CN107885167B - 数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数值控制装置。机床的数值控制装置基于指令来输出每个采样周期的分配速度。数值控制装置决定基于前指令的前分配速度的输出结束之后至基于后指令的后分配速度的输出开始为止的延迟时间。数值控制装置在前指令的分配速度的输出结束并待机了延迟时间之后，开始进行后指令的分配速度的输出。数值控制装置将从基于前指令的第一前时间常数和第二前时间常数相加得到的值减去基于后指令的第一后时间常数和第二后时间常数相加得到的值所得的值计算为延迟时间。

Description

数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置。

背景技术

关于机床的数值控制装置，公知一种如下的控制方法：在执行连续的两个动作指令时，抑制在从前一个动作向后一个动作转变的转变时动作停止来缩短加工时间。日本专利第2925414号公报的数值控制装置在当前块为快进且下一个块为切削进给时，将快进终点位置的速度设为下一个块的指令切削速度来进行规定的减速。接着，数值控制装置使下一个块的切削进给从指令切削速度开始。数值控制装置在当前块为切削进给且下一个块为快进时，将切削进给终点位置的速度维持在指令切削速度。接着，数值控制装置通过从指令切削速度起进行规定的加速来开始进行下一个块的快进。

为了使上述数值控制装置在快进与切削进给之间转变时进行规定的加速和减速，需要计算表示速度推移的加速减速线。因此，期待一种不需要特别的运算就能够简易地抑制在快进与切削进给之间转变时动作停止的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够以简易的方法来抑制连续的两个动作指令之间的动作停止的数值控制装置。

技术方案1的数值控制装置是一种如下数值控制装置，由分配部基于用于机床的操作台或刀具移动的指令来在每个采样周期内输出分配速度，以对所述分配速度使用第一移动平均滤波器和第二移动平均滤波器所导出的加速减速后速度控制所述操作台或者刀具的移动动作，该数值控制装置的特征在于，具备决定部，该决定部决定所述分配部结束输出本次的指令即前指令的所述分配速度之后至开始输出所述前指令的下一个指令即后指令的所述分配速度为止的延迟时间，其中，所述加速减速后速度的与使用所述第一移动平均滤波器相应的时间常数是第一时间常数，与使用所述第二移动平均滤波器相应的时间常数是第二时间常数，所述决定部具备：时间常数决定部，其基于规定的最大速度来决定与所述第一时间常数相对应的第一变更时间常数和与所述第二时间常数相对应的第二变更时间常数；以及计算部，其将从由所述时间常数决定部决定的所述前指令的所述第一变更时间常数即第一前变更时间常数和所述第二变更时间常数即第二前变更时间常数相加得到的值减去由所述时间常数决定部决定的所述后指令的所述第一变更时间常数即第一后变更时间常数和所述第二变更时间常数即第二后变更时间常数相加得到的值计算为所述延迟时间。

数值控制装置基于前指令来输出前分配速度，在待机了与延迟时间相应的时间之后，基于后指令来输出后分配速度。数值控制装置通过从将第一前变更时间常数和第二前变更时间常数相加得到的值减去将第一后变更时间常数和第二后变更时间常数相加得到的值，来计算延迟时间。此时，在基于前指令的刀具的移动停止之前，开始进行基于后指令的刀具的移动。因此，数值控制装置能够防止在与前指令和后指令分别相对应的刀具的移动动作的切换期间内刀具停止移动。数值控制装置通过以该方法计算延迟时间，能够抑制在所述切换期间内刀具的速度暂时减少后增加。因此，由于数值控制装置能够抑制切换期间内的速度的减少，因此能够在短时间内执行与前指令和后指令分别相对应的刀具的移动。

在技术方案2的数值控制装置中，也可以是，所述时间常数决定部具备第一决定部，在所述分配速度与所述最大速度相同时，该第一决定部将所述第一时间常数决定为所述第一变更时间常数，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。

在技术方案3的数值控制装置中，也可以是，所述时间常数决定部具备第一决定部，在所述分配速度小于所述最大速度且为通过式(1)计算的下限速度以上时，该第一决定部决定所述第一变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度为固定，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。其中，当将所述下限速度表述为V2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(1)如下所述，

V2＝T2×Vmax/T1…(1)。

在技术方案4的数值控制装置中，也可以是，所述决定部具备第一决定部，在所述分配速度小于通过式(2)计算的下限速度时，该第一决定部决定所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定。其中，当将所述下限速度表述为V2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(2)如下，

V2＝T2×Vmax/T1…(2)。

此时，数值控制装置能够与分配速度的值无关地决定能够计算适合的延迟时间的第一变更时间常数和第二变更时间常数。

在技术方案5的数值控制装置中，也可以是，所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离大于在所述加速减速后速度中将恒速区域的时间设为0时的移动距离即基准移动距离时，该第二决定部将所述第一时间常数决定为所述第一变更时间常数且将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。

在技术方案6、7的数值控制装置中，也可以是，所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于在所述加速减速后速度中将恒速区域的时间设为0时的移动距离的上限距离且为通过式(3)计算的下限距离以上时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度为固定，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。其中，在将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(3)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1…(3)。

