CN102375431B

CN102375431B - 具有机床的减速原因判别单元的刀具轨迹显示装置

Info

Publication number: CN102375431B
Application number: CN201110196607.8A
Authority: CN
Inventors: 岩下平辅; 置田肇; 手塚淳一
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: DE102011051392A1; JP5059914B2; US8432120B2; US20120007536A1; JP2012022404A; DE102011051392B4; CN102375431A

Abstract

数值控制装置根据加工程序计算第一位置指令，并把该第一位置指令变换为限制刀具的切向速度的第二位置指令，向刀具轨迹显示装置发送该第二位置指令和表示已把第一位置指令变换为第二位置指令的状态信号。通过刀具轨迹显示装置用与状态信号对应的颜色显示刀具的轨迹，能够判别在刀具轨迹的哪个点进行了刀具轨迹的速度限制。

Description

具有机床的减速原因判别单元的刀具轨迹显示装置

技术领域

本发明涉及具有机床的减速原因判别单元的刀具轨迹显示装置。

背景技术

在执行加工程序通过机床进行工件的加工时，刀具尖端在指令的路径上以指令的速度(切向速度)移动。但是，刀具尖端并不总是以指令的速度移动，有时根据场所根据各种条件速度受限。

例如，在机床的控制装置中，为确保转角(corner)部附近的精度，有的控制装置具有使块间的速度差成为允许值以下那样限制刀具尖端的速度、或者使每一轴的加速度成为允许值以下那样限制速度的功能。

在日本特开平11-338530号公报中，公开了上述加工机的控制装置根据针对具有多个驱动轴的加工机的每一该轴设定的允许最大加速度来控制刀具的切向速度的技术。

历来就根据各种条件进行限制刀具尖端点的速度的处理，但是存在很难针对轨迹上的各点判别根据怎样的条件来限制速度这样的问题。在上述的日本特开平11-338530号公报中，未提到显示刀具轨迹上的点与速度限制的对应的方法。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种具有数值控制装置的机床的刀具轨迹显示装置，其在根据各种条件进行限制刀具尖端点tool center point的速度的处理的情况下，能够针对轨迹上的各点容易地判别根据怎样的条件来限制速度。

在根据本发明的具有数值控制装置的机床的刀具轨迹显示装置中，机床通过多个驱动轴进行加工物的加工，数值控制装置控制刀具与所述加工物的相对的位置、姿势。另外，数值控制装置具有：第一位置指令计算部，其根据通过加工程序指令的刀具的轨迹形状和刀具的切向速度来计算各驱动轴的第一位置指令；第二位置指令计算部，其限制刀具的切向速度以满足预先指定的条件，并根据限制后的速度，把第一位置指令变换为第二位置指令；状态信号输出部，其输出状态信号，该状态信号表示限制刀具的切向速度以满足所述预先指定的条件，并根据限制后的速度，已经把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令；以及驱动轴控制部，其根据针对所述各驱动轴的第二位置指令，控制各驱动轴的运动。另外，所述刀具轨迹显示装置具有：刀具指令位置坐标计算部，其使用所述机床的各驱动轴的各时刻的第二位置指令和所述机床的机械结构的信息，计算在固定在加工物上的坐标系中观测到的刀具的指令位置的二维或者三维的坐标值；显示色指令部，其指令与从所述状态信号输出部输出的状态信号对应的显示色；以及刀具轨迹显示部，其使用通过所述刀具指令位置坐标计算部算出的刀具指令位置坐标值，通过由所述显示色指令部指令的显示色显示所述刀具的二维或者三维轨迹。另外，能够通过颜色显示判别是否在刀具轨迹上的各点进行了所述刀具的速度限制。

