专利名称：四轴加工机用数值控制装置的制作方法
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 四轴加工机械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轴围绕Y轴转动旋转工作台53使之倾斜，C轴围绕Z轴旋 转该旋转工作台53。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所说明的五轴加工机 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。下面把 这样的基于旋转轴的指令的指令方法称为“类型1”。“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。另外，在刀具尖端点控制中，在如上所述通过旋转轴的指令指示刀具方向的方法 (类型1)之外，还有使用刀具方向矢量指示刀具方向的方法。以下把这种使用刀具方向矢 量指示刀具方向的方法称为“类型2”。在该类型2的情况下，将图4中举例表示的程序指令 改写为图5表示的程序指令(参照上述的特开2003-195917号公报、以及特开2005-182437 号公报)。
在图5表示的程序指令中，“G43. 5”是开始刀具尖端点控制的G代码，表示是用刀 具方向矢量(I、J、K)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。“I”、“J”、“K”指示指示刀具方向的刀具方向矢量(I、J、K)的各分量。 “G49”是取消刀具尖端点控制的G代码。本发明与该“类型2”的指令方法相关。另外，图5中例示的程序指令的右侧的“解A”以及“解B”中的“B”、以及“C”，表 示从刀具方向矢量(I、J、K)的各分量(I、J、K指令)导出的B轴位置以及C轴位置。关于 所述“解A”以及“解B”在后面进行描述。通过该图5(以及图4)表示的程序指令进行的图1的五轴加工机的加工，从其Y 轴的负方向看去是图6。在该图6中表示的“刀具方向矢量(I、J、K)”由图5的程序指令中 的I、J、K组成。即，数值控制装置，使基于图5的程序指令的刀具方向成为工作台坐标系 上的矢量(I、J、K)那样，从I、J、K指令生成B轴指令以及C轴指令，遵照所述生成的B轴 指令以及C轴指令旋转B轴以及C轴。下面，通过图1表示的工作台旋转型的五轴加工机 说明本发明的实施方式，但是该说明也可以应用于使刀具方向成为工作台坐标系上的矢量 (I、J、K)那样控制旋转轴的图2那样的加工头旋转型的五轴加工机或者图3那样的混合型 的五轴加工机。在实现用刀具方向矢量(I、J、K)表示的刀具方向的B轴位置以及C轴位置，有“解 A”中的B轴位置以及C轴位置、和“解B”中的B轴位置以及C轴位置。在图5中，“解A” 以及“解B”中的“B”是从I、J、K指令运算出的B轴位置，“解A”以及“解B”中的“C”表示 从I、J、K指令运算出的C轴位置。“解A”中的B轴位置⑶以及C轴位置(C)用以下的公式表示。B = arccos (K)
C = arctan γ + nl χ 360^ ...... ( j )“解B”中的B轴位置⑶以及C轴位置(C)用以下的公式表示。B = -arccos (K)
C = arctan等+ 180度+ η2χ360度 ......(2)这里，在上面的(1)式以及(2)式中，假定在用于求B轴位置(B)的arccos的计 算中得到B = O度 90度的值。另外，假定在用于求C轴位置(C)的arctan的计算中，得 到以下那样的值。在I彡0、J彡0的情况下；C = 0 90度，在I < 0、J彡0的情况下；C = 90度 180度，在I < 0、J < 0的情况下；C = 180度 270度，在I彡0、J < 0的情况下；C = 270度 360度。上述(1)式中的nl X 360度的“nl”以及上述(2)式中的n2X 360度的“n2”都是
