CN104850064A - 具有指令路径压缩功能的数值控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有指令路径压缩功能的数值控制装置。该数值控制装置以无论从指令方向提取由加工程序得到的指令点列中的指令点,还是从与指令方向相反的方向进行提取都成为相同路径的方式,从所述指令点列提取部分点列,以无论从该提取出的部分点列向指令方向生成还是向与指令方向相反的方向生成都成为相同的近似于直线或曲线地压缩而得的路径的方式,生成近似于该直线或曲线地进行压缩的路径。
Description
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置,其对具有至少包括2个直线轴的多个驱动轴的机床,根据从加工程序得到的指令点列来生成加工用的路径,对所述路径进行插补,在该插补的位置驱动所述驱动轴。
背景技术
在日本特开平10-49215号公报中公开了将作为点列而指示的路径通过直线路径进行近似,沿着该直线路径进行加工的技术。
在日本特开2013-171376号公报中公开了将作为点列而指示的路径尽量通过从指令点开始的偏离在设定的阈值(公差)以内的较少条数的曲线进行近似,以沿着该曲线的方式驱动伺服电动机来进行加工的技术。
将跨大范围的多个指令点列通过与该指令点列的距离在容许值(公差)以内的直线或曲线进行近似的技术称为指令点列的压缩。通过将多个指令点用1条曲线进行表示,可以生成与大范围的指令点列对应的曲线,即使指令点列之间的间隔微小,也可以减轻因生成并插补数值控制装置的加工曲线的能力不足引起的减速。
在所述的日本特开平10-49215号公报以及日本特开2013-171376号公报中记载方法存在如下问题:压缩方法具有方向依存性,即根据从哪个方向对点列进行压缩而压缩结果不同,因此反向指示了相同指令时无法保证相同的压缩结果,从而在往返路径的加工中产生路径高低差。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种在上述现有技术中所述的指令点列压缩中,在正向、反向的哪个方向给予了相同的指令点列时,都能够依次读入所述指令点列并得到相同的指令点列压缩结果的、具有指令路径压缩功能的数值控制装置。
本发明涉及对机床进行控制的数值控制装置,该机床由对安装在工作台上的被加工物进行加工的至少包含2个直线轴的多个驱动轴构成。并且,数值控制装置具有:指令读取部,其读取基于由多个指令点构成的指令点列的指令路径以及所述被加工物与刀具的相对进给速度指令;部分点列提取部,其以通过所述指令读取部无论从指令方向提取所述指令点列中的指令点,还是从与指令方向相反方向进行提取都会成为相同路径的方式,从所述指令点列提取部分点列并对该指令点列进行分割;点列压缩部,其以从所述提取出的部分点列无论向指令方向生成还是向与指令方向相反方向生成都会成为相同的近似于直线或曲线地压缩而得的路径的方式,生成与所述部分点列的各指令点的距离在预先设定的公差以内的、近似于所述直线或曲线地压缩而得的路径;插补部,其在每个插补周期求出各轴位置,以便使刀具以被指示的所述相对进给速度在通过所述点列压缩部压缩而得的路径上移动;以及电动机驱动部,其驱动各轴电动机以便向通过所述插补部求出的各轴位置移动。
所述数值控制装置还具有:分割基准长度设定部,其设定从所述指令点列提取所述部分点列后,对该指令点列进行分割时的分割基准长度,所述部分点列提取部的分割判定根据指令点之间的长度是否在所述分割基准长度以内来进行。
所述数值控制装置还具有:分割基准长度设定部,其设定从所述指令点列提取所述部分点列后,对该指令点列进行分割时的分割基准角度,所述部分点列提取部的分割判定根据连接指令点之间的直线形成的角是否在所述分割基准角度以内来进行。
所述点列压缩部中的压缩路径是用直线连接部分点列内的若干点的路径。
