顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置制造方法
顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種刀具軌跡顯示裝置，其具有可對比地顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的至少兩個軌跡的顯示部。刀具軌跡顯示裝置還具有可互相對比地顯示與那些軌跡對應的表示刀具姿勢的刀具矢量的刀具矢量顯示部。刀具矢量作為連接刀具前端點和從該刀具前端點朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的線段來顯示。
【專利說明】顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置。
【背景技術】
[0002]控制機床的數值控制裝置有時和顯示刀具的軌跡的刀具軌跡顯示裝置一起使用。操作者利用通過刀具軌跡顯示裝置顯示的刀具軌跡的視覺的信息，進行加工處理的評價。在進行加工處理的評價時，除了表示與施行加工的部位相當的刀具前端點的移動路徑的軌跡之外，評價表示刀具姿勢的刀具矢量也是有用的。圖1lA以及圖1lB是用于說明刀具姿勢給予加工形狀的影響的概念圖。圖1lA表示刀具100為了具有相對于被加工面為大體垂直的姿勢的情況的加工形狀。另一方面，圖1lB表示刀具100具有相對于被加工面傾斜的姿勢的情況的加工形狀。對比圖1lA以及圖1lB可明確了解，即使在刀具前端點102位于同一位置的情況下，被加工面P的形狀根據刀具采取何種姿勢而完全不同。
[0003]日本特許第4689745號公報公開了一種刀具矢量顯示裝置，用于根據通過檢測裝置檢測出的刀具前端點的實際位置信息來顯示實際軌跡，同時在實際軌跡上把刀具的姿勢作為刀具矢量顯示。該先行技術，通過與實際軌跡合并顯示刀具矢量，在加工形狀中產生誤差的情況下，也能夠以視覺方式驗證有不良的可能性的地方的刀具的姿勢。
[0004]但是，僅用通過日本特許第4689745號公報的刀具矢量顯示裝置顯示的信息，在加工形狀中產生誤差的情況下難于確定其原因。因此，為確定加工形狀的誤差的原因，要求提供有用的視覺信息的刀具軌跡顯示裝置。
【發明內容】
[0005]根據本申請的第一發明，提供一種刀具軌跡顯示裝置，其具有顯示部，該顯示部根據來自控制機床中的刀具前端點的位置的數值控制裝置的信息，可互相對比地顯示作為與加工程序對應的上述刀具前端點的軌跡的程序軌跡、作為與對上述機床的驅動部的指令信號對應的上述刀具前端點的軌跡的指令軌跡和作為通過檢測裝置檢測的上述刀具前端點的軌跡的實際軌跡中的至少兩個軌跡，在該刀具軌跡顯示裝置中，上述顯示部還具有:刀具矢量顯示部，用于把連接通過上述程序軌跡、上述指令軌跡或者上述實際軌跡的上述刀具前端點、與從該刀具前端點朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的至少一條線段作為表示刀具姿勢的刀具矢量來顯示，該刀具矢量顯示部可互相對比地顯示在上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的上述至少兩個軌跡中分別得到的上述刀具矢量。
[0006]在第一發明中，刀具軌跡顯示裝置具有刀具矢量顯示部，用于以可互相對比的方式顯示與程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的至少兩個軌跡對應的表示刀具姿勢的刀具矢量。因此，在加工形狀中產生誤差的情況下，操作者通過比較作為視覺信息顯示的各處理階段中的刀具矢量，能夠確定不良的原因。
[0007]根據本申請的第二發明，提供一種刀具軌跡顯示裝置，在第一發明中，還具有刀具矢量選擇部和角度計算部，前者用于選擇上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的第一軌跡中的上述刀具矢量、以及與上述第一軌跡不同的第二軌跡中的上述刀具矢量，后者計算通過上述第一軌跡中的上述刀具矢量以及上述第二軌跡中的上述刀具矢量形成的角度，上述顯示部還具有顯示上述角度的角度顯示部。
[0008]在第二發明中，刀具軌跡顯示裝置具有角度顯示部，用于顯示從程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的一個選擇的刀具矢量與其他的軌跡中的對應的刀具矢量之間形成的角度。因此，操作者能夠定量地把握通過選擇的兩個軌跡的刀具矢量之間以何種程度互相相對傾斜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]參照附圖中表示的本發明的示例的實施方式的詳細說明，能夠更加明了本發明的上述以及其他的目的、特征以及優點。
[0010]圖1是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置的框圖。
[0011]圖2是表示機床的結構例的概略立體圖。
[0012]圖3是以可互相對比的方式重疊顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的顯示例。
[0013]圖4是對于圖3表示的各軌跡追加顯示多個刀具矢量的顯示例。
[0014]圖5是將刀具矢量與加工面一起表示的概念圖。
[0015]圖6是對圖5的區域VI放大表不的局部放大圖。
[0016]圖7是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置中的顯示處理的過程的流程圖。
