CN103048950B - 具有机床的物理数据显示功能的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

一种具有机床的物理数据显示功能的数值控制装置，其具有与加工速度等加工条件的变化无关，能够在预定位置进行数据比较的显示功能。该数值控制装置具有：根据预定的位置指令控制各驱动轴的数值控制部；取得各驱动轴以及上述机床的刀具的代表点的位置数据的位置数据取得部；根据取得的位置数据以及机床的机械结构的各部的尺寸等信息计算各驱动轴以及刀具的代表点的移动距离的移动距离计算部；取得各驱动轴以及机床的刀具的物理数据的物理数据取得部；使用移动距离计算部计算出的移动距离把取得的时间轴基准的物理数据变换为移动距离基准的数据的数据变换部；存储该移动距离基准的数据的距离基准数据存储部；和画面显示存储的距离基准数据的显示部。

Description

具有机床的物理数据显示功能的数值控制装置

技术领域

本发明涉及数值控制装置，其具有通过机床的驱动轴以及刀具的移动距离基准，显示机床的驱动轴以及刀具的代表点的速度等物理数据的功能。

背景技术

在机床中，有时改变加工速度等加工条件执行相同的加工程序。在这样的情况下调整机床时，将调整后的数据与调整前的过去的数据进行比较很重要。因此提出了重叠显示从数值控制装置取得的驱动轴以及刀具前端点的速度等时间序列数据的波形显示装置。例如在日本特开2003－75472号公报中公开了根据从控制装置取得的伺服信息在同一显示框内重叠显示两个伺服信息波形的技术。

另外，在日本特开2004－216715号公报中，公开了在注塑成形机的监视器装置中把第一轴作为时间、把第二轴作为注射压力等变量、把第三轴作为成形周期，以三维方式图表显示各周期变化图形的技术。

即使指令轨迹的形状相同，当加工速度变化时，加工时间也与加工速度一致变化。因此在关于多个不同的加工条件，把刀具前端点的速度等物理信息作为时间序列数据来重叠比较时，难以在相同位置进行比较。例如在日本特开2003－75472号公报中，虽然具有关于时间轴基准的重合的记载，但是未提到与时间轴无关的移动距离基准的数据的重合。另外，日本特开2004－216715号公报的发明，虽然通过把第三轴作为成形周期重叠比较各周期间的变化图形，但是为比较横轴时间的时间序列数据，并非通过移动距离基准重叠比较数据。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种数值控制装置，其具有与加工速度等加工条件的变化无关，能够通过移动距离基准比较机床的物理信息的数据的显示功能。

为了实现上述目的，本发明提供一种数值控制装置，其具有：对机床具有的至少一个驱动轴进行控制的数值控制部；取得上述驱动轴以及上述机床的刀具的代表点的位置数据的位置数据取得部；取得上述驱动轴以及上述刀具的代表点的物理数据的物理数据取得部；根据上述位置数据计算上述驱动轴以及上述刀具的代表点的移动距离的移动距离计算部；把上述物理数据取得部取得的上述物理数据从时间轴基准的数据变换为移动距离基准的数据的数据变换部；存储上述移动距离基准的数据的距离基准数据存储部；以及画面显示上述移动距离基准的数据的显示部，上述显示部，在该显示部上显示的上述移动距离基准的数据上，重叠显示至少一个在上述距离基准数据存储部中存储的过去的移动距离基准的数据。

在恰当的实施方式中，上述移动距离计算部，与成为基准的移动距离基准的数据的移动距离一致地调整上述移动距离基准的数据的移动距离，上述显示部根据上述调整后的移动距离显示移动距离基准的数据。

此时，上述移动距离计算部能够把成为基准的加工条件下的上述刀具的代表点的移动轨迹划分为多个区段，与该多个区段的移动距离一致，调整与上述成为基准的加工条件不同的加工条件下的对应的区段的移动距离，上述显示部能够根据上述调整后的移动距离显示移动距离基准的数据。

