CN105320075B - 具有重叠控制的速度控制功能的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有重叠控制的速度控制功能的数值控制装置，其具有第一轴即基准轴与第二轴即重叠轴，通过使基准轴的移动量与重叠轴的移动量重叠来进行控制重叠轴的移动的重叠控制。在基准轴加速且重叠轴减速或者基准轴减速且重叠轴加速的重叠区间，对该加速的轴的加速开始时间进行控制。加速的轴在减速的轴充分减速之后进行加速，由此，在加减速区间重叠轴的移动速度不会超过机械的限制速度。

Description

具有重叠控制的速度控制功能的数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，特别是涉及进行如下控制的数值控制装置：在使任意轴的移动量与其他轴重叠而进行控制的重叠控制中，防止因加速时间与减速时间的不同而发生的瞬间的速度突变。

背景技术

作为“重叠控制”一般已知有使任意轴(基准轴)的移动量与其他轴(重叠轴)重叠而进行控制的方法。例如，在双系统控制的机床的示例中，如图1所示，在通过第一工具3与第二工具4对安装于主轴台2的工件1进行加工时，使主轴台2在ZIm轴向移动并且使第一工具3在与该ZIm轴向正交的XI轴向移动从而对工件1进行加工，或者，使第二工具4在与ZIm轴向平行的ZIIs轴向移动并且在与该ZIIs轴正交的XIIs轴向移动从而对工件1进行加工。

在该加工中，如果使ZIIs轴的移动与ZIm轴一起移动，则ZIIs轴相对于工件1的相对位置不发生变化。因此，在第二工具4对工件1进行的加工中，在工件1的ZIm轴向的移动停止的状态下，制作出加工程序。然后，在实际加工时，如果进行将对ZIm轴的移动指令与对ZIIs轴的移动指令相加的重叠控制而使ZIIs轴移动，则第二工具4按照程序指令移动而对工件1进行加工。即，通过实施该重叠控制，能够对工件1同时执行基于XI轴、ZIm轴的加工、和基于XIIs轴、ZIIs轴的加工。

图2是对一般的重叠控制中的位置控制进行说明的图。

在进行重叠控制时，通过数值控制装置按分配周期求出的、基于对基准轴ZIm的移动指令的移动量δ_ZIm被加法运算到基准轴ZIm的当前值寄存器，第一系统的工件坐标系的坐标值被更新，而输出到第一系统的伺服处理部。另一方面，基于对重叠轴ZIIs的移动指令的移动量δ_ZIIs被加法运算到重叠轴ZIIs的当前值寄存器，第二系统的工件坐标系的坐标值被更新。然后，针对重叠轴ZIIs轴，将基于基准轴ZIm的移动指令的移动量δ_ZIm与对重叠轴ZIIs的移动指令的移动量δ_ZIIS相加而得的移动量(δ_ZIIS+δ_ZIm)输出至第二系统的伺服处理部。通过这样的处理，完成基准轴相对于重叠轴的重叠控制。

在进行重叠控制时，有时通过使基准轴的移动量与重叠轴重叠而使重叠轴的移动量过大，移动速度超过机械的限制速度。例如，在对图1的基准轴ZIm和重叠轴ZIIs进行重叠控制的情况下，如图6所示，在执行使工件1在基准轴ZIm以预定的速度vm动作的指令时，若出现使第二工具4在重叠轴ZIIs以速度vs2动作的指令，则重叠轴ZIIs的移动速度加速到vm+vs2，而即使在vm、vs2没有超过各自的轴限制速度的情况下，有时vm+vs2超过重叠轴ZIIs的限制速度vmax。

为了避免所述的问题，例如在日本特开平03-212707号公报中公开有约束重叠轴的移动速度的技术。基于该技术而构成的数值控制装置在判断为重叠轴的移动速度超过机械的限制速度时，对基准轴或者重叠轴的指令速度进行减速，将重叠轴的移动速度约束为机械的限制速度。

例如，在对图1的基准轴ZIm和重叠轴ZIIs进行重叠控制时，如图7所示，在执行使工件1在基准轴ZIm以预定的速度vm1动作的指令时，若出现使第二工具4在重叠轴ZIIs以速度vs2动作的指令，则数值控制装置将重叠轴ZIIs加速后的速度vm1+vs2与重叠轴ZIIs的限制速度vmax进行比较。然后，在判定为加速后的速度vm1+vs2比限制速度vmax大时，将基准轴ZIm的速度减速至vm2，控制成重叠轴ZIIs加速后的速度vm2+vs2不超过限制速度vmax。

