CN105892400A - 降低机械负载的数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低机械负载的数值控制装置，在执行加工程序时取得机械中发生的碰撞的最大值，在该值超过阈值时，根据指令数据来确定碰撞最大值发生的部位的加减速时间常数，变更该时间常数，根据该变更后的时间常数重新计算加工程序的周期时间。然后当该周期时间在预先设定的节拍时间以内时，将变更后的时间常数与确定的指令块相关联地进行存储，在执行加工程序时进行参考。

Description

降低机械负载的数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种降低机械负载的数值控制装置。
背景技术
通常，在调整机械的进给轴和主轴的加减速时，一般尽量短地设定加减速所需要的时间。由此能够尽可能缩短整个加工程序的周期时间。然而，加速度越大机械性的碰撞越大，这是缩短机械寿命的主要原因。另外，作为自动进行加减速调整的现有技术，例如已知日本特开2010-250697号公报所公开的技术。
另一方面，如图9所示在汽车制造生产线等中，各工序所需的周期时间(以下称为节拍时间)已决定。加工在这些节拍时间内结束即可，所以并不一定是周期时间短为好。因此，只要在节拍时间以内，有时宁可增大加减速所需的时间从而尽量减少进给轴和主轴的负载，使加减速的斜率缓和。
以前，为了缓和加减速的斜率进行设定从而增大加减速的时间常数，为此需要通过手动来调整，所以难以在现场进行调整。上述的日本特开2010-250697号公报所公开的技术中虽然可自动进行加减速的调整，但是该技术是为了实现节能，根据周期时间与电动机负载电流和周边设备的消耗功率的总和之间的相关关系来调整加减速时间常数，而没有考虑抑制机械的振动和震动。
另外，虽然现有技术能够根据碰撞传感器和电动机负载电流的输入信息，通过PMC梯形程序等自动且动态地切换进给速度，从而抑制机械的振动和抖动，但是没有考虑通过这样的动态的进给速度的切换最终需要花费多少周期时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，其能够进行调整，从而将加工时间收敛在节拍时间内，同时尽可能地抑制机械所产生的碰撞。
本发明的数值控制装置根据加工程序控制机械，其具备：程序解析部，其解析所述加工程序来输出指令数据；碰撞解析部，其解析表示在执行所述加工程序时在所述机械中发生的碰撞的大小的履历数据来取得执行所述加工程序时的碰撞的最大值；第一判定部，其判定所述碰撞解析部解析出的所述碰撞的最大值是否超过预先设定的第一阈值；加减速时间常数确定部，其在通过所述第一判定部判定所述碰撞的最大值超过了所述第一阈值时，根据所述指令数据确定发生了所述碰撞的最大值的执行时的指令块，并确定发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速时间常数；加减速时间常数变更部，其使用预先设定的时间常数调整值来变更所述加减速时间常数；周期时间再计算部，其根据所述加减速时间常数变更部变更后的加减速时间常数来计算所述加工程序的周期时间；以及更新时间常数存储部，其判定所述周期时间再计算部计算出的所述周期时间是否在预先设定的节拍时间以内，当在所述节拍时间以内时将所述变更后的加减速时间常数与所述确定的指令块关联起来进行存储。
所述碰撞的大小可以根据碰撞传感器测定出的碰撞值来确定。并且，可使所述数值控制装置还具备：电动机负载解析部，其解析表示执行所述加工程序时的所述机械具备的电动机的负载的电动机负载履历数据，取得发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速范围内的电动机负载的最大值；以及第二判定部，其判定所述电动机负载解析部解析出的电动机负载的最大值是否超过预先设定的第二阈值，所述加减速时间常数变更部在通过所述第二判定部判定所述电动机负载的最大值超过了所述第二阈值时，使用预先设定的时间常数调整值来变更所述确定的加减速时间常数。
