CN111123839B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种数值控制装置，能够在加工程序中探测出用于决定加减速动作的预读块数不足的位置，以使进给速度、切削速度等稳定化。数值控制装置(100)具备：程序执行部(111)，其执行加工程序；程序预读部(112)，其与加工程序的执行并行地预读加工程序；预读块数计算部(113)，其计算作为第一序列编号与第二序列编号之差的预读块数，其中，该第一序列编号是正在由程序执行部(111)执行的块的编号，该第二序列编号是在与该加工程序的执行的同时由程序预读部(112)预读的块的编号；以及耗尽块探测部(114)，其探测耗尽块，该耗尽块是预读块数低于规定值的时间点的块。

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
在最近的制造业中，IT部件等的小型化、精密化不断发展，对高速、高精度加工的关注不断提升。为了实现更高质量的加工，以更小数量级的容许误差(公差)制作高速、高精度加工中的工件的加工程序的情形处于增加的倾向。
对于小公差的加工程序，以往从PC处理能力的观点来看是不现实的，但由于近年来PC性能和CAM(Computer Aided Manufacturing：计算机辅助制造)性能的提高，能够充分地制作该小公差的加工程序。认为其势头在今后也会加速。
另外，除了公差以外，还能够列举将作为高质量加工中的重要因素的微小直线均匀化。为了通过使各轴的加减速固定化来降低振动从而提高加工面的质量，应用均匀的微小直线制作的高质量加工程序处于增加倾向。
由于这些原因，近年来，加工程序中的块数有所增加。
在现有技术中，利用数值控制装置预读程序，从事先蓄积了预读块数的程序中根据FIFO(先入先出)读出接下来进行动作的块的程序并进行处理，由此决定加减速动作，并进行轴控制。
然而，在这些高质量加工程序中存在如下问题。即，在由于微小直线长度短、指令速度高而导致程序的执行所花费的处理时间少于预读的处理所花费的时间的情况下，无法确保用于决定加减速动作的预读块数。其结果是，考虑了程序的行为的加减速不稳定，从而速度变化不固定，无法得到高质量的加工面。
图9是示出速度变化变得不稳定时的加减速的经时变化的曲线图。如图9所示，虽然最初的速度稳定地推移，但是在变为2000mm/sec/sec之后的阶段，程序的执行所花费的处理时间过短，无法确保用于决定加减速动作的预读块数，因此如图9内的箭头所示那样发生不稳定化、细微变动的现象。特别是在5轴加工等轴数增加而数值控制装置的处理能力降低时，这些现象变得显著。反过来说，通过使数值控制装置的执行预读或者执行加工程序的处理能力提高，能够解决这些现象，但是在通过进一步将程序微细化或对机床改良而提高了指令速度的情况下，仍然产生同样的问题。
关于这一点，专利文献1所涉及的发明公开了如下一种技术：在数值控制装置中，在加减速插值单元中使用对NC数据进行分析得到的分析数据之前，监视通过FIFO保持的缓冲器内的数据数的过量与不足，特别是在被预测为存在于缓冲器内的数据数低于下限的阈值的情况下，判断为数据不足。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3723015号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1所涉及的技术只是在判断为数据不足的情况下提高NC数据分析处理任务的优先级，而并非判断NC数据内的哪个数据为数据不足或者在哪个位置发生数据不足。
本发明的目的在于提供一种数值控制装置，能够在加工程序中探测出用于决定加减速动作的预读块数不足的位置，以使进给速度、切削速度等稳定化。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的数值控制装置(例如，后述的“数值控制装置100”)是通过执行由多个块构成且用于对轴的加减速进行控制的加工程序来控制具有所述轴的机床的数值控制装置，所述数值控制装置具备：程序执行部(例如，后述的“程序执行部111”)，其执行所述加工程序；程序预读部(例如，后述的“程序预读部112”)，其与所述加工程序的执行并行地预读所述加工程序；预读块数计算部(例如，后述的“预读块数计算部113”)，其计算作为第一序列编号与第二序列编号之差的预读块数，其中，所述第一序列编号是正在由所述程序执行部执行的块的编号，所述第二序列编号是在与该加工程序的执行的同时由所述程序预读部预读的块的编号；以及耗尽块探测部(例如，后述的“耗尽块探测部114”)，其探测耗尽块，该耗尽块是所述预读块数低于规定值的时间点的块。
(2)关于(1)中记载的数值控制装置，也可以是，还具备耗尽块通知部(例如，后述的“耗尽块通知部115”)，该耗尽块通知部用于向该数值控制装置的外部通知所述耗尽块在所述加工程序内的位置。
(3)关于(1)或(2)中记载的数值控制装置，也可以是，还具备推荐值计算部(例如，后述的“推荐值计算部116”)，在探测到所述耗尽块的情况下，该推荐值计算部根据构成所述机床的加工路径的微小直线的长度、所述程序预读部的预读时间以及每个所述块的执行时间，来计算作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度。
(4)关于(3)中记载的数值控制装置，也可以是，还具备推荐值通知部(例如，后述的“推荐值通知部117”)，该推荐值通知部用于向该数值控制装置的外部通知所述推荐值。
