CN105843173A - 能够进行考虑了刀具姿势的邻近点搜索的数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够进行考虑了刀具姿势的邻近点搜索的数值控制装置，其具备如下的邻近点搜索功能：使由移动轴和旋转轴控制的刀具从刀具的当前位置移动至由邻近点距离内加工程序指令的加工路径上，该数值控制装置考虑刀具的前端点的位置和工具而决定邻近点。通过采用该搜索方法，即使在从当前的刀具位置至邻近点距离内存在多个程序块起点的时候，也能够将本来要重新开始的程序块起点决定为邻近点。

Description

能够进行考虑了刀具姿势的邻近点搜索的数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别是涉及一种能够进行考虑了刀具姿势的邻近点搜索的数值控制装置。
背景技术
当执行邻近点搜索功能时，从开头起临时执行加工程序，计算当前的刀具前端点与临时执行过程中的各程序块起点时的刀具前端点这两点之间的距离。在该距离进入设定距离(邻近点距离)内并且在该程序块终点时刀具前端点远离当前的刀具前端点的情况下，将该程序块起点设为邻近点。当决定了邻近点时使刀具定处于邻近点，能够从该程序块起点重新开始程序。
图6(作为刀具而以用于进行激光加工的喷嘴为例)示出基于邻近点搜索功能的邻近点的判定以及向搜索中的对程序重新开始的定位。将从刀具前端点起处于邻近点距离内的程序块起点设为邻近点，能够以将程序执行到该程序块起点而中断时同样地重新开始程序。
此外，作为与加工路径上的最短邻近点的决定有关现有技术，公知以下技术：选择加工程序的各程序块中的、加工路径在设定距离范围内通过并且与刀具的当前位置的距离最短的程序块(例如，日本特开平09-128027号公报)。
现有技术的邻近点搜索功能存在以下问题：仅通过从开头起临时执行加工程序时的各程序块的刀具前端点与实际的刀具前端点之间的距离判断邻近点，因此在三维加工中刀具姿势发生变化而前端几乎不动时、或从当前的刀具起邻近点距离内存在多个程序块起点时等，将并非本来要重新开始的程序块的程序块的起点设为邻近点。
例如如图7(作为刀具以用于进行激光加工的喷嘴为例)所示，在与根据程序要重新开始而接近了刀具前端的程序块起点不同的程序块起点先进入了邻近点距离内，并被决定为邻近点。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种具备以下邻近点搜索功能的数值控制装置：在邻近点距离内存在多个程序块起点的加工中，能够将更适合的程序块起点设为邻近点。
本发明的数值控制装置具有如下的邻近点搜索功能：根据加工程序使由至少一个移动轴和至少一个旋转轴控制的刀具从该刀具的当前位置移动至邻近点，并从该邻近点起重新开始上述加工程序，其中，上述邻近点是处于预先设定为邻近点距离的预定距离内、并处于由上述加工程序指令的加工路径上的点，该数值控制装置具备：当前刀具前端点位置获取部，其获取当前的上述刀具的刀具前端点位置；当前刀具姿势获取部，其获取当前的上述刀具的刀具姿势；加工程序分析部，其从上述加工程序读出程序块并进行分析；开始执行程序块时刀具前端点位置获取部，其根据上述加工程序分析部的分析结果，获取开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置；距离邻近判断部，其判断：开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置，从上述当前的上述刀具的刀具前端点位置起，是否在预先设定的上述邻近点距离内；开始执行程序块时刀具姿势获取部，其在由上述距离邻近判断部判断为在上述邻近点距离内的情况下，根据上述加工程序分析部的分析结果，获取开始执行上述程序块时的上述刀具的刀具姿势；姿势邻近判断部，其判断开始执行上述程序块时的上述刀具的刀具姿势与上述当前的上述刀具的刀具姿势之差是否在预先设定的预定值以内；以及邻近点输出部，其在由上述姿势邻近判断部判断上述差是否在预先设定的预定值以内的情况下，将开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置作为邻近点来进行输出，从上述加工程序依次读出程序块并进行分析，直到由上述邻近点输出部输出邻近点或上述加工程序结束为止。
也可以是，上述刀具姿势是根据上述旋转轴的角度而定义的，上述姿势邻近判断部判断：开始执行上述程序块时的上述旋转轴的角度与上述当前的上述旋转轴的角度之差是否在预先设定的预定值以内。
把用于将上述刀具的前端点以上述刀具姿势移动向刀具前端点位置的上述移动轴的指令位置定义为控制点。
也可以是，上述刀具姿势是根据从上述刀具的控制点向刀具前端点的矢量即刀具矢量而定义的，上述姿势邻近判断部判断开始执行上述程序块时的刀具矢量与当前的刀具矢量所形成的角度是否在预先设定的预定值以内。
