CN107966956B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置。利用本发明的数值控制装置能够考虑在机床产生的机械延迟而进行精度更高的加工时间的预测。数值控制装置具备：基准加工时间预测部，其基于加工程序预测不考虑伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间即基准加工时间；程序解析部，其提取所述加工程序所含有的至少1个程序指令组；数据存储部，其按照各程序指令类别组对伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的信息进行存储；修正时间算出部，其基于所述程序解析部所提取出的程序指令组和存储到数据存储部的信息算出用于修正基准加工时间的修正时间；加工时间预测部，其算出利用修正时间对基准加工时间进行了修正而得的预测加工时间。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及具有考虑伺服控制和机械运动的延迟的加工时间预测功能的数值控制装置。
背景技术
在利用机床对工件进行加工的情况下，一般而言，若为了缩短加工时间而提高加工速度，则加工精度变差，相反，若为了延长加工时间而降低加工速度，则加工精度变好。因此，利用机床对工件进行加工的使用者期望的是“想以预先设定好的容许加工误差内的加工精度以尽可能短的加工时间对工件进行加工。”。不过，只要以什么程度的加工时间进行加工，就能够以什么程度的加工误差对工件进行加工，这并不是简单明了的。
因此，通过一边改变参数等的设定一边进行试加工来维持加工精度，并且同时尝试加工时间的缩短，或不进行试加工而进行模拟来预测加工精度和加工时间等，反复进行各种试错。
作为与进行加工时间的预测有关的主要的现有技术，存在日本特开2003-175439号公报、日本特开2012-243152号公报、日本特开平11-028643号公报、日本特开2014-038482号公报、以及日本公开技报编号2012-502270所公开的技术。在日本特开2003-175439号公报中公开了如下技术：将辅助功能的时间按照每个辅助代码进行蓄积，通过将时间的平均值反映于预测加工时间，来预测准确的加工时间。在日本特开2012-243152号公报中公开了如下技术：通过模拟伺服动作，能够进行更准确的加工时间和加工误差的预测。在日本特开平11-028643号公报中公开了如下技术：在加工中对与实际加工相应的时间进行测定，通过将该实际加工时间与预测加工时间相加，与仅有预测加工时间相比，预测更准确的加工时间。另外，在日本特开2014-038482号公报中公开如下技术：将刀具路径分割成段这样比块更细小的单位，在考虑了数值控制装置的处理能力的基础上，将段的移动时间累加而设为加工时间，从而能够进行考虑了加减速时间、程序的执行顺序的准确的加工时间预测。此外，在日本公开技报编号2012-502270所公开的技术中，对由加减速导致的延迟、由伺服控制导致的延迟、机械运动的延迟进行计算，来预测加工时间。
一般而言，在使机械动作的情况下，基于各部产生的摩擦力的动作延迟、反馈系统的延迟、由于惯性产生的动作延迟等成为原因，产生由加减速导致的延迟、由伺服控制导致的延迟、机械运动的延迟等所谓的机械延迟(图6)。然而，在日本特开2003-175439号公报、日本特开2012-243152号公报所公开的技术中，未考虑这样的机械延迟，因此，存在加工时间预测结果出现误差这样的问题。另外，在日本特开平11-028643号公报所公开的技术中，接近加工结束，预测精度变高，但在加工的初期，机械延迟未充分地反映于预测结果，因此，加工时间预测结果出现误差。此外，在日本特开2014-038482号公报、日本公开技报编号2012-502270所公开的技术中，虽然教导了对机械延迟的时间进行计算，但并没有公开具体的对机械延迟的时间进行计算的方法，另外，每个机械的机械延迟的特性不同，因此，即使公开了计算方法，也难以应对全部种类的机械延迟，无法准确地预测。
一般而言，在进行控制对象的加减速的情况下，机械延迟变大。因此，考虑了，预先利用实验等对因机械延迟而产生的预测加工时间与实际的加工时间之间的间隙时间(乖離時間，gap time)进行测定，能够利用根据测定出的间隙时间和加工中的加减速的次数对预测加工时间进行修正的方法，来进行精度较高的加工时间的预测，但是，实际上，加工程序所含有的两个连续的程序指令之间产生的机械延迟(例如在接着G00指令之后执行了G01指令的情况下的、在G00指令与G01指令之间产生的机械延迟)，由于两个程序指令类别的组(伴随着顺序的组合)的不同而不同，因此，存在如下问题：即使单纯地对间隙时间进行测定并使用，加工时间的预测精度的提高也存在限制。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种考虑了在机械中产生的机械延迟而能够进行精度更高的加工时间的预测的数值控制装置。