并且，上述移动距离计算部，能够在与加工程序中包含的多个程序块的各个的开始点对应的点，把上述成为基准的加工条件下的上述刀具代表点的移动轨迹划分为多个区段。

或者，上述移动距离计算部能够根据上述驱动轴以及上述刀具的代表点的轨迹计算曲率，在与该曲率成为极大或者极小的点对应的点，把上述成为基准的加工条件下的上述刀具的代表点的移动轨迹划分为多个区段。

另外，上述移动距离计算部可以根据上述数值控制部的位置指令信息计算上述驱动轴以及上述刀具的代表点的移动距离。

附图说明

通过参照附图说明以下优选的实施方式，本发明的上述或者其他的目的、特征以及优点将会更加清楚。

图1是表示本发明的实施方式的数值控制装置的概略结构的框图，

图2是表示数值控制装置的处理的一例的流程图，

图3是三维显示机床的刀具代表点的移动轨迹的曲线图，

图4是用时间轴基准表示基于两个不同的加工条件的刀具代表点的移动距离和速度的曲线图，

图5是用移动距离基准表示图4的基于加工条件的刀具代表点的速度的曲线图，

图6是用时间轴基准表示基于三个不同的加工条件的刀具代表点的速度的曲线图。

图7是用移动距离基准表示图6的基于加工条件的刀具代表点的速度的曲线图，

图8是示意性表示基于两个不同的加工条件的刀具代表点的移动轨迹的图，

图9是示意性地表示针对图8的基于加工条件的刀具代表点的一方的移动轨迹，使用另一方的移动距离进行调整后的状态的图，

图10是三维显示基于两个不同的加工条件的刀具代表点的移动轨迹的曲线图，

图11是向X－Y平面投影图10的移动轨迹的曲线图，是说明针对一方的移动轨迹使用另一方的移动距离进行调整的曲线图，

图12是使用移动距离调整图10的基于加工条件的刀具代表点的移动速度，然后在同一坐标上显示的曲线图，

图13是示意性显示基于两个不同的加工条件的刀具代表点的移动轨迹的图，是说明在该移动轨迹上设定特征点的图，

图14是示意性地表示针对图13的基于加工条件的刀具代表点的一方的移动轨迹，使用另一方的移动距离进行调整后的状态的图，

图15是对于三个不同的加工条件中的每一个显示沿着圆形的拐角部的刀具代表点的移动轨迹的曲线图，

图16是通过时间轴基准表示图15的拐角部的曲率的曲线图，

图17是三维显示基于两个不同的加工条件的刀具代表点的移动轨迹的曲线图，

图18是向X－Y平面投影图17的移动轨迹的曲线图，是说明把加工程序划分为三块，针对一方的移动轨迹使用与另一方的移动轨迹的各块相当的移动距离进行调整的曲线图，

图19是使用移动距离调整图17的基于加工条件的刀具代表点的移动速度，然后在同一坐标上显示的曲线图。

具体实施方式

图1表示包含本发明的具有机床的物理数据的显示功能的数值控制装置的系统结构例。机床（机构部）10具有至少一个（在图示例中为5个）伺服电动机等的驱动轴12，通过数值控制装置（CNC）14控制各个驱动轴12。数值控制装置14具有根据预定的位置指令控制各驱动轴12的数值控制部16、取得通过数值控制部16驱动控制的各驱动轴12以及机床的刀具的代表点（例如刀具前端点）的位置数据的位置数据取得部18、以及根据取得的位置数据以及机床10的机械结构的各部的尺寸等信息计算各驱动轴以及刀具的代表点的移动距离的移动距离计算部20。

数值控制装置14还具有取得各驱动轴12以及机床的刀具的物理数据的物理数据取得部22、使用移动距离计算部20计算出的移动距离把取得的时间轴基准的物理数据变换为移动距离基准的数据的数据变换部24、存储该移动距离基准的数据的存储器等距离基准数据存储部26以及画面显示存储的距离基准数据的监视器等显示器或显示部28。此外，作为各驱动轴12的物理数据，例如可以举出驱动各轴的电动机或伺服电动机等驱动设备的电流值、电压值以及转矩，另外作为刀具的物理数据，可以举出刀具代表点的位置、速度以及加速度。

