CN107427981B - 刀具路径生成方法、孔加工方法及刀具路径生成装置 - Google Patents

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Abstract

一种刀具路径生成方法、孔加工方法及刀具路径生成装置，刀具路径生成装置(10)生成使刀具和工件相对地移动并加工该工件的刀具路径，具备相反路径抽出部(32)、反转位置运算部(34)和反转路径生成部(36)，该相反路径抽出部(32)抽出移动方向相互大致相反的2个刀具路径；该反转位置运算部(34)运算在2个刀具路径的一方的终点和2个刀具路径的另一方的起点之间刀具的进给方向在从工件背离的位置反转的反转位置；该反转路径生成部(36)运算通过2个刀具路径的一方的终点、反转位置、2个刀具路径的另一方的起点的连接路径。

Description

刀具路径生成方法、孔加工方法及刀具路径生成装置
技术领域
本发明涉及将2个刀具路径相连的刀具路径生成，特别涉及用于使用旋转刀具在工件的表面上形成孔的孔加工的刀具路径生成方法、孔加工方法及刀具路径生成装置。
背景技术
在使用旋转刀具例如钻头等在工件的表面上加工多个孔的情况下，如图5所示，为了加工1个孔H1，将刀具T配置在孔H1的位置，接着，朝向工件W在其旋转轴线方向(Z轴方向)进给(路径1)。接着，使刀具T在Z轴方向以从工件W背离的方式移动，从孔H1拔出去(路径2)。若刀具T的前端从工件W背离，则接着由X轴、Y轴的进给装置将刀具T朝向用于形成下个孔H2的位置进给(路径6)。若到达下个孔H2的位置，则刀具T再次在Z轴方向朝向工件W供给，形成孔H2(路径4)。这样，因为在使刀具相对于工件从1个加工部位向下个加工部位移动时，当刀具的进给方向进行方向转换时，在图5的例子中，必须在路径2和路径6之间及路径6和路径4之间暂时停止进给动作，所以在刀具移动中所需要的时间变长。
在专利文献1中记载了一种机床，所述机床使用2个驱动装置，例如X轴驱动装置和Y轴驱动装置使移动体移动，以便缩短移动时间。在专利文献1的机床中，在由2轴控制使移动体移动时，在需要在任意的轴方向在至少1个部位进行方向转换的情况下，从移动体到达了方向转换点时开始，使移动体在进行方向转换的轴方向在最大加减速度以下缓慢地加减速，在另一方的驱动装置中，成为最大下限速度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-024174号公报
发明内容
发明所要解决的课题
根据专利文献1的发明，虽然移动体的移动时间能够缩短，但存在控制复杂，在向控制装置输入的NC程序中除通常的加工用程序外，还必须预先规定移动体的路径、速度、下限速度的问题。
本发明以解决这样的以往技术的问题点为技术课题，以提供一种刀具路径生成方法及装置以及使用了该刀具路径生成方法的孔加工方法为目的，所述刀具路径生成方法及装置以及使用了该刀具路径生成方法的孔加工方法能够在机床中在进行工件加工中，在使刀具相对于工件从1个刀具路径向旁边的刀具路径移动时，容易且在非常短的时间内实时地生成将该2个刀具路径连接的连接路径，也就是缩短了在刀具的移动中所需要的时间的连接路径。
为了解决课题的手段
为了实现上述的目的，根据本发明，提供一种刀具路径生成方法，所述刀具路径生成方法生成使刀具和工件相对地移动并加工该工件的刀具路径，其中，抽出移动方向相互大致相反的2个刀具路径，在前述2个刀具路径的一方的终点和前述2个刀具路径的另一方的起点之间，将刀具的进给方向反转的反转位置设定在从前述工件背离的位置，运算通过前述2个刀具路径的一方的终点、前述反转位置、前述2个刀具路径的另一方的起点的连接路径，生成由前述2个刀具路径的一方、前述连接路径及前述2个刀具路径的另一方构成的刀具路径。