[0017]圖8是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置的框圖。
[0018]圖9是表示追加顯示按照第二實施方式算出的角度的顯示例的圖。
[0019]圖10是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置中的顯示處理的過程的流程圖。
[0020]圖1lA是用于說明刀具姿勢對加工形狀造成的影響的概念圖。
[0021]圖1lB是用于說明刀具姿勢對加工形狀造成的影響的概念圖。
【具體實施方式】
[0022]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。關于為說明實施方式而圖示的各要素，有時為有助于理解本發明其比例尺由實用的比例尺變更。
[0023]圖1是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的框圖。刀具軌跡顯示裝置10具有:經由數值控制裝置30取得機床40的各驅動軸的位置數據的位置數據取得部
12、根據從位置數據取得部12輸出的位置數據計算刀具前端點42a的坐標的刀具坐標計算部14、生成刀具前端點42a通過的軌跡的刀具軌跡生成部16、和具有在監視器畫面(未圖示)上顯示通過刀具軌跡生成部16生成的軌跡的刀具軌跡顯示部22的顯示部20。刀具軌跡顯示裝置10具有計算把刀具前端點42a的坐標作為終點的刀具矢量的刀具矢量計算部18。另外，顯示部20還具有在監視器畫面上顯示通過刀具矢量計算部18算出的刀具矢量的刀具矢量顯示部24。
[0024]數值控制裝置30按照加工程序以及預定的各種參數，發送對于電動機44的控制信號。電動機44通過數值控制裝置30控制而動作，對機床40例如車床或者自動換刀數控機床(machining center)等的驅動軸施加動力。另外,數值控制裝置30通過從在電動機44上裝備的檢測裝置46例如編碼器接收電動機44的位置反饋，能夠取得機床40的各驅動軸的實際位置。
[0025]圖2是作為機床40的例子表示5軸加工機的結構例的概略立體圖。機床40裝備具有刀具前端點42a的刀具42。在刀具前端點42a上安裝用于對載放在工作臺48上的工件(未圖示)執行切削、研磨、車削及其他預定的加工處理的各種刃具。此外，在本說明書中，雖然使用“刀具前端點”這樣的用語，但是希望留意的是，刀具前端點42a并不嚴格表示刀具42的前端部，可以包含用于實際執行加工處理的部位。
[0026]圖2中表示的雙箭頭，表示刀具前端點42a可在各箭頭的方向上移動。也就是說，刀具42如圖示那樣可在X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向上互相獨立地并行移動。另外，刀具42可圍繞通過點劃線分別表示的互相成直角延伸的旋轉軸A以及旋轉軸B轉動。這樣，刀具前端點42a，按照被互相獨立地控制的5個驅動軸的動作，可相對于工件進行相對移動。此外，在本說明書中，以5軸的機床40為例說明，但是不用說本發明同樣也可以應用于具有其他結構的機床。
[0027]通過數值控制裝置30讀出的加工程序，包含根據在CAD/CAM等的軟件中制作的加工物的形狀而生成的按照G代碼等預定格式記述的各種信息，例如各驅動軸的指令位置以及指令速度。另外，加工程序包含連接坐標點之間生而成軌跡(后述)時使用的形狀數據等的信息。因為數值控制裝置30的作用，例如按照加工程序以及參數生成電動機44的控制信號的處理等為公知技術，所以在本說明書中省略其詳細的說明。
[0028]再次參照圖1，位置數據取得部12從數值控制裝置30取得位置數據。在位置數據中，包含程序位置、指令位置以及實際位置。程序位置是通過加工程序指定的對于各驅動軸的指令位置。另一方面，指令位置是根據通過數值控制裝置30進行插補處理的結果得到的、對各驅動軸的指令位置。數值控制裝置30，根據按照后述的方法生成的程序軌跡、通過加工程序指定的指令速度、和通過參數指定的加減速時間常數等執行插補處理。該插補處理的結果，計算每一控制周期的各驅動軸的指令位置。
[0029]實際位置是通過電動機44的檢測裝置46檢測的各電動機44的位置即各驅動軸的實際位置。或者，也可以通過在累加來自數值控制裝置30的位置反饋而得的累計值上乘以每單位脈沖的移動量來計算各驅動軸的實際位置。
[0030]刀具坐標計算部14根據通過位置數據取得部12取得的位置數據、和機械結構信息計算刀具前端點42a的坐標。機械結構信息是表示機床40中的刀具前端點42a的相對位置的信息。刀具坐標計算部14根據程序位置以及機械結構信息，計算作為與加工程序對應的刀具前端點42a的坐標的程序坐標。另外，刀具坐標計算部14根據指令位置以及機械結構信息，計算作為與在數值控制裝置30中進行插補處理后的指令位置對應的刀具前端點42a的坐標的指令坐標。進而，刀具坐標計算部14根據實際位置以及機械結構信息，計算與通過檢測裝置46檢測的刀具前端點42a的坐標對應的實際坐標。
[0031]刀具軌跡生成部16，通過根據預定的形狀連接通過刀具坐標計算部14在每一預定周期計算出的刀具前端點42a的坐標之間，生成刀具前端點42a的軌跡。刀具軌跡生成部16，通過用由加工程序指定的形狀數據例如直線、弧線等互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的程序坐標之間，生成程序軌跡。另外，刀具軌跡生成部16，通過例如用直線互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的指令坐標之間，生成指令軌跡。進而，刀具軌跡生成部16，通過例如用直線互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的實際坐標之間，生成實際軌跡。