但是，在基准轴或者重叠轴中的某一个轴在达到目的速度之前的减速过程中，当处于重叠关系的另一个轴进行加速时，如果加速的所述另一个轴的加速时间比减速的所述一个轴的减速时间短，则在该加减速区间发生重叠轴的移动速度超过机械的限制速度的现象。

例如，在对图1的基准轴ZIm与重叠轴ZIIs进行重叠控制时，如图8所示，在将基准轴ZIm减速控制成重叠轴ZIIs的加速后的速度vm2+vs2不超过限制速度vmax时，为了将基准轴ZIm从vm1减速至vm2而需要(tm2-tm1)的时间。但是，当在该减速区间重叠轴ZIIs进行急加速时，即，在重叠轴ZIIs的加速所花费的时间(ts2-ts1)比基准轴ZIm的减速所花费的时间(tm2-tm1)短时，基准轴ZIm的减速相对于重叠轴ZIIs的加速不及时，有时如图8的“重叠轴ZIIs的移动速度”的图表那样在重叠轴ZIIs的移动速度发生速度突变，重叠轴的移动速度超过机械的限制速度vmax。

关于上述的现象，特别是在处于重叠关系的两个轴通过快进与切削进给的组合而进行动作时，大多情况下减速时间与加速时间不同，易于发生减速不及时的状况。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，在基准轴或者重叠轴的加减速过程中进行防止因加速时间与减速时间的不同而发生的瞬间速度突变的控制。

本发明涉及的数值控制装置具有：设为基准轴的第一轴、以及与该轴不同的设为重叠轴的第二轴，通过使所述基准轴的移动量与所述重叠轴的移动量重叠来进行控制所述重叠轴的移动的重叠控制。所述数值控制装置具有：加速开始时间控制部，其在所述基准轴与所述重叠轴中的某一个轴加速、另一个轴减速的重叠区间，对该加速的轴的加速开始时间进行控制。

该数值控制装置具有：所述加速开始时间控制部具有：加减速组合判定部，其对所述基准轴与所述重叠轴的每个加速、减速的组合进行判定；加减速时间比较部，在通过所述加减速组合判定部判定是所述基准轴与所述重叠轴中的某一个轴加速、另一个轴减速的轴时，所述加减速时间比较部将所述加速的轴的加速时间与所述减速的轴的减速时间进行比较；超过限制速度判定部，在通过所述加减速时间比较部判定出所述减速时间比所述加速时间长时，所述超过限制速度判定部对所述重叠轴的移动速度是否超过所述重叠轴的限制速度进行判定；以及速度控制部，在通过所述超过限制速度判定部判定出所述重叠轴的移动速度超过所述重叠轴的限制速度时，所述速度控制部从所述重叠轴的移动量中除去加速部分的移动量。

所述加速开始时间控制部在对加速的轴的加速开始时间进行控制时，同时也对不处于重叠关系的其他轴的加速开始时间进行控制。

通过本发明，能够提供一种进行如下控制的数值控制装置：在所述基准轴、或者所述重叠轴中的某一个轴加速，另一个轴减速的重叠区间，通过延迟加速的轴的加速开始时间，来防止基准轴、或者重叠轴的加减速过程中因加速时间与减速时间的不同而发生的瞬间的速度突变。

附图说明

根据参照附图进行的以下的实施方式的说明，可以明确本发明的上述以及其它目的以及特征。这些附图中：

图1是对应用重叠控制的机床的一例进行说明的图。

图2是说明对图1的机床进行的重叠控制的图。

图3是本发明涉及的数值控制装置的一实施方式的主要部分框图。

图4是表示被图3的数值控制装置进行了速度控制后的各轴的移动速度的变化的图表。

图5是表示图3的数值控制装置执行的重叠控制处理的过程的流程图。

图6是表示一般的重叠控制中的各轴的移动速度的变化的图表。

图7是表示现有技术涉及的重叠控制中的各轴的移动速度的变化的图表。

图8是表示在现有技术涉及的重叠控制中发生的速度突变的图表。

具体实施方式

在本发明中，对是否是基准轴与重叠轴这两个轴中的、任一个轴(例如重叠轴)加速、另一个轴(例如基准轴)减速的加减速的重叠区间进行判定，对加速的所述一个轴的加速时间以及减速的所述另一个轴的减速时间进行计算。然后，将计算出的加速时间与减速时间进行比较，在减速时间比加速时间长时，将加减速中的重叠轴的移动速度与机械的限制速度进行比较。关于比较的结果，在重叠轴的移动速度比机械的限制速度大时，除去加速的移动脉冲，使加速待机直到下一次的执行处理。其结果为，在减速的轴充分地减速之后加速的轴进行加速，由此，在加减速区间重叠轴的移动速度不会超过机械的限制速度。