所述点列压缩部中的压缩路径是通过部分点列内的若干点的曲线路径。
根据本发明,提供一种在指令点列压缩中,无论正向还是反向给予了相同的指令点列,都能够在依次读入所述指令点列的同时得到相同的指令点列压缩结果的具有指令路径压缩功能的数值控制装置。
附图说明
参照附图,对以下的实施例进行说明,从而使本发明的所述以及其他目的以及特征更加明确。其中:
图1是表示输入了P0为起点,Pn为终点的指令点列{P0,P1,……,Pn}的指令点列的图。
图2是表示将从Pm-1至Pm的向量表示成vm,将vm-1与vm形成的角表示成am的图。
图3是表示将从Qc至Qd的向量表示成Vc,d的图。
图4是表示将图1所示的P0、P1、……、Pn的路径的压缩结果,通过n以下的数的直线表现的图。
图5是表示将图1所示的P0、P1、……、Pn的路径的压缩结果,以通过若干指令点的曲线表现的图。
图6是说明本发明的数值控制装置的一例的功能框图。
图7是表示图6的部分点列提取部(实施方式1)执行的部分点列提取处理流程的流程图。
图8是表示图6的点列压缩部(实施方式1)执行的点列压缩的处理流程的流程图。
图9是表示图6的点列压缩部(实施方式2)执行的点列压缩的处理流程的流程图。
具体实施方式
<实施方式1>
说明将输入的指令点列通过指令点列的压缩以近似直线表现的例子。考虑如图1所示指示了P0为起点,Pn(n≥1)为终点的指令点列{P0,P1,……,Pn}作为NC程序的例子。
通过指令读取部从指令方向提取指令点列{P0,P1,……,Pn},在部分点列提取部中分割成部分点列后交给点列压缩部。在点列压缩部中,通过直线近似由部分点列提取部分割的部分点列。以下,对部分点列提取部和点列压缩部进行说明。
[部分点列提取部]
在部分点列提取部中,依次读入指令点列{P0,P1,……,Pn}后提取部分点列,交给点列压缩部。以下,对其顺序进行说明。
在指令点列读入回路内,从P0开始按顺序依次读入指令点(前行读入),并重复前行读入直到根据指令点间的距离以及角度条件停止为止。当停止前行读入时,将读入的点列作为部分点列交给点列压缩部,当还剩有指令点时,将剩余的指令点列作为输入,重复部分点列提取部的处理。将在指令点列读入回路内读入的指令点设成Pm(0≤m≤n)。
如图2所示,将从Pm-1至Pm的向量设成vm,将vm-1与vm形成的角设成am时,vm通过下式(1)表示,am通过下式(2)表示。
vm=Pm-Pm-1 (1≤m≤n)......(1)
(A-1)m=0时:
读入P0。
设m=1,继续前行读入。
(A-2)m=2时:
读入P1,通过下式(3),根据已经读入的P0和P1计算出v1。
v1=P1-P0......(3)
如果v1的长度在由分割基准长度设定部预先设定的分割基准长度vmax以下,则继续前行读入。即,如果下式(4)成立则继续前行读入,如果不成立则停止前行读入。
|v1|≤vmax......(4)
当停止了前行读入时,提取{P0,P1}作为部分点列,交给点列压缩部。如果n≠1,则将剩余的指令点列{P1,……,Pn}设成{P’0、P’1、……、P’n-1}重新执行部分点列提取部的处理。
(A-3)m≥2时:
读入Pm,通过下式(5),根据已经读入的Pm-1和Pm计算出vm。
vm=Pm-Pm-1......(5)
此外,通过下式(6),根据已经计算出的vm-1和vm计算出am。
当vm的长度在vmax以下,且cos(am)在分割基准角度的余弦cosmax以上时,继续前行读入。通过分割基准角度设定部预先设定分割基准角度。即,如果为
|vm|≤vmax......(7)
cos(am)≥cosmax......(8)
则继续前行读入,如果不是则停止前行读入。
当通过上式(7)或式(8)停止了前行读入时,提取{P0,……,Pm-1}作为部分点列,交给点列压缩部,将剩余的指令点列{Pm-1,……,Pn}作为输入点列{P’0,……,P’n-m+1}从开始执行部分点列提取部的处理。
