[发明专利]5轴加工机的数值控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制具有2个旋转轴以及3个直线轴的5轴加工机的数值控制方法，与有可能发生不稳定动作的奇异点附近的动作控制有关。

背景技术

已知如下一种5轴加工机，相对于工件(被加工物)使刀具在直线的3个轴方向上相对移动，同时围绕旋转的2个轴使刀具对于工件相对倾斜地进行加工。例如，在根据由CAD/CAM或仿形装置生成的指令点列数据以及指示工件和刀具的倾斜角度的指令矢量列，进行曲线插补来加工曲面的5轴加工机的加工方法中，已知通过与希望的曲线相接近的平滑曲线进行插补来进行加工，得到平滑的加工表面的加工方法(参照特开2005-182437号公报)。

此外，在5轴加工机中，在对于作业对象固定的直角坐标系上指示刀具的位置以及姿势，使刀具以某个速度移动时，当机床在其动作范围内具有奇异点(奇异姿势)时，有时各关节的速度或加速度会超过该关节的允许值。因此，为使给予刀具的、在两个时刻之间的刀具姿势误差在允许值以下，根据这两个时刻的姿势决定关节插补范围，在该关节插补范围中，通过关节插补(根据两个时刻的位置矢量和姿势矢量求出各轴的关节坐标值的插补)控制刀具的姿势(参照特开2004-220435号公报)。由此，在奇异点附近的各关节的速度或加速度变得过大时，在对于轨迹误差满足要求精度的同时，要尽可能减小移动速度。

通过刀具对工件进行加工的切削点，和控制相对于工件的刀具位置的控制点不同。

图1说明在具有X、Y、Z三个直线轴、以及绕X轴旋转的A轴和绕Z轴旋转的C轴两个旋转轴的5轴加工机中，作为刀具1使用球头端铣刀(ballend mill)时所指示的切削点和所控制的刀具位置的关系。

作为切削点，指示与直线轴X、Y、Z对应的直角坐标系的X、Y、Z轴的位置(X，Y，Z)。用于响应这样的切削点指令(X，Y，Z)来控制刀具1相对于工件的位置的控制点不是在刀具1的尖端与工件接触的点(切削点指令点)，而是与该切削点指令点相分离的直线轴位置(Xc，Yc，Zc)，所指示的切削点位置(X，Y，Z)和与其对应的直线轴位置(Xc，Yc，Zc)不一致。

进行刀具半径补偿以及刀具长度补偿来求出直线轴位置(Xc，Yc，Zc)，控制该直线轴位置(Xc，Yc，Zc)以及旋转轴位置(A，C)。根据与切削点位置(X，Y，Z)一同指示的切削面垂直方向指令(I，J，K)，和已设定的刀具半径补偿量TR，求出刀具半径补偿。根据从向A轴以及C轴各旋转轴的指令中求出的刀具方向，和已设定的刀具半径补偿量TR以及刀具长度补偿量TL，求出刀具长度补偿。

如上所述，所指示的切削点位置(X，Y，Z)和刀具1相对于工件的位置、即所控制的直线轴的位置(Xc，Yc，Zc)不一致。除了球头端铣刀以外，在使用主轴旋转时的断面为长方形的方形端铣刀(square end mill)或者在其拐角具有R(圆角)的圆角端铣刀(radius end mill)时也相同，所指示的切削点位置和所控制的直线轴的位置不一致。

但是，一般希望指令切削点的间隔和控制点的动作相同。即，理想的是，若指令切削点的间隔小，则对应的控制点的动作也小，若指令切削点的间隔大，则对应的控制点的动作也大。

例如，在方形端铣刀中一般的指令切削点和控制点的关系为图2那样。如该图2所示，希望由一个块(block)的指令的起点和终点的切削点指令(XS，YS，ZS)、(XE，YE，ZE)之间的距离、与在该块的指令中驱动刀具1的直线轴控制点(Xc，Yc，Zc)的起点和终点之间的距离成为大致成比例的关系。但是，根据指令形状或刀具的种类，指令切削点的间隔和控制点的动作有时相差很大。即，发生指令切削点的间隔小，但对应的控制点较大地进行动作的情况(后述图9所示的情况)，或者指令切削点的间隔大，但对应的控制点的动作小的情况(后述图10所示的情况)等(以下，将这样的情况称为奇异点附近)。

在这样的指令切削点的间隔和与其对应的控制点的动作相差较大的奇异点附近，产生不稳定的动作或对于加工物的过大切削，这是不希望产生的情况。本发明解决这样的问题。

首先，在说明该问题之前，对于控制5轴加工机的数值控制装置等控制装置目前所实施的基于切削点指令的加工控制的原理以及动作进行说明。

(球头端铣刀)

图3是作为刀具1使用球头端铣刀，根据切削点指令求出X、Y、Z三个直线轴和A、C两个旋转轴的位置来进行控制时的动作说明图。此时，作为加工程序，使用图4所示的程序。