任意的整数值。即表示C轴在正负方向上怎样旋转都可以动作。另一方面，B轴能够在-90度 +90度内动作。这样，在实现用所指示的刀具方向矢量(I、J、K)表示的刀具方向的B轴位置以及 C轴位置通常有两个解，解A和解B。解B中的B轴位置是反转解A中的B轴位置的符号后 得到的位置。另外，解B中的C轴位置是在解A中的C轴位置上加上180度+ηX360度后 得到的位置(η:任意的整数)。图4中表示的程序指令(类型1)中的B轴指令以及C轴指令，与基于图5中表示 的程序指令(类型2)中的I、J、K指令的“解B”中的Β(Β轴位置)以及C(C轴位置)相当。 因此，图6表示基于图4的程序指令的加工状况，另外表示基于图5的程序指令中的解B的 加工状况。在通过刀具尖端点控制所进行的加工中，刀具多使用球头立铣刀(ball endmill)，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)， 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(刀具相对于工件的姿势)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，使刀具和工件或者机械部 件干涉。例如，图6表示用X轴、Y轴以及Z轴的指令给出刀具尖端点位置，用刀具方向矢量 (I、J、K)给出刀具方向的状态。因此，当刀具尖端点位置的指令(X轴、Y轴以及Z轴的指 令)不变，但是用与I、J、K指令不同的I’、J’、K’指令给出刀具方向矢量时，如图7所示， 工作台坐标系上的刀具方向(刀具相对于工件的方向)与图6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6和图7中B轴位置以及C轴位置不同， 但是工作台坐标系上的X、Y、Z位置不变。因此，可以说如果X、Y、Z轴指令相同，则即使I、 J、K指令以及从其运算的B轴位置以及C轴位置少许变更，在工件54的加工上也没有问题。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)当加工机的轴数多时，轴间的机械装配误差累积。(3)当加工机的轴数多时，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重要原因。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8、图9以及图10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8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(相对于 Z轴倾斜的角度)。这里，图8的四轴加工机，设想有一个不具有围绕Y轴进行实际动作的 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。把 该虚拟轴的(B轴)的倾斜角度称为“虚拟角度”。在图8的四轴加工机中，如上所述把旋转轴作为C轴、把虚拟轴设想为B轴，但是以下的说明不限于那样的四轴加工机，也可以适用于把A轴以及C轴中的一方作为旋转轴、 把另一方作为虚拟轴的四轴加工机，或者把A轴以及B轴中的一方作为旋转轴、把另一方作 为虚拟轴的四轴加工机。图9是加工头旋转型的四轴加工机的概略结构图。在图9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(相对于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10是混合型的四轴加工机的概略结构图。在图10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(相对于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。以下，使用图8的工作台旋转型的四轴加工机说明本发明的实施方式，但是本发 明也可以应用于图9以及图10所示那样的具有一个虚拟轴的其他类型的四轴加工机。图11表示的叶轮一般用五轴加工机加工，但实际上是在图8表示的工作台旋转型 的四轴加工机中通过把虚拟轴的角度(虚拟角度)设为-80度加工而得。