CN104238464B - 具有在倍率变化时平缓地变更进给速度的功能的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有在倍率变化时平缓地变更进给速度的功能的数值控制装置。通过指令程序解析单元取得指令速度，通过倍率输入单元取得倍率，通过阶段性倍率变更单元使从输入前的倍率到输入后的倍率为止按预先指定的时间或变化量阶段性地变化，并作为实际倍率输出。在速度运算单元按插补周期取得阶段性倍率变更单元的实际倍率，与指令速度相乘后计算出进给速度。

Description

具有在倍率变化时平缓地变更进给速度的功能的数值控制装置

技术领域

本发明涉及能够通过倍率来变更进给速度的数值控制装置。

背景技术

在日本特开2010-9094号公报中公开了一种使重复执行相同动作的高速循环加工的移动量与NC程序指令重叠的技术。高速循环加工是能够高速地执行在变量区域中存储的分配数据的功能。在变量区域中存储的高速循环加工数据由首部和分配数据组成。图1表示首部与分配数据的例子。图2表示某个轴的分配数据的例子。

高速循环加工数据能够通过NC程序指令进行调用后执行。

上述的在日本特开2010-9094号公报中公开的技术，如图3所示那样使高速循环加工的重复动作与基于NC程序指令的任意动作重叠。由此，高速循环加工重复执行一个周期部分的高速循环加工数据，因此能够削减高速循环加工数据的容量。

然而，为了抑制装置的冲击或加工误差而进行平滑的速度变更时，需要以下两种的任意一种方法。

(1)生成并执行考虑了加减速的高速循环加工数据的方法。

(2)使倍率通过梯形图程序每次按微小的量变化的方法。

这些方法是为了高速循环加工能够实现高速的应答，插值后不进行加减速所需要的方法。

图4表示考虑了加减速的高速循环加工数据的例子。一定速度部虽然重复执行一个周期部分的高速循环加工数据，但加速部和减速部需要执行专用的高速循环加工数据。此外，在粗加工或精加工等加工工序中，当进给速度不同时，需要按加工工序执行加速部/一定速度部/减速部的高速循环加工数据。因此，存在高速循环加工数据的容量增大或高速循环加工数生成的负担增加的问题。

倍率是通过由输入信号指定程序的指令速度的倍率(％)来变更进给速度的功能。通过从由输入信号指定的倍率对指令速度进行相乘来计算用于得到实际的进给速度的实际倍率，将实际倍率和指令速度相乘来计算出进给速度。当使得变化倍率来进行加减速时，由于不需要加减速用的高速循环加工数据，因此能够削减高速循环加工数据的容量，还能够减轻生成高速循环加工数据的负担。

图5表示执行考虑了加减速的高速循环加工数据的情况和在使倍率变化的情况下按相同的变化量逐步使进给速度变化的例子。倍率的更新周期是信号的输入周期，例如4msec，目前直接将倍率作为实际倍率。由此，实际倍率变化的周期是插补周期，例如比1msec长，因此使倍率变化的情况与使用考虑了加减速的高速循环加工数据的情况相比，问题在于进行加减速时需要花费时间。

研究使倍率每次按微小的量变化的情况。倍率不仅在高速循环加工中使用，还可以在NC程序指令的加工中使用。例如在水刀切割机(waterjet)中进给速度较快时，如图6所示发生水流变慢。此时，在现有的梯形图程序中每次按微小的量更新倍率，直接将倍率作为实际倍率。由此，按速度变更时间变长的方式进行速度变更，能够减轻水流的缓慢。使用了该倍率的速度变更能够与插值后加减速独立地执行，因此能够进行稳定的加减速。然而，存在生成梯形图程序的负担变大的问题。

在日本特开2012-32960号公报中公开了一种当输入了进行紧急停止或倍率等的速度变更的特别指令时，使设定单位时间的长度变化为与特别指令指示的移动对象物的速度变化对应的长度，计算变化后的每个设定单位时间的移动量的技术。然而，在日本特开2012-32960号公报中公开的是在输入了进行速度变更的特别指令后通过简洁的方法重新计算出移动量，然后提高动作的应答性的技术。该技术在使倍率每次按微小的量变化的同时稳定地进行速度变更时无法应用。