[0032]通過刀具軌跡生成部16生成的程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡，經由刀具軌跡顯示部22在監視器畫面上顯示。圖3表示可互相對比地重疊顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的顯示例。在圖3中，點線表示程序軌跡，虛線表示指令軌跡，實線表示實際軌跡。另外，圖3的黑點表示指令坐標。這樣通過可對比地重疊顯示各軌跡，例如能夠判定刀具前端點42a是否按照程序軌跡實際移動。進而，在判明刀具前端點42a未按照意圖那樣移動的情況下，通過比較各軌跡，操作者能夠根據視覺的信息確定加工程序、數值控制裝置中的指令生成處理以及伺服控制中何處有不良的原因。
[0033]再次參照圖1，刀具軌跡顯示裝置10具有刀具矢量計算部18。刀具矢量計算部18接收通過刀具坐標計算部14計算出的程序坐標、指令坐標以及實際坐標。刀具矢量計算部18根據這些坐標計算表示刀具姿勢的刀具矢量。
[0034]關于刀具矢量的計算處理，以圖2的5軸加工機為例說明。設時間t時的X軸、Y軸、Z軸、A軸以及B軸的坐標分別為x(t)、y (t)、z (t)、a(t)、b (t)。考慮在工件上固定的坐標系，使旋轉軸A和旋轉軸B的交點M的坐標成為(X (t)，y (t)，z (t))那樣地設定原點。當設從交點M到刀具前端點42a的距離為L、刀具42朝向鉛直方向下方的位置為A軸以及B軸的原點時，刀具前端點42a的X軸上的坐標PosX、Y軸上的坐標PosY以及Z軸上的坐標PosZ，分別用下式表示。
[0035]PosX=X (t) + LX cos (a (t)) X sin (b (t))
[0036]PosY=y (t) +LX sin (a (t))
[0037]PosZ=Z (t) — LX cos (a (t)) X cos (b (t))
[0038]這里，把通過用上述式子表示的刀具前端點42a的坐標確定的點設定為矢量終點Pe0
[0039]另一方面,矢量起點Ps,是在從矢量終點Pe即刀具前端點42a沿刀具42的中心軸線朝向刀具42的基端側離開預定距離d的位置設定的基準點。矢量起點Ps在X軸上的坐標PosX’、Y軸上的坐標PosY’以及Z軸上的坐標PosZ’，分別用下式表示。
[0040]PosX，=x (t) + (L — d) X cos (a (t)) X sin (b (t))
[0041]PosY，=y (t) + (L — d) X sin (a (t))
[0042]PosZ，=z (t) — (L — d) X cos (a (t)) X cos (b (t))
[0043]刀具矢量顯示部24在監視器畫面上顯示在刀具矢量計算部18中計算出的刀具矢量。刀具矢量，被顯示為連接在刀具矢量計算部18中如上述計算出的矢量起點Ps和矢量終點Pe之間的線段。圖4表示對于圖3表示的程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的各個軌跡追加顯示多個刀具矢量的顯示例。如圖所示，各軌跡中的刀具矢量，以直線狀從矢量起點Ps延伸到位于各軌跡上的矢量終點Pe。通過各軌跡的刀具矢量也與各軌跡一樣以可互相對比的方式被重疊顯示。為互相區別刀具矢量，與軌跡一樣，點線表示程序軌跡上的刀具矢量，虛線表示指令軌跡上的刀具矢量，實線表示實際軌跡上的刀具矢量。這樣除了各軌跡之夕卜，還以可對比的方式地重疊顯示通過各軌跡的刀具矢量，由此例如在加工形狀中產生誤差的情況下能夠根據視覺信息確定其原因。
[0044]在未如意圖那樣形成加工形狀的情況下考慮幾個原因。作為一個原因，考慮加工程序自身不適當的情況。在這種情況下，因為按照不適當的加工程序的指示執行加工處理，當然不能得到意圖的加工形狀。另外，也考慮在數值控制裝置30中的指令生成處理中有發生加工形狀誤差的原因。在這種情況下，例如需要通過修正參數等設定值來進行調整以生成適當的指令。進而也考慮伺服控制中調整不良的情況，例如發生伺服延遲的情況。
[0045]參照圖5以及圖6，說明基于刀具矢量的對比評價刀具姿勢的一例。圖5是與加工面50 —起表不刀具矢量的概念圖。圖6是對圖5的區域VI進行放大表不的局部放大圖。在該例中，在圖5的區域VI內未圓滑地形成加工面50，加工面50具有不規則的凹凸。在圖5中，表示加工面50的輪廓的曲線52表示實際軌跡，即刀具前端點42a (刀具矢量的終點Pe)的路徑，曲線54表示隨著刀具42的移動而移位的刀具矢量的起點Ps的路徑。
[0046]參照圖6,表示可互相對比地顯示具有起點Psl以及終點Pel的實際軌跡中的刀具矢量56、和具有起點Ps2以及終點Pe2的指令軌跡中的刀具矢量58的狀態。關于程序軌跡中的刀具矢量，因為通過與指令軌跡中的刀具矢量58大體相同的線段來表示，所以考慮畫面的可識別性而被省略。也就是說，程序軌跡中的刀具矢量以及指令軌跡中的刀具矢量58互相大體一致,另一方面,僅實際軌跡中的刀具矢量56被顯示為與另外的刀具矢量58顯著不同的線段。在這樣的情況下，推測刀具42未按照從數值控制裝置30發出的指令動作，能夠判定為由于伺服控制的調整不良、或者加工過程中的干擾的原因而在加工面50中發生不良。