在本发明中，通过将如下构成设置于数值控制装置，来解决上述问题：针对程序指令类别的各种各样的组(伴随着顺序的组合)，一边进行实际加工，一边对每个单位时间的各控制周期的移动量和误差量(位置偏差量)进行采样，从而取得各程序指令类别组中的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间并蓄积为数据，通过将其反映于加工时间预测的模拟结果，来算出更准确的加工时间。
并且，本发明的数值控制装置用于基于加工程序对具备至少1个轴的机床进行控制而进行工件的加工，其具备：基准加工时间预测部，其基于所述加工程序对作为未考虑伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间的基准加工时间进行预测；程序解析部，其对所述加工程序进行解析而提取所述加工程序所含有的至少1个程序指令组；数据存储部，其按照程序指令类别组，存储在所述机床的实际的加工中测定出的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息；修正时间算出部，其基于所述程序解析部所提取出的所述程序指令组、以及存储到所述数据存储部的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息，算出用于对所述基准加工时间进行修正的修正时间；加工时间预测部，其算出利用所述修正时间对所述基准加工时间进行修正而得到的预测加工时间。
本发明的上述数值控制装置还具备实际加工延迟时间测定部，该实际加工延迟时间测定部按照程序指令组，对伺服控制和机械运动的实际的延迟时间进行测定，基于测定出的各程序指令组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间，更新存储到所述数据存储部的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息。
在本发明的上述数值控制装置中，所述修正时间计算部基于存储到所述数据存储部的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息，针对所述程序解析部所提取出的所述程序指令组的每一组，对伺服控制和机械运动的延迟时间进行推定，将推定出的各伺服控制和机械运动的延迟时间进行累计，计算所述修正时间。
根据本发明，能够进行考虑了伺服控制和机械运动的延迟等的机床特性的精度更高的加工时间预测。
附图说明
本发明的所述的目的和特征以及其他的目的和特征根据参照附图的以下的实施例的说明而变明确。这些图中的：
图1是表示本发明的一实施方式的数值控制装置的主要部分的硬件构成图。
图2是本发明的一实施方式的数值控制装置的概略的功能框图。
图3是说明由实际加工延迟时间测定部进行的伺服控制和机械运动等的实际的延迟时间的测定方法的图。
图4A是表示在数据存储部存储的各个程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的例子的图。
图4B是表示在数据存储部存储的按照工件重量的各个程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的例子的图。
图5是表示程序解析部要从加工程序提取的程序指令组的例子的图。
图6是对机械延迟进行说明的图。
具体实施方式
以下，结合附图说明本发明的实施方式。
本发明的数值控制装置预先针对各种程序指令类别组(伴随着顺序的组合)，一边进行实际加工一边对每个单位时间的各控制周期的移动量和误差量(位置偏差量)进行采样，将各程序指令类别组中的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间作为数据存储于数据存储部。并且，在对基于加工程序的加工的时间进行预测之际，基于对该加工程序进行解析而按照构成该加工程序的各程序指令的各组而存储到数据存储部的数据，对在各程序指令之间产生的伺服控制和机械运动的延迟时间进行推定，利用所推定出的各程序指令的各组的伺服控制和机械运动的延迟时间，对预测加工时间进行修正。
图1是表示本发明的一实施方式的数值控制装置和由该数值控制装置驱动控制的机床的主要部分的硬件构成图。数值控制装置1所具备的CPU11是对数值控制装置1整体地进行控制的处理器。CPU11经由总线20将储存到ROM12的系统/程序读出，按照该系统/程序对数值控制装置1整体进行控制。暂时的计算数据、显示数据以及操作者借助CRT/MDI单元70输入的各种数据等被储存于RAM13。
