專利名稱：控制刀具前端點(diǎn)位置的多軸加工機(jī)用數(shù)值控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制具有至少三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的多軸加工機(jī)的數(shù)值控制裝置。特別涉及如下數(shù)值控制裝置在被定義在工作臺(tái)上、并隨工作臺(tái)的移動(dòng)一同移動(dòng)的工作臺(tái)坐標(biāo)系上，在指令并插補(bǔ)刀具前端點(diǎn)的路徑的同時(shí)指令并插補(bǔ)旋轉(zhuǎn)軸，并根據(jù)作為被插補(bǔ)后的刀具前端點(diǎn)位置的直線軸位置、旋轉(zhuǎn)軸位置以及刀具長(zhǎng)度修正矢量來(lái)求出作為機(jī)械坐標(biāo)系的控制點(diǎn)的直線軸位置以及旋轉(zhuǎn)軸位置，驅(qū)動(dòng)直線軸以及旋轉(zhuǎn)軸到這些求出的位置。還涉及能夠?qū)Ρ徊逖a(bǔ)后的刀具前端點(diǎn)位置、刀具長(zhǎng)度修正矢量或者旋轉(zhuǎn)軸位置相加通過(guò)手動(dòng)(手動(dòng)手柄(handle)進(jìn)給、微動(dòng)(jog)進(jìn)給等)指令進(jìn)行的直線軸移動(dòng)量或者旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)量的數(shù)值控制裝置。
背景技術(shù)：
在日本特開(kāi)2003-195917號(hào)公報(bào)(與歐洲公開(kāi)公報(bào)EP13(^^9A2對(duì)應(yīng))中，公開(kāi)了在工作臺(tái)上定義的坐標(biāo)系中使用對(duì)直線移動(dòng)軸進(jìn)行插補(bǔ)的第一插補(bǔ)單元和對(duì)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸進(jìn)行插補(bǔ)的第二插補(bǔ)單元，根據(jù)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸的插補(bǔ)位置來(lái)修正直線移動(dòng)軸的插補(bǔ)位置的技術(shù)。但是，關(guān)于該專利文獻(xiàn)記載的技術(shù)，從其中記載的實(shí)施方式可知，其是以具有三個(gè)直線移動(dòng)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸的五軸加工機(jī)為前提。該專利文獻(xiàn)中記載的計(jì)算方法也僅公開(kāi)了具有三個(gè)直線移動(dòng)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸的五軸加工機(jī)用的計(jì)算方法。該技術(shù)在五軸加工機(jī)中一般被稱為刀具前端點(diǎn)控制。在日本特開(kāi)昭57-73409號(hào)公報(bào)(與歐洲公開(kāi)公報(bào)EP0063606A1對(duì)應(yīng))中，公開(kāi)了通過(guò)手動(dòng)指令使刀具在刀具軸方向移動(dòng)的技術(shù)。另外，在日本特開(kāi)昭57-75309號(hào)公報(bào)(與歐洲公開(kāi)公報(bào)EP0063615A1對(duì)應(yīng))中，公開(kāi)了相對(duì)通過(guò)手動(dòng)指令的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)作使X、 Y、Z軸動(dòng)作以維持刀具前端點(diǎn)和工件的相對(duì)的位置關(guān)系的技術(shù)。但是，關(guān)于這些專利文獻(xiàn)記載的技術(shù)，從其實(shí)施方式看，是以具有三個(gè)直線軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的五軸加工機(jī)為前提，而且計(jì)算方法也僅公開(kāi)了具有三個(gè)直線軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的五軸加工機(jī)使用的計(jì)算方法。這些專利文獻(xiàn)記載的技術(shù)，在五軸加工機(jī)中一般被稱為三維手動(dòng)進(jìn)給。在日本特開(kāi)2009-110083號(hào)公報(bào)(與德國(guó)公開(kāi)公報(bào)DE102008043182A1對(duì)應(yīng))中， 公開(kāi)了具有有可能與上述日本特開(kāi)昭57-73409號(hào)公報(bào)以及日本特開(kāi)昭57-75309號(hào)公報(bào)記載的技術(shù)相當(dāng)?shù)募夹g(shù)，但是未公開(kāi)具體的計(jì)算方法等。

發(fā)明內(nèi)容
在上述日本特開(kāi)2003-195917號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)昭57_7；3409號(hào)公報(bào)以及日本特開(kāi)昭57-75309號(hào)公報(bào)記載的五軸加工機(jī)中，大體區(qū)分有“刀具頭旋轉(zhuǎn)型”、“工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型”、 “混合型(刀具頭和工作臺(tái)兩者都旋轉(zhuǎn))，，三種。本發(fā)明不是以五軸加工機(jī)為對(duì)象，而是以至少由三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成的多軸加工機(jī)。圖1 圖4是本發(fā)明的數(shù)值控制裝置控制的多軸加工機(jī)的例子。圖1表示的例子是用三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭的刀具頭旋轉(zhuǎn)型。圖2表示的例子是工作臺(tái)兩軸混合型(用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、用一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭)，圖3表示的例子是刀具頭兩軸混合型(用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭、用一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái))，圖4表示的例子是用三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型。本發(fā)明的課題是提供一種數(shù)值控制裝置，其能夠在至少由三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成的多軸加工機(jī)中進(jìn)行在上述現(xiàn)有技術(shù)中敘述的刀具前端點(diǎn)控制或者三維手動(dòng)進(jìn)給， 控制該多軸加工機(jī)。