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CN112083686A - 机床和机床的控制方法 - Google Patents

机床和机床的控制方法 Download PDF

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CN112083686A
CN112083686A CN202010533019.8A CN202010533019A CN112083686A CN 112083686 A CN112083686 A CN 112083686A CN 202010533019 A CN202010533019 A CN 202010533019A CN 112083686 A CN112083686 A CN 112083686A
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CN
China
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machining
shape
cutting
machine tool
workpiece
Prior art date
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Application number
CN202010533019.8A
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清水友己
洪荣杓
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

通过切削工具进行工件的切削加工的机床(10)具备：加工前形状获取部(14)，其获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状；目标形状获取部(18)，其获取切削加工后的工件的目标形状；差分形状获取部(20)，其获取加工前形状与目标形状之间的差分形状；加工路径设定部(26)，其设定加工路径使得只对差分形状进行上述切削加工。

Description

机床和机床的控制方法
技术领域
本发明涉及通过切削工具进行工件的切削加工的机床和机床的控制方法。
背景技术
以前，有以下的加工装置，其计算加工前的工件的形状与工件的目标形状的形状误差量，进行工件的加工直到计算出的形状误差量成为允许值内为止(例如日本特开2005-122332号公报)。
发明内容
为了抑制切削工具的磨损，当减小切削工具向工件的切入量时，则存在切削加工时间变长的问题。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于：提供能够缩短切削加工时间的机床和机床的控制方法。
本发明的第一实施例是通过切削工具进行工件的切削加工的机床，上述机床具备：加工前形状获取部，其获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状；目标形状获取部，其获取切削加工后的上述工件的目标形状；差分形状获取部，其获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状；加工路径设定部，其设定加工路径以使得仅对上述差分形状进行上述切削加工。
本发明的第二实施例是通过切削工具进行工件的切削加工的机床的控制方法，上述机床的控制方法包括：获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状的加工前形状获取步骤；获取切削加工后的上述工件的目标形状的目标形状获取步骤；获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状的差分形状获取步骤；设定加工路径以使得仅对上述差分形状进行上述切削加工的加工路径设定步骤。
根据本发明，能够缩短切削加工时间。
根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，应该容易地了解上述目的、特征、以及优点。
附图说明
图1是机床的框图。
图2是表示探头正在扫描切削加工前的工件的上表面的状态的示意图。
图3是表示各测定点的位置的图。
图4是表示工件的目标形状的图。
图5是表示工件的上表面的加工前形状和目标形状的图。
图6是表示差分形状的图。
图7是表示加工平面的图。
图8是表示加工路径设定处理的流程的流程图。
图9是表示加工平面的图。
图10是表示工件的上表面的加工前形状和目标形状的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
[机床的结构]
图1是本实施方式的机床10的框图。机床10具备探头12、加工前形状获取部14、目标形状存储部16、目标形状获取部18、差分形状获取部20、加工平面设定部22、加工区域设定部24、加工路径设定部26、进给速度设定部28、以及加工机30。
