CN103760830B - 自动调整加工速度的计算机数值控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动调整加工速度的计算机数值控制系统，包括伺服系统，具有马达驱动器、马达及第一参数缓存单元，马达驱动器依据暂存于第一参数缓存单元内的第一加工参数驱动马达；计算机数值控制装置，与伺服系统电性连接，具有：数据接收单元、第二参数缓存单元、加工规划单元、速度控制参数计算单元和平滑处理单元。利用使用者下达所允许的加工误差量以及计算机数值控制装置与伺服系统内部的相关参数，计算出符合加工误差的最佳加工速度控制参数。

Description

自动调整加工速度的计算机数值控制系统

技术领域

本发明涉及一种计算机数值控制系统，尤其涉及一种自动调整加工速度的计算机数值控制系统。

背景技术

一般而言，计算机数值控制(ComputerNumericalControl；CNC)工具机的加工误差系指加工程序所设定的精度及加工成品实际精度间的差异，其大致上可以分成三个来源：计算机数值控制装置造成的误差、伺服系统造成的误差及加工机床造成的误差。值得注意的是，计算机数值控制装置及伺服系统所造成的误差，通常是可预测并具有规律重现性质的，而加工机床所造成的误差则无法精准预测，因而为了能够掌握加工机床所造成的误差，往往必须要每过一段时间就重新量测一次加工机床所造成的误差。较佳的做法是在工具机设计初期及组装过程做好校准，尽量降低加工机床造成的误差，使得最后计算加工误差时，可不需要考虑加工机床所造成的误差，只需计算计算机数值控制装置及伺服系统所造成的误差。

目前，大多数的CNC工具机操作人员，通常的加工方式是：指定加工误差、通过加工出来的成品量测实际的加工误差、凭经验调整计算机数值控制装置的速度相关参数、重复以上步骤进行测试调整而得到符合所指定之的加工误差的最佳加工速度。近年来，也有人通过提供一个既定的加工路径，加工后使用人工量测或是计算机判定最后的加工误差是否能够接受，若无法接受，则再调整计算机数值控制装置的相关参数，直到加工误差和加工速度都能接受。然而，在这种方式下，当使用者指定一个加工误差时，就必须经一次测试，或是一开始就必须储存大量的误差对应速度参数的相关数据，相当耗费时间成本且降低作业效率。

另一方面，也有人利用限制或强迫伺服系统，使得伺服系统在运作时，不会造成伺服落后的现象，如此一来，只需考虑计算机数值控制装置的误差即可。然而，零伺服落后会造成伺服系统需承受较大的冲击，而为了降低伺服系统的冲击，一般计算机数值控制装置在指定的加工误差下，必须尽可能的修改加工路径，如此势必会耗费计算机数值控制装置不少的效能。

CN102419570A涉及一种数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法。其操作步骤如下：(1)由CAD/CAM模型的曲线数据，根据轮廓误差，截成NC曲线数据模型；(2)在NC代码的基础上，输入系统参数，如插补周期T，最大速度Vmax等；(3)在此基础上进行微段整体S形速度规划及确定各段在S形速度曲线上相对应的速度(i＝1:N，N为前瞻段数，即确定从第一段至第N段的速度值)；(4)确定微段转接角允许通过速度(i＝1:N)；(5)确定转角允许速度小于规划速度的点；(6)输出加工插补点；(7)运动控制系统执行以上信息，完成零件的加工。

但上述技术方案在实际使用时的效果也并不显著，因此，目前对于CNC工具机的操作，为寻求合乎使用者需求的加工误差，仍未能找到一个兼顾最佳加工速度及最佳加工效率的解决方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种自动调整加工速度的计算机数值控制系统，利用使用者所指定的加工误差量自动调整速度相关参数，使得在指定的加工误差量内，达到加工时间最短。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

自动调整加工速度的计算机数值控制系统，特点是：包括伺服系统，具有马达驱动器、马达及第一参数缓存单元，马达驱动器依据暂存于第一参数缓存单元内的第一加工参数驱动马达；

计算机数值控制装置，与伺服系统电性连接，具有：

数据接收单元，设于计算机数值控制装置内，其接收加工过程控制程序与使用者所设定的指定加工误差；

第二参数缓存单元，设于计算机数值控制装置内，储存有第二加工参数及初始速度控制参数；

加工规划单元，设于计算机数值控制装置内，其与数据接收单元及第二参数缓存单元连接，接收来自数据接收单元内的加工过程控制程序及第二参数缓存单元内的初始速度控制参数，进行初始加工路径及初始加工速度的规划；

速度控制参数计算单元，设于计算机数值控制装置内，其与数据接收单元、第一参数缓存单元及第二参数缓存单元连接，整合数据接收单元内使用者所设定的指定加工误差以及第一加工参数与第二加工参数计算出一组最佳速度控制参数，并将其暂存回第二参数缓存单元，提供给加工规划单元作为规划初始加工路径及初始加工速度之用，并生成一路径控制命令以产生一最佳加工路径；

