CN100442180C - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

在内插处理部分12和轴控制处理部分13设置同时控制两个或两个以上的控制轴而进行切削动作的移动数据的生成功能以及切削动作的校正功能，使得不用附加专用的切削轴，就可以进行切削控制加工，并且作为切削动作的校正，可以进行考虑了包含定位轴和旋转轴等的轮廓控制的移动误差的校正。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置(NC)，更具体地讲，涉及一种针对被指令的加工脉冲、以任意方向、周期以及振幅进行伴随着往复运动的控制，即所谓的切削控制(chopping control)。
背景技术
现有的数值控制装置分别进行X-Y轴方向等的轮廓控制、以及以任意周期和振幅进行往复运动的切削控制。
因此，采用如上述的数值控制装置，在希望针对被指令的加工脉冲、以任意周期和振幅进行伴随着往复运动的切削控制加工时，由该数值控制装置控制的工作机械(例如磨床)采用如下结构，即除了通常的控制轴(X轴、Y轴等)以外，还附加了专用的轴(切削轴)。
另外，在采用数值控制装置对这样的工作机械进行切削控制时，对数值控制装置预先设定进行切削控制所需的振幅(上止点和下止点的位置)和往复动作周期等切削动作所需的信息的参数，如图10所示，将切削轴(例如使磨石工作的轴)相对X-Y平面(水平面)的轮廓轨迹，在Z轴即垂直方向定位之后，使其在Z轴方向往复运动，在进行该往复运动时，通过控制轴在X-Y轴方向上对放置有工件的工作台进行轮廓控制，由此可以对由加工程序指示的轮廓进行切削控制加工。
另外，采用如上述的数值控制装置，如图11所示，希望在工件的加工面倾斜的状态下进行切削控制加工时，采用如下的结构，即该工作机械设置在使工件倾斜规定角度的状态下进行切削动作的可旋转的切削轴，并且在沿着使磨石移动的X-Y轴方向的控制轴移动的机构上，设置使磨石垂直于加工面旋转的旋转轴(C轴)。
另外，图11所示的工作机械在使工件倾斜的状态下，使该工件(切削轴)在箭头方向上进行往复动作、旋转动作，同时使旋转轴(C轴)旋转，通过控制X-Y轴方向的控制轴，将保持为相对加工面垂直的磨石向箭头方向移动，由此进行切削控制加工。
但是，如上所述，现有的数值控制装置分别进行X-Y轴方向等的轮廓控制、和以任意方向、周期以及振幅进行往复运动的切削控制，所以安装有可进行切削控制加工的现有数值控制装置的工作机械除了轮廓控制用的控制轴之外，还需要用于实现往复运动的切削动作的专用切削轴。
另外，在安装有用于实现图11所示的任意倾斜方向的切削动作的数值控制装置的工作机械中，除了专用的切削轴以外，还需要用于使工具相对加工面垂直而旋转的旋转轴(C轴)。
由此，安装有可进行切削控制加工的现有数值控制装置的工作机械由于需要在用于轮廓控制的轴群中搭载切削轴的机械结构，所以机械结构的复杂化导致调整和维护等方面存在问题。
另外，用于实现图11所示的任意倾斜方向的切削动作的工作机械中，除了切削轴以外，还需要旋转轴(C轴)，因此，相比图10所示的机械，在机械方面还存在制造成本、重量等各种问题。
另外，由于只能对切削轴进行切削动作误差(例如若周期变短，则因伺服控制的延迟，相对规定振幅，实际振幅变小)的校正，所以在控制上存在问题，即难以进行考虑了包含定位轴和旋转轴等轮廓控制的移动误差的校正。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种即使是进行切削控制加工的工作机械，也不需要另外设置专用切削轴的数值控制装置。
另外，本发明的目的在于提供一种可以进行考虑了包含定位轴和旋转轴等轮廓控制的移动误差的校正，作为切削动作的校正的数值控制装置。
本发明为了实现上述目的，具有切削移动数据生成单元，生成移动数据，该移动数据用于同时控制两个或两个以上的控制轴，使其进行切削动作。
