控制刀具的刀片与被削材的碰撞位置的数值控制装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201610872817.7 | 申请日 | 2016-09-30 | 公开(公告)号 | CN106557063A | 公开(公告)日 | 2017-04-05 |
| 申请人 | 发那科株式会社; | 发明人 | 远藤胜博; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种控制刀具的刀片与被削材的碰撞 位置 的数值控制装置，该数值控制装置基于包含刀具的刀具直径以及刀具所具有的刀片的数量的刀具信息、由加工程序 指定 的刀具中心移动路径、被削材形状数据、以及刀片信息，以刀片上的各位置与被削材的碰撞次数遵循于刀片信息中包含的使用 频率 的方式，来校正工具中心路径。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种数值控制装置，其根据指定刀具中心的移动路径的加工程序，来控制通过用于旋转刀具的主轴和驱动机构使被削材与刀具相对移动而进行加工的机械，其特征在于，该数值控制装置具备： |
||||||
| 说明书全文 | 控制刀具的刀片与被削材的碰撞位置的数值控制装置[0001] 本申请是以在日本于2015年9月30日提出申请的日本特愿2015－193278号为优先权的申请。日本申请的内容通过参照的方式编入本申请的内容中。 技术领域[0002] 本发明涉及数值控制装置，尤其是涉及控制刀具的刀片与被削材的碰撞位置的数值控制装置。 背景技术[0003] 在端铣刀的粗加工等中，若刀片向被削材的切入角(进刀角)过大，则刀片切入被削材时的切屑厚度变薄，被削材弹性变形。因此，刀片的刀尖被施加较大的力，容易发生崩刀。另一方面，在进刀角过小的情况下，刀片切入被削材时的切屑厚度变厚，对刀片的冲击变大。因此，同样地容易引起崩刀。因此，为了延长刀具寿命，需要注意使进刀角在难以引起崩刀的适当范围内，对刀具中心路径编程。 [0004] 以往，提出了若干个用于减少刀具的刀片的磨耗、损伤的技术。例如，在日本特开2003－170333号公报中，公开了这样一种方法：以使刀具造成的切屑部分的切削前的最大切屑厚度和切削圆弧长在整个进给路径始终为恒定不变的值的方式，生成进给路径，这样，使切削阻力恒定不变，从而减少刀具的磨耗、损伤。另外，在日本特开2005－050255号公报、日本特开2003－263208号公报等中，作为使切削阻力和进给速度恒定不变的加工方法，公开了一种生成保持进刀角度恒定不变的刀具路径的加工方法。此外，还公开有：检测切削阻力，控制进给速度、主轴速度的方法(日本特许第4568880号公报、日本特许第4923175号公报等)；为了使切削阻力恒定不变，而控制进给速度、主轴速度的方法(日本特开2002－ 233930号公报、日本特开2004－330368号公报等)。 [0005] 这些以往技术公开了主要使切削阻力、进给速度恒定不变，从而抑制刀具的磨耗、损伤的方法。通过应用这些以往技术，前面所说明的进刀角不会过大或者过小，刀具的刀片与被削材能在良好的位置切入(碰撞)。 [0006] 但是，即使采用这些以往技术，也存在无法消除刀片的崩刀的情况。例如，图18是进行使每一刃的进给量恒定不变从而将切削阻力保持为恒定不变的加工的例子。在该例中，被削材与刀具的刀片发生碰撞的点Pn是刀片上的特定位置。在这样的加工中，由于被削材与刀具的刀片发生碰撞的位置恒定不变，而碰撞时的力集中在刀片的特定位置，这成为刀片的崩刀原因。 