平滑处理单元，设于计算机数值控制装置内，与加工规划单元及第二参数缓存单元连接，并依据第二加工参数产生最佳加工路径的路径控制命令进行平滑运算后，输出控制讯号至伺服系统。

进一步地，上述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，第二加工参数用以提供给平滑处理单元进行平滑运算。

更进一步地，上述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，第一加工参数用以提供给马达驱动器用以驱动马达。

更进一步地，上述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，所述最佳速度控制参数包括最大速度、最大加速度、最大加加速度、转角容许速度差及圆弧向心加速度。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明利用使用者下达所允许的加工误差量以及计算机数值控制装置与伺服系统内部的相关参数，计算出符合加工误差的最佳加工速度控制参数，而不需反复实验或凭经验重新调整参数，更不需以限制或强迫伺服系统为零伺服落后的状态等方式来达成加工。利用使用者所指定的加工误差量自动调整速度相关参数，使得在指定的加工误差量内，达到加工时间最短。可有效缩短工具机加工时间、提升加工效能以及获得较佳的系统稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的结构示意图；

图2：速度控制参数计算单元的输入参数及输出参数示意图。

具体实施方式

如图1所示，自动调整加工速度的计算机数值控制系统1，具有一计算机数值控制装置10与一伺服系统20，用以驱动一加工机床26。

伺服系统20包含：一马达驱动器22、第一参数缓存单元221及马达24，马达驱动器22，设于伺服系统20中，其中，第一参数缓存单元221储存有驱动器控制参数。

计算机数值控制装置10包括：一数据接收单元12、一加工规划单元14、一速度控制参数计算单元16、第二参数缓存单元161及平滑处理单元18。

数据接收单元12，设于计算机数值控制装置10内，其接收加工过程控制程序121与使用者所设定的指定加工误差122；第二参数缓存单元161，储存有加工路径平滑参数及初始速度控制参数；加工规划单元14，设于计算机数值控制装置10内，其与数据接收单元12及第二参数缓存单元161连接，接收来自数据接收单元12内的加工过程控制程序121及参数缓存单元161内的初始速度控制参数，进行初始加工路径及初始加工速度的规划；速度控制参数计算单元16，设于计算机数值控制装置10内，其与数据接收单元12、计算机数值控制装置10内的第二参数缓存单元161及伺服系统20的第一参数缓存单元221连接，其整合使用者于加工前依据不同的加工成品所设定的指定加工误差122、来自计算机数值控制装置10内的第二参数缓存单元161所储存的加工路径平滑参数以及来自伺服系统20的第一参数缓存单元221所储存的驱动器控制参数，计算出一组最佳速度控制参数，并将其暂存回第二参数缓存单元161内，提供加工规划单元14规划初始加工路径及初始加工速度，并生成一路径控制命令以产生最佳加工路径，而该组最佳速度控制参数包括最大速度、最大加速度、最大加加速度、转角容许速度差及圆弧向心加速度等与速度相关的参数；平滑处理单元18，设于计算机数值控制装置10内，其与加工规划单元14及第二参数缓存单元161连接，并依据加工路径平滑参数将产生最佳加工路径的路径控制命令进行平滑运算后，输出一控制讯号至伺服系统20。

计算机数值控制装置10内的第二参数缓存单元161所储存的加工路径平滑参数及伺服系统20内的第一参数缓存单元221所储存的驱动器控制参数依据加工机床的加工特性所设定，其中加工路径平滑参数是用以提供平滑处理单元18进行加工路径命令平滑运算，而驱动器控制参数是用以提供伺服系统20驱动马达24，而计算机数值控制装置10内的第二参数缓存单元161及伺服系统20内第一参数缓存单元221亦可分别储存其它加工参数。

加工机床26由马达24的驱动完成加工动作，加工机床26系一机床选自于由车床、攻牙机床、钻孔机床及研磨机床等所构成的群组。而当马达驱动器22接收到控制命令而驱动马达24后，会产生一加工总误差，此时的加工总误差会等于使用者于加工前依据不同的加工成品所设定的指定加工误差122，使用者可在最短时间内加工出成品。

计算机数值控制装置的速度控制参数计算单元16的输入参数及输出参数，如图2所示，通常在加工前使用者会依据不同的加工成品，决定此次所需输入的指定加工误差122，此外工具机的制造商也会于调机的过程中，依照加工机床的特性决定此次所需的加工参数；因此，由速度控制参数计算单元16通过整合使用者下达的指定加工误差、提供平滑处理单元18进行平滑运算的加工路径平滑参数、及提供马达驱动器22用以驱动马达24的驱动器控制参数，直接计算出一组最佳速度控制参数。

换言之，在加载一加工过程控制程序121后，由加工规划单元14接收经解译过的加工过程控制程序121及进行初始加工路径与初始加工速度的规划，同时速度控制参数计算单元16会依据接收到的指定加工误差122整合加工路径平滑参数以及驱动器控制参数，计算出一组最佳速度控制参数，包含：最大速度、最大加速度、最大加加速度、转角容许速度差及圆弧向心加速度等与速度控制相关参数，提供加工规划单元14将前述所规划的初始加工路径进行修正并赋予运动特性后，生成一路径控制命令以产生最佳加工路径，再经由平滑处理单元18依据加工路径平滑参数将产生最佳加工路径的路径控制命令进行平滑运算后，输出控制讯号至伺服系统20的马达驱动器22，并依据驱动器控制参数驱动马达24，进而通过马达24驱使加工机床26完成整个加工动作。