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而 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 用的程序如图12所示那样，通过“类型1”的指令方法指示“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，则作为虚拟角度在数值控制装置中把参数设定为-80. 0 度，数值控制装置认为对虚拟轴(B轴)指示了-80.0度。这样的技术已经公知。但是，因为在四轴加工机中虚拟轴实际上不存在，所以在作为在数值控制装置内 运算出的B轴位置，生成虚拟轴的指令的“类型2”的程序指令(用刀具方向矢量指示刀具 方向的类型的程序指令)中不能应用上述现有技术。另外，图12所示的没有虚拟轴(B轴) 指令的类型1的程序，需要从CAM重新生成。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种控制四轴加工机的数值控制装置，使得在四轴加 工机上设定一个虚拟轴，即使是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工，另 外，目的是提供一种四轴加工机用数值控制装置，其通过认为直接对虚拟轴指示虚拟角度， 能够用四轴加工机进行通过现在的五轴加工机用的程序指令用五轴加工机进行的加工。为实现上述目的，本发明涉及一种数值控制装置，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。并且，该数值控制装置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使用刀具方向矢量指 令给出刀具方向的情况下，判断在根据该刀具方向矢量指令来运算的运算旋转轴位置和运 算虚拟轴位置的两组解中是否存在一致解，所述一致解是所述运算虚拟轴位置与通过所述 虚拟角度设定单元设定的虚拟角度一致的解的组；和旋转轴指令认定单元，用于在所述虚 拟角度判断单元判断为存在所述一致解的情况下，认定所述旋转轴的程序指令是该一致解 中的所述运算旋转轴位置，另外，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。所述虚拟角度判断单元，如果所述运算虚拟轴位置在针对所述虚拟角度设定的允 许范围内，则可以判断为存在一致解。可以假定所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是使该旋转工作台 倾斜的倾斜角。可以假定所述旋转轴是使旋转加工头旋转的轴，所述虚拟角度是在该旋转加工头 上安装的附件上使刀具倾斜的倾斜角。可以假定所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是在加工头上安装 的附件上使刀具倾斜的倾斜角。根据本发明，能够提供一种数值控制装置，其用于控制四轴加工机，使得设定一个 虚拟轴、即使是四轴加工机也能够进行以五轴控制加工为基准的加工，能够提供一种四轴 加工机用数值控制装置，通过认为直接对虚拟轴指示虚拟角度，能够用四轴加工机进行通 过现在的五轴加工机用的程序指令用五轴加工机进行的加工。
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。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 工工件的加工头旋转型的五轴加工机的概略结构图。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的混合型的五轴加工机的概略结构图。图4是通过旋转轴指令进行五轴加工的程序指令的例子。图5是通过刀具方向矢量指令进行五轴加工的程序指令的例子。图6是用X轴、Y轴、以及Z轴的指令给出刀具尖端点位置，用刀具方向矢量(I、J、 K)指示刀具方向的五轴加工机的例子。图7是用X轴、Y轴、以及Z轴的指令给出刀具尖端点位置，用刀具方向矢量(I’、 J’、K’ )指示刀具方向的五轴加工机的例子。图8是工作台旋转型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴 以及Z轴动作，旋转工作台通过C轴旋转。图9是加工头旋转型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴 以及Z轴动作，加工头通过C轴旋转。图10是混合型的四轴加工机的概略结构图，加工头以及刀具通过X轴、Y轴、以及 Z轴动作，旋转工作台通过C轴围绕Z轴旋转。