以下，使用图3～图5对本发明涉及的数值控制装置的一实施方式进行说明。

数值控制装置10具有两组由图1所示的X轴和Z轴两个轴构成的控制轴系统，将一方设为第一系统(XI、ZIm)，将另一方设为第二系统(XIIs、ZIIs)。来控制车床。

图3是数值控制装置10的要部框图，该数值控制装置10整体被CPU11控制。CPU11经由总线18读出存储于ROM12的系统程序，按照读出的系统程序来控制数值控制装置整体。在RAM13中存储有临时的计算数据、显示数据、以及经由显示/操作盘20由操作员输入的各种数据。CMOS存储器14通过未图示的电池而被备份，并构成为即使断开数值控制装置10的电源也保持存储状态的非易失性存储器。在CMOS存储器14中存储有经由接口15读入的加工程序、经由显示/操作盘20输入的加工程序等。

接口15能够实现数值控制装置10与外部设备的连接。PMC(可编程设备控制器)16通过内置于数值控制装置10的顺序程序经由I/O单元17将信号输出给机床(未图示)的辅助装置来进行控制。并且，接收配备于机床本体的操作盘的各种开关等的信号，在进行了必要的信号处理之后，交给CPU11。显示/操作盘20是具有液晶、CRT等显示器和键盘等的手动数据输入装置。

使第一工具3、第二工具4以及工件1移动的X轴、Z轴(详细来说，使第一工具3移动的X轴即XI轴、使工件1移动的Z轴即ZIm轴、以及使第二工具4移动的X轴、Z轴即XIIs轴、ZIIs轴)的轴控制电路30～33接收来自CPU11的各轴的移动指令量，将各轴的指令输出给伺服放大器40～43。伺服放大器40～43接收该指令，对各轴的(即，XI轴、ZIm轴、XIIs轴、ZIIs轴的)伺服电动机50～53进行驱动。各轴的伺服电动机50～53内置位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制电路30～33，进行位置/速度的反馈控制。另外，在图2中，对于位置/速度的反馈予以省略。

并且，主轴控制电路60通过主轴速度信号与来自位置检测器(未图示)的反馈信号进行速度控制，将主轴速度信号输出给主轴放大器61，对主轴电动机62进行速度控制。

以上那样的数值控制装置的结构已经公知。

在重叠控制中，读出暂时存储于RAM13的各轴的移动量与各轴的重叠关系，将重叠了基准轴的移动指令量而得的移动指令量从CPU11交给重叠轴的轴控制电路30～33。在具有所述结构的数值控制装置10中，根据图4对重叠轴ZIIs加速、基准轴ZIm减速时的数值控制装置10的动作例进行说明。

图4表示了以下情况的示例：在对基准轴ZIm与重叠轴ZIIs进行重叠控制的过程中，在对应于重叠轴ZIIs的基于移动指令的加速而使基准轴ZIm进行减速时，基准轴ZIm的减速所花费的时间(tm2-tm1)比将重叠轴ZIIs的速度从vs1加速到vs2所花费的时间(ts2-ts1)长。在所述的状况下，在现有示例中如图8所示，重叠轴ZIIs的移动速度发生了速度突变。

图3的数值控制装置10中，在基准轴ZIm的减速区间tm1～tm2中，判断为重叠轴ZIIs从vs1急加速至vs2时重叠轴ZIIs的移动速度超过限制速度vmax时，以使加速的开始待机的方式进行控制，直到基准轴ZIm充分地减速至即使将重叠轴ZIIs的移动速度加速至vs2也不会超越限制速度vmax的程度。通过以这样的方式进行控制，从图4的“重叠轴ZIIs的移动速度”的图表可知，重叠轴ZIIs的移动速度不会超过限制速度vmax，重叠轴ZIIs的加速结束的同时，基准轴ZIm以及重叠轴ZIIs的移动速度为稳定速度。

使用图5的流程图来说明图3的数值控制装置10执行的重叠控制处理的过程。

在数值控制装置10进行的重叠控制处理中，首先对设为基准的基准轴ZIm、以及重叠的重叠轴ZIIs进行设定(S501)。接下来，数值控制装置10对基准轴ZIm与重叠轴ZIIs各自的加速和减速的组合进行判定(S502)。基准轴ZIm与重叠轴ZIIs的加速和减速的组合如下。

