CN111123842B - 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，具备：控制部，其控制机床，并取得工具与工件之间的相对位置的反馈数据；加工模拟部，其执行基于加工程序的加工的模拟处理，并生成加工后的工件的形状；以及显示部，其显示由上述加工模拟部生成的加工后的工件形状。上述加工模拟部执行代替基于上述加工程序的指令的工具与工件之间的相对移动路径而使用了上述控制部取得的反馈数据的上述加工的模拟处理。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及根据反馈数据进行最优的轴设定的数值控制装置。
背景技术
在数值控制装置中，根据加工程序计算工具与工件之间的相对路径并进行加工的模拟，进行加工状态和加工形状的掌握、工具与夹具、工作台、工件等的干扰检查等。但是，即使是对某个加工程序执行加工模拟，能够确认加工形状和干扰没有问题的情况下，如果执行该加工程序而实际进行工件的加工，则机床也会由于驱动轴的加速度以及加加速度的原因而产生振动，从而影响加工面的表面质量。
另一方面，现有的加工模拟根据加工程序来计算工具与工件之间的相对路径。该现有的加工模拟考虑了各轴的加减速，但是这只是为了计算加工时间，还难以模拟加减速、加加减速造成的振动(例如日本特开2012-243152号公报等)。即，在现有的加工模拟中，不考虑机器振动对加工面质量的影响而通过加工模拟预先掌握这种状况是困难的。因此，例如在需要进行容易受机器振动的影响的高质量加工时，如果不实际尝试加工工件则不能够确认表面质量。
作为掌握加工时所产生的振动的技术，其他也在没有设置作为加工物的工件的状态下，驱动(空转)机床的轴，从伺服取得实际工具与工件之间的相对的位置(反馈数据)，由此能够实现考虑了机器振动造成的影响的模拟。
图8是考虑了使用了通过空转取得的反馈数据的机器振动的加工模拟的加工路径的显示例。图中，用虚线表示的圆以及曲线表示通过加工程序进行指令的加工路径。另外，用实线表示的圆以及曲线表示考虑了使用了在空转状态下取得的反馈数据的机器振动的加工路径。图8中在虚线圆和实线圆之间所描绘的箭头表示通过加工程序进行指令的加工路径与考虑了机器振动的加工路径之间的路径误差。这样，通过使用上述技术能够掌握实际的工件加工的加工路径，并能够确认机器振动等对加工面质量的影响。
但是，留下了以下问题，即上述技术是能够只确认机器振动等对加工面质量的影响的功能，不是用于掌握为了提高加工物的表面质量而应该采取哪种手段的单元。
发明内容
因此本发明的目的为提供一种作业人员能够根据反馈数据来掌握最优的轴设定的数值控制装置。
本发明通过设置数值控制装置来解决上述问题，该数值控制装置具有以下功能，即根据在没有设置工件的状态下驱动机床的轴的空转时所取得的反馈数据来显示加工模拟的结果。
另外，本发明的数值控制装置求出在没有设置工件的状态下驱动机床的轴的空转时所取得的反馈数据以及加工程序的指令数据之间的差值、或反馈数据以及CAD数据之间的差值(路径误差)，由此能够定量地掌握轴的振动，将求出的路径误差反映到加工模拟结果，由此能够视觉确认在哪个加工位置产生了振动。
进一步，只对路径误差大的部分通过加工模拟进行高精度的图形显示，能够确认更详细的表面质量。将路径误差分成坐标方向分量(x、y、z)来显示，并且分成每个加工位置的工具与工件之间的相对移动方向的分量和垂直于工具与工件之间的相对移动方向的方向的分量来显示，由此能够判断是否是不影响加工的振动。
并且，本发明的一个方式为在根据加工程序相对地控制机床所具备的工具和工件来加工工件的数值控制装置中，具备：控制部，其控制上述机床，并取得上述工具与工件之间的相对位置的反馈数据；加工模拟部，其执行基于上述加工程序的上述加工的模拟处理，并生成加工后的上述工件的形状；以及显示部，其显示由上述加工模拟部生成的加工后的工件形状，上述加工模拟部执行代替基于上述加工程序的指令的上述工具与工件之间的相对移动路径而使用了上述控制部取得的反馈数据的上述加工的模拟处理。