探头12扫描切削加工前的工件W的上表面，并测定工件W的高度。图2是表示探头12正在扫描切削加工前的工件W的上表面的状态的示意图。探头12一边在工件W的上表面移动，一边在各测定点P处测定工件W的上表面的高度(Z坐标)。在工件W的上表面，在Y方向上按照预定间隔(步进)设置测定点P，在X方向上也按照预定间隔(间距)设置测定点P。与后面针对在加工前形状获取部14中获取的工件W的加工前形状Sa求出的精度对应地适当设定步进和间距的大小。此外，探头12是通过与工件W的上表面接触而测定工件W的上表面的高度的测定器，但也可以代替探头12，而使用非接触地测定工件W的上表面的高度的测定器。
加工前形状获取部14根据由探头12测定的工件W的上表面的高度的信息，将切削加工前的工件W的上表面的形状模型化，并作为加工前形状Sa获取。图3是表示各测定点P的位置的图。图3表示出图2所示的Y＝Ya上的各测定点P的位置。加工前形状获取部14连接各测定点P而制作工件W的上表面的形状的模型，获取所制作的模型作为加工前形状Sa。
目标形状存储部16从CAD、NC程序读入并存储切削加工后的工件W的目标形状Sb的坐标。目标形状获取部18从目标形状存储部16获取切削加工后的工件W的目标形状Sb。图4是表示工件W的目标形状Sb的图。图4表示出Y＝Ya上的工件W的上表面的目标形状Sb。为了简化说明，在本实施方式中，将工件W的上表面的目标形状Sb说明为与X方向平行的面，但工件W的上表面的目标形状Sb也可以是弯曲的平面。
差分形状获取部20根据工件W的加工前形状Sa和目标形状Sb，获取差分形状Sc。图5是表示工件W的上表面的加工前形状Sa和目标形状Sb的图。图5表示出Y＝Ya上的工件W的上表面的加工前形状Sa和目标形状Sb。如图5所示，工件W的上表面的加工前形状Sa和目标形状Sb存在重合的部分。差分形状获取部20使工件W的上表面的目标形状Sb在Z方向上移动直到与加工前形状Sa不重合的位置，设为目标形状Sb`。差分形状获取部20获取工件W的上表面的加工前形状Sa和移动后的目标形状Sb`之间的差分(图5的阴影部分)作为差分形状Sc。
加工平面设定部22根据差分形状Sc，设定与工件W的目标形状Sb`平行的一个以上的加工平面F。图6是表示差分形状Sc的图。图6表示出Y＝Ya上的差分形状Sc。将差分形状Sc的最大高度设为Hmax。加工平面设定部22从差分形状Sc的Z方向负侧朝向Z方向正侧地，对切削工具的每个切入量ΔC设定加工平面F。加工平面F的个数为将差分形状Sc的最大高度Hmax除以切削工具的切入量ΔC的商加1所得的个数。
加工区域设定部24设定各加工平面F和差分形状Sc重叠的部分作为加工区域R。图7是表示加工平面F的图。图7表示出图6的加工平面Fa。如图7所示，在加工平面Fa上设定加工区域Ra、加工区域Rb、以及加工区域Rc。
加工路径设定部26在各加工区域R上，设定切削工具一边切削工件W一边通过的加工路径T。如图7所示，加工路径设定部26在加工平面Fa上，只在加工区域Ra～Rc中设定加工路径T。换言之，加工路径设定部26在加工平面Fa上，在加工区域Ra～Rc以外的地方不设定加工路径T。图7所示的表示各加工路径T的箭头的附近的数字表示切削工具的进给次数。如图7所示，在同一加工平面Fa上存在多个加工区域Ra～Rc的情况下，加工路径设定部26设定加工路径T，使得在一个加工区域R(例如加工区域Ra)中的切削加工结束后，在另一个加工区域(例如加工区域Rb)中进行切削加工。换言之，加工路径设定部26设定加工路径T，使得通过一次的切削工具的进给，在一个加工区域R中进行切削加工。
进给速度设定部28针对切削进给设定切削工具在加工路径T上移动时的切削工具的进给速度。另外，进给速度设定部28在每次的切削工具的进给开始之前，针对快进设定切削工具在加工路径T之间移动时的切削工具的进给速度。
加工机30具备切削工件W的切削工具、使工件W相对于切削工具相对移动的工作台。加工机30根据100nm以下的指令，进行工件W的切削加工。加工机30进行铣加工、或刨加工。
通过由处理器执行存储在未图示的存储介质中的程序，来实现加工前形状获取部14、目标形状获取部18、差分形状获取部20、加工平面设定部22、加工区域设定部24、加工路径设定部26、进给速度设定部28。目标形状存储部16通过存储介质来实现。
[加工路径设定处理]
图8是表示在机床10中进行的加工路径设定处理的流程的流程图。在进行工件W的切削加工之前，执行加工路径设定处理。
在步骤S1中，加工前形状获取部14获取工件W的加工前形状Sa，转移到步骤S2。
在步骤S2中，目标形状获取部18获取工件W的目标形状Sb，转移到步骤S3。
在步骤S3中，差分形状获取部20获取差分形状Sc，转移到步骤S4。
在步骤S4中，加工平面设定部22设定加工平面F，转移到步骤S5。
在步骤S5中，加工区域设定部24设定加工区域R，转移到步骤S6。
在步骤S6中，加工路径设定部26在各加工区域R上设定加工路径T，转移到步骤S7。
在步骤S7中，进给速度设定部28设定切削工具在加工路径T上移动时的切削工具的进给速度、以及切削工具在加工路径T之间移动时的切削工具的进给速度，转移到步骤S8。
在步骤S8中，加工路径设定部26将各加工区域R上的加工路径T输出到加工机30，进给速度设定部28将切削工具的进给速度输出到加工机30，结束加工路径设定处理。
[作用效果]