本發(fā)明的第一方式涉及一種數(shù)值控制裝置，其控制的多軸加工機(jī)的通過(guò)控制刀具相對(duì)于安裝在工作臺(tái)上的工件的位置的至少三個(gè)直線軸、和在從刀具到工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的軸順序中的第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸以及第三旋轉(zhuǎn)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行控制刀具相對(duì)于上述工件的位置和方向，進(jìn)行加工，該數(shù)值控制裝置具有移動(dòng)指令解析單元，用于解析屬于所述三個(gè)直線軸的直線軸的直線軸移動(dòng)指令、屬于所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)指令、以及刀具長(zhǎng)度修正指令，并根據(jù)所述刀具長(zhǎng)度修正指令生成刀具長(zhǎng)度修正矢量；直線軸插補(bǔ)單元，用于在每一插補(bǔ)周期，在定義在所述工作臺(tái)上的工作臺(tái)坐標(biāo)系中插補(bǔ)所述直線軸移動(dòng)指令，得到刀具前端點(diǎn)位置；旋轉(zhuǎn)軸插補(bǔ)單元，用于在每一插補(bǔ)周期插補(bǔ)所述旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)指令，得到所述第一旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸的第三旋轉(zhuǎn)軸位置；自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元，用于在每一插補(bǔ)周期，根據(jù)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置、所述刀具前端點(diǎn)位置以及工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，得到所述刀具的前端點(diǎn)位置成為所述刀具前端點(diǎn)位置的控制點(diǎn)位置；以及向所述控制點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)直線軸，向所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單元。所述自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元可以在每一插補(bǔ)周期進(jìn)行Rn = Rt-^iTp+Rc^Rb^Vlj+PO的計(jì)算，計(jì)算控制點(diǎn)位置Rn，其中，Rt—1是進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，Tp是刀具前端點(diǎn)位置，Ra是根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rb是根據(jù)第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rc是根據(jù)第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Vl是刀具長(zhǎng)度修正矢量，PO是工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)。所述的數(shù)值控制裝置還可以具有旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的通過(guò)手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量、第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量以及第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量；以及旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置， 或者對(duì)所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置。所述的數(shù)值控制裝置，還可以具有直線軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)直線軸的通過(guò)手動(dòng)的直線軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到直線軸手動(dòng)累計(jì)量；以及直線軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述刀具前端點(diǎn)位置相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具前端點(diǎn)位置，或者對(duì)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具長(zhǎng)度修正矢量。本發(fā)明的第二實(shí)施方式提供一種數(shù)值控制裝置，其控制的多軸加工機(jī)通過(guò)控制刀具相對(duì)于安裝在工作臺(tái)上的工件的位置的至少三個(gè)直線軸、和在從刀具到工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的軸順序中的第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸以及第三旋轉(zhuǎn)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行控制刀具相對(duì)于所述工件的位置和方向，進(jìn)行加工。該數(shù)值控制裝置具有手動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元，用于在每一插補(bǔ)周期，根據(jù)刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述第一旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第三旋轉(zhuǎn)軸的第三旋轉(zhuǎn)軸位置、刀具前端點(diǎn)位置以及工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，得到所述刀具的前端點(diǎn)位置成為所述刀具前端點(diǎn)位置的控制點(diǎn)位置；以及向所述控制點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)直線軸，向所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單元。