CN111290338B - 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，容易缩短加工时间。本发明的数值控制装置(1)是沿着由加工程序决定的移动路径使工具移动的机床用的数值控制装置，具备：限制设定存储部(12)，其设定与上述工具的移动相关的多个参数的限制值；限制速度计算部(25)，其计算与上述移动路径的各个位置的上述多个参数的限制值分别对应的上述工具的移动速度即多个限制速度；进给速度决定部(26)，其将上述移动路径的各个位置的上述工具的理想速度以及上述多个限制速度中的最小值设为上述移动路径的各个位置的上述工具的进给速度；以及减速记录部(17)，其存储与上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的情况对应的上述参数的种类。

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
在机床中，使工具沿着由加工程序决定的移动路径移动。此时，如果使工具的加速度大，则有时工具的移动中产生误差，不能够使工具在所要求的移动路径上准确地移动。因此，例如如专利文献1所记载的那样，已知一种技术，例如在移动路径弯曲的位置等，进行以工具的加速度不超过预定限制值的方式使工具减速的减速控制。
另外，知道除了加速度以外，例如对工具的加加速度(急动度、jerk)、每个驱动轴的瞬间速度变化量等也设定限制值，由此能够更准确地进行工具的移动。因此，在机床的数值控制装置中也有这种根据多个参数进行使工具减速的控制的装置。
为了缩短加工时间，希望减小上述的工具的减速。因此，特别是批量产品的加工时，尝试通过缩小用于减速控制的参数的上限值的安全率来缩短一些加工时间。但是，这种限制值的变更会有使加工精度超过容许范围地下降的风险。因此，在变更参数的限制值时，如果知道变更哪个参数的限制值是有效的话，则能够抑制加工精度的下降且比较容易地缩短加工时间。
专利文献1：日本特开平11-338530号公报
发明内容
本发明的课题为提供一种容易缩短加工时间的数值控制装置。
(1)本发明的数值控制装置(例如后述的数值控制装置1)为沿着由加工程序决定的移动路径使工具移动的机床用的数值控制装置，具备：限制设定存储部(例如后述的限制设定存储部12)，其设定与上述工具的移动相关的多个参数的限制值；限制速度计算部(例如后述的限制速度计算部25)，其计算与上述移动路径的各个位置的上述多个参数的限制值分别对应的上述工具的移动速度即多个限制速度；进给速度决定部(例如后述的进给速度决定部26)，其将上述移动路径的各个位置的上述工具的理想速度以及上述多个限制速度中的最小值设为上述移动路径的各个位置的上述工具的进给速度；以及减速记录部(例如后述的减速记录部17)，其存储与上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的情况对应的上述参数的种类。
(2)在(1)的数值控制装置中，上述减速记录部按照每个上述参数来累计上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的次数。
(3)(2)的数值控制装置还具备：次数输出部(例如后述的次数输出部21)，其按照每个上述参数来显示上述减速记录部所累计的上述次数。
(4)(1)～(3)的数值控制装置还具备：减速因素输出部(例如后述的减速因素输出部18)，其在上述工具通过上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的位置时，输出与设为上述进给速度的上述限制速度对应的上述参数的种类所对应的信号。
(5)(1)～(4)的数值控制装置还具备：轨迹输出部(例如后述的轨迹输出部19)，其显示上述工具的轨迹，上述轨迹输出部在上述工具的轨迹上的将上述限制速度设为上述进给速度的位置显示与设为上述进给速度的上述限制速度对应的上述参数的种类所对应的标记。
(6)(1)～(5)的数值控制装置还具备：调整效果计算部(例如后述的调整效果计算部20)，其计算在变更了上述参数的限制值时上述工具在上述移动路径整体上移动所需要的时间的变化量。
(7)在(1)～(6)的数值控制装置中，上述多个参数可以包括上述机床的各个驱动轴的速度的瞬间变化量、上述工具的加速度以及加加速度。
本发明的数值控制装置容易缩短加工时间。
附图说明
图1是表示本发明的数值控制装置的结构的框图。
图2举例表示通过图1的数值控制装置进行移动的工具的移动路径。
图3是关于图2的移动路径，举例表示与各个驱动轴的速度的瞬间变化量的限制值对应的限制速度的图表。
图4举例表示通过图1的数值控制装置进行移动的工具的移动路径。
图5是关于图4的移动路径，举例表示与工具的加速度的限制值对应的限制速度的图表。
图6举例表示通过图1的数值控制装置的轨迹输出部显示的图像。
附图标记的说明