发明内容

因此，鉴于上述现有技术的问题点，本发明的目的是一种在使用了倍率的速度变更中，在短时间内实现平滑的加减速和实现每次按微小的量使倍率变化的方法。

本发明的数值控制装置，其控制使刀具相对于安装在工作台上的工件以由加工程序指令的进给速度相对地进行移动来进行加工的机床的数值控制装置，该数值控制装置的特征在于，具有：指令程序解析单元，其解析所述加工程序的指令速度；倍率输入单元，其输入所述指令速度的倍率的倍率；阶段性倍率变更单元，其使所述倍率输入单元的从输入前的倍率到所述输入后的倍率为止在每个插补周期阶段性地每次变化预定量，并作为实际倍率进行输出；以及速度运算单元，其将所述实际倍率和所述指令速度相乘来计算出所述进给速度。

所述数值控制装置具有：指定单元，其指定所述倍率输入单元的从输入前的倍率变化到所述输入后的倍率为止进行变化的时间，所述阶段性倍率变更单元求出一个插补周期的增加量或减少变化量以便在该指定的时间内使所述倍率进行阶段性地变化，输出所述实际倍率。

或者，所述数值控制装置具有：指定单元，其指定所述阶段性倍率变更单元的一个插补周期的倍率的变化量，所述阶段性倍率变更单元使所述倍率输入单元的从输入前的倍率到所述输入后的倍率为止阶段性地每次变化所述指定的变化量，输出所述实际倍率。

本发明通过具备以上的机构，在使用了倍率的速度变更中，能够在短时间内实现平滑的加减速，并且，能够实现每次按微小的量使倍率变化的方法。

附图说明

参照附图对以下的实施例进行说明，从而明确本发明的所述以及其他目的以及特征。

图1是说明高速循环加工数据的例子的图。

图2是高速循环加工数据的某个轴的分配数据的例子。

图3是说明使高速循环加工的重复动作与NC程序的任意动作进行重叠的技术的图。

图4是说明考虑了加减速的高速循环加工数据的图。

图5是说明高速循环加工中的加减速的图。

图6是说明水刀切割机的图。

图7A、图7B是说明倍率和实际倍率的图。

图8A、图8B是说明在预先指定的时间的实际倍率变化的图。

图9A、图9B是说明每次变化预先指定的倍率的变化量逐步实际倍率变化的图。

图10是说明本发明的实施方式的数值控制装置的概略框图。

图11是说明阶段性的倍率变更方法的流程图的图。

具体实施方式

在实施方式一中，按插补周期更新实际倍率(override)。

当前，根据倍率使实际倍率变化的周期为信号的输入周期，例如为4msec，插补周期例如比1msec长。在本实施方式中，根据插补周期计算实际倍率，此外，使实际倍率细微地变化。由此，能够缩短通过梯形图程序(ladderprogram)使倍率每次按微小量变化时所需要的时间。

使实际倍率细微地变化的方法有以下两种。

一种是在预先指定的时间变化的方法，记载在实施方式二中。

另一种是每次变化预先指定的倍率的变化量的方法，记载在实施方式三中。

图7A、图7B表示信号的输入周期CYCs为4msec，插补周期CYCp为1msec，在一个插补周期使实际倍率变化的量为1％的情况的例子。当前，实际倍率按信号的输入周期CYCs变化，因此使实际倍率变化1％时所需要的时间为4msec，能够使倍率在信号的输入周期变化的量为1％。在本实施方式中，实际倍率OVRp按插补周期CYCp变化，因此使实际倍率变化1％时所需要的时间为1msec，能够使倍率在信号的输入周期变化的量为4％。

