CN104516310B - 具备轨迹数据显示部的刀具轨迹显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备轨迹数据显示部的刀具轨迹显示装置。刀具轨迹显示装置(10)包括：开始坐标存储部(13)，其将包含在所述加工程序内，重复加工全等形状的多个重复部分的各自的执行开始时驱动轴的多个坐标位置存储为开始坐标位置；移动量决定部(14)，其决定驱动轴从开始坐标位置中的第一开始坐标位置向第二开始坐标位置的移动量；轨迹计算部(15)，其基于相加了移动量后的第一开始坐标位置和重复部分，根据实际位置计算出机床的刀具前端点的第一实际轨迹的同时，基于第二开始坐标位置和重复部分，根据实际位置计算出刀具前端点的第二实际轨迹；以及显示部(16)，其重叠地显示第一实际轨迹以及第二实际轨迹。

Description

具备轨迹数据显示部的刀具轨迹显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示机床的刀具前端点等代表点的轨迹的刀具轨迹显示装置。

背景技术

以往，重叠地显示机床的刀具前端点等代表点的指令轨迹和根据该指令使刀具前端点等代表点实际地移动时的反馈轨迹，并视觉地确认针对指令轨迹的误差。

例如在日本特开2013-69231号公报中公开了重叠地显示最新的反馈轨迹和过去的反馈轨迹的技术。换言之，在日本特开2013-69231号公报中公开了在显示部上的重叠地显示加工开始位置大致相同且加工条件不同的多个轨迹数据的技术。因此，日本特开2013-69231号公报有利于显示加工条件变更的多个轨迹数据，能够视觉地分析轨迹数据的变化。

当加工特定的工件，例如叶轮的叶片时，需要重复加工全等形状。具体而言，加工完叶轮的一个叶片后，使叶轮以其旋转轴为中心仅旋转预定角度后，重复同样地加工叶轮的其他叶片的作业。

对于这样的加工的轨迹包括向多个开始位置旋转移动的重复部分。即，轨迹显示装置要求在显示部上显示加工条件相同且加工位置不同的多个重复部分。此外，沿着由向多个开始位置平行移动的重复部分构成的轨迹进行加工的情况也是相同的。

日本特开2013-69231号公报虽然能够在相同坐标上重叠地显示开始位置大致相同且加工条件不同的多个轨迹数据，但不能在相同坐标上重叠地显示加工条件相同且开始位置不同的多个轨迹数据。因此，当加工要求重复相同的加工内容的工件时，在日本特开2013-69231号公报中公开的轨迹显示装置无法在相同坐标上高精度地比较、评价重复部分的形状是否相同。

鉴于上述的问题点，本发明的目的在于提供一种刀具轨迹显示装置，其当加工程序包括重复加工全等形状或对称形状的多个重复部分时，能够容易地比较关于重复部分的轨迹形状。

发明内容

为达到上述的目的，根据第一方式提供一种刀具轨迹显示装置，其具备：数值控制装置，其根据加工程序内的指令位置控制机床的至少一个驱动轴；实际位置数据取得部，其取得通过该数值控制装置控制的所述至少一个驱动轴的实际位置；开始坐标存储部，其将包含在所述加工程序内，重复加工全等形状或对称形状的多个重复部分的各自的执行开始时所述至少一个驱动轴的多个坐标位置存储为开始坐标位置；移动量决定部，其决定所述至少一个驱动轴从通过该开始坐标存储部存储的所述多个开始坐标位置中的第一开始坐标位置向第二开始坐标位置的移动量；轨迹计算部，其基于相加了所述移动量后的所述第一开始坐标位置以及与该第一开始坐标位置对应的重复部分，根据通过所述实际位置数据取得部取得的所述实际位置计算出所述机床的刀具前端点的第一实际轨迹，同时基于所述第二开始坐标位置以及与该第二开始坐标位置对应的重复部分，根据所述实际位置计算出所述刀具前端点的第二实际轨迹；以及显示部，其重叠地显示通过该轨迹计算部计算出的所述第一实际轨迹以及所述第二实际轨迹。

根据第二方式，在第一方式中，所述至少一个驱动轴是直线轴，使在所述开始坐标存储部中存储的坐标位置沿着所述直线轴平行移动。

根据第三方式，在第一方式中，所述至少一个驱动轴是旋转轴，使在所述开始坐标存储部中存储的坐标位置绕所述旋转轴进行旋转移动。

根据第四方式，在第一方式中，所述轨迹计算部还根据所述加工程序内的所述指令位置计算出所述刀具前端点的指令轨迹，所述显示部将所述指令轨迹与所述第一实际轨迹以及所述第二实际轨迹一起重叠显示。