所述第二位置计算部预先准备用于限制速度的多个条件，限制刀具的切向速度以满足所有条件，并根据限制后的速度把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令，所述状态信号输出部与所述多个条件的各条件对应，输出表示是否已经通过所述多个条件中的某一个限制所述刀具的切向速度，、并把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令的状态信号，所述显示色指令部预先设定与所述多个条件的各条件对应的显示色，预先设定从所述状态信号输出部输出的状态信号的优先顺序，根据该设定的优先顺序指令显示色，能够通过颜色显示判别是否通过所述多个条件中的某一条件在刀具轨迹上的各点进行了所述刀具的速度限制。

所述数值控制装置还具有切向速度输出部，其限制刀具的切向速度以满足预先指定的条件，输出限制后的切向速度，所述刀具轨迹显示装置还具有波形显示部，其能够同时取得各时刻的切向速度和各时刻的状态信号，分别对所述切向速度和所述状态信号进行形显示。

所述刀具轨迹显示装置还具有：刀具实际位置坐标计算部，其使用所述机床的各驱动轴的各时刻的实际位置和所述机械结构的信息，计算在固定在所述加工物上的坐标系中观测到的所述刀具的二维或者三维的坐标值；轨迹误差计算部，其使用通过所述刀具指令位置坐标计算部算出的刀具指令位置坐标值和通过所述刀具实际位置坐标计算部算出的刀具实际位置坐标值来计算所述刀具的轨迹误差；以及波形显示部，其同时对各时刻的所述切向速度、所述状态信号以及所述轨迹误差分别进行波形显示。

根据本发明，能够提供一种刀具轨迹显示装置，其在根据各种条件进行限制刀具尖端点的速度的处理的情况下，能够容易地判别在轨迹上的各点根据怎样的条件限制速度。

附图说明

根据参照附图的以下的实施例的说明，可以明了本发明的上述以及其它的目的以及特征。附图中：

图1是说明本发明的刀具轨迹显示装置的第一实施方式的图，

图2是说明显示切向速度的、本发明的刀具轨迹显示装置的第二实施方式的图，

图3是说明显示轨迹误差的、本发明的刀具轨迹显示装置的第三实施方式的图，

图4是说明本发明的刀具轨迹显示装置进行减速原因判别的处理的算法的图，

图5是说明作为限制速度的条件之一的、通过转角部减速的图，

图6是说明作为限制速度的条件之一的、通过加速度限制的图，

图7是说明针对每一减速原因设定不同的显示色，仅对在刀具轨迹上的各点中条件成立的部分以与原因对应的显示色显示的图，

图8是说明在横轴是时间的图表中显示各切向速度和各原因成立的状态的图，

图9是说明在一个显示画面内显示刀具轨迹的波形、还有切向速度、轨迹误差、以及状态信号的时间基准的波形的图。

具体实施方式

图1是说明本发明的刀具轨迹显示装置的第一实施方式的图。

数值控制装置4根据加工程序控制具有多个驱动轴的机床的各驱动轴，控制刀具和加工物的相对的位置、姿势，使机床进行加工物的加工。该数值控制装置4具有指令位置运算部10和驱动轴控制部18。另外，指令位置运算部10包含计算第一位置指令的第一位置指令计算部12、根据第一位置指令计算第二位置指令的第二位置指令计算部14、以及状态信息输出部16。

第一位置指令计算部12根据通过加工程序指令的刀具42的轨迹形状和刀具42的切向速度来计算在各驱动轴的各时刻刀具42应该位于的第一位置指令。第二位置指令计算部14限制刀具的切向速度以满足预先指定的条件，并根据限制后的速度，把第一位置指令变换为第二位置指令，向刀具指令位置坐标计算部20输出变换后的第二位置指令。此外，根据所述第一位置指令计算所述第二位置指令的运算一直以来是在控制机床的数值控制装置中进行的处理。

状态信号输出部16向刀具轨迹显示装置2的显示色指令部24输出表示已经在第二位置指令计算部14中限制了刀具的切向速度以满足预先指定的条件的状态信号。驱动轴控制部18根据针对各驱动轴的第二位置指令驱动电动机40，经未图示的驱动轴控制刀具42的位置及姿势。