在技术方案8、9、10的数值控制装置中，也可以是，所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于通过式(4)计算的下限距离时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数、所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定。其中，当将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(4)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1…(4)。

此时，数值控制装置能够与基于指令的移动距离无关地决定能够计算适合的延迟时间的第一变更时间常数和第二变更时间常数。

在技术方案11的数值控制装置中，也可以是，所述决定部还具备第三决定部，该第三决定部基于所述分配速度来决定第一变更分配速度，基于所述移动距离来决定第二变更分配速度，在所述第一变更分配速度小于所述第二变更分配速度时，所述决定部决定由所述第一决定部决定的所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数，在所述第一变更分配速度为所述第二变更分配速度以上时，所述决定部决定由所述第二决定部决定的所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数。此时，数值控制装置能够根据第一变更初始速度与第二变更初始速度的关系来选择能够计算适合的延迟时间的第一变更时间常数和第二变更时间常数。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是示出数值控制装置40和机床1的电气结构的框图。

图3是使用二阶FIR滤波器时的速度线和加速度线的图。

图4是示出延迟时间D1、D2、D3的关系的速度线和加速度线的图。

图5是主处理的流程图。

图6是第一计算处理的流程图。

图7是示出速度线与加速度线的关系的图。

图8是第二计算处理的流程图。

图9是示出速度线与加速度线的关系的图。

图10是示出速度线与加速度线的关系的图。

具体实施方式

在下面的说明中使用图中箭头所示的左右、前后、上下。机床1的左右方向、前后方向、上下方向分别是机床1的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向。图1所示的机床1是能够进行被削件(省略图示)的切削加工和车削加工的复合机。

参照图1来说明机床1的结构。机床1具备基台2、Y轴移动机构(省略图示)、X轴移动机构(省略图示)、Z轴移动机构(省略图示)、移动体15、立柱5、主轴头6、主轴(省略图示)、被削件支承装置8、数值控制装置40(参照图2)等。基台2具备架台11、主轴基台12、右侧基台13、左侧基台14等。架台11是在前后方向上长的大致长方体状的结构体。主轴基台12形成为在前后方向上长的大致长方体状，设置在架台11上表面后方。右侧基台13设置在架台11上表面右前方。左侧基台14设置在架台11上表面左前方。在右侧基台13和左侧基台14的上表面固定被削件支承装置8。

Y轴移动机构设置于主轴基台12上表面，具备Y轴电动机62(参照图2)等。Y轴移动机构通过Y轴电动机62的驱动来使大致平板状的移动体15沿Y轴方向移动。X轴移动机构设置在移动体15上表面，具备X轴电动机61(参照图2)等。X轴移动机构通过X轴电动机61的驱动来使立柱5沿X轴方向移动。立柱5能够通过Y轴移动机构、移动体15、X轴移动机构来在基台2上沿X轴方向和Y轴方向移动。Z轴移动机构设置于立柱5前表面，具备Z轴电动机63(参照图2)等。Z轴移动机构通过Z轴电动机63的驱动来使主轴头6沿Z轴方向移动。主轴(省略图示)设置于主轴头6内部，在主轴下部具备刀具安装孔(省略图示)。刀具安装孔用于安装刀具。因此，X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构分别使安装于主轴的刀具沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向移动。设置于主轴头6上部的主轴电动机66(参照图2)使主轴旋转。

数值控制装置40(参照图2)收容在控制箱的内侧。数值控制装置40基于NC(Numerical Control：数值控制)程序来控制机床1的动作。NC程序具有多个由G代码、M代码的指令构成的行。覆盖机床1的罩在外壁面具备操作盘10(参照图2)。操作盘10具备操作部17、显示部18、连接口19(参照图2)。操作部17进行数值控制装置40的各种设定。显示部18显示各种画面、警报等。连接口19包含用于安装外部存储介质46A(参照图2)的端子。外部存储介质46A的一个例子是USB存储器。

被削件支承装置8固定于右侧基台13和左侧基台14的上表面。被削件支承装置8具备A轴台20、左侧支承台27、右侧驱动机构部28、旋转台29、C轴驱动部30等。A轴台20是倾斜角度为0度时上表面为水平面的俯视时大致长方形状的板状部。左侧支承台27将与X轴方向平行的支承轴(省略图示)以能够旋转的方式支承。左侧支承台27的底部固定于左侧基台14的上表面。

右侧驱动机构部28位于A轴台20右侧。右侧驱动机构部28在内侧收容A轴电动机64(参照图2)等。当A轴电动机64旋转时，A轴台20以支承轴为中心旋转。使A轴台20旋转的轴是A轴。A轴台20通过绕A轴以任意角度倾斜来使被削件相对于安装在主轴的刀具向任意方向倾斜。

旋转台29以能够旋转的方式设置于A轴台20上表面大致中央。旋转台29具有圆盘形状。C轴驱动部30设置于A轴台20下表面且具备C轴电动机65(参照图2)等。在C轴电动机65旋转时，旋转台29以与Z轴方向平行的轴为中心旋转。使旋转台29旋转的轴是C轴。旋转台29上表面的夹具200用于将被削件固定。C轴驱动部30使被削件以C轴为中心相对于刀具旋转。