1：数值控制装置、2x、2y、2z：伺服电动机、3x、3y、3z：伺服放大器、11：程序存储部、12：限制设定存储部、13：程序分析部、14：插值部、15：速度计划部、16：速度控制部、17：减速记录部、18：减速因素输出部、19：轨迹输出部、20：调整效果计算部、21：次数输出部、22：输入装置、23：显示装置、24：理想速度计算部、25：限制速度计算部、26：进给速度决定部。
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的结构的框图。
数值控制装置1是控制机床的装置，使工具沿着由加工程序决定的移动路径移动。具体地说，数值控制装置1控制伺服放大器3x、3y、3z，该伺服放大器3x、3y、3z分别驱动对工具进行定位的相互垂直的X、Y、Z方向的驱动轴的伺服电动机2x、2y、2z。
数值控制装置1具备：程序存储部11、限制设定存储部12、程序分析部13、插值部14、速度计划部15、速度控制部16、减速记录部17、减速因素输出部18、轨迹输出部19、调整效果计算部20以及次数输出部21、输入装置22以及显示装置23。
数值控制装置1例如能够通过具有CPU、存储器等的计算机装置来构成。即，程序存储部11、限制设定存储部12、程序分析部13、插值部14、速度计划部15、速度控制部16、减速记录部17、减速因素输出部18、轨迹输出部19、调整效果计算部20以及次数输出部21能够通过被读入到计算机中的控制程序的一部分(例如子程序、部件程序等)来实现。另外，这些结构要素只是被功能性地区分，不需要在控制程序的代码中相互分离地记述各个结构要素。
程序存储部11存储确定为了加工工件所要求的工具的运动的加工程序。该程序存储部11能够作为通过构成数值控制装置1的计算机装置的控制程序来确定的存储器或硬盘等的存储区域来实现。
存储在程序存储部11中的加工程序能够在工具路径中按顺序记述例如移动方向改变的点的坐标、移动路径的曲率等。
限制设定存储部12中设定限制值，该限制值被预想为关于与工具移动相关的参数中成为工具位置偏离的原因的多个参数，能够分别将工具的位置偏离抑制在容许限度内。即，限制设定存储部12构成为能够存储操作员从输入装置22输入的限制值，与程序存储部11同样，能够作为通过构成数值控制装置1的计算机装置的控制程序来确定的存储器或硬盘等的存储区域来实现。
作为在限制设定存储部12中设定限制值的多个参数，优选包括机床的各个驱动轴的速度的瞬间变化量(速度阶梯状变化时的速度变化量，能够理解为固定的微小时间内的速度变化量)以及工具的加速度和加加速度(急动度、jerk)。已知这些参数的值变大，导致在工具移动的过程中，工具的空间位置容易偏离理论空间位置。因此，通过对这些参数设定限制值(上限值)，能够有效地抑制工具从由加工程序决定的移动路径偏离。
程序分析部13分析程序存储部11中存储的加工程序，转换为每个驱动轴的位置(坐标)、速度等的数据。这样的处理是众所周知的，因此省略详细的运算方法等的说明。
插值部14将从程序分析部13得到的数据进行插值，生成每个采样周期的数据。这样的处理也是众所周知的，因此省略详细的运算方法等的说明。
速度计划部15具备理想速度计算部24、限制速度计算部25以及进给速度决定部26。
理想速度计算部24除去从工具停止状态的加速以及停止时的减速，将移动过程中的工具的速度(移动方向的切线速度)维持在预定的速度(例如根据工件的材质、工具的种类等决定的速度)，按照每个采样周期来计算移动路径的各个位置的工具的理想速度。
限制速度计算部25根据工具移动路径的轮廓，按每个采样周期计算与移动路径各个位置的多个参数的限制值分别对应的工具容许的最大移动速度即多个限制速度。
首先，说明与驱动轴(伺服电动机2x、2y、2z)的速度的瞬间变化量的限制值对应的限制速度。例如说明如图2所示工具从点P0经由点P1移动到点P2的情况，即在工具的移动路径上的点P1，工具的移动方向发生变化的情况。另外，为了方便图示，在以下的说明中，说明工具在X-Y平面内移动的情况，但是当然工具的移动也可以包括Z方向的分量。当工具在图2的移动路径上移动时，如果要维持工具的绝对速度(移动路径的切线方向的速度)，则如图3的(a)以及(b)中虚线所示，需要X驱动轴的伺服电动机2x以及Y驱动轴的伺服电动机2y使驱动速度分别阶梯状地发生变化。但是，当该阶梯的高度超过被存储在限制设定存储部12中的各个伺服电动机2x、2y的速度的瞬间变化量的限制值(设为Vmaxx、Vmaxy)时，如图3中实线所示，在点P1的前后使伺服电动机2x、2y的速度减速，使得伺服电动机2x、2y的速度的瞬间变化量不超过限制值Vmaxx、Vmaxy。与该速度的瞬间变化量的限制值对应的工具的切线方向的限制速度被计算为各个伺服电动机2x、2y的速度分量的合成速度。在图3的例子中，如(c)所示，为了在通过点P1时成为极小值而在其前后降低限制速度。
