CN103792881A

CN103792881A - 用于切削工具机的控制设备

Info

Publication number: CN103792881A
Application number: CN201410080162.0A
Authority: CN
Inventors: 陈青杉; 简文昱; 胡宽裕; 李柏莹; 李建明
Original assignee: SUZHOU XINDAI NUMERICAL CONTROL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Syntec Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN103792881B

Abstract

本发明涉及用于切削工具机的控制设备，包括加工机台和计算机数值控制装置，计算机数值控制装置电性连接至加工机台，用以加载并使加工机台执行一具有复数行加工单节指令的加工过程控制程序。计算机数值控制装置具有命令操作面板、命令输入接口及切削控制模块，由命令操作面板预先输入切削控制信息，包含刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度，触发切削控制模块控制刀具进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件的加工。避免了以人工方式于加工程序中编写抬升、旋转、下降的刀具加工指令所花费的时间及节省通过额外的硬设备配合产生切削加工程序的成本，增加操作的便利性，提高加工效率。

Description

用于切削工具机的控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于切削工具机的控制设备，可应用于使用刀片或锯片作为刀具以切削工件的切削工具机。

背景技术

切削工具机利用刀具对工件进行切削加工，将工件加工成为各式成品。一般而言，在加工过程中切削方向必须和刀具前进方向平行或维持某一特定角度以产生切削力，避免刀具因受力方向不均导致刀具震动、断裂或工件受到破坏，抑或是避免刀具从脱离工件到再次接触工件时，因刀具瞬间旋转角度过大，而导致工件的损坏。

为避免上述情况发生，目前已知的解决方式多半是于加工程序中额外编写抬升指令、刀具旋转指令及下降指令，先将刀具抬起至一安全高度，使其远离工件表面，再进行刀具旋转的动作，等待刀具旋转完成后，再将刀具重新回复至与加工工件接触的切削位置，以进行后续的切削加工。

如图1，为目前已知包含有抬升指令、刀具旋转指令及下降指令的加工程序数值控制文件的示意图，以切割长宽分别为200mm、100mm的矩形玻璃工件为例，其所对应的加工程序的各行指令说明如下：第一行G00X0.Y0.Z0.C0.，代表同时将实体运动轴X、Y、Z与旋转轴C都以快速定位(G00)的方式回归至该轴向的原点；接着，第二行G01X200.F1000，表示以1000mm/min的速度，让刀具在实体运动轴X轴方向从0的位置移动至200.0；第三行G00 Z50.，图1中程序区段10所示，为抬刀指令让刀具在实体运动轴Z轴方向从0的位置抬升至50.0的安全高度，以拉离工件表面；第四行G00 C90，图1中程序区段20所示，代表刀具在C轴方向从0度的位置转至90度的位置，此动作是为了配合第六行的G01 Y100.，在尚未与工件接触的安全高度时，预先将刀具的前进方向旋转至与切削方向平行的状态；第五行G00 Z0.，图1中程序区段30所示，代表刀具在实体运动轴Z轴方向从50.0的位置拉回至与工件接触的原始高度0，以进行后续的切削动作；以此类推，后续不断重复以上所述动作进行加工。然而，如此繁复的加工程序会增加程序编写时间，进而降低生产效率。

因此，近年来也有部分业者改采雷射或是放电加工的后处理作业方式，产生切削加工用的加工程序。然而，受限于工件本身的材料特性，并非各种工件均适合用此作业方式，例如工件本身的材料不导电则无法适用此作业方式。此外，此作业方式所需设备价格昂贵，对使用者而言是庞大的成本支出。因此，基于生产设备成本上的考虑，多数业者仍采取传统作法以人工方式于加工程序中编写抬升、旋转、下降等刀具加工指令，以达成加工目的。

一般而言，在简易加工的情况，或许可采用人工方式编写相关刀具加工指令，以避免采用后处理作业方式带来的庞大成本支出，但切削加工绝大多是复杂加工，其加工程序恐多达数千万行，容易因人工修改加工程序的疏忽，导致机台动作错误或刀具、工件严重损伤的情形，故无法以人工方式轻易修改实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于切削工具机的控制设备。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于切削工具机的控制设备，特点是：包括：

加工机台，具有一刀具和一加工平台，加工平台用以承载一加工工件，刀具位于加工工件上方，沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，并对加工工件进行切削加工，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z两两互相垂直；