刀具轨迹显示装置2具有刀具指令位置坐标计算部20、刀具轨迹显示部22和显示色指令部24。刀具指令位置坐标计算部20从数值控制装置4的第二位置指令计算部14取得第二位置指令，使用该取得的第二位置指令和机床的机械结构的信息，计算在固定在加工物上的坐标系中观测到的刀具指令位置坐标。

显示色指令部24从状态信息输出部16取得表示根据减速条件限制刀具的切向速度的状态信息。显示色指令部24向刀具轨迹显示部22输出针对与条件对应的每一状态信息预先设定的显示色的信息。另外，在显示色指令部24中预先设定在根据多个减速条件减速的情况下，优先根据哪个减速条件的显示色向刀具轨迹显示部22输出。也可以通过设定变更优先的显示色。

图2是说明显示切向速度的、本发明的刀具轨迹显示装置的第二实施方式的图。该实施方式的刀具轨迹显示装置2还包含切向速度显示部26。

参照图1，所述的第二位置指令计算部14在计算第二位置指令时计算限制后的刀具42的切向速度信息，向刀具轨迹显示装置2的切向速度显示部26输出。切向速度显示部26可以使用图7以及图8如后述的那样，可以用波形显示接收到的刀具42的切向速度信息，。切向速度显示部26还可以通过从状态信息输出部16接收与各减速条件对应的状态信息，来同时显示切向速度和状态信息。

图3是说明显示轨迹误差的、本发明的刀具轨迹显示装置的第三实施方式的图。该实施方式的刀具轨迹显示装置2还包含刀具实际位置坐标计算部28、轨迹误差计算部30和轨迹误差显示部32。

刀具实际位置坐标计算部28经由驱动轴控制器18取得通过安装在电动机40上的编码器(未图示)检测的实际位置信息。然后，刀具实际位置坐标计算部28使用机床的各驱动轴的各时刻的实际位置和机械结构的信息，计算在固定在所述加工物上的坐标系中观测到的刀具的二维或者三维的坐标值。

轨迹误差计算部30使用通过刀具指令位置坐标计算部20算出的刀具指令位置坐标值和通过刀具实际位置坐标计算部28算出的刀具实际位置坐标值，计算刀具42的轨迹误差。轨迹误差显示部32对通过轨迹误差计算部30算出的轨迹误差和从状态信息输出部16输入的状态信息进行波形显示。

图4是说明本发明的刀具轨迹显示装置进行减速原因判别的处理的算法的图。下面根据各步骤进行说明。

[步骤SA100]根据指令轨迹和切向速度计算第一位置指令。

[步骤SA101]把在步骤SA100计算出的第一位置指令代入Pc。

[步骤SA102]判断是否是根据条件1的速度限制，在是根据条件1的限制的情况下，转移到步骤SA103，在不是根据条件1的限制的情况下，转移到步骤SA105。

[步骤SA103]把根据条件1进行限制后的位置指令代入Pc。

[步骤SA104]把状态信息1作为表示进行了根据条件1的限制的信息。

[步骤SA105]判断是否是根据条件2的速度限制，在是根据条件2的限制的情况下，转移到步骤SA106，在不是根据条件2的限制的情况下，转移到步骤SA108。

[步骤SA106]把根据条件2进行限制后的位置指令代入Pc。

[步骤SA107]把状态信息2作为表示进行了根据条件2的限制的信息。

[步骤SA108]判断是否是根据条件3的速度限制，在是根据条件3的限制的情况下，转移到步骤SA109，在不是根据条件3的限制的情况下，转移到步骤SA111。

[步骤SA109]把根据条件3进行限制后的位置指令代入Pc。

[步骤SA110]把状态信息3作为表示进行了根据条件3的限制的信息。

[步骤SA111]把Pc作为第二位置指令。

[步骤SA112]输出状态信息以及第二位置指令，结束处理。

补足上述的流程图，例如可以把条件1设为通过转角部进行的减速，把条件2设为通过加速度进行的限制，把条件3设为通过加加速度进行的限制。此外，也可以构成为能够适宜选择作为条件1、条件2、条件3使用什么样的限制条件、并且以何种顺序设定。另外，条件也不限定为3个(条件1、条件2、条件3)，也可以取一个条件，取两个条件，取四个条件或以上。