参照图2来说明数值控制装置40和机床1的电气结构。数值控制装置40具备CPU41、ROM 42、RAM 43、存储装置44、输入输出部45、外部接口(I/F)46、驱动电路51～56。机床1具备X轴电动机61、Y轴电动机62、Z轴电动机63、A轴电动机64、C轴电动机65、以及主轴电动机66。

CPU 41控制机床1的动作。CPU 41执行存储于存储装置44的控制程序。ROM 42存储各种设定信息。RAM 43存储在各种处理执行过程中产生的各种数据。存储装置44存储控制程序、初始参数、NC程序等。输入输出部45与驱动电路51～56、操作部17、显示部18之间进行各种信号的输入输出。驱动电路51与X轴电动机61、驱动电路52与Y轴电动机62、驱动电路53与Z轴电动机63、驱动电路54与A轴电动机64、驱动电路55与C轴电动机65、驱动电路56与主轴电动机66分别相连接。驱动电路51～56(统称为驱动电路50。)向电动机61～66(统称为电动机60。)输出由CPU 41输出的脉冲信号。电动机60是伺服电动机。外部I/F 46是用于从安装于连接口19的外部存储介质46A读出信息的接口元件。例如CPU 41通过外部I/F 46读出存储于外部存储介质46A的控制程序。

参照图3来说明移动平均滤波器与时间常数的关系。数值控制装置40的CPU 41基于NC程序中的指令来按X轴、Y轴、Z轴每个驱动轴决定刀具移动时的速度和移动距离。CPU41基于所决定的速度和移动距离来进一步决定刀具移动的时间。CPU 41对所决定的速度至少使用二次以上移动平均滤波器(称为FIR滤波器)来使速度变化平滑。图3示出对速度使用了两次FIR滤波器的结果。将第一次使用的FIR滤波器称为第一FIR滤波器(FIR1)，将使用了第一FIR滤波器时的速度的时间常数称为第一时间常数。将第二次使用的FIR滤波器称为第二FIR滤波器(FIR2)，将使用了第二FIR滤波器时的速度的时间常数称为第二时间常数。

图3的(A)示出基于NC程序的一个指令的刀具移动的速度(Vmax)和时间(t)。将表示速度经时变化的线称为速度线。图3的(B)是在图3的(A)中使用第一FIR滤波器，速度从0变化至Vmax为止的部分(上升部分)和速度从Vmax变化至0为止的部分(下降部分)的斜率(加速度)固定。上升部分的时间(称为上升时间)和下降部分的时间(称为下降时间)都为T1。T1与使用了第一FIR滤波器时的第一时间常数相对应。上升部分的斜率和下降部分的斜率(加速度)是Vmax/T1。如图3的(C)所示，在对使用了第一FIR滤波器的Vmax的速度线(参照图3的(B))进一步使用第二FIR滤波器(FIR2)时，速度在加速度固定的部分的开始部分和结束部分缓慢变化。此时，在表示加速度经时变化的线(称为加速度线)中与速度缓慢变化的部分相对应的斜率固定。速度线的上升时间和下降时间都增加T2，为T1+T2。T2与在Vmax的速度线中使用了第二FIR滤波器时的第二时间常数相对应。将在加速度线中加速度固定地推移的部分(在速度线中为斜率固定的部分)的值称为最大加速度，表述为Amax。此时，Amax与Vmax/T1一致。如以上那样，CPU 41在对速度使用了多个FIR滤波器时能够缓和速度的变化。

CPU 41基于NC程序的指令在每个采样周期获取刀具的速度。将基于NC程序的指令在每个采样周期获取到的速度称为分配速度(参照图3的(A))。CPU 41对分配速度使用第一FIR滤波器和第二FIR滤波器来在每个采样周期计算速度。将对分配速度使用第一FIR滤波器和第二FIR滤波器计算出的速度称为加速减速后速度(参照图3的(C))。CPU 41向与基于NC程序的指令所决定的驱动轴(X轴、Y轴、Z轴)相对应的驱动电路50输出基于计算出的加速减速后速度的脉冲信号。

如图3的(C)所示，CPU 41同时执行基于分配速度的加速减速后速度的计算以及脉冲信号向驱动电路50的输出。驱动电路50基于CPU 41输出的脉冲信号使电动机60以加速减速后速度旋转。此外，在使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时，以加速减速后速度旋转的电动机60停止(加速减速后速度成为0)的时期相对于加速减速后速度的计算结束的时期(即，结束向驱动电路50输出脉冲信号的时期)延迟与下降时间(T1+T2)相应的时间。在该延迟时间中，驱动电路50持续向电动机60输出脉冲信号，使电动机60以加速减速后速度旋转。在NC程序中有连续的两个指令(前指令、后指令)时，CPU 41在对基于前指令的分配速度的计算结束之后等待与规定时间(称为延迟时间D)相应的时间。CPU 41在待机了与延迟时间D相应的时间之后，开始对基于前指令的下一个指令即后指令的分配速度进行计算。将基于前指令从分配速度计算出的加速减速后速度称为前加速减速后速度。将基于后指令从分配速度计算出的加速减速后速度称为后加速减速后速度。