(5)关于(3)或(4)中记载的数值控制装置，也可以是，还具备指令速度更新部(例如，后述的“指令速度更新部118”)，该指令速度更新部使用由所述推荐值计算部计算出的推荐值，来更新在所述加工程序内的所述耗尽块以后设定的指令速度。
(6)在(1)～(5)中记载的数值控制装置中，也可以是，在探测到所述耗尽块的情况下，所述程序执行部停止执行所述加工程序。
发明的效果
根据本发明，能够在加工程序中探测出用于决定加减速动作的预读块数不足的位置，以使进给速度、切削速度等稳定化。
附图说明
图1是示出包括本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的控制系统的结构的图。
图2是示出本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的结构的图。
图3是示出本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的功能块的图。
图4是示出预读块数的经时变化的曲线图。
图5A是示出不更新指令速度的情况下的预读块数的经时变化的曲线图。
图5B是示出更新了指令速度的情况下的预读块数的经时变化的曲线图。
图6是示出本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的动作的流程图。
图7是示出本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的动作的流程图。
图8是示出本发明的实施方式所涉及的数值控制装置的动作的流程图。
图9是示出由于无法确保预读块数而引起的速度的不稳定化的曲线图。
附图标记说明
10：控制系统；100：数值控制装置；111：程序执行部；112：程序预读部；113：预读块数计算部；114：耗尽块探测部；115：耗尽块通知部；116：推荐值计算部；117：推荐值通知部；118：指令速度更新部；200：机床。
具体实施方式
以下，通过参照图1～图8来说明本发明的实施方式。
〔1.发明的结构〕
图1示出包括本发明所涉及的数值控制装置100以及被该数值控制装置100控制的机床200的控制系统10的结构。
数值控制装置100是通过具备后述的功能来对机床200输出动作指令并对机床200进行数值控制的装置。在后面叙述数值控制装置100的结构及功能的详细内容。
机床200是用于进行切削加工等规定的机械加工的装置。机床200具备为了加工工件而进行驱动的电动机、安装于该电动机的主轴、进给轴以及与这些各轴对应的治具、工具等。而且，机床200通过基于从数值控制装置100输出的动作指令驱动电动机，来进行规定的机械加工。在此，规定的机械加工的内容没有特别限定，除了切削加工以外，例如也可以是磨削加工、研磨加工、轧制加工或者锻造加工之类的其它加工。
图2是本发明的实施方式所涉及的数值控制装置100的结构例。数值控制装置100主要具备CPU 11、ROM 12、RAM 13、CMOS 14、接口15、18、19、PMC(可编程机床控制器)16、I/O单元17、轴控制电路30～34、伺服放大器40～44、主轴控制电路60以及主轴放大器61。
CPU 11是对数值控制装置100整体进行控制的处理器。CPU 11经由总线25读出ROM12中保存的系统程序，并按照该系统程序来对数值控制装置100的整体进行控制。
在RAM 13中保存临时的计算数据、显示数据以及由操作员经由显示器/MDI单元70输入的各种数据。
CMOS存储器14构成为利用未图示的电池进行备份、从而即使数值控制装置100的电源断开也能够保持存储状态的非易失性存储器。在CMOS存储器14中存储经由接口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。
在ROM 12中预先写入了各种系统程序，该各种系统程序用于实施为了制作和编辑加工程序所需的编辑模式的处理、用于自动运转的处理。
执行本发明的加工程序等各种加工程序能够经由接口15、显示器/MDI单元70输入，并保存到CMOS存储器14中。
接口15能够将数值控制装置100与适配器等外部设备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100内编辑的加工程序能够经由外部设备72存储到外部存储单元中。
PMC(可编程机床控制器)16通过内置于数值控制装置100的序列程序，来经由I/O单元17向机床的辅助装置(例如，工具更换用的机械手之类的致动器)输出信号来进行控制。另外，在接收到针对机床的主体配备的操作盘的各种开关等的信号并进行了必要的信号处理之后，将信号交给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，并将它们交给CPU 11。接口19与具备手动脉冲发生器等的操作盘71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，并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，来驱动各轴的伺服电动机50～54。各轴的伺服电动机50～54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30～34，来进行位置/速度的反馈控制。此外，在框图中省略了位置/速度的反馈。