进而，根据本发明，提供一种孔加工方法，所述孔加工方法使用装配在以旋转轴线为中心旋转的主轴的前端的旋转刀具，连续地在工件上加工第一和第二孔，其中，在前述第一孔的加工结束后，沿椭圆状的连接路径，使前述旋转刀具从前述工件的前述第一孔的加工结束位置向前述第二孔的加工开始位置相对地移动，所述椭圆状的连接路径以将前述第一孔的加工的结束位置和前述第二孔的加工的开始位置作为两端的线段为长轴或短轴，沿前述旋转轴线朝向前述工件内驱动前述旋转刀具。
进而，根据本发明的其它的特征，提供一种孔加工方法，所述孔加工方法由机床在工件的表面上加工在Z轴方向延伸的第一和第二孔，所述机床具有X、Y、Z进给轴，该X、Y、Z进给轴使旋转刀具和前述工件以前述主轴的旋转轴线方向为Z轴在X、Y、Z的正交3轴方向相对移动，该旋转刀具被装配在以旋转轴线为中心旋转的主轴的前端，该工件与该主轴面对地配置，其中，运算前述第一孔的加工结束位置和前述第二孔的加工开始位置之间的X轴方向的距离和Y轴方向的距离，求出将前述X轴方向的距离除以X进给轴的最大加速度得到的X轴基准值和将前述Y轴方向的距离除以Y进给轴的最大加速度得到的Y轴基准值，将前述X轴基准值和Y轴基准值的大的一方的值设定为最大基准值，对前述最大基准值乘以Z进给轴的最大加速度，求出Z轴方向的退让距离，生成椭圆状的连接路径，也就是前述退让距离成为前述椭圆的短轴或长轴的1/2的椭圆状的连接路径，所述椭圆状的连接路径以将前述第一孔的加工结束位置和前述第二孔的加工开始位置作为两端的线段为长轴或短轴，在与XY平面垂直的平面内延伸，沿前述连接路径使前述旋转刀具从前述工件的前述第一孔的加工的结束位置向前述第二孔的加工的开始位置移动，沿前述旋转轴线朝向前述工件内驱动前述旋转刀具。
进而，根据本发明，提供一种刀具路径生成装置，所述刀具路径生成装置生成使刀具和工件相对地移动并加工该工件的刀具路径，其中，具备相反路径抽出部、反转位置运算部和刀具路径生成部，所述相反路径抽出部抽出移动方向相互大致相反的2个刀具路径，所述反转位置运算部运算在前述2个刀具路径的一方的终点和前述2个刀具路径的另一方的起点之间刀具的进给方向在从前述工件背离的位置反转的反转位置，所述刀具路径生成部运算通过前述2个刀具路径的一方的终点、前述反转位置、前述2个刀具路径的另一方的起点的连接路径，生成由前述2个刀具路径的一方、前述连接路径及前述2个刀具路径的另一方构成的刀具路径。
发明的效果
根据本发明，由于仅通过运算椭圆生成连接路径，所以能够非常简单且在短时间内进行刀具路径生成的运算，不需要像专利文献1的发明的那样预先运算并规定在NC程序中。
附图说明
图1是表示基于本发明的优选的实施方式的包括了刀具路径生成部在内的控制装置的框图。
图2是表示适用本发明的机床的一例的侧视图。
图3是用于说明基于本发明的刀具路径生成方法的孔加工的略图。
图4是说明本发明的刀具路径生成方法的流程图。
图5是用于说明基于以往的刀具路径生成方法的孔加工的略图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。
首先，参照图2，表示适用本发明的机床的一例。在图2中，基于本发明的优选的实施方式的机床100构成了立式加工中心，具备被固定在工厂的地板面上的作为基座的床身102；在床身102的前方部分(在图1中为左侧)的上面中可在前后方向或X轴方向(在图1中为左右方向)移动地设置，固定工件W的工作台114；在床身102的后端侧(在图1中为右侧)直立设置并固定在该床身102的上面上的立柱104；在该立柱104的前面中可在左右方向或Y轴方向(在图1中为与纸面垂直的方向)移动地设置的滑鞍106；在滑鞍106的前面中，可在上下方向或Z轴方向移动地安装的Z滑块108；被安装在Z滑块108上，可旋转地支承主轴112的主轴头110。