所述碰撞的大小可根据电动机负载来确定。
并且，本发明的数值控制系统经由通信线路连接至少两个数值控制装置而构成，所述数值控制装置根据各个加工程序来控制机械。并且，该数值控制系统具备：程序解析部，其解析所述各个加工程序来输出指令数据；碰撞解析部，其解析表示在执行所述各个加工程序时在各个所述机械中发生的碰撞的大小的履历数据，来取得执行所述各个加工程序时的碰撞的最大值；第一判定部，其判定所述碰撞解析部解析出的所述碰撞的最大值是否超过预先设定的第一阈值；加减速时间常数确定部，其在通过所述第一判定部判定所述碰撞的最大值超过了所述第一阈值时，根据所述指令数据确定发生了所述碰撞的最大值的所述加工程序和发生了所述碰撞的最大值的执行该加工程序时的指令块，并确定发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速时间常数；加减速时间常数变更部，其使用预先设定的时间常数调整值来变更所述加减速时间常数；周期时间再计算部，其根据所述加减速时间常数变更部变更后的加减速时间常数来计算所述各个加工程序的周期时间的总和值；以及更新时间常数存储部，其判定所述周期时间再计算部计算出的所述周期时间的总和值是否在预先设定的节拍时间以内，当在所述节拍时间以内时将所述变更后的加减速时间常数与所述确定的加工程序以及所述确定的指令块关联起来进行存储。
根据本发明，可提供一种数值控制装置，其能够进行调整，从而将加工时间收敛在节拍时间内，同时尽可能地抑制机械所发生的碰撞，由此通过抑制机械的老化来降低设备成本。
附图说明
通过参照附图对以下的实施例进行说明，本发明的上述以及其它的目的以及特征会变得更清楚。在这些图中：
图1是说明本发明的加减速时间常数的变更方法的概要的图。
图2是本发明的一个实施方式的数值控制装置的框图。
图3是表示本发明的第一实施例的电动机的进给速度、碰撞传感器值、电动机负载的关系的图。
图4是表示本发明的第一实施例的碰撞传感器值与加工程序的程序块的关系的图。
图5是表示本发明的第一实施例的调整加减速时间常数后的进给速度、碰撞传感器值、电动机负载的关系的图。
图6是表示本发明的第二实施例的碰撞传感器值、电动机负载和加工程序的程序块的关系的图。
图7是表示本发明的第二实施例的调整加减速时间常数后的进给速度、碰撞传感器值、电动机负载的关系的图。
图8是本发明的一个实施方式的数值控制装置上执行的处理的流程图。
图9是说明加工工序中的节拍时间的图。
具体实施方式
在本发明中预先赋予了整个加工程序的节拍时间来进行试运行，并将整个加工程序的进给轴、主轴的负载状态以及安装在机械上的碰撞传感器的值作为履历数据进行记录。另外，这里所说的碰撞传感器是可检测物体运动时的加速度的传感器。
当周期时间在预先赋予的节拍时间以内并且即使延长该周期时间也没问题时，如图1所示，检测碰撞传感器的值大的部分(例如，该值超过阈值的部分)，并进行变更从而在周期时间不超过节拍时间的范围内增大该检测部位的加减速的时间(加减速所需的时间)，并将该加减速的时间常数的变更信息记录在内部存储器。或者取而代之，可以将该变更信息作为指令嵌入加工程序中。然后，从下一次运行时开始使用各记录的加减速的时间常数来执行加工程序。
另外，在没有设置碰撞传感器的机械中，因为具有电动机的负载高的部位成为对机械的碰撞大的部位的倾向，所以仅着眼于电动机的负载，通过增大电动机的负载高的部位的加减速的时间，可减轻对机械的负载。即，检测进给轴和主轴的电动机负载大的部分，变更加减速的时间常数，从而在周期时间不超过节拍时间的范围内增大该检测部位的加减速的时间。然后，从下一次运行时开始，使用该变更后的加减速的时间常数来执行加工程序，从而减轻对机械的负载。
图2是本发明的执行碰撞传感器的值大的部位的加减速的变更的一实施方式的数值控制装置(CNC)的功能框图。
本实施方式的数值控制装置1具备程序解析部11、碰撞传感器值解析部12、电动机负载解析部13、加减速时间常数变更部14、周期时间再计算部15、更新时间常数存储部16、以及加工程序执行部17。