在图8A、图8B所示的实施方式二中，实际倍率在预先指定的时间变化。

例如，在时刻T0，当倍率从0％即OVR0向50％即OVR1变化时，现有技术是一下子向50％即OVR1变化。在本实施方式中，在预先指定的时间Ts在每个插补周期使实际倍率OVRp变化以便阶段性地成为50％即OVR1。

在预先指定的Ts的时间内，某个插补周期的时刻Tp的实际倍率OVRp成为公式(1)。在此，实际倍率按插补周期变化。

$\mathrm{OVRp}=\mathrm{OVR}0+\frac{\mathrm{Tp}-T0}{\mathrm{Ts}}(\mathrm{OVR}1-\mathrm{OVR}0)$

从OVR0向OVR1的变化为增加时，OVRp的最大值成为OVR1，

从OVR0向OVR1的变化为减少时，OVRp的最小值成为OVR1。

……(1)

在图9A、图9B所示的实施方式3中，实际倍率按预先指定的倍率的变化量逐步变化。

例如，在时刻T0，当倍率从100％即OVR0向50％即OVR1变化时，现有技术是实际倍率一下子向50％即OVR1变化。

在本实施方式中，以按预先指定的倍率的变化量OVRs逐步阶段性地成为50％即OVR1的方式，在每个插补周期使实际倍率OVRp变化。某个插补周期的时刻Tp的实际倍率OVRp成为公式(2)。在此，实际倍率按插补周期变化。

OVRp＝OVR0+OVRs×(Tp-T0)×Fs

从OVR0向OVR1的变化为增加时Fs为1，从OVR0向OVR1的变化为减少时Fs为-1。

从OVR0向OVR1的变化为增加时，OVRp的最大值成为OVR1，从OVR0向OVR1的变化为减少时，OVRp的最小值成为OVR1。

……(2)

图10表示数值控制装置。当根据NC程序指令进行加工时，数值控制装置10通过指令程序解析单元11解析程序而取得指令速度。接下来，通过速度运算单元12按每个插补周期运算进给速度，并根据进给速度通过插补单元13进行插补，通过插补后加减速单元14进行加减速。然后，经由伺服控制部15驱动伺服电动机20，使工件与刀具相对地进行移动。

在进行高速循环加工时，如图10的粗线箭头所示，在指令程序解析单元11从高速循环加工数据取得单元16取得高速循环加工数据。接下来，在速度运算单元12运算进给速度并将进给速度和高速循环加工数据相乘，不经由插补单元13和插补后加减速单元14而输出给对伺服电动机20进行驱动控制的伺服电动机控制部15。由此，使工件与刀具相对地进行移动。

当前，通过指令程序解析单元11取得指令速度，通过倍率输入单元17取得倍率。然后，在速度运算单元12按信号的输入周期直接将倍率设定成实际倍率，按插补周期将指令速度和实际倍率相乘来计算进给速度。

对此，在本实施方式中，通过指令程序解析单元11取得指令速度，通过倍率输入单元17取得倍率。接下来，通过阶段性倍率变更单元18使从输入前的倍率到输入后的倍率为止以预先指定的时间或预先指定的倍率的变化量阶段性地变化后作为实际倍率输出。然后，在速度运算单元12取得按插补周期阶段性倍率变更单元18的实际倍率，并和指令速度相乘后计算出进给速度。本实施方式的阶段性倍率变更单元18属于速度运算单元12。

图11表示阶段性倍率变更单元的流程图。在图10所示的本发明的一实施方式的数值控制装置中，按插补周期从速度运算单元12调用本处理。执行本处理时的条件如以下所示。

条件：

(1)实际倍率变更中将标记设为F0。初始状态为F0＝0。

(2)将调用本处理时的插补周期的时刻设为Tp。

(3)当在时刻T0倍率从OVR0变化成OVR1时，通过阶段性倍率变更单元使实际倍率OVRp按预先指定的倍率的变化量OVRs逐步阶段性地变化。

(4)表示从OVR0向OVR1的变化增加或减少设为Fs。增加时为Fs＝1，减少时为Fs＝-1。

各步骤如以下所示。

[步骤SA01]判断实际倍率变更中标记F0是否为1，在实际倍率变更中，当实际倍率变更中标记F0为1时(是)，转移到步骤SA07，当不为1时(否)，转移到步骤SA02。

