CN103501942B9 - 刀具路径生成装置和拉丝加工装置 - Google Patents

Abstract

一种刀具路径生成装置（20），生成用于在工件的表面（W0）加工出拉丝形状的细长槽（Wa）的刀具路径（L1），具备：形状数据取得部，其取得工件的形状数据；参数设定部（23），其设定与细长槽（Wa）相对应的拉丝的形状参数；和路径生成部（24），其基于由数据取得部取得的形状数据和由参数设定部（23）设定的形状参数，生成拉丝加工用的刀具路径（L1）。

Description

刀具路径生成装置和拉丝加工装置

技术领域

本发明涉及生成拉丝（hairline）加工用的刀具路径的刀具路径生成装置和拉丝加工装置。

背景技术

以往，已知将附带有拉丝形状的凹凸的转印材料配置在模具内、通过型内处理成形在成形体的表面形成拉丝图案的方法（例如参照专利文献1）。然而，该方法由于需要转印材料，所以对成形体的大量生产来说不合适。

另一方面，也已知用砂纸和/或金属刷摩擦模具的表面而形成多个极细槽、不使用转印材料而得到呈现与极细槽相对应的拉丝图案的成形体的方法（例如参照专利文献2）。

然而，在上述专利文献2所记载的方法中，由于使用砂纸和/或金属刷来形成极细槽，所以每个模具的表面形状的偏差大。因此，在使用了不同模具的情况下难以得到同一形状的拉丝图案，产品形状不稳定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-141014号公报

专利文献2：日本特开平10-71677号公报

发明内容

本发明是一种刀具路径生成装置，生成用于在工件的表面加工出拉丝形状的细长槽的刀具路径，具备：形状数据取得部，其取得工件的形状数据；参数设定部，其设定与细长槽相对应的拉丝的形状参数；和路径生成部，其基于由数据取得部取得的形状数据和由参数设定部设定的形状参数，生成拉丝加工用的刀具路径。

另外，本发明是一种拉丝加工装置，在工件的表面加工出拉丝形状的细长槽，并具备上述的刀具路径生成装置和机床，该机床使刀具根据由刀具路径生成装置生成的刀具路径来相对于工件进行相对移动，从而在工件表面加工出细长槽。

附图说明

图1是表示具有本发明的实施方式涉及的刀具路径生成装置的拉丝加工装置的结构的图。

图2是表示通过图1的拉丝加工装置进行了拉丝加工所得到的工件表面的一例的立体图。

图3A是表示基准刀具路径的一例的立体图。

图3B是表示拉丝刀具路径的一例的立体图。

图4是表示图1的控制装置的结构的框图。

图5A是表示拉丝刀具路径的一例的图。

图5B是表示应用图5A的拉丝刀具路径得到的工件表面形状的剖视图。

图6A是表示图5A的变形例的图。

图6B是表示应用图6A的拉丝刀具路径得到的工件表面形状的剖视图。

图7A是表示图5A的其他的变形例的图。

图7B是表示图5A的另外其他的变形例的图。

图8A是表示附加在曲面状的工件表面上的拉丝的振幅方向的一例的图。

图8B是表示附加在曲面状的工件表面上的拉丝的振幅方向的其他例的图。

具体实施方式

下面，参照图1～图8B来说明本发明的刀具路径生成装置的实施方式。图1是表示具有本发明的实施方式涉及的刀具路径生成装置的拉丝加工装置的结构的图。该拉丝加工装置具有包含刀具路径生成装置的控制装置10和受控制装置10控制的机床100，并通过机床100对工件表面进行拉丝加工。

图2是表示通过图1的拉丝加工装置进行拉丝加工得到的工件表面的一例的立体图。拉丝，是指在工件表面沿着一个方向所赋予的头发的细度程度的细小的瑕疵，其呈现细长的槽形状。在图2中，通过拉丝加工在工件表面W0形成了多个拉丝形状的细长槽Wa，通过该细长槽Wa在工件表面W0附有条状的拉丝图案。