工作台114可沿在床身102的上面中在水平的X轴方向延伸设置的一对X轴导轨102a往复动地设置。在床身102上，作为沿X轴导轨102a往复驱动工作台114的X轴进给装置，设置了在X轴方向延伸设置的滚珠丝杆(未图示)和被连结在该滚珠丝杆的一端的X轴伺服马达，在工作台114上，安装了与前述滚珠丝杆卡合的螺母(未图示)。在工作台114上，还安装了测定X轴方向的工作台114的X轴方向的坐标位置的X轴标尺(未图示)。
主轴头110可绕在与Z轴平行的铅直方向延伸的中心轴线O旋转地支承主轴112。主轴112在与工作台114面对的前端部加工了用于装配旋转刀具T的刀具装配孔(未图示)。主轴头110具有旋转驱动主轴112的伺服马达(未图示)。
滑鞍106可沿在立柱104的上方部分的前面中在Y轴方向延伸设置的一对Y轴导轨104a往复动地设置。在立柱104上，作为沿Y轴导轨往复驱动滑鞍106的Y轴进给装置，设置了在Y轴方向延伸设置的滚珠丝杆(未图示)和被连结在该滚珠丝杆的一端的Y轴伺服马达，在滑鞍106上，安装了与前述滚珠丝杆卡合的螺母(未图示)。在立柱104上，还安装了测定滑鞍106的Y轴方向的坐标位置的Y轴标尺(未图示)。
Z滑块108可沿在滑鞍106的前面中在Z轴方向延伸设置的一对Z轴导轨106a往复动地设置。在滑鞍106上，作为沿Z轴导轨往复驱动Z滑块108的Z轴进给装置，设置在Z轴方向延伸设置的滚珠丝杆(未图示)和被连结在该滚珠丝杆的一端的Z轴伺服马达(未图示)，在主轴头110上安装着与前述滚珠丝杆卡合的螺母(未图示)。在滑鞍106上，还安装了测定Z滑块108的Z轴方向的坐标位置的Z轴标尺(未图示)。旋转刀具T由Z轴进给装置沿其中心轴线进给。
X轴伺服马达、Y轴伺服马达、Z轴伺服马达及X轴标尺、Y轴标尺、Z轴标尺被连接在控制机床100的NC装置(未图示)上，由该NC装置控制向X轴伺服马达、Y轴伺服马达、Z轴伺服马达供给的电力(电流值)。
参照图1。图1是表示用于实施本发明的孔加工方法的控制装置的一例的框图。控制装置10与通常的NC装置同样，具备读取解释部12、程序执行控制部14、插补部18及伺服部20。也就是说，控制装置10能够装入用于机床100的NC装置。控制装置10还具备本发明的刀具路径生成部30。刀具路径生成部30，如后所述，具备相反路径抽出部32、反转位置运算部34及反转路径生成部36。
读取解释部12，读取并解释NC程序，将可执行的程序数据依次向程序执行控制部14输出。程序执行控制部14，基于从读取解释部12输出的可执行的程序数据向加减速控制部16输出动作指令。此移动指令包括X轴、Y轴、Z轴方向的进给量和进给速度。
加减速控制部16使来自程序执行控制部14的移动指令通往加减速过滤器，进行各轴的进给速度的加减速处理。在加减速控制部16中被进行了加减速处理的移动指令向插补部18输出。插补部18对收到的X轴、Y轴及Z轴移动指令进行插补运算，将与插补函数及进给速度一致的位置指令向各轴的伺服部20输出。伺服部20根据收到的X轴、Y轴及Z轴的各位置指令，输出用于驱动机床100的X轴、Y轴及Z轴的各进给轴的电流值，此电流值向机床100的X轴、Y轴及Z轴的各进给轴的伺服马达22供给。
刀具路径生成部30的相反路径抽出部32，从读取解释部12读取并解释了的NC程序抽出相反路径。相反路径是刀具T的移动方向在大致相反的方向的邻接的2个刀具路径(相反路径)。在本实施方式中，如图3所示，在作为刀具T使用钻头在工件W上加工相邻的第一和第二孔H1、H2的情况下，刀具T首先从第一孔H1的加工开始点P1朝向加工终点P2一面相对于工件W推压一面在轴方向成直线性地移动(刀具路径1)，接着，从加工终点P2朝向加工开始点P1沿与刀具路径1相同的路径向相反反向移动，从工件W背离(刀具路径2)。刀具T接着经连接路径3向作为第二孔H2的加工的开始位置的加工开始点P3移动，从加工开始点P3朝向加工终点P4，一面相对于工件W推压一面在轴方向呈直线性地移动(刀具路径4)，接着，从加工终点P4朝向加工开始点P3沿与刀具路径4相同的直线向相反反向移动，以便从工件W背离(刀具路径5)。在图3的例子中，邻接的刀具路径2和刀具路径4成为相反路径。刀具路径1和刀具路径2虽然刀具T的移动方向为相反方向，但由于是相同直线上的路径，不是邻接的路径，所以不是相反路径。刀具路径4和刀具路径5也同样不是相反路径。