将切削工具的切入量设定得越大，则越能够缩短切削加工时间，但会加快切削工具的磨损，切削工具的可使用期间变短。另一方面，将切削工具的切入量设定得越小，则越能够抑制切削工具的磨损，延长切削工具的可使用期间，但切削加工时间变长。特别地，本实施方式的机床10的加工机30是根据100nm以下的指令进行工件W的切削加工的超精密加工机，无法将切削工具的切入量设定得大，切削加工时间变长。因此，要求在将切削工具的切入量设定得小的同时，缩短切削加工时间。
在与工件W的目标形状Sb平行的加工平面F上设定加工路径T。但是，工件W的加工前形状Sa与目标形状Sb不平行，因此产生很多即使切削工具要在整个面上切削加工平面F而实际上也没有进行工件W的切削的状态。切削工具的切入量越小，则越多地产生该状态。即使在切削工具没有进行工件W的切削的情况下，也对切削进给设定切削工具的进给速度，因此切削加工时间变长。
对此，在本实施方式的机床10中，设定加工路径T使得仅针对切削加工前的工件W的加工前形状Sa和切削加工后的工件W的目标形状Sb之间的差分形状Sc进行切削加工。由此，无论切削工具是否在切削进给中进行了进给，都能够避免没有进行工件W的切削的状态，能够缩短切削加工时间。
另外，在本实施方式的机床10中，将各加工平面F与差分形状Sc重叠的部分设定为加工区域R，只对各加工平面F上的加工区域R设定加工路径T。由此，不会发生即使切削工具沿着加工路径T通过切削进给进行了进给而实际上也没有进行工件W的切削的状态，能够缩短切削加工时间。
另外，在本实施方式的机床10中，在同一加工平面F上存在一个加工区域R和另一个加工区域R的情况下，设定加工路径T使得在一个加工区域R中的切削加工结束后，在另一个加工区域R中进行切削加工。由此，不会发生即使切削工具沿着加工路径T通过切削进给进行了进给而实际上也没有进行工件W的切削的状态，能够缩短切削加工时间。
[第二实施方式]
对于本实施方式的机床10，在加工路径设定部26和进给速度设定部28中进行的处理与第一实施方式的机床10有一部分不同。
图9是表示加工平面F的图。图9表示出图6的加工平面Fa。如图9所示，在加工平面Fa上设定加工区域Ra、加工区域Rb、以及加工区域Rc。
加工路径设定部26在各加工区域R上，设定切削工具一边切削工件W一边通过的加工路径T。如图9所示，在加工平面Fa上，只在加工区域Ra～Rc中设定加工路径T。图9所示的表示各加工路径T的箭头的附近的数字表示切削工具的进给次数。如图9所示，在同一加工平面Fa上存在在切削工具的进给方向上相邻的加工区域Ra和加工区域Rb的情况下，加工路径设定部26设定加工路径T，使得通过一次的切削工具的进给，在加工区域Ra和加工区域Rb中进行切削加工。
进给速度设定部28针对切削进给设定切削工具在加工路径T上移动时的切削工具的进给速度。另外，进给速度设定部28在每次的切削工具的进给开始之前，针对快进设定切削工具在加工路径T之间移动时的切削工具的进给速度。进而，进给速度设定部28如图9所示，针对快进设定在一次的切削工具的进给的中途切削工具在加工路径T之间移动时的切削工具的进给速度。
[作用效果]
在本实施方式的机床10中，在同一加工平面F上存在在切削工具的进给方向上相邻的一个加工区域R和另一个加工区域R的情况下，设定加工路径T，使得通过一次的切削工具的进给，在一个加工区域R和另一个加工区域R中进行切削加工。由此，能够削减切削工具的进给次数，能够缩短切削加工时间。
在本实施方式的机床10中，在通过一次的切削工具的进给在一个加工区域R和另一个加工区域R中进行切削加工的情况下，针对快进设定一个加工区域R中的加工路径T与另一个加工区域R中的加工路径T之间的切削工具的进给速度。由此，能够缩短切削加工时间。
[第三实施方式]
对于本实施方式的机床10，在差分形状获取部20中进行的处理与第一实施方式和第二实施方式的机床10有一部分不同。
差分形状获取部20根据工件W的加工前形状Sa和目标形状Sb，获取差分形状Sc。图10是表示工件W的上表面的加工前形状Sa和目标形状Sb的图。图10表示出Y＝Ya上的工件W的上表面的加工前形状Sa和目标形状Sb。如图10所示，存在工件W的上表面的加工前形状Sa与目标形状Sb重合的部分。差分形状获取部20使工件W的上表面的目标形状Sb移动直到与加工前形状Sa不重合的位置，设为目标形状Sb`。在第一实施方式和第二实施方式中，差分形状获取部20使目标形状Sb只在Z轴方向上移动。在本实施方式中，差分形状获取部20使目标形状Sb移动使得差分形状Sc的体积最小。差分形状获取部20与目标形状Sb的移动对应地，设定新的坐标系X`Y`Z`。以新的坐标系X`Y`Z`为基准进行此后的各处理。
[作用效果]
本实施方式的机床10使目标形状Sb相对于加工前形状Sa移动，使得差分形状Sc的体积最小。由此，通过切削加工从加工前形状Sa除去的体积最小，因此能够缩短切削加工时间。
[其他实施方式]
在上述第一实施方式～第三实施方式中，以对工件W的上表面进行切削加工为前提进行了说明，但对于对工件W的侧面进行切削加工的情况，也同样能够适用。
另外，第一实施方式～第三实施方式的机床10的加工机30是根据100nm以下的指令进行工件W的切削加工的超精密加工机。在具备根据比100nm大的值的指令进行工件W的切削加工的加工机的机床中，也同样能够适用在第一实施方式～第三实施方式中说明了的处理。