针对图1的机床100的结构进行说明。作为机床100，例如使用立式加工中心。在床身1上竖立设置有立柱2，在立柱2上经由直线进给机构以能够在上下方向（Z轴方向）上移动的方式支撑有主轴头3。在主轴头3上经由主轴朝下安装有刀具4。刀具4例如是立铣刀或钻头等旋转刀具，并且至少能够使用顶端部形成为与细长槽Wa的宽度相当的尖细状的旋转刀具。刀具4被主轴头3内主轴马达旋转驱动。

在床身1上，经由直线进给机构以能够在水平方向（Y轴方向）上移动的方式支撑有床鞍5，在床鞍5上以能够在垂直于Y轴方向的水平方向（X轴方向）上移动的方式支撑有工作台6。直线进给机构例如由滚珠丝杠和旋转驱动滚珠丝杠的伺服马达构成。通过该结构，刀具4和工件W在3个正交轴方向（X、Y、Z方向）上进行相对移动来加工工件W。

主轴马达和各伺服马达分别按照加工程序受控制装置10控制。在加工程序中设定刀具4的移动轨迹作为刀具路径，刀具4沿着该刀具路径相对于工件W进行相对移动。

加工程序是利用周知的CAD/CAM***制成的。即，基于与工件W的加工形状相对应的CAD数据，制成微小的直线指令的集合即CAM数据。由于该CAM数据包括庞大的量的点群数据，所以按照预定的规则从CAM数据中间隔剔除数据以成为与加工程序相适合的数据量，制成含有多个加工指令点的加工程序。

图3A是表示通过CAM数据得到的刀具路径L0（称为基准刀具路径）的一例的立体图。在图3A中，示出了对在XY平面上延展的平面部（相当于图2的工件表面W0）进行加工时的基准刀具路径L0。基准刀具路径L0从加工始点P0开始，并由沿Y方向各偏移预定量并沿X方向呈直线状往返的连续的多列加工行程构成。

在本实施方式中，通过控制装置10内的处理，生成基准刀具路径L0，并且对该基准刀具路径L0在垂直于XY平面的XZ平面内附加波形形状的拉丝。由此，将基准刀具路径L0变换为拉丝加工用的刀具路径L1（称为拉丝刀具路径），如图3B所示，生成拉丝刀具路径L1。

图4是表示控制装置10的结构的框图。控制装置10具有：刀具路径生成装置20，其基于CAD11的形状数据生成基准刀具路径L0，并且将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1；和数值控制装置12，其控制设置于机床100的进给轴驱动用的各马达13，使刀具4沿着拉丝刀具路径L1相对工件W进行相对移动。数值控制装置12包含：程序读取部，其读入在刀具路径生成装置20的加工程序25中所设定的NC数据；加减速控制部，其控制机床100的马达13的加减速；和插补运算部，其运算X方向、Y方向和Z方向的各进给轴的目标移动量。

刀具路径生成装置20具有：CAM21，其基于CAD11的形状数据，制成含有基准刀具路径L0的加工程序22；设定部23，其设定与要附加在工件表面的拉丝相关的各种设定值；和路径变换部24，其基于来自CAM21的数据和设定部23的设定值，制成含有拉丝刀具路径L1的加工程序25。

设定部23构成为包含操作面板和/或键盘等输入装置和存储经由输入装置输入的输入值的存储装置。设定部23对拉丝的形状参数和/或拉丝形状的限制值等进行设定。即，对呈现波形形状的拉丝的初始相位、振幅、周期等形状参数、和/或振幅和周期的最大值、最小值等限制值进行设定。

路径变换部24构成为包含具有CPU、ROM、RAM等运算处理装置。路径变换部24基于由设定部23设定的形状参数，对基准刀具路径L0附加拉丝来将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1，从而制成加工程序25。

图5A是表示拉丝刀具路径L1的一例的图。在图5A中，通过XZ轴上的正弦波示出了拉丝刀具路径L1。在图中的正弦波上，距加工开始点P0的距离X与距X轴的位移Z的关系由式子（I）表示如下。

