CN109308046A - 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，该数值控制装置判定工具与工件上的障碍物发生干扰的可能性，并根据该判定结果，将指令数据中的工具的上升动作的终点位置从上升端切换为后退位置，并且，直至基于指令数据的所述加工机的冲压轴的上升动作完成为止，停止基于下一个指令程序块的X/Y轴的移动。因此，在加工过程中避免工具与障碍物之间的干扰时不会产生无用的减速。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，尤其涉及一种降低冲压轴回避障碍物所需要的等待时间的数值控制装置。
背景技术
在冲压加工机中，在根据由程序指令的X/Y轴的移动指令，使工件上的冲压点移动到在冲头内通过转塔机构等选择的冲压工具的位置后，通过冲压动作进行冲压加工。
在冲压加工机中，在通常的加工时以极小的行程(上升端～下死点)进行冲压。在此，如图6所示，存在如下的干扰回避技术：在移动到下一个冲压位置的过程中，当安装在冲头的冲压工具在工件固定器等那样的预先在参数中设定的障碍物上方经过时，在程序块开始时向机械侧通知在障碍物上方经过，在冲压加工机侧进行X/Y轴的互锁(使轴的移动暂时停止)，使冲压轴上升至后退位置，避免冲压工具与障碍物之间的干扰(例如，参照日本特开平08-318332号公报)。
然而，当使用上述的干扰回避技术时，有时由于进行无用的互锁控制而使加工的周期时间下降。如图7所示，当在程序块开始时障碍物位于冲压位置附近时，例如障碍物位于位置A时，即使想要一边移动X/Y轴一边使冲压轴上升至后退位置也无法避免冲压工具与障碍物之间的干扰，因此需要X/Y轴的互锁。另一方面，当已知在程序块开始时障碍物远离冲压位置时，例如障碍物位于位置B时，即使一边使X/Y轴移动一边使冲压轴上升至后退位置，冲头与障碍物也不会发生干扰，因此无需使X/Y轴成为互锁状态。在使用基于现有技术的干扰加工技术的情况下，即使是后者的情况(障碍物位于位置B而不是位于位置A的情况)仍将X/Y轴互锁，因此加工的周期时间降低。
此外，在图7所示的例子中，进行如下的动作：在障碍物位于位置A，并将X/Y轴互锁的情况下，在冲头一旦到达上升端(冲压动作已完成)后，进一步移动到后退位置，因此通过施加无用的减速使得冲压工具向后退位置进行移动所需要的时间变长，仍存在加工的周期时间下降的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种在加工过程中避免冲压工具与障碍物之间的干扰时不会产生无用的减速的数值控制装置。
在本发明的数值控制装置中，如图8的(1)所示，在下一个程序块中在障碍物上经过，在冲压工具到达后退位置之前未到达障碍物上的情况下，进行控制从而不使X/Y轴成为互锁状态，由此来解决上述问题。
此外，在本发明的数值控制装置中，如图8的(2)所示，在根据预先读出的下一个程序块的信息检测出冲压工具要经过障碍物所在的位置时，将冲压动作的终点从上升端切换为后退位置，由此来解决上述问题。另外，在加工机上设置用于取得与障碍物之间的距离、位置的传感器，向数值控制装置通知障碍物的接近，由此能够将冲压轴的终点从上升端切换为后退位置。
本发明的数值控制装置根据程序来控制加工机，该加工机通过安装在冲头的工具对工件进行冲压加工，所述数值控制装置具备：指令解析部，其对从所述程序读出的指令程序块进行解析来生成指令数据，并输出所生成的所述指令数据；插补部，其根据所述指令数据进行插补处理来生成插补数据，并输出所生成的插补数据；以及干扰判定部，其判定所述工具与所述工件上的障碍物发生干扰的可能性，并且，所述数值控制装置具备上升终点位置切换部和互锁控制部中的任意一方或者双方，所述上升终点位置切换部根据所述干扰判定部的判定结果，将所述指令数据中的所述工具的上升动作的终点位置从上升端切换为后退位置，所述互锁控制部在基于所述指令数据的所述加工机的冲压轴的上升动作完成之前，停止基于所述指令程序块的下一个指令程序块的X/Y轴的移动。