发明内容[0007] 因此，本发明的目的在于提供一种抑制端铣刀的粗加工时等因刀具的刀片与被削材的碰撞产生的力的集中而引起的崩刀的数值控制装置。 [0008] 在本发明中，在数值控制装置设有：基于刀具信息、被削材的形状信息、刀片的使用范围和使用频率，来修正由程序决定的(被编程的)刀具中心路径的单元；基于主轴负荷电流和预先指定的主轴负荷电流的容许值，来修正刀具中心路径的单元。 [0009] 本发明的数值控制装置基于指定刀具中心的移动路径的加工程序来控制通过用于旋转刀具的主轴和驱动机构来使被削材和刀具相对移动而进行加工的机械，数值控制装置包括：刀具存储部，其存储包含所述刀具的刀具直径以及刀具所具有的刀片的数量的刀具信息；刀片信息存储部，其存储包含所述刀片的可使用范围和该刀片在可使用范围内的各位置的使用频率的刀片信息；被削材形状数据存储部，其存储表示所述被削材的形状的被削材形状数据；修正部，其基于所述刀具信息、由所述加工程序指定的刀具中心移动路径、所述被削材形状数据以及所述刀片信息，以所述刀片上的各位置与所述被削材的碰撞次数遵从于所述使用频率的方式，生成对所述刀具中心路径进行了修正而得的修正刀具路径。 [0010] 也可以是，数值控制装置还包括进刀角信息存储单元，该进刀角信息存储单元存储包括作为所述刀片与所述被削材之间的碰撞角度的进刀角的可使用范围、以及在该进刀角的可使用范围内各进刀角的使用频率的进刀角度信息，所述修正部基于所述刀具信息、由所述加工程序指定的刀具中心移动路径、所述被削材形状数据、以及所述进刀角信息，以所述刀片在各进刀角下与所述被削材的碰撞次数遵从于依照所述使用频率的方式，生成对所述刀具中心路径进行了修正而得的修正刀具路径。 [0011] 也可以是，数值控制装置还包括主轴负荷电流容许值存储部，该主轴负荷电流容许值存储部存储作为切削中的主轴负荷电流的最大容许值的主轴负荷电流容许值，取得在对通过所述修正部进行修正而得的修正刀具路径进行实际加工中的主轴负荷电流值，将该主轴负荷电流值与所述主轴负荷电流容许值进行比较，基于该比较的结果来进一步修正所述修正刀具路径。 [0013] 从参照附图进行的以下实施例的说明能够了解本发明的上述说明及其他目的、特征。这些附图中： [0014] 图1是说明本发明的实施方式的端铣刀加工中的刀具中心路径的修正的图。 [0015] 图2是本实施方式的数值控制装置的概略构成图。 [0016] 图3是说明具有刀片的刀具的刀具信息的图。 [0017] 图4是说明刀片信息的图。 [0018] 图5是说明端铣刀加工中刀具切入时的各参数的图。 [0019] 图6A是说明刀具中心位置的修正的下端位置的图。 [0020] 图6B是说明刀具中心位置的修正的上端位置的图。 [0021] 图7是说明刀具中心位置的修正范围的图。 [0022] 图8是说明本发明的实施方式的修正点的图。 [0023] 图9是在本发明的实施方式的数值控制装置上执行的处理的流程图。 [0024] 图10是在本发明的实施方式的数值控制装置上执行的处理的流程图。 [0025] 图11是说明本发明的实施方式中的存储修正点和刀片上的位置的表的图。 [0026] 图12是本发明的实施方式的数值控制装置的概略构成图。 [0027] 图13是说明本发明的实施方式的修正方法的图。 [0028] 图14是说明本发明的实施方式的修正方法的图。 [0029] 图15是说明主轴负荷电流的容许值的图。 [0030] 图16是本发明的实施方式的数值控制装置的概略构成图。 [0031] 图17是在本发明的实施方式的数值控制装置上执行的处理的流程图。 [0032] 图18是说明现有技术的图。 具体实施方式[0033] 以下，对本发明的实施方式及附图进行说明。 [0034] 在本实施方式中，在使用了具有刀片的刀具的端铣刀加工中，如图1所示，从由程序确定的(被编程的)刀具中心路径来看在垂直方向上修正刀具位置，从而使刀片与被削材的碰撞位置不集中于刀片的特定位置。 [0035] 本实施方式提供一种数值控制装置，其基于端铣刀加工中使用的具有刀片的刀具所相关的信息、被削材的形状信息、以及刀片的使用范围的信息，生成刀片与被削材的碰撞位置不集中于刀片的特定位置的刀具路径。 [0036] 图2是本实施方式的数值控制装置的概略构成图。本实施方式的数值控制装置1包括：指令解析部2、插补部3、各轴用的加减速部4x、4y、修正部5、各轴用伺服6x、6y。 [0037] 指令解析部2对加工程序10的程序段进行解析，生成在各轴的移动中使用的数据。插补部3针对从指令解析部2输出的数据执行插补处理，针对各轴生成按插补周期对指令路径上的点进行插补计算而得到的插补数据。 [0038] 各轴用的加减速部4x、4y基于插补部3所生成的插补数据来执行加减速处理，按照各插补周期算出各轴的速度，将结果数据向修正部5输出。 [0039] 修正部5按照后述步骤使用刀具信息11、刀片信息12、以及被削材形状数据13，来执行插补数据的修正。 [0040] 另外，各轴用的伺服6x、6y基于由修正部5进行修正而得的结果来对驱动机械的各轴的伺服电动机进行控制。 [0041] 另外，在图中，省略了进行主轴的旋转控制的主轴控制部等构成。 [0042] 以下，说明修正部5所执行的刀具中心路径的修正的步骤。 [0043] 图3是端铣刀加工中使用的具有刀片的刀具的概略图。另外，图4是刀具所具有的刀片的概略图。在本实施方式中，作为端铣刀加工中使用的刀具的刀具信息，使用作为刀具的直径的刀具直径R和从刀具中心到刀片的基准位置的距离D。另外，作为刀具的刀片信息，使用刀片的可使用范围L0和L1、以及在该可使用范围内各位置的使用频率(相距刀片的基准位置的距离Cdpi(i＝0～m)的位置Cpi(i＝0～m)的使用频率)。 [0044] 基于刀片的规格(材质、硬度、形状等)来预先设定刀片的可使用范围L0和L1。另外，对于在刀片的可使用范围内各位置的使用频率，预先进行刀片的各位置的耐久实验，根据该耐久实验的结果来决定刀片的各位置的使用频率。 [0045] 对于刀具信息以及刀片信息，使用数值控制装置的输入单元等进行输入，并被存储于数值控制装置的存储器中，对于指定刀具中心路径的加工程序和被削材的形状数据也同样地，使用数值控制装置的输入单元等进行输入，并被存储于数值控制装置的存储器中。 [0046] 接着，存储了上述信息的本实施方式的数值控制装置在基于加工程序的端铣刀加工中，如图5所示，求出以根据由加工程序确定的(被编程的)刀具中心路径求得的刀具中心Gn-1为中心的刀具直径R的圆(在图5中用虚线描绘的圆)、和被削材形状数据的交点、即在以刀片每一刃的切入量d推进的刀具中心Gn的情况下的刀片和被削材的碰撞位置Pn。此时，被削材的被切入侧的边缘与从刀具中心Gn向刀片的碰撞位置Pn连接的线所成的角称为进刀角θ(切入角)。 [0047] 在上述计算之后，本实施方式的数值控制装置算出：如图6A所示那样以刀片的下端(相距刀具中心位置的距离D+L0的位置)与被削材会发生碰撞的方式，对刀具中心位置在与刀具中心路径垂直的方向上进行了修正的情况下、以及如图6B所示那样以刀片的上端(相距刀具中心位置的距离D－L1的位置)与被削材会发生碰撞的方式，对刀具中心位置在与刀具中心路径垂直的方向上进行了修正的情况下的各参数。然后，如图7所示，基于刀具信息所包含的从刀具中心到刀片的基准位置的距离D和刀片信息所包含的刀片的可使用范围L0和L1，并使用刀片的可使用范围的下端的距离D0(＝D+L0)、上端的距离D1(＝D－L1)、在下端位置的进刀角θ0、在上端的进刀角θ1，来求出修正范围ω。 [0048] 数值控制装置在该修正范围ω的范围内对刀具中心路径在与刀具路径垂直的方向上进行修正，此时，对刀片的在可使用范围内的使用频率与修正范围ω内的刀片上的位置相关联地进行修正。即，在设对刀片上的位置Cp0的使用频率为K0、对Cp1的使用频率为K1、对Cpm的使用频率为Km的情况下，数值控制装置以Cp0、Cp1、…Cpm的碰撞次数之比为K0：K1：…：Km的方式，生成刀具中心路径。通过这样，如图1所示那样对刀具中心路径进行修正。 [0049] 此时，数值控制装置根据所述刀片上的位置Cpi(i＝0～m)的所述碰撞次数之比(K0：K1：…：Km)，来决定在图8所示的各修正点(刀具中心Gn)用于修正的刀片上的位置Cpi。在前面所决定的在刀具中心Gn用于修正的刀片上的位置Cpi相距刀片的基准位置的距离Cdpi、与刀具中心Gn到刀具刀片和工件的碰撞位置之间的距离Ln的关系如下所示。 [0050] 式1： [0051] Ln＝D+Cdpi 其中，i＝0…n， [0052] 图9是本实施方式中在数值控制装置上执行的处理的流程图。另外，在执行本处理之前，在数值控制装置的存储器中存储了刀具信息、刀片信息、加工程序、以及被削材的形状数据。 [0053] ●[步骤SA01]使用存储于存储器内的数据，计算以刀具中心位置Gn-1为中心的刀具直径R的圆与被削材的交点，得到刀具的刀片和被削材的碰撞位置Pn。 [0054] ●[步骤SA02]使用存储于存储器内的数据，并使用从刀具中心到刀片的基准位置的距离D、和刀片信息的刀片的可使用范围L0和L1，来求出刀片的可使用范围的下端的距离D0(＝D+L0)和上端的距离D1(＝D－L1)，运算修正范围ω。 [0055] ●[步骤SA03]使用存储于存储器内的、对刀片上的位置Cpi的频率Ki，来决定所述修正范围ω上的Cpi的对应的频率Ki。 [0056] ●[步骤SA04]对于通过整个刀具中心路径(在整个刀具中心路径范围内)的刀具中心位置Gn的位置，以在所述修正范围ω的范围内、修正范围ω内的各点成为所述Ki的方式，对刀具中心Gn进行修正。 [0057] 另外，图10是本实施方式中在数值控制装置上执行的求出在刀具中心Gn的修正中使用的刀片上的位置Cpi的处理的流程图。按照图10的流程图来决定在刀具中心Gn的修正中使用的刀片上的位置Cpi。另外，根据图8所示的刀具中心路径的始点和终点之间的距离M、以及刀片每一刃的切入量d，利用以下的式2，求出刀具中心路径上的修正点的总个数E(G0～Gm)。 [0058] 式2： [0059] [0060] 使用刀片上的位置Cpi来进行修正的次数为E×Ki次。图10的流程图内的、在刀具中心路径上使用刀片的位置Cpi进行修正的间隔INTVALi为，修正点的总个数E除以进行修正的次数E×Ki所得的数值(使用频率Ki的倒数)。 [0061] ●[步骤SB01]与修正点(刀具中心)的个数相应地重复执行步骤SB02～SB10的处理。 [0062] ●[步骤SB02]与刀片上的位置个数相应地重复执行步骤SB03～SB09的处理。 [0063] ●[步骤SB03]向用于判定使用刀片上的位置Cpi的间隔的计数器COUNTi加1，进行更新。 [0064] ●[步骤SB04]将使用刀片上的位置Cpi的间隔INTVALi和所述COUNTi进行比较，在INTVALi和COUNTi相等的情况下，向步骤SB05分支。在INTVALi和COUNTi不相等的情况下，向步骤SB09分支。 [0065] ●[步骤SB05]作为通过刀具中心Gj在修正中使用的刀片上的位置，将Cpi以图11所示那样的表的形式存储于数值控制装置1的未图示的存储器。 [0066] ●[步骤SB06]将0设定给用于判定使用刀片上的位置Cpi的间隔的计数器COUNTi，进行清空。 [0067] ●[步骤SB07]向修正点个数循环计数器j加1，进行更新。 [0068] ●[步骤SB08]将修正点个数循环计数器j(计数j)与刀具中心路径上的修正点的总个数E进行比较，在j小于E的情况下，向步骤SB09分支。在j为E以上的情况下，分支到结束。 [0069] ●[步骤SB09]向刀片上的位置个数循环的计数器i加1，进行更新，在i小于刀片上的位置的总数m+1的情况下，向步骤SB02分支。在i为m+1以上的情况下，向步骤SB10分支。 [0070] ●[步骤SB10]向修正点个数循环的计数器j加1，进行更新，在j小于刀具中心路径上的修正点的总个数E的情况下，向步骤SB01分支。在j为E以上的情况下，分支到结束。 [0071] 在本实施方式中，示出了替代刀片的可使用范围L0和L1、以及在该可使用范围内各位置的使用频率，而将图6所示的进刀角θ0和进刀角θ1作为进刀角度的容许范围使用的例子。 [0072] 图12是本实施方式的数值控制装置的概略构成图。本实施方式的数值控制装置1与前面的实施方式的不同之处在于，替代刀片信息12，而存储包括进刀角的容许范围和各进刀角的使用频率的信息的进刀角度信息14。 [0073] 对于进刀角的容许范围，使用数值控制装置1的未图示的输入单元等进行输入，并存储于数值控制装置1的未图示的存储器。另外，对于在此时的进刀角的容许范围内各进刀角的使用频率，也从数值控制装置1的未图示的输入单元等进行输入，并存储于数值控制装置1的未图示的存储器。对于在进刀角的可使用范围内各进刀角的使用频率，预先进行刀片的各进刀角的耐久实验，根据该耐久实验的结果来决定刀片的各进刀角的使用频率。 [0074] 数值控制装置1根据该进刀角θ0和θ1、刀具中心Gn与碰撞位置Pn的距离，来求出修正范围ω。数值控制装置1在该修正范围ω的范围内对刀具中心路径进行修正，此时，对进刀角度的容许范围、以及根据刀片的特性而预先设定的刀片上的位置的使用频率，与修正范围ω相关联地进行修正。即，在设(对于)进刀角θp0的使用频率为K0、θp1的使用频率为K1、θpm的使用频率为Km的情况下，数值控制装置1以θp0、θp1、…θpm的碰撞次数之比为K0：K1：…：Km的方式，生成刀具中心路径。若设此时的刀具中心到刀片的碰撞位置的距离为Ln，则如图 13所示，刀具中心位置从On-1以进给量d向On移动时，第n次的工件与刀具刀片的碰撞位置为：从刀具中心起算的距离Ln、工件形状的外形线S以及刀具直径D的交点位置Pn-1(Pxn-1，Pyn-1)。 [0075] 此时，刀具中心的修正位置O’n(O’xn，O’yn)能够利用以下的式3来求出。 [0076] 式3： [0077] O'xn＝Ox n [0078] [0079] 这样，本实施方式的数值控制装置1所具有的修正部5基于进刀角信息14来进行刀具中心路径的修正。关于其他动作，与上一实施方式相同。 [0080] 在本实施方式中，示出了对在数值控制装置1生成的刀具中心路径进一步进行修正的方法。 [0081] 在端铣刀加工中，由于被削材的不均匀性，刀具的刀片与被削材碰撞时的力有时变大。图14是说明进刀角、以及刀具的刀片与被削材碰撞时被削材的切屑的厚度的图。相比以进刀角度θS与被削材碰撞的刀片S，以进刀角度θL与被削材碰撞的刀片L的碰撞时的切屑厚度小，因此冲击小。 [0082] 图15表示因被削材的不均匀性引起的主轴负荷电流的峰值变化。