根据本发明，在邻近点距离内存在多个程序块起点的加工中，不会将不期望的程序块起点作为邻近点而搜索出来，从而能够将更适合的程序块起点设为邻近点。
附图说明
本发明的上述和其它目的以及特征根据参照附图的以下实施例的说明会变得更清楚。在这些图中：
图1是本发明的一个实施方式中的数值控制装置的主要部分框图。
图2A和图2B是说明本发明的第一实施方式中的邻近点搜索处理的概要的图。
图3是本发明的第一实施方式中的邻近点搜索处理的流程图。
图4A和图4B是说明本发明的第二实施方式中的邻近点搜索处理的概要的图。
图5是本发明的第二实施方式中的邻近点搜索处理的流程图。
图6是说明现有技术中的邻近点搜索功能的图。
图7是说明现有技术中的邻近点搜索功能的问题点的图。
具体实施方式
在本发明的邻近点搜索功能中，除了以往的邻近点的判别以外，还具备基于刀具姿势的判别，能够进行更正确的邻近点的搜索和加工程序的重新开始。即，将当前的刀具姿势与搜索中的各程序块起点时的刀具姿势进行比较而判别邻近点。
在本发明中，通过安装以下那样的功能单元，实现考虑了刀具姿势的邻近点搜索功能。
<方法1>
在发现了进入从刀具前端点起邻近点距离内的程序块起点的情况下，计算该程序块起点时的旋转轴的角度与当前的旋转轴的角度的差分。计算结果是，在各旋转轴的角度差不在所设定的范围内的情况下，不将该程序块起点视为邻近点，接着搜索下一程序块。
<方法2>
在发现了进入从刀具前端点起邻近点距离内的程序块起点的情况下，计算从该程序块起点时的控制点向刀具前端点的矢量与从当前的控制点向刀具前端点的矢量所形成的角度。计算结果是，在该角度不在所设定的范围内的情况下，不视为邻近点，接着搜索下一程序块。
<第一实施方式>
在本实施方式中，说明具备使用上述方法1的邻近点搜索功能的数值控制装置的实施方式。
图1是本发明所涉及的实施方式的数值控制装置1的主要部分框图。CPU11是整体地控制数值控制装置1的处理器。CPU 11经由总线20读出存储于ROM 12的系统程序，按该系统程序控制数值控制装置整体。在RAM 13存储有临时的计算数据、显示数据以及操作员经由显示器/MDI单元70输入的各种数据。
SRAM 14用未图示电池备份，构成为即使数值控制装置1的电源被关闭也保持存储状态的非易失性存储器。在SRAM 14中存储有经由接口15读入的加工程序、经由显示器/MDI单元70输入的加工程序等。另外，在ROM 12中预先写入了用于实施进行加工程序的制作和编辑所需的编辑模式的处理、用于进行自动运行的处理的各种系统程序。
执行本发明的加工程序等各种加工程序经由接口15、显示器/MDI单元70被输入，能够存储于SRAM 14。
接口15能够对数值控制装置1与连接器等外部设备72进行连接。从外部设备72侧读入加工程序、各种参数等。另外，在数值控制装置1内编辑好的加工程序能够经由外部设备72存储于外部存储单元。PMC(可编程机床控制器)16根据内置于数值控制装置1的顺序程序经由I/O单元17对机床辅助装置(例如，刀具更换用机械手这种执行机构)输出信号并进行控制。另外，接收配置于机床主体的操作盘的各种开关等的信号，在进行必要的信号处理之后，传送至CPU 11。
显示器/MDI单元70是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并传送至CPU 11。接口19与具备手动脉冲发生器等的操作盘71相连接。
各轴的轴控制电路30～34接收来自CPU 11的各轴的移动指令量，将各轴的指令输出到伺服放大器40～44。伺服放大器40～44接收该指令，驱动各轴的伺服电机50～54。各轴的伺服电机50～54内置位置和速度检测器，将来自该位置和速度检测器的位置和速度反馈信号反馈到轴控制电路30～34，进行位置和速度的反馈控制。此外，在本框图中，省略了位置和速度的反馈。
在本实施方式的说明中，作为刀具具备用于进行激光加工的喷嘴，作为该喷嘴的驱动轴，如图1所示，以对移动轴具备X轴、Y轴、Z轴这3轴、旋转轴具备第一旋转轴(A轴)和第二旋转轴(B轴)这2轴的机床进行控制的数值控制装置为例。
在本实施方式的邻近点搜索功能中，找出距当前喷嘴前端点进入到邻近点距离内的程序块起点，并且在该程序块的终点比该程序块起点更远离喷嘴前端点的情况下，计算该程序块起点时的第一旋转轴和第二旋转轴(程序块起点时的喷嘴姿势)的角度与当前的第一旋转轴和第二旋转轴(当前的喷嘴姿势)的角度的差分。在各旋转轴的角度差不在预先设定的范围内的情况下，不将该程序块起点视为邻近点，接着搜索下一程序块。
图2A和图2B是说明基于本实施方式的邻近点搜索功能的邻近点搜索处理的概要的图。在图2A中，程序路径R为由加工程序指令内包含的程序块N1～程序块N5指令的喷嘴前端点的路径。