下面参照图2表示的流程图以及图3～图5表示的曲线图说明本发明的数值控制装置的处理的一例。驱动轴以及刀具前端点等的刀具代表点的移动距离D（t），成为关于时间t对速度的绝对值|V（t）|进行积分得到的值，在把加工开始时刻设为t=0的情况下（步骤S1），用下面的式（1）表示。

$D\left(t\right)={\∫}_0^t\left|V\left(t\right)\right|\mathrm{dt}...\left(1\right)$

在此，例如像螺纹切削加工那样，考虑沿图3所示的螺旋状的轨迹30刀具前端点移动的情况。这里，图4表示虽然指令轨迹相同，但是在加工速度不同的两个加工条件下进行加工时的、对于加工开始后的时间t的刀具前端点的移动距离以及移动速度变化。具体说，曲线32表示第一加工条件下的移动距离，曲线34表示第一加工条件下的移动速度，曲线36表示第二加工条件下的移动距离，曲线38表示第二加工条件下的移动速度。如从图4可知，第一加工条件的加工时间大体为第二加工条件的加工时间的两倍。

如图4那样在通过时间轴基准，用曲线图显示速度等物理信息的情况下，能够比较同时刻的速度，但是因为两加工条件的加工时间（加工速度）不同，所以无法进行同一加工位置的比较。因此通过后述的处理把时间轴基准的曲线34以及38分别变换为图5所示的刀具的移动距离基准的曲线34’以及38’，由此能够在同一加工位置按加工条件比较速度等物理信息。

如图2所示，在步骤S2，在第一加工条件下，取得时刻t的刀具代表点的位置数据P（t），接着在步骤S3，取得驱动轴以及刀具代表点的物理数据F（t），在下一步骤S4根据在步骤S2取得的位置数据P（t）计算驱动轴以及刀具代表点的累计移动距离D（t），在下一步骤S5，使用计算出的移动距离D（t），把在步骤S3取得的时间轴基准的物理数据F（t）变换为移动距离基准的物理数据F（D（t））。在下一步骤S6，在距离基准数据存储部26中存储得到的移动距离基准的物理数据F（D（t））。

在下一步骤S7进行加工是否结束的判定，如果未结束，则经由步骤S8重复S2～S6的处理。如果第一加工条件下的加工结束，则把加工条件变换为第二加工条件（步骤S9），进行和步骤S1～S7大体同样的处理。

即，把加工开始时刻作为t=0（步骤S10），在步骤S 11，在第二加工条件下取得时刻t的驱动轴以及刀具代表点的位置数据P’（t），接着在步骤S12，取得驱动轴以及刀具代表点的物理数据F’（t）。接着在下一步骤S13，根据在步骤S11取得的位置数据P’（t）计算驱动轴以及刀具代表点的累计移动距离D’（t），在下一步骤S14，使用计算出的移动距离D’（t），把在步骤S 12取得的时间轴基准的物理数据F’（t）变换为移动距离基准的物理数据F’（D’（t））。在下一步骤S15，在显示器28上显示得到的移动距离基准的物理数据F’（D’（t））。此外，在此还可以在距离基准数据存储部26中存储移动距离基准的物理数据F’（D’（t））。

在下一步骤S16进行加工是否结束的判定，如果未结束则经由步骤S17重复步骤S11～S15的处理。最后在步骤S18，在显示器28上，在第二加工条件的移动距离基准数据F’（D’（t））上重叠（在同一坐标系内）显示在存储部26中存储的第一加工条件的移动距离基准数据F（D（t））。这样得到的曲线图的一例是上述的图5。