[能够从实施方式得到的技术思想]
以下记载能够从上述实施方式掌握的技术思想。
一种通过切削工具进行工件的切削加工的机床(10)，其具备：加工前形状获取部(14)，其获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状；目标形状获取部(18)，其获取切削加工后的上述工件的目标形状；差分形状获取部(20)，其获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状；加工路径设定部(26)，其设定加工路径使得仅对上述差分形状进行上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，也可以具备：加工平面设定部(22)，其设定与上述目标形状平行的一个以上的加工平面；加工区域设定部(24)，其将各加工平面与上述差分形状重叠的部分设定为加工区域，其中，上述加工路径设定部只在各加工平面上的上述加工区域中设定上述加工路径。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，上述加工路径设定部也可以在同一加工平面上存在一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径使得在上述一个加工区域中的上述切削加工结束后，在上述另一个加工区域中进行上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，上述加工路径设定部也可以在同一加工平面上存在在上述切削工具的进给方向上相邻的一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径使得通过一次的上述切削工具的进给，在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，也可以具备：进给速度设定部(28)，其在通过一次的上述切削工具的进给在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工的情况下，对快进设定上述一个加工区域中的上述加工路径与上述另一个加工区域中的上述加工路径之间的上述切削工具的进给速度。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，上述差分形状获取部也可以使上述目标形状相对于上述加工前形状移动，使得上述差分形状的体积最小。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床中，也可以具备：加工机(30)，其根据100nm以下的指令，进行上述工件的上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
一种通过切削工具进行工件的切削加工的机床(10)的控制方法，其包括：获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状的加工前形状获取步骤；获取切削加工后的上述工件的目标形状的目标形状获取步骤；获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状的差分形状获取步骤；设定加工路径使得只对上述差分形状进行上述切削加工的加工路径设定步骤。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床的控制方法中，也可以包括：设定与上述目标形状平行的一个以上的加工平面的加工平面设定步骤；将各加工平面与上述差分形状重叠的部分设定为加工区域的加工区域设定步骤，其中，上述加工路径设定步骤仅在各加工平面上的上述加工区域中设定上述加工路径。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床的控制方法中，上述加工路径设定步骤也可以在同一加工平面上存在一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径使得在上述一个加工区域中的上述切削加工结束后，在上述另一个加工区域中进行上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床的控制方法中，上述加工路径设定步骤也可以在同一加工平面上存在在上述切削工具的进给方向上相邻的一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径使得通过一次的上述切削工具的进给，在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床的控制方法中，也可以包括：在通过一次的上述切削工具的进给在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工的情况下，对快进设定上述一个加工区域中的上述加工路径与上述另一个加工区域中的上述加工路径之间的上述切削工具的进给速度的进给速度设定步骤。由此，能够缩短切削加工时间。