在该邻近点搜索功能中，当从开头起临时执行(分析)加工程序时，首先对在N2程序块的起点处喷嘴前端点进入到预先设定于数值控制装置的邻近点距离D内、N2程序块的终点比起点更远进行判断，计算N2程序块起点(N2程序块开始时间点上的喷嘴前端点的位置)上的第一旋转轴(A轴)和第二旋转轴(B轴)的角度与当前的喷嘴位置(搜索开始时的喷嘴位置)上的第一旋转轴(A轴)和第二旋转轴(B轴)的角度的差分。
当计算出N2程序块的开始时间点上的第一旋转轴(A轴)的角度与当前的第一旋转轴(A轴)的角度的差分A1、N2程序块的开始时间点上的第二旋转轴(B轴)的角度与当前的第二旋转轴(B轴)的角度的差分B1时，接着，将各角度差与预先按每个旋转轴设定于数值控制装置的旋转轴邻近角度(第一旋转轴邻近角度θ1、第二旋转轴邻近角度θ2)进行比较。
而且，如图2B所示，各旋转轴的角度差(A1、B1)大而A1>θ1、B1>θ2成立，因此不将N2程序块起点视为邻近点，继续搜索邻近点。
接着，当继续搜索邻近点时，N5程序块的起点进入到邻近点距离D内、N5程序块的终点比起点更远进行判断，计算N5程序块起点(N5程序块开始时间点上的喷嘴前端点的位置)上的第一旋转轴(A轴)和第二旋转轴(B轴)的角度与当前的喷嘴位置(搜索开始时的喷嘴位置)上的第一旋转轴(A轴)和第二旋转轴(B轴)的角度的差分。
当计算出N5程序块的开始时间点上的第一旋转轴(A轴)的角度与当前的第一旋转轴(A轴)的角度的差分A2、N5程序块的开始时间点上的第二旋转轴(B轴)的角度与当前的第二旋转轴(B轴)的角度的差分B2时，接着，将各角度差与第一旋转轴邻近角度θ1、第二旋转轴邻近角度θ2进行比较。
而且，如图2B所示，各旋转轴的角度差(A2、B2)小而A2≤θ1、B2≤θ2成立，因此将N5程序块的开始时间点的喷嘴前端点位置作为邻近点搜索的结果而输出，控制移动轴而使喷嘴前端点移动至输出的邻近点的位置。
图3是本实施方式中的邻近点搜索处理的流程图。
·[步骤SA01]获取搜索开始时的第一旋转轴(A轴)的角度As。
·[步骤SA02]获取搜索开始时的第二旋转轴(B轴)的角度Bs。
·[步骤SA03]读取加工程序而依次临时执行(分析)程序块，临时更新各程序块的开始时间点上的喷嘴的各坐标值(喷嘴控制点位置和前端点位置的坐标值和第一旋转轴(A轴)、第二旋转轴(B轴)的角度)。
·[步骤SA04]计算临时执行时(分析)的、程序块的开始时间点上的喷嘴前端点的位置与当前的喷嘴前端点的位置之间的距离L1。
·[步骤SA05]判断在步骤SA04中计算出的距离L1是否为邻近点距离D以下。在是邻近点距离D以下的情况下，进入到步骤SA06，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SA03而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SA06]计算临时执行时(分析)的、程序块的终点上的喷嘴前端点的位置与当前的喷嘴前端点的位置之间的距离L2。
·[步骤SA07]判断在步骤SA06中计算出的距离L2是否大于在步骤SA04中计算出的距离L1。在大于距离L1的情况下，进入到步骤SA08，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SA03而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SA08]获取程序块开始时间点上的第一旋转轴(A轴)的角度An。
·[步骤SA09]计算搜索开始时的第一旋转轴(A轴)的角度As与程序块开始时间点上的第一旋转轴(A轴)的角度An的差分，判断其差分是否为第一旋转轴的邻近角度θ1以下。在差分为第一旋转轴的邻近角度θ1以下的情况下，进入到步骤SA10，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SA03而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SA10]获取程序块开始时间点上的第二旋转轴(B轴)的角度Bn。
·[步骤SA11]计算搜索开始时的第二旋转轴(B轴)的角度Bs与程序块开始时间点上的第二旋转轴(B轴)的角度Bn的差分，判断该差分是否为第二旋转轴的邻近角度θ2以下。在差分为第二旋转轴的邻近角度θ2以下的情况下，进入到步骤SA12，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SA03而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SA12]将临时执行(分析)中的程序块的开始时间点的位置决定为邻近点。