所述手動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元在每一插補(bǔ)周期，進(jìn)行Rn = Rt-^iTp+Rc^Rb^Vlj+PO的計(jì)算，計(jì)算控制點(diǎn)位置Rn，其中，Rt—1是進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，Tp是刀具前端點(diǎn)位置，Ra是根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rb是根據(jù)第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rc是根據(jù)第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Vl是刀具長(zhǎng)度修正矢量，PO是工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)。所述的數(shù)值控制裝置還可以具有初始刀具長(zhǎng)度修正矢量存儲(chǔ)單元，用于設(shè)定所述刀具長(zhǎng)度修正矢量；初始旋轉(zhuǎn)軸位置存儲(chǔ)單元，用于把所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸位置作為初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置存儲(chǔ)，在每一插補(bǔ)周期把所述初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)定為所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置；以及初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)單元，用于根據(jù)控制點(diǎn)位置、工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)、所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置求出初始刀具前端點(diǎn)位置后存儲(chǔ)，在每一插補(bǔ)周期把所述初始刀具前端點(diǎn)位置設(shè)定為所述刀具前端點(diǎn)位置。所述初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)單元把Rn作為控制點(diǎn)位置，把PO作為工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，把Rt作為進(jìn)行從機(jī)械坐標(biāo)系向工作臺(tái)坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，把Vl作為刀具長(zhǎng)度修正矢量，把Ra作為根據(jù)初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，把Rb作為根據(jù)初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，把Rc作為根據(jù)初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣，進(jìn)行Tp = Rt* (Pm-PO)-Rc*Rb*Ra*Vl的計(jì)算，把得到的Tp作為初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)，然后，在每一插補(bǔ)周期把該初始刀具前端點(diǎn)位置Tp設(shè)定為所述刀具前端點(diǎn)位置。所述的數(shù)值控制裝置還具可以有旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的通過(guò)手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量、第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量以及第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量；以及旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置， 或者對(duì)所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置。所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)初始刀具長(zhǎng)度修正矢量，在每一插補(bǔ)周期把所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量設(shè)定為所述刀具長(zhǎng)度修正矢量，另外，所述數(shù)值控制裝置還可以具有直線軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)直線軸的通過(guò)手動(dòng)的直線軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到直線軸手動(dòng)累計(jì)量；以及直線軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期
7對(duì)所述刀具前端點(diǎn)位置相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具前端點(diǎn)位置，或者對(duì)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具長(zhǎng)度修正矢量。本發(fā)明通過(guò)具有以上的結(jié)構(gòu)，能夠提供控制在至少由三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成的多軸加工機(jī)中進(jìn)行上述現(xiàn)有技術(shù)中敘述的刀具前端點(diǎn)控制或者三維手動(dòng)進(jìn)給的多軸加工機(jī)的數(shù)值控制裝置。