非易失性存储器14构成为，利用例如未图示的电池进行备份等，即使数值控制装置1的电源断开，存储状态也被保持的存储器。在非易失性存储器14存储有经由接口15读入的加工程序、借助随后论述的CRT/MDI单元70输入的加工程序。在非易失性存储器14还存储为了使加工程序进行运转而使用的加工程序运转处理用程序、加工时间预测处理用程序等，在执行时在RAM13中展开这些程序。另外，在ROM12中预先写入有用于执行为了加工程序的生成和编辑所需要的编辑模式的处理等的各种系统/程序。
接口15是用于与数值控制装置1和适配器(adapter，转接器)等外部设备72连接的接口。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存储于外部存储部件。PMC(Programmable machine controller，可编程机器控制器)16借助I/O单元17利用内置于数值控制装置1的序列程序将信号向机床的周边装置(例如，刀具更换用的机器人机械手这样的致动器)输出并进行控制。另外，接受被配备到机床的主体的操作盘的各种开关等的信号，进行了需要的信号处理之后，向CPU11移交。
CRT/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接受来自CRT/MDI单元70的键盘的指令、数据，而向CPU11移交。接口19与具备手动脉冲发生器等的操作盘71连接。
用于对机床所具备的轴进行控制的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令量，而将轴的指令向伺服放大器40输出。伺服放大器40接受该指令而驱动使机床所具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号向轴控制电路30反馈，进行位置/速度的反馈控制。
此外，在图1的硬件构成图中，仅示出各1个轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，但实际上，要准备与机床所具备的轴相应的数量。
主轴控制电路60接受向机床的主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号而以所指令的旋转速度使机床的主轴电动机62旋转，驱动刀具。
在主轴电动机62利用齿轮或者带等结合有位置编码器63，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲由CPU11读取。
图2表示利用系统/程序将涉及基于由本发明提供的加工程序进行的加工的加工时间预测功能安装到图1所示的数值控制装置1的情况的一实施方式的概略功能框图。图2所示的各功能部件通过图1所示的CPU11执行系统/程序而提供各功能来实现。本实施方式的数值控制装置1具备控制部100、加工时间预测部110、数据蓄积部120。
控制部100将加工程序200从未图示的存储器依次读出而进行解析，基于解析结果生成用于驱动机械所具备的各伺服电动机、主轴电动机的指令数据，进行基于该指令数据控制机械的加工控制。控制部100是由图1所示的执行解析处理的CPU11、控制各轴的轴控制电路30、伺服放大器40、主轴控制电路60、主轴放大器61等实现的功能部件。
数据蓄积部120是利用数值控制装置1进行了机械的加工控制之际将该加工控制的加工所相关的信息蓄积于数据存储部210的功能部件。数据蓄积部120可以在利用数值控制装置1每次进行机械的加工控制时自动地将加工所相关的信息向数据存储部210蓄积，也可以仅在操作者指令了要蓄积的情况下将加工所相关的信息向数据存储部210蓄积。数据蓄积部120具备实际加工延迟时间测定部121。
实际加工延迟时间测定部121在进行控制部100的基于加工程序200的机械的加工控制之际，按照该加工程序200所含有的各程序指令的各组，对伺服控制和机械运动的实际的延迟时间进行测定，并存储到数据存储部210。
图3是说明由实际加工延迟时间测定部121进行的伺服控制和机械运动等的实际的延迟时间的测定方法的图。若用于加工程序所含有的轴控制的程序指令被执行，则在数值控制装置1内该程序指令被解析，基于解析结果生成向伺服电动机输出的各控制周期的移动量。所生成的各控制周期的移动量经由轴控制电路、伺服放大器按照各控制周期向伺服电动机输出，伺服电动机移动与该各控制周期的移动量相应的量，位置/速度的反馈从伺服电动机向轴控制电路返回，但由于各种各样的理由(移动的延迟、加减速时的过渡的动作等)，在伺服电动机在该控制周期中本来应该移动的位置与实际的伺服电动机的位置之间产生偏移，生成与该偏移量相当的各控制周期的移动量而作为误差量，在下一控制周期为了对位置的偏移进行修正而被输出。