对CPU 41从对前指令的分配速度的计算结束起至对后指令的分配速度的计算开始为止的延迟时间D的具体例进行说明。将前指令为快进指令且后指令为切削进给指令设为前提。快进指令是与刀具的移动路径无关地按每个轴以最高速移动至目的位置为止的指令。切削进给指令是循着准确的切削路径移动的指令。如图4所示，前指令是以速度Va在时间t1期间连续地移动刀具。后指令是以速度Vb在时间t2期间连续地移动刀具。Vb小于Va(Va>Vb)。将前加速减速后速度的第一时间常数称为第一前时间常数且表述为Ta1，将前加速减速后速度的第二时间常数称为第二前时间常数且表述为Ta2。将后加速减速后速度的第一时间常数称为第一后时间常数且表述为Tb1，将后加速减速后速度的第二时间常数称为第二后时间常数且表述为Tb2。

在图4的(A)所示的第一个例子中，当前加速减速后速度成为0时开始对后指令的分配速度的计算。从对前指令的分配速度的计算结束起至前加速减速后速度变为0为止的时间是将第一前时间常数Ta1和第二前时间常数Ta2相加得到的Ta1+Ta2。因此，图4的(A)的延迟时间D1为Ta1+Ta2。此时，加速减速后速度的速度线在增加至Va之后减少至0，增加至Vb之后减少至0。

在图4的(B)所示的第二例中，当前加速减速后速度减少至Vb时开始对后指令的分配速度的计算。延迟时间D2小于Ta1+Ta2(D2<(Ta1+Ta2))。因此，基于前指令和后指令的电动机60的旋转结束为止所需的时间(称为循环时间)变得比第一例的时间短。

在第二例中，电动机60以前加速减速后速度旋转的时期和电动机60以后加速减速后速度旋转的时期重叠。电动机60在前加速减速后速度和后加速减速后速度重叠的部分以将前加速减速后速度和后加速减速后速度相加得到的相加速度旋转。电动机60的转速在从前加速减速后速度切换到后加速减速后速度的期间(称为切换期间)Gb内，前加速减速后速度的加速度的变化率的绝对值(称为加加速度)与后加速减速后速度的加加速度的绝对值不一致。因此，相加速度的速度线增加至Va之后减少至小于Vb的值，之后在增加至Vb之后减少至0。如所述那样，第一例(图4的(A))和第二例(图4的(B))中的任一例时，在切换期间内电动机60的转速都小于Vb。因此，电动机60的转速再次增加至Vb为止需要时间。在后述的第三例(参照图4的(C))中，以避免在切换期间内电动机60的转速小于Vb的方式决定延迟时间D3，从而缩短循环时间。

在图4的(C)所示的第三例中，使用通过后述的式(1)计算的延迟时间D3。在第三例中，根据需要变更分配速度、第一时间常数、第二时间常数以使在切换期间Gc内前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值一致。将变更后的分配速度设为变更分配速度f(V)。将基于前指令的变更分配速度设为前变更分配速度f(Va)，将基于后指令的变更分配速度设为后变更分配速度f(Vb)。将前指令的变更后的第一前时间常数设为第一前变更时间常数f(Ta1)，将前指令的变更后的第二前时间常数设为第二前变更时间常数f(Ta2)。将后指令的变更后的第一后时间常数设为第一后变更时间常数f(Tb1)，将后指令的变更后的第二后时间常数设为第二后变更时间常数f(Tb2)。将第一前变更时间常数和第一后变更时间常数统称为第一变更时间常数f(T1)。将第二前变更时间常数和第二后变更时间常数统称为第二变更时间常数f(T2)。延迟时间D3是通过式(1)计算的。

D3＝(f(Ta1)+f(Ta2))-(f(Tb1)+f(Tb2)) (1)

延迟时间D3是从将第一前变更时间常数f(Ta1)和第二前变更时间常数f(Ta2)相加得到的值f(Ta1)+f(Ta2)减去将第一后变更时间常数f(Tb1)和第二后变更时间常数f(Tb2)相加得到的值f(Tb1)+f(Tb2)来计算的。在图4的(C)中,第一前变更时间常数与变更前为相同值且第二前变更时间常数与变更前为相同值(Ta1＝f(Ta1)、Ta2＝f(Ta2))，并且第一后变更时间常数与变更前为相同值且第二后变更时间常数与变更前为相同值(Tb1＝f(Tb1)、Tb2＝f(Tb2))。延迟时间D3比第一例(参照图4的(A))的延迟时间D1、第二例(参照图4的(B))的延迟时间D2短。此时，在切换期间Gc内前加速减速后速度的加加速度的绝对值与后加速减速后速度的加加速度的绝对值一致。因此，将前加速减速后速度和后加速减速后速度相加得到的相加速度的速度线增加至Va之后减少至Vb，之后进一步减少从而变成0。由于在切换期间Gc内电动机60的转速不小于Vb，因此循环时间比第一例和第二例时的循环时间短。