所述数值控制装置还具备参数存储部，该参数存储部存储所述障碍物的位置来作为参数，所述干扰判定部根据在所述参数存储部中存储的所述障碍物的位置，判定所述工具与所述工件上的障碍物是否发生干扰。
所述加工机中具备检测所述工件上的障碍物的位置的传感器，所述干扰判定部根据由所述传感器检测出的所述障碍物的位置，判定所述工具与所述工件上的障碍物是否发生干扰。
根据本发明，在使用干扰回避技术来避免冲压工具与障碍物的干扰时，不会产生不需要的互锁和无用的减速，因此能够缩短加工周期时间。
附图说明
图1是表示一实施方式的数值控制装置以及通过该数值控制装置进行驱动控制的加工机的主要部分的概要性硬件结构图。
图2是在图1的数值控制装置中安装了用于实现干扰避免功能的系统程序时的该数值控制装置的概要性功能框图。
图3表示一实施方式的判定是否需要冲压工具的上升动作的终点位置的切换控制的例子。
图4表示一实施方式的是否需要在冲压工具的上升动作中的X/Y轴的互锁控制的例子。
图5是表示在图2的数值控制装置上执行的干扰避免功能的处理流程的概要的流程图。
图6说明现有技术的干扰回避技术的概要。
图7说明现有技术的干扰回避技术的课题。
图8说明本发明的干扰回避功能的概要。
具体实施方式
以下表示用于实现本发明的数值控制装置的结构例。但是，本发明的数值控制装置的结构并不限定于下述的例子，只要能够实现本发明的目的，则也可以采用任何结构。
图1是表示一实施方式的数值控制装置以及通过该数值控制装置进行驱动控制的加工机的主要部分的概要性硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU11经由总线20读出存储在ROM12中的系统程序，并按照该系统程序对整个数值控制装置1进行控制。在RAM13中存储临时的计算数据、显示数据以及操作员经由后述的显示器/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14构成为例如通过未图示的电池进行支援等，即使数值控制装置1的电源被切断也保持存储状态的存储器。在该非易失性存储器14中，除了经由接口15读入的NC程序和经由后述的显示器/MDI单元70输入的NC程序以外，还存储有包含在加工中使用的工具的切削条件的推荐值的工具数据等。在非易失性存储器14中还存储用于运行NC程序的NC程序运行处理用程序等，这些程序在执行时在RAM13中展开。此外，预先向ROM12写入用于执行NC程序的生成以及编辑所需要的编辑模式的处理、其他所需要的处理的各种系统程序(包含用于干扰避免功能的系统程序)。
接口15是用于将数值控制装置1与适配器等外部设备72相连接的接口。从外部设备72侧读入NC程序、各种参数等。此外，在数值控制装置1内编辑后的NC程序可经由外部设备72存储到外部存储单元中。可编程机床控制器(PMC)16根据在数值控制装置1中内置的序列程序，经由I/O单元17向加工机的周边装置(例如，工具更换用机器人机械手等执行器)输出信号来进行控制。此外，接受在加工机本体配备的操作盘的各种开关等的信号，在进行必要的信号处理后交给CPU11。
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接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并交给CPU11。接口19与操作盘71连接，该操作盘71具备在手动驱动各轴时使用的手动脉冲发生器等。
用于控制加工机所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令量，并向伺服放大器40输出轴的指令。伺服放大器40接受该指令，驱动用于使加工机所具备的轴进行移动的伺服电动机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/速度反馈信号反馈给轴控制电路30，进行位置/速度的反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中对于轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50仅示出了一个，但实际上按照作为控制对象的各系统的加工机所具备的轴的数量来进行准备。例如，在冲压加工机中，为了使冲头与工件的水平方向的相对位置发生变化的X轴、Y轴的控制以及用于进行冲压动作(使冲头与工件的垂直方向的相对位置发生变化)的冲压轴的控制，而分别设置轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50。