因此，即使是进行切削控制加工的工作机械，也不需要另外设置专用的切削轴。
另外，本发明具有切削移动数据生成单元，生成移动数据，该移动数据用于同时控制两个或两个以上的控制轴，使其进行切削动作，同时进行轮廓控制。
另外，本发明中，上述切削移动数据生成单元通过叠加进行切削动作的移动数据和进行轮廓控制的移动数据，并将叠加后的数据分配给各控制轴，以生成使上述控制轴在进行轮廓控制的同时进行切削动作的移动数据。
因此，即使是切削控制加工的工作机械，也不需要专用的切削轴，而且可以使切削控制容易对应工件形状和加工条件。
另外，本发明具有校正单元，对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的各控制轴的伺服延迟进行校正。
另外，本发明中，上述校正单元通过对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的各控制轴的实际位置反馈信息和指令值进行比较，取得各控制轴的伺服延迟量，并对该取得的各控制轴的伺服延迟量进行合成，同时通过将该合成的伺服延迟量分配给切削内插矢量和轮廓控制内插矢量，对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的两个或两个以上的各控制轴的伺服延迟进行校正。
因此，作为切削动作的校正，可以进行考虑了包含定位轴和旋转轴等的轮廓控制的移动误差的校正，进而可以高精度进行切削控制。
另外，本发明中，从加工程序以及梯形图处理部分任一方发出切削动作启动指令以及切削动作停止指令。因此，从加工程序以及梯形图处理部分任一方都可以发出切削动作启动指令以及切削动作停止指令，从而可以容易进行切削控制的启动、停止控制。
另外，本发明在存储器中对切削动作指令所涉及的各数据进行参数设定，在切削动作启动指令发出时，利用进行了上述参数设定的切削动作指令所涉及的各数据，进行切削控制。
因此，在由加工程序提供切削动作指令时，只要记载切削启动指令代码就足以，从而可以简化加工程序。另外，可以将切削动作指令所涉及的各数据沿用于其他加工，并且可以容易修正切削动作指令所涉及的各数据，从而可以缩短加工前的准备时间。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的数值控制装置的框图。
图2是本发明的实施方式1的图1的主要部分的详细框图。
图3是表示本发明的实施方式1的倾斜切削动作实例的图。
图4是表示本发明的实施方式1的内插处理部分的倾斜切削的内插处理的图。
图5是表示本发明的实施方式1的加减速处理部件的倾斜切削的加减速处理的图。
图6是表示本发明的实施方式1的倾斜切削的内插数据叠加和轴控制的图。
图7是表示本发明的实施方式1的倾斜切削的误差量计算的图。
图8是表示本发明的实施方式1所涉及的将倾斜切削的误差量分为切削误差成分和轮廓控制误差成分的方法的图。
图9是说明本发明的实施方式1的倾斜切削的误差校正的图。
图10是表示现有的切削控制加工的图。
图11是表示另一现有的切削控制加工(倾斜方向的切削控制加工)的图。
具体实施方式
实施方式1
以下，采用图1～图9说明本发明的实施方式1。
该实施方式1是如图11所示的、在工件的加工面倾斜的状态下进行切削控制加工的情况下的实施方式。
图1是数值控制装置的框图，图2是图1的主要部分的详细框图，图中，从显示装置、键盘等人机接口(MMI)2和外部输入输出设备23输入的加工程序和参数等设定数据经由输入输出数据处理部分3和通信处理部分7而存储到程序用存储器4或设定数据保持存储器18中。另外，在参数中还包含有与本发明的实施方式1的倾斜切削动作控制相关的信息。
存储在存储器4中的、或从外部输入输出设备23直接输入的加工程序由加工程序解析处理部件5解析。