此外，在加工程序的指令轨迹中包含拐角部的情况下，通常在该拐角部自动进行使刀具减速的控制，但是在加工对象物是复杂的形状时，与此对应进行复杂的加减速控制。因此，例如如图6所示，在某加工条件下实施加工得到用曲线40表示的时间序列数据，变更该加工条件实施加工得到用曲线42或者44表示的时间序列数据的情况下，难以根据变更了加工条件后的时间序列数据确定与变更前的加工位置对应的物理数据。但是，通过使用图2的处理，如图7所示，通过用时间轴基准把拐角部的结束点不同的曲线40、42以及44分别变换为移动距离基准的数据即曲线40’、42’以及44’，能够容易地比较与各位置对应的物理数据（在图示例子中刀具的移动速度）。

接着说明不同加工条件间的移动距离的调整。在把多个相同加工程序的数据变换为移动距离基准的数据来进行比较时，有时需要调整各数据的移动距离。但是，在数据间的移动距离中产生误差的情况下，因为应该比较的位置偏离，所以该比较变得困难。因此，通过与成为基准的数据的移动距离一致地调整（放大或者缩小）从进行比较的数据的加工开始点到结束点的移动距离，能够解决上述问题。

例如如图8所示，通过某加工条件下的加工的实施，得到从加工开始点50到加工结束点52大约直线状的刀具代表点的移动轨迹54，设该移动距离（移动轨迹54的长度）为D1。接着变更加工条件实施加工，得到从加工开始点50到加工结束点52曲线状的刀具代表点的移动轨迹56，设该移动距离（移动轨迹56的长度）是与D1不同的D2。在这样的情况下，当把在两条件下得到的时间序列数据直接变换为移动距离基准数据时，应该比较物理数据的加工位置偏离。因此在移动距离计算处理中，通过对之后的加工条件下的移动距离D2乘以D1/D2来调整移动距离，如图9所示，移动轨迹56上的各点能够仿佛向移动轨迹54上投影那样表现，物理数据的比较变得容易。

作为别的例子，例如如图10所示，假定由于两个不同的加工条件，得到移动距离不同的两个移动轨迹60以及62。此外，把图10向X－Y平面投影的是图11。这里，在设刀具代表点的轨迹60的长度为D1（t）、轨迹62的长度为D2（t）、成为基准的轨迹为轨迹60的情况下，通过对轨迹62的移动距离乘以D1（t）/D2（t），如图11所示，能够仿佛把轨迹62的各点向轨迹60上的点投影那样表现，物理数据的比较变得容易。

另外图12用曲线64表示轨迹60中的刀具代表点的距离基准的速度，用曲线66表示轨迹62中的刀具代表点的距离基准的速度，用曲线68表示对轨迹62的刀具代表点的移动距离乘以D1（t）/D2（t）得到的距离调整后的距离基准的速度。根据图12，通过与轨迹60的移动距离一致地缩小轨迹62的移动距离，能够与轨迹60的移动距离一致地重合显示轨迹62的移动距离（曲线64和68），同一位置的物理数据的比较变得容易。

如上所述，在与基准数据的移动距离一致地调整从加工开始点到结束点的距离时，在移动距离比较长的情况下或者移动轨迹形状复杂的情况下，在预定的加工位置的数据的重合困难。因此，在移动距离计算处理中，把成为基准的加工条件下的驱动轴以及刀具前端点的轨迹划分为多个区段，对于该多个区段中的各个区域求出两个加工条件下的轨迹的长度，进行移动距离的调整是有效的。更具体说，从成为基准的加工条件下的移动轨迹上的点中提取至少一个特征点，求出该特征点和加工开始点或者加工结束点之间，或者多个特征点间的移动距离，与上述成为基准的加工条件下的移动距离一致放大或者缩小不同加工条件下的移动距离，由此能够精度更高地使数据重合。

图13作为其具体例，作为成为基准的移动轨迹（例如指令轨迹）70表示连接三个线段70a、70b以及70c的轨迹。在这种情况下，特征点能够设定为线段70a和70b的连接点72以及线段70b和70c的连接点74。例如特征点能够设定为机床的驱动轴的至少一个移动方向反转的点或与加工程序中包含的多个程序块（包含至少一个程序行的程序单位）的各个开始点（加工块切换点）对应的点，在图13的例子中可以把沿线段70a的移动、沿线段70b的移动、以及沿线段70c的移动分别作为一个块来对待。