图2是表示将用于实现本发明的干扰避免功能的系统程序安装在图1所示的数值控制装置1时的本发明的一实施方式的数值控制装置的主要部分的概要性功能框图。
通过由图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行用于干扰避免功能的系统程序来控制数值控制装置1的各部分的动作，从而实现图2所示的各功能模块。数值控制装置1具备指令解析部100、插补部110、伺服控制部130x、130y、130p、干扰判定部140、上升终点位置切换部150、互锁控制部160，此外，在非易失性存储器14中确保了参数存储部210，该参数存储部210存储各轴的加减速时间常数以及在冲压动作控制中使用的上升端的位置、下死点的位置、后退位置等参数。根据需要，参数存储部210还可以确保用于存储表示障碍物的坐标位置等的参数的区域。另外，在参数存储部210中存储的在冲压动作控制中使用的各参数以及表示障碍物的坐标位置等的参数，也可以由作业者经由显示器/MDI单元70等预先设定。此外，在图2中，伺服电动机50x是驱动X轴的伺服电动机，伺服电动机50y是驱动Y轴的伺服电动机，伺服电动机50p是驱动冲压轴的伺服电动机。
指令解析部100读出在非易失性存储器14中存储的NC程序200中包含的指令程序块，对该读出的指令程序块进行解析来生成用于驱动成为控制对象的轴的指令数据。该指令解析部100预先读出预先决定的数量的在NC程序200中包含的指令程序块，并对该预先读出的程序块进行解析。干扰判定部140使用由指令解析部100预先读出并进行解析而得到的信息。
插补部110生成在插补周期对于指令解析部100生成的移动指令数据所指令的指令路径上的点进行插补计算而得到的插补数据，并将该插补数据输出至伺服控制部130x、130y、130p。此外，插补部110接受来自上升终点位置切换部150的指令，将当前正在执行的程序块中的冲压轴的上升动作的终点从上升端位置变更为后退位置。并且，插补部110接受来自互锁控制部160的指令，在通过冲压轴进行的冲压动作完成之前，停止基于当前正在执行的程序块的下一个程序块向伺服控制部130x、130y输出X/Y轴的移动量(插补数据)(即，使X/Y轴成为互锁状态)。
伺服控制部130x、130y、130p根据从插补部110取得的插补数据，分别控制用于驱动成为控制对象的轴的伺服电动机50x、50y、50p。
干扰判定部140根据指令解析部100预先读出并进行解析而得到的信息以及与障碍物的坐标位置有关的信息，来判定冲压工具与障碍物发生干扰的可能性。
更具体地说，干扰判定部140根据由指令解析部100预先读出并进行解析而得到的信息以及与障碍物的坐标位置有关的信息，来判定冲压工具是否要经过障碍物所在的位置。然后，干扰判定部140在判定为冲压工具要经过障碍物所在位置的情况下，视为存在冲压工具与障碍物发生干扰的可能性，并向上升终点位置切换部150指令将当前正在执行的程序块中的冲压轴的上升动作的终点从上升端位置切换为后退位置。
干扰判定部140例如也可以从参数存储部210中存储的表示障碍物的坐标位置等的参数取得障碍物的位置。此外，干扰判定部140也可以从冲压加工机上安装的未图示的传感器等取得障碍物的位置，此时，关于在冲压加工机上安装的传感器，只要使用超声波传感器、光电传感器等那样的能够检测预定对象的位置的传感器即可，此外，关于障碍物的位置，既可以取得加工机上的坐标系中的绝对位置，也可以取得从冲头观察的相对位置。
