CN101281401B - 数字控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种具有单程序块功能的数字控制装置，包括：启动按钮(3)、执行量设置单元(13)、以及加工程序执行控制器(4)。一旦在所述执行量设置单元中设定了拟通过单次操作执行的所述加工程序的所述执行量，在单次操作下，如按下启动按钮(3)时，加工程序控制器(4)批量执行包含在所述设定的执行量中的程序块。此外，当检测到包含非切削指令或用于突然改变加工方向的指令的程序块时，加工程序执行控制器(4)在该程序块处暂停该加工程序的执行，并等待启动按钮(3)再次被按下。

Description

数字控制装置

技术领域

本发明涉及一种数字控制装置，通过例如，按下其启动构件的操作顺序地执行加工程序中的一系列程序块，以便控制机床的驱动机构的操作。

背景技术

已为我们所知的传统的数字控制装置，利用单个程序块的功能同时进行加工程序的检查和加工工件的执行，该装置通过按下其启动构件顺序地执行或一个程序块接一个程序块地运行加工程序。例如，图7所示的该传统的数字控制装置包括位于操作面板51上的单程序块开关52和启动按钮53，其中，当单程序块开关52打开时单程序块模式被设置，当该单程序块开关52关闭时连续加工模式开启。该数字控制装置还包括加工程序执行控制器54、加工程序解释器55、内插器56、以及加工程序存储器57。按下启动按钮53后，加工程序执行控制器54操作加工程序解释器55和内插器56。

接着，加工程序解释器55顺序地读取存储在加工程序存储器57中的工作程序WP内(参见图6)的数据块，解释，并将包含在该数据中的操作指令发至内插器56。内插器56基于当前的刀具位置、该操作指令中的加工端点位置、刀具进给速度以及其它相关信息确定各控制单位时间内的行进距离。内插器56随后产生用于在各控制单位时间将刀具从当前刀具位置移动该行进距离的位置指令，并将该位置指令发送至伺服驱动器59。伺服驱动器59控制伺服马达60，该伺服马达60作为机床的驱动机构从而将刀具移动至上述指令中指定的位置。内插器56重复地产生位置指令直到加工程序执行完毕，刀具平稳地行进，从而将工件加工成预期的形状。

在单程序块模式中，一旦一个程序块被执行，则加工程序执行控制器54暂停其操作，不执行下一个程序块，直到操作人员按下启动按钮53。同时，操作人员根据不同的信息和条件来决定是否执行下一个程序块，其中所述信息和条件包括但不限于：在显示和输入单元61上显示的当前和下一个程序块中的关于加工的信息、当前刀具位置、距最后加工终点的剩余行进距离、主轴的旋转速度、刀具数量、以及冷却液供给情况。由于该单程序块的功能允许操作人员逐个程序块地检查加工程序的适当与否，因此具有能顺利地，特别是能以无故障的方式加工第一个工件的优点。相反地，在连续加工模式下，按下一次启动按钮53使多个程序块被连续地执行。

利用上述类型的单程序块功能，已提出各种技术以对数字控制装置中的加工程序进行更有效的检查。例如，日本专利第2813079号披露了在显示和输入单元中以动画方式显示下一程序块中拟被执行的加工的技术。日本已公开未被审查的专利申请第H06-75615号披露了以固定的时间间隔自动地逐个执行多个程序块的技术。

本发明要解决的问题

在传统的数字控制装置中，单次按下启动按钮使得一个程序块被执行，因此当程序块的数量增加时需要多次的按键操作。此外，对于用于加工弯曲表面的程序，该程序通常包括一系列大量的小程序块，一次按下的结果只是一个小的刀具移动。这使得操作人员对程序的适当与否的检查非常困难和低效。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个重要目的在于提供一种数字控制装置，所述装置能够对加工程序进行简单而有效的检查，即使该程序是用于加工弯曲表面，并且通常包括一系列大量的小程序块。

解决所述问题的装置

为了解决上述问题，本发明提供一种数字控制装置，通过操作启动构件而顺序地执行加工程序中的一系列程序块，以便控制机床的驱动机构的操作。所述数字控制装置包括：执行量设置单元，该执行量设置单元用于设置拟同时执行的加工程序的量；以及加工程序执行控制器，该加工程序执行控制器用于通过所述启动构件的单次操作批量执行包含在所设置的执行量中的程序块。

拟同时执行的加工程序的执行量可以是，例如，通过所述启动构件(例如一启动按钮)的单次操作而拟被执行的程序块的数量，通过该启动按钮的单次操作而拟被加工的加工距离(刀具或工件的行进距离)，对该启动按钮的单次操作的加工时间，或者是数据处理所需的任意执行量数据。在一方面，基于此目的可采用一种系统，该系统允许操作人员通过显示和输入单元输入这样的执行量，而所述显示和输入单元又将该执行量发送至所述执行量设置单元。