[0047]作為另一例，例如在指令軌跡中的刀具矢量以及實際軌跡中的刀具矢量大體一致，僅程序軌跡中的刀具矢量與另外的刀具矢量顯著不同的情況下，推測由于根據加工程序生成指令時的處理，例如插補處理的原因而產生了加工形狀的誤差。這樣，在通過可互相對比地顯示各軌跡中的刀具矢量，了解到刀具42不具有希望的姿勢的情況下，操作者能夠根據視覺信息確定不良的原因。
[0048]圖7是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10中的顯示處理的過程的流程圖。首先，刀具軌跡顯示裝置10使位置數據取得部12動作，從數值控制裝置30取得位置數據(步驟S10)。如上述，在位置數據中包含程序位置、指令位置以及實際位置。接著，刀具軌跡顯示裝置10使刀具坐標計算部14動作，根據從位置數據取得部12送出的位置數據以及機械結構信息，計算表示刀具前端點42a的坐標的程序坐標、指令坐標以及實際坐標(步驟S11)。刀具軌跡顯示裝置10接著使刀具軌跡生成部16動作，分別按照預定的形狀連接在刀具坐標計算部14中計算出的程序坐標之間、指令坐標之間以及實際坐標之間，生成程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡(步驟S12)。
[0049]接著刀具軌跡顯示裝置10使刀具矢量計算部18動作,計算刀具矢量(步驟S13)。刀具矢量，如上述，是連接刀具前端點42a和從刀具前端點42a向刀具42的基端側離開預定距離的基準點之間的線段。對于程序坐標、指令坐標以及實際坐標分別計算刀具矢量的起點以及終點。刀具軌跡顯示裝置10接著使刀具軌跡顯示部22以及刀具矢量顯示部24動作，在監視器畫面上顯示程序軌跡、指令軌跡和實際軌跡以及各軌跡中的刀具矢量(步驟S14)。
[0050]繼續說明本發明的與上述實施方式不同的另一實施方式。在以下的說明中，適宜地省略與已說明的內容重復的事項。另外，對于相同或者對應的結構要素使用相同的參照符號。
[0051]圖8是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置10’的框圖。在圖8中，僅表示刀具軌跡顯示裝置10’，與圖1對比可知，省略了數值控制裝置30以及機床40。但是，數值控制裝置30以及機床40和刀具軌跡顯示裝置10’之間的相互作用，與上述第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的情況相同。
[0052]本實施方式的刀具軌跡顯示裝置10’，除了上述第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的結構之外，還具有刀具矢量選擇部60、角度計算部62和角度顯示部64。
[0053]刀具矢量選擇部60選擇由操作者經由外部輸入裝置例如鼠標、鍵盤等任意選擇的坐標中的兩個刀具矢量。此時，合并選擇程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的任何一個中的刀具矢量。在選擇的兩個刀具矢量中，一方的刀具矢量，選擇與另一方的刀具矢量不同的軌跡中的刀具矢量。例如操作者選擇應該選擇的刀具前端點42a的位置和軌跡的種類，即程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的任何兩個。接受操作者的操作，刀具矢量選擇部60選擇已選擇的位置以及軌跡中的刀具矢量，向角度計算部62發送用于確定所選擇的刀具矢量的信息。
[0054]角度計算部62，從刀具矢量計算部18分別取得通過刀具矢量選擇部60選擇的兩個刀具矢量的矢量起點Psl、Ps2以及矢量終點Pel、Pe2的坐標,計算通過這兩個刀具矢量形成的角度Θ。在兩個刀具矢量之間形成的角度Θ，根據關于矢量的內積成立的關系式，通過下式計算。
【權利要求】
1.一種刀具軌跡顯示裝置(10、10’)，具有顯示部(20、20’)，該顯示部根據來自控制機床(40)中的刀具前端點(42a)的位置的數值控制裝置(30)的信息，可互相對比地顯示作為與加工程序對應的上述刀具前端點(42a)的軌跡的程序軌跡、作為與對上述機床(40)的驅動部的指令信號對應的上述刀具前端點(42a)的軌跡的指令軌跡和作為通過檢測裝置檢測的上述刀具前端點(42a)的軌跡的實際軌跡中的至少兩個軌跡，上述刀具軌跡顯示裝置(10、10，)的特征在于， 上述顯示部(20、20’)還具有:刀具矢量顯示部(24)，用于把連接通過上述程序軌跡、上述指令軌跡或者上述實際軌跡的上述刀具前端點(42a)和從該刀具前端點(42a)朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的至少一個線段作為表示刀具姿勢的刀具矢量來顯示，該刀具矢量顯示部(24)可互相對比地顯示在上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的上述至少兩個軌跡中分別得到的上述刀具矢量。
2.根據權利要求1所述的刀具軌跡顯示裝置(10’)，其特征在于， 還具有: 刀具矢量選擇部(60)，用于選擇上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的第一軌跡中的上述刀具矢量以及與上述第一軌跡不同的第二軌跡中的上述刀具矢量；和角度計算部(62)，用于計算通過上述第一軌跡中的上述刀具矢量以及上述第二軌跡中的上述刀具矢量形成的角度， 上述顯示部(20’)還具有顯示上述角度的角度顯示部(64)。