從下面參照附圖對(duì)于實(shí)施例的說(shuō)明中可以明了本發(fā)明的上述以及其他的目的以及特征。附圖中圖1是說(shuō)明用三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭的刀具頭旋轉(zhuǎn)型的多軸加工機(jī)的例子的圖；圖2是說(shuō)明工作臺(tái)兩軸混合型(用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭)的多軸加工機(jī)的例子的圖；圖3是說(shuō)明刀具頭兩軸混合型(用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái))的多軸加工機(jī)的例子的圖；圖4是說(shuō)明用三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型的多軸加工機(jī)的例子的圖；圖5是說(shuō)明指令程序的圖；圖6是模仿在刀具頭和工作臺(tái)上具有旋轉(zhuǎn)軸的多軸加工機(jī)的圖；圖7是說(shuō)明工作臺(tái)坐標(biāo)系上的刀具前端點(diǎn)位置不根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的手動(dòng)移動(dòng)指令而變化的圖；圖8是表示在工作臺(tái)坐標(biāo)系上通過(guò)手動(dòng)在Z軸方向上移動(dòng)刀具前端點(diǎn)位置的狀態(tài)的圖；圖9是表示通過(guò)手動(dòng)在刀具軸方向或者在刀具軸直角方向上移動(dòng)刀具前端點(diǎn)位置的狀態(tài)的圖；圖10是說(shuō)明進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行、以及自動(dòng)運(yùn)行中的手動(dòng)移動(dòng)指令的重疊的數(shù)值控制裝置的功能框圖；圖11是說(shuō)明進(jìn)行手動(dòng)運(yùn)行的數(shù)值控制裝置的功能框圖；圖12是說(shuō)明自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)運(yùn)算單元的處理的流程圖；圖13是說(shuō)明初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)單元的處理的流程圖；圖14是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的控制刀具前端點(diǎn)位置的多軸加工機(jī)用數(shù)值控制裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式由本發(fā)明的數(shù)值控制裝置控制的多軸加工機(jī)，通過(guò)至少三個(gè)直線軸和至少三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸加工安裝在工作臺(tái)上的工件(加工物)。數(shù)值控制裝置在自動(dòng)運(yùn)行中控制多軸加工機(jī)的三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，使實(shí)際的刀具的前端點(diǎn)位置成為用程序指令的刀具前端點(diǎn)位置。另外，數(shù)值控制裝置在通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)指令的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)中，能夠在保持刀具前端點(diǎn)位置的、通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)指令進(jìn)行的直線軸移動(dòng)時(shí)，使刀具前端點(diǎn)位置、或者刀具長(zhǎng)度修正矢量移位。這里，手動(dòng)移動(dòng)指令包含自動(dòng)運(yùn)行中的手動(dòng)移動(dòng)指令的重疊以及手動(dòng)運(yùn)行中的手動(dòng)移動(dòng)指令中的三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的控制。這些自動(dòng)運(yùn)行中的控制(刀具前端點(diǎn)控制)、自動(dòng)運(yùn)行中的手動(dòng)移動(dòng)指令的重疊(三維手動(dòng)進(jìn)給的一種方式)、以及手動(dòng)運(yùn)行中的手動(dòng)移動(dòng)指令的控制(三維手動(dòng)進(jìn)給的另一種方式)在控制刀具前端點(diǎn)位置這點(diǎn)上基本部分相同，是一體不可分的技術(shù)。下面與附圖一起說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。1)機(jī)械結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)系參照?qǐng)D1 圖4以及圖6說(shuō)明機(jī)械結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)系。把固定在工作臺(tái)上、隨工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一起旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)坐標(biāo)系上的刀具前端點(diǎn)位置表示為矢量 Tp ((Xt, Yt, Zt)τ)。把三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)為A軸、B軸、C軸，根據(jù)從刀具到工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的軸的順序，把第一旋轉(zhuǎn)軸作為A軸，把第二旋轉(zhuǎn)軸作為B軸，把第三旋轉(zhuǎn)軸作為C軸。A軸是圍繞X 軸的旋轉(zhuǎn)軸，B軸是圍繞Y軸的旋轉(zhuǎn)軸，C軸是圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)軸。這些旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刀具頭、 工作臺(tái)、或者它們兩者。在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸是多個(gè)的情況下這些工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸互相交叉。在刀具頭旋轉(zhuǎn)軸是多個(gè)的情況下這些刀具頭旋轉(zhuǎn)軸也互相交叉同時(shí)刀具中心軸也交叉。通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸位置Α、B、C指令刀具方向，通過(guò)H指令刀具長(zhǎng)度修正號(hào)碼。設(shè)刀具長(zhǎng)度修正量為h。Vl ((0,0, h)T)是刀具長(zhǎng)度修正矢量。在A = B = C = O度時(shí)，刀具方向?yàn)?Z軸方向。數(shù)值控制裝置，作為機(jī)械應(yīng)該移動(dòng)的位置，用X、Y、Z軸控制機(jī)械坐標(biāo)系上的控制點(diǎn)位置(Rii(Xm，Ym，Zm)T)。另外，用刀具頭和工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸位置A、B、C軸控制刀具方向。 控制點(diǎn)位置(Pm)表示刀具頭的特定的位置，在刀具頭旋轉(zhuǎn)的情況下控制點(diǎn)位置(Pm)位于刀具頭的旋轉(zhuǎn)中心。