计算机数值控制装置，电性连接至加工机台，用以加载并使加工机台执行一具有复数行加工单节指令的加工过程控制程序；

所述计算机数值控制装置具有一切削控制模块，所述切削控制模块具有一加工过程控制程序预读单元、一记录单元及一切削移动控制单元，所述加工过程控制程序预读单元读取计算机数值控制装置的加工过程控制程序，并交由记录单元实时记录加工过程控制程序中加工单节指令的单节种类与单节方向，而输出一控制讯号至切削移动控制单元，控制刀具进行一抬升动作、一旋转动作或一下降动作。

进一步地，上述的用于切削工具机的控制设备，所述切削移动控制单元包括：

一抬升讯号生成单元，用以接收记录单元所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一抬升讯号以控制刀具执行抬升动作；

一旋转角度讯号生成单元，用以接收记录单元所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一旋转讯号以控制刀具执行的旋转动作；

一下降讯号生成单元，用以接收记录单元所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一下降讯号以控制刀具执行下降动作。

更进一步地，上述的用于切削工具机的控制设备，所述计算机数值控制装置还具有一命令操作面板及一命令输入接口，所述命令操作面板供输入一执行操作命令至加工机台，命令输入接口显示经由命令操作面板输入的执行操作命令后所加载的刀具移动坐标、刀具进给速率、刀具主轴转速、刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度。

更进一步地，上述的用于切削工具机的控制设备，命令操作面板包含有复数个按键以供输入执行操作命令至加工机台，且至少一按键与切削控制模块连接。

再进一步地，上述的用于切削工具机的控制设备，所述命令操作面板还包括一撞机保护组件，用以控制加工机台停止运作。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

使用者经由命令操作面板预先输入切削控制信息包含：刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度后，触发切削控制模块其加工程序预读单元读取加载计算机数值控制装置的加工过程控制程序，并交由记录单元实时记录加工过程控制程序中每一单节种类与单节方向，进一步控制刀具进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件的加工，可取代传统以人工方式于加工程序中编写抬升、旋转、下降的刀具加工指令或须同过额外的硬设备配合产生相关切削加工程序，除了可节省编写加工程序所需的时间，以简化生产流程达到提高工具机的生产效率，亦可避免因人工修改加工程序的疏忽，导致机台动作错误或刀具、工件严重损伤的情形。有效缩短加工时间，提升加工效能以及达到较佳的***稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：已知包含有抬刀指令、刀具旋转指令及下刀指令的加工程序数值控制文件示意图；

图2：本发明控制设备的结构示意图；

图3：本发明控制设备的***架构示意图；

图4：切削移动控制单元架构示意图；

图5：用于玻璃切割机的加工过程控制程序及其切削路径示意图。

具体实施方式

用于切削工具机的控制设备，包含一计算机数值控制装置，其具有一切削控制模块，触发切削控制模块的加工程序预读单元读取加载计算机数值控制装置的加工过程控制程序，并交由记录单元实时记录加工过程控制程序中每一单节种类与单节方向，进一步控制刀具进行抬升、旋转或下降的动作，以完成切削工件的加工。

如图2、图3所示，用于切削工具机的控制设备1，包括一加工机台10及一计算机数值控制装置12。加工机台10，具有一刀具101及一加工平台102，其中加工平台102可供承载一加工工件，而刀具101则位于加工工件上方，沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，并对加工工件进行切削加工，其中实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z系两两互相垂直。计算机数值控制装置12，电性连接至加工机台10，用以加载一具有复数行加工单节指令上午加工过程控制程序11，并使加工机台10执行加工过程控制程序11，其中计算机数值控制装置12具有一命令操作面板120、一命令输入接口122及一切削控制模块123。