如果m=n,则提取{P0,……,Pn}作为部分点列,结束部分点列提取部的处理。
在此,对指令点列{P0,P1,……,Pn}按照该顺序进行指示,或按照相反的{Pn,Pn-1,……,P0}顺序进行指示,式4、式7以及式8会成为相同的判断。
另外,在此通过分割基准长度和分割基准角度提取了部分点列,但如果是不依赖于指令方向的判定基准,则也可以使用其他判定基准。例如,可以将相邻的3个指令点作为顶点的三角形面积设成判定基准,也可以将所述三角形的外接圆的曲率设成判定基准。
[点列压缩部]
对由通过部分点列提取部输入的s+1个指令点形成的部分点列{Q0,Q1,……,Qs}(s≥1)进行压缩。在此,压缩是指对部分点列,通过少于部分点列的点数的数量的曲线或直线进行近似。通过部分点列提取部将这些指令点从Q0至Qs为止全部读入,而无需依次读入。在此,将压缩结果设成直线。将压缩结果作为介质参数t的函数即路径Path(t)交给插补部。t从0变化1。将使用t表现的从点Qc至点Qd为止通过直线连接的路径Line[c,d](t)通过下式(9)表示。
Line[c,d](t)=(1-t)Qc+tQd......(9)
(B-1)s=1时:
将通过直线连接了用下式(10)表示的Q0至Q1而得的路径作为压缩结果交给插补部。
Path(t)=Line[0,1](t)......(10)
(B-2)s>1时:
如图3所示,将部分点设成Qc、Qd。将从Qc至Qd的向量表示成Vc,d。向量Vc,d通过下式(11)表示。
Vc,d=Qd-Qc......(11)
此外,将Vc,d方向的单位向量设成Ec,d。单位向量Ec,d通过下式(12)表示。
在此,将部分点列的两端以外的点设为Qq(0<q<s)。
通过下式(13)算出由V0,q和V0,s形成的角θ。
将通过直线连接了Q0至Qs而得的路径Line[0,s](t)与Qq(0<q<s)的距离Lq通过下式(14)表示。
Lq=|V0,q|sinθ......(14)
比较各距离Lq与预先设定的公差T,判别是否存在满足下式(15)的q。
Lq>T......(15)
当不存在满足上式(15)的q时,将Path(t)=Line[0,s](t)作为压缩结果交给插补部。
另一方面,当存在满足上式(15)的q时,提取在各q中Lq最大的q,在该q的前后分割部分点列。即,在q=w时设成Lq为最大时,将输入的部分点列(P0,P1,……,Ps)分割成(P0,……,Pw)和(Pw,……,Ps)2个部分点列。将所有的分割后的部分点列设成输入,重新执行点列压缩部的处理。
在此,对输入的{Q0,Q1,……,Qs}按照该顺序进行输入,或反过来按照{Qs,Qs-1,……,Q0}的顺序进行输入,直线生成法(式9)以及公差判定(式(15))成为相同的结果。
[压缩结果]
通过以上的部(部分点列提取部以及点列压缩部),将图1所示的P0、P1、……、Pn的路径如图4所示地用n以下的数量的直线表现。图4中的黑点表示被压缩的直线路径的端点,白点表示这些以外的指令点。最终的路径是连接黑点的直线路径,白点是从该直线路径远离了公差T以内的点。由此,可以将原本的指令路径保持在公差以内且减轻插补的负担,并且,可以避免微小的角引起的不必要的减速,从而可以期待高速的加工。
到此为止示出了按照指令点列(P0,P1,……,Pn)的顺序输入的例子。在本方法中,即使反过来按照(Pn,Pn-1,……,P0)的顺序输入指令点列,得到的路径也与图4相同。这是由于部分点列提取部的分割点判定(式(4)、式(7)、式(8))、点列压缩部的直线生成方法(式(9))以及公差判定(式(15))都是不依赖于指令点的指令方向的方法。由此,如往返加工路径的去程和回程那样在相邻的曲线之间要求形状的类似性时,希望减少路径之间的高低差。
<实施方式2>
在所述的实施方式1中,说明了将输入的指令点列通过指令点列的压缩用近似直线表现的例子。在实施方式2中,说明将输入的指令点列通过指令点列的压缩用近似曲线表现的例子。