下面使用图5以及图6说明通过转角部进行的减速或者通过加速度进行的限制。

图5是说明作为限制速度的条件之一的、通过转角部进行减速的图。图5(a)是转角形状的一例。图5(b)是表示限制前的切向速度(合成速度)和时间的关系的图表。图5(c)是表示限制前的X轴速度和时间的关系的图表。图5(d)是表示限制前的Y轴速度和时间的关系的图表。图5(e)是表示限制后的切向速度(合成速度)和时间的关系的图表。图5(f)是表示限制后的X轴速度和时间的关系的图表。图5(g)是表示限制后的Y轴速度和时间的关系的图表。

考虑以一定的切向速度(参照图5(b))移动图5(a)中表示的转角形状的轨迹。

此时，需要作为驱动轴的X轴以及Y轴的速度在转角部以步进方式变化(参照图5(c)以及图5(d))。如果在该转角部的X轴以及Y轴的速度变化比预先设定的水平大，则使转角部的切向速度(合成速度)减速到某速度那样限制指令(参照图5(e))。因此计算使转角部的X轴的速度变化以及Y轴的速度变化分别成为允许速度差以下那样的切向速度，计算使切向速度减速到该速度那样的指令。减速切向速度后的结果，成为在图5(f)中表示X轴的速度，在图5(g)中表示Y轴的速度。

图6是说明作为限制速度的条件之一的、通过加速度进行限制的图。

即使轨迹上的点的切线方向的加速度一定，根据行进方向各轴(例如X轴及Y轴)的加速度的大小也变化。例如把在图6的AB间以及BC间的切线方向的加速度都设为a，把矢量AB和X轴形成的角设为α，把矢量BC和X轴形成的角设为β。此时成为：

(AB间的X轴方向的加速度)＝a·cosα

(BC间的X轴方向的加速度)＝a·cosβ

在这些轴的各个的加速度都超过预先设定的限制值的情况下，限制切线方向的加速度，使各轴的加速度成为限制值以下。

图7是说明针对每一减速原因设定不同的显示色，仅针对在刀具轨迹上的各点中条件成立的部分以与原因对应的显示色显示的图，

如图4所示，针对每一种减速原因判别减速条件是否成立，在条件成立的情况下输出状态信号＝1，在条件不成立的情况下输出状态信号＝0。如图7所示，通过仅针对在刀具轨迹上的各点中状态信号＝1的部分用与原因对应的显示色显示，能够容易地判别在刀具轨迹上的各点进行了速度限制的情形。

图8是说明在横轴是时间的图表中显示各切向速度和各原因成立的状态的图。

通过不是在刀具轨迹的图表中而是在横轴是时间t的图表中在同一画面上同时显示切向速度和各原因(原因A、原因B、原因C)成立的状态信号，能够容易地把握减速原因和此时的切向速度的对应关系。

图9是说明在一个显示画面内同时显示刀具轨迹的波形、还有切向速度、轨迹误差、以及状态信号的时间基准的波形的图。

在一个显示画面内同时显示刀具轨迹的波形、还有切向速度或者状态信号等时间基准的波形，能够确认刀具轨迹上的点和在该点的切向速度。在该图中，根据原因B和原因C进行减速，但是设定为在刀具轨迹中优先原因B选择显示色。通过根据限制速度的条件调整对应的参数(设定条件的参数)，能够适当地调整速度。并且，通过同时显示轨迹误差的波形，能够高效率地调整限制切向速度的参数，进行为把轨迹误差抑制在目标值以下的必要的最小的减速。