此外，命令操作面板120用以供使用者输入执行操作命令至加工机台10，使得加工机台10产生相对应的控制动作，而命令输入接口122则显示经由命令操作面板120输入的执行操作命令后所加载的一加工信息以及一切削控制信息，其中加工信息包括：一机械坐标、一进给速率及一主轴转速，而切削控制信息包括：一刀具抬升安全高度、一轴向容许角度及一刀具与切削方向夹角角度。刀具抬升安全高度是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度，轴向容许角度是指刀具欲旋转的轴向所能旋转的容许范围，刀具与切削方向夹角角度是指刀具前进的方向与欲切削的方向所夹的角度。切削控制模块123，装设于计算机数值控制装置12内，具有一加工程序预读单元1231、一记录单元1232及一切削移动控制单元1233，系依使用者的操作产生执行操作命令而触发作动，使得加工程序预读单元1231读取计算机数值控制装置12的加工过程控制程序11，并交由记录单元1232实时记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类（例如：G00、G01、G02、G03…等G码指令）与单节方向（例如：实体运动轴X、Y、Z的移动方向），而输出一控制讯号至切削移动控制单元1233。切削移动控制单元1233包括一抬升讯号生成单元、一旋转角度讯号生成单元与一下降讯号生成单元，分别产生一抬升讯号、一旋转讯号及一下降讯号，用以控制刀具101进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件的加工。

用于切削工具机的控制设备1的计算机数值控制装置12的命令操作面板120包含有复数个开关或按键以供使用者输入执行操作命令至加工机台10，而切削控制模块123即通过使用者操作设于命令操作面板120上的至少一按键后，产生一执行操作命令并输入至加工机台10，进而触发其内部的加工程序预读单元1231读取计算机数值控制装置12的加工过程控制程序11，并交由记录单元1232实时记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类（例如：G00、G01、G02、G03…等G码指令）与单节方向（例如：实体运动轴X、Y、Z的移动方向），以输出控制讯号至切削移动控制单元1233控制刀具101进行抬升、旋转或下降的动作，而计算机数值控制装置12的命令输入接口122则显示经由命令操作面板120输入的执行操作命令后所加载的一加工信息以及一切削控制信息，其中加工信息包括：一刀具移动坐标、一刀具进给速率及一刀具主轴转速，而切削控制信息则包括：一刀具抬升安全高度、一轴向容许角度及一刀具与切削方向夹角角度，其命令输入接口122可以是一液晶显示器或一电浆显示器的显示接口。命令操作面板120还包括一撞机保护组件121，用以控制加工机台停止运作，可避免所输入的刀具抬升安全高度尚未到达所需的值而造成撞机的情况。

如图4，用于切削工具机的控制设备1的计算机数值控制装置12的切削控制模块123的切削移动控制单元1233的架构，切削移动控制单元1233包括有一抬升讯号生成单元1233a，用以接收记录单元1232所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一抬升讯号S1以控制刀具101执行抬升动作；一旋转角度讯号生成单元1233b，用以接收记录单元1232所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一旋转讯号S2以控制刀具101执行旋转动作；以及一下降讯号生成单元1233c，用以接收记录单元1232所输出的控制讯号，并依据所记录的加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类与单节方向的信息，判定是否产生一下降讯号S3以控制刀具101执行下降动作；由上述抬升讯号生成单元1233a、旋转角度讯号生成单元1233b与下降讯号生成单元1233c，所分别产生的抬升讯号S1、旋转讯号S2及下降讯号S3，可用以控制刀具101进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件的加工。避免了以人工方式于加工程序中编写抬升、旋转、下降的刀具加工指令所花费的时间及节省通过额外的硬设备配合产生切削加工程序的成本，增加了操作的便利性，提高加工效率。

如图4和图5，以玻璃切割机的加工应用为例，并以切割长、宽分别为200mm、100mm的矩形玻璃工件为目标，计算机数值控制装置12先加载具有复数行加工单节指令的加工过程控制程序11，再通过命令操作面板120输入执行操作命令，并由命令输入接口122显示经由命令操作面板120输入的执行操作命令后所加载的一加工信息以及一切削控制信息，加工信息包含：刀具移动坐标、刀具进给速率与刀具主轴转速，切削控制信息包含：刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度。之后，依使用者操作产生的执行操作命令，触发切削控制模块123内部的加工程序预读单元1231，读取计算机数值控制装置12的加工过程控制程序11，并交由记录单元1232实时记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类（例如：G00、G01、G02、G03…等G码指令）与单节方向（例如：实体运动轴X、Y、Z的移动方向），而输出一控制讯号至切削移动控制单元1233中的抬升讯号生成单元、旋转角度讯号生成单元及下降讯号生成单元，分别产生一抬升讯号、一旋转讯号及一下降讯号，用以控制刀具101进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件加工。