与实施方式1同样地,考虑指示了P0为起点,Pn(n≥1)为终点的指令点列{P0,P1,……,Pn}作为NC程序的例子。通过指令读取部从指令方向提取指令点列{P0,P1,……,Pn},在部分点列提取部中分割成部分点列后交给点列压缩部。在点列压缩部中,通过曲线近似由部分点列提取部分割的部分点列。部分点列提取部与实施方式1相同,因此省略。以下表示实施方式2的点列压缩部的细节。
[点列压缩部]
对由通过部分点列提取部输入的s+1个指令点形成的部分点列{Q0,Q1,……,Qs}(s≥1)进行压缩。通过部分点列提取部将这些指令点从Q0至Qs为止全部读入,而无需依次读入。在此,将压缩结果设成3阶的B样条曲线的曲线路径,但也可以使用NURBS曲线或圆弧曲线等其他形式的曲线。将压缩结果设成参数t的函数即路径Path(t)交给插补部。t从0变化1。
在部分点列{Q0,Q1,……,Qs}中,将点Q0设成起点,将点Qs设成终点,将通过i个点Qe1、……、Qei的B样条曲线的曲线路径设成BSpline[0,e1,e2,……、ei,s](t)。在此,1≤i≤s-1。将曲线路径通过下式(16)表示。
在此,Nj,3(t)是B样条曲线的基函数,Rj是B样条曲线的控制点。以起点Q0、终点Qs处的切线方向向量分别成为下式(17)、式(18)的方式来生成该B样条曲线。
将这样生成的B样条曲线通过下式(19)表示,即使逆向输入起点Q0、终点Qs、通过点Qe1、……、Qei也会成为相同的曲线路径。
BSpline[0,e1,e2,…,ei,s](t)=BSpline[s,ei,ei-1,…,e1,0](1-t)
......(19)
生成这样的B样条曲线的方法是公知技术,因此省略。
(C-1)s=1时:
将通过B样条曲线连接了由下式(20)表示的Q0至Q1的路径作为压缩结果交给插补部。
Path(t)=BSpline[0,1](t)......(20)
(C-2)s>1时:
生成通过B样条曲线连接了由式(21)表示的Q0至Qs的路径作为初期曲线。也就是说,假设没有上述的通过点Qe1、……、Qei而生成B样条曲线。
Path(t)=BSpline[0,s](t)......(21)
将部分点列(Q0、Q1、……、Qs)中的、除了Q0和Qs以外的所有点Qe(1≤e≤s-1)与Path(t)的距离设成Le。即,将距离Le通过下式(22)表示。
Le=Dist(Path(t),Qe)......(22)
在此,Dist是给予曲线与点的距离的函数,通过解析或近似方法来计算。对于Dist的细节是公知技术,因此省略。根据下式(23)对各Le与预先设定的公差T进行比较,来判定各Le是否超过公差T。
Le>T......(23)
当不存在满足上式(23)的e时,将Path(t)作为压缩结果交给插补部。
另一方面,当存在满足上式(23)的e时,提取各e中的Le最大的e,并将该e设成emax。向通过的点追加与这些emax对应的点Qemax,重新生成B样条曲线。即,将重新生成的B样条曲线通过下式(24)表示。
Path(t)=BSpline[0,emax,s](t)......(24)
对该新的Path(t)通过上式(22)重新计算Le,判定上式(23)。当不存在满足式(23)的e时,将Path(t)作为压缩结果交给插补部。当存在满足式(23)的e时,提取各e中的Le最大的e,并将该e设成emax2,向通过的点追加点Qemax2,重新生成B样条曲线。即,将重新生成的B样条曲线通过下式(25)表示。
Path(t)=BSpline[0,eman,emax2,s](t)......(25)
重复上述处理,追加通过的点直到不存在满足上述(23)的e为止,将Path(t)作为压缩结果交给插补部。在此,将输入的部分点列{Q0、Q1、……、Qs}按照该顺序进行输入,或反过来按照{Qs、Qs-1、……、Q0}的顺序输入,B样条生成方法(式(16)、式(17)、式(18))以及公差判定(式(23))都成为相同的结果。