参照图5来说明主处理。CPU 41通过在经由操作部17检测到开始基于NC程序移动刀具的指示时执行存储于存储装置44的控制程序，来开始进行主处理。CPU 41执行第一计算处理(S11)。参照图6来对第一计算处理进行说明。第一计算处理计算用于在后述的第二计算处理(参照图8)中判断是否变更指令速度V、第一时间常数T1、第二时间常数T2的阈值。计算的阈值为最大加速度Amax、基准移动距离L1、下限速度V2、下限距离L2。CPU 41获取存储于存储装置44的初始参数(S51)。初始参数为最大速度Vmax、第一时间常数T1、第二时间常数T2。最大速度Vmax是机床1移动刀具时的最大速度。第一时间常数T1与将分配速度设为Vmax且使用第一FIR滤波器时的第一时间常数相对应。第二时间常数T2与将分配速度设为Vmax且使用第二FIR滤波器时的第二时间常数相对应。CPU 41通过式(2)计算最大加速度Amax(S53)。

Amax＝vmax/T1 (2)

CPU 41通过式(3-1)(3-2)(3-3)计算基准移动距离L1、下限速度V2、下限距离L2(S55)。

L1＝Vmax×(T1+T2) (3-1)

V2＝T2×Amac (3-2)

L2＝2×T2×V2＝2×T2×T2×Amac (3-3)

CPU 41结束第一计算处理，使处理回到主处理(参照图5)。

详细地对最大加速度Amax、基准移动距离L1、下限速度V2、下限距离L2进行说明。图7的(A)是根据通过S51(参照图6)的处理获取到的初始参数(Vmax、T1、T2)所决定的速度线(称为第一速度线Cv1。)和与第一速度线Cv1相对应的加速度线(称为第一加速度线Ca1。)。第一速度线Cv1示出对分配速度Vmax使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时的加速减速后速度的推移。图7的(B)是第一速度线Cv1中的速度以固定为Vmax的方式推移的部分(参照箭头R11)的时间缩短到0的线(称为第二速度线Cv2)和与第二速度线Cv2相对应的加速度线(称为第二加速度线Ca2)。图7的(C)示出第二加速度线Ca2中的以固定为Amax的方式推移的部分(参照箭头R12)的时间缩短到0的线(称为第三加速度线Ca3。)和与第三加速度线Ca3相对应的速度线(称为第三速度线Cv3)。最大加速度Amax示出在第一速度线Cv1和第二速度线Cv2的各自的上升部分和下降部分斜率为固定的部分的加速度的绝对值。基准移动距离L1表示第二速度线Cv2所包围的部分的面积。下限速度V2表示第三加速度线Ca3所包围的部分的面积，与第三速度线Cv3中的速度的最大值相对应。下限距离L2表示第三速度线Cv3所包围的部分的面积。

如图5所示，CPU 41在第一计算处理(参照S11)结束之后获取NC程序的指令。CPU41基于获取到的指令来决定刀具移动时的速度F和移动距离L(S13)。CPU 41基于获取到的指令来开始进行第二计算处理(参照图8)(S15)。在第二计算处理中，决定变更分配速度f(V)、第一变更时间常数f(T1)、第二变更时间常数f(T2)以使在前加速减速后速度与后加速减速后速度的切换期间Gc内各自的加加速度相同。变更分配速度f(V)、第一变更时间常数f(T1)、第二变更时间常数f(T2)在后述的S23的处理中计算延迟时间D3时使用。

参照图8来对第二计算处理进行说明。在第二计算处理中，基于后述的指令速度V来决定变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)。在第二计算处理中，基于移动距离L来决定变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)。在第二计算处理中，将计算延迟时间D3时所使用的变更分配速度f(V)、第一变更时间常数f(T1)、第二变更时间常数f(T2)决定为上述所决定的变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)或变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)。

CPU 41判定通过S13(参照图5)的处理获取到的指令是否为快进指令(S71)。CPU41当判定为快进指令时(S71：是)，使处理进入到S73。快进指令是与刀具的移动路径无关地在每个轴以最高速移动至目的位置的指令。因此，CPU 41将通过S51(参照图6)的处理获取到的最大速度Vmax设定为指令速度V(S73)。CPU 41使处理进入到S77。CPU 41当判定为不是快进指令而是切削进给指令时(S71：“否”)，使处理进入到S75。切削进给指令是循着准确的切削路径移动的指令。因此，CPU 41将基于指令所决定的速度F设定为指令速度V(S75)。CPU41使处理进入到S77。

CPU 41根据指令速度V的值来决定变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)(S77)。详细如下。

在指令速度V与Vmax一致时(V＝Vmax)，CPU 41通过式(4-1)(4-2)(4-3)设定变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)。

f1(V)＝V (4-1)

f1(T1)＝T1 (4-2)

f1(T2)＝T2 (4-3)

如图9的(A)所示，当对指令速度V(＝Vmax)使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时，在速度线Cv4的上升部分出现了斜率(加速度)固定为Amax的部分。此时的第一时间常数是T1，第二时间常数是T2。虽然未图示，但是速度线Cv4的下降部分也相同。此外，当在前加速减速后速度Va和后加速减速后速度Vb的速度线的上升部分和下降部分中出现斜率(加速度)固定为Amax的部分时，能够将前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)设为相同。因此，当CPU 41使用延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

当指令速度V小于Vmax且为通过S55(参照图6)的处理计算出的下限速度V2以上时(V2≤V<Vmax)，CPU 41通过式(5-1)(5-2)(5-3)设定变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)。

f1(V)＝V (5-1)

f1(T1)＝V/Amax (5-2)

f1(T2)＝T2 (5-3)

