后，執(zhí)行上述步驟a6的處理，將本次插補周期中使用的刀具半徑補償矢量(TCx, TCy， TCz)以及拐角R補償矢量(CCx, CCy, CCz)存儲在寄存器中，作為下一插補周期中的"前一插補周期的刀具半徑補償矢量(TC0x， TC0y， TC0z)、拐角R補償矢量(CC0x, CC0y, CC0z)"。
然后，執(zhí)行上述步驟a7的處理，求出直線軸控制點位置(Xc， Yc， Zc) 以及旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)。此時，因為在步驟a5中作為刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)、拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)分別采用前一插補周期的刀具半徑補償矢量(TC0x, TC0y， TC0z)、前一插補周期的拐角R補償矢量(CC0x， CC0y， CC0z)，所以使用它們求出直線軸控制點位置(Xc， Yc， Zc)以及旋轉軸控制點位置(Ac， Cc)。結果，拐角R補償矢量(CCx， CCy, CCz)和刀具半徑補償矢量(TCx， TCy， TCz)穩(wěn)定，消除了奇異點l，可以防止不穩(wěn)定的動作。此外，刀具半徑補償矢量(TCx, TCy, TCz)較大地變化對于直線軸控制點位置(Xc, Yc, Zc)的不穩(wěn)定影響很大，所以在此，刀具半徑補償矢量(TCx， TCy, TCz)的穩(wěn)定特別重要。
于是，只要在步驟a3中判斷出切削面垂直方向插補矢量(It, Jt, Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx， Tty, Ttz)所成的角度a小于所設定的值(Prm(a))
(即，a<Prm (a))(判斷為"是")，就在每個插補周期執(zhí)行步驟al 步驟a7 的處理，為了使切削面垂直方向插補矢量(It, Jt， Kt)和刀具方向插補矢量
(Ttx, Tty, Ttz)所成的角度a不小于所設定的值(Prm (a))，求出直線軸控制點位置(Xc， Yc， Zc)以;SJ走轉軸控制點位置(Ac， Cc)，進行控制以使各軸移動到該位置。
在步驟a3中判斷出切削面垂直方向插補矢量(It， Jt， Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx, Tty, Ttz)所成的角度a大于所設定的值(Prm(a))(即，a>Prm
(a))(判斷為"否，，)，然后在步驟a8中判斷出標志FA為"1"時(雖然在之前的插補周期判斷為所述角度a小于設定值(Prm (a))，但在本次插補周期判斷為論(Prm (a))時)，將標志FA設置為"0"(步驟a9 )，然后判斷設定參數(Prm (BF))是否已被設定為"1"(步驟a10)。
'該設定參數(Prm (BF))作為使用的切削點的移動速度，選擇所指示的速度或最大速度。在該設定參數(Prm (BF))被設定為"1"時，切削點的移動速度選擇所指示的速度(步驟al2)。另一方面，在設定參數(Prm ( BF )) 被設定為"0"時，切削點的移動速度變更為各軸中的任意一個軸不超過通過參數設定的最大速度的范圍內的最大速度(步驟all)。將該切削點的速度從指令速度變更為最大速度的理由是，在臨時視為奇異點1的附近之后判定出實際不是奇異點1時的插補周期中，可能以急劇的速度移動，考慮不以這樣過大的速度移動。
如此變更或者維持切削點的速度，移至步驟a6。
在下一次的插補周期中，在步驟al中，以該設定的速度執(zhí)行插補處理來求出各數據，但是在通過上次插補周期中的步驟all的處理將切削點的速度變更為最大速度時，以該最大速度進行插補處理來求出各數據。
在該下一次的周期中，因為標志FA在步驟a9中祐:設置為"0",所以從步驟a8移至步驟a12,使速度返回通常指令的速度。
圖14說明本發(fā)明的數值控制方法的第二實施方式所實施的、奇異點2的沖企測處理和一全測到奇異點2時的避免切削過大的動作的處理。
該第二實施方式記載了使用的刀具為球頭端銑刀的例子。此外，在該圖 14中，因為在塊起點的刀具長度補償矢量(TLSx, TLSy, TLSz)和在塊終點的刀具長度補償矢量(TLEx, TLEy， TLEz )在奇異點2附近近似，所以為了方便而使用相同的箭頭、位置進行表示。同樣地，因為在塊起點的直線軸控制點(XSc, YSc, ZSc)與在塊終點的直線軸控制點(XEc, YEc， ZEc)在奇異點2附近近似，所以為了方便而使用相同的箭頭、位置進行表示。