[步骤SA02]判断倍率是否变化，当倍率变化时(是)，转移到步骤SA03，当倍率没有变化时(否)，结束处理。另外，倍率是否变化是通过比较由倍率输入单元取得的倍率与上一次的倍率来判断的。

[步骤SA03]将Tp设为T0。将变化前的倍率设为OVR0。将变化后的倍率设为OVR1。实际倍率变更中标记F0设为1。

[步骤SA04]判断OVR1是否大于OVR0，当OVR1大于OVR0时(是)，转移到步骤SA05，当OVR1不大于OVR0时(否)，转移到步骤SA06。

[步骤SA05]将Fs设为1，转移到步骤SA07。

[步骤SA06]将Fs设为-1，转移到步骤SA07。

[步骤SA07]根据公式2计算Tp的实际倍率OVRp。

[步骤SA08]判断Fs是否为1，当Fs＝1时(是)，转移到步骤SA09，当Fs＝-1时(否)，转移到步骤SA10。

[步骤SA09]判断实际倍率OVRp是否大于最大值OVR1，当OVRp大于最大值OVR1时(是)，转移到步骤SA11，当OVRp不大于最大值OVR1时(否)，结束该周期的处理。即，在该步骤中，判断实际倍率的变更是否结束。

[步骤SA10]判断实际倍率OVRp是否小于最小值OVR1，当OVRp小于最小值OVR1时(是)，转移到步骤SA11，当OVRp不小于最小值OVR1时(否)，结束处理。即，在该步骤中，判断实际倍率的变更是否结束。

[步骤SA11]将实际倍率OVRp设为OVR1，并且将实际倍率变更中标记F0设为0后，结束该周期的处理。

Claims (3)

1.一种数值控制装置，具有：指令程序解析单元，其解析加工程序的指令速度；速度运算单元，其根据所述指令速度按每个插补周期运算进给速度；插补单元，其根据所述进给速度进行插补；插补后加减速单元，其对从所述插补单元所输出的输出进行插补后加减速；以及伺服控制部，其根据来自所述插补后加减速单元的输出进行伺服电动机的驱动控制，

所述数值控制装置控制机床，该机床使刀具相对于安装在工作台上的作为加工物的工件以所述加工程序所指令的进给速度相对地进行移动来进行加工，该数值控制装置的特征在于，

所述数值控制装置具备：

高速循环加工数据取得单元，其取得高速循环加工数据；

倍率输入单元，其输入倍率，该倍率为所述指令速度的倍率；以及

阶段性倍率变更单元，其使从所述倍率输入单元输入前的倍率到输入后的倍率为止在每个插补周期阶段性地每次变化预定量，并作为实际倍率进行输出，

在所述指令程序解析单元中从所述高速循环加工数据取得单元取得高速循环加工数据，

在所述速度运算单元中将所述实际倍率与所述指令速度相乘来运算进给速度，并将该进给速度与从所述高速循环加工数据取得单元取得到的高速循环加工数据相乘，

不经由所述插补单元和所述插补后加减速单元而输出给对所述伺服电动机进行驱动控制的所述伺服电动机控制部，进行高速循环加工。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述数值控制装置具有：指定单元，其指定从所述倍率输入单元输入前的倍率到所述输入后的倍率为止进行变化的时间，

所述阶段性倍率变更单元求出一个插补周期的增加量或减少变化量以便在该指定的时间内使所述倍率进行阶段性地变化，并输出所述实际倍率。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述数值控制装置具有：指定单元，其指定所述阶段性倍率变更单元的一个插补周期的倍率的变化量，

所述阶段性倍率变更单元使从所述倍率输入单元输入前的倍率到所述输入后的倍率为止阶段性地每次变化所述指定的变化量，并输出所述实际倍率。