另外，在下面的说明中，将相互构成相反路径的刀具路径2、4中的在先的刀具路径2作为第一刀具路径，将后续的刀具路径4作为第二刀具路径。另外，P1是第一孔H1的加工的结束位置，也就是第一刀具路径2的终点。P3是第二孔H2的加工开始位置，成为第二刀具路径4的起点。
反转位置运算部34，如后所述，基于与由相反路径抽出部32抽出的相反路径关联的程序数据，运算刀具T的移动方向在连接路径3上反转的反转位置Pr。反转路径生成部36，根据与相反路径抽出部32抽出的相反路径相关的程序数据和反转位置运算部34运算的反转位置Pr的坐标生成反转路径。在图3的例子中，反转路径是在作为将刀具T从第一孔H1拉回的路径的第一刀具路径2和作为用于加工第二孔H2的刀具路径的第二刀具路径4之间通过反转位置Pr的连接路径3。
一边参照图4的流程图，一边说明用于在图3所示的例子中生成反转路径的方法。另外，在图3中，将坐标系定义为：以左右方向为X轴，以与纸面垂直的方向为Y轴，将从工件W的上面在Z轴方向离开了所希望的距离的位置定义为Z＝0。从此工件W的表面离开所希望的距离的位置是指用户设定的任意的位置，是加上了为了避免刀具和工件因工件表面的形状误差、尺寸误差而碰撞的退刀量从工件表面分离的位置。此位置与在加工程序的G代码的固定循环中被称为R点的位置等相当。
在相反路径抽出部32从读取解释部12读取并解释了的NC程序抽出了相反路径2、4后，反转位置运算部34从读取解释部12读取并解释了的NC程序读入P1的坐标(X1、Y1、0)及P2的坐标(X2、Y2、0)(步骤S10)。另外，下面的参数也能够预先储存在刀具路径生成部30的存储区域中。或者，也可以是机床100的操作者通过手动适宜地输入。
Ax＝X方向的进给轴的最高加速度
Ay＝Y方向的进给轴的最高加速度
Az＝Z方向的进给轴的最高加速度
接着，运算
Lx＝相反路径之间的X方向的距离＝X2-X1、
Ly＝相反路径之间的Y方向的距离＝Y2-Y1。
接着，比较Lx/Ax和Ly/Ay(步骤S12)，在Lx/Ax比Ly/Ay大的情况下(在步骤S12中为是的情况下)，也就是能够判断为刀具T的向X轴方向的移动时间比向Y轴方向的移动时间长的情况下，从下面的式子运算刀具T的向Z轴方向的退让距离Qz(步骤S14)。
Qz＝(Lx/Ax)×Az
在Lx/Ax比Py/Ay小的情况下(在步骤S12中为否的情况下)，从下面的式子运算刀具T的向Z轴方向的退让距离Qz(步骤S16)。
Qz＝(Ly/Ay)×Az
若运算向Z轴方向的退让距离Qz，则在步骤S18中，从下面的式子运算反转位置Pr的坐标。另外，若将工件W相对于工作台114安装成第一和第二孔H1、H2例如在X轴方向排列，则成为Ly＝0。
Pr(X、Y、Z)＝((X1+X2)/2、(Y1+Y2)/2、Qz)
接着，运算反转路径生成部36通过P1、Pr、P3并将反转位置Pr作为顶点的椭圆形状的连接路径3。也就是说，将椭圆的对称轴的一方通过P1及P3、对称轴的另一方通过反转位置Pr的椭圆的上侧的一半作为连接路径3。更详细地说，连接路径3是作为长轴或短轴具有将P1及P3作为两端的线段并通过反转位置Pr的椭圆，从相对于Z＝0的X-Y平面垂直的平面内的椭圆的Z＝0的X-Y平面由上侧的一半规定。反转路径生成部36将这样运算的连接路径3与第一和第二刀具路径2、4一起向程序执行控制部14输出。