此外，這里把A = 0、B = 0、C = 0度的位置作為基準(zhǔn)位置，但是在把另外位置作為基準(zhǔn)位置的情況下，只要把上述“A = 0、B = 0、C = 0度的位置”這樣的條件作為另外的基準(zhǔn)位置即可。“τ”表示轉(zhuǎn)置，但是在下面不言自明的情況下不記載。在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸是多個(gè)的情況下，把這些工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸互相交叉的位置作為工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，(P0(P0x，P0y，POz))。另一方面，在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸是一個(gè)的情況下，把其旋轉(zhuǎn)中心的適當(dāng)?shù)奈恢米鳛楣ぷ髋_(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)(PO)。在不存在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的情況下(刀具頭旋轉(zhuǎn)型)，把離開(kāi)機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)距離PO的位置作為工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)。另外，這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者坐標(biāo)系是一例，本發(fā)明也可以適用于其它的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者坐標(biāo)系。在數(shù)值控制裝置中的運(yùn)行中，有按照指令程序進(jìn)行運(yùn)行的自動(dòng)運(yùn)行、和通過(guò)手動(dòng)的手動(dòng)運(yùn)行。2)自動(dòng)運(yùn)行中的運(yùn)算<指令程序>指令程序是圖5所示那樣的指令。在圖5中，G43. 4是指令刀具前端點(diǎn)控制方式的G碼，通過(guò)G43. 4塊的H_指令刀具長(zhǎng)度修正號(hào)碼。即指令與通過(guò)H指令的刀具長(zhǎng)度修正號(hào)碼對(duì)應(yīng)的值作為刀具長(zhǎng)度修正量(h)。用乂_￥_2_指令刀具前端點(diǎn)位置1 〖，竹，20，用 A_B_C指令旋轉(zhuǎn)軸位置，由此來(lái)指令刀具方向。在刀具方向的指令方法中，也有代替A_B_C 而通過(guò)I_J_K指令刀具方向等其它方法。G49是取消刀具前端點(diǎn)控制方式的G碼。〈控制點(diǎn)的運(yùn)算方法〉使用Tp、VI、Ρ0、旋轉(zhuǎn)軸Α、B、C軸的各位置Α、B、C以及進(jìn)行從機(jī)械坐標(biāo)系向工作臺(tái)坐標(biāo)系變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣Rt，通過(guò)下述公式(1)的運(yùn)算來(lái)求控制點(diǎn)位置Rii。即，在根
9據(jù)刀具長(zhǎng)度修正指令生成的刀具長(zhǎng)度修正矢量Vl上，乘以通過(guò)第一旋轉(zhuǎn)軸(A軸)位置A 的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣Ra，乘以通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)軸(B軸)位置B的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣Rb、再乘以通過(guò)第三旋轉(zhuǎn)軸(C軸)位置C的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣Re，求出在工作臺(tái)坐標(biāo)系上的刀具長(zhǎng)度修正矢量。其后，在該求出的刀具長(zhǎng)度修正矢量上相加刀具前端點(diǎn)位置Tp來(lái)求出工作臺(tái)坐標(biāo)系上的控制點(diǎn)位置，然后在該求出的控制點(diǎn)位置上乘以進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣Rt—1，并在該相乘而得的積之上加上P0，由此得到機(jī)械坐標(biāo)系上的控制點(diǎn)位置(參照?qǐng)D6)。該運(yùn)算是通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元執(zhí)行的第一處理。這里，Rt是Ra、Rb、Rc中根據(jù)與工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)有關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸的位置的矩陣的積，如上所述，是進(jìn)行從機(jī)械坐標(biāo)系向工作臺(tái)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。在圖1的例子中， Rt是單位矩陣，在圖2的例子中Rt = Rc*Rb，在圖3的例子中Rt = Re，在圖4的例子中Rt =Rc*Rb*Ra。Rt—1是Rt的逆矩陣，是進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。Tp是在上述指令程序中插補(bǔ)用X_Y_Z_指令的刀具前端點(diǎn)位置后的刀具前端點(diǎn)位置。能夠通過(guò)該運(yùn)算求出控制點(diǎn)，使實(shí)際的刀具的前端點(diǎn)在上述指令程序中成為插補(bǔ)用Χ_Υ_Ζ_指令的刀具前端點(diǎn)位置后的刀具前端點(diǎn)位置。其結(jié)果，能夠在工作臺(tái)坐標(biāo)系上用刀具前端點(diǎn)加工用指令程序指令的路徑。Pm = Rt-WlTp+RdM^Ra^Vn+PO
權(quán)利要求