如图5，以应用于玻璃切割机的加工过程控制程序的程序代码及其切削路径来看，当使用者经由命令操作面板120输入或加载切削控制信息（包含刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度）的执行操作命令而触发切削控制模块123后，由加工程序预读单元1231读取其加工过程控制程序11的程序代码第一行G00 X0. Y0. Z0.，表示将实体运动轴X、Y、Z以快速定位(G00)的方式回归至该轴向的原点（亦即切削路径中A点位置），此时，由记录单元1232记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类(G01)与单节方向(X0. Y0. Z0.)；接着，继续由加工程序预读单元1231读取加工过程控制程序的程序代码第二行G01X200.F1000，表示以1000mm/min的速度让刀具于实体运动轴X轴方向从0的位置移动至200.0（亦即切削路径中A至B的切削方向），同样由记录单元1232记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类(G01)与单节方向(X200.)，此时切削方向与刀具前进方向处于平行状态；当加工程序预读单元1231读取加工过程控制程序的程序代码第三行G01 Y100.，表示切削方向由实体运动轴X轴方向改变为Y轴方向，亦即切削路径中由A至B的切削方向变成B至C的切削方向，同样交由记录单元1232记录加工过程控制程序11中加工单节指令的单节种类(G01)与单节方向(Y100.)，此时所记录的单节方向已改变，且观察其加工过程控制程序的程序代码第二行与第三行两加工单节其切削路径系为直线接直线的情形，必须进一步计算两加工单节其切削方向所形成的夹角(θ)，当其夹角(θ)大于一开始输入至面板命令操作面板120的轴向容许角度时，表示旋转角度过大，若于转角处直接以此角度进行旋转，会破坏刀具或工件，因此必须由切削移动控制单元1233中的抬升讯号生成单元1233a发出抬升讯号S1以控制刀具101先执行抬刀动作，再利用旋转角度讯号生成单元1233b发出旋转讯号S2以控制刀具101执行旋转动作，最后再通过下降讯号生成单元1233c发出下降讯号S3以控制刀具101执行下降动作；反之，当其夹角(θ)于所设定的轴向容许角度范围内，表示旋转角度不大，若于转角处直接以此角度进行旋转，虽然会牺牲部分角隅精度，但无须进行抬升和下降的动作，但可有效缩短加工时间，提高加工的效率。

若当加工过程控制程序的程序代码第二行与第三行此两加工单节其切削路径系为直线接圆弧或为圆弧接圆弧的情形，由于前、后单节其中的一为圆弧，在单节转角处则无须进行旋转，仅需通过切削移动控制单元1233中的旋转角度讯号生成单元1233b动态沿着圆弧路径发出旋转讯号S2，以控制刀具101直接执行旋转动作即可。

综上所述，使用者经由命令操作面板预先输入切削控制信息包含：刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度后，触发切削控制模块其加工程序预读单元读取加载计算机数值控制装置的加工过程控制程序，并交由记录单元实时记录加工过程控制程序中每一单节种类与单节方向，进一步控制刀具进行抬升、旋转及下降的动作，以完成切削工件的加工，可取代传统以人工方式于加工程序中编写抬升、旋转、下降的刀具加工指令或须同过额外的硬设备配合产生相关切削加工程序，除了可节省编写加工程序所需的时间，以简化生产流程达到提高工具机的生产效率，亦可避免因人工修改加工程序的疏忽，导致机台动作错误或刀具、工件严重损伤的情形。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.用于切削工具机的控制设备，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的用于切削工具机的控制设备，其特征在于：所述切削移动控制单元包括：

3.根据权利要求1所述的用于切削工具机的控制设备，其特征在于：所述计算机数值控制装置还具有一命令操作面板及一命令输入接口，所述命令操作面板供输入一执行操作命令至加工机台，命令输入接口显示经由命令操作面板输入的执行操作命令后所加载的刀具移动坐标、刀具进给速率、刀具主轴转速、刀具抬升安全高度、轴向容许角度及刀具与切削方向夹角角度。

4.根据权利要求3所述的用于切削工具机的控制设备，其特征在于：命令操作面板包含有复数个按键以供输入执行操作命令至加工机台，且至少一按键与切削控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的用于切削工具机的控制设备，其特征在于：所述命令操作面板还包括一撞机保护组件，用以控制加工机台停止运作。