在本发明的另一方面，一种可选系统可被采用，该系统的加工程序中预先包括一指令，该指令指定了通过单次操作拟被执行的开始和结束的范围，从而使加工程序执行控制器可读取该指令并在执行量设置单元中将该指令指定的范围设置为执行的量。

在本发明的又一方面，当检测到该加工程序的程序块中包含非切削指令时，所述数字控制装置在该程序块处暂停该加工程序的执行，并等待所述启动构件再次被操作。

特别地，所述非切削指令可以是与切割或工件加工不相关的任意指令，例如：用于指定或改变所述机床的主轴的旋转速度的S指令，用于指定或改变所述机床的所述主轴的旋转方向的M指令，用于指定或改变所述刀具的T指令，以及用于通过快速进刀定位所述刀具的指令。更特别地，当检测到程序块包含这样的非切削指令时，则所述加工程序执行控制器暂停包括该程序块的所有剩余程序块的执行，并等待所述启动按钮再次被按下。对于仅包括切削指令的程序块，在批处理所有包含于所述设定的执行量中的程序块之后，所述加工程序执行控制器暂停该加工程序的执行，并等待所述启动按钮再次被按下。

在本发明所述数字控制装置的更进一步的方面，当检测到加工程序的程序块中包含用于突然改变加工方向的指令时，所述加工程序执行控制器在该程序块处暂停该加工程序的执行，并等待所述启动构件再次被按下。

此处使用的术语“用于突然改变加工方向的指令”指造成加工方向突然变化的位置指令。例如，这样的位置指令可以是产生在刀具路径上两个加工方向之间形成的角度的指令，或是如果包括该程序块的一系列程序块被执行，则该刀具路径的曲率半径的变化超过阈值的指令。特别地，所述加工程序执行控制器根据该系列程序块中的该位置指令计算在刀具路径上两个加工方向之间形成的角度或刀具路径的曲率半径的变化，如果该计算出的值超出所述阈值，则判定该加工程序包含用于突然改变加工方向的指令。通常，阈值是基于对所述工件的材质或所述刀具的类型的适用性进行选择，并通过显示和输入单元输入到所述数字控制装置，并被发送至所述执行量设置单元。可选地，表示此适当的阈值的参数可预先包含于该加工程序中，从而使这些参数可从该加工程序中被读取并在所述执行量设置单元中被设置。

在本发明的一方面，所述启动构件为启动按钮，当其被操作或按下时执行程序块。

根据本发明，所述数字控制装置通过启动构件的单次操作批量执行包含于设定的执行量中的程序块，从而减少对该启动构件的操作量。此外，通过所述启动构件的单次操作，所述数字控制装置允许所述刀具或在该设备控制下的任意组件移动更远的距离。这提供了极大的好处，能够更有效和简单地执行程序的检查，特别是在加工程序中包括一系列大量的小程序块时。

由于本发明所述数字控制装置在检测到程序块中包含非切削指令时，在该程序块处暂停该加工程序的执行，所以可对该数据块进行详细地检查，特别是在加工条件发生变化之前或之后可迅速进行。对于仅包括切削指令的程序块，本发明所述数字控制装置还对包含在设定执行量中的所有程序块提供有效的批处理。

此外，由于本发明所述数字控制装置在检测到程序块中包含用于突然改变加工方向的指令时，在该程序块处暂停该加工程序的执行，因此具有能在执行工件的实际加工之前检测到程序块之间的不良或有缺陷的连接的优点。

附图说明

图1显示了根据本发明第一实施例的数字控制装置的系统配置；

图2是概括图1所示的数字控制装置的操作的流程图；

图3是显示在加工程序中设置执行量的方法的示意图；

图4是概述本发明第二实施例的数字控制装置的操作的流程图；

图5是显示检测图4所示的数字控制装置中用于突然改变加工方向的指令的方法的示意图；

图6显示一示例性加工程序的数据结构；以及

图7显示一传统数字控制装置的系统配置。

具体实施方式

以下将特别参照图1-图6对本发明的优选实施例进行描述。图1-图3说明本发明的第一实施例，其中图1显示所述数字控制装置的总体配置，图2示意性显示该数字控制装置的操作，以及图3显示在加工程序中设置执行量的一示例性方法。图4和图5说明本发明的第二实施例，其中图4示意性显示该数字控制装置的操作，以及图5显示检测在该数字控制装置中用于突然改变加工方向的指令的一示例性方法。图6显示可通过数字控制装置执行的一示例性加工程序。请注意在各图中相同的组件、操作以及步骤使用相同的附图标记。