此外，如图9的(B)所示，V与加速度线Ca5所包围的梯形或者三角形的面积相对应。因此，CPU 41通过将V除以Amax来计算出f(T1)。如图9的(B)所示，当对指令速度V使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时，通过将第一时间常数从T1变更为f1(T1)来在速度线Cv5的上升部分出现斜率(加速度)固定为Amax的部分。虽然未图示，但是速度线Cv5的下降部分也相同。此时，能够将前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)设为相同。因此，当CPU 41使用了延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

当指令速度V小于V2时(V<V2)，CPU 41通过式(6-1)(6-2)设定变更分配速度f1(V)、第一变更时间常数f1(T1)、第二变更时间常数f1(T2)。

f1(V)＝V (6-1)

此外，如图9的(C)所示，V与加速度线Ca6所包围的三角形的面积相对应。该三角形的高度相对于Amax，与第一时间常数T2同第一变更时间常数f1(T2)之间的比率相应地变小，因此为f(T2)/T2×Amax。三角形的面积V为f(T2)×f(T2)/T2×Amax。因此，f(T1)、f(T2)以(V×T2)/Amax的平方根表示。如图9的(C)所示，在对指令速度V使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时，通过使第一时间常数从T1变更为f1(T1)且使第二时间常数从T2变更为f1(T2)，在加速度线Ca6的上升部分出现斜率(加加速度)固定为Amax/T2的部分。虽然未图示，但是加速度线Cv6的下降部分也相同。此时，能够使前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)内相同。因此，CPU41在使用了延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

如图8所示，CPU 41根据基于在S13(参照图5)的处理中获取到的指令的移动距离L的值来决定变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)(S79)。详细如下。

CPU 41在移动距离L大于通过S55(参照图6)的处理计算出的基准移动距离L1时(L1<L)，通过式(7-1)(7-2)(7-3)来设定变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)。

f2(V)＝V (7-1)

f2(T1)＝T1 (7-2)

f2(T2)＝T2 (7-3)

如图10的(A)所示，移动距离L表示速度线Cv7所包围的部分的面积。基准移动距离L1表示将速度线Cv7中以速度固定的方式推移的部分的时间缩短到0的线(参照图7的(B))所包围的部分的面积。当移动距离L大于基准移动距离L1时，在对变更分配速度f2(V)使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时在速度线Cv7的上升部分和下降部分出现斜率(加速度)固定为Amax的部分。此时的第一时间常数是T1，第二时间常数是T2。此外，当前指令的移动距离和后指令的移动距离满足上述条件时，能够使前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)内相同。因此，CPU 41在使用了延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

在移动距离L为通过S55(参照图6)的处理计算出的下限距离L2以上且小于基准移动距离L1时(L2≤L<L1)，CPU 41通过式(8-1)(8-2)(8-3)来设定变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)。

f2(T2)＝T2 (8-3)

如图10的(B)所示，移动距离L表示速度线Cv8所包围的部分的面积。下限距离L2表示与将加速度线Ca8中加速度以Amax推移的部分的时间缩短到0的线(参照图7的(C))相对应的速度线所包围的部分的面积。当移动距离L满足上述条件时，在对变更分配速度f2(V)使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器时，在速度线Cv8的上升部分和下降部分中出现斜率(加速度)固定为Amax的部分。此外，当前指令的移动距离和后指令的移动距离满足上述条件时，能够使前加速减速后速度的加加速度的绝对值与后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)内相同。因此，CPU 41在使用了延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

当移动距离L小于L2时(L<L2)时，CPU 41通过式(9-1)(9-2)来设定变更分配速度f2(V)、第一变更时间常数f2(T1)、第二变更时间常数f2(T2)。

如图10的(C)所示，移动距离L表示速度线Cv9所包围的部分的面积。即，当移动距离L满足上述条件时，在对变更分配速度f2(V)使用了第一FIR滤波器和第二FIR滤波器的情况下，在加速度线Ca9的上升部分出现斜率(加加速度)固定为Amax/f2(T2)的部分。此外，当前指令的移动距离和后指令的移动距离分别满足上述条件时，能够使前加速减速后速度的加加速度的绝对值和后加速减速后速度的加加速度的绝对值在切换期间Gc(参照图4)内相同。因此，CPU 41在使用了延迟时间D3时，能够使循环时间最短。

如图8所示，CPU 41在设定了f1(V)、f1(T1)、f1(T2)(参照S77)、f2(V)、f2(T1)、f2(T2)(参照S79)之后，决定用于计算延迟时间D3的变更分配速度f(V)、第一变更时间常数f(T1)、第二变更时间常数f(T2)(S81)。当f1(V)小于f2(V)时(f1(V)<f2(V))，CPU 41将通过S77的处理设定的f1(V)、f1(T1)、f1(T2)决定为决定为f(V)、f(T1)、f(T2)。对分配速度使用基于第一变更时间常数f(T1)的第一FIR滤波器和基于第二变更时间常数f(T2)的第二FIR滤波器来获得加速减速后速度(参照图3的(C))。当f2(V)为f1(V)以下时(f2(V)≤f1(V))，CPU 41将通过S79的处理设定的f2(V)、f2(T1)、f2(T2)决定为f(V)、f(T1)、f(T2)。对分配速度使用基于第一变更时间常数f(T2)的第一FIR滤波器和基于第二变更时间常数f(T2)的第二FIR滤波器来获得加速减速后速度(参照图3的(C))。CPU 41结束第二计算处理，使处理回到主处理(参照图5)。上述中使用与小的变更分配速度相对应的参数的理由在于，当使用了与大的变更分配速度相对应的参数时，加速度线崩溃，加速度的斜率(加加速度)变得不会固定。