【文檔編號】G05B19/406GK103513610SQ201310233655
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】手塚淳一, 小川肇 申請人:發那科株式會社
【專利摘要】本發明提供一種刀具軌跡顯示裝置，其具有可對比地顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的至少兩個軌跡的顯示部。刀具軌跡顯示裝置還具有可互相對比地顯示與那些軌跡對應的表示刀具姿勢的刀具矢量的刀具矢量顯示部。刀具矢量作為連接刀具前端點和從該刀具前端點朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的線段來顯示。
【專利說明】顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及顯示機床的刀具矢量的刀具軌跡顯示裝置。
【背景技術】
[0002]控制機床的數值控制裝置有時和顯示刀具的軌跡的刀具軌跡顯示裝置一起使用。操作者利用通過刀具軌跡顯示裝置顯示的刀具軌跡的視覺的信息，進行加工處理的評價。在進行加工處理的評價時，除了表示與施行加工的部位相當的刀具前端點的移動路徑的軌跡之外，評價表示刀具姿勢的刀具矢量也是有用的。圖1lA以及圖1lB是用于說明刀具姿勢給予加工形狀的影響的概念圖。圖1lA表示刀具100為了具有相對于被加工面為大體垂直的姿勢的情況的加工形狀。另一方面，圖1lB表示刀具100具有相對于被加工面傾斜的姿勢的情況的加工形狀。對比圖1lA以及圖1lB可明確了解，即使在刀具前端點102位于同一位置的情況下，被加工面P的形狀根據刀具采取何種姿勢而完全不同。
[0003]日本特許第4689745號公報公開了一種刀具矢量顯示裝置，用于根據通過檢測裝置檢測出的刀具前端點的實際位置信息來顯示實際軌跡，同時在實際軌跡上把刀具的姿勢作為刀具矢量顯示。該先行技術，通過與實際軌跡合并顯示刀具矢量，在加工形狀中產生誤差的情況下，也能夠以視覺方式驗證有不良的可能性的地方的刀具的姿勢。
[0004]但是，僅用通過日本特許第4689745號公報的刀具矢量顯示裝置顯示的信息，在加工形狀中產生誤差的情況下難于確定其原因。因此，為確定加工形狀的誤差的原因，要求提供有用的視覺信息的刀具軌跡顯示裝置。
【發明內容】
[0005]根據本申請的第一發明，提供一種刀具軌跡顯示裝置，其具有顯示部，該顯示部根據來自控制機床中的刀具前端點的位置的數值控制裝置的信息，可互相對比地顯示作為與加工程序對應的上述刀具前端點的軌跡的程序軌跡、作為與對上述機床的驅動部的指令信號對應的上述刀具前端點的軌跡的指令軌跡和作為通過檢測裝置檢測的上述刀具前端點的軌跡的實際軌跡中的至少兩個軌跡，在該刀具軌跡顯示裝置中，上述顯示部還具有:刀具矢量顯示部，用于把連接通過上述程序軌跡、上述指令軌跡或者上述實際軌跡的上述刀具前端點、與從該刀具前端點朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的至少一條線段作為表示刀具姿勢的刀具矢量來顯示，該刀具矢量顯示部可互相對比地顯示在上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的上述至少兩個軌跡中分別得到的上述刀具矢量。
[0006]在第一發明中，刀具軌跡顯示裝置具有刀具矢量顯示部，用于以可互相對比的方式顯示與程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的至少兩個軌跡對應的表示刀具姿勢的刀具矢量。因此，在加工形狀中產生誤差的情況下，操作者通過比較作為視覺信息顯示的各處理階段中的刀具矢量，能夠確定不良的原因。
[0007]根據本申請的第二發明，提供一種刀具軌跡顯示裝置，在第一發明中，還具有刀具矢量選擇部和角度計算部，前者用于選擇上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的第一軌跡中的上述刀具矢量、以及與上述第一軌跡不同的第二軌跡中的上述刀具矢量，后者計算通過上述第一軌跡中的上述刀具矢量以及上述第二軌跡中的上述刀具矢量形成的角度，上述顯示部還具有顯示上述角度的角度顯示部。
[0008]在第二發明中，刀具軌跡顯示裝置具有角度顯示部，用于顯示從程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的一個選擇的刀具矢量與其他的軌跡中的對應的刀具矢量之間形成的角度。因此，操作者能夠定量地把握通過選擇的兩個軌跡的刀具矢量之間以何種程度互相相對傾斜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]參照附圖中表示的本發明的示例的實施方式的詳細說明，能夠更加明了本發明的上述以及其他的目的、特征以及優點。
[0010]圖1是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置的框圖。
[0011]圖2是表示機床的結構例的概略立體圖。
[0012]圖3是以可互相對比的方式重疊顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的顯示例。
[0013]圖4是對于圖3表示的各軌跡追加顯示多個刀具矢量的顯示例。
[0014]圖5是將刀具矢量與加工面一起表示的概念圖。
[0015]圖6是對圖5的區域VI放大表不的局部放大圖。