圖15是表示該第二實施方式的以奇異點2的檢測處理和防止該奇異點附近的動作不穩(wěn)定的處理為中心的算法的、以塊為單位進行的處理的流程圖。
在該第二實施方式中，根據在塊起點的直線軸控制點(XSc, YSc， ZSc) 的位置與在塊終點的直線軸控制點(XEc， YEc, ZEc)的位置之間的距離，以及在塊起點的切削點指令(XS, YS, ZS)的位置與在塊終點的切削點指令 (XE, YE， ZE)的位置之間的距離，判斷是否為該奇異點2的附近。在為奇異點的附近時，停止當前塊的直線軸控制點的移動，或者使當前塊的移動為直線移動，由此來防止因奇異點2而產生的過大切削等。
(A)為此，預先將用于判斷在塊起點的直線軸控制點(XSc， YSc， ZSc)和在塊終點的直線軸控制點(XEc， YEc, ZEc)的距離CD是否較小的基準通過參數設定為設定值(Prm (C))。此外，預先將用于判斷在塊起點的切削點指令(XS， YS, ZS)和在塊終點的切削點指令(XE， YE， ZE)的距離PD 是否較大的基準通過參數設定為設定值(Prm (P))。然后，判斷距離CD是否小于設定值(Prm (C)),以及判斷距離PD是否大于設定值(Prm (P))來判斷是否為奇異點2。
(B)此外，作為判別奇異點2的其他方法，預先將用于判斷在塊起點的直線軸控制點(XSc， YSc, ZSc)和在塊終點的直線軸控制點(XEc， YEc, ZEc)的距離CD與在塊起點的切削點指令(XS, YS, ZS)和在塊終點的切削點指令(XE， YE, ZE)的距離PD的比值(CD/PD)是否較小的基準值通過參數設定為設定值(Prm (R))。
并且，可以選擇通過所述(A)或者(B)的某個方法進行奇異點2的判別，該選擇也可以通過參數進行設定。在該設定的值(Prm (SB)) =0時，通過所述(A)的方法(即，通過距離CD以及距離PD小于或大于分別設定的設定值的判斷)判別是否為奇異點2。另一方面，在設定值(Prm (SB)) =1 時，通過所述(B)的方法(即，通過CD/PD是否小于設定值的判斷)判別是否為奇異點2。
而且，在本實施方式中，在視為奇異點2的附近時，選擇使在塊終點的直線軸控制點位置(XEc， YEc， ZEc)與在塊起點的直線軸控制點位置(XSc, YSc, ZSc)相同，不產生直線軸控制點的動作，或者關于直線軸，選擇從塊起點的直線軸控制點位置(XSc， YSc, ZSc)到塊終點的直線軸控制點位置 (XEc, YEc， ZEc)的移動動作成為直線動作。通過參數設定該選擇，在設定的值(Prm(B4)hO時，不產生直線軸控制點的動作，在設定值(Prm ( B4 )) =1時，選擇直線移動。此外，還可以代替使用通過參數設定的設定值，而使用程序指令或信號來進行上述選擇。
讀取指令塊，求出所讀取的塊的起點的切削點指令(XS， YS， ZS)以及切削面垂直方向指令(IS， JS， KS )。對于在塊起點的切削面垂直方向指令(IS, JS， KS)乘以刀具半徑補償量TR，求出在塊起點的刀具半徑補償矢量(TCSx, TCSy, TCSz)。此外，將切削面垂直方向指令(IS， JS， KS)作為單位矢量。此外，根據所指示的在塊起點以及在塊終點的刀具方向指令A、 C,求出在塊起點的刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz)。對求出的在塊起點的刀具方向矢量 (TSx， TSy， TSz)乘以(刀具長度補償量TL -刀具半徑補償量TR)，來求出在塊起點的刀具長度補償矢量(TLSx, TLSy, TLSz )。對在塊起點的切削點指令(XS, YS， ZS)加上在塊起點的刀具半徑補償矢量(TCSx, TCSy, TCSz)和在塊起點的刀具長度補償矢量(TLSx, TLSy, TLSz),求出在塊起點的直線軸控制點(XSc, YSc, ZSc)(步驟bl)。
在該起點求出直線軸控制點(XSc， YSC， ZSc)的處理與求出上述插補點的直線軸控制點(Xc， Yc， Zc)時的處理為相同的方法，省略其詳細的說明。
