[發明專利]四軸加工機用數值控制裝置

有效

• 申請號: 201010185344.6
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN101893870A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 大槻俊明;井出聰一郎;花岡修
• 申請（專利權）人: 發那科株式會社
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明涉及四軸加工機用的數值控制裝置，特別涉及設定虛擬的一個軸、即使是四軸加工機也能進行以五軸控制加工為基準的加工的四軸加工機用的數值控制裝置。

背景技術

使用具有三個直線軸和兩個旋轉軸的五軸加工機，對于在工作臺上安裝的工件(被加工物)同時進行五軸加工是公知的技術。

圖1是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(B軸以及C軸)加工在工作臺上安裝的工件的工作臺旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸以及Z軸移動加工頭51以及刀具52。B軸使旋轉工作臺53圍繞Y軸轉動傾斜，C軸使該旋轉工作臺53圍繞Z軸旋轉。即，旋轉工作臺53通過B軸以及C軸轉動傾斜。

圖2是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加工工件(未圖示)的加工頭旋轉型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸以及Z軸移動加工頭61以及刀具62。A軸使刀具62圍繞X軸傾斜，C軸圍繞Z軸旋轉加工頭61和刀具62。在圖2中，符號66是工作臺。

圖3是通過三個直線軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及C軸)加工在旋轉工作臺上安裝的工件(未圖示)的混合型的五軸加工機的概略結構圖。X軸、Y軸以及Z軸移動加工頭71以及刀具72。A軸使刀具72圍繞X軸傾斜，C軸使旋轉工作臺73圍繞Z軸旋轉。

作為刀具尖端點控制，已知通過控制參照圖1、圖2以及圖3說明的五軸加工機的數值控制裝置，在工作臺上固定的直角坐標系(工作臺坐標系)上指示刀具的位置、速度、以及刀具的方向，把這些指令值變換為機械的控制點的各軸的坐標值來進行控制的方法(特開2003-195917號公報)。在該刀具尖端點控制中，控制刀具尖端點的位置以及速度，通過插補各旋轉軸的位置來決定刀具的方向。在一般的五軸加工機中，例如通過圖4所示那樣的程序指令進行刀具尖端點控制中的加工。

在圖4表示的程序指令中，“G43.4”是開始刀具尖端點控制的G代碼，表示是通過作為旋轉軸的B軸以及C軸的指令來指示刀具方向的刀具尖端點控制的指令方式?！癏”指示刀具長度修正量號碼?！癤”、“Y”、“Z”指示程序坐標系上的刀具尖端點位置。該“程序坐標系”是在工作臺上固定的直角坐標系(由Xt、Yt、Zt軸組成的工作臺坐標系)，因此與工作臺的傾斜、旋轉一起傾斜、旋轉?！癇”以及“C”指示旋轉軸位置。“G49”是取消刀具尖端點控制的G代碼。

圖5是從Y軸的負方向觀看來說明圖1的五軸加工機的加工的圖。在這以后，使用從Y軸的負方向看到的圖來說明五軸加工機的加工。另外，雖然作為通過本發明的控制裝置控制的五軸加工機，只參照圖1的工作臺旋轉型五軸加工機進行說明，但是其說明也適用于圖2所示那樣的加工頭旋轉型五軸加工機或者圖3所示那樣的混合型五軸加工機，它們在具有三個直線軸和兩個旋轉軸、用兩個旋轉軸控制刀具方向(刀具對于工件的相對的方向)這點上與該工作臺旋轉型五軸加工機相同。

但是，在基于刀具尖端點控制的加工中，刀具多使用球頭立銑刀，在這種情況下，使用球頭立銑刀的尖端半球的中心或者尖端半球上的切削點指示刀具尖端點位置。此時，刀具尖端點位置(程序指令中的X軸、Y軸以及Z軸的指令值)，因為準確地成為工作臺坐標系上的X軸、Y軸、以及Z軸上的位置，所以即使通過B軸位置以及C軸位置決定的刀具的方向(刀具對于工件的姿勢)與程序指令少許不同，在加工上也不會成為太大的問題。當然，刀具方向與程序指令不能有大的不同而使刀具和工件或者機械部件干涉。

圖5表示刀具尖端點位置用X軸、Y軸以及Z軸的指令給出，而且刀具52對于工件54的方向用B軸指令(例如-80.0的指令)給出的狀態。因此，當假定刀具尖端點位置的指令(X軸、Y軸以及Z軸的指令)不變，但是把B軸的指令作為與圖5的值大不相同的值(例如-45.0)給出時，如圖6所示，工作臺坐標系上的刀具方向(刀具52對于工件54的方向)與圖5所示的刀具方向不同，但是工作臺坐標系上的刀具尖端點位置不變。即，在圖5和圖6中B軸位置不同，但是工作臺坐標系上的X、Y、Z位置不變。因此，如果X軸、Y軸、Z軸的指令相同，則可以說即使少許變更B軸指令(以及C軸指令)，在加工上也沒有問題。

另一方面，在五軸加工機中存在下面那樣的問題。

(1)因為加工機的軸數多，所以成本上升。

(2)當加工機的軸數增多時，軸間的機械裝配誤差累積。

(3)當加工機的軸數增多時，難以提高機械剛性。

(4)旋轉軸與直線軸相比，特別是旋轉力矩弱，成為發生大的誤差的主要原因。