程序解析部11读出在数值控制装置1具备的存储器等中存储的加工程序21，解析该读出的加工程序21来生成指令数据。
碰撞传感器值解析部12在预先执行了加工程序21时，从记录了来自碰撞传感器2的输出的碰撞传感器值履历数据22中，检测是否没有超过预先指定的阈值的部分。
电动机负载解析部13在预先执行了加工程序21时，从记录了进给轴电动机和主轴电动机的负载的电动机负载履历数据23中，判定是否没有超过预先指定的电动机负载的阈值。
加减速时间常数变更部14根据程序解析部11生成的指令数据，判定通过碰撞传感器值解析部12或电动机负载解析部13判定为超过了预先指定的阈值的部位是否是加减速执行部分，作为其结果如果判定上述部位是加减速执行部分，则将加减速的时间常数增大预先指定的比例。
周期时间再计算部15根据由加减速时间常数变更部14变更后的时间常数，对加工程序21的周期时间进行再计算。
更新时间常数存储部16将加减速时间常数变更部14变更后的时间常数与加工程序21的执行部位相关联地存储到更新时间常数表24。
然后，加工程序执行部17按照更新时间常数存储部16在更新时间常数表24中存储的时间常数来执行加工程序21。
对图2所示的数值控制装置1的动作进行说明。在该数值控制装置1中，首先在执行加工程序21时，自动地取得进给轴电动机3和主轴电动机4的各电动机负载电流和机械的碰撞传感器2的信息。
关于碰撞传感器2的检测值超过预先决定的阈值的部位，如果加工程序的执行时间在预先赋予的节拍时间内，则以预先决定的比例或数值对加减速的时间常数进行延长，将该延长后的加减速时间常数或其变化量与加工程序21的执行部位相对应地存储到更新时间常数表24中。然后，在执行加工程序21时，一边参照该更新时间常数表24一边变更加减速。另外，可以将各变更后的加减速时间常数的信息作为指令嵌入加工程序21中，来取代将该信息存储在更新时间常数表24中。
以下，表示本实施方式的动作例子。
如图3所示，从在预先执行了加工程序21时存储的碰撞传感器值履历数据22中取得碰撞传感器2的检测值成为最大的部位的值Smax1，并判定该取得的检测值Smax1是否没有超过预先指定的碰撞传感器的阈值Slmt。另外，因为存在碰撞传感器2的检测值还取得负值的情况，因此在该情况下需要针对负值的最大值确认是否没有超过阈值。
在碰撞传感器2的检测值Smax1超过阈值Slmt时，如图4所示判定检测出该Smax1的部位相当于执行中的加工程序的哪个指令块，并且根据该指令和进给速度的变换状态来判定上述检测部位是否正在加减速。
当上述检出部位正在加减速时，取得该加减速时间常数Ta1。然后，为了减小电动机负载抑制碰撞，变更加减速时间常数。当在加减速时间常数的变更中使用预先指定的时间常数的增加比例α时，例如按照下面(1)式来变更加减速时间常数的值。另外，在(1)式中，Ta2是变更后的时间常数，α表示预先指定的时间常数的增加量。
Ta2＝Ta1×(1+α)······(1)
此后，根据变更后的加减速时间常数Ta2计算周期时间。另外，关于存储变更后的加减速时间常数以及根据该存储的加减速时间常数来估算周期时间的方法，可以通过上述的日本特开2010-250697号公报等中叙述的手段来实现。
当根据变更后的加减速时间常数Ta2计算出的周期时间没有超过预先指定的节拍时间时，接着从碰撞传感器值履历数据22中，取得碰撞传感器值成为第二大值的部位的值Smax2，判定该Smax2是否没有超过Slmt，并根据该判定结果与上述相同地进行变更时间常数的处理。直到超过碰撞传感器阈值Slmt的部位消失或者计算出的周期时间大于节拍时间为止，重复该过程。
另外，即使在计算出的周期时间大于节拍时间时，如果将上述(1)式中叙述的增加比例α例如减小为1/2×α来求出时间常数，由此使周期时间收敛在节拍时间内，则能够通过采用该时间常数极力地降低向机械的负载。
如此通过使用计算出的变更后的加减速时间常数数据进行下一个加工，可实现减轻向机械的负载的加工。
