[发明专利]四轴加工机用数值控制装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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Z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，虽然作为通过本发明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。即，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。