然后，求出在塊終點的切削點指令(XE, YE, ZE)以及切削面垂直方向指令(IE, JE， KE)。對在該塊終點的切削面垂直方向指令(IE, JE， KE)乘以刀具半徑補償量TR，求出在塊終點的刀具半徑補償矢量(TCEx, TCEy, TCEz)。此外，將切削面垂直方向指令(IE, JE, KE)作為單位矢量。根據所指示的在塊起點以及在塊終點的刀具方向指令A、 C,求出在塊終點的刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz)。對該在塊終點的刀具方向矢量(TEx, TEy, TEz) 乘以(刀具長度補償量TL-刀具半徑補償量TR)，來求出在塊終點的刀具長度補償矢量(ILEx, TLEy， TLEz)。
對在塊終點的切削點指令(XE, YE, ZE)加上在塊終點的刀具半徑補償矢量(TCEx， TCEy, TCEz)和在塊終點的刀具長度補償矢量(TLEx, TLEy, TLEz)，求出在塊終點的直線軸控制點(XEc， YEc, ZEc)(步驟b2)。
此外，在該終點求出直線軸控制點(XEc， YEc, ZEc)的處理與上述求出插補點的直線軸控制點(Xc, Yc， Zc)的處理相同，省略詳細的說明。
此外，因為一個塊的終點是下一個塊的起點，所以在塊的終點求出的數據可以用作下一個塊的起點的數據。因此，從下一個塊開始，步驟bl的處理可以將前一周期的步驟b2中求出的塊的終點的各數據置換為當前塊的起點數據。
然后，求出在塊起點的直線軸控制點(XSc， YSc， ZSc)和在塊終點的直線軸控制點(XEc, YEc， ZEc)之間的距離CD、以及在塊起點的切削點指令(XS, YS, ZS)和在塊終點的切削點指令(XE, YE, ZE)之間的距離PD (步驟b3 )。
然后，判斷設定參數(Prm (SB))的值是否為"0"(步驟b4 )，如果被設定為"0",則判斷距離CD以及PD大于還是小于分別設定的設定值。為此，首先判斷所求出的在塊起點以及終點的直線軸控制點之間的距離CD是否小于設定值(Prm (C))(步驟b5)。在距離CD為設定值(Prm (C))以上時，結束本次的處理。另一方面，在距離CD小于設定值(Prm (C))時，然后判斷在塊起點以及終點的切削點指令間的距離PD是否大于設定值(Prm (P)) (步驟b6)。在距離PD為設定值(Prm (P))以下時，結束本次的處理。另一方面，在距離PD大于設定值(Prm (P))時，判別為奇異點2的附近，移至步驟b7。
即，在塊起點、終點的直線軸控制點間的距離CD小，在塊起點、終點的切削點指令間的距離PD大時，判定基于該塊的指令的加工是奇異點2附近的加工。
另一方面，在設定參數(Prm ( SB ))的值被設定為'T，時，判別距離 CD和PD的比值(CD/PD)是否小于設定值(Prm (R)),在不小于時，認為不是奇異點2的附近，結束本次的處理。另一方面，在距離CD和PD的比值 (CD/PD)小于設定值(Prm (R))時，判別為基于當前塊的加工是奇異點2 附近的加工，移至步驟b7。
在如此判別為奇異點2的附近時，在步驟b7判別設定值(Prm ( B4 ))是否被設定為"1"。在設定值(Prm (B4)) =0時，將當前塊終點的直線軸控制點位置(XEc， YEc， ZEc)設為在當前塊起點的直線軸控制點位置(XSc, YSc， ZSc)(步驟b8)。結果，在執(zhí)行了當前塊的插補處理時，不產生向直線軸X、 Y、 Z軸的移動指令。另一方面，在設定參數(Prm(B4))被設定為"1" 時，對于當前塊中的直線軸，作為從在塊起點的直線軸控制點位置(XSc， YSc， ZSc)向在塊終點的直線軸控制點位置(XEc, YEc, ZEc)的移動指令，指示直線動作(步驟b9)。由此，不會產生環(huán)狀的不穩(wěn)定的動作，可以防止向加工物過大的切削。
在上述第二實施方式中，說明了作為刀具而使用球頭端銑刀的例子，該奇異點2的現象在使用的刀具為方形端銑刀或圓角端銑刀時也會產生。因此，在使用刀具為方形端銑刀或圓角端銑刀時，也同樣地;險測奇異點2附近，進行相同的處理，由此可以防止發(fā)生環(huán)狀的不穩(wěn)定的動作，防止向加工物的過大的切削。
在使用的刀具不是球頭端銑刀，而使用方形端銑刀或圓角端銑刀時，僅圖 15中的步驟bl、步驟b2中求出的數據不同，步驟b3以下的處理相同。在為方形端銑刀時，求出在起點的以下數據切削點指令(XS, YS, ZS); 切削面垂直方向指令(IS， JS， KS); 刀具半徑補償矢量(TCSx， TCSy， TCSz); 刀具方向矢量(TSx, TSy， TSz); 刀具長度補償矢量(TLSx， TLSy， TLSz); 直線軸控制點(XSc, YSc， ZSc);