Z=A·sin（（2π/λ）·X+α） （I）

上面的式子（I）的α、A和λ分别是初始相位、振幅和周期。因此，若在设定部23中，将初始相位α、振幅A和周期λ设定为拉丝的形状参数，并且，设定正弦波的基准线（X轴）与基准刀具路径L0的位置关系（Z方向的偏移量ΔZ），就能够在路径变换部24中唯一地确定拉丝的波形形状。此外，在图5A中，基准刀具路径L0位于X轴上，ΔZ被设定为0。

图5B是表示通过图5A的拉丝刀具路径L1形成的工件W的表面形状的剖视图。在图5B中，示出了在例如沿着基准刀具路径L0将工件表面W0加工成预定形状后、沿着拉丝刀具路径L1对工件表面W0进行了拉丝加工的例子。因此，在拉丝加工时，在刀具路径L1经过基准刀具路径L0的上方的范围Δx1中，刀具4经过工件表面W0的上方（虚线），在刀具路径L1经过基准刀具路径L0的下方的范围Δx2中，沿着刀具路径L1对工件表面W0进行加工（实线）。因此，在图5B中，细长槽Wa在工件表面W0不连续得形成。

此外，并不分开进行沿着基准刀具路径L0的工件表面W0的加工和沿着拉丝刀具路径L1的拉丝加工，也能够同时进行这些加工。在该情况下，由刀具路径设定部24判定图5A中示出的拉丝刀具路径L1是否位于基准刀具路径L0的下方（工件侧），在L1位于L0的下方的范围Δx2中，将L1直接作为刀具路径来制成拉丝加工用的加工程序25即可。另一方面，在L1位于L0的上方的范围Δx1中，将L0作为刀具路径来制成工件表面加工用的加工程序25即可。

在图5A中，虽然将拉丝波形的基准线L2（X轴）距离基准刀具路径L0的偏移量ΔZ设为0，但是也可以将ΔZ设定为0以外。图6A是表示该一例的图，在图6A中将ΔZ设定地与振幅A相等。由此如图6B所示在工件表面W0上连续得形成拉丝形状的细长槽Wa。此外，也可以将ΔZ设定地比振幅A更大或更小。在对工件表面W0进行拉丝加工并留出精加工余量的情况下，也可以考虑该精加工余量来设定ΔZ。

虽然可以将上面的式子（I）的初始相位α、振幅A和波长λ设定为常数，但是也可以将这些值设定为具有再现性的变量。例如，也可以使用具有再现性的随机数R来设定α、A、λ。在此，具有再现性是指，能够产生同一随机数列的情况，例如能够使用下面的式子（II）中示出的线性同余法得到。

Rn+1=（B·Rn+C）modM （II）

上面的式子（II）中，B、C、M是常数，在对上面的式子（II）的Rn输入初始值R0时，产生具有周期性的模拟随机数列R1、R2、…。即，随机数列根据常数B、C、M和初始值R0唯一确定。

在使用这样的随机数列设定初始相位α、振幅A和波长λ的情况下，若预先确定表示初始相位α与随机数R的关系的函数α=f1（R）、表示振幅A与随机数R的关系的函数A=f2（R）和表示波长λ与随机数R的关系的函数λ=f3（R），则能够将随机数R作为参数来计算初始相位α、振幅A和波长λ。

具体地说，在使用上面的式子（II）运算出随机数列R1、R2、…后，例如将随机数R1作为参数通过α=f1（R1）来计算初始相位α。第1周期、第2周期、…、第n周期的振幅A1、A2、…、An是将随机数列R1、R2、…、Rn作为参数通过A1=f2（R1）、A2=f2（R2）、…、An=f2（Rn）依次算出的。第1周期、第2周期、…、第n周期的波长λ1、λ2、…、λn是将随机数列R1、R2、…、Rn作为参数通过λ1=f3（R1）、λ2=f3（R2）、…、λn=f3（Rn）依次算出的。将计算出的初始相位α以及与各周期相对应的振幅A、波长λ分别设定为形状参数。通过将该形状参数代入上面的式子（I），能够求出各周期的拉丝波形。