实际加工延迟时间测定部121对每个程序指令的各控制周期的移动量的输出状况和误差量的输出状况进行监视，测定不输出各控制周期的移动量而仅输出误差量的时间，将所测定的时间作为与在其前后执行的程序指令组对应的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间存储于数据存储部210。
实际加工延迟时间测定部121为了对时间进行测定，使用例如被内置于数值控制装置1的未图示的RTC(实时时钟)等。
图4A、图4B是表示向数据存储部210存储的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的例子的图。在图4A所示的例子中，将按照程序指令类别的各组累计由实际加工延迟时间测定部121针对各程序指令的组测定出的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间而得到的值，连同测定次数一起存储。通过如此存储，能够将例如在G00指令与G01指令之间产生的伺服控制和机械运动的延迟时间推定为延迟时间累计/测定次数。此外，针对除了图4所示的程序指令的类别以外的程序指令类别的组，也对伺服控制和机械运动的实际的延迟时间进行测定而存储。
另外，伺服控制和机械运动的延迟时间依赖于要移动的轴的重量，因此，也可以是，实际加工延迟时间测定部121在对伺服控制和机械运动的实际的延迟时间进行测定之际，一并取得工件的重量，如图4B所示那样，按照工件的重量(的范围)存储伺服控制和机械运动的实际的延迟时间。
此外，针对工件的重量，既可以根据加工所使用的附图数据等而取得，也可以在进行加工之际由使用者输入。
加工时间预测部110是基于存储到数据存储部210的程序指令类别的各组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间对加工时间进行预测的功能部件。也可以在由控制部100进行的基于加工程序200的加工控制开始之前，针对加工程序200所含有的全部的程序块，进行由加工时间预测部110进行的加工时间的预测。加工时间预测部110具备基准加工时间预测部111、程序解析部112、修正时间计算部(修正时间算出部)113。
基准加工时间预测部111对作为加工时间的预测对象的加工程序200进行解析，预测不考虑基于该加工程序200的加工所涉及的伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间。不考虑伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间的预测，能够使用例如日本特开2003-175439号公报、日本特开2012-243152号公报等所公开的现有技术。
程序解析部112对作为加工时间的预测对象的加工程序200进行解析，提取该加工程序200所含有的全部程序指令的组。如图5所示，程序解析部112将从加工程序200的前头依次连续的两个程序指令作为程序指令的组提取。
修正时间计算部113针对程序解析部112所提取出的各程序指令组，基于存储于数据存储部的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间，对在各个程序指令组之间产生的伺服控制和机械运动的延迟时间进行推定。在存储有例如图4A所示那样的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的情况下，修正时间计算部113参照图4A的程序指令类别组(G00，G01)的栏，将在图5所示的N0004程序块与N0005程序快之间产生的伺服控制和机械运动的延迟时间推定为21425/105≈204.0[ms]。此外，在与程序解析部112所提取出的程序指令组相对应的程序指令类别组未存储于数据存储部210的情况下，修正时间计算部113推定为在该程序指令组之间不产生伺服控制和机械运动的延迟时间。并且，修正时间计算部113将针对程序解析部112所提取出的各程序指令组而推定出的伺服控制和机械运动的延迟时间进行累计，从而算出修正时间。
并且，加工时间预测部110通过将基准加工时间预测部111所计算出的、不考虑因基于加工程序200的加工涉及的机械延迟导致的延迟时间的加工时间，与修正时间算出部113所算出的修正时间相加，算出已考虑了伺服控制和机械运动的延迟时间的预测加工时间。