(XSc， YSc， ZSc) = (XS， YS， ZS) + (TCSx, TCSy， TCSz) + (TLSx, TLSy， TLSz);
并且求出在終點的以下數據切削點指令(XE， YE， ZE); 切削面垂直方向指令(IE， JE, KE); 刀具半徑補償矢量(TCEx, TCEy， TCEz); 刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz); 刀具長度補償矢量(TLEx, TLEy， TLEz); 直線軸控制點(XEc， YEc， ZEc);
(XEc， YEc， ZEc) = (XE， YE, ZE) + (TCEx， TCEy， TCEz) + ( TLEx， TLEy, ILEz)。
此外，在塊起點、終點的刀具半徑補償矢量、刀具方向矢量以及刀具長度補償矢量的求得方法，與在圖6中說明的求出在插補點的刀具半徑補償矢量、刀具方向矢量以及刀具長度補償矢量的方法相同，省略說明。
在為圓角端銑刀時，求出在起點的以下數據切削點指令(XS， YS, ZS); 切削面垂直方向指令(IS, JS， KS); 拐角R補償矢量(CCSx， CCSy， CCSz); 刀具半徑補償矢量(TCSx， TCSy， TCSz); 刀具方向矢量(TSx， TSy, TSz); 刀具長度補償矢量(TLSx， TLSy, TLSz); 直線軸控制點(XSc, YSc, ZSc);
(XSc， YSc, ZSc) = (XS， YS， ZS ) + ( CCSx, CCSy, CCSz) + (TCSx， TCSy, TCSz) + ( TLSx， TLSy， TLSz); 并且求出在終點的以下數據切削點指令(XE， YE, ZE); 切削面垂直方向指令(IE， JE, KE); 拐角R補償矢量(CCEx， CCEy, CCEz); 刀具半徑補償矢量(TCEx， TCEy， TCEz); 刀具方向矢量(TEx， TEy， TEz); 刀具長度補償矢量(TLEx, TLEy, TLEz); 直線軸控制點(XEc, YEc， ZEc);
(XEc, YEc, ZEc) = (XE, YE， ZE) + (CCEx， CCEy， CCEz) + (TCEx， TCEy， TCEz) + (TLEx, TXEy， TLEz)。
此外，在塊起點、終點的拐角R補償矢量、刀具半徑補償矢量、刀具方向矢量以及刀具長度補償矢量的求得方法，與在圖7中說明的求出在插補點的刀具半徑補償矢量、刀具方向矢量、以及刀具長度補償矢量的方法相同，省略說明。
權利要求
1.一種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用不具有拐角R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出各軸的控制點，將各軸驅動控制到該求出的控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出切削點插補位置、切削面垂直方向插補矢量、刀具方向插補矢量、刀具半徑補償矢量以及刀具長度補償矢量；在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得小于預先規(guī)定的第一設定值時，將本次插補周期的刀具半徑補償矢量作為在所述角變小的前一插補周期中計算出的刀具半徑補償矢量，將該刀具半徑補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，來求出直線軸控制點；以及在之后的每個插補周期的刀具半徑補償矢量的計算中，在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得大于所述第一設定值時，把所述角變大的后一插補周期中求出的所述刀具半徑補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，由此來求出直線軸控制點，使該求出的直線軸控制點按照預先指定的速度移動。