在该情况下，在计算振幅A和波长λ时，考虑在设定部23中预先确定的振幅A和波长λ的最大值和最小值，在最大值和最小值的范围内计算振幅A和波长λ即可。由此能够形成振幅A和波长λ收敛在预定的范围内的拉丝图案。此外，也可以确定上述函数f2（R），f3（R）以使振幅A和波长λ在最大值和最小值的范围内。

使用了以上的随机数R的初始相位α、振幅A和波长λ的设定能够通过使设定部23具有运算功能而由设定部23进行。此外，也可以由设定部23仅设定各种设定值B、C、M、R0，并使用这些设定值由路径变换部24进行初始相位α、振幅A和波长λ的运算。

以上，虽然针对通过正弦波构成拉丝的情况进行了说明，但是也可以通过正弦波以外的波构成。图7A示出了通过矩形波构成拉丝的例子。在该例中，拉丝波形的初始相位α、振幅A、波长λ和水平距离d作为形状参数由设定部23设定。也能够与上述同样使用随机数R来设定这些形状参数。在该情况下，也可以预先确定振幅A、波长λ和水平距离d的最大值、最小值，在最大值和最小值的范围内运算各值A、λ、d。

图7B表示通过合成波来构成拉丝的例子。在该例中，合成2个正弦波来生成合成波。该情况下的合成波通过式子（III）表示如下。

ｙ=2sin（exp（1）x）+sin（x+log（2）） （III）

汇总本实施方式的拉丝加工装置的工作如下。

首先，作为刀具路径生成装置20的工作，使CAM21获取通过CAD11得到的工件W的形状数据。CAM21基于该CAD数据，制成含有基准刀具路径L0的加工程序22。如图8A所示，在工件W是具有例如曲面部的成形用的模具的情况下，CAM21生成沿着工件表面的曲线状的基准刀具路径L0。

另一方面，在设定部23中预先设定要附在工件表面的拉丝的形状参数。例如在通过正弦波构成拉丝波形，使用利用线性同余法得到的随机数列来设定初始相位α、振幅A、周期λ的情况下，通过用户预先设定上面的式子（II）的常数B、C、M和初始值R0。也同时设定从基准刀具路径L0（工件表面W0）到拉丝波形的基准线L2的偏移量ΔZ。

路径变换部24基于由设定部23设定的形状参数，对基准刀具路径L0附加拉丝而将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1，从而制成加工程序25。在该情况下，拉丝的振幅A例如如图8A的箭头所示向预先确定的预定方向设定。此外，也能够如图8B的箭头所示，向基准刀具路径L0的法线矢量方向来设定振幅A。

数值控制装置12基于被加工程序25设定的NC数据，来控制机床100的进给轴驱动用的各马达13。由此，能够在工件表面W0加工出拉丝形状的细长槽Wa。如以上那样，例如当在模具的表面加工了细长槽Wa后，使用该模具来加工成形体时，在成形体的表面附加有拉丝图案作为细长槽Wa的转印。

在该情况下，由于细长槽Wa的形状根据由设定部23设定的拉丝的形状参数而唯一确定，所以能够得到多个具有同一表面形状的模具。因此，即使在使用了不同的模具的情况下，也能够在成形体的表面附加同一拉丝图案。此外，工件W也可以不是模具，例如也可以在产品的表面直接进行拉丝加工。

根据本实施方式能够得到以下这样的作用效果。

（1）由CAM21基于工件W的形状数据生成基准刀具路径L0，由设定部23设定与细长槽Wa相对应的拉丝的形状参数，由路径变换部24基于该形状参数将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1。由此，能够生成根据形状参数唯一确定的刀具路径L1，从而能够得到每个工件都没有偏差的拉丝图案。因此，在对模具的表面进行拉丝加工的情况下，能够得到相互同一形状的多个模具，从而能够容易地得到附有同一拉丝图案的多个成形体。