例如如图3所示，在根据由指令解析部100对预定的程序块(设为程序块1)进行解析，并根据解析出的结果而生成的指令数据来控制各伺服电动机的过程中，根据指令解析部100预先读出程序块1的下一个程序块(程序块2)并进行解析而得到的结果，在基于程序块2的冲压工具的移动范围(例如，从程序块2的起点的X/Y轴的坐标位置(xs，ys)到终点的X/Y轴的坐标位置(xe，ye)的直线范围，更安全地为将程序块2的起点的X/Y轴的坐标位置(xs，ys)以及终点的X/Y轴的坐标位置(xe，ye)作为对顶点的各边与X/Y轴平行的矩形范围)内具有障碍物时，干扰判定部140可以向上升终点位置切换部150指令将程序块1的冲压轴的上升动作的终点切换为后退位置。
干扰判定部140进一步根据指令解析部100预先读出并进行解析而得到的信息以及与障碍物的坐标位置有关的信息，来判定在直到冲压轴移动至后退位置的期间冲压工具是否会到达障碍物的位置。然后，干扰判定部140在判定为在直到冲压轴移动至后退位置的期间冲压工具会到达障碍物的位置的情况下，视为存在冲压工具与障碍物发生干扰的可能性，于是向互锁控制部160指令在冲压动作完成之前使X/Y轴成为互锁状态。干扰判定部140可以将为了安全对于直到冲压轴移动至后退位置为止的时间相加预先决定的安全时间而得到的时间作为后退时间进行处理。关于该安全时间，例如既可以作为参数而在参数存储部210中设定，也可以在NC程序200内设定。
使用图4说明干扰判定部140的后退时间t(直到冲压轴到达后退位置且经过安全时间ts为止的时间)以及在后退时间t内X/Y轴进行移动的移动量b的计算方法。
在图4中，设后退时间为t，冲压轴向后退位置移动的时间为t0，安全时间为ts，冲压轴的加减速时间常数为τa，X/Y轴的加减速时间常数为τb，冲压轴的指令速度为Fa，X/Y轴的指令速度为Fb，程序块开始时的冲压轴的剩余移动量为a，直到冲压轴到达后退位置且经过安全时间ts为止的X/Y轴的移动量为b。此时，在以下的式(1)所示的条件成立的情况下，可通过以下的式(2)计算冲压轴的剩余移动量a，因此可通过以下的式(3)计算后退时间t。
另一方面，在以下的式(4)所示的条件成立的情况下，可通过以下的式(5)计算冲压轴的剩余移动量a，因此可通过以下的式(6)计算后退时间t。
然后，使用通过式(3)至式(6)计算出的后退时间t，能够通过以下的式(7)～式(10)计算X/Y轴的后退时间t中的移动量b(分别针对X、Y轴进行计算)。即，在以下的式(7)所示的条件成立的情况下，通过以下的式(8)计算移动量b，在以下的式(9)所示的条件成立的情况下，通过以下的式(10)计算移动量b。
t＞τb (7)
t≤τb (9)
然后，在以通过上述计算方法计算出的X/Y轴的移动量b进行移动的范围内存在障碍物的情况下，干扰判定部140向互锁控制部160指令在冲压动作完成之前使X/Y轴成为互锁状态即可。
例如，在将从X/Y轴的程序块开始时的X/Y轴的坐标位置(xs，ys)起移动了上述求出的X/Y轴的后退时间t中的移动量b的坐标位置设为(xb，yb)时，在从坐标位置(xs，ys)到坐标位置(xb，yb)的移动范围内(例如，从坐标位置(xs，ys)到坐标位置(xb，yb)的直线范围，更安全地为以坐标位置(xs，ys)和坐标位置(xb，yb)为对顶点的各边与X/Y轴平行的矩形范围)存在障碍物的情况下，向互锁控制部160指令在冲压轴向后退位置的移动完成之前停止X/Y轴的移动(进行互锁)即可。
另外，干扰判定部140也可以根据从冲压加工机上安装的传感器等取得的冲压工具与障碍物的距离，来进行上述的后退动作。
上升终点位置切换部150根据来自干扰判定部140的指令，对插补部110指令将基于当前正在执行的程序块的冲压轴的上升动作的终点从上升端位置变更为后退位置。
互锁控制部160根据来自干扰判定部140的指令，对插补部110指令在基于当前正在执行的程序块的冲压轴向后退位置的移动完成之前停止当前正在执行的程序块的下一个程序块中的X/Y轴的移动。
图5是表示在数值控制装置1上执行的干扰避免功能的处理流程的概要的流程图。在数值控制装置1的每个控制周期执行该流程图所示的处理。
[步骤SA01]干扰判定部140判定在当前正在执行的程序块的下一个程序块中冲压工具是否会到达或经过障碍物的位置。在冲压工具会到达或经过障碍物的位置的情况下，使处理向步骤SA02转移，在不是这样的情况下使处理向步骤SA07转移。