因此，通过计算机数值控制装置10内的速度控制参数计算单元16的作用后，所通过伺服系统20后的加工总误差，会等于使用者于加工前所输入的指定加工误差122，如此使用者只需下达指定加工误差122，速度控制参数计算单元16便会整合计算机数值控制装置10内提供平滑处理单元18进行平滑运算的加工路径平滑参数、伺服系统20内提供马达驱动器22用以驱动马达24的驱动器控制参数，计算出一组最佳速度控制参数，因此可在最短的加工时间内加工出成品，而不需反复实验或凭经验调整参数，更不需以强制伺服系统为零伺服落后的状态等方式来达成加工。

另外，由于一般加工误差主要来自计算机数值控制装置造成的误差、伺服系统造成的误差及加工机床造成的误差，但是因为加工机床所造成的误差是不能精准预测的，在设计初期及组装过程即会尽量降低加工机床所造成的误差，而在计算机数值控制装置及伺服系统所造成的误差是可预测的，故在最后计算加工误差的来源时，通常不会考虑加工机床造成的误差，只会考虑计算机数值控制装置及伺服系统所会造成的误差；然而，如果加工机床所造成的误差无法忽略时，通过补偿机制的设计依旧能在最短的加工时间内加工出成品。

在无法忽略加工机床26所造成的误差时，必须记录下加工机床所造成的误差，取得其中所造成的最大加工误差，而后将使用者下达的指定加工误差122减去加工机床所造成的最大加工误差，便能得到最后需下给计算机数值控制装置10的加工误差量，如此后续的操作上，一样可透过速度控制参数计算单元16的运作，在符合下给计算机数值控制装置10的加工误差量内，整合计算机数值控制装置10中提供平滑处理单元18进行平滑运算的加工路径平滑参数以及伺服系统20内提供马达驱动器22用以驱动马达24的驱动器控制参数，计算出一组最佳速度控制参数，仍然可在最短的加工时间内加工出成品。

由于大多数的CNC工具机操作人员，只能通过加工出来的成品，量测目前的加工误差，然后再凭经验调整数值控制装置的相关参数，经过重复的测试调整后，才能得到符合加工误差的最佳速度控制参数，而使其加工误差能在使用者所指定加工误差范围内，但每次都需重新调整相关参数在使用上相当不便，会大幅降低加工的效能与系统的稳定性。而本发明利用指定加工误差自动调整速度控制参数的计算机数值控制装置，使用者下达所允许的加工误差量以及数值控制装置与伺服系统内部的相关参数，计算出符合加工误差的最佳加工速度，可有效缩短加工时间、提升加工效能以及达到较佳的系统稳定性，改善以往需反复实验或凭经验重新调整参数的不便，同时增进加工生产的效率。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.自动调整加工速度的计算机数值控制系统，其特征在于：包括伺服系统，具有马达驱动器、马达及第一参数缓存单元，马达驱动器依据暂存于第一参数缓存单元内的第一加工参数驱动马达；计算机数值控制装置，与伺服系统电性连接，具有：

数据接收单元，设于计算机数值控制装置内，其接收加工过程控制程序与使用者所设定的指定加工误差；

第二参数缓存单元，设于计算机数值控制装置内，储存有第二加工参数及初始速度控制参数；

加工规划单元，设于计算机数值控制装置内，其与数据接收单元及第二参数缓存单元连接，接收来自数据接收单元内的加工过程控制程序及第二参数缓存单元内的初始速度控制参数，进行初始加工路径及初始加工速度的规划；

速度控制参数计算单元，设于计算机数值控制装置内，其与数据接收单元、第一参数缓存单元及第二参数缓存单元连接，整合数据接收单元内使用者所设定的指定加工误差以及第一加工参数与第二加工参数计算出一组最佳速度控制参数，并将其暂存回第二参数缓存单元，提供给加工规划单元作为规划初始加工路径及初始加工速度之用，并生成一路径控制命令以产生一最佳加工路径；

平滑处理单元，设于计算机数值控制装置内，与加工规划单元及第二参数缓存单元连接，并依据第二加工参数产生最佳加工路径的路径控制命令进行平滑运算后，输出控制讯号至伺服系统。

2.根据权利要求1所述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，其特征在于：第二加工参数用以提供给平滑处理单元进行平滑运算。

3.根据权利要求1所述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，其特征在于：第一加工参数用以提供给马达驱动器用以驱动马达。

4.根据权利要求1所述的自动调整加工速度的计算机数值控制系统，其特征在于：所述最佳速度控制参数包括最大速度、最大加速度、最大加加速度、转角容许速度差及圆弧向心加速度。