对于图13表示的成为基准的移动轨迹70，通过执行不同的加工条件得到移动轨迹76，设移动轨迹76在特征点附近与移动轨迹70相比移动距离变短（成为曲线形状）。在这种情况下，在移动轨迹70中，设从加工开始点78到特征点72的距离（线段70a的长度）为D11，设特征点72与74之间的距离（线段70b的长度）为D12，设从特征点74到加工结束点80的距离（线段70c的长度）为D13。然后，在移动轨迹76中，设从加工开始点78到与特征点72相当的特征点72’的移动轨迹76的长度为D21，设特征点72’和与特征点74相当的特征点74’的移动轨迹76的长度为D22，从特征点74’到加工结束点80的移动轨迹76的长度为D23。这里，在移动轨迹76中，通过对从加工开始点78到特征点72’的移动距离乘以D11/D21，对从特征点72’到特征点74’的移动距离乘以D12/D22，并且对从特征点74’到加工结束点80的移动距离乘以D13/D23，如图14所示，分别在三个区段内调整移动轨迹76的长度，能够在使加工位置与成为基准的移动轨迹70一致的状态下比较移动轨迹76中的物理数据。

关于特征点的提取，也可以考虑根据驱动轴以及刀具代表点的轨迹计算曲率，把该曲率成为极大或者极小的点作为特征点。例如在移动轨迹具有圆形的拐角部时，在数值控制装置中，为了在该拐角部自动地进行加减速，提高拐角部的重合的精度很重要。例如图15中表示的曲线82、84以及86表示在90°的拐角部设置了圆形（R）的图形的变化，图16是计算各个拐角部的曲率ρ的图，具体说，分别用曲线82’、84’以及86’表示与曲线82、84以及86对应的曲率。在直线中曲率ρ为零，但是在拐角部成为极大或者极小。因此，在比较加工条件不同的移动轨迹的情况下，通过把曲率成为极大或者极小的点、或者曲率一致的点作为特征点，拐角部的重合的精度提高。

图17～图19表示决定把加工程序划分为每个块的特征点的其他的例子。图17表示作为加工条件不同的结果，刀具代表点的移动距离不同的两个移动轨迹90以及92，另外图18是把轨迹90以及92向X－Y平面投影的图。这里加工程序由第一块、第二块以及第三块组成，在移动轨迹90中，把各加工块的开始点90a、90b以及90c作为特征点提取。即在图18中各特征点间的轨迹与各加工块对应，加工结束点用90d表示（加工开始点与90a相当）。另一方面，在移动轨迹92中，与移动轨迹90的特征点90a、90b以及90c对应的特征点分别是92a、92b以及92c，加工结束点用92d表示（加工开始点与92a相当）。

这里，在把轨迹90的第一块、第二块以及第三块的移动距离（轨迹的长度）分别作为D11（t）、D12（t）以及D13（t）、把轨迹92的第一块、第二块以及第三块的移动距离（轨迹的长度）分别作为D21（t）、D22（t）以及D23（t）的情况下，通过对轨迹92的第一块、第二块以及第三块的移动距离分别乘以D11（t）/D21（t）、D12（t）/D22（t）以及D13（t）/D23（t）来调整移动距离，能够仿佛把轨迹92上的点投影到轨迹90上的点那样表现。

另外，图19是用曲线94表示轨迹90中的刀具代表点的距离基准的速度，用曲线96表示轨迹92中的刀具代表点的距离基准的速度，用曲线98表示如上述那样调整轨迹92的刀具代表点的移动距离后的距离基准的速度的图。根据图19，通过与轨迹90的移动距离一致放大或者缩小轨迹92的移动距离，能够与轨迹90的移动距离一致重合显示轨迹92的移动距离（曲线94和98），同一位置的物理数据的比较变得容易。