[0016]圖7是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置中的顯示處理的過程的流程圖。
[0017]圖8是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置的框圖。
[0018]圖9是表示追加顯示按照第二實施方式算出的角度的顯示例的圖。
[0019]圖10是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置中的顯示處理的過程的流程圖。
[0020]圖1lA是用于說明刀具姿勢對加工形狀造成的影響的概念圖。
[0021]圖1lB是用于說明刀具姿勢對加工形狀造成的影響的概念圖。
【具體實施方式】
[0022]下面參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。關于為說明實施方式而圖示的各要素，有時為有助于理解本發明其比例尺由實用的比例尺變更。
[0023]圖1是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的框圖。刀具軌跡顯示裝置10具有:經由數值控制裝置30取得機床40的各驅動軸的位置數據的位置數據取得部
12、根據從位置數據取得部12輸出的位置數據計算刀具前端點42a的坐標的刀具坐標計算部14、生成刀具前端點42a通過的軌跡的刀具軌跡生成部16、和具有在監視器畫面(未圖示)上顯示通過刀具軌跡生成部16生成的軌跡的刀具軌跡顯示部22的顯示部20。刀具軌跡顯示裝置10具有計算把刀具前端點42a的坐標作為終點的刀具矢量的刀具矢量計算部18。另外，顯示部20還具有在監視器畫面上顯示通過刀具矢量計算部18算出的刀具矢量的刀具矢量顯示部24。
[0024]數值控制裝置30按照加工程序以及預定的各種參數，發送對于電動機44的控制信號。電動機44通過數值控制裝置30控制而動作，對機床40例如車床或者自動換刀數控機床(machining center)等的驅動軸施加動力。另外,數值控制裝置30通過從在電動機44上裝備的檢測裝置46例如編碼器接收電動機44的位置反饋，能夠取得機床40的各驅動軸的實際位置。
[0025]圖2是作為機床40的例子表示5軸加工機的結構例的概略立體圖。機床40裝備具有刀具前端點42a的刀具42。在刀具前端點42a上安裝用于對載放在工作臺48上的工件(未圖示)執行切削、研磨、車削及其他預定的加工處理的各種刃具。此外，在本說明書中，雖然使用“刀具前端點”這樣的用語，但是希望留意的是，刀具前端點42a并不嚴格表示刀具42的前端部，可以包含用于實際執行加工處理的部位。
[0026]圖2中表示的雙箭頭，表示刀具前端點42a可在各箭頭的方向上移動。也就是說，刀具42如圖示那樣可在X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向上互相獨立地并行移動。另外，刀具42可圍繞通過點劃線分別表示的互相成直角延伸的旋轉軸A以及旋轉軸B轉動。這樣，刀具前端點42a，按照被互相獨立地控制的5個驅動軸的動作，可相對于工件進行相對移動。此外，在本說明書中，以5軸的機床40為例說明，但是不用說本發明同樣也可以應用于具有其他結構的機床。
[0027]通過數值控制裝置30讀出的加工程序，包含根據在CAD/CAM等的軟件中制作的加工物的形狀而生成的按照G代碼等預定格式記述的各種信息，例如各驅動軸的指令位置以及指令速度。另外，加工程序包含連接坐標點之間生而成軌跡(后述)時使用的形狀數據等的信息。因為數值控制裝置30的作用，例如按照加工程序以及參數生成電動機44的控制信號的處理等為公知技術，所以在本說明書中省略其詳細的說明。
[0028]再次參照圖1，位置數據取得部12從數值控制裝置30取得位置數據。在位置數據中，包含程序位置、指令位置以及實際位置。程序位置是通過加工程序指定的對于各驅動軸的指令位置。另一方面，指令位置是根據通過數值控制裝置30進行插補處理的結果得到的、對各驅動軸的指令位置。數值控制裝置30，根據按照后述的方法生成的程序軌跡、通過加工程序指定的指令速度、和通過參數指定的加減速時間常數等執行插補處理。該插補處理的結果，計算每一控制周期的各驅動軸的指令位置。
[0029]實際位置是通過電動機44的檢測裝置46檢測的各電動機44的位置即各驅動軸的實際位置。或者，也可以通過在累加來自數值控制裝置30的位置反饋而得的累計值上乘以每單位脈沖的移動量來計算各驅動軸的實際位置。
[0030]刀具坐標計算部14根據通過位置數據取得部12取得的位置數據、和機械結構信息計算刀具前端點42a的坐標。機械結構信息是表示機床40中的刀具前端點42a的相對位置的信息。刀具坐標計算部14根據程序位置以及機械結構信息，計算作為與加工程序對應的刀具前端點42a的坐標的程序坐標。另外，刀具坐標計算部14根據指令位置以及機械結構信息，計算作為與在數值控制裝置30中進行插補處理后的指令位置對應的刀具前端點42a的坐標的指令坐標。進而，刀具坐標計算部14根據實際位置以及機械結構信息，計算與通過檢測裝置46檢測的刀具前端點42a的坐標對應的實際坐標。
[0031]刀具軌跡生成部16，通過根據預定的形狀連接通過刀具坐標計算部14在每一預定周期計算出的刀具前端點42a的坐標之間，生成刀具前端點42a的軌跡。刀具軌跡生成部16，通過用由加工程序指定的形狀數據例如直線、弧線等互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的程序坐標之間，生成程序軌跡。另外，刀具軌跡生成部16，通過例如用直線互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的指令坐標之間，生成指令軌跡。進而，刀具軌跡生成部16，通過例如用直線互相連接通過刀具坐標計算部14計算出的實際坐標之間，生成實際軌跡。