通过本发明，根据实际的轴动作数据进行加工模拟，由此能够掌握接近实际加工结果的模拟结果，因此不仅不需要试错，也不需要进行实际的加工，所以能够减少不必要的工具的磨损。另外，将路径误差反映到模拟结果，从而作业人员能够掌握振动对加工面的影响以怎样的方式出现。
附图说明
参照附图根据以下实施例的说明来明确本发明的上述以及其他目的和特征。这些附图中：
图1是一个实施方式的数值控制装置的概略硬件结构图。
图2是第一实施方式的数值控制装置的概略功能框图。
图3表示加工模拟结果显示的例子。
图4是第二实施方式的数值控制装置的概略功能框图。
图5说明路径误差的计算方法。
图6表示加工模拟结果显示的其他例子。
图7是第三实施方式的数值控制装置的概略功能框图。
图8是考虑了现有技术的机器振动的加工模拟的加工路径的显示例。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明一个实施方式的数值控制装置1的主要部件的概略硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU11是整体控制数值控制装置1的处理器。CPU11经由总线20读出存储在ROM12中的系统程序，并按照该系统程序控制数值控制装置1整体。RAM13中暂时存储暂时的计算数据和显示数据以及从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器14由例如通过未图示的电池进行备份的存储器、SSD(SolidState Drive固态硬盘)等构成，即使数值控制装置1的电源被切断也保持存储状态。非易失性存储器14中存储有经由接口15从外部设备72读入的加工程序和CAD数据、经由显示器/MDI单元70输入的加工程序、从数值控制装置1的各部和机床、传感器等取得的各种数据等。非易失性存储器14中存储的加工程序和各种数据可以在执行时/使用时展开于RAM13。另外，ROM12中被预先写入公知的分析程序、模拟程序等各种系统程序。
接口15是用于连接数值控制装置1和USB装置等外部设备72的接口。从外部设备72侧读入控制用程序和各种参数等。另外，在数值控制装置1内进行编辑的控制用程序和各种参数等也能够经由外部设备72存储在外部存储单元中。PMC(Programmable MachineController，可编程机器控制器)16通过内置在数值控制装置1的时序程序经由I/O单元17将信号输出给机床以及该机床的周围装置(例如工具更换装置、机器人等执行器、安装在机床上的传感器等)并进行控制。另外，在接受配备在机床主体上的操作盘的各种开关和周围装置等的信号，进行了必要的信号处理后，传递给CPU11。
显示器/MDI单元70是具备了显示器和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、数据并传递给CPU11。另外，能够从显示器/MDI单元70取得显示画面的分辨率和实际尺寸等显示性能的数据。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所使用的手动脉冲发生器等。
用于控制机床所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴移动指令量，并将轴的指令输出给伺服放大器40。伺服放大器40接受该指令，并驱动使机床所具备的轴移动的伺服电动机50。伺服电动机50内置位置/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，并进行位置/速度的反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中只分别表示了一个轴控制电路30、伺服放大器40以及伺服电动机50，但是实际上准备了成为控制对象的机床所具备的轴的数量。
主轴控制电路60接受主轴旋转指令，将主轴速度信号输出给主轴放大器61。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62以所指令的转速旋转，驱动工具。主轴电动机62与位置编码器63连接，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲。通过CPU11读取该反馈脉冲。