如图5所示，CPU 41在第二计算处理(S15)结束之后，判定前指令和后指令这两方是否为沿Z轴方向移动刀具的指令(S19)。当前指令和后指令中的至少一方为沿除了Z轴以外的方向移动刀具的指令时(S19：“否”)，CPU 41使处理进入到S27。当前指令和后指令这两方为沿Z轴方向移动刀具的指令时(S19：“是”)，CPU 41使处理进入到S21。该判断的理由在于，Z轴的指令多于其它指令。CPU 41判定在前指令和后指令中指令类别是否不同(S21)。当前指令和后指令都是快进指令，或者前指令和后指令都是切削进给指令时，CPU 41判定为在前指令和后指令中指令类别一致(S21：“否”)。此时，CPU 41使处理进入到S27。当前指令为快进指令且后指令为切削进给指令，或者前指令为切削进给指令且后指令为快进指令时，CPU 41判定为在前指令和后指令中指令类别不同(S21：“是”)。CPU 41使处理进入到S23。该判断的理由在于，当指令类别不同时，预先将延迟时间D3设定为0。

CPU 41使用基于前指令通过S15的处理计算出的f(Ta1)、f(Ta2)以及基于后指令通过S15的处理计算出的f(Tb1)、f(Tb2)，来通过式(1)计算延迟时间D3(S23)。当通过式(1)计算出的延迟时间D3为负的值时，CPU 41将延迟时间D3修正为0。CPU 41判定从通过后述的S27的处理进行的对前指令的分配速度的计算结束起是否经过了延迟时间D3(S25)。CPU 41在判定为从对基于前指令的前指令分配速度的计算结束起没有经过延迟时间D3时(S25：“否”)，使处理回到S25。CPU 41当判定为从对基于前指令的前指令分配速度的计算结束起经过了延迟时间D3时(S25：“是”)，使处理进入到S27。

CPU 41基于指令来开始进行对分配速度的计算(S27)。此时的变更分配速度设为通过第二计算处理(参照S15)计算出的变更分配速度f(V)。此时的第一时间常数和第二时间常数分别同通过第二计算处理计算出的第一变更时间常数f(T1)和第二变更时间常数f(T2)一致。CPU 41同时开始进行用于使电动机60以计算出的加速减速后速度旋转的脉冲信号的输出。CPU 41当判定为对分配速度的计算已结束时(S29：是)，使处理回到S13。

数值控制装置40的CPU 41基于与前指令相应的前变更分配速度f(Va)来计算并输出前加速减速后速度(S27)，在待机了与延迟时间D3相应的时间之后(S25)，基于与后指令相应的后变更分配速度f(Vb)来计算并输出后加速减速后速度(S27)。CPU 41通过从将第一前变更时间常数f(Ta1)和第二前变更时间常数f(Ta2)相加得到的值减去将第一后变更时间常数f(Tb1)和第二后变更时间常数f(Tb2)相加得到的值，来计算延迟时间D3(＝(Ta1+Ta2)-(Tb1+Tb2))(S23)。此时，在基于前指令的刀具的移动停止之前开始进行基于后指令的刀具的移动(参照图4的(C))。因此，数值控制装置40能够防止在与前指令和后指令分别相对应的刀具的移动的切换期间Gc内动作停止。

通过CPU 41以该方法计算延迟时间D3，能够抑制例如在切换期间Gc内刀具的速度小于后加速减速后速度。因此，数值控制装置40能够抑制在切换期间Gc内刀具的速度减少，因此能够缩短切换期间Gc。数值控制装置40能够缩短直到电动机60基于前指令和后指令的旋转结束为止所需的时间(循环时间)。通过CPU 41进行用于计算延迟时间D3的简易运算，能够容易地缩短循环时间。

本发明不限于所述实施方式。前指令的速度Va和后指令的速度Vb既可以是相同值，也可以是前指令的速度Va小于后指令的速度Vb。CPU 41也可以在前指令和后指令都是快进指令时计算延迟时间D3。前指令和后指令都是切削进给指令时也同样。CPU 41也可以在执行S19的处理时，在判断为前指令和后指令这两方是将刀具沿X轴方向或者Y轴方向移动的指令时计算延迟时间D3。

CPU 41也可以对分配速度使用三次以上移动平均滤波器来计算加速减速后速度。此时，CPU 41也可以将在前分配速度中在第三次使用了移动平均滤波器(称为第三FIR滤波器。)时的时间常数(第三时间常数)与在后分配速度中第三次使用了移动平均滤波器(称为第三FIR滤波器。)时的时间常数(第三时间常数)设为相同值。