第一实施例

如图1所示，与传统数字控制装置相似，根据第一实施例的数字控制装置包括位于操作面板1上的单程序块开关2和例如启动按钮3的激活或启动构件。所述数字控制装置还包括加工程序执行控制器4、加工程序解释器5、内插器6以及加工程序存储器7。在该数字控制装置被置于单程序块模式下当启动按钮3被按下或其它操作时，加工程序执行控制器4使加工程序解释器5和内插器6工作。接着，解释器5顺序地读取存储在加工程序存储器7中的加工程序WP(参见图6)的数据块，内插器6生成所需的位置指令。同时，伺服驱动器9控制多轴伺服马达10(即，机床的驱动机构)以使刀具向所述指令指定的位置平稳地移动，从而将工件加工成预期的形状。

此外，执行量设置单元13耦合至加工程序执行控制器4。在执行量设置单元13中设置了单次按下启动按钮3后拟被执行的程序块的数量，单次按下启动按钮3后拟被覆盖的加工距离，单次按下启动按钮3的加工时间，或是结合上述任意数据项的可数字化处理的执行量数据。在执行量设置单元13中还设置了用于检测该加工程序中的非切削指令的参数和用于检测该加工程序中用于突然改变加工方向的指令的阈值数据。所述数据由操作人员输入显示和输入单元11中，并从该显示和输入单元11被发送至执行量设置单元13，其中，在执行量设置单元13中所述数据被可重写地存储。在第二实施例中将对非切削指令和用于突然改变加工方向的指令做进一步详细地描述。

下面根据该优选实施例对本发明的数字控制装置的操作方式进行描述。在对加工程序执行实际的加工检查时，加工程序执行控制器4启动图2示意性示出的系统程序，首先判断启动按钮3在步骤S1是否被操作。当操作人员按下启动按钮3后，所述程序判断在步骤S2中单程序块开关2是否被操作。如果判定该开关2保持断开，则建立连续加工模式。如果该开关2打开，则建立单程序块模式。在连续加工模式下，与传统操作方式类似，在步骤S3，加工程序解释器5解释自存储器7中读取出的数据块的操作指令，在步骤S4，内插器6随后基于该操作指令中的信息，诸如当前刀具位置和加工终点位置，产生位置指令。在步骤S5中确定加工程序是应当继续还是被终止。也就是说，在连续模式下，一系列程序块被连续执行，从而将工件加工成预期的形状，直到在该加工程序中检测到退出代码(步骤S2-S5)。

然而，在单程序块模式下，与传统操作方式不同，在单次按下启动按钮3后批处理与在执行量设置单元13中设置的执行量对应的数据块。批处理开始时，所述程序判断在步骤S6中启动按钮3是否被操作或被按下，如果没有，则所述程序作好准备直到启动按钮3被按下。一旦启动按钮3被按下，则在步骤S7中总计计数器被初始化。该总计计数器提供了一种方法，用于累计表示当启动按钮3被按下后发生的执行量的数据(程序块的数量、加工距离、加工时间，等等)。所述总计计数器由加工程序执行控制器4的计算功能实现。在步骤S8和S9，加工程序解释器5和内插器6分别以与连续加工模式相同的方式工作，以使刀具按照单程序块中的数据对工件进行加工。随后，在步骤S10，加工程序执行控制器4将来自该已执行的操作指令中的当前程序块的执行量增加到所述总计计数器的计数值。在接下来的步骤，步骤S11中判断当前累计的执行量是否已超过在执行量设置单元13中设定的值。

如果该累计的执行量没有超过该设定的值，则在步骤S8到步骤S11顺序地执行剩余的数据块。相反地，如果该累计的执行量已经超过该设定的值，则在步骤S5中判断该加工程序中是否还有任何拟被执行的数据块。如果还有，在步骤S2中单程序块模式下确认操作继续后，所述程序作好准备直到在步骤S6中启动按钮3被按下。此时，刀具在操作指令中的加工终点位置保持静止，所述操作指令包含于超过该设定值的程序块中。刀具保持静止时，操作人员在显示和输入单元检查已执行的加工和下一程序块中的操作指令，并在他需要继续该加工程序的执行时按下启动按钮3。一旦启动按钮3被按下，在步骤S7及后续步骤中，加工程序执行控制器4递归地批处理对应已设定的执行量的数据块，直到组成该加工程序的所有程序块都被执行，由此确认所述加工程序的终止(即步骤S5中的是)，从而终止所述程序。请注意在所述程序中刀具也可以静止状态放置于其它位置。一个替换方法是(1)判断下一程序块的执行是否会使累计的执行量超过该设定的值，以及，如果是，(2)暂停下一程序块的执行并使刀具在上一程序块中指定的加工终点位置停止。