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图11是在图8表示的工作台旋转型的四轴加工机中通过把虚拟轴的虚拟角度设 为-80度进行了加工的叶轮的一例。图12是与图4的五轴加工机用的程序对应的四轴加工机用的程序的例子，是没有 虚拟轴(B轴)指令的程序。图13是本发明的四轴加工机用数值控制装置的概略的功能框图。图14是给予被指示了刀具方向矢量(I、J、K)的四轴加工机的程序指令的第一例。图15是说明图8的四轴加工机的加工状况的概略图，该加工机使用夹具使旋转工 作台围绕Y轴倾斜-80. 0度进行加工。图16是给予被指示了刀具方向矢量(I、J、K)的四轴加工机的程序指令的第二例 (块N040的I、J、K指令与图14的程序指令不同)。图17是说明使用夹具使旋转工作台围绕Y轴倾斜+80. 0度进行加工的四轴加工 机的加工状况的概略图(工作台坐标系的Yt轴的方向与图15中的Yt轴的方向相反)。图18是表示图13中表示的数值控制装置中的指令解析部实施的处理的算法的流 程图。图19是本发明的四轴加工机用数值控制装置的一个实施方式的框图。
具体实施例方式图13是本发明的四轴加工机用数值控制装置的概略的功能框图。该四轴加工机 用数值控制装置100控制通过三个直线轴(X轴、Y轴、Z轴)和一个旋转轴(C轴)对在工 作台上安装的工件(加工物)进行加工的四轴加工机。四轴加工机用数值控制装置100用指令解析部10解析程序指令，生成插补用数 据，用插补部11通过插补用数据进行插补，驱动X轴、Y轴、Z轴以及C轴的伺服机12X、12Y、 12Z、12C。虚拟角度判断单元15以及旋转轴指令认定单元17分别与指令解析部10关联。虚 拟角度判断单元15，一边参照允许值16和通过虚拟角度设定单元14设定的虚拟角度13， 一边从根据刀具方向矢量指令运算的旋转轴位置和虚拟轴位置的两组解中判断是否有运 算虚拟轴位置与虚拟角度一致的解的组(一致解)。在虚拟角度判断单元15判断出有所述 一致解时，旋转轴指令认定单元17把该一致解中的运算旋转轴位置和虚拟角度认定为对 旋转轴和虚拟轴的程序指令。这里，旋转轴指令认定单元17把对虚拟轴的程序指令认定为虚拟角度，相当于生 成设想到对于虚拟轴有虚拟角度的程序指令的插补用数据并进行插补。但是，因为认为指 示每块相同位置(虚拟角度)，所以不进行实际的插补。另外，因为虚拟轴不存在伺服机，所 以伺服机不驱动。首先，说明如图15所示用通过夹具55使旋转工作台53围绕Y轴倾斜-80. 0度的 四轴加工机进行加工的情况。图14表示给予四轴加工机的程序指令，假定作为虚拟角度设定-80. 0度，另外，作 为允许值设定5.0度。在该情况下，从块N010、块N020、块N030、块N040的刀具方向矢量 (I、J、K)指令分别运算解A中的B(运算虚拟轴位置)以及C(运算旋转轴位置)和解B中 的B(运算虚拟轴位置)以及C(运算旋转轴位置)。该解A中的B以及C的运算由上述的⑴式运算，另外，解B中的B以及C的运算由上述的⑵式运算。在图14中表示的程序指令中，各块(块N010、N011、N012.......)的解B中的
B(运算虚拟轴位置)，因为与虚拟角度(=-80.0度)的差的绝对值比允许值(=5.0度) 小，所以虚拟角度判断单元15判断为解B是一致解。其结果，旋转轴指令认定单元17认为 C轴的程序指令是解B中的C(运算旋转轴位置)，四轴加工机用数值控制装置100控制四 轴加工机，进行工件14的加工。其结果，虽然对于虚拟轴存在允许值的范围内的误差，但是如上所述，因为刀具尖 端点被正确地加工，所以即使刀具方向与程序指令(在允许值的范围内)少许不同在加工 上也没有问题。因此，通过图8表示的四轴加工机能够如图15那样进行与用图6的五轴加 工机的加工相当的加工。但是，在代替图14表示的程序指令而有图16那样的指令的情况下(图16的程序 指令，其块N010、N020、N030与图14的程序指令相同，但是其块N040的I、J、K指令与图14 的程序指令不同)，块N040的解A中的B (运算虚拟轴位置)以及解B中的B (运算虚拟轴 位置)，因为与虚拟角度(=_80.0度)的差的绝对值比允许值(=5.0度)大，所以虚拟 角度判断单元15判断没有一致解，四轴加工机发出警报并停止。