第二计算处理(参照图8)设定变更分配速度f(V)、第一变更时间常数f(T1)、第二变更时间常数f(T2)的方法不限于所述实施方式。CPU 41也可以基于通过S77的处理设定的f(V)、f(T1)、f(T2)来计算延迟时间D3。此时，CPU 41也可以不执行S79的处理。CPU 41也可以基于通过S79的处理设定的f(V)、f(T1)、f(T2)来计算延迟时间D3。此时，CPU 41也可以不执行S77的处理。也可以是，在f1(V)小于f2(V)时，CPU 41将f2(V)、f2(T1)、f2(T2)决定为f(V)、f(T1)、f(T2)。也可以是，在f2(V)为f1(V)以下时，CPU 41将f1(V)、f1(T1)、f1(T2)决定为f(V)、f(T1)、f(T2)。

进行S27的处理的CPU 41是本发明的分配部的一个例子。进行S15、S23的处理的CPU 41是本发明的决定部的一个例子。进行S15的处理的CPU 41是本发明的时间常数决定部的一个例子。进行S23的处理的CPU 41是本发明的计算部的一个例子。进行S77的处理的CPU 41是本发明的第一决定部、第三决定部的一个例子。进行S79的处理的CPU 41是本发明的第二决定部、第三决定部的一个例子。

Claims (11)

1.一种数值控制装置(40)，由分配部(41)基于用于机床(1)的操作台或刀具移动的指令来在每个采样周期内输出分配速度，以对所述分配速度使用第一移动平均滤波器和第二移动平均滤波器所导出的加速减速后速度控制所述操作台或刀具的移动动作，该数值控制装置的特征在于，

具备决定部，该决定部决定所述分配部结束输出本次的指令即前指令的所述分配速度之后至开始输出该前指令的下一个指令即后指令的所述分配速度为止的延迟时间，

其中，所述加速减速后速度的与使用所述第一移动平均滤波器相应的时间常数是第一时间常数，与使用所述第二移动平均滤波器相应的时间常数是第二时间常数，

所述决定部具备：

时间常数决定部，其基于规定的最大速度来决定与所述第一时间常数相对应的第一变更时间常数和与所述第二时间常数相对应的第二变更时间常数；以及

计算部，其将从由所述时间常数决定部决定的所述前指令的所述第一变更时间常数即第一前变更时间常数和所述第二变更时间常数即第二前变更时间常数相加得到的值减去由所述时间常数决定部决定的所述后指令的所述第一变更时间常数即第一后变更时间常数和所述第二变更时间常数即第二后变更时间常数所得到的值计算为所述延迟时间。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述时间常数决定部具备第一决定部，在所述分配速度与所述最大速度相同时，该第一决定部将所述第一时间常数决定为所述第一变更时间常数，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述时间常数决定部具备第一决定部，在所述分配速度小于所述最大速度且为通过式(1)计算的下限速度以上时，该第一决定部决定所述第一变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度为固定，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数，

其中，当将所述下限速度表述为V2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(1)如下，

V2＝T2×Vmax/T1···(1)。

4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第一决定部，在所述分配速度小于通过式(2)计算的下限速度时，该第一决定部决定所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定，

其中，当将所述下限速度表述为V2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(2)如下，

V2＝T2×Vmax/T1···(2)。

5.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离大于在所述加速减速后速度中将恒速区域的时间设为0时的移动距离时，该第二决定部将所述第一时间常数决定为所述第一变更时间常数且将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数。

6.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于在所述加速减速后速度中将恒速区域的时间设为0时的移动距离且为通过式(3)计算的下限距离以上时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度为固定，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数，

其中，在将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(3)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1···(3)。

7.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于在所述加速减速后速度中将恒速区域的时间设为0时的移动距离且为通过式(3)计算的下限距离以上时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度为固定，将所述第二时间常数决定为所述第二变更时间常数，

其中，当将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(3)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1···(3)。

8.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于通过式(4)计算的下限距离时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数、所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定，

其中，当将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(4)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1···(4)。

9.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于通过式(4)计算的下限距离时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数、所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定，

其中，当将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(4)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1···(4)。

10.根据权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第二决定部，在与所述指令相应的移动距离小于通过式(4)计算的下限距离时，该第二决定部决定所述第一变更时间常数、所述第二变更时间常数以使所述加速减速后速度的加速度的斜率即加加速度为固定，

其中，当将所述下限距离表述为L2、将所述最大速度表述为Vmax、将所述第一时间常数表述为T1且将所述第二时间常数表述为T2时，所述式(4)如下，

L2＝2×T2×T2×Vmax/T1···(4)。

11.根据权利要求5～7中的任一项所述的数值控制装置，其特征在于，

所述决定部还具备第三决定部，该第三决定部基于所述分配速度来决定第一变更分配速度，基于所述移动距离来决定第二变更分配速度，

在所述第一变更分配速度小于所述第二变更分配速度时，所述决定部决定由所述第一决定部决定的所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数，

在所述第一变更分配速度为所述第二变更分配速度以上时，所述决定部决定由所述第二决定部决定的所述第一变更时间常数和所述第二变更时间常数。

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