[0032]通過刀具軌跡生成部16生成的程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡，經由刀具軌跡顯示部22在監視器畫面上顯示。圖3表示可互相對比地重疊顯示程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的顯示例。在圖3中，點線表示程序軌跡，虛線表示指令軌跡，實線表示實際軌跡。另外，圖3的黑點表示指令坐標。這樣通過可對比地重疊顯示各軌跡，例如能夠判定刀具前端點42a是否按照程序軌跡實際移動。進而，在判明刀具前端點42a未按照意圖那樣移動的情況下，通過比較各軌跡，操作者能夠根據視覺的信息確定加工程序、數值控制裝置中的指令生成處理以及伺服控制中何處有不良的原因。
[0033]再次參照圖1，刀具軌跡顯示裝置10具有刀具矢量計算部18。刀具矢量計算部18接收通過刀具坐標計算部14計算出的程序坐標、指令坐標以及實際坐標。刀具矢量計算部18根據這些坐標計算表示刀具姿勢的刀具矢量。
[0034]關于刀具矢量的計算處理，以圖2的5軸加工機為例說明。設時間t時的X軸、Y軸、Z軸、A軸以及B軸的坐標分別為x(t)、y (t)、z (t)、a(t)、b (t)。考慮在工件上固定的坐標系，使旋轉軸A和旋轉軸B的交點M的坐標成為(X (t)，y (t)，z (t))那樣地設定原點。當設從交點M到刀具前端點42a的距離為L、刀具42朝向鉛直方向下方的位置為A軸以及B軸的原點時，刀具前端點42a的X軸上的坐標PosX、Y軸上的坐標PosY以及Z軸上的坐標PosZ，分別用下式表示。
[0035]PosX=X (t) + LX cos (a (t)) X sin (b (t))
[0036]PosY=y (t) +LX sin (a (t))
[0037]PosZ=Z (t) — LX cos (a (t)) X cos (b (t))
[0038]這里，把通過用上述式子表示的刀具前端點42a的坐標確定的點設定為矢量終點Pe0
[0039]另一方面,矢量起點Ps,是在從矢量終點Pe即刀具前端點42a沿刀具42的中心軸線朝向刀具42的基端側離開預定距離d的位置設定的基準點。矢量起點Ps在X軸上的坐標PosX’、Y軸上的坐標PosY’以及Z軸上的坐標PosZ’，分別用下式表示。
[0040]PosX，=x (t) + (L — d) X cos (a (t)) X sin (b (t))
[0041]PosY，=y (t) + (L — d) X sin (a (t))
[0042]PosZ，=z (t) — (L — d) X cos (a (t)) X cos (b (t))
[0043]刀具矢量顯示部24在監視器畫面上顯示在刀具矢量計算部18中計算出的刀具矢量。刀具矢量，被顯示為連接在刀具矢量計算部18中如上述計算出的矢量起點Ps和矢量終點Pe之間的線段。圖4表示對于圖3表示的程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡的各個軌跡追加顯示多個刀具矢量的顯示例。如圖所示，各軌跡中的刀具矢量，以直線狀從矢量起點Ps延伸到位于各軌跡上的矢量終點Pe。通過各軌跡的刀具矢量也與各軌跡一樣以可互相對比的方式被重疊顯示。為互相區別刀具矢量，與軌跡一樣，點線表示程序軌跡上的刀具矢量，虛線表示指令軌跡上的刀具矢量，實線表示實際軌跡上的刀具矢量。這樣除了各軌跡之夕卜，還以可對比的方式地重疊顯示通過各軌跡的刀具矢量，由此例如在加工形狀中產生誤差的情況下能夠根據視覺信息確定其原因。
[0044]在未如意圖那樣形成加工形狀的情況下考慮幾個原因。作為一個原因，考慮加工程序自身不適當的情況。在這種情況下，因為按照不適當的加工程序的指示執行加工處理，當然不能得到意圖的加工形狀。另外，也考慮在數值控制裝置30中的指令生成處理中有發生加工形狀誤差的原因。在這種情況下，例如需要通過修正參數等設定值來進行調整以生成適當的指令。進而也考慮伺服控制中調整不良的情況，例如發生伺服延遲的情況。
[0045]參照圖5以及圖6，說明基于刀具矢量的對比評價刀具姿勢的一例。圖5是與加工面50 —起表不刀具矢量的概念圖。圖6是對圖5的區域VI進行放大表不的局部放大圖。在該例中，在圖5的區域VI內未圓滑地形成加工面50，加工面50具有不規則的凹凸。在圖5中，表示加工面50的輪廓的曲線52表示實際軌跡，即刀具前端點42a (刀具矢量的終點Pe)的路徑，曲線54表示隨著刀具42的移動而移位的刀具矢量的起點Ps的路徑。
[0046]參照圖6,表示可互相對比地顯示具有起點Psl以及終點Pel的實際軌跡中的刀具矢量56、和具有起點Ps2以及終點Pe2的指令軌跡中的刀具矢量58的狀態。關于程序軌跡中的刀具矢量，因為通過與指令軌跡中的刀具矢量58大體相同的線段來表示，所以考慮畫面的可識別性而被省略。也就是說，程序軌跡中的刀具矢量以及指令軌跡中的刀具矢量58互相大體一致,另一方面,僅實際軌跡中的刀具矢量56被顯示為與另外的刀具矢量58顯著不同的線段。在這樣的情況下，推測刀具42未按照從數值控制裝置30發出的指令動作，能夠判定為由于伺服控制的調整不良、或者加工過程中的干擾的原因而在加工面50中發生不良。