接着，说明与工具的加速度的限制值对应的限制速度。例如如图4所示，考虑移动路径将点P10设为始点，具有圆弧状弯曲的部分(点P11-点P12间、点P13-点P14间以及点P15-点P16间)，将点P17设为终点的情况。在点P10以及点P17，工具的速度必须为零。因此，工具从点P10以限制值的加速度加速，以限制值的加速度向点P17减速。另外，在移动路径弯曲的部分，在圆弧的直径方向对工具施加加速度(与离心力相反的力)。移动路径的曲率(半径的倒数)越大，作用于工具的加速度变得越大。因此，在以不超过存储在限制设定存储部12中的加速度的限制值的方式使工具移动时，需要曲率越大，使工具的速度越低。另外，通过限制工具加速度，在移动路径开始弯曲的点P11、P13、P15以及结束弯曲的点P12、P14、P15不能够不连续地增减工具的速度，所以在其前后的直线部分中，需要进行工具的加减速。因此，与根据图4的移动路径计算出的加速度的限制值对应的工具的限制速度成为图5所示那样。
关于与其他参数的限制值对应的限制速度省略说明，但是分别计算工具的速度变化，使得参数不会超过在限制设定存储部12中设定的限制值。
进给速度决定部26将移动路径的各个位置的工具理想速度以及多个限制速度中的最小值设为移动路径的各个位置的工具进给速度。即，进给速度决定部26按照每个采样周期决定工具的进给速度。在进给速度决定部26将任意一个限制速度设为工具的进给速度时，工具的速度相对于理想速度被减速，因此这种控制被称为减速控制。在刚从工具的停止状态开始移动之后以及刚停止之前，理想速度为比较低速，所以不将限制速度设为工具的进给速度(不被减速)的情况较多。
速度控制部16控制伺服放大器3x、3y、3z使得工具以速度计划部15所决定的进给速度移动。
减速记录部17存储与进给速度决定部26将限制速度设为进给速度的情况对应的参数的种类(减速因素)。另外，减速记录部17优选存储将限制速度设为进给速度的位置的坐标或时间以及减速因素。进一步，减速记录部17优选构成为，按照每个参数累计进给速度决定部26将限制速度设为进给速度的次数。
在工具通过进给速度决定部26将限制速度设为进给速度的位置时，减速因素输出部18输出与进给速度决定部26设为进给速度的限制速度对应的参数的种类所对应的信号。即，减速因素输出部18监视速度控制部16进行的实际的工具的移动，输出按照与减速记录部17中记录的坐标或时间对应的每个减速因素决定的信号。
如图6所举例表示那样，轨迹输出部19使显示装置23显示工具的轨迹。如图所示，轨迹输出部19优选接收减速因素输出部18输出的信号，并在工具轨迹上的进给速度决定部26将限制速度设为进给速度的位置显示与设为进给速度的限制速度对应的参数种类所对应的标记。即，轨迹输出部19能够构成为，使显示装置23显示通过速度控制部16移动的工具的位置，并且使显示装置23显示由参数的限制值引起减速的位置及其减速因素的种类。
调整效果计算部20计算在变更了参数的限制值时为了工具在移动路径整体上移动所需要的时间的变化量(移动时间的变化量)。调整效果计算部20优选构成为能够使显示装置23显示计算出的需要时间变化量。
调整效果计算部20可以通过以下的式(1)对将限制速度设为工具的进给速度的位置即每个减速位置来计算移动时间的变化量ΔT，并将所有减速位置的变化量进行合计来计算为了工具在移动路径整体上移动所需要的时间的变化量。其中，在式(1)中，VcP是限制值变更前的限制速度，VcR是限制值变更后的限制速度，V是理想速度，A是工具的加速度变更前的限制值，J是工具的加加速度变更前的限制值。
通过使用这样的式(1)能够比较简单且比较准确地计算工具在移动路径整体上移动所需要的时间的变化量。
如果说明式(1)，则能够通过以下的式(2)来表示为了以加速度A从变更前的限制速度VcP将工具加速到理想速度V所需要的时间T1P。
另外，能够通过以下的式(3)来表示工具的加速度以加加速度J到达加速度A为止的时间T2P。
因此，能够通过以下的式(4)来表示以最大加速度A从限制速度VcP加速到理想速度V所需要的时间TP。
TP＝T1P-T2P···(4)
能够通过以下的式(5)来表示以加速度A从变更前的限制速度VcP加速到理想速度V为止的期间工具移动的距离XP。
整理该式(5)的右边，成为以下的式(6)。
同样，能够通过以下的式(7)来表示为了以加速度A从变更后的限制速度VcR将工具加速到理想速度V所需要的时间T1R。
能够通过以下的式(8)来表示为了以加加速度J、最大加速度A从限制速度VcR加速到理想速度V所需要的时间TR。
TR＝T1R-T2R···(8)
能够通过以下的式(9)来表示以加加速度J、加速度A从变更前的限制速度VcR加速到理想速度V期间工具移动的距离XR。
能够通过以下的式(10)来表示将限制速度从VcP变更为VcR的情况下为了加速到理想速度V所需要的时间的变化量ΔT0。
如果将式(2)～(9)代入该式(10)，则会导出以下的式(11)。
式(11)的变化量ΔT0在工具的减速时和加速时产生，因此每一个减速位置的移动时间的变化量ΔT是ΔT0的2倍，所以能够表示为上述的式(1)。