（2）由于将拉丝波形的初始相位α、周期λ和振幅A设定为形状参数，所以即使在拉丝呈现波形形状的情况下，也能够得到每个工件都没有偏差的拉丝图案。

（3）通过将拉丝做成波形形状，能够在工件表面W0容易地加工出不同深度的细长槽Wa。

（4）由于使用由设定值B、C、M、R0唯一确定的随机数列R来设定拉丝波形的初始相位α、振幅A和周期λ，所以既是具有再现性的拉丝，又能够使细长槽Wa的形状不规则地变化。

（5）由于由设定部23预先设定振幅A和周期λ的最大值和最小值，在最大值和最小值的范围内设定振幅A和周期λ，所以即使在使用随机数R的情况下也能够将振幅A和周期λ收敛在预定范围内。

此外，在上述实施方式中，虽然在工件表面W0附加波形的拉丝，但是拉丝的形状并不限于此。例如，也可以在工件表面W0附加深度一定的拉丝。因此，作为参数设定部的设定部23中的处理也并不限于以上所述。

虽然由CAM21取得工件W的形状数据（CAD数据），但是也可以将形状数据取得部设置在CAM以外的部件上。虽然基于CAD数据，由CAM21生成基准刀具路径L0，进而由与CAM21不同的其他的路径变换部24基于拉丝的形状参数将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1，但是路径设定部的结构并不限于此。例如，也可以使CAM本身具有将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1的功能。并不是将基准刀具路径L0变换为拉丝刀具路径L1来求出拉丝加工用的刀具路径L1，而是可以基于CAD数据和与细长槽Wa相对应的拉丝的形状参数，直接生成拉丝加工用的刀具路径L1。

在上述实施方式中，虽然由3轴加工用的立式加工中心构成机床100，但是只要是能够根据由刀具路径生成装置20生成的刀具路径使刀具4相对工件W进行相对移动并在工件表面W0加工出细长槽Wa，就也能够使用其他的机床。本发明的刀具路径生成装置能够应用于例如卧式加工中心、5轴加工用的加工中心、加工中心以外的机床等各种机床。在图5A、图5B中，虽然在XZ平面上设定拉丝，但是也可以在YZ平面、XY平面、倾斜面等其他的平面或曲面上设定拉丝。

根据本发明，由于基于由数据取得部取得的工件的形状数据和由参数设定部设定的拉丝的形状参数来生成拉丝加工用的刀具路径，所以能够在工件表面容易地形成同一形状的拉丝图案。

附图标记说明

10 控制装置

12 数值控制装置

13 马达

20 刀具路径生成装置

21 CAM

23 设定部

24 路径变换部

100 机床

L0 基准刀具路径

L1 拉丝刀具路径

Claims (5)

1.一种刀具路径生成装置，生成用于在工件的表面加工出拉丝形状的细长槽的刀具路径，其中，具备：

形状数据取得部，其取得所述工件的形状数据；

参数设定部，其设定唯一地确定与所述细长槽相对应的拉丝的形状的形状参数；和

路径生成部，其生成沿由所述形状数据取得部取得的形状数据的工件的表面的基准刀具路径，基于由所述参数设定部设定的形状参数，在该基准刀具路径附加拉丝形状，生成具有经过所述基准刀具路径的上方的范围和经过所述基准刀具路径的下方的范围的拉丝加工用的刀具路径。

2.根据权利要求1所述的刀具路径生成装置，其中，

所述路径生成部基于由所述形状数据取得部取得的形状数据，生成沿着工件表面的基准刀具路径，进而基于由所述参数设定部设定的形状参数，将所述基准刀具路径变换为所述拉丝加工用的刀具路径。

3.根据权利要求1或2所述的刀具路径生成装置，其中，

所述参数设定部设定所述形状参数以使所述拉丝呈现波形。

4.根据权利要求3所述的刀具路径生成装置，其中，

所述参数设定部设定所述波形的初始相位、波长和振幅。

5.一种拉丝加工装置，在工件的表面加工出拉丝形状的细长槽，其中，具备：

根据权利要求1所述的刀具路径生成装置；和

机床，其使刀具根据由所述刀具路径生成装置生成的刀具路径相对于所述工件进行相对移动，在工件表面加工出所述细长槽。