四轴加工机用数值控制装置制造方法及图纸

一种控制四轴加工机的数值控制装置，在该四轴加工机内设定一个虚拟轴，尽管是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工。并且，在通过五个轴加工工件的五轴加工机用的程序对该虚拟轴发出指令时，在该虚拟轴的程序指令值与已设定的虚拟轴的角度（虚拟角度）大体一致时，认为该虚拟轴的程序指令值是虚拟角度，通过该五轴加工机用的程序进行加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及四轴加工机用的数值控制装置，特别涉及设定虚拟的一个轴、即使是 四轴加工机也能进行以五轴控制加工为基准的加工的四轴加工机用的数值控制装置。
技术介绍
使用具有三个直线轴和两个旋转轴的五轴加工机，对于在工作台上安装的工件 (被加工物)同时进行五轴加工是公知的技术。图1是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(B轴以及C轴)加 工在工作台上安装的工件的工作台旋转型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴以及Z轴 移动加工头51以及刀具52。B轴使旋转工作台53围绕Y轴转动倾斜，C轴使该旋转工作 台53围绕Z轴旋转。即，旋转工作台53通过B轴以及C轴转动倾斜。图2是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(A轴以及C轴)加工 工件(未图示)的加工头旋转型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴以及Z轴移动加工 头61以及刀具62。A轴使刀具62围绕X轴倾斜，C轴围绕Z轴旋转加工头61和刀具62。 在图2中，符号66是工作台。图3是通过三个直线轴(X轴、Y轴以及Z轴)和两个旋转轴(A轴以及C轴)加 工在旋转工作台上安装的工件(未图示)的混合型的五轴加工机的概略结构图。X轴、Y轴 以及ζ轴移动加工头71以及刀具72。A轴使刀具72围绕X轴倾斜，C轴使旋转工作台73 围绕Z轴旋转。作为刀具尖端点控制，已知通过控制参照图1、图2以及图3说明的五轴加工机的 数值控制装置，在工作台上固定的直角坐标系(工作台坐标系)上指示刀具的位置、速度、 以及刀具的方向，把这些指令值变换为机械的控制点的各轴的坐标值来进行控制的方法 (特开2003-195917号公报)。在该刀具尖端点控制中，控制刀具尖端点的位置以及速度， 通过插补各旋转轴的位置来决定刀具的方向。在一般的五轴加工机中，例如通过图4所示 那样的程序指令进行刀具尖端点控制中的加工。在图4表示的程序指令中，“G43. 4”是开始刀具尖端点控制的G代码，表示是通过 作为旋转轴的B轴以及C轴的指令来指示刀具方向的刀具尖端点控制的指令方式。“H”指 示刀具长度修正量号码。“X”、“Y”、“Z”指示程序坐标系上的刀具尖端点位置。该“程序坐 标系”是在工作台上固定的直角坐标系(由Xt、Yt、Zt轴组成的工作台坐标系)，因此与工 作台的倾斜、旋转一起倾斜、旋转。“B”以及“C”指示旋转轴位置。“G49”是取消刀具尖端 点控制的G代码。图5是从Y轴的负方向观看来说明图1的五轴加工机的加工的图。在这以后，使 用从Y轴的负方向看到的图来说明五轴加工机的加工。另外，虽然作为通过本专利技术的控制 装置控制的五轴加工机，只参照图1的工作台旋转型五轴加工机进行说明，但是其说明也 适用于图2所示那样的加工头旋转型五轴加工机或者图3所示那样的混合型五轴加工机， 它们在具有三个直线轴和两个旋转轴、用两个旋转轴控制刀具方向(刀具对于工件的相对的方向)这点上与该工作台旋转型五轴加工机相同。但是，在基于刀具尖端点控制的加工中，刀具多使用球头立铣刀，在这种情况下， 使用球头立铣刀的尖端半球的中心或者尖端半球上的切削点指示刀具尖端点位置。此时， 刀具尖端点位置(程序指令中的X轴、Y轴以及Z轴的指令值)，因为准确地成为工作台坐 标系上的X轴、Y轴、以及Z轴上的位置，所以即使通过B轴位置以及C轴位置决定的刀具的 方向(刀具对于工件的姿势)与程序指令少许不同，在加工上也不会成为太大的问题。当 然，刀具方向与程序指令不能有大的不同而使刀具和工件或者机械部件干涉。图5表示刀具尖端点位置用X轴、Y轴以及Z轴的指令给出，而且刀具52对于工件 54的方向用B轴指令(例如-80. 0的指令)给出的状态。