通过对附图所示的本发明的典型的实施方式进行详细的说明，使本发明的这些目的、特征以及优点以及其他目的、特征以及优点更加明确。

附图说明

图1是基于本发明的刀具轨迹显示装置的概要图。

图2是表示基于本发明的刀具轨迹显示装置的动作的流程图。

图3是表示刀具与工件的一个实施例的图。

图4是表示图3所示的实施例的加工程序的一部分的图。

图5是用于说明决定移动量的图。

图6是表示在显示部上显示的轨迹的图。

图7是表示机床的一例的图。

图8是用于说明使开始坐标位置平行移动的图。

图9是表示机床的其他例的图。

图10是用于说明使开始坐标位置旋转移动的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图中，对相同的部件赋予相同的参照符号。为了便于理解，适当地变更这些附图的比例尺。

图1是基于本发明的刀具轨迹显示装置的概要图。如图1所示，刀具轨迹显示装置10与机床5连接。机床5具有图1所示的伺服电动机等五个驱动轴6中的至少一个驱动轴6。数值控制装置11根据加工程序内的指令位置控制这些驱动轴6。数值控制装置11根据加工程序内的指令位置控制各驱动轴6的反馈控制。

加工程序被用于机床5进行工件加工，例如被存储到数值控制装置11中。在本发明中，加工程序包括被编程成从一个工件加工多个全等形状部分或多个对称形状部分的重复部分。当从一个工件切削出多个预定形状部分时，或从一个工件加工叶轮的多个叶片时，这样的重复部分可以成为加工程序的基本单位。

如图1所示，刀具轨迹显示装置10包括从编码器等未图示的检测单元，或数值控制装置11取得通过数值控制装置11控制的至少一个驱动轴6的实际位置的实际位置数据取得部12。并且，实际位置数据取得部12能够从加工程序中通过数值控制装置11取得各驱动轴6的指令位置。并且，能够从数值控制装置11取得在数值控制装置11中根据加工程序以及参数生成的各驱动轴6的指令位置。

刀具轨迹显示装置10还包括：开始坐标存储部13，其将多个重复部分的各自的执行开始时至少一个驱动轴6的多个坐标位置存储为开始坐标位置；移动量决定部14，其决定至少一个驱动轴6从通过开始坐标存储部13存储的多个开始坐标位置中的第一开始坐标位置向第二开始坐标位置的移动量。

并且，刀具轨迹显示装置10包括轨迹计算部15，其根据实际位置计算刀具的代表点，例如刀具前端点3的反馈轨迹。具体而言，轨迹计算部15将通过移动量决定部14决定的移动量相加到第一开始坐标位置，基于相加后的第一开始坐标位置以及与第一开始坐标位置对应的重复部分，根据实际位置计算出机床5的刀具前端点3的第一实际轨迹。并且，轨迹计算部15基于至少一个驱动轴6的第二开始坐标位置以及与第二开始坐标位置对应的重复部分，根据实际位置计算出刀具前端点3的第二实际轨迹。

并且，轨迹计算部15能够基于加工程序内的指令位置或在数值控制装置中11根据加工程序以及参数生成的指令位置和机床5的机械机构信息，计算出刀具前端点3的指令轨迹。如后述，通过轨迹计算部15计算出的第一实际轨迹、第二实际轨迹以及指令轨迹，被重叠地显示在刀具轨迹显示装置10的显示部16，例如CRT监视器或液晶显示器等中。

图2是表示基于本发明的刀具轨迹显示装置的动作的流程图。图3是表示刀具与工件的一实施例的图，示出了在直线三轴的加工中心(machiningcenter)进行加工的情况。并且，图4是表示图3所示的实施例中的加工程序的一部分的图。以下，参照这些附图对基于本发明的刀具轨迹显示装置10的动作进行说明。

首先，在图2的步骤S1中，实际位置数据取得部12通过数值控制装置11取得至少一个驱动轴6的实际位置的同时，通过数值控制装置11从加工程序取得指令位置。并且，实际位置数据取得部12取得机床5的机械结构信息。此时，通过数值控制装置11从机床5的加工程序提取多个重复部分和它们的开始坐标位置。