主轴控制电路60接收向机床发送的主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接收该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62以被指示的转速进行旋转，来驱动工具。
在主轴电动机62，通过齿轮或皮带等连结有脉冲编码器63。脉冲编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲。由CPU 11经由总线25读取该反馈脉冲。
此外，在图2所示的数值控制装置100的结构例中，示出轴控制电路30～34这5个轴控制电路和伺服电动机50～54这5个伺服电动机。但是，本发明不限定于此，能够具备任意个数的轴控制电路和伺服电动机。
图3是示出上述的CPU 11经由总线25读出ROM 12中保存的系统程序和应用程序、并按照该系统程序和应用程序实现的功能的功能框图。CPU 11具备程序执行部111、程序预读部112、预读块数计算部113、耗尽块探测部114、耗尽块通知部115、推荐值计算部116、推荐值通知部117以及指令速度更新部118。
程序执行部111执行加工程序的模拟。此外，在该模拟时，并不仅仅是单纯地使加工程序空转，优选是例如在将工件设置于机床200的基础上使机床200实际地进行动作。这是由于后述的预读块数的经时变化的方式根据机床200的动作环境、轴结构而不同。
程序预读部112与由程序执行部111执行的加工程序的模拟并行地且在该模拟之前先行预读加工程序。
预读块数计算部113计算作为如下的2个序列编号之差的预读块数，2个序列编号为：正在由程序执行部111执行的块的序列编号；以及在执行该块的时间点由程序预读部112预读的块的序列编号。
图4是示出预读块数的经时变化的曲线图。在由程序预读部预读的块的位置、由程序执行部111执行的块的位置为加工程序的末尾处时，预读块数为0。但是，通常，预读块数并非以趋向0的方式同样地减少，而是由于每个块的处理时间会根据加工路径的曲率的变化、轴结构发生变化而导致预读块数的减少率变化。
耗尽块探测部114将预读块数与规定值进行比较，来探测预读块数低于规定值的时间点的块。在此，将该块称为“耗尽块”。
耗尽块通知部115向数值控制装置100的外部通知耗尽块在加工程序内的位置。耗尽块通知部115例如也可以利用图2所记载的显示器/MDI单元70来显示耗尽块的位置。
在由耗尽块探测部114探测到耗尽块的情况下，推荐值计算部116根据构成机床200的加工路径的微小直线的长度、程序预读部112的预读时间以及程序执行部111的针对每个块的执行时间，来计算作为推荐值的指令速度。
更详细地说，通过以下的数式1来计算作为推荐值的指令速度。
作为推荐值的指令速度(mm/min)＝60×微小直线的长度(mm)/(预读时间+针对每个块的执行时间(msec)) (1)
在由耗尽块探测部114探测到耗尽块的情况下，即在预读块数低于规定值的情况下，将在加工程序内设定的指令速度设为该推荐值，由此加工速度变慢，确保固定量以上的预读块数，由此能够使加工速度稳定化。
推荐值通知部117向数值控制装置100的外部通知由推荐值计算部116计算出的作为推荐值的指令速度。推荐值通知部117例如也可以利用图2中记载的显示器/MDI单元70来显示推荐值。由此，数值控制装置100的用户能够识别出作为推荐值的指令速度，进而能够在加工程序内设定该指令速度。
指令速度更新部118使用由推荐值计算部116计算出的作为推荐值的指令速度，来更新在加工程序内的耗尽块以后设定的指令速度。典型的是以使指令速度为低速的方式进行更新。
图5A示出指令速度更新部118不更新在耗尽块以后设定的指令速度的情况下的预读块数的经时变化。图5A示出更新了在耗尽块以后设定的指令速度的情况下的预读块数的经时变化。
如图5A所示，在不更新指令速度的情况下，例如在将指令速度设为F6000的情况下，预读块数从1000块单向减少，不久便耗尽。
另一方面，如图5B所示，虽然最初指令速度是F6000，但在预读块数低于500块的时间点将指令速度更新为F3000的情况下，在指令速度的更新之后，能够稳定地确保预读块数。
〔2.发明的动作〕
以下，参照图6～图8来说明本发明所涉及的数值控制装置100的动作。
〔2.1第一动作〕
图6是示出本发明所涉及的数值控制装置100的第一动作的流程图。
在步骤S11中，程序执行部111执行加工程序的模拟。
在步骤S12中，程序预读部112与由程序执行部111执行的加工程序的模拟并行地且在该模拟之前先行预读加工程序。
在步骤S13中，预读块数计算部113计算预读块数。
在步骤S14中预读块数低于规定值的情况下(S14：“是”)，处理转移到步骤S15。在预读块数为规定值以上的情况下(S14：“否”)，处理转移到步骤S11和S12。
在步骤S15中，耗尽块探测部114探测耗尽块。
在步骤S16中，耗尽块通知部115向数值控制装置100的外部通知耗尽块在加工程序内的位置。
〔2.2第二动作〕
图7是示出本发明所涉及的数值控制装置100的第二动作的流程图。
此外，图7中的步骤S21～S25分别与图6中的步骤S11～S15相同，因此省略其说明。
在步骤S26中，推荐值计算部116计算作为推荐值的指令速度。
在步骤S27中，推荐值通知部117向数值控制装置100的外部通知作为推荐值的指令速度。
〔2.3第三动作〕
图8是示出本发明所涉及的数值控制装置100的第三动作的流程图。