此时，当有移动指令时，由内插(interpolation)处理部分12进行内插处理，将所生成的轴控制数据发送给轴控制处理部分13。
轴控制处理部分13将轴控制数据传递给伺服放大器19和主轴放大器20。
另外，如图2所示，内插处理部分12具有切削动作内插前处理部分121、轮廓控制内插控制部分122、切削专用缓冲器123以及轮廓控制专用缓冲器124，另外，轴控制处理部分13具有加减速控制部分130、误差校正控制部分131以及轴控制部分132，对于这些内插处理部分12以及轴控制处理部分13的详细动作，以后采用图2～图9进行说明。另外，内插处理部分12以及轴控制处理部分13构成本发明中所述的切削移动数据生成单元以及校正单元。
伺服放大器19和主轴放大器20根据接收的轴控制数据内容，对连接的伺服电动机21、主轴电动机22进行控制。
另外，在由加工程序解析处理部分5处理的数据为辅助指令(M指令)时，将该数据传递给机械控制处理部分10，通过梯形图处理部分9、PLC接口8以及DI/DO控制部分(数字输入输出控制部分)11的作用，进行机械控制(ATC的控制、冷却剂0N/OFF等)。
另外，本数值控制装置除了如上述那样利用从通常的显示装置、键盘等人机接口(MMI)2和外部输入输出设备23输入的加工程序进行NC控制之外，还可以利用预先与由输入/输出控制部分11输入的外部信号进行组合的梯形图程序31进行NC控制。在该情况下，根据经由PLC接口8而由梯形图处理部分9处理的结果，通过机械控制处理部分10调用存储器4中保存的加工程序，或直接由发送到内插处理部分12的指令来进行NC控制。
如图3所示，倾斜切削控制可以将其动作分解为单纯的轮廓控制和切削。另外，该动作具有以下要素：在切削动作中叠加有轮廓控制；以及相对于轮廓控制的矢量以一定角度往复运动的切削动作随轮廓控制的矢量的变化而变化，所以结果对于正交坐标系统，可以以任意角度倾斜地进行往复动作。
因此，对分解的轮廓控制提供轨迹和速度，同时还对切削至少提供角度A(与轮廓控制的矢量间的角度)、振幅R以及频率F，另外，将轮廓控制的矢量与正交坐标之间的角度设为角度B时，合成这些数据并进行运算、输出，则相对X-Y的正交坐标，能以A+B的角度进行倾斜切削动作。
因此，不用对工作机械追加切削专用的轴，只用原有的控制轴，就可以进行切削控制。
下面，采用图2～图9说明用于实现该倾斜方向的切削动作的结构、动作。
另外，图2的数值控制装置1是从图1的数值控制装置的框图选出与本实施方式1相关的部分的详细框图。
即，如图2所示，加工程序解析处理部分5在从加工程序读取、解析了G01、G02等轮廓控制指令的情况下，将该轮廓控制指令所涉及的各值(程序块的移动开始坐标、结束坐标、速度、加减速模式、以及移动轨迹形状等)传递给内插处理部分12的轮廓控制内插处理部分122。另外，加工程序解析处理部分5在从加工程序读取、解析了与切削动作相关的切削启动指令或停止指令的情况下，将该指令所涉及的各值(振幅、频率、对往复动作的伺服延迟的校正量等)传递给内插处理部分12的切削动作内插前处理部分121。
另外，上述切削启动指令在加工程序中，例如以G○○ R○○A○○ F○○ P○○ Q○○(○○：任意数值)的格式表示。
其中，上述G○○是切削启动指令代码，R是振幅，A是相对于进行轮廓控制时的运动矢量的切削动作的角度，F是作为切削动作的快慢的频率，P是校正量测定方式，Q是校正量保存场所。另外，上述振幅R、角度A以及频率F指示图3的上述振幅R、角度A、以及频率F。
另外，上述切削停止指令例如以G△△(△△：任意数值)的格式表示。
另外，轮廓控制指令与现有技术同样地指示。
如图4(a)所示，切削动作内插前处理部分121根据传过来的与切削动作相关的各值，生成以往复运动的中心点(轮廓控制点)为基准的切削内插分割点，并将该生成的数据暂时保存到切削专用的内插数据缓冲器123。