综上所述，根据本实施例的数字控制装置，单次按下启动按钮3使得包括在由操作人员设定的执行量内的多个程序块被批处理。这减少了启动按钮3所需的操作数量，并使刀具在每次按钮操作下相比传统技术可行进更远的距离。例如，在用于加工包括大量微小程序块的弯曲表面的程序的情况下，如图3所示，传统的单程序块模式操作使刀具在各指令位置31，32...31+n中的各位置都停止，因此在这些停止之间需要按下开关。但是，根据本实施例的单程序块的功能，如果将同时的执行量设置为10个程序块，则刀具将在指令位置31，41，51...31+10xm的指令位置停止，从而显著地降低了启动按钮3被操作的频率并使刀具在每次按下按钮后移动更远的距离。这种安排使得操作人员能够更有效和简单地检查该弯曲表面加工程序的适当与否。

第二实施例

现在将参照图4和图5对本发明的第二实施例进行描述。第二实施例的该数字控制装置大体上与第一实施例中的系统(参见图1)相同。但是，在此实施例中，在单程序块模式下如果遇到或者检测到程序块中包含非切削指令或用于突然改变加工方向的指令，则在该程序块处该加工程序的执行被暂停，不再继续刀具移动直到启动按钮3被再次按下之后。更特别地，如图4的流程图所示，在步骤S12，加工程序执行控制器4判断经加工程序解释器5分析的操作指令是否包括非切削指令，例如：用于改变主轴的旋转速度的S指令，用于改变主轴的旋转方向的M指令，用于改变刀具的T指令，以及用于通过快速进刀定位刀具的指令。如果检测到任意的这样的非切削指令，所述程序作好准备直到启动按钮3被按下(步骤S13)，使刀具停止在上一程序块的操作指令中指定的加工终点位置。在步骤S14，一旦操作人员按下启动按钮3，加工程序执行控制器4根据需要执行非切削指令，例如S指令，M指令，T指令，或定位指令。如果在步骤S12未检测到非切削指令，所述程序转至步骤S15，在该步骤中判定是否包含有用于突然改变加工方向的指令。

为了判断是否遇到用于突然改变加工方向的指令，举例而言，当刀具到达图5所示的加工曲线100上的指令位置108时，加工程序执行控制器4计算与当前程序块的指令位置108、前一程序块的指令位置107、以及下一程序块的指令位置109这三点相切的圆201的半径。此外，加工程序执行控制器4还计算与指令位置108、前两个指令位置106和107这三点相切的圆200的半径。如果上述两个圆的半径变化(即差值)超过执行量设置单元13中设置的该阈值，则加工程序执行控制器4判定下一程序块包含用于突然改变加工方向的指令。可选地，如果两个圆200和201的圆心之间的距离超过阈值也可判定包含有用于突然改变加工方向的指令。还有另一种方法是计算由当前程序块的指令位置108与上一程序块的指令位置107确定的直线与由当前程序块的指令位置108与下一程序块的指令位置109确定的直线之间形成的角度，如果该角度超过在执行量设置单元13中设置的该阈值，则判定包含有用于突然改变加工方向的指令。

不管使用哪种判断方法，如果在下一程序块中检测到用于突然改变加工方向的指令，则加工程序执行控制器4保持待机模式，直到在步骤S16中启动按钮3被按下，从而使所述刀具保持在指令位置108。操作人员按下启动按钮3后，在步骤S17加工程序执行控制器4初始化所述总计计数器，随后在步骤S9中内插器6对包含用于突然改变加工方向指令的程序块执行插值。相反地，如果非切削指令和用于突然改变加工方向的指令均未被检测到，则所述程序继续如第一实施例中所述的那样对程序块的批处理。因此，第二实施例的数字控制装置在包含非切削指令的程序块处暂停加工程序的执行，能够对用于主轴旋转方向的反转和刀具的更换的数据块进行严格的检查。对于仅包括切削指令的程序块，本实施例的数字控制装置还对包含在所设定的执行量中的所有程序块进行有效的批处理。此外，第二实施例的数字控制装置在包含用于突然改变加工方向的指令的程序块处暂停加工程序的执行，这具有更多的优点：易于在对工件的实际加工之前检测到程序块之间存在不良或有缺陷的连接(如：在工件的边缘或折叠处等特定位置的连接断开，或由于CAM精度不足导致的不连续)。而利用传统技术这些不良或有缺陷的连接只能在实际加工之后才能发现。