此外，图8中的步骤S31～S36分别与图7中的步骤S21～S26相同，因此省略其说明。
在步骤S37中，指令速度更新部118使用作为推荐值的指令速度，来更新在加工程序内的耗尽块以后设定的指令速度。
〔3.本实施方式的效果〕
本实施方式所涉及的数值控制装置100计算作为第一序列编号与第二序列编号之差的预读块数，并探测预读块数低于规定值的时间点的块即耗尽块，其中，该第一序列编号是正在由程序执行部111执行模拟的块的编号，该第二序列编号是在与该模拟的执行的同时由程序预读部112预读的块的编号。
由此，能够在加工程序中探测出用于决定加减速动作的预读块数不足的位置，以使进给速度、切削速度稳定化。
另外，本实施方式所涉及的数值控制装置100向数值控制装置100的外部通知耗尽块在加工程序内的位置。
由此，数值控制装置100的用户能够识别出预读块数不足的位置。
另外，本实施方式所涉及的数值控制装置100计算作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度。
由此，数值控制装置100能够使机床200的加工速度稳定化。
另外，本实施方式所涉及的数值控制装置100向数值控制装置100的外部通知作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度。
由此，数值控制装置100的用户能够识别出作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度，并设定作为推荐值的指令速度。
另外，本实施方式所涉及的数值控制装置100使用作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度，来更新在加工程序内的所述耗尽块以后设定的指令速度。
由此，数值控制装置100的用户能够不通过手动而自动地设定作为用于确保预读块数的推荐值的指令速度。
〔4.变形例〕
〔4.1变形例1〕
在上述的实施方式中，在探测到耗尽块时，通知耗尽块的位置，或者计算作为推荐值的指令速度，但不限于此。例如，也可以是，在探测到耗尽块时，程序执行部111停止加工程序的模拟。
〔4.2变形例2〕
在上述的实施方式中，耗尽块探测部114将预读块数低于规定值的时间点的块设为耗尽块，但不限于此。例如，耗尽块探测部114也可以将预读块数的减少率超过规定值的时间点处的块设为耗尽块。
〔4.3变形例3〕
在上述的实施方式中，设为第一动作～第三动作是由程序执行部111执行加工程序的模拟时的动作，但不限于此。例如，也可以是，在通过由数值控制装置100控制机床200而进行的实际加工期间，执行同样的动作。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过是列举了由本发明产生的最佳的效果，本发明的效果不限定于本实施方式所记载的效果。
数值控制装置100的控制方法通过软件来实现。在通过软件实现的情况下，构成该软件的程序被安装于计算机(数值控制装置100)中。另外，这些程序既可以被记录在可移动介质中来发布给用户，也可以经由网络下载到用户的计算机中来进行发布。并且，这些程序也可以不被下载而作为经由网络的Web服务被提供给用户的计算机(数值控制装置100)。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，通过执行由多个块构成且用于对轴的加减速进行控制的加工程序，来控制具有所述轴的机床，所述数值控制装置具备：
程序执行部，其执行所述加工程序；
程序预读部，其与所述加工程序的执行并行地预读所述加工程序；
预读块数计算部，其计算作为第一序列编号与第二序列编号之差的预读块数，其中，所述第一序列编号是正在由所述程序执行部执行的块的编号，所述第二序列编号是在与该加工程序的执行的同时由所述程序预读部预读的块的编号；以及
耗尽块探测部，其探测耗尽块，该耗尽块是所述预读块数低于规定值的时间点的块，
所述数值控制装置还具备指令速度更新部，该指令速度更新部更新在所述加工程序内的所述耗尽块以后设定的指令速度。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
还具备耗尽块通知部，该耗尽块通知部用于向该数值控制装置的外部通知所述耗尽块在所述加工程序内的位置。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
还具备推荐值计算部，在探测到所述耗尽块的情况下，该推荐值计算部根据构成所述机床的加工路径的微小直线的长度、所述程序预读部的预读时间以及每个所述块的执行时间，来计算作为用于确保预读块数的推荐值的所述指令速度。
4.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，
还具备推荐值通知部，该推荐值通知部用于向该数值控制装置的外部通知所述推荐值。
5.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，
所述指令速度更新部使用由所述推荐值计算部计算出的所述推荐值，来更新所述指令速度。
6.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，在探测到所述耗尽块的情况下，所述程序执行部停止执行所述加工程序。
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