另外，即使在碰撞传感器2的检测值超过预先指定的阈值Slmt时，该碰撞也可能不是由于使进给轴和主轴进行动作而产生的，而是由于使其他的周边设备进行动作而产生的。
在这种情况下，进一步将与Smax1超过了Slmt的地方的程序块相应的电动机负载的峰值Ma1与预先指定的电动机负载的阈值Mlmt进行比较，在上述程序块的电动机负载的峰值Ma1没有超过阈值Mlmt时，判断该碰撞不是由于电动机的加减速而发生的，并从加减速时间常数的变更对象中排除。另一方面，如图6所示，在上述程序块的电动机负载的峰值Ma1超过了阈值Mlmt时，如图7所示，通过上面的(1)式变更加减速时间常数。
另外，因为存在电动机负载的值也取得负值的情况，在此情况下需要对负侧值的峰值确认是否没有超过阈值。
此外，也可对不具备碰撞传感器2的机械应用上述的方法。在为不具备碰撞传感器2的机械时，首先在执行加工程序21时，自动取得进给轴电动机3和主轴电动机4的电动机负载电流的信息。
然后，如果加工程序的执行时间在预先赋予的节拍时间内，对于电动机负载电流值超过预先决定的阈值的部位，以预先决定的比例或预先决定的值将加减速的时间常数延长，并将加工程序21的执行部位与相对应的加减速时间常数或者其变化量存储到更新时间常数表24，在执行加工程序时进行参考。或者，通过变更后的加减速时间常数来变更加工程序21。
上述的处理与记录碰撞传感器2的履历数据时的处理相同，但不进行碰撞传感器值的判定，而是着眼于电动机的负载，从该电动机负载的最大值开始依次检索来进行判定，变更时间常数。
另外，在上述的处理中，着眼于一台数值控制装置，将周期时间收敛在节拍时间内，但是在希望使多个控制装置或者整个生产线的周期时间的总和收敛在预定的周期时间(总和节拍时间)内时，也可以使用本发明。
例如，在数值控制装置之间设置通信单元，在成为对象的所有数值控制装置中判定成为最大的碰撞传感器值，针对与该最大的碰撞传感器值相应的部位进行时间常数的变更。然后，根据该变更后的时间常数计算该控制装置中的周期时间，如果与其他控制装置的周期时间求和后的值没有超过总和的节拍时间，则进行判定下一个为最大的碰撞传感器值并变更时间常数的处理。在整个周期时间不超过总和的节拍时间的范围内重复进行该处理。
此外，在由于机械结构的不同，即使相同的碰撞传感器的值对机械造成的影响变大时，考虑降低在各个控制装置中设定的阈值，所以在这种情况下，并非如上述那样根据各装置之间的最大碰撞传感器值开始进行时间常数的变更，从碰撞传感器的值与阈值之间的差最大的部位开始变更时间常数的方法好。
图8是在数值控制装置1上执行的加减速时间常数的变更处理的流程图。以下，对于各步骤进行说明。
【步骤SA01】判定加工程序21的加工时间是否在预先赋予的节拍时间以内。在节拍时间以内时向步骤SA02前进，在不是时结束该处理。
【步骤SA02】参考碰撞传感器值履历数据22，检索碰撞传感器的值成为最大的部位。
【步骤SA03】判定检索出的碰撞传感器值的最大值是否超过了预先设定的碰撞传感器的阈值Slmt。在超过了阈值Slmt时向步骤SA04前进，在没有超过时结束该处理。
【步骤SA04】确定在步骤SA02中检索出的碰撞传感器值表示最大值的部位相当于加工程序21中的哪个指令块，并进一步解析该确定的指令块来判定上述碰撞传感器值表示最大值的部位是否是加减速执行部分。在是加减速执行部分时向步骤SA05前进，在不是时向步骤SA10前进。
【步骤SA05】参考电动机负载履历数据23，判定在对象部位电动机负载是否超过预先设定的电动机负载阈值Mlmt。在超过了阈值Mlmt时向步骤SA06前进，在没超过时向步骤SA10前进。
【步骤SA06】以预先指定的比例增大对象部位的加减速时间常数的值。
【步骤SA07】通过在步骤SA06变更后的加减速时间常数来计算加工程序21的周期时间。
【步骤SA08】判定在步骤SA07计算出的周期时间是否在预先赋予的节拍时间以内。在节拍时间以内时向步骤SA09前进，在超出节拍时间时结束本处理。
【步骤SA09】将加工程序21的执行部位(在步骤SA04中确定的指令块)与在步骤SA06变更后的加减速时间常数的值相关联地存储在内部存储器中设置的更新时间常数表24中。