因此，当假定刀具尖端点位置的 指令(X轴、Y轴以及Z轴的指令)不变，但是把B轴的指令作为与图5的值大不相同的值 (例如-45. 0)给出时，如图6所示，工作台坐标系上的刀具方向(刀具52对于工件54的方 向)与图5所示的刀具方向不同，但是工作台坐标系上的刀具尖端点位置不变。S卩，在图5 和图6中B轴位置不同，但是工作台坐标系上的X、Y、Z位置不变。因此，如果X轴、Y轴、Z 轴的指令相同，则可以说即使少许变更B轴指令(以及C轴指令)，在加工上也没有问题。另一方面，在五轴加工机中存在下面那样的问题。(1)因为加工机的轴数多，所以成本上升。(2)当加工机的轴数增多时，轴间的机械装配误差累积。(3)当加工机的轴数增多时，难以提高机械刚性。(4)旋转轴与直线轴相比，特别是旋转力矩弱，成为发生大的误差的主要原因。由于上述⑵ (4)的原因，难以使用五轴加工机进行高精度的加工。因此，为缓 解这些问题，导入了图7、图8以及图9所示那样的四轴加工机。这样的四轴加工机如后所 述，通过作为虚拟轴而使用具有虚拟角度(倾斜角)的夹具或者附件，能够加工以往使用五 轴加工机进行的加工的相当部分。图7是工作台旋转型的四轴加工机的概略结构图。加工头51以及刀具52用X轴、 Y轴以及Z轴动作。旋转工作台53通过C轴旋转。该旋转工作台53在围绕Y轴有固定的 倾斜角的夹具55上固定。其结果，C轴的旋转中心围绕Y轴具有预定的倾斜角度(对于Z 轴倾斜的角度)。这里，图7的四轴加工机，设想有一个不具有围绕Y轴实际动作的轴(驱 动的伺服机)的“虚拟轴”。该虚拟轴与图1的一般的五轴加工机中的B轴相当。该虚拟轴 的(B轴)的倾斜角度称为“虚拟角度”。图8是加工头旋转型的四轴加工机的概略结构图。在图8的加工头旋转型的四轴 加工机中，加工头61以及刀具62用X轴、Y轴以及Z轴动作。另外，加工头61通过C轴旋 转。在该加工头61上，刀具62被固定在围绕X轴有固定的倾斜角的附件65上。其结果， 刀具62围绕X轴具有预定的倾斜角度(对于Z轴倾斜的角度)。虚拟轴与图2的一般的五 轴加工机中的A轴相当。图9是混合型的四轴加工机的概略结构图。在图9的混合型的四轴加工机中，加 工头71以及刀具72用X轴、Y轴以及Z轴动作。旋转工作台73通过C轴围绕Z轴旋转。 在该加工头71上，刀具72被固定在围绕X轴有固定的倾斜角的附件75上。其结果，刀具 72围绕X轴具有预定的倾斜角度(对于Z轴倾斜的角度)。虚拟轴与图3的一般的五轴加 工机中的A轴相当。 5以下，作为用本专利技术的数值控制装置控制的四轴加工机，使用图7所示那样的工 作台旋转型四轴加工机为例说明，但是本专利技术也可以在控制图8或者图9所示那样的具有 一个虚拟轴的其他类型的(加工头旋转型或者混合型的)四轴加工机的数值控制装置中应用。图10表示的叶轮一般用五轴加工机加工，但是实际上是在图7表示的工作台旋转 型四轴加工机中通过把虚拟轴的角度(虚拟角度)设为-80度而加工出的。使用四轴加工机的加工能够得到下述(1)以及(2)的特征。(1)因为与五轴加工机相比轴数少了一个，所以能够相应地以低价格实现加工。(2)因为与五轴加工机相比轴数少了一个，所以能够相应地减小机械装配误差且 提高机械刚性，高精度地进行加工。但是，因为在四轴加工机中虚拟轴实际上不存在，所以在四轴加工机用的程序中 不执行对于虚拟轴的指示。因此，与图4中例示的五轴加工机用的程序对应的四轴加工机 用的程序成为没有B轴指令的程序。这里，如果虚拟轴的虚拟角度是-80. 0度，则作为虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四轴加工机用数值控制装置，用于控制四轴加工机，该四轴加工机遵照用于通过三个直线轴和两个旋转轴对安装在工作台上的工件进行加工的五轴加工机的加工程序，通过所述三个直线轴和一个旋转轴对该工件进行加工，所述四轴加工机用数值控制装置的特征在于，具有：虚拟角度设定单元，用于设想在所述四轴加工机上还有一个虚拟轴，把该虚拟轴的角度设定为虚拟角度；虚拟角度判断单元，用于在所述加工程序中对所述虚拟轴发出程序指令的情况下，判断该程序指令与所述虚拟角度是否一致；和旋转轴指令认定单元，用于在用所述虚拟角度判断单元判断为所述虚拟轴的程序指令与所述虚拟角度一致的情况下，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大槻俊明，井出聪一郎，花冈修，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]