另外，如图4(b)所示，轮廓控制内插控制部分122根据轮廓控制的各值，生成轮廓控制的内插分割点，并将该生成的数据暂时保存在轮廓专用的内插数据缓冲器124。
存储在切削专用的内插数据缓冲器123以及轮廓专用的内插数据缓冲器124的数据依次被接下来的轴控制处理部分13调用。另外，数据已被使用的缓冲区被用作接下来生成的新数据保存区。
作为内部处理，轴控制处理部分13分为3个部分，即加减速控制部分130、误差校正控制部分131、以及轴控制部分132。
加减速控制部分130在切削控制的场合下，利用切削专用的内插数据缓冲器123中保存的数据，如图5(a)所示，进行用于切换作往复运动的切削动作的方向的加减速处理。另一方面，在轮廓控制的场合下，利用轮廓控制专用的内插数据缓冲器124中保存的数据，如图5(b)所示，根据该轮廓控制移动开始、结束以及移动中途的形状，进行加减速处理。
另外，在如切削动作这样的高速往复运动的场合下，误差校正控制部分131是对伺服控制的相对于指令位置而显著出现的延迟进行校正的部分，它以控制倾斜切削动作的多个轴为对象，如图7所示，对每个轴计算误差量。另外，如图8(a)所示，对计算的各轴的误差量进行合成，然后如图8(b)所示，利用切削内插矢量以及轮廓内插矢量，将该合成误差量分解计算为切削误差成分量和轮廓控制误差成分量，通过将该分解计算的切削误差成分量和轮廓控制误差成分量叠加到接下来的倾斜切削指令中，由此进行误差校正(利用切削误差成分量和轮廓控制误差成分量来校正接下来的倾斜切削指令，由此进行误差校正)。其结果如图9所示，可以进行误差校正。
另外，该误差校正如图9所示的例子，利用NC内部存储器中暂时存储的多次误差量进行误差校正。
轴控制部分132针对由加减速控制部分130处理的切削内插数据、轮廓内插数据、以及由误差校正控制部分131计算出的切削误差校正量，如图6(a)所示，叠加切削动作和轮廓控制的内插数据。即除了X、Y、Z、C等方向和角度的轮廓控制之外，还将切削动作成分分配给相关轴。接着如图6(b)所示，进一步对每个控制轴生成轴的内插数据，将该各内插数据输出到各伺服放大器19，由此对工作机械进行切削控制动作。
另外，在加工程序解析处理部分5读入了上述切削停止指令(G△△)时，使切削控制停止，变为只是进行轮廓控制的控制形态。
因此，根据该实施方式1，不必对工作机械追加切削专用的轴，只用原有的X轴、Y轴等控制轴，就可以进行切削控制。
另外，在进行轮廓控制的同时，可以进行切削控制。
另外，在该实施方式1中，为了有助于理解本发明，说明了用两个控制轴来实现切削动作的情况，但也可以用3个或3个以上的控制轴来实现切削动作。
实施方式2
上述实施方式1中，如G○○ R○○ A○○ F○○ P○○Q○○所示，说明了从加工程序指示用于控制倾斜切削动作的各数据的情况，但也可以不从加工程序指示上述R○○ A○○ F○○ P○○ Q○○的各数据，而在设置于数值控制装置中的设定数据保持存储器18中设定并保存这些参数。
另外，在此情况下，若对加工程序只指示作为切削动作启动指令的G○○，则在加工程序解析处理部分5读入并解析了该G○○时，利用设定数据保持存储器18中保存的上述各数据，进行切削控制。
实施方式3
另外，在上述各实施方式中，由加工程序提供切削控制启动指令和停止指令，但也可以由输入/输出控制部分11输入的外部信号或由梯形图电路来使特定的外部比特信号导通或断开，由此经由梯形图处理部分9、PLC接口8以及机械处理控制部分10，对内插处理部分12直接指示倾斜切削的开始以及停止。
在此情况下，将控制倾斜切削动作的各数据作为参数，在设置于数值控制装置中的设定数据保持存储器18中设定并保存，当对内插处理部分12输入了切削的启动指令时，利用设定数据保持存储器18中保存的上述各数据，进行切削控制。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的数值控制装置适于用作在进行切削控制加工的工作机械的控制中使用的数值控制装置。