本领域技术人员还应当理解，上述实施例仅用于示例，而非意在以任何方式进行限制，并且在不偏离下述本发明主旨和范围的情况下，可对实施例中描述的参数，如尺寸、形状、或组件或材料类型进行各种改变。(1)所述加工程序中可包含一指令，用于指定在单次运行或单次操作中拟执行的开始和结束的范围，从而使加工程序执行控制器4可自该加工程序中读取该指令，并在执行量设置单元13中将由该指令指定的范围设置为执行量。(2)所述加工程序中可包含一阈值，用于评估刀具路径的弯曲角度(即，在两个加工方向之间形成的角度)或刀具路径的曲率半径的变化，从而使加工程序执行控制器4可自该加工程序中读取该阈值，并将其设置于执行量设置单元13中。(3)尽管上述实施例被应用于机床类型为移动刀具的机床，但是根据第一和/或第二实施例的所述控制也可被等效地应用于机床类型为，工件台上固定工件相对刀具移动，以及允许固定刀具的主轴头部和工作台彼此相对进行移动的机床。

Claims (8)

1.一种数字控制装置，所述装置具有用于设置单程序块模式的单程序块开关，所述装置用于通过启动构件的操作顺序地执行加工程序中的一系列程序块，以便控制控制机床的驱动机构的操作，该数字控制装置包括：

执行量设置单元，所述执行量设置单元用于设置拟由所述启动构件的单次操作来同时执行的加工程序的累计的执行量；以及

加工程序执行控制器，所述加工程序执行控制器用于批处理与在所述执行量设置单元中设置的所述累计的执行量相对应的程序块，所述加工程序执行控制器：

在操作所述启动构件后，确定是否利用所述单程序块开关来建立了所述单程序块模式，

如果确定所述单程序块模式已建立，在操作所述启动构件后，初始化总计计数器，

读取加工程序的程序块并且解释所读取的程序块中的操作指令，

基于工具的当前位置和所述操作指令中的加工终点位置来生成位置指令，并且执行所述控制机床的驱动机构的操作的控制，以促使机床根据单个程序块中的数据对工件进行加工，

在所述总计计数器中总计所执行的程序块的执行量，

重复上述处理，直到在所述总计计数器中总计的执行量超过在所述执行量设置单元中设置的累计的执行量，

当总计的执行量超过在所述执行量设置单元中设置的累计的执行量时，确定在所述加工程序中是否还有任何拟被执行的程序块数据，并且

如果还有任何拟被执行的程序块数据并且如果所述单程序块模式已建立，则暂停进一步的处理直到所述启动构件被再次操作。

2.如权利要求1所述的数字控制装置，其中，拟同时执行的所述加工程序的所述执行量选自由如下构成的组：拟通过所述启动构件的单次操作执行的程序块的数量、拟通过所述启动构件的单次操作加工的加工距离、以及所述启动构件的单次操作的加工时间。

3.如权利要求1所述的数字控制装置，进一步包括：用于接收并向所述执行量设置单元发送所述执行量的显示和输入单元。

4.如权利要求1所述的数字控制装置，其中，所述加工程序预先结合指定拟通过单次操作执行的范围的开始和结束的指令，以使所述加工程序执行控制器可读取该指令并在所述执行量设置单元中将由该指令指定的所述范围设置为所述执行量。

5.如权利要求1所述的数字控制装置，其中，当在所述加工程序中检测到包含非切削指令的程序块时，所述加工程序执行控制器在该程序块处暂停该加工程序的执行，并等待所述启动构件被再次操作。

6.如权利要求5所述的数字控制装置，其中，所述非切削指令选自由如下构成的组：用于改变所述机床的主轴的旋转速度的S指令、用于改变该主轴的旋转方向的M指令、用于改变刀具的T指令、用于指定所述机床的主轴的旋转速度的S指令、用于指定该主轴的旋转方向的M指令、用于指定刀具的T指令，以及用于通过快速进刀定位该刀具的指令。

7.如权利要求1或5所述的数字控制装置，其中，当在所述加工程序中检测到包含用于突然改变加工方向的指令的程序块时，所述加工程序执行控制器在该程序块处暂停该加工程序的执行，并等待所述启动构件被再次操作。

8.如权利要求7所述的数字控制装置，其中，所述加工程序执行控制器根据所述系列程序块中的位置指令计算在刀具路径上两个加工方向之间形成的角度以及所述刀具路径的曲率半径的变化两者之一，并且如果所计算出的值超过阈值，则判定该加工程序包括用于突然改变加工方向的指令。