如图3所示，在本发明的一实施例中，假设了从长方体状的工件W切削出相同的六个圆筒形部分A～F的情况。从图3中可知，在工件W中圆筒形部分A～F排列成两行三列。

然后，在图4所示的加工程序中，接着多个“开始坐标位置”分别记述了“基本单位(重复部分)”。开始坐标位置是开始加工重复部分时的机床5的驱动轴6的坐标。此外，多个重复部分是相互相同的记载，是分别切削出图3所示的圆筒形部分A～F的加工指令。在步骤S1中，提取这样的重复部分和与它们对应的开始坐标位置。然后，在步骤S2中，将提取的开始坐标位置存储在开始坐标存储部13中。

接下来，操作员选择多个开始坐标位置中的若干开始坐标位置。以下，对选择与图3所示的两个圆筒形部分A、F对应的开始坐标位置的情况进行说明。另外，也可以选择三个以上的开始坐标位置。

然后，在步骤S3中，移动量决定部14决定被选择的两个开始坐标位置之间的移动量。开始坐标位置是指令位置的一部分，但也可以求出与开始坐标位置对应的实际位置的坐标，采用这些实际位置之间的移动量。

图5是用于说明决定移动量的图。在图5中示出了圆筒形部分A的开始坐标位置A0(Xa0、Ya0、Za0)和圆筒形部分F的开始坐标位置F0(Xf0、Yf0、Zf0)。根据图5可知，移动量决定部14决定X方向的移动量(Xa0-Xf0)以及Y方向的移动量(Ya0-Yf0)两者。另外，在图5所示的例子中，加工开始位置是工件W的表面，因此不需要Z方向的移动量。

接下来，在图2的步骤S4中，轨迹计算部15将通过移动量决定部14计算出的移动量与第一开始坐标位置相加。然后，在步骤S5中，轨迹计算部15求出与相加后的第一开始坐标位置对应的重复部分。之后，基于相加后的第一开始坐标位置和与之对应的重复部分，根据由实际位置数据取得部12取得的实际位置计算出机床5的刀具前端点3的第一实际轨迹。第一实际轨迹与加工圆筒形部分F时的实际轨迹对应。

接下来，在步骤S6中，轨迹计算部15求出与第二开始坐标位置对应的重复部分。之后，基于第二开始坐标位置和与之对应的重复部分，根据由实际位置数据取得部12取得的实际位置计算出机床5的刀具前端点3的第二实际轨迹。第二实际轨迹是加工圆筒形部分A时的实际的轨迹。

之后，在步骤S7中，轨迹计算部15基于加工程序内的指令位置或在数值控制装置11中根据加工程序以及参数生成的指令位置计算出刀具前端点3的指令轨迹。此时，优选地，计算出与圆筒形部分A对应的指令轨迹。

在步骤S4中相加了移动量，因此第一实际轨迹从圆筒形部分F的位置移动到圆筒形部分A的位置为止。然后，在步骤S8中，当在显示部16上显示第一实际轨迹以及第二实际轨迹时，如图6所示，大致重叠地显示第一实际轨迹与第二实际轨迹。此时，可以同时显示指令轨迹，该情况下，指令轨迹成为第一实际轨迹以及第二实际轨迹的共通的指令轨迹。

这样，在本发明中，能够重叠地显示关于一个重复部分的第一实际轨迹以及关于其他重复部分的第二实际轨迹。因此，能够容易且高精度地比较第一实际轨迹以及第二实际轨迹的形状。因此，能够准确地掌握第一实际轨迹以及第二实际轨迹中的成为问题的地方，必要时也能够调整各种参数来排除那样的地方。

此外，使第一实际轨迹以及第二实际轨迹中的至少一方与指令轨迹重叠显示即可，此时，能够掌握至少一方的实际轨迹离指令轨迹或其他一方的实际轨迹多远。另外，以操作员容易理解为目的，优选地，用相互不同的颜色或不同种类的线表示第一实际轨迹、第二实际轨迹以及指令轨迹。

理所当然，能够求出关于其他圆筒形部分B～E的实际轨迹，并同样地对它们进行重叠地显示。因此，能够比较从单一的工件W取得的圆筒形部分A～F的各自的实际轨迹，掌握成为问题的地方容易在工件W的哪一部位产生。