Claims (10)

1.一种数值控制装置，控制两个以上的控制轴来进行轮廓控制，其特征在于，具有：
切削移动数据生成单元，生成移动数据，该移动数据用于同时控制上述两个以上的控制轴，使其进行相对于轮廓控制以一定移动量往复运动的切削动作，其中，该切削动作落在上述控制轴的动作自由度空间中。
2.一种数值控制装置，控制两个以上的控制轴来进行轮廓控制的，其特征在于，具有：
切削移动数据生成单元，生成移动数据，该移动数据用于同时控制上述两个以上的控制轴，使其进行相对于轮廓控制以一定移动量往复运动的切削动作，同时进行轮廓控制，其中，该切削动作落在上述控制轴的动作自由度空间中。
3.如权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于：
上述切削移动数据生成单元通过叠加进行切削动作的移动数据和进行轮廓控制的移动数据，并将叠加后的数据分配给各控制轴，以生成使上述控制轴在进行轮廓控制的同时进行切削动作的移动数据。
4.如权利要求2或3所述的数值控制装置，其特征在于：
具有校正单元，该校正单元对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的各控制轴的伺服延迟进行校正。
5.如权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于：
上述校正单元通过对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的各控制轴的实际位置反馈信息和指令值进行比较，取得各控制轴的伺服延迟量，并对该取得的各控制轴的伺服延迟量进行合成，同时通过将该合成的伺服延迟量分配给切削内插矢量和轮廓控制内插矢量，对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的两个以上的各控制轴的伺服延迟进行校正。
6.如权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于：
从加工程序以及梯形图处理部分任一方发出切削动作启动指令以及切削动作停止指令。
7.如权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于：
在存储器中对切削动作指令所涉及的各数据进行参数设定，在切削动作启动指令发出时，利用进行了上述参数设定的切削动作指令所涉及的各数据，进行切削控制。
8.一种数值控制装置的切削动作的控制方法，该数值控制装置控制两个以上的控制轴，以进行轮廓控制，其特征在于：
根据切削动作指令和轮廓控制指令，生成移动数据，该移动数据用于同时控制上述两个以上的控制轴，使其进行相对于轮廓控制以一定移动量往复运动的切削动作，同时进行轮廓控制，其中，该切削动作落在上述控制轴的动作自由度空间中。
9.根据权利要求8所述的切削动作控制方法，其特征在于：
上述移动数据是通过将进行切削动作的移动数据和进行轮廓控制的移动数据进行叠加，并将该叠加的数据分配给各控制轴，由此使上述控制轴在进行轮廓控制的同时进行切削动作的。
10.根据权利要求8或9所述的切削动作控制方法，其特征在于：
通过对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的各控制轴的实际位置反馈信息和指令值进行比较，取得各控制轴的伺服延迟量，并对该取得的各控制轴的伺服延迟量进行合成，同时通过将该合成的伺服延迟量分配给切削内插矢量和轮廓控制内插矢量，对在进行轮廓控制的同时进行切削动作的两个以上的各控制轴的伺服延迟进行校正。
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