·[步骤SA13]在步骤SA12中决定的邻近点上将喷嘴的前端点进行定位。
·[步骤SA14]从邻近点重新开始加工。
如上所述，在本实施方式的邻近点搜索功能中，将开始执行邻近点搜索处理时的喷嘴前端点的位置和喷嘴的旋转角以及加工程序内包含的各程序块的开始时间点上的喷嘴前端点的位置和喷嘴的旋转角处于固定邻近范围内的点决定为邻近点。
此外，在本实施方式中，对移动轴3轴、旋转轴2轴的机床进行控制的数值控制装置为例说明了邻近点搜索功能，但是本发明的邻近点搜索功能并不限定于此，还能够应用于对至少具备移动轴1轴、旋转轴1轴以上的机床进行控制的数值控制装置。另外，作为刀具的示例以激光加工的喷嘴为例，但是对于切削刀具、研磨刀具等使用于需要控制刀具姿势的加工中的、任一刀具均能够应用。
<第二实施方式>
在第一实施方式中，说明了将开始执行邻近点搜索处理时的刀具前端点的位置和刀具的旋转角与加工程序内包含的各程序块的开始时间点上的刀具前端点的位置和刀具的旋转角处于固定邻近范围内的点决定为邻近点的邻近点搜索功能，但是在本实施方式中，说明代替刀具的旋转角而使用刀具朝向(从刀具控制点向刀具前端点的矢量)进行邻近点判断的示例。此外，在本实施方式的说明中，以控制与第一实施方式相同的机床的数值控制装置为例。
在本实施方式的邻近点搜索功能中，在发现从喷嘴前端点进入到邻近点距离内的程序块起点的情况下，计算该程序块的开始时间点上的、从喷嘴控制点向喷嘴前端点的矢量与从当前的喷嘴控制点向喷嘴前端点的矢量所形成的角。在该角度不在预先设定的预定范围内的情况下，不将该程序块起点视为邻近点，接着搜索下一程序块。
图4A和图4B是说明本实施方式的基于邻近点搜索功能的邻近点搜索处理的概要的图。在图4A中，程序路径R为根据加工程序指令内包含的程序块N1～程序块N5指令的喷嘴前端点的路径。
在本实施方式的邻近点搜索功能中，当从开头起临时执行(分析)加工程序时，首先对在N2程序块的起点上喷嘴前端点进入到预先设定于数值控制装置的邻近点距离D内进行判断，计算从N2程序块起点(N2程序块开始时间点上的喷嘴前端点的位置)上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V1和从当前的喷嘴位置(搜索开始时的喷嘴位置)上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量Va，计算矢量V1与矢量Va所形成的角度。
当计算出从N2程序块的开始时间点上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V1和从搜索开始时的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量Va所形成的角度α时，将该角度α与预先设定于数值控制装置的邻近矢量角度进行比较。
而且，如图4B所示，矢量V1、Va所形成的角度α大而成立，不将N2程序块起点视为邻近点，继续搜索邻近点。
接着，当继续搜索邻近点时，对N5程序块的起点进入到邻近点距离D内进行判断，计算从N5程序块起点(N5程序块开始时间点上的喷嘴前端点的位置)上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V2，计算矢量V2与矢量Va所形成的角度。
当计算出从N5程序块的开始时间点上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V2与从搜索开始时的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量Va所形成的角度β时，将该角度β与预先设定于数值控制装置的邻近矢量角度进行比较。
而且，如图4B所示，矢量V2、Va所形成的角度β小而成立，因此将N5程序块的开始时间点的喷嘴前端点位置作为邻近点搜索的结果而输出，使喷嘴的前端点移动至控制移动轴而输出的邻近点的位置。
图5是本实施方式中的邻近点搜索处理的流程图。
·[步骤SB01]获取搜索开始时的喷嘴的各坐标值(喷嘴前端点位置的坐标值和第一旋转轴(A轴)、第二旋转轴(B轴)的角度等)，根据获取到的坐标值，计算从搜索开始时的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量Va。
·[步骤SB02]读取加工程序而依次临时执行(分析)程序块，临时更新各程序块的开始时间点上的喷嘴的各坐标值。
·[步骤SB03]计算临时执行(分析)时的、程序块的开始时间点上的喷嘴前端点的位置与当前的喷嘴前端点的位置之间的距离L1。