此外,在此将B样条曲线中的起点Q0、终点Qs的切线方向向量分别设成3(Q1-Q0)、3(Qs-Qs-1),但通过读入Q0之前的1个点Q-1和Qs之后的1个点Qs+1,可以将3(Q1-Q-1)/2、3(Qs+1-Qs-1)/2设成切线方向向量,也可以分别将在Q0与通过Q-1、Q0、Q1的圆相切的线的方向,在Qs与通过Qs-1、Qs、Qs+1的圆相切的线的方向设成切线方向向量。
[压缩结果]
通过以上的部,将图1所示的P0、P1、……、Pn的路径如图5所示地以通过若干指令点的曲线表现。图5中的黑点表示通过的指令点,白点表示这些以外的指令点。
最终的路径是连接黑点的平滑的曲线路径,白点是从该曲线路径偏离了公差T以内的点。与实施方式1同样地,即使按照逆向顺序{Pn,Pn-1,……,P0}输入指令点列,得到的路径也与图5相同。
由此,即使在实施方式2中也与实施方式1同样地,可以据此将原本的指令路径保持在公差以内且减轻插补的负担,并且,如往返加工路径的去程和回程那样在相邻的曲线之间求形状的类似性时,可以减少路径之间的高低差。并且,在实施方式2中,通过3阶的B样条曲线进行压缩,因此能够通过少数的二阶微分连续的曲线表现跨大范围的指令点,得到光滑的加工面。
(功能框图)
图6是说明本发明的数值控制装置的一例的功能框图。
一般,在数值控制装置中,指令读取部10对加工程序进行解析,变换成执行形式。插补部14根据执行形式进行插补处理,向各轴输出移动指令,根据各轴移动指令对各轴伺服(X轴伺服15X、Y轴伺服15Y、Z轴伺服15Z)进行驱动控制。
部分点列提取部11和点列压缩部12属于该指令读取部10。部分点列提取部11对依次读入的指令点列进行分割,以便根据其形状判定分割点从而成为不依赖于路径的指令方向的相同结果,输出给点列压缩部12。点列压缩部12为了减轻插补部14的负担,将由输入的部分点列构成的路径通过不依赖于方向的方法以曲线或直线进行近似,输出给插补部14。点列压缩部12参照预先设定的公差13。
(流程图)
使用图7的流程图,对图6的部分点列提取部11(实施方式1)执行的部分点列提取的处理流程进行说明。以下,按照流程图的各步骤进行说明。
[步骤sa01]将m设为初始值(=0)。
[步骤sa02]读入指令点Pm的数据。
[步骤sa03]根据m的值分情况进行。当m=0时向步骤sa04转移。当m=1时向步骤sa12转移。当m≥2时向步骤sa05转移。
[步骤sa04]将对m加了1的值设成m,返回到步骤sa02。
[步骤sa05]计算vm和am。
[步骤sa06]判断vm的绝对值是否在vmax以下,当在vmax以下时(是)向步骤sa07转移,当不在vmax以下时(否)向步骤sa10转移。
[步骤sa07]判断cos(am)是否在cosmax以上,当在cosmax以上时(是)向步骤sa08转移,当不在cosmax以上时(否)向步骤sa10转移。
[步骤sa08]判断m是否等于n,当等于时(是)向步骤sa09转移,当不等于时(否)返回到步骤sa04。
[步骤sa09]将指令点列{P0,……,Pn}交给点列压缩部12,结束部分点列提取的处理。
[步骤sa10]将部分点列{P0,……,Pm-1}交给点列压缩部12。
[步骤sa11]将部分点列{Pm-1,……,Pn}设成部分点列提取部11的输入。也就是说,返回到步骤sa01,重新执行部分点列提取处理。
[步骤sa12]判断m是否等于n,当等于时(是)向步骤sa13转移,当不等于时(否)向步骤sa14转移。
[步骤sa13]将{P0,P1}交给点列压缩部12,结束该部分点列提取的处理。
[步骤sa14]计算vm。
[步骤sa15]判断vm的绝对值是否在vmax以下,当在以下时(是)向步骤sa16转移,当不在以下时(否)向步骤sa17转移。