这样，在变更了参数的限制值时，使用比较简单的公式来计算各个减速位置的移动时间的变化量，从而能够比较正确且迅速地估算为了工具在移动路径整体上移动所需要的时间的变化量。
次数输出部21使显示装置23按照每个参数(减速因素)来显示减速记录部17所累计的次数。如图6所示，次数输出部21将各个减速因素的数量附加给轨迹输出部19并进行显示。
输入装置22例如能够通过键盘等来构成。
显示装置23例如能够通过显示面板等来构成。另外，显示装置23也可以通过与输入装置22一体的触摸面板等构成。
数值控制装置1具备记录减速因素的减速记录部17，所以能够容易地把握使工具减速的因素。因此，数值控制装置1在通过参数限制值的变更来缩短加工时间时，能够把握变更哪个参数限制值是高效的，所以能够抑制加工精度的下降并比较容易地缩短加工时间。
特别在数值控制装置1中，减速记录部17按照每个减速因素来计数减速次数，所以能够更简单地把握变更哪个参数的限制值是高效的。另外，数值控制装置1中，次数输出部21使显示装置23显示通过减速记录部17被计数的每个减速因素的减速次数，所以能够进一步简单地缩短加工时间。另外，数值控制装置1由轨迹输出部19在工具的轨迹上标记显示减速因素，所以由此也能够容易地把握变更哪个参数限制值是高效的。
数值控制装置1具备在参数限制值的变更时计算移动时间的变化量的调整效果计算部20，所以能够输入参数的新限制值后立刻粗略确认移动时间的变化量，所以变更参数的限制值并将移动时间降低在希望的时间以内是容易的。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过列举了从本发明产生的最优选的效果，本发明的效果不限定于本实施方式所记载的内容。
本发明的数值控制装置可以与控制机床的其他装置或关联设备的控制装置一体形成。
本发明的数值控制装置可以控制2个以下或4个以上的驱动轴。另外，本发明的数值控制装置不仅适用于具有具备相互垂直的驱动轴的正交坐标型的驱动机构的机床，也能够适用于例如通过多关节型的驱动机构、并联型的驱动机构等来移动工具的机床。
在本发明的数值控制装置中，输入装置以及显示装置不是必须的，可以是通过信息(信号)的输入输出来使用外部的输入装置以及显示装置的数值控制装置。另外，本发明的数值控制装置的次数输出部、减速因素输出部、轨迹输出部以及调整效果计算部构成为，不仅将信息输出给数值控制装置内部的结构要素，也将该信息输出给外部的装置(例如管理机床的计算机装置等)。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，是沿着由加工程序决定的移动路径使工具移动的机床用的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置具备：
限制设定存储部，其设定与上述工具的移动相关的不同种类的多个参数的限制值；
限制速度计算部，其计算与上述移动路径的各个位置的上述多个参数的限制值分别对应的上述工具的移动速度即多个限制速度；
进给速度决定部，其将上述移动路径的各个位置的上述工具的理想速度以及上述多个限制速度中的最小值设为上述移动路径的各个位置的上述工具的进给速度；
减速记录部，其存储与上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的情况对应的上述参数的种类，即减速因素的种类；以及
调整效果计算部，其计算在变更了上述参数的限制值时上述工具在上述移动路径整体上移动所需要的时间的变化量。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述减速记录部按照每个上述参数来累计上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的次数。
3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置还具备：次数输出部，其按照每个上述参数来显示上述减速记录部所累计的上述次数。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置还具备：减速因素输出部，其在上述工具通过上述进给速度决定部将上述限制速度设为上述进给速度的位置时，输出与设为上述进给速度的上述限制速度对应的上述参数的种类所对应的信号。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，
该数值控制装置还具备：轨迹输出部，其显示上述工具的轨迹，
上述轨迹输出部在上述工具的轨迹上的将上述限制速度设为上述进给速度的位置显示与设为上述进给速度的上述限制速度对应的上述参数的种类所对应的标记。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，
上述多个参数包括上述机床的各个驱动轴的速度的瞬间变化量、上述工具的加速度以及加加速度。
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