[0047]作為另一例，例如在指令軌跡中的刀具矢量以及實際軌跡中的刀具矢量大體一致，僅程序軌跡中的刀具矢量與另外的刀具矢量顯著不同的情況下，推測由于根據加工程序生成指令時的處理，例如插補處理的原因而產生了加工形狀的誤差。這樣，在通過可互相對比地顯示各軌跡中的刀具矢量，了解到刀具42不具有希望的姿勢的情況下，操作者能夠根據視覺信息確定不良的原因。
[0048]圖7是用于說明第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10中的顯示處理的過程的流程圖。首先，刀具軌跡顯示裝置10使位置數據取得部12動作，從數值控制裝置30取得位置數據(步驟S10)。如上述，在位置數據中包含程序位置、指令位置以及實際位置。接著，刀具軌跡顯示裝置10使刀具坐標計算部14動作，根據從位置數據取得部12送出的位置數據以及機械結構信息，計算表示刀具前端點42a的坐標的程序坐標、指令坐標以及實際坐標(步驟S11)。刀具軌跡顯示裝置10接著使刀具軌跡生成部16動作，分別按照預定的形狀連接在刀具坐標計算部14中計算出的程序坐標之間、指令坐標之間以及實際坐標之間，生成程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡(步驟S12)。
[0049]接著刀具軌跡顯示裝置10使刀具矢量計算部18動作,計算刀具矢量(步驟S13)。刀具矢量，如上述，是連接刀具前端點42a和從刀具前端點42a向刀具42的基端側離開預定距離的基準點之間的線段。對于程序坐標、指令坐標以及實際坐標分別計算刀具矢量的起點以及終點。刀具軌跡顯示裝置10接著使刀具軌跡顯示部22以及刀具矢量顯示部24動作，在監視器畫面上顯示程序軌跡、指令軌跡和實際軌跡以及各軌跡中的刀具矢量(步驟S14)。
[0050]繼續說明本發明的與上述實施方式不同的另一實施方式。在以下的說明中，適宜地省略與已說明的內容重復的事項。另外，對于相同或者對應的結構要素使用相同的參照符號。
[0051]圖8是用于說明第二實施方式的刀具軌跡顯示裝置10’的框圖。在圖8中，僅表示刀具軌跡顯示裝置10’，與圖1對比可知，省略了數值控制裝置30以及機床40。但是，數值控制裝置30以及機床40和刀具軌跡顯示裝置10’之間的相互作用，與上述第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的情況相同。
[0052]本實施方式的刀具軌跡顯示裝置10’，除了上述第一實施方式的刀具軌跡顯示裝置10的結構之外，還具有刀具矢量選擇部60、角度計算部62和角度顯示部64。
[0053]刀具矢量選擇部60選擇由操作者經由外部輸入裝置例如鼠標、鍵盤等任意選擇的坐標中的兩個刀具矢量。此時，合并選擇程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的任何一個中的刀具矢量。在選擇的兩個刀具矢量中，一方的刀具矢量，選擇與另一方的刀具矢量不同的軌跡中的刀具矢量。例如操作者選擇應該選擇的刀具前端點42a的位置和軌跡的種類，即程序軌跡、指令軌跡以及實際軌跡中的任何兩個。接受操作者的操作，刀具矢量選擇部60選擇已選擇的位置以及軌跡中的刀具矢量，向角度計算部62發送用于確定所選擇的刀具矢量的信息。
[0054]角度計算部62，從刀具矢量計算部18分別取得通過刀具矢量選擇部60選擇的兩個刀具矢量的矢量起點Psl、Ps2以及矢量終點Pel、Pe2的坐標,計算通過這兩個刀具矢量形成的角度Θ。在兩個刀具矢量之間形成的角度Θ，根據關于矢量的內積成立的關系式，通過下式計算。
【權利要求】
1.一種刀具軌跡顯示裝置(10、10’)，具有顯示部(20、20’)，該顯示部根據來自控制機床(40)中的刀具前端點(42a)的位置的數值控制裝置(30)的信息，可互相對比地顯示作為與加工程序對應的上述刀具前端點(42a)的軌跡的程序軌跡、作為與對上述機床(40)的驅動部的指令信號對應的上述刀具前端點(42a)的軌跡的指令軌跡和作為通過檢測裝置檢測的上述刀具前端點(42a)的軌跡的實際軌跡中的至少兩個軌跡，上述刀具軌跡顯示裝置(10、10，)的特征在于， 上述顯示部(20、20’)還具有:刀具矢量顯示部(24)，用于把連接通過上述程序軌跡、上述指令軌跡或者上述實際軌跡的上述刀具前端點(42a)和從該刀具前端點(42a)朝向刀具基端側離開預定的距離的基準點之間的至少一個線段作為表示刀具姿勢的刀具矢量來顯示，該刀具矢量顯示部(24)可互相對比地顯示在上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的上述至少兩個軌跡中分別得到的上述刀具矢量。
2.根據權利要求1所述的刀具軌跡顯示裝置(10’)，其特征在于， 還具有: 刀具矢量選擇部(60)，用于選擇上述程序軌跡、上述指令軌跡以及上述實際軌跡中的第一軌跡中的上述刀具矢量以及與上述第一軌跡不同的第二軌跡中的上述刀具矢量；和角度計算部(62)，用于計算通過上述第一軌跡中的上述刀具矢量以及上述第二軌跡中的上述刀具矢量形成的角度， 上述顯示部(20’)還具有顯示上述角度的角度顯示部(64)。
【文檔編號】G05B19/406GK103513610SQ201310233655
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】手塚淳一, 小川肇 申請人:發那科株式會社
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