在上述机床的控制方法中，上述差分形状获取步骤也可以使上述目标形状相对于上述加工前形状移动，使得上述差分形状的体积最小。由此，能够缩短切削加工时间。

Claims (13)

1.一种机床，该机床通过切削工具进行工件的切削加工，
其特征在于，
上述机床具备：
加工前形状获取部，其获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状；
目标形状获取部，其获取切削加工后的上述工件的目标形状；
差分形状获取部，其获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状；以及
加工路径设定部，其设定加工路径以使得仅对上述差分形状进行上述切削加工。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
上述机床具备：
加工平面设定部，其设定与上述目标形状平行的一个以上的加工平面；以及
加工区域设定部，其将各加工平面与上述差分形状重叠的部分设定为加工区域，
上述加工路径设定部仅在各加工平面上的上述加工区域中设定上述加工路径。
3.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
上述加工路径设定部在同一加工平面上存在一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径以使得在上述一个加工区域中的上述切削加工结束后，在上述另一个加工区域中进行上述切削加工。
4.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
上述加工路径设定部在同一加工平面上存在在上述切削工具的进给方向上相邻的一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径以使得通过一次的上述切削工具的进给，在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工。
5.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，
上述机床具备进给速度设定部，该进给速度设定部在通过一次的上述切削工具的进给在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工的情况下，对快进设定上述一个加工区域中的上述加工路径与上述另一个加工区域中的上述加工路径之间的上述切削工具的进给速度。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的机床，其特征在于，
上述差分形状获取部使上述目标形状相对于上述加工前形状移动，以使得上述差分形状的体积最小。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的机床，其特征在于，
上述机床具备加工机，该加工机根据100nm以下的指令，进行上述工件的上述切削加工。
8.一种机床的控制方法，该机床的控制方法通过切削工具进行工件的切削加工，
其特征在于，
上述机床的控制方法包括：
获取切削加工前的上述工件的形状作为加工前形状的加工前形状获取步骤；
获取切削加工后的上述工件的目标形状的目标形状获取步骤；
获取上述加工前形状与上述目标形状之间的差分形状的差分形状获取步骤；以及
设定加工路径以使得仅对上述差分形状进行上述切削加工的加工路径设定步骤。
9.根据权利要求8所述的机床的控制方法，其特征在于，
上述机床的控制方法包括：
设定与上述目标形状平行的一个以上的加工平面的加工平面设定步骤；以及
将各加工平面与上述差分形状重叠的部分设定为加工区域的加工区域设定步骤，
上述加工路径设定步骤仅在各加工平面上的上述加工区域中设定上述加工路径。
10.根据权利要求9所述的机床的控制方法，其特征在于，
上述加工路径设定步骤在同一加工平面上存在一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径以使得在上述一个加工区域中的上述切削加工结束后，在上述另一个加工区域中进行上述切削加工。
11.根据权利要求9所述的机床的控制方法，其特征在于，
上述加工路径设定步骤在同一加工平面上存在在上述切削工具的进给方向上相邻的一个加工区域和另一个加工区域的情况下，设定上述加工路径以使得通过一次的上述切削工具的进给，在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工。
12.根据权利要求11所述的机床的控制方法，其特征在于，
上述机床的控制方法包括进给速度设定步骤，在该进给速度设定步骤中，在通过一次的上述切削工具的进给在上述一个加工区域和上述另一个加工区域中进行上述切削加工的情况下，对快进设定上述一个加工区域中的上述加工路径与上述另一个加工区域中的上述加工路径之间的上述切削工具的进给速度。
13.根据权利要求8～12的任意一项所述的机床的控制方法，其特征在于，
上述差分形状获取步骤使上述目标形状相对于上述加工前形状移动，以使得上述差分形状的体积最小。
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