此外在上述实施方式中，在计算各加工条件下的移动距离时，也可以使用从数值控制部得到的位置指令的信息，来取代从编码器等检测器得到的位置数据。由此，特别在前馈控制中，能够把数据间的移动距离的误差抑制到最小，能够高精度地进行数据的重合。

根据本发明的数值控制装置，因为能够用刀具代表点的移动距离基准表示加工条件变更前后的物理数据，所以同一加工位置的比较容易，能够迅速而且容易地探索最佳加工条件或调整各种参数。

根据本发明，因为在重叠显示加工速度等加工条件不同的多个数据（波形）时，根据与驱动轴的位置有关的时间序列数据计算驱动轴以及刀具代表点的累计移动距离，能够以累计移动距离为基准重叠显示，所以能够不依赖加工速度进行同一加工位置的数据比较，能够进行驱动轴或各种参数的适当的调整。

通过与成为基准的其他的移动距离基准的数据的移动距离一致调整移动距离基准的数据的移动距离，能够更正确地进行同一加工位置的比较。

通过把成为基准的加工条件下的移动轨迹划分为多个区段，与该多个区段间的移动距离一致地调整其他加工条件下的对应的区段的移动距离，能够更正确地进行同一加工位置的比较。

通过在与在加工程序中包含的多个程序块的各个开始点对应的点把移动轨迹划分为多个区段，能够容易而且适当地调整移动距离。

例如在移动轨迹具有拐角部的情况下，通过在与该移动轨迹的曲率成为极大或者极小的点对应的点把移动轨迹划分为多个，能够更加正确地进行在该拐角部的重合显示或不同加工条件的比较。

在计算加工条件下的移动距离时，通过使用从数值控制部得到的位置指令的信息，特别在前馈控制中，能够把数据间的移动距离的误差抑制到最小，能够以高的精度进行数据的重合。

Claims (5)

1.一种数值控制装置，具有：

数值控制部，其控制机床具有的至少一个驱动轴；

位置数据取得部，其取得上述驱动轴以及上述机床的刀具的代表点的位置数据；

物理数据取得部，其取得上述驱动轴以及上述刀具的代表点的物理数据；

移动距离计算部，其根据上述位置数据计算上述驱动轴以及上述刀具的代表点的移动距离，

所述数值控制装置的特征在于，还具有：

数据变换部，其把上述物理数据取得部取得的上述物理数据从时间轴基准的数据变换为移动距离基准的数据；

距离基准数据存储部，其存储上述移动距离基准的数据；以及

显示部，其画面显示上述移动距离基准的数据，

上述显示部在该显示部上显示的上述移动距离基准的数据上重叠显示至少一个在上述距离基准数据存储部中存储的与上述移动距离基准的数据不同的加工条件下的过去的移动距离基准的数据，

上述移动距离计算部对于上述移动距离基准的数据的移动距离，与上述过去的移动距离基准的数据的移动距离一致地将其扩大或缩小，上述显示部根据上述扩大或缩小后的移动距离显示移动距离基准的数据。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述移动距离计算部把成为基准的加工条件下的上述刀具的代表点的移动轨迹划分为多个区段，与该多个区段的移动距离一致地扩大或缩小与上述成为基准的加工条件不同的加工条件下的对应的区段的移动距离，上述显示部根据上述扩大或缩小后的移动距离显示移动距离基准的数据。

3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

上述移动距离计算部在与加工程序中包含的多个程序块的各个开始点对应的点，把上述成为基准的加工条件下的上述刀具代表点的移动轨迹划分为多个区段。

4.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

上述移动距离计算部根据上述驱动轴以及上述刀具的代表点的轨迹计算曲率，在与该曲率成为极大或者极小的点对应的点，把上述成为基准的加工条件下的上述刀具的代表点的移动轨迹划分为多个区段。

5.根据权利要求1～4的任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，

上述移动距离计算部根据从上述数值控制部得到的位置指令的信息计算上述驱动轴以及上述刀具的代表点的移动距离。