此外，当加工程序的重复部分加工相互对称的形状时，使一方的实际轨迹与另一方的实际轨迹对应地反转后显示，由此，能够容易且高精度地比较两个实际轨迹。并且，当加工程序的重复部分加工相互成比例的形状时，使一方的实际轨迹与另一方的实际轨迹对应地进行扩大或缩小，能够得到相同的效果。

图7是表示机床的一例的图。在图7中示出了以五轴加工机为机床的例子。在该五轴加工机中，X轴、Y轴以及Z轴是直线轴，A轴以及B轴是旋转轴。然后，在时刻t，这些五轴的坐标分别设成x(t)、y(t)、z(t)、a(t)、b(t)。

另外，当将两个旋转轴即A轴以及B轴的交点设为M时，点M的坐标是(x(t)、y(t)、z(t))。然后，当将从点M至刀具前端为止的长度设为L，将刀具面向正下面的位置设为A轴以及B轴的基准位置(原点)时，能够通过以下的式(1)～(3)表示刀具前端点3的坐标(X(t)、Y(t)、Z(t))。轨迹计算部15根据这些公式计算出实际轨迹即可。

X＝x(t)+L×cos(a(t))×sin(b(t))(1)

Y＝y(t)+L×sin(a(t))(2)

Z＝z(t)-L×cos(a(t))×cos(b(t))(3)

当机床是包括直线三轴(X轴、Y轴、Z轴)的加工中心时，使在开始坐标存储部13中存储的开始坐标位置沿着预先指定的至少一个直线轴仅平行移动所述的移动量。然后，将移动后的坐标位置作为新的加工开始位置，轨迹计算部15按上述方式计算出关于对应的重复部分的实际轨迹。然后，通过比较实际轨迹，能够得到与上述相同的效果。

图8是用于说明使开始坐标位置平行移动的图。在图8的左侧示出了平行移动前的状态，在右侧示出了平行移动后的状态。在图8中，假设了分别使与三个重复部分相关的开始坐标位置(X'0、Y'0、Z'0)、(X”0、Y”0、Z”0)、(X”’0、Y”’0、Z”’0)向单一的坐标位置(X0、Y0、Z0)平行移动的情况。

作为例子，对沿着X轴重复相同形状(Y轴与Z轴的指令相同，与X轴的指令不同)的情况进行说明。在这样的情况下，如以下的式(4)～式(6)所示，首先，计算出坐标值(X0、Y0、Z0)的X坐标与各开始坐标位置的X坐标的差分Dx，接下来，使各开始坐标位置沿着X轴仅平行移动移动量Dx。

X₀＝X′₀+D′x(4)

X₀＝X″₀+D″_x(5)

X₀＝X″′₀+D″′_x(6)

(D′_x＝X₀-X′₀，D″_x＝X₀-X″₀，D″′_x＝X₀-X″′₀)

由此，三个开始坐标位置(X'0、Y'0、Z'0)、(X”0、Y”0、Z”0)、(X”’0、Y”’0、Z”’0)各自向相同的坐标位置(X0、Y0、Z0)平行移动。然后，如上所述地，计算出关于各开始坐标位置的关于重复部分的实际轨迹，由此能够重叠地显示三个实际轨迹。

同样地，在沿着Y轴、Z轴重复相同形状的情况下，计算出成为比较点的坐标值(X0、Y0、Z0)的Y坐标、Z坐标与各开始坐标位置的Y坐标、Z坐标的差值Dy、Dz。然后，通过使各开始坐标位置分别在Y轴方向以及Z轴方向仅平行移动Dy、Dz，能够以如上所述的方式重叠地显示三个实际轨迹。

图9是表示机床的其他例子的图。在图9中，假设了通过四轴以上的加工机加工旋转对象的多个形状的加工中心。即，在图9中，假设了加工圆盘状的工件W的情况。在图9中，X轴、Y轴以及Z轴是直线轴，B轴以及C轴是旋转轴。

在这样的情况下，使在开始坐标存储部13中存储的开始坐标位置绕预先指定的旋转轴仅旋转移动后述的角度。通过移动量决定部14计算出该角度。然后，将移动后的坐标位置作为新的加工开始位置，轨迹计算部15计算出关于对应的重复部分的实际轨迹。然后通过比较实际轨迹，能够得到与上述相同的效果。