图2是本发明第一实施方式的数值控制装置1的概略功能框图。图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行系统程序，控制数值控制装置1各部的动作，从而实现图2所示的功能块。
本实施方式的数值控制装置1具备控制部100、加工模拟部110、显示部130，另外成为加工模拟的对象的加工程序200被预先存储在非易失性存储器14上。
控制部100是根据作业人员进行的未图示的操作盘的控制操作和从存储在非易失性存储器14中的加工程序200等取得的指令(通过图1的伺服电动机50以及主轴电动机62来进行驱动)来控制机床2的各部的功能单元。控制部100例如在从加工程序200取得的指令指示机床2所具备的各轴的移动时，进行将作为轴角度的变化量的指令数据按照每个控制周期输出给驱动该轴的伺服电动机50的控制。这样，控制部100具备为了控制机床2的各部所需要的用于一般控制的功能。另外，控制部100取得驱动机床2的各个电动机的反馈数据(电动机的电流值、电动机的位置、速度、加速度、电动机的转矩等)，并将所取得的电动机的反馈数据输出给加工模拟部110。
加工模拟部110根据从存储在非易失性存储器14等中的加工程序200取得的指令和从控制部100输入的电动机的反馈数据来模拟机床2的加工动作。并且，作为其结果，加工模拟部110生成加工时的工具与工件之间的相对移动路径和施加给该工具的负荷、加工的循环时间、加工后的工件的形状等作为一般加工模拟处理的结果的数据并输出。在现有技术的加工模拟处理中，根据从加工程序200取得的指令来生成工具与工件之间的相对的移动路径，根据所生成的移动路径(以及工具形状等)来生成作为模拟结果的加工后的工件的形状。对此，本实施方式的加工模拟部110使用从控制部100输入的反馈数据来代替根据加工模拟处理中从加工程序200取得的指令而生成的工具与工件之间的相对的移动路径。加工模拟部110还可以使用预先设定的机床的规格值(諸元値)和工件的数据等。另外，加工模拟部110也可以代替加工程序200而进行基于CAD数据的加工模拟。即使在这个情况下，关于加工后的工件形状也根据反馈数据来生成。另外，关于加工模拟部110执行的加工模拟处理的其他处理或功能，可以适当采用公知的加工模拟的方法。
显示部130是通过三维显示等对显示器/MDI单元70显示加工模拟部110进行的加工模拟处理结果的数据的功能单元。显示部130例如将加工后的工件形状作为加工模拟部110使用反馈数据进行加工模拟处理而得到的结果显示在显示器/MDI单元70中。显示部130根据作业人员针对显示器/MDI单元70的操作，放大显示所显示的加工后的工件形状的细节。
图3概略地表示作为加工模拟部110根据反馈数据执行加工模拟处理后的结果而生成的加工后的工件形状。图3上面的图表示加工模拟部110所生成的加工后的工件形状的整体，图3下面的图表示将其一部分放大后的图。本实施方式的加工模拟部110将来自电动机的反馈数据用于加工后的工件形状的生成。向这样生成的加工后的工件形状中反映根据加工程序200执行了加工程序200时的实际工具与工件之间的相对移动路径。因此，例如在工具与工件之间的相对移动中加速度和加加速度过高而产生振动等的部分所产生的加工误差被反映给由加工模拟部110通过加工模拟处理而生成的加工后的工件的形状。
具备上述结构的本实施方式的数值控制装置1根据实际的轴动作数据即反馈数据来执行加工模拟处理，由此能够进行接近实际的加工结果的加工模拟。另外，因高的加速度和加加速度等造成的加工误差被反映到作为其结果而生成的加工后的工件的形状。因此，看到该加工后工件的形状的显示的作业人员能够确认加工误差产生的位置并调整该部分的轴移动相关的参数。特别是在近年来的加工模拟处理中能够生成精密的加工后的工件形状。作业人员能够在画面上确认通过图3所示的针对工具与工件之间的相对移动方向的左右方向的振动而产生的加工误差、通过深度方向的振动而产生的加工误差。因此，根据该振动方向调整哪个轴的参数，作业人员能够一眼掌握加工模拟处理的结果。
图4是本发明第二实施方式的数值控制装置1的概略功能框图。由图1所示的数值控制装置1所具备CPU11执行系统程序，并控制数值控制装置1的各部的动作，从而实现图4所示的各个功能块。