在本实施方式中，通过对刀具中心路径进行修正，来使修正后的主轴负荷电流的峰值位于(收敛于)预先指定的主轴负荷电流值的容许值以内。 [0083] 在本实施方式中，公开了这样一种方法：对刀具的刀片与被削材碰撞时的主轴负荷电流值进行监视，在主轴负荷电流值超出预先指定的主轴负荷电流的容许值的情况下，以进刀角变大的方式对刀具中心路径进行修正。这样，使刀具的刀片与被削材碰撞时的力成为预先指定的主轴负荷电流的容许值以内，从而抑制刀具的刀片发生崩刀。 [0084] 在本实施方式的数值控制装置1中，能够利用数值控制装置1的未图示的输入单元等设定上述主轴负荷电流的容许值α。另外，对于修正刀具中心路径时的一次的修正幅度ε，同样地能够利用数值控制装置1的未图示的输入单元等来设定。设定好的主轴负荷电流的容许值α、以及修正刀具中心路径时的一次的修正幅度ε存储于数值控制装置1的存储器(图16)。 [0085] 本实施方式的数值控制装置1在基于加工程序的端铣刀加工开始时，监视主轴负荷电流值，取得呈周期性出现的主轴负荷电流的峰值。然后，运算预先指定的期间内的主轴负荷电流峰值的平均值γ。接着，将运算出的平均值γ与所述主轴负荷电流的容许值α相比较，在平均值γ超出容许值α的情况下，以所述一次修正幅度ε的量对刀具中心路径进行修正。但是，在修正后的结果的进刀角θn大于前一实施方式中所示的进刀角θ1的情况下，以进刀角θ1来限制(clamp)修正。另一方面，在运算出的平均值γ位于容许值α以内的情况下，取消修正。数值控制装置1在实际加工中周期性地重复执行该修正处理。 [0086] 图17是本实施方式中数值控制装置1上执行的处理的流程图。另外，在执行本处理之前，在数值控制装置1的未图示的存储器中存储了主轴负荷电流的容许值α、以及修正刀具中心路径时的一次修正幅度ε。 [0087] ●[步骤SC01]判定是否正在进行实际加工。正在进行实际加工的情况下进入步骤SC02，未进行实际加工的情况下结束本处理。 [0088] ●[步骤SC02]从设于向主轴供电的供电线的电流计等取得主轴负荷电流值。 [0089] ●[步骤SC03]判定是否取得了主轴负荷电流值的峰值。在取得了峰值的情况下进入步骤SC04，在未取得的情况下返回步骤SC01。 [0090] ●[步骤SC04]基于在预先指定的期间内取得的主轴负荷电流值的峰值，算出主轴负荷电流值的峰值的平均值γ。 [0091] ●[步骤SC05]判定主轴负荷电流值的峰值的平均值γ是否大于容许值α。在平均值γ大于容许值α的情况下进入步骤SC06，否则，进入步骤SC10。 [0092] ●[步骤SC06]使用修正刀具中心路径时的一次修正幅度ε来修正刀具中心路径。 [0093] ●[步骤SC07]算出在修正后的刀具中心路径的刀具中心位置Gn的进刀角度θn。 [0094] ●[步骤SC08]判定进刀角θn是否大于刀片的可使用范围的上端与被削材碰撞时的进刀角θ1。在进刀角θn大于进刀角θ1的情况下进入步骤SC09，否则，返回步骤SC01。 [0095] ●[步骤SC09]以进刀角成为θ1的方式对刀具中心路径进行修正，返回步骤SC01。 [0096] ●[步骤SC10]判定是否为修正执行中。是修正执行中的情况下进入步骤SC11，否则，返回步骤SC01。 [0097] ●[步骤SC11]取消执行中的修正，返回步骤SC01。 [0098] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不仅局限于上述实施方式的例子，能够通过实施适当的变更而以各种形态来实施本发明。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