由于本实施方式的连接路径3在第一刀具路径2的终点P1及第二刀具路径4的起点P3在切线方向与第一刀具路径2及第二刀具路径4连接，所以能够使刀具T以非常高的速度沿连接路径3相对于工件W相对移动。也就是说，刀具T在刀具路径2中一面加速一面从工件W背离，并将Z轴方向的速度维持加工指令的速度不变地通过P1。接着，刀具T减速以便Z轴方向的速度在反转位置Pr成为零，Z轴方向的速度反转，朝向P3向反方向加速。而且，在通过P3时，Z轴方向的速度达到加工指令的速度。这样，因为在连接路径3上Z轴方向的速度成为零的点只有1个部位，所以在移动中所需要的时间缩短，可使刀具T相对于工件W以非常高的速度相对移动。因为反转位置Pr的Z轴方向的位置也基于第一和第二孔H1、H2之间的距离和各进给轴的最高速度算出，所以能够得到反转位置Pr的Z轴方向的位置不会从工件W超过必要限度地离开的有效的路径。
进而，因为将从工件W离开最远的位置作为反转位置Pr，生成通过该反转位置Pr的路径，所以刀具和周边设备的干扰的判定、路径是否通过超过了进给轴的行程范围的位置的判定，只要仅评价反转位置Pr的坐标即可，还具有能够容易地进行生成了的连接路径3是否是可利用的路径的判定这样的优点。
另外，根据本实施方式，由于从NC程序读取2个邻接的孔H1、H2的中心P1、P3，基于它运算Pr，仅通过运算通过该3个点P1、Pr、P3的椭圆生成连接路径3，所以能够非常简单地在短时间内运算，因此，不需要像专利文献1的发明的那样，预先运算并规定在NC程序中。
在图4所示的方法中，刀具T的向Z轴方向的退让距离Qz，单纯地基于第一和第二孔H1、H2的轴间的距离或工件W的第一和第二孔H1、H2的中心间的距离，也就是被加工的孔的节距和X或Y进给轴的最大加速度运算，但本发明不限定于此。由于若被加工的孔浅，则加速的距离短，在刀具T从孔背离时Z轴的进给速度没有变高，所以即使不使刀具T从工件W背离得远，也能够在短的距离内减速，可使刀具T圆滑且高速地移动。因此，在将上述(Lx/Ax)×Az及(Ly/Ay)×Az与对第一和第二孔H1、H2中的浅的孔的深度Ld乘以常数α了的αLd相比较，αLd比(Lx/Ax)×Az及(Ly/Ay)×Az小的情况下，也可以使得Qz＝αLd。α因机床的特性而不同，但也可以由实验等预先决定，例如，能够使α＝1.2。
符号的说明
2：第一刀具路径；3：连接路径；4：第二刀具路径；10：控制装置；12：读取解释部；14：程序执行控制部；30：刀具路径生成部；32：相反路径抽出部；34：反转位置运算部；36：反转路径生成部。

Claims (1)

1.一种孔加工方法，所述孔加工方法由机床在工件的表面上加工在Z轴方向延伸的第一和第二孔，所述机床具有X、Y、Z进给轴，该X、Y、Z进给轴使旋转刀具和前述工件以主轴的旋转轴线方向为Z轴在X、Y、Z的正交3轴方向相对移动，该旋转刀具被装配在以旋转轴线为中心旋转的前述主轴的前端，该工件与该主轴面对地配置，其中，
运算前述第一孔的加工结束位置和前述第二孔的加工开始位置之间的X轴方向的距离和Y轴方向的距离，
求出将前述X轴方向的距离除以X进给轴的最大加速度得到的X轴基准值和将前述Y轴方向的距离除以Y进给轴的最大加速度得到的Y轴基准值，
将前述X轴基准值和Y轴基准值的大的一方的值设定为最大基准值，
对前述最大基准值乘以Z进给轴的最大加速度，求出Z轴方向的退让距离，
生成椭圆状的连接路径，也就是前述退让距离成为前述椭圆的短轴或长轴的1/2的椭圆状的连接路径，所述椭圆状的连接路径以将前述第一孔的加工结束位置和前述第二孔的加工开始位置作为两端的线段为长轴或短轴，在与XY平面垂直的平面内延伸，
沿前述连接路径使前述旋转刀具从前述工件的前述第一孔的加工的结束位置向前述第二孔的加工的开始位置移动，
沿前述旋转轴线朝向前述工件内驱动前述旋转刀具。
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