本实施方式的数值控制装置1具备控制部100、加工模拟部110、路径误差计算部120、显示部130。另外，成为加工模拟的对象的加工程序200被预先存储在非易失性存储器14上。
本实施方式的控制部100具备与实施方式1同样的功能，并且还将所取得的驱动机床2的各个电动机的反馈数据(电动机的电流值、电动机的位置、速度、加速度、电动机的转矩等)输出给路径误差计算部120。
另外，本实施方式的加工模拟部110具备与实施方式1同样的功能，并且还根据从加工程序200取得的指令来生成机床2进行加工时的工具与工件之间的相对移动路径，将所生成的工具与工件之间的相对移动路径输出给路径误差计算部120。
路径误差计算部120根据从控制部100输入的驱动机床2的各个电动机的反馈数据、从加工模拟部110取得的加工时的工具与工件之间的相对移动路径，计算作为该反馈数据和基于指令的工具与工件之间的相对移动路径之间的差值的路径误差。路径误差计算部120掌握从控制部100输入的驱动机床2的各个电动机的反馈数据和由加工模拟部110生成的工具与工件之间的相对移动路径的在各插值周期单位中的位置对应关系。这可以根据从控制部100取得的伺服电动机50的控制的在插值周期单位中的两者对应关系来掌握，也可以通过将执行控制部100的指令后的每个插值周期的工具与工件之间的相对位置和加工模拟部110在模拟后求出的每个插值周期的工具与工件之间的相对位置进行对应来掌握。另外，在采取后者的方法时，通过实验等预先测量反馈数据的延迟时间，并考虑该延迟时间采取各点的对应即可。
例如如图5所例示那样，路径误差计算部120将在通过控制部100执行指令后的每个插值周期的经过时间ti(i＝0、1、2、……)的各时间点的反馈数据所表示的工具与工件之间的相对位置Pfi和加工模拟部110在模拟后求出的工具与工件之间的相对位置Psi进行对应时，计算该对应的位置Pfi和位置Psi之间的差值作为路径误差di。
显示部130为以下的功能单元，即根据加工模拟部110进行模拟处理结果相关的数据和路径误差计算部120计算出的各个加工位置的路径误差di，将路径误差相关的信息与作为加工模拟部110的加工模拟结果的加工后的工件形状的显示重叠显示在显示器/MDI70上。例如如图6所例示那样，显示部130将各个加工位置的路径误差di以向量形式等与作为通过加工模拟部110进行加工模拟处理而得到的模拟结果的工件加工面的显示进行重叠显示。
显示部130进行的路径误差的信息的显示能够采取各种显示方式，只对超过预先决定的预定阈值thd的部分显示路径误差di。显示部130可以将路径误差di分成坐标方向分量X轴、Y轴、Z轴来显示。另外，显示部130也可以将路径误差di分别分成加工位置的工具与工件之间的相对移动方向的分量、与该加工位置的加工面垂直的分量(表示相对于移动方向上下错开的分量)以及与该加工位置的该移动方向以及该加工面垂直的方向的分量(表示相对于移动方向左右错开的分量)来显示。另外，此时显示部130针对计算出的路径误差di分别按照每个分量来预先设置阈值，按照路径误差di各分量与阈值进行比较，只显示超过该阈值的分量。进一步，显示部130可以采取按照路径误差di各方向的分量来改变颜色或改变形状等不同的显示方式。
具备上述结构的本实施方式的数值控制装置1将通过加工程序200指令的工具与工件之间的相对移动路径和接近实际加工的工具与工件之间的相对移动路径之间的路径误差与加工后的工件形状一起显示。看到该显示的作业人员能够更确切地掌握加工误差所产生的位置，能够调整该部分的轴移动相关的参数。特别在仅对有超过预先决定的预定阈值的路径误差的地方显示路径误差时，作业人员能够更容易地掌握对哪个加工部分调整轴的参数较好。另外，将路径误差分成X-Y-Z分量、工具与工件之间的相对移动方向的分量、与加工面垂直方向的分量、与工件和工件之间的相对移动方向以及加工面双方垂直的分量等来显示，由此作业人员根据其显示一眼就能够掌握在各个加工位置中应该调整参数的的轴。
图7是本发明第三实施方式的数值控制装置1的概略功能框图。由图1所示的数值控制装置1所具备CPU11执行系统程序，控制数值控制装置1的各部的动作，从而实现图7所示的各个功能块。