在发出警报并停止的情况 下，例如可以通过把图8表示的夹具55换成别的夹具来变更虚拟角度，进行工件的加工。或 者停止用四轴加工机的加工，切换到使用五轴加工机的加工等。后面出现的发出警报并停 止的情况下也同样。接着，说明如图17所示用通过夹具55使旋转工作台53围绕Y轴倾斜+80. 0度的 四轴加工机进行加工的情况。图14中表示给予四轴加工机的程序指令，假定作为虚拟角度设定+80. 0度，另外 作为允许值设定5. 0度。在该情况下，如上所述，分别从块N010、块N020、块N030、块N040 的刀具方向矢量(I、J、K)运算解A中的B(运算虚拟轴位置)以及C(运算旋转轴位置)和 解B中的B (运算虚拟轴位置)以及C (运算旋转轴位置)。在图14表示的程序指令中，各块(块N010、N011、N012.......)的解A中的B(运
算虚拟轴位置)，因为与虚拟角度(=+80. 0度)的差的绝对值比允许值(=5. 0度)小， 所以虚拟角度判断单元15判断解A是一致解。其结果，旋转轴指令认定单元17认为C轴 的程序指令是解A中的C(运算旋转轴位置)，四轴加工机用数值控制装置100控制四轴加 工机，进行工件14的加工。关于虚拟轴，虽然有允许值的范围内的误差，但是因为如上所述刀具尖端点被正 确地加工，所以即使刀具方向与程序指令(在允许值的范围内)有少许不同在加工上也没 有问题。图17表示的四轴加工机，相对于图15表示的四轴加工机，虚拟角度的符号反转， 而且C轴位置有相加180度+nX360度的关系。该图17表示的四轴加工机和图15表示的 四轴加工机的关系，与基于上述的(1)式的解A和基于(2)式的解B的关系对应。在图15表示的四轴加工机中，其轴Yt (工作台坐标系)的方向是与图15的纸面垂 直而且从该纸面的前面向背面穿过的方向(使用黑圆“ ”表示该方向)。与之相对，在图 17表示的四轴加工机中，如上所述，因为C轴位置相对于图15表示的四轴加工机相加180 度+nX360度，所以其轴Yt (工作台坐标系)的方向是与图17的纸面垂直而且从纸面的背面向前面穿过的方向(使用白圆“〇”表示该方向，由此表示与图15表示的四轴加工机中 的轴Yt的方向相反)。但是，在代替图14表示的程序指令而有图16所示那样的指令的情况下，块N040 的解A中的B (运算虚拟轴位置)以及解B中的B (运算虚拟轴位置)，因为无论哪一个与虚 拟角度(=+80. 0度)的差的绝对值都比允许值(=5. 0度)大，所以虚拟角度判断单元 15判断为“无一致解”，四轴加工机发出警报并停止。图18是表示图13表示的控制装置中的指令解析部10实施的处理的算法的流程 图。下面遵照各步骤进行说明。步骤SA2以及SA3与虚拟角度判断单元相当，步骤SA4以 及SA5与旋转轴指令认定单元相当。在通过该控制装置控制的四轴加工机中，设想在其四 轴外有一个虚拟轴。指令解析部10从程序指令读取刀具方向矢量的指令(I、J、K)，运算关于旋转轴位 置以及虚拟轴位置的两组解(解A，解B)(步骤SA1)。然后，判断解A中的运算虚拟轴位置 与虚拟角度的差的绝对值是否比预先设定的允许值小(步骤SA2)，在小的情况下，认为虚 拟轴的指令是虚拟角度，而且认为旋转轴C的指令是解A中的运算旋转轴位置(步骤SA5)， 结束该处理。另一方面，在解A中的运算虚拟轴位置与虚拟角度的差的绝对值不比所述允许值 小的情况下(步骤SA2判断为否)，接着判断解B中的运算虚拟轴位置与虚拟角度的差的绝 对值是否比预先设定的允许值小(步骤SA3)，在小的情况下，认为虚拟轴的指令是虚拟角 度，而且认为旋转轴C的指令是解B中的运算旋转轴位置(步骤SA4)，结束该处理。另一方面，在解B中的运算虚拟轴位置与虚拟角度的差的绝对值不比所述允许值 小的情况下(步骤SA3判断为否)，四轴加工机发出警报并停止，结束该处理。图19是本发明的四轴加工机用数值控制装置的一个实施方式的框图。CPU 21是 整体控制四轴加工机用数值控制装置100的处理器。CPU 21通过总线38读出在存储器22 的ROM区域中存储的系统程序，遵照该系统程序控制数值控制装置全体。