[步骤sa16]对m加1后更新m。
[步骤sa17]将{P0,P1}交给点列压缩部12。
[步骤sa18]将指令点列{P0,……,Pn}设成部分点列提取部11的输入。也就是说,返回到步骤sa01,重新执行部分点列提取处理。
使用图8的流程图,对图6的点列压缩部12(实施方式1)执行的点列压缩的处理流程进行说明。以下,按照流程图的各步骤进行说明。
[步骤sb01]将Path(t)设成连接P0与Ps的线段。
[步骤sb02]对Q0、Qs以外的点Qe计算Le。
[步骤sb03]判断是否存在Le>T的e,存在时(是)向步骤sb04转移,不存在时(否)向步骤sb06转移。
[步骤sb04]在Le为最大的点的前后对输入点列进行分割。
[步骤sb05]分别将分割后的点列设成输入后重新执行点列压缩处理,返回到步骤sb01。
[步骤sb06]将Path(t)交给插补部14,结束该点列压缩的处理。
使用图9的流程图,对图6的点列压缩部12(实施方式2)执行的点列压缩的处理流程进行说明。以下,按照流程图的各步骤进行说明。
[步骤sc01]将通过点设成“无”。
[步骤sc02]将Path(t)设成通过通过点的Bspline曲线。
[步骤sc03]对Q0、Qs以外的点Qe计算Le。
[步骤sc04]判断是否存在Le大于T的e,当存在这样的e时(是)向步骤sc05转移,当不存在这样的e时(否)向步骤sc06转移。
[步骤sc05]向所有的通过点追加Le最大的点后,返回到步骤sc02。
[步骤sc06]将Path(t)交给插补部14,结束该点列压缩的处理。
Claims (5)
1.一种数值控制装置,其控制对安装在工作台上的被加工物进行加工的由至少包含2个直线轴的多个驱动轴构成的机床,其特征在于,该数值控制装置具有:
指令读取部,其读取基于由多个指令点构成的指令点列的指令路径以及所述被加工物与刀具的相对进给速度指令;
部分点列提取部,其以通过所述指令读取部无论从指令方向提取所述指令点列中的指令点,还是从与指令方向相反方向进行提取都成为相同路径的方式,从所述指令点列提取部分点列,并对该指令点列进行分割;
点列压缩部,其以从所述提取出的部分点列无论向指令方向生成还是向与指令方向相反方向生成都成为相同的近似于直线或曲线地压缩而得的路径的方式,生成与所述部分点列的各指令点的距离在预先设定的公差以内的、近似于所述直线或曲线地压缩而得的路径;
插补部,其在每个插补周期求出各轴位置,以便使刀具以被指令的所述相对进给速度在通过所述点列压缩部压缩而得的路径移动;以及
电动机驱动部,其驱动各轴电动机以便向通过所述插补部求出的各轴位置移动。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置,其特征在于,还具有:
分割基准长度设定部,其设定从所述指令点列提取所述部分点列后,对该指令点列进行分割时的分割基准长度,
所述部分点列提取部的分割判定根据指令点之间的长度是否在所述分割基准长度以内来进行。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置,其特征在于,还具有:
分割基准长度设定部,其设定从所述指令点列提取所述部分点列后,对该指令点列进行分割时的分割基准角度,
所述部分点列提取部的分割判定根据连接指令点之间的直线形成的角是否在所述分割基准角度以内来进行。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的数值控制装置,其特征在于,
在所述点列压缩部中压缩而得的路径是用直线连接部分点列内的若干点的路径。
5.根据权利要求1~3中的任一项所述的数值控制装置,其特征在于,
在所述点列压缩部中压缩而得的路径是通过部分点列内的若干点的曲线路径。
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