在此说明轨迹误差的波形的求法的概略。在离散的时刻取得位置指令数据，在离散的时刻取得实际位置数据。针对位置指令的各点，定义连接各相邻的两点的指令线段，通过计算把从各时刻的实际位置到达上述指令线段的各个的垂线中最小的垂线的长度和、连接该实际位置和最接近该实际位置的通过位置指令数据决定的指令位置的线段中长度较短的一个作为针对指令路径的实际位置的误差，能够计算误差轨迹。

Claims

1.一种具有数值控制装置的机床的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述机床通过多个驱动轴进行加工物的加工，所述数值控制装置控制刀具与所述加工物的相对的位置、姿势，另外，

所述数值控制装置具有：

第一位置指令计算部，其根据通过加工程序指令的刀具的轨迹形状和刀具的切向速度来计算各驱动轴的第一位置指令；

第二位置指令计算部，其限制刀具的切向速度以满足预先指定的条件，并根据限制后的速度，把第一位置指令变换为第二位置指令；

状态信号输出部，其输出状态信号，该状态信号表示已经限制刀具的切向速度以满足所述预先指定的条件，并根据限制后的速度，把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令；以及

驱动轴控制部，其根据针对所述各驱动轴的第二位置指令，控制各驱动轴的运动，

所述刀具轨迹显示装置具有：

刀具指令位置坐标计算部，其使用所述机床的各驱动轴的各时刻的第二位置指令和所述机床的机械结构的信息，计算在固定在加工物上的坐标系中观测到的刀具的指令位置的二维或者三维的坐标值；

显示色指令部，其指令与从所述状态信号输出部输出的状态信号对应的显示色；以及

刀具轨迹显示部，其使用通过所述刀具指令位置坐标计算部算出的刀具指令位置坐标值，通过由所述显示色指令部指令的显示色显示所述刀具的二维或者三维轨迹，

能够通过颜色显示判别是否在刀具轨迹上的各点进行了所述刀具的速度限制，

所述第二位置指令计算部预先准备用于限制速度的多个条件，限制刀具的切向速度以满足所有条件，并根据限制后的速度把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令，

所述状态信号输出部与所述多个条件中的各条件对应，输出表示是否已经通过所述多个条件中的某一个限制所述刀具的切向速度，并把所述第一位置指令变换为所述第二位置指令的状态信号，

所述显示色指令部预先设定与所述多个条件的各条件对应的显示色，预先设定从所述状态信号输出部输出的状态信号的优先顺序，根据该设定的优先顺序指令显示色，

能够通过颜色显示判别是否通过所述多个条件中的某一条件在刀具轨迹上的各点进行了所述刀具的速度限制。

2.根据权利要求1所述的具有数值控制装置的机床的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述第二位置指令计算部限制刀具的切向速度以满足预先指定的条件，并输出限制后的切向速度，

所述刀具轨迹显示装置还具有切向速度显示部，其同时取得各时刻的切向速度和各时刻的状态信号，分别对所述切向速度和所述状态信号进行波形显示。

3.根据权利要求1所述的具有数值控制装置的机床的刀具轨迹显示装置，其特征在于，

所述刀具轨迹显示装置还具有：

刀具实际位置坐标计算部，其使用所述机床的各驱动轴的各时刻的实际位置和所述机械结构的信息，计算在固定在所述加工物上的坐标系中观测到的所述刀具的二维或者三维的刀具实际位置坐标值；

轨迹误差计算部，其使用通过所述刀具指令位置坐标计算部算出的刀具指令位置坐标值和通过所述刀具实际位置坐标计算部算出的刀具实际位置坐标值来计算所述刀具的轨迹误差；以及

轨迹误差显示部其同时对所述状态信号以及所述轨迹误差分别进行波形显示。