在存储器22的 RAM区域内存储临时的计算数据或者显示数据，以及通过显示器/MDI单元50由操作员输 入的各种数据。另外，在存储器22的SRAM等构成的非易失性存储器区域中，存储通过接口 23读入的加工程序或者通过显示器/MDI单元50输入的加工程序等。接口 23可以实现四轴加工机用数值控制装置100和适配器等外部设备(未图示) 的连接。从未图示的外部设备读入加工程序或者各种参数等。另外，在四轴加工机用数值 控制装置100内编辑的加工程序，能够通过外部设备(未图示)在外部存储单元中存储。 PMC(可编程机床控制器)24使用在四轴加工机用数值控制装置100中内置的顺序程序，通 过I/O单元25向机床的辅助装置输出信号并进行控制。另外，在接受在机床本体上配备的 操作盘的各种开关等的信号并进行必要的信号处理后，向CPU 21交付。显示器/MDI单元50是具有显示器或者键盘等的手动数据输入装置，接口 26接受 来自显示器/MDI单元50的键盘的指令、数据后向CPU 21交付。接口 27与具有手动脉冲 发生器的操作盘51连接。各轴的轴控制电路28、30、32、34接受来自CPU 21的各轴的移动指令量，向伺服放 大器29、31、33、35输出各轴的指令。伺服放大器29、31、33、35接受该指令，驱动图8、图9 以及图10表示的四轴加工机的X轴、Y轴、Z轴、C轴的伺服电动机39、40、41、42。各轴进行位置/速度的反馈控制(在图19中省略该结构)。另外，主轴控制电路36接收主轴旋转指令，向主轴放大器37输出主轴速度信号。 主轴放大器37接受主轴速度信号，使主轴电动机43以被指示的旋转速度旋转。在四轴加工机用数值控制装置100中，如上所述，通过(作为指令解析部10的) CPU 21执行图18中表示的处理，由此，通过认为直接对虚拟轴指示虚拟角度，能够使用四 轴加工机执行通过现有的五轴加工机用的程序指令使用五轴加工机所进行的加工。
1权利要求
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使用刀具方向矢量指令给出刀具方向的情况下，判断在根据该刀具方向矢量指令来运算的运算旋转轴位置和运算虚拟轴位置的两组解中是否存在一致解，所述一致解是所述运算虚拟轴位置与通过所述虚拟角度设定单元设定的虚拟角度一致的解的组；和旋转轴指令认定单元，用于在所述虚拟角度判断单元判断为存在所述一致解的情况下，认定所述旋转轴的程序指令是该一致解中的所述运算旋转轴位置，另外，认定所述虚拟轴的程序指令是所述虚拟角度。
2.根据权利要求1所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述虚拟角度判断单元，如果所述运算虚拟轴位置在针对所述虚拟角度设定的允许范 围内，则判断为存在一致解。
3.根据权利要求1或2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是使该旋转工作台倾斜的倾斜
4.根据权利要求1或2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述旋转轴是使旋转加工头旋转的轴，所述虚拟角度是在该旋转加工头上安装的附件 上使刀具倾斜的倾斜角。
5.根据权利要求1或2所述的四轴加工机用数值控制装置，其特征在于，所述旋转轴是使旋转工作台旋转的轴，所述虚拟角度是在加工头上安装的附件上使刀 具倾斜的倾斜角。
全文摘要
本发明提供一种四轴加工机用数值控制装置。在用于五轴加工机的加工程序中使用矢量指令给出刀具方向的情况下，通过运算从该矢量指令求出旋转轴位置和虚拟轴位置，得到两组解(解A、解B)。然后，在这些解中，如果存在运算出的虚拟轴位置与设定的虚拟角度大体一致的解，则把该解(解A、解B)中的运算旋转轴位置作为旋转轴的程序指令，而且把虚拟轴的程序指令认为是虚拟角度。这样，数值控制装置控制通过三个直线轴和一个旋转轴进行加工的四轴加工机。
文档编号G05B19/416GK101893874SQ20101018536
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月21日
发明者井出聪一郎, 大槻俊明, 花冈修 申请人:发那科株式会社