1.一種數(shù)值控制裝置，其控制的多軸加工機(jī)通過(guò)控制刀具相對(duì)于安裝在工作臺(tái)上的工件的位置的至少三個(gè)直線軸、和在從刀具到工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的軸順序中的第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸以及第三旋轉(zhuǎn)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行控制刀具相對(duì)于所述工件的位置和方向，進(jìn)行加工，該數(shù)值控制裝置的特征在于，具有移動(dòng)指令解析單元，用于解析屬于所述三個(gè)直線軸的直線軸的直線軸移動(dòng)指令、屬于所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)指令、以及刀具長(zhǎng)度修正指令，并根據(jù)所述刀具長(zhǎng)度修正指令生成刀具長(zhǎng)度修正矢量；直線軸插補(bǔ)單元，用于在每一插補(bǔ)周期，在定義在所述工作臺(tái)上的工作臺(tái)坐標(biāo)系中插補(bǔ)所述直線軸移動(dòng)指令，得到刀具前端點(diǎn)位置；旋轉(zhuǎn)軸插補(bǔ)單元，用于在每一插補(bǔ)周期插補(bǔ)所述旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)指令，得到所述第一旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸的第三旋轉(zhuǎn)軸位置；自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元，用于在每一插補(bǔ)周期，根據(jù)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置、所述刀具前端點(diǎn)位置以及工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，得到所述刀具的前端點(diǎn)位置成為所述刀具前端點(diǎn)位置的控制點(diǎn)位置； 以及向所述控制點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)直線軸，向所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，所述自動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元在每一插補(bǔ)周期進(jìn)行Pm = Rt-1*{Tp+Rc*Rb*Ra*Vl}+PO的計(jì)算，計(jì)算控制點(diǎn)位置Rn，其中，Rt-1是進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，Tp是刀具前端點(diǎn)位置，Ra是根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rb是根據(jù)第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rc是根據(jù)第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Vl 是刀具長(zhǎng)度修正矢量，PO是工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，還具有旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的通過(guò)手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量、第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量以及第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量；以及旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，還具有直線軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)直線軸的通過(guò)手動(dòng)的直線軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到直線軸手動(dòng)累計(jì)量；以及直線軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述刀具前端點(diǎn)位置相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具前端點(diǎn)位置，或者對(duì)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具長(zhǎng)度修正矢量。
5.一種數(shù)值控制裝置，其控制的多軸加工機(jī)通過(guò)控制刀具相對(duì)于安裝在工作臺(tái)上的工件的位置的至少三個(gè)直線軸、和在從刀具到工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的軸順序中的第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸以及第三旋轉(zhuǎn)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行控制刀具相對(duì)于所述工件的位置和方向，進(jìn)行加工，該數(shù)值控制裝置的特征在于，具有手動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元，用于在每一插補(bǔ)周期，根據(jù)刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述第一旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第三旋轉(zhuǎn)軸的第三旋轉(zhuǎn)軸位置、刀具前端點(diǎn)位置以及工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，得到所述刀具的前端點(diǎn)位置成為所述刀具前端點(diǎn)位置的控制點(diǎn)位置；以及向所述控制點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)直線軸，向所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置驅(qū)動(dòng)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 所述手動(dòng)運(yùn)行控制點(diǎn)位置運(yùn)算單元在每一插補(bǔ)周期進(jìn)行 Pm = Rt-1*{Tp+Rc*Rb*Ra*Vl}+PO的計(jì)算，計(jì)算控制點(diǎn)位置Rn，其中，Rt-1是進(jìn)行從工作臺(tái)坐標(biāo)系向機(jī)械坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，Tp是刀具前端點(diǎn)位置，Ra是根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rb是根據(jù)第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Rc是根據(jù)第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣，Vl 