图10是用于说明使开始坐标位置旋转移动的图。在图10中示出了圆盘状工件W，在该工件W上形成多个，例如在周方向等间隔地的六个等腰三角形的孔。在图10中，假设了使与重复部分相关的三个开始坐标位置(X'0、Y'0、Z'0)、(X”0、Y”0、Z”0)、(X”’0、Y”’0、Z”’0)分别随着预先指定的旋转轴B或旋转轴C向成为比较点的角度B0或C0旋转移动的情况。

作为例子，对绕C轴(直线轴Z的旋转轴)重复相同形状的情况进行说明。在该情况下，计算出角度C0与各开始坐标值的C坐标的差值△θ，使各开始坐标位置绕旋转轴C仅旋转移动差值△θ。以下的式(7)表示在固定了旋转轴B的情况下，使开始坐标位置(X'0、Y'0、Z'0、B’0、C’0)绕旋转轴C仅旋转角度△θ向点(X0、Y0、Z0、B0、C0)移动的情况。

$\left[\begin{array}{c}{X}_0\\ Y_0\\ Z_0\\ B_0\\ C_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& -\sin \mathrm{\Δ\θ}& 0& 0& 0\\ \sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& E\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_0^{\′}\\ Y_0^{\′}\\ Z_0^{\′}\\ B_0^{\′}\\ C_0^{\′}\end{array}\right]---\left(7\right)$

(E＝(C′₀+Δθ)/C′₀，Δθ＝C₀-C′₀)

对于其他开始坐标位置，以式(7)为基准，分别设定角度△θ。然后，通过仅旋转移动角度△θ，使三个开始坐标位置(X'0、Y'0、Z'0、B'0、C'0)、(X”0、Y”0、Z”0、B”0、C”0)、(X”’0、Y”’0、Z”’0、B”’0、C”’0)向点(X0、Y0、Z0、B0、C0)移动。然后，通过如上所述的方式计算出关于各开始坐标位置的与重复部分相关的实际轨迹，能够重叠地显示三个实际轨迹。另外，所述技术领域的技术人员应当明确当使开始坐标位置旋转移动时，能够适当地进行坐标变换。

发明效果

在第一方式中，能够容易地比较与各重复部分对应的第一实际轨迹以及第二实际轨迹的形状。因此，能够准确地把握在第一实际轨迹以及第二实际轨迹中成为问题的地方。

在第二方式中，当重复部分平行移动时，能够容易地比较两个轨迹的形状。

在第三方式中，当重复部分旋转移动时，能够容易地比较两个轨迹的形状。

在第四方式中，针对指令轨迹能够容易地比较第一实际轨迹以及第二实际轨迹。

使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但如果是所述领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，能够进行所述的变更以及各种其他变更、省略、追加。

Claims (4)

1.一种刀具轨迹显示装置，具备：

数值控制装置(11)，其根据加工程序内的指令位置控制机床的至少一个驱动轴；以及

实际位置数据取得部(12)，其取得通过该数值控制装置控制的所述至少一个驱动轴的实际位置，

其特征在于，还具备：

开始坐标存储部(13)，其将包含在所述加工程序内，重复加工全等形状或对称形状的多个重复部分的各自的执行开始时所述至少一个驱动轴的多个坐标位置存储为开始坐标位置；

移动量决定部(14)，其决定所述至少一个驱动轴从通过该开始坐标存储部存储的所述多个开始坐标位置中的第一开始坐标位置向第二开始坐标位置的移动量；

轨迹计算部(15)，其基于相加了所述移动量后的所述第一开始坐标位置以及与该第一开始坐标位置对应的重复部分，根据由所述实际位置数据取得部取得的所述实际位置计算出所述机床的刀具前端点的第一实际轨迹，同时基于所述第二开始坐标位置以及与该第二开始坐标位置对应的重复部分，根据所述实际位置计算出所述刀具前端点的第二实际轨迹；以及

显示部(16)，其重叠地显示通过该轨迹计算部计算出的所述第一实际轨迹以及所述第二实际轨迹。

2.根据权利要求1所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述至少一个驱动轴是直线轴，使在所述开始坐标存储部中存储的坐标位置沿着所述直线轴平行移动。

3.根据权利要求1所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述至少一个驱动轴是旋转轴，使在所述开始坐标存储部中存储的坐标位置绕所述旋转轴进行旋转移动。

4.根据权利要求1所述的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述轨迹计算部还根据所述加工程序内的所述指令位置计算出所述刀具前端点的指令轨迹，

所述显示部将所述指令轨迹与所述第一实际轨迹以及所述第二实际轨迹一起重叠显示。