【步骤SA10】参考碰撞传感器值履历数据22，取得表示在步骤SA02中检索出的碰撞传感器值的最大值后的其次大的碰撞传感器值的峰值，并返回步骤SA03。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式的例子，通过施加适当的变更能够以其他的方式进行实施。

Claims (5)

1.一种数值控制装置，其根据加工程序控制机械，其特征在于，具备：
程序解析部，其解析所述加工程序来输出指令数据；
碰撞解析部，其解析表示在执行所述加工程序时在所述机械中发生的碰撞的大小的履历数据来取得执行所述加工程序时的碰撞的最大值；
第一判定部，其判定所述碰撞解析部解析出的所述碰撞的最大值是否超过预先设定的第一阈值；
加减速时间常数确定部，其在通过所述第一判定部判定所述碰撞的最大值超过了所述第一阈值时，根据所述指令数据确定发生了所述碰撞的最大值的执行时的指令块，并确定发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速时间常数；
加减速时间常数变更部，其使用预先设定的时间常数调整值来变更所述加减速时间常数；
周期时间再计算部，其根据所述加减速时间常数变更部变更后的加减速时间常数来计算所述加工程序的周期时间；以及
更新时间常数存储部，其判定所述周期时间再计算部计算出的所述周期时间是否在预先设定的节拍时间以内，当在所述节拍时间以内时将所述变更后的加减速时间常数与所述确定的指令块关联起来进行存储。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述碰撞的大小根据由碰撞传感器测定到的碰撞值来确定。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述碰撞的大小根据电动机负载来确定。
4.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
还具备：
电动机负载解析部，其解析表示执行所述加工程序时的所述机械具备的电动机的负载的电动机负载履历数据，取得发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速范围内的电动机负载的最大值；以及
第二判定部，其判定所述电动机负载解析部解析出的电动机负载的最大值是否超过预先设定的第二阈值，
所述加减速时间常数变更部在通过所述第二判定部判定所述电动机负载的最大值超过了所述第二阈值时，使用预先设定的时间常数调整值来变更所述确定的加减速时间常数。
5.一种数值控制系统，在经由通信线路连接至少两个数值控制装置而构成的数值控制系统中，所述数值控制装置根据各个加工程序来控制机械，所述数值控制系统的特征在于，具备：
程序解析部，其解析所述各个加工程序来输出指令数据；
碰撞解析部，其解析表示在执行所述各个加工程序时在各个所述机械中发生的碰撞的大小的履历数据，来取得执行所述各个加工程序时的碰撞的最大值；
第一判定部，其判定所述碰撞解析部解析出的所述碰撞的最大值是否超过预先设定的第一阈值；
加减速时间常数确定部，其在通过所述第一判定部判定所述碰撞的最大值超过了所述第一阈值时，根据所述指令数据确定发生了所述碰撞的最大值的所述加工程序和发生了所述碰撞的最大值的执行该加工程序时的指令块，并确定发生了所述碰撞的最大值的部位的加减速时间常数；
加减速时间常数变更部，其使用预先设定的时间常数调整值来变更所述加减速时间常数；
周期时间再计算部，其根据所述加减速时间常数变更部变更后的加减速时间常数来计算所述各个加工程序的周期时间的总和值；以及
更新时间常数存储部，其判定所述周期时间再计算部计算出的所述周期时间的总和值是否在预先设定的节拍时间以内，当在所述节拍时间以内时将所述变更后的加减速时间常数与所述确定的加工程序以及所述确定的指令块关联起来进行存储。
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