是刀具長(zhǎng)度修正矢量，PO是工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，還具有 初始刀具長(zhǎng)度修正矢量存儲(chǔ)單元，用于設(shè)定所述刀具長(zhǎng)度修正矢量；初始旋轉(zhuǎn)軸位置存儲(chǔ)單元，用于把所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸位置作為初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置存儲(chǔ)，在每一插補(bǔ)周期把所述初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)定為所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置；以及初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)單元，用于根據(jù)控制點(diǎn)位置、工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)、所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量、所述初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置、所述初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置以及所述初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置求出初始刀具前端點(diǎn)位置后存儲(chǔ)，在每一插補(bǔ)周期把所述初始刀具前端點(diǎn)位置設(shè)定為所述刀具前端點(diǎn)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，所述初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)單元把Rn作為控制點(diǎn)位置，把PO作為工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)，把Rt作為進(jìn)行從機(jī)械坐標(biāo)系向工作臺(tái)坐標(biāo)系的變換的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，把Vl作為刀具長(zhǎng)度修正矢量，把Ra作為根據(jù)初始第一旋轉(zhuǎn)軸位置的第一旋轉(zhuǎn)軸矩陣，把Rb作為根據(jù)初始第二旋轉(zhuǎn)軸位置的第二旋轉(zhuǎn)軸矩陣，把Rc作為根據(jù)初始第三旋轉(zhuǎn)軸位置的第三旋轉(zhuǎn)軸矩陣， 進(jìn)行Tp = Rt* (Pm-PO)-Rc*Rb*I a*Vl的計(jì)算，把得到的Tp作為初始刀具前端點(diǎn)位置存儲(chǔ)，然后，在每一插補(bǔ)周期把該初始刀具前端點(diǎn)位置Tp設(shè)定為所述刀具前端點(diǎn)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，還具有旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的通過(guò)手動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量、第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量以及第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量；以及旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第一旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第一旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第二旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第二旋轉(zhuǎn)軸位置，或者對(duì)所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置相加所述第三旋轉(zhuǎn)軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述第三旋轉(zhuǎn)軸位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于，所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)初始刀具長(zhǎng)度修正矢量，在每一插補(bǔ)周期把所述初始刀具長(zhǎng)度修正矢量設(shè)定為所述刀具長(zhǎng)度修正矢量， 另外，所述數(shù)值控制裝置還具有直線軸手動(dòng)累計(jì)單元，用于累計(jì)針對(duì)所述三個(gè)直線軸的通過(guò)手動(dòng)的直線軸手動(dòng)移動(dòng)量，得到直線軸手動(dòng)累計(jì)量；以及直線軸手動(dòng)累計(jì)量相加單元，用于在每一插補(bǔ)周期對(duì)所述刀具前端點(diǎn)位置相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具前端點(diǎn)位置，或者對(duì)所述刀具長(zhǎng)度修正矢量相加所述直線軸手動(dòng)累計(jì)量作為新的所述刀具長(zhǎng)度修正矢量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)值控制裝置，其控制具有三個(gè)直線軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的多軸加工機(jī)。特別在工作臺(tái)坐標(biāo)系上指令并插補(bǔ)刀具前端點(diǎn)的路徑，同時(shí)指令并插補(bǔ)旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)作為被插補(bǔ)后的刀具前端點(diǎn)位置的直線軸位置、旋轉(zhuǎn)軸位置以及刀具長(zhǎng)度修正矢量求出作為機(jī)械坐標(biāo)系的控制點(diǎn)的直線軸位置以及旋轉(zhuǎn)軸位置。然后驅(qū)動(dòng)直線軸以及旋轉(zhuǎn)軸到這些求得的位置。
文檔編號(hào)G05B19/409GK102402199SQ201110244049
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者井出聰一郎, 大槻俊明, 花岡修 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社