·[步骤SB04]判断在步骤SB03中计算出的距离L1是否为邻近点距离D以下。在是邻近点距离D以下的情况下，进入到步骤SB05，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SB02而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SB05]计算临时执行时(分析)的、程序块的终点上的喷嘴前端点的位置与当前的喷嘴前端点的位置之间的距离L2。
·[步骤SB06]判断在步骤SB05中计算出的距离L2是否大于在步骤SB03中计算出的距离L1。在大于距离L1的情况下，进入到步骤SB07，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SB02而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SB07]计算从程序块开始时间点上的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V1。
·[步骤SB08]计算从搜索开始时的喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量Va与从程序块开始时间点上的、喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量V1所形成的角度，判断该角度是否为邻近矢量角度以下。在矢量所形成的角度为邻近矢量角度以下的情况下，进入到步骤SB09，否则，判断为当前的程序块的开始时间点上的位置并非邻近点，返回至步骤SB02而使处理过渡到下一程序块。
·[步骤SB09]将临时执行(分析)中的程序块的开始时间点的位置决定为邻近点。
·[步骤SB10]在步骤SB09中决定的邻近点上将喷嘴的前端点进行定位。
·[步骤SB11]从邻近点重新开始加工。
如上所述，在本实施方式的邻近点搜索功能中，将如下的点决定为邻近点：开始执行邻近点搜索处理时的喷嘴前端点的位置和从喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量以及加工程序内包含的各程序块的开始时间点上的喷嘴前端点的位置和从喷嘴的控制点向喷嘴前端点的矢量处于固定邻近范围内的点。

Claims (3)

1.一种数值控制装置，具有如下的邻近点搜索功能：根据加工程序使由至少一个移动轴和至少一个旋转轴控制的刀具从该刀具的当前位置移动至邻近点，并从该邻近点起重新开始上述加工程序，其中，上述邻近点是处于预先设定为邻近点距离的预定距离内、并处于由上述加工程序指令的加工路径上的点，
其特征在于，该数值控制装置具备：
当前刀具前端点位置获取部，其获取当前的上述刀具的刀具前端点位置；
当前刀具姿势获取部，其获取当前的上述刀具的刀具姿势；
加工程序分析部，其从上述加工程序读出程序块并进行分析；
开始执行程序块时刀具前端点位置获取部，其根据上述加工程序分析部的分析结果，获取开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置；
距离邻近判断部，其判断：开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置，从上述当前的上述刀具的刀具前端点位置起，是否在预先设定的上述邻近点距离内；
开始执行程序块时刀具姿势获取部，其在由上述距离邻近判断部判断为在上述邻近点距离内的情况下，根据上述加工程序分析部的分析结果，获取开始执行上述程序块时的上述刀具的刀具姿势；
姿势邻近判断部，其判断开始执行上述程序块时的上述刀具的刀具姿势与上述当前的上述刀具的刀具姿势之差是否在预先设定的预定值以内；以及
邻近点输出部，其在由上述姿势邻近判断部判断上述差是否在预先设定的预定值以内的情况下，将开始执行上述程序块时的上述刀具的前端点位置作为邻近点来进行输出，
从上述加工程序依次读出程序块并进行分析，直到由上述邻近点输出部输出邻近点或上述加工程序结束为止。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述刀具姿势是根据上述旋转轴的角度而定义的，
上述姿势邻近判断部判断：开始执行上述程序块时的上述旋转轴的角度与上述当前的上述旋转轴的角度之差是否在预先设定的预定值以内。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述刀具姿势是根据从上述刀具的控制点向刀具前端点的矢量即刀具矢量而定义的，
上述姿势邻近判断部判断：开始执行上述程序块时的刀具矢量与当前的刀具矢量所形成的角度是否在预先设定的预定值以内。
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