(1)基准轴ZIm：加速、重叠轴ZIIs：加速

(2)基准轴ZIm：加速、重叠轴ZIIs：减速

(3)基准轴ZIm：减速、重叠轴ZIIs：加速

(4)基准轴ZIm：减速、重叠轴ZIIs：减速

关于步骤S502中的加速和减速的组合的判定结果，由于在基准轴ZIm加速且重叠轴ZIIs也加速(上述(1))，或者基准轴ZIm减速且重叠轴ZIIs也减速(上述(4))的情况下不会发生瞬间的速度突变，因此将基准轴ZIm的移动量与重叠轴ZIIs重叠的结果输出给伺服电动机(S506)，结束重叠控制的处理。

另一方面，关于步骤S502中的加速和减速的组合的判定结果，由于在基准轴ZIm加速且重叠轴ZIIs减速(上述(2))，或者基准轴ZIm减速且重叠轴ZIIs加速(上述(3))的情况下，接着将基准轴ZIm与重叠轴ZIIs的加速时间与减速时间或者减速时间与加速时间进行比较(S503)。另外，基准轴ZIm、重叠轴ZIIs的加速时间、减速时间按各轴作为加减速时常数设定于数值控制装置的RAM13或者CMOS存储器14内。

关于步骤S503中的加速时间与减速时间的比较的结果，在减速的轴(例如重叠轴ZIIs)的减速所花费的时间比加速的轴(例如基准轴ZIm)的加速所花费的时间短，或者两者的时间相同的情况下，加速的轴在加速之前因减速的轴而充分减速，不会发生瞬间的速度突变，因此，将基准轴ZIm的移动量与重叠轴ZIIs重叠的结果输出给伺服电动机(S506)，结束重叠控制的处理。

另一方面，关于步骤S503中的加速时间与减速时间的比较的结果，在减速的轴(例如重叠轴ZIIs)的减速所花费的时间比加速的轴(例如基准轴ZIm)的加速所花费的时间长的情况下，有可能发生瞬间的速度突变，因此，将加减速中的重叠轴ZIIs的移动速度与限制速度vmax进行比较(S504)。

然后，关于步骤S504中的重叠轴ZIIs的移动速度与限制速度vmax的比较的结果，当重叠轴ZIIs的移动速度在限制速度vamx以下时，将基准轴ZIm与重叠轴ZIIs重叠的结果输出给伺服电动机(S506)，结束该重叠控制的处理。

另一方面，关于步骤S504中的重叠轴ZIIs的移动速度与限制速度vmax的比较结果，当重叠轴ZIIs的移动速度超过限制速度vamx时，在除去加速部分的移动量之后，将基准轴ZIm的移动量与重叠轴ZIIs重叠的结果输出给伺服电动机(S506)，结束该重叠控制的处理。

另外，与使加速待机相应地，基准轴或者重叠轴的开动延迟，但是不处于与基准轴或者重叠轴同步的重叠关系的其他轴的动作也同样地延迟，由此，确保与延迟前的同步。例如，在通过具有图3的速度限制功能的数值控制装置10的控制来利用图1所示的机床对工件1进行加工时，在基准轴ZIm的开动延迟时，以第一工具3的XI轴的动作也根据基准轴ZIm的延迟而延迟动作的方式进行控制，由此，能够确保与延迟前的同步。

Claims (2)

1.一种数值控制装置，具有：作为基准轴的一个轴、以及作为重叠轴的与所述基准轴不同的另一轴，通过使所述基准轴的移动量与所述重叠轴的移动量重叠来进行控制所述重叠轴的移动的重叠控制，其特征在于，

所述数值控制装置具有：

加减速组合判定部，其对所述基准轴与所述重叠轴的每个轴的加减速的组合进行判定；

加减速时间比较部，在通过所述加减速组合判定部判定为所述基准轴与所述重叠轴中的某一个是加速的轴、某一个是减速的轴时，所述加减速时间比较部将所述加速的轴的加速时间与所述减速的轴的减速时间进行比较；

超过限制速度判定部，在通过所述加减速时间比较部判定出所述减速时间比所述加速时间长时，所述超过限制速度判定部对所述重叠轴的移动速度是否超过所述重叠轴的限制速度进行判定；以及

速度控制部，在通过所述超过限制速度判定部判定出所述重叠轴的移动速度超过所述重叠轴的限制速度时，所述速度控制部从所述重叠轴的移动量中除去加速部分的移动量。

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与所述基准轴和所述重叠轴不处于重叠关系的其他轴，

所述速度控制部进行如下控制：在所述基准轴和所述重叠轴的动作延迟时，使所述其他轴的动作也根据所述基准轴和所述重叠轴的动作延迟而延迟来确保与延迟前的同步。