[步骤SA02]干扰判定部140对上升终点位置切换部150指令将当前正在执行的程序块的上升位置从上升端位置切换为后退位置。上升终点位置切换部150接受该指令，对插补部110指令将当前正在执行的程序块中的冲压轴的上升动作的终点切换为后退位置。并且，插补部110在将当前正在执行的程序块的冲压轴的上升动作的终点变更为后退位置后再次执行插补处理，再次生成插补数据。
[步骤SA03]数值控制装置1控制包含冲压轴在内的各轴的动作。
[步骤SA04]干扰判定部140通过以上说明的计算方法来计算后退时间t。
[步骤SA05]干扰判定部140通过以上说明的计算方法判定在后退时间t内，冲压工具是否到达或经过障碍物的位置。当冲压工具在后退时间t内到达或经过障碍物的位置的情况下，使处理向步骤SA06转移，在不是这样的情况下结束当前控制周期中的本处理。
[步骤SA06]干扰判定部140对互锁控制部160指令在基于当前正在执行的程序块的冲压轴的动作完成之前，停止基于当前正在执行的程序块的下一个程序块的X/Y轴的移动。互锁控制部160接受该指令，对插补部110指令在基于当前正在执行的程序块的冲压轴的动作完成之前，停止基于当前正在执行的程序块的下一个程序块的X/Y轴的移动。并且，插补部110在当前正在执行的程序块的冲压轴的动作完成之前，停止基于当前正在执行的程序块的下一个程序块的X/Y轴的移动量的输出(插补数据的输出)。
[步骤SA07]数值控制装置1控制包含冲压轴在内的各轴的动作。
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，通过增加适当的变更能够以各种方式实施。
例如，在上述的实施方式中表示了根据X/Y轴上的障碍物的位置，进行用于避免冲压工具与障碍物之间的干扰的控制的例子，但是还可以进行控制使得关于障碍物的位置，除了X/Y轴上的位置以外还能够检测冲压轴方向的位置，由此干扰判定部140在针对冲压轴方向(高度方向)判定冲压工具与障碍物之间的干扰后，计算对于障碍物的高度加上安全距离后的位置来作为后退位置，将冲压轴的上升动作的终点的位置切换为该计算出的后退位置，由此能够更精密地判断是否需要X/Y轴的互锁控制。
此外，在上述的实施方式中表示了具备上升终点位置切换部150和互锁控制部160这双方的数值控制装置的例子，但只要是具备他们中的任意一方，就能够充分实现本申请的效果。

Claims (3)

1.一种数值控制装置，其根据程序来控制加工机，该加工机通过安装在冲头的工具对工件进行冲压加工，其特征在于，
所述数值控制装置具备：
指令解析部，其对从所述程序读出的指令程序块进行解析来生成指令数据，并输出所生成的所述指令数据；
插补部，其根据所述指令数据进行插补处理来生成插补数据，并输出所生成的插补数据；以及
干扰判定部，其判定所述工具与所述工件上的障碍物发生干扰的可能性，
所述数值控制装置具备上升终点位置切换部和互锁控制部中的任意一方或者双方，
所述上升终点位置切换部根据所述干扰判定部的判定结果，将所述指令数据中的所述工具的上升动作的终点位置从上升端切换为后退位置，
所述互锁控制部在基于所述指令数据的所述加工机的冲压轴的上升动作完成之前，停止基于所述指令程序块的下一个指令程序块的X/Y轴的移动。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述数值控制装置还具备参数存储部，该参数存储部存储所述障碍物的位置来作为参数，
所述干扰判定部根据在所述参数存储部中存储的所述障碍物的位置，判定所述工具与所述工件上的障碍物是否发生干扰。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述加工机中具备传感器，该传感器检测所述工件上的障碍物的位置，
所述干扰判定部根据由所述传感器检测出的所述障碍物的位置，判定所述工具与所述工件上的障碍物是否发生干扰。
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