在具备这样的构成的数值控制装置1中，在过去进行的机械的加工控制的实际加工中测定出的、各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间，存储于数据存储部210，在之后的加工中，能够参照数据存储部210而进行考虑了伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间的预测，因此，与现有技术相比较，能够进行精度较高的加工时间的预测。此外，当在数值控制装置的初始运转中各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间未存储于数据存储部210的情况下，也存在无法进行精度较高的加工时间的预测这样的问题，但通过从其他同型号的数值控制装置所具备的数据存储部210传输各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间来使用、或提供数值控制装置的厂商所准备的各程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间的数据，也能够容易地应对这样的问题。
以上，至此对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不只限定于上述的实施方式的例子，能够通过施加适当的变更，以各种形态实施。
例如，在上述的实施方式中示出了进行通过了加工程序整体的程序块的加工时间的预测的例子，但也可以例如仅对存在加减速的一部分程序块组进行加工时间的预测。另外，在上述的实施方式中示出了在数值控制装置的内部设置有数据存储部210的构成，但也可以构成为，将数据存储部210设置于工厂的主计算机内而由各数值控制装置共享、各数值控制装置借助网络对存储于在主计算机内设置的数据存储部的数据进行参照/更新。而且，也能够构成为，将数据存储部设置于数值控制装置的厂商所设置的服务器上，能够在顾客的数值控制装置之间共享。
在上述的实施方式中，示出了具备加工时间预测部110、数据蓄积部120这两者的实施方式，但只要例如预先在数据存储部210蓄积有能够充分地信赖的数据，就省略数据蓄积部120的构成，而只要仅将加工时间预测部110(和加工时间预测部110所包含的各功能部件)和数据存储部210安装于数值控制装置1，则仍能够用作进行精度较高的加工时间的预测的数值控制装置1。在该情况下，虽然不进行新的数据存储部210的更新，但只要进行使用了相同机械的加工，不进行数据存储部210的更新(与环境相应的数据的调整)，就能够充分地进行精度较高的加工时间的预测。
而且，在上述的实施方式中，示出了加工时间预测部110、数据蓄积部120分别包括其他功能部件那样的构成，但无需具有这样的包含关系，即使将各功能部件分别安装为独立的功能部件，也不改变本发明的功能和效果。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以其他的形态实施。

Claims (3)

1.一种数值控制装置，其基于加工程序来控制具备至少1个轴的机械而进行工件的加工，其特征在于，
该数值控制装置具备：
基准加工时间预测部，其基于所述加工程序，预测不考虑伺服控制和机械运动的延迟时间的加工时间即基准加工时间；
程序解析部，其对所述加工程序进行解析，提取所述加工程序所包含的至少1个程序指令组；
数据存储部，其按照程序指令类别组，存储在所述机床的实际加工中测定出的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息；
修正时间计算部，其基于所述程序解析部所提取出的所述程序指令组、以及存储到所述数据存储部中的各个程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息，计算用于对所述基准加工时间进行修正的修正时间；以及
加工时间预测部，其计算利用所述修正时间对所述基准加工时间进行修正而得到的预测加工时间。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置还具备实际加工延迟时间测定部，该实际加工延迟时间测定部按照程序指令组来测定伺服控制和机械运动的实际的延迟时间，基于所测定出的各个程序指令组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间，来更新存储到所述数据存储部中的各个程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
所述修正时间计算部基于存储到所述数据存储部中的各个程序指令类别组的伺服控制和机械运动的实际的延迟时间所相关的信息，针对所述程序解析部所提取出的所述程序指令组的每一组，推定伺服控制和机械运动的延迟时间，对推定出的各伺服控制和机械运动的延迟时间进行累计，来计算所述修正时间。
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