2. —種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用具有拐角R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據指示了切削點、切削面垂直方向以及刀具方向的加工程序，在每個插補周期求出各軸的控制點，將各軸驅動控制到該求出的控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出切削點插補位置、切削面垂直方向插補矢量、刀具方向插補矢量、刀具半徑補償矢量、拐角R補償矢量以及刀具長度補償矢量；在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得小于預先規(guī)定的第一設定值時，將本次插補周期的所述刀具半徑補償矢量作為在所述角變小的前一插補周期中計算出的刀具半徑補償矢量，將該刀具半徑補償矢量、并且還將所述拐角R補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，來求出直線軸控制點；以及在之后的插補周期中，在所述切削面垂直方向插補矢量和所述刀具方向插補矢量所成的角變得大于所述第一設定值時，把所述角變大的后一插補周期中求出的所述刀具半徑補償矢量、所述拐角R補償矢量以及所述刀具長度補償矢量與所述切削點插補位置相加，由此來求出直線軸控制點， -使該求出的直線軸控制點按照預先指定的速度移動。
3. 根據權利要求1或2所述的5軸加工機的數值控制方法，其特征在于，所述指定的速度或者是由程序指示的切削點的移動速度，或者是不超過各個軸中的任意一個軸通過參數設定的最大速度的范圍內的最大速度。
4. 一種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用不具有拐角R部的銑刀或球頭端銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，視為在當前塊的終點的直線軸控制點等于在當前塊的起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作。
5. —種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用不具有拐角R部的銑刀或球頭端銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，將當前塊的指令設為直線移動指令。
6. —種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用具有拐角R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，視為在當前塊終點的直線軸控制點等于在當前塊起點的直線軸控制點，不產生基于當前塊的指令的直線軸動作。
7. —種數值控制方法，其對具有3個直線軸以及2個旋轉軸的5軸加工機進行控制，該5軸加工機使用具有拐角R部的銑刀，根據預先設定的刀具半徑補償量、拐角R補償量以及刀具長度補償量，并且還根據由加工程序指示的切削點、切削面垂直方向以及刀具方向，在每個插補周期求出直線軸控制點以及旋轉軸控制點，將各軸驅動控制到該求出的各控制點位置，該數值控制方法的特征在于，包含以下步驟對于每個塊分別求出在該塊的起點以及終點的切削點位置以及直線軸控制點；以及在判斷出在塊的起點以及終點的所述直線軸控制點之間的距離小于預先設定的第二設定值，并且在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離大于預先設定的第三設定值時，或者在判斷出在塊的起點和終點的所述直線軸控制點之間的距離與在該塊的起點和終點的所述切削點位置間的距離的比值小于預先設定的第四設定值時，將當前塊的指令設為直線移動指令。
全文摘要
本發(fā)明提供一種5軸加工機的數值控制方法。當切削面垂直方向插補矢量(It，Jt，Kt)和刀具方向插補矢量(Ttx，Tty，Ttz)所成的角度α變小時，動作變得不穩(wěn)定。此時，將刀具半徑補償矢量(TCx，TCy，TCz)設為在前一插補周期中計算出的刀具半徑補償矢量，來避免不穩(wěn)定的動作。此外，在切削點指令的位置的間隔大、直線軸控制點的位置的移動小的塊指令的情況下，產生過大的切削。此時，停止當前塊的直線軸控制點的移動，或者變?yōu)橹本€移動，來防止直線軸控制點的環(huán)狀移動。
文檔編號G05B19/4103GK101308379SQ200810096548
公開日2008年11月19日申請日期2008年5月16日優(yōu)先權日2007年5月17日
發(fā)明者井出聰一郎, 大槻俊明, 宮崎健至申請人:發(fā)那科株式會社

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