本实施方式的数值控制装置1具备控制部100、加工模拟部110、路径误差计算部120、显示部130以及参数变更部140，另外，成为加工模拟的对象的加工程序200被预先存储在非易失性存储器14上。
本实施方式的控制部100、加工模拟部110、显示部130具备与第二实施方式的控制部100、加工模拟部110、显示部130相同的功能。
另外，本实施方式的路径误差计算部120具备与第二实施方式同样的功能，并且还将计算出的路径误差输出给参数变更部140。
参数变更部140为以下的功能单元，即指令控制部100分析从路径误差计算部120输入的各个电动机的反馈数据和加工模拟处理的结果即加工时的工具与工件之间的相对移动路径的路径误差，并分别变更每个位置的预定轴的参数。参数变更部140指令控制部100针对将工具与工件之间的相对移动路径的路径的各个加工位置的路径误差di分成坐标方向分量X轴、Y轴、Z轴后的各个轴方向的路径误差dix、diy、diz超过了预先决定的预定阈值thdx、thdy、thdz的轴，降低该轴的振动分量对加工面的影响，并且例如在该轴的加速度、加加速度下降的方向变更时间常数等的参数。
参数变更部140将路径误差di在各加工位置的工具与工件之间的相对移动方向的分量视为0的基础上，将路径误差di分成坐标方向分量X轴、Y轴、Z轴来进行分析。这是由于加工位置的工具与工件之间的相对移动方向分量的路径误差没有对加工面的质量产生大的影响。
具备上述结构的本实施方式的数值控制装置1分析通过加工程序200进行指令的工具与工件之间的相对移动路径和接近实际加工的工具与工件之间的相对移动路径之间的路径误差，能够某种程度地自动调整该路径误差影响加工面质量的加工部分的轴的参数。因此，能够减轻作业人员进行参数调整的劳动力。
以上，说明了本发明的一个实施方式，但是本发明不仅限于上述实施方式的例子，也能够通过增加适当变更以各种方式来实施。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，根据加工程序相对地控制机床所具备的工具和工件来加工工件，其特征在于，
该数值控制装置具备：
控制部，其控制上述机床，并取得在没有设置工件的状态下驱动机床的轴的空转时上述工具与工件之间的相对位置的反馈数据；
加工模拟部，其执行基于上述加工程序的上述加工的模拟处理，并生成加工后的上述工件的形状；以及
显示部，其显示由上述加工模拟部生成的加工后的工件形状，其中，根据在没有设置工件的状态下驱动机床的轴的空转时获得的反馈数据来显示加工模拟的结果，
上述加工模拟部执行代替基于上述加工程序的指令的上述工具与工件之间的相对移动路径而使用了上述控制部取得的反馈数据的上述加工的模拟处理。
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：路径误差计算部，其计算路径误差，该路径误差是基于上述加工程序的指令的上述工具与工件之间的相对移动路径和由上述控制部取得的上述工具与工件之间的相对位置的反馈数据之间的各个位置的差值，
上述显示部将由上述加工模拟部生成的加工后的工件形状与上述路径误差计算部计算出的路径误差的信息一起显示。
3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述显示部只显示超过了预先决定的预定阈值的上述路径误差。
4.根据权利要求2或3所述的数值控制装置，其特征在于，
上述显示部将上述路径误差分成X轴分量、Y轴分量、Z轴分量来显示。
5.根据权利要求2或3所述的数值控制装置，其特征在于，
上述显示部将上述路径误差分成上述工具的移动方向的分量、与加工面垂直的方向的分量、与该移动方向以及该加工面垂直的方向的分量来显示。
6.根据权利要求2或3所述的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置还具备：参数变更部，其指令上述控制部分析上述路径误差计算部计算出的路径误差，并变更超过了预先决定的预定阈值的加工位置的轴的参数。
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